(57)【要約】【課題】  素子の抵抗を低減しつつ、単一横モードのレーザー光の放出率を向上させることの可能な面発光型半導体レーザーを提供する。【解決手段】  半導体基板上に、半導体層よりなる第二反射鏡と、エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、半導体層よりなる第一反射鏡と、コンタクト層とが順次積層され、これら各層のいずれかの層中若しくは層間に存在する電流狭窄層と、コンタクト層と電気的に接続した第一オーミック電極と、前記半導体基板と電気的に接続した第二オーミック電極とを有する面発光型半導体レーザーにおいて、第一反射鏡上には不純物高ドープ領域が設けられ、該不純物高ドープ領域内には不純物を添加しない領域が存在し、該不純物を添加しない領域の外径ｃが前記電流狭窄領域の外径ａ以下である。【選択図】      図２
2005093634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも半導体基板上に、半導体層よりなる第二反射部材と、エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、半導体層よりなる第一反射部材と、コンタクト層とが順次積層され、これら各層のいずれかの層中若しくは層間に存在する電流狭窄層と、コンタクト層と電気的に接続した第一オーミック電極と、前記半導体基板と電気的に接続した第二オーミック電極とを有する面発光型半導体レーザーにおいて、第一反射部材上には不純物高添加領域が設けられ、該不純物高添加領域内には不純物を添加しない領域が存在し、該不純物を添加しない領域の外径が前記電流狭窄領域の外径以下であることを特徴とする面発光型半導体レーザー。
【請求項２】
少なくとも半導体基板上に、半導体層よりなる第二反射部材と、第二エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、コンタクト層と、第一エッチストップ層と、半導体層よりなる第一反射部材とが順次積層され、第一及び第二クラッド層のいずれかの層中若しくは層間に存在する電流狭窄層と、コンタクト層と電気的に接続した第一オーミック電極と、前記半導体基板と電気的に接続した第二オーミック電極とを有する面発光型半導体レーザーにおいて、第一反射部材及びコンタクト層上には不純物高添加領域が設けられ、第一反射部材上の不純物高添加領域内には不純物を添加しない領域が存在し、該不純物を添加しない領域の外径が前記電流狭窄領域の外径以下であることを特徴とする面発光型半導体レーザー。
【請求項３】
少なくとも半導体基板上に、半導体層よりなる第二反射部材と、エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、コンタクト層とが順次積層され、該コンタクト層上に形成された誘電体層よりなる第一反射部材と、第一及び第二クラッド層のいずれかの層中若しくは層間に存在する電流狭窄層と、コンタクト層と電気的に接続した第一オーミック電極と、前記半導体基板と電気的に接続した第二オーミック電極とを有する面発光型半導体レーザーにおいて、コンタクト層上には不純物高添加領域が設けられ、不純物高添加領域内には不純物を添加しない領域が存在し、該不純物を添加しない領域の外径が前記電流狭窄領域の外径以下であることを特徴とする面発光型半導体レーザー。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザーにおいて、第二クラッド層と第二反射部材との間に第二コンタクト層を有し、該第二コンタクト層上には不純物高添加領域が設けられ、該第二コンタクト層と第二オーミック電極とが電気的に接続していることを特徴とする面発光型半導体レーザー。
【請求項５】
少なくとも半導体基板上に、半導体層よりなる第二反射部材と、エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、半導体層よりなる第一反射部材と、コンタクト層とが順次積層され、これら各層のいずれかの層中若しくは層間に存在する電流狭窄層と、コンタクト層と電気的に接続した第一オーミック電極と、前記半導体基板と電気的に接続した第二オーミック電極とを有し、第一反射部材上には不純物高添加領域が設けられ、該不純物高添加領域内には不純物を添加しない領域が存在し、該不純物を添加しない領域の外径が前記電流狭窄領域の外径以下である面発光型半導体レーザーの製造方法であって、第二反射部材と、エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、第一反射部材と、コンタクト層とを半導体基板上に順次結晶成長させた後、ドライエッチング若しくはウェットエッチングによりメサ状の発光素子を形成し、コンタクト層上にイオン注入若しくは不純物拡散により不純物高添加領域を形成し、該不純物高添加領域上に第一オーミック電極を形成することを特徴とする面発光型半導体レーザーの製造方法。
【請求項６】
少なくとも半導体基板上に、半導体層よりなる第二反射部材と、第二エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、コンタクト層と、第一エッチストップ層と、半導体層よりなる第一反射部材とが順次積層され、第一及び第二クラッド層のいずれかの層中若しくは層間に存在する電流狭窄層と、コンタクト層と電気的に接続した第一オーミック電極と、前記半導体基板と電気的に接続した第二オーミック電極とを有し、第一反射部材及びコンタクト層上には不純物高添加領域が設けられ、第一反射部材上の不純物高添加領域内には不純物を添加しない領域が存在し、該不純物を添加しない領域の外径が前記電流狭窄領域の外径以下である面発光型半導体レーザーの製造方法であって、第二反射部材と、第二エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、コンタクト層と、第一エッチストップ層と、第一反射部材とを半導体基板上に順次結晶成長させ、ドライエッチング若しくはウェットエッチングによりメサ状の第一反射部材を形成した後、ドライエッチング若しくはウェットエッチングにより、第一エッチストップ層と、コンタクト層と、第一クラッド層と活性層と第二クラッド層とを第一反射部材の外径以上のメサ状に加工し、第一エッチストップ層を除去した後、コンタクト層上及び第一反射部材上にイオン注入若しくは不純物拡散により不純物高添加領域を形成し、コンタクト層上の該不純物高添加領域上に第一オーミック電極を形成することを特徴とする面発光型半導体レーザーの製造方法。
【請求項７】
