JPS6179280A - 面発光型半導体レ−ザ装置及びその製造方法 - Google Patents

面発光型半導体レ−ザ装置及びその製造方法

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JPS6179280A
JPS6179280A JP20041584A JP20041584A JPS6179280A JP S6179280 A JPS6179280 A JP S6179280A JP 20041584 A JP20041584 A JP 20041584A JP 20041584 A JP20041584 A JP 20041584A JP S6179280 A JPS6179280 A JP S6179280A
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Yoshitoku Nomura
野村　良徳
Keisuke Shinozaki
篠崎　啓助
Jun Ishii
石井　恂
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    • H01S5/3428—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers layer orientation perpendicular to the substrate

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は基板に対して画直な方向ヘレーザ発振する面
発光型半導体レーザ装置及びその製造方法に関するもの
である。
（従来の技術） 半導体基板上に垂直な円柱状の発光領域を備えた面発光
型レーザ／発光ダイオード装置が提案されている（昭和
５９年春季第３１回応用物理学関係連合講演会予稿集１
９９頁）。このレーザ／発光ダイオード装置を第３図に
より説明すると、ｌはｎ型ＧａＡｇ基板であって、該基
板／の上には５型ＡｔＧａＡｓ層コが形成され、その上
に円柱状結晶が突出している。この円柱状結晶の中心領
域は外型ＧａＡｓ層３であり、外周はｐ型不純物拡散領
域グであって、両領域３．ｖ間にはｐ型低不純物濃度領
域５が介在する。なお、６はｐ側電極、７はｎ側電極で
ある。
このレーザ／発光ダイオード装置の製造方法を述べると
、ｎ型ＧＱＡ＃基板上に爲型人ｔＧａＡｔ、外型Ｇ（Ｉ
Ａｌｌの順でエピタキシャル結晶成長する。
次に円形のマスクにより最上層のｎ型ＧａＡａ結晶のみ
円柱状にエツチングし、更に円柱状結晶の外周に亜鉛を
拡散してｐ型不純物拡散領域ｌと低不純物濃度領域ｊを
形成し、その結果低不純物濃度領域よと中心領域のｎ型
ＧａＡｇ層３の境界にはｐｎ接合ざが形成する。このと
き亜鉛はＡＬＧａＡｓ　／＠　、２において、水平方向
にも拡散してｐ型不純物濃度領域ｖ′を形成し、その結
果ｐ型低不純物濃度領域ｊ′及びｐｎ接合部ｔ′が形成
する。
この半導体レーザ／発光ダイオード装置のｐ側電極≦と
ｎ＠電極７に順方向の電流を供給すると、円柱状結晶内
のｐｎ接合部ｌの近傍で発光する。円柱状結晶の軸方向
両端面に共振器を設けると、レーザ装置となり、円柱軸
方向にレーザ光が発振する。
（発明が解決しようとする問題点） このレーザ装置において、ＡｔＧｃｔＡｇ層２に形成さ
れたｐ％接合部に′における拡散電位はｃｋＬＡａ層３
の拡散電位よりも高いので通常ｐ％接合部ｒ′には電流
は流れないが、装置の温度が高くなったり、注入キャリ
アが多くなると、この拡散電位の差による電流の制限の
効果は小さくなり、発光に寄与しない無効の電流がＡｔ
ＧａＡｇ層コを通って流れることになる。特に、第３図
の装置においては無効の電流が流れるＡｔＧａＡａ層λ
中のｐ％接合ｔ′の面積が広いため、流れる電流も大き
くなるものと考えられる。
この発明の目的は低い電流値で室温で連続発振し、且つ
、温度特性の優れた面発光型半導体レーザ装置を提供す
ることにある。
（問題点を解決するだめの手段） この発明による半導体レーザ装置は半導体基板より異種
接合の円柱状多層体を突出させ、この円柱状多層体の頂
部及び底部を反射領域とし、中間部の中心領域を組成の
異なる二種の化合物半導体極薄膜を交互に多数積み重ね
て構成した多重量子井戸型構造の活性層とし、中間部の
外周領域を不純物を拡散して上記量子井戸型構造を構成
