JP3448939B2

JP3448939B2 - 面発光型半導体レーザ

Info

Publication number: JP3448939B2
Application number: JP02599894A
Authority: JP
Inventors: 克己森; 達也浅賀; 英明岩野; 貴幸近藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-01-28
Filing date: 1994-01-28
Publication date: 2003-09-22
Anticipated expiration: 2018-09-22
Also published as: JPH06283818A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板の垂直方向にレー
ザ光を発振し、かつ、その偏波面の方向を特定方向に設
定できる面発光型半導体レーザに関する。

【０００２】

【従来の技術】基板の垂直方向に共振器を持つ面発光レ
ーザは、第５０回応用物理学会学術講演会の講演予稿集
第３分冊ｐ．９０９２９ａ−ＺＧ−７（1989年９月
２７日発行）に開示されている。この従来技術によれ
ば、図１２に示すように、先ず、（６０２）ｎ型ＧａＡ
ｓ基板に（６０３）ｎ型ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多層
膜、（６０４）ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、（６０
５）ｐ型ＧａＡｓ活性層、（６０６）ｐ型ＡｌＧａＡｓ
クラッド層を順次成長させて形成している。その後、円
柱状の領域を残してエッチングし、（６０７）ｐ型、
（６０８）ｎ型、（６０９）ｐ型、（６１０）ｐ型の順
にＡｌＧａＡｓを液相成長させて形成し、円柱状領域の
周囲を埋め込む。しかる後、（６１０）ｐ型ＡｌＧａＡ
ｓキャップ層の上部に（６１１）誘電体多層膜を蒸着
し、（６１２）ｐ型オーミック電極、（６０１）ｎ型オ
ーミック電極を形成することで、面発光型半導体レーザ
を構成している。

【０００３】このように、従来技術では活性層以外の部
分に電流が流れるのを防ぐ手段として、埋込み層に（６
０７−６０８）から成るｐ−ｎ接合を設けている。

【０００４】しかし、このｐ−ｎ接合では十分な電流狭
窄を得ることは難しく、完全には無効電流を抑制できな
い。このため、従来技術では素子の発熱に起因して、室
温での連続発振駆動することが困難であり、実用性に欠
けている。また埋込み層を、従来のようにｐ−ｎ接合を
形成するための多層構造にした場合、埋込み層のｐ−ｎ
界面の位置は、円柱状に残した各成長層の界面位置を考
慮する必要がある。従って、多層構造の各埋込み成長層
の膜厚制御が難しく、再現性良く面発光型半導体レーザ
を製造することは極めて困難である。また、従来技術の
ように液相成長により円柱の周囲に埋込み層を形成する
と円柱部分が折れてしまう危険性が高く、歩留まりが悪
く、特性の改善が構造上の原因から制約されてしまう。

【０００５】そこで本出願人は、気相成長により形成で
きるII-VI 族化合物半導体エピタキシャル層にて、光共
振器の一部の柱状部分の周囲に埋込み層を形成する技術
を提案している（特開平４−３６３０８１）。

【０００６】この技術によれば、埋込み層の材質を改善
することで、完全な電流狭窄が可能な構造を有し、極め
て簡単に製造できる高効率の面発光半導体レーザを実現
できる。さらに、複数の発光部を近接させることがで
き、各発光部からのレーザ光の位相を同期させることが
できる。また、複数の発光部からの位相同期したレーザ
光を一つの光束を持った光とし、その発光スポットが大
きく、レーザ光の放射角が狭い面発光型半導体レーザを
実現できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の面
発光型半導体レーザでは、レーザ光の偏波面をある特定
方向に設定することが非常に重要な課題である。この偏
波面とは、レーザ光の振幅する面であり、レーザ光はこ
の偏波面が一方向に固定されながら進行する性質があ
る。

【０００８】ここで、レーザ光が鏡で反射するとき、レ
ーザ光の偏波面と鏡の角度とにより反射率が変化するこ
とが知られている。この性質により、レーザ光を利用し
た機器、例えばレーザプリンタ等を設計する際に、この
レーザ光の偏波面の方向が非常に重要なパラメータとな
る。例えば、一つのレーザ光を鏡にて反射させるとき、
その反射光に所望の光強度を得るためには、素子の位置
を調整して偏波面の方向を設定する必要がある。そし
て、素子毎にそれぞれレーザ光の偏波面の方向が異なっ
ていれば、この素子毎の位置調整がきわめて煩雑であ
る。さらに加えて、一つの素子に複数の半導体レーザが
形成される場合に、その偏波面の方向がそれぞればらば
らであると、各レーザ光に対する鏡の反射率が変わり、
得られる反射率の強度が変わってしまう。これ以外にも
例えば偏光フィルタなどにレーザ光を透過させる光通信
などの技術の分野においても、この偏光フィルタにて特
定方向の偏波面を持つレーザ光のみを透過させる必要が
あり、偏波面の方向をある特定方向に設定することが重
要な課題となっている。

【０００９】しかしながら、実際の面発光型半導体レー
ザのレーザ光の偏波面を測定したところ、各素子間にて
ばらつきがあり、かつ、一素子内に複数のレーザが配置
される場合には、その一素子内より出射される各レーザ
光の偏波面方向にもばらつきがあることが判明した。

【００１０】本発明者らが偏波面の方向が異なる原因を
調べたところ、半導体基板に平行な共振器の断面形状に
偏波面の方向が依存していることが判った。特に、共振
器を柱状に形成した後、ＬＰＥ（液相成長）法を用いて
共振器の周りに埋込層を形成する場合には、その結晶成
長法の性質上、メルトバックと呼ばれる現象が生ずる。
このメルトバックとは、高温の溶融原料が共振器の側面
に接触することで、柱状の共振器の側面を溶かしてその
形状を変化させてしまうことである。このメルトバック
による溶け方は非常に不安定であり、表面の状態や結晶
方位等によりその溶け方が種々様々となっている。した
がって、エッチング技術により、所定の断面形状を持つ
共振器を形成したとしても、その後のＬＰＥ法の実施時
に、メルトバックにより共振器の断面形状が変化してし
まい、それゆえこの共振器から出射される偏波面の方向
もある特定方向に設定することができなかった。

【００１１】そこで、本発明の目的とするところは、出
射されるレーザ光の偏波面の方向をある特定方向に設定
することができる面発光型半導体レーザを提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段及び作用】半導体基板に垂
直な方向に光を出射する面発光型半導体レーザにおい
て、反射率の異なる一対の反射鏡とそれらの間の多層の
半導体層とを有し、前記半導体層のうちの少なくともク
ラッド層が複数本の柱状に形成されている光共振器と、
前記柱状部分の周囲に埋め込まれている埋込み層と、前
記柱状部分の表面にコンクタトし、かつ、前記柱状部分
と対向する領域に光出射口を有し、少なくとも前記光出
射口内に前記一対の反射鏡のうちの光出射側の反射鏡が
形成される光出射側の電極と、を有し、前記柱状部分
は、前記半導体基板に平行な横断面形状が長辺と短辺か
らなる矩形であり、出射されるレーザ光の偏波面の方向
が、前記短辺の方向と平行であることを特徴とする。

【００１３】ここで、レーザ光の偏波面の方向は、共振
器に形成された断面矩形の柱状部分の短辺の方向と平行
な方向に揃うことが実験的に確かめられた。したがっ
て、一素子内に複数の共振器を形成する場合にも、その
各共振器から出射されるレーザ光の偏波面の方向を、各
共振器が有する断面矩形の柱状部分の短辺の方向に揃え
ることができる。

【００１４】また、上記構造の面発光型半導体レーザに
おいて、光共振器に形成された柱状部分は、半導体基板
に平行な断面形状が、長辺と短辺からなる矩形となって
いる。この断面矩形の形状は、プロセスによって多少変
動しても、長辺および短辺はそのまま残り、断面形状と
して大きく変化することはない。

【００１５】レーザ光の偏波面の方向は、光共振器の柱
状部分を矩形断面としなくても、請求項２に示すよう
に、光出射側の電極に形成される光出射口の開口形状を
矩形とし、その矩辺の方向と平行な方向に設定すること
ができる。この構造は、光共振器の柱状の部分の二次元
面上での配置上の制約により柱状部分を矩形とできない
場合に有効である。

【００１６】埋込み層として、高抵抗を有するII−VI族
化合物半導体エピタキシャル層を用いると良い。この高
抵抗層で形成された埋込み層への注入電流のもれは生じ
ず、極めて有効な電流狭窄が達成される。そして、無効
電流を低減できるので、しきい値電流を下げることが可
能となる。このエピタキシャル層は気相成長法を用いて
形成でき、従来のＬＰＥ法を用いた場合のメルトバック
の現象は生ずることはない。さらに、II−VI族化合物半
導体エピタキシャル層は、気相成長法により埋込み幅が
狭くても確実に形成できるため、複数本の柱状半導体層
を近接配置できる効果がある。

【００１７】埋込み層は、低温の気相成長プロセスによ
り形成できるII−VI族化合物半導体エピタキシャル層と
する他に、少なくとも光共振器との界面を絶縁性シリコ
ン化合物にて覆う構成としても良い。この絶縁性シリコ
ン化合物として、シリコン酸化物、シリコン窒化物ある
いはシリコン炭化物を挙げることができる。さらに好ま
しくは、絶縁性シリコン化合物薄膜と平坦化用絶縁層の
二重層構造とするとよい。絶縁性シリコン化合物例えば
シリコン酸化膜は常圧熱ＣＶＤ等により比較的低温度で
形成できる。しかも、この絶縁性シリコン化合物を薄膜
にて形成することで、光共振器が熱に晒される時間を短
縮でき、熱による結晶へのダメージをより少なくするこ
とができる。平坦化用絶縁層は、絶縁性であれば良く、
平坦化が容易なＳＯＧ膜の他、ポリイミドなどの耐熱性
樹脂、多結晶のII−VI族化合物半導体膜（例えばＺｅＳ
ｅなど）、あるいは前記絶縁性シリコン化合物薄膜より
も低温プロセスにて形成された絶縁性シリコン化合物膜
（例えば電子ビーム蒸着法で形成されたＳｉＯ_xなど）
を挙げることができる。

