JP2006514431A - 面発光型半導体レーザの導波路構造の製造方法及び面発光型半導体レーザ - Google Patents

面発光型半導体レーザの導波路構造の製造方法及び面発光型半導体レーザ Download PDF

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Abstract

【課題】 価格的にも妥当でかつ大きな生産性（歩留まり）で製造することが可能であり、更にその横方向のビームプロファイルが横方向の導波（路）によって広範囲において調整可能なように構成されたとりわけＩｎＰ系面発光型レーザダイオードの提供。
【解決手段】 第１のｎドープ半導体層（２）と少なくとも１つのｐドープ半導体層（４、５）とによって包囲されるとともにｐｎ接合を有する活性層（３）と、該活性層（３）のｐ側に位置するとともに第２のｎドープ半導体層（８）に隣接するトンネル接合（７）とを有する面発光型半導体レーザの導波路構造の製造方法であって、第１のエピタキシャル成長プロセスにおいて、前記少なくとも１つのｐドープ半導体層（４、５）上に、ｎドープ遮断層（６、６ａ）が形成され、次いで、該ｎドープ遮断層（６、６ａ）が、アパーチャ（１０）の形成のために、部分的に刻削され、そして第２のエピタキシャル成長プロセスにおいて、前記トンネル接合（７）のために提供される層が、前記遮断層（６、６ａ）及び前記アパーチャ（１０）上に形成されることを特徴とする。

Description

本発明は、面発光型半導体レーザの導波路構造の製造方法及び当該半導体レーザに関する。
面発光型レーザダイオード（英語のVertical-Cavity Surface-Emitting Laser：VCSEL）は、半導体チップの面に対し垂直に光の放出が行われるタイプの半導体レーザである。従来の端面発光型レーザダイオードと比べて、面発光型レーザダイオードは複数の利点を有する。例えば、電気エネルギの消費が少ない、オン・ウエハでレーザダイオードを直接検査することが可能、光ファイバに容易に結合（差込入射）可能、（複数の）単一縦モードスペクトル、複数の面発光型レーザダイオードを組合せて二次元のマトリックス（アレー）を形成することが可能等である。
光ファイバを用いた通信技術の分野では、波長依存性の分散ないし吸収の観点から、凡そ１．３〜２μｍの波長領域、とりわけ１．３１μｍ又は１．５５μｍ付近の波長のＶＣＳＥＬに対する需要がある。とりわけ１．３μｍより長い波長領域のための、種々の有用な特性を有する長波長レーザダイオードは、従来は、ＩｎＰ系化合物半導体で製造されていた。ＧａＡｓ系ＶＣＳＥＬは、１．３μｍ未満のより短い波長領域に適する。従来は、以下のような対策が図られていた：
１．５５μｍで１ｍＷの出力で放射する連続波ＶＣＳＥＬは、例えば、複数の変成層（metamorphen Schichten）ないし複数のミラーを有するＩｎＰ基板から構成される（IEEE Photonics Technology Letters, Volume 11, Number 6, June 1999, 629〜631頁）。この場合、横方向の（光）導波（路）は、プロトンインプランテーションによって達成（形成）される。
ただ１つのエピタキシャル成長プロセスによって形成されるＶＣＳＥＬであって、１．５〜１．６μｍの波長で０．４５ｍＷの出力を有し光放射側に変性ミラーを有するＶＣＳＥＬは、“High Performance 1.6 μm Single-Epitaxy Top-Emitting VCSEL”, (Conference on Lasers & Electro-Optics (CLEO) 2000, San Francisco, USA, Post-Deadline Paper CPD 12, pp. 23-24) から既知である。このＶＣＳＥＬでは、電流ガイド（路）及び（光）導波（路）は、選択的酸化によって達成（形成）されていた。
空気−半導体ミラーを有するＶＣＳＥＬ（分布ブラッグ反射器（Distributed Bragg Reflectors）のためのＩｎＰ-空隙（Luftspalt）-ＤＢＲｓ）は、IEEE ISLC 2002、145〜146頁において提案されている。このＶＣＳＥＬでは、活性層（活性領域）と上部ＤＢＲミラーとの間にトンネル接合が形成され、トンネル接合層の部分的エッチング（ないしアンダーエッチング：Unteraetzen）によって電流制限が達成される。（エッチングされずに）残存するトンネル接合領域を包囲する空隙は、光学場（光電界）の導波路として使用される。
