JP4605024B2 - 面発光型半導体レーザ - Google Patents

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Description

本発明は、面発光型半導体レーザに関する。
近年、面発光型半導体レーザにおける情報量の拡大、及び用途の多様化等により発振モード数を削減しつつ高出力化することが望まれている。一般には、共振器体積を小さくすることにより、モード数を削減することができる。
一方、半導体レーザの出力は、注入される電流値とともに大きくなり、ある電流値において最大値(ロールオフ点)に達する。半導体レーザでは、電流注入によりデバイス温度が上昇するとともに、利得スペクトルがシフトし、ある温度で利得が最大値を迎えるためである。共振器体積が小さい場合、デバイス温度が上昇しやすく、低い電流値でロールオフ点に達するため十分な出力や電流駆動範囲が得られない場合がある。十分な出力が得られない場合、駆動点とロールオフが近づくため、駆動電流範囲を狭くしなければ、環境温度による出力のゆらぎが大きくなってしまう。そこで、デバイス温度の上昇を防止するために、特許文献1には、発光部の周辺部に電流狭窄部に達するまで溝を掘り、この溝上に直接電極を形成する方法が開示されている。これにより、発熱部から電極までの距離を短くして放熱性を高めている。
特開2003−86895号公報
本発明の目的は、モード数を削減することができ、かつ高出力化の可能な面発光型半導体レーザを提供することにある。
本発明にかかる面発光型半導体レーザは、
第1ミラーと、
前記第1ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第2ミラーと、
前記活性層の上方または下方に形成された電流狭窄層と、
前記活性層の上方に形成され、光の出射方向と垂直な面内に配列された回折格子と、
を含み、
前記回折格子によって周囲を囲まれた光閉じこめ領域は、平面視において前記電流狭窄層に囲まれた領域の内側に形成されている。
本発明にかかる面発光型半導体レーザおいて、
少なくとも前記活性層、前記第2ミラー、および前記電流狭窄層によって構成される第1の柱状部を含み、
前記第1の柱状部は、前記活性層と前記電流狭窄層とを有する第3の柱状部と、当該第3の柱状部の上方に形成された第2の柱状部とを含み、
前記第3の柱状部の上面かつ前記第2の柱状部の周囲に形成された電極をさらに含むことができる。
本発明にかかる面発光型半導体レーザおいて、
前記第2ミラーの上方に形成された放熱膜をさらに含むことができる。
本発明にかかる面発光型半導体レーザおいて、
前記放熱膜は、光透過性を有することができる。
本発明にかかる面発光型半導体レーザおいて、
前記放熱膜は、導電性材料からなり、
前記第2ミラーと前記放熱膜との間に光透過性を有する絶縁膜をさらに含むことができる。
本発明にかかる面発光型半導体レーザおいて、
前記第2ミラーの上方の全面に形成された導電膜と、
前記導電膜の上方に形成された第1の放熱膜と、
前記第1の放熱膜の上方に形成された第2の放熱膜と、
をさらに含み、
前記導電膜は、当該面発光型半導体レーザを駆動するための電極として機能し、
前記第2の放熱膜は、導電性材料からなり、前記導電膜と電気的に接続されていることができる。
本発明にかかる面発光型半導体レーザおいて、
前記第2ミラーの上方に形成された誘電体ミラーをさらに含み、
前記回折格子は、前記誘電体ミラーと前記活性層との間に形成されることができる。
本発明にかかる面発光型半導体レーザおいて、
光の出射方向と垂直な面内に、複数の回折格子が配列されており、
回折格子を構成する格子と格子の隙間に前記誘電体ミラーの一部が形成されていることができる。
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
1.面発光型半導体レーザ
図1は、実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ100を模式的に示す断面図である。図2は、実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ100を模式的に示す平面図である。図1は、図2に示すE−E線に沿った断面を示す図である。
面発光型半導体レーザ100は、基板101と、第1ミラー102と、活性層103と、第2ミラー104とを含む。面発光型半導体レーザ100は、垂直共振器を有し、図1に示すように、柱状の半導体堆積体(以下「第1の柱状部120」とする)を含むことができる。第1の柱状部120は、第1ミラー102の一部、活性層103および第2ミラー104によって構成され、上部に設けられた第2の柱状部130および下部に設けられた第3の柱状部140を有する。第2の柱状部130は、第2ミラー104を有し、第3の柱状部140は、第1ミラー102、活性層103および第2ミラー104を有する。第2の柱状部130は、第3の柱状部140の上面に形成され、平面視において、第3の柱状部140の径より大きい径を有する。
