(57)【要約】【課題】本発明は、発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザ及び該半導体レーザの作製方法の提供を目的とする。【解決手段】  本願発明は、真性半導体からなる層の一部に配置されたｐ型半導体部及びｎ型半導体部が、閉じ込め層の積層方向に垂直な方向から閉じ込め層に電子及び正孔を供給し、閉じ込め層で発光した光が真性半導体層の積層方向にレーザ発振して出射することを妨げない位置に備わる半導体レーザである。ｐ型半導体部又はｎ型半導体部は、閉じ込め層に正孔又は電子を供給するのに十分な位置まで配置されており、ｐ型半導体部からは正孔を、ｎ型半導体部からは電子を、閉じ込め層に供給することができる。これにより、閉じ込め層で正孔と電子を再結合して発光することが可能になる。【選択図】図１
2006019473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正孔及び電子を閉じ込める閉じ込め層と、
前記閉じ込め層の積層方向の一方の側に配置された真性半導体からなる上部真性半導体層と、
前記上部真性半導体層の一部に前記閉じ込め層の面と平行に配置されており、前記閉じ込め層で発光した光の一部を反射してレーザ発振させる真性半導体からなる上部多重反射層と、
前記閉じ込め層の積層方向の他方の側に配置された真性半導体からなる下部真性半導体層と、
前記下部真性半導体層の一部に前記閉じ込め層の面と平行に配置されており、前記閉じ込め層で発光した光の一部を反射してレーザ発振させる真性半導体からなる下部多重反射層と、
前記上部真性半導体層及び又は前記下部真性半導体層の一部にアクセプタ不純物が分布したｐ型半導体部と、
前記上部真性半導体層及び前記下部真性半導体層の積層方向に垂直な方向に該ｐ型半導体部と離れて配置され、前記上部真性半導体層及び又は前記下部真性半導体層の一部にドナー不純物が分布したｎ型半導体部と、を備える半導体レーザであって、
前記ｐ型半導体部から供給された正孔と前記ｎ型半導体部から供給された電子とが前記閉じ込め層で再結合して発光する半導体レーザ。
【請求項２】
前記ｐ型半導体部及び前記ｎ型半導体部は、前記閉じ込め層で発光した光が前記上部真性半導体層及び前記下部真性半導体層の積層方向にレーザ発振して出射することを妨げない位置に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記ｐ型半導体部及び前記ｎ型半導体部の近接部は、前記閉じ込め層で電流狭窄を生じさせる形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記ｐ型半導体部及び前記ｎ型半導体部の近接部は、前記閉じ込め層への投影形状が互いの近接部にそれぞれ頂点を有する凸形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記ｐ型半導体部と前記ｎ型半導体部とは、前記上部真性半導体層及び前記下部真性半導体層の積層方向と略垂直な方向に対向して前記上部真性半導体層又は前記下部真性半導体層に形成されていることを特徴とする請求項１から４に記載のいずれかの半導体レーザ。
【請求項６】
前記ｐ型半導体部と前記ｎ型半導体部とは、前記ｐ型半導体部及び前記ｎ型半導体部のアクセプタ不純物及びドナー不純物の密度分布の最も高い部分が閉じ込め層を挟んで配置されたことを特徴とする請求項１から４に記載のいずれかの半導体レーザ。
【請求項７】
前記ｐ型半導体部及び又は前記ｎ型半導体部は、前記ｐ型半導体部及び前記ｎ型半導体部のそれぞれに電流を供給する各電極配置部から、正孔及び電子が前記閉じ込め層へのトンネル効果を生じる部分まで形成されていることを特徴とする請求項１から６に記載のいずれかの半導体レーザ。
【請求項８】
前記ｐ型半導体部及び又は前記ｎ型半導体部は、前記ｐ型半導体部及び前記ｎ型半導体部のそれぞれに電流を供給する各電極配置部から、前記閉じ込め層との距離が２００ｎｍ以下の部分まで形成されていることを特徴とする請求項１から６に記載のいずれかの半導体レーザ。
【請求項９】
前記ｐ型半導体部及び又は前記ｎ型半導体部は、前記ｐ型半導体部及び前記ｎ型半導体部のそれぞれに電流を供給する各電極配置部から、前記閉じ込め層に達する部分まで分布していることを特徴とする請求項１から６に記載のいずれかの半導体レーザ。
【請求項１０】
前記ｐ型半導体部及び前記ｎ型半導体部の少なくとも一方は、前記上部真性半導体層と前記下部真性半導体層とにまたがって形成されていることを特徴とする請求項１から４に記載のいずれかの記載の半導体レーザ。
【請求項１１】
前記閉じ込め層は、エネルギーギャップの高い層に挟まれた２重ヘテロ構造を有することを特徴とする請求項１から１０に記載のいずれかの半導体レーザ。
【請求項１２】
前記閉じ込め層は、量子井戸構造を有することを特徴とする請求項１から１１に記載のいずれかの半導体レーザ。
【請求項１３】
前記閉じ込め層は、前記ｐ型半導体部及び前記ｎ型半導体部の前記閉じ込め層への射影部を互いにつなぐ少なくとも一部に狭窄形状を有する請求項１から１２に記載のいずれかの半導体レーザ。
【請求項１４】
前記閉じ込め層は、前記ｐ型半導体部及び前記ｎ型半導体部の前記閉じ込め層への射影部の互いに近接する部分を結ぶストライプ構造を、少なくとも該近接する部分に有することを特徴とする請求項１から１３に記載のいずれかの半導体レーザ。
【請求項１５】
前記上部真性半導体層及び又は前記下部真性半導体層の少なくとも一部に近接する部分に、電場により正孔及び電子の移動を制限するレンズ電極をさらに有することを特徴とする請求項１から１４に記載のいずれかの半導体レーザ。
【請求項１６】
前記上部多重反射層及び前記下部多重反射層は、少なくとも１０ペアの反射層を有することを特徴とする請求項１から１５に記載のいずれかの半導体レーザ。
【請求項１７】
前記上部多重反射層及び前記下部多重反射層は、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓのペアからなることを特徴とする請求項１から１６に記載のいずれかの半導体レーザ。
【請求項１８】
前記上部多重反射層と前記下部多重反射層との距離は、レーザ発振させる波長に対して１波長以上３０波長以下であることを特徴とする請求項１から１７に記載のいずれかの半導体レーザ。
【請求項１９】
真性半導体からなりかつ光を反射してレーザ発振させる下部多重反射層を含んで、真性半導体からなる下部真性半導体層を積層する下部真性半導体層積層工程と、
該下部真性半導体層積層工程により積層された前記下部真性半導体層上に、正孔及び電子を閉じ込める閉じ込め層を形成する閉じ込め層形成工程と、
該閉じ込め層形成工程により形成された前記閉じ込め層上に、真性半導体からなりかつ光を反射してレーザ発振させる上部多重反射層を含んで、真性半導体からなる上部真性半導体層を積層する上部真性半導体層積層工程と、
該上部真性半導体層積層工程により積層された前記上部真性半導体層の一部をｐ側電極となる形状及びｎ側電極となる形状に合わせてドライエッチングにより選択的に除去することにより電極配置部を形成するエッチング工程と、
該エッチング工程により形成された前記電極配置部の一方にアクセプタ不純物を含むｐ型電極材料を配置し、該エッチング工程により形成された前記電極配置部の他方にドナー不純物を含むｎ型電極材料を配置する電極材料配置工程と、
該電極材料配置工程により配置された前記ｐ型電極材料及び前記ｎ型電極材料と、前記上部真性半導体層の少なくとも一部と、をアニーリングする工程と、
を含む半導体レーザの作製方法。
【請求項２０】
真性半導体からなりかつ光を反射してレーザ発振させる下部多重反射層を含んで、真性半導体からなる下部真性半導体層を積層する下部真性半導体層積層工程と、
該下部真性半導体層積層工程により積層された前記下部真性半導体層上に、正孔及び電子を閉じ込める閉じ込め層を形成する閉じ込め層形成工程と、
該閉じ込め層形成工程により形成された前記閉じ込め層上に、真性半導体からなりかつ光を反射してレーザ発振させる上部多重反射層を含んで、真性半導体からなる上部真性半導体層を積層する上部真性半導体層積層工程と、
前記下部真性半導体層積層工程により積層された前記下部真性半導体層の一部と、前記閉じ込め層形成工程により形成された前記閉じ込め層と、前記上部真性半導体層積層工程により積層された前記上部真性半導体層と、をｐ側電極及びｎ型電極の一方となる形状に合わせて選択的にドライエッチングにより除去し、前記上部真性半導体層積層工程により積層された前記上部真性半導体層をｐ側電極及びｎ型電極の他方となる形状に合わせてドライエッチングにより選択的に除去することにより電極配置部を形成するエッチング工程と、
該エッチング工程により形成された前記電極配置部の一方にアクセプタ不純物を含むｐ型電極材料を配置し、該エッチング工程により形成された前記電極配置部の他方にドナー不純物を含むｎ型電極材料を配置する電極材料配置工程と、
