(57)【要約】【課題】従来の、基板がレーザ光に対して不透明で、裏面に設けたから開孔よりレーザ光を取り出す、ジャンクションダウン実装型面発光レーザでは、裏面に設けた開孔により放熱性が低く、熱抵抗が十分に低減されない。【解決手段】本発明は、活性層から光出射面までの半導体層の厚さを８μｍ以上と十分に厚くすることにより、発光部で発生した熱を、発光部から直接ヒートシンクへ熱が流れる経路に加えて、発光部から基板側へ広がりながら熱が流れる経路からも効率よく放熱させることができ、素子の熱抵抗を低減することができる。【選択図】図１
2004079833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板の上部に形成された第１の分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡と、この第１の分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡の上部に形成された活性層と、この活性層の上部に形成された第２の分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡とを少なくとも有し、前記活性層の発光波長は前記基板のバンドギャップ波長よりも短く、前記基板の裏面側に設けられた孔からレーザ光が取り出され、前記活性層と光出射面との間に設けられた半導体層の合計の厚さが８μｍ以上であることを特徴とする垂直共振器型面発光半導体レーザ。
【請求項２】
前記活性層と前記第１の分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡の間に設けられた半導体層の厚さが５μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ。
【請求項３】
前記第１の分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡と前記光出射面の間に設けられた半導体層の厚さが５μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ。
【請求項４】
前記活性層と前記第１の分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡の間に設けられた半導体層の厚さと、前記第１の分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡と前記光出射面の間に設けられた半導体層の厚さの合計が５μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ。
【請求項５】
基板と、この基板の上部に形成された第１の分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡と、この第１の分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡の上部に形成された活性層と、この活性層の上部に形成された第２の分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡とを少なくとも有し、前記活性層の発光波長は前記基板のバンドギャップ波長よりも短く、前記基板の裏面側に設けられた孔からレーザ光が取り出され、この開孔部にレーザ光に対して透明でかつ前記基板よりも熱伝導率の高い半導体層あるいは絶縁体層が形成されていることを特徴とする垂直共振器型面発光半導体レーザ。
【請求項６】
前記基板がＧａＡｓであり、前記活性層にＩｎ１−ｘ（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）ｘＰ系材料が用いられ、発振波長が６２０〜６９０ｎｍであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ。
【請求項７】
前記基板がＧａＡｓであり、前記活性層から前記光出射面との間に設けられた半導体層が、Ｇａ１−ｚＡｌｚＡｓ系材料またはＩｎ１−ｘ（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）ｘＰ系材料であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ。
【請求項８】
前記活性層から前記光出射面との間に設けられた半導体層のうち、基板に最も近い半導体層がＩｎ１−ｘ（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）ｘＰ系材料であることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ。
【請求項９】
前記開孔部に形成されたレーザ光に対して透明でかつ前記基板よりも熱伝導率の高い半導体層あるいは絶縁体層が、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ダイヤモンドのいずれか、またはその組み合わせにより構成されることを特徴とする請求項５に記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の一主面と垂直方向にレーザ光を出射する垂直共振器型面発光半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
