JP2000076682A - 面発光型半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
面発光型半導体レーザおよびその製造方法Info
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- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
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- H01S5/18386—Details of the emission surface for influencing the near- or far-field, e.g. a grating on the surface
- H01S5/18388—Lenses
Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ出力を増したとしても、レーザ光の放
射角を小さく設定することを可能とする面発光型半導体
レーザを提供する。 【解決手段】 本発明の面発光型半導体レーザは、半導
体基板上に垂直方向の共振器を有し、共振器より半導体
基板に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光型半導体
レーザであって、少なくとも共振器の一部を含む柱状の
半導体堆積体（柱状部）１０１が含まれる。その柱状部
１０１のコンタクト層１０２は、凸レンズ面を有するレ
ンズ形状部１１５を構成する。
射角を小さく設定することを可能とする面発光型半導体
レーザを提供する。 【解決手段】 本発明の面発光型半導体レーザは、半導
体基板上に垂直方向の共振器を有し、共振器より半導体
基板に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光型半導体
レーザであって、少なくとも共振器の一部を含む柱状の
半導体堆積体（柱状部）１０１が含まれる。その柱状部
１０１のコンタクト層１０２は、凸レンズ面を有するレ
ンズ形状部１１５を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板に対し
て垂直にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザおよ
びその製造方法に関する。
て垂直にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザおよ
びその製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】近年、末端系の光通信用ファイバーとし
て、プラスチック光ファイバーが注目されている。プラ
スチック光ファイバーは、従来の石英ファイバーに比べ
コア径が非常に大きく接続が簡単なため、低コストで設
置でき、しかも強度に優れながら柔軟性に富むため、取
り扱いが簡単という特徴を備えている。
て、プラスチック光ファイバーが注目されている。プラ
スチック光ファイバーは、従来の石英ファイバーに比べ
コア径が非常に大きく接続が簡単なため、低コストで設
置でき、しかも強度に優れながら柔軟性に富むため、取
り扱いが簡単という特徴を備えている。
【０００３】プラスチック光ファイバーに適用される光
源としては、面発光レーザが挙げられる。面発光レーザ
は、レーザ出射角が、端面レーザに比べ、等方的でかつ
小さいという優れた特徴を有している。このように、レ
ーザ放射角の小さい面発光レーザをコア径の大きいプラ
スチック光ファイバーに適用することにより、光ファイ
バーと光源との間にレンズを介さずに直接にレーザ光を
光ファイバーに的確かつ効率的に入射することができ
る。これにより、きわめて簡単な構成からなる光通信モ
ジュールを実現することができる。
源としては、面発光レーザが挙げられる。面発光レーザ
は、レーザ出射角が、端面レーザに比べ、等方的でかつ
小さいという優れた特徴を有している。このように、レ
ーザ放射角の小さい面発光レーザをコア径の大きいプラ
スチック光ファイバーに適用することにより、光ファイ
バーと光源との間にレンズを介さずに直接にレーザ光を
光ファイバーに的確かつ効率的に入射することができ
る。これにより、きわめて簡単な構成からなる光通信モ
ジュールを実現することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プラス
チック光ファイバーには、伝達損失が大きいという欠点
があるため、伝送距離を長くするには、大きな光出力の
光源が必要になる。面発光レーザのレーザ出力を増すに
は、レーザ出射口径を大きくすることが有効である。し
かし、レーザ出射口径を大きくすると放射角が大きくな
るという問題が生じる。光送信モジュールの構成の簡略
化のため、直接結合、すなわち、光ファイバーと光源と
の間にレンズを介さずに、直接にレーザ光を光ファイバ
ーに入射を行った場合において、放射角の増大は、結合
効率、すなわち、ファイバーコア内に入射するレーザ光
の光量の低下および取り付けマージンの減少などを招く
結果となる。そのため、伝送距離の長さを確保すること
と、直接結合による光送信モジュールの構成の簡略化の
両立が難しいという問題があった。
チック光ファイバーには、伝達損失が大きいという欠点
があるため、伝送距離を長くするには、大きな光出力の
光源が必要になる。面発光レーザのレーザ出力を増すに
は、レーザ出射口径を大きくすることが有効である。し
かし、レーザ出射口径を大きくすると放射角が大きくな
るという問題が生じる。光送信モジュールの構成の簡略
化のため、直接結合、すなわち、光ファイバーと光源と
の間にレンズを介さずに、直接にレーザ光を光ファイバ
ーに入射を行った場合において、放射角の増大は、結合
効率、すなわち、ファイバーコア内に入射するレーザ光
の光量の低下および取り付けマージンの減少などを招く
結果となる。そのため、伝送距離の長さを確保すること
と、直接結合による光送信モジュールの構成の簡略化の
両立が難しいという問題があった。
【０００５】本発明の目的は、上記の両立が図られるよ
うにするもので、具体的には、レーザ出力を増したとし
ても、レーザ光の放射角を小さく設定することを可能と
する面発光型半導体レーザおよびその製造方法を提供す
ることにある。
うにするもので、具体的には、レーザ出力を増したとし
ても、レーザ光の放射角を小さく設定することを可能と
する面発光型半導体レーザおよびその製造方法を提供す
ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の面発光型半導体
レーザは、半導体基板上に垂直方向の共振器を有し、前
記共振器より前記半導体基板に垂直な方向にレーザ光を
出射する面発光型半導体レーザであって、少なくとも前
記共振器の一部を含む柱状の半導体堆積体が含まれ、前
記半導体堆積体の上面のレーザ出射面が凸レンズ面を構
成する。
レーザは、半導体基板上に垂直方向の共振器を有し、前
記共振器より前記半導体基板に垂直な方向にレーザ光を
出射する面発光型半導体レーザであって、少なくとも前
記共振器の一部を含む柱状の半導体堆積体が含まれ、前
記半導体堆積体の上面のレーザ出射面が凸レンズ面を構
成する。
【０００７】このように、柱状の半導体堆積体（以下
「柱状部」という）の上面のレーザ出射面が凸レンズ面
を構成しているため、レーザ出射面において、レーザビ
ームを屈折させ、その放射角を狭めることができる。ま
た、これによれば、レーザ出射面において放射角を制御
できるため、レーザ出力を増すためにレーザ出射口径を
大きくしたとしても放射角を小さく設定することも可能
となる。
「柱状部」という）の上面のレーザ出射面が凸レンズ面
を構成しているため、レーザ出射面において、レーザビ
ームを屈折させ、その放射角を狭めることができる。ま
た、これによれば、レーザ出射面において放射角を制御
できるため、レーザ出力を増すためにレーザ出射口径を
大きくしたとしても放射角を小さく設定することも可能
となる。
【０００８】前記凸レンズ面を有するレンズ形状部は、
前記半導体堆積体を構成するコンタクト層を含んでいる
ことが望ましい。
前記半導体堆積体を構成するコンタクト層を含んでいる
ことが望ましい。
【０００９】コンタクト層を含むレンズ形状部は、以下
に記載の構成をとることができる。
に記載の構成をとることができる。
【００１０】（１）第１に、前記レンズ形状部は、前記
半導体堆積体を構成するコンタクト層の単体からなる。
半導体堆積体を構成するコンタクト層の単体からなる。
【００１１】このように、レンズ形状部がコンタクト層
の単体からなることにより、レンズ形状部のための別の
半導体を積層させる必要がなく、工程数を最小限に抑え
ることができる。
の単体からなることにより、レンズ形状部のための別の
半導体を積層させる必要がなく、工程数を最小限に抑え
ることができる。
【００１２】（２）第２に、前記レンズ形状部は、前記
コンタクト層と、該コンタクト層上に形成されたレンズ
層からなる。
コンタクト層と、該コンタクト層上に形成されたレンズ
層からなる。
【００１３】このように、コンタクト層上に、レンズ層
を設けたことにより、コンタクト層の薄膜化を図ること
ができる。
を設けたことにより、コンタクト層の薄膜化を図ること
ができる。
【００１４】また、この場合、前記レンズ層は、レーザ
光のエネルギーに相当するバンドギャップより大きなバ
ンドギャップを有する半導体層から構成され、前記コン
タクト層は、前記レンズ層よりバンドギャップが小さい
半導体層から構成されることが望ましい。
光のエネルギーに相当するバンドギャップより大きなバ
ンドギャップを有する半導体層から構成され、前記コン
タクト層は、前記レンズ層よりバンドギャップが小さい
半導体層から構成されることが望ましい。
【００１５】このように、コンタクト層のバンドギャッ
プが小さいことにより、上部電極とコンタクト層との良
好なオーミック接触が達成される。また、前記レンズ層
が設けられていることにより、前記コンタクト層を薄膜
化することができ、コンタクト層による光吸収損失を最
小限に抑えることができる。これにより、オーミック接
触の向上と光吸収損失の防止との両立を図ることができ
る。
プが小さいことにより、上部電極とコンタクト層との良
好なオーミック接触が達成される。また、前記レンズ層
が設けられていることにより、前記コンタクト層を薄膜
化することができ、コンタクト層による光吸収損失を最
小限に抑えることができる。これにより、オーミック接
触の向上と光吸収損失の防止との両立を図ることができ
る。
【００１６】前記レンズ層は、以下に記載の構成をとる
ことが望ましい。
ことが望ましい。
【００１７】第１に、前記レンズ層は、屈折率の異な
る複数の層からなり、該レンズ層の屈折率が多段的に変
化している。
る複数の層からなり、該レンズ層の屈折率が多段的に変
化している。
【００１８】このように屈折率が多段的に変化している
と、レンズ層が球面状である場合において、効果的に球
面収差の補正をすることができる。
と、レンズ層が球面状である場合において、効果的に球
面収差の補正をすることができる。
【００１９】また、前記レンズ層がこの構成からなる場
合には、前記レンズ層は、第１のレンズ層と、該第１の
レンズ層より屈折率の大きい第２のレンズ層を含み、前
記第２のレンズ層は前記第１のレンズ層より上位に位置
することがさらに望ましい。
合には、前記レンズ層は、第１のレンズ層と、該第１の
レンズ層より屈折率の大きい第２のレンズ層を含み、前
記第２のレンズ層は前記第１のレンズ層より上位に位置
することがさらに望ましい。
【００２０】このような構成をとることで、第１のレン
ズ層が焦点距離を短くし、かつ、第２のレンズ層が焦点
距離を長くすることにより、確実に球面収差の補正をす
ることができる。
ズ層が焦点距離を短くし、かつ、第２のレンズ層が焦点
距離を長くすることにより、確実に球面収差の補正をす
ることができる。
【００２１】第２に、前記レンズ層は、屈折率が連続
的に変化する層である。
的に変化する層である。
【００２２】球面収差は、連続的に存在するため、レン
ズ層を、屈折率が連続的に変化した層とすることによ
り、球面収差をさらに確実に補正することができる。
