JP4731167B2 - Surface emitting laser element - Google Patents
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Description
本発明は、面発光レーザー素子に関する。 The present invention relates to a surface emitting laser element.
図1(a),(b)は、一般的な垂直共振器面発光半導体レーザー素子(面発光レーザー素子(VCSEL))の構成例を示す図である。なお、図1(a)は斜視図であり、図1(b)は図1(a)のA−A’における断面図である。図1(a),(b)を参照すると、この面発光レーザー素子(VCSEL)は、半導体基板(この例では、GaAs基板
)上に、下部反射鏡と、第2クラッド層と、活性層と、第1クラッド層と、上部反射鏡とが積層され、第2クラッド層と活性層と第1クラッド層と上部反射鏡は、半導体材料からなり、メサ構造として加工されており、上部反射鏡上にオーミック電極が形成されて構成されている。そして、上部反射鏡上には、第1オーミック電極が形成され、また、図1(b)には図示しないが、GaAs基板の下部には、第2オーミック電極が設けられている。
FIGS. 1A and 1B are diagrams showing a configuration example of a general vertical cavity surface emitting semiconductor laser element (surface emitting laser element (VCSEL)). 1A is a perspective view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1A. Referring to FIGS. 1A and 1B, the surface emitting laser element (VCSEL) includes a lower reflecting mirror, a second cladding layer, an active layer, and a semiconductor substrate (in this example, a GaAs substrate). The first cladding layer and the upper reflecting mirror are laminated, and the second cladding layer, the active layer, the first cladding layer, and the upper reflecting mirror are made of a semiconductor material and processed as a mesa structure. An ohmic electrode is formed on the substrate. A first ohmic electrode is formed on the upper reflecting mirror, and a second ohmic electrode is provided below the GaAs substrate (not shown in FIG. 1B).
このような構成のVCSELでは、第1オーミック電極と第2オーミック電極との間にバイアス電圧を印加することにより、メサ構造の活性層に電流が流れ、メサ構造の上部に設けられた開口部からレーザー光が放出される。 In the VCSEL having such a configuration, by applying a bias voltage between the first ohmic electrode and the second ohmic electrode, a current flows through the active layer of the mesa structure, and from an opening provided in the upper part of the mesa structure. Laser light is emitted.
上部反射鏡を構成する材料としては、所望の波長に対して吸収が少なく、且つ屈折率の異なる二種類の材料が積層されているもの、例えば、GaAs/AlGaAsまたはGaAs/AlAs等が挙げられる。また、上部反射鏡を構成する各層の厚さは、材料・波長に応じた厚さを有していなければならず、積層数については所望の波長に対して99%以上の反射率を有するよう決定されなければならない。なお、図1の構成においては、上部反射鏡を構成する材料として半導体材料を用いる必要があるが、第1オーミック電極が上部反射鏡を介さずに第1クラッド層に電気的に接続している場合、上部反射鏡の材料として誘電体材料を用いることもできる。この場合の具体的な材料としては、SiO2/TiO2等が挙げられる。 Examples of the material constituting the upper reflecting mirror include a material in which two kinds of materials having low absorption with respect to a desired wavelength and different refractive indexes are laminated, for example, GaAs / AlGaAs or GaAs / AlAs. Further, the thickness of each layer constituting the upper reflecting mirror must have a thickness corresponding to the material and wavelength, and the number of laminated layers should have a reflectance of 99% or more with respect to a desired wavelength. Must be determined. In the configuration of FIG. 1, it is necessary to use a semiconductor material as a material constituting the upper reflecting mirror, but the first ohmic electrode is electrically connected to the first cladding layer without passing through the upper reflecting mirror. In this case, a dielectric material can be used as the material of the upper reflecting mirror. Specific examples of the material in this case include SiO 2 / TiO 2 .
また、クラッド層・活性層を構成する材料としては、様々な組み合わせが考えられるが、何れの場合も半導体材料が用いられる。 Various combinations of the clad layer and the active layer are conceivable. In any case, a semiconductor material is used.
一般に半導体材料は強度的に脆弱であり、外部からの力による物理的な損傷を受けやすい。しかもVCSELにおいては、上部反射鏡と共振器(クラッド層および活性層)がメサ状に加工されているため、より損傷を受けやすい形態となっている。特に、上述のように、反射鏡は精密に設計されており、反射鏡の一部がわずかに欠損しただけでもレーザー光の発振が停止する可能性が高い。 In general, a semiconductor material is weak in strength, and is easily damaged by an external force. Moreover, in the VCSEL, the upper reflecting mirror and the resonator (cladding layer and active layer) are processed in a mesa shape, so that the VCSEL is more susceptible to damage. In particular, as described above, the reflecting mirror is precisely designed, and there is a high possibility that the oscillation of the laser light stops even if a part of the reflecting mirror is slightly lost.
従来、例えば特許文献1,特許文献2,特許文献3,特許文献4などにおいて、様々なVCSELの形態とその製造方法が提案されているが、反射鏡及び共振器を含むメサ構造を保護する手段は全く講じられていなかった。従って、これらのVCSELは、その製造工程や、それらを用いた光通信用モジュール・光ピックアップモジュール等への組み込み時、もしくはその他の取り扱い時において、メサ構造が破損する可能性が高く、VCSELを用いた様々なアプリケーションの信頼性を大きく低下させている。
上述したように、面発光レーザー素子(VCSEL)において、上部反射鏡及び共振器構造は精密に設計されており、わずかな物理的な損傷によっても発振停止等の影響を受けやすい。またVCSELにおいては、上部反射鏡及び共振器はメサ状をなしており、より損傷を受け易い構造となっており、VCSELの取り扱いを容易にすること、あるいはVCSELの信頼性を向上させるためには、これらを保護する手段を設けることが必要である。 As described above, in the surface emitting laser element (VCSEL), the upper reflecting mirror and the resonator structure are precisely designed, and are easily affected by oscillation stoppage or the like even by slight physical damage. In the VCSEL, the upper reflecting mirror and the resonator have a mesa shape and are more easily damaged. In order to facilitate the handling of the VCSEL or improve the reliability of the VCSEL. It is necessary to provide a means for protecting them.
本発明は、半導体基板上にメサ構造を有する面発光レーザ素子(VCSEL)において、メサ構造等を保護し、VCSEL全体の信頼性を向上させることの可能な面発光レーザー素子を提供することを目的としている。 The present invention, the surface-emission laser device having a mesa structure on a semiconductor substrate (VCSEL), that protects the mesa structure or the like, provides a possible surface-emitting laser element of improving the overall reliability VCSEL It is aimed.
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、半導体基板上に、下部反射鏡と、第2クラッド層と、活性層と、第1クラッド層と、上部反射鏡とが積層され、第2クラッド層と活性層と第1クラッド層と上部反射鏡は、半導体材料からなり、メサ構造として加工されており、上部反射鏡上にオーミック電極が形成されている面発光レーザー素子(VCSEL)において、前記メサ構造の周辺には、保護部材が設けられ、該保護部材は、前記メサ構造の第2クラッド層、活性層、第1クラッド層、上部反射鏡と同一の半導体材料からなる積層構造上に、有機材料からなる保護層が形成されて構成され、該保護部材の高さは、前記保護層が形成されていることによって、前記上部反射鏡上に形成されているオーミック電極の上面よりも高いものとなっていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a lower reflector, a second cladding layer, an active layer, a first cladding layer, and an upper reflector are laminated on a semiconductor substrate, The second cladding layer, the active layer, the first cladding layer, and the upper reflecting mirror are made of a semiconductor material, processed as a mesa structure, and a surface emitting laser element (VCSEL) in which an ohmic electrode is formed on the upper reflecting mirror. In the above, a protective member is provided around the mesa structure, and the protective member is a laminated structure made of the same semiconductor material as the second cladding layer, the active layer, the first cladding layer, and the upper reflector of the mesa structure. A protective layer made of an organic material is formed thereon, and the height of the protective member is higher than that of the ohmic electrode formed on the upper reflecting mirror by forming the protective layer. Is also expensive It is characterized that it is as.
