JP2003115635A - 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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- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
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- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 閾値電流値が低く、かつ動作電圧が低い酸化
狭窄型面発光型半導体レーザ素子を提供する。 【解決手段】 面発光型半導体レーザ素子４０は、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−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8
Ａｓ／ｎ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1 Ａｓの３５ペアからなる下
部ＤＢＲミラー１４、キャリア濃度３×１０17ｃｍ-3の
ｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ下部クラッド層４２、量子井
戸活性層１８、キャリア濃度３×１０17ｃｍ-3のｐ−Ａ
ｌ0.3 Ｇａ 0.7 Ａｓ上部クラッド層２０、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−
Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ／ｐ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1 Ａｓの２
０ペアからなる上部ＤＢＲミラー２２、及び膜厚１０ｎ
ｍのｐ−ＧａＡｓキャップ層２４の積層構造を備えてい
る。
狭窄型面発光型半導体レーザ素子を提供する。 【解決手段】 面発光型半導体レーザ素子４０は、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−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8
Ａｓ／ｎ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1 Ａｓの３５ペアからなる下
部ＤＢＲミラー１４、キャリア濃度３×１０17ｃｍ-3の
ｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ下部クラッド層４２、量子井
戸活性層１８、キャリア濃度３×１０17ｃｍ-3のｐ−Ａ
ｌ0.3 Ｇａ 0.7 Ａｓ上部クラッド層２０、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−
Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ／ｐ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1 Ａｓの２
０ペアからなる上部ＤＢＲミラー２２、及び膜厚１０ｎ
ｍのｐ−ＧａＡｓキャップ層２４の積層構造を備えてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、面発光型半導体レ
ーザ素子に関し、更に詳細には、閾値電流が低く、しか
も動作電圧が低い酸化狭窄型面発光型半導体レーザ素子
に関するものである。
ーザ素子に関し、更に詳細には、閾値電流が低く、しか
も動作電圧が低い酸化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
して直交方向にレーザ光を出射す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次元的アレイ状に多数の
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。
して直交方向にレーザ光を出射す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次元的アレイ状に多数の
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ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ
等を用いた導電型の異なる一対の半導体多層膜反射鏡
（以下、ＤＢＲミラーという）を形成し、その一対のＤ
ＢＲミラー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。特に、ＧａＡｓ系面発光型半導体
レーザ素子は、ＧａＡｓ基板上に形成でき、しかも、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るので、０．８μｍ〜１．０μ
ｍ帯用レーザ素子として有望視されている。従来のＧａ
Ａｓ系面発光型半導体レーザ素子では、それぞれ、ｐ型
およびｎ型にドーピングされた半導体多層膜からなるＤ
ＢＲミラーに挟まれた発光部が、例えばＡｌ組成比０．
３のノンドープ下部ＡｌＧａＡｓクラッド層、ノンドー
プＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ（例えばＡｌ組成比０．２）
多重量子井戸構造、及びＡｌ組成比０．３のノンドープ
上部ＡｌＧａＡｓクラッド層で構成されている。
ＩｎＰといった半導体基板上にＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ
等を用いた導電型の異なる一対の半導体多層膜反射鏡
（以下、ＤＢＲミラーという）を形成し、その一対のＤ
ＢＲミラー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。特に、ＧａＡｓ系面発光型半導体
レーザ素子は、ＧａＡｓ基板上に形成でき、しかも、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るので、０．８μｍ〜１．０μ
ｍ帯用レーザ素子として有望視されている。従来のＧａ
Ａｓ系面発光型半導体レーザ素子では、それぞれ、ｐ型
およびｎ型にドーピングされた半導体多層膜からなるＤ
ＢＲミラーに挟まれた発光部が、例えばＡｌ組成比０．
３のノンドープ下部ＡｌＧａＡｓクラッド層、ノンドー
プＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ（例えばＡｌ組成比０．２）
多重量子井戸構造、及びＡｌ組成比０．３のノンドープ
上部ＡｌＧａＡｓクラッド層で構成されている。
【０００４】ところで、面発光型半導体レーザ素子の電
流効率を高め、閾値電流を下げるために注入電流領域を
狭窄する構造には、イオン打込みによるｐｎ接合分離式
の電流狭窄構造と、選択酸化法によりＡｌＡｓ層のＡｌ
を選択的に酸化してＡｌ酸化層に構成された酸化狭窄型
の電流狭窄構造とがある。酸化狭窄型の電流狭窄構造
