JP2008085090A - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ装置及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】効率の良い電流注入が可能な半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】Ｓｉ基板１上にＤＢＲミラー２を形成し、ＤＢＲミラー２上にｎ型の導電層４を形成し、導電層４上の一部に発光層５を形成し、導電層４上の発光層５の側面に絶縁層７を形成し、絶縁層７及び発光層５上にｐ型の導電層８を形成し、導電層８上に、発光層５の直上に位置するようにＤＢＲミラー９を形成し、導電層４と電気的に接続した電極１０を形成し、導電層８上に電極１１を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザ装置及びその製造方法に関し、特に、面発光型の半導体レーザ装置及びその製造方法に関する。
近年、チップ間あるいはボード間などの光配線に応用可能な、シリコン（Ｓｉ）基板上にモノシリックに形成された面発光レーザアレイ（ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）アレイともいう。）の開発が進められている。
Ｓｉ系の垂直共振器型発光素子として、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）の微粒子を含んだシリコン酸化（ＳｉＯ2）層を発光層として用い、その上下を複数のＳｉ層及びＳｉＯ2層による多層膜によって形成されるＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）ミラーで挟んだ構造が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
ところで、半導体レーザ装置では、レーザ発振させるための電流（閾値電流）を発光層に注入する必要がある。
ＤＢＲミラーに絶縁膜であるＳｉＯ2を用いた場合、発光層を挟むＤＢＲミラーの上面などに電極を形成して、ＤＢＲミラーを介して発光層に電流を注入することができない。そのため、例えば、ＤＢＲミラーの面積（共振器面積）より発光層の面積を十分大きくして、発光層の上面のスペースなどに上部電極を形成していた（例えば、特許文献１参照。）。
K. Toshikiyo, et al., "Enhanced optical properties of Si1-xGex alloy nanocrystals in a planar microcavity", J. Appl. Phys. 93, 2178(2003) 特開平１０−２５６６５６号公報（段落番号〔００２９〕，第１図）
しかし、発光層面積を広げると、発光層に注入される単位面積当たりの電流（電流密度）が小さくなって、レーザ発振させることができなくなるという問題があった。
一般的に、発光層を広げて電極構造を形成するには、共振器面積の１００倍程度に発光層面積を広げなければならない。例えば、共振器の直径を３μｍ、電極幅を３０μｍとすると、発光層面積は最低でも共振器面積の１２１倍となってしまう。
また、発光層を広げた場合、電極が形成された部分に集中して電流が流れるため、発光層での発光部位に面内依存性が生じる上に、最も発光する部分と、共振器が構成されている部分がずれる可能性があった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、効率の良い電流注入が可能な半導体レーザ装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明では上記問題を解決するために、面発光型の半導体レーザ装置において、半導体基板上に形成された多層膜からなる第１の反射層と、前記第１の反射層上に形成された第１導電型の第１の導電層と、前記第１の導電層上の一部に形成された発光層と、前記第１の導電層上の前記発光層の側面に形成された絶縁層と、前記絶縁層及び前記発光層上に形成された第２導電型の第２の導電層と、前記第２の導電層上に、前記発光層の直上に位置するように形成された多層膜からなる第２の反射層と、前記第１の導電層と電気的に接続した第１の電極と、前記第２の導電層上に形成された第２の電極と、を有することを特徴とする半導体レーザ装置が提供される。
