JPH11261153A - Surface emitting semiconductor laser and manufacture thereof - Google Patents

Surface emitting semiconductor laser and manufacture thereof

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JPH11261153A
JPH11261153A JP5864798A JP5864798A JPH11261153A JP H11261153 A JPH11261153 A JP H11261153A JP 5864798 A JP5864798 A JP 5864798A JP 5864798 A JP5864798 A JP 5864798A JP H11261153 A JPH11261153 A JP H11261153A
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JP
Japan
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resonator
layer
semiconductor laser
buried
type semiconductor
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Application number
JP5864798A
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Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Kondo
貴幸 近藤
Takeshi Kaneko
剛 金子
Takeo Kawase
健夫 川瀬
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid deteriorating the element by a means such that at least a part has a protrudent resonator and opening at the top face of the resonator and an embedded metal layer of a specified melting point or less is formed to closely contact a top electrode continuously formed along the resonator and an insulation film surface. SOLUTION: A main heating source for the surface emitting semiconductor laser having a protrudent resonator structure is the Joule heat of the resistance of an n-type semiconductor multilayer reflection layer 106 or a contact resistance of a p-type contact layer 107 and top electrode 110. These heat sources exist mainly at a resonator protrusion 108. By embedding the resonator protrusion 108 in a good thermal-conductivity embedding layer 112, the embedding layer 112 acts as a heat sink to accelerate the heat radiation of the resonator protrusion 108, thereby lowering the temp. of the resonator and thus the deterioration of the element can be avoided. To closely imbed the resonator protrusion 108, the heat treating temp. is set so as not to exceed 400 deg.C.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する分野】本発明は、基板の垂直方向にレー
ザを出射する面発光型半導体レーザに係わる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface-emitting type semiconductor laser which emits a laser beam in a direction perpendicular to a substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の面発光型半導体レーザについて
は、アイ・イー・イー・イー、ジャーナル オブ クァ
ンタム エレクトロニクス、27巻、6号(1991
年)第1332頁から第1346頁[IEEE Jou
rnal of QuantumElectronic
s,vol.27,No.6 pp1332−1346
(1991)]のJack L. Jeweel他の解
説論文に、詳細にかつ系統的にまとめられている。
2. Description of the Related Art A conventional surface emitting semiconductor laser is disclosed in IEE, Journal of Quantum Electronics, Vol. 27, No. 6, 1991.
Year) pages 1332 to 1346 [IEEE Jou
rnal of QuantumElectronic
s, vol. 27, no. 6 pp1332-1346
(1991)], Jack L. It is summarized in detail and systematically in a commentary article by Jewel et al.

【0003】一般に半導体レーザの出力を制限したり信
頼性を損なっている主な要因は、素子駆動時の発熱によ
る温度上昇である。温度上昇を抑える一つの方法として
は、放熱性を高める方法が一般に用いられている。半導
体レーザ素子は化合物半導体基板上に形成されるが、化
合物半導体は熱伝導度が小さいため基板側への放熱はあ
まり期待できない。そのため端面出射型半導体レーザで
は、素子形成部を直接ヒートシンクに接触させることで
放熱を高める方法が常套手段になっている。
[0003] In general, the main factor that limits the output of a semiconductor laser or impairs its reliability is a rise in temperature due to heat generation during element driving. As one method of suppressing a temperature rise, a method of increasing heat dissipation is generally used. A semiconductor laser device is formed on a compound semiconductor substrate. However, heat dissipation to the substrate side cannot be expected much because the compound semiconductor has low thermal conductivity. Therefore, in the case of the edge emitting type semiconductor laser, a method of increasing heat radiation by directly contacting an element forming portion with a heat sink has become a common means.

【0004】しかし表面出射型の面発光型半導体レーザ
の場合、素子が形成されている基板表面側にレーザ出射
を行うため素子に直接ヒートシンクを接触させることが
できず放熱が困難であるという問題をかかえていた。
However, in the case of the surface emitting type semiconductor laser of the surface emitting type, since the laser is emitted to the surface of the substrate on which the element is formed, a heat sink cannot be brought into direct contact with the element, so that the heat radiation is difficult. I had it.

【0005】これを解決するために、例えば特開平5−
283796号公報の記載によればヒートシンク機能を
有する電極を備えている。このような突起状の共振器構
造の面発光型半導体レーザでの主な発熱源は、p型半導
体多層反射層の抵抗、あるいはp型コンタクト層と上部
電極のコンタクト抵抗によるジュール熱であると考えら
れる。これらの発熱源は主に共振器突起部に存在してい
る。そのため共振器突起部周囲を熱伝導に優れた金属で
密着して埋め込むことにより、放熱を高めて大幅に素子
温度を下げられる。
In order to solve this problem, for example, Japanese Patent Application Laid-Open
According to the description of Japanese Patent No. 283796, an electrode having a heat sink function is provided. It is considered that the main heat source in the surface emitting semiconductor laser having such a protruding resonator structure is Joule heat due to the resistance of the p-type semiconductor multilayer reflective layer or the contact resistance between the p-type contact layer and the upper electrode. Can be These heat sources mainly exist on the resonator protrusions. For this reason, by embedding the periphery of the resonator protruding portion in close contact with a metal having excellent heat conduction, heat dissipation can be increased and the element temperature can be significantly reduced.

【0006】表面からレーザを出射するためには、共振
器突起部の周囲だけを金属で埋め込み、レーザ出射部を
もつ共振器突起部上面は金属で覆われないように形成し
なければならない。前述の方法はメッキ法を用いて露出
した金属部にだけ金属を析出させることで共振器周囲を
金属で埋め込みながら共振器突起部上面のレーザ出射口
を確保している。
In order to emit a laser beam from the surface, only the periphery of the cavity projection must be buried with metal, and the top surface of the cavity projection having the laser emission portion must be formed so as not to be covered with metal. In the above-described method, a metal is deposited only on an exposed metal portion by using a plating method, so that the laser emission port on the upper surface of the resonator protrusion is secured while embedding the metal around the resonator.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】前述の方法のようにメ
ッキ法を用いて露出金属部にだけ金属を析出させるに
は、電解メッキ法を用いざるをえない。しかし電解液中
での処理が必要なので、半導体素子に大敵の不純物汚染
の恐れがある。また素子に電流を流すので素子の特性を
劣化させてしまうという問題があった。
In order to deposit a metal only on an exposed metal portion by using a plating method as in the above-described method, an electrolytic plating method must be used. However, since the treatment in the electrolytic solution is necessary, there is a possibility that the semiconductor element may be contaminated with impurities. In addition, there is a problem in that a current flows through the element, thereby deteriorating the characteristics of the element.

【0008】そこで本発明の目的は、素子を劣化させる
工程を含まない簡単な方法で、表面出射を可能にするヒ
ートシンク構造を実現し、高いレーザ出力と高い信頼性
を有する面発光型半導体レーザを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a surface emitting semiconductor laser having a high laser output and high reliability by realizing a heat sink structure capable of emitting light from the surface by a simple method not including a step of deteriorating the element. To provide.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の面発光レーザ
は、少なくとも一部が突起状の共振器をもつ共振器と前
記共振器の上面に開口部を有し前記共振器と前記絶縁膜
表面に沿って連続的に形成された上部電極と、前記上部
電極に密着するよう形成された融点が400℃以下の金
属からなる埋め込み層を具えたことを特徴とする。前記
埋め込み層は金と固溶体を作る金属または合金であるこ
とが望ましい。また、前記埋め込み層の表面の一部に金
を材料とする電極パッドを具えることを特徴とする。ま
た、前記共振器は突起部の側面の傾斜角が90°以下で
あり、より望ましく60°以下であることを特徴とす
る。さらに、前記絶縁膜は前記共振器の少なくとも側面
を覆わないよう形成されていること特徴とする。
According to the present invention, there is provided a surface emitting laser having a resonator having at least a portion having a projecting resonator, and having an opening on an upper surface of the resonator. And a buried layer made of a metal having a melting point of 400 ° C. or less formed so as to be in close contact with the upper electrode. The buried layer is preferably a metal or an alloy that forms a solid solution with gold. An electrode pad made of gold is provided on a part of the surface of the buried layer. Further, the resonator is characterized in that the inclination angle of the side surface of the projection is 90 ° or less, and more desirably 60 ° or less. Further, the insulating film is formed so as not to cover at least a side surface of the resonator.

