JP2007207938A - 面発光半導体レーザ - Google Patents

Abstract

【課題】分布ブラッグリフレクタに起因する抵抗の増加を小さくできる構造を有する面発光半導体レーザを提供する。
【解決手段】面発光半導体レーザ１１では、半導体メサ１５は、第１の分布ブラッグリフレクタ１３と第２の分布ブラッグリフレクタ１７との間に位置する。半導体メサ１５は、第１の分布ブラッグリフレクタ１３の第１のエリア１３ａ上に設けられており、半導体メサ１５では、活性領域２９は第１導電型III−Ｖ化合物半導体層２５と第２導電型III−Ｖ化合物半導体層２７との間にある。埋め込み領域１９は、第１の分布ブラッグリフレクタ１３の第２のエリアと１３ｂ上において半導体メサ１５を埋め込んでおり、また第１の第２導電型III−Ｖ化合物半導体からなる。スペーサ領域２１は、第２の分布ブラッグリフレクタ１７を埋め込んでおり、また第２の第２導電型III−Ｖ化合物半導体からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、面発光半導体レーザに関する。

非特許文献１には、埋め込みヘテロ構造を有する垂直共振型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が記載されている。薄膜ウエハ融着技術を用いて、ＩｎＰ系埋め込みヘテロ構造垂直共振型面発光レーザをＧａＡｓ−ＡｌＡｓ分布ブラッグリフレクタ上に作製している。この垂直共振型面発光レーザは、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造を有しており、この多重量子井戸構造を埋め込むためにＦｅドープＩｎＰ層およびｎ型ＩｎＰ層が形成される。この埋め込みにより、電流のブロックおよび横方向への光閉じ込めが達成される。
High Performance of 1.55-um Buried-Heterostructure Vertical-CavitySurface-Emitting Lasers, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL.13, NO.9,SEPTEMBER 2001 pp.918-920

面発光半導体レーザの電流閉じ込めに、レーザ光を発生するための活性領域をメサ形状に加工した後、その周囲に高抵抗な半導体結晶を堆積して埋め込みヘテロ構造（ＢＨ構造）を形成する。この構造によって、注入電流が活性領域のみに閉じ込めされる。電流閉じ込め構造を用いた面発光半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）では、アノード電極から活性領域までの電流経路に分布ブラッグリフレクタが含まれている。この分布ブラッグリフレクタは高抵抗である。この面発光半導体レーザでは、
（１）この分布ブラッグリフレクタの抵抗を低くすることが技術的に難しいので、上記電流経路の抵抗を低減することが難しい。
（２）半導体メサを高抵抗な半導体層で埋め込み、そして半導体メサ上に電極を形成する必要があるので、半導体メサの上面の面積を小さくできない。メサ面積を小さくすると、コンタクト面積が小さくなり、この結果、コンタクト抵抗が高くなる。

一方、アノード電極から活性領域までの電流経路のために高抵抗の分布ブラッグリフレクタと異なる半導体領域を形成することできる。この面発光半導体レーザでは、
（３）高抵抗半導体層の埋め込み層、コンタクト層、上部分布ブラッグリフレクタをそれぞれのエピタキシャル成長工程で形成するので、エピタキシャル成長回数が多くなり、プロセスも複雑になる。
（４）メサ形成後に高抵抗半導体層および上部分布ブラッグリフレクタを成長するので、エピタキシャル領域の平坦性が悪くなり、この結果として光学系の損失が多くなる。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、分布ブラッグリフレクタに起因する抵抗の増加を小さくできる構造を有する面発光半導体レーザを提供することを目的とする。

本発明の一側面によれば、面発光半導体レーザは、（ａ）第１のエリアと該第１のエリアを囲む第２のエリアとを有する主面、並びに所定の軸の方向に交互に配置された第１のIII−Ｖ化合物半導体層及び第２のIII−Ｖ化合物半導体層を含む第１の分布ブラッグリフレクタと、（ｂ）第１導電型III−Ｖ化合物半導体層と、第２導電型III−Ｖ化合物半導体層と、前記第１導電型III−Ｖ化合物半導体層と前記第２導電型III−Ｖ化合物半導体層との間に設けられた活性領域とを含んでおり前記第１の分布ブラッグリフレクタの前記第１のエリア上に設けられた半導体メサと、（ｃ）前記所定の軸の方向に交互に配置された第３のIII−Ｖ化合物半導体層及び第４のIII−Ｖ化合物半導体層を含んでおり前記半導体メサ上に設けられた第２の分布ブラッグリフレクタと、（ｄ）前記半導体メサを埋め込んでおり第１の第２導電型III−Ｖ化合物半導体からなる埋め込み領域と、（ｅ）前記第２の分布ブラッグリフレクタを埋め込んでおり第２の第２導電型III−Ｖ化合物半導体からなるスペーサ領域とを備える。

