JP2009289907A - 面発光型半導体レーザ - Google Patents

Abstract

【課題】ＡｌＧａＡｓ層を含むＤＢＲにおけるＡｌの拡散を抑え、発光強度の低下を抑制できる面発光型半導体レーザを提供する。
【解決手段】面発光型半導体レーザ１００は、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に設けられた下部ＤＢＲ部３と、下部ＤＢＲ部３上に設けられた上部ＤＢＲ部７と、下部ＤＢＲ部３と上部ＤＢＲ部７との間に設けられた活性層５とを備える。下部ＤＢＲ部３は、ｎ型Ａｌ_XＧａ_1-XＡｓ（０＜Ｘ≦１）からなる第１の層１９と、ｎ型Ａｌ_YＧａ_1-YＡｓ（０≦Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）からなる第２の層２１とを有し、第１の層１９における炭素濃度が３×１０¹⁵［ｃｍ^-3］以上１×１０¹⁸［ｃｍ^-3］以下となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、面発光型半導体レーザに関する。

面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）は、基板面に対して垂直な方向にレーザ光を放出する半導体レーザである。面発光型半導体レーザは、基板面に沿った方向にレーザ発振させる従来の端面発光型半導体レーザと比較して、共振器の長さを短くできるので消費電力を大幅に低減できるという極めて有利な特徴を有する。また、半導体レーザを生産する際には、一つのウェハに作り込まれた複数のチップの発光特性を検査する必要がある。端面発光型半導体レーザではウェハを切断して各チップを分離させた後でなければ発光特性を検査できないが、面発光型半導体レーザでは各チップを分離させる前の段階において発光特性を検査することが可能なので、一つのウェハから生産される複数のチップの発光特性の検査を効率よく行うことができる。

例えば、非特許文献１に記載された面発光型半導体レーザは、ＧａＡｓ基板上に設けられた多層膜からなる第１の分布ブラッグリフレクタ（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）と、この第１のＤＢＲ上に設けられた量子井戸構造を含む活性領域と、該活性領域上に設けられた第２のＤＢＲとを含む。この文献には、Ａｌ酸化膜による電流狭窄方法を工夫して寄生容量を低減し、より高速な動作を可能とする技術が記載されている。

また、非特許文献２には、ｎ型ＧａＡｓ基板上に設けられたｎ型のＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ多層膜からなる第１のＤＢＲと、この第１のＤＢＲ上に設けられた量子井戸構造を含む活性領域と、該活性領域上に設けられたｐ型のＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ多層膜からなる第２のＤＢＲとを含む面発光型半導体レーザが記載されている。この文献には、第２のＤＢＲにおけるｐ型不純物濃度を低減することにより該ＤＢＲにおける光の吸収作用を低減し、出射光量をより多くする技術が記載されている。

また、特許文献１には、ｎ型ＧａＡｓ基板上に設けられたｎ型のＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ／Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ多層膜からなる第１のＤＢＲと、この第１のＤＢＲ上に設けられた量子井戸構造を含む活性領域と、該活性領域上に設けられたｐ型のＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ／Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ多層膜からなる第２のＤＢＲとを含む面発光型半導体レーザが記載されている。この文献には、面発光型半導体レーザを構成する各半導体層のうち少なくとも一つの半導体層における水素濃度を５×１０¹⁸［ｃｍ^-3］以下とすることにより、面発光型半導体レーザの信頼性を向上させる技術が記載されている。
Y. C. Chang et al., "High-efficiency, high-speed VCSELs with deep oxidation layers", ELECTRONICS LETTERS, Vol. 42, No. 22, pp.1281-1282 (2006) Tetsuo Nishida et al., "3.0-mW GaInNAs long-wavelength vertical-cavity surface-emitting laser grown by metalorganic chemical vapor deposition", Proceedings of SPIE, Vol.5364, pp.166-173 (2004) 特開２００４−０１４７４７号公報

