JPH1027938A

JPH1027938A - 面発光型半導体レーザ装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH1027938A
Application number: JP8180933A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Ueki; 伸明植木; Hideo Nakayama; 秀生中山; Hiroki Otoma; 広己乙間; Masachika Yamamoto; 将央山本
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1996-07-10
Filing date: 1996-07-10
Publication date: 1998-01-27
Anticipated expiration: 2016-07-10
Also published as: JP3799667B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光出力特性に特段の影響を与えることなく、
横モードを安定させながら、偏波面を安定に維持するこ
とのできる、面発光型半導体レーザを提供する。【解決手段】本発明の第１の特徴は、半導体基板１上
で活性層４が上部及び下部の半導体多層反射膜２、７に
より挟まれ、少なくとも前記上部半導体多層反射膜７を
加工してなる半導体柱を有し、基板と垂直方向に光を放
出する面発光型半導体レーザ装置において、前記活性層
４の近傍に、前記半導体基板に垂直な方向からみた断面
形状が、長軸と短軸とを有する矩形または楕円形状を有
してなる反射率分布の異なる領域を具備し、当該領域と
その周辺の領域とで出射光に対する反射率が異なるよう
に構成したことにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光情報処理、光通
信あるいは光を用いた画像形成装置の光源として用いら
れる面発光型半導体レーザ装置及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】基板に対して垂直方向に、共振器が形成
された面発光型半導体レーザにおいては、水平方向の構
造的な対称性から偏波面の方向が一意的に決まらないと
いう問題があった。また、プロセス上のむらのため構造
的な非対称性が発生して素子間での偏波面の方向にばら
つきを生じたり、あるいは同一の素子においても環境温
度や注入電流量の変化により、偏波面の方向が時間的に
変動するという問題があった。

【０００３】これに対し、半導体層を矩形形状に加工し
て偏波面の制御を行うようにした面発光型半導体レーザ
も提案されている（アプライドフィジックスレターズ第
６６巻、第８号、９０８頁から９１０頁（１９９５
年））。この半導体レーザは、図１０に示すように、Ｉ
ｎＧａＡｓからなる３重量子井戸活性層を、ＧａＡｓ層
とＡｌＡｓ層とを交互に積層してなる半導体多層反射膜
（ＤＢＲミラー）でサンドイッチした典型的なＶＣＳＥ
Ｌ（Ｖｅｒｔｉｃａｌｃａｖｉｔｙｓｕｒｆａｃｅ
ｅｍｉｔｔｉｎｇｌａｓｅｒ）構造である。この例
では、ＩｎＧａＡｓからなる３重量子井戸活性層を、Ｇ
ａＡｓ層とＡｌＡｓ層とを交互に積層してなる半導体多
層反射膜（ＤＢＲミラー）でサンドイッチした積層体に
対し、短軸が＜１１０＞方向となるように配置された矩
形のフォトレジストマスクを形成した後、塩素ガスを用
いた反応性イオンビームエッチングにより上部半導体多
層反射膜の一部を除去していわゆるポスト形状を形成す
る。さらに電流狭窄のため前述のポスト部の直下を除く
活性層をプロトン注入により非活性化（高抵抗化）した
後、所定の位置にアノード及びカソード電極を形成して
完成する。このレーザはいわゆる横方向電流注入型の面
発光レーザである。また光出射の方向はこの基板の裏面
側である。

【０００４】また、面発光型半導体レーザのしきい値電
流の低下をはかるため、半導体多層反射膜中に自然酸化
膜を介在せしめ、電流狭窄を行うようにした構造も提案
されている（アプライドフィジックスレターズ第６５
巻、第１号、９７頁から９９頁（１９９４年））。これ
は、偏波面の制御を目的としたものではないが、図１１
に示すように、ＩｎＧａＡｓからなる３重量子井戸活性
層を、ＧａＡｓ層とＡｌＡｓ層とを交互に積層してなる
半導体多層反射膜（ＤＢＲミラー）でサンドイッチした
典型的なＶＣＳＥＬ構造をなし、ＧａＡｓ層とＡｌＡｓ
層との１ペアで、、ＧａＡｓ層が上側に位置するように
構成している。そして、フォトリソグラフィ技術とウェ
ットエッチング技術とによって、ｐ型ＧａＡｓ層を３０
若しくは６０μｍ径の円形に加工し、ｐ型ＡｌＡｓ層を
露呈させ、４７５℃に加熱した炉の中で約３分間熱処理
を行う。このとき、炉の中には窒素をキャリアガスと
し、９５℃に保たれた水蒸気が導入されている。露出し
たＡｌＡｓ層は横方向から徐々に酸化され、最終的には
酸化されずに残った２〜８μｍ角の領域が形成される。
酸化された領域は酸化アルミニウムとなり、殆ど電流を
通さないから電流狭窄が可能となる。

