JP2003309325A

JP2003309325A - 面発光半導体レーザ装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2003309325A
Application number: JP2002113198A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Watabe; 義昭渡部
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2003-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】簡便な手法により形成された信頼性のある電流
狭窄層を有する面発光半導体レーザ装置およびその製造
方法を提供することにある。【解決手段】ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ型反射多層
膜２０と、活性層およびクラッド層３０と、ｐ型反射多
層膜４０が形成されており、上記の活性層およびクラッ
ド層３０とｐ型反射多層膜４０は、メサエッチングされ
たメサ形状を有している。そして、このメサ形状の側壁
に露出したｐ型反射多層膜４０を構成するｐ型ＡｌＡｓ
層４１ａを選択的にウェットエッチングすることによ
り、メサ構造の外周から中心へと狭めて電流狭窄層を形
成する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面発光半導体レー
ザ装置およびその製造方法に関し、特に、垂直共振器型
の面発光半導体レーザ装置およびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】垂直共振器型の面発光半導体レーザ（Ve
rtical Cavity Surface Emitting Laser：ＶＣＳＥＬ)
によれば、断面が円形をした光ビームを得ることができ
るだけでなく、複数の発光部分を二次元的に単一基板上
に高密度に集積することもできる。また、面発光半導体
レーザは、低い消費電力で動作し、低コストで製造する
ことができる。このような特徴のため、ＶＣＳＥＬは次
世代の通信および光情報処理のための光源として注目さ
れ、これまでに様々な研究が行なわれている。

【０００３】このような面発光半導体レーザの電流狭窄
法としては、文献「Apl Phys LettNo66 P3413-3415(199
5) 」や、特開平１０−１２５９９９号公報や、特開平
１０−２２９２４８号公報にあるような、ＡｌＡｓ酸化
による方法、または、特開平５−２３５４７３号公報に
あるようなイオンインプラント法を用いた方法が一般に
採用されている。

【０００４】図８に、ＡｌＡｓ酸化法により電流狭窄構
造が形成された面発光半導体レーザの断面図を示し、図
９にイオンインプラント法により電流狭窄構造が形成さ
れた面発光半導体レーザの断面図を示す。

【０００５】図８に示す面発光半導体レーザは、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１１０上に、ｎ型ＤＢＲ（Distributed Brag
g Reflector ）１２０、活性層１３０、およびｐ型ＤＢ
Ｒ１４０が積層されており、当該ｐ型ＤＢＲ１４０上に
コンタクト層１５０を介してｐ側電極１６０が形成さ
れ、また、ｎ型ＧａＡｓ基板１１０のｎ型ＤＢＲ１２０
の積層側とは反対側にｎ側電極１７０が形成されてい
る。

【０００６】ｎ型ＤＢＲ１２０は、ｎ型のＡｌＡｓ層お
よびｎ型のＧａＡｓ層が交互に積層された多層構造を有
している。ｐ型ＤＢＲ１４０は、ｐ型のＡｌＡｓ／Ａｌ
_x Ｏ _y 層１４１およびｐ型のＧａＡｓ層１４２が交互に
積層された多層構造を有している。

【０００７】ｐ型ＤＢＲ１４０および活性層１３０は、
メサエッチングされており、上記のＡｌＡｓ／Ａｌ_x Ｏ
_y 層１４１は、メサエッチング工程後に、ｐ型のＡｌＡ
ｓを側壁から横方向に部分的に酸化して、ＡｌＡｓから
Ａｌ_x Ｏ_y に変化させることによって形成される。

【０００８】上記の面発光半導体レーザでは、Ａｌ_x Ｏ
_y 領域（図８中でハッチングされている部分）は絶縁体
であるため、電流Ａはメサ中央部の狭いＡｌＡｓ領域を
流れる。このため、電流閉じ込め効果が得られる。Ａｌ
Ａｓ／Ａｌ_x Ｏ_y 層１４１において、ＡｌＡｓ領域の屈
折率はＡｌ_x Ｏ_y 領域の屈折率とは異なるため、屈折率
光閉じこめ構造が形成され、光の横方向閉じ込めを実現
する。これらの電流および光の閉じ込め効果によって、
しきい値電流の大幅な低減が実現されている。

