JP2011222721A - 半導体レーザ - Google Patents

Abstract

【課題】素子の信頼性を損ねたり制御の容易ではない製法を用いたりすることなく、メサ径をより小さくすることの可能な半導体レーザを提供する。
【解決手段】電流注入領域１８Ａの断面形状とは異なる断面形状を有するメサ部１７の上面であって、かつ電流注入領域１８Ａと非対向な領域に、複数の上部電極３１が設けられている。複数の上部電極３１の、面内における重心点（図示せず）と、電流注入領域１８Ａの、面内における重心点（図示せず）とを一の面内において互いに重ね合わせたときに、各上部電極３１のエッジと、電流注入領域１８Ａのエッジとの間の間隙Ｄ１が一定となっている。メサ部１７の上面の、面内における中心点（図示せず）と、複数の上部電極３１の、面内における重心点とを一の面内において互いに重ね合わせたときに、メサ部１７の上面のエッジと、各上部電極３１のエッジとの間の間隙Ｄ２が一定となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層方向にレーザ光を射出する半導体レーザに関する。

面発光型半導体レーザでは、一般に、基板上に、下部ＤＢＲ層、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層、上部ＤＢＲ層およびコンタクト層をこの順に積層してなる柱状のメサが設けられている。下部ＤＢＲ層および上部ＤＢＲ層のいずれか一方には、活性層への電流注入効率を高め、しきい値電流を下げるために、電流注入領域を狭めた構造を有する電流狭窄層が設けられている。メサの上面および基板の裏面にはそれぞれ、電極が設けられている。この半導体レーザでは、電極から注入された電流が電流狭窄層により狭窄されたのち活性層に注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、下部ＤＢＲ層および上部ＤＢＲ層により反射され、所定の波長でレーザ発振が生じ、メサの上面からレーザ光として射出される。

上記した面発光型の半導体レーザでは、１ｍＡ以下といった低閾値電流でレーザ発振が可能であり、低消費電力で高速変調が可能である。そのため、面発光型の半導体レーザは、安価な光通信用光源として使われている。

特開２００３−１６８８４５号公報

ところで、高速変調するためには、デバイスの寄生容量を小さくすることが必要である。面発光型の半導体レーザでは、例えば、メサ径を小さくすることにより、電流狭窄層やＰＮ接合の容量を低く抑えることが可能である。しかし、メサ径は、メサ部の上面に形成した電極のサイズ（幅）と、位置精度に制限される。

図１０（Ａ），（Ｂ）は、メサ部１００，２００の上面構成の一例を表すものである。図１０（Ａ），（Ｂ）中の破線は、メサ部１００，２００内に設けられた電流狭窄層（図示せず）の電流注入領域（未酸化領域）１１０，２１０を表している。メサ部１００，２００の上面には、電流注入領域１１０，２１０との対向領域を避けるようにして、リング状の電極１２０，２２０が設けられている。このとき、電流注入領域１１０，２１０の径Ｒ１を１０μｍ、電極１２０の幅Ｗを１μｍ、電極１２０の位置精度ΔＤを±２μｍとすると、メサ部１００の径Ｒ２は、以下のようになる。
Ｒ２＝Ｒ１＋Ｗ×２＋（ΔＤ＋ΔＤ）×２＝１０＋１×２＋（２＋２）×２＝２０μｍ

このような制限に対する１つの解は、例えば特許文献１に記載されているように、電流狭窄層の厚膜化や多層膜化である。電流狭窄層の厚膜化や多層膜化により、メサ部の側面側を絶縁することができ、その結果、実質的にメサ部を小径化することができる。しかし、電流狭窄層を厚膜化すると、大きな歪応力がメサ部の内部に生じ、素子の信頼性を損なう虞がある。また、電流狭窄層を多層化した場合には、各々の層の酸化速度を制御することが容易ではなく、意図した構造を作製するのが容易ではないという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、素子の信頼性を損ねたり制御の容易ではない製法を用いたりすることなく、メサ径をより小さくすることの可能な半導体レーザを提供することにある。

本発明の第１の半導体レーザは、第１多層膜反射鏡、活性層、第２多層膜反射鏡をこの順に含むと共に、面内の中央に未酸化領域を有する酸化狭窄層を含む柱状のメサ部を備えたものである。この半導体レーザは、メサ部の上面のうち未酸化領域と非対向な領域に、複数の金属電極を備えている。この半導体レーザのメサ部の面内方向の断面形状は、未酸化領域の面内方向の断面形状と異なっている。

