JPH0513879A - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JPH0513879A
JPH0513879A JP24147391A JP24147391A JPH0513879A JP H0513879 A JPH0513879 A JP H0513879A JP 24147391 A JP24147391 A JP 24147391A JP 24147391 A JP24147391 A JP 24147391A JP H0513879 A JPH0513879 A JP H0513879A
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JP
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layer
type
semiconductor
semiconductor laser
contact layer
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JP24147391A
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English (en)
Inventor
Katsumi Mori
克己 森
Hiroshi Kawanami
博 河南
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】優れた出力強度を得ることができ、信頼性が高
く、且つ、高寿命の半導体レーザを提供する。 【構成】 (108)コンタクト層の不純物ドーピング量を２
×１０19ｃｍ-3とし、この比抵抗を１×１０-2Ω・ｃｍ
以下とすることにより、素子構造に帰せられる (108)コ
ンタクト層と (110)オーミック電極の接触面積の減少に
よる素子抵抗の増加分を補い、素子抵抗を低減できる。
また、かかる (108)コンタクト層を形成する半導体のバ
ンドギャップエネルギの大きさを出射されるレーザ光の
発振波長のエネルギーよりも大きくすることにより、光
出力を減衰させないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基板の垂直方向にレー
ザ光を発振する、面発光型の半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】基板の垂直方向に共振器を持つ面発光型
の半導体レーザ（以下、「面発光半導体レーザ」と記
す）としては、例えば、第５０回応用物理学会学術講演
会の講演予稿集 第３分冊ｐ．９０９ ２９ａ−ＺＧ−
７（1989年９月２７日発行）に開示されたものが知られ
ている。
【０００３】かかる面発光半導体レーザでは、埋め込み
層をｐ型ＡｌＧａＡｓ層およびｎ型ＡｌＧａＡｓ層から
なるｐ−ｎ接合層で構成している。これは、ｐ型ＧａＡ
ｓ活性層以外の部分に電流が流れるのを防止するためで
ある。
【０００４】これに対して、本願出願人は、かかる埋め
込み層を一層のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体エピタキシャ
ル層のみによって形成した面発光半導体レーザを、既に
提案している（特願平２−２４２０００号）。かかる面
発光半導体レーザは、埋め込み層の抵抗を大きくするこ
とができるので十分な電流狭窄が得られること、円柱状
領域との界面位置の整合が不要となること等の利点を有
している。
【０００５】この面発光半導体レーザは、図８に示した
ように、先ず、 (802)ｎ型ＧａＡｓ基板に (803)ｎ型Ｇ
ａＡｓバッファ層、 (804)分布反射型多層膜ミラー、
(805)ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層、 (806)ｐ型
ＧａＡｓ活性層、(807)ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッ
ド層および (808)ｐ型ＧａＡｓコンタクト層を順次成長
させ、その後、 (807)ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド
層および (808)ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓコンタクト層を
円柱状の領域を残して垂直にエッチングし、さらに、こ
の円柱状領域の周囲に (809)ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94を形成
して埋め込み、しかる後に、 (808)ｐ型ＧａＡｓコンタ
クト層の上面の、円柱径よりもやや小さい領域に (811)