【0010】本発明の面発光型半導体レーザの製造方法
は、共振器の少なくとも一部を突起状に形成する工程
と、少なくとも前記共振器の上面を除く基板表面を覆う
絶縁膜を形成する工程と、前記共振器突起部の上面に開
口を有する上部電極を形成する工程と、少なくとも前記
開口部とその近傍1μmの範囲を除く基板表面に融点が
400℃以下の埋め込み金属を堆積する工程と、前記埋
め込み金属の融点以上の温度で加熱処理を行い埋め込み
層を形成する工程を含むことを特徴とする。また、前記
埋め込み金属の面積が前記上部電極の面積より大きいこ
とを特徴とする。さらに、前記埋め込み金属の体積が前
記上部電極の面積と前記共振器突起部の高さをかけて得
られる体積より大きいことが望ましい。また、前記加熱
処理を行い埋め込み層を形成する工程は還元性ガスまた
は不活性ガスの雰囲気の雰囲気の下で行うことを特徴と
する。さらに、前記加熱処理を行い埋め込み層を形成す
る工程に先立ってプラズマクリーニング処理する工程を
行うことが望ましい。
According to a method of manufacturing a surface emitting semiconductor laser of the present invention, a step of forming at least a part of a resonator in a projection shape, and a step of forming an insulating film covering at least a substrate surface excluding an upper surface of the resonator. Forming an upper electrode having an opening on the upper surface of the resonator projection; and depositing a buried metal having a melting point of 400 ° C. or less on the surface of the substrate except for at least the opening and a range of 1 μm in the vicinity thereof. The method is characterized by including a step of forming a buried layer by performing a heat treatment at a temperature equal to or higher than the melting point of the buried metal. The area of the buried metal is larger than the area of the upper electrode. Further, it is preferable that the volume of the buried metal is larger than the volume obtained by multiplying the area of the upper electrode by the height of the resonator projection. Further, the step of forming the buried layer by performing the heat treatment is performed in an atmosphere of a reducing gas or an inert gas. Further, it is desirable to perform a step of performing a plasma cleaning process prior to the step of forming the buried layer by performing the heat treatment.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】〔実施例1〕以下、本発明の一実
施例を図1を用いて説明する。図1は、本発明の面発光
型半導体レーザの概略を示す断面図である。この面発光
型半導体レーザは、n型GaAs基板101上にn型半
導体多層反射層102とn型クラッド層103と、活性
層104と、p型クラッド層105とp型半導体多層反
射層106とp型コンタクト層107とが順次積層され
ている。そしてp型コンタクト層107とp型半導体多
層反射層106を経てp型クラッド層105の途中まで
突起状にエッチングすることで共振器突起部108が形
成されている。この共振器突起部108を形成すること
によって注入された電流が広がらず無効電流を抑えるこ
とができ、効率的なレーザ発振が可能になる。共振器突
起部108の周囲にはSiO2膜からなる絶縁膜109
とTi膜とAu膜の2層からなる上部電極110が形成
されている。絶縁膜109は少なくともp型クラッド層
105の表面を覆うように形成されているが、絶縁膜1
09の材料であるSiO2は熱伝導度が小さいため、放
熱の妨げにならないようできるだけ共振器突起部108
の側面にかからないことが望ましい。上部電極110は
絶縁膜109と共振器突起部108側面とp型コンタク
ト層107の表面に沿って連続的に形成されている。さ
らに上部電極110は共振器突起部108の上面にレー
ザ出射口111備えている。レーザ出射口とは上部電極
110の共振器突起部108の上面の開口部のことで、
ここから基板の表面側にレーザ光が出射される。そして
この上部電極110表面に密着して共振器突起部108
の周囲を埋め込むように、埋め込み層112が形成され
ている。この埋め込み層112はヒートシンクとして作
用する。 さらにレーザ出射口111を遮らないよう埋
め込み層112表面にAuの電極パッド113が形成さ
れ、n型GaAs基板101の裏面にはAuGe、N
i、Auからなる下部電極114が形成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a sectional view schematically showing a surface emitting semiconductor laser according to the present invention. This surface-emitting type semiconductor laser comprises an n-type GaAs substrate 101, an n-type semiconductor multilayer reflection layer 102, an n-type cladding layer 103, an active layer 104, a p-type cladding layer 105, a p-type semiconductor multilayer reflection layer 106, and a p-type semiconductor multilayer reflection layer 106. The mold contact layer 107 is sequentially laminated. Then, the cavity projection 108 is formed by etching the p-type cladding layer 105 halfway through the p-type contact layer 107 and the p-type semiconductor multilayer reflective layer 106 to form a projection. By forming the resonator projections 108, the injected current does not spread, the reactive current can be suppressed, and efficient laser oscillation can be achieved. An insulating film 109 made of a SiO 2 film is formed around the resonator projection 108.
And an upper electrode 110 composed of two layers of a Ti film and an Au film. The insulating film 109 is formed so as to cover at least the surface of the p-type cladding layer 105.
Since the thermal conductivity of SiO 2, which is a material of No. 09, is small, the resonator protrusions 108 are preferably not hampered with heat radiation.
It is desirable not to touch the side. The upper electrode 110 is formed continuously along the insulating film 109, the side surface of the resonator projection 108, and the surface of the p-type contact layer 107. Further, the upper electrode 110 has a laser emission port 111 on the upper surface of the resonator projection 108. The laser emission port is an opening on the upper surface of the resonator projection 108 of the upper electrode 110,
From here, laser light is emitted to the front surface side of the substrate. Then, the resonator projection 108 is brought into close contact with the surface of the upper electrode 110.
Buried layer 112 is formed so as to bury the periphery of. This buried layer 112 functions as a heat sink. Further, an Au electrode pad 113 is formed on the surface of the buried layer 112 so as not to block the laser emission port 111, and AuGe, N
A lower electrode 114 made of i and Au is formed.

【0012】ここでn型半導体多層反射層102は、A
lAsとAl0.15Ga0.85Asを交互に30ペア積層し
レーザ発振波長に対して99.9%以上の反射率を持
つ。p型半導体多層反射層106は、AlAsとAl
0.15Ga0.85Asを交互に25ペア積層しレーザ発振波
長に対して99.6%以上の反射率を持つ。活性層10
4は、3つのGaAsの井戸層とそれを挟むように積層
されたAl0.3Ga0.7Asの障壁層からなる多重量子井
戸活性層になっている。p型コンタクト層107は、キ
ャリア濃度1×1019cm-3以上のGaAs層からなっ
ている。埋め込み層112には融点が280℃のAuS
n合金を用いている。埋め込み層としてはAuSnの他
にSn、In、SnIn、PbSn、AuSi等の融点
が400℃以下の金属を用いることができる。本発明で
は金属を溶融することで共振器突起部を密着よく埋め込
むため、融点以上の温度の加熱処理工程を必要とする。
この温度が400℃を超える場合、ドーパントなどの予
期せぬ拡散等が生じる恐れがある。この温度はできるだ
け低い方が好ましく、融点が300℃以下の金属を用い
ればなお良い。埋込み層112の厚さは、ヒートシンク
としての効果の点からできるだけ厚いほうがよく、共振
器突起部108の高さと同等の厚さかそれ以上に形成さ
れることが望ましい。
Here, the n-type semiconductor multilayer reflective layer 102
30 pairs of lAs and Al 0.15 Ga 0.85 As are alternately stacked and have a reflectivity of 99.9% or more with respect to the laser oscillation wavelength. The p-type semiconductor multilayer reflective layer 106 is composed of AlAs and Al
Twenty-five pairs of 0.15 Ga 0.85 As are alternately stacked and have a reflectance of 99.6% or more with respect to the laser oscillation wavelength. Active layer 10
Reference numeral 4 denotes a multiple quantum well active layer including three GaAs well layers and an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer stacked so as to sandwich the well layers. The p-type contact layer 107 is made of a GaAs layer having a carrier concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more. AuS having a melting point of 280 ° C.
An n alloy is used. As the buried layer, a metal having a melting point of 400 ° C. or less such as Sn, In, SnIn, PbSn, and AuSi can be used in addition to AuSn. In the present invention, a heat treatment step at a temperature equal to or higher than the melting point is required in order to bury the resonator protrusions with good adhesion by melting the metal.
If this temperature exceeds 400 ° C., unexpected diffusion of dopants and the like may occur. This temperature is preferably as low as possible, and more preferably a metal having a melting point of 300 ° C. or less is used. The thickness of the buried layer 112 is preferably as large as possible from the viewpoint of the effect as a heat sink, and is desirably formed to a thickness equal to or higher than the height of the resonator projection 108.

