JPH08181384A - 面発光レーザ及びその作製方法 - Google Patents
面発光レーザ及びその作製方法Info
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- H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
- H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
- H01S5/2063—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion obtained by particle bombardment
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 素子作製工程において、エッチング等の加工
制御が容易で、かつ素子抵抗の低減が可能な面発光レー
ザの作製方法を提供する。 【構成】 ＧａＡｓ基板（１０）上に、レーザ発振波長
の１／４倍の光学的な厚さのｎ形ＧａＡｓ層（１１）と
ｎ形ＡｌＡｓ層（１２）を２０周期程度積層したｎ形半
導体多層膜反射鏡（２０）を形成し、その上にｎ形Ａｌ
ＧａＡｓ層（１３）、アンドープのＩｎＧａＡｓ活性層
（１４）、ｐ形ＡｌＧａＡｓ層（１５）を順に集積した
ｐ−ｎ接合構造（２１）を形成する。そしてｐ形半導体
多層膜反射鏡（２２）は発振波長の１／４倍の光学的な
厚さのｐ形ＡｌＡｓ層（１６）と（１／４＋ｎ／２）倍
の光学的な厚さのｐ形ＧａＡｓ層（１７）を形成してい
るものである。これにより、エッチング深さの制御が容
易になり、この際ｎ／２波長の厚みが増加しても光学的
には１／４波長の場合と等価であるため反射特性には影
響を及さないものである。
制御が容易で、かつ素子抵抗の低減が可能な面発光レー
ザの作製方法を提供する。 【構成】 ＧａＡｓ基板（１０）上に、レーザ発振波長
の１／４倍の光学的な厚さのｎ形ＧａＡｓ層（１１）と
ｎ形ＡｌＡｓ層（１２）を２０周期程度積層したｎ形半
導体多層膜反射鏡（２０）を形成し、その上にｎ形Ａｌ
ＧａＡｓ層（１３）、アンドープのＩｎＧａＡｓ活性層
（１４）、ｐ形ＡｌＧａＡｓ層（１５）を順に集積した
ｐ−ｎ接合構造（２１）を形成する。そしてｐ形半導体
多層膜反射鏡（２２）は発振波長の１／４倍の光学的な
厚さのｐ形ＡｌＡｓ層（１６）と（１／４＋ｎ／２）倍
の光学的な厚さのｐ形ＧａＡｓ層（１７）を形成してい
るものである。これにより、エッチング深さの制御が容
易になり、この際ｎ／２波長の厚みが増加しても光学的
には１／４波長の場合と等価であるため反射特性には影
響を及さないものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、面発光レーザの作製方
法に関し、特に屈折率の異なる半導体を積層したｐ形の
半導体多層膜反射鏡及びｎ形の半導体多層膜反射鏡を設
けた面発光レーザの作製方法に関する。
法に関し、特に屈折率の異なる半導体を積層したｐ形の
半導体多層膜反射鏡及びｎ形の半導体多層膜反射鏡を設
けた面発光レーザの作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光の並列性を生かした高密度かつ広帯域
な情報伝送において、面発光レーザ素子が盛んに研究さ
れている。面発光レーザは主として半導体基板上に屈折
率の異なる２種類の半導体を発振波長の１／４倍の厚さ
で多層に積層した多層膜ブラッグ反射鏡を用いて光共振
器を垂直方向に形成し、光を垂直方向に出射する構造で
あり、二次元的に高密度に集積できるのが特徴である。
この面発光レーザ素子の特徴を生かした並列の光伝送を
行うために、面発光レーザはアレイ状に集積されて用い
られる。このように集積された構造で動作させるために
は、第一に、素子の電力消費による発熱が問題になるた
め、発振閾値電流の低減や素子抵抗の低減によって発熱
を小さくするとともに、効率よく放熱できる構造にする
こと、第二に、素子間の特性を均一にするための構造及
び素子作製行程の最適化を行う必要がある。
な情報伝送において、面発光レーザ素子が盛んに研究さ
れている。面発光レーザは主として半導体基板上に屈折
率の異なる２種類の半導体を発振波長の１／４倍の厚さ
で多層に積層した多層膜ブラッグ反射鏡を用いて光共振
器を垂直方向に形成し、光を垂直方向に出射する構造で
あり、二次元的に高密度に集積できるのが特徴である。
この面発光レーザ素子の特徴を生かした並列の光伝送を
行うために、面発光レーザはアレイ状に集積されて用い
られる。このように集積された構造で動作させるために
は、第一に、素子の電力消費による発熱が問題になるた
め、発振閾値電流の低減や素子抵抗の低減によって発熱
を小さくするとともに、効率よく放熱できる構造にする
こと、第二に、素子間の特性を均一にするための構造及
び素子作製行程の最適化を行う必要がある。
【０００３】面発光レーザ素子は、半導体多層膜反射鏡
を構成する２種類の半導体のエネルギーギャップ差によ
る接合面での電位障壁が原因で素子抵抗が高い。これを
低減する方法には、電位障壁を小さくするために接合面
