JP2003110196A - 面発光型半導体発光素子 - Google Patents
面発光型半導体発光素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 横方向酸化によって、電流素子層が形成され
た面発光型半導体発光素子において、素子構造、簡便か
つ低コストな作製方法により高性能化、高機能化、高信
頼性化、長寿命化を図ることを目的とする。 【解決手段】 コンタクト電極１１と周辺電極１１ｂを
繋ぐ配線部分１１ａの下層において空洞２０が形成され
ている面発光型半導体発光素子。
た面発光型半導体発光素子において、素子構造、簡便か
つ低コストな作製方法により高性能化、高機能化、高信
頼性化、長寿命化を図ることを目的とする。 【解決手段】 コンタクト電極１１と周辺電極１１ｂを
繋ぐ配線部分１１ａの下層において空洞２０が形成され
ている面発光型半導体発光素子。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、面発光型半導体発
光素子に関する。
光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザや半導体発光ダイオード等
の半導体発光素子は、光通信分野をはじめとして、ＣＤ
（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）やＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａ
ｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等の光ディスクシ
ステム或いはバーコード・リーダ等に代表される民生分
野及び商業分野などにおいて広く使用されている。
の半導体発光素子は、光通信分野をはじめとして、ＣＤ
（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）やＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａ
ｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等の光ディスクシ
ステム或いはバーコード・リーダ等に代表される民生分
野及び商業分野などにおいて広く使用されている。
【０００３】このような半導体発酵素子の中で、面発型
半導体レーザは、活性層の上下に設けられた反射鏡によ
り共振器構造を構成するもので、基板と垂直方向にレー
ザ光が出射されるものである。
半導体レーザは、活性層の上下に設けられた反射鏡によ
り共振器構造を構成するもので、基板と垂直方向にレー
ザ光が出射されるものである。
【０００４】この面発光型半導体レーザは、基板上に二
次元的に多数のレーザ素子を集積化できるために、高速
光ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、
光インターコネクト等における光エレクトロニクス分野
のキーデバイスとして大きな注目を集めている。
次元的に多数のレーザ素子を集積化できるために、高速
光ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、
光インターコネクト等における光エレクトロニクス分野
のキーデバイスとして大きな注目を集めている。
【０００５】このような面発光型半導体レーザの特徴と
して以下のものが挙げられる。
して以下のものが挙げられる。
【０００６】例えば、端面発光型半導体レーザに比べ、
しきい値が低い、消費電力が低い、発光効率が高い、高
速変調が可能である、ビーム広がりが小さく光ファイバ
との結合が容易である、端面へき開が不要で量産性に優
れる等々多数の利点を有している。
しきい値が低い、消費電力が低い、発光効率が高い、高
速変調が可能である、ビーム広がりが小さく光ファイバ
との結合が容易である、端面へき開が不要で量産性に優
れる等々多数の利点を有している。
【０００７】これらの特徴のほかに面発光型半導体レー
ザは、高速の光リンク用光源として好適であり、プラス
チック光ファイバと組み合わせることにより、高速光リ
ンク用光源を低価格で実現できることが期待され研究開
発が盛んに行われている。
ザは、高速の光リンク用光源として好適であり、プラス
チック光ファイバと組み合わせることにより、高速光リ
ンク用光源を低価格で実現できることが期待され研究開
発が盛んに行われている。
【０００８】このような面発光型半導体レーザでは、発
光領域に効率よく電流を注入するための電流注入部が必
要である。この電流注入部を形成する方法として、プロ
トン注入方式及び選択酸化方式が一般的に用いられてい
る。
光領域に効率よく電流を注入するための電流注入部が必
要である。この電流注入部を形成する方法として、プロ
トン注入方式及び選択酸化方式が一般的に用いられてい
る。
【０００９】ここでは、より簡単なプロセス工程で形成
可能な選択酸化方式について、説明する。
可能な選択酸化方式について、説明する。
【００１０】先ず、半導体基板上に、半導体多層膜反射
鏡、クラッド層、半導体活性層、クラッド層、半導体多
層膜反射鏡、コンタクト層を順次成長し、レーザウェハ
を作製する。このとき半導体多層膜反射鏡は、例えばＡ
ｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓ膜／Ａｌ 0.5Ｇａ0.5Ａｓ膜の繰り返
し積層構造、また被酸化層として半導体多層膜反射鏡を
構成する膜よりＡｌ組成比の大きいＡｌxＧａ1-xＡｓ
（x＞０．９）膜を有している。
鏡、クラッド層、半導体活性層、クラッド層、半導体多
層膜反射鏡、コンタクト層を順次成長し、レーザウェハ
を作製する。このとき半導体多層膜反射鏡は、例えばＡ
ｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓ膜／Ａｌ 0.5Ｇａ0.5Ａｓ膜の繰り返
し積層構造、また被酸化層として半導体多層膜反射鏡を
構成する膜よりＡｌ組成比の大きいＡｌxＧａ1-xＡｓ
（x＞０．９）膜を有している。
【００１１】次に、エッチングによりメサを形成し、水
蒸気雰囲気中で基板温度を４００℃以上に加熱する。こ
うすることで、半導体多層膜反射鏡を構成する半導体膜
のうちＡｌ組成比が高いＡｌＧａＡｓ膜が選択的に酸化
されて、ＡｌｘＯｙ膜になる。その酸化速度はＡｌ組成
により著しく変化する。例えばＡｌｘＧａ１−ｘＡｓと
して、ｘ＝０．９〜１とすることで、クラッド層やＧａ
Ａｓ層にはほとんど影響を与えずに、Ａｌ高濃度層のみ
を選択的に酸化することができる。
蒸気雰囲気中で基板温度を４００℃以上に加熱する。こ
うすることで、半導体多層膜反射鏡を構成する半導体膜
のうちＡｌ組成比が高いＡｌＧａＡｓ膜が選択的に酸化
されて、ＡｌｘＯｙ膜になる。その酸化速度はＡｌ組成
により著しく変化する。例えばＡｌｘＧａ１−ｘＡｓと
して、ｘ＝０．９〜１とすることで、クラッド層やＧａ
Ａｓ層にはほとんど影響を与えずに、Ａｌ高濃度層のみ
を選択的に酸化することができる。
【００１２】この横方向の酸化工程によって、メサの側
面から酸化が進むことによって電流狭窄部が形成され、
メサの中心部に、酸化されない領域すなわち開口部が形
成される。このとき、熱処理の温度と時間を適宜調整す
ることで、Ａｌを高濃度に含む被酸化層の一部である酸
化されない開口部の形状及び大きさを制御することがで
きる。
面から酸化が進むことによって電流狭窄部が形成され、
メサの中心部に、酸化されない領域すなわち開口部が形
成される。このとき、熱処理の温度と時間を適宜調整す
ることで、Ａｌを高濃度に含む被酸化層の一部である酸
化されない開口部の形状及び大きさを制御することがで
きる。
【００１３】図５に、このようにして形成された面発光
型半導体レーザの構造を示す。図５において（ａ）は上
面図、（ｂ）は（ａ）の断面１における断面図、（ｃ）
は（ａ）の断面２における断面図である。
型半導体レーザの構造を示す。図５において（ａ）は上
面図、（ｂ）は（ａ）の断面１における断面図、（ｃ）
は（ａ）の断面２における断面図である。
【００１４】図５（ｂ）（ｃ）に示すように、この面発
光型半導体レーザは、半導体基板１上に、組成の異なる
半導体膜が交互に積層された半導体多層膜反射鏡２、ク
ラッド層３、半導体活性層４、クラッド層５、組成の異
なる半導体膜が交互に積層された半導体多層膜反射鏡
６、コンタクト層７が順次積層されている。
光型半導体レーザは、半導体基板１上に、組成の異なる
半導体膜が交互に積層された半導体多層膜反射鏡２、ク
ラッド層３、半導体活性層４、クラッド層５、組成の異
なる半導体膜が交互に積層された半導体多層膜反射鏡
６、コンタクト層７が順次積層されている。
【００１５】図５（ｃ）に示すように、このとき半導体
多層膜反射鏡２の一部、クラッド層３、半導体活性層
４、クラッド層５、半導体多層膜反射鏡６、コンタクト
層７によりメサ構造を形成している。
多層膜反射鏡２の一部、クラッド層３、半導体活性層
４、クラッド層５、半導体多層膜反射鏡６、コンタクト
層７によりメサ構造を形成している。
【００１６】図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、メ
サ構造の周りには凹部１６が形成されている。素子全体
には、シリコン酸化物等の絶縁膜９が形成されている。
また、メサ構造上には、発光領域１７を開口するように
コンタクト電極１１が形成されている。
サ構造の周りには凹部１６が形成されている。素子全体
には、シリコン酸化物等の絶縁膜９が形成されている。
また、メサ構造上には、発光領域１７を開口するように
コンタクト電極１１が形成されている。
【００１７】また、このメサ構造において、半導体多層
膜反射鏡２の最上層２ａ及び半導体多層膜反射鏡６の最
下層６ａは、Ａｌ組成比が高い被酸化層でありメサ構造
の側面から半導体活性層４の発光領域１７に向けて横方
向に酸化され、電流狭窄部分８を形成している。
膜反射鏡２の最上層２ａ及び半導体多層膜反射鏡６の最
下層６ａは、Ａｌ組成比が高い被酸化層でありメサ構造
の側面から半導体活性層４の発光領域１７に向けて横方
向に酸化され、電流狭窄部分８を形成している。
【００１８】また、コンタクト電極１１は、配線１１ａ
を介して、外部接続電極１２と接続されている。基板１
の裏面には電極１５が形成されている。
を介して、外部接続電極１２と接続されている。基板１
の裏面には電極１５が形成されている。
【００１９】このような構造の面発光型半導体レーザに
おいて、コンタクト電極１１と外部電極１２とを繋ぐ配
線１１ａ下は、メサ形成においてエッチングされずボン
ディングパッド１２下と同じ構造となっている。
おいて、コンタクト電極１１と外部電極１２とを繋ぐ配
線１１ａ下は、メサ形成においてエッチングされずボン
ディングパッド１２下と同じ構造となっている。
【００２０】コンタクト電極１１から注入された電流
は、矢印１４に示すように半導体活性層３の発光領域に
流れ光を発生させる。しかしながらこの電流のうち一部
は、矢印１３に示すように、配線１１ａ下に存在する半
導体多層膜反射鏡６を経由してボンディングパッド１２
の下側の非酸化領域から活性層３に回り込む。この電流
が、リーク電流となって素子の外側へと流れるという問
題がある。このリーク電流は、例えば開口の径が小さい
ほど大きくなる傾向がある。これは、開口の径が小さい
ほど素子抵抗が大きくなり、相対的に矢印１３で示すよ
うなメサ構造の外側へ流れる電流が多くなるためであ
る。