基板101は、半導体基板からなることができ、たとえばn型GaAs基板からなることができる。第1ミラー102は、例えば、n型Al0.9Ga0.1As層とn型Al0.15Ga0.85As層とを交互に積層した40ペアの分布反射型多層膜ミラーからなることができる。活性層103は、GaAsウエル層とAl0.3Ga0.7Asバリア層からなり、ウエル層が3層で構成される量子井戸構造を含むことができる。第2ミラー104は、例えば、p型Al0.9Ga0.1As層とp型Al0.15Ga0.85As層とを交互に積層した25ペアの分布反射型多層膜ミラーからなることができる。
第2ミラー104は、たとえば炭素(C)がドーピングされることによりp型にされ、第1ミラー102は、たとえばケイ素(Si)がドーピングされることによりn型にされている。したがって、p型の第2ミラー104、不純物がドーピングされていない活性層103、およびn型の第1ミラー102により、pinダイオードが形成される。なお、本実施の形態において、第1の柱状部120は、平面視において、円形状を有するとしたが、この形状は任意の形状をとることができる。
第2ミラー104は、活性層の近領域に形成された電流狭窄層105をさらに有する。電流狭窄層105は、酸化狭窄層またはプロトン打ち込み領域により形成される。電流狭窄層105は、たとえばAlGa1-xAs(x>0.95)層を側面から酸化することにより得られ、平面視においてリング形状を有することができる。
面発光型半導体レーザ100は、第2ミラー104上に複数の格子106、107、108、109を有し、これらにより円形の回折格子が構成される。回折格子を構成する各格子106、107、108、109は、面発光型半導体レーザ100が出射する光の出射方向と垂直な面内に配列するように設けられている。格子106、107、108、109は、図2に示すようにそれぞれリング形状を有し、互いに同心円上に形成されている。回折格子110(格子107〜109)に囲まれた領域において、内側に向かって回折光を反射させることによって光閉じこめが行われ、この光閉じこめ領域、すなわち格子107の内側は、平面視において電流狭窄層105に囲まれた領域の内側に形成される。即ち、光閉じこめ領域の径Bは、電流狭窄層105の内径Aより小さい。
格子106とその外側に形成されている格子107との間隔Cは、格子106の径と同一であることができる。すなわち格子間隔Cは、所望の発振モードの見た目上の横方向の波の周期をλとし、周期構造の平均屈折率をnとした場合に、たとえばλ/2nであることができる。したがって、この場合光閉じ込めを行う領域の径Bは、3λ/2nであることができる。即ち、格子106〜109が吸収材料からなるため、格子107を所望の発振モードの節となる位置に挿入することで、そのモードの発振を妨げることなく、それ以外のモードに損失を加えることができる。
なお、面発光型半導体レーザ100は、格子106と格子107との間にさらに1以上の格子を有してもよく、この1以上の格子は、所望の発振モードの節となる位置に挿入され、その格子間隔は、互いに等間隔でたとえばλ/2nであることが好ましいが、これに限定されるわけではない。また、回折格子110において、格子107と格子108との間隔および格子108と格子109との間隔Dは、たとえばλ/4nであることができる。これにより、回折光を効率的に反射させることができる。
また、格子106、107、108、109の断面形状は、たとえば円筒形状のような対称性形状に限られず、たとえば円錐形状などテーパーを有する非対称性形状であってもよい。
以上の構成により、格子107の内側において光が閉じこめられ、発振モード数は、光閉じこめ領域によって決定される一方、電流閉じこめは、電流狭窄層105において行われるため、電流狭窄層105の内径Aを大きくすることにより、抵抗によるジュール熱の発熱を低減でき、かつ局所的な温度上昇を防ぐことができるため、ロールオフする電流値を大きくし高出力化することができる。また、高出力化によりロールオフを迎える電流が駆動電流範囲から離れるため、広い温度範囲での動作を可能とすることができる。即ち、電流狭窄層105の内径Aを大きくし、同時に光閉じこめ領域110の径Bを小さくすることにより、発振モード数を低減するとともに高出力化することができる。
なお、光閉じこめ領域の径Bは、所望のモード数、設計波長等に応じて適宜調整することができる。
また、面発光型半導体レーザ100は、第1電極114および第2電極116をさらに含む。この第1電極114および第2電極116は、面発光型半導体レーザ100を駆動するために使用される。
具体的には、図1に示すように、第1電極114は、第2ミラー104の上面に形成される。第1電極114は、より具体的には第3の柱状部140の上面に形成される。第2電極116は、半導体基板101の裏面に形成される。第1電極114は、たとえば図2に示すようなリング状の平面形状を有することができる。また第1電極114は、第2ミラー104の上面に接するリング形状部から引き出された直線形状の引き出し部を有してもよい。