に２種類の半導体の中間の組成の半導体を挿入したり、
不純物濃度を大きくしたりする方法がとられる一方、半
導体多層膜を迂回して電流を注入する構造とする方法が
検討されている。後者の一例として、面発光レーザの２
段メサ構造について、１９９３年発行の雑誌「Ｊａｐａ
ｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ」Ｖｏｌ３２、第６０４−６０８頁に掲載
の論文「Ｄｏｕｂｌｅ−Ｍｅｓａ−Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
Ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｔｏ−Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｒａｎ
ｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｐｈｏｔｏｎｉｃ
Ｄｅｖｉｃｅ ｗｉｔｈａ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａ
ｖｉｔｙ」に報告されている。
を構成する２種類の半導体のエネルギーギャップ差によ
る接合面での電位障壁が原因で素子抵抗が高い。これを
低減する方法には、電位障壁を小さくするために接合面
に２種類の半導体の中間の組成の半導体を挿入したり、
不純物濃度を大きくしたりする方法がとられる一方、半
導体多層膜を迂回して電流を注入する構造とする方法が
検討されている。後者の一例として、面発光レーザの２
段メサ構造について、１９９３年発行の雑誌「Ｊａｐａ
ｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ」Ｖｏｌ３２、第６０４−６０８頁に掲載
の論文「Ｄｏｕｂｌｅ−Ｍｅｓａ−Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
Ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｔｏ−Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｒａｎ
ｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｐｈｏｔｏｎｉｃ
Ｄｅｖｉｃｅ ｗｉｔｈａ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａ
ｖｉｔｙ」に報告されている。
【０００４】上記従来例について図４で説明する。図４
は、面発光レーザ構造の従来例として２段メサ構造を示
した構造図で、表面側のｐ形半導体多層膜反射鏡部分
（５５）を１段目のメサとして、活性層（５４）を含む
スペーサ層（５６）の手前のｐ形ＧａＡｓ層（５３）ま
でエッチングして、このメサの上にアノード電極（４
０）を形成する。このメサの外側をさらにエッチングし
てスペーサ層（５６）の下の、ＧａＡａ基板（１０）上
のｎ形半導体多層膜反射鏡（５１）を露出させてカソー
ド電極（４１）を形成する。１段目のメサの周りはイオ
ン注入により、メサ部以外の活性層部分は高抵抗領域
（５０）とされる。（５２）は絶縁膜である。
は、面発光レーザ構造の従来例として２段メサ構造を示
した構造図で、表面側のｐ形半導体多層膜反射鏡部分
（５５）を１段目のメサとして、活性層（５４）を含む
スペーサ層（５６）の手前のｐ形ＧａＡｓ層（５３）ま
でエッチングして、このメサの上にアノード電極（４
０）を形成する。このメサの外側をさらにエッチングし
てスペーサ層（５６）の下の、ＧａＡａ基板（１０）上
のｎ形半導体多層膜反射鏡（５１）を露出させてカソー
ド電極（４１）を形成する。１段目のメサの周りはイオ
ン注入により、メサ部以外の活性層部分は高抵抗領域
（５０）とされる。（５２）は絶縁膜である。
【０００５】電流は１段目のメサエッチングでメサを覆
うように形成されたアノード電極（４０）から注入され
るが、そのほとんどは、抵抗の高い多層膜反射鏡より
も、メサ底面、すなわちエッチングを停止した半導体層
の上に形成された部分から横方向に注入される。１段目
のメサエッチングを停止する位置は、素子の横方向の光
の広がり、あるいは素子内部の光閉じこめ特性に大きく
影響し、これは、面発光レーザの発光特性のうち、横モ
ード特性を決定する要因となる。単一モード特性を得る
ための構造条件として、１段目のメサの寸法が６μｍ以
下で、エッチングはスペーサ手前の半導体多層膜を１あ
るいは２対残した位置で停止させることが報告されてい
る。また、半導体多層膜反射鏡の材料としてＧａＡｓと
ＡｌＡｓを用いているので、エッチングはオーミック接
続が形成できるＧａＡｓで停止させる必要がある。
うように形成されたアノード電極（４０）から注入され
るが、そのほとんどは、抵抗の高い多層膜反射鏡より
も、メサ底面、すなわちエッチングを停止した半導体層
の上に形成された部分から横方向に注入される。１段目
のメサエッチングを停止する位置は、素子の横方向の光
の広がり、あるいは素子内部の光閉じこめ特性に大きく
