JP4062608B2 - 面発光レーザ及びその製作方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、面発光レーザ及びその作製方法に関し、エアギャップと半導体とからなる反射鏡又は半導体同士を積層した反射鏡を有する埋め込み構造の電流注入型面発光レーザ、又は、レーザ発振波長を可変にする機能を有する面発光レーザに適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
１．３〜１．５μｍ帯の面発光レーザにおいては、ＩｎＰ系材料の半導体とＩｎＰに格子整合する材料、例えばＩｎＧａＡｓＰとの組み合わせにより反射鏡を構成した場合、ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰとの屈折率差が小さく、所望の反射率を得るためには分布反射型ミラー（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）の層数を多くしなければならなかった。
【０００３】
この問題を解決するため、エアギャップを用いた面発光レーザが提案された。エアギャップを用いる場合、エアギャップと半導体材料との間に大きな屈折率差があるため、エアギャップ／半導体ペアの積層数が少なくても大きな反射率を得ることができる。この結果、反射鏡を構成するエピタキシャル層の層厚を小さくでき、レーザの全エピタキシャル層を一回の成長工程で形成することができる等の利点がある。
【０００４】
例えば、ＩｎＰ系材料でエアギャップ／半導体のＤＢＲを作製した場合、レーザ活性層の上下にわずか４ペアを配したＤＢＲ構造とし、光によるポンピング法を用いることにより、１．５６μｍ帯のレーザ発振を得ることに成功している（下記、非特許文献１参照。）。
【０００５】
しかしながら、このようなエアギャップ／半導体のＤＢＲ構造の反射鏡を用いる場合には、以下種々の問題があった。
【０００６】
第１の問題としては、エアギャップ層を電流が通らないために電流注入型の励起によるレーザ発振が困難であるという問題である。これに対し、光による励起法を用いた場合、励起用の光源が必要なことはもちろん、励起光の入射、レーザ光の取り出しなど、電流注入型に比べ、複雑な構成となるってしまう。
【０００７】
第２の問題としては、エアギャップの熱伝導性が非常に悪いために、高出力のレーザ発振光を得ることが難しいという問題である。
【０００８】
また、１．３〜１．５μｍ帯の面発光レーザにおいて、反射鏡をＩｎＰに格子整合する材料を用いて製作した場合（半導体同士を重ねた構造の反射鏡を有する埋め込み型の面発光レーザ）、には、以下の問題があった。
【０００９】
すなわち、共振器損失を考慮した場合、反射鏡を構成する半導体材料のキャリア濃度を高くできないという問題である。例えば、ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長：１．３μｍ）により反射鏡を構成する場合、価電子帯のバンド不連続の効果も加わって直列抵抗が更に増加してしまう。
【００１０】
また、表面側の反射鏡及びレーザ活性層のメサエッチングを行い半絶縁性のＩｎＰ系材料でその周囲を埋め込む構造を採用した場合には、更に、以下の問題があった。
【００１１】
すなわち、単一モード発振を得ようと、メサ構造のサイズを１０μｍより小さくすると、レーザのシリーズ抵抗が特に増加してしまうという問題である。例えば、シリーズ抵抗値は４１３Ωにもなってしまい、面発光レーザの高出力化を妨げる大きな要因となっていた（下記、非特許文献２参照。）。
【００１２】
【非特許文献１】
N.Chitica et al.、Room-temperature operation of photopumped monolithic InP vertical-cavity laser with two air-gap Bragg reflectors、「Appl. Phys.Lett.」、2001年、第７８巻、第２５号、p.3935-3937
【非特許文献２】
Y.Ohiso et al.、Buried-heterostructure long-wavelength vertical-cavity surface-emitting laser with InGaAsP/InP-GaAs/AlAs DBRs、「Electronics Letters」、2000年、第３６巻、第１号、p.39-40
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、エアギャップ構造の反射鏡を有する面発光レーザにおいて、電流注入型の励起方法を適用可能とすると共に、エアギャップの熱伝導性を克服することにより高出力のレーザ発振を可能とした面発光レーザを提供することを目的とする。
【００１４】
更に、半導体同士を重ねた構造の反射鏡を有する埋め込み型の面発光レーザにおいて、反射鏡材料の低キャリア濃度及びバンド不連続によるシリーズ抵抗の増加を回避した、低抵抗の面発光レーザを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題解決するための手段】
上記課題を解決する第１の発明は、エアギャップと半導体層との交互積層からなる反射鏡とレーザ活性層とを有する面発光レーザにおいて、メサ状に形成された前記反射鏡の側壁面外部に導電部を設け、前記反射鏡は半絶縁性材料により埋め込まれており、前記半絶縁性材料における前記反射鏡の側壁面の周囲の一部領域が前記導電部となっていることを特徴とする面発光レーザである。
【００１６】
外部から導電部を介してレーザ活性層へ電流注入する。面発光レーザはレーザ活性層と当該レーザ活性層を挟む反射鏡とから構成されるが、少なくとも一方の反射鏡がエアギャップと半導体層との交互積層からなる反射鏡（エアギャップ型反射鏡）であればよい。他方の反射鏡はエアギャップ型反射鏡でも複数種類の半導体層の交互積層からなる反射鏡（半導体型反射鏡）でもよい。
【００１７】
上記課題を解決する第２の発明は、複数種類の半導体層の交互積層からなる反射鏡とレーザ活性層とを有する面発光レーザにおいて、メサ状に形成された前記反射鏡の側壁面外部に導電部を設け、前記反射鏡は半絶縁性材料により埋め込まれており、前記半絶縁性材料における前記反射鏡の側壁面の周囲の一部領域が前記導電部となっていることを特徴とする面発光レーザである。
【００１８】
面発光レーザはレーザ活性層と当該レーザ活性層を挟む反射鏡とから構成されるが、少なくとも一方の反射鏡が半導体型反射鏡であればよい。
【００２０】
半絶縁性材料としては、ＩｎＰ系材料が挙げられ、例えばＦｅがドープされたＩｎＰ等が好ましい。
【００２１】
上記課題を解決する第３の発明は、第１または第２の発明に係る面発光レーザにおいて、前記導電部は、前記半絶縁性材料における前記反射鏡の側壁面との接触部分へのｐ 型ドーパントの拡散により形成されたことを特徴とする面発光レーザである。
【００２２】
ｐ型ドーパントとしては、Ｚｎ，Ｂｅ等が挙げられる。
【００２３】
上記課題を解決する第４の発明は、第３の発明に係る面発光レーザにおいて、前記ｐ型ドーパントの拡散は、前記反射鏡を構成する半導体にドープされたｐ型ドーパントの拡散であることを特徴とする面発光レーザである。
【００２４】
上記課題を解決する第５の発明は、第３又は第４の発明に係る面発光レーザにおいて、前記半絶縁性材料は、鉄、コバルト、クロム又はマンガンのいずれかがドープされたＩｎＰ系の半導体であることを特徴とする面発光レーザである。
【００２５】
半絶縁性材料を鉄、コバルト、クロム又はマンガンのいずれかがドープされたＩｎＰ系の半導体としたことにより、導電部は、半絶縁性材料における反射鏡の側壁面との接触部分へ拡散したｐ型ドーパントとＩｎＰ系の半導体にドープされた鉄、コバルト、クロム又はマンガンのいずれかとの相互拡散により形成される。この結果、広い領域にわたると共に高いキャリア濃度の導電部を形成することができる。また、その他の半絶縁性材料としては、ルテニウムがドープされたＩｎＰ系半導体が挙げられる。
【００２６】
上記課題を解決する第６の発明は、第１ないし第５の発明のいずれかに係る面発光レーザのうち、少なくとも１つのエアギャップと半導体層との交互積層からなる反射鏡を有する面発光レーザにおいて、前記反射鏡を構成する１つのエアギャップを介して一方に存在する半導体層がｐ型であり、他方に存在する半導体層がｎ 型であることを特徴とする面発光レーザである。
【００２７】
１つのエアギャップを介して積層されるｐ型とｎ型の半導体層の間に電圧を印加することによりエアギャップの間隔を変化させ、発振レーザ光の波長を変化させる。
【００２８】
上記課題を解決する第７の発明は、レーザ活性層の上に複数積層されたｐ型の半導体層からなるメサ状の多層膜を半絶縁性材料で埋め込み、前記半導体層にドープされたｐ型ドーパントを前記半絶縁性材料へ拡散させ、前記半絶縁性材料における前記メサ状の多層膜の側壁面の周囲の一部に導電部を形成することを特徴とする面発光レーザの作製方法である。
【００２９】
複数積層されたｐ型半導体層からなるメサ状の多層膜は、このままの状態で半導体型反射鏡となり、エッチングによりエアギャップと半導体層との積層構造とすることによりエアギャップ型反射鏡となる。したがって、本作製方法により「半絶縁性材料におけるメサ状の多層膜の側壁面との接触部分に形成された導電部」は、メサ状の反射鏡の側壁面外部に形成された導電部となり、レーザ活性層へ電流注入する機能を有する。
【００３０】
上記課題を解決する第８の発明は、レーザ活性層の上に複数積層された半導体層からなるメサ状の多層膜を半絶縁性材料で埋め込み、前記半絶縁性材料における前記メサ状の多層膜の側壁面の周囲の一部領域にｐ型ドーパントの拡散又はｐ型ドーパントのイオン注入を行い、当該一部領域部分に導電部を形成することを特徴とする面発光レーザの作製方法である。
【００３１】
上記課題を解決する第９の発明は、レーザ活性層の上に複数積層されたノンドープの半導体層からなる多層膜又はキャリア濃度が１×１０１８／ｃｍ3以下のｎ型半導体層からなる多層膜の一部にｐ 型ドーパントを拡散させ、メサ状に加工された後の多層膜の一部に前記ｐ型ドーパントの拡散領域が残存するように前記多層膜をメサ状に加工し、当該メサ状の多層膜を半絶縁性材料で埋め込み、前記メサ状の多層膜の一部に残存した前記ｐ型ドーパントを前記半絶縁性材料へ拡散させ、前記半絶縁性材料における前記メサ状の多層膜の側壁面との接触部分に導電部を形成することを特徴とする面発光レーザの作製方法である。
【００３２】
第８、第９の発明では、複数積層された半導体層からなるメサ状の多層膜は、このままの状態で半導体型反射鏡となり、エッチングによりエアギャップと半導体層との積層構造とすることによりエアギャップ型反射鏡となる。また、反射鏡を構成する半導体層は、ノンドープまたはｎ 型のドーピングで形成することができるため、共振器損失の小さい反射鏡を有する面発光レーザを実現することができる。
【００３３】
上記課題を解決する第１０の発明は、第７ないし第９の発明のいずれかに係る面発光レーザの作製方法において、前記半絶縁性材料は、鉄、コバルト、クロム又はマンガンのいずれかがドープされたＩｎＰ系の半導体であることを特徴とする面発光レーザの作製方法である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施形態＞
図１から図５は、第１の実施形態に係る面発光レーザの製作方法を示す図であり、各作製工程を面発光レーザの概略断面図を用いて示してある。
【００３５】
図１に示すように、まず、ｎ−ＩｎＰ基板ｌ０１の上に、一回の成長によりエピタキシャル成長層を形成する。エピタキシャル成長層は、ｎ−ＩｎＰ基板ｌ０１側から順に、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層１０２と、ｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア１０３と、ｎ−ＩｎＰスペーサ層１０５と、レーザ活性層１０４と、ｐ−ＩｎＰスペーサ層１０６と、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア１０７と、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層１０８とから構成される。
【００３６】
ｎ−ＩｎＰ基板１０１側のＤＢＲミラー部は、ｎ−ＩｎＰ基板１０１の方からｎ−ＩｎＧａＡｓ層１０２とｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア１０３とから構成される。なお、同図には、ｎ−ＩｎＰ層とｎ−ＩｎＧａＡｓ層とが交互に３ペア積層したｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア１０３を図示した。ｎ−ＩｎＧａＡｓ層１０２に接するペア１０３の最下層はｎ−ＩｎＰ層となる。
【００３７】
ｎ−ＩｎＧａＡｓ層（n-InGaAs層１０２及びn-InP/n-InGaAsのペア１０３中のn-InGaAs層）の厚さは、後述するエアギャップ（図３のエアギャップのＤＢＲミラー（下）１１５参照）を形成したときの空気中での発振波長λ0の４分の１の奇数倍となる厚さであり、本実施形態では発振波長λ0の４分の１の１倍であるλ0／４とした。一方、ｎ−ＩｎＰ層（n-InP/n-InGaAsのペア１０３中のn-InP層）の厚さは、ＩｎＰ中における発振波長λの４分の１の奇数倍となる厚さである。以降、空気中での発振波長をλ0、それぞれの半導体材料中での発振波長をλとする。
【００３８】
レーザ活性層１０４は１．５５μｍ波長の多重量子井戸（厚さ：λ／２）により構成され、レーザ活性層１０４のｎ−ＩｎＰ基板１０１側にはｎ−ＩｎＰスペーサ層１０５、逆の表面側にはｐ−ＩｎＰスペーサ層ｌ０６が配設されている。レーザ活性層１０４と２つのスペーサ層１０５，１０６の合計の厚さはλの整数倍になるようにしてある。