誘電体多層膜ミラーを蒸着し、最後に(810)ｐ型オーミ
ック電極、(801)ｎ型オーミック電極を形成することに
より構成されている。
【０００６】このように、面発光型の半導体レーザで
は、光出射エリアに電極とのコンタクトを行なうための
コンタクト層が介在し、この点端面発光型の半導体レー
ザと異なっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】かかる面発光半導体レ
ーザにおいて、高出力化を図るためには、半導体レーザ
への注入電流をなるべく多くすることが望ましい。
【０００８】しかしながら、本発明者の検討によれば、
面発光半導体レーザへの注入電流を多くすると、以下の
ような課題を生じる。
【０００９】面発光半導体レーザの素子抵抗が大きい
と、注入された電流の大部分はジュール熱に変わり、活
性層でレーザ光に変わる電流が少なくなると同時に発生
するジュール熱によって素子の温度が上昇してしまい、
出射効率の低下、波長の不安定性や寿命の低下の原因と
なる。
【００１０】また素子抵抗の中で特に大きいコンタク
ト層とオーミック電極との接触抵抗（以下、「コンタク
ト抵抗」と記す）は、図８に示すように (808)コンタク
ト層の上に共振器を構成する (811)誘電体多層膜ミラー
が形成されていることから、共振器の径を小さくしてい
くとコンタクト層とオーミック電極の接触面積が小さく
なり、従ってコンタクト抵抗も大きくなってしまう。
【００１１】本発明はこのような課題を解決するもの
で、その目的とするところは、優れた出力強度を得るこ
とができ、信頼性が高く、且つ、高寿命の半導体レーザ
を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、半導体基板に垂直な方向に光を出射するように当該
半導体基板に垂直な方向に形成された共振器を有し、該
共振器を形成する半導体層の少なくとも一層が柱状に形
成されている面発光型の半導体レーザにおいて、前記柱
状の半導体層の上面に形成される半導体コンタクト層に
電気伝導を与える不純物濃度が１×１０19ｃｍ-3以上で
あることを特徴とする。
【００１３】前記柱状の半導体層の周囲は、ＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体エピタキシャル層で埋め込まれているこ
とが好ましい。
【００１４】前記半導体コンタクト層を形成する半導体
のバンドギャップエネルギの大きさが、前記共振器より
出射されるレーザ光の発振波長のエネルギーよりも大き
いことが好ましい。
【００１５】
【作用】上述の構成によれば、コンタクト層に与える不
純物濃度を高濃度化したことにより、このコンタクト層
の低抵抗化が達成でき、また、オーミック電極とのコン
タクト抵抗も減少させることができることから、面発光
半導体レーザの素子抵抗を著しく減少できる。
【００１６】したがって、コンタクト層とオーミック電
極の接触面積が減少しても素子抵抗の増加量を少なくで
き、素子の発熱による出射効率の低下、発振波長の不安
定性、寿命の低下を防ぐことが可能となる。
【００１７】柱状半導体層の周囲をＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体エピタキシャル層で埋め込むと、高抵抗の埋め込
み層への注入電流のもれが生じず、十分な電流狭窄が得
られ、しきい値電流を下げられるので室温連続発振が可
能となり、光出力を増大できる上記作用と併せて実用性
の高い面発光型半導体レーザを実現できる。
【００１８】コンタクト層を出射するレーザ光の発振波
長のエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギー
を持つ半導体で形成すると、コンタクト層でのレーザ光
の吸収を無くすことができるので上記作用と併せて、さ
らに高出力な面発光型半導体レーザが実現できる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を用い
て説明する。
【００２０】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
における半導体レーザ(100)の発光部の断面を示す斜視
図であり、また、図２（ａ）〜（ｅ）は当該実施例にお
ける半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【００２１】以下、本実施例に係わる半導体レーザ (10
0)の構成および製造工程について、図２（ａ）〜（ｅ）
にしたがって説明する。
【００２２】まず、 (102)ｎ型ＧａＡｓ基板上に、
(103)ｎ型ＧａＡｓバッファ層を形成し、さらに、ｎ型
Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層から