本発明の第１の半導体レーザでは、メサ部の上面であって、かつ未酸化領域と非対向な領域に、複数の金属電極が設けられている。これにより、未酸化領域の断面形状とは異なる断面形状を有するメサ部の径を小さくした結果、メサ部の上面において、未酸化領域と非対向な領域が複数領域に概ね分かれた場合に、金属電極の位置精度が従来と同様であっても、その領域（空きスペース）に各金属電極を配置することができる。

本発明の第２の半導体レーザは、第１多層膜反射鏡、活性層、第２多層膜反射鏡をこの順に含むと共に、面内の中央に未酸化領域を有する酸化狭窄層を含む柱状のメサ部を備えたものである。この半導体レーザは、メサ部の上面のうち前記未酸化領域と非対向な領域に、環状の金属電極を備えている。この半導体レーザのメサ部の面内方向の断面形状は、未酸化領域の面内方向の断面形状と異なっている。さらに、金属電極の、面内における重心点と、未酸化領域の、面内における重心点とを一の面内において互いに重ね合わせたときに、金属電極のエッジと、未酸化領域のエッジとの間の間隙が一定となっている。

本発明の第２の半導体レーザでは、環状の金属電極の、面内における重心点と、未酸化領域の、面内における重心点とを一の面内において互いに重ね合わせたときに、金属電極のエッジと、未酸化領域のエッジとの間の間隙が一定となっている。これにより、未酸化領域の断面形状とは異なる断面形状を有するメサ部の径を小さくした結果、メサ部の上面において、未酸化領域と非対向な領域が複数領域に概ね分かれた場合に、金属電極の位置精度が従来と同様であっても、その領域（空きスペース）に環状の金属電極を配置することができる。

本発明の第１の半導体レーザによれば、金属電極の位置精度が従来と同様であっても、メサ部の上面のうち未酸化領域と非対向な領域に各金属電極を配置することができるようにしたので、単一の金属電極をメサ部の上面に設けた場合と比べて、メサ径を小さくすることができる。また、メサ部の上面に複数の電極を設けたことにより、素子の信頼性が損なわれることもない。従って、本発明では、素子の信頼性を損ねたり制御の容易ではない製法を用いたりすることなく、メサ径をより小さくすることができる。

本発明の第２の半導体レーザによれば、金属電極の位置精度が従来と同様であっても、メサ部の上面のうち未酸化領域と非対向な領域に環状の金属電極を配置することができるようにしたので、単一の金属電極をメサ部の上面に設けた場合と比べて、メサ径を小さくすることができる。また、メサ部の上面に複数の電極を設けたことにより、素子の信頼性が損なわれることもない。従って、本発明では、素子の信頼性を損ねたり制御の容易ではない製法を用いたりすることなく、メサ径をより小さくすることができる。

本発明の一実施の形態に係る面発光型の半導体レーザの上面図である。 図１の半導体レーザの断面図である。 図１の半導体レーザの製造過程の一例を説明するための断面図である。 図３に続く工程について説明するための断面図である。 図４に続く工程について説明するための断面図である。 図５に続く工程について説明するための断面図である。 図１の半導体レーザの一変形例の上面図である。 図１の半導体レーザの他の変形例の上面図である。 図７の半導体レーザの他の変形例の上面図である。 従来の面発光型半導体レーザの上面図である。

以下、発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．実施の形態（図１〜図６）
○円柱形状のメサ部内に方形状の電流注入領域が設けられている例
２．変形例（図７〜図９）
○角柱形状のメサ部内に円形状の電流注入領域が設けられている例
３．従来技術（図１０）
○円柱形状のメサ部内に円形状の電流注入領域が設けられている例
○角柱形状のメサ部内に角形状の電流注入領域が設けられている例

＜実施の形態＞
図１は、本発明の一の実施の形態に係る面発光型の半導体レーザ１の上面構成の一例を表したものである。図２（Ａ）は、図１の半導体レーザ１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成の一例を表したものである。図２（Ｂ）は、図１の半導体レーザ１のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成の一例を表したものである。なお、図１、図２は模式的に表したものであり、実際の寸法とは異なっている。