影響し、これは、面発光レーザの発光特性のうち、横モ
ード特性を決定する要因となる。単一モード特性を得る
ための構造条件として、１段目のメサの寸法が６μｍ以
下で、エッチングはスペーサ手前の半導体多層膜を１あ
るいは２対残した位置で停止させることが報告されてい
る。また、半導体多層膜反射鏡の材料としてＧａＡｓと
ＡｌＡｓを用いているので、エッチングはオーミック接
続が形成できるＧａＡｓで停止させる必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術において、現状のドライエッチングでは、半導体多層
膜反射鏡のうちの数十ナノメートルの厚さの特定の半導
体層でエッチングを停止するだけの制御性、均一性を実
現することは困難である。また、電流を横方向からメサ
の下の活性層に注入する構造となるので、電流の分布が
均一にならない。本発明は上記の欠点をなくし、エッチ
ングの制御が容易で、かつ、発光特性を変えずに抵抗を
下げうる面発光レーザの作成方法を提供することであ
る。
術において、現状のドライエッチングでは、半導体多層
膜反射鏡のうちの数十ナノメートルの厚さの特定の半導
体層でエッチングを停止するだけの制御性、均一性を実
現することは困難である。また、電流を横方向からメサ
の下の活性層に注入する構造となるので、電流の分布が
均一にならない。本発明は上記の欠点をなくし、エッチ
ングの制御が容易で、かつ、発光特性を変えずに抵抗を
下げうる面発光レーザの作成方法を提供することであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、電流注入によ
って光ゲインを生ずるｐｎ接合構造の上下に、屈折率の
異なる半導体を交互に積層したｐ形の半導体多層膜反射
鏡及びｎ形の半導体多層膜反射鏡を設けた共振器構造を
半導体基板上に形成し、エッチングによってメサを形成
し、メサを覆うように電流注入用の電極を形成する面発
光レーザの作製方法において、半導体基板上でエッチン
グされるｐｎ接合構造の上部の半導体多層膜反射鏡を構
成する交互に積層される半導体のうち、エッチング停止
部分の半導体層の膜厚を目的とする発振波長の（１／４
＋ｎ／２）倍（ｎは整数）とすることを特徴とする面発
光レーザの作製方法である。
って光ゲインを生ずるｐｎ接合構造の上下に、屈折率の
異なる半導体を交互に積層したｐ形の半導体多層膜反射
鏡及びｎ形の半導体多層膜反射鏡を設けた共振器構造を
半導体基板上に形成し、エッチングによってメサを形成
し、メサを覆うように電流注入用の電極を形成する面発
光レーザの作製方法において、半導体基板上でエッチン
グされるｐｎ接合構造の上部の半導体多層膜反射鏡を構
成する交互に積層される半導体のうち、エッチング停止
部分の半導体層の膜厚を目的とする発振波長の（１／４
＋ｎ／２）倍（ｎは整数）とすることを特徴とする面発
光レーザの作製方法である。
【０００８】また本発明は、上記面発光レーザの作製方
法において、半導体基板上でエッチングされるｐｎ接合
構造の上部の半導体多層膜反射鏡がｐ形半導体多層膜反
射鏡であり、交互に積層される半導体がｐ形ＡｌＡｓ層
とｐ形ＧａＡｓ層で、前記交互に積層される半導体のう
ちエッチング停止部分の半導体層がｐ形ＧａＡｓ層であ
ることを特徴とする面発光レーザの作製方法である。ま
た本発明は、電流注入によって光ゲインを生ずるｐｎ接
合構造の上下に、屈折率の異なる半導体を交互に積層し
たｐ形の半導体多層膜反射鏡及びｎ形の半導体多層膜反
射鏡が、屈折率の異なる２種類の半導体を交互に積層し
たものであり、これらの半導体基板上への形成が、エピ
タキシャル成長によって形成するものである面発光レー
ザの作製方法である。
法において、半導体基板上でエッチングされるｐｎ接合
構造の上部の半導体多層膜反射鏡がｐ形半導体多層膜反
射鏡であり、交互に積層される半導体がｐ形ＡｌＡｓ層
とｐ形ＧａＡｓ層で、前記交互に積層される半導体のう
ちエッチング停止部分の半導体層がｐ形ＧａＡｓ層であ
ることを特徴とする面発光レーザの作製方法である。ま
た本発明は、電流注入によって光ゲインを生ずるｐｎ接
合構造の上下に、屈折率の異なる半導体を交互に積層し
たｐ形の半導体多層膜反射鏡及びｎ形の半導体多層膜反
射鏡が、屈折率の異なる２種類の半導体を交互に積層し
たものであり、これらの半導体基板上への形成が、エピ
タキシャル成長によって形成するものである面発光レー
ザの作製方法である。
【０００９】
【作用】本発明の面発光レーザの作成方法においては、
電極を形成するためのメサエッチングを停止させる半導
体多層膜反射鏡の特定の一層の厚みを発振波長の（１／
４＋ｎ／２）倍（ｎは整数）、例えば５／４倍と、エッ
チングの深さ制御可能な厚みより厚くしておくことによ
り、この層で停止できるように余裕を持たせることがで
きる。また、半導体多層膜反射鏡の特定の一層の厚みを
目的とする発振波長の（１／４＋ｎ／２）倍（ｎは整
数）であるから、膜厚が１／４から１／２の整数倍で増
加する限りにおいては、反射率などの光学特性は１／４
倍の厚さの膜と等価となるため面発光レーザの特性を劣