は、電流狭窄作用が確実で、しかも製作が比較的容易で
あるので、面発光型半導体レーザ素子にも広く採用され
ている。
流効率を高め、閾値電流を下げるために注入電流領域を
狭窄する構造には、イオン打込みによるｐｎ接合分離式
の電流狭窄構造と、選択酸化法によりＡｌＡｓ層のＡｌ
を選択的に酸化してＡｌ酸化層に構成された酸化狭窄型
の電流狭窄構造とがある。酸化狭窄型の電流狭窄構造
は、電流狭窄作用が確実で、しかも製作が比較的容易で
あるので、面発光型半導体レーザ素子にも広く採用され
ている。
【０００５】ここで、図３を参照して、従来のＧａＡｓ
系面発光型半導体レーザ素子の構成を説明する。図３は
従来のＧａＡｓ系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ＧａＡｓ系面発光型
半導体レーザ素子１０は、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−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ／ｎ−Ａｌ0.9Ｇａ
0.1 Ａｓの３５ペアからなる下部ＤＢＲミラー１４、ノ
ンドープＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ下部クラッド層１６、量
子井戸活性層１８、ノンドープＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ上
部クラッド層２０、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−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ
／ｐ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1 Ａｓの２０ペアからなる上部Ｄ
ＢＲミラー２２、及び膜厚１０ｎｍのｐ−ＧａＡｓキャ
ップ層２４の積層構造を備えている。
系面発光型半導体レーザ素子の構成を説明する。図３は
従来のＧａＡｓ系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ＧａＡｓ系面発光型
半導体レーザ素子１０は、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−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ／ｎ−Ａｌ0.9Ｇａ
0.1 Ａｓの３５ペアからなる下部ＤＢＲミラー１４、ノ
ンドープＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ下部クラッド層１６、量
子井戸活性層１８、ノンドープＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ上
部クラッド層２０、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−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ
／ｐ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1 Ａｓの２０ペアからなる上部Ｄ
ＢＲミラー２２、及び膜厚１０ｎｍのｐ−ＧａＡｓキャ
ップ層２４の積層構造を備えている。
【０００６】ｐ−上部ＤＢＲミラー１４の活性層１８に
最も近い層は、ｐ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1 Ａｓ層に代えて、Ａ
ｌＡｓ層２６で形成されていて、後述するように、非酸
化のＡｌＡｓ層２６からなる電流注入領域と、電流注入
領域以外の領域のＡｌＡｓ層２６のＡｌが選択的に酸化
されて転化したＡｌ酸化層３０からなる電流狭窄領域と
を構成している。量子井戸活性層１８は、３層の膜厚７
ｎｍのＧａＡｓ量子井戸発光層を含むＧａＡｓ／Ａｌ
0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ多重量子井戸構造として形成されてい
る。
最も近い層は、ｐ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1 Ａｓ層に代えて、Ａ
ｌＡｓ層２６で形成されていて、後述するように、非酸
化のＡｌＡｓ層２６からなる電流注入領域と、電流注入
領域以外の領域のＡｌＡｓ層２６のＡｌが選択的に酸化
されて転化したＡｌ酸化層３０からなる電流狭窄領域と
を構成している。量子井戸活性層１８は、３層の膜厚７
ｎｍのＧａＡｓ量子井戸発光層を含むＧａＡｓ／Ａｌ
0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ多重量子井戸構造として形成されてい
る。
【０００７】積層構造のうち、上部ＤＢＲミラー２２、
上部クラッド層２０、活性層１８及びＡｌＡｓ層２６
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、溝幅が例えば２０μｍの円形溝２８が形成され、こ
れにより、中央部が例えば直径４５μｍの円形のメサポ
ストに加工されている。メサポストの外側からＡｌＡｓ
層２６のＡｌを選択的に酸化させることにより、直径２
０μｍの未酸化のＡｌＡｓ層２６からなる電流注入領域
と、Ａｌ酸化層３０からなる電流狭窄層とが形成されて
いる。
上部クラッド層２０、活性層１８及びＡｌＡｓ層２６
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、溝幅が例えば２０μｍの円形溝２８が形成され、こ
れにより、中央部が例えば直径４５μｍの円形のメサポ
ストに加工されている。メサポストの外側からＡｌＡｓ
層２６のＡｌを選択的に酸化させることにより、直径２
０μｍの未酸化のＡｌＡｓ層２６からなる電流注入領域
と、Ａｌ酸化層３０からなる電流狭窄層とが形成されて
いる。
【０００８】メサポスト上を除き、溝２８の壁を含む積
層構造上面全面に、ＳｉＮX 膜３２が保護膜として成膜
されている。また、メサポスト上を除きＳｉＮX 膜３２
上には、ｐ−ＧａＡｓキャップ層２４に接触するリング
状電極がｐ側電極３４として設けられ、更に、電極引き
出し用にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕパッド３６がｐ側電極３４に
接続するように形成されている。基板裏面を研磨して基
板厚さを例えば１００μｍ厚に調整した後、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板１２の裏面にｎ側電極３８が形成されている。
層構造上面全面に、ＳｉＮX 膜３２が保護膜として成膜
されている。また、メサポスト上を除きＳｉＮX 膜３２
上には、ｐ−ＧａＡｓキャップ層２４に接触するリング
状電極がｐ側電極３４として設けられ、更に、電極引き
出し用にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕパッド３６がｐ側電極３４に
接続するように形成されている。基板裏面を研磨して基
