JP2002164619A

JP2002164619A - 半導体レーザ

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Publication number: JP2002164619A
Application number: JP2001353527A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Mori; 克己森; Takayuki Kondo; 貴幸近藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1990-10-05
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2002-06-07
Anticipated expiration: 2018-11-17
Also published as: JP3468236B2

Abstract

(57)【要約】【課題】面発光型の半導体レーザにおいて、 (108)コ
ンタクト層に (114)光出射穴を設ける。また、かかる構
成において、 (108)コンタクト層をＧａＡｓで形成す
る。【解決手段】 (114)光出射穴を設けることにより、レ
ーザ光の相当部分はこの(114)光出射穴から出射される
ので、 (108)コンタクト層による光吸収を減少させるこ
とができ、したがって、優れた出力強度を得ることが可
能となる。また、これにより、 (108)コンタクト層を光
吸収率の大きいＧａＡｓで形成しても差支えなく、した
がって、抵抗が非常に小さく、酸化しにくく、且つ、ア
ロイング時の温度が非常に低い (108)コンタクト層を得
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板の垂直方向に
レーザ光を発振する、面発光型の半導体レーザに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】基板の垂直方向に共振器を持つ面発光型
の半導体レーザ（以下、「面発光半導体レーザ」と記
す）としては、例えば、第５０回応用物理学会学術講演
会の講演予稿集第３分冊ｐ．９０９２９ａ−ＺＧ−
７（1989年９月２７日発行）に開示されたものが知られ
ている。

【０００３】かかる面発光半導体レーザでは、埋込み層
をｐ型ＡｌＧａＡｓ層およびｎ型ＡｌＧａＡｓ層からな
るｐ−ｎ接合層で構成している。これは、ｐ型ＧａＡｓ
活性層以外の部分に電流が流れるのを防止するためであ
る。

【０００４】これに対して、本願出願人は、かかる埋込
み層を一層のII−VI族化合物半導体層のみによって形成
した面発光半導体レーザを、既に提案している（特願平
２−２４２０００号）。かかる面発光半導体レーザは、
埋込み層の抵抗を大きくすることができるので十分な電
流狭窄が得られること、円柱状領域との界面位置の整合
が不要となること等の利点を有している。

【０００５】この面発光半導体レーザは、図８に示した
ように、先ず、 (602)ｎ型ＧａＡｓ基板に (603)ｎ型Ｇ
ａＡｓバッファ層、 (604)分布反射型多層膜ミラー、
(605)ｎ型Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド層、 (606)ｐ
型ＧａＡｓ活性層、(607) ｐ型Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓク
ラッド層および (608)ｐ型Ａｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ａｓコンタ
クト層を順次成長させ、その後、(607) ｐ型Ａｌ_0.4 Ｇ
ａ_0.6 Ａｓクラッド層および (608)ｐ型Ａｌ_0.1 Ｇａ
_0.9 Ａｓコンタクト層を円柱状の領域を残して垂直にエ
ッチングし、さらに、この円柱状領域の周囲に (609)Ｚ
ｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94を形成して埋込み、しかる後に、 (60
8)ｐ型Ａｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ａｓコンタクト層の上面の、円
柱径よりもやや小さい領域に (611)誘電体多層膜ミラー
を蒸着し、最後に、 (610)ｐ型オーミック電極、 (601)
ｎ型オーミック電極を形成することにより構成されてい
る。

【０００６】このように、面発光型の半導体レーザで
は、光出射エリアに電極とのコンタクトを行うためのコ
ンタクト層が介在し、この点端面発光型の半導体レーザ
と異なっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】かかる面発光半導体レ
ーザにおいて、高出力化を図るためには、 (608)コンタ
クト層のＡｌ組成比を、なるべく高くすることが望まし
い。これは、Ａｌの組成比を高くすることにより、この
(608)コンタクト層による光吸収を少なくすることがで
きるからである。

【０００８】しかしながら、本発明者の検討によれば、
(608)コンタクト層を形成するＡｌＧａＡｓのＡｌ組成
比を高くすると、以下のような課題を生じる。

【０００９】Ａｌの組成比が高いと、 (608)コンタク
ト層に高濃度のドープを行うことができなくなる。この
ため、 (608)コンタクト層の抵抗を低く抑えることがで
きなくなるので、出射時に発生するジュール熱が増大し
てしまい、出射効率の低下や寿命の低下の原因となる。

