JPH1027941A - 面発光型半導体レーザ装置及びその製作方法 - Google Patents
面発光型半導体レーザ装置及びその製作方法Info
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- JPH1027941A JPH1027941A JP19985996A JP19985996A JPH1027941A JP H1027941 A JPH1027941 A JP H1027941A JP 19985996 A JP19985996 A JP 19985996A JP 19985996 A JP19985996 A JP 19985996A JP H1027941 A JPH1027941 A JP H1027941A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 オーミック接触抵抗が低い電極を備え、発振
しきい値電流が小さく、横モードが安定している面発光
型半導体レーザ装置を提供する。 【解決手段】 本半導体レーザは、ｎ−ＩｎＰ基板２１
上に形成されたｎ−ＩｎＰからなる第１クラッド層２
３、ＧａＩｎＡｓＰからなる活性層２４及びｐ−ＩｎＰ
からなる第２クラッド層２７の２重ヘテロ結合の埋め込
み構造を有する。電極領域では、キャップ層が、ｐ−Ｇ
ａＩｎＡｓＰからなる第１キャップ層１１と、第１キャ
ップ層上に形成され、第１キャップ層よりバンドギャッ
プが狭く、不純物濃度が高いｐ−ＧａＩｎＡｓＰからな
る第２キャップ層１２との２層構造で構成され、更に第
２キャップ層上に金属電極１３が形成されている。共振
器領域では、キャップ層が第１キャップ層のみで構成さ
れ、更に第１キャップ層上に、順次、透明電極１４及び
誘電体多層膜反射鏡１５が、一部金属電極１３に重な
り、電気的に接続しているように形成されている。
しきい値電流が小さく、横モードが安定している面発光
型半導体レーザ装置を提供する。 【解決手段】 本半導体レーザは、ｎ−ＩｎＰ基板２１
上に形成されたｎ−ＩｎＰからなる第１クラッド層２
３、ＧａＩｎＡｓＰからなる活性層２４及びｐ−ＩｎＰ
からなる第２クラッド層２７の２重ヘテロ結合の埋め込
み構造を有する。電極領域では、キャップ層が、ｐ−Ｇ
ａＩｎＡｓＰからなる第１キャップ層１１と、第１キャ
ップ層上に形成され、第１キャップ層よりバンドギャッ
プが狭く、不純物濃度が高いｐ−ＧａＩｎＡｓＰからな
る第２キャップ層１２との２層構造で構成され、更に第
２キャップ層上に金属電極１３が形成されている。共振
器領域では、キャップ層が第１キャップ層のみで構成さ
れ、更に第１キャップ層上に、順次、透明電極１４及び
誘電体多層膜反射鏡１５が、一部金属電極１３に重な
り、電気的に接続しているように形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、面発光型半導体レ
ーザ装置に関し、更に詳細には、オーミック接触抵抗が
小さい電極を備え、発振しきい値電流が小さく、横モー
ドが安定している面発光型半導体レーザ装置、特に１．
２〜１．６μm の範囲の発振波長のレーザ装置として最
適な面発光型半導体レーザ装置に関するものである。
ーザ装置に関し、更に詳細には、オーミック接触抵抗が
小さい電極を備え、発振しきい値電流が小さく、横モー
ドが安定している面発光型半導体レーザ装置、特に１．
２〜１．６μm の範囲の発振波長のレーザ装置として最
適な面発光型半導体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ装置は、光を閉じ込める共
振器を内部に備えた発光装置であって、共振器の構造に
よって、面発光型とその他の形式の半導体レーザ装置に
分類されている。面発光型半導体レーザ装置は、活性層
を挟んだ対の反射鏡を有する共振器構造を備え、基板面
に垂直にレーザ光を出射する。図２は、従来の面発光型
半導体レーザ装置の構成の一例を示す断面図である。図
２に示す従来の面発光型半導体レーザ装置２０は、ｎ−
ＩｎＰからなる基板２１上に、順次、形成された、ｎ−
ＩｎＧａＡｓからなるエッチング停止層２２、ｎ−Ｉｎ
Ｐからなる第１クラッド層２３、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰか
らなる活性層２４及びｐ−ＩｎＰからなる第２クラッド
層２７で構成された積層構造の二重ヘテロ接合を備えて
いる。
振器を内部に備えた発光装置であって、共振器の構造に
よって、面発光型とその他の形式の半導体レーザ装置に
分類されている。面発光型半導体レーザ装置は、活性層
を挟んだ対の反射鏡を有する共振器構造を備え、基板面
に垂直にレーザ光を出射する。図２は、従来の面発光型
半導体レーザ装置の構成の一例を示す断面図である。図
２に示す従来の面発光型半導体レーザ装置２０は、ｎ−
ＩｎＰからなる基板２１上に、順次、形成された、ｎ−
ＩｎＧａＡｓからなるエッチング停止層２２、ｎ−Ｉｎ
Ｐからなる第１クラッド層２３、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰか
らなる活性層２４及びｐ−ＩｎＰからなる第２クラッド