【００３９】
表面側のＤＢＲミラー部は、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア１０７から構成される。ｐ型ドーパントはＺｎである。ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア１０７を構成する各層の厚さについては、ｎ−ＩｎＰ基板１０１側のＤＢＲミラーと同様、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層の厚さは後述するエアギャップ（図３のエアギャップのＤＢＲミラー（上）１１４参照）を形成したときのλ0／４となる厚さであり、ｐ−ＩｎＰ層の厚さはＩｎＰ中における発振波長λの４分の１の奇数倍となる厚さである。
【００４０】
なお、同図には、ｐ−ＩｎＰ層とｐ−ＩｎＧａＡｓ層とが交互に４ペア積層したｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア１０７を図示した。ｐ−ＩｎＰスペーサ層１０６に接するペア１０７の最下層はｐ−ＩｎＧａＡｓ層となる。
【００４１】
ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア１０７の上部である最表面には、埋め込み後に表面側のＤＢＲミラー部の表面をウエットエッチングにより露出（頭出し）させるために用いるｐ−ＩｎＧａＡｓ層１０８を配設した。
【００４２】
スペーサ層１０６のｐ−ＩｎＰ、表面側のＤＢＲミラー部を構成するｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア１０７および頭出し用の最表面のｐ−ＩｎＧａＡｓ層１０８のキャリア濃度は、共振器内損失が増加するため、１×１０18／ｃｍ3以上にすることはできない。
【００４３】
ｐ−ＩｎＧａＡｓ層（p-InGaAs層１０８及びp-InP/p-InGaAsのペア１０７中のp-InGaAs層）は、作製工程において除去され、最終的には面発光レーザ素子内に残らない。しかしながら、後述するＦｅドープＩｎＰ（図３のＦｅドープＩｎＰ１０９参照）の成長時に、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層とｐ−ＩｎＰ層との間のＺｎの拡散により面発光レーザ素子内に残るｐ−ＩｎＰ層中ののキャリア濃度が増大するため、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層についてもキャリア濃度を高くできない。
【００４４】
次に、図２に示すように、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア１０７とｐ−ＩｎＧａＡｓ層１０８とからなる層部分、レーザ活性層１０４とｐ−ＩｎＰスペーサ層１０６とからなる層部分、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層１０２とｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア１０３とｎ−ＩｎＰスペーサ層１０５とからなる層部分がそれぞれ階段状となるように、ドライエッチング又はウエットエッチングにより加工し、メサ構造とする。
【００４５】
この後、図３に示すように、絶縁マスクなしでウエハ全面にＦｅドープＩｎＰ１０９を成長させる。この際に、同図に示すように、ＦｅドープＩｎＰ１０９における、ｐ−ＩｎＰスペーサ層１０６、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア１０７から構成される表面側のＤＢＲミラー部および最表面のｐ−ＩｎＧａＡｓ層１０８の周囲に、ＺｎとＦｅの相互拡散により、ｐ型の導電領域ｌ１０が形成される。
【００４６】
ＦｅドープＩｎＰ１０９を成長させた後、ＦｅドープＩｎＰ１０９の上表面におけるｐ型の導電領域１１０の上方以外の表面をＳｉＮ膜１１１によりマスクする。
【００４７】
この後、図４に示すように、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層１０８をエッチングストップ層として、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層１０８及びｐ型の導電領域１１０の一部が露出するように、ＦｅドープＩｎＰ１０９のウエットエッチングを行う。
【００４８】
次に、図５に示すように、最表面のｐ−ＩｎＧａＡｓ層１０８をウエットエッチングにより除去すると共に、ＺｎとＦｅの相互拡散によって形成されたｐ型の導電領域１１０の表面にまで延びるようにｐ電極ｌ１２を形成する。また、ｎ−ＩｎＰ基板１０１の裏面全域を研磨後、裏面全域にｎ電極ｌ１３を形成する。
【００４９】
最後に、表面側のＤＢＲミラー部の端面と基板側のＤＢＲミラー部の端面とをエッチングによって露出させた後、この露出部分にエッチング液を作用させ、表面側のＤＢＲミラー部を構成するｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア１０７の内のｐ−ＩｎＧａＡｓ層と、基板側のＤＢＲミラー部を構成するｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア１０３の内のｎ−ＩｎＧａＡｓ層と、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層１０２とをエッチングしエアギャップとする。この結果、レーザ活性層１０４の上下に、ｎ−ＩｎＰスペーサ層１０５及びｐ−ＩｎＰスペーサ層１０６を介して、エアギャップのＤＢＲミラーｌ１４，１１５が形成される。
【００５０】
以上の作製工程により、本実施形態に係る面発光レーザ素子を作製することができる。すなわち、本実施形態に係る面発光レーザでは、メサ状に形成された反射鏡（エアギャップのＤＢＲミラー１１４とｐ−ＩｎＰ層１１７とから構成）の側壁面外部に「導電部」であるｐ型の導電領域ｌ１０が形成されている。
【００５１】
本実施形態に係る面発光レーザを作動させる際には、ｐ型のキャリアは、ｐ電極１１２からＺｎとＦｅの相互拡散によって形成されたｐ型の導電領域１１０を導電して、ｐ−ＩｎＰスペーサ層１０６を介してレーザ活性層１０４に注入される。表面側のＤＢＲミラー部を構成するメサ構造のサイズ（幅）は、注入キャリアがレーザ活性層１０４内で均一に分布するように、キャリアの拡散長を考慮して５〜１０μｍとしている。
【００５２】
本実施形態に係る面発光レーザは、ＦｅドープＩｎＰ１０９がメサ構造の左右２面（メサの高さ方向の側壁面）に接しているため、レーザ活性層１０４の発光部で発生する熱に対して、放散性の高い構造ともなっている。
【００５３】
＜第２の実施形態＞
図６から図１０は、第２の実施形態に係る面発光レーザの製作方法を示す図であり、作製における各工程を面発光レーザの概略断面図を用いて示してある。
【００５４】
図６に示すように、まず、ｎ−ＩｎＰ基板２０１の上に、一回の成長によりエピタキシャル成長層を形成する。エピタキシャル成長層は、ｎ−ＩｎＰ基板２０１側から順に、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層２０２と、ｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア２０３と、ｎ−ＩｎＰスペーサ層２０５と、レーザ活性層２０４と、ｐ−ＩｎＰスペーサ層２０６と、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア２０７と、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層２０８とから構成される。
【００５５】
本実施形態におけるエピタキシャル成長層を構成する各層は、第１の実施形態に係るエピタキシャル成長層を構成する各層と同じものである。
【００５６】
次に、図７（ａ）に示すように、エピタキシャル成長層の一部に対してＺｎによる拡散を行い、高濃度Ｚｎを含有するＺｎ拡散領域２１６を形成した。Ｚｎ拡散領域２１６の拡散深さについては、ｐ−ＩｎＰスペーサ層２０６まで拡散させ、レーザ活性層２０４には拡散させない。
【００５７】
また、Ｚｎ拡散領域２１６については、後述するように表面側のＤＢＲミラー部となるメサ構造を形成した場合、メサ構造の側壁部分にＺｎ拡散領域２１６の一部が残存して露出（図７（ｂ）参照）するように、拡散させる。
【００５８】
Ｚｎを拡散させる際には、ウエハ全表面（ｐ−ＩｎＧａＡｓ層２０８の上面全域）にＳｉＮ膜を形成した後、Ｚｎを拡散させる領域の上面にあたるＳｉＮ膜を除去することによりｐ−ＩｎＧａＡｓ層２０８を部分的に露出させ、Ｚｎを拡散させる。
【００５９】
また、表面側のＤＢＲミラー部を構成するｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア２０７および最表面のｐ−ＩｎＧａＡｓ層２０８の各層におけるキャリア濃度は、共振器内損失のため１０18／ｃｍ3のオーダー以上にはできない。
【００６０】
しかしながら、本実施形態ではＺｎ拡散領域２１６をＤＢＲミラー部として機能する領域の外側（メサ構造の側壁部分）に残存させたことにより、ｐ−ＩｎＰ層におけるＺｎ拡散部分（Ｚｎ拡散領域２１６とｐ−ＩｎＰ層とが重なる部分）では、キャリア濃度をｌ×１０18／ｃｍ3以上に、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層におけるＺｎ拡散部分（Ｚｎ拡散領域２１６とｐ−ＩｎＧａＡｓ層とが重なる部分）では、１×１０19／ｃｍ3以上にすることができる。
【００６１】
次に、第１の実施形態と同様に、図７（ｂ）に示すように、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア２０７とｐ−ＩｎＧａＡｓ層２０８とからなる層部分、レーザ活性層２０４とｐ−ＩｎＰスペーサ層２０６とからなる層部分、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層２０２とｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア２０３とｎ−ＩｎＰスペーサ層２０５とからなる層部分がそれぞれ階段状となるように、ドライエッチング又はウエットエッチングにより加工し、メサ構造とする。メサ構造の側壁部分には、高濃度のＺｎを含有するＺｎ拡散領域２１６が露出している。
【００６２】
この後、図８に示すように、絶縁マスクなしでウエハ全面にＦｅドープＩｎＰ２０９を成長させる。この際に、同図に示すように、ＦｅドープＩｎＰ２０９における、ｐ−ＩｎＰスペーサ層２０６、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア２０７から構成される表面側のＤＢＲミラー部および最表面のｐ−ＩｎＧａＡｓ層２０８の周囲に、ＺｎとＦｅの相互拡散により、ｐ型の導電領域２１０が形成される。
【００６３】
本実施形態におけるｐ型の導電領域２１０は、Ｚｎを高濃度で含有するＺｎ拡散領域２１６のために、第１の実施形態の導電領域１１０（図３参照）よりも広く、かつｐ型のキャリア濃度が高い領域となっている。
【００６４】
ＦｅドープＩｎＰ２０９を成長させた後、ＦｅドープＩｎＰ２０９の上表面におけるｐ型の導電領域２１０の上方以外の表面をＳｉＮ膜２１１によりマスクする。
【００６５】
この後、図９に示すように、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層２０８をエッチングストップ層として、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層２０８及びｐ型の導電領域２１０の一部が露出するように、ＦｅドープＩｎＰ２０９のウエットエッチングを行う。
【００６６】
次に、図１０に示すように、最表面のｐ−ＩｎＧａＡｓ層２０８をウエットエッチングにより除去すると共に、ＺｎとＦｅの相互拡散によって形成されたｐ型の導電領域２１０の表面にまで延びるようにｐ電極２１２を形成する。また、ｎ−ＩｎＰ基板２０１の裏面全域を研磨後、裏面全域にｎ電極２１３を形成する。
【００６７】
最後に、表面側のＤＢＲミラー部の端面と基板側のＤＢＲミラー部の端面とをエッチング液によって露出させた後、この露出部分にエッチング液を作用させ、表面側のＤＢＲミラー部を構成するｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア２０７の内のｐ−ＩｎＧａＡｓ層と、基板側のＤＢＲミラー部を構成するｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア２０３の内のｎ−ＩｎＧａＡｓ層と、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層２０２とをエッチングしエアギャップとする。この結果、レーザ活性層２０４の上下に、ｎ−ＩｎＰスペーサ層２０５及びｐ−ＩｎＰスペーサ層２０６を介して、エアギャップのＤＢＲミラー２１４，２１５が形成される。
【００６８】
以上の作製工程により、本実施形態に係る面発光レーザ素子を作製することができる。すなわち、本実施形態に係る面発光レーザでは、メサ状に形成された反射鏡（エアギャップのＤＢＲミラー２１４とｐ−ＩｎＰ層２１７とから構成）の側壁面外部に「導電部」であるｐ型の導電領域２１０が形成されている。
【００６９】
本実施形態に係る面発光レーザを作動させる際には、ｐ型のキャリアは、ｐ電極２１２からＺｎとＦｅの相互拡散によって形成されたｐ型の導電領域２１０を導電して、ｐ−ＩｎＰスペーサ層２０６を介してレーザ活性層２０４に注入される。本実施形態では、第１の実施形態よりもｐ型の導電領域２１０のキャリア濃度が高く、また相互拡散領域も広くなっているため、より効果的にシリーズ抵抗の低減させることができる。