【００１０】また、Ａｌは酸化しやすいので、 (608)
コンタクト層の表面に (610)ｐ型オーミック電極を形成
する際の信頼性が低下し、これにより、面発光半導体レ
ーザの信頼性や特性が低下する。

【００１１】上述の面発光半導体レーザの製造工程に
おいては、 (608)コンタクト層と (610)ｐ型オーミック
電極とをアロイング（合金化）するために、両者を加熱
する工程が行われるが、Ａｌの組成比が高い場合には、
このときの加熱温度を高くしなければならなくない。こ
のため、面発光半導体レーザ内の結晶の界面で原子の拡
散が起こり、特性および信頼性の悪化の原因となる。

【００１２】これらの課題は、いづれも、 (608)コンタ
クト層を形成するＡｌＧａＡｓのＡｌ組成比が高い程、
顕著となる。

【００１３】このため、面発光半導体レーザでは、コン
タクト層中のＡｌの組成比をあまり高くすることができ
なかったので、コンタクト層による光吸収を十分に抑え
ることができず、したがって、出力強度の向上に限界が
あった。

【００１４】本発明はこのような課題を解決するもの
で、その目的とするところは、優れた出力強度を得るこ
とができ、信頼性が高く、且つ、高寿命の半導体レーザ
を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、半導体基板に垂直な方向に光を出射するように当該
半導体基板に垂直な方向に形成された共振器を有し、該
共振器を形成する半導体層の少なくとも一層が柱状に形
成されている面発光型の半導体レーザにおいて、前記柱
状の半導体層の上面に、光出射穴を有する半導体コンタ
クト層を有することを特徴とする。

【００１６】前記柱状の半導体層の周囲は、II−VI族化
合物半導体層により埋め込まれていることが好ましい。

【００１７】さらに、前記光出射穴を有する半導体コン
タクト層は、ＧａＡｓによって形成されていることが望
ましい。

【００１８】

【作用】上述の構成によれば、コンタクト層に光出射穴
を設けたことにより、共振器から出射されるレーザ光の
相当部分はこの光出射穴から出射される。これにより、
コンタクト層による光吸収はまったく無い。すなわち、
本発明によれば、コンタクト層の組成がどのようなもの
であっても、これに左右されることなく、優れた出力強
度を得ることが可能となる。

【００１９】したがって、コンタクト層の組成を選択す
る際に、このコンタクト層の光吸収率を考慮する必要が
ないので、かかる組成を選択する際の自由度が高くな
る。これにより、上述したような、コンタクト層の光吸
収を抑えるために、抵抗が増加したり、酸化し易くなっ
たり、アロイングに必要な温度が高くなったりするとい
った課題は生じなくなる。

【００２０】柱状半導体層の周囲をII−VI族化合物半導
体層で埋め込むと、高抵抗の埋込み層への注入電流のも
れが生じず、十分な電流狭窄が得られ、しきい値電流を
下げられるので室温連続発振が可能となり、光出力を増
大できる上記作用と併せて実用性の高い面発光型半導体
レーザを実現できる。

【００２１】コンタクト層をＧａＡｓで形成することと
すれば（すなわち、コンタクト層にＡｌをまったく含有
させないこととすれば）、抵抗が非常に小さく、酸化し
にくく、且つ、アロイング時の温度が非常に低いコンタ
クト層を得ることができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を用い
て説明する。

【００２３】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
における半導体レーザ (100)の発光部の断面を示す斜視
図であり、また、図２（ａ）〜（ｅ）は当該実施例にお
ける半導体レーザの製造工程を示す断面図である。

【００２４】以下、本実施例に係わる半導体レーザ (10
0)の構成および製造工程について、図２（ａ）〜（ｅ）
にしたがって説明する。

【００２５】まず、 (102)ｎ型ＧａＡｓ基板上に、
(103)ｎ型ＧａＡｓバッファ層を形成し、さらに、ｎ型
Ａｌ_0.7 Ｇａ_0.3 Ａｓ層とｎ型Ａｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ａｓ層
からなり波長８７０ｎｍ付近の光に対し９８％以上の反
射率を持つ３０ペアの (104)分布反射型多層膜ミラーを
形成する。続いて、 (105)ｎ型Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓク
ラッド層、 (106)ｐ型ＧａＡｓ活性層、 (107)ｐ型Ａｌ
_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド層、 (108)ｐ型ＧａＡｓコン
タクト層を、順次、ＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長
させる（図２（ａ））。このとき、本実施例では、成長
温度を７００℃とし、成長圧力を１５０Ｔｏｒｒとし、
III 族原料としてはＴＭＧａ（トリメチルガリウム）お
よびＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）の有機金属
を、Ｖ族原料としてはＡｓＨ₃ を、ｎ型ドーパントとし
てはＨ₂ Ｓｅを、ｐ型ドーパントとしてはＤＥＺｎ（ジ
エチルジンク）を、それぞれ用いる。