また、請求項2記載の発明は、半導体基板上に、下部反射鏡と、第2クラッド層と、活性層と、第1クラッド層と、上部反射鏡とが積層され、第2クラッド層と活性層と第1クラッド層と上部反射鏡は、半導体材料からなり、メサ構造として加工されており、上部反射鏡上にオーミック電極が形成されている面発光レーザー素子(VCSEL)において、前記メサ構造の周辺には、保護部材が設けられ、該保護部材は、前記メサ構造の第2クラッド層、活性層、第1クラッド層と同一の半導体材料からなる積層構造上に、半導体材料からなる保護層が形成されて構成され、該保護部材の高さは、前記保護層が形成されていることによって、前記上部反射鏡上に形成されているオーミック電極の上面よりも高いものとなっていることを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, a lower reflecting mirror, a second cladding layer, an active layer, a first cladding layer, and an upper reflecting mirror are laminated on a semiconductor substrate, and the second cladding layer and the active layer are activated. In the surface emitting laser element (VCSEL) in which the layer, the first cladding layer, and the upper reflector are made of a semiconductor material and processed as a mesa structure, and an ohmic electrode is formed on the upper reflector, the mesa structure A protective member is provided in the periphery, and the protective member includes a protective layer made of a semiconductor material on a laminated structure made of the same semiconductor material as the second cladding layer, the active layer, and the first cladding layer of the mesa structure. be constituted by forming the height of the protective member, characterized in that by the protective layer is formed, has a higher than the upper surface of the ohmic electrodes formed on the upper reflector age There.
また、請求項3記載の発明は、半導体基板上に、下部反射鏡と、第2クラッド層と、活性層と、第1クラッド層と、高濃度の不純物を含有するコンタクト層とが積層され、第2クラッド層と活性層と第1クラッド層とコンタクト層は、半導体材料からなり、メサ構造として加工されており、該メサ構造のコンタクト層上には、不純物を含有しない半導体材料または誘電体材料よりなる上部反射鏡が形成され、また、前記コンタクト層にはオーミック電極が形成されている面発光レーザー素子において、前記メサ構造の周辺には、保護部材が設けられ、該保護部材は、前記メサ構造の第2クラッド層、活性層、第1クラッド層、コンタクト層と同一の半導体材料からなる積層構造上に、半導体材料または誘電体材料からなる保護層が形成されて構成され、該保護部材の高さは、前記保護層が形成されていることによって、前記上部反射鏡の上面、および、オーミック電極の上面よりも高いものとなっていることを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, a lower reflector, a second cladding layer, an active layer, a first cladding layer, and a contact layer containing a high-concentration impurity are stacked on a semiconductor substrate, The second cladding layer, the active layer, the first cladding layer, and the contact layer are made of a semiconductor material and are processed as a mesa structure, and a semiconductor material or dielectric material that does not contain impurities on the contact layer of the mesa structure In the surface emitting laser device in which an upper reflecting mirror is formed and an ohmic electrode is formed on the contact layer, a protective member is provided around the mesa structure, and the protective member is the mesa. second cladding layer of the structure, the active layer, first cladding layer, on the laminated structure composed of the same semiconductor material as the contact layer, the protective layer is formed of a semiconductor material or a dielectric material Made, the height of the protective member, by the protective layer is formed, the upper surface of the upper reflector, and is characterized in that has a higher than the upper surface of the ohmic electrode.
請求項1記載の発明によれば、半導体基板上に、下部反射鏡と、第2クラッド層と、活性層と、第1クラッド層と、上部反射鏡とが積層され、第2クラッド層と活性層と第1クラッド層と上部反射鏡は、半導体材料からなり、メサ構造として加工されており、上部反射鏡上にオーミック電極が形成されている面発光レーザー素子(VCSEL)において、前記メサ構造の周辺には、保護部材が設けられ、該保護部材は、前記メサ構造の第2クラッド層、活性層、第1クラッド層、上部反射鏡と同一の半導体材料からなる積層構造上に、有機材料からなる保護層が形成されて構成され、該保護部材の高さは、前記保護層が形成されていることによって、前記上部反射鏡上に形成されているオーミック電極の上面よりも高いものとなっているので、共振器(クラッド層,活性層),上部反射鏡を含むメサ構造とオーミック電極とを有効に保護することができる。 According to the first aspect of the present invention, the lower reflecting mirror, the second cladding layer, the active layer, the first cladding layer, and the upper reflecting mirror are laminated on the semiconductor substrate, and the second cladding layer and the active layer are activated. In the surface emitting laser element (VCSEL) in which the layer, the first cladding layer, and the upper reflector are made of a semiconductor material and processed as a mesa structure, and an ohmic electrode is formed on the upper reflector, the mesa structure A protective member is provided in the periphery, and the protective member is made of an organic material on a laminated structure made of the same semiconductor material as the second cladding layer, the active layer, the first cladding layer, and the upper reflector of the mesa structure . A protective layer is formed, and the height of the protective member is higher than the upper surface of the ohmic electrode formed on the upper reflecting mirror by forming the protective layer. Because Cavity (cladding layer, the active layer), it is possible to effectively protect the mesa structure and the ohmic electrode comprising a top mirror.
また、請求項2記載の発明によれば、半導体基板上に、下部反射鏡と、第2クラッド層と、活性層と、第1クラッド層と、上部反射鏡とが積層され、第2クラッド層と活性層と第1クラッド層と上部反射鏡は、半導体材料からなり、メサ構造として加工されており、上部反射鏡上にオーミック電極が形成されている面発光レーザー素子(VCSEL)において、前記メサ構造の周辺には、保護部材が設けられ、該保護部材は、前記メサ構造の第2クラッド層、活性層、第1クラッド層と同一の半導体材料からなる積層構造上に、半導体材料からなる保護層が形成されて構成され、該保護部材の高さは、前記保護層が形成されていることによって、前記上部反射鏡上に形成されているオーミック電極の上面よりも高いものとなっているので、共振器(クラッド層,活性層),上部反射鏡を含むメサ構造とオーミック電極とを有効に保護することができる。 According to the second aspect of the present invention, the lower reflecting mirror, the second cladding layer, the active layer, the first cladding layer, and the upper reflecting mirror are laminated on the semiconductor substrate, and the second cladding layer The active layer, the first cladding layer, and the upper reflecting mirror are made of a semiconductor material and processed as a mesa structure, and in the surface emitting laser element (VCSEL) in which an ohmic electrode is formed on the upper reflecting mirror, the mesa A protective member is provided in the periphery of the structure, and the protective member is a protective member made of a semiconductor material on a laminated structure made of the same semiconductor material as the second cladding layer, the active layer, and the first cladding layer of the mesa structure. Since the protective member is formed , the height of the protective member is higher than the upper surface of the ohmic electrode formed on the upper reflecting mirror. ,Both Vessel (cladding layer, the active layer), it is possible to effectively protect the mesa structure and the ohmic electrode comprising a top mirror.