この面発光半導体レーザによれば、第２の分布ブラッグリフレクタが半導体メサ上に設けられると共に、半導体メサおよび第２の分布ブラッグリフレクタがそれぞれ埋め込み領域およびスペーサ領域によって埋め込まれるので、第２導電型III−Ｖ化合物半導体からなるスペーサ領域を介して、半導体メサの第２導電型III−Ｖ化合物半導体層にキャリアが提供される。このため、第２の分布ブラッグリフレクタは、該キャリアのための主要な経路にならない。

本発明に係る面発光半導体レーザでは、前記スペーサ領域の前記第２の第２導電型III−Ｖ化合物半導体の構成元素は、アルミニウムを含まず、前記第２導電型III−Ｖ化合物半導体層の材料の構成元素と同じであることが好ましい。

本発明に係る面発光半導体レーザでは、前記埋め込み領域の前記第１の第２導電型III−Ｖ化合物半導体のバンドギャップエネルギは前記第１導電型III−Ｖ化合物半導体層の材料のバンドギャップエネルギ以上であり、前記第１導電型III−Ｖ化合物半導体層の材料のバンドギャップエネルギは前記活性領域の材料のバンドギャップエネルギより大きいことが好ましい。

この面発光半導体レーザによれば、埋め込み領域により、半導体メサにキャリアを閉じ込めることができる。

本発明に係る面発光半導体レーザでは、前記第２導電型III−Ｖ化合物半導体層はＧａＩｎＰ混晶系半導体から成り、前記第１導電型III−Ｖ化合物半導体層はＧａＩｎＰ混晶系半導体から成り、前記埋め込み領域はＧａＩｎＰ混晶系半導体から成ることが好ましい。

本発明に係る面発光半導体レーザでは、前記活性領域は、Ｖ族元素として窒素およびヒ素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体層を含む。

この面発光半導体レーザによれば、本構造は、Ｖ族元素として窒素およびヒ素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体層、例えばＧａＩｎＮＡｓ層、を有する活性領域の面発光半導体レーザに好適である。

本発明に係る面発光半導体レーザは、（ｆ）前記スペーサ領域上に位置しておりIII−Ｖ化合物半導体からなるコンタクト層と、（ｇ）前記スペーサ領域および前記コンタクト層上に設けられた電極とを更に備える。

この面発光半導体レーザによれば、電極からのキャリアは、コンタクト層およびスペーサ層を介して半導体メサに到達する。

本発明に係る面発光半導体レーザでは、前記第１の分布ブラッグリフレクタと前記埋め込み領域とはｐｎ接合およびｐｉｎ接合のいずれかを成しており、前記第１導電型III−Ｖ化合物半導体層、前記第２導電型III−Ｖ化合物半導体層および前記活性領域は、ｐｎ接合およびｐｉｎ接合のいずれかを成しており、前記第１の分布ブラッグリフレクタおよび前記埋め込み領域から成る接合のビルトインポテンシャルは、前記第１導電型III−Ｖ化合物半導体層、前記第２導電型III−Ｖ化合物半導体層および前記活性領域から成る接合のビルトインポテンシャルより大きい。

この面発光半導体レーザによれば、上記２つの接合のビルトインポテンシャルの差に従って、面発光半導体レーザが動作する。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。