垂直共振器型面発光半導体レーザ（以下では、面発光レーザと呼ぶ）は、端面へき開なしに作製できること、二次元アレイ化が可能なこと、出射ビームを容易に円形化できることなど、端面発光型の半導体レーザにはない特徴があり注目をされている。
【０００３】
面発光レーザの最も一般的な構造としては、半導体基板上において、活性層の上下に一対の分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｂｒａｇｇ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　Ｍｉｒｒｏｒ、以下ＤＢＲミラーと呼ぶ）を配置した積層構造を形成し、このＤＢＲミラーの外側に形成した電極からＤＢＲミラーを介して、電流を注入する構造がよく知られている。このような構造の面発光レーザにおいては、端面発光型の半導体レーザと比べると素子の熱抵抗が非常に大きく、レーザ発振時には通電による発熱で、活性層内部の温度が素子の外部と比べて上昇することも知られている。
面発光レーザの熱抵抗を低減する方法の一つとして、発熱源となるｐｎ接合部のある基板表面側をヒートシンクにマウントする、いわゆるジャンクションダウン型とすることにより、レーザ光を基板の表面側からではなく裏面側から取り出す方法がある。ジャンクションダウン型では、基板がレーザ光に対して透明な場合は、基板裏面から容易にレーザ光を取り出すことが可能であるが、基板が不透明な場合は、レーザ光を取り出すためには基板に光取り出し用の孔を設ける必要がある。
【０００４】
図５は、レーザ光に対して基板が不透明でかつ、基板裏面からレーザ光を取り出す構成の面発光レーザの従来例を示す構造断面図である。このような構成の面発光レーザと同様な構成は、例えば、ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ　ＬＥＴＴＥＲＳ　Ｖｏｌ．２５　Ｎｏ．２４　ｐｐ．１６４４−１６４５（１９８９年１１月２３日発行）に記載されている。
図５に示した面発光レーザでは、活性層にＧａＡｓを量子井戸に用いた多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ｑｕａｎｔｕｍ　ｗｅｌｌ）構造を用いているため、発振波長が約８５０ｎｍとなり、レーザ光はＧａＡｓ基板によって吸収されるため、基板には裏面から孔を開けて、そこからレーザ光を取り出す構造となっている。
【０００５】
以下、図５に示した従来例の作製法を簡単に説明する。最初に、ｎ型ＧａＡｓ基板４０８上に、ｎ型ＧａＡｌＡｓ系ＤＢＲミラー４０７、ｎ型Ｇａ０．７Ａｌ０．３Ａｓ　クラッド層４０６、ＧａＡｓ系ＭＱＷ活性層４０５、ｐ型Ｇａ０．７Ａｌ０．３Ａｓ　クラッド層４０４、ｐ型ＧａＡｌＡｓ系ＤＢＲミラー４０３、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層４０２をＭＯＣＶＤ法で順次結晶成長する。このとき、ＧａＡｌＡｓ系ＤＢＲミラーは、それぞれの光学膜厚が発振波長の四分の一波長であるＧａ０．９Ａｌ０．１ＡｓとＧａ０．２Ａｌ０．８Ａｓを、交互に繰り返し積層したものであり、波長８５０ｎｍ帯の面発光レーザでは、この材料の組み合わせの場合には繰り返し数は基板側のＤＢＲミラーでは約２０程度、また基板と反対側のＤＢＲミラーでは約３０程度とするのが一般的である。次いで、基板表面から選択的にプロトンをイオン注入することにより、電流狭窄のための高抵抗領域４１０を形成する。次いで、ｐ側電極４０１の形成、基板の裏面研磨、ｎ側電極４０９の形成を順次行った後に、裏面を選択的にエッチングすることにより光取り出し用の開孔を作製する。
【０００６】
以上のような手順で作製した面発光レーザを、いわゆるジャンクションダウン型でヒートシンクに実装すると、いわゆるジャンクションアップ型で実装した場合と比べると、発熱源となる活性層とヒートシンクとの距離を大幅に短くなるので、素子の熱抵抗を小さくすることが可能である。素子の熱抵抗が小さくなると、電流注入時の活性層の温度上昇が小さくなるので、高温動作・高出力動作が可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ジャンクションダウン型の実装により、ジャンクションアップ型と比べて素子の熱抵抗を低減することが可能となる。しかしながら、従来例のように基板が発振波長に対して不透明な場合において、レーザ光を取り出すための開孔を裏面に形成すると、開孔がない素子をジャンクションダウン型で実装した場合ほど、素子の熱抵抗を低減することはできない。これは、基板に設けた開孔により、熱源となる発光部からレーザ光が素子外部に出射される光出射面までの半導体層の厚さが約２．５〜３μｍと非常に薄くなるために、熱源から基板側に広がりながらヒートシンクへと放熱する経路での放熱効果が低減してしまうためである。
【０００８】