板厚さを例えば１００μｍ厚に調整した後、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板１２の裏面にｎ側電極３８が形成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、面発光型半
導体レーザ素子は、光通信分野での用途拡大のために、
消費電力の更なる低減化が要請されている。消費電力の
低減化のためには、閾値電流の低減化と共に、動作電圧
を低減することが有効である。動作電圧を低減するに
は、（１）化合物半導体層の積層構造の電気抵抗を低減
する方法、（２）電極と化合物半導体層との接触抵抗を
小さくする方法などの方法がある。例えば、半導体多層
膜反射鏡の抵抗低減方法として、変調ドーピングがあ
り、電極と半導体との接触抵抗低減方法として、電極金
属と半導体との界面の合金化プロセスを最適化すること
が挙げられる。
導体レーザ素子は、光通信分野での用途拡大のために、
消費電力の更なる低減化が要請されている。消費電力の
低減化のためには、閾値電流の低減化と共に、動作電圧
を低減することが有効である。動作電圧を低減するに
は、（１）化合物半導体層の積層構造の電気抵抗を低減
する方法、（２）電極と化合物半導体層との接触抵抗を
小さくする方法などの方法がある。例えば、半導体多層
膜反射鏡の抵抗低減方法として、変調ドーピングがあ
り、電極と半導体との接触抵抗低減方法として、電極金
属と半導体との界面の合金化プロセスを最適化すること
が挙げられる。
【００１０】しかし、酸化狭窄型の電流狭窄構造では、
横モードの高次モードを抑制するために、発光領域の面
積を小さくしているので、動作電圧が高くなり易い。更
に言えば、酸化狭窄型の電流狭窄構造では、レーザ光に
対する横方向屈折率分布の程度がイオン打込み型に比べ
て強いため、高次モードが発振し易い傾向がある。そこ
で、発光領域の面積を小さくして、高次モードを抑制し
ている。このため、従来の酸化狭窄型のＧａＡｓ系面発
光型半導体レーザ素子では、上述の（１）及び（２）の
方法を適用して、素子抵抗を低減したとしても、動作電
圧を２Ｖ以下にすることは、実際には難しく、十分に低
い動作電圧のＧａＡｓ系面発光型半導体レーザ素子が得
られていない。以上の説明では、ＧａＡｓ系面発光型半
導体レーザ素子を例にして説明したが、この問題は、Ｇ
ａＡｓ系に限らず、例えばＧａＩｎＮＡｓ系面発光型半
導体レーザ素子やＩｎＰ系面発光型半導体レーザ素子に
も同様に該当する。
横モードの高次モードを抑制するために、発光領域の面
積を小さくしているので、動作電圧が高くなり易い。更
に言えば、酸化狭窄型の電流狭窄構造では、レーザ光に
対する横方向屈折率分布の程度がイオン打込み型に比べ
て強いため、高次モードが発振し易い傾向がある。そこ
で、発光領域の面積を小さくして、高次モードを抑制し
ている。このため、従来の酸化狭窄型のＧａＡｓ系面発
光型半導体レーザ素子では、上述の（１）及び（２）の
方法を適用して、素子抵抗を低減したとしても、動作電
圧を２Ｖ以下にすることは、実際には難しく、十分に低
い動作電圧のＧａＡｓ系面発光型半導体レーザ素子が得
られていない。以上の説明では、ＧａＡｓ系面発光型半
導体レーザ素子を例にして説明したが、この問題は、Ｇ
ａＡｓ系に限らず、例えばＧａＩｎＮＡｓ系面発光型半
導体レーザ素子やＩｎＰ系面発光型半導体レーザ素子に
も同様に該当する。
【００１１】そこで、本発明の目的は、閾値電流が低
く、かつ動作電圧が低い酸化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。
く、かつ動作電圧が低い酸化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】本発明者は、課題を解決
するに当たり、面発光型半導体レーザ素子のようなｐ型
領域とｎ型領域とのｐｎ接合を有する素子では、素子の
動作電圧を決める因子は、ｐ型領域とｎ型領域との境界
領域のバンドギャップエネルギーであることに着目し
た。ところで、クラッド層材料でもあるＡｌＧａＡｓ結
晶は、有機金属気相成長法を適用し、ノンドープの条件
でＡｌＧａＡｓ結晶層をエピタキシャル成長させても、
通常の成長条件では、意図しないドーピングによりｐ型
になる傾向がある。つまり、従来のＧａＡｓ系面発光型
半導体レーザ素子では、上下クラッド層が共にノンドー
プに設定されていても、双方ともｐ型になり易い。従っ
て、ｐ型領域とｎ型領域との境界は、ｎ型ＤＢＲミラー
とクラッド層が隣接している場合、両者の界面に一致す
る。その結果、動作電圧として前記クラッド層のバンド
ギャップエネルギーに相当する値以上の値が必要にな
る。
するに当たり、面発光型半導体レーザ素子のようなｐ型
領域とｎ型領域とのｐｎ接合を有する素子では、素子の
動作電圧を決める因子は、ｐ型領域とｎ型領域との境界
領域のバンドギャップエネルギーであることに着目し
た。ところで、クラッド層材料でもあるＡｌＧａＡｓ結
晶は、有機金属気相成長法を適用し、ノンドープの条件
でＡｌＧａＡｓ結晶層をエピタキシャル成長させても、
通常の成長条件では、意図しないドーピングによりｐ型
になる傾向がある。つまり、従来のＧａＡｓ系面発光型
半導体レーザ素子では、上下クラッド層が共にノンドー
プに設定されていても、双方ともｐ型になり易い。従っ
て、ｐ型領域とｎ型領域との境界は、ｎ型ＤＢＲミラー
とクラッド層が隣接している場合、両者の界面に一致す
る。その結果、動作電圧として前記クラッド層のバンド
ギャップエネルギーに相当する値以上の値が必要にな
る。
【００１３】そこで、本発明者は、ｎ型ＤＢＲミラーに
隣接するクラッド層にｎ型不純物をドーピングしてｎ型
クラッド層にすることにより、ｎ型領域とｐ型領域との
境界を活性層内に移行させれば、動作電圧は、活性層の
バンドギャップエネルギーに相当する値になると考え
た。即ち、半導体レーザ素子では、活性層のバンドギャ
ップエネルギーは、クラッド層のバンドギャップエネル
ギーより小さいので、動作電圧が従来の面発光型半導体
レーザ素子より低下する。
隣接するクラッド層にｎ型不純物をドーピングしてｎ型
クラッド層にすることにより、ｎ型領域とｐ型領域との
境界を活性層内に移行させれば、動作電圧は、活性層の
バンドギャップエネルギーに相当する値になると考え
た。即ち、半導体レーザ素子では、活性層のバンドギャ
ップエネルギーは、クラッド層のバンドギャップエネル
ギーより小さいので、動作電圧が従来の面発光型半導体
レーザ素子より低下する。
【００１４】さらに、本発明者、上記ｎ型領域とｐ型領
域の境界を移動させるためのｎ型不純物のドーピング量
には適正値があると考えた。そして、種々検討したとこ
ろ、前記ｐ型ＤＢＲミラー層には意図しないｎ型不純物
がドーピングされていることがあり、このｐ型ＤＢＲミ
ラー層にドーピングされたｎ型不純物よりも多量で、か
つ、前記ｎ型ＤＢＲミラー層にドーピングされたｎ型不
純物よりも少量のｎ型不純物を前記ｎ型ＤＢＲミラーに
隣接するクラッド層にドーピングすることが有効である
ことを見いだした。
域の境界を移動させるためのｎ型不純物のドーピング量
には適正値があると考えた。そして、種々検討したとこ
ろ、前記ｐ型ＤＢＲミラー層には意図しないｎ型不純物
がドーピングされていることがあり、このｐ型ＤＢＲミ