更に、第２６回欧州光通信国際会議 ＥＣＯＣ２０００の刊行物“88℃, Continuous-Wave Operation of 1.55 μm Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers”から、アンチモン系ミラー（複数）を有するＶＣＳＥＬが知られている。このＶＣＳＥＬでは、部分的にエッチングされたＩｎＧａＡｓ活性層は、何れもＡｌＧａＡｓＳｂ−ＤＢＲ−ミラーと接続するｎドープされた２つのＩｎＰ層によって包囲されている。この場合、選択性部分的エッチングにより、横方向の導波路が形成される。
US 2001/050934 A1 BOUCART J ET AL: IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Vol.11, No.6, June 1999, pp.629-631
尤も、出力、作動温度領域、単一モード出力及び変調バンド幅に関し最良の特性を有するのは、埋込トンネル接合（英語のBuried Tunnel Junction：BTJ）を有するＶＣＳＥＬである。埋込トンネル接合の製造及び構造は、図１を参酌して以下説明する。分子線エピタクシ（英語のMolecular Beam Epitaxy：MBE）によって、小さいバンドギャップを有する高ドープｐ＋／ｎ＋層対１０１、１０２が形成される。この２つの層の間に、実効トンネル接合（eigentlicher Tunnelkontakt）１０３が形成される。反応性イオンエッチング（英語のReactive Ion Etching：RIE）によって、実質的にｎ＋ドープ層１０２、トンネル接合１０３及び一部又は全部のｐ＋ドープ層１０１にわたって円形又は楕円形（の横断面の筒状）の領域が形成される。この領域は、第２のエピタクシ過程においてｎドープＩｎＰ（層１０４）によって被覆成長（堆積）されるため、トンネル接合１０３は「埋め込め」られる。被覆成長（堆積）層１０４とｐ＋ドープ層１０１との間の接合領域は、電圧を印加する際、遮断層（バリア層：Sperrschicht）（ないし電流狭窄層）として作用する。電流は、典型的には３×１０−６Ωｃｍ２の抵抗を有するトンネル接合を流れる。このため、電流の流れを、活性層１０８の実効領域（eigentlicher Bereich）に制限することができる。更に、電流は高抵抗のｐドープ層から低抵抗のｎドープ層へ流れるので、熱の発生も少ない。
トンネル接合の被覆成長（堆積）により僅かに厚さの変化が生じるが、この厚さ変化は横方向の導波（路）に関し不都合な作用を及ぼすため、とりわけアパーチャがより大きい場合、より高次の横モードが容易に発生する。従って、とりわけ光ファイバ光通信技術において必要とされる単一モードでの作動を実現するためには、小さなアパーチャとこれに応じた小さなレーザ出力しか使用することができない。
埋込トンネル接合（複数）を有するＶＣＳＥＬの例及び応用は、例えば、“Low-threshold index-guided 1.5 μm long wavelength vertical-cavity surface-emitting laser with high efficiency”, Applied Physics Letter, Volume 76, Number 16, 2179頁〜2181頁、2000年4月17日；“Long Wavelength Buried-Tunnel-Junction Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers”, Adv. in Solid State Phys. 41, 75〜85頁, 2001年; “Vertical-cavity surface-emitting laser diodes at 1.55 μm with large output power and high operation temperature”, Electronics