JP2003008142A - 面発光型半導体レーザ素子 - Google Patents
面発光型半導体レーザ素子Info
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- JP2003008142A JP2003008142A JP2001192304A JP2001192304A JP2003008142A JP 2003008142 A JP2003008142 A JP 2003008142A JP 2001192304 A JP2001192304 A JP 2001192304A JP 2001192304 A JP2001192304 A JP 2001192304A JP 2003008142 A JP2003008142 A JP 2003008142A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ａｌ酸化層の生成に伴うＤＢＲミラーの酸化
により発生する歪（応力）がないような構成を備えた、
信頼性の良好な、酸化層狭窄型面発光型半導体レーザ素
子を提供する。 【解決手段】 本面発光型半導体レーザ素子４０は、電
流狭窄領域を構成するＡｌ酸化層形成用のＡｌ含有被酸
化層が、従来のＡｌＡｓ層に代えて、膜厚６０ｎｍのＡ
ｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層４２であること、Ａｌ酸化層４４
がＡｌ0.98Ｇａ0. 02Ａｓ層中のＡｌを選択的に酸化し、
転化してなるＡｌ酸化層であること、及び、ＤＢＲミラ
ー４６を構成する層が、従来のｐ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／
ｐ−Ａｌ0.2 ＧａＡｓの２５ペアに代えて、ｐ−Ａｌ
0.85Ｇａ0.15Ａｓ／ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0 .8 Ａｓの２５ペ
アからなり、ＤＢＲミラーを構成するｐ−Ａｌ0.85Ｇａ
Ａｓ層の酸化幅が２．５μｍ以下に抑えられていること
を除いて、従来の面発光型半導体レーザ素子と同じ構成
を備えている。
により発生する歪（応力）がないような構成を備えた、
信頼性の良好な、酸化層狭窄型面発光型半導体レーザ素
子を提供する。 【解決手段】 本面発光型半導体レーザ素子４０は、電
流狭窄領域を構成するＡｌ酸化層形成用のＡｌ含有被酸
化層が、従来のＡｌＡｓ層に代えて、膜厚６０ｎｍのＡ
ｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層４２であること、Ａｌ酸化層４４
がＡｌ0.98Ｇａ0. 02Ａｓ層中のＡｌを選択的に酸化し、
転化してなるＡｌ酸化層であること、及び、ＤＢＲミラ
ー４６を構成する層が、従来のｐ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／
ｐ−Ａｌ0.2 ＧａＡｓの２５ペアに代えて、ｐ−Ａｌ
0.85Ｇａ0.15Ａｓ／ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0 .8 Ａｓの２５ペ
アからなり、ＤＢＲミラーを構成するｐ−Ａｌ0.85Ｇａ
Ａｓ層の酸化幅が２．５μｍ以下に抑えられていること
を除いて、従来の面発光型半導体レーザ素子と同じ構成
を備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化層狭窄型の面
発光型半導体レーザ素子に関し、更に詳細には、素子寿
命が長く、信頼性の高い酸化層狭窄型面発光型半導体レ
ーザ素子に関するものである。
発光型半導体レーザ素子に関し、更に詳細には、素子寿
命が長く、信頼性の高い酸化層狭窄型面発光型半導体レ
ーザ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】面発光型半導体レーザ素子は、基板に対
して直交方向に光を出射させる半導体レーザ素子であっ
て、従来のファブリペロー共振器型半導体レーザ素子と
は異なり、同じ基板上に２次元アレイ状に多数の面発光
型半導体レーザ素子を配列することが可能なこともあっ
て、近年、データ通信分野で注目されている半導体レー
ザ素子である。
して直交方向に光を出射させる半導体レーザ素子であっ
て、従来のファブリペロー共振器型半導体レーザ素子と
は異なり、同じ基板上に２次元アレイ状に多数の面発光
型半導体レーザ素子を配列することが可能なこともあっ
て、近年、データ通信分野で注目されている半導体レー
ザ素子である。
【０００３】面発光型半導体レーザ素子は、ＧａＡｓや
ＩｎＰといった半導体基板上に１対の半導体多層膜反射
鏡（例えば、ＧａＡｓ系ではＡｌ（Ｇａ）Ａｓ／ＧａＡ
ｌＡｓ等）を形成し、その対の反射鏡の間に発光領域と
なる活性層を有するレーザ構造部を備えている。そし
て、電流効率を高め、閾値電流値を下げるために、Ａｌ
酸化層で電流狭窄構造を構成した酸化狭窄型の面発光型
半導体レーザ素子が提案されている。例えば、ＧａＩｎ
ＮＡｓ系材料は、ＧａＡｓ基板上に形成できるので、熱
伝導率が良好で、反射率の高いＡｌＧａＡｓ系ＤＢＲミ
ラーを用いることができ、１．２μｍ〜１．６μｍの長
