JP3472177B2 - 垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方法および垂直共振器型半導体レーザ - Google Patents
垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方法および垂直共振器型半導体レーザInfo
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- JP3472177B2 JP3472177B2 JP02785499A JP2785499A JP3472177B2 JP 3472177 B2 JP3472177 B2 JP 3472177B2 JP 02785499 A JP02785499 A JP 02785499A JP 2785499 A JP2785499 A JP 2785499A JP 3472177 B2 JP3472177 B2 JP 3472177B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、チップ間あるいは
ボード間を光で結ぶ光インターコネクションや、２次元
並列信号処理を行うための光源である、垂直共振器型半
導体レーザ素子の製造方法および垂直共振器型半導体レ
ーザに関する。
ボード間を光で結ぶ光インターコネクションや、２次元
並列信号処理を行うための光源である、垂直共振器型半
導体レーザ素子の製造方法および垂直共振器型半導体レ
ーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】垂直共振器型半導体レーザは、２次元ア
レー化が容易であること、発光パターンが円形のためフ
ァイバーとの高効率な結合がカップリング用のレンズ無
しでも可能であることから、光インターコネクションや
２次元並列信号処理用の光源として重要であり、さらに
は極微共振器構造による極低閾値化が可能であることか
ら、低消費電力の目的にも重要であると考えられる。
レー化が容易であること、発光パターンが円形のためフ
ァイバーとの高効率な結合がカップリング用のレンズ無
しでも可能であることから、光インターコネクションや
２次元並列信号処理用の光源として重要であり、さらに
は極微共振器構造による極低閾値化が可能であることか
ら、低消費電力の目的にも重要であると考えられる。
【０００３】従来の垂直共振器型半導体レーザの結晶面
に垂直方向の断面図を図１に示す（参考文献：（１）B.
-S. Yoo. H.Y. Chu, H.-H, Park, H.G. Lee and J. Le
e, IEEE Journal of Quantum Electronics. vol.33, N
o.10, 1997, pp.1794.（２）C.J. Chang-Hasnain, Y.A.
Wu. G.S. Li. G. Hasnain. K.D. Choquete. C. Caneau
and L.T. Florez, Applied Physics Letters. vol.63,
No.10, 1993, pp.1307）。この素子は、ｐ−ＧａＡｓ
基板１０１上に順にｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇ
ａ1-z Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）分布反射型（distributed Br
agg reflector,ＤＢＲ）多層膜反射鏡１０２（斜線部が
Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ、白い部分がＡｌyＧａ1-y Ａ
ｓ）、ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ−Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ下部ス
ペーサ層１０３、ＧａＡｓ／Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ≦
ｗ）多重量子井戸活性層１０４、ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ−
Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ上部スペーサ層１０５、ｎ−Ａｌy
Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）ＤＢ
Ｒ反射鏡１０６、半導体埋め込み層１０７、下部電極１
０８、絶縁膜１０９、上部電極１１０、素子分離用構造
１１１より形成される。ＤＢＲの各層は、発振波長を各
層の屈折率で割った値の４分の１の膜厚に設定する。
に垂直方向の断面図を図１に示す（参考文献：（１）B.
-S. Yoo. H.Y. Chu, H.-H, Park, H.G. Lee and J. Le
e, IEEE Journal of Quantum Electronics. vol.33, N
o.10, 1997, pp.1794.（２）C.J. Chang-Hasnain, Y.A.
Wu. G.S. Li. G. Hasnain. K.D. Choquete. C. Caneau
and L.T. Florez, Applied Physics Letters. vol.63,
No.10, 1993, pp.1307）。この素子は、ｐ−ＧａＡｓ
基板１０１上に順にｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇ
ａ1-z Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）分布反射型（distributed Br
agg reflector,ＤＢＲ）多層膜反射鏡１０２（斜線部が
Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ、白い部分がＡｌyＧａ1-y Ａ
ｓ）、ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ−Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ下部ス
ペーサ層１０３、ＧａＡｓ／Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ≦
ｗ）多重量子井戸活性層１０４、ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ−
Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ上部スペーサ層１０５、ｎ−Ａｌy
Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）ＤＢ
Ｒ反射鏡１０６、半導体埋め込み層１０７、下部電極１
０８、絶縁膜１０９、上部電極１１０、素子分離用構造
１１１より形成される。ＤＢＲの各層は、発振波長を各
層の屈折率で割った値の４分の１の膜厚に設定する。
【０００４】図１の素子においては、埋め込み層１０７
としてＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓｎ−ｉ−ｐ−ｉ構
造、あるいはアモルファスＧａＡｓ層が報告され、いず
れも単一横モードでの発振動作が得られている。
としてＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓｎ−ｉ−ｐ−ｉ構
造、あるいはアモルファスＧａＡｓ層が報告され、いず
れも単一横モードでの発振動作が得られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
構造においては屈折率導波型による光閉じ込めではな
く、アンチ・ガイド型導波路構造となる。従って、原理
的には単一横モードではなく複数の横モードが存在する
ことになるが、導波路の外側の部分の損失が高い構造を
利用して高次の横モードをカットすることにより、単一
横モード動作を得ている。しかしながら、活性層内部で
キャリア密度の大きく変動する動特性においては、活性
層内部のキャリア密度の分布次第で高次モードがたつ不
安定な動作を引き起こす問題点がある。
構造においては屈折率導波型による光閉じ込めではな
く、アンチ・ガイド型導波路構造となる。従って、原理
的には単一横モードではなく複数の横モードが存在する
ことになるが、導波路の外側の部分の損失が高い構造を
利用して高次の横モードをカットすることにより、単一
横モード動作を得ている。しかしながら、活性層内部で
キャリア密度の大きく変動する動特性においては、活性
層内部のキャリア密度の分布次第で高次モードがたつ不
安定な動作を引き起こす問題点がある。
【０００６】したがって、本発明の第１の目的は、従来
の技術と比較して横モードが単一で動的に安定な動作が
得られる垂直共振器型半導体レーザを提供することであ
る。
の技術と比較して横モードが単一で動的に安定な動作が
得られる垂直共振器型半導体レーザを提供することであ
る。
【０００７】本発明の第２の目的は、従来の技術と比較
して素子容量が小さく、高速変調特性が得られ、さらに
従来の技術と比較して横モードが単一で動的に安定な動
作が得られる垂直共振器型半導体レーザを提供すること
である。
して素子容量が小さく、高速変調特性が得られ、さらに
従来の技術と比較して横モードが単一で動的に安定な動
作が得られる垂直共振器型半導体レーザを提供すること
である。
【０００８】本発明の第３の目的は、従来の技術と比較
して横モードが単一で動的に安定な動作が得られる垂直
共振器型半導体レーザ素子の製造方法を提供することで
ある。
して横モードが単一で動的に安定な動作が得られる垂直
共振器型半導体レーザ素子の製造方法を提供することで
ある。
【０００９】本発明の第４の目的は、従来の技術と比較
して素子容量が小さく、高速変調特性が得られ、さらに
従来の技術と比較して横モードが単一で動的に安定な動
作が得られる垂直共振器型半導体レーザ製造方法を提供
することである。
して素子容量が小さく、高速変調特性が得られ、さらに
従来の技術と比較して横モードが単一で動的に安定な動
作が得られる垂直共振器型半導体レーザ製造方法を提供
することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に基づく垂直共振
器型半導体レーザは、基板と、該基板上に設けられた複
数の層からなる下部ＤＢＲ構造部と、該下部ＤＢＲ構造
部上に設けられた下部ＤＢＲ層、下部スペーサ層、活性
層、上部スペーサ層、及び上部ＤＢＲ層を有する共振器
領域と、前記共振器領域上に設けられた複数の層からな
る上部ＤＢＲ構造部と、前記下部ＤＢＲ構造部上に設け
られ、かつ、前記共振器領域と前記上部ＤＢＲ構造部と
を埋め込んだ少なくとも一つの層からなる半導体埋め込
み構造部とを有し、さらに該共振器領域の実効屈折率
は、前記上部および下部ＤＢＲ構造部の実効屈折率およ
び前記半導体埋め込み構造部の実効屈折率よりも高いこ
とを特徴とする。