Letters, Volume 37, Number 21, 1295頁〜1296頁, 2001年10月11日；“90℃ Continuous-Wave Operation of 1.83 μm Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers”, IEEE Photonics Technology Letters, Volume 12, Number 11, 1435頁〜1437頁, 2000年11月；及び“High-speed modulation up to 10 Gbit/s with 1.55 μm wavelength InGaAlAs VCSELs”, Electronics Letters, Volume 38, Number 20, 2002年9月26日に記載されている。共振器長さ（Resonatorlaenge）の横方向の変化が、横方向の導波（路）に利用されている。
以下に、図１に示した埋込トンネル接合の構造から出発し、上記の文献に記載されているＩｎＰ系ＶＣＳＥＬの構造を図２を用いて簡単に説明する。
埋込トンネル接合（ＢＴＪ）は、図２に示した構造では図１に示したものと（積層方向に関し）反対向きに配されているため、活性層１０６は、ｐ＋ドープ層１０１とｎ＋ドープ層１０２との間の直径ＤＢＴＪを有するトンネル接合の上方に配されている。レーザビームは、矢印１１６で示された方向に出射する。活性層１０６は、ｐドープ層１０５（ＩｎＡｌＡｓ）とｎドープ層１０８（ＩｎＡｌＡｓ）とによって包囲されて（挟まれて）いる。活性層１０６の上方に配された前部ミラー１０９は、凡そ３５層対のＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓを有するエピタキシャルＤＢＲから構成されるため、反射率は凡そ９９．４％になる。後部ミラー１１２は、ＤＢＲとしての誘電性積層体から構成されかつ金層で封鎖（鍍金）されるので、反射率は凡そ９９．７５％になる。絶縁層１１３は、ｎ−ＩｎＰ層１０４と、多くの場合金又は銀で構成されるｐ側コンタクト層１１４とが直接接触するのを阻止する（DE 101 07 349 A1参照）。符号１１１は、リング状構造化ｐ側コンタクト層を示す。
誘電性ミラー１１２と組込（一体型）コンタクト層１１４とヒートシンク１１５とを組合せることにより、エピタキシャル多層構造と比べて熱伝導性は著しく大きくすることができる。電流は、コンタクト層１１４を介してないし組込（一体型）ヒートシンク１１５及びｎ側電極１１０を介して流入する。図２に示したタイプのＶＣＳＥＬの製造に関する更なる詳細及び特性については、上掲した各文献を参照されたい。
上述の提案されたＶＣＳＥＬダイオード、とりわけ凡そ１．３〜２μｍの波長領域のためのＶＣＳＥＬダイオードに関しては、その横方向のビームプロファイル（Strahlungsprofil）を横方向の導波（路）によって広い範囲にわたって調整可能であることが要求されている。その製造は、この場合も、通常のエピタキシャル被覆成長（堆積）によって実行されることが望まれる。そのため、とりわけＡｌ不含有ＩｎＰ系ＶＣＳＥＬは、１μｍ超の波長に対して適することが望まれる。
ＧａＡｓ系ＶＣＳＥＬでは、これは凡そ１．３μｍ未満の波長領域でしか使用することができないのであるが、横方向の導波（路）は、選択的に酸化されたＡｌＡｓ層（複数）によって形成される（“Advances in Selective Wet Oxidation of AlGaAs Alloys”, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 3, No. 3, 1997年6月, 916頁〜926頁参照）。この文献に記載されたＶＣＳＥＬは、有機金属気層成長法（MOVPE＝Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）によってエピタクシ的に製造されたＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ多層から形成されている。ＡｌＧａＡｓ層のウエット酸化によって、ＶＣＳＥＬの中央部に（開放された）酸化されていない１つのアパーチャを有する埋込酸化層（複数）が形成される。