上述した特許文献や非特許文献に記載されているように、面発光型半導体レーザにおいては、高いＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓ層と、低いＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓ層またはＧａＡｓ層とからなるＤＢＲが多く採用されている。そして、多くの場合、このＤＢＲに不純物がドープされてｎ型やｐ型のＤＢＲとされる。しかしながら、高いＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓ層に対して過剰にｎ型不純物（例えばＳｉ）をドープすると、光を吸収して得たエネルギーによってｎ型不純物が格子間を移動するので、当該面発光型半導体レーザの累積通電時間の増加にしたがって該ＡｌＧａＡｓ層内のｎ型不純物が他方のＡｌＧａＡｓ層またはＧａＡｓ層に拡散する。そして、これに伴い、高いＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓ層内のＡｌも他方のＡｌＧａＡｓ層またはＧａＡｓ層に拡散するので、当該ＤＢＲの反射率を低下させる等の影響により、発光強度が低下してしまう。

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、ＡｌＧａＡｓ層を含むＤＢＲにおけるＡｌの拡散を抑え、発光強度の低下を抑制できる面発光型半導体レーザを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る第１の面発光型半導体レーザは、基板上に設けられた第１の分布ブラッグリフレクタと、第１の分布ブラッグリフレクタ上に設けられた第２の分布ブラッグリフレクタと、第１の分布ブラッグリフレクタと第２の分布ブラッグリフレクタとの間に設けられた活性層とを備え、第１及び第２の分布ブラッグリフレクタのうち少なくとも一方の分布ブラッグリフレクタが、ｎ型Ａｌ_XＧａ_1-XＡｓ（０＜Ｘ≦１）からなる第１の層と、ｎ型Ａｌ_YＧａ_1-YＡｓ（０≦Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）からなる第２の層とを有し、第１の層における炭素濃度が１×１０¹⁸［ｃｍ^-3］以下であることを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明に係る第２の面発光型半導体レーザは、基板上に設けられた第１の分布ブラッグリフレクタと、第１の分布ブラッグリフレクタ上に設けられた第２の分布ブラッグリフレクタと、第１の分布ブラッグリフレクタと第２の分布ブラッグリフレクタとの間に設けられた活性層とを備え、第１及び第２の分布ブラッグリフレクタのうち少なくとも一方の分布ブラッグリフレクタが、ｎ型Ａｌ_XＧａ_1-XＡｓ（０＜Ｘ≦１）からなる第１の層と、ｎ型Ａｌ_YＧａ_1-YＡｓ（０≦Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）からなる第２の層とを有し、第１の層が、その結晶成長の際に供給されるＶ族原料ガスのモル供給量とIII族原料ガスのモル供給量との比（Ｖ／III比）を１００以上として形成されたことを特徴とする。

本発明者は、面発光型半導体レーザの経時的な発光強度の低下を抑えるべく実験を繰り返した結果、上述した第１の面発光型半導体レーザのように、ｎ型Ａｌ_XＧａ_1-XＡｓ（０＜Ｘ≦１）からなる第１の層と、ｎ型Ａｌ_YＧａ_1-YＡｓ（０≦Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）からなる第２の層とを有するＤＢＲにおいて、第１の層に含まれる炭素濃度を１×１０¹⁸［ｃｍ^-3］以下とすることにより、Ａｌの拡散による発光強度の低下を抑制できることを見出した。ＡｌＧａＡｓを結晶成長させる際には、アルミニウム原料であるトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ：化学式(ＣＨ₃)₃Ａｌ）やガリウム原料であるトリメチルガリウム（ＴＭＧ：化学式(ＣＨ₃)₃Ｇａ）といった有機金属が用いられるが、これらの原料に含まれる炭素原子が、結晶成長の際にＡｌＧａＡｓ結晶中に入り込んでしまう。本発明者は、この炭素原子の濃度と発光強度との関係を実験により調査し、炭素原子の濃度が低いほど発光強度の経時変化が少ないことを見出した。特に、炭素濃度を１×１０¹⁸［ｃｍ^-3］以下とすること、望ましくは８×１０¹⁷［ｃｍ^-3］以下とすることにより、発光強度が殆ど変化しない面発光型半導体レーザを実現できることを見出した。すなわち、上記した第１の面発光型半導体レーザによれば、ＡｌＧａＡｓ層を含むＤＢＲにおけるＡｌの拡散を抑え、発光強度の低下を効果的に抑制できる。