【００７０】
表面側のＤＢＲミラー部を構成するメサ構造のサイズ（幅）は、注入キャリアがレーザ活性層２０４内で均一に分布するように、キャリアの拡散長を考慮して５〜１０μｍとしている。
【００７１】
第２の実施形態に係る面発光レーザは、ＦｅドープＩｎＰ２０９がメサ構造の左右２面（メサの高さ方向の側壁面）に接しているため、レーザ活性層２０４の発光部で発生する熱に対して、放散性の高い構造ともなっている。
【００７２】
また、本実施形態においては、表面側のＤＢＲミラー部を構成するｐ−ＩｎＰ層２１７の導電型として、ノンドープまたはｌ×１０18／ｃｍ3以下のドーピングのｎ型とすることが可能である。ノンドープまたはｌ×１０18／ｃｍ3以下のｎ型ドーピングとすることにより、ｐ型キャリアによる共振器内損失がなくなるため、更に高性能の面発光レーザとすることができる。
【００７３】
＜第３の実施形態＞
図１１から図１５は、第３の実施形態に係る面発光レーザの製作方法を示す図であり、作製における各工程を面発光レーザの概略断面図を用いて示してある。
【００７４】
図１１に示すように、まず、ｎ−ＩｎＰ基板３０１の上に、一回の成長によりエピタキシャル成長層を形成する。エピタキシャル成長層は、ｎ−ＩｎＰ基板３０１側から順に、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層３０２と、ｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア３０３と、ｎ−ＩｎＰスペーサ層３０５と、レーザ活性層３０４と、ｐ−ＩｎＰスペーサ層３０６と、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓのペア３０７と、ＩｎＧａＡｓ層３０８とから構成される。
【００７５】
本実施形態におけるエピタキシャル成長層を構成する各層は、基本的には第１の実施形態に係るエピタキシャル成長層を構成する各層と同じであるが、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓのペア３０７と、ＩｎＧａＡｓ層３０８とがノンドープ層である点において異なる。
【００７６】
次に、図１２に示すように、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓのペア３０７とＩｎＧａＡｓ層３０８とからなる層部分、レーザ活性層３０４とｐ−ＩｎＰスペーサ層３０６とからなる層部分、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層３０２とｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア３０３とｎ−ＩｎＰスペーサ層３０５とからなる層部分がそれぞれ階段状となるように、ドライエッチング又はウエットエッチングにより加工し、メサ構造とする。
【００７７】
この後、図１３に示すように、絶縁マスクなしでウエハ全面にＦｅドープＩｎＰ３０９を成長させる。本実施形態では、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓのペア３０７と、ＩｎＧａＡｓ層３０８とがノンドープ層であるため、第１及び第２の実施形態で示したようなｐ型の導電領域は形成されない。
【００７８】
ＦｅドープＩｎＰ３０９を成長させた後、ＦｅドープＩｎＰ３０９の上表面におけるメサ構造の上方以外の表面をＳｉＮ膜３１１によりマスクする。
【００７９】
この後、図１４に示すように、ＩｎＧａＡｓ層３０８をエッチングストップ層として、ＩｎＧａＡｓ層３０８が露出するように、ＦｅドープＩｎＰ３０９におけるメサ構造の上側部分のウエットエッチングを行う。
【００８０】
更に、このウエハ状態で、ｐ−ＩｎＰスペーサ層３０６までＺｎの拡散を行い、ＦｅドープＩｎＰ３０９におけるメサ構造（表面側のＤＢＲミラー部）の側壁面に接する部分にｐ型の導電領域３１０を形成する。この際、エッチングストップ層であるＩｎＧａＡｓ層３０８にもＺｎが拡散するが、ＦｅドープＩｎＰ３０９よりも拡散速度が遅いため、ＩｎＧａＡｓ層３０８の層厚を適当に選択するとＺｎ拡散をＩｎＧａＡｓ層３０８内に留めることができる。
【００８１】
次に、図１５に示すように、最表面のＩｎＧａＡｓ層３０８をウエットエッチングにより除去すると共に、Ｚｎの拡散によって形成されたｐ型の導電領域３１０の表面にまで延びるようにｐ電極３１２を形成する。また、ｎ−ＩｎＰ基板３０１の裏面全域を研磨後、裏面全域にｎ電極３１３を形成する。
【００８２】
最後に、表面側のＤＢＲミラー部の端面と基板側のＤＢＲミラー部の端面とをエッチングによって露出させた後、この露出部分にエッチング液を作用させ、表面側のＤＢＲミラー部を構成するＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓのペア３０７の内のＩｎＧａＡｓ層と、基板側のＤＢＲミラー部を構成するｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア３０３の内のｎ−ＩｎＧａＡｓ層と、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層３０２とをエッチングしエアギャップとする。この結果、レーザ活性層３０４の上下に、ｎ−ＩｎＰスペーサ層３０５及びｐ−ＩｎＰスペーサ層３０６を介して、エアギャップのＤＢＲミラー３１４，３１５が形成される。
【００８３】
以上の作製工程により、本実施形態に係る面発光レーザ素子を作製することができる。すなわち、本実施形態に係る面発光レーザでは、メサ状に形成された反射鏡（エアギャップのＤＢＲミラー３１４とｐ−ＩｎＰ層３１７とから構成）の側壁面外部に「導電部」であるｐ型の導電領域３１０が形成されている。
【００８４】
本実施形態に係る面発光レーザを作動させる際には、ｐ型のキャリアは、ｐ電極３１２からＺｎの拡散によって形成されたｐ型の導電領域３１０を導電して、ｐ−ＩｎＰスペーサ層３０６を介してレーザ活性層３０４に注入される。表面側のＤＢＲミラー部を構成するメサ構造のサイズ（幅）は、注入キャリアがレーザ活性層３０４内で均一に分布するように、キャリアの拡散長を考慮して５〜１０μｍとしている。
【００８５】
本実施形態に係る面発光レーザは、ＦｅドープＩｎＰ３０９がメサ構造の左右２面（メサの高さ方向の側壁面）に接しているため、レーザ活性層２０４の発光部で発生する熱に対して、放散性の高い構造ともなっている。
【００８６】
本実施形態では、ｐ型の導電領域３１０を形成するために、Ｚｎ拡散を用いたが、Ｂｅ等のｐ型ドーパントのイオン注入によってもｐ型の導電領域を形成することが可能である。
【００８７】
＜第４の実施形態＞
第１から第３の実施形態に係る面発光レーザにおいて、基板、基板側のＤＢＲミラーのドーピング構成または電極構成等を変えることにより、波長可変の面発光レーザを実現することができる。
【００８８】
図１６は、第４の実施形態に係る面発光レーザの概略断面図である。同図に示すように、本実施形態では、ｐ型の基板であるｐ−ＩｎＰ基板４０１を使用し、ｎ型のスペーサ層であるｎ−ＩｎＰスペーサ層４０５の直下のＩｎＧａＡｓ層４２０をノンドープ層とすると共に、ＩｎＧａＡｓ層４２０の下のペア４２１をｐ型のｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓとする。更に、ＦｅドープＩｎＰ４０９の一部をエッチングして、ｎ−ＩｎＰスペーサ層４０５からｎ電極４２２をウエハ表面に引き出す。
【００８９】
ｎ−ＩｎＰスペーサ層４０５をアースとして、ウエハ表面のｐ電極４１２から順方向電流を注入することでレーザ発振を行う。この際に、ｐ−ＩｎＰ基板４０１の裏面の基板裏面ｐ電極４１３に逆バイアスを印加し、ｎ−ＩｎＰスペーサ層４０５の直下のエアギャップの間隔を変化させることにより、面発光レーザに波長可変の機能をもたせることができる。
【００９０】
また、他の例では、エアギャップのＤＢＲミラー４１５における、ｎ−ＩｎＰスペーサ層４０５から数えて２番目のエアギャップ部のＩｎＧａＡｓ層（ｐ−ＩｎＰ基板４０１から３番目）をノンドープ層とすると共に、当該ノンドープ層より上のＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓのペア層１つをｎ型、下のＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓのペア層をｐ型とする。この構造において、基板裏面ｐ電極４１３に逆方向電圧を印加し、ｎ−ＩｎＰスペーサ層４０５の直下のエアギャップ（スペーサ層４０５から１番目）及びその下のエアギャップ（スペーサ層４０５から２番目以下）の間隔を変化させることによっても、波長可変の機能をもたせることができる。
【００９１】
この場合、ｎ−ＩｎＰスペーサ層４０５の直下のエアギャップ間隔は大きくなり、その下のエアギャップ間隔は小さくなるが、レーザ活性層４０４に近いエアギャップの影響力が大きいために、ｎ−ＩｎＰスペーサ層４０５の直下のエアギャップ間隔におおよそ依存して波長は変化する。
【００９２】
＜第５の実施形態＞
図１７から図２１は、第５の実施形態に係る面発光レーザの製作方法を示す図であり、作製における各工程を面発光レーザの概略断面図を用いて示してある。
【００９３】
図１７に示すように、まず、ｎ−ＩｎＰ基板５０１の上に、一回の成長によりエピタキシャル成長層を形成する。エピタキシャル成長層は、ｎ−ＩｎＰ基板５０１側から順に、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層５０２と、ｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア５０３と、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０５と、レーザ活性層５０４と、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０６と、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア５０７とから構成される。
【００９４】
ｎ−ＩｎＰ基板５０１側のＤＢＲミラー部は、ｎ−ＩｎＰ基板５０１の方からｎ−ＩｎＧａＡｓ層５０２とｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア５０３とから構成される。なお、同図には、ｎ−ＩｎＰ層とｎ−ＩｎＧａＡｓ層とが交互に３ペア積層したｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア５０３を図示した。ｎ−ＩｎＧａＡｓ層５０２に接するペア５０３の最下層はｎ−ＩｎＰ層となる。
【００９５】
ｎ−ＩｎＧａＡｓ層（n-InGaAs層５０２及びn-InP/n-InGaAsのペア５０３中のn-InGaAs層）の厚さは、後述するエアギャップ（図２１のエアギャップのＤＢＲミラー（下）５１５参照）を形成したときのλ0の４分の１の奇数倍となる厚さであり、本実施形態では発振波長λ0の４分の１の１倍であるλ0／４とした。一方、ｎ−ＩｎＰ層（n-InP/n-InGaAsのペア５０３中のn-InP層）の厚さは、発振波長λの４分の１の奇数倍となる厚さである。
【００９６】
レーザ活性層５０４は１．５５μｍ波長の多重量子井戸（厚さ：λ／２）により構成され、レーザ活性層５０４のｎ−ＩｎＰ基板５０１側にはｎ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０５、逆の表面側にはｐ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０６が配設されている。レーザ活性層５０４と２つのスペーサ層５０５，５０６の合計の厚さはλの整数倍になるようにしてある。また、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０５及びｐ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０６のバンドギャップ波長λgは１．２μｍである。
【００９７】
表面側のＤＢＲミラー部は、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア５０７から構成される。ｐ型ドーパントはＺｎである。ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア５０７を構成する各層の厚さについては、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層の厚さはＩｎＧａＡｓＰ中における発振波長λの４分の１の奇数倍となる厚さであり、ｐ−ＩｎＰ層の厚さはＩｎＰ中における発振波長λの４分の１の奇数倍となる厚さである。
【００９８】
なお、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層のバンドギャップ波長λgは１．３μｍである。また、同図には、ｐ−ＩｎＰ層とｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層とが交互に５ペア積層したｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア５０７を図示した。ｐ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０６に接するペア５０７の最下層はｐ−ＩｎＰ層となる。
【００９９】
スペーサ層５０６のｐ−ＩｎＧａＡｓＰ、表面側のＤＢＲミラー部を構成するペア５０７のｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのキャリア濃度は、共振器内損失が増加するため、１×１０18／ｃｍ3以上にすることはできない。
【０１００】