しかしながら、この方法をＩｎＰ系ＶＣＳＥＬに適用することは、これまではまだ成功することができていなかった。というのは、この場合、ＡｌＡｓは、格子定数不整合（Gitterkonstanten-Fehlanpassung）のため、そもそも配することができないか或いはごく薄い層としてしか配することができないからであり、また例えばＡｌＧａＳｂ等の他の酸化可能な材料は、これまでのところ、まだ十分な質の酸化層を生成できないからである。そのため、長波長ＶＣＳＥＬでは、横方向の導波（路）のための他の方法が使用された。例えば、上記の文献に関連して既に説明したような、共振器長さの横方向の変化、選択的にエッチングされた層、プロトンインプランテーション又は変成ＡｌＡｓ層である。
従って、本発明の課題は、価格的にも妥当でかつ大きな生産性（歩留まり）で製造することが可能であり、更にその横方向のビームプロファイルが横方向の導波（路）によって広範囲において調整可能なように構成された、とりわけＩｎＰ系の、面発光型レーザダイオードを提供することである。更に、アパーチャがより大きい場合であっても、単一横モードが安定的にかつより大きな出力で作動可能であることが望ましい。
上記の課題は、独立請求項に記載の面発光型半導体レーザの導波路構造の製造方法及び独立請求項に記載の面発光型半導体レーザによって解決される。更なる実施形態は、各従属請求項及び以下の説明から明らかとなる。
第１のｎドープされた半導体層（ｎドープ半導体層）と少なくとも１つのｐドープされた半導体層（ｐドープ半導体層）とによって包囲される（挟まれる）とともにｐｎ接合を有する活性層（領域）と、該活性層のｐ側に位置するとともに第２のｎドープ半導体層に隣接するトンネル接合とを有する面発光型半導体レーザの導波路構造を製造するための本発明の方法は、まず、第１のエピタキシャル成長プロセスにおいて、上記少なくとも１つのｐドープ半導体層上にｎドープ遮断（バリア）層を形成し、次いで、該ｎドープ遮断層をアパーチャの形成のために部分的に除去し、そして、第２のエピタキシャル成長プロセスにおいて、上記トンネル接合のために設けられる層を、上記遮断層及び上記アパーチャ上に形成することを提案する。
従って、本発明の方法によって、アパーチャの領域の外部においては、以下のエピタキシャル構造が形成される。即ち、（下から順に、）活性層に隣接するｐドープ半導体層、ｎドープ遮断層、高ｐドープ半導体層及び高ｎドープ半導体層から構成されるトンネル接合、及び第２のｎドープ半導体層から構成されるエピタキシャル構造が形成される。この被覆成長（堆積）構造内では、電流（極性は上が＋で下が−）は、（遮断層が存在しない）アパーチャの領域内でしか流れることができない。というのは、その（アパーチャの領域の）外部には、遮断作用を有するｐ−ｎ−ｐ−ｎ構造が存在するからである。とりわけ、遮断層と活性層との間の遮断層とｐドープ半導体層との間の境界面は良好に遮断されている。このため、活性層の内部のレーザ活性領域ないしレーザ活性層は、横方向に関し、アパーチャの形状・寸法によってほぼ規定される。同時に、同様にアパーチャによって規定される横方向の導波路は、遮断層の層厚を適切に選択することにより形成することができる。従って、横方向の導波路は、横方向に関し、レーザ活性領域に正確に調整されることとなる（自動自己調整）。
本発明の遮断層は、好ましくは隣接するｐドープ半導体層に対し選択的に（ｐドープ半導体層よりも優先的に）エッチング可能なｎドープされた材料から構成される。例えば、このｐドープ半導体層はＩｎＰから構成され、遮断層はＩｎＧａＡｓＰから構成される。リソグラフィプロセス及びエッチングプロセスにおいて、円形、楕円形、方形、矩形又はその他の形状のアパーチャが、隣接するｐドープ半導体層に到るまで遮断層に貫通形成される。