該電極材料配置工程により配置された前記ｐ型電極材料及び前記ｎ型電極材料と、前記下部真性半導体層の少なくとも一部と、をアニーリングする工程と、
を含む半導体レーザの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極配置により発光効率を高めた面発光型の半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の積層方向に光を発光する面発光型の半導体レーザが多用されている（例えば、特許文献１参照。）。従来の面発光型の半導体レーザは、ｐ型半導体からなる層とｎ型半導体からなる層との間に正孔と電子とを閉じ込める閉じ込め層が配置されている。ｐ型半導体からなる層から正孔を、ｎ型半導体からなる層からは電子を、閉じ込め層に移動させて供給する。閉じ込め層に供給された正孔と電子は、閉じ込め層に閉じ込められ、再結合して発光する。レーザ発振する多重反射層は、前記積層方向の閉じ込め層の両側に形成されていて、発生した光を積層方向に互いに反射してレーザ発振させる。
【０００３】
このように、従来の面発光型の半導体レーザは、電子及び正孔を移動させる方向とレーザ発振させる方向とが同じであった。このため、多重反射層は光を増幅するだけでなく正孔又は電子を移動させるための導電性も備えなければならず、アクセプタ不純物又はドナー不純物を含まなければならなかった。このアクセプタ不純物及びドナー不純物は光を吸収するため多重反射層の反射率の原因となっており、多重反射層の反射率は９９．６％以上に上げることができなかった。この多重反射層の反射率の低下により発光効率が低下するため、従来の面発光型の半導体レーザは、レーザ発振の閾値電流が０．５〜３ｍＡよりも低くできなかった。
【特許文献１】特開２００３−６９１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、従来の面発光型の半導体レーザは、多重反射層がアクセプタ不純物及びドナー不純物を備えるために反射率が低下し、レーザ発振する閾値電流が高くなっていた。本発明は、上記課題を解決するために、発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザ及び該半導体レーザの作製方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明は、真性半導体からなる層の一部に配置されたｐ型半導体部及びｎ型半導体部が、閉じ込め層の積層方向に垂直な方向から閉じ込め層に電子及び正孔を供給し、閉じ込め層で発光した光が真性半導体層の積層方向にレーザ発振して出射することを妨げない位置に備わる半導体レーザである。ｐ型半導体部又はｎ型半導体部は、閉じ込め層に正孔又は電子を供給するのに十分な位置まで配置されており、ｐ型半導体部からは正孔を、ｎ型半導体部からは電子を、閉じ込め層に供給することができる。これにより、閉じ込め層で正孔と電子を再結合して発光することが可能になる。
【０００６】
なお、ここでいう真性半導体とは、原子同士が互いの最外殻に持つ電子を共有することのできるものに限定するものではない。導電性がｐ型半導体部及びｎ型半導体部よりも十分低いものであればよい。上記により、閉じ込め層の両側のレーザ発振する部分を真性半導体により構成することができる。閉じ込め層で発光した光は、閉じ込め層を挟む上部真性半導体層及び下部真性半導体層のそれぞれに備わる多重反射層で反射される。多重反射層を含め、真性半導体層は、導電性を有する必要はないのでアクセプタ不純物もドナー不純物も含まなくてもよい。多重反射層同士の間に備わる層は真性半導体と閉じ込め層であるので、本半導体レーザは、光を吸収して発光効率を下げる原因となるアクセプタ不純物及びドナー不純物をあまり含まない空間でレーザ発振することができる。これにより、アクセプタ不純物及びドナー不純物による多重反射層の反射率の低下を防ぎ、発光効率を向上させることが可能となる。
【０００７】
具体的には、本願に係る半導体レーザは、正孔及び電子を閉じ込める閉じ込め層と、前記閉じ込め層の積層方向の一方の側に配置された真性半導体からなる上部真性半導体層と、前記上部真性半導体層の一部に前記閉じ込め層の面と平行に配置されており、前記閉じ込め層で発光した光の一部を反射してレーザ発振させる真性半導体からなる上部多重反射層と、前記閉じ込め層の積層方向の他方の側に配置された真性半導体からなる下部真性半導体層と、前記下部真性半導体層の一部に前記閉じ込め層の面と平行に配置されており、前記閉じ込め層で発光した光の一部を反射してレーザ発振させる真性半導体からなる下部多重反射層と、前記上部真性半導体層及び又は前記下部真性半導体層の一部にアクセプタ不純物が分布したｐ型半導体部と、前記上部真性半導体層及び前記下部真性半導体層の積層方向に垂直な方向に該ｐ型半導体部と離れて配置され、前記上部真性半導体層及び又は前記下部真性半導体層の一部にドナー不純物が分布したｎ型半導体部と、を備える半導体レーザであって、前記ｐ型半導体部から供給された正孔と前記ｎ型半導体部から供給された電子とが前記閉じ込め層で再結合して発光する。
【０００８】
この構成により、閉じ込め層を挟む２つの多重反射層である上部多重反射層及び下部多重反射層に光を吸収する不純物を配置することなくレーザ発振することができる。従って、発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【０００９】
前記ｐ型半導体部及び前記ｎ型半導体部は、前記閉じ込め層で発光した光が前記上部真性半導体層及び前記下部真性半導体層の積層方向にレーザ発振して出射することを妨げない位置に配置されていることが好ましい。
【００１０】
すなわち、ｐ型半導体部及びｎ型半導体部が、閉じ込め層内で発光した光のレーザ発振を妨げない位置に形成されていることが好ましい。これにより、レーザ発振する光がアクセプタ不純物及びドナー不純物で吸収されることを防ぐことができる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００１１】
前記ｐ型半導体部及び前記ｎ型半導体部の近接部は、前記閉じ込め層で電流狭窄を生じさせる形状であることが好ましい。
【００１２】
すなわち、ｐ型半導体部に備わるアクセプタ不純物及びｎ型半導体部に備わるドナー不純物の密度分布の近接部は、閉じ込め層で電流狭窄を生じさせるような形状となることが好ましい。これにより、閉じ込め層で効率よく再結合発光させることが可能になる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００１３】
前記ｐ型半導体部及び前記ｎ型半導体部の近接部は、前記閉じ込め層への投影形状が互いの近接部にそれぞれ頂点を有する凸形状であることが好ましい。
【００１４】
すなわち、ｐ型半導体部に備わるアクセプタ不純物及びｎ型半導体部に備わるドナー不純物の密度分布の近接部は、ｐ型半導体部及びｎ型半導体部の閉じ込め層への投影形状が、互いに最近接する部分に頂点を有する凸状となることが好ましい。これにより、ｐ型半導体部及びｎ型半導体部が、閉じ込め層で電流狭窄を生じさせることができる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００１５】
前記ｐ型半導体部と前記ｎ型半導体部とは、前記上部真性半導体層及び前記下部真性半導体層の積層方向と略垂直な方向に対向して前記上部真性半導体層又は前記下部真性半導体層に形成されていることが好ましい。
【００１６】
すなわち、ｐ型半導体部に備わるアクセプタ不純物及びｎ型半導体部に備わるドナー不純物の密度分布は、下部真性半導体層及び上部真性半導体層の積層方向と略垂直な方向に対向して形成されていることが好ましい。これにより、同じ層にｐ側電極及びｎ側電極を配置することができる。従って、作製が簡易であり、かつ発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００１７】
ｐ型半導体部と前記ｎ型半導体部とは、ｐ型半導体部及びｎ型半導体部のアクセプタ不純物及びドナー不純物の密度分布の最も高い部分が閉じ込め層を挟んで配置されていることが好ましい。
【００１８】
ｐ側電極及びｎ側電極が閉じ込め層を挟んだ両側に配置されることによって、ｐ型半導体部とｎ型半導体部との間で閉じ込め層を介さずに電流が流れるのを防ぐことができる。従って、発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００１９】
前記ｐ型半導体部及び又は前記ｎ型半導体部は、前記ｐ型半導体部及び前記ｎ型半導体部のそれぞれに電流を供給する各電極配置部から、正孔及び電子が前記閉じ込め層へのトンネル効果を生じる部分まで形成されていることが好ましい。
【００２０】
