JP3470282B2 - 面発光半導体レーザとその製造方法 - Google Patents
面発光半導体レーザとその製造方法Info
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- JP3470282B2 JP3470282B2 JP03792095A JP3792095A JP3470282B2 JP 3470282 B2 JP3470282 B2 JP 3470282B2 JP 03792095 A JP03792095 A JP 03792095A JP 3792095 A JP3792095 A JP 3792095A JP 3470282 B2 JP3470282 B2 JP 3470282B2
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- G09F—DISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
- G09F13/00—Illuminated signs; Luminous advertising
- G09F13/20—Illuminated signs; Luminous advertising with luminescent surfaces or parts
- G09F13/22—Illuminated signs; Luminous advertising with luminescent surfaces or parts electroluminescent
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、面発光半導体レーザと
その製造方法に関する。近年、光コンピューティングや
光インターコネクティングといった技術分野が出現し、
その技術分野において必須のキーデバイスである面発光
半導体レーザの研究が盛んになっている。面発光半導体
レーザとは基板と垂直方向に光を放出するレーザのこと
で、その中でも特に垂直共振器型面発光半導体レーザは
設計の自由度や拡張性という点で優れており、前記の分
野におけるキーデバイスとして最も有望視されている。
その製造方法に関する。近年、光コンピューティングや
光インターコネクティングといった技術分野が出現し、
その技術分野において必須のキーデバイスである面発光
半導体レーザの研究が盛んになっている。面発光半導体
レーザとは基板と垂直方向に光を放出するレーザのこと
で、その中でも特に垂直共振器型面発光半導体レーザは
設計の自由度や拡張性という点で優れており、前記の分
野におけるキーデバイスとして最も有望視されている。
【０００２】
【従来の技術】垂直共振型面発光半導体レーザは微小共
振器とそれを挟む半導体もしくは誘電体の多層膜反射鏡
で構成される。この場合、共振器長が短く、共振器損失
が大きくなるため、反射鏡の反射率を９０％を超えるよ
うに作られる。また、垂直共振器型面発光半導体レーザ
では、共振器体積が小さいため原理的にはμＡオーダー
の極低しきい値動作が可能であり、かつ、共振器長が短
いため単一モード動作が容易である。その利点を生かす
ために、通常面発光半導体レーザの構造には電流狭窄構
造が導入されている。
振器とそれを挟む半導体もしくは誘電体の多層膜反射鏡
で構成される。この場合、共振器長が短く、共振器損失
が大きくなるため、反射鏡の反射率を９０％を超えるよ
うに作られる。また、垂直共振器型面発光半導体レーザ
では、共振器体積が小さいため原理的にはμＡオーダー
の極低しきい値動作が可能であり、かつ、共振器長が短
いため単一モード動作が容易である。その利点を生かす
ために、通常面発光半導体レーザの構造には電流狭窄構
造が導入されている。
【０００３】図４は、従来の電流狭窄構造の説明図
（１）である。この図において、２１は一導電型の半導
体基板、２２は一導電型の半導体多層膜反射鏡、２３は
一導電型のクラッド層、２４はアンドープの活性層、２
５は反対導電型のクラッド層、２６は反対導電型の半導
体多層膜反射鏡、２７はエッチングマスクである。
（１）である。この図において、２１は一導電型の半導
体基板、２２は一導電型の半導体多層膜反射鏡、２３は
一導電型のクラッド層、２４はアンドープの活性層、２
５は反対導電型のクラッド層、２６は反対導電型の半導
体多層膜反射鏡、２７はエッチングマスクである。
【０００４】従来の電流狭窄構造（１）においては、一
導電型の半導体基板２１の上に、異なる屈折率を有する
半導体薄層を交互に積層して一導電型の半導体多層膜反
射鏡２２を形成し、その上に一導電型のクラッド層２
３、アンドープの活性層２４、反対導電型のクラッド層
２５を成長し、その上に異なる屈折率を有する半導体薄
層を交互に積層して反対導電型の半導体多層膜反射鏡２
６を形成し、その上に島状のエッチングマスク２７を形
成し、このエッチングマスク２７を用いて、反対導電型
の半導体多層膜反射鏡２６、反対導電型のクラッド層２
５、アンドープの活性層２４、一導電型のクラッド層２
３、一導電型の半導体多層膜反射鏡２２をエッチングし
てメサ構造を形成し、一導電型の半導体多層膜反射鏡２
２と反対導電型の半導体多層膜反射鏡２６の間に共振器
を構成している。
導電型の半導体基板２１の上に、異なる屈折率を有する
半導体薄層を交互に積層して一導電型の半導体多層膜反
射鏡２２を形成し、その上に一導電型のクラッド層２
３、アンドープの活性層２４、反対導電型のクラッド層
２５を成長し、その上に異なる屈折率を有する半導体薄
層を交互に積層して反対導電型の半導体多層膜反射鏡２