器型半導体レーザは、基板と、該基板上に設けられた複
数の層からなる下部ＤＢＲ構造部と、該下部ＤＢＲ構造
部上に設けられた下部ＤＢＲ層、下部スペーサ層、活性
層、上部スペーサ層、及び上部ＤＢＲ層を有する共振器
領域と、前記共振器領域上に設けられた複数の層からな
る上部ＤＢＲ構造部と、前記下部ＤＢＲ構造部上に設け
られ、かつ、前記共振器領域と前記上部ＤＢＲ構造部と
を埋め込んだ少なくとも一つの層からなる半導体埋め込
み構造部とを有し、さらに該共振器領域の実効屈折率
は、前記上部および下部ＤＢＲ構造部の実効屈折率およ
び前記半導体埋め込み構造部の実効屈折率よりも高いこ
とを特徴とする。
【００１１】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部
は、半絶縁性層にｎ−ｐ繰り返し積層構造またはｐ−ｎ
繰り返し積層構造を積層させた構造からなる。
は、半絶縁性層にｎ−ｐ繰り返し積層構造またはｐ−ｎ
繰り返し積層構造を積層させた構造からなる。
【００１２】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部
は、半絶縁性ｎ−ｐ繰り返し積層構造または半絶縁性ｐ
−ｎ繰り返し積層構造からなる。
は、半絶縁性ｎ−ｐ繰り返し積層構造または半絶縁性ｐ
−ｎ繰り返し積層構造からなる。
【００１３】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部
は、半絶縁層のみで形成される。
は、半絶縁層のみで形成される。
【００１４】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部は
一つの層からなり、かつ該層にはイオン注入がなされて
いる。
一つの層からなり、かつ該層にはイオン注入がなされて
いる。
【００１５】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部
は、前記共振器領域の実効屈折率よりも実効屈折率の低
いＡｌＧａＡｓで形成されている。
は、前記共振器領域の実効屈折率よりも実効屈折率の低
いＡｌＧａＡｓで形成されている。
【００１６】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部
は、前記共振器領域の実効屈折率よりも実効屈折率の低
いＩｎＧａＰで形成されている。
は、前記共振器領域の実効屈折率よりも実効屈折率の低
いＩｎＧａＰで形成されている。
【００１７】好ましくは、前記下部ＤＢＲ構造部は、前
記共振器領域の実効屈折率よりも実効屈折率の低いＩｎ
ＧａＰで形成された層を一層以上有する。
記共振器領域の実効屈折率よりも実効屈折率の低いＩｎ
ＧａＰで形成された層を一層以上有する。
【００１８】本発明に基づく垂直共振器型半導体レーザ
は、基板と、該基板上に設けられた複数の層からなる下
部ＤＢＲ構造部と、該下部ＤＢＲ構造部上に設けられた
下部ＤＢＲ層、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ
層、及び上部ＤＢＲ層を有する共振器領域と、該下部Ｄ
ＢＲ構造部上に設けられ、かつ、前記共振器領域を埋め
込んだ少なくとも一つの層からなる半導体埋め込み構造
部と、前記共振器領域及び半導体埋め込み構造部上に設
けられた複数の層からなる上部ＤＢＲ構造部とを有し、
さらに該共振器領域の実効屈折率は、前記上部および下
部ＤＢＲ構造の実効屈折率および前記半導体埋め込み構
造部の実効屈折率よりも高いことを特徴とする。
は、基板と、該基板上に設けられた複数の層からなる下
部ＤＢＲ構造部と、該下部ＤＢＲ構造部上に設けられた
下部ＤＢＲ層、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ
層、及び上部ＤＢＲ層を有する共振器領域と、該下部Ｄ
ＢＲ構造部上に設けられ、かつ、前記共振器領域を埋め
込んだ少なくとも一つの層からなる半導体埋め込み構造
部と、前記共振器領域及び半導体埋め込み構造部上に設
けられた複数の層からなる上部ＤＢＲ構造部とを有し、
さらに該共振器領域の実効屈折率は、前記上部および下
部ＤＢＲ構造の実効屈折率および前記半導体埋め込み構
造部の実効屈折率よりも高いことを特徴とする。
【００１９】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部上
の前記上部ＤＢＲ構造部の抵抗が、前記共振器領域上の
前記上部ＤＢＲ構造部の抵抗より高い。
の前記上部ＤＢＲ構造部の抵抗が、前記共振器領域上の
前記上部ＤＢＲ構造部の抵抗より高い。
【００２０】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部
は、ｎ−ｐ繰り返し積層構造またはｐ−ｎ繰り返し積層
構造からなる。
は、ｎ−ｐ繰り返し積層構造またはｐ−ｎ繰り返し積層
構造からなる。
【００２１】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部
は、半絶縁性層にｎ−ｐ繰り返し積層構造またはｐ−ｎ
繰り返し積層構造を積層させた構造からなる。
は、半絶縁性層にｎ−ｐ繰り返し積層構造またはｐ−ｎ
繰り返し積層構造を積層させた構造からなる。
【００２２】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部
は、半絶縁層のみで形成される。
は、半絶縁層のみで形成される。
【００２３】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部は
一つの層からなり、かつ該層にはイオン注入がなされて
いる。
一つの層からなり、かつ該層にはイオン注入がなされて
いる。
【００２４】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部
は、前記共振器領域の実効屈折率よりも実効屈折率の低
いＡｌＧａＡｓで形成されている。
は、前記共振器領域の実効屈折率よりも実効屈折率の低
いＡｌＧａＡｓで形成されている。
【００２５】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部
は、前記共振器領域の実効屈折率よりも実効屈折率の低
いＩｎＧａＰで形成されている。
は、前記共振器領域の実効屈折率よりも実効屈折率の低
いＩｎＧａＰで形成されている。
【００２６】好ましくは、前記下部ＤＢＲ構造部は、Ｉ
ｎＧａＰで形成された層を一層以上有する。
ｎＧａＰで形成された層を一層以上有する。
【００２７】本発明に基づく垂直共振器型半導体レーザ
素子の製造方法は、基板と、該基板上に設けられた複数
の層からなる下部ＤＢＲ構造部と、該下部ＤＢＲ構造部
上に設けられた下部ＤＢＲ層、下部スペーサ層、活性
層、上部スペーサ層、及び上部ＤＢＲ層を有する共振器
領域と、該下部ＤＢＲ構造部上に設けられ、かつ、前記
共振器領域を埋め込んだ少なくとも一つの層からなる半
導体埋め込み構造部と、前記共振器領域及び半導体埋め
込み構造部上に設けられた複数の層からなる上部ＤＢＲ
構造部とを有する垂直共振器型半導体レーザ素子の製造
方法であって、基板に下部ＤＢＲ構造部から共振器領域
または上部ＤＢＲ構造部の一部まで成長させる第１の成
長工程と、前記共振器領域の下部までエッチングにより
メサ構造部を形成する工程と、半導体埋め込み構造部を
形成して前記共振器領域の埋め込みを行う第２の成長工
程と、前記半導体埋め込み構造部の上に上部ＤＢＲ構造
部を再成長する第３の成長工程とを有し、該共振器領域
の実効屈折率が、前記上部および下部ＤＢＲ構造の実効
屈折率および前記半導体埋め込み構造部の実効屈折率よ
りも高くするように、混晶の組成を制御することを特徴
とする。
素子の製造方法は、基板と、該基板上に設けられた複数
の層からなる下部ＤＢＲ構造部と、該下部ＤＢＲ構造部
上に設けられた下部ＤＢＲ層、下部スペーサ層、活性
層、上部スペーサ層、及び上部ＤＢＲ層を有する共振器
領域と、該下部ＤＢＲ構造部上に設けられ、かつ、前記
共振器領域を埋め込んだ少なくとも一つの層からなる半
導体埋め込み構造部と、前記共振器領域及び半導体埋め
込み構造部上に設けられた複数の層からなる上部ＤＢＲ
構造部とを有する垂直共振器型半導体レーザ素子の製造
方法であって、基板に下部ＤＢＲ構造部から共振器領域
または上部ＤＢＲ構造部の一部まで成長させる第１の成
長工程と、前記共振器領域の下部までエッチングにより
メサ構造部を形成する工程と、半導体埋め込み構造部を
形成して前記共振器領域の埋め込みを行う第２の成長工
程と、前記半導体埋め込み構造部の上に上部ＤＢＲ構造
部を再成長する第３の成長工程とを有し、該共振器領域
の実効屈折率が、前記上部および下部ＤＢＲ構造の実効
屈折率および前記半導体埋め込み構造部の実効屈折率よ
りも高くするように、混晶の組成を制御することを特徴
とする。
【００２８】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部の
厚さが前記メサ構造部の高さよりも低い。
厚さが前記メサ構造部の高さよりも低い。
【００２９】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部
は、ｎ−ｐ繰り返し積層構造またはｐ−ｎ繰り返し積層
構造からなる。
は、ｎ−ｐ繰り返し積層構造またはｐ−ｎ繰り返し積層
構造からなる。
【００３０】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部
は、半絶縁性層にｎ−ｐ繰り返し積層構造またはｐ−ｎ
繰り返し積層構造を積層させた構造からなる。
は、半絶縁性層にｎ−ｐ繰り返し積層構造またはｐ−ｎ
繰り返し積層構造を積層させた構造からなる。
【００３１】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部
は、半絶縁層のみで形成される。
は、半絶縁層のみで形成される。
【００３２】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部は
一つの層からなり、かつ該層にはイオン注入がなされて
いる。
一つの層からなり、かつ該層にはイオン注入がなされて
いる。
【００３３】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部
は、前記共振器領域の実効屈折率よりも実効屈折率の低
いＡｌＧａＡｓで形成されている。
は、前記共振器領域の実効屈折率よりも実効屈折率の低
いＡｌＧａＡｓで形成されている。
【００３４】好ましくは、前記半導体埋め込み部は、前
記共振器領域の実効屈折率よりも実効屈折率の低いＩｎ
ＧａＰで形成されている。
記共振器領域の実効屈折率よりも実効屈折率の低いＩｎ
ＧａＰで形成されている。
【００３５】好ましくは、前記下部ＤＢＲ構造部は、Ｉ
ｎＧａＰで形成された層を一層以上有する。
ｎＧａＰで形成された層を一層以上有する。
【００３６】好ましくは、前記第１の成長工程におい
て、下部ＤＢＲ構造部は、最終層をＩｎＧａＰからなる
層とする。
て、下部ＤＢＲ構造部は、最終層をＩｎＧａＰからなる
層とする。
【００３７】さらに、本発明に基づく垂直共振器型半導