少なくとも半導体基板上に、半導体層よりなる第二反射部材と、エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、コンタクト層とが順次積層され、該コンタクト層上に形成された誘電体層よりなる第一反射部材と、第一及び第二クラッド層のいずれかの層中若しくは層間に存在する電流狭窄層と、コンタクト層と電気的に接続した第一オーミック電極と、前記半導体基板と電気的に接続した第二オーミック電極とを有し、コンタクト層上には不純物高添加領域が設けられ、不純物高添加領域内には不純物を添加しない領域が存在し、該不純物を添加しない領域の外径が前記電流狭窄領域の外径以下である面発光型半導体レーザーの製造方法であって、第二反射部材と、エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、コンタクト層とを半導体基板上に順次結晶成長させた後、ドライエッチング若しくはウェットエッチングによりメサ状に加工し、コンタクト層上にイオン注入若しくは不純物拡散により不純物高添加領域を形成し、該不純物高添加領域上に第一オーミック電極を形成し、該メサ上に誘電体材料よりなる第一反射部材を形成することを特徴とする面発光型半導体レーザーの製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザーにおいて、第二クラッド層と第二反射部材との間に第二コンタクト層を有し、該第二コンタクト層上には不純物高添加領域が設けられ、該第二コンタクト層と第二オーミック電極とが電気的に接続している面発光型半導体レーザーの製造方法であって、ドライエッチング若しくはウエットエッチングによってコンタクト層、第一反射部材、第一クラッド層、活性層、第二クラッド層等を加工し、第二クラッド層と第二反射部材との間に存在する第二エッチストップ層を露出させ、該第二エッチストップ層を除去して第二コンタクト層を露出させた後、少なくとも第一コンタクト層若しくは第二反射部材と、該第二コンタクト層上にイオン注入若しくは不純物拡散により不純物高添加領域を形成し、該不純物高添加領域上に第二オーミック電極を形成することを特徴とする面発光型半導体レーザーの製造方法。
【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ー及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な垂直共振器面発光半導体レーザー（以下、ＶＣＳＥＬと称す）は、図１（ａ），（ｂ）に示されるような構造を有している。なお、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図（発光部の中心を通る）である。図１（ｂ）において、ＧａＡｓ基板下部には、図示しない第２オーミック電極が設けられており、第１オーミック電極と第２オーミック電極（図示せず）との間にバイアス電圧を印加することにより、発光部に電流が流れ、発光部上部に設けられた開口部よりレーザー光が放出されるようになっている。
【０００３】
図１（ｂ）において、第一反射鏡を構成する材料としては、所望の波長に対して吸収が少なく、且つ屈折率の異なる二種類の材料が積層されたもの、例えば、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ／ＡｌＡｓ等が用いられる。また、第一反射鏡を構成する各層の厚さは、材料・波長に応じた厚さを有していなければならず、積層数については所望の波長に対して９９％以上の反射率を有するよう決定されなければならない。なお、図１（ａ），（ｂ）の構成においては第一反射鏡を構成する材料として半導体材料を用いる必要があるが、第１オーミック電極が第一反射鏡を介さずに第１導電型クラッド層に電気的に接続している場合、第一反射鏡材料として誘電体材料を用いることができる。この場合の具体的な材料としては、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２等が挙げられる。
【０００４】
クラッド層・活性層を構成する材料としては様々な組み合わせが考えられるが、言うまでもなく何れの場合も半導体材料を用いている。
【０００５】
第一反射鏡上に電極を形成する場合、高濃度の不純物（キャリア）を含む半導体層を介する必要があり、これによって電極と半導体層の間にオーミックコンタクトが形成され、且つ素子抵抗が低減されるという効果を有する。一方、高濃度のキャリアを含む半導体層はレーザー光を吸収する性質を有しており、該不純物高濃度添加層はＶＣＳＥＬの発光効率を低下させるため、不純物の添加は最小限とすることが望ましい。
【０００６】
また、電流注入により活性層より放出されるレーザー光には、高次横モードのレーザー光も含まれており、伝送信号波形を変形させ、高速・長距離通信を妨げる要因となる。また、該高次横モードのレーザー光は注入電流の増加とともに増大するため、高速・長距離通信を実現するためには高次横モードのレーザー光を選択的に除去し、単一横モードのレーザー光を抽出する必要がある。
【０００７】
特許文献１においては、活性層と第二反射鏡との間にコンタクト層を設け、該コンタクト層にイオン注入することによって、レーザー光の吸収を低減しつつ、オーミックコンタクトを実現する方法が提案されている。すなわち、特許文献１においては、第二反射鏡・コンタクト層を成長させた後、フォトレジストを塗布し、イオン注入を行い、その後フォトレジストを除去し、コンタクト層上に第二クラッド層、活性層等を順次積層することで、オーミックコンタクトの形成、素子抵抗の低減を図っている。しかし、フォトレジストを除去した表面にはコンタミネーションが残留しており、このような表面に結晶成長を行うことは極めて困難である。また、イオン注入を施した表面には多くの格子欠陥が発生するため、このような表面に欠陥の少ない良好な結晶成長を行うことは極めて困難である。欠陥を多く含んだ活性層を用いて半導体レーザーを作製した場合、高寿命な素子を得ることは困難であり、信頼性に乏しい素子しか得ることができない。また仮にコンタミネーションや格子欠陥を多く含んだ表面を改善し、このような表面に対して良質な結晶成長を実現し、欠陥の少ない活性層を得ることができたとしても、結晶成長させた後、イオン注入を行い、再度結晶成長を行うことは非常に煩雑な作業であり、素子の生産効率を大幅に低減することは避けられない。
【０００８】
一方、特許文献１においては、高次横モードのレーザー光に対しては何ら対策を講じてはおらず、特許文献１の方法を用いて作製された素子を高速・長距離用面発光型半導体レーザーへ応用することは非常に困難である。
【０００９】
特許文献２においては、上部反射鏡上に凹レンズ状の損失決定素子なる部材を設け、特許文献３においては、上部反射鏡上に凸レンズ状のフィードバック部材を備えており、いずれも光軸周辺の反射率を低下させ、基本横モードのレーザー光のみを抽出しているが、光軸よりわずかに外れた領域では、基本横モードの特性をも低下させており、単一横モード化は可能であっても高出力化は困難である。
【００１０】
また、特許文献４，特許文献５においては上部反射鏡上の電極開口径を適当なサイズとし、また、特許文献６においては上部反射鏡上の一部を除去して溝を設け反射率を低下させることで、それぞれ横モード制御を行っているが、いずれも、開口部のコンタクト層はレーザー光の吸収を抑制するためドーピング量が制限されており、素子の低抵抗化に対してはまったくの無力である。
【００１１】
さらに特許文献７においては、活性層より離れた位置にＡｌＧａＡｓよりなる電流狭窄層を設け、これをもって横モード制御の機能を兼ね備えているとしているが、活性層より離れた位置で狭窄された電流は、活性層に到達するまでに拡散してしまい、閾値電流の増加を引き起こす恐れがある。
【特許文献１】特開平１０−２２３９７５号公報
【特許文献２】特開平１０−５６２３３号公報
