JPH10178235A - 半導体面発光レーザ及びその製造方法 - Google Patents
半導体面発光レーザ及びその製造方法Info
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- JPH10178235A JPH10178235A JP8336699A JP33669996A JPH10178235A JP H10178235 A JPH10178235 A JP H10178235A JP 8336699 A JP8336699 A JP 8336699A JP 33669996 A JP33669996 A JP 33669996A JP H10178235 A JPH10178235 A JP H10178235A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 垂直共振器型面発光レーザの注入電流を狭窄
し、低しきい電流で動作させることを目的とする。 【解決手段】 ｎ型ＧａＡｓ基板１２上にｎ型多層反射
膜１３、活性層１５を含む中間層１４、ｐ型多層反射膜
１９からなる垂直共振器型面発光レーザを結晶成長する
際に、中間層１４上部に高抵抗な低温成長ＧａＡｓ層１
６からなる電流狭窄層を、マスクを使った選択成長で形
成する。この電流狭窄層は、分子線エピタキシャル成長
装置で基板上にマスクを掛けることによって、超高真空
中で成長し、大気に曝すことなく他の層構造と連続的に
成長できる。これにより、容易に、低い電流しきい値で
動作する面発光レーザが実現される。
し、低しきい電流で動作させることを目的とする。 【解決手段】 ｎ型ＧａＡｓ基板１２上にｎ型多層反射
膜１３、活性層１５を含む中間層１４、ｐ型多層反射膜
１９からなる垂直共振器型面発光レーザを結晶成長する
際に、中間層１４上部に高抵抗な低温成長ＧａＡｓ層１
６からなる電流狭窄層を、マスクを使った選択成長で形
成する。この電流狭窄層は、分子線エピタキシャル成長
装置で基板上にマスクを掛けることによって、超高真空
中で成長し、大気に曝すことなく他の層構造と連続的に
成長できる。これにより、容易に、低い電流しきい値で
動作する面発光レーザが実現される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は低しきい電流で、高
効率な動作が可能な半導体面発光レーザに関する。
効率な動作が可能な半導体面発光レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、面発光レーザの低しきい電流を実
現するための電流狭窄構造には、主に次の二つの方法が
あった。一つは、図６（ａ）に示すように、活性層３４
以上の深さまで、数ミクロン径のポスト形状に加工し
て、このポスト形状で電流を活性層３４の狭い領域に注
入する方法である。もう一つは、図６（ｂ）に示すよう
に、イオン注入領域３７により活性層３４の数ミクロン
径の領域以外を高抵抗化して、電流を狭窄する方法であ
る。
現するための電流狭窄構造には、主に次の二つの方法が
あった。一つは、図６（ａ）に示すように、活性層３４
以上の深さまで、数ミクロン径のポスト形状に加工し
て、このポスト形状で電流を活性層３４の狭い領域に注
入する方法である。もう一つは、図６（ｂ）に示すよう
に、イオン注入領域３７により活性層３４の数ミクロン
径の領域以外を高抵抗化して、電流を狭窄する方法であ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１の従来方法では、ポスト加工を行うと、活性層の側面
が大気に曝されるため、この側面に非発光再結合が多数
生じ、レーザの特性が劣化する。また、ポスト外部に放
熱体が無いときは、活性層で発生した熱の逃げ場がない
ために、レーザの高温での特性が悪くなる。一方の、第
２の従来方法のイオン注入を使った場合には、イオン注
入により結晶へダメージが入ることや、イオン注入を行
うための大がかりな装置が必要であるといった問題点が
あった。
１の従来方法では、ポスト加工を行うと、活性層の側面
が大気に曝されるため、この側面に非発光再結合が多数
生じ、レーザの特性が劣化する。また、ポスト外部に放
熱体が無いときは、活性層で発生した熱の逃げ場がない
ために、レーザの高温での特性が悪くなる。一方の、第
２の従来方法のイオン注入を使った場合には、イオン注
入により結晶へダメージが入ることや、イオン注入を行
うための大がかりな装置が必要であるといった問題点が
あった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体面発光レ
ーザは、活性層を含む中間層と、その上下に反射膜とを
