JPH09129962A - 垂直共振器型半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents
垂直共振器型半導体レーザ素子およびその製造方法Info
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- JPH09129962A JPH09129962A JP28061295A JP28061295A JPH09129962A JP H09129962 A JPH09129962 A JP H09129962A JP 28061295 A JP28061295 A JP 28061295A JP 28061295 A JP28061295 A JP 28061295A JP H09129962 A JPH09129962 A JP H09129962A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の技術と比較して低閾値で高効率、かつ
歩留りにおいて極めて優れた積層集積垂直共振器型半導
体レーザ素子およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 活性層と、該活性層を挟む一対のスペー
サ層と、該一対のスペーサ層を挟む一対の半導体多層膜
反射鏡と、少なくても活性層が構成する平面上の閉領域
を囲む領域が高抵抗化された電流狭窄領域とを具備した
積層構造体が半導体基板上に形成された垂直共振器型半
導体レーザ素子およびその製造方法において、積層構造
体は第１の積層構造部と第２の積層構造部とからなり、
第１の積層構造部は第１回目の結晶成長によって形成さ
れ、かつ活性層が含まれる。また、第１の積層構造部へ
イオン注入することによって電流狭窄領域を設けた後に
第１の積層構造部上に再結晶成長することによって第２
の積層構造部が形成される。
歩留りにおいて極めて優れた積層集積垂直共振器型半導
体レーザ素子およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 活性層と、該活性層を挟む一対のスペー
サ層と、該一対のスペーサ層を挟む一対の半導体多層膜
反射鏡と、少なくても活性層が構成する平面上の閉領域
を囲む領域が高抵抗化された電流狭窄領域とを具備した
積層構造体が半導体基板上に形成された垂直共振器型半
導体レーザ素子およびその製造方法において、積層構造
体は第１の積層構造部と第２の積層構造部とからなり、
第１の積層構造部は第１回目の結晶成長によって形成さ
れ、かつ活性層が含まれる。また、第１の積層構造部へ
イオン注入することによって電流狭窄領域を設けた後に
第１の積層構造部上に再結晶成長することによって第２
の積層構造部が形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、チップ間あるい
はボード間の信号を光で結ぶ光インターコネクション
や、２次元並列信号処理を行うための光源である、垂直
共振器型半導体レーザ素子およびその製造方法に関する
ものである。
はボード間の信号を光で結ぶ光インターコネクション
や、２次元並列信号処理を行うための光源である、垂直
共振器型半導体レーザ素子およびその製造方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】垂直共振器型半導体レーザ素子は、極微
小共振器構造による極低閾値化が可能であること、２次
元アレー化が容易であること、発光パターンが円形のた
めファイバとの高効率な結合が可能であることなどか
ら、光インターコネクションや２次元並列信号処理用の
光源として重要である。
小共振器構造による極低閾値化が可能であること、２次
元アレー化が容易であること、発光パターンが円形のた
めファイバとの高効率な結合が可能であることなどか
ら、光インターコネクションや２次元並列信号処理用の
光源として重要である。
【０００３】従来の垂直共振器型半導体レーザ素子の一
例を図９に示す。図９は、従来の垂直共振器型半導体レ
ーザ素子の基板結晶面に対して垂直な方向に沿った断面
図である。この素子は、ｐ−ＡｌＧａＡｓ基板１１１
（ｐ電極１１８が設けられた面とは反対側の面）上に複
数の層を一括成長させたものである。すなわち、基板１
１１上に、順にｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ
1-z Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）の多層膜から構成される分布反
射（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅ
ｃｔｏｒ，ＤＢＲ）形反射鏡１１２、ノンドープ−Ａｌ
u Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層１１３、ＧａＡｓ／Ａｌw Ｇ
ａ1-w Ａｓ（ｕ≧ｗ）超格子構造活性層１１４、ノンド
ープ−Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層１１５、およびｎ
−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ（０＜ｙ＜
ｚ）ＤＢＲ形反射鏡１１６（最上層はｎ電極層を兼ね
る）を一括成長させて垂直共振器レーザ素子積層構造を
設ける。ＤＢＲ形反射鏡１１２を構成する各層の厚さ
は、発振波長の４分の１をさらに各層の屈折率で割った
値とする。電流狭窄は、プロトンを注入して高抵抗化し
た電流狭窄層１１９をスペーサ層１１５と反射鏡１１６
との間に設けて行う。なお、図９中、プロトン注入によ
る電流狭窄層１１９上に示された領域２０１はプロトン
通過の際に損傷を受ける。
例を図９に示す。図９は、従来の垂直共振器型半導体レ
ーザ素子の基板結晶面に対して垂直な方向に沿った断面
図である。この素子は、ｐ−ＡｌＧａＡｓ基板１１１
（ｐ電極１１８が設けられた面とは反対側の面）上に複
数の層を一括成長させたものである。すなわち、基板１
１１上に、順にｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ
1-z Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）の多層膜から構成される分布反
射（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅ
ｃｔｏｒ，ＤＢＲ）形反射鏡１１２、ノンドープ−Ａｌ
u Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層１１３、ＧａＡｓ／Ａｌw Ｇ
ａ1-w Ａｓ（ｕ≧ｗ）超格子構造活性層１１４、ノンド
ープ−Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層１１５、およびｎ
−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ（０＜ｙ＜
ｚ）ＤＢＲ形反射鏡１１６（最上層はｎ電極層を兼ね
る）を一括成長させて垂直共振器レーザ素子積層構造を
設ける。ＤＢＲ形反射鏡１１２を構成する各層の厚さ
は、発振波長の４分の１をさらに各層の屈折率で割った
値とする。電流狭窄は、プロトンを注入して高抵抗化し
た電流狭窄層１１９をスペーサ層１１５と反射鏡１１６
との間に設けて行う。なお、図９中、プロトン注入によ
る電流狭窄層１１９上に示された領域２０１はプロトン
通過の際に損傷を受ける。
【０００４】つぎに、図１０は従来の集積垂直共振器型
半導体レーザ素子の他の例を示すもので、図９と同様に
基板結晶面に対して垂直な方向に沿った断面図である。
この素子はｐ−ＡｌＧａＡｓ基板３４上に順にｐ−Ａｌ
y Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）の
多層膜から構成される分布反射（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅ
ｄ Ｂ ｒａｇｇ ｒｅｌｆｅｃｔｏｒ，ＤＢＲ）形反
射鏡３５、ノンドープ−Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層
３６、ＧａＡｓ／Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ（ｕ≧ｗ）超格子
構造活性層３７、ノンドープ−Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペ
ーサ層３８、ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z
Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）ＤＢＲ形反射鏡３９（最上層はｎ電
極層を兼ねる）までの垂直共振器レーザ素子の構造上
に、さらにｎ−Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓクラッド層４０、ノ