【００１８】位相同期した面発光型半導体レーザは、光
共振器が、複数本の柱状の半導体層に分離するための分
離溝を有する。この分離溝に埋込み層が埋め込まれ、各
柱状の半導体層にそれぞれ発光部が形成される。光共振
器を構成する半導体層のうちの活性層に分離溝が到達し
ないようにする。こうすると、活性層を介して各発光部
が影響し合い、各発光部での光の位相は同期する。

【００１９】発光スポットを大きくする場合には、分離
溝に、出射するレーザ光の波長に対して透明な埋込み層
を埋め込む。さらに、光出射側の反射鏡を、複数本の前
記柱状の各端面及び前記分離溝に埋め込まれた埋込み層
と対向する領域に亘って形成する。こうすると、柱状の
発光部に挾まれた領域も垂直共振器構造となり、その領
域にもれた光も有効にレーザ発振に寄与して発光スポッ
トが広がる。さらに、位相同期したレーザ光が重ね合わ
されるため、光出力が増加し、放射角も小さくなる。

【００２０】

【実施例】第１実施例図１（ａ）は、本発明の第１の実施例における半導体レ
ーザ（１００）の発光部の断面を示す斜視図で、図１
（ｂ）半導体レーザの平面図で、図２は本発明の実施例
における半導体レーザの製造工程を示す断面図である。

【００２１】（１０２）ｎ型ＧａＡｓ基板に、（１０
３）ｎ型ＧａＡｓバッファ層を形成し、ｎ型Ａｌ_0.7Ｇ
ａ_0.3Ａｓ層とｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ層からなり波
長８７０ｎｍ付近の光に対し９８％以上の反射率を持つ
３０ペアの（１０４）分布反射型多層膜ミラーを形成す
る。さらに、（１０５）ｎ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラ
ッド層、（１０６）ｐ型ＧａＡｓ活性層、（１０７）ｐ
型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層、（１０８）ｐ型Ａ
ｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓコンタクト層を順次ＭＯＣＶＤ法で
エピタキシャル成長する（図２（ａ））。この時例え
ば、成長温度は７００℃、成長圧力は１５０Ｔｏｒｒ
で、III 族原料にＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、Ｔ
ＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）の有機金属を用い、
Ｖ族原料にＡｓＨ₃、ｎ型ドーパントにＨ₂Ｓｅ、ｐ型
ドーパントにＤＥＺｎ（ジエチルジンク）を用いた。

【００２２】成長後、表面に熱ＣＶＤ法により（１１
２）ＳｉＯ₂層を形成した後、反応性イオンビームエッ
チング法（以下、ＲＩＢＥ法と記す）により、（１１
３）ハードベイクレジストで覆われた円柱状の発光部を
残して、（１０７）ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド
層の途中までエッチングする（図２（ｂ））。このエッ
チングプロセスの実施により、共振器の柱状部分は、そ
の上の（１１３）ハードベークレジスト層の輪郭形状と
同じ断面を持つ。本実施例では図１（ｂ）に示すよう
に、（１０２）半導体基板に平行な断面が、長辺Ａおよ
び短辺Ｂからなる矩形となる。この際、エッチングガス
には塩素とアルゴンの混合ガスを用い、ガス圧１×１０
^-3Ｔｏｒｒ、引出し電圧４００Ｖで行った。ここで、
（１０７）ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層の途中
までしかエッチングしないのは、活性層の水平方向の注
入キャリアと光の閉じ込めを、リブ導波路型の屈折率導
波構造にするためである。

【００２３】次に、この（１０７）ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ
_0.6Ａｓクラッド層上に、埋込み層を形成する。このた
めに、実施例では、（１１３）レジストを取り除いた
後、ＭＯＣＶＤ法により、（１０９）ＺｎＳ_0.06Ｓｅ
_0.94層を埋込み成長させる。このときの成長条件は、成
長温度を２７５℃、成長圧力を７０Ｔｏｒｒとし、「II
族有機化合物およびVI族有機化合物からなる付加体」と
しては、ＤＭＺｎ−ＤＭＳｅ付加体（ジメチル亜鉛とジ
メチルセレンとの付加体）を用いた。これがII族原料と
なる。また、「VI族水素化物」としては、Ｈ₂Ｓｅ（セ
レン化水素）およびＨ₂Ｓ（硫化水素）を用いた。これ
らがVI族原料となる。このプロセスにより、（１０７）
ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層のエッチングされ
た部分の上部には（１０９）単結晶のＺｎＳ_0.06Ｓｅ
_0.94層が成長し、また、（１１２）ＳｉＯ₂層の上部に
は（１１４）多結晶のＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層が成長する
（図２（ｃ））。このＭＯＣＶＤ法による（１０９）埋
込層の成長工程は、その成長温度が比較的低温（例えば
２７５℃）であり、また気相成長法であるため、従来の
ようにＬＰＥ法を用いた場合のメルトバックの現象は生
じず、断面矩形の柱状部分の断面形状が大きく変動する
ことはない。

【００２４】その後、（１１５）レジストを表面全体に
厚く塗布し、この（１１５）レジストの表面を平坦化す
る（図２（ｄ））。そして、ＲＩＢＥ法により，（１１
２）ＳｉＯ2 層が露出するまでエッチングを行う。この
とき、（１１５）レジストのエッチングレートと（１１
４）多結晶のＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.92層のエッチングレート
とほぼ同じであり、また、（１１２）ＳｉＯ₂はエッチ
ングストップ層となるので、エッチング後の表面を平坦
にすることができる。

【００２５】さらに、（１１２）ＳｉＯ₂層を通常のウ
ェットエッチングにより除去した後、表面に４ペアの
（１１１）ＳｉＯ₂／ａ−Ｓｉ誘電体多層膜を電子ビー
ム蒸着により形成し、反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）で、発光部の径よりやや小さい領域を残して取り去
る（図２（ｅ））。波長８７０ｎｍでの誘電体多層膜の
反射率は９４％である。

【００２６】しかる後（１１１）誘電体多層膜以外の表
面に（１１０）ｐ型オーミック電極を蒸着し、さらに基
板側に（１０１）ｎ型オーミック電極を蒸着し、Ｎ₂雰
囲気中で４２０℃でアロイングし、（１００）面発光半
導体レーザを完成する（図２（ｆ））。

【００２７】このように作成した本実施例の面発光半導
体レーザは、埋込みに用いたＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層が１
ＧΩ以上の抵抗を有し、埋込み層への注入電流のもれが
起こらないため、極めて有効な電流狭窄が達成される。
また埋込み層は多層構造にする必要がないため容易に成
長でき、バッチ間の再現性も高い。さらにＧａＡｓに比
べ屈折率が十分小さいＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層を用いたリ
ブ導波路構造により、より効果的な光の閉じ込めが実現
される。

【００２８】また、この面発光型半導体レーザより出射
されるレーザ光の偏波面は、断面矩形の柱状部分の短辺
Ｂの方向と一致している。したがって、この面発光型半
導体レーザ素子は素子間にてレーザ光の偏波面をある特
定方向にそろえることができる。したがって、素子をレ
ーザ応用機器に配置する場合に、その素子の細かな位置
調整を必ずしも要せずに、レーザ光の偏波面の方向をあ
る特定方向に容易に設定することが可能となる。

【００２９】断面矩形の柱状部分の長辺の長さをＡと
し、短辺の長さをＢとした時、Ｂ＜Ａ＜２Ｂであること
が好ましい。Ａを２Ｂ以上とすると、出射口の形状も円
または正多角形とはならずに長方形になるため、発光ス
ポットが一つにならず、一つの出射口に複数の発光スポ
ットが形成されてしまう。また、共振器の体積も大きく
なるので、レーザ発振しきい値電流も増加してしまう。

【００３０】さらにこの矩形断面の各辺は、１．１×Ｂ
≦Ａ≦１．５×Ｂに設定すると良い。長辺の長さＡが
１．１×Ｂ未満であると、埋込層形成時のプロセス変動
により、特にＬＰＥ法を用いて埋込層を形成した場合
に、その断面形状の変化によって偏波面制御の効果が落
ちるためである。また、レーザ発振しきい値電流が大き
く増加しない点を考慮すると、Ａ≦１．５×Ｂに設定す
るものが良い。

【００３１】さらに、埋込み層（ＺｎＳ_0.06Ｓｅ
_0.94層）の界面に転移や欠陥が生じないようにするため
には成長温度を５００℃以下にすることが望ましいが、
本実施例では、この成長温度が非常に低い（２７５℃）
ため、このＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層の再成長界面として、
転移や欠陥の少ない安定した界面を得ることができる。

【００３２】図３はこの実施例の面発光半導体レーザの
駆動電流と発振光出力の関係を示す図である。室温にお
いて連続発振が達成され、しきい値１ｍＡと極めて低い
値を得た。また外部微分量子効率も高く、無効電流の抑
制がレーザの特性向上に貢献している。

【００３３】本実施例の面発光型半導体レーザの光共振
器における柱状部分を断面矩形としているが、出射され
るレーザ光の形状は、（１１０）電極に形成される光出
射口の形状に主に依存する。したがって、この光出射口
の形状を、円または、正多角形としておけば、出射され
るレーザ光の形状を円のスポットビームとすることがで
きる。

【表１】表１に本発明の実施例の面発光半導体レーザの柱状部分
における矩形断面の対角線の長さに対する近視野像の関
係を示す。１０μｍ未満で基本モードで発振するが、そ
れ以上では、１次以上のモードで発振した。

【００３４】本発明の実施例の面発光半導体レーザのコ
ンタクト層の膜厚に関しては、３．０μｍ以下とするも
のが良い。コンタクト層での光吸収を低減できるからで
ある。より好ましくは０．３μｍ以下が最適で、素子抵
抗が低く、外部微分量子効率も高い。

【００３５】第２実施例図４（ａ）は、本発明の第２の実施例における（２０
０）半導体レーザの発光部の断面を示す斜視図で、図４
（ｂ）は半導体レーザの平面図で、図５はその実施例に
おける（２００）半導体レーザの製造工程を示す断面図
である。

【００３６】本実施例の（２００）半導体レーザは、
（２０８）ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓコンタクト層から
（２０５）ｎ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層の一部
までを柱状に形成した点で、上述の実施例１と異なる。