化させることなく素子作製のエッチング工程にマージン
を持たせることができる。さらに、膜厚を厚くすること
により、注入された電流が半導体膜を横方向に拡散する
効果が高められ、横方向からの電流注入に伴う注入不均
一を緩和することが可能になる。
電極を形成するためのメサエッチングを停止させる半導
体多層膜反射鏡の特定の一層の厚みを発振波長の（１／
４＋ｎ／２）倍（ｎは整数）、例えば５／４倍と、エッ
チングの深さ制御可能な厚みより厚くしておくことによ
り、この層で停止できるように余裕を持たせることがで
きる。また、半導体多層膜反射鏡の特定の一層の厚みを
目的とする発振波長の（１／４＋ｎ／２）倍（ｎは整
数）であるから、膜厚が１／４から１／２の整数倍で増
加する限りにおいては、反射率などの光学特性は１／４
倍の厚さの膜と等価となるため面発光レーザの特性を劣
化させることなく素子作製のエッチング工程にマージン
を持たせることができる。さらに、膜厚を厚くすること
により、注入された電流が半導体膜を横方向に拡散する
効果が高められ、横方向からの電流注入に伴う注入不均
一を緩和することが可能になる。
【００１０】
【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。図１は、本発明の面発光レーザの作製方法を示す
１実施例である。材料系として、基板にＧａＡｓ、活性
層にＩｎＧａＡｓを用いた。ＩｎＧａＡｓの発光波長
は、Ｉｎ組成０．２において９８０ナノメートル付近と
なる。図１に示すように、ＧａＡｓ基板（１０）上には
まず、レーザ発振波長の１／４倍の光学的な厚さのｎ形
ＧａＡｓ層（１１）とｎ形ＡｌＡｓ層（１２）を２０周
期程度積層したｎ形半導体多層膜反射鏡（２０）を形成
し、その上にｎ形ＡｌＧａＡｓ層（１３）、アンドープ
のＩｎＧａＡｓ活性層（１４）、ｐ形ＡｌＧａＡｓ層
（１５）を順に集積したｐ−ｎ接合構造（２１）を形成
する。
する。図１は、本発明の面発光レーザの作製方法を示す
１実施例である。材料系として、基板にＧａＡｓ、活性
層にＩｎＧａＡｓを用いた。ＩｎＧａＡｓの発光波長
は、Ｉｎ組成０．２において９８０ナノメートル付近と
なる。図１に示すように、ＧａＡｓ基板（１０）上には
まず、レーザ発振波長の１／４倍の光学的な厚さのｎ形
ＧａＡｓ層（１１）とｎ形ＡｌＡｓ層（１２）を２０周
期程度積層したｎ形半導体多層膜反射鏡（２０）を形成
し、その上にｎ形ＡｌＧａＡｓ層（１３）、アンドープ
のＩｎＧａＡｓ活性層（１４）、ｐ形ＡｌＧａＡｓ層
（１５）を順に集積したｐ−ｎ接合構造（２１）を形成
する。
【００１１】ｐ形半導体多層膜反射鏡（２２）はｐ形Ａ
ｌＡｓ層（１６）、ｐ形ＧａＡｓ層（１７）、ｐ形Ａｌ
Ａｓ層（１８）、ｐ形ＧａＡｓ層（１９）が積層された
もので、各々の光学的な厚みは、ｐ形ＡｌＡｓ層（１
６）、ｐ形ＡｌＡｓ層（１８）、ｐ形ＧａＡｓ層（１
９）は発振波長の１／４倍であり、ｐ形ＧａＡｓ層（１
７）は発振波長の（１／４＋ｎ／２）倍(ｎは整数)であ
る。ｐ形半導体多層膜反射鏡（２２）は、まず発振波長
の１／４倍の光学的な厚さのｐ形ＡｌＡｓ層（１６）と
（１／４＋ｎ／２）倍の光学的な厚さのｐ形ＧａＡｓ層
（１７）を形成する。
ｌＡｓ層（１６）、ｐ形ＧａＡｓ層（１７）、ｐ形Ａｌ
Ａｓ層（１８）、ｐ形ＧａＡｓ層（１９）が積層された
もので、各々の光学的な厚みは、ｐ形ＡｌＡｓ層（１
６）、ｐ形ＡｌＡｓ層（１８）、ｐ形ＧａＡｓ層（１
９）は発振波長の１／４倍であり、ｐ形ＧａＡｓ層（１
７）は発振波長の（１／４＋ｎ／２）倍(ｎは整数)であ
る。ｐ形半導体多層膜反射鏡（２２）は、まず発振波長
の１／４倍の光学的な厚さのｐ形ＡｌＡｓ層（１６）と
（１／４＋ｎ／２）倍の光学的な厚さのｐ形ＧａＡｓ層
（１７）を形成する。
【００１２】ここでは、ｐ形ＧａＡｓ層（１７）の厚み
を５／４倍の厚みとした。この上にさらに１／４倍の光
学的な厚さのｐ形ＡｌＡｓ層（１８）とｐ形ＧａＡｓ層
（１９）を１４周期積層する。さらに、この上側に素子
作製工程で形成されるＡｕ反射膜との位相補正のために
０．１６倍の光学的な厚さのＧａＡｓ層（３０）を形成
する。発振波長を９８０ナノメートルとした場合、波長
の１／４倍の光学的な厚さはｐ形ＧａＡｓ層（１９）は
６８ナノメートル、ｐ形ＡｌＡｓ層（１６）及び（１
８）は８４ナノメートルとなる。一方、波長の５／４倍
の光学的厚みのｐ形ＧａＡｓ層（１７）は３４０ナノメ
ートルとなり、素子作製において、エッチング深さ制御
に必要な厚みを得ることができる。
を５／４倍の厚みとした。この上にさらに１／４倍の光
学的な厚さのｐ形ＡｌＡｓ層（１８）とｐ形ＧａＡｓ層
（１９）を１４周期積層する。さらに、この上側に素子
作製工程で形成されるＡｕ反射膜との位相補正のために
０．１６倍の光学的な厚さのＧａＡｓ層（３０）を形成
する。発振波長を９８０ナノメートルとした場合、波長
の１／４倍の光学的な厚さはｐ形ＧａＡｓ層（１９）は
６８ナノメートル、ｐ形ＡｌＡｓ層（１６）及び（１
８）は８４ナノメートルとなる。一方、波長の５／４倍
の光学的厚みのｐ形ＧａＡｓ層（１７）は３４０ナノメ
ートルとなり、素子作製において、エッチング深さ制御
に必要な厚みを得ることができる。
