JP3460181B2 - 垂直共振器型発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクなどに
用いられる半導体レーザや発光ダイオードなどの発光素
子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ZnSe系II-VI族化合物半導体は、直接遷
移型で広いバンドギャップをもつ半導体材料であること
から、近年、この材料を用いて、青色のレーザ光を発す
る半導体レーザ（以下、「青色半導体レーザ」と称す
る）の開発が活発に行われている。図１４は、ZnSe系II
-VI族半導体材料を用いた従来の垂直共振器型青色半導
体レーザ１４００の構造の一例を示す断面図である。

【０００３】具体的には、Siをドープしたn型GaAs基板
１４１の上に、Clをドープしたn型ZnSeエピタキシャル
層１４２、ZnCdSe活性層１４３、Nをドープしたp型ZnSe
エピタキシャル層１４４、及び、多結晶SiO₂層と多結晶
SiN層とからなる多層膜反射鏡１４５が、順次積層され
ている。また、GaAs基板１４１には所定の形状の開口部
が設けられており、開口部を通じて露出しているn型ZnS
eエピタキシャル層１４２の表面にも、同様に多結晶SiO
₂層と多結晶SiN層とからなる多層膜反射鏡１４５が設け
られている。

【０００４】このような構造において光励起によってレ
ーザ発振が生じることは、例えば、P.D.Floyd, J.K.Fur
dyna, H.Luo, J.L.Merz, Y.Yamada, and T. Yokogawa：
Proc.Int. Workshop on ZnSe-Based Blue-Green Laser
Structures, Wurzburg, Germany, September 18-23,199
4, p.77, Phys. Stat.Sol.(b) 187 (1995) 355に示され
ている。発振したレーザ光は、GaAs基板１４１の開口部
を「窓」として使用して、図中の矢印の方向に出射す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような構造を有
する従来の青色半導体レーザ１４００には、以下のよう
な解決すべき課題が存在している。

【０００６】第１に、従来の構造では、絶縁物であるSi
O₂とSiNとから形成される多層膜反射鏡１４５によっ
て、II-VI族半導体層の表面の全体が覆われている。そ
のため、活性層１４３のうちで多層膜反射鏡１４５で挟
まれた領域に金属電極を通じて電流を注入し、さらに電
流を狭窄することが不可能である。このため、電流駆動
型の垂直共振器型青色半導体レーザを得ることはできな
い。

【０００７】第２に、与えるダメージが少ないながら高
いエッチング速度を確保でき、且つ垂直性にすぐれたII
-VI族半導体層のエッチング手法がなく、電流を有効に
狭窄できる構造を形成することが不可能である。

【０００８】第３に、多結晶SiO₂層と多結晶SiN層とか
ら構成される多層膜反射鏡１４５では、SiO₂とSiNとの
間の屈折率の差が小さく、またSiNが青色領域の波長に
おいて吸収が大きいために、高い反射率を得ることが困
難である。

【０００９】第４に、Clをドープしたn型ZnSeエピタキ
シャル層１４２に対して多結晶SiO₂層と多結晶SiN層と
から構成される多層膜反射鏡１４５を形成するために
は、裏面のGaAs基板１４１の一部を除去してレーザ出力
を取り出す窓を形成し、かつ反射率の低下を招かないよ
うに、Clをドープしたn型ZnSeエピタキシャル層１４２
の表面を極めて平滑に形成しなければならない。しか
し、従来技術においては、GaAsに対するエッチング速度
が高い一方でZnSeに対するエッチング速度が低いとい
う、両者に対する選択性の高いエッチング液がないため
に、GaAs基板１４１にエッチングによって窓を形成する
と、Clをドープしたn型ZnSeエピタキシャル層１４２の
表面に荒れが生じる。その結果、反射率の低下を招く。

【００１０】第５に、GaAs基板１４１にレーザ光を出射
する窓を形成した後に、n型GaAs基板１４１の上に低温
プロセスで電極を形成することが困難である。

【００１１】本発明は、上記課題を鑑みて行われたもの
であり、その目的は、（１）電流狭窄構造を有して低い
しきい値電流で発光する垂直共振器型発光素子、ならび
に（２）そのような垂直共振器型発光素子の製造方法、
を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の垂直共振器型発
光素子は、II-VI族半導体材料からなるエピタキシャル
層の上に形成された、電流を狭窄するZnO層を備えてお
り、そのことによって上記目的が達成される。

【００１３】本発明の他の局面によれば、垂直共振器型
発光素子が、活性層と、該活性層を上下から挟むように
配置された、それぞれII-VI族半導体材料から構成され
ているp型エピタキシャル層及びn型エピタキシャル層
と、該p型エピタキシャル層及びn型エピタキシャル層の
少なくとも一方の上に形成されたZnO層と、を備え、該Z
nO層により電流が狭窄されており、そのことによって上
記目的が達成される。ある実施形態では、前記p型エピ
タキシャル層及びn型エピタキシャル層のうちで前記活
性層の上部に配置された層にメサが形成され、前記ZnO
層は該メサの両側に形成されている。

【００１４】上記のような垂直共振器型発光素子におい
て、ある実施形態では、前記エピタキシャル層の上にリ
ング状に接触する電極をさらに備える。

【００１５】本発明のさらに他の局面によれば、垂直共
振器型発光素子が、活性層と、該活性層を上下から挟む
ように配置された、それぞれII-VI族半導体材料から構
成されているp型エピタキシャル層及びn型エピタキシャ
ル層と、該p型エピタキシャル層及びn型エピタキシャル
層の少なくとも一方の上に形成されて、電流を狭窄する
ZnO層と、該ZnO層によって囲まれた領域に形成されて、
光を反射する反射鏡と、該反射鏡と該ZnO層との間に位
置する該エピタキシャル層にリング状に接触する電極
と、を備えており、そのことによって上記目的が達成さ
れる。

【００１６】ある実施形態では、前記反射鏡はTiO₂とSi
O₂とからなる多層構造である。

【００１７】他の実施形態では、前記p型エピタキシャ
ル層及びn型エピタキシャル層と前記ZnO層とを含む積層
構造がGaAs基板の上に形成されており、該GaAs基板に接
触したＡｕとＧｅとＮｉとからなる電極をさらに備えて
いる。

【００１８】本発明のさらに他の局面によれば、垂直共
振器型発光素子が、所定の形状の開口部を有する半導体
基板と、該半導体基板の上に形成された第１のエピタキ
シャル層と、該第１のエピタキシャル層の上に形成され
た活性層と、該活性層の上に形成された第２のエピタキ
シャル層と、該第２のエピタキシャル層に形成されたメ
サの両側に埋め込まれた、電流を狭窄するZnO層と、該
第２のエピタキシャル層の上に、該ZnO層に囲まれるよ
うに形成された第１の反射鏡と、該半導体基板の該開口
部を通じて露出している該第１のエピタキシャル層の表
面上に形成された第２の反射鏡と、を備えており、その
ことによって上記目的が達成される。

【００１９】ある実施形態では、前記第１のエピタキシ
ャル層のうちで前記ZnO層と前記第１の反射鏡とに挟ま
れた領域の上に形成された第１の電極と、前記半導体基
板の表面に形成された第２の電極と、をさらに備えてい
る。