【００３７】（２０２）ｎ型ＧａＡｓ基板に、（２０
３）ｎ型ＧａＡｓバッファ層を形成し、ｎ型ＡｌＡｓ層
とｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ層からなり波長８７０ｎｍ
付近の光に対し９８％以上の反射率を持つ３０ペアの
（２０４）分布反射型多層膜ミラーを形成する。さら
に、（２０５）ｎ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層、
（２０６）ｐ型ＧａＡｓ活性層、（２０７）ｐ型Ａｌ
_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層、（２０８）ｐ型Ａｌ_0.1
Ｇａ_0.9Ａｓコンタクト層を順次ＭＯＣＶＤ法でエピタ
キシャル成長させる（図５（ａ））。この時例えば、成
長温度は７００℃、成長圧力は１５０Ｔｏｒｒで、III
族原料にＴＭＧａ（トリメチルガリウム），ＴＭＡｌ
（トリメチルアルミニウム）の有機金属を用い、Ｖ族原
料にＡｓＨ₃、ｎ型ドーパントにＨ₂Ｓｅ、ｐ型ドーパ
ントにＤＥＺｎ（ジエチルジンク）を用いた。

【００３８】成長後、表面に熱ＣＶＤ法により（２１
２）ＳｉＯ₂を形成した後、反応性イオンビームエッチ
ング法（以下、ＲＩＢＥ法と記す）により、（２１３）
ハードベイクレジストで覆われた円柱状の発光部を残し
て（２０５）ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層の途
中までエッチングする（図５（ｂ））。このエッチング
プロセスにおいて、光共振器の柱状部分は、その上の
（２１３）ハードベークレジスト層の輪郭形状に一致し
た断面となる。本実施例では、柱状部分は、（２０２）
半導体基板と平行な断面が、図４ｂに示すように、長辺
Ａおよび短辺Ｂを有する矩形となる。長辺Ａ、短辺Ｂの
長さに関しては、第１実施例と同様の理由から、好まし
くはＢ＜Ａ＜２×Ｂ、さらに好ましくは１．１×Ｂ≦Ａ
≦１．５×Ｂとする。

【００３９】この際、エッチングガスには塩素とアルゴ
ンの混合ガスを用い、ガス圧１×１０^-3Ｔｏｒｒ、引出
し電圧４００Ｖで行った。

【００４０】次に、この上に、埋込み層を形成する。こ
のために、本実施例では、（２１３）レジストを取り除
いた後、ＭＯＣＶＤ法により、（２０９）ＺｎＳ_0.06Ｓ
ｅ_0.94層を埋込み成長させる。このときの成長条件は、
成長温度２７５℃、成長圧力を７０Ｔｏｒｒとし、「II
族有機化合物およびVI族有機化合物からなる付加体」と
しては、ＤＭＺｎ−ＤＭＳｅ付加体（ジメチルジンクと
ジメチルセレンとの付加体）を用いた。これがII族原料
となる。また、「VI族水素化物」としては、Ｈ₂Ｓｅ
（セレン化水素）およびＨ₂Ｓ（硫化水素）を用いた。
これらがVI族原料となる。このプロセスにより、エッチ
ングされた部分の上部には（２０９）単結晶のＺｎＳ
_0.06Ｓｅ_0.94層が成長し、また、（２１２）ＳｉＯ₂層
の上部には（２１４）多結晶のＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層が
成長する（図５（ｃ））。このＭＯＣＶＤ法による埋込
層２０９の成長工程は、その成長温度が比較的低温（例
えば２７５℃）であり、また気相成長法であるため、従
来のようにＬＰＥ法を用いた場合のメルトバックの現象
は生じず、断面矩形の柱状部分の断面形状が大きく変動
することはない。

【００４１】その後、（２１５）レジストを表面全体に
厚く塗布し、表面を平坦化する（図５（ｄ））。そし
て、ＲＩＢＥ法により、（２１２）ＳｉＯ₂層が露出す
るまでエッチングを行う。このとき、（２１５）レジス
トのエッチングレートと（２１４）多結晶のＺｎＳ_0.06
Ｓｅ_0.94層のエッチングレートとはほぼ同じであり、ま
た、（２１２）ＳｉＯ₂層はエッチングストップ層とな
るため、エッチング後の表面を平坦にすることができ
る。

【００４２】さらに、ＳｉＯ₂層を、通常のウエットエ
ッチングにより除去した後、表面に４ペアの（２１１）
ＳｉＯ₂／ａ−Ｓｉ誘電体多層膜を電子ビーム蒸着によ
り形成し、ＲＩＥによるドライエッチングで、発光部の
径よりやや小さい領域を残して取り去る（図５
（ｅ））。波長８７０ｎｍでの誘電体多層膜の反射率は
９４％である。

【００４３】しかる後（２１１）誘電体多層膜以外の表
面に（２１０）ｐ型オーミック電極を蒸着し、さらに基
板側に（２０１）ｎ型オーミック電極を蒸着し、Ｎ₂雰
囲気中で４２０℃でアロイングし、面発光半導体レーザ
を完成する（図５（ｆ））。

【００４４】このように作成した本実施例の面発光半導
体レーザは、埋込みに用いたＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層が１
ＧΩ以上の抵抗を有し、埋込み層への注入電流のもれが
起こらないため、極めて有効な電流狭窄が達成される。
また埋込み層は多層構造にする必要がないため容易に成
長でき、バッチ間の再現性も高い。さらにＧａＡｓに比
べ屈折率が十分小さいＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層を用い、活
性層を埋め込んだ埋込み型の屈折率導波路構造により、
より効果的な光の閉じ込めが実現される。

【００４５】また本発明の実施例では、活性層をＧａＡ
ｓとしたが、ＡｌＧａＡｓでも同様の効果が得られる。
さらにその他のIII −Ｖ族化合物半導体を柱状部に用い
た場合でも、適当なII−VI族化合物半導体を埋込み層に
選ぶことにより同様の効果が得られる。

【００４６】また、この面発光型半導体レーザより出射
されるレーザ光の偏波面は、断面矩形の柱状部分の短辺
の方向と一致している。したがって、この面発光型半導
体レーザ素子をレーザ応用機器に配置する場合に、その
素子の細かな位置調整を必ずしも要せずに、レーザ光の
偏波面の方向をある特定方向に容易に設定することが可
能となる。

【００４７】さらに、埋込み層（ＺｎＳ_0.06Ｓｅ
_0.94層）の成長温度も、実施例１と同様、非常に低い
（本実施例では２７５℃）ため、このＺｎＳ_0.06Ｓｅ
_0.94層の再生長界面は、転移や欠陥の少ない安定した界
面を得ることができる。

【００４８】第３実施例図６，図７は本発明の第３の実施例を示し、図６（ａ）
は発光スポットを拡大できる（３００）位相同期型半導
体レーザの発光部の断面を示す概略図であり、図６
（ｂ）はその半導体レーザの平面図であり、図７はその
製造工程を示す断面図である。

【００４９】実施例の（３００）半導体レーザは、（３
０７）ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層を、互いに
分離溝で分離された複数の柱状部を形成した点で、上述
の実施例１および実施例２と異なる。

【００５０】（３０２）ｎ型ＧａＡｓ基板に、（３０
３）ｎ型ＧａＡｓバッファ層を形成し、ｎ型Ａｌ_0.9Ｇ
ａ_0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層からなり波
長７８０ｎｍを中心に±３０ｎｍの光に対して９８％以
上の反射率を持つ２５ペアの（３０４）半導体多層膜ミ
ラーを形成する。さらに、（３０５）ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ
_0.5Ａｓクラッド層、（３０６）ｐ型Ａｌ_0.1３Ｇａ
_0.87Ａｓ活性層、（３０７）ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ
クラッド層、（３０８）ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓコン
タクト層を順次ＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長する
（図７（ａ））。この時の成長条件は、例えば成長温度
は７２０℃、成長圧力は１５０Ｔｏｒｒで行い、III 族
原料にＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡｌ（ト
リメチルアルミニウム）の有機金属を用い、Ｖ族原料に
はＡｓＨ₃、ｎ型ドーパントにＨ₂Ｓｅ、ｐ型ドーパン
トにＤＥＺｎ（ジエチルジンク）を用いた。

【００５１】成長後、表面に常圧熱ＣＶＤ法により（３
１２）ＳｉＯ₂層を形成し、さらにその上にフォトレジ
ストを塗布し、高温で焼きしめて（３１３）ハードベー
クレジストを形成する。さらにこのハードベークレジス
ト上にＥＢ蒸着法によりＳｉＯ₂層を形成する。

【００５２】次に反応性イオンエッチング法（以下、Ｒ
ＩＥ法と記す）を用いて、基板上に形成した各層をエッ
チングする。初めに（３１３）ハードベークレジスト上
に形成したＳｉＯ₂層上に通常用いられるフォトリソグ
ラフィー工程を施し、必要なレジストパターンを形成
し、このパターンをマスクとしてＲＩＥ法によりＳｉＯ
₂層をエッチングする。例えば、ＣＦ₄ガスを用いて、
ガス圧４．５Ｐａ、入力ＲＦパワー１５０Ｗ、サンプル
ホルダーを２０℃にコントロールしてＲＩＥを実施す
る。次にこのＳｉＯ₂層をマスクにして、ＲＩＥ法によ
り（３１３）ハードベークレジストをエッチングする。
例えば、Ｏ₂ガスを用いて、ガス圧４．５Ｐａ、入力パ
ワー１５０Ｗ、サンプルホルダーを２０℃にコントロー
ルしてＲＩＥを実施する。この時ＳｉＯ₂層上に初めに
形成したレジストパターンも同時にエッチングされる。
次にパターン状に残っているＳｉＯ₂層とエピタキシャ
ル層上に形成した（３１２）ＳｉＯ₂層を同時にエッチ
ングするために再びＣＦ₄ガスを用いてエッチングを行
う。以上のように薄いＳｉＯ₂層をマスクにして、ドラ
イエッチングの１方法であるＲＩＥ法を（３１３）ハー
ドベークレジストに用いることにより、必要なパターン
形状を持ちながら、さらに基板に対して垂直な側面を持
った（３１３）ハードベークレジストが作成できる（図
７（ｂ））。

【００５３】この垂直な側面を持った（３１３）ハード
ベークレジストをマスクにして、反応性イオンビームエ
ッチング法（以下、ＲＩＢＥ法と記す）を用いて、柱状
の発光部を残して（３０７）ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ
クラッド層の途中までエッチングを行う（図７
（ｃ））。