６を形成し、その上に島状のエッチングマスク２７を形
成し、このエッチングマスク２７を用いて、反対導電型
の半導体多層膜反射鏡２６、反対導電型のクラッド層２
５、アンドープの活性層２４、一導電型のクラッド層２
３、一導電型の半導体多層膜反射鏡２２をエッチングし
てメサ構造を形成し、一導電型の半導体多層膜反射鏡２
２と反対導電型の半導体多層膜反射鏡２６の間に共振器
を構成している。
【０００５】図５は、従来の電流狭窄構造の説明図
（２）である。この図において、３１は一導電型の半導
体基板、３２は一導電型の半導体多層膜反射鏡、３３は
一導電型のクラッド層、３４はアンドープの活性層、３
５は反対導電型の第１クラッド層、３６は高バンドギャ
ップの半導体層、３７はエッチングマスク層、３８は反
対導電型の第２クラッド層、３９は反対導電型の半導体
多層膜反射鏡である。
（２）である。この図において、３１は一導電型の半導
体基板、３２は一導電型の半導体多層膜反射鏡、３３は
一導電型のクラッド層、３４はアンドープの活性層、３
５は反対導電型の第１クラッド層、３６は高バンドギャ
ップの半導体層、３７はエッチングマスク層、３８は反
対導電型の第２クラッド層、３９は反対導電型の半導体
多層膜反射鏡である。
【０００６】従来の電流狭窄構造（２）においては、一
導電型の半導体基板３１の上に、異なる屈折率を有する
半導体薄層を交互に積層して一導電型の半導体多層膜反
射鏡３２を形成し、その上に一導電型のクラッド層３
３、アンドープの活性層３４、反対導電型の第１クラッ
ド層３５、高バンドギャップの半導体層３６を形成し、
その上に発光領域に開口を有するエッチングマスク層３
７を形成し、このエッチングマスク層３７を用いてその
開口中に露出する高バンドギャップの半導体層３６をエ
ッチング除去し、その上に反対導電型の第２クラッド層
３８を形成し、その上に異なる屈折率を有する半導体薄
層を交互に積層して反対導電型の半導体多層膜反射鏡３
９を形成し、高バンドギャップの半導体層３６によって
電流狭窄構造を形成している。この高バンドギャップの
半導体層３６を高抵抗層に代えることもできる。
導電型の半導体基板３１の上に、異なる屈折率を有する
半導体薄層を交互に積層して一導電型の半導体多層膜反
射鏡３２を形成し、その上に一導電型のクラッド層３
３、アンドープの活性層３４、反対導電型の第１クラッ
ド層３５、高バンドギャップの半導体層３６を形成し、
その上に発光領域に開口を有するエッチングマスク層３
７を形成し、このエッチングマスク層３７を用いてその
開口中に露出する高バンドギャップの半導体層３６をエ
ッチング除去し、その上に反対導電型の第２クラッド層
３８を形成し、その上に異なる屈折率を有する半導体薄
層を交互に積層して反対導電型の半導体多層膜反射鏡３
９を形成し、高バンドギャップの半導体層３６によって
電流狭窄構造を形成している。この高バンドギャップの
半導体層３６を高抵抗層に代えることもできる。
【０００７】図６は、従来の電流狭窄構造の説明図
（３）である。この図において、４１は一導電型の半導
体基板、４２は一導電型の半導体多層膜反射鏡、４３は
一導電型のクラッド層、４４はアンドープの活性層、４
５は反対導電型のクラッド層、４６は反対導電型の半導
体多層膜反射鏡、４７はエッチングマスク、４８は電流
狭窄構造である。
（３）である。この図において、４１は一導電型の半導
体基板、４２は一導電型の半導体多層膜反射鏡、４３は
一導電型のクラッド層、４４はアンドープの活性層、４
５は反対導電型のクラッド層、４６は反対導電型の半導
体多層膜反射鏡、４７はエッチングマスク、４８は電流
狭窄構造である。
【０００８】従来の電流狭窄構造（３）においては、一
導電型の半導体基板４１の上に、異なる屈折率を有する
半導体薄層を交互に積層して一導電型の半導体多層膜反
射鏡４２を形成し、その上に一導電型のクラッド層４
３、アンドープの活性層４４、反対導電型のクラッド層
４５を形成し、その上に異なる屈折率を有する半導体薄
層を交互に積層して反対導電型の半導体多層膜反射鏡４
６を形成し、その上にエッチングマスク４７を形成し、
このエッチングマスク４７をマスクにしてプロトン等を
イオン注入して高抵抗の電流狭窄構造４８を形成する。
導電型の半導体基板４１の上に、異なる屈折率を有する
半導体薄層を交互に積層して一導電型の半導体多層膜反
射鏡４２を形成し、その上に一導電型のクラッド層４
３、アンドープの活性層４４、反対導電型のクラッド層
４５を形成し、その上に異なる屈折率を有する半導体薄
層を交互に積層して反対導電型の半導体多層膜反射鏡４
６を形成し、その上にエッチングマスク４７を形成し、
このエッチングマスク４７をマスクにしてプロトン等を
イオン注入して高抵抗の電流狭窄構造４８を形成する。
【０００９】図７は、従来の電流狭窄構造の説明図
（４）である。この図において、５１は一導電型の半導
体基板、５２は一導電型の半導体多層膜反射鏡、５３は
一導電型のクラッド層、５４はアンドープの活性層、５
５は反対導電型のクラッド層、５６は反対導電型の半導
体多層膜反射鏡、５７は電流狭窄構造である。
（４）である。この図において、５１は一導電型の半導
体基板、５２は一導電型の半導体多層膜反射鏡、５３は
一導電型のクラッド層、５４はアンドープの活性層、５
５は反対導電型のクラッド層、５６は反対導電型の半導
体多層膜反射鏡、５７は電流狭窄構造である。
【００１０】従来の電流狭窄構造（４）においては、一
導電型の半導体基板５１の上面をメサ形状にし、その上
に一導電型の不純物を導入しながら異なる屈折率を有す