上記の構成によれば、絶縁層と発光層の上部に第２の導電層を有しており、その上部に第２の反射層と、第２の電極が形成されているので、第２の反射層が非導電性の場合であっても、発光層自体の面積を広げることなく、第２の導電層上に形成された第２の電極を用いて発光層に電流が注入可能になる。
また、面発光型の半導体レーザ装置の製造方法において、半導体基板上に多層膜からなる第１の反射層を形成し、前記第１の反射層上に第１導電型の第１の導電層を形成し、前記第１の導電層上の一部に発光層を形成し、前記第１の導電層上の前記発光層の側面に絶縁層を形成し、前記絶縁層及び前記発光層上に第２導電型の第２の導電層を形成し、前記第２の導電層上に、前記発光層の直上に位置するように多層膜からなる第２の反射層を形成し、前記第１の導電層と電気的に接続した第１の電極を形成し、前記第２の導電層上に第２の電極を形成することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法が提供される。
上記の方法によれば、絶縁層と発光層の上に、発光層と電気的に接続した第２の導電層が形成され、その上部に第２の反射層と、第２の電極が形成されるので、第２の反射層が非導電性の場合であっても、発光層自体の面積を広げることなく、第２の導電層上に形成された第２の電極から発光層に電流が注入可能になる。
本発明の面発光型の半導体レーザ装置は、半導体基板上に形成された多層膜からなる第１の反射層と、第１の反射層上に形成された第１導電型の第１の導電層と、第１の導電層上の一部に形成された発光層と、第１の導電層上の発光層の側面に形成された絶縁層と、絶縁層及び発光層上に形成された第２導電型の第２の導電層と、第２の導電層上に、発光層の直上に位置するように形成された多層膜からなる第２の反射層と、第１の導電層と電気的に接続した第１の電極と、第２の導電層上に形成された第２の電極と、を有しているので、第２の反射層が非導電性の場合であっても、発光層自体の面積を広げることなく、第２の導電層上に形成された第２の電極から発光層に電流を注入できる。
すなわち、発光層の上面の面積を共振器面積と同程度にできるので、効率の良い電流注入が可能になり、低電流で発振させることができるようになる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、第１の実施の形態の半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。
また、図２は、第１の実施の形態の半導体レーザ装置の上面図である。
第１の実施の形態の半導体レーザ装置は、面発光レーザであり、Ｓｉ基板１上に形成された多層膜からなるＤＢＲミラー２と、ＤＢＲミラー２上に形成された単結晶Ｓｉ層３と、単結晶Ｓｉ層３上に形成されたｎ型の導電層４を有している。さらに、導電層４上の一部に形成された発光層５と、発光層５上に形成されたｐ型の導電層６と、発光層の側面に形成された絶縁層７と、絶縁層７及び発光層５上（図では導電層６を介している。）に形成されたｐ型の導電層８と、導電層８上に、発光層５の直上に位置するように形成された多層膜からなるＤＢＲミラー９を有している。また、発光層５に電流を注入するための電極として、電極１０が導電層４上に、電極１１が導電層８上にそれぞれ形成されている。
ＤＢＲミラー２、９は、それぞれ、屈折率の異なる２層、例えば、Ｓｉ層２ａ、９ａ、ＳｉＯ2層２ｂ、９ｂが交互に複数層、積層された構成となっている。
導電層４は、単結晶Ｓｉ層３上に結晶成長で形成されており、ｎ型不純物が添加された単結晶構造となっている。これは、導電層４の上部に母材がＳｉ系材料である発光層５を単結晶で形成するためである。発光層５の上部のｐ型の導電層６も、発光層５の結晶性を悪化させないように結晶成長で形成されており、単結晶構造となっている。