【００２６】その後、熱ＣＶＤ法によって、表面に
(112)ＳｉＯ₂ 層を形成し、さらに、反応性イオンビー
ムエッチング法（以下、「ＲＩＢＥ法」と記す）によ
り、 (113)ハードベイクレジストで覆われた円柱状の発
光部を残して、 (107)ｐ型Ａｌ_0. ₄ Ｇａ_0.6 Ａｓクラッ
ド層の途中まで、エッチングを行う（図２（ｂ））。こ
の際、本実施例では、エッチングガスとしては塩素とア
ルゴンの混合ガスを用いることとし、ガス圧を１×１０
^-3Ｔｏｒｒとし、引出し電圧を４００Ｖとする。ここ
で、 (107)ｐ型Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド層の途中
までしかエッチングしないのは、活性層の水平方向の注
入キャリアと光を閉じ込めるための構造を、リブ導波路
型の屈折率導波構造とするためである。

【００２７】次に、この (107)ｐ型Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6
Ａｓクラッド層上に、埋込み層を形成する。このため
に、本実施例では、まず、 (113)レジストを取り除き、
次に、ＭＢＥ法或いはＭＯＣＶＤ法等により、 (109)Ｚ
ｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層を埋込み成長させる（図２
（ｃ））。

【００２８】その後、 (112)ＳｉＯ₂ 層および (108)
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層に対して、上述の円柱状の発
光部の外周部付近と接する部分のみを残して、エッチン
グを行う（図２（ｄ））。これにより、中央に (114)光
出射穴を有する (108)ｐ型ＧａＡｓコンタクト層が形成
される。

【００２９】さらに、 (112)ＳｉＯ₂ 層を除去し、続
いて、 (114)光出射穴の内部および(108)コンタクト層
の表面に４ペアの (111)ＳｉＯ₂ ／α−Ｓｉ誘電体多層
膜ミラーを電子ビーム蒸着により形成し、反応性イオン
エッチング法（以下、「ＲＩＥ法」と記す）を用いたド
ライエッチングで、発光部の径よりやや小さい領域を残
して取り去る（図２（ｅ））。この誘電体多層膜ミラー
の、波長８７０ｎｍでの反射率は、９４％である。

【００３０】しかる後、 (111)誘電体多層膜ミラー以
外の表面に (110)ｐ型オーミック電極を蒸着し、さらに
(102)ｎ型ＧａＡｓ基板側に (101)ｎ型オーミック電極
を蒸着する（図２（ｆ））。そして、最後に、Ｎ₂ 雰囲
気中で、４００℃のアロイングを行う。

【００３１】以上の工程により、図１に示したような、
リブ導波路構造を有する (100)面発光半導体レーザを得
ることができる。

【００３２】このようにして作成した本実施例の面発光
半導体レーザは、レーザ光が、 (108)ｐ型ＧａＡｓコン
タクト層を透過するのではなく、 (108)ｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層に設けられた光出射穴を通過して出力され
る。したがって、レーザ光がこの (108)ｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層の吸収によって減衰されることがないので、
極めて高い外部微分量子効率を得ることができた。

【００３３】また、このコンタクト層をＧａＡｓによっ
て形成したので、高濃度のドープが可能となり、したが
って、高キャリア濃度且つ高移動度のコンタクト層を得
ることができた。さらに、これにより、コンタクト層の
抵抗を小さくすることができたので、ジュール熱の発生
を抑えることができ、ひいては、 (106)ｐ型ＧａＡｓ活
性層の放熱を容易にすることができた。このため、本実
施例の (100)面発光半導体レーザでは、周囲温度が７０
℃まで、直流連続発振を行うことが可能となった。

