JP2007036169A - 面発光レーザ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】面発光レーザは、基板と、第１のリフレクタと、活性層と、第２のリフレクタと、第１の電極層と、第２の電極層とを有する。第２のリフレクタは、第１の開口を有する第１の閉じ込め層と、第２の開口を有する第２の閉じ込め層とを有する。第２の開口は第１の開口よりも小さい。
【選択図】図２

Description

本発明は面発光レーザ及びその製造方法に関する。詳細には、高収率及び制御可能な工程を有する面発光レーザに関する。

図１を参照すると、従来の面発光レーザ（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒ）１０は、基板１１と、第１のリフレクタ１２と、活性層１３と、第２のリフレクタ１４と、コンタクト層１５と、第１の電極層１６と、第２の電極層１７とにより構成されている。基板１１は第１の表面と第２の表面を有する。第１のリフレクタ１２は基板１１の第１の表面の上に形成されている。活性層１３は第１のリフレクタ１２に上に形成されている。第２のリフレクタ１４は活性層１３の上に形成されている。コンタクト層１５は第２のリフレクタ１４の上に形成されている。第１の電極層１６はコンタクト層１５の上に形成されている。第２の電極層１７は基板１１の第２の表面の上に形成されている。

第２のリフレクタ１４は第２のリフレクタ１４中に形成された電流閉じ込め層１４１により構成されている。この電流閉じ込め層１４１は開口を有する。面発光レーザ１０では、発光領域としての活性層１３の面積が小さいため、入力電流は、高い電流密度を得るために、第２のリフレクタ１４の開口に閉じこめられなければならない。電流閉じ込め層１４１を形成するための従来の方法は、水素イオン注入工程、及び高温湿式の酸化工程である。水素イオン注入工程は、高出力の注入器を利用して、水素イオンを第２のリフレクタ１４に注入することにより電流閉じ込め層１４１を形成する。高温湿式の酸化工程は、アルミニウム材料を酸化することによって電流閉じ込め層１４１を形成する。高温湿式の酸化工程により作成された電流閉じ込め層１４１は好ましい光学的閉じ込め効果及び電気的閉じ込め効果を有する。しかしながら、製造途中における高温の蒸気のため、高温湿式の酸化工程により製造された面発光レーザの安定性と収率は良くない。また、高温湿式の酸化工程を利用して電流閉じ込め層に小さな開口を形成するのは非常に困難である。

従って、上記問題を解決するための面発光レーザ及びその製造方法を提供することが必要である。

本発明の目的の一つは面発光レーザを提供することにある。その面発光レーザは、基板と、第１のリフレクタと、活性層と、第２のリフレクタ層、第１の電極層と、第２の電極層とを有する。基板は第１の表面及び第２の表面を有する。第１のリフレクタは基板の第１の表面上に形成されている。活性層は第１のリフレクタ上に形成されている。第２のリフレクタは活性層の上に形成されている。第２のリフレクタは第１の閉じ込め層と第２の閉じ込め層とを有する。第１の閉じ込め層は第１の開口を有し、第２の閉じ込め層は第２の開口を有する。第２の開口は第１の開口よりも小さい。第１の電極層は第２のリフレクタの上に形成されている。第２の電極層は基板の第２の表面上に形成されている。

本発明の他の目的は面発光レーザの製造方法を提供することにある。その製造方法は、第１の表面及び第２の表面を有する基板を準備する工程（ａ）と、基板の第１の表面の上に第１のリフレクタを形成する工程（ｂ）と、第１のリフレクタの上に活性層を形成する工程（ｃ）と、活性層の上に第２のリフレクタを形成する工程（ｄ）と、第２のリフレクタに、第１の開口を有する第１の閉じ込め層を形成する工程（ｅ）と、第２のリフレクタに、第１の開口よりも小さい第２の開口を有する第２の閉じ込め層を形成する工程（ｆ）と、第２のリフレクタの上に第１の電極層を形成する工程（ｇ）と、基板の第２の表面の上に第２の電極層を形成する工程とを有する。