層２７で構成された積層構造の二重ヘテロ接合を備えて
いる。
【０００３】活性層２４上の共振器領域に隣接する電極
領域には、高い不純物濃度のｐ−ＩｎＧａＡｓからなる
キャップ層２８が形成されている。ｐ−ＩｎＧａＡｓか
らなるキャップ層２８は、高い不純物濃度に加え、バン
ドギャップエネルギーがｉ−ＧａＩｎＡｓＰからなる活
性層２４より小さいため、光吸収損失が大きい。そこ
で、共振器内の光吸収損失を減らすために、共振器領域
では、キャップ層２８は除去されている。
領域には、高い不純物濃度のｐ−ＩｎＧａＡｓからなる
キャップ層２８が形成されている。ｐ−ＩｎＧａＡｓか
らなるキャップ層２８は、高い不純物濃度に加え、バン
ドギャップエネルギーがｉ−ＧａＩｎＡｓＰからなる活
性層２４より小さいため、光吸収損失が大きい。そこ
で、共振器内の光吸収損失を減らすために、共振器領域
では、キャップ層２８は除去されている。
【０００４】キャップ層２８上にはｐ側電極３０が形成
されている。また、ｐ側電極３０に対応して、ＩｎＰ基
板２１の下面にｎ側電極２９が形成されている。活性層
２４よりバンドギャップの広い化合物半導体でｐ−ｎ逆
バイアス層を形成して電流狭窄を行うために、ｐ−Ｉｎ
Ｐからなる第１電流狭窄層２５及びｎ−ＩｎＰからなる
第２電流狭窄層２６が、活性層２４の両側に形成されて
いる。共振器を構成する反射鏡３１及び反射鏡３２は、
共振器領域の上部クラッド層２７上、及び、それに対応
して基板２１に設けられた貫通孔３３内で下部クラッド
層２３下にそれぞれ形成されている。反射鏡３１、３２
は、屈折率の異なる誘電体、例えばＳｉ層とＳｉＯ2 層
とを厚さλ（発振波長）／４光学長で交互に積み重ねた
構造になっている。従って、反射鏡には電流は流れな
い。
されている。また、ｐ側電極３０に対応して、ＩｎＰ基
板２１の下面にｎ側電極２９が形成されている。活性層
２４よりバンドギャップの広い化合物半導体でｐ−ｎ逆
バイアス層を形成して電流狭窄を行うために、ｐ−Ｉｎ
Ｐからなる第１電流狭窄層２５及びｎ−ＩｎＰからなる
第２電流狭窄層２６が、活性層２４の両側に形成されて
いる。共振器を構成する反射鏡３１及び反射鏡３２は、
共振器領域の上部クラッド層２７上、及び、それに対応
して基板２１に設けられた貫通孔３３内で下部クラッド
層２３下にそれぞれ形成されている。反射鏡３１、３２
は、屈折率の異なる誘電体、例えばＳｉ層とＳｉＯ2 層
とを厚さλ（発振波長）／４光学長で交互に積み重ねた
構造になっている。従って、反射鏡には電流は流れな
い。
【０００５】電極２９、３０間に順方向バイアスを印加
し、電流値がしきい値以上になった時点で、活性領域が
活性層２４に形成されて、レーザ光が発生し、更に反射
鏡３１と反射鏡３２との間で形成されたファブリ・ペロ
ー共振器により発振したレーザ光が、貫通孔３３を通っ
て出射される。図２に示した面発光型半導体レーザ装置
は、２．４ｍＡという低しきい値電流でしかも室温で連
続動作する。
し、電流値がしきい値以上になった時点で、活性領域が
活性層２４に形成されて、レーザ光が発生し、更に反射
鏡３１と反射鏡３２との間で形成されたファブリ・ペロ
ー共振器により発振したレーザ光が、貫通孔３３を通っ
て出射される。図２に示した面発光型半導体レーザ装置
は、２．４ｍＡという低しきい値電流でしかも室温で連
続動作する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の面発光型半導体レーザ装置では、ｐ−ＩｎＰからな
る上部クラッド層２７内のキャリアの移動度が小さいた
めに、この上部クラッド層層であまり電流経路が横方向
に広がらず、電流量が共振器領域のエッジ付近（図２で
Ｘで表示）に集中し、共振器領域中心部分で電流量が少
ないという現象が生じ易い。そのために、横モードの多
モード化が生じるという問題があった。そこで、特開平
１−２８２８８２号公報は、共振器領域での電流注入の
不均一性を抑制するために、共振器領域上にキャップ層
を形成し、その上に透明電極及び金属電極（Ａｕ−Ｚｎ
−Ａｕ）を順次形成し、それらを電極兼ミラーとして機
能させる面発光型半導体レーザ装置を提案している。
来の面発光型半導体レーザ装置では、ｐ−ＩｎＰからな
る上部クラッド層２７内のキャリアの移動度が小さいた
めに、この上部クラッド層層であまり電流経路が横方向
に広がらず、電流量が共振器領域のエッジ付近（図２で
Ｘで表示）に集中し、共振器領域中心部分で電流量が少
ないという現象が生じ易い。そのために、横モードの多
モード化が生じるという問題があった。そこで、特開平
１−２８２８８２号公報は、共振器領域での電流注入の
不均一性を抑制するために、共振器領域上にキャップ層
を形成し、その上に透明電極及び金属電極（Ａｕ−Ｚｎ
−Ａｕ）を順次形成し、それらを電極兼ミラーとして機
能させる面発光型半導体レーザ装置を提案している。
【０００７】しかし、この方法には、以下に挙げるよう
な問題がある。第１には、共振器領域にキャップ層を形
成しているので、レーザ光の吸収損失が大きいという問
題である。第２には、キャップ層のオーミック接触抵抗
が大きいという問題である。オーミック接触抵抗を低減
するには、不純物濃度を大きくすることが必要である
が、レーザ光の吸収損失を抑えてレーザ発振させ易くす