【００１３】反射鏡（２０）及び（２２）で挟まれたｐ
−ｎ接合構造（２１）の光学的な厚みを発振波長の１／
２の整数倍とすることにより、共振特性が得られる。こ
こではｐ−ｎ接合構造（２１）の厚みを発振波長の２倍
に設定した。レーザ構造は、まず、ウェハに６ミクロン
角のエッチングマスクをフォトレジスト工程によって形
成し、多層膜反射鏡（２２）を反応性イオンビームエッ
チングによってメサ状にエッチングする。エッチング深
さは、ウェハにレーザ光を照射し、その反射率の周期的
な変化を観測することで制御する方法を用いた。エッチ
ングはｐ形ＧａＡｓ層（１７）で停止させる。ここで用
いた反応性イオンビームエッチング法とレーザ光による
深さ制御法でのエッチング深さの制御性は、１／４倍の
光学厚みのＧａＡｓ層で精密にエッチングを停止させる
ことは困難であったが、波長の５／４倍の厚みのＧａＡ
ｓ層（１７）を用いた場合では容易に停止させることが
できる。
−ｎ接合構造（２１）の光学的な厚みを発振波長の１／
２の整数倍とすることにより、共振特性が得られる。こ
こではｐ−ｎ接合構造（２１）の厚みを発振波長の２倍
に設定した。レーザ構造は、まず、ウェハに６ミクロン
角のエッチングマスクをフォトレジスト工程によって形
成し、多層膜反射鏡（２２）を反応性イオンビームエッ
チングによってメサ状にエッチングする。エッチング深
さは、ウェハにレーザ光を照射し、その反射率の周期的
な変化を観測することで制御する方法を用いた。エッチ
ングはｐ形ＧａＡｓ層（１７）で停止させる。ここで用
いた反応性イオンビームエッチング法とレーザ光による
深さ制御法でのエッチング深さの制御性は、１／４倍の
光学厚みのＧａＡｓ層で精密にエッチングを停止させる
ことは困難であったが、波長の５／４倍の厚みのＧａＡ
ｓ層（１７）を用いた場合では容易に停止させることが
できる。
【００１４】エッチングによって形成されたメサ構造を
覆うように、Ａｕ・ＣｒあるいはＡｕ・Ｚｎ等のｐ形Ｇ
ａＡｓにオーミック特性を示す金属を蒸着し、メサ底面
のＧａＡｓ層（１７）の部分に１μｍ程度のコンタクト
領域を残して周りの金属を除去してアノード電極（４
０）を形成する。さらにこの電極上に１μｍ程度のＡｕ
厚膜を形成し、これをマスクとしてプロトン注入を行
い、メサ周りに高抵抗領域（５０）を形成する。メサ構
造から所定の距離にｎ形多層膜反射鏡（２０）に達する
深さに溝状のエッチングを行った後に、溝の部分にＡｕ
・Ｇｅ・Ｎｉ等のｎ形ＧａＡｓに対するオーミック特性
を示す金属を蒸着して、カソード電極（４１）を形成す
る。
覆うように、Ａｕ・ＣｒあるいはＡｕ・Ｚｎ等のｐ形Ｇ
ａＡｓにオーミック特性を示す金属を蒸着し、メサ底面
のＧａＡｓ層（１７）の部分に１μｍ程度のコンタクト
領域を残して周りの金属を除去してアノード電極（４
０）を形成する。さらにこの電極上に１μｍ程度のＡｕ
厚膜を形成し、これをマスクとしてプロトン注入を行
い、メサ周りに高抵抗領域（５０）を形成する。メサ構
造から所定の距離にｎ形多層膜反射鏡（２０）に達する
深さに溝状のエッチングを行った後に、溝の部分にＡｕ
・Ｇｅ・Ｎｉ等のｎ形ＧａＡｓに対するオーミック特性
を示す金属を蒸着して、カソード電極（４１）を形成す
る。
【００１５】以上の構造を形成した後に、ＧａＡｓ基板
（１０）を１００ミクロン程度に薄くし、鏡面研磨及
び、無反射コーティング（３２）を施す。レーザ光（３
３）は基板裏面から取り出される。以上の素子作製工程
は、メサ形成時のエッチングを停止するｐ形ＧａＡｓ層
（１７）の厚みを発振波長の１／４倍から５／４倍にし
ている以外は図の従来例と同じである。しかしながら、
ｐ形ＧａＡｓ層（１７）を厚くしたことにより、エッチ
ングの制御が極めて容易になり、かつ、エッチング速度
の面内不均一によるウェハ内のエッチング深さのばらつ
きを吸収して、全素子について目的とするｐ形ＧａＡｓ
層（１７）の位置でエッチングを停止することが可能に
なった。
（１０）を１００ミクロン程度に薄くし、鏡面研磨及
び、無反射コーティング（３２）を施す。レーザ光（３
３）は基板裏面から取り出される。以上の素子作製工程
は、メサ形成時のエッチングを停止するｐ形ＧａＡｓ層
（１７）の厚みを発振波長の１／４倍から５／４倍にし
ている以外は図の従来例と同じである。しかしながら、
ｐ形ＧａＡｓ層（１７）を厚くしたことにより、エッチ
ングの制御が極めて容易になり、かつ、エッチング速度
の面内不均一によるウェハ内のエッチング深さのばらつ
きを吸収して、全素子について目的とするｐ形ＧａＡｓ
層（１７）の位置でエッチングを停止することが可能に
なった。
【００１６】次に、素子の抵抗低減効果について図２
（ａ）（ｂ）（ｃ）で説明する。図２（ａ）は多層膜反
射鏡メサ上に電極を形成した場合で、ｐ形半導体多層膜
反射鏡（５５）はＡｌＡｓ（１８）、ＧａＡｓ（１９）
を積層しており、またアノード電極（４０）、活性層
（５４）、高抵抗領域（５０）が示されている。図２
（ｂ）は２段メサ構造の従来例で、ＡｌＡｓ（１８）、
ＧａＡｓ（１９）を積層しており、また、ＡｌＡｓ（５
９）、ＧａＡｓ（５８）、アノード電極（４０）、活性
層（５４）、高抵抗領域（５０）が示されている。図２
