(57)【要約】【課題】  放熱効果の高い面発光型半導体レーザを提供する。【解決手段】  半導体基板上に、少なくとも、下部ＤＢＲと活性層と上部ＤＢＲとが積層され、上部ＤＢＲから少なくとも下部ＤＢＲの表面までがメサ構造となっている面発光型半導体レーザにおいて、前記メサ構造直下の半導体基板に溝が形成されており、該溝に高熱伝導部材が充填されている。【選択図】      図６
2005086054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、少なくとも、下部ＤＢＲと活性層と上部ＤＢＲとが積層され、上部ＤＢＲから少なくとも下部ＤＢＲの表面までがメサ構造となっている面発光型半導体レーザにおいて、前記メサ構造直下の半導体基板に溝が形成されており、該溝に高熱伝導部材が充填されていることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
【請求項２】
請求項１記載の面発光型半導体レーザにおいて、前記高熱伝導部材は導電性部材であることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
【請求項３】
請求項１記載の面発光型半導体レーザにおいて、前記高熱伝導部材は絶縁性部材であることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
【請求項４】
請求項１記載の面発光型半導体レーザにおいて、前記溝の幅は、メサ寸法２ａの活性層から半導体基板底部までの厚さがｈであるとき、２ａ＋２ｈ以上であることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
【請求項５】
半導体基板上に、少なくとも、下部ＤＢＲと活性層と上部ＤＢＲとが積層され、上部ＤＢＲから少なくとも下部ＤＢＲの表面までがメサ構造となっている面発光型半導体レーザにおいて、前記下部ＤＢＲから半導体基板底部に貫通孔が形成され、前記貫通孔には高熱伝導部材が充填されていることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
【請求項６】
請求項５記載の面発光型半導体レーザにおいて、前記高熱伝導部材は導電性部材であることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
【請求項７】
請求項５記載の面発光型半導体レーザにおいて、前記高熱伝導部材は絶縁性部材であることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
【請求項８】
請求項５記載の面発光型半導体レーザにおいて、前記高熱伝導部材は導電性部材であり、上部電極と電気的に接続され、さらに半導体基板裏面に、下部電極とは電気的に絶縁されて露出していることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザにおいて、活性層の材料としてＧａＩｎＮＡｓ系の材料が用いられていることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光型半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に示すようなＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）すなわち面発光型半導体レーザは、半導体基板（ＧａＡｓ基板）上に、下部ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：分布ブラッグ反射器）と、スペーサ層と、活性層と、スペーサ層と、上部ＤＢＲとが順次積層され、上部ＤＢＲから少なくとも下部ＤＢＲの表面までが柱状積層構造（メサ構造）にエッチング加工され、メサ構造の側面には絶縁層（ＳｉＯ２）を介してメサ側面を保護するための保護膜（ポリイミド）が設けられている。また、上部ＤＢＲ上および保護膜上には、光出力部となる開口部を除いて、上部電極が形成されている。また、ＧａＡｓ基板の裏面には、下部電極が形成されている。
