JPH0629612A - 表面放出型半導体レーザの製造方法と、その方法で得られるレーザ - Google Patents

表面放出型半導体レーザの製造方法と、その方法で得られるレーザ

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JPH0629612A
JPH0629612A JP3359357A JP35935791A JPH0629612A JP H0629612 A JPH0629612 A JP H0629612A JP 3359357 A JP3359357 A JP 3359357A JP 35935791 A JP35935791 A JP 35935791A JP H0629612 A JPH0629612 A JP H0629612A
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フェスト ジェローム
Franz K Reinhart
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 エピタキシ成長工程と不純物ドーピング工程
と拡散工程とを含む多量子井戸を有する表面放出型レー
ザダイオード、特にレーザダイオードのアレーの製造方
法。 【構成】 最終レーザの寿命を短くする従来の化学エッ
チング工程を無くして、活性領域の周囲に不純物を注入
する前に、活性領域をマスクを付けてレーザの横方向寸
法を決める。ブラッグ鏡および活性領域層（量子井戸／
中間層または超格子）の厚さは、レーザの閾値電流およ
びエネルギー効率を最適化するように、各量子井戸の利
得を最適化し、ブラッグ鏡の損失を最小にするように選
択する。 【効果】 活性領域でのレーザ光線の伝搬軸線方向での
光の閉じ込め特性と伝搬軸線に直角な方向でのキャリア
の閉じ込め特性とを個別に最適化できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は表面放出型の半導体レー
ザの製造方法と、この方法で製造された半導体レーザと
に関するものである。本発明方法は単一の基板上に複数
のレーザを作ってレーザアレイを形成するのに有利であ
る。このレーザアレイの１つの特徴は個々のレーザを個
別に制御できる点にある。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは、基本的に結晶性の活性
媒体 (millieu actif)によって構成され、光はこの活性
媒体中での電子と正孔との放射再結合によって放出され
る。この活性媒体は２つの反射鏡で形成された光学的共
振器内に配置され、光学的共振器内で放出された光の一
部は、部分的に透明になった少なくとも一方の反射鏡か
ら放出される。電子と正孔は活性媒体と接触するように
配置されたｎ型領域およびｐ型領域を介して活性媒体中
に入る。種々の半導体レーザが既に公知であり、種々の
活性媒体、種々のｐ型およびｎ型材料、種々の寸法また
は幾何学形状が提案されているが、基本原理は同じであ
る。活性媒体は例えばガリウム砒素(GaAs)、インジウム
燐(InP) 、その他の III−Ｖ化合物をベースで作ること
ができる。また、ある種のII−ＶまたはIV−VI化合物を
活性媒体として使用することもできるが、これらの技術
はまだ完成していない。半導体レーザの要点は、活性媒
体の電子エネルギー禁止帯を、電子と正孔とを出す互い
に隣接したｎ型とｐ型の材料の禁止帯よりも狭くしなけ
ればならないという点にある。反射鏡は金属（導体）あ
るいは誘電体または半導体の多層膜にすることができ
る。場合よっては、反射鏡を用いて活性媒体へ電流を供
給することもできる。半導体レーザの製造方法で解決し
なければならない事項は、製造コスト、歩留り、製品の
再現性と信頼性、レーザのエネルギー収率、消費電流、
放熱特性、レーザ寿命である。
【０００３】一般には、所定電流で可能な限り最高の利
得が得られるようにするか、所定利得で可能な限り最低
の閾値電流となるようなレーザを製造するのが望まし
い。この点では、多量子井戸型（ＭＱＷ）の半導体レー
ザは、活性領域の容積に比例して閾値電流が小さく点で
有利である。レーザ効果で発光させるためには、活性領
域に約 107 A/cm3の電流を注入する必要がある。例え
ば、0.1 μｍの層の場合の閾値電流は約 103 A/cm3であ
る。二重ヘテロ構造を有する従来のレーザの活性領域の
エピタキシャル層の厚さは約１〜数百ナノメートルであ
る。ＭＱＷレーザの場合の活性層の厚さは数ナノメート