以上説明したように、本発明によれば、分布ブラッグリフレクタに起因する抵抗の増加を小さくできる構造を有する面発光半導体レーザが提供される。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の面発光半導体レーザに係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る面発光半導体レーザを示す図面である。面発光半導体レーザ１１は、第１の分布ブラッグリフレクタ１３と、半導体メサ１５と、第２の分布ブラッグリフレクタ１７と、埋め込み領域１９と、スペーサ領域２１とを備える。第１の分布ブラッグリフレクタ１３は第１および第２のIII−Ｖ化合物半導体層２３ａ、２３ｂを含んでおり、第１のIII−Ｖ化合物半導体層２３ａ及び第２のIII−Ｖ化合物半導体層２３ｂは、所定の軸の方向に交互に配置されている。第１のIII−Ｖ化合物半導体層２３ａの屈折率は第２のIII−Ｖ化合物半導体層２３ｂの屈折率と異なる。また、第１の分布ブラッグリフレクタ１３は、第１のエリア１３ａと該第１のエリア１３ａを囲む第２のエリア１３ｂとを持つ主面１３ｃを有する。半導体メサ１５は、第１の分布ブラッグリフレクタ１３の第１のエリア１３ａ上に設けられている。半導体メサ１５は、第１導電型III−Ｖ化合物半導体層２５と、第２導電型III−Ｖ化合物半導体層２７と、活性領域２９とを含む。活性領域２９は、第１導電型III−Ｖ化合物半導体層２５と第２導電型III−Ｖ化合物半導体層２７との間に設けられている。第２の分布ブラッグリフレクタ１７は、半導体メサ１５上に設けられている。また、第２の分布ブラッグリフレクタ１７は、第３のIII−Ｖ化合物半導体層３１ａ及び第４のIII−Ｖ化合物半導体層３１ｂを含んでおり、第３および第４のIII−Ｖ化合物半導体層３１ａ、３１ｂは、所定の軸の方向に交互に配置されている。第３のIII−Ｖ化合物半導体層３１ａの屈折率は第４のIII−Ｖ化合物半導体層３１ｂの屈折率と異なる。埋め込み領域１９は、半導体メサ１５を埋め込んでおり、また第１の第２導電型III−Ｖ化合物半導体からなる。スペーサ領域２１は、第２の分布ブラッグリフレクタ１７を埋め込んでおり、また第２の第２導電型III−Ｖ化合物半導体からなる。

この面発光半導体レーザ１１によれば、第２の分布ブラッグリフレクタ１７が半導体メサ１５上に設けられると共に、半導体メサ１５および第２の分布ブラッグリフレクタ１７がそれぞれ埋め込み領域１９およびスペーサ領域２１によって埋め込まれるので、第２導電型III−Ｖ化合物半導体からなるスペーサ領域２１を介して、半導体メサ１５の第２導電型III−Ｖ化合物半導体層２７にキャリアが提供される。このため、第２の分布ブラッグリフレクタ１７は、該キャリアのための主要な経路にならない。

面発光半導体レーザ１１は、第２導電型のIII−Ｖ化合物半導体からなるコンタクト層３３をさらに備える。コンタクト層３３は、スペーサ領域２１上に位置している。また、面発光半導体レーザ１１は、スペーサ領域２１およびコンタクト層３３上に設けられた電極３５を含む。この面発光半導体レーザ１１によれば、電極３５からのキャリアは、コンタクト層３３およびスペーサ層２１を介して半導体メサ１５に到達する。

また、面発光半導体レーザ１１は、支持基体３７を更に備える。支持基体３７は導電性を有しており、好ましくは半導体製である。支持基体３７の主面３７ａには、第１の分布ブラッグリフレクタ１３が設けられている。支持基体３７の裏面３７ｂには、第２の電極３９が設けられている。また、コンタクト層３３上の第１の電極３５は、半導体メサ１５からの光を遮ることはない。面発光半導体レーザ１１からの光Ｌは、第１の電極３５の開口３５ａを通過して出射される。

さらに、面発光半導体レーザ１１の活性領域２９は、例えば量子井戸構造４３を有することができる。量子井戸構造４３は、図１に示されるように、井戸層４３ａおよび障壁層４３ｂを有する。井戸層４３ａおよび障壁層４３ｂは交互に配列されている。井戸層４３ａのバンドギャップエネルギは障壁層４３ｂのバンドギャップエネルギより小さい。活性領域２９の構造は、量子井戸構造に限定されることなく、他の構造でもよい。

埋め込み領域１９の第２導電型III−Ｖ化合物半導体のバンドギャップエネルギは第１導電型III−Ｖ化合物半導体層２５の材料のバンドギャップエネルギ以上であることが好ましい。第１導電型III−Ｖ化合物半導体層２５の材料のバンドギャップエネルギは活性領域２９の材料のバンドギャップエネルギより大きいことが好ましい。この面発光半導体レーザによれば、埋め込み領域により、半導体メサにキャリアを閉じ込めることができる。

埋め込み領域１９のバンドギャップは、井戸層４３ａのバンドギャップより大きい。また、埋め込み領域１９のバンドギャップは、第２導電型III−Ｖ化合物半導体層２７のバンドギャップより大きいことが好ましい。