このように、発振波長に対して基板が透明で裏面に開孔を設けることなくジャンクションダウン型実装が可能な面発光レーザと比べると、発振波長に対して基板が不透明なために裏面に開孔を設けないとジャンクションダウン型実装ができない面発光レーザにおいては、ジャンクションダウン実装型による熱抵抗の改善による光出力特性や温度特性などの素子特性改善が少ないという問題があった。本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、発振波長に対して基板が不透明で、基板裏面から開孔を設けてレーザ光を取り出す構造の面発光レーザにおいて、従来よりも素子の熱抵抗が低減され、高温・高出力動作に優れた素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に係る発明では、基板と、この基板の上部に形成された第１の分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡と、この第１の分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡の上部に形成された活性層と、この活性層の上部に形成された第２の分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡とを少なくとも有し、前記活性層の発光波長は前記基板のバンドギャップ波長よりも短く、前記基板の裏面側に設けられた孔からレーザ光が取り出され、前記活性層と光出射面との間に設けられた半導体層の合計の厚さが８μｍ以上である垂直共振器型面発光半導体レーザを提供する。
このような構成の面発光レーザを、ジャンクションダウン型でヒートシンクに実装したとき、活性層と光出射面との間の半導体層の厚さが十分に厚いために、電流注入時に活性層すなわち発光部で発生した熱に対する、基板側に広がりながらヒートシンクへと放熱する経路での放熱効果が改善され、素子の熱抵抗を従来よりも低減することが可能となる。素子の熱抵抗の低減にともない、光出力特性と温度特性が改善される。
なお、活性層と光出射面との間の半導体層の厚さが十分に厚く、８μｍ以上にすれば、上述の効果が期待できるが、その上限は１３μｍ以下が望ましい。その理由は、厚さ１３μｍ以上で素子の熱抵抗はほとんど一定になり、これ以上厚くしても素子特性はほとんど変化しないからである。
【００１０】
次に請求項２に係る発明では、活性層と、活性層と基板の間に設けられた分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡の間に、厚さが５μｍ以上の半導体層を設けることにより、活性層と光出射面との間の半導体層の厚さが十分に厚くすることが可能であり、素子の熱抵抗が低減される。
なお、活性層と、活性層と基板の間に設けられた分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡の間の半導体層の厚さを、５μｍ以上にすれば、素子の熱抵抗を低減できるが、その上限は１０μｍ以下が望ましい。
【００１１】
次に、請求項３に係る発明では、活性層と基板の間に設けられた分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡と、基板の間に、厚さが５μｍ以上の半導体層を設けることにより、活性層と光出射面との間の半導体層の厚さが十分に厚くすることが可能であり、素子の熱抵抗が低減される。
なお、活性層と基板の間に設けられた分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡と、基板の間に設けられた半導体層の厚さも、５μｍ以上が好ましいが、１０μｍ以下が望ましい。
【００１２】
次に、請求項４に係る発明では、活性層と、活性層と基板の間に設けられた分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡の間に設けられた半導体層と、活性層と基板の間に設けられた分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡と、基板の間に設けられた半導体層の、合計の厚さを５μｍ以上とすることにより、活性層と光出射面との間の半導体層の厚さが十分に厚くすることが可能であり、素子の熱抵抗が低減される。
【００１３】
次に、請求項５に係る発明では、基板と、この基板の上部に形成された第１の分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡と、この第１の分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡の上部に形成された活性層と、この活性層の上部に形成された第２の分布ブラッグ反射型半導体多層膜反射鏡とを少なくとも有し、前記活性層の発光波長は前記基板のバンドギャップ波長よりも短く、前記基板の裏面側に設けられた孔からレーザ光が取り出され、この開孔部にレーザ光に対して透明でかつ前記基板よりも熱伝導率の高い半導体層が形成された面発光レーザを提供する。このような構成の面発光レーザを、ジャンクションダウン型でヒートシンクに実装したとき、基板裏面に設けられた開孔に熱伝導率の高い半導体層が設けられているために、電流注入時に活性層すなわち発光部で発生した熱に対する、基板側に広がりながらヒートシンクへと放熱する経路での放熱効果が改善され、素子の熱抵抗を従来よりも低減することが可能となる。素子の熱抵抗の低減にともない、光出力特性と温度特性が改善される。
【００１４】
