JPH09246668A - 面発光型半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 面発光型半導体レーザ装置及びその製造方法
に関し、面発光型半導体レーザ装置に於ける活性層及び
該活性層を挟むクラッド層にのみ電流が流れるように、
そして、例えば半導体積層構造からなるミラーを用いた
場合であっても、その抵抗は電流に無関係となるように
して消費電力を低減し、面発光型半導体レーザ装置の実
用化を促進しようとする。 【解決手段】 例えばＧａＡｓなどの半導体と略格子整
合する例えばＮｉ過剰組成のＮｉＡｌなどの単結晶金属
からなり且つレーザ発振させる為のキャビティを構成す
るｎ⁺ コンタクト層２７、ｎ側クラッド層２８、量子井
戸活性層２９、ｐ側クラッド層３０、ｐ⁺ コンタクト層
３１などの積層半導体層に連なってレーザ発振に於ける
ミラーの作用をするｎ側金属電極２６及びｐ側金属電極
３２が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、消費電力を低減し
た面発光型半導体レーザ装置及びそれを製造する方法に
関する。

【０００２】面発光型半導体レーザ装置は、光集積回路
装置に組み込むのに好適な構造になっている為、多くの
研究・開発が行われているところであるが、消費電力を
小さくすることができない旨の難点があるので、本発明
では、その問題を解決する為の一手段を与える。

【０００３】

【従来の技術】図１７は従来の技術を解説する為の面発
光型半導体レーザ装置を表す要部切断側面図である。

【０００４】図に於いて、１は半導体基板、２は半導体
積層構造からなる第一のミラー（ｎ側ミラー）、３は第
一のクラッド層、４は活性層、５は第二のクラッド層、
６は半導体積層構造からなる第二のミラー（ｐ側ミラ
ー）、７は絶縁領域、８は基板側電極、９は反対側電極
をそれぞれ示し、そして、楕円はレーザ光を発生する為
の必須部分を、また、矢印はレーザ光の出射方向を表
し、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は抵抗を表している。

【０００５】図示の面発光型半導体レーザ装置を作成す
るには、分子線エピタキシャル成長（ｍｏｌｅｃｕｌａ
ｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法や有機金属
化学気相堆積（ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ ｖａｐｏｕｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣ
ＶＤ）法などの結晶成長技術を適用し、基板１上に前記
したような所要の各半導体層を成長させ、その後、リソ
グラフィ技術、結晶再成長技術、電極形成技術などを適
切に組み合わせて実施することで完成させることができ
る。

【０００６】この面発光型半導体レーザ装置では、電極
８と電極９との間に電圧を印加することで、構造全体に
電流が流れてレーザ光を発生するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記したように、従来
の面発光型半導体レーザ装置では、動作中、その構造全
体に電流が流れる為、消費電力は、かなり大きいものと
なる。

【０００８】通常、レーザ光を発生させる為に電流を流
すことが必要とされる部分は、活性層４及び活性層４を
挟む第一のクラッド層３と第二のクラッド層５であっ
て、図１１では、楕円で指示した必須部分のみである。

【０００９】前記必須部分に於ける抵抗は、１０〔μ
ｍ〕φで５〜１０〔Ω〕程度なのであるが、その抵抗と
直列に入っているｐ側ミラー６及びｎ側ミラー２、更に
は、基板１などに起因する抵抗にも電流が流れ、特に、
ｐ側ミラー２に於ける抵抗は大きく、１０〔μｍ〕φで
例えば１００〜３００〔Ω〕程度にもなっているので、
当然、消費電力は大きくなってしまう。

【００１０】本発明は、面発光型半導体レーザ装置に於
ける活性層及び該活性層を挟むクラッド層にのみ電流が
流れるように、そして、例えば半導体積層構造からなる
ミラーを用いた場合であっても、その抵抗は電流に無関
係となるようにして消費電力を低減し、面発光型半導体
レーザ装置の実用化を促進しようとする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、面発光型半
導体レーザ装置に於いて、金属電極上にクラッド層を成
長させたり、或いは、クラッド層上に金属電極を成長す
ることで、活性層及び該活性層を挟むクラッド層にのみ
電流が流れる構成とすることが基本になっている。

【００１２】また、レーザ発振させる為に必要なキャビ
ティを構成するミラーとして、一方では、半導体積層構
造からなるミラー及び該ミラーに直接成長させた金属電
極を併用し、そして、他方では、半導体層に直接成長さ
せた金属電極及び該金属電極に直接成長させた半導体積
層構造からなるミラーを併用することができ、また、少
なくとも一方の半導体積層構造からなるミラーを省略し
て金属電極のみでミラーの作用をさせることが可能であ
る。