【００５４】この光共振器に形成された複数の柱状部分
は、（３０２）半導体基板に平行な各断面が、図６
（ｂ）に示すように、長辺Ａおよび短辺Ｂを有する矩形
であり、各柱状部分の短辺Ｂの方向が平行となってい
る。長辺Ａ、短辺Ｂの長さに関しては、第１実施例と同
様の理由から、好ましくはＢ＜Ａ＜２×Ｂ、さらに好ま
しくは１．１×Ｂ≦Ａ≦１．５×Ｂとする。この際、エ
ッチングガスには例えば塩素とアルゴンの混合ガスを用
い、ガス圧力５×１０^-4Ｔｏｒｒ、プラズマ引出し電圧
４００Ｖ、エッチング試料上でのイオン電流密度４００
μＡ／ｃｍ²、サンプルホルダーを２０℃に保って行っ
た。ここで、（３０７）ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラ
ッド層の途中までしかエッチングしないのは、活性層の
水平方向の注入キャリアと光の閉じ込めを、屈折率導波
型のリブ導波路構造にして、活性層内の光の一部を活性
層水平方向に伝達できるようにするためである。

【００５５】また、垂直な側面を持った（３１３）ハー
ドベークレジストとエッチング試料に対して垂直にイオ
ンをビーム状に照射してエッチングを行うＲＩＢＥ法を
用いることにより、近接した（３２０）発光部を基板に
垂直な（３１４）分離溝で分離できると共に、面発光型
半導体レーザの特性向上に必要な垂直光共振器の作成が
可能となっている。

【００５６】次に、（３１３）レジストを取り除いた
後、ＭＯＣＶＤ法により、発振波長に対して透明な（３
０９）ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層を埋込み成長させる。この
ときの成長条件は、成長温度を２７５℃、成長圧力を７
０Ｔｏｒｒとし、「II族有機化合物およびVI族有機化合
物からなる付加体」としてのＤＭＺｎ−ＤＭＳｅ付加体
（シメチルジンクとジメチルセレンとの付加体）をII族
原料として使用し、また、「VI族水素化物」としてのＨ
₂Ｓｅ（セレン化水素）およびＨ₂Ｓ（硫化水素）をVI
族原料として使用する。これにより、エッチングされた
部分の上部には（３０９）単結晶のＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94
層が成長し、（３１２）ＳｉＯ₂層の上部には（３１
６）多結晶のＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層が成長する（図７
（ｄ））。

【００５７】このＭＯＣＶＤ法による（３０９）埋込層
の成長工程は、その成長温度が比較的低温（例えば２７
５℃）であり、また気相成長法であるため、従来のよう
にＬＰＥ法を用いた場合のメルトバックの現象は生じ
ず、断面矩形の柱状部分の断面形状が大きく変動するこ
とはない。

【００５８】その後、（３１５）レジストを表面全体に
厚く塗布し、表面を平坦化する（図７（ｅ））。そし
て、ＲＩＢＥ法により、（３１２）ＳｉＯ₂層が露出す
るまでエッチングをする。このとき、（３１５）レジス
トのエッチングレートと（３１６）多結晶のＺｎＳ_0.06
Ｓｅ_0.94層のエッチングレートとはほぼ同じであり、ま
た、（３１２）ＳｉＯ₂層はエッチングストップ層とな
るため、エッチング後の表面を平坦にすることができ
る。

【００５９】さらに、ＳｉＯ₂層を、通常のウエットエ
ッチングにより除去した後、表面に４ペアの（３１１）
ＳｉＯ₂／ａ−Ｓｉ誘電体多層膜反射鏡を電子ビーム蒸
着により形成し、ドライエッチングを用いて分離した
（３２０）発光部の一部と、（３２０）発光部で挟まれ
た埋込み層を残して取り去る（図７（ｆ））。波長７８
０ｎｍでの誘電体多層膜反射鏡の反射率は、９５％以上
である。ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94で埋め込んだ（３１４）分
離溝上にも（３１１）誘電体多層膜反射鏡を作成するこ
とにより発光部に挟まれた領域も垂直共振器構造が形成
され、（３１４）分離溝にもれた光も有効にレーザ発振
に寄与し、また漏れた光を利用するため、（３２０）発
光部の位相に同期した発光となる。

【００６０】しかる後に（３１１）誘電体多層膜反射鏡
以外の表面に（３１０）ｐ型オーミック電極を蒸着し、
さらに基板側に（３０１）ｎ型オーミック電極を蒸着
し、Ｎ₂雰囲気中で４２０℃でアロイングを行い、（３
００）面発光半導体レーザを完成する（図７（ｇ））。
ここで、出射側の（３１０）ｎ型オーミック電極は、各
（３２０）発光部の各（３０８）コンタクト層に導通す
るように形成される。

【００６１】この様に作製した本実施例の面発光型半導
体レーザは、（３０９）埋込み層にＺｎＳＳｅエピタキ
シャル層を用いることにより、従来使用していたＡｌＧ
ａＡｓ層のｐ−ｎジャンクションの逆バイアスを使用す
る電流ブロック構造よりも高抵抗である１ＧΩ以上の抵
抗を有し、最適な電流ブロック構造を持つとともに、埋
込み層が発振波長７８０ｎｍに対して吸収を持たない透
過材料であることから（３２０）発光部からの漏れ光を
有効に利用できるものとなっている。

【００６２】また、この面発光型半導体レーザにおいて
は、複数本の柱状部分より出射されるレーザ光の偏波面
は、矩形断面を有する各柱状部分の短辺の方向と一致し
ている。この各柱状部分の短辺の方向がそれぞれ平行で
あるため、一つの光出射口より出射されるレーザ光は、
発光スポットが大きく、位相が同期しており、かつ、そ
の偏波面の方向も一致していることになる。

【００６３】図８は、従来の面発光型半導体レーザと本
実施例の面発光型半導体レーザの光が出射される側の形
状とレーザ発振時のＮＦＰの強度分布を示したものであ
る。図８（ａ）は、図１２に示す従来の面発光型半導体
レーザ（６００）の共振器（６２０）をｎ−ｐ接合の
（６０７−６０８）ＧａＡｌＡｓエピタキシャル層出埋
め込むことが可能な距離である５μｍ程度まで接近させ
た場合を示している。レーザの出射面には、誘電体多層
膜反射鏡とｐ型オーミック電極があるが、共振器の形状
を比較するために図では削除している。図８（ｂ）は図
８（ａ）ａ−ｂ間のＮＦＰ強度分布を示している。従来
の面発光型半導体レーザの発光部（６２０）を複数個、
埋め込み可能な距離まで接近させても発光スポットが複
数個現れるだけで、横方向の光の漏れが無いため、多峰
性のＮＦＰとなり、１つの発光スポットにならない。

【００６４】図８（ｃ）は本実施例の面発光型半導体レ
ーザの形状であり、分離溝を（４０９）ＮｎＳ_0.06Ｓｅ
_0.94層で埋め込んでおり、気相成長で埋め込むので分離
溝の最小幅は１μｍである。図８（ｄ）は図８（ｃ）ｃ
−ｄ間のＮＦＰである。（３１４）分離溝の上からも光
が出射されるので、発光点が広がることがＮＦＰからわ
かる。さらに近接したレーザ光の位相が同期するので、
光出力が増加し、放射角も１°以下の円形ビームが得ら
れる。

【００６５】表２に実施例の（３００）面発光型半導体
レーザの（３１４）分離溝の幅とＮＦＰから測定される
発振横モード次数の関係を示す。

【表２】１０μｍより幅が狭いと位相同期したレーザの発振横モ
ードは基本モードで発振するが、それ以上では１次以上
の高次モードでレーザ発振し、放射角が広がったり、ビ
ーム形状が楕円形になるので、応用上好ましくない。ま
た、０．５μｍより狭い分離溝では円形ビームが得られ
にくい傾向がある。

【００６６】上述の実施例では、複数の発光部を分離し
て設けた一つの光共振器を有する半導体レーザについて
説明したが、このような光共振器を同一半導体基板上に
複数形成することもできる。そして、各光共振器毎に光
出射側のｐ型オーミック電極をそれぞれ独立して設けれ
ば、各光共振器からのレーザビームを、それぞれ独立し
てＯＮ，ＯＦＦ，変調可能となる。

【００６７】なお、上記実施例では、ＧａＡｌＡｓ系面
発光型半導体レーザについて説明したが、上述したよう
に、その他のIII −V 族系の面発光型半導体レーザにも
好適に適用でき、特に活性層はＧａ_0.87Ａｌ_0.13Ａｓだ
けでなく、Ａｌの組成を変えることで発振波長を変更す
ることもできる。

【００６８】また、本実施例は図６に示した構造、なら
びに図８（ｃ）に示した発光部の構造をもとに説明を行
ったが、本発明はこれにとらわれない。

【００６９】図９は、第３実施例にて形成された例えば
４本の（３２０）発光部を有する光共振器を、（３０
２）半導体基板上の４か所に配置した例を示している。
図９（ａ）においては、４本の（３２０）発光部と対向
する位置に一つの（３３０）光出射口を有する（３１
０）電極を、各光共振器毎に形成している。そして、各
光共振器を構成する４本の（３２０）発光部の矩形断面
における短辺は、それぞれ平行な方向に設定されてい
る。したがって、４つの（３３０）光出射口より出射さ
れる各レーザ光の偏波面は、矩形断面の柱状部分の短辺
と平行な方向に揃っていることになる。

【００７０】この４つの光共振器を有する半導体レーザ
からの４本のレーザ光を、（３４０）偏光フィルターを
通過させる状態が図９（ｂ）に示されている。４本のレ
ーザ光はそれぞれ偏波面が揃っているので、（３４０）
偏光フィルターを全て通過させることができる。

【００７１】図９（ｃ）は、矩形断面を有する柱状部分
の短辺の方向が、２つの光共振器でそれぞれ異なってい
て、例えば相直交する方向に設定する場合を示してい
る。この場合、図９（ｄ）に示すように、１本のレーザ
光は（３４０）偏光フィルターを通過させることができ
るが、他の１本のレーザ光は（３４０）偏光フィルター
を通過することがない。この技術を利用すれば、ある特
定方向のみの偏波面をもつレーザ光のみを選択的に通過
させることができ、光通信の分野に好適に応用すること
ができる。

【００７２】また、図１０（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示
した実施例は発光部をｎ個形成するものであり、この実
施例においても、図６に示した実施例と同様な効果が得
られると共に、発光スポットを任意の大きさ，形状にす
ることができる効果が得られている。図１０に示すもの
はいずれも、基板と平行な２次元面上で横列及び／又は
縦列で等間隔に複数の発光部を配列することで、ライン
ビームを得ることができる。