【００３４】さらに、コンタクト層をＧａＡｓによって
形成したことにより、アロイングの際の温度を低くする
ことが可能となった。これにより、面発光半導体レーザ
の素子内の結晶界面における原子の拡散を抑制すること
ができ、面発光半導体レーザの特性や信頼性の向上を図
る上で非常に有効である。

【００３５】（実施例２）図３は本発明の第２の実施例
における半導体レーザ (200)の発光部の断面を示す斜視
図であり、図４（ａ）〜（ｅ）は当該実施例における半
導体レーザ (200)の製造工程を示す断面図である。

【００３６】本実施例の半導体レーザ (200)は、 (208)
ｐ型Ａｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ａｓコンタクト層から (205)ｎ型
Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド層の一部までを柱状に形
成した点で、上述の実施例１と異なる。

【００３７】以下、本実施例の構成および製造工程につ
いて、図４（ａ）〜（ｅ）にしたがって説明する。

【００３８】まず、 (202)ｎ型ＧａＡｓ基板上に、
(203)ｎ型ＧａＡｓバッファ層を形成し、さらに、ｎ型
ＡｌＡｓ層とｎ型Ａｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ａｓ層からなり波長
８７０ｎｍ付近の光に対し９８％以上の反射率を持つ３
０ペアの (204)分布反射型多層膜ミラーを形成する。続
いて、 (205)ｎ型Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド層、
(206)ｐ型ＧａＡｓ活性層、 (207)ｐ型Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6
Ａｓクラッド層、 (208)ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
を、順次、ＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長させる
（図４（ａ））。本実施例では、このときの成長温度を
７００℃とし、成長圧力を１５０Ｔｏｒｒとするととも
に、III 族原料にＴＭＧａ（トリメチルガリウム）およ
びＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）の有機金属を、
Ｖ族原料としてはＡｓＨ₃ を、ｎ型ドーパントとしては
Ｈ₂ Ｓｅを、ｐ型ドーパントとしてはＤＥＺｎ（ジエチ
ルジンク）を、それぞれ用いる。

【００３９】その後、熱ＣＶＤ法によって、表面に
(212)ＳｉＯ₂ を形成し、さらに、ＲＩＢＥ法により、
(213)ハードベイクレジストで覆われた円柱状の発光部
を残して、 (205)ｎ型Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド層
の途中まで、エッチングを行う（図４（ｂ））。この
際、本実施例では、エッチングガスとしては塩素とアル
ゴンの混合ガスを用い、ガス圧を１×１０^-3Ｔｏｒｒと
し、引出し電圧を４００Ｖとする。

【００４０】次に、このエッチング領域上に、埋込み
層を形成する。このために、本実施例では、まず、 (21
3)レジストを取り除き、次に、ＭＢＥ法或いはＭＯＣＶ
Ｄ法等により、 (209)ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層を埋込み成
長させる（図４（ｃ））。

【００４１】その後、 (212)ＳｉＯ₂ 層および (208)
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層に対して、上述の円柱状の発
光部の外周部付近と接する部分のみを残して、エッチン
グを行う（図４（ｄ））。これにより、中央に (214)出
射穴を有する (108)ｐ型ＧａＡｓコンタクト層が形成さ
れる。

【００４２】さらに、 (212)ＳｉＯ₂ 層を除去し、続
いて、表面に４ペアの (211)ＳｉＯ ₂ ／α−Ｓｉ誘電体
多層膜ミラーを電子ビーム蒸着により形成し、ＲＩＥ法
を用いたドライエッチングで、発光部の径よりやや小さ
い領域を残して取り去る（図４（ｅ））。誘電体多層膜
ミラーの、波長８７０ｎｍでの反射率は、９４％であ
る。

【００４３】しかる後、 (211)誘電体多層膜ミラー以
外の表面に (210)ｐ型オーミック電極を蒸着し、さら
に、 (202)ｎ型ＧａＡｓ基板側に (201)ｎ型オーミック
電極を蒸着する（図４（ｆ））。そして、最後に、Ｎ₂
雰囲気中で、４００℃のアロイングを行う。

【００４４】以上の工程により、図３に示したような、
埋め込み構造の (200)面発光半導体レーザを得ることが
できる。

【００４５】このようにして作成した本実施例の (200)
面発光半導体レーザにおいても、上述した実施例１と同
様、極めて高い外部微分量子効率を有し、抵抗が非常に
小さいため (106)ｐ型ＧａＡｓ活性層の放熱が容易で、
且つ、アロイング時の温度が非常に低いコンタクト層を
得ることができた。

