(57)【要約】【課題】梁部を有する面発光レーザにおいて、リーク電流を大幅に低減し、レーザ発振の電流閾値を低くした面発光レーザを提供する。【解決手段】面発光レーザは、基板２の上に、ｎ側多層反射膜３、活性層４が形成されており、活性層４の上には、ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層５１、ｐ側多層反射膜層６、ｐ型コンタクト層７等が順に積層されたメサ領域４０を有している。また、溝１０は、メサ領域４０と外部領域４１とを分離するものであり、メサ領域４０と外部領域４１とは、溝１０に設けられた梁部１１によって連結されている。梁部１１におけるｐ側多層反射膜６のうち、高Ａｌ組成層は完全に酸化されて高抵抗化されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器の一部を構成し、Ａｌ組成比率が異なる反射膜の多層構造により形成された多層反射膜と、
少なくとも前記多層反射膜の１つが含まれるメサ領域と、
溝を隔てて前記メサ領域を取り囲む外部領域と、
前記メサ領域と外部領域とを連結し、少なくとも前記多層反射膜の１つが含まれる梁部とを備え、
前記梁部における多層反射膜のＡｌ組成比率が最も高い反射膜が完全に酸化されていることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項２】
前記メサ領域において光を取り出す側に配置された多層反射膜と電極の間にはコンタクト層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ。
【請求項３】
前記梁部と外部領域との層構造は同じであることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
【請求項４】
前記梁部は１箇所又は複数箇所形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直共振器型といわれる面発光レーザに関し、特に梁部又は橋桁部を有する面発光レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板面に対して垂直方向に光が出る面発光レーザは、垂直共振器型（Vertical Cavity Surface Emitting Laser；ＶＣＳＥＬ）と呼ばれ、例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ半導体薄膜を縦方向に積層してｐｎ接合を設け、上下に多層膜反射ミラーを形成して共振器とし、共振器で光を上下に多重反射させて位相の合った光を発生させるものである。
【０００３】
面発光レーザは、端面発光型のレーザに比べて低閾値電流、高効率、単一横モード動作など優れた特徴があると言われている。光通信用のアレイ型送信器として実用化が進んでおり、また、光通信以外の用途も期待されている。
【０００４】
従来の樹脂型面発光型レーザの構造の一例を図５、６に示す。図５は上から見た平面図を、図６は図５のＣ−Ｃ線断面構造を示す。ｎ型ＧａＡｓ基板２２の上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓとｎ型ＧａＡｓを交互に積層したｎ側多層反射膜２３が形成され、ｎ側多層反射膜２３上には、ＩｎＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の量子井戸構造からなる活性層２４が積層される。
【０００５】
活性層２４上には、メサ領域３０としてＡｌＡｓ電流ブロック層２５、ｐ型ＡｌＧａＡｓとｐ型ＧａＡｓを交互に積層したｐ側多層反射膜２６、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層２７が形成される。メサ領域３０の周囲は絶縁性の樹脂２８で埋められており、樹脂２８の上面からｐ型コンタクト層２７の上面にかけてｐ電極２９が設けられる。また、ＧａＡｓ基板２２の底面にｎ電極２１が形成される。上記ｎ側多層反射膜２３とｐ側多層反射膜２６との間で共振器を構成しており、この共振器で光を上下に多重反射させて位相の合った光を発生させ、ｐ電極２９の開口部２９Ａからレーザ光が出射される。