ルで、閾値電流密度は約１桁少なくなる。しかし、この
利点を生かすためには損失が極めて低いレーザ、従っ
て、極めて優れた鏡を有するＭＱＷレーザを作る必要が
あり、また、活性媒体の結晶構造は完全でなければなら
ない。格子欠陥があるとレーザの寿命が短くなる。その
ため、例えば単結晶成長法、有機金属化合物の気相蒸発
成長法（ＭＯＣＶＤ）または分子ビームエピタキシ（Ｍ
ＢＥ）法等のエピタキシャル成長法を用いてエピタキシ
ャル層の厚さを原子層のレベルで制御し且つ格子欠陥を
可能な限り少なくしている。その他の成長方法、例えば
化学的エピタキシ（ＣＢＥ）や有機金属化合物の分子ビ
ームエピタキシ（ＭＯＭＢＥ）も提案されているが、こ
れらは工業的規模では十分に使えない。
【０００４】活性媒体の両側に配置された反射鏡は共振
器を形成し、レーザ光線はその内部で増幅される。２つ
の反射鏡の少なくとも一方は半反射・半透明で、共振器
の内部から外部へ光出力の一部が取り出せるようになっ
ている。表面放出型のＭＱＷレーザでは、共振器内の損
失をできるだけ低くするために極めて優れた反射鏡が要
求される。この反射鏡は活性領域上に直接蒸着した金属
または誘電体の絶縁層にすることができる。本発明の好
ましい一実施例では、反射鏡を互いに異なる誘電体層を
堆積させた、いわゆる「ブラッグミラー(Bragg Mirro
r)」で形成している。このブラッグミラーの各誘電体層
の厚さが数十分の１ミクロンしかなく、透明度が大きい
が、組成と屈折率が互いに異なる層を交互に堆積させる
ことによって、エピタキシャル成長で得られたこれらの
各単結晶層の間の界面で屈折率の差によって光が反射さ
れる。一連の層を構成する各化合物間で格子が不整合に
なるヘテロ構造のエピタキシャル成長の場合には、各層
が十分に薄い（数原子層）という条件で、各層を超格子
で構成して、格子不整合によって互いに異なる化合物の
層の界面で欠陥ができるのを十分に少なくすることがで
きる。放射光は電子−正孔対の放射性再結合で生じた光
子で構成されている。電子と正孔すなわちキャリアは、
活性領域の直ぐ近くに物理的に接触しているｎ型材料お
よびｐ型材料から活性領域へ供給される。最適効率を得
るためには、１つの正孔および１つの電子が再結合前に
移動する距離が、キャリアの拡散長よりも短くなければ
ならない。この距離は約１〜数ミクロンである。このパ
ラメータが活性領域の最大寸法を決定することになろ
う。また、レーザの効率を最適化するためには、非放射
性の再結合による損失を最小にする必要がある。これは
活性領域の開放表面上で起こるのが好ましい。
【０００５】励起された放射エネルギーの放出によるレ
ーザの増幅は、活性領域に光子が存在することによって
得られ、この増幅器作用が得られるようにするために
は、光子を活性領域内に閉じ込めておく必要がある。光
子は反射鏡により放射方向（本発明の場合にはレーザ表
面に垂直な方向）が制限されるが、その他の方向への光
子の伝播は全く制限されないため、増幅もされない。換
言すれば、光子密度が所定の量子状態にある所望方向で
の発光のみが起こる。光子は、反射鏡で反射されて活性
領域内で往復移動して再生(retroaction) され、それに
よって同じ光子の放出が多くなる。すなわち活性領域で
光が増幅される。光子のこの往復移動は、互いに異なる
屈折率の複数の透明層で作られた反射鏡によって行われ
る。この再生は、いわゆる「分布再生(repartie)」で、
反射鏡は「ブラッグの再生反射器」と呼ばれている。し
かし、活性領域内部の層間の部分的な反射によっても光
子の往復移動が起こる。従って、この形のレーザは「分
布再生型のレーザ (lasers a retro actionrepartie)
」と呼ばれる。要約すると、固体レーザとするために
は、キャリア（電子、正孔）を活性領域に注入し、放射
性再結合が生じるまでキャリアを活性領域に閉じ込め、
しかも、発生した光子を、発光が励起されるまでの十分
な時間の間、活性領域内に閉じ込めることが必要であ
る。
【０００６】表面放出型のレーザを製造する上での最大
の問題点は、光子とキャリアとを活性領域にいかに閉じ
込めるかという点の他に、大抵の場合、電流の方向と光
の放出方向をいかに同じにするかという点にある。これ
を解決する１つの手段は、例えばフランス国特許第88／
16,215号に記載のように、活性領域の両側から電流を流
して、従来の端面発光型レーザと同様に、光学的設計と
電気的設計とを独立して最適化することができるように
する方法である。その他の解決方法も知られているが、