すなわち、ｐ型半導体部に備わるアクセプタ不純物及びｎ型半導体部に備わるドナー不純物は、トンネル効果を生じる距離に近接して配置されていることが好ましい。アクセプタ不純物及びドナー不純物の分布の広がりを抑えることができるので、真性半導体部に不純物が分布するのを防ぐことが可能になる。従って、発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００２１】
前記ｐ型半導体部及び又は前記ｎ型半導体部は、前記ｐ型半導体部及び前記ｎ型半導体部のそれぞれに電流を供給する各電極配置部から、前記閉じ込め層との距離が２００ｎｍ以下の部分まで形成されていることが好ましい。
【００２２】
すなわち、ｐ型半導体部に備わるアクセプタ不純物及びｎ型半導体部に備わるドナー不純物は、閉じ込め層との距離が２００ｎｍ以下に近接して配置されていることが好ましい。これにより、アクセプタ不純物及びドナー不純物の分布の広がりを抑えることができるので、真性半導体部に不純物が分布するのを防ぐことが可能になる。従って、発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００２３】
前記ｐ型半導体部及び又は前記ｎ型半導体部は、前記ｐ型半導体部及び前記ｎ型半導体部のそれぞれに電流を供給する各電極配置部から、前記閉じ込め層に達する部分まで分布していることが好ましい。
【００２４】
すなわち、ｐ型半導体部に備わるアクセプタ不純物がｐ側電極から閉じ込め層まで分布している、及び又はｎ型半導体部に備わるドナー不純物がｎ側電極から閉じ込め層まで分布していることが好ましい。これにより、ｐ型半導体部及び又はｎ型半導体部は、正孔及び又は電子を閉じ込め層に効率よく供給することができる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００２５】
前記ｐ型半導体部及び前記ｎ型半導体部の少なくとも一方は、前記上部真性半導体層と前記下部真性半導体層とにまたがって形成されていることが好ましい。
【００２６】
すなわち、ｐ型半導体部に備わるアクセプタ不純物及びｎ型半導体部に備わるドナー不純物のどちらかは、上部真性半導体層と下部真性半導体層とにまたがって分布していることが好ましい。これにより、ｐ型半導体部及び又はｎ型半導体部は、正孔及び又は電子を閉じ込め層に効率よく供給することができる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００２７】
前記閉じ込め層は、エネルギーギャップの高い層に挟まれた２重ヘテロ構造を有することが好ましい。
【００２８】
すなわち、閉じ込め層とそれを挟む層とがダブルへテロ構造になっていることが好ましい。これにより、閉じ込め層に正孔及び電子を効率よく閉じ込めることができる。従って、発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００２９】
前記閉じ込め層は、量子井戸構造を有することが好ましい。
【００３０】
閉じ込め層が量子井戸構造を含むことにより、閉じ込め層に正孔及び電子を閉じ込める効果を高めることができる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００３１】
前記閉じ込め層は、前記ｐ型半導体部及び前記ｎ型半導体部の前記閉じ込め層への射影部を互いにつなぐ少なくとも一部に狭窄形状を有することが好ましい。
【００３２】
このように、閉じ込め層が狭窄形状を有することにより、正孔及び電子が存在可能な部分を狭くすることができるので、正孔及び電子を再結合発光させる効率を上げることができる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００３３】
前記閉じ込め層は、前記ｐ型半導体部及び前記ｎ型半導体部の前記閉じ込め層への射影部の互いに近接する部分を結ぶストライプ構造を、少なくとも該近接する部分に有することが好ましい。
【００３４】
すなわち、閉じ込め層をストライプ状に加工し、その周囲を高抵抗な半導体結晶で埋め込んだ構造を有することが好ましい。これにより、正孔及び電子が再結合する部分を狭くすることができるので、正孔及び電子を効率的に再結合発光させることができる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００３５】
前記上部真性半導体層及び又は前記下部真性半導体層の少なくとも一部に近接する部分に、電場により正孔及び電子の移動を制限するレンズ電極をさらに有することが好ましい。
【００３６】
レンズ電極の発生させる電場により、閉じ込め層内での正孔及び電子の移動を制限することができる。これにより、正孔及び電子を再結合発光させる効率を上げることができる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００３７】
前記上部多重反射層及び前記下部多重反射層は、少なくとも１０ペアの反射層を有することが好ましい。
【００３８】
上部多重反射層及び下部多重反射層を構成する反射層が少なくとも１０ペア備わることにより、レーザ発振の効率を上げることが可能になる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００３９】
前記上部多重反射層及び前記下部多重反射層は、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓのペアからなることが好ましい。
【００４０】
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓの反射層からなることにより、閉じ込め層で発光した光の反射率を上げることが可能になる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００４１】
前記上部多重反射層と前記下部多重反射層との距離は、レーザ発振させる波長に対して１波長以上３０波長以下であることが好ましい。
【００４２】
レーザ発振させる波長は、前記閉じ込め層で再結合して発光する波長に含まれる波長である。上部多重反射層と下部多重反射層との距離が、前記閉じ込め層で再結合して発光する光の波長に対して１波長以上３０波長以下であることによって、レーザ発振する位相条件が揃えやすくなる。また、前記閉じ込め層で再結合して発光する光の波長に対して３０波長以下であることによって半導体レーザが薄くなる。半導体レーザが薄ければ放熱性が向上するので、少ない電流でも安定したレーザ発振が可能になる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。なお、ここでの１波長とは、上部多重反射層と下部多重反射層との間に備わる各半導体層内での波長をいう。各半導体層内での波長は、真空中での波長を各半導体層の屈折率で割ることにより算出される。
【００４３】
本願に係る半導体レーザの作製方法は、真性半導体からなりかつ光を反射してレーザ発振させる下部多重反射層を含んで、真性半導体からなる下部真性半導体層を積層する下部真性半導体層積層工程と、該下部真性半導体層積層工程により積層された前記下部真性半導体層上に、正孔及び電子を閉じ込める閉じ込め層を形成する閉じ込め層形成工程と、該閉じ込め層形成工程により形成された前記閉じ込め層上に、真性半導体からなりかつ光を反射してレーザ発振させる上部多重反射層を含んで、真性半導体からなる上部真性半導体層を積層する上部真性半導体層積層工程と、該上部真性半導体層積層工程により積層された前記上部真性半導体層の一部をｐ側電極となる形状及びｎ側電極となる形状に合わせてドライエッチングにより選択的に除去することにより電極配置部を形成するエッチング工程と、該エッチング工程により形成された前記電極配置部の一方にアクセプタ不純物を含むｐ型電極材料を配置し、該エッチング工程により形成された前記電極配置部の他方にドナー不純物を含むｎ型電極材料を配置する電極材料配置工程と、該電極材料配置工程により配置されている前記ｐ型電極材料及び前記ｎ型電極材料と、前記上部真性半導体層の少なくとも一部と、をアニーリングする工程と、を含む
【００４４】
アニーリングすることにより、アクセプタ不純物及びドナー不純物を真性半導体層に熱拡散させ、ｐ型半導体部及びｎ型半導体部を形成することができる。本半導体レーザの作製方法により、本発明に係る半導体レーザを作製することが可能になる。なお、本半導体レーザの作製方法は特に、ｐ型半導体部及びｎ型半導体部の密度分布が前記真性半導体層の積層方向と略垂直な方向に対向して形成されている場合に有効となる。従って、発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００４５】
