JPH1168225A - 面発光型半導体レーザ - Google Patents
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- H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
- H01S5/2072—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion obtained by vacancy induced diffusion
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 偏光方向を安定させつつビームプロファ
イルを円形とすること、または、ビームプロファイルを
偏光制御と独立に制御可能な面発光型半導体レーザ装置
を提供する。 【解決手段】 半導体基板上に活性層とスぺーサ層と半
導体多層膜による反射鏡とコンタクト層と電極とを有す
る垂直共振器型の面発光型半導体レーザ装置において、
該電極が扁平形状または矩形形状の開口部１０４を形成
したオーミック電極領域１０２と、該オーミック電極領
域１０２の開口部１０４内に位置し、前記オーミック電
極領域１０２の開口部より面積が小さく、且つ、異なる
形状の開口部１０５を形成したショットキー電極領域１
０３とを有する。オーミック電極領域とショットキー電
極領域とは、異なる電極材料により形成してもよく、同
じ電極材料により形成し、電極材料と隣接する半導体層
に予め不純物拡散を行ってキャリア濃度を高濃度とする
領域を形成したり、半導体層にバンドギャップの異なる
領域を形成することにより、オーミック電極領域とショ
ットキー電極領域とを形成してもよい。
イルを円形とすること、または、ビームプロファイルを
偏光制御と独立に制御可能な面発光型半導体レーザ装置
を提供する。 【解決手段】 半導体基板上に活性層とスぺーサ層と半
導体多層膜による反射鏡とコンタクト層と電極とを有す
る垂直共振器型の面発光型半導体レーザ装置において、
該電極が扁平形状または矩形形状の開口部１０４を形成
したオーミック電極領域１０２と、該オーミック電極領
域１０２の開口部１０４内に位置し、前記オーミック電
極領域１０２の開口部より面積が小さく、且つ、異なる
形状の開口部１０５を形成したショットキー電極領域１
０３とを有する。オーミック電極領域とショットキー電
極領域とは、異なる電極材料により形成してもよく、同
じ電極材料により形成し、電極材料と隣接する半導体層
に予め不純物拡散を行ってキャリア濃度を高濃度とする
領域を形成したり、半導体層にバンドギャップの異なる
領域を形成することにより、オーミック電極領域とショ
ットキー電極領域とを形成してもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光伝送や光情報処
理、あるいは、感光体ドラムに静電潜像を書き込む光源
として使われる面発光型半導体レーザに関する。
理、あるいは、感光体ドラムに静電潜像を書き込む光源
として使われる面発光型半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、論理回路素子間の情報伝達の手段
として、伝送速度の飛躍的な向上を目指した光インター
コネクションの研究が進められている。その並列光源と
して、発光素子を高密度に２次元に配列可能な面発光レ
ーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃ
ｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：以下、適宜、ＶＣ
ＳＥＬと称する）が注目されている。ＶＣＳＥＬに関し
ては、伊賀らにより先駆的な研究がなされており、１９
８８年発行のＩＥＥＥジャーナルオブカンタムエレクト
ロニクス（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎ
ｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）第２４巻１８４５ペ
ージにまとめられている。また、半導体多層膜ミラーを
有するＶＣＳＥＬアレイの報告が、１９９１年にＪｗｅ
ｌｌらによりＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａ
ｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ第２７巻１３３２ペ
ージにまとめられている。
として、伝送速度の飛躍的な向上を目指した光インター
コネクションの研究が進められている。その並列光源と
して、発光素子を高密度に２次元に配列可能な面発光レ
ーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃ
ｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：以下、適宜、ＶＣ
ＳＥＬと称する）が注目されている。ＶＣＳＥＬに関し
ては、伊賀らにより先駆的な研究がなされており、１９
８８年発行のＩＥＥＥジャーナルオブカンタムエレクト
ロニクス（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎ
ｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）第２４巻１８４５ペ
ージにまとめられている。また、半導体多層膜ミラーを
有するＶＣＳＥＬアレイの報告が、１９９１年にＪｗｅ
ｌｌらによりＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａ
ｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ第２７巻１３３２ペ
ージにまとめられている。
【０００３】ＶＣＳＥＬ単体の構造は図５で示すよう
に、半導体基板５０１の水平面に対して垂直方向に共振
器５０２を有し、該共振器は、キャリアを閉じこめ光を
発生させる活性層５０３と、半導体多層膜による上部反
射ミラー（上部ＤＢＲミラー）５０４と下部反射ミラー
（下部ＤＢＲミラー）５０５、活性層で発光した光の位
相を各反射ミラーの端部で整合させるスペーサー層５０
６からなる。共振器外の部分として、層間絶縁膜５１
０、上部コンタクト層５０７、電流注入するとともにレ
ーザの出射口５１１として機能する上部電極５０８、下
部電極５０９が構成要素となる。
に、半導体基板５０１の水平面に対して垂直方向に共振
器５０２を有し、該共振器は、キャリアを閉じこめ光を
発生させる活性層５０３と、半導体多層膜による上部反
射ミラー（上部ＤＢＲミラー）５０４と下部反射ミラー
（下部ＤＢＲミラー）５０５、活性層で発光した光の位
相を各反射ミラーの端部で整合させるスペーサー層５０
６からなる。共振器外の部分として、層間絶縁膜５１
０、上部コンタクト層５０７、電流注入するとともにレ
ーザの出射口５１１として機能する上部電極５０８、下
部電極５０９が構成要素となる。
【０００４】作製方法としては、ＧａＡｓ等III −Ｖ族
化合物半導体のバルク結晶を基板とし、有機金属気相成
長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＯＶＰ
Ｅ）により、その上層のIII−Ｖ族化合物半導体薄膜を
順次エピタキシャル成長させ積層してゆく。レーザ発振
させるためには、基板と水平方向で電流狭窄構造を作
り、電流広がりを抑え活性層に効率よく電流を注入させ
る必要がある。電流狭窄の方法としては、図４で示した
ようにエッチングにより上部電極から活性層までを細い
柱状（ポスト）構造とする方法や、プロトン注入により
活性層の一部または活性層上部の一部を高抵抗化する方
法、あるいは、ＡｌＡｓ層の酸化層を用いて電流経路を
限定する方法などが上げられる。
