(57)【要約】【課題】電極間の抵抗を低下させた面発光型半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】面発光型半導体レーザ素子２０は、メサ部１６を有し、前記メサ部の頂部からレーザ光を出射する面発光型半導体レーザ素子であって、活性層５と、前記活性層を面に垂直な方向から挟む一対の多層反射膜２、９とからなる垂直共振器を備え、前記メサ部は前記活性層と少なくとも一方の前記多層反射膜とを含み、前記多層反射膜と電極１２とを接続するコンタクト層１０、１４が、前記多層反射膜の頂部から側面にわたって形成されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メサ部を有し、前記メサ部の頂部からレーザ光を出射する面発光型半導体レーザ素子であって、
活性層と、前記活性層を面に垂直な方向から挟む一対の多層反射膜とからなる垂直共振器を備え、
前記メサ部は前記活性層と少なくとも一方の前記多層反射膜とを含み、前記多層反射膜と電極とを接続するコンタクト層が、前記多層反射膜の頂部から側面にわたって設けられていることを特徴とする面発光型半導体レーザ素子。
【請求項２】
メサ部を有し、該メサ部の頂部からレーザ光を出射する面発光型半導体レーザ素子であって、
活性層と、
前記活性層を面に垂直な方向から挟む第１及び第２の多層反射層と、
前記活性層に電流を供給する第１及び第２の電極と、
前記活性層と前記第２多層反射層との間に挟まれており、面の中央部が周辺部より電気抵抗率が低い電流狭窄層と、
前記第２多層反射膜の頂部から側面にわたって設けられたコンタクト層と、
を備え、
前記メサ部は、前記活性層、前記電流狭窄層、前記第２多層反射層、前記コンタクト層及び前記第２電極を含むことを特徴とする面発光型半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面発光型半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
面発光型半導体レーザ素子は、面に垂直な方向にレーザ光を照射する。このため、面に平行な方向にレーザ光を照射する場合に比べて発光点の大きさを比較的自由に制御できる。例えば、メサ部を設け、該メサ部の径又はそれ以下の径に発光点の大きさを制御する方法が知られている。
【０００３】
従来の面発光レーザでは、頂部の電極から層状電極を介して活性領域に電流を導いている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特表平７−５０７１８３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の面発光型半導体レーザ素子では、活性層を挟んだ電極間で５０Ω以上の大きな抵抗値となる場合がある。抵抗が高いとレーザの温度特性、高速応答性等が劣化するという問題点がある。また、ｐ型ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多層反射膜のヘテロ界面には、正孔に対する急峻なエネルギー障壁ΔＥｖが存在するために正孔の注入が困難であり、抵抗が高くなっていた。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、電極間の抵抗を低下させた面発光型半導体レーザ素子を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る面発光型半導体レーザ素子は、メサ部を有し、前記メサ部の頂部からレーザ光を出射する面発光型半導体レーザ素子であって、
活性層と、前記活性層を面に垂直な方向から挟む一対の多層反射膜とからなる垂直共振器を備え、
前記メサ部は前記活性層と少なくとも一方の前記多層反射膜とを含み、前記多層反射膜と電極とを接続するコンタクト層が、前記多層反射膜の頂部から側面にわたって設けられていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ素子について、添付図面を用いて説明する。なお、図面において、実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
【０００９】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る面発光型半導体レーザ素子について図１及び図２を用いて説明する。図１は、この面発光型半導体レーザ素子２０の断面構造を示す断面図である。図２は、第２電極１２からコンタクト層１０、１４と電流狭窄層７、８とを介して活性層５に流れる電流流路を示す概略断面図である。この面発光型半導体レーザ素子３０は、メサ部１６を有し、該メサ部の頂部の開口部２４から垂直上方にレーザ光を出射する。また、この面発光型半導体レーザ素子２０は、活性層５と、該活性層５を面に垂直な方向から挟む第１及び第２の多層反射膜２、９とからなる垂直共振器を備える。上記メサ部は、活性層５、電流狭窄層７、８、及び第２多層反射膜９を含み、さらに、第２多層反射膜９と第２電極１２とを接続するコンタクト層１０、１４が、第２多層反射膜９の頂部から側面にわたって形成されている。このため、コンタクト層１０、１４から多層反射膜９への電流経路のうち、多層反射膜９の面に平行に流れる電流経路が増え、第２多層反射膜９のヘテロ界面を横切る電流経路が減る。これによって電極１２、１３の間の電気抵抗の増大を抑制することができる。
【００１０】