【０００５】しかしながらこのような構造の面発光型半
導体レーザの特性は必ずしも満足できるものではなかっ
た。前述した従来の方法の第１では、ＤＢＲミラー部で
の回折損失を利用して偏波面の制御を行うようにしたと
しているが、発光に寄与しなかった電子・正孔再結合を
はじめとする損失分は熱となって発生するため、ポスト
部の体積が比較的小さい（６μｍ×４μｍ×２μｍ程
度）この素子では放熱性が十分でなく、光出力特性が
制限を受けるからである。実際この論文の筆者らは短軸
方向の径をこれ以上小さくしてもしきい値電流は下がら
ないばかりか、かえって増加してしまったとしている。
さらにこの構造ではプロトン注入時の制約から電流狭窄
部のアパーチャー径をポスト部の径より小さくするのが
難しいのに加えて、活性領域へのキャリアの注入効率が
高くないため、しきい値電流の低減には限界がある。ま
た、前述した従来の第２の方法では、電流が通過し、光
が放出される領域の垂直断面形状がほぼ対称形であるた
め、偏波面は定まらず、任意の方向をとることが予想さ
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の方法
では、安定な偏波面を維持し、光出力特性の良好な面発
光型半導体レーザを得ることは出来なかった。

【０００７】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、光出力特性に特段の影響を与えることなく、横モー
ドを安定させながら偏波面を安定に維持することのでき
る、面発光型半導体レーザを提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで本発明の第１の特
徴は、半導体基板上で活性層が上部及び下部の半導体多
層反射膜により挟まれ、少なくとも前記上部半導体多層
反射膜を加工してなる半導体柱を有し、基板と垂直方向
に光を放出する面発光型半導体レーザ装置において、前
記活性層の近傍に、前記半導体基板に垂直な方向からみ
た断面形状が、長軸と短軸とを有する矩形または楕円形
状を有してなる反射率分布の異なる領域を具備し、当該
領域とその周辺の領域とで出射光に対する反射率が異な
るように構成したことを特徴とする。

【０００９】望ましくは、前記半導体柱の基板に対して
垂直方向断面の径が、前記領域の径よりも大きくなるよ
うに形成されていることを特徴とする。

【００１０】本発明の第２の特徴は、半導体基板上に下
部半導体多層反射膜と、下部スぺーサ層と、活性層と、
上部スペーサ層と、上部多半導体多層反射膜とを順次積
層すると共に、前記下部スペーサ層あるいは上部スペー
サ層と活性層との間にアルミニウム砒素層若しくはアル
ミニウムガリウム砒素層からなる挿入層を介在させるよ
うに積層する積層工程と、前記挿入層を断面に露呈せし
めるように、少なくとも前記上部半導体多層反射膜の一
部を選択的に除去し長軸と短軸とを有する矩形または楕
円形状を有してなる半導体柱を形成する工程と、前記半
導体柱の断面から露呈する挿入層を選択的にエッチング
除去し、長軸と短軸とを有する矩形または楕円形状を有
してなる領域を残して、反射率の異なる領域を形成する
エッチング工程とを含むことにある。

【００１１】本発明の第３の特徴は、半導体基板上に下
部半導体多層反射膜と、下部スぺーサ層と、活性層と、
上部スペーサ層と、上部多半導体多層反射膜とを順次積
層すると共に、前記下部スペーサ層あるいは上部スペー
サ層と活性層との間にアルミニウム砒素層若しくはアル
ミニウムガリウム砒素層からなる挿入層を介在させるよ
うに積層する積層工程と、前記挿入層を断面に露呈せし
めるように、少なくとも前記上部半導体多層反射膜の一
部を選択的に除去し長軸と短軸とを有する矩形または楕
円形状を有してなる半導体柱を形成する工程と、前記半
導体柱の断面から露呈する挿入層を選択的に酸化し、長
軸と短軸とを有する矩形または楕円形状を有してなる領
域を残して、反射率の異なる領域を形成する酸化工程と
を含むことにある。

【００１２】本発明の第４の特徴は半導体基板上に下部
半導体多層反射膜と、下部スぺーサ層と、活性層と、上
部スペーサ層と、上部多半導体多層反射膜とを順次積層
すると共に、前記下部スペーサ層および上部スペーサ層
と活性層との間にアルミニウム砒素層若しくはアルミニ
ウムガリウム砒素層からなる挿入層を介在させるように
積層する積層工程と、前記挿入層を共に断面に露呈せし
めるように、少なくとも前記下部スペーサ層表面まで前
記各層を上方から順次選択的に除去し長軸と短軸とを有
する矩形または楕円形状を有してなる半導体柱を形成す
る工程と、前記半導体柱の断面から露呈する挿入層を選
択的にエッチング除去し、長軸と短軸とを有する矩形ま
たは楕円形状を有してなる領域を残して、反射率の異な
る領域を形成するエッチング工程とを含むことにある。