【００４６】（実施例３）図５は本発明の第３の実施例
における半導体レーザ (300)の発光部の断面を示す斜視
図であり、図６はかかる半導体レーザ (300)の概念的な
上面図である。また、図７（ａ）〜（ｇ）は当該実施例
における半導体レーザ (300)の製造工程を示す断面図で
ある。

【００４７】本実施例の半導体レーザ (300)は、 (307)
ｐ型Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓクラッド層を、互いに分離溝
で分離された複数の柱状部を形成した点で、上述の実施
例１および実施例２と異なる。

【００４８】以下、本実施例の構成および製造工程につ
いて、図７（ａ）〜（ｇ）にしたがって説明する。

【００４９】まず、 (302)ｎ型ＧａＡｓ基板上に、
(303)ｎ型ＧａＡｓバッファ層を形成し、さらに、ｎ型
Ａｌ_0.9 Ｇａ_0.1 Ａｓ層とｎ型Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ層
からなり波長７８０ｎｍを中心に±３０ｎｍの光に対し
て９８％以上の反射率を持つ２５ペアの (304)半導体多
層膜ミラーを形成する。続いて、 (305)ｎ型Ａｌ_0.5 Ｇ
ａ_0.5 Ａｓクラッド層、 (306)ｐ型Ａｌ_0.13Ｇａ_0.87Ａ
ｓ活性層、 (307)ｐ型Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓクラッド
層、 (308)ｐ型ＧａＡｓコンタクト層を、順次、ＭＯＣ
ＶＤ法でエピタキシャル成長させる（図７（ａ））。本
実施例では、このときの成長条件を、成長温度を７２０
℃、成長圧力を１５０Ｔｏｒｒとするとともに、III 族
原料としてはＴＭＧａ（トリメチルガリウム）およびＴ
ＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）の有機金属を、Ｖ族
原料としてはＡｓＨ₃ 、ｎ型ドーパントにＨ₂ Ｓｅ、ｐ
型ドーパントにＤＥＺｎ（ジエチルジンク）を、それぞ
れ用いる。

【００５０】次に、表面に常圧熱ＣＶＤ法により (31
2)ＳｉＯ₂ 層を形成し、さらにその上にフォトレジスト
を塗布し、高温で焼きしめて (313)ハードベークレジス
トを形成する。さらに、このハードベークレジスト上
に、ＥＢ蒸着法により、ＳｉＯ ₂ 層を形成する。

【００５１】次に、ＲＩＥ法を用いて、基板上に形成
した各層を、以下のようにしてエッチングする。

【００５２】初めに、 (313)ハードベークレジスト上に
形成したＳｉＯ₂ 層上に、通常用いられるフォトリソグ
ラフィー工程を施し、必要なレジストパターンを形成
し、このパターンをマスクとして、ＲＩＥ法によりＳｉ
Ｏ₂ 層をエッチングする。このエッチングは、例えば、
ＣＦ₄ ガスを用いて、ガス圧を４．５Ｐａ、入力をＲＦ
パワー１５０Ｗ、サンプルホルダーの温度を２０℃にコ
ントロールすることにより、行うことができる。

【００５３】次に、このＳｉＯ₂ 層をマスクにして、Ｒ
ＩＥ法により、 (313)ハードベークレジストをエッチン
グする。このエッチングは、例えば、Ｏ₂ ガスを用い
て、ガス圧を４．５Ｐａ、入力パワーを１５０Ｗ、サン
プルホルダーの温度を２０℃にコントロールすることに
より、行うことができる。このとき、ＳｉＯ2 層上に初
めに形成したレジストパターンも同時にエッチングされ
る。

【００５４】次に、パターン状に残っているＳｉＯ₂ 層
とエピタキシャル層上に形成した (312)ＳｉＯ₂ 層とを
同時にエッチングするために、再びＣＦ₄ ガスを用いて
エッチングを行う。

【００５５】以上のように、薄いＳｉＯ₂ 層をマスクに
して、ドライエッチングの一方法であるＲＩＥ法を (31
3)ハードベークレジストに用いることにより、必要なパ
ターン形状を持ちながら、さらに基板に対して垂直な側
面を持った (313)ハードベークレジストを作成すること
ができる（図７（ｂ））。

