JP2000164982A - Vertical cavity surface emitting laser - Google Patents
Vertical cavity surface emitting laserInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、基板面に対して
垂直方向に光を出射する面発光レーザに関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a surface emitting laser that emits light in a direction perpendicular to a substrate surface.
【０００２】[0002]
【従来の技術】現在、光信号を用いた並列インターコネ
クションなどの応用のために、面発光レーザの開発が盛
んに行われている。これは、面発光レーザの素子が、１
次元および２次元的にアレイ化しやすいという特長を生
かしたものである。しかし、これらの特長を生かすため
には、それぞれのレーザ素子の光出力や素子抵抗が均一
でなければならない。この面発光レーザは、活性層の両
側をｐ形とｎ形の分布型ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）で挟
んだ構造を有し、その反射鏡を積層した方向にレーザ光
を出射する。現在、ＧａＡｓ系の材料を用いた波長０．
８５μｍ帯面発光レーザが実用化されている。特に、活
性層には、より効率よく発振できるＧａＡｓ量子井戸が
用いられている。また、ＤＢＲには、光学長がλ／４の
ＡｌxＧａ1-xＡｓとＡｌyＧａ1 -yＡｓ（ｘ＞ｙ）を交互
に積層したものが用いられている。2. Description of the Related Art At present, surface emitting lasers have been actively developed for applications such as parallel interconnection using optical signals. This is because the surface emitting laser element is 1
This makes use of the feature that it is easy to form an array two-dimensionally and two-dimensionally. However, in order to take advantage of these features, the light output and device resistance of each laser device must be uniform. This surface-emitting laser has a structure in which both sides of an active layer are sandwiched between p-type and n-type distributed Bragg reflectors (DBR), and emits laser light in a direction in which the reflectors are stacked. At present, a wavelength of 0.1 nm using a GaAs-based material is used.
An 85 μm band surface emitting laser has been put to practical use. In particular, a GaAs quantum well capable of oscillating more efficiently is used for the active layer. In addition, the DBR, which optical length is laminated lambda / 4 of the Al x Ga 1-x As and Al y Ga 1 -y As the (x> y) are alternately used.
【０００３】このような面発光レーザの構成を説明する
と、図４に示すように、ｎ形のＧａＡｓからなる基板４
０１上に、ｎ形のＧａＡｓからなるバッファ層４０２を
介してｎ形のＤＢＲ４０３が形成されている。また、そ
のＤＢＲ４０３上には、ノンドープのＡｌＧａＡｓから
なる下部スペーサ４０４を介し、活性層４０５が形成さ
れている。また、その活性層４０５上には、ノンドープ
のＡｌＧａＡｓからなる上部スペーサ４０６を介し、ｐ
形のＤＢＲ４０７が形成されている。そして、そのＤＢ
Ｒ４０７上に、不純物を高濃度にドープしたＧａＡｓか
らなるオーミックコンタクト層４０８を介し、オーミッ
ク接合した上部電極４０９が形成されている。また、基
板４０１裏面には、やはりオーミック接合した下部電極
４１０が形成されている。そして、溝を形成した後に絶
縁材料を充填することなどにより、分離絶縁層４１１が
電流狭窄および素子分離のために形成されている。The structure of such a surface emitting laser will be described. As shown in FIG. 4, a substrate 4 made of n-type GaAs is used.
An n-type DBR 403 is formed on the substrate 01 via a buffer layer 402 made of n-type GaAs. An active layer 405 is formed on the DBR 403 via a lower spacer 404 made of non-doped AlGaAs. On the active layer 405, an upper spacer 406 made of non-doped AlGaAs is used.
A shaped DBR 407 is formed. And the DB
An ohmic contact upper electrode 409 is formed on R407 via an ohmic contact layer 408 made of GaAs doped with impurities at a high concentration. Also, on the back surface of the substrate 401, a lower electrode 410 also formed with ohmic contact. Then, an isolation insulating layer 411 is formed for current confinement and element isolation by filling an insulating material after forming the groove.
【０００４】ここで、ＤＢＲ４０３，４０７は、前述し
たように、低屈折率のＡｌxＧａ1-xＡｓとそれに対して
高屈折率のＡｌyＧａ1-yＡｓとを交互に積層した構造と
なっている。その、低屈折率のＡｌxＧａ1-xＡｓとして
は、Ｘ＝１としたＡｌＡｓまたは、Ｘ＝０．９としたＡ
ｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓなどが用いられている。また、高屈折
率側のＡｌyＧａ1-yＡｓとしては、一般に、ｙ＞０．１
５とされている。このようにすることで、ＡｌyＧａ1-y
Ａｓのバンドギャップを、発振光の光子エネルギーより
大きくすることができ、レーザの発振光の吸収を防げる
ことができる。Here, as described above, the DBRs 403 and 407 have a structure in which Al x Ga 1 -x As having a low refractive index and Al y Ga 1 -y As having a high refractive index are alternately stacked. Has become. As the low refractive index Al x Ga 1 -x As, AlAs with X = 1 or A with X = 0.9
l 0.9 Ga 0.1 As or the like is used. In general, y> 0.1 as Al y Ga 1-y As on the high refractive index side
5 is set. By doing so, Al y Ga 1-y
The band gap of As can be made larger than the photon energy of the oscillation light, and the absorption of the oscillation light of the laser can be prevented.
【０００５】また、レーザ発振を得るためには、反射鏡
であるＤＢＲ４０３，４０７の反射率を９９％以上とす
る必要がある。このため、レーザを出射する側のＤＢＲ
４０７は、ＡｌxＧａ1-xＡｓとＡｌyＧａ1-yＡｓとの組
を、２０組程度積層した構造とする。また、その反対側
のＤＢＲ４０３は、３０組程度積層した構造とする。ま
た、そのＤＢＲ４０３，４０７に電流を流す際に、Ａｌ
xＧａ1-xＡｓとＡｌyＧａ1-yＡｓとのヘテロ界面のバン
ド不連続によって電気抵抗が大きくなるのを防ぐため
に、その不純物濃度を１０18ｃｍ-3以上とするようにし
ている。加えて、バンドギャップの異なるＤＢＲ４０
３，４０７との界面に、中間的なバンドギャップを持つ
ＡｌＧａＡｓの層か、Ａｌの組成比が徐々に変化してい
るグレーディド層を入れるようにしてもよい。Further, in order to obtain laser oscillation, it is necessary that the reflectivity of the DBRs 403 and 407 as reflecting mirrors be 99% or more. For this reason, the DBR on the laser emitting side
Reference numeral 407 denotes a structure in which about 20 sets of Al x Ga 1 -x As and Al y Ga 1 -y As are stacked. The DBR 403 on the opposite side has a structure in which about 30 sets are stacked. When a current is passed through the DBRs 403 and 407,
In order to prevent an increase in electric resistance due to band discontinuity at the hetero interface between xGa 1-x As and Al y Ga 1-y As, the impurity concentration is set to 10 18 cm −3 or more. In addition, DBR40 with different band gaps
At the interface with 3,407, an AlGaAs layer having an intermediate band gap or a graded layer in which the Al composition ratio is gradually changed may be provided.
【０００６】ところで、前述したように、ＤＢＲ４０７
の最表面には、その上に電流を流すために、上部電極４
０９をオーミック接合して形成する必要がある。このた
めに、ＤＢＲ４０７上には、不純物を高濃度にドープし
たＧａＡｓからなるオーミックコンタクト層４０８を備
えるようにしている。これは次に示す理由による。すな
わち、ＤＢＲを構成している高屈折率のＡｌＧａＡｓ
は、Ａｌを含んでいるために容易に酸化されやすい。そ
して、その酸化された状態の上には、金属電極を良好に
オーミック接合することが非常に困難だからである。こ
こで、そのオーミックコンタクト層４０８も反射鏡の１
層として用いるため、その層の厚さは、光学長をλ／４
とするために６０ｎｍ程度としている。Incidentally, as described above, the DBR 407
Of the upper electrode 4 on the outermost surface of the
09 must be formed by ohmic junction. For this purpose, an ohmic contact layer 408 made of GaAs doped with impurities at a high concentration is provided on the DBR 407. This is for the following reason. That is, high refractive index AlGaAs constituting the DBR
Is easily oxidized because it contains Al. And, it is because it is very difficult to satisfactorily ohmic-join the metal electrode on the oxidized state. Here, the ohmic contact layer 408 is also one of the reflectors.
Since the layer is used as a layer, the thickness of the layer depends on the optical length of λ / 4.
Is set to about 60 nm.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、その従
来の面発光レーザには、次に示すような問題点があっ
た。まず、上述した、オーミック電極形成のための最上
層のＧａＡｓ層（オーミックコンタクト層）は、レーザ
光を吸収するため、出力できるレーザ光の光強度を低減
させてしまうという問題があった。また、このように出
射されるレーザ光を吸収するので、このＧａＡｓの層が
形成されている表面の温度が上昇してしまう。このた
め、素子表面が酸化されやすくなり、素子の信頼性が損
なわれることになる。However, the conventional surface emitting laser has the following problems. First, the uppermost GaAs layer (ohmic contact layer) for forming an ohmic electrode described above has a problem in that the light intensity of the output laser light is reduced because it absorbs the laser light. In addition, since the emitted laser light is absorbed, the temperature of the surface on which the GaAs layer is formed increases. For this reason, the element surface is easily oxidized, and the reliability of the element is impaired.
【０００８】また、前述した素子においては、上部電極
４０９形成のためのエッチング加工になどにおいて、本
来はエッチング対象ではないＧａＡｓの層も、多少はエ
ッチングされるために薄くなる場合がある。このよう
に、そのＧａＡｓの層がエッチングされてしまうと、こ
れがＤＢＲの一部を構成しているため、ＤＢＲの反射率
が低下することになる。特に、ＧａＡｓの層は最上層に
配置されるため、そのＧａＡｓの層と空気との屈折率差
が大きく、この面での反射率が大きい。Ｌこのため、Ｇ
ａＡｓの層の厚さの変動は、反射光の位相の変動にな
り、ＤＢＲの反射率に大きな影響を与えてしまう。この
ように、ＤＢＲの反射率が低下すると、レーザ発振の閾
値電流の増加を招き、最悪の場合はレーザが発振しなく
なる。In the above-described device, the GaAs layer which is not originally an etching target in the etching process for forming the upper electrode 409 and the like is sometimes thinned because it is slightly etched. When the GaAs layer is etched as described above, since the GaAs layer forms a part of the DBR, the reflectance of the DBR decreases. In particular, since the GaAs layer is disposed on the uppermost layer, the refractive index difference between the GaAs layer and air is large, and the reflectance on this surface is large. L For this, G
A change in the thickness of the aAs layer results in a change in the phase of the reflected light, which greatly affects the reflectivity of the DBR. As described above, when the reflectivity of the DBR decreases, the threshold current of laser oscillation increases, and in the worst case, the laser does not oscillate.
【０００９】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、面発光レーザが、より安
定してレーザ発振できるようにすることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to enable a surface emitting laser to perform laser oscillation more stably.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】この発明の面発光レーザ
は、ＧａＡｓからなる基板上に形成された第１導電形を
有する第１の分布型ブラッグ反射鏡と、この第１の分布
型ブラッグ反射鏡上に形成された活性層と、この活性層
上に形成された第２導電形を有する第２の分布型ブラッ
グ反射鏡と、この第２の分布型ブラッグ反射鏡上に形成
された第２導電形のＩｎＧａＰからなる保護層と、この
保護層上に部分的に形成されたＧａＡｓからなるオーミ
ックコンタクト層と、このオーミックコンタクト層にオ
ーミック接合して形成された金属からなる上部電極と、
基板裏面にオーミック接合して形成された金属からなる
下部電極とを備え、第１の分布ブラッグ反射鏡は、第１
導電形のＡｌＧａＡｓからなる第１の半導体層とこの第
１の半導体層および異なるアルミニウム組成を有して第
１の半導体層より高い屈折率の第１導電形のＡｌＧａＡ
ｓからなる第２の半導体層とが交互に積層され、第２の
分布ブラッグ反射鏡は、第２導電形のＡｌＧａＡｓから
なる第３の半導体層とこの第３の半導体層および異なる
アルミニウム組成を有して第３の半導体層より高い屈折
率の第２導電形のＡｌＧａＡｓからなる第４の半導体層
とが交互に積層され、その最上層には、第３の半導体層
が配置され、第１〜第４の半導体層および保護層の光学
長は、活性層より得られる発振光の波長の１／４に形成
されているようにした。このように構成したので、レー
ザが出射される端面には、ＩｎＧａＰからなる保護層が
配置されることになる。According to the present invention, there is provided a surface emitting laser comprising: a first distributed Bragg reflector having a first conductivity type formed on a GaAs substrate; and a first distributed Bragg reflector. An active layer formed on the mirror, a second distributed Bragg reflector having a second conductivity type formed on the active layer, and a second distributed Bragg reflector formed on the second distributed Bragg reflector A protective layer made of conductive InGaP, an ohmic contact layer made of GaAs partially formed on the protective layer, an upper electrode made of a metal formed in ohmic contact with the ohmic contact layer,
A lower electrode made of a metal formed by ohmic bonding on the back surface of the substrate;
A first semiconductor layer made of conductive type AlGaAs, and a first conductive type AlGaAs having a higher refractive index than the first semiconductor layer having the first semiconductor layer and a different aluminum composition.
s are alternately stacked, and the second distributed Bragg reflector has a third semiconductor layer made of AlGaAs of the second conductivity type, the third semiconductor layer, and a different aluminum composition. Then, a fourth semiconductor layer made of AlGaAs of the second conductivity type having a higher refractive index than the third semiconductor layer is alternately stacked, and a third semiconductor layer is disposed on the uppermost layer, and The optical lengths of the fourth semiconductor layer and the protective layer were formed to be １ ／ of the wavelength of the oscillation light obtained from the active layer. With this configuration, a protective layer made of InGaP is disposed on the end face from which the laser is emitted.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は、この発明の実施の形態にお
ける面発光レーザの構成を示す断面図である。この面発
光レーザの構成に関して説明すると、ｎ形のＧａＡｓか
らなる基板１０１上に、ｎ形のＧａＡｓからなるバッフ
ァ層１０２を介してｎ形のＤＢＲ（分布型ブラッグ反射
鏡）１０３が形成されている。基板１０１は一度大気に
晒されるなどにより、表面の清浄度が劣化しているの
で、バッファ層１０２を形成し、引き続き同一装置内で
ＤＢＲ１０３を形成するようにしている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a surface emitting laser according to an embodiment of the present invention. Describing the structure of this surface emitting laser, an n-type DBR (distributed Bragg reflector) 103 is formed on a substrate 101 made of n-type GaAs via a buffer layer 102 made of n-type GaAs. . Since the surface cleanliness of the substrate 101 is deteriorated due to being once exposed to the atmosphere, the buffer layer 102 is formed, and then the DBR 103 is formed in the same apparatus.
【００１２】そのＤＢＲ１０３は、Ｓｉをドープするこ
とでｎ形としたＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓからなる膜厚６９ｎ
ｍの低屈折率層と、やはりＳｉをドープすることでｎ形
としたＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓからなる膜厚６２ｎｍの高
屈折率層とが交互に積層されている。また、その低屈折
率層と高屈折率層とが３７組積層されている。また、低
屈折率層と高屈折率層のそれぞれの層の光学長は、レー
ザの発振波長λの１／４となっている。The DBR 103 has a thickness of 69 n made of Al 0.9 Ga 0.1 As which is made n-type by doping with Si.
An m low refractive index layer and a 62 nm thick high refractive index layer made of Al 0.15 Ga 0.85 As also doped with Si and made n-type are alternately laminated. Also, 37 sets of the low refractive index layer and the high refractive index layer are laminated. The optical length of each of the low refractive index layer and the high refractive index layer is １ ／ of the laser oscillation wavelength λ.