ズ層を、屈折率が連続的に変化した層とすることによ
り、球面収差をさらに確実に補正することができる。
【００２３】前記柱状部は、メサ状であることが望まし
い。これにより、上部電極から下部電極に流れる電流の
流域を画定することができる。
い。これにより、上部電極から下部電極に流れる電流の
流域を画定することができる。
【００２４】また、前記柱状部は、その側面がなだらか
な曲面状であってもよい。柱状部の側面がなだらかであ
ることにより、膜厚の均一な上部電極を形成することが
でき、これにより、カバレッジが向上し、断線が生じ難
くなる。
な曲面状であってもよい。柱状部の側面がなだらかであ
ることにより、膜厚の均一な上部電極を形成することが
でき、これにより、カバレッジが向上し、断線が生じ難
くなる。
【００２５】また、本発明にかかる面発光型半導体レー
ザは、以下の工程（ａ）〜（ｄ）を含む製造方法によ
り、形成することができる。
ザは、以下の工程（ａ）〜（ｄ）を含む製造方法によ
り、形成することができる。
【００２６】（ａ）半導基板上に、複数の半導体層を堆
積して半導体堆積体を形成する工程、（ｂ）前記半導体
堆積体上に所定パターンの第１のレジスト層を形成する
工程、（ｃ）前記第１のレジスト層を加熱してリフロー
させて、該レジスト層を凸レンズ状の形状に成形して第
２のレジスト層を形成する工程、および（ｄ）エッチン
グによって少なくとも前記第２のレジスト層を除去し
て、前記半導体堆積体の上部に前記第２のレジスト層の
形状が反映されたレンズ形状部を形成する工程。
積して半導体堆積体を形成する工程、（ｂ）前記半導体
堆積体上に所定パターンの第１のレジスト層を形成する
工程、（ｃ）前記第１のレジスト層を加熱してリフロー
させて、該レジスト層を凸レンズ状の形状に成形して第
２のレジスト層を形成する工程、および（ｄ）エッチン
グによって少なくとも前記第２のレジスト層を除去し
て、前記半導体堆積体の上部に前記第２のレジスト層の
形状が反映されたレンズ形状部を形成する工程。
【００２７】この製造方法によれば、柱状部とレンズ形
状部とをセルフアラインで形成できるため、光軸合わせ
が不要で、光軸ずれも生じない。
状部とをセルフアラインで形成できるため、光軸合わせ
が不要で、光軸ずれも生じない。
【００２８】前記工程（ｄ）におけるレンズ形状部の構
成は、上述した構成のものを適用することができる。
成は、上述した構成のものを適用することができる。
【００２９】前記工程（ｄ）のエッチングにおけるレジ
スト層に対する半導体堆積体のエッチング選択比（以
下、「選択比」という）は、０．５〜１．０であること
が望ましい。選択比を０．５〜１．０のように小さくす
ることで、前記半導体堆積体の上部に前記第２のレジス
ト層の形状を反映しながら所望の曲率のレンズ形状部を
形成することができる。
スト層に対する半導体堆積体のエッチング選択比（以
下、「選択比」という）は、０．５〜１．０であること
が望ましい。選択比を０．５〜１．０のように小さくす
ることで、前記半導体堆積体の上部に前記第２のレジス
ト層の形状を反映しながら所望の曲率のレンズ形状部を
形成することができる。
【００３０】また、前記工程（ｄ）のエッチングは、塩
素系ガスに酸素を付加した反応性イオンビームエッチン
グ方法によりなされることが望ましい。これにより、酸
素の量を調整することにより、選択比を制御することが
できる。その結果、容易にレンズ形状を制御することが
できる。
素系ガスに酸素を付加した反応性イオンビームエッチン
グ方法によりなされることが望ましい。これにより、酸
素の量を調整することにより、選択比を制御することが
できる。その結果、容易にレンズ形状を制御することが
できる。
【００３１】さらに、本発明の製造方法は、前記工程
（ｃ）の後に、前記第２のレジスト層をマスクとして、
前記半導体堆積体の一部をエッチングして、メサ状の柱
状の半導体堆積体を形成する工程（ｅ）を有することが
望ましい。
（ｃ）の後に、前記第２のレジスト層をマスクとして、
前記半導体堆積体の一部をエッチングして、メサ状の柱
状の半導体堆積体を形成する工程（ｅ）を有することが
望ましい。
【００３２】この方法によれば、柱状部とレンズ形状部
との形成を同一マスクを使用し、かつ、柱状部を形成す
る際のエッチングからレンズ形状部を形成する際のエッ
チングへの移行を、エッチングガスを切り替えることの
みで済むため、上記の工程を容易に進めることができ
る。
との形成を同一マスクを使用し、かつ、柱状部を形成す
る際のエッチングからレンズ形状部を形成する際のエッ
チングへの移行を、エッチングガスを切り替えることの
みで済むため、上記の工程を容易に進めることができ
る。
【００３３】また、前記工程（ｅ）を含まない場合に
は、柱状部とレンズ形状部が同一の工程で形成され、か
つ、前記半導体堆積体の側面の勾配がなだらかになる。
これにより、カバレッジが向上した膜厚の均一な上部電
極を形成することができ、上部電極の断線が生じ難くな
る。
は、柱状部とレンズ形状部が同一の工程で形成され、か
つ、前記半導体堆積体の側面の勾配がなだらかになる。
これにより、カバレッジが向上した膜厚の均一な上部電
極を形成することができ、上部電極の断線が生じ難くな
る。
【００３４】前記工程（ｂ）で、前記第１のレジスト層
の形成に用いられるレジスト材料は、特に限定されない
が、比較的に耐熱性の低いフォトレジストなどが好まし
い。
の形成に用いられるレジスト材料は、特に限定されない
が、比較的に耐熱性の低いフォトレジストなどが好まし
い。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照しながら説明する。
について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】（第１の実施の形態） （デバイスの構造）図１は、本発明の第１の実施の形態
にかかる面発光型半導体レーザ（以下、「面発光レー
ザ」という）を模式的に示す断面図である。
にかかる面発光型半導体レーザ（以下、「面発光レー
ザ」という）を模式的に示す断面図である。
【００３７】図１に示す面発光レーザ１００は、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１０９上に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌＡ
ｓとを交互に積層した２５ペアの分布反射型多層膜ミラ
ー（以下、「下部ＤＢＲミラー」という）１０４、厚さ
３ｎｍのＧａＡｓウエル層と厚さ３ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ
0.7Ａｓバリア層から成り該ウエル層が３層で構成され
る量子井戸活性層１０５、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ
0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交互に積層した３０ペアの分布反射
型多層膜ミラー（以下、「上部ＤＢＲミラー」という）
１０３およびコンタクト層１０２が順次積層されて形成
されている。
ａＡｓ基板１０９上に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌＡ
ｓとを交互に積層した２５ペアの分布反射型多層膜ミラ
ー（以下、「下部ＤＢＲミラー」という）１０４、厚さ
３ｎｍのＧａＡｓウエル層と厚さ３ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ
0.7Ａｓバリア層から成り該ウエル層が３層で構成され
る量子井戸活性層１０５、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ
0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交互に積層した３０ペアの分布反射
型多層膜ミラー（以下、「上部ＤＢＲミラー」という）
１０３およびコンタクト層１０２が順次積層されて形成
されている。
【００３８】上部ＤＢＲミラー１０３は、Ｚｎがドーピ
ングされることにより、ｐ型にされ、下部ＤＢＲミラー
１０４は、Ｓｅがドーピングされることにより、ｎ型と
されている。したがって、上部ＤＢＲミラー１０３、不
純物がドーピングされていない量子井戸活性層１０５お
よび下部ＤＢＲミラー１０４とで、ｐｉｎダイオードが
形成される。
ングされることにより、ｐ型にされ、下部ＤＢＲミラー
１０４は、Ｓｅがドーピングされることにより、ｎ型と
されている。したがって、上部ＤＢＲミラー１０３、不
純物がドーピングされていない量子井戸活性層１０５お
よび下部ＤＢＲミラー１０４とで、ｐｉｎダイオードが
形成される。
【００３９】コンタクト層１０２は、後述する上部電極
１０６とオーミック接触可能な材質であることが必要
で、ＡｌＧａＡｓ系材料の場合、たとえば、１０19ｃｍ
-3以上の高濃度の不純物がドーピングされたＡｌ0.15Ｇ
ａ0.85Ａｓからなる。
１０６とオーミック接触可能な材質であることが必要
で、ＡｌＧａＡｓ系材料の場合、たとえば、１０19ｃｍ
-3以上の高濃度の不純物がドーピングされたＡｌ0.15Ｇ
ａ0.85Ａｓからなる。
【００４０】コンタクト層１０２、上部ＤＢＲミラー１
０３、量子井戸活性層１０５および下部ＤＢＲミラー１
０４の途中まで、所定の領域を除き、メサ状にエッチン
グすることにより、柱状部１０１が形成されている。柱
状部１０１の上面、具体的には、コンタクト層１０２の
上面は、凸レンズ形状となっている。以下、上部ＤＢＲ
ミラー１０３上に設けられた凸レンズ形状部を単にレン
ズ形状部１１５という。
０３、量子井戸活性層１０５および下部ＤＢＲミラー１
０４の途中まで、所定の領域を除き、メサ状にエッチン
グすることにより、柱状部１０１が形成されている。柱
状部１０１の上面、具体的には、コンタクト層１０２の
上面は、凸レンズ形状となっている。以下、上部ＤＢＲ
ミラー１０３上に設けられた凸レンズ形状部を単にレン
ズ形状部１１５という。
【００４１】さらに、絶縁層１０８は、柱状部１０１の
側面の一部分および下部ＤＢＲミラー１０４の上面を覆
うようにして形成されている。
側面の一部分および下部ＤＢＲミラー１０４の上面を覆
うようにして形成されている。
【００４２】そして、上部電極１０６は、柱状部１０１
の上面において、コンタクト層１０２とリング状に接触
し、露出した柱状部１０１の側面、および絶縁層１０８
の表面の一部を覆うようにして形成されている。また、
ｎ型ＧａＡｓ基板１０９の下には、下部電極１０７が形
成されている。
の上面において、コンタクト層１０２とリング状に接触
し、露出した柱状部１０１の側面、および絶縁層１０８
の表面の一部を覆うようにして形成されている。また、
ｎ型ＧａＡｓ基板１０９の下には、下部電極１０７が形
成されている。
【００４３】上部電極１０６と下部電極１０７とで、ｐ
ｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、量子井戸
活性層１０５において、電子と正孔との再結合が起こ
り、再結合発光が生じる。そこで生じた光が上部ＤＢＲ
ミラー１０３と下部ＤＢＲミラー１０４との間を往復す
る際、誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。光利
得が光損失を上まわるとレーザ発振が起こり、上部電極
１０６の開口部から基板に対して垂直方向にレーザ光が
出射される。
ｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、量子井戸
活性層１０５において、電子と正孔との再結合が起こ
り、再結合発光が生じる。そこで生じた光が上部ＤＢＲ
ミラー１０３と下部ＤＢＲミラー１０４との間を往復す
る際、誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。光利
得が光損失を上まわるとレーザ発振が起こり、上部電極
１０６の開口部から基板に対して垂直方向にレーザ光が
出射される。
【００４４】本実施の形態において特徴的なことは、図
１に示すように、柱状部１０１の上面、すなわち、レー
ザ出射面が凸レンズ形状に形成されていることである。