化合物半導体のバルク結晶を基板とし、有機金属気相成
長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＯＶＰ
Ｅ）により、その上層のIII−Ｖ族化合物半導体薄膜を
順次エピタキシャル成長させ積層してゆく。レーザ発振
させるためには、基板と水平方向で電流狭窄構造を作
り、電流広がりを抑え活性層に効率よく電流を注入させ
る必要がある。電流狭窄の方法としては、図４で示した
ようにエッチングにより上部電極から活性層までを細い
柱状（ポスト）構造とする方法や、プロトン注入により
活性層の一部または活性層上部の一部を高抵抗化する方
法、あるいは、ＡｌＡｓ層の酸化層を用いて電流経路を
限定する方法などが上げられる。
【０００５】ＶＣＳＥＬを実際の各システムの光源とし
て用いる場合、レーザ光の偏光方向やレーザ出射光の出
射面上での強度分布、すなわち、ニアフィールドパター
ン（ＮＦＰ）について以下に示すような特性が要求され
る。例えば、光インターコネクションの発光素子として
ＶＣＳＥＬを使用する場合は、ＶＣＳＥＬと受光素子の
間で、また、加入者系光通信システムの光源としてＶＣ
ＳＥＬを使用する場合は、光ファイバーとの間で、それ
ぞれ結合効率を高めるため、出射光の偏光方向を特定の
方向に規定しておくことが必要である。また、ＶＣＳＥ
Ｌをレーザプリンタ等に搭載されているレーザスキャナ
ーの光源として使用する場合にも、スキャナー内部のレ
ンズやミラーの透過率や反射率に偏光依存性があるた
め、偏光方向を揃えておく必要がある。さらに、ＮＦＰ
を所望の形状に維持することも上記装置の光源の場合重
要となる。
て用いる場合、レーザ光の偏光方向やレーザ出射光の出
射面上での強度分布、すなわち、ニアフィールドパター
ン（ＮＦＰ）について以下に示すような特性が要求され
る。例えば、光インターコネクションの発光素子として
ＶＣＳＥＬを使用する場合は、ＶＣＳＥＬと受光素子の
間で、また、加入者系光通信システムの光源としてＶＣ
ＳＥＬを使用する場合は、光ファイバーとの間で、それ
ぞれ結合効率を高めるため、出射光の偏光方向を特定の
方向に規定しておくことが必要である。また、ＶＣＳＥ
Ｌをレーザプリンタ等に搭載されているレーザスキャナ
ーの光源として使用する場合にも、スキャナー内部のレ
ンズやミラーの透過率や反射率に偏光依存性があるた
め、偏光方向を揃えておく必要がある。さらに、ＮＦＰ
を所望の形状に維持することも上記装置の光源の場合重
要となる。
【０００６】端面発光レーザでは、共振器断面内の直交
する２つの軸は、一つが半導体基板の垂直方向であり、
他方は、半導体基板面と平行な方向である。該半導体基
板と垂直な方向のゲイン領域と光ガイド層は、薄膜の積
層構造にて限定されるため、薄膜の厚み程度（１μｍ以
下）と小さい。一方、該半導体基板面と平行な方向で
は、ゲイン領域と光ガイド層は、エッチング等の半導体
プロセスで作製するため、５μｍ程度の大きさとなる。
上記のように端面発光レーザでは、共振器断面の相直交
するそれぞれの軸方向のゲイン領域またはガイド層の幅
が極端に異なるため、共振する光の偏光方向は、基板面
内方向（ＴＥモード）あるいは、基板に垂直な方向（Ｔ
Ｍモード）のどちらかに固定される。
する２つの軸は、一つが半導体基板の垂直方向であり、
他方は、半導体基板面と平行な方向である。該半導体基
板と垂直な方向のゲイン領域と光ガイド層は、薄膜の積
層構造にて限定されるため、薄膜の厚み程度（１μｍ以
下）と小さい。一方、該半導体基板面と平行な方向で
は、ゲイン領域と光ガイド層は、エッチング等の半導体
プロセスで作製するため、５μｍ程度の大きさとなる。
上記のように端面発光レーザでは、共振器断面の相直交
するそれぞれの軸方向のゲイン領域またはガイド層の幅
が極端に異なるため、共振する光の偏光方向は、基板面
内方向（ＴＥモード）あるいは、基板に垂直な方向（Ｔ
Ｍモード）のどちらかに固定される。
【０００７】一方、ＶＣＳＥＬの場合、共振器断面内の
直交する２軸は、両方とも同一基板面内の軸であるた
め、端面発光レーザのように共振器断面内の直交する２
軸方向における、ゲイン領域またはガイド領域の大きさ
に極端な差異をつけることが難しい。つまり、ＶＣＳＥ
Ｌの場合は、積極的に偏光方向を何らかの手段により規
定しない限り各素子での偏光方向がそろわないばかり
か、一つの素子において偏光方向のスイッチング現象を
起こしたり回転したり不安定に変動する。
直交する２軸は、両方とも同一基板面内の軸であるた
め、端面発光レーザのように共振器断面内の直交する２
軸方向における、ゲイン領域またはガイド領域の大きさ
に極端な差異をつけることが難しい。つまり、ＶＣＳＥ
Ｌの場合は、積極的に偏光方向を何らかの手段により規
定しない限り各素子での偏光方向がそろわないばかり
か、一つの素子において偏光方向のスイッチング現象を
起こしたり回転したり不安定に変動する。
【０００８】ＶＣＳＥＬのレーザ光の偏光方向を一定の
方向に規定する方法には、特開平４−１４４１８３で示
すように、共振器の断面形状を矩形や楕円のように扁平
な形状とすることで実現する方法がある。これは、共振
器の形状に異方性を持たせることで共振するモードを選
択し偏光方向を固定する方法である。また、特開平６−
３２６４０９で示すように、活性層上部に活性層材料と
熱膨張係数の大きく異なる材料によって、面上の直交す
る方向、例えば、＜１１０＞方向と＜−１１０＞方向に
大きさの異なる膜を着膜する方法もある。この方法は、
偏平な形状で着膜した膜が活性層に及ぼす非対称な応力
により、活性層内でのゲインの大きさを方位により異な
らしめ、偏光を固定させる方法である。
方向に規定する方法には、特開平４−１４４１８３で示
すように、共振器の断面形状を矩形や楕円のように扁平
な形状とすることで実現する方法がある。これは、共振
器の形状に異方性を持たせることで共振するモードを選
択し偏光方向を固定する方法である。また、特開平６−
３２６４０９で示すように、活性層上部に活性層材料と
熱膨張係数の大きく異なる材料によって、面上の直交す
る方向、例えば、＜１１０＞方向と＜−１１０＞方向に
大きさの異なる膜を着膜する方法もある。この方法は、
偏平な形状で着膜した膜が活性層に及ぼす非対称な応力
により、活性層内でのゲインの大きさを方位により異な
らしめ、偏光を固定させる方法である。
【０００９】しかしながら、前者の断面形状を扁平な形
状とする方法では、共振器断面のサイズを５μｍ程度の
小さなサイズにしなければその効果が現われず、ドライ
エッチングでこのような小さなサイズの共振器を作製し
た場合に、逆に側壁での光吸収により光電変換効率が悪
化してしまう。また、プラズマダメージにより側壁近傍
でのリーク電流が増加したり、エッチングによって発生
した欠陥がレーザの寿命を短くする弊害が起きる。一
方、後者の大きさの異なる膜を着膜する方法は、歪みに
よる偏光制御の効果が小さいこと、また、応力の制御自
体も難しく、実デバイスでの偏光制御方法としては適さ
ない。
状とする方法では、共振器断面のサイズを５μｍ程度の
小さなサイズにしなければその効果が現われず、ドライ
エッチングでこのような小さなサイズの共振器を作製し
た場合に、逆に側壁での光吸収により光電変換効率が悪
化してしまう。また、プラズマダメージにより側壁近傍
でのリーク電流が増加したり、エッチングによって発生
した欠陥がレーザの寿命を短くする弊害が起きる。一
方、後者の大きさの異なる膜を着膜する方法は、歪みに
よる偏光制御の効果が小さいこと、また、応力の制御自
体も難しく、実デバイスでの偏光制御方法としては適さ
ない。
【００１０】近年、出射口側の電極からの電流注入量を
制御することで偏光方向を一定の方向とする方法が考案
されている。例えば、特開平４−２４２９８９は、電極
の形状に特徴を持たせ、注入する電流を制御することで
偏光方向の制御を行っている。電極からの電流注入量を
制御する方法において偏光方向を一定にする原理はＶＣ