【００２０】他の実施形態では、前記半導体基板がGaAs
基板であり、該GaAs基板に接触したＡｕとＧｅとＮｉと
からなる電極をさらに備えている。

【００２１】さらに他の実施形態では、前記第１及び第
２の反射鏡は、それぞれTiO₂とSiO₂とからなる多層構造
である。

【００２２】本発明の垂直共振器型発光素子の製造方法
は、II-VI族半導体材料から構成される層を、CH₄とH₂と
Xeとを主成分とするガスを用いてドライエッチングする
工程を包含しており、そのことによって上記目的が達成
される。

【００２３】本発明の他の局面によれば、垂直共振器型
発光素子の製造方法が、それぞれII-VI族半導体材料か
ら構成されている、第１のエピタキシャル層と活性層と
第２のエピタキシャル層とを成長させる工程と、該第２
のエピタキシャル層をCH₄とH₂とXeとを主成分とするガ
スを用いてドライエッチングして、メサを形成する工程
と、を包含しており、そのことによって上記目的が達成
される。

【００２４】ある実施形態では、前記メサの両側にZnO
層を埋め込む工程をさらに包含する。

【００２５】他の実施形態では、前記ZnO層に囲まれた
領域に、プラズマ化した酸素を用いて、TiO₂層とSiO₂層
とから構成される多層膜を形成する工程をさらに包含す
る。

【００２６】さらに他の実施形態では、前記第１のエピ
タキシャル層と前記活性層と前記第２のエピタキシャル
層とを含む積層構造がGaAs基板の上に成長されており、
該GaAs基板をNH₄OHとH₂O₂とH₂Oとの混合溶液でエッチン
グして発光出力を取り出す窓を形成する工程をさらに包
含する。

【００２７】本発明のさらに他の局面によれば、垂直共
振器型発光素子の製造方法が、II-VI族半導体材料から
なるエピタキシャル層の上に、プラズマ化した酸素を用
いて、ZnO、TiO₂及びSiO₂層からなるグループから選択
された材料からなる層を形成する工程を包含しており、
そのことによって上記目的が達成される。

【００２８】本発明のさらに他の局面によれば、垂直共
振器型発光素子の製造方法が、GaAs基板を、NH₄OHとH₂O
₂とH₂Oとを主成分とする混合溶液でエッチングする工程
を包含しており、そのことによって上記目的が達成され
る。

【００２９】以下、作用について説明する。

【００３０】本発明では、上記の構造によって、電流を
多層膜反射鏡で挟まれた活性層領域に有効に注入し、さ
らに電流を狭窄することができる。これによって、電流
駆動型の垂直共振器型青色半導体レーザが得られる。

【００３１】また、垂直共振器型青色半導体レーザを構
成するII-IV族半導体材料層に対して、与えるダメージ
が少ない一方で高いエッチング速度を有し、かつ垂直性
にすぐれたエッチングが可能となる。この結果、電流を
有効に狭窄する構造を形成することが可能になる。

【００３２】さらに、多結晶SiO₂層と多結晶TiO₂層とか
ら構成される本発明の多層膜反射鏡では、SiO₂とTiO₂と
の間の屈折率の差が大きい。さらに、TiO₂における酸素
の抜けを抑えることで、青色領域の波長に対して十分な
透過率を確保することができる。これによって、高い反
射率を得ることできる。

【００３３】また、Clをドープしたn型ZnSeエピタキシ
ャル層に対して多結晶SiO₂層と多結晶TiO₂層とから成る
多層膜反射鏡を形成するので、裏面のGaAs基板の一部を
除去してレーザ出力を取り出す窓を形成し、かつ反射率
の低下を招かないようにClをドープしたn型ZnSeエピタ
キシャル層の表面を極めて平滑に形成することができ
る。

【００３４】また、レーザ光を出射する窓を形成した後
に、n型GaAsに対する電極を低温プロセスで形成するこ
とができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）本発明の第１の実施形態を、図面
に基づいて説明する。

【００３６】図１（ａ）〜図１（ｃ）は、ZnSe系II-VI
族半導体を用いた本発明による垂直共振器型青色半導体
レーザ１００の構造を示す図である。具体的には、図１
（ａ）は、半導体レーザ１００の外観を示す斜視図であ
り、図１（ｂ）は、図１（ａ）の線１Ｂ−１Ｂにおける
断面図である。また、図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示さ
れる断面を立体的に表したものである。

【００３７】半導体レーザ１００では、Siをドープした
n型GaAs基板１１の上に、Clをドープしたn型ZnSeエピタ
キシャル層（クラッド層）１２、ZnCdSe井戸層とZnSeバ
リア層とから構成されて活性層として機能する多重量子
井戸層１３、及びNをドープしたp型ZnSeエピタキシャル
層（クラッド層）１４が、順次積層されている。ｐ型Ｚ
ｎＳｅエピタキシャル層１４の両側には、電流を狭窄す
るための多結晶ZnO埋込層１５が配置されている。p型Zn
Seエピタキシャル層１４の上とGaAs基板１１をエッチン
グして露出させたn型ZnSe層１２の表面とには、多結晶S
iO₂層と多結晶TiO₂層とから構成される多層膜反射鏡１
７ｐ及び１７ｎがそれぞれ形成されていて、レーザ発振
を得るための反射鏡として機能する。さらに、ZnO埋込
層１５の上には反射鏡１７ｐを覆うようにp型AuPd電極
１６が形成され、一方、n型GaAs基板１１の裏面にはn型
AuGeNi電極１８が設置されている。

【００３８】図１（ａ）の斜視図では、反射鏡１７ｐ
は、電極１６で覆われていて見えない。また、GaAs基板
１１の中心部に形成される開口部（窓）２０の底部に相
当する位置に形成される反射鏡１７ｎも、図１（ａ）で
は見えない。一方、図１（ｃ）より、反射鏡１７ｐが円
筒形状であることがわかる。

【００３９】この半導体レーザ１００のp型電極１６とn
型電極１８との間に２０Ｖの電圧を印加すると、p型電
極１６から注入された電流は、ZnO埋込層１５の部分は
流れない。すなわち、電流はZnO埋込層１５によって狭
窄されて、ZnO埋込層１５と反射鏡１７ｐとの間のリン
グ状の間隙を通って多重量子井戸層１３に流れ込み、そ
れによって発光する。

【００４０】発光した光は、上下の反射鏡１７ｐ及び１
７ｎによって反射される。２つの反射鏡のうちで反射鏡
１７ｐは、積層される膜の層数を多くすることによっ
て、高い反射率が得られるようにしてある。典型的に
は、反射鏡１７ｐの反射率は、９９％である。一方、反
射鏡１７ｎの反射率は、典型的には９５％である。これ
より、レーザ光は、矢印で示すように反射鏡１７ｎの側
から出射される。

【００４１】次に、半導体レーザ１００の製造工程を、
図２（ａ）〜図２（ｅ）を用いて説明する。本実施形態
では、ZnSe系II-VI族半導体材料の成長方法として、分
子線エピタキシー法を用いる。

【００４２】まず、Siドープn型GaAs基板１１の上に、C
lをドープしたn型ZnSeエピタキシャル層１２、ZnCdSe井
戸層とZnSeバリア層とから構成される多重量子井戸層１
３、及びNをドープしたp型ZnSeエピタキシャル層１４
を、順次エピタキシャル成長する。但し、図２（ａ）〜
図２（ｅ）では、簡略化のために、GaAs基板１１、n型Z
nSeエピタキシャル層１２、及び多重量子井戸層１３の
間の界面を描いていない。