波長域の光を発光できる面発光型半導体レーザ素子とし
て有望視されている。
ＩｎＰといった半導体基板上に１対の半導体多層膜反射
鏡（例えば、ＧａＡｓ系ではＡｌ（Ｇａ）Ａｓ／ＧａＡ
ｌＡｓ等）を形成し、その対の反射鏡の間に発光領域と
なる活性層を有するレーザ構造部を備えている。そし
て、電流効率を高め、閾値電流値を下げるために、Ａｌ
酸化層で電流狭窄構造を構成した酸化狭窄型の面発光型
半導体レーザ素子が提案されている。例えば、ＧａＩｎ
ＮＡｓ系材料は、ＧａＡｓ基板上に形成できるので、熱
伝導率が良好で、反射率の高いＡｌＧａＡｓ系ＤＢＲミ
ラーを用いることができ、１．２μｍ〜１．６μｍの長
波長域の光を発光できる面発光型半導体レーザ素子とし
て有望視されている。
【０００４】図２を参照して、従来の８５０ｎｍ帯の酸
化層狭窄型の面発光型半導体レーザ素子の構成を説明す
る。図２は従来の８５０ｎｍ帯の酸化層狭窄型の面発光
型半導体レーザ素子の構成を示す断面模式図である。ま
ず、従来の面発光型半導体レーザ素子１０は、図２に示
すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１２上に、それぞれの層の
厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）のｎ−Ａ
ｌ0.9ＧａＡｓ／ｎ−Ａｌ0.2 ＧａＡｓの３５ペアから
なる下部ＤＢＲミラー１４、下部クラッド層１６、量子
井戸活性層１８、上部クラッド層２０、及び、それぞれ
の層の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）の
ｐ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ｐ−Ａｌ0.2 ＧａＡｓの２５ペ
アからなる上部ＤＢＲミラー２２の積層構造を備えてい
る。
化層狭窄型の面発光型半導体レーザ素子の構成を説明す
る。図２は従来の８５０ｎｍ帯の酸化層狭窄型の面発光
型半導体レーザ素子の構成を示す断面模式図である。ま
ず、従来の面発光型半導体レーザ素子１０は、図２に示
すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１２上に、それぞれの層の
厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）のｎ−Ａ
ｌ0.9ＧａＡｓ／ｎ−Ａｌ0.2 ＧａＡｓの３５ペアから
なる下部ＤＢＲミラー１４、下部クラッド層１６、量子
井戸活性層１８、上部クラッド層２０、及び、それぞれ
の層の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）の
ｐ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ｐ−Ａｌ0.2 ＧａＡｓの２５ペ
アからなる上部ＤＢＲミラー２２の積層構造を備えてい
る。
【０００５】上部ＤＢＲミラー２２では、活性層１８に
近い側の一層が、Ａｌ0.9ＧａＡｓ層に代えて、ＡｌＡ
ｓ層２４で形成され、かつ電流注入領域以外の領域のＡ
ｌＡｓ層２４のＡｌが、選択的に酸化され、Ａｌ酸化層
２５からなる電流狭窄層を構成している。
近い側の一層が、Ａｌ0.9ＧａＡｓ層に代えて、ＡｌＡ
ｓ層２４で形成され、かつ電流注入領域以外の領域のＡ
ｌＡｓ層２４のＡｌが、選択的に酸化され、Ａｌ酸化層
２５からなる電流狭窄層を構成している。
【０００６】積層構造のうち、上部ＤＢＲミラー２２
は、フォトリソグラフィー処理及びエッチング加工によ
り、ＡｌＡｓ層２４よりも下方の活性層１８に近い層ま
で、例えば直径３０μｍの円形のメサポストに加工され
ている。メサポストに加工した積層構造を水蒸気雰囲気
中にて、約４００℃の温度で酸化処理を行い、メサポス
トの外側からＡｌＡｓ層２４のＡｌを選択的に酸化させ
ることにより、Ａｌ酸化層２５からなる電流狭窄層が形
成されている。例えばＡｌ酸化層２５の幅が１０μｍの
帯状のリングとした場合、中央のＡｌＡｓ層２４の面
積、即ち電流注入される面積（アパーチャ）は、約８０
μｍ2（直径１０μｍ）の円形になる。
は、フォトリソグラフィー処理及びエッチング加工によ
り、ＡｌＡｓ層２４よりも下方の活性層１８に近い層ま
で、例えば直径３０μｍの円形のメサポストに加工され
ている。メサポストに加工した積層構造を水蒸気雰囲気
中にて、約４００℃の温度で酸化処理を行い、メサポス
トの外側からＡｌＡｓ層２４のＡｌを選択的に酸化させ
ることにより、Ａｌ酸化層２５からなる電流狭窄層が形
成されている。例えばＡｌ酸化層２５の幅が１０μｍの
帯状のリングとした場合、中央のＡｌＡｓ層２４の面
積、即ち電流注入される面積（アパーチャ）は、約８０
μｍ2（直径１０μｍ）の円形になる。
【０００７】メサポストは、周囲が例えばポリイミド層
２６により埋め込まれている。そして、メサポスト層２
６の上部に外周５μｍ〜１０μｍ程度の幅で接触するリ
ング状電極が、ｐ側電極２８として設けられている。ま
た、基板裏面を適宜研磨して基板厚さを例えば２００μ
ｍ厚に調整した後、ｎ−ＧａＡｓ基板１２の裏面にｎ側
電極３０が形成されている。更に、ポリイミド２６上に
は、外部端子とワイヤーで接続するための電極パッド３