ここで注意すべきことは、トンネル接合層は、トンネル効果のために必要とされるほどに高濃度にドーピングされ及び／又はバンドギャップが小さいので、通常、レーザビームに対し高度に吸収性に作用する、ということである。従って、活性層は、アパーチャの（領域の）内部、即ちレーザ活性領域においては、増幅作用を最大化するために、電界強度の縦方向（上下方向）の強度分布の極大（ないし最大）の位置に配され、他方、トンネル接合は、アパーチャの（領域の）内部においては、損失を最小化するために、電界強度の縦方向の強度分布の極小（ないし最小）の位置に配されることができると目的に適う。これに対し、アパーチャの（領域の）外部におけるトンネル接合層の縦方向位置は遮断層の厚さに依存するが、例えば電界の極大の位置にも電界の極小の位置にも位置することが可能である。相応に、遮断層の層厚は、ほぼゼロから、電界のある極小の位置からその隣の極大の位置までの距離（即ち隣り合う２つの極大の位置の間又は隣り合う２つの極小の位置の間の距離の半分）に相当する大きさまでの範囲から選択することができる。遮断層は複数の単層（Einzelschichten）から構成されていると目的に適うであろう。
更に幾つかの実施例に関連して以下に詳細に説明するように、アパーチャの（領域の）外部におけるトンネル接合の縦方向位置が電界の極大の位置に位置する場合、基底（基本）モードはアパーチャに制限され、より高次のモードは、その電界裾野部（Feldauslaeufer：電界分布の中心部から離隔した裾野の部分）の強度がより大きいため、（その電界分布の中心部から離隔した）外側領域において著しく減衰されるので発振することができない。これに対し、遮断層の厚さを非常に小さくして、アパーチャの（領域の）外部におけるトンネル接合の縦方向位置を電界の極小の位置に配すると、（光）導波（路）ないし光波案内（路）（Wellenfuehrung）はそもそも生じないか或いはごく僅かしか生じない。そのため、遮断層の層厚を、とりわけ上述の範囲に、選択することにより、横方向の（光）導波（路）及びモード選択を広い範囲において常に調整することができる。
本発明のとりわけ従属請求項から導き出される更なる実施形態を、後述する実施例と関連して説明する。尤も、本発明を以下の具体的な実施例に限定して解すべきではない。
既知のＢＴＪ−ＶＣＳＥＬの製造及び構造は、本書の導入部において図１及び図２に関して既に詳細に説明した。従って、以下では、とりわけ本発明の半導体レーザの製造及び構造の相違点について主として説明する。
図３は、本発明のＷＧ−ＶＣＳＥＬ（ＷＧ＝Waveguide）のためのエピタキシャル出発構造体の典型例を示す。基板１上には、第１のエピタキシャル成長プロセスにおいて、下から順に、ｎドープされた半導体層（ｎドープ半導体層）としてのエピタキシャルブラッグミラー２、活性層３及びｐドープされた半導体層（ｐドープ半導体層）４が形成される。基板は、この実施例では、ｎドープＩｎＰから構成される。ｐドープ半導体層は、この実施例では、ＩｎＰ層又はＩｎＡｌＡｓ層である。層４がＩｎＡｌＡｓから構成される場合、更に、ｐドープＩｎＰ又はＩｎＧａＡｓ層５を任意的に設けることもできる。ｐドープ半導体層の上には、本発明により、ｎドープ遮断層６が形成される。遮断層６は、ｐドープ層５又はｐドープ層５が存在しない場合はｐドープ層４の材料に対し選択的にエッチング可能な材料から構成されることが好ましい。例えば、隣接層４ないし５はＩｎＰから構成され、遮断層６はＩｎＧａＡｓＰから構成される。
図４は、（第１のエピタキシャル成長プロセスに）後続するリソグラフィプロセス及びエッチングプロセスの結果を示す。これらのプロセスの間に、円形、楕円形、方形、矩形又はその他の形状のアパーチャ１０が、遮断層６に、隣接するｐドープ半導体層５に至るまで貫通形成される。図４では、例えば、直径ｗを有する円形のアパーチャ１０が形成されている。遮断層６の残存する円環状の領域については、以下、符号６ａを付して説明する。
上述の既知のＢＴＪ−ＶＣＳＥＬの場合と同様に、第２のエピタキシャルステップ（プロセス）において、まず、（下から順に、）例えばそれぞれ１つの高ｐドープＩｎＧａＡｓ層及び高ｎドープＩｎＧａＡｓ層から構成されるトンネル接合のために設けられる層７、好ましくはＩｎＰから構成される上部ｎドープ閉じ込め層８、及び好ましくは高ｎドープＩｎＧａＡｓから構成される任意的なｎコンタクト層９が形成される。図５及び図６は、選択可能な２つの結果を示すが、プロセスパラメータに応じて又はエピタクシ方法に応じて、アパーチャ１０の横方向の構造（Strukturierung）を、平坦化（図５：層８及び層９の上面部の２つの破線に挟まれた領域を参照）又は大幅に保存（図６：層８及び層９の陥凹部を参照）することができる。エピタクシ方法は、例えば、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）、ＣＢＥ（Chemical Beam Epitaxy）、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapour Phase Epitaxy）である。