【００１３】現在、好都合なことには、前記した本発明
の面発光型半導体レーザ装置を実現させるのに眞に有用
な基本技術が提供され、且つ、実現しつつある。

【００１４】即ち、半導体基板或いは半導体層上に格子
整合して成長させることができる金属の研究が盛んに行
われ、例えばＳｃ_1-x Ｅｒ_x Ａｓ／ＧａＡｓ系（要すれ
ば、Ｃ．Ｊ．Ｐａｌｍｓｔｒｏｍらの論文「Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５６，３８２（１９９０）」を参
照）、Ｎｉリッチ組成のＮｉＡｌ／ＡｌＡｓ系（要すれ
ば、Ｍ．Ｖ．Ｗｅｃｋｗｅｒｔｈらの論文「Ｊ．ｏｆ
Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ １５０，１１５０（１９９
５）」を参照）でそれぞれ実現され、また、本発明者ら
もＮｉＩｎ_1-x Ａｌ_x ／ＩｎＰ系（要すれば、特願平６
−２００７２６号、を参照）を実現させている。

【００１５】本発明では、下地の半導体に格子整合して
金属を成長させる技術を応用して優れた特性の面発光型
半導体レーザ装置を得ることができた。

【００１６】図１は本発明の原理を説明する為の面発光
型半導体レーザ装置を表す要部切断側面図である。

【００１７】図に於いて、１１は半導体基板、１２は半
導体積層構造からなるｎ側ミラー、１３はｎ側金属電
極、１４はｎ側クラッド層、１５は活性層、１６はｐ側
クラッド層、１７はｐ側金属電極、１８は半導体積層構
造からなるｐ側ミラー、１９は絶縁領域、２０は埋め込
み層をそれぞれ示している。

【００１８】図示の面発光型半導体レーザ装置では、ｐ
側金属電極１７とｎ側金属電極１３との間に電圧が印加
されるので、ｐ側クラッド層１６、活性層１５、ｎ側ク
ラッド層１４のみに電流が流れ、その電流路には、順方
向にｐｎ接合ダイオードが存在するのみであって、図１
７に見られる従来の面発光型半導体レーザに於ける抵抗
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は存在しないから、そこで消費される
電力は無くなる。

【００１９】図示の面発光型半導体レーザ装置に於ける
ｎ側金属電極１３及びｐ側金属電極１７は、半導体積層
構造からなるｎ側ミラー１２上、又は、ｐ側クラッド層
１６上にエピタキシャル成長させるものであり、その格
子定数は、半導体基板１１と略整合している為、格子不
整合に起因する転移などは発生せず、その上に所要の半
導体層をエピタキシャル成長させることができる。

【００２０】ところで、金属電極を構成する金属電極材
料層が格子不整合に起因して転移を発生する層厚、即
ち、臨界層厚に達する範囲内に於いて、キャビティ用ミ
ラーに必要な反射率（例えば９０〔％〕以上）が得られ
る層厚、或いは、それを越える層厚を実現することが可
能であれば、半導体積層構造のミラーを省略し、金属電
極単体をミラーとして用いることができる。

【００２１】図２は本発明の原理を説明する為の面発光
型半導体レーザ装置を表す要部切断側面図であり、図１
に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同
じ意味を持つものとする。

【００２２】図２に見られる面発光型半導体レーザ装置
に於いては、ｎ側金属電極１３及びｐ側金属電極１７の
何れもがキャビティ用ミラーとして作用するのに充分な
反射率が得られる層厚をもつので、図１に見られる半導
体積層構造からなるｎ側ミラー１２及びｐ側ミラー１８
を省略し、キャビティ用ミラーを兼ねる役割を果たすよ
うにしている。

【００２３】尚、ｎ側金属電極１３及びｐ側金属電極１
７の何れもがキャビティ用ミラーとして作用するのに充
分な反射率が得られる層厚を有していても、半導体積層
構造からなるミラーを併用すれば、更に良い結果が得ら
れる。

【００２４】図１及び図２に示された何れの面発光型半
導体レーザ装置に於いても、ｐ側金属電極１７及びｎ側
金属電極１３を利用してｐ側クラッド層１６やｎ側クラ
ッド層１４に電流を注入するには、金属電極１７及び１
３とクラッド層１６及び１４とオーミック・コンタクト
させなければならない。

【００２５】従って、クラッド層１６並びに１４に高濃
度の不純物導入層を設けることが必要であり、その場
合、不純物導入層をレーザ発振時に於ける光の定在波の
節に対応する部分に形成することで、その不純物導入層
と金属電極を構成する金属薄膜とに於けるフリー・キャ
リヤに依る光吸収を回避することができる。

【００２６】また、各図に見られる面発光型半導体レー
ザ装置では、ｎ側金属電極１３或いはｐ側金属電極１７
から配線を導出する為には、半導体をエッチングしてコ
ンタクト・ホールを開けることが必要である。

【００２７】その際、反応性イオン・エッチング（ｒｅ
ａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）法を
適用したり、或いは、ウエット・エッチング法を適用し
て実施するのであるが、何れに於いても、半導体と金属
とでは、エッチング・レートが著しく異なるから、金属
電極１３或いは１７をエッチング停止層として利用する
ことで、容易且つ正確にコンタクト・ホールを形成する
ことができる。