また、請求項3記載の発明によれば、半導体基板上に、下部反射鏡と、第2クラッド層と、活性層と、第1クラッド層と、高濃度の不純物を含有するコンタクト層とが積層され、第2クラッド層と活性層と第1クラッド層とコンタクト層は、半導体材料からなり、メサ構造として加工されており、該メサ構造のコンタクト層上には、不純物を含有しない半導体材料または誘電体材料よりなる上部反射鏡が形成され、また、前記コンタクト層にはオーミック電極が形成されている面発光レーザー素子において、前記メサ構造の周辺には、保護部材が設けられ、該保護部材は、前記メサ構造の第2クラッド層、活性層、第1クラッド層、コンタクト層と同一の半導体材料からなる積層構造上に、半導体材料または誘電体材料からなる保護層が形成されて構成され、該保護部材の高さは、前記保護層が形成されていることによって、前記上部反射鏡の上面、および、オーミック電極の上面よりも高いものとなっているので、共振器(クラッド層,活性層),コンタクト層を含むメサ構造とオーミック電極と上部反射鏡とを有効に保護することができる。 According to a third aspect of the present invention, the lower reflector, the second cladding layer, the active layer, the first cladding layer, and the contact layer containing a high concentration of impurities are stacked on the semiconductor substrate. The second clad layer, the active layer, the first clad layer, and the contact layer are made of a semiconductor material and processed as a mesa structure, and the mesa structure contact layer does not contain an impurity-containing semiconductor material or dielectric. In a surface emitting laser element in which an upper reflecting mirror made of a body material is formed and an ohmic electrode is formed in the contact layer, a protective member is provided around the mesa structure, the second cladding layer, the active layer of the mesa structure, the first cladding layer, on the laminated structure composed of the same semiconductor material as the contact layer, a protective layer made of a semiconductor material or a dielectric material formed Is configured, the height of the protective member, by the protective layer is formed, the upper surface of the upper reflector, and since has become higher than the upper surface of the ohmic electrode, the resonator ( The mesa structure including the cladding layer, the active layer) and the contact layer, the ohmic electrode, and the upper reflecting mirror can be effectively protected.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の形態)
図2(a),(b)は本発明の第1の形態の面発光レーザー素子(VCSEL)の構成例を示す図である。なお、図2(a)は平面図、図2(b)は図2(a)のB−B’における断面図である。
(First form)
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a configuration example of the surface emitting laser element (VCSEL) according to the first embodiment of the present invention. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 2A.
図2(a),(b)を参照すると、第1の形態のVCSELは、半導体基板(この例では、GaAs基板)上に、下部反射鏡と、第2クラッド層と、活性層と、第1クラッド層と、上部反射鏡とが積層され、第2クラッド層と活性層と第1クラッド層と上部反射鏡は、半導体材料からなり、メサ構造として加工されており、上部反射鏡上にオーミック電極(第1オーミック電極)が形成されている。なお、図2(b)には図示しないが、GaAs基板の下部には、第2オーミック電極が設けられている。 Referring to FIGS. 2A and 2B, the VCSEL according to the first embodiment includes a lower reflector, a second cladding layer, an active layer, a first layer on a semiconductor substrate (in this example, a GaAs substrate). The first cladding layer and the upper reflecting mirror are laminated, and the second cladding layer, the active layer, the first cladding layer and the upper reflecting mirror are made of a semiconductor material and processed as a mesa structure, and are ohmic on the upper reflecting mirror. An electrode (first ohmic electrode) is formed. Although not shown in FIG. 2B, a second ohmic electrode is provided below the GaAs substrate.
このような構成のVCSELでは、第1オーミック電極と第2オーミック電極との間にバイアス電圧を印加することにより、メサ構造の活性層に電流が流れ、メサ構造の上部に設けられた開口部からレーザー光が放出される。なお、図2(b)における上部反射鏡及び下部反射鏡は、実際には多層膜により構成されているが、ここでは省略して図示している。 In the VCSEL having such a configuration, by applying a bias voltage between the first ohmic electrode and the second ohmic electrode, a current flows through the active layer of the mesa structure, and from an opening provided in the upper part of the mesa structure. Laser light is emitted. The upper reflecting mirror and the lower reflecting mirror in FIG. 2B are actually composed of multilayer films, but are not shown here.
また、上部反射鏡,下部反射鏡がそれぞれp型半導体,n型半導体で形成される場合、GaAs基板としてはn型GaAs基板を用い、また、上部反射鏡,下部反射鏡がそれぞれn型半導体,p型半導体で形成される場合は、GaAs基板としてはp型GaAs基板を用いなければならず、本発明におけるVCSELの極性はこれらの何れでも良い。 When the upper and lower reflectors are formed of p-type and n-type semiconductors, respectively, an n-type GaAs substrate is used as the GaAs substrate, and the upper and lower reflectors are respectively n-type semiconductor and When a p-type semiconductor is used, a p-type GaAs substrate must be used as the GaAs substrate, and the polarity of the VCSEL in the present invention may be any of these.
さらに、この第1の形態のVCSELでは、前記メサ構造の周辺には、保護部材が設けられ、該保護部材は、前記メサ構造と同様の半導体材料からなる構造上に、有機材料からなる保護層が形成されて構成され、該保護部材の高さは、前記上部反射鏡上に形成されているオーミック電極(第1オーミック電極)の上面よりも高いものとなっている。 Further, in the VCSEL of the first embodiment, a protective member is provided around the mesa structure, and the protective member is a protective layer made of an organic material on a structure made of a semiconductor material similar to the mesa structure. And the height of the protective member is higher than the upper surface of the ohmic electrode (first ohmic electrode) formed on the upper reflecting mirror.
ここで、保護部材が形成される領域は、図2(a)に示すように第1オーミック電極が形成されている領域以外であれば、いかなる領域でも構わない。またその形状も、図2(a)の如く同心円状に限るものではなく、例えば、角柱状,円柱状,ブロック状等の任意の形状のものを用いることができる。 Here, the region where the protective member is formed may be any region other than the region where the first ohmic electrode is formed as shown in FIG. Also, the shape is not limited to a concentric shape as shown in FIG. 2A, and for example, any shape such as a prismatic shape, a cylindrical shape, or a block shape can be used.
また、保護部材を構成する半導体材料としては、メサ構造を構成する半導体材料と同様のものを用いることができる。また、保護部材の保護層を形成する有機材料としては、アクリル系樹脂,スチロール系樹脂,ポリイミド系樹脂等の材料を用いることができる。 Moreover, as a semiconductor material which comprises a protection member, the thing similar to the semiconductor material which comprises a mesa structure can be used. Moreover, as an organic material which forms the protective layer of a protection member, materials, such as an acrylic resin, a styrene resin, a polyimide resin, can be used.
この第1の形態のVCSELでは、メサ構造の上部は、周囲の保護部材によって保護されているため、物理的にメサが破損する可能性は低い。また、オーミック電極(第1オーミック電極)は保護部材よりも低い位置に形成されるので、同様に破損する可能性は低く、メサ構造及びオーミック電極の物理的な損傷を効果的に防ぐことができる。 In the VCSEL of the first form, the upper part of the mesa structure is protected by the surrounding protective member, so that the possibility that the mesa is physically damaged is low. In addition, since the ohmic electrode (first ohmic electrode) is formed at a position lower than the protective member, the possibility of breakage is similarly low, and physical damage to the mesa structure and the ohmic electrode can be effectively prevented. .
すなわち、第1の形態によれば、半導体基板上に、下部反射鏡と、第2クラッド層と、活性層と、第1クラッド層と、上部反射鏡とが積層され、第2クラッド層と活性層と第1クラッド層と上部反射鏡は、半導体材料からなり、メサ構造として加工されており、上部反射鏡上にオーミック電極が形成されている面発光レーザー素子(VCSEL)において、前記メサ構造の周辺には、保護部材が設けられ、該保護部材は、前記メサ構造と同様の半導体材料からなる構造上に、有機材料からなる保護層が形成されて構成され、該保護部材の高さは、前記上部反射鏡上に形成されているオーミック電極の上面よりも高いものとなっているので、共振器(クラッド層,活性層),上部反射鏡を含むメサ構造とオーミック電極とを有効に保護することができる。 That is, according to the first embodiment, the lower reflecting mirror, the second cladding layer, the active layer, the first cladding layer, and the upper reflecting mirror are stacked on the semiconductor substrate, and the second cladding layer and the active layer are activated. In the surface emitting laser element (VCSEL) in which the layer, the first cladding layer, and the upper reflector are made of a semiconductor material and processed as a mesa structure, and an ohmic electrode is formed on the upper reflector, the mesa structure A protective member is provided in the periphery, and the protective member is formed by forming a protective layer made of an organic material on a structure made of a semiconductor material similar to the mesa structure, and the height of the protective member is Since it is higher than the upper surface of the ohmic electrode formed on the upper reflecting mirror, the resonator (cladding layer, active layer), the mesa structure including the upper reflecting mirror and the ohmic electrode are effectively protected. thing It can be.
