JPH0328077B2 - - Google Patents
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- JPH0328077B2 JPH0328077B2 JP5327585A JP5327585A JPH0328077B2 JP H0328077 B2 JPH0328077 B2 JP H0328077B2 JP 5327585 A JP5327585 A JP 5327585A JP 5327585 A JP5327585 A JP 5327585A JP H0328077 B2 JPH0328077 B2 JP H0328077B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
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-
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- H01S2301/00—Functional characteristics
- H01S2301/16—Semiconductor lasers with special structural design to influence the modes, e.g. specific multimode
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- H01S2301/16—Semiconductor lasers with special structural design to influence the modes, e.g. specific multimode
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- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
- H01S5/2214—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on oxides or nitrides
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- H01S5/2222—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special electric properties
- H01S5/2224—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special electric properties semi-insulating semiconductors
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Description
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
本発明は、半導体基板上に形成したpnストラ
イプ構造による発振出力光を半導体基板に直角に
放射する面発光型レーザ素子およびその製造方法
に関し、特に、電流狭窄による発振電流閾値の低
減、横モード制御および縦単一モード化が可能な
高効率の面発光型レーザ素子を製造容易に構成し
たものである。
イプ構造による発振出力光を半導体基板に直角に
放射する面発光型レーザ素子およびその製造方法
に関し、特に、電流狭窄による発振電流閾値の低
減、横モード制御および縦単一モード化が可能な
高効率の面発光型レーザ素子を製造容易に構成し
たものである。
（従来技術）
従来のこの種面発光型レージ素子は、例えば、
第３図ａ〜ｄにそれぞれ示すように構成されてお
り、いずれも、その駆動電流乃至出力光のウエハ
面に対する横方向および縦方向の拡がりの姿勢、
すなわち、横モードおよび縦モードを制御してそ
れぞれ単一化するうえで難点があり、十分な性能
が得られない、という欠点があつた。
第３図ａ〜ｄにそれぞれ示すように構成されてお
り、いずれも、その駆動電流乃至出力光のウエハ
面に対する横方向および縦方向の拡がりの姿勢、
すなわち、横モードおよび縦モードを制御してそ
れぞれ単一化するうえで難点があり、十分な性能
が得られない、という欠点があつた。
例えば、第３ａ図に示す構成の従来素子におい
ては、Ｐ側ミラー層１１０を兼ねるドツト状の金
属電流１２０を用いることのみによつて電流１９
０の横方向の拡がりを制限しているので、活性領
域１８０において電流の著しい拡がりが生じ、電
流閾値の低減によるレーザに光の高効率化に限度
があり、また、Ｐ側ミラー層１１０の大きさを抑
えることのみによつては、出力光の横モード制御