（ｃ）は本発明の面発光レーザの構造で、ＡｌＡｓ（１
８）、ＧａＡｓ（１９）を積層してアノード電極（４
０）が形成され、また活性層（１４）、発振波長の１／
４倍の光学的な厚さのｐ形ＡｌＡｓ層（１６）、（１／
４＋ｎ／２）倍の光学的な厚さのｐ形ＧａＡｓ層（１
７）が形成され、高抵抗領域（５０）が示されている。
（ａ）（ｂ）（ｃ）で説明する。図２（ａ）は多層膜反
射鏡メサ上に電極を形成した場合で、ｐ形半導体多層膜
反射鏡（５５）はＡｌＡｓ（１８）、ＧａＡｓ（１９）
を積層しており、またアノード電極（４０）、活性層
（５４）、高抵抗領域（５０）が示されている。図２
（ｂ）は２段メサ構造の従来例で、ＡｌＡｓ（１８）、
ＧａＡｓ（１９）を積層しており、また、ＡｌＡｓ（５
９）、ＧａＡｓ（５８）、アノード電極（４０）、活性
層（５４）、高抵抗領域（５０）が示されている。図２
（ｃ）は本発明の面発光レーザの構造で、ＡｌＡｓ（１
８）、ＧａＡｓ（１９）を積層してアノード電極（４
０）が形成され、また活性層（１４）、発振波長の１／
４倍の光学的な厚さのｐ形ＡｌＡｓ層（１６）、（１／
４＋ｎ／２）倍の光学的な厚さのｐ形ＧａＡｓ層（１
７）が形成され、高抵抗領域（５０）が示されている。
【００１７】図２は上述のように、素子に注入される電
流の経路を図示したもので、アノード電極をメサ上部に
のみ形成した場合（ａ）と、従来例の２段メサ構造でメ
サを覆うように形成した場合（ｂ）を、本発明（ｃ）と
比較しているものである。メサ上にのみ電極を形成した
図２（ａ）の場合、電流（６０）はｐ形半導体多層膜反
射鏡（５５）のヘテロ界面の電位障壁による抵抗をすべ
て通るため抵抗が高い。図２（ｂ）の従来の２段メサ構
造は、メサ底面の電極を形成する層が波長の１／４倍で
あるため、主な電流成分（６１）として示すようにな
り、横方向に電流が拡散することが困難なため、電流は
メサの周辺に集中し、経路が狭いために抵抗が依然とし
て高くなる。図２（ｃ）の本発明の面発光レーザの構造
では、電極を形成する層が厚くできるため、横方向に電
流が拡散しながら活性層に注入されるために電流経路が
拡大し、抵抗を低減することが可能である。すなわち均
一な電流分布（６２）として示すようになる。
流の経路を図示したもので、アノード電極をメサ上部に
のみ形成した場合（ａ）と、従来例の２段メサ構造でメ
サを覆うように形成した場合（ｂ）を、本発明（ｃ）と
比較しているものである。メサ上にのみ電極を形成した
図２（ａ）の場合、電流（６０）はｐ形半導体多層膜反
射鏡（５５）のヘテロ界面の電位障壁による抵抗をすべ
て通るため抵抗が高い。図２（ｂ）の従来の２段メサ構
造は、メサ底面の電極を形成する層が波長の１／４倍で
あるため、主な電流成分（６１）として示すようにな
り、横方向に電流が拡散することが困難なため、電流は
メサの周辺に集中し、経路が狭いために抵抗が依然とし
て高くなる。図２（ｃ）の本発明の面発光レーザの構造
では、電極を形成する層が厚くできるため、横方向に電
流が拡散しながら活性層に注入されるために電流経路が
拡大し、抵抗を低減することが可能である。すなわち均
一な電流分布（６２）として示すようになる。
【００１８】文献値からｐ形ＧａＡｓの抵抗率を２×１
０−２Ω・ｃｍ、ｐ形ＡｌＡｓの抵抗率を４×１０−２
Ω・ｃｍ、ｐ形ＧａＡｓに対するオーミック抵抗を２×
１０−６Ω・ｃｍ２、を用い、半導体多層膜反射鏡のｐ
形ＧａＡｓとｐ形ＡｌＡｓの界面での抵抗率を１．３×
１０−６Ω・ｃｍ２と仮定して、メサ寸法６μｍの場合
の素子抵抗を見積もると、図２（ａ）は１３０オーム、
図２（ｂ）は６０オーム、図２（ｃ）は２６オームが得
られ、従来の２段メサ構造の半分以下の抵抗に低減でき
る。
０−２Ω・ｃｍ、ｐ形ＡｌＡｓの抵抗率を４×１０−２
Ω・ｃｍ、ｐ形ＧａＡｓに対するオーミック抵抗を２×
１０−６Ω・ｃｍ２、を用い、半導体多層膜反射鏡のｐ
形ＧａＡｓとｐ形ＡｌＡｓの界面での抵抗率を１．３×
１０−６Ω・ｃｍ２と仮定して、メサ寸法６μｍの場合
の素子抵抗を見積もると、図２（ａ）は１３０オーム、
図２（ｂ）は６０オーム、図２（ｃ）は２６オームが得
られ、従来の２段メサ構造の半分以下の抵抗に低減でき
る。
【００１９】さらに、図３は、活性層に注入される電流
の空間分布を比較した図で、縦軸が規格化電流密度、横
軸がメサ中央からメサ端の距離（μｍ）である。そして
これは、従来の２段メサ構造と本発明の構造について、
活性層に注入される電流の空間分布分布を計算した結果
である。本発明では従来例の１／４倍から５／４倍にし
た効果により、メサの横方向から電流を注入する場合で
も、半導体層を横方向に電流が拡散する効果により、メ
サ中央部に注入される電流が従来例ではメサ端の３０％
まで低下しているのに比べて、６０％まで改善される。
の空間分布を比較した図で、縦軸が規格化電流密度、横
軸がメサ中央からメサ端の距離（μｍ）である。そして
これは、従来の２段メサ構造と本発明の構造について、
活性層に注入される電流の空間分布分布を計算した結果
である。本発明では従来例の１／４倍から５／４倍にし
た効果により、メサの横方向から電流を注入する場合で