次に、この面発光型半導体レーザ素子２０のさらに詳細な断面構造について、図１を用いて、Ｎ型ＧａＡｓ基板１から順に面に垂直方向について説明する。この面発光型半導体レーザ素子２０は、Ｎ型ＧａＡｓ基板１の上に、第１多層反射膜であるＮ型ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多層反射膜２、Ｎ型ＧａＡｓ層３が順に積層されている。また、その上部にはメサ部が形成されている。このメサ部には、Ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸活性層５、Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層６、（厚さ３０ｎｍの）Ｐ型ＡｌＡｓ層７と酸化ＡｌＡｓ層８とからなる電流狭窄層、第２多層反射膜であるＰ型ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多層反射膜９とを含んでいる。さらに、Ｐ型ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多層反射膜９の頂部周縁及び側面を覆ってＰ型ＧａＡｓコンタクト層１０、１４が形成されている。このＰ型ＧａＡｓコンタクト層１０、１４の側面をＳｉＯ２絶縁膜１１で覆って、メサ部の頂部周縁でコンタクト層１０に接続するＡｕＺｎ合金膜からなるＰ型電極１２が形成されている。また、メサ部からやや離れた箇所でＳｉＯ２絶縁膜１１に設けられた開口部を介して、Ｎ型ＧａＡｓ層３に接続されたＡｕＧｅ合金膜からなるＮ型電極１３を有する。
【００１１】
さらに、２つの電極１２、１３の間に流れる電流経路について、図２を用いて説明する。電流は、Ｐ型電極１２からＰ型コンタクト層１０、１４を介して多層反射膜９に流れ込む。このとき、Ｐ型コンタクト層１０、１４が第２多層反射膜９の頂部だけでなく側面にわたって設けられているので、電流は多層反射膜９の面に平行に流れ、ヘテロ界面を横切る電流経路を減らすことができる。これによって電気抵抗の増大を抑制することができる。さらに電流は、電流狭窄されたＡｌＡｓ層７を流れ、活性層５に流れ込む。その後、Ｎ型ＧａＡｓ層３を介してＮ型電極１３へと流れる。
【００１２】
なお、第１多層反射膜としてのＮ型ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多層反射膜２は、厚さ７４ｎｍのＡｌＡｓ層と厚さ６３ｎｍのＡｌＧａＡｓ層とのペアが４０ペア積層されている。そのキャリア濃度Ｎは１×１０１８ｃｍ−３である。また、第２多層反射膜としてのＰ型ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多層反射膜９は、厚さ７４ｎｍ、キャリア濃度Ｐ＝３×１０１８ｃｍ−３のＡｌＡｓ層と、厚さ６３ｎｍ、キャリア濃度Ｐ＝１×１０１８ｃｍ−３のＡｌＧａＡｓ層とのペアが１８ペア積層されている。
【００１３】
次に、面発光型半導体レーザ素子の製造方法について説明する。
（ａ）Ｎ型ＧａＡｓ基板１の上にＭＯＣＶＤ法により、順に、Ｎ型ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多層反射膜２、Ｎ型ＧａＡｓ層３、Ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸層５、Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層６、Ｐ型ＡｌＡｓ層７、Ｐ型ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多層反射膜９、Ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０の各層を積層成長させる（図３）。
（ｂ）次に、Ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０の上にＳｉＯ２絶縁膜２１を形成し、これをパターニングし、メサ形成部分を残す（図４）。
【００１４】
（ｃ）反応性イオンビームエッチング法（Reactive Ion Beam Etching：ＲＩＢＥ）等のドライエッチングにより、パターニングされたＳｉＯ２絶縁膜２１をマスクにして、ＳｉＯ２絶縁膜２１で被覆されていない部分の下部のＰ型ＧａＡｓコンタクト層１０を完全にエッチングし、Ｐ型ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多層反射膜９の途中までをエッチングする。これによってマスクされた部分によるメサを形成する（図５）。
（ｄ）ＭＯＣＶＤ法によって、Ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１４をメサ部側面、及び、ＳｉＯ２絶縁膜２０で覆われていない部分に積層成長させる（図６）。この場合、ウエハを空気にさらしてＡｌを含む層を酸化させてしまった場合には、酸化された面に結晶成長させることは困難になる。そこで、ドライエッチング装置とＭＯＣＶＤ装置との間でウエハを空気にさらすことなく搬送可能なことが好ましい。さらに、ドライエッチング過程とＭＯＣＶＤ法による結晶成長過程を連続して行えることが好ましい。
【００１５】
（ｅ）次いで、ＲＩＢＥ法等のドライエッチングにより、ＳｉＯ２絶縁膜２１をマスクにして、Ｐ型ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多層反射膜９、ＡｌＡｓ層７、Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層６、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸層５、Ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４をエッチングする（図７）。