体レーザは、上記の製造方法によって製造されたことを
特徴とする。
体レーザは、上記の製造方法によって製造されたことを
特徴とする。
【００３８】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の一
実施例を説明する。
実施例を説明する。
【００３９】＜第１の実施形態＞図２は本実施形態の結
晶成長面に垂直な方向の断面図である。この構造は、ｐ
−ＧａＡｓ基板１上に順にｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａ
ｌz Ｇａ1-z Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）分布反射型（distribu
ted Bragg reflector,ＤＢＲ）多層膜反射鏡２（斜線部
がＡｌz Ｇａ1-z Ａｓ、白い部分がＡｌy Ｇａ1-y Ａ
ｓ）、ｐ−ＩｎＧａＰエッチングストップ層３、ｐ−Ａ
ｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓ（０＜ｙ＜ｕ＜
ｚ）分布反射型（distributed Bragg reflector,ＤＢ
Ｒ）多層膜反射鏡４（斜線部がＡｌu Ｇａ1-u Ａｓ、白
い部分がＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ）、ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ−
Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ下部スペーサ層５、ＧａＡｓ／Ａｌ
x Ｇａ1-x Ａｓ多重量子井戸活性層６、ｎｏｎ−ｄｏｐ
ｅｄ−Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ上部スペーサ層７、ｎ−Ａｌ
y Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓ（０＜ｙ＜ｕ＜
ｚ）分布反射型（distributed Bragg reflector,ＤＢ
Ｒ）多層膜反射鏡８（斜線部がＡｌu Ｇａ1-u Ａｓ、白
い部分がＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ）、ｎ−ＩｎＧａＰ第１回
目成長最終層９、ＡｌＧａＡｓまたはＩｎＧａＰ半導体
埋め込み層（第２回目成長層）１０、ｎ−Ａｌy Ｇａ
1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）ＤＢＲ反
射鏡（第３回目成長層）１１、下部電極１２、絶縁膜１
３、上部電極１４、素子分離用構造１５より形成され
る。ＤＢＲの各層は、発振波長を各層の屈折率で割った
値の４分の１の膜厚に設定する。
晶成長面に垂直な方向の断面図である。この構造は、ｐ
−ＧａＡｓ基板１上に順にｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａ
ｌz Ｇａ1-z Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）分布反射型（distribu
ted Bragg reflector,ＤＢＲ）多層膜反射鏡２（斜線部
がＡｌz Ｇａ1-z Ａｓ、白い部分がＡｌy Ｇａ1-y Ａ
ｓ）、ｐ−ＩｎＧａＰエッチングストップ層３、ｐ−Ａ
ｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓ（０＜ｙ＜ｕ＜
ｚ）分布反射型（distributed Bragg reflector,ＤＢ
Ｒ）多層膜反射鏡４（斜線部がＡｌu Ｇａ1-u Ａｓ、白
い部分がＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ）、ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ−
Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ下部スペーサ層５、ＧａＡｓ／Ａｌ
x Ｇａ1-x Ａｓ多重量子井戸活性層６、ｎｏｎ−ｄｏｐ
ｅｄ−Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ上部スペーサ層７、ｎ−Ａｌ
y Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓ（０＜ｙ＜ｕ＜
ｚ）分布反射型（distributed Bragg reflector,ＤＢ
Ｒ）多層膜反射鏡８（斜線部がＡｌu Ｇａ1-u Ａｓ、白
い部分がＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ）、ｎ−ＩｎＧａＰ第１回
目成長最終層９、ＡｌＧａＡｓまたはＩｎＧａＰ半導体
埋め込み層（第２回目成長層）１０、ｎ−Ａｌy Ｇａ
1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）ＤＢＲ反
射鏡（第３回目成長層）１１、下部電極１２、絶縁膜１
３、上部電極１４、素子分離用構造１５より形成され
る。ＤＢＲの各層は、発振波長を各層の屈折率で割った
値の４分の１の膜厚に設定する。
【００４０】図３Ａ〜図３Ｆは成長の工程を示したもの
である。第１回目の成長はｐ−ＧａＡｓ基板上であるた
めｐ−ＤＢＲより開始し、ＭＱＷ活性層、ｎ−ＤＢＲ
（の一部）まで成長を行う（図３Ａ）。ｎ−ＤＢＲおよ
びｐ−ＤＢＲの活性層に近い数周期（後の工程でメサを
形成する深さに相当する厚み）の低屈折率層のＡｌ組成
を他のＤＢＲ部のＡｌ組成よりも低く設定し、電流狭窄
層を成長後、屈折率分布が光の共振器部分より電流狭窄
層が低くなる、いわゆる屈折率導波路を形成される。Ａ
ｌ組成の低いＡｌＧａＡｓ以外に、光の共振器部分の実
効屈折率が電流狭窄層よりも高くなるような屈折率を持
つＩｎＧａ（Ａｓ）Ｐを用いた場合にも同様の効果があ
る。上記の活性層近傍においてＡｌ組成が低く設定され
るＤＢＲ構造の周期は、ＤＢＲへの浸透深さ以上である
と光の閉じ込め効果として十分である。ｐ−ＤＢＲの低
屈折率層の一部にｐ−ＩｎＧａＰを用いるが、これはエ
ッチング・ストップ層として用いることを目的とする。
また最終層はｎ−ＩｎＧａＰとする。この目的は、再成
長時の表面がＡｌＧａＡｓの場合、表面酸化層の影響が
大きく、Ａｌ組成が大きくなるほど再成長層として高品
質の層が得にくくなるため、表面酸化の影響の小さいＡ
ｌを含まない層を用いるためである。次に、フォトレジ
スト、ＳｉＯ2 などの絶縁膜を用いてメサ構造を形成す
る（図３Ｂ）。形成方法としてはウエット・エッチン
グ、ドライ・エッチングいずれも有効である。エッチン
グ深さは、光学的モニターあるいはエッチング速度を考
慮に入れてｐ−ＩｎＧａＰエッチング・ストップ層の手
前で止める。その後、選択エッチャントを用いてｐ−Ｉ
ｎＧａＰの表面を露出させる（図３Ｃ）。メサ形成時の
マスクをそのまま結晶成長の選択マスクとして利用する
ことによって第２回目成長（電流狭窄層）を形成する
（図３Ｄの（１））。半導体埋め込み層である電流狭窄
層としては、順にｐ−ｎ−ｐ−ｎ−・・・・のドーピン
グ型を持つＡｌＧａＡｓあるいはＩｎＧａＰ層を用い
る。ＡｌＧａＡｓを電流狭窄層に用いる場合のＡｌ組成
は、たとえば活性層近傍の上下ＤＢＲ構造がＡｌ0.15Ｇ
ａ0.35Ａｓ／Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓにて構成されている
場合は０．３３以上に設定する。ＩｎＧａＰの波長０．
８５μｍでの屈折率は３．３４なので、上記Ａｌ組成以
下のＤＢＲ構造において屈折率導波路構造が形成され
る。または高抵抗の半絶縁性層を再成長第１層とする。
その場合はより一層電流狭窄の効果がある。メサ最上層
のマスクには多結晶が通常積層されるので、フォトレジ
ストをマスクとしてレーザ共振器部分の多結晶をエッチ
ングにて除去する（図３Ｅ）。除去方法は、ウエット・
エッチング、ドライ・エッチング、あるいはその両者の
組み合わせいずれも有効である。あるいは、メサ部分と
メサ以外の部分の段差は成長層厚が厚くなるに従って小
さくなる傾向を利用して、段差が１０００Ａ程度になる
まで再成長を行い（図３Ｄの（２））。その後ウエット
・エッチングまたはドライ・エッチングによってメサ上
のマスクが露出するまでマスク無しで一様にエッチング
を行う方法も有効である。メサ最上層のマスクに多結晶
の積層されない成長条件を用いれば、図３Ｅのエッチン
グ工程が省略できてプロセスの簡略化が実現できる。最
終段階として、メサ上部のマスクを除去後、第三回目成
長を行い（図３（Ｆ））、レーザ発振条件を満足する反
射率を得られるだけの周期分、ｎ−ＤＢＲを成長する。
である。第１回目の成長はｐ−ＧａＡｓ基板上であるた
めｐ−ＤＢＲより開始し、ＭＱＷ活性層、ｎ−ＤＢＲ
（の一部）まで成長を行う（図３Ａ）。ｎ−ＤＢＲおよ
びｐ−ＤＢＲの活性層に近い数周期（後の工程でメサを
形成する深さに相当する厚み）の低屈折率層のＡｌ組成
を他のＤＢＲ部のＡｌ組成よりも低く設定し、電流狭窄
層を成長後、屈折率分布が光の共振器部分より電流狭窄
層が低くなる、いわゆる屈折率導波路を形成される。Ａ
ｌ組成の低いＡｌＧａＡｓ以外に、光の共振器部分の実
効屈折率が電流狭窄層よりも高くなるような屈折率を持
つＩｎＧａ（Ａｓ）Ｐを用いた場合にも同様の効果があ
る。上記の活性層近傍においてＡｌ組成が低く設定され
るＤＢＲ構造の周期は、ＤＢＲへの浸透深さ以上である
と光の閉じ込め効果として十分である。ｐ−ＤＢＲの低
屈折率層の一部にｐ−ＩｎＧａＰを用いるが、これはエ
ッチング・ストップ層として用いることを目的とする。
また最終層はｎ−ＩｎＧａＰとする。この目的は、再成
長時の表面がＡｌＧａＡｓの場合、表面酸化層の影響が
大きく、Ａｌ組成が大きくなるほど再成長層として高品
質の層が得にくくなるため、表面酸化の影響の小さいＡ
ｌを含まない層を用いるためである。次に、フォトレジ
スト、ＳｉＯ2 などの絶縁膜を用いてメサ構造を形成す
る（図３Ｂ）。形成方法としてはウエット・エッチン
グ、ドライ・エッチングいずれも有効である。エッチン
グ深さは、光学的モニターあるいはエッチング速度を考
慮に入れてｐ−ＩｎＧａＰエッチング・ストップ層の手
前で止める。その後、選択エッチャントを用いてｐ−Ｉ
ｎＧａＰの表面を露出させる（図３Ｃ）。メサ形成時の
マスクをそのまま結晶成長の選択マスクとして利用する
ことによって第２回目成長（電流狭窄層）を形成する
（図３Ｄの（１））。半導体埋め込み層である電流狭窄
層としては、順にｐ−ｎ−ｐ−ｎ−・・・・のドーピン
グ型を持つＡｌＧａＡｓあるいはＩｎＧａＰ層を用い
る。ＡｌＧａＡｓを電流狭窄層に用いる場合のＡｌ組成
は、たとえば活性層近傍の上下ＤＢＲ構造がＡｌ0.15Ｇ
ａ0.35Ａｓ／Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓにて構成されている
場合は０．３３以上に設定する。ＩｎＧａＰの波長０．
８５μｍでの屈折率は３．３４なので、上記Ａｌ組成以
下のＤＢＲ構造において屈折率導波路構造が形成され