なり波長８７０ｎｍ付近の光に対し９８％以上の反射率
を持つ３０ペアの (104)分布反射型多層膜ミラーを形成
する。続いて、 (105)ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド
層、 (106)ｐ型ＧａＡｓ活性層、 (107)ｐ型Ａｌ0.4Ｇ
ａ0.6Ａｓクラッド層、 (108)ｐ型ＧａＡｓコンタクト
層を、順次、ＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長させる
（図２（ａ））。このとき、本実施例では、成長温度を
７００℃とし、成長圧力を１５０Ｔｏｒｒとし、ＩＩＩ
族原料としてはＴＭＧａ（トリメチルガリウム）および
ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）の有機金属を、Ｖ
族原料としてはＡｓＨ3 を、ｎ型ドーパントとしてはＨ
2 Ｓｅを、ｐ型ドーパントとしてはＤＥＺｎ（ジエチル
ジンク）を、それぞれ用いる。
【００２３】この一連の半導体エピタキシャル成長時に
(108)ｐ型ＧａＡｓコンタクト層のＺｎ（亜鉛）ドーピ
ング量を２×１０19ｃｍ-3とする。
【００２４】その後、熱ＣＶＤ法によって、表面に
(112)ＳｉＯ2 層を形成し、さらに、反応性イオンビー
ムエッチング法（以下、「ＲＩＢＥ法」と記す）によ
り、 (113)ハードベークレジストで覆われた円柱状の発
光部を残して、 (107)ｐ型Ａｌ0. 4Ｇａ0.6Ａｓクラッド
層の途中まで、エッチングを行う（図２（ｂ））。この
際、本実施例では、エッチングガスとしては塩素とアル
ゴンの混合ガスを用いることとし、ガス圧を１×１０-3
Ｔｏｒｒとし、引出し電圧を４００Ｖとする。ここで、
(107)ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層の途中までし
かエッチングしないのは、活性層の水平方向の注入キャ
リアと光を閉じ込めるための構造を、リブ導波路型の屈
折率導波構造とするためである。
【００２５】次に、この (107)ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａ
ｓクラッド層上に、埋め込み層を形成する。このため
に、本実施例では、まず、 (113)レジストを取り除き、
次に、ＭＢＥ法或はＭＯＣＶＤ法などにより、 (109)Ｚ
ｎＳ0.06Ｓｅ0.94層を埋め込み成長させる（図２
（ｃ））。
【００２６】さらに、 (112)ＳｉＯ2 層を除去し、続
いて、(108)コンタクト層の表面に４ペアの (111)Ｓｉ
Ｏ2 ／α−Ｓｉ誘電体多層膜ミラーを電子ビーム蒸着に
より形成し、反応性イオンエッチング法（以下、「ＲＩ
Ｅ法」と記す）を用いたドライエッチングで、発光部の
径よりやや小さい領域を残して取り去る（図２
（ｄ））。この誘電体多層膜ミラーの、波長８７０ｎｍ
での反射率は、９４％である。
【００２７】しかる後に、 (111)誘電体多層膜ミラー
以外の表面に (110)ｐ型オーミック電極を蒸着し、さら
に (102)ｎ型ＧａＡｓ基板側に (101)ｎ型オーミック電
極を蒸着する（図２（ｅ））。そして、最後に、Ｎ2 雰
囲気中で、４００℃のアロイングを行う。
【００２８】以上の工程により、図１に示したような、
リブ導波路構造を有する (100)面発光半導体レーザを得
ることができる。
【００２９】このようにして作成した本実施例の面発光
半導体レーザは、 (108)ｐ型ＧａＡｓコンタクト層の比
抵抗が１×１０-2Ω・ｃｍ以下となり、この値は、素子
構造に帰せられる (108)コンタクト層と (110)オーミッ
ク電極の接触面積の減少による素子抵抗の増加分を補う
のに十分小さな値である。
【００３０】図３は、本実施例の面発光半導体レーザの
駆動電流と発振光出力の関係を示す図である。室温にお
いて連続発振が達成され、しきい値電流も１ｍＡと極め
て低い値が得られた。また外部微分量子効率も高く、本
発明による素子抵抗の低減がレーザの特性向上に飛躍的
に貢献していることが確認された。
【００３１】（実施例２）図４は本発明の第２の実施例
における半導体レーザ(200)の発光部の断面を示す斜視
図であり、また、図５（ａ）〜（ｅ）は当該実施例にお
ける半導体レーザ(200)製造工程を示す断面図である。
【００３２】本実施例の半導体レーザ (200)は、 (208)
ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓコンタクト層から (205)ｎ型Ａ
ｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層の一部までを柱状に形成し
た点で、上述の実施例１と異なる。