(第2の形態)
図3は本発明の第2の形態の面発光レーザー素子(VCSEL)の構成例を示す図である。
(Second form)
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a surface emitting laser element (VCSEL) according to the second embodiment of the present invention.
図3を参照すると、第2の形態は、半導体基板(この例では、GaAs基板)上に、下部反射鏡と、第2クラッド層と、活性層と、第1クラッド層と、上部反射鏡とが積層され、第2クラッド層と活性層と第1クラッド層と上部反射鏡は、半導体材料からなり、メサ構造として加工されており、上部反射鏡上にオーミック電極(第1オーミック電極)が形成されている面発光レーザー素子(VCSEL)において、前記メサ構造の周辺には、保護部材が設けられ、該保護部材は、半導体材料からなり、前記メサ構造の構成とは異なる構成のものとなっており、該保護部材の高さは、前記上部反射鏡上に形成されているオーミック電極(第1オーミック電極)の上面よりも高いものとなっていることを特徴としている。なお、図3には図示しないが、GaAs基板の下部には、第2オーミック電極が設けられている。 Referring to FIG. 3, the second mode is that a lower reflecting mirror, a second cladding layer, an active layer, a first cladding layer, and an upper reflecting mirror are formed on a semiconductor substrate (in this example, a GaAs substrate). The second cladding layer, the active layer, the first cladding layer, and the upper reflector are made of a semiconductor material and processed as a mesa structure, and an ohmic electrode (first ohmic electrode) is formed on the upper reflector. In the surface emitting laser element (VCSEL), a protective member is provided around the mesa structure, and the protective member is made of a semiconductor material and has a configuration different from the configuration of the mesa structure. The height of the protective member is higher than the upper surface of the ohmic electrode (first ohmic electrode) formed on the upper reflecting mirror. Although not shown in FIG. 3, a second ohmic electrode is provided below the GaAs substrate.
より具体的に、図3の例では、保護部材は、メサ構造の第2クラッド層,活性層,第1クラッド層と同様の構造は備えているものの、メサ構造の上部反射鏡に対応する構造を有しておらず、第1クラッド層に対応する構造上に、直接、半導体材料からなる保護層が設けられて構成されている。 More specifically, in the example of FIG. 3, the protective member has the same structure as the second cladding layer, the active layer, and the first cladding layer of the mesa structure, but corresponds to the upper reflecting mirror of the mesa structure. The protective layer made of a semiconductor material is provided directly on the structure corresponding to the first cladding layer.
ここで、保護部材の保護層を構成する半導体材料としては、GaAs,AlGaAs,AlAs,GaInAs,GaInP等の材料を用いることができる。 Here, materials such as GaAs, AlGaAs, AlAs, GaInAs, and GaInP can be used as the semiconductor material constituting the protective layer of the protective member.
また、この第2の形態においても、保護部材が形成される領域、また、保護部材の形状は、第1の形態で述べたものと同様のものにすることができる。 Also in the second embodiment, the region where the protection member is formed and the shape of the protection member can be the same as those described in the first embodiment.
この第2の形態のVCSELでは、メサ構造の上部は、周囲の保護部材によって保護されているため、物理的にメサが破損する可能性は低い。また、オーミック電極(第1オーミック電極)は保護部材よりも低い位置に形成されるので、同様に破損する可能性は低く、メサ構造及びオーミック電極の物理的な損傷を効果的に防ぐことができる。 In the VCSEL of the second form, since the upper part of the mesa structure is protected by the surrounding protective member, the possibility that the mesa is physically damaged is low. In addition, since the ohmic electrode (first ohmic electrode) is formed at a position lower than the protective member, the possibility of breakage is similarly low, and physical damage to the mesa structure and the ohmic electrode can be effectively prevented. .
すなわち、第2の形態によれば、半導体基板上に、下部反射鏡と、第2クラッド層と、活性層と、第1クラッド層と、上部反射鏡とが積層され、第2クラッド層と活性層と第1クラッド層と上部反射鏡は、半導体材料からなり、メサ構造として加工されており、上部反射鏡上にオーミック電極が形成されている面発光レーザー素子(VCSEL)において、前記メサ構造の周辺には、保護部材が設けられ、該保護部材は、半導体材料からなり、前記メサ構造の構成とは異なる構成のものとなっており、該保護部材の高さは、前記上部反射鏡上に形成されているオーミック電極の上面よりも高いものとなっているので、共振器(クラッド層,活性層),上部反射鏡を含むメサ構造とオーミック電極とを有効に保護することができる。 That is, according to the second embodiment, the lower reflecting mirror, the second cladding layer, the active layer, the first cladding layer, and the upper reflecting mirror are laminated on the semiconductor substrate, and the second cladding layer and the active layer are activated. In the surface emitting laser element (VCSEL) in which the layer, the first cladding layer, and the upper reflector are made of a semiconductor material and processed as a mesa structure, and an ohmic electrode is formed on the upper reflector, the mesa structure A protective member is provided in the periphery, and the protective member is made of a semiconductor material and has a configuration different from the configuration of the mesa structure. The height of the protective member is above the upper reflecting mirror. Since the height is higher than the upper surface of the formed ohmic electrode, the mesa structure including the resonator (cladding layer and active layer) and the upper reflecting mirror and the ohmic electrode can be effectively protected.
(第3の形態)
図4は本発明の第3の形態の面発光レーザー素子(VCSEL)の構成例を示す図である。
(Third form)
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a surface emitting laser element (VCSEL) according to a third embodiment of the present invention.
図4を参照すると、この第3の形態のVCSELは、半導体基板(この例では、GaAs基板)上に、下部反射鏡と、第2クラッド層と、活性層と、第1クラッド層と、高濃度の不純物を含有するコンタクト層とが積層され、第2クラッド層と活性層と第1クラッド層とコンタクト層は、半導体材料からなり、メサ構造として加工されており、該メサ構造のコンタクト層上には、不純物を含有しない半導体材料または誘電体材料よりなる上部反射鏡が形成され、また、前記コンタクト層にはオーミック電極(第1オーミック電極)が形成されている。図4には図示しないが、GaAs基板の下部には、第2オーミック電極が設けられている。 Referring to FIG. 4, the VCSEL of the third form includes a lower reflecting mirror, a second cladding layer, an active layer, a first cladding layer, a high reflection layer on a semiconductor substrate (in this example, a GaAs substrate). A contact layer containing impurities of a concentration, and the second cladding layer, the active layer, the first cladding layer, and the contact layer are made of a semiconductor material and processed as a mesa structure, on the contact layer of the mesa structure An upper reflecting mirror made of a semiconductor material or a dielectric material not containing impurities is formed, and an ohmic electrode (first ohmic electrode) is formed on the contact layer. Although not shown in FIG. 4, a second ohmic electrode is provided below the GaAs substrate.
図2,図3に示したVCSELの構成では、上部反射鏡に含まれるキャリア(不純物)によって活性層で発生したレーザー光が吸収され、光出力の低下を引き起こすことが知られている。一方、キャリアによる吸収を低減するために上部反射鏡の不純物濃度を低減すると、VCSELの高抵抗化・発熱の増大により、光出力の低下・素子寿命の短縮等の弊害を引き起こす。 2 and 3, it is known that the laser light generated in the active layer is absorbed by the carriers (impurities) contained in the upper reflecting mirror, causing a decrease in light output. On the other hand, if the impurity concentration of the upper reflector is reduced in order to reduce the absorption by the carriers, the VCSEL has a high resistance and an increase in heat generation, thereby causing adverse effects such as a decrease in optical output and a shortened device life.
これに対し、図4に示した構成を用いることにより、これらの課題を同時に解決し、光出力を増大させることができる。すなわち、上部反射鏡にはキャリアが含まれないので、VCSELの光出力を高くすることができる。 On the other hand, by using the configuration shown in FIG. 4, these problems can be solved at the same time and the light output can be increased. That is, since the upper reflecting mirror does not contain carriers, the optical output of the VCSEL can be increased.
