JP2002198613A - Semiconductor device having salient structure, and method of manufacturing the semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device having salient structure, and method of manufacturing the semiconductor device

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JP2002198613A
JP2002198613A JP2000396426A JP2000396426A JP2002198613A JP 2002198613 A JP2002198613 A JP 2002198613A JP 2000396426 A JP2000396426 A JP 2000396426A JP 2000396426 A JP2000396426 A JP 2000396426A JP 2002198613 A JP2002198613 A JP 2002198613A
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semiconductor device
side wall
semiconductor
surface emitting
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JP2000396426A
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Shigeki Yoshida
茂樹 吉田
Toshihiko Onouchi
敏彦 尾内
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Canon Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the heat characteristics of a semiconductor device having a salient structure. SOLUTION: The semiconductor device has the salient structure 108 that has been machined saliently. An irregular structure 109 for cooling is formed at one or the entire portion of the sidewall of the salient structure 108.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、面発光レーザなど
の半導体レーザや光集積化素子等の半導体素子に係わ
り、特に突起状に加工された構造を有する半導体素子お
よびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser such as a surface emitting laser and a semiconductor device such as an optical integrated device, and more particularly to a semiconductor device having a structure processed into a projection shape and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】大容量並列光情報処理、高速光接続、薄
型表示素子、光記録装置などの応用のため、2次元アレ
イ型の面型固体発光素子の開発が望まれている。これら
の応用のためには、低コスト、低消費電力、高生産性、
高信頼性などが必要条件となる。材料としては様々なも
のが研究・開発されているが、デバイスの信頼性を確保
するために半導体単結晶は非常に適しており、特に化合
物半導体を用いた面型発光素子の開発が盛んに行われて
いる。化合物半導体では、基板、材料を変える事で紫外
から赤外の広い範囲の波長帯での光の利用が可能であ
り、表示素子としても有望視されている。また、発光素
子のなかでも、両端面に反射ミラーを備えたレーザダイ
オード(LD)では自然発光に比べて非常に発光効率が高
く、2次元アレイ化した場合にも消費電力を小さくする
ことができる。このような観点から、面型の半導体レー
ザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser: VC
SEL)の開発が近年活発に行なわれている。
2. Description of the Related Art For the application of large-capacity parallel optical information processing, high-speed optical connection, thin display elements, optical recording devices, and the like, development of a two-dimensional array type surface solid-state light emitting element is desired. For these applications, low cost, low power consumption, high productivity,
High reliability is a necessary condition. Various materials have been researched and developed.Semiconductor single crystals are very suitable to ensure the reliability of devices.In particular, the development of surface light-emitting devices using compound semiconductors has been actively pursued. Have been done. In a compound semiconductor, light can be used in a wide wavelength range from ultraviolet to infrared by changing the substrate and the material, and is promising as a display element. Also, among the light-emitting elements, the laser diode (LD) having reflection mirrors at both end surfaces has extremely high luminous efficiency compared to natural light emission, and can reduce power consumption even when it is formed in a two-dimensional array. . From such a viewpoint, a vertical type semiconductor laser (Vertical Cavity Surface Emitting Laser: VC
SEL) has been actively developed in recent years.

【0003】現在、VCSELの波長も400nm程度の青色から
通信波長帯である1.55μmまで開発されつつあり、サフ
ァイア基板上のAlGaN/InGaN系、GaAs基板上のInGaAlP/I
nAlP系、InGaAs/AlGaAs系、InP基板上のInGaAs/InGaAsP
系などの材料系で研究されている。
[0003] Currently, VCSELs are also being developed from a blue wavelength of about 400 nm to a communication wavelength band of 1.55 μm, and AlGaN / InGaN on a sapphire substrate, and InGaAlP / I on a GaAs substrate.
nAlP, InGaAs / AlGaAs, InGaAs / InGaAsP on InP substrate
It is being studied in material systems such as systems.

【0004】ところで、半導体素子で一つの活性領域を
電気的に絶縁するためには、能動領域の周辺にイオン注
入して絶縁化するか、能動領域の周辺にメサ構造を形成
し、空間的に分離することが行われる。例えば、アイ・
イー・イー・イー、ジャーナルオブカンタムエレクトロ
ニクスの27巻、No.6、1332頁から1346頁(1991年)(IEEE
Journal of Quantum Electronics, vol.27, No.
6, pp.1332-1346(1991))に一例が記載されている。
By the way, in order to electrically insulate one active region in a semiconductor device, ions are implanted around the active region to make it insulated, or a mesa structure is formed around the active region to spatially isolate the active region. Separation is performed. For example, I
EEE, Journal of Quantum Electronics, Vol. 27, No. 6, pp. 1332-1346 (1991) (IEEE
Journal of Quantum Electronics, vol. 27, No.
6, pp. 1332-1346 (1991)).

【0005】図13にこの面発光レーザの断面図を示す。
この面発光レーザは、n-GaAs基板101上にn型ブラッグ反
射器102、活性層104、p型ブラッグ反射器106、上部電極
110をこの順に積層した後、p型ブラッグ反射器106及び
活性層104をエッチングし、共振器を突起状(この突起状
共振器をエアポストとも呼ぶ)に加工したものである。
レーザ光は、基板101裏面から出射する。
FIG. 13 is a sectional view of this surface emitting laser.
This surface-emitting laser has an n-GaAs substrate 101, an n-type Bragg reflector 102, an active layer 104, a p-type Bragg reflector 106, an upper electrode
After the layers 110 are stacked in this order, the p-type Bragg reflector 106 and the active layer 104 are etched, and the resonator is processed into a protruding shape (the protruding resonator is also called an air post).
The laser light is emitted from the back surface of the substrate 101.

【0006】このような構成による垂直共振器構造を有
する面発光半導体レーザは、多層反射膜を用いることで
極めて高い反射率のミラーが構成されて光閉じ込め係数
を大きくでき、また共振器長を波長と等価程度にでき
る。このことで、極低しきい値化、光のライフタイムの
低減が達成される。また、多層膜反射鏡(以下DBR反射鏡
(Distributed Bragg Reflection Mirror)ともいう)
を用いることによって、光の出射条件が、ブラッグ反射
条件を満足する光に限られ、さらに多層反射膜に垂直の
方向に関してのみ所定の波長の発振光が得られて、単一
モードの半導体レーザを構成することもできる。
In a surface emitting semiconductor laser having a vertical cavity structure having such a structure, a mirror having an extremely high reflectivity is formed by using a multilayer reflective film so that the light confinement coefficient can be increased, and the cavity length can be increased. Can be equivalent to As a result, an extremely low threshold value and a reduction in light lifetime can be achieved. In addition, a multilayer reflector (hereinafter referred to as DBR reflector)
(Also called Distributed Bragg Reflection Mirror)
Is used, the light emission condition is limited to light that satisfies the Bragg reflection condition, oscillation light of a predetermined wavelength is obtained only in a direction perpendicular to the multilayer reflection film, and a single-mode semiconductor laser is used. It can also be configured.

【0007】この種の垂直共振器構造による面発光半導
体レーザにおいては、そのDBR反射鏡を通じて通電がな
され、その一方を通じて光の導出を行う。このことか
ら、その多層反射膜は、前述した半導体の積層によるDB
R反射鏡が用いられるものであり、このDBR反射鏡は特に
キャリアの移動度の低いp側のDBRにおいて直列抵抗の増
大が問題となる。
In this type of vertical cavity surface emitting semiconductor laser, power is supplied through the DBR reflector, and light is led out through one of them. For this reason, the multilayer reflective film is formed by a
An R reflector is used, and this DBR reflector has a problem of an increase in series resistance particularly in a p-side DBR having low carrier mobility.

【0008】すなわち、ホールの移動度は、電子のそれ
に比し1/10以下であることから、特にp側のDBR反射鏡、
上述の例においては、p型ブラッグ反射器106側における
直列抵抗が問題となって、これが熱抵抗の増大を来す。
That is, since the mobility of the hole is 1/10 or less of that of the electron, the DBR reflecting mirror on the p side,
In the above example, the series resistance on the p-type Bragg reflector 106 side becomes a problem, and this results in an increase in thermal resistance.

【0009】この抵抗は、高濃度ドーピングにより或る
程度低められるが、この場合にはフリーキャリアによる
光吸収(プラズモン吸収)が効率的発振の障害となる。そ
のため、通常5×1018cm-3以上の不純物ドーピングは避
けるものであり、このため、このp側において充分なオ
ン抵抗の低減化をはかることができない。従って、高電
流注入時に熱抵抗の増大が生じ、大出力化が困難である
ことが問題となってきている。
This resistance can be reduced to some extent by high-concentration doping. In this case, light absorption by free carriers (plasmon absorption) is an obstacle to efficient oscillation. For this reason, impurity doping of usually 5 × 10 18 cm −3 or more is to be avoided, and therefore, it is not possible to sufficiently reduce the on-resistance on the p-side. Therefore, there has been a problem that thermal resistance increases at the time of high current injection, and it is difficult to increase the output.

【0010】このように、一般に半導体レーザの出力を
制限したり信頼性を損なっている主な要因は、素子駆動
時の発熱による温度上昇である。温度上昇を抑える一つ
の方法としては、放熱性を高める方法が一般に用いられ
ている。半導体レーザ素子は化合物半導体基板上に形成
されるが、化合物半導体は熱伝導度が小さいため基板側
への放熱はあまり期待できない。そのため、端面出射型
半導体レーザでは、素子形成部を直接ヒートシンクに接
触させて放熱を高める方法が常套手段になっている。
As described above, the main factor that generally limits the output of a semiconductor laser or impairs its reliability is an increase in temperature due to heat generation during element driving. As one method of suppressing a temperature rise, a method of increasing heat dissipation is generally used. A semiconductor laser device is formed on a compound semiconductor substrate. However, heat dissipation to the substrate side cannot be expected much because the compound semiconductor has low thermal conductivity. Therefore, in the case of the edge-emitting type semiconductor laser, a method of increasing the heat radiation by directly contacting the element forming portion with the heat sink is a common means.

【0011】しかし、表面出射型の面発光型半導体レー
ザの場合、素子が形成されている基板表面側にレーザ出
射を行う場合もあるため、素子に直接ヒートシンクを接
触させられず、放熱が困難であるという問題をかかえて
いた。
However, in the case of a surface emitting type semiconductor laser of the surface emitting type, since the laser may be emitted to the surface of the substrate on which the element is formed, a heat sink cannot be brought into direct contact with the element and heat radiation is difficult. There was a problem that there is.