【００１３】また、そのＤＢＲ１０３上には、ノンドー
プのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる下部スペーサ１０４を
介し、活性層１０５が形成されている。この活性層１０
５は、ノンドープのＧａＡｓからなる厚さ８ｎｍの量子
井戸層と、ノンドープのＡｌ0. 3Ｇａ0.7Ａｓからなる厚
さ１０ｎｍの障壁層とからなる多重量子井戸構造となっ
ている。また、その活性層１０５上には、ノンドープの
Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる上部スペーサ１０６を介
し、ｐ形のＤＢＲ１０７が形成されている。ここで、下
部スペーサ１０４と上部スペーサ１０６との合計の膜厚
が８８ｎｍとされている。そして、下部スペーサ１０
４，活性層１０５，および，上部スペーサ１０６全体の
光学長が、所望とする発振波長に等しく設計されてい
る。An active layer 105 is formed on the DBR 103 via a lower spacer 104 made of non-doped Al 0.5 Ga 0.5 As. This active layer 10
5 has a quantum well layer having a thickness of 8nm made of non-doped GaAs, a multiple quantum well structure comprising a barrier layer having a thickness of 10nm made of non-doped Al 0. 3 Ga 0.7 As. A p-type DBR 107 is formed on the active layer 105 via an upper spacer 106 made of non-doped Al 0.5 Ga 0.5 As. Here, the total film thickness of the lower spacer 104 and the upper spacer 106 is 88 nm. Then, the lower spacer 10
4. The optical length of the entire active layer 105 and upper spacer 106 is designed to be equal to the desired oscillation wavelength.
【００１４】また、ＤＢＲ１０７は、Ｃをドープするこ
とでｐ形としたＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓからなる膜厚６９ｎ
ｍの低屈折率層と、やはりＣをドープすることでｐ形と
したＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓからなる膜厚６２ｎｍの高屈
折率層とが交互に積層されている。また、その低屈折率
層と高屈折率層とが２３組積層されている。また、低屈
折率層と高屈折率層のそれぞれの層の光学長は、レーザ
の発振波長λの１／４となっている。The DBR 107 is made of p-type Al 0.9 Ga 0.1 As doped with C to a thickness of 69 n.
A low refractive index layer having a thickness of m and a high refractive index layer having a thickness of 62 nm and also made of Al 0.15 Ga 0.85 As which is also p-type doped with C are alternately laminated. Further, 23 sets of the low refractive index layer and the high refractive index layer are laminated. The optical length of each of the low refractive index layer and the high refractive index layer is １ ／ of the laser oscillation wavelength λ.
【００１５】そして、この実施の形態においては、その
ＤＢＲ１０７上に、不純物としてＺｎをドープしたｐ形
のＩｎＧａＰからなる厚さ６４ｎｍの保護層１０８を備
えるようにした。ここで、その保護層１０８は、光学長
がレーザの発振波長λの１／４となっているようにし
た。加えて、その保護層１０８上にオーミックコンタク
ト層１０９を介し、これにオーミック接合した上部電極
１１０を備えるようにした。そのオーミックコンタクト
層１０９は、オーミックコンタクトをとるために、Ｃを
ドープすることでｐ形としたＧａＡｓからなり、膜厚２
３６ｎｍに形成されているようにした。また、上部電極
１１０は、ＡｕＺｎＮｉから構成されている。なお、そ
のオーミックコンタクト層１０９は上部電極１１０が形
成されている領域の下にのみ配置されているようにし
た。In this embodiment, a 64-nm-thick protective layer 108 made of p-type InGaP doped with Zn as an impurity is provided on the DBR 107. Here, the protective layer 108 had an optical length of ４ of the laser oscillation wavelength λ. In addition, an upper electrode 110 is provided on the protective layer 108 via an ohmic contact layer 109 and in ohmic contact therewith. The ohmic contact layer 109 is made of p-type GaAs by doping C to obtain an ohmic contact.
It was formed to be 36 nm. The upper electrode 110 is made of AuZnNi. Note that the ohmic contact layer 109 is arranged only below the region where the upper electrode 110 is formed.
【００１６】また、その上部電極１１０が形成された領
域への電流狭窄のためと素子分離のためとに、ポリイミ
ドからなる分離絶縁層１２１が形成されている。この分
離絶縁層１２１で分離された領域が、１つの素子領域と
なる。この分離絶縁層１２１が、たとえば、基板１０１
上で格子状に形成されれば、その格子の中に１つの面発
光レーザ素子が形成され、結果として、複数の面発光レ
ーザがアレイ状に基板１０１上に形成された状態が得ら
れる。なお、図１に示すように、基板１０１裏面には、
ＡｕＧｅＮｉからなるオーミック接合した下部電極１１
１が形成されている。Further, an isolation insulating layer 121 made of polyimide is formed for current confinement in a region where the upper electrode 110 is formed and for element isolation. The region separated by the separation insulating layer 121 becomes one element region. The isolation insulating layer 121 is formed on the substrate 101, for example.
When the surface emitting laser element is formed in a lattice shape above, one surface emitting laser element is formed in the lattice, and as a result, a state in which a plurality of surface emitting lasers are formed in an array on the substrate 101 is obtained. In addition, as shown in FIG.
Ohmic-junction lower electrode 11 made of AuGeNi
1 is formed.