【００４３】次に、半導体レーザ１００の上面側のプロ
セスを以下に説明する。

【００４４】Nをドープしたp型ZnSeエピタキシャル層１
４の上に、フォトリソグラフ法によって、円筒形状（直
径１６μｍ）のレジストパターン１９を形成する。その
後に、レジストパターン１９をマスクとして、Nをドー
プしたp型ZnSeエピタキシャル層１４をエッチングす
る。これによって、図２（ａ）に示すように、p型ZnSe
エピタキシャル層１４では、レジストパターン１９で覆
われた領域については当初の厚さが維持される一方で、
その他の領域では厚さが減じられる。

【００４５】その後に、厚さが減じられたp型ZnSeエピ
タキシャル層１４の上に、多結晶ZnO埋込層１５をスパ
ッタ法を用いて蒸着する。さらに、リフトオフを行っ
て、図２（ｂ）に示すように電流狭窄のための多結晶Zn
O埋込み構造を作製する。

【００４６】次に、フォトリソグラフ法により、多層膜
反射鏡１７ｐを形成するための窓（直径１２μｍ）とな
るレジストパターンを形成し、その上から、多結晶SiO₂
層と多結晶TiO₂層とから構成される多層膜をスパッタリ
ング法を用いて蒸着する。その後にリフトオフを行っ
て、図２（ｃ）に示すように、半導体レーザ１００の上
面側に、直径１２μｍの円筒形状の多層膜反射鏡１７ｐ
を形成する。

【００４７】次に、Nをドープしたp型ZnSeエピタキシャ
ル層１４の上にp型AuPd電極１６を形成する。具体的に
は、p型ZnSeエピタキシャル層１４の全面に厚さ１０ｎ
ｍのＰｄ層を蒸着し、さらにその上に厚さ２００ｎｍの
Ａｕ層を蒸着する。これによって、図２（ｄ）に示すよ
うに、Nをドープしたp型ZnSeエピタキシャル層１４にAu
Pd電極１６がリング状に接触しているp型電極構造が作
製される。

【００４８】次に、半導体レーザ１００の裏面側のプロ
セスを説明する。

【００４９】まず、フォトリソグラフ法による加工を容
易にするために、Siドープn型GaAs基板１１に付着して
いるInを、HCl溶液を用いたエッチングによって除去す
る。次に、露出した表面に残るアロイ層を研磨によって
除去し、さらにH₂SO₄：H₂O₂：H₂O＝１：８：１である混
合溶液を用いて、GaAs基板１１を厚さが１４０μｍにな
るまでエッチングする。

【００５０】次に、GaAs基板１１をさらにエッチングし
て、直径３０μｍの窓を開けて、 n型ZnSeエピタキシャ
ル層１２を露出させる。これは、半導体レーザ１００の
裏面側に形成する多層膜反射鏡１７ｎが接触するための
領域であって、GaAs基板１１が青色の波長域に対して透
明ではないことを考慮して行うものである。具体的に
は、まずフォトリソグラフ法によりレジストパターンを
形成した後に、NH₄OH：H₂O₂：H₂O＝３：６６：２０であ
る混合溶液をエッチャントとして用いてGaAs基板１１を
エッチングして、所定の形状及びサイズの窓２０を開け
る。上記のエッチャントは、GaAsに対するエッチング速
度がZnSeに対するエッチング速度の約２０倍であるの
で、GaAsが全てエッチングされてZnSeが露出した時点
で、エッチングは進まなくなる。これによって、極めて
平坦なZnSe表面が露出できる。さらに、GaAs基板１１に
所定の窓２０が開けられた状態で、多結晶SiO₂層と多結
晶TiO₂層から構成される多層膜を、スパッタ法を用いて
GaAs基板１１及び窓２０の底部に露出しているp型ZnSe
層１２の上に蒸着する。その後にリフトオフを行って、
GaAs基板１１の上に堆積した多層膜を除去して、半導体
レーザ１００の裏面側におけるレーザ光の出射窓となる
多層膜反射鏡１７ｎ（図１（ｂ）及び図１（ｃ）参照）
を作製する。

【００５１】なお、本実施形態で使用し得るエッチャン
トの組成は、上記の数値に限られるものではない。具体
的には、NH₄OHは２〜５、H₂O₂は３０〜７０、H₂Oは１０
〜４０の範囲であれば、同様の効果が得られる。

【００５２】さらに、再びフォトリソグラフ法を行って
多層膜反射鏡１７ｎの部分をレジストパターンでカバー
した後に、厚さ５ｎｍのＮｉ膜、厚さ２０ｎｍのＧｅ
膜、厚さ３０ｎｍのＡｕ膜、厚さ２０ｎｍのＧｅ膜、厚
さ６０ｎｍのＡｕ膜、厚さ４０ｎｍのＮｉ膜、及び厚さ
１００ｎｍのＡｕ膜を、順次蒸着する。最後にリフトオ
フを用いて、n型AuGeNi電極１８を作製する。このとき
の熱処理温度は、典型的には２３０℃である。

【００５３】本実施形態ではNi/Ge/Auの多層膜を用いて
n型AuGeNi電極１８を作製しているが、第１層のＮｉ膜
の厚さを５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内に設定すれば、その
上にAuGe合金を直接的に蒸着しても同様の効果が得られ
る。

【００５４】図３に、本実施形態の垂直共振器型青色半
導体レーザ１００の電流−レーザ出力特性及び電流−電
圧特性を示すグラフである。具体的には、液体窒素温度
（７７Ｋ）でパルス駆動した場合に得られた測定結果を
示している。

【００５５】これより、レーザ出力が立ち上がる電流
値、すなわちしきい電流値は約３ｍＡであって、極めて
小さなしきい値電流が得られている。

【００５６】図４は、本実施形態の垂直共振器型青色半
導体レーザ１００の出射光のスペクトルを示す。具体的
には、液体窒素温度（７７Ｋ）でパルス駆動した場合に
得られた測定結果を示している。実線（ａ）は、駆動電
流がしきい値Ｉthの２倍の値をとる場合のスペクトルで
あり、点線（ｂ）は、駆動電流がしきい値Ｉthの０．９
倍の値をとる場合のスペクトルである。

【００５７】これより、駆動電流がしきい値電流以下で
ある（ｂ）の場合にはブロードな自然放出光が見られて
いるのに対して、駆動電流がしきい値電流以上である場
合（ａ）では急峻なスペクトル線が得られていて、レー
ザ発振が得られていることが確認できる。レーザ発振波
長は４８４ｎｍであり、レーザ発振線のスペクトル線幅
は０．９ｎｍである。

【００５８】図５は、本実施形態の垂直共振器型青色半
導体レーザ１００の遠視野パターンを示す。具体的に
は、液体窒素温度（７７Ｋ）でパルス駆動した場合に得
られた測定結果を示している。