【0012】このような問題に対し、これまで次のよう
な解決方法が提案されている。例えば、少なくとも一方
の多層膜反射鏡の側面にヒートシンク効果を有する電極
が被着されている構造を有した面発光レーザが開示され
ている(特開平05-283796号公報)。その構造を図14に示
す。多層膜反射鏡(DBR反射鏡)102及び106を有する垂直
共振器構造を有する面発光半導体レーザにおいて、少な
くとも一方の電極118を、対応する側のDBR反射鏡106に
対し、このDBR反射鏡106の多層膜積層側面に沿って接触
するヒートシンク機能を有する電極とすることで、半導
体多層膜反射鏡で問題となる熱抵抗の減少化がはから
れ、大出力化が可能となる。
To solve such a problem, the following solutions have been proposed. For example, a surface emitting laser having a structure in which an electrode having a heat sink effect is attached to a side surface of at least one multilayer film reflecting mirror is disclosed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-283796). The structure is shown in FIG. In a surface emitting semiconductor laser having a vertical cavity structure having multilayer film reflecting mirrors (DBR reflecting mirrors) 102 and 106, at least one of the electrodes 118 is disposed on the corresponding side of the DBR reflecting mirror 106 with respect to the DBR reflecting mirror 106. By using an electrode having a heat sink function that comes into contact along the multilayer film laminated side surface, thermal resistance, which is a problem in the semiconductor multilayer film reflecting mirror, can be reduced, and a large output can be achieved.

【0013】エアポスト構造の面発光型半導体レーザで
の主な発熱源は、活性層104、p型半導体多層反射層105
の抵抗、あるいはp型コンタクト層と上部電極のコンタ
クト抵抗によるジュール熱であると考えられる。これら
の発熱源は主に共振器突起部およびその近傍に存在して
いる。そのため、共振器突起部周囲を熱伝導に優れた金
属で密着して埋め込むことにより、放熱を高めて、大幅
に素子温度を下げられる。
The main heat sources in a surface emitting semiconductor laser having an air post structure are an active layer 104 and a p-type semiconductor multilayer reflective layer 105.
Or the Joule heat due to the contact resistance between the p-type contact layer and the upper electrode. These heat sources mainly exist in the resonator projection and its vicinity. For this reason, by embedding the periphery of the resonator protrusions in close contact with a metal having excellent heat conduction, the heat radiation can be increased and the element temperature can be greatly reduced.

【0014】さらに、単一の能動領域が高性能化して微
細化すると、電気的或いは光学的に素子の分離が難しく
なり、同時に放熱効率を大きくすることが必要になる。
イオン注入による方法も提案されているが、この方法は
結晶へのダメージが大きく、特に高さの高い素子では使
用が難しくなる。このため、メサ構造を形成し、電気
的、光学的に狭窄できる材料で埋め込むことが行われて
いる。この目的では、素子の活性領域と埋め込み領域の
材料の特性差(屈折率差など)が大きく、かつ埋め込み
材料として熱伝導特性の高い材料を用いることが望まし
い。
Further, when a single active region is made highly efficient and miniaturized, it becomes difficult to electrically or optically separate elements, and at the same time, it is necessary to increase the heat radiation efficiency.
Although a method based on ion implantation has been proposed, this method causes a large damage to the crystal, and it is difficult to use the method particularly in a high-height element. For this reason, a mesa structure is formed and embedded with a material that can be electrically and optically narrowed. For this purpose, it is desirable to use a material having a large thermal difference between the active region and the buried region of the element, such as a difference in refractive index , and a high buried material.

【0015】このような目的に基づいて、例えば特開平
9-45985号では熱伝導率に優れたAlNを主成分とする層を
埋め込み層に用いた半導体レーザが作製されている。し
かし、AlNは、他の半導体よりも堅くかつ他の半導体と
熱膨張率が異なるため、この種の材料を用いると、転位
や歪みが、活性領域を形成する他の半導体側に導入され
やすい。特に、その製造工程で高熱に加熱すると埋め込
み界面に異常層が発生し、良質な活性層が得られない懸
念がある。このことから、エアポスト周囲をAlGaNで埋
め込んだ構造(特開平11-274645号公報)も開示されてい
る。
Based on such an object, for example,
In 9-45985, a semiconductor laser using a layer mainly composed of AlN having excellent thermal conductivity as a buried layer is manufactured. However, AlN is harder than other semiconductors and has a different coefficient of thermal expansion from other semiconductors. Therefore, when this kind of material is used, dislocations and strains are likely to be introduced to other semiconductors forming the active region. In particular, when heated to a high temperature in the manufacturing process, an abnormal layer is generated at the buried interface, and there is a concern that a high quality active layer cannot be obtained. For this reason, a structure in which the periphery of the air post is embedded with AlGaN (JP-A-11-274645) is also disclosed.

【0016】同様な目的で、少なくとも一部が突起状で
ある共振器と、該共振器の上面に開口部を有し共振器と
その周囲に形成された絶縁膜表面に沿って連続的に形成
された上部電極と、前記上部電極に密着するよう形成さ
れた融点が400℃以下の金属からなる埋め込み層を具え
たことを特徴とする構造(特開平11-261153号公報)も開
示されている。
[0016] For the same purpose, a resonator having at least a part in a protruding shape and an opening formed on the upper surface of the resonator are formed continuously along the surface of the resonator and an insulating film formed around the resonator. Also disclosed is a structure characterized by comprising a buried layer made of a metal having a melting point of 400 ° C. or less formed so as to be in close contact with the upper electrode and the upper electrode (JP-A-11-261153). .

【0017】ところで、VCSELは低しきい値化も求めら
れているが、そのアプローチとしては次のような構造も
提案されている。それは、活性層近傍でAlAs層を選択エ
ッチング(OSA, SEMICONDUCTOR, LASERS'95,Technica
l Digest, p.106(1995))して、電流狭窄構造を形成し
たものである。また、DBRミラーを構成するAlAsを選択
酸化(ELECTRONICS LETTERS, 31, p.560(1995))して
電流狭窄構造を形成する構造も提案されている。このよ
うな電流狭窄構造の例で、しきい値が100μA以下のもの
まで達成されている。
By the way, the VCSEL is also required to have a lower threshold, but the following structure has been proposed as an approach. It is selective etching of AlAs layer near active layer (OSA, SEMICONDUCTOR, LASERS'95, Technica
l Digest, p. 106 (1995)) to form a current constriction structure. In addition, a structure has been proposed in which AlAs constituting a DBR mirror is selectively oxidized (ELECTRONICS LETTERS, 31, p.560 (1995)) to form a current confinement structure. In the example of such a current confinement structure, a threshold value of 100 μA or less has been achieved.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】しかし、先述のよう
に、エッチングにより形成された突起状共振器を半導体
よりも一桁熱伝導率に優れたAlNやAlGaNで埋め込むこと
により放熱性を向上させるなど、エアポスト周囲の放熱
効率を向上させる構造が開示されているものの、さらな
る放熱効率のアップがレーザ特性の向上や集積化半導体
レーザを提供する上で必要であった。
However, as described above, the heat dissipation can be improved by embedding the protruding resonator formed by etching with AlN or AlGaN, which is one digit higher in thermal conductivity than a semiconductor. Although a structure for improving the heat radiation efficiency around the air post is disclosed, it is necessary to further improve the heat radiation efficiency in order to improve the laser characteristics and to provide an integrated semiconductor laser.

【0019】また、上記酸化Al層を用いた電流狭窄構造
にも放熱の点で大きな問題がある。すなわち、酸化Al層
はAlAs層に比べて約5から10倍ほど熱抵抗が大きいた
め、共振器突起部の基板側への放熱を妨げて駆動時の温
度上昇を招いてしまう。突起状の共振器構造の面発光型
半導体レーザでの主な発熱源は、上記した様なものであ
ると考えられ、これらの発熱源は主に共振器突起部に存
在している。電流狭窄層は、製法上の都合で共振器突起
部に形成しなければならず、また、電流狭窄層は活性層
から離れると電流狭窄効果がなくなるため、共振器突起
部の根元近傍に形成せざるをえない。熱抵抗の高い電流
狭窄層を共振器突起部の根元に配置することで、共振器
突起部は熱的に孤立しやすくなり、電流狭窄層を持たな
い突起状共振器構造よりも駆動時の温度上昇を招く。そ
の結果、所望のレーザ出力が得られないことがあった。
また、特に熱の影響による信頼性の低下に大きな問題が
あった。
The current confinement structure using the Al oxide layer also has a large problem in terms of heat radiation. That is, the thermal resistance of the Al oxide layer is about 5 to 10 times larger than that of the AlAs layer, so that heat dissipation of the resonator projections to the substrate side is hindered, resulting in an increase in driving temperature. The main heat sources in the surface-emitting type semiconductor laser having the projecting resonator structure are considered to be as described above, and these heat sources mainly exist in the resonator protrusions. The current confinement layer must be formed on the resonator projection for convenience in the manufacturing method, and the current confinement layer is formed near the root of the resonator projection because the current confinement effect disappears when it is separated from the active layer. I can't help but. By arranging the current confinement layer having a high thermal resistance at the base of the resonator projection, the resonator projection is easily thermally isolated, and the driving temperature is higher than that of the projection resonator structure having no current confinement layer. Invite a rise. As a result, a desired laser output may not be obtained.
In addition, there was a major problem in that the reliability was particularly reduced due to the influence of heat.

【0020】本発明の目的は、上述したように特に半導
体多層膜反射鏡による垂直共振器面発光半導体レーザに
おけるオン抵抗の増大に起因する高電流注入時の熱抵抗
の増大、大出力化の阻害の問題を始めとして、面発光レ
ーザ、端面出射型半導体レーザ、発光ダイオード(LE
D)、フォトダイオードなどの半導体素子の熱特性の問
題を解決することにある。
An object of the present invention is to increase the thermal resistance at the time of high current injection due to the increase of the on-resistance in the vertical cavity surface emitting semiconductor laser particularly by the semiconductor multilayer film reflecting mirror, and to inhibit the increase in output as described above. Surface emitting lasers, edge emitting semiconductor lasers, light emitting diodes (LE
D) to solve the problem of thermal characteristics of semiconductor devices such as photodiodes.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の半導体素子は、突起状に加工された突起状構造を有
する半導体素子であって、該突起状構造の側壁の一部あ
るいは全てに放熱用の凹凸構造が形成されていることを
特徴とする。この凹凸構造は、表面積を増大させて放熱
効果を奏するものであればどの様なものでもよく、周期
的であろうとランダムであろうと何れでもよい。また、
多孔質構造、海綿状構造の様なものでもよい。ただし、
素子の本来の機能を損なう程に荒れた凹凸構造であって
はならない。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device having a projecting structure processed into a projecting shape, wherein a part or all of a side wall of the projecting structure is provided. An uneven structure for heat radiation is formed. The concavo-convex structure may be any structure as long as it increases the surface area and exhibits a heat radiation effect, and may be any structure, whether periodic or random. Also,
It may have a porous structure or a spongy structure. However,
The structure must not be so rough as to impair the original function of the device.