る。または高抵抗の半絶縁性層を再成長第１層とする。
その場合はより一層電流狭窄の効果がある。メサ最上層
のマスクには多結晶が通常積層されるので、フォトレジ
ストをマスクとしてレーザ共振器部分の多結晶をエッチ
ングにて除去する（図３Ｅ）。除去方法は、ウエット・
エッチング、ドライ・エッチング、あるいはその両者の
組み合わせいずれも有効である。あるいは、メサ部分と
メサ以外の部分の段差は成長層厚が厚くなるに従って小
さくなる傾向を利用して、段差が１０００Ａ程度になる
まで再成長を行い（図３Ｄの（２））。その後ウエット
・エッチングまたはドライ・エッチングによってメサ上
のマスクが露出するまでマスク無しで一様にエッチング
を行う方法も有効である。メサ最上層のマスクに多結晶
の積層されない成長条件を用いれば、図３Ｅのエッチン
グ工程が省略できてプロセスの簡略化が実現できる。最
終段階として、メサ上部のマスクを除去後、第三回目成
長を行い（図３（Ｆ））、レーザ発振条件を満足する反
射率を得られるだけの周期分、ｎ−ＤＢＲを成長する。
【００４１】図４は本実施形態の他の例の結晶成長面に
垂直方向の断面図を示したものである。構造としては図
２と大差がないが、半導体埋込層１６が単層で形成され
ていることを特徴とする。構成としてはＡｌＧａＡｓま
たはＩｎＧａＰであり、ノンドープあるいは高抵抗特性
を改善する目的でＣｒなどの金属をドーピングする。ま
たＯ+ イオンをドーピングすることにより、より効果的
となる。
垂直方向の断面図を示したものである。構造としては図
２と大差がないが、半導体埋込層１６が単層で形成され
ていることを特徴とする。構成としてはＡｌＧａＡｓま
たはＩｎＧａＰであり、ノンドープあるいは高抵抗特性
を改善する目的でＣｒなどの金属をドーピングする。ま
たＯ+ イオンをドーピングすることにより、より効果的
となる。
【００４２】図２および図４に示した垂直共振器型半導
体レーザの素子特性を説明したのが図５Ａおよび図５Ｂ
である。５Ａは電流対光出力特性ならびに電流対電圧特
性である。実線で示す通り、破線の従来構造と比較して
実線で示された本願発明による新構造においては電極層
の面積が大きくなるために直列抵抗の低減が実現され
る。またアンチ・ガイド型導波路のように高次モードに
対して損失を生じる構造ではなく、本質的に単一モード
のみが励振される構造であるため、活性層から発光成分
が発振モードに対して効率良く結合し、効率の向上が実
現される。さらに、活性層界面の非発光再結合が抑制さ
れるために閾値の低減とさらなる効率の上昇が実現され
る。
体レーザの素子特性を説明したのが図５Ａおよび図５Ｂ
である。５Ａは電流対光出力特性ならびに電流対電圧特
性である。実線で示す通り、破線の従来構造と比較して
実線で示された本願発明による新構造においては電極層
の面積が大きくなるために直列抵抗の低減が実現され
る。またアンチ・ガイド型導波路のように高次モードに
対して損失を生じる構造ではなく、本質的に単一モード
のみが励振される構造であるため、活性層から発光成分
が発振モードに対して効率良く結合し、効率の向上が実
現される。さらに、活性層界面の非発光再結合が抑制さ
れるために閾値の低減とさらなる効率の上昇が実現され
る。
【００４３】図５Ｂの発光遠視野像（Far Field Patter
n, ＦＦＰ）を異なる電流駆動値に対して示したもので
ある。発振直後は従来構造（１）も本発明（ｉ）も単峰
性を示し、基本横モード動作であるが、電流値が増大す
るにともなって従来構造では双方性の高次横モードが支
配的になるのに対して（２），（３）、本発明において
は単峰性が維持される。
n, ＦＦＰ）を異なる電流駆動値に対して示したもので
ある。発振直後は従来構造（１）も本発明（ｉ）も単峰
性を示し、基本横モード動作であるが、電流値が増大す
るにともなって従来構造では双方性の高次横モードが支
配的になるのに対して（２），（３）、本発明において
は単峰性が維持される。
【００４４】以上はｐ−ＧａＡｓ基板上の構造について
述べたものであるが、ｎ−ＧａＡｓ基板上の構造の場合
にも同様の効果がある。ＩｎＧａＰエッチ・ストップ層
を用いた構造について述べたものだが、他のＤＢＲ部と
異なるＡｌ組成のＡｌＧａＡｓ層を用いた構造において
も同様の効果を得ることが可能である。第１回目成長の
最終層をＩｎＧａＰとした場合について述べているが、
Ａｌ組成を低く押さえたＡｌＧａＡｓ層の場合にも同様
の効果がある。ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系について述べ
たものだが、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系においても同様
の効果を得ることが可能である。
述べたものであるが、ｎ−ＧａＡｓ基板上の構造の場合
にも同様の効果がある。ＩｎＧａＰエッチ・ストップ層
を用いた構造について述べたものだが、他のＤＢＲ部と
異なるＡｌ組成のＡｌＧａＡｓ層を用いた構造において
も同様の効果を得ることが可能である。第１回目成長の
最終層をＩｎＧａＰとした場合について述べているが、
Ａｌ組成を低く押さえたＡｌＧａＡｓ層の場合にも同様
の効果がある。ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系について述べ
たものだが、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系においても同様
の効果を得ることが可能である。
【００４５】以上説明した通り、本実施形態例では、垂
直共振器型半導体レーザ素子の製造方法および垂直共振
器型半導体レーザにおいて、活性層上部のＤＢＲ（の一
部）まで１回目に成長し、メサ構造を形成した後、屈折
率導波型の共振器を形成するようにＩｎＧａＰあるいは
組成制御されたＡｌＧａＡｓ電流狭窄層すなわち半導体
埋込層を２回目の成長にて形成し、３回目の成長にて必
要とされる残りのＤＢＲ構造を形成することによって、
横モードが静的のみならず動的にも基本モードにおいて
安定に動作し、なおかつ低閾値電流と低い直列抵抗、高
い発光効率の得られる垂直共振器型半導体レーザを形成
できる効果がある。
直共振器型半導体レーザ素子の製造方法および垂直共振
器型半導体レーザにおいて、活性層上部のＤＢＲ（の一
部）まで１回目に成長し、メサ構造を形成した後、屈折
率導波型の共振器を形成するようにＩｎＧａＰあるいは
組成制御されたＡｌＧａＡｓ電流狭窄層すなわち半導体
埋込層を２回目の成長にて形成し、３回目の成長にて必
要とされる残りのＤＢＲ構造を形成することによって、
横モードが静的のみならず動的にも基本モードにおいて
安定に動作し、なおかつ低閾値電流と低い直列抵抗、高
い発光効率の得られる垂直共振器型半導体レーザを形成
できる効果がある。
【００４６】＜第２の実施形態＞図６は本実施例の結晶
成長面に垂直方向の断面図である。この構造は、ｐ−Ｇ
ａＡｓ基板１上に順にｐ−ＡｌｙＧａ１―ｙＡｓ／Ａｌ
ｚＧａ１―ｚＡｓ（０＜ｙ＜ｚ）分布反射型（ｄｉｓｔ
ｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇｒｅｆｌｅｃｔｏｒ，ＤＢ
Ｒ）多層膜反射鏡２（斜線部がＡｌｚＧａ１―ｚＡｓ、
白い部分がＡｌｙＧａ１―ｙＡｓ）、ｐ−ＩｎＧａＰエ
ッチングストップ層３、ｐ−ＡｌｙＧａ１―ｙＡｓ／Ａ
ｌｕＧａ１―ｕＡｓ（０＜ｙ＜ｕ＜ｚ）分布反射型（ｄ
ｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇｒｅｆｌｅｃｔｏｒ，
ＤＢＲ）多層膜反射鏡４（斜線部がＡｌｚＧａ１―ｚＡ
ｓ、白い部分がＡｌｙＧａ１―ｙＡｓ）、ｎｏｎ−ｄｏ
ｐｅｄ−ＡｌｗＧａ１―ｗＡｓ下部スペーサ層５、Ｇａ
Ａｓ／ＡｌＸＧａ１―ＸＡｓ多重量子井戸活性層６、ｎ
ｏｎ−ｄｏｐｅｄ−ＡｌｗＧａ１―ｗＡｓ上部スペーサ
層７、ｎ−ＡｌｙＧａ１―ｙＡｓ／ＡｌｕＧａ１―ｕＡ
ｓ（０＜ｙ＜ｕ＜ｚ）分布反射型（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔ
ｅｄＢｒａｇｇｒｅｆｌｅｃｔｏｒ，ＤＢＲ）多層膜反
射鏡８（斜線部がＡｌｚＧａ１―ｚＡｓ、白い部分がＡ
ｌｙＧａ１―ｙＡｓ）、ｎ−ＡｌｙＧａ１―ｙＡｓ／Ａ
ｌｚＧａ１―ｚＡｓ（０＜ｙ＜ｚ）ＤＢＲ反射鏡９、Ａ
ｌＧａＡｓまたはＩｎＧａＰ半導体埋め込み層１０、下
部電極１２、絶縁膜１３、上部電極１４、素子分離用構
造１５より形成される。以上の構造のうち、光の電界成
分がほぼ閉じ込められる範囲として、参照符号４〜８に
示す共振器部分を形成する。ＤＢＲの各層は、発振波長
を各層の屈折率で割った値の４分の１の膜厚に設定す
る。
成長面に垂直方向の断面図である。この構造は、ｐ−Ｇ
ａＡｓ基板１上に順にｐ−ＡｌｙＧａ１―ｙＡｓ／Ａｌ
ｚＧａ１―ｚＡｓ（０＜ｙ＜ｚ）分布反射型（ｄｉｓｔ
ｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇｒｅｆｌｅｃｔｏｒ，ＤＢ
Ｒ）多層膜反射鏡２（斜線部がＡｌｚＧａ１―ｚＡｓ、
白い部分がＡｌｙＧａ１―ｙＡｓ）、ｐ−ＩｎＧａＰエ
ッチングストップ層３、ｐ−ＡｌｙＧａ１―ｙＡｓ／Ａ
ｌｕＧａ１―ｕＡｓ（０＜ｙ＜ｕ＜ｚ）分布反射型（ｄ
ｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇｒｅｆｌｅｃｔｏｒ，
ＤＢＲ）多層膜反射鏡４（斜線部がＡｌｚＧａ１―ｚＡ
ｓ、白い部分がＡｌｙＧａ１―ｙＡｓ）、ｎｏｎ−ｄｏ
ｐｅｄ−ＡｌｗＧａ１―ｗＡｓ下部スペーサ層５、Ｇａ
Ａｓ／ＡｌＸＧａ１―ＸＡｓ多重量子井戸活性層６、ｎ
ｏｎ−ｄｏｐｅｄ−ＡｌｗＧａ１―ｗＡｓ上部スペーサ
層７、ｎ−ＡｌｙＧａ１―ｙＡｓ／ＡｌｕＧａ１―ｕＡ
ｓ（０＜ｙ＜ｕ＜ｚ）分布反射型（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔ
ｅｄＢｒａｇｇｒｅｆｌｅｃｔｏｒ，ＤＢＲ）多層膜反
射鏡８（斜線部がＡｌｚＧａ１―ｚＡｓ、白い部分がＡ
ｌｙＧａ１―ｙＡｓ）、ｎ−ＡｌｙＧａ１―ｙＡｓ／Ａ
ｌｚＧａ１―ｚＡｓ（０＜ｙ＜ｚ）ＤＢＲ反射鏡９、Ａ
ｌＧａＡｓまたはＩｎＧａＰ半導体埋め込み層１０、下
部電極１２、絶縁膜１３、上部電極１４、素子分離用構
造１５より形成される。以上の構造のうち、光の電界成
分がほぼ閉じ込められる範囲として、参照符号４〜８に
示す共振器部分を形成する。ＤＢＲの各層は、発振波長
を各層の屈折率で割った値の４分の１の膜厚に設定す
る。
【００４７】以下に成長の工程を述べる。第１回目の成
長はｐ−ＧａＡｓ基板上であるためｐ−ＤＢＲより開始
し、ＭＱＷ活性層、ｎ−ＤＢＲまで成長を行う（図５
（Ａ））。ｎ−ＤＢＲ及びｐ−ＤＢＲの活性層に近い数
周期（後の工程でメサを形成する深さに相当する厚み）
の低屈折率層のＡｌ組成を他のＤＢＲ部のＡｌ組成より
も低く設定し、電流狭窄埋込層を成長後、屈折率分布が
光の共振器部分より電流狭窄層が低くなる、いわゆる屈
折率導波路を形成させる。Ａｌ組成の低いＡｌＧａＡｓ
以外に、光の共振器部分の実効屈折率を電流狭窄層より
も高くなるような屈折率を持つＩｎＧａ（Ａｓ）Ｐを用
いた場合にも同様の効果がある。上記の活性層近傍にお