次に、図１８に示すように、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア５０７の層部分、レーザ活性層５０４とｐ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０６とからなる層部分、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層５０２とｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア５０３とｎ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０５とからなる層部分がそれぞれ階段状となるように、ドライエッチング又はウエットエッチングにより加工し、メサ構造とする。
【０１０１】
この後、図１９に示すように、絶縁マスクなしでウエハ全面にＦｅドープＩｎＰ５０９を成長させる。この際に、同図に示すように、ＦｅドープＩｎＰ５０９における、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０６、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア５０７から構成される表面側のＤＢＲミラー部の周囲に、ＺｎとＦｅの相互拡散により、ｐ型の導電領域５１０が形成される。
【０１０２】
ＦｅドープＩｎＰ５０９を成長させた後、ＦｅドープＩｎＰ５０９の上表面におけるｐ型の導電領域５１０の上方以外の表面をＳｉＮ膜５１１によりマスクする。
【０１０３】
この後、図２０に示すように、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア５０７の最表面のｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層及びｐ型の導電領域１１０の一部が露出するように、ＦｅドープＩｎＰ５０９の選択エッチングを行う。
【０１０４】
また、ＺｎとＦｅの相互拡散によって形成されたｐ型の導電領域５１０の表面の発振領域付近のみにｐ電極ｌ１２を形成し、ｎ−ＩｎＰ基板５０１の裏面全域を研磨後、裏面全域にｎ電極５１３を形成する。
【０１０５】
次に、図２１に示すように、表面側の反射鏡を追加するために、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア５０７の上にＳｉＯ2／ＴｉＯ2の誘電体層のペア５１４を形成する。この際、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア５０７の最表面のｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層には、ＳｉＯ2／ＴｉＯ2の誘電体層のペア５１４のＳｉＯ2層が接するようにする。
【０１０６】
最後に、基板側のＤＢＲミラー部の端面にエッチング液を作用させ、基板側のＤＢＲミラー部を構成するｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア５０３の内のｎ−ＩｎＧａＡｓ層と、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層５０２とをエッチングし、レーザ活性層５０４の下に、ｎ−ＩｎＰスペーサ層５０５を介して、エアギャップのＤＢＲミラー５１５を形成する。
【０１０７】
以上の作製工程により、本実施形態に係る面発光レーザ素子を作製することができる。すなわち、本実施形態に係る面発光レーザでは、メサ状に形成された反射鏡（ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア５０７から構成）の側壁面外部に「導電部」であるｐ型の導電領域５１０が形成されている。
【０１０８】
本実施形態に係る面発光レーザを作動させる際には、ｐ型のキャリアは、ｐ電極５１２からＺｎとＦｅの相互拡散によって形成されたｐ型の導電領域５１０を導電して、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０６を介してレーザ活性層５０４に注入される。表面側のＤＢＲミラー部を構成するメサ構造のサイズ（幅）は、注入キャリアがレーザ活性層５０４内で均一に分布するように、キャリアの拡散長を考慮して５〜１０μｍとしている。
【０１０９】
本実施形態に係る面発光レーザは、ＦｅドープＩｎＰ３０９がメサ構造の左右２面（メサの高さ方向の側壁面）に接しているため、レーザ活性層２０４の発光部で発生する熱に対して、放散性の高い構造ともなっている。
【０１１０】
本実施形態においても、第２の実施形態で示したように、Ｚｎの拡散により高濃度のＺｎを含有するＺｎ拡散領域（図７（ｂ）符号２１６参照）をメサ構造の周囲に露出させておくことにより、ＦｅドープＩｎＰ５０９の成長時にＺｎとＦｅの相互拡散を生じさせることができる結果、相互拡散域を広げ、またｐ型キャリア濃度を高くすることもできる。
【０１１１】
また、第２の実施形態で示したように、Ｚｎ拡散法を用いた場合、表面側のＤＢＲミラーを構成するＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰとのペア５０７について、ノンドープ層または１×１０18／ｃｍ3以下のｎ型ドーピングとすることも可能である。ノンドープまたはｌ×１０18／ｃｍ3以下のｎ型ドーピングとすることにより、ｐ型キャリアによる共振器内損失がなくなるため、更に高性能の面発光レーザとすることができる。
【０１１２】
更に、第３の実施形態で示したように、ＦｅドープＩｎＰの成長時に相互拡散によるｐ型の導電領域を形成しなくとも、ＦｅドープＩｎＰの成長後にＦｅドープＩｎＰ層へのＺｎの拡散等により表面側のＤＢＲミラーの周囲にｐ型の導電領域を形成することも可能である。
【０１１３】
また、第４の実施形態で示したような、波長可変の機能をもたせることも可能である。
【０１１４】
【発明の効果】
本発明によれば、エアギャップ／半導体のＤＢＲミラー構造を有する面発光レーザ、及び半導体同士を積層した反射鏡を有する埋め込み構造の面発光レーザにおいて、電流注入型の励起方法を適用することができると共に、エアギャップの低い熱伝導性を克服することにより高出力のレーザ発振を得ることができる。また、反射鏡材料の低キャリア濃度及びバンド不連続によるシリーズ抵抗の増加を回避することができ、低抵抗化、高出力化及び高発振温度化を実現した面発光レーザとすることができる。
【０１１５】
更に、エアギャップ／半導体のＤＢＲミラー構造を有する面発光レーザでは、基板上に成長させるエピタキシャル層の全厚を小さくすることができるため、経済的であり、歩留まりを向上させることができる。また、ポンピング用のレーザを用いないため、部品数の削減、構成の簡易化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図９】第２の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図１０】第２の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図１１】第３の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図１２】第３の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図１３】第３の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図１４】第３の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図１５】第３の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図１６】第４の実施形態に係る面発光レーザの概略断面図である。
【図１７】第５の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図１８】第５の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図１９】第５の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図２０】第５の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図２１】第５の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【符号の説明】
１０１ ｎ−ＩｎＰ基板
１０２ ｎ−ＩｎＧａＡｓ層
１０３ ｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア
１０４ レーザ活性層
１０５ ｎ−ＩｎＰスペーサ層
１０６ ｐ−ＩｎＰスペーサ層
１０７ ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア
１０８ ｐ−ＩｎＧａＡｓ層
１０９ ＦｅドープＩｎＰ
１１０ ｐ型の導電領域
１１１ ＳｉＮ膜
１１２ ｐ電極
１１３ ｎ電極
１１４ エアギャップのＤＢＲミラー（上）
１１５ エアギャップのＤＢＲミラー（下）
１１７ ｐ−ＩｎＰ層
１１８ ｎ−ＩｎＰ層
２０１ ｎ−ＩｎＰ基板
２０２ ｎ−ＩｎＧａＡｓ層
２０３ ｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア
２０４ レーザ活性層
２０５ ｎ−ＩｎＰスペーサ層
２０６ ｐ−ＩｎＰスペーサ層
２０７ ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア
２０８ ｐ−ＩｎＧａＡｓ層
２０９ ＦｅドープＩｎＰ
２１０ ｐ型の導電領域
２１１ ＳｉＮ膜
２１２ ｐ電極
２１３ ｎ電概
２１４ エアギャップのＤＢＲミラー（上）
２１５ エアギャップのＤＢＲミラー（下）
２１６ Ｚｎ拡散領域
２１７ ｐ−ＩｎＰ層
２１８ ｎ−ＩｎＰ層
３０１ ｎ−ＩｎＰ基板
３０２ ｎ−ＩｎＧａＡｓ層
３０３ ｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア
３０４ レーザ活性層
３０５ ｎ−ＩｎＰスペーサ層
３０６ ｐ−ＩｎＰスペーサ層
３０７ ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓのペア
３０８ ＩｎＧａＡｓ層
３０９ ＦｅドープＩｎＰ
３１０ ｐ型の導電領域
３１１ ＳｉＮ膜
３１２ ｐ電極
３１３ ｎ電極
３１４ エアギャップのＤＢＲミラー（上）
３１５ エアギャップのＤＢＲミラー（下）
３１７ ＩｎＰ層
３１８ ｎ−ＩｎＰ層
４０１ ｐ−ＩｎＰ基板
４０４ レーザ活性層
４０５ ｎ−ＩｎＰスペーサ層
４０６ ｐ−ＩｎＰスペーサ層
４０９ ＦｅドープＩｎＰ
４１０ ｐ型の導電領域
４１１ ＳｉＮ膜
４１２ ｐ電極
４１３ 基板裏面ｐ電極
４１４ エアギャップのＤＢＲミラー（上）
４１５ エアギャップのＤＢＲミラー（下）
４２０ ＩｎＧａＡｓ層
４２１ ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア
４２２ ｎ電極
５０１ ｎ−ＩｎＰ基板
５０２ ｎ−ＩｎＧａＡｓ層
５０３ ｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア
５０４ レーザ活性層
５０５ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層
５０６ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層
５０７ ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア
５０９ ＦｅドープＩｎＰ
５１０ ｐ型の導電領域
５１１ ＳｉＮ膜
５１２ ｐ電極
５１３ ｎ電極
５１４ ＳｉＯ2／ＴｉＯ2のペア
５１５ エアギャップのＤＢＲミラー
５１８ ｎ−ＩｎＰ層
【発明が属する技術分野】
本発明は、面発光レーザ及びその作製方法に関し、エアギャップと半導体とからなる反射鏡又は半導体同士を積層した反射鏡を有する埋め込み構造の電流注入型面発光レーザ、又は、レーザ発振波長を可変にする機能を有する面発光レーザに適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
１．３〜１．５μｍ帯の面発光レーザにおいては、ＩｎＰ系材料の半導体とＩｎＰに格子整合する材料、例えばＩｎＧａＡｓＰとの組み合わせにより反射鏡を構成した場合、ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰとの屈折率差が小さく、所望の反射率を得るためには分布反射型ミラー（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）の層数を多くしなければならなかった。
【０００３】
この問題を解決するため、エアギャップを用いた面発光レーザが提案された。エアギャップを用いる場合、エアギャップと半導体材料との間に大きな屈折率差があるため、エアギャップ／半導体ペアの積層数が少なくても大きな反射率を得ることができる。この結果、反射鏡を構成するエピタキシャル層の層厚を小さくでき、レーザの全エピタキシャル層を一回の成長工程で形成することができる等の利点がある。
【０００４】
例えば、ＩｎＰ系材料でエアギャップ／半導体のＤＢＲを作製した場合、レーザ活性層の上下にわずか４ペアを配したＤＢＲ構造とし、光によるポンピング法を用いることにより、１．５６μｍ帯のレーザ発振を得ることに成功している（下記、非特許文献１参照。）。
【０００５】
しかしながら、このようなエアギャップ／半導体のＤＢＲ構造の反射鏡を用いる場合には、以下種々の問題があった。