２が、リング電極２８と接触するように形成されてい
る。
２６により埋め込まれている。そして、メサポスト層２
６の上部に外周５μｍ〜１０μｍ程度の幅で接触するリ
ング状電極が、ｐ側電極２８として設けられている。ま
た、基板裏面を適宜研磨して基板厚さを例えば２００μ
ｍ厚に調整した後、ｎ−ＧａＡｓ基板１２の裏面にｎ側
電極３０が形成されている。更に、ポリイミド２６上に
は、外部端子とワイヤーで接続するための電極パッド３
２が、リング電極２８と接触するように形成されてい
る。
【０００８】ところで、上述した従来の酸化層狭窄型構
造では、ＡｌＡｓ層を酸化してＡｌ酸化層に転化させる
と、体積が収縮して、Ａｌ酸化層に隣接する化合物半導
体層に応力が発生する。活性層は、Ａｌ酸化層近傍に位
置するため、これによって、活性層に損傷が生じ、素子
寿命が短くなるという問題があった。そこで、素子寿命
の短縮化を防ぐために、ＡｌＡｓ層に代えて、ガリウム
（Ｇａ）を微量に含んだＡｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層を用い
ることが提案されている。また、ＡｌＡｓ層の厚さを４
０ｎｍ程度に薄くして、Ａｌ酸化層に転化した際の体積
の収縮により発生する応力を小さくすることも行われて
いる。
造では、ＡｌＡｓ層を酸化してＡｌ酸化層に転化させる
と、体積が収縮して、Ａｌ酸化層に隣接する化合物半導
体層に応力が発生する。活性層は、Ａｌ酸化層近傍に位
置するため、これによって、活性層に損傷が生じ、素子
寿命が短くなるという問題があった。そこで、素子寿命
の短縮化を防ぐために、ＡｌＡｓ層に代えて、ガリウム
（Ｇａ）を微量に含んだＡｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層を用い
ることが提案されている。また、ＡｌＡｓ層の厚さを４
０ｎｍ程度に薄くして、Ａｌ酸化層に転化した際の体積
の収縮により発生する応力を小さくすることも行われて
いる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、Ａｌ0.98Ｇａ
0.02Ａｓ層や薄いＡｌＡｓ層を用いたときには、酸化速
度が通常の膜厚６０ｎｍのＡｌＡｓ層を用いた場合に比
べて、一桁程度低下する。従って、同じ酸化幅のＡｌ酸
化層を得るためには、時間を長くしたり、酸化温度を上
げなければならない。この結果、ＡｌＡｓ層の酸化工程
時に露出している上部ＤＢＲミラーも強い酸化条件に曝
されるので、ＤＢＲミラーを構成するＡｌ組成の高い、
すなわち低屈折率側の層であるＡｌ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ層
が、図３に示したように、メサポストの周囲に沿って円
環状に酸化されてしまうという問題があった。
0.02Ａｓ層や薄いＡｌＡｓ層を用いたときには、酸化速
度が通常の膜厚６０ｎｍのＡｌＡｓ層を用いた場合に比
べて、一桁程度低下する。従って、同じ酸化幅のＡｌ酸
化層を得るためには、時間を長くしたり、酸化温度を上
げなければならない。この結果、ＡｌＡｓ層の酸化工程
時に露出している上部ＤＢＲミラーも強い酸化条件に曝
されるので、ＤＢＲミラーを構成するＡｌ組成の高い、
すなわち低屈折率側の層であるＡｌ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ層
が、図３に示したように、メサポストの周囲に沿って円
環状に酸化されてしまうという問題があった。
【００１０】酸化により形成されるＤＢＲミラー部の酸
化層の幅は、電流狭窄用のＡｌ酸化層の組成や厚さによ
り決まる酸化条件や、更にＤＢＲミラーを構成する化合
物半導体層の組成や厚さに依存するものの、少なくとも
約２〜５μｍ程度は、酸化されてしまう。約２〜５μｍ
という酸化の度合いは、メサポストの径からすれば小さ
いものの、ＤＢＲミラーを構成するＡｌ0.9 ＧａＡｓ層
は、膜厚が厚く、更にペア数が多いため、例え数μｍの
酸化幅とはいえ、体積の収縮は無視できないほど大き
く、その収縮により発生する応力は、面発光型半導体レ
ーザ素子の信頼性に大きな影響を及ぼす可能性がある。
また、ＤＢＲミラーの厚さは、λ／４ｎであるから、長
波長の面発光型半導体レーザ素子程、この影響が大きい
可能性がある。
化層の幅は、電流狭窄用のＡｌ酸化層の組成や厚さによ
り決まる酸化条件や、更にＤＢＲミラーを構成する化合
物半導体層の組成や厚さに依存するものの、少なくとも
約２〜５μｍ程度は、酸化されてしまう。約２〜５μｍ
という酸化の度合いは、メサポストの径からすれば小さ
いものの、ＤＢＲミラーを構成するＡｌ0.9 ＧａＡｓ層
は、膜厚が厚く、更にペア数が多いため、例え数μｍの
酸化幅とはいえ、体積の収縮は無視できないほど大き
く、その収縮により発生する応力は、面発光型半導体レ
ーザ素子の信頼性に大きな影響を及ぼす可能性がある。
また、ＤＢＲミラーの厚さは、λ／４ｎであるから、長
波長の面発光型半導体レーザ素子程、この影響が大きい
可能性がある。
【００１１】そこで、本発明の目的は、Ａｌ含有被酸化
層を酸化して、電流狭窄領域を構成するＡｌ酸化層を生
成する際、Ａｌ酸化層の生成に伴って歪（応力）がＤＢ
Ｒミラーの一部が酸化され、それにより歪が発生するこ