【００３３】以下、本実施例の構成および製造工程につ
いて、図５（ａ）〜（ｂ）にしたがって説明する。
【００３４】まず、 (202)ｎ型ＧａＡｓ基板上に、
(203)ｎ型ＧａＡｓバッファ層を形成し、さらに、ｎ型
ＡｌＡｓ層とｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層からなり波長８
７０ｎｍ付近の光に対し９８％以上の反射率を持つ３０
ペアの (204)分布反射型多層膜ミラーを形成する。続い
て、 (205)ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層、 (206)
ｐ型ＧａＡｓ活性層、 (207)ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓク
ラッド層、 (208)ｐ型ＧａＡｓコンタクト層を、順次、
ＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長させる（図５
（ａ））。このとき、本実施例では、成長温度を７００
℃とし、成長圧力を１５０Ｔｏｒｒとし、ＩＩＩ族原料
としてはＴＭＧａ（トリメチルガリウム）およびＴＭＡ
ｌ（トリメチルアルミニウム）の有機金属を、Ｖ族原料
としてはＡｓＨ3を、ｎ型ドーパントとしてはＨ2 Ｓｅ
を、ｐ型ドーパントとしてはＤＥＺｎ（ジエチルジン
ク）を、それぞれ用いる。
【００３５】この一連の半導体エピタキシャル成長時に
(208)ｐ型ＧａＡｓコンタクト層のＺｎ（亜鉛）ドーピ
ング量を２×１０19ｃｍ-3とする。
【００３６】その後、熱ＣＶＤ法によって、表面に
(212)ＳｉＯ2 層を形成し、さらに、ＲＩＢＥ法によ
り、 (213)ハードベークレジストで覆われた円柱状の発
光部を残して、 (205)ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド
層の途中まで、エッチングを行う（図５（ｂ））。この
際、本実施例では、エッチングガスとしては塩素とアル
ゴンの混合ガスを用いることとし、ガス圧を１×１０-3
Ｔｏｒｒとし、引出し電圧を４００Ｖとする。
【００３７】次に、このエッチング領域上に、埋め込
み層を形成する。このために、本実施例では、まず、
(213)レジストを取り除き、次に、ＭＢＥ法或はＭＯＣ
ＶＤ法などにより、 (209)ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94層を埋め
込み成長させる（図５（ｃ））。
【００３８】さらに、 (212)ＳｉＯ2 層を除去し、続
いて、(208)コンタクト層の表面に４ペアの (211)Ｓｉ
Ｏ2 ／α−Ｓｉ誘電体多層膜ミラーを電子ビーム蒸着に
より形成し、ＲＩＥ法を用いたドライエッチングで、発
光部の径よりやや小さい領域を残して取り去る（図５
（ｄ））。この誘電体多層膜ミラーの、波長８７０ｎｍ
での反射率は、９４％である。
【００３９】しかる後に、 (211)誘電体多層膜ミラー
以外の表面に (210)ｐ型オーミック電極を蒸着し、さら
に (202)ｎ型ＧａＡｓ基板側に (201)ｎ型オーミック電
極を蒸着する（図５（ｅ））。そして、最後に、Ｎ2 雰
囲気中で、４００℃のアロイングを行う。
【００４０】以上の工程により、図４に示したような、
埋め込み構造の (200)面発光半導体レーザを得ることが
できる。
【００４１】このようにして作成した本実施例の (200)
面発光半導体レーザにおいても、上述した実施例１と同
様、 (208)ｐ型ＧａＡｓコンタクト層の比抵抗が１×１
０-2Ω・ｃｍ以下となり、この値は、素子構造に帰せら
れる (208)コンタクト層と (210)オーミック電極の接触
面積の減少による素子抵抗の増加分を補うのに十分小さ
な値となり、室温において連続発振が達成され、しきい
値電流も１ｍＡと極めて低い値が得られた。また外部微
分量子効率も高く、本発明による素子抵抗の低減がレー
ザの特性向上に飛躍的に貢献していることが確認され
た。
【００４２】（実施例３）図６は本発明の第３の実施例
における半導体レーザ(300)の発光部の断面を示す斜視
図であり、図７（ａ）〜（ｆ）は当該実施例における半
導体レーザ (300)の製造工程を示す断面図である。
【００４３】本実施例の半導体レーザ (300)は、 (307)
ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層を、互いにに分離溝
で分離された複数の柱状部を形成した点で、上述の実施
例１および実施例２と異なる。
【００４４】以下、本実施例の構成および製造工程につ
いて図７（ａ）〜（ｆ）にしたがって説明する。
【００４５】まず、 (302)ｎ型ＧａＡｓ基板上に、
(303)ｎ型ＧａＡｓバッファ層を形成し、さらに、ｎ型
Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層から
なり波長７８０ｎｍを中心に±３０ｎｍの光に対して９
８％以上の反射率を持つ２５ペアの (304)半導体多層膜
ミラーを形成する。続いて、 (305)ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5
Ａｓクラッド層、 (306)ｐ型Ａｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性
層、 (307)ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層、 (308)
ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓコンタクト層を順次ＭＯＣＶ
Ｄ法でエピタキシャル成長させる（図７（ａ））。本実
施例では、このときの成長条件を、成長温度を７２０
℃、成長圧力１５０Ｔｏｒｒとするとともに、ＩＩＩ族
原料にはＴＭＧａ（トリメチルガリウム）およびＴＭＡ
ｌ（トリメチルアルミニウム）の有機金属を、Ｖ族原料
にはＡｓＨ3 、ｎ型ドーパントにＨ2Ｓｅ 、ｐ型ドーパ
ントにＤＥＺｎ（ジエチルジンク）を、それぞれ用い
る。
【００４６】また、 この一連の半導体エピタキシャル
成長時に (308)ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0. 85Ａｓコンタクト層
のＺｎ（亜鉛）ドーピング量を２×１０19ｃｍ-3とす
る。
【００４７】次に、表面に常圧熱ＣＶＤ法により (31
2)ＳｉＯ2 層を形成し、さらにその上にフォトレジスト
を塗布し、高温で焼きしめて (313)ハードベークレジス
トを形成する。さらに、このハードベークレジスト上
に、ＥＢ蒸着法により、ＳｉＯ2 層を形成する。
【００４８】次に、ＲＩＥ法を用いて、基板上に形成
した各層を、以下のようにしてエッチングする。
【００４９】初めに、 (313)ハードベークレジスト上に
形成したＳｉＯ2 層上に、通常用いられるフォトリソグ
ラフィー工程を施し、必要なレジストパターンを形成
し、このパターンをマスクとして、ＲＩＥ法によりＳｉ
Ｏ2 層をエッチングする。このエッチングは、例えば、
ＣＦ4ガスを用いて、ガス圧を４．５Ｐａ、入力をＲＦ
パワー１５０Ｗ、サンプルホルダーの温度を２０℃にコ
ントロールすることにより、行うことができる。
【００５０】次に、このＳｉＯ2 層をマスクにして、Ｒ
ＩＥ法により、 (313)ハードベークレジストをエッチン
グする。このエッチングは、例えば、Ｏ2 ガスを用い
て、ガス圧を４．５Ｐａ、入力をＲＦパワー１５０Ｗ、
サンプルホルダーの温度を２０℃にコントロールするこ
とにより、行うことができる。このときＳｉＯ2 層上に
初めに形成したレジストパターンも同時にエッチングさ
れる。
【００５１】次に、パターン状に残っているＳｉＯ2 層
とエピタキシャル層上に形成した (312)ＳｉＯ2 層を同
時にエッチングするために、再びＣＦ4 ガスを用いてエ
ッチングを行なう。
【００５２】以上のように、薄いＳｉＯ2 層をマスクに
して、ドライエッチングの一方法であるＲＩＥ法を (31
3)ハードベークレジストに用いることにより、必要なパ
ターン形状を持ちながら、さらに基板に対して垂直な側
面を持った (313)ハードベークレジストが作成できる
（図７（ｂ））。
【００５３】続いて、この垂直な側面を持った (313)
ハードベークレジストをマスクにして、ＲＩＢＥ法を用
いて、柱状の発光部を残して、(307)ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ
0.5Ａｓクラッド層の途中までエッチングを行なう（図
７（ｃ））。この際、本実施例では、エッチングガスに
は塩素とアルゴンの混合ガスを用い、ガス圧力５×１０
-4Ｔｏｒｒ、プラズマ引出し電圧４００Ｖ、エッチング
試料上でのイオン電流密度４００μＡ／ｃｍ2 、試料温
度を２０℃に保って行なうこととする。
【００５４】ここで、 (307)ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓク
ラッド層の途中までしかエッチングしないのは、活性層
の水平方向の注入キャリアと光の閉じ込めを、屈折率導
波型のリブ導波路構造にして、活性層内の光の一部を活
性層水平方向に伝達できるようにするためである。
【００５５】また、レジストとして垂直な側面を持った
(313)ハードベークレジストを使用し、さらに、エッチ
ング方法としてエッチング試料に対して垂直にイオンを
ビーム状に照射してエッチングを行なうＲＩＢＥ法を用
いることにより、近接した (320)発光部を、基板に垂直
な (314)分離溝で分離させることができるとともに、面
発光型半導体レーザの特性向上に必要な垂直光共振器を
作製することが可能となっている。
【００５６】次に、この (307)ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａ
ｓクラッド層上に、埋め込み層を形成する。このため
に、本実施例では、まず、 (313)レジストを取り除き、
次に、ＭＢＥ法あるいはＭＯＣＶＤ法などにより、 (30
9)ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94層を埋め込み成長させる（図７
（ｄ））。
【００５７】さらに、 (312)ＳｉＯ2 層とその上にで
きた多結晶状のＺｎＳＳｅを除去し、続いて、表面に４
ペアの (311)ＳｉＯ2 ／α−Ｓｉ誘電体多層膜反射鏡を
電子ビーム蒸着により形成し、ＲＩＥ法を用いたドライ
エッチングで、発光部の径よりやや小さい領域を残して
取り去る（図７（ｅ））。誘電体多層膜ミラーの、波長
７８０ｎｍでの誘電体多層膜ミラーの反射率は、９５％
以上である。
【００５８】ここで、本実施例の (300)半導体レーザで
はＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94で埋め込んだ(314)分離溝上にも
(311)誘電体多層膜ミラーを作成することとしたので、
発光部に挟まれた領域にも垂直共振器構造が形成され、
したがって、 (314)分離溝にもれた光も有効にレーザ発
振に寄与し、また、漏れた光を利用するので (320)発光
部の位相に同期した発光となる。
【００５９】しかる後、 (311)誘電体多層膜ミラー以
外の表面に(310)ｐ型オーミック電極を蒸着し、さら
に、基板側に (301)ｎ型オーミック電極を蒸着する（図
７（ｆ））。ここで、出射側の (310)ｐ型オーミック電
極は、各 (320)発光部の各 (308)コンタクト層に導通す
るように形成される。そして、最後に、Ｎ2 雰囲気中で
４００℃でアロイングを行う。
【００６０】以上のように、図６に示したような (300)
面発光半導体レーザを得ることができる。
【００６１】このようにして作成した本実施例の (300)
面発光半導体レーザにおいても、上述した実施例１およ
び実施例２と同様、 (308)ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓコ
ンタクト層の比抵抗が１×１０-2Ω・ｃｍ以下となり、
この値は、素子構造に帰せられる (308)コンタクト層と
(310)オーミック電極の接触面積の減少による素子抵抗
の増加分を補うのに十分小さな値となり、室温において
連続発振が達成され、しきい値電流も１ｍＡと極めて低
い値が得られた。また外部微分量子効率も高く、本発明
による素子抵抗の低減がレーザの特性向上に飛躍的に貢
献していることが確認された。
【００６２】また、本実施例例では、出射するレーザ光
の発振波長７８０ｎｍの持つエネルギーよりも大きなバ
ンドギャップエネルギーを持つ半導体Ａｌ0.15Ｇａ0.85
Ａｓを (308)コンタクト層に使用することにより、コン
タクト層でのレーザ光の吸収を無くすことができるため
光出力の大きい半導体レーザを得ることができた。
【００６３】また、上述の各実施例では、 (108),(20
8),(308)コンタクト層のＺｎドーピング量を２×１０19
ｃｍ-3とすることとしたが、本発明者の実験によれば、
本発明の効果は、コンタクト層の不純物濃度を１×１０
19ｃｍ-3以上にすると顕著に表われることが確認され
た。また、不純物濃度を５×１０20ｃｍ-3以上にすると
コンタクト層表面に不純物が析出して、表面を荒し、面
発光半導体レーザの特性（発振出力、信頼性など）を劣
化させることも確認した。従って、コンタクト層への不
純物濃度は２×１０19〜２×１０20ｃｍ-3が最適であ
る。
【００６４】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、コンタクト層に与える不純物濃度を１×１０19ｃ
ｍ-3以上と高濃度化したことにより、このコンタクト層
の比抵抗を１×１０-2Ω・ｃｍ以下と低抵抗化が達成で
き、また、オーミック電極とのコンタクト抵抗も減少さ
せることができることから、面発光半導体レーザの素子
抵抗を著しく減少できるようになった。
【００６５】これにより、コンタクト層とオーミック電
極の接触面積が減少しても素子抵抗の増加量を少なくで
き、素子の発熱による出射効率の低下、発振波長の不安
定性、寿命の低下を防ぐことが可能となった。
【００６６】また、柱状半導体層の周囲をＩＩ−ＶＩ族
化合物半導体エピタキシャル層で埋め込むことにより、
高抵抗の埋め込み層への注入電流のもれが生じず、十分