さらに、この第3の形態のVCSELでは、前記メサ構造の周辺には、保護部材が設けられ、該保護部材は、前記メサ構造と同様の半導体材料からなる構造上に、半導体材料または誘電体材料からなる保護層が形成されて構成され、該保護部材の高さは、前記上部反射鏡の上面よりも高いものとなっている。 Further, in the VCSEL of the third embodiment, a protective member is provided around the mesa structure, and the protective member is formed on a structure made of a semiconductor material similar to the mesa structure. A protective layer made of is formed, and the height of the protective member is higher than the upper surface of the upper reflecting mirror.
この第3の形態のVCSELでは、メサ構造の上部は、周囲の保護部材によって保護されているため、物理的にメサが破損する可能性は低い。また、オーミック電極(第1オーミック電極)は保護部材よりも低い位置に形成されるので、同様に破損する可能性は低く、メサ構造及びオーミック電極の物理的な損傷を効果的に防ぐことができる。特に、第1オーミック電極の位置が図2,図3に示した第1,第2の形態の構成よりも低くなり、第1オーミック電極の破損する確率を一層引き下げることができる。 In the VCSEL of the third form, since the upper part of the mesa structure is protected by the surrounding protective member, the possibility that the mesa is physically damaged is low. In addition, since the ohmic electrode (first ohmic electrode) is formed at a position lower than the protective member, the possibility of breakage is similarly low, and physical damage to the mesa structure and the ohmic electrode can be effectively prevented. . In particular, the position of the first ohmic electrode is lower than the configurations of the first and second embodiments shown in FIGS. 2 and 3, and the probability that the first ohmic electrode is damaged can be further reduced.
なお、上部反射鏡を構成する材料としては、半導体材料でも良いし、誘電体材料でも良い。 The material constituting the upper reflecting mirror may be a semiconductor material or a dielectric material.
このように、第3の形態によれば、半導体基板上に、下部反射鏡と、第2クラッド層と、活性層と、第1クラッド層と、高濃度の不純物を含有するコンタクト層とが積層され、第2クラッド層と活性層と第1クラッド層とコンタクト層は、半導体材料からなり、メサ構造として加工されており、該メサ構造のコンタクト層上には、不純物を含有しない半導体材料または誘電体材料よりなる上部反射鏡が形成され、また、前記コンタクト層にはオーミック電極が形成されている面発光レーザー素子において、前記メサ構造の周辺には、保護部材が設けられ、該保護部材は、前記メサ構造と同様の半導体材料からなる構造上に、半導体材料または誘電体材料からなる保護層が形成されて構成され、該保護部材の高さは、前記上部反射鏡の上面よりも高いものとなっているので、共振器(クラッド層,活性層),コンタクト層を含むメサ構造とオーミック電極と上部反射鏡とを有効に保護することができる。 Thus, according to the third embodiment, the lower reflecting mirror, the second cladding layer, the active layer, the first cladding layer, and the contact layer containing a high concentration impurity are stacked on the semiconductor substrate. The second clad layer, the active layer, the first clad layer, and the contact layer are made of a semiconductor material and processed as a mesa structure, and the mesa structure contact layer does not contain an impurity-containing semiconductor material or dielectric. In a surface emitting laser element in which an upper reflecting mirror made of a body material is formed and an ohmic electrode is formed in the contact layer, a protective member is provided around the mesa structure, A protective layer made of a semiconductor material or a dielectric material is formed on a structure made of a semiconductor material similar to the mesa structure, and the height of the protective member is higher than the upper surface of the upper reflecting mirror. Since a high resonator (cladding layer, the active layer), it is possible to effectively protect the mesa structure and the ohmic electrode and the top mirror including the contact layer.
(第4の形態)
本発明の第4の形態は、半導体基板上に、下部反射鏡と、第2クラッド層と、活性層と、第1クラッド層と、上部反射鏡とを順次に形成し、上部反射鏡上に、有機材料よりなる保護層を形成した後、ドライエッチングおよび/またはウェットエッチングを用いて、第2クラッド層と活性層と第1クラッド層と上部反射鏡とからなるメサ構造と、該メサ構造の周辺に、前記保護層を含む分だけ前記メサ構造の高さよりも高い保護部材とを形成することを特徴とする面発光レーザー素子の製造方法である。
(4th form)
According to a fourth aspect of the present invention, a lower reflecting mirror, a second cladding layer, an active layer, a first cladding layer, and an upper reflecting mirror are sequentially formed on a semiconductor substrate, and the upper reflecting mirror is formed on the upper reflecting mirror. After forming the protective layer made of an organic material, dry etching and / or wet etching are used to form a mesa structure including the second cladding layer, the active layer, the first cladding layer, and the upper reflecting mirror, and the mesa structure A method of manufacturing a surface emitting laser element, comprising: a protective member having a height higher than the height of the mesa structure by an amount including the protective layer.
図5(a),(b),図6(a),(b)は、第4の形態の製造工程例(第1の形態のVCSELを製造する工程例)を示す図である。 FIGS. 5A, 5 </ b> B, 6 </ b> A, and 6 </ b> B are diagrams illustrating a manufacturing process example of the fourth embodiment (a process example of manufacturing the VCSEL of the first embodiment).
図5,図6を参照すると、初めに、半導体基板(この例では、GaAs基板)上に、下部反射鏡,エッチストップ層,第2クラッド層,活性層,第1クラッド層,上部反射鏡を順次に結晶成長する(図5(a))。 5 and 6, first, a lower reflector, an etch stop layer, a second cladding layer, an active layer, a first cladding layer, and an upper reflector are formed on a semiconductor substrate (in this example, a GaAs substrate). Crystals grow sequentially (FIG. 5A).
次いで、この上にポリイミド系樹脂を塗布した後、フォトリソグラフィー法等を用いて図5(b)の破線内部(保護部材パターン)を除き、該ポリイミド系樹脂を完全に除去し、保護層を形成する。 Next, after applying a polyimide resin on this, the inside of the broken line (protective member pattern) in FIG. 5B is removed by using a photolithography method or the like, and the polyimide resin is completely removed to form a protective layer. To do.
次いで、ポリイミド系樹脂によりパターン形成された基板上にフォトレジストを均一に塗布した後、メサパターンを形成する(図6(a))。 Next, after a photoresist is uniformly applied on a substrate patterned with a polyimide resin, a mesa pattern is formed (FIG. 6A).
次いで、パターンの形成された基板に対しエッチストップ層までエッチングを施した後、先に形成したフォトレジストを完全に除去する(図6(b))。 Next, after etching the patterned substrate up to the etch stop layer, the previously formed photoresist is completely removed (FIG. 6B).
ここまでの工程により、メサ構造と保護部材が形成されるが、保護部材の高さは、保護層の分だけメサ構造よりも高くなる。なお、エッチングの方法としては、ドライエッチングならばRIE等が挙げられ、ウェットエッチングの場合には、用いるエッチャントとしては、上部反射鏡・共振器がGaAs系半導体材料で構成され、エッチストップ層がGaInPより構成されている場合、硫酸系のエッチャントが挙げられる。 Through the steps so far, the mesa structure and the protective member are formed, but the height of the protective member is higher than the mesa structure by the amount of the protective layer. As an etching method, RIE or the like can be used for dry etching. In the case of wet etching, as an etchant to be used, an upper reflecting mirror / resonator is made of a GaAs-based semiconductor material, and an etch stop layer is GaInP In the case where it is constituted, a sulfuric acid-based etchant can be mentioned.
これらの工程後、酸化狭窄,絶縁膜形成,電極形成を順次実施することで、図2に示すような第1の形態のVCSELを製造することができる。 After these steps, the first form of VCSEL as shown in FIG. 2 can be manufactured by sequentially performing oxidation constriction, insulating film formation, and electrode formation.
