JP2006351661A - 面発光型半導体レーザ - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明の目的の１つは、静電破壊を効果的に防止することができる面発光型半導体レーザを提供することにある。
【解決手段】 面発光型半導体レーザ１０００は、発光部１００と、整流部２００と、上部ミラー層１４０及び上部半導体層２７０を電気的に接続する第１の導電層３００と、下部ミラー層１２０及び下部半導体層２５０を電気的に接続する第２の導電層４００と、を含む。整流部２００は、第１及び第２の導電層３００，４００により発光部１００と電気的に並列接続され、かつ発光部１００に対して逆方向の整流作用を有する。第１の導電層３００は、第１のランド３４０を含む。第２の導電層４００は、第２及び第３のランド４４０，４５０を含み、第２のランド４４０の方向から延出して下部半導体層２５０の第１の領域２５２と電気的に接続され、かつ第３のランド４５０の方向から延出して下部半導体層２５０の第２の領域２５４と電気的に接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、面発光型半導体レーザに関する。
面発光型半導体レーザは、従来の端面発光型半導体レーザに比べて素子の体積が小さいため、素子自体の静電破壊耐圧が低い。このため、実装プロセスにおいて、機械又は作業者から加えられた静電気によって素子がダメージを受けることがある。特に、面発光型半導体レーザは、順バイアスに対してはある程度の耐性を有するが、逆バイアスに対しては耐性が低く、逆バイアスが印加されることによって素子が破壊されることがある。通常、実装プロセスでは、静電気を除去するためにさまざまな対策が施されるが、それらの対策には限界がある。
特開２００４−６５４８号公報
本発明の目的の１つは、静電破壊を効果的に防止することができる面発光型半導体レーザを提供することにある。
（１）本発明に係る面発光型半導体レーザは、
少なくとも下部ミラー層、活性層及び上部ミラー層を含む発光部と、
少なくとも下部半導体層及び上部半導体層を含む整流部と、
前記上部ミラー層及び前記上部半導体層を電気的に接続する第１の導電層と、
前記下部ミラー層及び前記下部半導体層を電気的に接続する第２の導電層と、
を含み、
前記整流部は、前記第１及び第２の導電層により前記発光部と電気的に並列接続され、かつ前記発光部に対して逆方向の整流作用を有し、
前記第１の導電層は、第１のランドを含み、
前記第２の導電層は、第２及び第３のランドを含み、前記第２のランドの方向から延出して前記下部半導体層の第１の領域と電気的に接続され、かつ前記第３のランドの方向から延出して前記下部半導体層の第２の領域と電気的に接続されている。
本発明によれば、発光部に逆バイアスが印加されても、発光部と電気的に並列接続された整流部に電流が流れるので、発光部が破壊されることがなく、逆バイアスに対する耐性を向上させることができる。したがって、静電破壊を効果的に防止することができる。また、第２の導電層が複数のランドを有し、いずれのランドをボンディング領域とするかを自由に選ぶことができ、設計自由度の向上を図ることができる。さらに、第２の導電層により複数方向からの電気的接続の経路が確保されているので断線防止機能の効果も高い。
なお、本発明において、特定のＡ層の上方にＢ層が設けられているとは、Ａ層上に直接Ｂ層が設けられている場合と、Ａ層上に他の層を介してＢ層が設けられている場合と、を含むものとする。このことは、以下の発明においても同様である。
（２）この面発光型半導体レーザにおいて、
前記第２の導電層は、前記第２及び第３のランドを前記整流部とは異なる側において電気的に接続するラインを有し、
前記第２の導電層の前記ラインは、平面視における中央部を囲む向きに屈曲していてもよい。
これによれば、平面視における中央部に例えば発光部の出射面を設けることができる。
（３）この面発光型半導体レーザにおいて、
前記下部半導体層の平面形状は、前記第２の導電層の前記ラインと同一方向に屈曲していてもよい。
これによれば、レイアウト設計をコンパクトにすることができる。
（４）この面発光型半導体レーザにおいて、
前記発光部の出射面は、前記第２の導電層及び前記下部半導体層により囲まれた内側に設けられていてもよい。
これによれば、レイアウト設計をコンパクトにすることができる。
（５）この面発光型半導体レーザにおいて、
前記第１のランドは、前記上部半導体層を基準として前記発光部の出射面とは反対側に設けられていてもよい。