【０００６】
レーザの誘導放射がおこるためには光の密度が高くなくてはならず、そのためには注入電流密度が高くなければならない。電流の広がりを狭い空間に制限するために、電流ブロック層２５の原材料となるＡｌＡｓ層を周囲から酸化して中心に狭いＡｌＡｓ部分を残している。周辺部は酸化アルミニウムとなって絶縁性だから電流が流れず中心のＡｌＡｓ部分だけを電流が流れる。このようにＡｌＡｓ電流ブロック層２５は、周辺部が酸化されて電流の通過経路を狭くしたものであり、電流狭窄層とも呼ばれる。
【０００７】
ところで、電流ブロック層２５の作製は、ＧａＡｓ基板２２の上に全てのエピタキシャル層を成長させ、ｐ型コンタクト層２７から少なくとも電流ブロック層２５までをメサエッチングしてメサ領域３０を形成した後、メサ領域３０の側面が露出した状態で水蒸気を導入して加熱し、側面からＡｌＡｓ層を酸化する。ＧａＡｓ層は水蒸気を導入しても酸化されない。混晶であってもＡｌを含まず、Ｇａを含む層は酸化に対して強くて、ＩｎＧａＡｓ層、ＧａＡｓ層等は、ほとんど酸化されない。ＡｌＡｓ層を環状に酸化させた後に、メサ領域３０を保護するためと、ｐ電極２９を形成する際に平坦性を保つために、樹脂２８が形成される。
【０００８】
しかし、上記のように酸化を行って形成された電流ブロック層２５は、体積が収縮し、上下の半導体層に歪みを生じさせる。電流ブロック層２５と上下の半導体層との結合は弱く、酸化の後の加熱工程での熱応力により、転位や亀裂などの欠陥が発生する可能性がある。この欠陥がレーザ動作時に活性層に伝播して、未発光領域が生じ、レーザの信頼性や特性を低下させるおそれがあるという問題が樹脂型面発光レーザにはあった。
【０００９】
このような問題を解決するため、例えば特許文献１に示されるように、樹脂型ではなく、梁部や橋桁部を形成させてメサ領域と外部領域とを部分的に結合することにより熱応力による亀裂等の欠陥の発生を防止するようにした構造が提案されている。
【特許文献１】特開２００６−２１６７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記従来技術では、メサ領域と外部領域とを部分的に結合することで、熱応力による亀裂等の欠陥の発生を防止することができるが、メサ領域と外部領域との結合部分から電流が外側へ流れ出し（リーク電流）、発光に寄与しない無効電流となってしまうので、レーザ発振の閾値電流が高くなるという問題があった。
【００１１】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、梁部を有する面発光レーザにおいて、リーク電流を大幅に低減し、レーザ発振の電流閾値を低くした面発光レーザを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、共振器の一部を構成し、Ａｌ組成比率が異なる反射膜の多層構造により形成された多層反射膜と、少なくとも前記多層反射膜の１つが含まれるメサ領域と、溝を隔てて前記メサ領域を取り囲む外部領域と、前記メサ領域と外部領域とを連結し、少なくとも前記多層反射膜の１つが含まれる梁部とを備え、  前記梁部における多層反射膜のＡｌ組成比率が最も高い反射膜が完全に酸化されていることを特徴とする面発光レーザである。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、前記メサ領域において光を取り出す側に配置された多層反射膜と電極の間にはコンタクト層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の面発光レーザである。
【００１４】
また、請求項３記載の発明は、前記梁部と外部領域との層構造は同じであることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の面発光レーザである。
【００１５】
また、請求項４記載の発明は、前記梁部は１箇所又は複数箇所形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の面発光レーザである。
【発明の効果】
【００１６】
レーザ共振器を構成している多層反射膜のうち、メサ領域と外部領域とを連結している梁部に形成されている多層反射膜のうち、Ａｌ組成比率が最も高い反射膜については完全に酸化された構造としているので、梁部は高抵抗化され、外部領域に電流が流れにくくなるので、リーク電流を大幅に低減することができる。したがって、レーザ発振の低閾値化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明の面発光レーザをレーザ光の取り出し方向から見た上面図を示す。また、図２は、図１のＡ−Ａ線の断面構造を、図３は図１のＢ−Ｂ線の断面構造を示す。
【００１８】
面発光レーザは、基板２の上に、ｎ側多層反射膜３、活性層４が形成されており、活性層４の上には、ＡｌＸ３ＧａＡｓ電流ブロック層５１、ｐ側多層反射膜層６、ｐ型コンタクト層７等が順に積層された略円柱状のメサ領域４０を有している。
【００１９】
また、略環状の溝１０は、メサ領域４０と外部領域４１とを分離するものであり、メサ領域４０は、溝１０を隔てて外部領域４１に取り囲まれており、メサ領域４０と外部領域４１とは、溝１０に設けられた梁部１１（図１、３の破線領域）によって連結されている。
【００２０】
外部領域４１は、ＡｌＸ３ＧａＡｓ電流ブロック層５１、ｐ側多層反射膜層６、ｐ型コンタクト層７等で構成されており、メサ領域４０とほぼ同様の層構造となっている。ただし、電流ブロック層５１はＡｌＧａＡｓを酸化させた高抵抗領域を有している。なお、溝１０は、後述する製造工程においてメサ領域４０における電流ブロック層５１の高抵抗領域を形成するため、その断面に電流ブロック層５１を完全に露出させることができる深さを有することが好ましい。
【００２１】
メサ領域４０、外部領域４１、梁部１１の表面には、例えば、ＳｉＯ２（酸化ケイ素）やＳｉＮ（窒化ケイ素）からなる絶縁膜８が形成されている。基板２は、ｎ型ＧａＡｓ基板により構成されている。活性層４は、量子井戸構造（Quantum Well）を有する活性層であり、井戸層（ウェル層）を、井戸層よりもバンドギャップの大きな障壁層（バリア層）でサンドイッチ状に挟んだ構造となっている。この量子井戸構造は、１つではなく、多重化しても良く、この場合は、ＭＱＷ（Multi Quantum Well）、すなわち多重量子井戸構造となる。
【００２２】
活性層４は、例えば、ノンドープのＩｎＧａＡｓ井戸層とノンドープのＧａＡｓ障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造により構成されている。ＡｌＸ３ＧａＡｓ電流ブロック層５１は、例えば、Ａｌ０．９８ＧａＡｓ（前記Ｘ３＝０．９８）と非常にＧａ成分の小さいものを用い、ＡｌＧａＡｓよりなる低抵抗領域の周囲に、ＡｌＧａＡｓを酸化させた環状の高抵抗領域を有し、電流は低抵抗領域のみに狭窄されるようになっている。低抵抗領域に対応する活性層４の領域が発光領域となっている。
【００２３】
ところで、ｎ側多層反射膜３とｐ側多層反射膜６との間で共振器を構成しているが、ｎ側多層反射膜３は、ｎ型ＡｌＧａＡｓ混晶よりなる多層構造を有するＤＢＲミラー（ブラッグ反射鏡）で、ｐ側多層反射膜６も、ｐ型ＡｌＧａＡｓ混晶よりなる多層構造を有するＤＢＲミラーで形成されている。
【００２４】
ＤＢＲミラーは、特定の波長に対しある入射角においてブラッグ反射の条件を満足するように反射面を一定間隔で蓄積し、反射光の干渉を利用して反射光強度を強め、高反射率の実現を目指したものである。
【００２５】
ｎ側多層反射膜３は、高Ａｌ組成層である第１反射膜のｎ型ＡｌＸ１ＧａＡｓと低Ａｌ組成層である第２反射膜のｎ型ＡｌＸ２ＧａＡｓ（Ｘ１＞Ｘ２）で構成されており、例えば、ｎ型Ａｌ０．９２ＧａＡｓ（高Ａｌ組成層）とｎ型Ａｌ０．１６ＧａＡｓ（低Ａｌ組成層）で構成される。ｎ側多層反射膜３は、基板２に接する側からｎ型Ａｌ０．９２ＧａＡｓとｎ型Ａｌ０．１６ＧａＡｓを交互に例えば４０周期積層されている。
【００２６】
また、ｐ側多層反射膜６は、高Ａｌ組成層である第３反射膜のｐ型ＡｌＹ１ＧａＡｓと低Ａｌ組成層である第４反射膜のｐ型ＡｌＹ１ＧａＡｓ（Ｙ１＞Ｙ２）で構成されており、例えば、ｐ型Ａｌ０．９２ＧａＡｓ（高Ａｌ組成層）とｐ型Ａｌ０．１６ＧａＡｓ（低Ａｌ組成層）で構成されている。ｐ側多層反射膜６は、電流ブロック層５１又はＡｌＧａＡｓ層５に接する側からｐ型Ａｌ０．９２ＧａＡｓとｐ型Ａｌ０．１６ＧａＡｓを交互に例えば２０〜２５周期積層されている。
【００２７】
ｎ側多層反射膜３を例にとると、第１反射膜と第２反射膜とで構成される複数の界面からの反射光同士の干渉現象を利用するもので、異なる界面から反射されてくる光の位相を３６０度ずらせるようにして、互いに強め合うようにし、反射光の強度をきわめて高くするものである。このように動作させるためには、第１反射膜の屈折率をｎ１、第２反射膜５の屈折率をｎ２とし、レーザ共振器内の発振させたいレーザ光の波長をλとすると、第１反射膜の膜厚は、λ／ｎ１で決定され、第２反射膜の膜厚は、λ／ｎ２で決定される。ｐ側多層反射膜６における第３反射膜と第４反射膜についても上記と同様のことが言える。
【００２８】
梁部１１は、溝１０と外部領域４１とを連結し、製造工程における熱応力によりメサ領域４０が活性層４から剥離してしまうのを防止するものである。梁部１１は、図１では４本示されているが、本数は限定されるものではなく、さらに、梁部１１の間隔、あるいは形状についても限定されず、放射状でなく渦巻き状に設けてもよい。梁部１１の層構成は、外部領域４１と同一である。
【００２９】
ｐ型コンタクト層７は、外部領域４１、梁部１１、メサ領域４０に共通に形成されている。また、梁部１１におけるｐ側多層反射膜６のうち、高Ａｌ組成層である第３反射膜は完全に酸化されて高抵抗化されている。
【００３０】
ｐ型コンタクト層７は、例えばｐ型ＧａＡｓにより構成されていることが好ましい。通常の面発光レーザではｐ型多層反射膜６のアルミニウム組成の小さいＡｌＧａＡｓ混晶層がコンタクト層としての役割を有しているが、ｐ型コンタクト層７をアルミニウムを含まないｐ型ＧａＡｓにより構成することにより、ｐ電極９のコンタクト抵抗を下げることができる。
【００３１】
ｐ型コンタクト層７の上にはｐ電極９が形成されている。このｐ電極９は、ｐ型コンタクト層７から梁部１１を通って外部領域４１まで連続した形状に形成されているので、段差がなく、段切れのおそれがない。また、光を取り出す側に設けられるｐ電極９は、光を吸収してしまうので、光を取り出すための開口部９Ａが形成されている。一方、基板２の裏側にはｎ電極１が形成されている。なお、ｐ型にするためのドーパントとしてＭｇ等が、ｎ型にするためのドーパントとしてはＳｉ等が用いられる。
【００３２】
上記のように構成された面発光レーザの製造方法を以下に説明する。まず、上述した材料よりなる基板１に、ＭＯＣＶＤ法等により、エピタキシャル成長を行い、ｎ側多層反射膜３、活性層４、電流ブロック層５１となるＡｌＧａＡｓ層５、ｐ側多層反射膜６、ｐ型コンタクト層７を順次成長させる。
【００３３】
ｐ型コンタクト層７を成長させた後、ｐ型コンタクト層７の上にレジストよりなるマスクを選択的に形成する。次に、ｐ型コンタクト層７、ｐ側多層反射膜６、ＡｌＧａＡｓ層５および活性層４をメサエッチングして選択的に除去することにより、溝１０を形成してメサ領域４０と外部領域４１とを分離する。このとき、同時に梁部１１も形成する。
【００３４】
溝１０および梁部１１を形成したのち、例えば水蒸気中で加熱することにより、溝１０に露出したＡｌＧａＡｓ層５と梁部１１を構成するｐ側多層反射膜６のうち、高Ａｌ組成層（上記例ではｐ型Ａｌ０．９２ＧａＡｓ）を酸化させる。メサ領域４０におけるＡｌＧａＡｓ層５の酸化は、周囲から中心へ向かって環状に進行していく。一方、梁部１１におけるｐ側多層反射膜６の高Ａｌ組成層は、溝１０に両側面が露出しているので、この両側面から酸化が進行する。適切な時期に酸化を停止させることにより、環状の高抵抗領域が形成され、中央の酸化されなかった部分が低抵抗領域となる。これにより、ＡｌＧａＡｓ層５では低抵抗領域を高抵抗領域で囲んだ電流ブロック層５１が形成されるとともに、梁部１１を構成するｐ側多層反射膜６のうち、高Ａｌ組成層が完全に酸化される。
【００３５】
ここで、電流ブロック層５１には、ＡｌＡｓではなく、ＡｌＸ３ＧａＡｓを用いている。これは、電流ブロック層５１の酸化径が所望の酸化径になるまでに、梁部１１を構成しているｐ側多層反射膜６の高Ａｌ組成層が完全酸化されるように、酸化レートの比率が調整できるようにＧａ成分をわずかに加えたもの、若しくは膜厚を調整したものである。また、酸化レートの比率は、メサ領域４０の径、梁部１１の幅によっても調整することができる。
【００３６】
電流ブロック層５１の酸化径が所望の酸化径になり、梁部１１を構成するｐ側多層反射膜６の高Ａｌ組成層を完全に酸化させるために、例えば、溝１０から１ｃｃ／分の流量で水蒸気を送り込み、４５０℃で加熱する。また、梁部１１の幅（外径と内径との差）は、例えば３〜４μｍに形成する。
【００３７】
電流ブロック層５１を形成したのち、上述した材料よりなる絶縁膜８を開口部９Ａに相当する領域を除いて形成する。その後、基板２の裏側にｎ電極１を蒸着やスパッタ等により形成し、開口部９Ａに相当する領域を除き、ｐ型コンタクト層７上及び絶縁膜８にかけてｐ電極９を形成する。このようにして、図１〜図３に示す面発光レーザが完成する。
【００３８】
この面発光レーザにおいては、ｎ電極１とｐ電極９との間に所定の電圧が印加されると、ｐ電極９から供給される駆動電流は電流ブロック層５１により電流狭窄されたのち活性層４に注入され光が発生する。この光は、ｐ側多層反射膜６およびｎ側多層反射膜３により反射され、その間を往復してレーザ発振を生じ、レーザビームとして開口部９Ａから外部に出射される。ここでは、梁部１１におけるｐ側多層反射膜６のうち、高Ａｌ組成層が完全に酸化されて高抵抗化しているので、ｐ型コンタクト層７から梁部１１を介して電流が外部領域４１へ漏れ出すことが抑制される。
【００３９】
以上のようにして、梁部１１における多層反射膜のうち、高Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓを完全に酸化させた場合、完全に酸化されない場合の比較を図４に示す。図中、黒菱形（◆）は梁部を４本有するが完全に酸化されていないもの、白四角（□）は梁部を４本有し完全に酸化されているもの、×は梁部を３箇所有し完全に酸化されているもの、白丸（○）は梁部を２箇所有し完全に酸化されているもの、白三角（△）は、梁部を１箇所有し完全に酸化されているもの、黒丸（●）は、図５〜図６に示すような樹脂型の面発光レーザを示す。
【００４０】
図からわかるように、梁部が完全に酸化されていない◆のデータでは、レーザ発振電流の閾値がかなり高いが、梁部が完全に酸化したデータ（□×○の各データ）は、閾値が低くなっており、梁部の本数に関係なくレーザ発振電流が低閾値化している。また、樹脂型の面発光レーザと比較しても、ほぼ同じ閾値電流まで低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の面発光レーザを上から見た平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面を示す図である。
【図４】梁部における多層反射膜の高Ａｌ成分層が完全に酸化された場合と完全に酸化されない場合、及び梁部の本数の変化によるレーザ発振の閾値電流の比較を示す図である。
【図５】従来の樹脂型面発光レーザの平面図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ断面を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    ｎ電極
２    基板
３    ｎ側多層反射膜
４    活性層
５    ＡｌＧａＡｓ層
５１  ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層
６    ｐ側多層反射膜
７    ｐ型コンタクト層
８    絶縁膜
９    ｐ電極
９Ａ  開口部
１０  溝
１１  梁部
４０  メサ領域
４１  外部領域
【図１】
2008153341.tif 000003
【図２】
2008153341.tif 000004
【図３】
2008153341.tif 000005
【図４】
2008153341.tif 000006
【図５】
2008153341.tif 000007
【図６】
2008153341.tif 000008