【００２８】前記したところから、本発明に依る面発光
型半導体レーザ装置及びその製造方法に於いては、

【００２９】（１）半導体（例えばＧａＡｓ又はＩｎ
Ｐ）と略格子整合した単結晶金属（例えば基板材料がＧ
ａＡｓである場合、金属電極の材料がＮｉ過剰組成のＮ
ｉＡｌ或いは希土類元素とＡｓとの化合物から選択し、
また、基板材料がＩｎＰである場合、Ｎｉ（ＩｎＡ
ｌ）、Ｎｉ（ＩｎＧａ）、Ｆｅ（ＩｎＡｌ）、Ｆｅ（Ｉ
ｎＧａ）、Ｃｏ（ＩｎＧａ）、Ｃｏ（ＩｎＡｌ）或いは
希土類元素とＡｓとの化合物から選択する）からなり且
つレーザ発振させる為のキャビティを構成する活性層を
含んで積層された半導体層（例えばｎ⁺ コンタクト層２
７、ｎ側クラッド層２８、量子井戸活性層２９、ｐ側ク
ラッド層３０、ｐ⁺ コンタクト層３１）に連なってミラ
ーの作用をする金属電極（例えばｎ側金属電極２６、ｐ
側金属電極３２）を備えてなることを特徴とするか、又
は、

【００３０】（２）前記（１）に於いて、金属電極の層
厚が格子不整合に起因する転位が発生する臨界層厚より
小さいことを特徴とするか、又は、

【００３１】（３）前記（１）或いは（２）に於いて、
レーザ発振させる為のキャビティを構成する積層半導体
層に接する金属電極の反対側に接して設けられた半導体
積層構造のミラー（例えばＤＢＲ構造層２３、ＤＢＲ構
造層３５）を備えてなることを特徴とするか、又は、

【００３２】（４）前記（１）乃至（３）の何れか１に
於いて、基板材料がＧａＡｓである場合、金属電極の材
料がＮｉ過剰組成のＮｉＡｌ或いは希土類元素とＡｓと
の化合物からなる群から選択されたものであることを特
徴とするか、又は、

【００３３】（５）前記（１）乃至（３）の何れか１に
於いて、基板材料がＩｎＰである場合、金属電極の材料
がＮｉ（ＩｎＡｌ）、Ｎｉ（ＩｎＧａ）、Ｆｅ（ＩｎＡ
ｌ）、Ｆｅ（ＩｎＧａ）、Ｃｏ（ＩｎＧａ）、Ｃｏ（Ｉ
ｎＡｌ）或いは希土類元素とＡｓとの化合物からなる群
から選択されたものであることを特徴とするか、又は、

【００３４】（６）前記（１）乃至（５）の何れか１に
於いて、キャビティ長がレーザ発振波長λの（ｎ＋１／
２）倍の光路長と等しく且つ活性層が発振時に生成され
る光の定在波の電磁場振幅の腹又はその近傍に位置する
と共に節又はその近傍にミラーを兼ねた金属電極及びオ
ーミック・コンタクト性を補償する高不純物濃度コンタ
クト層が位置することを特徴とするか、又は、

【００３５】（７）半導体基板（例えば基板２１）上に
半導体（例えばＧａＡｓ或いはＩｎＰ）と略格子整合し
た単結晶金属（例えば基板材料がＧａＡｓである場合、
金属電極の材料がＮｉ過剰組成のＮｉＡｌ或いは希土類
元素とＡｓとの化合物から選択し、また、基板材料がＩ
ｎＰである場合、Ｎｉ（ＩｎＡｌ）、Ｎｉ（ＩｎＧ
ａ）、Ｆｅ（ＩｎＡｌ）、Ｆｅ（ＩｎＧａ）、Ｃｏ（Ｉ
ｎＧａ）、Ｃｏ（ＩｎＡｌ）或いは希土類元素とＡｓと
の化合物から選択する）からなり且つレーザ発振させる
為の一方のミラーの作用をする金属電極（例えばｎ側金
属電極２６）を形成する工程と、次いで、少なくともレ
ーザ発振させる為のキャビティを構成する活性層及びク
ラッド層を含む積層半導体層（例えばｎ⁺ コンタクト層
２７、ｎ側クラッド層２８、量子井戸活性層２９、ｐ側
クラッド層３０、ｐ⁺ コンタクト層３１）を形成する工
程と、次いで、該積層半導体層上に該一方のミラーと同
じく他方のミラーの作用をする金属電極（例えばｎ側金
属電極２６、ｐ側金属電極３２）を形成する工程と、そ
の後、該金属電極をエッチング停止層として半導体のメ
サ・エッチングを行う工程とが含まれてなることを特徴
とするか、又は、

【００３６】（８）前記（７）に於いて、ミラーの作用
をする金属電極のキャビティと接する側と反対側にミラ
ーの作用を補う半導体積層構造のミラー（例えばＤＢＲ
構造層２３及び３５）を成長させる工程が含まれてなる
ことを特徴とするか、又は、

【００３７】（９）前記（７）に於いて、金属電極の何
れか一方、好ましくは、ｎ側の金属電極に於けるミラー
作用を完全に代替する半導体積層構造のミラーをキャビ
ティと接し得る位置に形成する工程が含まれてなること
を特徴とする。