このように、この第4の形態によれば、半導体基板上に、下部反射鏡と、第2クラッド層と、活性層と、第1クラッド層と、上部反射鏡とを順次に形成し、上部反射鏡上に、有機材料よりなる保護層を形成した後、ドライエッチングおよび/またはウェットエッチングを用いて、第2クラッド層と活性層と第1クラッド層と上部反射鏡とからなるメサ構造と、該メサ構造の周辺に、前記保護層を含む分だけ前記メサ構造の高さよりも高い保護部材とを形成するので、共振器(クラッド層,活性層),上部反射鏡を含むメサ構造とオーミック電極とを有効に保護する手段を備えた面発光レーザー素子(VCSEL)を製造することができる。 Thus, according to the fourth embodiment, the lower reflecting mirror, the second cladding layer, the active layer, the first cladding layer, and the upper reflecting mirror are sequentially formed on the semiconductor substrate, A mesa structure comprising a second cladding layer, an active layer, a first cladding layer, and an upper reflecting mirror using a dry etching and / or wet etching after forming a protective layer made of an organic material on the reflecting mirror; Since a protective member higher than the height of the mesa structure is formed around the mesa structure so as to include the protective layer, the mesa structure including the resonator (cladding layer, active layer) and the upper reflector and the ohmic electrode It is possible to manufacture a surface emitting laser element (VCSEL) having means for effectively protecting the above.
(第5の形態)
本発明の第5の形態は、半導体基板上に、下部反射鏡と、第2クラッド層と、活性層と、第1クラッド層と、半導体材料よりなる保護層とを順次に形成し、メサ構造となるべき部分の保護層を除去した後、第2クラッド層と活性層と第1クラッド層とからなるメサ構造と、保護部材とを形成し、該メサ構造上に、上面が保護部材の高さ以下となる高さの上部反射鏡を形成することを特徴とする面発光レーザー素子の製造方法である。
(5th form)
According to a fifth aspect of the present invention, a lower reflecting mirror, a second cladding layer, an active layer, a first cladding layer, and a protective layer made of a semiconductor material are sequentially formed on a semiconductor substrate, and a mesa structure is formed. After removing the protective layer in the portion to be formed, a mesa structure composed of the second cladding layer, the active layer, and the first cladding layer and a protective member are formed, and the top surface of the mesa structure has a high height of the protective member. A surface-emitting laser element manufacturing method is characterized in that an upper reflecting mirror having a height equal to or lower than that is formed.
図7(a),(b),図8(a),(b)は第5の形態の製造工程例(第2の形態のVCSELを製造する工程例)を示す図である。 FIGS. 7A, 7B, 8A, and 8B are diagrams showing an example of a manufacturing process of the fifth embodiment (an example of a process for manufacturing the VCSEL of the second embodiment).
図7,図8を参照すると、初めに、半導体基板(この例では、GaAs基板)上に、下部反射鏡,エッチストップ層,第2クラッド層,活性層,第1クラッド層,保護層を順次に結晶成長する(図7(a))。 7 and 8, first, a lower reflecting mirror, an etch stop layer, a second cladding layer, an active layer, a first cladding layer, and a protective layer are sequentially formed on a semiconductor substrate (in this example, a GaAs substrate). Crystal growth occurs (FIG. 7A).
次いで、基板表面にフォトレジストを均一に塗布し、保護部材パターンを形成した後、保護層をドライエッチング若しくはウェットエッチングにより除去し(図7(b))、しかる後、フォトレジストを完全に除去する。なお、エッチングの方法としては、ドライエッチングならばRIE等が挙げられ、ウェットエッチングの場合には、用いるエッチャントとしては、共振器がGaAs系半導体材料で構成され、保護層がGaInPより構成されている場合、塩酸系のエッチャントが挙げられる。 Next, after a photoresist is uniformly applied to the substrate surface to form a protective member pattern, the protective layer is removed by dry etching or wet etching (FIG. 7B), and then the photoresist is completely removed. . As an etching method, RIE or the like can be used for dry etching. In the case of wet etching, as an etchant to be used, a resonator is made of a GaAs-based semiconductor material, and a protective layer is made of GaInP. In this case, a hydrochloric acid-based etchant can be used.
次いで、表面にフォトレジストを均一に塗布し、保護部材上とメサパターンを除き、該フォトレジストを完全に除去した後、第1クラッド層,活性層,第2クラッド層をドライエッチング若しくはウェットエッチングによりエッチストップ層まで除去し(図8(a))、しかる後、該フォトレジストを完全に除去する。なお、エッチングの方法としては、ドライエッチングならばRIE等が挙げられ、ウェットエッチングの場合には、用いるエッチャントとしては、共振器がGaAs系半導体材料で構成され、エッチストップ層がGaInPより構成されている場合、硫酸系のエッチャントが挙げられる。 Next, a photoresist is uniformly applied to the surface, the protective member and the mesa pattern are removed, and the photoresist is completely removed, and then the first cladding layer, the active layer, and the second cladding layer are dry etched or wet etched. The etch stop layer is removed (FIG. 8A), and then the photoresist is completely removed. As an etching method, RIE or the like can be used for dry etching. In the case of wet etching, as an etchant to be used, a resonator is made of a GaAs-based semiconductor material, and an etch stop layer is made of GaInP. If present, a sulfuric acid-based etchant can be used.
次いで、保護部材とメサ構造が形成された基板表面にフォトレジストを均一に塗布し、メサ構造上のフォトレジストを完全に除去した後、半導体材料よりなる上部反射鏡をメサ構造上にのみ選択的に結晶成長させた後(図8(b))、フォトレジストを完全に除去する。 Next, after uniformly applying a photoresist on the surface of the substrate on which the protective member and the mesa structure are formed and completely removing the photoresist on the mesa structure, the upper reflector made of a semiconductor material is selectively only on the mesa structure. After crystal growth (FIG. 8B), the photoresist is completely removed.
これらの工程後、酸化狭窄,絶縁膜形成,電極形成を順次実施することで、図3に示すような第2の形態のVCSELを製造することができる。 After these steps, the second embodiment of the VCSEL as shown in FIG. 3 can be manufactured by sequentially performing oxidation constriction, insulating film formation, and electrode formation.
この第5の形態によれば、半導体基板上に、下部反射鏡と、第2クラッド層と、活性層と、第1クラッド層と、半導体材料よりなる保護層とを順次に形成し、メサ構造となるべき部分の保護層を除去した後、第2クラッド層と活性層と第1クラッド層とからなるメサ構造と、保護部材とを形成し、該メサ構造上に、上面が保護部材の高さ以下となる高さの上部反射鏡を形成するので、共振器(クラッド層,活性層),上部反射鏡を含むメサ構造とオーミック電極とを有効に保護する手段を備えた面発光レーザー素子(VCSEL)を製造することができる。 According to the fifth embodiment, a lower reflecting mirror, a second cladding layer, an active layer, a first cladding layer, and a protective layer made of a semiconductor material are sequentially formed on a semiconductor substrate, thereby forming a mesa structure. After removing the protective layer in the portion to be formed, a mesa structure composed of the second cladding layer, the active layer, and the first cladding layer and a protective member are formed, and the top surface of the mesa structure has a high height of the protective member. A surface emitting laser device having means for effectively protecting the resonator (cladding layer, active layer), mesa structure including the upper reflector and ohmic electrode is formed. VCSEL) can be manufactured.
(第6の形態)
本発明の第6の形態は、半導体基板上に、下部反射鏡と、第2クラッド層と、活性層と、第1クラッド層と、コンタクト層とを順次に形成し、コンタクト層上に、有機材料よりなる保護層を形成した後、ドライエッチングおよび/またはウェットエッチングを用いて、第2クラッド層と活性層と第1クラッド層とコンタクト層とからなるメサ構造と、該メサ構造の周辺に、前記保護層を含む分だけ前記メサ構造の高さよりも高い保護部材とを形成し、前記メサ構造上に、上面が保護部材の高さよりも低くなるような高さの、不純物を含まない上部反射鏡を形成することを特徴とする面発光レーザー素子の製造方法である。
(Sixth form)
According to a sixth aspect of the present invention, a lower reflector, a second cladding layer, an active layer, a first cladding layer, and a contact layer are sequentially formed on a semiconductor substrate, and an organic layer is formed on the contact layer. After forming the protective layer made of the material, using dry etching and / or wet etching, a mesa structure including the second cladding layer, the active layer, the first cladding layer, and the contact layer, and around the mesa structure, A protective member that is higher than the height of the mesa structure by an amount including the protective layer is formed, and an upper reflection that does not contain impurities is formed on the mesa structure so that the upper surface is lower than the height of the protective member. A method of manufacturing a surface-emitting laser element characterized by forming a mirror.