【００５６】続いて、この垂直な側面を持った (313)
ハードベークレジストをマスクにして、ＲＩＢＥ法を用
いて、柱状の発光部を残して、 (307)ｐ型Ａｌ_0.5 Ｇａ
_0.5Ａｓクラッド層の途中までエッチングを行う（図７
（ｃ））。この際、本実施例では、エッチングガスには
塩素とアルゴンとの混合ガスを用い、ガス圧力を５×１
０^-4Ｔｏｒｒ、プラズマ引出し電圧を４００Ｖ、エッチ
ング試料上でのイオン電流密度を４００μＡ／ｃｍ² と
して、サンプルホルダーの温度を２０℃に保って行うこ
ととする。

【００５７】ここで、 (307)ｐ型Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓ
クラッド層の途中までしかエッチングしないのは、活性
層の水平方向の注入キャリアと光の閉じ込めを、屈折率
導波型のリブ導波路構造にして、活性層内の光の一部を
活性層水平方向に伝達できるようにするためである。

【００５８】また、レジストとして垂直な側面を持った
(313)ハードベークレジストを使用し、さらに、エッチ
ング方法としてエッチング試料に対して垂直にイオンを
ビーム状に照射してエッチングを行うＲＩＢＥ法を使用
することにより、近接した (320)発光部を、基板に垂直
な (315)分離溝で分離させることができるとともに、面
発光型半導体レーザの特性向上に必要な垂直光共振器を
作成することが可能となっている。

【００５９】次に、この (307)ｐ型Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6
Ａｓクラッド層上に、埋込み層を形成する。このため
に、本実施例では、まず、 (313)レジストを取り除き、
次に、ＭＢＥ法或いはＭＯＣＶＤ法等により、 (309)Ｚ
ｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層を埋込み成長させる（図７
（ｄ））。

【００６０】その後、 (312)ＳｉＯ₂ 層および (308)
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層に対して、上述の円柱状の発
光部の外周部付近と接する部分のみを残して、エッチン
グを行う（図７（ｅ））。これにより、中央に (314)光
出射穴を有する (108)ｐ型ＧａＡｓコンタクト層が形成
される。

【００６１】さらに、 (312)ＳｉＯ₂ 層を除去し、続
いて、表面に４ペアの (311)ＳｉＯ ₂ ／α−Ｓｉ誘電体
多層膜ミラーを電子ビーム蒸着により形成し、ＲＩＥ法
を用いたドライエッチングで、発光部の径よりやや小さ
い領域を残して取り去る（図７（ｆ））。誘電体多層膜
ミラーの、波長７８０ｎｍでの反射率は、９４％であ
る。

【００６２】ここで、本実施例の (300)半導体レーザで
は、ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94で埋め込んだ (315)分離溝上に
も (311)誘電体多層膜ミラーを作成することとしたの
で、発光部に挟まれた領域にも垂直共振器構造が形成さ
れ、したがって、 (315)分離溝にもれた光も有効にレー
ザ発振に寄与し、また、漏れた光を利用するので (320)
発光部の位相に同期した発光となる。

【００６３】しかる後、 (311)誘電体多層膜ミラー以
外の表面に (310)ｐ型オーミック電極を蒸着し、さら
に、 (302)ｎ型ＧａＡｓ基板側に (301)ｎ型オーミック
電極を蒸着する（図７（ｇ））。ここで、出射側の (31
0)ｐ型オーミック電極は、各 (320)発光部の各 (308)コ
ンタクト層に導通するように形成される。そして、最後
に、Ｎ₂ 雰囲気中で、４００℃でアロイングを行う。

【００６４】以上の工程により、図５および図６に示し
たような (300)面発光半導体レーザを得ることができ
る。

【００６５】このようにして作成した本実施例の (300)
面発光半導体レーザにおいても、上述した実施例１およ
び実施例２と同様、極めて高い外部微分量子効率を有
し、抵抗が非常に小さいため (306)ｐ型ＧａＡｓ活性層
の放熱が容易で、且つ、アロイング時の温度が非常に低
いコンタクト層を得ることができた。