持つ、垂直共振器型の面発光レーザにおいて、選択的に
成長した半導体結晶の高抵抗層からなる電流狭窄層を、
前記活性層の近傍に設けることを特徴としている。
ーザは、活性層を含む中間層と、その上下に反射膜とを
持つ、垂直共振器型の面発光レーザにおいて、選択的に
成長した半導体結晶の高抵抗層からなる電流狭窄層を、
前記活性層の近傍に設けることを特徴としている。
【０００５】そして、電流狭窄層の半導体結晶の高抵抗
層が、低温成長のＧａＡｓ結晶から形成され、更に、電
流狭窄層の半導体結晶の高抵抗層を、中間層の半導体結
晶よりもバンドギャップの大きい半導体結晶から形成す
ることができ、そして更に電流狭窄層の半導体結晶の高
抵抗層が、結晶の導電性がｐｎｐ型の積層半導体、ある
いはｎｐｎ型の積層半導体から構成されるものである。
層が、低温成長のＧａＡｓ結晶から形成され、更に、電
流狭窄層の半導体結晶の高抵抗層を、中間層の半導体結
晶よりもバンドギャップの大きい半導体結晶から形成す
ることができ、そして更に電流狭窄層の半導体結晶の高
抵抗層が、結晶の導電性がｐｎｐ型の積層半導体、ある
いはｎｐｎ型の積層半導体から構成されるものである。
【０００６】そして、本発明の半導体面発光レーザの製
造方法は、半導体基板上に第１の反射膜と、活性層を含
む中間層を形成する工程と、前記中間層上部の所定領域
にマスクを使い選択的に高抵抗の半導体結晶層を形成す
る工程と、前記高抵抗の半導体結晶層を覆うように第２
の反射膜を形成する工程とからなっている。
造方法は、半導体基板上に第１の反射膜と、活性層を含
む中間層を形成する工程と、前記中間層上部の所定領域
にマスクを使い選択的に高抵抗の半導体結晶層を形成す
る工程と、前記高抵抗の半導体結晶層を覆うように第２
の反射膜を形成する工程とからなっている。
【０００７】
【発明の実施の形態】半導体面発光レーザの低しきい電
流、高効率動作を実現するためには、活性層に注入され
る電流を狭い領域に制限する必要がある。本発明の半導
体面発光レーザは、活性層近傍において、数ミクロン角
の領域の外側に高抵抗の半導体結晶層を形成する。これ
により、電流を数ミクロン角に狭窄して、活性層の狭い
面積に効果的に電流注入を行う。
流、高効率動作を実現するためには、活性層に注入され
る電流を狭い領域に制限する必要がある。本発明の半導
体面発光レーザは、活性層近傍において、数ミクロン角
の領域の外側に高抵抗の半導体結晶層を形成する。これ
により、電流を数ミクロン角に狭窄して、活性層の狭い
面積に効果的に電流注入を行う。
【０００８】半導体の高抵抗層は、図２に示すようにつ
くられる。分子線エピタキシャル成長で半導体を成長す
る際に、任意形状のマスク９をかぶせると、マスク部の
み蒸着ビームが遮られて結晶成長しない。そこで、マス
ク以外のところに、選択的に半導体高抵抗層１１を成長
すれば、マスクした領域での電流狭窄が行える。半導体
基板上に反射膜と中間層を含む活性層を成長後、この半
導体高抵抗層を成長し、さらにその上に反射膜を成長す
れば、電流狭窄層を有する面発光レーザ構造が製造でき
る。
くられる。分子線エピタキシャル成長で半導体を成長す
る際に、任意形状のマスク９をかぶせると、マスク部の
み蒸着ビームが遮られて結晶成長しない。そこで、マス
ク以外のところに、選択的に半導体高抵抗層１１を成長
すれば、マスクした領域での電流狭窄が行える。半導体
基板上に反射膜と中間層を含む活性層を成長後、この半
導体高抵抗層を成長し、さらにその上に反射膜を成長す
れば、電流狭窄層を有する面発光レーザ構造が製造でき
る。
【０００９】この半導体高抵抗層は、通常の分子線エピ
タキシャル成長装置で、基板上にマスクを設置するだけ
でよい。したがって、真空中でマスクの移動ができるよ
うにすることによって、反射膜と、活性層を含む中間層
を成長後、成長装置内で真空を保持したまま、連続して
半導体高抵抗層を選択成長できる。さらに、その上の反
射膜も装置内で連続して成長できる。これにより、一連
の成長のみによって、面発光レーザの電流狭窄構造を形
成することができる。また、一度も大気に曝すことがな
いため、品質の良い結晶が成長でき、結晶中の非発光再
結合が少なく、特性の良いレーザが製造できる。
タキシャル成長装置で、基板上にマスクを設置するだけ
でよい。したがって、真空中でマスクの移動ができるよ
うにすることによって、反射膜と、活性層を含む中間層
を成長後、成長装置内で真空を保持したまま、連続して
半導体高抵抗層を選択成長できる。さらに、その上の反
射膜も装置内で連続して成長できる。これにより、一連
の成長のみによって、面発光レーザの電流狭窄構造を形
成することができる。また、一度も大気に曝すことがな
いため、品質の良い結晶が成長でき、結晶中の非発光再
