JP3208860B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ装置、特
に例えば半導体基体の表面に対し垂直な方向にレーザ光
を取り出すいわゆる面発光型半導体レーザ装置に係わ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザは、光ディスク、光ファイ
バー通信用光源等として広く実用化されており、更に高
コヒーレンス化や高出力化等の特性の向上と共に、光変
調器などの機能デバイスとのモノリシック集積化が進め
られている。特に近年、光コンピュータ等における並列
光情報処理、或いは大容量並列光伝送などへの応用を考
えて、大規模な２次元集積化の実現が望まれている。し
かしながら、従来構成の半導体レーザは素子分離をしな
いと性能試験ができないなどの理由からモノリシックな
集積が極めて難しい。

【０００３】例えば発光端面を垂直エッチング等により
形成する場合、レーザ光は基板の表面と平行に出射する
ため、そのままでは２次元集積化を行えず、また基板の
表面で出射光が遮光されたり、基板表面で反射されて干
渉したりする等のいわゆるケラレが生ずるという問題が
ある。

【０００４】これに対して２次元集積化が可能な半導体
レーザとして基板面に垂直な方向にレーザ光を出射する
面発光レーザが注目されている。このような面発光レー
ザとしては、例えば通常の半導体レーザの発光端面に対
向して、基板に対し４５°の角度をなす反射鏡面を設
け、この反射鏡面で反射させてレーザ光を基板面に対し
垂直な方向に取り出す構成が採られる。そしてこのよう
な面発光レーザをモノリシック構成として形成するため
には、一般に異方性のドライエッチングを利用すること
により、例えば基板上に形成した半導体層に対して基板
に垂直な方向からと、４５°程度の斜め方向からとの２
回の異方性エッチングを行うことによってレーザ光出射
端面と反射鏡面とを形成して面発光レーザを得ることが
できる。

【０００５】例えばＩｎＰ系の半導体レーザを形成する
場合は、マストランスポート法（Z.Liau et.al Appl.Ph
ys.Lett.46(1985)p.115 ）、ＧａＡｓ系ではイオンビー
ムアシステッドエッチング（ＩＢＡＥ）法（T.H.Windho
rn et.al Appl.Phys.Lett.48(1986)p.1675）、化学エッ
チング法（A.J.SpringThorpe Appl.Phys.Lett.31(1977)
p.524 ）、又は反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢ
Ｅ）法（T.Yuasa et.al CLEO '88wo6 4/27）等を用いて
形成された報告がある。これらのレーザでは、例えば上
述のＩＢＡＥ法を用いる報告において述べられているよ
うに、通常の劈開面を用いるレーザに比し閾値が高く、
出力も劣るという問題がある。

【０００６】即ちこれらの方法による場合、特に斜め方
向からの異方性エッチングによる反射鏡面を原子層オー
ダー程度の平坦性をもって形成することが難しく、また
傾斜角度を精度良く形成することが難しく、光の出射角
の垂直方向からのずれ、または収差が生じるという不都
合がある。

【０００７】一方、基板上に例えば反射面、クラッド
層、活性層、クラッド層及び反射面とを順次積層して、
基板面に垂直な方向に共振器を形成し、垂直方向にレー
ザ光を出射させる垂直共振器型構成の面発光レーザが提
案されている。このような積層構成の半導体レーザで
は、共振器が垂直方向に構成されるため、キャビティ
（利得領域長）を大として充分な利得を得ることができ
ず、現状では充分高い光出力が得られず、実用化には至
っていない。

【０００８】一方低しきい値電流を有する半導体レーザ
として、１回のエピタキシャル成長作業によって形成し
得るようにしたＳＤＨ（Separated Double Hetero junc
tion) 半導体レーザが、本出願人による例えば特開昭６
１−１８３９８７号特許出願、特開平２−１７４２８７
号特許出願等において提案されている。

【０００９】このＳＤＨ型半導体レーザは、図１０にそ
の一例の略線的拡大断面図を示すように、先ず第１伝導
型例えばｎ型で一主面１Ｓが｛１００｝結晶面とされた
ＧａＡｓ等より成る半導体基板２１のその主面１Ｓに、
図１０の紙面と直交する〈０１１〉結晶軸方向に延びる
例えばストライプ状のメサ突起即ちリッジ２２がその両
側を溝２２Ａに挟まれて形成され、このリッジ２２上を
含んだｎ型基板２１の主面２１Ｓ上に、順次通常のメチ
ル系ＭＯＣＶＤ（有機金属による化学的気相成長）法に
よって、連続的に第１伝導型の例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ
等より成るクラッド層２３と、低不純物濃度ないしはア
ンドープのＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓ等より成る活性層
２４と、第２伝導型例えばｐ型のＡｌＧａＡｓ等より成
る第１のクラッド層２５と、例えばｎ型のＡｌＧａＡｓ
等より成る電流ブロック層２６と、第２伝導型例えばｎ
型のＡｌＧａＡｓ等より成る第２のクラッド層２７、例
えばｐ型のキャップ層２９の各半導体層が１回のエピタ
キシャル成長作業によって形成されてなる。

【００１０】このとき、上述したように基板２１の主面
２１Ｓの結晶面及びリッジ２２の延長する結晶方位を選
定し、更にリッジ２２の幅及び高さ、即ちその両側の溝
２２Ａの深さ、さらにｎ型のクラッド層２３、活性層２
４、ｐ型の第１のクラッド層２５等の厚さを選定するこ
とによって、各層２３、２４及び２５をリッジ２２上と
溝２２Ａ上とにおいて互いに分断するように斜面２８Ａ
及び２８Ｂより成る断層を形成することができる。

