JPH10229246A - Ridge semiconductor laser diode and its manufacturing method - Google Patents
Ridge semiconductor laser diode and its manufacturing methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザダイ
オード、特にリッジ型半導体レーザダイオードに関す
る。The present invention relates to a semiconductor laser diode, and more particularly to a ridge type semiconductor laser diode.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体レーザダイオードの需要が増大す
るにつれ、半導体レーザダイオードの製造コスト低減が
重要な課題になってきている。特に光ディスク用光源に
用いられるＡlＧaＡs系、ＡlＧaＩnＰ系レーザダイオー
ドでは低コスト化に対する要求が非常に強い。レーザの
製造コスト低減には歩留まり良く製造出来るレーザ構
造、プロセス方法の検討が必要となる。現在一般的に用
いられている埋め込み型ＡlＧaＡs系レーザは、活性層
と電流狭窄層を形成するため２回もしくは３回の結晶成
長を必要とするため製造工程が煩雑で歩留まり向上が困
難であった。一方、リッジ型構造の半導体レーザダイオ
ードは、１回の結晶成長で製造できるため低コスト化に
は適している。2. Description of the Related Art As the demand for semiconductor laser diodes increases, reducing the manufacturing cost of semiconductor laser diodes has become an important issue. In particular, there is a strong demand for cost reduction in AlGaAs-based and AlGaInP-based laser diodes used as light sources for optical disks. In order to reduce the laser manufacturing cost, it is necessary to study a laser structure and a process method that can be manufactured with a high yield. The buried AlGaAs-based laser currently used generally requires two or three crystal growths to form an active layer and a current confinement layer, so that the manufacturing process is complicated and it is difficult to improve the yield. . On the other hand, a semiconductor laser diode having a ridge-type structure is suitable for cost reduction because it can be manufactured by one crystal growth.
【０００３】従来例のリッジ型半導体レーザダイオード
は、以下に説明する製造方法で製造される。該製造方法
ては、まず、図３（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基
板１上に、約１．５μｍ厚のｎ−ＡｌＧａＡｓ下クラッ
ド層２、活性層３、約１．５μｍ厚のｐ型ＡｌＧａＡｓ
上クラッド層４、約０．５μｍ厚のｐ型ＧａＡｓ層５を
順次結晶成長することにより形成する。ここで、該結晶
成長には有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法は分子線エ
ピタキシー（ＭＢＥ）法等を用いる。続いて、ウェハ全
面に絶縁膜を成膜した後、ストライプ状にパターニング
することにより、ストライプ状の絶縁膜６を形成する
（図３（ｂ））。絶縁膜６の材質としてはＳｉＮ、Ｓｉ
Ｏ２等が用いられる。この絶縁膜６はリッジエッチング
のマスクとして機能する。A conventional ridge type semiconductor laser diode is manufactured by a manufacturing method described below. First, as shown in FIG. 3A, an n-AlGaAs lower cladding layer 2 having a thickness of about 1.5 μm, an active layer 3 and an approximately 1.5 μm-thick p-type AlGaAs
The upper cladding layer 4 and the p-type GaAs layer 5 having a thickness of about 0.5 μm are formed by sequentially growing crystals. Here, a metal-organic vapor phase epitaxy (MOCVD) method is used for the crystal growth, such as a molecular beam epitaxy (MBE) method. Subsequently, an insulating film is formed on the entire surface of the wafer, and then patterned in a stripe shape to form a stripe-shaped insulating film 6 (FIG. 3B). The material of the insulating film 6 is SiN, Si
O 2 or the like is used. This insulating film 6 functions as a ridge etching mask.
【０００４】次に、ストライプ状の絶縁膜６をマスクに
ウェットエッチング法を用いてｐ型ＧａＡｓコンタクト
層５とｐ型ＡｌＧａＡｓ上クラッド層４の途中までエッ
チングし（リッジエッチング）、リッジ導波路２０を形
成する（図３（ｃ））。リッジエッチング後、ストライ
プ状の絶縁膜６を除去し、再度ウェハ全面に絶縁膜２１
を成膜する（図４（ｄ））。続いてフォトリソグラフィ
ー技術を用いてリッジ導波路２０の上部の平坦部の絶縁
膜を除去しストライプ状に開口部７を設ける（図４
（ｂ））。そして、図４（ｃ）に示すように、絶縁膜２
１の上にｐ型電極８を形成する。これによって、ｐ型電
極８はリッジ導波路２０の上部の絶縁膜２１の開口部７
のみでｐ型ＧａＡｓコンタクト層５と接触して電流が流
れる。最後にｎ型ＧａＡｓ基板の裏面側にｎ型電極９を
形成して、図４（ｃ）に示す従来例のリッジ型半導体レ
ーザダイオードを得る。Next, the p-type GaAs contact layer 5 and the p-type AlGaAs upper cladding layer 4 are etched halfway (ridge etching) by wet etching using the stripe-shaped insulating film 6 as a mask, thereby forming the ridge waveguide 20. It is formed (FIG. 3C). After the ridge etching, the striped insulating film 6 is removed, and the insulating film 21 is again formed on the entire surface of the wafer.
Is formed (FIG. 4D). Subsequently, the insulating film in the flat portion above the ridge waveguide 20 is removed by using photolithography technology to form an opening 7 in a stripe shape (FIG. 4).
(B)). Then, as shown in FIG.
A p-type electrode 8 is formed on 1. Thereby, the p-type electrode 8 is connected to the opening 7 of the insulating film 21 above the ridge waveguide 20.
Only with this, a current flows in contact with the p-type GaAs contact layer 5. Finally, an n-type electrode 9 is formed on the back surface of the n-type GaAs substrate to obtain a conventional ridge-type semiconductor laser diode shown in FIG.