な電流狭窄が得られ、しきい値電流を下げられるので室
温連続発振が可能となり、光出力を増大できる上記作用
と併せて実用性の高い面発光型半導体レーザを実現でき
た。
【００６７】さらに、コンタクト層を出射するレーザ光
の発振波長のエネルギーよりも大きいバンドギャップエ
ネルギーを持つ半導体で形成することにより、コンタク
ト層でのレーザ光の吸収を無くすことができるので上記
作用と併せて、さらに高出力な面発光型半導体レーザが
実現できた。
【００６８】したがって、本発明によれば、高性能且つ
長寿命の半導体レーザを歩留まりよく製造することがで
きる、半導体レーザを提供することができる。
【００６９】特に、半導体レーザを二次元的に集積させ
てアレイ化させる場合には、駆動電流を低減させなけれ
ばならないので、素子抵抗の低減は非常に有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１に関わる半導体レーザの発光部の断
面を示す斜視図である。
【図２】 実施例１に関わる半導体レーザの製造工程を
示す断面図である。
【図３】 実施例１に関わる半導体レーザの駆動電流と
発振光出力の関係を示すグラフである。
【図４】 実施例２に関わる半導体レーザの発光部を示
す斜視図である。
【図５】 実施例２に関わる半導体レーザの製造工程を
示す断面図である。
【図６】 実施例３に関わる半導体レーザの発光部を示
す斜視図である。
【図７】 実施例２に関わる半導体レーザの製造工程を
示す断面図である。
【図８】 従来の半導体レーザの発光部の一例を示す斜
視図である。
【符号の説明】
１０１，２０１，３０１，８０１ ｎ型オーミック電
極 １０２，２０２，３０２，８０２ ｎ型ＧａＡｓ基板 １０３，２０３，３０３，８０３ ｎ型ＧａＡｓバッ
ファ層 １０４，２０４，３０４，８０４ 分布反射型多層膜
ミラー １０５，２０５，８０５ ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓク
ラッド層 １０６，２０６，８０６ ｐ型ＧａＡｓ活性層 １０７，２０７，８０７ ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓク
ラッド層 １０８，２０８，８０８ ｐ型ＧａＡｓコンタクト
層 １０９，２０９，３０９，８０９ ＺｎＳ0.06Ｓｅ
0.94 １１０，２１０，３１０，８１０ ｐ型オーミック電
極 １１１，２１１，３１１，８１１ 誘電体多層膜ミラ
ー １１２，２１２，３１２ ＳｉＯ2 層 １１３，２１３，３１３ レジスト ３０５ ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層 ３０６ ｐ型Ａｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ活性層 ３０７ ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層 ３０８ ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓコンタクト層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体基板に垂直な方向に光を出射するよ
    うに当該半導体基板に垂直な方向に形成された共振器を
    有し、該共振器を形成する半導体層の少なくとも一層が
    柱状に形成されている面発光型の半導体レーザにおい
    て、 前記柱状の半導体層の上面に形成される半導体コンタク
    ト層に電気伝導を与える不純物濃度が１×１０19ｃｍ-3
    以上であることを特徴とする半導体レーザ。
  2. 【請求項２】前記柱状の半導体層の周囲は、ＩＩ−ＶＩ
    族化合物半導体エピタキシャル層で埋め込まれているこ
    とを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
  3. 【請求項３】前記半導体コンタクト層を形成する半導体
    のバンドギャップエネルギの大きさが、前記共振器より
    出射されるレーザ光の発振波長のエネルギーよりも大き
    いことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レー
    ザ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006222187A (ja) * 2005-02-09 2006-08-24 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ
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