JP2956553B2 - 面発光レーザ及びその製造方法 - Google Patents

面発光レーザ及びその製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザ及びそ
の製造方法に関し、特に低しきい電流で高効率な動作が
可能な面発光半導体レーザ及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】面発光レーザの低しきい電流(「しきい
値電流」ともいう)を実現するための電流狭窄構造に
は、従来、二つの方法が用いられていた。その一つは、
図5(a)に示すように、活性層4以上の深さまで数ミ
クロン径のポスト形状に加工して、このポスト形状で電
流を活性層4の狭い領域に注入する方法(「第1の従来
例」という)である。なお、図5(a)において、1は
基板、2は下側多層反射膜、3は中間層、4は活性層、
5は上側多層反射膜、6は電極を示し、図中矢印は光出
力を示している。
【0003】もう一つは、図5(b)に示すように、イ
オン注入7により活性層4の数ミクロン径の領域以外を
高抵抗化して電流を狭窄する方法(「第2の従来例」と
いう)である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
1の従来例においては、ポスト加工を行うと、活性層4
の側面が大気に曝されるため、ここで非発光再結合が生
じ、レーザの特性に影響を及ぼす。また、ポスト外部に
放熱体が無いと、活性層4で発生した熱の逃げ場がな
く、温度特性が劣化するという問題点を有する。
【0005】一方、上記第2の従来例において、イオン
注入を用いた場合には、イオン注入により結晶にダメー
ジ(損傷)が発生することや、イオン注入を行うための
大がかりな注入装置が必要であるといった問題点があ
る。
【0006】本発明は、上記従来技術の問題点を解消
し、注入電流を狭窄し、低しきい電流で動作可能な垂直
共振器型面発光レーザ及びその製造方法を提供すること
を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、活性層を含む中間層とその上下に反射膜
とを具備してなる垂直共振器型面発光レーザにおいて、
前記活性層近傍に、III―V族の結晶成長の際にV族元
素の供給を不足させて形成した高抵抗なアモルファスか
らなる電流狭窄層を設けたことを特徴する面発光型の半
導体レーザを提供する。
【0008】本発明においては、好ましくは、前記電流
狭窄層上に形成される反射層をメサ型形状としてもよ
い。
【0009】また、本発明は、(a)基板上に第1の反射
層、活性層を間に含む中間層を順に形成する工程と、
(b)前記中間層上部の所定領域に選択的に高抵抗型のア
モルファス層を形成する工程と、(c)前記アモルファス
層を覆うように第2の反射層を形成する工程と、を含む
ことを特徴とする面発光レーザの製造方法を提供する。
【0010】本発明に係る製造方法においては、好まし
くは、前記工程(b)において、所定寸法の開口部を有す
るマスクを基板表面上に所定間隔離間して配置し、少な
くとも二種の元素ビームを互いに異なる入射角で前記マ
スク開口を介して前記基板表面に入射して前記基板表面
にアモルファス層を形成する。
【0011】また、本発明に係る製造方法においては、
前記二種の元素がV族元素とIII族元素とされ、III−V
族の結晶成長の際にV族元素の供給を不足させることに
より前記アモルファス層を形成してなることを特徴とす
る。
【0012】
【作用】本発明の原理・作用を以下に説明する。
【0013】半導体アモルファス(非晶質)は、結晶的
に無秩序な構造を持つため、電気的に高抵抗となる。本
発明の面発光半導体レーザは、このアモルファス高抵抗
層を、活性層近傍に好ましくはリング状に備えてなる。
【0014】これにより、電流を狭窄して、活性層の狭
い面積に効果的に電流注入を行い、レーザの低しきい値
電流を実現する。
【0015】アモルファスからなる電流狭窄層は、好ま
しくは図1に示すようにして作製される。分子線エピタ
キシーによりIII−V族化合物半導体を成長する際に、I
II族元素の蒸着ビーム10が、V族元素の蒸着ビーム1
1よりも基板8に対して浅く入射するように配置する。
【0016】そして、基板8上に例えば数ミクロン程度
の径の大きさの開口部を持つマスク9を基板8に平行に
配置して、III−V族の結晶成長を行う。このとき、マ
スク9の開口部の端部において、ビームの入射角の違い
により、V族元素よりもIII族元素の方がマスク9の裏
側に入り込むことになる。
【0017】そして、この領域(基板8上においてマス
ク9の裏側の領域)ではV族元素の供給不足によりアモ
ルファス成長が起きる。このとき、基板8とマスク9を
一緒に回転させると、入射ビームが相対的に円周状に回
転することになるため、アモルファス領域12はリング
状になる。
【0018】このアモルファス領域12は高抵抗となる
ために電流が流れず、アモルファス領域12のリングの
中央部に効率的に電流が流れる構造となる。このような
電流狭窄層を活性層の近傍に作製することにより、活性
層の好ましくは数ミクロンの大きさの領域に電流を注入
することができる。
【0019】本発明によれば、面発光レーザの結晶成長
中に電流狭窄層が作り込め、上記従来例1のようなポス
ト加工や、上記従来例2のようなイオン注入等の結晶成
長後の工程が無いため、製造工程が簡易化する。また、
本発明によれば、加工やイオン注入による、結晶に対す
るダメージ等の影響がない。さらに、第2の反射層をメ
サ型に加工することにより、放熱特性が向上すると共に
電流漏れがなく、完全な狭窄を実現する。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して以下に詳細に説明する。
【0021】
【実施形態1】図2は、本発明の一実施形態に係るアモ
ルファス電流狭窄層を持つ面発光レーザ(発光波長0.