【００５９】これより、得られた放射角は約７度と極め
て狭い値である。これは、以下の理由による。すなわ
ち、本実施形態の半導体レーザ１００は、AuPd電極１６
がNをドープしたp型ZnSeエピタキシャル層１４にリング
状に接触するp型電極構造を有しており、さらに多結晶Z
nO埋込み構造により円筒形状に電流が狭窄されている。
そのため、電流は、リング状のAuPd電極１６から円筒状
に流れて、活性層である多重量子井戸層１３に注入され
る。その結果、発せられるレーザビームは円形状とな
る。レーザビームの出射端の直径は１２μｍと比較的大
きいことから、極めて小さな放射角を得ることができ
る。

【００６０】本実施形態の半導体レーザ１００の形成に
あたって、円筒形状（直径１６μｍ）のレジストパター
ン１９をマスクに用いてNをドープしたp型ZnSeエピタキ
シャル層１４をエッチングする際に、前述のエッチャン
トの代わりに、飽和臭素水と燐酸と水との混合液（例え
ば混合比は１：２：３）を用いて、ウエットエッチング
を行うことも可能である。しかし、ウエットエッチング
では、しばしばエッチングによる表面の荒れが生じた
り、平滑なエッチング側壁を得ることが困難であったり
する。

【００６１】一方、最近では、炭化水素系ガスを用いた
ドライエッチングが化合物半導体の微細加工の手法とし
て注目されており、炭化水素系ガスを用いたZnSeの反応
性イオンエッチングについては、これまでにいくつかの
報告がある（例えば、二階堂、他：春季応物 (1995) 30
p-ZN-15、或いはOhtsuka et al.: J. Appl. Phys. 75(1
994) 8231）。しかし、この炭化水素系ガスを用いたド
ライエッチングでも、エッチング速度が遅いなどの問題
がある。

【００６２】これに対して本発明では、CH₄/H₂系ガスに
Xeガスを導入した混合ガスを使用するＥＣＲエッチング
を行っている。

【００６３】図６は、エッチング速度の加速電圧依存性
を示すグラフである。具体的には、GaAs基板上にＭＢＥ
法で成長したZnSe層及びZnMgSSe層を、CH₄ガスとH₂ガス
との混合ガス、及びこの混合ガスにさらにＸｅガスを導
入したガスを用いてエッチングする際に得られたデータ
を示している。

【００６４】これより、放電ガスにＸｅガスを加える
と、ZnSe及びZnMgSSeのいずれの場合においても、加速
電圧の増加にともなってエッチング速度が急激に増加し
ていることがわかる。例えば、加速電圧７００Ｖでは、
Ｘｅガスを導入しない場合に比べて、ZnSe及びZnMgSSe
のいずれの場合においても、エッチング速度が約２０倍
程度大きくなる。

【００６５】また、以上のデータは、CH₄のガス流量を
１ｓｃｃｍ、H₂のガス流量を３ｓｃｃｍ、及びＸｅのガ
ス流量を０．８ｓｃｃｍとして得られている。しかし、
具体的な数値はこれに限られるものではなく、CH₄の流
量に対するＸｅの流量の比（Ｘｅ／CH₄）が０．５より
大きく１．５よりも小さい（すなわち、０．５＜Xe/CH₄
＜１．５）という条件が満たされれば、Ｘｅガスの作用
によってエッチング表面に生成した炭素化合物を効果的
に除去することができて、上述の様なエッチング特性を
得ることが可能になる。

【００６６】図７（ａ）は、本実施形態にしたがったXe
ガスを導入したメタン及び水素を用いたドライエッチン
グにより得られるエッチング形状を模式的に示す断面図
であり、図７（ｂ）は、従来技術による塩素を用いたド
ライエッチングにより得られるエッチング形状を模式的
に示す断面図である。図７（ｂ）に示すように、従来技
術ではエッチング面に顕著な荒れが生じる。それに対し
て、図７（ａ）に示すように本実施形態の方法によれ
ば、得られるエッチング面は極めて平坦であり、特に垂
直方向には、約８０度のエッチング角度で平滑なエッチ
ング側壁が得られる。

【００６７】このようなすぐれた垂直性を有する側壁
は、効果的な電流狭窄を実現するために有効である。側
壁が垂直に形成されずに断面形状が底面が広がった台形
状になっている場合には、電流が十分に狭窄されずに広
がって、活性層に電流が集中されない。しかし、本実施
形態のようにＸｅガスをさらに導入してドライエッチン
グを行うことによって、垂直性にすぐれたエッチング側
壁が形成され、電流狭窄に適した構造が形成される。

【００６８】図８は、本実施形態にしたがったＸｅガス
を導入したメタン及び水素を用いたドライエッチングと
従来技術による塩素を用いたドライエッチングとのそれ
ぞれに関して、成長時（エッチング前）、ドライエッチ
ング時、及びドライエッチング後のウエットエッチング
時のそれぞれにおける、ＰＬ発光強度の変化を示すグラ
フである。従来技術による塩素を用いたドライエッチン
グの場合は、ドライエッチング実施後にＰＬ強度が急激
に減少する。それに対して、本実施形態のＸｅガスを導
入したメタン及び水素によるドライエッチングの場合
は、ドライエッチング実施後も、ＰＬ発光強度の減少は
ほとんど観測されない。これは、本実施形態によるＸｅ
ガスを導入したメタン及び水素によるドライエッチング
では、エッチングにより加工対象面に与えられるダメー
ジが極めて少ないことを意味している。

【００６９】以上の説明では、ZnSe及びZnMgSSeに対す
るエッチング特性を説明しているが、ZnSSe或いはCdZnS
eに対しても、同等のエッチング速度が実現され、また
同様な平滑なエッチング面を得ることができる。

【００７０】前述のように、本実施形態では、電流狭窄
として多結晶ZnO埋込層１５を用いている。これは以下
に述べる理由からである。

【００７１】GaAsなどIII-V族化合物半導体レーザで
は、従来は、多結晶SiO₂埋込層を使用している。この多
結晶SiO₂埋込層は、典型的には化学蒸着法等によって形
成される。しかし、一般にZnSe系II-VI族化合物半導体
材料の結晶成長温度は、約２５０℃と非常に低い。その
ために、ZnSe系II-VI族化合物半導体材料からなる層の
形成後に行われる多結晶SiO₂埋込層の形成工程におい
て、先に形成されているZnSe系II-VI族化合物半導体層
の結晶劣化を生じさせないためには、ZnSe系II-VI族化
合物半導体層の成長温度よりも低い温度で、多結晶SiO₂
埋込層を形成しなければならない。

【００７２】しかし、このような低温で形成されたSiO₂
は、ポーラスな多結晶となる。その結果、ZnSe層などに
対する密着性がきわめて悪くなり、容易にはがれなどを
生じる。従って、絶縁埋込層としてSiO₂を用いることに
は問題が多い。また、多結晶SiO₂埋込層をエッチングに
おけるマスクとして用いる場合も、密着性の悪さやその
ポーラスな性質からサイドエッチなどを生じやすく、マ
スク材としての利用価値も低い。

【００７３】さらに、多結晶SiO₂の熱伝導率は大変低い
ため、発生した熱の放散が効率的になされない。その結
果、レーザ発振のしきい値を増大させるとともに、発光
素子の寿命も短くなる。

【００７４】そこで本実施形態では、II-VI族半導体レ
ーザ構造のエピタキシャル層の上で密着性良く形成さ
れ、熱伝導率が高いとともに光閉じ込めに利用可能な低
屈折率を有する材料である多結晶ZnOを用いて、埋込層
１５を形成している。