本実施の形態の半導体レーザ１は、基板１０の一面側に、下部ＤＢＲ層１１、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４、上部ＤＢＲ層１５およびコンタクト層１６をこの順に積層してなる半導体層２０を備えている。この半導体層２０の上部、具体的には、下部ＤＢＲ層１１の上部、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４、上部ＤＢＲ層１５およびコンタクト層１６が柱状のメサ部１７となっている。なお、本実施の形態では、下部ＤＢＲ層１１が本発明の「第１多層膜反射鏡」の一具体例に相当する。上部ＤＢＲ層１５が本発明の「第２多層膜反射鏡」の一具体例に相当する。

基板１０は、例えばｎ型ＧａＡｓ基板である。なお、ｎ型不純物としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられる。半導体層２０は、例えば、ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体によりそれぞれ構成されている。なお、ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体とは、短周期型周期表における３Ｂ族元素のうち少なくともアルミニウム（Ａｌ）およびガリウム（Ｇａ）と、短周期型周期表における５Ｂ族元素のうち少なくともヒ素（Ａｓ）とを含む化合物半導体のことをいう。

下部ＤＢＲ層１１は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して形成されたものである。この低屈折率層は、例えば厚さがλ₀／４ｎ₁ （λ₀は発振波長、ｎ₁ は屈折率）のｎ型Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1Ａｓ（０＜ｘ１＜１）により構成されている。高屈折率層は、例えば厚さがλ₀／４ｎ₂(ｎ₂ は屈折率）のｎ型Ａｌ_x2Ｇａ_1-x2Ａｓ（０＜ｘ２＜ｘ１）により構成されている。

下部スペーサ層１２は、例えばアンドープＡｌ_x3Ｇａ_1-x3Ａｓ（０＜ｘ３＜１）により構成されている。活性層１３は、例えばアンドープのＡｌ_x4Ｇａ_1-x4Ａｓ（０＜ｘ４＜１）により構成されている。この活性層１３において、後述の電流注入領域１８Ａとの対向領域が発光領域１３Ａとなる。上部スペーサ層１４は、例えばアンドープＡｌ_x5Ｇａ_1-x5Ａｓ（０≦ｘ５＜１）により構成されている。なお、下部スペーサ層１２、活性層１３および上部スペーサ層１４がｐ型不純物を含んでいてもよい。ｐ型不純物としては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）などが挙げられる。

上部ＤＢＲ層１５は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して形成されている。低屈折率層は、例えば厚さがλ₀／４ｎ₃（ｎ₃ は屈折率）のｐ型Ａｌ_x6Ｇａ_1-x6Ａｓ（０＜ｘ６＜１）により構成されている。高屈折率層は、例えば厚さがλ₀／４ｎ₄（ｎ₄ は屈折率）のｐ型Ａｌ_x7Ｇａ_1-x7Ａｓ（０＜ｘ７＜ｘ６）により構成されている。コンタクト層１６は、例えばｐ型Ａｌ_x8Ｇａ_1-x8Ａｓ（０＜ｘ８＜１）により構成されている。

また、この半導体レーザ１では、例えば、上部ＤＢＲ層１５内に、電流狭窄層１８が設けられている。なお、本実施の形態では、電流狭窄層１８が本発明の「酸化狭窄層」の一具体例に相当する。電流狭窄層１８は、上部ＤＢＲ層１５内において、活性層１３側から数えて例えば数層離れた低屈折率層の部位に、低屈折率層に代わって設けられている。電流狭窄層１８は、電流注入領域１８Ａと、電流狭窄領域１８Ｂとを有している。電流注入領域１８Ａは、面内の中央に形成されている。電流狭窄領域１８Ｂは、電流注入領域１８Ａの周囲、すなわち電流狭窄層１８の外縁領域に形成されている。なお、本実施の形態では、電流注入領域１８Ａが本発明の「未酸化領域」の一具体例に相当する。

電流注入領域１８Ａは、例えばｐ型Ａｌ_x9Ｇａ_1-x9Ａｓ（０＜ｘ９≦１）からなる。電流狭窄領域１８Ｂは、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃）を含んで構成され、後述するように、側面から被酸化層１８Ｄに含まれる高濃度のＡｌを酸化することにより得られたものである。これにより、電流狭窄層１８は電流を狭窄する機能を有している。なお、電流狭窄層１８は、例えば、上部スペーサ層１４の内部に形成されていたり、上部スペーサ層１４と上部ＤＢＲ層１５との間に形成されていたりしてもよい。