ＳＥＬ上部ＤＢＲ層内でのフリーキャリア吸収を利用し
たものである。このことをＶＣＳＥＬの断面図である図
４（Ａ）で示す。電極開口部を有する電極４０２からＶ
ＣＳＥＬに注入された電流は、活性層に近づくにつれて
拡散し、４０３のような分布を上部ＤＢＲ層内に形成す
る。キャリアのない領域４０４では、フリーキャリアに
よる光の吸収が少なく、逆に、キャリアの多い領域４０
３ではフリーキャリアによる光の吸収が多い。このフリ
ーキャリア吸収の少ない領域は電極開口部の大きさ４０
５によって制御される。例えば、楕円形状の開口部によ
り、電極開口部の大きさを電極面内の直交するある１組
の方向で異ならせると、上部ＤＢＲ層内でのフリーキャ
リア吸収の程度は、図４（Ａ）が、Ａ−Ａ線断面図とな
る平面図（図４（Ｂ））内の４０６と４０７で示すよう
に、上部ＤＢＲ層内の直行する方位間で異ならせること
ができる。
制御することで偏光方向を一定の方向とする方法が考案
されている。例えば、特開平４−２４２９８９は、電極
の形状に特徴を持たせ、注入する電流を制御することで
偏光方向の制御を行っている。電極からの電流注入量を
制御する方法において偏光方向を一定にする原理はＶＣ
ＳＥＬ上部ＤＢＲ層内でのフリーキャリア吸収を利用し
たものである。このことをＶＣＳＥＬの断面図である図
４（Ａ）で示す。電極開口部を有する電極４０２からＶ
ＣＳＥＬに注入された電流は、活性層に近づくにつれて
拡散し、４０３のような分布を上部ＤＢＲ層内に形成す
る。キャリアのない領域４０４では、フリーキャリアに
よる光の吸収が少なく、逆に、キャリアの多い領域４０
３ではフリーキャリアによる光の吸収が多い。このフリ
ーキャリア吸収の少ない領域は電極開口部の大きさ４０
５によって制御される。例えば、楕円形状の開口部によ
り、電極開口部の大きさを電極面内の直交するある１組
の方向で異ならせると、上部ＤＢＲ層内でのフリーキャ
リア吸収の程度は、図４（Ａ）が、Ａ−Ａ線断面図とな
る平面図（図４（Ｂ））内の４０６と４０７で示すよう
に、上部ＤＢＲ層内の直行する方位間で異ならせること
ができる。
【００１１】このフリーキャリア吸収の方向による違い
によって、レーザ光はフリーキャリア吸収の少ない方向
に偏光方向が固定される。電極開口部の形状は、楕円以
外に矩形としても良い。
によって、レーザ光はフリーキャリア吸収の少ない方向
に偏光方向が固定される。電極開口部の形状は、楕円以
外に矩形としても良い。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記電
流注入量を制御するような方法では電極開口部を楕円や
矩形といった偏平形状とするためビームプロファイルも
開口部形状を反映した偏平形状となってしまい、ビーム
プロファイルのみを偏光制御と独立に制御することがで
きない。
流注入量を制御するような方法では電極開口部を楕円や
矩形といった偏平形状とするためビームプロファイルも
開口部形状を反映した偏平形状となってしまい、ビーム
プロファイルのみを偏光制御と独立に制御することがで
きない。
【００１３】実際にそのような要請が以下のような場合
にあり得る。ＶＣＳＥＬをレーザプリンタ等に搭載され
ているレーザスキャナーの光源として使用する場合、ス
キャナー内部の光学部品の偏光依存性を顧慮して偏光方
向を固定し揃えておくことが必要であり、且つ、ビーム
プロファイルは、感光材料上のドット形状、強いては画
質に深く関係するため、円形であることが望ましい。ま
た、偏光方向を固定する電極開口の形状は、ＶＣＳＥＬ
の上部ＤＢＲ層の仕様により最適な形状が一義的に決ま
ってしまう。このような場合に、電極アパーチャでビー
ムプロファイルを独立に決定することが不可能である。
にあり得る。ＶＣＳＥＬをレーザプリンタ等に搭載され
ているレーザスキャナーの光源として使用する場合、ス
キャナー内部の光学部品の偏光依存性を顧慮して偏光方
向を固定し揃えておくことが必要であり、且つ、ビーム
プロファイルは、感光材料上のドット形状、強いては画
質に深く関係するため、円形であることが望ましい。ま
た、偏光方向を固定する電極開口の形状は、ＶＣＳＥＬ
の上部ＤＢＲ層の仕様により最適な形状が一義的に決ま
ってしまう。このような場合に、電極アパーチャでビー
ムプロファイルを独立に決定することが不可能である。
【００１４】このように、従来の方法では、偏光方向を
安定させつつビームプロファイルを円形とすること、ま
たは、偏光方向を安定させつつビームプロファイルのみ
を独立に制御することができない。
安定させつつビームプロファイルを円形とすること、ま
たは、偏光方向を安定させつつビームプロファイルのみ
を独立に制御することができない。
【００１５】そこで、本発明の目的は、偏光方向を安定
させつつビームプロファイルを円形とすること、また
は、ビームプロファイルを偏光制御と独立に制御可能な
面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）を提供することに
ある。
させつつビームプロファイルを円形とすること、また
は、ビームプロファイルを偏光制御と独立に制御可能な
面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）を提供することに
ある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の面発光型半導体
レーザは、第一の導電型（例えば、ｎ型）の半導体基板
上に下部分布ブラッグ反射鏡、第一の導電型のバッファ
ー層、活性層、第二の導電型（例えば、ｐ型）の半導体
多層膜による反射鏡及び第二の導電型のコンタクト層が
備えられ、電極を有する垂直共振器型の面発光型半導体
レーザにおいて、該第二の導電型のコンタクト層上に、
レーザーの発光領域に対応する扁平形状の開口部を形成
したオーミック電極領域が形成され、さらに、その上部
に該オーミック電極の開口部内の発光領域に位置し、オ
ーミック電極の開口部より面積が小さく、且つ、異なる
形状の開口部を形成したショットキー電極領域が形成さ
れることを特徴とする。ここで、第一の導電型とは、ｎ
型あるいはｐ型を指し、第二の導電型とは、第一の導電
型と反対の型、第一の導電型がｎ型である場合、ｐ型
を、第一の導電型がｐ型である場合、ｎ型を指すもので
あり、いずれを第一の導電型としても、本発明の効果を
発現するものである。
レーザは、第一の導電型（例えば、ｎ型）の半導体基板
上に下部分布ブラッグ反射鏡、第一の導電型のバッファ
ー層、活性層、第二の導電型（例えば、ｐ型）の半導体
多層膜による反射鏡及び第二の導電型のコンタクト層が
備えられ、電極を有する垂直共振器型の面発光型半導体
レーザにおいて、該第二の導電型のコンタクト層上に、
レーザーの発光領域に対応する扁平形状の開口部を形成
したオーミック電極領域が形成され、さらに、その上部
に該オーミック電極の開口部内の発光領域に位置し、オ
ーミック電極の開口部より面積が小さく、且つ、異なる
形状の開口部を形成したショットキー電極領域が形成さ
れることを特徴とする。ここで、第一の導電型とは、ｎ
型あるいはｐ型を指し、第二の導電型とは、第一の導電
型と反対の型、第一の導電型がｎ型である場合、ｐ型
を、第一の導電型がｐ型である場合、ｎ型を指すもので
あり、いずれを第一の導電型としても、本発明の効果を
発現するものである。
【００１７】ここで、前記オーミック電極領域とショッ
トキー電極領域とは、異なる電極材料により形成するこ
とができる。
トキー電極領域とは、異なる電極材料により形成するこ
とができる。
【００１８】また、前記オーミック電極領域とショット
キー電極領域とを同じ電極材料により形成し、該電極材
料直下層にある半導体コンタクト層の所定部分に予め不
純物拡散を行ってキャリア濃度を高濃度とする領域と、
不純物拡散を行なわない領域とを形成し、その上部に該
電極材料を積層することにより不純物拡散領域に対応す
る領域にオーミック電極領域を、不純物拡散を行なわな