図9(a),(b),図10(a),(b),図11は、第6の形態の製造工程例(第3の形態のVCSELを製造する工程例)を示す図である。 9 (a), 9 (b), 10 (a), 10 (b), and 11 are diagrams showing an example of a manufacturing process of the sixth embodiment (an example of a process for manufacturing a VCSEL of the third embodiment). .
図9,図10,図11を参照すると、初めに、半導体基板(この例では、GaAs基板)上に、下部反射鏡,エッチストップ層,第2クラッド層,活性層,第1クラッド層,コンタクト層を順次に結晶成長する(図9(a))。 Referring to FIGS. 9, 10, and 11, first, on a semiconductor substrate (in this example, a GaAs substrate), a lower reflector, an etch stop layer, a second cladding layer, an active layer, a first cladding layer, and a contact. The layers are sequentially crystal-grown (FIG. 9A).
次いで、この上にポリイミド系樹脂を塗布した後、フォトリソグラフィー法等を用いて図9(b)の如く保護層を形成する。 Next, after a polyimide resin is applied thereon, a protective layer is formed as shown in FIG. 9B by using a photolithography method or the like.
次いで、ポリイミド系樹脂によりパターン形成された基板上にフォトレジストを均一に塗布した後、メサパターンを形成し、ドライエッチング若しくはウェットエッチングによりメサを形成し(図10(a))、酸化狭窄工程を実施する。 Next, after uniformly applying a photoresist on a substrate patterned with a polyimide resin, a mesa pattern is formed, a mesa is formed by dry etching or wet etching (FIG. 10A), and an oxidation constriction step is performed. carry out.
次いで、メサ構造及び保護部材を形成した基板上に、上部反射鏡材料として、不純物を含まない半導体材料若しくは誘電体材料を形成する(図10(b))。 Next, a semiconductor material or dielectric material that does not contain impurities is formed as an upper reflecting mirror material on the substrate on which the mesa structure and the protective member are formed (FIG. 10B).
次いで、上部反射鏡パターンを形成し、ドライエッチング若しくはウェットエッチングにより上部反射鏡材料(すなわち、半導体材料若しくは誘電体材料)を除去し、上部反射鏡を形成する(図11)。この時、オーミック電極との電気的接続を確保するためコンタクト層上の半導体材料若しくは誘電体材料は完全に除去しなければならないが、その他の領域については必ずしも除去する必要はない。 Next, an upper reflecting mirror pattern is formed, and the upper reflecting mirror material (ie, semiconductor material or dielectric material) is removed by dry etching or wet etching to form an upper reflecting mirror (FIG. 11). At this time, the semiconductor material or dielectric material on the contact layer must be completely removed in order to ensure electrical connection with the ohmic electrode, but other regions do not necessarily have to be removed.
これらの工程後、絶縁膜形成,電極形成を順次実施することで、図4に示すような第3の形態のVCSELを製造することができる。 After these steps, the insulating film formation and the electrode formation are sequentially performed, whereby the VCSEL of the third form as shown in FIG. 4 can be manufactured.
この第6の形態によれば、半導体基板上に、下部反射鏡と、第2クラッド層と、活性層と、第1クラッド層と、コンタクト層とを順次に形成し、コンタクト層上に、有機材料よりなる保護層を形成した後、ドライエッチングおよび/またはウェットエッチングを用いて、第2クラッド層と活性層と第1クラッド層とコンタクト層とからなるメサ構造と、該メサ構造の周辺に、前記保護層を含む分だけ前記メサ構造の高さよりも高い保護部材とを形成し、前記メサ構造上に、上面が保護部材の高さよりも低くなるような高さの、不純物を含まない上部反射鏡を形成するので、共振器(クラッド層,活性層),コンタクト層を含むメサ構造とオーミック電極と上部反射鏡とを有効に保護する手段を備えた面発光レーザー素子(VCSEL)を製造することができる。 According to the sixth embodiment, the lower reflector, the second cladding layer, the active layer, the first cladding layer, and the contact layer are sequentially formed on the semiconductor substrate, and the organic layer is formed on the contact layer. After forming the protective layer made of the material, using dry etching and / or wet etching, a mesa structure including the second cladding layer, the active layer, the first cladding layer, and the contact layer, and around the mesa structure, A protective member that is higher than the height of the mesa structure by an amount including the protective layer is formed, and an upper reflection that does not contain impurities is formed on the mesa structure so that the upper surface is lower than the height of the protective member. Since a mirror is formed, a surface emitting laser device (VCSEL) having a mesa structure including a resonator (cladding layer, active layer), a contact layer, an ohmic electrode, and means for effectively protecting the upper reflecting mirror is manufactured. Rukoto can.
なお、本発明において、第1のオーミック電極と第2のオーミック電極とは、例えば、同一の部材で構成されるが、VCSELと直接接触しているコンタクト部材と外部回路との接続のためのパッド部材とがそれぞれ異なる部材により構成されていても構わない。ただしその場合は、該コンタクト部材とパッド部材の何れもが、保護部材以下の高さになければならない。 In the present invention, the first ohmic electrode and the second ohmic electrode are composed of, for example, the same member, but are pads for connecting a contact member that is in direct contact with the VCSEL and an external circuit. The members may be composed of different members. However, in that case, both the contact member and the pad member must be at a height equal to or lower than the protective member.
実施例1では、図2(a),(b)に示す面発光レーザー素子(VCSEL)を、図5(a),(b),図6(a),(b)の工程により作製した。 In Example 1, the surface emitting laser element (VCSEL) shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) was fabricated by the steps of FIGS. 5 (a), (b), FIGS. 6 (a), and (b).
すなわち、実施例1では、基板としてn−GaAsを用い、下部反射鏡としてn−AlAs/GaAsを一周期として35周期積層したものを用い、エッチストップ層としてGaInPを用い、第2クラッド層としてIn0.15Ga0.85As0.6P0.4を用い、活性層としてIn0.2Ga0.8Asを用い、第1クラッド層としてIn0.15Ga0.85As0.6P0.4を用い、上部反射鏡としてp−Al0.9Ga0.1As/GaAsを一周期として26周期積層したものを用いた。なお、第1クラッド層中には、図示しないAlAs層が形成されている。 That is, in Example 1, n-GaAs is used as a substrate, n-AlAs / GaAs is laminated as 35 periods as a lower reflector, GaInP is used as an etch stop layer, and In is used as a second cladding layer. 0.15 Ga 0.85 As 0.6 P 0.4 is used, In 0.2 Ga 0.8 As is used as the active layer, and In 0.15 Ga 0.85 As 0.6 is used as the first cladding layer. P 0.4 was used, and an upper reflecting mirror in which 26 periods of p-Al 0.9 Ga 0.1 As / GaAs were stacked as one period was used. Note that an AlAs layer (not shown) is formed in the first cladding layer.
このような構成の実施例1のVCSELの製造方法を以下に述べる。初めに基板表面を洗浄し酸化膜除去を施したn−GaAs基板を用意する。該基板上に下部反射鏡、エッチストップ層、第2クラッド層、活性層、第1クラッド層、上部反射鏡を順次に結晶成長させる(図5(a))。結晶成長させる具体的な方法としては、分子線エピタキシ(MBE)法、有機金属気相成長(MOCVD)法等のいかなる方法でも構わない。 A manufacturing method of the VCSEL of Example 1 having such a configuration will be described below. First, an n-GaAs substrate is prepared by cleaning the substrate surface and removing the oxide film. A lower reflector, an etch stop layer, a second cladding layer, an active layer, a first cladding layer, and an upper reflector are sequentially grown on the substrate (FIG. 5A). As a specific method for crystal growth, any method such as a molecular beam epitaxy (MBE) method or a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method may be used.