るためには、不純物濃度を抑えて、キャップ層のバンド
ギャップ波長を活性層のバンドギャップ波長より大きく
する必要がある。従って、双方を同時に満足させること
は難しい。第３には、反射鏡の反射率が低いという問題
である。Ａｕ反射膜のみでも９９％以上の反射率を得る
ことが容易でないにもかかわらず、オーミック接触を良
くするためにｐ側金属電極にＺｎを加えているので、反
射率が更に減少する。特に、基板にＩｎＰを使用する発
振波長１．３〜１．６μｍ帯の面発光型半導体レーザ装
置では、室温連続発振に必要な９９％以上の反射率を達
成することは、極めて困難であった。第４には、この方
法には、透明電極と金属電極との積層構造でオーミック
接触抵抗を低減しているために、高い反射率を得られる
誘電体多層膜ミラーの形成が困難であるという問題もあ
る。
な問題がある。第１には、共振器領域にキャップ層を形
成しているので、レーザ光の吸収損失が大きいという問
題である。第２には、キャップ層のオーミック接触抵抗
が大きいという問題である。オーミック接触抵抗を低減
するには、不純物濃度を大きくすることが必要である
が、レーザ光の吸収損失を抑えてレーザ発振させ易くす
るためには、不純物濃度を抑えて、キャップ層のバンド
ギャップ波長を活性層のバンドギャップ波長より大きく
する必要がある。従って、双方を同時に満足させること
は難しい。第３には、反射鏡の反射率が低いという問題
である。Ａｕ反射膜のみでも９９％以上の反射率を得る
ことが容易でないにもかかわらず、オーミック接触を良
くするためにｐ側金属電極にＺｎを加えているので、反
射率が更に減少する。特に、基板にＩｎＰを使用する発
振波長１．３〜１．６μｍ帯の面発光型半導体レーザ装
置では、室温連続発振に必要な９９％以上の反射率を達
成することは、極めて困難であった。第４には、この方
法には、透明電極と金属電極との積層構造でオーミック
接触抵抗を低減しているために、高い反射率を得られる
誘電体多層膜ミラーの形成が困難であるという問題もあ
る。
【０００８】そこで、上述の問題に照らして、本発明の
目的は、オーミック接触抵抗が低い電極を備え、発振し
きい値電流が小さく、横モードが安定している面発光型
半導体レーザ装置を提供することである。
目的は、オーミック接触抵抗が低い電極を備え、発振し
きい値電流が小さく、横モードが安定している面発光型
半導体レーザ装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者は、電極構造を
工夫して、電流を活性領域に均一に注入できるようにす
ることにより、しきい値電流を小さくし、横モードを単
一化し、オーミック接触抵抗を低くできることに着眼
し、本発明を完成するに到った。上記目的を達成するた
めに、上述の知見に基づいて、本発明に係る面発光型半
導体レーザ装置は、基板上に形成されたレーザ光発振構
造上に、反射鏡領域と、反射鏡領域に隣接して電極領域
とを備えた面発光型半導体レーザ装置であって、電極領
域には、基板の導電型と異なる導電型の化合物半導体層
からなる第１キャップ層と、第１キャップ層上に設けら
れ、第１キャップ層よりバンドギャップが小さく、不純
物濃度が高く、かつ同じ導電型の化合物半導体層からな
る第２キャップ層との２層構造で構成されたキャップ層
及び金属電極が、順次、積層して形成されており、反射
鏡領域には、第１キャップ層、透明電極及び誘電体多層
膜反射鏡が、順次、積層して形成され、透明電極は、電
極領域の金属電極に一部重なって電気的に接続している
ことを特徴としている。
工夫して、電流を活性領域に均一に注入できるようにす
ることにより、しきい値電流を小さくし、横モードを単
一化し、オーミック接触抵抗を低くできることに着眼
し、本発明を完成するに到った。上記目的を達成するた
めに、上述の知見に基づいて、本発明に係る面発光型半
導体レーザ装置は、基板上に形成されたレーザ光発振構
造上に、反射鏡領域と、反射鏡領域に隣接して電極領域
とを備えた面発光型半導体レーザ装置であって、電極領
域には、基板の導電型と異なる導電型の化合物半導体層
からなる第１キャップ層と、第１キャップ層上に設けら
れ、第１キャップ層よりバンドギャップが小さく、不純
物濃度が高く、かつ同じ導電型の化合物半導体層からな
る第２キャップ層との２層構造で構成されたキャップ層
及び金属電極が、順次、積層して形成されており、反射
鏡領域には、第１キャップ層、透明電極及び誘電体多層
膜反射鏡が、順次、積層して形成され、透明電極は、電
極領域の金属電極に一部重なって電気的に接続している
ことを特徴としている。
【００１０】１．３〜１．６μｍ帯の発振波長の面発光
型半導体レーザ装置の構成に本発明を適用するには、面
発光型半導体レーザ装置が、ｎ−ＩｎＰ基板上に形成さ
れたｎ−ＩｎＰからなる第１クラッド層、ＧａＩｎＡｓ
Ｐからなる活性層及びｐ−ＩｎＰからなる第２クラッド
層を有し、第２クラッド層上に形成された第１キャップ
層はバンドギャップ波長λg がλg ＜１．２μm で不純
物濃度がほぼ１×１０18cm-3のｐ−ＧａＩｎＡｓＰから
なり、第２キャップ層は不純物濃度がほぼ１×１０19cm
-3のｐ−ＩｎＧａＡｓ又はバンドギャップ波長λg がλ