【００１３】本発明の第５の特徴は、半導体基板上に下
部半導体多層反射膜と、下部スぺーサ層と、活性層と、
上部スペーサ層と、上部多半導体多層反射膜とを順次積
層すると共に、前記下部スペーサ層および上部スペーサ
層と活性層との間にアルミニウム砒素層若しくはアルミ
ニウムガリウム砒素層からなる挿入層を介在させるよう
に積層する積層工程と、前記挿入層を共に断面に露呈せ
しめるように、少なくとも前記下部スペーサ層表面まで
前記各層を上方から順次選択的に除去し長軸と短軸とを
有する矩形または楕円形状を有してなる半導体柱を形成
する工程と、前記半導体柱の断面から露呈する挿入層を
選択的に酸化し、長軸と短軸とを有する矩形または楕円
形状を有してなる領域を残して、反射率の異なる領域を
形成する酸化工程とを含むことにある。

【００１４】本発明によれば、偏波面を制御するために
反射率を変化させる部位をメサ構造と一致させるのでは
なく、メサ部よりも内側に設け、高効率の電流狭窄のた
めに供すると共に、派生する熱を比較的体積の大きいメ
サ構造部に放熱するようにしているため、横モードを安
定させながら、偏波面を制御し、しきい値電流の低減を
はかるとともに、熱による光出力特性の劣化を防ぐこと
ができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明について、図面を参照しつつ説
明する。

【００１６】図１（ａ）（ｂ）および（ｃ）は本発明の
第１の実施例の面発光型半導体レーザ装置の上面図、そ
のＡ−Ａ’断面図およびそのＢ−Ｂ’断面図である。

【００１７】この面発光型半導体レーザ装置は、ｎ型ガ
リウムヒ素（ＧａＡｓ）基板１上に形成されたｎ型Ａｌ
_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ下部半導体多層反
射膜２と、アンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓからなる下
部スペーサ層３と、この下部スペーサ層３上に形成され
たアンドープのＡｌ_0.11Ｇａ_0.89量子井戸層とアンドー
プのＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層とからなる量子井戸活性
層４と、アンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓからなる上部
スペーサ層５と、ｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／Ａｌ_0.3Ｇ
ａ_0.7Ａｓ上部半導体多層反射膜７と、ｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層８が順次積層せしめられ、上部スペーサ層５
が露呈する深さまで、上部半導体多層反射膜７とｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層８のみが発光領域の上方を除いてエ
ッチング除去され、長軸と短軸とを有する断面矩形の角
柱状の光制御領域９が形成されている。そしてここで上
部半導体多層反射膜７の最下層に挿入層としてのｐ型の
ＡｌＡｓ層６が介在せしめられている。そしてこのｐ型
のＡｌＡｓ層６の露呈断面が選択酸化により角柱の内方
に選択的に酸化せしめられ、酸化膜６ｓを形成してい
る。そしてこの酸化膜６ｓで囲まれた角柱状の領域が電
流通路１０を構成する。ここでまたこのエッチング除去
された領域は酸化シリコン膜からなる表面保護膜（図示
せず）によって被覆保護されている。そして表面にはＣ
ｒ／Ａｕからなるｐ側電極１１が形成されるとともに、
基板裏面にはＡｕ−Ｇｅ／Ａｕからなるｎ側電極１２が
形成されている。

【００１８】ここでｎ型下部半導体多層反射膜２は、ｎ
型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7ＡｓＧａ
Ａｓ層とをそれぞれ膜厚λ／（４ｎ_r）（λ：発振波
長，ｎ_r：屈折率）で約４０．５周期積層することによ
って形成されたもので、シリコン濃度は２×１０¹⁸ｃｍ
^ー3である。下部スペーサ層３は、アンドープのＡｌ_0.6
Ｇａ_0.4Ａｓ層から構成され、また、量子井戸活性層４
は、アンドープのＡｌ_0.11Ｇａ_0.89量子井戸層（膜厚
８ｎｍ×３）とアンドープのＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層
（膜厚５ｎｍ×４）との組み合わせ、上部スペーサ層５
はアンドープＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓから構成されてお
り、膜厚は全体でλ／ｎrの整数倍とする。ｐ型のＡｌ
Ａｓ層６は膜厚λ／（４ｎ_r）で、カーボン濃度は３×
１０¹⁸ｃｍ^ー3である。また、上部半導体多層反射膜７
は、ｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とｐ型Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3
ＡｓＧａＡｓ層とをそれぞれ膜厚λ／（４ｎ_r）（λ：
発振波長，ｎ_r：屈折率）で交互に３０周期積層するこ
とによって形成されたもので、カーボン濃度は３×１０
¹⁸ｃｍ^ー3である。最後にｐ型コンタクト層８は膜厚５ｎ
ｍで、カーボン濃度は１×１０²⁰ｃｍ^ー3である。上部半
導体多層反射膜７の周期数を下部半導体多層反射膜２の
周期数よりも少なくしているのは、反射率に差をつけて
出射光を基板上面から取り出すためである。ドーパント
の種類についてはここで用いたものに限定されることな
く、ｎ型であればセレン、ｐ型であれば亜鉛やマグネシ
ウムなどを用いることも可能である。周期については光
の取り出し方向を基板表面側、裏面側のいずれかに取る
かで決定され、周期が増えるにつれて反射率は高くな
る。さらにまた、選択酸化により高抵抗化する領域に囲
まれた電流注入領域は短軸と長軸との比が５：６から
１：６の矩形あるいは楕円形状とするのが望ましい。一
方、この比が５：６を越えると偏波面は安定せず、１：
６に満たないと横モードが安定化しない。