とがないような構成を備えた、信頼性の良好な、酸化層
狭窄型面発光型半導体レーザ素子を提供することであ
る。
層を酸化して、電流狭窄領域を構成するＡｌ酸化層を生
成する際、Ａｌ酸化層の生成に伴って歪（応力）がＤＢ
Ｒミラーの一部が酸化され、それにより歪が発生するこ
とがないような構成を備えた、信頼性の良好な、酸化層
狭窄型面発光型半導体レーザ素子を提供することであ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】まず、本発明者は、電流
狭窄層用のＡｌ酸化層形成用の化合物半導体層として、
Ａｌ0.98ＧａＡｓ層、又は６０ｎｍ未満の膜厚の薄いＡ
ｌＡｓ層を種々の酸化条件でＡｌ酸化層に転化し、Ａｌ
酸化層の生成に伴う種々の酸化幅を有するＤＢＲミラー
を備えた面発光型半導体レーザ素子を作製した。そし
て、作製した面発光型半導体レーザ素子の寿命試験を行
って、ＤＢＲミラーの酸化幅（Ａｌ組成が高い方の層の
酸化幅）と面発光型半導体レーザ素子の素子寿命との関
係を調べ、図４に示すような結果を得た。図４は、横軸
にＤＢＲミラーの酸化幅（μｍ）を取り、縦軸に素子寿
命（ｈｒ）を取り、酸化幅と素子寿命との関係を示すグ
ラフである。寿命試験は、８５℃の動作温度環境で行
い、また、素子寿命の定義は、一定の駆動電流を注入し
て動作させ、光出力が２ｄＢダウンした経過時間とし
た。この結果、図４に示すように、素子寿命はＤＢＲミ
ラーの酸化幅を小さくすれば、長くなることがわかる。
また、ＤＢＲミラーの酸化幅を２．５μｍ以下に抑えれ
ば、実用上必要とする素子寿命、つまり面発光型半導体
レーザ素子の信頼性を得ることが出来る。
狭窄層用のＡｌ酸化層形成用の化合物半導体層として、
Ａｌ0.98ＧａＡｓ層、又は６０ｎｍ未満の膜厚の薄いＡ
ｌＡｓ層を種々の酸化条件でＡｌ酸化層に転化し、Ａｌ
酸化層の生成に伴う種々の酸化幅を有するＤＢＲミラー
を備えた面発光型半導体レーザ素子を作製した。そし
て、作製した面発光型半導体レーザ素子の寿命試験を行
って、ＤＢＲミラーの酸化幅（Ａｌ組成が高い方の層の
酸化幅）と面発光型半導体レーザ素子の素子寿命との関
係を調べ、図４に示すような結果を得た。図４は、横軸
にＤＢＲミラーの酸化幅（μｍ）を取り、縦軸に素子寿
命（ｈｒ）を取り、酸化幅と素子寿命との関係を示すグ
ラフである。寿命試験は、８５℃の動作温度環境で行
い、また、素子寿命の定義は、一定の駆動電流を注入し
て動作させ、光出力が２ｄＢダウンした経過時間とし
た。この結果、図４に示すように、素子寿命はＤＢＲミ
ラーの酸化幅を小さくすれば、長くなることがわかる。
また、ＤＢＲミラーの酸化幅を２．５μｍ以下に抑えれ
ば、実用上必要とする素子寿命、つまり面発光型半導体
レーザ素子の信頼性を得ることが出来る。
【００１３】次に、本発明者は、ＤＢＲミラーの酸化幅
を小さくする方法を研究した。ＤＢＲミラーを構成する
ＡｌxＧａ1-xＡｓ層の酸化速度は、Ａｌ組成Ｘに依存
し、Ａｌ組成Ｘが大きい方が酸化速度は速い。従って、
Ａｌ組成Ｘを小さくし、ＡｌＡｓ層との酸化選択比を大
きくすれば、良いことになる。しかし、Ａｌ組成Ｘを小
さくすると、ＤＢＲミラーのもう一方の層との屈折率差
が小さくなるので、所要の反射率を維持するためには、
ＤＢＲミラーのペア数を増やす必要が生じ、製作コスト
の増大を招くことになる。このように、ＤＢＲミラーの
Ａｌ組成ＸとＤＢＲミラーのペア数、つまり製作コスト
とは二律背反の関係にある。
を小さくする方法を研究した。ＤＢＲミラーを構成する
ＡｌxＧａ1-xＡｓ層の酸化速度は、Ａｌ組成Ｘに依存
し、Ａｌ組成Ｘが大きい方が酸化速度は速い。従って、
Ａｌ組成Ｘを小さくし、ＡｌＡｓ層との酸化選択比を大
きくすれば、良いことになる。しかし、Ａｌ組成Ｘを小
さくすると、ＤＢＲミラーのもう一方の層との屈折率差
が小さくなるので、所要の反射率を維持するためには、
ＤＢＲミラーのペア数を増やす必要が生じ、製作コスト
の増大を招くことになる。このように、ＤＢＲミラーの
Ａｌ組成ＸとＤＢＲミラーのペア数、つまり製作コスト
とは二律背反の関係にある。
【００１４】そこで、本発明者は、更に、電流狭窄層用
のＡｌ酸化層形成用の化合物半導体層として、Ａｌ0.98
ＧａＡｓ層、又は６０ｎｍ未満の膜厚の薄いＡｌＡｓ層
を使い、ＤＢＲミラーを構成するＡｌＧａＡｓ層のＡｌ
組成Ｘとの相対酸化速度の関係を調べ、図５に示す結果
を得た。図５は横軸にＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成Ｘを取
り、縦軸にＡｌＡｓの酸化速度を１．０として規格化し
た相対酸化速度を取り、Ａｌ組成Ｘと酸化速度との関係
を示すグラフである。図３から、Ａｌ組成Ｘが０．８５
以下では酸化速度がほとんど変化しないことがわかる。
即ち、Ａｌ組成Ｘが大きく、かつ酸化速度の選択比が大
きい範囲、換言すれば、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成Ｘの
最適値は０．８〜０．８５の範囲であると結論すること
ができる。つまり、酸化速度が大きくならない、Ａｌ組
成Ｘの上限は、０．８５である。図５は、ＡｌＧａＡｓ
層のＡｌ組成Ｘと酸化速度との関係を示しているが、こ
の関係は、ＡｌＧａＡｓ層に限らず、Ａｌを含む化合物