【特許文献３】特開２００２−３６８３３３号公報
【特許文献４】特開２０００−３３２３５５号公報
【特許文献５】特開２００２−２０８７５５号公報
【特許文献６】特開２００３−１１５６３４号公報
【特許文献７】特開２００３−６９１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、素子の抵抗を低減しつつ、単一横モードのレーザー光の放出率を向上させることの可能な面発光型半導体レーザー及びその製造方法を提供することを目的としている。
【００１３】
また、本発明は、素子の抵抗を低減しつつ、単一横モードのレーザー光の放出率を向上させ、同時に素子内部の吸収を低減することの可能な面発光型半導体レーザー及びその製造方法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】
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、少なくとも半導体基板上に、半導体層よりなる第二反射部材と、エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、半導体層よりなる第一反射部材と、コンタクト層とが順次積層され、これら各層のいずれかの層中若しくは層間に存在する電流狭窄層と、コンタクト層と電気的に接続した第一オーミック電極と、前記半導体基板と電気的に接続した第二オーミック電極とを有する面発光型半導体レーザーにおいて、第一反射部材上には不純物高添加領域が設けられ、該不純物高添加領域内には不純物を添加しない領域が存在し、該不純物を添加しない領域の外径が前記電流狭窄領域の外径以下であることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項２記載の発明は、少なくとも半導体基板上に、半導体層よりなる第二反射部材と、第二エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、コンタクト層と、第一エッチストップ層と、半導体層よりなる第一反射部材とが順次積層され、第一及び第二クラッド層のいずれかの層中若しくは層間に存在する電流狭窄層と、コンタクト層と電気的に接続した第一オーミック電極と、前記半導体基板と電気的に接続した第二オーミック電極とを有する面発光型半導体レーザーにおいて、第一反射部材及びコンタクト層上には不純物高添加領域が設けられ、第一反射部材上の不純物高添加領域内には不純物を添加しない領域が存在し、該不純物を添加しない領域の外径が前記電流狭窄領域の外径以下であることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項３記載の発明は、少なくとも半導体基板上に、半導体層よりなる第二反射部材と、エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、コンタクト層とが順次積層され、該コンタクト層上に形成された誘電体層よりなる第一反射部材と、第一及び第二クラッド層のいずれかの層中若しくは層間に存在する電流狭窄層と、コンタクト層と電気的に接続した第一オーミック電極と、前記半導体基板と電気的に接続した第二オーミック電極とを有する面発光型半導体レーザーにおいて、コンタクト層上には不純物高添加領域が設けられ、不純物高添加領域内には不純物を添加しない領域が存在し、該不純物を添加しない領域の外径が前記電流狭窄領域の外径以下であることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザーにおいて、第二クラッド層と第二反射部材との間に第二コンタクト層を有し、該第二コンタクト層上には不純物高添加領域が設けられ、該第二コンタクト層と第二オーミック電極とが電気的に接続していることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項５記載の発明は、少なくとも半導体基板上に、半導体層よりなる第二反射部材と、エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、半導体層よりなる第一反射部材と、コンタクト層とが順次積層され、これら各層のいずれかの層中若しくは層間に存在する電流狭窄層と、コンタクト層と電気的に接続した第一オーミック電極と、前記半導体基板と電気的に接続した第二オーミック電極とを有し、第一反射部材上には不純物高添加領域が設けられ、該不純物高添加領域内には不純物を添加しない領域が存在し、該不純物を添加しない領域の外径が前記電流狭窄領域の外径以下である面発光型半導体レーザーの製造方法であって、第二反射部材と、エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、第一反射部材と、コンタクト層とを半導体基板上に順次結晶成長させた後、ドライエッチング若しくはウェットエッチングによりメサ状の発光素子を形成し、コンタクト層上にイオン注入若しくは不純物拡散により不純物高添加領域を形成し、該不純物高添加領域上に第一オーミック電極を形成することを特徴としている。
【００１９】
また、請求項６記載の発明は、少なくとも半導体基板上に、半導体層よりなる第二反射部材と、第二エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、コンタクト層と、第一エッチストップ層と、半導体層よりなる第一反射部材とが順次積層され、第一及び第二クラッド層のいずれかの層中若しくは層間に存在する電流狭窄層と、コンタクト層と電気的に接続した第一オーミック電極と、前記半導体基板と電気的に接続した第二オーミック電極とを有し、第一反射部材及びコンタクト層上には不純物高添加領域が設けられ、第一反射部材上の不純物高添加領域内には不純物を添加しない領域が存在し、該不純物を添加しない領域の外径が前記電流狭窄領域の外径以下である面発光型半導体レーザーの製造方法であって、第二反射部材と、第二エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、コンタクト層と、第一エッチストップ層と、第一反射部材とを半導体基板上に順次結晶成長させ、ドライエッチング若しくはウェットエッチングによりメサ状の第一反射部材を形成した後、ドライエッチング若しくはウェットエッチングにより、第一エッチストップ層と、コンタクト層と、第一クラッド層と活性層と第二クラッド層とを第一反射部材の外径以上のメサ状に加工し、第一エッチストップ層を除去した後、コンタクト層上及び第一反射部材上にイオン注入若しくは不純物拡散により不純物高添加領域を形成し、コンタクト層上の該不純物高添加領域上に第一オーミック電極を形成することを特徴としている。
【００２０】