【００１９】また、ＡｌＡｓ層は選択酸化により電流通
路１０を規定したが、選択エッチングにより空隙を形成
し電流通路１０を規定するようにしてもよい。

【００２０】ここでは、発振波長λ：７８０ｎｍのレー
ザ光を取り出すように設計した。

【００２１】この構成によれば、角柱状の光制御領域９
の内部におけるキャリアの通過経路が、矩形若しくは楕
円の極めて狭い領域に限定されるから、キャリアが量子
井戸活性層４に効率よく注入され発振しきい値電流が大
幅に低下し、同時に放射光の内短軸方向に発散する光が
効果的に回折損失を受け、横モードが安定化されると共
に出射光の偏波面が長軸方向に規定される。さらに角柱
状の光制御領域９の径は利得を生じる領域のそれに比べ
てはるかに大きいので、放熱特性も十分であり、光出力
が増大しても偏波面を安定に維持することができる。

【００２２】次に、この面発光型半導体レーザ装置の製
造工程について説明する。

【００２３】まず、図２に示すように、有機金属気相成
長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ型ガリウムヒ素（ＧａＡ
ｓ）（１００）基板１上に、ｎ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／
Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ下部半導体多層反射膜２と、アンド
ープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓからなる下部スペーサ層３
と、アンドープのＡｌ_0.11Ｇａ_0.89量子井戸層とアンド
ープのＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層とからなる量子井戸活
性層４と、アンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓからなる上
部スペーサ層５と、ｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／Ａｌ_0.3
Ｇａ_0.7Ａｓ上部半導体多層反射膜７と、ｐ型ＧａＡｓ
コンタクト層８とを順次積層する。そして基板を成長室
から取出し、酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜な
どの絶縁膜２１を形成しフォトリソグラフィ技術によ
り、図３に示すように、２０μｍ×３０μｍの矩形のレ
ジストマスク２２を形成する。ここでこの矩形は短軸が
＜０１１＞方向となるように合わせる。

【００２４】そしてさらに、図４に示すように、このレ
ジストマスク２２および絶縁膜２１をマスクとして、
ＳｉＣｌ₄ガスを用いた反応性イオンエッチングによ
り、ＡｌＡｓ層６が露出せしめられる深さまで半導体層
をエッチング除去して、光制御領域９となる角柱状のメ
サ構造部を形成する。

【００２５】続いてこの基板を、高温の水蒸気を充満さ
せた石英管内で基板を４００℃に加熱し、約１０分間の
熱処理を行うことにより露出したＡｌＡｓ層６が外側断
面から徐々に酸化され、酸化膜６ｓが形成され、図５に
示すように、最終的には酸化されずに残った領域が４μ
ｍ×６μｍ程度の矩形形状となる。なお、ここで熱処理
による酸化に代えて、硫酸過酸化水素溶液（Ｈ₂ＳＯ₄：
Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝１：１：５）柱に約３０秒間浸すよう
にしても良く、これにより、ＡｌＡｓ層６はいわゆるサ
イドエッチングにより外側断面から選択的に除去され
る。

【００２６】この後メサ構造上面の絶縁膜２１をバッフ
ァード弗酸により除去してから、フォトリソグラフィ技
術により、図６に示すように、メサ構造上面には環状の
ｐ側電極１１を形成し、基板裏面には全面にｎ側電極１
２を形成して、図１に示した本発明にかかる第１の実施
例の面発光型半導体レーザ装置が完成する。