このように、第1電極114が活性層103の近傍に設けられることにより、第2ミラー104に電流が流れる距離を短くすることができる。これによって、抵抗を低くし、発生する熱を低減することができる。なお、本実施の形態では、第2電極116は半導体基板101の裏面に設けられているが、第1ミラー102の上面に設けられていてもよい。
第2電極116は、例えば金(Au)とゲルマニウム(Ge)の合金と、金(Au)との積層膜からなる。また、第1電極114は、例えば白金(Pt)、チタン(Ti)および金(Au)の積層膜からなる。第1電極114と第2電極116とによって活性層103に電流が注入される。なお、第1電極114および第2電極116を形成するための材料は、前述したものに限定されるわけではなく、例えば金(Au)と亜鉛(Zn)との合金などが利用可能である。面発光型半導体レーザ100は、第1電極114の内側が出射面となり、上方に向かって光を出射することができる。
なお、本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ100は、上述した回折格子110の周囲にさらに1以上の回折格子を有してもよい。このとき回折格子を構成する各格子の間隔は、上述した回折格子110と同じであってもよいし、異なってもよい。
2.面発光型半導体レーザの製造方法
次に、本発明を適用した実施の形態に係る面発光型半導体レーザ100の製造方法の一例について、図3〜図5を用いて説明する。図3〜図5は、図1および図2に示す面発光型半導体レーザ100の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図1に示す断面図に対応している。
(1)まず、n型GaAs層からなる基板101の表面に、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、図3に示すように、半導体多層膜が形成される。ここで、半導体多層膜は、例えば、n型Al0.9Ga0.1As層とn型Al0.1Ga0.9As層とを交互に積層した第1ミラー102a、GaAsウエル層とAl0.3Ga0.7Asバリア層からなり、ウエル層が3層で構成される量子井戸構造を含む活性層103a、p型Al0.9Ga0.1As層とp型Al0.1Ga0.9As層とを交互に積層した第2ミラー104a、p型GaAs層を含む光吸収層106aからなることができる。ただし、吸収効果を高次モードの抑制に用いる必要がない場合は、必ずしも吸収材料である必要はない。
エピタキシャル成長を行う際の温度は、成長方法や原料、基板101の種類、あるいは形成する半導体多層膜の種類、厚さ、およびキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、450℃〜800℃であるのが好ましい。また、エピタキシャル成長を行う際の所要時間も、温度と同様に適宜決定される。また、エピタキシャル成長させる方法としては、有機金属気相成長(MOVPE:Metal−Organic Vapor Phase Epitaxy)法や、MBE法(Molecular Beam Epitaxy)法、あるいはLPE法(Liquid Phase Epitaxy)を用いることができる。
(2)次に、公知のリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、第1ミラー102a、活性層103a、第2ミラー104a、および光吸収層106aを所望の形状にパターニングして、第1の柱状部120を形成する(図4参照)。具体的には、第1ミラー102a、活性層103a、および第2ミラー104aの下部をパターニングすることにより第3の柱状部140を形成し、第2ミラー104aの上部および光吸収層106aをパターニングすることにより第2の柱状部130を形成する。
さらに光吸収層106aに対しては、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術ならびに電子ビーム加工技術等を施して、複数の格子106、107、108、109を形成する。
(3)次に、例えば400℃程度の水蒸気雰囲気中に、柱状部120を投入することにより、前述の第2ミラー104中のAl組成が高い層を側面から酸化して、電流狭窄層105が形成される(図5参照)。ここで電流狭窄層105の内径が格子107の径より大きくなるように、投入時間等を調整する。
酸化レートは、炉の温度、水蒸気の供給量、酸化すべき層のAl組成および膜厚に依存する。酸化により形成される電流狭窄層105を備えた面発光型半導体レーザ100では、駆動する際に、電流狭窄層105が形成されていない部分(酸化されていない部分)のみに電流が流れる。従って、酸化によって電流狭窄層105を形成する工程において、形成する電流狭窄層105の範囲を制御することにより、電流経路の制御が可能となる。