【０００３】
ここで、メサ構造周囲を埋め込むための保護膜としてはポリイミド保護膜が良く用いられている。
【０００４】
面発光型半導体レーザは、しきい値電流Ｉｔｈが端面発光型半導体レーザよりも小さく、また、ビーム広がり角が小さいなどの特徴がある。しかし、端面発光型半導体レーザに比べて、素子の熱抵抗が大きく放熱性が悪いという欠点があった。半導体レーザでは、素子が高温になると、その特性が変化し、出力が低下する。また、高温での動作は素子の経時変化も問題になってくる。そのため、より放熱効率の高い素子構造が望まれる。
【０００５】
面発光型半導体レーザの熱抵抗は１０００（Ｋ／Ｗ）以上に対して、端面発光型半導体レーザの熱抵抗は数十から数１００（Ｋ／Ｗ）と小さい。これは、面発光型半導体レーザがその構造上、活性層面積を大きくできないことと、活性層が熱伝導率の悪いＤＢＲ層で挟み込まれた構造となっていることが大きな原因であった。
【０００６】
従来、面発光型半導体レーザでは、放熱特性を改善する方法が数多く提案されている。図１０は特許文献１に開示されている面発光型半導体レーザを示す図である。図１０を参照すると、特許文献１に開示されている面発光型半導体レーザでは、メサ構造部を金属で埋め込んだ構造とすることで、熱抵抗を減少させ、放熱性を向上させている。その他多くの放熱性を改善した面発光型半導体レーザ構造として、メサ構造周囲に熱伝導性の良好な部材、たとえばＳｉＮなどを埋め込んだ構造が提案されている。
【特許文献１】特開平１０−２６１８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述した従来技術のようにメサ構造の周囲に高熱伝導物質を埋め込んだだけでは、放熱性はあまりあがらない。つまり、熱を逃がすためには熱伝導材料の一部は活性層よりの低い温度にしなければならず、図１０に示すような状態では熱の移動が発生しないので、活性層の温度を下げることはできない。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の欠点を解決し、放熱効果の高い面発光型半導体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】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、半導体基板上に、少なくとも、下部ＤＢＲと活性層と上部ＤＢＲとが積層され、上部ＤＢＲから少なくとも下部ＤＢＲの表面までがメサ構造となっている面発光型半導体レーザにおいて、前記メサ構造直下の半導体基板に溝が形成されており、該溝に高熱伝導部材が充填されていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の面発光型半導体レーザにおいて、前記高熱伝導部材は導電性部材であることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の面発光型半導体レーザにおいて、前記高熱伝導部材は絶縁性部材であることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項４記載の面発光型半導体レーザにおいて、請求項１記載の面発光型半導体レーザは、前記溝の幅は、メサ寸法２ａの活性層から半導体基板底部までの厚さがｈであるとき、２ａ＋２ｈ以上であることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項５記載の発明は、半導体基板上に、少なくとも、下部ＤＢＲと活性層と上部ＤＢＲとが積層され、上部ＤＢＲから少なくとも下部ＤＢＲの表面までメサ構造となっている面発光型半導体レーザにおいて、前記下部ＤＢＲから半導体基板底部に貫通孔が形成され、前記貫通孔には高熱伝導部材が充填されていることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の面発光型半導体レーザにおいて、前記高熱伝導部材は導電性部材であることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項７記載の発明は、請求項５記載の面発光型半導体レーザにおいて、前記高熱伝導部材は絶縁性部材であることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項８記載の発明は、請求項５記載の面発光型半導体レーザにおいて、前記高熱伝導部材は導電性部材であり、上部電極と電気的に接続され、さらに半導体基板裏面に、下部電極とは電気的に絶縁されて露出していることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項９記載の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザにおいて、活性層の材料としてＧａＩｎＮＡｓ系の材料が用いられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１乃至請求項４、請求項８、請求項９記載の発明によれば、半導体基板上に、少なくとも、下部ＤＢＲと活性層と上部ＤＢＲとが積層され、上部ＤＢＲから少なくとも下部ＤＢＲの表面までがメサ構造となっている面発光型半導体レーザにおいて、前記メサ構造直下の半導体基板に溝が形成されており、該溝に高熱伝導部材が充填されているので、放熱効果の高い面発光型半導体レーザを提供することができる。
【００１９】
特に、請求項４記載の発明では、請求項１記載の面発光型半導体レーザにおいて、前記溝の幅は、メサ寸法２ａの活性層から半導体基板底部までの厚さがｈであるとき、２ａ＋２ｈ以上であるので、機械強度の低下を抑えて、素子の熱抵抗を低減することができる。
【００２０】
また、請求項５乃至請求項９記載の発明によれば、下部ＤＢＲから半導体基板底部まで貫通孔を配置して下部ＤＢＲからの放熱を行うので、より熱抵抗を低減することができる。
【００２１】
特に、請求項８記載の発明では、上部電極を放熱用ヒートパスが兼ねた構造で、さらに貫通孔を通してサブマウントに接続されているので、熱抵抗を低減するばかりでなく実装を容易にすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２３】
本願の発明者らは、ＶＣＳＥＬ構造の熱伝導を詳細に考察することで、従来よりも熱抵抗を低減できるＶＣＳＥＬ構造を案出した。以下に、検討結果を述べる。
【００２４】
図１の従来構造のＶＣＳＥＬにおいて、活性層で発生した熱が各層を熱伝導して銅（Ｃｕ）製のヒートシンクに逃げる場合を考える。解析では、熱の広がりを４５度と仮定して検討した。
【００２５】
図２は熱抵抗を考察するための板状の熱伝導部材の断面を示す図である。図中、ＴＨは発熱源温度、ＴＬは基板底部の温度で、ＴＨ＞ＴＬの条件にする。図２に示すような円形のφ２ａなる発熱源からの４５°の広がりで熱が厚さｈの基板裏面側に逃げると仮定して、斜線部の熱抵抗を考察すれば、次式（数１）が導かれる。
【００２６】
【数１】
2005086054.tif 000003
【００２７】
数１において、λは熱伝導率、ａは発熱源の半径、ｈは層の厚さである。数１から、熱の広がりを考慮した場合には、その熱抵抗は発熱源の径ａに逆比例することが判る。
【００２８】
図１に示すような面発光型半導体レーザ構造において、その熱抵抗を計算するには、上記数１を各層に適用して計算すればよい。以下に、１．３μｍ波長の面発光型半導体レーザの熱抵抗を試算する。活性層を発熱源として、ＧａＡｓスペーサ層が厚さ０．１６２（μｍ）で熱伝導率４４（Ｗ／（ｍ・Ｋ））であり、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓ下部ＤＢＲ層が厚さ６．９（μｍ）で熱伝導率２９．７（Ｗ／（ｍ・Ｋ））であり、ｎ−ＧａＡｓ基板が厚さ２００（μｍ）で熱伝導率４４（Ｗ／（ｍ・Ｋ））であり、ＡｕＳｎハンダ層が厚さ３（μｍ）で熱伝導率２５１（Ｗ／（ｍ・Ｋ））であり、ＡｌＮサブマウントが厚さ２００（μｍ）で熱伝導率１９０（Ｗ／（ｍ・Ｋ））であり、銅のヒートシンクが熱伝導率３９３（Ｗ／（ｍ・Ｋ））である積層構造において、電流狭窄層開口部（電流注入部）の直径が１５μｍである素子の熱抵抗は、１１５３（Ｋ／Ｗ）と試算される。
