JP3271291B2 - 面発光型半導体レーザ - Google Patents

面発光型半導体レーザ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、面発光型半導体レーザ
すなわち垂直共振器構造を有し垂直方向にレーザ光を出
射させる半導体レーザに係わる。
【0002】
【従来の技術】垂直共振構造を有する面発光半導体レー
ザは、近年急速に発展を遂げ、その優れた低しきい値特
性、高周波特性等が注目され次世代OEIC(光電気集
積回路)用光源等への応用が期待されている。
【0003】その典型的な構造は、図7に示すように基
体1上に、バッファ層2、第1の多層反射膜3、第1の
クラッド層4、活性層5、第2のクラッド層6、第2の
多層反射膜7を順次連続エピタキシャル成長し、第2の
多層反射膜7から第1の多層反射膜3に至る深さに例え
ば円柱状に中央部を残してその周辺をエッチング除去
し、この円柱状部分を囲むようにその周側面に接してす
なわちこの円柱状部を埋め込むように絶縁性平坦化膜8
例えばポリイミドを塗布し、これの上に第2の多層反射
膜7上を覆って一方の電極9をオーミックに被着する構
成が採られる。
【0004】今、InGaAs歪量子井戸(発振波長λ
0.98μm)の垂直共振器による面発光半導体レー
ザについて説明すると、基体1は例えばn型のGaAs
サブストレイトよりなり、同様にバッファ層2はn型の
GaAsよりなり、第1の多層反射膜3はそれぞれn型
のAlAs膜とGaAs膜の繰り返し積層膜をもってλ
/4周期の多層膜構造として形成される。
【0005】第1のクラッド層4は、n型のGaAsよ
りなり、活性層はIn0.2 Ga0.8Asよりなり、第2
のクラッド層6はp型のGaAsよりなり、第2の多層
反射膜7はそれぞれp型のAlAs及びGaAsの繰り
返し積層膜の同様にλ/4周期の多層膜によって形成し
得る。
【0006】また、電極9は例えばAuZn金属電極に
よって構成される。
【0007】このようにして第1及び第2の多層反射膜
3及び7間に垂直共振器が構成され、電極9及び基体1
間に動作電源Vが接続されることによって両第1及び第
2の多層反射膜3及び7を通じて活性層5に電流の注入
がなされて垂直共振器によって増幅される波長のレーザ
光を発振するようになされている。
【0008】このような構成による垂直共振構造を有す
る面発光半導体レーザは、多層反射膜を用いることで極
めて高い反射率のミラーが構成されることから光閉じ込
め係数を大きくすることができること、また共振器長を
波長と等価にすることで極低しきい値化、光のライフタ
イムの低減が達成される。また、多層膜反射鏡(以下D
BR反射鏡(Distributed Brugg Reflection Mirror )
という)が用いられることによって光の出射条件が、ブ
ラッグ反射条件を満足される光に限られること、さらに
多層反射膜に垂直の方向に関してのみ所定の波長の発振
光が得られることから、狭出射角、単一モードの半導体
レーザが構成される。
【0009】この種の垂直共振器構造による面発光半導
体レーザにおいては、そのDBR反射鏡を通じて通電が
なされることと、その一方を通じて光の導出を行うこと
から、その多層反射膜は、前述した半導体の積層による
DBR反射鏡が用いられるものであり、このDBR反射
鏡は特にキャリアの移動度の低いp側のDBRにおいて
直列抵抗の増大が問題となる。
【0010】すなわち、ホールの移動度は、電子のそれ
に比し1/10以下であることから、特にp側のDBR
反射鏡、上述の例においては、第2の多層反射膜7側に
おける直列抵抗が問題となって、これが熱抵抗の増大を
来す。
【0011】この抵抗は、高濃度ドーピングによりある
程度低めることが可能ではあるが、この場合にはフリー
キャリアによる光吸収(プラズモン吸収)が効率的発振
の障害となるため、通常5×10 18 cm-3以上の不純物
ドーピングは避けられるものであり、このため、このp
側において充分なオン抵抗の低減化をはかることができ
ず、このため高電流注入時に熱抵抗の増大が生じ、大出
力化が困難であることが問題となってきている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うに特に半導体多層膜反射鏡による垂直共振器面発光半
導体レーザにおけるオン抵抗の増大による高電流注入時
