JP2003324234A

JP2003324234A - 面発光半導体レーザ素子およびその製造方法

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Publication number: JP2003324234A
Application number: JP2002130845A
Authority: JP
Inventors: Masataka Shiosaki; 政貴汐先
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2003-11-14
Anticipated expiration: 2022-05-02
Also published as: JP4224981B2

Abstract

(57)【要約】【課題】素子抵抗が低く温度特性に優れ、安定した構造
を有する面発光半導体レーザ素子およびその製造方法を
提供する。【解決手段】ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型反射多層膜
２、ｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型クラッド層５、
ｐ型反射多層膜６およびｐ型キャップ層７からなるエピ
タキシャル成長層が形成されており、ｐ型キャップ層７
からｎ型クラッド層３におけるエピタキシャル成長層に
は、光共振エリアＡｒを避け、かつ光共振エリアＡｒの
近傍から外側へと複数の溝が形成されており、当該溝内
に埋め込まれて、断面が櫛状のｐ側電極９が形成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面発光半導体レー
ザ素子およびその製造方法に関し、特に、垂直共振器型
の面発光半導体レーザ素子およびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザでは、特開平８−１３９４
１２号公報や、特開２０００−１７４３４０号公報に開
示されているような面発光半導体レーザ素子や、特開平
１１−５４８４３号公報に開示されているような端面発
光半導体レーザ素子がある。

【０００３】面発光半導体レーザ素子のうち、垂直共振
器型の面発光半導体レーザ（Vertical Cavity Surface
Emitting Laser：ＶＣＳＥＬ) 素子では、断面が円形の
光ビームを得ることができるだけでなく、複数の発光部
分を二次元的に単一基板上に高密度に集積することもで
きる。また、ＶＣＳＥＬは、低い消費電力で動作し、低
コストで製造することができる。このような特徴のた
め、ＶＣＳＥＬは次世代の通信および光情報処理のため
の光源として注目され、これまでに様々な研究が行なわ
れている。

【０００４】上記の面発光半導体レーザ素子は、基板の
垂直方向に光共振器を持っており、ＤＢＲ（Distribute
d Bragg Reflector ）ミラーと称される１００％近い反
射率をもつ高反射多層膜を反射鏡として、素子の発光領
域においてレーザ光を増幅させる。

【０００５】このＤＢＲミラーは、屈折率（ｎ）が異な
り、厚さがλ／４（λ：波長）からなる２つの薄い層を
ペアとして、それを２０〜４０層にも積み重ねることに
よって反射率を１００％近くにしている。

【０００６】しかし組成差を大きく取るとＤＢＲミラー
を構成する２層間の接合部分に存在するヘテロ接合バリ
アが大きくなり、素子抵抗を大きくしてしまう。また、
逆に、組成差を小さくすると、所望の反射率を確保する
ためにＤＢＲミラーのペア数を増やす必要があり、ヘテ
ロ接合バリアは小さくなるが、ミラー厚が厚くなること
から素子抵抗を大きくする原因となってしまう。

【０００７】このＤＢＲミラーに起因する素子抵抗は、
１００Ωから２００Ωと非常に高く、これからの光通信
等に必要な高速動作にとって不利なものとなってしま
う。上記のＤＢＲミラーの欠点を改善するため、従来の
面発光半導体レーザ素子には、いくつかの構造があり、
その代表的な例について以下に説明する。

【０００８】図１２（ａ）は、従来例に係る面発光半導
体レーザ素子の断面図である。図１２（ａ）に示す面発
光半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、
ｎ型ＤＢＲミラー１０２、ｎ型クラッド層１０３、活性
層１０４、ｐ型クラッド層１０５、ｐ型ＤＢＲミラー１
０６が積層されており、当該ｐ型ＤＢＲミラー１０６上
にｐ型キャップ層１０７を介してｐ側電極１０９が形成
され、また、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１のｎ型ＤＢＲミラ
ー１０２の積層側とは反対側にｎ側電極１１１が形成さ
れている。

【０００９】ｎ型ＤＢＲミラー１０２は、屈折率の異な
る２種の半導体材料として、例えば、ｎ型のＡｌＡｓ層
およびｎ型のＧａＡｓ層が交互に積層された多層構造を
有している。

【００１０】ｐ型ＤＢＲミラー１０６は、図１２（ｂ）
の拡大断面図に示すように、ミラーを構成するアルミニ
ウムの組成比が小さく厚さｄ１のＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ
（ｘ＝０〜０．２）層１０６ａと、アルミニウムの組成
比が大きく厚さｄ２のＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ（ｘ＝０．８
〜１．０）層１０６ｂとの間に、アルミニウムの組成比
がＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ層１０６ａ，１０６ｂの中間程度
で厚さｄ３のＡｌ_x Ｇａ _1-x Ａｓ（ｘ＝０．４〜０．
６）層１０６ｃが中間層として挿入されて一つの組を構
成しており、上記の組を何十層も積み重ねることにより
形成されている。