【００１１】これは、メチル系の有機金属を原料ガスと
して行ったＭＯＣＶＤ法による場合、｛１１１｝Ｂ結晶
面が一旦生じてくると、この面においてはエピタキシャ
ル成長が生じにくいことから、リッジ２２上には、これ
ら斜面２８Ａ及び２８Ｂによって分断された断面三角形
状でかつ図８の紙面に直交する方向に延長するエピタキ
シャル成長層３０が形成されることによる。

【００１２】そしてこの場合電流ブロック層２６は、エ
ピタキシャル成長層３０によってこれを挟んでその両側
に分断され、この分断によって生じた両端面が丁度活性
層２４の両側端面の近傍、即ち斜面２８Ａ及び２８Ｂに
臨む端面を覆うように衝合するようになされる。

【００１３】このようにしてリッジ２２上のエピタキシ
ャル成長層３０における活性層２３が、これより屈折率
の小さい電流ブロック層２６によって挟みこまれるよう
に形成されて横方向の閉じ込めがなされた発光動作領域
となるようにされ、しかもこの電流ブロック層２６の存
在によって、ストライプ状エピタキシャル成長層３０の
両外側においては、ｎ型のクラッド層２３とｐ型の第１
のクラッド層２５とブロック層２６、更にｐ型の第２の
クラッド層２７とによってｎ−ｐ−ｎ−ｐのサイリスタ
が形成されてここにおける電流が阻止され、これによっ
てこのリッジ２２上の活性層２４に電流が集中するよう
になされて、低しきい値電流化をはかるようになされて
いる。

【００１４】しかしながら、このようなＳＤＨ型構成に
おける低しきい値化半導体レーザにおいても、レーザ光
を基板に対し垂直な方向に取り出す面発光型構成が具体
化されておらず、２次元集積化の実現が望まれている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、レーザ光を
基板の主面に対して垂直な方向に取り出す面発光レーザ
において、上述したような諸問題を解決し、即ち劈開に
よる半導体レーザ装置と同程度の光出力−電流特性を有
し、半導体基体の表面に対して正確に垂直方向に収差、
ケラレのない光を取り出すことができて、２次元集積化
が可能な半導体レーザ装置を提供する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明半導体レーザは、
その一例の略線的拡大斜視図を図１に示すように、半導
体基板１上に、少なくとも第１伝導型のクラッド層２
と、活性層３と、第２伝導型のクラッド層４とを有して
成り、垂直エッチングで形成された共振器端面１１Ａ及
び１１Ｂに対向して、半導体基板１の主面に対しほぼ４
５°の角度を成す結晶成長面を反射鏡面１２Ａ及び１２
Ｂとして構成する。

【００１７】半導体基板１は、その主面を｛１００｝結
晶面とし、矢印Ａで示す共振器長方向を〈０１０〉結晶
軸方向に選定して、結晶成長｛１１０｝結晶面を反射鏡
面１２Ａ及び１２Ｂとして構成する。

【００１８】また、｛１１０｝結晶面より成る反射鏡面
１２Ａ及び１２Ｂは、半導体基板１の｛１００｝結晶面
より成る主面に沿う面に形成された結晶成長を阻止する
成長阻止層７の縁部７Ｅより成長される結晶面とされ、
この成長阻止層７の縁部７Ｅが〈００１〉結晶軸方向に
延長し、〈０１０〉結晶軸方向に突出するように形成さ
れる。

【００１９】また、本発明は、その一例の略線的拡大斜
視図を図２に示すように、半導体基板１を｛１００｝結
晶面から矢印Ｃで示す〈０−１１〉結晶軸方向に約９．
７°傾けたオフ基板より構成し、共振器長方向を〈０−
１１〉結晶軸方向から〈１００〉結晶軸方向に約９．７
°傾いた方向に選定し、結晶成長｛１１１｝Ｂ結晶面を
反射鏡面１２Ａ及び１２Ｂとして構成する。

【００２０】更に、本発明半導体レーザ装置は、その一
例の略線的拡大斜視図を図３に示すように、半導体基板
１上に、少なくとも第１伝導型のクラッド層２と、活性
層３と、第２伝導型のクラッド層４とを有して成り、垂
直エッチングで形成された共振器端面１１Ａ及び１１Ｂ
から出射されたレーザ光を、半導体基板１の主面に沿う
方向に取り出す垂直エッチングで形成された第１の反射
鏡面１８を有し、第１の反射鏡面１８からの反射光を半
導体基板１の主面に対し垂直な方向に取り出す結晶成長
面より成る第２の反射鏡面１９を有して成る。

【００２１】また本発明は、上述の半導体レーザ装置に
おいて、半導体基板１を｛１００｝結晶面から〈０−１
１〉結晶軸方向に約９．７°傾けたオフ基板より構成
し、共振器長方向を〈０１１〉結晶軸方向に選定し、第
１の反射鏡面１８を共振器長方向からほぼ４５°を成し
て設け、結晶成長｛１１１｝Ｂ結晶面を第２の反射鏡面
１９として構成する。

【００２２】更にまた本発明は、この図３に示す半導体
レーザ装置において、半導体基板１上に〈０１１〉結晶
軸方向に延長するリッジ２２を設けて構成する。

【００２３】また本発明半導体レーザ装置は、その一例
の略線的拡大斜視図を図４に示すように、半導体基板１
の主面を｛１００｝結晶面より構成し、共振器長方向を
〈０１１〉結晶軸方向に選定し、第１の反射鏡面１８を
共振器長方向からほぼ２２．５°を成して、即ち共振器
端面１１Ａ又は１１Ｂ（図示せず）に対し６７．５°の
角度を成すように設け、結晶成長｛１１０｝結晶面を第
２の反射鏡面１９として構成する。