い領域に対応する領域にショットキー電極領域を形成す
ることも可能であり、前記オーミック電極領域とショッ
トキー電極領域を同じ電極材料により形成し、該電極材
料直下層にある半導体層に、バンドギャップの異なる領
域を形成し、該電極材料を積層することにより、オーミ
ック電極領域とショットキー電極領域とを形成すること
も可能である。
キー電極領域とを同じ電極材料により形成し、該電極材
料直下層にある半導体コンタクト層の所定部分に予め不
純物拡散を行ってキャリア濃度を高濃度とする領域と、
不純物拡散を行なわない領域とを形成し、その上部に該
電極材料を積層することにより不純物拡散領域に対応す
る領域にオーミック電極領域を、不純物拡散を行なわな
い領域に対応する領域にショットキー電極領域を形成す
ることも可能であり、前記オーミック電極領域とショッ
トキー電極領域を同じ電極材料により形成し、該電極材
料直下層にある半導体層に、バンドギャップの異なる領
域を形成し、該電極材料を積層することにより、オーミ
ック電極領域とショットキー電極領域とを形成すること
も可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】上記のような構造の電極を有する
垂直共振器型の面発光半導体レーザでは、面発光半導体
レーザ内の電流分布をコンタクト層とオーミック電極の
開口形状で制御し、一方、光のＮＦＰは、ショットキー
電極の開口形状で整形することが可能である。図１は、
本発明の実施例１の面発光半導体レーザの電極部分を示
す。これを用いて本発明の原理を説明する。
垂直共振器型の面発光半導体レーザでは、面発光半導体
レーザ内の電流分布をコンタクト層とオーミック電極の
開口形状で制御し、一方、光のＮＦＰは、ショットキー
電極の開口形状で整形することが可能である。図１は、
本発明の実施例１の面発光半導体レーザの電極部分を示
す。これを用いて本発明の原理を説明する。
【００２０】図１は面発光半導体レーザの電極部分の一
部断面を有する斜視図である。図２（Ａ）は面発光半導
体レーザの電極部分の平面図を示し、図２（Ｂ）はその
Ｂ−Ｂ線断面図、図２（Ｃ）はそのＣ−Ｃ線断面図を示
す。
部断面を有する斜視図である。図２（Ａ）は面発光半導
体レーザの電極部分の平面図を示し、図２（Ｂ）はその
Ｂ−Ｂ線断面図、図２（Ｃ）はそのＣ−Ｃ線断面図を示
す。
【００２１】図２（Ｂ）、（Ｃ）にあるように、コンタ
クト層１０１上には、オーミック電極１０２及びショッ
トキー電極１０３が形成されている。オーミック電極１
０２の開口部１０４は、図２（Ａ）に隠れ線で示される
ように楕円形状をなしており、ショットキー電極１０３
の開口部は、前記オーミック電極１０２の開口部１０４
よりも内部に位置するように、開口部１０４よりも小さ
な面積で開口部１０５が形成されている。
クト層１０１上には、オーミック電極１０２及びショッ
トキー電極１０３が形成されている。オーミック電極１
０２の開口部１０４は、図２（Ａ）に隠れ線で示される
ように楕円形状をなしており、ショットキー電極１０３
の開口部は、前記オーミック電極１０２の開口部１０４
よりも内部に位置するように、開口部１０４よりも小さ
な面積で開口部１０５が形成されている。
【００２２】本態様においては、オーミック電極１０２
の開口部１０４は楕円形状としたが、この開口部１０４
は、矩形、菱形でもよい。即ち、開口部の平面形状は、
角となる部分を有し、直線で構成されるものでも、曲線
で構成されるものでもよいが、電流分布を制御するため
に、偏平形状、即ち長径とそれに直交する径との長さが
互いに相違するものであることを要する。偏平形状の目
安として、一例を挙げれば、オーミック電極１０２の開
口部１０４において、長径が１５μｍ、短径が７μｍの
偏平形状の開口部は、偏光の安定化が確認できている。
の開口部１０４は楕円形状としたが、この開口部１０４
は、矩形、菱形でもよい。即ち、開口部の平面形状は、
角となる部分を有し、直線で構成されるものでも、曲線
で構成されるものでもよいが、電流分布を制御するため
に、偏平形状、即ち長径とそれに直交する径との長さが
互いに相違するものであることを要する。偏平形状の目
安として、一例を挙げれば、オーミック電極１０２の開
口部１０４において、長径が１５μｍ、短径が７μｍの
偏平形状の開口部は、偏光の安定化が確認できている。
【００２３】また、ショットキー電極１０３の開口部１
０５を円形としたが、円形には限らず、オーミック電極
１０２の開口部１０４の内部の発光領域に位置し、該開
口部１０４よりも面積が小さく、且つ、該開口部１０４
と異なった形状であったり、システム側で要請される形
状であったりする。このショットキー電極の開口部は、
オーミック電極領域開口部の中心線上に位置することが
好ましい。
０５を円形としたが、円形には限らず、オーミック電極
１０２の開口部１０４の内部の発光領域に位置し、該開
口部１０４よりも面積が小さく、且つ、該開口部１０４
と異なった形状であったり、システム側で要請される形
状であったりする。このショットキー電極の開口部は、
オーミック電極領域開口部の中心線上に位置することが
好ましい。
【００２４】このような構成によれば、オーミック電極
がコンタクト層と接している領域１０６から殆どの電流
が注入され、ショットキー電極がコンタクト層と接して
いる領域１０７からの電流注入量は、電流注入量が前者
に比べ相当少ない。したがって、上部ＤＢＲ層内での電
流分布は、ほぼオーミック電極形状で制御されることと
なる。しかるに、図３で説明したように、面内方向にお
ける扁平な形状の電流分布が、レーザ光の偏光方向を安
定化固定化する。さらに、ショットキー電極１０３で形
成された開口部１０５が円形であることから、レーザ光
のＮＦＰは円形となる。したがって、本発明の態様によ
れば、偏光方向を安定させつつビームプロファイルが円
形であるＶＣＳＥＬ、又は、ビームプロファイルを、偏
光方向の安定化とは独立に制御可能なＶＣＳＥＬを提供
可能となる。
がコンタクト層と接している領域１０６から殆どの電流
が注入され、ショットキー電極がコンタクト層と接して
いる領域１０７からの電流注入量は、電流注入量が前者
に比べ相当少ない。したがって、上部ＤＢＲ層内での電
流分布は、ほぼオーミック電極形状で制御されることと
なる。しかるに、図３で説明したように、面内方向にお
ける扁平な形状の電流分布が、レーザ光の偏光方向を安
定化固定化する。さらに、ショットキー電極１０３で形
成された開口部１０５が円形であることから、レーザ光
のＮＦＰは円形となる。したがって、本発明の態様によ
れば、偏光方向を安定させつつビームプロファイルが円
形であるＶＣＳＥＬ、又は、ビームプロファイルを、偏
光方向の安定化とは独立に制御可能なＶＣＳＥＬを提供
可能となる。
【００２５】また、ショットキー電極を光の遮光材とし
て利用すると、斜光材が金属であるためにミラーの反射
率が高められるという作用が付与される。さらに、絶縁
膜によって電流流入不可能な領域をオーミック電極作製
する場合に比べ、電流注入可能な領域との反射波の位相
のズレが無く、ＶＣＳＥＬ内で共振する光の波面を乱す
ことがない。図８は、本発明のＶＣＳＥＬを用いたデバ
イスの電流光出力特性を示すグラフである。また、比較
対象のため、層間絶縁膜をコンタクト層と電極材の間に
入れるタイプのレーザＡ、及び、反射しない遮光板を用
いてレーザ出射口を規定した場合のレーザＢの電流光出
力特性を示すグラフを併記した。これらの電流光出力特
性のグラフより明らかなように、上記２つの作用によ
り、高効率であり、且つ、低しきい値のＶＣＳＥＬが作
製できる効果もあることがわかる。
て利用すると、斜光材が金属であるためにミラーの反射
率が高められるという作用が付与される。さらに、絶縁
膜によって電流流入不可能な領域をオーミック電極作製
する場合に比べ、電流注入可能な領域との反射波の位相
のズレが無く、ＶＣＳＥＬ内で共振する光の波面を乱す
ことがない。図８は、本発明のＶＣＳＥＬを用いたデバ
イスの電流光出力特性を示すグラフである。また、比較
対象のため、層間絶縁膜をコンタクト層と電極材の間に
入れるタイプのレーザＡ、及び、反射しない遮光板を用
いてレーザ出射口を規定した場合のレーザＢの電流光出
力特性を示すグラフを併記した。これらの電流光出力特
性のグラフより明らかなように、上記２つの作用によ
り、高効率であり、且つ、低しきい値のＶＣＳＥＬが作
製できる効果もあることがわかる。
【００２６】
（実施例１）図３に本発明の実施例１の垂直共振器型面
発光半導体レーザの断面図を示す。ｎ型ＧａＡｓ半導体
基板３０１の上面に、ｎ型ＧａＡｓバッファー層３０２
が配置され、その上にｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層
３０４と５０ｎｍ厚のｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層
３０５のペア層を３６組積層した下部分布ブラッグ反射
鏡（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｒｅ
ｃｔｏｒ：ＤＢＲ）３０３が備えられている。これらの
上部に１００ｎｍのアンドープＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａ
ｓスぺーサー層３０６と、１０ｎｍ厚ＧａＡｓ量子井戸
活性層３０７とを介して、ｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａ
ｓ層３０８と５０ｎｍ厚のｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａ
ｓ層３０９のペア層を３６組積層したｐ型ＤＢＲ層３１
０が配置されている。３１１は３０ｎｍのｐ型ＧａＡｓ
コンタクト層であり、該ｐ型コンタクト層３１１の上部
に矩形形状の開口部を有するクロム（Ｃｒ）の１０ｎｍ
薄膜層３１２と前記矩形開口部の内側に位置するような
円形の開口形状を有するアルミ（Ａｌ）の１００ｎｍ薄
膜層３１３が備えられ、Ｃｒ層３１２とＡｌ層３１３の
間には、Ａｌ層３１３の円形開口部をふさがぬ形状で３
００ｎｍ厚の金（Ａｕ）薄膜層３１４が形成されてい
る。３１５は層間絶縁膜である。
発光半導体レーザの断面図を示す。ｎ型ＧａＡｓ半導体
基板３０１の上面に、ｎ型ＧａＡｓバッファー層３０２
が配置され、その上にｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層
３０４と５０ｎｍ厚のｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層
３０５のペア層を３６組積層した下部分布ブラッグ反射
鏡（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｒｅ
ｃｔｏｒ：ＤＢＲ）３０３が備えられている。これらの
上部に１００ｎｍのアンドープＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａ
ｓスぺーサー層３０６と、１０ｎｍ厚ＧａＡｓ量子井戸
活性層３０７とを介して、ｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａ
ｓ層３０８と５０ｎｍ厚のｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａ
ｓ層３０９のペア層を３６組積層したｐ型ＤＢＲ層３１
０が配置されている。３１１は３０ｎｍのｐ型ＧａＡｓ
コンタクト層であり、該ｐ型コンタクト層３１１の上部
に矩形形状の開口部を有するクロム（Ｃｒ）の１０ｎｍ
薄膜層３１２と前記矩形開口部の内側に位置するような
円形の開口形状を有するアルミ（Ａｌ）の１００ｎｍ薄
膜層３１３が備えられ、Ｃｒ層３１２とＡｌ層３１３の
間には、Ａｌ層３１３の円形開口部をふさがぬ形状で３
００ｎｍ厚の金（Ａｕ）薄膜層３１４が形成されてい
る。３１５は層間絶縁膜である。
【００２７】ＧａＡｓ上に形成された電極は、電極金属
の種類により電極特性が大きく変わることが知られてい
る。例えば、ＡｕとＣｒの積層電極は、特にＣｒがＧａ
Ａｓとの反応性が高いため、密着度が高く、かつ、金属
半導体界面での電荷ポテンシャル障壁が小さいことによ
り、金属を着膜しただけでアニールせずともオーミック
特性を示す。したがって、ここでは、Ｃｒ層３１２とＡ
ｕ薄膜層３１４の積層電極で一つのオーミック電極を形
成している。
の種類により電極特性が大きく変わることが知られてい
る。例えば、ＡｕとＣｒの積層電極は、特にＣｒがＧａ
Ａｓとの反応性が高いため、密着度が高く、かつ、金属
半導体界面での電荷ポテンシャル障壁が小さいことによ
り、金属を着膜しただけでアニールせずともオーミック
特性を示す。したがって、ここでは、Ｃｒ層３１２とＡ
ｕ薄膜層３１４の積層電極で一つのオーミック電極を形
成している。
【００２８】一方、Ａｌは、ＧａＡｓと反応性が低く、
常にショットキー電極となる金属である。したがって、
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層上のＣｒの接する領域は、オ
ーミック電極部となり面発光半導体レーザに電流を注入
することが可能な領域となるが、反対にｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層上のＡｌの接する領域はショットキー電極と
なるため、面発光半導体レーザに電流注入がされにくい
領域となる。
常にショットキー電極となる金属である。したがって、
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層上のＣｒの接する領域は、オ
ーミック電極部となり面発光半導体レーザに電流を注入
することが可能な領域となるが、反対にｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層上のＡｌの接する領域はショットキー電極と
なるため、面発光半導体レーザに電流注入がされにくい
領域となる。
【００２９】また、重要なことは、本実施例の電極の面
内方向の構造が、図１、２で示したように、面内２軸方
向でショットキー電極の領域とオーミック電極の領域を
異ならしめるていることである。
内方向の構造が、図１、２で示したように、面内２軸方
向でショットキー電極の領域とオーミック電極の領域を
異ならしめるていることである。
【００３０】製造方法は、有機金属気相成長法（Ｍｅｔ
ａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）にて、Ｓｉドープ
１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ基板上にＳｅドープｎ
型ＧａＡｓバッファー層を１μｍ、Ｓｉドープ１×１０
18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層３０４と５
０ｎｍ厚のｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層３０５のペ
ア層を３６組積層した下部分布ブラッグ反射鏡（Ｄｉｓ
ｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｒｅｃｔｏｒ：
ＤＢＲ）、１００ｎｍのアンドープＡｌ０．３Ｇａ０．
７Ａｓスぺーサー層、１０ｎｍ厚ＧａＡｓ量子井戸活性
層、１００ｎｍのアンドープＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ
スぺーサー層、ＺｎドープのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ
層と５０ｎｍ厚のｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層のペ