上述のとおり、被覆成長（堆積）構造体内では、電流（極性は、上方を＋とし下方を−とする）は、アパーチャ１０の領域内しか流れることができない。というのは、このアパーチャ１０の（領域の）外部では、半導体層５、６、７、８の遮断作用を有するｐ−ｎ−ｐ−ｎ構造が存在するからである。とりわけ、ｐドープ半導体層と遮断層６との間の境界面１０ａは良好な遮断作用を奏する。このため、レーザ活性層３の内部のレーザ活性領域は、横方向に関して、アパーチャ１０の形状・寸法によってほぼ規定される。同時に、アパーチャ１０によって同様に規定される横方向の導波路は、遮断層６の層厚を相応に選択することにより形成することができる。従って、横方向の導波路は、横方向に関し、レーザ活性領域に正確に調整されることとなる。これについては、図８及び図９を用いて以下説明する。
図８では、遮断層６ａの層厚ｄは、拡大して図示された層構造の右端に併記されたような電界強度の縦方向（上下方向）の強度分布の（隣り合う）２つの極小の位置の間の距離の半分の大きさにほぼ等しい。図８に示した構造は、強い導波（光波案内）を可能とする。弱い導波（光波案内）は、図９に示したような環状遮断層６ａの層厚ｄが極めて小さい場合の構造によって得られる。
ここで注意すべきことは、トンネル接合層７は、トンネル効果のために必要な高濃度のドーピング及び／又は小さいバンドギャップのために、通常、レーザビームに対して著しく吸収性に作用するということである。何れにせよ、アパーチャ１０の（領域の）内部、即ちレーザ活性領域においては、活性層３（図８及び図９の断面Ａ）及びアパーチャ１０の領域内のトンネル接合７（図８及び図９の断面Ｂ）は、それぞれ、（電界強度の縦方向の強度分布の）極大の位置及び極小の位置に配置される。従って、活性層が極大の位置に位置するため増幅作用は最大化され、他方、トンネル接合が極小の位置に位置するため損失は最少化される。
これに対し、アパーチャ１０の（領域の）外部におけるトンネル接合７の縦方向位置（断面Ｃ）は、遮断層６ａの層厚ｄに依存し、例えば電界の極大の位置（図８）又は電界の極小の位置（図９）に位置しうる。電界の極大の位置に位置する場合、外部領域（即ちアパーチャ１０の外部）に存在するレーザ場（Laserfeld）の部分は、著しく減衰され及び／又は、トンネル接合層７の屈折率が外被層／閉じ込め層８の屈折率と異なる場合は有効屈折率が変化される。光学的増幅の半径方向の傾き（変化率）ないしアパーチャ１０の縁部における損失によって、基底（基本）モードはアパーチャ１０に制限され、より高次のモードは、その電界裾野部（Feldauslaeufer：電界分布の中心部から離隔した裾野の部分）の強度がより大きいため、外側領域において著しく減衰されるので発振することができない。従って、図８のような構造は、高出力の単一モードによる作動を可能とする。
弱い導波（光波案内）に関する他方の極端な事例を図９に示した。遮断層６ａの層厚ｄとしてきわめて小さいものが選択されると、導波（光波案内）はそもそも生じないか、生じても極めて小さい。アパーチャ１０の（領域の）外部における減衰は僅かであり、より高次のモードは大きく減衰されることはなく、従って発振し得る。
図８及び図９は、本発明の遮断層６ａの層厚ｄの選択によって、本発明のＷＧ−ＶＣＳＥＬにおける横方向の導波（光波案内）及びモード選択が広い範囲にわたって常に調整可能であることを示している。