本願に係る半導体レーザの作製方法は、真性半導体からなりかつ光を反射してレーザ発振させる下部多重反射層を含んで、真性半導体からなる下部真性半導体層を積層する下部真性半導体層積層工程と、該下部真性半導体層積層工程により積層された前記下部真性半導体層上に、正孔及び電子を閉じ込める閉じ込め層を形成する閉じ込め層形成工程と、該閉じ込め層形成工程により形成された前記閉じ込め層上に、真性半導体からなりかつ光を反射してレーザ発振させる上部多重反射層を含んで、真性半導体からなる上部真性半導体層を積層する上部真性半導体層積層工程と、前記下部真性半導体層積層工程により積層された前記下部真性半導体層の一部と、前記閉じ込め層形成工程により形成された前記閉じ込め層と、前記上部真性半導体層積層工程により積層された前記上部真性半導体層と、をｐ側電極及びｎ型電極の一方となる形状に合わせて選択的にドライエッチングにより除去し、前記上部真性半導体層積層工程により積層された前記上部真性半導体層をｐ側電極及びｎ型電極の他方となる形状に合わせてドライエッチングにより選択的に除去することにより電極配置部を形成するエッチング工程と、該エッチング工程により形成された前記電極配置部の一方にアクセプタ不純物を含むｐ型電極材料を配置し、該エッチング工程により形成された前記電極配置部の他方にドナー不純物を含むｎ型電極材料を配置する電極材料配置工程と、該電極材料配置工程により配置されている前記ｐ型電極材料及び前記ｎ型電極材料と、前記下部真性半導体層の少なくとも一部と、をアニーリングする工程と、を含む。
【００４６】
前述したように、アニーリングすることにより、アクセプタ不純物及びドナー不純物を真性半導体層に熱拡散させ、ｐ型半導体部及びｎ型半導体部を形成することができる。本半導体レーザの作製方法により、本発明に係る半導体レーザを作製することが可能になる。なお、本半導体レーザの作製方法は特に、ｐ型半導体部とｎ型半導体部との間で閉じ込め層を介さずに電流が流れるのを防ぐことができる。従って、発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明により、多重反射層にアクセプタ不純物及びドナー不純物を含むことなく積層方向へのレーザ発振を可能とすることにより、発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。
（実施形態１）
本実施形態の半導体レーザについて、図１を用いて説明する。図１（ｂ）は本発明に係る半導体レーザをレーザ光の出射面から見た構造について説明する図である。図１（ａ）は、図１（ｂ）におけるＡ−Ａ’線の断面図である。図１（ａ）及び（ｂ）において、１２は下部多重反射層、１３は上部多重反射層、１４は閉じ込め層、１５は下部真性半導体層、１６は上部真性半導体層、１７は電極配置部、２１はｐ型半導体部、２２はｎ型半導体部、２３はｐ側電極、２４はｎ側電極、ｄ１はｐ型半導体部２１の最も閉じ込め層１４に近い部分と閉じ込め層１４との距離、ｄ２はｎ型半導体部の２２最も閉じ込め層１４に近い部分と閉じ込め層１４との距離である。
【００４９】
本発明に係る半導体レーザは、下部多重反射層１２、上部多重反射層１３、上部真性半導体層１６、下部真性半導体層１５、閉じ込め層１４、ｐ型半導体部２１、ｎ型半導体部２２、ｐ側電極２３、ｎ側電極２４と、を備える。該半導体レーザは、下部真性半導体層１５、下部多重反射層１２、下部真性半導体層１５、閉じ込め層１４、上部真性半導体層１６、上部多重反射層１３、上部真性半導体層１６、が順に積層されている。
【００５０】
上部真性半導体層１６は、ｐ側電極２３及びｎ側電極２４の配置される位置に、図１（ｂ）に示したように、それらの形状に合わせて一部がエッチングされ、電極配置部１７が形成されている。電極配置部１７のエッチング深さは、図１（ａ）に示したように、上部多重反射層１３を含む上部真性半導体層１６の途中まで達している。
【００５１】
電極配置部１７にｐ側電極２３及びｎ側電極２４が配置される。ｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２は、図１（ｂ）に示したように、ｐ側電極２３及びｎ側電極２４を略中心として、上部真性半導体層１６に形成されている。
【００５２】
なお、ｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２は、閉じ込め層１４の内部で発光した光が上部真性半導体層１６及び下部真性半導体層１５の積層方向に出射することを妨げない位置に形成されていることが好ましい。図１（ａ）及び（ｂ）に記載されているように、ｐ型半導体部２１とｎ型半導体部２２とは、各半導体層の積層方向と略垂直な方向に離れて形成されている。ｐ型半導体部２１とｎ型半導体部２２との距離は限定しない。例えば略２μｍの距離を設けてもよい。この部分を通してレーザ発振された光が出射することになる。これにより、レーザ発振する光がアクセプタ不純物及びドナー不純物で吸収されるのを防ぐことができる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００５３】
さらに、ｐ型半導体部２１及び又はｎ型半導体部２２は、ｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２のそれぞれに電流を供給する電極配置部１７のそれぞれから、閉じ込め層１４との距離が２００ｎｍ以下の部分まで分布していることが好ましい。このとき、図１（ａ）に示した距離ｄ１及び又はｄ２は、２００ｎｍ以下となる。また、図１（ａ）に示したアクセプタ不純物及び又はドナー不純物は、ｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２のそれぞれに電流を供給する各電極配置部１７から、正孔又は電子が閉じ込め層１４へのトンネル効果を生じる部分まで分布している。
【００５４】
距離ｄ１及び又は距離ｄ２が２００ｎｍ以下であることによって、ｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２から正孔及び電子をトンネル効果によって閉じ込め層１４に供給することが可能であり、かつアクセプタ不純物及びドナー不純物の分布の広がりを抑えることができる。これにより、不純物の不必要な分散を防止できるので、下部多重反射層１２及び上部多重反射層１３の反射率の低下を防ぐことが可能になる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００５５】
下部多重反射層１２及び上部多重反射層１３は、閉じ込め層１４で発生した光の少なくとも一部を反射してレーザ発振させるものである。下部多重反射層１２及び上部多重反射層１３は、光を反射する反射層のペアが複数重なった多重反射層である。ブラッグ反射型（ＤＢＲ）を用いてもよい。下部多重反射層１２及び上部多重反射層１３は、閉じ込め層１４の両側に１つずつ配置される。下部多重反射層１２及び上部多重反射層１３は、上部真性半導体層１６及び下部真性半導体層１５のそれぞれの一部に積層されており、閉じ込め層１４及び上部真性半導体層１６及び下部真性半導体層１５の一部を挟んで光共振器を構成する。
【００５６】
下部多重反射層１２及び上部多重反射層１３は、閉じ込め層１４で再結合発光させた光を反射する少なくとも１０ペアの反射層を有することが好ましい。下部多重反射層１２及び上部多重反射層１３を構成する反射層が少なくとも１０ペア備わることにより、レーザ発振の効率を上げることが可能になる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００５７】
上部多重反射層１３及び下部多重反射層１２は、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓのペアからなることが好ましい。ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓの反射層からなることにより、閉じ込め層で発光した光の反射率を上げることが可能になる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００５８】
なお、ＧａＡｓ及びＡｌＧａＡｓのそれぞれの厚さは、Ｌ／｛４×Ｒｅ（ｎ）｝（但し、Ｌは波長、ｎは屈折率、Ｒｅは実部。）にすればよい。ＧａＡｓ及びＡｌＧａＡｓのそれぞれの反射層を厚さＬ／｛４×Ｒｅ（ｎ）｝で交互に積層する。
【００５９】
上部真性半導体層１６及び下部真性半導体層１５は、真性半導体からなるものである。なお、真性半導体に限定されるものではなく、ｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２に比べてキャリア密度すなわちアクセプタ不純物及びドナー不純物の密度の低いものであればよい。上部真性半導体層１６及び下部真性半導体層１５を構成するものとしては、ＩＶ族の半導体がある。ＩＶ族の半導体は、Ｓｉの他、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎ、Ｐｂがある。
【００６０】