(4)次いで、図1に示すように、第1電極114および第2電極116が形成される。まず、各電極を形成する前に、必要に応じて、プラズマ処理法等を用いて、電極の形成領域を洗浄する。これにより、より安定した特性の素子を形成することができる。
次に、第1電極114および第2電極116の形成領域以外にフォトレジストを設け、例えば真空蒸着法により、電極用導電性材料の単層または積層膜(図示せず)を形成する。次に、公知のリフトオフ技術を用いて、所定の位置以外(フォトレジストを残した部分)の積層膜を除去することで、所望の領域に電極を形成することができる。
次いで、必要に応じて、たとえば窒素雰囲気中において、アニール処理を行う。アニール処理の温度は、例えば400℃前後で行う。アニール処理の時間は、例えば3分程度行う。
以上の工程を、電極ごとに行っても良いし、複数の電極を同時に形成してもよい。なお、第2電極116は、例えば金(Au)とゲルマニウム(Ge)の合金、および金(Au)の積層膜によって形成される。第1電極114は、たとえば白金(Pt)、チタン(Ti)および金(Au)の積層膜によって形成される。なお、電極の材質は、上記のものに限定されず、公知の金属、合金、あるいはそれらの積層膜を用いることができる。
以上の工程により、図1および図2に示すように、本実施形態の面発光型半導体レーザ100が得られる。
3.変形例
次に、図面を参照しながら本実施の形態に係る変形例について説明する。
3.1.第1の変形例
図6は、第1の変形例にかかる面発光型半導体レーザ200を模式的に示す断面図である。第1の変形例にかかる面発光型半導体レーザ200は、透明絶縁膜201および放熱膜202をさらに備える点で本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ100と異なる。透明絶縁膜201は、面発光型半導体レーザ200が出射する光を透過し、かつ絶縁性材料からなる。透明絶縁膜201は、たとえば窒化シリコン(SiN)薄膜からなることができる。窒化シリコン薄膜は、光透過性および絶縁性を有するだけでなく、耐酸化性に優れているため、面発光型半導体レーザ200が酸化されて変質するのを防止することができる。放熱膜202は、面発光型半導体レーザ200が出射する光を透過し、かつ熱伝導率が高い材料からなる。放熱膜202は、少なくとも面発光型半導体レーザ300の出射面の上方の領域で光を透過し、かつ熱伝導率が高い材料からなる。放熱膜202は、たとえば、炭化シリコン(SiC)、ダイヤモンド(ダイヤモンド・ライク・カーボン)、サファイヤからなることができる。
透明絶縁膜201および放熱膜202は、面発光型半導体レーザ200が出射する光を透過する材質からなるため、面発光型半導体レーザ200は、上方にレーザ光を出射することができる。また、面発光型半導体レーザ200は、透明絶縁膜201および放熱膜202を備えることから、放熱性を高めることができる。これにより、電流注入時においてデバイス温度が上昇するのを抑制することができる。
次に、面発光型半導体レーザ200の製造方法の一例について説明する。本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ100の製造工程(1)〜(3)を行った後に、透明絶縁膜201を形成する。透明絶縁膜201は、公知の方法で成膜およびパターニングされる。透明絶縁膜201としての窒化シリコン薄膜の成膜は、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)を用いることができる。
次に、上述した方法により第1電極214および第2電極116を形成し、放熱膜202を成膜する。放熱膜202としては、上述したように炭化シリコン、ダイヤモンド、サファイヤ等を用いることができる。炭化シリコンおよびサファイヤの成膜方法としては、たとえばスパッタ法を挙げることができる。ダイヤモンドの成膜方法としては、たとえばCVD法、スパッタ法、熱電子衝撃法を挙げることができる。次いで、エッチング等によりパターニングを行うことにより、第1電極214の引き出し部を露出させてもよい。また、予め引き出し部の上面にレジスト層を残しておき、成膜後に当該レジスト層を除去するリフトオフ工程によって、第1電極214の引き出し部を露出させてもよい。
以上の工程により、面発光型半導体レーザ200を製造することができる。なお、第1の変形例にかかる面発光型半導体レーザ200の他の構成および製造工程については、本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ100の構成および製造工程と同様であるので説明を省略する。
3.2.第2の変形例
