JP2000294872A - 面発光レーザ及び面発光レーザアレイ - Google Patents
面発光レーザ及び面発光レーザアレイInfo
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- JP2000294872A JP2000294872A JP11095382A JP9538299A JP2000294872A JP 2000294872 A JP2000294872 A JP 2000294872A JP 11095382 A JP11095382 A JP 11095382A JP 9538299 A JP9538299 A JP 9538299A JP 2000294872 A JP2000294872 A JP 2000294872A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 作製プロセスが容易で、ストレスにも強く信
頼性の高い酸化型の面発光レーザ及び面発光レーザアレ
イを提供することである。 【解決手段】 基板１０上に、活性層１６と該活性層１
６を挟み込む一対のスペーサ層１４，１８とからなる活
性領域３０と、該活性領域３０を挟み込む一対の反射層
１２，２２と、該一対の反射層１２，２２間に設けられ
一部の非酸化領域２０ａを残して周縁部が酸化されたＡ
ｌＡｓ選択酸化層２０と、を積層した１つのメサ２６の
ＡｌＡｓ選択酸化層２０に、非酸化領域２０ａを複数形
成する。
頼性の高い酸化型の面発光レーザ及び面発光レーザアレ
イを提供することである。 【解決手段】 基板１０上に、活性層１６と該活性層１
６を挟み込む一対のスペーサ層１４，１８とからなる活
性領域３０と、該活性領域３０を挟み込む一対の反射層
１２，２２と、該一対の反射層１２，２２間に設けられ
一部の非酸化領域２０ａを残して周縁部が酸化されたＡ
ｌＡｓ選択酸化層２０と、を積層した１つのメサ２６の
ＡｌＡｓ選択酸化層２０に、非酸化領域２０ａを複数形
成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、面発光レーザ及び
面発光レーザアレイに関し、詳しくは、ストレスに強く
信頼性の高い酸化型の面発光レーザ及び面発光レーザア
レイに関するものである。
面発光レーザアレイに関し、詳しくは、ストレスに強く
信頼性の高い酸化型の面発光レーザ及び面発光レーザア
レイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】垂共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：
Vertical Cavity Surface Emitting Laser）は、従来の
端面発光型レーザに比べて、製造コストが低く、高歩留
まりであり、２次元アレイ化が容易である等多くの利点
を有し、これらの長所によって、多くの用途においてそ
の利用が検討されている。例えば、Kenichi Iga, Fumio
Koyama and Susumu Kinoshita, "Surface Emitting Sem
iconductor Lasers", IEEE Journal of Quantum Elecro
nics, 1988, 24, pp.1845-1855に、ＶＣＳＥＬの構造、
レーザ特性、用途等が説明されているように、現在まで
にそのレーザ特性は大きく改善され、光通信などの分野
では実用化に至っている。
Vertical Cavity Surface Emitting Laser）は、従来の
端面発光型レーザに比べて、製造コストが低く、高歩留
まりであり、２次元アレイ化が容易である等多くの利点
を有し、これらの長所によって、多くの用途においてそ
の利用が検討されている。例えば、Kenichi Iga, Fumio
Koyama and Susumu Kinoshita, "Surface Emitting Sem
iconductor Lasers", IEEE Journal of Quantum Elecro
nics, 1988, 24, pp.1845-1855に、ＶＣＳＥＬの構造、
レーザ特性、用途等が説明されているように、現在まで
にそのレーザ特性は大きく改善され、光通信などの分野
では実用化に至っている。
【０００３】特に、D.L.Hufaker らによって報告された
ＡｌＡｓ酸化型ＶＣＳＥＬ（”Native-oxide defined r
ing contact for low threshold vertical-cavity lase
rs”, Appl. Phys.Lett., Vol.65,No.1, pp.97-99,’9
4）は、低しきい電流値、高効率、速い応答速度等の優
れた特性をもっており、有望技術として研究が盛んであ
る。
ＡｌＡｓ酸化型ＶＣＳＥＬ（”Native-oxide defined r
ing contact for low threshold vertical-cavity lase
rs”, Appl. Phys.Lett., Vol.65,No.1, pp.97-99,’9
4）は、低しきい電流値、高効率、速い応答速度等の優
れた特性をもっており、有望技術として研究が盛んであ
る。
【０００４】ところが、このＡｌＡｓ酸化型ＶＣＳＥＬ
は、K.D.Choquetteらによって報告されているように（"
Selective Oxidation of buried AlGaAs Versus AlAs l
ayers", Appl. Phys. Lett., Vol.69,No.10, pp.1385
-1387, ’96）、ＡｌＡｓ層を酸化した部分には、酸化
により体積の収縮が発生しており、酸化後のプロセス工
程で素子に亀裂が入って破壊され製造歩留まりを低下さ
せたり、素子寿命が短いなどの問題を抱えている。
は、K.D.Choquetteらによって報告されているように（"