これらの間欠方法にはそれぞれ欠点がある。表面発光型
の最少の半導体レーザアレイはホルムデドのベル (Bel
l) 研究書とレッドバンク (米国) のベルコア(Bellcor
e)社で作られた。これらのレーザは活性領域の容積、従
って閾値電流を小さくするために、単一の基板上に多数
（１cm2 当たり2,000,000 個のレーザ) を互いに分離し
て作った。各レーザの直径は深さ方向の異方性エッチン
グによって規定される（直径１〜５μｍのレーザで深さ
５μｍ）。この方法の最大の問題点は、レーザの両側が
空気に触れることにある（各レーザは軸線が発光方向と
に平行な垂直円筒形をしている）。また、エッチングに
よって、エッチングされた部分の格子構造が劣化し、活
性領域の端部に格子欠陥が残る傾向がある。
【０００７】さらに、非放射性再結合は活性領域の開放
側でより強くなる。また、アレイに集積化する (必要な
場合にはさらに個々に制御できるようにする) ために
は、レーザ間の空隙を埋めて平らにするのが望ましい。
そうすることによってレーザの冷却が良くなり、制御電
気路の支持体の役目をさせることができる。また、開放
表面を減らした場合には、それに比例して非放射性再結
合も減さなければならない。レーザ間の空隙を埋める方
法としては２つの方法が知られている。１つの方法は、
例えばエピタキシャル成長法によって材料を堆積して、
レーザアレーを構成する層を平らにする方法である。し
かし、埋めなければならない深さは約５μｍで、各レー
ザ間の空隙幅は大抵の場合、約１〜２μｍに過ぎないた
め、この方法は実施が難しい。他の方法はエピタキシャ
ル成長法でレーザを製造した後に、活性領域を取り囲ん
だ材料中にｐ型およびｎ型の不純物（ドーパント）を拡
散させて、正孔源および電子源を作る方法である。この
方法は、本出願人のフランス国特許出願第88／16,215号
に記載されている。この方法では、各レーザダイオード
の半分を取り囲んだ半貝殻形部分にｐ型およびｎ型の不
純物（ドーパント）を拡散する。この方法の欠点は、正
確な幾何学的形状に不純物を注入・拡散させる操作を複
数回（少なくとも２回、場合によって２回以上）交互に
行う必要があるという点にある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の表面放出型レーザの製造方法の欠点を解消し、製造工
程を単純化し、工程数を少なくして製造コストを低く
し、生産性を向上させるとともに、製造されたレーザの
利得、閾値電流、電力消費、再現性、信頼性および耐久
性等の性能を確実に向上させることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の提供する表面放
出型レーザの製造方法は基本的に下記工程で構成され
る： (1) 互いに異なる化合物の層で構成される単結晶ブラッ
グ(Bragg) 鏡を単結晶基板上に単結晶成長させる。基板
ブラッグ鏡はｎ形にドープする。 (2) 禁止帯Ｅ2 を有する第１の化合物の少なくとも１つ
の単結晶層をエピタキシャル成長させる。 (3) 必要に応じて禁止帯Ｅ1 ≦Ｅ2 の化合物の第２の層
を単結晶成長させる。 (4) 横方向寸法を最終製品のレーザの活性媒体の寸法よ
り大きくした活性媒体の単結晶をエピタキシャル成長
(多層) させる。この成長は例えば多重量子井戸、格子
整合した互いに異なる化合物の超格子またはこれらを交
互に作るよように行う。 (5) 禁止帯Ｅ1 ( Ｅ1 ≦Ｅ2 ) の化合物の化合物のエピ
タキシャル層を単結晶成長させる。 (6) 必要に応じて、禁止帯Ｅ2 の第１化合物の層をエピ
タキシャル成長単結晶成長させる。 (7) 活性領域の最後の層の表面の一部をマスクして活性
領域の横方向寸法を決定する。 (8) (7) でマスクされた活性領域の外側を取り囲む領域
にｐ型の不純物を、禁止帯Ｅ2 を有する第１のエピタキ
シャル層に達する深さまで、注入／拡散させる。 (9) エピタキシャル成長させた最後の層の上と、基板の
下側に金属オーミック接点を堆積させる。 (10)活性領域上に半透明鏡、例えばSiＯ2 とTiＯ2 の層
を交互に積層した誘電体の多層鏡を堆積させる。
【００１０】上記の工程は好ましい実施態様を示したも
ので、これに限定されるものではない。本発明方法をこ
れ以外の順序で行うこと、あるいは追加の工程を加える
ことも本発明の範囲に入る。また、第１および第２のエ
ピタキシャル層を単一化合物で作って、単一層にするこ
ともできる。本発明方法を用いると、表面放出型のレー
ザダイオードの製造か容易になり、工程数を大幅に少な