いてＡｌ組成が低く設定されるＤＢＲ構造の周期は、Ｄ
ＢＲへの浸透深さ以上であると光の閉じ込め効果として
十分である。ｐーＤＢＲの低屈折率層の一部にｐ−Ｉｎ
ＧａＰを用いるが、これはエッチング・ストップ層とし
て用いることを目的とする。また、再成長時の表面がＡ
ｌＧａＡｓの場合、表面酸化層の影響が大きく、Ａｌ組
成が大きくなるほど再成長層として高品質の層が得にく
くなるため、表面酸化の影響の小さいＡｌを含まない層
を用いる目的も兼ねる。もちろん、Ａｌ組成が０．１か
ら０．２程度と低く、表面の酸化が結晶の再成長に大き
な影響を及ぼさない場合は、プロセス工程において適切
にエッチャントを選ぶことによりＡｌＧａＡｓ層を用い
ても同様の効果が期待できる。次に、フォトレジスト、
ＳｉＯ2 などの絶縁膜を用いてメサ構造を形成する。形
成方法としてはウエット・エッチング、ドライ・エッチ
ングいずれも有効である。エッチング深さは、光学的モ
ニターあるいはエッチング速度を考慮に入れてｐ−Ｉｎ
ＧａＰエッチング・ストップ層の手前で止める。その
後、選択エッチャントを用いてｐ−ＩｎＧａＰの表面を
露出させる。メサ形成時のマスクをそのまま結晶成長の
選択マスクとして利用することによって第２回目の成長
層（電流狭窄埋込層）を形成する。電流狭窄層として
は、順にｐ−ｎ−ｐ−ｎ・・・のドービング型を持つＡ
ｌＧａＡｓ、あるいはＩｎＧａＰ層を用いる。ＡｌＧａ
Ａｓを電流狭窄層に用いる場合のＡｌ組成は、たとえば
活性層近傍の上下ＤＢＲ構造がＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ／
Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓにて構成されている場合は０．３
３以上に設定する。ＩｎＧａＰの波長０．８５μｍでの
屈折率は３．３４なので、上記Ａｌ組成以下のＤＢＲ構
造において屈折率導波路構造が形成される。または高抵
抗の半絶縁性層を再成長第１層とする。その場合はより
一層電流狭窄の効果がある。最終段階として、メサ上部
のマスクを除去後、絶縁膜形成、電流を流すための窓開
け、電極形成し、素子を完成する。
長はｐ−ＧａＡｓ基板上であるためｐ−ＤＢＲより開始
し、ＭＱＷ活性層、ｎ−ＤＢＲまで成長を行う（図５
（Ａ））。ｎ−ＤＢＲ及びｐ−ＤＢＲの活性層に近い数
周期（後の工程でメサを形成する深さに相当する厚み）
の低屈折率層のＡｌ組成を他のＤＢＲ部のＡｌ組成より
も低く設定し、電流狭窄埋込層を成長後、屈折率分布が
光の共振器部分より電流狭窄層が低くなる、いわゆる屈
折率導波路を形成させる。Ａｌ組成の低いＡｌＧａＡｓ
以外に、光の共振器部分の実効屈折率を電流狭窄層より
も高くなるような屈折率を持つＩｎＧａ（Ａｓ）Ｐを用
いた場合にも同様の効果がある。上記の活性層近傍にお
いてＡｌ組成が低く設定されるＤＢＲ構造の周期は、Ｄ
ＢＲへの浸透深さ以上であると光の閉じ込め効果として
十分である。ｐーＤＢＲの低屈折率層の一部にｐ−Ｉｎ
ＧａＰを用いるが、これはエッチング・ストップ層とし
て用いることを目的とする。また、再成長時の表面がＡ
ｌＧａＡｓの場合、表面酸化層の影響が大きく、Ａｌ組
成が大きくなるほど再成長層として高品質の層が得にく
くなるため、表面酸化の影響の小さいＡｌを含まない層
を用いる目的も兼ねる。もちろん、Ａｌ組成が０．１か
ら０．２程度と低く、表面の酸化が結晶の再成長に大き
な影響を及ぼさない場合は、プロセス工程において適切
にエッチャントを選ぶことによりＡｌＧａＡｓ層を用い
ても同様の効果が期待できる。次に、フォトレジスト、
ＳｉＯ2 などの絶縁膜を用いてメサ構造を形成する。形
成方法としてはウエット・エッチング、ドライ・エッチ
ングいずれも有効である。エッチング深さは、光学的モ
ニターあるいはエッチング速度を考慮に入れてｐ−Ｉｎ
ＧａＰエッチング・ストップ層の手前で止める。その
後、選択エッチャントを用いてｐ−ＩｎＧａＰの表面を
露出させる。メサ形成時のマスクをそのまま結晶成長の
選択マスクとして利用することによって第２回目の成長
層（電流狭窄埋込層）を形成する。電流狭窄層として
は、順にｐ−ｎ−ｐ−ｎ・・・のドービング型を持つＡ
ｌＧａＡｓ、あるいはＩｎＧａＰ層を用いる。ＡｌＧａ
Ａｓを電流狭窄層に用いる場合のＡｌ組成は、たとえば
活性層近傍の上下ＤＢＲ構造がＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ／
Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓにて構成されている場合は０．３
３以上に設定する。ＩｎＧａＰの波長０．８５μｍでの
屈折率は３．３４なので、上記Ａｌ組成以下のＤＢＲ構
造において屈折率導波路構造が形成される。または高抵
抗の半絶縁性層を再成長第１層とする。その場合はより
一層電流狭窄の効果がある。最終段階として、メサ上部
のマスクを除去後、絶縁膜形成、電流を流すための窓開
け、電極形成し、素子を完成する。
【００４８】図６に示した垂直共振器型半導体レーザの
素子特性を説明したのが図７Ａおよび図７Ｂである。図
７Ａは電流対光出力特性ならびに電流対電圧特性であ
る。素子抵抗に関しては、従来構造、本構造ともにほと
んど差がない。閾値電流に関しては、ＤＢＲの反射率も
従来構造と同じになるよう設計できるが、本構造ではア
ンチ・ガイド型導波路のように高次モードに対して損失
を生じる構造ではなく、本質的に単一モードのみが励振
される構造であるため、閾値電流の低減が実現され、ま
た活性層からの発光成分が発振モードに対して効率良く
結合し、効率の向上が実現される。図７Ｂは発光遠視野
像（Far Field Pattern ＦＦＰ）を異なる電流駆動値に
対して示したものである。発振直後は従来構造（１）も
本発明（ｉ）も単峰性を示し、基本横モード動作である
が、電流値が増大するにともなって従来構造では双方性
の高次横モードが支配的になるのに対して（２），
（３）、本発明においては単峰性が維持される。
素子特性を説明したのが図７Ａおよび図７Ｂである。図
７Ａは電流対光出力特性ならびに電流対電圧特性であ
る。素子抵抗に関しては、従来構造、本構造ともにほと
んど差がない。閾値電流に関しては、ＤＢＲの反射率も
従来構造と同じになるよう設計できるが、本構造ではア
ンチ・ガイド型導波路のように高次モードに対して損失
を生じる構造ではなく、本質的に単一モードのみが励振
される構造であるため、閾値電流の低減が実現され、ま
た活性層からの発光成分が発振モードに対して効率良く
結合し、効率の向上が実現される。図７Ｂは発光遠視野
像（Far Field Pattern ＦＦＰ）を異なる電流駆動値に
対して示したものである。発振直後は従来構造（１）も
本発明（ｉ）も単峰性を示し、基本横モード動作である
が、電流値が増大するにともなって従来構造では双方性
の高次横モードが支配的になるのに対して（２），
（３）、本発明においては単峰性が維持される。
【００４９】以上はｐ−ＧａＡｓ基板上の構造について
述べたものであるが、ｎ−ＧａＡｓ基板上の構造の場合
にも同様の効果がある。ＩｎＧａＰエッチ・ストップ層
を用いた構造について述べたものだが、他のＤＢＲ部と
異なるＡｌ組成のＡｌＧａＡｓ層を用いた構造において
も同様の効果を得ることが可能である。第１回目成長の
最終層をＩｎＧａＰとした場合について述べているが、
Ａｌ組成を低く押さえたＡｌＧａＡｓ層の場合にも同様
の効果がある。ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系について述べ
たものだが、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系においても同様
の効果を得ることが可能である。
述べたものであるが、ｎ−ＧａＡｓ基板上の構造の場合
にも同様の効果がある。ＩｎＧａＰエッチ・ストップ層
を用いた構造について述べたものだが、他のＤＢＲ部と
異なるＡｌ組成のＡｌＧａＡｓ層を用いた構造において
も同様の効果を得ることが可能である。第１回目成長の
最終層をＩｎＧａＰとした場合について述べているが、
Ａｌ組成を低く押さえたＡｌＧａＡｓ層の場合にも同様
の効果がある。ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系について述べ
たものだが、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系においても同様
の効果を得ることが可能である。
【００５０】以上説明した通り、本実施形態では、半導
体埋込構造を有する垂直共振器型半導体レーザにおい
て、光の共振器部分よりも埋め込み層の実効屈折率が低
くなるように設定することにより、横モードが静的のみ
ならず動的にも基本モードにおいて安定に動作し、なお
かつ低閾値電流と、高い発光効率の得られる垂直共振器
型半導体レーザを形成する効果がある。
体埋込構造を有する垂直共振器型半導体レーザにおい
て、光の共振器部分よりも埋め込み層の実効屈折率が低
くなるように設定することにより、横モードが静的のみ
ならず動的にも基本モードにおいて安定に動作し、なお
かつ低閾値電流と、高い発光効率の得られる垂直共振器
型半導体レーザを形成する効果がある。
【００５１】＜第３の実施形態＞図８は本実施例の結晶
成長面に垂直方向の断面図である。この構造は、ｐ−Ｇ
ａＡｓ基板１上に順にｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz
Ｇａ1-z Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）分布反射型（distributed
Bragg reflector,ＤＢＲ）多層膜反射鏡２（斜線部がＡ
ｌz Ｇａ1-z Ａｓ、白い部分がＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ）、
ｐ−ＩｎＧａＰエッチングストップ層３、ｐ−Ａｌy Ｇ
ａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）分布反
射型（distributed Bragg reflector,ＤＢＲ）多層膜反
射鏡２（斜線部がＡｌz Ｇａ1-z Ａｓ、白い部分がＡｌ
y Ｇａ1-y Ａｓ）、ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ−Ａｌw Ｇａ
1-w Ａｓ下部スペーサ層５、ＧａＡｓ／ＡｌX Ｇａ1-X
Ａｓ多重量子井戸活性層６、ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ−Ａｌ
y Ｇａ1-y Ａｓ上部スペーサ層７、ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y
Ａｓ／Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）分布反射型
（distributed Bragg reflector,ＤＢＲ）多層膜反射鏡
８、ｎ−ＩｎＧａＰ第１回目成長最終層９、ＡｌＧａＡ
ｓまたはＩｎＧａＰ半導体埋め込み層（第２回目成長