Selective Oxidation of buried AlGaAs Versus AlAs l
ayers", Appl. Phys. Lett., Vol.69,No.10, pp.1385
-1387, ’96）、ＡｌＡｓ層を酸化した部分には、酸化
により体積の収縮が発生しており、酸化後のプロセス工
程で素子に亀裂が入って破壊され製造歩留まりを低下さ
せたり、素子寿命が短いなどの問題を抱えている。
【０００５】一般的な酸化型ＶＣＳＥＬは、図１０にそ
の断面図を示すように、素子はポスト型形状に形成され
孤立している。そのため、ＡｌＡｓ酸化層９０がある平
面内では、半導体層が結晶構造で繋がっているのは中心
の数μｍ径の非酸化部分９１だけである。この結晶構造
により繋がった部分は欠陥や空隙がなくストレスに強い
が、逆に、酸化層９０には欠陥や空隙が存在し、ストレ
スにより亀裂が入りその結果素子破壊にまで至ってしま
う。
の断面図を示すように、素子はポスト型形状に形成され
孤立している。そのため、ＡｌＡｓ酸化層９０がある平
面内では、半導体層が結晶構造で繋がっているのは中心
の数μｍ径の非酸化部分９１だけである。この結晶構造
により繋がった部分は欠陥や空隙がなくストレスに強い
が、逆に、酸化層９０には欠陥や空隙が存在し、ストレ
スにより亀裂が入りその結果素子破壊にまで至ってしま
う。
【０００６】このような素子破壊を防止する対策の一つ
として、上記報告にあるように、酸化する層をＡｌＡｓ
からＧａＡｓを数％含むＡｌＧａＡｓに変えて、体積収
縮を低減する方法がある。この場合、体積収縮率は１２
％以上から６．７％にまで減り、酸化層に存在する欠陥
や空隙は著しく低減するので、その結果、製造プロセス
途中での素子破壊はなくなり、素子寿命が伸びたと報告
されている。
として、上記報告にあるように、酸化する層をＡｌＡｓ
からＧａＡｓを数％含むＡｌＧａＡｓに変えて、体積収
縮を低減する方法がある。この場合、体積収縮率は１２
％以上から６．７％にまで減り、酸化層に存在する欠陥
や空隙は著しく低減するので、その結果、製造プロセス
途中での素子破壊はなくなり、素子寿命が伸びたと報告
されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記防
止策には、以下のような問題がある。まず、酸化する層
をＡｌＡｓからＧａＡｓを数％含むＡｌＧａＡｓに変え
体積収縮を低減する方法の問題点を説明する。酸化型Ｖ
ＣＳＥＬの特性は、非酸化領域である電流注入領域の径
に大きく左右される。従って、ＡｌＡｓあるいはＡｌＧ
ａＡｓ層の酸化するする距離を制御するすることが重要
である。ところが、酸化の速度は、ＡｌＧａＡｓの組成
に大きく影響される。例えば、ＡｌＡｓとＧａＡｓを２
％含むＡｌＧａＡｓでは、酸化速度は１０倍以上異な
る。一方、エピタキシャル成長する際、ＡｌＧａＡｓの
ＧａＡｓ濃度を基板面内で、更に基板間でも、酸化速度
に影響が出ない程度に制御することは非常に困難であ
り、商業ベースの生産には適していない。以上説明した
ように、従来の補強型の酸化型面発光レーザは、幾つか
の問題点を有しており、実用可能なものはいまだ得られ
ていないのが現状である。
止策には、以下のような問題がある。まず、酸化する層
をＡｌＡｓからＧａＡｓを数％含むＡｌＧａＡｓに変え
体積収縮を低減する方法の問題点を説明する。酸化型Ｖ
ＣＳＥＬの特性は、非酸化領域である電流注入領域の径
に大きく左右される。従って、ＡｌＡｓあるいはＡｌＧ
ａＡｓ層の酸化するする距離を制御するすることが重要
である。ところが、酸化の速度は、ＡｌＧａＡｓの組成
に大きく影響される。例えば、ＡｌＡｓとＧａＡｓを２
％含むＡｌＧａＡｓでは、酸化速度は１０倍以上異な
る。一方、エピタキシャル成長する際、ＡｌＧａＡｓの
ＧａＡｓ濃度を基板面内で、更に基板間でも、酸化速度
に影響が出ない程度に制御することは非常に困難であ
り、商業ベースの生産には適していない。以上説明した
ように、従来の補強型の酸化型面発光レーザは、幾つか
の問題点を有しており、実用可能なものはいまだ得られ
ていないのが現状である。
【０００８】従って、本発明の目的は、作製プロセスが
容易で、ストレスにも強く信頼性の高い酸化型の面発光
レーザ及び面発光レーザアレイを提供することにある。
容易で、ストレスにも強く信頼性の高い酸化型の面発光
レーザ及び面発光レーザアレイを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意検討の
結果、下記手段により上記課題が解決されることを見出
した。すなわち、本発明の面発光レーザは、基板上に、
活性層と該活性層を挟み込む一対のスペーサ層とからな
る活性領域と、該活性領域を挟み込む一対の反射層と、
該一対の反射層間に設けられ一部の非酸化領域を残して
周縁部が酸化されたＡｌＡｓ選択酸化層と、を積層して
なる積層部がメサ形状に形成され、前記非酸化領域が、
同一メサ内の同一ＡｌＡｓ選択酸化層に複数形成された
ことを特徴とする。
結果、下記手段により上記課題が解決されることを見出
した。すなわち、本発明の面発光レーザは、基板上に、
活性層と該活性層を挟み込む一対のスペーサ層とからな
る活性領域と、該活性領域を挟み込む一対の反射層と、
該一対の反射層間に設けられ一部の非酸化領域を残して
周縁部が酸化されたＡｌＡｓ選択酸化層と、を積層して
なる積層部がメサ形状に形成され、前記非酸化領域が、
同一メサ内の同一ＡｌＡｓ選択酸化層に複数形成された
ことを特徴とする。
【００１０】本発明の面発光レーザアレイは、基板上
に、活性層と該活性層を挟み込む一対のスペーサ層とか
らなる活性領域と、該活性領域を挟み込む一対の反射層
と、該一対の反射層間に設けられ一部の非酸化領域を残
して周縁部が酸化されたＡｌＡｓ選択酸化層と、を積層
してなる積層部がメサ形状に形成され、前記非酸化領域
が、同一メサ内の同一ＡｌＡｓ選択酸化層に複数形成さ
れ、該非酸化領域の２以上を電流注入領域としたことを
特徴とする。
に、活性層と該活性層を挟み込む一対のスペーサ層とか
らなる活性領域と、該活性領域を挟み込む一対の反射層
と、該一対の反射層間に設けられ一部の非酸化領域を残
して周縁部が酸化されたＡｌＡｓ選択酸化層と、を積層
してなる積層部がメサ形状に形成され、前記非酸化領域
が、同一メサ内の同一ＡｌＡｓ選択酸化層に複数形成さ
れ、該非酸化領域の２以上を電流注入領域としたことを
特徴とする。
【００１１】本発明の面発光レーザは、１つのメサの１
つのＡｌＡｓ選択酸化層に、基板から結晶構造で繋がっ
ている非酸化領域を２ヶ所以上設けたことにより、一般
的なメサ１つに１つの非酸化領域を設け、１個の酸化型
ＶＣＳＥＬを形成している場合より、ストレスに対して
強い構造となっている。
つのＡｌＡｓ選択酸化層に、基板から結晶構造で繋がっ
ている非酸化領域を２ヶ所以上設けたことにより、一般
的なメサ１つに１つの非酸化領域を設け、１個の酸化型
ＶＣＳＥＬを形成している場合より、ストレスに対して
強い構造となっている。
【００１２】また、上記面発光レーザの複数の非酸化領
域の全部または一部に電流注入を行い、複数の発光領域
を形成することで、同様に、ストレスに対して強い構造
の面発光レーザアレイを得ることができる。
域の全部または一部に電流注入を行い、複数の発光領域
を形成することで、同様に、ストレスに対して強い構造
の面発光レーザアレイを得ることができる。
【００１３】従って、本発明によれば、作製プロセスが
容易で、ストレスにも強く信頼性の高い酸化型のＶＣＳ
ＥＬ及びＶＣＳＥＬアレイを提供することができる。ま
た、発光領域に対してメサの伸びる方向に構造上の異方
性を持たせることができ、これによりストレスの異方性
が発生し、レーザ光の偏光制御ができるという副次的効
果も期待できる。さらに、ＶＣＳＥＬ素子、電極パッド
を形成する部分、及びＶＣＳＥＬ素子と電極パッドとを
連結する部分の３つを同じ高さに形成することができる
ため、すなわち、ＶＣＳＥＬ素子と電極パッドとの間に
段差がないため、電極の形成が容易になる。
容易で、ストレスにも強く信頼性の高い酸化型のＶＣＳ
ＥＬ及びＶＣＳＥＬアレイを提供することができる。ま
た、発光領域に対してメサの伸びる方向に構造上の異方
性を持たせることができ、これによりストレスの異方性
が発生し、レーザ光の偏光制御ができるという副次的効
果も期待できる。さらに、ＶＣＳＥＬ素子、電極パッド
を形成する部分、及びＶＣＳＥＬ素子と電極パッドとを
連結する部分の３つを同じ高さに形成することができる
ため、すなわち、ＶＣＳＥＬ素子と電極パッドとの間に
段差がないため、電極の形成が容易になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的には実施形
態に基づき、詳細に説明する。
態に基づき、詳細に説明する。
【００１５】（第１の実施形態）本発明の第１の実施形
態に係る面発光レーザアレイは、図１に示すように、２
つの酸化型ＶＣＳＥＬを１つのメサ２６を用いて形成し
た構造となっている。この構造では、図２（ａ）〜
（ｃ）に示すように、１つのメサ２６内のＡｌＡｓ選択
酸化層２０に非酸化領域２０ａが２つ設けられている。
以下、本発明の第１の実施形態に係る面発光レーザアレ
イの構造を製造方法に従って説明する。
態に係る面発光レーザアレイは、図１に示すように、２
つの酸化型ＶＣＳＥＬを１つのメサ２６を用いて形成し
た構造となっている。この構造では、図２（ａ）〜
（ｃ）に示すように、１つのメサ２６内のＡｌＡｓ選択
酸化層２０に非酸化領域２０ａが２つ設けられている。
以下、本発明の第１の実施形態に係る面発光レーザアレ
イの構造を製造方法に従って説明する。
【００１６】まず、図３（ａ）に示すように、有機金属
気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ型ＧａＡｓ基板１
０上に、ＡｌＡｓとＧａＡｓとをそれぞれの膜厚が媒質
内波長の１／４となるように交互に３０周期積層したキ
ャリア濃度１×１０18ｃｍ-3となる下側ｎ型ＤＢＲ（Di
stributed Bragg Reflector)層１２、アンドープ下部
Ａｌ0.22Ｇａ0.78Ａｓスぺーサー層１４とアンドープ量
子井戸活性層１６（膜厚８０ｎｍＩｎＧａＡｓ量子井戸
層３層と膜厚１５０ｎｍＧａＡｓ障壁層４層とで構成さ
れている）とアンドープ上部Ａｌ0.22Ｇａ0.78Ａｓスぺ
ーサー層１８とで構成された膜厚が媒質内波長となる活
性層領域３０、その上に、キャリア濃度１×１０18ｃｍ
-3膜厚が媒質内波長の１／４となるｐ型ＡｌＡｓ層２
０、その上にＡｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＧａＡｓとをそれぞ
れの膜厚が媒質内波長の１／４となるように交互に２２
周期積層したキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3総膜厚が約
２μｍとなる上側ｐ型ＤＢＲ層２２、その上にキャリア
濃度１×１０19ｃｍ-3となる膜厚λのｐ型ＧａＡｓコン
タクト層２４を順次積層する。
気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ型ＧａＡｓ基板１
０上に、ＡｌＡｓとＧａＡｓとをそれぞれの膜厚が媒質
内波長の１／４となるように交互に３０周期積層したキ
ャリア濃度１×１０18ｃｍ-3となる下側ｎ型ＤＢＲ（Di
stributed Bragg Reflector)層１２、アンドープ下部
Ａｌ0.22Ｇａ0.78Ａｓスぺーサー層１４とアンドープ量
子井戸活性層１６（膜厚８０ｎｍＩｎＧａＡｓ量子井戸
層３層と膜厚１５０ｎｍＧａＡｓ障壁層４層とで構成さ
れている）とアンドープ上部Ａｌ0.22Ｇａ0.78Ａｓスぺ
ーサー層１８とで構成された膜厚が媒質内波長となる活
性層領域３０、その上に、キャリア濃度１×１０18ｃｍ
-3膜厚が媒質内波長の１／４となるｐ型ＡｌＡｓ層２
０、その上にＡｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＧａＡｓとをそれぞ
れの膜厚が媒質内波長の１／４となるように交互に２２
周期積層したキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3総膜厚が約
２μｍとなる上側ｐ型ＤＢＲ層２２、その上にキャリア
濃度１×１０19ｃｍ-3となる膜厚λのｐ型ＧａＡｓコン
タクト層２４を順次積層する。
【００１７】原料ガスとしては、トリメチルガリウム、
トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、アル
シン、ドーパント材料としてはｐ型用にシクロペンタジ
ニウムマグネシウム、ｎ型用にシランを用い、成長時の
基板温度は７５０℃とし、真空を破ることなく、原料ガ
スを順次変化し、連続して成膜をおこなった。
トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、アル
シン、ドーパント材料としてはｐ型用にシクロペンタジ
ニウムマグネシウム、ｎ型用にシランを用い、成長時の
基板温度は７５０℃とし、真空を破ることなく、原料ガ
スを順次変化し、連続して成膜をおこなった。
【００１８】次に、図３（ｂ）にその形状を示すよう
に、上記積層膜を下側ｎ型ＤＢＲ層１２の途中までエッ
チングしてメサ２６を形成し、ＡｌＡｓ層２０側面を露
出させる。メサ形状を加工するには、フォトリソグラフ
ィーにより結晶成長層上にレジストマスクＲを形成し、
四塩化炭素をエッチングガスとしてもちいた反応性イオ
ンエッチングを用いた。
に、上記積層膜を下側ｎ型ＤＢＲ層１２の途中までエッ
チングしてメサ２６を形成し、ＡｌＡｓ層２０側面を露
出させる。メサ形状を加工するには、フォトリソグラフ
ィーにより結晶成長層上にレジストマスクＲを形成し、
四塩化炭素をエッチングガスとしてもちいた反応性イオ
ンエッチングを用いた。
【００１９】その後、レジストマスクＲを除去し、図３
（ｃ）に示すように、約４００℃の炉中で水蒸気により
ＡｌＡｓ層２０だけを側方から酸化し高抵抗化させ、酸
化領域３２と非酸化領域２０ａとした。非酸化領域の径
は約３μｍである。この非酸化領域２０ａが、電流注入
領域となる。図２（ａ）に、ＡｌＡｓ選択酸化層２０の
酸化領域３２と非酸化領域２０ａの境界線を破線で示し
た。
（ｃ）に示すように、約４００℃の炉中で水蒸気により
ＡｌＡｓ層２０だけを側方から酸化し高抵抗化させ、酸
化領域３２と非酸化領域２０ａとした。非酸化領域の径
は約３μｍである。この非酸化領域２０ａが、電流注入
領域となる。図２（ａ）に、ＡｌＡｓ選択酸化層２０の
酸化領域３２と非酸化領域２０ａの境界線を破線で示し
た。
【００２０】その後、図３（ｄ）及び（ｅ）に示すよう
に、ＳｉＮ絶縁膜３４をメサ２６上面を除いて蒸着し、
レジストマスクＲを利用して、出射口４０を除いてＴｉ
／Ａｕからなるｐ側電極３６を形成する。基板１０の裏
面にはｎ側電極３８としてＡｕ／Ｇｅを蒸着する。この
ようにして、図３（ｆ）に示す面発光レーザアレイが完
成する。
に、ＳｉＮ絶縁膜３４をメサ２６上面を除いて蒸着し、
レジストマスクＲを利用して、出射口４０を除いてＴｉ
／Ａｕからなるｐ側電極３６を形成する。基板１０の裏
面にはｎ側電極３８としてＡｕ／Ｇｅを蒸着する。この
ようにして、図３（ｆ）に示す面発光レーザアレイが完
成する。
【００２１】本実施形態の面発光レーザアレイは、基板
１０から結晶構造で繋がっている部位（非酸化領域２０
ａ）が２ヶ所あり、メサ１つに１個の酸化型ＶＣＳＥＬ
を形成している一般的なＶＣＳＥＬの場合より、ストレ
スに対して高い強度を有している。
１０から結晶構造で繋がっている部位（非酸化領域２０
ａ）が２ヶ所あり、メサ１つに１個の酸化型ＶＣＳＥＬ
を形成している一般的なＶＣＳＥＬの場合より、ストレ
スに対して高い強度を有している。
【００２２】なお、本実施形態において、素子間を機能
的に分離するには、ｐ側電極を分離し、各ＶＣＳＥＬ間
にプロトンを打ち込み、高抵抗化すればよい。
的に分離するには、ｐ側電極を分離し、各ＶＣＳＥＬ間
にプロトンを打ち込み、高抵抗化すればよい。
【００２３】本実施形態では、非酸化領域２０ａが円形
となるようにメサ２６を形成しているが、図４（ａ）に
示すように、多角形になるようにメサ２６を形成しても
良い。この場合、図４（ｂ）に示すように、非酸化領域
２０ａも多角形となる。
となるようにメサ２６を形成しているが、図４（ａ）に
示すように、多角形になるようにメサ２６を形成しても
良い。この場合、図４（ｂ）に示すように、非酸化領域
２０ａも多角形となる。
【００２４】また、１つのメサ内に構成されているＶＣ
ＳＥＬは３個以上でも構わない。本実施形態では、一次
元方向にメサが伸びた例を示したが、図５（ａ）に示す
２次元方向にも伸びたメサ２６内に、図５（ｂ）に示す
複数の非酸化領域２０ａを形成し複数個のＶＣＳＥＬで
ＶＣＳＥＬアレイを構成することもできる。
ＳＥＬは３個以上でも構わない。本実施形態では、一次
元方向にメサが伸びた例を示したが、図５（ａ）に示す
２次元方向にも伸びたメサ２６内に、図５（ｂ）に示す
複数の非酸化領域２０ａを形成し複数個のＶＣＳＥＬで
ＶＣＳＥＬアレイを構成することもできる。
【００２５】本実施形態では、２つの非酸化領域２０ａ
を両方とも電流注入領域として使用しアレイを構成して
いるが、図６（ｂ）に示すように、１つのメサ内にＶＣ
ＳＥＬ用の電流注入領域となる非酸化領域２０ａと、非
酸化領域２０ａ以外の非酸化領域すなわちＶＣＳＥＬと
して用いない非酸化領域２０ｂと、を備えたＶＣＳＥＬ
として構成してもよい。２つの非酸化領域２０ａ，２０
ｂのうち、電流注入領域となる非酸化領域２０ａは、数
μｍ径としｐ側電極３６にも出射口４０を形成する。他
方の非酸化領域２０ｂには、出射口４０を形成する必要
はない。この構造において、図６（ａ）に示す通り、非
酸化領域２０ｂの面積を大きくして、よりストレスに強
い構造とすることも可能である。更には、非酸化領域２
０ｂへの電流注入を防ぐために、電流注入をＶＣＳＥＬ
だけに行う構造にしてもよい。具体的には、非酸化領域
２０ａだけに対応する電極を設ける方法や、非酸化領域
２０ｂのコンタクト層上にのみ絶縁膜を設けて非酸化領
域２０ｂへの電流注入を防止する方法が考えられる。
を両方とも電流注入領域として使用しアレイを構成して
いるが、図６（ｂ）に示すように、１つのメサ内にＶＣ
ＳＥＬ用の電流注入領域となる非酸化領域２０ａと、非
酸化領域２０ａ以外の非酸化領域すなわちＶＣＳＥＬと
して用いない非酸化領域２０ｂと、を備えたＶＣＳＥＬ
として構成してもよい。２つの非酸化領域２０ａ，２０
ｂのうち、電流注入領域となる非酸化領域２０ａは、数
μｍ径としｐ側電極３６にも出射口４０を形成する。他
方の非酸化領域２０ｂには、出射口４０を形成する必要
はない。この構造において、図６（ａ）に示す通り、非
酸化領域２０ｂの面積を大きくして、よりストレスに強
い構造とすることも可能である。更には、非酸化領域２
０ｂへの電流注入を防ぐために、電流注入をＶＣＳＥＬ
だけに行う構造にしてもよい。具体的には、非酸化領域
２０ａだけに対応する電極を設ける方法や、非酸化領域
２０ｂのコンタクト層上にのみ絶縁膜を設けて非酸化領
域２０ｂへの電流注入を防止する方法が考えられる。
【００２６】本実施形態では、活性層にＩｎＧａＡｓを
用いた例を説明したが、ＧａＡｓもしくはＡｌＧａＡｓ
を用いた近赤外用、ＩｎＧａＰもしくはＡｌＧａＩｎＰ
を用いた赤色用の面発光レーザにも適用できる。更に
は、ＧａＮ系やＺｎＳｅ系等の青色もしくは紫外線面発
光レーザ、ＩｎＧａＡｓＰ系等の１．３〜１．５μｍ帯
面発光レーザにも利用できることはもちろんである。ま
た、ＤＢＲ層として半導体材料に限定されることなく、
絶縁膜を用いることも可能である。
用いた例を説明したが、ＧａＡｓもしくはＡｌＧａＡｓ
を用いた近赤外用、ＩｎＧａＰもしくはＡｌＧａＩｎＰ
を用いた赤色用の面発光レーザにも適用できる。更に
は、ＧａＮ系やＺｎＳｅ系等の青色もしくは紫外線面発
光レーザ、ＩｎＧａＡｓＰ系等の１．３〜１．５μｍ帯
面発光レーザにも利用できることはもちろんである。ま
た、ＤＢＲ層として半導体材料に限定されることなく、
絶縁膜を用いることも可能である。
【００２７】また、本実施形態では、上側ｐ型ＤＢＲ層
２２の上側にｐ側電極３６を設ける構造としたが、イン
トラキャビティ構造とすることもできる。
２２の上側にｐ側電極３６を設ける構造としたが、イン
トラキャビティ構造とすることもできる。
【００２８】（第２の実施形態）本発明の第２の実施形
態に係る面発光レーザアレイは、図７及び図８（ａ）に
示すように、３つの酸化型ＶＣＳＥＬを１つのメサ２６
を用いて形成し、このメサ２６を３つ並べて配列した構
造となっている。この構造では、図８（ａ）〜（ｃ）に
示すように、１つのメサ２６内のＡｌＡｓ選択酸化層２
０に非酸化領域２０ａが３つ設けられている。以下、本
発明の第２の実施形態に係る面発光レーザアレイの構造
を製造方法に従って説明する。なお、本実施形態はマト
リックス駆動の酸化型ＶＣＳＥＬアレイに本発明を適用
した例である。
態に係る面発光レーザアレイは、図７及び図８（ａ）に
示すように、３つの酸化型ＶＣＳＥＬを１つのメサ２６
を用いて形成し、このメサ２６を３つ並べて配列した構
造となっている。この構造では、図８（ａ）〜（ｃ）に
示すように、１つのメサ２６内のＡｌＡｓ選択酸化層２
０に非酸化領域２０ａが３つ設けられている。以下、本
発明の第２の実施形態に係る面発光レーザアレイの構造
を製造方法に従って説明する。なお、本実施形態はマト
リックス駆動の酸化型ＶＣＳＥＬアレイに本発明を適用
した例である。
【００２９】まず、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法
により、半絶縁性ＧａＡｓ基板９上に、キャリア濃度１
×１０18ｃｍ-3膜厚０．２μｍ程度のｎ型ＧａＡｓバッ
ファ層１１を積層し、その上に、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓと
Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓとをそれぞれの膜厚が媒質内波長の
１／４となるように交互に４０．５周期積層したキャリ
ア濃度１×１０18ｃｍ-3となる下側ｎ型ＤＢＲ層１２、
アンドープ下部Ａｌ0. 5Ｇａ0.5Ａｓスぺーサー層１４と
アンドープ量子井戸活性層１６（膜厚９０ｎｍＡｌ0.11
Ｇａ0.89Ａｓ量子井戸層３層と膜厚５０ｎｍＡｌ0.3Ｇ
ａ0.1Ａｓ障壁層４層とで構成されている）とアンドー
プ上部Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓスぺーサー層１８とで構成さ
れた膜厚が媒質内波長となる活性層領域３０、その上
に、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3膜厚が媒質内波長の
１／４となるｐ型ＡｌＡｓ層２０、その上にＡｌ0.9Ｇ
ａ0.1ＡｓとＡｌ0.3Ｇａ07Ａｓとをそれぞれの膜厚が媒
質内波長の１／４となるように交互に１９．５周期積層
したキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3総膜厚が約２μｍと
なる上側ｐ型ＤＢＲ層２２、キャリア濃度１×１０19ｃ
ｍ-3となる膜厚１０ｎｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層２
４を順次積層する。
により、半絶縁性ＧａＡｓ基板９上に、キャリア濃度１
×１０18ｃｍ-3膜厚０．２μｍ程度のｎ型ＧａＡｓバッ