くすることかできる。また、本発明方法で得られたデバ
イスの性能は良くなる。光学的共振器および活性領域は
単一のヘテロエピタキシ工程で製造することができるの
で、表面放出型レーザの製造が大幅に容易になる。ま
た、本発明方法はレーザダイオードの二次元アレーの製
造に特に適しており、次世代スーパーコンピュータの高
密度・高速な並列光学結合のような新規な用途に使うこ
とができる。本発明の上記以外の特徴と利点は、添付図
面を参照した下記の詳細な実施例の説明から明らかにな
ろう。しかし、本発明が以下の実施例に限定されるもの
ではない。添付図面では同じ要素には同じ参照番号を付
した。本発明の他の実施態様および基本原理は当業者は
容易に理解できよう。
【００１１】
【実施例】図１から分かるように、レーザダイオードの
活性領域はｐ型領域11およびｎ型領域12によって取り囲
まれている。ｐ型領域11およびｎ型領域12はそれぞれ活
性領域に正孔および電子を注入し、注入された正孔およ
び電子を活性領域は再結合して光を放出する。活性領域
10は例えば GaAs で形成することができ、ｐ型領域11は
Ga1-xAlx Asで形成することができ、ｎ形領域12は Ga
1-yAly As (ここで、ｘおよびｙは０〜１の範囲の数値
である）で形成することができる。
【００１２】図２から分かるように、表面放出型のレー
ザダイオードの活性領域10は、２つの反射鏡Ｍ１、Ｍ２
で構成される光学的共振器の中に配置されている。この
反射鏡の少なくとも１方Ｍ１は、鉛直方向の矢印ｈν
（図２）で示す活性領域および光学軸線に沿ってレーザ
光線を通過させるために、部分的に透明になっている。
図２の実施例では、２つの反射鏡Ｍ１、Ｍ２は屈折率が
互いに異なる材料を連続的に積層して形成されている。
これらの層は、例えばGaAs層とGaAlAs層とを交互に積層
するか、SiＯ2 のような誘電体層とTiＯ2 の層とを積層
して形成されている。変形実施例としては、反射鏡Ｍ
１、Ｍ２の一部または全部を活性領域の内側に形成する
こともできる。
【００１３】図３ａ、図３ｂは公知のレーザダイオード
の例を示している。図３ａは、例えばｎ型を約1018／cm
3 の濃度でドープした GaAs 基板18上にエピタキシャル
層を順次積層した場合を示している。この図に記載の実
施例では、GaAsとGaAlAsとを用いて活性領域の一連の層
を形成しているが、その他の二元、三元または四元化合
物、例えば III−Ｖ、II−ＶまたはIV−VI化合物、例え
ば InP、 GaAsInP、GaAsInP 、・・・ PbSnTe 等を用い
ることもできる。図３ａでは、第１のエピタキシャル層
15が例えば GaAlAs で形成されている。このエピタキシ
ャル層15は、基板と同様に、1018／cm3 の濃度にｎ型に
ドープされている。この実施例では、第２の層17も GaA
lAs で形成されているが、ｎ- 型にドープされている。
活性領域10はこの第２の層17の上に形成される。この活
性領域の構造は図３ｂに詳細に示してある。活性領域10
上には、ｐ- 型にドープされた GaAlAs の第３のエピタ
キシャル層が堆積されている。この上にｐ型にドープさ
れた GaAlAs の第４のエピタキシャル層11が形成され、
さらに、その上にｐ+ 型にドープされた GaAlAs の第５
のエピタキシャル層が形成されている。
【００１４】活性領域を取り囲む各層の組成は、ｎ型ド
ープ領域およびｐ型ドープ領域からのキャリアによって
レーザにポンピングエネルギーが与えるために、活性領
域10の内部よりも外部での禁止帯の幅が広くなるように
選択する。図３の実施例では活性領域10が、図３ｂの詳
細図に示すように、GaAs層 58 と、GaAlAs層 56 とを交
互に積層して形成されている。層56と層58の厚さは20nm
以下で、これらは「量子井戸」を形成している。量子井
戸は、遊離したキャリアを幅の狭い禁止帯内に閉じ込め
るように、禁止帯の幅が広い領域で取り囲まれた禁止帯
の幅が狭い領域で形成される。寸法が極めて小さい量子
井戸では、キャリアが取り得る状態密度は固体材料の状
態密度に比較して低くなる。レーザの横方向の最終寸法
は、ホトリソグラフィと、それに続く深さ方向のエッチ
ング工程で決まる。この幅は一般に約１μｍである。図
は放射光の伝播軸に沿ったレーザの縦方向断面図であ
る。レーザの幾何学形状はこの伝播軸に対して回転対称
にすることができる。あるいは、レーザの幾何学形状を
基板と平行な平面内で正方形または長方形にすることも
できる。レーザの閾値電流は活性領域の容積に比例する