【００７５】本発明で絶縁埋込層の材料として使用する
ZnO層は、II-VI族化合物半導体材料の一つであって、Zn
Se、ZnSSe、ZnMgSSeなどの材料に対する密着性が極めて
良い。また、耐酸性及び耐酸化性に優れている。さら
に、吸水性がほとんどなく、形状や寸法の安定性に優れ
ている。

【００７６】また、ZnOは、熱伝導性が極めて良く、そ
の熱伝導率の値はSiO₂の値の約３０倍近い。従って、Zn
Oを絶縁埋込層として用いることにより、活性層で発生
した熱が、ZnO絶縁埋込層を通して効率的に放散され
る。

【００７７】さらに、ZnOは、ZnSe、ZnSSe、ZnMgSSeな
どに比べて屈折率が低いが、その差は適切な範囲であ
る。

【００７８】具体的には、例えばクラッド層における屈
折率が典型的には約２．５〜２．６であるのに対して、
絶縁埋込層を構成するZnO層の屈折率は約２．２であ
る。クラッド層と絶縁埋込層との間に存在する屈折率差
がこの程度の値である場合には、クラッド層の円筒形状
部分の直径を５〜１０μｍ程度にまで大きくしても、単
一横モードレーザ発振が良好に実現される。これに対し
て、従来のSiO₂による絶縁埋込層では屈折率が約１．４
であって、クラッド層との間の屈折率差が大きい。その
ため、安定した単一横モードレーザ発振を実現するため
には、クラッド層に形成する円筒形状部分の直径を２μ
ｍ程度にまで小さくしなければならない。しかし、その
ような小さい直径の円筒形状の形成は、困難を伴う。

【００７９】このように、ZnO層からなる絶縁埋込層
は、横方向の光閉込め層として有効に機能する。

【００８０】以上の説明では、多結晶ZnO埋込層１５及
び多結晶SiO₂層と多結晶TiO₂層とから構成される多層膜
反射鏡１７ｐ及び１７ｎの形成にスパッタ法を用いてい
るが、プロセス温度が十分に低い場合でもこれらの層の
堆積速度を大きくするためには、プラズマ化した酸素を
スパッタ装置に導入することが効果的である。

【００８１】図９は、プラズマ化した酸素を用いてこれ
らの層を形成する際に用いられる装置９００の概略図を
示す。

【００８２】図９の構成において、真空容器９０の中に
設けられた電極９６の上に、II-VI族半導体ウエハ（基
板）９１を配置する。また、ウエハ９１に相対するよう
に、他の電極９７の上にZnO、SiO₂またはTiO₂のターゲ
ット９２を配置する。さらに、真空容器９０には、アル
ゴンガス導入管９３、酸素ガス導入管９４、及び排気系
９５が設けられている。

【００８３】具体的には、ターゲット９２をウエハ９１
に対して負電位に保った状態で、真空容器９０の中に導
入した放電ガス、例えばArガスを減圧して、放電を起こ
す。これによって、Arイオンを、負電位に保ってあるタ
ーゲット９２に向かって加速衝突させる。この衝突で、
ターゲット９２から離脱した材料がその近くに位置する
II-VI族半導体基板９１の上に堆積する。

【００８４】図９に示す装置９００の構成では、アルゴ
ンガス導入管９３からArガスを真空容器９０の中に導入
すると同時に、酸素ガス導入管９４より酸素を真空容器
９０の中に導入する。放電によってプラズマ化した酸素
は、II-VI族半導体基板９１の上に堆積するZnOなどの膜
の中に取り込まれる。これによって、堆積される膜の中
の酸素の抜けを防ぐことができ、良質な膜を得ることが
できる。さらに、低いプロセス温度においても、従来技
術の堆積方法に比べて、ZnOなどの膜の堆積速度は数倍
程度増加する。

【００８５】特に、TiO₂膜では、スパッタ工程中に膜か
らの酸素抜けが生じると、吸収端が長波長側に移行す
る。そのため、青色レーザ光の波長に対して吸収ロスが
増加して、多層膜反射鏡１７ｐ及び１７ｎの反射率の低
下を招く。これに対して、スパッタリング工程中に酸素
を導入することにより、この酸素抜けを抑制することが
できる。この結果、多結晶SiO₂層と多結晶TiO₂層とから
構成される多層膜反射鏡１７ｐ及び１７ｎの反射率を高
くすることができる。例えば、本実施形態では、多結晶
SiO₂層と多結晶TiO₂層とを計８周期分だけ積層した多層
膜構造において、波長４９０ｎｍに対して９９％以上の
反射率が得られる。

【００８６】図１０は、本実施形態に従って形成される
多層反射膜の反射率の波長分散を示すグラフである。こ
の結果から、本実施形態によれば、多結晶SiO₂層と多結
晶TiO₂層とから構成された、膜厚の制御性が良く酸素抜
けが抑制されて、かつ高い反射率を有する多層膜反射鏡
１７ｐ及び１７ｎが得られていることがわかる。これよ
り、本実施形態に従って形成される多層膜反射鏡１７ｐ
及び１７ｎは、極めて高い反射率が必要不可欠である垂
直共振器型半導体レーザのための反射鏡として、非常に
有効である。

【００８７】前述のように、本実施形態では、以下の理
由によりn型AuGeNi電極１８を使用している。

【００８８】半導体レーザの裏面に対するフォトリソグ
ラフ加工を容易にするために、本実施形態では、Siドー
プn型GaAs基板１１に付着しているInを除去し、その後
にエッチングを実行する。すなわち、上記のプロセスを
実施するためには、結晶成長時に張り付け用に用いたIn
をn型電極としてそのまま用いることができず、新たにn
型電極を作製しなければならない。ZnSe系II-VI族半導
体は一般に３００℃以下という低い温度で成長するの
で、できるだけ低いプロセス温度（シンター温度）でオ
ーミック接触を形成する必要がある。そのためには、電
極１８をn型AuGeNiから形成することが有効である。

【００８９】表１は、電極の構成材料として使用可能な
いくつかの各種金属材料について、形成プロセスで必要
とされる熱処理温度と得られる接触抵抗値とを示す。こ
れより、AuGeNiの多層構造を用いれば、２３０℃で５分
間の熱処理によって良好なオーミック接触が得られ、接
触抵抗値としては約５×１０^-3Ω・ｃｍ²の値が得られて
いる。

【００９０】

【表１】

【００９１】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
形態における半導体レーザ２００を、図面に基づいて説
明する。

【００９２】本実施形態の半導体レーザ２００は、II-V
I族半導体レーザ構造にZnMgSSeエピタキシャル層及びZn
Se井戸層からなる活性層を用いた青色面発光レーザであ
る。これより、GaAs基板に格子整合したII-VI族半導体
材料のエピタキシャル成長が可能であるために、結晶品
質がさらに向上して、室温におけるレーザ発振に有効で
ある。また、活性層にZnSe井戸層を用いることができる
ことから、室温におけるレーザ発振波長をさらに短波長
化できる。

【００９３】図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、ZnSe系II
-VI族半導体を用いた本実施形態による垂直共振器型青
色半導体レーザ２００の構造を示す図である。具体的に
は、図１１（ａ）は、半導体レーザ２００の外観を示す
斜視図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の線１１
Ｂ−１１Ｂにおける断面図である。また、図１１（ｃ）
は、図１１（ｂ）に示される断面を立体的に表したもの
である。

【００９４】半導体レーザ２００では、Siをドープした
n型GaAs基板１１１の上に、Clをドープしたn型ZnMgSSe
エピタキシャル層（クラッド層）１１２、ZnSe井戸層と
ZnMgSSeバリア層とから構成されて活性層として機能す
る多重量子井戸層１１３、及びNをドープしたp型ZnMgSS
eエピタキシャル層（クラッド層）１１４が、順次積層
されている。p型ZnMgSSeエピタキシャル層１１４の両側
には、電流を狭窄するための多結晶ZnO埋込層１１５が
配置されている。p型ZnMgSSeエピタキシャル層１１４の
上とGaAs基板１１１をエッチングして露出させたn型ZnM
gSSe層１１２の表面とには、多結晶SiO₂層と多結晶TiO₂
層とから構成される多層膜反射鏡１１７ｐ及び１１７ｎ
がそれぞれ形成されていて、レーザ発振を得るための反
射鏡として機能する。さらに、ZnO埋込層１１５の上に
は反射鏡１１７ｐを覆うようにp型AuPd電極１１６が形
成され、一方、n型GaAs基板１１１の裏面にはn型AuGeNi
電極１１８が設置されている。

【００９５】図１１（ａ）の斜視図では、反射鏡１１７
ｐは、電極１１６で覆われていて見えない。また、GaAs
基板１１１の中心部に形成された開口部（窓）１１９の
底部に相当する位置に形成される反射鏡１１７ｎも、図
１１（ａ）では見えない。一方、図１１（ｃ）より、反
射鏡１１７ｐが円筒形状であることがわかる。発振した
レーザ光は、GaAs基板１１１の開口部１１９を通じて、
図中の矢印の方向に出射される。

【００９６】本実施形態においては、Clをドープしたn
型ZnMgSSeエピタキシャル層１１２及びNをドープしたp
型ZnMgSSeエピタキシャル層１１４を、GaAs基板１１１
に格子整合させて成長できる。そのために、高品質のエ
ピタキシャル層が得られて、その結果として室温におけ
るレーザ発振が得られる。またこの場合も、しきい値電
流は３ｍＡ程度と極めて小さい。また、レーザ発振波長
は４６４ｎｍであって、第１の実施形態の半導体レーザ
１００よりも短波長である。さらに、放射角としては、
約７度と極めて狭い値が得られる。

【００９７】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施
形態における半導体レーザ３００を、図面に基づいて説
明する。

【００９８】本実施形態の半導体レーザ３００は、埋込
層にZnMgSSeエピタキシャル層を用いた青色面発光レー
ザである。本実施形態では、まず、Nをドープしたp型Zn
Seエピタキシャル層１２４の上に円筒形状（直径１６μ
ｍ）のSiO₂マスクを形成した後に、それをマスクとして
使用して、Nをドープしたp型ZnSeエピタキシャル層１２
４をエッチングする。その後に、SiO₂マスクを残したま
までZnMgSSeエピタキシャル層１２５をエピタキシャル
成長すると、SiO₂マスクの上にはZnMgSSeは成長しない
ために、エッチングされた部分のみに選択的にZnMgSSe
が成長する。この結果、ZnMgSSeエピタキシャル層１２
５による埋込み構造が形成される。

【００９９】図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は、ZnSe系II
-VI族半導体を用いた本実施形態による垂直共振器型青
色半導体レーザ３００の構造を示す図である。具体的に
は、図１２（ａ）は、半導体レーザ３００の外観を示す
斜視図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の線１２
Ｂ−１２Ｂにおける断面図である。また、図１２（ｃ）
は、図１２（ｂ）に示される断面を立体的に表したもの
である。

【０１００】半導体レーザ３００では、Siをドープした
n型GaAs基板１２１の上に、Clをドープしたn型ZnSeエピ
タキシャル層（クラッド層）１２２、ZnCdSe井戸層とZn
Seバリア層とから構成されて活性層として機能する多重
量子井戸層１２３、及びNをドープしたp型ZnSeエピタキ
シャル層（クラッド層）１２４が、順次積層されてい
る。p型ZnSeエピタキシャル層１２４の両側には、電流
を狭窄するためのZnMgSSeエピタキシャル層１２５が埋
込層として配置されている。p型ZnSeエピタキシャル層
１２４の上とGaAs基板１２１をエッチングして露出させ
たn型ZnSe層１２２の表面には、多結晶SiO₂層と多結晶T
iO₂層とから構成される多層膜反射鏡１２７ｐ及び１２
７ｎがそれぞれ形成されていて、レーザ発振を得るため
の反射鏡として機能する。さらに、埋込層（ZnMgSSeエ
ピタキシャル層）１２５の上には反射鏡１２７ｐを覆う
ようにp型AuPd電極１２６が形成され、一方、n型GaAs基
板１２１の裏面にはn型AuGeNi電極１２８が設置されて
いる。

【０１０１】図１２（ａ）の斜視図では、反射鏡１２７
ｐは、電極１２６で覆われていて見えない。また、GaAs
基板１２１の中心部に形成された開口部（窓）１２９の
底部に相当する位置に形成される反射鏡１２７ｎも、図
１２（ａ）では見えない。一方、図１２（ｃ）より、反
射鏡１２７ｐが円筒形状であることがわかる。発振した
レーザ光は、GaAs基板１２１の開口部１２９を通じて、
図中の矢印の方向に出射される。

【０１０２】ZnMgSSeエピタキシャル層１２５は、多結
晶などよりも熱伝導度が高い。これより、電流狭窄のた
めの埋込層１２５としてZnMgSSeエピタキシャル層１２
５を用いることにより、レーザ発振時の熱放散はさらに
効率的になされ、低しきい値電流化及び高レーザ出力化
をさらに進めることができる。

【０１０３】（第４の実施の形態）本発明の第４の実施
形態における半導体レーザ４００を、図面に基づいて説
明する。

【０１０４】本実施形態の半導体レーザ４００は、ZnMg
SSeエピタキシャル層とZnSeエピタキシャル層から構成
される多層膜反射鏡を有する青色面発光レーザである。

【０１０５】これまでの実施形態で多層膜反射鏡の構成
材料として使用している多結晶SiO₂層及び多結晶TiO₂層
は、絶縁物である。そのため、これらの材料によって構
成された多層膜反射鏡を通じて電流を注入することはで
きない。しかし、ZnMgSSeエピタキシャル層とZnSeエピ
タキシャル層とから構成される多層膜反射鏡を用いれ
ば、それに適切な不純物添加を行うことで導電性が得ら
れるので、それを通じた電流注入が可能となる。その結
果、効率的な電流狭窄が可能となり、さらにしきい値の
低減が実現できる。

【０１０６】図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、ZnSe系II
-VI族半導体を用いた本実施形態による垂直共振器型青
色半導体レーザ４００の構造を示す図である。具体的に
は、図１３（ａ）は、半導体レーザ４００の外観を示す
斜視図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の線１３
Ｂ−１３Ｂにおける断面図である。また、図１３（ｃ）
は、図１３（ｂ）に示される断面を立体的に表したもの
である。