【０００９】メサ側壁には、通常、メサエッチングによ
る薄いダメージ層が形成されており、このダメージ層に
は非発光再結合中心が存在する。これは、電流狭窄構造
を形成するためにメサ構造を形成する場合には、ＧａＡ
ｓ基板面に対してできるだけ垂直な構造とすることが好
ましく、このような垂直メサ構造を形成するためには、
ドライエッチングを用いる必要がある。一方でドライエ
ッチングは、従来公知のように、被加工部表面におい
て、エッチングのダメージ層を形成する。このため、活
性層端部のメサ側壁近傍のダメージ層を流れる電流は、
発光に寄与しない無効電流となる。したがって、活性層
付近のAlAs層を酸化してＡｌ_x Ｏ _y 層１４１を形成する
ことによって、メサ中央部にしか電流が流れないように
する上記の構造は無効電流をほとんどゼロにする効果も
もつ。

【００１０】図９に示す面発光半導体レーザでは、図８
と同様に、ｎ型ＧａＡｓ基板１１０上に、ｎ型ＤＢＲ１
２０、活性層１３０、およびｐ型ＤＢＲ１４０が積層し
て形成されており、ｐ型ＤＢＲ１４０の側壁にはプロト
ン、ほう素イオンまたは酸素イオン注入により半絶縁領
域１８０が形成されている。なお、図８と同一の構成要
素には、同一の符号を付しており、その説明は省略す
る。

【００１１】図９に示す面発光半導体レーザでは、イオ
ン注入により半絶縁領域１８０を形成することで、電流
狭窄と低抵抗化を図っている。すなわち、プロトン、ほ
う素イオンまたは酸素イオンを注入することにより、中
央部の電気伝導性を維持したまま周囲のみ半絶縁化する
ことができ、その結果、電流Ａは、半絶縁領域１８０を
避けて流れることで、電流閉じ込め効果が得られる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た代表的な２つの手法による電流狭窄法では、以下の問
題が存在する。

【００１３】ＡｌＡｓ酸化法では、ＡｌＡｓ層からＡｌ
_x Ｏ_y への酸化の過程で生じる酸化部分の堆積変化（膨
張する）により、活性層１３０に応力がかかり、発光特
性や信頼性に影響を及ぼすと考えられる。例えば、特開
平１０−１２５９９９号公報では、活性層の両側におけ
る２つのＡｌＡｓ層のみを酸化することとしているが、
このような場合であっても、応力源であるＡｌＡｓ／Ａ
ｌ_x Ｏ_y 層で活性層１３０を囲んでしまうことから、信
頼性に問題が発生すると考えられる。さらに、ＡｌＡｓ
酸化法では、Ａｌ_x Ｏ_y 層形成後の状態検査が困難であ
り、赤外線を用いた顕微鏡などが必要となってくる。

【００１４】イオンインプラント法では、イオンの注入
によって結晶性が低下するため、電流が狭窄された領域
の境界、すなわち、半絶縁領域１８０とｐ型ＤＢＲ１４
０との境界での無効電流が大きいと考えられる。また、
イオンインプラント法では、ＧａＡｓ層およびＡｌＡｓ
層の積層構造にイオン注入して半絶縁領域１８０を形成
しても、屈折率の変化がほとんどないため、光の閉じ込
め効果が小さく、動作中の光閉じこめは、熱による屈折
率変化（熱レンズ効果）を用いており、低しきい値や無
バイアス時の高速動作が得にくいという問題がある。さ
らに、イオンインプラント法では、非注入領域（ｐ型Ｄ
ＢＲとなる）の選択保護のために通常のリソグラフィで
は用いられないほどの厚いマスクが必要であり、例え
ば、マスクをレジストで形成した場合には３μｍ以上必
要であることから、そのための特別なレジストやリソグ
ラフィープロセスを要するという問題がある。