【0013】突起状の共振器構造の面発光型半導体レー
ザでの主な発熱源は、p型半導体多層反射層106の抵
抗、あるいはp型コンタクト層107と上部電極110
のコンタクト抵抗によるジュール熱などであると考えら
れ、これらの発熱源は主に共振器突起部108に存在し
ている。この共振器突起部108の周囲を熱伝導の良い
埋め込み層112で埋め込むことで、埋め込み層112
がヒートシンクとして作用し、共振器突起部108の放
熱を促し共振器の温度を下げる働きをする。さらに、熱
伝導度の小さい絶縁膜109を共振器突起部108の側
面に形成しない構造によって、共振器突起部108から
埋め込み層112への放熱を妨げずヒートシンク機能を
より高めることができる。
The main heat source in the surface emitting type semiconductor laser having the projecting resonator structure is the resistance of the p-type semiconductor multilayer reflective layer 106 or the p-type contact layer 107 and the upper electrode 110.
These heat sources are mainly present in the resonator protrusions 108. By embedding the periphery of the resonator protrusion 108 with the buried layer 112 having good thermal conductivity, the buried layer 112 is formed.
Acts as a heat sink, radiating heat from the resonator projections 108 and lowering the temperature of the resonator. Furthermore, the structure in which the insulating film 109 having low thermal conductivity is not formed on the side surface of the resonator protrusion 108 can further enhance the heat sink function without hindering heat radiation from the resonator protrusion 108 to the buried layer 112.

【0014】本発明によれば、この共振器突起部108
周囲を熱伝導に優れた埋め込み層112で密着して覆う
ことにより放熱性が高まり、駆動中の素子温度を大きく
下げることができた。その結果、大幅なレーザ出力の増
加および信頼性の向上が実現できた。 (製造方法)次に製造方法について図2〜図7を用いて
説明する。まず図2に示すようにn型GaAs基板10
1上にn型半導体多層反射層102とn型クラッド層1
03と、活性層104と、p型クラッド層105とp型
半導体多層反射層106とp型コンタクト層107を有
機金属気相成長法で順次エピタキシャル成長する。n型
ドーパントとしてSe、p型ドーパントとしてZnを用
いた。そして、この表面にフォトレジストを塗布しフォ
トリソグラフ法で共振器の形状にレジストマスクを形成
する。ここではレジストマスクの形状として円形、矩
形、ストライプ形状など任意の形状を選ぶことが出来
る。
According to the present invention, this resonator projection 108
By closely covering the periphery with the buried layer 112 having excellent heat conduction, heat dissipation was enhanced, and the element temperature during driving could be greatly reduced. As a result, a significant increase in laser output and improvement in reliability were realized. (Manufacturing method) Next, a manufacturing method will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG.
1 and an n-type semiconductor multilayer reflective layer 102 and an n-type clad layer 1
03, an active layer 104, a p-type cladding layer 105, a p-type semiconductor multilayer reflective layer 106, and a p-type contact layer 107 are sequentially epitaxially grown by metal organic chemical vapor deposition. Se was used as an n-type dopant, and Zn was used as a p-type dopant. Then, a photoresist is applied to the surface, and a resist mask is formed in the shape of the resonator by a photolithographic method. Here, an arbitrary shape such as a circle, a rectangle, and a stripe can be selected as the shape of the resist mask.

【0015】次に図3に示すように、このレジストマス
クをマスクにしてp型クラッド層105の途中まで反応
性イオンビームエッチング等によりエッチングして共振
器突起部108を形成し、レジストマスクを除去した
後、共振器突起部108を除く表面に絶縁膜109とし
て例えばSiO2膜をモノシランを原料にした熱CVD
法によって形成する。ここでは、p型クラッド層105
の途中まで約5μmエッチングしたが、任意の深さまで
エッチングしてもかまわない。
Next, as shown in FIG. 3, using the resist mask as a mask, etching is performed by reactive ion beam etching or the like halfway through the p-type cladding layer 105 to form a resonator projection 108, and the resist mask is removed. After that, thermal CVD using monosilane as a raw material, for example, a SiO 2 film as an insulating film 109 on the surface excluding the resonator protrusions 108
It is formed by a method. Here, the p-type cladding layer 105
Was etched about 5 μm halfway through, but may be etched to any depth.

【0016】次に図4に示すように共振器突起部上面に
レーザ出射口111を備え、共振器突起部108の側面
と絶縁層109の表面に沿って連続的に上部電極110
を形成する。その方法としてスパッタ蒸着法により基板
表面にTiを0.1μmとAuを0.1μmずつ順次積
層した後、アルゴンガスを用いたドライエッチングによ
り共振器突起部108上面の一部と絶縁膜109上の一
部のTiとAuを除去した。このとき上部電極110
は、後述する理由により、その面積が絶縁層109の面
積より小さくなるよう、つまり絶縁層109が露出する
領域を設けておくように形成した。上部電極110の材
料として用いたTi層は、化合物半導体とオーミック接
触できる材料であり、この他にもn型の化合物半導体に
対してはAuGeの合金、p型の化合物半導体に対して
はAuZnの合金などを用いることができる。最表面に
形成されるAuは、酸化皮膜を作らず、後述する埋め込
み層との濡れ性に優れている材料として選んだ。もし上
部電極110表面に酸化皮膜が生じると、埋め込み不良
の原因になるからである。
Next, as shown in FIG. 4, a laser emission port 111 is provided on the upper surface of the cavity protrusion, and the upper electrode 110 is continuously formed along the side surface of the cavity protrusion 108 and the surface of the insulating layer 109.
To form As a method for depositing, 0.1 μm of Ti and 0.1 μm of Au are sequentially laminated on the substrate surface by the sputter deposition method, and then a part of the upper surface of the resonator protrusion 108 and the upper surface of the insulating film 109 are dry-etched using argon gas. Some Ti and Au were removed. At this time, the upper electrode 110
Was formed such that its area was smaller than the area of the insulating layer 109, that is, a region where the insulating layer 109 was exposed was provided for a reason described later. The Ti layer used as the material of the upper electrode 110 is a material that can make ohmic contact with a compound semiconductor. In addition, an AuGe alloy is used for an n-type compound semiconductor, and an AuZn is used for a p-type compound semiconductor. An alloy or the like can be used. Au formed on the outermost surface did not form an oxide film and was selected as a material having excellent wettability with a buried layer described later. This is because if an oxide film is formed on the surface of the upper electrode 110, it may cause poor filling.