ラー層にドーピングされたｎ型不純物よりも多量で、か
つ、前記ｎ型ＤＢＲミラー層にドーピングされたｎ型不
純物よりも少量のｎ型不純物を前記ｎ型ＤＢＲミラーに
隣接するクラッド層にドーピングすることが有効である
ことを見いだした。
【００１５】また、本発明者は、ノンドープ条件でもｐ
型になり易いクラッド層にｎ型不純物をドーピングし
て、ｎ型ＤＢＲミラー側にｎ型クラッド層を形成するこ
とにより、動作電圧を低下させることができるものの、
結晶成長装置の特性によってはノンドープ条件でｎ型に
なる場合もあり得るので、更に好ましくは、ｎ型ＤＢＲ
ミラー側のクラッド層だけでなくｐ型ＤＢＲミラー側の
クラッド層にも、それぞれ、ｐ型不純物をドーピングし
て、ｐ型クラッド層及びｎ型クラッド層にするのが効果
的であることを見い出した。尚、ｐ型領域とｎ型領域の
境界位置を活性層に持ってくるためには、クラッド層の
少なくとも活性層に隣接する領域にドーピングを施すこ
とが必要がある。以上の説明では、ＧａＡｓ系素子を例
にして説明したが、これは、ＧａＡｓ系素子に限らず、
例えばＧａＩｎＮＡｓ系素子や、井戸層をＧａＩｎＮＡ
ｓ系半導体で形成したノンドープＩｎＰクラッド層がｎ
型になり易いＩｎＰ系素子にも適用できる。
型になり易いクラッド層にｎ型不純物をドーピングし
て、ｎ型ＤＢＲミラー側にｎ型クラッド層を形成するこ
とにより、動作電圧を低下させることができるものの、
結晶成長装置の特性によってはノンドープ条件でｎ型に
なる場合もあり得るので、更に好ましくは、ｎ型ＤＢＲ
ミラー側のクラッド層だけでなくｐ型ＤＢＲミラー側の
クラッド層にも、それぞれ、ｐ型不純物をドーピングし
て、ｐ型クラッド層及びｎ型クラッド層にするのが効果
的であることを見い出した。尚、ｐ型領域とｎ型領域の
境界位置を活性層に持ってくるためには、クラッド層の
少なくとも活性層に隣接する領域にドーピングを施すこ
とが必要がある。以上の説明では、ＧａＡｓ系素子を例
にして説明したが、これは、ＧａＡｓ系素子に限らず、
例えばＧａＩｎＮＡｓ系素子や、井戸層をＧａＩｎＮＡ
ｓ系半導体で形成したノンドープＩｎＰクラッド層がｎ
型になり易いＩｎＰ系素子にも適用できる。
【００１６】本発明者は、以上の着想に基づいて、実験
を重ねた末に、本発明を発明するに到った。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、基板上に、それぞれ、ｐ
型またはｎ型にドープされた導電型の異なる一対の半導
体多層膜反射鏡と、一対の半導体多層膜反射鏡の間に配
置され、かつクラッド層に挟まれた活性層とを有し、基
板に直交する方向にレーザ光を放射する酸化狭窄型面発
光型半導体レーザ素子において、少なくとも一方のクラ
ッド層は、当該クラッド層に近い側の半導体多層膜反射
鏡と同じ導電型の不純物でドープされており、かつその
濃度は当該クラッド層の遠い側の半導体多層膜反射鏡中
に存在する前記不純物と同じ導電型の不純物濃度以上で
あって、当該クラッド層の近い側の半導体多層反射鏡中
に存在する前記不純物と同じ導電型の不純物濃度以下で
あることを特徴としている。
を重ねた末に、本発明を発明するに到った。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、基板上に、それぞれ、ｐ
型またはｎ型にドープされた導電型の異なる一対の半導
体多層膜反射鏡と、一対の半導体多層膜反射鏡の間に配
置され、かつクラッド層に挟まれた活性層とを有し、基
板に直交する方向にレーザ光を放射する酸化狭窄型面発
光型半導体レーザ素子において、少なくとも一方のクラ
ッド層は、当該クラッド層に近い側の半導体多層膜反射
鏡と同じ導電型の不純物でドープされており、かつその
濃度は当該クラッド層の遠い側の半導体多層膜反射鏡中
に存在する前記不純物と同じ導電型の不純物濃度以上で
あって、当該クラッド層の近い側の半導体多層反射鏡中
に存在する前記不純物と同じ導電型の不純物濃度以下で
あることを特徴としている。
【００１７】本発明の好適な実施態様では、ｐ型領域と
ｎ型領域との境界が実質的に活性層に位置するように、
それぞれ、各クラッド層に近い側の半導体多層膜反射鏡
と同じ導電型の不純物でドープされている。
ｎ型領域との境界が実質的に活性層に位置するように、
それぞれ、各クラッド層に近い側の半導体多層膜反射鏡
と同じ導電型の不純物でドープされている。
【００１８】本発明で、不純物のドープ量は、半導体多
層膜反射鏡の不純物濃度にも依存しており、ｐ型領域と
ｎ型領域との境界を実質的に活性層に位置させることが
できるような量である。また、クラッド層の全層をドー
プすることは必ずしも必要ではなく、ｐ型領域とｎ型領
域との境界が実質的に活性層に位置するようになる限
り、各クラッド層の少なくとも活性層に隣接する部分
が、不純物でドープされておればよい。
層膜反射鏡の不純物濃度にも依存しており、ｐ型領域と
ｎ型領域との境界を実質的に活性層に位置させることが
できるような量である。また、クラッド層の全層をドー
プすることは必ずしも必要ではなく、ｐ型領域とｎ型領
域との境界が実質的に活性層に位置するようになる限
り、各クラッド層の少なくとも活性層に隣接する部分
が、不純物でドープされておればよい。
【００１９】本発明の具体的な実施態様では、クラッド
層にドープされている不純物濃度が、１×１０16ｃｍ-3
以上１×１０18ｃｍ-3以下である。
層にドープされている不純物濃度が、１×１０16ｃｍ-3
以上１×１０18ｃｍ-3以下である。
【００２０】クラッド層及び半導体多層反射鏡の不純物
濃度の測定方法は、例えば２次イオン質量分析法（ＳＩ
ＭＳ法）による。
濃度の測定方法は、例えば２次イオン質量分析法（ＳＩ
ＭＳ法）による。
【００２１】本発明では、ｐ型領域とｎ型領域との境界
を実質的に活性層に位置させることにより、動作電圧を
活性層のバンドギャップエネルギーまで低下させること
ができる。本発明は、面発光型半導体レーザ素子を構成
する基板及び化合物半導体層の組成の制約なく適用で
き、例えばＡｌＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系等に好適
に適用できる。
を実質的に活性層に位置させることにより、動作電圧を
活性層のバンドギャップエネルギーまで低下させること
ができる。本発明は、面発光型半導体レーザ素子を構成
する基板及び化合物半導体層の組成の制約なく適用で
き、例えばＡｌＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系等に好適
に適用できる。
【００２２】
【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成膜方法、化合
物半導体層の組成及び膜厚、メサポスト直径、プロセス
条件等は、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。図
１に示す符号のうち、図３に示すものと同じ部位には同
じ符号を付している。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、Ａｌ0. 3 Ｇａ0.7
Ａｓ下部クラッド層４２には不純物濃度３×１０17ｃｍ