g ＞１．４μmで不純物濃度がほぼ１×１０19cm-3のｐ
−ＧａＩｎＡｓＰからなり、透明電極層がＩＴＯ（Indi
um Tin Oxide）又はＺｎＯにＡｌ、Ｉｎ及びＳｉの少な
くともいずれかを添加した金属からなることを特徴とし
ている。これにより、本発明は、１．２〜１．６μm の
発振波長の面発光型半導体レーザ装置として最適な構成
を特定している。
型半導体レーザ装置の構成に本発明を適用するには、面
発光型半導体レーザ装置が、ｎ−ＩｎＰ基板上に形成さ
れたｎ−ＩｎＰからなる第１クラッド層、ＧａＩｎＡｓ
Ｐからなる活性層及びｐ−ＩｎＰからなる第２クラッド
層を有し、第２クラッド層上に形成された第１キャップ
層はバンドギャップ波長λg がλg ＜１．２μm で不純
物濃度がほぼ１×１０18cm-3のｐ−ＧａＩｎＡｓＰから
なり、第２キャップ層は不純物濃度がほぼ１×１０19cm
-3のｐ−ＩｎＧａＡｓ又はバンドギャップ波長λg がλ
g ＞１．４μmで不純物濃度がほぼ１×１０19cm-3のｐ
−ＧａＩｎＡｓＰからなり、透明電極層がＩＴＯ（Indi
um Tin Oxide）又はＺｎＯにＡｌ、Ｉｎ及びＳｉの少な
くともいずれかを添加した金属からなることを特徴とし
ている。これにより、本発明は、１．２〜１．６μm の
発振波長の面発光型半導体レーザ装置として最適な構成
を特定している。
【００１１】本発明では、面発光型半導体レーザ装置の
電極領域のキャップ層を比較的バンドギャップが大き
く、不純物濃度の低い第１キャップ層と、第１キャップ
層上に設けられ、第１キャップ層よりバンドギャップが
小さく、不純物濃度が高く、かつ同じ導電型の第２キャ
ップ層との２層構造とし、反射鏡領域のキャップ層を第
１キャップ層のみとしている。第１キャップ層の不純物
濃度は、光吸収損失を減らすために、１×１０18cm-3程
度であり、一方、第２キャップ層の不純物濃度は、オー
ミック接触抵抗を下げるために、１×１０19cm-3程度で
ある。これにより、電極領域では、不純物濃度が高く移
動度の大きい第２キャップ層と熱伝導性の良い金属電極
との積層構造により、オーミック接触抵抗を減少させる
ことができる。一方、反射鏡領域では、金属電極と電気
的に接続し、かつ光吸収損失の殆どない透明電極と光吸
収損失の小さい第１キャップ層との積層構造により、光
吸収損失を抑制しつつ金属電極に印加された電圧の下で
金属電極から透明電極を介して電流を注入させることが
できる。
電極領域のキャップ層を比較的バンドギャップが大き
く、不純物濃度の低い第１キャップ層と、第１キャップ
層上に設けられ、第１キャップ層よりバンドギャップが
小さく、不純物濃度が高く、かつ同じ導電型の第２キャ
ップ層との２層構造とし、反射鏡領域のキャップ層を第
１キャップ層のみとしている。第１キャップ層の不純物
濃度は、光吸収損失を減らすために、１×１０18cm-3程
度であり、一方、第２キャップ層の不純物濃度は、オー
ミック接触抵抗を下げるために、１×１０19cm-3程度で
ある。これにより、電極領域では、不純物濃度が高く移
動度の大きい第２キャップ層と熱伝導性の良い金属電極
との積層構造により、オーミック接触抵抗を減少させる
ことができる。一方、反射鏡領域では、金属電極と電気
的に接続し、かつ光吸収損失の殆どない透明電極と光吸
収損失の小さい第１キャップ層との積層構造により、光
吸収損失を抑制しつつ金属電極に印加された電圧の下で
金属電極から透明電極を介して電流を注入させることが
できる。
【００１２】よって、本発明に係る面発光型半導体レー
ザ装置では、電極領域の金属電極からの電流の直接的注
入に加えて、反射鏡領域の透明電極を介しても電流が注
入されるので、一様な密度で電流を活性領域に注入する
ことができる。その結果、横モードが単一化し、熱伝導
が良好で、オーミック接触抵抗も低く、従って、ｐ側及
びｎ側電極間に印加するしきい値電流も低下する。
ザ装置では、電極領域の金属電極からの電流の直接的注
入に加えて、反射鏡領域の透明電極を介しても電流が注
入されるので、一様な密度で電流を活性領域に注入する
ことができる。その結果、横モードが単一化し、熱伝導
が良好で、オーミック接触抵抗も低く、従って、ｐ側及
びｎ側電極間に印加するしきい値電流も低下する。
【００１３】本発明に係る、１．２〜１．６μm の発振
波長の面発光型半導体レーザ装置を製作する方法は、ｎ
−ＩｎＰ基板上に、ｎ−ＩｎＰからなる第１クラッド
層、ＧａＩｎＡｓＰからなる活性層、及び、ｐ−ＩｎＰ
からなる第２クラッド層を備えた二重ヘテロ接合埋込み
構造を形成した後、第２クラッド層上に第１キャップ層
及び第２キャップ層を、順次、形成する工程と、反射鏡
領域の第２キャップ層上に反射鏡領域を区画するマスク
パターンをフォトリソグラフィー技術により形成し、マ
スクパターンを維持しつつ第２キャップ層上全面に金属
電極膜を蒸着し、次いでリフトオフ技術により反射鏡領
域上の金属電極膜を除去して、金属電極を電極領域に形
成する工程と、選択エッチング液を用いて、反射鏡領域
の第１キャップ層を残留させつつその領域の第２キャッ
プ層をエッチングして除去する工程と、透明電極層及び
誘電体多層膜反射鏡を順次形成し、更に、透明電極が金
属電極上に一部重なって電気的に接続するように透明電