ので、横方向寸法は可能な限り小さくなければならな
い。
【００１５】各遊離キャリアの領域に電力を供給するた
めの金属オーミック接点21、23はレーザの端部に形成さ
れる。この実施例では、エピタキシャル層とは反対側の
基板18の表面上に堆積された層28は反射鏡の役目もしな
ければならない。この層28はAu、Ti等で形成するのが好
まし。また、レーザの上部傾斜面上にホトリソグラフィ
で形成される接点はAu、Ti、Al等で形成することができ
る。半透明の反射鏡25は最後のエピタキシャル層13の上
に堆積させる。この反射鏡は、互いに異なる屈折率を有
する例えばSiO2の層とTiO2の層とを交互に積層した多層
誘電体層にすることができる。
【００１６】図３は、公知の最も単純な具体的構造の概
念図であるが、この構造では、電荷キャリアとレーザ光
線の光子とが同じ方向（この構造の軸線に平行な方向）
に流れ、横方向の閉じ込めは実質的にこの構造の横方向
寸法で決まるため、設計上の矛盾は避けられない。図４
は、本発明の構造に近い公知の別の具体的構造の概念的
である (本発明ではこの構造をより単純化し、製造工程
を少なくすることができる) 。この構造では、ダイオー
ド接合（ｎ型ドープ層とｐ型ドープ層）がレーザ光線の
伝播方向に対して直角な半径方向に存在している。活性
領域は、上記の場合と同様に、GaAs層とGaAlAs層とを交
互に積層して作られているが、ｐ型領域10とｎ型領域12
とは同じ面内にある。
【００１７】図４の構造の場合にも、図３の場合と同様
に、基板は GaAs であるのが好ましい。しかし、これに
限定されるものではない。 GaAs 基板の場合にはｎ+ 型
で約２×1018/cm3レベルまでドープされる。ｎ型ドープ
された GaAlAs の層20は、レーザの製造後に基板に対し
て行われるエッチングを停止させる機能をする。すなわ
ち、反射鏡14は部分的にしか反射しないため基板が吸収
するレーザ光を最小にする。閉じ込め領域12の形成段階
では、活性領域がエッチングで画成される。この活性領
域は２×1017/cm3のレベルにｐ型不純物をドープした G
aAs 層58と GaAlAs層56とを交互に積層して作られる。
この時、その横方向寸法は最終寸法より大きくなるよう
に形成される。こうして作られた各層を選択的にエッチ
ングして直径約５μｍの円柱を残す。次に、２×1017/c
m3のレベルにｎ型をドープしたGaAlAsの閉じ込め領域
を、活性領域の周囲に、上記円柱とほぼ同じ高さとなる
深さまで堆積させる。次に、SiＯ2 の絶縁層28を堆積さ
せ、活性領域10の上側表面まで下向きにエッチングして
環状窓30を形成する。この環状窓30を介して上記円柱の
上側表面まで亜鉛を拡散させた後、マスクを介してPt−
Au−Tiからなる電気接点32を付け、基板18の下側表面上
に Au−Geの層36を堆積させる。既に述べたように、図
４の構造は本発明方法で使用可能な構造に最も近い構造
であるが、本発明方法はこの楮をよりも単純で、工程数
が少なくなるということは以下の説明から理解できよ
う。
【００１８】図５は本発明による表面放出型レーザダイ
オードの１実施態様の製造方法の第１段階の概念的な断
面図である。このレーザは軸線に対して回転対称にする
ことでき、エピタキシャル層の平面では円形であるか、
または、この平面では長方形の形状を有している。単結
晶ブラッグ鏡(miroir Bragg)Ｍ２は、当業者には公知の
方法で単結晶基板18上に互いに交互にエピタキシャル単
結晶成長させた互いに異なる化合物の層で構成されて
る。本発明の好ましい一実施例では、基板18は GaAs に
することができ、ブラッグ鏡Ｍ２は GaAs 層と GaAlAs
層とを交互に積層して形成することができる。これ以外
の組合せとしては III−Ｖ、II−VIおよびIV−IV族元素
の組合せを選択することができる。ブラッグ鏡Ｍ２の各
層および基板18は、最終デバイスの活性領域へ電子を移
動させるために、当業者に公知の方法で例えばｎ型にド
ープされている。
【００１９】次に、禁止帯Ｅ2 を有する厚さｄ1 の第１
の化合物の第１のエピタキシャル層１を反射鏡Ｍ２上に
堆積させる。最終デバイスの性能を悪くする欠陥の発生
を最小にするために、第１のエピタキシャル層１の化合
物とその上に形成される反射鏡Ｍ２の化合物とは界面で
の格子が整合するように選択する。第１のエピタキシャ
ル層１およびそれに続く層の横方向寸法は、活性領域の
寸法より大きい（活性領域の横方向寸法ｄとは、レーザ
の表面から放射される光の伝播方向に対して直角な各層