も十分には行なえず、したがつて、電流狭窄構造
および光導波構造を別途設ける必要があつた。
ては、Ｐ側ミラー層１１０を兼ねるドツト状の金
属電流１２０を用いることのみによつて電流１９
０の横方向の拡がりを制限しているので、活性領
域１８０において電流の著しい拡がりが生じ、電
流閾値の低減によるレーザに光の高効率化に限度
があり、また、Ｐ側ミラー層１１０の大きさを抑
えることのみによつては、出力光の横モード制御
も十分には行なえず、したがつて、電流狭窄構造
および光導波構造を別途設ける必要があつた。
その一例として、第３ｂ図に示すような横接合
構造を有する従来素子が考えられた。すなわち、
例えば、同じｎ型のInPクラツド層３０、
GaInAsP活性層４０およびInP層５０を積層して
かかる積層構造体の横方向の半分にZn拡散領域
２００を設けてＰ形とし、同じ上面にミラー層１
１０を挾んでＰ側電極層１２０とｎ側電極層１４
０とを設けることにより、横方向の電流１９０を
制御し得るようにした面発光型レーザ素子が考え
られたが、かかる横接合構造では、上述したドツ
ト状ミラー構造におけると同様に、出力光の横モ
ードの制御性が不十分であつた。また、第３ｃ図
に示すように、活性層４０を中心にしたPn接合
積層構造体をクラツド層３０の半ばまで蝕刻して
円形もしくは方形のメサ状にしたのち、その周囲
をpnpn多層InPストライプ埋込み層によつて囲ん
だ構成の従来素子においては、活性領域には電流
狭窄構造および出力光導波構造が存在在するが、
クラツド領域にはかかる狭窄構造および導波構造
が作用しないので、かかる多層埋込みによつて
も、矢張り、横モード制御性が不十分であつた。
さに、第３ｄ図に示すように、上述したと同様の
円形もしくは方形のメサ構造の活性領域を囲む凹
欠部の内壁面に絶縁材被膜１００を設けてメサ状
活性領域を絶縁膜１００によつて囲んだ構成の従
来素子においては、電流狭窄および出力光導波の
構造は達成されるが、電流閾値を下げて高効率化
するためにメサの横断面積を小さくする必要があ
り、したがつて、小面積の金属材層をＰ側のミラ
ー１１０と電極１２０とに兼用せざるを得ず、Ｐ
側ミラー１１０を高反射率化することが困難とな
り、メサ構造の機械的強度が低下し、熱放散性が
劣化するなど、種々の問題が生じて、十分な性能
が得られなかつた。
構造を有する従来素子が考えられた。すなわち、
例えば、同じｎ型のInPクラツド層３０、
GaInAsP活性層４０およびInP層５０を積層して
かかる積層構造体の横方向の半分にZn拡散領域
２００を設けてＰ形とし、同じ上面にミラー層１
１０を挾んでＰ側電極層１２０とｎ側電極層１４
０とを設けることにより、横方向の電流１９０を
制御し得るようにした面発光型レーザ素子が考え
られたが、かかる横接合構造では、上述したドツ
ト状ミラー構造におけると同様に、出力光の横モ
ードの制御性が不十分であつた。また、第３ｃ図
に示すように、活性層４０を中心にしたPn接合
積層構造体をクラツド層３０の半ばまで蝕刻して
円形もしくは方形のメサ状にしたのち、その周囲
をpnpn多層InPストライプ埋込み層によつて囲ん
だ構成の従来素子においては、活性領域には電流
狭窄構造および出力光導波構造が存在在するが、
クラツド領域にはかかる狭窄構造および導波構造
が作用しないので、かかる多層埋込みによつて
も、矢張り、横モード制御性が不十分であつた。
さに、第３ｄ図に示すように、上述したと同様の
円形もしくは方形のメサ構造の活性領域を囲む凹
欠部の内壁面に絶縁材被膜１００を設けてメサ状
活性領域を絶縁膜１００によつて囲んだ構成の従
来素子においては、電流狭窄および出力光導波の
構造は達成されるが、電流閾値を下げて高効率化
するためにメサの横断面積を小さくする必要があ
り、したがつて、小面積の金属材層をＰ側のミラ
ー１１０と電極１２０とに兼用せざるを得ず、Ｐ
側ミラー１１０を高反射率化することが困難とな
り、メサ構造の機械的強度が低下し、熱放散性が
劣化するなど、種々の問題が生じて、十分な性能
が得られなかつた。
（発明の目的）
本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去す
るとともに従来の各種の電流狭窄構造の長所を巧
みに組合わせて、電流閾値の低減、横モード制御
および横モード単一化を併わせて可能にするとと
もに、良好な熱放散性および高い反射率をもつて
製造容易に構成した面発光型レーザ素子およびそ
の製造方法を提供することにある。
るとともに従来の各種の電流狭窄構造の長所を巧
みに組合わせて、電流閾値の低減、横モード制御
および横モード単一化を併わせて可能にするとと
もに、良好な熱放散性および高い反射率をもつて
製造容易に構成した面発光型レーザ素子およびそ
の製造方法を提供することにある。