ファ層１１を積層し、その上に、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓと
Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓとをそれぞれの膜厚が媒質内波長の
１／４となるように交互に４０．５周期積層したキャリ
ア濃度１×１０18ｃｍ-3となる下側ｎ型ＤＢＲ層１２、
アンドープ下部Ａｌ0. 5Ｇａ0.5Ａｓスぺーサー層１４と
アンドープ量子井戸活性層１６（膜厚９０ｎｍＡｌ0.11
Ｇａ0.89Ａｓ量子井戸層３層と膜厚５０ｎｍＡｌ0.3Ｇ
ａ0.1Ａｓ障壁層４層とで構成されている）とアンドー
プ上部Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓスぺーサー層１８とで構成さ
れた膜厚が媒質内波長となる活性層領域３０、その上
に、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3膜厚が媒質内波長の
１／４となるｐ型ＡｌＡｓ層２０、その上にＡｌ0.9Ｇ
ａ0.1ＡｓとＡｌ0.3Ｇａ07Ａｓとをそれぞれの膜厚が媒
質内波長の１／４となるように交互に１９．５周期積層
したキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3総膜厚が約２μｍと
なる上側ｐ型ＤＢＲ層２２、キャリア濃度１×１０19ｃ
ｍ-3となる膜厚１０ｎｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層２
４を順次積層する。
【００３０】ここで、詳しくは述べないが、ＤＢＲ層の
電気的抵抗を下げるためにＡｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ
0.3Ｇａ0.1Ａｓの界面に、ＡｌＡｓ組成を９０％から３
０％に段階的に変化させた膜厚が９ｎｍ程度の領域を設
けることも可能である。
電気的抵抗を下げるためにＡｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ
0.3Ｇａ0.1Ａｓの界面に、ＡｌＡｓ組成を９０％から３
０％に段階的に変化させた膜厚が９ｎｍ程度の領域を設
けることも可能である。
【００３１】原料ガスとしては、トリメチルガリウム、
トリメチルアルミニウム、アルシン、ドーパント材料と
してはｐ型用にシクロペンタジニウムマグネシウム、ｎ
型用にシランを用い、成長時の基板温度は７５０℃と
し、真空を破ることなく、原料ガスを順次変化し、連続
して成膜をおこなった。
トリメチルアルミニウム、アルシン、ドーパント材料と
してはｐ型用にシクロペンタジニウムマグネシウム、ｎ
型用にシランを用い、成長時の基板温度は７５０℃と
し、真空を破ることなく、原料ガスを順次変化し、連続
して成膜をおこなった。
【００３２】次に、上記積層膜をｎ型ＧａＡｓバッファ
層１１の途中までエッチングして図８（ａ）〜（ｃ）に
示すように、メサ２６ａ，２６ｂ，２６ｃを形成し、Ａ
ｌＡｓ層２０側面を露出させる。メサ形状を加工するに
は、フォトリソグラフィーにより結晶成長層上にレジス
トマスクＲを形成し、四塩化炭素をエッチングガスとし
てもちいた反応性イオンエッチングを用いた。
層１１の途中までエッチングして図８（ａ）〜（ｃ）に
示すように、メサ２６ａ，２６ｂ，２６ｃを形成し、Ａ
ｌＡｓ層２０側面を露出させる。メサ形状を加工するに
は、フォトリソグラフィーにより結晶成長層上にレジス
トマスクＲを形成し、四塩化炭素をエッチングガスとし
てもちいた反応性イオンエッチングを用いた。
【００３３】その後、レジストマスクＲを除去し、約４
００℃の炉中で水蒸気によりＡｌＡｓ層２０だけを側方
から酸化し高抵抗化させ、酸化領域３２と非酸化領域２
０ａとした。非酸化領域の径は約３μｍである。この非
酸化領域が、電流注入領域となる。図８（ａ）に、Ａｌ
Ａｓ選択酸化層２０の酸化領域３２と非酸化領域２０ａ
の境界線を示した。
００℃の炉中で水蒸気によりＡｌＡｓ層２０だけを側方
から酸化し高抵抗化させ、酸化領域３２と非酸化領域２
０ａとした。非酸化領域の径は約３μｍである。この非
酸化領域が、電流注入領域となる。図８（ａ）に、Ａｌ
Ａｓ選択酸化層２０の酸化領域３２と非酸化領域２０ａ
の境界線を示した。
【００３４】その後、Ａｕ／Ｇｅからなるｎ側電極３８
をメサ２６底部表面のＧａＡｓバッファ層１１上に形成
する。メサ２６とｎ側電極３８との間をドライエッチン
グにより、半絶縁性ＧａＡｓ基板９までエッチングして
溝４２を形成し、各メサ列２６ａ，２６ｂ，２６ｃを電
気的に絶縁する。
をメサ２６底部表面のＧａＡｓバッファ層１１上に形成
する。メサ２６とｎ側電極３８との間をドライエッチン
グにより、半絶縁性ＧａＡｓ基板９までエッチングして
溝４２を形成し、各メサ列２６ａ，２６ｂ，２６ｃを電
気的に絶縁する。
【００３５】各メサ２６ａ，２６ｂ，２６ｃの間は、ポ
リイミド４４を用いて平坦化し、図９に示すようにメサ
方向と垂直方向にｐ側電極３６及び配線を形成する。こ
のように電極および配線を設けることで、マトリックス
駆動の酸化型ＶＣＳＥＬアレイが作製できる。
リイミド４４を用いて平坦化し、図９に示すようにメサ
方向と垂直方向にｐ側電極３６及び配線を形成する。こ
のように電極および配線を設けることで、マトリックス
駆動の酸化型ＶＣＳＥＬアレイが作製できる。
【００３６】本実施形態の面発光レーザは、図８（ａ）
に示すように、基板１０から結晶構造で繋がっている部
位（非酸化領域２０ａ）が１つのメサについて３ヶ所あ
り、一般的なメサ１つに１個の酸化型ＶＣＳＥＬを形成
している場合より、ストレスに対して高い強度を有して
いる。
に示すように、基板１０から結晶構造で繋がっている部
位（非酸化領域２０ａ）が１つのメサについて３ヶ所あ
り、一般的なメサ１つに１個の酸化型ＶＣＳＥＬを形成
している場合より、ストレスに対して高い強度を有して