は、矢印１４に示すように半導体活性層３の発光領域に
流れ光を発生させる。しかしながらこの電流のうち一部
は、矢印１３に示すように、配線１１ａ下に存在する半
導体多層膜反射鏡６を経由してボンディングパッド１２
の下側の非酸化領域から活性層３に回り込む。この電流
が、リーク電流となって素子の外側へと流れるという問
題がある。このリーク電流は、例えば開口の径が小さい
ほど大きくなる傾向がある。これは、開口の径が小さい
ほど素子抵抗が大きくなり、相対的に矢印１３で示すよ
うなメサ構造の外側へ流れる電流が多くなるためであ
る。
【００２１】このように従来の選択酸化方式により電流
狭窄部８を形成した面発光型半導体レーザでは、配線１
１ａ下を流れるリーク電流の発生が避けられず、しきい
値電流、素子容量の増加、高速応答性の劣化するという
問題がある。
狭窄部８を形成した面発光型半導体レーザでは、配線１
１ａ下を流れるリーク電流の発生が避けられず、しきい
値電流、素子容量の増加、高速応答性の劣化するという
問題がある。
【００２２】また、選択酸化方式により電流狭窄部を形
成する方法において、Ａｌを高濃度に含むＡｌＡｓ、Ａ
ｌｘＧａ１−ｘＡｓ層（ｘ＞０．９４）を酸化する場
合、＜１００＞軸に沿った面の酸化は＜１１０＞軸に沿
った面よりも酸化速度が速く、面方位に対して酸化速度
が異なるため、素子を上面から見た場合の電流狭窄部の
形状は円状にならない。
成する方法において、Ａｌを高濃度に含むＡｌＡｓ、Ａ
ｌｘＧａ１−ｘＡｓ層（ｘ＞０．９４）を酸化する場
合、＜１００＞軸に沿った面の酸化は＜１１０＞軸に沿
った面よりも酸化速度が速く、面方位に対して酸化速度
が異なるため、素子を上面から見た場合の電流狭窄部の
形状は円状にならない。
【００２３】図６に、円形メサ構造の側面から酸化した
場合のメサ構造を示す。
場合のメサ構造を示す。
【００２４】図６（ａ）に示すように、横（ｘ）方向に
酸化した被酸化層の酸化速度が縦（ｙ）方向に比べ低い
ために、開口部が四角形状となっていることが分かる。
この開口部の形状は、酸化時間により四角形の縦横比が
変化し、出射ビーム形状の制御、横モードの制御が容易
ではないという問題がある。
酸化した被酸化層の酸化速度が縦（ｙ）方向に比べ低い
ために、開口部が四角形状となっていることが分かる。
この開口部の形状は、酸化時間により四角形の縦横比が
変化し、出射ビーム形状の制御、横モードの制御が容易
ではないという問題がある。
【００２５】一般に選択酸化方式により電流狭窄部を形
成する方法により形成された面発光型半導体レーザは、
酸化層と非酸化層の屈折率差が大きく強い光閉じ込め効
果を有する。このため、横モードを安定化するには発光
領域すなわち開口部の直径を典型的には５μｍ以下と狭
くする必要がある。
成する方法により形成された面発光型半導体レーザは、
酸化層と非酸化層の屈折率差が大きく強い光閉じ込め効
果を有する。このため、横モードを安定化するには発光
領域すなわち開口部の直径を典型的には５μｍ以下と狭
くする必要がある。
【００２６】しかしながら従来の方法では開口部（素子
を上面から見た場合の電流狭窄部の形状）が制御の困難
な歪な四角形状となってしまうために、その大きさにつ
いては高精度に制御することが困難となっている。更に
面発光半導体レーザにおいては、偏波モードを制御する
ために基板として通常の（１００）面等の基板ではなく
傾斜基板が多く用いられるが、このとき結晶面方位に依
存した異方性酸化は傾斜角に応じて、さらに歪化し通常
の円形メサ構造では図６（ｂ）に示すような開口部は菱
形形状となり、所望の形状、横モード特性を得ることが
更に困難になるという問題を有している。
を上面から見た場合の電流狭窄部の形状）が制御の困難
な歪な四角形状となってしまうために、その大きさにつ
いては高精度に制御することが困難となっている。更に
面発光半導体レーザにおいては、偏波モードを制御する
ために基板として通常の（１００）面等の基板ではなく
傾斜基板が多く用いられるが、このとき結晶面方位に依
存した異方性酸化は傾斜角に応じて、さらに歪化し通常
の円形メサ構造では図６（ｂ）に示すような開口部は菱
形形状となり、所望の形状、横モード特性を得ることが
更に困難になるという問題を有している。
【００２７】また、選択酸化方式により電流狭窄部を形
成する方法により形成された面発光半導体レーザにおい
て、ＡｌＡｓ層、高Ａｌ濃度のＡｌＧａＡｓ層を水蒸気
酸化すると、酸化される層の体積が収縮し、上下の層に
歪が入るという問題がある。これは酸化物であるＡｌｘ
Ｏｙは、もとのＡｌＡｓ層、高Ａｌ濃度のＡｌＧａＡｓ
層に比べ体積が３０％〜４０％程度収縮するためであ
る。
成する方法により形成された面発光半導体レーザにおい
て、ＡｌＡｓ層、高Ａｌ濃度のＡｌＧａＡｓ層を水蒸気
酸化すると、酸化される層の体積が収縮し、上下の層に
歪が入るという問題がある。これは酸化物であるＡｌｘ
Ｏｙは、もとのＡｌＡｓ層、高Ａｌ濃度のＡｌＧａＡｓ
層に比べ体積が３０％〜４０％程度収縮するためであ
る。
【００２８】したがって、酸化後、半導体活性層の特に
発光領域へ圧縮応力が印加されるという問題がある。電
流狭搾を効果的に行うには、電流狭窄部となる被酸化層
にはある程度の厚さが必要であるが、この層が厚いほど
歪が大きくなる。そしてその歪は酸化層の先端に集中す
るが、被酸化層は発光領域から０．２μｍといった至近
距離に設けられるため、この歪が発光領域の最も電流の
集中する領域に影響を与え、素子の寿命を低下するとい
う問題がある。
発光領域へ圧縮応力が印加されるという問題がある。電
流狭搾を効果的に行うには、電流狭窄部となる被酸化層
にはある程度の厚さが必要であるが、この層が厚いほど
歪が大きくなる。そしてその歪は酸化層の先端に集中す
るが、被酸化層は発光領域から０．２μｍといった至近
距離に設けられるため、この歪が発光領域の最も電流の
集中する領域に影響を与え、素子の寿命を低下するとい
う問題がある。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
解決するためになされたもので、素子外部へのリーク電
流を抑制し、低しきい値化、高速応答性、量産性の向上
を図り、異方性酸化により生じる非酸化領域、出射ビー
ムパターンの形状、モード制御の改善を図り、Ａｌ高濃
度層を酸化するときに伴う体積収縮により発光領域へ印
加される圧縮応力を緩和し、界面での亀裂や破損を抑制
し、選択酸化プロセス後の熱プロセスに対しての耐性性
を高め、素子の信頼性の向上、長寿命化を図ることが可
能な面発光型半導体発光素子を提供することを目的とす
る。
解決するためになされたもので、素子外部へのリーク電
流を抑制し、低しきい値化、高速応答性、量産性の向上
を図り、異方性酸化により生じる非酸化領域、出射ビー
ムパターンの形状、モード制御の改善を図り、Ａｌ高濃
度層を酸化するときに伴う体積収縮により発光領域へ印
加される圧縮応力を緩和し、界面での亀裂や破損を抑制
し、選択酸化プロセス後の熱プロセスに対しての耐性性
を高め、素子の信頼性の向上、長寿命化を図ることが可
能な面発光型半導体発光素子を提供することを目的とす
る。
【００３０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、基板と、前記基板上に形成された発光領
域を有する半導体活性層と、前記半導体活性層を狭持
し、前記基板に対して垂直方向の共振器を形成する、前
記半導体活性層に対して前記基板と反対側に形成された
第１の半導体多層膜反射鏡及び前記半導体活性層に対し
て前記基板側に形成された第２の半導体多層膜反射鏡
と、前記第１の半導体多層膜反射鏡及び前記第２の半導
体多層膜反射鏡をそれぞれ介して、前記半導体活性層に
電流を注入するための一対の電極と、前記半導体活性層
の近傍に形成された被酸化層がその側面から前記発光領
域に向かって酸化されることによって形成され、前記一
対の電極から注入された電流を前記発光領域へ絞り込む
ための電流狭窄部と、少なくとも前記第１の半導体多層
膜反射鏡、前記被酸化層に凹部が設けられ、前記凹部に
囲まれたメサ部及び前記メサ部と前記凹部によって隔て
て形成された周辺部と、前記周辺部上に形成された周辺
電極と、前記第１の半導体多層膜反射鏡上に設けられた
電極と前記周辺電極とを繋ぐ配線部とを具備し、前記配
線部は前記第１の半導体多層膜反射鏡上に設けられた電
極及び前記周辺電極とほぼ同じ高さに形成され、前記配
線部下に空洞が形成されていることを特徴とする面発光
型半導体発光素子を提供する。
に、本発明は、基板と、前記基板上に形成された発光領
域を有する半導体活性層と、前記半導体活性層を狭持
し、前記基板に対して垂直方向の共振器を形成する、前
記半導体活性層に対して前記基板と反対側に形成された
第１の半導体多層膜反射鏡及び前記半導体活性層に対し
て前記基板側に形成された第２の半導体多層膜反射鏡
と、前記第１の半導体多層膜反射鏡及び前記第２の半導
体多層膜反射鏡をそれぞれ介して、前記半導体活性層に
電流を注入するための一対の電極と、前記半導体活性層
の近傍に形成された被酸化層がその側面から前記発光領
域に向かって酸化されることによって形成され、前記一
対の電極から注入された電流を前記発光領域へ絞り込む
ための電流狭窄部と、少なくとも前記第１の半導体多層
膜反射鏡、前記被酸化層に凹部が設けられ、前記凹部に
囲まれたメサ部及び前記メサ部と前記凹部によって隔て
て形成された周辺部と、前記周辺部上に形成された周辺
電極と、前記第１の半導体多層膜反射鏡上に設けられた
電極と前記周辺電極とを繋ぐ配線部とを具備し、前記配
線部は前記第１の半導体多層膜反射鏡上に設けられた電
極及び前記周辺電極とほぼ同じ高さに形成され、前記配
線部下に空洞が形成されていることを特徴とする面発光
型半導体発光素子を提供する。
【００３１】表面電極配線パスの下層に空洞層が形成さ
れるため、所望の電流狭窄領域内に電流は閉じ込めら
れ、領域外へのリーク電流は抑制され、低しきい値化、
高速応答性、量産性の向上が可能となる。
れるため、所望の電流狭窄領域内に電流は閉じ込めら
れ、領域外へのリーク電流は抑制され、低しきい値化、
高速応答性、量産性の向上が可能となる。
【００３２】また、メサ部と周辺部の高さをほぼ等しく
し、この上に形成される配線の高さをほぼ等しくしてい
るために、配線段切れが抑制され、且つ量産性にも優れ
るプレーナ構造の選択酸化方式面発光レーザ素子の作製
であるため、低価格で高信頼性の素子の提供が可能とな
る。
し、この上に形成される配線の高さをほぼ等しくしてい
るために、配線段切れが抑制され、且つ量産性にも優れ
るプレーナ構造の選択酸化方式面発光レーザ素子の作製
であるため、低価格で高信頼性の素子の提供が可能とな
る。
【００３３】また、本発明は、基板と、前記基板上に形
成された発光領域を有する半導体活性層と、前記半導体
活性層を狭持し、前記基板に対して垂直方向の共振器を
形成する、前記半導体活性層に対して前記基板と反対側
に形成された第１の半導体多層膜反射鏡及び前記半導体
活性層に対して前記基板側に形成された第２の半導体多
層膜反射鏡と、前記第１の半導体多層膜反射鏡及び前記
第２の半導体多層膜反射鏡をそれぞれ介して、前記半導
体活性層に電流を注入するための一対の電極と、前記半
導体活性層の近傍に形成された被酸化層がその側面から
前記発光領域に向かって酸化されることによって形成さ
れ、前記一対の電極から注入された電流を前記発光領域
へ絞り込むための電流狭窄部と、少なくとも前記第１の
半導体多層膜反射鏡、前記被酸化層に凹部が設けられ、