（発明の構成）
すなわち、本発明面発光型レーザ素子は、いわ
ば、従来のストライプ構造による電流狭窄とメサ
構造による電流狭窄とを巧みに組合わせて電流お
よび光の双方を閉じ込め、電流閾値の低減のみな
らず、横モード制御および縦モード単一化を併わ
せて可能にしたものであり、円形もしくは方形の
開孔を有する半導体基板と、その半導体基板の前
記開孔を除く下面に被着した下側電極層と、前記
開孔に一致した同一形状の開口を設けて前記半導
体基板上に被着した当該半導体基板と同一導電型
の半導体材料よりなるエツチング停止層と、その
エツチング停止層上に前記開口を覆つて被着した
前記半導体基板と同一導電型の半導体材料よりな
るクラツド層と、そのクラツド層の下面に前記開
口を埋めて被着した下側ミラー層と、前記クラツ
ド層の一部を含むとともに前記半導体基板とは逆
導電型の半導体材料を備えた活性層を中心層とし
て前記開孔および前記開口に対向して位置する
pnストライプよりなる方形メサ構造と、そのメ
サ構造がなす方形の一方向に沿つた凹欠部を当該
方形メサ構造を挟んで設けるとともに少なくとも
当該方形メサ構造を覆う前記半導体基板とは逆導
電型の半導体材料層を最上層として前記クラツド
層上に被着したpn平面埋込み電流狭窄構造と、
そのpn平面埋込み電流狭窄構造上に被着した前
記半導体基板とは逆導電型の高濃度半導体材料よ
りなるキヤツプ層と、そのキヤツプ層上に前記方
形メサ構造に対向して被着した上側ミラー層と、
その上側ミラー層を囲んで前記キヤツプ層上に被
着した上側電極層とを備えたことを特徴とするも
のである。
ば、従来のストライプ構造による電流狭窄とメサ
構造による電流狭窄とを巧みに組合わせて電流お
よび光の双方を閉じ込め、電流閾値の低減のみな
らず、横モード制御および縦モード単一化を併わ
せて可能にしたものであり、円形もしくは方形の
開孔を有する半導体基板と、その半導体基板の前
記開孔を除く下面に被着した下側電極層と、前記
開孔に一致した同一形状の開口を設けて前記半導
体基板上に被着した当該半導体基板と同一導電型
の半導体材料よりなるエツチング停止層と、その
エツチング停止層上に前記開口を覆つて被着した
前記半導体基板と同一導電型の半導体材料よりな
るクラツド層と、そのクラツド層の下面に前記開
口を埋めて被着した下側ミラー層と、前記クラツ
ド層の一部を含むとともに前記半導体基板とは逆
導電型の半導体材料を備えた活性層を中心層とし
て前記開孔および前記開口に対向して位置する
pnストライプよりなる方形メサ構造と、そのメ
サ構造がなす方形の一方向に沿つた凹欠部を当該
方形メサ構造を挟んで設けるとともに少なくとも
当該方形メサ構造を覆う前記半導体基板とは逆導
電型の半導体材料層を最上層として前記クラツド
層上に被着したpn平面埋込み電流狭窄構造と、
そのpn平面埋込み電流狭窄構造上に被着した前
記半導体基板とは逆導電型の高濃度半導体材料よ
りなるキヤツプ層と、そのキヤツプ層上に前記方
形メサ構造に対向して被着した上側ミラー層と、
その上側ミラー層を囲んで前記キヤツプ層上に被
着した上側電極層とを備えたことを特徴とするも
のである。
（実施例）
以下に図面を参照して実施例につき本発明を詳
細に説明する。
細に説明する。
しかして、本発明の特徴とするところの理解を
容易にするための説明の便宜上、最初に本発明面
発光型レーザ素子の製造過程の例を第１ａ図〜第
１ｈ図に順次に示して詳述する。
容易にするための説明の便宜上、最初に本発明面
発光型レーザ素子の製造過程の例を第１ａ図〜第
１ｈ図に順次に示して詳述する。
すなわち、本発明レーザ素子の製造に当つて
は、まず、第１ａ図に示すように、例えば、ｎ型
InP基板１０上に、液相エピタキシヤル（LPE）
成長法、有機金属化学堆積（MOCVD）成長法、
分子線エピタキシヤル（MBE）成長法などの結
晶成長法により、後述の製造過程に必要なｎ型
GaInAsP材料よりなるエツチング停止層２０に
引続いて、ｎ型InP材料よりなるクラツド層３
０、ｐ型GaInAsP材料よりなる活性層４０およ
びＰ型InP層５０を順次に成長させ、短共振器化
したpn接合層を積層堆積させる。ついで、かか
る堆積層を化学エツチンング法により、第１ｂ図
に示すように、ｎ型InPクラツド層３０の半ばま
で蝕刻し、基板１０上に適切なマトリツクス状に
点在した複数個の方形メサを形成する。ついで、
マトリツクス状に点在したそれら複数個の方形メ
サ群の相互間に、第１ｃ図〜〜に示すよう
に、ｐ型InP層６０およびｎ型InP層７０を交互
に積層して平面埋込みを施す。なお、第１ｃ図
はpnp埋込み、珍図はpnpn多層埋込み、同図
はｐ埋込みの状態をそれぞれ示したものであり、
積層構造が複雑になるほどかかる埋込によるメサ
内電流狭窄作用の制御が容易となる。ついで、方
形メサ群に施したかかる平面埋込みにおける最上