【００１５】また、いずれの方法も、比較的に規模の大
きな装置を必要とし、プロセス再現性確保のために厳密
な条件や装置管理が必要であることである。例えば、Ａ
ｌＡｓ酸化法では、メサエッチング後に、メサ構造の側
壁からＡｌＡｓを酸化して、Ａｌ_x Ｏ_y 領域を形成する
が、このＡｌ_x Ｏ_y 領域の形成はやり直しがきかないこ
とから、一回の酸化処理で所望の電流狭窄構造が作製さ
れるように厳密に条件出しを行なっておくことが必要と
なる。

【００１６】以上のように、従来の面発光半導体レーザ
の作製法に代表されるＡｌＡｓ酸化法およびイオンイン
プラント法は、いずれも一長一短を有しており、簡便な
手法でかつ信頼性のある電流狭窄構造の形成法が望まれ
ている。

【００１７】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、簡便な手法により電流狭窄層を形
成することができる面発光半導体レーザ装置の製造方法
を提供することにある。また、本発明の目的は、簡便な
手法により形成された信頼性のある電流狭窄層を有する
面発光半導体レーザ装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の面発光半導体レーザ装置は、活性層と、前
記活性層を挟む２つの反射層とを有する面発光半導体レ
ーザ装置であって、前記２つの反射層の少なくとも一方
は、屈折率の異なる複数の半導体層が積層して形成され
た半導体積層膜を有し、前記半導体積層膜に含まれる複
数の前記半導体層のうち、少なくとも一部の前記半導体
層がウェットエッチングにより狭められて電流狭窄層を
形成している。

【００１９】前記半導体積層膜は、屈折率の異なる第１
の半導体層および第２の半導体層を一組として繰り返し
積層して形成されており、前記第１の半導体層が、ウェ
ットエッチングにより狭められて前記電流狭窄層を形成
している。

【００２０】前記半導体積層膜に含まれる複数の前記半
導体層のうち、前記活性層の近傍における前記半導体層
がウェットエッチングにより狭められて前記電流狭窄層
を形成している。

【００２１】前記半導体積層膜は、屈折率の異なる第１
の半導体層および第２の半導体層を一組として繰り返し
積層された反射積層膜と、前記反射積層膜と前記活性層
との間に形成された前記電流狭窄層とを有する。

【００２２】上記の本発明の面発光半導体レーザ装置で
は、レーザ発振のための駆動電流は、反射層のウェット
エッチングによって狭められた電流狭窄層によって狭窄
されて、活性層へと流れる。屈折率の異なる複数の半導
体層が積層して形成された半導体積層膜を有する一方の
反射層を経た電流は、正孔あるいは電子となって活性層
に到り、このようにして、活性層の電流狭窄層に対応す
る部分のみに選択的に注入された正孔あるいは電子は、
他方の反射層から注入された電子あるいは正孔と再結合
されて発光する。この発光した光が反射層間を往復する
ことにより増幅されてレーザ発振に至り、どちらかの反
射層を通過してレーザ光として外部に出射される。

【００２３】上記の目的を達成するため、本発明の面発
光半導体レーザ装置の製造方法は、活性層と、前記活性
層を挟む２つの反射層を有する面発光半導体レーザ装置
の製造方法であって、前記活性層の少なくとも一方側
に、屈折率の異なる複数の半導体層を積層することで前
記反射層を形成する工程と、少なくとも前記反射層をメ
サエッチングする工程と、前記メサエッチングされた前
記反射層に含まれる複数の前記半導体層のうち、少なく
とも一部の前記半導体層をウェットエッチングにより狭
めて電流狭窄層を形成する工程とを有する。

【００２４】前記電流狭窄層を形成する工程において、
超音波を用いたウェットエッチングにより前記電流狭窄
層を形成する。

【００２５】前記反射層を形成する工程において、屈折
率の異なる第１の半導体層および第２の半導体層を一組
として繰り返し積層して形成し、前記電流狭窄層を形成
する工程において、前記第１の半導体層をウェットエッ
チングにより狭めて形成する。

【００２６】前記電流狭窄層を形成する工程において、
前記反射層に含まれる複数の前記半導体層のうち、前記
活性層の近傍における前記半導体層を選択的にウェット
エッチングにより狭めて前記電流狭窄層を形成する。