-3のｎ型になるようにｎ型ドーパントが添加されている
こと、Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ上部クラッド層４４には不
純物濃度３×１０17ｃｍ-3のｐ型となるようにｐ型ドー
パントが添加さ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成膜方法、化合
物半導体層の組成及び膜厚、メサポスト直径、プロセス
条件等は、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。図
１に示す符号のうち、図３に示すものと同じ部位には同
じ符号を付している。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、Ａｌ0. 3 Ｇａ0.7
Ａｓ下部クラッド層４２には不純物濃度３×１０17ｃｍ
-3のｎ型になるようにｎ型ドーパントが添加されている
こと、Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ上部クラッド層４４には不
純物濃度３×１０17ｃｍ-3のｐ型となるようにｐ型ドー
パントが添加さ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１０と同じ構成を備えている。
【００２３】即ち、面発光型半導体レーザ素子４０は、
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−Ａｌ0.2 Ｇａ
0.8Ａｓ／ｎ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1 Ａｓの３５ペアからなる
下部半導体多層膜反射鏡（以下、単に下部ＤＢＲミラー
という）１４、不純物濃度３×１０17ｃｍ-3で膜厚７０
ｎｍのｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ下部クラッド層４２、
量子井戸活性層１８、不純物濃度３×１０17ｃｍ-3で膜
厚７０ｎｍのｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ上部クラッド層
２０、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−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ／ｐ−Ａｌ
0.9Ｇａ0.1 Ａｓの２０ペアからなる上部半導体多層膜
反射鏡（以下、単に上部ＤＢＲミラーという）２２、及
び膜厚１０ｎｍのｐ−ＧａＡｓキャップ層２４の積層構
造を備えている。ここで、ｎ−下部ＤＢＲミラー１４の
不純物濃度は、ｎ：３×１０18ｃｍ-3、ｐ：１×１０17
ｃｍ-3であり、ｐ−上部ＤＢＲミラー２２の不純物濃度
は、ｐ：１×１０18ｃｍ-3、ｎ：１×１０16ｃｍ-3であ
る。なお、ｎ−下部ＤＢＲミラー１４のｐ型不純物、及
びｐ−上部ＤＢＲミラー２２のｎ型不純物は、意図しな
いドーピングによるものである。
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−Ａｌ0.2 Ｇａ
0.8Ａｓ／ｎ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1 Ａｓの３５ペアからなる
下部半導体多層膜反射鏡（以下、単に下部ＤＢＲミラー
という）１４、不純物濃度３×１０17ｃｍ-3で膜厚７０
ｎｍのｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ下部クラッド層４２、
量子井戸活性層１８、不純物濃度３×１０17ｃｍ-3で膜
厚７０ｎｍのｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ上部クラッド層
２０、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−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ／ｐ−Ａｌ
0.9Ｇａ0.1 Ａｓの２０ペアからなる上部半導体多層膜
反射鏡（以下、単に上部ＤＢＲミラーという）２２、及
び膜厚１０ｎｍのｐ−ＧａＡｓキャップ層２４の積層構
造を備えている。ここで、ｎ−下部ＤＢＲミラー１４の
不純物濃度は、ｎ：３×１０18ｃｍ-3、ｐ：１×１０17
ｃｍ-3であり、ｐ−上部ＤＢＲミラー２２の不純物濃度
は、ｐ：１×１０18ｃｍ-3、ｎ：１×１０16ｃｍ-3であ
る。なお、ｎ−下部ＤＢＲミラー１４のｐ型不純物、及
びｐ−上部ＤＢＲミラー２２のｎ型不純物は、意図しな
いドーピングによるものである。
【００２４】ｐ−上部ＤＢＲミラー２２の量子井戸活性
層１８に最も近い層は、ｎ−Ａｌ0. 9 Ｇａ0.1 Ａｓ層に
代えて、ＡｌＡｓ層２６で形成されていて、後述するよ
うに、非酸化のＡｌＡｓ層２６からなる電流注入領域
と、電流注入領域以外の領域のＡｌＡｓ層２６のＡｌが
選択的に酸化されて転化したＡｌ酸化層２８からなる電
流狭窄領域とを構成している。量子井戸活性層１８は、
３層の膜厚７ｎｍのＧａＡｓ井戸層を含むＧａＡｓ／Ａ
ｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ多重量子井戸構造として形成されて
いる。
層１８に最も近い層は、ｎ−Ａｌ0. 9 Ｇａ0.1 Ａｓ層に
代えて、ＡｌＡｓ層２６で形成されていて、後述するよ
うに、非酸化のＡｌＡｓ層２６からなる電流注入領域
と、電流注入領域以外の領域のＡｌＡｓ層２６のＡｌが
選択的に酸化されて転化したＡｌ酸化層２８からなる電
流狭窄領域とを構成している。量子井戸活性層１８は、
３層の膜厚７ｎｍのＧａＡｓ井戸層を含むＧａＡｓ／Ａ
ｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ多重量子井戸構造として形成されて
いる。
【００２５】積層構造のうち、上部ＤＢＲミラー２２、
及びＡｌＡｓ層２６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、溝幅が例えば２０μｍの円形溝
２８が形成され、これにより、中央部が例えば直径４５
μｍの円形のメサポストに加工されている。メサポスト
の外側からＡｌＡｓ層２６のＡｌを選択的に酸化させる
ことにより、直径２０μｍの未酸化のＡｌＡｓ層２６か
らなる電流注入領域と、Ａｌ酸化層３０からなる電流狭
窄層とが形成されている。
及びＡｌＡｓ層２６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、溝幅が例えば２０μｍの円形溝
２８が形成され、これにより、中央部が例えば直径４５
μｍの円形のメサポストに加工されている。メサポスト
の外側からＡｌＡｓ層２６のＡｌを選択的に酸化させる
ことにより、直径２０μｍの未酸化のＡｌＡｓ層２６か
らなる電流注入領域と、Ａｌ酸化層３０からなる電流狭
窄層とが形成されている。
【００２６】メサポスト上を除き、溝２８の壁を含む積
層構造上面全面に、ＳｉＮX 膜３２が保護膜として成膜
されている。また、メサポスト上を除きＳｉＮX 膜３２