層のｐ型InP層６０上に、電極層との接触による
オーミツク抵抗を低減させるためのｐ型
GaInAsP材料よりなるキヤツプ層８０を成長さ
せる。ついで、第１ｄ図，に示すように、マ
トリツクス状に配列したメサ群間にマトリツクス
の一方向に沿つて化学エツチングを施し、各方形
メサの前後に埋込みストライプの部分を数μｍず
つ残して凹欠部９０を形成する。かかる凹欠部９
０の深さは、第１ｄ図の線Ａ−A′に沿つた同
図の断面図に示すようにｎ型InPクラツド層３
０の半ばまでとし、ｎ型GaInAsPエツチング停
止層２０には達しないようにする。第１ｄ図に
示した凹欠部９０の一部Ｂを拡大して同図に示
す。なお、図示の構造は、pnp埋込みを施した場
合の例を示したものである。ついで、第１ｅ図に
示すように、各凹欠部９０の内壁面に、例えば
SiO2やSi3N4などの材料からなる絶縁膜１００を
被着して、凹欠部の蝕刻面に現われた半導体材
料、特にメサ内の半導体材料の露出面に化学的反
応が生じないようにするパツシベイシヨンを施
し、あるいは、ポリイミドなどの合成樹脂材料に
よつて各凹欠部９０を平坦に埋込んでしまうよう
にする。
は、まず、第１ａ図に示すように、例えば、ｎ型
InP基板１０上に、液相エピタキシヤル（LPE）
成長法、有機金属化学堆積（MOCVD）成長法、
分子線エピタキシヤル（MBE）成長法などの結
晶成長法により、後述の製造過程に必要なｎ型
GaInAsP材料よりなるエツチング停止層２０に
引続いて、ｎ型InP材料よりなるクラツド層３
０、ｐ型GaInAsP材料よりなる活性層４０およ
びＰ型InP層５０を順次に成長させ、短共振器化
したpn接合層を積層堆積させる。ついで、かか
る堆積層を化学エツチンング法により、第１ｂ図
に示すように、ｎ型InPクラツド層３０の半ばま
で蝕刻し、基板１０上に適切なマトリツクス状に
点在した複数個の方形メサを形成する。ついで、
マトリツクス状に点在したそれら複数個の方形メ
サ群の相互間に、第１ｃ図〜〜に示すよう
に、ｐ型InP層６０およびｎ型InP層７０を交互
に積層して平面埋込みを施す。なお、第１ｃ図
はpnp埋込み、珍図はpnpn多層埋込み、同図
はｐ埋込みの状態をそれぞれ示したものであり、
積層構造が複雑になるほどかかる埋込によるメサ
内電流狭窄作用の制御が容易となる。ついで、方
形メサ群に施したかかる平面埋込みにおける最上
層のｐ型InP層６０上に、電極層との接触による
オーミツク抵抗を低減させるためのｐ型
GaInAsP材料よりなるキヤツプ層８０を成長さ
せる。ついで、第１ｄ図，に示すように、マ
トリツクス状に配列したメサ群間にマトリツクス
の一方向に沿つて化学エツチングを施し、各方形
メサの前後に埋込みストライプの部分を数μｍず
つ残して凹欠部９０を形成する。かかる凹欠部９
０の深さは、第１ｄ図の線Ａ−A′に沿つた同
図の断面図に示すようにｎ型InPクラツド層３
０の半ばまでとし、ｎ型GaInAsPエツチング停
止層２０には達しないようにする。第１ｄ図に
示した凹欠部９０の一部Ｂを拡大して同図に示
す。なお、図示の構造は、pnp埋込みを施した場
合の例を示したものである。ついで、第１ｅ図に
示すように、各凹欠部９０の内壁面に、例えば
SiO2やSi3N4などの材料からなる絶縁膜１００を
被着して、凹欠部の蝕刻面に現われた半導体材
料、特にメサ内の半導体材料の露出面に化学的反
応が生じないようにするパツシベイシヨンを施
し、あるいは、ポリイミドなどの合成樹脂材料に
よつて各凹欠部９０を平坦に埋込んでしまうよう
にする。
以上のようにして形成した積層構造体において
個々にレーザ素子として作用すべき活性領域が存
在する方形メサの部分に対し、つぎのようにし
て、面発光型レーザ素子として作用するに必要な
構成要素を被着形成する。
個々にレーザ素子として作用すべき活性領域が存
在する方形メサの部分に対し、つぎのようにし
て、面発光型レーザ素子として作用するに必要な
構成要素を被着形成する。
すなわち、第１ｆ図に示すように、埋込みpn
ストライプと凹欠部とにより周囲を囲まれた方形
メサの部分におけるキヤツプ層８０上に、誘電体
多層膜やAu薄膜などからなる高反射率のミラー
１１０を被着するとともに、埋込みpnストライ
プの部分におけるキヤツプ層８０上には、AU／
Zn、Au／Cr、Ti／Pt／AUなどからなるｐ側電
極層１２０を被着する。一方、上述の積層構造体
の基板側背面には、第１ｇ図に示すように、活性
領域が存在する方形メサの部分に対応して円形も
しくは方形の穴１３０を形成する。すなわち、該
当部分に選択エツチング法を適用して、まず、基
板１０を構成するｎ型InP材料のみを腐蝕してエ
ツチング停止層２０を構成するｎ型GaInAsP材
料は腐蝕しないエツチング液によつて基板１０に
所要形状寸法の穴１３０を穿つた後に、エツチン