前記凹部に囲まれたメサ部及び前記メサ部と前記凹部に
よって隔てて形成された周辺部と、前記周辺部上に形成
された周辺電極と、前記第１の半導体多層膜反射鏡上に
設けられた電極と前記周辺電極とを繋ぐ配線部とを具備
し、前記配線部は前記第１の半導体多層膜反射鏡上に設
けられた電極及び前記周辺電極とほぼ同じ高さに形成さ
れ、前記配線部下にイオン注入により形成された高抵抗
領域とを具備することことを特徴とする面発光型半導体
発光素子を提供する。
成された発光領域を有する半導体活性層と、前記半導体
活性層を狭持し、前記基板に対して垂直方向の共振器を
形成する、前記半導体活性層に対して前記基板と反対側
に形成された第１の半導体多層膜反射鏡及び前記半導体
活性層に対して前記基板側に形成された第２の半導体多
層膜反射鏡と、前記第１の半導体多層膜反射鏡及び前記
第２の半導体多層膜反射鏡をそれぞれ介して、前記半導
体活性層に電流を注入するための一対の電極と、前記半
導体活性層の近傍に形成された被酸化層がその側面から
前記発光領域に向かって酸化されることによって形成さ
れ、前記一対の電極から注入された電流を前記発光領域
へ絞り込むための電流狭窄部と、少なくとも前記第１の
半導体多層膜反射鏡、前記被酸化層に凹部が設けられ、
前記凹部に囲まれたメサ部及び前記メサ部と前記凹部に
よって隔てて形成された周辺部と、前記周辺部上に形成
された周辺電極と、前記第１の半導体多層膜反射鏡上に
設けられた電極と前記周辺電極とを繋ぐ配線部とを具備
し、前記配線部は前記第１の半導体多層膜反射鏡上に設
けられた電極及び前記周辺電極とほぼ同じ高さに形成さ
れ、前記配線部下にイオン注入により形成された高抵抗
領域とを具備することことを特徴とする面発光型半導体
発光素子を提供する。
【００３４】表面電極配線パスの下層に高抵抗化領域が
形成されるため、所望の電流狭窄領域内に電流は閉じ込
められ、領域外へのリーク電流は抑制され、低しきい値
化、高速応答性の向上が可能となる。
形成されるため、所望の電流狭窄領域内に電流は閉じ込
められ、領域外へのリーク電流は抑制され、低しきい値
化、高速応答性の向上が可能となる。
【００３５】また、メサ部と周辺部の高さをほぼ等しく
し、この上に形成される配線の高さをほぼ等しくしてい
るために、配線段切れが抑制され、且つ量産性にも優れ
るプレーナ構造の選択酸化方式面発光レーザ素子の作製
であるため、低価格で高信頼性の素子の提供が可能とな
る。
し、この上に形成される配線の高さをほぼ等しくしてい
るために、配線段切れが抑制され、且つ量産性にも優れ
るプレーナ構造の選択酸化方式面発光レーザ素子の作製
であるため、低価格で高信頼性の素子の提供が可能とな
る。
【００３６】また、本発明は、基板と、前記基板上に形
成された発光領域を有する半導体活性層と、前記半導体
活性層を狭持し、前記基板に対して垂直方向の共振器を
形成する、前記半導体活性層に対して前記基板と反対側
に形成された第１の半導体多層膜反射鏡及び前記半導体
活性層に対して前記基板側に形成された第２の半導体多
層膜反射鏡と、前記第１の半導体多層膜反射鏡及び前記
第２の半導体多層膜反射鏡をそれぞれ介して、前記半導
体活性層に電流を注入するための一対の電極と、前記半
導体活性層の近傍に形成された被酸化層がその側面から
前記発光領域に向かって酸化されることによって形成さ
れ、前記一対の電極から注入された電流を前記発光領域
へ絞り込むための電流狭窄部と、少なくとも前記第１の
半導体多層膜反射鏡、前記被酸化層に凹部が設けられ、
前記凹部に囲まれたメサ部とを具備し、前記電流狭窄部
は、前記半導体多層膜反射鏡の面内の結晶方向に対して
酸化されやすい方向と酸化されにくい方向とを有し、前
記電流狭窄部は、前記酸化されやすい方向において前記
側面から前記発光領域までの距離が長く、前記酸化され
にくい方向において前記側面から前記発光領域までの距
離が短く形成されていることを特徴とする面発光型半導
体発光素子を提供する。
成された発光領域を有する半導体活性層と、前記半導体
活性層を狭持し、前記基板に対して垂直方向の共振器を
形成する、前記半導体活性層に対して前記基板と反対側
に形成された第１の半導体多層膜反射鏡及び前記半導体
活性層に対して前記基板側に形成された第２の半導体多
層膜反射鏡と、前記第１の半導体多層膜反射鏡及び前記
第２の半導体多層膜反射鏡をそれぞれ介して、前記半導
体活性層に電流を注入するための一対の電極と、前記半
導体活性層の近傍に形成された被酸化層がその側面から
前記発光領域に向かって酸化されることによって形成さ
れ、前記一対の電極から注入された電流を前記発光領域
へ絞り込むための電流狭窄部と、少なくとも前記第１の
半導体多層膜反射鏡、前記被酸化層に凹部が設けられ、
前記凹部に囲まれたメサ部とを具備し、前記電流狭窄部
は、前記半導体多層膜反射鏡の面内の結晶方向に対して
酸化されやすい方向と酸化されにくい方向とを有し、前
記電流狭窄部は、前記酸化されやすい方向において前記
側面から前記発光領域までの距離が長く、前記酸化され
にくい方向において前記側面から前記発光領域までの距
離が短く形成されていることを特徴とする面発光型半導
体発光素子を提供する。
【００３７】酸化スピードによって発光領域までの距離
を変化させているので、選択酸化プロセスにおける異方
性酸化による非酸化領域の歪化は補正することができ、
出射ビームパターンの形状、モード特性の制御が容易と
なる。
を変化させているので、選択酸化プロセスにおける異方
性酸化による非酸化領域の歪化は補正することができ、
出射ビームパターンの形状、モード特性の制御が容易と
なる。
【００３８】また、本発明は、基板と、前記基板上に形
成された発光領域を有する半導体活性層と、前記半導体
活性層を狭持し、前記基板に対して垂直方向の共振器を
形成する、前記半導体活性層に対して前記基板と反対側
に形成された第１の半導体多層膜反射鏡及び前記半導体
活性層に対して前記基板側に形成された第２の半導体多
層膜反射鏡と、前記第１の半導体多層膜反射鏡及び前記
第２の半導体多層膜反射鏡をそれぞれ介して、前記半導
体活性層に電流を注入するための一対の電極と、前記半
導体活性層の近傍に形成された被酸化層がその側面から
前記発光領域に向かって酸化されることによって形成さ
れ、前記一対の電極から注入された電流を前記発光領域
へ絞り込むための電流狭窄部と、少なくとも前記第１の
半導体多層膜反射鏡、前記被酸化層に凹部が設けられ、
前記凹部に囲まれたメサ部及び前記メサ部と前記凹部に
よって隔てて形成された周辺部とを具備し、前記電流狭
窄部は、前記半導体多層膜反射鏡の面内の結晶方向に対
して酸化されやすい方向と酸化されにくい方向とを有
し、前記酸化されやすい方向において前記メサ部側面に
接して柱状の半導体多層膜が形成されていることを特徴
とすると面発光型半導体発光素子を提供する。
成された発光領域を有する半導体活性層と、前記半導体
活性層を狭持し、前記基板に対して垂直方向の共振器を
形成する、前記半導体活性層に対して前記基板と反対側
に形成された第１の半導体多層膜反射鏡及び前記半導体
活性層に対して前記基板側に形成された第２の半導体多
層膜反射鏡と、前記第１の半導体多層膜反射鏡及び前記
第２の半導体多層膜反射鏡をそれぞれ介して、前記半導
体活性層に電流を注入するための一対の電極と、前記半
導体活性層の近傍に形成された被酸化層がその側面から
前記発光領域に向かって酸化されることによって形成さ
れ、前記一対の電極から注入された電流を前記発光領域
へ絞り込むための電流狭窄部と、少なくとも前記第１の
半導体多層膜反射鏡、前記被酸化層に凹部が設けられ、
前記凹部に囲まれたメサ部及び前記メサ部と前記凹部に
よって隔てて形成された周辺部とを具備し、前記電流狭
窄部は、前記半導体多層膜反射鏡の面内の結晶方向に対
して酸化されやすい方向と酸化されにくい方向とを有
し、前記酸化されやすい方向において前記メサ部側面に
接して柱状の半導体多層膜が形成されていることを特徴
とすると面発光型半導体発光素子を提供する。
【００３９】酸化速度の速い方向には、酸化を妨げるよ
うに柱状の半導体多層膜を残しているので、選択酸化プ
ロセスにおける異方性酸化による非酸化領域の歪化は補
正することができ、出射ビームパターンの形状、モード
特性の制御が容易となる。
うに柱状の半導体多層膜を残しているので、選択酸化プ
ロセスにおける異方性酸化による非酸化領域の歪化は補
正することができ、出射ビームパターンの形状、モード
特性の制御が容易となる。
【００４０】このとき、前記電流狭窄部が酸化される際
に伴う体積収縮により発生する応力を緩和するために、
前記第１の半導体多層膜反射鏡或いは前記基板上に引張
応力を有する膜が形成されていることが好ましい。
に伴う体積収縮により発生する応力を緩和するために、
前記第１の半導体多層膜反射鏡或いは前記基板上に引張
応力を有する膜が形成されていることが好ましい。
【００４１】また、前記引張応力を有する膜が窒化珪素
からなることが好ましい。
からなることが好ましい。
【００４２】こうすることで、Ａｌ高濃度層の体積収縮
により印加される発光領域への圧縮応力を緩和すること
ができ、界面での亀裂や破損が抑制され、選択酸化プロ
セス後の熱プロセスに対しての耐性性も高まり、素子の
信頼性の向上、長寿命化が可能となる。
により印加される発光領域への圧縮応力を緩和すること
ができ、界面での亀裂や破損が抑制され、選択酸化プロ
セス後の熱プロセスに対しての耐性性も高まり、素子の
信頼性の向上、長寿命化が可能となる。
【００４３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して詳細に説明する。なお本発明は以下の実
施の形態に限定されることなく、種々工夫して用いるこ
とが可能である。
図面を参照して詳細に説明する。なお本発明は以下の実
施の形態に限定されることなく、種々工夫して用いるこ
とが可能である。
【００４４】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１にかかる面発光型半導体発光素子の構造を示す図であ
り、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）の断面１における
断面図、（ｃ）は（ａ）の断面２における断面図であ
る。ここでは面発光型半導体レーザについて説明する。
１にかかる面発光型半導体発光素子の構造を示す図であ
り、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）の断面１における
断面図、（ｃ）は（ａ）の断面２における断面図であ
る。ここでは面発光型半導体レーザについて説明する。
【００４５】この面発光型半導体レーザは、基板１上
に、発光領域１７を有する半導体活性層３と、半導体活
性層３を狭持し、基板１に対して垂直方向の共振器を形
成する半導体活性層４に対して基板１と反対側に形成さ
れた第１の半導体多層膜反射鏡６及び半導体活性層３に
対して基板１側に形成された第２の半導体多層膜反射鏡
２が形成されている。半導体活性層３の両面には、半導
体クラッド層３及び５が形成されている。
に、発光領域１７を有する半導体活性層３と、半導体活
性層３を狭持し、基板１に対して垂直方向の共振器を形
成する半導体活性層４に対して基板１と反対側に形成さ
れた第１の半導体多層膜反射鏡６及び半導体活性層３に
対して基板１側に形成された第２の半導体多層膜反射鏡
２が形成されている。半導体活性層３の両面には、半導
体クラッド層３及び５が形成されている。
【００４６】第１の半導体多層膜反射鏡６上には、コン