【００１７】次に、上述した面発光レーザのレーザ出射
部の最表面に関して説明する。レーザ出射部の最表面
は、図２（ａ）に示すように、・・・高屈折率層１０７
ｂ，低屈折率層１０７ａ，高屈折率層１０７ｂ，低屈折
率層１０７ａ，保護層１０８と積層され、その上に、オ
ーミックコンタクト層１０９を介して上部電極１１０が
形成されている。ここで、それら各層における屈折率
は、図２（ｂ）に示すようになり、最上層のＩｎＧａＰ
からなる保護層１０８下には、これよりの屈折率の小さ
いＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓからなる低屈折率層１０７ａがあ
る。したがって、保護層１０８上の空気の層を含め、保
護層１０８からＤＢＲ１０７は、屈折率が大小交互に変
化した状態となっている。Next, the outermost surface of the laser emitting portion of the above-described surface emitting laser will be described. As shown in FIG. 2A, the outermost surface of the laser emitting portion is a high refractive index layer 107.
b, a low-refractive-index layer 107a, a high-refractive-index layer 107b, a low-refractive-index layer 107a, and a protective layer 108, and an upper electrode 110 is formed thereon via an ohmic contact layer 109. Here, the refractive index of each of these layers is as shown in FIG. 2B, and the uppermost layer of InGaP
Below the protective layer 108 made of is a low refractive index layer 107a made of Al 0.9 Ga 0.1 As having a smaller refractive index. Therefore, from the protective layer 108 to the DBR 107, including the air layer on the protective layer 108, the refractive index is alternately changed in magnitude.
【００１８】ところで、たとえば、上部電極１１０およ
びオーミックコンタクト層１０９のパターン形成は、オ
ーミックコンタクト層１０９を構成しているＧａＡｓの
膜とＡｕＺｎＮｉの膜とを、保護層１０８上に形成した
後、これらをパターニングすることで行っている。ここ
で、それら溝やパターンの加工は、公知のフォトリソグ
ラフィ技術とエッチング技術を用いて行っている。図４
に示した従来の場合、上部電極４０９の下には、反射鏡
の１層として用いているオーミックコンタクト層４０８
が存在し、この上面が上部電極４０９の加工時に露出す
ることになる。したがって、その上部電極４０９の加工
時に、オーミックコンタクト層４０８が若干エッチング
され、膜厚が減少する場合がある。このため、反射鏡の
反射率が低下するという問題が発生する場合がある。By the way, for example, the patterning of the upper electrode 110 and the ohmic contact layer 109 is performed by forming a GaAs film and an AuZnNi film constituting the ohmic contact layer 109 on the protective layer 108 and then forming these films. This is done by patterning. Here, the processing of the grooves and the patterns is performed by using a known photolithography technique and an etching technique. FIG.
In the conventional case shown in FIG. 5, an ohmic contact layer 408 used as one layer of a reflecting mirror is provided under the upper electrode 409.
And this upper surface is exposed when the upper electrode 409 is processed. Therefore, when the upper electrode 409 is processed, the ohmic contact layer 408 may be slightly etched and the film thickness may be reduced. For this reason, a problem that the reflectance of the reflecting mirror decreases may occur.
【００１９】しかしながら、この実施の形態では、上部
電極１１０の形成時には、下部にオーミックコンタクト
層１０９となるＧａＡｓの層が存在している。そして、
この層は、反射鏡の一部としては用いない。反射鏡の一
部として用いる保護層１０８は、そのＧａＡｓの層の下
にある。したがって、反射鏡の一部として用いる保護層
１０８は、上部電極１１０の形成時に、何ら影響を受け
ない。すなわち、この実施の形態によれば、上部電極１
１０の形成時に、反射鏡の反射率が低下してしまうこと
がない。However, in this embodiment, when the upper electrode 110 is formed, a GaAs layer serving as the ohmic contact layer 109 exists below. And
This layer is not used as part of the reflector. The protective layer 108 used as part of the reflector is below the GaAs layer. Therefore, the protective layer 108 used as a part of the reflector is not affected at all when the upper electrode 110 is formed. That is, according to this embodiment, the upper electrode 1
When forming 10, the reflectance of the reflecting mirror does not decrease.
【００２０】また、オーミックコンタクト層１０９のパ
ターン形成では、ＧａＡｓ膜を所定のマスクパターンを
用い、Ｈ2ＳＯ4＋Ｈ2０2＋Ｈ2０のエッチング液による
ウエットエッチングを用いるようにしている。このエッ
チング液では、ＩｎＧａＰは全くエッチングされないの
で、保護層１０８は、オーミックコンタクト層１０９の
加工時にも影響を受けない。そして、オーミックコンタ
クト層１０９や上部電極１１０の形成は、面発光レーザ
の最後のプロセスとなる。したがって、保護層１０８
は、最後までオーミックコンタクト層１０９となるＧａ
Ａｓ膜に保護された状態となっている。すなわち、この
実施の形態によれば、保護層１０８は、成膜時の膜厚を
最後まで変化せずに保持することができる。In forming the pattern of the ohmic contact layer 109, a predetermined mask pattern is used for the GaAs film, and wet etching with an etchant of H 2 SO 4 + H 2 O 2 + H 2 0 is used. Since this etching solution does not etch InGaP at all, the protective layer 108 is not affected even when the ohmic contact layer 109 is processed. The formation of the ohmic contact layer 109 and the upper electrode 110 is the last process of the surface emitting laser. Therefore, the protective layer 108
Is Ga to be the ohmic contact layer 109 to the end.
It is in a state protected by the As film. That is, according to this embodiment, the protective layer 108 can maintain the film thickness at the time of film formation without changing to the end.
【００２１】ところで、面発光レーザの製造において
は、上部電極となる金属膜を形成する前の段階で、各層
のエピタキシャル成長後ウエハの検査を行うようにして
いる。この検査では、一般には、そのウエハ上面から光
を照射し、そのときの反射スペクトルを測定するように
している。反射スペクトルの測定の結果が、所定の値と
なっているかどうかで、検査の良否を判定するようにし
ている。In the manufacture of a surface emitting laser, a wafer is inspected after epitaxial growth of each layer before a metal film to be an upper electrode is formed. In this inspection, generally, light is irradiated from the upper surface of the wafer, and the reflection spectrum at that time is measured. The quality of the inspection is determined based on whether or not the measurement result of the reflection spectrum has a predetermined value.
