JP2800746B2 - 面発光デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
面発光デバイスおよびその製造方法Info
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Description
よびその製造方法に関し、特に、抵抗が低くかつ基本横
モードでの発振が可能な面発光レーザの構造およびその
製造方法に関するものである。
に関する関心が高まるなかで、大量の処理が可能な、2
次元的な光処理・接続システムの構築に向けて研究・開
発が活発化している。この用途に適した発光デバイスと
して面発光レーザがある。端面出射型レーザでは集積化
が困難であるため、電気的な配線の関係で並列配置され
る素子数が制限を受ける可能性が高いが、面発光レーザ
では、集積化が容易であるため、多数の発光素子の2次
元配列を容易に構成できるからである。而して、多くの
用途では、基本横モードで発振し偏光方向が安定してい
ることが求められる。
原他により1995年電子情報通信学会総合大会予稿集
C−363に報告されている。その斜視図を図5に示
す。この面発光レーザでは、n型GaAs基板21の上
に、n型多層反射膜22、n型AlGaAsクラッド層
23、InGaAs活性層24、p型AlGaAsクラ
ッド層25、p型多層反射膜26からなる多層膜がエピ
タキシャル成長されている。ここで、p型多層反射膜2
6は、16対のGaAs/AlAsにより構成されてい
るが、その膜厚は、媒質内波長をλとしたとき、最下層
のGaAsのみが5/4λ厚になされ、他は1/4λ厚
となっている。最下層のGaAs層は横方向のシート抵
抗を減少させるために厚い層になされており、p側電極
28のコンタクト層26aとして用いられている。
クト層26aまでのエッチングすることによって形成し
たポスト30と活性層の深さへのイオン注入により形成
した高抵抗領域31によって行っている。p型電極28
は素子を覆うように形成されており、p型電極28とコ
ンタクト層26aの接触する部分からInGaAs活性
層24に向かって横方向に電流が注入される。n側電極
27はエピタキシャル層の一部をエッチングしてn型多
層反射膜22の一部を露出させてその上部に形成する。
電極形成後にp側電極28とn側電極27の上部にヒー
トシンクを兼ねた厚膜金属によるボンディングパッド
(図示なし)を形成する。基板裏面を研磨して、レーザ
光出射面である裏面に無反射コート29を施す。
ムに偏光に依存する光学素子を用いる場合には、面発光
レーザの偏光を制御する必要があるが、面発光レーザの
偏光方向を制御する手段として、短辺が6μm以下の長
方形ポストを導入することによって、横モードの異方性
を利用して、偏光を1方向に制御する方法がある。これ
に関する技術は、吉川他により、1994年秋季応用物
理学会学術予稿集22p−S−5に報告されている。
ーザでは、素子抵抗は低くなるものの、活性層とポスト
の間に5/4λ層があるため、活性層とポストの距離が
遠くなるために光の横方向の閉じ込め作用が弱く、基本
横モードでの動作が困難であった。また、横多モード発
振の場合にはモードの飛びにより偏光方向もスイッチす
るので、偏光制御も困難となっていた。
を行うためには、ポストと活性層の距離を狭くすること
が有効であるが、その場合には非常に薄い層を電流が横
方向に流れることから電流経路の抵抗が大きくなり、素
子抵抗の上昇、電力−光変換効率が低下するなどの問題
が生じることになる。すなわち、従来の面発光デバイス
では、素子抵抗の低減と基本横モード発振、あるいは偏
光制御とを両立させることができなかった。したがっ
て、本発明の目的とするところは、素子抵抗を上昇させ
ることなく、基本横モードでの動作を可能ならしめ、こ
れにより偏光の安定化を図ることである。
めの本発明による面発光デバイスは、半導体基板上に、
第1導電型多層反射膜、第1導電型クラッド層、活性
層、第2導電型クラッド層および第2導電型多層反射膜
が形成され、横断面が長方形の角柱型に加工されたポス
ト部分に面発光レーザが形成されているものであって、
前記ポストの対向する2側面の中心部下端は前記第1導
電型クラッド層と接しており、かつ、対向する他の2側
面は2段メサ形状をなしており、第1メサ部分の側面下
端は前記第2導電型多層反射膜の下層部分と接し、第2
メサ部分の側面下端は前記第1導電型多層反射膜と接し
ており、かつ、前記活性層の4つの側面は前記ポストの
側面をなしていることを特徴としている。
発明による面発光デバイスの製造方法は、 半導体基板上に、第1導電型多層反射膜、第1導電
型クラッド層、活性層、第2導電型クラッド層および第
2導電型多層反射膜を順次成長させる工程と、 1ないし複数本のストライプ状マスクを形成し、こ
れをマスクとして前記第2導電型多層反射膜をその下層
部分が露出するまでエッチングしてストライプ状のメサ
を形成する工程と、 前記メサに直交してこれを跨ぎ、端部が前記第2導
電型多層反射膜の下層部分と接する1乃至複数個の第2
導電型側電極を形成する工程と、 前記第2導電型側電極をマスクとしてエピタキシャ
ル成長層を所定の深さまでエッチングして1乃至複数個
の角柱状のポストを形成する工程と、 を有している。
光デバイスの平面図であり、図1(b)、(c)は、図
1(a)のA−A線とB−B線での断面図である。ま
た、図2は、本発明による面発光デバイスの斜視図であ
る。図1、図2に示されるように、半導体基板1上に
は、第1多層反射膜2、第1クラッド層3、活性層4、
第2クラッド層5、第2多層反射膜6がエピタキシャル
成長されているが、第2多層反射膜6の最下層の層はコ
ンタクト層6aとして他のλ/4厚の層より厚くなされ
ている。
るが、ポスト10の図1(c)の断面に垂直な側面は活
性層3を越えて第1クラッド層3と接している。ポスト
10の図1(b)の断面と垂直な側面は2段メサ状とな