スペーサ領域２１のドーパント濃度はコンタクト層３３のドーパント濃度よりも小さいことが好ましい。これにより、第２の分布ブラッグリフレクタ１７を囲むスペーサ領域２１による光吸収が小さくなる。スペーサ領域２１のドーパント濃度の範囲は、１×１０^１８ｃｍ^−３以下であることが好ましい。また、コンタクト層３３のドーパント濃度の範囲は、５×１０^１９ｃｍ^−３〜２×１０^１９ｃｍ^−３であることが好ましい。

スペーサ領域２１の第２導電型III−Ｖ化合物半導体の構成元素は、アルミニウムを含まず、また第２導電型III−Ｖ化合物半導体層の材料の構成元素と同じであることが好ましい。この面発光半導体レーザによれば、化合物半導体層の酸化が防止でき、素子の信頼性を向上させることができるという利点がある。

面発光半導体レーザ１１では、第２導電型III−Ｖ化合物半導体層２７はＧａＩｎＰ混晶系半導体から成り、第１導電型III−Ｖ化合物半導体層２５はＧａＩｎＰ混晶系半導体から成り、埋め込み領域１９はＧａＩｎＰ混晶系半導体から成ることが好ましい。この面発光半導体レーザによれば、埋め込み成長時にＰを流し、Ｐ雰囲気にして成長を開始するだけでＶ族の組成抜けを防止できるという利点がある。

図２は、本実施の形態に係る面発光半導体レーザの等価回路の一例を示す図面である。面発光半導体レーザ１１では、第１の分布ブラッグリフレクタ１３と埋め込み領域１９とはｐｎ接合およびｐｉｎ接合のいずれかの接合Ｄ１を成すように配置されており、該接合Ｄ１は第１の分布ブラッグリフレクタ１３と埋め込み領域１９内に位置している。また、第１導電型III−Ｖ化合物半導体層２５、第２導電型III−Ｖ化合物半導体層２７および活性領域２９は、ｐｎ接合およびｐｉｎ接合のいずれかの接合Ｄ２を成すように配置されており、該接合Ｄ２は第１導電型III−Ｖ化合物半導体層２５、第２導電型III−Ｖ化合物半導体層２７および活性領域２９内に位置している。

接合Ｄ１に対応するダイオードのカソードおよび接合Ｄ２に対応するダイオードのカソードは互いに接続点Ｎ１に接続されている。接続点Ｎ１とカソード（電極３９）との間には、寄生抵抗Ｒ１が接続されている。接合Ｄ１に対応するダイオードのアノードおよび接合Ｄ２に対応するダイオードのアノードは互いに接続点Ｎ２に接続されている。接続点Ｎ２とアノード（電極３５）との間には、スペーサ領域２１および埋め込み領域１９に対応する寄生抵抗Ｒ２が接続されている。接続点Ｎ２とアノード（電極３５）との間には、第２の分布ブラッグリフレクタ２１に対応する寄生抵抗Ｒ３が接続されている。本実施の形態に係る面発光半導体レーザ１１は、第２導電型のスペーサ領域２１を有しているので、寄生抵抗Ｒ２が寄生抵抗Ｒ３に比べて小さい。また、埋め込み領域１９が導電性を有するので、コンタクト層３３からのキャリアは、十分に第２導電型III−Ｖ化合物半導体に供給される。

第１の分布ブラッグリフレクタ１３および埋め込み領域１９から成る接合Ｄ１のビルトインポテンシャルＶ_Ａは、第１導電型III−Ｖ化合物半導体層２５、第２導電型III−Ｖ化合物半導体層２７および活性領域２９から成る接合Ｄ２のビルトインポテンシャルＶ_Ｂより大きい。この面発光半導体レーザ１１によれば、上記２つの接合のビルトインポテンシャルの差に従って、面発光半導体レーザが動作する。