る半導体薄層を交互に成長して一導電型の半導体多層膜
反射鏡５２を形成し、その上に一導電型のクラッド層５
３、アンドープの活性層５４、反対導電型のクラッド層
５５を成長し、その上に反対導電型の異なる屈折率を有
する半導体薄層を交互に成長して反対導電型の半導体多
層膜反射鏡５６を形成しているが、反対導電型のクラッ
ド層５５と、反対導電型の半導体多層膜反射鏡５６を成
長する際に、不純物の取り込み量の結晶面方位依存性を
利用して、メサ形状の斜面のみに一導電型の不純物を導
入して電流狭窄構造５７を形成している。
導電型の半導体基板５１の上面をメサ形状にし、その上
に一導電型の不純物を導入しながら異なる屈折率を有す
る半導体薄層を交互に成長して一導電型の半導体多層膜
反射鏡５２を形成し、その上に一導電型のクラッド層５
３、アンドープの活性層５４、反対導電型のクラッド層
５５を成長し、その上に反対導電型の異なる屈折率を有
する半導体薄層を交互に成長して反対導電型の半導体多
層膜反射鏡５６を形成しているが、反対導電型のクラッ
ド層５５と、反対導電型の半導体多層膜反射鏡５６を成
長する際に、不純物の取り込み量の結晶面方位依存性を
利用して、メサ形状の斜面のみに一導電型の不純物を導
入して電流狭窄構造５７を形成している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】前記の従来技術による
電流狭窄構造には下記の問題がある。
電流狭窄構造には下記の問題がある。
【００１２】従来の電流狭窄構造（１）（図４参照）
メサ構造を微小化すると、メサの頂上の特性試験用およ
び電流注入のための電極を正確に形成することが困難に
なる。
び電流注入のための電極を正確に形成することが困難に
なる。
【００１３】従来の電流狭窄構造（２）（図５参照）
選択エッチングが必要で、クラッド層、活性層、半導体
多層膜反射鏡の他に、エッチングストッパー層等を形成
する必要があるため層構造が複雑になる。
多層膜反射鏡の他に、エッチングストッパー層等を形成
する必要があるため層構造が複雑になる。
【００１４】従来の電流狭窄構造（３）（図６参照）
イオン注入のための大掛かりな装置が必要になり、生産
性が低い。
性が低い。
【００１５】従来の電流狭窄構造（４）（図７参照）
面方位が正確に出るようにエッチングの制御を行うこと
が必要である。
が必要である。
【００１６】本発明は、前記の問題を解消して、電極の
形成が容易で、簡単な方法によって電流狭窄構造を形成
することができる垂直共振器型の面発光半導体レーザと
その製造方法を提供することを目的とする。
形成が容易で、簡単な方法によって電流狭窄構造を形成
することができる垂直共振器型の面発光半導体レーザと
その製造方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる、メサ構
造を有する一導電型の半導体多層膜反射鏡と、該メサ構
造の少なくとも頂上を含む領域上に形成された活性層を
含む面発光半導体レーザにおいては、該メサ構造の頂上
以外の表面に電流狭窄層が設けられている構成を採用し
た。この場合、電流狭窄層が不純物の拡散によって形成
されている構成とすることができる。また、これらの場
合、活性層が屈曲構造を有し、不純物が拡散された電流
狭窄層の屈折率が低く、横方向の光を閉じ込める構成と
することができる。
造を有する一導電型の半導体多層膜反射鏡と、該メサ構
造の少なくとも頂上を含む領域上に形成された活性層を
含む面発光半導体レーザにおいては、該メサ構造の頂上
以外の表面に電流狭窄層が設けられている構成を採用し
た。この場合、電流狭窄層が不純物の拡散によって形成
されている構成とすることができる。また、これらの場
合、活性層が屈曲構造を有し、不純物が拡散された電流
狭窄層の屈折率が低く、横方向の光を閉じ込める構成と
することができる。
【００１８】また、本発明にかかる面発光半導体レーザ
の製造方法においては、一導電型の半導体基板の上に一
導電型の半導体多層膜反射鏡を形成する工程と、該一導
電型の半導体多層膜反射鏡の上に該一導電型の半導体多
層膜反射鏡より小さいエッチングマスクを形成する工程
と、該エッチングマスクを用いて該一導電型の半導体多
層膜反射鏡を構成する半導体層を１層以上エッチングし
てメサ構造を形成する工程と、メサ構造の頂上以外の表
面に反対導電型の不純物を拡散して電流狭窄層を形成す
る工程と、該エッチングマスクを除去する工程と、該メ
サ構造の上に一導電型の半導体クラッド層、アンドープ
の活性層、反対導電型の半導体クラッド層、反対導電型
の半導体多層膜反射鏡を順次積層する工程を採用した。
の製造方法においては、一導電型の半導体基板の上に一
導電型の半導体多層膜反射鏡を形成する工程と、該一導
電型の半導体多層膜反射鏡の上に該一導電型の半導体多
層膜反射鏡より小さいエッチングマスクを形成する工程
と、該エッチングマスクを用いて該一導電型の半導体多
層膜反射鏡を構成する半導体層を１層以上エッチングし
てメサ構造を形成する工程と、メサ構造の頂上以外の表
面に反対導電型の不純物を拡散して電流狭窄層を形成す
る工程と、該エッチングマスクを除去する工程と、該メ
サ構造の上に一導電型の半導体クラッド層、アンドープ
の活性層、反対導電型の半導体クラッド層、反対導電型
の半導体多層膜反射鏡を順次積層する工程を採用した。
【００１９】
【作用】本発明の面発光半導体レーザのように、一導電
型の半導体多層膜反射鏡にメサ構造が形成され、このメ
サ構造の頂上以外の表面に電流狭窄層が設けられ、活性
層が屈曲構造になり、拡散層の部分では屈折率が低くな