【００２７】なお、前記実施例では、上部スペーサ層５
と上部半導体多層反射膜７との間にＡｌＡｓ層６を介在
させるようにしたが、下部スペーサ層３と下部半導体多
層反射膜２との間にＡｌＡｓ層６を介在させるようにし
てもよく、また両方に介在させる様にしても良い。この
ように両側に設ける様にすれば、活性層の上下両方向で
電流狭窄を行う事ができるため、活性領域へのより効率
的な電流注入が可能となり、いっそうしきい値電流を低
減することができる。ただこの場合は、下部スペーサ層
３の下に位置するＡｌＡｓ層６断面が露呈する深さまで
半導体層をエッチング除去する必要がある。

【００２８】なお、前記実施例では各半導体層は有機金
属気相成長法で形成したが、これに限定されることなく
分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などによっても良い。

【００２９】また、半導体柱形成のためのマスクとして
用いる絶縁膜についても、酸化シリコン膜に限定される
ことなく窒化シリコン膜など他の材料を用いても良い。

【００３０】さらにまた、前記実施例ではＡｌＡｓ層６
を選択的に除去するためのエッチングに硫酸過酸化水素
溶液を用いたがＡｌ組成比に対するエッチングレートの
選択性が高いものが望ましく、Ａｌ組成比が高くなるに
つれてエッチングレートが急激に増大する硫酸過酸化水
素水溶液は最適である。また他のエッチャントとしては
水酸化アンモニウム過酸化水素水溶液などを用いても良
い。

【００３１】さらにまた、前記実施例では電流通路をな
す矩形若しくは楕円形状について、短軸が＜０１１＞方
向となるようにしたが、これに限定されることなく、最
終的な電流通路の形状が所望の形になればよく、例えば
短軸が＜０１ー１＞方向となるようにしても、あるいは
＜０１１＞方向に対して任意の角度をなすように設定し
ても何等問題はない。ただし通常用いられる円形の活性
領域を有する面発光レーザにおいては，ＴＥモードの方
向により規定される偏波面の方向が＜０１ー１＞方向、
あるいは＜０１１＞方向となる確率が高い事が知られて
いるから、短軸方向を＜０１ー１＞方向、あるいは＜０
１１＞方向としておけばより効果的に偏波面を安定化さ
せることができる。

【００３２】また、前記実施例ではＡｌＡｓ層の選択酸
化の際、加熱する温度を４００℃とした場合について説
明したが、これに限定されることなく、最終的な電流通
路の大きさが所望の値となるよう制御できる条件であれ
ばよい。温度をあげると酸化速度が上昇し、短時間で所
望の酸化領域を形成する事ができるが、４００℃程度が
もっとも制御しやすい温度であった。

【００３３】また、半導体柱形成のためのエッチングに
際しては、ウエットエッチングの場合、上層と下層でエ
ッチング液にさらされる時間が異なることから、半導体
柱の底部に向かうにつれて面積が広がるいわゆるテーパ
形状が形成され、直径の小さな半導体柱が作りにくいと
いう問題があるが、ドライエッチングの場合、反応性イ
オンビームエッチング（ＲＩＢＥ）法や反応性イオンエ
ッチング（ＲＩＥ）法を用いれば、半導体柱の側壁が、
垂直あるいはアンダーカット形状をとるようにすること
もでき、直径の小さな半導体柱も容易に形成することが
できる。このときのエッチングガスとしては、Ｃｌ₂、
ＢＣｌ₃、ＳｉＣｌ₄あるいはＡｒとＣｌ₂の混合ガス等
が用いられる。

【００３４】このようにして作製された面発光型半導体
レーザ装置の動作は、以下に示すごとくである。ここ
で、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８およびｐ型上部半導体
多層反射膜７は発光領域の上方を除いてエッチング除去
され、かつ、挿入層６が外側から選択的に酸化されて酸
化膜６Ｓとなり、ｐ側電極から注入されたキャリアの通
路はこの半導体柱である光制御領域９内において酸化膜
６ｓで規定されている。そして、量子井戸層に注入され
たキャリアは電子−正孔再結合により光を放出し、この
光は上部と下部の半導体多層反射膜によって反射され、
利得が損失を上回ったところでレーザ発振を生ずる。レ
ーザ光は基板表面に設けられた電極の窓部から出射され
る。

【００３５】次に本発明の第２の実施例の面発光型半導
体レーザ装置およびその製造方法について、図面を参照
しつつ説明する。

【００３６】前記第１の実施例では、ｐ側電極１１とｎ
側電極１２とは反対側の面に形成したが、同一面側に形
成してもよく、これにより、駆動回路などと集積化する
に適した構造であるといえる。この場合は、図７に示す
ように、下部半導体多層反射膜３２が露呈せしめられる
深さまで選択的に除去せしめられ角柱状の光制御領域３
９が形成されている。そしてその外側に所定の間隔を隔
てて、環状をなすようにｎ側電極４２が形成されてい
る。