【0017】次に図5に示すように、少なくともレーザ
出射口111が露出するよう上部電極110上に埋め込
み金属115をリフトオフ法を用いて堆積させた。埋め
込み金属115は、図1の埋込み層112と材質的には
同一であるが、形状、機能が異なるためここでは別の呼
名を使う。ここでは、埋め込み金属115の材料として
はAuSnの合金を用いた。この他にSn、In、Sn
In合金、PbSn合金、AuSi合金等の融点が40
0℃以下の金属を用いることができる。この埋め込み金
属115は後に加熱処理により溶融して変形することで
埋め込み層となるが、共振器突起部108の周囲を完全
に埋め込むためには、埋め込み金属115の厚さを共振
器突起部108の高さと同等か、それ以上にすることが
好ましい。しかし埋め込み金属115の厚さが厚すぎる
とリフトオフが極めて困難になるため4μm程度が限界
である。共振器突起部108の高さが4μmを超えるよ
うな場合は、埋め込み金属115の面積を上部電極11
0の面積より大きくしておくことで、後述するように溶
融後の埋め込み層の厚さを増すことができ、十分な埋め
込みが可能になる。より好ましくは埋め込み金属115
の面積を上部電極110の面積の105%以上とするこ
とである。さらに埋め込み金属115の体積が、上部電
極110の面積と共振器突起部108の高さをかけて得
られる体積と同等かそれ以上であれば共振器突起部10
8をほぼ埋め込むことができる。より好ましくは埋め込
み金属115の体積が、上部電極110の面積と共振器
突起部108の高さをかけて得られる体積の105%以
上である。ここでは埋め込み金属115の厚さを4μm
とし、埋め込み金属115の面積が上部電極110の面
積の125%になるようにした。また、このような金属
膜のリフトオフ法ではエッジ部にバリなどが発生するこ
とがあるが、埋め込み金属115のエッジ部がレーザ出
射口111端から1μm以上離れていれば、後述する理
由により問題にはならない。
Next, as shown in FIG. 5, a buried metal 115 is deposited on the upper electrode 110 by using a lift-off method so that at least the laser emission port 111 is exposed. The buried metal 115 is the same as the buried layer 112 in FIG. 1 in material, but is different in shape and function, so a different name is used here. Here, an AuSn alloy was used as the material of the buried metal 115. In addition, Sn, In, Sn
In alloy, PbSn alloy, AuSi alloy, etc. have a melting point of 40
A metal having a temperature of 0 ° C. or less can be used. The buried metal 115 becomes a buried layer by being melted and deformed by a heat treatment later. However, in order to completely bury the periphery of the resonator protrusion 108, the thickness of the buried metal 115 is reduced by the thickness of the resonator protrusion 108. It is preferable that the height is equal to or higher than the height. However, if the thickness of the buried metal 115 is too large, lift-off becomes extremely difficult, so the limit is about 4 μm. When the height of the resonator projection 108 exceeds 4 μm, the area of the buried metal 115 is
By making the area larger than 0, the thickness of the buried layer after melting can be increased as described later, and sufficient burying becomes possible. More preferably embedded metal 115
Is made to be 105% or more of the area of the upper electrode 110. Furthermore, if the volume of the buried metal 115 is equal to or greater than the volume obtained by multiplying the area of the upper electrode 110 by the height of the resonator projection 108, the resonator projection 10
8 can be almost embedded. More preferably, the volume of the buried metal 115 is at least 105% of the volume obtained by multiplying the area of the upper electrode 110 by the height of the resonator projection 108. Here, the thickness of the buried metal 115 is 4 μm.
The area of the buried metal 115 was set to be 125% of the area of the upper electrode 110. Further, in such a lift-off method of the metal film, burrs and the like may be generated at the edge portion. Not be.

【0018】そして露出した上部電極110表面を清浄
化するため、基板表面をアルゴンプラズマクリーニング
を行った。これにより露出した上部電極110表面上の
有機物等の汚れを完全に除去することができ、埋込み層
の形成が容易になる。
Then, in order to clean the exposed surface of the upper electrode 110, the substrate surface was subjected to argon plasma cleaning. This makes it possible to completely remove the dirt such as organic substances on the exposed surface of the upper electrode 110, thereby facilitating the formation of the buried layer.

【0019】次に図6に示すように加熱処理を加えて埋
め込み金属を溶融すると、共振器突起部108周囲の上
部電極110に密着するよう流動変形し、冷却固化する
ことで埋め込み層112が形成される。加熱処理の方法
としては、まず基板を還元性のガスであるアルゴンと水
素の混合ガスに置換した雰囲気の中に置き、AuSn合
金の融点よりやや高い300℃の温度で1分間加熱し
た。溶融した埋め込み金属は上部電極対して濡れ性がよ
いので流動し、埋め込み金属の堆積時に共振器突起部と
埋め込み金属の間に存在した隙間は自動的に埋まり、共
振器突起部周囲を完全に密着して埋めこむことができ
る。
Next, as shown in FIG. 6, when the buried metal is melted by applying a heat treatment, the buried layer 112 is formed by flowing and deforming so as to be in close contact with the upper electrode 110 around the resonator projection 108, and then cooled and solidified. Is done. As a heat treatment method, first, the substrate was placed in an atmosphere in which a mixed gas of argon and hydrogen, which is a reducing gas, was substituted, and heated at a temperature of 300 ° C. slightly higher than the melting point of the AuSn alloy for one minute. The molten buried metal flows because of good wettability to the upper electrode, and the gap between the cavity protrusion and the buried metal at the time of deposition of the buried metal is automatically filled, and the periphery of the cavity protrusion is completely adhered. Can be embedded.

【0020】埋め込み金属の面積を上部電極110の面
積より大きく形成した理由は、埋め込み層112の厚さ
を増すためと、埋め込み金属溶融時の流動の駆動力を与
えるためである。液化した埋め込み金属は絶縁膜に対し
て濡れ性が非常に悪い。そのため絶縁膜上の埋め込み金
属は、溶融するとはじかれて後退し自動的に上部電極上
に集まる。その結果、上部電極上の埋め込み金属の体積
すなわち厚さが増加するとともに、流動の駆動力も増
す。本実施例の場合、埋め込み金属115の面積が上部
電極110の面積の125%になるよう形成したので、
最初に4μm堆積した埋め込み金属115が溶融後に約
5μmの厚さの埋込み層112を形成し、5μmの高さ
の共振器突起部108をほぼ完全に埋め込むことができ
た。さらに固化した埋め込み層112の表面が滑らかに
なるという効果も得られた。
The reason why the area of the buried metal is larger than the area of the upper electrode 110 is to increase the thickness of the buried layer 112 and to provide a driving force for the flow when the buried metal is melted. The liquefied embedded metal has very poor wettability to the insulating film. Therefore, the buried metal on the insulating film is repelled when melted and recedes, and automatically gathers on the upper electrode. As a result, the volume or thickness of the buried metal on the upper electrode increases, and the driving force for flow also increases. In the case of this embodiment, since the area of the buried metal 115 is formed to be 125% of the area of the upper electrode 110,
The buried metal 115 deposited first at 4 μm formed the buried layer 112 having a thickness of about 5 μm after melting, and the cavity protrusion 108 having a height of 5 μm was almost completely buried. Further, the effect of smoothing the surface of the solidified buried layer 112 was also obtained.

【0021】上部電極と埋め込み層の密着は、相互の良
好な濡れ性によって起こる一方、半導体に対する埋め込
み層の濡れ性は小さいため、p型コンタクト層107が
露出しているレーザ出射口111は埋め込み層112に
覆われることなく確保される。また埋め込み金属115
のエッジ部に発生したバリも溶融するとともに消失す
る。ただしレーザ出射口111の端と埋め込み金属11
5のエッジが1μm以下の場合、加熱処理後に極まれに
レーザ出射口111上に埋め込み層112が覆い被さる
ことがあった。よってレーザ出射口111の端と埋め込
み金属115のエッジ部の間は1μm以上離すことが望
ましい。
The close contact between the upper electrode and the buried layer occurs due to mutual good wettability. On the other hand, the wettability of the buried layer with respect to the semiconductor is small, so that the laser emission port 111 where the p-type contact layer 107 is exposed is embedded in the buried layer. It is secured without being covered by 112. Also, the buried metal 115
The burrs generated at the edge of the metal are also melted and disappear. However, the end of the laser emission port 111 and the buried metal 11
When the edge of No. 5 is 1 μm or less, the buried layer 112 may very rarely cover the laser emission port 111 after the heat treatment. Therefore, it is desirable that the distance between the end of the laser emission port 111 and the edge of the embedded metal 115 is 1 μm or more.

【0022】加熱処理を還元ガス雰囲気で行うことで、
溶融した埋め込み金属の表面の酸化膜の発生を抑え、よ
り良好な流動性を得ることで埋め込み不良を抑えること
ができる。ここでは雰囲気ガスに還元性ガスとしてアル
ゴンと水素の混合ガスを用いたが水素ガスでもかまわな
い。また、不活性ガスを用いても良い。ここでいう不活
性ガスとはヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、
キセノン等の希ガスあるいは窒素のような反応性の小さ
なガスである。
By performing the heat treatment in a reducing gas atmosphere,
Occurrence of an oxide film on the surface of the molten buried metal is suppressed, and more excellent fluidity is obtained, whereby poor burying can be suppressed. Here, a mixed gas of argon and hydrogen is used as the reducing gas as the atmosphere gas, but a hydrogen gas may be used. Further, an inert gas may be used. Inert gas here refers to helium, neon, argon, krypton,
It is a rare gas such as xenon or a gas with low reactivity such as nitrogen.