極層及び誘電体多層膜反射鏡をパターニングする工程と
を備えることを特徴としている。
波長の面発光型半導体レーザ装置を製作する方法は、ｎ
−ＩｎＰ基板上に、ｎ−ＩｎＰからなる第１クラッド
層、ＧａＩｎＡｓＰからなる活性層、及び、ｐ−ＩｎＰ
からなる第２クラッド層を備えた二重ヘテロ接合埋込み
構造を形成した後、第２クラッド層上に第１キャップ層
及び第２キャップ層を、順次、形成する工程と、反射鏡
領域の第２キャップ層上に反射鏡領域を区画するマスク
パターンをフォトリソグラフィー技術により形成し、マ
スクパターンを維持しつつ第２キャップ層上全面に金属
電極膜を蒸着し、次いでリフトオフ技術により反射鏡領
域上の金属電極膜を除去して、金属電極を電極領域に形
成する工程と、選択エッチング液を用いて、反射鏡領域
の第１キャップ層を残留させつつその領域の第２キャッ
プ層をエッチングして除去する工程と、透明電極層及び
誘電体多層膜反射鏡を順次形成し、更に、透明電極が金
属電極上に一部重なって電気的に接続するように透明電
極層及び誘電体多層膜反射鏡をパターニングする工程と
を備えることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、実施例を挙げ、添付図面
を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説
明する。実施例 本実施例は、本発明に係る面発光型半導体レーザ装置の
実施例の一つであって、発振波長が１．２〜１．６μm
の範囲の面発光型半導体レーザ装置に本発明を適用した
例である。図１は、本実施例の面発光型半導体レーザ装
置の層構造を示す模式的断面図である。本実施例の面発
光型半導体レーザ装置１０（以下、簡単に半導体レーザ
１０と言う）は、ｐ側の反射鏡領域、即ちｐ側の共振器
領域、及びｐ側の反射鏡領域に隣接するｐ側電極領域の
構造を除いて、図２に示した従来の半導体レーザ２０と
同じ構成を備えている。
を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説
明する。実施例 本実施例は、本発明に係る面発光型半導体レーザ装置の
実施例の一つであって、発振波長が１．２〜１．６μm
の範囲の面発光型半導体レーザ装置に本発明を適用した
例である。図１は、本実施例の面発光型半導体レーザ装
置の層構造を示す模式的断面図である。本実施例の面発
光型半導体レーザ装置１０（以下、簡単に半導体レーザ
１０と言う）は、ｐ側の反射鏡領域、即ちｐ側の共振器
領域、及びｐ側の反射鏡領域に隣接するｐ側電極領域の
構造を除いて、図２に示した従来の半導体レーザ２０と
同じ構成を備えている。
【００１５】電極領域では、キャップ層は、バンドギャ
ップ波長λg がλg ＜１．２μｍのＧａＩｎＡｓＰから
なる第１キャップ層１１と、バンドギャップ波長が第１
キャップ層１１のバンドギャップ波長より小さいＩｎＧ
ａＡｓからなるキャップ層１２との２層構造になってい
る。第２キャップ層１２には、ＩｎＧａＡｓに代えて、
バンドギャップ波長λg がλg ＞１．４０μｍのＧａＩ
ｎＡｓＰを使用することもできる。第２キャップ層１２
の不純物濃度は、オーミック接触抵抗を大幅に下げるた
めに、１×１０19ｃｍ-3程度まで高めている。一方、第
１キャップ層１１では、光吸収損失を減らすために、不
純物濃度は１×１０18ｃｍ-3程度である。第２キャップ
層１２上には、オーミック接触抵抗の低い金属、例えば
Ａｕ／ＺｎやＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ等の積層金属電極１３が
形成されている。
ップ波長λg がλg ＜１．２μｍのＧａＩｎＡｓＰから
なる第１キャップ層１１と、バンドギャップ波長が第１
キャップ層１１のバンドギャップ波長より小さいＩｎＧ
ａＡｓからなるキャップ層１２との２層構造になってい
る。第２キャップ層１２には、ＩｎＧａＡｓに代えて、
バンドギャップ波長λg がλg ＞１．４０μｍのＧａＩ
ｎＡｓＰを使用することもできる。第２キャップ層１２
の不純物濃度は、オーミック接触抵抗を大幅に下げるた
めに、１×１０19ｃｍ-3程度まで高めている。一方、第
１キャップ層１１では、光吸収損失を減らすために、不
純物濃度は１×１０18ｃｍ-3程度である。第２キャップ
層１２上には、オーミック接触抵抗の低い金属、例えば
Ａｕ／ＺｎやＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ等の積層金属電極１３が
形成されている。
【００１６】共振器領域では、キャップ層は、電極領域
に形成された第１キャップ層１１と同じ層の第１キャッ
プ層１１のみで構成されている。更に、第１キャップ層
１１上には、光吸収損失が非常に小さい透明な電極１４
が金属電極１３に一部重なって電気的に接続するように
形成されている。透明電極１４は、透明で光吸収損失が
非常に小さい金属、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）
や、ＺｎＯにＡｌ、Ｉｎ及びＳｉの少なくともいずれか
を添加してなる金属を厚さλ／４またはその奇数倍光学
長厚で形成された電極である。透明電極１４上には、厚