【００７３】第４実施例上述した第１から第３の各実施例では、出射されるレー
ザ光の偏波面の方向を制御するために、光共振器に形成
された柱状部分の断面形状を矩形としていたが、出射側
の（１１０，２１０，３１０）電極に形成される（３３
０）光出射口の開口形状を、矩形に形成することによっ
ても、その短辺の方向に揃った偏波面を有するレーザ光
を出射することができる。図１１（ａ）に示す実施例に
おいては、柱状部分の断面形状は円形であるが、（１１
０）電極に形成された（３３０）光出射口の開口形状
が、長辺ａと短辺ｂとを有する矩形形状となっている。
この場合、出射されるレーザ光の偏波面の方向は、矩形
開口の（３３０）光出射口の短辺の方向に一致すること
になる。

【００７４】光出射口の長辺の長さをａとし、短辺の長
さをｂとした時、好ましくはｂ＜ａ＜２ｂ、さらに好ま
しくは１．１×ｂ≦ａ≦１．５×ｂとすると良い。この
理由は、ｂ／ａの比率を高くすると、それに応じて光共
振器の柱状部分の各辺の比率Ｂ／Ａも高くなり、上述し
た各辺の長さＡ，Ｂの好適範囲外となってしまうからで
ある。柱状部分の断面形状および光出射口の開口形状の
双方を矩形としてもよい。

【００７５】この光出射口の開口形状を矩形にすること
は、光共振器の柱状部分の断面を矩形にするよりもプロ
セス上簡便である。また、複数本の柱状部分を有する光
共振器を形成する場合、その柱状部分の配置の関係で各
柱状部分の断面を矩形にできない場合もあり、このよう
な場合に光出射口を矩形にすることで偏波面の方向を設
定することが有効である。図１１（ｂ）および図１１
（ｃ）はそれぞれ、４本の柱状部分の断面を円または正
多角形とし、各柱状部分と対向する領域に矩形の（３３
０）光出射口を形成した例を示している。図１１（ｄ）
は、４本の柱状部分の各断面もそれぞれ矩形とし、この
４本の柱状部分と対向する領域に形成される（３３０）
光出射口の開口形状をも矩形としている。そして、矩形
断面の柱状部分の短辺と光出射口の短辺の方向がそれぞ
れ平行な方向に設定されている。この図１１（ｄ）に示
す場合には、出射される光ビームの偏波面の方向の設定
を、柱状部分の断面形状及び光出射口の開口形状の双方
の作用により設定できる点で優れている。

【００７６】第５実施例図１３は本発明の実施例における（４００）半導体レー
ザの発光部の断面を示す斜視図で、図１５は多重量子井
戸構造（ＭＱＷ構造）の活性層の断面図である。

【００７７】本実施例の（４００）半導体レーザは、活
性層の構造において前記第１実施例の（１００）半導体
レーザと異なるが、その他の構造および製造プロセスは
基本的に同じである。

【００７８】（４０２）ｎ型ＧａＡｓ基板に、（４０
３）ｎ型ＧａＡｓバッファ層を形成し、ｎ型Ａｌ_0.7Ｇ
ａ_0.3Ａｓ層とｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ層からなり波
長８７０ｎｍ付近の光に対し９８％以上の反射率を持つ
３０ペアの（４０４）分布反射型多層膜ミラーを形成す
る。さらに、（４０５）ｎ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラ
ッド層、（４０６）多重量子井戸構造の活性層、（４０
７）ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層、（４０８）
ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓコンタクト層を順次ＭＯＣＶ
Ｄ法でエピタキシャル成長する。ここで、（４０６）多
重量子井戸構造の活性層は、図１４に示すように、例え
ば３層の（４０６ａ）ウェル層を有し、各（４０６ａ）
ウェル層は、上下の（４０６ｂ）バリア層に挾まれるよ
うに形成される。（４０６ａ）ウェル層は、例えば厚さ
１２０オングストロームのｉ型ＧａＧａＡｓで形成さ
れ、（４０６ｂ）バリア層は、例えば１５０オングスト
ロームのｉ型Ｇａ_0.65Ａｌ_0.35Ａｓで形成される。

【００７９】以後の工程、すなわち（４０８）コンタク
ト層および（４０７）ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッ
ド層を断面矩形にエッチングすること、ＧａＡｓと格子
整合する（４０９）ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層の埋込み成長
および（４１０），（４０１）オーミック電極の形成
は、前記第１実施例で述べたプロセスと同様に行われ、
（４００）半導体レーザが製造される。

【００８０】このように作成した本実施例の面発光半導
体レーザは、前記第１実施例と同様に、埋込みに用いた
ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層が１ＧΩ以上の抵抗を有し、埋込
み層への注入電流のもれが起こらないため、極めて有効
な電流狭窄が達成される。この結果、発振しきい値電流
を下げることができ、レーザ光の偏波面の方向を柱状部
分の矩形の短辺に揃えることができる。さらに、本実施
例では（４０６）活性層をＭＱＷ構造とすることでさら
に発振しきい値電流を下げることが可能となる。

【００８１】図１５は本発明の実施例の面発光半導体レ
ーザの駆動電流と発振光出力の関係を示す図である。本
実施例では、（４０９）埋込み層にII−VI族化合物半導
体層を用い、かつ、（４０６）活性層にＭＱＷ構造を採
用することで、室温において連続発振が達成され、しき
い値１０μＡと極めて低い値を得た。なお、活性層にＭ
ＱＷ構造を採用しない場合には、室温連続発振はする
が、しきい値電流が１ｍＡと大きい。さらに、活性層に
ＭＱＷ構造を採用しない場合と比べれば、その光出力
は、その５倍以上、例えば２５ｍＷ以上確保できた。ま
た外部微分量子効率も高く、無効電流の抑制がレーザの
特性向上に貢献している。

【００８２】また、活性層をＭＱＷ構造とすると、活性
層の利得が増大し、光出力を増加させることができる。
活性層の材質を変更すれば発振波長を変えられることは
もちろんであるが、本発明では同一材料を使用してＭＱ
Ｗ構造を変えることで発振波長を変えることが可能とな
る。

【００８３】上記実施例は、リブ導波路型の屈折率導波
路構造であったが、図１６に示すような、第２実施例と
同様な埋込み型の屈折率導波路構造に本発明を適用する
こともできる。この場合、下部の（４０５）クラッド層
まで矩形断面を持つ柱状半導体層に形成され、従って多
重量子井戸構造の（４０６）活性層も矩形断面を持つ柱
状に形成され、その周囲が（４０９）埋込み層となる。

【００８４】第６実施例図１７は本発明の他の実施例を示し、図１７は発光スポ
ットを拡大できる位相同期型半導体レーザ（５００）の
発光部の断面を示す概略図である。

【００８５】（５０２）ｎ型ＧａＡｓ基板に、（５０
３）ｎ型ＧａＡｓバッファ層を形成し、ｎ型Ａｌ_0.9Ｇ
ａ_0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層からなり波
長７８０ｎｍを中心に±３０ｎｍの光に対して９８％以
上の反射率を持つ２５ペアの（５０４）半導体多層膜ミ
ラーを形成する。さらに、（５０５）ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ
_0.5Ａｓクラッド層、（５１５）ウェーブガイド層、
（５０６）多重量子井戸構造の活性層、（５０７）ｐ型
Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層、（５０８）ｐ型Ａｌ
_0.15Ｇａ_0.85Ａｓコンタクト層を順次ＭＯＣＶＤ法でエ
ピタキシャル成長する（図６（ａ））。ここで、（５０
６）多重量子井戸構造の活性層は、図１４と同様に、例
えば３層の（５０６ａ）ウェル層を有し、各（５０６
ａ）ウェル層は、上下の（５０６ｂ）バリア層に挾まれ
るように形成される。（５０６ａ）ウェル層は、例えば
厚さ８０オングストロームのｉ型Ｇａ_0.65Ａｌ_0.35Ａｓ
で形成され、（５０６ｂ）バリア層は、例えば６０オン
グストロームのｉ型Ｇａ0.95Ａｌ0.05Ａｓで形成され
る。（５１５）ウェーブガイド層は、Ａｌの組成が、
（５０６ａ）ウェル層，（５０６ｂ）バリア層のそれぞ
れの組成の間の値とされ、例えばｎ型Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25
Ａｓエピタキシャル層で形成される。このような、（５
１５）ウェーブガイド層は、その屈折率が、（５０６）
ＭＱＷ構造の活性層の等価屈折率より小さく、下層の
（５０５）クラッド層の屈折率より大きく設定される。

【００８６】以後の工程、すなわち（５０７）ｐ型Ａｌ
_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層のエッチング、ＧａＡｓと
格子整合する（５０９）ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層の埋込み
成長および（５１０），（５０１）オーミック電極の形
成は、前記第３実施例で述べたプロセスと同様に行わ
れ、（５００）半導体レーザが製造される。

【００８７】ここで、（５０７）ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5
Ａｓクラッド層の途中までしかエッチングしないのは、
（５０６）多重量子井戸構造の活性層の水平方向の注入
キャリアと光の閉じ込めを、屈折率導波型のリブ導波路
構造にして、（５０６）活性層内の光の一部を活性層の
水平方向に伝達できるようにするためである。本実施例
では、水平方向の光伝搬は、（５１５）ウェーブガイド
層によっても確保される。

【００８８】本実施例の（５００）面発光型半導体レー
ザは、（５０９）埋込み層にＺｎＳＳｅエピタキシャル
層を用いることにより、従来使用していたＡｌＧａＡｓ
層のｐ−ｎジャンクションの逆バイアスを使用する電流
ブロック構造よりも高抵抗である１ＧΩ以上の抵抗を有
し、最適な電流ブロック構造を持つ。従って、発振しき
い値電流は低減する。さらに加えて、（５０６）活性層
がＭＱＷ構造であることからも発振しきい値電流は低減
し、上記第４実施例と同様に、１μＡ程度となる。ま
た、（５１４）分離溝で分離された各（５２０）発光部
は、（５０６）活性層及び（５１５）ウェーブガイド層
により互いに影響し合い、各（５２０）発光部から位相
同期された光が発振され、結果として一つの光束を持つ
口径の大きな強度の強い光が発振され、しかもその偏波
面の方向を柱状部分の短辺の方向に設定できる。

【００８９】特に、前記第３実施例で述べたような、微
小領域に２次元アレイ化された複数の柱状半導体層を形
成した場合にも、本発明の構造によれば無効電流を低減
できるので複数の素子を同時に室温連続駆動が可能とな
る実用性の高い面発光型半導体レーザを実現できる。位
相同期の効果を高くするために、ＭＱＷ構造の活性層の
下層にウェーブガイド層を設けると良い。ウェーブガイ
ド層を設けると、発光部同士の影響力が強くなり、位相
同期がとれやすくなる。例えば、発光部間の距離が長く
ても位相同期が取れる。

【００９０】第７実施例本実施例においては、前記第１実施例と同様のタイプの
半導体レーザにおいて、光出射側の前記（１１１）誘電
体多層膜ミラーは、（１０８）コンタクト層の表面積の
１０％以上９０％以下の面積で形成される。波長８７０
ｎｍでの（１１１）誘電体多層膜ミラーの反射率は９４
％である。

【００９１】そして、（１１１）誘電体多層膜ミラーの
輪郭に沿って（１１５）開口が形成される。

【００９２】光出射側の反射鏡を配置するための光出射
側の電極の開口は、最も発光効率の高い領域、すなわ
ち、コンタクト層の幾何学的中心を服務範囲に形成され
る。そして、開口の面積が、コンタクト層の表面積の９
０％より大きいと、コンタクト抵抗が増加して室温連続
発振が困難となる。一方、開口の面積が、コンタクト層
の表面積の１０％未満であると、開口面積が狭すぎて必
要な光出力は得られない。従って、開口面積はコンタク
ト層の表面積の１０％以上９０％以下の範囲の面積とす
べきであり、この範囲で所望の開口形状および開口面積
を設定することで、柱状半導体層の半導体基板と平行な
断面形状を変えることなく、開口形状，面積に応じて発
光スポットの形状，大きさを変えることができる。

【００９３】このように作成した本実施例の面発光半導
体レーザは、前記第１実施例と同様に、埋込みに用いた
ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層が１ＧΩ以上の抵抗を有し、埋込
み層への注入電流のもれが起こらないため、極めて有効
な電流狭窄が達成される。また埋込み層は多層構造にす
る必要がないため容易に成長でき、バッチ間の再現性も
高い。さらにＧａＡｓに比べ屈折率が十分小さいＺｎＳ
_0.06Ｓｅ_0.94層を用いたリブ導波路構造により、より効
果的な光の閉じ込めが実現される。そして、室温におい
て連続発振が達成され、しきい値１ｍＡと極めて低い値
を得た。また外部微分量子効率も高く、無効電流の抑制
がレーザの特性向上に貢献している。

【００９４】次に、発振されるレーザビームの形状につ
いて考察すると、本実施例では（１１０）ｐ型オーミッ
ク電極の開口の形状、すなわちこの開口に形成される
（１１１）誘電体多層膜ミラーの形状によりビーム形状
およびその大きさが定められ、発光部の矩形断面形状に
はあまり依存しない。図１８（ａ），（ｂ）に示すよう
に発光部の断面が矩形であっても円形の（１３０）開口
であると、きれいな円形ビームが得られ、そのビーム径
も図１８（ａ）の方が図１８（ｂ）より大きくなる。す
なわち、（１３０）開口の形状，面積を変化させれば、
所望の形状及びビーム径のビームが得られる。なお、図
１８（ｃ），（ｄ）のように（１３０）開口を正多角形
としても、疑似的な円形ビームが得られる。

【００９５】上記実施例は、リブ導波路型の屈折率導波
路構造であったが、前記第２実施例と同様な埋込み型の
屈折率導波路構造のレーザ装置にも同様に適用すること
ができる。

【００９６】第８実施例本実施例においては、前記第３実施例と同様のタイプの
半導体レーザにおいて、光出射側の（３１１）誘導体多
層膜ミラーは、複数の発光部の各（３０８）コンタクト
層の幾何学的中心を含みかつ、（３０８）コンタクト層
の表面積の１０％以上９０％以下の範囲で形成された開
口内に形成される。

【００９７】次に、複数の発光部及びその間の（３０
９）埋込み層分離上に形成される開口の形状について説
明する。図１９（ａ）〜（ｄ）は矩形断面を持つ例えば
４つの（３２０）発光部及びその間の（３０９）埋込み
層と対向する位置に形成される（３１５）開口の形状の
例を示している。同図（ａ），（ｂ）は円形の（３３
０）開口を示し、同図（ａ）の方が同図（ｂ）によりも
ビーム径の大きな円形ビームが得られる。同図（ｃ）は
正方形の（３３０）開口を示し、この場合も疑似的な円
形ビームが得られ、その（３３０）開口の大きさを変え
れば所望のビーム径のレーザビームを発振できる。正方
形以外の正多角形の（３３０）開口としても良い。同図
（ｄ）は、矩形断面の４つの（３２０）発光部及びその
間の（３０９）埋込み層上に形成される（３３０）開口
の例を示したものである。同図（ａ）〜（ｄ）いずれの
場合も、（３３０）開口は、４つの（３２０）発光部の
幾何学的中心を含む範囲であって、各発光部（３２０）
の光出射端面の表面積の１０％以上９０％以下の範囲で
形成している。

【００９８】なお、（３２０）発光部の数および配列は
上記実施例以外のものであっても良く、例えば（３２
０）発光部を横列および／または縦列にて等間隔に配列
し、各（３２０）発光部およびその間の（３０９）埋込
み層と対向して（３３０）開口を形成すれば、ラインビ
ームを得ることができる。

【００９９】このように複数本の柱状半導体層から一つ
の光束をもつビームを発振する場合にも、光出射側電極
の開口の形状，面積を変えることで、所望の発光スポッ
トを得ることができる。この場合特に、複数本の柱状半
導体層の断面形状，配置間隔などの変更を要せずに、発
光スポットの形状、大きさを変えられる効果がある。

【０１００】複数の柱状半導体層から構成される光共振
器を半導体基板上に複数形成し、各共振器毎に独立し
て、一つの開口をそれぞれ有する複数の光出射側電極を
形成すれば、発光スポットの大きい複数のビームを独立
してＯＮ，ＯＦＦ，変調制御することができる。

【０１０１】なお、本発明の面発光型半導体レーザは、
プリンタ，複写機等の印刷装置のみならず、ファクシミ
リ，ディスプレイ等に応用することができる。

【０１０２】次に、図２０に、本発明の各実施例におい
て使用できる、II-VI 族化合物半導体層の製造装置の主
要構成図を示す。

【０１０３】図２０において、II族原料は、ＤＭＺｎ−
ＤＭＳｅ付加体の入った（８０２）シリンダーを（８０
１）水素ボンベから流す水素ガスでバブリングすること
によって供給する。一方、VI族原料は、水素で１０％に
希釈された（８０４）Ｈ₂Ｓｅボンベと、同じく水素で
１０％に希釈された（８０４）Ｈ₂Ｓボンベとにより、
供給する。各原料は、（８０５）反応管に供給され、
（８０８）高周波発振器により加熱された（８０６）カ
ーボンサセプタ上に基板に、ＺｎＳＳｅ層を成長させ
る。なお、（８０５）反応管内の圧力は（８０７）排気
装置の排気量により調整できる。

【０１０４】この成長装置は、他の成長装置に比べ、Ｚ
ｎＳＳｅ層を、低温で結晶性よく、かつ、広い範囲にわ
たって均一に成長させることができるという特徴を有し
ている。

【０１０５】なお、以上説明した本発明の各実施例で
は、II-VI 族化合物半導体層をＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94で形
成したが、例えば、ＺｎＳｅ，ＺｎＳ，ＺｎＣｄＳ，Ｃ
ｄＳＳｅで形成しても良い。他だし、埋込み層として
は、基板と格子定数が一致するものが好ましい。II−VI
族化合物半導体をこれらの材料で形成した場合に望まし
い付加体と水素化物を、表３に示す。

【表３】第９実施例図２１は、本発明の第９の実施例における（６００）半
導体レーザの発光部の断面を示す斜視図である。この半
導体レーザは、上述した各実施例の半導体レーザと比較
して、主として共振器の周囲に埋め込み込まれる埋込み
層の材質を異ならせている点で相違している。以下、半
導体レーザの構造を製造工程順に説明する。

【０１０６】（６０２）ｎ型ＧａＡｓ基板に、ｎ型Ａｌ
_0.8Ｇａ_0.2Ａｓ層とｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓ層を交
互に積層して波長８００ｎｍ付近の光に対し９９．５％
以上の反射率を持つ４０ペアの（６０３）分布反射型多
層膜（ＤＢＲ）ミラーを形成する。さらに、（６０４）
ｎ型Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓクラッド層を形成した後、ｎ
^-型ＧａＡｓウェル層とｎ^-型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓバ
リア層を交互に積層した量子井戸構造の（６０５）活性
層を形成する。ここで、ウエル層の膜厚を４０〜１２０
オングストローム，好ましくは６１オングストローム、
バリア層の膜厚を４０〜１００オングストローム，好ま
しくは８６オングストローム、ウエル層の総数を１０〜
４０層，好ましくは２１層とするとよい。これにより、
面発光型半導体レーザの低閾値化、高出力化、温度特性
の向上、発振波長の再現性の向上が達成できるという効
果がある。

【０１０７】その後、（６０６）ｐ型Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3
Ａｓクラッド層、（６０９）ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓ
コンタクト層を順次積層する。上記の各層は、第１実施
例と同様に有機金属気相成長法を用いて形成される。

【０１０８】各層の形成後、反応性イオンビームエッチ
ング法（以下、ＲＩＢＥ法と記す）により、レジストで
覆われた柱状の発光部を残して、（６０６）ｐ型Ａｌ
_0.7Ｇａ_0.3Ａｓクラッド層の途中までエッチングす
る。このエッチングプロセスの実施により、共振器の柱
状部分は、その上のレジスト層の輪郭形状と同じ断面を
持つ。

【０１０９】この第９実施例においても、図１（ｂ）の
場合と同様に、（６０２）半導体基板に平行な共振器断
面が、長辺Ａおよび短辺Ｂからなる矩形である。したが
って、この面発光型半導体レーザより出射されるレーザ
光の偏波面の方向を、上記実施例と同様に短辺Ｂの方向
と一致する特定方向に揃えることができる。また、第１
実施例と同様の理由から、好ましくはＢ＜Ａ＜２×Ｂ、
さらに好もしくは１．１×Ｂ≦Ａ≦１．５×Ｂとすると
良い。なお、（６０６）ｐ型Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓクラ
ッド層の途中までしかエッチングしない理由については
後述する。