これによれば、発光部に対する逆バイアスが印加された場合、電流が確実に整流部のほうに流れるようになる。そのため、発光部が逆バイアスの印加により破壊されるのを防止することができる。
（６）この面発光型半導体レーザにおいて、
前記上部半導体層及び前記下部半導体層は、それぞれ、線対称な平面形状をなしていてもよい。
（７）この面発光型半導体レーザにおいて、
前記第２及び前記第３のランドは、互いに線対称な位置に設けられていてもよい。
（８）この面発光型半導体レーザにおいて、
前記第１の領域は、前記下層半導体層の一方の端部の上面の領域であり、
前記第２の領域は、前記下層半導体層の他方の端部の上面の領域であり、
前記上部半導体層は、前記下部半導体層における前記第１及び第２の領域のそれぞれから離間する中央部の上方に設けられていてもよい。
（９）この面発光型半導体レーザにおいて、
前記第１の導電層は、
前記上部ミラー層の上方に設けられた第１の導電型の第１の電極と、
前記上部半導体層の上方に設けられた第２の導電型の第２の電極と、
前記第１及び第２の電極を電気的に接続する第１の配線層と、
を含んでもよい。
（１０）この面発光型半導体レーザにおいて、
前記第２の導電層は、
前記下部ミラー層の上方に設けられた第２の導電型の第３の電極と、
前記下部半導体層の前記第１の領域の上方に設けられた第１の導電型の第４の電極と、
前記下部半導体層の前記第２の領域の上方に設けられた第１の導電型の第５の電極と、
前記第３、第４及び第５の電極を電気的に接続する第２の配線層と、
を含んでもよい。
（１１）この面発光型半導体レーザにおいて、
樹脂層をさらに含み、
前記樹脂層は、少なくとも、前記発光部の出射面及び前記下部半導体層の周囲、並びに前記第１のランドの下地として設けられていてもよい。
（１２）この面発光型半導体レーザにおいて、
前記発光部及び前記整流部を支持する基板をさらに含んでもよい。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの平面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３は、この面発光型半導体レーザの等価回路図である。
面発光型半導体レーザ１０００は、発光部１００と、整流部２００と、を含む。
発光部１００及び整流部２００は、基板１１０により支持されている。詳しくは、発光部１００及び整流部２００は、基板１１０の一方の面上に形成され、全体としてモノリシック構造をなしている。基板１１０は、半導体基板（例えばｎ型ＧａＡｓ基板）である。基板１１０は、発光部１００の下部ミラー層１２０と同一導電型に形成されている。基板１１０の平面形状は、例えば矩形（正方形又は長方形）であり、その平面視の端部には、アライメントマーク１１２及びマーキング領域１１４が設けられていてもよい。
Ａ．発光部
発光部１００は、共振器（垂直共振器）であり、光の出射に寄与する柱状部１８０を含む。図２に示す例では、発光部１００の断面形状の凸型の突起部が柱状部１８０に相当する。柱状部１８０の側面は、基板面に垂直又は順テーパが付されていてもよい。柱状部１８０の平面形状は、円形であってもよいし、矩形（正方形又は長方形）又はその他の多角形であってもよい。図１に示す例では、１つの基板１１０に１つの柱状部１８０が形成されているが、１つの基板１１０に複数の柱状部１８０が形成されていてもよい。柱状部１８０の上面１８２の中央部は、レーザ光の出射面１８４となっている。
発光部１００は、下部ミラー層１２０、活性層１３０、上部ミラー層１４０及びコンタクト層１５０を含む。それらは、基板１１０側から順番に設けられている。下部ミラー層１２０の平面形状は、例えば基板１１０の平面形状と同一であってもよい。図２に示す例では、コンタクト層１５０及び上部ミラー層１４０が第１の導電型（例えばｐ型）に形成され、下部ミラー層１２０が第２の導電型（例えばｎ型）に形成されている。なお、柱状部１８０は、少なくともコンタクト層１５０、上部ミラー層１４０を含む（例えばコンタクト層１５０、上部ミラー層１４０、活性層１３０及び下部ミラー層１２０の一部を含む）半導体積層体をいう。
下部ミラー層１２０は、例えば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの分布反射型多層膜ミラーである。活性層１３０は、例えば、ＧａＡｓウエル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含む。上部ミラー層１４０は、例えば、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの分布反射型多層膜ミラーである。また、最上面のコンタクト層１５０は、例えばｐ型ＧａＡｓ層からなる。なお、これらの各組成及び層数は限定されるものではない。
上部ミラー層１４０は、例えばＣ，Ｚｎ，Ｍｇなどがドーピングされることによりｐ型にされ、下部ミラー層１２０は、例えばＳｉ，Ｓｅなどがドーピングされることによりｎ型にされている。したがって、上部ミラー層１４０、不純物がドーピングされていない活性層１３０、及び下部ミラー層１２０により、ｐｉｎダイオードが形成される。
上部ミラー層１４０を構成する層のうち活性層１３０に近い領域に、酸化アルミニウムを主成分とする電流狭窄層１４２が形成されている。この電流狭窄層１４２は、リング状に形成されている。すなわち、この電流狭窄層１４２は、出射面１８４に平行な面で切断した場合における断面が同心円状である。
Ｂ．整流部
整流部２００は、後述の第１及び第２の導電層３００，４００により発光部１００と電気的に並列接続され、かつ発光部１００に対して逆方向の整流作用を有する（図３参照）。整流部２００は、例えば接合ダイオードである。整流部２００は、平面視において、上述の柱状部１８０と異なる領域に設けられている。
整流部２００は、下部半導体層２５０、容量低減層２６０及び上部半導体層２７０を含む。図２に示す例では、下部半導体層２５０と基板１１０の間には、基板１１０側から順番に、下部ミラー層１２０、活性層１３０と同一組成からなる半導体層２３０、及び上部ミラー層１４０と同一組成からなる半導体層２４０が設けられている。半導体層２４０が下部半導体層２５０と同一導電型（例えばｐ型）に形成され、ｐｎ接合ダイオードの動作に寄与する場合、該半導体層２４０も整流部２００の一部を構成する。なお、半導体層２４０において、下層の半導体層２３０に近い領域に、上述した電流狭搾層１４２と同一プロセスにより形成される絶縁層（図示しない）が設けられていてもよい。
上部半導体層２７０の平面形状は、容量低減層２６０の平面形状と同一である。また、上部半導体層２７０の平面形状は、下部半導体層２５０の平面形状よりも小さい（例えば１／３程度）。すなわち、下部半導体層２５０の上面の一部は、上部半導体層２７０及び容量低減層２６０から露出している。これにより、該露出領域の少なくとも一部を電気的接続領域（第１及び第２の領域２５２，２５４）とすることができる。
上部半導体層２７０の平面形状は、可能な限り大きくすることができる。これにより、ｐｎ接合（ｐｉｎ接合）ダイオードの両者の界面面積を大きくして、整流部２００の順バイアスに対する抵抗を小さくすることができる。
図１に示す例では、下部半導体層２５０において、電気的接続領域である第１及び第２の領域２５２，２５４は、それぞれ離間して設けられている。第１及び第２の領域２５２，２５４は、例えば下部半導体層２５０上に設けられる電極（後述する第４及び第５の電極４２０，４２２）の領域とほぼ重なる。図１に示す例では、第１の領域２５２は、平面視における下部半導体層２５０の一方の端部の上面の領域であり、第２の領域２５４は、平面視における下部半導体層２５０の他方の端部の上面の領域である。また、下部半導体層２５０の上面の中央部（図１では屈曲部ということもできる）には、上部半導体層２７０及び容量低減層２６０が設けられている。言い換えれば、上部半導体層２７０及び容量低減層２６０は、平面視において第１及び第２の領域２５２，２５４のそれぞれから離間する位置の上方に設けられている。これにより、異種導電型同士の金属拡散を防止することができる。
図１に示すように、下部半導体層２５０及び上部半導体層２７０は、それぞれ、線対称な平面形状をなしている。それらの基準線は、互いに一致しており、例えば基板１１０の対角線（又は後述の第１の導電層３００の延出方向に沿った線）であってもよい。また、下部半導体層２５０の平面形状は、所定方向に屈曲する屈曲部を有する、略Ｌ字形状、略Ｕ字形状又は略Ｖ字形状ということができる。図１に示す例では、下部半導体層２５０の平面形状は、それぞれの端部が柱状部１８０から離れる方向（言い換えれば第１のランド３４０を囲む方向）に屈曲している。また、下部半導体層２５０の平面形状は、後述の第２の導電層４００のライン４６０の屈曲方向と同一方向に屈曲しているということもできる。これにより、レイアウト設計をコンパクトにすることができる。
図２に示す例では、下部半導体層２５０は、発光部１００のコンタクト層１５０と同一の高さに位置している。また、容量低減層２６０及び上部半導体層２７０は、発光部１００よりも高い位置に設けられている。
下部半導体層２５０は第１の導電型（例えばｐ型）に形成され、例えばコンタクト層１５０と同一組成により形成されている。また、上部半導体層２７０は第２の導電型（例えばｎ型）に形成され、例えばＧａＡｓ層により形成されている。なお、上部半導体層２７０は、下部半導体層２５０と異なる導電型であれば、その材料は限定されるものではない。
容量低減層２６０は、（例えばｎ型の）上部半導体層２７０と、（例えばｐ型の）下部半導体層２５０との間に設けられている。これにより、接合ダイオードの容量低減を図り、面発光型半導体レーザの高速駆動化を図ることができる。
容量低減層２６０は、半導体材料から形成することができる。例えば、容量低減層２６０は、真性半導体層（不純物濃度がほとんど無視できる程度のものを含む）であることができる。その場合、整流部２００は、ｐｉｎダイオードを構成する。あるいは、容量低減層２６０は、下部半導体層２５０（又は上部半導体層２７０）と同一導電型であって、それよりも不純物濃度が低いもの（例えば１桁以上不純物濃度が低いもの）であってもよい。
容量低減層２６０は、例えばＡｌＧａＡｓ層から形成することができる。容量低減層２６０が下地となる下部半導体層２５０（例えばＧａＡｓ層）と異なる材料から形成されていれば、エッチングの選択比を得ることができる。すなわち、エッチングにより、下部半導体層２５０の上面を容易に露出させることができる。
Ｃ．導電層
発光部１００及び整流部２００は、第１及び第２の導電層３００，４００により電気的に接続されている。詳しくは、第１の導電層３００は、（例えばｐ型の）上部ミラー層１５０及び（例えばｎ型の）上部半導体層２７０を電気的に接続し、第２の導電層４００は、（例えばｎ型の）下部ミラー層１２０及び（例えばｐ型の）下部半導体層２５０を電気的に接続する。第１及び第２の導電層３００，４００により、整流部２００は、発光部１００と電気的に並列接続されている。
（Ｃ−１）第１の導電層３００は、上部ミラー層１４０（詳しくはコンタクト層１５０）上に設けられた第１の導電型（例えばｐ型）の第１の電極３１０と、上部半導体層２７０上に設けられた第２の導電型（例えばｎ型）の第２の電極３２０と、第１及び第２の電極３１０，３２０を電気的に接続する第１の配線層３３０と、を含む。
第１及び第２の電極３１０，３２０の材質としては、例えばｐ型に適するものとしてＡｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｎｉ及びこれらの合金のうち少なくとも１層を選択することができ、例えばｎ型に適するものとしてＡｕ，Ｇｅ，Ｎｉ，Ｉｎ，Ｗ，Ｃｒ及びこれらの合金のうち少なくとも１層を選択することができる。また、第１の配線層３３０は、例えば金層により形成することができる。
第１の電極３１０は、柱状部１８０の上面１８２と電気的に接続されている。例えば、第１の電極３１０は、柱状部１８０の上面１８２の端部（すなわち出射面１８４を避ける領域）において、コンタクト層１５０と電気的に接続されている。図１に示す例では、第１の電極３１０の平面形状は、発光部１００の出射面１８４を囲むリング状をなしている。これにより、柱状部１８０に流れる電流の均一化を図ることができる。また、第２の電極３２０の平面形状は、上部半導体層２７０の平面形状と略相似形状をなしていてもよい。
第１の導電層３００は、第１のランド３４０を含む。ここで、ランドとは、外部電気的接続領域を意味し、ワイヤやバンプなどの導電部材のボンディング領域として使用可能なものを指す。したがって、第１のランド３４０の平面形状は、ワイヤやバンプなどの幅により適宜決められるが、多くの場合、円形状又は矩形形状などの２次元的に広がる形状をなしている。言い換えれば、第１のランド３４０は、該第１のランド３４０に接続される、いわゆるラインの幅よりも大きい幅をなすことが多い。例えば、第１のランド３４０は、第１の導電層３００のうち、最大の半径をなす仮想円（図示しない）を描くことのできる領域とすることができる。なお、第１のランド３４０は、第１の配線層３３０のみにより構成されてもよいし、第１の配線層３３０及び下地層（例えば第１の電極３１０と同一材質からなる層）により構成されていてもよい。下地層は、例えば第１の電極３１０と同一工程により形成することができる。下地層を設けることにより、第１のランド３４０の密着性の向上を図ることができる。
図１に示すように、第１のランド３４０は、上部半導体層２７０を基準として発光部１００の出射面１８４とは反対側に設けられている。すなわち、平面視において、発光部１００の出射面１８４、整流部２００及び第１のランド３４０が順番に設けられている。それらは、図示しない同一仮想直線（例えば基板の対角線）上に設けられていてもよい。これによれば、柱状部１８０及び第１のランド３４０を最短距離で電気的に接続することができる。また、柱状部１８０と第１のランド３４０の間に整流部２００が設けられているので、発光部１００に対する逆バイアスが印加された場合、電流が確実に整流部２００のほうに流れるようになる。そのため、発光部１００が逆バイアスの印加により破壊されるのを確実に防止することができる。
（Ｃ−２）第２の導電層４００は、下部ミラー層１２０上に設けられた第２の導電型（例えばｎ型）の第３の電極４１０と、下部半導体層２５０の第１の領域２５２上に設けられた第１の導電型（例えばｐ型）の第４の電極４２０と、下部半導体層２５０の第２の領域２５４上に設けられた第１の導電型（例えばｎ型）の第５の電極４２２と、第３、第４及び第５の電極４１０，４２０，４２２を電気的に接続する第２の配線層４３０と、を含む。それらの材質は、すでに説明した内容を適用することができる
第２の導電層４００は、第２及び第３のランド４４０，４５０を含む。第２及び第３のランド４４０，４５０は、上述したように外部電気的接続領域を意味し、その平面形状は、例えば円形状又は矩形形状などである。言い換えれば、第２及び第３のランド４４０，４５０は、それらを相互に接続する、いわゆるライン４６０の幅よりも大きい幅をなすことができる。例えば、第２及び第３のランド４４０，４５０は、第２の導電層４００のうち、最大の半径をなす仮想円（図示しない）を描くことのできる領域とすることができる。また、第２及び第３のランド４４０，４５０は、互いに線対称な位置に設けられている。その基準線は、例えば基板１１０の対角線（又は第１の導電層３００の延出方向に沿った線）であってもよい。また、第２及び第３のランド４４０，４５０は、それぞれ、基板１１０の対向する角部付近に設けられている。なお、第２及び第３のランド４４０，４５０は、第２の配線層４３０のみにより構成されてもよいし、第２の配線層４３０及び第３の電極４１０により構成されていてもよい。第３の電極４１０を設けることにより、第２及び第３のランド４４０，４５０の密着性の向上を図ることができる。
実際には、第２及び第３のランド４４０，４５０のいずれか一方を外部電気的接続部として使用することができる。これにより、いずれのランドをボンディング領域とするかを自由に選ぶことができ、設計自由度の向上を図ることができる。例えば、ワイヤボンディングにより外部との電気的接続を図る場合、第２及び第３のランド４４０，４５０のうちいずれか最短距離に位置するランドをボンディング領域とすることができ、これにより、ワイヤ長又はループ高さを可能な限り最小にすることができる。このことは、図１に示すように、第２及び第３のランド４４０，４５０が線対称な位置に設けられているときにさらに効果的である。
第２の導電層４００は、第２のランド４４０の方向から延出して下部半導体層２５０の第１の領域２５２と電気的に接続され、かつ第３のランド４５０の方向から延出して下部半導体層２５０の第２の領域２５４と電気的に接続されている。すなわち、複数方向からの電気的接続の経路が確保されているので断線防止機能の効果が高い。また、電流の経路が複数あることにより、その経路が単一である場合よりも過渡的な現象である静電気に対する保護の効果をより高めることができる。
第２の導電層４００は、第２及び第３のランド４４０，４５０を電気的に接続するライン４６０を有する。図１に示す例では、ライン４６０は、第２及び第３のランド４４０，４５０を整流部２００とは異なる側において電気的に接続している。そして、ライン４６０は、平面視における（基板１１０の）中央部を囲む向きに屈曲している。例えば、ライン４６０は、平面視における基板１１０の隣り合う２辺に沿って略Ｌ字形状をなすことができる。ライン４６０における基板１１０の中央側の周縁は、凹状に湾曲していてもよい。そして、第２の導電層４００及び下部半導体層２５０により囲まれた内側に、発光部１００の出射面１８４（柱状部１８０）が設けられている。また、発光部１００の出射面１８４（柱状部１８０）及び上部半導体層２７０は、第１のランド３３０、第２の導電層４００により囲まれた内側（基板１１０の中央部）に設けられている。
Ｄ．樹脂層
基板１１０（下部ミラー層１２０）上に樹脂層１９０が設けられている。図１に示す例では、樹脂層１９０は、少なくとも、発光部１００の出射面１８４（柱状部１８０）及び下部半導体層２５０（整流部２００）の周囲、並びに第１のランド３４０の下地として設けられている。樹脂層１９０は、例えば、ポリイミド樹脂、フッ素系樹脂、アクリル樹脂、又はエポキシ樹脂などから形成することができる。また、樹脂層１９０は、例えば複数層及び複数領域に設けることができる。
第１の樹脂層１９１は、柱状部１８０及び整流部２００の周囲に設けられ、さらには、第１のランド３４０の下地として設けられている。第１の樹脂層１９１は、同一工程によりパターニングすることができる。
第２の樹脂層１９２は、第１の配線層３３０の下地として形成され、柱状部１８０から上部半導体層２７０上を通り、第１のランド３４０に至るように設けられている。また、第２の樹脂層１９４，１９６は、下部半導体層２５０からそれよりも低い位置の下部ミラー層１２０上に設けられている。これによれば、いずれも、樹脂による滑らかな傾斜面を形成することができるので、素子の形成による段差が解消され、断線防止の効果を高めることができる。なお、第２の樹脂層１９２，１９４，１９６は、第１の樹脂層１９１の形成工程後、同一工程によりパターニングすることができる。また、上述した樹脂層１９０は、第１及び第２の導電層３００，４００の形成工程前に形成することができる。
Ｅ．面発光型半導体レーザの製造方法
次に、上述した面発光型半導体レーザ１０００の製造方法の概略を完成図である図１及び図２を参照して説明する。
まず、基板１１０を用意し、基板１１０上に組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより複数の層からなる半導体多層膜を形成する。半導体多層膜は、下部ミラー層１２０を形成するための層、活性層１３０及び半導体層２３０を形成するための層、上部ミラー層１４０及び半導体層２４０を形成するための層、コンタクト層１５０及び下部半導体層２５０を形成するための層、容量低減層２６０を形成するための層、並びに上部半導体層２７０を形成するための層を含む。なお、必要に応じて電流狭搾層１４２を形成するために、ＡｌＡｓ層又はＡｌ組成が０．９５以上のＡｌＧａＡｓ層を形成する。
エピタキシャル成長させる方法としては、有機金属気相成長（MOVPE：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法や、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法、あるいはＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxy）法などを用いることができる。
その後、半導体多層膜（図示しない）を上述したそれぞれの層から所定の平面形状が得られるように、複数工程にわけてパターニング（詳しくはエッチング）する。パターニングは、レジストを所定の平面形状に露光及び現像し、レジストの開口領域をエッチングする。こうして、レジストの平面形状に従って、それぞれの層を所定形状にパターニングすることができる（図２参照）。
その後、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中において酸化させ、電流狭搾層１４２を形成する。この面発光型半導体レーザ１０００では、駆動する際に、電流狭搾層１４２が形成されていない部分のみに電流が流れる。したがって、電流狭搾層１４２の形成領域を制御することにより、結果的に電流密度を制御することができる。
次に、樹脂層１９０を所定領域にパターニングして形成する。樹脂層１９０は、ディッピング法、スプレーコート法、液滴吐出法（例えばインクジェット法）、エッチング法などの公知技術を適用して形成することができる。その後、第１から第５の電極３１０〜４２２、並びに第１及び第２の配線層３３０，４３０を例えばリフトオフ法又はエッチング法により形成し、第１及び第２の導電層３００，４００を形成する。また、必要に応じて半導体多層膜のパターニング工程以降において、図示しない保護層（例えばシリコン酸化層又はシリコン窒化層）を形成することができる。保護層は、樹脂層１９０の下地として形成してもよい。
こうして、図２に示す面発光型半導体レーザ１０００を得ることができる。
Ｆ．その他の説明
上述した面発光型半導体レーザ１０００においては、第１のランド３４０と、第２のランド４４０（又は第３のランド４５０）を介してバイアスが印加される。発光部１００では、第１及び第３の電極３１０，４１０において、ｐｉｎダイオードの順バイアスを印加すると、活性層１３０において電子及び正孔の再結合が起こり、該再結合により発光が生じる。そこで生じた光が下部ミラー層１２０及び上部ミラー層１４０の間を往復する際に誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。光利得が光損失を上まわると、レーザ発振が起こり、出射面１８４から基板１１０に対して垂直方向にレーザ光が出射される。
ここで、本実施の形態によれば、整流部２００が、第１及び第２の導電層３００，４００により発光部１００と電気的に並列接続され、かつ発光部１００に対して逆方向の整流作用を有している。そのため、発光部１００に逆バイアスが印加されても、発光部１００と電気的に並列接続された整流部２００に電流が流れるので、発光部１００が破壊されることがなく、逆バイアスに対する耐性を向上させることができる。したがって、静電破壊を効果的に防止し、取り扱いに優れ、信頼性の極めて高い面発光型半導体レーザを提供することができる。
一方で、発光部１００を駆動させる場合、発光部１００に順バイアスを印加するが、その場合、発光部１００のみに電流を流すために、整流部２００の接合ダイオードのブレークダウン電圧を、発光部１００の駆動電圧よりも大きくすることができる。こうすることで、発光部１００の駆動時に順バイアスを印加しても、整流部２００には逆電流が流れない（又はほとんど流れない）ので、発光部１００のみによる正常な発光動作が行われる。
なお、整流部２００のブレークダウン電圧値は、下部半導体層２５０及び上部半導体層２７０の組成又は不純物濃度などを調整することで適宜制御可能である。例えば、下部半導体層２５０及び上部半導体層２７０の不純物濃度を小さくすれば、整流部２００のブレークダウン電圧を大きくすることができる。本実施の形態の場合、下部半導体層２５０及び上部半導体層２７０は、いずれも発光部１００の発光動作に寄与する半導体層とは別個に構成されている。特に、上部半導体層２７０は、発光部１００の構成に依存することなく形成できるので、その組成又は不純物濃度などを自由に調整することができる。したがって、より理想的な特性を有する整流部２００を容易に形成することができ、静電破壊の効果的な防止と、より安定した発光動作を実現することができる。また、本実施の形態によれば、主要な素子である、発光部１００の出射面１８４（柱状部１８０）及び整流部２００が基板１１０の中央部に集約されているので、例えば角錐型コレット等による素子部の損傷などを防止し、実装プロセスにおける取り扱いに優れている。また、本実施の形態によれば、すでに説明したように、レイアウト設計の最適化（コンパクト化、信頼性及び設計自由度の向上等）を図ることができる。
なお、本発明は、上述の各半導体においてｐ型とｎ型を入れ替えて適用することもできる。また、上述の例では、ＡｌＧａＡｓ系のものについて説明したが、発振波長に応じてその他の材料系、例えば、ＧａＩｎＰ系、ＺｎＳＳｅ系、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＧａＡｓＳｂ系の半導体材料を用いることも可能である。
また、上述の形態において基板１１０を省略することもできる。詳しくは、基板１１０上に発光部１００及び整流部２００を形成した後、最終的に基板１１０を剥がす方法（エピタキシャルリフトオフ法）により、面発光型半導体レーザを製造することもできる。
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
本発明の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの平面図。 本発明の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの断面図。 本発明の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの回路図。
符号の説明
１００…発光部 １１０…基板 １２０…下部ミラー層 １３０…活性層
１４０…上部ミラー層 １５０…コンタクト層 １８０…柱状部
１８２…上面 １８４…出射面 １９０…樹脂層 ２００…整流部
２５０…下部半導体層 ２５２…第１の領域 ２５４…第２の領域
２６０…容量低減層 ２７０…上部半導体層 ３００…第１の導電層
３１０…第１の電極 ３２０…第２の電極 ３３０…第１の配線層
３４０…第１のランド ４００…第２の導電層 ４１０…第３の電極
４２０…第４の電極 ４２２…第５の電極 ４３０…第２の配線層
４４０…第２のランド ４５０…第３のランド ４６０…ライン

Claims (12)

  1. 少なくとも下部ミラー層、活性層及び上部ミラー層を含む発光部と、
    少なくとも下部半導体層及び上部半導体層を含む整流部と、
    前記上部ミラー層及び前記上部半導体層を電気的に接続する第１の導電層と、
    前記下部ミラー層及び前記下部半導体層を電気的に接続する第２の導電層と、
    を含み、
    前記整流部は、前記第１及び第２の導電層により前記発光部と電気的に並列接続され、かつ前記発光部に対して逆方向の整流作用を有し、
    前記第１の導電層は、第１のランドを含み、
    前記第２の導電層は、第２及び第３のランドを含み、前記第２のランドの方向から延出して前記下部半導体層の第１の領域と電気的に接続され、かつ前記第３のランドの方向から延出して前記下部半導体層の第２の領域と電気的に接続されている、面発光型半導体レーザ。
  2. 請求項１記載の面発光型半導体レーザにおいて、
    前記第２の導電層は、前記第２及び第３のランドを前記整流部とは異なる側において電気的に接続するラインを有し、
    前記第２の導電層の前記ラインは、平面視における中央部を囲む向きに屈曲している、面発光型半導体レーザ。
  3. 請求項２記載の面発光型半導体レーザにおいて、
    前記下部半導体層の平面形状は、前記第２の導電層の前記ラインと同一方向に屈曲している、面発光型半導体レーザ。
  4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の面発光型半導体レーザにおいて、
    前記発光部の出射面は、前記第２の導電層及び前記下部半導体層により囲まれた内側に設けられている、面発光型半導体レーザ。
  5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の面発光型半導体レーザにおいて、
    前記第１のランドは、前記上部半導体層を基準として前記発光部の出射面とは反対側に設けられている、面発光型半導体レーザ。
  6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の面発光型半導体レーザにおいて、
    前記上部半導体層及び前記下部半導体層は、それぞれ、線対称な平面形状をなす、面発光型半導体レーザ。
  7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の面発光型半導体レーザにおいて、
    前記第２及び前記第３のランドは、互いに線対称な位置に設けられている、面発光型半導体レーザ。
  8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の面発光型半導体レーザにおいて、
    前記第１の領域は、前記下層半導体層の一方の端部の上面の領域であり、
    前記第２の領域は、前記下層半導体層の他方の端部の上面の領域であり、
    前記上部半導体層は、前記下部半導体層における前記第１及び第２の領域のそれぞれから離間する中央部の上方に設けられている、面発光型半導体レーザ。
  9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の面発光型半導体レーザにおいて、
    前記第１の導電層は、
    前記上部ミラー層の上方に設けられた第１の導電型の第１の電極と、
    前記上部半導体層の上方に設けられた第２の導電型の第２の電極と、
    前記第１及び第２の電極を電気的に接続する第１の配線層と、
    を含む、面発光型半導体レーザ。
  10. 請求項１から請求項９のいずれかに記載の面発光型半導体レーザにおいて、
    前記第２の導電層は、
    前記下部ミラー層の上方に設けられた第２の導電型の第３の電極と、
    前記下部半導体層の前記第１の領域の上方に設けられた第１の導電型の第４の電極と、
    前記下部半導体層の前記第２の領域の上方に設けられた第１の導電型の第５の電極と、
    前記第３、第４及び第５の電極を電気的に接続する第２の配線層と、
    を含む、面発光型半導体レーザ。
  11. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載の面発光型半導体レーザにおいて、
    樹脂層をさらに含み、
    前記樹脂層は、少なくとも、前記発光部の出射面及び前記下部半導体層の周囲、並びに前記第１のランドの下地として設けられている、面発光型半導体レーザ。
  12. 請求項１から請求項１１のいずれかに記載の面発光型半導体レーザにおいて、
    前記発光部及び前記整流部を支持する基板をさらに含む、面発光型半導体レーザ。
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