これにより、レーザ出射面において、レーザビームを屈
折させ、その放射角を狭めることができる。また、これ
によれば、レーザ出射面において放射角を制御できるた
め、レーザ出射口径を大きくしたとしても放射角を小さ
く設定することも可能となる。
１に示すように、柱状部１０１の上面、すなわち、レー
ザ出射面が凸レンズ形状に形成されていることである。
これにより、レーザ出射面において、レーザビームを屈
折させ、その放射角を狭めることができる。また、これ
によれば、レーザ出射面において放射角を制御できるた
め、レーザ出射口径を大きくしたとしても放射角を小さ
く設定することも可能となる。
【００４５】（デバイスの製造プロセス）次に、図１に
示す面発光レーザ１００の製造プロセスについて説明す
る。図２〜図６は、面発光レーザ１００の製造工程を示
した模式図である。
示す面発光レーザ１００の製造プロセスについて説明す
る。図２〜図６は、面発光レーザ１００の製造工程を示
した模式図である。
【００４６】（ａ）まず、図２を参照しながら説明す
る。ｎ型ＧａＡｓ基板１０９上に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａ
ｓとＡｌＡｓとを交互に積層し、Ｓｅをドーピングした
２５ペアの下部ＤＢＲミラー１０４を形成する。次に、
下部ＤＢＲミラー１０４上に、厚さ３ｎｍのＧａＡｓウ
エル層と、厚さ３ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層か
ら成り、該ウエル層が３層で構成される量子井戸活性層
１０５を形成する。さらに、量子井戸活性層１０５上
に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交
互に積層し、Ｚｎをドーピングした３０ペアの上部ＤＢ
Ｒミラー１０３を形成する。その後、上部ＤＢＲミラー
１０３上に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓからなるコンタクト
層１０２を積層する。
る。ｎ型ＧａＡｓ基板１０９上に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａ
ｓとＡｌＡｓとを交互に積層し、Ｓｅをドーピングした
２５ペアの下部ＤＢＲミラー１０４を形成する。次に、
下部ＤＢＲミラー１０４上に、厚さ３ｎｍのＧａＡｓウ
エル層と、厚さ３ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層か
ら成り、該ウエル層が３層で構成される量子井戸活性層
１０５を形成する。さらに、量子井戸活性層１０５上
に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交
互に積層し、Ｚｎをドーピングした３０ペアの上部ＤＢ
Ｒミラー１０３を形成する。その後、上部ＤＢＲミラー
１０３上に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓからなるコンタクト
層１０２を積層する。
【００４７】上記の各層は、有機金属気相成長（ＭＯＶ
ＰＥ：Ｍｅｔａｌ−ＯｒｇａｎｉｃＶａｐｏｒ Ｐｈａ
ｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法でエピタキシャル成長させる
ことができる。このとき、例えば、成長温度は、７５０
℃、成長圧力は、２×１０4Ｐａで、III族原料にＴＭＧ
ａ（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
（ジメチル亜鉛）を用いることができる。
ＰＥ：Ｍｅｔａｌ−ＯｒｇａｎｉｃＶａｐｏｒ Ｐｈａ
ｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法でエピタキシャル成長させる
ことができる。このとき、例えば、成長温度は、７５０
℃、成長圧力は、２×１０4Ｐａで、III族原料にＴＭＧ
ａ（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
（ジメチル亜鉛）を用いることができる。
【００４８】次に、コンタクト層１０２上に、フォトレ
ジストを塗布した後、フォトリソグラフィーにより、フ
ォトレジストをパターニングすることにより、図２に示
すように、所定のパターンの第１のレジスト層Ｒ１を形
成する。
ジストを塗布した後、フォトリソグラフィーにより、フ
ォトレジストをパターニングすることにより、図２に示
すように、所定のパターンの第１のレジスト層Ｒ１を形
成する。
【００４９】（ｂ）次いで、第１のレジスト層Ｒ１を加
熱、リフロー、すなわち、溶融したレジストを流動させ
て再形成する。これにより、第１のレジスト層Ｒ１は、
表面張力の影響を受けて、図３に示すような凸レンズ状
に変形し、第２のレジスト層Ｒ２が形成される。加熱方
法としては、例えば、ホットプレートまたは温風循環式
オーブンなどを用いて行うことができる。ホットプレー
トを使用した場合の条件は、レジストの材質により変わ
るが、１５０℃以上で、２〜１０分、好ましくは５分で
ある。また、温風循環式オーブンの場合は、１６０℃以
上で、２０〜３０分が適当である。
熱、リフロー、すなわち、溶融したレジストを流動させ
て再形成する。これにより、第１のレジスト層Ｒ１は、
表面張力の影響を受けて、図３に示すような凸レンズ状
に変形し、第２のレジスト層Ｒ２が形成される。加熱方
法としては、例えば、ホットプレートまたは温風循環式
オーブンなどを用いて行うことができる。ホットプレー
トを使用した場合の条件は、レジストの材質により変わ
るが、１５０℃以上で、２〜１０分、好ましくは５分で
ある。また、温風循環式オーブンの場合は、１６０℃以
上で、２０〜３０分が適当である。
【００５０】（ｃ）次いで、図４に示すように、第２の
レジスト層Ｒ２をマスクとして、反応性イオンエッチン
グ法により、コンタクト層１０２、上部ＤＢＲミラー１
０３、量子井戸活性層１０５および下部ＤＢＲミラー１
０４の途中まで、かつ、第２のレジスト層Ｒ２のレンズ
形状をとどめつつ、メサ状にエッチングし、柱状部１０
１を形成する。このエッチングには、通常、エッチング
ガスとして塩素または塩素系ガス（塩化水素，ＢＣ
ｌ3）を用いた、反応性イオンビームエッチング法が使
われる。このエッチングの選択比は、２．０以上である
ことが好ましい。この際、選択比に影響を与えない範囲
において、プラズマ状態を安定化するために、Ａｒを付
加してもよい。
レジスト層Ｒ２をマスクとして、反応性イオンエッチン
グ法により、コンタクト層１０２、上部ＤＢＲミラー１
０３、量子井戸活性層１０５および下部ＤＢＲミラー１
０４の途中まで、かつ、第２のレジスト層Ｒ２のレンズ
形状をとどめつつ、メサ状にエッチングし、柱状部１０
１を形成する。このエッチングには、通常、エッチング
ガスとして塩素または塩素系ガス（塩化水素，ＢＣ
ｌ3）を用いた、反応性イオンビームエッチング法が使
われる。このエッチングの選択比は、２．０以上である
ことが好ましい。この際、選択比に影響を与えない範囲
において、プラズマ状態を安定化するために、Ａｒを付
加してもよい。
【００５１】（ｄ）その後、選択比が０．５〜１．０で
あるドライエッチング法により、第２のレジスト層Ｒ２
と下部ＤＢＲミラー１０４をエッチングし、コンタクト
層１０２の上面を凸レンズ形状にする。このエッチング
において、図５で想像線で示すように、エッチング工程
を行う前の第２のレジスト層Ｒ２のレンズ形状を反映さ
せながら、コンタクト層１０２にその凸レンズ状の形状
を転写する。ドライエッチング法としては、酸素の量で
選択比の調節が可能である、塩素系ガスに酸素を添加し
た反応性イオンビームエッチング法が好ましい。また、
Ａｒガスを用いたイオンビームエッチング法も適用可能
である。
あるドライエッチング法により、第２のレジスト層Ｒ２
と下部ＤＢＲミラー１０４をエッチングし、コンタクト
層１０２の上面を凸レンズ形状にする。このエッチング
において、図５で想像線で示すように、エッチング工程
を行う前の第２のレジスト層Ｒ２のレンズ形状を反映さ
せながら、コンタクト層１０２にその凸レンズ状の形状
を転写する。ドライエッチング法としては、酸素の量で
選択比の調節が可能である、塩素系ガスに酸素を添加し
た反応性イオンビームエッチング法が好ましい。また、
Ａｒガスを用いたイオンビームエッチング法も適用可能
である。
【００５２】（ｅ）次いで、ＳｉＨ4（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法により、基板上に、例え
ば、膜厚１００〜３００ｎｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ
X膜）を形成する。その後、フォトリソグラフィとドラ
イエッチングにより、図１に示すように、柱状部１０１
の側面の一部および下部ＤＢＲミラー１０４の一部を除
き、シリコン酸化膜をエッチング除去して、絶縁層１０
８を形成する。
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法により、基板上に、例え
ば、膜厚１００〜３００ｎｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ
X膜）を形成する。その後、フォトリソグラフィとドラ
イエッチングにより、図１に示すように、柱状部１０１
の側面の一部および下部ＤＢＲミラー１０４の一部を除
き、シリコン酸化膜をエッチング除去して、絶縁層１０
８を形成する。
【００５３】次いで、真空蒸着法により、下部ＤＢＲミ
ラー１０４上に、Ａｕ−Ｚｎ合金層を形成し、フォトリ
ソグラフィ法を用い、図１に示すように、柱状部１０１
の上面が露出するように、該合金層をエッチング除去し
て、上部電極１０６を形成する。
ラー１０４上に、Ａｕ−Ｚｎ合金層を形成し、フォトリ
ソグラフィ法を用い、図１に示すように、柱状部１０１
の上面が露出するように、該合金層をエッチング除去し
て、上部電極１０６を形成する。
【００５４】続いて、基板１０９の下面に、真空蒸着法
により、Ａｕ−Ｇｅ合金層からなる下部電極１０７が形
成され、図１に示すような面発光レーザが完成する。
により、Ａｕ−Ｇｅ合金層からなる下部電極１０７が形
成され、図１に示すような面発光レーザが完成する。
【００５５】このように、柱状部１０１とレンズ形状部
１１５とをセルフアラインで形成するため、光軸合わせ
が不要で、光軸ずれも生じない。また、柱状部１０１と
レンズ形状部１１５との形成を同一マスクを使用し、か
つ、柱状部１０１を形成する際のエッチングからレンズ
形状部１１５を形成する際のエッチングへの移行を、エ
ッチングガスを切り替えることのみで済むため、上記の
工程を円滑に進めることができる。
１１５とをセルフアラインで形成するため、光軸合わせ
が不要で、光軸ずれも生じない。また、柱状部１０１と
レンズ形状部１１５との形成を同一マスクを使用し、か
つ、柱状部１０１を形成する際のエッチングからレンズ
形状部１１５を形成する際のエッチングへの移行を、エ
ッチングガスを切り替えることのみで済むため、上記の
工程を円滑に進めることができる。
【００５６】本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ系の面
発光レーザは、コンタクト層の組成を考慮して、レーザ
光の該コンタクト層でのバンド間吸収が生じない、レー
ザ発振波長７８０ｎｍ以上において、好ましく適用でき
る。
発光レーザは、コンタクト層の組成を考慮して、レーザ
光の該コンタクト層でのバンド間吸収が生じない、レー
ザ発振波長７８０ｎｍ以上において、好ましく適用でき
る。
【００５７】（第２の実施の形態） （デバイスの構造）図７は、本発明の第２の実施の形態
にかかる面発光レーザ２００を模式的に示す断面図であ
る。
にかかる面発光レーザ２００を模式的に示す断面図であ
る。
【００５８】本実施の形態に係る面発光レーザ２００
は、柱状部１０１におけるレンズ形状部１１５の半導体
層の層構造の点で第１の実施の形態と異なる。これ以外
の構成については、第１の実施の形態と同様であるの
で、詳細な説明を省略する。本実施の形態において、第
１の実施の形態に係る面発光レーザ１００と実質的に同