【０００５】次に、以上の製造方法に従って製造された
従来例のリッジ型半導体レーザダイオードの動作につい
て説明する。ｐ型電極８が正、ｎ型電極９が負にとなる
ように電圧を印加すると電流はｐ型ＧａＡｓコンタクト
層５からｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４を経て活性層３
に注入され、活性層３で誘導放出光が生じる。キャリア
の注入量を十分高くして導波路の損失を越える光が発生
すればレーザ発振が生じる。一般に、リッジ型半導体レ
ーザダイオードでは基板に対して垂直方向は活性層とク
ラッド層の屈折率差によってレーザ光を活性領域に閉じ
込めている。よって素子内では垂直方向の閉じ込めは全
導波路にわたって有効に行われる。一方、基板に対して
水平方向ではリッジ導波路直下の部分とそれ以外の領域
での実効的な屈折率差により光を導波させている。原理
的には、高次モードの発生を抑制するためリッジ導波路
２０の幅を十分狭くすることが有効であり、具体的に
は、リッジの底辺部を３μｍ以下にすることが望まし
い。Next, the operation of the conventional ridge type semiconductor laser diode manufactured according to the above manufacturing method will be described. When a voltage is applied so that the p-type electrode 8 becomes positive and the n-type electrode 9 becomes negative, the current flows from the p-type GaAs contact layer 5 through the p-type AlGaAs cladding layer 4 to the active layer 3.
And stimulated emission light is generated in the active layer 3. If the amount of injected carriers is sufficiently high and light exceeding the loss of the waveguide is generated, laser oscillation occurs. Generally, in a ridge-type semiconductor laser diode, laser light is confined in an active region in a direction perpendicular to a substrate by a refractive index difference between an active layer and a cladding layer. Therefore, vertical confinement is effectively performed within the device over the entire waveguide. On the other hand, in the horizontal direction with respect to the substrate, light is guided by an effective refractive index difference between a portion immediately below the ridge waveguide and other regions. In principle, it is effective to make the width of the ridge waveguide 20 sufficiently small in order to suppress the occurrence of the higher-order mode. Specifically, it is desirable that the bottom of the ridge is 3 μm or less.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
クラッド層の層厚は活性層で発したレーザ光を活性層内
に有効に閉じ込めるため１．５μｍ程度は必要である
が、リッジ導波路２０をウェットエッチングで形成する
場合、リッジの底辺の幅を３μｍにするにはリッジ上部
の幅が１μｍ以下になってしまい、リッジ上部で絶縁膜
の開口部を形成する際の転写が困難になる。このため
に、リッジ導波路２０の底辺の幅を３μｍ又はそれ以下
にすることは困難であり、高次モードを有効に抑えるこ
とができないという問題点があった。また、リッジ導波
路２０の直下の部分とそれ以外の領域での実効的な屈折
率差を小さくすることにより、リッジ導波路の幅を比較
的広く保ったまま、高次モードの発生を抑制することも
可能である。即ち、リッジ導波路２０の幅を広く、活性
層と空気層との距離を大きく取ることでも高次モードが
カットオフされる。しかし、このようにした場合、電流
注入を増加させていくと活性層上部で横方向へ電流が広
がり、動作電流が上昇する等の別の問題が発生し、レー
ザ特性が悪化してしまう問題点があった。However, in general, the thickness of the cladding layer is required to be about 1.5 μm in order to effectively confine the laser beam emitted from the active layer in the active layer. In the case of forming by etching, if the width of the bottom of the ridge is set to 3 μm, the width of the upper part of the ridge becomes 1 μm or less. For this reason, it is difficult to reduce the width of the bottom of the ridge waveguide 20 to 3 μm or less, and there has been a problem that high-order modes cannot be effectively suppressed. Further, by reducing the effective refractive index difference between the portion immediately below the ridge waveguide 20 and the other region, the occurrence of higher-order modes is suppressed while keeping the width of the ridge waveguide relatively wide. It is also possible. That is, the higher-order mode is cut off by increasing the width of the ridge waveguide 20 and increasing the distance between the active layer and the air layer. However, in this case, if the current injection is increased, the current spreads in the lateral direction above the active layer, causing another problem such as an increase in the operating current, thereby deteriorating the laser characteristics. was there.
【０００７】本発明の目的は、従来の問題点を解決し、
動作電流を増加させることなく高次モードの発生を抑え
ることができるリッジ型半導体レーザダイオードとその
製造方法を提供することにある。An object of the present invention is to solve the conventional problems,
An object of the present invention is to provide a ridge-type semiconductor laser diode capable of suppressing the occurrence of a higher-order mode without increasing the operating current, and a method for manufacturing the same.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、リッジ導波路
の幅を比較的広く保ったままでも、活性層上部で横方向
への電流の広がりを防止することができれば、上述の従
来例の問題点を解決することができると考えて、鋭意検
討した結果完成されたものである。すなわち、本発明に
係る第１のリッジ型半導体レーザダイオードは、半導体
基板上に形成された活性層上に、上クラッド層を介して
ｐ型又はｎ型の一方の導電型の半導体からなるリッジ導
波路が形成されたリッジ型半導体レーザダイオードであ
って、上記リッジ導波路の両側面から内側に、上記一方
の導電型の半導体のキャリヤを減少させるイオンを注入
して、該イオンが注入された領域を高抵抗化したことを
特徴とする。これによって、リッジ導波路における電流
の経路を狭くすることができ、上記活性層上部での横方
向の電流の広がりを防止することができる。According to the present invention, if the current can be prevented from spreading in the lateral direction above the active layer even if the width of the ridge waveguide is kept relatively wide, the above-mentioned conventional example can be used. It was completed as a result of intensive studies, assuming that the problem could be solved. In other words, the first ridge-type semiconductor laser diode according to the present invention has a ridge-type semiconductor laser of one of p-type and n-type conductivity on an active layer formed on a semiconductor substrate via an upper cladding layer. A ridge-type semiconductor laser diode having a waveguide formed therein, wherein ions are implanted from both sides of the ridge waveguide to reduce carriers of the semiconductor of one conductivity type, and a region into which the ions are implanted. Is characterized by high resistance. Thereby, the current path in the ridge waveguide can be narrowed, and the spread of the current in the lateral direction above the active layer can be prevented.
