(57)【要約】【課題】安定して製造可能で、高反射率、低電気抵抗、低熱抵抗の面発光レーザ及びその製造方法を提供すること．【解決手段】ＩｎＰ基板の一方の面上に形成される低抵抗層と、低抵抗層上に形成される活性層と、活性層上に形成される分布反射層と、分布反射層上に形成される第一金属層と、Ｓｉ基板と、Ｓｉ基板の一方の面上に形成される第二金属層と、第一金属層と第二金属層とを接合する接合層と、ＩｎＰ基板が除去されて露出した低抵抗層上に形成されるミラーと、露出した低抵抗層上でミラーの周囲に形成される第一電極と，Ｓｉ基板の他方の面上に形成される第二電極、とを具備することを特徴とする面発光レーザ。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
ＩｎＰ基板の一方の面上に形成される低抵抗層と、前記低抵抗層上に形成される活性層と、前記活性層上に形成される分布反射層と、前記分布反射層上に形成される第一金属層と、Ｓｉ基板と、前記Ｓｉ基板の一方の面上に形成される第二金属層と、前記第一金属層と前記第二金属層とを接合する接合層と、前記ＩｎＰ基板が除去されて露出した前記低抵抗層上に形成されるミラーと、露出した前記低抵抗層上で前記ミラーの周囲に形成される第一電極と、前記Ｓｉ基板の他方の面上に形成される第二電極、とを具備することを特徴とする面発光レーザ。
【請求項２】
請求項１記載の面発光レーザにおいて、
前記活性層の前記ミラーに対向しない部分に形成される電流狭窄部を設けたことを特徴とする面発光レーザ。
【請求項３】
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザの製造方法において、
ＩｎＰ基板上に低抵抗層を形成する工程と、前記低抵抗層上に活性層を形成する工程と、前記活性層上に分布反射層を形成する工程と、前記分布反射層上に第一金属層を形成する工程と、Ｓｉ基板の一方の面上に第二金属層を形成する工程と、前記第一金属層と前記第二金属層とを接合する工程と、前記ＩｎＰ基板を選択除去して前記活性層を露出させる工程と、露出した前記活性層上にミラーを形成する工程と、露出した前記活性層上で前記ミラーの周囲に第一電極を形成する工程と、前記Ｓｉ基板の他方の面上に第二電極を形成する工程、とを具備することを特徴とする面発光レーザの製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の面発光レーザの製造方法において、
前記活性層の前記ミラーに対向しない部分に電流狭窄部を形成する工程、を設けたことを特徴とする面発光レーザの製造方法。
【請求項５】
請求項３記載の面発光レーザの製造方法において、
前記第一金属層と前記第二金属層とを半田により接合することを特徴とする面発光レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｃａｖｉｔｙ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｌａｓｅｒ）は光通信用光源や光計測用光源として用いられ、特にＷＤＭ（Ｗａｖｅ　Ｌｅｎｇｔｈ　ＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長分割多重）等の波長多重通信に適用されている。
【０００３】
従来の可変波長型の面発光レーザは、例えば、次の非特許文献１に記載されている。
【０００４】
【非特許文献１】
大磯義孝、外４名、「オプトロニクス」（オプトロニクス社）、
Ｎｏ．２４１、２００２年１月１０日、ｐ．１０５〜１１０
【０００５】
図３は上記文献に記載されている面発光レーザの縦断面図である。
図３において、２０はｎ型のＧａＡｓ基板、２１はＧａＡｓ基板２０の一方の面上に形成されたｎ型のＧａＡｓ／ＡｌＡｓの多層膜で構成される分布反射層（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｂｒａｇｇ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、以下ＤＢＲ層と記す）、２２はｎ型のＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰの多層膜で構成されるＤＢＲ層、２３はＤＢＲ層２２上に形成されたＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗｅｌｌ：多重量子井戸）等を用いた活性層である。
【０００６】
そして、２４は活性層２３上に形成されたｎ型のＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰの多層膜で構成されるＤＢＲ層、２５はＦｅがドープされたＩｎＰ層、２６はｐ型のＩｎＧａＡｓからなる電流層、２７はｎ型のＩｎＰ層、２８はＳｉＯ２／ＴｉＯ２の多層膜で構成されるミラー、２９は上部電極、３０はＧａＡｓ基板２０の他方の面に形成される下部電極である。
【０００７】
そして、ＤＢＲ層２１とＤＢＲ層２２とは、例えば水素雰囲気中で約６００℃３０分間アニールすることにより、ＧａＡｓとＩｎＰとを共有結合させることにより直接接合されている。
【０００８】
ところで、一般に１．５５μｍの波長を得ることができる面発光レーザを作成するには、上述のようにＩｎＰ系の材料を用いる必要があり、ＩｎＰ系の活性層の上下に反射率９９．５％程度で、屈折率の高い材料と低い材料が交互に積層された反射膜（ＤＢＲ層）が必要である。
【０００９】
そして、活性層の上部に製膜するＤＢＲ層は蒸着等で形成可能であるが、活性層の下部のＤＢＲ層は、その上に活性層をエピ成長させる必要があることからＤＢＲ層もＩｎＰ基板上にエピ成長させたものでなければならない。
【００１０】
しかし、ＩｎＰ基板に格子整合してエピ成長させることができる材料の組合わせでは屈折率差をあまり大きく取ることができないため、大きな反射率を得るにはＤＢＲ層の層数を多くしなければならないが、例えばＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ等は電気抵抗と熱抵抗が高く、層数を多くすることには限界がある。
【００１１】
従って、図３にに示した面発光レーザにおいては、図示しないＩｎＰ基板上にＤＢＲ層等を形成した後ＩｎＰ基板を除去し、露出したＩｎＰ系のＤＢＲ層２２と、屈折率差を大きく取ることが可能で、電気抵抗や熱抵抗の低いＧａＡｓ系のＤＢＲ層２１を直接接合するようにしている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような面発光レーザにおいては、次のような問題点があった。
異種ウエハを貼り合わせる工程は、面粗さやパーティクルの影響を受けやすいため、品質を安定させて製造することが困難である。
また、貼り合わせ面には低電気抵抗と低熱抵抗であることが要求されるが、貼り合わせ界面に自然酸化膜が形成されるため、それらの値がばらついてしまう場合がある。
【００１３】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、安定して製造可能で、高反射率、低電気抵抗、低熱抵抗の面発光レーザ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１においては、成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、ＩｎＰ基板の一方の面上に形成される低抵抗層と、前記低抵抗層上に形成される活性層と、前記活性層上に形成される分布反射層と、前記分布反射層上に形成される第一金属層と、Ｓｉ基板と、前記Ｓｉ基板の一方の面上に形成される第二金属層と、前記第一金属層と前記第二金属層とを接合する接合層と、前記ＩｎＰ基板が除去されて露出した前記低抵抗層上に形成されるミラーと、露出した前記低抵抗層上で前記ミラーの周囲に形成される第一電極と、前記Ｓｉ基板の他方の面上に形成される第二電極、とを具備することを特徴とする面発光レーザである。
【００１５】
本発明の請求項２においては、請求項１記載の面発光レーザにおいて、前記活性層の前記ミラーに対向しない部分に形成される電流狭窄部を設けたことを特徴とする面発光レーザである。
【００１６】
本発明の請求項３においては、成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザの製造方法において、ＩｎＰ基板上に低抵抗層を形成する工程と、前記低抵抗層上に活性層を形成する工程と、前記活性層上に分布反射層を形成する工程と、前記分布反射層上に第一金属層を形成する工程と、Ｓｉ基板の一方の面上に第二金属層を形成する工程と、前記第一金属層と前記第二金属層とを接合する工程と、前記ＩｎＰ基板を選択除去して前記活性層を露出させる工程と、露出した前記活性層上にミラーを形成する工程と、露出した前記活性層上で前記ミラーの周囲に第一電極を形成する工程と、前記Ｓｉ基板の他方の面上に第二電極を形成する工程、とを具備することを特徴とする面発光レーザの製造方法である。
【００１７】
本発明の請求項４においては、請求項３記載の面発光レーザの製造方法において、前記活性層の前記ミラーに対向しない部分に電流狭窄部を形成する工程、を設けたことを特徴とする面発光レーザの製造方法である。
【００１８】
本発明の請求項５においては、請求項３記載の面発光レーザの製造方法において、前記第一金属層と前記第二金属層とを半田により接合することを特徴とする面発光レーザの製造方法である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
図１は、本発明による面発光レーザの構成を示す断面図である。
図１において、１は図示しないＩｎＰ基板の一方の面上に形成される低抵抗層、２は低抵抗層１上に形成されるＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗｅｌｌ：多重量子井戸）等を用いた活性層、３は活性層２上に形成される分布反射層（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｂｒａｇｇ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、以下ＤＢＲ層と記す）、４は分布反射層３上に形成される第一金属層である。
【００２０】
そして、５はＳｉ基板であり、６はＳｉ基板５の一方の面上に形成される第二金属層、７は第一金属層４と第二金属層６とを接合するための接合層、８は図示しないＩｎＰ基板が除去されて露出した低抵抗層１上に形成されるミラー、９は露出した低抵抗層１上でミラー８の周囲に形成される第一電極、１０はＳｉ基板５の他方の面上に形成される第二電極である。
【００２１】
この場合、低抵抗層１は、例えばＩｎＰ基板に格子整合して形成されたＩｎＰ系のエピ層に不純物が高濃度にドーピングされて電気抵抗が低くされた層で、ＤＢＲ層３は例えばＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ等のＩｎＰ系の多層膜であり、第一金属層４と第二金属層６は例えばＡｕからなり、接合層７は例えばＡｕＳｎからなる半田層である。
【００２２】
そして、ミラー８は、例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２等の誘電体多層膜で構成され、低抵抗層１上に例えばドーナツ状にパターニングされて形成されている。
【００２３】
そして、１１は活性層２のミラー８に対向しない部分に例えばＦｅがドーピングされて形成される電流狭窄部であり、１２は活性層２のミラー８に対向し電流狭窄部１１が形成されていない発光部である。
【００２４】
尚、上述においては、ＤＢＲ層３はＩｎＰ系多層膜で構成した場合を説明したが、ＤＢＲ層３を例えば、多結晶のＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多層膜によって構成するようにしても良い。
【００２５】
次に、図１に示した面発光レーザの製造方法を説明する。
図２（ａ）〜（ｉ）は面発光レーザの製造方法を示す工程図である。
尚、以下の図面において、図１と重複する部分は同一番号を付してその説明は適宜に省略する。
【００２６】
まず、図２（ａ）において、ＩｎＰ基板１３上に不純物が高濃度にドープされたＩｎＰ系のエピ層を格子整合した状態でエピ成長させて低抵抗層１を形成する。
次に、図２（ｂ）において、低抵抗層１上に活性層２を格子整合した状態でエピ成長させ、図２（ｃ）において、活性層２に例えばドーナツ状に不純物として例えばＦｅを注入し、発光部１２及び電流狭窄部１１を形成する。
【００２７】
次に、図２（ｄ）において、活性層２上にＤＢＲ層３を格子整合した状態でエピ成長させ、次に図２（ｅ）において、ＤＢＲ層３上に第一金属層４を蒸着等により成膜する。
次に、図（ｆ）において、Ｓｉ基板５の一方の面上に蒸着等ににより形成された第二金属層６と第一金属層４とを例えば半田（ＡｕＳｎ）から構成される接合層７により接合する。
【００２８】
次に、図２（ｇ）において、ＩｎＰ基板１３を選択エッチングにより除去して低抵抗層１を露出させる。
そして、図２（ｈ）において、露出した低抵抗層１上に誘電体多層膜を形成し、発光部に対向する位置を例えば円形にパターニングしてミラー８を形成する。
【００２９】
次に、図２（ｉ）において、露出した活性層２上でミラー８の周囲に第一電極９を形成すると共に、Ｓｉ基板５の他方の面上に第二電極１０を形成する。
【００３０】
この場合、低抵抗層１、活性層２及びＤＢＲ層３は、ＩｎＰ基板１３上に格子整合した状態で、例えば有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法により成長層として順次積層される。
【００３１】
次に、図１に示した面発光レーザの動作について説明する。
第一電極９と第二電極１０との間に電圧が印加されると、第一電極９から低抵抗層１、活性層２、ＤＢＲ層３、第一金属層４、接合層７、第二金属層６及びＳｉ基板５を通り第二電極１０まで電流（正孔）が流れる。また、逆に第二電極１０から第一電極９に向かって電子が流れる。
【００３２】
尚、この場合、電流狭窄部１１に流れ込んだ電流は、横方向から発光部１２に流れ込み、ＤＢＲ層３、第一金属層４、接合層７、第二金属層６及びＳｉ基板５を通り第二電極１０に流れる。
【００３３】
そして、バンドギャップの最も狭い発光部１２において正孔と電子の結合が生じて光が発光部１２より発光され、ＤＢＲ層３とミラー８との間に形成される光共振器によって光増幅され、ミラー８の上部より出射される。
【００３４】
この場合、活性層２下部の反射膜は、ＩｎＰ系の多層膜（ＤＢＲ層３）と電気抵抗及び熱抵抗の低い金属膜（第一金属層４、接合層７および第二金属層６）の組合わせで構成されているので、反射率を高くすると共に、ＩｎＰ系の多層膜（ＤＢＲ層３）の層数を減らすことができ、結果として電気抵抗と熱抵抗を小さくすることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、金属と金属を半田接合することにより活性層下の反射膜をＩｎＰ系ＤＢＲ層と金属膜の組合わせで構成されるようにしたので、接合界面の面粗さやパーティクルの影響を受け難く、製造工程を安定化させることができる。
また、界面に形成される自然酸化膜の影響を小さくすることができるので、面発光レーザの電気抵抗と熱抵抗のばらつきの発生を防止することができる。
【００３６】
上述のような面発光レーザにおいては、熱抵抗が低いので、活性層温度の上昇による利得の減少、光出力の減少等のレーザ特性の劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による面発光レーザの構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した面発光レーザの製造方法を説明するための図である。
【図３】従来の面発光レーザの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１　低抵抗層
２　活性層
３　ＤＢＲ層
４　第一金属層
５　Ｓｉ基板
６　第二金属層
７　接合層
８　ミラー
９　第一電極
１０　第二電極
１１　電流狭窄層
１２　発光部
【図１】
2004134550.tif 000003
【図２】
2004134550.tif 000004
【図３】
2004134550.tif 000005