ア層を３６組積層したｐ型ＤＢＲ層、３０ｎｍのＺｎド
ープｐ型ＧａＡｓコンタクト層を順次積層する。次に、
フォトレジストでオーミック電極の開口部形状を決める
リフトオフマスクを次のような工程により作製する。
ａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）にて、Ｓｉドープ
１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ基板上にＳｅドープｎ
型ＧａＡｓバッファー層を１μｍ、Ｓｉドープ１×１０
18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層３０４と５
０ｎｍ厚のｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層３０５のペ
ア層を３６組積層した下部分布ブラッグ反射鏡（Ｄｉｓ
ｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｒｅｃｔｏｒ：
ＤＢＲ）、１００ｎｍのアンドープＡｌ０．３Ｇａ０．
７Ａｓスぺーサー層、１０ｎｍ厚ＧａＡｓ量子井戸活性
層、１００ｎｍのアンドープＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ
スぺーサー層、ＺｎドープのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ
層と５０ｎｍ厚のｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層のペ
ア層を３６組積層したｐ型ＤＢＲ層、３０ｎｍのＺｎド
ープｐ型ＧａＡｓコンタクト層を順次積層する。次に、
フォトレジストでオーミック電極の開口部形状を決める
リフトオフマスクを次のような工程により作製する。
【００３１】ＭＯＣＶＤ装置にて作製したＶＣＳＥＬ基
板の上に、スピンコーターによりフォトレジストを２μ
ｍ厚に伸延させ、８０℃１０分ベイキングし、マスクア
ライナーにて所望のパターンを露光する。次に、モノク
ロロベンゼンに数十秒浸してレジスト表面を固化させた
あと、レジスト現増液にて現像する。このような工程を
経たレジストは上部に庇を有する形状となり、リフトオ
フしやすくなる。前記レジストパターンを形成したＶＣ
ＳＥＬ基板上にＣｒを１０ｎｍ程度、Ａｕを３００ｎｍ
程度、順次、抵抗加熱蒸着器にて蒸着した後、アセトン
にて超音波洗浄を行うと、偏平形状の開口部を有するオ
ーミック電極が形成される。
板の上に、スピンコーターによりフォトレジストを２μ
ｍ厚に伸延させ、８０℃１０分ベイキングし、マスクア
ライナーにて所望のパターンを露光する。次に、モノク
ロロベンゼンに数十秒浸してレジスト表面を固化させた
あと、レジスト現増液にて現像する。このような工程を
経たレジストは上部に庇を有する形状となり、リフトオ
フしやすくなる。前記レジストパターンを形成したＶＣ
ＳＥＬ基板上にＣｒを１０ｎｍ程度、Ａｕを３００ｎｍ
程度、順次、抵抗加熱蒸着器にて蒸着した後、アセトン
にて超音波洗浄を行うと、偏平形状の開口部を有するオ
ーミック電極が形成される。
【００３２】次に、上記オーミック電極形成時に用いた
同じ方法にて、上記オーミック電極の偏平形状開口部内
にリフトオフ用レジストを形成し、抵抗加熱蒸着器にて
Ａｌを１００ｎｍ程度蒸着する。続いて、アセトンにて
超音波洗浄を行うと、オーミック電極偏平開口部よりも
小さな円形開口部を有するショットキー電極が、オーミ
ック電極偏平開口部の内側に位置するように形成され
る。
同じ方法にて、上記オーミック電極の偏平形状開口部内
にリフトオフ用レジストを形成し、抵抗加熱蒸着器にて
Ａｌを１００ｎｍ程度蒸着する。続いて、アセトンにて
超音波洗浄を行うと、オーミック電極偏平開口部よりも
小さな円形開口部を有するショットキー電極が、オーミ
ック電極偏平開口部の内側に位置するように形成され
る。
【００３３】次に、ＶＣＳＥＬのポスト構造を硫酸系の
Ｗｅｔエッチングあるいは塩素系ガスを用いたドライエ
ッチングにて形成する。エッチングマスクには、一般的
なフォトレジストマスクを用いる。ポスト径は、１０〜
２０μｍ程度とする。
Ｗｅｔエッチングあるいは塩素系ガスを用いたドライエ
ッチングにて形成する。エッチングマスクには、一般的
なフォトレジストマスクを用いる。ポスト径は、１０〜
２０μｍ程度とする。
【００３４】最後にＶＣＳＥＬ基板の裏面にＡｕとＧｅ
を主成分とするｎ側電極を抵抗加熱蒸着器にて形成し、
４００℃５分アニールすることでｎ側電極が形成され、
デバイスが完成する。
を主成分とするｎ側電極を抵抗加熱蒸着器にて形成し、
４００℃５分アニールすることでｎ側電極が形成され、
デバイスが完成する。
【００３５】オーミック電極金属材料として、この実施
例１では、Ａｕ／Ｃｒを採用したが、Ａｕと亜鉛（Ｚ
ｎ）との合金（ＡｕＺｎ）、または、Ｃｒの代わりにチ
タン（Ｔｉ）を使用しＡｕ／Ｔｉ電極としても、さらに
プラチナ（Ｐｔ）を加えたＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ電極として
もオーミック電極が形成できる。この場合、アニールに
よる合金化、即ちアロイ工程が必要となる。
例１では、Ａｕ／Ｃｒを採用したが、Ａｕと亜鉛（Ｚ
ｎ）との合金（ＡｕＺｎ）、または、Ｃｒの代わりにチ
タン（Ｔｉ）を使用しＡｕ／Ｔｉ電極としても、さらに
プラチナ（Ｐｔ）を加えたＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ電極として
もオーミック電極が形成できる。この場合、アニールに
よる合金化、即ちアロイ工程が必要となる。
【００３６】また、ここではショットキー電極としてア
ルミニウム（Ａｌ）を用いているが、アロイ工程をいれ
ないＡｕ／Ｔｉなど使用することができる。
ルミニウム（Ａｌ）を用いているが、アロイ工程をいれ
ないＡｕ／Ｔｉなど使用することができる。
【００３７】このように、オーミック電極とショットキ
ー電極とをまったく異なる電極材料を用いて形成するこ
とができる。
ー電極とをまったく異なる電極材料を用いて形成するこ
とができる。
【００３８】さらに、この実施例では、ショットキー電
極の開口部の形状を円形としたが、必ずしも円形ではな
く、レーザ光の受け手側のシステムで要求するビーム形
状に対応してショットキー電極の開口部の形状を決定す
ることが可能である。 （実施例２）実施例２では、オーミック電極領域とショ
ットキー電極領域の作製方法が実施例１と異なる。図６
は実施例２の面発光半導体レーザの電極部分を示す断面
図である。ここでは電極材料としてＡｕ／Ｃｒのみを用
いており、オーミック領域はＧａＡｓコンタクト層６０
３上にＣｒ６０２とＡｕ６０１を着膜して形成し、ショ
ットキー領域は、あらかじめＧａＡｓコンタクト層６０
３をエッチングにより除去してＡｌＧａＡｓ半導体層６
０４を露出させた面上にＡｕ／Ｃｒを着膜して形成し
た。ＧａＡｓコンタクト層６０３をエッチングする領域
は、基板面内の直行する２軸方向で開口長さを異ならし
めることにより、所定の偏平形状の開口部を形成しう
る。Ａｕ／Ｃｒ層は、キャリア濃度が１０19ｃｍ-3と高
いＧａＡｓ層６０３上に接する場合にはオーミック特性
を示す電極となり、バンドギャップの大きなＡｌＧａＡ
ｓ半導体層６０４であって、且つ、キャリア濃度が１０
18ｃｍ -3台と低い本実施例の如き半導体層６０４に対し
ては、ショットキー特性を示す電極となる。このよう
に、Ａｕ／Ｃｒ層という、同一の電極材料を用いて、該
Ａｕ／Ｃｒ層が隣接する層の構成を変化させることによ
り、オーミック特性を示す電極領域とショットキー特性
を示す電極領域とを形成することができる。以上により
オーミック特性を示す電極領域と、ショットキー特性を
示す電極領域とを異なる材料で形成した実施例１の面発
光半導体レーザと同様の効果が現れる。 （実施例３）実施例３においても、オーミック電極領域
とショットキー電極領域の作製方法が実施例１と異な
る。図７は実施例３の面発光半導体レーザの電極部分を
示す断面図である。本実施例においては、電極材料とし
てＡｕ層７０１とＣｒ層７０２の積層構造体を用いる。
前記Ａｕ層７０１とＣｒ層７０２の積層構造体からなる
電極と接する半導体コンタクト層７０３としては、あら
かじめアンドープの半導体層を形成し、該半導体層のう
ちオーミック電極としたい領域にのみ、Ｚｎ拡散でキャ
リア濃度を高めておく。ここで、Ｚｎ拡散する半導体コ
ンタクト層の領域７０４を扁平形状の開口部を除いた周
辺部に限定することで、オーミック電極を扁平形状の開
口部を有するものとすることができる。しかも、Ｚｎ拡
散していない領域、即ち、ショットキー電極の開口部７
０５と、オーミック電極開口部７０４とに囲まれた領域
におけるＡｕ層７０１とＣｒ層７０２の積層構造体部分
７０６が、ショットキー電極領域となる。前記したよう
に、Ａｕ層７０１とＣｒ層７０２の積層構造体という同
一の電極材料を用いて、該電極と接する半導体コンタク
ト層７０３の所定の部分にＺｎ拡散を行うことによって
オーミック特性を示す電極領域を形成し、Ｚｎ拡散を行
なわない部分がショットキー特性を示す電極領域とな
る。以上によりオーミック特性を示す電極領域と、ショ
ットキー特性を示す電極領域とを異なる材料で形成した
実施例１の面発光半導体レーザと同様の効果が現れる。
本実施例は前記実施例１で用いた層間絶縁膜（図２
（Ｂ）、（Ｃ）における２１５）の無いタイプである。
実施例１で示したように層間絶縁膜を入れるタイプがよ
り好ましい。
極の開口部の形状を円形としたが、必ずしも円形ではな
く、レーザ光の受け手側のシステムで要求するビーム形
状に対応してショットキー電極の開口部の形状を決定す
ることが可能である。 （実施例２）実施例２では、オーミック電極領域とショ
ットキー電極領域の作製方法が実施例１と異なる。図６
は実施例２の面発光半導体レーザの電極部分を示す断面
図である。ここでは電極材料としてＡｕ／Ｃｒのみを用
いており、オーミック領域はＧａＡｓコンタクト層６０
３上にＣｒ６０２とＡｕ６０１を着膜して形成し、ショ
ットキー領域は、あらかじめＧａＡｓコンタクト層６０
３をエッチングにより除去してＡｌＧａＡｓ半導体層６
０４を露出させた面上にＡｕ／Ｃｒを着膜して形成し
た。ＧａＡｓコンタクト層６０３をエッチングする領域
は、基板面内の直行する２軸方向で開口長さを異ならし
めることにより、所定の偏平形状の開口部を形成しう
る。Ａｕ／Ｃｒ層は、キャリア濃度が１０19ｃｍ-3と高
いＧａＡｓ層６０３上に接する場合にはオーミック特性
を示す電極となり、バンドギャップの大きなＡｌＧａＡ
ｓ半導体層６０４であって、且つ、キャリア濃度が１０
18ｃｍ -3台と低い本実施例の如き半導体層６０４に対し
ては、ショットキー特性を示す電極となる。このよう
に、Ａｕ／Ｃｒ層という、同一の電極材料を用いて、該
Ａｕ／Ｃｒ層が隣接する層の構成を変化させることによ
り、オーミック特性を示す電極領域とショットキー特性
を示す電極領域とを形成することができる。以上により
オーミック特性を示す電極領域と、ショットキー特性を
示す電極領域とを異なる材料で形成した実施例１の面発
光半導体レーザと同様の効果が現れる。 （実施例３）実施例３においても、オーミック電極領域
とショットキー電極領域の作製方法が実施例１と異な
る。図７は実施例３の面発光半導体レーザの電極部分を
示す断面図である。本実施例においては、電極材料とし
てＡｕ層７０１とＣｒ層７０２の積層構造体を用いる。
前記Ａｕ層７０１とＣｒ層７０２の積層構造体からなる
電極と接する半導体コンタクト層７０３としては、あら
かじめアンドープの半導体層を形成し、該半導体層のう
ちオーミック電極としたい領域にのみ、Ｚｎ拡散でキャ
リア濃度を高めておく。ここで、Ｚｎ拡散する半導体コ
ンタクト層の領域７０４を扁平形状の開口部を除いた周
辺部に限定することで、オーミック電極を扁平形状の開
口部を有するものとすることができる。しかも、Ｚｎ拡
散していない領域、即ち、ショットキー電極の開口部７
０５と、オーミック電極開口部７０４とに囲まれた領域
におけるＡｕ層７０１とＣｒ層７０２の積層構造体部分
７０６が、ショットキー電極領域となる。前記したよう
に、Ａｕ層７０１とＣｒ層７０２の積層構造体という同
一の電極材料を用いて、該電極と接する半導体コンタク
ト層７０３の所定の部分にＺｎ拡散を行うことによって
オーミック特性を示す電極領域を形成し、Ｚｎ拡散を行
なわない部分がショットキー特性を示す電極領域とな
る。以上によりオーミック特性を示す電極領域と、ショ
ットキー特性を示す電極領域とを異なる材料で形成した
実施例１の面発光半導体レーザと同様の効果が現れる。
本実施例は前記実施例１で用いた層間絶縁膜（図２
（Ｂ）、（Ｃ）における２１５）の無いタイプである。
実施例１で示したように層間絶縁膜を入れるタイプがよ
り好ましい。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、ＶＣＳＥＬ内の電流分
布を制御して偏光方向を安定化固定化する機能を有しつ
つ、レーザ光のＮＦＰも自由に選択可能であり、さら
に、高効率低しきい値であるＶＣＳＥＬが作製可能とな
る。これによれば、光伝送や光情報処理、あるいは、感
光体ドラムに静電潜像を書き込む光源としての様々な仕
様に耐えうる面発光型半導体レーザが実現できる。
布を制御して偏光方向を安定化固定化する機能を有しつ
つ、レーザ光のＮＦＰも自由に選択可能であり、さら
に、高効率低しきい値であるＶＣＳＥＬが作製可能とな
る。これによれば、光伝送や光情報処理、あるいは、感
光体ドラムに静電潜像を書き込む光源としての様々な仕
様に耐えうる面発光型半導体レーザが実現できる。
【図１】 本発明の面発光型半導体レーザの電極部位の
一態様を示す斜視図である。
一態様を示す斜視図である。
【図２】 （Ａ）は本発明のＶＣＳＥＬの電極部位の一
態様を示す平面図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）はその断面
図である。
態様を示す平面図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）はその断面
図である。
【図３】 本発明の実施例１のＶＣＳＥＬの断面図であ
る。
る。
【図４】 （Ａ）は扁平電極によって偏光方向を制御す
るＶＣＳＥｌの従来例を示す断面図であり、（Ｂ）はそ
の平面図である。
るＶＣＳＥｌの従来例を示す断面図であり、（Ｂ）はそ
の平面図である。
【図５】 ＶＣＳＥＬ単体の構造を示す断面図である。
【図６】 本発明の実施例２のＶＣＳＥＬの電極部位を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図７】 本発明の実施例３のＶＣＳＥＬの電極部位を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図８】 本発明のＶＣＳＥＬの電流光出力特性を示す
グラフである。
グラフである。
１０１ コンタクト層 １０２ オーミック電極 １０３ ショットキー電極 １０４ オーミック電極開口部 １０５ ショットキー電極開口部 １０６ オーミック電極 １０７ ショットキー電極 ３０１ ｎ型ＧａＡｓ半導体基板 ３０２ ｎ型ＧａＡｓバッファー層 ３０３ 下部分布ブラッグ反射鏡（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔ
ｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｒｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ） ３０４ ｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層 ３０５ ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層 ３０６ アンドープＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓスぺーサ
ー層 ３０７ ＧａＡｓ量子井戸活性層 ３０８ ｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層 ３０９ ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層 ３１０ ｐ型ＤＢＲ層 ３１１ ｐ型コンタクト層 ３１２ クロム（Ｃｒ）の１０ｎｍ薄膜層 ３１３ アルミ（Ａｌ）の１００ｎｍ薄膜層 ３１４ 金（Ａｕ）薄膜層 ３１５ 層間絶縁膜 ４０２ 電極開口部を有するオーミック電極 ４０３ 上部ＤＢＲ層内での電流分布 ４０４ キャリアのない領域 ４０５ オーミック電極開口部の大きさ ４０６ ＡＢ方向での電流密度が疎な領域 ４０７ ＡＢ方向と垂直な面内の方向で電流密度が疎な
領域 ５０１ 半導体基板 ５０２ 共振器 ５０３ 活性層 ５０４ 半導体多層膜による上部反射ミラー（上部ＤＢ
Ｒミラー） ５０５ 下部反射ミラー（下部ＤＢＲミラー） ５０６ スペーサー層 ５０７ 上部コンタクト層 ５０８ 上部電極 ５０９ 下部電極 ５１０ 層間絶縁膜 ５１１ レーザの出射口 ６０１ Ａｕ薄膜層 ６０２ Ｃｒ薄膜層 ６０３ コンタクト層 ６０４ ＡｌＧａＡｓ半導体層 ７０１ Ａｕ薄膜層 ７０２ Ｃｒ薄膜層 ７０３ コンタクト層 ７０４ Ｚｎ拡散する半導体コンタクト層の領域 ７０５ Ｚｎ拡散していない領域 ７０６ ショットキー電極領域
ｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｒｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ） ３０４ ｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層 ３０５ ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層 ３０６ アンドープＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓスぺーサ
ー層 ３０７ ＧａＡｓ量子井戸活性層 ３０８ ｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層 ３０９ ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層 ３１０ ｐ型ＤＢＲ層 ３１１ ｐ型コンタクト層 ３１２ クロム（Ｃｒ）の１０ｎｍ薄膜層 ３１３ アルミ（Ａｌ）の１００ｎｍ薄膜層 ３１４ 金（Ａｕ）薄膜層 ３１５ 層間絶縁膜 ４０２ 電極開口部を有するオーミック電極 ４０３ 上部ＤＢＲ層内での電流分布 ４０４ キャリアのない領域 ４０５ オーミック電極開口部の大きさ ４０６ ＡＢ方向での電流密度が疎な領域 ４０７ ＡＢ方向と垂直な面内の方向で電流密度が疎な
領域 ５０１ 半導体基板 ５０２ 共振器 ５０３ 活性層 ５０４ 半導体多層膜による上部反射ミラー（上部ＤＢ
Ｒミラー） ５０５ 下部反射ミラー（下部ＤＢＲミラー） ５０６ スペーサー層 ５０７ 上部コンタクト層 ５０８ 上部電極 ５０９ 下部電極 ５１０ 層間絶縁膜 ５１１ レーザの出射口 ６０１ Ａｕ薄膜層 ６０２ Ｃｒ薄膜層 ６０３ コンタクト層 ６０４ ＡｌＧａＡｓ半導体層 ７０１ Ａｕ薄膜層 ７０２ Ｃｒ薄膜層 ７０３ コンタクト層 ７０４ Ｚｎ拡散する半導体コンタクト層の領域 ７０５ Ｚｎ拡散していない領域 ７０６ ショットキー電極領域
Claims (4)
- 【請求項１】 第一の導電型の半導体基板上に下部分布
ブラッグ反射鏡、第一の導電型のバッファー層、活性
層、第二の導電型の半導体多層膜による反射鏡及び第二
の導電型のコンタクト層が備えられ、電極を有する垂直
共振器型の面発光型半導体レーザにおいて、 該第二の導電型のコンタクト層上に、レーザーの発光領
域に対応する扁平形状の開口部を形成したオーミック電
極領域が形成され、さらに、その上部に該オーミック電
極領域の開口部内の発光領域に位置し、オーミック電極
領域の開口部より面積が小さく、且つ、異なる形状の開
口部を形成したショットキー電極領域が形成されること
を特徴とする垂直共振器型の面発光型半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記オーミック電極領域とショットキー
電極領域を、異なる電極材料により形成することを特徴
とする請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。 - 【請求項３】 前記オーミック電極領域とショットキー
電極領域とを同じ電極材料により形成し、該電極材料直
下層にある半導体コンタクト層の所定部分に予め不純物
拡散を行ってキャリア濃度を高濃度とする領域と、不純
物拡散を行なわない領域とを形成し、その上部に該電極
材料を積層することにより不純物拡散領域に対応する領
域にオーミック電極領域を、不純物拡散を行なわない領
域に対応する領域にショットキー電極領域を形成するこ
とを特徴とする請求項１に記載の面発光型半導体レー
ザ。 - 【請求項４】 前記オーミック電極領域とショットキー
電極領域とを同じ電極材料により形成し、該電極材料直
下層にある半導体層に、バンドギャップの異なる領域を
形成し、該電極材料を積層することにより、オーミック
電極領域とショットキー電極領域とを形成することを特
徴とする請求項１に記載の面発型光半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22144497A JP3551718B2 (ja) | 1997-08-18 | 1997-08-18 | 面発光型半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22144497A JP3551718B2 (ja) | 1997-08-18 | 1997-08-18 | 面発光型半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1168225A true JPH1168225A (ja) | 1999-03-09 |
| JP3551718B2 JP3551718B2 (ja) | 2004-08-11 |
Family
ID=16766840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22144497A Expired - Fee Related JP3551718B2 (ja) | 1997-08-18 | 1997-08-18 | 面発光型半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3551718B2 (ja) |
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| DE102022101442A1 (de) | 2022-01-21 | 2023-07-27 | Trumpf Photonic Components Gmbh | Laservorrichtung |
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-
1997
- 1997-08-18 JP JP22144497A patent/JP3551718B2/ja not_active Expired - Fee Related
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