半導体層の酸化に適用できる関係である。
のＡｌ酸化層形成用の化合物半導体層として、Ａｌ0.98
ＧａＡｓ層、又は６０ｎｍ未満の膜厚の薄いＡｌＡｓ層
を使い、ＤＢＲミラーを構成するＡｌＧａＡｓ層のＡｌ
組成Ｘとの相対酸化速度の関係を調べ、図５に示す結果
を得た。図５は横軸にＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成Ｘを取
り、縦軸にＡｌＡｓの酸化速度を１．０として規格化し
た相対酸化速度を取り、Ａｌ組成Ｘと酸化速度との関係
を示すグラフである。図３から、Ａｌ組成Ｘが０．８５
以下では酸化速度がほとんど変化しないことがわかる。
即ち、Ａｌ組成Ｘが大きく、かつ酸化速度の選択比が大
きい範囲、換言すれば、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成Ｘの
最適値は０．８〜０．８５の範囲であると結論すること
ができる。つまり、酸化速度が大きくならない、Ａｌ組
成Ｘの上限は、０．８５である。図５は、ＡｌＧａＡｓ
層のＡｌ組成Ｘと酸化速度との関係を示しているが、こ
の関係は、ＡｌＧａＡｓ層に限らず、Ａｌを含む化合物
半導体層の酸化に適用できる関係である。
【００１５】尚、ＤＢＲミラーを酸化させない方法は、
酸化の工程でも実現できる。これは、一度酸化した層
は、それ以上、酸化が進行しないことを利用するもの
で、例えば、まずＤＢＲミラーのみを露出させたメサポ
ストを形成し、表面のみを酸化させた後、次いで電流狭
窄構造形成用の被酸化層を露出させ、所望の時間酸化さ
せる方法である。しかし、これでは、プロセスが複雑に
なり、製作コストが嵩む。
酸化の工程でも実現できる。これは、一度酸化した層
は、それ以上、酸化が進行しないことを利用するもの
で、例えば、まずＤＢＲミラーのみを露出させたメサポ
ストを形成し、表面のみを酸化させた後、次いで電流狭
窄構造形成用の被酸化層を露出させ、所望の時間酸化さ
せる方法である。しかし、これでは、プロセスが複雑に
なり、製作コストが嵩む。
【００１６】上記目的を達成するために、上述の知見に
基づいて、本発明に係る面発光型半導体レーザ素子は、
Ａｌを含む化合物半導体層からなり、メサポストとして
形成された多層膜反射鏡と、多層膜反射鏡に近接してメ
サポストに設けられ、又は多層膜反射鏡内に設けられ、
電流狭窄領域を形成するＡｌ酸化層とを基板上に備え
た、酸化層狭窄型面発光型半導体レーザ素子において、
Ａｌ酸化層が、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（０．９５≦ｘ≦
１）からなり、かつその膜厚が６０ｎｍ未満である層中
のＡｌを選択的に酸化してなるＡｌ酸化層であり、多層
膜反射鏡を構成する層のうち、低屈折率側のＡｌを含む
化合物半導体層は、Ａｌ組成が０．８以上０．９以下の
範囲にあることを特徴としている。
基づいて、本発明に係る面発光型半導体レーザ素子は、
Ａｌを含む化合物半導体層からなり、メサポストとして
形成された多層膜反射鏡と、多層膜反射鏡に近接してメ
サポストに設けられ、又は多層膜反射鏡内に設けられ、
電流狭窄領域を形成するＡｌ酸化層とを基板上に備え
た、酸化層狭窄型面発光型半導体レーザ素子において、
Ａｌ酸化層が、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（０．９５≦ｘ≦
１）からなり、かつその膜厚が６０ｎｍ未満である層中
のＡｌを選択的に酸化してなるＡｌ酸化層であり、多層
膜反射鏡を構成する層のうち、低屈折率側のＡｌを含む
化合物半導体層は、Ａｌ組成が０．８以上０．９以下の
範囲にあることを特徴としている。
【００１７】本発明では、多層膜反射鏡を構成するＡｌ
を含む化合物半導体層は、Ａｌ組成が０．８以上０．８
５以下の範囲にあって、多層膜反射鏡の側面酸化がメサ
ポストの外周面から２．５μｍ以下になるので、面発光
型半導体レーザ素子の寿命に影響が出る程の酸化幅では
ない。
を含む化合物半導体層は、Ａｌ組成が０．８以上０．８
５以下の範囲にあって、多層膜反射鏡の側面酸化がメサ
ポストの外周面から２．５μｍ以下になるので、面発光
型半導体レーザ素子の寿命に影響が出る程の酸化幅では
ない。
【００１８】本発明は、酸化層狭窄型であって、Ａｌを
含む化合物半導体層からなる多層膜反射鏡を有した構造
であれば、適用でき、特に、ＧａＡｓ基板上に形成さ
れ、ＡｌxＧａ1-xＡｓ／ＡｌxＧａ1-xＡｓの多層膜反射
鏡を有し、酸化層狭窄型の面発光型半導体レーザ素子で
あれば、活性層材料や発振波長を問わず適用することが
できる。本発明に係る好適な実施態様では、発光波長が
８５０ｎｍ帯である活性層構造をＧａＡｓ基板上に備え
ている。又は、発振波長が１２００ｎｍ〜１６００ｎｍ
帯である活性層構造をＧａＡｓ基板上に備えている。
含む化合物半導体層からなる多層膜反射鏡を有した構造
であれば、適用でき、特に、ＧａＡｓ基板上に形成さ
れ、ＡｌxＧａ1-xＡｓ／ＡｌxＧａ1-xＡｓの多層膜反射
鏡を有し、酸化層狭窄型の面発光型半導体レーザ素子で
あれば、活性層材料や発振波長を問わず適用することが
できる。本発明に係る好適な実施態様では、発光波長が
８５０ｎｍ帯である活性層構造をＧａＡｓ基板上に備え