98μm)を説明するために製造工程を工程順に示す図
である。
【0022】本実施形態において、結晶成長は分子線エ
ピタキシー装置で行う。この装置において、III族であ
るGaビーム18が基板13に対して45度の入射角を
持ち、V族であるAsビーム19が基板13に対して垂
直に入射するように配置する。
【0023】まず、図2(a)を参照して、n型GaA
s基板13にn型のGaAs層(膜厚略69nm)とA
lAs層(膜厚略82nm)を交互に積層した多層反射
膜(18対積層)14を成長する。
【0024】その上に、In0.18Ga0.82As層(膜厚
略10nm)の活性層16を間に持つAl0.25Ga0.75
As中間層15を膜厚略290nm成長する。
【0025】続いて、中間層15の上部に電流狭窄層を
作る。図2(b)を参照して以下に説明する。
【0026】まず、基板を超高真空雰囲気の分子線エピ
タキシー装置(不図示)に入れたまま、マスク17を基
板上に例えば6μm離間して設置する。
【0027】このマスク17は、例えば直径6μmの円
形形状の開口部を持つ。また、この開口部は45度のテ
ーパー角を具備しており、上側の面に向かって開口部の
径は広がっている。
【0028】マスク17を掛けた状態でGaビーム18
とAsビーム19を照射すると、マスク17と基板表面
との間隙にガリウムGaが45度の角度で入り込む。一
方、砒素Asは垂直入射のため、マスク17と基板表面
との間隙には直接入射されず、わずかな量が回り込んで
入り込む程度である。
【0029】したがって、マスク17と基板表面との間
隙に入り込んでGaが照射された領域では、As供給不
足により、III−V族化合物半導体の結晶が成長され
ず、アモルファスの成長が起きる。このアモルファス層
20は、成長時に基板とマスク17を回転しているため
リング状に形成され、膜厚は高抵抗になるのに充分な略
20nmとする。
【0030】次に、図2(c)に示すように、上記のよ
うに形成した電流狭窄層の上に、p型のGaAs層(膜
厚略69nm)とAlAs層(膜厚略82nm)を積層
した多層反射膜(合計15対)21を成長する。
【0031】以上の工程により、電流狭窄層をもつ面発
光レーザの層構造が製造される。この製造工程は、各層
の製膜が一つの分子線エピタキシー装置で行えるため簡
易化され、膜厚の制御性も良い。
【0032】結晶成長後の素子化の工程は、基板の上面
と下面に電極22、23を付けるだけでよく、図3に示
すように、すでに直径6μmの大きさに電流狭窄ができ
ているので、容易に低しきい値電流で高効率の面発光レ
ーザが実現される。
【0033】本実施形態のような平面構造の面発光レー
ザの場合、ポスト型で電流狭窄したものと比べ、活性層
で発生した熱は横方向に逃げることが可能とされ、高い
パワーのレーザ光をより高温で得ることができる。
【0034】また、本実施形態は、平面構造ではある
が、イオン注入で電流狭窄したものと比べると、活性層
を含む結晶中にイオン注入によるダメージの影響が無
い。またイオン注入のための大がかりな装置が必要ない
という利点を有する。
【0035】
【実施形態2】図4は、本発明の別の実施形態に係る面
発光レーザの断面を模式的に示す図である。本実施形態
においては、図2に示した前記第1の実施形態に係る面
発光レーザの製造工程と同様に、開口部を有するマスク
17を用いて、中間層15の上部にリング状の電流狭窄
層20を形成し、電流狭窄層20の上へ多層反射膜21
を成長する。
【0036】その後、図4に示すように、多層反射膜2
1をドライエッチングによりメサ型に加工する。このと
き、活性層16で発生した熱が放射しやすくするために
は、メサの形状をできるだけ大きくする必要がある。
【0037】そこで、電流狭窄層20の上部の多層反射
膜21が最大に残るようにメサ加工して、メサの形状を
大きくする。この構造により、電極24、25の間を流
れる電流は漏れが無く、完全に狭窄される。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
垂直共振器型面発光レーザの活性層の近傍に、高抵抗な
アモルファスからなる電流狭窄層を設けることにより、
低しきい値電流で動作するレーザが製造できる。
【0039】本発明においては、面発光レーザの結晶成
長中に電流狭窄層が作り込め、ポスト加工やイオン注入
などの結晶成長後の工程が無いため、製造工程が容易と
なる。また、本発明によれば、加工やイオン注入によ
る、結晶に対するダメージの影響がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を説明するための図であり、アモ
ルファス成長を行うための構成を模式的に説明する図で
ある。
【図2】本発明の一実施形態の製造工程を工程順に説明
する図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る面発光レーザの断面
を示す図である。
【図4】本発明の別の実施形態に係る面発光レーザの断
面を示す図である。
【図5】従来の面発光レーザ構造であり、(a)はポス
ト型電流狭窄面発光レーザの断面を示す図であり、
(b)はイオン注入電流狭窄面発光レーザの断面を示す
図である。
【符号の説明】
1 基板 2 下側多層反射膜 3 中間層 4 活性層 5 上側多層反射膜 6 電極 7 イオン注入領域 8 基板 9 マスク 10 III族蒸着ビーム 11 V族蒸着ビーム 12 アモルファス領域 13 n型GaAs基板 14 n型多層反射膜 15 Al0.25Ga0.75As中間層 16 In0.18Ga0.82As活性層 17 マスク 18 Gaビーム 19 Asビーム 20 アモルファス層 21 p型多層反射膜 22 p電極 23 n電極

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】活性層を含む中間層とその上下に反射膜と
    を具備してなる垂直共振器型面発光レーザにおいて、 前記活性層近傍に、III−V族の結晶成長の際にV族元
    素の供給を不足させて形成した高抵抗なアモルファスか
    らなる電流狭窄層を設けたことを特徴する面発光レー
    ザ。
  2. 【請求項2】前記電流狭窄層上に形成される反射層がメ
    サ型形状とされたことを特徴とする請求項1記載の面発
    光レーザ。
  3. 【請求項3】(a)基板上に第1の反射層、活性層を間
    に含む中間層を順に形成する工程と、 (b)前記中間層上部の所定領域に選択的に高抵抗のア
    モルファス層を、所定寸法の開口部を有するマスクを基
    板表面上に所定の間隔離間して配置し、少なくとも二種
    の元素ビームを互いに異なる入射角で前記マスク開口を
    介し前記基板表面に入射して形成する工程と、 (c)前記アモルファス層を覆うように第2の反射層を
    形成する工程と、 を含むことを特徴とする面発光レーザの製造方法。
  4. 【請求項4】前記二種の元素がV族元素とIII族元素と
    され、III−V族の結晶成長の際にV族元素の供給を不
    足させることにより前記アモルファス層を形成してなる
    ことを特徴とする請求項記載の面発光レーザの製造方
    法。
  5. 【請求項5】前記二種の元素がV族元素とIII族元素と
    され、前記V族元素の方が前記III族元素よりも入射角
    を小とし、前記III族元素の方が前記基板表面上と前記
    マスク裏面との間の間隙により多く到達するように設定
    されたことを特徴とする請求項記載の面発光レーザの
    製造方法。
  6. 【請求項6】前記マスクの開口が略円形形状とされ、前
    記工程(b)において、前記基板と前記マスクを同時に回
    転しながら前記アモルファス層をリング状に形成するこ
    とを特徴とする請求項記載の面発光レーザの製造方
    法。
  7. 【請求項7】前記マスクの開口端部が、前記基板表面に
    対向する一端面側よりも前記基板表面と反対方向の面の
    方が開口面積が広いことを特徴とする請求項記載の面
    発光レーザの製造方法。
  8. 【請求項8】前記第2の反射層をドライエッチングによ
    りメサ型形状に加工する工程を更に含むことを特徴とす
    る請求項3記載の面発光レーザの製造方法。
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