本発明によれば、第２のリフレクタ中に酸素イオンを注入すると共に、酸素イオンと第２のリフレクタに含まれるアルミニウム反応させて酸化物層を形成するために加熱することによって第２の閉じ込め層が形成されるので、第２の閉じ込め層は光学的及び電気的閉じ込め層として使用することが可能となる。従って、第２の閉じ込め層の所望の幅と深さが正確且つ容易に実現される。

図２に示すように、本実施形態に係る面発光レーザ２０は、基板２１と、第１のリフレクタ２２と、活性層２３と、第２のリフレクタ２４と、第１の電極層２６と、第２の電極層２７とを有する。基板２１はｎ＋タイプのＧａＡｓ又はＩｎＰ基板であってもよい。基板２１は第１の表面２１１と第２の表面２１２とを有する。第１のリフレクタ２２は基板２１の第１の表面２１１の上に形成されている。第１のリフレクタ２２は層の多数の部分の分布ブラッグリフレクタ（ＤＢＲ： ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）である。層の各部分は、段階的にシリコン（Ｓｉ）がドープされた（ｇｒａｄｅｄ Ｓｉ−ｄｏｐｅｄ）ｎ＋タイプのＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ａｓ／ＡｌＡｓ構造として形成されている。Ｘは０．１２〜１である。（１−Ｘ）は０．８８〜０である。

活性層２３は第１のリフレクタ２２の上に形成されている。活性層２３は複数のドープされていないＧａＡｓ量子井戸及びＡｌｙＧａＡｓ量子井戸により構成されている。ｙは０．３〜０．６である。第２のリフレクタ２４は活性層２３の上に形成されている。第２のリフレクタ２４は層の多数の部分の分布ブラッグリフレクタ（ＤＢＲ： ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）である。層の各部分は、段階的に亜鉛（Ｚｎ）又は炭素（Ｃ）がドープされたｐ＋タイプのＡｌＺＧａ（１−Ｚ）Ａｓ／ＡｌＡｓ構造として形成されている。Ｚは０．１２〜１である。（１−Ｚ）は０〜０．８８である。

活性層２３は光放射ビーム（ｌｉｇｈｔ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｂｅａｍ）を生成するために用いられる。第１のリフレクタ２２と第２のリフレクタ２４とは光放射ビーム（ｌｉｇｈｔ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｂｅａｍ）を反射するために用いられる。第２のリフレクタ２４はレーザビームを通過させるために有用である。第２のリフレクタ２４は第１の閉じ込め層２４１と第２の閉じ込め層２４４とを有する。第１の閉じ込め層２４１は第１の開口２４６を有し、第２の閉じ込め層２４４は第２の開口２４７を有する。第２の開口２４７は第１の開口２４６よりも小さい。第２の閉じ込め層２４４は光学的及び電気的閉じ込め層として用いられ得る。第２の閉じ込め層２４４の所望の幅及び深さは正確且つ容易に実現することができる。従って、第２の開口２４７の大きさは第２の開口２４７を通過する流れを制御するために正確に制御することができる。

第２のリフレクタ２４は、第２の閉じ込め層２４４の形状に対応するスロット２４２をさらに有する。図３に示すように、スロット２４２は円形状に形成されている。スロット２４２は円形状に限定されるものではなく、矩形状や他の形状であってもよい。スロット２４２は第２のリフレクタ２４を容易に形成するために用いられる。

図２示すように、本実施形態に係る面発光レーザ２０は、第２のリフレクタ２４の上に形成されたコンタクト層２５をさらに有する。コンタクト層２５は高濃度で炭素（Ｃ）がドープされたＧａＡｓ層であり、第１の電極層２６に電気的に接続するために用いられる。第１の電極層２６はコンタクト層（コンタクトリフレクタ）２５の上に形成されている。第１の電極層２６はスロット２４２に対応する開口を構成している。第２の電極層２７は基板２１の第２の表面２１２の上に形成されている。第１の電極層２６と第２の電極層２７とは、接続されており、駆動電流経路（ｄｒｉｖｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐａｔｈ）を形成するための電力を供給する。駆動電流の方向はレーザビームの方向と平行である。