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を参照しながら説明する。図３（Ａ）は、図２に示された面発光半導体レーザの電流−電圧動作特性を示す図面である。図３（Ｂ）は、図２に示された面発光半導体レーザの電流−光出力特性を示す図面である。電源４３を用いて面発光半導体レーザ１１に電圧を印加していくと、電流Ｉが除々に増加する。印加電圧が、接合２に対応するビルトインポテンシャルＶ_Ｂであるときに電流Ｉ_Ｂが流れる。印加電圧がビルトインポテンシャルＶ_Ｂより大きくなると、接合２に対応するダイオードがターンオンする。図３（Ａ）から理解されるように、急激に電流が増加する。この電流は接合２を流れるので、図３（Ｂ）に示されるように、レーザ光が生成される。レーザ光の波長は、第１の分布ブラッグリフレクタ１３の反射スペクトル、第２の分布ブラッグリフレクタ１７の反射スペクトルおよび活性領域２９の発光特性によって決定される。さらに電圧を増加して、印加電圧が接合１に対応するビルトインポテンシャルＶ_Ａであるときに、電流Ｉ_Ａが流れる。印加電圧がビルトインポテンシャルＶ_Ａより大きくなると、接合２に対応するダイオードだけでなく接合１に対応するダイオードもターンオンする。印加電流は、図３（Ａ）から理解されるように、接合１および接合２の両方に流れるので、電流を増加しても電圧の増加は小さい。

面発光半導体レーザの一例（組成、膜厚、ドーパント濃度）は
・支持基体３７：ｎ型ＧａＡｓ半導体基板
ｎ型ＧａＡｓバッファ層、２００ｎｍ、３×１０^１８ｃｍ^−３
・第１の分布ブラッグリフレクタ１３：
第１のIII−Ｖ化合物半導体層２３ａ：
ｎ型ＧａＡｓ、７２．５３ｎｍ、２２層、３×１０^１８ｃｍ^−３
第２のIII−Ｖ化合物半導体層２３ｂ：
ｎ型ＡｌＡｓ、８６．５１ｎｍ、２３層、６×１０^１７ｃｍ^−３
第１ＧａＡｓカバー層、５ｎｍ、３×１０^１８ｃｍ^−３
第２ＧａＡｓカバー層、５ｎｍ、６×１０^１７ｃｍ^−３
・半導体メサ１５：
第１導電型III−Ｖ化合物半導体層２５（クラッド）：
ｎ型Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐ半導体、１２１ｎｍ、７×１０^１７ｃｍ^−３
活性領域２９（井戸層４３ａ、障壁層４３ｂ）：
障壁層：アンドープＧａＡｓ、１４ｎｍ
井戸層：アンドープＧａ_０．８１Ｉｎ_０．１９Ａｓ、８ｎｍ
障壁層：アンドープＧａＡｓ、８ｎｍ
井戸層：アンドープＧａ_０．８１Ｉｎ_０．１９Ａｓ、８ｎｍ
障壁層：アンドープＧａＡｓ、１４ｎｍ
組成傾斜層：アンドープＧａＩｎＡｓＰ、１０ｎｍ
第２導電型III−Ｖ化合物半導体層２７（クラッド）：
ｐ型Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐ半導体、９９．５ｎｍ、７×１０^１７ｃｍ^−３
組成傾斜層：ＧａＩｎＡｓＰ、１０ｎｍ、８〜９×１０^１７ｃｍ^−３
・第２の分布ブラッグリフレクタ１７：
第３のIII−Ｖ化合物半導体層３１ａ：
ｐ型ＧａＡｓ、７２．６５ｎｍ、２２層、３×１０^１８ｃｍ^−３
第４のIII−Ｖ化合物半導体層３１ｂ：
ｐ型ＡｌＡｓ、８５．２８ｎｍ、２３層、７×１０^１８ｃｍ^−３
・埋め込み領域１９：
ｐ型Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐ半導体、２７７ｎｍ、７×１０^１７ｃｍ^−３
・スペーサ領域２１：
ｐ型ＧａＡｓ半導体、３５４８ｎｍ、５×１０^１７ｃｍ^−３
・コンタクト層３３：ＧａＡｓ、１０ｎｍ、１×１０^１８ｃｍ^−３
である。

面発光半導体レーザ１１では、活性領域２９は、Ｖ族元素として窒素およびヒ素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体層を含むようにしてもよい。この面発光半導体レーザ１１の構造は、Ｖ族元素として窒素およびヒ素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体層、例えばＧａＩｎＮＡｓ層、ＧａＩｎＡｓ層等を有する活性領域の面発光半導体レーザに好適である。

以上説明したように、半導体メサ１５のために埋め込み領域１９は高抵抗半導体層ではない。また、埋め込み領域１９は上部クラッド層といった第２導電型III−Ｖ化合物半導体層２７と同じ組成を用いることができる。埋め込み領域１９のバンドギャップエネルギＥｇ（１９）、下部クラッド層といった第１導電型III−Ｖ化合物半導体層２１のバンドギャップエネルギＥｇ（２１）、活性領域のバンドギャップエネルギＥｇ（２９）において、
Ｅｇ（１９）≧Ｅｇ（２１）＞Ｅｇ（２９）
の関係がある。バンドギャップエネルギ差を利用して、活性領域２９に電流が閉じ込められる。

先行文献では、ｐ型電極から活性領域２９へ流れる電流は、必ずｐ側の分布ブラッグリフレクタを介して電流が流れる。ｐ型の分布ブラッグリフレクタは一般に高抵抗であり、このため素子抵抗が大きくなる。その結果、駆動電圧の増大、発熱、ＣＲ時定数により高速変調ができない。一方、本実施の形態に係る構造（ＶＣＳＥＬ）では、メサの周辺を導電性半導体で埋め込んでいるので、ｐ型の分布ブラッグリフレクタのほかに、この導電性半導体層を経由して活性層への電流注入が可能となる。

（第２の実施の形態）
引き続いて、面発光半導体レーザを作製する方法を説明する。図４（Ａ）は、第１のエピタキシャル工程を示す図面である。ＧａＡｓウエハ５１上に、有機金属気相成長法を用いてエピタキシャル成長を行う。第１の分布ブラッグリフレクタのための半導体膜５３、第１導電型III−Ｖ化合物半導体層のための半導体膜５５、活性領域のための半導体膜５７、第２導電型III−Ｖ化合物半導体層のための半導体膜５９、および第２の分布ブラッグリフレクタのための半導体膜６１をＧａＡｓウエハ５１上に成長する。

図４（Ｂ）は、マスク膜形成工程を示す図面である。半導体膜６１上に、マスク膜を堆積する。このマスク膜６３は、窒化シリコン等であることができる。例えば、窒化シリコンは、プラズマＣＶＤ法で成長された１５０ｎｍのＳｉＮ膜であることができる。図４（Ｃ）は、マスク膜形成工程を示す図面である。次いで、マスク膜６３上に、パターン形成されたレジストを形成する。レジスト６５をマスクに用いてマスク膜６３をエッチングし、マスク６３ａを形成する。エッチングにはフッ化水素酸を用いる。この後、レジスト６５が除去される。

図５（Ａ）は、エッチングにより形成された半導体メサを示す図面である。マスク６３ａを用いて、半導体膜５５、半導体膜５７、半導体膜５９、および半導体膜６１をエッチングして、メサ領域６７を形成する。エッチングとしては、例えばドライエッチングを用いることができる。メサ領域６７のサイズは、例えば５マイクロメートル径である。メサ領域６７は、半導体メサ６７ａと、この半導体メサ６７ａ上に形成された第２の分布ブラッグリフレクタのための半導体領域６１ａとを含む。半導体メサ６７ａは、エッチングされた半導体膜５５ａ、エッチングされた半導体膜５７ａおよびエッチングされた半導体膜５９ａを含む。エッチングされること無く、第１の分布ブラッグリフレクタのための半導体膜５３は残る。

図５（Ｂ）は、第２のエピタキシャル工程を示す図面である。まず、マスク６３ａを用いて、ＧａＡｓウエハ５１上に埋め込み領域のための半導体膜６９を堆積して、半導体メサ６７ａを埋め込む。半導体膜６９の厚みは、エッチングされた半導体膜５５ａ、エッチングされた半導体膜５７ａおよびエッチングされた半導体膜５９ａの総厚みにほぼ等しい。半導体膜６９は、例えばｐ型ＧａＩｎＰ半導体からなることができる。次いで、マスク６３ａを用いて、ＧａＡｓウエハ５１上にスペーサ領域のための半導体領域７１を堆積して、第２の分布ブラッグリフレクタのための半導体領域６１ａを埋め込む。半導体膜７１の厚みは、エッチングされた半導体６１ａの厚みにほぼ等しい。半導体領域７１は、例えばｐ型ＧａＡｓ半導体からなることができる。この後に、コンタクト層のための半導体層７３を半導体領域７１上に堆積する。半導体層７３は、例えばｐ型ＧａＡｓ半導体からなることができる。