【００３７】すなわち、半絶縁性のガリウムヒ素（Ｇａ
Ａｓ）基板３１上に形成されたｎ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ
／Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ下部半導体多層反射膜３２と、ア
ンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓからなる下部スペーサ層
３３と、この下部スペーサ層３３上に形成されたアンド
ープのＡｌ_0.11Ｇａ_0.89量子井戸層とアンドープのＡｌ
_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層とからなる量子井戸活性層３４
と、アンドープのＡｌ_0. ₆Ｇａ_0.4Ａｓからなる上部スペ
ーサ層３５と、ｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／Ａｌ_0. ₃Ｇａ
_0.7Ａｓ上部半導体多層反射膜３７と、ｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層３８が順次積層せしめられ、上部スペーサ層
３５が露呈する深さまで、上部半導体多層反射膜３７と
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３８のみが発光領域の上方を
除いてエッチング除去され、長軸と短軸とを有する断面
矩形の角柱状の光制御領域３９が形成されている。そし
てここで上部半導体多層反射膜３７の最下層に挿入層と
してのｐ型のＡｌＡｓ層３６が介在せしめられている。
そしてこのｐ型のＡｌＡｓ層３６の露呈断面が選択酸化
により角柱の内方に選択的に酸化せしめられ、酸化膜３
６ｓを形成している。そしてこの酸化膜６ｓで囲まれた
角柱状の領域が電流通路４０を構成する。ここでまたこ
のエッチング除去された領域は酸化シリコン膜からなる
表面保護膜（図示せず）によって被覆保護されている。
そして角柱状の光制御領域３９表面にはＣｒ／Ａｕから
なるｐ側電極４１が形成されるとともに、その外側表面
には環状をなすようにＡｕ−Ｇｅ／Ａｕからなるｎ側電
極４２が形成されている。

【００３８】次に本発明の第３の実施例として、横方向
電流注入型の半導体レーザに適用した例について説明す
る。

【００３９】図８に示すように、上部半導体多層反射膜
５７から上部スペーサ層５５の一部の深さに到達するま
で除去され角柱状の光制御領域５９が形成されている。
そして、上部半導体多層反射膜５７と上部スペーサ層５
５との間にはＡｌＡｓ層５６が介在せしめられ、断面か
ら選択的に酸化されて電流通路６０を規定している。そ
して角柱状の光制御領域５９の外側に所定の間隔を隔て
て、環状をなすように上部スペーサ層５５上にｐ側電極
６１が形成され、またｎ型ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基
板５１の裏面側にｎ側電極６２が形成されている。

【００４０】すなわち、ｎ型のガリウムヒ素（ＧａＡ
ｓ）基板５１上に形成されたｎ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／
Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ下部半導体多層反射膜５２と、アン
ドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓからなる下部スペーサ層５
３と、この下部スペーサ層５３上に形成されたアンドー
プのＡｌ_0.11Ｇａ_0.89量子井戸層とアンドープのＡｌ_0.
₃Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層とからなる量子井戸活性層５４と、
アンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓからなる上部スペー
サ層５５と、ｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7
Ａｓ上部半導体多層反射膜５７とが順次積層せしめら
れ、上部スペーサ層５５の一部の深さまで、上部半導
体多層反射膜５７と共に発光領域の上方を除いてエッチ
ング除去され、長軸と短軸とを有する断面矩形の角柱状
の光制御領域５９が形成されている。そしてここで上部
半導体多層反射膜５７の最下層に挿入層としてのｐ型の
ＡｌＡｓ層５６が介在せしめられている。そしてこのｐ
型のＡｌＡｓ層５６の露呈断面が選択酸化により角柱の
内方に選択的に酸化せしめられ、酸化膜５６ｓを形成し
ている。そしてこの酸化膜５６ｓで囲まれた角柱状の領
域が電流通路６０を構成する。そして角柱状の光制御領
域５９の外側表面には環状をなすようにＣｒ／Ａｕから
なるｐ側電極６１が形成されるとともに、基板の裏面側
にはＡｕ−Ｇｅ／Ａｕからなるｎ側電極６２が形成され
ている。