【００２９】
さらに、電流狭窄層開口部（電流注入部）の直径Ｄに対する熱抵抗Ｒｔｈの変化を計算すれば、図３に示すような関係となり、狭窄層開口部（電流注入部）の径が小さくなると、急激に熱抵抗Ｒｔｈが増加することが判る。これは、実験結果をよく説明している。
【００３０】
次に、活性層の温度上昇を見積もる。例えば、駆動電流Ｉｏｐ＝１０（ｍＡ）、フォワード電圧ＶＦ＝２（Ｖ）で、光出力ＰＯ＝０．８（ｍＷ）の面発光型半導体レーザの場合では、熱に変換される電力ＰＬ＝１９．２（ｍＷ）であるから、熱抵抗Ｒｔｈ＝１１５３（Ｋ／Ｗ）の場合、活性層は環境温度（ヒートシンクの温度）よりも、Ｒｔｈ×ＰＬ＝２２．１（ｄｅｇ）だけ温度が上昇していることが予測される。図４には、銅ヒートシンク表面からのＶＣＳＥＬ活性層までの距離での温度プロファイルをプロットしたものが示されている。図４から判るように、熱抵抗の大きなＧａＡｓ基板および下部ＤＢＲで温度が大きく変わっている。
【００３１】
上記熱解析の結果、ＶＣＳＥＬの熱抵抗を低減するためには、
（１）活性層のメサ半径を大きくすること、
（２）下部ＤＢＲの熱抵抗を低減すること、
（３）ＧａＡｓ半導体基板の熱抵抗を低減すること、
の３つの方法が有効であることがわかった。
【００３２】
上記３つの方法のうち、（１）の方法はデバイス特性から制限があるので、（２）と（３）の熱抵抗低減策を検討した。
【００３３】
まず、ＧａＡｓ基板の熱抵抗を低減するためには、基板を薄くすることが有効である。基板を薄くすることで機械的強度が低下するのを防ぐために、本願の発明者は、活性層直下のＧａＡｓ基板を溝状に薄くし、その溝に高熱伝導率部材を充填した構造を案出した。
【００３４】
図５には、活性層直下のＧａＡｓ基板を溝状に薄くし、その溝に高熱伝導率部材を充填した構造での熱抵抗ＲｔｈのＧａＡｓ基板厚さ依存性が示されている。図５の例では、２００（μｍ）のＧａＡｓ基板の厚さを薄くし、削った厚さ分は高熱伝導率部材の金を充填した構造で熱抵抗を計算している。２００（μｍ）のＧａＡｓ基板厚さでの熱抵抗は１１５３（Ｋ／Ｗ）であったのが、基板厚さ５０μｍ、金充填分厚さ１５０μｍでは熱抵抗Ｒｔｈが１０８５（Ｋ／Ｗ）となり、さらに、ＧａＡｓ基板を全て取り除いた場合（基板厚さ５０μｍ、金充填分厚さ１５０μｍ）では、その熱抵抗Ｒｔｈは７５４（Ｋ／Ｗ）まで低減できる可能性が予測された。
【００３５】
このように、活性層直下のＧａＡｓ基板を溝状に薄くし、その溝に高熱伝導率部材を充填した構造とすることで、機械的強度の低下を抑えながら、熱抵抗の低減が可能になる。
【００３６】
また、本願の発明者は、下部ＤＢＲの熱抵抗を低下させる手段として、メサ構造周囲に熱の経路（ヒートパス）を高熱伝導部材で形成し、さらにそのヒートパスを、下部ＤＢＲおよびＧａＡｓ基板を貫通させてサブマウントに熱的に接続させたＶＣＳＥＬ構造を案出した。
【００３７】
このように、新たに熱の経路を設けたことで、ＶＣＳＥＬの熱抵抗を低下させることが可能になる。
【００３８】
以上のように、本発明は、その第１の形態として、半導体基板上に、少なくとも、下部ＤＢＲと活性層と上部ＤＢＲとが積層され、上部ＤＢＲから少なくとも下部ＤＢＲの表面までがメサ構造となっている面発光型半導体レーザにおいて、前記メサ構造直下の半導体基板に溝が形成されており、該溝に高熱伝導部材が充填されていることを特徴としている。これにより、放熱効果の高い面発光型半導体レーザを提供することができる。
【００３９】
上述第１の形態の面発光型半導体レーザにおいて、前記高熱伝導部材は、例えば、導電性部材である。
【００４０】
あるいは、上述第１の形態の面発光型半導体レーザにおいて、前記高熱伝導部材は、例えば、絶縁性部材である。
【００４１】
また、上述第１の形態の面発光型半導体レーザにおいて、前記溝の幅は、メサ寸法２ａの活性層から半導体基板底部までの厚さがｈであるとき、２ａ＋２ｈ以上であるのが好ましい。
【００４２】