【００１１】このとき、ｐ型ＤＢＲミラー１０６におけ
るｐ型不純物のドーピング濃度は、ｐ型ＤＢＲミラー１
０６の中間層の部分のみを１×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ
³ 以上にする高濃度ドーピングを行なうことが好まし
い。ｐ型ＤＢＲミラー１０６に均一にｐ型不純物をドー
ピングすると、ｐ型ＤＢＲミラー１０６全体に非発光再
結合中心が発生してしまい無効電流が大きくなってしま
うからである。

【００１２】図１２（ａ）および（ｂ）に示す面発光半
導体レーザ素子では、組成比を大きくとった層の間に中
間の組成比をもつ中間層を挿入することにより、ヘテロ
接合バリアが急峻となるのを防止することができること
から、素子抵抗を低減することができる。

【００１３】図１３は、他の従来例に係る面発光半導体
レーザ素子の断面図である。図１３に示す面発光半導体
レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ型ＤＢ
Ｒミラー２０２、ｎ型クラッド層２０３、活性層２０
４、ｐ型クラッド層２０５、ｐ型ＤＢＲミラー２０６が
積層されており、ｐ型ＤＢＲミラー２０６を避けた領域
におけるｐ型クラッド層２０５上に、ｐ型キャップ層２
０７を介してｐ側電極２０９が形成され、また、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板２０１のｎ型ＤＢＲミラー２０２の積層側と
は反対側にｎ側電極２１１が形成されている。

【００１４】ｎ型ＤＢＲミラー２０２は、屈折率の異な
る２種の半導体材料として、例えば、ｎ型のＡｌＡｓ層
およびｎ型のＧａＡｓ層が交互に積層された多層構造を
有しており、ｐ型ＤＢＲミラー２０６も同様に、例え
ば、ｐ型のＡｌＡｓ層およびｐ型のＧａＡｓ層が交互に
積層された多層構造を有している。

【００１５】図１３に示す構造では、ｐ型ＤＢＲミラー
２０６を避けた領域におけるｐ型クラッド層２０５上
に、ｐ型キャップ層２０７を介してｐ側電極２０９が形
成されていることから、ｐ型ＤＢＲミラー２０６の抵抗
を考慮する必要はなく、活性層２０４へ電流を注入する
ことができることから、素子抵抗を低減することができ
る。

【００１６】図１２および図１３に示す面発光半導体レ
ーザ素子の構造により、面発光半導体レーザ素子の素子
抵抗は１０〜１５Ωとなり、飛躍的な素子の低抵抗化に
成功している。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の面発光半導体レーザ素子にはそれぞれに問題があ
る。図１２（ａ）および（ｂ）に示す面発光半導体レー
ザ素子では、ｐ型ＤＢＲミラー１０６を形成するため
に、アルミニウム組成比の小さいＡｌＧａＡｓ層１０６
ａとアルミニウム組成比の大きいＡｌＧａＡｓ層１０６
ｂとの間に、中間的なアルミニウム組成比をもつＡｌＧ
ａＡｓ層１０６ｃを挿入しなければならず、エピタキシ
ャルプロファイルが今までよりもずっと複雑化してしま
い、エピタキシャル層の組成、膜厚、不純物のドーピン
グプロファイル等に精密な制御をほどこさなければなら
ない。その結果、安定した構造を有する面発光レーザ素
子を安価に製造することへの妨げとなる。

【００１８】また、図１３に示す面発光半導体レーザ素
子では、ｐ側電極２０９がｐ型ＤＢＲミラー２０６から
離れて形成されるため、電流注入領域が、活性層２０４
の発光領域から１０数μｍ以上離れてしまい、ｐ側電極
２０９の直下の活性層２０４へ最短経路で流れる電流成
分が大きくなり、活性層２０４の発光領域内で中央部よ
りも周辺部において発光が集中する。このため、外部よ
り観察される発光強度は、中央部が低く、周辺部が強い
不均一なものになってしまっていた。また、さらに、従
来技術では、しきい値電流低減やｐ型クラッド層２０５
上への電極形成のために、ｐ型ＤＢＲミラー２０６を１
０数μｍに微細加工する必要があったため、このｐ型Ｄ
ＢＲミラー２０６の物理強度は非常に低くなってしまう
という問題があった。