っている構成を用いると、横方向の光の閉じ込めを向上
することができる。
型の半導体多層膜反射鏡にメサ構造が形成され、このメ
サ構造の頂上以外の表面に電流狭窄層が設けられ、活性
層が屈曲構造になり、拡散層の部分では屈折率が低くな
っている構成を用いると、横方向の光の閉じ込めを向上
することができる。
【００２０】また、本発明の面発光半導体レーザの製造
方法のように、一導電型半導体基板の上に一導電型の半
導体多層膜反射鏡を形成し、その上にエッチングマスク
を形成し、このエッチングマスクを用いて一導電型の半
導体多層膜反射鏡を構成する半導体層を１層以上エッチ
ングしてメサ構造を形成し、このメサ構造の頂上以外の
表面に反対導電型の不純物を拡散して電流狭窄層を形成
し、このエッチングマスクを除去した後、このメサ構造
の上に一導電型の半導体クラッド層、アンドープの活性
層、反対導電型の半導体クラッド層、反対導電型の半導
体多層膜反射鏡を積層する工程を用いると、電流狭窄層
を不純物の拡散によって形成するため、イオン注入の場
合のように大掛かりな装置は必要なく、また、メサエッ
チング量は臨界的でないため、エッチングストップ層等
は不要で、かつエッチング面の面方位を気にする必要は
ない。
方法のように、一導電型半導体基板の上に一導電型の半
導体多層膜反射鏡を形成し、その上にエッチングマスク
を形成し、このエッチングマスクを用いて一導電型の半
導体多層膜反射鏡を構成する半導体層を１層以上エッチ
ングしてメサ構造を形成し、このメサ構造の頂上以外の
表面に反対導電型の不純物を拡散して電流狭窄層を形成
し、このエッチングマスクを除去した後、このメサ構造
の上に一導電型の半導体クラッド層、アンドープの活性
層、反対導電型の半導体クラッド層、反対導電型の半導
体多層膜反射鏡を積層する工程を用いると、電流狭窄層
を不純物の拡散によって形成するため、イオン注入の場
合のように大掛かりな装置は必要なく、また、メサエッ
チング量は臨界的でないため、エッチングストップ層等
は不要で、かつエッチング面の面方位を気にする必要は
ない。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の一実施例を説明する。
（第１実施例）図１は、第１実施例の面発光半導体レー
ザの構成説明図であり、（Ａ）は全体の断面を示し、
（Ｂ）は活性層近傍の断面を示している。この図におい
て、１はｎ−ＧａＡｓ基板、２1 はｎ−ＧａＡｓ層、２
2 はｎ−ＩｎＧａＰ層、２はｎ型多層膜反射鏡、４は電
流狭窄層、５1 はｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓクラッド
層、５2 はｉ−Ａｌ0.53Ｇａ0.47Ａｓスペーサ層、６2
はｉ−Ｉｎ0.28Ｇａ0.72Ａｓ井戸層、６1 ，６3 はｉ−
ＧａＡｓバリア層、６は活性層、７1 はｉ−Ａｌ0.53Ｇ
ａ0.47Ａｓスペーサ層、７2 はｐ−Ａｌ0.53Ｇａ0.47Ａ
ｓクラッド層、８1 はｐ−ＧａＡｓ層、８2 はｐ−Ａｌ
Ａｓ層、８はｐ型半導体多層膜反射鏡、１０はＳｉＯ2
パッシベーション層、１１はｐ型側電極、９はＳｉＮ無
反射コーティング、１２はｎ型側電極である。なお、３
は図２、図３の符号と整合させるため欠番になってい
る。
ザの構成説明図であり、（Ａ）は全体の断面を示し、
（Ｂ）は活性層近傍の断面を示している。この図におい
て、１はｎ−ＧａＡｓ基板、２1 はｎ−ＧａＡｓ層、２
2 はｎ−ＩｎＧａＰ層、２はｎ型多層膜反射鏡、４は電
流狭窄層、５1 はｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓクラッド
層、５2 はｉ−Ａｌ0.53Ｇａ0.47Ａｓスペーサ層、６2
はｉ−Ｉｎ0.28Ｇａ0.72Ａｓ井戸層、６1 ，６3 はｉ−
ＧａＡｓバリア層、６は活性層、７1 はｉ−Ａｌ0.53Ｇ
ａ0.47Ａｓスペーサ層、７2 はｐ−Ａｌ0.53Ｇａ0.47Ａ
ｓクラッド層、８1 はｐ−ＧａＡｓ層、８2 はｐ−Ａｌ
Ａｓ層、８はｐ型半導体多層膜反射鏡、１０はＳｉＯ2
パッシベーション層、１１はｐ型側電極、９はＳｉＮ無
反射コーティング、１２はｎ型側電極である。なお、３
は図２、図３の符号と整合させるため欠番になってい
る。
【００２２】この図によって第１実施例の面発光半導体
レーザの構造を説明する。この実施例の面発光半導体レ
ーザにおいては、図１（Ａ）に示されているように、ｎ
−ＧａＡｓ（Ｓｉ：２×１０17ｃｍ-3）基板１の上に、
レーザ光の波長をλとするとき、λ／４の膜厚を有する
ｎ−ＧａＡｓ層（Ｓｉ：１×１０18ｃｍ-3）２1 と、ｎ
−ＩｎＧａＰ層（Ｓｉ：１×１０18ｃｍ-3）２2 を交互
に３０．５ペア積層したｎ型多層膜反射鏡２が形成さ
れ、このｎ型多層膜反射鏡２がメサ構造を有している。
レーザの構造を説明する。この実施例の面発光半導体レ
ーザにおいては、図１（Ａ）に示されているように、ｎ
−ＧａＡｓ（Ｓｉ：２×１０17ｃｍ-3）基板１の上に、
レーザ光の波長をλとするとき、λ／４の膜厚を有する
ｎ−ＧａＡｓ層（Ｓｉ：１×１０18ｃｍ-3）２1 と、ｎ
−ＩｎＧａＰ層（Ｓｉ：１×１０18ｃｍ-3）２2 を交互
に３０．５ペア積層したｎ型多層膜反射鏡２が形成さ
れ、このｎ型多層膜反射鏡２がメサ構造を有している。
【００２３】このｎ型多層膜反射鏡２の斜面には深さ２
０００ÅにＺｎが拡散された電流狭窄層４が形成され、
その上に、厚さ１０４７．５Åのｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65
Ａｓ（Ｓｉ：５×１０17ｃｍ-3）クラッド層５1 、厚さ
３００Åのｉ−Ａｌ0.53Ｇａ 0.47Ａｓスペーサ層５2 、
厚さ８０Åのｉ−Ｉｎ0.28Ｇａ0.72Ａｓ井戸層６2 を、
厚さ１００Åのｉ−ＧａＡｓバリア層６1 ，６3 によっ
て挟んだ構造のひずみ量子井戸からなる活性層６、厚さ
３００Åのｉ−Ａｌ0.53Ｇａ0.47Ａｓスペーサ層７1 、
厚さ１０４７．５Åのｐ−Ａｌ0.53Ｇａ0.47Ａｓクラッ
ド層（Ｚｎ：５×１０１０17ｃｍ-3）７2 が形成されて
いる。
０００ÅにＺｎが拡散された電流狭窄層４が形成され、
その上に、厚さ１０４７．５Åのｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65
Ａｓ（Ｓｉ：５×１０17ｃｍ-3）クラッド層５1 、厚さ
３００Åのｉ−Ａｌ0.53Ｇａ 0.47Ａｓスペーサ層５2 、
厚さ８０Åのｉ−Ｉｎ0.28Ｇａ0.72Ａｓ井戸層６2 を、
厚さ１００Åのｉ−ＧａＡｓバリア層６1 ，６3 によっ
て挟んだ構造のひずみ量子井戸からなる活性層６、厚さ
３００Åのｉ−Ａｌ0.53Ｇａ0.47Ａｓスペーサ層７1 、
厚さ１０４７．５Åのｐ−Ａｌ0.53Ｇａ0.47Ａｓクラッ
ド層（Ｚｎ：５×１０１０17ｃｍ-3）７2 が形成されて
いる。
【００２４】そして、その上に、厚さλ／４のｐ−Ｇａ
Ａｓ層（Ｚｎ：２×１０18ｃｍ-3）８1 とｐ−ＡｌＡｓ
層（Ｚｎ：２×１０18ｃｍ-3）８2 を交互に２５ペア積
層したｐ型半導体多層膜反射鏡８が形成されている。ま
た、このｐ型半導体多層膜反射鏡８の上には、メサ構造
の頂上に開口を有する厚さ３０００ÅのＳｉＯ2 パッシ
ベーション層１０が形成され、その上に、Ｔｉ／Ｐｔ／
Ａｕからなるｐ型側電極１１が形成されている。
Ａｓ層（Ｚｎ：２×１０18ｃｍ-3）８1 とｐ−ＡｌＡｓ
層（Ｚｎ：２×１０18ｃｍ-3）８2 を交互に２５ペア積
層したｐ型半導体多層膜反射鏡８が形成されている。ま
た、このｐ型半導体多層膜反射鏡８の上には、メサ構造
の頂上に開口を有する厚さ３０００ÅのＳｉＯ2 パッシ
ベーション層１０が形成され、その上に、Ｔｉ／Ｐｔ／
Ａｕからなるｐ型側電極１１が形成されている。
【００２５】また、ｎ−ＧａＡｓ基板１の下側の中央に
は、ＳｉＮ（λ／４膜厚）無反射コーティング９が形成
され、その周囲にはＡｕＧｅ／Ａｕからなるｎ型側電極
１２が形成されている。
は、ＳｉＮ（λ／４膜厚）無反射コーティング９が形成
され、その周囲にはＡｕＧｅ／Ａｕからなるｎ型側電極
１２が形成されている。
【００２６】この実施例の面発光半導体レーザの構造上
の第１の特徴は、メサ構造の直上以外の表面に不純物の
拡散による電流狭窄層が設けられており、第２の特徴
は、活性層が屈曲構造になり、かつ、拡散層の部分では
屈折率が低くなっていることである。この特徴とする構
造によって、横方向の光の閉じ込めが良くなっている。
の第１の特徴は、メサ構造の直上以外の表面に不純物の
拡散による電流狭窄層が設けられており、第２の特徴
は、活性層が屈曲構造になり、かつ、拡散層の部分では
屈折率が低くなっていることである。この特徴とする構
造によって、横方向の光の閉じ込めが良くなっている。
【００２７】（第２実施例）図２は、第２実施例の面発
光半導体レーザの製造工程説明図であり、（Ａ）〜
（Ｄ）は各工程を示している。この図において、１はｎ
−ＧａＡｓ基板、２1 はｎ−ＧａＡｓ層、２2 はｎ−Ｉ
ｎＧａＰ層、２はｎ型多層膜反射鏡、３はＳｉＯ2 マス
ク、４は電流狭窄層、５1 はｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ
クラッド層、５2 はｉ−Ａｌ0.53Ｇａ0.47Ａｓスペーサ
層、６2 はｉ−Ｉｎ0.28Ｇａ0.72Ａｓ井戸層、６1 ，６
3 はｉ−ＧａＡｓバリア層、６は活性層、７1 はｉ−Ａ
ｌ0.53Ｇａ0.47Ａｓスペーサ層、７2 はｐ−Ａｌ0.53Ｇ
ａ0.47Ａｓクラッド層、８1 はｐ−ＧａＡｓ層、８2 は
ｐ−ＡｌＡｓ層、８はｐ型半導体多層膜反射鏡、１０は
ＳｉＯ2 パッシベーション層、１１はｐ型側電極、９は
ＳｉＮ無反射コーティング、１２はｎ型側電極である。
光半導体レーザの製造工程説明図であり、（Ａ）〜
（Ｄ）は各工程を示している。この図において、１はｎ
−ＧａＡｓ基板、２1 はｎ−ＧａＡｓ層、２2 はｎ−Ｉ
ｎＧａＰ層、２はｎ型多層膜反射鏡、３はＳｉＯ2 マス
ク、４は電流狭窄層、５1 はｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ
クラッド層、５2 はｉ−Ａｌ0.53Ｇａ0.47Ａｓスペーサ
層、６2 はｉ−Ｉｎ0.28Ｇａ0.72Ａｓ井戸層、６1 ，６
3 はｉ−ＧａＡｓバリア層、６は活性層、７1 はｉ−Ａ
ｌ0.53Ｇａ0.47Ａｓスペーサ層、７2 はｐ−Ａｌ0.53Ｇ
ａ0.47Ａｓクラッド層、８1 はｐ−ＧａＡｓ層、８2 は
ｐ−ＡｌＡｓ層、８はｐ型半導体多層膜反射鏡、１０は
ＳｉＯ2 パッシベーション層、１１はｐ型側電極、９は
ＳｉＮ無反射コーティング、１２はｎ型側電極である。
【００２８】この製造工程説明図によって第２実施例の
面発光半導体レーザの製造方法の各工程を説明する。
面発光半導体レーザの製造方法の各工程を説明する。
【００２９】第１工程（図２（Ａ）参照）
ｎ−ＧａＡｓ（Ｓｉ：２×１０17ｃｍ-3）基板１の上
に、レーザ光の波長をλとするとき、λ／４の膜厚を有
するｎ−ＧａＡｓ層（Ｓｉ：１×１０18ｃｍ-3）２
1 と、ｎ−ＩｎＧａＰ層（Ｓｉ：１×１０18ｃｍ-3）２