メサ部１７の上面（コンタクト層１６の上面）のうち電流注入領域１８Ａと非対向な領域に、複数の上部電極３１が形成されており、基板１０の裏面には、下部電極３２が設けられている。なお、本実施の形態では、上部電極３１が本発明の「金属電極」の一具体例に相当する。また、メサ部１７の側面に接するとともに、メサ部１７を、上面だけを残して埋め込む台座部３３が設けられている。さらに、台座部３３の上面や、メサ部１７の上面のうち上部電極３１と接していない表面には、絶縁層３４が形成されている。絶縁層３４のうち台座部３３の直上に対応する表面上には、ワイヤ（図示せず）をボンディングするための電極パッド３５と、配線層３６とが設けられている。電極パッド３５と上部電極３１とが配線層３６を介して互いに電気的に接続されている。

ここで、上部電極３１、電極パッド３５および配線層３６は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をこの順に積層して構成されたものであり、メサ部１７上部のコンタクト層１６と電気的に接続されている。下部電極３２は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とを基板１０側から順に積層した構造を有しており、基板１０と電気的に接続されている。台座部３３は、例えばポリイミドなどの絶縁性樹脂からなる。絶縁層３４は、例えば酸化物または窒化物などの絶縁材料からなる。

次に、図１（Ａ）を参照しつつ、メサ部１７および電流注入領域１８Ａの形状および大きさと、複数の上部電極３１の配置とについて説明する。

本実施の形態では、柱状のメサ部１７の面内方向の断面形状が電流注入領域１８Ａの面内方向の断面形状と異なっている。具体的には、メサ部１７の面内方向の断面形状が円形状となっており、電流注入領域１８Ａの面内方向の断面形状が方形状となっている。さらに、本実施の形態では、電流注入領域１８Ａの最大径をＲ１とし、メサ部１７の径Ｒ２とすると、Ｒ１、Ｒ２はＲ１／Ｒ２＞０．５を満たしている。さらに、メサ部１７の径Ｒ２は、現状の最小スケール（例えば２０μｍ）よりも更に小さなスケールとなっており、例えば、１８μｍとなっている。例えば、メサ部１７の径Ｒ２が１８μｍとなっているときに、電流注入領域１８Ａの最大径Ｒ１が１０μｍとなっており、Ｒ１、Ｒ２はＲ１／Ｒ２＝０．５６＞０．５という関係になっている。

なお、上で例示した現状の最小スケールは、本出願人が過去に試作などにより作成したメサ部の最小スケールを指しており、上市されている面発光型の半導体レーザのメサ部の最小スケールのことを指している訳ではない。このように、本実施の形態では、メサ部１７の径Ｒ２が小さくなっているので、メサ部１７の上面の半分近くの領域が電流注入領域１８Ａと対向する領域となっており、メサ部１７の上面のうち電流注入領域１８Ａと非対向な領域が複数領域に概ね分かれている。

これは、仮にリング電極（図示せず）をメサ部１７の上面に設けようとすると、製造過程におけるリング電極の位置ずれの影響により、リング電極が電流注入領域１８Ａと対向する領域の４つの角ａのうち少なくとも１つを覆ってしまい易い程、メサ部１７の径Ｒ２が小さいことを意味している。例えば、電流注入領域１８Ａの最大径Ｒ１を１０μｍ、リング電極の幅Ｗを１μｍ、リング電極の位置精度ΔＤを±２μｍとすると、メサ部１７の径Ｒ２は、以下の式から、最低でも２０μｍ必要であることがわかる。従って、メサ部１７の径Ｒ２が１８μｍとなっている場合には、メサ部１７の径Ｒ２が、メサ部１７の径Ｒ２として必要な最低限の大きさよりも２μｍも不足してしまう。
Ｒ２＝Ｒ１＋Ｗ×２＋（ΔＤ＋ΔＤ）×２＝１０＋１×２＋（２＋２）×２＝２０μｍ

本実施の形態では、メサ部１７の径Ｒが上述したような小さな値となっている場合であっても、メサ部１７の上面に形成する電極の位置精度の改善に頼らずに、メサ部１７の上面に電極を設けることが可能となっている。具体的には、上述したように、メサ部１７の上面のうち電流注入領域１８Ａと非対向な領域（空きスペース）に、複数の上部電極３１が形成されている。

各上部電極３１は、メサ部１７の上面のうち電流注入領域１８Ａと非対向な領域の形状に対応した形状となっている。各上部電極３１は、例えば、図１（Ｂ）に示したように、円弧と弦とで囲まれた形状となっている。

また、複数の上部電極３１の、面内における重心点（図示せず）と、電流注入領域１８Ａの、面内における重心点（図示せず）とを一の面内において互いに重ね合わせたときに、各上部電極３１のエッジ（内側のエッジ）と、電流注入領域１８Ａのエッジとの間の間隙Ｄ１が一定となっている。さらに、メサ部１７の上面の、面内における中心点（図示せず）と、複数の上部電極３１の、面内における重心点とを一の面内において互いに重ね合わせたときに、メサ部１７の上面のエッジと、各上部電極３１のエッジ（外側のエッジ）との間の間隙Ｄ２が一定となっている。つまり、各上部電極３１は、当該複数の上部電極３１の、面内における重心点を中心として点対称となっている。

なお、図１（Ｂ）は、複数の上部電極３１の、面内における重心点と、電流注入領域１８Ａの、面内における重心点と、メサ部１７の上面の、面内における中心点とが、一の面内において互いに一致している場合のレイアウトを例示したものである。従って、実際には、複数の上部電極３１の、面内における重心点が、当該複数の上部電極３１をメサ部１７の上面に形成する際の位置ずれによって、電流注入領域１８Ａの、面内における重心点や、メサ部１７の上面の、面内における中心点からわずかにずれている場合もある。また、電流注入領域１８Ａの、面内における重心点が、電流注入領域１８Ａを形成する際の製造誤差によって、メサ部１７の上面の、面内における中心点からわずかにずれている場合もある。

[製造方法]
本実施の形態の半導体レーザ１は、例えば次のようにして製造することができる。

図３〜図６は、半導体レーザ１の製造方法を工程順に表したものである。なお、図３〜図６は、製造過程の素子を図１のＢ−Ｂ矢視線に対応する箇所で切断した断面の構成の一例をそれぞれ表したものである。

ここでは、ＧａＡｓからなる基板１０上の化合物半導体層を、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により形成する。この際、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アルシン (ＡｓＨ３)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、Ｈ₂Ｓｅを用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えば、ジメチルジンク（ＤＭＺ）を用いる。

具体的には、まず、基板１０上に、下部ＤＢＲ層１１、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４、上部ＤＢＲ層１５およびコンタクト層１６をこの順に積層する（図３）。このとき、上部ＤＢＲ層１５内の一部に、被酸化層１８Ｄを形成しておく。なお、被酸化層１８Ｄは、後述の酸化工程で酸化されることにより、電流狭窄層１８になる層であり、例えば、ＡｌＡｓを含んで構成されている。

次に、コンタクト層１６を所定の形状にエッチングしたのち、コンタクト層１６の表面に円形状のレジスト層（図示せず）を形成する。続いて、例えば反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）法により、レジスト層をマスクとして、コンタクト層１６から下部ＤＢＲ層１１の上部まで選択的にエッチングする。これにより、円形状のレジスト層（図示せず）の直下にメサ部１７が形成される（図４）。このとき、メサ部１７の側面に被酸化層１８Ｄが露出している。その後、レジスト層を除去する。

次に、水蒸気雰囲気中において、高温で酸化処理を行い、メサ部１７の側面から被酸化層１８Ｄに含まれるＡｌを選択的に酸化する。これにより、メサ部１７内において、被酸化層１８Ｄの外縁領域が絶縁層（酸化アルミニウム）となり、電流狭窄層１８が形成される（図５）。

次に、メサ部１７の周囲に、例えばポリイミドなどの絶縁性樹脂からなる台座部３３を形成したのち、表面全体に、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ₂）などの絶縁性無機材料からなる絶縁層３４を形成する（図６）。続いて、メサ部１７の上面のうち後の工程で複数の上部電極３１を形成することとなる領域に開口を有するレジスト層（図示せず）を形成したのち、例えばＲＩＥ法により、レジスト層をマスクとして、絶縁層３４を選択的に除去する。これにより、上部電極３１の形成される部分に開口（図示せず）が形成される。

次に、例えば真空蒸着法により、表面全体に前述の金属材料を積層させる。その後、例えばリフトオフにより、レジスト層と共に、不要な金属材料を除去する。これにより、メサ部１７の上面のうち、電流注入領域１８Ａと非対向な領域に複数の上部電極３１が形成される。同様にして、絶縁層３４のうち台座部３３の直上に、電極パッド３５および配線層３６を形成する。さらに、基板１０の裏面を適宜研磨してその厚さを調整した後、この基板１０の裏面に下部電極３２を形成する（図１参照）。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ１が製造される。

次に、本実施の形態の半導体レーザ１の作用および効果について説明する。

[作用・効果]
本実施の形態の半導体レーザ１では、下部電極３２と上部電極３１との間に所定の電圧が印加されると、電流狭窄層１８における電流注入領域１８Ａを通して活性層１３に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の下部ＤＢＲ層１１および上部ＤＢＲ層１５により反射され、所定の波長でレーザ発振を生じる。その結果、例えば真円状のビームがメサ部１７の上面から外部に射出される。

ところで、一般に、半導体レーザを高速変調するためには、半導体レーザの寄生容量を小さくすることが必要である。面発光型の半導体レーザでは、例えば、メサ径を小さくすることにより、電流狭窄層やＰＮ接合の容量を低く抑えることが可能である。しかし、メサ径は、メサ部の上面に形成した電極のサイズ（幅）と、位置精度に制限される。

位置精度による制限に対する１つの解は、例えば特許文献１に記載されているように、電流狭窄層の厚膜化や多層膜化である。電流狭窄層の厚膜化や多層膜化により、メサ部の側面側を絶縁することができ、その結果、実質的にメサ部を小径化することができる。しかし、電流狭窄層を厚膜化すると、大きな歪応力がメサ部の内部に生じ、素子の信頼性を損なう虞がある。また、電流狭窄層を多層化した場合には、各々の層の酸化速度を制御することが容易ではなく、意図した構造を作製するのが容易ではない。

一方、本実施の形態では、メサ部１７の上面であって、かつ電流注入領域１８Ａと非対向な領域に、複数の上部電極３１が設けられている。これにより、電流注入領域１８Ａの断面形状とは異なる断面形状を有するメサ部１７の径を小さくした結果、メサ部１７の上面において、電流注入領域１８Ａと非対向な領域が複数領域に概ね分かれた場合（図１（Ｂ）参照）に、上部電極３１の位置精度が従来と同様であっても、その領域（空きスペース）に各上部電極３１を配置することができる。その結果、単一の電極をメサ部１７の上面に設けた場合と比べて、メサ部１７の径Ｒ２を小さくすることができる。また、メサ部１７の上面に複数の上部電極３１を設けたことにより、素子の信頼性が損なわれることもない。従って、本実施の形態では、素子の信頼性を損ねたり制御の容易ではない製法を用いたりすることなく、メサ部１７の径Ｒ２をより小さくすることができる。

例えば、現状の最小スケールが２０μｍであった場合に、本実施の形態において、メサ部１７の径Ｒ２を１８μｍにしたときには、メサ部１７の面内方向の断面積が、径が２０μｍのメサ部の面内方向の断面積の約８０％となり、メサ部１７の寄生容量も、径が２０μｍのメサ部の寄生容量の約８０％となる。従って、本実施の形態の半導体レーザ１では、従来よりも更なる高速動作が可能である。

＜変形例＞
上記実施の形態では、メサ部１７の面内方向の断面形状が円形状となっており、電流注入領域１８Ａの面内方向の断面形状が方形状となっている場合が例示されていたが、その逆に、例えば、図７（Ａ），（Ｂ）に示したように、メサ部１７の面内方向の断面形状が方形状となっており、電流注入領域１８Ａの面内方向の断面形状が円形状となっていてもよい。このとき、メサ部１７の一辺の長さをＬとし、電流注入領域１８Ａの径をＲ３とすると、Ｌ、Ｒ３はＲ３／Ｌ＞０．５を満たしている。さらに、メサ部１７の一辺の長さＬは、現状の最小スケール（例えば２０μｍ）よりも更に小さなスケールとなっており、例えば、１８μｍとなっている。例えば、メサ部１７の一辺の長さＬが１８μｍとなっているときに、電流注入領域１８Ａの径をＲ３が１０μｍとなっており、Ｒ１、Ｒ２はＲ３／Ｌ＝０．５６＞０．５という関係になっている。

なお、上で例示した現状の最小スケールは、上記実施の形態のときと同様、本出願人が過去に試作などにより作成したメサ部の最小スケールを指しており、上市されている面発光型の半導体レーザのメサ部の最小スケールのことを指している訳ではない。このように、本変形例では、メサ部１７の一辺の長さＬが小さくなっているので、メサ部１７の上面の半分近くの領域が電流注入領域１８Ａと対向する領域となっており、メサ部１７の上面のうち電流注入領域１８Ａと非対向な領域が複数領域に概ね分かれている。

本変形例では、メサ部１７の一辺の長さＬが上述したような小さな値となっている場合であっても、メサ部１７の上面に形成する電極の位置精度の改善に頼らずに、メサ部１７の上面に電極を設けることが可能となっている。具体的には、上述したように、メサ部１７の上面のうち電流注入領域１８Ａと非対向な領域（空きスペース）に、複数の上部電極３１が形成されている。

各上部電極３１は、メサ部１７の上面のうち電流注入領域１８Ａと非対向な領域の形状に対応した形状となっている。本変形例において、各上部電極３１は、例えば、図７（Ｂ）に示したように、直角２等辺と弦とで囲まれた形状となっている。

また、本変形例においても、複数の上部電極３１の、面内における重心点（図示せず）と、電流注入領域１８Ａの、面内における重心点（図示せず）とを一の面内において互いに重ね合わせたときに、各上部電極３１のエッジ（内側のエッジ）と、電流注入領域１８Ａのエッジとの間の間隙Ｄ１が一定となっている。さらに、メサ部１７の上面の、面内における中心点（図示せず）と、複数の上部電極３１の、面内における重心点とを一の面内において互いに重ね合わせたときに、メサ部１７の上面のエッジと、各上部電極３１のエッジ（外側のエッジ）との間の間隙Ｄ２が一定となっている。つまり、各上部電極３１は、当該複数の上部電極３１の、面内における重心点を中心として点対称となっている。

なお、図７（Ｂ）は、複数の上部電極３１の、面内における重心点と、電流注入領域１８Ａの、面内における重心点と、メサ部１７の上面の、面内における中心点とが、一の面内において互いに一致している場合のレイアウトを例示したものである。従って、実際には、複数の上部電極３１の、面内における重心点が、当該複数の上部電極３１をメサ部１７の上面に形成する際の位置ずれによって、電流注入領域１８Ａの、面内における重心点や、メサ部１７の上面の、面内における中心点からわずかにずれている場合もある。また、電流注入領域１８Ａの、面内における重心点が、電流注入領域１８Ａを形成する際の製造誤差によって、メサ部１７の上面の、面内における中心点からわずかにずれている場合もある。

本変形例においても、メサ部１７の上面であって、かつ電流注入領域１８Ａと非対向な領域に、複数の上部電極３１が設けられている。これにより、電流注入領域１８Ａの断面形状とは異なる断面形状を有するメサ部１７の一辺の長さＬを小さくした結果、メサ部１７の上面において、電流注入領域１８Ａと非対向な領域が複数領域に概ね分かれた場合（図７（Ｂ）参照）に、上部電極３１の位置精度が従来と同様であっても、その領域（空きスペース）に各上部電極３１を配置することができる。その結果、単一の電極をメサ部１７の上面に設けた場合と比べて、メサ部１７の一辺の長さＬを小さくすることができる。また、メサ部１７の上面に複数の上部電極３１を設けたことにより、素子の信頼性が損なわれることもない。従って、本実施の形態では、素子の信頼性を損ねたり制御の容易ではない製法を用いたりすることなく、メサ部１７の一辺の長さＬをより小さくすることができる。

以上、実施の形態およびその変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形可能である。

例えば、上記実施の形態等において、各上部電極３１を互いに連結して１つの電極としてもよい。例えば、図８、図９に示したように、メサ部１７の上面のうち電流注入領域１８Ａと非対向な領域（空きスペース）全体に渡って、単一の上部電極３１が形成されていてもよい。このようにした場合であっても、単一の上部電極３１の、面内における重心点（図示せず）と、電流注入領域１８Ａの、面内における重心点（図示せず）とを一の面内において互いに重ね合わせたときに、単一の上部電極３１のエッジ（内側のエッジ）と、電流注入領域１８Ａのエッジとの間の間隙Ｄ１が一定となっている。さらに、メサ部１７の上面の、面内における中心点（図示せず）と、単一の上部電極３１の、面内における重心点とを一の面内において互いに重ね合わせたときに、メサ部１７の上面のエッジと、単一の上部電極３１のエッジ（外側のエッジ）との間の間隙Ｄ２が一定となっている。つまり、単一の上部電極３１は、当該単一の上部電極３１の、面内における重心点を中心として点対称となっている。

なお、単一の上部電極３１が図８に示したような形状となっている場合には、単一の上部電極３１のうち、電流注入領域１８Ａの角の部分ｂに近接する個所が、切り欠かれているようにもみえる。また、図示しないが、単一の上部電極３１のうち、電流注入領域１８Ａの角の部分ｂに近接する個所に、切り欠きが設けられていてもよい。このようにした場合には、単一の上部電極３１が、位置ずれなどにより、電流注入領域１８Ａの角の部分ｂを覆う虞を低減することができる。

このときでも、Ｒ１、Ｒ２はＲ１／Ｒ２＞０．５を満たしている。さらに、メサ部１７の径Ｒ２は、現状の最小スケール（例えば２０μｍ）よりも更に小さなスケールとなっており、例えば、１８μｍとなっている。例えば、メサ部１７の径Ｒ２が１８μｍとなっているときに、電流注入領域１８Ａの最大径Ｒ１が１０μｍとなっており、Ｒ１、Ｒ２はＲ１／Ｒ２＝０．５６＞０．５という関係になっている。

１…半導体レーザ、１０…基板、１１…下部ＤＢＲ層、１２…下部スペーサ層、１３…活性層、１３Ａ…発光領域、１４…上部スペーサ層、１５…上部ＤＢＲ層、１６…コンタクト層、１７，１００，２００…メサ部、１８…電流狭窄層、１８Ａ，１１０，２１０…電流注入領域、１８Ｂ…電流狭窄領域、１８Ｄ…被酸化層、２０…半導体層、３１…上部電極、３２…下部電極、３３…台座部、３４…絶縁層、３５…電極パッド、３６…配線層、１２０，２２０…電極。

Claims (12)

1. 第１多層膜反射鏡、活性層、第２多層膜反射鏡をこの順に含むと共に、面内の中央に未酸化領域を有する酸化狭窄層を含み、かつ面内方向の断面形状が前記未酸化領域の面内方向の断面形状と異なる柱状のメサ部と、
   前記メサ部の上面のうち前記未酸化領域と非対向な領域に形成された複数の金属電極と
   を備えた半導体レーザ。
2. 前記複数の金属電極の、面内における重心点と、前記未酸化領域の、面内における重心点とを一の面内において互いに重ね合わせたときに、各金属電極のエッジと、前記未酸化領域のエッジとの間の間隙が一定となっている
   請求項１に記載の半導体レーザ。
3. 各金属電極は、前記メサ部の上面のうち前記未酸化領域と非対向な領域の形状に対応した形状となっている
   請求項１または請求項２に記載の半導体レーザ。
4. 各金属電極は、前記複数の金属電極の、面内における重心点を中心として点対称となっている
   請求項３に記載の半導体レーザ。
5. 前記メサ部の面内方向の断面形状が円形状となっており、前記未酸化領域の面内方向の断面形状が方形状となっている
   請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
6. 前記未酸化領域の最大径をＲ１とし、前記メサ部の径をＲ２とすると、Ｒ１、Ｒ２はＲ１／Ｒ２＞０．５を満たす
   請求項５に記載の半導体レーザ。
7. 前記メサ部の面内方向の断面形状が方形状となっており、前記未酸化領域の面内方向の断面形状が円形状となっている
   請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
8. 前記メサ部の一辺の長さをＬとし、前記未酸化領域の径をＲ３とすると、Ｌ、Ｒ３はＲ３／Ｌ＞０．５を満たす
   請求項７に記載の半導体レーザ。
9. 前記メサ部の側面に接して形成された台座部と、
   前記台座部上に形成されるとともに、各金属電極と電気的に接続された配線層と、
   前記配線層と電気的に接続されたパッド電極と
   をさらに備えた
   請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
10. 第１多層膜反射鏡、活性層、第２多層膜反射鏡をこの順に含むと共に、面内の中央に未酸化領域を有する酸化狭窄層を含み、かつ面内方向の断面形状が前記未酸化領域の面内方向の断面形状と異なる柱状のメサ部と、
    前記メサ部の上面のうち前記未酸化領域と非対向な領域に形成された環状の金属電極と
    を備え、
    前記金属電極の、面内における重心点と、前記未酸化領域の、面内における重心点とを一の面内において互いに重ね合わせたときに、前記金属電極のエッジと、前記未酸化領域のエッジとの間の間隙が一定となっている
    半導体レーザ。
11. 前記メサ部の面内方向の断面形状が円形状となっており、前記未酸化領域の面内方向の断面形状が方形状となっており、
    前記金属電極は、前記未酸化領域の角に対応する部分に切り欠きを有する
    請求項１０に記載の半導体レーザ。
12. 前記メサ部の径をＲ１、前記未酸化領域の最大径をＲ２とすると、Ｒ１、Ｒ２はＲ２／Ｒ１＞０．５を満たす
    請求項１１に記載の半導体レーザ。

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