JP2004063969A

JP2004063969A - 面発光レーザ

Info

Publication number: JP2004063969A
Application number: JP2002222880A
Authority: JP
Inventors: Takashi Iwamoto; 岩本　隆
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】漏れ電流のない高効率で高密度集積化が可能である面発光レーザを提供する。
【解決手段】半導体基板２上に下部ＤＢＲ３と、発光層４と、Ａｌ酸化層５と、上部ＤＢＲ６と、開口部１７を有するリング電極１１とリング電極１１に連続したパッド電極８とを積層してなり、パッド電極８の下部に対応する上部ＤＢＲ６から発光層４までの深さに形成された溝１４及びパッド電極部穴３８を有し、溝１４及びパッド電極部穴３８の側面から、発光部１６に対応する部分を除いたＡｌ酸化層５を酸化して絶縁層とした。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、　面発光レーザに係り、特に、発光層となるアルミニウムを含む半導体層を酸化することにより発光部の周囲に絶縁層を形成して、良好な電流狭窄構造を形成すると共に、高密度集積化に好適な面発光レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
面発光レーザは、低しきい値電流動作及び高密度２次元集積化が可能なデバイスであり、光情報処理用光源として注目を集めている。
面発光レーザにおいては、発光部分に電流を集中させることが不可欠で、そのために電流狭窄構造を形成することが必要である。
【０００３】
近年、Ａｌを高濃度に含んだ半導体層（以下、この層をＡｌ酸化層と呼ぶ）を窒素と水蒸気雰囲気中で加熱することにより、半導体層の所定の部分のみを絶縁層に変換することにより、良好な特性を有する酸化電流狭窄構造を得る方法が用いられている。
【０００４】
この従来の電流狭窄構造では、まず、所定の半導体層を積層した後、発光部の周囲をエッチングしてエッチング溝を形成し、エッチング溝の側面（エッチング面）を通してＡｌ酸化層を酸化して電流狭窄構造を形成する。
一方、発光部とは別に、エッチング溝を挟んだ反対側の半導体層上に、パッド電極用として、ＳｉＯ_２等からなる絶縁膜を表面に形成した後、その上に電極を形成する。そして、発光部とパッド電極の間のエッチング溝をポリイミドなどで埋め込んで平坦にした後、発光部上の電極とパッド電極までの引き出し電極を形成するのが一般的であった。
電流狭窄構造を得るには、埋め込み工程など煩雑な工程が必要であった。
【０００５】
この工程を省略する試みの一つとして、例えば、特許第３１６４２０３号公報に開示された方法がある。
以下、その内容を従来の改善例として説明する。
図５は、従来の改善例の面発光レーザを示す構成図である。
同図において、図５の（ａ）は上面図を、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）に示す直線ＡＢ断面図である。
【０００６】
同図には説明の簡便のため、１個の面発光レーザ１０を形成した場合を示す。基板２上に、下部ＤＢＲ３と、発光層４と、Ａｌ酸化層５と、上部ＤＢＲが順次積層されている。
発光部１８とパッド電極部１９及びそれを接続する電極引き出し部２１を取り囲んで、所定幅を有するエッチング溝１４を形成してある。エッチング溝１４は完全に基板２に達しており、発光部１８、パッド電極部１９及び電極引き出し部２１は、周囲と完全にエッチング溝１４で分離されている。
【０００７】
この状態で、Ａｌ酸化層５を、エッチング溝１４の側面（エッチング面）より酸化し、所定幅（エッチング溝１４から所定深さ横方向に侵入している）の酸化部５Ａを形成する。
これにより、発光部１８のＡｌ酸化層５は発光部分１６を除き酸化されて、絶縁性の酸化部５Ａとなる。電流は、発光部分１６のみを流れるから、これにより、電流狭窄構造が得られる。
【０００８】
電極引き出し部２１のＡｌ酸化層５は、酸化に際して、その幅を適当に設定することにより完全に酸化され，絶縁性となる。
パッド電極部１９の上部ＤＢＲ上にＳｉＯ_２からなる絶縁膜７を形成する。その後、発光部１８上には発光部リング電極１１を、電極引き出し部２１上には引き出し電極部９を、パッド電極部１９の絶縁膜７上にはパッド電極８を形成する。
【０００９】
発光部リング電極１１、引き出し電極部９、及びパッド電極８は電気的に導通している。
パッド電極８にはワイヤがボンディングされ、外部電源に接続できるようにする。
基板２のパッド電極８の形成されている面の反対側の面上には下部電極１が形成されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この面発光レーザ１０に、外部からパッド電極８と下部電極１間に所定の電圧を印加すると、電流は、パッド電極８から引き出し電極部９を経由して発光部リング電極１１から、上部ＤＢＲ６を伝って、狭窄構造をとる発光部分１６に流れ込み、発光層４と、下部ＤＢＲ３と、基板２とを通過して、下部電極１に流れる。これにより、面発光レーザ１０はレーザ発光する。この電流経路を、主電流経路として，矢印１２で示してある。
【００１１】
一方、発光部１８に対して、パッド電極部１９の面形状ははるかに大きく構成されているので、エッチング溝１４を通して、Ａｌ酸化層５を酸化する場合、パッド電極８下のＡｌ酸化層５の大半は酸化されずに、未絶縁膜化部１５としてそのまま残っている。
従って、パッド電極８と下部電極１間に電圧を印加すると、上部ＤＢＲから、パッド電極８の下に存在する導電性の未絶縁膜化部１５を通って、発光層４と、下部ＤＢＲと、基板２とを通り、下部電極１に到達する電流が存在する。これを漏れ電流経路として、矢印１５で示してある。
【００１２】
この漏れ電流は、面発光レーザ１０の発光に寄与しない無効な電流であり、その改善を求められていた。
また、この無効電流をなくすために、パッド電極８の下のＡｌ酸化層５を全て酸化するように、その形状を定めて構成すると、パッド電極が通常１００μｍ×１００μｍの大きさであるため、発光部１８の酸化しない発光部分１６を確保するには、発光部１８の大きさを１００μｍ×１００μｍより大きくする必要があり、面発光レーザ１０を高密度に集積化出来ないという問題が発生する。
【００１３】
そこで本発明は、漏れ電流のない高効率で高密度集積化が可能である面発光レーザを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、本発明は、半導体基板２上に下部ＤＢＲ３と、発光層４と、Ａｌを含む半導体層（Ａｌ酸化層５）と、上部ＤＢＲ６と、開口部１７を有する（発光部）リング電極１１と前記リング電極１１に連続したパッド電極８とを積層してなり、前記パッド電極８の下部に対応する前記上部ＤＢＲ６から前記発光層４までの深さに形成された溝（エッチング溝１４、パッド電極部穴３８）を有し、前記溝（エッチング溝１４、パッド電極部穴３８）の側面から、前記発光層４の発光部１６の上部の部分を除いた前記Ａｌを含む半導体層（Ａｌ酸化層５）を酸化して絶縁層としたことを特徴とする面発光レーザである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、好ましい実施例により、図面を参照して説明する。
なお、参照符号については、従来例と同一の構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１６】
＜第１実施例＞
図１は、本発明の面発光レーザの第１実施例を示す構成図である。
図２は、本発明の面発光レーザの製造工程図（１）である。
図３は、本発明の面発光レーザの製造工程図（２）である。
図１の（ａ）は、上面図を、図１の（ｂ）は、図１の（ａ）に示される直線ＡＢの断面図である。
【００１７】
以下、図１乃至図３により、第１実施例の面発光レーザ２０を説明する。
以下、図１を参照しながら、図２、図３に付いて説明する。
まず、図２の（１）（結晶成長工程）に示すように、ｎ−ＧａＡｓからなる基板２上に、ＭＯＣＶＤ法のような膜厚制御性の良いエピタキシャル成長法により、光の反射機能を有するｎ−ＡｌＡｓとｎ−Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓとをそれぞれの光学波長の１／４の膜厚で交互に３０から４０ペア積層して下部ＤＢＲ３（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｂｒａｇｇ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を形成する。
【００１８】
次に、下部ＤＢＲ３上に発光層４を形成する。発光層４は、例えば厚さ９６ｎｍであるｕ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなるスペーサ層に両側を挟まれた、ｕ−ＧａＡｓとｕ−Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３Ａｓとが交互に２乃至６ペア形成されたものより構成される。ここで「ｕ」はアンドープであることを示す。発光層４の厚さは、全体で光学波長になるように、各層の厚さが定められる。発光層４は多重量子井戸発光層である。
【００１９】
発光層４上に例えば厚さ１０ｎｍ程度のｐ−ＡｌＡｓからなるＡｌ酸化層５を形成する。
Ａｌ酸化層５の上に、上部ＤＢＲ６を形成する。上部ＤＢＲ６は、ｐ−Ａｌ_０．８５Ｇａ_０．１５Ａｓとｐ−Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓとをそれぞれ光学波長の１／４の厚さで交互に２０から３０ペア積層したものである。
上部ＤＢＲ６上にはｐ−ＧａＡｓからなるコンタクト層を形成する（図示しない）。
【００２０】
次に、図２の（２）（素子分離工程）に示すように、ウエットエッチングあるいは、ドライエッチングによって、図１の（ａ）に上面形状を示す所定幅を有する、基板２に達するエッチング溝１４を形成する。ここで、エッチング溝１４は発光部１８と、電極引き出し部２１と、パッド電極部１９となるべき部分を取り囲み、基板１にまで達している。
【００２１】
パッド電極部１９となるべき部分には、直径２乃至３μｍである複数のパッド電極部穴３８が形成されている。これらのパッド電極部穴３８は、基板２にまで達している。ここで、パッド電極部穴３８の深さは、後述する酸化によりＡｌ酸化層５を酸化できる深さに形成されていれば良い。パッド電極部穴３８の間隔は、後述する酸化により、パッド電極部１９のＡｌ酸化層５が全て酸化できるようにされている。
【００２２】
次に、図２の（３）（ＡｌＡｓ酸化工程）に示すように、下部ＤＢＲ３から上部ＤＢＲ６までが積層され、エッチング溝１４及びパッド電極部穴３８の形成された基板２を、酸化炉に入れて酸化する。酸化炉内には、７０℃に保持した水の入ったバブラーを通過して、水蒸気を含んだ窒素ガスが導入されており、４５０℃から５５０℃に保持されている。この酸化炉内で、所要時間の間、加熱保持して、エッチング溝１４及びパッド電極部穴３８の側面（エッチング面）に露出したＡｌ酸化層５を横方向に酸化する。このとき、酸化された酸化部５Ａはエッチング溝１４及びパッド電極部穴３８の側面の表面より内部に向って、酸化されるに従って広がっていくが、加熱時間を調整することによって、発光部１８にあるＡｌ酸化層５のうち発光層４の発光部１６に対応する部分が未酸化部５Ｃとなり、それ以外を酸化部５Ａとするようにする。
【００２３】
ここで、エッチング溝１４で囲まれた発光部１８は、例えば３０μｍ×３０μｍの大きさとし、エッチング溝１４で挟まれた電極引き出し部２１は、例えば幅１０μｍとし、エッチング溝１４で囲まれたパッド電極部１９は、例えば、１００μｍ×１００μｍとしてある（図１参照）。
例えば、１２μｍ程度酸化させると、Ａｌ酸化層５の内、酸化されない発光部対応部１６は６μｍ×６μｍ程度の大きさとなり、それ以外の周囲は酸化部５Ａとなり良好な電流狭窄構造が形成される。
【００２４】
電極引き出し部２１のＡｌ酸化層５は全て酸化されて酸化部５Ａとなる。
パッド電極部１９においては、パッド電極部穴３８が例えば縦横１５μｍピッチで形成してあり、パッド電極部１９のＡｌ酸化層５も全て酸化されて酸化部５Ａとなる。図１の（ａ）には、点線で示した円の領域がパッド電極部穴３８によって酸化される酸化領域３９を示してある。酸化領域３９は重なるように設定してあるので、パッド電極部１９の酸化層５は全領域に亘って酸化され、絶縁化される。
【００２５】
次に、図３の（４）（ｐ電極形成工程）に示すように、レジスト膜を全面に形成した後、パターニングして、パッド電極８、引出し電極部９、発光部リング電極１１の形成されるべき部分以外のレジスト膜を除去する。但し、パッド電極部穴３８上のレジスト膜は残しておく。その後、全面にＡｕ、Ｚｎ、Ａｕの積層膜を蒸着により形成し、リフトオフによりレジスト膜を取り除くことによって、発光部１８に発光部リング電極１１を、電極引き出し部２１に引き出し電極部９を、パッド電極部１９にパッド電極８を形成する。発光部リング電極１１と引き出し電極部９とパッド電極８は連続して繋がっており上部電極となる。
【００２６】
次に、図３の（５）（ｎ電極形成工程）に示すように、基板１の裏面にｎ型電極となるＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｕ等を蒸着し、その後、４５０℃程度で１０分間アニールしてオーミックコンタクトさせ下部電極１を形成する。
このようにして、本第１実施例の面発光レーザ２０を得る。
【００２７】
これは、図１の（ｂ）に示すように、パッド電極部１９のＡｌ酸化層５は全て酸化部５Ａとなって絶縁化されているので、パッド電極８と下部電極１に所定の電圧を印加すると、電流は発光部１８の発光部リング電極１１から電流狭窄構造を形成している発光層４の発光部１６に対応する未酸化部５Ｃを通り、矢印３２で示される電流経路をとり、下部電極１に流れる。ここでは、漏れ電流の発生がないので、効率の良いレーザ発光が出来る。
また、発光部１８とパッド電極部１９を任意の形状に設定しても、パッド電極穴部３８を適宜に設けることにより、パッド電極１９の下の部分のＡｌ酸化層５を絶縁化できてパッド電極部１９における漏れ電流を防止できるので、高密度化が可能となる。
【００２８】
＜第２実施例＞
図４は、本発明の面発光レーザの第２実施例を示す構成図である。
同図に示すように、第２実施例の面発光レーザ２０Ａは、第１実施例の面発光レーザ２０において、パッド電極部穴３８に代えて、パッド電極部矩形穴３８Ａとし、従って、酸化されるＡｌ酸化層５の酸化領域３９に代わって、酸化領域３９Ａとなる以外は、第１実施例の面発光レーザ２０と同様に構成したものである。
【００２９】
パッド電極部矩形穴３８Ａは幅２乃至３μｍであり、例えば９０μｍの長さを有するものである。Ａｌ酸化層５の酸化に際して、酸化領域３９Ａが互いに一部重複して、酸化領域３９Ａがパッド電極部１９のＡｌ酸化層５の全面を覆うように、パッド電極部矩形穴３８Ａが設けられている。
従って、Ａｌ酸化層５の酸化において、パッド電極部１９の酸化層５は、パッド電極部矩形穴３８Ａの側面（エッチング面）より、所定の横方向に酸化されて、全面が酸化絶縁される。
【００３０】
発光部１８においては、Ａｌ酸化層５のうち発光部１６に対応する部分をそのまま未酸化部５Ｃとし、それ以外を酸化部５Ａとするようにする。
電極引き出し部２１のＡｌ酸化層５は全て酸化されて酸化部５Ａとなる。
パッド電極８と下部電極１に所定の電圧を印加すると、電流は発光部１８の発光部リング電極１１から電流狭窄構造を形成している発光部１６上の未酸化部５Ｃを通り、第１実施例の面発光レーザ２０と同様の電流経路をとり、下部電極１に流れる。ここでは、漏れ電流の発生がないので、効率の良いレーザ発光が出来る。
また、発光部１８とパッド電極部１９を任意の形状に設定しても、パッド電極部矩形穴３８Ａを適宜に設けることにより、パッド電極部１９の下のＡｌ酸化層５を絶縁化できてパッド電極部１９における漏れ電流を防止できるので、高密度化が可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の面発光レーザは、半導体基板上に下部ＤＢＲと、発光層と、Ａｌを含む半導体層と、上部ＤＢＲと、開口部を有するリング電極と前記リング電極に連続したパッド電極とを積層してなり、前記パッド電極の下部に対応する前記上部ＤＢＲから前記発光層までの深さに形成された溝を有し、前記溝の側面から、前記発光層の発光部の上部に部分を除いた前記Ａｌを含む半導体層を酸化して絶縁層としたことにより、漏れ電流のない高効率で高密度集積化が可能である面発光レーザを提供出来るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の面発光レーザの第１実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の面発光レーザの製造工程図（１）である。
【図３】本発明の面発光レーザの製造工程図（２）である。
【図４】本発明の面発光レーザの第２実施例を示す構成図である。
【図５】従来の改善例の面発光レーザを示す構成図である。
【符号の説明】
１…下部電極、２…基板、３…下部ＤＢＲ、４…発光層、５…Ａｌ酸化層（Ａｌを含む半導体層）、５Ａ…酸化部、５Ｂ…未酸化部、５Ｃ…未酸化部、６…上部ＤＢＲ、７…絶縁膜、８…パッド電極、９…引出し電極部、１０…面発光レーザ、１１…発光部リング電極、１２…主電流経路、１３…漏れ電流経路、１４…エッチング溝、１５…パッド電極下部未絶縁膜化部、１６…発光部、１７…開口部、１８…発光部、１９…パッド電極部、２０…面発光レーザ、２０Ａ…面発光レーザ、２１…電極引き出し部、３２…電流経路、３８…パッド電極部穴、３８Ａ…パッド電極部矩形穴、３９…酸化領域、３９Ａ…酸化領域。

Claims

半導体基板上に下部ＤＢＲと、発光層と、Ａｌを含む半導体層と、上部ＤＢＲと、開口部を有するリング電極と前記リング電極に連続したパッド電極とを積層してなり、前記パッド電極の下部に対応する前記上部ＤＢＲから前記発光層までの深さに形成された溝を有し、前記溝の側面から、前記発光層の発光部の上部の部分を除いた前記Ａｌを含む半導体層を酸化して絶縁層としたことを特徴とする面発光レーザ。