次に、請求項６に係る発明では、前記基板がＧａＡｓであり、前記活性層にＩｎ１−ｘ（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）ｘＰ系材料が用いられ、発振波長が６２０〜６９０ｎｍである面発光レーザを提供する。
活性層にＩｎ１−ｘ（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）ｘＰ系材料を用いた発振波長が６２０〜６９０ｎｍの赤色面発光レーザでは、温度上昇に伴う利得の低下が非常に顕著であることから、素子の熱抵抗を低減したことによる素子特性の改善はいっそう顕著となる。
【００１５】
次に、請求項７に係る発明では、前記基板がＧａＡｓであり、前記活性層から前記光出射面との間に設けられた半導体層に、Ｇａ１−ｚＡｌｚＡｓ系材料またはＩｎ１−ｘ（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）ｘＰ系材料を用いた面発光レーザを提供する。
Ｇａ１−ｚＡｌｚＡｓ系材料またはＩｎ１−ｘ（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）ｘＰ系材料は、ＧａＡｓ基板に格子整合させることができるため、結晶品質を低下させることなく十分な膜厚の半導体層を積層することが可能である。
【００１６】
次に、請求項８に係る発明では、前記活性層から前記光出射面との間に設けられた半導体層のうち、基板に最も近い半導体層がＩｎ１−ｘ（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）ｘＰ系材料である面発光を提供する。
裏面に開孔を設けることにより、露出され素子外部と接触する半導体層をＩｎ１−ｘ（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）ｘＰ系材料とすることで、Ｇａ１−ｚＡｌｚＡｓ系材料を用いた場合と比べて、外部からの水分の吸収を抑制することが可能となり、信頼性の高い面発光レーザが実現できる。
【００１７】
次に、請求項９に係る発明では、前記開孔部に形成されたレーザ光に対して透明でかつ前記基板よりも熱伝導率の高い半導体層が、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ダイヤモンドのいずれか、またはその組み合わせにより構成された面発光レーザを提供する。
ＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ダイヤモンドなどの半導体材料は、ＧａＡｓ、Ｉｎ１−ｘ（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）ｘＰ、Ｇａ１−ｚＡｌｚＡｓなどの半導体材料と比べ、熱伝導率が非常に高い材料であるため、放熱効果の改善が顕著であり、さらに素子特性が改善される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態は、活性層にＩｎＧａＡｌＰ系量子井戸構造を用いた、発光波長が約６６０ｎｍの面発光レーザである。
図１は、本実施形態に係わる面発光レーザの概略構成を示す断面図である。
【００１９】
以下、本実施形態に係わる面発光レーザの作製手順について説明する。まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１１０の一主面上に、ｎ型ＩｎＧａＰ層１０９、ｎ型ＧａＡｌＡｓ層１０８、ｎ型ＧａＡｌＡｓ系ＤＢＲミラー１０７、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１０６、発光ピーク波長が６５０ｎｍとなるように調整されたＩｎＧａＡｌＰ系ＭＱＷ活性層１０５、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１０４、ｐ型ＧａＡｌＡｓ系ＤＢＲミラー１０３、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０２を、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長で順次積層する。次に、発光領域となる直径１０μｍの円形領域を除いた領域に、選択的にプロトンをイオン注入することにより高抵抗領域１１２を形成し、電流狭窄部を作製する。次に、基板表面の略全面にｐ側電極１０１を形成し、その後に、ｎ型ＧａＡｓ基板１１０の裏面を研磨して積層した半導体層も含めた基板の厚さを１２０μｍとした。その後に、基板裏面の電流狭窄部と同心で直径８０μｍの円形領域を除いた領域に、ｎ側電極１１１を形成する。最後に、ｎ側電極１１１が形成されなかった領域をエッチングすることにより、レーザ光を取り出すための孔を作製し、図１のような面発光レーザが完成する。このとき、開孔部を形成するエッチングは、レジストをマスクとした塩素系ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）を用いた約１００μｍのドライエッチングと、硫酸系エッチャントによるウエットエッチングを用いて行った。ｐ型ＩｎＧａＰ層１０９は、硫酸系エッチャントによりＧａＡｓをエッチングするときの、エッチングストップ層として機能させることができる。また、ＧａＡｌＡｓ系ＤＢＲミラーは、それぞれの光学膜厚が発振波長の四分の一波長であるＧａ０．５Ａｌ０．５ＡｓとＧａ０．０５Ａｌ０．