本発明者は、Ｓｉ基板上に、直接遷移型であるIII−Ｖ族化合物の量子ドットを含むIV族半導体混晶シリコンゲルマニウムカーボン（Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy（０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦０．００５））層による発光層を用いた、発光効率の高い発光素子を発明している（特願２００５−９９９９２５）。
本実施の形態の半導体レーザ装置においてもこれらの材料を用いることで、発光効率の高い面発光レーザを形成できる。例えば、発光層５は、インジウム砒素アンチモン（ＩｎＡｓＳｂ）などのIII−Ｖ族化合物の量子ドット５ａを含むＳｉＧｅＣ層を有する。これに応じて、単結晶の導電層４、６もｎ型またはｐ型不純物が添加されたＳｉＧｅＣ層が用いられる。
第１の実施の形態の半導体レーザ装置において、発光層５の側面に形成された絶縁層７は、導電層４の上面の面積よりも狭く形成されている。これは、導電層４上に例えば、リング状の電極１０を配置するためである。また、絶縁層７は、発光層５の側面を完全に囲うように形成されていてもよい。
導電層８は、導電層６を介して発光層５と電気的に接続している。導電層８は絶縁層７上にも形成されるので、発光層５の上面の面積よりも広く形成される。導電層８の上部には、発光層５の面積と同程度の共振器面積を持つＤＢＲミラー９が、発光層５の直上に位置するように形成されている。また、導電層８の上部には、図２で示すように例えば、リング状の電極１１がＤＢＲミラー９を囲うように形成されている。導電層８として、例えば、ｐ型の多結晶Ｓｉ層あるいは、ｐ型の多結晶Ｓｉ化合物層が用いられる。
上記のような構成にすることで、発光層５自体の面積を広げることなく、導電層８上に形成された電極１１から発光層５に電流が注入可能になる。これにより、発光層５の上面の面積を共振器面積と同程度にできるので、効率の良い電流注入が可能になり、低電流で発振させることができるようになる。
次に、第１の実施の形態の半導体レーザ装置の製造方法を具体的に説明する。
図３〜図６は、第１の実施の形態の半導体レーザ装置の各製造工程における断面図である。
まず、Ｓｉ基板１上に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によりＳｉ層２ａとＳｉＯ2層２ｂを交互に積層することにより、ＤＢＲミラー２を形成する（図３（Ａ））。最も単純な完全周期構造のＤＢＲミラー２の場合、ＤＢＲミラー２の最大反射率は、各Ｓｉ層２ａとＳｉＯ2層２ｂの対の膜厚を、光学距離に換算したとき１／４波長の整数倍にしたときに得られる。また、反射率はＳｉ層２ａとＳｉＯ2層２ｂの対の繰返し回数（ミラーの周期数）を増やすことによっても高めることができる。
例えば、発振波長１．３μｍの場合、良好なＶＣＳＥＬを実現するために必要な９９％以上の反射率を得るためには、Ｓｉ層の膜厚を９６ｎｍ、ＳｉＯ2層の膜厚を２２５ｎｍとして、周期数を４以上とすればよい。
ＤＢＲミラー２の形成後、Ｓｉ基板３ａをウェハボンディングでＤＢＲミラー２上に張り合わせ（図３（Ｂ））、Ｓｉ基板３ａをダイシング、研磨によって薄膜化して、例えば、膜厚１００ｎｍの単結晶Ｓｉ層３を形成する（図４（Ａ））。
その後、単結晶Ｓｉ層３上にｎ型の導電層４、量子ドット５ａを含む発光層５、ｐ型の導電層６を結晶成長により形成する。結晶成長は、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）あるいは分子線エピタキシー法によって行う（図４（Ｂ））。
導電層４としては、ｎ型ＳｉＧｅＣ層を例えば６５０℃で成長する。なお、ｎ型不純物としてＡｓを１×１０18ｃｍ-3の濃度で混入する。
発光層５としては、アンドープのＳｉＧｅＣ層を成長温度６５０℃で５０ｎｍ成長する。その後、量子ドット５ａとしてIII−Ｖ族化合物のＩｎＡｓＳｂを成長する。ＩｎＡｓＳｂの成長の際には、成長温度５００℃で、III族のＩｎの供給量を２ＭＬ、Ｖ族のＡｓとＳｂの供給量がIII族の供給量の１０倍になるようにする。その後、ＳｉＧｅＣによるキャップ層を成長温度５００℃で５０ｎｍ成長する。
導電層６としては、ｐ型ＳｉＧｅＣ層を成長温度６５０℃で成長する。なお、ｐ型不純物として、例えばホウ素（Ｂ）を１×１０18ｃｍ-3の濃度で混入する。