っており、第1メサの側面は第2多層反射膜6の最下層
に設けられたコンタクト層6aと接し、第2メサの側面
は第1多層反射膜2と接している。
されており、また第2多層反射膜6上にはこれを覆うよ
うに、コンタクト層6aと接する第2電極8が形成され
ている。この構成では、活性層3への電流注入はコンタ
クト層6aでの横方向電流経路を介して行われる。基板
裏面には、光を取り出すための無反射コート9が施され
ている。図示された面発光デバイスでは、面発光レーザ
は1個しか形成されていないがアレイ状にあるいはマト
リックス状に複数のレーザを集積化することができる。
を短辺とする長方形とすることができる。ポストの横断
面が長方形をなしているとき、短辺および長辺に平行な
振動面をもつ光が発振可能であるが振動方向が短辺に平
行な偏光の方が損失が大きいため、長辺に平行な振動面
をもつ偏光が優勢な発振が行われることになる。ポスト
形状を図1(b)の断面と垂直な辺を短辺とする長方形
とするとき、長方形の長辺側が活性層の下までエッチン
グされていることにより、長辺に平行な振動面をもつ偏
光の光閉じ込め機能が強化され、横基本モードでの発振
が容易になり、また偏光状態も安定化する。また、本発
明の面発光デバイスでは、電流注入が比較的厚いコンタ
クト層を介して行われるため、素子抵抗が小さく維持す
ることができる。
て説明する。図3(a)〜(d)、図4(e)〜(g)
は、本発明の一実施例の製造方法を説明するための工程
順断面図である。また、図3(c′)、図4(e′)
は、それぞれ図3(c)と図4(e)の平面図である。
本実施例の面発光デバイスを作製するには、n型GaA
s基板11上に順に、n型多層反射膜(GaAs/Al
Asの18対)12、n型Al0.4 Ga0.6 Asクラッ
ド層13、In0.2 Ga0.8 As活性層14、n型Al
0.4 Ga0.6 Asクラッド層15、p型多層反射膜(G
aAs/AlAsの16対)16を成長させたエピタキ
シャルウェハを用いる。その際、p型多層反射膜の最も
中間層に近いGaAs層は、λを共振器内波長としたと
き、その厚さを5/4λとしたコンタクト層16aとす
る〔図3(a)〕。
エッチングして、n型多層反射膜12上にn側電極17
を形成する〔図3(b)〕。次に、このウェハ上にフォ
トリソグラフィ法を適用して幅6μmのストライプ状の
フォトレジストマスク20を形成し〔図3(c)、
(c′)〕、これをマスクとして塩素ガスなどを用いた
ドライエッチングによりp型多層反射膜16を最下層の
コンタクト層16aまでエッチングする〔図3
(d)〕。図には、フォトレジストマスクは1本のみが
示されているだけであるが、ウェハ上に複数本平行に形
成することができる。
な溶剤、あるいは酸素プラズマなどを用いて剥離した後
に、元のストライプマスク上に垂直に5×10μmの長
方形のp側電極を兼ねた厚膜金属マスク18を形成する
〔図4(e)、(e′)〕。その後、その厚膜金属マス
ク18を用いて、エピタキシャルウェハをn型多層反射
膜12までエッチングする〔図4(f)〕。その際、最
初にフォトレジストマスクで覆われていた領域は活性層
の直ぐ下までエッチングされるようにする。最後に、基
板裏面を研磨し、無反射コート19を施す〔図4
(g)〕。
lAs/InGaAsとしたが、他の材料系でもよい。
また、n側電極17は、第2回目のエッチングの終了後
に行うようにしてもよい。また、第2回目のエッチング
はn型多層反射膜までとしたが、活性層の手前で止め
て、イオン注入により素子分離を行ってもよい。また、
素子サイズは5×6μmとしたが、横基本モード発振が
可能なサイズであればこれに限らない。さらに、コンタ
クト層は5/4λ厚としたが、1/4λの奇数倍であれ
ばよい。
光デバイスは、面発光レーザの形成されるポストの一方
の側面を活性層の近くあるいはこれを越えるように形成
し、他方を2段メサ構造とし、1段メサ部においてコン
タクトを取るようにしたものであるので、本発明によれ
ば、素子抵抗を低く抑えたまま、光閉じ込め機能を強化
して横基本モードでの発振を可能ならしめることがで
き、偏光方向を安定させることができる。
断面図。
工程順断面図の一部と一工程段階での平面図。
の、図3の工程に続く工程での工程順断面図と一工程段
階での平面図。
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体基板上に、第1導電型多層反射
膜、第1導電型クラッド層、活性層、第2導電型クラッ
ド層および第2導電型多層反射膜が形成され、横断面が
長方形の角柱型に加工されたポスト部分に面発光レーザ
が形成されている面発光デバイスにおいて、前記ポスト
の対向する2側面の中心部下端は前記第1導電型クラッ
ド層と接しており、かつ、対向する他の2側面は2段メ
サ形状をなしており、第1メサ部分の側面下端は前記第
2導電型多層反射膜の下層部分と接し、第2メサ部分の
側面下端は前記第1導電型多層反射膜と接しており、か
つ、前記活性層の4つの側面は前記ポストの側面をなし
ていることを特徴とする面発光デバイス。 - 【請求項2】 半導体基板上に、第1導電型多層反射
膜、第1導電型クラッド層、活性層、第2導電型クラッ
ド層および第2導電型多層反射膜が形成され、角柱型に
加工されたポスト部分に面発光レーザが形成されている
面発光デバイスにおいて、前記ポストの対向する2側面
の中心部下端は前記第2導電型クラッド層と接してお
り、対向する他の2側面は2段メサ形状をなしており、
第1メサ部分の側面下端は前記第2導電型多層反射膜の
下層部分と接し、第2メサ部分の側面下端は前記第2導
電型クラッド層または前記第1導電型クラッド層と接し
ており、かつ、前記活性層の少なくとも2側面部分は前
記ポストの側面をなしており該活性層の前記ポストの側
面をなしていない側面部分は素子分離用高抵抗領域に接
していることを特徴とする面発光デバイス。 - 【請求項3】 複数の面発光レーザが同一基板上に1列