【００１９】また、特開平２０００−２６１０８８号公
報等に示すように、一般に温度の変化によって出力特性
が変動することから端面発光半導体レーザ素子において
放熱特性を改善することが行なわれており、このことは
面発光半導体レーザ素子においても同様であり、活性層
の発光領域の発光により発生した熱を外部へ放散させて
温度特性に優れた面発光半導体レーザ素子を作製するこ
とが望まれている。

【００２０】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、素子抵抗が低く温度特性に優れ、
安定した構造を有する面発光半導体レーザ素子およびそ
の製造方法を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の面発光半導体レーザ素子は、光共振エリア
に発光領域をもつ活性層と、前記活性層を挟む２つの反
射多層膜とを有する光共振器を備え、前記光共振器を挟
んで前記活性層に電流を注入する２つの電極が形成され
ている面発光半導体レーザ素子であって、少なくとも一
方の前記電極の一部が、前記光共振器の前記光共振エリ
アを除く前記光共振エリアの近傍において、前記活性層
に近づくように前記光共振器内に埋め込まれて形成され
ている。

【００２２】上記の本発明の面発光半導体レーザ素子に
よれば、少なくとも一方の電極の一部が、光共振器の光
共振エリアを除く光共振エリアの近傍において、活性層
に近づくように光共振器内に埋め込まれて形成されてい
ることから、電極から活性層の発光領域へ電流注入する
経路が短くなる。また、活性層の発光領域に電極が近づ
くことにより、活性層の発光領域において発光により発
生した熱が当該電極に伝達され、電極を介して素子外へ
放散される。さらに、活性層の発光領域に電極が近づく
ことにより、光共振エリアから外れた光が当該電極によ
って反射された場合に、再び活性層の発光領域へ戻され
ることとなる。

【００２３】さらに、上記の目的を達成するため、本発
明の面発光半導体レーザ素子の製造方法は、発光領域を
もつ活性層と、前記活性層を挟む２つの反射多層膜とを
有する光共振器用層を積層する工程と、前記光共振器用
層を挟んで前記活性層に電流を注入する２つの電極を形
成する工程とを有し、少なくとも一方の前記電極を形成
する際に、前記光共振器用層の光共振エリアを除く前記
光共振エリアの近傍において、前記光共振器用層に溝を
形成する工程と、前記溝内を埋め込んで前記反射多層膜
上に電極を形成する工程とを有する。

【００２４】上記の本発明の面発光半導体レーザ素子の
製造方法によれば、少なくとも一方の電極を形成する際
に、光共振器用層の光共振エリアを除く光共振エリアの
近傍において、光共振器用層に溝を形成し、溝内を埋め
込んで反射多層膜上に電極を形成することにより、上述
した作用を有する面発光半導体レーザ素子が製造され
る。そして、電極から活性層の発光領域へ電流注入する
経路が短くなることから、反射多層膜の製造において抵
抗値による制限が緩和される。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の面発光半導体レ
ーザ素子およびその製造方法の実施の形態について、図
面を参照して説明する。

【００２６】第１実施形態図１は、本実施形態に係る面発光半導体レーザ素子の断
面図である。図１に示す面発光半導体レーザ素子では、
ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型反射多層膜２、ｎ型クラ
ッド層３、活性層４、ｐ型クラッド層５、ｐ型反射多層
膜６およびｐ型キャップ層７からなるエピタキシャル成
長層が形成されている。

【００２７】ｎ型反射多層膜２より活性層４側のエピタ
キシャル成長層には、素子形成領域を除いてプロトンあ
るいは酸素イオン等がイオン注入されることで絶縁化さ
れており、これによって素子分離絶縁膜８が形成されて
いる。

【００２８】ｎ型ＧａＡｓ基板１上に形成されたｎ型反
射多層膜２、ｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型クラッ
ド層５、ｐ型反射多層膜６が光共振器を構成しており、
素子分離絶縁膜８に囲まれたエピタキシャル成長層の中
央部が光共振エリアＡｒとなり、当該光共振エリアＡｒ
における活性層４が実質的に発光する発光領域となる。
光共振エリアＡｒの径は、例えば、２〜５μｍ程度であ
る。

【００２９】上記のｐ型キャップ層７からｎ型クラッド
層３におけるエピタキシャル成長層には、光共振エリア
Ａｒを避け、かつ光共振エリアＡｒの近傍から外側へと
複数の溝が形成されており、当該溝内に埋め込まれて断
面が櫛状のｐ側電極９が形成されている。エピタキシャ
ル成長層においてｐ側電極９と接続する部分には、ｐ側
電極９とのオーミック接触を達成するための亜鉛が導入
された拡散領域１０が形成されている。