【００３８】前記手段を採ることに依り、本発明では、
半導体中に埋め込まれた金属電極を介して活性層及び該
活性層を上下から挟むクラッド層のみに電流を流すこと
が可能となって、その電流路の抵抗は無いに等しいほど
小さい。従って、抵抗が大きいキャビティ用ミラーや厚
い半導体基板にも電流を流している従来の面発光型半導
体レーザ装置と比較すると、その消費電力は格段に少な
くすることができる。

【００３９】また、金属電極を構成する金属材料層は、
半導体基板と格子整合させてエピタキシャル成長で形成
することができるので、各クラッド層に接し且つ半導体
中に埋め込んだ状態で形成することは容易である。

【００４０】

【発明の実施の形態】図３乃至図１４は本発明に於ける
実施の形態を説明する為の工程要所に於ける面発光型半
導体レーザ装置を表す要部切断側面図及び要部平面図
（図１４のみ）であり、以下、これ等の図を参照しつつ
解説する。尚、各図に於いては、簡明にする為、積層構
造の一部を省略して描いてあり、その図示していない部
分については、後に図１５を参照しつつ詳細に説明す
る。

【００４１】図３参照 ３−（１） ＭＢＥ法を適用することに依り、基板２１上にバッファ
層（図示せず）、ブラッグ反射器（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔ
ｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）構造
層２３、低屈折率層（図示せず）、高屈折率層（図示せ
ず）、ｎ側金属電極２６、ｎ⁺ コンタクト層（図示せ
ず）、ｎ側クラッド層２８、量子井戸活性層２９、ｐ側
クラッド層３０、ｐ⁺ コンタクト層（図示せず）、ｐ側
金属電極３２、高屈折率層（図示せず）、低屈折率層
（図示せず）、ＤＢＲ構造層３５を順に成長させる。

【００４２】図４参照 ４−（１） プラズマ気相堆積（ｐｌａｓｍａ ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｖａｐｏｕｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：プラズマＣＶ
Ｄ）法を適用することに依り、ＤＢＲ構造層３５上に厚
さが例えば５００〔ｎｍ〕程度のＳｉＯ₂ 膜３６を形成
する。

【００４３】４−（２） リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス、及び、
エッチャントを緩衝フッ酸とするウエット・エッチング
法を適用することに依り、ＳｉＯ₂ 膜３６をメサ・エッ
チング・マスクのパターンとなるようにエッチングす
る。

【００４４】図５参照 ５−（１） エッチング・ガスをＣｌ系ガスとするＲＩＥ法を適用す
ることに依り、ＳｉＯ₂ 膜３６をマスクとしてＤＢＲ構
造層３５の表面からｐ側金属電極３２に達するエッチン
グを行う。

【００４５】この場合、ｐ側金属電極３２の材料として
ＮｉＡｌを用いれば、Ｃｌ系ガスに対するエッチング・
レートが極めて小さい為、エッチング停止層として作用
させることができる。

【００４６】図６参照 ６−（１） Ａｒイオンを用いるイオン・エッチング法を適用するこ
とに依り、ＳｉＯ₂膜３６をマスクとしてｐ側金属電極
３２のエッチングを行う。

【００４７】これに依って、ｐ側金属電極３２の下地に
なっているｐ⁺ コンタクト層（図示せず）が部分的に表
出される。

【００４８】図７参照 ７−（１） エッチング・ガスをＣｌ系ガスとするＲＩＥ法を適用す
ることに依り、ＳｉＯ₂ 膜３６をマスクとしてｐ⁺ コン
タクト層の表面からｎ側金属電極２６に達するエッチン
グを行う。尚、この場合も、ｎ側金属電極２６をエッチ
ング停止層として作用させることができる。

【００４９】図８参照 ８−（１） ＳｉＯ₂ 膜３６を除去してから、前記工程４−（１）及
び４−（２）と同様な工程を経て、メサ・エッチング・
マスクであるＳｉＯ₂ 膜３７を形成する。

【００５０】ここで形成したＳｉＯ₂ 膜３７は、メサ・
エッチング・マスクとして用いたＳｉＯ₂ 膜３６と平面
で比較すると小さく形成され、従って、その周囲には、
ＤＢＲ構造層３５がはみ出るように表出される。

【００５１】図９参照 ９−（１） エッチング・ガスをＣｌ系ガスとするＲＩＥ法を適用す
ることに依り、ＳｉＯ₂ 膜３７をマスクとしてＤＢＲ構
造層３５の表面からｐ側金属電極３２に達するエッチン
グを行う。尚、この場合も、ｐ側金属電極３２をエッチ
ング停止層として作用させることができる。

【００５２】図１０参照 １０−（１） イオン注入法を適用することに依り、ＳｉＯ₂ 膜３７を
マスクとしてＢ或いはＨ或いはＯイオンの打ち込みを行
い、メサの周囲に電流狭窄を行う絶縁領域３８を形成す
る。