の面内での寸法であり、図５〜図８では破線で示してあ
る）。本発明の好ましい実施態様では、第２のエピタキ
シャル層２は禁止帯Ｅ2 （＞Ｅ1 ）の化合物であり、こ
の第２のエピタキシャル層２は界面欠陥が実質的にでき
ないように格子整合させる単結晶成長法で形成される。
【００２０】次に、エピタキシャル層２の上に、いわゆ
る活性領域10を単結晶成長法で格子整合するように形成
する。本発明では、この活性領域10が複数の量子井戸に
よって形成される。この量子井戸は、例えば厚さが約 1
00〜120nm の中間層６によって互いに分離された複数
（Ｎ個）の薄い各活性層８（例えば厚さが約２〜３nm)
を積層したものである。これらの交互に積層された活性
層８および中間層６は互いに異なる組成を有し、その横
方向寸法は最終デバイスの活性領域の横方向寸法より大
きい。レーザ効果を達成するのに必要な閾値電流は活性
領域の容積に比例するので、この閾値電流を最小にする
ためには、活性層８の厚さｔは最小にする。本発明の好
ましい実施態様では、互いに積層される各層の厚さ寸法
ｄ1 、ｄ2 を反射鏡によって活性領域内に定在波として
閉じ込められるレーザ光線の波長に対応するように選択
する。各活性層８を定在波の電界強度が最大となる位置
に配置させ、定在波のノードが各活性層８の間に来るよ
うにする。そうすることによって各活性層内で放射励起
された光の増幅を最大にすることができる。
【００２１】本発明の別の好ましい実施態様では、中間
層６を超格子で形成する。超格子では、各層が互いに異
なる化合物で形成された場合でも交互に積層した薄膜層
間での結晶格子が単一値となるので、界面での欠陥は生
じない。超格子の禁止帯は互いに積層された薄膜層を構
成する各化合物の禁止帯のほぼ平均である。活性層８お
よび中間層６の組成は所望波長のレーザ光線が得られる
ように選択する。例えば 1.3μｍの放射を得るためには
GaInAs とGaInAsＰとを選択する。その他の好ましい実
施態様ではGaAs層とGaAlAs層とを積層する。活性領域10
の最後の量子井戸を堆積させた後に、第２のエピタキシ
ャル層２と組成が同じ最後の層２を活性領域10の最後の
活性層８の上に堆積させる。この層も単結晶成長法で形
成する。
【００２２】例として、図５に記載の寸法を示すが、本
発明をこれらの数値に限定されるものではない。GaAsを
用いて波長が 850nmの場合には、GaAsの屈折率ｎ＝3.5
であるから、第１のエピタキシャル層１の厚さｄ1 を第
２のエピタキシャル層２の厚さｄ3 とほぼ同じ約 120nm
にする。活性領域10の厚さｄ2 は約Ｎ×120nm(ここでＮ
は整数であり、量子井戸の数である（Ｎ＜10) ）にす
る。活性領域の幅すなわち直径ｄは約１〜２、３μｍで
ある。InＰの場合には、屈折率ｎ＝3.3 であり、波長は
1300または1500nmであり、厚さｄ1 、ｄ3 は約200nm で
あり、ｄ2 は約Ｎ×200nm である。本発明の別の好まし
い実施態様（図示せず）では、複数（Ｍ個）の活性層を
各最大電界の囲り集めてデバイスの増幅を大きくする。
しかし、、この場合には全活性容積（Ｎ×Ｍ×ｄ2 ×
ｔ）は大きくなるが、閾値電流も多くなる。従って、量
子井戸の数Ｎ×Ｍはデバイスの損失を考慮して最小にす
る。
【００２３】図６は、製造工程の次の段階を示してい
る。この工程では活性領域の露出面を保護する保護マス
ク３を付ける。この保護マスクは例えばSi3Ｎ4 またはA
l2Ｏ3にするか、放出レーザの波長に対して透明な別の
化合物にし、その寸法は最終活性領域の横方向寸法にす
る。図６〜図８に示した好ましい実施態様では、この透
明マスクは最終デバイス上に残るが、別の実施態様で
は、仮りのマスクを例えば金属、誘電材料または樹脂で
形成することもできる。活性領域の周りに不純物を拡散
する工程が終わった段階で、最後のエピタキシャル層を
残して、仮りのマスクを除去する。この最後のエピタキ
シャル層上には半透明の反射鏡Ｍ１を堆積させる。
【００２４】図７は、デバイスの表面を介して活性領域
の周りにｐ型のドーピング不純物を注入する工程段階を
示している。マスク３はドーピング不純物の拡散から活
性領域を保護することができる例えばZnまたはCdで作ら
れている。このドーピング不純物の拡散処理には二次的
効果がある。すなわち、各種のエピタキシャル層は十分
に薄いので、不純物が存在すると、エピタキシャル層間
で各層を構成する元素の相互拡散またはマイグレーショ
ンが可能になって、拡散された領域の組成が均質化され
る。この効果は不純物誘導拡散（ＩＩＤ）と呼ばれる。
上記実施例の組成の場合には、GaAlAsの中間層中のアル
ミニウムが可動になり、GaAs活性層中に拡散する。その
結果、活性領域の周りのドープ領域は積層構造でなくな
る。この領域は図では破線の外側の領域11に不純物を示
す小さい点で示してある（濃度は約1018/cm3）。
【００２５】本発明方法の変形実施例では、基板18およ
び反射鏡Ｍ２がｐ型にドープされ、活性領域はｎ型にド
ープされている。この活性領域は禁止帯Ｅ0 （＜Ｅ1 ≦
Ｅ2 ）を有する化合物で形成され、活性領域の外側およ
び全外周領域へドーピング不純物を拡散することによっ
て、相互拡散前には禁止帯Ｅ0 、Ｅ1 を有していた各層
の化合物が相互拡散する。この相互拡散で生じる化合物
の禁止帯エネルギー値は、生成した均質化合物中の相対
濃度で表すと、当初の各禁止帯Ｅ0 とＥ1 の平均Ｅm に
なる。従って、活性領域の活性層の禁止帯エルギーＥ0
はＥm より低くなり、電荷キャリアは放射性再結合する
まで活性領域内に閉じ込められる。また、相互拡散によ
って屈折率が変化する。それによって光子は活性領域内
に局部的に閉じ込めるられる（屈折率は拡散領域より活
性領域の方が高い）。
【００２６】図８は、本発明による表面放出型レーザの
製造工程の最終段階と、最終デバイスの概念図である。
この段階では先ず最初に金属オーミック接点32、36がレ
ーザの上側表面と下側表面とに堆積される。その接点範
囲は予めマスキングするか、後でエッチングして決定さ
れる。次に、例えば多層誘電体で半透明反射鏡Ｍ１を形
成する。本発明の好ましい実施態様では、この反射鏡は
SiＯ2 の層とTiＯ2 の層とを互いに積層して形成され
る。この反射鏡は光学共振器内に光子を閉じ込める役目
と、レーザ光線を外部に引き出す役目をする。
【００２７】本発明方法では、単結晶成長によるヘテロ
エピタキシ成長工程は１つだけ、すなわち、ブラッグの
再生反射鏡、不動態層および活性領域の場合だけであ
る。ドーピング不純物の添加で起こる活性領域の外側お
よび周囲での活性層と中間層との相互拡散には以下の３
つの機能、すなわち、正孔を出すｐ型領域を形成し、遊
離電荷キャリアと光子とを活性領域内に側面から閉じ込
め、この活性領域の端部での非放射性再結合を防ぐ機能
がある。従って、単一基板上に多数のレーザを製造する
ことができ、その製造工程数は従来法に比べて大幅に少
なくなり、しかもより優れた性能が得られる。また、本
発明方法は、１つの工程を追加するだけで、個々のレー
ザが制御できるレーザダイオードアレーを容易に製造す
ることができる。そのためには、当業者に公知の方法、
すなわち化学エッチング、レーザアブラッション、イオ
ン腐食等によって深さ方向に異方性エッチングして各レ
ーザを分離する。エッチングでは第２のエピタキシャル
層２と均質なｐ型領域 111とを抜いて、第１のエピタキ
シャル層１または反射鏡Ｍ２で止める。次の段階では、
スクリーン印刷、ホトリソグラフィまたは当業者に公知
の任意の方法で、アレーの各レーザをアドレスするため
の導体路の形状に従ってオーミック接点32を堆積する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 固体レーザダイオードの電気部分の概念的断
面図。
【図２】 表面放出型レーザダイオードの光学的部分の
概念的断面図。
【図３】 (a) は公知のレーザダイオードの概念的断面
図であり、 (b)は(a)の活性領域の詳細図。
【図４】 公知の別の表面放出型レーザダイオードの概
念的断面図。
【図５】 本発明による表面放出型レーザダイオードの
１実施態様の製造工程の第１段階の概念的な縦方向断面
図。
【図６】 本発明による表面放出型レーザダイオードの
１実施態様の製造工程の別の段階の概念的な縦方向断面
図。
【図７】 本発明による表面放出型レーザダイオードの
１実施態様の製造工程のさらに別の段階の概念的な縦方
向断面図。
【図８】 本発明方法で製造された表面放出型レーザダ
イオードの１実施態様の概念的な縦方向の断面図。
【符号の説明】
１、２ エピタキシャル層 ３ マスク ６ 中間層 ８ 活性層 10 活性領域 11 ｐ型領域 12 ｎ型領域 13、15、17 エ
ピタキシャル層 14 反射鏡 18 基板 21、23 オーミック接点 25 半透明鏡 28 絶縁層 30 環状窓 32 電気的接点 58 GaAs層 56 GaAlAs層

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザ表面に対して直角な軸線ｚに沿っ