【０００６】
第１の問題としては、エアギャップ層を電流が通らないために電流注入型の励起によるレーザ発振が困難であるという問題である。これに対し、光による励起法を用いた場合、励起用の光源が必要なことはもちろん、励起光の入射、レーザ光の取り出しなど、電流注入型に比べ、複雑な構成となるってしまう。
【０００７】
第２の問題としては、エアギャップの熱伝導性が非常に悪いために、高出力のレーザ発振光を得ることが難しいという問題である。
【０００８】
また、１．３〜１．５μｍ帯の面発光レーザにおいて、反射鏡をＩｎＰに格子整合する材料を用いて製作した場合（半導体同士を重ねた構造の反射鏡を有する埋め込み型の面発光レーザ）、には、以下の問題があった。
【０００９】
すなわち、共振器損失を考慮した場合、反射鏡を構成する半導体材料のキャリア濃度を高くできないという問題である。例えば、ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長：１．３μｍ）により反射鏡を構成する場合、価電子帯のバンド不連続の効果も加わって直列抵抗が更に増加してしまう。
【００１０】
また、表面側の反射鏡及びレーザ活性層のメサエッチングを行い半絶縁性のＩｎＰ系材料でその周囲を埋め込む構造を採用した場合には、更に、以下の問題があった。
【００１１】
すなわち、単一モード発振を得ようと、メサ構造のサイズを１０μｍより小さくすると、レーザのシリーズ抵抗が特に増加してしまうという問題である。例えば、シリーズ抵抗値は４１３Ωにもなってしまい、面発光レーザの高出力化を妨げる大きな要因となっていた（下記、非特許文献２参照。）。
【００１２】
【非特許文献１】
N.Chitica et al.、Room-temperature operation of photopumped monolithic InP vertical-cavity laser with two air-gap Bragg reflectors、「Appl. Phys.Lett.」、2001年、第７８巻、第２５号、p.3935-3937
【非特許文献２】
Y.Ohiso et al.、Buried-heterostructure long-wavelength vertical-cavity surface-emitting laser with InGaAsP/InP-GaAs/AlAs DBRs、「Electronics Letters」、2000年、第３６巻、第１号、p.39-40
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、エアギャップ構造の反射鏡を有する面発光レーザにおいて、電流注入型の励起方法を適用可能とすると共に、エアギャップの熱伝導性を克服することにより高出力のレーザ発振を可能とした面発光レーザを提供することを目的とする。
【００１４】
更に、半導体同士を重ねた構造の反射鏡を有する埋め込み型の面発光レーザにおいて、反射鏡材料の低キャリア濃度及びバンド不連続によるシリーズ抵抗の増加を回避した、低抵抗の面発光レーザを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題解決するための手段】
上記課題を解決する第１の発明は、エアギャップと半導体層との交互積層からなる反射鏡とレーザ活性層とを有する面発光レーザにおいて、メサ状に形成された前記反射鏡の側壁面外部に導電部を設け、前記反射鏡は半絶縁性材料により埋め込まれており、前記半絶縁性材料における前記反射鏡の側壁面の周囲の一部領域が前記導電部となっていることを特徴とする面発光レーザである。
【００１６】
外部から導電部を介してレーザ活性層へ電流注入する。面発光レーザはレーザ活性層と当該レーザ活性層を挟む反射鏡とから構成されるが、少なくとも一方の反射鏡がエアギャップと半導体層との交互積層からなる反射鏡（エアギャップ型反射鏡）であればよい。他方の反射鏡はエアギャップ型反射鏡でも複数種類の半導体層の交互積層からなる反射鏡（半導体型反射鏡）でもよい。
【００１７】
上記課題を解決する第２の発明は、複数種類の半導体層の交互積層からなる反射鏡とレーザ活性層とを有する面発光レーザにおいて、メサ状に形成された前記反射鏡の側壁面外部に導電部を設け、前記反射鏡は半絶縁性材料により埋め込まれており、前記半絶縁性材料における前記反射鏡の側壁面の周囲の一部領域が前記導電部となっていることを特徴とする面発光レーザである。
【００１８】
面発光レーザはレーザ活性層と当該レーザ活性層を挟む反射鏡とから構成されるが、少なくとも一方の反射鏡が半導体型反射鏡であればよい。
【００２０】
半絶縁性材料としては、ＩｎＰ系材料が挙げられ、例えばＦｅがドープされたＩｎＰ等が好ましい。
【００２１】
上記課題を解決する第３の発明は、第１または第２の発明に係る面発光レーザにおいて、前記導電部は、前記半絶縁性材料における前記反射鏡の側壁面との接触部分へのｐ 型ドーパントの拡散により形成されたことを特徴とする面発光レーザである。
【００２２】
ｐ型ドーパントとしては、Ｚｎ，Ｂｅ等が挙げられる。
【００２３】
上記課題を解決する第４の発明は、第３の発明に係る面発光レーザにおいて、前記ｐ型ドーパントの拡散は、前記反射鏡を構成する半導体にドープされたｐ型ドーパントの拡散であることを特徴とする面発光レーザである。
【００２４】
上記課題を解決する第５の発明は、第３又は第４の発明に係る面発光レーザにおいて、前記半絶縁性材料は、鉄、コバルト、クロム又はマンガンのいずれかがドープされたＩｎＰ系の半導体であることを特徴とする面発光レーザである。
【００２５】
半絶縁性材料を鉄、コバルト、クロム又はマンガンのいずれかがドープされたＩｎＰ系の半導体としたことにより、導電部は、半絶縁性材料における反射鏡の側壁面との接触部分へ拡散したｐ型ドーパントとＩｎＰ系の半導体にドープされた鉄、コバルト、クロム又はマンガンのいずれかとの相互拡散により形成される。この結果、広い領域にわたると共に高いキャリア濃度の導電部を形成することができる。また、その他の半絶縁性材料としては、ルテニウムがドープされたＩｎＰ系半導体が挙げられる。
【００２６】
上記課題を解決する第６の発明は、第１ないし第５の発明のいずれかに係る面発光レーザのうち、少なくとも１つのエアギャップと半導体層との交互積層からなる反射鏡を有する面発光レーザにおいて、前記反射鏡を構成する１つのエアギャップを介して一方に存在する半導体層がｐ型であり、他方に存在する半導体層がｎ 型であることを特徴とする面発光レーザである。
【００２７】
１つのエアギャップを介して積層されるｐ型とｎ型の半導体層の間に電圧を印加することによりエアギャップの間隔を変化させ、発振レーザ光の波長を変化させる。
【００２８】
上記課題を解決する第７の発明は、レーザ活性層の上に複数積層されたｐ型の半導体層からなるメサ状の多層膜を半絶縁性材料で埋め込み、前記半導体層にドープされたｐ型ドーパントを前記半絶縁性材料へ拡散させ、前記半絶縁性材料における前記メサ状の多層膜の側壁面の周囲の一部に導電部を形成することを特徴とする面発光レーザの作製方法である。
【００２９】
複数積層されたｐ型半導体層からなるメサ状の多層膜は、このままの状態で半導体型反射鏡となり、エッチングによりエアギャップと半導体層との積層構造とすることによりエアギャップ型反射鏡となる。したがって、本作製方法により「半絶縁性材料におけるメサ状の多層膜の側壁面との接触部分に形成された導電部」は、メサ状の反射鏡の側壁面外部に形成された導電部となり、レーザ活性層へ電流注入する機能を有する。
【００３０】
上記課題を解決する第８の発明は、レーザ活性層の上に複数積層された半導体層からなるメサ状の多層膜を半絶縁性材料で埋め込み、前記半絶縁性材料における前記メサ状の多層膜の側壁面の周囲の一部領域にｐ型ドーパントの拡散又はｐ型ドーパントのイオン注入を行い、当該一部領域部分に導電部を形成することを特徴とする面発光レーザの作製方法である。
【００３１】
上記課題を解決する第９の発明は、レーザ活性層の上に複数積層されたノンドープの半導体層からなる多層膜又はキャリア濃度が１×１０１８／ｃｍ3以下のｎ型半導体層からなる多層膜の一部にｐ 型ドーパントを拡散させ、メサ状に加工された後の多層膜の一部に前記ｐ型ドーパントの拡散領域が残存するように前記多層膜をメサ状に加工し、当該メサ状の多層膜を半絶縁性材料で埋め込み、前記メサ状の多層膜の一部に残存した前記ｐ型ドーパントを前記半絶縁性材料へ拡散させ、前記半絶縁性材料における前記メサ状の多層膜の側壁面との接触部分に導電部を形成することを特徴とする面発光レーザの作製方法である。
【００３２】
第８、第９の発明では、複数積層された半導体層からなるメサ状の多層膜は、このままの状態で半導体型反射鏡となり、エッチングによりエアギャップと半導体層との積層構造とすることによりエアギャップ型反射鏡となる。また、反射鏡を構成する半導体層は、ノンドープまたはｎ 型のドーピングで形成することができるため、共振器損失の小さい反射鏡を有する面発光レーザを実現することができる。
【００３３】
上記課題を解決する第１０の発明は、第７ないし第９の発明のいずれかに係る面発光レーザの作製方法において、前記半絶縁性材料は、鉄、コバルト、クロム又はマンガンのいずれかがドープされたＩｎＰ系の半導体であることを特徴とする面発光レーザの作製方法である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施形態＞
図１から図５は、第１の実施形態に係る面発光レーザの製作方法を示す図であり、各作製工程を面発光レーザの概略断面図を用いて示してある。
【００３５】
図１に示すように、まず、ｎ−ＩｎＰ基板ｌ０１の上に、一回の成長によりエピタキシャル成長層を形成する。エピタキシャル成長層は、ｎ−ＩｎＰ基板ｌ０１側から順に、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層１０２と、ｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア１０３と、ｎ−ＩｎＰスペーサ層１０５と、レーザ活性層１０４と、ｐ−ＩｎＰスペーサ層１０６と、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア１０７と、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層１０８とから構成される。
【００３６】
ｎ−ＩｎＰ基板１０１側のＤＢＲミラー部は、ｎ−ＩｎＰ基板１０１の方からｎ−ＩｎＧａＡｓ層１０２とｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア１０３とから構成される。なお、同図には、ｎ−ＩｎＰ層とｎ−ＩｎＧａＡｓ層とが交互に３ペア積層したｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア１０３を図示した。ｎ−ＩｎＧａＡｓ層１０２に接するペア１０３の最下層はｎ−ＩｎＰ層となる。
【００３７】
ｎ−ＩｎＧａＡｓ層（n-InGaAs層１０２及びn-InP/n-InGaAsのペア１０３中のn-InGaAs層）の厚さは、後述するエアギャップ（図３のエアギャップのＤＢＲミラー（下）１１５参照）を形成したときの空気中での発振波長λ0の４分の１の奇数倍となる厚さであり、本実施形態では発振波長λ0の４分の１の１倍であるλ0／４とした。一方、ｎ−ＩｎＰ層（n-InP/n-InGaAsのペア１０３中のn-InP層）の厚さは、ＩｎＰ中における発振波長λの４分の１の奇数倍となる厚さである。以降、空気中での発振波長をλ0、それぞれの半導体材料中での発振波長をλとする。
【００３８】
レーザ活性層１０４は１．５５μｍ波長の多重量子井戸（厚さ：λ／２）により構成され、レーザ活性層１０４のｎ−ＩｎＰ基板１０１側にはｎ−ＩｎＰスペーサ層１０５、逆の表面側にはｐ−ＩｎＰスペーサ層ｌ０６が配設されている。レーザ活性層１０４と２つのスペーサ層１０５，１０６の合計の厚さはλの整数倍になるようにしてある。
【００３９】
表面側のＤＢＲミラー部は、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア１０７から構成される。ｐ型ドーパントはＺｎである。ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア１０７を構成する各層の厚さについては、ｎ−ＩｎＰ基板１０１側のＤＢＲミラーと同様、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層の厚さは後述するエアギャップ（図３のエアギャップのＤＢＲミラー（上）１１４参照）を形成したときのλ0／４となる厚さであり、ｐ−ＩｎＰ層の厚さはＩｎＰ中における発振波長λの４分の１の奇数倍となる厚さである。
【００４０】
なお、同図には、ｐ−ＩｎＰ層とｐ−ＩｎＧａＡｓ層とが交互に４ペア積層したｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア１０７を図示した。ｐ−ＩｎＰスペーサ層１０６に接するペア１０７の最下層はｐ−ＩｎＧａＡｓ層となる。
【００４１】
ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア１０７の上部である最表面には、埋め込み後に表面側のＤＢＲミラー部の表面をウエットエッチングにより露出（頭出し）させるために用いるｐ−ＩｎＧａＡｓ層１０８を配設した。
【００４２】
スペーサ層１０６のｐ−ＩｎＰ、表面側のＤＢＲミラー部を構成するｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア１０７および頭出し用の最表面のｐ−ＩｎＧａＡｓ層１０８のキャリア濃度は、共振器内損失が増加するため、１×１０18／ｃｍ3以上にすることはできない。
【００４３】