【００５３】尚、この場合、ドーズ量は例えば１×１０
¹³〔cm^-2〕、また、イオン加速エネルギは例えば１００
〔ｋｅＶ〕に選択することができる。

【００５４】図１１参照 １１−（１） メサ・エッチング・マスクとして用いたＳｉＯ₂ 膜３７
を除去してから、プラズマＣＶＤ法を適用することに依
り、全体を覆うように厚さが例えば５００〔ｎｍ〕程度
のＳｉＯ₂ 膜３９を形成する。

【００５５】図１２参照 １２−（１） リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセスを適用す
ることに依り、電極コンタクト・ホールを形成する為の
開口をもつレジスト膜４０を形成する。

【００５６】図１３参照 １３−（１） エッチャントを緩衝フッ酸とするウエット・エッチング
法を適用することに依り、レジスト膜４０をマスクとし
てＳｉＯ₂ 膜３９をエッチングして電極コンタクト・ホ
ールを形成する。 １３−（２） 真空蒸着法を適用することに依るＡｕ膜の形成、レジス
ト膜４０を溶解除去するリフト・オフ法を適用すること
に依るＡｕ膜の選択的除去を行って、引き出し線４２及
び４３を形成する。

【００５７】図１４参照 １４−（１） リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス、真空蒸
着法、リフト・オフ法を適用することに依り、引き出し
線４２或いは４３と接続された電極パッド４４を形成す
る。

【００５８】１４−（２） リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス、エッチ
ャントを緩衝フッ酸とするウエット・エッチング法を適
用することに依り、ＤＢＲ構造層３５に対向する開口を
有するレジスト膜をマスクとしてＳｉＯ₂ 膜３９のエッ
チング除去を行って、ＤＢＲ構造層３５、即ち、光出射
部分を表出させる。

【００５９】前記のようにして作成した面発光型半導体
レーザ装置は、量子井戸活性層２９に於ける直径が１０
〔μｍ〕φとした場合、ｐ側金属電極３２並びにｎ側金
属電極２６間の抵抗が８０〔Ω〕であった。因みに、従
来の面発光型半導体レーザ装置では、２００〔Ω〕程度
である。

【００６０】図１５は図３乃至図１４について説明した
面発光型半導体レーザ装置に於ける半導体積層構造を省
略することなく具体的に表した要部切断側面図であり、
図３乃至図１４に於いて用いた記号と同記号は同部分を
表すか或いは同じ意味を持つものとする。

【００６１】図に於いて、２１は基板、２２はバッファ
層、２３はＤＢＲ構造層、２３ＡはＤＢＲを構成する低
屈折率層、２３ＢはＤＢＲを構成する高屈折率層、２４
は低屈折率層、２５は高屈折率層、２６はｎ側金属電
極、２７はｎ⁺ コンタクト層、２８はｎ側クラッド層、
２９は量子井戸活性層、２９Ｂは量子井戸活性層を構成
するバリヤ層、２９Ｗは量子井戸活性層を構成する井戸
層、３０はｐ側クラッド層、３１はｐ⁺ コンタクト層、
３２はｐ側金属電極、３３は高屈折率層、３４は低屈折
率層、３５はＤＢＲ構造層、３５ＡはＤＢＲを構成する
低屈折率層、３５ＢはＤＢＲを構成する高屈折率層をそ
れぞれ示している。

【００６２】ここで、ｎ側金属電極２６とｐ側金属電極
３２の間に介在するｎ⁺ コンタクト層２７、ｎ側クラッ
ド層２８、量子井戸活性層２９、ｐ側クラッド層３０、
ｐ⁺コンタクト層３１は１／２λのキャビティを構成し
ている。

【００６３】図１５の積層構造の左側には、レーザ発振
時に生成される光の定在波に依る電磁場振幅が表され、
矢印は電場ベクトルの二乗であるエネルギを示してい
る。

【００６４】図から明らかなように、図示の半導体積層
構造では、キャビティ長がレーザ発振波長λの（ｎ＋１
／２）倍の光路長と等しくしてあること、活性層が電磁
場振幅の腹の位置又はその近傍に在ること、ミラーを兼
ねた金属電極２６とｎ⁺ コンタクト層２７或いはミラー
を兼ねた金属電極３２とｐ⁺ コンタクト層３１は電磁場
振幅の節の位置又はその近傍にあることが看取されよ
う。

【００６５】このようにすると、ｎ⁺ コンタクト層２７
と金属電極２６、或いは、ｐ⁺ コンタクト層３１と金属
電極３２に於けるフリー・キャリヤに依る光吸収を回避
することができる。

【００６６】前掲の各部分に関する主要なデータを例示
すると次の通りである。 （１） 基板２１について 材料：ｎ⁺ −ＧａＡｓ 面指数：（００１） 不純物濃度：１×１０¹⁸〔cm^-3〕