【００２７】前記反射層を形成する工程において、前記
活性層側に電流狭窄用半導体層を形成し、前記電流狭窄
用半導体層上に、屈折率の異なる第１の半導体層および
第２の半導体層を一組として繰り返し積層して形成し、
前記電流狭窄層を形成する工程において、前記電流狭窄
用半導体層を選択的にウェットエッチングして前記電流
狭窄層を形成する。

【００２８】上記の本発明の面発光半導体レーザ装置の
製造方法では、少なくとも反射層をメサエッチングし、
メサエッチングされた反射層に含まれる複数の半導体層
のうち、少なくとも一部の半導体層をウェットエッチン
グにより狭めて電流狭窄層を形成している。この電流狭
窄層は、ウェットエッチングにより狭められているが、
このウェットエッチングはダメージが少ないことから、
電流狭窄層のエッチング面表層においては、ほとんど非
発光再結合中心が存在せず、このような電流狭窄層によ
って、上述したレーザ発振のための駆動電流の効果的な
電流狭窄がなされる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の面発光半導体レ
ーザ装置およびその製造方法の実施の形態について、図
面を参照して説明する。

【００３０】第１実施形態図１（ａ）は、本実施形態に係る面発光半導体レーザの
断面図である。図１（ａ）に示す面発光半導体レーザ
は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ型反射多層膜２０、
活性層およびクラッド層３０、ｐ型反射多層膜４０、お
よびコンタクト層５０が積層されている。活性層および
クラッド層３０、ｐ型反射多層膜４０、およびコンタク
ト層５０はメサエッチングされたメサ形状を有してお
り、これらを被覆して保護膜６０が形成されており、コ
ンタクト層５０および保護膜６０上には、コンタクト層
５０に電気的に接続し中央部に開口を有するリング状の
ｐ側電極７０が形成され、また、ｎ型ＧａＡｓ基板１０
のｎ型反射多層膜２０の積層側とは反対側にｎ側電極８
０が形成されている。以下に、上記積層構造の構成を詳
細に説明する。

【００３１】ｎ型反射多層膜２０は、ｎ型ＡｌＡｓ層
（またはｎ型ＡｌＧａＡｓ層）２１とｎ型ＡｌＧａＡｓ
層２２をペアーとして繰り返し積層された構造を有して
おり、下側の分布反射器（Distributed Bragg Reflecto
r:ＤＢＲ）として機能する。ＤＢＲは、屈折率（ｎ）が
異なり、厚さがλ／４ｎからなる２つの薄い層をペアと
して、それを何十層（２０〜４０）にも積み重ねること
によって反射率を１００％近くにした多層膜ミラーであ
る。

【００３２】ｐ型反射多層膜４０は、ｐ型ＡｌＡｓ層
（またはｐ型ＡｌＧａＡｓ層）４１ａと、ｐ型ＡｌＧａ
Ａｓ層４２をペアーとして繰り返し積層された構造を有
しており、上側の分布反射器（ＤＢＲ）として機能す
る。ｐ型ＡｌＡｓ層４１ａ（またはｐ型ＡｌＧａＡｓ
層）は、メサ構造の外周から中心へ向かってウェットエ
ッチングによりその横方向（ＧａＡｓ基板に水平な方
向）の寸法が狭められて形成されており、電流狭窄構造
を構成する。

【００３３】活性層およびクラッド層３０は、ウェル層
として機能するＩｎ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓと、バリア層とし
て機能するＡｌＧａＡｓとを含む歪量子井戸構造をもつ
活性層３１と、この活性層３１を挟み込むＡｌ_0.5 Ｇａ
_0.5 Ａｓからなるクラッド層とを有している。

【００３４】上記の活性層およびクラッド層３０、ｐ型
反射多層膜４０と、コンタクト層５０は、メサエッチン
グされたメサ構造を有しており、例えば、このメサ部分
の外径は、約１０μｍ程度である。図１（ｂ）はこのメ
サ構造の平面図を示しており、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層４２
を含むメサ構造は、円柱形状を有しており、このメサ構
造の外周から内周へ向かってウェットエッチングされる
ことにより、この例では平面が半導体結晶面を反映した
６角形状のｐ型ＡｌＡｓ層（またはｐ型ＡｌＧａＡｓ
層）４１ａが形成されている。