    て光が放射される表面放出型レーザダイオードの製造方
    法において、 (1) 互いに異なる化合物の層で構成される単結晶ブラッ
    グ(Bragg) 鏡Ｍ２を単結晶基板(18)上にエピタキシャル
    成長させ、基板(18)およびブラッグ鏡Ｍ２に第１のドー
    パントをドープしてドープ領域中に第１の形式の遊離キ
    ャリアを発生させ、 (2) 禁止帯Ｅ2 を有する第１の化合物の少なくとも１つ
    の単結晶層(1) をエピタキシャル成長させ、 (3) 禁止帯Ｅ1 の化合物の中間層(6) で区画・分離され
    た複数の量子井戸(8) を有する活性層(10)を多層にエピ
    タキシャル単結晶成長させ、量子井戸(8) は禁止帯Ｅ0
    ＜Ｅ1 ≦Ｅ2 の別の化合物の薄膜であり、これらの多層
    活性媒体層の横方向寸法 (軸線ｚに対して直角な方向）
    を最終製品のレーザの活性媒体の寸法より大きくし、 (4) 禁止帯Ｅ1 ≦Ｅ2 の化合物の第２の層を単結晶成長
    させ、 (5) 活性領域の最後の層の表面の一部をマスクして活性
    領域の横方向寸法を決定し、 (6) (5) でマスクされた活性領域の外側を取り囲む領域
    (111) に、禁止帯Ｅ2 を有する第１のエピタキシャル層
    に達する深さ (軸線ｚに対して平行な方向）まで、第１
    の形式とは異なる第２の遊離キャリヤーをドープ領域(1
    11) 中に発生させる第２の不純物を注入・拡散させ、 (7) 禁止帯Ｅ1 の最後のエピタキシャル層(2) 上および
    基板(18)の下側表面に金属オーミック接点(32, 36)を堆
    積させ、 (8) 活性領域上に半透明鏡Ｍ１を堆積させる段階を含む
    方法。
  2. 【請求項２】 第１の不純物がｎ型の珪素である請求項
    １に記載の方法。
  3. 【請求項３】 第２の不純物がｐ型の亜鉛またはカドミ
    ウムである請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 ブラッグ鏡Ｍ２の互いに積層された各層
    が同じ元素で構成された比率が異なる化合物で形成され
    ている請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 量子井戸(8) と中間層(6) の軸方向ｚに
    おける寸法が実質的に異なる請求項１〜４のいずれか一
    項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 中間層は(6) が超格子状に堆積された複
    数の薄膜で形成される請求項１〜５のいずれか一項に記
    載の方法。
  7. 【請求項７】 マスク(3) が透明な誘電体層である請求
    項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 誘電体層が Si3O4 または Al2O3で作ら
    れている請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 活性領域を取り囲む領域への第２の不純
    物の拡散を加熱によって行う請求項１〜８のいずれか一
    項に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 加熱を電磁放射で行う請求項９に記載
    の方法。
  11. 【請求項１１】 半透明鏡Ｍ２を互いに異なる組成の層
    を交互に積層して作る請求項１〜10のいずれか一項に記
    載の方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１〜11のいずれか一項に記載の
    方法で製造される表面放出型半導体レーザ。
  13. 【請求項１３】 単一の基板上に形成された請求項12に
    記載の表面放出型半導体レーザアレー。
  14. 【請求項１４】 各レーザが深さ方向の異方性エッチン
    グによって互いに分離されている請求項13に記載の表面
    放出半導体レーザアレー。
  15. 【請求項１５】 互いに分離された各レーザがオーミッ
    ク接点を有し、各オーミック接点が電気路と電気接続し
    ており、電気路はアレー中の各レーザに個別にアドレス
    可能な形状をしている請求項14に記載の表面放出半導体
    レーザアレー。
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