ている。又は、発振波長が１２００ｎｍ〜１６００ｎｍ
帯である活性層構造をＧａＡｓ基板上に備えている。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。尚、以下の実施形態例で示す化合物半導体層
の組成及び膜厚等は、本発明の理解を容易にするための
一つの例示であって、本発明はこの例示に限定されるも
のではない。実施形態例 本実施形態例は、本発明に係る面発光型半導体レーザ素
子の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の面
発光型半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。本
実施形態例の面発光型半導体レーザ素子４０は、図１に
示すように、電流狭窄構造を構成するＡｌ酸化層形成用
のＡｌ含有被酸化層が、ＡｌＡｓ層２４に代えて、膜厚
６０ｎｍのＡｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層４２であること、Ａ
ｌ酸化層４４がＡｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層中のＡｌを選択
的に酸化してなるＡｌ酸化層であること、及び、ＤＢＲ
ミラー４６を構成する多層膜反射鏡が、ｐ−Ａｌ0.9Ｇ
ａＡｓ／ｐ−Ａｌ0.2 ＧａＡｓの２５ペアに代えて、ｐ
−Ａｌ0.85Ｇａ0.15Ａｓ／ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓの
２５ペアからなることを除いて、従来の面発光型半導体
レーザ素子１０と同じ構成を備えている。
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。尚、以下の実施形態例で示す化合物半導体層
の組成及び膜厚等は、本発明の理解を容易にするための
一つの例示であって、本発明はこの例示に限定されるも
のではない。実施形態例 本実施形態例は、本発明に係る面発光型半導体レーザ素
子の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の面
発光型半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。本
実施形態例の面発光型半導体レーザ素子４０は、図１に
示すように、電流狭窄構造を構成するＡｌ酸化層形成用
のＡｌ含有被酸化層が、ＡｌＡｓ層２４に代えて、膜厚
６０ｎｍのＡｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層４２であること、Ａ
ｌ酸化層４４がＡｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層中のＡｌを選択
的に酸化してなるＡｌ酸化層であること、及び、ＤＢＲ
ミラー４６を構成する多層膜反射鏡が、ｐ−Ａｌ0.9Ｇ
ａＡｓ／ｐ−Ａｌ0.2 ＧａＡｓの２５ペアに代えて、ｐ
−Ａｌ0.85Ｇａ0.15Ａｓ／ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓの
２５ペアからなることを除いて、従来の面発光型半導体
レーザ素子１０と同じ構成を備えている。
【００２０】本実施形態例では、Ａｌ含有被酸化層とし
てＡｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層を用いることにより、Ａｌ酸
化層４４と隣接するｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層との間
の応力が小さくなり、素子寿命を長くすることができ
る。しかも、ＤＢＲミラー４６を構成するｐ−Ａｌ0.85
Ｇａ0.15Ａｓ層の酸化幅が、２．５μｍ以下になるの
で、面発光型半導体レーザ素子の素子寿命を長くし、素
子の信頼性を高めることができる。尚、Ａｌ含有被酸化
層として、膜厚が６０ｎｍ未満のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ
（０．９５≦ｘ≦１）層を使うこともできる。
てＡｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層を用いることにより、Ａｌ酸
化層４４と隣接するｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層との間
の応力が小さくなり、素子寿命を長くすることができ
る。しかも、ＤＢＲミラー４６を構成するｐ−Ａｌ0.85
Ｇａ0.15Ａｓ層の酸化幅が、２．５μｍ以下になるの
で、面発光型半導体レーザ素子の素子寿命を長くし、素
子の信頼性を高めることができる。尚、Ａｌ含有被酸化
層として、膜厚が６０ｎｍ未満のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ
（０．９５≦ｘ≦１）層を使うこともできる。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、多層膜反射鏡を構成す
るＡｌ含有化合物半導体層の低屈折率側のＡｌ組成を特
定範囲に制限することにより、酸化層狭窄型構造を形成