【００３５】コンタクト層５０は、ｐ側電極７０とオー
ミック接触を形成するために設けられており、例えば、
ｐ型の不純物であるＺｎが高濃度に導入されたｐ型Ｇａ
Ａｓにより構成され、その中心部に光を取り出すための
開口が形成されている。

【００３６】ｐ側電極７０は、例えば、コンタクト層５
０側からＴｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層が順に積層されて形成
されており、ｎ側電極８０は、例えば、ｎ型ＧａＡｓ基
板１０側からＡｕＧｅ合金層／Ｎｉ層／Ａｕ層が順に積
層されて形成されている。

【００３７】次に、上記構成の本実施形態に係る面発光
半導体レーザの製造方法について、説明する。

【００３８】まず、図２（ａ）に示すように、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１０上に、ｎ型反射多層膜２０、活性層および
クラッド層３０、ｐ型反射多層膜４０、およびコンタク
ト層５０のための複数の半導体層を、ＭＢＥ法（分子線
エピタキシー法）やＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長
法）等によってエピタキシャル成長させる。

【００３９】こうして得られたレーザウェーハに、レジ
スト膜を塗布し、リソグラフィー技術によりメサ構造を
形成するためのレジストマスクを形成し、当該レジスト
マスクをマスクとして、ＲＩＥ（Reactive Ion Etchin
g) 法を用いて、図２（ｂ）に示すように、コンタクト
層５０、ｐ型反射多層膜４０、および活性層およびクラ
ッド層３０のメサエッチングを行う。このメサエッチン
グは、例えば、ｎ型反射多層膜２０を露出させるまで行
い、例えば、エッチングガスとして、塩素系ガス（Ｃｌ
₂ 、ＢＣｌ₃ 、ＳｉＣｌ₄ 等）を用いる。

【００４０】次に、図３（Ｃ−１）に示すように、メサ
エッチング後のレーザウェーハをｐ型反射多層膜４０の
ｐ型ＡｌＡｓ層（またはｐ型ＡｌＧａＡｓ層）４１のみ
を選択的にエッチングするエッチング液に浸漬させて、
ｐ型ＡｌＡｓ層（またはｐ型ＡｌＧａＡｓ層）４１のみ
をメサ構造の側壁に露出した部分からウェットエッチン
グする。ＡｌＡｓは、酸化性のみでなく、非常に加工性
がよいため、例えば、通常の半導体ウェーハの製造過程
にも使用される有機アルカリからなるエッチング液を用
いてエッチングすることができる。また、エッチング液
としては、ふっ酸を主にした混酸なども使用可能であ
る。同様に、ｐ型ＡｌＧａＡｓを用いる場合には、ｐ型
ＡｌＧａＡｓ層４２に比してＡｌの組成比を大きくする
ことにより、選択的にウェットエッチングが可能とな
る。

【００４１】このウェットエッチングでは、図３（Ｃ−
２）に示すように、ｐ型ＡｌＡｓ層（またはｐ型ＡｌＧ
ａＡｓ層）４１だけが、外周端から中心に向かってエッ
チングが進行し、初めは同心円状に外径を反映した円形
のままで、径を減少させながら狭窄され、やがて、図示
するような、結晶面を反映した多角形構造のｐ型ＡｌＡ
ｓ層（またはｐ型ＡｌＧａＡｓ層）４１ａとなる。図で
は、例として、（０１１）、（０１０）、（０−１−
１）などの面で形成される６角形構造を示したが、エッ
チング条件によって、形状が変化することが確認されて
おり、例えば、エッチング液に対して超音波をかけなが
ら浸漬させると、４角形構造となる。なお、上記のよう
に、本願明細書では、結晶面を３つのミラー指数（ｈｋ
ｌ）によって指定する場合があれば、記載の便宜上、指
数が負のときは、その指数の前にマイナス符号を付けて
表記するものとし、この負の指数に関する表記方法以外
は、一般的なミラー指数の表記方法に準じる。この狭窄
構造形成においては、最初に形成するメサの形状とエッ
チング液への浸漬時間管理で、構造の管理ができ、ま
た、形成過程において、ウェーハ上面からの光学顕微鏡
観察で状態の確認が可能である。