上には、ｐ−ＧａＡｓキャップ層２４に接触するリング
状のＡｕＺｎ金属膜からなるｐ側電極３４として設けら
れ、更に、電極引き出し用にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕパッド３
６がｐ側電極３４に接続するように形成されている。基
板裏面を研磨して基板厚さを例えば１００μｍ厚に調整
した後、ｎ−ＧａＡｓ基板１２の裏面にＡｕＧｅＮｉ金
属膜からなるｎ側電極３８が形成されている。
層構造上面全面に、ＳｉＮX 膜３２が保護膜として成膜
されている。また、メサポスト上を除きＳｉＮX 膜３２
上には、ｐ−ＧａＡｓキャップ層２４に接触するリング
状のＡｕＺｎ金属膜からなるｐ側電極３４として設けら
れ、更に、電極引き出し用にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕパッド３
６がｐ側電極３４に接続するように形成されている。基
板裏面を研磨して基板厚さを例えば１００μｍ厚に調整
した後、ｎ−ＧａＡｓ基板１２の裏面にＡｕＧｅＮｉ金
属膜からなるｎ側電極３８が形成されている。
【００２７】以下に、図１を参照して、面発光型半導体
レーザ素子４０の作製方法を説明する。有機金属気相成
長法（ＭＯＣＶＤ法）により、ｎ−ＧａＡｓ基板１２上
に、３５ペアのｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ／Ａｌ0.9Ｇａ
0.1Ａｓ多層膜をエピタキシャル成長させて、下部ＤＢ
Ｒミラー１４を形成する。次いで、以下の条件で、ｎ型
ドーピングして、不純物濃度が１×１０17ｃｍ-3で、膜
厚が７０ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ下部クラッド層４２
を下部ＤＢＲミラー１４上に成長させる。 成膜原料：ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭ
Ｇａ（トリメチルガリウム）、ＡｓＨ3 （アルシン） Ｖ／III 比（Ｖ族原料ガスとIII 族原料ガスの分圧
比）：１００ ドーピングガス：ＳｉＨ4 （シラン） 濃度１０００ｐｐｍ、流量２ｃｃ／分 尚、ｎ型ドーパントとしてＨ2 Ｓｅ（水素化セレン）を
使っても良い。
レーザ素子４０の作製方法を説明する。有機金属気相成
長法（ＭＯＣＶＤ法）により、ｎ−ＧａＡｓ基板１２上
に、３５ペアのｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ／Ａｌ0.9Ｇａ
0.1Ａｓ多層膜をエピタキシャル成長させて、下部ＤＢ
Ｒミラー１４を形成する。次いで、以下の条件で、ｎ型
ドーピングして、不純物濃度が１×１０17ｃｍ-3で、膜
厚が７０ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ下部クラッド層４２
を下部ＤＢＲミラー１４上に成長させる。 成膜原料：ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭ
Ｇａ（トリメチルガリウム）、ＡｓＨ3 （アルシン） Ｖ／III 比（Ｖ族原料ガスとIII 族原料ガスの分圧
比）：１００ ドーピングガス：ＳｉＨ4 （シラン） 濃度１０００ｐｐｍ、流量２ｃｃ／分 尚、ｎ型ドーパントとしてＨ2 Ｓｅ（水素化セレン）を
使っても良い。
【００２８】次いで、ＧａＡｓ井戸層（一層当たり７ｎ
ｍ）三層を含む、ＧａＡｓ／Ａｌ0. 2 Ｇａ0.8Ａｓ多重
量子井戸構造の活性層１８を下部クラッド層４２上に形
成し、続いてドーピングガスが異なることを除いて、下
部クラッド層４２の成膜条件と同じ条件で、ｐ型ドーピ
ングした膜厚７０ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ上部クラッ
ド層４４を形成する。 ドーピングガス：ＣＢｒ4 （四臭化炭素） 濃度１０００ｐｐｍ、流量５ｃｃ／分 尚、ｐ型ドーパントとしてＣＣｌ4 （四塩化炭素）を使
っても良い。
ｍ）三層を含む、ＧａＡｓ／Ａｌ0. 2 Ｇａ0.8Ａｓ多重
量子井戸構造の活性層１８を下部クラッド層４２上に形
成し、続いてドーピングガスが異なることを除いて、下
部クラッド層４２の成膜条件と同じ条件で、ｐ型ドーピ
ングした膜厚７０ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ上部クラッ
ド層４４を形成する。 ドーピングガス：ＣＢｒ4 （四臭化炭素） 濃度１０００ｐｐｍ、流量５ｃｃ／分 尚、ｐ型ドーパントとしてＣＣｌ4 （四塩化炭素）を使
っても良い。
【００２９】次いで、２０ペアのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａ
ｓ／Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ多層膜を上部クラッド層４４上
に成長させ、上部ＤＢＲミラー２２を形成する。上部Ｄ
ＢＲミラー２２のうち量子井戸活性層に最も近い層は、
Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層に代えて、ＡｌＡｓ層２６を成長
させる。次いで、上部ＤＢＲミラー２２上に膜厚１０ｎ
ｍのｐ−ＧａＡｓキャップ層２４を成長させ、積層構造
を形成する。
ｓ／Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ多層膜を上部クラッド層４４上
に成長させ、上部ＤＢＲミラー２２を形成する。上部Ｄ
ＢＲミラー２２のうち量子井戸活性層に最も近い層は、
Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層に代えて、ＡｌＡｓ層２６を成長
させる。次いで、上部ＤＢＲミラー２２上に膜厚１０ｎ
ｍのｐ−ＧａＡｓキャップ層２４を成長させ、積層構造
を形成する。
【００３０】次に、積層構造上に、プラズマＣＶＤ法に
よりＳｉＮx薄膜（図示せず）を成膜し、フォトレジス
ト膜を用いた通常のフォトリソグラフィ技術で直径約４
５μｍの円形パターンをＳｉＮX 薄膜上に転写する。こ
の円形レジストマスクを使い、ＣＦ4ガスを用いた反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ）法でＳｉＮx膜をエッチ
ングして、ＳｉＮx膜の円形パターン（図示せず）を形
成し、続いてレジストを除去する。
よりＳｉＮx薄膜（図示せず）を成膜し、フォトレジス
ト膜を用いた通常のフォトリソグラフィ技術で直径約４
５μｍの円形パターンをＳｉＮX 薄膜上に転写する。こ
の円形レジストマスクを使い、ＣＦ4ガスを用いた反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ）法でＳｉＮx膜をエッチ
ングして、ＳｉＮx膜の円形パターン（図示せず）を形
成し、続いてレジストを除去する。
【００３１】次いで、ＳｉＮxパターンをマスクにし
て、りん酸、過酸化水素水、水の混合液を用いてＡｌＡ
ｓ層２６まで積層構造を溝状にエッチングし、メサポス
ト状の柱状構造を形成する。この状態の積層構造を水蒸
気雰囲気中で４００℃に加熱し、約２５分放置すると、