【0022】更に、半導体素子についても種類は問わ
ず、突起状構造を有して、その側壁の表面積が増大する
ことによる放熱効果の向上が望まれるものならどの様な
ものでもよい。
Further, the type of the semiconductor element is not limited, and any type may be used as long as it has a protruding structure and is desired to improve the heat radiation effect by increasing the surface area of the side wall.

【0023】以下に、より具体的な態様を述べる。半導
体素子は、典型的には、特に放熱効果の向上が望まれる
突起状に加工された突起状共振器構造を有する半導体発
光素子であり、該突起状共振器構造の側壁の一部あるい
は全てに前記放熱用の凹凸構造が形成されている。半導
体発光素子の例としては次の様なものがある。
Hereinafter, more specific embodiments will be described. The semiconductor element is typically a semiconductor light emitting element having a projecting resonator structure processed into a projecting shape in which improvement in heat radiation effect is particularly desired, and part or all of the side walls of the projecting resonator structure. The uneven structure for heat dissipation is formed. Examples of the semiconductor light emitting device include the following.

【0024】後述の実施例で述べる面発光レーザであ
り、これは、活性層と、該活性層を挟むように設けられ
組成の異なる対を成す層が繰り返し積層された積層構造
を有するp型分布ブラック反射器およびn型分布ブラック
反射器とを備え、その一部あるいは全てがエアポスト状
の前記突起状構造となっている。この組成の異なる対を
成す層は、各層で組成が均一であったり(図10参照)、
各層で組成が連続的に変化していたりする(図11参
照)。この場合、好適には、前記突起状構造中の分布ブ
ラッグ反射器の側壁に沿って前記積層構造を利用して形
成された環状の凹凸が重なった凹凸構造として前記凹凸
構造が形成される。
This is a surface emitting laser described in an embodiment described later, which is a p-type distribution having a stacked structure in which an active layer and a pair of layers having different compositions provided so as to sandwich the active layer are repeatedly stacked. A black reflector and an n-type distributed black reflector are provided, and part or all of them have the air post-like projection structure. Layers forming a pair having different compositions may have a uniform composition in each layer (see FIG. 10),
The composition changes continuously in each layer (see FIG. 11). In this case, preferably, the concave-convex structure is formed as a concave-convex structure in which annular concave-convex portions formed by using the stacked structure are overlapped along the side wall of the distributed Bragg reflector in the convex structure.

【0025】半導体発光素子は、ファブリ−ペロー型、
DFB型、或いはDBR型の端面発光型半導体レーザで
もよく、ここでは前記突起状共振器構造はストライプ状
(この場合には、ストライプ伸長方向が共振器方向とな
る)のメサ構造である。
The semiconductor light emitting device is of a Fabry-Perot type,
The DFB type or DBR type edge emitting semiconductor laser may be used. In this case, the projecting resonator structure is a mesa structure in a stripe shape (in this case, the stripe extending direction is the resonator direction).

【0026】半導体素子は、突起状構造を有する半導体
受光素子でもよい。この例としては、面発光レーザ構造
において少なくとも一方の分布ブラック反射器を除いた
様な構造を持ち、活性層に逆電圧を印加して光検出する
ものがある。
The semiconductor element may be a semiconductor light receiving element having a protruding structure. As an example of this, there is a surface emitting laser structure having a structure in which at least one of the distributed black reflectors is removed, and performing light detection by applying a reverse voltage to the active layer.

【0027】前記凹凸構造は、素子の適当個所を絶縁膜
で覆った状態で陽極酸化処理(適当な電解質溶液中にお
いて多孔質皮膜であるアノード酸化皮膜を生成する)で
前記突起状構造の側壁に粗面を作って形成されたり、素
子の適当個所を保護膜で覆った状態で前記突起状構造の
側壁を機械的に研磨剤で擦って形成されたり、素子の適
当個所を保護膜で覆った状態でプラズマエッチング処理
で前記突起状構造の側壁に粗面を作って形成されたりし
てもよい。これらの方法は積層構造を利用して凹凸構造
を形成するものではないので、どの様な構造の半導体素
子にも適用できる。
The uneven structure is formed on the side wall of the protruding structure by anodizing treatment (forming an anodic oxide film which is a porous film in an appropriate electrolyte solution) with an appropriate portion of the element covered with an insulating film. It is formed by forming a rough surface, or is formed by mechanically rubbing the side wall of the protruding structure with an abrasive while the appropriate portion of the device is covered with a protective film, or the appropriate portion of the device is covered with a protective film. In this state, a rough surface may be formed on the side wall of the protruding structure by plasma etching. Since these methods do not form a concavo-convex structure using a laminated structure, they can be applied to semiconductor elements of any structure.

【0028】前記突起状構造をAl2O3あるいはAlNあるい
はAlGaNを主成分とする層で埋め込んでもよい。これ
も、どの様な構造の半導体素子にも適用でき、これによ
り更に放熱効果が高められる。
The protruding structure may be buried with a layer mainly composed of Al 2 O 3, AlN or AlGaN. This can also be applied to a semiconductor element having any structure, thereby further improving the heat radiation effect.

【0029】面発光レーザにおいて、前記活性層を挟む
ように設けられたp型分布ブラッグ反射器とn型分布ブラ
ッグ反射器とを電気的に絶縁するように絶縁膜を設け、
少なくともエアポスト状分布ブラッグ反射器の側壁に接
するように該絶縁膜上に電極金属膜を設けてもよい。こ
れにより、注入電流が広がらず無効電流を抑えられる。
In the surface emitting laser, an insulating film is provided so as to electrically insulate the p-type distributed Bragg reflector and the n-type distributed Bragg reflector provided so as to sandwich the active layer,
An electrode metal film may be provided on the insulating film so as to be in contact with at least a side wall of the air-post distributed Bragg reflector. Thereby, the injection current does not spread and the reactive current can be suppressed.

【0030】適当な絶縁層を形成した上で前記突起状構
造を金属埋め込み層で埋め込んでもよい。これも、どの
様な構造の半導体素子にも適用でき、これにより更に放
熱効果が高められる。
After the formation of an appropriate insulating layer, the protruding structure may be buried with a metal burying layer. This can also be applied to a semiconductor element having any structure, thereby further improving the heat radiation effect.

【0031】半導体素子が活性層を有する半導体発光素
子として構成され、該活性層への電流の通路を狭窄する
電流狭窄構造を更に有してもよい。これにより、突起状
構造の側壁の凹凸構造による放熱効率の向上とあいまっ
て、素子の低しきい値化、特性の向上と安定化が達成で
きる。
The semiconductor device may be configured as a semiconductor light emitting device having an active layer, and may further have a current confinement structure for narrowing a current path to the active layer. Thus, in combination with the improvement of the heat radiation efficiency due to the uneven structure of the side wall of the protruding structure, the threshold value of the element can be reduced, and the characteristics can be improved and stabilized.

【0032】上記面発光レーザの場合、前記活性層への
電流の通路を狭窄する電流狭窄構造を更に有するとき、
該電流狭窄構造によって制限される光路幅が、前記分布
ブラッグ反射器の側壁に設けられた凹凸構造の面内方向
において対面する凹部の間隔よりも小さいのが良い。
In the case of the above-mentioned surface emitting laser, when it further has a current confinement structure for narrowing a current path to the active layer,
It is preferable that an optical path width limited by the current confinement structure is smaller than a distance between concave portions facing each other in an in-plane direction of the concavo-convex structure provided on a side wall of the distributed Bragg reflector.

【0033】更に、上記目的を達成する本発明の光記録
装置は、上記の半導体発光素子を光源として光記録媒体
に記録を行なうことを特徴とする。好適には、前記光源
が複数の上記の如き面発光レーザからなる。
Further, an optical recording apparatus of the present invention for achieving the above object is characterized in that recording is performed on an optical recording medium using the above-mentioned semiconductor light emitting element as a light source. Preferably, the light source comprises a plurality of surface emitting lasers as described above.

【0034】更に、上記目的を達成する本発明の面発光
レーザの製造方法は、活性層と、該活性層を挟むように
設けられ組成の異なる対を成す層が繰り返し積層された
積層構造を有するp型分布ブラック反射器およびn型分布
ブラック反射器とを備え、その一部あるいは全てがエア
ポスト状の突起状構造となっている面発光レーザの製造
方法であって、少なくともエアポスト状分布ブラッグ反
射器の側壁に前記積層構造を利用して環状の凹凸が重な
った放熱用の凹凸構造を形成する工程を含むことを特徴
とする。これにより、面発光レーザの積層構造を利用し
て、エアポストに効果的な放熱用凹凸構造を容易且つ確
実に形成できる。
Furthermore, the method for manufacturing a surface emitting laser according to the present invention that achieves the above object has a laminated structure in which an active layer and a pair of layers having different compositions provided so as to sandwich the active layer are repeatedly laminated. A method of manufacturing a surface emitting laser comprising a p-type distributed black reflector and an n-type distributed black reflector, part or all of which has an air post-like projection structure, comprising at least an air post-like distributed Bragg reflector Forming a concave-convex structure for heat dissipation in which annular concave-convex portions are overlapped on the side wall of the substrate using the laminated structure. This makes it possible to easily and reliably form an effective heat-releasing concave / convex structure on the air post using the laminated structure of the surface emitting laser.

【0035】典型的には、前記エアポスト状の突起状構
造はドライエッチングで形成され、前記凹凸構造はウエ
ットエッチングで形成される。
Typically, the air-post-like projection structure is formed by dry etching, and the concavo-convex structure is formed by wet etching.

【0036】前記組成の異なる対を成す層のAl濃度を異
ならせ、該Al濃度の相違を利用すれば、前記分布ブラッ
グ反射器の側壁に凹凸構造を容易且つ確実に形成でき
る。
If the Al concentration of the layers forming the pairs having different compositions is made different and the difference in Al concentration is used, an uneven structure can be easily and reliably formed on the side wall of the distributed Bragg reflector.

【0037】また、前記組成の異なる対を成す層のAl濃
度を異ならせ、該Al濃度の相違を利用して前記分布ブラ
ッグ反射器の側壁に酸化部を形成した後に該酸化部をマ
スクとしてウエットエッチングで凹凸構造を容易且つ確
実に形成することもできる。
Further, the Al concentration of the paired layers having different compositions is made different, and an oxidized portion is formed on the side wall of the distributed Bragg reflector by utilizing the difference in Al concentration. The uneven structure can be easily and reliably formed by etching.