図7は、第2の変形例にかかる面発光型半導体レーザ300を模式的に示す断面図である。第2の変形例にかかる面発光型半導体レーザ300は、導電膜301、第1の放熱膜302、第2の放熱膜303、および絶縁膜306をさらに備え、第1電極114を備えない点で本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ100と異なる。また、第2の変形例にかかる面発光型半導体レーザ300は、下方にレーザ光の出射面305を有する点で、上方に出射面を有する面発光型半導体レーザ100と異なる。
導電膜301は、たとえば金錫(AuSn)等の導電性材料からなり、面発光型半導体レーザ300を駆動するための電極として機能することができる。導電膜301は、誘電体層305を覆うように形成され、第2ミラー304の上面に接する。
第1の放熱膜302は、導電膜301の上方に形成される。第1の放熱膜302は、熱伝導率が高い材料からなる。第1の放熱膜302は、たとえば、炭化シリコン(SiC)、ダイヤモンド(ダイヤモンド・ライク・カーボン)、サファイヤからなることができる。第2の放熱膜303は、第1の放熱膜302の上方に形成される。第2の放熱膜303は、熱伝導率が高い材料からなる。また、第2の放熱膜303が、銅等の導電性材料である場合には、導電膜301と電気的に接続することにより配線として機能することができる。絶縁膜306は、第2ミラー104、電流狭窄層105および活性層103の周囲および第1ミラー102の上面を覆うように形成される。
半導体基板101としては、面発光型半導体レーザ300が出射する光を透過する透明基板を用いることが好ましい。若しくは半導体基板として透明基板を用いない場合には、第1ミラー102aを積層する前に基板101の上にエッチングストップ層を設けておき、裏面からエッチングすることで出射口を設ける。半導体基板101の裏面には、第2電極316が形成され、第2電極316に囲まれた領域に出射面305を有する。これにより、面発光型半導体レーザ300は、下方にレーザ光を出射することができる。
次に、面発光型半導体レーザ300の製造方法の一例について説明する。まず、本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ100の製造工程(1)〜(3)を行った後に、絶縁膜306および第2電極316を形成する。絶縁膜306の材質は、特に限定されないが、たとえば窒化シリコン薄膜からなることができる。窒化シリコン薄膜の成膜は、上述した方法により行うことができる。
次いで第2の放熱膜303上に第1の放熱膜302を成膜した後に、ハンダ等の導電膜301を塗布する。次いで、第1ミラー102、活性層103および第2ミラー104を導電膜301に埋め込み、導電膜301を硬化させる。
以上の工程により、面発光型半導体レーザ300を製造することができる。このように、面発光型半導体レーザ300は、電極およびヒートシンクとして機能できる導電膜301を広い領域で第2ミラー104と接触させることができ、放熱性を高めることができる。これにより、電流注入時においてデバイス温度が上昇するのを抑制することができる。また面発光型半導体レーザ300は、熱伝導率の高い第1の放熱膜302および第2の放熱膜303を備えることにより、さらに放熱性を高めることができる。
なお、第2の変形例にかかる面発光型半導体レーザ300の他の構成および製造工程については、本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ100の構成および製造工程と同様であるので説明を省略する。
3.3.第3の変形例
図8は、第3の変形例にかかる面発光型半導体レーザ400を模式的に示す断面図である。第3の変形例にかかる面発光型半導体レーザ400は、第2ミラー404の上方にさらに誘電体層405を有する点で、本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ100と異なる。誘電体層405は、屈折率の異なる層が交互に積層されてミラーとして機能することができる。誘電体層405の平面形状は、たとえば、第2ミラー404より径の小さい円形状を有することができるが、これに限定されない。また第2ミラー404の上面には、複数の格子406、407、408、409が形成されている。これらの格子406〜409の隙間および外側に誘電体層405の一部が入りこんでいてもよい。
また、ミラーとして機能できる誘電体層405を第2ミラー404の上方に形成することによって、第2ミラー404の膜厚を薄くすることができる。これにより、格子406、407、408、409を活性層103の近傍に形成することができるため、より効果的に発振モードを制御することができる。なお、第3の変形例にかかる面発光型半導体レーザ400は、第2ミラー404を含まなくてもよく、この場合には、誘電体層405のみが上部ミラーとして機能することができる。
