(57)【要約】【課題】  簡単な構成で無効電流を低減して特性および信頼性を向上させることができる面発光レーザおよびその製造方法を提供する。【解決手段】  基板１１に、ｎ側多層反射膜１２，活性層１３，電流狭窄層１４，ｐ側多層反射膜１５がこの順に積層された略円柱状のメサ領域１０が形成されている。メサ領域１０と、その周囲の外部領域３０とは、溝２０に設けられた橋桁部４０によって連結されている。第２多層反射膜１５の上には、エッチングストップ層１６およびコンタクト層１７が順に積層されている。コンタクト層１７は、外部領域３０および橋桁部４０を回避してメサ領域１０に形成されている。コンタクト層１７を橋桁部４０に設けないようにすることにより、コンタクト層１７および橋桁部４０を介して電流が外部領域３０へと漏れ出すのを確実に抑制することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に第１多層反射膜、活性層および第２多層反射膜が順に積層されたメサ領域と、
溝を隔てて前記メサ領域を取り囲む外部領域と、
前記溝に設けられ前記メサ領域と前記外部領域とを連結する橋桁部と、
前記外部領域および前記橋桁部を回避して前記メサ領域に形成されたコンタクト層と
を備えたことを特徴とする面発光レーザ。
【請求項２】
前記コンタクト層から前記橋桁部を通って前記外部領域まで連続した形状を有する電極を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ。
【請求項３】
前記コンタクト層は、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）により構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ。
【請求項４】
前記コンタクト層は、前記活性層で発生した光を取り出す開口部を有する
ことを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ。
【請求項５】
前記第２多層反射膜と前記コンタクト層との間に、エッチングストップ層を有する
ことを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ。
【請求項６】
前記エッチングストップ層は、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（０＜ｘ＜０．８）により構成されている
ことを特徴とする請求項５記載の面発光レーザ。
【請求項７】
前記メサ領域は、前記活性層と前記第２多層反射膜との間に電流狭窄層を有する
ことを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ。
【請求項８】
基板に、第１多層反射膜、活性層、第２多層反射膜を順に形成する工程と、
前記第２多層反射膜の上にエッチングストップ層およびコンタクト層を順に形成する工程と、
前記エッチングストップ層を用いて前記コンタクト層を選択的にエッチング除去することにより、メサ領域の形成予定位置に前記コンタクト層を残存させる工程と、
前記コンタクト層の外側に前記メサ領域と外部領域とを隔てる溝を形成すると共に、前記溝に前記メサ領域と前記外部領域とを連結する橋桁部を形成する工程と
を含むことを特徴とする面発光レーザの製造方法。
【請求項９】
前記コンタクト層から前記橋桁部を通って前記外部領域まで連続した形状を有する電極を形成する工程を含む
ことを特徴とする請求項８記載の面発光レーザの製造方法。
【請求項１０】
前記コンタクト層を、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）により構成する
ことを特徴とする請求項８記載の面発光レーザの製造方法。
【請求項１１】
前記メサ領域の形成予定位置に前記コンタクト層を残存させると共に、前記コンタクト層に前記活性層で発生した光を取り出す開口部を形成する
ことを特徴とする請求項８記載の面発光レーザの製造方法。
【請求項１２】
前記エッチングストップ層は、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ混晶（０＜ｘ＜０．８）により構成されている
ことを特徴とする請求項８記載の面発光レーザの製造方法。
【請求項１３】