ンドープ−ＧａＡｓ吸収層４１、ｐ−Ａｌu Ｇａ1-u Ａ
ｓクラッド層４３、ｐ+ −ＧａＡｓコンタクト層４４を
一括成長する。上記構造は、垂直共振器レーザ素子２０
２上に受光器２０３を積層集積した構造であるけれど
も、ゲートや強度変調器・位相変調器を集積した場合も
同様である。
半導体レーザ素子の他の例を示すもので、図９と同様に
基板結晶面に対して垂直な方向に沿った断面図である。
この素子はｐ−ＡｌＧａＡｓ基板３４上に順にｐ−Ａｌ
y Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）の
多層膜から構成される分布反射（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅ
ｄ Ｂ ｒａｇｇ ｒｅｌｆｅｃｔｏｒ，ＤＢＲ）形反
射鏡３５、ノンドープ−Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層
３６、ＧａＡｓ／Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ（ｕ≧ｗ）超格子
構造活性層３７、ノンドープ−Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペ
ーサ層３８、ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z
Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）ＤＢＲ形反射鏡３９（最上層はｎ電
極層を兼ねる）までの垂直共振器レーザ素子の構造上
に、さらにｎ−Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓクラッド層４０、ノ
ンドープ−ＧａＡｓ吸収層４１、ｐ−Ａｌu Ｇａ1-u Ａ
ｓクラッド層４３、ｐ+ −ＧａＡｓコンタクト層４４を
一括成長する。上記構造は、垂直共振器レーザ素子２０
２上に受光器２０３を積層集積した構造であるけれど
も、ゲートや強度変調器・位相変調器を集積した場合も
同様である。
【０００５】上記のような構成からなる従来の集積垂直
共振器型半導体レーザ素子は、以下のような利点または
特徴を有する。すなわち、図１０の素子においては、電
流狭窄の目的としてプロトン注入を用いており、メサを
形成する構造と比較して作製プロセスが容易であるとい
う利点がある。また、図１０の素子においては、該素子
を作製する際、受光器の形成および垂直共振器レーザ素
子の上面電極４７を形成のために上面半導体ＤＢＲ３９
の最上層までエッチングしてメサを形成する。その結
果、必然的に垂直共振器レーザ素子２０２のサイズは受
光器２０３よりも大きくなるけれども、閾値電流の低減
および量子効率の劣化を防ぐために発光サイズを受光サ
イズ以下に抑える必要から、垂直共振器レーザ素子に電
流狭窄構造を施すことが重要であり、図１０はその一例
としてイオン注入を用いた構造を示している。
共振器型半導体レーザ素子は、以下のような利点または
特徴を有する。すなわち、図１０の素子においては、電
流狭窄の目的としてプロトン注入を用いており、メサを
形成する構造と比較して作製プロセスが容易であるとい
う利点がある。また、図１０の素子においては、該素子
を作製する際、受光器の形成および垂直共振器レーザ素
子の上面電極４７を形成のために上面半導体ＤＢＲ３９
の最上層までエッチングしてメサを形成する。その結
果、必然的に垂直共振器レーザ素子２０２のサイズは受
光器２０３よりも大きくなるけれども、閾値電流の低減
および量子効率の劣化を防ぐために発光サイズを受光サ
イズ以下に抑える必要から、垂直共振器レーザ素子に電
流狭窄構造を施すことが重要であり、図１０はその一例
としてイオン注入を用いた構造を示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図９および図
１０に示したいずれの素子構造の場合においても、注入
イオンは必ずしも必要のない受光器および垂直共振器レ
ーザ素子の上面電極層を通過してしまい、特性劣化や高
抵抗化の原因となる。すなわち、図９および図１０のイ
オン注入領域に至るイオン通過領域（図中、薄いハッチ
で示した領域）はイオン濃度が低いため電流が流れない
ほどの高抵抗層にはならない。しかし、結晶内にダメー
ジによるトラップ準位が生ずるために成長直後の結晶と
比較すると抵抗が上昇してしまうという問題が生ずる。
図１０の構造においては受光器サイズをイオンの非注入
領域以下にすることが考えられるが、素子作製プロセス
に許容度を持たせるためには受光器の大きさをなるべく
大きく作製することが望ましい。電流狭窄の別の方法と
して、（１）埋め込み成長や（２）選択エッチングを用
いて空孔を形成する方法、（３）Ａｌ組成の差を利用し
た選択酸化も検討されている。しかしながら、（１）は
半導体ＤＢＲの各層を形成するＡｌＧａＡｓ界面の埋め
込み、さらに受光器を含めた層厚が５μｍ程度と厚い構
造の埋め込みは技術的に困難である。（２）においては
素子作製プロセスの途中の段階で半導体結晶に空孔を形
成した後の絶縁膜・電極形成等のプロセス過程で強度的
に問題がある。（３）は活性層近傍にＡｌ酸化物が存在
することになり、その特性の経時劣化や活性層への歪み
の影響などが懸念されるという問題点がある。
１０に示したいずれの素子構造の場合においても、注入
イオンは必ずしも必要のない受光器および垂直共振器レ
ーザ素子の上面電極層を通過してしまい、特性劣化や高
抵抗化の原因となる。すなわち、図９および図１０のイ
オン注入領域に至るイオン通過領域（図中、薄いハッチ
で示した領域）はイオン濃度が低いため電流が流れない
ほどの高抵抗層にはならない。しかし、結晶内にダメー
ジによるトラップ準位が生ずるために成長直後の結晶と
比較すると抵抗が上昇してしまうという問題が生ずる。
図１０の構造においては受光器サイズをイオンの非注入
領域以下にすることが考えられるが、素子作製プロセス
に許容度を持たせるためには受光器の大きさをなるべく
大きく作製することが望ましい。電流狭窄の別の方法と
して、（１）埋め込み成長や（２）選択エッチングを用
いて空孔を形成する方法、（３）Ａｌ組成の差を利用し
た選択酸化も検討されている。しかしながら、（１）は
半導体ＤＢＲの各層を形成するＡｌＧａＡｓ界面の埋め
込み、さらに受光器を含めた層厚が５μｍ程度と厚い構
造の埋め込みは技術的に困難である。（２）においては
素子作製プロセスの途中の段階で半導体結晶に空孔を形
成した後の絶縁膜・電極形成等のプロセス過程で強度的
に問題がある。（３）は活性層近傍にＡｌ酸化物が存在
することになり、その特性の経時劣化や活性層への歪み
の影響などが懸念されるという問題点がある。
【０００７】したがって、本発明の目的は、上記問題点
を解決し、従来の技術と比較して低閾値で高効率、かつ
歩留りにおいて極めて優れた積層集積垂直共振器型半導
体レーザ素子およびその製造方法を提供することであ
る。
を解決し、従来の技術と比較して低閾値で高効率、かつ
歩留りにおいて極めて優れた積層集積垂直共振器型半導
体レーザ素子およびその製造方法を提供することであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明にもとづく垂直共振器型半導体レーザ素子の
製造方法は、活性層と、該活性層を挟む一対のスペーサ
層と、該一対のスペーサ層を挟む一対の半導体多層膜反
射鏡と、少なくても上記活性層が構成する平面上の閉領
域を囲む領域が高抵抗化された電流狭窄領域とを具備し
た積層構造体が半導体基板上に形成された垂直共振器型
半導体レーザ素子の製造方法において、上記活性層が含
まれた第１の積層構造部を上記基板上に形成する第１の
結晶成長工程と、該第１の積層構造部へイオン注入する
ことによって上記電流狭窄領域を設けるイオン注入工程
と、上記電流狭窄部を形成した後に、上記第１の積層構
造部上に第２の積層構造部を形成する第２の結晶成長工
程とを有し、さらに、上記積層構造体は上記第１の積層
構造部と上記第２の積層構造部とからなることを特徴と
する。
に、本発明にもとづく垂直共振器型半導体レーザ素子の
製造方法は、活性層と、該活性層を挟む一対のスペーサ
層と、該一対のスペーサ層を挟む一対の半導体多層膜反
射鏡と、少なくても上記活性層が構成する平面上の閉領
域を囲む領域が高抵抗化された電流狭窄領域とを具備し
た積層構造体が半導体基板上に形成された垂直共振器型
半導体レーザ素子の製造方法において、上記活性層が含
まれた第１の積層構造部を上記基板上に形成する第１の
結晶成長工程と、該第１の積層構造部へイオン注入する
ことによって上記電流狭窄領域を設けるイオン注入工程
と、上記電流狭窄部を形成した後に、上記第１の積層構
造部上に第２の積層構造部を形成する第２の結晶成長工
程とを有し、さらに、上記積層構造体は上記第１の積層
構造部と上記第２の積層構造部とからなることを特徴と
する。
【０００９】好ましくは、上記第１の積層構造部は、上
記一対の半導体多層膜反射鏡のうちの一つと、上記一対