９５Ａｓを、交互に繰り返し積層した構造とし、繰り返し数は、基板側のｎ型ＤＢＲミラーでは３０、基板と反対側のＤＢＲミラーでは５０．５とした。さらに、ｎ型ＤＢＲミラー１０７とｎ型ＧａＡｓ基板の間に設けたＧａＡｌＡｓ層１０８においては、Ａｌ組成を０．７、膜厚を約６．５μｍとし、ｐ型ＩｎＧａＰ層１０９においては膜厚を約０．５μｍとした。ｎ側ＤＢＲミラー１０７の厚さは約３μｍであることから、活性層からレーザ光出射面までの半導体層の合計の膜厚は約１０μｍとなる。なお、ＩｎＧａＰ層１０９は、すでに述べたエッチングストップ層として機能するだけではなく、素子外部からの水分の吸収を抑制して、長期信頼性の高い素子を実現するのに有効な保護層としての働きもしている。また、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１０６、ＩｎＧａＡｌＰ系ＭＱＷ活性層１０５、およびｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層の合計の厚さは約０．２μｍであるが、より厳密には共振器の共振波長が６６０ｎｍとなるように調整されている。
【００２０】
以上のようにして作製された図１の面発光レーザは、ｐ側電極１０１がヒートシンクに接触するように、ジャンクションダウン型で実装して、外部から電流を注入して動作させる。このとき、活性層から光出射面までの半導体層の厚さが約１０μｍと、十分な厚さが確保されているため、発光部で発生した熱は、発光部から直接ヒートシンクへ熱が流れる経路に加えて、発光部から基板側へ広がりながら熱が流れる経路でも放熱させることが可能となる。その結果、一般的なジャンクションアップ型構造の場合よりも素子の熱抵抗が低減されるのみならず、裏面開孔を設けたジャンクションダウン型で図５の従来例のような構成と比べても熱抵抗はさらに低減される。
【００２１】
裏面開孔を設けた面発光レーザをジャンクションダウン型で実装した場合の素子の熱抵抗は、活性層から光出射面までの半導体層の厚さに強く依存する。図１の実施形態と概略同一構成の面発光レーザに関して、ｎ型ＧａＡｌＡｓ層１０８の厚さを変化させたときの熱抵抗を、シミュレーションにより算出した結果をグラフに示したのが図２である。ここでは、素子の電流狭窄径が、５，１０，１５，２０μｍの４種類の場合について示してある。なお、グラフの横軸は、ｎ型ＧａＡｌＡｓ層１０８の厚さではなく、活性層から光出射面までの合計の半導体層の厚さ（ｔ）としている。図２を見るとわかるように、ｔの増加とともに熱抵抗は減少するが、素子の電流狭窄径がいずれの場合においても、ｔが８μｍくらいまではｔの増加に対して熱抵抗が急速に減少し、ｔが８μｍを超えるとほぼ一定値に落ち着くことがわかる。したがって、活性層から光出射面までの合計の半導体層の厚さは８μｍ以上とすれば良いことになる。
この図２から、活性層から光出射面までの合計の半導体層の厚さは８μｍ以上例えば４０μｍ以上であっても理論的には良いが、必要以上に厚くすると、結晶成長時間が長くなるだけでなく結晶品質の低下も懸念されるので、熱抵抗がほぼ一定となる１３μｍ以下が望ましい。
【００２２】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態も、第１の実施形態と同様に、活性層にＩｎＧａＡｌＰ系量子井戸構造を用いた、発振波長が約６６０ｎｍの面発光レーザである。
図３は、本実施形態に係わる面発光レーザの概略構成を示す断面図である。
【００２３】
以下、本実施形態に係わる面発光レーザの作製手順について説明する。まず、ｎ型ＧａＡｓ基板２０９の一主面上に、ｎ型ＩｎＧａＰ層２０８、ｎ型ＧａＡｌＡｓ系ＤＢＲミラー２０７、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２０６、発光ピーク波長が６５０ｎｍとなるように調整されたＩｎＧａＡｌＰ系ＭＱＷ活性層２０５、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２０４、ｐ型ＧａＡｌＡｓ系ＤＢＲミラー２０３、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０２を、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長で順次積層する。次に、発光領域となる直径１０μｍの円形領域を除いた領域に、選択的にプロトンをイオン注入することにより高抵抗領域２１１を形成し、電流狭窄部を作製する。次に、基板表面の略全面にｐ側電極２０１を形成し、その後に、ｎ型ＧａＡｓ基板２０９の裏面を研磨して積層した半導体層も含めた基板の厚さを１２０μｍとした。その後に、基板裏面の電流狭窄部と同心で直径８０μｍの円形領域を除いた領域に、ｎ側電極２１０を形成する。最後に、ｎ側電極２１０が形成されなかった領域をエッチングすることにより、レーザ光を取り出すための孔を作製し、図２のような面発光レーザが完成する。
【００２４】