また、本発明は、その第２の形態として、半導体基板上に、少なくとも、下部ＤＢＲと活性層と上部ＤＢＲとが積層され、上部ＤＢＲから少なくとも下部ＤＢＲの表面までがメサ構造となっている面発光型半導体レーザにおいて、前記下部ＤＢＲから半導体基板底部に貫通孔が形成され、前記貫通孔には高熱伝導部材が充填されていることを特徴としている。このように、下部ＤＢＲから半導体基板底部まで貫通孔を配置して下部ＤＢＲからの放熱を行うので、より熱抵抗を低減することができる。
【００４３】
上述第２の形態の面発光型半導体レーザにおいて、前記高熱伝導部材は、例えば、導電性部材である。
【００４４】
あるいは、上述第２の形態の面発光型半導体レーザにおいて、前記高熱伝導部材は、例えば、絶縁性部材である。
【００４５】
また、上述第２の形態の面発光型半導体レーザにおいて、前記高熱伝導部材は、例えば、導電性部材であり、上部電極と電気的に接続され、さらに半導体基板裏面に、下部電極とは電気的に絶縁されて露出するように構成できる。
【００４６】
また、上述第１または第２の形態の面発光型半導体レーザにおいて、活性層の材料としてＧａＩｎＮＡｓ系の材料が用いられることが好ましい。
【実施例１】
【００４７】
図６は本発明の実施例１の面発光型半導体レーザ（ＧａＡｓ基板を薄くして熱抵抗を低減させた面発光型半導体レーザ）を示す図である。具体的に、この面発光型半導体レーザは、１．３μｍ波長のＧａＩｎＮＡｓ面発光レーザとして構成されている。
【００４８】
図６を参照すると、厚さＬが２００μｍ程度のｎ−ＧａＡｓ基板の裏面の一部に、深さｄの溝が形成されており、この溝には、少なくともＧａＡｓ基板の熱伝導率よりも高い熱伝導部材（例えば、金（Ａｕ））が埋め込まれている。ＧａＡｓ基板上には，それぞれの媒質内における発振波長の１／４倍の厚さでｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｎ−ＧａＡｓとを交互に３５周期積層した周期構造からなるｎ−半導体分布ブラッグ反射鏡（下部半導体分布ブラッグ反射鏡：単に、下部反射鏡（下部ＤＢＲ）ともいう）が形成されている。そして、下部ＤＢＲ上には、アンドープ下部ＧａＡｓスペーサ層，４層のＧａＩｎＮＡｓ井戸層と５層のＧａＮＰＡｓ障壁層とからなる多重量子井戸活性層，アンドープ上部ＧａＡｓスペーサ層、ｐ−半導体分布ブラッグ反射鏡（上部半導体分布ブラッグ反射鏡：単に、上部反射鏡（上部ＤＢＲ）ともいう）が形成されている。
【００４９】
ここで、上部ＤＢＲは、Ｃドープのｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｐ−ＧａＡｓとをそれぞれの媒質内における発振波長の１／４倍の厚さで交互に積層した周期構造（例えば、２５周期）で構成されている。なお、図６の例では、上部ＤＢＲ中の活性層に近い位置には、ＡｌＡｓからなる被選択酸化層が例えば３０ｎｍ厚さで設けられている。また、上部ＤＢＲの最上部のｐ−ＧａＡｓ層は電極とコンタクトを取るコンタクト層を兼ねている。
【００５０】
また、活性層内の井戸層のＩｎ組成ｘは３３％，窒素組成は１．０％とし、井戸層の厚さは７ｎｍとし、井戸層は、ＧａＡｓ基板に対して約２．１％の圧縮歪（高歪）を有している。また、ＧａＮＰＡｓ障壁層は、Ｎ組成０．８％、Ｐ組成４％、厚さは２０ｎｍとし、ＧａＡｓ基板に対して０．３％の引っ張り歪みを有している。
【００５１】
次に、この実施例１の１．３μｍ波長の面発光型半導体レーザの製造方法を説明する。
【００５２】
ｎ−ＧａＡｓ基板上に、ＭＯＣＶＤあるいはＭＢＥなどを用いて、それぞれの媒質内における発振波長の１／４倍の厚さでｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｎ−ＧａＡｓとを交互に３５周期積層した周期構造からなる下部ＤＢＲ層と、アンドープ下部ＧａＡｓスペーサ層と、４層のＧａＩｎＮＡｓ井戸層と５層のＧａＮＰＡｓ障壁層からなる多重量子井戸活性層と、アンドープ上部ＧａＡｓスペーサ層と、被選択酸化層のＡｌＡｓ層を含むｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｐ−ＧａＡｓを交互に２５周期積層した周期構造からなる上部ＤＢＲ層と、ｐ−ＧａＡｓ層とを順次成長させる。