【００６７】尚、基板２１には電流が流れないので半絶
縁性ＧａＡｓでも良いが、前記のようにドーピングして
おくと、熱伝導の向上に有効である。

【００６８】（２） バッファ層２２について 材料：ノンドープＧａＡｓ 厚さ：５００〔ｎｍ〕

【００６９】（３） ＤＢＲ構造層２３について 構造：低屈折率層２３Ａと高屈折率層２３Ｂの積層 周期数：１０（必要に応じて選択可）

【００７０】○ 低屈折率層２３Ａ 材料：ＡｌＡｓ 厚さ：１１７．７〔ｎｍ〕

【００７１】○ 高屈折率層２３Ｂ 材料：ＧａＡｓ 厚さ：９７．４〔ｎｍ〕

【００７２】尚、低屈折率層２３Ａ及び高屈折率層２３
Ｂには、電流が流れないので、ノンドープで良いのであ
るが、例えば１×１０¹⁶〔cm^-3〕乃至１×１０¹⁷〔c
m^-3〕程度にドーピングしておくことは、熱伝導の向
上、及び、抵抗の更なる低減に有効である。

【００７３】（４） 低屈折率層２４について 材料：ＡｌＡｓ 厚さ：１１７．７〔ｎｍ〕

【００７４】（５） 高屈折率層２５について 材料：ＧａＡｓ 厚さ：８８．５〔ｎｍ〕

【００７５】（６） ｎ側金属電極２６について 材料：Ｎｉ_0.6 Ａｌ_0.4 厚さ：２０〔ｎｍ〕

【００７６】尚、ｎ側金属電極２６と高屈折率層２５と
を合わせて１／４波長にしてあり、ｎ側金属電極２６の
層厚が２０〔ｎｍ〕の場合、反射率は７０〔％〕程度で
ある為、ＤＢＲ構造層２３は、前記したように、低屈折
率層２３Ａと高屈折率層２３Ｂの組み合わせを１０周期
とすることで、 反射率＝７０〔％〕＋３０〔％〕×９８〔％〕＞９９
〔％〕 ７０〔％〕：ｎ側金属電極２６に依る分 ９８〔％〕：ＤＢＲ構造層２３に依る分 としてある。

【００７７】（７） ｎ⁺ コンタクト層２７について 材料：ｎ⁺ −Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓ 不純物：Ｓｉ 不純物濃度：５×１０¹⁹〔cm^-3〕 厚さ：３０〔ｎｍ〕

【００７８】（８） ｎ側クラッド層２８について 材料：ｎ−Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓ 不純物：Ｓｉ 不純物濃度：５×１０¹⁷〔cm^-3〕 厚さ：８２〔ｎｍ〕

【００７９】（９） 量子井戸活性層２９について 構造：バリヤ層２９Ｂと井戸層２９Ｗの積層 井戸数：２（必要に応じて選択可） 従って、バリヤ層２９Ｂ×３、井戸層２９Ｗ×２ 全厚：４６〔ｎｍ〕 発振波長：１．３９〔μｍ〕

【００８０】○ バリヤ層２９Ｂ 材料：ｐ−ＧａＡｓ 不純物：Ｂｅ 不純物濃度：５×１０¹⁶〔cm^-3〕 厚さ：１０〔ｎｍ〕

【００８１】○ 井戸層２９Ｗ 材料：ｐ−Ｉｎ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ 不純物：Ｂｅ 不純物濃度：５×１０¹⁶〔cm^-3〕 厚さ：８〔ｎｍ〕

【００８２】（１０） ｐ側クラッド層３０について 材料：ｐ−Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓ 不純物：Ｂｅ 不純物濃度：５×１０¹⁷〔cm^-3〕 厚さ：８２〔ｎｍ〕

【００８３】（１１） ｐ⁺ コンタクト層３１について 材料：ｐ⁺ −Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓ 不純物：Ｂｅ 不純物濃度：５×１０¹⁹〔cm^-3〕 厚さ：３０〔ｎｍ〕

【００８４】（１２） ｐ側金属電極３２について 材料：Ｎｉ_0.6 Ａｌ_0.4 厚さ：２０〔ｎｍ〕

【００８５】尚、ｐ側金属電極３２と高屈折率層３３と
を合わせて１／４波長にしてあり、ｐ側金属電極３２の
層厚が２０〔ｎｍ〕の場合、反射率は７０〔％〕程度で
ある為、ＤＢＲ構造層３５は、後記するように、低屈折
率層３５Ａと高屈折率層３５Ｂの組み合わせを９周期と
することで、 反射率＝７０〔％〕＋３０〔％〕×９５〔％〕〜９８．
５〔％〕 ７０〔％〕：ｎ側金属電極２６に依る分 ９８〔％〕〜９８．５〔％〕：ＤＢＲ構造層３５に依る
分 としてある。

【００８６】（１３） 高屈折率層３３について 材料：ＧａＡｓ厚さ：８８．５〔ｎｍ〕

【００８７】（１４） 低屈折率層３４について

【００８８】材料：ＡｌＡｓ 厚さ：１１７．７〔ｎｍ〕

【００８９】（１５） ＤＢＲ構造層３５について 構造：低屈折率層３５Ａと高屈折率層３５Ｂの積層 周期数：９（必要に応じて選択可）

【００９０】○ 低屈折率層３５Ａ 材料：ＡｌＡｓ 厚さ：１１７．７〔ｎｍ〕

【００９１】○ 高屈折率層３５Ｂ 材料：ＧａＡｓ 厚さ：９７．４〔ｎｍ〕

【００９２】尚、この場合の低屈折率層３５Ａ及び高屈
折率層３５Ｂにも、電流が流れないので、ノンドープで
良いのであるが、例えば１×１０¹⁶〔cm^-3〕乃至１×１
０¹⁷〔cm^-3〕程度にドーピングしておくことは、熱伝導
の向上、及び、抵抗の更なる低減に有効である。