また、第１の面発光型半導体レーザの第１の層における上述した炭素濃度は、第１の層の結晶成長の際に供給されるＶ族原料ガス（例えば砒素原料ガスであるアルシンＡｓＨ₃）のモル供給量と、III族原料ガス（例えばＴＭＡおよびＴＭＧ）のモル供給量との比（Ｖ／III比）を１００以上として第１の層を成長させることによって、好適に実現できる。すなわち、上記した第２の面発光型半導体レーザによれば、ＡｌＧａＡｓ層を含むＤＢＲにおけるＡｌの拡散を抑え、発光強度の低下を効果的に抑制できる。

また、上記した第１の面発光型半導体レーザは、第１の層における炭素濃度が８×１０¹⁷［ｃｍ^-3］以下であることを特徴としてもよい。本発明者の調査によれば、炭素濃度を８×１０¹⁷［ｃｍ^-3］以下とすることにより、発光強度の変化をより好適に抑えることができる。すなわち、この面発光型半導体レーザによれば、ＡｌＧａＡｓ層を含むＤＢＲにおけるＡｌの拡散を抑え、発光強度の低下をより効果的に抑制できる。

また、上記した第１の面発光型半導体レーザは、第１の層における炭素濃度が３×１０¹⁵［ｃｍ^-3］以上であることを特徴としてもよい。例えば二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Secondary Ion-microprobe Mass Spectrometry）等の測定方法によってＡｌＧａＡｓ結晶中の炭素濃度を測定した場合、その測定限界は３×１０¹⁵［ｃｍ^-3］である。したがって、第１の層における炭素濃度の測定値の下限はこのような値となるが、上記した第１の面発光型半導体レーザにおいては、第１の層における炭素濃度は低いほど好ましい。

また、上記した第１及び第２の面発光型半導体レーザは、基板がＧａＡｓ基板であることを特徴としてもよい。上記した面発光型半導体レーザによる効果は、ＡｌＧａＡｓと整合するＧａＡｓ基板を用いる場合に、より顕著となる。

また、上記した第１及び第２の面発光型半導体レーザは、少なくとも一方の分布ブラッグリフレクタが、ｎ型不純物としてＳｉ，Ｓ，Ｓｎ，ＴｅおよびＳｅのうち少なくとも一つの元素を含むことを特徴としてもよい。上記した面発光型半導体レーザによる効果は、ｎ型不純物の種類によらず、ＡｌＧａＡｓ結晶の純度が改善されることによってもたらされる。

また、上記した第１及び第２の面発光型半導体レーザは、第２の層がｎ型ＧａＡｓからなることを特徴としてもよい。このように、ＤＢＲがＡｌＧａＡｓ層およびＧａＡｓ層を含む場合にＡｌの拡散がより顕著となるので、上記した面発光型半導体レーザによる効果をより効果的に得ることができる。

本発明に係る面発光型半導体レーザによれば、ＡｌＧａＡｓ層を含むＤＢＲにおけるＡｌの拡散を抑え、発光強度の低下を抑制できる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る面発光型半導体レーザの一実施形態の断面構造を示す図面である。図１に示す面発光型半導体レーザ１００は、ｎ型ＧａＡｓ基板１と、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に設けられた第１のＤＢＲである下部ＤＢＲ部３と、下部ＤＢＲ部３上に設けられた第２のＤＢＲである上部ＤＢＲ部７とを備えている。下部ＤＢＲ部３と上部ＤＢＲ部７との間には、活性層５が設けられている。

活性層５と下部ＤＢＲ部３との間には、第１ＡｌＧａＡｓ層２５が設けられていると好ましく、活性層５と上部ＤＢＲ部７との間には、第２ＡｌＧａＡｓ層２７が設けられていると好ましい。第１ＡｌＧａＡｓ層２５、活性層５及び第２ＡｌＧａＡｓ層２７によって、垂直共振器が構成される。

活性層５と上部ＤＢＲ部７との間には、電流を閉じ込めるための電流狭窄層１０が設けられていると好ましい。電流狭窄層１０は、電流を通過させるための第１部分１１と、この第１部分１１を取り囲む環状の第２部分９とを備える。第１部分１１は例えばｐ型ＡｌＡｓからなり、第２部分９は例えばｐ型ＡｌＡｓが酸化されたものからなる。第１部分１１の厚さは、発光波長λ及びｐ型ＡｌＡｓの実効屈折率ｎ_ｒ３を用いて表すとき、λ／４ｎ_ｒ３であることが好ましい。