【００４２】次に、図４に示すように、狭窄構造形成
後、ポリイミド等の絶縁膜でメサ構造を埋め込むことで
保護膜６０を形成し、メサ構造の上面における保護膜６
０をエッチングしてコンタクト層５０を露出させて、リ
ソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて当該コ
ンタクト層５０の中央部に開口を形成する。なお、保護
膜６０の形成において、その他にも、ＣＶＤ（Chemical
Vapor Deposition)により、無機膜を成膜してもよい。

【００４３】以降の工程としては、コンタクト層５０に
接続するＴｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層からなるｐ側電極７０
を形成し、ｎ型ＧａＡｓ基板１０にＡｕＧｅ合金層／Ｎ
ｉ層／Ａｕ層からなるｎ側電極８０を形成した後、素子
分離工程を経ることにより、図１に示す面発光半導体レ
ーザが製造される。

【００４４】上記構成の面発光半導体レーザの作用につ
いて説明する。ｐ側電極（陽極）７０およびｎ側電極
（陰極）８０に電圧が印加されると、レーザ発振のため
の駆動電流は、ウェットエッチングによって横方向の寸
法が狭められたＡｌＡｓ層（またはｐ型ＡｌＧａＡｓ
層）４１ａによって狭窄されて、ｐ型反射多層膜４０内
の中央部の狭いＡｌＡｓ層（またはｐ型ＡｌＧａＡｓ
層）４１ａを介して縦方向に流れる。これによって、電
流閉じ込め効果が得られる。

【００４５】ｐ型反射多層膜４０を経た電流は、正孔と
なって活性層３１に到り、このようにして、活性層３１
においてｐ型ＡｌＡｓ層４１ａに対応する部分のみに選
択的に注入された正孔は、ｎ側電極８０側から注入され
た電子と再結合されて発光する。この発光した光がｎ型
およびｐ型反射多層膜２０，４０間を往復することによ
り増幅されてレーザ発振にいたり、ｐ型反射多層膜４０
を通過してレーザ光として外部に出射する。

【００４６】このレーザの増幅過程において、ｐ型反射
多層膜４０を構成するｐ型ＡｌＡｓ層（またはｐ型Ａｌ
ＧａＡｓ層）４１ａの境界において、ポリイミド等の絶
縁樹脂で形成される保護膜６０との大きな屈折率差をも
つことから、従来よりもさらに効果的な屈折率導波構造
が形成され、光の横方向閉じ込めを向上させる。従っ
て、これらの電流狭窄および光の閉じ込め効果によっ
て、しきい値電流の大幅な低減が実現される。

【００４７】また、ドライエッチングにより作製された
メサ構造の側壁には、通常、メサエッチングによる薄い
非発光再結合中心の存在するダメージ層が形成されてい
るが、本実施形態では、ｐ型ＡｌＡｓ層（またはｐ型Ａ
ｌＧａＡｓ層）４１ａによって電流狭窄して、メサ中央
部のみ駆動電流が流れるようにすることで、発光に寄与
しない無効電流をほぼ零にすることができる。

【００４８】さらに、ｐ型ＡｌＡｓ層（またはｐ型Ａｌ
ＧａＡｓ層）４１ａは、電流狭窄をなし得るように内側
にエッチングされているが、ドライエッチングに比べて
極めてダメージの少ないウェットエッチングを採用して
いることから、このｐ型ＡｌＡｓ層（またはｐ型ＡｌＧ
ａＡｓ層）４１ａのエッチング面表層においては、ほと
んど非発光再結合中心が存在しないと考えられる。

【００４９】以上説明したように、本実施形態に係る面
発光半導体レーザによれば、ダメージの少ないウェット
エッチングという簡便な方法を用いて、ｐ型ＡｌＡｓ層
（またはｐ型ＡｌＧａＡｓ層）４１ａをメサ構造の外周
から中心へと狭めて電流狭窄層を形成することにより、
低しきい値発振や高効率発光を実現することができる。