【００６６】なお、以上説明した各実施例では、 (10
8),(208),(308)ｐ型ＧａＡｓコンタクト層の光出射穴を
完全な空洞とした（すなわち、光出射穴ではｐ型ＧａＡ
ｓ層を完全に除去した）が、この光出射穴に該当する部
分の膜厚を非常に薄くすることによっても、沿うようの
効果を得ることが可能である。この場合、本発明者の検
討によれば、十分な効果を得るためには、この光出射穴
に該当する部分の膜厚を０．１μｍ以下とすることが望
ましい。本願では、上述の各実施例に示したような、コ
ンタクト層に完全な空洞を形成した場合のみならず、コ
ンタクト層の一部に形成された、他の領域よりも膜厚が
薄い領域をも、「光出射穴」と称することとする。

【００６７】さらに、光出射穴の形状は、図６に示した
ようなものに限定されるものではない。

【００６８】また、上述の各実施例では、 (108),(20
8),(308)コンタクト層をＧａＡｓで形成し、４００℃で
アロイングすることとしたが、かかるコンタクト層を他
の金属によって形成し、適当な条件を選ぶことにより、
アロイング時の温度をさらに低くすることも可能であ
る。

【００６９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の半
導体レーザによれば、レーザ光が、コンタクト層を透過
するのではなく、コンタクト層に設けられた光出射穴を
通過して出力されるので、レーザ光がこのコンタクト層
の吸収によって減衰されることがなく、したがって、極
めて高い外部微分量子効率を得ることができる。

【００７０】また、このコンタクト層をＧａＡｓによっ
て形成した場合、高濃度のドープが可能となるので、コ
ンタクト層の抵抗を小さくすることができ、したがっ
て、ジュール熱の発生を抑えることができる。したがっ
て、出射効率や寿命の向上を図ることができる。

【００７１】柱状半導体層の周囲をII−VI族化合物半導
体層で埋め込むと、高抵抗の埋込み層によりしきい値電
流を下げられることから室温連続発振でき、コンタクト
層での光吸収を低減できる効果と併せて実用性の高い面
発光型半導体レーザを実現できる。

【００７２】さらに、コンタクト層をＧａＡｓによって
形成した場合、アロイングの際の温度を低くすることが
可能となるので、半導体レーザの素子内の結晶界面にお
ける原子の拡散を抑制することができ、面発光半導体レ
ーザの特性や信頼性の向上を図る上で非常に有効であ
る。

【００７３】このように、本発明によれば、優れた出力
強度を得ることができ、信頼性が高く、且つ、高寿命の
半導体レーザを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係わる半導体レーザの発光部の断面
を示す斜視図である。

【図２】（ａ）〜（ｆ）ともに、実施例１に係わる半導
体レーザの製造工程を示す断面図である。

【図３】実施例２に係わる半導体レーザの発光部の断面
を示す斜視図である。

【図４】（ａ）〜（ｆ）ともに、実施例２に係わる半導
体レーザの製造工程を示す断面図である。

【図５】実施例３に係わる半導体レーザの発光部の断面
を示す斜視図である。

【図６】実施例３に係わる半導体レーザの発光部の上面
を示す概念図である。

【図７】（ａ）〜（ｇ）ともに、実施例３に係わる半導
体レーザの製造工程を示す断面図である。

【図８】従来の半導体レーザの発光部の一例に係わる断
面を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０１，２０１，３０１ｎ型オーミック電極１０２，２０２，３０２ｎ型ＧａＡｓ基板１０３，２０３，３０３ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０４，２０４，３０４分布反射型多層膜ミラー１０５，２０５，３０５ｎ型Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓ
クラッド層１０６，２０６，３０６ｐ型ＧａＡｓ
活性層１０７，２０７，３０７ｐ型Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓ
クラッド層１０８，２０８，３０８ｐ型ＧａＡｓ
コンタクト層１０９，２０９，３０９ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層（埋
込み層）１１０，２１０，３１０ｐ型オーミック
電極１１１，２１１，３１１ＳｉＯ₂ ／α−Ｓｉ誘電体
多層膜ミラー１１２，２１２，３１２ＳｉＯ₂ 層１１４，２１４，３１４光出射穴

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年１２月１９日（２００１．１２．
１９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】上述の面発光半導体レーザの製造工程に
おいては、 (608)コンタクト層と(610)ｐ型オーミック
電極とをアロイング（合金化）するために、両者を加熱
する工程が行われるが、Ａｌの組成比が高い場合には、
このときの加熱温度を高くしなければならなくなり。こ
のため、面発光半導体レーザ内の結晶の界面で原子の拡
散が起こり、特性および信頼性の悪化の原因となる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】