タクト層７が形成されこれらを介して、発光領域１７に
電流を注入するためのコンタクト電極１１が形成されて
いる。コンタクト電極１１は、発光領域１７上を開口す
るように形成されている。
タクト層７が形成されこれらを介して、発光領域１７に
電流を注入するためのコンタクト電極１１が形成されて
いる。コンタクト電極１１は、発光領域１７上を開口す
るように形成されている。
【００４７】基板１の裏面には、電極１５が形成され、
第２の半導体多層膜反射鏡２を介して、発光領域１７に
電流を注入するようになっている。
第２の半導体多層膜反射鏡２を介して、発光領域１７に
電流を注入するようになっている。
【００４８】第１の半導体多層膜反射鏡６、半導体活性
層４、クラッド層３及び５は凸部形状のメサ部となって
いる。半導体多層膜反射鏡２の最上層２ａ及び半導体多
層膜反射鏡６の最下層６ａは、その側面から発光領域１
７に向かって横方向酸化されることによって電流狭窄部
８を形成している。この電流狭窄部８は、発光領域１７
へ電流を絞り込むためのものである。
層４、クラッド層３及び５は凸部形状のメサ部となって
いる。半導体多層膜反射鏡２の最上層２ａ及び半導体多
層膜反射鏡６の最下層６ａは、その側面から発光領域１
７に向かって横方向酸化されることによって電流狭窄部
８を形成している。この電流狭窄部８は、発光領域１７
へ電流を絞り込むためのものである。
【００４９】第１の半導体多層膜反射鏡６及び半導体活
性層３を含むメサ部の周辺には凹部１６が設けられてい
る。この凹部によりメサ部と隔てて周辺部１８が形成さ
れている。この周辺部もメサ構造と同じ積層構造となっ
ている。そしてメサ部の表面とこの周辺部の表面とは、
ほぼ同じ高さに形成されている。
性層３を含むメサ部の周辺には凹部１６が設けられてい
る。この凹部によりメサ部と隔てて周辺部１８が形成さ
れている。この周辺部もメサ構造と同じ積層構造となっ
ている。そしてメサ部の表面とこの周辺部の表面とは、
ほぼ同じ高さに形成されている。
【００５０】周辺部１８上には、周辺電極１１ｂが形成
されている。そしてコンタクト電極１１と周辺電極１１
ｂとは、配線部１１ａによって繋がれている。配線部１
１ａ下には、空洞２０が設けられている。符号９は、表
面に形成された引張応力を有する膜で、例えばシリコン
窒化膜からなる膜で、応力制御以外にもパターン形成用
のエッチングマスク膜としても活用し、コンタクト電極
１１と周辺電極１１ｂを繋ぐ配線部１１ａの下では、空
洞２０のための橋ともなっている。
されている。そしてコンタクト電極１１と周辺電極１１
ｂとは、配線部１１ａによって繋がれている。配線部１
１ａ下には、空洞２０が設けられている。符号９は、表
面に形成された引張応力を有する膜で、例えばシリコン
窒化膜からなる膜で、応力制御以外にもパターン形成用
のエッチングマスク膜としても活用し、コンタクト電極
１１と周辺電極１１ｂを繋ぐ配線部１１ａの下では、空
洞２０のための橋ともなっている。
【００５１】このような面発光型半導体レーザは、矢印
１４に示すようにコンタクト電極１１から第１の半導体
多層膜反射鏡６を介して発光領域１７に電流を注入する
ことで、発光することができる。
１４に示すようにコンタクト電極１１から第１の半導体
多層膜反射鏡６を介して発光領域１７に電流を注入する
ことで、発光することができる。
【００５２】このときに、コンタクト電極１１と周辺電
極１１ｂを繋ぐ配線部１１ａの下層には空洞層２０が形
成されるため、矢印１３で示すような電流パスは空同窓
２０によって、流れることができない。したがってこの
面発光型半導体レーザでは、矢印１４で示すパスによっ
てのみ電流を流すことができ、極めて効率よく電流狭窄
することができ、低しきい値化、高速応答性、量産性の
向上が可能となる。
極１１ｂを繋ぐ配線部１１ａの下層には空洞層２０が形
成されるため、矢印１３で示すような電流パスは空同窓
２０によって、流れることができない。したがってこの
面発光型半導体レーザでは、矢印１４で示すパスによっ
てのみ電流を流すことができ、極めて効率よく電流狭窄
することができ、低しきい値化、高速応答性、量産性の
向上が可能となる。
【００５３】次に、このような面発光型半導体レーザの
製造方法について、具体的に説明する。
製造方法について、具体的に説明する。
【００５４】先ず、洗浄された厚さ４００μｍの３イン
チｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いてｎ
型の半導体多層膜反射鏡２、被酸化層２ａ、クラッド層
３、半導体活性層４、クラッド層５、被酸化層６ａ、半
導体多層膜反射鏡６、コンタクト層７を形成する。
チｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いてｎ
型の半導体多層膜反射鏡２、被酸化層２ａ、クラッド層
３、半導体活性層４、クラッド層５、被酸化層６ａ、半
導体多層膜反射鏡６、コンタクト層７を形成する。
【００５５】ここで半導体活性層４とクラッド層３及び
５よりなる共振器の上下に半導体多層膜反射鏡２及び６
を配置したものを基本構造としていて、６５０ｎｍ帯の
赤色ＩｎＧａＡｌＰ面発光型半導体レーザとして設計及
び製作を行った。
５よりなる共振器の上下に半導体多層膜反射鏡２及び６
を配置したものを基本構造としていて、６５０ｎｍ帯の
赤色ＩｎＧａＡｌＰ面発光型半導体レーザとして設計及
び製作を行った。
【００５６】半導体多層膜反射鏡２はｎ型の不純物が１
×１０１８／ｃｍ３導入されたＡｌＧａＡｓ系半導体多
層膜反射鏡とした。クラッド層３はｎ型Ｉｎ０．５（Ｇ
ａ０ ．３Ａｌ０．７）０．５Ｐとした。半導体活性層４
は発光ピーク波長が６５０ｎｍとなるように調整された
ＩｎｘＧａ１−ｘＰ／Ｉｎ０．５（Ｇａ０．５Ａｌ０
．５）０．５Ｐからなる量子井戸構造を構成するＩｎＧ
ａＡｌＰ層が５層形成された構造とした。クラッド層５
はｐ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０． ５Ｐと
した。半導体多層膜反射鏡６は、ｐ型の不純物が１×１
０１８／ｃｍ３導入されたＡｌＧａＡｓ系半導体多層膜
反射鏡とした。
×１０１８／ｃｍ３導入されたＡｌＧａＡｓ系半導体多
層膜反射鏡とした。クラッド層３はｎ型Ｉｎ０．５（Ｇ
ａ０ ．３Ａｌ０．７）０．５Ｐとした。半導体活性層４
は発光ピーク波長が６５０ｎｍとなるように調整された
ＩｎｘＧａ１−ｘＰ／Ｉｎ０．５（Ｇａ０．５Ａｌ０
．５）０．５Ｐからなる量子井戸構造を構成するＩｎＧ
ａＡｌＰ層が５層形成された構造とした。クラッド層５
はｐ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０． ５Ｐと
した。半導体多層膜反射鏡６は、ｐ型の不純物が１×１
０１８／ｃｍ３導入されたＡｌＧａＡｓ系半導体多層膜
反射鏡とした。
【００５７】被酸化膜２ａは、クラッド層３直下に形成
され半導体多層膜反射鏡２を構成するＡｌＧａＡｓより
Ａｌ組成比の大きいＡｌxＧａ1-xＡｓ（x＞０．９８）
を用いた。被酸化膜６ａは、クラッド層５直上に形成さ
れ半導体多層膜反射鏡６を構成するＡｌＧａＡｓよりＡ
ｌ組成比の大きいＡｌxＧａ1-xＡｓ（x＞０．９８）を
用いた。コンタクト層７はＧａＡｓとした。
され半導体多層膜反射鏡２を構成するＡｌＧａＡｓより
Ａｌ組成比の大きいＡｌxＧａ1-xＡｓ（x＞０．９８）
を用いた。被酸化膜６ａは、クラッド層５直上に形成さ
れ半導体多層膜反射鏡６を構成するＡｌＧａＡｓよりＡ
ｌ組成比の大きいＡｌxＧａ1-xＡｓ（x＞０．９８）を
用いた。コンタクト層７はＧａＡｓとした。
【００５８】ここでＡｌＧａＡｓ系の半導体多層膜反射
鏡２及び６には、光学膜厚が共振波長の１／４の厚さと
なるようにＡｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ層とＡｌ
０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とを交互に積層した構造を用い
た。
鏡２及び６には、光学膜厚が共振波長の１／４の厚さと
なるようにＡｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ層とＡｌ
０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とを交互に積層した構造を用い
た。
【００５９】次に、引張応力を有する膜９を形成する。
ここではＰＥＣＶＤ（ＰｌａｓｍａＥｎｈａｎｃｅｄ
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）法によりＳｉ３Ｎ４膜を形成した。このとき原料ガ
スであるＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２の圧力、流量を調整す
ることで膜応力を制御し、１５０ＭＰａの引張応力を有
する膜として形成した。
ここではＰＥＣＶＤ（ＰｌａｓｍａＥｎｈａｎｃｅｄ
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）法によりＳｉ３Ｎ４膜を形成した。このとき原料ガ
スであるＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２の圧力、流量を調整す
ることで膜応力を制御し、１５０ＭＰａの引張応力を有
する膜として形成した。
【００６０】この膜９の引張応力の値は、この膜１９と
ＧａＡｓ基板１の間で発生する熱応力σTを考慮し下記
の式によって決定した。 σT = EF(αF-αS)ΔT ただし、ここでαF, αS:薄膜、基板１の熱膨張係数、E
F：薄膜のヤング率、ΔT：温度上昇 水蒸気酸化プロセス温度を４２０℃に設定した場合、Δ
T ＝４００Ｋとなり、このとき、薄膜Ｓｉ３Ｎ４（EF
＝１６０ＧＰａ、αF＝２．７×１０−７／Ｋ）と基板
ＧａＡｓ（αS ＝６．０×１０−６／Ｋ）では、σT ＝
−１５８ＭＰａの圧縮応力が発生する。
ＧａＡｓ基板１の間で発生する熱応力σTを考慮し下記
の式によって決定した。 σT = EF(αF-αS)ΔT ただし、ここでαF, αS:薄膜、基板１の熱膨張係数、E
F：薄膜のヤング率、ΔT：温度上昇 水蒸気酸化プロセス温度を４２０℃に設定した場合、Δ
T ＝４００Ｋとなり、このとき、薄膜Ｓｉ３Ｎ４（EF
＝１６０ＧＰａ、αF＝２．７×１０−７／Ｋ）と基板
ＧａＡｓ（αS ＝６．０×１０−６／Ｋ）では、σT ＝
−１５８ＭＰａの圧縮応力が発生する。
【００６１】従って、本実施形態では、この圧縮応力を
緩和するために引張応力を有する膜９を形成し、半導体
活性層４へ印加される圧縮応力を緩和し、熱耐性を高め
ている。一方、従来例で多く用いられているエッチング
マスク膜の場合、薄膜ＳｉＯ ２（EF ＝７４ＧＰａ, αF
＝０．４×１０−６／Ｋ）、基板ＧａＡｓ（αS ＝
６．０×１０−６／Ｋ）では、αT ＝−１２４ＭＰａ
(圧縮応力)に加え、成膜時の応力も−２００ＭＰａ程度
の圧縮応力を有する膜になりやすい。従って、半導体活
性層４へ印加される圧縮応力は更に大きくなり、熱耐性
も弱い。
緩和するために引張応力を有する膜９を形成し、半導体
活性層４へ印加される圧縮応力を緩和し、熱耐性を高め
ている。一方、従来例で多く用いられているエッチング
マスク膜の場合、薄膜ＳｉＯ ２（EF ＝７４ＧＰａ, αF
＝０．４×１０−６／Ｋ）、基板ＧａＡｓ（αS ＝
６．０×１０−６／Ｋ）では、αT ＝−１２４ＭＰａ
(圧縮応力)に加え、成膜時の応力も−２００ＭＰａ程度
の圧縮応力を有する膜になりやすい。従って、半導体活
性層４へ印加される圧縮応力は更に大きくなり、熱耐性
も弱い。
【００６２】次に、スピンコータ装置により、市販のフ
ォトレジストを回転塗布する。次に、ホットプレートを
用いてベーク処理を行い、膜厚３５０ｎｍの感光膜を形
成する。次に、ステッパーを用いてマスクパターンの露
光・転写を行う。
ォトレジストを回転塗布する。次に、ホットプレートを
用いてベーク処理を行い、膜厚３５０ｎｍの感光膜を形
成する。次に、ステッパーを用いてマスクパターンの露
光・転写を行う。
【００６３】この工程では、はじめに各種パターンの位
置合わせ用のマークを露光・転写し、現像、ベークを行
い、感光膜にパターン形成する。
置合わせ用のマークを露光・転写し、現像、ベークを行
い、感光膜にパターン形成する。
【００６４】次に、感光膜パターンをもとにエッチング
を行い、応力制御されたエッチングマスク膜９に位置合
わせ用のマークパターンを形成する。感光膜は酸素プラ
ズマアッシングにより除去する。
を行い、応力制御されたエッチングマスク膜９に位置合
わせ用のマークパターンを形成する。感光膜は酸素プラ
ズマアッシングにより除去する。
【００６５】その後、エッチングマスク膜９下のコンタ
クト層７のみマークパターンのエッチングをＮＨ３／Ｈ
２Ｏ２混合液によるウェットエッチング処理にて行う。
クト層７のみマークパターンのエッチングをＮＨ３／Ｈ
２Ｏ２混合液によるウェットエッチング処理にて行う。
【００６６】その後、市販のフォトレジストを回転塗布
し、ホットプレートを用いてベーク処理し、膜厚３５０
ｎｍの感光膜を形成する。次に、ステッパーを用いてコ
ンタクトホールパターンの露光・転写し、現像液により
現像する。次に、ポストベークを行い、感光膜にコンタ
クトホールのパターンを形成する。次に、感光膜パター
ンをもとにエッチングを行い、エッチングマスク膜９に
コンタクトパターンを形成する。次に、感光膜は酸素プ
ラズマアッシングにより除去する。
し、ホットプレートを用いてベーク処理し、膜厚３５０
ｎｍの感光膜を形成する。次に、ステッパーを用いてコ
ンタクトホールパターンの露光・転写し、現像液により
現像する。次に、ポストベークを行い、感光膜にコンタ
クトホールのパターンを形成する。次に、感光膜パター
ンをもとにエッチングを行い、エッチングマスク膜９に
コンタクトパターンを形成する。次に、感光膜は酸素プ
ラズマアッシングにより除去する。
【００６７】同様に市販のフォトレジストを回転塗布
し、ホットプレートを用いてベーク処理する。次に、膜
厚３５０ｎｍの感光膜を形成し、ステッパーを用いて表
面ｐ側コンタクト電極１１、ボンディングパッド１２、
配線１１ａ、周辺電極１１ｂを一括してパターンを露光
・転写する。次に、現像液により現像し、ポストベーク
を行う。こうして感光膜にｐ側コンタクト電極１１、ボ
ンディングパッド１２、配線１１ａ、周辺電極１１ｂの
パターンを形成する。
し、ホットプレートを用いてベーク処理する。次に、膜
厚３５０ｎｍの感光膜を形成し、ステッパーを用いて表
面ｐ側コンタクト電極１１、ボンディングパッド１２、
配線１１ａ、周辺電極１１ｂを一括してパターンを露光
・転写する。次に、現像液により現像し、ポストベーク
を行う。こうして感光膜にｐ側コンタクト電極１１、ボ
ンディングパッド１２、配線１１ａ、周辺電極１１ｂの
パターンを形成する。
【００６８】次に、メタル蒸着を電子銃蒸着装置により
感光膜パターン上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜を形成し、リフ
トオフ、シンター処理によりコンタクト電極１１を形成
する。
感光膜パターン上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜を形成し、リフ
トオフ、シンター処理によりコンタクト電極１１を形成
する。
【００６９】その後、レーザ光の窓領域の開け工程とし
て、ＧａＡｓコンタクト層７をパターンエッチングす
る。その後、市販のフォトレジストを回転塗布し、ホッ
トプレートを用いてベーク処理する。次に、膜厚３５０
ｎｍの感光膜を形成し、ステッパーを用いてメサ構造形
成用のパターンを露光・転写する。次に、現像液により
現像し、ポストベークを行う。次に、感光膜にメサ構造
形成用パターンを形成し、感光膜パターンをもとにエッ
チングを行う。次に、エッチングマスク膜９にメサ構造
形成用パターンを形成する。
て、ＧａＡｓコンタクト層７をパターンエッチングす
る。その後、市販のフォトレジストを回転塗布し、ホッ
トプレートを用いてベーク処理する。次に、膜厚３５０
ｎｍの感光膜を形成し、ステッパーを用いてメサ構造形
成用のパターンを露光・転写する。次に、現像液により
現像し、ポストベークを行う。次に、感光膜にメサ構造
形成用パターンを形成し、感光膜パターンをもとにエッ
チングを行う。次に、エッチングマスク膜９にメサ構造
形成用パターンを形成する。
【００７０】次にエッチングマスク膜９に形成されたパ
ターンをもとに塩素系ガスによるプラズマドライエッチ
ングを行い、メサ部を形成する。次に、感光膜は酸素プ
ラズマアッシングにより除去する。
ターンをもとに塩素系ガスによるプラズマドライエッチ
ングを行い、メサ部を形成する。次に、感光膜は酸素プ
ラズマアッシングにより除去する。
【００７１】このときのメサ構造を形成するためのプラ
ズマエッチングでは、図１に示すように被酸化層６ａ及
び２ａの端部をメサ構造の側面に露呈するまでエッチン
グする。このときメサエッチ領域（凹部）が複数に分割
されるようにエッチングする。
ズマエッチングでは、図１に示すように被酸化層６ａ及
び２ａの端部をメサ構造の側面に露呈するまでエッチン
グする。このときメサエッチ領域（凹部）が複数に分割
されるようにエッチングする。
【００７２】次に、水蒸気雰囲気中で４００℃〜５００
℃の熱処理を行い、被酸化層６ａ及び２ａを横方向に選
択酸化する。
℃の熱処理を行い、被酸化層６ａ及び２ａを横方向に選
択酸化する。
【００７３】図２（ａ）に、このときのメサ構造内にお
ける酸化されず残った発光領域の形状（非酸化領域）と
メサエッチ領域（凹部）を示す。
ける酸化されず残った発光領域の形状（非酸化領域）と
メサエッチ領域（凹部）を示す。
【００７４】本実施形態では、空洞２０の下の被酸化層
６ａ及び２ａ（図１（ｃ）参照）は、被酸化層６ａ及び
２ａに対して酸化されやすい（すなわち酸化速度が速
い）方向に形成されている。また、その他の側面は、こ
れに比べると酸化されにくい（すなわち酸化速度が遅
い）方向となっている。
６ａ及び２ａ（図１（ｃ）参照）は、被酸化層６ａ及び
２ａに対して酸化されやすい（すなわち酸化速度が速
い）方向に形成されている。また、その他の側面は、こ
れに比べると酸化されにくい（すなわち酸化速度が遅
い）方向となっている。
【００７５】また、空洞２０の下の被酸化層６ａ及び２
ａの側面から発光領域までの距離は長く、その他の被酸
化層６及び２ａの側面から発光領域までの距離は短くな
っている。すなわち被酸化層６ａ及び２ａの酸化されや
すい方向では、酸化される距離が長く、酸化されにくい
方向では酸化される距離が短くなるので、最終的に発光
領域近傍で揃いやすくなる。この結果、開口部がより円
状に近い形状となっている（比較として図６（ａ））。
ａの側面から発光領域までの距離は長く、その他の被酸
化層６及び２ａの側面から発光領域までの距離は短くな
っている。すなわち被酸化層６ａ及び２ａの酸化されや
すい方向では、酸化される距離が長く、酸化されにくい
方向では酸化される距離が短くなるので、最終的に発光
領域近傍で揃いやすくなる。この結果、開口部がより円
状に近い形状となっている（比較として図６（ａ））。
【００７６】特に、複数に分割化され対称位置に配置さ
れたメサエッチ（凹部）１６の境界部分では内部への酸
化をメサエッチ１６の内部に比べ遅くできるためであ
り、細分化されたメサエッチ１６の配置を工夫すること
で、非酸化領域３０を任意の形状に制御できる。
れたメサエッチ（凹部）１６の境界部分では内部への酸
化をメサエッチ１６の内部に比べ遅くできるためであ
り、細分化されたメサエッチ１６の配置を工夫すること
で、非酸化領域３０を任意の形状に制御できる。
【００７７】図２（ｂ）は、メサエッチ１６部分をさら
に細分化した場合である。このようにさらに細分化する
ことによって、非酸化領域３０の形状をより円形に近い
ようにすることが可能である。
に細分化した場合である。このようにさらに細分化する
ことによって、非酸化領域３０の形状をより円形に近い
ようにすることが可能である。
【００７８】また、図２（ｃ）に示すように、さらに横
酸化がされ難いところのメサ構造を削りこむことによっ
て、その側面と発光領域との距離を短く制御することに
よって、非酸化領域３０の形状をさらに円形に近いよう
にすることが可能である。
酸化がされ難いところのメサ構造を削りこむことによっ
て、その側面と発光領域との距離を短く制御することに
よって、非酸化領域３０の形状をさらに円形に近いよう
にすることが可能である。
【００７９】また、本実施形態において、偏波モードを
制御するために基板１として、傾斜基板を用いてもよ
い。
制御するために基板１として、傾斜基板を用いてもよ
い。
【００８０】図３に、このときのメサ構造における酸化
されず残った発光領域（非酸化領域）の形状を示す。
されず残った発光領域（非酸化領域）の形状を示す。
【００８１】先ず、傾斜基板の傾斜角に対しての面方位
の酸化速度を求め、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すメサ
エッチ領域を配置したとき、所望の正方形、長方形、円
の形状が得られることが示された。この方法について以
下に述べる。
の酸化速度を求め、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すメサ
エッチ領域を配置したとき、所望の正方形、長方形、円
の形状が得られることが示された。この方法について以
下に述べる。
【００８２】先ず、本実形態では素子中心部への電極配
線が対称性を有する細いパス配線として、パス線幅１〜
５μｍのパターンで行った。非酸化領域の形状制御にお
いて、所望の形状が正方形、長方形であれば、その線幅
はメサ領域との接合部分では細い幅の方が、非酸化領域
の形状を多角化させないためには好適である。
線が対称性を有する細いパス配線として、パス線幅１〜
５μｍのパターンで行った。非酸化領域の形状制御にお
いて、所望の形状が正方形、長方形であれば、その線幅
はメサ領域との接合部分では細い幅の方が、非酸化領域
の形状を多角化させないためには好適である。
【００８３】ここでは、素子の内部方向へ配線パスの線
幅が小さくなるようにしている。長さｌ、ｍの長方形ま
たは正方形の非酸化形状を形成する場合、ＡｌｘＧａ
１−ｘＡｓ（ｘ＞０．９４）の温度T℃における＜１０
０＞軸に沿った面の酸化速度をa(x, T)、＜１１０＞軸
に沿った面の酸化速度をb(x, T)とし、酸化進行方向に
おけるメサ部分の長さをそれぞれR1, R2とするとき、 R2 = m + b(x, T)×(R1-l)/a(x, T) の関係を満たす、径R1, R2の楕円または円状のメサ構造
にしたとき、所望の長さｌ、ｍの長方形または正方形の
非酸化形状が形成できる。
幅が小さくなるようにしている。長さｌ、ｍの長方形ま
たは正方形の非酸化形状を形成する場合、ＡｌｘＧａ
１−ｘＡｓ（ｘ＞０．９４）の温度T℃における＜１０
０＞軸に沿った面の酸化速度をa(x, T)、＜１１０＞軸
に沿った面の酸化速度をb(x, T)とし、酸化進行方向に
おけるメサ部分の長さをそれぞれR1, R2とするとき、 R2 = m + b(x, T)×(R1-l)/a(x, T) の関係を満たす、径R1, R2の楕円または円状のメサ構造
にしたとき、所望の長さｌ、ｍの長方形または正方形の
非酸化形状が形成できる。
【００８４】また傾斜基板においては、面方位の酸化速
度に応じて、分割したメサエッチ領域１６を素子中心へ
近づけたり、遠ざけたりするメサエッチのパターン形状
及びパターン配置にすることで、所望の非酸化領域の形
状、サイズが制御できる。
度に応じて、分割したメサエッチ領域１６を素子中心へ
近づけたり、遠ざけたりするメサエッチのパターン形状
及びパターン配置にすることで、所望の非酸化領域の形
状、サイズが制御できる。
【００８５】ここでは、a(x, T)に対してf1(x,T,θ), f
2(x,T,θ)で酸化速度を補正し、b(x, T)に対してf3(x,
T,θ), f4(x,T,θ)酸化速度を補正すれば、 R2 = m + b(x, T)×(R1-l)/a(x, T)×(f3(x,T,θ)＋f
4(x,T,θ))/(f1(x,T,θ)＋f2(x,T,θ)) の関係を満たす、径R1, R2の楕円または円状の擬似メサ
構造にしたとき、所望の長さｌ、ｍの長方形または正方
形の非酸化形状が形成できる。
2(x,T,θ)で酸化速度を補正し、b(x, T)に対してf3(x,
T,θ), f4(x,T,θ)酸化速度を補正すれば、 R2 = m + b(x, T)×(R1-l)/a(x, T)×(f3(x,T,θ)＋f
4(x,T,θ))/(f1(x,T,θ)＋f2(x,T,θ)) の関係を満たす、径R1, R2の楕円または円状の擬似メサ
構造にしたとき、所望の長さｌ、ｍの長方形または正方
形の非酸化形状が形成できる。
【００８６】また、図３（ａ）に示すように、４分割さ
れたメサエッチ領域の場合、メサ中心点からの各メサエ
ッチ領域までの距離をr1, r2, r3, r4として、 r1 = l/2 + f1(x,T,θ)×(R1-l) /(f1(x,T,θ)＋f2(x,
T,θ)) r2 = l/2 + f2(x,T,θ)×(R1-l) /(f1(x,T,θ)＋f2(x,
T,θ)) r3 = m/2 + b(x, T)×f3(x,T,θ)×(R1-l) /(f1(x,T,
θ)＋f2(x,T,θ)) r4 = m/2 + b(x, T)×f4(x,T,θ)×(R1-l) /(f1(x,T,
θ)＋f2(x,T,θ)) R1= r1+r2, R2 = r3 + r4 の関係を満たす楕円または円状の擬似メサ構造を形成す
れば、メサ中心に所望の長さｌ、ｍの長方形または正方
形の非酸化形状を形成できる。
れたメサエッチ領域の場合、メサ中心点からの各メサエ
ッチ領域までの距離をr1, r2, r3, r4として、 r1 = l/2 + f1(x,T,θ)×(R1-l) /(f1(x,T,θ)＋f2(x,
T,θ)) r2 = l/2 + f2(x,T,θ)×(R1-l) /(f1(x,T,θ)＋f2(x,
T,θ)) r3 = m/2 + b(x, T)×f3(x,T,θ)×(R1-l) /(f1(x,T,
θ)＋f2(x,T,θ)) r4 = m/2 + b(x, T)×f4(x,T,θ)×(R1-l) /(f1(x,T,
θ)＋f2(x,T,θ)) R1= r1+r2, R2 = r3 + r4 の関係を満たす楕円または円状の擬似メサ構造を形成す
れば、メサ中心に所望の長さｌ、ｍの長方形または正方
形の非酸化形状を形成できる。
【００８７】次に、水蒸気酸化により電流狭窄部を形成
した後、市販のフォトレジストを回転塗布し、ホットプ
レートを用いてベーク処理する。次に、膜厚３５０ｎｍ
の感光膜を形成し、ステッパーを用いてアイソレーショ
ン用の露光・転写する。次に、現像液により現像し、ポ
ストベークを行う。次に、感光膜にアイソレーション用
のパターンを形成し、感光膜パターンをもとに配線１１
ａの幅１μｍ〜５μｍに対して、硫酸／過酸化水素水の
混合溶液によりエッチング時間を調整し、ウェットエッ
チング処理を行うことによって、配線１１ａ下のＧａＡ
ｓ（コンタクト）層７及び半導体多層膜反射鏡６がエッ
チング除去され、空洞２０が形成される。
した後、市販のフォトレジストを回転塗布し、ホットプ
レートを用いてベーク処理する。次に、膜厚３５０ｎｍ
の感光膜を形成し、ステッパーを用いてアイソレーショ
ン用の露光・転写する。次に、現像液により現像し、ポ
ストベークを行う。次に、感光膜にアイソレーション用
のパターンを形成し、感光膜パターンをもとに配線１１
ａの幅１μｍ〜５μｍに対して、硫酸／過酸化水素水の
混合溶液によりエッチング時間を調整し、ウェットエッ
チング処理を行うことによって、配線１１ａ下のＧａＡ
ｓ（コンタクト）層７及び半導体多層膜反射鏡６がエッ
チング除去され、空洞２０が形成される。
【００８８】このとき、レジストに保護されたメサ領
域、配線１１ａ下でも酸化層に保護された被酸化層６ａ
以下の下層域ではほとんどエッチングされない。
域、配線１１ａ下でも酸化層に保護された被酸化層６ａ
以下の下層域ではほとんどエッチングされない。
【００８９】このようにして、図１に示すように、配線
１１ａ下に空洞２０が形成され、メサ領域外へのリーク
電流が完全に阻止されることになる。ここで、配線１１
ａの線幅は、配線１１ａの下層の一部を除去し空洞２０
を形成できれば良いので、線幅は特に規定されない。特
に、メサ領域（素子部分）の側面をレジストで保護して
いる場合、線幅は全く問題にならない。
１１ａ下に空洞２０が形成され、メサ領域外へのリーク
電流が完全に阻止されることになる。ここで、配線１１
ａの線幅は、配線１１ａの下層の一部を除去し空洞２０
を形成できれば良いので、線幅は特に規定されない。特
に、メサ領域（素子部分）の側面をレジストで保護して
いる場合、線幅は全く問題にならない。
【００９０】一方、メサ領域（素子部分）の側面がレジ
ストで保護されていない場合、メサ領域の側面において
も下層のコンタクト層、半導体多層膜反射鏡２がエッチ
ング除去され空洞２０が形成されるので、配線パスの線
幅を被酸化層の酸化幅以下にして、アイソレーション処
理で素子内部の非酸化領域までエッチングが進まないよ
うにする必要がある。
ストで保護されていない場合、メサ領域の側面において
も下層のコンタクト層、半導体多層膜反射鏡２がエッチ
ング除去され空洞２０が形成されるので、配線パスの線
幅を被酸化層の酸化幅以下にして、アイソレーション処
理で素子内部の非酸化領域までエッチングが進まないよ
うにする必要がある。
【００９１】次に、アイソレーション処理後、感光膜を
酸素プラズマアッシングにより除去し、裏面を基板厚さ
１２０μｍまで研磨する。次に、基板１の裏面にｎ側コ
ンタクト電極１５としてＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ膜を蒸着
し、シンター処理し、素子を完成する。
酸素プラズマアッシングにより除去し、裏面を基板厚さ
１２０μｍまで研磨する。次に、基板１の裏面にｎ側コ
ンタクト電極１５としてＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ膜を蒸着
し、シンター処理し、素子を完成する。
【００９２】このようにして作製された面型半導体レー
ザにおいて、波長６５０ｎｍで室温連続発振が得られ、
空洞２０により素子外部へのリーク電流が完全に阻止さ
れたため、低しきい値電流発振、高速応答性の改善が見
られた。
ザにおいて、波長６５０ｎｍで室温連続発振が得られ、
空洞２０により素子外部へのリーク電流が完全に阻止さ
れたため、低しきい値電流発振、高速応答性の改善が見
られた。
【００９３】また、コンタクト電極１１と周辺電極１１
ｂとこれらを結ぶ配線１１ａがほぼ同一レベルで形成さ
れているので、段切れがなく、且つ量産性にも優れる面
発光半導体レーザを提供できる。このため低価格で高信
頼性の素子の提供が可能となる。
ｂとこれらを結ぶ配線１１ａがほぼ同一レベルで形成さ
れているので、段切れがなく、且つ量産性にも優れる面
発光半導体レーザを提供できる。このため低価格で高信
頼性の素子の提供が可能となる。
【００９４】また、異方性酸化により生じる非酸化領
域、出射ビームパターンの形状が改善され、所望のビー
ムパターン形状が得られ、モード制御が容易になる。
域、出射ビームパターンの形状が改善され、所望のビー
ムパターン形状が得られ、モード制御が容易になる。
【００９５】更に、エッチングマスク膜として、引張応
力を有する膜を形成することで、Ａｌ高濃度層の酸化に
伴う体積収縮により印加される活性層、メサ構造中心部
への圧縮応力は緩和され、界面での亀裂や破損が抑えら
れ、選択酸化プロセス後の熱プロセスに対しても耐性が
高まることで、素子の信頼性の向上、長寿命化が期待で
きる。
力を有する膜を形成することで、Ａｌ高濃度層の酸化に
伴う体積収縮により印加される活性層、メサ構造中心部
への圧縮応力は緩和され、界面での亀裂や破損が抑えら
れ、選択酸化プロセス後の熱プロセスに対しても耐性が
高まることで、素子の信頼性の向上、長寿命化が期待で
きる。
【００９６】尚、本実施例においては引張応力を有する
膜として、Ｓｉ３Ｎ４膜を用いたが、その組成比として
は３：４の組成に限らず、他の組成比を持つ窒化珪素膜
に対しても同様の引張応力を有していればよい。また、
エッチング加工性、応力制御の観点よりＳｉＮ膜が好適
であるが、ＳｉＯＮ、ＳｉＣ、ダイヤモンド等他の化合
物、窒化膜半導体、窒化膜半導体、窒素を含有する化合
物材料に対しても同様の効果がある。
膜として、Ｓｉ３Ｎ４膜を用いたが、その組成比として
は３：４の組成に限らず、他の組成比を持つ窒化珪素膜
に対しても同様の引張応力を有していればよい。また、
エッチング加工性、応力制御の観点よりＳｉＮ膜が好適
であるが、ＳｉＯＮ、ＳｉＣ、ダイヤモンド等他の化合
物、窒化膜半導体、窒化膜半導体、窒素を含有する化合
物材料に対しても同様の効果がある。
【００９７】また、応力を有する膜として、埋め込み膜
や放熱用膜として形成しても同様の効果は得られる。
や放熱用膜として形成しても同様の効果は得られる。
【００９８】また、引張応力膜の成膜においてＰＥＣＶ
Ｄ装置を用いて行ったが、ｒｆスパッタ装置等の成膜装
置を用いて行うことも可能である。
Ｄ装置を用いて行ったが、ｒｆスパッタ装置等の成膜装
置を用いて行うことも可能である。
【００９９】さらに、量子井戸活性層は、ＩｎＧａＡｌ
Ｐ系に限られず、ＡｌＧａＡｓ系やＩｎＧａＡｓＰ系な
ど、様々な材料を用いることもできる。
Ｐ系に限られず、ＡｌＧａＡｓ系やＩｎＧａＡｓＰ系な
ど、様々な材料を用いることもできる。
【０１００】また、クラッド層はＩｎＧａＡｌＰ系に限
らずＺｎＳＳｅ系やＺｎＭｇＳＳｅ系など、様々な材料
を用いることもできる。
らずＺｎＳＳｅ系やＺｎＭｇＳＳｅ系など、様々な材料
を用いることもできる。
【０１０１】また、被酸化層が２層である場合を説明し
たが、単層である場合も同様な効果を得ることができ
る。
たが、単層である場合も同様な効果を得ることができ
る。
【０１０２】（実施形態２）図４は、本発明の実施形態
２にかかる面発光型半導体レーザの構成図であり、
（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）の断面１における断面
図、（ｃ）は（ａ）の断面２における断面図である。
２にかかる面発光型半導体レーザの構成図であり、
（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）の断面１における断面
図、（ｃ）は（ａ）の断面２における断面図である。
【０１０３】本実施形態では、空洞に代えてイオン注入
により配線１１ａの下に高抵抗化領域３０を形成する点
が、実施形態１と異なり、他の点は実質的に同一なので
同一符号についてはその詳細な説明は省略する。
により配線１１ａの下に高抵抗化領域３０を形成する点
が、実施形態１と異なり、他の点は実質的に同一なので
同一符号についてはその詳細な説明は省略する。
【０１０４】図４（ｂ）（ｃ）に示すように、メサ構造
を除く周辺部１８及び配線部１１ａ下の層構造がイオン
注入により高抵抗化して高抵抗か領域３０を形成してい
る。こうすることで矢印１３に示すリーク電流が抑制さ
れ実施形態１と同様の効果を生じる。
を除く周辺部１８及び配線部１１ａ下の層構造がイオン
注入により高抵抗化して高抵抗か領域３０を形成してい
る。こうすることで矢印１３に示すリーク電流が抑制さ
れ実施形態１と同様の効果を生じる。
【０１０５】次に、この面発光型半導体レーザの作製方
法について具体的に説明する。
法について具体的に説明する。
【０１０６】先ず、洗浄された厚さ４００μｍの３イン
チｎ型ＧａＡｓ基板上１に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて半
導体多層膜反射鏡２、被酸化層２ａ、クラッド層３、半
導体活性層４、クラッド層５、被酸化層６ａ、半導体多
層膜反射鏡６、コンタクト層７を形成する。
チｎ型ＧａＡｓ基板上１に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて半
導体多層膜反射鏡２、被酸化層２ａ、クラッド層３、半
導体活性層４、クラッド層５、被酸化層６ａ、半導体多
層膜反射鏡６、コンタクト層７を形成する。
【０１０７】半導体活性層４とクラッド層３及び５より
なる共振器の上下に半導体多層膜反射鏡２及び６を配置
したものを基本構造としている。また、６５０ｎｍ帯の
赤色ＩｎＧａＡｌＰ系面発型半導体レーザとして設計・
製作を行った。
なる共振器の上下に半導体多層膜反射鏡２及び６を配置
したものを基本構造としている。また、６５０ｎｍ帯の
赤色ＩｎＧａＡｌＰ系面発型半導体レーザとして設計・
製作を行った。
【０１０８】ここでは半導体多層膜反射鏡２はｎ型の不
純物が１×１０１８／ｃｍ３導入されたＡｌＧａＡｓ系
半導体多層膜反射鏡、クラッド層３はｎ型Ｉｎ
０．５（Ｇａ ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐで形成した。
半導体活性層4は発光ピーク波長が６５０ｎｍとなるよ
うに調整されたＩｎｘＧａ１−ｘＰ／Ｉｎ０．５（Ｇａ
０．５Ａｌ０．５）０．５Ｐからなる量子井戸構造とし
た。クラッド層５はｐ型Ｉｎ０ ．５（Ｇａ０．３Ａｌ
０．７）０．５Ｐで形成した。また、半導体多層膜反射
鏡６は、ｐ型の不純物が１×１０１８／ｃｍ３導入され
たＡｌＧａＡｓ系半導体多層膜反射鏡を用いた。被酸化
層２ａは、クラッド層３直下に形成されｎ型半導体多層
膜反射鏡２を構成するＡｌＧａＡｓよりＡｌ組成比の大
きいＡｌxＧａ1-xＡｓ（x＞０．９８）を用いた。比酸
下層６ａは、クラッド層５直上に形成されｐ型半導体多
層膜反射鏡６を構成するＡｌＧａＡｓよりＡｌ組成比の
大きいＡｌxＧａ1-xＡｓ（x＞０．９８）を用いた。コ
ンタクト層７はＧａＡｓ層を用いた。
純物が１×１０１８／ｃｍ３導入されたＡｌＧａＡｓ系
半導体多層膜反射鏡、クラッド層３はｎ型Ｉｎ
０．５（Ｇａ ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐで形成した。
半導体活性層4は発光ピーク波長が６５０ｎｍとなるよ
うに調整されたＩｎｘＧａ１−ｘＰ／Ｉｎ０．５（Ｇａ
０．５Ａｌ０．５）０．５Ｐからなる量子井戸構造とし
た。クラッド層５はｐ型Ｉｎ０ ．５（Ｇａ０．３Ａｌ
０．７）０．５Ｐで形成した。また、半導体多層膜反射
鏡６は、ｐ型の不純物が１×１０１８／ｃｍ３導入され
たＡｌＧａＡｓ系半導体多層膜反射鏡を用いた。被酸化
層２ａは、クラッド層３直下に形成されｎ型半導体多層
膜反射鏡２を構成するＡｌＧａＡｓよりＡｌ組成比の大
きいＡｌxＧａ1-xＡｓ（x＞０．９８）を用いた。比酸
下層６ａは、クラッド層５直上に形成されｐ型半導体多
層膜反射鏡６を構成するＡｌＧａＡｓよりＡｌ組成比の
大きいＡｌxＧａ1-xＡｓ（x＞０．９８）を用いた。コ
ンタクト層７はＧａＡｓ層を用いた。
【０１０９】ここで、ＡｌＧａＡｓ系半導体多層膜反射
鏡には、光学膜厚が共振波長の1／4の厚さとなるように
Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５ＡｓとＡｌ０．５Ｇａ０．５
Ａｓとを交互に積層した構造が用いられている。
鏡には、光学膜厚が共振波長の1／4の厚さとなるように
Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５ＡｓとＡｌ０．５Ｇａ０．５
Ａｓとを交互に積層した構造が用いられている。
【０１１０】先ず、実施形態１と同様に引張応力１５０
ＭＰａを有するエッチングマスク膜９を形成する。
ＭＰａを有するエッチングマスク膜９を形成する。
【０１１１】次に、スピンコータ装置により、市販のフ
ォトレジストを回転塗布し、ホットプレートを用いてベ
ーク処理を行うことにより、膜厚３５０ｎｍの感光膜を
形成する。次に、ステッパーを用いてマスクパターンの
露光・転写を行う。
ォトレジストを回転塗布し、ホットプレートを用いてベ
ーク処理を行うことにより、膜厚３５０ｎｍの感光膜を
形成する。次に、ステッパーを用いてマスクパターンの
露光・転写を行う。
【０１１２】はじめに各種パターンの合わせ用のマーク
を露光・転写する。次に、現像液により現像し、ポスト
ベークを行い、感光膜にパターン形成する。次に、感光
膜パターンをもとにエッチングを行い、エッチングマス
ク膜９に位置合わせ用のマークパターンを形成する。次
に、感光膜を酸素プラズマアッシングにより除去する。
を露光・転写する。次に、現像液により現像し、ポスト
ベークを行い、感光膜にパターン形成する。次に、感光
膜パターンをもとにエッチングを行い、エッチングマス
ク膜９に位置合わせ用のマークパターンを形成する。次
に、感光膜を酸素プラズマアッシングにより除去する。
【０１１３】その後、エッチングマスク膜９下のコンタ
クト層のみマークパターンのエッチングをＮＨ３／Ｈ２
Ｏ２混合液によるＰＡ処理にて行う。その後、市販のフ
ォトレジストを回転塗布し、ホットプレートを用いてベ
ーク処理して、膜厚５μｍの感光膜を形成する。
クト層のみマークパターンのエッチングをＮＨ３／Ｈ２
Ｏ２混合液によるＰＡ処理にて行う。その後、市販のフ
ォトレジストを回転塗布し、ホットプレートを用いてベ
ーク処理して、膜厚５μｍの感光膜を形成する。
【０１１４】次に、ステッパーを用いてプロトン注入に
よるアイソレーション用のパターンを形成するために、
露光・転写、現像液により現像する。次に、ポストベー
クを行い、感光膜にプロトン注入によるアイソレーショ
ンのパターンを形成する。
よるアイソレーション用のパターンを形成するために、
露光・転写、現像液により現像する。次に、ポストベー
クを行い、感光膜にプロトン注入によるアイソレーショ
ンのパターンを形成する。
【０１１５】次に、感光膜パターンをもとにエッチング
を行い、エッチングマスク膜９にプロトン注入によるア
イソレーション用パターンを形成する。
を行い、エッチングマスク膜９にプロトン注入によるア
イソレーション用パターンを形成する。
【０１１６】次にイオン注入装置により、素子の外周部
に加速電圧１００、２００、３００ｋＶ、ドーズ量をそ
れぞれ１Ｅ１５／ｃｍ２を照射し、プロトンを注入す
る。こうして高抵抗領域３０を形成する。
に加速電圧１００、２００、３００ｋＶ、ドーズ量をそ
れぞれ１Ｅ１５／ｃｍ２を照射し、プロトンを注入す
る。こうして高抵抗領域３０を形成する。
【０１１７】このとき、深さ０．５〜２．５μｍ域に均
一且つピークとして分布し、深さ約３μｍ付近まで高抵
抗化されている。このとき表面から半導体活性層４まで
は約３μｍとした。また、レジスト形成部分(素子内部
位置)は、膜厚５μｍで形成されているためレジスト膜
中にプロトンは全て注入される。
一且つピークとして分布し、深さ約３μｍ付近まで高抵
抗化されている。このとき表面から半導体活性層４まで
は約３μｍとした。また、レジスト形成部分(素子内部
位置)は、膜厚５μｍで形成されているためレジスト膜
中にプロトンは全て注入される。
【０１１８】その後、感光膜を酸素プラズマアッシン
グ、エッチングマスク膜９をウェットエッチングにより
除去する。
グ、エッチングマスク膜９をウェットエッチングにより
除去する。
【０１１９】次に、再度、引張応力１５０ＭＰａを有す
るエッチングマスク膜９を形成する。次に、その膜上に
市販のフォトレジストを回転塗布し、ホットプレートを
用いてベーク処理し、膜厚３５０ｎｍの感光膜を形成す
る。次に、ステッパーを用いてコンタクトホールパター
ンを露光・転写する。次に、現像液により現像し、ポス
トベークを行い、感光膜にコンタクトホールのパターン
を形成する。
るエッチングマスク膜９を形成する。次に、その膜上に
市販のフォトレジストを回転塗布し、ホットプレートを
用いてベーク処理し、膜厚３５０ｎｍの感光膜を形成す
る。次に、ステッパーを用いてコンタクトホールパター
ンを露光・転写する。次に、現像液により現像し、ポス
トベークを行い、感光膜にコンタクトホールのパターン
を形成する。
【０１２０】次に、感光膜パターンをもとにエッチング
を行い、エッチングマスク膜９にコンタクトパターンを
形成する。次に、感光膜を酸素プラズマアッシングによ
り除去する。
を行い、エッチングマスク膜９にコンタクトパターンを
形成する。次に、感光膜を酸素プラズマアッシングによ
り除去する。
【０１２１】次に、市販のフォトレジストを回転塗布
し、ホットプレートを用いてベーク処理し、膜厚３５０
ｎｍの感光膜を形成する。次に、ステッパーを用いて電
極用パターンを露光・転写し、現像液により現像し、ポ
ストベークを行う。こうしてｐ側コンタクト電極１１、
ボンディングパッド１２、配線１１ａ、周辺配線１１ｂ
のパターンを形成する。
し、ホットプレートを用いてベーク処理し、膜厚３５０
ｎｍの感光膜を形成する。次に、ステッパーを用いて電
極用パターンを露光・転写し、現像液により現像し、ポ
ストベークを行う。こうしてｐ側コンタクト電極１１、
ボンディングパッド１２、配線１１ａ、周辺配線１１ｂ
のパターンを形成する。
【０１２２】次に、ｐ側コンタクト電極１１等を電子銃
蒸着装置により感光膜パターン上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜
を形成する。次に、リフトオフ、シンター処理により電
極及び配線パターンを形成する。
蒸着装置により感光膜パターン上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜
を形成する。次に、リフトオフ、シンター処理により電
極及び配線パターンを形成する。
【０１２３】その後、レーザ光の窓領域１７を開口し
て、ＧａＡｓコンタクト層７のパターンエッチングをす
る。次に、市販のフォトレジストを回転塗布し、ホット
プレートを用いてベーク処理し、膜厚３５０ｎｍの感光
膜を形成する。次に、ステッパーを用いてメサ構造形成
用の露光・転写、現像液により現像し、ポストベークを
行う。次に、感光膜にメサ構造形成用パターンを形成
し、感光膜パターンをもとにエッチングを行うことによ
って、エッチングマスク膜９にメサ構造形成用パターン
を形成する。
て、ＧａＡｓコンタクト層７のパターンエッチングをす
る。次に、市販のフォトレジストを回転塗布し、ホット
プレートを用いてベーク処理し、膜厚３５０ｎｍの感光
膜を形成する。次に、ステッパーを用いてメサ構造形成
用の露光・転写、現像液により現像し、ポストベークを
行う。次に、感光膜にメサ構造形成用パターンを形成
し、感光膜パターンをもとにエッチングを行うことによ
って、エッチングマスク膜９にメサ構造形成用パターン
を形成する。
【０１２４】次に、エッチングマスク膜９をもとに塩素
系ガスによるプラズマドライエッチングを行い、メサ構
造を形成する。次に、感光膜を酸素プラズマアッシング
により除去する。
系ガスによるプラズマドライエッチングを行い、メサ構
造を形成する。次に、感光膜を酸素プラズマアッシング
により除去する。
【０１２５】次に、水蒸気雰囲気中で４００℃〜５００
℃の熱処理を行い、被酸化層６ａ及び２ａを横方向に選
択酸化する。こうして実施形態１と同様に、メサ構造と
引張応力膜の形成により非酸化領域形状を所望の形状に
制御し、半導体活性層に印加される圧縮応力を緩和す
る。
℃の熱処理を行い、被酸化層６ａ及び２ａを横方向に選
択酸化する。こうして実施形態１と同様に、メサ構造と
引張応力膜の形成により非酸化領域形状を所望の形状に
制御し、半導体活性層に印加される圧縮応力を緩和す
る。
【０１２６】次に、水蒸気酸化処理後、基板１を厚さ１
２０μｍになるように裏面から研磨する。次に、基板１
の裏面にｎ側コンタクト電極１５として、ＡｕＧｅ／Ｎ
ｉ／Ａｕ膜を蒸着し、シンター処理し、素子作製を完成
する。
２０μｍになるように裏面から研磨する。次に、基板１
の裏面にｎ側コンタクト電極１５として、ＡｕＧｅ／Ｎ
ｉ／Ａｕ膜を蒸着し、シンター処理し、素子作製を完成
する。
【０１２７】本実形態により作製した面発光型半導体レ
ーザ、配線１１ａの下層にはプロトン注入により形成さ
れた高抵抗領域が形成されていることにより、矢印１３
に示すようにメサ領域外へのリーク電流は完全に阻止さ
れる。
ーザ、配線１１ａの下層にはプロトン注入により形成さ
れた高抵抗領域が形成されていることにより、矢印１３
に示すようにメサ領域外へのリーク電流は完全に阻止さ
れる。
【０１２８】
【発明の効果】素子外部へのリーク電流を抑制し、低し
きい値化、高速応答性、量産性の向上を図り、異方性酸
化により生じる非酸化領域、出射ビームパターンの形
状、モード制御の改善を図り、Ａｌ高濃度層を酸化する
ときに伴う体積収縮により発光領域へ印加される圧縮応
力を緩和し、界面での亀裂や破損を抑制し、選択酸化プ
ロセス後の熱プロセスに対しての耐性性を高め、素子の
信頼性の向上、長寿命化を図ることが可能な面発光型半
導体発光素子を提供することが可能となる。
きい値化、高速応答性、量産性の向上を図り、異方性酸
化により生じる非酸化領域、出射ビームパターンの形
状、モード制御の改善を図り、Ａｌ高濃度層を酸化する
ときに伴う体積収縮により発光領域へ印加される圧縮応
力を緩和し、界面での亀裂や破損を抑制し、選択酸化プ
ロセス後の熱プロセスに対しての耐性性を高め、素子の
信頼性の向上、長寿命化を図ることが可能な面発光型半
導体発光素子を提供することが可能となる。
【図１】 本発明の実施形態１にかかる面発光型半導体
素子の構成図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）（ｃ）は
断面図。
素子の構成図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）（ｃ）は
断面図。
【図２】 本発明のメサ構造内における酸化されず残っ
た発光領域の形状（非酸化領域）とメサエッチ領域（凹
部）の上面図。
た発光領域の形状（非酸化領域）とメサエッチ領域（凹
部）の上面図。
【図３】 本発明のメサ構造内における酸化されず残っ
た発光領域の形状（非酸化領域）とメサエッチ領域（凹
部）の上面図。
た発光領域の形状（非酸化領域）とメサエッチ領域（凹
部）の上面図。
【図４】 本発明の実施形態２にかかる面発光型半導体
素子の構成図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）（ｃ）は
断面図。
素子の構成図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）（ｃ）は
断面図。
【図５】 従来の面発光型半導体素子の構成図であり、
（ａ）は上面図、（ｂ）（ｃ）は断面図。
（ａ）は上面図、（ｂ）（ｃ）は断面図。
【図６】 従来のメサ構造内における酸化されず残った
発光領域の形状（非酸化領域）とメサエッチ領域（凹
部）の上面図。
発光領域の形状（非酸化領域）とメサエッチ領域（凹
部）の上面図。
１・・・基板
２・・・半導体多層膜反射鏡
３・・・クラッド層
４・・・半導体活性層
５・・・クラッド層
６・・・半導体多層膜反射鏡
７・・・コンタクト層
８・・・電流狭窄部
９・・・絶縁膜
１１・・・コンタクト電極
１１ａ・・・配線部
１１ｂ・・・周辺電極
１２・・・ボンディング電極
１５・・・コンタクト電極
１６・・・メサエッチ領域（凹部）
１７・・・発光領域
１８・・・周辺部
１９・・・引張応力を有する膜
２０・・・空洞
Claims (5)
- 【請求項１】基板と、 前記基板上に形成された発光領域を有する半導体活性層
と、 前記半導体活性層を狭持し、前記基板に対して垂直方向
の共振器を形成する、前記半導体活性層に対して前記基
板と反対側に形成された第１の半導体多層膜反射鏡及び
前記半導体活性層に対して前記基板側に形成された第２
の半導体多層膜反射鏡と、 前記第１の半導体多層膜反射鏡及び前記第２の半導体多
層膜反射鏡をそれぞれ介して、前記半導体活性層に電流
を注入するための一対の電極と、 前記半導体活性層の近傍に形成された被酸化層がその側
面から前記発光領域に向かって酸化されることによって
形成され、前記一対の電極から注入された電流を前記発
光領域へ絞り込むための電流狭窄部と、 少なくとも前記第１の半導体多層膜反射鏡、前記被酸化
層に凹部が設けられ、前記凹部に囲まれたメサ部及び前
記メサ部と前記凹部によって隔てて形成された周辺部
と、 前記周辺部上に形成された周辺電極と、 前記第１の半導体多層膜反射鏡上に設けられた電極と前
記周辺電極とを繋ぐ配線部とを具備し、 前記配線部は前記第１の半導体多層膜反射鏡上に設けら
れた電極及び前記周辺電極とほぼ同じ高さに形成され、
前記配線部下に空洞が形成されていることを特徴とする
面発光型半導体発光素子。 - 【請求項２】基板と、 前記基板上に形成された発光領域を有する半導体活性層
と、 前記半導体活性層を狭持し、前記基板に対して垂直方向
の共振器を形成する、前記半導体活性層に対して前記基
板と反対側に形成された第１の半導体多層膜反射鏡及び
前記半導体活性層に対して前記基板側に形成された第２
の半導体多層膜反射鏡と、 前記第１の半導体多層膜反射鏡及び前記第２の半導体多
層膜反射鏡をそれぞれ介して、前記半導体活性層に電流
を注入するための一対の電極と、 前記半導体活性層の近傍に形成された被酸化層がその側
面から前記発光領域に向かって酸化されることによって
形成され、前記一対の電極から注入された電流を前記発
光領域へ絞り込むための電流狭窄部と、 少なくとも前記第１の半導体多層膜反射鏡、前記被酸化
層に凹部が設けられ、前記凹部に囲まれたメサ部及び前
記メサ部と前記凹部によって隔てて形成された周辺部
と、 前記周辺部上に形成された周辺電極と、 前記第１の半導体多層膜反射鏡上に設けられた電極と前
記周辺電極とを繋ぐ配線部とを具備し、 前記配線部は前記第１の半導体多層膜反射鏡上に設けら
れた電極及び前記周辺電極とほぼ同じ高さに形成され、
前記配線部下にイオン注入により形成された高抵抗領域
とを具備することことを特徴とする面発光型半導体発光
素子。 - 【請求項３】基板と、 前記基板上に形成された発光領域を有する半導体活性層
と、 前記半導体活性層を狭持し、前記基板に対して垂直方向
の共振器を形成する、前記半導体活性層に対して前記基
板と反対側に形成された第１の半導体多層膜反射鏡及び
前記半導体活性層に対して前記基板側に形成された第２
の半導体多層膜反射鏡と、 前記第１の半導体多層膜反射鏡及び前記第２の半導体多
層膜反射鏡をそれぞれ介して、前記半導体活性層に電流
を注入するための一対の電極と、 前記半導体活性層の近傍に形成された被酸化層がその側
面から前記発光領域に向かって酸化されることによって
形成され、前記一対の電極から注入された電流を前記発
光領域へ絞り込むための電流狭窄部と、 少なくとも前記第１の半導体多層膜反射鏡、前記被酸化
層に凹部が設けられ、前記凹部に囲まれたメサ部とを具
備し、 前記電流狭窄部は、前記半導体多層膜反射鏡の面内の結
晶方向に対して酸化されやすい方向と酸化されにくい方
向とを有し、前記電流狭窄部は、前記酸化されやすい方
向において前記側面から前記発光領域までの距離が長
く、前記酸化されにくい方向において前記側面から前記
発光領域までの距離が短く形成されていることを特徴と
する面発光型半導体発光素子。 - 【請求項４】基板と、 前記基板上に形成された発光領域を有する半導体活性層
と、 前記半導体活性層を狭持し、前記基板に対して垂直方向
の共振器を形成する、前記半導体活性層に対して前記基
板と反対側に形成された第１の半導体多層膜反射鏡及び
前記半導体活性層に対して前記基板側に形成された第２
の半導体多層膜反射鏡と、 前記第１の半導体多層膜反射鏡及び前記第２の半導体多
層膜反射鏡をそれぞれ介して、前記半導体活性層に電流
を注入するための一対の電極と、 前記半導体活性層の近傍に形成された被酸化層がその側
面から前記発光領域に向かって酸化されることによって
形成され、前記一対の電極から注入された電流を前記発
光領域へ絞り込むための電流狭窄部と、 少なくとも前記第１の半導体多層膜反射鏡、前記被酸化
層に凹部が設けられ、前記凹部に囲まれたメサ部及び前
記メサ部と前記凹部によって隔てて形成された周辺部と
を具備し、 前記電流狭窄部は、前記半導体多層膜反射鏡の面内の結
晶方向に対して酸化されやすい方向と酸化されにくい方
向とを有し、前記酸化されやすい方向において前記メサ
部側面に接して柱状の半導体多層膜が形成されているこ
とを特徴とすると面発光型半導体発光素子。 - 【請求項５】前記電流狭窄部が酸化される際に伴う体積
収縮により発生する応力を緩和するために、前記第１の
半導体多層膜反射鏡或いは前記基板上に引張応力を有す
る膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請
求項４のいずれかに記載の面発光型半導体発光素子。
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|---|---|---|---|
| JP2001302640A JP4050028B2 (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | 面発光型半導体発光素子 |
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|---|---|
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