グ液を変えて穴底のエツチング停止層２０を蝕刻
除去し、クラツド層３０を露出させる。ついで、
基板１０における穴１３０以外の部分の背面上に
AU／Sn、AU／Geなどからなるｎ側電型層１４
０を被着するとともに、穴１３０の底面に露出し
たｎ型InPクラツド層３０上には、積層構造体の
表面側に設けたミラー１１０と同様に誘電体多層
膜やAu薄膜などからなる高反射率のミラー１５
０を被着する。
ストライプと凹欠部とにより周囲を囲まれた方形
メサの部分におけるキヤツプ層８０上に、誘電体
多層膜やAu薄膜などからなる高反射率のミラー
１１０を被着するとともに、埋込みpnストライ
プの部分におけるキヤツプ層８０上には、AU／
Zn、Au／Cr、Ti／Pt／AUなどからなるｐ側電
極層１２０を被着する。一方、上述の積層構造体
の基板側背面には、第１ｇ図に示すように、活性
領域が存在する方形メサの部分に対応して円形も
しくは方形の穴１３０を形成する。すなわち、該
当部分に選択エツチング法を適用して、まず、基
板１０を構成するｎ型InP材料のみを腐蝕してエ
ツチング停止層２０を構成するｎ型GaInAsP材
料は腐蝕しないエツチング液によつて基板１０に
所要形状寸法の穴１３０を穿つた後に、エツチン
グ液を変えて穴底のエツチング停止層２０を蝕刻
除去し、クラツド層３０を露出させる。ついで、
基板１０における穴１３０以外の部分の背面上に
AU／Sn、AU／Geなどからなるｎ側電型層１４
０を被着するとともに、穴１３０の底面に露出し
たｎ型InPクラツド層３０上には、積層構造体の
表面側に設けたミラー１１０と同様に誘電体多層
膜やAu薄膜などからなる高反射率のミラー１５
０を被着する。
以上のようにして多数のレーザ素子とマトリツ
クス配置した状態の積層構造体を第１ｈ図，
に示すように、方形メサの部分を中心にした個々
のチツプに切り分けて、複数個の本発明面発光型
レーザ素子を一時に完成する。なお、第１ｈ図
はレーザ素子チツプのＰ側を、同図はｎ側を、
いずれも上側にして示した概略斜視図であり、か
る製造過程により形成して横モード制御・電流狭
窄構造を有する本発明面発光型レーザ素子が得ら
れる。
クス配置した状態の積層構造体を第１ｈ図，
に示すように、方形メサの部分を中心にした個々
のチツプに切り分けて、複数個の本発明面発光型
レーザ素子を一時に完成する。なお、第１ｈ図
はレーザ素子チツプのＰ側を、同図はｎ側を、
いずれも上側にして示した概略斜視図であり、か
る製造過程により形成して横モード制御・電流狭
窄構造を有する本発明面発光型レーザ素子が得ら
れる。
上述のような製造過程により形成する本発明面
発光型レーザ素子の構成の例を改めて第２ａ図、
第２ｂ図に示す。なお、第２ａ図は第１ｈ図に
示したチツプの線Ａ−A′に沿つた断面図であり、
また、第２ｂ図は、同じチツプの線Ｂ−B′に沿
つた断面図である。図から明らかなように、本発
明面発光型レーザ素子において活性領域を擁する
方形メサの部分は、線Ａ−A′の方向においては
pnストライプ埋込み層ににより、また、線Ｂ−
B′の方向においては化学エツチングにより形成
した凹欠部にパツシベイシヨンを施した絶縁材に
より、いずれも、電流および光の双方を閉じ込め
ており、したがつて、発振電流および発振出力光
の基板面に沿つた横方向の拡がりの姿勢を制御す
る横モード制御、並びに、基板面に垂直の方向の
拡がりの姿勢を制御する縦モード制御および単一
化の双方を、従来のように電流閾値低減の限度や
ミラー層の高反射率化の困難性あるいは熱放散性
の劣化やメサ構造の強度低下などの問題の発生を
伴うことなく、併わせて十分に達成することがで
きる。
発光型レーザ素子の構成の例を改めて第２ａ図、
第２ｂ図に示す。なお、第２ａ図は第１ｈ図に
示したチツプの線Ａ−A′に沿つた断面図であり、
また、第２ｂ図は、同じチツプの線Ｂ−B′に沿
つた断面図である。図から明らかなように、本発
明面発光型レーザ素子において活性領域を擁する
方形メサの部分は、線Ａ−A′の方向においては
pnストライプ埋込み層ににより、また、線Ｂ−
B′の方向においては化学エツチングにより形成
した凹欠部にパツシベイシヨンを施した絶縁材に
より、いずれも、電流および光の双方を閉じ込め
ており、したがつて、発振電流および発振出力光
の基板面に沿つた横方向の拡がりの姿勢を制御す
る横モード制御、並びに、基板面に垂直の方向の
拡がりの姿勢を制御する縦モード制御および単一
化の双方を、従来のように電流閾値低減の限度や
ミラー層の高反射率化の困難性あるいは熱放散性
の劣化やメサ構造の強度低下などの問題の発生を
伴うことなく、併わせて十分に達成することがで
きる。
かかる本発明面発光型レーザ素子の動作を第２
ａ図、第２ｂ図に示した構成例について説明する
と、まず、ｐ側およびｎ側の電極層１２０および