2 を交互に３０．５ペア積層してｎ型多層膜反射鏡２を
形成する。その上の発光領域とする予定の領域に厚さが
３０００Åで５μｍ角サイズのＳｉＯ2 マスク３を形成
する。
に、レーザ光の波長をλとするとき、λ／４の膜厚を有
するｎ−ＧａＡｓ層（Ｓｉ：１×１０18ｃｍ-3）２
1 と、ｎ−ＩｎＧａＰ層（Ｓｉ：１×１０18ｃｍ-3）２
2 を交互に３０．５ペア積層してｎ型多層膜反射鏡２を
形成する。その上の発光領域とする予定の領域に厚さが
３０００Åで５μｍ角サイズのＳｉＯ2 マスク３を形成
する。
【００３０】第２工程（図２（Ｂ）参照）
このＳｉＯ2 マスク３をマスクにしてｎ型多層膜反射鏡
２をＢｒ−ＨＢｒを用いてエッチングして、ｎ型多層膜
反射鏡２のメサ構造を形成する。エッチングに用いたＳ
ｉＯ2 マスク３をそのままにして、メサ頂上以外の領
域、すなわち、ｎ型多層膜反射鏡２のメサ構造の斜面と
平坦部に深さ２０００Å程度Ｚｎを拡散してｐ型の電流
狭窄層４を形成する。なお、このｎ型多層膜反射鏡２
は、最低１層、もしくは１ペア以上エッチングしてメサ
構造を実現することが望ましい。
２をＢｒ−ＨＢｒを用いてエッチングして、ｎ型多層膜
反射鏡２のメサ構造を形成する。エッチングに用いたＳ
ｉＯ2 マスク３をそのままにして、メサ頂上以外の領
域、すなわち、ｎ型多層膜反射鏡２のメサ構造の斜面と
平坦部に深さ２０００Å程度Ｚｎを拡散してｐ型の電流
狭窄層４を形成する。なお、このｎ型多層膜反射鏡２
は、最低１層、もしくは１ペア以上エッチングしてメサ
構造を実現することが望ましい。
【００３１】第３工程（図２（Ｃ）参照）
エッチング工程と選択拡散工程で用いたＳｉＯ2 マスク
３を除去した後、メサ構造の上に、ＭＯＶＰＥ法によっ
て厚さ１０４７．５Åのｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ（Ｓ
ｉ：５×１０17ｃｍ-3）クラッド層５1 、厚さ３００Å
のｉ−Ａｌ0.53Ｇａ0.47Ａｓスペーサ層５2 、厚さ１０
０Åのｉ−ＧａＡｓバリア層６1 、厚さ８０Åのｉ−Ｉ
ｎ0.28Ｇａ0.72Ａｓ井戸層６2 、厚さ１００Åのｉ−Ｇ
ａＡｓバリア層６3 を成長してひずみ量子井戸からなる
活性層６を形成し、その上に、厚さ３００Åのｉ−Ａｌ
0.53Ｇａ0.47Ａｓスペーサ層７1 、厚さ１０４７．５Å
のｐ−Ａｌ0.53Ｇａ0.47Ａｓクラッド層（Ｚｎ：５×１
０17ｃｍ-3）７2 を成長する。
３を除去した後、メサ構造の上に、ＭＯＶＰＥ法によっ
て厚さ１０４７．５Åのｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ（Ｓ
ｉ：５×１０17ｃｍ-3）クラッド層５1 、厚さ３００Å
のｉ−Ａｌ0.53Ｇａ0.47Ａｓスペーサ層５2 、厚さ１０
０Åのｉ−ＧａＡｓバリア層６1 、厚さ８０Åのｉ−Ｉ
ｎ0.28Ｇａ0.72Ａｓ井戸層６2 、厚さ１００Åのｉ−Ｇ
ａＡｓバリア層６3 を成長してひずみ量子井戸からなる
活性層６を形成し、その上に、厚さ３００Åのｉ−Ａｌ
0.53Ｇａ0.47Ａｓスペーサ層７1 、厚さ１０４７．５Å
のｐ−Ａｌ0.53Ｇａ0.47Ａｓクラッド層（Ｚｎ：５×１
０17ｃｍ-3）７2 を成長する。
【００３２】そして、さらにその上に、ＭＯＶＰＥ法に
よって厚さλ／４のｐ−ＧａＡｓ層（Ｚｎ：２×１０18
ｃｍ-3）８1 とｐ−ＡｌＡｓ層（Ｚｎ：２×１０18ｃｍ
-3）８2 を交互に２５ペア成長してｐ型半導体多層膜反
射鏡８を形成する。
よって厚さλ／４のｐ−ＧａＡｓ層（Ｚｎ：２×１０18
ｃｍ-3）８1 とｐ−ＡｌＡｓ層（Ｚｎ：２×１０18ｃｍ
-3）８2 を交互に２５ペア成長してｐ型半導体多層膜反
射鏡８を形成する。
【００３３】第４工程（図２（Ｄ）参照）
このｐ型半導体多層膜反射鏡８の上に、メサ構造の頂上
に開口を有する厚さ３０００ÅのＳｉＯ2 パッシベーシ
ョン層１０を形成し、その上に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕから
なるｐ型側電極１１を形成する。また、ｎ−ＧａＡｓ基
板１の下側の中央の光の出射端にＳｉＮ（λ／４膜厚）
無反射コーティング９を形成し、その周囲にＡｕＧｅ／
Ａｕからなるｎ型側電極１２を形成する。
に開口を有する厚さ３０００ÅのＳｉＯ2 パッシベーシ
ョン層１０を形成し、その上に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕから
なるｐ型側電極１１を形成する。また、ｎ−ＧａＡｓ基
板１の下側の中央の光の出射端にＳｉＮ（λ／４膜厚）
無反射コーティング９を形成し、その周囲にＡｕＧｅ／
Ａｕからなるｎ型側電極１２を形成する。
【００３４】（第３実施例）図３は、第３実施例の面発
光半導体レーザの製造工程説明図である。この図におい
て用いた符号は図１、図２で用いたものと同じである。
光半導体レーザの製造工程説明図である。この図におい
て用いた符号は図１、図２で用いたものと同じである。
【００３５】第２実施例の第１工程から第３工程（図２
（Ａ）から（Ｃ）まで参照）と同じ工程によって、ｎ−
ＧａＡｓ基板１の上に、レーザ光の波長をλとすると
き、λ／４の膜厚を有するｎ−ＧａＡｓ層２1 と、ｎ−
ＩｎＧａＰ層２2 を交互に３０．５ペア積層してｎ型多
層膜反射鏡２を形成し、このｎ型多層膜反射鏡２を１層
以上エッチングして、ｎ型多層膜反射鏡２のメサ構造を
形成する。
（Ａ）から（Ｃ）まで参照）と同じ工程によって、ｎ−
ＧａＡｓ基板１の上に、レーザ光の波長をλとすると
き、λ／４の膜厚を有するｎ−ＧａＡｓ層２1 と、ｎ−