様の機能を有する部分には同一の符号を付する。
は、柱状部１０１におけるレンズ形状部１１５の半導体
層の層構造の点で第１の実施の形態と異なる。これ以外
の構成については、第１の実施の形態と同様であるの
で、詳細な説明を省略する。本実施の形態において、第
１の実施の形態に係る面発光レーザ１００と実質的に同
様の機能を有する部分には同一の符号を付する。
【００５９】レンズ形状部１１５の層構造は、コンタク
ト層１０２の上に、さらに、レンズ層１１０が形成され
た構成をとっている。また、レンズ形状部１１５の上面
は、レンズ層１１０の上面と、コンタクト層１０２の上
面の一部とから構成され、詳しくは、同心円状に、中心
から、レンズ層１１０の上面、次いで、その回りにおい
てリング状に露出するコンタクト層１０２の上面の一部
の順で構成されている。 コンタクト層１０２は、コン
タクト層１０２と上部電極１０６とのオーミック接触を
確保することを目的として、バンドギャップが小さい半
導体、たとえば、高濃度の不純物がドーピングされたＧ
ａＡｓからなる。一方、レーザ発振波長によっては、バ
ンドギャップが小さいコンタクト層１０２ではバンド間
吸収によりレーザ光の吸収損失がおこる場合がある。こ
のことを考慮して、コンタクト層１０２は、コンタクト
層によるレーザ光の吸収損失を最小限に抑えることがで
きる膜厚、たとえば膜厚５００〜１０００ｎｍまで薄膜
化されている。
ト層１０２の上に、さらに、レンズ層１１０が形成され
た構成をとっている。また、レンズ形状部１１５の上面
は、レンズ層１１０の上面と、コンタクト層１０２の上
面の一部とから構成され、詳しくは、同心円状に、中心
から、レンズ層１１０の上面、次いで、その回りにおい
てリング状に露出するコンタクト層１０２の上面の一部
の順で構成されている。 コンタクト層１０２は、コン
タクト層１０２と上部電極１０６とのオーミック接触を
確保することを目的として、バンドギャップが小さい半
導体、たとえば、高濃度の不純物がドーピングされたＧ
ａＡｓからなる。一方、レーザ発振波長によっては、バ
ンドギャップが小さいコンタクト層１０２ではバンド間
吸収によりレーザ光の吸収損失がおこる場合がある。こ
のことを考慮して、コンタクト層１０２は、コンタクト
層によるレーザ光の吸収損失を最小限に抑えることがで
きる膜厚、たとえば膜厚５００〜１０００ｎｍまで薄膜
化されている。
【００６０】さらに、コンタクト層１０２を薄膜化した
ことにより、コンタクト層１０２のみでは、レンズ形状
部１１５としての機能が確保されない。そこで、レンズ
機能を確実に発現させることを目的として、コンタクト
層１０２上にレンズ層１１０が設けられている。レンズ
層１１０は、バンドギャップがレーザ光のエネルギーよ
りも大きな半導体であって、フリーキャリア散乱による
光損失が生じ難い半導体、たとえば、低キャリア濃度あ
るいはノンドープのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓなどからなる。
ことにより、コンタクト層１０２のみでは、レンズ形状
部１１５としての機能が確保されない。そこで、レンズ
機能を確実に発現させることを目的として、コンタクト
層１０２上にレンズ層１１０が設けられている。レンズ
層１１０は、バンドギャップがレーザ光のエネルギーよ
りも大きな半導体であって、フリーキャリア散乱による
光損失が生じ難い半導体、たとえば、低キャリア濃度あ
るいはノンドープのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓなどからなる。
【００６１】本実施の形態において特徴的なことは、コ
ンタクト層１０２を薄膜化し、かつ、レンズ機能を確保
するために、レンズ層１１０を設けたことである。コン
タクト層１０２のバンドギャップがレーザ光のエネルギ
ーに相当するバンドギャップよりも小さい場合、コンタ
クト層１０２によるレーザ光の吸収損失が生じる。しか
し、本実施の形態では、上記した特徴のように、コンタ
クト層１０２によるレーザ光の吸収損失を最小限に抑え
ることができる膜厚まで、コンタクト層１０２を薄膜化
している。このため、レーザ光のエネルギーよりも小さ
いバンドギャップを有する半導体をコンタクト層１０２
に適用することが可能となる。その結果、オーミック接
触を取り易くするため、レーザ光のエネルギーよりもコ
ンタクト層１０２のバンドギャップを小さくすることが
でき、これにより、上部電極１０６とコンタクト層１０
２との接触抵抗を低減することができる。
ンタクト層１０２を薄膜化し、かつ、レンズ機能を確保
するために、レンズ層１１０を設けたことである。コン
タクト層１０２のバンドギャップがレーザ光のエネルギ
ーに相当するバンドギャップよりも小さい場合、コンタ
クト層１０２によるレーザ光の吸収損失が生じる。しか
し、本実施の形態では、上記した特徴のように、コンタ
クト層１０２によるレーザ光の吸収損失を最小限に抑え
ることができる膜厚まで、コンタクト層１０２を薄膜化
している。このため、レーザ光のエネルギーよりも小さ
いバンドギャップを有する半導体をコンタクト層１０２
に適用することが可能となる。その結果、オーミック接
触を取り易くするため、レーザ光のエネルギーよりもコ
ンタクト層１０２のバンドギャップを小さくすることが
でき、これにより、上部電極１０６とコンタクト層１０
２との接触抵抗を低減することができる。
【００６２】以上のように、本実施の形態によれば、凸
レンズ形状を有するレンズ形状部１１５により、レーザ
出射面において、レーザビームを屈折させ、その放射角
を狭めることができる。また、これによれば、レーザ出
射面において放射角を制御できるため、レーザ出射口径
を大きくしたとしても放射角を小さく設定することも可
能となる。さらに、レーザ光のエネルギーよりもコンタ
クト層１０２のバンドギャップを小さくすることがで
き、これにより、上部電極１０６とコンタクト層１０２
との接触抵抗を低減することができる。
レンズ形状を有するレンズ形状部１１５により、レーザ
出射面において、レーザビームを屈折させ、その放射角
を狭めることができる。また、これによれば、レーザ出
射面において放射角を制御できるため、レーザ出射口径
を大きくしたとしても放射角を小さく設定することも可
能となる。さらに、レーザ光のエネルギーよりもコンタ
クト層１０２のバンドギャップを小さくすることがで
き、これにより、上部電極１０６とコンタクト層１０２
との接触抵抗を低減することができる。
【００６３】（デバイスの製造プロセス）本実施の形態
における面発光レーザ２００の製造方法としては、第１
の実施の形態における（ａ）工程において、上部ＤＢＲ
ミラー形成後に、膜厚５００〜１０００ｎｍのＧａＡｓ
からなるコンタクト層を形成し、さらに、コンタクト層
上に、膜厚２０００〜３０００ｎｍのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａ
ｓからなるレンズ層１１０を形成する。それ以外は、第
１の実施の形態と同様の方法を用いることができる。
における面発光レーザ２００の製造方法としては、第１
の実施の形態における（ａ）工程において、上部ＤＢＲ
ミラー形成後に、膜厚５００〜１０００ｎｍのＧａＡｓ
からなるコンタクト層を形成し、さらに、コンタクト層
上に、膜厚２０００〜３０００ｎｍのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａ
ｓからなるレンズ層１１０を形成する。それ以外は、第
１の実施の形態と同様の方法を用いることができる。
【００６４】このように、柱状部１０１とレンズ形状部
１１５とをセルフアラインで形成するため、光軸合わせ
が不要で、光軸ずれも生じない。また、柱状部１０１と
レンズ形状部１１５との形成を同一マスクを使用し、か
つ、柱状部１０１を形成する際のエッチングからレンズ
形状部１１５を形成する際のエッチングへの移行を、エ
ッチングガスを切り替えることのみで済むため、上記の
工程を円滑に進めることができる。
１１５とをセルフアラインで形成するため、光軸合わせ
が不要で、光軸ずれも生じない。また、柱状部１０１と
レンズ形状部１１５との形成を同一マスクを使用し、か
つ、柱状部１０１を形成する際のエッチングからレンズ
形状部１１５を形成する際のエッチングへの移行を、エ
ッチングガスを切り替えることのみで済むため、上記の
工程を円滑に進めることができる。
【００６５】本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ系の面
発光レーザは、レーザ発振波長を問わず適用できるが、
たとえば、レーザ発振波長８００ｎｍ以下の場合におい
て特に有効である。
発光レーザは、レーザ発振波長を問わず適用できるが、
たとえば、レーザ発振波長８００ｎｍ以下の場合におい
て特に有効である。
【００６６】（第３の実施の形態） （デバイスの構造）図８は、本発明の第３の実施の形態
にかかる面発光レーザ３００を模式的に示す断面図であ
る。
にかかる面発光レーザ３００を模式的に示す断面図であ
る。
【００６７】本実施の形態に係る面発光レーザ３００
は、レンズ形状部１１５の半導体層の層構造の点で第１
の実施の形態と異なる。これ以外の構成については、第
１の実施の形態と同様であるので、詳細な説明を省略す
る。本実施の形態において、第１の実施の形態に係る面
発光レーザと実質的に同様の機能を有する部分には同一
の符号を付する。
は、レンズ形状部１１５の半導体層の層構造の点で第１
の実施の形態と異なる。これ以外の構成については、第
１の実施の形態と同様であるので、詳細な説明を省略す
る。本実施の形態において、第１の実施の形態に係る面
発光レーザと実質的に同様の機能を有する部分には同一
の符号を付する。
【００６８】レンズ形状部１１５のコンタクト層１０２
の上には、レンズ層１１０が形成されている。レンズ層
１１０は、低屈折率レンズ層１１１およびそれと比較し
て屈折率が大きい高屈折率レンズ層１１２が順次積層さ
れ形成されている。そして、レンズ形状部１１５の上面
は、高屈折率レンズ層の上面１１２、その回りにおいて
リング状に露出した低屈折率レンズ層１１１の上面の一
部、さらにその回りにおいて上部電極と接触するために
リング状に露出したＧａＡｓからなるコンタクト層１０
２の上面の一部が、同心円状に、かつ、同一曲面をなす
ように構成されている。
の上には、レンズ層１１０が形成されている。レンズ層
１１０は、低屈折率レンズ層１１１およびそれと比較し
て屈折率が大きい高屈折率レンズ層１１２が順次積層さ
れ形成されている。そして、レンズ形状部１１５の上面
は、高屈折率レンズ層の上面１１２、その回りにおいて
リング状に露出した低屈折率レンズ層１１１の上面の一
部、さらにその回りにおいて上部電極と接触するために
リング状に露出したＧａＡｓからなるコンタクト層１０
２の上面の一部が、同心円状に、かつ、同一曲面をなす
ように構成されている。
【００６９】高屈折率レンズ層１１２は、入射光の焦点
距離を小さくする役割を有し、たとえば、Ａｌ0.2Ｇａ
0.8Ａｓからなる。
距離を小さくする役割を有し、たとえば、Ａｌ0.2Ｇａ
0.8Ａｓからなる。
【００７０】低屈折率レンズ層１１１は、入射光の焦点
距離を大きくする役割を有し、高屈折率レンズ層１１２
よりも屈折率が小さい材質、たとえば、Ａｌ0.8Ｇａ0.2
Ａｓからなる。
距離を大きくする役割を有し、高屈折率レンズ層１１２
よりも屈折率が小さい材質、たとえば、Ａｌ0.8Ｇａ0.2
Ａｓからなる。
【００７１】本実施の形態において特徴的なことは、レ
ンズ形状部１１５の上面が、高屈折率レンズ層１１２の
上面、その回りにおいてリング状に露出した低屈折率レ
ンズ層１１１の上面の一部を含んでなることである。
ンズ形状部１１５の上面が、高屈折率レンズ層１１２の
上面、その回りにおいてリング状に露出した低屈折率レ
ンズ層１１１の上面の一部を含んでなることである。
【００７２】この構成によれば、柱状部１０１の上面
が、単純曲面、すなわち球面的な凸レンズ形状であって
も、複合曲面、すなわち非球面的な凸レンズ形状と同等
の効果を発現することができる。すなわち、柱状部１０
１の上面の凸レンズ形状が球面あるいは球面に近い形状
の場合には、レンズは、球面収差、つまり、図９に示す
ように、光軸から径方向にいくにしたがって、レンズＬ
に入射した光の焦点距離が小さくなるという現象が生じ
る。この球面収差の補正をするために、通常、レンズの
光軸から径方向外側部分の曲面の曲率を小さくした非球
面形状のレンズを用いる。
が、単純曲面、すなわち球面的な凸レンズ形状であって
も、複合曲面、すなわち非球面的な凸レンズ形状と同等
の効果を発現することができる。すなわち、柱状部１０
１の上面の凸レンズ形状が球面あるいは球面に近い形状
の場合には、レンズは、球面収差、つまり、図９に示す
ように、光軸から径方向にいくにしたがって、レンズＬ
に入射した光の焦点距離が小さくなるという現象が生じ
る。この球面収差の補正をするために、通常、レンズの
光軸から径方向外側部分の曲面の曲率を小さくした非球
面形状のレンズを用いる。
【００７３】本実施の形態に係る柱状部１０１のレンズ
形状部１１５の上面は、中央部に低屈折レンズ層１１２
の上面が形成され、その回りにリング状に露出し、それ
と比較して屈折率の小さい低屈折レンズ層１１１の上面
の一部が形成されてなっている。これにより、柱状部１
０１の上面を非球面化することなく、球面収差を補正す
ることができる。つまり、球面あるいは球面に近い形状
を有するレンズ形状部１１５の場合、その中心から径方
向にいくに従って、入射した光の焦点距離が小さくなる
ところを、高屈折レンズ層１１１の回りに、それと比較
して屈折率の小さい低屈折レンズ層１１２の露出面を設
けたことにより、この部分に入射した光の焦点距離を大
きくすることができる。これにより、球面収差の補正を
容易にすることができる。
形状部１１５の上面は、中央部に低屈折レンズ層１１２
の上面が形成され、その回りにリング状に露出し、それ
と比較して屈折率の小さい低屈折レンズ層１１１の上面
の一部が形成されてなっている。これにより、柱状部１
０１の上面を非球面化することなく、球面収差を補正す
ることができる。つまり、球面あるいは球面に近い形状
を有するレンズ形状部１１５の場合、その中心から径方
向にいくに従って、入射した光の焦点距離が小さくなる
ところを、高屈折レンズ層１１１の回りに、それと比較
して屈折率の小さい低屈折レンズ層１１２の露出面を設
けたことにより、この部分に入射した光の焦点距離を大
きくすることができる。これにより、球面収差の補正を
容易にすることができる。
【００７４】また、リフロー後の第２のレジスト層Ｒ２
の形状を反映させながらレンズ形状部１１５を形成する
際に微細な形状制御ができない場合であっても、これら
レンズ層１１１，１１２の屈折率を制御することによ
り、所望のレンズ特性を得ることができる。
の形状を反映させながらレンズ形状部１１５を形成する
際に微細な形状制御ができない場合であっても、これら
レンズ層１１１，１１２の屈折率を制御することによ
り、所望のレンズ特性を得ることができる。
【００７５】（デバイスの製造プロセス）本実施の形態
における面発光レーザ３００の製造方法としては、第１
の実施の形態における（ａ）工程において、上部ＤＢＲ
ミラー１０３形成後に、膜厚５００〜１０００ｎｍのＧ
ａＡｓからなるコンタクト層１０２を形成し、次いで、
コンタクト層１０２上に、低屈折率レンズ層１１１とし
て、膜厚５００〜１５００ｎｍのＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓを
形成し、さらに、高屈折率レンズ層１１２として、膜厚
５００〜１５００ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓを形成した
こと以外は、第１の実施の形態と同様である。
における面発光レーザ３００の製造方法としては、第１
の実施の形態における（ａ）工程において、上部ＤＢＲ
ミラー１０３形成後に、膜厚５００〜１０００ｎｍのＧ
ａＡｓからなるコンタクト層１０２を形成し、次いで、
コンタクト層１０２上に、低屈折率レンズ層１１１とし
て、膜厚５００〜１５００ｎｍのＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓを
形成し、さらに、高屈折率レンズ層１１２として、膜厚
５００〜１５００ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓを形成した
こと以外は、第１の実施の形態と同様である。
【００７６】上記のようにコンタクト層１０２上に、低
屈折率レンズ層１１１を設け、さらに、その上に高屈折
率レンズ層１１２が設けられていることにより、工程
上、以下の利点を有する。リフロー後の第２のレジスト
層Ｒ２の形状を反映させながらレンズ形状部１１５を形
成する際に微細な形状制御ができない場合であっても、
これらレンズ層１１１，１１２の屈折率を制御すること
により、所望のレンズ特性を得ることができる。
屈折率レンズ層１１１を設け、さらに、その上に高屈折
率レンズ層１１２が設けられていることにより、工程
上、以下の利点を有する。リフロー後の第２のレジスト
層Ｒ２の形状を反映させながらレンズ形状部１１５を形
成する際に微細な形状制御ができない場合であっても、
これらレンズ層１１１，１１２の屈折率を制御すること
により、所望のレンズ特性を得ることができる。
【００７７】このように、柱状部１０１とレンズ形状部
１１５とをセルフアラインで形成するため、光軸合わせ
が不要で、光軸ずれも生じない。また、柱状部１０１と
レンズ形状部１１５との形成を同一マスクを使用し、か
つ、柱状部１０１を形成する際のエッチングからレンズ
形状部１１５を形成する際のエッチングへの移行を、エ
ッチングガスを切り替えることのみで済むため、上記の
工程を円滑に進めることができる。
１１５とをセルフアラインで形成するため、光軸合わせ
が不要で、光軸ずれも生じない。また、柱状部１０１と
レンズ形状部１１５との形成を同一マスクを使用し、か
つ、柱状部１０１を形成する際のエッチングからレンズ
形状部１１５を形成する際のエッチングへの移行を、エ
ッチングガスを切り替えることのみで済むため、上記の
工程を円滑に進めることができる。
【００７８】本発明のレンズ層は、二層構造に限定され
るものではない。たとえば、結晶成長時に組成を連続的
に変化させて得られた、レンズ層の屈折率が下層から順
に連続的に変化した単層であってもよい。
るものではない。たとえば、結晶成長時に組成を連続的
に変化させて得られた、レンズ層の屈折率が下層から順
に連続的に変化した単層であってもよい。
【００７９】（第４の実施の形態） （デバイスの構造）図１０は、本発明の第４の実施の形
態にかかる面発光レーザ４００を模式的に示す断面図で
ある。
態にかかる面発光レーザ４００を模式的に示す断面図で
ある。
【００８０】図１０に示す面発光レーザ４００は、ｎ型
ＧａＡｓ基板１０９上に、下部ＤＢＲミラー１０４、量
子井戸活性層１０５、厚さ３ｎｍのＧａＡｓウエル層と
厚さ３ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層から成り該ウ
エル層が３層で構成される量子井戸活性層１０５、Ａｌ
0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交互に積層
した５ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下「第１の上
部ＤＢＲミラー」という）１０３ａ、電流狭窄層１２
０、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交
互に積層した２０ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下
「第２の上部ＤＢＲミラー」という）１０３ｂおよびコ
ンタクト層１０２が順次積層されて形成されている。コ
ンタクト層１０２は、第１の実施の形態と同様の材質を
適用できる。
ＧａＡｓ基板１０９上に、下部ＤＢＲミラー１０４、量
子井戸活性層１０５、厚さ３ｎｍのＧａＡｓウエル層と
厚さ３ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層から成り該ウ
エル層が３層で構成される量子井戸活性層１０５、Ａｌ
0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交互に積層
した５ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下「第１の上
部ＤＢＲミラー」という）１０３ａ、電流狭窄層１２
０、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交
互に積層した２０ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下
「第２の上部ＤＢＲミラー」という）１０３ｂおよびコ
ンタクト層１０２が順次積層されて形成されている。コ
ンタクト層１０２は、第１の実施の形態と同様の材質を
適用できる。
【００８１】第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａおよび第
２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂは、Ｚｎがドーピングさ
れることにより、ｐ型にされ、下部ＤＢＲミラー１０４
は、Ｓｅがドーピングされることにより、ｎ型とされて
いる。したがって、第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａ、
不純物がドーピングされていない量子井戸活性層１０５
および下部ＤＢＲミラー１０４とで、ｐｉｎダイオード
が形成される。
２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂは、Ｚｎがドーピングさ
れることにより、ｐ型にされ、下部ＤＢＲミラー１０４
は、Ｓｅがドーピングされることにより、ｎ型とされて
いる。したがって、第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａ、
不純物がドーピングされていない量子井戸活性層１０５
および下部ＤＢＲミラー１０４とで、ｐｉｎダイオード
が形成される。
【００８２】本実施の形態では、量子井戸活性層１０５
は、柱状部１０１より下に設けられているため、上部電
極１０６から注入された電流を、量子井戸活性層１０５
の中心部に集中的に流れるように、電流の流域を画定す
る必要がある。この電流の流域を画定する手段として、
電流狭窄層１２０が設けられている。電流狭窄層１２０
は、中心部に設けられた半導体層１２０ａおよびそれを
取り囲むようにして形成された絶縁体層１２０ｂからな
る。この半導体層１２０ａは、たとえば、ＡｌＡｓから
なる。また、絶縁体層１２０ｂは、たとえば、上述の半
導体層１２０ａを酸化させて得られる酸化物からなる。
また、電流狭窄層１２０は、後において説明する酸化工
程において、周囲の半導体の結晶に影響を与えない範囲
において、第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａの下端と第
２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂの上端との中間より下に
形成されることが望ましい。
は、柱状部１０１より下に設けられているため、上部電
極１０６から注入された電流を、量子井戸活性層１０５
の中心部に集中的に流れるように、電流の流域を画定す
る必要がある。この電流の流域を画定する手段として、
電流狭窄層１２０が設けられている。電流狭窄層１２０
は、中心部に設けられた半導体層１２０ａおよびそれを
取り囲むようにして形成された絶縁体層１２０ｂからな
る。この半導体層１２０ａは、たとえば、ＡｌＡｓから
なる。また、絶縁体層１２０ｂは、たとえば、上述の半
導体層１２０ａを酸化させて得られる酸化物からなる。
また、電流狭窄層１２０は、後において説明する酸化工
程において、周囲の半導体の結晶に影響を与えない範囲
において、第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａの下端と第
２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂの上端との中間より下に
形成されることが望ましい。
【００８３】コンタクト層１０２、第２の上部ＤＢＲミ
ラー１０３ｂ、電流狭窄層１２０および第１の上部ＤＢ
Ｒミラー１０３ａの途中まで、所定の領域を除き、エッ
チングすることにより、柱状部１０１が形成されてい
る。柱状部１０１は、なだらかに傾斜した側面を有して
いる。また、柱状部１０１の上部、具体的には、コンタ
クト層１０２は、レンズ形状部１１５を形成し、その上
面は、凸レンズ形状となっている。
ラー１０３ｂ、電流狭窄層１２０および第１の上部ＤＢ
Ｒミラー１０３ａの途中まで、所定の領域を除き、エッ
チングすることにより、柱状部１０１が形成されてい
る。柱状部１０１は、なだらかに傾斜した側面を有して
いる。また、柱状部１０１の上部、具体的には、コンタ
クト層１０２は、レンズ形状部１１５を形成し、その上
面は、凸レンズ形状となっている。
【００８４】そして、上部電極１０６は、柱状部１０１
の上面において、コンタクト層１０２とリング状に接触
し、かつ柱状部１０１の側面および第１の上部ＤＢＲミ
ラー１０３ａを覆うようにして形成されている。また、
ｎ型ＧａＡｓ基板１０９の下には、下部電極１０７が形
成されている。
の上面において、コンタクト層１０２とリング状に接触
し、かつ柱状部１０１の側面および第１の上部ＤＢＲミ
ラー１０３ａを覆うようにして形成されている。また、
ｎ型ＧａＡｓ基板１０９の下には、下部電極１０７が形
成されている。
【００８５】次に面発光レーザ４００の動作を説明す
る。
る。
【００８６】上部電極１０６と下部電極１０７とで、ｐ
ｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、図１０の
矢印で示すように、第２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂか
ら順に電流狭窄層１２０の半導体層１２０ａ、第１の上
部ＤＢＲミラー１０３ａをとおり、量子井戸活性層１０
５に電流が流れる。これにより、量子井戸活性層１０５
において、電子と正孔との再結合が起こり、再結合発光
が生じる。そこで生じた光が上部ＤＢＲミラー１０３
ａ，１０３ｂと下部ＤＢＲミラー１０４との間を往復す
る際、誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。光利
得が光損失を上まわるとレーザ発振が起こり、上部電極
１０６の開口部から基板に対して垂直方向にレーザ光が
出射される。
ｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、図１０の
矢印で示すように、第２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂか
ら順に電流狭窄層１２０の半導体層１２０ａ、第１の上
部ＤＢＲミラー１０３ａをとおり、量子井戸活性層１０
５に電流が流れる。これにより、量子井戸活性層１０５
において、電子と正孔との再結合が起こり、再結合発光
が生じる。そこで生じた光が上部ＤＢＲミラー１０３
ａ，１０３ｂと下部ＤＢＲミラー１０４との間を往復す
る際、誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。光利
得が光損失を上まわるとレーザ発振が起こり、上部電極
１０６の開口部から基板に対して垂直方向にレーザ光が
出射される。
【００８７】本実施の形態において特徴的なことは、図
１０に示すように、柱状部１０１の側面の勾配がなだら
かな形状をとっていることである。これにより、上部電
極１０６を形成する際、均一な膜厚を有する上部電極１
０６形成することができる。その結果、上部電極１０６
の断線を生じ難くすることができる。
１０に示すように、柱状部１０１の側面の勾配がなだら
かな形状をとっていることである。これにより、上部電
極１０６を形成する際、均一な膜厚を有する上部電極１
０６形成することができる。その結果、上部電極１０６
の断線を生じ難くすることができる。
【００８８】以上のように、本実施の形態によれば、レ
ーザ出射面であるコンタクト層１０２の上面が凸レンズ
形状を有しているため、レーザ出射面において、レーザ
ビームを屈折させ、その放射角を狭めることができる。
また、これによれば、レーザ出射面において放射角を制
御できるため、レーザ出射口径を大きくしたとしても放
射角を小さく設定することも可能となる。
ーザ出射面であるコンタクト層１０２の上面が凸レンズ
形状を有しているため、レーザ出射面において、レーザ
ビームを屈折させ、その放射角を狭めることができる。
また、これによれば、レーザ出射面において放射角を制
御できるため、レーザ出射口径を大きくしたとしても放
射角を小さく設定することも可能となる。
【００８９】さらに、柱状部１０１の側面が勾配のなだ
らかな形状であるため、良好なステップカバレッジが達
成され、上部電極１０６の断線を生じ難くすることがで
きる。
らかな形状であるため、良好なステップカバレッジが達
成され、上部電極１０６の断線を生じ難くすることがで
きる。
【００９０】（デバイスの製造プロセス）次に、図１０
に示す面発光レーザ４００の製造プロセスについて説明
する。図１１〜図１４は、面発光レーザ４００の製造工
程を示したものである。
に示す面発光レーザ４００の製造プロセスについて説明
する。図１１〜図１４は、面発光レーザ４００の製造工
程を示したものである。
【００９１】（ａ）まず、図１１を参照しながら説明す
る。ｎ型ＧａＡｓ基板１０９上に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａ
ｓとＡｌＡｓとを交互に積層し、Ｓｅをドーピングした
２５ペアの下部ＤＢＲミラー１０４を形成する。次に、
下部ＤＢＲミラー１０４上に、厚さ３ｎｍのＧａＡｓウ
エル層と、厚さ３ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層か
ら成り、該ウエル層が３層で構成される量子井戸活性層
１０５を形成する。さらに、量子井戸活性層１０５上
に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交
互に積層し、Ｚｎをドーピングした５ペアの第１の上部
ＤＢＲミラー１０３ａを形成する。次いで、第１の上部
ＤＢＲミラー１０３ａ上に、電流狭窄層１２０を設けよ
うとする位置にＡｌＡｓからなる半導体層１２０ｃを形
成する。この半導体層１２０ｃ上に、さらにＡｌ0.15Ｇ
ａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交互に積層し、Ｚ
ｎをドーピングした２０ペアの第２の上部ＤＢＲミラー
１０３ｂを形成する。その後、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓか
らなるコンタクト層１０２を積層する。
る。ｎ型ＧａＡｓ基板１０９上に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａ
ｓとＡｌＡｓとを交互に積層し、Ｓｅをドーピングした
２５ペアの下部ＤＢＲミラー１０４を形成する。次に、
下部ＤＢＲミラー１０４上に、厚さ３ｎｍのＧａＡｓウ
エル層と、厚さ３ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層か
ら成り、該ウエル層が３層で構成される量子井戸活性層
１０５を形成する。さらに、量子井戸活性層１０５上
に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交
互に積層し、Ｚｎをドーピングした５ペアの第１の上部
ＤＢＲミラー１０３ａを形成する。次いで、第１の上部
ＤＢＲミラー１０３ａ上に、電流狭窄層１２０を設けよ
うとする位置にＡｌＡｓからなる半導体層１２０ｃを形
成する。この半導体層１２０ｃ上に、さらにＡｌ0.15Ｇ
ａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交互に積層し、Ｚ
ｎをドーピングした２０ペアの第２の上部ＤＢＲミラー
１０３ｂを形成する。その後、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓか
らなるコンタクト層１０２を積層する。
【００９２】上記の各層は、ＭＯＶＰＥ法でエピタキシ
ャル成長させることができる。このとき、例えば、成長
温度は、７５０℃、成長圧力は、２×１０4Ｐａ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（ジメチル亜鉛）を用いた。
ャル成長させることができる。このとき、例えば、成長
温度は、７５０℃、成長圧力は、２×１０4Ｐａ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（ジメチル亜鉛）を用いた。
【００９３】次に、コンタクト層１０２上に、フォトレ
ジストを塗布した後、フォトレジストをパターニングす
ることにより、図１１に示すように、所定のパターンの
第１のレジスト層Ｒ１を形成する。
ジストを塗布した後、フォトレジストをパターニングす
ることにより、図１１に示すように、所定のパターンの
第１のレジスト層Ｒ１を形成する。
【００９４】（ｂ）次いで、第１のレジスト層Ｒ１を加
熱、リフロー、すなわち、溶融したレジストを流動させ
て再形成を行う。これにより、第１のレジスト層Ｒ１
は、表面張力の影響を受けて、図１２に示すような凸形
状の第２のレジスト層Ｒ２に変形する。加熱方法として
は、例えば、ホットプレートまたは温風循環式オーブン
などを用いて行うことができる。ホットプレートを使用
した場合の条件は、レジストの材質により変わるが、１
５０℃以上で、２〜１０分、好ましくは５分である。ま
た、温風循環式オーブンの場合は、１６０℃以上で、２
０〜３０分が適当である。
熱、リフロー、すなわち、溶融したレジストを流動させ
て再形成を行う。これにより、第１のレジスト層Ｒ１
は、表面張力の影響を受けて、図１２に示すような凸形
状の第２のレジスト層Ｒ２に変形する。加熱方法として
は、例えば、ホットプレートまたは温風循環式オーブン
などを用いて行うことができる。ホットプレートを使用
した場合の条件は、レジストの材質により変わるが、１
５０℃以上で、２〜１０分、好ましくは５分である。ま
た、温風循環式オーブンの場合は、１６０℃以上で、２
０〜３０分が適当である。
【００９５】（ｃ）その後、図１３に示すように、第２
のレジスト層Ｒ２をマスクとして、選択比が０．５〜
１．０であるドライエッチング法により、コンタクト層
１０２、第２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂ、半導体層１
２０ｃおよび第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａの途中ま
でエッチングして、柱状部１０１を形成する。このエッ
チングにおいて、図１２の想像線で示すように、エッチ
ング工程を行う前の第２のレジスト層Ｒ２の凸形状を反
映させながら、半導体の堆積層にその凸形状を転写す
る。ドライエッチング法としては、酸素の量で選択比の
調節が可能である、塩素系ガスに酸素を添加した反応性
イオンビームエッチング法が好ましい。また、Ａｒガス
を用いたイオンビームエッチング法も適用可能である。
のレジスト層Ｒ２をマスクとして、選択比が０．５〜
１．０であるドライエッチング法により、コンタクト層
１０２、第２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂ、半導体層１
２０ｃおよび第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａの途中ま
でエッチングして、柱状部１０１を形成する。このエッ
チングにおいて、図１２の想像線で示すように、エッチ
ング工程を行う前の第２のレジスト層Ｒ２の凸形状を反
映させながら、半導体の堆積層にその凸形状を転写す
る。ドライエッチング法としては、酸素の量で選択比の
調節が可能である、塩素系ガスに酸素を添加した反応性
イオンビームエッチング法が好ましい。また、Ａｒガス
を用いたイオンビームエッチング法も適用可能である。
【００９６】（ｄ）次いで、図１４に示すように、Ａｌ
Ａｓからなる半導体層１２０ｃを、４００℃程度の水蒸
気雰囲気下に、１〜３０分さらすことにより、ＡｌＡｓ
がその露出面から内側へと酸化されていき、絶縁体であ
る酸化アルミニウムが形成される。これにより、中心部
分のＡｌＡｓからなる半導体層１２０ａの回りに酸化ア
ルミニウムからなる絶縁層１２０ｂが形成され、電流狭
窄層１２０が形成される。
Ａｓからなる半導体層１２０ｃを、４００℃程度の水蒸
気雰囲気下に、１〜３０分さらすことにより、ＡｌＡｓ
がその露出面から内側へと酸化されていき、絶縁体であ
る酸化アルミニウムが形成される。これにより、中心部
分のＡｌＡｓからなる半導体層１２０ａの回りに酸化ア
ルミニウムからなる絶縁層１２０ｂが形成され、電流狭
窄層１２０が形成される。
【００９７】（ｅ）次いで、真空蒸着法により、柱状部
１０１および第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａ上に、Ａ
ｕ−Ｚｎ合金層を形成し、フォトリソグラフィおよびド
ライエッチングを用い、図１０に示すように、コンタク
ト層１０２の上面が露出するように、該合金層を除去し
て、上部電極１０６を形成する。
１０１および第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａ上に、Ａ
ｕ−Ｚｎ合金層を形成し、フォトリソグラフィおよびド
ライエッチングを用い、図１０に示すように、コンタク
ト層１０２の上面が露出するように、該合金層を除去し
て、上部電極１０６を形成する。
【００９８】続いて、基板１０９の下面に、真空蒸着法
により、Ａｕ−Ｇｅ合金層からなる下部電極１０７が形
成され、図１０に示すような面発光レーザ４００が完成
する。
により、Ａｕ−Ｇｅ合金層からなる下部電極１０７が形
成され、図１０に示すような面発光レーザ４００が完成
する。
【００９９】上記の工程（ｄ）のように、エッチングを
行う前の第２のレジスト層Ｒ２の凸形状を反映させなが
ら、半導体の堆積層にその凸形状を転写し、レンズ形状
部１１５と柱状部１０１とを同時に形成することができ
る。そして、柱状部１０１の側面は、なだらかな形状と
なる。そのため、柱状部１０１の側面に均一な膜厚の上
部電極を形成することができる。その結果、良好なカバ
レッジが達成され、上部電極１０６の断線を生じ難くす
ることができる。
行う前の第２のレジスト層Ｒ２の凸形状を反映させなが
ら、半導体の堆積層にその凸形状を転写し、レンズ形状
部１１５と柱状部１０１とを同時に形成することができ
る。そして、柱状部１０１の側面は、なだらかな形状と
なる。そのため、柱状部１０１の側面に均一な膜厚の上
部電極を形成することができる。その結果、良好なカバ
レッジが達成され、上部電極１０６の断線を生じ難くす
ることができる。
【０１００】また、柱状部１０１とレンズ形状部１１５
とをセルフアラインで形成するため、光軸合わせが不要
で、光軸ずれも生じない。
とをセルフアラインで形成するため、光軸合わせが不要
で、光軸ずれも生じない。
【０１０１】（第５の実施の形態） （デバイスの構造）図１５は、本発明の第５の実施の形
態にかかる面発光レーザ５００を模式的に示す断面図で
ある。
態にかかる面発光レーザ５００を模式的に示す断面図で
ある。
【０１０２】本実施の形態に係る面発光レーザ５００
は、柱状部１０１の形状の点で第４の実施の形態と異な
る。これ以外の構成については、第４の実施の形態と同
様であるので、第４の実施の形態に係る面発光レーザ４
００と実質的に同様の機能を有する部分には同一の符号
を付し、詳細な説明を省略する。
は、柱状部１０１の形状の点で第４の実施の形態と異な
る。これ以外の構成については、第４の実施の形態と同
様であるので、第４の実施の形態に係る面発光レーザ４
００と実質的に同様の機能を有する部分には同一の符号
を付し、詳細な説明を省略する。
【０１０３】すなわち、柱状部１０１は、メサ状にエッ
チングされて形成されており、また、柱状部１０１の側
面は、第４の実施の形態に比べて、勾配が急峻になるよ
うに形成されている。さらに、柱状部１０１の上部、す
なわちコンタクト層１０２は、レンズ形状部１１５を構
成し、その上面は、凸レンズ形状になっている。
チングされて形成されており、また、柱状部１０１の側
面は、第４の実施の形態に比べて、勾配が急峻になるよ
うに形成されている。さらに、柱状部１０１の上部、す
なわちコンタクト層１０２は、レンズ形状部１１５を構
成し、その上面は、凸レンズ形状になっている。
【０１０４】面発光レーザ５００のレーザ発振の動作
は、第４の実施の形態と同様である。
は、第４の実施の形態と同様である。
【０１０５】以上のように本実施の形態によれば、レー
ザ出射面であるコンタクト層１０２の上面が凸形状を有
しているため、レーザ出射面において、レーザビームを
屈折させ、その放射角を狭めることができる。また、こ
れによれば、レーザ出射面において放射角を制御できる
ため、レーザ出射口径を大きくしたとしても放射角を小
さく設定することも可能となる。
ザ出射面であるコンタクト層１０２の上面が凸形状を有
しているため、レーザ出射面において、レーザビームを
屈折させ、その放射角を狭めることができる。また、こ
れによれば、レーザ出射面において放射角を制御できる
ため、レーザ出射口径を大きくしたとしても放射角を小
さく設定することも可能となる。
【０１０６】（デバイスの製造プロセス）次に、図１５
に示す面発光レーザ５００の製造プロセスについて説明
する。図１６〜図１８は、面発光レーザ５００の製造工
程を示したものである。
に示す面発光レーザ５００の製造プロセスについて説明
する。図１６〜図１８は、面発光レーザ５００の製造工
程を示したものである。
【０１０７】本実施の形態に係る面発光レーザ５００の
製造方法は、第４の実施の形態における工程（ａ）から
工程（ｂ）まで、すなわち、第１のレジスト層Ｒ１をレ
ンズ形状の第２のレジスト層Ｒ２にするまでは、第４の
実施の形態と同様にして行うことができる。以下に、そ
れ以後の工程を詳述する。
製造方法は、第４の実施の形態における工程（ａ）から
工程（ｂ）まで、すなわち、第１のレジスト層Ｒ１をレ
ンズ形状の第２のレジスト層Ｒ２にするまでは、第４の
実施の形態と同様にして行うことができる。以下に、そ
れ以後の工程を詳述する。
【０１０８】（ｃ）図１６に示すように、第２のレジス
ト層Ｒ２をマスクとして、反応性イオンエッチング法に
より、コンタクト層１０２および第２の上部ＤＢＲミラ
ー１０３ｂの途中まで、かつ、第２のレジスト層Ｒ２の
レンズ形状をとどめつつ、メサ状にエッチングし、柱状
部１０１を形成する。このエッチングには、通常、エッ
チングガスとして塩素または塩素系ガス（塩化水素，Ｂ
Ｃｌ3）を用いた、反応性イオンビームエッチング法が
使われる。このエッチングの選択比は、２．０以上であ
ることが好ましい。この際、選択比に影響を与えない範
囲において、プラズマ状態を安定化するために、Ａｒを
付加してもよい。
ト層Ｒ２をマスクとして、反応性イオンエッチング法に
より、コンタクト層１０２および第２の上部ＤＢＲミラ
ー１０３ｂの途中まで、かつ、第２のレジスト層Ｒ２の
レンズ形状をとどめつつ、メサ状にエッチングし、柱状
部１０１を形成する。このエッチングには、通常、エッ
チングガスとして塩素または塩素系ガス（塩化水素，Ｂ
Ｃｌ3）を用いた、反応性イオンビームエッチング法が
使われる。このエッチングの選択比は、２．０以上であ
ることが好ましい。この際、選択比に影響を与えない範
囲において、プラズマ状態を安定化するために、Ａｒを
付加してもよい。
【０１０９】（ｄ）その後、選択比が０．５〜１．０で
あるドライエッチング法により、第２のレジスト層Ｒ２
と上部ＤＢＲミラー１０３ａをエッチングし、図１６に
示すように、コンタクト層１０２の上面を凸レンズ形状
にする。このエッチングにおいて、図５の想像線で示す
ように、エッチング工程を行う前の第２のレジスト層Ｒ
２のレンズ形状を反映させながら、コンタクト層１０２
にそのレンズ形状を転写する。この際、同時に、第２の
上部ＤＢＲミラー１０３ｂ、半導体層１２０ｃおよび第
１の上部ＤＢＲミラー１０３ａの途中までエッチングさ
れる。ドライエッチング法としては、酸素の量で選択比
の調節が可能である、塩素系ガスに酸素を添加した反応
性イオンビームエッチング法が好ましい。また、Ａｒガ
スを用いたイオンビームエッチング法も適用可能であ
る。
あるドライエッチング法により、第２のレジスト層Ｒ２
と上部ＤＢＲミラー１０３ａをエッチングし、図１６に
示すように、コンタクト層１０２の上面を凸レンズ形状
にする。このエッチングにおいて、図５の想像線で示す
ように、エッチング工程を行う前の第２のレジスト層Ｒ
２のレンズ形状を反映させながら、コンタクト層１０２
にそのレンズ形状を転写する。この際、同時に、第２の
上部ＤＢＲミラー１０３ｂ、半導体層１２０ｃおよび第
１の上部ＤＢＲミラー１０３ａの途中までエッチングさ
れる。ドライエッチング法としては、酸素の量で選択比
の調節が可能である、塩素系ガスに酸素を添加した反応
性イオンビームエッチング法が好ましい。また、Ａｒガ
スを用いたイオンビームエッチング法も適用可能であ
る。
【０１１０】（ｅ）次いで、ＡｌＡｓからなる半導体層
１２０ｃを、４００℃程度の水蒸気雰囲気下に、１〜３
０分さらすことにより、ＡｌＡｓがその露出面から内側
へと酸化されていき、絶縁体である酸化アルミニウムが
形成される。これにより、中心部分のＡｌＡｓからなる
半導体層１２０ａの回りに酸化アルミニウムからなる絶
縁層１２０ｂが形成され、電流狭窄層１２０が形成され
る。
１２０ｃを、４００℃程度の水蒸気雰囲気下に、１〜３
０分さらすことにより、ＡｌＡｓがその露出面から内側
へと酸化されていき、絶縁体である酸化アルミニウムが
形成される。これにより、中心部分のＡｌＡｓからなる
半導体層１２０ａの回りに酸化アルミニウムからなる絶
縁層１２０ｂが形成され、電流狭窄層１２０が形成され
る。
【０１１１】次いで、真空蒸着法により、柱状部１０１
および第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａ上に、Ａｕ−Ｚ
ｎ合金層を形成し、フォトリソグラフィおよびドライエ
ッチングを用い、図１５に示すように、コンタクト層１
０２の上面が露出するように、該合金層を除去して、上
部電極１０６を形成する。
および第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａ上に、Ａｕ−Ｚ
ｎ合金層を形成し、フォトリソグラフィおよびドライエ
ッチングを用い、図１５に示すように、コンタクト層１
０２の上面が露出するように、該合金層を除去して、上
部電極１０６を形成する。
【０１１２】続いて、基板１０９の下面に、真空蒸着法
により、Ａｕ−Ｇｅ合金層からなる下部電極１０７が形
成され、図１５に示すような面発光レーザ５００が完成
する。
により、Ａｕ−Ｇｅ合金層からなる下部電極１０７が形
成され、図１５に示すような面発光レーザ５００が完成
する。
【０１１３】以下に、本実施の形態における製造方法の
利点を詳述する。
利点を詳述する。
【０１１４】上記の工程（ｃ）のように、第２のレジス
ト層Ｒ２をマスクとして堆積層をメサ状にエッチング
し、柱状部を形成する工程を含むことにより、エッチン
グ後のコンタクト層１０２および電流狭窄層１２０の外
径は、レジストの外径に依存するため、所望の外径を有
するコンタクト層１０２および電流狭窄層１２０を精度
よく形成することができる。
ト層Ｒ２をマスクとして堆積層をメサ状にエッチング
し、柱状部を形成する工程を含むことにより、エッチン
グ後のコンタクト層１０２および電流狭窄層１２０の外
径は、レジストの外径に依存するため、所望の外径を有
するコンタクト層１０２および電流狭窄層１２０を精度
よく形成することができる。
【０１１５】また、柱状部１０１とレンズ形状部１１５
とをセルフアラインで形成するため、光軸合わせが不要
で、光軸ずれも生じない。
とをセルフアラインで形成するため、光軸合わせが不要
で、光軸ずれも生じない。
【０１１６】また、コンタクト層１０２を精度よく形成
することができるため、コンタクト層１０２と上部電極
１０６との接触面積を所定の大きさとすることができ
る。
することができるため、コンタクト層１０２と上部電極
１０６との接触面積を所定の大きさとすることができ
る。
【０１１７】さらに、電流狭窄層１２０を精度よく形成
することができるため、電流狭窄層１２０をＡｌＡｓの
一部分を酸化して形成する際、その酸化量を一定にする
ことで、電流狭窄層１２０の半導体層１２０ａもまた、
精度よく形成することができる。
することができるため、電流狭窄層１２０をＡｌＡｓの
一部分を酸化して形成する際、その酸化量を一定にする
ことで、電流狭窄層１２０の半導体層１２０ａもまた、
精度よく形成することができる。
【０１１８】上記の実施の形態において、ＡｌＧａＡｓ
系半導体からなる面発光型半導体レーザについて述べた
が、その他の材料系、例えば、ＧａＩｎＰ系、ＺｎＳＳ
ｅ系、ＩｎＧａＮ系等の半導体からなる面発光型半導体
レーザについても適用できる。
系半導体からなる面発光型半導体レーザについて述べた
が、その他の材料系、例えば、ＧａＩｎＰ系、ＺｎＳＳ
ｅ系、ＩｎＧａＮ系等の半導体からなる面発光型半導体
レーザについても適用できる。
【０１１９】また、柱状部１０１およびレンズ形状部１
１５の上面の形状は、上記の実施の形態により限定され
るものではない。
１５の上面の形状は、上記の実施の形態により限定され
るものではない。
【０１２０】
【図１】第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レー
ザを模式的に示す断面図である。
ザを模式的に示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レー
ザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
ザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図３】第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レー
ザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
ザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図４】第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レー
ザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
ザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図５】第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レー
ザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
ザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図６】第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レー
ザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
ザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図７】第２の実施の形態にかかる面発光型半導体レー
ザを模式的に示す断面図である。
ザを模式的に示す断面図である。
【図８】第３の実施の形態にかかる面発光型半導体レー
ザを模式的に示す断面図である。
ザを模式的に示す断面図である。
【図９】球面収差の一例を示した図である。
【図１０】第４の実施の形態にかかる面発光型半導体レ
ーザを模式的に示す断面図である。
ーザを模式的に示す断面図である。
【図１１】第４の実施の形態にかかる面発光型半導体レ
ーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
ーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図１２】第４の実施の形態にかかる面発光型半導体レ
ーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
ーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図１３】第４の実施の形態にかかる面発光型半導体レ
ーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
ーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図１４】第４の実施の形態にかかる面発光型半導体レ
ーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
ーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図１５】第５の実施の形態にかかる面発光型半導体レ
ーザを模式的に示す断面図である。
ーザを模式的に示す断面図である。
【図１６】第５の実施の形態にかかる面発光型半導体レ
ーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
ーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図１７】第５の実施の形態にかかる面発光型半導体レ
ーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
ーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図１８】第５の実施の形態にかかる面発光型半導体レ
ーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
ーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
１００ 面発光レーザ １０１ 柱状部 １０２ コンタクト層 １０３ 上部ＤＢＲミラー １０３ａ 第１の上部ＤＢＲミラー １０３ｂ 第２の上部ＤＢＲミラー １０４ 下部ＤＢＲミラー １０５ 量子井戸活性層 １０６ 上部電極 １０７ 下部電極 １０８ 絶縁層 １０９ 基板 １１０ レンズ層 １１１ 低屈折率レンズ層 １１２ 高屈折率レンズ層 １１５ レンズ形状部 １２０ 電流狭窄層 １２０ａ 半導体層 １２０ｂ 絶縁体層 １２０ｃ 半導体層 Ｒ１ 第１のレジスト層 Ｒ２ 第２のレジスト層 Ｌ レンズ
Claims (22)
- 【請求項１】 半導体基板上に垂直方向の共振器を有
し、前記共振器より前記半導体基板に垂直な方向にレー
ザ光を出射する面発光型半導体レーザであって、 少なくとも前記共振器の一部を含む柱状の半導体堆積体
が含まれ、 前記半導体堆積体の上面のレーザ出射面が凸レンズ面を
構成する面発光型半導体レーザ。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記凸レンズ面を有するレンズ形状部は、前記半導体堆
積体を構成するコンタクト層を含む面発光型半導体レー
ザ。 - 【請求項３】 請求項２において、 前記レンズ形状部は、前記半導体堆積体を構成するコン
タクト層の単体からなる面発光型半導体レーザ。 - 【請求項４】 請求項２において、 前記レンズ形状部は、前記コンタクト層と、該コンタク
ト層上に形成されたレンズ層からなる面発光型半導体レ
ーザ。 - 【請求項５】 請求項４において、 前記レンズ層は、レーザ光のエネルギーに相当するバン
ドギャップより大きなバンドギャップを有する半導体層
から構成され、 前記コンタクト層は、前記レンズ層よりバンドギャップ
が小さい半導体層から構成される面発光型半導体レー
ザ。 - 【請求項６】 請求項４において、 前記レンズ層は、屈折率の異なる複数の層からなり、該
レンズ層の屈折率が多段的に変化する面発光型半導体レ
ーザ。 - 【請求項７】 請求項６において、 前記レンズ層は、第１のレンズ層と、該第１のレンズ層
より屈折率の大きい第２のレンズ層を含み、前記第２の
レンズ層は前記第１のレンズ層より上位に位置する面発
光型半導体レーザ。 - 【請求項８】 請求項４において、 前記レンズ層は、屈折率が連続的に変化している層であ
る面発光型半導体レーザ。 - 【請求項９】 請求項１〜請求項８のいずれかにおい
て、 前記柱状の半導体堆積体は、メサ状である面発光型半導
体レーザ。 - 【請求項１０】 請求項１〜請求項８のいずれかにおい
て、 前記柱状の半導体堆積体は、その側面がなだらな曲面状
をなす面発光型半導体レーザ。 - 【請求項１１】 以下の工程（ａ）〜（ｄ）を含む面発
光型半導体レーザの製造方法。 （ａ）半導体基板上に、複数の半導体層を堆積して半導
体堆積体を形成する工程、（ｂ）前記半導体堆積体上に
所定パターンの第１のレジスト層を形成する工程、
（ｃ）前記第１のレジスト層を加熱してリフローさせ
て、該レジスト層を凸レンズ状の形状に成形して第２の
レジスト層を形成する工程、および（ｄ）エッチングに
よって少なくとも前記第２のレジスト層を除去して、前
記半導体堆積体の上部に前記第２のレジスト層の形状が
反映されたレンズ形状部を形成する工程。 - 【請求項１２】 請求項１１において、 レンズ形状部は、前記半導体堆積体を構成するコンタク
ト層を含む面発光型半導体レーザの製造方法。 - 【請求項１３】 請求項１１において、 前記レンズ形状部は、前記半導体堆積体を構成するコン
タクト層の単体からなる面発光型半導体レーザの製造方
法。 - 【請求項１４】 請求項１１において、 前記レンズ形状部は、前記コンタクト層と、該コンタク
ト層上に形成されたレンズ層からなる面発光型半導体レ
ーザの製造方法。 - 【請求項１５】 請求項１４において、 前記レンズ層は、レーザ光のエネルギーに相当するバン
ドギャップより大きなバンドギャップを有する半導体層
から構成され、 前記コンタクト層は、前記レンズ層よりバンドギャップ
が小さい半導体層から構成される面発光型半導体レーザ
の製造方法。 - 【請求項１６】 請求項１４において、 前記レンズ層は、屈折率の異なる複数の層からなり、該
レンズ層の屈折率が多段的に変化する面発光型半導体レ
ーザの製造方法。 - 【請求項１７】 請求項１６において、 前記レンズ層は、第１のレンズ層と、該第１のレンズ層
より屈折率の大きい第２のレンズ層を含み、前記第２の
レンズ層は前記第１のレンズ層より上位に位置する面発
光型半導体レーザの製造方法。 - 【請求項１８】 請求項１４において、 前記レンズ層は、屈折率が連続的に変化している層であ
る面発光型半導体レーザの製造方法。 - 【請求項１９】 請求項１１において、 前記工程（ｄ）において、前記エッチングにおけるレジ
スト層に対する前記半導体堆積体のエッチング選択比
は、０．５〜１．０である面発光型半導体レーザの製造
方法。 - 【請求項２０】 請求項１１において、 前記工程（ｄ）において、前記エッチングは、塩素系ガ
スに酸素を付加した反応性イオンビームエッチング方法
によりなされる面発光型半導体レーザの製造方法。 - 【請求項２１】 請求項１１において、 前記工程（ｃ）の後に、前記第２のレジスト層をマスク
として前記半導体堆積体の一部をエッチングして、メサ
状の柱状の半導体堆積体を形成する面発光型半導体レー
ザの製造方法。 - 【請求項２２】 請求項１１において、 前記工程（ｄ）において、前記第２のレジスト層をマス
クとして前記柱状の半導体堆積体と前記レンズ形状部と
を形成する面発光型半導体レーザの製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP26233298A JP3778241B2 (ja) | 1998-09-01 | 1998-09-01 | 面発光型半導体レーザおよびその製造方法 |
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|---|---|
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