また、請求項７記載の発明は、少なくとも半導体基板上に、半導体層よりなる第二反射部材と、エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、コンタクト層とが順次積層され、該コンタクト層上に形成された誘電体層よりなる第一反射部材と、第一及び第二クラッド層のいずれかの層中若しくは層間に存在する電流狭窄層と、コンタクト層と電気的に接続した第一オーミック電極と、前記半導体基板と電気的に接続した第二オーミック電極とを有し、コンタクト層上には不純物高添加領域が設けられ、不純物高添加領域内には不純物を添加しない領域が存在し、該不純物を添加しない領域の外径が前記電流狭窄領域の外径以下である面発光型半導体レーザーの製造方法であって、第二反射部材と、エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、コンタクト層とを半導体基板上に順次結晶成長させた後、ドライエッチング若しくはウェットエッチングによりメサ状に加工し、コンタクト層上にイオン注入若しくは不純物拡散により不純物高添加領域を形成し、該不純物高添加領域上に第一オーミック電極を形成し、該メサ上に誘電体材料よりなる第一反射部材を形成することを特徴としている。
【００２１】
また、請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザーにおいて、第二クラッド層と第二反射部材との間に第二コンタクト層を有し、該第二コンタクト層上には不純物高添加領域が設けられ、該第二コンタクト層と第二オーミック電極とが電気的に接続している面発光型半導体レーザーの製造方法であって、ドライエッチング若しくはウエットエッチングによってコンタクト層、第一反射部材、第一クラッド層、活性層、第二クラッド層等を加工し、第二クラッド層と第二反射部材との間に存在する第二エッチストップ層を露出させ、該第二エッチストップ層を除去して第二コンタクト層を露出させた後、少なくとも第一コンタクト層若しくは第二反射部材と、該第二コンタクト層上にイオン注入若しくは不純物拡散により不純物高添加領域を形成し、該不純物高添加領域上に第二オーミック電極を形成することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１記載の発明によれば、第一反射鏡（第一反射部材）上に開口部を有する高ドープ領域（不純物高添加領域）を設けることによって、素子の吸収を増加させることなく、素子の低抵抗化及び単一横モード発振が可能となる。すなわち、素子の抵抗を低減しつつ、単一横モードのレーザー光の放出率を向上させることができる。
【００２３】
また、請求項２記載の発明によれば、イントラキャビティコンタクト構造を有するＶＣＳＥＬにおいて、コンタクト層上と第一反射鏡（第一反射部材）上に開口部を有する高ドープ領域（不純物高添加領域）を設けることによって、素子の吸収を低減しつつ、素子の低抵抗化及び単一横モード発振が可能となる。すなわち、素子の抵抗を低減しつつ、単一横モードのレーザー光の放出率を向上させ、同時に素子内部の吸収を低減することができる。
【００２４】
また、請求項３記載の発明によれば、コンタクト層上に開口部を有する高ドープ領域（不純物高添加領域）を形成した後、第一反射鏡（第一反射部材）を形成することによって、素子の吸収を低減し単一横モード発振を可能にしつつ、素子抵抗をより低減することができる。すなわち、素子の抵抗をより低減しつつ、単一横モードのレーザー光の放出率を向上させ、同時に素子内部の吸収を低減することができる。
【００２５】
また、請求項４記載の発明によれば、第二反射鏡（第二反射部材）をアンドープとし、第二コンタクト層上に高ドープ領域(不純物高添加領域)を設けることによって、素子抵抗を低減し単一横モード発振を可能にしつつ、素子の吸収をより低減することができる。すなわち、素子の抵抗を低減しつつ、単一横モードのレーザー光の放出率を向上させ、同時に素子内部の吸収をより低減することができる。
【００２６】
また、請求項５記載の発明によれば、素子の吸収を増加させることなく、低抵抗且つ単一横モード発振可能なＶＣＳＥＬを製造することができる。すなわち、低抵抗且つ単一横モードのレーザー光の放出率の高い面発光型半導体レーザーを得ることができる。
【００２７】
また、請求項６記載の発明によれば、素子の吸収を低減しつつ、素子の低抵抗化及び単一横モード発振が可能なＶＣＳＥＬを製造することができる。すなわち、低抵抗且つ単一横モードのレーザー光の放出率が高く、吸収の少ない面発光型半導体レーザーを得ることができる。
【００２８】
また、請求項７記載の発明によれば、素子の吸収を低減し単一横モード発振を可能にしつつ、素子抵抗をより低減したＶＣＳＥＬを製造することができる。すなわち、より低抵抗で且つ単一横モードのレーザー光の放出率が高く、吸収の少ない面発光型半導体レーザーを得ることができる。
【００２９】
また、請求項８記載の発明によれば、素子抵抗を低減し単一横モード発振を可能にしつつ、素子の吸収をより低減したＶＣＳＥＬを製造することができる。すなわち、より低抵抗で且つ単一横モードのレーザー光の放出率が高く、より吸収の少ない面発光型半導体レーザーを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００３１】
一般的なＶＣＳＥＬにおいては、図１（ｂ）に示すように、第一反射鏡上部、若しくは、第一反射鏡と第一クラッド層との間に、コンタクト層を設け、該コンタクト層は周囲の層と比較して高ドープ状態とし、該コンタクト層上に電極を形成することでオーミックコンタクトを確立し、素子に電流を注入すると同時に、素子抵抗を低減するようにしている。
【００３２】
該コンタクト層中にｐ型の不純物がドーピングされている場合、結晶中に存在するキャリアはレーザー光を吸収する性質を有している。従って、高い発光効率を得るためにはドーピング量を極力低減する必要がある一方、素子抵抗低減の観点からは、高ドープ状態としてコンタクト層におけるシート抵抗を極力低減することが望ましい。このようにドーピング量における発光効率の向上と素子抵抗の低減は相反する関係にあり、ＶＣＳＥＬの設計を行う際にはこれらのパラメータを考慮して、最適なドーピング量を決定しなければならない。
【００３３】
また、活性層より放出されるレーザー光について、面発光半導体レーザーにおける縦モードの場合、波長は共振器長により決定されるが、横モードについてはまったく制御機構を有していないため注入電流の増加とともに、徐々に高次横モードの出力が増加する傾向がある。このようなレーザー光は伝送信号波形を変形させ、長距離・高速光通信や高精彩な画像記録を実現するためには単一横モード発振可能な半導体レーザーの開発が必要不可欠である。
【００３４】
（第１の形態）
図２（ａ），（ｂ）は第１の形態を説明するための図であり、図２（ａ）はコンタクト層を有する従来のＶＣＳＥＬの断面図、図２（ｂ）は第一反射鏡表面に高ドープ領域を設けたＶＣＳＥＬの断面図である。ここで、コンタクト層及び第一反射鏡にｐ型（ｎ型）ドーパントが添加されている場合、第二反射鏡にはｎ型（ｐ型）ドーパントを添加し、ｎ型（ｐ型）ドーパントが添加された基板を用いる。コンタクト層は電極とオーミックコンタクトを形成するため他の層と比較して高濃度の不純物が添加されているが、先に述べたように不純物濃度を一定以下に抑制しなければならず、コンタクト層のドーピング量を調整することにより素子抵抗を低減することには限界がある。また第一反射鏡内部には電流狭窄層が設けられており、これによって電流経路を制限し、低い閾値電流で高い電流密度を得ることができる。該電流狭窄層によって活性層中の電流注入領域の大きさは図中ｂによって表され、電流狭窄径ａに対してはａ＜ｂである。図２（ａ）において、電流注入領域で発生したレーザー光は第一及び第二反射鏡により増幅され第一反射鏡表面の電極開口部より放出されるが、その際各層に対して垂直なレーザー光以外に、垂直方向からわずかにずれたレーザー光（高次横モード）も放出される。
