JPH05267779A - 面型発光素子の製造方法 - Google Patents

面型発光素子の製造方法

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JPH05267779A
JPH05267779A JP9495292A JP9495292A JPH05267779A JP H05267779 A JPH05267779 A JP H05267779A JP 9495292 A JP9495292 A JP 9495292A JP 9495292 A JP9495292 A JP 9495292A JP H05267779 A JPH05267779 A JP H05267779A
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JP
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reflecting layer
light
semiconductor light
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JP9495292A
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English (en)
Inventor
Taketaka Kohama
剛孝 小濱
Goji Kawakami
剛司 川上
Yoshiaki Kadota
好晃 門田
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高反射を維持し、かつ極めて低抵抗素子を実
現可能とする。 【構成】 n型GaAs結晶基板11上にAlXGa1-X
As/AlYGa1-YAsからなるn型光反射層12およ
びp型反射層16により活性層(13,14,15)が
挟まれた面型発光素子を製造する際に光反射層12,1
6中の組成比XおよびYが有機金属気相成長法によって
p型反射層16に対して0.6≦X≦0.7であり、か
つn型光反射層12に対しては0.7≦X≦1の範囲で
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板の主面上に
AlXGa1-XAs/AlYGa1-YAs(X>Y,0<X
≦1)からなる半導体光反射層により構成される光共振
器によってレーザ発振を行う面発光レーザに適用される
面型発光素子の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】通常、GaAsあるいはInGaAsに
代表されるIII −V族化合物半導体レーザは、基板に対
して平行な方向にファブリーペロー共振器もしくはDB
Fを形成し、前記半導体結晶のへき開端面よりレーザ光
を取り出している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに構成される半導体レーザは、その構造上の問題から
二次元的にウエハ面上にレーザを高密度に集積するのは
極めて困難である。すなわち個々のレーザは個々に出射
端面を形成しなければならず、光共振器の長さが100
〜800μmと長いので、ウエハ内に単位面積当たりに
集積できるレーザの個数には限界がある上、レーザ光は
基板に対して平行に出射するので、基板に垂直な方向に
光を取り出さなければならず、そのためにはレーザ部分
とは別に45度高反射ミラーをエッチングにより形成し
なければならないという問題があった。
【0004】これに対して結晶成長その他により光共振
器を基板主面に対して垂直に形成し、レーザ光を前記基
板主面に対して垂直に取り出す、いわゆる面発光レーザ
は、その構造から容易に基板上に高密度二次元集積する
ことが可能である。すなわち半導体基板上に順次第1の
光反射層,活性層を含むキャビティ,第2の光反射層を
有し、発振は基板に対して垂直になされる。最近ではそ
の発振波長が0.85μm,0.98μm,1.55μ
mなど様々な材料系で試みられており、しかも上記面発
光レーザは、通常のレーザと比較して閾値電流が1mA
を下回る極めて低閾値を有するレーザが実現可能となっ
ている。
【0005】前述した面発光レーザにおいては、レーザ
発振させるためには、前記面発光レーザを構成するエタ
ロンのQ値を上げる、すなわち第1の光反射層,第2の
光反射層を極めて高いものにしなければならない。この
ため、通常光反射層の第1の屈折率n1,第2の屈折率
2(n1>n2)を有する半導体もしくは誘電体を発振
波長の1/4光学波長の膜厚で交互に分布させて構成さ
れる。例えば具体例を挙げると、In0.2Ga0.8As/
GaAsを活性層に有する面発光レーザにおいては、高
い反射率(99%以上)を実現するために反射層は発振
波長(0.98μm)において、吸収がなく、格子定数
がほぼマッチングし、可能な限り屈折率差を大きくとっ
たGaAs(屈折率3.58)とAlAs(屈折率2.
98)とから構成される。
【0006】しかしながら、上記光反射層を通して電流
を注入する場合、上記光反射層を構成する第1の半導体
および第2の半導体の禁制帯幅が大きく異なる(ΔEg
〜0.7eV)20〜30対のヘテロ接合により形成さ
れているため、バンドの不連続性から20〜30μmサ
イズで数kΩと極めて高抵抗になることが知られてい
る。特にp型ではこの傾向が顕著である。このため、上
記第2の光反射層をTiO2 (屈折率2.19),Si
2 (屈折率1.44)からなる誘電体による光反射層
に変更し、電流を他の場所から注入する構造あるいは上
記第2の光反射層側面のみをZn拡散させ、ここに電流
を注入させる構造も試みられているが、プロセス工程が
複雑でかつ歩留まりが極めて悪いことが知られている。
【0007】また、高反射かつ低抵抗の半導体反射層を
得る方法として分子線エピタキシ(MBE)成長法を用
いる方法があるが、MBE法は超高真空を必要とするた
め、装置の維持に問題がある。また、成長速度が遅いた
め、面レーザのように第1の反射層および第2の反射層
とも半導体層を用いる場合には全エピタキシャル層の膜
厚が10μm以上となり、成長時間が長時間となる。こ
のため、成長条件の維持や生産性の点でも問題があっ
た。さらにMBE法ではオーバルディフェクトといわれ
る欠陥が存在するため、面形レーザの最大の特長である
二次元アレーの形成において、これが大きな障害となっ
ていた。
【0008】したがって本発明は、前述した従来の課題
を解決するためになされたものであり、その目的は、高
反射を維持し、かつ極めて低抵抗素子を実現可能とした
面型発光素子の製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明者等は、種々の実験を行ってきた結果、
半導体光反射層中の組成比XおよびYがp型半導体光反
射層に対して0.6≦X≦0.7,Y=0であり、かつ
n型半導体光反射層に対してはX=1,Y=0にするこ
とによって高反射率を維持しかつ極めて低抵抗である半
導体反射層を得ることに成功した。そこで本発明は、半
導体基板主面上にAlXGa1-XAs/AlYGa1-YAs
(X>Y,0<X≦1)からなる半導体光反射層により
構成される光共振器によってレーザ発振を行う面型発光
レーザに対してこの半導体光反射層中の組成比Xおよび
Yが有機金属気相成長法(MOCVD法)によってp型
半導体光反射層に対して0.6≦X≦0.7であり、か
つn型半導体光反射層に対しては0.7≦X≦1の範囲
に形成するようにしたものである。
【0010】
【作用】本発明においては、p型半導体光反射層および
n型半導体光反射層に対する組成比XおよびYの範囲を
設定することによって高反射率を維持しかつ極めて低抵
抗な半導体反射層が得られる。
【0011】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。本発明に係わる半導体光反射層を用いた実施
例としてIn0.2Ga0.8As/GaAs歪超格子を活性
層として用いた発振波長0.98μm面型発光レーザの
場合について説明する。なお、この実施例は1つの例示
であって本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変更あ
るいは改良を行い得ることは言うまでもない。
【0012】まず、最初に図1に断面図に示すような構
造を作製し、p型半導体光反射層における組成比Xに対
する素子抵抗の特性比較を行った。サンプルは、n型G
aAs基板1上に1対のn−AlAs/GaAs層2か
らなる半導体光反射層,両側にアンドープAl0.3Ga
0.7As層3,5を有し中心にアンドープIn0.2Ga0
.8As/GaAs歪超格子層4を活性層に持つキャビィ
ティー層,1対のp−Al1-XGaXAs/GaAs(こ
こでX=0,0.6,0.7,1.0)層6からなる半
導体光反射層の順で形成したpin構造でこのpin構
造の表面および裏面にそれぞれAu電極7およびAuG
eNi/Au電極8のオーミック電極を形成し、I−V
測定により評価した。
【0013】図2に素子径110μmφの組成比Xに対
する順方向の立ち上がり付近から求めた微分抵抗測定結
果を示す。この図から明かなようにX=0.6において
初めて微分抵抗がバルク並のものが得られることが分か
った。これからp型半導体光反射層において、屈折率差
をなるべく大きくかつ素子抵抗をできるだけ低くするに
は組成比0.6≦X≦0.7であることが最適である。
【0014】次に本発明の実施例による半導体反射層を
用いた面型発光素子の製造方法を図3を用いて説明す
る。まず、最初に厚さ350μmのn型GaAs結晶基
板11上に減圧MOCVD法によってまずn−GaAs
バッファ層を成長させる。続いて各層の膜厚がλ/4n
からなる(nは屈折率)ドーピング濃度1×1018cm
-3でn−AlAs/GaAsの29.5対からなる第1
の光反射層12を形成した。この第1の光反射層12
は、通常p型と比較して抵抗値は小さく、問題とならな
いため、光学的に有利な条件で設定される。そのために
は、できるだけXが大きいほうが良く、材料の化学的な
安定性をも考慮すると、X≧0.7が望ましいが、ここ
ではX=1.0とした。
【0015】続いてアンドープAl0.3Ga0.7As層1
3,活性層としてアンドープIn0. 2Ga0.8As/Ga
As歪超格子層14,アンドープAl0.3Ga0.7As層
15からなる全体が発振波長の光学膜厚であるキャビィ
ティー層を形成した後、同様に各層の膜厚がλ/4nか
らなるドーピング濃度1×1018cm-3でp−Al0. 6
Ga0.4As/GaAsの15対からなる第2の光反射
層16を形成し、最後にp−GaAsマッチング層およ
びp++−GaAsコンタクト層17を形成した。
【0016】このようにして得られた結晶は、まず、n
型GaAs結晶基板11の裏面をブロムメタノールによ
り研磨する。続いてこのn型GaAs結晶基板11の裏
面にSiO2 によるARコート18およびn電極19と
してAuGeNi/Auを蒸着シンターを行った後、こ
のn型GaAs結晶基板11の上部をリフトオフにより
5〜40μmφのAu電極20を形成する。その後、レ
ジストパターニングによりこのAu電極20上にマスク
を形成し、このマスク外部を塩素ガスによるECRエッ
チングを用いて第1の光反射層12の途中までドライエ
ッチングさらにドライエッチングによるダメージを除去
するための硫酸系によるスライトエッチングを行い、工
程を完了する。ここでエッチングを上記第1の光反射層
12の途中まで行ったのは、光学的導波路の損失を増や
すことなく、抵抗値の増大を避けるためのものである。
【0017】このようにして形成された面型発光素子を
用いて構成した発光レーザに対して電流を注入し、I−
L特性を調べたところ、従来報告されている値と同様に
低閾値である2〜3mAにおいて、I−L曲線が立ち上
がり、レーザ発振に至ることが確認された。また、閾値
付近における電圧は2〜2.5Vになり、従来のものと
比較すると、2桁改善された。
【0018】
【発明の効果】以上、説明したように本発明は、半導体
基板の主面上にAlXGa1-XAs/AlYGa1-YAs
(X>Y,0<X≦1)からなるp型およびn型半導体
光反射層により活性層が挟まれた面型発光素子の製造方
法において、この半導体光反射層中の組成比XおよびY
が有機金属気相成長法によってp型半導体光反射層に対
して0.6≦X≦0.7であり、かつn型半導体光反射
層に対しては0.7≦X≦1の範囲に形成することによ
って従来と比較して高反射率を維持しかつ極めて低抵抗
素子が実現可能となるため、この半導体光反射層を用い
た面発光レーザなどのデバイスの改善、強いてはこのデ
バイスを用いた光交換,光ニューラルネットワーク,光
情報処理用の光源としての利用が可能になるなどの極め
て優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる面型発光素子を用いた面型発光
レーザの構成を説明する断面図である。
【図2】本発明に係わる面型発光素子のAlXGa1-X
s中の組成比Xに対する微分抵抗測定結果を示す図であ
る。
【図3】本発明による面型発光素子の製造方法の一実施
例を説明する断面図である。
【符号の説明】
11 n型GaAs結晶基板 12 第1の光反射層 13 アンドープAl0.3Ga0.7As層 14 アンドープIn0.2Ga0.8As/GaAs歪超
格子層 15 アンドープAl0.3Ga0.7As層 16 第2の光反射層 17 p++−GaAsコンタクト層 18 ARコート 19 n電極 20 Au電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の主面上にAlXGa1-XAs
    /AlYGa1-YAs(X>Y,0<X≦1)からなるp
    型およびn型半導体光反射層により活性層が挟まれた面
    型発光素子の製造方法において、 前記半導体光反射層中の組成比XおよびYが有機金属気
    相成長法によってp型半導体光反射層に対して0.6≦
    X≦0.7であり、かつn型半導体光反射層に対しては
    0.7≦X≦1の範囲で形成することを特徴とする面型
    発光素子の製造方法。
JP9495292A 1992-03-23 1992-03-23 面型発光素子の製造方法 Pending JPH05267779A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7590159B2 (en) 2001-02-26 2009-09-15 Ricoh Company, Ltd. Surface-emission laser diode operable in the wavelength band of 1.1-1.7 micrometers and optical telecommunication system using such a laser diode

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7590159B2 (en) 2001-02-26 2009-09-15 Ricoh Company, Ltd. Surface-emission laser diode operable in the wavelength band of 1.1-1.7 micrometers and optical telecommunication system using such a laser diode

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