ｐ型半導体部２１は、上部真性半導体層１６の一部にアクセプタ不純物が分布したものである。ｐ側電極２３から印加された電圧により、正孔を閉じ込め層１４に供給する。ｎ型半導体部２２は、上部真性半導体層１６の一部にドナー不純物が分布したものである。ｎ側電極２４から印加された電圧により、電子を閉じ込め層１４に供給する。ｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２は、アクセプタ不純物及びドナー不純物の密度が上部真性半導体層１６及び下部真性半導体層１５の略１０倍以上であればよい。
【００６１】
閉じ込め層１４は、正孔及び電子を閉じ込めるものである。閉じ込め層１４は、供給された正孔及び電子を再結合により発光させるものである。閉じ込め層１４を構成する材料は限定しない。例えば、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系半導体でもよい。ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ系又はＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系の半導体を用いてもよい。
【００６２】
ｐ側電極２３及びｎ側電極２４はそれぞれ、ｐ型半導体部２１とｎ型半導体部２２に電圧を印加するものである。これらの電極に用いることのできるものとしては、Ａｕ／Ｔｉがある。
【００６３】
本発明に係る半導体レーザの動作について図１を用いて説明する。ｐ側電極２３及びｎ側電極２４に電圧が印加される。ｐ型半導体部２１に分布するアクセプタ不純物に含まれる正孔は、閉じ込め層１４へ導かれる。ｎ型半導体部２２に分布するドナー不純物に含まれる電子も、閉じ込め層１４へ導かれる。
【００６４】
閉じ込め層１４へ導かれた正孔は、閉じ込め層１４の層内をｎ型半導体部２２の方向へと移動する。一方、閉じ込め層１４へ導かれた電子は、閉じ込め層１４の層内をｐ型半導体部２１の方向へと移動する。これにより、閉じ込め層１４に供給された正孔と電子は、閉じ込め層１４の層内をｐ型半導体部２１とｎ型半導体部２２の間を移動する間に再結合して発光する。閉じ込め層１４で再結合して発光した光は、閉じ込め層１４を挟む下部真性半導体層１５に含まれる下部多重反射層１２と上部真性半導体層１６に含まれる上部多重反射層１３とにより反射され、レーザ発振される。これにより、下部真性半導体層１５及び上部真性半導体層１６の積層方向にレーザ光を上部多重反射層１３を通して出射することが可能となる。
【００６５】
以上説明したように、本発明に係る半導体レーザは、下部多重反射層１２及び上部多重反射層１３にアクセプタ不純物又はドナー不純物を含まずしてレーザ発振させることができる。このため、下部多重反射層１２及び上部多重反射層１３の反射率を高めることが可能になる。例えば、９９．９８％の反射率を有するものを用いることも可能となる。従って、発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００６６】
なお、ｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２は、閉じ込め層１４への投影形状がそれぞれ近接部に頂点を有する凸状であることが好ましい。すなわち、図１（ｂ）に示したように、ｐ型半導体部２１及び又はｎ型半導体部２２の近接部は、閉じ込め層１４で電流狭窄を生じさせるような形状であることが好ましい。このように、ｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２の閉じ込め層１４への投影形状が互いに最近接する部分に鋭角の頂点を有する凸状であることによって、閉じ込め層１４で電流狭窄を生じさせることが可能になる。これにより、正孔と電子とを再結合発光させる効率を上げることが可能になる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００６７】
さらに、ｐ型半導体部２１及び又はｎ型半導体部２２は、下部真性半導体層１５及び上部真性半導体層１６の積層方向と略垂直な方向に対向して形成されていることが好ましい。すなわち、図１（ａ）に示したように、ｐ型半導体部２１とｎ型半導体部２２が、レーザ発振する部分を略同じ深さにエッチングされた電極配置部１７を中心に、アクセプタ不純物又はドナー不純物が分布して形成されていることが好ましい。これにより、ｐ側電極及びｎ側電極の電極配置部１７を形成するエッチングの深さが同じでよいのでエッチング工程が簡易になる。従って、作製が簡易であり、かつ発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００６８】
さらに、閉じ込め層１４は、閉じ込め層１４の積層方向に接する両側の層、すなわち下部真性半導体層１５及び上部真性半導体層１６よりもエネルギーギャップが低い２重ヘテロ構造を有することが好ましい。閉じ込め層１４のエネルギーギャップが上部真性半導体層１６及び下部真性半導体層１５の材料よりも小さければ、閉じ込め層１４に供給された正孔及び電子を閉じ込め層内に閉じ込めることができる。これにより、閉じ込め層に正孔及び電子を効率よく閉じ込めることができる。本発明では、閉じ込め層１４は上部真性半導体層１６及び下部真性半導体層１５に挟まれるので、閉じ込め効果を大きくすることが可能になる。従って、発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００６９】
さらに、閉じ込め層１４は、正孔及び電子を閉じ込める効果を有する量子井戸構造を含むことが好ましい。量子井戸構造は限定しない。閉じ込め層を電子、正孔のドブロイ波長程度以下の厚さ（１０ｎｍのオーダ）にして２次元平面内に閉じ込めるものものでもよい。このような構造にすることにより、正孔及び電子を閉じ込め層１４の層内に閉じ込めることが可能になる。
【００７０】
電子及び正孔を直線上に閉じ込める量子細線構造を有するものでも良い。量子細線構造を有することで、正孔及び電子の動きを制限することが可能になる。さらに電子及び正孔を３次元的に閉じ込める量子ドット構造を有するものでもよい。量子ドット構造を有することで、正孔及び電子が閉じ込め層１４に閉じ込める効果を大きくすることが可能になる。さらに、量子井戸構造が２層以上重なった多量子井戸構造でもよい。多量子井戸構造にすれば、より多くの正孔及び電子を閉じ込め層１４の層内に閉じ込めることが可能になる。
【００７１】
量子井戸構造は限定しない。量子井戸構造の実施例としては、平滑化したＧａＡｓバッファ層の上に２．５原子層のＩｎＡｓを成長してもよい。これにより、ＩｎＡｓとＧａＡｓバッファ層の格子定数の差に起因して、厚さが数原子層程度で直径が数百原子層程度に凝集した島状の量子ドットが形成できる。
【００７２】
このように、閉じ込め層１４が量子井戸構造を含むことにより、閉じ込め層１４に正孔及び電子を閉じ込める効果を高めることができる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００７３】
さらに、閉じ込め層１４は、ｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２の閉じ込め層への射影部を互いにつなぐ少なくとも一部に狭窄形状を有することが好ましい。すなわち、閉じ込め層はメサ構造を有することが好ましい。
この閉じ込め層１４の一例を図３及び図４に示した。図３は、本発明に係る半導体レーザの閉じ込め層１４をレーザ光の出射面から見た形状を説明する図である。図１と同様に、１５は下部真性半導体層、１６は上部真性半導体層、１４は閉じ込め層を示す。図４は、図３に示したＢ−Ｂ’線の断面図である。ｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２をつなぐ中央付近は、図３に示すように、狭窄形状を有している。
【００７４】
この実施例としては、エッチング等で閉じ込め層のみを取り除いて狭窄形状を作製し、閉じ込め層１４にさらに上部真性半導体層１６を積層する。この狭窄形状により図４に示すように周囲を上部真性半導体層１６又は下部真性半導体層１５を構成する真性半導体によって囲まれるため、正孔及び電子が存在可能な部分をさらに制限し、正孔及び電子を再結合発光させる効率を上げることができる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００７５】
さらに、閉じ込め層１４は、ｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２の閉じ込め層１４への射影部の互いに近接する部分を結ぶストライプ構造を有することが好ましい。本発明の実施例を図５及び図６に示した。図５は、閉じ込め層をレーザ光の出射面から見た構造を説明する図である。図６は、図５に示したＢ−Ｂ’線の切断面である。
【００７６】
図５に示すように、前述の図３及び４で説明した電流狭窄構造に、さらにｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２をつなぐストライプ構造となっている。図６に示すように、閉じ込め層１４は、閉じ込め層１４をストライプ状に加工し、その周囲を高抵抗な半導体結晶で埋め込んだ埋め込みヘテロ構造を有することが好ましい。これにより、正孔及び電子が移動する部分をさらに狭くすることができるので、正孔及び電子を再結合発光させる効率を上げることができる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００７７】
さらに、電場を発生させるレンズ電極を下部真性半導体層１５の少なくとも一部にさらに有することが好ましい。本発明の実施例を図７に示した。図７は、レンズ電極が４つ配置された例について説明する図である。図７（ｂ）は、図１に示した下部真性半導体層１５の底面の４隅にレンズ電極２７が配置されている様子を示す。図７（ａ）は、図７（ｂ）におけるＡ−Ａ’線の断面を横から見た図である。図７（ｂ）に示すように、半導体レーザの４隅にレンズ電極２７を形成し、電場を発生させることにより、正孔及び電子の移動を制限し、正孔及び電子が再結合して発光する効率を上げることもできる。
【００７８】
なお、レンズ電極２７の数は限定しない。複数方向のレンズ電極を用いることにより、正孔及び電子の移動をさらに細かく制限することができる。この方法は、二極電磁石や四極電磁石などの電磁石を応用することもできる。また、レンズ電極の形状も限定するものではなく、これにより、正孔及び電子を再結合発光させる効率を上げることができる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００７９】
上部多重反射層１３と下部多重反射層１２との距離は、レーザ発振させる波長に対して１波長以上３０波長以下であることが好ましい。
レーザ発振させる波長は、閉じ込め層１４で再結合して発光するブロードな波長帯に含まれる波長である。上部多重反射層１３と下部多重反射層１２との距離が、閉じ込め層１４で再結合して発光する光の波長に対して１波長以上３０波長以下であることによって、レーザ発振する位相条件が揃えやすくなる。また、閉じ込め層１４で再結合して発光する光の波長に対して３０波長以下であることによって半導体レーザが薄くなる。半導体レーザが薄ければ放熱性が向上するので、少ない電流でも安定したレーザ発振が可能になる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００８０】
本発明に係る図１で説明した半導体レーザの作製方法について図８〜図１１を用いて説明する。本発明に係る半導体レーザの作製方法は、真性半導体からなりかつ光を反射してレーザ発振させる下部多重反射層１２を含んで、真性半導体からなる下部真性半導体層１５を積層する下部真性半導体層積層工程と、該下部真性半導体層積層工程により積層された下部真性半導体層１５上に、正孔及び電子を閉じ込める閉じ込め層１４を形成する閉じ込め層形成工程と、該閉じ込め層形成工程により形成された閉じ込め層上１４に、真性半導体からなりかつ光を反射してレーザ発振させる上部多重反射層１３を含んで、真性半導体からなる上部真性半導体層１６を積層する上部真性半導体層積層工程と、該上部真性半導体層積層工程により積層された上部真性半導体層１６の一部をｐ側電極となる形状及びｎ側電極となる形状に合わせてドライエッチングにより選択的に除去することにより電極配置部１７を形成するエッチング工程と、該エッチング工程により形成された電極配置部１７の一方にアクセプタ不純物を含むｐ型電極材料２５を配置し、該エッチング工程により形成された電極配置部１７の他方にドナー不純物を含むｎ型電極材料２６を配置する電極材料配置工程と、該電極材料配置工程により配置されているｐ型電極材料２５及びｎ型電極材料２６と、上部真性半導体層１６の少なくとも一部と、をアニーリングする工程と、を含む。
【００８１】
図８は、基板上に各半導体層を積層する工程を説明する図である。基板の上に、真性半導体からなる下部真性半導体層であるＳｉを積層する。その上に、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓとを１０ペア積層して下部多重反射層１２を積層し、その上に下部真性半導体層１５であるＳｉを積層する。次に、積層した下部真性半導体層１５の上に閉じ込め層１４を形成する。次に、閉じ込め層１４の上に上部真性半導体層１６であるＳｉを積層し、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓとを１０ペア積層して上部多重反射層１３を積層し、その上に上部真性半導体層１６であるＳｉを積層する。各半導体層の積層は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により積層する。
【００８２】
次に、閉じ込め層１４の上に積層されている上部真性半導体層１６をｐ側電極２３となる形状及びｎ側電極２４となる形状に合わせて選択的にドライエッチングにより除去する。これにより電極配置部１７を形成する。図９（ｂ）は、レーザ光の出射面から該半導体レーザを見たエッチング形状について説明する図である。図９（ａ）は、図９（ｂ）におけるＡ−Ａ’線の断面図である。図９（ｂ）に示したように、上部多重反射層１３を含む上部真性半導体層１６を、半導体レーザの中央部を残して両側から湾曲した凸形状にエッチングを行う。フォトリソグラフィにより上部真性半導体層１６の上面に図９（ｂ）に示した形状に合わせてレジストマスクを形成し、フッ素又は塩素系のハロゲンガスをエッチャントに用いてドライエッチングを行う。エッチングの深さは限定しないが、閉じ込め層１４が露出しない深さで止める。
【００８３】
次に、ｐ型電極材料２５及びｎ型電極材料２６を形成する例を図１０に示した。図１０（ｂ）は、該半導体レーザをレーザ光の出射面から見た構造について説明する図である。図１０（ａ）は、図１０（ｂ）におけるＡ−Ａ’線の断面図である。図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、ドライエッチングによって形成した電極配置部１７に、ｐ型電極材料２５及びｎ型電極材料２６をそれぞれ固定する。固定するそれぞれの電極材料の形状は、半導体レーザの端面となる部分を中心とする半円を底面とする柱形状に、半導体レーザの中央に向かうにつれて細くなる円錐が組み合された形状となっている。ｐ型電極材料２５とｎ型電極材料２６は対向しており、かつそれらに備わる円錐形状の先端はレーザ発振を妨げないための隙間を設けている。
【００８４】
なお、ｐ型電極材料２５にはＳｎ／Ａｕを、ｎ型電極材料２６にはＺｎ／Ａｕを用いることができる。ｐ型電極材料２５及びｎ型電極材料２６の固定は、フォトリソグラフィによりレジストマスクを形成し、それぞれの電極材料を上部真性半導体層１６の上に積層してリフトオフすることにより行う。
ｐ型電極材料２５は、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ＋Ｓｉ等のアクセプタ不純物を添加したものを用いてもよい。また、ｎ型電極材料２６は、Ｍｇ、Ｃ、Ｂｅ、Ｂ等のドナー不純物を添加したものを用いてもよい。
【００８５】
次に、少なくともｐ型電極材料２５、ｎ型電極材料２６及び上部真性半導体層１６をアニーリングする。例えば、レーザアニールにより、ｐ型電極材料２５、ｎ型電極材料２６及び上部真性半導体層１６を、部分選択的にアニーリングしてもよい。このアニーリングにより、ｐ型電極材料２５からはアクセプタ不純物を、ｎ型電極材料２６からはドナー不純物を上部真性半導体層１６に分布させることができる。
【００８６】
アニーリングの方法は、これに限定されるものではない。例えば、窒素、アルゴンなどの不活性気体中で熱する熱アニールによって行ってもよい。例えば、ランプアニールによって行ってもよい。アニーリングの条件は、ｐ型電極材料２５、ｎ型電極材料２６及び上部真性半導体層１６の材料や結晶構造などに応じて選択すればよい。例えば、閃亜鉛鉱構造又はウルツ鉱の真性半導体にアニーリングする場合は、温度は略１５０度から９００度、時間は略１秒から１００時間アニーリングすることにより、ｐ型電極材料２５及びｎ型電極材料２６に添加されたアクセプタ不純物及びドナー不純物を上部真性半導体層１６に分布させることができる。
【００８７】
図１１は、アニーリングによって分布させたアクセプタ不純物及びドナー不純物の様子を説明する図である。図１１（ｂ）はアクセプタ不純物及びドナー不純物の閉じ込め層１４への投影形状を示す。図１１（ａ）は、図１１（ｂ）におけるＡ−Ａ’線の断面図である。図中に示した２５はｐ型電極材料、２６はｎ型電極材料、２１はｐ型半導体部、２２はｎ型半導体部を示す。アニーリングすることで、各電極材料に含まれるアクセプタ不純物及びドナー不純物を上部真性半導体層１６に図１１に示すように分布させることが可能になる。これにより、閉じ込め層１４の中央部で電流狭窄が生じるようにｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２を形成することが可能になる。
【００８８】
以上、前述の図１に示した本発明に係る半導体レーザの作製工程について説明した。上記作製工程により、発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００８９】
上記の実施形態１に説明した半導体レーザは、次のような構成にしてもよい。ＧａＡｓ基板と、５００ｎｍのＧａＡｓと、８２．０２ｎｍのＡｌ０．９５ＧａＡｓからなる反射層及び６９．３３ｎｍのＧａＡｓからなる反射層が３８ペア積層された下部多重反射層と、８２．０２ｎｍのＡｌ０．９５ＧａＡｓと、１０７．６５ｎｍのＧａＡｓと、１５ｎｍのＧａＡｓと、７５ｎｍのＩｎ０．２ＧａＡｓと、１０ｎｍのＧａＡｓと、７．５ｎｍのＩｎ０．２ＧａＡｓ、１５ｎｍのＧａＡｓと、１０７．６５ｎｍのＧａＡｓ、８２．０２ｎｍのＡｌ０．９５ＧａＡｓからなる反射層及び６９．３３ｎｍのＧａＡｓからなる反射層が２７ペア積層された上部多重反射層と、が順に積層されたものでもよい。このような構造にすることにより、９８０ｎｍの光をレーザ発振させることができる。
【００９０】
（実施形態２）
本実施形態に係る半導体レーザについて図１２を用いて説明する。本半導体レーザは、ｐ型半導体部２１とｎ型半導体部２２とは、ｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２のアクセプタ不純物及びドナー不純物の密度分布の最も高い部分が閉じ込め層１４を挟んで配置される。図１２は、本発明に係る半導体レーザの断面構造について説明する図である。図１２は前述の図１とほぼ同じであるが、ｐ側電極２３及びｐ型半導体部並びにｎ側電極２４及びｎ型半導体部２２の配置が異なる。図１と同様に、１２は下部多重反射層、１３は上部多重反射層、１５は下部真性半導体層、１６は上部真性半導体層、１４は閉じ込め層、２１はｐ型半導体部、２２はｎ型半導体部、２３はｐ側電極、２４はｎ側電極を示す。
【００９１】
上部真性半導体層１６及び上部多重反射層１３及び閉じ込め層１４、下部真性半導体層１５、の一部がｎ側電極２４の配置される位置にそれらの形状に合わせて一部がエッチングされ、電極配置部が形成されている。ｎ側電極２４は該電極配置部が形成されている下部真性半導体層１５の上に形成されている。ｎ側電極２４は、エッチングにより露出した閉じ込め層１４と接するように配置されている。ｎ型半導体部２２は、ｎ側電極２４を略中心として下部真性半導体層１５及び上部真性半導体層１６に分布して形成されている。
【００９２】
一方、ｐ側電極２３は閉じ込め層１４に達しない深さにエッチングされた上部真性半導体層１６の上に形成されている。ｐ型半導体部２１は、ｐ側電極２３を略中心として上部多重反射層１３を含む上部真性半導体層１６及び下部真性半導体層１５に閉じ込め層１４をまたいで分布している。
【００９３】
ｐ型半導体部２１とｎ型半導体部２２とは重なることはなく、下部真性半導体層１５及び上部真性半導体層１６の積層方向及び該積層方向に対して垂直な方向に離れて配置されている。これにより、下部多重反射層１２及び上部多重反射層１３の２つの多重反射層に光を吸収する不純物を配置することなく閉じ込め層１４内で発光した光をレーザ発振することが可能になる。
【００９４】
このようなｐ型半導体部２１とｎ型半導体部２２との間に閉じ込め層１４が配置される構成によっても、アクセプタ不純物及びドナー不純物による下部多重反射層及び上部多重反射層の反射率の低下を防ぎ、発光効率を向上することが可能となる。従って、発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００９５】
ｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２の少なくとも一方は、上部真性半導体層１６と下部真性半導体層１５とにまたがって形成されていることが好ましい。すなわち、ｐ型半導体部２１に備わるアクセプタ不純物及びｎ型半導体部２２に備わるドナー不純物のどちらかは、上部真性半導体層１６と下部真性半導体層１５とにまたがって分布していることが好ましい。これにより、ｐ型半導体部２１及び又はｎ型半導体部２２は、正孔及び又は電子を閉じ込め層に効率よく供給することができる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【００９６】
本実施形態の半導体レーザの作製方法について図１２及び１３を用いて説明する。本発明に係る半導体レーザの作製方法は、基板上に真性半導体からなりかつ光を反射してレーザ発振させる下部多重反射層１２を含んで、真性半導体からなる下部真性半導体層１５を積層する下部真性半導体層積層工程と、該下部真性半導体層積層工程により積層された下部真性半導体層１５上に、正孔及び電子を閉じ込める閉じ込め層１４を形成する閉じ込め層形成工程と、該閉じ込め層形成工程により形成された閉じ込め層１４上に、真性半導体からなりかつ光を反射してレーザ発振させる上部多重反射層１３を含んで、真性半導体からなる上部真性半導体層１６を積層する上部真性半導体層積層工程と、前記下部真性半導体層積層工程により積層された下部真性半導体層１５の一部と、前記閉じ込め層形成工程により形成された閉じ込め層１４と、前記上部真性半導体層積層工程により積層された上部真性半導体層１６と、をｐ側電極２３及びｎ型電極２４の一方となる形状に合わせて選択的にドライエッチングにより除去し、前記上部真性半導体層積層工程により積層された上部真性半導体層１６をｐ側電極２３及びｎ型電極２４の他方となる形状に合わせてドライエッチングにより選択的に除去することにより電極配置部を形成するエッチング工程と、該エッチング工程により形成された前記電極配置部の一方にアクセプタ不純物を含むｐ型電極材料２５を配置し、該エッチング工程により形成された前記電極配置部の他方にドナー不純物を含むｎ型電極材料２６を配置する電極材料配置工程と、該電極材料配置工程により配置されたｐ型電極材料２５及びｎ型電極材料２６と、下部真性半導体層１５の少なくとも一部と、をアニーリングする工程と、を含む。
【００９７】
本実施形態の半導体レーザの作製工程も、実施形態１の図８〜１１で説明したものとほぼ同じである。実施形態１との差異は、ドライエッチングにより除去する深さである。
本実施形態では、上部真性半導体層１６及び閉じ込め層１４をドライエッチングにより選択的に除去する工程において、電極配置部を形成するドライエッチングの深さがｐ側電極２３とｎ側電極２４とで異なる。
【００９８】
図１３にドライエッチング後の半導体レーザの断面構造を示す。ｎ側電極の電極配置部は、上部多重反射層１３を含む上部真性半導体層１６、閉じ込め層１４及び下部真性半導体層１５の一部がドライエッチングにより除去されることにより形成されている。下部真性半導体層１５は、閉じ込め層１４と接する面に近い部分のみが除去されている。閉じ込め層１４に電気的に接続できるように下部真性半導体層１５の上にｎ側電極２４を形成し、ｎ側電極２４から直接閉じ込め層１４に電流を供給することが可能になる。
【００９９】
一方のｐ側電極の電極配置部は、上部多重反射層１３を含む上部半導体層１６を閉じ込め層１４に達しない深さにドライエッチングで除去されることにより形成されている。すなわち、ｐ側電極の電極配置部は上部真性半導体層１６に配置されている。なおｐ側電極の電極配置部と閉じ込め層１４との距離は限定しない。上記により形成したｐ側電極及びｎ側電極の電極配置部にｐ型電極材料及びｎ型電極材料を固定し、アニーリングによりアクセプタ不純物及びドナー不純物を熱拡散させてｐ型半導体部及びｎ型半導体部を形成する。
【０１００】
以上、前述の図１２に示した本発明に係る半導体レーザの作製工程について説明した。上記作製工程により、ｐ型半導体部とｎ型半導体部との間で閉じ込め層を介さずに電流が流れるのを防ぎ、かつ発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【０１０１】
なお、実施形態１及び２において、ｐ型半導体部２１及び又はｎ型半導体部２２は、ｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２に電流を供給する電極配置部１７から、閉じ込め層１４に達する部分まで分布していてもよい。本実施形態の半導体レーザの構造を図２に示した。図２は図１（ａ）に示した半導体レーザとほぼ同じ半導体レーザである。図１との違いは、ｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２の分布している範囲である。図１と比較して広く、ｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２は、閉じ込め層１４の上に配置されている上部真性半導体層１６から閉じ込め層１４の下に配置されている下部真性半導体層１５まで分布している。これにより、ｐ型半導体部２１及び又はｎ型半導体部２２は、正孔及び又は電子を閉じ込め層１４に供給する効率を上げることができる。従って、さらに発光効率を向上しかつレーザ発振する閾値を低下させることの可能な半導体レーザの提供が可能になる。
【０１０２】
また、実施形態１及び２において、ｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２とは積層方向と略垂直な方向の距離は２μｍとしたが、これに限定されるものではない。２μｍより狭くても下部真性半導体層１５及び上部真性半導体層１６には導電性を有するに十分なアクセプタ不純物又はドナー不純物が含まれないので、従来と比較してレーザ発振の効率を向上することが可能になる。また、２μｍよりも広い場合でも、閉じ込め層１４を狭窄形状にすることで、閉じ込め層１４で効率よく発光させることが可能である。
また、下部多重反射層１２及び上部多重反射層１３はそれぞれ、下部真性半導体層１５及び上部真性半導体層１６のどの位置に積層されていてもよい。閉じ込め層１４を挟む下部多重反射層１２及び上部多重反射層１３の距離によって増幅される光の波長が可変することもできる。
【０１０３】
電極配置部１７と閉じ込め層１４との距離は限定しない。電極配置部１７と閉じ込め層１４との距離が２００ｎｍ以内であれば、電極配置部１７に形成した各電極と閉じ込め層１４との間でトンネル効果が起きる効率が高くなるので、ｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２から閉じ込め層に正孔及び電子を供給する効率を高くすることができる。
【０１０４】
また、下部多重反射層１２及び上部多重反射層１３は、上記実施形態ではＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系を用いたが、これに限定されない。ＡｌＧａＮ系、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ系等も用いることができる。
また、上部多重反射層１３は、誘電体でもよい。例えば、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２系、ＺｒＯ／ＳｉＯ２系、ＭｇＯ／ＳｉＯ２系等がある。このような材料を用いることで、光の吸収の少ない上部多重反射層を形成することが可能になる。
【０１０５】
また、下部多重反射層１２及び上部多重反射層１３のペア数は限定しない。アクセプタ不純物及びドナー不純物を含まなくても良いので、下部多重反射層１２及び上部多重反射層１３を構成するペア数を増やすことが可能になる。前述の実施形態では１０ペアとしたが、２０ペアでも、３０ペアでもよい。ペア数を増加することにより、下部多重反射層１２及び上部多重反射層１３の反射率をさらに高くし、発光効率を向上することが可能になる。
【０１０６】
また、上部真性半導体層１６及び下部真性半導体層１５は、原子同士が互いの最外殻に持つ電子を共有することのできる真性半導体に限定されるものではない。
ｐ型半導体部２１及びｎ型半導体部２２よりもアクセプタ不純物及びドナー不純物の密度が１／１０以下のＩＩＩ−Ｖ族又はＩＩ−ＶＩ族の半導体でもよい。すなわち、アクセプタ不純物及びドナー不純物の密度が１０の１８乗の場合は、１０の１６乗以下のＩＩＩ−Ｖ族又はＩＩ−ＶＩ族の半導体でもよい。ＩＩＩ−Ｖ族の半導体には、例えば、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰがある。Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、ＴｌのＩＩＩ族元素の少なくとも１種と、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、ＢｉのＶ族元素の少なくとも１種と、から構成されるものでもよい。ＩＩ−ＶＩ族の半導体には、例えば、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＢｅＳｅ、ＢｅＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅがある。
【０１０７】
上部真性半導体層１６及び下部真性半導体層１５は、下部多重反射層１２及び上部多重反射層１３と同じ材料を用いて形成してもよい。すなわち、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、ＡｌＧａＮ系、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ系も用いることができる。また、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２系、ＺｒＯ／ＳｉＯ２系、ＭｇＯ／ＳｉＯ２系等の誘電体でもよい。
【０１０８】
また、結晶成長方法としてＭＯＣＶＤを用いる場合について説明したが、これに限定されない。例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、液相エピタキシー（ＬＰＥ）等を用いてもよい。
【０１０９】
また、固定するｐ型電極材料及びｎ型電極材料の形状は限定しない。半導体レーザの端面から中央に伸びる棒状に配置しても良い。櫛状にして複数箇所に電流狭窄を生じさせてもよい。
また、ｐ型電極材料及びｎ型電極材料を固定する方法は限定しない。例えば、ＣＶＤ（化学気相成長）法でもよいし、蒸着又はスパッタリングでもよい。金属膜を蒸着することによっても固定することができる。
【０１１０】
また、ｐ側電極、ｎ側電極及びレンズ電極は、Ａｕ／Ｔｉに限定されない。Ｐｔ／Ｔｉ系合金、Ａｕ系合金など、化合物半導体プロセスで用いられるような材料でもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明の半導体レーザは、光通信装置又はセンサー等に使用される光源、照明、光集積回路に適用することができる。さらに、閉じ込め層と真性半導体層との積層構造で構成できるため、レーザ発振時に生じる熱が外部に逃げやすく、クラックが生じにくい半導体レーザを提供することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明に係る半導体レーザの構造について説明する図である。
【図２】本発明に係る半導体レーザの断面構造を説明する図である。
【図３】本発明に係る半導体レーザの閉じ込め層をレーザ光の出射面から見た形状を説明する図である。
【図４】図３に示したＢ−Ｂ’線の断面図である。
【図５】閉じ込め層をレーザ光の出射面から見た構造を説明する図である。
【図６】図５に示したＢ−Ｂ’線の切断面である。
【図７】レンズ電極が配置された例について説明する図である。
【図８】基板上に各半導体層を積層する工程を説明する図である。
【図９】レーザ光の出射面から見たエッチング形状について説明する図である。
【図１０】ｐ型電極材料及びｎ型電極材料の形成例について説明する図である。
【図１１】アニーリングによって分布させたアクセプタ不純物及びドナー不純物の様子を説明する図である。
【図１２】本発明に係る半導体レーザの断面構造について説明する図である。
【図１３】エッチング後の半導体レーザの断面構造を説明する図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１２  下部多重反射層
１３  上部多重反射層
１４  閉じ込め層
１５  下部真性半導体層
１６  上部真性半導体層
１７  電極配置部
２１  ｐ型半導体部
２２  ｎ型半導体部
２３  ｐ側電極
２４  ｎ側電極
２５  ｐ型電極材料
２６  ｎ型電極材料
２７  レンズ電極
ｄ１、ｄ２  距離  
【図１】
2006019473.tif 000003
【図２】
2006019473.tif 000004
【図３】
2006019473.tif 000005
【図４】
2006019473.tif 000006
【図５】
2006019473.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006019473.tif 000009
【図８】
2006019473.tif 000010
【図９】
2006019473.tif 000011
【図１０】
2006019473.tif 000012
【図１１】
2006019473.tif 000013
【図１２】
2006019473.tif 000014
【図１３】
2006019473.tif 000015