【００４１】この構造ではメサ構造部が電流通路となっ
ていないため、素子抵抗を大幅に低減する事ができる。

【００４２】なお、前記実施例では上部半導体多層反射
膜をｐ型とし、下部半導体多層反射膜をｎ型としたが、
これに限定されることなく導電型を反対にすることも可
能である。一般にｐ型層はｎ型層に比べバンド不連続に
起因する素子抵抗の増大が懸念されるため、層数が増え
ることはレーザ特性を劣化させる要因となり好ましくな
い。前記実施例では出射光を基板上面から取り出す関係
から、上部半導体多層反射膜の方が下部半導体多層反射
膜に比べ層数が少ない。このため上部半導体多層反射膜
の導電型をｐ型としたが、逆に出射光を基板裏面から取
り出す場合には、層数の多い上部半導体多層反射膜の導
電型をｎ型とするのが望ましい。別の観点からみれば、
素子抵抗は面積に反比例するので、柱状に加工する上部
半導体多層反射膜は素子抵抗を増大させる要因となる。
従って同じ面積ならｐ型層よりも素子抵抗を小さくする
ことのできるｎ型層を上部半導体多層反射膜とすること
は好ましいとも考えられる。光の取り出し方向や導電型
による素子抵抗の違いを勘案しながら、総合的な見地か
ら導電型を決める必要がある。

【００４３】なお、前記実施例では、量子井戸活性層を
構成する材料としてＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系半導体を
用いたが、これに限定されることなく、例えば量子井戸
活性層にＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ系あるいは、ＩｎＰ／
ＩｎＧａＡｓＰ系半導体を用いることも可能である。こ
れらの量子井戸層からの発光波長はＧａＡｓ基板に対し
て透過であるから、この場合基板裏面から出射光を取り
出すのが容易であリ、プロセス上の手間を省く事ができ
る。さらに、前記実施例では矩形のものについて説明し
たが図９に示すように楕円形の光制御領域９及び電流通
路１０を形成してもよい。また、矩形が若しくは楕円形
状の短軸対長軸の比率を２：３とする場合について述べ
たが、これに限定されることなく、５：６から１：６程
度の範囲で選択可能である。ただし偏波面の制御のため
には横モードの安定化が必須の条件であることから、最
終的に形成冴える電流通路の大きさが所定の大きさにな
るように設定する必要がある。一般に面発光レーザの横
モードは出射口での径が１０μｍ以下の場合、０次基本
モードで安定化するとされているから、長軸の長さは少
なくとも１０μｍ以下、望ましくは、６μｍ程度に設定
する。比率をあげると偏波面の安定化には寄与するもの
の取り出せる光出力は減少するため、適切な値に設定す
る必要がある。

【００４４】また、矩形や楕円形に限らず、長軸と短軸
を有する２回対称形状、例えば長円形などでも適用可能
である。

【００４５】なお、本発明の構成要件を満足する範囲内
で他の方法によっても実現可能であることはいうまでも
ない。例えば実施例では電流経路を光出射側に設けた
が、その反対側に設けても、反射率に変化を与える事が
できるので同様の効果を得る事が可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、活性層近傍に、局所的に楕円または矩形所の光の反
射率の異なる領域を設けるようにしているため、出射光
の偏波面をその長軸方向に安定化させることが出来、こ
れらの素子を同一基板上に集積化した際、すべての素子
の偏波面をばらつきなく一方向に揃える事ができる。ま
た注入電流を増加しても、光透過領域の形に比べてメサ
構造部の径を十分に大きくする事ができるため発熱を抑
制し、広い出力範囲にわたって光出力特性を劣化させる
ことなく偏波面を安定化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の面発光型半導体レーザ
装置を示す図

【図２】同半導体レーザ装置の製造工程図

【図３】同半導体レーザ装置の製造工程図

【図４】同半導体レーザ装置の製造工程図

【図５】同半導体レーザ装置の製造工程図

【図６】同半導体レーザ装置の製造工程図

【図７】本発明の第２の実施例の面発光型半導体レーザ
装置を示す図

【図８】本発明の第３の実施例の面発光型半導体レーザ
装置を示す図

【図９】本発明の第１の実施例の変形例を示す上面説明
図

【図１０】従来例の半導体レーザ装置を示す図

【図１１】従来例の半導体レーザ装置を示す図

【符号の説明】

１ｎ型ガリウムひ素（ＧａＡｓ）基板２ｎ型下部半導体多層反射膜３ｎ型下部スペーサ層４量子井戸活性層５ｐ型上部スぺーサ層６Ｐ型ＡｌＡｓ層７ｐ型上部半導体多層反射膜８ｐ型ＧａＡｓコンタクト層９光制御領域１０電流通路１１ｐ側電極１２ｎ側電極１３ａ長軸側電流通路断面１３ｂ短軸側電流通路断面２１絶縁膜２２フォトレジスト３１半絶縁性ガリウムひ素（ＧａＡｓ）基板３２ｎ型下部半導体多層反射膜３３ｎ型下部スペーサ層３４量子井戸活性層３５ｐ型上部スぺーサ層３６Ｐ型ＡｌＡｓ層３７ｐ型上部半導体多層反射膜３８ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３９光制御領域４０電流通路４１ｐ側電極４２ｎ側電極４３ａ長軸側電流通路断面４３ｂ短軸側電流通路断面５１ｎ型ガリウムひ素（ＧａＡｓ）基板５２ｎ型下部半導体多層反射膜５３ｎ型下部スペーサ層５４量子井戸活性層５５ｐ型上部スぺーサ層５６Ｐ型ＡｌＡｓ層５７ｐ型上部半導体多層反射膜５８ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５９光制御領域６０電流通路６１ｐ側電極６２ｎ側電極６３ａ長軸側電流通路断面６３ｂ短軸側電流通路断面