ＩｎＧａＰ層２2 を交互に３０．５ペア積層してｎ型多
層膜反射鏡２を形成し、このｎ型多層膜反射鏡２を１層
以上エッチングして、ｎ型多層膜反射鏡２のメサ構造を
形成する。
【００３６】次いで、メサ頂上以外の領域に深さ２００
０Å程度Ｚｎを拡散してｐ型の電流狭窄層４を形成し、
その上に、ＭＯＶＰＥ法によって厚さ１０４７．５Åの
ｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓクラッド層５1 、厚さ３００
Åのｉ−Ａｌ0.53Ｇａ0.47Ａｓスペーサ層５2 、厚さ１
００Åのｉ−ＧａＡｓバリア層６1 、厚さ８０Åのｉ−
Ｉｎ0.28Ｇａ0.72Ａｓ井戸層６2 、厚さ１００Åのｉ−
ＧａＡｓバリア層６3を成長してひずみ量子井戸からな
る活性層６を形成し、その上に、厚さ３００Åのｉ−Ａ
ｌ0.53Ｇａ0.47Ａｓスペーサ層７1 、厚さ１０４７．５
Åのｐ−Ａｌ0. 53Ｇａ0.47Ａｓクラッド層７2 を成長
し、その上に、厚さλ／４のｐ−ＧａＡｓ層８1 とｐ−
ＡｌＡｓ層８2 を交互に２５ペア成長してｐ型半導体多
層膜反射鏡８を形成する。
０Å程度Ｚｎを拡散してｐ型の電流狭窄層４を形成し、
その上に、ＭＯＶＰＥ法によって厚さ１０４７．５Åの
ｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓクラッド層５1 、厚さ３００
Åのｉ−Ａｌ0.53Ｇａ0.47Ａｓスペーサ層５2 、厚さ１
００Åのｉ−ＧａＡｓバリア層６1 、厚さ８０Åのｉ−
Ｉｎ0.28Ｇａ0.72Ａｓ井戸層６2 、厚さ１００Åのｉ−
ＧａＡｓバリア層６3を成長してひずみ量子井戸からな
る活性層６を形成し、その上に、厚さ３００Åのｉ−Ａ
ｌ0.53Ｇａ0.47Ａｓスペーサ層７1 、厚さ１０４７．５
Åのｐ−Ａｌ0. 53Ｇａ0.47Ａｓクラッド層７2 を成長
し、その上に、厚さλ／４のｐ−ＧａＡｓ層８1 とｐ−
ＡｌＡｓ層８2 を交互に２５ペア成長してｐ型半導体多
層膜反射鏡８を形成する。
【００３７】このｐ型半導体多層膜反射鏡８の上の中央
部の光の出射端となる領域にＳｉＮ（λ／４膜厚）無反
射コーティング９を形成し、その周囲にＴｉ／Ｐｔ／Ａ
ｕからなるｐ型側電極１１を形成し、ｎ−ＧａＡｓ基板
１の下側にＡｕＧｅ／Ａｕからなるｎ型側電極１２を形
成して面発光半導体レーザを完成する。この実施例の面
発光半導体レーザは上方に光を出射する。
部の光の出射端となる領域にＳｉＮ（λ／４膜厚）無反
射コーティング９を形成し、その周囲にＴｉ／Ｐｔ／Ａ
ｕからなるｐ型側電極１１を形成し、ｎ−ＧａＡｓ基板
１の下側にＡｕＧｅ／Ａｕからなるｎ型側電極１２を形
成して面発光半導体レーザを完成する。この実施例の面
発光半導体レーザは上方に光を出射する。
【００３８】前記の各実施例の面発光半導体レーザある
いはその製造方法によれば、電流狭窄層を不純物の拡散
によって形成するため、イオン注入の場合のように大掛
かりな装置は必要ない。また、メサ構造の上に活性層を
形成するため、屈曲構造が形成され、かつ拡散層の部分
の屈折率も低くなり、横方向の光の閉じ込めが改善され
る。また、メサエッチング量は臨界的でないため、エッ
チングストップ層等は不要で、かつエッチング面の面方
位を気にする必要はない。各実施例の説明で用いた材料
は、本発明を０．９８μｍ帯の１波長共振器面発光半導
体レーザに適用する場合の例である。
いはその製造方法によれば、電流狭窄層を不純物の拡散
によって形成するため、イオン注入の場合のように大掛
かりな装置は必要ない。また、メサ構造の上に活性層を
形成するため、屈曲構造が形成され、かつ拡散層の部分
の屈折率も低くなり、横方向の光の閉じ込めが改善され
る。また、メサエッチング量は臨界的でないため、エッ
チングストップ層等は不要で、かつエッチング面の面方
位を気にする必要はない。各実施例の説明で用いた材料
は、本発明を０．９８μｍ帯の１波長共振器面発光半導
体レーザに適用する場合の例である。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明面発光半導
体レーザの製造方法によれば、比較的簡単な工程によっ
て電流狭窄層入りの垂直共振器型面発光半導体レーザを
作ることができる。また製造した面発光半導体レーザは
構造上電極形成も簡単になるため生産性を向上すること
ができる。
体レーザの製造方法によれば、比較的簡単な工程によっ
て電流狭窄層入りの垂直共振器型面発光半導体レーザを
作ることができる。また製造した面発光半導体レーザは
構造上電極形成も簡単になるため生産性を向上すること
ができる。
【図１】第１実施例の面発光半導体レーザの構成説明図
であり、（Ａ）は全体の断面を示し、（Ｂ）は活性層近
傍の断面を示している。
であり、（Ａ）は全体の断面を示し、（Ｂ）は活性層近
傍の断面を示している。
【図２】第２実施例の面発光半導体レーザの製造工程説
明図であり、（Ａ）〜（Ｄ）は各工程を示している。
明図であり、（Ａ）〜（Ｄ）は各工程を示している。
【図３】第３実施例の面発光半導体レーザの製造工程説
明図である。
明図である。
【図４】従来の電流狭窄構造の説明図（１）である。
【図５】従来の電流狭窄構造の説明図（２）である。
【図６】従来の電流狭窄構造の説明図（３）である。
【図７】従来の電流狭窄構造の説明図（４）である。
１ ｎ−ＧａＡｓ基板
２ ｎ型多層膜反射鏡
２1 ｎ−ＧａＡｓ層
２2 ｎ−ＩｎＧａＰ層
３ ＳｉＯ2 マスク
４ 電流狭窄層
５1 ｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓクラッド層