【0023】こうして十分な厚さを持ち、共振器突起部
108周囲に隙間なく密着し放熱性にすぐれた埋め込み
金属112を形成することができる。共振器突起部10
8の高さと堆積厚をそろえておけば平坦化することもで
きる。加熱処理温度は400℃以下の比較的低温なので
原子拡散はほとんど起こらず、素子劣化の心配がない。
我々の実験では、400℃を越える加熱処理を行うとド
ーパントや上部電極金属原子の予期せぬ拡散が起こりレ
ーザ発振性能が著しく低下した。
In this way, it is possible to form the buried metal 112 which has a sufficient thickness, closely adheres to the periphery of the resonator projection 108 without any gap, and has excellent heat dissipation. Resonator projection 10
If the height of 8 and the deposition thickness are made uniform, flattening can be achieved. Since the heat treatment temperature is a relatively low temperature of 400 ° C. or less, atomic diffusion hardly occurs, and there is no fear of element deterioration.
In our experiments, heat treatment at over 400 ° C. caused unexpected diffusion of dopants and metal atoms of the upper electrode, resulting in a significant decrease in laser oscillation performance.

【0024】そして図7に示すように、レーザ出射口に
掛からないよう埋め込み層112表面にAuの電極パッ
ド113を形成し、最後に基板裏側にAuGe、Ni、
Auを積層した下部電極114を蒸着して面発光型半導
体レーザが完成する。
Then, as shown in FIG. 7, an Au electrode pad 113 is formed on the surface of the buried layer 112 so as not to cover the laser emission port, and finally, AuGe, Ni,
By depositing the lower electrode 114 on which Au is laminated, a surface-emitting type semiconductor laser is completed.

【0025】以上に述べたように本発明の面発光型半導
体レーザの製造方法によると、埋め込み金属を融点以上
の温度で加熱溶融することで共振器突起部周囲を密着よ
く埋め込むことができ、溶融した埋め込み金属と上部電
極の良好な濡れ性によってセルフアライン的に埋め込む
ことで埋め込み金属のパターニング堆積の際に高いアラ
イメント精度を必要とせず極めて簡単に埋め込み層を備
えた面発光型半導体レーザを作成できた。
As described above, according to the method for manufacturing a surface emitting semiconductor laser of the present invention, the buried metal is heated and melted at a temperature equal to or higher than the melting point, so that the periphery of the cavity projection can be buried in a close contact. By embedding in a self-aligned manner due to the good wettability of the embedded metal and the upper electrode, a surface-emitting type semiconductor laser with an embedded layer can be created very easily without requiring high alignment accuracy when patterning and depositing the embedded metal. Was.

【0026】なお本発明は上記の実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々の変形実施が
可能である。活性層104は面発光型半導体レーザの発
振波長に応じてInGaAs,GaAs,AlGaA
s,GaInP,AlGaInP,InGaAsP,Z
nSe,ZnS,GaN,AlGaN,InN,InG
aNのいずれかからなる単層あるいは量子井戸層を用い
ることが可能で、さらに半導体の導電型のp型とn型を
入れ替えても実施が可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention. The active layer 104 is made of InGaAs, GaAs, or AlGaAs according to the oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser.
s, GaInP, AlGaInP, InGaAsP, Z
nSe, ZnS, GaN, AlGaN, InN, InG
A single layer or a quantum well layer made of any one of aN can be used, and the present invention can be implemented even if the p-type and the n-type of the conductivity type of the semiconductor are switched.

【0027】〔実施例2〕次に本発明の第2の実施例に
ついて説明する。図8は、本発明の第2の実施例の面発
光型半導体レーザの概略を示す断面図である。この面発
光型半導体レーザは、AlAs層の自然酸化を利用した
酸化Al層を電流狭窄構造として用いているところが第
1の実施例と異なる。
[Embodiment 2] Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a sectional view schematically showing a surface emitting semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention. This surface-emitting type semiconductor laser differs from the first embodiment in that an Al oxide layer utilizing natural oxidation of an AlAs layer is used as a current confinement structure.

【0028】以下、図8を用いて詳しく説明する。この
面発光型半導体レーザは、n型GaAs基板201上に
n型半導体多層反射層202とn型クラッド層203
と、活性層204と、p型クラッド層205と電流狭窄
層215とp型半導体多層反射層206とp型コンタク
ト層207とが順次積層されている。そしてp型コンタ
クト層207とp型半導体多層反射層206と電流狭窄
層215を経てp型クラッド層205の途中まで突起状
にエッチングすることで共振器突起部208が形成され
ている。
Hereinafter, this will be described in detail with reference to FIG. This surface-emitting type semiconductor laser includes an n-type GaAs substrate 201, an n-type semiconductor multilayer reflective layer 202 and an n-type cladding layer 203.
, An active layer 204, a p-type cladding layer 205, a current confinement layer 215, a p-type semiconductor multilayer reflective layer 206, and a p-type contact layer 207 are sequentially laminated. Then, the cavity projection 208 is formed by etching the p-type cladding layer 205 halfway through the p-type contact layer 207, the p-type semiconductor multilayer reflective layer 206, and the current confinement layer 215 to form a projection.

【0029】共振器突起部208の周囲にはSiO2
からなる絶縁膜209とTi膜とAu膜の2層からなる
上部電極210が形成されている。絶縁膜209は共振
器突起部208を除いてp型クラッド層205の表面を
覆うように形成され(共振器突起部208の側面にはか
からないように形成される)、上部電極210は絶縁膜
209と共振器突起部208側面とp型コンタクト層2
07の表面に沿って連続的に形成されている。さらに上
部電極210は共振器突起部208の上面にレーザ出射
口211備えている。そしてこの上部電極210表面に
密着するよう共振器突起部208の周囲に埋め込み層2
12が形成され、さらにレーザ出射口211を遮らない
よう埋め込み層212表面にAuの電極パッド213が
形成され、n型半導体基板の裏面にはAuGe、Ni、
Auからなる下部電極214が形成されている。
An insulating film 209 made of a SiO 2 film and an upper electrode 210 made of two layers of a Ti film and an Au film are formed around the resonator projection 208. The insulating film 209 is formed so as to cover the surface of the p-type cladding layer 205 except for the resonator protrusion 208 (formed so as not to cover the side surface of the resonator protrusion 208), and the upper electrode 210 is formed of the insulating film 209. And side surface of resonator projection 208 and p-type contact layer 2
07 are formed continuously along the surface. Further, the upper electrode 210 has a laser emission port 211 on the upper surface of the resonator projection 208. The buried layer 2 is formed around the resonator projection 208 so as to be in close contact with the surface of the upper electrode 210.
12 are further formed, and an Au electrode pad 213 is formed on the surface of the buried layer 212 so as not to block the laser emission port 211, and AuGe, Ni,
A lower electrode 214 made of Au is formed.

【0030】ここでn型半導体多層反射層202 はA
lAsとAl0.15Ga0.85Asを交互に30ペア積層し
レーザ発振波長に対して99.9%以上の反射率を持
つ。p型半導体多層反射層206はAl0.9Ga0.1As
とAl0.15Ga0.85Asを交互に30ペア積層しレーザ
発振波長に対して99.5%以上の反射率を持つ。活性
層204は3つのGaAsの井戸層とそれらを挟むよう
に積層されたAl0.3Ga0.7Asの障壁層からなる多重
量子井戸活性層になっている。p型コンタクト層207
はキャリア濃度1×1019cm-3以上のGaAs層から
なっている。上部電極210はTi薄膜とAu薄膜の2
層で構成されており、埋め込み層212と接する方にA
uが面している。埋め込み層212は、融点が280℃
のAuSn合金であり、共振器突起部208の高さを上
回る厚さに形成されている。埋め込み層としてはAuS
nの他にSn、In、SnIn、PbSn、AuSi等
の融点が400℃以下の金属を用いることができる。
Here, the n-type semiconductor multilayer reflective layer 202 is made of A
30 pairs of lAs and Al 0.15 Ga 0.85 As are alternately stacked and have a reflectivity of 99.9% or more with respect to the laser oscillation wavelength. The p-type semiconductor multilayer reflective layer 206 is made of Al 0.9 Ga 0.1 As.
And 30 pairs of Al 0.15 Ga 0.85 As are alternately stacked and have a reflectance of 99.5% or more with respect to the laser oscillation wavelength. The active layer 204 is a multiple quantum well active layer composed of three GaAs well layers and an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer stacked so as to sandwich them. p-type contact layer 207
Is composed of a GaAs layer having a carrier concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more. The upper electrode 210 is formed of a Ti thin film and an Au thin film.
A layer that is in contact with the buried layer 212 has A
u is facing. The burying layer 212 has a melting point of 280 ° C.
And a thickness exceeding the height of the resonator projection 208. AuS as buried layer
In addition to n, metals having a melting point of 400 ° C. or less, such as Sn, In, SnIn, PbSn, and AuSi, can be used.

【0031】電流狭窄層215は、AlAs層216と
その周囲を囲むように形成された酸化Al層217で構
成されている。酸化Al層217は、AlAs層216
を共振器突起部208側面から自然酸化することで得ら
れる。その方法として例えば、少なくともAlAs層が
露出するように共振器突起部を形成し、水蒸気雰囲気中
で約400℃のの加熱処理を行う方法がよく知られてい
る。AlAs層216は共振器突起部208側面の露出
部から内部に向かって酸化反応を起し、徐々に酸化Al
層217に置き変わっていく。その結果AlAs層21
6は、周囲を酸化Al層217で切れ目なく囲まれるこ
とになる。上部電極から注入された電流は、酸化Al層
217が絶縁体であるため遮られ、共振器突起部208
の中央に位置する導電体であるAlAs層216を通っ
て共振器突起部208の中央に集中するよう流れる。こ
のようにして電流狭窄層215は水平方向の電流狭窄構
造として機能する。注入された電流が、共振器突起部2
08の中央に集中することで、単純な突起状共振器構造
に比べて大幅に無効電流が抑えられ、しきい値電流の低
減やレーザ出力の向上が期待できる。
The current confinement layer 215 comprises an AlAs layer 216 and an Al oxide layer 217 formed so as to surround the periphery thereof. The Al oxide layer 217 is formed of an AlAs layer 216.
Is naturally oxidized from the side face of the resonator projection 208. As a well-known method, for example, a method is known in which a resonator projection is formed so that at least the AlAs layer is exposed, and a heat treatment at about 400 ° C. is performed in a steam atmosphere. The AlAs layer 216 initiates an oxidation reaction from the exposed portion on the side surface of the resonator projection 208 to the inside, and gradually becomes oxidized Al oxide.
Layer 217 is replaced. As a result, the AlAs layer 21
6 is surrounded without interruption by the Al oxide layer 217. The current injected from the upper electrode is blocked because the Al oxide layer 217 is an insulator, and the cavity protrusion 208
Flows through the AlAs layer 216 which is a conductor located at the center of the resonator so as to concentrate on the center of the resonator projection 208. Thus, the current confinement layer 215 functions as a horizontal current confinement structure. The injected current is applied to the cavity protrusion 2
By concentrating at the center of 08, the reactive current is greatly suppressed as compared with a simple protruding resonator structure, and a reduction in threshold current and an improvement in laser output can be expected.

【0032】しかし、この酸化Al層を用いた電流狭窄
構造にも放熱の点で大きな問題がある。酸化Al層はA
lAs層に比べて約5から10倍ほど熱抵抗が大きいた
め、共振器突起部の基板側への放熱を妨げ駆動時の温度
上昇を招いてしまうことである。突起状の共振器構造の
面発光型半導体レーザでの主な発熱源は、p型半導体多
層反射層の抵抗、あるいはp型コンタクト層と上部電極
のコンタクト抵抗によるジュール熱などであると考えら
れ、これらの発熱源は主に共振器突起部に存在してい
る。電流狭窄層は、製法上の都合で共振器突起部に形成
しなければならず、電流狭窄層は活性層から離れると電
流狭窄効果がなくなるため、共振器突起部の根元近傍に
形成せざるをえない。熱抵抗の高い電流狭窄層を共振器
突起部の根元に配置することで、共振器突起部は熱的に
孤立しやすくなり、電流狭窄層を持たない突起状共振器
構造よりも駆動時の温度上昇を招くのである。その結
果、期待程はレーザ出力が得られないことがあった。ま
た特に熱の影響を受けやすい信頼性には大きな問題があ
った。
However, the current confinement structure using the Al oxide layer also has a large problem in terms of heat radiation. Al oxide layer is A
Since the thermal resistance is about 5 to 10 times as large as that of the lAs layer, heat radiation of the resonator projection to the substrate side is hindered, and a temperature rise during driving is caused. The main heat source in the surface-emitting type semiconductor laser having the protruding resonator structure is considered to be Joule heat due to the resistance of the p-type semiconductor multilayer reflective layer or the contact resistance between the p-type contact layer and the upper electrode. These heat sources mainly exist on the resonator protrusions. The current confinement layer must be formed on the resonator protrusion for convenience in manufacturing method. Since the current confinement layer loses the current confinement effect when it is separated from the active layer, it must be formed near the base of the resonator protrusion. I can't. By arranging the current confinement layer having a high thermal resistance at the base of the resonator projection, the resonator projection is easily thermally isolated, and the driving temperature is higher than that of the projection resonator structure having no current confinement layer. It leads to a rise. As a result, a laser output may not be obtained as expected. There was also a major problem in reliability, which is particularly susceptible to heat.

【0033】本発明を適用すると、共振器突起部208
の周囲に熱伝導性の良い埋め込み層212を密着して形
成出来るので、共振器突起部208で生じた熱を埋め込
み層212へ逃がすことで放熱性を飛躍的に高めること
ができる。その結果、駆動時の素子温度を大幅に下げる
ことができ、著しいレーザ出力の増加と信頼性の向上が
得られた。よって、酸化Al層を電流狭窄層に用いる突
起状共振器構造に、本発明を用いると従来では出来なか
った電流狭窄と放熱を両立でき、極めて効果的である。
When the present invention is applied, the resonator projections 208
Since the buried layer 212 having good thermal conductivity can be formed in close contact with the surrounding area, the heat generated in the resonator projection 208 is released to the buried layer 212, thereby greatly improving the heat radiation. As a result, the device temperature during driving could be greatly reduced, and a remarkable increase in laser output and improvement in reliability were obtained. Therefore, when the present invention is applied to the protruding resonator structure using the Al oxide layer as the current confinement layer, current confinement and heat radiation, which have not been possible in the past, can be achieved at the same time, which is extremely effective.

【0034】〔実施例3〕次に本発明の第3の実施例に
ついて説明する。図9は、本発明の第3の実施例の面発
光型半導体レーザの概略を示す断面図である。この面発
光型半導体レーザは、共振器突起部308の側面の傾斜
角θを90°より小さく形成している点で第1の実施例
と異なる。 このように傾斜角θを小さくすることによ
り埋め込み層と共振器突起部の密着不良をより減らすこ
とができる。
Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a sectional view schematically showing a surface emitting semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention. This surface-emitting type semiconductor laser differs from the first embodiment in that the inclination angle θ of the side surface of the resonator projection 308 is formed smaller than 90 °. By reducing the inclination angle θ in this manner, poor adhesion between the buried layer and the resonator projection can be further reduced.

【0035】以下、図9を用いて詳しく説明する。この
面発光型半導体レーザは、n型GaAs基板301上に
n型半導体多層反射層302とn型クラッド層303
と、活性層304と、p型クラッド層305とp型半導
体多層反射層306とp型コンタクト層307とが順次
積層されている。そしてp型コンタクト層307とp型
半導体多層反射層306を経てp型クラッド層305の
途中まで突起状にエッチングすることで共振器突起部3
08が形成されている。ここでは共振器突起部308の
側面の傾斜角θは60°に形成した。
The details will be described below with reference to FIG. This surface-emitting type semiconductor laser includes an n-type semiconductor multilayer reflective layer 302 and an n-type clad layer 303 on an n-type GaAs substrate 301.
And an active layer 304, a p-type cladding layer 305, a p-type semiconductor multilayer reflective layer 306, and a p-type contact layer 307 are sequentially stacked. Then, the resonator projection 3 is etched into a projection shape halfway through the p-type cladding layer 305 via the p-type contact layer 307 and the p-type semiconductor multilayer reflective layer 306.
08 is formed. Here, the inclination angle θ of the side surface of the resonator projection 308 is set to 60 °.

【0036】共振器突起部308の周囲にはSiO2
からなる絶縁膜309とCr膜とAuZn膜とAu膜の
3層からなる上部電極310が形成されている。絶縁膜
309は共振器突起部308を除いてp型クラッド層3
05の表面を覆うように形成され、上部電極310は絶
縁膜309と共振器突起部308側面とp型コンタクト
層307の表面に沿って連続的に形成されている。さら
に上部電極310は共振器突起部308の上面にレーザ
出射口311備えている。そしてこの上部電極310表
面に密着するよう共振器突起部308の周囲に埋め込み
層312が形成され、さらにレーザ出射口311を遮ら
ないよう埋め込み層312表面にAuの電極パッド31
3が形成され、n型半導体基板の裏面にはAuGe、N
i、Auからなる下部電極314が形成されている。
An insulating film 309 made of an SiO 2 film, an upper electrode 310 made of three layers of a Cr film, an AuZn film and an Au film are formed around the resonator projection 308. The insulating film 309 is formed of the p-type cladding layer 3 except for the resonator protrusion 308.
The upper electrode 310 is formed so as to cover the surface of the insulating film 309, the side surface of the resonator protrusion 308, and the surface of the p-type contact layer 307. Further, the upper electrode 310 has a laser emission port 311 on the upper surface of the resonator projection 308. A buried layer 312 is formed around the cavity protrusion 308 so as to be in close contact with the surface of the upper electrode 310, and the Au electrode pad 31 is formed on the buried layer 312 so as not to block the laser emission port 311.
3 is formed, and AuGe, N is formed on the back surface of the n-type semiconductor substrate.
A lower electrode 314 made of i and Au is formed.

【0037】ここでn型半導体多層反射層302 はA
lAsとAl0.15Ga0.85Asを交互に30ペア積層し
レーザ発振波長に対して99.9%以上の反射率を持
つ。p型半導体多層反射層306はAl0.9Ga0.1As
とAl0.15Ga0.85Asを交互に30ペア積層しレーザ
発振波長に対して99.5%以上の反射率を持つ。活性
層304は3つのGaAsの井戸層とそれらを挟むよう
に積層されたAl0.3Ga0.7Asの障壁層からなる多重
量子井戸活性層になっている。p型コンタクト層307
はキャリア濃度1×1019cm-3以上のGaAs層から
なっている。上部電極310はTi薄膜とAu薄膜の2
層で構成されており、埋め込み層212と接する方にA
uが面している。埋め込み層312は、融点が280℃
のAuSn合金であり、共振器突起部308の高さを上
回る厚さに形成されている。埋め込み層としてはAuS
nの他にSn、In、SnIn、PbSn、AuSi等
の融点が400℃以下の金属を用いることができる。
Here, the n-type semiconductor multilayer reflective layer 302 is made of A
30 pairs of lAs and Al 0.15 Ga 0.85 As are alternately stacked and have a reflectivity of 99.9% or more with respect to the laser oscillation wavelength. The p-type semiconductor multilayer reflective layer 306 is made of Al 0.9 Ga 0.1 As.
And 30 pairs of Al 0.15 Ga 0.85 As are alternately stacked and have a reflectance of 99.5% or more with respect to the laser oscillation wavelength. The active layer 304 is a multiple quantum well active layer composed of three GaAs well layers and an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer sandwiched therebetween. p-type contact layer 307
Is composed of a GaAs layer having a carrier concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more. The upper electrode 310 is made of a thin film of Ti and a thin film of Au.
A layer that is in contact with the buried layer 212 has A
u is facing. The burying layer 312 has a melting point of 280 ° C.
And a thickness exceeding the height of the resonator projection 308. AuS as buried layer
In addition to n, metals having a melting point of 400 ° C. or less, such as Sn, In, SnIn, PbSn, and AuSi, can be used.

【0038】共振器突起部の形成の際、側面の傾斜角θ
を90°以下にした理由は、埋め込み層と共振器突起部
側面のより良好な密着を得るためである。共振器突起部
の側面の傾斜角θが大きすぎると側面の上部電極膜厚が
不足し均一なAuの表面が形成されず溶融した埋め込み
金属との濡れ性が悪化する。すると共振器突起部の側面
と底面の境界部で埋め込み金属の進行が止まってしまっ
たり、空隙が発生したりするなどの問題が生じ、共振器
突起部を埋め込むことができなくなる。われわれの実験
によると、傾斜角θが90°より大きい場合、空隙の発
生を避けることができなかった。一方、傾斜角θを90
°より小さくするにしたがって空隙や密着不良の頻度は
減少し、傾斜角60°でほぼ完全に空隙や密着不良を抑
え良好な埋め込みを実現できた。また傾斜角θを小さく
すると共振器側面の面積が増加するため、放熱性を高め
る効果も得られる。
When forming the resonator protrusion, the inclination angle θ of the side surface
Is set to 90 ° or less in order to obtain better adhesion between the buried layer and the side surface of the resonator projection. If the inclination angle θ of the side surface of the resonator projection is too large, the thickness of the upper electrode on the side surface is insufficient, so that a uniform Au surface is not formed and the wettability with the molten embedded metal deteriorates. Then, problems such as the progress of the buried metal stopping at the boundary between the side surface and the bottom surface of the resonator protrusion and the generation of a void occur, and the resonator protrusion cannot be buried. According to our experiments, when the inclination angle θ was larger than 90 °, the generation of voids could not be avoided. On the other hand, when the inclination angle θ is 90
As the angle becomes smaller than 0 °, the frequency of voids and poor adhesion decreases, and at a tilt angle of 60 °, voids and poor adhesion can be almost completely suppressed and good embedding can be realized. In addition, when the inclination angle θ is reduced, the area of the side surface of the resonator increases, so that the effect of improving the heat radiation property can be obtained.

【0039】本発明によれば、熱伝導に優れた金属を共
振器突起部に密着よく形成することにより、駆動中の素
子温度を大きく下げることができた。その結果、大幅な
レーザ出力の増加および信頼性の向上が実現できた。
According to the present invention, the element temperature during driving can be greatly reduced by forming a metal having excellent heat conduction on the resonator projections with good adhesion. As a result, a significant increase in laser output and improvement in reliability were realized.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、融点の低
い金属を埋め込み材に用い、溶融させて共振器突起部を
埋め込むことで極めて簡単な方法で密着性よく埋め込む
ことができる。その結果放熱性が飛躍的に高まり、駆動
中の素子温度の上昇を抑えレーザ出力の向上を可能に
し、さらに信頼性を高めることができる。とくに、酸化
Al層を用いた電流狭窄層を有する面発光型半導体レー
ザに適用すると効果的である。
As described above, according to the present invention, a metal having a low melting point is used as an embedding material, and it is possible to embed the cavity projection by melting and thereby to embed the material in a very simple manner with good adhesion. As a result, the heat radiation is dramatically improved, the rise in the element temperature during driving can be suppressed, the laser output can be improved, and the reliability can be further improved. It is particularly effective when applied to a surface emitting semiconductor laser having a current confinement layer using an Al oxide layer.