【0038】この際、前記組成の異なる対を成す層の各
層で組成が均一であれば、前記凹凸構造は断面が概ね矩
形状の凹凸構造として形成される。また、前記組成の異
なる対を成す層の各層で組成が連続的に変化していれ
ば、前記凹凸構造は断面が概ねサインカーブ状に変化す
る凹凸構造として形成される。何れも効果的な放熱用凹
凸構造となる。
At this time, if the composition of each layer of the pair having different composition is uniform, the concavo-convex structure is formed as a concavo-convex structure having a substantially rectangular cross section. Further, if the composition of each of the layers forming the pair having a different composition changes continuously, the concavo-convex structure is formed as a concavo-convex structure whose cross section changes in a substantially sine curve shape. In any case, an effective heat dissipation uneven structure is obtained.

【0039】更に、前記エアポスト状分布ブラッグ反射
器の周りを絶縁物または金属で埋め込んで放熱性を更に
向上させれば、更なる発光効率の向上や安定化が達成さ
れる。
Further, if the heat dissipation is further improved by embedding the periphery of the air-post-shaped distributed Bragg reflector with an insulator or metal, further improvement and stabilization of the luminous efficiency can be achieved.

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】本発明による面発光レーザなどの
半導体発光素子の実施例を以下に図を用いて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a semiconductor light emitting device such as a surface emitting laser according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0041】(第1の実施例)第1の実施例は、エアポス
ト側壁に環状の凹凸構造を有する面発光レーザである。
図1にこの構造を示す。
(First Embodiment) The first embodiment is a surface emitting laser having an annular concavo-convex structure on the side wall of an air post.
Figure 1 shows this structure.

【0042】この面発光型半導体レーザは、n型GaAs基
板101上に、n型半導体多層反射層(n-type Distributed
Bragg Reflection Layer: n-DBR)102と、n型スペ
ーサ層103と、活性層104と、p型スペーサ層105と、p型
半導体多層反射層(p-DBR)106と、p型コンタクト層107が
順次エピタキシャルに積層されている。そして、p型コ
ンタクト層107とp-DBR106を経てp型スペーサ層105の途
中まで突起状にエッチングすることで共振器突起部108
(エアポスト)が形成されている。さらに、このエアポス
ト側壁には、環状の凹凸が繰り返す凹凸構造109が形成
されており、共振器側壁の表面積を放熱向上の為に増大
させている。
This surface-emitting type semiconductor laser comprises an n-type semiconductor multilayer reflective layer (n-type distributed layer) on an n-type GaAs substrate 101.
Bragg Reflection Layer (n-DBR) 102, n-type spacer layer 103, active layer 104, p-type spacer layer 105, p-type semiconductor multilayer reflection layer (p-DBR) 106, and p-type contact layer 107. The layers are sequentially epitaxially stacked. Then, the resonator protrusions 108 are etched through the p-type contact layer 107 and the p-DBR 106 so as to project halfway through the p-type spacer layer 105.
(Air post) is formed. Further, on the side wall of the air post, there is formed an uneven structure 109 in which annular unevenness is repeated, and the surface area of the side wall of the resonator is increased in order to improve heat radiation.

【0043】エアポスト108には上部電極110が形成さ
れ、下部電極111がn-GaAs基板101に接続している。上部
電極110がその上に形成された絶縁膜112は、露出したp
型スペーサ層105上及びp-DBR106にややかかる程度に形
成されており、注入電流が必要以上に広がるのを防止し
ている。このエアポスト108を形成することによって、
注入された電流が広がらず無効電流を抑えることがで
き、効率的なレーザ発振が可能になる。エアポスト108
側壁の凹凸は、その周囲が空気の場合、凹凸段差が大き
い方がより大きな放熱効果が得られる。しかし、プロセ
スの実際や、素子特性を考慮すると100nm以下の段差が
望ましい。
An upper electrode 110 is formed on the air post 108, and a lower electrode 111 is connected to the n-GaAs substrate 101. The insulating film 112 on which the upper electrode 110 is formed is exposed p
It is formed on the mold spacer layer 105 and the p-DBR 106 to such an extent that the injection current slightly increases. By forming this air post 108,
The injected current does not spread, the reactive current can be suppressed, and efficient laser oscillation becomes possible. Air post 108
As for the unevenness of the side wall, when the surrounding area is air, a larger unevenness step provides a greater heat dissipation effect. However, in consideration of the actual process and the device characteristics, a step of 100 nm or less is desirable.

【0044】次に、本実施例の面発光レーザの製造方法
を図2を用いて説明する。n型GaAs基板101上に、n-DBR10
2とn型スペーサ層103と活性層104とp型スペーサ層105と
p-DBR106とp型コンタクト層107を有機金属気相成長法あ
るいはMBE(分子線エピタキシャル法)で順次エピタキシ
ャル成長する(図2(a))。ここで、n-DBR102は、AlAsとAl
0.15GaO.85Asを交互に30ペア積層し、p-DBR106は、AlAs
とAl0.15Ga0.85Asを交互に25ペア積層する。活性層104
は、3つのGaAsの井戸層とそれを挟むように積層されたA
l0.3Ga0.7Asの障壁層からなる多重量子井戸活性層にな
っている。p型コンタクト層107は、キャリア濃度1×10
19cm-3以上のGaAs層からなっている。n型ドーパントと
してはSiなど、p型ドーパントとしてはCなどを用いるこ
とができる。この表面にフォトレジストを塗布し、フォ
トリソグラフ法で共振器の形状にレジストマスク113を
形成する。ここでは、レジストマスクの形状として円
形、矩形など任意の形状を選ぶことが出来る。
Next, a method of manufacturing the surface emitting laser of this embodiment will be described with reference to FIG. n-DBR10 on n-type GaAs substrate 101
2, n-type spacer layer 103, active layer 104, and p-type spacer layer 105
The p-DBR 106 and the p-type contact layer 107 are sequentially epitaxially grown by metal organic chemical vapor deposition or MBE (molecular beam epitaxy) (FIG. 2 (a)). Here, n-DBR102 is AlAs and Al
0.15 Ga O.85 As is alternately stacked in 30 pairs, p-DBR106 is AlAs
And Al 0.15 Ga 0.85 As are alternately stacked in 25 pairs. Active layer 104
Are three GaAs well layers and A
The active layer is a multiple quantum well active layer composed of a barrier layer of l 0.3 Ga 0.7 As. The p-type contact layer 107 has a carrier concentration of 1 × 10
It consists of a GaAs layer of 19 cm -3 or more. Si or the like can be used as the n-type dopant, and C or the like can be used as the p-type dopant. A photoresist is applied to this surface, and a resist mask 113 is formed in the shape of the resonator by photolithography. Here, any shape such as a circle and a rectangle can be selected as the shape of the resist mask.

【0045】このレジストマスク113をマスクにして、p
型スペーサ層105の途中まで反応性イオンビームエッチ
ング等によりエッチングして共振器突起部(エアポスト)
108を形成する(図2(b))。ここでは、p型スペーサ層105
の途中までエッチングしたが、n-DBR102までの任意の深
さまでエッチングしてもかまわない。放熱の為にはエッ
チング深さは大きい方が良いが、活性層104を保護する
為には活性層の上で止めるのが良い。これは用途に応じ
て決めればよい。ここでは、エアポスト108の幅(径)
は約8μmである。
Using this resist mask 113 as a mask, p
Resonator protrusion (air post) etched by reactive ion beam etching etc. halfway through the mold spacer layer 105
108 is formed (FIG. 2 (b)). Here, the p-type spacer layer 105
, But may be etched to an arbitrary depth up to n-DBR102. A larger etching depth is better for heat dissipation, but it is better to stop above the active layer to protect the active layer 104. This may be determined according to the application. Here, the width (diameter) of the air post 108
Is about 8 μm.

【0046】次に、エアポスト部分108を(H2S04+H202+H
20)でウエットエッチングする。このウエットエッチン
グはAl組成の高い層ほどエッチレートが速いため、AlAs
が優先的にエッチングされ、エアポスト側壁に凹凸109
が形成される。DBRがAlxGa1-xAsで形成されている場合
もAl濃度の高い層が優先的にエッチングされて環状の凹
凸が形成される。ここでは、エアポスト周囲が空気であ
るので、凹部は凸部よりも約80nm凹んでいる程度に凹凸
を形成した。
Next, the air post portion 108 (H 2 S0 4 + H 2 0 2 + H
Wet-etch in 20 ). In this wet etching, a layer having a higher Al composition has a higher etch rate.
Is etched preferentially, and unevenness 109
Is formed. DBR is Al x Ga 1-x As if it is formed at a high layer of Al concentration is preferentially etched also annular unevenness is formed. In this case, since the surroundings of the air post are air, the concave portions are formed to have a depth of about 80 nm below the convex portions.

【0047】さらに、例えば、x=0.12に対してx=0.96の
2つのAl組成でDBRを構成したときには、300〜400℃での
水蒸気酸化などのウエット酸化によって、Al高濃度層を
選択的に酸化し、この酸化部をマスクとして、(H2S04+H
202+H20)により、x=0.12の層を優先的にウエットエッチ
ングすることで凹凸を形成できる。
Further, for example, for x = 0.12, x = 0.96
When a DBR is composed of two Al compositions, the Al high concentration layer is selectively oxidized by wet oxidation such as steam oxidation at 300 to 400 ° C., and using this oxidized portion as a mask, (H 2 S 4 + H
The 2 0 2 + H 2 0) , can be formed irregularities by preferentially wet etched a layer of x = 0.12.

【0048】このようにDBRの各層123、124の組成が均
一な場合には、ウエットエッチングによって形成される
凹凸構造は、図10のような断面が概ね矩形型の凹凸にな
る。
When the composition of each of the layers 123 and 124 of the DBR is uniform, the uneven structure formed by wet etching has a substantially rectangular uneven cross section as shown in FIG.

【0049】各層の組成変化を連続的に変化させると、
滑らかに変化するサインカーブのような凹凸を形成する
こともできる。例えば、Al0.96Ga0.04As125とAl0.12Ga
0.88As127をgraded-index(x:0.96→0.12)のAl濃度変化
層128でつなぎ、Al0.12Ga0.88As127とAl0.96Ga0.04As12
5をgraded-index (例えば、x:O.12→0.96) のAl濃度変
化層126でつないでDBRを形成すると、滑らかな凹凸を形
成することができる(図11)。
When the composition change of each layer is continuously changed,
Irregularities such as a sine curve that changes smoothly can also be formed. For example, Al 0.96 Ga 0.04 As125 and Al 0.12 Ga
0.88 As127 is connected with graded-index (x: 0.96 → 0.12) Al concentration change layer 128, and Al 0.12 Ga 0.88 As127 and Al 0.96 Ga 0.04 As12
When DBR is formed by connecting 5 with a graded-index (for example, x: O.12 → 0.96) Al concentration change layer 126, smooth unevenness can be formed (FIG. 11).