５2 ｉ−Ａｌ0.53Ｇａ0.47Ａｓスペーサ層
６2 ｉ−Ｉｎ0.28Ｇａ0.72Ａｓ井戸層
６ 活性層
６1 ，６3 ｉ−ＧａＡｓバリア層
７1 ｉ−Ａｌ0.53Ｇａ0.47Ａｓスペーサ層
７2 ｐ−Ａｌ0.53Ｇａ0.47Ａｓクラッド層
８ ｐ型半導体多層膜反射鏡
８1 ｐ−ＧａＡｓ層
８2 ｐ−ＡｌＡｓ層
９ ＳｉＮ無反射コーティング
１０ ＳｉＯ2 パッシベーション層
１１ ｐ型側電極
１２ ｎ型側電極
Claims (4)
- 【請求項１】 メサ構造を有する一導電型の半導体多層
膜反射鏡と、該メサ構造の少なくとも頂上を含む領域上
に形成された活性層を含む面発光半導体レーザにおい
て、該メサ構造の頂上以外の表面に電流狭窄層が設けら
れていることを特徴とする面発光半導体レーザ。 - 【請求項２】 電流狭窄層が不純物の拡散によって形成
されていることを特徴とする請求項１に記載された面発
光半導体レーザ。 - 【請求項３】 活性層が屈曲構造を有し、不純物が拡散
された電流狭窄層の屈折率が低く、横方向の光を閉じ込
めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載さ
れた面発光半導体レーザ。 - 【請求項４】 一導電型半導体基板の上に一導電型の半
導体多層膜反射鏡を形成する工程と、該一導電型の半導
体多層膜反射鏡の上に該一導電型の半導体多層膜反射鏡
より小さいエッチングマスクを形成する工程と、該エッ
チングマスクを用いて該一導電型の半導体多層膜反射鏡
を構成する半導体層を１層以上エッチングしてメサ構造
を形成する工程と、該メサ構造の頂上以外の表面に反対
導電型の不純物を拡散して電流狭窄層を形成する工程
と、該エッチングマスクを除去する工程と、該メサ構造
の上に一導電型の半導体クラッド層、アンドープの活性
層、反対導電型の半導体クラッド層、反対導電型の半導
体多層膜反射鏡を積層する工程を含むことを特徴とする
面発光半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03792095A JP3470282B2 (ja) | 1995-02-27 | 1995-02-27 | 面発光半導体レーザとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03792095A JP3470282B2 (ja) | 1995-02-27 | 1995-02-27 | 面発光半導体レーザとその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08236865A JPH08236865A (ja) | 1996-09-13 |
| JP3470282B2 true JP3470282B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=12510993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03792095A Expired - Fee Related JP3470282B2 (ja) | 1995-02-27 | 1995-02-27 | 面発光半導体レーザとその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3470282B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111566719A (zh) * | 2018-01-11 | 2020-08-21 | 夏普株式会社 | 显示设备 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7269196B2 (en) * | 2004-07-06 | 2007-09-11 | Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Method for increasing maximum modulation speed of a light emitting device, and light emitting device with increased maximum modulation speed and quantum well structure thereof |
| US20240022040A1 (en) * | 2020-10-27 | 2024-01-18 | Sony Group Corporation | Surface emitting laser and surface emitting laser array |
-
1995
- 1995-02-27 JP JP03792095A patent/JP3470282B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111566719A (zh) * | 2018-01-11 | 2020-08-21 | 夏普株式会社 | 显示设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08236865A (ja) | 1996-09-13 |
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|---|---|---|---|
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