【０００９】また、上記第１のリッジ型半導体レーザダ
イオードにおいては、上記クラッド層においても電流の
広がりを防止するために、上記上クラッド層の表面か
ら、該上クラッド層の膜厚より小さい所定の深さまで、
上記イオンを注入して、該イオンを注入した部分を高抵
抗化することが好ましい。In the first ridge-type semiconductor laser diode, in order to prevent the current from spreading in the cladding layer, a predetermined thickness smaller than the thickness of the upper cladding layer is measured from the surface of the upper cladding layer. To depth,
It is preferable that the above-described ions be implanted to increase the resistance of a portion where the ions are implanted.
【００１０】また、上記第１のリッジ型半導体レーザダ
イオードにおいては、上記注入するイオンが、ｎ型又は
ｐ型のいずれの導電方の半導体に対しても注入すること
によって高抵抗化がはかれるプロトンであることが好ま
しい。In the first ridge-type semiconductor laser diode, the ions to be implanted are protons whose resistance can be increased by implanting the semiconductor into either an n-type or a p-type conductive semiconductor. Preferably, there is.
【００１１】また、上記第１のリッジ型半導体レーザダ
イオードにおいては、上記リッジ導波路を構成する半導
体の導電型がｐ型である場合には、上記注入するイオン
が、ｎ型の不純物であるＳｉであってもよい。In the first ridge-type semiconductor laser diode, when the conductivity type of the semiconductor constituting the ridge waveguide is p-type, the ions to be implanted are Si, which is an n-type impurity. It may be.
【００１２】また、本発明に係る第２のリッジ型半導体
レーザダイオードは、半導体基板上に形成された活性層
上に、上クラッド層を介してｐ型又はｎ型の一方の導電
型の半導体からなるリッジ導波路が形成されたリッジ型
半導体レーザダイオードであって、上記リッジ導波路の
両側面から内側に、上記リッジ導波路を構成する半導体
を他方の導電型にするイオンを注入して、該イオンが注
入された領域を他方の導電型にしたことを特徴とする。
これによって、ｐｎ接合部で電流を阻止することができ
るので、リッジ導波路における電流の経路を狭くするこ
とができ、上記活性層上部での横方向の電流の広がりを
防止することができる。A second ridge type semiconductor laser diode according to the present invention comprises a semiconductor layer of one of a p-type or n-type conductivity on an active layer formed on a semiconductor substrate via an upper cladding layer. A ridge-type semiconductor laser diode having a ridge waveguide formed therein, wherein ions are implanted from both sides of the ridge waveguide into the semiconductor constituting the ridge waveguide to the other conductivity type. The ion-implanted region is of the other conductivity type.
As a result, the current can be blocked at the pn junction, so that the current path in the ridge waveguide can be narrowed, and the current can be prevented from spreading in the lateral direction above the active layer.
【００１３】また、第２のリッジ型半導体レーザダイオ
ードにおいては、上記一方の導電型がｐ型であって、上
記注入するイオンがＳｉであることが好ましい。In the second ridge type semiconductor laser diode, it is preferable that the one conductivity type is p-type and the ions to be implanted are Si.
【００１４】本発明に係る第１のリッジ型半導体レーザ
ダイオードの製造方法は、半導体基板上に活性層を形成
する第１工程と、上記形成された活性層上にｐ型又はｎ
型の一方の導電型の半導体層を形成する第２工程と、上
記形成された半導体層上に所定の幅のレジスト膜を形成
して、上記半導体層を所定の深さまでエッチングして、
少なくともリッジ導波路の下方の幅が上記レジスト膜の
幅より広くなるようにリッジ導波路を形成しかつリッジ
導波路の両側に上記半導体層を所定の厚さに残すことに
より上クラッド層を形成する第３工程と、上記レジスト
膜をそのまま用いて、上記一方の導電型の半導体のキャ
リヤを減少させるイオンを上方から注入する第４工程と
を含み、上記リッジ導波路の両側面から内側の、上記イ
オンが注入された領域を高抵抗化するものである。According to a first method of manufacturing a ridge-type semiconductor laser diode according to the present invention, a first step of forming an active layer on a semiconductor substrate, and a p-type or n-type
A second step of forming a semiconductor layer of one conductivity type of the mold, forming a resist film of a predetermined width on the formed semiconductor layer, etching the semiconductor layer to a predetermined depth,
An upper clad layer is formed by forming a ridge waveguide so that at least the width below the ridge waveguide is wider than the width of the resist film and leaving the semiconductor layer at a predetermined thickness on both sides of the ridge waveguide. A third step of implanting, from above, ions for reducing carriers of the one conductivity type semiconductor, using the resist film as it is, including the step of: The resistance of the region into which the ions are implanted is increased.