する際に前記Ａｌ含有化合物半導体層の酸化の進行を抑
制することができるので、素子寿命が長く、信頼性の高
い面発光型半導体レーザ素子を実現している。
るＡｌ含有化合物半導体層の低屈折率側のＡｌ組成を特
定範囲に制限することにより、酸化層狭窄型構造を形成
する際に前記Ａｌ含有化合物半導体層の酸化の進行を抑
制することができるので、素子寿命が長く、信頼性の高
い面発光型半導体レーザ素子を実現している。
【図１】実施形態例の面発光型半導体レーザ素子の構成
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図２】従来の面発光型半導体レーザ素子の構成を示す
断面図である。
断面図である。
【図３】ＤＢＲミラーを構成する化合物半導体層の酸化
の進行を示す模式断面図である。
の進行を示す模式断面図である。
【図４】酸化幅と素子寿命との関係を示すグラフであ
る。
る。
【図５】Ａｌ含有化合物半導体層のＡｌ組成Ｘと酸化速
度との関係を示すグラフである。
度との関係を示すグラフである。
１０ 従来の面発光型半導体レーザ素子
１２ ｎ−ＧａＡｓ基板
１４ ｎ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ｎ−Ａｌ0.2 ＧａＡｓの
３５ペアからなる下部ＤＢＲミラー １６ 下部クラッド層 １８ 量子井戸活性層 ２０ 上部クラッド層 ２２ ｐ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ｐ−Ａｌ0.2 ＧａＡｓの
２５ペアからなる上部ＤＢＲミラー ２４ ＡｌＡｓ層 ２５ Ａｌ酸化層 ２６ ポリイミド ２８ ｐ側電極 ３０ ｎ側電極 ３２ 電極パッド ４０ 実施形態例の面発光型半導体レーザ素子 ４２ Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層 ４４ Ａｌ酸化層 ４６ ｐ−Ａｌ0.85Ｇａ0.15Ａｓ／ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ
0.8 Ａｓの２５ペアからなる上部ＤＢＲミラー
３５ペアからなる下部ＤＢＲミラー １６ 下部クラッド層 １８ 量子井戸活性層 ２０ 上部クラッド層 ２２ ｐ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ｐ−Ａｌ0.2 ＧａＡｓの
２５ペアからなる上部ＤＢＲミラー ２４ ＡｌＡｓ層 ２５ Ａｌ酸化層 ２６ ポリイミド ２８ ｐ側電極 ３０ ｎ側電極 ３２ 電極パッド ４０ 実施形態例の面発光型半導体レーザ素子 ４２ Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層 ４４ Ａｌ酸化層 ４６ ｐ−Ａｌ0.85Ｇａ0.15Ａｓ／ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ
0.8 Ａｓの２５ペアからなる上部ＤＢＲミラー
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 横内 則之
東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古
河電気工業株式会社内
Ｆターム(参考） 5F073 AA74 AB16 BA01 CA05 CB02
DA27 EA27 EA28
Claims (4)
- 【請求項１】 Ａｌを含む化合物半導体層からなり、メ
サポストとして形成された多層膜反射鏡と、多層膜反射
鏡に近接してメサポストに設けられ、又は多層膜反射鏡
内に設けられ、電流狭窄領域を形成するＡｌ酸化層とを
基板上に備えた、酸化層狭窄型面発光型半導体レーザ素
子において、 Ａｌ酸化層が、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（０．９５≦ｘ≦
１）からなり、かつその膜厚が６０ｎｍ未満である層中
のＡｌを選択的に酸化してなるＡｌ酸化層であり、 多層膜反射鏡を構成する層のうち、低屈折率側のＡｌを
含む化合物半導体層は、Ａｌ組成が０．８以上０．９以
下の範囲にあることを特徴とする面発光型半導体レーザ
素子。 - 【請求項２】 Ａｌ酸化層からなる電流狭窄領域が、メ
サポストの周囲から内方に２．５μｍ以下の幅で形成さ
れていることを特徴とする請求項１に記載の面発光型半
導体レーザ素子。 - 【請求項３】 発光波長が８５０ｎｍ帯である活性層構
造をＧａＡｓ基板上に備えていることを特徴とする請求
項１又は２に記載の面発光型半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 発振波長が１２００ｎｍ〜１６００ｎｍ
帯である活性層構造をＧａＡｓ基板上に備えていること
を特徴とする請求項１又は２に記載の面発光型半導体レ
ーザ素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001192304A JP2003008142A (ja) | 2001-06-26 | 2001-06-26 | 面発光型半導体レーザ素子 |
