JP2009252758A - 面発光型半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

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

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。

特開２００１−２１０９０８号広報 特開２００５−８５８３６号広報

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

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λ_１／４（λ_１は発振波長）のｎ型Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ａｓ（０＜ｘ１＜１）からなり、高屈折率層は例えば光学厚さがλ_１／４のｎ型Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ａｓ（０≦ｘ２＜ｘ１）からなる。下部クラッド層１２は、例えばｎ型Ａｌ_ｘ３Ｇａ_１−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Ａｌ_ｘ４Ｇａ_１−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λ_１／４のｐ型Ａｌ_ｘ５Ｇａ_１−ｘ５Ａｓ（０＜ｘ５＜１）からなる。高屈折率層１６Ｂは、例えば光学厚さがλ_１／４のｐ型Ａｌ_ｘ６Ｇａ_１−ｘ６Ａｓ（０≦ｘ６＜ｘ５）からなる。コンタクト層１７は、例えばｐ型Ａｌ_ｘ７Ｇａ_１−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Ａｌ_ｘ８Ｇａ_１−ｘ８Ａｓ（０＜ｘ８≦１）からなる。電流狭窄領域１５Ａは、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３（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λ_１／４のｐ型Ａｌ_ｘ９Ｇａ_１−ｘ９Ａｓ（０＜ｘ９＜１）からなり、低屈折率層１６Ａと同一の組成（例えばＡｌ_ｘ５Ｇａ_１−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、Ｈ_２Ｓｅ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）

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）

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）

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Ａｌ_ｘ５Ｇａ_１−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Ａｌ_ｘ６Ｇａ_１−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。

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。

本発明の一実施の形態に係る面発光型の半導体レーザの上面図である。 図１の半導体レーザの断面図である。 図２の半導体レーザの断面構成の一部を拡大した拡大図である。 図１の半導体レーザの製造過程の一例を説明するための断面図である。 図４に続く工程について説明するための断面図である。 図５に続く工程について説明するための断面図である。 図１の半導体レーザの直列抵抗について説明するための模式図である。 従来の半導体レーザの直列抵抗について説明するための模式図である。 図１の半導体レーザの一変形例の断面図である。 図１の半導体レーザの他の変形例の断面図である。 図１の半導体レーザのその他の変形例の断面図である。 図１の半導体レーザの更にその他の変形例の断面図である。 従来の半導体レーザの断面図である。

符号の説明

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
14. 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。
15. 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。

Images