この第２の実施形態を、第１の実施形態とを比較すると、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２０６の厚さを約６．５μｍと非常に厚くしていることと、第１の実施形態におけるｎ型ＧａＡｌＡｓ層１０８に相当する半導体層がないことを除けば、ほぼ同一の構成となっている。また、第１の実施形態と同様に活性層から光出射面までの半導体層の厚さは約１０μｍとなっており、ジャンクションダウン型で実装した場合に、素子の熱抵抗を十分に低減される。さらに、上記のような構成の第２の実施形態においては、共振器長が約６．６μｍと第１の実施形態と比べると長くなることにより、高次の横モードに対する光の回折損失が大きくなるため、基本横モードでレーザしやすくなるという副次的な効果も期待することができる。
【００２５】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態も、第１および第２の実施形態と同様に、活性層にＩｎＧａＡｌＰ系量子井戸構造を用いた、発振波長が約６６０ｎｍの面発光レーザである。
図４は、本実施形態に係わる面発光レーザの概略構成を示す断面図である。
【００２６】
以下、本実施形態に係わる面発光レーザの作製手順について説明する。まず、ｎ型ＧａＡｓ基板３０８の一主面上に、ｎ型ＧａＡｌＡｓ系ＤＢＲミラー３０７、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層３０６、発光ピーク波長が６５０ｎｍとなるように調整されたＩｎＧａＡｌＰ系ＭＱＷ活性層３０５、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層３０４、ｐ型ＧａＡｌＡｓ系ＤＢＲミラー３０３、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３０２を、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長で順次積層する。次に、発光領域となる直径１０μｍの円形領域を除いた領域に、選択的にプロトンをイオン注入することにより高抵抗領域３１１を形成し、電流狭窄部を作製する。次に、基板表面の略全面にｐ側電極３０１を形成し、その後に、ｎ型ＧａＡｓ基板３０８の裏面を研磨して積層した半導体層も含めた基板の厚さを１２０μｍとした。その後に、基板裏面にスパッタ法を用いてＡｌＮ層３１０を堆積する。最後に、開孔部以外の領域のＡｌＮ層３１０をエッチング除去した後に、ｎ側電極３０９を形成して、図４のような構造の面発光レーザが完成する。
以上のようにして作製された図４の面発光レーザは、ｐ側電極３０１がヒートシンクに接触するように、ジャンクションダウン型で実装して、外部から電流を注入して動作させる。このとき、レーザ光を取り出すための開孔部には、熱伝導率の高いＡｌＮ層が設けてあるため、発光部で発生した熱は、発光部から直接ヒートシンクへ熱が流れる経路に加えて、発光部から基板側へ広がりながら熱が流れる経路でも放熱させることが可能となる。その結果、一般的なジャンクションアップ型構造の場合よりも素子の熱抵抗が低減されるのみならず、裏面開孔を設けたジャンクションダウン型で図５の従来例のような構成と比べても熱抵抗はさらに低減される。ここでは、開孔部にもうける熱伝導率の高い層として、ＡｌＮを用いたが、ＧａＮ、ＳｉＣ、ダイヤモンドなどの材料を用いても同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、発振波長に対して基板が不透明で、基板裏面から開孔を設けてレーザ光を取り出す構造の面発光レーザにおいて、本発明の面発光レーザを、ヒートシンクにジャンクションダウン型で実装することにより、素子の熱抵抗を大幅に低減することが可能である。その結果、素子の最大光出力および最高連続発振温度が従来よりも向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わる垂直共振器型面発光半導体レーザの概略構成を示す断面図。
【図２】熱抵抗の、活性層からレーザ光出射面までの半導体層厚さ依存性。
【図３】第２の実施形態に係わる垂直共振器型面発光半導体レーザの素子用面の概略構成図。
【図４】第３の実施形態に係わる垂直共振器型面発光半導体レーザの素子用面の概略構成図。
【図５】従来構造の垂直共振器型面発光半導体レーザの概略構成を示す断面図。
【符号の説明】
１０１，２０１，３０１，４０１・・・ｐ側電極
１０２，２０２，３０２，４０２・・・ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１０３，２０３，３０３，４０３・・・ｐ型ＧａＡｌＡｓ系ＤＢＲミラー
１０４，２０４，３０４，４０４・・・ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層
１０５，２０５，３０５，４０５・・・ＩｎＧａＡｌＰ系ＭＱＷ活性層
１０６，２０６，３０６，４０６・・・ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層
１０７，２０７，３０７，４０７・・・ｎＧａＡｌＡｓ系ＤＢＲミラー
１０８・・・ｎ型ＧａＡｌＡｓ層
１０９，２０８・・・ｎ型ＩｎＧａＰ層
１１０，２０９，３０８，４０８・・・ｎ型ＧａＡｓ基板
１１１，２１０，３０９，４０９・・・ｎ側電極
１１２，２１１，３１１，４１０・・・高抵抗領域
３１０・・・ＡｌＮ層
【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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