【００５３】
次に、ｐ−ＧａＡｓ層から下部ＤＢＲ表面までをＲＩＥなどでドライエッチングしてメサ構造を形成し、ＡｌＡｓ被選択酸化層の側面を露出させる。
【００５４】
次に、水蒸気雰囲気中において、露出したＡｌＡｓ層を加熱してＡｌＡｓを酸化し、絶縁性ＡｌＯからなる電流狭窄層を形成する。電流狭窄層は、活性層領域での電流密度を局部的に高め、しきい値電流を低下させる働きをする。
【００５５】
次に、表面に絶縁層としてプラズマＣＶＤを用いてＳｉＯ２膜を成膜する。
【００５６】
次に、ポリイミドでエッチング部を埋め込んで平坦化し、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層の光出射部のポリイミドを除去し、前記ＳｉＯ２膜をエッチングにより取り除く。
【００５７】
次に、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層上の一部にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを順次成膜してなるｐ側電極を形成する。
【００５８】
その後、表面を保護して、メサ構造直下のＧａＡｓ基板をレジストをマスクにして、全てあるいはその一部を除去する。
【００５９】
次に、レジストを残したまま、薄くＴｉ／Ａｕを蒸着して、ＧａＡｓ基板溝底部にメッキ用下地金属膜を形成する。その後、裏面レジストを除去し、金を無電解メッキにより所定の厚さまで成長させる。
【００６０】
最後に、ｎ−ＧａＡｓ基板の裏面全面にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを順次成膜してなるｎ側電極を形成し、表面のレジストを除去して、実施例１の面発光型半導体レーザが完成する。
【００６１】
図６の構造において、ＧａＡｓ基板底部に形成する溝の幅は重要である。溝の幅は、活性層からの熱の広がりを考慮して選定される。その結果、溝の幅Ｗとしては、メサ寸法２ａの発熱源（活性層）からの熱の広がりを考慮して、活性層からＧａＡｓ基板底部までの厚さがｈの場合、２ａ＋２ｈ以上となるような寸法を選ぶ必要がある。
【００６２】
そして、ＧａＡｓ基板エッチング後の溝の充填部材として例えば金を用いて、溝を充填することができる。なお、充填部材としては、金以外の金属、例えば銀，銅，錫，マグネシウム，ニッケルなどを用いることもでき、これらの金属でも同様な効果が得られる。また、充填部材としては、高熱伝導率の絶縁性部材を用いることもでき、この場合にも同様な効果が得られる。なお、このような絶縁性部材としては、ＡｌＮ，ＢＮ，ＢｅＯ，ＳｉＣなどが利用できる。
【実施例２】
【００６３】
図７は本発明の実施例２の面発光型半導体レーザを示す図である。この実施例２の面発光型半導体レーザは、実施例１におけるＧａＡｓ基板をすべて取り除き、そこに、少なくともＧａＡｓ基板の熱伝導率よりも高い熱伝導部材（例えば、金（Ａｕ））が埋め込まれた構造となっており、これにより、さらに放熱効果を向上させることが可能となる。
【実施例３】
【００６４】
図８は本発明の実施例３の面発光型半導体レーザを示す図である。この実施例３の面発光型半導体レーザは、下部ＤＢＲの熱抵抗を低減する構造となっている。すなわち、実施例３の面発光型半導体レーザでは、ＧａＡｓ基板上の構造は実施例１と同じであるが、下部ＤＢＲの熱抵抗を低減させるために、メサ構造の周囲の下部ＤＢＲ上に高熱伝導部材からなるヒートパスを形成し、さらに、下部ＤＢＲからＧａＡｓ基板裏面までの貫通孔が形成され、この貫通孔に高熱伝導部材が充填された構造となっている。
【００６５】
このように、高熱伝導率部材を下部ＤＢＲ上に配置し、さらに貫通孔を通してサブマウントに接続することで、活性層で発生した熱を下部ＤＢＲ上のヒートパスを通してサブマウントに放熱することが可能となるので、従来よりも素子の熱抵抗を低減することができる。
【００６６】