【００１５】また、本発明に係る第２のリッジ型半導体
レーザダイオードの製造方法は、半導体基板上に活性層
を形成する第１工程と、上記形成された活性層上にｐ型
又はｎ型の一方の導電型の半導体層を形成する第２工程
と、上記形成された半導体層上に所定の幅のレジスト膜
を形成して、上記半導体層を所定の深さまでエッチング
して、上記レジスト膜の下に少なくとも下方の幅が上記
レジスト膜の幅より広くなるようにリッジ導波路を形成
しかつリッジ導波路の両側に上記半導体層を所定の厚さ
に残すことにより上クラッド層を形成する第３工程と、
上記レジスト膜をそのまま用いて、上記リッジ導波路を
構成する半導体を他方の導電型にするイオンを上方から
注入する第４工程とを含み、上記リッジ導波路の両側面
から内側の、上記イオンが注入された領域を他方の導電
型にするものである。In a second method of manufacturing a ridge-type semiconductor laser diode according to the present invention, a first step of forming an active layer on a semiconductor substrate and a p-type or n-type on the active layer formed above are provided. A second step of forming a semiconductor layer of one conductivity type; forming a resist film of a predetermined width on the formed semiconductor layer; etching the semiconductor layer to a predetermined depth; Forming a ridge waveguide such that at least the lower width is wider than the width of the resist film below, and forming the upper cladding layer by leaving the semiconductor layer at a predetermined thickness on both sides of the ridge waveguide. Process and
Using the resist film as it is, implanting ions from above to make the semiconductor constituting the ridge waveguide the other conductivity type, wherein the ions inside from both sides of the ridge waveguide are The implanted region has the other conductivity type.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施の形態のリッジ型半導体レーザダイオードについ
て説明する。 実施の形態１．図１は、本発明に係る実施の形態１のリ
ッジ型半導体レーザダイオードの構成を示す斜視図であ
る。該レーザダイオードは、図１に示すように、ｐ型Ａ
ｌＧａＡｓ上クラッド層４の上面及びリッジ導波路２０
ａの側面からプロトンが注入されて形成された高抵抗層
１１を備え、以下のような種々の特徴を有する。ここ
で、以下の説明において、高抵抗層１１のうちリッジ導
波路２０ａの側面に沿って形成された部分を特に高抵抗
層１１ａという。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A ridge type semiconductor laser diode according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a ridge-type semiconductor laser diode according to a first embodiment of the present invention. The laser diode, as shown in FIG.
Upper surface of upper cladding layer 4 of lGaAs and ridge waveguide 20
The high resistance layer 11 is formed by injecting protons from the side of a, and has the following various features. Here, in the following description, a portion of the high resistance layer 11 formed along the side surface of the ridge waveguide 20a is particularly referred to as a high resistance layer 11a.
【００１７】まず、実施の形態１のリッジ型半導体レー
ザダイオードの製造方法を図２を参照して説明する。該
製造方法では、まず、図２（ａ）に示すように、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板上１に、約１．５μｍ厚のｎ型ＡｌＧａＡｓ
下クラッド層２、活性層３、約１．５μｍ厚のｐ型Ａｌ
ＧａＡｓ上クラッド層４、約０．５μｍ厚のｐ型ＧａＡ
ｓ層コンタクト層５を順次結晶成長する。この結晶成長
には有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法や分子線エピタ
キシー（ＭＢＥ）法等を種々の結晶成長方法を用いるこ
とができる。続いて、図２（ｂ）に示すように、レジス
ト膜をｐ型ＧａＡｓ層コンタクト層５上に形成した後、
ストライプ状にパターニングすることにより、ストライ
プ状のレジスト膜１０を形成する。First, a method of manufacturing the ridge-type semiconductor laser diode according to the first embodiment will be described with reference to FIG. In the manufacturing method, first, as shown in FIG.
An n-type AlGaAs having a thickness of about 1.5 μm is formed on an aAs substrate 1.
Lower cladding layer 2, active layer 3, p-type Al about 1.5 μm thick
GaAs upper cladding layer 4, about 0.5 μm thick p-type GaAs
Crystal growth of the s-layer contact layer 5 is performed sequentially. Various crystal growth methods such as a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method and a molecular beam epitaxy (MBE) method can be used for the crystal growth. Subsequently, as shown in FIG. 2B, after forming a resist film on the p-type GaAs layer contact layer 5,
By patterning in a stripe shape, a stripe-shaped resist film 10 is formed.
【００１８】次に、レジスト膜１０をマスクとしてウェ
ットエッチングで、図２（ｃ）に示すように、リッジ導
波路２０を形成する。ここで、リッジ導波路２０の底辺
の幅は５μｍ程度、活性層３から空気層までの距離は
０．５μｍ程度に設定する。これらの寸法は活性層構造
によってそれぞれ最適な値に設定されるが、少なくとも
高次モードが発生しないカットオフ条件を満足するよう
に設定される。続いて、図２（ｄ）に示すように、レジ
スト１０をマスクにプロトンをｐ型ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層４の途中、活性層３の上０．２ミクロン程度の深さ
まで注入し、注入された部分のキャリヤを減少させて、
高抵抗層１１を形成する。この時、リッジ導波路２０の
上部はレジスト１０で覆われているので、プロトンは注
入されず、リッジ導波路２０の傾斜した側面（レジスト
の端より外側に位置する部分）からリッジ導波路２０の
底面部に亘って高抵抗層１１ａが形成される。次に、プ
ロトン注入後、レジスト１０を除去しウェハ全面にｐ型
電極８を蒸着した後、ｎ型ＧａＡｓ基板１の下面にｎ型
電極９を形成し、図１に示す半導体レーザダイオードを
得る。Next, as shown in FIG. 2C, a ridge waveguide 20 is formed by wet etching using the resist film 10 as a mask. Here, the width of the bottom of the ridge waveguide 20 is set to about 5 μm, and the distance from the active layer 3 to the air layer is set to about 0.5 μm. These dimensions are set to optimal values depending on the active layer structure, but are set so as to satisfy at least a cutoff condition in which no higher-order mode occurs. Subsequently, as shown in FIG. 2D, protons are implanted in the middle of the p-type AlGaAs cladding layer 4 to a depth of about 0.2 μm above the active layer 3 using the resist 10 as a mask. Reduce the carrier,
The high resistance layer 11 is formed. At this time, since the upper portion of the ridge waveguide 20 is covered with the resist 10, no proton is injected, and the ridge waveguide 20 is inclined from the inclined side surface (the portion located outside the edge of the resist). The high resistance layer 11a is formed over the bottom surface. Next, after proton implantation, the resist 10 is removed, and a p-type electrode 8 is deposited on the entire surface of the wafer. Then, an n-type electrode 9 is formed on the lower surface of the n-type GaAs substrate 1 to obtain the semiconductor laser diode shown in FIG.