も、半導体層を横方向に電流が拡散する効果により、メ
サ中央部に注入される電流が従来例ではメサ端の３０％
まで低下しているのに比べて、６０％まで改善される。
【００２０】
【発明の効果】以上詳細に述べたように、本発明によれ
ば、エッチングの制御が容易で素子作製工程での均一性
が向上する。さらに素子抵抗に関しても、電流が横方向
に拡散する効果により、従来よりも抵抗が低く、かつ、
活性層に注入される電流の分布の均一性を向上させた面
発光レーザが作製できるという効果が奏されるものであ
る。
ば、エッチングの制御が容易で素子作製工程での均一性
が向上する。さらに素子抵抗に関しても、電流が横方向
に拡散する効果により、従来よりも抵抗が低く、かつ、
活性層に注入される電流の分布の均一性を向上させた面
発光レーザが作製できるという効果が奏されるものであ
る。
【図１】 本発明の面発光レーザの作製方法の１実施例
を示す図。
を示す図。
【図２】 素子に注入される電流経路についての比較を
示す図。
示す図。
【図３】 活性層に注入される電流の空間分布を示す
図。
図。
【図４】 従来例の２段メサ構造を示す構造図。
１０ ＧａＡｓ基板 １１ ｎ形ＧａＡｓ層 １２ ｎ形ＡｌＡｓ層 １３ ｎ形ＡｌＧａＡｓ層 １４ アンドープのＩｎＧａＡｓ活性層 １５ ｐ形ＡｌＧａＡｓ層 １６、１８ ｐ形ＡｌＡｓ層 １７、１９ ｐ形ＧａＡｓ層 ２０ ｎ形半導体多層膜反射鏡 ２１ ｐ−ｎ接合構造 ２２ ｐ形半導体多層膜反射鏡 ３０ Ａｕに対する位相調整のためのｐ形ＧａＡｓ層 ３２ 無反射コーティング ３３ 面発光レーザからの出射光 ４０ アノード電極 ４１ カソード電極 ５０ イオン注入によって形成される高抵抗領域、 ５１ ｎ形半導体多層膜反射鏡 ５２ 絶縁膜 ５３ ｐ形ＧａＡｓ層 ５４ 活性層 ５５ ｐ形半導体多層膜反射鏡 ５６ スペーサ層 ５７ レーザ出力光 ６０、６１、６２ 電流
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年８月８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 面発光レーザ及びその作製方法
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特に屈折率の異なる半
導体を積層した半導体多層膜反射鏡を有する面発光レー
ザに関し、半導体多層膜反射鏡がメサ形状である面発光
レーザ及びその作製方法に関する。
導体を積層した半導体多層膜反射鏡を有する面発光レー
ザに関し、半導体多層膜反射鏡がメサ形状である面発光
レーザ及びその作製方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】また本発明は、上記面発光レーザの作製方
法において、半導体基板上でエッチングされるｐｎ接合
構造の上部の半導体多層膜反射鏡がｐ形半導体多層膜反
射鏡であり、交互に積層される半導体がｐ形ＡｌＡｓ層
とｐ形ＧａＡｓ層で、前記交互に積層される半導体のう
ちエッチング停止部分の半導体層がｐ形ＧａＡｓ層であ
ることを特徴とする面発光レーザの作製方法である。ま
た本発明は、電流注入によって光ゲインを生ずるｐｎ接
合構造の上下に、屈折率の異なる半導体を交互に積層し
たｐ形の半導体多層膜反射鏡及びｎ形の半導体多層膜反
射鏡が、屈折率の異なる２種類の半導体を交互に積層し
たものであり、これらの半導体基板上への形成が、エピ
タキシャル成長によって形成するものである面発光レー
ザの作製方法である。本発明の面発光レーザは、半導体
基板上に第１導電型半導体多層膜反射鏡と第１導電型ク
ラッド層と活性層と第２導電型クラッド層と第２導電型
半導体多層膜反射鏡とを順次積層した面発光レーザにお
いて、前記第２導電型半導体多層膜反射鏡がメサ形状を
有し、メサ側面及び一部のメサ底面に電極が形成され、
メサ底面となる前記第２導電型半導体多層膜反射鏡の一
方の半導体の膜厚が（λ／４＋ｎ／２）倍（λは発振波
長：ｎは整数）であることを特徴とする。本発明の面発
光レーザは、半導体基板上にｎ形半導体多層膜反射鏡と
ｎ形クラッド層と活性層とｐ形クラッド層とｐ形半導体
多層膜反射鏡とを順次積層した面発光レーザにおいて、
前記ｐ形半導体多層膜反射鏡がメサ形状を有し、少なく
ともメサ側面及び一部のメサ底面に電極が形成され、メ
サ底面となる前記ｐ形半導体多層膜反射鏡のＧａＡｓ膜
厚が（λ／４＋ｎ／２）倍（λは発振波長：ｎは整数）
であることを特徴とする。
法において、半導体基板上でエッチングされるｐｎ接合
構造の上部の半導体多層膜反射鏡がｐ形半導体多層膜反
射鏡であり、交互に積層される半導体がｐ形ＡｌＡｓ層
とｐ形ＧａＡｓ層で、前記交互に積層される半導体のう
ちエッチング停止部分の半導体層がｐ形ＧａＡｓ層であ
ることを特徴とする面発光レーザの作製方法である。ま
た本発明は、電流注入によって光ゲインを生ずるｐｎ接
合構造の上下に、屈折率の異なる半導体を交互に積層し
たｐ形の半導体多層膜反射鏡及びｎ形の半導体多層膜反
射鏡が、屈折率の異なる２種類の半導体を交互に積層し
たものであり、これらの半導体基板上への形成が、エピ
タキシャル成長によって形成するものである面発光レー