図５（Ｃ）は、マスク除去工程を示す図面である。マスク６３ａを除去する。マスク６３ａがＳｉＮから成るときは、除去にはフッ化水素酸を用いる。

図６（Ａ）は、アイソレーション工程を示す図面である。コンタクト層のための半導体領域７３および第２の分布ブラッグリフレクタのための半導体領域６１ａ上に、素子分離のためのパターン形成されたマスク７５を形成する。マスク７５を用いて半導体領域７３、半導体領域７１および半導体領域６９をエッチングして、エッチングされた半導体領域７３ａ、エッチングされた半導体領域７１ａおよびエッチングされた半導体領域６９ａを形成する。この工程により、メサ形状の半導体領域が形成される。メサ形状の半導体領域は、ｎ型半導体領域上にアレイ状に配列されている。これ故に、素子分離のための構造が形成された。ｐ型ＧａＡｓ半導体コンタクト層およびｐ型ＧａＡｓ半導体スペーサ領域は、例えばリン酸系エッチャントを用いてエッチングされる。ｐ型ＧａＩｎＰ半導体埋め込み領域は、例えば塩酸系エッチャントを用いてエッチングされる。ウエットエッチングの後に、マスク７５を除去する。

図６（Ｂ）は、パッシベーション形成工程を示す図面である。メサ形状の半導体領域を覆うように、パッシベーション膜を堆積する。パッシベーション膜は、例えばＳｉＯＮ膜であることができる。ＳｉＯＮ膜は例えばプラズマＣＶＤ法で形成される。このパッシベーション膜にフォトリソグラフィ法を適用して、光出射のための窓を作製する。この結果、パッシベーション膜７７は、メサ領域６７に位置合わせされた開口７７ａを有する。

図６（Ｃ）は、電極形成工程を示す図面である。アノード電極７９およびカソード電極８１を形成する。まず、パッシベーション膜７７にフォトリソグラフィ法を適用して、アノード電極のための開口を有するパッシベーション膜７７ａを形成する。アノード電極のための金属膜（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）を蒸着法で形成する。この後に、レジストを除去して、リフトオフ法でアノード電極７９を形成する。また、カソード電極８１は、ＧａＡｓウエハの裏面の全面にカソード電極のための金属膜（ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）を蒸着法で形成する。この後に、合金化のための熱処理を行う。熱処理温度は、例えば摂氏３８０度である。

これらの工程が、面発光半導体レーザの作製のための主要な工程である。ｎ型クラッド、活性領域およびｐ型クラッド並びに第２の分布ブラッグリフレクタのために半導体膜を成長するために、１回目のエピタキシャル工程を用いる。ｎ型クラッド、活性領域およびｐ型クラッド並びに第２の分布ブラッグリフレクタの両方を埋め込むために、２回目のエピタキシャル工程を用いる。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

図１は、本実施の形態に係る面発光半導体レーザを示す図面である。 図２は、本実施の形態に係る面発光半導体レーザの等価回路の一例を示す図面である。 図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を参照しながら説明する。図３（Ａ）は、図２に示された面発光半導体レーザの電流−電圧動作特性を示す図面である。図３（Ｂ）は、図２に示された面発光半導体レーザの電流−光出力特性を示す図面である。 図４（Ａ）は、第１のエピタキシャル工程を示す図面である。図４（Ｂ）は、マスク膜形成工程を示す図面である。図４（Ｃ）は、マスク膜形成工程を示す図面である。 図５（Ａ）は、エッチングにより形成された半導体メサを示す図面である。図５（Ｂ）は、第２のエピタキシャル工程を示す図面である。図５（Ｃ）は、マスク除去工程を示す図面である。 図６（Ａ）は、アイソレーション工程を示す図面である。図６（Ｂ）は、パッシベーション形成工程を示す図面である。図６（Ｃ）は、電極形成工程を示す図面である。