（ｆ）ＳｉＯ２絶縁膜２１をエッチング除去する（図８）。
（ｇ）窒素でバブリングした８０℃の水蒸気中でウエハを４００℃以上に加熱する。これによりＡｌＡｓ層７が選択的に酸化され、酸化ＡｌＡｓ層８が形成される（図９）。例えば、１０分程度の処理で３０μｍ径のメサに対して中央部１５μｍ径の未酸化のＡｌＡｓ層７を残して周縁部に酸化ＡｌＡｓ層８が形成される。酸化ＡｌＡｓ層８は高抵抗であるので、電流が中央部のＡｌＡｓ層７に狭窄される。このＡｌＡｓ層７が電流経路となる。そのため、中央部のＡｌＡｓ層７と周辺部の酸化ＡｌＡｓ層８とを併せて電流狭窄層という。そこで、酸化ＡｌＡｓ層８の半径方向の厚さを制御することで電流経路を所望の径に制御でき、その結果、レーザ発光する径を制御できる。
【００１６】
（ｈ）ＳｉＯ２絶縁膜２２を形成した後、パターニングし、メサの頂部のＳｉＯ２絶縁膜２２を除去する（図１０）。
（ｉ）ＳｉＯ２絶縁膜２２をマスクにして、メサの頂部のＰ型ＧａＡｓコンタクト層１０をエッチング除去し、レーザ光出射用の開口部２４を形成する（図１１）。
（ｊ）マスクとしてのＳｉＯ２絶縁膜２１をエッチング除去する（図１２）。
（ｋ）ＳｉＯ２絶縁膜１１を形成した後、パターニングし、メサ部１６の頂部のＳｉＯ２絶縁膜１１を除去する。また、メサ部１６からやや離れた箇所でＳｉＯ２絶縁膜１１を除去し、Ｎ型ＧａＡｓ層３を露出させ、Ｎ型電極１３用の開口部２６を形成する（図１３）。
（ｌ）メサ部１６の頂部周縁にコンタクト層１０、１４と接続するＰ型電極１２を形成する（図１４）。
（ｍ）開口部２６にＮ型ＧａＡｓ層３と接続するＮ型電極１３を形成する（図１５）。
以上の過程により、面発光型半導体レーザ素子２０を作製することができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明に係る面発光半導体レーザ素子によれば、電極と第１多層反射膜とを電気的に接続するコンタクト層が、メサ部を構成する第１多層反射膜の頂部から側面にわたって形成されている。これによって、電流はコンタクト層から多層反射膜の層に平行な電流経路を流れるので、ヘテロ界面を通過することによる抵抗増加分を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る面発光型半導体レーザ素子の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る面発光型半導体レーザ素子の電流経路を示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る面発光型半導体レーザ素子の製造方法において、コンタクト層まで積層する過程を示す概略断面図である。
【図４】マスクとしてＳｉＯ２膜をパターニングする過程を示す概略断面図である。
【図５】ＳｉＯ２膜をマスクとしてエッチングしてメサを形成する過程を示す概略断面図である。
【図６】メサ部の側面にコンタクト層を形成する過程を示す概略断面図である。
【図７】ＳｉＯ２膜をマスクにしてエッチングし、下部クラッド層までをメサとする過程を示す概略断面図である。
【図８】ＳｉＯ２膜を除去する過程を示す概略断面図である。
【図９】ＡｌＡｓ層を選択的に酸化して電流狭窄酸化ＡｌＡｓ層を形成する過程を示す概略断面図である。
【図１０】ＳｉＯ２絶縁膜をパターニングする過程を示す概略断面図である。
【図１１】メサ部の頂部をエッチングで開口する過程を示す概略断面図である。
【図１２】ＳｉＯ２膜を除去する過程を示す概略断面図である。
【図１３】ＳｉＯ２絶縁膜をパターニングする過程を示す概略断面図である。
【図１４】メサの頂部周縁にＰ型電極を形成する過程を示す概略断面図である。
【図１５】Ｎ型電極を形成する過程を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１  Ｎ型ＧａＡｓ基板、２  Ｎ型ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多層反射膜、３  Ｎ型ＧａＡｓ層、４  Ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、５  ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸活性層、６  Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、７  Ｐ型ＡｌＡｓ層、８  電流狭窄酸化ＡｌＡｓ層、９  Ｐ型ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多層反射膜、１０  Ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１１  ＳｉＯ２絶縁膜、１２  Ｐ型電極、１３  Ｎ型電極（ＡｕＧｅ）、１４  Ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１６  メサ部、２０  面発光型半導体レーザ素子、２１、２２  ＳｉＯ２絶縁膜（マスク膜）、２４  開口部、２６  開口部
【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】
2004207442.tif 000014
【図１３】
2004207442.tif 000015
【図１４】
2004207442.tif 000016
【図１５】
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