活性層５は、例えば、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）又は単一量子井戸構造（ＳＱＷ）等の量子井戸構造（ＱＷ）を有する。好適実施例では、活性層５は、ＩｎＧａＡｓ層及びＧａＡｓ層からなる量子井戸構造、またはＧａＩｎＮＡｓ層及びＧａＡｓ層からなる量子井戸構造等を有するとよい。

下部ＤＢＲ部３では、例えば、Ｓｉドープされたｎ型Ａｌ_XＧａ_1-XＡｓ（０＜Ｘ≦１）からなる第１の層と、ｎ型Ａｌ_YＧａ_1-YＡｓ（０≦Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）からなる第２の層とが交互に複数積層されている。一実施例では、４１層のｎ型ＡｌＧａＡｓ層（第１の層）１９と、４０層のｎ型ＧａＡｓ層（第２の層）２１とが交互に積層される。よって、下部ＤＢＲ部３の最上層及び最下層はｎ型ＡｌＧａＡｓ層１９となる。ｎ型ＡｌＧａＡｓ層１９における炭素濃度は、３×１０¹⁵［ｃｍ^-3］以上１×１０¹⁸［ｃｍ^-3］以下である。なお、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層１９の厚さは、発光波長λ及びｎ型ＡｌＧａＡｓの実効屈折率ｎ_ｒ１を用いて表すとき、λ／４ｎ_ｒ１であることが好ましい。ｎ型ＧａＡｓ層２１の厚さは、発光波長をλ、ｎ型ＧａＡｓの実効屈折率をｎ_ｒ２としたときに、λ／４ｎ_ｒ２であることが好ましい。なお、下部ＤＢＲ部３は、ｎ型不純物として、Ｓｉ，Ｓ，Ｓｎ，ＴｅおよびＳｅのうち少なくとも一つの元素を含むとよい。例えば下部ＤＢＲ部３のｎ型不純物としてＳｉをドープする場合、その原料ガスとしてはシラン（ＳｉＨ₄）が好適に用いられる。

上部ＤＢＲ部７は、交互に積層された複数のｐ型ＧａＡｓ層３１と複数のｐ型ＡｌＧａＡｓ層３３とを有している。一実施例では、２０層のｐ型ＧａＡｓ層３１と、２０層のｐ型ＡｌＧａＡｓ層３３とが交互に積層される。上部ＤＢＲ部７の最上層はｐ型ＧａＡｓ層３１であり、最下層はｐ型ＡｌＧａＡｓ層３３である。ｐ型ＧａＡｓ層３１の厚さは、発光波長λ及びＧａＡｓの実効屈折率ｎ_ｒ６を用いて表すとき、λ／４ｎ_ｒ６であることが好ましい。ｐ型ＡｌＧａＡｓ層３３の厚さは、発光波長λ及びＡｌＧａＡｓの実効屈折率ｎ_ｒ７を用いて表すとき、λ／４ｎ_ｒ７であることが好ましい。なお、上部ＤＢＲ部７は、ｐ型不純物として、亜鉛（Ｚｎ）や炭素（Ｃ）を含むとよい。例えば上部ＤＢＲ部７のｐ型不純物として炭素（Ｃ）をドープする場合、その原料としては四臭化炭素（ＣＢｒ₄）が好適に用いられる。

上部ＤＢＲ部７の表面は、第１領域と、この第１領域を取り囲む第２領域とを有している。第２領域上にはｐ型電極１５が設けられている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面には、ｎ型電極１７が設けられている。

また、上述した構成のうち、第１ＡｌＧａＡｓ２５，活性層５，第２ＡｌＧａＡｓ２７，電流狭窄層１０，および上部ＤＢＲ部７は、基板１の一部の領域上にのみ選択的に形成されたメサ部１３を構成しており、このメサ部１３の周囲はポリイミド層２３によって埋め込まれている。ポリイミド層２３上の全面にはｐ型電極１５が設けられている。

以上の構成を備える面発光型半導体レーザ１００において、ｐ型電極１５及びｎ型電極１７に電圧を印加すると、活性層５に電流が供給される。これにより、レーザ光が上部ＤＢＲ部７を透過して外部に放出される。

続いて、本実施形態の面発光型半導体レーザ１００による効果を説明する前に、発明者が行った実験の結果について説明する。

まず、複数のＧａＡｓ基板上に、ＴＭＧ、ＴＭＡおよびＡｓＨ₃を原料として用いて有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ法）によりＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓをエピタキシャル成長させた。このとき、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓの成長温度を７２０℃とし、成長圧力を１００［Ｔｏｒｒ］（＝１３．３［ｋＰａ］）とした。また、複数のＧａＡｓ基板それぞれにおける、Ｖ族原料ガス（ＡｓＨ₃）のモル供給量と、III族原料ガス（ＴＭＧ及びＴＭＡ）のモル供給量との比（すなわちＶ／III比）を下の表１に示す値として、ＡｌＧａＡｓを成長させた。その後、各ＧａＡｓ基板上に成長したＡｌＧａＡｓ中の炭素濃度をＳＩＭＳにより評価した。その結果を表１に併せて示す。また、図２は、表１に基づくＶ／III比と炭素濃度との関係をプロットした図である。

表１および図２に示されるように、例えばＶ／III比を９２とした場合には炭素濃度は１．２×１０¹⁸［ｃｍ^-3］であるのに対して、例えばＶ／III比を１２０とした場合には炭素濃度は６．０×１０¹⁷［ｃｍ^-3］であった。

このように、ＡｌＧａＡｓ結晶中の炭素濃度とＶ／III比との間には有意な相関がみられた。次に、本発明者は、ＤＢＲのＡｌＧａＡｓ結晶中における炭素濃度がそれぞれ異なる複数の面発光型半導体レーザを作製した。ここで、複数の面発光型半導体レーザの構成は、ＤＢＲの炭素濃度を除いて図１に示した面発光型半導体レーザ１００と同様とした。また、これらの面発光型半導体レーザの下部ＤＢＲ部３を、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層（第１の層）及びＧａＡｓ層（第２の層）を交互に積層して構成し、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層を成長させる際のＶ／III比を調整することにより、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層の炭素濃度を表１に示した各濃度とした。

なお、これらの面発光型半導体レーザを作製する際、活性層５を成長させるためのＩｎ原料及びＧａ原料としてそれぞれトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）及びＴＭＧを使用し、井戸層におけるＩｎ組成を０．２とした。また、上部ＤＢＲ部７のｐ型ＡｌＧａＡｓ層３３におけるＡｌ組成を０．７とし、第１ＡｌＧａＡｓ層２５および第２ＡｌＧａＡｓ層２７におけるＡｌ組成を０．３とした。

図３は、Ｖ／III比を９２とした場合における下部ＤＢＲ部３のＳＩＭＳ評価の結果を示す図であり、図４は、Ｖ／III比を１２０とした場合における下部ＤＢＲ部３のＳＩＭＳ評価の結果を示す図である。図３に示すように、Ｖ／III比を９２とした場合、下部ＤＢＲ部３のＧａＡｓ層（図中の区間Ａ）における炭素濃度は検出限界に近い３×１０¹⁵［ｃｍ^-3］であり、ＡｌＧａＡｓ層（図中の区間Ｂ）における炭素濃度は１．２×１０¹⁸［ｃｍ^-3］であり、表１に示した結果と整合した。また、図４に示すように、Ｖ／III比を１２０とした場合、下部ＤＢＲ部３のＧａＡｓ層（図中の区間Ａ）における炭素濃度は検出限界に近い３×１０¹⁵［ｃｍ^-3］であり、ＡｌＧａＡｓ層（図中の区間Ｂ）における炭素濃度は６．０×１０¹⁷［ｃｍ^-3］であり、表１に示した結果と整合した。なお、Ｖ／III比を３５とした場合、６０とした場合、及び１０８とした場合のそれぞれについては、図示しないが表１に示した結果と整合する炭素濃度値となった。

これらの面発光型半導体レーザの基板温度を８５℃に保ちつつ１０［ｍＡ］の電流を供給して、上部ＤＢＲ部７を透過して外部に放出されるレーザ光強度の経時変化を調べたところ、図５に示す結果が得られた。図５において、縦軸はレーザ光強度であり、横軸は経過時間（累積通電時間）である。なお、縦軸の数値は、面発光型半導体レーザが生産された直後におけるレーザ光強度で規格化した値である。また、図５に示すグラフＧ１は、下部ＤＢＲ部３におけるＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層の炭素濃度を５．０×１０¹⁸［ｃｍ^-3］とした場合を示している。グラフＧ２は、該Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層の炭素濃度を２．０×１０¹⁸［ｃｍ^-3］とした場合を示している。グラフＧ３は、該Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層の炭素濃度を８．０×１０¹⁷［ｃｍ^-3］とした場合を示している。

図５に示すように、ＡｌＧａＡｓ層中の炭素濃度が高いほど、累積通電時間の増加によるレーザ光強度の低下が顕著となった。そして、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層の炭素濃度が１×１０¹⁸［ｃｍ^-3］以下である場合、特に炭素濃度を８×１０¹⁷［ｃｍ^-3］とした場合には、累積通電時間の増加によるレーザ光強度の低下は殆ど見られなかった。

この実験結果から、下部ＤＢＲ部３の第１の層、すなわちＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層に含まれる炭素濃度を１×１０¹⁸［ｃｍ^-3］以下、望ましくは８×１０¹⁷［ｃｍ^-3］以下とすることにより、Ａｌの拡散によるレーザ光強度の低下を抑制できることが見出された。ＡｌＧａＡｓを結晶成長させる際には、ＴＭＡやＴＭＧといった有機金属が用いられるが、これらの原料ガスに含まれる炭素原子が、結晶成長の際にＡｌＧａＡｓ結晶中に入り込んでしまうが、上述したように、炭素濃度を１×１０¹⁸［ｃｍ^-3］以下、望ましくは８×１０¹⁷［ｃｍ^-3］以下とすることにより、レーザ光強度が殆ど劣化しない面発光型半導体レーザを実現できる。

また、図２を参照すると、このような炭素濃度（１×１０¹⁸［ｃｍ^-3］以下）は、ＡｌＧａＡｓ層の結晶成長の際に供給されるＶ族原料ガス（アルシン）のモル供給量と、III族原料ガス（ＴＭＡおよびＴＭＧ）のモル供給量との比（Ｖ／III比）を１００以上としてＡｌＧａＡｓ層を成長させることによって、好適に実現できる。なお、このＶ／III比の上限は、２００程度である。Ｖ／III比がこのように極端に高い場合、ＡｌＧａＡｓ層の結晶成長時のＡｓ分圧が高く、結晶格子間にＡｓが混入することなどが起こり、結晶中に結晶欠陥を発生させるからである。

また、ＡｌＧａＡｓ層の炭素濃度は、ＳＩＭＳ等による濃度測定の検出限界値である３×１０¹⁵［ｃｍ^-3］以上であってもよい。ＡｌＧａＡｓ層における炭素濃度の測定値の下限は必然的にこのような値となるが、ＡｌＧａＡｓ層における炭素濃度は低いほど好ましい。

また、本実施形態のように、基板１はＧａＡｓ基板であることが好ましい。本実施形態の面発光型半導体レーザ１００による上記した効果は、ＡｌＧａＡｓと整合するＧａＡｓ基板を用いる場合に、より顕著となる。

また、本実施形態のように、下部ＤＢＲ部３は、ｎ型不純物としてＳｉに限らずＳ，Ｓｎ，ＴｅおよびＳｅのうち少なくとも一つの元素を含んでもよい。本実施形態の面発光型半導体レーザ１００による上記した効果は、ｎ型不純物の種類によらず、ＡｌＧａＡｓ結晶の純度が改善されることによってもたらされる。

また、本実施形態のように、下部ＤＢＲ部３の第２の層はｎ型ＧａＡｓからなることが好ましい。このように、下部ＤＢＲ部３がＡｌＧａＡｓ層およびＧａＡｓ層を含む場合にＡｌの拡散がより顕著となるので、本実施形態の面発光型半導体レーザ１００による上記した効果をより効果的に得ることができる。

本発明による面発光型半導体レーザは、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では活性層がＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸構造を有する場合について説明したが、本発明は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸構造やＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸構造など、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系のＤＢＲを用いる全ての面発光型半導体レーザに適用できる。例えば、本発明は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ多層膜からなるＤＢＲが予め形成された基板にＩｎＰ系の活性層を貼り付けたような構成を備える面発光型半導体レーザにも適用可能である。