【００３５】
これらの課題に対し、素子抵抗低減方法として特許文献１が、また、横モード制御方法として特許文献２，特許文献３，特許文献４，特許文献５，特許文献６，特許文献７が提案されているが、前述のようにいずれも何らかの弊害を有しており、ＶＣＳＥＬの総合的な性能向上という観点においては、好ましい手段とは言い難い。
【００３６】
これに対し、本発明の第１の形態の図２（ｂ）に示す構造をもつＶＣＳＥＬにおいては、電流狭窄開口部以外を高ドープ領域としているため、レーザー光の吸収とは無関係にドーピング量を決定することができる。また、高ドープ領域の開口径ｃが、電流狭窄径ａに対しａ＞ｃである場合、活性層より発生する高次横モードのレーザー光の大部分は、高ドープ領域中のキャリアにより吸収され、該ＶＣＳＥＬより単一横モードのレーザー光を抽出することができる。
【００３７】
このように、本発明の第１の形態は、少なくとも半導体基板上に、半導体層よりなる第二反射部材と、エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、半導体層よりなる第一反射部材と、コンタクト層とが順次積層され、これら各層のいずれかの層中若しくは層間に存在する電流狭窄層と、コンタクト層と電気的に接続した第一オーミック電極と、前記半導体基板と電気的に接続した第二オーミック電極とを有する面発光型半導体レーザーにおいて、第一反射部材上には不純物高添加領域が設けられ、該不純物高添加領域内には不純物を添加しない領域が存在し、該不純物を添加しない領域の外径が前記電流狭窄領域の外径以下であることを特徴としている。これにより、素子の吸収を増加させることなく、素子の低抵抗化及び単一横モード発振が可能となる。すなわち、素子の抵抗を低減しつつ、単一横モードのレーザー光の放出率を向上させることができる。
【００３８】
（第２の形態）
図３（ａ）、（ｂ）は第２の形態を説明するための図である。
【００３９】
図３（ａ）はコンタクト層に均一にドーピングしたイントラキャビティコンタクト構造を有するＶＣＳＥＬの断面図である。ここで、コンタクト層にｐ型（ｎ型）ドーパントが添加されている場合、第二反射鏡にはｎ型（ｐ型）ドーパントを添加し、ｎ型（ｐ型）ドーパントが添加された基板を用いる。イントラキャビティコンタクト構造は、キャリアによる吸収を抑制し高効率な発光を実現するために考案された構造で、第一反射鏡をアンドープとし、第一反射鏡と第一クラッド層の間にドーピングしたコンタクト層を設け、該コンタクト層上に電極を形成し活性層への電流注入を行う。図２に示した構造においては、第一反射鏡上部に電極を形成しているため、電流狭窄層へキャリアが到達するまでに拡散し、各層に対し平行方向（横方向）の抵抗は比較的低い。しかし、図３（ａ）のイントラキャビティコンタクト構造においては、電極と電流狭窄層の間隔が短いため、横方向の抵抗が高くなりやすい。そこで、従来のイントラキャビティコンタクト構造においては、該コンタクト層に高濃度のドーピングを施し、低抵抗化を図っているが、前述したようにレーザー光の吸収を抑制するため、ドーピング量は極力低く抑制することが望ましい。また、イントラキャビティコンタクト構造においては、コンタクト層と活性層の間隔が短いため、コンタクト層における電界強度が強く、吸収の効果がより顕著に現れやすい。
【００４０】
これに対し、本発明の第２の形態においては、図３（ｂ）に示すように、コンタクト層上の上部反射鏡が存在しない領域のみドーピングを施しているため（すなわち、コンタクト層上の上部反射鏡が存在しない領域のみ高ドープ層を設けているので）、コンタクト層へのドーピングによるレーザー光の吸収は一切起こりえない。
【００４１】
また、本発明の第２の形態においては、図３（ｂ）に示すように、第一反射鏡の電流狭窄部直上以外の領域に対してもドーピングを施している（高ドープ層を設けている）。この時、該ドーピング領域（高ドープ層）の開口径ｃが、電流狭窄層の開口径ａに対しａ＞ｃであるとき、活性層より放出される高次横モードのレーザー光を吸収することができ、基本横モードよりなる単一横モードのレーザー光を抽出することができる。
【００４２】
このように、本発明の第２の形態は、少なくとも半導体基板上に、半導体層よりなる第二反射部材と、第二エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、コンタクト層と、第一エッチストップ層と、半導体層よりなる第一反射部材とが順次積層され、第一及び第二クラッド層のいずれかの層中若しくは層間に存在する電流狭窄層と、コンタクト層と電気的に接続した第一オーミック電極と、前記半導体基板と電気的に接続した第二オーミック電極とを有する面発光型半導体レーザーにおいて、第一反射部材及びコンタクト層上には不純物高添加領域が設けられ、第一反射部材上の不純物高添加領域内には不純物を添加しない領域が存在し、該不純物を添加しない領域の外径が前記電流狭窄領域の外径以下であることを特徴としている。これにより、素子の吸収を低減しつつ、素子の低抵抗化及び単一横モード発振が可能となる。すなわち、素子の抵抗を低減しつつ、単一横モードのレーザー光の放出率を向上させ、同時に素子内部の吸収を低減することができる。
【００４３】
（第３の形態）
図４（ａ），（ｂ）は第３の形態を説明するための図であり、第一反射鏡として誘電体材料を用いたイントラキャビティコンタクト構造を有するＶＣＳＥＬの断面図である。ここで、コンタクト層にｐ型（ｎ型）ドーパントが添加されている場合、第二反射鏡にはｎ型（ｐ型）ドーパントを添加し、ｎ型（ｐ型）ドーパントが添加された基板を用いる。誘電体材料よりなる反射鏡は、半導体材料よりなる反射鏡と比較して、より少ない層数で同等の反射率を得ることができるという利点を持つが、コンタクト層まで結晶成長させた後、別工程にて誘電体反射鏡を形成しなければならないという、プロセス上の若干の煩雑さが必要となる。
【００４４】
図４（ａ）はドーピングを施したコンタクト層上に電極と誘電体反射鏡を有する従来の構造を示しており、前述したように、このような構造では、素子の低抵抗化と吸収の低減による発光効率の向上は相反する関係にあるため、抵抗及び発光効率について同時に良好な特性を得ることは不可能であった。また、第２の形態では、第一反射鏡まで一貫して結晶成長が可能であるため作業効率においては優れていたが、コンタクト層上のドーピングされる領域が、第一反射鏡の存在しない領域に限定されるため、素子の低抵抗化については限界があった。
【００４５】
これに対し、本発明の第３の形態においては、誘電体反射鏡を別工程で作製するため、ドーピングを施す領域に制限はなく、図４（ｂ）に示すように、電流狭窄層の開口部直上のみアンドープ領域とすればよい。この結果、若干の作業効率の低下は避けられないが、素子抵抗については、第２の形態以上に低抵抗化が可能となる。また、ドーピング領域の開口径ｃを、電流狭窄層の開口部ａに対してａ＞ｃとすることで、活性層より放出される高次横モードのレーザー光を吸収することができ、基本横モードよりなる単一横モードのレーザー光を抽出することができる。