【００１９】この製造方法を用いて作製された本実施の
形態１のリッジ型半導体レーザダイオードでは、活性層
３と空気層との距離を比較的大きくとることで活性領域
での横方向の実効的な屈折率差を小さくしているので、
リッジ導波路２０の幅を比較的広く（５μｍ程度）設定
してもカットオフ条件を満足させることができる。ま
た、リッジ導波路２０の両側はプロトンを注入すること
により高抵抗層１１ａが形成されているので、ｐ型電極
８から、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５を介して注入され
る電流が、リッジ導波路２０ａのうち高抵抗層１１ａを
除く中央部（以下、電流路という）に集中して流れる。
これによって、活性層３上で横方向に広がる電流成分を
抑制することができるので、動作電流の増大を防止する
ことができる。In the ridge-type semiconductor laser diode according to the first embodiment manufactured using this manufacturing method, the distance between the active layer 3 and the air layer is made relatively large, so that the effective lateral direction in the active region is obtained. Small refractive index difference,
Even if the width of the ridge waveguide 20 is set relatively wide (about 5 μm), the cutoff condition can be satisfied. Further, since the high resistance layer 11a is formed by injecting protons on both sides of the ridge waveguide 20, the current injected from the p-type electrode 8 through the p-type GaAs contact layer 5 is reduced. The current flows intensively in a central portion (hereinafter, referred to as a current path) of the 20a except for the high resistance layer 11a.
Thus, a current component spreading laterally on the active layer 3 can be suppressed, so that an increase in operating current can be prevented.
【００２０】更に、リッジエッチングにマスクとして用
いたレジスト１０をそのまま用いてプロトン注入を行い
電流路を形成した後、レジスト膜１０を除去して、ｐ型
ＧａＡｓコンタクト層５とのみに導通するｐ型電極８を
形成している。すなわち、いわゆるセルフアラインでｐ
型電極とｐ型ＧａＡｓとのコンタクトが取れ、これによ
って、従来例のように、絶縁膜２１を成膜し、リッジ導
波路２０の上部にｐ型ＧａＡｓコンタクト層５とｐ型電
極８とを導通させるための開口部７を形成するプロセス
が不要となり工程の低減が図れる。このように、本実施
の形態１によれば、５μｍ程度の比較的幅の広いリッジ
導波路２０を用いて、動作電流を増大させることなく高
次モードの発生を防止でき、実用上問題のないリッジ型
半導体レーザダイオードを複雑なプロセスを用いること
無く安価に製造できる。Further, after a current path is formed by injecting protons using the resist 10 used as a mask for the ridge etching as it is, the resist film 10 is removed and a p-type conductive only to the p-type GaAs contact layer 5 is formed. An electrode 8 is formed. That is, the so-called self-aligned
A contact between the p-type electrode and the p-type GaAs is made, thereby forming an insulating film 21 and conducting the p-type GaAs contact layer 5 and the p-type electrode 8 on the ridge waveguide 20 as in the conventional example. The process of forming the opening 7 for making this is unnecessary, and the number of steps can be reduced. As described above, according to the first embodiment, the use of the relatively wide ridge waveguide 20 having a width of about 5 μm can prevent the occurrence of higher-order modes without increasing the operating current, and there is no practical problem. The ridge type semiconductor laser diode can be manufactured at low cost without using a complicated process.
【００２１】尚、本実施の形態１では、ＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓ系を用いたリッジ型半導体レーザダイオードを
用いて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、Ｇ
ａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ系やＡｌＧａＩｎＮ系等の他
の材料を用いても、本実施の形態１と同様の効果が得ら
れる。In the first embodiment, GaAs / Al
The ridge type semiconductor laser diode using GaAs has been described, but the present invention is not limited to this.
The same effect as in the first embodiment can be obtained by using another material such as aInP / AlGaInP or AlGaInN.
【００２２】また、以上の実施の形態１では、ｐ型Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層４とリッジ導波路２０とにプロトン
を注入して高抵抗層１１，１１ａを形成したが、本発明
はこれに限らず、Ｓｉ等のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
４とリッジ導波路２０に対してｎ型の不純物を注入して
キャリヤを減少させ、高抵抗層１１，１１ａを形成する
ようにしてもよい。以上のように構成しても、実施の形
態１と同様の効果を有する。In the first embodiment, the p-type Al
Although the high resistance layers 11 and 11a are formed by injecting protons into the GaAs cladding layer 4 and the ridge waveguide 20, the present invention is not limited to this. On the other hand, carriers may be reduced by implanting n-type impurities to form the high-resistance layers 11 and 11a. Even with the above configuration, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
【００２３】また、以上の実施の形態１では、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１を用いたが、本発明はこれに限らず、ｐ型の
半導体基板を用いて各層の導電型を反転させて（ｐ型を
ｎ型にし、ｎ型をｐ型にする）構成してもよい。この場
合、クラッド層とリッジ導波路に注入するイオンは、プ
ロトン又は該クラッド層及び該リッジ導波路２０に対し
てｐ型の不純物を注入する。以上のように構成しても、
実施の形態１と同様な効果を有する。In the first embodiment, n-type Ga
Although the As substrate 1 is used, the present invention is not limited to this, and the conductivity type of each layer is inverted using a p-type semiconductor substrate (p-type is changed to n-type and n-type is changed to p-type). You may. In this case, ions implanted into the cladding layer and the ridge waveguide implant protons or p-type impurities into the cladding layer and the ridge waveguide 20. Even with the above configuration,
It has the same effect as the first embodiment.