【0050】エアポスト108周囲が空気である場合は、
凹部はできるだけ窪んでいる方がより高い放熱効果が得
られる。しかし、後述のようにエアポスト周囲を埋め込
む場合は、埋め込み層とのコンタクトを確実にするため
に、凹凸段差をDBR1層の膜厚程度に止めておく方が望ま
しい(図10参照)。
When the air around the air post 108 is air,
The higher the heat dissipation effect is, the more the recessed portion is recessed as much as possible. However, when the surroundings of the air post are buried as described later, it is preferable to keep the unevenness step to about the thickness of the DBR1 layer in order to ensure contact with the buried layer (see FIG. 10).

【0051】次に、レジストマスク113を除去した後
(図2(c))、エアポスト108の大部分を除く表面の一部
(最下部)に、絶縁膜112として、例えばSi02膜を、モノ
シランを原料にしたプラズマCVD法によって形成する。
そして、エアポスト108の上面コンタクト層107とエアポ
スト側壁凹凸109と絶縁層112の表面に沿って連続的に上
部電極110を形成する(図2(d))。成膜方法としてはス
パッタ蒸着法や電子線ビーム蒸着などを用いることがで
きる。
Next, after removing the resist mask 113 (FIG. 2C), a part of the surface excluding most of the air post 108 is formed.
On the (bottom), for example, a SiO 2 film is formed as the insulating film 112 by a plasma CVD method using monosilane as a raw material.
Then, the upper electrode 110 is continuously formed along the upper surface contact layer 107 of the air post 108, the air post side wall unevenness 109, and the surface of the insulating layer 112 (FIG. 2D). As a film forming method, a sputter evaporation method, an electron beam evaporation method, or the like can be used.

【0052】上部電極110の材料にはTiが、化合物半導
体とオーミック接触できる材料である点から、好適であ
る。この他にも、n型の化合物半導体に対してはAuGeの
合金、p型の化合物半導体に対してはAuZnの合金などを
用いることができる。また、TiとAuを用い、この順にス
パッタ蒸着法によって順次積層してもよい。電極の最表
面にAuを形成すると酸化皮膜を作らず、この上に埋め込
み層を形成する場合には、この埋め込み層との濡れ性に
優れている材料(密着性の良い材料)としてAuは好適で
ある。
As the material of the upper electrode 110, Ti is preferable because it is a material that can make ohmic contact with the compound semiconductor. In addition, an AuGe alloy can be used for an n-type compound semiconductor, and an AuZn alloy can be used for a p-type compound semiconductor. Alternatively, Ti and Au may be sequentially stacked in this order by a sputter deposition method. When Au is formed on the outermost surface of the electrode, an oxide film is not formed, and when a buried layer is formed thereon, Au is preferable as a material having excellent wettability with this buried layer (a material having good adhesion). It is.

【0053】最後に、基板101裏側にAuGe、Ni、Auを蒸
着で積層して下部電極111を形成する。そして、電極コ
ンタクトのためにアニール(400℃、2分、Ar雰囲気中)を
行い、面発光型半導体レーザを作製する(図2(d))。完成
した面発光レーザは出力が向上し、発振強度も安定した
ものであった。
Finally, AuGe, Ni, and Au are laminated on the back side of the substrate 101 by vapor deposition to form the lower electrode 111. Then, annealing (400 ° C., 2 minutes, in an Ar atmosphere) is performed for electrode contact, and a surface-emitting type semiconductor laser is manufactured (FIG. 2D). The completed surface emitting laser had improved output and stable oscillation intensity.

【0054】(第2の実施例)第2の実施例の構造は、側
壁に凹凸構造を有したエアポストの周囲を絶縁膜で埋め
込み、その上に上部電極が形成されている構造である。
(Second Embodiment) The structure of the second embodiment is a structure in which the periphery of an air post having a concavo-convex structure on the side wall is buried with an insulating film, and an upper electrode is formed thereon.

【0055】図3にこの面発光レーザ構造を示す。この
構造は、埋め込み層114、上部電極116以外は、先述の図
1と同様な構成である。従って図1と共通部分は同一の符
号で示す。埋め込み層114は、絶縁膜で熱伝導率の高い
ものが好ましく、Al203、 AlN、AlGaNなどを主成分とす
る材料が好適である。エアポスト108側壁の凹凸109の段
差があまり大きいと、埋め込み層とのコンタクトをとる
のが困難となるため、凹部の凸部に対する窪みは、DBR1
層あたりの膜厚程度に止めておく方が好ましい。
FIG. 3 shows this surface emitting laser structure. This structure is the same as the above-described structure except for the buried layer 114 and the upper electrode 116.
It has the same configuration as 1. Therefore, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Buried layer 114 is preferably a high thermal conductivity in the insulating film, Al 2 0 3, AlN, it is material composed mainly of such AlGaN is preferred. If the unevenness 109 on the side wall of the air post 108 is too large, it is difficult to make contact with the buried layer.
It is preferable that the thickness be kept to about the film thickness per layer.

【0056】本実施例の構造は以下のようにして作製さ
れる。作製方法を図4に示す。エアポスト108側壁に凹凸
を形成し、凹凸構造109を形成するまでの工程(図4(a)〜
(c))は、第1の実施例と同様である。ただし、凹凸の段
差は50nmとした。
The structure of this embodiment is manufactured as follows. The fabrication method is shown in FIG. Steps until the unevenness is formed on the side wall of the air post 108 and the unevenness structure 109 is formed (FIG.
(c)) is the same as in the first embodiment. However, the step of the unevenness was 50 nm.

【0057】次に、絶縁膜114でエアポスト108を埋め込
む(図4(d))。絶縁膜114の形成方法は、エアポスト側壁
に形成した凹凸構造109との密着性を良くするため、CVD
などが適している。材料は、前述したように、Al203、A
lN、AlGaNなどを主成分とする材料が好適である。そし
て、Si02などをマスク115として埋め込み層のパターニ
ングを行ない、レーザ放出部を形成する(図5(a))。更
に、上部コンタクト層107に接触するようにTiとAuを積
層することで上部電極116を形成する。最後に、基板101
裏側にAuGe、Ni、Auを蒸着で積層して下部電極111を形
成して、電極コンタクトのためにアニール(400℃、2
分、Ar雰囲気中)を行い、面発光型半導体レーザを作製
する(図5(b)。
Next, the air post 108 is embedded with the insulating film 114 (FIG. 4D). The method of forming the insulating film 114 is a CVD method for improving the adhesion with the uneven structure 109 formed on the side wall of the air post.
Etc. are suitable. The material is Al 2 O 3 , A
A material mainly containing 1N, AlGaN, or the like is preferable. Then, performs patterning of the buried layer and the like Si0 2 mask 115, to form a laser emitting unit (Figure 5 (a)). Further, an upper electrode 116 is formed by stacking Ti and Au so as to be in contact with the upper contact layer 107. Finally, the substrate 101
AuGe, Ni, Au are deposited on the back side by vapor deposition to form the lower electrode 111, and annealed for electrode contact (400 ° C, 2 ° C).
(In an Ar atmosphere) to produce a surface emitting semiconductor laser (FIG. 5B).

【0058】こうして完成した面発光レーザは、出力が
向上し、発振強度も安定したものであった。本実施例に
よれば、側壁に凹凸構造109を有したエアポスト108周囲
を熱伝導に優れた埋め込み層114で密着して覆うことに
より放熱性が更に高まり、駆動中の素子温度を大きく下
げることができた。その結果、大幅なレーザ出力の増加
および信頼性の向上が実現できた。
The surface emitting laser completed in this way had an improved output and a stable oscillation intensity. According to the present embodiment, the air post 108 having the uneven structure 109 on the side wall is closely covered with the buried layer 114 having excellent heat conduction, so that the heat radiation property is further increased, and the element temperature during driving can be greatly reduced. did it. As a result, a significant increase in laser output and improvement in reliability were realized.

【0059】(第3の実施例)第3の実施例は、側壁に凹
凸構造を有したエアポスト周囲を絶縁物と金属で埋め込
んだ面発光レーザであり、その上に上部電極が形成され
ている。
Third Embodiment A third embodiment is a surface-emitting laser in which the periphery of an air post having an uneven structure on the side wall is embedded with an insulator and a metal, and an upper electrode is formed thereon. .

【0060】図6にこの構造による面発光レーザを示
す。エアポスト108はn型スペーサ層103まで形成されて
いる。この構造は、絶縁層117、上部電極118、金属から
なる埋め込み層119、取り出し電極120以外は、先述の図
3と同様な構成である。図3と共通部分には同一の符号が
付してある。
FIG. 6 shows a surface emitting laser having this structure. The air post 108 is formed up to the n-type spacer layer 103. This structure is similar to the above-described structure except for the insulating layer 117, the upper electrode 118, the buried layer 119 made of metal, and the extraction electrode 120.
It has the same configuration as 3. 3 are denoted by the same reference numerals.

【0061】埋め込み層119の為の絶縁層117は、熱伝導
率の高い材料が好ましく、先述のようにAl203、AlN、Al
GaN等を主成分とする材料が好適であるが、前述の第2の
実施例の構造の埋め込み層114に比べると膜厚が薄いの
で、その他の絶縁物(例えば、Si02、Ti02、Ta203など)
でもよい。埋め込み層の金属膜119は、金属ならば材料
は何でもよい。AuSnの他に、Sn、In、SnIn、PbSn、AuSi
等などが具体的に挙げられるが、これに限定されない。
ここでも、エアポスト118の凹部の凸部に対する窪み
は、DBR1層あたりの膜厚程度の範囲に止めておく方が望
ましい。この構造において、上記絶縁膜117は素子の電
気的な短絡を防いでいる。また、エアポスト108に対す
る埋め込み層として金属膜119を用いることで、より高
い放熱効果が達成される。
[0061] The insulating layer 117 for the buried layer 119 is higher material preferably thermal conductivity, as previously described Al 2 0 3, AlN, Al
Material mainly composed of GaN or the like but is suitable, since the film thickness is thin compared to the buried layer 114 of the structure of the second embodiment described above, other insulating material (for example, Si0 2, Ti0 2, Ta (2 0 3 etc.)
May be. The metal film 119 of the buried layer may be made of any material as long as it is a metal. In addition to AuSn, Sn, In, SnIn, PbSn, AuSi
Specific examples include, but are not limited to, these.
Also in this case, it is desirable that the depression of the concave portion of the air post 118 with respect to the convex portion is kept within a range of about the film thickness per DBR layer. In this structure, the insulating film 117 prevents the element from being electrically short-circuited. Further, by using the metal film 119 as a buried layer for the air post 108, a higher heat radiation effect can be achieved.