【００９３】本発明では、前記説明した発明の実施の形
態に限られず、他に多くの改変を実現することが可能で
ある。

【００９４】図１６は本発明に於ける一実施の形態を説
明する為の面発光型半導体レーザ装置を表す要部切断側
面図であり、図３乃至図１５に於いて用いた記号と同記
号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。

【００９５】図１６に見られる面発光型半導体レーザ装
置に於いては、ｐ側にのみ、ｐ側金属電極３２を埋め込
んだ構成になっている。従って、例えば図３乃至図１５
に見られるｎ側金属電極２６は省略され、それに代え
て、基板２１の底面にｎ側金属電極５０が形成されてい
る。

【００９６】このような構造にすると、当然のことなが
ら、電流路には、ｎ側ミラーであるＤＢＲ構造層２３な
どの抵抗Ｒ２と基板２１の抵抗Ｒ３が直列に介挿され、
消費電力の面から見れば好ましくないが、抵抗が大きい
とされているｐ側ミラーが入らないので、その分だけで
も、かなり有効であり、そして、製造が簡単になること
は云うまでもない。

【００９７】また、ｎ側金属電極２６及びｐ側金属電極
３２の何れもがキャビティ用ミラーとして作用するのに
充分な反射率が得られる層厚をもたせ、ＤＢＲ構造層２
３及び３５を省略することができる。

【００９８】また、基板材料としてＧａＡｓを用いた場
合、前記説明した通り、金属電極の材料をＮｉが過剰な
組成になっているＮｉＡｌを用いることができるのは勿
論であるが、この他、希土類元素とＡｓとの化合物から
なる群から選択することもできる。

【００９９】更にまた、基板材料としてＩｎＰを用いた
場合、金属電極の材料をＮｉ（ＩｎＡｌ）、Ｎｉ（Ｉｎ
Ｇａ）、Ｆｅ（ＩｎＡｌ）、Ｆｅ（ＩｎＧａ）、Ｃｏ
（ＩｎＧａ）、Ｃｏ（ＩｎＡｌ）或いは希土類元素とＡ
ｓとの化合物からなる群から選択することができる。

【０１００】

【発明の効果】本発明に依る面発光型半導体レーザ装置
及びその製造方法に於いては、半導体と略格子整合した
単結晶金属が材料になっている金属電極がレーザ発振さ
せる為のキャビティを構成する活性層を含んで積層され
た半導体層に連なるように形成され、その金属電極がレ
ーザ発振に於けるミラーの作用の少なくとも一部を分担
している。

【０１０１】前記構成を採ることに依り、本発明では、
半導体中に埋め込まれた金属電極を介して活性層及び該
活性層を上下から挟むクラッド層に電流を流すことが可
能となって、その電流路の抵抗は無いに等しいほど小さ
くすることができ、従って、抵抗が大きいキャビティ用
ミラーや厚い半導体基板にも電流を流している従来の面
発光型半導体レーザ装置と比較すると、その消費電力は
格段に少なくすることができる。

【０１０２】また、金属電極を構成する金属材料層は、
半導体基板と格子整合させてエピタキシャル成長で形成
することができるので、各クラッド層に接し且つ半導体
中に埋め込んだ状態で形成することは容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明する為の面発光型半導体レ
ーザ装置を表す要部切断側面図である。