符号の説明

１１…面発光半導体レーザ、１３…第１の分布ブラッグリフレクタ、１３ａ…第１の分布ブラッグリフレクタの第１のエリア、１３ｂ…第１の分布ブラッグリフレクタの第２のエリア、１５…半導体メサ、１７…第２の分布ブラッグリフレクタ、１９…埋め込み領域、２１…スペーサ領域、２３ａ…第１のIII−Ｖ化合物半導体層、２３ｂ…第２のIII−Ｖ化合物半導体層、２５…第１導電型III−Ｖ化合物半導体層、２７…第２導電型III−Ｖ化合物半導体層、２９…活性領域、３１ａ…第３のIII−Ｖ化合物半導体層、３１ｂ…第４のIII−Ｖ化合物半導体層、３３…コンタクト層、３５…電極、３７…支持基体、３９…第２の電極、３５ａ…電極開口、４３…量子井戸構造、４３ａ…井戸層、４３ｂ…障壁層、５１…ＧａＡｓウエハ、Ｄ１、Ｄ２…接合、Ｎ１、Ｎ２…接続点、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３…寄生抵抗、Ｖ_Ａ…ビルトインポテンシャル、Ｖ_Ｂ…ビルトインポテンシャル、Ｅｇ（１９）…埋め込み領域のバンドギャップエネルギ、Ｅｇ（２１）…第１導電型III−Ｖ化合物半導体層のバンドギャップエネルギ、Ｅｇ（２９）…活性領域のバンドギャップエネルギ、５３…第１の分布ブラッグリフレクタのための半導体膜、５５…第１導電型III−Ｖ化合物半導体層のための半導体膜、５５ａ…エッチングされた半導体膜、５７…活性領域のための半導体膜、５７ａ…エッチングされた半導体膜、５９…第２導電型III−Ｖ化合物半導体層のための半導体膜、５９ａ…エッチングされた半導体膜、６１…第２の分布ブラッグリフレクタのための半導体膜、６３…マスク膜、６３ａ…マスク、６５…レジスト、６７…メサ領域、６７ａ…半導体メサ、６９…埋め込み領域のための半導体膜、７１…スペーサ領域のための半導体領域、７３…コンタクト層のための半導体領域、７５…マスク、７７…パッシベーション膜、７７ａ…開口、７９…アノード電極、８１…カソード電極

Claims (7)

1. 第１のエリアと該第１のエリアを囲む第２のエリアとを有する主面、並びに所定の軸の方向に交互に配置された第１のIII−Ｖ化合物半導体層及び第２のIII−Ｖ化合物半導体層を含む第１の分布ブラッグリフレクタと、
   第１導電型III−Ｖ化合物半導体層と、第２導電型III−Ｖ化合物半導体層と、前記第１導電型III−Ｖ化合物半導体層と前記第２導電型III−Ｖ化合物半導体層との間に設けられた活性領域とを含んでおり前記第１の分布ブラッグリフレクタの前記第１のエリア上に設けられた半導体メサと、
   前記所定の軸の方向に交互に配置された第３のIII−Ｖ化合物半導体層及び第４のIII−Ｖ化合物半導体層を含んでおり前記半導体メサ上に設けられた第２の分布ブラッグリフレクタと、
   前記半導体メサを埋め込んでおり第１の第２導電型III−Ｖ化合物半導体からなる埋め込み領域と、
   前記第２の分布ブラッグリフレクタを埋め込んでおり第２の第２導電型III−Ｖ化合物半導体からなるスペーサ領域と
   を備える、ことを特徴とする面発光半導体レーザ。
2. 前記スペーサ領域の前記第２の第２導電型III−Ｖ化合物半導体の構成元素は、アルミニウムを含まず、前記第２導電型III−Ｖ化合物半導体層の材料の構成元素と同じである、ことを特徴とする請求項１に記載された面発光半導体レーザ。
3. 前記埋め込み領域の前記第１の第２導電型III−Ｖ化合物半導体のバンドギャップエネルギは前記第１導電型III−Ｖ化合物半導体層の材料のバンドギャップエネルギ以上であり、
   前記第１導電型III−Ｖ化合物半導体層の材料のバンドギャップエネルギは前記活性領域の材料のバンドギャップエネルギより大きい、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された面発光半導体レーザ。
4. 前記第２導電型III−Ｖ化合物半導体層はＧａＩｎＰ混晶系半導体から成り、
   前記第１導電型III−Ｖ化合物半導体層はＧａＩｎＰ混晶系半導体から成り、
   前記埋め込み領域はＧａＩｎＰ混晶系半導体から成る、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザ。
5. 前記活性領域は、Ｖ族元素として窒素およびヒ素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体層を含む、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザ。
6. 前記スペーサ領域上に位置しておりIII−Ｖ化合物半導体からなるコンタクト層と、
   前記スペーサ領域および前記コンタクト層上に設けられた電極と
   を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザ。
7. 前記第１の分布ブラッグリフレクタと前記埋め込み領域とはｐｎ接合およびｐｉｎ接合のいずれかを成しており、
   前記第１導電型III−Ｖ化合物半導体層、前記第２導電型III−Ｖ化合物半導体層および前記活性領域は、ｐｎ接合およびｐｉｎ接合のいずれかを成しており、
   前記第１の分布ブラッグリフレクタおよび前記埋め込み領域から成る接合のビルトインポテンシャルは、前記第１導電型III−Ｖ化合物半導体層、前記第２導電型III−Ｖ化合物半導体層および前記活性領域から成る接合のビルトインポテンシャルより大きい、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザ。

Images