ｐ−ＩｎＧａＡｓ層（p-InGaAs層１０８及びp-InP/p-InGaAsのペア１０７中のp-InGaAs層）は、作製工程において除去され、最終的には面発光レーザ素子内に残らない。しかしながら、後述するＦｅドープＩｎＰ（図３のＦｅドープＩｎＰ１０９参照）の成長時に、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層とｐ−ＩｎＰ層との間のＺｎの拡散により面発光レーザ素子内に残るｐ−ＩｎＰ層中ののキャリア濃度が増大するため、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層についてもキャリア濃度を高くできない。
【００４４】
次に、図２に示すように、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア１０７とｐ−ＩｎＧａＡｓ層１０８とからなる層部分、レーザ活性層１０４とｐ−ＩｎＰスペーサ層１０６とからなる層部分、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層１０２とｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア１０３とｎ−ＩｎＰスペーサ層１０５とからなる層部分がそれぞれ階段状となるように、ドライエッチング又はウエットエッチングにより加工し、メサ構造とする。
【００４５】
この後、図３に示すように、絶縁マスクなしでウエハ全面にＦｅドープＩｎＰ１０９を成長させる。この際に、同図に示すように、ＦｅドープＩｎＰ１０９における、ｐ−ＩｎＰスペーサ層１０６、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア１０７から構成される表面側のＤＢＲミラー部および最表面のｐ−ＩｎＧａＡｓ層１０８の周囲に、ＺｎとＦｅの相互拡散により、ｐ型の導電領域ｌ１０が形成される。
【００４６】
ＦｅドープＩｎＰ１０９を成長させた後、ＦｅドープＩｎＰ１０９の上表面におけるｐ型の導電領域１１０の上方以外の表面をＳｉＮ膜１１１によりマスクする。
【００４７】
この後、図４に示すように、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層１０８をエッチングストップ層として、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層１０８及びｐ型の導電領域１１０の一部が露出するように、ＦｅドープＩｎＰ１０９のウエットエッチングを行う。
【００４８】
次に、図５に示すように、最表面のｐ−ＩｎＧａＡｓ層１０８をウエットエッチングにより除去すると共に、ＺｎとＦｅの相互拡散によって形成されたｐ型の導電領域１１０の表面にまで延びるようにｐ電極ｌ１２を形成する。また、ｎ−ＩｎＰ基板１０１の裏面全域を研磨後、裏面全域にｎ電極ｌ１３を形成する。
【００４９】
最後に、表面側のＤＢＲミラー部の端面と基板側のＤＢＲミラー部の端面とをエッチングによって露出させた後、この露出部分にエッチング液を作用させ、表面側のＤＢＲミラー部を構成するｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア１０７の内のｐ−ＩｎＧａＡｓ層と、基板側のＤＢＲミラー部を構成するｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア１０３の内のｎ−ＩｎＧａＡｓ層と、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層１０２とをエッチングしエアギャップとする。この結果、レーザ活性層１０４の上下に、ｎ−ＩｎＰスペーサ層１０５及びｐ−ＩｎＰスペーサ層１０６を介して、エアギャップのＤＢＲミラーｌ１４，１１５が形成される。
【００５０】
以上の作製工程により、本実施形態に係る面発光レーザ素子を作製することができる。すなわち、本実施形態に係る面発光レーザでは、メサ状に形成された反射鏡（エアギャップのＤＢＲミラー１１４とｐ−ＩｎＰ層１１７とから構成）の側壁面外部に「導電部」であるｐ型の導電領域ｌ１０が形成されている。
【００５１】
本実施形態に係る面発光レーザを作動させる際には、ｐ型のキャリアは、ｐ電極１１２からＺｎとＦｅの相互拡散によって形成されたｐ型の導電領域１１０を導電して、ｐ−ＩｎＰスペーサ層１０６を介してレーザ活性層１０４に注入される。表面側のＤＢＲミラー部を構成するメサ構造のサイズ（幅）は、注入キャリアがレーザ活性層１０４内で均一に分布するように、キャリアの拡散長を考慮して５〜１０μｍとしている。
【００５２】
本実施形態に係る面発光レーザは、ＦｅドープＩｎＰ１０９がメサ構造の左右２面（メサの高さ方向の側壁面）に接しているため、レーザ活性層１０４の発光部で発生する熱に対して、放散性の高い構造ともなっている。
【００５３】
＜第２の実施形態＞
図６から図１０は、第２の実施形態に係る面発光レーザの製作方法を示す図であり、作製における各工程を面発光レーザの概略断面図を用いて示してある。
【００５４】
図６に示すように、まず、ｎ−ＩｎＰ基板２０１の上に、一回の成長によりエピタキシャル成長層を形成する。エピタキシャル成長層は、ｎ−ＩｎＰ基板２０１側から順に、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層２０２と、ｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア２０３と、ｎ−ＩｎＰスペーサ層２０５と、レーザ活性層２０４と、ｐ−ＩｎＰスペーサ層２０６と、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア２０７と、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層２０８とから構成される。
【００５５】
本実施形態におけるエピタキシャル成長層を構成する各層は、第１の実施形態に係るエピタキシャル成長層を構成する各層と同じものである。
【００５６】
次に、図７（ａ）に示すように、エピタキシャル成長層の一部に対してＺｎによる拡散を行い、高濃度Ｚｎを含有するＺｎ拡散領域２１６を形成した。Ｚｎ拡散領域２１６の拡散深さについては、ｐ−ＩｎＰスペーサ層２０６まで拡散させ、レーザ活性層２０４には拡散させない。
【００５７】
また、Ｚｎ拡散領域２１６については、後述するように表面側のＤＢＲミラー部となるメサ構造を形成した場合、メサ構造の側壁部分にＺｎ拡散領域２１６の一部が残存して露出（図７（ｂ）参照）するように、拡散させる。
【００５８】
Ｚｎを拡散させる際には、ウエハ全表面（ｐ−ＩｎＧａＡｓ層２０８の上面全域）にＳｉＮ膜を形成した後、Ｚｎを拡散させる領域の上面にあたるＳｉＮ膜を除去することによりｐ−ＩｎＧａＡｓ層２０８を部分的に露出させ、Ｚｎを拡散させる。
【００５９】
また、表面側のＤＢＲミラー部を構成するｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア２０７および最表面のｐ−ＩｎＧａＡｓ層２０８の各層におけるキャリア濃度は、共振器内損失のため１０18／ｃｍ3のオーダー以上にはできない。
【００６０】
しかしながら、本実施形態ではＺｎ拡散領域２１６をＤＢＲミラー部として機能する領域の外側（メサ構造の側壁部分）に残存させたことにより、ｐ−ＩｎＰ層におけるＺｎ拡散部分（Ｚｎ拡散領域２１６とｐ−ＩｎＰ層とが重なる部分）では、キャリア濃度をｌ×１０18／ｃｍ3以上に、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層におけるＺｎ拡散部分（Ｚｎ拡散領域２１６とｐ−ＩｎＧａＡｓ層とが重なる部分）では、１×１０19／ｃｍ3以上にすることができる。
【００６１】
次に、第１の実施形態と同様に、図７（ｂ）に示すように、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア２０７とｐ−ＩｎＧａＡｓ層２０８とからなる層部分、レーザ活性層２０４とｐ−ＩｎＰスペーサ層２０６とからなる層部分、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層２０２とｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア２０３とｎ−ＩｎＰスペーサ層２０５とからなる層部分がそれぞれ階段状となるように、ドライエッチング又はウエットエッチングにより加工し、メサ構造とする。メサ構造の側壁部分には、高濃度のＺｎを含有するＺｎ拡散領域２１６が露出している。
【００６２】
この後、図８に示すように、絶縁マスクなしでウエハ全面にＦｅドープＩｎＰ２０９を成長させる。この際に、同図に示すように、ＦｅドープＩｎＰ２０９における、ｐ−ＩｎＰスペーサ層２０６、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア２０７から構成される表面側のＤＢＲミラー部および最表面のｐ−ＩｎＧａＡｓ層２０８の周囲に、ＺｎとＦｅの相互拡散により、ｐ型の導電領域２１０が形成される。
【００６３】
本実施形態におけるｐ型の導電領域２１０は、Ｚｎを高濃度で含有するＺｎ拡散領域２１６のために、第１の実施形態の導電領域１１０（図３参照）よりも広く、かつｐ型のキャリア濃度が高い領域となっている。
【００６４】
ＦｅドープＩｎＰ２０９を成長させた後、ＦｅドープＩｎＰ２０９の上表面におけるｐ型の導電領域２１０の上方以外の表面をＳｉＮ膜２１１によりマスクする。
【００６５】
この後、図９に示すように、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層２０８をエッチングストップ層として、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層２０８及びｐ型の導電領域２１０の一部が露出するように、ＦｅドープＩｎＰ２０９のウエットエッチングを行う。
【００６６】
次に、図１０に示すように、最表面のｐ−ＩｎＧａＡｓ層２０８をウエットエッチングにより除去すると共に、ＺｎとＦｅの相互拡散によって形成されたｐ型の導電領域２１０の表面にまで延びるようにｐ電極２１２を形成する。また、ｎ−ＩｎＰ基板２０１の裏面全域を研磨後、裏面全域にｎ電極２１３を形成する。
【００６７】
最後に、表面側のＤＢＲミラー部の端面と基板側のＤＢＲミラー部の端面とをエッチング液によって露出させた後、この露出部分にエッチング液を作用させ、表面側のＤＢＲミラー部を構成するｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア２０７の内のｐ−ＩｎＧａＡｓ層と、基板側のＤＢＲミラー部を構成するｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア２０３の内のｎ−ＩｎＧａＡｓ層と、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層２０２とをエッチングしエアギャップとする。この結果、レーザ活性層２０４の上下に、ｎ−ＩｎＰスペーサ層２０５及びｐ−ＩｎＰスペーサ層２０６を介して、エアギャップのＤＢＲミラー２１４，２１５が形成される。
【００６８】
以上の作製工程により、本実施形態に係る面発光レーザ素子を作製することができる。すなわち、本実施形態に係る面発光レーザでは、メサ状に形成された反射鏡（エアギャップのＤＢＲミラー２１４とｐ−ＩｎＰ層２１７とから構成）の側壁面外部に「導電部」であるｐ型の導電領域２１０が形成されている。
【００６９】
本実施形態に係る面発光レーザを作動させる際には、ｐ型のキャリアは、ｐ電極２１２からＺｎとＦｅの相互拡散によって形成されたｐ型の導電領域２１０を導電して、ｐ−ＩｎＰスペーサ層２０６を介してレーザ活性層２０４に注入される。本実施形態では、第１の実施形態よりもｐ型の導電領域２１０のキャリア濃度が高く、また相互拡散領域も広くなっているため、より効果的にシリーズ抵抗の低減させることができる。
【００７０】
表面側のＤＢＲミラー部を構成するメサ構造のサイズ（幅）は、注入キャリアがレーザ活性層２０４内で均一に分布するように、キャリアの拡散長を考慮して５〜１０μｍとしている。
【００７１】
第２の実施形態に係る面発光レーザは、ＦｅドープＩｎＰ２０９がメサ構造の左右２面（メサの高さ方向の側壁面）に接しているため、レーザ活性層２０４の発光部で発生する熱に対して、放散性の高い構造ともなっている。
【００７２】
また、本実施形態においては、表面側のＤＢＲミラー部を構成するｐ−ＩｎＰ層２１７の導電型として、ノンドープまたはｌ×１０18／ｃｍ3以下のドーピングのｎ型とすることが可能である。ノンドープまたはｌ×１０18／ｃｍ3以下のｎ型ドーピングとすることにより、ｐ型キャリアによる共振器内損失がなくなるため、更に高性能の面発光レーザとすることができる。
【００７３】
＜第３の実施形態＞
図１１から図１５は、第３の実施形態に係る面発光レーザの製作方法を示す図であり、作製における各工程を面発光レーザの概略断面図を用いて示してある。
【００７４】
図１１に示すように、まず、ｎ−ＩｎＰ基板３０１の上に、一回の成長によりエピタキシャル成長層を形成する。エピタキシャル成長層は、ｎ−ＩｎＰ基板３０１側から順に、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層３０２と、ｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア３０３と、ｎ−ＩｎＰスペーサ層３０５と、レーザ活性層３０４と、ｐ−ＩｎＰスペーサ層３０６と、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓのペア３０７と、ＩｎＧａＡｓ層３０８とから構成される。
【００７５】