若しくは複数列に配列されていることを特徴とする請求
項1または2記載の面発光デバイス。 - 【請求項4】 (1)半導体基板上に、第1導電型多層
反射膜、第1導電型クラッド層、活性層、第2導電型ク
ラッド層および第2導電型多層反射膜を順次成長させる
工程と、 (2)1ないし複数本のストライプ状マスクを形成し、
これをマスクとして前記第2導電型多層反射膜をその下
層部分が露出するまでエッチングしてストライプ状のメ
サを形成する工程と、 (3)前記メサに直交してこれを跨ぎ、端部が前記第2
導電型多層反射膜の下層部分と接する1乃至複数個の第
2導電型側電極を形成する工程と、 (4)前記第2導電型側電極をマスクとしてエピタキシ
ャル成長層を所定の深さまでエッチングして1乃至複数
個の角柱状のポストを形成する工程と、 を有することを特徴とする面発光デバイスの製造方法。 - 【請求項5】 前記第(4)の工程において、深い方の
エッチングが前記第1導電型反射膜にまで到達し、浅い
方のエッチングが前記活性層より下に達することを特徴
とする請求項4記載の面発光デバイスの製造方法。 - 【請求項6】 前記第(4)の工程における浅い方のエ
ッチングが前記活性層より上で終了しており、かつ、前
記第(4)の工程の後に、活性層の前記ポストの側面に
囲まれていない周囲にイオン注入を行って素子分離用高
抵抗領域を形成する工程が付加されることを特徴とする
請求項4記載の面発光デバイスの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7321258A JP2800746B2 (ja) | 1995-11-16 | 1995-11-16 | 面発光デバイスおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7321258A JP2800746B2 (ja) | 1995-11-16 | 1995-11-16 | 面発光デバイスおよびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09139547A JPH09139547A (ja) | 1997-05-27 |
JP2800746B2 true JP2800746B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=18130575
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7321258A Expired - Fee Related JP2800746B2 (ja) | 1995-11-16 | 1995-11-16 | 面発光デバイスおよびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2800746B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6898105B2 (en) | 2002-06-19 | 2005-05-24 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Ferroelectric non-volatile memory device having integral capacitor and gate electrode, and driving method of a ferroelectric non-volatile memory device |
Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
JP2008159627A (ja) * | 2006-12-20 | 2008-07-10 | Rohm Co Ltd | 半導体発光素子 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3093547B2 (ja) * | 1993-12-28 | 2000-10-03 | 日本電気株式会社 | 光集積回路およびその製造方法 |
-
1995
- 1995-11-16 JP JP7321258A patent/JP2800746B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (5)
Title |
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1995年電子情報通信学会総合大会予稿集C−363 |
APPL.PHYS.LETT.66〜8!(1995)P.908−910 |
IEEE PHOTON.TECHNOL.LETT.5〜2!(1993)P.136−139 |
JPN.J.APPL.PHYS.〜32!(1993)P.604−608 |
JPN.J.APPL.PHYS.〜33!(1994)P.1352−1356 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6898105B2 (en) | 2002-06-19 | 2005-05-24 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Ferroelectric non-volatile memory device having integral capacitor and gate electrode, and driving method of a ferroelectric non-volatile memory device |
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JPH09139547A (ja) | 1997-05-27 |
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