次に、この実施例３の１．３μｍ波長の面発光型半導体レーザの製造方法を説明する。
【００６７】
ｎ−ＧａＡｓ基板上に、ＭＯＣＶＤあるいはＭＢＥなどを用いて、それぞれの媒質内における発振波長の１／４倍の厚さでｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｎ−ＧａＡｓとを交互に３５周期積層した周期構造からなる下部ＤＢＲ層と、アンドープ下部ＧａＡｓスペーサ層と、４層のＧａＩｎＮＡｓ井戸層と５層のＧａＮＰＡｓ障壁層からなる多重量子井戸活性層と、アンドープ上部ＧａＡｓスペーサ層と、被選択酸化層のＡｌＡｓ層を含むｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｐ−ＧａＡｓを交互に２５周期積層した周期構造からなる上部ＤＢＲ層と、ｐ−ＧａＡｓ層とを順次成長させる。
【００６８】
次に、ｐ−ＧａＡｓ層から下部ＤＢＲ表面までをＲＩＥによりドライエッチングしてメサ構造を形成し、ＡｌＡｓ被選択酸化層の側面を露出させる。
【００６９】
次に、水蒸気雰囲気中において、露出したＡｌＡｓ層を加熱してＡｌＡｓを酸化し、絶縁性ＡｌＯ酸化層として電流狭窄層を形成する。電流狭窄層は、活性層領域での電流密度を局部的に高め、しきい値電流を低下させる働きをする。
【００７０】
次に、基板表面の一部を開口するようなレジストパターンを形成し、レジストをマスクとしてＲＩＥによりドライエッチングを行い、下部ＤＢＲからＧａＡｓ基板裏面までの貫通孔を形成する。
【００７１】
次に、メサ構造部をレジストでマスクし、メッキ用下地金属のＴｉ／Ａｕを順次スパッタリングにより成膜する。
【００７２】
次に、熱伝導部材として金を電解あるいは無電解メッキにより所定の厚さまで成膜して、熱の経路となるヒートパスを形成する。
【００７３】
次に、ポリイミドでエッチング部を埋め込んで平坦化し、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層の光出射部のポリイミドを除去し、前記ＳｉＯ２膜をエッチングにより取り除く。
【００７４】
次に、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層上の一部にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを順次成膜してなるｐ側電極を形成する。
【００７５】
最後に、基板裏面全面にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを順次成膜してなるｎ側電極を形成し、表面のレジストを除去して、実施例３の面発光型半導体レーザが完成する。
【００７６】
上述の例では、ヒートパスとして金を用いたが、その他の金属、例えば銀，銅，錫，マグネシウム，ニッケルなどを用いることもでき、これらの金属でも同様な効果が得られる。また、ヒートパスとして高熱伝導率の絶縁性部材を用いることもでき、この場合にも同様な効果が得られる。なお、このような絶縁性部材としては、ＡｌＮ，ＢＮ，ＢｅＯ，ＳｉＣなどが利用できる。
【実施例４】
【００７７】
図９は本発明の実施例４の面発光型半導体レーザを示す図である。この実施例４の面発光型半導体レーザも、実施例３と同様に、下部ＤＢＲの熱抵抗を低減する構造となっている。すなわち、実施例４の面発光型半導体レーザでは、ＧａＡｓ基板上の構造は実施例１と同じであるが、実施例３と同様に、下部ＤＢＲからＧａＡｓ基板までの貫通孔が形成され、この貫通孔に高熱伝導部材が充填されている。さらに実施例４では、下部ＤＢＲ上および貫通孔に充填された高熱伝導部材が導電性のもの（例えば金）であり、この高熱伝導部材が上部電極（ｐ側電極）を兼ねたものとなっている。
【００７８】
次に、この実施例４の１．３μｍ波長の面発光型半導体レーザの製造方法を説明する。
【００７９】