ＭＯＶＰＥ法によるＳｉＧｅＣの成長には、例えばジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、ゲルマン（ＧｅＨ4）、モノメチルシラン（ＳｉＨ3ＣＨ3）を用いればよい。ＩｎＡｓＳｂの成長には、例えばトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アルシン（ＡｓＨ3）、トリメチルアンチモン（ＴＭＳｂ）を用いればよい。
このように、単結晶Ｓｉ層３上から、結晶成長により導電層６までを形成することで、発光層５に良質な結晶構造が得られる。
導電層６を成長した後、リソグラフィ及びエッチングによって、導電層４上の一部に発光層５と導電層６によるメサを形成し、その後、ＳｉＯ2による絶縁層７を例えばＣＶＤによって堆積する（図５（Ａ））。
その後、研磨によって絶縁層７を平坦化し、導電層６を露出させ、ｐ型の多結晶Ｓｉを絶縁層７及び露出した導電層６上に堆積し、導電層８を形成する（図５（Ｂ））。ｐ型不純物濃度は例えば、１×１０19ｃｍ-3とし、膜厚は１００ｎｍとすればよい（なお、単結晶Ｓｉ層３、導電層４、発光層５、導電層６及び導電層８の膜厚の合計は、発振波長の１／２の整数倍になるように、各層の膜厚を調整する。）。
導電層８を形成した後、前述のＤＢＲミラー２と同様に、Ｓｉ層９ａ、ＳｉＯ2９ｂを交互に積層させてＤＢＲミラー９を形成する（図６（Ａ））。そして、導電層８が発光層５の上面の面積よりも広くなるようにリソグラフィを行い、ＤＢＲミラー９と導電層８及び絶縁層７をエッチングする。これによって、導電層４の一部が露出されるので、露出した導電層４の上に電極１０を形成する（図６（Ｂ））。そしてさらに、発光層５の直上のＤＢＲミラー９の面積が発光層５の上面の面積と同程度になるように、リソグラフィ及びエッチングを行い、ＤＢＲミラー９を完成させる。これによって露出した導電層８の上に電極１１を形成することで、図１に示した第１の実施の形態の面発光型の半導体レーザ装置が形成される。
なお、ＤＢＲミラー２、９の構成については、前述の膜厚、周期数に制限されるものではない。また、ＤＢＲミラー２、９の材料についてもＳｉ／ＳｉＯ2に限定されるものではなく、公知の材料の組合せを用いることができる。
また、ＤＢＲミラー２、９を必ずしも同じ材料を用いた多層膜で構成しなくともよい。
また、上記では、量子ドット５ａの材料としてＩｎＡｓ1-xＳｂxの場合を挙げたが、この材料に限定されるものではなく、他の直接遷移型の化合物半導体、例えばインジウムガリウムアンチモン（Ｉｎ1-xＧａxＳｂ）、窒化インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ1-xＮx）、窒化インジウム砒素（ＩｎＡｓ1-xＮx）であってもよい。
また、導電層８についても、多結晶Ｓｉの代わりにｐ型のＳｉ化合物、例えば鉄シリサイド（ＦｅＳｉ2）を用いてもよい。
また、上記では、共振器面積と発光層５の面積が同程度になるようにしたが、発光層５の面積を共振器面積よりも小さくなるようにしてもよい。
また、上記では導電層４をｎ型として、導電層６、８をｐ型としたが、この導電型を逆にしてもよいことはいうまでもない。
また、電極１０、１１は必ずしもリング状にする必要はないし、図１のように、共振器部分を中心にして左右対称に絶縁層７や導電層８を形成しなくてもよい。
図７は、本実施の形態の半導体レーザ装置における、共振器直径に対する閾値電流の変化を示す図である。
比較のために、発光層面積を共振器面積より広げて電極を形成する従来の構造における変化も併せて示している。
図７では、共振器直径が２μｍのときに、本実施の形態の半導体レーザ装置の閾値電流が１となるように規格化している。なお、電極リング幅を１０μｍとしている。
本実施の形態の半導体レーザ装置は、発光層５の面積を共振器面積と同程度とできるため、図のように、共振器直径を小さくするほど閾値電流を小さくすることができる。従来構造と比較して５μｍのときで１／２５、２μｍのときで１／１２１まで閾値電流を低減することが可能になる。
