JP2004128524A - 面発光型半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光出力特性に特別の影響を与えることなく、偏波面制御を行うことのできる、面発光型半導体レーザを提供する。
【解決手段】本発明では、半導体基板上に下部半導体多層反射膜、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層、少なくとも、光出射口方向に向かうに従ってxが次第に小さくなるように、順次Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層を、断続的に含むように形成された上部半導体多層反射膜とを順次積層する工程と、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層を断面に露呈せしめるように、所望の形状の半導体柱を形成する工程と、半導体柱の断面または周囲から露呈するＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層に水蒸気を含むガスを接触せしめＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層を酸化する酸化工程とを含み、少なくとも上部半導体多層反射膜が、光出射口方向に向かうに従って活性層からの出射光に対してその周囲の領域と反射率の異なる開口領域を有する反射膜層を断続的に含むように形成したことを特徴とする。
　【選択図】　図１

Description

　本発明は、横モード、偏波面を制御することのできる垂直キャビティの面発光レーザに関する。

　光通信、光コンピュータなどの光源として高密度化された半導体レーザアレイが必要となっている。半導体レーザアレイは複数の半導体レーザを適当なピッチで配列し各々独立に駆動制御して、発光させるものである。従来から広く用いられてきた端面発光型のレーザは、発光効率が高いという利点があったが、同一基板上では一次元の並列化しかできないため、多数の半導体レーザを集積化した半導体レーザアレイを形成するのは困難であった。これに対し、面発光レーザは基板に対して垂直方向に光を出射するため、同一基板上に二次元的に並列化することができ、高精度かつ高密度のマトリックスアレイを得ることができるという利点があり、有望視されている。

　面発光レーザの一つである垂直共振器型の面発光レーザは、活性層とスペーサ層とからなる中間層と、前記中間層を挟みこむ上下２組の分布帰還型反射膜（Distributed Brug Reflactor）からなり、前記ＤＢＲで共振器を形成し、基板に対して垂直方向に光を出射する半導体レーザである。端面発光型レーザにおいては電場ベクトルがｘｙ面内にあるＴＥ（transverse electric mode）モード、磁場ベクトルがｘｙ面内にあるＴＭ（transverse magnetic mode）モードの間の導波損および反射率の差のような偏波決定要因があるが、面発光レーザではその向きは不確定である。面発光レーザの発光面の形状が点対称である場合、個々の素子でランダムな方向を規定して使用する場合が殆どであるため、面発光レーザにおいても偏波を制御することが応用上非常に重要である。

　垂直共振器型面発光レーザにおいて、偏波を制御しようとする試みは幾つかの報告がある。例えば異方形状を有する電極により、異方的な利得を与える利得導波路型面発光レーザの例がある。２つ以上の分割された電極によって発振するレーザＡとレーザＢとを有し、レーザＢへのオン、オフによって２つの偏波方向を任意に制御できるようにしたものである（例えば、特許文献１参照）。その他では、特許文献２に示されているように、光出射部に矩形の高屈折率導波部を設け、その長辺に平行な偏波を通す試みがある。さらに、非特許文献１および、特許文献３では、ポスト形状を任意の一組のポスト側面が平行であり、かつその辺が最も長くなるようにポスト形を作成することで、偏波制御を行うものである。レーザは図４に示す通り、インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）からなる三重量子井戸活性層をガリウム砒素／アルミニウム砒素からなるＤＢＲでサンドイッチした典型的なＶＣＳＥＬ構造である。これに短軸が＜１１０＞方向となるように配置された矩形のフォトレジストマスクを形成した後、塩素ガスを用いた反応性イオンビームエッチングにより上部半導体多層反射膜の一部を除去していわゆるポスト形状を形成する。さらに電流狭窄のためこのポスト部の直下を除く活性層をプロトン注入により非活性化（高抵抗化）した後、所定の位置にアノードおよびカソード電極を形成して完成する。また光出射の方向はこの基板の裏面側である。

　また、偏波面の制御を目的としたものではないが、面発光型レーザの低しきい値化を図るため分布帰還型反射膜中に自然酸化膜を導入し、電流狭窄をおこなった例が非特許文献２に示されている。このレーザもまた図５に示すように、ＩｎＧａＡｓからなる三重量子井戸活性層をＧａＡｓ／ＡｌＡｓからなるＤＢＲでサンドイッチした典型的なＶＣＳＥＬ構造である。ただし、ｐ型ＤＢＲはＧａＡｓ／ＡｌＡｓの１ペアで、ＧａＡｓが上層に位置している、プロセスはまずフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とをつかってｐ型ＧａＡｓ層を３０若しくは６０μｍ形の円形に加工する。続いて露出したｐ型ＡｌＡｓ層を４７５℃に加熱した炉の中で約３分間熱処理する。この時、炉の中には窒素をキャリアガスとし、９５℃に保たれた水蒸気が導入されている。露出したＡｌＡｓ層は横方向から徐々に酸化され、最終的には、酸化されずに残った２〜８μｍ角の領域が形成される。酸化された領域は酸化アルミニウム化合物となり、殆ど電流を通さないから電流狭窄が可能となる。また、面発光レーザのさらなる低しきい値化をはかるため、ＤＢＲ中に自然酸化膜を複数層導入し電流狭窄をおこなった例が、非特許文献３に示されている。このレーザは図６に示すように、上下のＤＢＲがＧａＡｓ／ＡｌＡｓの積層膜で形成されており、前記ＤＢＲをエッチングしてポストを形成した後、露出したＡｌＡｓ層すべてを４００℃に加熱した炉の中で熱処理する。この時、炉の中には窒素をキャリアガスとし、８０℃に保たれた水蒸気が導入されている。露出したＡｌＡｓ層は横方向から徐々に酸化され、最終的には１５〜２０μｍ角の領域が酸化されずに残る。酸化された領域は、酸化アルミニウムの化合物となり、殆ど電流を通さないから電流狭窄が可能となる。表面最結合電流がより抑制され、７０μＡの低しきい値を実現している。
特開平４ー２４２９８９号公報 特開平１ー２６５５８４号公報 特開平８ー１８１３９１号公報 「アプライドフィジクスレターズ（Appl.,Phys.,Lett.）」，第６６巻，第８号，１９９５年，ｐ.９０８−９１０， 「アプライドフィジクスレターズ（Appl.,Phys.,Lett.）」，第６５巻，第１号，１９９４年，ｐ.９７−９９， 「アイイーイーイー フォトニクス　テクノロジー レターズ（IEEE,Photon.Technol.Lett.），第７巻，第１１号，１９９５年，ｐ.１２３４−１２３６，

　しかしながら、特許文献１に示した利得導波型レーザにおいては、光の閉じこめが弱く光は発散しており、電極形状の変化で与えられる利得の異方性は非常に小さい。従って、偏波制御効果も小さいものと考えられる。またレーザＡとレーザＢの電極をＬ字型やＴ字型に配置したものは、偏光制御によってレーザビームが偏向するという欠点があり、十字型のものは偏向はしないものの、偏光制御のために２つのレーザにほぼ同等のしきい値以上の電流を流す必要があり、駆動電力が大きくなるという問題がある上、点対称になり易く、レーザビームを単一横モードに保ちにくいという問題がある。また、特許文献２に示される構造では、高屈折率導波部で効率よく光が閉じこめられるかは疑問であり、従って、導波制御効果も小さいと思われる。また、前述したアプライドフィジクスレターズに示された構造では，ＤＢＲの回折損失を利用して偏波面の制御をおこなったとしているが、発光に寄与しなかった電子・正孔再結合をはじめとする損失分は熱となって発生するため、ポスト部の体積が比較的小さいこの素子では放熱性が十分ではなく、光出力特性が制限を受ける。実際この論文の筆者等は短軸方向の形をこれ以上小さくしても電流しきい値は下がらないばかりか、かえって増加してしまったとしている。さらにこの構造ではプロトン注入時の制約から電流狭窄部のアパーチャ径をポスト部の径より小さくするのが難しいという問題に加え、活性領域とプロトン注入領域界面での非発光再結合も無視することができない。従って活性領域へのキャリアの注入効率が高くないため、低しきい値化には限界がある。

　また、非特許文献１乃至３に示された例では、ＡｌＡｓ層の酸化速度は組成とドーピング濃度が決まれば一意的に決まるはずであるが、酸化速度のばらつきがある。ＡｌＡｓ層が酸化されてＡｌ_xＯ_yに変化する際に体積変化があり、この影響が酸化の活性化エネルギーに影響するのは自明のことであり、それによると思われる酸化速度のばらつきがあり、電流が通過する領域の径が不揃いになるという傾向があった。

　本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、光出力特性に特別の影響を与えることなく、偏波面制御を行うことのできる、面発光型半導体レーザを提供することを目的とする。

　そこで本発明の特徴は、半導体基板上に下部半導体多層反射膜、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層、少なくとも、光出射口方向に向かうに従ってｘが次第に小さくなるように、順次Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層を、断続的に含むように形成された上部半導体多層反射膜とを順次積層する工程と、少なくとも下部スペーサ層に達するまでエッチングし、所望の形状の半導体柱を形成する工程と、前記断続的に形成されたＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層を、前記半導体柱の外壁から所望の深さまで酸化する選択酸化工程とを含み、少なくとも前記上部半導体多層反射膜が、光出射口方向に向かうに従って活性層からの出射光に対してその周囲の領域と反射率の異なる開口領域を有する反射膜層を断続的に含むように形成したことを特徴とする。

　本発明によれば、高効率の電流狭窄効果を有するとともに、光導波路を形成すべく反射率を変化させる部位を有してなる、反射膜層が、光活性領域近傍から出射口まで断続的に設けられているため、均一で制御性よく、再現性の高い実効的導波路を形成することが可能となる。

　また、前記反射率の異なる領域を、半導体基板に対して垂直方向からみた断面形状が短辺と長辺とを有してなる矩形をなすように構成すれば、横モードを安定させながら偏波面を効率よく制御することができる。

　さらにこの導波路は発光部と同等の大きさの光の伝搬空間を維持して出射口まで導くため、低しきい値で、活性層からの光の偏波面の安定性が高められる。また発生する熱を比較的体積の大きいメサ構造部に放熱できるため、発熱を抑制し、広い出力範囲にわたって光出力特性を劣化させることなく、偏波面を安定化することが可能となる。

　さらにまた、光閉じこめ層のアパーチャー径を活性領域から離れるに従って大きくなるようにしているため、光効率の電流狭窄効果を得ることができるとともに、発光部からの光の伝搬空間の平面的な大きさが急激に広がることなく、徐々に上側に開いている形の導波路がＤＢＲ内に均一性よく形成され、低しきい値で活性層からの光の偏波面の安定性を高めることが可能となる。

　また、これらの光閉じこめ層は、ＡｌＡｓあるいはＡｌＧａＡｓ層の選択酸化によって容易に形成されるが、酸化による体積変化が大きく、膜厚の厚い層を形成する場合、歪が発生したり、アパーチャー径の寸法精度が低下したりする虞があるが、薄い層を離間して多層に配設し、これを酸化すればよいため、酸化による体積変化に起因する歪の問題もない。また、離間して多層の光閉じこめ層が形成されているため、効果についても、連続的に形成されている状態に近いものとなる。

　さらに、これらの光閉じこめ層で形成される導波路が異方的となるように配置されているため、導波路の中で導波路断面の長辺で決まる０次のＴＥモードが最初に支配的になり、この時、導波路断面の短辺と平行な偏波を効率よく得ることができる。すなわち、電流注入領域内でもっとも距離の短い方向に偏波を制御することができることになる。

　また、光の閉じこめ状態が強いほど出射ビームの広がり角が大きくなるので、互いにアパーチャー径の広がる複数の（酸化アルミニウム層からなる）絶縁性の光閉じこめ層によって電流分布を制御するのみならず、発光部からの光の伝搬空間の平面的な大きさが急激に広がらないような上側に開いている形の導波路がＤＢＲ内に制御性よく形成されているため、低しきい値で、活性層からの光の横モードおよび偏波面をより安定化することができる。

　このように、本発明によれば、偏波面を安定化させることができる。またその方法は簡便で再現性が高く、レーザ特性を劣化させるおそれもない。

　また本発明では、通常の水蒸気を用いた選択酸化において、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層はアルミニウム含有量すなわちｘが大きくなるほど、酸化速度は増し、酸化されずに残るアパーチャ径は、光出射口方向に向かうに従って次第に大きくなる。従って極めて容易に、上記構成が形成可能となる。

　本発明によれば、均一で制御性よく、再現性の高い実効的導波路を形成することが可能となる。

　　以下、本発明について、図面を参照しつつ説明する。

　図１は本発明の第１の実施例の面発光型半導体レーザ装置の上面図、その断面図である。

　この面発光型半導体レーザ装置は、ｐ型のＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓからなる上部多層反射膜８のＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層が入るべき領域にＡｌＡｓ層７が飛び飛びの周期で挿入され、このＡｌＡｓ層７が中心部を残して半導体柱の周囲から選択的に酸化され、電流狭窄機能を具備した光閉じこめ層６と化し、上部多層反射膜８中に断続的な光閉じこめ層を具備したことを特徴とする。すなわち、このレーザ装置は、ｎ型ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板１上に形成されたｎ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ下部半導体多層反射膜２と、アンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓからなる下部スペーサ層３と、アンドープのＡｌ_0.11Ｇａ_0.89量子井戸層とアンドープのＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層とからなる量子井戸活性層４と、アンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓからなる上部スペーサ層５と、ｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ上部半導体多層反射膜８と、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層９とが順次積層せしめられ、活性層４に到達する深さまで、エッチングがなされポスト１３を構成している。そして表面にはＣｒ／Ａｕからなるｐ側電極１０が円形の枠状をなすように形成されるとともに、基板裏面にはＡｕ−Ｇｅ／Ａｕからなるｎ側電極１１が形成されている。

　ここでｎ型下部半導体多層反射膜２は、ｎ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3ＡｓＧａＡｓ層とをそれぞれ膜厚λ／（４ｎ_r）（λ：発振波長，ｎ_r：媒質の屈折率）で約４０.５周期積層することによって形成されたもので、シリコン濃度は ２×１０¹⁸ｃｍ^-3である。下部スペーサ層は、アンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓ層から構成され、また、量子井戸活性層は、 アンドープのＡｌ_0.11Ｇａ_0.89量子井戸層（膜厚８ｎｍ×３）とアンドープのＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層（膜厚５ｎｍ×４）との組み合わせ、上部スペーサ層は アンドープＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓから構成されており、膜厚は全体でλ／ｎ_rの整数倍とする。上部半導体多層反射膜８の最下層はｐ型のＡｌＡｓ層７となっており、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層が入るべき領域にＡｌＡｓ層７が飛び飛びの周期で挿入され、膜厚λ／（４ｎ_r）で、カーボン濃度は ３×１０¹⁸ｃｍ^-3である。また、上部半導体多層反射膜８は、 ｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とｐ型Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3ＡｓＧａＡｓ層とをそれぞれ膜厚 λ／（４ｎ_r） （λ：発振波長，ｎ_r：屈折率）で交互に３０周期積層することによって形成されたもので、カーボン濃度は３×１０¹⁸ｃｍ^-3である。最後にｐ型コンタクト層９は膜厚５ｎｍで、カーボン濃度は１×１０²⁰ｃｍ^-3である。

　次にこの面発光半導体レーザの製造工程について説明する。

　まず、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、シリコンドープのｎ型ＧａＡｓ（１００）基板１上に、ｎ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ下部半導体多層反射膜２と、アンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓからなる下部スペーサ層３と、アンドープのＡｌ_0.11Ｇａ_0.89量子井戸層とアンドープのＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層とからなる量子井戸活性層４と、アンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓからなる上部スペーサ層５と、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層が入るべき領域にＡｌＡｓ層７が飛び飛びの周期で挿入されたｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ上部半導体多層反射膜８と、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層９とを積層する。

　そしてフォトリソグラフィーにより結晶成長層上にレジストマスクを形成し、三塩化ホウ素と塩素ガスをエッチングガスとしてもちいた、反応性イオンエッチングにより、活性層４の表面までエッチングし、直径２０μｍ程度のポスト（半導体柱）１３を形成する。

　この後、水蒸気下で４２０℃１０分の熱処理を行い、断続的に形成されたＡｌＡｓ層７は酸化されＡｌ₂Ｏ₃層６と化す。この時半導体多層反射膜の他の層の酸化速度はＡｌＡｓに比べて著しく遅く殆ど酸化しないと考えてよい。

　次に、必要に応じてポリイミド膜などを塗布し、半導体柱の周りを埋め、表面の平坦化をはかった後、電極を形成する。

　ここで、上部半導体多層反射膜８の周期数を下部半導体多層反射膜２の周期数よりも少なくしているのは、反射率に差をつけて出射光を基板上面から取り出すためである。ドーパントの種類についてはここで用いたものに限定されることなく、ｎ型であればセレン、ｐ型であれば亜鉛やマグネシウムなどを用いることも可能である。周期については光の取り出し方向を基板表面側、裏面側のいずれに取るかで決定され、周期が増えるにつれて反射率は高くなる。上部ＤＢＲ８とｐ側電極９との間にＳｉＯ_ｘ，ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＯＮ、ポリイミド等の層間絶縁膜を挿入して、ｐ側電極９と上部半導体多層反射膜８との絶縁をはかるようにしてもよい。 電流経路１２はＡｌＡｓ層７を選択酸化により高抵抗化することで形成され、平面的には円形であり、立体的には円柱となるまた、ｎ型ＤＢＲにも同様に、光閉じこめ層を形成してもよい。ここでは、発振波長λ：７８０ｎｍのレーザ光を取り出すように設計した。

　この構成によれば、偏波面を制御するために反射率を変化させる領域を活性領域近傍から出射口まで断続的に設けたことにより、高効率の電流狭窄効果に供すると共に、偏波面を制御するために形成される反射率変化領域の大きさを高精度に制御することができ、実効的な導波路が効率よく形成される。また、前記導波路は、発光部と同等の大きさの光の伝搬空間を維持して光を出射口まで導くので低しきい値で活性層からの光の横モード、偏波面の安定性が高められる。また、発生する熱を比較的体積の大きい半導体柱を形成するＤＢＲ８に放熱できるため、発熱を抑制し、広い出力範囲にわたって光出力特性を劣化させることなく光の横モード、偏波面を安定化することが可能となる。

　なお、各半導体層は有機金属気相成長法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などによって形成すれば良い。

　このようにして作製された面発光型半導体レーザ装置の動作は、以下に示すごとくである。ここで、ｐ側電極１０から注入されたキャリアの通路は断続的に形成された酸化アルミニウム層（反射率変化領域）で規定されており、量子井戸層に注入されたキャリアは電子−正孔再結合により光を放出し、この光は上部と下部の半導体多層反射膜によって反射され、利得が損失を上回ったところでレーザ発振を生ずる。このとき断続的に形成された反射率変化領域で囲まれた領域に導かれ、発振レーザ光は基板表面に設けられた、ｐ側電極１０の窓部から出射される。

　なお、ポストの形状およびアパーチャの形状、各電極の形状および大きさについても、これに限定されることなく、適宜変更可能である。

　例えば本発明の第２の実施例として図２に示すように、ポストを四角柱で構成し、アパーチャを、短軸と長軸との比が５：６から１：６の矩形となるようにしてもよい。これにより、より良好に偏波制御を行うことが可能となる。図２は本発明の第２の実施例の面発光型半導体レーザ装置の上面図、そのＸ軸方向断面図およびＹ軸方向断面図である。

　次に本発明の第３の実施例の面発光型半導体レーザ装置について、図面を参照しつつ説明する。図３は本発明の第３の実施例の面発光型半導体レーザ装置の上面図、そのＸ軸方向断面図およびＹ軸方向断面図である。

　前記第１および第２の実施例では、断続的に形成された酸化アルミニウム層（反射率変化領域）のアパーチャー径は、一定にしたが、この例では図３に示すように、光出射方向に向かって次第に広がるように形成したことを特徴とする。他の構成については、前記第１および第２の実施例とまったく同様に形成されている。

　この面発光型半導体レーザ装置は、ｐ型のＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓからなる上部多層反射膜２８のＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層が入るべき領域にＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０.９６〜１）層２７が飛び飛びの周期で挿入され、このＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層２７が中心部を残して半導体柱の周囲から選択的に酸化され、電流狭窄機能を具備した光閉じこめ層２６と化し、上部多層反射膜８中に断続的な光閉じこめ層を具備したことを特徴とする。ここでＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０.９６〜１）層２７は、光出射口方向に向かうに従ってｘは次第に小さくなり、アパーチャ径は、光出射口方向に向かうに従って次第に大きくなっている。

　すなわち、このレーザ装置は、ｎ型ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板２１上に形成されたｎ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ下部半導体多層反射膜２２と、アンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓからなる下部スペーサ層２３と、アンドープのＡｌ_0.11Ｇａ_0.89量子井戸層とアンドープのＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層とからなる量子井戸活性層２４と、アンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓからなる上部スペーサ層２５と、ｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ上部半導体多層反射膜２８と、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２９とが順次積層せしめられ、活性層２４に到達する深さまで、エッチングがなされポスト３３を構成している。そして表面にはＣｒ／Ａｕからなるｐ側電極３０が矩形の枠状をなすように形成されるとともに、基板裏面にはＡｕ−Ｇｅ／Ａｕからなるｎ側電極３１が形成されている。

　ここでＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０.９６〜１）層２７は、光出射口方向に向かうに従ってｘは次第に小さくなるように形成されており、これに選択酸化が施されアパーチャを残して酸化アルミニウム層が形成される。この方法では、通常の水蒸気を用いた選択酸化により、アルミニウム含有量すなわちｘが大きくなるほど、酸化速度は増し、酸化されずに残るアパーチャ径は、光出射口方向に向かうに従って次第に大きくなっている。実際には短軸と長軸との比が５：６から１：６の矩形である。そして、立体的には上側に開いている型となる。

　ここでｎ型下部半導体多層反射膜２２、下部スペーサ層２３、量子井戸活性層２４、上部スペーサ層２５、上部半導体多層反射膜２８は、前記第１および第２の実施例と同様の組成を有している。

　ここでも、発振波長λ：７８０ｎｍのレーザ光を取り出すように設計した。この構成によれば、偏波面を制御するために反射率を変化させる領域を活性領域近傍から出射口まで断続的に設けたことにより、高効率の電流狭窄効果に供すると共に、偏波面を制御するために形成される反射率変化領域の大きさを高精度に制御することができ、実効的な導波路が効率よく形成される。また、前記導波路は、発光部からの光の伝搬空間の平面的な大きさが急激に広がることなく徐々にＤＢＲ８内で上に向かって開いている導波路がＤＢＲ内に均一性よく形成され、低しきい値で、活性層からの光の横モード、偏波面の安定性を高めることができる。また、発生する熱を比較的体積の大きい半導体柱を形成するＤＢＲ８に放熱できるため、発熱を抑制し、広い出力範囲にわたって光出力特性を劣化させることなく光の横モード、偏波面を安定化することが可能となる。

　なおＢＢ軸方向に沿った偏波を得たい場合には、ｐ側電極をＡＡ軸方向に長くした矩形形状をなすように形成すればよい。

　なお、この例では、ＢＢ軸方向の電流分布が狭くなるように構成されているためＢＢ軸方向に偏波した光を得ることができる。

　なお、前記実施例では、量子井戸活性層を構成する材料としてＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系半導体を用いたが、これに限定されることなく、例えば量子井戸活性層にＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ系あるいは、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系半導体を用いることも可能である。なお、本発明の構成要件を満足する範囲内で他の方法によっても実現可能であることはいうまでもない。

　以上説明してきたように、本発明によれば、高効率の電流狭窄効果を有するとともに、光導波路を形成すべく反射率を変化させる部位を有してなる、反射膜層が、光活性領域近傍から出射口まで断続的に設けられているため、均一で制御性よく、再現性の高い実効的導波路を形成することが可能となる。

　また、前記反射率の異なる領域を、半導体基板に対して垂直方向からみた断面形状が短辺と長辺とを有してなる矩形をなすように構成すれば、横モードを安定させながら偏波面を効率よく制御することができる。

　さらにこの導波路は発光部と同等の大きさの光の伝搬空間を維持して出射口まで導くため、低しきい値で、活性層からの光の偏波面の安定性が高められる。また発生する熱を比較的体積の大きいメサ構造部に放熱できるため、発熱を抑制し、広い出力範囲にわたって光出力特性を劣化させることなく、偏波面を安定化することが可能となる。

　さらにまた、光閉じこめ層のアパーチャー径を活性領域から離れるに従って大きくなるようにしているため、低抵抗で高効率の電流狭窄効果を得ることができるとともに、発光部からの光の伝搬空間の平面的な大きさが急激に広がることなく、徐々に上側に開いている形の導波路がＤＢＲ内に均一性よく形成され、低しきい値で活性層からの光の偏波面の安定性を高めることが可能となる。

本発明の第１の実施例の面発光型半導体レーザ装置を示す図 本発明の第２の実施例の面発光型半導体レーザ装置を示す図 本発明の第３の実施例の面発光型半導体レーザ装置を示す図 従来例の面発光型半導体レーザ装置を示す図 従来例の実施例の面発光型半導体レーザ装置を示す図 従来例の実施例の面発光型半導体レーザ装置を示す図

符号の説明

　１ ｎ型ガリウムひ素（ＧａＡｓ）基板
　２ ｎ型下部半導体多層反射膜
　３ 下部スペーサ層
　４ 活性層
　５ 上部スペーサ層
　６ ＡｌＡｓ層
　８ 上部半導体多層反射膜
　９ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
　１０ ｐ側電極
　１１ ｎ側電極
　１２ 電流通路
　１３ ポスト
　２１ ｎ型ガリウムひ素（ＧａＡｓ）基板
　２２ ｎ型下部半導体多層反射膜
　２３ 下部スペーサ層
　２４ 活性層
　２５ 上部スペーサ層
　２６ Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層
　２８ 上部半導体多層反射膜
　２９ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
　３０ ｐ側電極
　３１ ｎ側電極
　３２ 電流通路
　３３ ポスト

Claims (1)

1. 　半導体基板上に下部半導体多層反射膜、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層、少なくとも、光出射口方向に向かうに従ってxが次第に小さくなるように、順次Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層を、断続的に含むように形成された上部半導体多層反射膜とを順次積層する工程と、
   　前記Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層を断面に露呈せしめるように、所望の形状の半導体柱を形成する工程と、
   　前記半導体柱の断面または周囲から露呈する前記Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層に水蒸気を含むガスを接触せしめ前記Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層を酸化する酸化工程とを含み、
   　少なくとも前記上部半導体多層反射膜が、光出射口方向に向かうに従って活性層からの出射光に対してその周囲の領域と反射率の異なる開口領域を有する反射膜層を断続的に含むように形成したことを特徴とする面発光型半導体レーザ装置の製造方法。

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