【図２】本発明の原理を説明する為の面発光型半導体レ
ーザ装置を表す要部切断側面図である。

【図３】本発明に於ける実施の形態を説明する為の工程
要所に於ける面発光型半導体レーザ装置を表す要部切断
側面図である。

【図４】本発明に於ける実施の形態を説明する為の工程
要所に於ける面発光型半導体レーザ装置を表す要部切断
側面図である。

【図５】本発明に於ける実施の形態を説明する為の工程
要所に於ける面発光型半導体レーザ装置を表す要部切断
側面図である。

【図６】本発明に於ける実施の形態を説明する為の工程
要所に於ける面発光型半導体レーザ装置を表す要部切断
側面図である。

【図７】本発明に於ける実施の形態を説明する為の工程
要所に於ける面発光型半導体レーザ装置を表す要部切断
側面図である。

【図８】本発明に於ける実施の形態を説明する為の工程
要所に於ける面発光型半導体レーザ装置を表す要部切断
側面図である。

【図９】本発明に於ける実施の形態を説明する為の工程
要所に於ける面発光型半導体レーザ装置を表す要部切断
側面図である。

【図１０】本発明に於ける実施の形態を説明する為の工
程要所に於ける面発光型半導体レーザ装置を表す要部切
断側面図である。

【図１１】本発明に於ける実施の形態を説明する為の工
程要所に於ける面発光型半導体レーザ装置を表す要部切
断側面図である。

【図１２】本発明に於ける実施の形態を説明する為の工
程要所に於ける面発光型半導体レーザ装置を表す要部切
断側面図である。

【図１３】本発明に於ける実施の形態を説明する為の工
程要所に於ける面発光型半導体レーザ装置を表す要部切
断側面図である。

【図１４】本発明に於ける実施の形態を説明する為の工
程要所に於ける面発光型半導体レーザ装置を表す要部平
面図である。

【図１５】図３乃至図１４について説明した面発光型半
導体レーザ装置に於ける半導体積層構造を省略すること
なく具体的に表した要部切断側面図である。

【図１６】本発明に於ける一実施の形態を説明する為の
面発光型半導体レーザ装置を表す要部切断側面図であ
る。

【図１７】従来の技術を解説する為の面発光型半導体レ
ーザ装置を表す要部切断側面図である。

【符号の説明】

２１ 基板 ２２ バッファ層 ２３ ＤＢＲ構造層 ２３Ａ ＤＢＲを構成する低屈折率層 ２３Ｂ ＤＢＲを構成する高屈折率層 ２４ 低屈折率層 ２５ 高屈折率層 ２６ ｎ側金属電極 ２７ ｎ⁺ コンタクト層 ２８ ｎ側クラッド層 ２９ 量子井戸活性層 ２９Ｂ 量子井戸活性層を構成するバリヤ層 ２９Ｗ 量子井戸活性層を構成する井戸層 ３０ ｐ側クラッド層 ３１ ｐ⁺ コンタクト層 ３２ ｐ側金属電極 ３３ 高屈折率層 ３４ 低屈折率層 ３５ ＤＢＲ構造層 ３５Ａ ＤＢＲを構成する低屈折率層 ３５Ｂ ＤＢＲを構成する高屈折率層

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体と略格子整合した単結晶金属からな
   り且つレーザ発振させる為のキャビティを構成する活性
   層を含んで積層された半導体層に連なってミラーの作用
   をする金属電極を備えてなることを特徴とする面発光型
   半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】金属電極の層厚が格子不整合に起因する転
   位が発生する臨界層厚より小さいことを特徴とする請求
   項１記載の面発光型半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】レーザ発振させる為のキャビティを構成す
   る積層半導体層に接する金属電極の反対側に接して設け
   られた半導体積層構造のミラーを備えてなることを特徴
   とする請求項１或いは２記載の面発光型半導体レーザ装
   置。
4. 【請求項４】基板材料がＧａＡｓである場合、金属電極
   の材料がＮｉ過剰組成のＮｉＡｌ或いは希土類元素とＡ
   ｓとの化合物からなる群から選択されたものであること
   を特徴とする請求項１乃至３の何れか１記載の面発光型
   半導体レーザ装置。
5. 【請求項５】基板材料がＩｎＰである場合、金属電極の
   材料がＮｉ（ＩｎＡｌ）、Ｎｉ（ＩｎＧａ）、Ｆｅ（Ｉ
   ｎＡｌ）、Ｆｅ（ＩｎＧａ）、Ｃｏ（ＩｎＧａ）、Ｃｏ
   （ＩｎＡｌ）或いは希土類元素とＡｓとの化合物からな
   る群から選択されたものであることを特徴とする請求項
   １乃至３の何れか１記載の面発光型半導体レーザ装置。
6. 【請求項６】キャビティ長がレーザ発振波長λの（ｎ＋
   １／２）倍の光路長と等しく且つ活性層が発振時に生成
   される光の定在波の電磁場振幅の腹又はその近傍に位置
   すると共に節又はその近傍にミラーを兼ねた金属電極及
   びオーミック・コンタクト性を補償する高不純物濃度コ
   ンタクト層が位置することを特徴とする請求項１乃至５
   の何れか１記載の面発光型半導体レーザ装置。
7. 【請求項７】半導体基板上に半導体と略格子整合した単
   結晶金属からなり且つレーザ発振させる為の一方のミラ
   ーの作用をする金属電極を形成する工程と、 次いで、少なくともレーザ発振させる為のキャビティを
   構成する活性層及びクラッド層を含む積層半導体層を形
   成する工程と、 次いで、該積層半導体層上に該一方のミラーと同じく他
   方のミラーの作用をする金属電極を形成する工程と、 その後、該金属電極をエッチング停止層として半導体の
   メサ・エッチングを行う工程とが含まれてなることを特
   徴とする面発光型半導体レーザ装置の製造方法。
8. 【請求項８】ミラーの作用をする金属電極のキャビティ
   と接する側と反対側にミラーの作用を補う半導体積層構
   造のミラーを成長させる工程が含まれてなることを特徴
   とする請求項７記載の面発光型半導体レーザ装置の製造
   方法。
9. 【請求項９】金属電極の何れか一方、好ましくは、ｎ側
   の金属電極に於けるミラー作用を完全に代替する半導体
   積層構造のミラーをキャビティと接し得る位置に形成す
   る工程が含まれてなることを特徴とする請求項７記載の
   面発光型半導体レーザ装置の製造方法。