上部ＤＢＲミラー２２の最下層のＡｌＡｓ層２６中のＡ
ｌが選択的に酸化され、電流狭窄領域を構成するＡｌ酸
化層３０となる。酸化されなかった直径約２０μｍの中
央領域のＡｌＡｓ層２６は、電流注入経路となる。
て、りん酸、過酸化水素水、水の混合液を用いてＡｌＡ
ｓ層２６まで積層構造を溝状にエッチングし、メサポス
ト状の柱状構造を形成する。この状態の積層構造を水蒸
気雰囲気中で４００℃に加熱し、約２５分放置すると、
上部ＤＢＲミラー２２の最下層のＡｌＡｓ層２６中のＡ
ｌが選択的に酸化され、電流狭窄領域を構成するＡｌ酸
化層３０となる。酸化されなかった直径約２０μｍの中
央領域のＡｌＡｓ層２６は、電流注入経路となる。
【００３２】ＲＩＥ法によりＳｉＮxパターンを完全に
除去した後に、プラズマＣＶＤ法により、新たにＳｉＮ
x薄膜３２を全体に成膜する。メサポスト上のＳｉＮx薄
膜３２を直径２５μｍの円形に除去し、そこにリング状
のＡｕＺｎ金属膜を形成して、ｐ側電極３４とする。次
いで、電極引き出し用にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕパッド３６を
ｐ側電極３４に接続するように形成する。ｎ−ＧａＡｓ
基板１２を１００μｍ程度に研磨した後、ｎ−ＧａＡｓ
基板１２の裏面にＡｕＧｅＮｉ金属膜を蒸着して、ｎ側
電極３８とする。最後に、窒素雰囲気中で約４００℃で
アニールすると、面発光型半導体レーザ素子４０を完成
することができる。
除去した後に、プラズマＣＶＤ法により、新たにＳｉＮ
x薄膜３２を全体に成膜する。メサポスト上のＳｉＮx薄
膜３２を直径２５μｍの円形に除去し、そこにリング状
のＡｕＺｎ金属膜を形成して、ｐ側電極３４とする。次
いで、電極引き出し用にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕパッド３６を
ｐ側電極３４に接続するように形成する。ｎ−ＧａＡｓ
基板１２を１００μｍ程度に研磨した後、ｎ−ＧａＡｓ
基板１２の裏面にＡｕＧｅＮｉ金属膜を蒸着して、ｎ側
電極３８とする。最後に、窒素雰囲気中で約４００℃で
アニールすると、面発光型半導体レーザ素子４０を完成
することができる。
【００３３】本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子
４０と同じ構成の試料面発光型半導体レーザ素子及び従
来の面発光型半導体レーザ素子１０の電流対電圧特性及
び光出力対電流特性を測定し、測定結果を図２に示す。
図２から判る通り、本実施形態例の面発光型半導体レー
ザ素子４０は、従来の面発光型半導体レーザ素子１０に
比べて、光出力対電流特性が優れ、かつ動作電圧が低
い。例えば、２０ｍＡの注入電流では、動作電圧が０．
２Ｖ低くなっている。
４０と同じ構成の試料面発光型半導体レーザ素子及び従
来の面発光型半導体レーザ素子１０の電流対電圧特性及
び光出力対電流特性を測定し、測定結果を図２に示す。
図２から判る通り、本実施形態例の面発光型半導体レー
ザ素子４０は、従来の面発光型半導体レーザ素子１０に
比べて、光出力対電流特性が優れ、かつ動作電圧が低
い。例えば、２０ｍＡの注入電流では、動作電圧が０．
２Ｖ低くなっている。
【００３４】本実施形態例では、ＧａＡｓ系面発光型半
導体レーザ素子を例にして本発明を説明したが、本発明
はＧａＡｓ系以外の面発光型半導体レーザ素子にも適用
でき、例えば井戸層をＧａＩｎＮＡｓ系半導体で形成し
たＧａＩｎＮＡｓ系の面発光型半導体素子に用いること
ができることは明らかである。またＩｎＰ系の面発光型
半導体レーザ素子において用いられるノンドープでｎ型
になり易いＩｎＰクラッド層では、例えばｎ型ドーパン
トにはＨ2 Ｓｅ（水素化セレン）を、ｐ型ドーパントに
はＤＥＺｎ（ジエチル亜鉛）を使用してドーピングし
て、クラッド層をｐ型及びｎ型にすることにより、本発
明の効果を奏することができる。加えて、基板の導電型
に依存しないことも明らかである。
導体レーザ素子を例にして本発明を説明したが、本発明
はＧａＡｓ系以外の面発光型半導体レーザ素子にも適用
でき、例えば井戸層をＧａＩｎＮＡｓ系半導体で形成し
たＧａＩｎＮＡｓ系の面発光型半導体素子に用いること
ができることは明らかである。またＩｎＰ系の面発光型
半導体レーザ素子において用いられるノンドープでｎ型
になり易いＩｎＰクラッド層では、例えばｎ型ドーパン
トにはＨ2 Ｓｅ（水素化セレン）を、ｐ型ドーパントに
はＤＥＺｎ（ジエチル亜鉛）を使用してドーピングし
て、クラッド層をｐ型及びｎ型にすることにより、本発
明の効果を奏することができる。加えて、基板の導電型
に依存しないことも明らかである。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、ｐ型領域とｎ型領域と
の境界が実質的に活性層に位置するように、それぞれ、
各クラッド層に近い側の半導体多層膜反射鏡と同じ導電
型の不純物で各クラッド層をドーピングすることによ
り、従来、クラッド層のバンドギャップエネルギーに相
当する動作電圧をそれより低い活性層のバンドギャップ
エネルギーに相当する電圧に低下させることができる。
の境界が実質的に活性層に位置するように、それぞれ、
各クラッド層に近い側の半導体多層膜反射鏡と同じ導電
型の不純物で各クラッド層をドーピングすることによ
り、従来、クラッド層のバンドギャップエネルギーに相
当する動作電圧をそれより低い活性層のバンドギャップ
エネルギーに相当する電圧に低下させることができる。
【図１】実施形態例の面発光型半導体レーザ素子の構成
を示す模式的断面斜視図である。
を示す模式的断面斜視図である。
【図２】本実施形態例及び従来例の面発光型半導体レー
ザ素子の電流対電圧特性及び光出力対電流特性を示した
ものである。
ザ素子の電流対電圧特性及び光出力対電流特性を示した
ものである。
【図３】従来の面発光型半導体レーザ素子の構成を示す
模式的断面斜視図である。
模式的断面斜視図である。
１０ 従来のＧａＡｓ系面発光型半導体レーザ素子
１２ ｎ−ＧａＡｓ基板
１４ ｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ／ｎ−Ａｌ0.9Ｇａ
0.1 Ａｓの３５ペアからなる下部ＤＢＲミラー １６ ノンドープＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ下部クラッド層 １８ 量子井戸活性層 ２０ ノンドープＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ上部クラッド層 ２２ ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ／ｐ−Ａｌ0.9Ｇａ
0.1 Ａｓの２０ペアからなる上部ＤＢＲミラー ２４ ｐ−ＧａＡｓキャップ層 ２６ ＡｌＡｓ層 ２８ 円形溝 ３０ Ａｌ酸化層 ３２ ＳｉＮX 膜 ３４ ｐ側電極 ３６ パッド ３８ ｎ側電極 ４０ 実施形態例の面発光型半導体レーザ素子 ４２ ｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ下部クラッド層 ４４ ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ上部クラッド層