本実施形態におけるエピタキシャル成長層を構成する各層は、基本的には第１の実施形態に係るエピタキシャル成長層を構成する各層と同じであるが、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓのペア３０７と、ＩｎＧａＡｓ層３０８とがノンドープ層である点において異なる。
【００７６】
次に、図１２に示すように、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓのペア３０７とＩｎＧａＡｓ層３０８とからなる層部分、レーザ活性層３０４とｐ−ＩｎＰスペーサ層３０６とからなる層部分、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層３０２とｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア３０３とｎ−ＩｎＰスペーサ層３０５とからなる層部分がそれぞれ階段状となるように、ドライエッチング又はウエットエッチングにより加工し、メサ構造とする。
【００７７】
この後、図１３に示すように、絶縁マスクなしでウエハ全面にＦｅドープＩｎＰ３０９を成長させる。本実施形態では、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓのペア３０７と、ＩｎＧａＡｓ層３０８とがノンドープ層であるため、第１及び第２の実施形態で示したようなｐ型の導電領域は形成されない。
【００７８】
ＦｅドープＩｎＰ３０９を成長させた後、ＦｅドープＩｎＰ３０９の上表面におけるメサ構造の上方以外の表面をＳｉＮ膜３１１によりマスクする。
【００７９】
この後、図１４に示すように、ＩｎＧａＡｓ層３０８をエッチングストップ層として、ＩｎＧａＡｓ層３０８が露出するように、ＦｅドープＩｎＰ３０９におけるメサ構造の上側部分のウエットエッチングを行う。
【００８０】
更に、このウエハ状態で、ｐ−ＩｎＰスペーサ層３０６までＺｎの拡散を行い、ＦｅドープＩｎＰ３０９におけるメサ構造（表面側のＤＢＲミラー部）の側壁面に接する部分にｐ型の導電領域３１０を形成する。この際、エッチングストップ層であるＩｎＧａＡｓ層３０８にもＺｎが拡散するが、ＦｅドープＩｎＰ３０９よりも拡散速度が遅いため、ＩｎＧａＡｓ層３０８の層厚を適当に選択するとＺｎ拡散をＩｎＧａＡｓ層３０８内に留めることができる。
【００８１】
次に、図１５に示すように、最表面のＩｎＧａＡｓ層３０８をウエットエッチングにより除去すると共に、Ｚｎの拡散によって形成されたｐ型の導電領域３１０の表面にまで延びるようにｐ電極３１２を形成する。また、ｎ−ＩｎＰ基板３０１の裏面全域を研磨後、裏面全域にｎ電極３１３を形成する。
【００８２】
最後に、表面側のＤＢＲミラー部の端面と基板側のＤＢＲミラー部の端面とをエッチングによって露出させた後、この露出部分にエッチング液を作用させ、表面側のＤＢＲミラー部を構成するＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓのペア３０７の内のＩｎＧａＡｓ層と、基板側のＤＢＲミラー部を構成するｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア３０３の内のｎ−ＩｎＧａＡｓ層と、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層３０２とをエッチングしエアギャップとする。この結果、レーザ活性層３０４の上下に、ｎ−ＩｎＰスペーサ層３０５及びｐ−ＩｎＰスペーサ層３０６を介して、エアギャップのＤＢＲミラー３１４，３１５が形成される。
【００８３】
以上の作製工程により、本実施形態に係る面発光レーザ素子を作製することができる。すなわち、本実施形態に係る面発光レーザでは、メサ状に形成された反射鏡（エアギャップのＤＢＲミラー３１４とｐ−ＩｎＰ層３１７とから構成）の側壁面外部に「導電部」であるｐ型の導電領域３１０が形成されている。
【００８４】
本実施形態に係る面発光レーザを作動させる際には、ｐ型のキャリアは、ｐ電極３１２からＺｎの拡散によって形成されたｐ型の導電領域３１０を導電して、ｐ−ＩｎＰスペーサ層３０６を介してレーザ活性層３０４に注入される。表面側のＤＢＲミラー部を構成するメサ構造のサイズ（幅）は、注入キャリアがレーザ活性層３０４内で均一に分布するように、キャリアの拡散長を考慮して５〜１０μｍとしている。
【００８５】
本実施形態に係る面発光レーザは、ＦｅドープＩｎＰ３０９がメサ構造の左右２面（メサの高さ方向の側壁面）に接しているため、レーザ活性層２０４の発光部で発生する熱に対して、放散性の高い構造ともなっている。
【００８６】
本実施形態では、ｐ型の導電領域３１０を形成するために、Ｚｎ拡散を用いたが、Ｂｅ等のｐ型ドーパントのイオン注入によってもｐ型の導電領域を形成することが可能である。
【００８７】
＜第４の実施形態＞
第１から第３の実施形態に係る面発光レーザにおいて、基板、基板側のＤＢＲミラーのドーピング構成または電極構成等を変えることにより、波長可変の面発光レーザを実現することができる。
【００８８】
図１６は、第４の実施形態に係る面発光レーザの概略断面図である。同図に示すように、本実施形態では、ｐ型の基板であるｐ−ＩｎＰ基板４０１を使用し、ｎ型のスペーサ層であるｎ−ＩｎＰスペーサ層４０５の直下のＩｎＧａＡｓ層４２０をノンドープ層とすると共に、ＩｎＧａＡｓ層４２０の下のペア４２１をｐ型のｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓとする。更に、ＦｅドープＩｎＰ４０９の一部をエッチングして、ｎ−ＩｎＰスペーサ層４０５からｎ電極４２２をウエハ表面に引き出す。
【００８９】
ｎ−ＩｎＰスペーサ層４０５をアースとして、ウエハ表面のｐ電極４１２から順方向電流を注入することでレーザ発振を行う。この際に、ｐ−ＩｎＰ基板４０１の裏面の基板裏面ｐ電極４１３に逆バイアスを印加し、ｎ−ＩｎＰスペーサ層４０５の直下のエアギャップの間隔を変化させることにより、面発光レーザに波長可変の機能をもたせることができる。
【００９０】
また、他の例では、エアギャップのＤＢＲミラー４１５における、ｎ−ＩｎＰスペーサ層４０５から数えて２番目のエアギャップ部のＩｎＧａＡｓ層（ｐ−ＩｎＰ基板４０１から３番目）をノンドープ層とすると共に、当該ノンドープ層より上のＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓのペア層１つをｎ型、下のＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓのペア層をｐ型とする。この構造において、基板裏面ｐ電極４１３に逆方向電圧を印加し、ｎ−ＩｎＰスペーサ層４０５の直下のエアギャップ（スペーサ層４０５から１番目）及びその下のエアギャップ（スペーサ層４０５から２番目以下）の間隔を変化させることによっても、波長可変の機能をもたせることができる。
【００９１】
この場合、ｎ−ＩｎＰスペーサ層４０５の直下のエアギャップ間隔は大きくなり、その下のエアギャップ間隔は小さくなるが、レーザ活性層４０４に近いエアギャップの影響力が大きいために、ｎ−ＩｎＰスペーサ層４０５の直下のエアギャップ間隔におおよそ依存して波長は変化する。
【００９２】
＜第５の実施形態＞
図１７から図２１は、第５の実施形態に係る面発光レーザの製作方法を示す図であり、作製における各工程を面発光レーザの概略断面図を用いて示してある。
【００９３】
図１７に示すように、まず、ｎ−ＩｎＰ基板５０１の上に、一回の成長によりエピタキシャル成長層を形成する。エピタキシャル成長層は、ｎ−ＩｎＰ基板５０１側から順に、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層５０２と、ｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア５０３と、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０５と、レーザ活性層５０４と、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０６と、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア５０７とから構成される。
【００９４】
ｎ−ＩｎＰ基板５０１側のＤＢＲミラー部は、ｎ−ＩｎＰ基板５０１の方からｎ−ＩｎＧａＡｓ層５０２とｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア５０３とから構成される。なお、同図には、ｎ−ＩｎＰ層とｎ−ＩｎＧａＡｓ層とが交互に３ペア積層したｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア５０３を図示した。ｎ−ＩｎＧａＡｓ層５０２に接するペア５０３の最下層はｎ−ＩｎＰ層となる。
【００９５】
ｎ−ＩｎＧａＡｓ層（n-InGaAs層５０２及びn-InP/n-InGaAsのペア５０３中のn-InGaAs層）の厚さは、後述するエアギャップ（図２１のエアギャップのＤＢＲミラー（下）５１５参照）を形成したときのλ0の４分の１の奇数倍となる厚さであり、本実施形態では発振波長λ0の４分の１の１倍であるλ0／４とした。一方、ｎ−ＩｎＰ層（n-InP/n-InGaAsのペア５０３中のn-InP層）の厚さは、発振波長λの４分の１の奇数倍となる厚さである。
【００９６】
レーザ活性層５０４は１．５５μｍ波長の多重量子井戸（厚さ：λ／２）により構成され、レーザ活性層５０４のｎ−ＩｎＰ基板５０１側にはｎ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０５、逆の表面側にはｐ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０６が配設されている。レーザ活性層５０４と２つのスペーサ層５０５，５０６の合計の厚さはλの整数倍になるようにしてある。また、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０５及びｐ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０６のバンドギャップ波長λgは１．２μｍである。
【００９７】
表面側のＤＢＲミラー部は、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア５０７から構成される。ｐ型ドーパントはＺｎである。ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア５０７を構成する各層の厚さについては、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層の厚さはＩｎＧａＡｓＰ中における発振波長λの４分の１の奇数倍となる厚さであり、ｐ−ＩｎＰ層の厚さはＩｎＰ中における発振波長λの４分の１の奇数倍となる厚さである。
【００９８】
なお、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層のバンドギャップ波長λgは１．３μｍである。また、同図には、ｐ−ＩｎＰ層とｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層とが交互に５ペア積層したｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア５０７を図示した。ｐ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０６に接するペア５０７の最下層はｐ−ＩｎＰ層となる。
【００９９】
スペーサ層５０６のｐ−ＩｎＧａＡｓＰ、表面側のＤＢＲミラー部を構成するペア５０７のｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのキャリア濃度は、共振器内損失が増加するため、１×１０18／ｃｍ3以上にすることはできない。
【０１００】
次に、図１８に示すように、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア５０７の層部分、レーザ活性層５０４とｐ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０６とからなる層部分、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層５０２とｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア５０３とｎ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０５とからなる層部分がそれぞれ階段状となるように、ドライエッチング又はウエットエッチングにより加工し、メサ構造とする。
【０１０１】
この後、図１９に示すように、絶縁マスクなしでウエハ全面にＦｅドープＩｎＰ５０９を成長させる。この際に、同図に示すように、ＦｅドープＩｎＰ５０９における、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０６、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア５０７から構成される表面側のＤＢＲミラー部の周囲に、ＺｎとＦｅの相互拡散により、ｐ型の導電領域５１０が形成される。
【０１０２】
ＦｅドープＩｎＰ５０９を成長させた後、ＦｅドープＩｎＰ５０９の上表面におけるｐ型の導電領域５１０の上方以外の表面をＳｉＮ膜５１１によりマスクする。
【０１０３】
この後、図２０に示すように、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア５０７の最表面のｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層及びｐ型の導電領域１１０の一部が露出するように、ＦｅドープＩｎＰ５０９の選択エッチングを行う。