なお、本実施の形態の半導体レーザ装置によれば、導電層８の面積を広げることで、発光層５の面積とは独立に電極１１の面積を広げることができるので、低抵抗の電極１１が形成可能となる。
また、絶縁層７は、発光層５より低屈折率であるため、発光層５の側面を絶縁層７で囲うことで、光閉じ込め構造を形成することができる。そして、発光層５の面積を調整することにより、ＤＢＲミラー２、９とは独立に光の横モード制御も可能となる。
次に、第２の実施の形態の半導体レーザ装置を説明する。
図８は、第２の実施の形態の半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。
第１の実施の形態の半導体レーザ装置と同一の構成要素については、同一符号とし説明を省略する。
第２の実施の形態の半導体レーザ装置は、第１の実施の形態の半導体レーザ装置と異なり、基板をｎ型のＳｉ基板２１とし、その上に導電性を有するＤＢＲミラー２２を形成している。ＤＢＲミラー２２は、例えばｎ型のＳｉＧｅ層２２ａと、ｎ型のＳｉ層２２ｂの多層膜によって形成される。
例えば発振波長が１．３μｍの場合、ＤＢＲミラー２２のＳｉＧｅ層２２ａの膜厚は、Ｓｉ0.6Ｇｅ0.3の組成で９０ｎｍ、Ｓｉ層２２ｂの膜厚は９６ｎｍとして、ミラーの周期数を３０とすれば９０％以上の反射率を得ることができる。
ＤＢＲミラー２２の上部には、ｎ型の単結晶Ｓｉ層２３が形成されている。
ｎ型の単結晶Ｓｉ層２３の上部には、第１の実施の形態の半導体レーザ装置と同様に、ｎ型ＳｉＧｅＣによる導電層４が結晶成長にて形成されている。導電層４の上部の構成は第１の実施の形態の半導体レーザ装置とほぼ同じであるが、ＤＢＲミラー２２が導電性を有しているため、電極２４を導電層４上ではなく、ｎ型のＳｉ基板２１の裏面に形成している。
また、第２の実施の形態の半導体レーザ装置の場合、下部のＤＢＲミラー２２が透過側となるため、Ｓｉ基板２１にはレーザ光を取り出すための開口部２５が設けられている。開口部２５は、Ｓｉ基板２１の裏面に電極２４を形成した後に、電極２４とＳｉ基板２１を同時にエッチングすることで形成することができる。
なお、ＤＢＲミラー２２上の単結晶Ｓｉ層２３は、第１の実施の形態の半導体レーザ装置の製造方法と同様に、ウェハボンディングによっても形成可能であるが、ｎ型のＳｉ基板２１から導電層６までをエピタキシャル成長させることも可能である。
上記のような第２の実施の形態の半導体レーザ装置においても、第１の実施の形態の半導体レーザ装置と同様の効果が得られる。すなわち、発光層５自体の面積を広げることなく、導電層８上に形成された電極１１から発光層５に電流が注入可能になる。これにより、発光層５の上面の面積を共振器面積と同程度にできるので、効率の良い電流注入が可能になり、低電流で発振させることができるようになる。
なお、第２の実施の形態の半導体レーザ装置の場合、ＤＢＲミラー２２が導電性を有し、ｎ型の単結晶Ｓｉ層２３も導電性を有しているので、導電層４はなくてもよい。
また、上記ではＳｉ基板２１、ＤＢＲミラー２２、単結晶Ｓｉ層２３、導電層４をｎ型として、導電層６、８をｐ型としたが、この導電型を逆にしてもよいことはいうまでもない。
次に、第３の実施の形態の半導体レーザ装置を説明する。
図９は、第３の実施の形態の半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。
第１の実施の形態の半導体レーザ装置と同一の構成要素については同一符号とし、説明を省略する。
第３の実施の形態の半導体レーザ装置は、第１の実施の形態の半導体レーザ装置と同一基板上に、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）による変調回路を備えている。
第３の実施の形態の半導体レーザ装置は、面発光レーザ形成部３０と、変調回路形成部３１を有している。変調回路形成部３１において、ＤＢＲミラー２上の単結晶Ｓｉ層３上に、面発光レーザ形成部３０の導電層４と反対の導電型（例えばｐ型）のＳｉ層３２が形成されており、導電層４と絶縁膜３３により分離されている。これにより、面発光レーザ形成部３０と、変調回路形成部３１との干渉を防止している。
Ｓｉ層３２上にはゲート酸化膜（ＳｉＯ2膜）３４及びポリシリコンゲート３５が形成されており、Ｓｉ層３２にはイオン注入により、ソース領域またはドレイン領域となるｎ+領域３６、３７が形成されている。さらに、ポリシリコンゲート３５上にはゲート電極３８、ｎ+領域３６上にはソース／ドレイン電極３９が形成されている。ｎ+領域３７上には、面発光レーザ形成部３０のｎ型の導電層４と電気的に接続するための電極４０が形成されている。
このように、第３の実施の形態の半導体レーザ装置では、面発光レーザ形成部３０の導電層４と、ＭＯＳＦＥＴのｎ+領域３７とを電極４０で接続しているので、ゲート電圧を変化させてＭＯＳＦＥＴをオンまたはオフすることにより、面発光レーザから出力されるレーザ光の変調を、同一Ｓｉ基板１上で行うことができる。
図１０及び図１１は、第３の実施の形態の半導体レーザ装置の製造工程の概略を示す図である。
第３の実施の形態の半導体レーザ装置の製造の際には、まず、変調回路形成部３１でＭＯＳＦＥＴの形成を行う。これは、始めに面発光レーザを形成すると、ｎ+領域３６、３７の形成時におけるイオン活性化アニール処理などの際に、発光層５部分も高熱になり、欠陥が生じる恐れがあるためである。
絶縁膜３３を面発光レーザ形成部３０の単結晶Ｓｉ層３上に形成し、変調回路形成部３１の単結晶Ｓｉ層３上に、ｐ型のＳｉ層３２を成長させる（図１０（Ａ））。
続いてリソグラフィ及びエッチングにより、ゲート絶縁膜３４とポリシリコンゲート３５をパターニングする（図１０（Ｂ））。次に、ソース領域及びドレイン領域の形成のために絶縁膜３３を嵩上げするとともにソース領域及びドレイン領域をパターニングする。そして、絶縁膜３３の開口部より例えば、ｎ型不純物であるＡｓを１×１０21ｃｍ-3の濃度で注入し、ｎ+領域３６、３７を形成する（図１１（Ａ））。その後、面発光レーザ形成部３０の絶縁膜３３を除去して、図４〜図６で示した工程によって面発光レーザを形成する（図１１（Ｂ））。なお、電極形成は例えば最後に行う。ここで、面発光レーザ形成部３０の導電層４上の電極と、変調回路形成部３１のｎ+領域３７の電極とを共通の電極４０とすることで、図９に示すような第３の実施の形態の半導体レーザ装置が形成される。
上記のような第３の実施の形態の半導体レーザ装置でも、第１の実施の形態の半導体レーザ装置と同様の効果が得られるとともに、ＭＯＳＦＥＴによる変調回路によって、レーザ光の変調を面発光レーザと同一のＳｉ基板１上で行うことができる。
なお、上記のような第３の実施の形態の半導体レーザ装置において、上記の導電型を逆にすることが可能であることはいうまでもない。
（付記１） 面発光型の半導体レーザ装置において、
半導体基板上に形成された多層膜からなる第１の反射層と、
前記第１の反射層上に形成された第１導電型の第１の導電層と、
前記第１の導電層上の一部に形成された発光層と、
前記第１の導電層上の前記発光層の側面に形成された絶縁層と、
前記絶縁層及び前記発光層上に形成された第２導電型の第２の導電層と、
前記第２の導電層上に、前記発光層の直上に位置するように形成された多層膜からなる第２の反射層と、
前記第１の導電層と電気的に接続した第１の電極と、
前記第２の導電層上に形成された第２の電極と、
を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
（付記２） 前記第２の導電層は、第２導電型のシリコン層または第２導電型のシリコン化合物層であることを特徴とする付記１記載の半導体レーザ装置。
（付記３） 前記第１の導電層は、単結晶層であることを特徴とする付記１乃至２記載の半導体レーザ装置。
（付記４） 前記発光層は、III−Ｖ族化合物の量子ドットを含むシリコンゲルマニウムカーボン（Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy（０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦０．００５））層を有していることを特徴とする付記１乃至３記載の半導体レーザ装置。
（付記５） 前記発光層と、前記第２の導電層との間に第２導電型の単結晶層を有することを特徴とする付記１乃至４記載の半導体レーザ装置。
（付記６） 前記第１の反射層及び前記第２の反射層は、絶縁膜を有する前記多層膜から構成されていることを特徴とする付記１乃至５記載の半導体レーザ装置。
（付記７） 前記半導体基板及び前記第１の反射層は第１導電型であり、前記半導体基板の裏面に前記第１の電極を配置したことを特徴とする付記１乃至５記載の半導体レーザ装置。
（付記８） 前記第１の反射層は、第１導電型のシリコンゲルマニウム層及び第１導電型のシリコン層の前記多層膜から構成されていることを特徴とする付記７記載の半導体レーザ装置。
（付記９） 前記半導体基板上に、第１導電型のソース領域またはドレイン領域を前記第１の導電層と電気的に接続したＭＯＳＦＥＴによる変調回路を更に有することを特徴とする付記６記載の半導体レーザ装置。
（付記１０） 面発光型の半導体レーザ装置の製造方法において、
半導体基板上に多層膜からなる第１の反射層を形成し、
前記第１の反射層上に第１導電型の第１の導電層を形成し、
前記第１の導電層上の一部に発光層を形成し、
前記第１の導電層上の前記発光層の側面に絶縁層を形成し、
前記絶縁層及び前記発光層上に第２導電型の第２の導電層を形成し、
前記第２の導電層上に、前記発光層の直上に位置するように多層膜からなる第２の反射層を形成し、
前記第１の導電層と電気的に接続した第１の電極を形成し、
前記第２の導電層上に第２の電極を形成することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
（付記１１） 前記第２の導電層は、第２導電型のシリコン層または第２導電型のシリコン化合物層であることを特徴とする付記１０記載の半導体レーザ装置の製造方法。
（付記１２） 前記第１の導電層は単結晶層であり、前記発光層を前記第１の導電層上に結晶成長により形成することを特徴とする付記１０乃至１１記載の半導体レーザ装置の製造方法。
（付記１３） 前記発光層は、III−Ｖ族化合物の量子ドットを含むシリコンゲルマニウムカーボン（Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy（０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦０．００５））層を有していることを特徴とする付記１０乃至１２記載の半導体レーザ装置の製造方法。
（付記１４） 前記発光層と、前記第２の導電層との間に第２導電型の単結晶層を形成することを特徴とする付記１０乃至１３記載の半導体レーザ装置の製造方法。
（付記１５） 前記第１の反射層及び前記第２の反射層は、絶縁膜を有する前記多層膜から構成されていることを特徴とする付記１０乃至１４記載の半導体レーザ装置の製造方法。
（付記１６） 前記半導体基板及び前記第１の反射層は第１導電型であり、前記半導体基板の裏面に前記第１の電極を形成することを特徴とする付記１０乃至１４記載の半導体レーザ装置の製造方法。
（付記１７） 前記半導体基板上に前記第１の反射層、前記第１の導電層及び前記発光層を順に結晶成長により形成することを特徴とする付記１６記載の半導体レーザ装置の製造方法。
（付記１８） 前記第１の反射層は、第１導電型のシリコンゲルマニウム層及び第１導電型のシリコン層の前記多層膜から構成されていることを特徴とする付記１６乃至１７記載の半導体レーザ装置の製造方法。
（付記１９） 前記半導体基板上に、第１導電型のソース領域またはドレイン領域を前記第１の導電層と電気的に接続したＭＯＳＦＥＴによる変調回路を形成することを特徴とする付記１５記載の半導体レーザ装置の製造方法。
第１の実施の形態の半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。 第１の実施の形態の半導体レーザ装置の上面図である。 第１の実施の形態の半導体レーザ装置の各製造工程における断面図である（その１）。 第１の実施の形態の半導体レーザ装置の各製造工程における断面図である（その２）。 第１の実施の形態の半導体レーザ装置の各製造工程における断面図である（その３）。 第１の実施の形態の半導体レーザ装置の各製造工程における断面図である（その４）。 本実施の形態の半導体レーザ装置における、共振器直径に対する閾値電流の変化を示す図である。 第２の実施の形態の半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。 第３の実施の形態の半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。 第３の実施の形態の半導体レーザ装置の製造工程の概略を示す図である（その１）。 第３の実施の形態の半導体レーザ装置の製造工程の概略を示す図である（その２）。
符号の説明
１ Ｓｉ基板
２、９ ＤＢＲミラー
２ａ、９ａ Ｓｉ層
２ｂ、９ｂ ＳｉＯ2層
３ 単結晶Ｓｉ層
４ 導電層（ｎ型）
５ 発光層
６、８ 導電層（ｐ型）
７ 絶縁層
１０、１１ 電極

Claims (10)

  1. 面発光型の半導体レーザ装置において、
    半導体基板上に形成された多層膜からなる第１の反射層と、
    前記第１の反射層上に形成された第１導電型の第１の導電層と、
    前記第１の導電層上の一部に形成された発光層と、
    前記第１の導電層上の前記発光層の側面に形成された絶縁層と、
    前記絶縁層及び前記発光層上に形成された第２導電型の第２の導電層と、
    前記第２の導電層上に、前記発光層の直上に位置するように形成された多層膜からなる第２の反射層と、
    前記第１の導電層と電気的に接続した第１の電極と、
    前記第２の導電層上に形成された第２の電極と、
    を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 前記第２の導電層は、第２導電型のシリコン層または第２導電型のシリコン化合物層であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
  3. 前記第１の導電層は、単結晶層であることを特徴とする請求項１乃至２記載の半導体レーザ装置。
  4. 前記発光層は、III−Ｖ族化合物の量子ドットを含むシリコンゲルマニウムカーボン（Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy（０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦０．００５））層を有していることを特徴とする請求項１乃至３記載の半導体レーザ装置。
  5. 前記発光層と、前記第２の導電層との間に第２導電型の単結晶層を有することを特徴とする請求項１乃至４記載の半導体レーザ装置。
  6. 前記第１の反射層及び前記第２の反射層は、絶縁膜を有する前記多層膜から構成されていることを特徴とする請求項１乃至５記載の半導体レーザ装置。
  7. 前記半導体基板及び前記第１の反射層は第１導電型であり、前記半導体基板の裏面に前記第１の電極を配置したことを特徴とする請求項１乃至５記載の半導体レーザ装置。
  8. 前記第１の反射層は、第１導電型のシリコンゲルマニウム層及び第１導電型のシリコン層の前記多層膜から構成されていることを特徴とする請求項７記載の半導体レーザ装置。
  9. 前記半導体基板上に、第１導電型のソース領域またはドレイン領域を前記第１の導電層と電気的に接続したＭＯＳＦＥＴによる変調回路を更に有することを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ装置。
  10. 面発光型の半導体レーザ装置の製造方法において、
    半導体基板上に多層膜からなる第１の反射層を形成し、
    前記第１の反射層上に第１導電型の第１の導電層を形成し、
    前記第１の導電層上の一部に発光層を形成し、
    前記第１の導電層上の前記発光層の側面に絶縁層を形成し、
    前記絶縁層及び前記発光層上に第２導電型の第２の導電層を形成し、
    前記第２の導電層上に、前記発光層の直上に位置するように多層膜からなる第２の反射層を形成し、
    前記第１の導電層と電気的に接続した第１の電極を形成し、
    前記第２の導電層上に第２の電極を形成することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
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