ザの作製方法である。本発明の面発光レーザは、半導体
基板上に第１導電型半導体多層膜反射鏡と第１導電型ク
ラッド層と活性層と第２導電型クラッド層と第２導電型
半導体多層膜反射鏡とを順次積層した面発光レーザにお
いて、前記第２導電型半導体多層膜反射鏡がメサ形状を
有し、メサ側面及び一部のメサ底面に電極が形成され、
メサ底面となる前記第２導電型半導体多層膜反射鏡の一
方の半導体の膜厚が（λ／４＋ｎ／２）倍（λは発振波
長：ｎは整数）であることを特徴とする。本発明の面発
光レーザは、半導体基板上にｎ形半導体多層膜反射鏡と
ｎ形クラッド層と活性層とｐ形クラッド層とｐ形半導体
多層膜反射鏡とを順次積層した面発光レーザにおいて、
前記ｐ形半導体多層膜反射鏡がメサ形状を有し、少なく
ともメサ側面及び一部のメサ底面に電極が形成され、メ
サ底面となる前記ｐ形半導体多層膜反射鏡のＧａＡｓ膜
厚が（λ／４＋ｎ／２）倍（λは発振波長：ｎは整数）
であることを特徴とする。
Claims (2)
- 【請求項１】 電流注入によって光ゲインを生ずるｐｎ
接合構造の上下に、屈折率の異なる半導体を交互に積層
したｐ形の半導体多層膜反射鏡及びｎ形の半導体多層膜
反射鏡を設けた共振器構造を半導体基板上に形成し、エ
ッチングによってメサを形成し、メサを覆うように電流
注入用の電極を形成する面発光レーザの作製方法におい
て、半導体基板上でエッチングされるｐｎ接合構造の上
部の半導体多層膜反射鏡を構成する交互に積層される半
導体のうち、エッチング停止部分の半導体層の膜厚を目
的とする発振波長の（１／４＋ｎ／２）倍（ｎは整数）
とすることを特徴とする面発光レーザの作製方法。 - 【請求項２】 半導体基板上でエッチングされるｐｎ接
合構造の上部の半導体多層膜反射鏡がｐ形半導体多層膜
反射鏡であり、交互に積層される半導体がｐ形ＡｌＡｓ
層とｐ形ＧａＡｓ層で、前記交互に積層される半導体の
うちエッチング停止部分の半導体層がｐ形ＧａＡｓ層で
あることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザの
作製方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6335832A JPH08181384A (ja) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | 面発光レーザ及びその作製方法 |
| US08/569,060 US5703898A (en) | 1994-12-21 | 1995-12-08 | Surface emission laser and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6335832A JPH08181384A (ja) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | 面発光レーザ及びその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08181384A true JPH08181384A (ja) | 1996-07-12 |
Family
ID=18292910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6335832A Pending JPH08181384A (ja) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | 面発光レーザ及びその作製方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5703898A (ja) |
| JP (1) | JPH08181384A (ja) |
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| JP2005191343A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Ricoh Co Ltd | 面発光レーザの製造方法および面発光レーザおよび光伝送システム |
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| JPH06291406A (ja) * | 1993-03-31 | 1994-10-18 | Fujitsu Ltd | 面発光半導体レーザ |
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1994
- 1994-12-21 JP JP6335832A patent/JPH08181384A/ja active Pending
-
1995
- 1995-12-08 US US08/569,060 patent/US5703898A/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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