【0062】エアポスト構造の面発光型半導体レーザで
の主な発熱源は、前述したように、活性層104、p-DBR10
6の抵抗、あるいはp型コンタクト層107と上部電極のコ
ンタクト抵抗によるジュール熱などであると考えられ、
これらの発熱源は主にエアポスト108に存在している。
よって、以上のようにエアポスト108側壁に凹凸構造109
を設けて表面積を増大させたり、エアポスト108周囲の
ヒートシンクとして作用する埋め込み層とエアポストの
接触面積を増大させることで、エアポスト108の放熱を
促す。こうして共振器の温度を下げられ、その結果、大
幅なレーザ出力の増加および信頼性の向上が実現でき
た。
The main heat source in the surface emitting semiconductor laser having the air post structure is, as described above, the active layer 104 and the p-DBR 10.
6 or Joule heat due to the contact resistance between the p-type contact layer 107 and the upper electrode.
These heat sources mainly exist in the air post 108.
Therefore, the uneven structure 109 is formed on the side wall of the air post 108 as described above.
Is provided to increase the surface area, or to increase the contact area between the air post and the buried layer acting as a heat sink around the air post, thereby promoting heat radiation of the air post. In this way, the temperature of the resonator was lowered, and as a result, a significant increase in laser output and improvement in reliability were realized.

【0063】第3の実施例の作製方法を図7と図8に示し
た。エアポスト108を形成し、その側壁に凹凸構造109を
形成するまでの工程は第1、第2の実施例の構造の作製方
法と同様である(図7(a)〜(c))。ただし、ここではn−ス
ペーサ層103までエッチングしている。
FIGS. 7 and 8 show a manufacturing method of the third embodiment. The steps from the formation of the air post 108 to the formation of the concavo-convex structure 109 on the side wall thereof are the same as those in the method of manufacturing the structure of the first and second embodiments (FIGS. 7A to 7C). However, the etching is performed up to the n-spacer layer 103 here.

【0064】次に、エアポスト108の上部を除く表面
に、絶縁層117として、例えばSi02膜を、モノシランを
原料にしたプラズマCVD法によって形成する(図7(d))。
そして、エアポスト108の上面コンタクト層107とエアポ
スト側壁凹凸109と絶縁層117の表面に沿って連続的に上
部電極118をCVDによって形成する(図8(a))。ここではAu
を成膜した。ただし、上面コンタクト層107の端に上部
電極118が接触するようにし、その中心部分のレーザ出
射口の上部電極はフォトリソによって除去する(図8
(a))。使用に好適な材料は、前述の実施例の作製方法の
説明に準ずる。
Next, on the surface excluding the upper part of the air post 108, for example, a SiO 2 film is formed as an insulating layer 117 by a plasma CVD method using monosilane as a raw material (FIG. 7 (d)).
Then, an upper electrode 118 is formed continuously by CVD along the upper surface contact layer 107 of the air post 108, the air post side wall unevenness 109, and the surface of the insulating layer 117 (FIG. 8A). Here Au
Was formed. However, the upper electrode 118 is brought into contact with the end of the upper contact layer 107, and the upper electrode of the laser emission port at the center is removed by photolithography (FIG. 8).
(a)). Materials suitable for use are in accordance with the description of the manufacturing method in the above embodiment.

【0065】この上部電極118上に、金属からなる埋め
込み層119を、リフトオフ法を用いて堆積させる。埋め
込み金属119の材料としてはAuSnの合金を用いた。この
他に、Sn、In、SnIn合金、PbSn合金、AuSi合金等の金属
を用いることができる。この埋め込み金属119は、この
後、加熱処理により溶融して変形することで上部電極11
8との密着性の良い埋め込み層とする(図8(b)。最後に、
レーザ出射口に掛からないように埋め込み層119表面にA
uの電極パッド120を形成し、基板101裏側にAuGe、Ni、A
uを積層した構造の下部電極111を蒸着して、電極コンタ
クトのためにアニール(400℃、2分、Ar雰囲気中)を行
い、面発光型半導体レーザを作製した(図8(c))。
On this upper electrode 118, a buried layer 119 made of metal is deposited by a lift-off method. AuSn alloy was used as the material of the buried metal 119. Besides, metals such as Sn, In, SnIn alloy, PbSn alloy, and AuSi alloy can be used. The buried metal 119 is then melted and deformed by the heat treatment, thereby forming the upper electrode 11.
A buried layer having good adhesion to 8 (FIG. 8 (b).
A on the surface of the buried layer 119 so that it does not touch the laser emission port.
u electrode pad 120, and AuGe, Ni, A
A lower electrode 111 having a structure in which u were laminated was deposited and annealed (400 ° C., 2 minutes, in an Ar atmosphere) for electrode contact, thereby producing a surface-emitting type semiconductor laser (FIG. 8C).

【0066】本実施例によれば、側壁に凹凸構造109を
有したエアポスト108周囲を熱伝導に優れた埋め込み金
属層119で密着して覆うことにより放熱性が高まり、駆
動中の素子温度を大きく下げることができた。その結
果、大幅なレーザ出力の増加および信頼性の向上が実現
できた。
According to this embodiment, the air post 108 having the uneven structure 109 on the side wall is closely covered with the buried metal layer 119 having excellent heat conductivity, so that the heat radiation property is enhanced and the element temperature during driving is increased. Could be lowered. As a result, a significant increase in laser output and improvement in reliability were realized.

【0067】(第4の実施例)第4の実施例は、第3の実施
例の構造に電流狭窄層を加えた構造を有する。第4の実
施例の構造の作製方法を図7、図8、図9を用いて説明す
る。
(Fourth Embodiment) The fourth embodiment has a structure in which a current confinement layer is added to the structure of the third embodiment. A method for manufacturing the structure of the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 7, 8, and 9. FIG.

【0068】ここではDBRをAl0.15GaO.85AsとAlO.95Ga
0.05Asを交互に積層することで形成し、p-DBR106の下部
にAlO.96Ga0.04As/AlAs/Al0.96Ga0.04Asからなる層105
を設ける。そして、エアポスト108までを第3の実施例と
同様な作製方法で形成する(図7(a)〜(b)参照)。
Here, the DBR is set to Al 0.15 Ga O.85 As and Al O.95 Ga
A layer 105 made of Al O.96 Ga 0.04 As / AlAs / Al 0.96 Ga 0.04 As is formed by alternately laminating 0.05 As, under the p-DBR 106.
Is provided. Then, up to the air post 108 is formed by the same manufacturing method as in the third embodiment (see FIGS. 7A and 7B).

【0069】次に、素子を400℃の水蒸気中に1O分置く
ことによって、上記Al0.95Ga0.05AsとAlO.96GaO.04As/A
lAs/Al0.96Ga0.04Asを選択的に酸化する。この酸化処理
によって、Al0.96Ga0.04As/AlAs/Al0.96Ga0.04Asの層10
5において、エアポスト108側壁の両側から約2.5μmの幅
で酸化層122が形成され、電流狭窄部121が形成される。
さらに、p-DBR106のAl0.95GaO.05As層はAlO.15Ga0.95As
層よりも酸化されるため、(H2S04+H202+H20)でウエット
エッチングすると、AlO.95GaO.05As層は該酸化層によっ
てマスクされていて殆どエッチングされず、Al0.15Ga
O.95As層がエッチングされる。こうして、エアポスト10
8の側壁に凹凸構造109を形成することができる(図7(c)
参照)。
Next, the device was placed in water vapor at 400 ° C. for 10 minutes to obtain Al 0.95 Ga 0.05 As and Al O.96 Ga O.04 As / A.
lAs / Al 0.96 Ga 0.04 As is selectively oxidized. By this oxidation treatment, a layer 10 of Al 0.96 Ga 0.04 As / AlAs / Al 0.96 Ga 0.04 As
In 5, the oxide layer 122 is formed with a width of about 2.5 μm from both sides of the side wall of the air post 108, and the current confinement part 121 is formed.
Furthermore, the Al 0.95 Ga O.05 As layer of p-DBR106 is Al O.15 Ga 0.95 As
Since it is more oxidized than the layer, when wet-etched with (H 2 S 0 4 + H 2 0 2 + H 2 0), the Al O.95 Ga O.05 As layer is almost etched by being masked by the oxide layer. Al 0.15 Ga
The O.95 As layer is etched. Thus, air post 10
An uneven structure 109 can be formed on the side wall of FIG. 8 (FIG. 7 (c)
reference).

【0070】この後の、エアポスト108の上部を除く表
面への絶縁層117の形成から(図7(d))、埋め込み層119表
面への電極パッド120の形成と基板101裏側への下部電極
111の形成(図8(c))までは、第3の実施例と同様である。
After the formation of the insulating layer 117 on the surface excluding the upper part of the air post 108 (FIG. 7D), the formation of the electrode pad 120 on the surface of the buried layer 119 and the formation of the lower electrode on the back side of the substrate 101
The steps up to the formation of 111 (FIG. 8 (c)) are the same as in the third embodiment.

【0071】本実施例によれば、側壁に凹凸構造109を
有したエアポスト108周囲を熱伝導に優れた埋め込み層1
19で密着して覆うことにより放熱性が高まり、駆動中の
素子温度を大きく下げることができた。さらに、注入さ
れた電流がエアポストの中央に集中することで、単純な
突起状エアポスト構造に比べて大幅に無効電流が抑えら
れ、しきい値電流の低減や著しいレーザ出力の増加およ
び信頼性の向上が実現できた。このように酸化Al層122
を電流狭窄層に用いる突起状共振器構造に本発明を適用
すると、従来では出来なかった電流狭窄と放熱を両立で
き、極めて効果的である。
According to this embodiment, the buried layer 1 having excellent heat conduction is formed around the air post 108 having the uneven structure 109 on the side wall.
By covering closely with 19, the heat dissipation was enhanced, and the element temperature during driving could be greatly reduced. In addition, the injected current is concentrated in the center of the air post, significantly reducing reactive current compared to a simple protruding air post structure, reducing threshold current, significantly increasing laser output, and improving reliability. Was realized. Thus, the Al oxide layer 122
When the present invention is applied to a protruding resonator structure using as a current confinement layer, current confinement and heat radiation, which were not possible in the past, can be achieved at the same time, which is extremely effective.