| US10/184,522 US6839369B2 (en) | 2001-06-26 | 2002-06-26 | Surface emitting semiconductor laser device |
| US10/900,935 US7215693B2 (en) | 2001-06-26 | 2004-07-27 | Surface emitting semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001192304A JP2003008142A (ja) | 2001-06-26 | 2001-06-26 | 面発光型半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003008142A true JP2003008142A (ja) | 2003-01-10 |
Family
ID=19030776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001192304A Pending JP2003008142A (ja) | 2001-06-26 | 2001-06-26 | 面発光型半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003008142A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010212385A (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Fuji Xerox Co Ltd | 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光送信装置および情報処理装置 |
| JP2011029496A (ja) * | 2009-07-28 | 2011-02-10 | Canon Inc | 面発光レーザ、面発光レーザの製造方法、画像形成装置 |
| JP2011211227A (ja) * | 2011-06-20 | 2011-10-20 | Canon Inc | 面発光レーザ、面発光レーザの製造方法、画像形成装置 |
| US8044439B2 (en) | 2005-10-03 | 2011-10-25 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Light-emitting device and manufacturing method of the same |
| CN104734012A (zh) * | 2013-12-20 | 2015-06-24 | 精工爱普生株式会社 | 面发光激光器以及原子振荡器 |
| JP2015119136A (ja) * | 2013-12-20 | 2015-06-25 | セイコーエプソン株式会社 | 面発光レーザーおよび原子発振器 |
-
2001
- 2001-06-26 JP JP2001192304A patent/JP2003008142A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8044439B2 (en) | 2005-10-03 | 2011-10-25 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Light-emitting device and manufacturing method of the same |
| JP2010212385A (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Fuji Xerox Co Ltd | 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光送信装置および情報処理装置 |
| JP2011029496A (ja) * | 2009-07-28 | 2011-02-10 | Canon Inc | 面発光レーザ、面発光レーザの製造方法、画像形成装置 |
| JP2011211227A (ja) * | 2011-06-20 | 2011-10-20 | Canon Inc | 面発光レーザ、面発光レーザの製造方法、画像形成装置 |
| CN104734012A (zh) * | 2013-12-20 | 2015-06-24 | 精工爱普生株式会社 | 面发光激光器以及原子振荡器 |
| JP2015119137A (ja) * | 2013-12-20 | 2015-06-25 | セイコーエプソン株式会社 | 面発光レーザーおよび原子発振器 |
| JP2015119136A (ja) * | 2013-12-20 | 2015-06-25 | セイコーエプソン株式会社 | 面発光レーザーおよび原子発振器 |
| US10103515B2 (en) | 2013-12-20 | 2018-10-16 | Seiko Epson Corporation | Vertical cavity surface emitting laser and atomic oscillator |
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