第１のリフレクタ２２、活性層２３、第２のリフレクタ２４、コンタクト層２５、第１の電極層２６、及び第２の電極層２７は、ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＡｌＡｓ，ＡｌＩｎＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓＰ等といったＩＩＩ−Ｖ属及びＩＩ−Ｖｉ属の化合物半導体からなる群より選ばれた半導体により形成することができる。

図４〜６は本実施形態に係る面発光レーザ２０の製造工程を表す。図４に示すように、基板２１が準備される。基板２１は第１の表面２１１と第２の表面２１２とを有する。そして、順次第１のリフレクタ２２、活性層２３、第２のリフレクタ２４、及びコンタクト層２５が基板２１の第１の表面２１１の上に形成される。これらの層はＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程によって形成される。第１の閉じ込め層２４１は第２のリフレクタ２４内に形成される。第１の閉じ込め層２４１は水素イオン注入工程又は高温高湿の酸化工程によって形成される。従って、第１の閉じ込め層２４１はイオン注入層又は酸化物層であってもよい。

図５に示すように、スロット２４２は第２のリフレクタ２４の上に、乾燥空気を利用したエッチング工程でもって形成されている。発光するための中央領域２４３は直径が１μｍ〜５μｍである。スロット２４２の深さは０．１μｍ〜３μｍである。

図６に示すように、第２の閉じ込め層２４４は酸素イオンを第２のリフレクタ２４に注入すると共に、その酸素イオンと第２のリフレクタ２４に含まれるアルミニウム（Ａｌ）とを反応させて酸化物層を形成するために加熱することにより形成される。第２のリフレクタ２４の深さを低減するため、及び注入エネルギーを低減するために、酸素イオンは、スロット２４２を経由して、第２のリフレクタ２４に注入される。第２の閉じ込め層２４４は光学的及び電気的閉じ込め層として使用することができる。

図２に示すように、第１の電極層２６はコンタクト層２５の上に形成される。第１の電極層２６は、リフト−オフ技術（Ｌｉｆｔ−ｏｆｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）を用いてコーティング形成された層厚１０ｎｍのＣｒ層、層厚１００ｎｍのＡｕＺｎ層、及び層厚１００ｎｍのＡｕ層により形成される。そして、基板２１の第２の表面２１２は研磨される。第２の電極層２７は基板２１の第２の表面２１２の上に形成される。第２の電極層２７は、層厚１００ｎｍのｎタイプ金属ＡｕＧｅＮｉ、及び層厚３００ｎｍのｎタイプ金属Ａｕである。最後に面発光レーザ２０は、金属と半導体との間の接触抵抗を低減させるため、３８０℃という高温で３０分間アニール（焼鈍）される。

本実施形態によれば、第２の閉じ込め層２４４は第２のリフレクタ２４に酸素イオンを注入すると共に、酸素イオンと第２のリフレクタ２４に含まれるアルミニウム（Ａｌ）とを反応させて酸化物層を形成するために、加熱されて形成されるため、第２の閉じ込め層２４４は光学的及び電気的閉じ込め層として用いることができる。従って、所望する第２の閉じ込め層２４４の幅及び深さは正確且つ容易に実現される。さらには、第２の開口２４７を通過する電流を制御するために、第１の開口２４６の大きさを正確に制御することができる。

本発明の一実施形態について描画及び説明したが、技術向上によって種々の変形例や改善例がなされ得る。従って、本発明の実施形態は、一つの実施形態ではあるが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、上述の特別な形態に限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲を支持するすべての実施形態が請求項により定義される発明の範囲に含まれる。

従来の面発光レーザ１０を示す図である。 本実施形態の面発光レーザ２０を表す図である。 本実施形態の面発光レーザ２０の上面図である。 本実施形態の面発光レーザ２０の製造工程を表す図である。 本実施形態の面発光レーザ２０の製造工程を表す図である。 本実施形態の面発光レーザ２０の製造工程を表す図である。