【００４６】
このように、本発明の第３の形態は、少なくとも半導体基板上に、半導体層よりなる第二反射部材と、エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、コンタクト層とが順次積層され、該コンタクト層上に形成された誘電体層よりなる第一反射部材と、第一及び第二クラッド層のいずれかの層中若しくは層間に存在する電流狭窄層と、コンタクト層と電気的に接続した第一オーミック電極と、前記半導体基板と電気的に接続した第二オーミック電極よりなる面発光型半導体レーザーにおいて、コンタクト層上には不純物高添加領域が設けられ、不純物高添加領域内には不純物を添加しない領域が存在し、該不純物を添加しない領域の外径が前記電流狭窄領域の外径以下であることを特徴としている。これにより、素子の吸収を低減し単一横モード発振を可能にしつつ、素子抵抗をより低減することができる。すなわち、素子の抵抗をより低減しつつ、単一横モードのレーザー光の放出率を向上させ、同時に素子内部の吸収を低減することができる。
【００４７】
（第４の形態）
図５（ａ），（ｂ）は第４の形態を説明するための図であり、第二クラッド層と第二反射鏡の間に第二コンタクト層を設け、第二反射鏡をアンドープとしたイントラキャビティコンタクト構造としたＶＣＳＥＬの断面図である。図５においては、第一反射鏡と第一クラッド層の間にコンタクト層を設け、第一反射鏡をアンドープとしたイントラキャビティコンタクト構造を示しているが、第一反射鏡にドーピングを施し、第一反射鏡上にドーピングを施したコンタクト層を介して電極を形成した構造であってもかまわない。図５において、コンタクト層にｐ型（ｎ型）ドーパントが添加されている場合、第二コンタクト層にはｎ型（ｐ型）ドーパントを添加する。
【００４８】
図５（ａ）は第一反射鏡をアンドープとすることによってキャリアによる吸収を低減し、ＶＣＳＥＬの発光効率を向上させているが、第二反射鏡にはキャリアが存在しているため、素子全体の抵抗が低い一方、キャリアによるレーザー光の吸収のため発光効率は低下している。そこで、図５（ｂ）のように第二クラッド層と第二反射鏡の間に第二コンタクト層を設け、第二反射鏡をアンドープとすることよってキャリアの吸収をさらに低減し、高い発光効率を実現している。また、第一反射鏡にドーピングを施し、第一反射鏡上にコンタクト層を介して電極を形成する構造であっても、同様の構造・効果を得ることができる。
【００４９】
このように、本発明の第４の形態は、第１乃至第３のいずれかの形態の面発光型半導体レーザーにおいて、第二クラッド層と第二反射部材との間に第二コンタクト層を有し、該第二コンタクト層上には不純物高添加領域が設けられ、該第二コンタクト層と第二オーミック電極とが電気的に接続していることを特徴としている。これにより、素子抵抗を低減し単一横モード発振を可能にしつつ、素子の吸収をより低減することができる。すなわち、素子の抵抗を低減しつつ、単一横モードのレーザー光の放出率を向上させ、同時に素子内部の吸収をより低減することができる。
【００５０】
（第５の形態）
図６，図７は第５の形態を説明するための図であり、第一反射鏡表面に高ドープ領域を設けたＶＣＳＥＬの製造方法を示している。
【００５１】
第５の形態の製造方法では、先ず、ＧａＡｓ基板上に、第二反射鏡、エッチストップ層、第二クラッド層、活性層、第一クラッド層、第一反射鏡、コンタクト層を順次結晶成長させる（図６（ａ））。次いで、結晶成長させた該基板上にフォトレジストを塗布し、ドライエッチング若しくはウェットエッチングにより第二クラッド層までエッチングし、ＶＣＳＥＬメサを形成する（図６（ｂ））。
【００５２】
その後、第一反射鏡内部に存在する図示しない電流狭窄層を酸化させた後、メサを形成した基板表面全面にＳｉＯ２をデポし、図６（ｃ）の如く第一反射鏡表面に感光性ポリイミド膜により開口部をパターニングした後、ＢＨＦ等を用いて該開口部のＳｉＯ２を除去する（図６（ｄ））。この時、フォトレジストを用いて該開口部をパターニングすることも可能であるが、その場合、ＳｉＯ２エッチングの後、レジスト除去、ポリイミドパターニングを実施しなければならない。
【００５３】
次いで、第一反射鏡開口部中に高ドープ領域形成用のパターニングを施す。この時、高ドープ領域の開口径は、電流狭窄径以下となるようパターニングしなければならない。次に、パターニングを施した表面に、図６（ｅ）に示すように、イオン注入により不純物をドーピングした後、パターニング用フォトレジストを除去する。この時、第一反射鏡がｐ型半導体よりなる場合にはｐ型不純物をドーピングし、また、ｎ型半導体よりなる場合にはｎ型不純物をドーピングする。また、不純物ドーピング方法としては、拡散法を用いることも可能で、その場合、高ドープ領域形成用のパターニングを施した表面に、図６（ｆ）に示すように、不純物を含有する材料を塗布した後、レジスト除去・熱処理を施し、図７（ｇ）に示すように、不純物を拡散ドーピングする。しかる後、余分な不純物を含有する材料を除去する（図７（ｈ））。上記いずれか一方の方法で不純物ドーピングを施した後、図７（ｉ）の如くオーミック電極を形成する。
【００５４】
このように、本発明の第５の形態は、第１の形態の面発光型半導体レーザーの製造方法であって、第二反射部材と、エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、第一反射部材と、コンタクト層とを半導体基板上に順次結晶成長させた後、ドライエッチング若しくはウェットエッチングによりメサ状の発光素子を形成し、コンタクト層上にイオン注入若しくは不純物拡散により不純物高添加領域を形成し、該不純物高添加領域上に第一オーミック電極を形成することを特徴としている。これにより、素子の吸収を増加させることなく、低抵抗且つ単一横モード発振可能なＶＣＳＥＬを製造することができる。すなわち、低抵抗且つ単一横モードのレーザー光の放出率の高い面発光型半導体レーザーを得ることができる。
【００５５】
（第６の形態）
図８は第６の形態を説明するための図であり、第一反射鏡及びコンタクト層と、第一反射鏡上部にドーピングしたイントラキャビティコンタクト構造を有するＶＣＳＥＬの製造方法を示している。
【００５６】
第６の形態の製造方法では、先ず、ＧａＡｓ基板上に、第二反射鏡、第二エッチストップ層、第二クラッド層、活性層、第一クラッド層、コンタクト層、第一エッチストップ層、第一反射鏡を順次結晶成長させる（図８（ａ））。次いで、結晶成長させた該基板上にフォトレジストを塗布し、ドライエッチング若しくはウェットエッチングにより第一反射鏡までエッチングし、ＤＢＲメサを形成する（図８（ｂ））。次に、露出した第一エッチストップ層を除去した後、図８（ｃ）の如くパターニングし、活性層周りをエッチングする。
【００５７】
その後、コンタクト層と活性層との間に存在する図示しない電流狭窄層を酸化させた後、メサを形成した基板表面全面にＳｉＯ２をデポし、コンタクト層表面に感光性ポリイミド膜により開口部をパターニングした後、ＢＨＦ等を用いて該開口部のＳｉＯ２を除去する（図８（ｄ））。この時、フォトレジストを用いて該開口部をパターニングすることも可能であるが、その場合、ＳｉＯ２エッチングの後、レジスト除去、ポリイミドパターニングを実施しなければならない。