【００３０】上記の溝は、光共振エリアＡｒから同心円
状に形成されており、図２の上面図に示すように、この
エピタキシャル成長層内に埋め込まれたｐ側電極９の埋
め込み部９１は、レーザ光出射口Ｃを中心として、同心
円状に形成されている。

【００３１】ｐ型キャップ層７およびｐ側電極９は、レ
ーザ光出射口Ｃにおいて除去されており、また、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１のｎ型反射多層膜２の積層側とは反対側に
ｎ側電極１１が形成されている。以下に、上記積層構造
の構成の一例を詳細に説明する。

【００３２】ｎ型反射多層膜２は、屈折率の異なる２種
の半導体材料、例えば、ｎ型ＡｌＡｓ層とｎ型ＧａＡｓ
層をペアーとして繰り返し積層された構造を有してお
り、分布反射器（Distributed Bragg Reflector:ＤＢ
Ｒ）を構成している。ＤＢＲは、屈折率（ｎ）が異な
り、厚さがλ／４（λ：波長）からなる２つの薄い層を
ペアーとして、それを何十層（２０〜４０）にも積み重
ねることによって反射率を１００％近くにしたミラーで
ある。なお、ｎ型反射多層膜２は、例えばＳｉＯ₂ とＴ
ｉ₂ Ｏをペアーとして誘電体層を複数積層させるような
誘電体ミラーであってもよい。

【００３３】活性層４は、例えば、ウェル層として機能
するＩｎ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓと、バリア層として機能する
ＧａＡｓとを含む歪量子井戸構造を有し、この活性層４
を挟み込んでｎ型クラッド層３およびｐ型クラッド層５
が形成され、例えば、ｎ型クラッド層３はｎ型のＡｌ
_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓからなり、ｐ型クラッド層５は、ｐ型
のＡｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓからなる。

【００３４】ｐ型反射多層膜６は、例えば、ｐ型ＡｌＡ
ｓ層と、ｐ型ＧａＡｓ層をペアーとして繰り返し積層さ
れた構造を有しており、上側の分布反射器（ＤＢＲ）と
して機能する。なお、ｐ型反射多層膜６は、上述した誘
電体ミラーにより構成されていてもよい。

【００３５】ｐ型キャップ層７は、ｐ側電極９とオーミ
ック接触を形成するために設けられており、例えば、ｐ
型の不純物であるＺｎが高濃度に導入されたｐ型ＧａＡ
ｓにより構成され、そのレーザ光出射口Ｃにおいて開口
が形成されている。

【００３６】ｐ側電極９は、例えば、ｐ型キャップ層７
側から例えばＴｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層が順に積層されて
形成されており、ｎ側電極１１は、例えば、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板１側からＡｕＧｅ合金層／Ｎｉ層／Ａｕ層が順に
積層されて形成されている。

【００３７】次に、上記構成の本実施形態に係る面発光
半導体レーザ素子の製造方法について、図３〜図５を参
照して説明する。

【００３８】まず、図３（ａ）に示すように、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１上に、ｎ型反射多層膜２、ｎ型クラッド層
３、活性層４、ｐ型クラッド層５、ｐ型反射多層膜６、
ｐ型キャップ層７を構成する複数の半導体層を、ＭＢＥ
法（分子線エピタキシー法）やＭＯＣＶＤ法（有機金属
気相成長法）等によってエピタキシャル成長させる。

【００３９】次に、図３（ｂ）に示すように、ｐ型キャ
ップ層７上に、レジストを塗布し、リソグラフィ技術に
より素子形成領域を保護するレジストマスク２０を形成
し、当該レジストマスク２０をマスクとして、酸素イオ
ンやプロトン等をイオン注入することにより、ｎ型クラ
ッド層３までのエピタキシャル成長層を絶縁化させて、
素子分離絶縁膜８を形成する。その後、レジストマスク
２０を除去する。

【００４０】次に、図４（ｃ）に示すように、ｐ型キャ
ップ層７上に再度レジストを塗布し、リソグラフィ技術
により光共振エリアＡｒを保護しかつ溝形成領域に開口
をもつパターンでレジストマスク２１を形成し、当該レ
ジストマスク２１をエッチングマスクとして、ＲＩＥ
（Reactive Ion Etching) 等の異方性エッチングを行な
うことにより、ｐ型キャップ層７から活性層４を突き抜
ける溝Ｍを形成する。その後、レジストマスク２１を除
去する。

【００４１】次に、図４（ｄ）に示すように、ｐ型キャ
ップ層７上に再度レジストを塗布し、リソグラフィ技術
により光共振エリアＡｒを保護するパターンのレジスト
マスク２２を形成し、当該レジストマスク２２をマスク
として、エピタキシャル成長層に亜鉛を拡散させること
により、拡散領域１０を形成する。

【００４２】次に、図５（ｅ）に示すように、ｐ側電極
となる電極材料を溝Ｍ内に完全に埋め込んだ後、リフト
オフ法により、レジストマスク２２上に堆積した金属材
料とともにレジストマスク２２を除去して、溝Ｍに埋め
込まれレーザ光出射口Ｃに開口を有するｐ側電極９を形
成する。

【００４３】最後に、図５（ｆ）に示すように、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１上に、電極材料を堆積させて所定のパター
ンを形成することでｎ側電極１１を形成し、ｐ側電極９
をマスクとしてレーザ光出射口Ｃに露出したｐ型キャッ
プ層７をエッチングにより除去することにより、本実施
形態に係る面発光半導体レーザ素子が製造される。

【００４４】上記構成の本実施形態に係る面発光半導体
レーザ素子では、上記のようにｐ側電極９の一部をｐ型
反射多層膜６内に埋め込むことにより、電流注入は、活
性層４の発光領域近傍におけるｐ型クラッド層５に直接
行なわれる。このことは、ｐ型反射多層膜６内を電流が
通らなくなることから、低抵抗化のためのｐ型反射多層
膜６への不純物の注入が必要無くなり、不純物注入によ
るｐ型反射多層膜６内の非発光再結合中心の発生を抑制
し、当該非発光再結合中心による無効電流を低減するこ
とができる。

【００４５】同時にｐ型反射多層膜６内を電流が通らな
くなることは、従来、低抵抗化に不可欠であったＤＢＲ
ミラーのヘテロ接合バリア対策が不必要となるため、Ｄ
ＢＲミラーを構成する半導体材料の組成比を大きくとる
ことができ、より小さいペア数で反射率を確保すること
ができる等、ＤＢＲミラーの作製のための自由度を向上
させることができ、簡易で制御しやすいＤＢＲミラーを
製造することができる。

【００４６】また、ｐ側電極９等の金属材料は、一般に
面発光半導体レーザ素子を構成するＧａＡｓやＡｌＧａ
Ａｓ等の半導体材料に比べて熱抵抗が小さいことから、
この熱抵抗の小さいｐ側電極９が、光共振エリアＡｒに
おける活性層４の発光領域に数μｍ程度に近づくことに
より、発光領域において発光により発生した熱がｐ側電
極９に伝達されて、素子外へ放散されることとなるか
ら、従来よりも効率的に放熱することができ、温度特性
を向上させることができる。

【００４７】また、光共振エリアＡｒにおける活性層４
の発光領域を取り囲むように同心円状にｐ側電極９が複
数埋め込まれていることから、この共振エリアＡｒの周
囲に形成された複数層の埋め込み部９１により、ｐ型反
射多層膜６の光共振エリアＡｒから漏れた光を反射さ
せ、再び活性層４の発光領域に戻すことができ、漏れ光
の再利用化により電流効率向上を図ることができ、その
結果、しきい値や動作電流の低減を図ることができる。

【００４８】また、本実施形態では、数十μｍから数百
μｍ程度のｐ型反射多層膜６に埋め込まれたｐ側電極９
の埋め込み部９１によって光共振エリアＡｒが形成され
ることから、ｐ型反射多層膜６の物理的強度を向上させ
ることができ、製造におけるハンドリング性向上と歩留
り向上を図ることができる。

【００４９】第２実施形態図６は、本実施形態に係る面発光半導体レーザ素子の断
面図である。なお、第１実施形態に係る面発光半導体レ
ーザ素子と同じ構成要素には、同じ符号を付しており、
ここではその説明を省略する。

【００５０】図６に示す面発光半導体レーザ素子では、
ｐ型キャップ層７からｎ型クラッド層３におけるエピタ
キシャル成長層には、光共振エリアＡｒを避けた領域に
おいて、光共振エリアＡｒの近傍を取り囲む一つの溝の
みが形成されており、当該溝内に埋め込まれてｐ側電極
９が形成されている。ｐ側電極９は、図２に示したレー
ザ光出射口Ｃに最も近い埋め込み部９１のみが形成され
ているような形状を有する。

【００５１】上記構成の面発光半導体レーザ素子の製造
方法としては、第１実施形態において、図４（ｃ）に示
す溝形成工程におけるレジストマスク２１の形状を変更
することにより製造される。

【００５２】上記構成の面発光半導体レーザ素子によれ
ば、光共振エリアＡｒ周囲を囲む一つの埋め込み部９１
しか有さないが、第１実施形態と比較して、活性層４の
発光領域で発生した熱の放散、漏れ光の再利用の効果に
関しては低下するものの、素子抵抗や物理強度の点にお
いては同等の効果を得ることができると考えられる。

【００５３】第３実施形態図７は、本実施形態に係る面発光半導体レーザ素子の断
面図である。なお、第１実施形態に係る面発光半導体レ
ーザ素子と同じ構成要素には、同じ符号を付しており、
ここではその説明を省略する。

【００５４】図７に示す面発光半導体レーザ素子では、
第２実施形態と同様に、ｐ型キャップ層７からｎ型クラ
ッド層３におけるエピタキシャル成長層には、光共振エ
リアＡｒを避けた領域において、光共振エリアＡｒの近
傍を取り囲む一つの溝のみが形成されており、当該溝内
に埋め込まれてｐ側電極９が形成されている。ｐ側電極
９は、図２に示したレーザ光出射口Ｃに最も近い埋め込
み部９１のみが形成されているような形状を有する。

【００５５】そして、本実施形態ではさらに、ｐ型キャ
ップ層７の表面に例えば第１実施形態と同様の同心円状
の複数の溝が形成されており、当該ｐ型キャップ層７に
形成された溝に埋め込まれてｐ側電極９が形成されるこ
とで、ｐ型キャップ層７内にも埋め込み部９２を有す
る。

【００５６】上記構成の面発光半導体レーザ素子の製造
方法としては、第１実施形態において、図４（ｃ）に示
す溝形成工程におけるレジストマスク２１による溝Ｍの
形成工程の前あるいは後に、同様にしてレジストマスク
を用いてｐ型キャップ層７に埋め込み部９２の形成のた
めの溝をエッチングによりパターン形成することによ
り、製造される。

【００５７】上記構成の面発光半導体レーザ素子におい
ては、第２実施形態と同様の効果を得るとともに、ｐ型
キャップ層７上に形成されたｐ型電極において電流の流
れる断面積を大きくすることができることから、第２実
施形態に比して、低抵抗化を図ることができる。

【００５８】第４実施形態図８は、本実施形態に係る面発光半導体レーザ素子の断
面図である。なお、第１実施形態に係る面発光半導体レ
ーザ素子と同じ構成要素には、同じ符号を付しており、
ここではその説明を省略する。

【００５９】図８に示す面発光半導体レーザ素子では、
第２実施形態と同様に、エピタキシャル成長層には、光
共振エリアＡｒを避けた領域において、光共振エリアＡ
ｒの近傍を取り囲む一つの溝のみが形成されており、当
該溝内に埋め込まれてｐ側電極９が形成されている。

【００６０】本実施形態では、第２実施形態と異なり、
溝内に埋め込まれたｐ型電極９の埋め込み部９１ａが、
活性層４を貫かないでｐ型クラッド層５の途中まで埋め
込まれて形成されている。

【００６１】上記構成の面発光半導体レーザ素子の製造
方法としては、第１実施形態において、図４（ｃ）に示
す溝形成工程におけるレジストマスク２１の形状および
エッチング深さを変更することにより製造される。

【００６２】上記構成の面発光半導体レーザ素子におい
ては、第２実施形態に比して、埋め込み部９１ａと活性
層４の発光領域との距離が遠ざかり、また、活性層４の
発光領域の周囲は埋め込み部９１ａによって囲まれてい
ないことから、活性層４の発光領域で発生した熱の放
散、漏れ光の再利用に関しては第２実施形態に比して低
下するものの、素子抵抗や物理強度の点においては同等
の効果を得ることができると考えられる。

【００６３】第５実施形態図９は、本実施形態に係る面発光半導体レーザ素子の断
面図である。なお、第１実施形態に係る面発光半導体レ
ーザ素子と同じ構成要素には、同じ符号を付しており、
ここではその説明を省略する。

【００６４】図９に示す面発光半導体レーザ素子では、
ｎ型ＧａＡｓ基板１からｎ型クラッド層３にかけて、光
共振エリアＡｒを避けた領域において、光共振エリアＡ
ｒの近傍を取り囲む溝が形成されており、当該溝内に埋
め込まれて断面が櫛状のｎ側電極１１が形成されてお
り、ｎ側電極１１側にも埋め込み部１１ａを有する。ｎ
型ＧａＡｓ基板１からｎ型クラッド層３において、ｎ側
電極１１と接続する部分には、ｎ側電極１１とのオーミ
ック接触を達成するためｎ型不純物が導入された拡散領
域１２が形成されている。また、本実施形態では、第４
実施形態と同様の深さを有する埋め込み部９１ａが複数
形成され、断面が櫛状のｐ側電極９が形成されている。

【００６５】上記構成の面発光半導体レーザ素子の製造
方法としては、第１実施形態において、図５（ｆ）に示
すｎ側電極堆積工程前にｎ型ＧａＡｓ基板１からｎ型ク
ラッド層３の途中まで達する溝を形成した後に、ｎ側電
極を堆積させることにより製造される。

【００６６】上記構成の本実施形態に係る面発光半導体
レーザ素子では、上記のようにｎ側電極１１の一部をも
ｎ型反射多層膜２内に埋め込むことにより、電流注入
は、活性層４の発光領域近傍におけるｎ型クラッド層３
に直接行なわれることから、第１実施形態に比してさら
に低抵抗化を図ることができる。また、ｎ側電極１１の
埋め込み部１１ａが、活性層４の発光領域に近づいてい
ることから、発光領域において発光により発生した熱の
素子外への放散にｎ側電極１１も機能することができ、
さらに放熱特性を向上させることができる。また、ｎ側
電極１１の埋め込み部１１ａが、光共振エリアＡｒにお
けるｎ型反射多層膜２およびｎ型クラッド層３の一部を
取り囲んでいることから、ｎ型反射多層膜２の光共振エ
リアＡｒから漏れた光をも反射させて、再び活性層４の
発光領域に戻すことができることから、第１実施形態に
比してさらに、漏れ光の再利用化により電流効率向上を
図ることができ、その結果、しきい値や動作電流の低減
を図ることができる。

【００６７】本発明は、上記の実施形態の説明に限定さ
れない。例えば、本実施形態において、ｐ側電極９が同
心円状に埋め込まれた例について説明したが、これに限
られるものでなく、図１０に示すように正方形状に埋め
込まれていてもよく、図１１に示すように長方形状に埋
め込まれいてよい。このように電極を円形でなく、矩形
にすることで、偏光を制御することが可能になる。ま
た、ｐ側電極９やｎ側電極１１の埋め込み部の深さや数
は、様々なバリエーションがあり、上記の実施形態にお
いて説明したものに限定されるものではない。

【００６８】また、本実施形態では、ｐ側電極９とのオ
ーミック接触を実現するためｐ側電極の堆積前に亜鉛を
拡散する工程を有する例について説明したが、これに限
られず、例えば、ｐ側電極９の材料として亜鉛と金の積
層膜を用いた場合には、ｐ側電極の堆積後に熱処理を行
なうことで、亜鉛が拡散して、上記の処理と同様の効果
を得ることができる。その他、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で、種々の変更が可能である。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、素子抵抗が低減く温度
特性に優れ、安定した構造を有する面発光半導体レーザ
素子を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る面発光半導体レーザ素子の
断面図である。

【図２】第１実施形態に係る面発光半導体レーザ素子の
上面図である。

【図３】第１実施形態に係る面発光半導体レーザ素子の
製造における工程断面図である。

【図４】第１実施形態に係る面発光半導体レーザ素子の
製造における工程断面図である。

【図５】第１実施形態に係る面発光半導体レーザ素子の
製造における工程断面図である。

【図６】第２実施形態に係る面発光半導体レーザ素子の
断面図である。

【図７】第３実施形態に係る面発光半導体レーザ素子の
断面図である。

【図８】第４実施形態に係る面発光半導体レーザ素子の
断面図である。

【図９】第５実施形態に係る面発光半導体レーザ素子の
断面図である。

【図１０】本実施形態に係る面発光半導体レーザ素子の
電極形状の他の例を示す上面図である。

【図１１】本実施形態に係る面発光半導体レーザ素子の
電極形状の他の例を示す上面図である。

【図１２】図１２（ａ）は従来例に係る面発光半導体レ
ーザ素子の断面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）
に示すｐ型ＤＢＲミラーの拡大断面図である。