図７は、導波路を有する本発明の半導体レーザ（ＷＧ−ＶＣＳＥＬ）の完成構造を示す。図５又は図６に示した構造から開始されるこの完成構造の製造プロセスは、本書の導入部において具体的に説明したＢＴＪ−ＶＣＳＥＬから既知の技術に相応する。従って、その詳細についてはここでは省略する。完成したＷＧ−ＶＣＳＥＬでは、初めに存在していたｎ−ＩｎＰ−基板１は完全に除去され、ｎ側コンタクト（電極）１５が設けられた。ｎドープ閉じ込め層８の上には、誘電性ミラー１２を包囲する環状のｐ側コンタクト層９ａが設けられる。ｐ側コンタクト１１（例えばＡｕ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）は、（例えばＳｉ３Ｎ４又はＡｌ２Ｏ３からなる）絶縁・パッシベーション層１４によってｎドープ閉じ込め層８から分離される。この構造の上には、組込（一体型）金製ヒートシンク１３が覆い被さるように配される。ｎ側コンタクト１５は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔから構成される。ｎ側コンタクト１５の側において、レーザ光が半導体レーザから射出される。
ここで注意すべきことは、図７では均一な層として記載されている活性層３は、大抵は、例えば１１層の薄層（５層の量子（井戸）膜と６層の障壁層）からなる積層構造から構成される、ということである。
本発明は、横方向の導波（光波案内）及びモード選択に関し常時調整可能な領域を有する導波路構造を有するＶＣＳＥＬの製造を可能とする。単一モードの出力は、従来のレーザダイオードに比べてより大きい。
従来技術の面発光型半導体レーザの埋込トンネル接合の構造の模式図。 埋込トンネル接合を有する既知の面発光型半導体レーザの構造の模式図。 本発明の面発光型半導体レーザの一例の典型的なエピタキシャル出発構造体。 最上層にアパーチャが形成された図３の出発構造体。 複数の更なる層によって被覆成長（堆積）された図４の構造体。 図５の構造体の代替例。 本発明の完成した半導体レーザの一例の模式図。 電界推移（分布）に関連した可能な層配置の一例。 電界推移（分布）に関連した可能な層配置の他の一例。
符号の説明
１ 基板
２ 第１のｎドープ半導体層
３ 活性層
４ ｐドープ半導体層
５ ｐドープ半導体層
６ 遮断（バリア）層
６ａ （円環状）遮断層
７ トンネル接合
８ 第２のｎドープ半導体層
９ ｎコンタクト層
１０ アパーチャ
１１ ｐ側コンタクト
１２ 誘電性ミラー

Claims (21)

  1. 第１のｎドープ半導体層（２）と少なくとも１つのｐドープ半導体層（４、５）とによって包囲されるとともにｐｎ接合を有する活性層（３）と、該活性層（３）のｐ側に位置するとともに第２のｎドープ半導体層（８）に隣接するトンネル接合（７）とを有する面発光型半導体レーザの導波路構造の製造方法であって、
    第１のエピタキシャル成長プロセスにおいて、前記少なくとも１つのｐドープ半導体層（４、５）上に、ｎドープ遮断層（６、６ａ）が形成され、次いで、該ｎドープ遮断層（６、６ａ）が、アパーチャ（１０）の形成のために部分的に除去され、そして
    第２のエピタキシャル成長プロセスにおいて、前記トンネル接合（７）のために設けられる層が、前記遮断層（６、６ａ）及び前記アパーチャ（１０）上に形成されること
    を特徴とする製造方法。
  2. 前記遮断層（６、６ａ）の層厚（ｄ）は、０＜ｄ≦λ／２の範囲から選択されること、ここに、ｄは前記遮断層（６、６ａ）の層厚、λは電界強度の縦方向の強度分布の２つの極小間の距離を表す、
    を特徴とする請求項１に記載の製造方法。
  3. 遮断層（６、６ａ）として、隣接するｐドープ半導体層（４、５）に対して選択的にエッチング可能な材料が選択されること
    を特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
  4. 前記遮断層（６、６ａ）は、ＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓから形成され、かつ前記隣接するｐドープ半導体層（４、５）はＩｎＰから形成されること
    を特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の製造方法。
  5. 前記活性層（３）は、前記電界強度の縦方向強度分布の極大の位置に配され、かつ前記トンネル接合（７）は、前記アパーチャ（１０）の領域内では、前記電界強度の縦方向強度分布の極小の位置に配されること
    を特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の製造方法。