結合が少なく、特性の良いレーザが製造できる。
【００１０】
【実施例】次に本発明の半導体面発光レーザの実施例に
ついて図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の
一実施例を説明する半導体高抵抗層からなる電流狭窄層
を持つ面発光レーザ（発光波長０．９８μｍ）を製造す
る工程図である。結晶成長は分子線エピタキシャル成長
装置で行う。
ついて図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の
一実施例を説明する半導体高抵抗層からなる電流狭窄層
を持つ面発光レーザ（発光波長０．９８μｍ）を製造す
る工程図である。結晶成長は分子線エピタキシャル成長
装置で行う。
【００１１】まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１２に、ｎ型のＧ
ａＡｓ層（厚さ６９ｎｍ）とＡｌＡｓ層（厚さ８２ｎ
ｍ）を交互積層（１８対）した多層反射膜１３（第１の
反射膜）を成長する。その上に、Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ａｓ
活性層１５（厚さ１０ｎｍ）を持つＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａ
ｓ中間層１４を２９０ｎｍ成長する（図１（ａ））。
ａＡｓ層（厚さ６９ｎｍ）とＡｌＡｓ層（厚さ８２ｎ
ｍ）を交互積層（１８対）した多層反射膜１３（第１の
反射膜）を成長する。その上に、Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ａｓ
活性層１５（厚さ１０ｎｍ）を持つＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａ
ｓ中間層１４を２９０ｎｍ成長する（図１（ａ））。
【００１２】続いて、中間層１４上部に電流狭窄層をつ
くる。まず、基板を超高真空雰囲気の分子線エピタキシ
ャル成長装置に入れたまま、５μｍ径のワイヤー形状の
マスク１７を基板上に設置する。マスク１７をかぶせた
状態で基板温度を２００℃の低温にしてＧａＡｓ層１６
ａを５０ｎｍだけ成長する（図１（ｂ））。さらに、先
ほどのワイヤー１７と直交する５μｍ径のワイヤー形状
マスク１８をかぶせ、同様に低温ＧａＡｓ層１６ｂを５
０ｎｍだけ成長する（図１（ｃ））。このように低温で
成長したＧａＡｓ層は、高抵抗層となる。これにより、
ワイヤーのマスクが交差した５μｍ角の領域には高抵抗
層が形成されないため、この領域は電流狭窄層となる。
くる。まず、基板を超高真空雰囲気の分子線エピタキシ
ャル成長装置に入れたまま、５μｍ径のワイヤー形状の
マスク１７を基板上に設置する。マスク１７をかぶせた
状態で基板温度を２００℃の低温にしてＧａＡｓ層１６
ａを５０ｎｍだけ成長する（図１（ｂ））。さらに、先
ほどのワイヤー１７と直交する５μｍ径のワイヤー形状
マスク１８をかぶせ、同様に低温ＧａＡｓ層１６ｂを５
０ｎｍだけ成長する（図１（ｃ））。このように低温で
成長したＧａＡｓ層は、高抵抗層となる。これにより、
ワイヤーのマスクが交差した５μｍ角の領域には高抵抗
層が形成されないため、この領域は電流狭窄層となる。
【００１３】さらに、電流狭窄層の上にｐ型のＧａＡｓ
層（厚さ６９ｎｍ）とＡｌＡｓ層（厚さ８２ｎｍ）を交
互積層（１５対）した多層反射膜１９（第２の反射膜）
を成長する（図１（ｄ））。以上の工程により、電流狭
窄層を持つ面発光レーザの層構造が製造される。この製
造工程は、成長装置内で連続して行われるため容易であ
り、各層の厚さの制御性も優れている。また、一度も大
気に曝すことがないため、良質な結晶ができる。
層（厚さ６９ｎｍ）とＡｌＡｓ層（厚さ８２ｎｍ）を交
互積層（１５対）した多層反射膜１９（第２の反射膜）
を成長する（図１（ｄ））。以上の工程により、電流狭
窄層を持つ面発光レーザの層構造が製造される。この製
造工程は、成長装置内で連続して行われるため容易であ
り、各層の厚さの制御性も優れている。また、一度も大
気に曝すことがないため、良質な結晶ができる。
【００１４】結晶成長後の素子化の工程は、図３に示す
ように基板の上面と下面に電極２０、２１をつけるだけ
でよく、すでに５μｍ角の大きさに電流狭窄層ができて
いるので、容易に低しきい電流で高効率の面発光レーザ
が実現される。
ように基板の上面と下面に電極２０、２１をつけるだけ
でよく、すでに５μｍ角の大きさに電流狭窄層ができて
いるので、容易に低しきい電流で高効率の面発光レーザ
が実現される。
【００１５】本発明の実施例のような平面構造の面発光
レーザの場合、従来型のポスト型で電流狭窄したものと