符号の説明

２０ 面発光レーザ
２１ 基板
２２ 第１のリフレクタ
２３ 活性層
２４ 第２のリフレクタ
２５ コンタクト層
２６ 第１の電極層
２７ 第２の電極層
２１１ 第１の表面
２１２ 第２の表面
２４１ 第１の閉じ込め層
２４２ スロット
２４３ 中央領域
２４４ 第２の閉じ込め層
２４６ 第１の開口
２４７ 第２の開口

Claims (13)

1. 第１の表面及び第２の表面を有する基板と、
   上記基板の上記第１の表面の上に形成された第１のリフレクタと、
   上記第１のリフレクタの上に形成された活性層と、
   上記活性層の上に形成され、第１の開口を有する第１の閉じ込め層、及び該第１の開口よりも小さい第２の開口を有する第２の閉じ込め層を有する第２のリフレクタと、
   上記第２のリフレクタの上に形成された第１の電極層と、
   上記基板の上記第２の表面の上に形成された第２の電極層と、
   を有する面発光レーザ。
2. 請求項１に記載された面発光レーザにおいて、
   上記第２のリフレクタは、上記第２の閉じ込め層の形状に対応したスロットをさらに有する面発光レーザ。
3. 請求項２に記載された面発光レーザにおいて、
   上記スロットは円形状に形成されている面発光レーザ。
4. 請求項１に記載された面発光レーザにおいて、
   上記第１の閉じ込め層はイオンが注入された層である面発光レーザ。
5. 請求項１に記載された面発光レーザにおいて、
   上記第１の閉じ込め層は酸化物層である面発光レーザ。
6. 請求項１に記載された面発光レーザにおいて、
   上記第２の閉じ込め層は酸化物層である面発光レーザ。
7. 請求項１に記載された面発光レーザにおいて、
   上記第２のリフレクタと第１の電極層との間に配置されたコンタクト層をさらに有する面発光レーザ。
8. 第１の表面と第２の表面とを有する基板を準備する工程（ａ）と、
   上記基板の上記第１の表面の上に第１のリフレクタを形成する工程（ｂ）と、
   上記第１のリフレクタの上に活性層を形成する工程（ｃ）と、
   上記活性層の上に第２のリフレクタを形成する工程（ｄ）と、
   上記第２のリフレクタの上に、第１の開口を有する第１の閉じ込め層を形成する工程（ｅ）と、
   上記第２のリフレクタに、上記第１の開口よりも小さい第２の開口を有する第２の閉じ込め層を形成する工程（ｆ）と、
   上記第２のリフレクタの上に第１の電極層を形成する工程（ｇ）と、
   上記基板の上記第２の表面の上に第２の電極層を形成する工程（ｈ）と、
   を有する面発光レーザの製造方法。
9. 請求項８に記載された面発光レーザの製造方法において、
   上記工程（ｅ）の後に、エッチング工程により上記第２のリフレクタの上にスロットを形成する工程をさらに有する面発光レーザの製造方法。
10. 請求項９に記載された面発光レーザの製造方法において、
    上記ステップ（ｆ）は、上記第２のリフレクタ中に酸素イオンを注入する工程（ｆ１）と、該酸素イオンと該第２のリフレクタに含まれるアルミニウムイオンとを反応させて酸化物層を形成するために加熱する工程（ｆ２）とをさらに有する面発光レーザの製造方法。
11. 請求項８に記載された面発光レーザの製造方法において、
    上記工程（ｅ）では、上記第１の閉じ込め層は水素イオン注入工程により形成される面発光レーザの製造方法。
12. 請求項８に記載された面発光レーザの製造方法において、
    上記工程（ｅ）では、上記第１の閉じ込め層は高温高湿の酸化工程により形成される面発光レーザの製造方法。
13. 請求項８に記載された面発光レーザの製造方法において、
    上記工程（ｄ）の後に上記第２のリフレクタの上にコンタクト層を形成する工程をさらに有する面発光レーザの製造方法。

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