また第1電極114は、第2ミラー404の上面に形成されている。また第1電極114は、誘電体層405の周囲に形成されることができる。上述したように第3の変形例にかかる面発光型半導体レーザ400では、第2ミラー404の膜厚を薄くすることができるため、第1電極114を活性層103の近傍に形成することができ、第2ミラー404に電流が流れることによって発生する熱を低減することができる。
誘電体層405は、Ta、TiO、TiO、Ti、Si、SiO、SiN等を用いて形成され、たとえば、SiOとSiNとが交互に積層された膜からなることができる。誘電体層405の成膜は、例えばプラズマCVDやスパッタにより行われることができる。
このように誘電体層を用いてミラーを設けることにより、層間の屈折率比を大きくして、誘電体層を用いないでミラーを形成する場合と比べてペア数を削減することができる。これにより、材料資源を削減することができる。
なお、面発光型半導体レーザ400は、上述した格子409の周囲にさらに1以上の回折格子を有してもよい。このとき回折格子を構成する各格子の隙間だけでなく、格子409と周囲の回折格子との隙間にも誘電体層405の一部が入り込んでもよい。
なお、第3の変形例にかかる面発光型半導体レーザ400の他の構成および製造工程については、本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ100の構成および製造工程と同様であるので説明を省略する。
3.4.第4の変形例
図9は、第4の変形例にかかる面発光型半導体レーザ500を模式的に示す断面図である。第4の変形例にかかる面発光型半導体レーザ500は、誘電体層505、導電膜501、第1の放熱膜502、第2の放熱膜503、および絶縁膜526をさらに備え、第1電極114を備えない点で本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ100と異なる。また、第4の変形例にかかる面発光型半導体レーザ500は、下方にレーザ光の出射面515を有する点で、上方に出射面を有する面発光型半導体レーザ100と異なる。
導電膜501は、たとえば金錫(AuSn)等の導電性材料からなり、面発光型半導体レーザ500を駆動するための電極として機能することができる。導電膜501は、誘電体層505を覆うように形成され、第2ミラー504の上面に接する。
第1の放熱膜502は、導電膜501の上方に形成される。第1の放熱膜502は、熱伝導率が高い材料からなる。第1の放熱膜502は、たとえば、炭化シリコン(SiC)、ダイヤモンド(ダイヤモンド・ライク・カーボン)、サファイヤからなることができる。第2の放熱膜503は、第1の放熱膜502の上方に形成される。第2の放熱膜503は、熱伝導率が高い材料からなる。また、第2の放熱膜503が、銅等の導電性材料である場合には、導電膜501と電気的に接続することにより配線として機能することができる。絶縁膜526は、第2ミラー504、電流狭窄層105および活性層103の周囲および第1ミラー102の上面を覆うように形成される。
半導体基板101としては、面発光型半導体レーザ300が出射する光を透過する透明基板を用いることが好ましい。若しくは半導体基板として透明基板を用いない場合には、第1ミラー102aを積層する前に基板101の上にエッチングストップ層を設けておき、裏面からエッチングすることで出射口を設ける。半導体基板101の裏面には、第2電極516が形成され、第2電極516に囲まれた領域に出射面515を有する。これにより、面発光型半導体レーザ500は、下方にレーザ光を出射することができる。
次に、面発光型半導体レーザ500の製造方法の一例について説明する。まず、本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ100の製造工程(1)〜(3)を行った後に、上述した方法により誘電体層505を形成する。次に第2電極516を形成し、絶縁膜526を形成する。絶縁膜526の材質は、特に限定されないが、たとえば窒化シリコン薄膜からなることができる。窒化シリコン薄膜の成膜は、上述した方法により行うことができる。
次いで第2の放熱膜503上に第1の放熱膜502を成膜した後に、ハンダ等の導電膜501を塗布する。次いで、第1ミラー102、活性層103および第2ミラー404を導電膜501に埋め込み、導電膜501を硬化させる。
以上の工程により、面発光型半導体レーザ500を製造することができる。このように、面発光型半導体レーザ500は、電極およびヒートシンクとして機能できる導電膜501を広い領域で第2ミラー404と接触させることができ、放熱性を高めることができる。これにより、電流注入時において環境温度が上昇するのを抑制することができる。また面発光型半導体レーザ500は、熱伝導率の高い第1の放熱膜502および第2の放熱膜503を備えることにより、さらに放熱性を高めることができる。
なお、第4の変形例にかかる面発光型半導体レーザ500の他の構成および製造工程については、本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ100の構成および製造工程と同様であるので説明を省略する。