比べ、活性層で発生した熱が横方向に逃げられるので、
高いパワーのレーザ光をより高温で得ることができる。
また、従来型のイオン注入で電流狭窄したものは、平面
構造で放熱が良いが、活性層を含む結晶中にイオン注入
によるダメージが入りやすく、また、大がかりな装置を
必要とする。これに比べて、本発明の場合、ダメージの
影響がなく、装置も通常の結晶成長装置だけで良い。
レーザの場合、従来型のポスト型で電流狭窄したものと
比べ、活性層で発生した熱が横方向に逃げられるので、
高いパワーのレーザ光をより高温で得ることができる。
また、従来型のイオン注入で電流狭窄したものは、平面
構造で放熱が良いが、活性層を含む結晶中にイオン注入
によるダメージが入りやすく、また、大がかりな装置を
必要とする。これに比べて、本発明の場合、ダメージの
影響がなく、装置も通常の結晶成長装置だけで良い。
【００１６】本実施例では、電流狭窄層に低温のＧａＡ
ｓ層を用いたが、これを中間層よりもバンドギャップの
大きい半導体結晶としても良い。例えば図４のように、
Ａｌ 0.25Ｇａ0.75Ａｓ中間層よりもバンドギャップの大
きいＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層２２を電流狭窄層として、マ
スクを使った選択成長により形成する。これにより、Ａ
ｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層２２の成長が行われなかった領域に
電流が注入される狭窄構造となる。
ｓ層を用いたが、これを中間層よりもバンドギャップの
大きい半導体結晶としても良い。例えば図４のように、
Ａｌ 0.25Ｇａ0.75Ａｓ中間層よりもバンドギャップの大
きいＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層２２を電流狭窄層として、マ
スクを使った選択成長により形成する。これにより、Ａ
ｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層２２の成長が行われなかった領域に
電流が注入される狭窄構造となる。
【００１７】また、電流狭窄層に、導電性がｐｎｐ型あ
るいはｎｐｎ型の積層半導体結晶としても良い。図５に
示すように中間層１４とｐ型反射膜１９の間に、ｐ型Ｇ
ａＡｓ層２３を２０ｎｍ、ｎ型ＧａＡｓ層２４を２０ｎ
ｍ、ｐ型ＧａＡｓ層２５を２０ｎｍ積層した半導体層を
選択領域的に形成する。このｐｎｐ型半導体層は電流に
対する障壁となるため、電流狭窄層として働く。
るいはｎｐｎ型の積層半導体結晶としても良い。図５に
示すように中間層１４とｐ型反射膜１９の間に、ｐ型Ｇ
ａＡｓ層２３を２０ｎｍ、ｎ型ＧａＡｓ層２４を２０ｎ
ｍ、ｐ型ＧａＡｓ層２５を２０ｎｍ積層した半導体層を
選択領域的に形成する。このｐｎｐ型半導体層は電流に
対する障壁となるため、電流狭窄層として働く。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、垂直共振器型面発光レ
ーザの活性層の近傍に、選択的に成長した半導体結晶の
高抵抗層からなる電流狭窄層を設けることにより、低し
きい電流で動作するレーザが製造できる。この構造で
は、面発光レーザの結晶成長中に電流狭窄層が作り込
め、ポスト加工やイオン注入などの結晶成長後の工程が
ないため、製造工程が容易となる。また、加工やイオン
注入による、結晶に対するダメージの影響がない。
ーザの活性層の近傍に、選択的に成長した半導体結晶の
高抵抗層からなる電流狭窄層を設けることにより、低し
きい電流で動作するレーザが製造できる。この構造で
は、面発光レーザの結晶成長中に電流狭窄層が作り込
め、ポスト加工やイオン注入などの結晶成長後の工程が
ないため、製造工程が容易となる。また、加工やイオン
注入による、結晶に対するダメージの影響がない。
【図１】本発明の実施例を説明する製造工程図である。
【図２】電流狭窄層を選択成長するための装置断面図で
ある。
ある。
【図３】本発明の実施例を説明する面発光レーザの断面
図である。
図である。
【図４】バンドギャップの大きい半導体層を電流狭窄層
とした面発光レーザの断面図である。
とした面発光レーザの断面図である。
【図５】ｐｎｐ型積層半導体を電流狭窄層とした面発光
レーザの断面図である。
レーザの断面図である。
【図６】従来の面発光レーザ構造に係り、同図（ａ）は
ポスト型電流狭窄面発光レーザの断面図、同図（ｂ）は
イオン注入電流狭窄面発光レーザの断面図である。
ポスト型電流狭窄面発光レーザの断面図、同図（ｂ）は
イオン注入電流狭窄面発光レーザの断面図である。