【０１１０】次に、この（６０６）ｐ型Ａｌ_0.7Ｇａ
_0.3Ａｓクラッド層上に、埋込み層を形成する。第９実
施例では、この埋込み層の材質が、上述した各実施例と
異なっている。この実施例では、レジストを取り除いた
後、（６０７）絶縁性シリコン化合物薄膜と、（６０
８）平坦化用絶縁層とを形成している。

【０１１１】（６０７）絶縁性シリコン化合物薄膜とし
ては、ＳｉＯ₂などのシリコン酸化膜（ＳｉＯ_x）、Ｓ
ｉ₃Ｎ₄などのシリコン窒化膜（ＳｉＮ_x）、ＳｉＣな
どのシリコン炭化膜（ＳｉＣ_x）等を挙げることができ
る。この（６０７）絶縁性シリコン化合物薄膜は、膜の
材質に応じて、常圧熱ＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法、プラ
ズマＣＶＤ法または反応性蒸着法等を用いて形成でき
る。本実施例では、（６０７）絶縁性シリコン化合物薄
膜をＳｉＯ₂膜等のＳｉＯ_x膜にて形成している。この
（６０７）ＳｉＯ_x膜は常圧熱ＣＶＤ法にて形成され、
その膜厚は好ましくは５００〜２０００オングストロー
ムである。この際のプロセス条件として、基板温度を４
５０℃とし、プロセスガスとしてモノシラン（Ｓｉ
Ｈ₄）を９ｓｃｃｍ、酸素（Ｏ₂）を５０ｓｃｃｍ、キ
ャリアガスとして窒素（Ｎ₂）を５ｓｌｍに流量設定し
た。このとき、ＳｉＯ_xの成長速度は１２．５オングス
トローム／min であった。

【０１１２】（６０８）平坦化用絶縁層としては、（６
０７）絶縁性シリコン化合物薄膜よりも低温にて形成で
きる材質が好ましく、例えばＳＯＧ（ＳｐｉｎＯｎ
Ｇｒａｓｓ）膜を用いることが好ましい。あるいはポリ
イミド膜を用いることができる。ＳＯＧ膜の場合膜厚は
０．５〜１．５μｍ、ポリイミド膜の場合膜厚は４〜６
μｍとすれば良い。いずれの膜の場合も、スピンコート
法、及びその後のベーキング工程の実施により形成でき
る。ＳＯＧ膜をポリイミド膜より薄くしている理由は、
ＳＯＧ膜の膜厚を厚くするとベーキング工程にてクラッ
クが生じやすいからである。このほか、（６０８）平坦
化用絶縁層として、ＺｎＳｅなどの多結晶のII−VI族化
合物半導体膜、あるいは（６０７）薄膜よりも低温プロ
セスにて形成できる絶縁性シリコン化合物（例えばＳｉ
Ｏ_x，ＳｉＮ_x，ＳｉＣ_x等）を用いることもできる。
例えば、電子ビーム蒸着法にてＳｉＯ₂などのＳｉＯ_x
を形成すると、熱ＣＶＤ法よりも低温にて、平坦化絶縁
層としての絶縁性シリコン化合物を形成できる。本実施
例では、ＳｉＯ₂を２０重量％含むガラス溶液を基板上
に塗布し、該基板を３０００ｒｐｍにて２０秒間回転さ
せて、（６０８）ＳＯＧ膜をスピン塗布した。その後、
８０℃にて１分間、１５０℃にて２分間、３００℃にて
３０分間、Ｎ₂雰囲気中でベーキング工程を実施した。

【０１１３】次に、（６０８）ＳＯＧ膜をエッチングバ
ックして、露出した（６０９）コンタクト層の表面と面
一になるように平坦化させた。このため、平行平板電極
を用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用い、
反応ガスとしてＳＦ₆：Ａｒ＝１：１の混合ガスを用
い、チャンバー内を２０ｍＴｏｒｒの圧力に設定した。
このときのエッチング速度は１０００オングストローム
／ｍｉｎであった。

【０１１４】上記のエッチングバックの際には、（６０
７）ＳｉＯ_x層が（６０８）ＳＯＧ膜よりもエッチング
レートが遅いため、、次にこの（６０７）ＳｉＯ_x層の
みのエッチングを行った。このために、同様に平行平板
電極を用いたＲＩＥ法を採用し、反応ガスとしてＣＨＦ
₃を導入し、チャンバー内圧力を１８ｍＴｏｒｒに設定
した。このときのエッチング速度は４００オングストロ
ーム／ｍｉｎであった。

【０１１５】次に、（６０９）コンタクト層とリング状
に接触する（６１２）コンタクト電極を形成する。（６
０９）コンクタト層は（６１２）コンタクト電極の円形
開口を介して露出しており、この露出面を十分に覆うよ
うに、（６１１）誘電体多層膜ミラーを形成する。（６
１１）ミラーは、ＳｉＯ₂などのＳｉＯ_x層とＴａ₂Ｏ
₅層を交互に例えば７ペア積層し、波長８００ｎｍ付近
の光に対して９８．８％以上の反射率をもつ。なお、こ
の第９実施例では、（６１１）ミラーを（６１２）電極
の開口内だけでなく、（６１２）電極上にも形成して７
ペアの積層厚さを確保している。この（６１１）誘電体
多層膜ミラーを構成するＴａ₂Ｏ₅層の代わりに、Ｚｒ
Ｏ_x膜、ＺｒＴｉＯ_x膜、ＴｉＯ_x膜も用いられる。こ
の（６１１）ミラーは、Ｐ型ＤＢＲミラーのようにミラ
ー自体に電流を流す構造でないため、（６１１）ミラー
での抵抗値を下げることができる。これにより、面発光
型半導体レーザの低閾値化、外部微分量子効率の向上が
達成できるという効果がある。

【０１１６】しかる後、（６０２）基板の下に、Ｎｉと
Ａｕ・Ｇｅ合金から成る（６０１）電極が形成されて、
（６００）面発光半導体レーザが完成する。

【０１１７】そして、（６１２）上側電極と（６０１）
下側電極との２つの電極間に順方向電圧が印加（本実施
例の場合は、上側電極から下側電極への方向に電圧が印
加される）されて電流注入が行なわれる。注入された電
流は、（６０５）量子井戸構造の活性層で光に変換さ
れ、（６０３）ｎ型ＤＢＲミラーと（６１１）誘電体多
層膜ミラーとで構成される反射鏡の間をその光が往復す
ることにより増幅され、開口部から第１の方向６１０に
示す方向にレーザ光が放射される。

【０１１８】ここで、図２１のＳｉＯ₂等の（６０７）
シリコン酸化膜（ＳｉＯ_x膜）は、膜厚が500 〜2000オ
ングストロームという薄さで、常圧の熱ＣＶＤ法（気相
成長方法）により形成したものである。（６０８）平坦
化用絶縁層は素子の表面を平坦化するために必要なもの
である。たとえば、平坦化用絶縁層を耐熱性樹脂とする
と、高抵抗とすることができるが、膜中に水分の残留が
発生しやすい。このため、直接に半導体層と接触させる
と、素子に長時間通電した場合に半導体層との界面に於
てボイドが発生し、素子の特性を劣化させる。そこで、
本実施例のように、シリコン酸化膜のような（６０７）
薄膜を半導体層との境界に形成すると、（６０７）シリ
コン酸化膜が保護膜となり、前述の劣化が生じない。

【０１１９】（６０７）シリコン酸化膜の形成方法には
プラズマＣＶＤ法、反応性蒸着法など種類があるが、Ｓ
ｉＨ₄（モノシラン）ガスとＯ₂（酸素）ガスを用い、
Ｎ₂（窒素）ガスをキャリアガスとする常圧熱ＣＶＤ法
による成膜方法が最も適していた。その理由は、反応を
大気圧で行い、更にＯ₂が過剰な条件下で成膜するの
で、ＳｉＯ_x膜中の酸素欠損が少なく緻密な膜となるこ
と、及び、ステップ・カバーレッジが良く、共振器の柱
状部分の側面と、（６０６）クラッド層との上に同じ膜
厚が得られることである。また、気相成長法であるの
で、液相成長のようにメルトバックによる共振器形状の
変化も生じない。

【０１２０】薄い（６０７）シリコン酸化膜を形成する
他の理由は、その後に形成する（６０８）絶縁物中の不
純物（例えばナトリウム、塩素、重金属等）が、その下
の（６０６）Ｐ型クラッド層１０６中や（６０５）量子
井戸構造の活性層中へ熱等により拡散することを阻止す
るためである。したがって、薄い（６０７）シリコン酸
化膜は、不純物を阻止できるだけの膜厚であればよいの
である。また、この薄い（６０７）シリコン酸化膜は、
熱ＣＶＤにより形成するので、その膜質は、その後形成
される（６０８）絶縁物と比較すると緻密である。しか
し、本実施例では熱ＣＶＤにより形成するため、素子へ
の熱の影響を考慮して、この（６０７）シリコン酸化膜
を厚くして単層とはしていない。薄い（６０７）シリコ
ン酸化膜と、膜質が緻密でなくてもより低温で形成でき
る（６０８）絶縁物との２層構造としたのである。した
がって、（６０７）シリコン化合物薄膜は、（６０８）
平坦化用絶縁層からの不純物の拡散を阻止する観点から
５００オングストローム以上の膜厚とすることが好まし
く、形成プロセス時間を短時間として熱による悪影響を
低減する観点から、２０００オングストローム以下の膜
厚とするのが良い。ただし、プロセス条件を変更するこ
と、特にプロセス温度下げることによって、（６０７）
シリコン化合物のみの単層によって埋込み層を形成する
こともできる。

【０１２１】また、この（６０７，６０８）埋込み層と
（６０５）量子井戸構造の活性層との間に、（６０６）
Ｐ型クラッド層を好ましくは０〜０．５８μｍの厚さ残
すことが好ましい。この膜厚は、さらに好ましくは０〜
０．３５μｍがよい。これにより、面発光型半導体レー
ザ装置において、埋め込み層部分の界面再結合電流をな
くし、高効率化、高信頼性化が達成できるという効果が
ある。