層）１０、ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａ
ｓ（０＜ｙ＜ｚ）ＤＢＲ反射鏡（第３回目成長層）１
１、下部電極１２、絶縁膜１３、上部電極１４、素子分
離用構造１５より形成される。ＤＢＲの各層は、発振波
長の各層の屈折率で割った値の４分の１の膜厚に設定す
る。
成長面に垂直方向の断面図である。この構造は、ｐ−Ｇ
ａＡｓ基板１上に順にｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz
Ｇａ1-z Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）分布反射型（distributed
Bragg reflector,ＤＢＲ）多層膜反射鏡２（斜線部がＡ
ｌz Ｇａ1-z Ａｓ、白い部分がＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ）、
ｐ−ＩｎＧａＰエッチングストップ層３、ｐ−Ａｌy Ｇ
ａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）分布反
射型（distributed Bragg reflector,ＤＢＲ）多層膜反
射鏡２（斜線部がＡｌz Ｇａ1-z Ａｓ、白い部分がＡｌ
y Ｇａ1-y Ａｓ）、ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ−Ａｌw Ｇａ
1-w Ａｓ下部スペーサ層５、ＧａＡｓ／ＡｌX Ｇａ1-X
Ａｓ多重量子井戸活性層６、ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ−Ａｌ
y Ｇａ1-y Ａｓ上部スペーサ層７、ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y
Ａｓ／Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）分布反射型
（distributed Bragg reflector,ＤＢＲ）多層膜反射鏡
８、ｎ−ＩｎＧａＰ第１回目成長最終層９、ＡｌＧａＡ
ｓまたはＩｎＧａＰ半導体埋め込み層（第２回目成長
層）１０、ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａ
ｓ（０＜ｙ＜ｚ）ＤＢＲ反射鏡（第３回目成長層）１
１、下部電極１２、絶縁膜１３、上部電極１４、素子分
離用構造１５より形成される。ＤＢＲの各層は、発振波
長の各層の屈折率で割った値の４分の１の膜厚に設定す
る。
【００５２】ここで構造作製プロセスについて述べる。
図８の構造を作製する際は、大きく分けて３段階の成長
に分けられる。第１回目の成長はｐ−ＧａＡｓ基板上に
ｐ−ＤＢＲより開始し、ＭＱＷ活性層、ｎ−ＤＢＲ（の
一部）まで成長を行う（図８の構造２から９までに相
当）。ｎ−ＤＢＲおよびｐ−ＤＢＲの活性層に近い数周
期（後の工程でメサを形成する深さに相当する厚み）の
低屈折率層のＡｌ組成を他のＤＢＲ部のＡｌ組成よりも
低く設定し、電流狭窄層を成長後、屈折率分布が光の共
振器部分より電流狭窄層が低くなる、いわゆる屈折率導
波路を形成される。ｐ−ＤＢＲの低屈折率層の一部にｐ
−ＩｎＧａＰを用いるが、これはエッチング・ストップ
層として用いることを目的とする。また最終層はｎ−Ｉ
ｎＧａＰとする。この目的は、再成長時の表面がＡｌＧ
ａＡｓの場合、表面酸化層の影響が大きく、Ａｌ組成が
大きくなるほど再成長層として高品質の層が得にくくな
るため、表面酸化の影響の小さいＡｌを含まない層を用
いるためである。もちろん、Ａｌ組成が０．１から０．
２程度と低く、表面の酸化が結晶の再成長に大きな影響
を及ぼさない場合は、プロセス工程において適切なエッ
チャントを選ぶことによりＡｌＧａＡｓ層を用いても同
様の効果が期待できる。次に、フォトレジスト、ＳｉＯ
2 などの絶縁膜を用いてメサ構造を形成する。形成方法
としてはウエット・エッチング、ドライ・エッチングい
ずれも有効である。エッチング深さは、光学的モニター
あるいはエッチング速度を考慮に入れてｐ−ＩｎＧａＰ
エッチング・ストップ層の手前で止める。その後、選択
エッチャントを用いてｐ−ＩｎＧａＰの表面を露出させ
る。メサ形成時のマスクをそのまま結晶成長の選択マス
クとして利用することによって第２回目成長（電流狭窄
層、構造１０に相当）を形成する。
図８の構造を作製する際は、大きく分けて３段階の成長
に分けられる。第１回目の成長はｐ−ＧａＡｓ基板上に
ｐ−ＤＢＲより開始し、ＭＱＷ活性層、ｎ−ＤＢＲ（の
一部）まで成長を行う（図８の構造２から９までに相
当）。ｎ−ＤＢＲおよびｐ−ＤＢＲの活性層に近い数周
期（後の工程でメサを形成する深さに相当する厚み）の
低屈折率層のＡｌ組成を他のＤＢＲ部のＡｌ組成よりも
低く設定し、電流狭窄層を成長後、屈折率分布が光の共
振器部分より電流狭窄層が低くなる、いわゆる屈折率導
波路を形成される。ｐ−ＤＢＲの低屈折率層の一部にｐ
−ＩｎＧａＰを用いるが、これはエッチング・ストップ
層として用いることを目的とする。また最終層はｎ−Ｉ
ｎＧａＰとする。この目的は、再成長時の表面がＡｌＧ
ａＡｓの場合、表面酸化層の影響が大きく、Ａｌ組成が
大きくなるほど再成長層として高品質の層が得にくくな
るため、表面酸化の影響の小さいＡｌを含まない層を用
いるためである。もちろん、Ａｌ組成が０．１から０．
２程度と低く、表面の酸化が結晶の再成長に大きな影響
を及ぼさない場合は、プロセス工程において適切なエッ
チャントを選ぶことによりＡｌＧａＡｓ層を用いても同
様の効果が期待できる。次に、フォトレジスト、ＳｉＯ
2 などの絶縁膜を用いてメサ構造を形成する。形成方法
としてはウエット・エッチング、ドライ・エッチングい
ずれも有効である。エッチング深さは、光学的モニター
あるいはエッチング速度を考慮に入れてｐ−ＩｎＧａＰ
エッチング・ストップ層の手前で止める。その後、選択
エッチャントを用いてｐ−ＩｎＧａＰの表面を露出させ
る。メサ形成時のマスクをそのまま結晶成長の選択マス
クとして利用することによって第２回目成長（電流狭窄
層、構造１０に相当）を形成する。
【００５３】この時、平坦部での成長厚さをメサ高さよ
りも意図的に低く設定する。すると、メサは電流狭窄層
に対して凸になる。この形状の上に結晶を再成長する
と、メサの外側（あるいは面内で低い方向）に成長速度
の速い遷移領域１６が現れる。成長時のドーパント流量
は一定なので、成長速度が速くなる領域では他の領域と
比較してドーピング濃度が低くなり、電流狭窄層の膜厚
設定により２分の１ないし３分の１に低減される。半導
体ＤＢＲの膜厚方向の抵抗はドーピング濃度に対して敏
感であり、前述のドーピング濃度の変化により抵抗とし
ては１桁以上の差を得ることができる。上下電極に順方
向に電圧を印加した場合、この抵抗の高い遷移領域より
内側に有効に電界が集中することになる。従って電極の
外側の部分の素子内容への寄与分が低減される。なおか
つ、電極面積はメサ径よりも大きいため、素子抵抗を大
きく増加させることがない。総合的にＣＲ自定数を従来
構造と比較して低減することになり、高速変調特性を改
善する作用がある。
りも意図的に低く設定する。すると、メサは電流狭窄層
に対して凸になる。この形状の上に結晶を再成長する
と、メサの外側（あるいは面内で低い方向）に成長速度
の速い遷移領域１６が現れる。成長時のドーパント流量
は一定なので、成長速度が速くなる領域では他の領域と
比較してドーピング濃度が低くなり、電流狭窄層の膜厚
設定により２分の１ないし３分の１に低減される。半導
体ＤＢＲの膜厚方向の抵抗はドーピング濃度に対して敏
感であり、前述のドーピング濃度の変化により抵抗とし
ては１桁以上の差を得ることができる。上下電極に順方
向に電圧を印加した場合、この抵抗の高い遷移領域より
内側に有効に電界が集中することになる。従って電極の
外側の部分の素子内容への寄与分が低減される。なおか
つ、電極面積はメサ径よりも大きいため、素子抵抗を大
きく増加させることがない。総合的にＣＲ自定数を従来
構造と比較して低減することになり、高速変調特性を改
善する作用がある。
【００５４】電流狭窄層としては、順にｐ−ｎ−ｐ−ｎ
・・・のドービング型を持つＡｌＧａＡｓ、あるいはＩ
ｎＧａＰ層を用いる。または高抵抗の半絶縁性層を再成
長第１層とする。その場合はより一層電流狭窄の効果が
ある。メサ最上層のマスクには多結晶が通常積層される
ので、フォトレジストをマスクとしてレーザ共振器部分
の多結晶をエッチングにて除去する（図３Ｅ）。除去方
法は、ウエット・エッチング、ドライ・エッチング、あ
るいはその両者の組み合わせいずれも有効である。ま
た、メサ最上層のマスクに多結晶の積層されない成長条
件を用いれば、図３Ｅのエッチング工程が省略できてプ
ロセスの簡略化が実現できる。最終段階として、メサ上
部のマスクを除去後、第３回目成長をおこない（構造１
１に相当）、レーザ発振条件を満足する反射率を得られ
るだけの周期分、ｎ−ＤＢＲを成長する。
・・・のドービング型を持つＡｌＧａＡｓ、あるいはＩ
ｎＧａＰ層を用いる。または高抵抗の半絶縁性層を再成
長第１層とする。その場合はより一層電流狭窄の効果が
ある。メサ最上層のマスクには多結晶が通常積層される
ので、フォトレジストをマスクとしてレーザ共振器部分
の多結晶をエッチングにて除去する（図３Ｅ）。除去方
法は、ウエット・エッチング、ドライ・エッチング、あ
るいはその両者の組み合わせいずれも有効である。ま
た、メサ最上層のマスクに多結晶の積層されない成長条
件を用いれば、図３Ｅのエッチング工程が省略できてプ
ロセスの簡略化が実現できる。最終段階として、メサ上
部のマスクを除去後、第３回目成長をおこない（構造１
１に相当）、レーザ発振条件を満足する反射率を得られ
るだけの周期分、ｎ−ＤＢＲを成長する。
【００５５】図８に示した垂直共振器型半導体レーザの
素子特性を説明したのが図９Ａおよび図９Ｂである。図
中、実線が本実施形態の場合で、破線が実施形態１また
は図１０に示すような従来構造（参考文献：K.L.Lear,
et al. Electronics Letters, vol.32, No.5, pp.457-5
8, 1996)の場合である。図９Ａは素子容量対電圧特性で
ある。新構造により素子容量の低減が実現された様子を
示している。
素子特性を説明したのが図９Ａおよび図９Ｂである。図
中、実線が本実施形態の場合で、破線が実施形態１また
は図１０に示すような従来構造（参考文献：K.L.Lear,
et al. Electronics Letters, vol.32, No.5, pp.457-5
8, 1996)の場合である。図９Ａは素子容量対電圧特性で
ある。新構造により素子容量の低減が実現された様子を
示している。
【００５６】図９Ｂは変調特性を示したものである。図
９Ａで示した素子容量の低減の効果により、変調特性が
改善された素子を示している。
９Ａで示した素子容量の低減の効果により、変調特性が
改善された素子を示している。
【００５７】本実施形態では、屈折率導波路構造とした
が、屈折率導波路構造をとらない場合でも、素子容量の
低減に関しては、同様の効果がある。