【００２４】実施の形態２ 実施の形態１のリッジ型半導体レーザダイオードでは、
ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４とリッジ導波路２０とに
プロトン等を注入することにより、キャリヤを減少さ
せ、該注入部分に高抵抗層１１，１１ａを形成した。こ
れに対して、実施の形態２では、該注入部分にＳｉ（ｎ
型不純物）を過剰に注入することにより、高抵抗な高抵
抗層１１，１１ａに代えて、ｎ型層を形成する。以上の
ように構成することにより、ｐｎ接合層で電流を阻止す
ることができるので、実施の形態１に比較してさらに、
リッジ導波路における中央部への電流集中効果を高める
ことができる。従って、本実施の形態２によっても、５
μｍ程度の比較的幅の広いリッジ導波路２０を用いて、
動作電流を増大させることなく高次モードの発生を防止
できる。これによって、、実用上問題のないリッジ型半
導体レーザダイオードを複雑なプロセスを用いること無
く安価に製造できる。Embodiment 2 In the ridge type semiconductor laser diode of Embodiment 1,
By injecting protons and the like into the p-type AlGaAs cladding layer 4 and the ridge waveguide 20, the number of carriers was reduced, and the high-resistance layers 11 and 11a were formed in the injected portions. On the other hand, in the second embodiment, Si (n
By excessively implanting (type impurity), an n-type layer is formed instead of the high-resistance layers 11 and 11a having high resistance. With the configuration described above, the current can be blocked by the pn junction layer.
The effect of concentrating current on the central portion of the ridge waveguide can be enhanced. Therefore, according to the second embodiment, 5
Using a relatively wide ridge waveguide 20 of about μm,
The occurrence of higher-order modes can be prevented without increasing the operating current. Thus, a ridge-type semiconductor laser diode having no practical problem can be manufactured at low cost without using a complicated process.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の第１のリッジ型半導体レーザダイオードは、半導体基
板上に形成された活性層上に、上クラッド層を介してリ
ッジ導波路が形成され、上記リッジ導波路の両側面の内
側を高抵抗化しているので、リッジ導波路における電流
の経路を狭くすることができるので、リッジ導波路の幅
を比較的広く保ったままでも、活性層上部で横方向への
電流の広がりを防止することができ、動作電流を増加さ
せることなく高次モードの発生を抑えることができる。As is clear from the above description, in the first ridge type semiconductor laser diode of the present invention, a ridge waveguide is formed on an active layer formed on a semiconductor substrate via an upper cladding layer. Since the inside of both sides of the ridge waveguide is made to have a high resistance, the current path in the ridge waveguide can be narrowed. Therefore, even if the width of the ridge waveguide is kept relatively wide, the active layer Spreading of the current in the horizontal direction can be prevented at the upper portion, and the occurrence of higher-order modes can be suppressed without increasing the operating current.
【００２６】また、上記第１のリッジ型半導体レーザダ
イオードにおいて、上記上クラッド層の表面から所定の
深さまで、上記イオンを注入して高抵抗化することによ
り、上記クラッド層においても電流の広がりを防止する
ことができ、より効果的に動作電流を増加させることな
く高次モードの発生を抑えることができる。Further, in the first ridge type semiconductor laser diode, the ions are implanted to a predetermined depth from the surface of the upper cladding layer to increase the resistance, so that the current spread also in the cladding layer. Therefore, it is possible to more effectively suppress the occurrence of higher-order modes without increasing the operating current.
【００２７】また、上記第１のリッジ型半導体レーザダ
イオードにおいては、プロトンを注入することにより、
容易に高抵抗化することができる。Further, in the first ridge type semiconductor laser diode, protons are injected so that
The resistance can be easily increased.
【００２８】また、上記第１のリッジ型半導体レーザダ
イオードにおいては、Ｓｉを注入することにより、容易
に高抵抗化することができる。In the first ridge type semiconductor laser diode, the resistance can be easily increased by injecting Si.
【００２９】また、本発明に係る第２のリッジ型半導体
レーザダイオードは、半導体基板上に形成された活性層
上に、一方の導電型の半導体からなるリッジ導波路が形
成されたリッジ型半導体レーザダイオードであって、上
記リッジ導波路の両側面から内側に、上記リッジ導波路
を構成する半導体を他方の導電型にするイオンを注入し
て、領域を他方の導電型にしているので、ｐｎ接合部で
電流を阻止することができる。これによって、リッジ導
波路における電流の経路を狭くすることができるので、
リッジ導波路の幅を比較的広く保ったままでも、活性層
上部で横方向への電流の広がりを防止することができ、
動作電流を増加させることなく高次モードの発生を抑え
ることができる。A second ridge type semiconductor laser diode according to the present invention is a ridge type semiconductor laser in which a ridge waveguide made of a semiconductor of one conductivity type is formed on an active layer formed on a semiconductor substrate. In the diode, ions are implanted from both sides of the ridge waveguide to make the semiconductor constituting the ridge waveguide the other conductivity type, and the region is made the other conductivity type. The current can be blocked at the part. As a result, the current path in the ridge waveguide can be narrowed,
Even if the width of the ridge waveguide is kept relatively wide, it is possible to prevent the current from spreading laterally above the active layer,
The occurrence of higher-order modes can be suppressed without increasing the operating current.