また、上記実施形態では下部ＤＢＲ部がｎ型ＡｌＧａＡｓ層を含む場合について説明したが、上部ＤＢＲ部がｎ型ＡｌＧａＡｓ層を含む場合や、下部ＤＢＲ部および上部ＤＢＲ部の双方がｎ型ＡｌＧａＡｓ層を含む場合であっても、本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、ＤＢＲのＡｌＧａＡｓ層における炭素濃度を低減するためにＶ／III比を調整する方法を例示したが、炭素濃度を低減するためにはこの方法以外にも例えばＡｌＧａＡｓ層の成長温度を変化させる、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成を調整するといった様々な方法がある。本発明に係る面発光型半導体レーザは、ＤＢＲのＡｌＧａＡｓ層における炭素濃度を低減するための様々な方法によって製造可能である。

図１は、本発明に係る面発光型半導体レーザの一実施形態の断面構造を示す図面である。 図２は、表１に基づくＶ／III比と炭素濃度との関係をプロットした図である。 図３は、Ｖ／III比を９２とした場合における下部ＤＢＲ部３のＳＩＭＳ評価の結果を示す図である。 図４は、Ｖ／III比を１２０とした場合における下部ＤＢＲ部３のＳＩＭＳ評価の結果を示す図である。 図５は、基板温度を８５℃に保ちつつ１０［ｍＡ］の電流を供給して、上部ＤＢＲ部７を透過して外部に放出されるレーザ光強度の経時変化を調べた結果を示す図である。

符号の説明

１…ｎ型ＧａＡｓ基板、３…下部ＤＢＲ部、５…活性層、７…上部ＤＢＲ部、９…第１の部分、１０…電流狭窄層、１１…第２の部分、１３…メサ部、１５…ｐ型電極、１７…ｎ型電極、１９…ｎ型ＡｌＧａＡｓ層、２１…ｎ型ＧａＡｓ層、２３…ポリイミド層、２５…第１ＡｌＧａＡｓ層、２７…第２ＡｌＧａＡｓ層、３１…ｐ型ＧａＡｓ層、３３…ｐ型ＡｌＧａＡｓ層、１００…面発光型半導体レーザ。

Claims (7)

1. 基板上に設けられた第１の分布ブラッグリフレクタと、
   前記第１の分布ブラッグリフレクタ上に設けられた第２の分布ブラッグリフレクタと、
   前記第１の分布ブラッグリフレクタと前記第２の分布ブラッグリフレクタとの間に設けられた活性層と
   を備え、
   前記第１及び第２の分布ブラッグリフレクタのうち少なくとも一方の分布ブラッグリフレクタが、ｎ型Ａｌ_XＧａ_1-XＡｓ（０＜Ｘ≦１）からなる第１の層と、ｎ型Ａｌ_YＧａ_1-YＡｓ（０≦Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）からなる第２の層とを有し、
   前記第１の層における炭素濃度が１×１０¹⁸［ｃｍ^-3］以下であることを特徴とする、面発光型半導体レーザ。
2. 前記第１の層における炭素濃度が８×１０¹⁷［ｃｍ^-3］以下であることを特徴とする、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
3. 前記第１の層における炭素濃度が３×１０¹⁵［ｃｍ^-3］以上であることを特徴とする、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ。
4. 基板上に設けられた第１の分布ブラッグリフレクタと、
   前記第１の分布ブラッグリフレクタ上に設けられた第２の分布ブラッグリフレクタと、
   前記第１の分布ブラッグリフレクタと前記第２の分布ブラッグリフレクタとの間に設けられた活性層と
   を備え、
   前記第１及び第２の分布ブラッグリフレクタのうち少なくとも一方の分布ブラッグリフレクタが、ｎ型Ａｌ_XＧａ_1-XＡｓ（０＜Ｘ≦１）からなる第１の層と、ｎ型Ａｌ_YＧａ_1-YＡｓ（０≦Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）からなる第２の層とを有し、
   前記第１の層が、その結晶成長の際に供給されるＶ族原料ガスのモル供給量とIII族原料ガスのモル供給量との比（Ｖ／III比）を１００以上として形成されたことを特徴とする、面発光型半導体レーザ。
5. 前記基板がＧａＡｓ基板であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ。
6. 前記少なくとも一方の分布ブラッグリフレクタが、ｎ型不純物としてＳｉ，Ｓ，Ｓｎ，ＴｅおよびＳｅのうち少なくとも一つの元素を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ。
7. 前記第２の層がｎ型ＧａＡｓからなることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ。

Images