【０１０７】半導体レーザ４００では、Siをドープした
n型GaAs基板１３１の上に、 ClドープしたZnMgSSeエピ
タキシャル層とZnSeエピタキシャル層とから構成される
n型多層膜反射鏡１３２ｎ、ZnCdS活性層１３３、及びN
をドープしたZnMgSSeエピタキシャル層とZnSeエピタキ
シャル層とから構成されるp型多層膜反射鏡１３２ｐ
が、順次積層されている。活性層１３３の両側には、電
流を狭窄するための多結晶ZnO埋込層１３４が配置され
ている。さらに、ZnO埋込層１３４の上にはp型AuPd電極
１３５が形成され、一方、n型GaAs基板１３１の裏面に
はn型AuGeNi電極１３６が設置されている。発振したレ
ーザ光は、図中の矢印の方向に出射される。

【０１０８】

【発明の効果】以上に説明した本発明の垂直共振器型青
色半導体レーザの構造では、電流を多層膜反射鏡で挟ま
れた活性層領域に有効に注入し、さらに電流を狭窄でき
る。これによって、利得を大きくとることができる。結
果として、電流駆動型の垂直共振器型青色半導体レーザ
が得られる。

【０１０９】また、本発明に従えば、II−IV族半導体材
料に対するエッチングにおいて、半導体材料に与えられ
るダメージを少なくしながら高いエッチング速度を実現
し、かつ垂直性にすぐれた加工が可能となる。これよ
り、平滑なエッチング側面を得ることができる。その結
果、電流を有効に狭窄する構造を作ることできるととも
に、しきい値電流を低くすることができる。

【０１１０】多結晶SiO₂層と多結晶TiO₂層とから構成さ
れる多層膜反射鏡では、SiO₂とTiO₂との間の屈折率の差
が大きく、高い反射率を得ることできるので、しきい値
電流を低くすることができる。また、TiO₂における酸素
抜けを抑えることで、青色領域の波長に対して透明にす
ることができる。

【０１１１】さらに、本発明によれば、半導体レーザの
裏面のGaAs基板を除去してレーザ出力を取り出すための
窓を形成し、Clをドープしたn型ZnSeエピタキシャル層
に対して多結晶SiO₂層と多結晶TiO₂層とから構成される
多層膜反射鏡を形成するにあたって、Clをドープしたn
型ZnSeエピタキシャル層の表面を極めて平滑に形成でき
る。これより、光の散乱による反射率の低下が抑制され
て、しきい値電流を低くすることができる。

【０１１２】さらに、レーザ光を出射する窓を形成した
後に、n型GaAsに対する低い接触抵抗を介して接触する
電極を、低温プロセスで形成することが可能となる。こ
の結果、駆動電圧が低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施形態における、
ZnSe系II-VI族半導体を用いた垂直共振器型青色半導体
レーザの外観を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の
線１Ｂ−１Ｂにおける断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）
に示される断面を立体的に表した図である。

【図２】（ａ）〜（ｅ）は、図１に示す半導体レーザの
製造工程を示す断面図である。

【図３】図１の垂直共振器型青色半導体レーザの電流−
レーザ出力特性及び電流−電圧特性を示すグラフであ
る。

【図４】図１の垂直共振器型青色半導体レーザのスペク
トルを示すグラフである。

【図５】図１の垂直共振器型青色半導体レーザの遠視野
パターンを示すグラフである。

【図６】図１の垂直共振器型青色半導体レーザの製造工
程におけるエッチング速度の加速電圧依存性を示すグラ
フである。

【図７】（ａ）は、 Ｘｅガスを導入したメタン及び水
素による本発明に従ったドライエッチングによって得ら
れる加工形状を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、
塩素を用いた従来技術に従ったドライエッチングによっ
て得られる加工形状を模式的に示す断面図である。

【図８】ドライエッチングの前後におけるＰＬ発光強度
の変化を示すグラフである。

【図９】本発明の実施形態にて使用される、プラズマ化
した酸素を用いたZnO膜の形成装置の構成を示す断面図
である。

【図１０】図１の垂直共振器型青色半導体レーザにおけ
る多層反射膜の反射率の波長分散を示すグラフである。

【図１１】（ａ）は、本発明の第２の実施形態におけ
る、ZnSe系II-VI族半導体を用いた垂直共振器型青色半
導体レーザの外観を示す斜視図であり、（ｂ）は、
（ａ）の線１１Ｂ−１１Ｂにおける断面図であり、
（ｃ）は、（ｂ）に示される断面を立体的に表した図で
ある。

【図１２】（ａ）は、本発明の第３の実施形態におけ
る、ZnSe系II-VI族半導体を用いた垂直共振器型青色半
導体レーザの外観を示す斜視図であり、（ｂ）は、
（ａ）の線１２Ｂ−１２Ｂにおける断面図であり、
（ｃ）は、（ｂ）に示される断面を立体的に表した図で
ある。

【図１３】（ａ）は、本発明の第４の実施形態におけ
る、ZnSe系II-VI族半導体を用いた垂直共振器型青色半
導体レーザの外観を示す斜視図であり、（ｂ）は、
（ａ）の線１３Ｂ−１３Ｂにおける断面図であり、
（ｃ）は、（ｂ）に示される断面を立体的に表した図で
ある。

【図１４】従来のZnSe系II-VI族半導体を用いた垂直共
振器型青色半導体レーザの構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１００、２００、３００、４００ 半導体レーザ １１ Siドープn型GaAs基板 １２ Clをドープしたn型ZnSeエピタキシャル層 １３ ZnCdSe井戸層及びZnSeバリア層から構成される多
重量子井戸層 １４ Nをドープしたp型ZnSeエピタキシャル層 １５ 多結晶ZnO埋込層 １６ p型AuPd電極 １７ｐ、１７ｎ 多結晶SiO₂層及び多結晶TiO₂層から構
成される多層膜反射鏡 １８ n型AuGeNi電極 １９ レジスト ２０ 開口部（窓） ９１ II-VI族半導体ウエハ（基板） ９２ ZnOターゲット ９３ アルゴンガス導入管 ９４ 酸素ガス導入管 ９５ 排気系 ９６、９７ 電極 １１１ Siドープn型GaAs基板 １１２ Clをドープしたn型ZnMgSSeエピタキシャル層 １１３ ZnSe井戸層及びZnMgSSeバリア層から構成され
る多重量子井戸層 １１４ Nをドープしたp型ZnMgSSeエピタキシャル層 １１５ 多結晶ZnO埋込層 １１６ p型AuPd電極 １１７ｐ、１１７ｎ 多結晶SiO₂層及び多結晶TiO₂層か
ら構成される多層膜反射鏡 １１８ n型AuGeNi電極 １１９ 開口部（窓） １２１ Siドープn型GaAs基板 １２２ Clをドープしたn型ZnSeエピタキシャル層 １２３ ZnCdSe井戸層及びZnSeバリア層から構成される
多重量子井戸層 １２４ Nをドープしたp型ZnSeエピタキシャル層 １２５ ZnMgSSeエピタキシャル埋込層 １２６ p型AuPd電極 １２７ｐ、１２７ｎ 多結晶SiO₂層及び多結晶TiO₂層か
ら構成される多層膜反射鏡 １２８ n型AuGeNi電極 １２９ 開口部（窓） １３１ Siドープn型GaAs基板 １３２ｎ ClをドープしたZnMgSSeエピタキシャル層及び
ZnSeエピタキシャル層から構成されるn型多層膜反射鏡 １３２ｐ NをドープしたZnMgSSeエピタキシャル層及び
ZnSeエピタキシャル層から構成されるp型多層膜反射鏡 １３３ ZnCdS活性層 １３４ 多結晶ZnO埋込層 １３５ p型AuPd電極 １３６ n型AuGeNi電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｓ 3/086 Ｈ０１Ｓ 3/086 (56)参考文献 特開 平７−30181（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−313220（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−363086（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−342960（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−21567（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−268319（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−283812（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−7225（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−226633（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−334263（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−199752（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−161981（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−297077（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−62173（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−173775（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−50462（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−160622（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−141726（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−36646（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−267908（ＪＰ，Ａ) 特表 昭61−500820（ＪＰ，Ａ) 国際公開93／023883（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 21/203 H01L 21/363 H01L 33/00 H01S 3/086