次いで、結晶成長面に感光性ポリイミド前駆体を塗布し、図5(b)に示される破線内部を除いて、すべて除去する。その後、表面にフォトレジストを塗布し、メサパターンを除いてフォトレジストを完全に除去した後(図6(a))、硫酸系エッチャントを用いてエッチストップ層までエッチングを施し、メサ構造及び保護部材を形成する。 Next, a photosensitive polyimide precursor is applied to the crystal growth surface, and everything is removed except inside the broken line shown in FIG. Thereafter, a photoresist is applied to the surface, the mesa pattern is removed, and the photoresist is completely removed (FIG. 6A), and then etching is performed to the etch stop layer using a sulfuric acid-based etchant to obtain a mesa structure and a protective member. Form.
しかる後、フォトレジストを侵食し、ポリイミドを侵食しない材料を用い、フォトレジストのみを完全に除去する(図6(b))。これによって、保護部材は、ポリイミド(保護層)の厚さ分だけメサ構造よりも高くなる。 Thereafter, the photoresist is eroded and a material that does not erode polyimide is used, and only the photoresist is completely removed (FIG. 6B). As a result, the protective member becomes higher than the mesa structure by the thickness of the polyimide (protective layer).
次いで、第1クラッド層中に含まれる図示しないAlAs層の一部を水蒸気雰囲気中で酸化させ、電流狭窄構造を設けた後、該VCSEL表面全体にSiO2を堆積し、フォトレジストによりメサ構造上以外のSiO2をマスクし、BHF等をエッチャントとしてメサ構造上面のSiO2のみを除去する。 Next, a part of an AlAs layer (not shown) included in the first cladding layer is oxidized in a water vapor atmosphere to provide a current confinement structure, and then SiO 2 is deposited on the entire VCSEL surface. The other SiO 2 is masked, and only SiO 2 on the upper surface of the mesa structure is removed using BHF or the like as an etchant.
しかる後、結晶成長面に第1オーミック電極を蒸着法、スパッタ法などにより形成する。第1オーミック電極の具体的な材料としては、Au,Pt,Zn,Al、あるいは、それらの合金などのVCSEL駆動時に活性層などから発生する熱により変形・変質しない材料が望ましく、第1オーミック電極のパターニング方法としては、リフトオフ法等の任意の方法を用いることができる。 Thereafter, a first ohmic electrode is formed on the crystal growth surface by vapor deposition or sputtering. As a specific material of the first ohmic electrode, a material that is not deformed or deteriorated by heat generated from the active layer or the like at the time of driving the VCSEL, such as Au, Pt, Zn, Al, or an alloy thereof is desirable. As the patterning method, any method such as a lift-off method can be used.
また、基板裏面に第2オーミック電極を形成する。この時に用いる手段,材料としては、第1オーミック電極を形成時に示したものを全て含む。 A second ohmic electrode is formed on the back surface of the substrate. The means and materials used at this time include all of those shown at the time of forming the first ohmic electrode.
以上の工程により、図2(b)に示したVCSELを作製することができる。 Through the above steps, the VCSEL shown in FIG. 2B can be manufactured.
実施例2では、図4に示す面発光レーザー素子(VCSEL)を、図9(a),(b),図10(a),(b),図11の工程により作製した。 In Example 2, the surface emitting laser element (VCSEL) shown in FIG. 4 was fabricated by the steps of FIGS. 9A, 9B, 10A, 10B, and 11. FIG.
すなわち、実施例2では、基板としてn−GaAsを用い、下部反射鏡としてn−AlAs/GaAsを一周期として35周期積層したものを用い、エッチストップ層としてGaInPを用い、第2クラッド層としてIn0.15Ga0.85As0.6P0.4を用い、活性層としてIn0.2Ga0.8Asを用い、第1クラッド層としてIn0.15Ga0.85As0.6P0.4を用い、コンタクト層としてp−GaAsを用い、上部反射鏡としてTiO2/SiO2を一周期として12周期積層したものを用い、保護層としてGaInPを用いた。なお、第1クラッド層中には、図示しないAlAs層が形成されている。 That is, in Example 2, n-GaAs is used as a substrate, n-AlAs / GaAs is laminated as 35 periods as a lower reflector, GaInP is used as an etch stop layer, and In is used as a second cladding layer. 0.15 Ga 0.85 As 0.6 P 0.4 is used, In 0.2 Ga 0.8 As is used as the active layer, and In 0.15 Ga 0.85 As 0.6 is used as the first cladding layer. P 0.4 was used as the contact layer, p-GaAs was used as the contact layer, TiO 2 / SiO 2 was laminated as one period for 12 periods, and GaInP was used as the protective layer. Note that an AlAs layer (not shown) is formed in the first cladding layer.
このような構成の実施例2のVCSELの製造方法を以下に述べる。初めに基板表面を洗浄し酸化膜除去を施したn−GaAs基板を用意する。該基板上に下部反射鏡、エッチストップ層、第2クラッド層、活性層、第1クラッド層、コンタクト層、保護層を順次に結晶成長させる(図9(a))。結晶成長させる具体的な方法としては、実施例1で示した方法を全て含む。 A method of manufacturing the VCSEL of Example 2 having such a configuration will be described below. First, an n-GaAs substrate is prepared by cleaning the substrate surface and removing the oxide film. A lower reflecting mirror, an etch stop layer, a second cladding layer, an active layer, a first cladding layer, a contact layer, and a protective layer are sequentially grown on the substrate (FIG. 9A). Specific methods for crystal growth include all the methods shown in Example 1.
次いで、結晶成長面にフォトレジストを塗布し、保護部材領域以外の領域のフォトレジストを完全に除去した後、塩酸系エッチャントを用いて保護層をエッチングし(図9(b))、フォトレジストを完全に除去する。 Next, after applying a photoresist on the crystal growth surface and completely removing the photoresist in a region other than the protective member region, the protective layer is etched using a hydrochloric acid-based etchant (FIG. 9B). Remove completely.
しかる後、表面にフォトレジストを均一に塗布し、メサパターン以外の領域のフォトレジストを完全に除去する。次に、硫酸系エッチャントを用いてメサ構造及び保護部材を形成し(図10(a))、酸化狭窄工程を実施する。この時、保護部材上にはGaInPが露出しており、該材料は硫酸系エッチャントにより侵食されないので、保護部材上に再度パターン形成する必要はない。 Thereafter, a photoresist is uniformly applied on the surface, and the photoresist in the region other than the mesa pattern is completely removed. Next, a mesa structure and a protective member are formed using a sulfuric acid-based etchant (FIG. 10A), and an oxidation constriction step is performed. At this time, GaInP is exposed on the protective member, and the material is not eroded by the sulfuric acid-based etchant. Therefore, it is not necessary to form a pattern again on the protective member.
しかる後、表面に上部反射鏡材料として、TiO2/SiO2を12周期積層する(図10(b))。TiO2/SiO2を積層する方法としては、スパッタ法,蒸着法等が挙げられる。上部反射鏡材料を積層した後、上部反射鏡パターンを形成し、ドライエッチングにより上部反射鏡を形成する(図11)。この時、少なくともコンタクト層上の上部反射鏡材料は完全に除去されなければならない。 Thereafter, 12 periods of TiO 2 / SiO 2 are laminated on the surface as an upper reflecting mirror material (FIG. 10B). Examples of the method of laminating TiO 2 / SiO 2 include sputtering and vapor deposition. After laminating the upper reflector material, an upper reflector pattern is formed, and the upper reflector is formed by dry etching (FIG. 11). At this time, at least the upper reflector material on the contact layer must be completely removed.
以下、第1,第2オーミック電極形成工程を実施例1と同様の方法で行なうことにより、図4に示したVCSELを作製することができる。
Thereafter, the VCSEL shown in FIG. 4 can be manufactured by performing the first and second ohmic electrode forming steps in the same manner as in the first embodiment.
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