JP2009252758A - 面発光型半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造工程数を大幅に増加させることなく、直列抵抗を低減することの可能な面発光型半導体レーザを提供する。
【解決手段】メサ部18は、下部DBR層11の上部から少なくとも電流狭窄層15の上面にかけて形成された円柱部分18Aと、それよりも上の部分に形成された円錐台部分18Bとを有している。円錐台部分18Bの側面(周面)はメサ部18の上面側に向いた円環状の傾斜面18Eとなっており、傾斜面18Eにはコンタクト層19の側面が露出している。コンタクト層19の側面を含む傾斜面18Eには上部電極21が設けられており、上部電極21がコンタクト層19の側面にオーミック接触している。
【選択図】図2
【解決手段】メサ部18は、下部DBR層11の上部から少なくとも電流狭窄層15の上面にかけて形成された円柱部分18Aと、それよりも上の部分に形成された円錐台部分18Bとを有している。円錐台部分18Bの側面(周面)はメサ部18の上面側に向いた円環状の傾斜面18Eとなっており、傾斜面18Eにはコンタクト層19の側面が露出している。コンタクト層19の側面を含む傾斜面18Eには上部電極21が設けられており、上部電極21がコンタクト層19の側面にオーミック接触している。
【選択図】図2
Description
本発明は、積層方向に共振器構造を備えた面発光型半導体レーザおよびその製造方法に関する。
面発光型の半導体レーザは、従来の端面射出型のものとは異なり、基板に対して直交する方向に光を射出するものであり、同じ基板上に2次元アレイ状に多数の素子を配列することが可能であることから、近年、デジタルコピー機やプリンタ機用の光源として注目されている。
この種の面発光型の半導体レーザは、例えば、図13示したように、基板110上に、下部DBR層111、下部クラッド層112、活性層113、上部クラッド層114、電流狭窄層115、上部DBR層116およびコンタクト層117を基板110側からこの順に積層してなる垂直共振器構造を備えている。この垂直共振器構造の上部、具体的には、下部DBR層111の上部からコンタクト層117にかけて柱状のメサ部118が形成されている。また、メサ部118の上面に、中央に開口121Aを有する環状の上部電極121が形成され、基板110の裏面に下部電極122が形成されている。なお、この種の面発光型の半導体レーザの構造については、例えば特許文献1に記載されている。
この種の面発光型の半導体レーザでは、上部電極121から注入された電流は上部DBR層116を通過し、電流狭窄層115により狭窄されたのちに活性層113へ到達する。その結果、活性層113で発光が生じ、活性層113で発光した光は下部DBR層111および上部DBR層116により反射されると共に増幅されたのち、単一縦モードのレーザ光として、上部電極121に設けられた開口121Aから射出される。
ところで、上記半導体レーザでは、活性層113へ注入される電流は、上述したように必ず上部DBR層116を通過する。そのため、上記半導体レーザの直列抵抗には上部DBR層116の抵抗成分が含まれるが、上部DBR層116の積層方向の抵抗値は高く、閾値電流の値を大きくする要因となっている。そこで、例えば、特許文献2では、メサ部118のうち上部DBR層116の側面にコンタクト層を形成し、そのコンタクト層上に上部電極121を設けることにより、上部DBR層116の抵抗成分を小さくする方策が提案されている。
ところで、特許文献2の方策では、上部DBR層116内にAlGaInPなどのエッチングストップ層を設け、このエッチングストップ層を利用して、上部DBR層116のうちエッチングストップ層よりも上の部分を選択的にエッチングして柱形状にしたのち、上部DBR層116の側面を含む表面全体にコンタクト層を形成する工程を経ることが必要となる。そのため、エッチングストップ層を設けていない一般的な面発光型の半導体レーザを製造する場合よりも、製造工程数が大幅に増加してしまうという問題があった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、製造工程数を大幅に増加させることなく、直列抵抗を低減することの可能な面発光型半導体レーザおよびその製造方法を提供することにある。
本発明の面発光型半導体レーザは、下部多層膜反射鏡、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層および上部多層膜反射鏡をこの順に含む柱状の共振器構造を備えたものである。上部多層膜反射鏡には1または複数のコンタクト層が含まれており、電極が上部多層膜反射鏡に含まれるコンタクト層にオーミック接触している。
本発明の面発光型半導体レーザでは、電極が上部多層膜反射鏡に含まれるコンタクト層にオーミック接触している。これにより、上部多層膜反射鏡上に設けたコンタクト層とだけオーミック接触させた従来の場合と比べて、面発光型半導体レーザの直列抵抗に含まれる上部多層膜反射鏡の抵抗成分を小さくすることができる。ここで、上部多層膜反射鏡に含まれるコンタクト層は、例えば、上部多層膜反射鏡を形成する工程において所定の層の不純物濃度を高くすることによって形成可能なものである。従って、上部多層膜反射鏡の製造条件を若干変更するだけでコンタクト層を形成することが可能であり、製造工程数が大幅に増加する虞はない。
本発明の面発光型半導体レーザの製造方法は、以下の(A)〜(C)の各工程を含むものである。
(A)半導体基板上に、下部多層膜反射鏡と、下部クラッド層と、活性層と、上部クラッド層と、1または複数のコンタクト層を含む上部多層膜反射鏡とをこの順に含む積層構造を形成する積層工程
(B)積層構造を、当該積層構造の上面から下部多層膜反射鏡に達するまで選択的にエッチングすることにより、柱状の共振器構造を形成するエッチング工程
(C)コンタクト層のうち共振器構造の側面に露出している露出面にオーミック接触するように電極を形成する電極形成工程
(A)半導体基板上に、下部多層膜反射鏡と、下部クラッド層と、活性層と、上部クラッド層と、1または複数のコンタクト層を含む上部多層膜反射鏡とをこの順に含む積層構造を形成する積層工程
(B)積層構造を、当該積層構造の上面から下部多層膜反射鏡に達するまで選択的にエッチングすることにより、柱状の共振器構造を形成するエッチング工程
(C)コンタクト層のうち共振器構造の側面に露出している露出面にオーミック接触するように電極を形成する電極形成工程
本発明の面発光型半導体レーザの製造方法では、コンタクト層のうち共振器構造の側面に露出している露出面にオーミック接触するように電極が形成される。これにより、上部多層膜反射鏡上に設けたコンタクト層とだけオーミック接触させた従来の場合と比べて、面発光型半導体レーザの直列抵抗に含まれる上部多層膜反射鏡の抵抗成分を小さくすることができる。ここで、上部多層膜反射鏡に含まれるコンタクト層は、例えば、上部多層膜反射鏡を形成する工程において所定の層の不純物濃度を高くすることによって形成可能なものである。従って、上部多層膜反射鏡の製造条件を若干変更するだけでコンタクト層を形成することが可能であり、製造工程数が大幅に増加する虞はない。
本発明の面発光型半導体レーザおよびその製造方法によれば、電極を上部多層膜反射鏡に含まれるコンタクト層にオーミック接触させるようにしたので、製造工程数を大幅に増加させることなく、直列抵抗を低減することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係る面発光型の半導体レーザ1の上面構成の一例を表したものである。図2は図1のA−A矢視方向の断面構成の一例を表したものである。
本実施の形態の半導体レーザ1は、基板10の一面側に積層構造20(共振器構造)を備えたものである。この積層構造20は、基板10側から、下部DBR層11(下部多層膜反射鏡)、下部クラッド層12、活性層13、上部クラッド層14、電流狭窄層15、上部DBR層16(上部多層膜反射鏡)、コンタクト層17をこの順に積層して構成されている。この積層構造20の上部、具体的には、下部DBR層11の上部、下部クラッド層12、活性層13、上部クラッド層14、電流狭窄層15、上部DBR層16およびコンタクト層17には、柱状のメサ部18が形成されている。
メサ部18は、下部DBR層11の上部から少なくとも電流狭窄層15の上面にかけて、積層方向に中心軸を有する円柱形状となっている。なお、図2には、下部DBR層11の上部から上部DBR層16の下部にかけて円柱形状となっている場合が例示されている。メサ部18のうち円柱形状となっている部分(円柱部分18A)の側面(周面)は、積層面に対して垂直(またはほぼ垂直)に交差する垂直面18Dとなっており、例えば、異方性のドライエッチングにより形成されている。