１４０の間に所定の直流電圧を印加して電流を流
すと、活性領域を擁する方形メサに流れる電流
は、pnストライプ埋込み層と凹込部９０の内壁
面のパツシベイシヨン膜１００とによつて囲まれ
た方形メサ内の活性領域に閉じ込められるので、
活性層４０内にエネルギー準位に対する原子の分
布が反転したいわゆる反転分布が形成されて励起
されたレーザ光が発生する。その発生したレーザ
光も凹欠部９０に囲まれて構成される導波路内に
閉じ込められ、その導波路の上下両端にそれぞれ
位置する高反射率のミラー１１０および１５０か
らなるフアブリペロー共振器によつて共振１６０
を起こし、レーザ発振が生ずる。その際、方形メ
サ内を流れる電流の閾値は、pnストライプ埋込
層６０，７０と凹欠部９０のパツシベイシヨン膜
１００とによる電流閉じ込め作用に基づいて十分
に低減される。また、出力レーザ光１７０は、活
性層４０を中心として積層された短共振器により
縦単一モードを呈し、凹欠部９０のパツシベイシ
ヨン膜１００と方形メサがなす活性領域との材料
が呈する屈折率の差および活性領域の幅によつて
横単一モード化も可能となる。
ａ図、第２ｂ図に示した構成例について説明する
と、まず、ｐ側およびｎ側の電極層１２０および
１４０の間に所定の直流電圧を印加して電流を流
すと、活性領域を擁する方形メサに流れる電流
は、pnストライプ埋込み層と凹込部９０の内壁
面のパツシベイシヨン膜１００とによつて囲まれ
た方形メサ内の活性領域に閉じ込められるので、
活性層４０内にエネルギー準位に対する原子の分
布が反転したいわゆる反転分布が形成されて励起
されたレーザ光が発生する。その発生したレーザ
光も凹欠部９０に囲まれて構成される導波路内に
閉じ込められ、その導波路の上下両端にそれぞれ
位置する高反射率のミラー１１０および１５０か
らなるフアブリペロー共振器によつて共振１６０
を起こし、レーザ発振が生ずる。その際、方形メ
サ内を流れる電流の閾値は、pnストライプ埋込
層６０，７０と凹欠部９０のパツシベイシヨン膜
１００とによる電流閉じ込め作用に基づいて十分
に低減される。また、出力レーザ光１７０は、活
性層４０を中心として積層された短共振器により
縦単一モードを呈し、凹欠部９０のパツシベイシ
ヨン膜１００と方形メサがなす活性領域との材料
が呈する屈折率の差および活性領域の幅によつて
横単一モード化も可能となる。
また、第２図示の構成による本発明レーザ素子
は、凹欠部９０およびその内壁面のパツシベイシ
ヨン膜１００以外の部分を、第１図につき前述し
たように積層構造体にエツチングを施して方形メ
サを形成した後にpnストライプを埋込んで電流
狭窄構造を設ける製造過程の他、所要の堆積層を
適切に選択的に順次に被着することにより、積層
構造の半導体に作り付けの電流狭窄構造を設ける
ようにもなし得る構成上の利点を有している。
は、凹欠部９０およびその内壁面のパツシベイシ
ヨン膜１００以外の部分を、第１図につき前述し
たように積層構造体にエツチングを施して方形メ
サを形成した後にpnストライプを埋込んで電流
狭窄構造を設ける製造過程の他、所要の堆積層を
適切に選択的に順次に被着することにより、積層
構造の半導体に作り付けの電流狭窄構造を設ける
ようにもなし得る構成上の利点を有している。
なお、以上の説明においては、ｎ型InP基板か
ら出発した製造過程並びに素子構造の例について
述べたが、ｐ形InP基板から出発し、以上の説明
における各層のｐ型とｎ型との設定をそれぞれ逆
にすることによつても、全く同様の製造過程によ
り全く同様の素子構造を有する本発明レーザ素子
を形成し得ること勿論である。また、各層の材料
についても、前述の例に限ることなく、例えば、
InPに替えてGaAsを用いるなど、適切な他の材
料を用いても同様に本発明レーザ素子を形成する
ことができる。
ら出発した製造過程並びに素子構造の例について
述べたが、ｐ形InP基板から出発し、以上の説明
における各層のｐ型とｎ型との設定をそれぞれ逆
にすることによつても、全く同様の製造過程によ
り全く同様の素子構造を有する本発明レーザ素子
を形成し得ること勿論である。また、各層の材料
についても、前述の例に限ることなく、例えば、
InPに替えてGaAsを用いるなど、適切な他の材
料を用いても同様に本発明レーザ素子を形成する
ことができる。
（効果）
以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、面発光型半導体レーザ素子において短共振器
化した活性領域に流れる電流にpnストライプ埋
込み層とパツシベイシヨンを施したエツチング溝
とにより十分に狭窄を施してその電流閾値を容易
に低減させ得るとともに、十分な横モード制御を
可能にして縦モードとともに横モードも単一化す
ることができ、したがつて、従来に比し格段に優
れた性能の面発光型レーザ素子を製造容易に実現