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、例えば、第3の変形例にかかる面発光型半導体レーザ400の上方に第1の変形例にかかる透明絶縁膜201および放熱膜202を設けてもよい。本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図。 本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す平面図。 本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造工程を示す図。 本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造工程を示す図。 本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造工程を示す図。 第1の変形例にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図。 第2の変形例にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図。 第3の変形例にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図。 第4の変形例にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図。
符号の説明
100 面発光型半導体レーザ、101 半導体基板、102 第1ミラー、103 活性層、104 第2ミラー、105 電流狭窄層、106、107、108、109 回折格子、114 第1電極、116 第2電極、120 第1の柱状部、130 第2の柱状部、140 第4の柱状部

Claims (7)

  1. 径の異なる複数の柱状の半導体堆積体からなる第1の柱状部を含む面発光型半導体レーザであって、
    半導体基板上に形成された第1ミラーと
    前記第1ミラーの上方に形成された活性層と、
    前記活性層の上方に形成された第2ミラーと、
    前記活性層の上方に形成され、光の出射方向と垂直な面内に配列された回折格子と、
    前記第1ミラー及び前記第2ミラーの上方に形成され前記第1ミラー及び前記第2ミラーの酸化防止と電気絶縁性を有する透明絶縁膜と、を含み、
    前記第1の柱状部は、第2の柱状部と前記第2の柱状部の下方に配置され前記第2の柱状部より大きい径の第3の柱状部とを有し、
    前記第2ミラーは、前記活性層の上方に形成された電流狭窄層と前記電流狭窄層の上方に形成された分布反射型多層膜ミラーとを有し、
    前記第2の柱状部は前記分布反射型多層膜ミラーの一部を有し、
    前記第3の柱状部は前記第1ミラーの一部、前記活性層、電流狭窄層、及び前記分布反射型多層膜ミラーの他方の一部を有し、
    前記第3の柱状部の外周から前記第2の柱状部に向けて前記第3の柱状部の上面にリング状に形成された第1電極が配置され、
    前記第1ミラーの下方には前記第1電極と対向する場所に第2電極が配置され、
    前記回折格子によって周囲を囲まれた光閉じこめ領域は、平面視において前記電流狭窄層に囲まれた領域の内側に形成されている、面発光型半導体レーザ。
  2. 請求項1において、
    前記回折格子は同心円状に形成され、前記光閉じこめ領域の直径をB、前記光閉じこめ領域内の格子間隔をC、前記光閉じこめ領域外の格子間隔をD、発振モードの見た目上の横方向の波の周期をλ、前記第1ミラーと前記第2ミラーと間で光が反復する場所の平均屈折率をnとするとき、
    B=3λ/2n、
    C=λ/2n、
    D=λ/4n、
    となっている、面発光型半導体レーザ。
  3. 請求項1または2において、
    前記第2ミラーの上方に形成された放熱膜をさらに含む、面発光型半導体レーザ。
  4. 請求項3において、
    前記放熱膜は、光透過性を有する、面発光型半導体レーザ。
  5. 請求項3または4において、
    前記放熱膜は、導電性材料からなり、
    前記第2ミラーと前記放熱膜との間に光透過性を有する絶縁膜をさらに含む、面発光型
    半導体レーザ。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項において、
    前記第2ミラーの上方に形成された誘電体ミラーをさらに含み、
    前記回折格子は、前記誘電体ミラーと前記活性層との間に形成される、面発光型半導体
    レーザ。
  7. 請求項6において、
    前記回折格子を構成する格子と格子の隙間に前記誘電体ミラーの一部が形成されている、面発光型半導体レーザ。
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