【図１３】他の従来例に係る面発光半導体レーザ素子の
断面図である。

【符号の説明】

１…ｎ型ＧａＡｓ基板、２…ｎ型反射多層膜、３…ｎ型
クラッド層、４…活性層、５…ｐ型クラッド層、６…ｐ
型反射多層膜、７…ｐ型キャップ層、８…素子分離絶縁
膜、９…ｐ側電極、９１，９１ａ，９２…埋め込み部、
１０…拡散領域、１１…ｎ側電極、１１ａ…埋め込み
部、１２…拡散領域、２０，２１，２２…レジストマス
ク、１０１…ｎ型ＧａＡｓ基板、１０２…ｎ型ＤＢＲミ
ラー、１０３…ｎ型クラッド層、１０４…活性層、１０
５…ｐ型クラッド層、１０６…ｐ型ＤＢＲミラー、１０
７…ｐ型キャップ層、１０９…ｐ側電極、１１１…ｎ側
電極、２０１…ｎ型ＧａＡｓ基板、２０２…ｎ型ＤＢＲ
ミラー、２０３…ｎ型クラッド層、２０４…活性層、２
０５…ｐ型クラッド層、２０６…ｐ型ＤＢＲミラー、２
０７…ｐ型キャップ層、２０９…ｐ側電極、２１１…ｎ
側電極、Ｃ…レーザ光出射口、Ａｒ…光共振エリア。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光共振エリアに発光領域をもつ活性層と、
前記活性層を挟む２つの反射多層膜とを有する光共振器
を備え、前記光共振器を挟んで前記活性層に電流を注入
する２つの電極が形成されている面発光半導体レーザ素
子であって、少なくとも一方の前記電極の一部が、前記光共振器の前
記光共振エリアを除く前記光共振エリアの近傍におい
て、前記活性層に近づくように前記光共振器内に埋め込
まれて形成されている面発光半導体レーザ素子。
【請求項２】前記電極の一部が、前記反射多層膜を貫く
ように前記光共振器内に埋め込まれて形成されている請
求項１記載の面発光半導体レーザ素子。
【請求項３】前記活性層と前記活性層を挟む２つの前記
反射多層膜との間にそれぞれ形成されたクラッド層をさ
らに有し、前記電極の一部が、前記活性層を貫いて前記クラッド層
の途中まで達するように前記光共振器内に埋め込まれて
形成されている請求項１記載の面発光半導体レーザ素
子。
【請求項４】前記光共振エリアを通る断面から見て櫛状
になるように、前記電極が前記光共振器内に埋め込まれ
て形成されている請求項１記載の面発光半導体レーザ素
子。
【請求項５】断面が櫛状の前記電極は、前記光共振エリ
アを中心として同心円状に、前記光共振器内に埋め込ま
れて形成されている請求項４記載の面発光半導体レーザ
素子。
【請求項６】断面が櫛状の前記電極は、前記光共振エリ
アを中心として矩形状に、前記光共振器内に埋め込まれ
て形成されている請求項４記載の面発光半導体レーザ素
子。
【請求項７】前記光共振器における前記電極との接触部
位に、導電性不純物が導入されている請求項１記載の面
発光半導体レーザ素子。
【請求項８】前記反射多層膜が、誘電体による多層膜、
あるいは半導体によるブラッグリフレクタにより形成さ
れている請求項１記載の面発光半導体レーザ素子。
【請求項９】発光領域をもつ活性層と、前記活性層を挟
む２つの反射多層膜とを有する光共振器用層を積層する
工程と、前記光共振器用層を挟んで前記活性層に電流を注入する
２つの電極を形成する工程とを有し、少なくとも一方の前記電極を形成する際に、前記光共振
器用層の光共振エリアを除く前記光共振エリアの近傍に
おいて、前記光共振器用層に溝を形成する工程と、前記溝内を埋め込んで前記反射多層膜上に電極を形成す
る工程とを有する面発光半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１０】前記溝を形成する工程において、前記反
射多層膜を貫くように前記溝を前記光共振器用層に形成
する請求項９記載の面発光半導体レーザ素子の製造方
法。
【請求項１１】前記光共振器用層を堆積する工程におい
て、前記活性層と前記活性層を挟む２つの前記反射多層
膜との間にそれぞれクラッド層をさらに有する前記光共
振器用層を堆積し、前記溝を形成する工程において、前記活性層を貫いて前
記クラッド層の途中まで達する前記溝を形成する請求項
９記載の面発光半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１２】前記溝を形成する工程において、前記共
振器用層に複数の前記溝を形成する請求項９記載の面発
光半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１３】前記溝を形成する工程において、前記光
共振エリアを中心として同心円状に複数の前記溝を形成
する請求項１２記載の面発光半導体レーザ素子の製造方
法。
【請求項１４】前記溝を形成する工程において、前記光
共振エリアを中心として矩形状に複数の前記溝を形成す
る請求項１２記載の面発光半導体レーザ素子の製造方
法。
【請求項１５】前記溝を形成する工程の後、前記電極を
形成する工程の前に、前記溝内を含む前記光共振器用層
における前記電極との接触部分に、導電性不純物を拡散
させる工程をさらに有する請求項９記載の面発光半導体
レーザ素子の製造方法。
【請求項１６】前記光共振器用層を堆積する工程におい
て、誘電体による多層膜、あるいは半導体によるブラッ
グリフレクタにより前記反射多層膜を形成する請求項９
記載の面発光半導体レーザ素子の製造方法。