【課題を解決するための手段】本願発明の第１の面発光
型半導体レーザは、半導体基板に対して実質的に垂直な
方向に光を出射する面発光型半導体レーザであって、反
射率の互いに異なる反射鏡と、該反射鏡の間に配置され
た、クラッド層と、活性層と、を含む多層の半導体層
と、を備えた光共振器と、を含み、前記多層の半導体層
の上方に、レーザ光が通過する部分の膜厚が０．１μｍ
以下であるコンタクト層を有していること、を特徴とす
る。本願発明の第２の面発光型半導体レーザは、請求項
１に記載された面発光型半導体レーザにおいて、前記コ
ンタクト層はGaAsにより構成されていること、を特徴と
する。本願発明の第３の面発光型半導体レーザは、請求
項１に記載された面発光型半導体レーザにおいて、前記
多層の半導体層には、前記クラッド層の少なくとも一部
を含む柱状部が形成されていること、を特徴とする。本
願発明の第４の面発光型半導体レーザは、請求項３に記
載された面発光型半導体レーザにおいて、前記柱状部の
周囲には、埋め込み層が形成されていること、を特徴と
する。本願発明の第５の面発光型半導体レーザは、請求
項１乃至４のいずれかに記載された面発光型半導体レー
ザにおいて、前記活性層はGaAsにより構成されているこ
と、を特徴とする。本願発明の第６の面発光型半導体レ
ーザは、請求項１乃至５のいずれかに記載された面発光
型半導体レーザにおいて、前記埋め込み層は、前記柱状
部を構成する材料より高抵抗な材料により構成されてい
ること、を特徴とする。本願発明の第７の面発光型半導
体レーザは、請求項６に記載の面発光型半導体レーザに
おいて、前記高抵抗な材料はII−VI族化合物半導体であ
ること、を特徴とする。本願発明の第８の面発光型半導
体レーザは、請求項１乃至７のいずれかに記載の面発光
型半導体レーザにおいて、前記柱状部が複数形成されて
いること、を特徴とする。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３５】（実施例２）図３は本発明の第２の実施例
における半導体レーザ (200)の発光部の断面を示す斜視
図であり、図４（ａ）〜（ｆ）は当該実施例における半
導体レーザ (200)の製造工程を示す断面図である。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３７】以下、本実施例の構成および製造工程につ
いて、図４（ａ）〜（ｆ）にしたがって説明する。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５３】次に、このＳｉＯ₂ 層をマスクにして、Ｒ
ＩＥ法により、 (313)ハードベークレジストをエッチン
グする。このエッチングは、例えば、Ｏ₂ ガスを用い
て、ガス圧を４．５Ｐａ、入力パワーを１５０Ｗ、サン
プルホルダーの温度を２０℃にコントロールすることに
より、行うことができる。このとき、ＳｉＯ₂ 層上に初
めに形成したレジストパターンも同時にエッチングされ
る。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６６】なお、以上説明した各実施例では、 (10
8),(208),(308)ｐ型ＧａＡｓコンタクト層の光出射穴を
完全な空洞とした（すなわち、光出射穴ではｐ型ＧａＡ
ｓ層を完全に除去した）が、この光出射穴に該当する部
分の膜厚を非常に薄くすることによっても、同様の効果
を得ることが可能である。この場合、本発明者の検討に
よれば、十分な効果を得るためには、この光出射穴に該
当する部分の膜厚を０．１μｍ以下とすることが望まし
い。本願では、上述の各実施例に示したような、コンタ
クト層に完全な空洞を形成した場合のみならず、コンタ
クト層の一部に形成された、他の領域よりも膜厚が薄い
領域をも、「光出射穴」と称することとする。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板に垂直な方向に光を出射する
ように当該半導体基板に垂直な方向に形成された共振器
を有し、該共振器を形成する半導体層の少なくとも一層
が柱状に形成されている面発光型の半導体レーザにおい
て、前記柱状の半導体層の上面に、光出射穴を有する半導体
コンタクト層を有することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】前記柱状の半導体層の周囲は、II−VI族
化合物半導体層で埋込まれていることを特徴とする請求
項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】前記光出射穴を有する半導体コンタクト
層が、ＧａＡｓによって形成されていることを特徴とす
る請求項１又は２に記載の半導体レーザ。