ｎ−ＧａＡｓ基板上に、ＭＯＣＶＤあるいはＭＢＥなどを用いて、それぞれの媒質内における発振波長の１／４倍の厚さでｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｎ−ＧａＡｓとを交互に３５周期積層した周期構造からなる下部ＤＢＲ層と、アンドープ下部ＧａＡｓスペーサ層と、４層のＧａＩｎＮＡｓ井戸層と５層のＧａＮＰＡｓ障壁層からなる多重量子井戸活性層と、アンドープ上部ＧａＡｓスペーサ層と、被選択酸化層のＡｌＡｓ層を含むｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｐ−ＧａＡｓを交互に２５周期積層した周期構造からなる上部ＤＢＲ層と、ｐ−ＧａＡｓ層とを順次成長させる。
【００８０】
次に、ｐ−ＧａＡｓ層から下部ＤＢＲ表面までをエッチングしてメサ構造を形成し、ＡｌＡｓ被選択酸化層の側面を露出させる。エッチングはレジストをマスクにして、塩素ガスを用いたＲＩＥにて行う。
【００８１】
次に、水蒸気雰囲気中において、露出したＡｌＡｓ層を加熱してＡｌＡｓを酸化し、絶縁性ＡｌＯ酸化層として電流狭窄層を形成する。電流狭窄層は、活性層領域での電流密度を局部的に高め、しきい値電流を低下させる働きをする。
【００８２】
次に、基板表面の一部を開口するようなレジストパターンを形成し、レジストをマスクとしてドライエッチングを行い、下部ＤＢＲからＧａＡｓ基板裏面までの貫通孔を形成する。
【００８３】
次に、メサ構造部をレジストでマスクし、メッキ用下地金属のＴｉ／Ａｕを順次スパッタリングにより成膜する。
【００８４】
次に、熱伝導部材として金を電解あるいは無電解メッキにより所定の厚さまで成膜して、ヒートパスを形成する。
【００８５】
次に、ポリイミドでエッチング部を埋め込んで平坦化し、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層の光出射部のポリイミドを除去し、前記ＳｉＯ２膜をエッチングにより取り除く。
【００８６】
次に、光出射部のあるｐ−ＧａＡｓ層上の光出射部以外にｐ側電極を形成する。
【００８７】
最後に、基板裏面全面にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを順次成膜してなるｎ側電極を形成し、表面のレジストを除去して、実施例４の面発光型半導体レーザが完成する。
【００８８】
実施例４の面発光型半導体レーザでは、下部ＤＢＲ上に配置した導電性ヒートパスが、ｐ側電極を兼ねた構造となっているので、ｐ側電極をｎ側電極と同様にＧａＡｓ基板裏面に配置することが可能になり、その結果、電極の取出しが容易になるという利点がある。
【００８９】
上述の例では、ヒートパスとして金を用いたが、その他の金属、例えば銀，銅，錫，マグネシウム，ニッケルでも同様な効果が得られる。また、ヒートパスとして高熱伝導率の絶縁性部材を用いることもでき、この場合にも同様な効果が得られる。なお、このような絶縁性部材としては、ＡｌＮ，ＢＮ，ＢｅＯ，ＳｉＣなどが利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】従来の面発光型半導体レーザを示す図である。
【図２】熱抵抗を考察するための板状の熱伝導部材の断面を示す図である。
【図３】電流狭窄層開口部（電流注入部）の直径Ｄに対する熱抵抗Ｒｔｈの変化を示す図である。
【図４】銅ヒートシンク表面からのＶＣＳＥＬ活性層までの距離での温度プロファイルを示す図である。
【図５】活性層直下のＧａＡｓ基板を溝状に薄くし、その溝に高熱伝導率部材を充填した構造での熱抵抗ＲｔｈのＧａＡｓ基板厚さ依存性を示す図である。
【図６】本発明の実施例１の面発光型半導体レーザ（ＧａＡｓ基板を薄くして熱抵抗を低減させた面発光型半導体レーザ）を示す図である。
【図７】本発明の実施例２の面発光型半導体レーザを示す図である。
【図８】本発明の実施例３の面発光型半導体レーザを示す図である。
【図９】本発明の実施例４の面発光型半導体レーザを示す図である。
【図１０】特許文献１に開示されている面発光型半導体レーザを示す図である。
【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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