フロントページの続き (72)発明者山本将央神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーンテクなかい富士ゼロックス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上で活性層が上部及び下部の
半導体多層反射膜により挟まれ、少なくとも前記上部半
導体多層反射膜が選択的に除去せしめられて半導体柱を
構成し、基板と垂直方向に光を放出する面発光型半導体
レーザ装置において、前記活性層の近傍に、前記半導体
基板に垂直な方向からみた断面形状が、長軸と短軸とを
有する矩形または楕円形状を有してなる反射率分布の異
なる領域を具備し、当該領域とその周辺の領域とで出射
光に対する反射率が異なるように構成したことを特徴と
する面発光型半導体レーザ装置。
【請求項２】前記半導体柱の基板に対して垂直方向断
面の径が、前記領域の径よりも大きくなるように形成さ
れている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。
【請求項３】半導体基板上に下部半導体多層反射膜
と、下部スぺーサ層と、活性層と、上部スペーサ層と、
上部多半導体多層反射膜とを順次積層すると共に、前記下部スペーサ層あるいは上部スペーサ層と活性層と
の間にアルミニウム砒素層若しくはアルミニウムガリウ
ム砒素層からなる挿入層を介在させるように積層する積
層工程と、前記挿入層を断面に露呈せしめるように、少なくとも前
記上部半導体多層反射膜の一部を選択的に除去し長軸と
短軸とを有する矩形または楕円形状を有してなる半導体
柱を形成する工程と、前記半導体柱の断面から露呈する挿入層を選択的にエッ
チング除去し、長軸と短軸とを有する矩形または楕円形
状を有してなる領域を残して、反射率の異なる領域を形
成するエッチング工程とを含む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。
【請求項４】半導体基板上に下部半導体多層反射膜
と、下部スぺーサ層と、活性層と、上部スペーサ層と、
上部多半導体多層反射膜とを順次積層すると共に、前記下部スペーサ層あるいは上部スペーサ層と活性層と
の間にアルミニウム砒素層若しくはアルミニウムガリウ
ム砒素層からなる挿入層を介在させるように積層する積
層工程と、前記挿入層を断面に露呈せしめるように、少なくとも前
記上部半導体多層反射膜の一部を選択的に除去し長軸と
短軸とを有する矩形または楕円形状を有してなる半導体
柱を形成する工程と、前記半導体柱の断面から露呈する挿入層を選択的に酸化
し、長軸と短軸とを有する矩形または楕円形状を有して
なる領域を残して、反射率の異なる領域を形成する酸化
工程とを含む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。
【請求項５】半導体基板上に下部半導体多層反射膜
と、下部スぺーサ層と、活性層と、上部スペーサ層と、
上部多半導体多層反射膜とを順次積層すると共に、前記下部スペーサ層および上部スペーサ層と活性層との
間にアルミニウム砒素層若しくはアルミニウムガリウム
砒素層からなる挿入層を介在させるように積層する積層
工程と、前記挿入層を共に断面に露呈せしめるように、少なくと
も前記下部スペーサ層表面まで前記各層を上方から順次
選択的に除去し長軸と短軸とを有する矩形または楕円形
状を有してなる半導体柱を形成する工程と、前記半導体柱の断面から露呈する挿入層を選択的にエッ
チング除去し、長軸と短軸とを有する矩形または楕円形
状を有してなる領域を残して、反射率の異なる領域を形
成するエッチング工程とを含む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。
【請求項６】半導体基板上に下部半導体多層反射膜
と、下部スぺーサ層と、活性層と、上部スペーサ層と、
上部多半導体多層反射膜とを順次積層すると共に、前記下部スペーサ層および上部スペーサ層と活性層との
間にアルミニウム砒素層若しくはアルミニウムガリウム
砒素層からなる挿入層を介在させるように積層する積層
工程と、前記挿入層を共に断面に露呈せしめるように、少なくと
も前記下部スペーサ層表面まで前記各層を上方から順次
選択的に除去し長軸と短軸とを有する矩形または楕円形
状を有してなる半導体柱を形成する工程と、前記半導体柱の断面から露呈する挿入層を選択的に酸化
し、長軸と短軸とを有する矩形または楕円形状を有して
なる領域を残して、反射率の異なる領域を形成する酸化
工程とを含む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。