メサ部18は、また、円柱部分18Aよりも上の部分(上部DBR層16の全体または一部およびコンタクト層17)において、積層方向に中心軸を有する円錐台形状となっている。メサ部18のうち円錐台形状となっている部分(円錐台部分18B)の中心軸は、円柱部分18Aの中心軸と互いに重なり合っていることが好ましい。円錐台部分18Bの側面(周面)は積層面に対して斜めに交差する円環状の傾斜面18Eとなっており、円錐台部分18Bの径が活性層13から遠ざかるにつれて小さくなっている。つまり、傾斜面18Eは、メサ部18の上面側に向いている。メサ部18の上面側に向いた傾斜面18Eは、例えば、等方性のドライエッチング、または、ウエットエッチングにより形成可能である。円錐台部分18Bの下端は、電流狭窄層15の直上の層の下面および上部DBR層16の下面うち少なくとも電流狭窄層15の直上の層の下面またはそれよりも上に形成されていることが好ましい。なお、図2、図3では、上部DBR層16の下面と、電流狭窄層15の上面とが互いに接しており、円錐台部分18Bの下端が、電流狭窄層15の直上の層である上部DBR層16の下面よりも上に形成されている場合が例示されている。
円柱部分18Aの径D1は、円錐台部分18Bの下底の径D2と等しいか、またはそれよりも大きくなっている。図2に例示したように、D1がD2よりも大きくなっている場合には、円柱部分18Aの上面の外縁が、メサ部18の側面に露出しており、積層面に対してほぼ平行な円環状の平坦面18Cとなっている。つまり、本実施の形態において、D1がD2よりも大きくなっている場合には、メサ部18の側面が階段状となっている。この平坦面18Cは、上部DBR層16内の上部側に形成されていてもよいが、図2、図3に示したように、上部DBR層16内の下部側(活性層13寄り)に形成されていることが好ましい。
ここで、基板10は、例えばn型GaAsにより構成されている。下部DBR層11は、低屈折率層(図示せず)および高屈折率層(図示せず)を交互に積層して構成されたものである。低屈折率層は例えば光学厚さがλ1/4(λ1は発振波長)のn型Alx1Ga1−x1As(0<x1<1)からなり、高屈折率層は例えば光学厚さがλ1/4のn型Alx2Ga1−x2As(0≦x2<x1)からなる。下部クラッド層12は、例えばn型Alx3Ga1−x3As(0≦x3<1)からなる。基板10、下部DBR層11および下部クラッド層12には、例えばケイ素(Si)またはセレン(Se)などのn型不純物が含まれている。
活性層13は、例えばGaAs系材料からなる。この活性層13では、活性層13のうち積層面内方向における中央部分(後述の電流注入領域15Bとの対向領域)が発光領域13Aとなる。
上部クラッド層14は、例えばp型Alx4Ga1−x4As(0≦x4<1)からなる。上部DBR層16は、図3に図2の一部を拡大して例示したように、低屈折率層16Aおよび高屈折率層16Bを交互に積層して構成されたものである。低屈折率層16Aは、例えば光学厚さがλ1/4のp型Alx5Ga1−x5As(0<x5<1)からなる。高屈折率層16Bは、例えば光学厚さがλ1/4のp型Alx6Ga1−x6As(0≦x6<x5)からなる。コンタクト層17は、例えばp型Alx7Ga1−x7As(0≦x7<1)からなる。上部クラッド層14、上部DBR層16およびコンタクト層17には、例えば、炭素(C)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)などのp型不純物が含まれている。
電流狭窄層15はメサ部18の側面から所定の深さまでの領域に電流狭窄領域15Aを有し、それ以外の領域(メサ部18の中央領域)が電流注入領域15Bとなっている。電流注入領域15Bは、例えばp型Alx8Ga1−x8As(0<x8≦1)からなる。電流狭窄領域15Aは、例えば、Al2O3(酸化アルミニウム)を含んで構成され、後述するように、側面から被酸化層15Dに含まれる高濃度のAlを酸化することにより得られるものである。従って、電流狭窄層15は電流を狭窄する機能を有している。
メサ部18の円柱部分18Aは電流狭窄層15を含んで形成されており、例えば、電流注入領域15Bの中心軸を中心とした直径40μm程度の円柱形状となっている。この直径は、後述の酸化工程においてメサ部18の内部に所定の大きさの未酸化領域(電流注入領域15B)が残るようにするために、酸化工程における酸化速度および酸化時間などに応じて適切に調整されている。
ところで、本実施の形態では、上部DBR層16内、すなわち電流狭窄層15とコンタクト層17との間にコンタクト層19が形成されている。コンタクト層19は、低屈折率層16Aおよび高屈折率層16Bの少なくとも一方の部位に、その部位の層の代わりに形成されている。なお、コンタクト層19は、例えば、図3に例示したように、上部DBR層16内の低屈折率層16Aの部位に、低屈折率層16Aの代わりに形成されていることが好ましい。コンタクト層19は、上部DBR層16内に少なくとも1つ形成されている。コンタクト層19は、上部DBR層16内の上部側(コンタクト層17側)に形成されていてもよいが、上部DBR層16内の下部側(活性層13寄り)に形成されていることが好ましい。
コンタクト層19は、例えば、光学厚さがλ1/4のp型Alx9Ga1−x9As(0<x9<1)からなり、低屈折率層16Aと同一の組成(例えばAlx5Ga1−x5As)により構成されていることが好ましい。コンタクト層19は、低屈折率層16Aに含まれるp型不純物濃度よりも高濃度のp型不純物を含んでおり、上部DBR層16のうちコンタクト層19以外の層のp型不純物濃度よりも高濃度のp型不純物を含んでいる。コンタクト層19は、コンタクト層17に含まれるp型不純物濃度と同等の濃度のp型不純物を含んでいることが好ましい。
円錐台部分18Bの傾斜面18Eおよび円錐台部分18Bの上面のうち少なくとも円錐台部分18Bの傾斜面18Eには上部電極21が設けられている。なお、円柱部分18Aに平坦面18Cが設けられている場合には平坦面18にまで上部電極21が設けられていてもよい。この上部電極21は、例えば、チタン(Ti),白金(Pt)および金(Au)をこの順に積層して構成されたものである。上部電極21は、少なくともコンタクト層19の側面に接しており、コンタクト層19にオーミック接触している。従って、上部電極21は、コンタクト層19と電気的に接続されている。また、図2、図3に示したように、上部電極21が平坦面18Cから傾斜面18Eを経由して円錐台部分18Bの上面の外縁に渡って形成されていてもよい。この場合には、上部電極21は、コンタクト層19だけでなく、コンタクト層17にもオーミック接触することになる。また、この場合には、上部電極21は、図2に示したように、メサ部18の中心軸(円柱部分18Aの中心軸)を含む、メサ部18上面の中央領域に対応して開口21Aを有している。
また、本実施の形態では、下部DBR層11の上面のうちメサ部18に隣接した領域に、電極パッド24(後述)の容量成分を低減する目的で絶縁性の台座部22が設けられている。また、上部電極21の一部を除く表面全体に絶縁性の保護膜23が設けられている。この保護膜23は上部電極21上に開口23Aを少なくとも1つ有しており、その開口23A内には、上部電極21の一部が露出している。また、保護膜23の表面には、台座部23から上部電極21のうち開口23A内の露出部分に渡って電極パッド24が形成されている。この電極パッド24は、例えば、チタン(Ti),白金(Pt)および金(Au)をこの順に積層して構成されたものである。電極パッド24は、上部電極21に接しており、上部電極21と電気的に接続されている。また、基板10の裏面には、下部電極25が設けられている。下部電極25は、例えば、金(Au)とゲルマニウム(Ge)との合金,ニッケル(Ni)および金(Au)とを基板10側から順に積層した構造を有しており、基板10と電気的に接続されている。
このような構成の半導体レーザ1は、例えば次のようにして製造することができる。
図4(A),(B)〜図8(A),(B)は、その製造方法を工程順に表すものである。なお、図4(A),(B)〜図8(A),(B)は製造過程の素子の、図3(A)におけるA−A矢視方向に対応する断面構成を表したものである。
ここでは、GaAsからなる基板10上の化合物半導体層を、例えば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition ;有機金属化学気相成長)法により形成する。この際、化合物半導体層の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、アルシン (AsH3)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、H2Seを用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えば、ジメチルジンク(DMZ)を用いる。
まず、基板10上に、下部DBR層11、下部クラッド層12、活性層13、上部クラッド層14、被酸化層15D(後述の酸化処理により電流狭窄層15となる層)、1または複数のコンタクト層19を含む上部DBR層16およびコンタクト層17をこの順に積層して、積層構造20Dを形成したのち、コンタクト層17の上面全体に渡ってフォトレジスト(図示せず)を形成する。
このとき、上部DBR層16内のコンタクト層19は、例えば、上部DBR層16内の低屈折率層16Aを形成する際のプロセス条件のうちジメチルジンク(DMZ)の流量を多くし、上部DBR層16のうちコンタクト層19以外の層のp型不純物濃度よりも高濃度のp型不純物を含ませることにより形成可能である。つまり、本製造工程では、コンタクト層19の形成に際して、コンタクト層19を有しない従来タイプの半導体レーザの上部DBR層を形成する際の工程を、プロセス条件を少しだけ変えて実行しているだけであり、従来の工程に対して新たな工程を追加していない。
次に、フォトリソグラフィー処理および現像処理を行うことにより、例えば、円錐台部分18Bの上底(上面)の径よりも大きな径D3の円形状のレジスト層R1を形成する(図4(A))。その後、例えば、ウエットエッチング法により、レジスト層R1をマスクとして、積層構造20Dの上面から少なくとも上部DBR層16内に含まれるコンタクト層19の最下層にまで達すると共に被酸化層15Dの上面を超えない深さまで選択的にエッチングして、円錐台部分18Bを形成する(図4(B))。
なお、円錐台部分18Bを形成する際に、等方性のドライエッチングを用いることも可能ではあるが、ウエットエッチング法を用いた方が、円錐台部分18Bの傾斜面18E(特にコンタクト層19の側面)の面荒れが少なく、コンタクト層19と上部電極21との接触抵抗が小さくなる点でより好ましい。
次に、レジスト層R1を除去したのち、円錐台部分18Bを含む表面全体に渡ってフォトレジスト(図示せず)を形成する。次に、フォトリソグラフィー処理および現像処理を行うことにより、例えば、少なくとも円錐台部分18Bを覆う、直径D1の円形状のレジスト層R2を形成する(図5(A))。その後、例えば、ドライエッチング法により、レジスト層R2をマスクとして、少なくとも下部DBR層11の上部に達する深さまで選択的にエッチングして、円柱部分18Aを形成する(図5(B))。このようにして、円柱部分18Aおよび円錐台部分18Bからなる柱状のメサ部18が形成される。なお、図5(B)には、円柱部分18Aに平坦面18Cが形成されている場合が例示されている。
次に、レジスト層R2を除去したのち、水蒸気雰囲気中において、高温で酸化処理を行い、被酸化層15Dをメサ部18(円柱部分18A)の側面から選択的に酸化する(図6(A))。これにより、被酸化層15Dのうち側面から所定の深さまでの領域が酸化アルミニウムを含む酸化領域(絶縁領域)となり、その領域が電流狭窄領域15Aとなる。そして、それよりも奥の領域が未酸化領域となり、その領域が電流注入領域15Bとなる。このようにして、電流狭窄領域15Aおよび電流注入領域15Bからなる電流狭窄層15を有する積層構造20が形成される。
次に、平坦面18Cから傾斜面18E(コンタクト層19の側面)を経由して円錐台部分18Bの上面(コンタクト層17の上面)の外縁に渡る表面に、上部電極21を形成する(図6(B))。これにより、上部電極21が、コンタクト層19のうち円錐台部分18Bの側面に露出している露出面と、コンタクト層17の表面とにオーミック接触する。
最後に、台座部22、保護膜23、電極パッド24および下部電極25を順次形成する(図1、図2)。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ1が製造される。
次に、本実施の形態の半導体レーザ1の作用および効果について説明する。
本実施の形態の半導体レーザ1では、電極パッド24と下部電極25との間に所定の電圧が印加されると、電流注入領域15Bを通して活性層13に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の下部DBR層11および上部DBR層16により反射され、所定の波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして上部電極21の開口部21Aから外部に射出される。
ところで、本実施の形態の半導体レーザ1では、上部電極21が上部DBR層16内のコンタクト層19の側面にオーミック接触している。これにより、図7に示したように、半導体レーザ1の直列抵抗のうち上部電極21と電流狭窄層15との間の抵抗成分Rαは、以下の式(1)に示したように、Rc1、Rd1およびRc2と、Rbとの並列抵抗と、Rd2との和で表されることがわかる。
Rα=Rb×(Rc1+Rd1)/(Rb+Rc1+Rd1)+Rd2…(1)
Rα=Rb×(Rc1+Rd1)/(Rb+Rc1+Rd1)+Rd2…(1)
ここで、Rc1はコンタクト層17の厚み方向の抵抗、Rd1は上部DBR層16のうちコンタクト層19よりも上の層の抵抗、Rc2はコンタクト層19の厚み方向の抵抗、Rbはコンタクト層19の面内方向の抵抗である。通常、Rc1,Rc2はPd1よりも極めて小さいことから、上の式(1)を以下の式(2)に近似することができる。
Rα≒(Rb/(Rb+Rd1))×Rd1+Rd2…(2)
Rα≒(Rb/(Rb+Rd1))×Rd1+Rd2…(2)
一方、図8に示したように、上部電極121を、上部DBR層116上に設けたコンタクト層117とだけオーミック接触させた従来タイプの半導体レーザ100の場合には、半導体レーザ100の直列抵抗のうち上部電極121と電流狭窄層115との間の抵抗成分Rβは、以下の式(3)に示したように、Rc1と、Rd(=Rd1+Rd2)との和で表されることがわかる。さらに、上記と同様にして、式(3)を式(4)に近似する。
Rβ=Rc1+Rd1+Rd2…(3)
Rβ≒Rd1+Rd2…(4)
Rβ=Rc1+Rd1+Rd2…(3)
Rβ≒Rd1+Rd2…(4)
ここで、以下の式(5)のようにして、RαとRβとの差分ΔRをとると、RαがRβよりも(Rd1/(Rb+Rd1))×Rd1だけ小さいことがわかる。従って、Rd1およびRbの少なくとも一方を小さくすればする程、半導体レーザ1の直列抵抗を小さくすることができる。つまり、本実施の形態では、コンタクト層19を電流狭窄層15側に近づければ近づける程、半導体レーザ1の直列抵抗を小さくすることができ、また、コンタクト層19の面内方向の幅、すなわち円錐台部分18Bの下端の径D2を小さくすればする程、半導体レーザ1の直列抵抗を小さくすることができる。ただし、円錐台部分18Bの下端の径D2を小さくし過ぎると、メサ部18の共振特性に影響を与える可能性があるので、円錐台部分18Bの下端の径D2はメサ部18の共振特性に影響を与えない範囲内とすることが好ましい。
また、本実施の形態では、半導体レーザ1の直列抵抗の低減に貢献するコンタクト層19は、上述したように、例えば、上部DBR層16内の低屈折率層16Aを形成する際のプロセス条件のうちジメチルジンク(DMZ)の流量を多くし、上部DBR層16のうちコンタクト層19以外の層のp型不純物濃度よりも高濃度のp型不純物を含ませることにより形成可能である。つまり、本実施の形態では、コンタクト層19の形成に際して、コンタクト層19を有しない従来タイプの半導体レーザ(例えば図8の半導体レーザ100)の上部DBR層(例えば図8の上部DBR層116)を形成する際の工程を、プロセス条件を少しだけ変えて実行しているだけであり、従来の工程に対して新たな工程を追加していない。従って、コンタクト層19の形成に際して製造工程数が増加することはない。
なお、メサ部18の形成に要するエッチングの回数は、コンタクト層19を有しない従来タイプの半導体レーザの柱状のメサ部の形成に際して行われるエッチングの回数(1回)よりも1回多くなる。しかし、エッチング回数を1回増やすだけで、半導体レーザ1の直列抵抗に含まれる上部DBR層16の抵抗成分を小さくすることができるのであり、上記特許文献2に記載されているような、上部DBR層の側面を含む表面全体にコンタクト層を形成する工程を更に追加する必要はない。つまり、本実施の形態では、上記特許文献2に記載の製造方法よりも、工程数を減らすことができるので、製造工程数を大幅に増加させることなく、半導体レーザ1の直列抵抗を低減することができる。
また、本実施の形態において、コンタクト層19が低屈折率層16Aの部位に、低屈折率層16Aに代わって形成されている場合であって、かつ低屈折率層16Aと同一の組成(例えばAlx5Ga1−x5As)により構成されている場合には、コンタクト層19が高屈折率層16Bの部位に、高屈折率層16Bに代わって形成されている場合であって、かつ高屈折率層16Bと同一の組成(例えばAlx6Ga1−x6As(0≦x6<x5))により構成されている場合と比べて、コンタクト層19の不純物濃度を高くすることができる。これにより、コンタクト層19と上部電極21との接触抵抗や、コンタクト層19の面内方向の抵抗を低くすることができるので、半導体レーザ1の直列抵抗をより低減することができる。
また、本実施の形態では、等方性のエッチング(等方性のドライエッチングまたはウエットエッチング)を行って円錐台部分18Bを形成したのちに、異方性のエッチング(異方性のドライエッチング)を行って円柱部分18Aを形成することによりメサ部18を形成するようにしたので、被酸化層15Dの側面を、積層面に対して垂直に(またはほぼ垂直に)形成することができる。これにより、その後の酸化工程において、被酸化層15Dを側面から所定の深さまで精確に酸化することができるので、コンタクト層19の導入によって酸化工程の条件を変更する必要はない。
また、本実施の形態において、ウエットエッチングを行って円錐台部分18Bを形成したのちに、ドライエッチングを行って円柱部分18Aを形成することによりメサ部18を形成するようにした場合には、ドライエッチングだけでメサ部を形成した場合よりも、デバイスへの潜在ダメージを少なくすることができる。その結果、信頼性が向上する。
また、本実施の形態では、少なくとも円錐台部分18Bの傾斜面18E(コンタクト層19の側面)に上部電極21を形成するようにしたので、上記特許文献2などのように垂直な面に電極を形成する場合よりも、蒸着などによる電極形成が容易となり、歩留まりを向上させることができる。
また、本実施の形態において、上部電極21が傾斜面18Eから円錐台部分18Bの上面の外縁に渡って形成されている場合には、上部電極がメサ部の上面にだけ形成されている場合よりも、上部電極21による放熱性が向上する。特に、図2、図3に示したように、上部電極21が平坦面18Cから傾斜面18Eを経由して円錐台部分18Bの上面の外縁に渡って形成されている場合には、上部電極21のうち活性層13近傍の放熱効果が増大するので、上部電極21による放熱性が顕著に向上する。
[変形例]
上記実施の形態では、基板10としてn型半導体基板を用いた場合について説明したが、p型半導体基板を用いることも可能である。ただし、その場合には、上記実施の形態において例示した不純物の導電型を、p型からn型に、またはn型からp型に読み替えるものとする。
上記実施の形態では、基板10としてn型半導体基板を用いた場合について説明したが、p型半導体基板を用いることも可能である。ただし、その場合には、上記実施の形態において例示した不純物の導電型を、p型からn型に、またはn型からp型に読み替えるものとする。
また、上記実施の形態では、電流狭窄層15は、上部クラッド層14と上部DBR層16との間に設けられていたが、例えば、図9に示したように、上部DBR層16内に設けられていてもよい。ただし、その場合には、電流狭窄層15は、上部DBR層16のうち活性層13側から数えて数層離れた低屈折率層16Aの部位に、低屈折率層16Aの代わりに形成されていることが好ましい。また、コンタクト層19は、上部DBR層16内の、電流狭窄層15とコンタクト層17との間に形成されていることが好ましい。
また、上記実施の形態では、上部電極21が傾斜面18Eから円錐台部分18Bの上面の外縁に渡って一体に形成されている場合が例示されていたが、例えば、図10に例示したように、傾斜面18Eに形成されている部分(環状の金属層26)と、円錐台部分18Bの上面の外縁に形成されている部分(環状の金属層27)とが別体に形成されていてもよい。ただし、この場合には、金属層26がコンタクト層19の端面にオーミック接触し、活性層13へ電流注入する電極として機能し、他方、金属層27は主として横モード制御層として機能することになる。
また、上記実施の形態では、コンタクト層19の側面を傾斜面18Eに露出させ、その露出部分を上部電極21とオーミック接触させていたが、例えば、図11に示したように、コンタクト層19の側面をメサ部18の垂直面18Fに露出させ、その露出部分を上部電極21とオーミック接触させるようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、コンタクト層19の側面を傾斜面18Eに露出させ、その露出部分を上部電極21とオーミック接触させていたが、例えば、図12に示したように、コンタクト層19の外縁部分の上面をメサ部18の平坦面18Cに露出させ、その露出部分を上部電極21とオーミック接触させるようにしてもよい。なお、この場合には、コンタクト層19の直上にエッチングストップ層を設け、エッチングストップ層上に円錐台部分18Bを形成したのち、エッチングストップ層を除去することにより、コンタクト層19の外縁部分の上面をメサ部18の平坦面18Cに露出させることが好ましい。
以上、実施の形態およびその変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形可能である。
例えば、上記実施の形態等では、AlGaAs系の化合物半導体レーザを例にして本発明を説明したが、他の化合物半導体レーザ、例えばGaInP系、AlGaInP系、InGaAs系、GaInP系、InP系、GaN系、GaInN系、GaInNAs系などの化合物半導体レーザにも適用可能である。
1…半導体レーザ、10…基板、11…下部DBR層、12…下部クラッド層、13…活性層、13A…発光領域、14…上部クラッド層、15…電流狭窄層、15A…電流狭窄領域、16B…電流注入領域、16…上部DBR層、17,19…コンタクト層、18…メサ部、18A…円柱部分、18B…円錐台部分、18C…平坦面、18D,18F…垂直面、18E…傾斜面、20…積層構造、21…上部電極、22…台座部、23…保護膜、24…電極パッド、25…下部電極。
Claims (15)
- 下部多層膜反射鏡、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層および上部多層膜反射鏡をこの順に含む柱状の共振器構造と、電極とを備え、
前記上部多層膜反射鏡は1または複数のコンタクト層を含み、
前記電極は、前記コンタクト層にオーミック接触している面発光型半導体レーザ。 - 前記共振器構造の側面のうち少なくとも前記上部多層膜反射鏡の側面の全体もしくは一部が積層方向と交差する傾斜面となっており、
前記コンタクト層は、前記傾斜面内に露出する露出面を有し、
前記電極は、前記コンタクト層の露出面にオーミック接触している請求項1に記載の面発光型半導体レーザ。 - 前記共振器構造の側面のうち少なくとも前記上部多層膜反射鏡の側面の全体もしくは一部が積層方向と平行な垂直面となっており、
前記コンタクト層は、前記垂直面内に露出する露出面を有し、
前記電極は、前記コンタクト層の露出面にオーミック接触している請求項1に記載の面発光型半導体レーザ。 - 前記共振器構造は、前記コンタクト層の外縁部分の上面が当該共振器構造の側面に露出する階段状の側面を有し、
前記電極は、前記コンタクト層の露出面にオーミック接触している請求項1に記載の面発光型半導体レーザ。 - 前記電極は、前記共振器構造の側面から前記共振器構造の上面の外縁に渡って形成されている請求項1に記載の面発光型半導体レーザ。
- 前記コンタクト層は、前記上部多層膜反射鏡のうち前記活性層寄りに形成されている請求項5に記載の面発光型半導体レーザ。
- 前記上部多層膜反射鏡は、低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層して構成され、
前記上部多層膜反射鏡内の複数の高屈折率層のうち少なくとも一層が前記コンタクト層となっている請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ。 - 前記共振器構造は、前記上部クラッド層と前記上部多層膜反射鏡との間、または前記上部多層膜反射鏡内に電流狭窄層を含み、
前記コンタクト層は、前記上部多層膜反射鏡のうち、前記電流狭窄層との関係で前記活性層とは反対側に形成されている請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ。 - 前記コンタクト層のうち前記電極との接触面はウエットエッチングによって処理されたものである請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ。
- 前記共振器構造は、前記上部クラッド層と前記上部多層膜反射鏡との間、または前記上部多層膜反射鏡内に電流狭窄層を含み、
前記共振器構造の側面のうち少なくとも前記電流狭窄層の側面が積層面と垂直となっている請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ。 - 前記共振器構造の側面のうち少なくとも前記電流狭窄層の側面はドライエッチングによって処理されたものである請求項10に記載の面発光型半導体レーザ。
- 前記コンタクト層の不純物濃度は、前記上部多層膜反射鏡のうち当該コンタクト層以外の層の不純物濃度よりも高くなっている請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ。
- 半導体基板上に、下部多層膜反射鏡と、下部クラッド層と、活性層と、上部クラッド層と、1または複数のコンタクト層を含む上部多層膜反射鏡とをこの順に含む積層構造を形成する積層工程と、
前記積層構造を、当該積層構造の上面から前記下部多層膜反射鏡に達するまで選択的にエッチングすることにより、柱状の共振器構造を形成するエッチング工程と、
前記コンタクト層のうち前記共振器構造の側面に露出している露出面にオーミック接触するように電極を形成する電極形成工程と
を含む面発光型半導体レーザの製造方法。 - 前記エッチング工程において、前記積層構造を、ウエットエッチングにより、当該積層構造の上面から少なくとも前記コンタクト層まで選択的にエッチングする
ことを特徴とする請求項13に記載の面発光型半導体レーザの製造方法。 - 前記積層工程において、前記上部多層膜反射鏡を形成する際に、前記上部多層膜反射鏡内の所定の層の不純物濃度を、前記上部多層膜反射鏡内の所定の層以外の層の不純物濃度よりも高くすることによって前記コンタクト層を形成する
ことを特徴とする請求項13に記載の面発光型半導体レーザの製造方法。
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JP2008094620A JP2009252758A (ja) | 2008-04-01 | 2008-04-01 | 面発光型半導体レーザおよびその製造方法 |
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