【0041】また本発明の製造方法によると、埋め込み
層は溶融することで自動的に共振器突起部を埋め込むの
で、埋め込み金属を堆積する際のパターニングに高いア
ライメント精度を必要とせず、極めて簡単に密着性の高
い埋め込みを実現できる。共振器突起部周囲と埋め込み
層の間に隙間ができたりすることもない。パターニング
時に発生しがちなエッジ部のバリなども溶融することで
消失し、平坦性の高い埋め込みが実現できる。また40
0℃以下という比較的低温な融点の金属を用いることで
加熱処理の温度を低く抑えることができ、熱による原子
拡散などの心配がなく、素子を劣化させる工程を含まな
いで作成できる。
Further, according to the manufacturing method of the present invention, since the buried layer is automatically buried in the cavity protrusion by melting, the patterning for depositing the buried metal does not require high alignment precision, and is extremely simple. Embedding with high adhesion can be realized. There is no gap between the periphery of the resonator projection and the buried layer. The burrs and the like at the edge portions, which are likely to be generated during patterning, are eliminated by melting, and burying with high flatness can be realized. Also 40
By using a metal having a relatively low melting point of 0 ° C. or less, the temperature of the heat treatment can be kept low, there is no fear of atomic diffusion due to heat, and the device can be formed without a step of deteriorating the element.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の面発光型半導体レーザ
を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a surface emitting semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例の面発光型半導体レーザ
の製造工程を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view illustrating a manufacturing process of the surface emitting semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例の面発光型半導体レーザ
の製造工程を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a manufacturing process of the surface emitting semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例の面発光型半導体レーザ
の製造工程を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a manufacturing process of the surface emitting semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施例の面発光型半導体レーザ
の製造工程を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a manufacturing process of the surface emitting semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1の実施例の面発光型半導体レーザ
の製造工程を示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a manufacturing process of the surface emitting semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第1の実施例の面発光型半導体レーザ
の製造工程を示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing a manufacturing process of the surface emitting semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2の実施例の面発光型半導体レーザ
を示す断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing a surface emitting semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第3の実施例の面発光型半導体レーザ
を示す断面図である。
FIG. 9 is a sectional view showing a surface emitting semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,201,301 n型GaAs基板 102,202,302 n型半導体多層反射層 103,203,303 n型クラッド層 104,204,304 活性層 105,205,305 p型クラッド層 106,206,306 p型半導体多層反射層 107,207,307 p型コンタクト層 108,208,308 共振器突起部 109,209,309 絶縁膜 110,210,310 上部電極 111,211,311 レーザ出射口 112,212,312 埋め込み層 113,213,313 電極パッド 114,214,314 下部電極 115 埋め込み金属 215 電流狭窄層 216 AlAs層 217 酸化Al層 101, 201, 301 n-type GaAs substrate 102, 202, 302 n-type semiconductor multilayer reflective layer 103, 203, 303 n-type cladding layer 104, 204, 304 active layer 105, 205, 305 p-type cladding layer 106, 206, 306 p-type semiconductor multilayer reflective layer 107, 207, 307 p-type contact layer 108, 208, 308 resonator projection 109, 209, 309 insulating film 110, 210, 310 upper electrode 111, 211, 311 laser emission port 112, 212, 312 buried layer 113,213,313 electrode pad 114,214,314 lower electrode 115 buried metal 215 current confinement layer 216 AlAs layer 217 Al oxide layer

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも一部が突起状の共振器を持つ垂
直共振器型の面発光型半導体レーザにおいて、少なくと
も前記共振器の上面を除く基板表面を覆う絶縁膜と、前
記共振器の上面に開口部を有し前記共振器と前記絶縁膜
表面に沿って連続的に形成された上部電極と、前記上部
電極に密着するよう形成された融点が400℃以下の金
属からなる埋め込み層を具えたことを特徴とする面発光
型半導体レーザ。
1. A vertical cavity surface emitting semiconductor laser having at least a part of a resonator having a protruding shape, wherein: an insulating film covering at least a substrate surface excluding an upper surface of the resonator; An upper electrode having an opening and continuously formed along the surface of the resonator and the insulating film; and a buried layer made of a metal having a melting point of 400 ° C. or less and formed to be in close contact with the upper electrode. A surface-emitting type semiconductor laser characterized by the above-mentioned.
【請求項2】請求項1において、前記埋め込み層は金と
固溶体を作る合金であることを特徴とする面発光型半導
体レーザ。
2. A surface emitting semiconductor laser according to claim 1, wherein said buried layer is an alloy forming a solid solution with gold.
【請求項3】請求項1において、前記埋め込み層の表面
の一部に金を材料とする電極パッドを具えることを特徴
とする面発光型半導体レーザ。
3. A surface emitting semiconductor laser according to claim 1, further comprising an electrode pad made of gold on a part of the surface of said buried layer.
【請求項4】請求項1において、前記共振器は突起部の
側面の傾斜角が90度以下であることを特徴とする面発
光型半導体レーザ。
4. A surface-emitting type semiconductor laser according to claim 1, wherein said resonator has an inclination angle of 90 ° or less on a side surface of said projection.
【請求項5】請求項1において、前記共振器は突起部の
側面の傾斜角が60度以下であることを特徴とする面発
光型半導体レーザ。
5. The surface-emitting type semiconductor laser according to claim 1, wherein the inclination angle of the side surface of the projection is 60 degrees or less.
【請求項6】請求項1において、前記絶縁膜は前記共振
器の突起部の少なくとも側面を覆わないよう形成されて
いること特徴とする面発光型半導体レーザ。
6. A surface-emitting type semiconductor laser according to claim 1, wherein said insulating film is formed so as not to cover at least a side surface of said projection of said resonator.
【請求項7】少なくとも一部が突起状の共振器を持つ垂
直共振器型の面発光型半導体レーザの製造方法におい
て、共振器の少なくとも一部を突起状に形成する工程
と、少なくとも前記共振器の上面を除く基板表面を覆う
絶縁膜を形成する工程と、共振器突起部の上面に開口部
を有する上部電極を形成する工程と、少なくとも前記開
口部とその近傍1μmの範囲を除く基板表面に融点が4
00℃以下の埋め込み金属を堆積する工程と、前記埋め
込み金属の融点以上の温度で加熱処理を行い埋め込み層
を形成する工程とを含む面発光型半導体レーザの製造方
法。
7. A method for manufacturing a vertical cavity surface emitting semiconductor laser having a resonator having at least a part of a protrusion, wherein at least a part of the resonator is formed in a protrusion, and at least the resonator is formed. Forming an insulating film covering the surface of the substrate except for the upper surface of the substrate, forming an upper electrode having an opening on the upper surface of the resonator projection, and forming the upper electrode on the surface of the substrate excluding at least the opening and a 1 μm area in the vicinity thereof. Melting point 4
A method for manufacturing a surface-emitting type semiconductor laser, comprising: a step of depositing a buried metal at a temperature of not higher than 00 ° C .; and a step of forming a buried layer by performing a heat treatment at a temperature not lower than the melting point of the buried metal.
【請求項8】請求項7において、前記埋め込み金属の面
積が前記上部電極の面積より大きいことを特徴とする面
発光型半導体レーザの製造方法。
8. The method according to claim 7, wherein the area of the buried metal is larger than the area of the upper electrode.
【請求項9】請求項8において、前記埋め込み金属の体
積が前記上部電極の面積と前記共振器突起部の高さをか
けて得られる体積より大きいことを特徴とする面発光型
半導体レーザの製造方法。
9. A surface-emitting type semiconductor laser according to claim 8, wherein a volume of said buried metal is larger than a volume obtained by multiplying an area of said upper electrode by a height of said resonator projection. Method.
【請求項10】請求項7及至9のいずれかにおいて、前
記加熱処理を行い埋め込み層を形成する工程は不活性ガ
スまたは還元性ガスの雰囲気の下で行うことを特徴とす
る面発光型半導体レーザの製造方法。
10. A surface-emitting type semiconductor laser according to claim 7, wherein the step of performing the heat treatment to form the buried layer is performed in an atmosphere of an inert gas or a reducing gas. Manufacturing method.
【請求項11】請求項7及至10のいずれかにおいて、
前記加熱処理を行い埋め込み層を形成する工程に先立っ
てプラズマクリーニング処理する工程を含むことを特徴
とする面発光型半導体レーザの製造方法。
11. The method according to claim 7, wherein
A method of manufacturing a surface-emitting type semiconductor laser, comprising a step of performing a plasma cleaning process prior to the step of performing the heat treatment to form a buried layer.
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