することができる。したがつて、光出力をウエハ
に対し十分に狭い拡がり角をもつて垂直に取出し
得る本発明の面発光型半導体レーザ素子によれ
ば、その２次元レーザ化や他の半導体機能素子と
の集積化も容易に実現することが可能となる。
ば、面発光型半導体レーザ素子において短共振器
化した活性領域に流れる電流にpnストライプ埋
込み層とパツシベイシヨンを施したエツチング溝
とにより十分に狭窄を施してその電流閾値を容易
に低減させ得るとともに、十分な横モード制御を
可能にして縦モードとともに横モードも単一化す
ることができ、したがつて、従来に比し格段に優
れた性能の面発光型レーザ素子を製造容易に実現
することができる。したがつて、光出力をウエハ
に対し十分に狭い拡がり角をもつて垂直に取出し
得る本発明の面発光型半導体レーザ素子によれ
ば、その２次元レーザ化や他の半導体機能素子と
の集積化も容易に実現することが可能となる。
第１ａ図、第１ｂ図、第１ｃ図〜、第１ｄ
図〜、第１ｅ図〜第１ｇ図および第１ｈ図
，は本発明面発光レーザ素子の製造過程の例
を順次に示す断面図および斜視図、第２ａ図およ
び第２ｂ図は本発明面発光型レーザ素子の構成例
を互いに直交する方向の断面についてそれぞれ示
す断面図、第３ａ図〜第３ｄ図は従来の面発光型
レーザ素子の構成例をそれぞれ示す断面図であ
る。 １０……ｎ型InP基板、２０……ｎ型InPエツ
チング停止層、３０……ｎ型InPクラツド層、４
０……ｐ型GaInAsP活性層、５０……ｐ型InP
層、６０……ｐ型InP埋込層、７０……ｎ型InP
埋込層、８０……ｐ型GaInAsPキヤツプ層、９
０……エツチング溝（凹欠部）、１００……パツ
シベイシヨン膜、１１０……ｐ側ミラー層、１２
０……ｐ側電極層、１３０……穴、１４０……ｎ
側電極層、１５０……ｎ側ミラー層、１６０……
光共振路、１７０……光出力、１８０……活性領
域、１９０……電流、２００……Zn拡散領域。
図〜、第１ｅ図〜第１ｇ図および第１ｈ図
，は本発明面発光レーザ素子の製造過程の例
を順次に示す断面図および斜視図、第２ａ図およ
び第２ｂ図は本発明面発光型レーザ素子の構成例
を互いに直交する方向の断面についてそれぞれ示
す断面図、第３ａ図〜第３ｄ図は従来の面発光型
レーザ素子の構成例をそれぞれ示す断面図であ
る。 １０……ｎ型InP基板、２０……ｎ型InPエツ
チング停止層、３０……ｎ型InPクラツド層、４
０……ｐ型GaInAsP活性層、５０……ｐ型InP
層、６０……ｐ型InP埋込層、７０……ｎ型InP
埋込層、８０……ｐ型GaInAsPキヤツプ層、９
０……エツチング溝（凹欠部）、１００……パツ
シベイシヨン膜、１１０……ｐ側ミラー層、１２
０……ｐ側電極層、１３０……穴、１４０……ｎ
側電極層、１５０……ｎ側ミラー層、１６０……
光共振路、１７０……光出力、１８０……活性領
域、１９０……電流、２００……Zn拡散領域。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 円形もしくは方形の開孔を有する半導体基板
と、その半導体基板の前記開孔を除く下面に被着
した下側電極層と、前記開孔に一致した同一形状
の開口を設けて前記半導体基板上に被着した当該
半導体基板と同一導電型の半導体材料よりなるエ
ツチング停止層と、そのエツチング停止層上に前
記開口を覆つて被着した前記半導体基板と同一導
電型の半導体材料よりなるクラツド層と、そのク
ラツド層の下面に前記開口を埋めて被着した下側
ミラー層と、前記クラツド層の一部を含むととも
に前記半導体基板とは逆導電型の半導体材料を備
えた活性層を中心層として前記開孔および前記開
口に対向して位置するpnストライプよりなる方
形メサ構造と、そのメサ構造がなす方形の一方向
に沿つた凹欠部を当該方形メサ構造を挟んで設け
るとともに少なくとも当該方形メサ構造を覆う前
記半導体基板とは逆導電型の半導体材料層を最上
層として前記クラツド層上に被着したpn平面埋
込み電流狭窄構造と、そのpn平面埋込み電流狭
窄構造上に被着した前記半導体基板とは逆導電型
の高濃度半導体材料よりなるキヤツプ層と、その
キヤツプ層上に前記方形メサ構造に対向して被着
した上側ミラー層と、その上側ミラー層を囲んで
前記キヤツプ層上に被着した上側電極層とを備え
たことを特徴とする面発光型レーザ素子。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のレーザ素子にお
いて、前記凹欠部の内壁面を絶縁材膜により被覆
したことを特徴とする面発光型レーザ素子。 ３ 特許請求の範囲第１項記載のレーザ素子にお
いて、前記凹欠部に合成樹脂材を充填したことを
特徴とする面発光型レーザ素子。 ４ 半導体基板上に、その半導体基板と同一導電
型の半導体材料よりなるエツチング停止層および