【００５８】
次いで、図８（ｅ）に示すように、第一反射鏡上に高ドープ領域形成用のパターニング（フォトレジスト）を施し、パターニングを施した表面にイオン注入若しくは不純物拡散により不純物をドーピングする。この時、第二反射鏡がｎ型半導体よりなる場合にはｐ型不純物をドーピングし、ｐ型半導体よりなる場合にはｎ型不純物をドーピングする。ドーピングを施した後、パターニング用フォトレジストを除去し、図８（ｆ）の如くオーミック電極を形成する。
【００５９】
このように、本発明の第６の形態は、第２の形態の面発光型半導体レーザーの製造方法であって、第二反射部材と、第二エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、コンタクト層と、第一エッチストップ層と、第一反射部材とを半導体基板上に順次結晶成長させ、ドライエッチング若しくはウェットエッチングによりメサ状の第一反射部材を形成した後、ドライエッチング若しくはウェットエッチングにより、第一エッチストップ層と、コンタクト層と、第一クラッド層と活性層と第二クラッド層とを第一反射部材の外径以上のメサ状に加工し、第一エッチストップ層を除去した後、コンタクト層上及び第一反射部材上にイオン注入若しくは不純物拡散により不純物高添加領域を形成し、コンタクト層上の該不純物高添加領域上に第一オーミック電極を形成することを特徴としている。これにより、素子の吸収を低減しつつ、素子の低抵抗化及び単一横モード発振が可能なＶＣＳＥＬを製造することができる。すなわち、低抵抗且つ単一横モードのレーザー光の放出率が高く、吸収の少ない面発光型半導体レーザーを得ることができる。
【００６０】
（第７の形態）
図９は第７の形態を説明するための図であり、コンタクト層にドーピングした後、該コンタクト層上に誘電体よりなる反射鏡を形成したイントラキャビティコンタクト構造を有するＶＣＳＥＬの製造方法を示している。
【００６１】
第７の形態の製造方法では、先ず、ＧａＡｓ基板上に、第二反射鏡、エッチストップ層、第二クラッド層、活性層、第一クラッド層、コンタクト層を順次結晶成長させる（図９（ａ））。次いで、結晶成長させた該基板上にフォトレジストを塗布し、ドライエッチング若しくはウェットエッチングにより第二クラッド層までエッチングし、メサを形成する（図９（ｂ））。
【００６２】
その後、コンタクト層と活性層との間に存在する図示しない電流狭窄層を酸化させた後、メサを形成した基板表面全面にＳｉＯ２をデポし、コンタクト層表面に感光性ポリイミド膜により開口部をパターニングした後、ＢＨＦ等を用いて該開口部のＳｉＯ２を除去する（図９（ｃ））。この時、フォトレジストを用いて該開口部をパターニングすることも可能であるが、その場合、ＳｉＯ２エッチングの後、レジスト除去、ポリイミドパターニングを実施しなければならない。
【００６３】
次いで、図９（ｄ）に示すように、露出したコンタクト層上に高ドープ領域形成用のパターニング（フォトレジスト）を施し、パターニングを施した表面にイオン注入若しくは不純物拡散により不純物をドーピングする。この時、第二反射鏡がｎ型半導体よりなる場合にはｐ型不純物をドーピングし、ｐ型半導体よりなる場合にはｎ型不純物をドーピングする。ドーピングを施した後、パターニング用フォトレジストを除去し、図９（ｅ）の如くオーミック電極を形成する。
【００６４】
次いで、オーミック電極を形成した表面に誘電体よりなる第一反射鏡を形成し、メサ上部にフォトレジストを形成し（図９（ｆ））、その他の余分な領域の第一反射鏡をドライエッチング若しくはウェットエッチングにより除去する（図９（ｇ））。
【００６５】
このように、本発明の第７の形態は、第３の形態の面発光型半導体レーザーの製造方法であって、第二反射部材と、エッチストップ層と、第二クラッド層と、活性層と、第一クラッド層と、コンタクト層とを半導体基板上に順次結晶成長させた後、ドライエッチング若しくはウェットエッチングによりメサ状に加工し、コンタクト層上にイオン注入若しくは不純物拡散により不純物高添加領域を形成し、該不純物高添加領域上に第一オーミック電極を形成し、該メサ上に誘電体材料よりなる第一反射部材を形成することを特徴としている。これにより、素子の吸収を低減し単一横モード発振を可能にしつつ、素子抵抗をより低減したＶＣＳＥＬを製造することができる。すなわち、より低抵抗で且つ単一横モードのレーザー光の放出率が高く、吸収の少ない面発光型半導体レーザーを得ることができる。
【００６６】
（第８の形態）
図１０，図１１は第８の形態を説明するための図であり、第一反射鏡と第一クラッド層との間、及び、第二クラッド層と第二反射鏡との間のコンタクト層と、第一反射鏡上部にドーピングしたイントラキャビティコンタクト構造を有するＶＣＳＥＬの製造方法を示している。
【００６７】
第８の形態の製造方法では、先ず、ＧａＡｓ基板上に、第二反射鏡、第二コンタクト層、第二エッチストップ層、第二クラッド層、活性層、第一クラッド層、コンタクト層、第一エッチストップ層、第一反射鏡を順次結晶成長させる（図１０（ａ））。次いで、結晶成長させた該基板上にフォトレジストを塗布し、ドライエッチング若しくはウェットエッチングにより第一反射鏡までエッチングし、ＤＢＲメサを形成する（図１０（ｂ））。次に、露出した第一エッチストップ層を除去した後、図１０（ｃ）の如くパターニングし、活性層周りをエッチングする。
【００６８】
その後、コンタクト層と活性層との間に存在する図示しない電流狭窄層を酸化させた後、メサを形成した基板表面全面にＳｉＯ２をデポし、コンタクト層及び第二コンタクト層表面に感光性ポリイミド膜により開口部をパターニングした後、ＢＨＦ等を用いて該開口部のＳｉＯ２を除去する（図１０（ｄ））。この時、フォトレジストを用いて該開口部をパターニングすることも可能であるが、その場合、ＳｉＯ２エッチングの後、レジスト除去、ポリイミドパターニングを実施しなければならない。
【００６９】
次いで、図１０（ｅ）に示すように、第一反射鏡上に高ドープ領域形成用のパターニング（フォトレジスト）を施し、表面にイオン注入若しくは不純物拡散によりｐ型（ｎ型）不純物をドーピングする。この時、第二コンタクト層表面にはフォトレジストによりドーピングされない。該レジストを除去した後、図１０（ｆ）の如くパターニングを施し、次に、パターニングを施した表面にイオン注入若しくは不純物拡散により第二コンタクト層表面にｎ型（ｐ型）不純物をドーピングする。この時、第一反射鏡及びコンタクト層表面にはフォトレジストによりドーピングされない。ドーピングを施した後、パターニング用フォトレジストを除去し、図１１（ｇ）の如くオーミック電極を形成する。
【００７０】
このように、本発明の第８の形態は、第４の形態の面発光型半導体レーザーの製造方法であって、ドライエッチング若しくはウエットエッチングによってコンタクト層、第一反射部材、第一クラッド層、活性層、第二クラッド層等を加工し、第二クラッド層と第二反射部材との間に存在する第二エッチストップ層を露出させ、該第二エッチストップ層を除去して第二コンタクト層を露出させた後、少なくとも第一コンタクト層若しくは第二反射部材と、該第二コンタクト層上にイオン注入若しくは不純物拡散により不純物高添加領域を形成し、該不純物高添加領域上に第二オーミック電極を形成することを特徴としている。これにより、素子抵抗を低減し単一横モード発振を可能にしつつ、素子の吸収をより低減したＶＣＳＥＬを製造することができる。すなわち、より低抵抗で且つ単一横モードのレーザー光の放出率が高く、より吸収の少ない面発光型半導体レーザーを得ることができる。
【実施例１】
【００７１】
実施例１は、図２に示すような、第一反射鏡上に開口部を持つ高ドープ領域を有し、且つ該高ドープ領域より電流注入を行う構造を有するＶＣＳＥＬに関するものである。すなわち、図２の構成において、コンタクト層としてｐ−ＧａＡｓ、第一反射鏡としてＧａＡｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓを２６ペア、該第一反射鏡中にＡｌＡｓよりなる電流狭窄層、第一クラッド層としてｐ−Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ、活性層としてＡｌ０．８５Ｇａ０．１５Ａｓ、第二クラッド層としてｎ−Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ、エッチストップ層としてＧａＩｎＰ、第二反射鏡としてＧａＡｓ／ＡｌＡｓを３５ペア、基板としてｎ−ＧａＡｓをそれぞれ用いている。結晶成長方法としては、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ），有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）等を用いることができる。また、絶縁層としてＳｉＯ２、オーミック電極としてＡｕ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びこれらの合金等を用いることができる。
【００７２】
図２（ａ）は従来の構成のＶＣＳＥＬを示しており、第一反射鏡及び第二反射鏡は５Ｅ１７／ｃｍ３、コンタクト層は電極とのオーミックコンタクトを確保するため、５Ｅ１８／ｃｍ３のドーピングが行われており、第一クラッド層、活性層、第二クラッド層及びエッチストップ層はアンドープである。ｐ型ドーパントとしてはＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎを用いることができ、ｎ型ドーパントとしてはＳｉ、Ｓｅを用いることができる。ここで、コンタクト層においてはオーミックコンタクトを確保するため比較的高濃度のドーパントが注入されているが、コンタクト層中のドーパントは活性層で発生したレーザー光を吸収する性質を有しており、発光効率の観点からはより低濃度のドーピングであることが望ましい。
【００７３】
これに対し、図２（ｂ）の構成においては、第一反射鏡、第二反射鏡及びコンタクト層ともに５Ｅ１７／ｃｍ３のドーピングがなされており、図２（ｂ）に示した高ドープ領域のみ１Ｅ２０／ｃｍ３のドーピングがなされている。また第一クラッド層、活性層、第二クラッド層及びエッチストップ層はアンドープである。また、電流狭窄層による電流狭窄径ａは８μｍであり、コンタクト層上に形成された高ドープ領域の開口径ｃは６μｍである。このような構成の場合、コンタクト抵抗が低減されると同時に、コンタクト層の光吸収を低減することができ、さらには、高ドープ領域によって高次横モードのレーザー光が吸収されるため、より出力の大きい単一横モードのレーザー光を取り出すことができる。
【実施例２】
【００７４】
実施例２は、図４に示すような、イントラキャビティコンタクト構造を有するＶＣＳＥＬにおいて、コンタクト層状に開口部を持つ高ドープ領域を有し、該コンタクト層上に誘電体よりなる反射鏡を有するＶＣＳＥＬの製造方法（図９に示すような製造方法）に関するものである。すなわち、図４の構成において、第一反射鏡としてＴｉＯ２／ＳｉＯ２を１０ペア、コンタクト層としてｐ−ＧａＡｓ、第一クラッド層としてｐ−Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ、該第一クラッド層中にＡｌＡｓよりなる電流狭窄層、活性層としてＡｌ０．８５Ｇａ０．１５Ａｓ、第二クラッド層としてｎ−Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ、エッチストップ層としてＧａＩｎＰ、第二反射鏡としてＧａＡｓ／ＡｌＡｓを３５ペア、基板としてｎ−ＧａＡｓをそれぞれ用いている。結晶成長方法としては、ＭＢＥ、ＭＯＣＶＤ法を用いることができる。また、絶縁層としてＳｉＯ２、オーミック電極としてＡｕ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びこれらの合金等を用いることができる。
【００７５】
該基板を加工してメサを形成する場合、ドライエッチングとしてはＲＩＥ等の方法を用いることができ、ウエットエッチングの場合、ＧａＩｎＰを塩酸でエッチングした後、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓを硫酸、硝酸、燐酸若しくはそれらの混合液を用いてエッチングする。絶縁膜としてはＳｉＯ２を用いているが、これをエッチングする際には弗酸等を用いることができる。
【００７６】
コンタクト層に不純物ドーピングを行う場合、該コンタクト層はｐ型であるからドーパントとしてＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎを用いることができる。この実施例２においては、不純物ドーピング方法としてイオン注入法を用い、Ｂｅをドーズ量２Ｅ２０／ｃｍ３、加速電圧１ｋｅＶで注入した後、８００℃にて１０分間の活性化アニールを行い、１Ｅ２０／ｃｍ３のキャリア濃度を有する高ドープ領域を得た。
【００７７】
酸化狭窄については、過飽和水蒸気中での加熱処理を用いることができる。誘電体反射鏡としてはＴｉＯ２／ＳｉＯ２やＭｇＳ／ＴｉＯ２等の組み合わせを用いることができ、これらの材料をコンタクト層上に形成する方法としては、ＥＢ蒸着法等が考えられる。オーミック電極を形成する方法としては、リフトオフ法等を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】一般的な垂直共振器面発光半導体レーザーを示す図である。
【図２】第１の形態を説明するための図である。
【図３】第２の形態を説明するための図である。
【図４】第３の形態を説明するための図である。
【図５】第４の形態を説明するための図である。
【図６】第５の形態を説明するための図である。
【図７】第５の形態を説明するための図である。
【図８】第６の形態を説明するための図である。
【図９】第７の形態を説明するための図である。
【図１０】第８の形態を説明するための図である。
【図１１】第８の形態を説明するための図である。
【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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【図１１】
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