【００２２】図３は、前述したこの実施の形態１におけ
る保護層１０８のＩｎＧａＰの膜までエピタキシャル成
長したウエハの反射スペクトルを示す特性図である。図
３において、０．８２〜０．８８μｍの範囲がＤＢＲの
ストップバンドであり、この領域において１００％に近
い反射率が得られていることがわかる。また、そのスト
ップバンドの中心部のきわめて狭い波長域で、反射率が
小さくなっている。これは、この実施の形態における共
振器構造の共振波長である。この共振波長が発振するレ
ーザの波長となる。したがって、それらの検査により、
共振波長と反射スペクトルの減小の半値幅が、設計値通
りになっていれば、検査対象のウエハは、引き続いて素
子形成のプロセスを継続することになる。FIG. 3 is a characteristic diagram showing a reflection spectrum of a wafer epitaxially grown up to the InGaP film of the protective layer 108 according to the first embodiment. In FIG. 3, the range of 0.82 to 0.88 μm is the stop band of the DBR, and it can be seen that a reflectance close to 100% is obtained in this region. Further, the reflectance is small in a very narrow wavelength range at the center of the stop band. This is the resonance wavelength of the resonator structure in this embodiment. This resonance wavelength is the wavelength of the oscillating laser. Therefore, by their inspection,
If the half-width of the decrease in the resonance wavelength and the reflection spectrum is equal to the design value, the wafer to be inspected will continue the element formation process.
【００２３】上述したウエハ検査の段階では、オーミッ
クコンタクト層１０９となるＧａＡｓの層が、ウエハ
（基板１０１）全域にわたって存在しているため、測定
する反射スペクトルに影響を与える。ここで、前述した
ように、この実施の形態では、オーミックコンタクト層
１０９の膜厚は２３６ｎｍとした。すなわち、そのＧａ
Ａｓの膜は、その膜の光学長を、発振波長のλに等しく
した。これは、光学長が発振波長のλ／２の整数倍とな
っている。In the above-described wafer inspection stage, the GaAs layer serving as the ohmic contact layer 109 is present over the entire area of the wafer (substrate 101), and thus affects the reflection spectrum to be measured. Here, as described above, in this embodiment, the thickness of the ohmic contact layer 109 is 236 nm. That is, the Ga
In the As film, the optical length of the film was made equal to the oscillation wavelength λ. This is because the optical length is an integral multiple of λ / 2 of the oscillation wavelength.
【００２４】一般に、そのＧａＡｓの層の光学長を、λ
／２の整数倍にすれば、その層の上の空気とＧａＡｓの
層との境界で反射される光と、保護層１０８の下のＤＢ
Ｒから反射される光とが同位相となる。一方、そのＧａ
Ａｓの層とその下の保護層１０８との間の界面で反射さ
れる光は、それらと逆位相になる。しかし、ＧａＡｓの
層とその下の保護層１０８との屈折率の差は小さいた
め、その反射光の影響はほとんど無視できる。したがっ
て、オーミックコンタクト層となるＧａＡｓの膜が全域
についた状態でも、反射スペクトルはそれば内場合とほ
とんど変わらない。すなわち、オーミックコンタクト層
となるＧａＡｓの膜が全域についた状態でも、上述した
検査には何ら支障を来さない。In general, the optical length of the GaAs layer is defined as λ
/ 2, the light reflected at the boundary between the air above the layer and the GaAs layer and the DB below the protective layer 108
The light reflected from R has the same phase. Meanwhile, the Ga
Light reflected at the interface between the As layer and the underlying protective layer 108 will be out of phase with them. However, since the difference in the refractive index between the GaAs layer and the protective layer 108 thereunder is small, the influence of the reflected light can be almost ignored. Therefore, even when the GaAs film serving as the ohmic contact layer covers the entire area, the reflection spectrum is almost the same as that in the case of the inside. That is, even if the GaAs film serving as the ohmic contact layer is provided over the entire area, the above-described inspection does not hinder at all.
【００２５】また、オーミックコンタクト層１０９は、
２３６ｎｍと厚く形成できるので、上部電極１１０との
アロイ型のオーミック接合を十分厚くしても、それが保
護層１０８にまで到達することがない。したがって、上
部電極１１０の接合を十分に抵抗を下げた状態で行え
る。また、オーミック接合した上部電極１１０の接触抵
抗を均一にできるので、光出力などの素子特性のバラツ
キを押さえることもできる。なお、上述した実施の形態
では、分離絶縁層１２１による分離構造（電流狭窄構
造）としたが、これに限るものではない。イオン注入に
よる不純物の導入による電流狭窄構造や、ＡｌＡｓ層の
選択酸化による電流狭窄構造としてもよいことはいうま
でもない。The ohmic contact layer 109 is
Since it can be formed as thick as 236 nm, even if the alloy-type ohmic junction with the upper electrode 110 is made sufficiently thick, it does not reach the protective layer 108. Therefore, the joining of the upper electrode 110 can be performed with sufficiently reduced resistance. In addition, since the contact resistance of the upper electrode 110 having the ohmic junction can be made uniform, it is also possible to suppress variations in device characteristics such as light output. In the above-described embodiment, the isolation structure (current confinement structure) using the isolation insulating layer 121 is used. However, the present invention is not limited to this. Needless to say, a current confinement structure by introducing impurities by ion implantation or a current confinement structure by selective oxidation of the AlAs layer may be used.
【００２６】[0026]
【発明の効果】以上説明したように、この発明では、Ｇ
ａＡｓからなる基板上に形成された第１導電形を有する
第１の分布型ブラッグ反射鏡と、この第１の分布型ブラ
ッグ反射鏡上に形成された活性層と、この活性層上に形
成された第２導電形を有する第２の分布型ブラッグ反射
鏡と、この第２の分布型ブラッグ反射鏡上に形成された
第２導電形のＩｎＧａＰからなる保護層と、この保護層
上に部分的に形成されたＧａＡｓからなるオーミックコ
ンタクト層と、このオーミックコンタクト層にオーミッ
ク接合して形成された金属からなる上部電極と、基板裏
面にオーミック接合して形成された金属からなる下部電
極とを備え、第１の分布ブラッグ反射鏡は、第１導電形
のＡｌＧａＡｓからなる第１の半導体層とこの第１の半
導体層および異なるアルミニウム組成を有して第１の半
導体層より高い屈折率の第１導電形のＡｌＧａＡｓから
なる第２の半導体層とが交互に積層され、第２の分布ブ
ラッグ反射鏡は、第２導電形のＡｌＧａＡｓからなる第
３の半導体層とこの第３の半導体層および異なるアルミ
ニウム組成を有して第３の半導体層より高い屈折率の第
２導電形のＡｌＧａＡｓからなる第４の半導体層とが交
互に積層され、その最上層には、第３の半導体層が配置
され、第１〜第４の半導体層および保護層の光学長は、
活性層より得られる発振光の波長の１／４に形成されて
いるようにした。As described above, according to the present invention, G
a first distributed Bragg reflector having a first conductivity type formed on a substrate made of aAs; an active layer formed on the first distributed Bragg reflector; and an active layer formed on the active layer Distributed Bragg reflector having a second conductivity type, a protective layer of InGaP of the second conductivity type formed on the second distributed Bragg reflector, and a partial layer on the protective layer. An ohmic contact layer made of GaAs, an upper electrode made of a metal formed by ohmic contact with the ohmic contact layer, and a lower electrode made of a metal formed by ohmic contact on the back surface of the substrate, The first distributed Bragg reflector has a first semiconductor layer made of AlGaAs of the first conductivity type, a first semiconductor layer having a different aluminum composition and a higher bending factor than the first semiconductor layer. A second semiconductor layer made of AlGaAs of the first conductivity type having a high conductivity is alternately stacked, and the second distributed Bragg reflector has a third semiconductor layer made of AlGaAs of the second conductivity type and the third semiconductor layer. Layers and a fourth semiconductor layer made of AlGaAs of the second conductivity type having a different aluminum composition and a higher refractive index than the third semiconductor layer are alternately stacked, and a third semiconductor layer is formed on the uppermost layer. Are disposed, and the optical lengths of the first to fourth semiconductor layers and the protective layer are
The wavelength was formed to be 1/4 of the wavelength of the oscillation light obtained from the active layer.
【００２７】このように構成したので、レーザが出射さ
れる端面には、ＩｎＧａＰからなる保護層が配置される
ことになる。すなわち、レーザが出射される端面には、
レーザ光を吸収するＧａＡｓがない。したがって、この
発明によれば、まず、レーザ出射時の素子表面の温度上
昇を抑制できるようになり、より安定してレーザが発振
できるようになる。また、上記の構成では、保護層上に
部分的に形成されたＧａＡｓからなるオーミックコンタ
クト層を介し、これにオーミック接合する上部電極が形
成されているようにした。この部分的に形成されたオー
ミックコンタクト層は、保護層の上全域にＧａＡｓの層
を形成した後、パターン加工して形成することになる。
ここで、このパターン加工時には、すでに、上部電極は
形成されている。また、ＧａＡｓのパターン加工では、
ＩｎＧａＰと高い選択比を持たせることができる。すな
わち、上述した構成の面発光レーザ作製のプロセス途中
では、保護層はほとんど膜厚が変化するような影響を受
けない。したがって、この発明によれば、ＤＢＲの反射
率を低下させることなく素子が形成できるので、より安
定してレーザが発振できるようになる。With this configuration, a protective layer made of InGaP is disposed on the end face from which the laser is emitted. That is, the end face from which the laser is emitted
There is no GaAs that absorbs laser light. Therefore, according to the present invention, first, a rise in the temperature of the element surface during laser emission can be suppressed, and the laser can oscillate more stably. Further, in the above configuration, the upper electrode that is in ohmic contact with the ohmic contact layer made of GaAs that is partially formed on the protective layer is formed. The partially formed ohmic contact layer is formed by forming a GaAs layer over the entire area above the protective layer and then performing pattern processing.
Here, at the time of this pattern processing, the upper electrode has already been formed. In GaAs pattern processing,
It can have a high selectivity with InGaP. That is, during the process of manufacturing the surface emitting laser having the above-described configuration, the protective layer is not substantially affected by a change in film thickness. Therefore, according to the present invention, since the element can be formed without lowering the reflectivity of the DBR, the laser can oscillate more stably.
【図１】 この発明の実施の形態における面発光レーザ
の構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a surface emitting laser according to an embodiment of the present invention.
【図２】 図１の面発光レーザのレーザ出射部の最表面
における屈折率に関して示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a refractive index at the outermost surface of a laser emitting portion of the surface emitting laser of FIG.
【図３】 検査のための反射スペクトルの測定結果を示
す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing a measurement result of a reflection spectrum for inspection.
【図４】 従来よりある面発光レーザの構成を示す断面
図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional surface emitting laser.
１０１…基板、１０２…バッファ層、１０３…ＤＢＲ
（分布型ブラッグ反射鏡）、１０４…下部スペーサ、１
０５…活性層、１０６…上部スペーサ、１０７…ＤＢ
Ｒ、１０８…保護層、１０９…オーミックコンタクト
層、１１０…上部電極、１１１…下部電極、１２１…分
離絶縁層。101: substrate, 102: buffer layer, 103: DBR
(Distributed Bragg reflector), 104: Lower spacer, 1
05: active layer, 106: upper spacer, 107: DB
R, 108: protective layer, 109: ohmic contact layer, 110: upper electrode, 111: lower electrode, 121: isolation insulating layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植之原 裕行 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 館野 功太 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 忠永 修 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 天野 主税 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 中島 長明 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 福田 光男 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 竹下 達也 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 板屋 義夫 東京都渋谷区桜丘町20番１号 エヌティテ ィエレクトロニクス株式会社内 (72)発明者 須郷 満 東京都渋谷区桜丘町20番１号 エヌティテ ィエレクトロニクス株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AA51 AA74 AB05 AB17 BA01 CA04 CB10 DA22 DA30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroyuki Uenohara 3-19-2 Nishi Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Japan Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Kota Tateno 3-19 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo No. 2 Nippon Telegraph and Telephone Co., Ltd. (72) Inventor Osamu Tadanaga 19-2, Nishi Shinjuku 3-chome, Shinjuku-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Co., Ltd. 19-2 Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Nagaaki Nakajima Inventor 3--19-2 Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Japan Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Mitsuo Fukuda Nishi-Shinjuku three Nippon Telegraph and Telephone Co., Ltd. (72) Nippon Telegraph and Telephone Co., Ltd. (72) Inventor Tatsuya Takeshita Tatsuya Nishishinjuku 3-chome, Shinjuku-ku, Tokyo 20-1 Sakuragaoka-cho, Shibuya-ku, Kyoto NTT Electronics Corporation (72) Inventor Mitsuru Mitsuru 20-1 Sakuragaoka-cho, Shibuya-ku, Tokyo F-term (reference) 5F073 AA51 AA74 AB05 AB17 BA01 CA04 CB10 DA22 DA30
Claims (3)
１導電形を有する第１の分布型ブラッグ反射鏡と、 この第１の分布型ブラッグ反射鏡上に形成された活性層
と、 この活性層上に形成された第２導電形を有する第２の分
布型ブラッグ反射鏡と、 この第２の分布型ブラッグ反射鏡上に形成された第２導
電形のＩｎＧａＰからなる保護層と、 この保護層上に部分的に形成されたＧａＡｓからなるオ
ーミックコンタクト層と、 このオーミックコンタクト層にオーミック接合して形成
された金属からなる上部電極と、 前記基板裏面にオーミック接合して形成された金属から
なる下部電極と を備え、 前記第１の分布ブラッグ反射鏡は、 第１導電形のＡｌＧａＡｓからなる第１の半導体層とこ
の第１の半導体層および異なるアルミニウム組成を有し
て前記第１の半導体層より高い屈折率の第１導電形のＡ
ｌＧａＡｓからなる第２の半導体層とが交互に積層さ
れ、 前記第２の分布ブラッグ反射鏡は、 第２導電形のＡｌＧａＡｓからなる第３の半導体層とこ
の第３の半導体層および異なるアルミニウム組成を有し
て前記第３の半導体層より高い屈折率の第２導電形のＡ
ｌＧａＡｓからなる第４の半導体層とが交互に積層さ
れ、その最上層には、前記第３の半導体層が配置され、 前記第１〜第４の半導体層および前記保護層の光学長
は、前記活性層より得られる発振光の波長の１／４に形
成されたことを特徴とする面発光レーザ。A first distributed Bragg reflector having a first conductivity type formed on a substrate made of GaAs; an active layer formed on the first distributed Bragg reflector; A second distributed Bragg reflector having a second conductivity type formed on the layer, a protective layer made of the second conductivity type InGaP formed on the second distributed Bragg reflector, An ohmic contact layer made of GaAs partially formed on the layer; an upper electrode made of a metal formed by ohmic contact with the ohmic contact layer; and a metal formed by ohmic contact with the back surface of the substrate And a lower electrode, wherein the first distributed Bragg reflector has a first semiconductor layer made of AlGaAs of the first conductivity type, the first semiconductor layer, and a different aluminum composition. And a first conductivity type A having a higher refractive index than the first semiconductor layer.
The second distributed Bragg reflector is composed of a third semiconductor layer made of AlGaAs of the second conductivity type, the third semiconductor layer, and a different aluminum composition. A of the second conductivity type having a higher refractive index than the third semiconductor layer
A fourth semiconductor layer made of lGaAs is alternately stacked, and the third semiconductor layer is disposed on the uppermost layer. The optical length of the first to fourth semiconductor layers and the protective layer is A surface emitting laser formed at a quarter of the wavelength of oscillation light obtained from an active layer.
の１／２の整数倍に形成されたことを特徴とする面発光
レーザ。2. The surface emitting laser according to claim 1, wherein the ohmic contact layer has an optical length formed to be an integral multiple of 1/2 of the wavelength.
おいて、 前記活性層を挾むように配置されたＡｌＧａＡｓからな
るスペーサ層を備え、 前記活性層および前記スペーサ層全体の光学長は前記光
の波長に等しいことを特徴とする面発光レーザ。3. The surface emitting laser according to claim 1, further comprising a spacer layer made of AlGaAs disposed so as to sandwich the active layer, wherein the optical length of the active layer and the entire spacer layer is the wavelength of the light. Surface emitting laser characterized by the following.
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