【００３０】また、第２のリッジ型半導体レーザダイオ
ードにおいては、上記一方の導電型がｐ型である場合に
は、Ｓｉを注入することにより、容易に他方の導電型に
することができる。In the second ridge type semiconductor laser diode, when the one conductivity type is the p-type, the other conductivity type can be easily changed by injecting Si.
【００３１】本発明に係る第１のリッジ型半導体レーザ
ダイオードの製造方法は、上記半導体層上に所定の幅の
レジスト膜を形成して、上記半導体層を所定の深さまで
エッチングして、少なくともリッジ導波路の下方の幅が
上記レジスト膜の幅より広くなるようにリッジ導波路を
形成しかつリッジ導波路の両側に上記半導体層を所定の
厚さに残すことにより上クラッド層を形成する工程と、
上記レジスト膜をそのまま用いて、上記一方の導電型の
半導体のキャリヤを減少させるイオンを上方から注入す
る工程とを含んでいるので、上記リッジ導波路の両側面
から内側に上記イオンを容易に注入することができ、容
易に高抵抗化することができる。According to a first method of manufacturing a ridge type semiconductor laser diode according to the present invention, a resist film having a predetermined width is formed on the semiconductor layer, and the semiconductor layer is etched to a predetermined depth to form at least a ridge. Forming an upper cladding layer by forming a ridge waveguide such that the lower width of the waveguide is wider than the width of the resist film and leaving the semiconductor layer at a predetermined thickness on both sides of the ridge waveguide; ,
Using the resist film as it is, and implanting ions for reducing carriers of the one conductivity type semiconductor from above, so that the ions can be easily implanted from both sides of the ridge waveguide into the inside. And the resistance can be easily increased.
【００３２】また、本発明に係る第２のリッジ型半導体
レーザダイオードの製造方法は、上記半導体層上に所定
の幅のレジスト膜を形成して、上記半導体層を所定の深
さまでエッチングして、上記レジスト膜の下に少なくと
も下方の幅が上記レジスト膜の幅より広くなるようにリ
ッジ導波路を形成しかつリッジ導波路の両側に上記半導
体層を所定の厚さに残すことにより上クラッド層を形成
する工程と、上記レジスト膜をそのまま用いて、上記リ
ッジ導波路を構成する半導体を他方の導電型にするイオ
ンを上方から注入する工程とを含んでいるので、上記リ
ッジ導波路の両側面から内側に、容易に上記イオンを注
入することができ、容易に他方の導電型にすることがで
きる。In a second method of manufacturing a ridge type semiconductor laser diode according to the present invention, a resist film having a predetermined width is formed on the semiconductor layer, and the semiconductor layer is etched to a predetermined depth. The upper cladding layer is formed by forming a ridge waveguide so that at least the lower width is smaller than the width of the resist film below the resist film and leaving the semiconductor layer at a predetermined thickness on both sides of the ridge waveguide. Forming, and using the resist film as it is, including a step of injecting ions for making the semiconductor constituting the ridge waveguide the other conductivity type from above, so that the ridge waveguide is formed from both side surfaces of the ridge waveguide. The above ions can be easily implanted into the inside, and the other conductivity type can be easily achieved.
【図１】 本発明に係る実施の形態１のリッジ型半導体
レーザダイオードの構成を模式的に示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a ridge-type semiconductor laser diode according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 図１の実施の形態１の製造工程における、主
要な工程後のウエハを模式的に示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view schematically showing a wafer after main processes in a manufacturing process according to the first embodiment of FIG. 1;
【図３】 従来例のリッジ型半導体レーザダイオードの
製造工程における、主要な工程後のウエハを模式的に示
す斜視図（その１）である。FIG. 3 is a perspective view (part 1) schematically showing a wafer after a main step in a manufacturing process of a conventional ridge-type semiconductor laser diode.
【図４】 従来例のリッジ型半導体レーザダイオードの
製造工程における、主要な工程後のウエハを模式的に示
す斜視図（その２）である。FIG. 4 is a perspective view (part 2) schematically showing a wafer after main steps in a manufacturing process of a conventional ridge-type semiconductor laser diode.
１ ｎ型ＧａＡｓ基板上、２ ｎ型ＡｌＧａＡｓ下クラ
ッド層、３ 活性層、４ ｐ型ＡｌＧａＡｓ上クラッド
層、５ ｐ型ＧａＡｓ層コンタクト層、８ ｐ型電極、
９ ｎ型電極、１０ レジスト膜、２０ リッジ導波
路、１１，１１ａ高抵抗層。1 n-type GaAs substrate, 2 n-type AlGaAs lower cladding layer, 3 active layer, 4 p-type AlGaAs upper cladding layer, 5 p-type GaAs layer contact layer, 8 p-type electrode,
9 n-type electrode, 10 resist film, 20 ridge waveguide, 11, 11a high resistance layer.
Claims (8)
上クラッド層を介してｐ型又はｎ型の一方の導電型の半
導体からなるリッジ導波路が形成されたリッジ型半導体
レーザダイオードであって、 上記リッジ導波路の両側面から内側に、上記一方の導電
型の半導体のキャリヤを減少させるイオンを注入して、
該イオンが注入された領域を高抵抗化したことを特徴と
するリッジ型半導体レーザダイオード。1. An active layer formed on a semiconductor substrate,
A ridge-type semiconductor laser diode in which a ridge waveguide made of a p-type or n-type semiconductor is formed via an upper cladding layer, wherein the one of the ridge waveguides is inward from both side surfaces of the ridge waveguide. Implanting ions that reduce the carriers of the conductive semiconductor,
A ridge-type semiconductor laser diode, wherein a region into which the ions are implanted has a high resistance.