が、屈折率導波路構造をとらない場合でも、素子容量の
低減に関しては、同様の効果がある。
【００５８】以上はｐ−ＧａＡｓ基板上の構造について
述べたものであるが、ｎ−ＧａＡｓ基板上の構造の場合
にも同様の効果がある。ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系につ
いて述べたものだが、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系におい
ても同様の効果を得ることが可能である。
述べたものであるが、ｎ−ＧａＡｓ基板上の構造の場合
にも同様の効果がある。ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系につ
いて述べたものだが、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系におい
ても同様の効果を得ることが可能である。
【００５９】
【発明の効果】以上説明した通り、本実施形態では、垂
直共振器型半導体レーザにおいて、活性層上部のＤＢＲ
（の一部）まで１回目に成長し、メサ構造を形成した
後、２回目の成長にて形成する電流狭窄層の厚みをメサ
高さよりも低く設定して抵抗の高い遷移領域をメサの外
側に形成し、３回目の成長にて必要とされる残りのＤＢ
Ｒ構造を形成することによって、素子抵抗を大きく劣化
させることなく素子容量を低減し、高速変調の改善が得
られる垂直共振器型半導体レーザを形成する効果があ
る。
直共振器型半導体レーザにおいて、活性層上部のＤＢＲ
（の一部）まで１回目に成長し、メサ構造を形成した
後、２回目の成長にて形成する電流狭窄層の厚みをメサ
高さよりも低く設定して抵抗の高い遷移領域をメサの外
側に形成し、３回目の成長にて必要とされる残りのＤＢ
Ｒ構造を形成することによって、素子抵抗を大きく劣化
させることなく素子容量を低減し、高速変調の改善が得
られる垂直共振器型半導体レーザを形成する効果があ
る。
【図１】従来の垂直共振器型半導体レーザの断面図であ
る。
る。
【図２】本発明の第１の実施形態にもとづく垂直共振器
型半導体レーザ素子の結晶成長面に垂直な方向の断面図
である。
型半導体レーザ素子の結晶成長面に垂直な方向の断面図
である。
【図３】ＡないしＦは、図２に示す垂直共振器型半導体
レーザ素子の製造方法の各工程を説明するための断面図
である。
レーザ素子の製造方法の各工程を説明するための断面図
である。
【図４】本発明の第１の実施形態にもとづく垂直共振器
型半導体レーザ素子の結晶成長面に垂直な方向の断面図
である。
型半導体レーザ素子の結晶成長面に垂直な方向の断面図
である。
【図５】ＡおよびＢは、本発明の第１の実施形態にもと
づく垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方法によって
製造される垂直共振器型半導体レーザの特性を説明する
ためのグラフで、Ａは本発明の垂直共振器型半導体レー
ザの電流対光出力特性および電流対電圧特性図、Ｂは本
発明の発光遠視野像を従来の発光遠視野像と比較する図
である。
づく垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方法によって
製造される垂直共振器型半導体レーザの特性を説明する
ためのグラフで、Ａは本発明の垂直共振器型半導体レー
ザの電流対光出力特性および電流対電圧特性図、Ｂは本
発明の発光遠視野像を従来の発光遠視野像と比較する図
である。
【図６】本発明の第２の実施形態にもとづく垂直共振器
型半導体レーザ素子の結晶成長面に垂直な方向の断面図
である。
型半導体レーザ素子の結晶成長面に垂直な方向の断面図
である。
【図７】ＡおよびＢは、本発明の第１の実施形態にもと
づく垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方法によって
製造される垂直共振器型半導体レーザの特性を説明する
ためのグラフで、Ａは本発明の垂直共振器型半導体レー
ザの電流対光出力特性および電流対電圧特性図、Ｂは本
発明の発光遠視野像を従来の発光遠視野像と比較する図
である。
づく垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方法によって
製造される垂直共振器型半導体レーザの特性を説明する
ためのグラフで、Ａは本発明の垂直共振器型半導体レー
ザの電流対光出力特性および電流対電圧特性図、Ｂは本
発明の発光遠視野像を従来の発光遠視野像と比較する図
である。
【図８】本発明の第３の実施形態にもとづく垂直共振器
型半導体レーザ素子の結晶成長面に垂直な方向の断面図
である。
型半導体レーザ素子の結晶成長面に垂直な方向の断面図
である。
【図９】ＡおよびＢは、本発明の第１の実施形態にもと
づく垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方法によって
製造される垂直共振器型半導体レーザの特性を説明する
ためのグラフで、Ａは素子容量対電圧特性図、Ｂは変調
応答対変調周波数特性図である。
づく垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方法によって
製造される垂直共振器型半導体レーザの特性を説明する
ためのグラフで、Ａは素子容量対電圧特性図、Ｂは変調
応答対変調周波数特性図である。
【図１０】従来の垂直共振器型半導体レーザの断面図で
ある。
ある。
１ ｐ−ＧａＡｓ基板
２ ｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ（０
＜ｙ＜ｚ）分布反射型（distributed Bragg reflector,
ＤＢＲ）多層膜反射鏡 ３ ｐ−ＩｎＧａＰエッチングストップ層 ４ ｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓ（０
＜ｙ＜ｕ＜ｚ）分布反射型（distributed Bragg reflec
tor,ＤＢＲ）多層膜反射鏡 ５ ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ−Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ下部スペ
ーサ層 ６ ＧａＡｓ／ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ多重量子井戸活性層 ７ ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ−Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ上部スペ
ーサ層 ８ ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓ（０
＜ｙ＜ｕ＜ｚ）ＤＢＲ反射鏡 ９ ｎ−ＩｎＧａＰ第１回目成長最終層 １０ ＡｌＧａＡｓまたはＩｎＧａＰ半導体埋め込み層
（第２回目成長層） １１ ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ
（０＜ｙ＜ｚ）ＤＢＲ反射鏡（第３回目成長層） １２ 下部電極 １３ 絶縁膜 １４ 上部電極 １５ 素子分離用構造 １６ 単層半導体埋込層 １０１ ｐ−ＧａＡｓ基板 １０２ ｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ
（０＜ｙ＜ｚ）分布反射型（distributed Bragg reflec
tor,ＤＢＲ）多層膜反射鏡（斜線部がＡｌz Ｇａ1-z Ａ
ｓ、白い部分がＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ） １０３ ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ−Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ下部
スペーサ層 １０４ ＧａＡｓ／ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ（ｘ≦ｗ）多重
量子井戸活性層 １０５ ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ−Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ上部
スペーサ層 １０６ ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ
（０＜ｙ＜ｚ）ＤＢＲ反射鏡 １０７ 半導体埋め込み層 １０８ 下部電極 １０９ 絶縁膜 １１０ 上部電極
＜ｙ＜ｚ）分布反射型（distributed Bragg reflector,
ＤＢＲ）多層膜反射鏡 ３ ｐ−ＩｎＧａＰエッチングストップ層 ４ ｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓ（０
＜ｙ＜ｕ＜ｚ）分布反射型（distributed Bragg reflec
tor,ＤＢＲ）多層膜反射鏡 ５ ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ−Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ下部スペ
ーサ層 ６ ＧａＡｓ／ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ多重量子井戸活性層 ７ ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ−Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ上部スペ
ーサ層 ８ ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓ（０
＜ｙ＜ｕ＜ｚ）ＤＢＲ反射鏡 ９ ｎ−ＩｎＧａＰ第１回目成長最終層 １０ ＡｌＧａＡｓまたはＩｎＧａＰ半導体埋め込み層
（第２回目成長層） １１ ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ
（０＜ｙ＜ｚ）ＤＢＲ反射鏡（第３回目成長層） １２ 下部電極 １３ 絶縁膜 １４ 上部電極 １５ 素子分離用構造 １６ 単層半導体埋込層 １０１ ｐ−ＧａＡｓ基板 １０２ ｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ
（０＜ｙ＜ｚ）分布反射型（distributed Bragg reflec
tor,ＤＢＲ）多層膜反射鏡（斜線部がＡｌz Ｇａ1-z Ａ
ｓ、白い部分がＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ） １０３ ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ−Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ下部