９ マスク １０ 蒸着ビーム １１ 半導体高抵抗層（高抵抗層） １２ ｎ型ＧａＡｓ基板（基板） １３ ｎ型多層反射膜（反射膜） １４ Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ中間層（中間層） １５ Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ａｓ活性層（活性層） １６，１６ａ，１６ｂ 低温ＧａＡｓ層 １７ ワイヤー形状マスク（マスク） １８ ワイヤー形状マスク（マスク） １９ ｐ型多層反射膜（反射膜） ２０ ｐ電極 ２１ ｎ電極 ２２ Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層 ２３ ｐ型ＧａＡｓ層 ２４ ｎ型ＧａＡｓ層 ２５ ｐ型ＧａＡｓ層 ３１ 基板 ３２ 下側多層反射膜 ３３ 中間層 ３４ 活性層 ３５ 上側多層反射膜 ３６ 電極 ３７ イオン注入領域 ３８ 基板
Claims (5)
- 【請求項１】 活性層を含む中間層と、その上下に反射
膜とを持つ、垂直共振器型の面発光レーザにおいて、選
択的に成長した半導体結晶の高抵抗層からなる電流狭窄
層を、前記活性層の近傍に設けることを特徴とする面発
光レーザ。 - 【請求項２】 電流狭窄層の半導体結晶の高抵抗層が、
低温成長のＧａＡｓ結晶からなる請求項１記載の面発光
レーザ。 - 【請求項３】 電流狭窄層の半導体結晶の高抵抗層が、
中間層の半導体結晶よりもバンドギャップの大きい半導
体結晶からなる請求項１記載の面発光レーザ。 - 【請求項４】 電流狭窄層の半導体結晶の高抵抗層が、
結晶の導電性がｐｎｐ型の積層半導体、あるいはｎｐｎ
型の積層半導体からなる請求項１記載の面発光レーザ。 - 【請求項５】 半導体基板上に第１の反射膜と、活性層
を含む中間層を形成する工程と、前記中間層上部の所定
領域にマスクを使い選択的に高抵抗の半導体結晶層を形
成する工程と、前記高抵抗の半導体結晶層を覆うように
第２の反射膜を形成する工程とからなることを特徴とす
る面発光レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8336699A JPH10178235A (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | 半導体面発光レーザ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8336699A JPH10178235A (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | 半導体面発光レーザ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10178235A true JPH10178235A (ja) | 1998-06-30 |
Family
ID=18301892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8336699A Pending JPH10178235A (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | 半導体面発光レーザ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10178235A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006114915A (ja) * | 2004-10-14 | 2006-04-27 | Samsung Electronics Co Ltd | ファンネル構造のｖｅｃｓｅｌ |
| KR100726324B1 (ko) | 2005-12-05 | 2007-06-11 | 주식회사 레이칸 | 산화막 구경을 갖는 장파장 표면방출 레이저 소자 및 그제조방법 |
-
1996
- 1996-12-17 JP JP8336699A patent/JPH10178235A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006114915A (ja) * | 2004-10-14 | 2006-04-27 | Samsung Electronics Co Ltd | ファンネル構造のｖｅｃｓｅｌ |
| KR100726324B1 (ko) | 2005-12-05 | 2007-06-11 | 주식회사 레이칸 | 산화막 구경을 갖는 장파장 표면방출 레이저 소자 및 그제조방법 |
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