【0072】なお、本発明は、本発明の趣旨の範囲内で
種々の変形実施が可能である。活性層は、面発光型半導
体レーザなどの半導体発光素子の発振波長に応じてInGa
As、GaAs、AlGaAs、GaInP、AlGaInP、InGaAsP、ZnSe、Z
nS、GaN、AlGaN、InN、InGaNのいずれかから成る単層あ
るいは量子井戸層を用いることが可能である。さらに、
半導体の導電型のp型とn型を入れ替えても実施が可能で
ある。InGaAs、GaAsから活性層を形成した場合は、発振
波長を約980nm付近にできるため、GaAs基板側からの光
放出が可能となる。
The present invention can be variously modified within the scope of the present invention. The active layer is made of InGa according to the oscillation wavelength of a semiconductor light emitting device such as a surface emitting semiconductor laser.
As, GaAs, AlGaAs, GaInP, AlGaInP, InGaAsP, ZnSe, Z
It is possible to use a single layer or a quantum well layer made of any of nS, GaN, AlGaN, InN, and InGaN. further,
The present invention can be implemented even if the conductivity type of the semiconductor is changed from the p type to the n type. When the active layer is formed of InGaAs or GaAs, the oscillation wavelength can be set to about 980 nm, so that light can be emitted from the GaAs substrate side.

【0073】また、上記第1〜第3の実施例のそれぞれの
構造に対し、電流狭窄構造を付与した構造も可能であ
る。例えば、DBRの中に他の層よりも酸化しやすい層を
挿入し(AlAsやAlxGa1-xAs、x=0.96など)、これをウエッ
ト酸化によって酸化することで、電流狭窄構造を付与で
きる(図9参照)。このとき、電流狭窄部の電流パスの
間隔の方が、エアポスト側壁の対向する凹部の間隔より
も小さい構造とする。この様な構造とすることにより、
エアポスト側壁に設けた凹凸構造が素子内の光を散乱す
る影響を回避できる。電流狭窄構造を有した面発光レー
ザに本発明を適用すると、エアポスト側壁の凹凸構造に
よる放熱効率の向上とあいまって、素子の低しきい値
化、特性の向上と安定化が達成できることは上述した通
りである。なお、電流狭窄構造は一個所に限らず、任意
の場所に任意の数、形成することができる。
A structure in which a current confinement structure is added to each of the structures of the first to third embodiments is also possible. For example, a layer that is easier to oxidize than the other layers is inserted into the DBR (AlAs, Al x Ga 1-x As, x = 0.96, etc.), and this is oxidized by wet oxidation to provide a current confinement structure Yes (see Figure 9). At this time, the structure is such that the interval between the current paths of the current constriction portion is smaller than the interval between the opposing concave portions on the side wall of the air post. By adopting such a structure,
The influence of the uneven structure provided on the side wall of the air post scattering light in the element can be avoided. As described above, when the present invention is applied to a surface emitting laser having a current confinement structure, the threshold value of the element can be reduced, and the characteristics can be improved and stabilized, in addition to the improvement of the heat radiation efficiency due to the uneven structure of the air post sidewall. It is on the street. Note that the current confinement structure is not limited to one location, and can be formed in any number and in any location.

【0074】(第5の実施例)これまで述べてきた面発光
レーザ等の半導体発光素子は、これを光源とした光記録
装置に適用できる。例えば、レーザビームプリンタなど
がその一例として挙げられる。
(Fifth Embodiment) The semiconductor light emitting device such as the surface emitting laser described above can be applied to an optical recording apparatus using the semiconductor light emitting device as a light source. For example, a laser beam printer is an example.

【0075】第5の実施例では、今まで述べてきた面発
光レーザをレーザビームプリンタに適用したものであ
る。図12にその簡単な構成を示す。ここで、光源130は
単一の面発光レーザでもよいし、複数の面発光レーザを
配置したいわゆるマルチアレイ化したものでもよい。本
発明による面発光レーザをマルチアレイ化し、これを光
源として具備したレーザビームプリンタでは、図12に示
すように一回のスキャンで感光ドラム133へ数列の帯状
に光書き込みができるため、非常に高速なプリントが可
能となる。ドラム133上でのピッチはレンズ系134で任意
の幅にすることができ、例えば125μmピッチの面発光レ
ーザアレイの光をドラム面133上では20μmピッチにする
ことも容易である。制御の上では、1次元で8個を集積化
した面発光レーザなどが使いやすい。ここではレーザの
波長としては0.77μm帯のものを用いた。尚、132はLD制
御回路の作動のタイミングを取る為に走査ビームを受光
する受光器である。
In the fifth embodiment, the above-described surface emitting laser is applied to a laser beam printer. FIG. 12 shows the simple configuration. Here, the light source 130 may be a single surface emitting laser or a so-called multi-array in which a plurality of surface emitting lasers are arranged. In a laser beam printer in which a surface emitting laser according to the present invention is formed into a multi-array and provided as a light source, as shown in FIG. Printing is possible. The pitch on the drum 133 can be set to an arbitrary width by the lens system 134. For example, the light of the surface emitting laser array having a pitch of 125 μm can be easily set to a pitch of 20 μm on the drum surface 133. In terms of control, a one-dimensional integrated surface emitting laser with eight lasers is easy to use. Here, a laser wavelength of 0.77 μm was used. Reference numeral 132 denotes a light receiver for receiving a scanning beam in order to set the operation timing of the LD control circuit.

【0076】レーザビームプリンタの高速化のために
は、ポリゴンミラー131の回転数の増大には限界があ
り、本発明によるマルチアレイ化された面発光レーザを
用いると容易に高速化が達成できる。また、端面発光レ
ーザをアレイ化した場合には注入電流量が多いため、消
費電力の上昇の問題が若干あったが、本発明による面発
光レーザを用いれば、1桁以上消費電力を低減すること
ができる。これは端面発光レーザでの駆動電流が50mAで
あるのに対し、面発光レーザの場合は10mA程度で駆動で
きるためである。しかし、端面発光レーザにも本発明を
適用すると放熱性について問題が軽減される。さらに、
アレイ数を増やして1200ピクセル程度にすれば、ポリゴ
ンミラーなしでマルチアレイ光源をスキャンするだけで
高速のレーザビームプリンタを構成できる。
In order to increase the speed of the laser beam printer, there is a limit to the increase in the number of revolutions of the polygon mirror 131, and the use of the multi-array surface emitting laser according to the present invention can easily increase the speed. In addition, when the edge emitting lasers are arrayed, there is a slight problem of an increase in power consumption due to a large amount of injected current. However, if the surface emitting laser according to the present invention is used, power consumption can be reduced by one digit or more. Can be. This is because the driving current of the edge emitting laser is 50 mA, whereas the surface emitting laser can be driven at about 10 mA. However, when the present invention is applied to an edge emitting laser, the problem of heat dissipation is reduced. further,
If the number of arrays is increased to about 1200 pixels, a high-speed laser beam printer can be constructed simply by scanning a multi-array light source without a polygon mirror.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
突起状共振器などの突起部の側壁に凹凸構造を形成する
ことによって、その表面積を増大させて半導体発光素子
の放熱効果を高めることができる。また、その周囲を埋
め込む放熱効果の高い材料との接触面積を増加させるこ
とで、放熱性を飛躍的に高めて、駆動中の素子温度の上
昇を抑え、光出力の向上を可能にし、さらに信頼性や安
定性を高めることができる。
As described above, according to the present invention,
By forming the concavo-convex structure on the side wall of the protruding portion such as the protruding resonator, the surface area can be increased and the heat radiation effect of the semiconductor light emitting element can be improved. In addition, by increasing the contact area with the high heat dissipation material embedded in the surrounding area, the heat dissipation is dramatically improved, the rise in the element temperature during driving is suppressed, and the light output is improved. Properties and stability can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は本発明による第1の実施例の面発光レーザ
を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a surface emitting laser according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図2は第1の実施例の面発光レーザを製造する工
程を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a step of manufacturing the surface-emitting laser according to the first embodiment.

【図3】図3は本発明による第2の実施例の面発光レーザ
を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a surface emitting laser according to a second embodiment of the present invention.

【図4】図4は第2の実施例の面発光レーザを製造する工
程を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a step of manufacturing the surface-emitting laser according to the second embodiment.

【図5】図5は第2の実施例の面発光レーザを製造する工
程を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a step of manufacturing the surface-emitting laser according to the second embodiment.

【図6】図6は本発明による第3の実施例の面発光レーザ
を示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a surface emitting laser according to a third embodiment of the present invention.

【図7】図7は第3の実施例の面発光レーザを製造する工
程を示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view illustrating a step of manufacturing the surface emitting laser according to the third embodiment.

【図8】図8は第3の実施例の面発光レーザを製造する工
程を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a step of manufacturing the surface-emitting laser according to the third embodiment.

【図9】図9は本発明による第4の実施例である電流狭窄
構造を導入した面発光レーザを示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a surface emitting laser having a current confinement structure according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】図10は突起状共振器側壁の凹凸構造の一例を示
す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a concavo-convex structure of a protruding resonator side wall.

【図11】図11は突起状共振器側壁の凹凸構造の他の一例
を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing another example of the concavo-convex structure of the protruding resonator side wall.

【図12】図12は本発明による半導体発光素子を光源とす
るレーザビームプリンタを説明する概略図である。
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a laser beam printer using a semiconductor light emitting device according to the present invention as a light source.

【図13】図13は従来の面発光レーザを示す断面図であ
る。
FIG. 13 is a sectional view showing a conventional surface emitting laser.

【図14】図14は従来の他の面発光レーザを示す断面図で
ある。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing another conventional surface emitting laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 n-GaAs基板 102 n-DBR 103 n-スペーサ層 104 活性層 105 p-スペーサ層 106 p-DBR 107 p-コンタクト層 108 突起状共振器(エアポスト) 109 エアポスト側壁の凹凸構造 11O,116,118 アノード電極(上部電極) 111 下部電極 112,117 絶縁膜(絶縁層) 113 レジストマスク 114 埋め込み層 115 Si02マスク 119 金属埋め込み層 120 電極パッド 121 電流狭窄部 122 酸化層 123 GaAs 124 AlAs 125 AlGaAsのAl高濃度層 126 AlGaAsのAl濃度変化層(少→多) 127 AlGaAsのAl低濃度層 128 AlGaAsのAl濃度変化層(多→少) 130 本発明による半導体発光素子からなる光源 131 ポリゴンミラー 132 受光器 133 感光ドラム 134 シリンドリカルレンズ101 n-GaAs substrate 102 n-DBR 103 n-spacer layer 104 active layer 105 p-spacer layer 106 p-DBR 107 p-contact layer 108 protruding resonator (air post) 109 concavo-convex structure on air post side wall 11O, 116,118 anode electrode (Upper electrode) 111 lower electrode 112,117 insulating film (insulating layer) 113 resist mask 114 buried layer 115 Si0 2 mask 119 metal buried layer 120 electrode pad 121 current confinement part 122 oxide layer 123 GaAs 124 AlAs 125 AlGaAs high concentration Al layer 126 Al concentration change layer of AlGaAs (small → many) 127 AlGaAs low concentration layer 128 AlGaAs Al concentration change layer (many → small) 130 Light source composed of semiconductor light emitting device according to the present invention 131 Polygon mirror 132 Light receiver 133 Photosensitive drum 134 Cylindrical lens