  6. 前記トンネル接合（７）は、前記アパーチャ（１０）の領域の外部では、前記電界強度の縦方向強度分布の極大の位置に配されること
    を特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の製造方法。
  7. 第１のｎドープ半導体層（２）と少なくとも１つのｐドープ半導体層（４、５）とによって包囲されるとともにｐｎ接合を有する活性層（３）と、該活性層（３）のｐ側に位置するとともに第２のｎドープ半導体層（８）に隣接するトンネル接合（７）とを有する面発光型半導体レーザであって、
    前記トンネル接合（７）のために設けられる層と前記少なくとも１つのｐドープ半導体層（４、５）との間に、アパーチャ（１０）を形成する領域を除き、ｎドープ遮断層（６、６ａ）を有すること
    を特徴とする半導体レーザ。
  8. 前記アパーチャ（１０）の領域内では、前記トンネル接合（７）は、前記ｐドープ半導体層（４、５）上に直接配されること
    を特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ。
  9. 前記遮断層（６、６ａ）の層厚（ｄ）は、０＜ｄ＜λ／２であること、ここに、ｄは前記遮断層（６、６ａ）の層厚、λは電界強度の縦方向の強度分布の２つの極小間の距離を表す、
    を特徴とする請求項７又は８に記載の半導体レーザ。
  10. 前記遮断層（６、６ａ）は、前記隣接するｐドープ半導体層（４、５）に対して選択的にエッチング可能な材料から形成されること
    を特徴とする請求項７〜９の何れか一項に記載の半導体レーザ。
  11. 前記遮断層は、ＩｎＧａＡｓから形成され、かつ前記隣接するｐドープ半導体層（４、５）はＩｎＰから形成されること
    を特徴とする請求項７〜１０の何れか一項に記載の半導体レーザ。
  12. 前記活性層（３）は、前記電界強度の縦方向強度分布の極大の位置に配され、かつ前記トンネル接合（７）は、前記アパーチャ（１０）の領域内では、前記電界強度の縦方向強度分布の極小の位置に配されること
    を特徴とする請求項７〜１１の何れか一項に記載の半導体レーザ。
  13. 前記トンネル接合（７）は、前記アパーチャ（１０）の領域の外部では、前記電界強度の縦方向強度分布の極大の位置に配されること
    を特徴とする請求項７〜１２の何れか一項に記載の半導体レーザ。
  14. 前記トンネル接合（７）に隣接する前記第２のｎドープ半導体層（８）には、更なるｎドープコンタクト層（９）が少なくとも部分的に隣接すること
    を特徴とする請求項７〜１３の何れか一項に記載の半導体レーザ。
  15. 前記トンネル接合（７）に隣接する前記第２のｎドープ半導体層（８）には、誘電体ミラー（１２）が少なくとも部分的に隣接すること
    を特徴とする請求項７〜１４の何れか一項に記載の半導体レーザ。
  16. 前記第１のｎドープ半導体層（２）は、ｎドープエピタキシャルブラッグミラーとして形成されること
    を特徴とする請求項７〜１５の何れか一項に記載の半導体レーザ。
  17. 前記少なくとも１つのｐドープ半導体層（４、５）として、ｐドープＩｎＰ層又はｐドープＩｎＡｌＡｓ層（４）を有すること
    を特徴とする請求項７〜１６の何れか一項に記載の半導体レーザ。
  18. 前記少なくとも１つのｐドープ半導体層（４、５）として、ｐドープＩｎＡｌＡｓ層（４）と、ｐドープＩｎＰ層又はｐドープＩｎＧａＡｓ層（５）を有すること
    を特徴とする請求項７〜１７の何れか一項に記載の半導体レーザ。
  19. 前記トンネル接合（７）のために提供される層は、それぞれ１つの高ｐドープＩｎＧａＡｓ層及び高ｎドープＩｎＧａＡｓ層から形成されること
    を特徴とする請求項７〜１８の何れか一項に記載の半導体レーザ。
  20. 前記トンネル接合（７）に隣接する前記第２のｎドープ半導体層は、ＩｎＰから形成されること
    を特徴とする請求項７〜１９の何れか一項に記載の半導体レーザ。
  21. 前記コンタクト層（９）は、高ｎドープＩｎＧａＡｓから形成されること
    を特徴とする請求項７〜２０の何れか一項に記載の半導体レーザ。
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