スペーサ層 １０４ ＧａＡｓ／ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ（ｘ≦ｗ）多重
量子井戸活性層 １０５ ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ−Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ上部
スペーサ層 １０６ ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ
（０＜ｙ＜ｚ）ＤＢＲ反射鏡 １０７ 半導体埋め込み層 １０８ 下部電極 １０９ 絶縁膜 １１０ 上部電極
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フロントページの続き
(72)発明者 忠永 修
東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日
本電信電話株式会社内
(72)発明者 天野 主税
東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日
本電信電話株式会社内
(72)発明者 黒川 隆志
東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日
本電信電話株式会社内
(56)参考文献 特開 平３−155692（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−283844（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−120610（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−21898（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−45985（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−363083（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−42589（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−83067（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 5/00 - 5/50
Claims (28)
- 【請求項１】 基板と、該基板上に設けられた複数の層
からなる下部ＤＢＲ構造部と、該下部ＤＢＲ構造部上に
設けられた下部ＤＢＲ層、下部スペーサ層、活性層、上
部スペーサ層、及び上部ＤＢＲ層を有する共振器領域
と、前記共振器領域上に設けられた複数の層からなる上
部ＤＢＲ構造部と、前記下部ＤＢＲ構造部上に設けら
れ、かつ、前記共振器領域と前記上部ＤＢＲ構造部とを
埋め込んだ少なくとも一つの層からなる半導体埋め込み
構造部とを有し、さらに該共振器領域の実効屈折率は、
前記上部および下部ＤＢＲ構造部の実効屈折率および前
記半導体埋め込み構造部の実効屈折率よりも高いことを
特徴とする垂直共振器型半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記半導体埋め込み構造部は、ｎ−ｐ繰
り返し積層構造またはｐ−ｎ繰り返し積層構造からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型半導体
レーザ。 - 【請求項３】 前記半導体埋め込み構造部は、半絶縁性
層にｎ−ｐ繰り返し積層構造またはｐ−ｎ繰り返し積層
構造を積層させた構造からなることを特徴とする請求項
１に記載の垂直共振器型半導体レーザ。 - 【請求項４】 前記半導体埋め込み構造部は、半絶縁層
のみで形成されることを特徴とする請求項１に記載の垂
直共振器型半導体レーザ。 - 【請求項５】 前記半導体埋め込み構造部は一つの層か
らなり、かつ該層にはイオン注入がなされていることを
特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型半導体レー
ザ。 - 【請求項６】 前記半導体埋め込み構造部は、前記共振
器領域の実効屈折率よりも実効屈折率の低いＡｌＧａＡ
ｓで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の
垂直共振器型半導体レーザ。 - 【請求項７】 前記半導体埋め込み構造部は、前記共振
器領域の実効屈折率よりも実効屈折率の低いＩｎＧａＰ
で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の垂
直共振器型半導体レーザ。 - 【請求項８】 前記下部ＤＢＲ構造部は、前記共振器領
域の実効屈折率よりも実効屈折率の低いＩｎＧａＰで形
成された層を一層以上有することを特徴とする請求項１
に記載の垂直共振器型半導体レーザ。 - 【請求項９】 基板と、該基板上に設けられた複数の層
からなる下部ＤＢＲ構造部と、該下部ＤＢＲ構造部上に
設けられた下部ＤＢＲ層、下部スペーサ層、活性層、上
部スペーサ層、及び上部ＤＢＲ層を有する共振器領域
と、該下部ＤＢＲ構造部上に設けられ、かつ、前記共振
器領域を埋め込んだ少なくとも一つの層からなる半導体
埋め込み構造部と、前記共振器領域及び半導体埋め込み
構造部上に設けられた複数の層からなる上部ＤＢＲ構造
部とを有し、さらに該共振器領域の実効屈折率は、前記
上部および下部ＤＢＲ構造の実効屈折率および前記半導
体埋め込み構造部の実効屈折率よりも高いことを特徴と
する垂直共振器型半導体レーザ。 - 【請求項１０】 前記半導体埋め込み構造部上の前記上
部ＤＢＲ構造部の抵抗が、前記共振器領域上の前記上部
ＤＢＲ構造部の抵抗より高いことを特徴とする請求項９
に記載の垂直共振器型半導体レーザ。 - 【請求項１１】 前記半導体埋め込み構造部は、ｎ−ｐ
繰り返し積層構造またはｐ−ｎ繰り返し積層構造からな
ることを特徴とする請求項９に記載の垂直共振器型半導
体レーザ。 - 【請求項１２】 前記半導体埋め込み構造部は、半絶縁
性層にｎ−ｐ繰り返し積層構造またはｐ−ｎ繰り返し積
層構造を積層させた構造からなることを特徴とする請求
項９に記載の垂直共振器型半導体レーザ。 - 【請求項１３】 前記半導体埋め込み構造部は、半絶縁
層のみで形成されることを特徴とする請求項９に記載の
垂直共振器型半導体レーザ。 - 【請求項１４】 前記半導体埋め込み構造部は一つの層
からなり、かつ該層にはイオン注入がなされていること
を特徴とする請求項９に記載の垂直共振器型半導体レー
ザ。 - 【請求項１５】 前記半導体埋め込み構造部は、前記共
振器領域の実効屈折率よりも実効屈折率の低いＡｌＧａ
Ａｓで形成されていることを特徴とする請求項９に記載
の垂直共振器型半導体レーザ。 - 【請求項１６】 前記半導体埋め込み構造部は、前記共
振器領域の実効屈折率よりも実効屈折率の低いＩｎＧａ
Ｐで形成されていることを特徴とする請求項９に記載の
垂直共振器型半導体レーザ。 - 【請求項１７】 前記下部ＤＢＲ構造部は、ＩｎＧａＰ
で形成された層を一層以上有することを特徴とする請求
項９に記載の垂直共振器型半導体レーザ。 - 【請求項１８】 基板と、該基板上に設けられた複数の
層からなる下部ＤＢＲ構造部と、該下部ＤＢＲ構造部上
に設けられた下部ＤＢＲ層、下部スペーサ層、活性層、
上部スペーサ層、及び上部ＤＢＲ層を有する共振器領域
と、該下部ＤＢＲ構造部上に設けられ、かつ、前記共振
器領域を埋め込んだ少なくとも一つの層からなる半導体
埋め込み構造部と、前記共振器領域及び半導体埋め込み
構造部上に設けられた複数の層からなる上部ＤＢＲ構造
部とを有する垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方法
であって、 基板に下部ＤＢＲ構造部から共振器領域または上部ＤＢ
Ｒ構造部の一部まで成長させる第１の成長工程と、 前記共振器領域の下部までエッチングによりメサ構造部
を形成する工程と、 半導体埋め込み構造部を形成して前記共振器領域の埋め
込みを行う第２の成長工程と、 前記半導体埋め込み構造部の上に上部ＤＢＲ構造部を再
成長する第３の成長工程とを有し、さらに、 該共振器領域の実効屈折率が、前記上部および下部ＤＢ
Ｒ構造の実効屈折率および前記半導体埋め込み構造部の
実効屈折率よりも高くするように、混晶の組成を制御す
ることを特徴とする垂直共振器型半導体レーザ素子の製
造方法。 - 【請求項１９】 前記半導体埋め込み構造部の厚さが前
記メサ構造部の高さよりも低いことを特徴とする請求項
１８に記載の垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方
法。 - 【請求項２０】 前記半導体埋め込み構造部は、ｎ−ｐ
繰り返し積層構造またはｐ−ｎ繰り返し積層構造からな
ることを特徴とする請求項１８に記載の垂直共振器型半
導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項２１】 前記半導体埋め込み構造部は、半絶縁
性層にｎ−ｐ繰り返し積層構造またはｐ−ｎ繰り返し積
層構造を積層させた構造からなることを特徴とする請求
項１８に記載の垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方
法。 - 【請求項２２】 前記半導体埋め込み構造部は、半絶縁
層のみで形成されることを特徴とする請求項１８に記載
の垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項２３】 前記半導体埋め込み構造部は一つの層
からなり、かつ該層にはイオン注入がなされていること
を特徴とする請求項１８に記載の垂直共振器型半導体レ
ーザ素子の製造方法。 - 【請求項２４】 前記半導体埋め込み構造部は、前記共
振器領域の実効屈折率よりも実効屈折率の低いＡｌＧａ
Ａｓで形成されていることを特徴とする請求項１８に記
載の垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項２５】 前記半導体埋め込み構造部は、前記共
振器領域の実効屈折率よりも実効屈折率の低いＩｎＧａ
Ｐで形成されていることを特徴とする請求項１８に記載
の垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項２６】 前記下部ＤＢＲ構造部は、ＩｎＧａＰ
で形成された層を一層以上有することを特徴とする請求
項１８に記載の垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方
法。 - 【請求項２７】 前記第１の成長工程において、下部Ｄ
ＢＲ構造部は、最終層をＩｎＧａＰからなる層とするこ
とを特徴とする請求項１８に記載の垂直共振器型半導体
レーザ素子の製造方法。 - 【請求項２８】 請求項１８ないし２７のいずれか一項
に記載の製造方法によって製造されたことを特徴とする
垂直共振器型半導体レーザ。
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