の熱抵抗の増大、大出力化の阻害の問題を解決するもの
である。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、図1にその一
例の略線的拡大断面図を示し、図2にその略線的平面図
を示すように、多層膜反射鏡(DBR反射鏡)11及び
12を有する垂直共振器構造を有する面発光半導体レー
ザにおいて、少なくとも一方の電極13が対応する側の
多層膜反射鏡12に対し、この多層膜反射鏡12の多層
膜積層側面を横切って接触するヒートシンク機能を有す
る電極とする。
【0014】
【作用】上述したように本発明においては、少なくとも
一方の多層膜反射鏡の側面にヒートシンク効果を有する
電極が被着されていることによって半導体多層膜反射鏡
で問題となる抵抗熱抵抗の減少化がはかられ大出力化が
可能となる。
【0015】
【実施例】本発明による面発光型半導体レーザの実施例
を図面を参照して説明するに、その理解を容易にするた
めに図3〜図6を参照してその製造方法の一例と共に詳
細に説明する。
【0016】図3Aに示すように、例えばn型のGaA
sサブストレイトよりなる半導体基体14上に、MOC
VD(有機金属化学的気相成長法)あるいはMBE(分
子線エピタキシー法)等によって必要に応じてn型のG
aAs等のバッファ層15を介して、n型の第1のDB
R反射鏡11、n型のGaAsより成る第1のクラッド
層15、InGaAsより成る活性層16、p型のGa
Asより成る第2のクラッド層17、p型の第2のDB
R反射鏡12を順次エピタキシャル成長する。
【0017】第1及び第2のDBR反射鏡11及び12
は、例えばそれぞれn型及びp型のAlAs、GaAs
の繰り返し積層とし、発光レーザ光の波長に対する反射
率がR1 及びR2 とされ、{(R1 +R2 )/2}>9
0%で、例えばR2 <R1 とする。次いで、第2のDB
R反射鏡層12上に、例えばSiO2 マスク層18とS
3 4 マスク層19の2層構造のマスク層20を例え
ばプラズマCVD法によって形成する。
【0018】そして、これの上に周知のフォトグラフィ
によるフォトレジスト層21を最終的に垂直共振器を形
成する部分に例えば円形パターンに形成する。
【0019】次に、図3Bに示すように、このフォトレ
ジスト層21をマスクとして、まず上層のSi3 4
スク層19のエッチングレジスト層21の被着部以外を
エッチング除去し、さらにこれをマスクとしてこれの下
のSiO2 マスク層18をエッチングする。そして、こ
れらマスク層18及び19によるマスク20をエッチン
グマスクとして、これの下を柱状部22として残して第
2のDBR反射鏡12と、クラッド層17と活性層16
を横切る深さに、例えばCl2 等のハロゲン系のガスを
用いたRIE(反応性イオンエッチング)、あるいはE
CR−RIE(エレクトロン・サイクロトロン・レゾナ
ンス−RIE)等の垂直方向の異方性ドライエッチング
を行って円柱状部22の周辺をエッチング除去する。そ
の後、残ったフォトレジスト層21をアッシング等によ
って取り去る。
【0020】図3Cに示すように、そのエッチングによ
って残された柱状部22の周面を含んで全表面に絶縁層
23例えばSi3 4 膜をプラズマCVDによって被着
する。
【0021】図4Aに示すように、円柱部22の基部側
を埋め込むように、ポリイミドあるいはSOG(スピン
・オン・グラス(低融点ガラス))等の塗布型の絶縁材
24を円柱部22の活性層16の周端面と対向する部分
を覆ってコーティングする。
【0022】次に、図4Bに示すように等方性エッチン
グによって絶縁材24をエッチングマスクとしてこれに
よって覆われていない円柱部22の上部周囲の絶縁層2
3をエッチバックし第2のクラッド層17の一部と第2
のDBR反射鏡12の周側面を露出させる。その後、Z
n等の第2のクラッド層17及び第2のDBR反射鏡1
2と同導電型のp型のドーパントを円柱部22の外部に
露出した周面に拡散して高不純物濃度層25を形成す
る。
【0023】図4Cに示すように、高不純物濃度層25
を含んで全面的に例えばAu/Zn/Au等のp型コン
タクト用金属電極13を蒸着する。
【0024】次に、図5Aに示すように、さらに例えば
フォトレジストによるメッキレジスト層25を円柱部2
2より所要の間隔を保持して例えばリング状に形成し、
メッキレジスト層25によって覆われていない部分にA