する二種の化合物半導体の平均組成としてクラッド層を
構成したことを特徴とする。
この発明を第１図示の一実施例により説明すると、／／
は輻型Ｇａム１基板であって、基板／／上には絶縁体薄
膜／２が設けられている。この絶縁体薄膜１２には円形
の孔が穿設されて°、円形孔の上にはＡｔ組成の異なる
二種のＡｔＧａＡａの周期的多層膜から成る円柱状のＡ
ｔＧａＡｓ積層１３があり、下部反射領域として作用す
る。また絶縁体薄膜／２上にはＡｔ組成の異なるＡｔＧ
ａＡｇが積層した多結晶層／すがある。円柱状）、ｔＧ
ａＡｓ積層／３の上には中心領域を組成の異なる二種の
化合物半導体の極薄膜を交互に多数積み重ねて構成した
多層量子井戸型構造の円柱状活性領域ｉｓとし、外周領
域を上記二種の半導体の平均組成で構成された環状の不
純物拡散領域／６から成る円柱状の活性層１７があり、
更にその上にはＡｔ組成の異なる二種のＡｔＧａＡａの
周期的多層膜から成る円柱状のＡｔＧａＡｇ積層／ｒが
積層／部反射領域として作用する。
この下部及び上部反射領域／、７　、　／Ｉはブラッグ
反射を利用する。周期ＡはＡ　−Ｊａ／２ｓとなるよう
に構成されている（式中、λＯは光の真空中における波
長、鴨は反射領域の平均的な屈折率を表す）。上記の各
反射領域の層数は約４０層で反射率９４にとなる。
円柱状活性層１７は中心領域に設けられた量子井戸型構
造の活性領域／ｊと、その外周に設けられ、活性領域に
ｐ％接合を形成するために亜鉛の如きｐ型”不純物を拡
散した円筒状の不純物拡散領域１６と両領域の間に介在
するｐ型の低濃度不純物領域／９とから成り、ｐ％接合
２０は活性領域ｌ！と低濃度不純物領域ｌりとの境界面
に形成されることＫなる。上述の不純物拡散領域１６は
円柱状の量子井戸型構造の活性層を形成した後にｐ型不
純物の押し込み拡散によって形成することができ、不純
物の拡散によって領域１６は量子井戸型構造を形成して
いる二つの化合物半導体の平均組成となり、活性領域１
５よりも屈折率が低くなって、光ファイバーと実質的に
同じく光の閉じ込めを行うクラッド層となる。
なお、図示の実施例では基板より突出している円柱状多
層体は活性層１７と上部反射領域／Ｉｒより構成されて
いるが、下部反射領域１３を含めて突出させるようにし
ても良い。
（作用） 上述の如き構成から成る半導体レーザ装置において、多
結晶層ｌり上にｐ側電極２１を、５型Ｇα人１基板ｌ／
の底面に外側電極ｎをそれぞれ設けて、両電極間に順方
向の電流を供給すると、多結晶層／ＩＩは電気的に高い
絶縁体となるため、電流は活性層１７に流れ、活性領域
１．ｔにおいて電子と正孔が再結合して発光する。活性
領域／ｊの外周は屈折率の低い不純物拡散層１６で囲ま
れているため光の横方向の閉じ込めが行われる。活性領
域ｉｓの上下に設けられた反射領域／Ｊ　、　／Ｉｆは
円柱軸方向に共振器を形成しており、注入キャリアが充
分多くなって反射領域の反射率（Ｒ）と共よりも誘導輻
射の利得が大きくなるとレーザ光が軸方向に発振する。
このとき電流は活性層／７を通して流れ、ｐ型不純物の
押し込み拡散の時に形成した下部反射領域ｌＪ中のｐｓ
接合２０’には通常流れない。その上絶縁膜１２及び多
結晶層／４１によって下部反射領域／３中に形成される
ｐ％接合２０′の面積が小さく制限されるので、高温に
なったり、また注入キャリアが大きくなって上記ｐ％接
合に電流が流れるようになった場合でも発光に寄与する
電流に較べて下部反射領域中のｐｎ接合を通じて流れる
漏れ電流は極めて小さく、従って活性領域を量子井戸型
構造としたため、通常の半導体レーザと同じように低い
電流値で常圧安定してレーザ発振することになり、閾値
電流密度の低下と発振波長の温度依存性の低下が期待で
きる。
（実施例） 本発明による半導体レーザ装置の製造工程の一実施例を
第２図により説明する。
籠型Ｇαム１基板／／上に化学気相成長法などにより８
４．Ｎ４などの絶縁体薄膜ｌλを〜５００　！厚で形成
し、フォトリソグラフィとエツチング技術により上記絶
縁体薄膜１２に直径３μｍ〜１００μｍ程度の円形の孔
７２′を穿け、ＧａＡｓ基板を露出させる（第２図（ａ
））。
次にその上に分子線結晶成長法にてＡｌ組成の異なる二
種のＡｔＧａＡ−膜を交互に成長させ、ムｔＧａＡａ積
層１３を形成する。ＡｊＧａＡｓとしては一例としてＡ
ｔの組成が２０Ｘと４ＯＮのものが用いられ、６膜の厚
さは１００〜１ｏｏｏＸ、膜の層数ｉｏ− は３０〜１００程度の範囲であるが、膜厚６００　Ｘ　
。
層数４０で反射率約９５％のムＬＧａＡｓ積層となる。
続いて同じく分子線結晶成長法にてＧａム１＃ムＬＧａ
ム８など二つのＷＩ類の異なる化合物半導体を数１０ム
から数１００Ａの厚さで交互に数１００〜敗１０００層
成長させ、量子井戸型層１７を形成し、最後にムｔＧａ
Ａｍ積層／３と同じくＡｌ組成の異なる二種のＡＬＧａ
ムａ膜を多数交互に量子井戸型層１７の上に成長させ、
反射率の高いムｔｅａム１積層／ｌを形成する。量子井
戸型層の膜厚はＧａＡｓとムｔＧｇＡｇにより構成する
場合、７ｏ′Ａのとき発光効率が高くなることを確認し
た。
上述の結晶成長工程において、絶縁体薄膜／コ上に形成
した成長層はいずれも多結晶となり、円形のＧａＡ−基
板／ｌが露出している部分に形成した成長層は単結晶と
なる（第２図（ｂ））。
上述の如く結晶成長を完了したら、成長結晶表面にレジ
ストｎを形成し、化学エツチングまたはドライエツチン
グで活性層１７までの深さで多結晶層を除去し、直径〜
５ｐｍ、高さ〜５μｍの円柱状多層体が基板より突設し
た状態となる（第２図（Ｃ））。次いで閉管法などによ
ってＺ％などのｐ型不純物を円柱状多層体に拡散するこ
とにより結晶の表面露出部分より不純物が押し込まれ、
活性層／７においてはその外周は量子井戸型構造を形成
している二つの半導体の平均組成となり、その境界には
低濃度不純物領域が形成する。またＡｊＧａＡｇ積層１
３においても活性層１７より不純物が押し込められるが
、その拡散領域は僅かである。最後に多結晶層の上とＧ
ａＡｓ基板の底面に電極を蒸着して、第１図の構成の如
き半導体レーザ装置となる。
（発明の効果） 上記の説明で明らかなようにこの発明によれば、活性領
域を多層量子井戸型層により構成するので発光効率が高
く、活性領域の周りには屈折率の高い領域が存在してい
るので、光の閉じ込めが有効に行なわれる。更に活性領
域などを形成する基板面を予しめ絶縁膜で制限するので
注入キャリアが有効に発光に寄与し、低電流で壺足して
麺値に刈しａ諷な方向にレーザ尤が帖堀する・ ４、−面の簡単な絖１ に４１図はこの発明による圓％光緘午尋捧し−ザー直の
一部を切り城った輯祝図、幽２凶１よとの軸重のレーｆ
―直の表埴鳩倫を不ナー都を切ル柩つ７を糾視凶、鯖５
図に公知の血先九蓬し−Ｖ／％九ダイオードの一部を切
り柩った糾仇凶でりる口 図中、／／は　ａａムａ　−−令Ｒ％　　　／コ１よ細
本款シト麹１加嵯、　　／Ｊａ下ｓＪ５を射１１／ｊに
茫社填城、１６に小利す仏ｔｌｉ１１１１城、　ｉｔａ
上酩反射撫城、Ｊにｐ％鯖廿で必る０ 脅１ｆｆ出−人　　工粂蚊爾玩良 川田裕部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）半導体基板上より突出した円柱状多層体の頂部及
    び底部を反射領域とし、中間部の中心領域を多重量子井
    戸型構造の活性層とし、中間部の外周領域を不純物を拡
    散して上記量子井戸型構造を構成する二種の化合物半導
    体の平均組成としてクラッド層としたことを特徴とする
    面発光型半導体レーザ装置。
  2. （２）半導体基板上に絶縁体薄膜を形成し、形成した絶
    縁体薄膜に孔を穿け、孔を穿設された絶縁体薄膜上にＡ
    ｌ組成の異なる二種のＡｌＧａＡｓを交互に積み重ねた
    ＡｌＧａＡｓ積層、組成の異なる二種の化合物半導体極
    薄膜を交互に多数積み重ねた量子井戸型層及びＡｌ組成
    の異なる二種のＡｌＧａＡｓを交互に積み重ねたＡｌＧ
    ａＡｓ積層を順次結晶成長させることにより、該絶縁体
    薄膜の孔領域上にはそれぞれの層の単結晶が成長し、絶
    縁体薄膜上にはそれぞれの層の多結晶が成長し、上記多
    結晶体層をエッチングにより取除き、基板上に突設され
    た円柱状多層体の外周より不純物を拡散して量子井戸型
    層の外周領域を上記量子井戸型層を構成する二種の半導
    体の平均組成とし、円柱状多層体の量子井戸型層を活性
    領域、その外周領域をクラッド層、上、下のＡｌＧａＡ
    ｓ積層をそれぞれ反射領域とした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。
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