Claims (26)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】突起状に加工された突起状構造を有する半
導体素子において、該突起状構造の側壁の一部あるいは
全てに放熱用の凹凸構造が形成されていることを特徴と
する半導体素子。
1. A semiconductor device having a protrusion-like structure processed into a protrusion, wherein a part or all of a side wall of the protrusion-like structure is formed with an uneven structure for heat radiation.
【請求項2】突起状に加工された突起状共振器構造を有
する半導体発光素子であり、該突起状共振器構造の側壁
の一部あるいは全てに前記放熱用の凹凸構造が形成され
ている請求項1に記載の半導体素子。
2. A semiconductor light emitting device having a protruding resonator structure processed into a protruding shape, wherein the heat dissipation uneven structure is formed on a part or all of side walls of the protruding resonator structure. Item 2. The semiconductor element according to item 1.
【請求項3】活性層と、該活性層を挟むように設けられ
組成の異なる対を成す層が繰り返し積層された積層構造
を有するp型分布ブラック反射器およびn型分布ブラック
反射器とを備え、その一部あるいは全てがエアポスト状
の前記突起状構造となっている面発光レーザとして構成
されている請求項2に記載の半導体素子。
3. An active layer, and a p-type distributed black reflector and an n-type distributed black reflector having a laminated structure in which a pair of layers having different compositions and provided so as to sandwich the active layer are repeatedly laminated. 3. The semiconductor device according to claim 2, wherein a part or all of the semiconductor element is configured as a surface emitting laser having the air post-shaped projection structure.
【請求項4】前記組成の異なる対を成す層は、各層で組
成が均一である請求項3に記載の半導体素子。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the layers forming the pair having different compositions have a uniform composition in each layer.
【請求項5】前記組成の異なる対を成す層は、各層で組
成が連続的に変化している請求項3に記載の半導体素
子。
5. The semiconductor device according to claim 3, wherein the composition of the layers forming the pair having different compositions changes continuously in each layer.
【請求項6】前記突起状構造中の前記分布ブラッグ反射
器の側壁に沿って前記積層構造を利用して形成された環
状の凹凸が重なった凹凸構造として前記凹凸構造が形成
されている請求項3、4または5に記載の半導体素子。
6. The uneven structure formed as an uneven structure in which annular unevenness formed using the laminated structure is overlapped along a side wall of the distributed Bragg reflector in the protruding structure. 6. The semiconductor device according to 3, 4, or 5.
【請求項7】ファブリ−ペロー型、DFB型、或いはD
BR型の端面発光型半導体レーザとして構成され、前記
突起状共振器構造はストライプ状のメサ構造である請求
項2に記載の半導体素子。
7. A Fabry-Perot type, a DFB type, or a D type
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor device is configured as a BR type edge emitting semiconductor laser, and the projecting resonator structure is a stripe-shaped mesa structure.
【請求項8】前記突起状構造を有する半導体受光素子と
して構成されている請求項1記載の半導体素子。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is configured as a semiconductor light receiving device having the protruding structure.
【請求項9】前記凹凸構造は、陽極酸化処理で前記突起
状構造の側壁に粗面を作って形成されている請求項1乃
至5、7及び8の何れかに記載の半導体素子。
9. The semiconductor device according to claim 1, wherein said uneven structure is formed by forming a rough surface on a side wall of said protruding structure by anodizing treatment.
【請求項10】前記凹凸構造は前記突起状構造の側壁を
機械的に研磨剤で擦って形成されている請求項1乃至
5、7及び8の何れかに記載の半導体素子。
10. The semiconductor device according to claim 1, wherein said uneven structure is formed by mechanically rubbing a side wall of said projecting structure with an abrasive.
【請求項11】前記凹凸構造はプラズマエッチング処理
で前記突起状構造の側壁に粗面を作って形成されている
請求項1乃至5、7及び8の何れかに記載の半導体素
子。
11. The semiconductor device according to claim 1, wherein said uneven structure is formed by forming a rough surface on a side wall of said protruding structure by plasma etching.
【請求項12】前記突起状構造をAl2O3あるいはAlNある
いはAlGaNを主成分とする層で埋め込んでいる請求項1
乃至11の何れかに記載の半導体素子。
12. The method according to claim 1, wherein the protruding structure is buried in a layer mainly composed of Al 2 O 3, AlN or AlGaN.
12. The semiconductor element according to any one of claims 11 to 11.
【請求項13】前記活性層を挟むように設けられたp型
分布ブラッグ反射器とn型分布ブラッグ反射器とを電気
的に絶縁するように絶縁膜を設け、少なくともエアポス
ト状分布ブラッグ反射器の側壁に接するように該絶縁膜
上に電極金属膜を設けている請求項3乃至6の何れかに
記載の半導体素子。
13. An air post-shaped distributed Bragg reflector having at least an air post-shaped distributed Bragg reflector, wherein an insulating film is provided so as to electrically insulate the p-type distributed Bragg reflector and the n-type distributed Bragg reflector provided so as to sandwich the active layer. 7. The semiconductor device according to claim 3, wherein an electrode metal film is provided on the insulating film so as to be in contact with the side wall.
【請求項14】適当な絶縁層を形成した上で前記突起状
構造を金属埋め込み層で埋め込んでいる請求項1乃至1
1の何れかに記載の半導体素子。
14. The semiconductor device according to claim 1, wherein an appropriate insulating layer is formed, and said protruding structure is buried with a metal burying layer.
2. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項15】活性層を有する半導体発光素子として構
成され、該活性層への電流の通路を狭窄する電流狭窄構
造を更に有する請求項1乃至7及び9乃至14の何れか
に記載の半導体素子。
15. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is configured as a semiconductor light emitting device having an active layer, and further has a current confinement structure for narrowing a current path to the active layer. .
【請求項16】前記活性層への電流の通路を狭窄する電
流狭窄構造を更に有し、該電流狭窄構造によって制限さ
れる光路幅が、前記分布ブラッグ反射器の側壁に設けら
れた凹凸構造の面内方向において対面する凹部の間隔よ
りも小さい請求項6に記載の半導体素子。
16. A concavo-convex structure provided on a side wall of the distributed Bragg reflector, further comprising a current confinement structure for narrowing a current path to the active layer, wherein an optical path width limited by the current confinement structure is provided on a side wall of the distributed Bragg reflector. 7. The semiconductor device according to claim 6, wherein the distance between the concave portions facing each other in the in-plane direction is smaller.
【請求項17】請求項1乃至7及び9乃至16の何れか
に記載の半導体発光素子を光源として光記録媒体に記録
を行なうことを特徴とする光記録装置。
17. An optical recording apparatus which performs recording on an optical recording medium using the semiconductor light emitting device according to claim 1 as a light source.
【請求項18】前記光源が複数の面発光レーザからなる
請求項17に記載の光記録装置。
18. An optical recording apparatus according to claim 17, wherein said light source comprises a plurality of surface emitting lasers.
【請求項19】活性層と、該活性層を挟むように設けら
れ組成の異なる対を成す層が繰り返し積層された積層構
造を有するp型分布ブラック反射器およびn型分布ブラッ
ク反射器とを備え、その一部あるいは全てがエアポスト
状の突起状構造となっている面発光レーザの製造方法に
おいて、少なくともエアポスト状分布ブラッグ反射器の
側壁に前記積層構造を利用して環状の凹凸が重なった放
熱用の凹凸構造を形成する工程を含むことを特徴とする
面発光レーザの製造方法。
19. A p-type distributed black reflector and an n-type distributed black reflector having an active layer, and a laminated structure in which a pair of layers having different compositions and provided so as to sandwich the active layer is repeatedly laminated. A method for manufacturing a surface emitting laser in which a part or all of the surface has a protruding structure in the form of an air post. Forming a concavo-convex structure.
【請求項20】前記エアポスト状の突起状構造はドライ
エッチングで形成する請求項19に記載の面発光レーザ
の製造方法。
20. The method of manufacturing a surface emitting laser according to claim 19, wherein said air post-shaped projection structure is formed by dry etching.
【請求項21】前記凹凸構造はウエットエッチングで形
成する請求項19または20に記載の面発光レーザの製
造方法。
21. The method according to claim 19, wherein the uneven structure is formed by wet etching.
【請求項22】前記組成の異なる対を成す層はAl濃度が
異なり、該Al濃度の相違を利用して前記分布ブラッグ反
射器の側壁に凹凸構造を形成する請求項21に記載の面
発光レーザの製造方法。
22. The surface emitting laser according to claim 21, wherein the paired layers having different compositions have different Al concentrations, and the unevenness is formed on the side wall of the distributed Bragg reflector using the difference in Al concentration. Manufacturing method.
【請求項23】前記組成の異なる対を成す層はAl濃度が
異なり、該Al濃度の相違を利用して前記分布ブラッグ反
射器の側壁に酸化部を形成した後に該酸化部をマスクと
してウエットエッチングで凹凸構造を形成する請求項2
1に記載の面発光レーザの製造方法。
23. A layer forming a pair having a different composition has a different Al concentration. An oxidized portion is formed on a side wall of the distributed Bragg reflector using the difference in the Al concentration, and then wet etching is performed using the oxidized portion as a mask. 3. An uneven structure is formed by using
2. The method for manufacturing a surface emitting laser according to item 1.
【請求項24】前記組成の異なる対を成す層は、各層で
組成が均一であり、前記凹凸構造は断面が概ね矩形状の
凹凸構造として形成される請求項22または23に記載
の面発光レーザの製造方法。
24. The surface emitting laser according to claim 22, wherein the layers forming the pairs having different compositions have a uniform composition in each layer, and the uneven structure is formed as an uneven structure having a substantially rectangular cross section. Manufacturing method.
【請求項25】前記組成の異なる対を成す層は、各層で
組成が連続的に変化していて、前記凹凸構造は断面が概
ねサインカーブ状に変化する凹凸構造として形成される
請求項22または23に記載の面発光レーザの製造方
法。
25. The layer forming a pair having a different composition, wherein the composition of each layer changes continuously, and the uneven structure is formed as an uneven structure whose cross section changes substantially in a sine curve shape. 24. The method for manufacturing a surface emitting laser according to 23.
【請求項26】前記エアポスト状分布ブラッグ反射器の
周りを絶縁物または金属で埋め込む工程を更に含む請求
項19乃至25の何れかに記載の面発光レーザの製造方
法。
26. The method of manufacturing a surface emitting laser according to claim 19, further comprising a step of burying an insulator or a metal around the air-post distributed Bragg reflector.
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