前記半導体基板と同一導電型の半導体材料よりな
るクラツド層を最下層とするとともに前記半導体
基板とは逆導電型の半導体材料を備えた活性層を
中心層としたpnストライプ構造を順次に成長さ
せて被着する成長過程と、前記pnストライプ構
造を前記クラツド層中まで化学エツチングにより
除去してマトリツクス状に配列した複数個のpn
ストライプ方形メサ構造を形成するメサ形成過程
と、少なくとも、前記複数個の方形メサ構造を覆
う前記半導体基板とは逆導電型の半導体材料層よ
りなるpn埋込み層により前記複数個の方形メサ
構造の間を平坦に埋込む平面埋込み過程と、その
平面埋込み層上に前記半導体基板とは逆導電型の
高濃度半導体材料よりなるキヤツプ層を成長させ
て被着するオーミツク抵抗低減過程と、前記平面
埋込み層および前記キヤツプ層を前記クラツド層
中まで化学エツチングにより除去して前記複数個
の方形メサ構造の相互間に前記マトリツクスの一
方向に沿つた凹欠部をそれぞれ形成するととも
に、それらの凹欠部の内壁面に絶縁材膜をそれぞ
れ被着し、もしくは、それらの凹欠部に合成樹脂
材をそれぞれ充填する電流狭窄過程と、前記複数
個の方形メサ構造にそれぞれ対向して前記キヤツ
プ層上に複数個の上側ミラー層を被着するととも
にそれら複数個の上側ミラー層をそれぞれ囲んで
前記キヤツプ層上に上側電極層を被着する上側共
振構造形成過程と、前記半導体基板および前記エ
ツチング停止層を選択エツチングにより下面から
順次に除去して前記複数個の方形メサ構造にそれ
ぞれ対向したそれぞれ複数個の開孔および開口を
円形もしくは方形に形成し、それらの開口にそれ
ぞれ露出した前記クラツド層の下面に複数個の下
側ミラー層を被着するとともに、それらの開孔を
除く前記半導体基板の下面に下側電極層を被着す
る下側共振構造形成過程と、前記半導体基板を前
記複数個の方形メサ構造をそれぞれ中心にして切
り分けるチツプ形成過程とを設けたことを特徴と
する面発光型レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5327585A JPS61214493A (ja) | 1985-03-19 | 1985-03-19 | 面発光型レ−ザ素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5327585A JPS61214493A (ja) | 1985-03-19 | 1985-03-19 | 面発光型レ−ザ素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61214493A JPS61214493A (ja) | 1986-09-24 |
| JPH0328077B2 true JPH0328077B2 (ja) | 1991-04-17 |
Family
ID=12938184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5327585A Granted JPS61214493A (ja) | 1985-03-19 | 1985-03-19 | 面発光型レ−ザ素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61214493A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2717213B2 (ja) * | 1988-08-09 | 1998-02-18 | 科学技術振興事業団 | 面発光型半導体レーザ装置 |
| US4999843A (en) * | 1990-01-09 | 1991-03-12 | At&T Bell Laboratories | Vertical semiconductor laser with lateral electrode contact |
| JPH0456182A (ja) * | 1990-06-21 | 1992-02-24 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 面発光半導体レーザ素子の製造方法 |
-
1985
- 1985-03-19 JP JP5327585A patent/JPS61214493A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61214493A (ja) | 1986-09-24 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
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|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |