JPH0568110B2 - - Google Patents
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- JPH0568110B2 JPH0568110B2 JP1058595A JP5859589A JPH0568110B2 JP H0568110 B2 JPH0568110 B2 JP H0568110B2 JP 1058595 A JP1058595 A JP 1058595A JP 5859589 A JP5859589 A JP 5859589A JP H0568110 B2 JPH0568110 B2 JP H0568110B2
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- 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
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- H01S5/125—Distributed Bragg reflector [DBR] lasers
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Description
［産業上の利用分野］
本発明は、基板主面に平行な方向、すなわち基
板側面に沿つてはダブル・ヘテロ構造を採り、基
板主面に対して起立する方向には分布帰還型光導
波路を有する面発光レーザ及びその製造方法に関
する。 ［従来の技術］ 基板主面に対して垂直にレーザ出力光が得られ
る面発光レーザは、劈開（へきかい）工程が不要
なことや大面積化が容易なこと、また、高密度な
集積化も容易なこと等、多くの利点を有するた
め、将来的にもレーザ・アレイとか大出力レーザ
への応用や、二次元のみならず、三次元の光電子
集積回路（OE−IC）等への応用も期待されてお
り、こうしたことから、従来においてもすでに、
種々の構造が提案されてきた。 その中で代表的なものを挙げると、第８図及び
第９図に示すものがある。 個々に説明すると、まず、第８図に示す面発光
レーザは、基本的には基本１の上に順次、水平か
つ層状にクラツド層２、活性層３、上側クラツド
層４を積層形成し、上下クラツド層２，４の一方
の導電型をｐ型としたならば、他方のそれをｎ型
として、両者でpn接合を構成する。 その上で、上側クラツド層４の上には絶縁膜５
を介して金属ミラー６を設け、基板１の裏面にも
同様に金属ミラー７を設ける。 上下一対の金属ミラー６，７は、このレーザの
電流注入用電極としても機能するが、すでに知ら
れているように、望ましくは所期の電流狭窄効果
を起こすように、上側金属ミラー６の下にあつて
上側クラツド層４を覆う絶縁膜５には、当該電流
狭窄対象部分にのみ、開口を設け、上側金属ミラ
ー６はこの絶縁膜５の開口部分を介してのみ、上
側クラツド層４にオーミツク接触するようになつ
ており、一方では基板１にも同様に狭窄対象部分
に開口が設けられ、下側金属ミラー７はこの基板
開口部分を介してのみ、下側クラツド層２にオー
ミツク接触するようになつている。 このような構造によると、出力レーザ光は、第
８図中、大きな矢印LBで示すように、一対の電
極ないし金属ミラー６，７の対向方向、すなわち
基板１とは直交する方向に出射される。 これに対し、第９図に示される従来例は、特開
昭61−4291号公報中に開示されているもので、こ
れには本発明者も関与しているが、高屈折率媒質
層３１と低屈折率媒質層３２の積層構造から成る
半導体ヘテロ多層膜により構成された活性層兼光
共振器構造体３０を用いている。 この活性層兼光共振器構造体３０は、基板１に
対し垂直に形成されており、その幅Ｗを横方向両
側から挟み込むようにして少数キヤリア閉じ込め
用のクラツド層２，４が設けられ、さらにこれら
各クラツド層２，４の外側に、それぞれオーミツ
ク電極６，７が設けられている。 この従来例でも、一対のクラツド層２，４の導
電型は互いに逆導電型に選ばれ、一方がｐ型なら
他方はｎ型に選ばれるが、先の第８図示の面発光
レーザでは、活性層３に対する電流の注入方向
と、活性層３からの発振レーザ光LBの出射方向
とが互いに平行（同方向）になつていたのに対
し、この第９図示の面発光レーザにおいては、こ
れと異なり、活性層兼光共振器構造体３０への電
流注入方向に対し、当該構造体３０からの発振レ
ーザ光LBの出射方向は直交する関係になる。 なお、この第９図示の面発光レーザで活性層兼
光共振器構造体３０に用いる半導体ヘテロ多層膜
３０は、これも本出願人がその前にすでに開示し
ている特開昭59−36988号公報に記載されている
構成法に基づいて構成され、例えば、当該半導体
ヘテロ多層膜３０の厚さ方向の屈折率の変化の基
本周期はレーザ光の管内波長の1/2となつており、
この1/2の屈折率基本周期はまた、1/4管内波長の
整数倍（一倍を含む）の厚味を持つ高屈折率媒質
層３１と、同じく1/4管内波長の整数倍の厚味を
持つ低屈折率媒質層３２とで構成するか、あるい
は厚味方向の組成等を1/2管内波長を周期として
連続的に変化させて得ている。 しかるに、本発明に関係してくることなので、
ここで注目しておきたいのは、この第９図示の従
来例ではどのようにして、活性層幅Ｗを確定して
いたか、である。 これは、端的に言えば、各クラツド層２，４を
形成するために当該半導体ヘテロ多層膜の側面を
エツチングするときのリソグラフイ精度で決めら
れていた。 すなわち、活性層兼光共振器構造体３０は、基
板１の上に始めから幅Ｗの細幅な柱状部分として
形成されるのではもちろんなく、まずは基板１の
全面に亙り、分子線エピタキシヤル（MBE）法
等によつて適当な層厚Ｌにまで形成される。 その後、第９図中の所要幅Ｗの片側（左側）の
部分をまずはステツプ・エツチング等により除去
し、この除去部分に第一導電型、例えばｐ型のク
ラツド層２を成長させる。 この手続が終わつたら、図中の所用幅Ｗの部分
を残すように、今度は反対側（右側）の部分をス
テツプ・エツチング等により除去して、この除去
部分にｎ型クラツド層４を液相成長させる。つま
りはこのようにして、結果として両クラツド層
２，４間に挟まれた細幅Ｗの柱状の活性層兼光共
振器構造体３０を形成するのである。 なお、これとは異なり、特開昭59−104188号広
公に見られるように、実際にはその実現が難し
く、単なるアイデアに留まる程度ではあるが、基
板上にまず、極めて小径（3μｍ程度）の円柱状
の活性層兼光共振器構造体を“自立的に”形成し
てしまい、その後に、その周囲にpn各導電型の
クラツド層を形成するという提案もある。 ［発明が解決しようとする課題］ 上記のように、従来からも一応、面発光レーザ
として種々特定の構造が開示されてはきたが、そ
れでも、基板と平行な方向にレーザ光が出射する
通常の端面出射型の半導体レーザに比すと、同一
のレーザ利得を得るのには相当に大きな電流注入
密度を要し、低閾（しきい）値電流化が困難で、
まだまだ実用化には十分でなかつた。その原因は
次のように説明できる。 一般に半導体レーザの発振条件は、レーザ利得
とレーザ長との積が光共振器の損失を越えた時点
で満たされる。この中、レーザ利得は、小数キヤ
リア閉じ込め効率や、キヤリア再結合領域と光共
振器との間の結合効率に支配される。 また、レーザ長は、活性層の光共振器間の光路
方向の幾何的な長さないし厚さに対応し、面発光
レーザの場合、従来これは、少数キヤリアの拡散
長あるいはエピタキシヤル層の厚さにより制限さ
れる。 一方、光共振器の損失は、当該光共振器端面の
等価的な反射率をＲとすると、1n（１／Ｒ）で表
され、例えば反射率を95％に増加させれば、それ
自体は約1/20に低下させることができる。 しかるに、まず、既述した従来例群の中、第８
図に示された従来構造を見ると、これでは電流の
注入方向と光共振器による光共振方向が同一方向
となるため、少数キヤリアの注入密度を増加させ
るために活性層３の厚さｄを薄くすると、そのこ
とが逆に面発光レーザのレーザ長Ｌ（＝ｄ）を縮
めるという結果になつてしまう。 そのため、この第８図示の面発光レーザでは、
上記の競合要因、すなわちレーザ長Ｌ（＝ｄ）を
長く採ると単位電流あたりの注入キヤリア濃度が
低下し、逆に注入キヤリア濃度を稼ごうとして活
性層３の厚さｄ（＝Ｌ）を薄くすると当然、レー
ザ長Ｌ（＝ｄ）が短くなつてレーザ利得が低下す
るという両天秤の釣り合いを採る設計が強いら
れ、その結果、実際には活性層厚ｄは0.5〜2μｍ
程度の範囲内に設定しなければならなかつた。 この値は、これをレーザ長Ｌとして見ると明ら
かに短く、上記値範囲の最長側の2μｍでも不足
である。一方、キヤリア注入効率という観点から
の活性層厚ｄとして見ると、上記値範囲の最短側
での0.5μｍでも厚過ぎる。 例えば、通常の端面出射型レーザにおいては、
活性層の厚さが典型的には0.1〜0.2μｍ程度であ
る。これに比すと、上記の活性層厚ｄは実際上は
10ないし20倍もの厚さになり、同一のレーザ利得
を得るには、単純に考えても10ないし20倍以上も
の注入電流密度を要することになる。 一方、第９図示の従来例では、先に述べたよう
に、活性層３の幅Ｗに沿う電流注入方向と、光共
振器方向Ｌ（レーザ出射方向）とは互いに直交し
ているため、この構造においてキヤリア注入効率
を上げるためには、その活性層幅Ｗを必要なだけ
薄くすれば良く、このことが、レーザ利得を稼ぐ
上で必要なレーザ長Ｌを短くしてしまうようなこ
とがない。レーザ長Ｌは、活性層幅Ｗの寸法に対
し、独立に設定することができる。 こうしてみると、一見、この第９図示の従来例
の構造は、第８図示従来例の持つていた欠陥を全
て解消し得るようであり、実用的な面発光レーザ
として理想的なものを提供しているかのように思
える。確かに、ある意味ではそれは誤りではな
い。単純に構造的な観点から見た場合には、この
第９図示の構造は、そのような優れた面発光レー
ザを提供し得る可能性を秘めており、原理的な構
造としては優れていると言える。 しかし、問題となるのは、その製造過程におけ
る各素工程での寸法精度である。換言すれば、現
状の製造技術レベルでは、実際にこの第９図示の
構造に従つた面発光レーザを構築してみても、結
果としては先の第８図示従来例における活性層厚
ｄと同様、せいぜい、２〜3μｍ程度にしか、活
性層幅Ｗを精度良く狭め得ないのである。 つまり、すでに述べたこの第９図示の従来例の
製造過程を振り変つてみると明らかなように、活
性層幅Ｗは、ｐ型クラツド層形成用とｎ型クラツ
ド層形成用の、少なくとも二回のリソグラフイ工
程における各寸法精度の影響を受ける。そして当
然、これら各々のリソグラフイ工程における精度
とは、より細かく見れば、さらにその各素工程の
精度、例えばマスク精度、露光精度、エツチング
精度等が重畳的に影響してくるものである。 そのため、これら素工程の各々には、現状の技
術レベルで例え最高精度の技術を援用しても、そ
れらの許容誤差の総計に鑑みると、上記のよう
に、実際には活性層幅Ｗを２〜3μｍ以下にする
ことは不可能だつたのである。 ましてや、従来例に関し最後に述べた、特開昭
59−104188号公報開示のように、基板上に直径
3μｍ程度の極めて微小径の円柱状活性領域を自
立的に形成すること等、到底、不可能であつた。 なお、第９図示従来例は、単に構造的に見て
も、基板１にエツチングを施して開口を開ける必
要から、集積化が難しく、機械的強度も弱くなる
という欠点もあつた。 本発明はまず第一に、こうした従来における活
性層幅の微細化限界に鑑みて成されたもので、特
にエツチング精度に影響されず、現状の技術レベ
ルでも十分に薄い活性層幅を得ることができ、低
閾値電流で動作可能な、実用的な面発光レーザ及
びその製造方法を提供せんとするものである。 これに加え、本発明はまた、既存の端面出射型
で分布帰還（DFB）型のレーザにおいて採用さ
れている回析格子構造に相当する構造であつて、
レーザ光を生ずべき活性領域に対し、光共振器方
向に沿い周期的な伝搬定数の変化を与える構造と
して、より高性能な構造を含む面発光レーザ及び
その製造方法を提供せんとするものでもある。 ［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するため、次のような
構造を基本とする面発光レーザ及びその製造方法
を開示する。 まず構造的には、基板の上に、第一導電型の半
導体ヘテロ多層膜と、レーザ発振のための活性
層、そして上記第一導電型とは逆導電型のクラツ
ド層を基板主面に対し、平行な方向（基板側面に
沿う方向）に並設する。 半導体ヘテロ多層膜は、第一導電型の高屈折率
媒質層と、同じく第一導電型でがあるが相対的に
低屈折率の媒質層との交互積層構造から成るもの
とし、かつ、それらの積層構造の断層面を基板に
対して起立した関係に有するものとする。 ここで、基板に対して起立した関係というの
は、基板主面に対して垂直である最も普通の場合
の外、当該垂直方向に対して角度を置いた斜めの
関係をも含む包括語である。これはすなわち、本
発明の面発行レーザでは、基板垂直方向にレーザ
光を放射する場合のみならず、斜め上方にレーザ
光を放射する面発光レーザをもその対象としてい
るからである。 半導体ヘテロ多層膜の外に基板上に構成される
構成要素の中の一つの構成要素である活性層は、
上記の半導体ヘテロ多層膜の断層面に沿つて（し
たがつて基板に対しては起立方向に沿つて）これ
を設け、当該半導体ヘテロ多層膜とはヘテロ構造
を形成するものとする。 さらに、上記した基本的な構成要件の中、最後
のクラツド層は、上記の活性層が半導体ヘテロ多
層膜に臨んでいる側と反対側の外側面に接して設
け、当該光導波路と半導体ヘテロ構造を形成する
ものとする。 したがつて、半導体ヘテロ多層膜と活性層のな
す第一の半導体ヘテロ構造と、活性層とクラツド
層とがなす第二の半導体ヘテロ構造とにより、基
板主面と平行な方向に見ると、いわゆる半導体ダ
ブル・ヘテロ構造が構築され、これにより、基板
主面に対して起立する方向に見ると光導波路構造
が形成される。このような構造では、半導体ヘテ
ロ多層膜とクラツド層間に基板主面に対して平行
な方向に流す順方向電流により、それらの間に挟
まれた活性層をレーザ発振領域とすることができ
る。 しかも、半導体ヘテロ多層膜を構成している高
屈折率媒質層と低屈折率媒質層とにより形成さ
れ、基板主面に対して起立する方向の屈折率の周
期的な変化は、基板主面に対して起立する方向に
沿つて設けられる光導波路に対し、その伝搬定数
に周期的な変化を生み、これをして当該光導波路
を分布帰還型の光導波路とする。 これは換言すれば、当該半導体ヘテロ多層膜
が、従来の端面出射型分布帰還（DFB）レーザ
においてその活性層ないし光導波路の流さ方向に
沿つて設けられていた回析格子構造と等価的には
同様の構造を有していることを意味する。 したがつてもちろん、実際には、半導体ヘテロ
多層膜の高屈折率媒質層や低屈折媒質層の各材
質、組成（ないし屈折率またはエネルギ・ギヤツ
プ）とか、それぞれの厚味に関し、光導波路内の
光進行方向に沿う伝搬定数が、原則として当該光
導波路内の管内波長の1/2の整数倍を基調にして
変調するように設計する。 必要に応じては、半導体ヘテロ多層膜の断層面
と活性層との間に、当該半導体ヘテロ多層膜に対
する活性層の再成長界面に発生し得る結晶欠陥の
影響を除くため、適当なる材質で適当なる厚味
（薄さ）のバリア層を挟み込んでも良い。そのよ
うにしても、上記のように半導体ヘテロ多層膜が
活性層、ひいては光導波路に対して及ぼす導波方
向伝搬定数の周期的な変調効果は失われないよう
にすることができる。 また、本発明は、上記の基本構成を満たした上
で、半導体ヘテロ多層膜の断層面における高屈折
率媒質層と低屈折率媒質層の端面の位置を基板主
面と平行方向に意図的にずらすように加工するこ
とにより、基板主面に対し起立する方向には意図
的には凹凸の連続する面が形成され、かつ、これ
により、活性層の幅が導波方向（基板主面に対し
起立する方向）に沿つて周期的に可変にされ、こ
れがまた、当該導波方向に沿う光電波路の伝搬定
数の変化を助長させる構造も提案する。 製造上の観点からしても、上記構造は、基本的
に、微細加工技術により活性層幅を規定しないで
済む構造を示しており、そのため本発明は、改め
て、次のような製造方法をも提案する。 まず、基板の主面上に、第一の導電型の高屈折
率媒質層と、同じく第一の導電型の低屈折率媒質
層とを交互に複数層に亙り積層し、半導体ヘテロ
多層膜を形成する。 次に、上記で形成された半導体ヘテロ多層膜の
所定面積部分をエツチング除去し、基板上にあつ
て除去し残した半導体ヘテロ多層膜の被エツチン
グ側面に、この半導体ヘテロ多層膜を構成してい
る高屈折率媒質層と低屈折率媒質層の交互積層構
造の断層面を露呈する。 このようにして露呈させた断層面に沿つては、
半導体ヘテロ多層膜と半導体ヘテロ構造を形成す
る材質の活性層を所定の幅だけ付着させる。 さらに、付着させた活性層の外側の側面に、上
記第一の導電型とは逆導電型で、活性層と半導体
ヘテロ構造を形成するクラツド層を付着させて、
面発光レーザの基本構造部分を形成する。 このような基本的な製造ステツプに加え、半導
体ヘテロ多層膜の断層面を露呈する工程に続き、
当該半導体ヘテロ多層膜を形成している高屈折率
媒質層と低屈折率媒質層がこの断層面において交
互に幾何的な凹凸を形成するように加工する工程
を付加しても良い。 また、半導体ヘテロ多層膜の断層面を露呈させ
る工程と、断層面に沿つて活性層を付着させる工
程の間に、さらに、結晶欠陥の影響を低減させる
ため、バリア層を該断層面に付着させる工程を付
加しても良い。 この場合には当然、活性層は半導体ヘテロ多層
膜の上記断層面に対し、直接にではなく、バリア
層を介して間接的に沿うように付着されるが、こ
れでも、本発明にしたがつて形成される光導波路
に対し、その導波方向に沿い、周期的な伝搬定数
の変化を与えることが可能である。 ［作用］ 本発明の面発光レーザにおいては、基板上にお
いて、半導体ヘテロ多層膜と、この半導体ヘテロ
多層膜の断層面に沿つて設けられた活性層とが第
一の半導体ヘテロ構造を形成し、一方ではまた、
この活性層と、その外側のクラツド層とがもう一
つの半導体ヘテロ構造を形成する。 したがつて、当該基板主面に対し、平行な方向
に見ると、いわゆる半導体ダブル・ヘテロ構造が
構築されており、半導体ヘテロ多層膜が第一導電
型、クラツド層が第二導電型（第一導電型とは逆
導電型）なので、これら半導体ヘテロ多層膜とク
ラツド層に対し、それらの形成するpn接合に対
しての順方向電流、すなわち基板主面に対しては
平行な方向に励起電流を供給すると、それらの間
に挟まれている活性層中にレーザ発振を生じさせ
ることができ、電流注入方向とは直交する方向、
したがつて基板主面に対しては起立する方向に形
成された光電波路に沿い、レーザ光を放射するこ
とができる。 したがつて、第８図に示した従来例のように、
励起電流の注入方向とレーザ光の放射方向が同じ
方向になるようなことはないので、キヤリア注入
効率に関する活性層の幅と、レーザ利得に関与す
るレーザ長とは互いに独立に、各々の最適値に設
定し得る構造となつている。 また、当該レーザ光が励起される活性層は、第
９図示の従来の面発光レーザにおけるように、半
導体ヘテロ多層膜で構成されているのではなく、
単一種類の材料で構成されていて、レーザ反射に
寄与する分布帰還（DFB）構造は、当該活性層
の一側に沿つて設けられている半導体ヘテロ多層
膜が有しているため、活性層自体は、半導体ヘテ
ロ多層膜の側面に例えばエピタキシヤル成長等に
より、単に付着させれば良い構造となつている。 したがつて、当該活性層の幅は、従来例におけ
るリグラフイ工程援用時の精度に比し、遥かに高
いものとすることができ、実際上、既存の膜成長
技術によつても、再現性良く、容易に0.1μｍ以下
にすることができる。 本発明における分布帰還構造につき、もう少し
述べれば、高屈折率媒質層と低屈折率媒質層の交
互積層構造で形成され、活性層の一側面に沿つて
断層面を有する半導体ヘテロ多層膜がこの機能を
呈する。 すなわち、活性層の長さ方向、つまりは基板主
面に対して起立する光導波方向に沿い、当該活性
層の各部における伝搬定数は、それら各部の臨ん
でいる半導体ヘテロ多層膜の断層面部分が高屈折
率媒質層であるか低屈折媒質層であるかにより変
調を受け、これにより、本発明における光導波路
は、その光導波方向に沿い、周期的に伝搬定数が
変化する分布帰還型の光導波路となる。 もちろん、この伝搬定数の変化の周期は、これ
までのこの種の分布帰還型レーザにおけると同
様、原則的には当該光導波路内の管内波長の1/2
を基本周期として設定すれば良く、これはまた、
ほぼ1/4波長の整数倍の厚さに相当する高屈折媒
質層と低屈折率媒質層を交互に積層するか、その
厚味方向の組成を1/2管内波長を基本周期として
変化させることで満たすことができる。 一方、本発明において用いられる半導体ヘテロ
多層膜の断層面による等価的な回折格子形状は、
従来の端面出射型半導体レーザにおいてそれを分
布帰還型とする場合に採用されていた回折格子構
造に比すと、遥かに結合効率を高め得る望ましい
構造となつている。 従来の回折格子構造では、当該格子形状をリソ
グラフイ工程により得ていたため、どうしても連
続する凹凸形状のアスペクト比には限度（通常、
１〜２程度）があり、伝搬定数の急峻な変化や深
い変化は期待できなかつたが、本発明の面発光レ
ーザにおいては、光導波路に与える光導波方向伝
搬定数の周期的な変化は、上記のように、活性層
の一側に位置する半導体ヘテロ多層膜の各高屈折
率媒質層、低屈折率媒質層の屈折率差に基づいて
与えられるので、高屈折媒質層から低屈折率媒質
層へ、またその逆に媒質層が移り変わる境界部分
で、当該光導波路伝搬定数に対し、極めて急峻、
かつ深い変化を与えることができ、結合効率を大
いに向上させることができる。 そのため、レーザ長が短くても十分な性能が得
られ、端面出射型の半導体レーザに比すと、従来
はどうしてもレーザ長を長く採り難かつたこの種
の面発光レーザにとつて大いなる福音となる。 さらに、既述のように、半導体ヘテロ多層膜を
構成する高屈折率媒質層と低屈折率媒質層との屈
折率の差（エネルギ・ギヤツプ差）のみならず、
断層面部分でのこれら高屈折率媒質層と低屈折率
媒質層の端面位置を意図的にずらすように加工
し、半導体ヘテロ多層膜の断層面に幾何的な凹凸
を設け、これにより活性層の幅を導波方向に沿
い、幾何的にも変化させると、こうした活性層を
含む光導波路としての伝搬定数の変調度も一層高
まり、より高い結合効率を得ることができる。 また、本発明において設けることのできるバリ
ア層は、半導体ヘテロ多層膜の断層面上に活性層
を付着させるに際し、当該再成長界面に発生し得
るかも知れない結晶欠陥による影響を低減する作
用を営む。 ［実施例］ 第１図には、本発明に従つて構築された面発光
レーザの比較的原理的な構成が示されている。 これにつき説明すると、望ましくは半絶縁性の
基板１の上には、図中、左手の側から順に右方向
に向かい、第一導電型の半導体ヘテロ多層膜２
０、必要に応じて設けられる後述のバリア層５
０、半導体ヘテロ多層膜２０と半導体ヘテロ構造
を形成する材料製でレーザ発振を生じさせるべき
活性層３０、そして半導体ヘテロ多層膜とは逆導
電型であつて活性層３０と半導体ヘテロ構造を形
成する材料のクラツド層４０が設けられている。 この結果、本構造は、基板主面と平行な方向
（基板側面に沿う方向）に見ると、いわゆる半導
体ダブル・ヘテロ構造となつており、また、この
半導体ダブル・ヘテロ構造によつて、基板主面に
対し起立する方向に光導波路が形成される。 半導体ヘテロ多層膜２０は、共に第一導電型で
あるが、相対的に高屈折率の媒質層２１と、相対
的に低屈折率の媒質層２２との交互積層構造によ
り成つており、活性層３０は、この積層構造の断
層面が表れている一側面に沿い、ただしこの場合
は間にバリア層５０を介して設けられている。 なお、これらのバリア層５０、活性層３０、ク
ラツド層４０は、図中において基板１の右手の方
にそれぞれダツシユを付した符号５０′，３０′，
４０′でも示されているように、当該基板１の主
面上に平行に積層された部分も有するが、これ
は、本発明が併せて開示する後述の製造方法に従
つて構築されたことを想定しているためであり、
ここにおける当初の構造上の説明においては、こ
れらの部分５０′，３０′，４０′については、そ
の動作ないし作用を考慮しなくて良い。重要なの
は、あくまで、半導体ヘテロ多層膜２０の積層方
向に沿い、基板１に対して起立し、あいまつて光
導波路構造を構成する各層部分２０，３０，４
０，５０の働きである。 まず、図示の構造によると、半導体ヘテロ多層
膜２０がその積層方向（基板主面に対して起立す
る方向）に沿つて有する高屈折率媒質層２１と低
屈折率媒質層２２との交互積層構造に伴う屈折率
の周期的な変化ないし分布は、活性層３０に対
し、その伝搬定数に、光導波方向（基板に対し起
立する方向）に沿う変調効果を招く。 これに関しての説明の都合上、ここで、従来に
おける端面出射型、すなわち基板主面に対し平行
な方向にレーザ光を放射するタイプの半導体レー
ザであつて、かつ、光導波路に分布帰還原理を用
いたものの代表的な一例を第７図に挙げると、基
板１の上に順位、第一クラツド層２、活性層３、
ガイド層８、第二のクラツド層４を積層し、第二
クラツド層４の形成下地層となるガイド層８に、
一般にリソグラフイにより幾何的な凹凸を形成す
ることにより、その上に第二クラツド層４を形成
した時点で、波状の連続した回折格子９が形成さ
れるようになつている。 回折格子９の波状のピツチは、光導波路内の管
内波長の1/2の基準にその整数倍（隣接する山谷
間は1/4管内波長の整数倍）に設定され、これに
より分布帰還原理が満たされるようになつている
が、ここで不満なのは、このような回折格子９
は、上記のように、“波状”にしか形成し得なか
つたことである。これは、リソグラフイ工程に従
つている限り仕方のないことで、ピツチが細かく
なり、またその凹凸の深さが深くなる程、光導波
路内における伝搬定数の変化はこの幾何的な波状
の形状にそのまま従い、緩やかな変化しか得られ
ないし、その周期も当該リソグラフイ精度により
支配され、余り高精度にはなり得ない。 これに対し、本発明の構造では、この従来例の
回折格子９を基板に対して立てた場合に相当する
構造が、活性層３０の一側面に沿つて形成された
半導体ヘテロ多層膜２０の断層面における高屈折
率媒質層２１と低屈折率媒質層２２の屈折率差に
より得られており、しかも、各媒質層２１，２２
は、一般に基板１０の上に順次、エピタキシヤル
成長等により膜成長をさせる時の膜厚制御によ
り、既存の技術をしてもその寸法をかなり厳密に
規定し得るものとなるため、屈折率変化の周期は
極めて正確に設定することができる。 また、半導体ヘテロ多層膜２０の断層面に表れ
ている各媒質層２１，２２の端縁部分は、波状の
ように丸くなつた形ではなく、板を真直ぐ切断し
たときのように、鋭い直角な角部で規定された端
縁とすることができるので、両媒質層２１，２２
間の境界部分において屈折率の変化を急峻に、か
つ深く形成することができる。 例えば、半導体ヘテロ多層膜２０にあつて高屈
折率媒質層２１が存在する部分での本発明ダブ
ル・ヘテロ構造のバンド構造は第２図Ａに示され
るようになり、低屈折率媒質層２２が存在する部
分でのそれは第２図Ｂに示すようになる。 第２図Ａに示されるバンド構造の場合、光電界
は高屈折率媒質層２１の方に染み出すため、伝搬
定数β1はこの部分では相対的に増大するが、第２
図Ｂに示されるように、低屈折率媒質層２２の部
分ではクラツド層４０の方に染み出すので、ここ
での伝搬定数β2は低下する。 こうした関係を活性層３０の基板主面に対する
起立方向に沿い、当該光導波路中の管内波長の1/
２を基準とし、その整数倍で周期的に繰返すよう
に、半導体ヘテロ多層膜２０を構成する高屈折率
媒質層２１と低屈折率媒質層２２の各膜厚を、そ
れぞれ、ほぼ1/4管内波長の整数倍に設定すれば、
分布帰還型の光導波路が得られる。 ここで、一般的に述べると、このようにして形
成される分布帰還型光導波路の結合定数κは、近
似的に、 κ＝β1−β2／π …… と表される。 そこで、第１図示の本発明面発光レーザの構造
を、具体的に、GaAs系のダブル・ヘテロ構造で
実現する場合を考え、半導体ヘテロ多層膜２０を
構成する高屈折率媒質層２１、低屈折率媒質層２
２を、互いにA1組成は異なるが共にAlXGa1-XAs
で、バリア層５０も同様にAlXGa1-XAsで、活性
層３０をGaAsで、そしてクラツド層をAlXGa1-X
Asでそれぞれ構成したときの結合定数κを計算
すると、A1組成や膜厚分布の異なる四例程にお
いて、次に挙げる第１、２表に示す結果を得るこ
とができる。
板側面に沿つてはダブル・ヘテロ構造を採り、基
板主面に対して起立する方向には分布帰還型光導
波路を有する面発光レーザ及びその製造方法に関
する。 ［従来の技術］ 基板主面に対して垂直にレーザ出力光が得られ
る面発光レーザは、劈開（へきかい）工程が不要
なことや大面積化が容易なこと、また、高密度な
集積化も容易なこと等、多くの利点を有するた
め、将来的にもレーザ・アレイとか大出力レーザ
への応用や、二次元のみならず、三次元の光電子
集積回路（OE−IC）等への応用も期待されてお
り、こうしたことから、従来においてもすでに、
種々の構造が提案されてきた。 その中で代表的なものを挙げると、第８図及び
第９図に示すものがある。 個々に説明すると、まず、第８図に示す面発光
レーザは、基本的には基本１の上に順次、水平か
つ層状にクラツド層２、活性層３、上側クラツド
層４を積層形成し、上下クラツド層２，４の一方
の導電型をｐ型としたならば、他方のそれをｎ型
として、両者でpn接合を構成する。 その上で、上側クラツド層４の上には絶縁膜５
を介して金属ミラー６を設け、基板１の裏面にも
同様に金属ミラー７を設ける。 上下一対の金属ミラー６，７は、このレーザの
電流注入用電極としても機能するが、すでに知ら
れているように、望ましくは所期の電流狭窄効果
を起こすように、上側金属ミラー６の下にあつて
上側クラツド層４を覆う絶縁膜５には、当該電流
狭窄対象部分にのみ、開口を設け、上側金属ミラ
ー６はこの絶縁膜５の開口部分を介してのみ、上
側クラツド層４にオーミツク接触するようになつ
ており、一方では基板１にも同様に狭窄対象部分
に開口が設けられ、下側金属ミラー７はこの基板
開口部分を介してのみ、下側クラツド層２にオー
ミツク接触するようになつている。 このような構造によると、出力レーザ光は、第
８図中、大きな矢印LBで示すように、一対の電
極ないし金属ミラー６，７の対向方向、すなわち
基板１とは直交する方向に出射される。 これに対し、第９図に示される従来例は、特開
昭61−4291号公報中に開示されているもので、こ
れには本発明者も関与しているが、高屈折率媒質
層３１と低屈折率媒質層３２の積層構造から成る
半導体ヘテロ多層膜により構成された活性層兼光
共振器構造体３０を用いている。 この活性層兼光共振器構造体３０は、基板１に
対し垂直に形成されており、その幅Ｗを横方向両
側から挟み込むようにして少数キヤリア閉じ込め
用のクラツド層２，４が設けられ、さらにこれら
各クラツド層２，４の外側に、それぞれオーミツ
ク電極６，７が設けられている。 この従来例でも、一対のクラツド層２，４の導
電型は互いに逆導電型に選ばれ、一方がｐ型なら
他方はｎ型に選ばれるが、先の第８図示の面発光
レーザでは、活性層３に対する電流の注入方向
と、活性層３からの発振レーザ光LBの出射方向
とが互いに平行（同方向）になつていたのに対
し、この第９図示の面発光レーザにおいては、こ
れと異なり、活性層兼光共振器構造体３０への電
流注入方向に対し、当該構造体３０からの発振レ
ーザ光LBの出射方向は直交する関係になる。 なお、この第９図示の面発光レーザで活性層兼
光共振器構造体３０に用いる半導体ヘテロ多層膜
３０は、これも本出願人がその前にすでに開示し
ている特開昭59−36988号公報に記載されている
構成法に基づいて構成され、例えば、当該半導体
ヘテロ多層膜３０の厚さ方向の屈折率の変化の基
本周期はレーザ光の管内波長の1/2となつており、
この1/2の屈折率基本周期はまた、1/4管内波長の
整数倍（一倍を含む）の厚味を持つ高屈折率媒質
層３１と、同じく1/4管内波長の整数倍の厚味を
持つ低屈折率媒質層３２とで構成するか、あるい
は厚味方向の組成等を1/2管内波長を周期として
連続的に変化させて得ている。 しかるに、本発明に関係してくることなので、
ここで注目しておきたいのは、この第９図示の従
来例ではどのようにして、活性層幅Ｗを確定して
いたか、である。 これは、端的に言えば、各クラツド層２，４を
形成するために当該半導体ヘテロ多層膜の側面を
エツチングするときのリソグラフイ精度で決めら
れていた。 すなわち、活性層兼光共振器構造体３０は、基
板１の上に始めから幅Ｗの細幅な柱状部分として
形成されるのではもちろんなく、まずは基板１の
全面に亙り、分子線エピタキシヤル（MBE）法
等によつて適当な層厚Ｌにまで形成される。 その後、第９図中の所要幅Ｗの片側（左側）の
部分をまずはステツプ・エツチング等により除去
し、この除去部分に第一導電型、例えばｐ型のク
ラツド層２を成長させる。 この手続が終わつたら、図中の所用幅Ｗの部分
を残すように、今度は反対側（右側）の部分をス
テツプ・エツチング等により除去して、この除去
部分にｎ型クラツド層４を液相成長させる。つま
りはこのようにして、結果として両クラツド層
２，４間に挟まれた細幅Ｗの柱状の活性層兼光共
振器構造体３０を形成するのである。 なお、これとは異なり、特開昭59−104188号広
公に見られるように、実際にはその実現が難し
く、単なるアイデアに留まる程度ではあるが、基
板上にまず、極めて小径（3μｍ程度）の円柱状
の活性層兼光共振器構造体を“自立的に”形成し
てしまい、その後に、その周囲にpn各導電型の
クラツド層を形成するという提案もある。 ［発明が解決しようとする課題］ 上記のように、従来からも一応、面発光レーザ
として種々特定の構造が開示されてはきたが、そ
れでも、基板と平行な方向にレーザ光が出射する
通常の端面出射型の半導体レーザに比すと、同一
のレーザ利得を得るのには相当に大きな電流注入
密度を要し、低閾（しきい）値電流化が困難で、
まだまだ実用化には十分でなかつた。その原因は
次のように説明できる。 一般に半導体レーザの発振条件は、レーザ利得
とレーザ長との積が光共振器の損失を越えた時点
で満たされる。この中、レーザ利得は、小数キヤ
リア閉じ込め効率や、キヤリア再結合領域と光共
振器との間の結合効率に支配される。 また、レーザ長は、活性層の光共振器間の光路
方向の幾何的な長さないし厚さに対応し、面発光
レーザの場合、従来これは、少数キヤリアの拡散
長あるいはエピタキシヤル層の厚さにより制限さ
れる。 一方、光共振器の損失は、当該光共振器端面の
等価的な反射率をＲとすると、1n（１／Ｒ）で表
され、例えば反射率を95％に増加させれば、それ
自体は約1/20に低下させることができる。 しかるに、まず、既述した従来例群の中、第８
図に示された従来構造を見ると、これでは電流の
注入方向と光共振器による光共振方向が同一方向
となるため、少数キヤリアの注入密度を増加させ
るために活性層３の厚さｄを薄くすると、そのこ
とが逆に面発光レーザのレーザ長Ｌ（＝ｄ）を縮
めるという結果になつてしまう。 そのため、この第８図示の面発光レーザでは、
上記の競合要因、すなわちレーザ長Ｌ（＝ｄ）を
長く採ると単位電流あたりの注入キヤリア濃度が
低下し、逆に注入キヤリア濃度を稼ごうとして活
性層３の厚さｄ（＝Ｌ）を薄くすると当然、レー
ザ長Ｌ（＝ｄ）が短くなつてレーザ利得が低下す
るという両天秤の釣り合いを採る設計が強いら
れ、その結果、実際には活性層厚ｄは0.5〜2μｍ
程度の範囲内に設定しなければならなかつた。 この値は、これをレーザ長Ｌとして見ると明ら
かに短く、上記値範囲の最長側の2μｍでも不足
である。一方、キヤリア注入効率という観点から
の活性層厚ｄとして見ると、上記値範囲の最短側
での0.5μｍでも厚過ぎる。 例えば、通常の端面出射型レーザにおいては、
活性層の厚さが典型的には0.1〜0.2μｍ程度であ
る。これに比すと、上記の活性層厚ｄは実際上は
10ないし20倍もの厚さになり、同一のレーザ利得
を得るには、単純に考えても10ないし20倍以上も
の注入電流密度を要することになる。 一方、第９図示の従来例では、先に述べたよう
に、活性層３の幅Ｗに沿う電流注入方向と、光共
振器方向Ｌ（レーザ出射方向）とは互いに直交し
ているため、この構造においてキヤリア注入効率
を上げるためには、その活性層幅Ｗを必要なだけ
薄くすれば良く、このことが、レーザ利得を稼ぐ
上で必要なレーザ長Ｌを短くしてしまうようなこ
とがない。レーザ長Ｌは、活性層幅Ｗの寸法に対
し、独立に設定することができる。 こうしてみると、一見、この第９図示の従来例
の構造は、第８図示従来例の持つていた欠陥を全
て解消し得るようであり、実用的な面発光レーザ
として理想的なものを提供しているかのように思
える。確かに、ある意味ではそれは誤りではな
い。単純に構造的な観点から見た場合には、この
第９図示の構造は、そのような優れた面発光レー
ザを提供し得る可能性を秘めており、原理的な構
造としては優れていると言える。 しかし、問題となるのは、その製造過程におけ
る各素工程での寸法精度である。換言すれば、現
状の製造技術レベルでは、実際にこの第９図示の
構造に従つた面発光レーザを構築してみても、結
果としては先の第８図示従来例における活性層厚
ｄと同様、せいぜい、２〜3μｍ程度にしか、活
性層幅Ｗを精度良く狭め得ないのである。 つまり、すでに述べたこの第９図示の従来例の
製造過程を振り変つてみると明らかなように、活
性層幅Ｗは、ｐ型クラツド層形成用とｎ型クラツ
ド層形成用の、少なくとも二回のリソグラフイ工
程における各寸法精度の影響を受ける。そして当
然、これら各々のリソグラフイ工程における精度
とは、より細かく見れば、さらにその各素工程の
精度、例えばマスク精度、露光精度、エツチング
精度等が重畳的に影響してくるものである。 そのため、これら素工程の各々には、現状の技
術レベルで例え最高精度の技術を援用しても、そ
れらの許容誤差の総計に鑑みると、上記のよう
に、実際には活性層幅Ｗを２〜3μｍ以下にする
ことは不可能だつたのである。 ましてや、従来例に関し最後に述べた、特開昭
59−104188号公報開示のように、基板上に直径
3μｍ程度の極めて微小径の円柱状活性領域を自
立的に形成すること等、到底、不可能であつた。 なお、第９図示従来例は、単に構造的に見て
も、基板１にエツチングを施して開口を開ける必
要から、集積化が難しく、機械的強度も弱くなる
という欠点もあつた。 本発明はまず第一に、こうした従来における活
性層幅の微細化限界に鑑みて成されたもので、特
にエツチング精度に影響されず、現状の技術レベ
ルでも十分に薄い活性層幅を得ることができ、低
閾値電流で動作可能な、実用的な面発光レーザ及
びその製造方法を提供せんとするものである。 これに加え、本発明はまた、既存の端面出射型
で分布帰還（DFB）型のレーザにおいて採用さ
れている回析格子構造に相当する構造であつて、
レーザ光を生ずべき活性領域に対し、光共振器方
向に沿い周期的な伝搬定数の変化を与える構造と
して、より高性能な構造を含む面発光レーザ及び
その製造方法を提供せんとするものでもある。 ［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するため、次のような
構造を基本とする面発光レーザ及びその製造方法
を開示する。 まず構造的には、基板の上に、第一導電型の半
導体ヘテロ多層膜と、レーザ発振のための活性
層、そして上記第一導電型とは逆導電型のクラツ
ド層を基板主面に対し、平行な方向（基板側面に
沿う方向）に並設する。 半導体ヘテロ多層膜は、第一導電型の高屈折率
媒質層と、同じく第一導電型でがあるが相対的に
低屈折率の媒質層との交互積層構造から成るもの
とし、かつ、それらの積層構造の断層面を基板に
対して起立した関係に有するものとする。 ここで、基板に対して起立した関係というの
は、基板主面に対して垂直である最も普通の場合
の外、当該垂直方向に対して角度を置いた斜めの
関係をも含む包括語である。これはすなわち、本
発明の面発行レーザでは、基板垂直方向にレーザ
光を放射する場合のみならず、斜め上方にレーザ
光を放射する面発光レーザをもその対象としてい
るからである。 半導体ヘテロ多層膜の外に基板上に構成される
構成要素の中の一つの構成要素である活性層は、
上記の半導体ヘテロ多層膜の断層面に沿つて（し
たがつて基板に対しては起立方向に沿つて）これ
を設け、当該半導体ヘテロ多層膜とはヘテロ構造
を形成するものとする。 さらに、上記した基本的な構成要件の中、最後
のクラツド層は、上記の活性層が半導体ヘテロ多
層膜に臨んでいる側と反対側の外側面に接して設
け、当該光導波路と半導体ヘテロ構造を形成する
ものとする。 したがつて、半導体ヘテロ多層膜と活性層のな
す第一の半導体ヘテロ構造と、活性層とクラツド
層とがなす第二の半導体ヘテロ構造とにより、基
板主面と平行な方向に見ると、いわゆる半導体ダ
ブル・ヘテロ構造が構築され、これにより、基板
主面に対して起立する方向に見ると光導波路構造
が形成される。このような構造では、半導体ヘテ
ロ多層膜とクラツド層間に基板主面に対して平行
な方向に流す順方向電流により、それらの間に挟
まれた活性層をレーザ発振領域とすることができ
る。 しかも、半導体ヘテロ多層膜を構成している高
屈折率媒質層と低屈折率媒質層とにより形成さ
れ、基板主面に対して起立する方向の屈折率の周
期的な変化は、基板主面に対して起立する方向に
沿つて設けられる光導波路に対し、その伝搬定数
に周期的な変化を生み、これをして当該光導波路
を分布帰還型の光導波路とする。 これは換言すれば、当該半導体ヘテロ多層膜
が、従来の端面出射型分布帰還（DFB）レーザ
においてその活性層ないし光導波路の流さ方向に
沿つて設けられていた回析格子構造と等価的には
同様の構造を有していることを意味する。 したがつてもちろん、実際には、半導体ヘテロ
多層膜の高屈折率媒質層や低屈折媒質層の各材
質、組成（ないし屈折率またはエネルギ・ギヤツ
プ）とか、それぞれの厚味に関し、光導波路内の
光進行方向に沿う伝搬定数が、原則として当該光
導波路内の管内波長の1/2の整数倍を基調にして
変調するように設計する。 必要に応じては、半導体ヘテロ多層膜の断層面
と活性層との間に、当該半導体ヘテロ多層膜に対
する活性層の再成長界面に発生し得る結晶欠陥の
影響を除くため、適当なる材質で適当なる厚味
（薄さ）のバリア層を挟み込んでも良い。そのよ
うにしても、上記のように半導体ヘテロ多層膜が
活性層、ひいては光導波路に対して及ぼす導波方
向伝搬定数の周期的な変調効果は失われないよう
にすることができる。 また、本発明は、上記の基本構成を満たした上
で、半導体ヘテロ多層膜の断層面における高屈折
率媒質層と低屈折率媒質層の端面の位置を基板主
面と平行方向に意図的にずらすように加工するこ
とにより、基板主面に対し起立する方向には意図
的には凹凸の連続する面が形成され、かつ、これ
により、活性層の幅が導波方向（基板主面に対し
起立する方向）に沿つて周期的に可変にされ、こ
れがまた、当該導波方向に沿う光電波路の伝搬定
数の変化を助長させる構造も提案する。 製造上の観点からしても、上記構造は、基本的
に、微細加工技術により活性層幅を規定しないで
済む構造を示しており、そのため本発明は、改め
て、次のような製造方法をも提案する。 まず、基板の主面上に、第一の導電型の高屈折
率媒質層と、同じく第一の導電型の低屈折率媒質
層とを交互に複数層に亙り積層し、半導体ヘテロ
多層膜を形成する。 次に、上記で形成された半導体ヘテロ多層膜の
所定面積部分をエツチング除去し、基板上にあつ
て除去し残した半導体ヘテロ多層膜の被エツチン
グ側面に、この半導体ヘテロ多層膜を構成してい
る高屈折率媒質層と低屈折率媒質層の交互積層構
造の断層面を露呈する。 このようにして露呈させた断層面に沿つては、
半導体ヘテロ多層膜と半導体ヘテロ構造を形成す
る材質の活性層を所定の幅だけ付着させる。 さらに、付着させた活性層の外側の側面に、上
記第一の導電型とは逆導電型で、活性層と半導体
ヘテロ構造を形成するクラツド層を付着させて、
面発光レーザの基本構造部分を形成する。 このような基本的な製造ステツプに加え、半導
体ヘテロ多層膜の断層面を露呈する工程に続き、
当該半導体ヘテロ多層膜を形成している高屈折率
媒質層と低屈折率媒質層がこの断層面において交
互に幾何的な凹凸を形成するように加工する工程
を付加しても良い。 また、半導体ヘテロ多層膜の断層面を露呈させ
る工程と、断層面に沿つて活性層を付着させる工
程の間に、さらに、結晶欠陥の影響を低減させる
ため、バリア層を該断層面に付着させる工程を付
加しても良い。 この場合には当然、活性層は半導体ヘテロ多層
膜の上記断層面に対し、直接にではなく、バリア
層を介して間接的に沿うように付着されるが、こ
れでも、本発明にしたがつて形成される光導波路
に対し、その導波方向に沿い、周期的な伝搬定数
の変化を与えることが可能である。 ［作用］ 本発明の面発光レーザにおいては、基板上にお
いて、半導体ヘテロ多層膜と、この半導体ヘテロ
多層膜の断層面に沿つて設けられた活性層とが第
一の半導体ヘテロ構造を形成し、一方ではまた、
この活性層と、その外側のクラツド層とがもう一
つの半導体ヘテロ構造を形成する。 したがつて、当該基板主面に対し、平行な方向
に見ると、いわゆる半導体ダブル・ヘテロ構造が
構築されており、半導体ヘテロ多層膜が第一導電
型、クラツド層が第二導電型（第一導電型とは逆
導電型）なので、これら半導体ヘテロ多層膜とク
ラツド層に対し、それらの形成するpn接合に対
しての順方向電流、すなわち基板主面に対しては
平行な方向に励起電流を供給すると、それらの間
に挟まれている活性層中にレーザ発振を生じさせ
ることができ、電流注入方向とは直交する方向、
したがつて基板主面に対しては起立する方向に形
成された光電波路に沿い、レーザ光を放射するこ
とができる。 したがつて、第８図に示した従来例のように、
励起電流の注入方向とレーザ光の放射方向が同じ
方向になるようなことはないので、キヤリア注入
効率に関する活性層の幅と、レーザ利得に関与す
るレーザ長とは互いに独立に、各々の最適値に設
定し得る構造となつている。 また、当該レーザ光が励起される活性層は、第
９図示の従来の面発光レーザにおけるように、半
導体ヘテロ多層膜で構成されているのではなく、
単一種類の材料で構成されていて、レーザ反射に
寄与する分布帰還（DFB）構造は、当該活性層
の一側に沿つて設けられている半導体ヘテロ多層
膜が有しているため、活性層自体は、半導体ヘテ
ロ多層膜の側面に例えばエピタキシヤル成長等に
より、単に付着させれば良い構造となつている。 したがつて、当該活性層の幅は、従来例におけ
るリグラフイ工程援用時の精度に比し、遥かに高
いものとすることができ、実際上、既存の膜成長
技術によつても、再現性良く、容易に0.1μｍ以下
にすることができる。 本発明における分布帰還構造につき、もう少し
述べれば、高屈折率媒質層と低屈折率媒質層の交
互積層構造で形成され、活性層の一側面に沿つて
断層面を有する半導体ヘテロ多層膜がこの機能を
呈する。 すなわち、活性層の長さ方向、つまりは基板主
面に対して起立する光導波方向に沿い、当該活性
層の各部における伝搬定数は、それら各部の臨ん
でいる半導体ヘテロ多層膜の断層面部分が高屈折
率媒質層であるか低屈折媒質層であるかにより変
調を受け、これにより、本発明における光導波路
は、その光導波方向に沿い、周期的に伝搬定数が
変化する分布帰還型の光導波路となる。 もちろん、この伝搬定数の変化の周期は、これ
までのこの種の分布帰還型レーザにおけると同
様、原則的には当該光導波路内の管内波長の1/2
を基本周期として設定すれば良く、これはまた、
ほぼ1/4波長の整数倍の厚さに相当する高屈折媒
質層と低屈折率媒質層を交互に積層するか、その
厚味方向の組成を1/2管内波長を基本周期として
変化させることで満たすことができる。 一方、本発明において用いられる半導体ヘテロ
多層膜の断層面による等価的な回折格子形状は、
従来の端面出射型半導体レーザにおいてそれを分
布帰還型とする場合に採用されていた回折格子構
造に比すと、遥かに結合効率を高め得る望ましい
構造となつている。 従来の回折格子構造では、当該格子形状をリソ
グラフイ工程により得ていたため、どうしても連
続する凹凸形状のアスペクト比には限度（通常、
１〜２程度）があり、伝搬定数の急峻な変化や深
い変化は期待できなかつたが、本発明の面発光レ
ーザにおいては、光導波路に与える光導波方向伝
搬定数の周期的な変化は、上記のように、活性層
の一側に位置する半導体ヘテロ多層膜の各高屈折
率媒質層、低屈折率媒質層の屈折率差に基づいて
与えられるので、高屈折媒質層から低屈折率媒質
層へ、またその逆に媒質層が移り変わる境界部分
で、当該光導波路伝搬定数に対し、極めて急峻、
かつ深い変化を与えることができ、結合効率を大
いに向上させることができる。 そのため、レーザ長が短くても十分な性能が得
られ、端面出射型の半導体レーザに比すと、従来
はどうしてもレーザ長を長く採り難かつたこの種
の面発光レーザにとつて大いなる福音となる。 さらに、既述のように、半導体ヘテロ多層膜を
構成する高屈折率媒質層と低屈折率媒質層との屈
折率の差（エネルギ・ギヤツプ差）のみならず、
断層面部分でのこれら高屈折率媒質層と低屈折率
媒質層の端面位置を意図的にずらすように加工
し、半導体ヘテロ多層膜の断層面に幾何的な凹凸
を設け、これにより活性層の幅を導波方向に沿
い、幾何的にも変化させると、こうした活性層を
含む光導波路としての伝搬定数の変調度も一層高
まり、より高い結合効率を得ることができる。 また、本発明において設けることのできるバリ
ア層は、半導体ヘテロ多層膜の断層面上に活性層
を付着させるに際し、当該再成長界面に発生し得
るかも知れない結晶欠陥による影響を低減する作
用を営む。 ［実施例］ 第１図には、本発明に従つて構築された面発光
レーザの比較的原理的な構成が示されている。 これにつき説明すると、望ましくは半絶縁性の
基板１の上には、図中、左手の側から順に右方向
に向かい、第一導電型の半導体ヘテロ多層膜２
０、必要に応じて設けられる後述のバリア層５
０、半導体ヘテロ多層膜２０と半導体ヘテロ構造
を形成する材料製でレーザ発振を生じさせるべき
活性層３０、そして半導体ヘテロ多層膜とは逆導
電型であつて活性層３０と半導体ヘテロ構造を形
成する材料のクラツド層４０が設けられている。 この結果、本構造は、基板主面と平行な方向
（基板側面に沿う方向）に見ると、いわゆる半導
体ダブル・ヘテロ構造となつており、また、この
半導体ダブル・ヘテロ構造によつて、基板主面に
対し起立する方向に光導波路が形成される。 半導体ヘテロ多層膜２０は、共に第一導電型で
あるが、相対的に高屈折率の媒質層２１と、相対
的に低屈折率の媒質層２２との交互積層構造によ
り成つており、活性層３０は、この積層構造の断
層面が表れている一側面に沿い、ただしこの場合
は間にバリア層５０を介して設けられている。 なお、これらのバリア層５０、活性層３０、ク
ラツド層４０は、図中において基板１の右手の方
にそれぞれダツシユを付した符号５０′，３０′，
４０′でも示されているように、当該基板１の主
面上に平行に積層された部分も有するが、これ
は、本発明が併せて開示する後述の製造方法に従
つて構築されたことを想定しているためであり、
ここにおける当初の構造上の説明においては、こ
れらの部分５０′，３０′，４０′については、そ
の動作ないし作用を考慮しなくて良い。重要なの
は、あくまで、半導体ヘテロ多層膜２０の積層方
向に沿い、基板１に対して起立し、あいまつて光
導波路構造を構成する各層部分２０，３０，４
０，５０の働きである。 まず、図示の構造によると、半導体ヘテロ多層
膜２０がその積層方向（基板主面に対して起立す
る方向）に沿つて有する高屈折率媒質層２１と低
屈折率媒質層２２との交互積層構造に伴う屈折率
の周期的な変化ないし分布は、活性層３０に対
し、その伝搬定数に、光導波方向（基板に対し起
立する方向）に沿う変調効果を招く。 これに関しての説明の都合上、ここで、従来に
おける端面出射型、すなわち基板主面に対し平行
な方向にレーザ光を放射するタイプの半導体レー
ザであつて、かつ、光導波路に分布帰還原理を用
いたものの代表的な一例を第７図に挙げると、基
板１の上に順位、第一クラツド層２、活性層３、
ガイド層８、第二のクラツド層４を積層し、第二
クラツド層４の形成下地層となるガイド層８に、
一般にリソグラフイにより幾何的な凹凸を形成す
ることにより、その上に第二クラツド層４を形成
した時点で、波状の連続した回折格子９が形成さ
れるようになつている。 回折格子９の波状のピツチは、光導波路内の管
内波長の1/2の基準にその整数倍（隣接する山谷
間は1/4管内波長の整数倍）に設定され、これに
より分布帰還原理が満たされるようになつている
が、ここで不満なのは、このような回折格子９
は、上記のように、“波状”にしか形成し得なか
つたことである。これは、リソグラフイ工程に従
つている限り仕方のないことで、ピツチが細かく
なり、またその凹凸の深さが深くなる程、光導波
路内における伝搬定数の変化はこの幾何的な波状
の形状にそのまま従い、緩やかな変化しか得られ
ないし、その周期も当該リソグラフイ精度により
支配され、余り高精度にはなり得ない。 これに対し、本発明の構造では、この従来例の
回折格子９を基板に対して立てた場合に相当する
構造が、活性層３０の一側面に沿つて形成された
半導体ヘテロ多層膜２０の断層面における高屈折
率媒質層２１と低屈折率媒質層２２の屈折率差に
より得られており、しかも、各媒質層２１，２２
は、一般に基板１０の上に順次、エピタキシヤル
成長等により膜成長をさせる時の膜厚制御によ
り、既存の技術をしてもその寸法をかなり厳密に
規定し得るものとなるため、屈折率変化の周期は
極めて正確に設定することができる。 また、半導体ヘテロ多層膜２０の断層面に表れ
ている各媒質層２１，２２の端縁部分は、波状の
ように丸くなつた形ではなく、板を真直ぐ切断し
たときのように、鋭い直角な角部で規定された端
縁とすることができるので、両媒質層２１，２２
間の境界部分において屈折率の変化を急峻に、か
つ深く形成することができる。 例えば、半導体ヘテロ多層膜２０にあつて高屈
折率媒質層２１が存在する部分での本発明ダブ
ル・ヘテロ構造のバンド構造は第２図Ａに示され
るようになり、低屈折率媒質層２２が存在する部
分でのそれは第２図Ｂに示すようになる。 第２図Ａに示されるバンド構造の場合、光電界
は高屈折率媒質層２１の方に染み出すため、伝搬
定数β1はこの部分では相対的に増大するが、第２
図Ｂに示されるように、低屈折率媒質層２２の部
分ではクラツド層４０の方に染み出すので、ここ
での伝搬定数β2は低下する。 こうした関係を活性層３０の基板主面に対する
起立方向に沿い、当該光導波路中の管内波長の1/
２を基準とし、その整数倍で周期的に繰返すよう
に、半導体ヘテロ多層膜２０を構成する高屈折率
媒質層２１と低屈折率媒質層２２の各膜厚を、そ
れぞれ、ほぼ1/4管内波長の整数倍に設定すれば、
分布帰還型の光導波路が得られる。 ここで、一般的に述べると、このようにして形
成される分布帰還型光導波路の結合定数κは、近
似的に、 κ＝β1−β2／π …… と表される。 そこで、第１図示の本発明面発光レーザの構造
を、具体的に、GaAs系のダブル・ヘテロ構造で
実現する場合を考え、半導体ヘテロ多層膜２０を
構成する高屈折率媒質層２１、低屈折率媒質層２
２を、互いにA1組成は異なるが共にAlXGa1-XAs
で、バリア層５０も同様にAlXGa1-XAsで、活性
層３０をGaAsで、そしてクラツド層をAlXGa1-X
Asでそれぞれ構成したときの結合定数κを計算
すると、A1組成や膜厚分布の異なる四例程にお
いて、次に挙げる第１、２表に示す結果を得るこ
とができる。
【表】
【表】
【表】
上記第１、２表に示された計算例＃
１〜＃
４か
ら明らかなように、本発明の面発光レーザ構造に
おける結合定数κは、最も値の小さい計算例＃ ３
でもほぼ500cm-1はあり、最も値の大きい計算例
＃ ２では1000cm-1近くも得られている。 これは、第７図に示したような、通常の端面出
射型で分布帰還型のレーザでは、その結合定数κ
がせいぜい数十cm-1程度しか採り得ていなかつた
ことを思うと、ほぼ一桁、大きな値である。 これは当然、レーザ長Ｌが短い場合に極めて有
利である。すなわち、活性層３０の反射率Ｒは、
利得が零の場合、 Ｒ＝tan2h（κ・Ｌ） …… で表されるから、レーザ長Ｌが短くても結合定数
κが大きければ良いのである。 そのため、通常の端面出射型半導体レーザに比
すと、どうしてもレーザ長Ｌが短かくなりがちな
この種の面発光レーザにとつて、本発明の構造は
極めて大きな意味を持つのである。 また、積層形成した半導体ヘテロ多層膜２０の
断層面に対し、バリア層５０や活性層３０の不着
工程の前に、さらに選択エツチングを施すか、あ
るいはまた加熱によるgaAsの再蒸発等の加工メ
カニズムを利用すると、第３図Ａ，Ｂに示すよう
に、高屈折率媒質層２１と低屈折率媒質層２２の
中、どちらか一方の端面が基板１０の主面と平行
な方向に出つ張つた構造を形成することができ、
基板主面に対して起立する方向（ここでは簡単に
垂直方向としているが）に沿い、幾何的にも周期
的な凹凸構造を得ることができる。 既述のように、各媒質層２１，２２の厚味が、
例えば活性層３０中の管内波長の1/4波長を基準
に設定されているならば、この凹凸の山谷間の距
離はほぼ1/4管内波長の整数倍、ピツチとしては
ほぼ1/2管内波長の整数倍となる。 そこで、このような凹凸構造を有する断層面に
対し、比較的高い温度での成長条件等を選ぶと、
再成長膜厚を周期的に変化させることができるよ
うになり、第３図Ｃに示されているように、特に
光導波路ないし活性層３０の膜厚を1/2管内波長
の整数倍に従い、光導波方向に沿い、周期的に変
化させることができる。 そこで例えば、材質にGaAsを選んだ活性層３
０の幅Ｗを、0.1μｍと0.2μｍの間で周期的に変化
させるようにすると、結合定数κは下記第３表に
示すように計算できる。
ら明らかなように、本発明の面発光レーザ構造に
おける結合定数κは、最も値の小さい計算例＃ ３
でもほぼ500cm-1はあり、最も値の大きい計算例
＃ ２では1000cm-1近くも得られている。 これは、第７図に示したような、通常の端面出
射型で分布帰還型のレーザでは、その結合定数κ
がせいぜい数十cm-1程度しか採り得ていなかつた
ことを思うと、ほぼ一桁、大きな値である。 これは当然、レーザ長Ｌが短い場合に極めて有
利である。すなわち、活性層３０の反射率Ｒは、
利得が零の場合、 Ｒ＝tan2h（κ・Ｌ） …… で表されるから、レーザ長Ｌが短くても結合定数
κが大きければ良いのである。 そのため、通常の端面出射型半導体レーザに比
すと、どうしてもレーザ長Ｌが短かくなりがちな
この種の面発光レーザにとつて、本発明の構造は
極めて大きな意味を持つのである。 また、積層形成した半導体ヘテロ多層膜２０の
断層面に対し、バリア層５０や活性層３０の不着
工程の前に、さらに選択エツチングを施すか、あ
るいはまた加熱によるgaAsの再蒸発等の加工メ
カニズムを利用すると、第３図Ａ，Ｂに示すよう
に、高屈折率媒質層２１と低屈折率媒質層２２の
中、どちらか一方の端面が基板１０の主面と平行
な方向に出つ張つた構造を形成することができ、
基板主面に対して起立する方向（ここでは簡単に
垂直方向としているが）に沿い、幾何的にも周期
的な凹凸構造を得ることができる。 既述のように、各媒質層２１，２２の厚味が、
例えば活性層３０中の管内波長の1/4波長を基準
に設定されているならば、この凹凸の山谷間の距
離はほぼ1/4管内波長の整数倍、ピツチとしては
ほぼ1/2管内波長の整数倍となる。 そこで、このような凹凸構造を有する断層面に
対し、比較的高い温度での成長条件等を選ぶと、
再成長膜厚を周期的に変化させることができるよ
うになり、第３図Ｃに示されているように、特に
光導波路ないし活性層３０の膜厚を1/2管内波長
の整数倍に従い、光導波方向に沿い、周期的に変
化させることができる。 そこで例えば、材質にGaAsを選んだ活性層３
０の幅Ｗを、0.1μｍと0.2μｍの間で周期的に変化
させるようにすると、結合定数κは下記第３表に
示すように計算できる。
【表】
明らかなように、活性層ないし活性層３０の幅
Ｗを上記のように光導波方向に沿つて変調する
と、結合定数κはさらに1500cm-1以上にも向上さ
せることができる。 また、バリア層５０は再成長界面における結晶
欠陥の影響を低減するものであるが、そうした再
成長界面における結晶欠陥が問題にならない場合
には、当然、これを省くこととが可能であり、そ
のようにすると、結合定数κはこれをなお向上さ
せることができる。 半導体ヘテロ多層膜２０中の高屈折率媒質層２
１と低屈折率媒質層２２が形成する光導波方向に
沿う屈折率分布については、原則的には既述した
通り、光導波路管内波長の1/2の整数倍の周期と
するが、このように、分布帰還型光導波路を得る
ために適当なる屈折率分布に関するその他の種々
の配慮については、先に挙げた本発明者の手にな
る特開昭59−36988号公報中に開示の事実を始め、
すでに比較的多く報告されているので、本発明に
おいてもこれらを利用することができる。 例えば、発振波長とブラツグ波長との整合を採
るために、半導体ヘテロ多層膜２０が形成する屈
折率分布において、第４図Ａに示されているよう
に、高屈折率媒質層２１と低屈折率媒質層２２が
基本的に形成する周期的で定まつた値変化の屈折
率分布部分に加え、光導波路中央部分に相当する
位置に、高屈折率媒質層２１にて形成される1/2
管内波長の移相部２３を設けたり、第４図Ｂに示
されているように、半導体ヘテロ多層膜の表面部
分に大きな屈折率変化部分で高反射率ミラー部２
４を形成し、等価的に半導体ヘテロ多層膜を基板
に対して対向させる構造を採る等の変更ないし調
整も可能である。 なあ、この第４図はまた、本発明によると、従
来の第７図示の回折格子構造における波型形状と
は異なり、屈折率分布の周期的な変化を連続した
下駄の歯状に急峻にし得る様子も示している。 次いで、実際に本発明に従う面発光レーザを作
成する場合の一例につき、具体的な各層材料例と
共に、製造手順を追つて説明する。 まず第５図Ａに示されているように、適当なる
半絶縁性基板１０上に、共に導電型はｎ型である
が、Al0.2Ga0.8Asから成る相対的に高屈折率の媒
質層２１と、Al0.5Ga0.5Asから成る相対的に低屈
折率を媒質層２２を交互に積層する。 この際、、Al0.2Ga0.8As高屈折率媒質層２１の
厚味は63nｍ、Al0.5Ga0.5As低屈折率媒質層２２
の厚味は66nｍとして、これら両媒質層２１，２
２の全積層数は100ないし150対とする。したがつ
て、半導体ヘテロ多層膜２０としての全体の厚味
はほぼ15〜20μｍとなる。 このようにして、基板１０の全面上にｎ型半導
体ヘテロ多層膜２０を積層形成した後、同じく同
図Ａに示すように、後程の選択成長用マスクとし
て、SiNXマスク層６０を1000Å程度に亙り、さ
らにその上に形成する。 次に、4μｍ程度のハード・ベイクAzフオト・
レジスト（図示せず）をマスクとして、塩素ガス
を用いたリアクテイブ・イオン・エツチングによ
り、SiNXマスク層６０共々、半導体ヘテロ多層
膜２０の所定面積部分を基板１０の主面に至るま
でエツチングして除去し、第５図Ｂに示されるよ
うに、残つた半導体ヘテロ多層膜２０の一側面
に、高屈折率媒質層２１と低屈折率媒質層２２の
積層構造が基板１０の主面に対して垂直な関係に
表れる断層面を露呈する。 ただし、予め述べて置くと、このエツチング時
の形成手法の如何により、当該断層面が基板垂直
方向に対して角度を置いたように形成するなら
ば、斜め方向にレーザ光を出射するタイプの面発
光レーザを得ることもできる。ここでは最も一般
的な場合として、上記のように、断層面を基板主
面に対して垂直に形成した場合につき説明して置
く。 上記に引き続き、SiNXマスク層６０を選択成
長用のマスクとして利用し、ｎ型半導体ヘテロ多
層膜２０の断層面に対し、同じくｎ型のAl0.3
Ga0.7Asによるバリア層４０を0.1μｍに亙り成長
させた後、GaAs活性層３０を0.2μｍに亙り成長
させる。 さらにその上に、半導体ヘテロ多層膜２０とは
逆導電型、すなわちこの場合はｐ型のAl0.4Ga0.6
Asより成るクラツド層４０を適当な厚味に亙り
成長させて半導体ダブル・ヘテロ構造を完成さ
せ、また必要に応じては、ｐ型クラツド層４０の
上にｐ型GaAsより成るキヤツプ層７０を形成す
る。 このような製造ステツプを経た結果は第５図Ｃ
に示されているが、先にも少し述べたように、本
発明の面発光レーザにとつて必要な、ないし本質
的な機能領域は、半導体ヘテロ多層膜２０の断層
面に沿い、基板主面に垂直な方向に付着した各材
質層部分４０，３０，５０であるが、上記のよう
な製造方法に例えば、基板１０の主面上にも、そ
れぞれ、対応的にダツシユを付して示すように、
バリア層用材質層５０′、光導波路用材質層３
０′、そしてクラツド層用材質層４０′も形成され
る。 したがつて、これら領域５０′，３０′，４０′
は、本質的には不要な部分とも言えるが、逆に、
これらの部分を積極的に変調光の入力や出力レー
ザ光の導波に関する基板主面に平行な光導波路と
して利用することも可能である。その場合、基板
１０の材質では十分な光閉じ込め効果が得られな
い場合には、この基板主面１０の上にのみ、適当
なるクラツド層を選択形成してから、上記のダブ
ル・ヘテロ構造の形成手続を採るようにしても良
い。 また、第５図Ｃの状態では、活性層３０の上部
の露呈面として示されているレーザ光発光領域
は、半導体ダブル・ヘテロ構造の各層並設方向に
直交し、基板主面に平行な方向に伸びる細長い領
域となつている。 そこで、この方向にも発光領域を所定の長さ領
域に制限するためには、次いで、第５図Ｄに示さ
れているように、半導体ヘテロ多層膜２０の断層
面と、それに沿つて形成される各再正長層部分５
０，３０，４０の横方向重なり部分を、ドライ・
エツチング等により、基板両側縁部分から中央部
分に向かつて伸び、かつ、これに直交する深さ方
向には基板主面に至る深さの溝８０，８０を形成
して除去し、それらの溝８０，８０の相向かい合
つた部分の間にのみ、発光領域３１を限定する。 この溝８０，８０内には、その後、適当なAl
組成で半絶縁性のAlGaAsを埋め込み成長させ、
最終的な素子完成状態を示す第６図に見られるよ
うに、溝充填部９０を形成して、これにより、界
面再結合を低減すると望ましい。 また、同じく第６図に見られるように、第５図
Ｄの状態からは、ｎ型半導体ヘテロ多層膜２０の
適当な個所、一般に上面に、当該半導体ヘテロ多
層膜２０とオーミツク接触するｎ型用AuGe／
Ni／Au電極２５を、ｐ型クラツド層４０の側に
は同様にその上面に、このクラツド層側にオーミ
ツク接触するｐ型AuBe／Cr／Au電極４５を形
成すれば、当該一対の電極２５，４５間にダブ
ル・ヘテロ構造内のpn接合に関する順方向電流
を流すことにより、面積制限された発光領域３１
から、基板主面に対し直交する方向に出力レーザ
光LBが放射される面発光レーザが完成する。 以上、本発明の一実施例につき詳記したが、本
発明の要旨構成に即する限り、各層材質等はある
程度任意に最適な組合せ関係のものを選ぶことが
でき、実際上、他の組合せでも、所期の半導体ダ
ブル・ヘテロ構造を構築することができる。 当然、それらの各場合においても、本発明に従
えば、半導体ヘテロ多層膜２０にて必要な回折格
子構造を得ることができる。 ［効果］ 本発明の面発光レーザは、電流注入方向とレー
ザ光の出射方向とが互いに直交し、したがつて独
立に活性層幅Ｗとレーザ長Ｌを規定し得るタイプ
の面発光レーザとしても、特に、その構造上、本
質的に、活性層となるべき領域を必ずにしてエツ
チングで形成しなければならない従来構造とは異
なり、むしろ、エピタキシヤル成長によつて形成
させるのが自然な構造となつている。 そのため、実質的にも、従来の面発光レーザに
比すと、キヤリア注入効率に関与する活性層幅Ｗ
を相当に薄くでき、端面出射型レーザと比しても
遜色ない薄さにすることができる。 一方、分布帰還型（DFB）レーザとして考え
ても、従来、端面出射型レーザにおいて採用され
ていた回折格子構造とは異なり、半導体ヘテロ多
層膜が光導波路に与える伝搬定数の周期的変化
は、これを極めて精密に制御し、急峻かつ深く形
成することが可能であるため、比較的短いレーザ
長Ｌでも十分なレーザ利得を得ることができ、こ
れを総合的に考えると、結局は十分に低閾値化す
ることが可能となる。 このようにして、本発明によれば、従来の面発
光レーザに比すと、重大な欠点がほとんどなく、
極めて実用的なものが提供できるのみならず、そ
の製造自体も、各素工程には既存技術をほぼその
まま援用することができ、特殊性がなくて済む。
Ｗを上記のように光導波方向に沿つて変調する
と、結合定数κはさらに1500cm-1以上にも向上さ
せることができる。 また、バリア層５０は再成長界面における結晶
欠陥の影響を低減するものであるが、そうした再
成長界面における結晶欠陥が問題にならない場合
には、当然、これを省くこととが可能であり、そ
のようにすると、結合定数κはこれをなお向上さ
せることができる。 半導体ヘテロ多層膜２０中の高屈折率媒質層２
１と低屈折率媒質層２２が形成する光導波方向に
沿う屈折率分布については、原則的には既述した
通り、光導波路管内波長の1/2の整数倍の周期と
するが、このように、分布帰還型光導波路を得る
ために適当なる屈折率分布に関するその他の種々
の配慮については、先に挙げた本発明者の手にな
る特開昭59−36988号公報中に開示の事実を始め、
すでに比較的多く報告されているので、本発明に
おいてもこれらを利用することができる。 例えば、発振波長とブラツグ波長との整合を採
るために、半導体ヘテロ多層膜２０が形成する屈
折率分布において、第４図Ａに示されているよう
に、高屈折率媒質層２１と低屈折率媒質層２２が
基本的に形成する周期的で定まつた値変化の屈折
率分布部分に加え、光導波路中央部分に相当する
位置に、高屈折率媒質層２１にて形成される1/2
管内波長の移相部２３を設けたり、第４図Ｂに示
されているように、半導体ヘテロ多層膜の表面部
分に大きな屈折率変化部分で高反射率ミラー部２
４を形成し、等価的に半導体ヘテロ多層膜を基板
に対して対向させる構造を採る等の変更ないし調
整も可能である。 なあ、この第４図はまた、本発明によると、従
来の第７図示の回折格子構造における波型形状と
は異なり、屈折率分布の周期的な変化を連続した
下駄の歯状に急峻にし得る様子も示している。 次いで、実際に本発明に従う面発光レーザを作
成する場合の一例につき、具体的な各層材料例と
共に、製造手順を追つて説明する。 まず第５図Ａに示されているように、適当なる
半絶縁性基板１０上に、共に導電型はｎ型である
が、Al0.2Ga0.8Asから成る相対的に高屈折率の媒
質層２１と、Al0.5Ga0.5Asから成る相対的に低屈
折率を媒質層２２を交互に積層する。 この際、、Al0.2Ga0.8As高屈折率媒質層２１の
厚味は63nｍ、Al0.5Ga0.5As低屈折率媒質層２２
の厚味は66nｍとして、これら両媒質層２１，２
２の全積層数は100ないし150対とする。したがつ
て、半導体ヘテロ多層膜２０としての全体の厚味
はほぼ15〜20μｍとなる。 このようにして、基板１０の全面上にｎ型半導
体ヘテロ多層膜２０を積層形成した後、同じく同
図Ａに示すように、後程の選択成長用マスクとし
て、SiNXマスク層６０を1000Å程度に亙り、さ
らにその上に形成する。 次に、4μｍ程度のハード・ベイクAzフオト・
レジスト（図示せず）をマスクとして、塩素ガス
を用いたリアクテイブ・イオン・エツチングによ
り、SiNXマスク層６０共々、半導体ヘテロ多層
膜２０の所定面積部分を基板１０の主面に至るま
でエツチングして除去し、第５図Ｂに示されるよ
うに、残つた半導体ヘテロ多層膜２０の一側面
に、高屈折率媒質層２１と低屈折率媒質層２２の
積層構造が基板１０の主面に対して垂直な関係に
表れる断層面を露呈する。 ただし、予め述べて置くと、このエツチング時
の形成手法の如何により、当該断層面が基板垂直
方向に対して角度を置いたように形成するなら
ば、斜め方向にレーザ光を出射するタイプの面発
光レーザを得ることもできる。ここでは最も一般
的な場合として、上記のように、断層面を基板主
面に対して垂直に形成した場合につき説明して置
く。 上記に引き続き、SiNXマスク層６０を選択成
長用のマスクとして利用し、ｎ型半導体ヘテロ多
層膜２０の断層面に対し、同じくｎ型のAl0.3
Ga0.7Asによるバリア層４０を0.1μｍに亙り成長
させた後、GaAs活性層３０を0.2μｍに亙り成長
させる。 さらにその上に、半導体ヘテロ多層膜２０とは
逆導電型、すなわちこの場合はｐ型のAl0.4Ga0.6
Asより成るクラツド層４０を適当な厚味に亙り
成長させて半導体ダブル・ヘテロ構造を完成さ
せ、また必要に応じては、ｐ型クラツド層４０の
上にｐ型GaAsより成るキヤツプ層７０を形成す
る。 このような製造ステツプを経た結果は第５図Ｃ
に示されているが、先にも少し述べたように、本
発明の面発光レーザにとつて必要な、ないし本質
的な機能領域は、半導体ヘテロ多層膜２０の断層
面に沿い、基板主面に垂直な方向に付着した各材
質層部分４０，３０，５０であるが、上記のよう
な製造方法に例えば、基板１０の主面上にも、そ
れぞれ、対応的にダツシユを付して示すように、
バリア層用材質層５０′、光導波路用材質層３
０′、そしてクラツド層用材質層４０′も形成され
る。 したがつて、これら領域５０′，３０′，４０′
は、本質的には不要な部分とも言えるが、逆に、
これらの部分を積極的に変調光の入力や出力レー
ザ光の導波に関する基板主面に平行な光導波路と
して利用することも可能である。その場合、基板
１０の材質では十分な光閉じ込め効果が得られな
い場合には、この基板主面１０の上にのみ、適当
なるクラツド層を選択形成してから、上記のダブ
ル・ヘテロ構造の形成手続を採るようにしても良
い。 また、第５図Ｃの状態では、活性層３０の上部
の露呈面として示されているレーザ光発光領域
は、半導体ダブル・ヘテロ構造の各層並設方向に
直交し、基板主面に平行な方向に伸びる細長い領
域となつている。 そこで、この方向にも発光領域を所定の長さ領
域に制限するためには、次いで、第５図Ｄに示さ
れているように、半導体ヘテロ多層膜２０の断層
面と、それに沿つて形成される各再正長層部分５
０，３０，４０の横方向重なり部分を、ドライ・
エツチング等により、基板両側縁部分から中央部
分に向かつて伸び、かつ、これに直交する深さ方
向には基板主面に至る深さの溝８０，８０を形成
して除去し、それらの溝８０，８０の相向かい合
つた部分の間にのみ、発光領域３１を限定する。 この溝８０，８０内には、その後、適当なAl
組成で半絶縁性のAlGaAsを埋め込み成長させ、
最終的な素子完成状態を示す第６図に見られるよ
うに、溝充填部９０を形成して、これにより、界
面再結合を低減すると望ましい。 また、同じく第６図に見られるように、第５図
Ｄの状態からは、ｎ型半導体ヘテロ多層膜２０の
適当な個所、一般に上面に、当該半導体ヘテロ多
層膜２０とオーミツク接触するｎ型用AuGe／
Ni／Au電極２５を、ｐ型クラツド層４０の側に
は同様にその上面に、このクラツド層側にオーミ
ツク接触するｐ型AuBe／Cr／Au電極４５を形
成すれば、当該一対の電極２５，４５間にダブ
ル・ヘテロ構造内のpn接合に関する順方向電流
を流すことにより、面積制限された発光領域３１
から、基板主面に対し直交する方向に出力レーザ
光LBが放射される面発光レーザが完成する。 以上、本発明の一実施例につき詳記したが、本
発明の要旨構成に即する限り、各層材質等はある
程度任意に最適な組合せ関係のものを選ぶことが
でき、実際上、他の組合せでも、所期の半導体ダ
ブル・ヘテロ構造を構築することができる。 当然、それらの各場合においても、本発明に従
えば、半導体ヘテロ多層膜２０にて必要な回折格
子構造を得ることができる。 ［効果］ 本発明の面発光レーザは、電流注入方向とレー
ザ光の出射方向とが互いに直交し、したがつて独
立に活性層幅Ｗとレーザ長Ｌを規定し得るタイプ
の面発光レーザとしても、特に、その構造上、本
質的に、活性層となるべき領域を必ずにしてエツ
チングで形成しなければならない従来構造とは異