0.1 Ａｓの３５ペアからなる下部ＤＢＲミラー １６ ノンドープＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ下部クラッド層 １８ 量子井戸活性層 ２０ ノンドープＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ上部クラッド層 ２２ ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ／ｐ−Ａｌ0.9Ｇａ
0.1 Ａｓの２０ペアからなる上部ＤＢＲミラー ２４ ｐ−ＧａＡｓキャップ層 ２６ ＡｌＡｓ層 ２８ 円形溝 ３０ Ａｌ酸化層 ３２ ＳｉＮX 膜 ３４ ｐ側電極 ３６ パッド ３８ ｎ側電極 ４０ 実施形態例の面発光型半導体レーザ素子 ４２ ｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ下部クラッド層 ４４ ｐ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ上部クラッド層
Claims (4)
- 【請求項１】 基板上に、それぞれ、ｐ型またはｎ型に
ドープされた導電型の異なる一対の半導体多層膜反射鏡
と、一対の半導体多層膜反射鏡の間に配置され、かつク
ラッド層に挟まれた活性層とを有し、基板に直交する方
向にレーザ光を放射する酸化狭窄型面発光型半導体レー
ザ素子において、 少なくとも一方のクラッド層は、当該クラッド層に近い
側の半導体多層膜反射鏡と同じ導電型の不純物でドープ
されており、かつその濃度は当該クラッド層の遠い側の
半導体多層膜反射鏡中に存在する前記不純物と同じ導電
型の不純物濃度以上であって、当該クラッド層の近い側
の半導体多層反射鏡中に存在する前記不純物と同じ導電
型の不純物濃度以下であることを特徴とする酸化狭窄型
面発光型半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 ｐ型領域とｎ型領域との境界が実質的に
活性層に位置するように、当該クラッド層に近い側の半
導体多層膜反射鏡と同じ導電型の不純物でドープされて
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】 クラッド層の少なくとも活性層に隣接す
る部分が、不純物でドープされていることを特徴とする
請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 クラッド層にドープされている不純物濃
度が、１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下であ
ることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１
項に記載の面発光型半導体レーザ素子。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP2002080989A JP2003115635A (ja) | 2001-08-03 | 2002-03-22 | 面発光型半導体レーザ素子 |
| US10/212,202 US20030035452A1 (en) | 2001-08-03 | 2002-08-02 | Surface emitting semiconductor laser device |
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|---|---|---|---|
| JP2001236207 | 2001-08-03 | ||
| JP2001-236207 | 2001-08-03 | ||
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Publications (1)
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|---|---|
| JP2003115635A true JP2003115635A (ja) | 2003-04-18 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002080989A Pending JP2003115635A (ja) | 2001-08-03 | 2002-03-22 | 面発光型半導体レーザ素子 |
Country Status (2)
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|---|---|
| US (1) | US20030035452A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003115635A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2015032812A (ja) * | 2013-08-07 | 2015-02-16 | 富士ゼロックス株式会社 | 発光サイリスタ、自己走査型発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置、発光サイリスタおよび自己走査型発光素子アレイの製造方法 |
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| JPH1187837A (ja) * | 1997-09-08 | 1999-03-30 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ及びその製造方法 |
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- 2002-03-22 JP JP2002080989A patent/JP2003115635A/ja active Pending
- 2002-08-02 US US10/212,202 patent/US20030035452A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (2)
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| JP2011166108A (ja) * | 2010-01-15 | 2011-08-25 | Ricoh Co Ltd | 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置 |
| JP2015032812A (ja) * | 2013-08-07 | 2015-02-16 | 富士ゼロックス株式会社 | 発光サイリスタ、自己走査型発光素子アレイ、光書込みヘッドおよび画像形成装置、発光サイリスタおよび自己走査型発光素子アレイの製造方法 |
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| US20030035452A1 (en) | 2003-02-20 |
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