のスペーサ層のうちの一つとを有し、一方上記第２の積
層構造部は上記一対の半導体多層膜反射鏡のうちの他方
と、上記一対のスペーサ層のうちの他方とを有する。
記一対の半導体多層膜反射鏡のうちの一つと、上記一対
のスペーサ層のうちの一つとを有し、一方上記第２の積
層構造部は上記一対の半導体多層膜反射鏡のうちの他方
と、上記一対のスペーサ層のうちの他方とを有する。
【００１０】好ましくは、上記半導体基板はＧａＡｓか
らなり、また上記第１の結晶成長工程は上記第１の積層
構造部上にＩｎＧａＰ層の成長を行い、さらに上記第２
の結晶成長工程は上記第２の積層構造部を形成する前に
上記ＩｎＧａＰ層を除去する。
らなり、また上記第１の結晶成長工程は上記第１の積層
構造部上にＩｎＧａＰ層の成長を行い、さらに上記第２
の結晶成長工程は上記第２の積層構造部を形成する前に
上記ＩｎＧａＰ層を除去する。
【００１１】好ましくは、上記半導体基板はＧａＡｓか
らなり、また第１の結晶成長工程は上記第１の積層構造
部の成長の最後に成長装置中の加熱によって蒸発可能な
ＡｌＧａＡｓ層またはＧａＡｓ層の成長を行い、さらに
上記第２の結晶成長工程で上記第２の積層構造部を形成
する前に、ＡｓＨ3 雰囲気中またはＡｓビームの照射中
に該蒸発可能なＡｌＧａＡｓ層またはＧａＡｓ層を除去
する。
らなり、また第１の結晶成長工程は上記第１の積層構造
部の成長の最後に成長装置中の加熱によって蒸発可能な
ＡｌＧａＡｓ層またはＧａＡｓ層の成長を行い、さらに
上記第２の結晶成長工程で上記第２の積層構造部を形成
する前に、ＡｓＨ3 雰囲気中またはＡｓビームの照射中
に該蒸発可能なＡｌＧａＡｓ層またはＧａＡｓ層を除去
する。
【００１２】好ましくは、上記イオン注入のイオン種と
して、酸素イオンを用いる。
して、酸素イオンを用いる。
【００１３】好ましくは、上記イオン注入の手段として
収束イオンビームを用いるとともに、上記第１の結晶成
長工程、上記イオン注入工程、および上記第２の結晶成
長工程を真空装置内で一貫して行う。
収束イオンビームを用いるとともに、上記第１の結晶成
長工程、上記イオン注入工程、および上記第２の結晶成
長工程を真空装置内で一貫して行う。
【００１４】好ましくは、上記積層構造体に光信号処理
用の機能素子を積層する工程をさらに有する。
用の機能素子を積層する工程をさらに有する。
【００１５】好ましくは、上記一対の半導体多層膜反射
鏡によって構成される光共振器内に光機能領域を内蔵す
る。
鏡によって構成される光共振器内に光機能領域を内蔵す
る。
【００１６】本発明にもとづく垂直共振器型半導体レー
ザ素子は、活性層と、該活性層を挟む一対のスペーサ層
と、該一対のスペーサ層を挟む一対の半導体多層膜反射
鏡と、少なくても上記活性層が構成する平面上の閉領域
を囲む領域が高抵抗化された電流狭窄領域とを具備した
積層構造体が半導体基板上に形成された垂直共振器型半
導体レーザ素子において、上記積層構造体は、第１回目
の結晶成長によって形成され、かつ上記活性層が含まれ
た第１の積層構造部と、該第１の積層構造部へイオン注
入することによって上記電流狭窄領域を設けた後に上記
第１の積層構造部上に再結晶成長することによって形成
された第２の積層構造部とを有することを特徴とする。
ザ素子は、活性層と、該活性層を挟む一対のスペーサ層
と、該一対のスペーサ層を挟む一対の半導体多層膜反射
鏡と、少なくても上記活性層が構成する平面上の閉領域
を囲む領域が高抵抗化された電流狭窄領域とを具備した
積層構造体が半導体基板上に形成された垂直共振器型半
導体レーザ素子において、上記積層構造体は、第１回目
の結晶成長によって形成され、かつ上記活性層が含まれ
た第１の積層構造部と、該第１の積層構造部へイオン注
入することによって上記電流狭窄領域を設けた後に上記
第１の積層構造部上に再結晶成長することによって形成
された第２の積層構造部とを有することを特徴とする。
【００１７】好ましくは、上記第１の積層構造部は、上
記一対の半導体多層膜反射鏡のうちの一つと、上記一対
のスペーサ層のうちの一つとを有し、一方上記第２の積
層構造部は上記一対の半導体多層膜反射鏡のうちの他方
と、上記一対のスペーサ層のうちの他方とを有する。
記一対の半導体多層膜反射鏡のうちの一つと、上記一対
のスペーサ層のうちの一つとを有し、一方上記第２の積
層構造部は上記一対の半導体多層膜反射鏡のうちの他方
と、上記一対のスペーサ層のうちの他方とを有する。
【００１８】好ましくは、上記積層構造体に光信号処理
用の機能素子が積層されている。
用の機能素子が積層されている。
【００１９】好ましくは、上記垂直共振器型半導体の上
記一対の半導体多層膜反射鏡によって構成される光共振
器内に光機能領域が内蔵されている。
記一対の半導体多層膜反射鏡によって構成される光共振
器内に光機能領域が内蔵されている。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の一
実施例を説明する。
実施例を説明する。
【００２１】図１は本発明にもとづく積層集積垂直共振
器型半導体レーザ素子の一例を示すもので、該素子の結
晶成長面に対して垂直な方向の断面図である。このレー
ザ素子構造は、結晶成長を２回行うことによって形成さ
れる。図中、Ａの領域は第１回目の結晶成長で形成、Ｂ
の領域は第２回目の結晶成長で形成される領域を示す。
器型半導体レーザ素子の一例を示すもので、該素子の結
晶成長面に対して垂直な方向の断面図である。このレー
ザ素子構造は、結晶成長を２回行うことによって形成さ
れる。図中、Ａの領域は第１回目の結晶成長で形成、Ｂ
の領域は第２回目の結晶成長で形成される領域を示す。
【００２２】第１回目の結晶成長では、参照符号１０１
〜１０６で示される積層構造が基板１０１上に形成され
る。すなわち、ｐ−ＡｌＧａＡｓ基板１０１上に順にｐ
−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ（０＜ｙ＜
ｚ）ＤＢＲ形反射鏡１０２、ノンドープ−Ａｌu Ｇａ
1-u Ａｓスペーサ層１０３、ＧａＡｓ／Ａｌw Ｇａ1-w
Ａｓ（ｕ≧ｗ）超格子構造活性層１０４、ノンドープ−
Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層１０５、およびｎ−Ａｌ
y Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ（０＜ｕ＜ｚ）Ｄ
ＢＲ形反射鏡１０６が形成される。ここで、最上層はＩ
ｎＧａＰあるいはＡｌ組成の低い層で成長を止めてお
く。また半導体レーザ素子の上面に位置するＤＢＲ形反
射鏡１０６の層数は、最終的にレーザ素子構造を完成さ
せたときの電界の浸み出し（浸透深さ）以上の厚さであ
って、かつイオン注入層の標準広がりが活性層に至らず
ＤＢＲ内で閉じ込めることのできる厚さに相当する層数
に設定する必要がある。なお、参照符号１１０はプロト
ンを注入して高抵抗化したプロトン注入層である。
〜１０６で示される積層構造が基板１０１上に形成され
る。すなわち、ｐ−ＡｌＧａＡｓ基板１０１上に順にｐ
−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ（０＜ｙ＜
ｚ）ＤＢＲ形反射鏡１０２、ノンドープ−Ａｌu Ｇａ
1-u Ａｓスペーサ層１０３、ＧａＡｓ／Ａｌw Ｇａ1-w
Ａｓ（ｕ≧ｗ）超格子構造活性層１０４、ノンドープ−
Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層１０５、およびｎ−Ａｌ
y Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ（０＜ｕ＜ｚ）Ｄ
ＢＲ形反射鏡１０６が形成される。ここで、最上層はＩ
ｎＧａＰあるいはＡｌ組成の低い層で成長を止めてお
く。また半導体レーザ素子の上面に位置するＤＢＲ形反
射鏡１０６の層数は、最終的にレーザ素子構造を完成さ
せたときの電界の浸み出し（浸透深さ）以上の厚さであ
って、かつイオン注入層の標準広がりが活性層に至らず
ＤＢＲ内で閉じ込めることのできる厚さに相当する層数
に設定する必要がある。なお、参照符号１１０はプロト
ンを注入して高抵抗化したプロトン注入層である。
【００２３】つぎに、第２回目の結晶成長として、上記
第１回目の結晶成長で形成された積層構造上に新たなＤ
ＢＲ形反射鏡１０７を形成する。さらに該ＤＢＲ形反射
鏡１０７上にｐ電極を設ける。
第１回目の結晶成長で形成された積層構造上に新たなＤ
ＢＲ形反射鏡１０７を形成する。さらに該ＤＢＲ形反射
鏡１０７上にｐ電極を設ける。
【００２４】図２は、本発明にもとづく積層集積垂直共
振器型半導体レーザ素子の他の例を示す断面図で、面発
光レーザ素子上に受光器が積層集積されている。図中、
参照符号１〜６で示される積層構造は第１回目の結晶成
長で形成される領域である。また、図中、Ａの領域は第
１回目の結晶成長で形成、Ｂの領域は第２回目の結晶成
長で形成される領域を示す。すなわち、参照符号１はｐ
−ＡｌＧａｓ基板、２はｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌ
z Ｇａ1-z ＡｓＤＢＲ形反射鏡、３はＡｌu Ｇａ1-u Ａ
ｓスペーサ層、４はＧａＡｓ／Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ超格
子構造活性層、５はＡｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層、お
よび６はｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ
（０＜ｙ＜ｚ）ＤＢＲ形反射鏡である。ここで、最上層
はＩｎＧａＰあるいはＡｌ組成の低い層で成長を止めて
おく。
振器型半導体レーザ素子の他の例を示す断面図で、面発
光レーザ素子上に受光器が積層集積されている。図中、
参照符号１〜６で示される積層構造は第１回目の結晶成
長で形成される領域である。また、図中、Ａの領域は第
１回目の結晶成長で形成、Ｂの領域は第２回目の結晶成
長で形成される領域を示す。すなわち、参照符号１はｐ
−ＡｌＧａｓ基板、２はｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌ
z Ｇａ1-z ＡｓＤＢＲ形反射鏡、３はＡｌu Ｇａ1-u Ａ
ｓスペーサ層、４はＧａＡｓ／Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ超格
子構造活性層、５はＡｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層、お
よび６はｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ
（０＜ｙ＜ｚ）ＤＢＲ形反射鏡である。ここで、最上層
はＩｎＧａＰあるいはＡｌ組成の低い層で成長を止めて
おく。
【００２５】第２回目の結晶成長では ｎ−Ａｌy Ｇａ
1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z ＡｓＤＢＲ形反射鏡７および
受光器が形成される。この受光器は参照符号８〜１１で
示される積層構造からなるもので、参照符号８はｎ−Ａ
ｌu Ｇａ1-u Ａｓクラッド層、９はノンドープ−ＧａＡ
ｓ吸収層、１０はｐ−Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓクラッド層、
そして１１はｐ+ −ＧａＡｓコンタクト層である。
1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z ＡｓＤＢＲ形反射鏡７および
受光器が形成される。この受光器は参照符号８〜１１で
示される積層構造からなるもので、参照符号８はｎ−Ａ
ｌu Ｇａ1-u Ａｓクラッド層、９はノンドープ−ＧａＡ
ｓ吸収層、１０はｐ−Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓクラッド層、
そして１１はｐ+ −ＧａＡｓコンタクト層である。
【００２６】つぎに、図３にもとづいて図２に示した本
発明にもとづく積層集積垂直共振器型半導体レーザ素子
の製作工程を説明する。図３中、（ａ）〜（ｄ）は各工
程での積層構造の断面形状を示したものである。
発明にもとづく積層集積垂直共振器型半導体レーザ素子
の製作工程を説明する。図３中、（ａ）〜（ｄ）は各工
程での積層構造の断面形状を示したものである。
【００２７】まず、第１回目の結晶成長でｐ−ＡｌＧａ
ｓ基板１上に、ｐ−Ａｌy Ｇａ1-yＡｓ／Ａｌz Ｇａ1-z
ＡｓＤＢＲ形反射鏡２、Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ
層３、ＧａＡｓ／Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ超格子構造活性層
４、Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層５、およびｎ−Ａｌ
y Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）Ｄ
ＢＲ形反射鏡６を形成するとともに、最上層上にＩｎＧ
ａＰあるいはＡｌ組成の低い層を形成することによって
結晶成長を止める（図３（ａ））。つぎに、第１回目の
結晶成長で形成された積層構造の成長表面にＳｉＯ2 あ
るいはＳｉＮx絶縁層２０４を形成し、さらに厚さ５μ
ｍ程度の厚いレジスト２０５でイオン注入用のマスクを
形成し、かつ酸素イオン（Ｏ+ ）を注入する（図３
（ｂ））。その後、レジスト２０５と絶縁層２０４をエ
ッチングにて除去する。なお、第１回目の結晶成長で形
成された積層構造の最上層がＩｎＧａＰの場合はＨＣｌ
と純水の混合溶液、あるいはＨＣｌとＨ3 ＰＯ4 の混合
溶液にて下のＡｌ組成の低い層との界面まで選択エッチ
ングにて除去する。最上層がＩｎＧａＰでなくＧａＡｓ
あるいはＡｌ組成の低いＡｌＧａＡｓ層の場合は、Ａｓ
Ｈ3 雰囲気（ＭＯＣＶＤやガスソースＭＢＥ、ＣＢＥ装
置）あるいはＡｓビーム（固体ソースＭＢＥ装置）中で
熱的クリーニングを行うことによってＡｌ組成の高い層
の表面を出す（図３（ｃ））。引き続いて垂直共振器レ
ーザ素子の残りの上面ＤＢＲ層、受光器の層を形成する
（図３（ｄ））。
ｓ基板１上に、ｐ−Ａｌy Ｇａ1-yＡｓ／Ａｌz Ｇａ1-z
ＡｓＤＢＲ形反射鏡２、Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ
層３、ＧａＡｓ／Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ超格子構造活性層
４、Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層５、およびｎ−Ａｌ
y Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ（０＜ｙ＜ｚ）Ｄ
ＢＲ形反射鏡６を形成するとともに、最上層上にＩｎＧ
ａＰあるいはＡｌ組成の低い層を形成することによって
結晶成長を止める（図３（ａ））。つぎに、第１回目の
結晶成長で形成された積層構造の成長表面にＳｉＯ2 あ
るいはＳｉＮx絶縁層２０４を形成し、さらに厚さ５μ
ｍ程度の厚いレジスト２０５でイオン注入用のマスクを
形成し、かつ酸素イオン（Ｏ+ ）を注入する（図３
（ｂ））。その後、レジスト２０５と絶縁層２０４をエ
ッチングにて除去する。なお、第１回目の結晶成長で形
成された積層構造の最上層がＩｎＧａＰの場合はＨＣｌ
と純水の混合溶液、あるいはＨＣｌとＨ3 ＰＯ4 の混合
溶液にて下のＡｌ組成の低い層との界面まで選択エッチ
ングにて除去する。最上層がＩｎＧａＰでなくＧａＡｓ
あるいはＡｌ組成の低いＡｌＧａＡｓ層の場合は、Ａｓ
Ｈ3 雰囲気（ＭＯＣＶＤやガスソースＭＢＥ、ＣＢＥ装
置）あるいはＡｓビーム（固体ソースＭＢＥ装置）中で
熱的クリーニングを行うことによってＡｌ組成の高い層
の表面を出す（図３（ｃ））。引き続いて垂直共振器レ
ーザ素子の残りの上面ＤＢＲ層、受光器の層を形成する
（図３（ｄ））。
【００２８】図４の（ａ）〜（ｄ）は図２に示した本発
明にもとづく積層集積垂直共振器型半導体レーザ素子の
製作工程を説明するためのものである。この図に示す方
法は図２と概略同様であるけれども、イオンの打ち込み
に収束イオンビームを用いる点が異なる。したがって、
収束イオンビームを用いたプロセスではフォトリソグラ
フィによるパターニングが必要でないため真空一貫プロ
セスが可能となっている。
明にもとづく積層集積垂直共振器型半導体レーザ素子の
製作工程を説明するためのものである。この図に示す方
法は図２と概略同様であるけれども、イオンの打ち込み
に収束イオンビームを用いる点が異なる。したがって、
収束イオンビームを用いたプロセスではフォトリソグラ
フィによるパターニングが必要でないため真空一貫プロ
セスが可能となっている。
【００２９】ところで、イオン注入領域は電気的に高抵
抗な領域となることは一般的に良く知られており、一方
で半導体結晶成長温度はＭＯＣＶＤ法で７００℃前後、
ＭＢＥ法でも６００℃程度の高温となることが知られて
いる。しかし、本発明においては、イオン注入後２回目
の結晶成長を行うので、このような高温下に１時間前後
の成長温度にイオン注入領域がさらされた後でも高抵抗
を維持しておくことが重要である。
抗な領域となることは一般的に良く知られており、一方
で半導体結晶成長温度はＭＯＣＶＤ法で７００℃前後、
ＭＢＥ法でも６００℃程度の高温となることが知られて
いる。しかし、本発明においては、イオン注入後２回目
の結晶成長を行うので、このような高温下に１時間前後
の成長温度にイオン注入領域がさらされた後でも高抵抗
を維持しておくことが重要である。
【００３０】図５は、プロトン注入ウエハのＳＩＭＳ分
析結果（（ａ）アニール前、（ｂ）アニール後）、図６
は酸素イオン注入ウエハのＳＩＭＳ分析結果（（ａ）ア
ニール前、（ｂ）アニール後）を示すグラフである。
析結果（（ａ）アニール前、（ｂ）アニール後）、図６
は酸素イオン注入ウエハのＳＩＭＳ分析結果（（ａ）ア
ニール前、（ｂ）アニール後）を示すグラフである。
【００３１】プロトン（水素イオン）の場合、図５のＳ
ＩＭＳの測定結果が示すように、７５０℃で１時間加熱
するとイオンの抜けに起因して抵抗値が激減してしま
い、電流狭窄の用途には適さない。しかし、本発明の酸
素イオンの場合は、図６に示すように同条件で熱処理を
行っても、その前後でイオンのピーク位置とイオン濃度
にほとんど変化がなく、従ってイオン注入後の再成長に
も十分耐えうることが実験的に実証されている。
ＩＭＳの測定結果が示すように、７５０℃で１時間加熱
するとイオンの抜けに起因して抵抗値が激減してしま
い、電流狭窄の用途には適さない。しかし、本発明の酸
素イオンの場合は、図６に示すように同条件で熱処理を
行っても、その前後でイオンのピーク位置とイオン濃度
にほとんど変化がなく、従ってイオン注入後の再成長に
も十分耐えうることが実験的に実証されている。
【００３２】図７は、図２に示した本発明にもとづく積
層集積垂直共振器型半導体レーザ素子の特性を説明する
ためのグラフである。図中、（ａ）は面発光レーザ素子
部の電流対光出力特性ならびに電流対比電圧特性のもの
で、実線は本発明のものを、また破線は従来の素子（図
１０参照）のものを示す。本発明の素子は従来の素子の
特性と比較して直列抵抗の低減が実現され、その結果電
力変換効率が上昇している。一方、図中、（ｂ）は受光
器部分の電流対電圧特性を示すもので、実線は本発明の
もの、波線は従来のものを示す。本発明においては素子
系を発光径に比べて十分大きくとり、なおかつ必要最低
限のイオン注入部しか存在しないため、暗電流を従来技
術のものよりも低減することができる。
層集積垂直共振器型半導体レーザ素子の特性を説明する
ためのグラフである。図中、（ａ）は面発光レーザ素子
部の電流対光出力特性ならびに電流対比電圧特性のもの
で、実線は本発明のものを、また破線は従来の素子（図
１０参照）のものを示す。本発明の素子は従来の素子の
特性と比較して直列抵抗の低減が実現され、その結果電
力変換効率が上昇している。一方、図中、（ｂ）は受光
器部分の電流対電圧特性を示すもので、実線は本発明の
もの、波線は従来のものを示す。本発明においては素子
系を発光径に比べて十分大きくとり、なおかつ必要最低
限のイオン注入部しか存在しないため、暗電流を従来技
術のものよりも低減することができる。
【００３３】図８は本発明にもとづく積層集積垂直共振
器型半導体レーザ素子の他の実施例を示す断面図で、面
発光レーザ素子上に受光器が積層集積されている。図
中、Ａの領域は第１回目の結晶成長で形成、Ｂの領域は
第２回目の結晶成長で形成される領域を示す。積層構造
である。すなわち、該積層構造は、ｐ−ＡｌＧａＡｓ基
板１８上に、順にｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ
1-z ＡｓＤＢＲ形反射鏡１９、Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペ
ーサ層２０、ＧａＡｓ／Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ超格子構造
活性層２１、Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層２２、そし
てｎ電極層２３が一括成長されてなるものである。ま
た、ｐ−ＡｌＧａＡｓ基板１８の裏側にはｐ電極が形成
されている。
器型半導体レーザ素子の他の実施例を示す断面図で、面
発光レーザ素子上に受光器が積層集積されている。図
中、Ａの領域は第１回目の結晶成長で形成、Ｂの領域は
第２回目の結晶成長で形成される領域を示す。積層構造
である。すなわち、該積層構造は、ｐ−ＡｌＧａＡｓ基
板１８上に、順にｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ
1-z ＡｓＤＢＲ形反射鏡１９、Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペ
ーサ層２０、ＧａＡｓ／Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ超格子構造
活性層２１、Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層２２、そし
てｎ電極層２３が一括成長されてなるものである。ま
た、ｐ−ＡｌＧａＡｓ基板１８の裏側にはｐ電極が形成
されている。
【００３４】さらに、この積層構造の上に、第２の結晶
成長によって受光器が形成される。第２の結晶成長によ
って形成される層は、Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層２
４、Ａｌx'Ｇａ1-x'Ａｓ／Ａｌw'Ｇａ1-w'Ａｓ超格子構
造可飽和吸収領域２５、Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層
２６、およびｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z
ＡｓＤＢＲ形反射鏡２７である。なお、参照符号２９は
ｎ電極、３０はｐ電極、３１はＳｉＮx またはＳｉＯ
2 、３２は活性層電流狭窄用イオン注入領域、および３
３は可飽和吸収層用イオン注入領域である。
成長によって受光器が形成される。第２の結晶成長によ
って形成される層は、Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層２
４、Ａｌx'Ｇａ1-x'Ａｓ／Ａｌw'Ｇａ1-w'Ａｓ超格子構
造可飽和吸収領域２５、Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層
２６、およびｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z
ＡｓＤＢＲ形反射鏡２７である。なお、参照符号２９は
ｎ電極、３０はｐ電極、３１はＳｉＮx またはＳｉＯ
2 、３２は活性層電流狭窄用イオン注入領域、および３
３は可飽和吸収層用イオン注入領域である。
【００３５】図８に示した素子の特徴は、上下に位置し
たＤＢＲ形反射鏡２７および１９の間にＧａＡｓ／Ａｌ
w Ｇａ1-w Ａｓ超格子構造活性層２１とＡｌx'Ｇａ1-x'
Ａｓ／Ａｌw'Ｇａ1-w'Ａｓ超格子構造可飽和吸収領域２
５あるいは位相調整層などが形成されていることであ
る。この場合、一回目の成長は活性層２１上部のｎ電極
層２３まで行い、電流狭窄のための酸素イオン注入３２
を行った後に、上部の可飽和吸収層あるいは位相調整層
２５と上面のＤＢＲ層２７を形成する。このような形成
法を採ることによって、光共振器に対する各領域の有効
径を等しくすることが可能であり、閾値電流や動作駆動
パワーの無駄な増加の抑制に対して効果がある。
たＤＢＲ形反射鏡２７および１９の間にＧａＡｓ／Ａｌ
w Ｇａ1-w Ａｓ超格子構造活性層２１とＡｌx'Ｇａ1-x'
Ａｓ／Ａｌw'Ｇａ1-w'Ａｓ超格子構造可飽和吸収領域２
５あるいは位相調整層などが形成されていることであ
る。この場合、一回目の成長は活性層２１上部のｎ電極
層２３まで行い、電流狭窄のための酸素イオン注入３２
を行った後に、上部の可飽和吸収層あるいは位相調整層
２５と上面のＤＢＲ層２７を形成する。このような形成
法を採ることによって、光共振器に対する各領域の有効
径を等しくすることが可能であり、閾値電流や動作駆動
パワーの無駄な増加の抑制に対して効果がある。
【００３６】以上説明した積層集積垂直共振器型半導体
レーザ素子は、ｎドープ層へのイオン注入について述べ
たものであるが、ｐドープ層へのイオン注入の場合にも
同様の効果が得られる。また、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ
系に関するものであるけれども、ＩｎＧａＡｓＰ／Ｉｎ
Ｐ系、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ歪超格子系においても同
様の作用・効果を得ることが可能である。また面発光レ
ーザ素子に積層集積する素子として上記では受光器また
は可飽和吸収層を例として挙げたが、ゲート素子や変調
器、位相調整領域などでも同様にして作製できる。
レーザ素子は、ｎドープ層へのイオン注入について述べ
たものであるが、ｐドープ層へのイオン注入の場合にも
同様の効果が得られる。また、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ
系に関するものであるけれども、ＩｎＧａＡｓＰ／Ｉｎ
Ｐ系、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ歪超格子系においても同
様の作用・効果を得ることが可能である。また面発光レ
ーザ素子に積層集積する素子として上記では受光器また
は可飽和吸収層を例として挙げたが、ゲート素子や変調
器、位相調整領域などでも同様にして作製できる。
【００３７】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明は、垂直共振
器型半導体レーザ素子において、一回目の成長において
垂直共振器型半導体レーザ素子の上部半導体多層膜反射
鏡の一部まで、あるいは活性層上部に位置する電極層ま
でを成長し、電流狭窄を目的として酸素イオンの注入を
行った後に一回目の成長の最上層ＩｎＧａＰの除去ある
いは最上層のＧａＡｓあるいはＡｌＧａＡｓをＡｓＨ3
雰囲気中あるいはＡｓビームを照射して熱的クリーニン
グを行った後に除去して再成長を行うことによって、低
閾値で高効率、かつ信頼性の得られる垂直共振器型半導
体レーザ素子を形成する効果がある。
器型半導体レーザ素子において、一回目の成長において
垂直共振器型半導体レーザ素子の上部半導体多層膜反射
鏡の一部まで、あるいは活性層上部に位置する電極層ま
でを成長し、電流狭窄を目的として酸素イオンの注入を
行った後に一回目の成長の最上層ＩｎＧａＰの除去ある
いは最上層のＧａＡｓあるいはＡｌＧａＡｓをＡｓＨ3
雰囲気中あるいはＡｓビームを照射して熱的クリーニン
グを行った後に除去して再成長を行うことによって、低
閾値で高効率、かつ信頼性の得られる垂直共振器型半導
体レーザ素子を形成する効果がある。
【図１】本発明にもとづく垂直共振器型半導体レーザ素
子の一構成例を説明するための模式的断面図である。
子の一構成例を説明するための模式的断面図である。
【図２】本発明にもとづく垂直共振器型半導体レーザ素
子の一構成例を説明するための模式的断面図である（垂
直共振器上部に受光器を積層集積した構造）。
子の一構成例を説明するための模式的断面図である（垂
直共振器上部に受光器を積層集積した構造）。
【図３】本発明にもとづく垂直共振器型半導体レーザ素
子におけるイオン注入と再成長の工程を説明するための
もので、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）はそれ
ぞれ各工程を説明するための模式的断面図である。
子におけるイオン注入と再成長の工程を説明するための
もので、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）はそれ
ぞれ各工程を説明するための模式的断面図である。
【図４】本発明にもとづく垂直共振器型半導体レーザ素
子における収束イオンビームによるイオン注入と再成長
の工程を説明するためのもので、（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）、および（ｄ）はそれぞれ各工程を説明するため
の模式的断面図である。
子における収束イオンビームによるイオン注入と再成長
の工程を説明するためのもので、（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）、および（ｄ）はそれぞれ各工程を説明するため
の模式的断面図である。
【図５】本発明にもとづく垂直共振器型半導体レーザ素
子におけるプロトン注入ウエハのＳＩＭＳ分析結果を示
すグラフであって、（ａ）アニール前，（ｂ）アニール
後のものである。
子におけるプロトン注入ウエハのＳＩＭＳ分析結果を示
すグラフであって、（ａ）アニール前，（ｂ）アニール
後のものである。
【図６】本発明にもとづく垂直共振器型半導体レーザ素
子における酸素イオン注入ウエハのＳＩＭＳ分析結果を
示すグラフであって、（ａ）アニール前，（ｂ）アニー
ル後のものである。
子における酸素イオン注入ウエハのＳＩＭＳ分析結果を
示すグラフであって、（ａ）アニール前，（ｂ）アニー
ル後のものである。
【図７】本発明にもとづく垂直共振器型半導体レーザ素
子の電流対電圧特性を示すグラフであって、（ａ）は垂
直共振器上部に受光器を積層集積した素子構造の面発光
レーザ素子の電流対光出力特性および電流対電圧特性、
（ｂ）は垂直共振器上部に受光器を積層集積した素子構
造の受光器の電流対電圧特性を示す。
子の電流対電圧特性を示すグラフであって、（ａ）は垂
直共振器上部に受光器を積層集積した素子構造の面発光
レーザ素子の電流対光出力特性および電流対電圧特性、
（ｂ）は垂直共振器上部に受光器を積層集積した素子構
造の受光器の電流対電圧特性を示す。
【図８】本発明にもとづく垂直共振器型半導体レーザ素
子の一構成例を説明するための模式的断面図である（垂
直共振器の上下ＤＢＲ内に可飽和吸収層を積層集積した
構造）。
子の一構成例を説明するための模式的断面図である（垂
直共振器の上下ＤＢＲ内に可飽和吸収層を積層集積した
構造）。
【図９】従来の垂直共振器型半導体レーザ素子の断面図
である。
である。
【図１０】従来の積層集積垂直共振器型半導体レーザ素
子の断面図である。
子の断面図である。
１ ｐ−ＡｌＧａＡｓ基板 ２ ｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z ＡｓＤＢ
Ｒ形反射鏡 ３ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 ４ ＧａＡｓ／Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ超格子構造活性層 ５ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 ６ ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z ＡｓＤＢ
Ｒ形反射鏡（一回目の成長） ７ ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z ＡｓＤＢ
Ｒ形反射鏡（二回目の成長） ８ ｎ−Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓクラッド層 ９ ノンドープ−ＧａＡｓ吸収層 １０ ｐ−Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓクラッド層 １１ ｐ+ −ＧａＡｓコンタクト層 １２ ｐ電極 １３ ｎ電極 １４ ＳｉＮx またはＳｉＯ2 １５ ｐ電極 １６ 活性層電流狭窄用イオン注入領域 １７ 受光器用イオン注入領域 １８ ｐ−ＡｌＧａＡｓ基板 １９ ｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z ＡｓＤ
ＢＲ形反射鏡 ２０ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 ２１ ＧａＡｓ／Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ超格子構造活性層 ２２ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 ２３ ｎ電極層 ２４ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 ２５ Ａｌx'Ｇａ1-x'Ａｓ／Ａｌw'Ｇａ1-w'Ａｓ超格子
構造可飽和吸収領域 ２６ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 ２７ ｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z ＡｓＤ
ＢＲ形反射鏡 ２８ ｐ電極 ２９ ｎ電極 ３０ ｐ電極 ３１ ＳｉＮx またはＳｉＯ2 ３２ 活性層電流狭窄用イオン注入領域 ３３ 可飽和吸収層用イオン注入領域 ３４ ｐ−ＡｌＧａＡｓ基板 ３５ ｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z ＡｓＤ
ＢＲ形反射鏡 ３６ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 ３７ ＧａＡｓ／Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ超格子構造活性層 ３８ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 ３９ ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z ＡｓＤ
ＢＲ形反射鏡 ４０ ｎ−Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓクラッド層 ４１ ノンドープ−ＧａＡｓ吸収層 ４２ ＳｉＮx またはＳｉＯ2 ４３ ｐ−Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓクラッド層 ４４ ｐ+ −ＧａＡｓコンタクト層 ４５ ｐ電極 ４６ ｐ電極 ４７ ｎ電極 ４８ 活性層電流狭窄用イオン注入領域 ４９ 受光器用イオン注入領域 １０１ ｐ−ＡｌＧａＡｓ基板 １０２ ｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ
ＤＢＲ形反射鏡 １０３ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 １０４ ＧａＡｓ／Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ超格子構造活性
層 １０５ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 １０６ ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ
ＤＢＲ形反射鏡（一回目の成長） １０７ ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ
ＤＢＲ形反射鏡（二回目の成長） １０８ ｐ電極 １０９ ｎ電極 １１０ イオン注入領域 １１１ ｐ−ＡｌＧａＡｓ基板 １１２ ｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ
ＤＢＲ形反射鏡 １１３ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 １１４ ＧａＡｓ／Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ超格子構造活性
層 １１５ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 １１６ ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ
ＤＢＲ形反射鏡（一回目の成長） １１７ ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ
ＤＢＲ形反射鏡（二回目の成長） １１８ ｐ電極 １１９ ｎ電極 １２０ イオン注入領域 ２０１ イオンが通過した領域 ２０２ 垂直共振器レーザ素子 ２０３ 受光器
Ｒ形反射鏡 ３ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 ４ ＧａＡｓ／Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ超格子構造活性層 ５ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 ６ ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z ＡｓＤＢ
Ｒ形反射鏡（一回目の成長） ７ ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z ＡｓＤＢ
Ｒ形反射鏡（二回目の成長） ８ ｎ−Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓクラッド層 ９ ノンドープ−ＧａＡｓ吸収層 １０ ｐ−Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓクラッド層 １１ ｐ+ −ＧａＡｓコンタクト層 １２ ｐ電極 １３ ｎ電極 １４ ＳｉＮx またはＳｉＯ2 １５ ｐ電極 １６ 活性層電流狭窄用イオン注入領域 １７ 受光器用イオン注入領域 １８ ｐ−ＡｌＧａＡｓ基板 １９ ｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z ＡｓＤ
ＢＲ形反射鏡 ２０ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 ２１ ＧａＡｓ／Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ超格子構造活性層 ２２ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 ２３ ｎ電極層 ２４ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 ２５ Ａｌx'Ｇａ1-x'Ａｓ／Ａｌw'Ｇａ1-w'Ａｓ超格子
構造可飽和吸収領域 ２６ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 ２７ ｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z ＡｓＤ
ＢＲ形反射鏡 ２８ ｐ電極 ２９ ｎ電極 ３０ ｐ電極 ３１ ＳｉＮx またはＳｉＯ2 ３２ 活性層電流狭窄用イオン注入領域 ３３ 可飽和吸収層用イオン注入領域 ３４ ｐ−ＡｌＧａＡｓ基板 ３５ ｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z ＡｓＤ
ＢＲ形反射鏡 ３６ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 ３７ ＧａＡｓ／Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ超格子構造活性層 ３８ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 ３９ ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z ＡｓＤ
ＢＲ形反射鏡 ４０ ｎ−Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓクラッド層 ４１ ノンドープ−ＧａＡｓ吸収層 ４２ ＳｉＮx またはＳｉＯ2 ４３ ｐ−Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓクラッド層 ４４ ｐ+ −ＧａＡｓコンタクト層 ４５ ｐ電極 ４６ ｐ電極 ４７ ｎ電極 ４８ 活性層電流狭窄用イオン注入領域 ４９ 受光器用イオン注入領域 １０１ ｐ−ＡｌＧａＡｓ基板 １０２ ｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ
ＤＢＲ形反射鏡 １０３ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 １０４ ＧａＡｓ／Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ超格子構造活性
層 １０５ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 １０６ ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ
ＤＢＲ形反射鏡（一回目の成長） １０７ ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ
ＤＢＲ形反射鏡（二回目の成長） １０８ ｐ電極 １０９ ｎ電極 １１０ イオン注入領域 １１１ ｐ−ＡｌＧａＡｓ基板 １１２ ｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ
ＤＢＲ形反射鏡 １１３ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 １１４ ＧａＡｓ／Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ超格子構造活性
層 １１５ Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓスペーサ層 １１６ ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ
ＤＢＲ形反射鏡（一回目の成長） １１７ ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ／Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ
ＤＢＲ形反射鏡（二回目の成長） １１８ ｐ電極 １１９ ｎ電極 １２０ イオン注入領域 ２０１ イオンが通過した領域 ２０２ 垂直共振器レーザ素子 ２０３ 受光器
フロントページの続き (72)発明者 岩村 英俊 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 黒川 隆志 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内
Claims (12)
- 【請求項１】 活性層と、該活性層を挟む一対のスペー
サ層と、該一対のスペーサ層を挟む一対の半導体多層膜
反射鏡と、少なくても前記活性層が構成する平面上の閉
領域を囲む領域が高抵抗化された電流狭窄領域とを具備
した積層構造体が半導体基板上に形成された垂直共振器
型半導体レーザ素子の製造方法において、 前記活性層が含まれた第１の積層構造部を前記基板上に
形成する第１の結晶成長工程と、 該第１の積層構造部へイオン注入することによって前記
電流狭窄領域を設けるイオン注入工程と、 前記電流狭窄領域を形成した後に、前記第１の積層構造
部上に第２の積層構造部を形成する第２の結晶成長工程
とを有し、さらに、 前記積層構造体は前記第１の積層構造部と前記第２の積
層構造部とからなることを特徴とする垂直共振器型半導
体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項２】 前記第１の積層構造部は、前記一対の半
導体多層膜反射鏡のうちの一つと、前記一対のスペーサ
層のうちの一つとを有し、一方前記第２の積層構造部は
前記一対の半導体多層膜反射鏡のうちの他方と、前記一
対のスペーサ層のうちの他方とを有することを特徴とす
る請求項２に記載の垂直共振器型半導体レーザ素子の製
造方法。 - 【請求項３】 前記半導体基板はＧａＡｓからなり、ま
た前記第１の結晶成長工程は前記第１の積層構造部上に
ＩｎＧａＰ層の成長を行い、さらに前記第２の結晶成長
工程は前記第２の積層層構造部を形成する前に前記Ｉｎ
ＧａＰ層を除去することを特徴とする請求項１または２
に記載の垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項４】 前記半導体基板はＧａＡｓからなり、ま
た第１の結晶成長工程は前記第１の積層構造部の成長の
最後に成長装置中の加熱によって蒸発可能なＡｌＧａＡ
ｓ層またはＧａＡｓ層の成長を行い、さらに前記第２の
結晶成長工程で前記第２の積層構造部を形成する前に、
ＡｓＨ3 雰囲気中またはＡｓビームの照射中に該蒸発可
能なＡｌＧａＡｓ層またはＧａＡｓ層を除去することを
特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の垂
直共振器型半導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項５】 前記イオン注入のイオン種として、酸素
イオンを用いることを特徴とする請求項１ないし４のい
ずれか一項に記載の垂直共振器型半導体レーザ素子の製
造方法。 - 【請求項６】 前記イオン注入の手段として収束イオン
ビームを用いるとともに、前記第１の結晶成長工程、前
記イオン注入工程、および前記第２の結晶成長工程を真
空装置内で一貫して行うことを特徴とする請求項１ない
し５のいずれか一項に記載の垂直共振器型半導体レーザ
素子の製造方法。 - 【請求項７】 前記積層構造体に光信号処理用の機能素
子を積層する工程をさらに有することを特徴とする請求
項１ないし６のいずれか一項に記載の垂直共振器型半導
体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項８】 前記一対の半導体多層膜反射鏡によって
構成される光共振器内に光機能領域を内蔵することを特
徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の垂直
共振器型半導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項９】 活性層と、該活性層を挟む一対のスペー
サ層と、該一対のスペーサ層を挟む一対の半導体多層膜
反射鏡と、少なくても前記活性層が構成する平面上の閉
領域を囲む領域が高抵抗化された電流狭窄領域とを具備
した積層構造体が半導体基板上に形成された垂直共振器
型半導体レーザ素子において、 前記積層構造体は、 第１回目の結晶成長によって形成され、かつ前記活性層
が含まれた第１の積層構造部と、 該第１の積層構造部へイオン注入することによって前記
電流狭窄領域を設けた後に前記第１の積層構造部上に再
結晶成長することによって形成された第２の積層構造部
とを有することを特徴とする垂直共振器型半導体レーザ
素子。 - 【請求項１０】 前記第１の積層構造部は、前記一対の
半導体多層膜反射鏡のうちの一つと、前記一対のスペー
サ層のうちの一つとを有し、一方前記第２の積層構造部
は前記一対の半導体多層膜反射鏡のうちの他方と、前記
一対のスペーサ層のうちの他方とを有することを特徴と
する請求項９に記載の垂直共振器型半導体レーザ素子。 - 【請求項１１】 前記積層構造体に光信号処理用の機能
素子が積層されていることを特徴とする請求項９または
１０に記載の垂直共振器型半導体レーザ素子。 - 【請求項１２】 前記垂直共振器型半導体の前記一対の
半導体多層膜反射鏡によって構成される光共振器内に光
機能領域が内蔵されていることを特徴とする請求項９な
いし１１のいずれか一項に記載の垂直共振器型半導体レ
ーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28061295A JP3262310B2 (ja) | 1995-10-27 | 1995-10-27 | 垂直共振器型半導体レーザ素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28061295A JP3262310B2 (ja) | 1995-10-27 | 1995-10-27 | 垂直共振器型半導体レーザ素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09129962A true JPH09129962A (ja) | 1997-05-16 |
| JP3262310B2 JP3262310B2 (ja) | 2002-03-04 |
Family
ID=17627472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28061295A Expired - Fee Related JP3262310B2 (ja) | 1995-10-27 | 1995-10-27 | 垂直共振器型半導体レーザ素子およびその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3262310B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001230496A (ja) * | 1999-12-10 | 2001-08-24 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体レーザ素子 |
| JP2001244566A (ja) * | 2000-02-28 | 2001-09-07 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体光素子及びその製造方法 |
| JP2008192798A (ja) * | 2007-02-05 | 2008-08-21 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 面発光レーザ |
| JP2008211013A (ja) * | 2007-02-27 | 2008-09-11 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 面発光半導体レーザ素子 |
| JP2020068309A (ja) * | 2018-10-25 | 2020-04-30 | 住友電気工業株式会社 | 面発光レーザの製造方法 |
| JP2022176886A (ja) * | 2021-05-17 | 2022-11-30 | キヤノン株式会社 | 発光装置及び測距装置 |
-
1995
- 1995-10-27 JP JP28061295A patent/JP3262310B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001230496A (ja) * | 1999-12-10 | 2001-08-24 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体レーザ素子 |
| JP2001244566A (ja) * | 2000-02-28 | 2001-09-07 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体光素子及びその製造方法 |
| JP2008192798A (ja) * | 2007-02-05 | 2008-08-21 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 面発光レーザ |
| JP2008211013A (ja) * | 2007-02-27 | 2008-09-11 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 面発光半導体レーザ素子 |
| JP2020068309A (ja) * | 2018-10-25 | 2020-04-30 | 住友電気工業株式会社 | 面発光レーザの製造方法 |
| JP2022176886A (ja) * | 2021-05-17 | 2022-11-30 | キヤノン株式会社 | 発光装置及び測距装置 |
| JP2025078724A (ja) * | 2021-05-17 | 2025-05-20 | キヤノン株式会社 | 発光装置及び測距装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3262310B2 (ja) | 2002-03-04 |
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