前記活性層と前記第２多層反射膜との間にヒ化アルミニウム（ＡｌＡｓ）層を形成し、前記溝に露出した前記ヒ化アルミニウム層を酸化させることにより電流狭窄層を形成する
ことを特徴とする請求項８記載の面発光レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直共振器型（Vertical Cavity Surface Emitting Laser；ＶＣＳＥＬ）といわれる面発光レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザは、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector ；分布型ブラッグ反射）ミラーと呼ばれるＡｌＧａＡｓの多層反射膜の間に活性層を挟んだ構成を有している。このような面発光レーザの電流狭窄方法として、多層反射膜のうちのアルミニウム（Ａｌ）組成の高い半導体層の一部を酸化することにより電流狭窄層を形成する方法がある。
【０００３】
酸化により形成された電流狭窄層は、体積が収縮し、上下の半導体層に歪みを生じさせる。電流狭窄層と上下の半導体層との結合は弱く、酸化の後の加熱工程での熱応力により、転位や亀裂などの欠陥が発生する可能性がある。この欠陥がレーザ動作時に活性層に伝播して、未発光領域が生じ、レーザの信頼性や特性を低下させるおそれがあるという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決するため、非特許文献１の図１０には、メサ領域と外部領域とを部分的に結合することにより熱応力による亀裂の発生を防止するようにした構造が提案されている。この構造では、メサ領域と外部領域との結合部分から電流が外側へ流れ出し、発光に寄与しない無効電流となってしまう。そこで、外部領域にイオン注入を行うことにより電流が外部領域に流れるのを抑制している。
【非特許文献１】ボビー・Ｍ・ホーキンス（Bobby M. Hawkins），外４名、種々のサイズの酸化層アパーチャを有するＶＣＳＥＬの信頼性（Reliability of Various Size Oxide Aperture VCSELs ）、図１０、［online］、ハネウェル社ホームページ、［平成１５年５月２７日検索］、＜公表ＨＰ；http://content.honeywell.com/vcsel/publications/tech.stm＞、＜該当文献；http://content.honeywell.com/vcsel/pdf/ECTC311.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来構造では、高価なイオン注入装置が必要であるため製造コストが上昇してしまう。また、外部領域へ電流が流れないようなイオン濃度分布を形成するには、注入電圧を変えて数度にわたってイオン注入を行う必要があり、条件を確立することが難しいという問題があった。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡単な構成で無効電流を低減して特性および信頼性を向上させることができる面発光レーザおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による面発光レーザは、基板に第１多層反射膜、活性層および第２多層反射膜が順に積層されたメサ領域と、溝を隔ててメサ領域を取り囲む外部領域と、溝に設けられメサ領域と外部領域とを連結する橋桁部と、外部領域および橋桁部を回避してメサ領域に形成されたコンタクト層とを備えたものである。
【０００８】
本発明による面発光レーザの製造方法は、基板に、第１多層反射膜、活性層、第２多層反射膜を順に形成する工程と、第２多層反射膜の上にエッチングストップ層およびコンタクト層を順に形成する工程と、エッチングストップ層を用いてコンタクト層を選択的にエッチング除去することにより、メサ領域の形成予定位置にコンタクト層を残存させる工程と、コンタクト層の外側にメサ領域と外部領域とを隔てる溝を形成すると共に、溝にメサ領域と外部領域とを連結する橋桁部を形成する工程とを含むものである。
【０００９】
本発明による面発光レーザでは、コンタクト層が、外部領域および橋桁部を回避してメサ領域に形成されているので、コンタクト層および橋桁部を介して電流が外部領域へ漏れ出すことが抑制される。
【００１０】
本発明による面発光レーザの製造方法では、基板に、第１多層反射膜、活性層、第２多層反射膜が順に形成され、次に、第２多層反射膜の上にエッチングストップ層およびコンタクト層が順に形成される。続いて、エッチングストップ層を用いてコンタクト層が選択的にエッチング除去されることにより、メサ領域の形成予定位置にコンタクト層が残存する。そののち、コンタクト層の外側にメサ領域と外部領域とを隔てる溝が形成されると共に、溝にメサ領域と外部領域とを連結する橋桁部が形成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の面発光レーザによれば、橋桁部にコンタクト層が形成されないので、簡素な構成で、コンタクト層から橋桁部を介して外部領域へと漏れ電流が拡散するのを抑制することができる。よって、レーザの発振しきい値を低減させると共に発光効率も向上させることができる。
【００１２】
本発明の面発光レーザの製造方法によれば、複雑なイオン注入工程を用いることなく本発明の面発光レーザを容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施の形態に係る面発光レーザの構造を表し、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面構造をそれぞれ表すものである。この面発光レーザは、例えば、垂直共振器型（ＶＣＳＥＬ）であり、基板１１に、ｎ型半導体多層膜よりなるｎ側多層反射膜１２，活性層１３，電流狭窄層１４，ｐ型半導体多層膜よりなるｐ側多層反射膜１５がこの順に積層された略円柱状のメサ領域１０を有している。メサ領域１０は、略環状の溝２０を隔てて外部領域３０に取り囲まれている。メサ領域１０と外部領域３０とは、溝２０に設けられた橋桁部４０によって連結されている。メサ領域１０，外部領域３０および橋桁部４０の表面には、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯx ）よりなる絶縁膜５０（図１では省略）が形成されている。
【００１５】
基板１１は、例えばｎ型ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）により構成されている。ｎ側多層反射膜１２は、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ混晶よりなる多層構造を有するＤＢＲミラーである。活性層１３は、例えば不純物を添加しないヒ化ガリウムにより構成されている。電流狭窄層１４は、例えば、ヒ化アルミニウム（ＡｌＡｓ）よりなる低抵抗領域１４Ａの周囲に、ヒ化アルミニウムを酸化させた環状の高抵抗領域１４Ｂを有し、電流は低抵抗領域１４Ａのみに狭窄されるようになっている。低抵抗領域１４Ａに対応する活性層１３の領域が発光領域となっている。第２多層反射膜１５は、例えばｐ型ＡｌＧａＡｓ混晶よりなる多層構造を有するＤＢＲミラーである。
【００１６】
溝２０は、メサ領域１０と外部領域３０とを分離するものである。溝２０は、後述する製造工程においてヒ化アルミニウムの酸化により高抵抗領域１４Ｂを形成するため、その断面に電流狭窄層１４を完全に露出させることができる深さを有することが好ましい。
【００１７】
外部領域３０は、メサ領域１０と同じ層構成を有している。ただし、電流狭窄層１４はヒ化アルミニウムを酸化させた高抵抗領域１４Ｂのみを有している。
【００１８】
橋桁部４０は、溝２０と外部領域３０とを連結し、製造工程における熱応力によりメサ領域１０が基板１１から剥離してしまうのを防止するものである。本実施の形態では、例えば、１８０度間隔で２本の橋桁部４０を設け、メサ領域１０の直径を約４６ｎｍ、橋桁部４０の幅を約２０ｎｍとしている。なお、橋桁部４０の間隔、本数あるいは形状は限定されず、放射状でなく渦巻き状に設けてもよい。橋桁部４０の層構成は、外部領域３０と同一である。
【００１９】
第２多層反射膜１５の上には、エッチングストップ層１６およびコンタクト層１７が順に積層されている。エッチングストップ層１６は、後述する製造方法におけるコンタクト層１７のエッチングのためのものであり、メサ領域１０、外部領域３０および橋桁部４０に形成されている。エッチングストップ層１６は、後述するコンタクト層１７とのエッチング選択比が確保できる材料、例えばＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ混晶（０＜ｘ＜０．８）により構成されていることが好ましい。また、エッチングストップ層１６の積層方向の厚みｔ（以下、単に厚みという）は、エッチングストップ層１６の屈折率をＮ（stop）、面発光レーザの発振波長をλとすると、エッチングストップ層１６での反射が生じないように以下の式（１）に従うことが好ましい。
【００２０】
ｔ＝ｎ＊λ／｛４＊Ｎ（stop）｝  （ｎは自然数）                          （１）
【００２１】
コンタクト層１７は、外部領域３０および橋桁部４０を回避してメサ領域１０に形成されている。コンタクト層１７は他の層に比べて不純物濃度が高く抵抗が低いため電流が横方向へ広がりやすいが、コンタクト層１７を橋桁部４０に設けないようにすることにより、コンタクト層１７および橋桁部４０を介して電流が外部領域３０へと漏れ出すのを確実に抑制することができる。
【００２２】
コンタクト層１７は、例えばｐ型ヒ化ガリウムにより構成されていることが好ましい。通常の面発光レーザでは第２多層反射膜１５のアルミニウム組成の小さいＡｌＧａＡｓ混晶層がコンタクト層としての役割を有しているが、コンタクト層１７をアルミニウムを含まないｐ型ヒ化ガリウムにより構成することにより、通常の面発光レーザの場合よりもｐ側電極のコンタクト抵抗を下げることができるからである。
【００２３】
また、コンタクト層１７は、活性層１３で発生した光を取り出すための開口部１７Ａを有していることが好ましい。面発光レーザの発振波長が８５０ｎｍ以下の場合にはヒ化ガリウムよりなるコンタクト層１７で光が吸収されるが、開口部１７Ａを設けることにより光の吸収をなくすことができるからである。
【００２４】
コンタクト層１７の上にはｐ側電極１８が形成されている。このｐ側電極１８は、コンタクト層１７から橋桁部４０を通って外部領域３０まで連続した形状に形成されているので、段差がなく、段切れのおそれがない。一方、基板１１の裏側にはｎ側電極１９が形成されている。
【００２５】
この半導体レーザは、例えば次のようにして製造することができる。
【００２６】
まず、図４に示したように、上述した材料よりなる基板１１に、例えば結晶成長によりｎ側多層反射膜１２，活性層１３，電流狭窄層１４となるヒ化アルミニウム層１４Ｃ，ｐ側多層反射膜１５，エッチングストップ層１６およびコンタクト層１７を順次成長させる。
【００２７】
コンタクト層１７を成長させたのち、コンタクト層１７の上にレジストよりなる図示しないマスクを選択的に形成する。次いで、このマスクとエッチングストップ層１６とを利用してコンタクト層１７を選択的にエッチング除去することにより、図５に示したように、メサ領域１０の形成予定位置にコンタクト層１７を残存させる。このとき、同時に開口部１７Ａも形成する。コンタクト層１７のエッチャントとしては、コンタクト層１７のヒ化ガリウムをエッチングすると共にエッチングストップ層１６のＡｌＧａＡｓ混晶をエッチングしにくいもの、例えばアンモニア水、あるいは過酸化水素水と水とを混合したものを用いることができる。なお、図５ないし図７では、図１におけるＩＩ−ＩＩ線の断面を表している。
【００２８】
コンタクト層１７をエッチングしたのち、図６に示したように、エッチングストップ層１６，第２多層反射膜１５，ヒ化アルミニウム層１４Ｃおよび活性層１３を選択的に除去することにより、コンタクト層１７の外側に溝２０を形成してメサ領域１０と外部領域３０とを分離する。このとき、同時に橋桁部４０（図１参照）も形成する。
【００２９】
溝２０および橋桁部４０を形成したのち、図７に示したように、例えば水蒸気中で加熱することにより、溝２０に露出したヒ化アルミニウム１４Ｃを酸化させる。酸化は、ヒ化アルミニウム層１４Ｃの周囲から中心へ向かって環状に進行していくので、適切な時期に酸化を停止させることにより環状の高抵抗領域１４Ｂが形成され、中央の酸化されなかった部分が低抵抗領域１４Ａとなる。これにより、低抵抗領域１４Ａおよび高抵抗領域１４Ｂを有する電流狭窄層１４が形成される。
【００３０】
電流狭窄層１４を形成したのち、図２に示したように、上述した材料よりなる絶縁膜５０を形成する。続いて、同じく図２に示したように、基板１１の裏側にｎ側電極１９を形成し、絶縁膜５０に開口を設けてコンタクト層１７の上にｐ側電極１８を形成する。これにより、図１ないし図３に示した面発光レーザが完成する。
【００３１】
この面発光レーザにおいては、ｎ側電極１９とｐ側電極１８との間に所定の電圧が印加されると、ｐ側電極１８から供給される駆動電流は電流狭窄層１４により電流狭窄されたのち活性層１３に注入され、電子−正孔再結合により発光が起こる。この光は、第１の多層反射膜１２および第２の多層反射膜１５により反射され、その間を往復してレーザ発振を生じ、レーザビームとして開口部１７Ａから外部に射出される。ここでは、コンタクト層１７が、外部領域３０および橋桁部４０を回避してメサ領域１０に形成されているので、コンタクト層１７および橋桁部４０を介して電流が外部領域３０へ漏れ出すことが抑制される。
【００３２】
このように本実施の形態では、橋桁部４０にコンタクト層１７が形成されないので、簡素な構成で、コンタクト層１７から橋桁部４０を介して外部領域３０へと漏れ電流が拡散するのを抑制することができる。よって、レーザの発振しきい値を低減させると共に発光効率も向上させることができる。
【００３３】
また、本実施の形態では、第２多層反射膜１５の上にエッチングストップ層１６およびコンタクト層１７を順に形成し、メサ領域１０の形成予定位置にコンタクト層１７を残存させたのちに、コンタクト層１７の外側に溝２０および橋桁部４０を形成するようにしたので、複雑なイオン注入工程が不要であり、本発明の面発光レーザを容易に製造することができる。
【実施例】
【００３４】
更に、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００３５】
上記実施の形態と同様にして、面発光レーザを作製した。得られた面発光レーザについて、しきい値電流Ｉthおよび量子効率ηを調べたところ、しきい値電流Ｉthは２．２ｍＡ、量子効率ηは０．３３Ｗ／Ａであった。
【００３６】
本実施例に対する比較例として、コンタクト層１７のエッチングを行わなかったことを除き、本実施例と同様にして面発光レーザを作製した。この比較例についても、しきい値電流Ｉthおよび量子効率ηを調べたところ、しきい値電流Ｉthは３．５ｍＡ、量子効率ηは０．２Ｗ／Ａであった。
【００３７】
このように、本実施例によれば、比較例に比べてしきい値電流Ｉthを約３分の２に低減すると共に量子効率ηを約１．６倍高くすることができた。すなわち、外部領域３０および橋桁部４０を回避してコンタクト層１７を設けるようにすれば、漏れ電流の拡散を抑制し、特性を改善できることが分かった。
【００３８】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。
【００３９】
また、上記実施の形態では、面発光レーザの構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層を更に備えていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、単体の面発光レーザのみならず、面発光レーザを集積したレーザアレイ、あるいは面発光レーザとフォトダイオード等の他のデバイスとを集積したデバイスに応用することができる。
【００４１】
本発明による面発光レーザは、例えば、光ファイバ通信あるいは光配線の光源、レーザプリンタの光源、または光ディスク用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る面発光レーザの構成を表す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】図１に示した面発光レーザの製造方法を工程順に表す断面図である。
【図５】図４に続く工程を表す断面図である。
【図６】図５に続く工程を表す断面図である。
【図７】図６に続く工程を表す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０…メサ領域、１１…基板、１２…ｎ側多層反射膜、１３…活性層、１４…電流狭窄層、１４Ａ…低抵抗領域、１４Ｂ…高抵抗領域、１４Ｃ…ヒ化アルミニウム層、１５…ｐ側多層反射膜、１６…エッチングストップ層、１７…コンタクト層、１８…ｐ側電極、１９…ｎ側電極、２０…溝、３０…外部領域、４０…橋桁部
【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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