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性層と、 該活性層を上下から挟むように配置されたｐ型エピタキ
   シャル層およびｎ型エピタキシャル層と、 該ｐ型エピタキシャル層の両側に形成された電流狭搾層
   とを備えた垂直共発振型発光素子であって、 前記ｐ型エピタキシャル層および前記ｎ型エピタキシャ
   ル層は、それぞれII-VI族半導体材料から構成されてお
   り、 前記電流狭搾層は多結晶ＺｎＯ絶縁埋込層からなること
   を特徴とする、垂直共発振型発光素子。
2. 【請求項２】 前記ｐ型エピタキシャル層にメサが形成
   され、前記電流狭搾層は該メサの両側に形成されてい
   る、請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。
3. 【請求項３】 前記ｐ型エピタキシャル層の上にリング
   状に接触する電極をさらに備える、請求項１に記載の垂
   直共振器型発光素子。
4. 【請求項４】 前記電流狭搾層によって囲まれた領域に
   形成されて、光を反射する反射鏡と、 該反射鏡と該電流狭搾層との間に位置する該エピタキシ
   ャル層にリング状に接触する電極と、を備える、請求項
   １に記載の垂直共振器型発光素子。
5. 【請求項５】 前記反射鏡はTiO₂とSiO₂とからなる多層
   構造である、請求項４に記載の垂直共振器型発光素子。
6. 【請求項６】 前記ｐ型エピタキシャル層及びｎ型エピ
   タキシャル層と前記電流狭搾層とを含む積層構造がGaAs
   基板の上に形成されており、該GaAs基板に接触したＡｕ
   とＧｅとＮｉとからなる電極をさらに備えている、請求
   項４に記載の垂直共振器型発光素子。
7. 【請求項７】 所定の形状の開口部を有する半導体基板
   をさらに備え、前記活性層、ｐ型エピタキシャル層、お
   よびｎ型エピタキシャル層は前記半導体基板に積層され
   ており、 該ｐ型エピタキシャル層の上に、該電流狭搾層に囲まれ
   るように形成された第１の反射鏡と、 該半導体基板の該開口部を通じて露出している該ｎ型エ
   ピタキシャル層の表面上に形成された第２の反射鏡と、
   を備える、請求項２に記載の垂直共振器型発光素子。
8. 【請求項８】 前記ｐ型エピタキシャル層のうちで前記
   電流狭搾層と前記第１の反射鏡とに挟まれた領域の上に
   形成された第１の電極と、 前記半導体基板の表面に形成された第２の電極と、をさ
   らに備えている、請求項７に記載の垂直共振器型発光素
   子。
9. 【請求項９】 前記半導体基板がGaAs基板であり、前記
   第２の電極がＡｕとＧｅとＮｉとからなる、請求項８に
   記載の垂直共振器型発光素子。
10. 【請求項１０】 前記第１及び第２の反射鏡は、それぞ
    れTiO₂とSiO₂とからなる多層構造である、請求項７に記
    載の垂直共振器型発光素子。
11. 【請求項１１】 半導体基板上にII-VI族半導体材料か
    ら構成されているｎ型エピタキシャル層を成長させる工
    程と、 前記ｎ型エピタキシャル層上に活性層を成長させる工程
    と、 前記活性層上にII-VI族半導体材料から構成されている
    ｐ型エピタキシャル層を成長させる工程と、 前記ｐ型エピタキシャル層上に多結晶ＺｎＯ絶縁埋込層
    からなる電流狭搾層をスパッタによって形成する工程
    と、を有する、垂直共発振型発光素子の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記ｐ型エピタキシャル層を成長させ
    る工程と、電流狭搾層をスパッタによって形成する工程
    との間に、ｐ型エピタキシャル層にメサを形成する工程
    を設け、前記電流狭搾層を該メサの両側に形成する、請
    求項１１に記載の垂直共振器型発光素子の製造方法。
13. 【請求項１３】 電流狭搾層をスパッタによって形成す
    る工程の後に、前記ｐ型エピタキシャル層の上にリング
    状に接触する電極を形成する工程をさらに備える、請求
    項１１に記載の垂直共振器型発光素子の製造方法。
14. 【請求項１４】 電流狭搾層をスパッタによって形成す
    る工程の後に、前記電流狭搾層によって囲まれた領域に
    光を反射する反射鏡を形成する工程と、 該反射鏡と該電流狭搾層層との間に位置する該エピタキ
    シャル層にリング状に接触する電極を形成する工程と、
    をさらに有する、請求項１１に記載の垂直共振器型発光
    素子の製造方法 。
15. 【請求項１５】 TiO ₂ とSiO ₂ とを交互に積層することに
    より前記反射鏡を形成する、請求項１４に記載の垂直共
    振器型発光素子の製造方法。
16. 【請求項１６】 前記半導体基板がGaAs基板であって、
    該GaAs基板に接触したＡｕとＧｅとＮｉとからなる電極
    を形成する工程をさらに備えている、請求項１４に記載
    の垂直共振器型発光素子の製造方法。
17. 【請求項１７】 前記電流狭搾層によって囲まれた領域
    に光を反射する第１の反射鏡を形成する工程と、 前記半導体基板の裏面に所定の形状の開口部を設ける工
    程と 前記開口部に第２の反射鏡を形成する工程と、を備え
    る、請求項１２に記載の垂直共振器型発光素子の製造方
    法 。
18. 【請求項１８】 第１の反射鏡を形成する工程と開口部
    を設ける工程との間に、前記ｐ型エピタキシャル層のう
    ちで前記電流狭搾層と前記第１の反射鏡とに挟まれた領
    域の上に第１の電極を形成する工程と、 第２の反射鏡を形成する工程の後に、前記半導体基板に
    第２の電極を形成する工程と、をさらに有している、請
    求項１７に記載の垂直共振器型発光素子の製造方法 。
19. 【請求項１９】 前記半導体基板がGaAs基板であり、前
    記第２の電極がＡｕとＧｅとＮｉとからなる、請求項１
    ８に記載の垂直共振器型発光素子の製造方法。
20. 【請求項２０】 前記第１及び第２の反射鏡は、それぞ
    れTiO ₂ とSiO ₂ とを交互に積層することにより積層され
    る、請求項１７に記載の垂直共振器型発光素子の製造方
    法。