【０１２２】なお、光共振器に形成された柱状部分の断
面形状を矩形とせずに例えば円形とし、出射側の（６１
２）電極に形成される光出射口の開口形状を、第１１図
（ａ）のように長辺ａと短辺ｂとを有する矩形とするこ
とによっても、その短辺ｂの方向に揃った偏波面を有す
るレーザ光を出射することができる。また、第４実施例
にて説明したように、好ましくはｂ＜ａ＜２ｂ、さらに
好ましくは１．１×ｂ≦ａ≦１．５×ｂとすると良い。
さらに、第４実施例にて説明した通り、柱状部分の断面
を矩形とし、かつ光出射口を矩形とし、両者の短辺の方
向をそれぞれ平行な方向に設定してもよい。

【０１２３】また、第９実施例にて説明した（６０７，
６０８）埋込み層により、第３実施例に示した複数本の
柱状部分を分離する分離溝を埋め込むこともできる。こ
れにより、各柱状部分と対応する複数の発光部から、位
相同期したレーザ光を出射することができる。さらに、
分離溝に埋め込まれる（６０７，６０８）埋込み層を、
レーザ光の波長に対してほぼ透明の材料とすることがで
きる。例えば、埋込み層の材料を、ＳｉＯ_x、ＳｉＮ_x
とすると、埋込み層はレーザ発光波長に対してほぼ透明
となる。したがって、第３実施例と同様に、複数の発光
部からの光だけでなく、埋込み層に漏れた光も有効にレ
ーザ発振に寄与させて発光スポットを拡げることができ
る。さらに、この各柱状部分に形成される発光部を、ラ
イン状に配列することもできる。

【０１２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る面発
光型半導体レーザによれば、柱状半導体層の断面形状あ
るいは光出射側電極に形成される光出射口の開口形状の
一方又は双方を、長辺および短辺から成る矩形とするこ
とで、発振されるレーザ光の偏波面の方向を短辺と平行
な方向に揃えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１実施例における半導体レ
ーザの発光部の断面を示す斜視図、（ｂ）はその平面図
である。

【図２】（ａ）〜（ｆ）は図１の半導体レーザの製造工
程を示す断面図である。

【図３】図１の半導体レーザの駆動電流と発振光出力の
関係を示す図である。

【図４】（ａ）は本発明の第２実施例における半導体レ
ーザの発光部の断面を示す斜視図、（ｂ）はその平面図
である。

【図５】図４の半導体レーザの製造工程を示す断面図で
ある。

【図６】（ａ）は本発明の第３実施例における位相同期
型の面発光型半導体レーザの発光部の断面を示す概略
図、（ｂ）はその平面図である。

【図７】（ａ）〜（ｇ）は図６の半導体レーザの製造工
程を示す断面図である。

【図８】従来の面発光型半導体レーザと図６の半導体レ
ーザの形状の違いと発光近視野像の違いを示した図であ
り、同図（ａ）は従来の面発光型半導体レーザの光が出
射される側の形状を示しており、同図（ｂ）は同図
（ａ）に示した半導体レーザの発光遠視野像の強度分布
を示す。同図（ｃ）は本実施例に於ける半導体レーザの
光が出射される側の形状の一例を示しており、同図
（ｄ）は同図（ｃ）に示した半導体レーザの発光遠視野
像の強度分布を示すである。

【図９】（ａ）〜（ｄ）は、矩形断面を有する柱状部分
の短辺の方向の設定例およびその短辺の方向に依存して
特定方向に偏波面をもつレーザ光を偏光フィルタにて透
過させた状態を示す概略説明図である。

【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第４実施例にお
ける位相同期型の面発光型半導体レーザの光が出射され
る側の形状を示す概略図である。

【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第４実施例にお
ける位相同期型の面発光型半導体レーザの光が出射され
る側の形状を示す概略図である。

【図１２】従来の面発光型半導体レーザの発光部を示す
斜視図である。

【図１３】本発明の第５実施例における半導体レーザの
発光部の断面を示す斜視図である。

【図１４】図１３の半導体レーザにおけるＭＱＷ構造の
活性層の拡大断面図である。

【図１５】図１３の半導体レーザの駆動電流と発振光出
力の関係を示す図である。

【図１６】本発明の他の実施例である面発光型半導体レ
ーザの発光部の断面図を示す斜視図である。

【図１７】本発明の第６実施例における位相同期型の面
発光型半導体レーザの発光部の断面を示す概略図であ
る。

【図１８】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第７実施例にお
ける半導体レーザの光出射側の電極の開口の形状を示す
概略説明図である。

【図１９】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第８実施例にお
ける半導体レーザの光出射電極の開口の形状を示す概略
説明図である。

【図２０】本発明の各実施例の半導体レーザにおけるII
−VI族化合物半導体層を製造するのに使用できる装置の
概略図である。

【図２１】本発明の第９実施例に係る半導体レーザの断
面を示す概略斜視図である。

【符号の説明】

１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２半
導体基板１０６，２０６，３０６，４０６，５０６，６０５活
性層１０７，２０７，３０７，４０７，５０７，６０６ク
ラッド層１０８，２０８，３０８，４０８，５０８，６０９コ
ンタクト層１０９，２０９，３０９，４０９，５０９ II−VI族化
合物半導体エピタキシャル層１１１，２１１，３１１，４１１，５１１光出射側反
射鏡３１４分離溝３２０発光部６０７，６０８埋込み層Ａ柱状部分の矩形断面の長辺Ｂ柱状部分の矩形断面の短辺ａ矩形の光出射口の長辺ｂ矩形の光出射口の短辺

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者近藤貴幸長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (56)参考文献特開平４−363081（ＪＰ，Ａ) 特開平５−13880（ＪＰ，Ａ) 特開平４−363083（ＪＰ，Ａ) 特開平１−135086（ＪＰ，Ａ) 特開平５−136526（ＪＰ，Ａ) 特開平５−75215（ＪＰ，Ａ) 特開平４−144183（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−44083（ＪＰ，Ａ) ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，1991年，27［12］，ｐ．1067− 1069 ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，1991年，28［６］，ｐ．555−556 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板に垂直な方向に光を出射する
面発光型半導体レーザにおいて、反射率の異なる一対の反射鏡とそれらの間の多層の半導
体層とを有し、前記半導体層のうちの少なくともクラッ
ド層が複数本の柱状に形成されている光共振器と、前記柱状部分の周囲に埋め込まれている絶縁性の埋込み
層と、前記柱状部分の表面にコンクタトし、かつ、前記柱状部
分と対向する領域に光出射口を有し、少なくとも前記光
出射口内に前記一対の反射鏡のうちの光出射側の反射鏡
が形成される光出射側の電極と、を有し、前記柱状部分は、前記半導体基板に平行な横断面形状が
長辺と短辺からなる矩形であり、出射されるレーザ光の
偏波面の方向が、前記短辺の方向と平行であることを特
徴とする面発光型半導体レーザ。
【請求項２】半導体基板に垂直な方向に光を出射する
面発光型半導体レーザにおいて、反射率の異なる一対の反射鏡とそれらの間の多層の半導
体層とを有し、前記半導体層のうちの少なくともクラッ
ド層が複数本の柱状に形成されている光共振器と、前記柱状部分の周囲に埋め込まれている絶縁性の埋込み
層と、前記柱状部分の表面にコンクタトし、かつ、前記柱状部
分と対向する領域に光出射口を有し、少なくとも前記光
出射口内に前記一対の反射鏡のうちの光出射側の反射鏡
が形成される光出射側の電極と、を有し、前記光出射口の開口形状が、長辺と短辺から成る矩形で
あり、出射されるレーザ光の偏波面の方向が、前記短辺
の方向と平行であることを特徴とする面発光型半導体レ
ーザ。
【請求項３】請求項１または２において、前記埋込み層は、ＩＩ−VI族化合物半導体エピタキシャ
ル層であることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
【請求項４】請求項１または２において、前記埋込み層は、少なくとも前記光共振器との界面を絶
縁性シリコン化合物にて覆っていることを特徴とする面
発光型半導体レーザ。
【請求項５】請求項４において、前記絶縁性シリコン化合物は、シリコン酸化物、シリコ
ン窒化物あるいはシリコン炭化物のいずれかであること
を特徴とする面発光型半導体レーザ。
【請求項６】請求項４または５において、前記埋込み層は、前記絶縁性シリコン化合物にて形成さ
れた薄膜の上に、前記光共振器の周囲を平坦化するため
の平坦化用絶縁層を含むことを特徴とする面発光型半導
体レーザ。
【請求項７】請求項６において、前記平坦化用絶縁層は、ＳＯＧ膜、耐熱性樹脂膜、多結
晶のII−VI族化合物半導体膜、あるいは前記絶縁性シリ
コン化合物薄膜よりも低温プロセスにて形成された絶縁
性シリコン化合物膜のいずれかにて形成されていること
を特徴とする面発光型半導体レーザ。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれかにおいて、前記光共振器は、複数本の前記柱状部分に分離する分離
溝を有し、前記分離溝は前記半導体基板に対してほぼ垂
直な溝であり、前記埋込み層が前記分離溝に埋込み形成
されることで各柱状部分にそれぞれ発光部が形成され、前記光共振器を構成する半導体層のうちの活性層には前
記分離溝が到達せず、各発光部での光の位相は同期して
いることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
【請求項９】請求項８において、前記分離溝には、出射するレーザ光の波長に対して透明
な埋込み層が埋め込まれ、光出射側の前記電極は、複数本の前記柱状部分の各端面
及び前記分離溝に埋め込まれた前記埋込み層と対向する
領域に亘って前記光出射口を有し、前記各柱状部分の矩形横断面を形成する短辺の方向がそ
れぞれ平行であり、各柱状部分およびその間の前記埋込み層から前記光出射
口を介して、位相および偏波面の方向が揃いかつ発光ス
ポットが一つのレーザ光を出射することを特徴とする面
発光型半導体レーザ。
【請求項１０】請求項８において、前記分離溝には、出射するレーザ光の波長に対して透明
な埋込み層が埋め込まれ、光出射側の前記電極は、複数本の前記柱状部分の各端面
及び前記分離溝に埋め込まれた前記埋込み層と対向する
領域に亘って開口する矩形の前記光出射口を有し、各柱状部分およびその間の前記埋込み層から前記光出射
口を介して、位相および偏波面の方向が揃いかつ発光ス
ポットが一つのレーザ光を出射することを特徴とする面
発光型半導体レーザ。