【００２４】更にまた本発明は、この図４に示す半導体
レーザ装置において、半導体基板上に〈０１１〉結晶軸
方向に延長するリッジを設けて構成する。

【００２５】

【作用】本発明は、共振器端面を垂直エッチング又は結
晶成長により形成すると共に、特に結晶成長によって自
然発生的に得られ、且つ基板に対しほぼ正確に４５°を
成す反射鏡面１２Ａ及び１２Ｂを利用して、半導体基板
１に対し垂直な方向に効率良く出射光を取り出し得る半
導体レーザ装置を提供するものである。

【００２６】即ち本発明は、図１に示すように半導体基
板１の主面を｛１００｝結晶面とし、共振器長方向を
〈０１０〉結晶軸方向に選定するものであるが、このよ
うな構成において、ＭＯＣＶＤ法等により結晶成長する
場合、その共振器端面１１Ａ及び１１Ｂ上の縁部から自
然発生的に｛１１０｝結晶面が生じる。以下これを説明
する。

【００２７】図５Ａに示すように、半導体基板１の｛１
００｝結晶面より成る主面１Ｓ上に、〈００１〉結晶軸
方向に延長するレジスト３３をパターン露光等により形
成した後、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ又は減圧ＭＯＣＶＤ法
等によりＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＧ
ａＰ等の半導体層３４の結晶成長を行うと、レジスト３
３の縁部から一旦自然発生的に｛１１０｝結晶面が生じ
ると、この｛１１０｝結晶面上では成長速度が比較的遅
いことから、図５Ｂに示すように、レジスト３３の縁部
から延長して主面１Ｓに対し４５°を成す｛１１０｝結
晶面が形成される。またレジストに限ることなく、リッ
ジ又は溝、マスクで覆われた開口部等を上述のレジスト
３３と同様に〈００１〉結晶軸方向に延長するパターン
として形成すると、同様に自然発生的に主面１Ｓに対し
４５°を成す｛１１０｝結晶面例えば（１−１０）面よ
り成る斜面３５Ａ及び（１１０）面より成る斜面３５Ｂ
が形成されることが本発明者等の鋭意考察研究の結果明
らかになった。

【００２８】従って、図１に示すように、この｛１１
０｝結晶面を反射鏡面１２Ａ及び１２Ｂとして構成する
ことによって、活性層３から出射されるレーザ光を図１
において矢印Ｂで示す〈１００〉結晶軸方向、即ち基板
１にほぼ垂直な方向に取り出すことができる。

【００２９】そしてこの場合結晶成長面であることか
ら、前述のＲＩＢＥ法、ＩＢＡＥ法等の従来のドライ又
はウェットエッチングにより反射鏡面を形成する場合に
比し、その表面の平坦性、角度の制御性が格段に優れて
おり、また通常の半導体レーザと同様の成長条件をもっ
て形成し得るため極めて汎用性及び簡便性が高い。

【００３０】そして、上述の構成において、図１に示す
ように共振器端面１１Ａ及び１１Ｂに結晶成長を阻止す
る成長阻止層７を設けると共に、その縁部７Ｅを〈００
１〉結晶軸方向に延長して〈０１０〉結晶軸方向に突出
するように設け、この縁部７Ｅから結晶成長される面を
反射鏡面１２Ａ及び１２Ｂとすることによって、共振器
端面１１Ａ、１１Ｂと反射鏡面１２Ａ、１２Ｂとをそれ
ぞれ離間して対向させることができ、共振器端面１１Ａ
及び１１Ｂから出射される光が反射鏡面１２Ａ及び１２
Ｂで反射された後、成長阻止層７等によるケラレを確実
に回避して、基板１に対し垂直な方向に効率良くレーザ
光を取り出すことができる。

【００３１】また他の本発明は、図２に示すように、半
導体基板１を｛１００｝結晶面から矢印Ｃで示す〈０−
１１〉結晶軸方向に約９．７°傾けたオフ基板より構成
し、共振器長方向を〈０−１１〉結晶軸方向から〈１０
０〉結晶軸方向に約９．７°傾いた方向に選定するもの
であるが、この場合においてもＭＯＣＶＤ法等により結
晶成長することによって、共振器端面１１Ａ及び１１Ｂ
に対向する位置には｛１１１｝Ｂが自然発生的に生じる
こととなる。この｛１１１｝Ｂ結晶面は、｛１００｝結
晶面に対しほぼ５４．７°を成すもので、この場合基板
１を｛１００｝結晶面から〈０−１１〉結晶軸に約９．
７°傾けたオフ基板を用いていることから、｛１１１｝
Ｂ結晶面は基板１の主面１Ｓに対しほぼ４５°を成すこ
ととなる。従って、この｛１１１｝Ｂ結晶面を反射鏡面
１２Ａ及び１２Ｂとして構成することによって、レーザ
光を矢印Ｄで示すように、基板１の主面１Ｓに対しほぼ
垂直な方向に取り出すことができる。

【００３２】また更に本発明は、図３及び図４に示すよ
うに、半導体基板１上に、少なくとも第１伝導型のクラ
ッド層２と、活性層３と、第２伝導型のクラッド層４と
を有して成り、垂直エッチングで形成された共振器端面
１１Ａ及び１１Ｂから出射されたレーザ光を、半導体基
板１の主面に沿う方向に取り出す垂直エッチングで形成
された第１の反射鏡面１８を有し、この第１の反射鏡面
１８からの反射光を半導体基板１の主面に対し垂直な方
向に取り出す結晶成長面を第２の反射鏡面１９とするこ
とによって、レーザ光を効率良く垂直方向に取り出すこ
とができる。

【００３３】そしてこのような半導体レーザ装置におい
て、半導体基板１を｛１００｝結晶面から〈０−１１〉
結晶軸方向に約９．７°傾けたオフ基板より構成し、第
１の反射鏡面１８を共振器長方向からほぼ４５°を成し
て設けることにより、一旦レーザ光を基板１の主面１Ｓ
に沿う横方向に取出し、更に基板１に対し４５°の角度
を成す自然発生的に生じる｛１１１｝Ｂ結晶面を第２の
反射鏡面１９として構成するによって、レーザ光を正確
に垂直方向に取り出すことができる。

【００３４】また他の本発明においては、基板１上に
〈０１１〉結晶軸方向に延長するリッジ２２を形成し、
この上に各半導体層がエピタキシャル成長される構成と
することから、前述の図１０において説明した活性層の
横方向の閉じ込めがなされたＳＤＨ型構成の半導体レー
ザを構成することができ、低しきい値化がなされた面発
光レーザ装置を得ることができる。

【００３５】或いはまた本発明においては、半導体基板
１１の主面を｛１００｝結晶面より構成し、第１の反射
鏡面１８を共振器長方向からほぼ２２．５°を成して設
けることにより、レーザ光を基板１の主面１Ｓに沿っ
て、共振器長方向からほぼ４５°を成す方向に取出し、
更にこの共振器長方向からほぼ４５°を成す方向に沿っ
て自然発生的に形成される結晶成長｛１１０｝結晶面を
第２の反射鏡面１９として構成することから、この基板
１の主面１Ｓに対し４５°を成す第２の反射鏡面１９に
よって、基板１に対し垂直な方向にレーザ光を取り出す
ことができる。

【００３６】そして更に他の本発明においては、基板１
上に〈０１１〉結晶軸方向に延長するリッジ２２を形成
して構成することから、同様に低しきい値化がなされた
ＳＤＨ型構成の半導体レーザによって、低しきい値化が
なされた面発光レーザ装置を得ることができる。

【００３７】このように、本発明においては、劈開によ
ることなく多数の半導体レーザ装置を得ることができる
ため、２次元集積化が可能となると共に、垂直方向にレ
ーザ光を取り出す斜め反射鏡面を、結晶成長により自然
発生的に形成し得る構成とするため、半導体基体の表面
に対して正確に垂直方向に収差、ケラレのない光を取り
出すことができる。

【００３８】

【実施例】以下本発明半導体レーザ装置の各例を図面を
参照して詳細に説明する。

【００３９】先ず図１を参照して本発明の一例をその理
解を容易にするために製造方法と共に説明する。この例
においては、活性層の上にクラッド層を介して電流阻止
層を形成した後、この電流阻止層の導波領域近傍をエッ
チング除去することによって、導波領域近傍の実効的な
屈折率を大とし、電流狭窄と同時に光の閉じ込めがなさ
れるいわゆるＳＡＮ（Self-Aligned Narrow stripe）型
構成を採る場合を示す。

【００４０】図１において１は第１伝導型の例えばｎ型
のＧａＡｓより成る半導体基板で、１Ｓはその｛１０
０｝結晶面の例えば（１００）結晶面より成る主面を示
し、２は例えばｎ型のＡｌＧａＡｓより成る第１伝導型
クラッド層、３は例えば真性のＧａＡｓより成る活性
層、４及び６は例えばｐ型のＡｌＧａＡｓより成る第２
伝導型クラッド層、５は例えばｎ型のＧａＡｓより成る
第１伝導型の電流阻止層、７はＳｉＮ_X 等より成る成長
阻止層、８は再成長により形成した例えばｐ型のＧａＡ
ｓより成り、基板１の主面１Ｓに対し４５°の角度を成
して成長する第２伝導型の結晶成長層で、９は結晶成長
層７に対しオーミックに接触される電極を示す。この場
合、図１において矢印Ａで示す〈０１０〉結晶軸方向の
例えば〔０１０〕結晶軸方向に共振器が延長するよう
に、その共振器端面１１Ａ及び１１ＢがＲＩＥ等の垂直
エッチングにより形成されて成り、これに対向する｛１
１０｝結晶面の例えば（１１０）結晶面より成る基板１
の主面１Ｓに対し４５°を成す結晶成長面を反射鏡面１
２Ａ及び１２Ｂとして構成する。一方の反射鏡面１２Ａ
には、金属または誘電体多層膜より成る高反射膜を被着
することができる。

【００４１】図６及び図７を用いてこのような半導体レ
ーザ装置の製造工程の一例を説明する。先ず、図６Ａに
示すように、第１伝導型この場合ｎ型のＧａＡｓ等より
成る半導体基体１を用意し、この基板１の｛１００｝結
晶面より成る主面１Ｓ上に、順次例えばＭＯＣＶＤ法に
よってｎ型ＡｌＧａＡｓ等より成る第１伝導型クラッド
層２、真性のＧａＡｓ等より成る活性層３、ｐ型ＡｌＧ
ａＡｓ等より成る第２伝導型クラッド層４、ｎ型ＡｌＧ
ａＡｓ等より成る電流阻止層５を順次例えばＭＯＣＶＤ
法により成長する。

【００４２】そしてこの後導波領域５０となる部分の上
部にレジストマスク（図示せず）を形成し、図６Ｂに示
すように、ウェットエッチング等により電流阻止層５の
一部を除去する。この場合〈０１０〉結晶軸方向に延長
するように、図７Ｂにおいて矢印Ａで示す紙面に直交す
る方向に延長するパターンとして阻止層５の除去部のパ
ターニングを行う。そして更にこの上を覆うように全面
的に例えばｐ型ＡｌＧａＡｓより成る第２伝導型のクラ
ッド層６を同様にＭＯＣＶＤ法等によりエピタキシャル
成長する。このようにすることによって電流阻止層５の
除去された部分に電流狭窄がなされると共に、この近傍
領域の屈折率が他部に比し大となって光の閉じ込めがな
される。

【００４３】図６Ｂにおけるａ−ａ線上の断面図を図６
Ｃに示すように、所定の共振器長Ｌ_c をもってＲＩＥ等
の異方性エッチングにより基板１の主面１Ｓに直交する
垂直エッチングを基板１に達する深さまで行って、矢印
Ａで示す〈０１０〉結晶軸方向に延長する共振器を形成
する。１１Ａ及び１１Ｂは垂直エッチングによって形成
された共振器端面を示す。

【００４４】そしてこの後全面的に例えばＳｉＮ_X 等よ
り成る保護材料膜を被着した後、ＲＩＥ等により全面的
に垂直エッチングを行って第２伝導型のクラッド層６上
及び基板１の主面１Ｓ上の保護材料を除去して側壁部の
みを残し、図７Ａに示すように、共振器端面１１Ａ及び
１１Ｂ上の保護膜１５を被着形成する。

【００４５】次にこの保護膜１５を覆うように全面的に
ＳｉＯ₂ やＳｉ₃ Ｎ₄ 等の誘電体層をプラズマ化学堆積
法等により被着して成長阻止層７を形成した後、図７Ｂ
に示すように、この成長阻止層７を、基部側の縁部７Ｅ
が共振器長方向に突出するようにパターニングする。

【００４６】この後、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法又は減圧
ＭＯＣＶＤ法等の例えば常圧ＭＯＣＶＤ法により、通常
の成長条件、即ち成長温度７８０℃以上、Ｖ／III 比
（Ｖ族元素とIII 族元素の原子数比）を２０以上として
例えばｐ型ＧａＡｓより成る第２伝導型の結晶成長層８
をエピタキシャル成長して、図７Ｃに示すように、垂直
エッチングで形成された共振器端面１１Ａ及び１１Ｂに
対向して、半導体基板の主面に対しほぼ４５°の角度を
成す｛１１０｝結晶面より成る反射鏡面１２Ａ及び１２
Ｂを形成する。これは、前述したように基板１の主面１
Ｓ及び共振器長方向を適切に選定することによって、こ
の｛１１０｝結晶面上では成長速度が極めて遅いため、
自然発生的に得られるものである。この場合矢印Ａで示
す図において左向きの共振器長方向を〔０１０〕結晶軸
方向とすると、反射鏡面１２Ａが（１−１０）結晶面、
反射鏡面１２Ｂが（１１０）結晶面となる。

【００４７】このように、本発明においては反射鏡面１
２Ａ及び１２Ｂを結晶成長面とすることができることか
ら、その表面の平坦性及び角度の制御性を従来に比し格
段に良好にすることができる。そして更にこの場合、例
えば非常な高温による拡散等、比較的成長しにくい方法
を採ることなく、通常の半導体レーザと同様の温度条
件、Ｖ／III 比等の成長条件をもって形成することがで
きることから、汎用性及び簡便性において極めて有利と
なる。

【００４８】そしてこの後図１に示すように活性層３上
の結晶成長層８の上面と、図示しないが基板１の裏面と
にオーミック接続される電極９を被着し、また例えば一
方の反射鏡面１２Ａ上に誘電体等より成る高反射膜を被
着して、本発明半導体レーザ装置を得ることができる。

【００４９】このようなレーザ装置に電流を注入する
と、二つの垂直な端面１１Ａ及び１１Ｂの間で共振器が
構成されてレーザ発振を起こし、一旦基板１の主面１Ｓ
に対し平行に出射された光は、４５°の反射鏡面１２Ａ
及び１２Ｂにより基板１に垂直な方向に反射されること
になり、面発光が実現される。

【００５０】またこの場合ＳＡＮ型構成を採っているた
め、電流狭窄と共に光の横方向の閉じ込めもなされ、低
しきい値化がなされた面発光レーザを得ることができ
る。

【００５１】またこの場合ＳＡＮ型構成の例について説
明したが、例えば図８に示すように、活性層３上に共振
器長方向に延長するストライプ状のガイド層４１を設け
この上にこれを覆うように第２伝導型のクラッド層４、
電流阻止層５等を順次被着するいわゆるリブ型構成とす
ることもできる。図８において、図１に対応する部分に
は同一符号を付して重複説明を省略する。この場合にお
いても、低しきい値化がなされた面発光レーザを得るこ
とができる。そして、この図８の例では、一方の反射鏡
面１２Ａに、上述した高反射膜１０を形成した場合であ
る。

【００５２】このように、成長阻止層７に縁部７Ｅを設
けることにより、反射鏡面１２Ａ及び１２Ｂを、共振器
端面から離間して形成することができ、この反射鏡面１
２Ａ及び１２Ｂで基板１と垂直な方向に反射されたレー
ザ光は、成長阻止層７によってケラレが生じることがな
く、効率良く面発光を行うことができる。

【００５３】また、反射鏡面１２Ａ及び１２Ｂが結晶成
長により形成され、良好な平坦性及び角度制御性をも
ち、その成長条件も通常の半導体レーザと同程度である
ことから、汎用性及び簡便性に優れた面発光型半導体レ
ーザ装置を得ることができる。

【００５４】尚、上述の構成において、成長阻止層７の
厚さは効率良くレーザ光を外部に出射させるためにはレ
ーザ光の波長λに対しλ／２程度に選定することが望ま
しい。

【００５５】また上述の各例において共振器の両端面か
らレーザ光を出射させて２光束のレーザを得る場合、共
振器長及び成長阻止層７の厚さ、縁部７Ｅの長さ等を適
切に選定することによって、各レーザ光の間隔を任意に
制御性良く形成することができる。

【００５６】更にこれらの例においては、上述したよう
に活性層３上の結晶成長層８は、反射鏡面１２Ａ及び１
２Ｂを構成する成長層８と同様に基板１と４５°を成す
｛１１０｝結晶面を形成しながら成長する。これを利用
して、例えば図９に示すように、半導体基板１の主面に
平行に〈０１０〉結晶軸方向に延長し、活性層の高さが
上述の活性層３に比し高い位置に形成された半導体レー
ザ（図示せず）を同一基板上に形成することによって、
矢印Ｌａ及びＬｂで示すように２光束のレーザを得ると
共に、この両側に形成された他の半導体レーザからの出
射光Ｌｃ及びＬｄを、上述の活性層３上の反射鏡面１２
Ｃ及び１２Ｄにおいて垂直方向に出射させ、４光束のマ
ルチビーム面発光型の半導体レーザを得ることができ
る。

【００５７】次に、図２を参照して本発明の他の例を詳
細に説明する。図２において、図１に対応する部分には
同一符号を付して重複説明を省略する。

【００５８】この場合、半導体基板１として、｛１０
０｝結晶面から〈０−１１〉結晶軸方向に約９．７°傾
けたオフ基板を用いて、共振器長方向を〈０−１１〉結
晶軸方向から｛１００｝結晶面と９０°を成す〈１０
０〉結晶軸方向に約９．７°傾いた方向に選定して、例
えば前述の図１に示す例と同様の材料組成、構成をもっ
て形成することができる。この場合反射鏡面１２Ａ及び
１２Ｂとしては、同様に自然発生的に結晶成長｛１１
１｝Ｂ結晶面の例えば（１１−１）結晶面及び（１−１
１）結晶面として成長形成される。｛１１１｝Ｂ結晶面
は｛１００｝結晶面に対しほぼ５４．７°の角度を成
し、この場合｛１００｝結晶面に対し９．７°の角度を
成すオフ基板を用いていることから、反射鏡面１２Ａ及
び１２Ｂはそれぞれ基板１の主面１Ｓに対してほぼ４５
°なすように設けることができる。

【００５９】従って、この場合においても、電流を注入
によりレーザ発振を起こし、一旦基板１の主面１Ｓに対
し平行に出射された光を、基板１に対し４５°を成す反
射鏡面１２Ａ及び１２Ｂにより基板１に垂直な方向に反
射させ、面発光を実現することができる。

【００６０】次に図３を参照して本発明の他の例を詳細
に説明する。この例においては、前述の図１０において
説明したＳＤＨ型構成の半導体レーザに本発明を適用し
た場合を示す。

【００６１】この場合｛１００｝結晶面から〈０−１
１〉結晶軸方向に約９．７°傾けたオフ基板より成る基
板１のその主面１Ｓ上に、〈０１１〉結晶軸方向から
〈１００〉結晶軸方向に９．７°傾斜した方向に延長す
るリッジ２２を設け、その上に順次ｎ型ＡｌＧａＡｓ等
より成る第１伝導型クラッド層２、真性のＧａＡｓ等よ
り成る活性層３、ｐ型のＡｌＧａＡｓ等より成る第２伝
導型クラッド層４を順次例えばＭＯＣＶＤ法により被着
形成する。このとき、リッジ２２の縁部に沿って一旦
｛１１１｝Ｂ結晶面が生じると、この面上ではエピタキ
シャル成長が生じにくいため、リッジ２２上と両側の溝
内とにおいて、各層２、３及び４は｛１１１｝Ｂ結晶面
より成る斜面に分断されて形成され、活性層３の横方向
端面がクラッド層４により埋め込まれて横方向の閉じ込
めがなされた低しきい値の半導体レーザとすることがで
きる。

【００６２】そしてこの場合、図３に示すように、所定
の共振器長Ｌ_c をもってＲＩＥ等の垂直エッチングによ
り共振器端面１１Ａ及び１１Ｂを形成すると共に、この
共振器長方向即ち矢印Ｆで示す〈０１１〉結晶軸方向に
沿う一の側面１１Ｃ、更にこの両端面１１Ａ及び１１Ｂ
に対し４５°を成す第１の反射鏡面１８を同様に垂直エ
ッチングにより形成し、いわばその上面がほぼＭ字型パ
ターンとなるようにフォトリソグラフィ等の適用によっ
てＲＩＥ等の異方性エッチングを用いてパターニング形
成する。

【００６３】更にこの上に上述した例と同様に、ＳｉＯ
₂ 、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等より成る成長阻止層７を、全面被着、
異方性エッチング及び選択エッチング等により形成す
る。このとき、成長阻止層７は共振器端面１１Ａ及び１
１Ｂ、側面１１Ｃ、第１の反射鏡面１８上に被着される
と共に、この共振器端面１１Ａ及び１１Ｂと第１の反射
鏡面１８とに挟まれ且つ基板１の主面１Ｓに平行な底面
部にも被着されるようにパターニング形成し、成長阻止
層７によって、矢印Ｆで示す〈０１１〉結晶軸方向に延
長する結晶面が基板１上に露出されるようになす。

【００６４】そしてこの後ｐ型ＧａＡｓ等より成る第２
伝導型の結晶成長層８を再びＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法
等によりエピタキシャル成長する。この場合において
も、〈０１１〉結晶軸方向に沿って延長する成長阻止層
７に沿って｛１１１｝Ｂ結晶面が一旦生じると、この面
においてはエピタキシャル成長が生じにくいため、｛１
１１｝Ｂ結晶面のこの場合（１−１１）結晶面より成る
第２の反射鏡面１９が、共振器側面１１Ｃに沿って、第
１の反射鏡面１８に対向するように自然発生的に形成さ
れる。そしてこの場合においても、基板１を｛１００｝
結晶面から〈０−１１〉結晶軸方向に９．７度傾いたオ
フ基板を用いていることから、この｛１１１｝Ｂ結晶面
より成る第２の反射鏡面１９は基板１の主面１Ｓに対し
４５度を成すように形成される。

【００６５】そしてこのような構成において、図示しな
いが両共振器端面１１Ａ及び１１Ｂに挟まれた発光領域
の上部と、基板１の裏面とにオーミックに接続する電極
を設けてここに電流供給することによって、レーザ発振
を起こし、端面１１Ａから出射された矢印Ｌ₁ で示すレ
ーザ光を第１の反射鏡面１８によって基板１の主面１Ｓ
に沿い且つ共振器長方向と４５°を成す矢印Ｌ₂ で示す
方向に取り出し、更にこの光を基板１の主面１Ｓに対し
４５°を成す第２の反射鏡面１９によって、矢印Ｌ_O で
示すように基板１に対し垂直な方向に取り出すことがで
き、面発光レーザを得ることができる。

【００６６】次に、図４を参照して本発明の他の例を詳
細に説明する。図４において、図３に対応する部分には
同一符号を付して重複説明を省略する。この例において
は、半導体基板１の主面１Ｓを｛１００｝結晶面より構
成し、共振器長方向を〈０１１〉結晶軸方向に選定する
と共に、共振器長方向に延長するリッジ２２を形成して
この上にＳＤＨ型構成の低しきい値の半導体レーザを形
成する場合を示す。

【００６７】そして第１の反射鏡面１８を、共振器長方
向からほぼ２２．５°を成すように、即ち一方の共振器
端面１１Ａとの成す角度αを６７．５°として、この共
振器端面１１Ａ及び１１Ｂと同時に垂直エッチングによ
り形成して、同時に共振器長方向に沿う側面１１Ｃを共
振器長方向に沿うように垂直エッチングにより形成す
る。

【００６８】そしてこの場合、端面１１Ａ及び１１Ｂ、
第１の反射鏡面１８及び側面１１Ｃを覆うと共に、端面
１１Ａと第１の反射鏡面１８とに挟まれ、主面１Ｓに沿
う底面部の一部を覆うようにＳｉ₃ Ｎ₄ 、ＳｉＯ₂ 等よ
り成る成長阻止層７を設け、特にこの底面部においてそ
の一の縁部７Ｓが矢印Ｆで示す〈００１〉結晶軸方向に
沿うようにパターニング形成する。

【００６９】このような構成において、ＭＯＣＶＤ法又
はＭＢＥ法等により例えばｐ型ＡｌＧａＡｓ等をエピタ
キシャル成長すると、上述の図１に示す例と同様に、自
然発生的に上述の縁部７Ｓに沿って基板１の主面１Ｓに
対し４５°を成す｛１１０｝結晶面が成長し、これを第
２の反射鏡面１９として構成することによって、共振器
端面１１Ａ及び１１Ｂからの出射光Ｌ₁ を、第１の反射
面１８により矢印Ｌ₂で示すように、共振器長方向から
約２２．５°を成す方向に反射させた後、基板１の主面
１Ｓに対し４５°を成す第２の反射鏡面１９によって矢
印Ｌ_O で示すように基板１に対し垂直な方向に取り出す
ことができる。

【００７０】これら各例においては、劈開を施すことな
しにレーザ装置を作製することができ、基板表面に対し
正確に垂直な方向に、収差やケラレのないレーザ光を取
り出すことができる。このため、基板を素子毎に分割す
る以前にレーザの特性を測定することができ、検査時間
の低減、実装コストの低減化をはかることができる。ま
た、素子の形状を小さくすることができる。即ち劈開に
よる場合は３００×３００μｍ² 程度の形状であった
が、本発明においては、１素子当たり最小で１０×１０
μｍ² 程度の微小形状とすることができ、高密度の２次
元集積化面発光レーザを得ることができることとなる。

【００７１】そして上述の各例による半導体レーザ装置
においては、１素子当たり１０ｍＷ以上の光出力を得る
ことができ、垂直共振器型面発光レーザに比し大なる出
力とすることができ、また劈開により形成された半導体
レーザ素子と同程度の光出力−電流特性を得ることがで
きた。

【００７２】尚、本発明は上述の各実施例において説明
した構成に限定されることはなく、その他種々の材料構
成を採り得ることはいうまでもなく、例えば各層の組成
を上述したＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系の他、可視光型の
ＩｎＡｌＧａＰ／ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系や、長波長型
のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の材料を用いる等、種々の
半導体レーザ装置においても本発明を適用し得ることは
もちろんである。

【００７３】

【発明の効果】上述したように本発明によれば結晶成長
反射鏡面を用いることから、劈開によって形成された半
導体レーザ装置と同程度の光出力−電流特性を得ること
ができ、また反射鏡面の角度制御性に優れているため半
導体基板に対し正確に垂直な方向に、収差やケラレのな
いレーザ光を取り出すことができる。そしてこのような
本発明によれば半導体レーザ装置の２次元集積化が可能
となる。

【００７４】また本発明半導体レーザ装置は、例えば高
温成長等によることなく、通常の成長条件をもって形成
し得ることから、汎用性及び簡便性において極めて有利
となる。

【００７５】また特に、その半導体レーザをＳＡＮ型構
成、リブ型構成としたり、又は共振器長の延長方向、成
長条件等を適切に選定してＳＤＨ型構成とすることによ
って、低しきい値の面発光レーザ装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明半導体レーザ装置の一例の略線的拡大斜
視図である。

【図２】本発明半導体レーザ装置の他の例の略線的拡大
斜視図である。

【図３】本発明半導体レーザ装置の他の例の略線的拡大
斜視図である。

【図４】本発明半導体レーザ装置の他の例の略線的拡大
斜視図である。

【図５】反射鏡面の成長態様の説明図である。

【図６】本発明半導体レーザ装置の一例の製造工程図で
ある。

【図７】本発明半導体レーザ装置の一例の製造工程図で
ある。

【図８】本発明半導体レーザ装置の他の例の略線的拡大
斜視図である。

【図９】本発明半導体レーザ装置の他の例の略線的拡大
斜視図である。

【図１０】従来の半導体レーザ装置の一例の略線的拡大
斜視図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 第１伝導型クラッド層 ３ 活性層 ４ 第２伝導型クラッド層 ５ 電流阻止層 ６ 第２伝導型クラッド層 ７ 成長阻止層 ８ 第２伝導型結晶成長層 ９ 電極 １０ 高反射膜 １１Ａ 共振器端面 １１Ｂ 共振器端面 １２Ａ 反射鏡面 １２Ｂ 反射鏡面 １５ 保護膜 １８ 第１の反射鏡面 １９ 第２の反射鏡面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 芳文 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−128088（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−154393（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−130983（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に、少なくとも第１伝導型
   のクラッド層と、活性層と、第２伝導型のクラッド層と
   を有して成り、垂直エッチングで形成された共振器端面
   に対向して、上記半導体基板の主面に対しほぼ４５°の
   角度を成す結晶成長面が反射鏡面とされて成る半導体レ
   ーザ装置であって、 上記半導体基板の主面が｛１００｝結晶面より成り、共
   振器長方向が〈０１０〉結晶軸方向に選定され、結晶成
   長｛１１０｝結晶面が反射鏡面とされ、 該｛１１０｝結晶面より成る反射鏡面は、上記半導体基
   板の｛１００｝結晶面より成る主面に沿う面に形成され
   た結晶成長を阻止する成長阻止層の縁部より成長される
   結晶面とされ、上記成長阻止層の縁部が〈００１〉結晶
   軸方向に延長し、〈０１０〉結晶軸方向に突出するよう
   に形成されて成ることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 半導体基板上に、少なくとも第１伝導型
   のクラッド層と、活性層と、第２伝導型のクラッド層と
   を有して成り、垂直エッチングで形成された共振器端面
   に対向して、上記半導体基板の主面に対しほぼ４５°の
   角度を成す結晶成長面が反射鏡面とされて成る半導体レ
   ーザ装置であって、 上記半導体基板が｛１００｝結晶面から〈０−１１〉結
   晶軸方向に約９．７°傾けたオフ基板より成り、共振器
   長方向が〈０−１１〉結晶軸方向から〈１００〉結晶軸
   方向に約９．７°傾いた方向に選定され、結晶成長｛１
   １１｝Ｂ結晶面が反射鏡面とされて成ることを特徴とす
   る半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】 半導体基板上に、少なくとも第１伝導型
   のクラッド層と、活性層と、第２伝導型のクラッド層と
   を有して成り、 垂直エッチングで形成された共振器端面から出射された
   レーザ光を、上記半導体基板の主面に沿う方向に取り出
   す垂直エッチングで形成された第１の反射鏡面を有し、 上記第１の反射鏡面からの反射光を上記半導体基板の主
   面に対し垂直な方向に取り出す結晶成長面より成る第２
   の反射鏡面を有して成ることを特徴とする半導体レーザ
   装置。
4. 【請求項４】 上記半導体基板が｛１００｝結晶面から
   〈０−１１〉結晶軸方向に約９．７°傾けたオフ基板よ
   り成り、 上記第１の反射鏡面が共振器長方向からほぼ４５°を成
   して設けられ、 結晶成長｛１１１｝Ｂ結晶面が上記第２の反射鏡面とさ
   れて成ることを特徴とする上記請求項３に記載の半導体
   レーザ装置。
5. 【請求項５】 上記半導体基板上に〈０１１〉結晶軸方
   向に延長するリッジが設けられて成ることを特徴とする
   上記請求項３に記載の半導体レーザ装置。
6. 【請求項６】 上記半導体基板の主面が｛１００｝結晶
   面より成り、 上記第１の反射鏡面が共振器長方向からほぼ２２．５°
   を成して設けられ、 結晶成長｛１１０｝結晶面が上記第２の反射鏡面とされ
   て成ることを特徴とする上記請求項３に記載の半導体レ
   ーザ装置。
7. 【請求項７】 上記半導体基板上に〈０１１〉結晶軸方
   向に延長するリッジが設けられて成ることを特徴とする
   上記請求項３に記載の半導体レーザ装置。