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公開番号2021009895
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210128
出願番号2019122048
出願日20190628
発明の名称面発光レーザ
出願人住友電気工業株式会社
代理人個人,個人
主分類H01S 5/183 20060101AFI20201225BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】コンタクト層との良好なオーミックコンタクトをとることができるとともに、コンタクト層における光吸収を少なくすることができる面発光レーザを提供する。
【解決手段】面発光レーザは、基板20と、基板20の上に下部反射鏡層123、活性層124、上部反射鏡層125、上部コンタクト層127が順に積層された半導体層のメサ30と、上部コンタクト層127の上に設けられた電極41と、を有し、上部コンタクト層127は、GaAsを含んでおり、電極41は、上部コンタクト層127と接する層がPtを含む合金層141からなる。
【選択図】 図5
特許請求の範囲【請求項1】
基板と、
前記基板の上に下部反射鏡層、活性層、上部反射鏡層、上部コンタクト層が順に積層された半導体層のメサと、
前記上部コンタクト層の上に設けられた電極と、
を有し、
前記上部コンタクト層は、GaAsを含んでおり、
前記電極は、前記上部コンタクト層と接する層がPtを含む合金層である面発光レーザ。
続きを表示(約 290 文字)【請求項2】
前記Ptを含む合金層の厚さは5nm以上、100nm以下である請求項1に記載の面発光レーザ。
【請求項3】
前記上部コンタクト層の厚さは、10nm以上、200nm以下である請求項1又は請求項2に記載の面発光レーザ。
【請求項4】
前記電極は、前記合金層から順にTi層、Pt層が積層されている
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項5】
前記電極の形状は円環状であって、
前記電極の内側がレーザ光を出射する光出射窓である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の面発光レーザ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、面発光レーザに関するものである。
続きを表示(約 4,800 文字)【背景技術】
【0002】
面発光レーザと呼ばれる垂直共振型面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)は、半導体基板の上に、2つの反射鏡層と、反射鏡層に挟まれた活性層とを有し、半導体基板の基板面に対し垂直方向に光を出射するレーザである。面発光レーザでは、活性層及び反射鏡層等にメサを形成し、メサの反射鏡層の一部を選択的に酸化して酸化層を形成することにより、電流狭窄構造が形成されている(特許文献1等)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2019−33210号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記の面発光レーザには、面発光レーザに電流を注入するため、2つの反射鏡層と活性層とを挟むようにコンタクト層が設けられている。コンタクト層は、導電性を高めるために、不純物元素が高濃度にドープされており、レーザ光が出射される側のコンタクト層の厚さが厚いと、レーザ光を吸収し光出力が低下してしまう。このため、レーザ光が出射される側のコンタクト層の厚さが薄い方が好ましいが、コンタクト層の厚さが薄すぎると、コンタクト層との接触抵抗が高くなり、良好なオーミックコンタクトがとれなくなる場合がある。
【0005】
このため、コンタクト層との良好なオーミックコンタクトをとることができるとともに、コンタクト層における光吸収が少ない面発光レーザが求められている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本実施形態の一観点によれば、面発光レーザは、基板と、前記基板の上の下部コンタクト層と、前記下部コンタクト層の上に、下部反射鏡層、活性層、上部反射鏡層、上部コンタクト層が順に積層された半導体層のメサと、前記上部コンタクト層の上に設けられた電極と、を有し、前記上部コンタクト層は、GaAsを含んでおり、前記電極は、前記上部コンタクト層と接する層が、Ptを含む合金層である。
【発明の効果】
【0007】
本開示の面発光レーザによれば、コンタクト層との良好なオーミックコンタクトをとることができるとともに、コンタクト層における光吸収を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1は、面発光レーザの電極の説明図である。
図2は、本開示の実施形態の面発光レーザの上面図である。
図3は、本開示の実施形態の面発光レーザの断面図である。
図4は、本開示の実施形態の面発光レーザの電極の説明図(1)である。
図5は、本開示の実施形態の面発光レーザの電極の説明図(2)である。
図6は、本開示の実施形態の面発光レーザの製造方法の工程図(1)である。
図7は、本開示の実施形態の面発光レーザの製造方法の工程図(2)である。
図8は、本開示の実施形態の面発光レーザの製造方法の工程図(3)である。
図9は、本開示の実施形態の面発光レーザの製造方法の工程図(4)である。
図10は、本開示の実施形態の面発光レーザの製造方法の工程図(5)である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
実施するための形態について、以下に説明する。
【0010】
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。
【0011】
〔1〕 本開示の一態様に係る面発光レーザは、基板と、前記基板の上に下部反射鏡層、活性層、上部反射鏡層、上部コンタクト層が順に積層された半導体層のメサと、前記上部コンタクト層の上に設けられた電極と、を有し、前記上部コンタクト層は、GaAsを含んでおり、前記電極は、前記上部コンタクト層と接する層はPtを含む合金層である。
【0012】
これにより、電極が上部コンタクト層との良好なオーミックコンタクトをとることができるとともに、上部コンタクト層における光吸収を少なくすることができる。
【0013】
〔2〕 前記Ptを含む合金層の厚さは5nm以上、100nm以下であhる。
【0014】
これにより、電極が上部コンタクト層との良好なオーミックコンタクトをとることができるとともに、コンタクト層における光吸収を少なくすることができる。
【0015】
〔3〕 前記上部コンタクト層の厚さは、10nm以上、200nm以下である。
【0016】
これにより、電極が上部コンタクト層との良好なオーミックコンタクトをとることができるとともに、コンタクト層における光吸収を少なくすることができる。
【0017】
〔4〕 前記電極は、前記合金層から順にTi層、Pt層が積層されている。
【0018】
これにより、電極が上部コンタクト層との良好なオーミックコンタクトをとることができる。
【0019】
〔5〕 前記電極の形状は円環状であって、前記電極の内側がレーザ光を出射する光出射窓である。
【0020】
これにより、出射されるレーザ光の光吸収が少なくなる。
【0021】
[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の一実施形態について詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
【0022】
最初に、面発光レーザにおいて、コンタクト層とのオーミックコンタクトについて説明する。
【0023】
図1に示されるように、面発光レーザでは、上部反射鏡層921の上に、上部コンタクト層922が形成されており、レーザ光は破線矢印に示す方向に出射される。上部コンタクト層922は、導電性を高めるため、GaAsに不純物元素として亜鉛(Zn)C(炭素)が、1×10
19
cm
−3
以上の高濃度でドープされている。GaAsにドープされている不純物元素の濃度が高いと、レーザ光の一部が吸収され、面発光レーザからのレーザ光の出力が低下するため、上部コンタクト層922の厚さは薄い方が好ましい。上部コンタクト層922の上にはp電極が形成される。p電極は、上部コンタクト層922の上に、Ti層931、Pt層932、Au層933を順に成膜し、熱処理をすることにより形成される。この熱処理により、上部コンタクト層922とTi層931との界面に、Tiを含む合金が形成され、オーミックコンタクトを得ることができる。
【0024】
ところで、上記のように熱処理により形成されるTiを含む合金層は、熱処理の温度が高いほど、また熱処理の時間が長いほど厚みが増える。上部コンタクト層922が薄いと、上部コンタクト層922を突き抜け、上部反射鏡層921にまで到達する場合があり、この場合には抵抗が高くなる。このため、上部コンタクト層922の厚さをある程度厚くする必要があるが、上部コンタクト層922は不純物元素を高濃度に含んでいるため、上部コンタクト層922の厚さを厚くすると、レーザ光を吸収してしまい、好ましくない。
【0025】
このため、コンタクト層の厚さが薄くても、良好なオーミックコンタクトを得ることのできる面発光レーザが求められている。
【0026】
(面発光レーザ)
次に、本実施形態における面発光レーザについて図2及び図3に基づき説明する。図2は本実施形態における面発光レーザの上面図であり、図3は、図2の一点鎖線2A−2Bに沿って切断した断面図である。本実施形態の面発光レーザは、基板20の上に、第1の下部DBR(Distributed Bragg Reflector)層121、下部コンタクト層122、第2の下部DBR層123、活性層124、上部DBR層125、上部コンタクト層127が順に形成されている。本願においては、第2の下部DBR層123、または、第1の下部DBR層121及び第2の下部DBR層123を下部反射鏡層と記載し、上部DBR層125を上部反射鏡層と記載する場合がある。
【0027】
上部DBR層125には、上部DBR層125を形成している複数の層のうちの一部を酸化することにより酸化領域126aが形成されており、酸化領域126aを形成することにより、酸化されなかった領域がアパーチャ領域126bとなる。よって、面発光レーザでは、電流狭窄構造126は、酸化領域126aとアパーチャ領域126bとにより形成されている。酸化領域126aはメサ30の周縁部から酸化することにより形成されている。酸化領域126aは、例えば、酸化アルミニウム(Al



)を含み、絶縁性を有しているため、アパーチャ領域126bよりも電流が流れにくい。よって、アパーチャ領域126bは、酸化領域126aよりも電流が流れやすく、電流経路となる。従って、このような電流狭窄構造126にすることより、効率的な電流注入が可能となる。本実施形態においては、アパーチャ領域126bの直径は、例えば7.5μmである。
【0028】
基板20は、例えば、ガリウム砒素(GaAs)で形成された半導体基板である。基板20と第1の下部DBR層121との間には、GaAsおよびAlGaAsにより形成されたバッファ層が設けられてもよい。
【0029】
第1の下部DBR層121、第2の下部DBR層123、上部DBR層125は、例えば、Al

Ga
1−x
As(x=0.9)とAl

Ga
1−y
As(y=0.1)とを光学膜厚がλ/4で交互に積層した半導体多層膜である。第1の下部DBR層121はi型の半導体層であり、不純物元素はドープされてはいない。第2の下部DBR層123は、n型の半導体層であり、例えば、不純物元素としてシリコン(Si)が、7×10
17
cm
−3
以上、4×10
18
cm
−3
以下の濃度でドープされている。上部DBR層125はp型の半導体層であり、例えば、不純物元素として亜鉛(Zn)が、1×10
18
cm
−3
以上、2×10
19
cm
−3
以下の濃度でドープされている。
【0030】
下部コンタクト層122は、例えば、厚さ500nmのn型Al

Ga
1−x
As(x=0.1)により形成されており、不純物元素としてSiが、2×10
18
cm
−3
の濃度でドープされている。上部コンタクト層127は、例えば、厚さ100nmのp型Al

Ga
1−x
As(x=0.16)により形成されており、不純物元素としてZnが、1×10
19
cm
−3
の濃度でドープされている。尚、上部コンタクト層127の厚さは、10nm以上、200nm以下であることが好ましい。
(【0031】以降は省略されています)

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