さλ／４光学長の異なる誘電体高反射率膜の対、例えば
Ｓｉ膜とＳｉＯ2 膜、又はＳｉ膜とＡｌ2 Ｏ3 膜等の対
を積み重ねた反射鏡１５が形成されている。
に形成された第１キャップ層１１と同じ層の第１キャッ
プ層１１のみで構成されている。更に、第１キャップ層
１１上には、光吸収損失が非常に小さい透明な電極１４
が金属電極１３に一部重なって電気的に接続するように
形成されている。透明電極１４は、透明で光吸収損失が
非常に小さい金属、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）
や、ＺｎＯにＡｌ、Ｉｎ及びＳｉの少なくともいずれか
を添加してなる金属を厚さλ／４またはその奇数倍光学
長厚で形成された電極である。透明電極１４上には、厚
さλ／４光学長の異なる誘電体高反射率膜の対、例えば
Ｓｉ膜とＳｉＯ2 膜、又はＳｉ膜とＡｌ2 Ｏ3 膜等の対
を積み重ねた反射鏡１５が形成されている。
【００１７】本実施例では、発振波長λが１．２５μｍ
以上であるため、発振波長よりバンドギャップ波長が小
さい第１キャップ層１１での光吸収損失は殆ど生じな
い。また、電極１４は、透明電極で形成されているの
で、光吸収損は殆どなく、また、ミラーの一部として動
作する。本実施例の半導体レーザ１０では、電流は、金
属電極１３、第２キャップ層１２及び第１キャップ層１
１を通して活性領域に注入されるのに加えて、透明電極
１４及び第１キャップ層１１を通して活性領域に注入さ
れるので、注入電流の密度が活性領域の面内で一様にな
る。以上の効果により、本実施例では、しきい値電流が
１ｍＡに低減し、また横モードの単一化も達成できた。
以上であるため、発振波長よりバンドギャップ波長が小
さい第１キャップ層１１での光吸収損失は殆ど生じな
い。また、電極１４は、透明電極で形成されているの
で、光吸収損は殆どなく、また、ミラーの一部として動
作する。本実施例の半導体レーザ１０では、電流は、金
属電極１３、第２キャップ層１２及び第１キャップ層１
１を通して活性領域に注入されるのに加えて、透明電極
１４及び第１キャップ層１１を通して活性領域に注入さ
れるので、注入電流の密度が活性領域の面内で一様にな
る。以上の効果により、本実施例では、しきい値電流が
１ｍＡに低減し、また横モードの単一化も達成できた。
【００１８】以下に、本実施例の半導体レーザ１０のｐ
側電極部の製作方法を説明する。先ず、従来と同様にし
て、ｎ−ＩｎＰ基板２１上に、ｎ−ＩｎＰからなる第１
クラッド層２３、ＧａＩｎＡｓＰからなる活性層２４、
及び、ｐ−ＩｎＰからなる第２クラッド層２７を備えた
二重ヘテロ接合埋込み構造を形成する。次に、液相エピ
タキシャル成長法、有機金属気相成長法、分子線エピタ
キシャル成長法等のエピタキシャル結晶成長法により、
第２クラッド層２７上に第１キャップ層１１及び第２キ
ャップ層１２を形成する。続いて、第２キャップ層１２
上に反射鏡領域を区画するレジスト・マスクパターンを
フォトリソグラフィー技術により形成し、マスクパター
ンを保持しつつ第２キャップ層１２上に金属電極膜を蒸
着する。次いで、リフトオフ技術により反射鏡領域上の
金属電極膜を除去し、電極領域に金属電極１４を形成す
る。
側電極部の製作方法を説明する。先ず、従来と同様にし
て、ｎ−ＩｎＰ基板２１上に、ｎ−ＩｎＰからなる第１
クラッド層２３、ＧａＩｎＡｓＰからなる活性層２４、
及び、ｐ−ＩｎＰからなる第２クラッド層２７を備えた
二重ヘテロ接合埋込み構造を形成する。次に、液相エピ
タキシャル成長法、有機金属気相成長法、分子線エピタ
キシャル成長法等のエピタキシャル結晶成長法により、
第２クラッド層２７上に第１キャップ層１１及び第２キ
ャップ層１２を形成する。続いて、第２キャップ層１２
上に反射鏡領域を区画するレジスト・マスクパターンを
フォトリソグラフィー技術により形成し、マスクパター
ンを保持しつつ第２キャップ層１２上に金属電極膜を蒸
着する。次いで、リフトオフ技術により反射鏡領域上の
金属電極膜を除去し、電極領域に金属電極１４を形成す
る。
【００１９】次に、酒石酸：過酸化水素水混合液等の選
択エッチング液を用いて、反射鏡領域の第１キャップ層
１１を残留させつつその領域の第２キャップ層１２をエ
ッチングして除去する。次いで、λ／４又はその奇数倍
光学厚さの透明電極層１４及び誘電体多層膜ミラー１５
を順次形成し、更に、透明電極層１４が金属電極１３上
に一部重なって電気的に接続するように、透明電極層１
４及び誘電体多層膜ミラー１５をパターニングして、図
１に示す構造を得る。
択エッチング液を用いて、反射鏡領域の第１キャップ層
１１を残留させつつその領域の第２キャップ層１２をエ
ッチングして除去する。次いで、λ／４又はその奇数倍
光学厚さの透明電極層１４及び誘電体多層膜ミラー１５
を順次形成し、更に、透明電極層１４が金属電極１３上
に一部重なって電気的に接続するように、透明電極層１
４及び誘電体多層膜ミラー１５をパターニングして、図
１に示す構造を得る。
【００２０】
【発明の効果】本発明の構成によれば、面発光型半導体
レーザ装置の電極領域のキャップ層を比較的バンドギャ
ップが大きく、不純物濃度の低い第１キャップ層と、第
１キャップ層よりバンドギャップが狭く、不純物濃度が
高く、かつ同じ導電型の第２キャップ層との２層構造と
し、反射鏡領域のキャップ層を第１キャップ層のみとし
ている。これにより、電極領域では、不純物濃度の高く
移動度の大きい第２キャップ層と熱伝導性の良い金属電
極との積層構造により、オーミック接触抵抗を減少させ
ることができる。一方、反射鏡領域では、金属電極と電
気的に接続し、かつ光吸収損失の殆どない透明電極と光
吸収損失の小さい第１キャップ層との積層構造により、
光吸収損失を抑制しつつ金属電極に印加された電圧の下
で金属電極から透明電極を介して電流を注入させること
ができる。よって、本発明に係る面発光型半導体レーザ
装置では、電極領域の金属電極からの電流の直接的注入
に加えて、反射鏡領域の透明電極を介しても電流が注入
されるので、一様な密度で電流を活性領域に注入するこ
とができる。その結果、横モードが単一化し、熱伝導が
良好で、オーミック接触抵抗も低く、従って従来に比べ
て、しきい値電流が低下する。本発明は、特に、発振波
長が１．２〜１．６μｍの面発光型半導体レーザ装置の
構成として最適である。
レーザ装置の電極領域のキャップ層を比較的バンドギャ
ップが大きく、不純物濃度の低い第１キャップ層と、第
１キャップ層よりバンドギャップが狭く、不純物濃度が
高く、かつ同じ導電型の第２キャップ層との２層構造と
し、反射鏡領域のキャップ層を第１キャップ層のみとし
ている。これにより、電極領域では、不純物濃度の高く
移動度の大きい第２キャップ層と熱伝導性の良い金属電
極との積層構造により、オーミック接触抵抗を減少させ
ることができる。一方、反射鏡領域では、金属電極と電
気的に接続し、かつ光吸収損失の殆どない透明電極と光
吸収損失の小さい第１キャップ層との積層構造により、
光吸収損失を抑制しつつ金属電極に印加された電圧の下
で金属電極から透明電極を介して電流を注入させること
ができる。よって、本発明に係る面発光型半導体レーザ
装置では、電極領域の金属電極からの電流の直接的注入
に加えて、反射鏡領域の透明電極を介しても電流が注入
されるので、一様な密度で電流を活性領域に注入するこ
とができる。その結果、横モードが単一化し、熱伝導が
良好で、オーミック接触抵抗も低く、従って従来に比べ
て、しきい値電流が低下する。本発明は、特に、発振波
長が１．２〜１．６μｍの面発光型半導体レーザ装置の
構成として最適である。
【図１】本発明による面発光レーザの構成。
【図２】従来の面発光レーザの構成。
１０ 本発明に係る面発光型半導体レーザ装置の実施例 １１ ｐ−Ｇa ＩｎＡｓＰからなる第１キャップ層 １２ ｐ−ＩｎＧa Ａｓからなる第２キャップ層 １３ ｐ側金属電極 １４ ｐ側透明電極 １５ ミラー ２０ 従来の面発光型半導体レーザ装置 ２１ ｎ−ＩｎＰからなる基板 ２２ ｎ−ＩｎＧａＡｓからなるエッチング停止層 ２３ ｎ−ＩｎＰからなる第１クラッド層 ２４ ｉ−ＧａＩｎＡｓＰからなる活性層 ２５ ｐ−ＩｎＰからなる第１電流狭窄層 ２６ ｎ−ＩｎＰからなる第２電流狭窄層 ２７ ｐ−ＩｎＰからなる第２クラッド層 ２８ ｐ−ＩｎＧａＡｓからなるキャップ層 ２９ ｎ側電極 ３０ ｐ側金属電極 ３１、３２ ミラー
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に形成されたレーザ光発振構造上
に、反射鏡領域と、反射鏡領域に隣接して電極領域とを
備えた面発光型半導体レーザ装置であって、 電極領域には、基板の導電型と異なる導電型の化合物半
導体層からなる第１キャップ層と、第１キャップ層上に
設けられ、第１キャップ層よりバンドギャップが小さ
く、不純物濃度が高く、かつ同じ導電型の化合物半導体
層からなる第２キャップ層との２層構造で構成されたキ
ャップ層及び金属電極が、順次、積層して形成されてお
り、 反射鏡領域には、第１キャップ層、透明電極及び誘電体
多層膜反射鏡が、順次、積層して形成され、透明電極
は、電極領域の金属電極に一部重なって電気的に接続し
ていることを特徴とする面発光型半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 面発光型半導体レーザ装置が、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板上に形成されたｎ−ＩｎＰからなる第１クラッド
層、ＧａＩｎＡｓＰからなる活性層及びｐ−ＩｎＰから
なる第２クラッド層を有し、第２クラッド層上に形成さ
れた第１キャップ層はバンドギャップ波長λg がλg ＜
１．２μm で不純物濃度がほぼ１×１０18cm-3のｐ−Ｇ
ａＩｎＡｓＰからなり、第２キャップ層は不純物濃度が
ほぼ１×１０19cm-3のｐ−ＩｎＧａＡｓ又はバンドギャ
ップ波長λg がλg ＞１．４μm で不純物濃度がほぼ１
×１０19cm-3のｐ−ＧａＩｎＡｓＰからなり、透明電極
層がＩＴＯ（Indium Tin Oxide）又はＺｎＯにＡｌ、Ｉ
ｎ及びＳｉの少なくともいずれかを添加した金属からな
ることを特徴とする請求項１に記載の面発光型半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項３】 請求項２に記載の面発光型半導体レーザ
装置の製作方法であって、 ｎ−ＩｎＰ基板上に、ｎ−ＩｎＰからなる第１クラッド
層、ＧａＩｎＡｓＰからなる活性層、及び、ｐ−ＩｎＰ
からなる第２クラッド層を備えた二重ヘテロ接合埋込み
構造を形成した後、第２クラッド層上に第１キャップ層
及び第２キャップ層を、順次、形成する工程と、 反射鏡領域の第２キャップ層上に反射鏡領域を区画する
マスクパターンをフォトリソグラフィー技術により形成
し、マスクパターンを維持しつつ第２キャップ層上全面
に金属電極膜を蒸着し、次いでリフトオフ技術により反
射鏡領域上の金属電極膜を除去して、金属電極を電極領
域に形成する工程と、 選択エッチング液を用いて、反射鏡領域の第１キャップ
層を残留させつつその領域の第２キャップ層をエッチン
グして除去する工程と、 透明電極層及び誘電体多層膜反射鏡を順次形成し、更
に、透明電極が金属電極上に一部重なって電気的に接続
するように透明電極層及び誘電体多層膜反射鏡をパター
ニングする工程とを備えることを特徴とする面発光型半
導体レーザ装置の製作方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19985996A JPH1027941A (ja) | 1996-07-10 | 1996-07-10 | 面発光型半導体レーザ装置及びその製作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19985996A JPH1027941A (ja) | 1996-07-10 | 1996-07-10 | 面発光型半導体レーザ装置及びその製作方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1027941A true JPH1027941A (ja) | 1998-01-27 |
Family
ID=16414844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19985996A Pending JPH1027941A (ja) | 1996-07-10 | 1996-07-10 | 面発光型半導体レーザ装置及びその製作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1027941A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001223384A (ja) * | 2000-02-08 | 2001-08-17 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
| JP2006295040A (ja) * | 2005-04-14 | 2006-10-26 | Nec Electronics Corp | 光半導体装置、その製造方法、及び光通信装置 |
| JP2006324582A (ja) * | 2005-05-20 | 2006-11-30 | Seiko Epson Corp | 面発光型半導体レーザおよびその製造方法 |
| CN100373283C (zh) * | 2006-01-16 | 2008-03-05 | 电子科技大学 | 负温度补偿电流产生电路及温度补偿电流基准源 |
| JP2011029607A (ja) * | 2009-06-30 | 2011-02-10 | Nichia Corp | 垂直共振器型面発光レーザ |
| WO2023248654A1 (ja) * | 2022-06-20 | 2023-12-28 | ソニーグループ株式会社 | 面発光レーザ及び測距装置 |
-
1996
- 1996-07-10 JP JP19985996A patent/JPH1027941A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001223384A (ja) * | 2000-02-08 | 2001-08-17 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
| JP2006295040A (ja) * | 2005-04-14 | 2006-10-26 | Nec Electronics Corp | 光半導体装置、その製造方法、及び光通信装置 |
| JP2006324582A (ja) * | 2005-05-20 | 2006-11-30 | Seiko Epson Corp | 面発光型半導体レーザおよびその製造方法 |
| CN100373283C (zh) * | 2006-01-16 | 2008-03-05 | 电子科技大学 | 负温度补偿电流产生电路及温度补偿电流基准源 |
| JP2011029607A (ja) * | 2009-06-30 | 2011-02-10 | Nichia Corp | 垂直共振器型面発光レーザ |
| WO2023248654A1 (ja) * | 2022-06-20 | 2023-12-28 | ソニーグループ株式会社 | 面発光レーザ及び測距装置 |
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