いる。
【００３７】本実施形態では、非酸化領域２０ａが矩形
となるようにメサ２６を形成しているが、円形あるいは
楕円になるようにメサ２６を形成しても良い。この場
合、非酸化領域２０ａも円形あるいは楕円となる。
となるようにメサ２６を形成しているが、円形あるいは
楕円になるようにメサ２６を形成しても良い。この場
合、非酸化領域２０ａも円形あるいは楕円となる。
【００３８】また、本実施形態では、活性層にＡｌＧａ
Ａｓを用いた例を説明したが、ＧａＡｓもしくはＩｎＧ
ａＡｓを用いた近赤外用、ＩｎＧａＰもしくはＡｌＧａ
ＩｎＰを用いた赤色用の面発光レーザにも適用できる。
更には、ＧａＮ系やＺｎＳｅ系等の青色もしくは紫外線
面発光レーザ、ＩｎＧａＡｓＰ系等の１．３〜１．５μ
ｍ帯面発光レーザにも利用できることはもちろんであ
る。また、ＤＢＲ層として半導体材料に限定されること
なく、絶縁膜を用いることも可能である。
Ａｓを用いた例を説明したが、ＧａＡｓもしくはＩｎＧ
ａＡｓを用いた近赤外用、ＩｎＧａＰもしくはＡｌＧａ
ＩｎＰを用いた赤色用の面発光レーザにも適用できる。
更には、ＧａＮ系やＺｎＳｅ系等の青色もしくは紫外線
面発光レーザ、ＩｎＧａＡｓＰ系等の１．３〜１．５μ
ｍ帯面発光レーザにも利用できることはもちろんであ
る。また、ＤＢＲ層として半導体材料に限定されること
なく、絶縁膜を用いることも可能である。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、作製プロセスが容易
で、ストレスにも強く信頼性の高い酸化型の面発光レー
ザ及び面発光レーザアレイを提供することができる。こ
れにより、 基本特性は高いが、実用性が不安視されて
いる酸化型ＶＣＳＥＬの商業的利用が可能となる。
で、ストレスにも強く信頼性の高い酸化型の面発光レー
ザ及び面発光レーザアレイを提供することができる。こ
れにより、 基本特性は高いが、実用性が不安視されて
いる酸化型ＶＣＳＥＬの商業的利用が可能となる。
【図１】本発明の第１の実施形態に係る面発光レーザア
レイの斜視図である。
レイの斜視図である。
【図２】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る面発
光レーザアレイの構造の上面図であり、（ｂ）は（ａ）
のＡ−Ａ矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面
図である。
光レーザアレイの構造の上面図であり、（ｂ）は（ａ）
のＡ−Ａ矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面
図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第１の実施形態に
係る面発光レーザアレイの製造工程を順に示す概略断面
図である。
係る面発光レーザアレイの製造工程を順に示す概略断面
図である。
【図４】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る面発
光レーザアレイの変形例を示す斜視図であり、（ｂ）は
（ａ）の上面図である。
光レーザアレイの変形例を示す斜視図であり、（ｂ）は
（ａ）の上面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る面発
光レーザアレイの変形例を示す上面図であり、（ｂ）
は、本発明の第１の実施形態に係る面発光レーザアレイ
の変形例を示す斜視図である。
光レーザアレイの変形例を示す上面図であり、（ｂ）
は、本発明の第１の実施形態に係る面発光レーザアレイ
の変形例を示す斜視図である。
【図６】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る面発
光レーザアレイの変形例を示す上面図であり、（ｂ）
は、本発明の第１の実施形態に係る面発光レーザアレイ
の変形例を示す斜視図である。
光レーザアレイの変形例を示す上面図であり、（ｂ）
は、本発明の第１の実施形態に係る面発光レーザアレイ
の変形例を示す斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る面発光レーザア
レイの電極形成前の斜視図である。
レイの電極形成前の斜視図である。
【図８】（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る面発
光レーザアレイの上面図であり、（ｂ）は（ａ）の電極
形成前のＡ−Ａ矢視断面図、（ｃ）は（ａ）の電極形成
前のＢ−Ｂ矢視断面図である。
光レーザアレイの上面図であり、（ｂ）は（ａ）の電極
形成前のＡ−Ａ矢視断面図、（ｃ）は（ａ）の電極形成
前のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る面発光レーザア
レイのＡ−Ａ矢視断面図である。
レイのＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１０】従来の酸化型面発光レーザの断面図である。
９ 半絶縁性ＧａＡｓ基板 １０ ｎ型ＧａＡｓ基板 １１ ｎ型ＧａＡｓバッファ層 １２ 下側ｎ型ＤＢＲ層 １４ 下部スぺーサー層 １６ 量子井戸活性層 １８ 上部スぺーサー層 ２０ ｐ型ＡｌＡｓ層 ２０ａ、２０ｂ 非酸化領域 ２２ 上側ｐ型ＤＢＲ層 ２４ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ２６ メサ ３０ 活性層領域 ３２ 酸化領域 ３４ ＳｉＮ絶縁膜 ３６ ｐ側電極 ３８ ｎ側電極 ４０ 出射口 ４２ 溝 ４４ ポリイミド Ｒ レジストマスク ９０ ＡｌＡｓ酸化層 ９１ 非酸化部分
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に、活性層と該活性層を挟み込む
一対のスペーサ層とからなる活性領域と、該活性領域を