【０１０４】
また、ＺｎとＦｅの相互拡散によって形成されたｐ型の導電領域５１０の表面の発振領域付近のみにｐ電極ｌ１２を形成し、ｎ−ＩｎＰ基板５０１の裏面全域を研磨後、裏面全域にｎ電極５１３を形成する。
【０１０５】
次に、図２１に示すように、表面側の反射鏡を追加するために、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア５０７の上にＳｉＯ2／ＴｉＯ2の誘電体層のペア５１４を形成する。この際、ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア５０７の最表面のｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層には、ＳｉＯ2／ＴｉＯ2の誘電体層のペア５１４のＳｉＯ2層が接するようにする。
【０１０６】
最後に、基板側のＤＢＲミラー部の端面にエッチング液を作用させ、基板側のＤＢＲミラー部を構成するｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア５０３の内のｎ−ＩｎＧａＡｓ層と、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層５０２とをエッチングし、レーザ活性層５０４の下に、ｎ−ＩｎＰスペーサ層５０５を介して、エアギャップのＤＢＲミラー５１５を形成する。
【０１０７】
以上の作製工程により、本実施形態に係る面発光レーザ素子を作製することができる。すなわち、本実施形態に係る面発光レーザでは、メサ状に形成された反射鏡（ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア５０７から構成）の側壁面外部に「導電部」であるｐ型の導電領域５１０が形成されている。
【０１０８】
本実施形態に係る面発光レーザを作動させる際には、ｐ型のキャリアは、ｐ電極５１２からＺｎとＦｅの相互拡散によって形成されたｐ型の導電領域５１０を導電して、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層５０６を介してレーザ活性層５０４に注入される。表面側のＤＢＲミラー部を構成するメサ構造のサイズ（幅）は、注入キャリアがレーザ活性層５０４内で均一に分布するように、キャリアの拡散長を考慮して５〜１０μｍとしている。
【０１０９】
本実施形態に係る面発光レーザは、ＦｅドープＩｎＰ３０９がメサ構造の左右２面（メサの高さ方向の側壁面）に接しているため、レーザ活性層２０４の発光部で発生する熱に対して、放散性の高い構造ともなっている。
【０１１０】
本実施形態においても、第２の実施形態で示したように、Ｚｎの拡散により高濃度のＺｎを含有するＺｎ拡散領域（図７（ｂ）符号２１６参照）をメサ構造の周囲に露出させておくことにより、ＦｅドープＩｎＰ５０９の成長時にＺｎとＦｅの相互拡散を生じさせることができる結果、相互拡散域を広げ、またｐ型キャリア濃度を高くすることもできる。
【０１１１】
また、第２の実施形態で示したように、Ｚｎ拡散法を用いた場合、表面側のＤＢＲミラーを構成するＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰとのペア５０７について、ノンドープ層または１×１０18／ｃｍ3以下のｎ型ドーピングとすることも可能である。ノンドープまたはｌ×１０18／ｃｍ3以下のｎ型ドーピングとすることにより、ｐ型キャリアによる共振器内損失がなくなるため、更に高性能の面発光レーザとすることができる。
【０１１２】
更に、第３の実施形態で示したように、ＦｅドープＩｎＰの成長時に相互拡散によるｐ型の導電領域を形成しなくとも、ＦｅドープＩｎＰの成長後にＦｅドープＩｎＰ層へのＺｎの拡散等により表面側のＤＢＲミラーの周囲にｐ型の導電領域を形成することも可能である。
【０１１３】
また、第４の実施形態で示したような、波長可変の機能をもたせることも可能である。
【０１１４】
【発明の効果】
本発明によれば、エアギャップ／半導体のＤＢＲミラー構造を有する面発光レーザ、及び半導体同士を積層した反射鏡を有する埋め込み構造の面発光レーザにおいて、電流注入型の励起方法を適用することができると共に、エアギャップの低い熱伝導性を克服することにより高出力のレーザ発振を得ることができる。また、反射鏡材料の低キャリア濃度及びバンド不連続によるシリーズ抵抗の増加を回避することができ、低抵抗化、高出力化及び高発振温度化を実現した面発光レーザとすることができる。
【０１１５】
更に、エアギャップ／半導体のＤＢＲミラー構造を有する面発光レーザでは、基板上に成長させるエピタキシャル層の全厚を小さくすることができるため、経済的であり、歩留まりを向上させることができる。また、ポンピング用のレーザを用いないため、部品数の削減、構成の簡易化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図９】第２の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図１０】第２の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図１１】第３の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図１２】第３の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図１３】第３の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図１４】第３の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図１５】第３の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図１６】第４の実施形態に係る面発光レーザの概略断面図である。
【図１７】第５の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図１８】第５の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図１９】第５の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図２０】第５の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【図２１】第５の実施形態に係る面発光レーザの製作方法の一工程を示す図である。
【符号の説明】
１０１ ｎ−ＩｎＰ基板
１０２ ｎ−ＩｎＧａＡｓ層
１０３ ｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア
１０４ レーザ活性層
１０５ ｎ−ＩｎＰスペーサ層
１０６ ｐ−ＩｎＰスペーサ層
１０７ ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア
１０８ ｐ−ＩｎＧａＡｓ層
１０９ ＦｅドープＩｎＰ
１１０ ｐ型の導電領域
１１１ ＳｉＮ膜
１１２ ｐ電極
１１３ ｎ電極
１１４ エアギャップのＤＢＲミラー（上）
１１５ エアギャップのＤＢＲミラー（下）
１１７ ｐ−ＩｎＰ層
１１８ ｎ−ＩｎＰ層
２０１ ｎ−ＩｎＰ基板
２０２ ｎ−ＩｎＧａＡｓ層
２０３ ｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア
２０４ レーザ活性層
２０５ ｎ−ＩｎＰスペーサ層
２０６ ｐ−ＩｎＰスペーサ層
２０７ ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア
２０８ ｐ−ＩｎＧａＡｓ層
２０９ ＦｅドープＩｎＰ
２１０ ｐ型の導電領域
２１１ ＳｉＮ膜
２１２ ｐ電極
２１３ ｎ電概
２１４ エアギャップのＤＢＲミラー（上）
２１５ エアギャップのＤＢＲミラー（下）
２１６ Ｚｎ拡散領域
２１７ ｐ−ＩｎＰ層
２１８ ｎ−ＩｎＰ層
３０１ ｎ−ＩｎＰ基板
３０２ ｎ−ＩｎＧａＡｓ層
３０３ ｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア
３０４ レーザ活性層
３０５ ｎ−ＩｎＰスペーサ層
３０６ ｐ−ＩｎＰスペーサ層
３０７ ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓのペア
３０８ ＩｎＧａＡｓ層
３０９ ＦｅドープＩｎＰ
３１０ ｐ型の導電領域
３１１ ＳｉＮ膜
３１２ ｐ電極
３１３ ｎ電極
３１４ エアギャップのＤＢＲミラー（上）
３１５ エアギャップのＤＢＲミラー（下）
３１７ ＩｎＰ層
３１８ ｎ−ＩｎＰ層
４０１ ｐ−ＩｎＰ基板
４０４ レーザ活性層
４０５ ｎ−ＩｎＰスペーサ層
４０６ ｐ−ＩｎＰスペーサ層
４０９ ＦｅドープＩｎＰ
４１０ ｐ型の導電領域
４１１ ＳｉＮ膜
４１２ ｐ電極
４１３ 基板裏面ｐ電極
４１４ エアギャップのＤＢＲミラー（上）
４１５ エアギャップのＤＢＲミラー（下）
４２０ ＩｎＧａＡｓ層
４２１ ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓのペア
４２２ ｎ電極
５０１ ｎ−ＩｎＰ基板
５０２ ｎ−ＩｎＧａＡｓ層
５０３ ｎ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓのペア
５０４ レーザ活性層
５０５ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層
５０６ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層
５０７ ｐ−ＩｎＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓＰのペア
５０９ ＦｅドープＩｎＰ
５１０ ｐ型の導電領域
５１１ ＳｉＮ膜
５１２ ｐ電極
５１３ ｎ電極
５１４ ＳｉＯ2／ＴｉＯ2のペア
５１５ エアギャップのＤＢＲミラー
５１８ ｎ−ＩｎＰ層
Claims (10)
- エアギャップと半導体層との交互積層からなる反射鏡とレーザ活性層とを有する面発光レーザにおいて、
メサ状に形成された前記反射鏡の側壁面外部に導電部を設け、
前記反射鏡は半絶縁性材料により埋め込まれており、前記半絶縁性材料における前記反射鏡の側壁面の周囲の一部領域が前記導電部となっている
ことを特徴とする面発光レーザ。 - 複数種類の半導体層の交互積層からなる反射鏡とレーザ活性層とを有する面発光レーザにおいて、
メサ状に形成された前記反射鏡の側壁面外部に導電部を設け、
前記反射鏡は半絶縁性材料により埋め込まれており、前記半絶縁性材料における前記反射鏡の側壁面の周囲の一部領域が前記導電部となっている
ことを特徴とする面発光レーザ。 - 請求項１又は２に記載する面発光レーザにおいて、
前記導電部は、前記半絶縁性材料における前記反射鏡の側壁面の一部領域へのｐ型ドーパントの拡散により形成された
ことを特徴とする面発光レーザ。 - 請求項３に記載する面発光レーザにおいて、
前記ｐ型ドーパントの拡散は、前記反射鏡を構成する半導体にドープされたｐ型ドーパントの拡散である
ことを特徴とする面発光レーザ。 - 請求項３又は４に記載する面発光レーザにおいて、
前記半絶縁性材料は、鉄、コバルト、クロム又はマンガンのいずれかがドープされたＩｎＰ系の半導体である
ことを特徴とする面発光レーザ。 - 請求項１ないし５のいずれかに記載され、少なくとも１つのエアギャップと半導体層との交互積層からなる反射鏡を有する面発光レーザにおいて、
前記反射鏡を構成する１つのエアギャップを介して一方に存在する半導体層がｐ型であり、他方に存在する半導体層がｎ型である
ことを特徴とする面発光レーザ。 - レーザ活性層の上に複数積層されたｐ型の半導体層からなるメサ状の多層膜を半絶縁性材料で埋め込み、前記半導体層にドープされたｐ型ドーパントを前記半絶縁性材料へ拡散させ、前記半絶縁性材料における前記メサ状の多層膜の側壁面の周囲の一部に導電部を形成する
ことを特徴とする面発光レーザの作製方法。 - レーザ活性層の上に複数積層された半導体層からなるメサ状の多層膜を半絶縁性材料で埋め込み、前記半絶縁性材料における前記メサ状の多層膜の側壁面の周囲の一部領域にｐ型ドーパントの拡散又はｐ型ドーパントのイオン注入を行い、当該一部領域部分に導電部を形成する
ことを特徴とする面発光レーザの作製方法。 - レーザ活性層の上に複数積層されたノンドープの半導体層からなる多層膜又はキャリア濃度が１×１０１８／ｃｍ3以下のｎ型半導体層からなる多層膜の一部にｐ型ドーパントを拡散させ、メサ状に加工された後の多層膜の一部に前記ｐ型ドーパントの拡散領域が残存するように前記多層膜をメサ状に加工し、当該メサ状の多層膜を半絶縁性材料で埋め込み、前記メサ状の多層膜の一部に残存した前記ｐ 型ドーパントを前記半絶縁性材料へ拡散させ、前記半絶縁性材料における前記メサ状の多層膜の側壁面との接触部分に導電部を形成する
ことを特徴とする面発光レーザの作製方法。 - 請求項７ないし９のいずれかに記載する面発光レーザの作製方法において、
前記半絶縁性材料は、鉄、コバルト、クロム又はマンガンのいずれかがドープされたＩｎＰ系の半導体である
ことを特徴とする面発光レーザの作製方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003052310A JP4062608B2 (ja) | 2003-02-28 | 2003-02-28 | 面発光レーザ及びその製作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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