なり、むしろ、エピタキシヤル成長によつて形成
させるのが自然な構造となつている。 そのため、実質的にも、従来の面発光レーザに
比すと、キヤリア注入効率に関与する活性層幅Ｗ
を相当に薄くでき、端面出射型レーザと比しても
遜色ない薄さにすることができる。 一方、分布帰還型（DFB）レーザとして考え
ても、従来、端面出射型レーザにおいて採用され
ていた回折格子構造とは異なり、半導体ヘテロ多
層膜が光導波路に与える伝搬定数の周期的変化
は、これを極めて精密に制御し、急峻かつ深く形
成することが可能であるため、比較的短いレーザ
長Ｌでも十分なレーザ利得を得ることができ、こ
れを総合的に考えると、結局は十分に低閾値化す
ることが可能となる。 このようにして、本発明によれば、従来の面発
光レーザに比すと、重大な欠点がほとんどなく、
極めて実用的なものが提供できるのみならず、そ
の製造自体も、各素工程には既存技術をほぼその
まま援用することができ、特殊性がなくて済む。
第１図は本発明に従つて構成される分布帰還型
面発光レーザの原理的一例の概略構成図、第２図
は本発明の面発光レーザのダブル・ヘテロ構造に
おいて半導体ヘテロ多層膜中の高屈折率媒質層の
存在部分と低屈折率媒質層の存在部分の各々にお
けるエネルギ・バンド構造の説明図、第３図は屈
折率差のみならず、幾何的な凹凸構造によつても
光導波路中に周期的な伝搬定数の変調を起こす場
合の半導体ヘテロ多層膜断層面に関する説明図、
第４図は半導体ヘテロ多層膜における屈折率分布
の基本周期構造に対し、さらに付加し得る特殊な
屈折率分布部分を有する構造の説明図、第５図は
本発明に従つて面発光レーザを作成する場合の手
順の一例の説明図、第６図は第５図示工程に従つ
て作成された面発光レーザの概略構成図、第７図
は従来の端面出射型レーザにおいて分布帰還型レ
ーザを実現する場合に採られていた回折格子構造
の説明図、第８図は電流注入方向とレーザ出射方
向とが同方向となつている従来の面発光レーザの
代表的な一例の概略構成図、第９図は電流注入方
向とレーザ出射方向とが互いに直交する関係にな
つている従来の面発光レーザの代表的な一例の概
略構成図、である。 図中、１０は半絶縁性基板、２０は半導体ヘテ
ロ多層膜、２１は高屈折率媒質層、２２は低屈折
率媒質層、２３は1/2波長移相部、２４は高反射
率ミラー部、３０は活性層、４０はクラツド層、
５０はバリア層、である。
面発光レーザの原理的一例の概略構成図、第２図
は本発明の面発光レーザのダブル・ヘテロ構造に
おいて半導体ヘテロ多層膜中の高屈折率媒質層の
存在部分と低屈折率媒質層の存在部分の各々にお
けるエネルギ・バンド構造の説明図、第３図は屈
折率差のみならず、幾何的な凹凸構造によつても
光導波路中に周期的な伝搬定数の変調を起こす場
合の半導体ヘテロ多層膜断層面に関する説明図、
第４図は半導体ヘテロ多層膜における屈折率分布
の基本周期構造に対し、さらに付加し得る特殊な
屈折率分布部分を有する構造の説明図、第５図は
本発明に従つて面発光レーザを作成する場合の手
順の一例の説明図、第６図は第５図示工程に従つ
て作成された面発光レーザの概略構成図、第７図
は従来の端面出射型レーザにおいて分布帰還型レ
ーザを実現する場合に採られていた回折格子構造
の説明図、第８図は電流注入方向とレーザ出射方
向とが同方向となつている従来の面発光レーザの
代表的な一例の概略構成図、第９図は電流注入方
向とレーザ出射方向とが互いに直交する関係にな
つている従来の面発光レーザの代表的な一例の概
略構成図、である。 図中、１０は半絶縁性基板、２０は半導体ヘテ
ロ多層膜、２１は高屈折率媒質層、２２は低屈折
率媒質層、２３は1/2波長移相部、２４は高反射
率ミラー部、３０は活性層、４０はクラツド層、
５０はバリア層、である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 共に第一導電型であつて、基板の主面上に交
互に積層された複数の高屈折率媒質層と低屈折率
媒質層とから成り、該積層構造の断層面が該基板
主面に対して起立した側面に表れている半導体ヘ
テロ多層膜と； 該半導体ヘテロ多層膜の上記断層面に沿つて設
けられ、該半導体ヘテロ多層膜と半導体ヘテロ構
造を形成する活性層と； 該活性層の上記半導体ヘテロ多層膜に接する側
面とは対向する側面に沿つて設けられ、上記第一
導電型とは逆導電型で、該活性層と半導体ヘテロ
構造を形成するクラツド層と； を有し、上記半導体ヘテロ多層膜、上記活性
層、上記クラツド層により、上記基板主面と平行
な方向には半導体ダブル・ヘテロ構造を構成し、
上記半導体ヘテロ多層膜の断層面に沿つては光導
波路となる構造が形成されることにより、上記活
性層が、上記半導体ヘテロ多層膜と上記クラツド
層間に流される順方向電流によつてレーザ光を励
起、発振し、上記基板に対して起立した方向に形
成された上記光導波路に沿つてレーザ光を放射す
る領域となつている一方； 上記半導体ヘテロ多層膜を形成している上記高
屈折率媒質と低屈折率媒質層は、それらの屈折率
差に基づき、上記光導波路の伝搬定数を上記基板
主面に対して起立する方向に沿い周期的に変化さ
せ、該光導波路を分布帰還型の光導波路としてい
ること； を特徴とする面発光レーザ。 ２ 半導体ヘテロ多層膜の上記断層面は、該半導
体ヘテロ多層膜を形成している上記高屈折率媒質
層の該断層面における端面と、上記低屈折率媒質
層の該断層面における端面とが、上記基板主面に
平行な方向に互いにずれていることにより、上記
基板に対する起立方向に沿つては交互に凹凸の連
続する面となつており； これに応じ、該断層面に沿つて構成される上記
活性層を、上記基板主面に対する起立方向に沿
い、その幅が周期的に変化し； これにより、該基板主面に対する基方向に沿う
上記光導波路の上記伝搬定数の周期的な変化が助
長されていること； を特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ。 ３ 半導体ヘテロ多層膜の上記断層面と上記活性
層の間には、結晶欠陥の影響を低減させるバリア
層が挟み込まれていること； を特徴とする請求項１または２に記載の面発光レ
ーザ。 ４ 基板の主面上に、第一の導電型の高屈折率媒
質層と、同じく第一の導電型の低屈折率媒質層と
を交互に複数層に亙り積層し、半導体ヘテロ多層
膜を形成する工程と； 該形成された半導体ヘテロ多層膜の所定面積部
分をエツチング除去し、該基板上にあつて該除去
し残した半導体ヘテロ多層膜の一側面に、該半導
体ヘテロ多層膜を構成している高屈折率媒質層と
低屈折率媒質層の交互積層構造の断層面を露呈す
る工程と； 該露呈した断層面に沿つて、該半導体ヘテロ多
層膜と半導体ヘテロ構造を形成する材質の活性層
を所定の幅だけ付着させる工程と； 該付着した活性層のさらに外側の側面に、上記
第一の導電型とは逆導電型で、該活性層と半導体
ヘテロ構造を形成するクラツド層を付着させ、こ
れにより、最終的に上記半導体ヘテロ多層膜、上
記活性層、上記クラツド層により、上記基板主面
と平行な方向には半導体ダブル・ヘテロ構造を構
成し、上記半導体ヘテロ多層膜の断層面に沿つて
は光導波路となる構造を形成することにより、上
記活性層をして、上記半導体ヘテロ多層膜と上記
クラツド層間に流される順方向電流によつてレー
ザ光を励起、発振し、上記基板に対して起立した
方向に形成された上記光導波路に沿つてレーザ光
を放射する領域とする工程と； を有して成る面発光レーザの製造方法。 ５ 上記半導体ヘテロ多層膜の上記断層面を露呈
する工程に続き、該半導体ヘテロ多層膜を形成し
ている上記高屈折率媒質層と上記低屈折率媒質層
が該断層面において交互に幾何的な凹凸を形成す
るように加工する工程をさらに有し； これにより、該断層面に沿つて付着される上記
活性層は、該幾何的な凹凸に応じ、上記基板主面
に対して起立する方向に沿い、その幅が変化して
いること； を特徴とする請求項４に記載の面発光レーザの製
造方法。 ６ 上記半導体ヘテロ多層膜の上記断層面を露呈
させる工程と上記活性層を付着させる工程との間
には、さらに、結晶欠陥の影響を低減するバリア
層を該断層面に付着させる工程を有し； これにより該活性層は、該断層面に対し、直接
にではなく、該バリア層を介して間接的に沿うよ
うに付着されること； を特徴とする請求項４または５に記載の面発光レ
ーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1058595A JPH02237192A (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 面発光レーザ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1058595A JPH02237192A (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 面発光レーザ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02237192A JPH02237192A (ja) | 1990-09-19 |
| JPH0568110B2 true JPH0568110B2 (ja) | 1993-09-28 |
Family
ID=13088849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1058595A Granted JPH02237192A (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 面発光レーザ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02237192A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4232860A1 (de) * | 1992-09-30 | 1994-03-31 | Siemens Ag | Halbleiterlaser mit einer zwischen zwei Resonatorspiegeln angeordneten aktiven Schicht und Verfahren zu seiner Herstellung |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0638545B2 (ja) * | 1988-06-17 | 1994-05-18 | 光技術研究開発株式会社 | 半導体レーザ |
-
1989
- 1989-03-10 JP JP1058595A patent/JPH02237192A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02237192A (ja) | 1990-09-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |