(57)【要約】【課題】第１コンタクト層と活性層との間の電気抵抗を低減できる面発光レーザを提供する。【解決手段】面発光レーザは、基板と、前記基板上に設けられ、分布ブラッグ反射のための第１積層と、前記基板上に設けられた活性層と、前記基板上に設けられた第１コンタクト層と、前記第１コンタクト層の上面に接触を成す第１オーミック電極と、を備え、前記基板、前記活性層、前記第１コンタクト層、及び前記第１積層は、第１軸の方向に順に配列される。【選択図】図２
2019033210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面発光レーザであって、
基板と、
前記基板上に設けられ、分布ブラッグ反射のための第１積層と、
前記基板上に設けられた活性層と、
前記基板上に設けられた第１コンタクト層と、
前記第１コンタクト層の上面に接触を成す第１オーミック電極と、
を備え、
前記基板、前記活性層、前記第１コンタクト層、及び前記第１積層は、第１軸の方向に順に配列される、面発光レーザ。
【請求項２】
前記基板と前記活性層との間に設けられ、分布ブラッグ反射のための第２積層と、
前記基板と前記活性層との間に設けられた第２コンタクト層と、
前記第２コンタクト層の上面に接触を成す第２オーミック電極と、
を備える、請求項１に記載された面発光レーザ。
【請求項３】
前記第２コンタクト層が前記第２積層と前記活性層との間に設けられ、
前記第２積層がアンドープ半導体を含む、請求項２に記載された面発光レーザ。
【請求項４】
前記第１積層がアンドープ半導体を含む、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された面発光レーザ。
【請求項５】
前記第１コンタクト層は、前記第１積層を搭載する第１部分と、前記第１コンタクト層の前記上面を有する第２部分とを有し、
前記第１部分のドーパント濃度が、前記第２部分のドーパント濃度よりも低い部分を有する、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された面発光レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、面発光レーザを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８１９４２号公報（特許第４０６９３８３号公報）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１１は、特許文献１に記載された面発光レーザの断面を示す図である。この面発光レーザ１００は、ＧａＡｓ基板１０１と、ＧａＡｓ基板１０１上に設けられた下部多層反射膜１０２と、下部多層反射膜１０２上に設けられたｎ型コンタクト層１０３と、ｎ型コンタクト層１０３上に設けられたスペーサ層１０４と、スペーサ層１０４上に設けられた活性層１０５と、活性層１０５上に設けられた電流狭窄層１０６と、電流狭窄層１０６上に設けられた上部多層反射膜１０７と、上部多層反射膜１０７上に設けられたｐ型コンタクト層１０８と、ｐ型コンタクト層１０８上に設けられたｐ型オーミック電極１０９とを備える。スペーサ層１０４、活性層１０５、電流狭窄層１０６、上部多層反射膜１０７、及びｐ型コンタクト層１０８は、メサ部１２０を構成している。ｎ型オーミック電極１１０は、ｎ型コンタクト層上に設けられている。
【０００５】
図１１に示される面発光レーザでは、ｐ型コンタクト層１０８からの電流が、上部分布ブラッグ反射構造として働く上部多層反射膜１０７を介して活性層に到達する。この電流は、上部分布ブラッグ反射構造を最上部から最下部までの経路を流れる。電流経路の短縮は、コンタクト層と活性層との間の電気抵抗を下げることに有効である。
【０００６】
本発明の一側面は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、コンタクト層と活性層との間の電気抵抗を低減できる面発光レーザを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る面発光レーザは、基板と、前記基板上に設けられ、分布ブラッグ反射のための第１積層と、前記基板上に設けられた活性層と、前記基板上に設けられた第１コンタクト層と、前記第１コンタクト層の上面に接触を成す第１オーミック電極と、を備え、前記基板、前記活性層、前記第１コンタクト層、及び前記第１積層は、第１軸の方向に順に配列され、前記第１コンタクト層の前記上面は、前記第１軸に交差する第１基準面に沿って延在する。
【０００８】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一側面に係る面発光レーザによれば、コンタクト層と活性層との間の電気抵抗を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、一実施形態に係る面発光レーザの構造を模式的に示す平面図である。
【図２】図２は、図１に示されたＩＩ−ＩＩ線に沿って取られた断面を模式的に示す図である。
【図３】図３は、図２に示された面発光レーザの一部を示す拡大図である。
【図４】図４は、一実施形態に係る面発光レーザを製造する方法における主要な工程を示す図である。
【図５】図５は、一実施形態に係る面発光レーザを製造する方法における主要な工程を示す図である。
【図６】図６は、一実施形態に係る面発光レーザを製造する方法における主要な工程を示す図である。
【図７】図７は、一実施形態に係る面発光レーザを製造する方法における主要な工程を示す図である。
【図８】図８は、実施例１に係る面発光レーザの断面を示す図である。
【図９】図９は、実施例２に係る面発光レーザの断面を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、実施例３に係る面発光レーザの断面を模式的に示す図である。
【図１１】図１１は、特許文献１に記載された面発光レーザの断面を示す図である。
【図１２】図１２は、比較例による面発光レーザの断面を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
引き続き、いくつかの具体例を説明する。
【００１２】
具体例に係る面発光レーザは、（ａ）基板と、（ｂ）前記基板上に設けられ、分布ブラッグ反射のための第１積層と、（ｃ）前記基板上に設けられた活性層と、（ｄ）前記基板上に設けられた第１コンタクト層と、（ｅ）前記第１コンタクト層の上面に接触を成す第１オーミック電極と、を備え、前記基板、前記活性層、前記第１コンタクト層、及び前記第１積層は、第１軸の方向に順に配列される。
【００１３】
面発光レーザによれば、第１オーミック電極からのキャリアは、第１軸の方向に順に配列される基板、活性層、第１コンタクト層、及び第１積層を含む半導体領域内において、第１積層を経由することなく、第１コンタクト層を介して活性層に到達できる。第１コンタクト層の上面は、第１軸に交差する第１基準面に沿って延在し、第１オーミック電極を搭載できる。
【００１４】
具体例に係る面発光レーザは、前記基板と前記活性層との間に設けられ、分布ブラッグ反射のための第２積層と、前記基板と前記活性層との間に設けられた第２コンタクト層と、前記第２コンタクト層の上面に接触を成す第２オーミック電極と、を備える。
【００１５】
面発光レーザによれば、第１オーミック電極からのキャリアは、基板と活性層との間に設けられた第２コンタクト層を含む半導体領域内において、第２コンタクト層を介して活性層に到達できる。第２コンタクト層の上面は、第１軸に交差する第２基準面に沿って延在し、第２オーミック電極を搭載できる。
【００１６】
具体例に係る面発光レーザでは、前記第１積層がアンドープ半導体を含む。
【００１７】
面発光レーザによれば、第１積層のアンドープ半導体は第１コンタクト層から活性層へのキャリアの流れを妨げない。
【００１８】
具体例に係る面発光レーザでは、前記第２コンタクト層が前記第２積層と前記活性層との間に設けられ、前記第２積層がアンドープ半導体を含む。
【００１９】
面発光レーザによれば、第２積層のアンドープ半導体は第２コンタクト層から活性層へのキャリアの流れを妨げない。
【００２０】
具体例に係る面発光レーザでは、前記第１コンタクト層は、前記第１積層を搭載する第１部分と、前記第１コンタクト層の前記上面を有する第２部分とを有し、前記第１部分のドーパント濃度が、前記第２部分のドーパント濃度よりも低い部分を含む。
【００２１】
面発光レーザによれば、第１コンタクト層に第１部分及び第２部分を設けることにより、レーザ光が伝搬する第１積層から、高い濃度のドーパントを有し第１積層を搭載しない第２部分を離すことができる。
【００２２】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、面発光レーザ、面発光レーザを作製する方法に係る実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係る面発光レーザを示す平面図である。図２は、図１に示されたＩＩ−ＩＩ線に沿って取られた断面において面発光レーザを模式的に示す図である。図３は、図２において符合ＢＯＸによって示された面発光レーザ１Ａを示す拡大図である。図８は、実施例１に係る面発光レーザ１Ａの断面を示す図である。図９は、実施例２に係る面発光レーザ１Ｂの断面を模式的に示す図である。図１０は、実施例３に係る面発光レーザ１Ｃの断面を模式的に示す図である。本実施形態の面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、垂直共振型の構造を備える。本実施形態の面発光レーザを説明する。
【００２４】
面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、基板１０と、基板１０上に設けられ上部分布ブラッグ反射器に含まれる第１積層１６、基板１０上に設けられた活性層１３、及び基板１０上に設けられた第１コンタクト層１５を備える。基板１０、活性層１３、第１コンタクト層１５、及び第１積層１６は、第１軸Ａｘ１の方向に順に配列される。
【００２５】
面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）によれば、第１コンタクト層１５に接触を成す第１オーミック電極３１からのキャリアは、第１軸Ａｘ１の方向に順に配列される基板１０、活性層１３、第１コンタクト層１５、及び第１積層１６を含むポスト内において、第１積層１６を経由することなく、第１コンタクト層１５を介して活性層１３に到達できる。
【００２６】
具体的には、面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）では、第１オーミック電極３１は、第１コンタクト層１５の上面に接触を成す。面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）によれば、第１オーミック電極３１からのキャリアは、第１軸Ａｘ１の方向に順に配列される基板１０、活性層１３、第１コンタクト層１５、及び第１積層１６を含むポスト内において、第１積層１６を経由することなく、第１コンタクト層１５を介して活性層１３に到達できる。第１コンタクト層１５の上面は、第１軸Ａｘ１に交差する第１基準面Ｒ１ＥＦに沿って延在し、第１オーミック電極３１を搭載できる。
【００２７】
面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、基板１０と活性層１３との間に設けられ下部分布ブラッグ反射器に含まれる第２積層１１、基板１０と活性層１３との間に設けられた第２コンタクト層１２、及び第２コンタクト層１２の上面に接触を成す第２オーミック電極３２を更に備える。
【００２８】
面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）によれば、第２オーミック電極３２からのキャリアは、基板１０と活性層１３との間に設けられた第２コンタクト層１２を含む半導体領域内において、第２コンタクト層１２を介して活性層１３に到達できる。第２コンタクト層１２の上面は、第１軸Ａｘ１に交差する第２基準面Ｒ２ＥＦに沿って延在し、第２オーミック電極３２を搭載できる。
【００２９】
面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）では、第２オーミック電極３２は、第２導電型の半導体層、具体的には第２コンタクト層１２に電気的に接続される。第２オーミック電極３２は、例えばＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉといった金属材料を含む。具体的には、第２オーミック電極３２は、第２コンタクト層１２の第１部分１２ｂに接触を成す。第２オーミック電極３２は、第２メサ部４２を部分的に囲むように第３メサ部４１の上面４３ａ上を延在する。
【００３０】
基板１０は、絶縁性又は半絶縁性の半導体を含み、例えば半絶縁性のIII−Ｖ族化合物半導体基板（具体的には、半絶縁性ＧａＡｓ基板）である。基板１０は、面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）の機械的強度を提供する。基板１０は、第１領域１０ａと、第１領域１０ａを囲む第２領域１０ｂと、第２領域１０ｂを囲む第３領域１０ｃとを有する。第１領域１０ａ、第２領域１０ｂ、及び第３領域１０ｃは、基準面Ｒ０ＥＦに沿って配列されている。第３領域１０ｃは、基板１０の側面を含む。
【００３１】
面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、第１メサ部４３及び第２メサ部４２を含み、第１メサ部４３及び第２メサ部４２は、基板１０の第１領域１０ａ上に設けられ、第１軸Ａｘ１の方向に配列される。第１メサ部４３は、上面４３ａ及び側面４３ｂを有し、側面４３ｂは、第１軸Ａｘ１の方向に延在する。第２メサ部４２は、上面４２ａ及び側面４２ｂを有し、側面４２ｂは、第１軸Ａｘ１の方向に延在する。第２メサ部４２は、第１軸Ａｘ１の方向に延在する第１部分４２ｃ及び第２部分４２ｄを有し、第２部分４２ｄは第１部分４２ｃを囲む。第２メサ部４２の第１部分４２ｃは第１メサ部４３を搭載し、第２メサ部４２の第２部分４２ｄは上面４２ａを有する。上面４２ａは、第１メサ部４３の底を囲む。
【００３２】
必要な場合には、面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、第３メサ部４１を更に含むことができる。本実施例では、第３メサ部４１は、上面４１ａ及び側面４１ｂを有し、側面４１ｂは、第１軸Ａｘ１の方向に延在する。第３メサ部４１は、第１軸Ａｘ１の方向に延在する第１部分４１ｃ及び第２部分４１ｄを有し、第１部分４１ｃは第２部分４１ｄを囲む。第３メサ部４１の第１部分４１ｃは第２メサ部４２を搭載し、第３メサ部４１の第２部分４１ｄは上面４１ａを有する。上面４１ａは、第２メサ部４２の底を囲む。
【００３３】
第１メサ部４３、第２メサ部４２及び第３メサ部４１の各々は、柱状の形状を有し、第１メサ部４３、第２メサ部４２及び第３メサ部４１の各々における上面の縁によって規定される形状は、例えば円形、楕円、四辺形、矩形、正方形といった形である。第１メサ部４３、第２メサ部４２及び第３メサ部４１の円の中心は互いに一致するようにしてもよい。
【００３４】
図１に示すように、面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、第１メサ部４３、第２メサ部４２及び第３メサ部４１を規定する溝４７、並びにテラス４５を含む。テラス４５並びに第１メサ部４３、第２メサ部４２及び第３メサ部４１は、第１メサ部４３、第２メサ部４２及び第３メサ部４１それぞれのレベルにおいて溝４７を規定する。テラス４５は、第２領域１０ｂ上に設けられ、また、第１メサ部４３、第２メサ部４２及び第３メサ部４１の積み重ねからなる積層構造と同じ積層構造を有し、また上面４５ａ及び側面４５ｂを有する。
【００３５】
第１メサ部４３は、第１積層１６の一部又は全部、及び第１コンタクト層１５の上部分を含む。第２メサ部４２は、第１コンタクト層１５の下部分、電流狭窄層１４、活性層１３、及び第２コンタクト層１２の上部分を含み、更に、第２積層１１の一部を含むことができる。第１コンタクト層１５は、第２メサ部４２の上面４２ａ、第１メサ部４３の側面の底部分に現れている。第２コンタクト層１２は、第２メサ部４２の側面の底部分に現れている。第３メサ部４１は、基板１０の一部と、基板１０上に設けられた第２積層１１と、第２積層１１上に設けられた第２コンタクト層１２の一部とを含む。
【００３６】
必要な場合には、面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）の第１メサ部４３は、第１積層１６の一部を含むことができる。第１積層１６の残りは、第２メサ部４２内に設けられることができ、良好な導電性を得るためにドーパント添加される。また、第１コンタクト層１５の下部分及び電流狭窄層１４が、第２メサ部４２の第１積層１６内に配置されるようにしてもよい。好ましくは、図２に示されるように、第１メサ部４３は、第１積層１６の全部を含み、第１コンタクト層１５は、電流狭窄層１４と第１積層１６との間に位置する。
【００３７】
面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）では、第１コンタクト層１５、具体的には第１導電型（例えばｐ型）の半導体層は、ｐ型ＧａＡｓといったｐ型III−Ｖ族化合物半導体を含む。第１コンタクト層１５の厚さは、例えば０．２〜１．０マイクロメートルであり、第１コンタクト層１５のドーパント濃度は、例えば１×１０１８〜１×１０１９ｃｍ−３である。第１コンタクト層１５は、活性層１３上に設けられている。
【００３８】
面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）では、第１オーミック電極３１は、第１導電型の半導体層、具体的には第１コンタクト層１５に電気的に接続される。第１オーミック電極３１は、例えばＴｉ／Ｐｔといった金属材料を含む。第１オーミック電極３１は、第１コンタクト層１５の第１部分１５ｂに接触を成す。第１オーミック電極３１は、第２メサ部４２の上面４２ａ上において、第１メサ部４３を囲む閉じた線に沿って延在しており、例えば環状といった形状を有する。
【００３９】
図３を参照しながら、面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）に適用可能な第１コンタクト層１５の構造を説明する。第１コンタクト層１５は、第１部分１５ｂ及び第２部分１５ｃを有し、第２部分１５ｃは、第１部分１５ｂより厚い。第１部分１５ｂは、第２メサ部４２の第１部分４２ｃに含まれる。第１コンタクト層１５の第２部分１５ｃは、第２メサ部４２の第１部分４２ｃに含まれる。第１軸Ａｘ１の方向に配列された第１メサ部４３及び第２メサ部４２の配列によれば、第１コンタクト層１５には、第１段差部１５ａが提供される。第１段差部１５ａは、例えば第２メサ部４２内の第１コンタクト層１５の側面及び上面、並びに第１メサ部４３内の第１コンタクト層１５の側面により規定される。第１段差部１５ａによれば、第１積層１６外において、第１オーミック電極３１を第１コンタクト層１５に繋げることができる。
【００４０】
第１部分１５ｂのドーパント濃度が第２部分１５ｃのドーパント濃度よりも高い第１コンタクト層１５では、第１部分１５ｂのドーパント濃度は例えば１×１０１９〜４×１０１９ｃｍ−３であり、第２部分１５ｃのドーパント濃度は例えば１×１０１８〜１×１０１９ｃｍ−３である。このようなドーパント分布は、例えばイオン注入により第１部分１５ｂに第１導電型のドーパントが追加されることによって形成され得る。
【００４１】
第１積層１６は、半導体による分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）構造を含む。第１積層１６の厚さは、例えば２．０〜５．０マイクロメートルである。ＤＢＲ構造は、例えばIII−Ｖ族化合物半導体からなる超格子構造を含み、この超格子構造は、例えばＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ超格子構造である。第１コンタクト層１５上に位置する第１積層１６の半導体は、第１コンタクト層１５から活性層１３へのキャリア流の経路から外れている。第１コンタクト層１５上に位置する第１積層１６の半導体の少なくとも一部は、第１コンタクト層１５から活性層１３へのキャリア流に低い電気抵抗を提供できるドーパント濃度未満であることができ、１×１０１５ｃｍ−３以下のドーパント濃度又はアンドープであることができ、本実施例では、第１積層１６の全部がアンドープである。
【００４２】
第２コンタクト層１２は、第２導電型（例えばｎ型）の半導体を含む。第２コンタクト層１２は、例えばｎ型ＧａＡｓといった第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体を含む。第２コンタクト層１２は、基板１０と活性層１３との間に設けられることができる。第２コンタクト層１２の厚さは、例えば０．２〜１．０マイクロメートルであり、第２コンタクト層１２のドーパント濃度は、例えば１×１０１８〜１×１０１９ｃｍ−３である。既に説明したように、第２メサ部４２は、第２コンタクト層１２の上部分を含み、第２コンタクト層１２は、第２メサ部４２内に到達している。第２メサ部４２を搭載する下地、本実施例では第３メサ部４１は、第２コンタクト層１２の下部分を含む。第２メサ部４２の下地の表面には、第２コンタクト層１２の上面を含む。第２コンタクト層１２は、本実施例では、第２積層１１と活性層１３との間に位置する。
【００４３】
図３を参照しながら、面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）に適用可能な第２コンタクト層１２の構造を説明する。第２コンタクト層１２は、第１部分１２ｂ及び第２部分１２ｃを有し、第２部分１２ｃは、第１部分１２ｂより厚い。第１部分１２ｂは、第２メサ部４２を搭載する下地に含まれる。本実施例では、第２部分１２ｃは、第２メサ部４２だけでなく、例えば、下地として働く第３メサ部４１の第１部分に含まれる。第１軸Ａｘ１の方向に配列された第２メサ部４２及び第３メサ部４１の接続によれば、第２コンタクト層１２は、第２段差部１２ａを含む。第２段差部１２ａは、例えば、第３メサ部４１内の第２コンタクト層１２の上面、並びに第２メサ部４２内の第２コンタクト層１２の側面によって規定される。第２段差部１２ａによれば、第２積層１１外において、第２オーミック電極３２を第２コンタクト層１２に繋げることができる。第２オーミック電極３２が、第２段差部１２ａにおける第３メサ部４１の上面４１ａに設けられて、上面４１ａにおいて第２コンタクト層１２に接触を成す。
【００４４】
第２積層１１は、半導体による分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）構造を含む。ＤＢＲ構造は、例えばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる超格子構造を含み、この超格子構造は、例えばＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ超格子構造である。第２積層１１は、基板１０と活性層１３との間に設けられ、本実施例では、基板１０と第２コンタクト層１２との間に設けられている。第２積層１１の厚さは、例えば２．０〜５．０マイクロメートルである。第２積層１１を構成する半導体の少なくとも一部は、アンドープであり、本実施例では、第２積層１１の全半導体がアンドープである。
【００４５】
活性層１３は、量子井戸構造を有することができ、量子井戸構造は、例えばアンドープのIII−Ｖ族化合物半導体層を含む。活性層１３は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸構造を含む。活性層１３は、第２コンタクト層１２と第１コンタクト層１５との間に位置する。活性層１３は、第２コンタクト層１２及び第１コンタクト層１５からキャリアの注入に応答して、光を発生する。
【００４６】
電流狭窄層１４は、活性層１３と第１コンタクト層１５又は第２コンタクト層１２との間に設けられる。図３に示すように、電流狭窄層１４は、導電性の半導体領域１４ａと、絶縁性の誘電体領域１４ｂとを有する。誘電体領域１４ｂは、第２メサ部４２の側面４２ｂに達しており、半導体領域１４ａを囲む閉じた形状を有する。半導体領域１４ａは、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウムを含むＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を含み、例えばｐ型ＡｌＧａＡｓ、ｐ型ＡｌＡｓといった第１導電型のＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を含む。誘電体領域１４ｂは、例えば半導体領域１４ａの半導体構成元素の一部又は全部による酸化物を含む。
【００４７】
この面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）では、活性層１３にて発生した光が第１積層１６と第２積層１１との間で共振することにより、レーザ光Ｌが発生する。レーザ光Ｌは、基板１０の主面１０ｄに垂直な方向に沿って、第１メサ部４３の上面４３ａから外部へ出射する。面発光レーザ１Ａの発振波長は、例えば８５０ｎｍである。
【００４８】
面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、絶縁膜２１を備え、絶縁膜２１は、基板１０、及び基板１０の主面１０ｄ上の半導体領域を覆う保護膜である。具体的には、絶縁膜２１は、第１メサ部４３の上面４３ａ及び側面４３ｂ、第２メサ部４２の上面４２ａ及び側面４２ｂ、第３メサ部４１の上面４１ａ及び側面４１ｂ、テラス４５の側面４５ｂ及び上面４５ａ、並びに第３メサ部４１をテラス４５から分離する溝４７の底面を覆い、これらの面と接している。絶縁膜２１は、例えばＳｉＮといった無機絶縁体を含む。また、面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、第１導電体３３及び第２導電体３４を更に備える。
【００４９】
第１導電体３３は、パッド電極３３ａ及び配線導体３３ｂを含む。パッド電極３３ａは、テラス４５の上面４５ａ上に設けられ、絶縁膜２１によってテラス４５の導電性半導体から絶縁される。パッド電極３３ａは、面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）を外部に接続するボンディングワイヤの一端を接続する金属下地を提供する。配線導体３３ｂの一端は、テラス４５の上面４５ａにおいてパッド電極３３ａに接続される。配線導体３３ｂは、パッド電極３３ａから絶縁膜２１の上面に沿って延在して、第１オーミック電極３１に接続される。配線導体３３ｂの他端は、絶縁膜２１の開口を通じて第１オーミック電極３１に接続される。第２メサ部４２の上面４２ａ上において、配線導体３３ｂは、第１オーミック電極３１に沿って延在しており、第１メサ部４３を囲むように閉じた形状、例えば環状の形状を有する。
【００５０】
第２導電体３４は、パッド電極３４ａ及び配線導体３４ｂを含む。パッド電極３４ａは、テラス４５の上面４５ａ上に設けられ、絶縁膜２１によってテラス４５の導電性半導体から絶縁される。パッド電極３４ａは、面発光レーザ１Ａを外部に接続するボンディングワイヤを接続する金属下地を提供する。配線導体３４ｂの一端は、テラス４５の上面４５ａにおいてパッド電極３４ａに接続される。配線導体３４ｂは、パッド電極３４ａから絶縁膜２１の上面に沿って延在して、第２オーミック電極３２に接続される。配線導体３４ｂの他端は、絶縁膜２１の開口を通じて第２オーミック電極３２に接続される。第３メサ部４１の上面４１ａ上において、配線導体３４ｂは、第２オーミック電極３２に沿って延在する。
【００５１】
必要な場合には、面発光レーザ（１Ａ、１Ｃ）では、第２メサ部４２は、第２積層１１の少なくとも一部を含むことができ、第２積層１１の一部は、良好な導電性を得るためにドーパント添加されて、第２導電型を有することができる。第２積層１１の残りは、第２メサ部４２下に位置する下地内に設けられることができ、本実施例では、第２メサ部４２の下地は、例えば第３メサ部４１である。好ましくは、図２に示されるように、第２メサ部４２は、第２積層１１を含まずに、第２コンタクト層１２は、活性層１３と第２積層１１との間に位置する。
【００５２】
第２コンタクト層１２と基板１０との間に位置する第２積層１１の半導体は、第２コンタクト層１２から活性層１３へのキャリア流の経路から外れている。第２コンタクト層１２より下に位置する第２積層１１の半導体の少なくとも一部は、第２コンタクト層１２から活性層へのキャリア流に低い電気抵抗を提供できるドーパント濃度未満であることができ、１×１０１５ｃｍ−３以下のドーパント濃度又はアンドープであることができ、本実施例では、第２積層１１の全部がアンドープである。
【００５３】
（実施例１）
図８は、実施形態の実施例１に係る面発光レーザ１Ａの断面を模式的に示す図である。図８を参照すると、面発光レーザ１Ａにおいて電流ＣＲＮＴの経路が示される。電流ＣＲＮＴは、第１オーミック電極３１及び第２オーミック電極３２の一方から他方に流れる。電流狭窄層１４が電流ＣＲＮＴの経路上に設けられる。本実施例に面発光レーザ１Ａでは、電流狭窄層１４は、活性層１３と第１コンタクト層１５との間に設けられており、例えば電流狭窄層１４により狭窄された電流ＣＲＮＴが、活性層１３に達する。活性層１３は、第１積層１６及び第２積層１１を含む光共振器内に設けられ、また電流ＣＲＮＴとして供給されるキャリアの再結合に伴う光遷移による光を生成する。光共振器及び活性層１３は、レーザ光Ｌを発生させ、このレーザ光Ｌは、基板１０の主面に垂直な方向に出射される。具体的には、図８に示される面発光レーザ１Ａは、第１積層１６と第２積層１１との間に設けられた第１コンタクト層１５及び第２コンタクト層１２を含み、第１コンタクト層１５及び第２コンタクト層１２は光共振器内に配置されて、この配置により、第１コンタクト層１５及び第２コンタクト層１２から活性層１３までのキャリア経路が短縮される。
【００５４】
（実施例２）
図９は、実施例２に係る面発光レーザ１Ｂの断面を模式的に示す図である。図９を参照すると、第２積層１１が、第２コンタクト層１２と活性層１３との間に設けられている。具体的には、面発光レーザ１Ｂでは、第２メサ部４２は、第２コンタクト層１２の上部と、第２コンタクト層１２上に設けられた第２積層１１と、第２積層１１上に設けられた活性層１３と、活性層１３上に設けられた電流狭窄層１４と、電流狭窄層１４上に設けられた第１コンタクト層１５の一部とを含む。必要な場合には、面発光レーザ１Ｂは第３メサ部４１を含み、第３メサ部４１は、基板１０上に設けられた第２コンタクト層１２の一部と、基板１０の一部とを含む。本実施例では、電流狭窄層１４は、電流の経路上に設けられ、具体的には活性層１３と第１コンタクト層１５との間に設けられる。第１コンタクト層１５からのキャリアが、電流狭窄層１４により狭窄されて、活性層１３に達する。活性層１３は、電流として供給されるキャリアの再結合による光遷移による光を生成し、また第１積層１６及び第２積層１１を含む光共振器内に設けられる。光共振器及び活性層１３は、レーザ光Ｌを発生させ、このレーザ光Ｌは、基板１０の主面に垂直な方向に出射される。
【００５５】
（実施例３）
図１０は、実施例３に係る面発光レーザ１Ｃの断面を模式的に示す図である。図１０に示すように、電流狭窄層１４は、電流経路上に設けられ、具体的には、第２コンタクト層１２及び第２積層１１と活性層１３との間に設けられており、第２コンタクト層１２からのキャリアが、電流狭窄層１４により狭窄されて、活性層１３に達する。活性層１３は、キャリアの光遷移（再結合）によって光を生成し、また第１積層１６及び第２積層１１を含む光共振器内に設けられる。光共振器及び活性層１３は、レーザ光Ｌを発生させ、このレーザ光Ｌは、基板１０の主面に垂直な方向に出射される。面発光レーザ１Ｃでは、電流狭窄層１４は、第２コンタクト層１２及び第２積層１１と活性層１３との間に設けられており、面発光レーザ１Ｃは、第１コンタクト層１５と活性層１３との間に設けられる追加の電流狭窄層１４を更に備えることができる。
【００５６】
本実施形態に係る面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、上述した実施例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。
【００５７】
引き続き、本実施形態に係る面発光レーザを製造する方法を説明する。図４〜図７は、面発光レーザを製造する方法における主要な工程を模式的に示す図である。引き続く説明において、理解を容易にするために、可能な場合には、図１〜図３に付された参照符合を用いる。
【００５８】
面発光レーザを製造する方法では、図４の（ａ）部に示されるように、第２積層１１、第２コンタクト層１２、活性層１３、Ａｌ含有半導体層１７（例えばＡｌＧａＡｓ、Ａｌ組成＝０．９８）、第１コンタクト層１５、及び第１積層１６のための半導体層を基板１０上に順に成長して、半導体積層構造６１を形成する。基板１０は、第２積層１１、第２コンタクト層１２、活性層１３、第１コンタクト層１５、及び第１積層１６のための半導体をエピタキシャル成長可能な材料の主面を有することができる。面発光レーザ１Ｂ及び面発光レーザ１Ｃの形成では、面発光レーザ１Ｂ及び面発光レーザ１Ｃの構造のためのエピ構造を有するに例えば半導体積層構造６１を形成する。引き続く説明は、特に面発光レーザ１Ａを製造する方法について行われる。
半導体積層構造６１の例示。
基板１０：半絶縁性ＧａＡｓ基板。
第２積層１１：ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ超格子構造。
第２コンタクト層１２：Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓ。
活性層１３：アンドープＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸構造。
Ａｌ含有半導体層１７：例えばＡｌＧａＡｓ、Ａｌ組成＝０．９８。
第１コンタクト層１５：Ｚｎドープｐ型ＧａＡｓ。
第１積層１６：ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ超格子構造。
【００５９】
図４の（ｂ）部に示すように、半導体積層構造６１の表面上にエッチングマスクＭ１を形成する。エッチングマスクＭ１は、第１メサ部４３を規定するパターンを有する。エッチングマスクＭ１は、第１メサ部４３となるべき領域のためのパターンを規定する開口を有する。エッチングマスクＭ１を用いて、半導体積層構造６１のドライエッチングを行って、エッチングされた半導体積層構造６１を形成する。エッチングされた半導体積層構造６１ａは、第１メサ部４３、及びエッチングにより第１コンタクト層１５に提供される上面（具体的には、第１段差部１５ａのためのエリア）を含む。このエッチングの終点検出は、以下のように行われる。エッチング炉内のプラズマモニタを用いて、エッチングが第１コンタクト層１５のための半導体層に達したことを検出する。エッチング装置は、プラズマモニタからの信号に応答して、第１コンタクト層１５を少しオーバーエッチングした時刻で、エッチングを停止する。エッチングされた半導体積層構造６１ａの表面から第１コンタクト層１５の上面までのエッチングの深さは、例えば２．０〜５．０マイクロメートルである。エッチングの後に、エッチングマスクＭ１を除去する。
【００６０】
エッチングマスクＭ１を除去した後に、図５の（ａ）部に示すように、エッチングされた半導体積層構造６１ａの表面上にエッチングマスクＭ２を形成する。エッチングマスクＭ２は、第２メサ部４２を規定するパターンを有しており、本実施例では、第１メサ部４３の上面４３ａ及び側面４３ｂ、並びに第１コンタクト層１５の露出された上面の一部分（第１段差部１５ａのためのエリア）を覆う。エッチングマスクＭ２は、第２メサ部４２となるべき領域を覆うパターンを規定する開口を有する。既にエッチングされた半導体積層構造６１ａのドライエッチングをエッチングマスクＭ２を用いて行って、二度エッチングされた半導体積層構造６１ｂを形成する。二度エッチングされた半導体積層構造６１ｂは、第１メサ部４３、第２メサ部４２、エッチングにより形成された第１コンタクト層１５の露出された上面（具体的には、第１段差部１５ａの外縁）及びエッチングにより形成された第２コンタクト層１２の露出された上面（具体的には、第２段差部１２ａのためのエリア）を形成する。このエッチングの終点検出は、以下のように行われる。エッチング装置内のプラズマモニタを行って、エッチングが第２コンタクト層１２に達したことを検出する。エッチング装置は、プラズマモニタからの信号に応答して、第２コンタクト層１２を少しオーバーエッチングした時刻で、エッチングを停止する。第１コンタクト層１５の上面から第２コンタクト層１２の上面までの深さは、例えば０．４〜１．５マイクロメートルである。このエッチング深さを可能にするエッチングマスクＭ２は、エッチングマスクＭ１よりも厚い。エッチングの後に、エッチングマスクＭ２を除去する。
【００６１】
必要な場合には、第三回目のエッチングを行う。本実施例では、図５の（ｂ）部に示すように、二度エッチングされた半導体積層構造６１ｂの表面上にエッチングマスクＭ３を形成する。エッチングマスクＭ３は、第１メサ部４３の上面４３ａ及び側面４３ｂ、第２メサ部４２の側面４２ｂ、並びに第２コンタクト層１２の表面を覆う。エッチングマスクＭ３は、第３メサ部４１となるべき領域のためのパターンを規定する開口を有する。エッチングマスクＭ３を用いて、二度エッチングされた半導体積層構造６１ｂのドライエッチングを行って、三度エッチングされた半導体積層構造６１ｃを形成する。このエッチングは、基板１０に到達するように行われる。三度エッチングされた半導体積層構造６１ｃは、第１メサ部４３、第２メサ部４２、第３メサ部４１、テラス４５、及び溝４７を有する。第２コンタクト層１２の上面から基板１０にまでの深さは、例えば２．０〜５．０マイクロメートルである。この深さを可能にするエッチングマスクＭ３は、エッチングマスクＭ２よりも厚い。エッチングの後に、エッチングマスクＭ３を除去する。
【００６２】
上記のエッチング工程が終了してエッチングマスクＭ３を除去した後に、図６の（ａ）部に示すように、電流狭窄構造を形成する。電流狭窄層１４の形成では、本実施例では、エッチングされた半導体積層構造６１ｃを酸化炉に配置する。メサ内のＡｌ含有半導体層１７を高温の酸化雰囲気、具体的には、第２メサ部４２の側面４２ｂに現れるＡｌ含有半導体層１７を高温の水蒸気に曝す。この温度は、例えば摂氏４００度である。スチーム酸化により、Ａｌ含有半導体層１７の側面から内側へ向けて酸化が進む。酸化工程は、Ａｌ含有半導体層１７の外側部分をIII族酸化物に変化させて誘電体領域１４ｂを形成すると共に、Ａｌ含有半導体層１７の内側部分を酸化せずに元の半導体を残して低抵抗の電流アパーチャ（半導体領域１４ａ）を形成する。
【００６３】
電流狭窄層１４を形成した後に、図６の（ｂ）部に示すように、第１オーミック電極３１及び第２オーミック電極３２を形成する。この工程では、例えば第１コンタクト層１５の第１段差部１５ａ上に開口を有するマスクを形成すると共に、第１オーミック電極３１のための金属をマスク上及び開口内に堆積する。リフトオフにより、マスクと一緒にマスク上の金属を除去して、第１オーミック電極３１を形成する。また、例えば第２コンタクト層１２の第２段差部１２ａ上に開口を有するマスクを形成すると共に、第２オーミック電極３２のための金属をマスク上及び開口内に堆積する。リフトオフにより、マスクと一緒にマスク上の金属を除去して、第２オーミック電極３２を形成する。
第１オーミック電極３１：Ｔｉ／Ｐｔ。
第２オーミック電極３２：Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ。
【００６４】
第１オーミック電極３１及び第２オーミック電極３２を形成した後に、図７の（ａ）部に示すように、基板１０及びエッチングされた半導体積層構造６１ｃ上に絶縁膜２１を形成する。この工程では、例えばプラズマＣＶＤによって、半導体積層構造６１ｃを覆う絶縁膜２１を形成する。
【００６５】
図７の（ｂ）部に示すように、第１導電体３３及び第２導電体３４を形成する。この工程では、例えば第１オーミック電極３１に接続される第１導電体３３を形成すべき領域、及びに第２オーミック電極３２に接続される第２導電体３４を形成すべき領域に開口を有するマスクを形成すると共に、第１導電体３３及び第２導電体３４のための金属をマスク上及び開口内に形成する。金属の形成は、例えば蒸着法又はメッキ法によって可能になる。リフトオフにより、マスクと一緒にマスク上の金属を除去して、第１導電体３３及び第２導電体３４を形成する。これら工程を経て、本実施形態の面発光レーザ１Ａが作製される。
第１導電体３３：金。
第２導電体３４：金。
【００６６】
以上の構成を備える本実施形態の面発光レーザ１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、基板１０の主面に交差する方向に延在するポスト構造を有する。ポスト構造は、共振器の向きを規定すると共に、共振器のためのＤＢＲ構造を含む。上部ＤＢＲ構造のための第１積層１６が、第１コンタクト層１５と活性層１３との間に設けられていない。しかしながら、上部ＤＢＲ構造のための第１積層１６の一部又は全部が第１コンタクト層１５上に設けられることができ、第１コンタクト層１５は、上部ＤＢＲ構造のための第１積層１６の少なくとも一部分と活性層１３との間に位置することができる。本実施例では、第１コンタクト層１５は、第１積層１６の全てと活性層１３との間に設けられている。
【００６７】
図１２は、比較例による面発光レーザ２００の断面構造を模式的に示す図である。この面発光レーザ２００では、第２コンタクト層２１２が基板２１０と光反射部２１１との間に配置され、第１コンタクト層２１５が光反射部２１６上に配置されている。具体的には、第２コンタクト層２１２と活性層２１３との間に光反射部２１１が位置し、第１コンタクト層２１５と活性層２１３との間に光反射部２１６が位置している。従って、面発光レーザ２００に供給される電流ＣＲＮＴが光反射部２１１及び光反射部２１６を通過することとなるので、第２コンタクト層１２及び第１コンタクト層１５と活性層１３との間の電気抵抗が高くなってしまう。なお、厚さ方向における第２積層１１１及び第２積層１１６の各々における電気抵抗値は、例えば５０オームである。
【００６８】
面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）では、第１コンタクト層１５が、第１積層１６と活性層１３との間に位置しており、第１積層１６が第１コンタクト層１５と活性層１３との間に位置しない。この面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）によれば、供給された電流ＣＲＮＴが第１積層１６を通過することなく活性層１３に到達することを可能する。第２コンタクト層１２、第１コンタクト層１５、及び活性層１３の配置によれば、第２コンタクト層１２と第１コンタクト層１５との間の電気抵抗を低減できる。
【００６９】
また、面発光レーザ（１Ａ、１Ｃ）では、第２積層１１が、基板１０と第２コンタクト層１２との間に位置しており、第２コンタクト層１２と活性層１３との間に位置しない。この面発光レーザ（１Ａ、１Ｃ）によれば、供給された電流ＣＲＮＴが第１積層１６及び第２積層１１を通過することなく活性層１３に到達することを可能する。第２コンタクト層１２、第１コンタクト層１５、及び活性層１３の配置によれば、第２コンタクト層１２と第１コンタクト層１５との間の電気抵抗を低減できる。
【００７０】
第２コンタクト層１２と第１コンタクト層１５との間における電気抵抗の低減によれば、変調周波数の上限が高められ、具体的には２５ＧＨｚといった高い周波数の変調動作を面発光レーザ１Ａにおいて可能にする。
【００７１】
面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）といった面発光レーザの製造では、図４〜図７を参照した説明から理解されるように、単一のエピタキシャル成長により、第２積層１１、第２コンタクト層１２、活性層１３、電流狭窄層１４、第１コンタクト層１５、及び第１積層１６のための半導体層を含む半導体積層体を基板１０上に形成する。この半導体積層体に二度又は三度のエッチング工程を適用して、第１軸Ａｘ１の方向に配列された複数のメサ構造を作製できる。本実施形態に係る面発光レーザの製造では、ブラッグ反射器のために半導体積層を利用できる。
【００７２】
本実施形態において説明したように、面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）の第１積層１６は、アンドープの半導体を含むことができ、ドーパントによるレーザ光Ｌの吸収損失を低減して、面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）の発光効率を高めることができる。第１積層１６の全部がアンドープ半導体からなることにより、ドーパントによるレーザ光Ｌの吸収損失を更に低減できる。
【００７３】
本実施形態において説明したように、面発光レーザ（１Ａ、１Ｃ）の第２積層１１は、アンドープの半導体を含むことができ、ドーパントによるレーザ光Ｌの吸収損失を低減して、面発光レーザ（１Ａ、１Ｃ）の発光効率を高めることができる。第２積層１１の全部がアンドープ半導体からなることにより、ドーパントによるレーザ光Ｌの吸収損失を更に低減できる。
【００７４】
第１部分１５ｂ及び第２部分１５ｃを有する第１コンタクト層１５を含む面発光レーザ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）によれば、第２積層１１と第１積層１６との間に位置する第２部分１５ｃのドーパント濃度が第１部分１５ｂのドーパント濃度より低い。レーザ光が大きな電界強度を持つ第２部分１５ｃに、低いドーパント濃度を提供でき、面発光レーザの発光効率を高めることができる。
【００７５】
また、本実施形態の面発光レーザ（１Ａ、１Ｃ）のように、第２コンタクト層１２は、第２オーミック電極３２に接触を成す上面４２ａを有する第１部分１２ｂと、第２積層１１を搭載する第２部分１２ｃとを有し、第２部分１２ｃのドーパント濃度が、第１部分１２ｂのドーパント濃度よりも低くてもよい。第２コンタクト層１２の構造により、第２コンタクト層１２と第２オーミック電極３２とのコンタクトを良好に得ることができ、またドーパントによるレーザ光Ｌの吸収損失を低減できる。
【００７６】
第１部分１２ｂ及び第２部分１２ｃを有する第２コンタクト層１２を含む面発光レーザ（１Ａ、１Ｃ）によれば、第２積層１１と第１積層１６との間に位置する第２部分１２ｃのドーパント濃度が第１部分１２ｂのドーパント濃度より低い。レーザ光が大きな電界強度を持つ第２部分１２ｃに、低いドーパント濃度を提供でき、面発光レーザの発光効率を高めることができる。
【００７７】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【符号の説明】
【００７８】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…面発光レーザ、１０…基板、１０ａ…第１領域、１０ｂ…第２領域、１０ｃ…第３領域、１０ｄ…主面、１１…第２積層、１６…第１積層、１２…第２コンタクト層、１５…第１コンタクト層、１３…活性層、１４…電流狭窄層、１４ａ…半導体領域、１４ｂ…誘電体領域、１７…Ａｌ含有半導体層、２１…絶縁膜、３１…第１オーミック電極，３２…第２オーミック電極、３３…第１導電体、３３ａ…パッド電極、３３ｂ…配線導体、３４…第２導電体、３４ａ…パッド電極、３４ｂ…配線導体、４１…第３メサ部，４２…第２メサ部，４３…第１メサ部、４５…テラス、４７…溝、６１…半導体積層構造、ＣＲＮＴ…電流、Ｌ…レーザ光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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