おいてさらに、上記上クラッド層の表面から、該上クラ
ッド層の膜厚より小さい所定の深さまで、上記イオンを
注入して、該イオンを注入した部分を高抵抗化した請求
項１記載のリッジ型半導体レーザダイオード。2. The ridge-type semiconductor laser diode further comprises: implanting the ions from the surface of the upper cladding layer to a predetermined depth smaller than the thickness of the upper cladding layer; 2. The ridge-type semiconductor laser diode according to claim 1, wherein the resistance is increased.
請求項１又は２記載のリッジ型半導体レーザダイオー
ド。3. The ridge-type semiconductor laser diode according to claim 1, wherein the ions to be implanted are protons.
電型がｐ型であって、上記注入するイオンがＳｉである
請求項１又は２記載のリッジ型半導体レーザダイオー
ド。4. The ridge-type semiconductor laser diode according to claim 1, wherein a conductivity type of a semiconductor constituting said ridge waveguide is p-type, and said implanted ions are Si.
上クラッド層を介してｐ型又はｎ型の一方の導電型の半
導体からなるリッジ導波路が形成されたリッジ型半導体
レーザダイオードであって、 上記リッジ導波路の両側面から内側に、上記リッジ導波
路を構成する半導体を他方の導電型にするイオンを注入
して、該イオンが注入された領域を他方の導電型にした
ことを特徴とするリッジ型半導体レーザダイオード。5. An active layer formed on a semiconductor substrate,
A ridge-type semiconductor laser diode in which a ridge waveguide made of a p-type or n-type semiconductor is formed via an upper cladding layer, wherein the ridge waveguide is provided inside from both sides of the ridge waveguide. A ridge-type semiconductor laser diode, characterized in that a semiconductor forming a waveguide is implanted with ions of the other conductivity type, and a region into which the ions are implanted is made of the other conductivity type.
注入するイオンがＳｉである請求項５記載のリッジ型半
導体レーザダイオード。6. The ridge-type semiconductor laser diode according to claim 5, wherein said one conductivity type is p-type, and said implanted ions are Si.
程と、 上記形成された活性層上にｐ型又はｎ型の一方の導電型
の半導体層を形成する第２工程と、 上記形成された半導体層上に所定の幅のレジスト膜を形
成して、上記半導体層を所定の深さまでエッチングし
て、少なくともリッジ導波路の下方の幅が上記レジスト
膜の幅より広くなるようにリッジ導波路を形成しかつリ
ッジ導波路の両側に上記半導体層を所定の厚さに残すこ
とにより上クラッド層を形成する第３工程と、 上記レジスト膜をそのまま用いて、上記一方の導電型の
半導体のキャリヤを減少させるイオンを上方から注入す
る第４工程とを含み、 上記リッジ導波路の両側面から内側の、上記イオンが注
入された領域を高抵抗化したリッジ型半導体レーザダイ
オードの製造方法。7. A first step of forming an active layer on a semiconductor substrate; a second step of forming a p-type or n-type conductive semiconductor layer on the formed active layer; Forming a resist film having a predetermined width on the formed semiconductor layer, and etching the semiconductor layer to a predetermined depth so that at least the width below the ridge waveguide is larger than the width of the resist film. A third step of forming a waveguide and forming an upper clad layer by leaving the semiconductor layer at a predetermined thickness on both sides of the ridge waveguide; and using the resist film as it is to form the one conductive semiconductor. And a fourth step of implanting ions for reducing carriers from above, the method comprising: manufacturing a ridge-type semiconductor laser diode in which the resistance of the region into which the ions are implanted from both sides of the ridge waveguide is increased.
程と、 上記形成された活性層上にｐ型又はｎ型の一方の導電型
の半導体層を形成する第２工程と、 上記形成された半導体層上に所定の幅のレジスト膜を形
成して、上記半導体層を所定の深さまでエッチングし
て、上記レジスト膜の下に少なくとも下方の幅が上記レ
ジスト膜の幅より広くなるようにリッジ導波路を形成し
かつリッジ導波路の両側に上記半導体層を所定の厚さに
残すことにより上クラッド層を形成する第３工程と、 上記レジスト膜をそのまま用いて、上記リッジ導波路を
構成する半導体を他方の導電型にするイオンを上方から
注入する第４工程とを含み、 上記リッジ導波路の両側面から内側の、上記イオンが注
入された領域を他方の導電型にしたリッジ型半導体レー
ザダイオードの製造方法。8. A first step of forming an active layer on a semiconductor substrate; a second step of forming a p-type or n-type semiconductor layer on the formed active layer; Forming a resist film of a predetermined width on the formed semiconductor layer, etching the semiconductor layer to a predetermined depth such that at least a lower width below the resist film is wider than the width of the resist film; A third step of forming an upper cladding layer by forming a ridge waveguide and leaving the semiconductor layer at a predetermined thickness on both sides of the ridge waveguide; and forming the ridge waveguide using the resist film as it is. A fourth step of implanting, from above, ions that make the semiconductor to be the other conductivity type, wherein the region into which the ions have been implanted is made the other conductivity type inside from both sides of the ridge waveguide. Laserda Method of manufacturing a diode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3351097A JPH10229246A (en) | 1997-02-18 | 1997-02-18 | Ridge semiconductor laser diode and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3351097A JPH10229246A (en) | 1997-02-18 | 1997-02-18 | Ridge semiconductor laser diode and its manufacturing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10229246A true JPH10229246A (en) | 1998-08-25 |
Family
ID=12388551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3351097A Pending JPH10229246A (en) | 1997-02-18 | 1997-02-18 | Ridge semiconductor laser diode and its manufacturing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10229246A (en) |
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-
1997
- 1997-02-18 JP JP3351097A patent/JPH10229246A/en active Pending
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