挟み込む一対の反射層と、該一対の反射層間に設けられ
一部の非酸化領域を残して周縁部が酸化されたＡｌＡｓ
選択酸化層と、を積層してなる積層部がメサ形状に形成
され、 前記非酸化領域が、同一メサ内の同一ＡｌＡｓ選択酸化
層に複数形成されたことを特徴とする面発光レーザ。 - 【請求項２】 基板上に、活性層と該活性層を挟み込む
一対のスペーサ層とからなる活性領域と、該活性領域を
挟み込む一対の反射層と、該一対の反射層間に設けられ
一部の非酸化領域を残して周縁部が酸化されたＡｌＡｓ
選択酸化層と、を積層してなる積層部がメサ形状に形成
され、 前記非酸化領域が、同一メサ内の同一ＡｌＡｓ選択酸化
層に複数形成され、該非酸化領域の２以上を電流注入領
域とすることを特徴とする面発光レーザアレイ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09538299A JP3800856B2 (ja) | 1999-04-01 | 1999-04-01 | 面発光レーザ及び面発光レーザアレイ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09538299A JP3800856B2 (ja) | 1999-04-01 | 1999-04-01 | 面発光レーザ及び面発光レーザアレイ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000294872A true JP2000294872A (ja) | 2000-10-20 |
| JP3800856B2 JP3800856B2 (ja) | 2006-07-26 |
Family
ID=14136105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09538299A Expired - Fee Related JP3800856B2 (ja) | 1999-04-01 | 1999-04-01 | 面発光レーザ及び面発光レーザアレイ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3800856B2 (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003086896A (ja) * | 2001-06-26 | 2003-03-20 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体素子及び面発光型半導体レーザ素子 |
| JP2004063969A (ja) * | 2002-07-31 | 2004-02-26 | Victor Co Of Japan Ltd | 面発光レーザ |
| KR100428253B1 (ko) * | 2001-10-11 | 2004-04-28 | (주)옵토웨이 | 표면 방출형 반도체 레이저 어레이 및 그의 제조방법 |
| JP2005216925A (ja) * | 2004-01-27 | 2005-08-11 | Fuji Xerox Co Ltd | 面発光型半導体レーザアレイ |
| JP2005252240A (ja) * | 2004-02-04 | 2005-09-15 | Fuji Xerox Co Ltd | 垂直共振器型面発光半導体レーザ装置 |
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| JP2009277780A (ja) * | 2008-05-13 | 2009-11-26 | Ricoh Co Ltd | 面発光型半導体レーザー、面発光型半導体レーザーアレイ及び画像形成装置 |
| US7829912B2 (en) | 2006-07-31 | 2010-11-09 | Finisar Corporation | Efficient carrier injection in a semiconductor device |
| US8031752B1 (en) | 2007-04-16 | 2011-10-04 | Finisar Corporation | VCSEL optimized for high speed data |
| JP2014507812A (ja) * | 2011-03-09 | 2014-03-27 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | より効率的なｖｃｓｅｌアレイ |
| JP2014199923A (ja) * | 2013-03-13 | 2014-10-23 | 株式会社リコー | 面発光レーザアレイ、光源装置、及び面発光レーザアレイの製造方法。 |
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|---|---|---|---|---|
| JPH1154838A (ja) * | 1997-07-29 | 1999-02-26 | Seiko Epson Corp | 面発光型半導体レーザ |
-
1999
- 1999-04-01 JP JP09538299A patent/JP3800856B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2014507812A (ja) * | 2011-03-09 | 2014-03-27 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | より効率的なｖｃｓｅｌアレイ |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3800856B2 (ja) | 2006-07-26 |
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