uメッキ等の良熱伝導性を有するヒートシンク機能を有
する金属部26をメッキする。
【0025】次に図5Bに示すように、第2のDBR反
射鏡12上のマスク層20等を除去し、全面的にポリイ
ミド等の塗布型の平坦化膜27を塗布し、その後エッチ
バックを施して平坦化を行う。
【0026】次に、このポリイミド等よりなる平坦化膜
27の一部に電極窓開けを行って図1及び図2に示すよ
うに、Au/Ge等の他方の電極28を第1のクラッド
層に対してオーミックにコンタクトする。13A及び2
8Aは、電極13及び28から延長して設けられた外部
リード接続等のコンタクト部を示す。
【0027】そして、この電極13及び28間に動作電
源を接続して第1及び第2のDBR反射鏡11及び12
間の共振器部において発振を生じさせ、図においては第
2のDBR反射膜12側を通じてレーザ光を取出す。
【0028】尚、図示の例においては、柱状部22が円
柱状とされた場合であるが、角柱状等任意のパターンと
することができる。
【0029】また、図示の例では、図3Bの工程におけ
るエッチングの深さをp型の第2のクラッド層15の位
置に止めた場合で、前述したように特に抵抗が問題とな
るp型の第2のDBR膜12の側面、即ち、その多層膜
の積層方向を横切って電極13が設けられているので、
抵抗の問題が改善され、しかもヒートシンク効果を有す
る金属部26が設けられていることから放熱効果にもす
ぐれ、熱抵抗の改善がはかられる。
【0030】しかしながら図6に示すように、図4Bで
説明したエッチングの深さを、第1のDBR反射鏡11
を横切る深さとして金属部26がこれの近傍に絶縁層2
3を介して入り込むようにして、この第1のDBR反射
鏡11における熱抵抗の低減化をはかることができる。
図6において図1と対応する部分に同一符号を付して重
複説明を省略する。
【0031】更に、上述した例では、第2のDBR反射
鏡12側からレーザ光の導出を行うようにした場合であ
るが、基体14の第1のDBR反射鏡11側をエッチン
グして窓を形成し(図示せず)、これよりレーザ光の導
出を行うべくR1 <R2 とすることもできる。
【0032】また、各部の導電型を図示とは逆の導電型
に選択できるなど上述の例に限らず種々の変型変更を行
うことができる。
【0033】そして、上述の構成によれば垂直共振器を
構成する柱状部22の外周が金属部26、平坦化膜27
等によって埋込まれて全体として平坦に形成されている
のでOEICへの適用に有利となる。
【0034】
【発明の効果】本発明の、少なくとも一方の多層膜反射
鏡の側面に電極と良熱伝導性の金属部を設けた構成によ
る面発光型半導体レーザとする構成では、すぐれたヒー
トシンク効果が得られ、多層膜反射鏡による共振器構成
で問題となる抵抗、熱抵抗の低減化が図られ、大出力、
長寿命面発光型半導体レーザが構成されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による面発光半導体レーザの一例の略線
的拡大断面図である。
【図2】本発明による面発光半導体レーザの略線的拡大
平面図である。
【図3】本発明による面発光半導体レーザの一例の製造
工程図(その1)である。
【図4】本発明による面発光半導体レーザの一例の製造
工程図(その2)である。
【図5】本発明による面発光半導体レーザの一例の製造
工程図(その3)である。
【図6】本発明の他の例の略線的断面図である。
【図7】従来の面発光半導体レーザの略線的断面図であ
る。
【符号の説明】
11 第1の多層膜反射鏡 15 第1のクラッド層 16 活性層 17 第2のクラッド層 12 第2の多層膜反射鏡
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも第1のクラッド層と、活性層
    と、第2のクラッド層とを有し、両端面に多層膜反射鏡
    を有する垂直共振器構造が形成された面発光型半導体レ
    ーザであって、 上記半導体レーザの少なくとも一方の電極が、一方の多
    層膜反射鏡の上記多層膜積層側面を横切って接触して形
    成され、 該電極と接して該電極に比し良熱伝導性を有するヒート
    シンク機能を有する金属部が形成されて成ることを特徴
    とする面発光型半導体レーザ。
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