【００５０】上記のウェットエッチングの進行は、比較
的遅く、時間管理でも十分に狭窄形状を制御でき、さら
に、十分長くエッチングした状態では、エッチングの進
行しにくい結晶面が現れ形状を一様化できることから、
安定した構造を有する面発光半導体レーザの製造が可能
となる。

【００５１】また、ウェットエッチングは、従来の電流
狭窄の作製に必要とする特別な装置が必要なく、エッチ
ング液の温度管理や攪拌を一定に保てばよく、大量作製
にも向いている。

【００５２】また、上述したように、光の閉じ込めが、
ｐ型ＡｌＡｓ層（またはｐ型ＡｌＧａＡｓ層）４１ａの
ような半導体と、酸化物や絶縁樹脂からなる保護膜６０
との間の大きな屈折率差を用いて行なわれるために、Ａ
ｌＡｓ酸化法に比べても、効率良く光の閉じ込めを行な
うことができ、高効率動作を図ることができる。

【００５３】また、埋め込みのための保護膜６０の材料
を選定することにより、従来のＡｌＡｓ酸化法のような
応力の問題もない。

【００５４】以上のような特徴を有することから、素子
抵抗や、横モード、しきい値電流、効率の点で最適化さ
れた面発光半導体レーザを実現することができる。

【００５５】第２実施形態図５は、本実施形態に係る面発光半導体レーザの断面図
である。なお、第１実施形態に係る面発光半導体レーザ
と同じ構成要素には、同じ符号を付しており、ここでは
その説明を省略する。

【００５６】図５に示す面発光半導体レーザでは、活性
層およびクラッド層３０上に、狭窄されたｐ型ＡｌＡｓ
層４１ａが形成されており、当該ｐ型ＡｌＡｓ層４１ａ
上に、ｐ型反射多層膜４００が形成されている。

【００５７】ｐ型ＡｌＡｓ層４１ａは、メサ構造の外周
から中心へ向かってウェットエッチングによりその横方
向（ＧａＡｓ基板に水平な方向）の寸法が狭められて形
成されており、電流狭窄層を構成する。

【００５８】ｐ型反射多層膜４００は、アルミニウムの
組成比が異なるｐ型ＡｌＧａＡｓ層が繰り返し形成され
ており、例えば、アルミニウム組成比の大きいｐ型Ａｌ
_0.9Ｇａ_0.1 Ａｓ層４１０と、アルミニウム組成比の小
さいｐ型Ａｌ_0.1 Ｇａ_0.9Ａｓ層４２０をペアーとして
繰り返し積層された構造を有しており、上側の分布反射
器（ＤＢＲ）として機能する。なお、ｐ型ＡｌＡｓ層４
１ａを含めて分布反射器を構成するため、ｐ型ＡｌＡｓ
層４１ａ上には、ＧａＡｓの組成に近いｐ型Ａｌ_0.1 Ｇ
ａ_0.9 Ａｓ層４２０が形成されるように順に積層されて
いる。

【００５９】次に、上記構成の本実施形態に係る面発光
半導体レーザの製造方法について、説明する。

【００６０】まず、図６（ａ）に示すように、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１０上に、ｎ型反射多層膜２０、活性層および
クラッド層３０、ｐ型ＡｌＡｓ層４１、ｐ型反射多層膜
４００、およびコンタクト層５０のための複数の半導体
層を、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）やＭＯＣＶＤ
法（有機金属気相成長法）等によってエピタキシャル成
長させる。

【００６１】こうして得られたレーザウェーハに、第１
実施形態と同様にして、レジスト膜を塗布し、リソフラ
フィー技術によりメサ構造を形成するためのレジストマ
スクを形成し、当該レジストマスクをマスクとして、Ｒ
ＩＥ（Reactive Ion Etching）法を用いて、図６
（ｂ）に示すように、コンタクト層５０、ｐ型反射多層
膜４００、ｐ型ＡｌＡｓ層４１、活性層およびクラッド
層３０のメサエッチングを行う。このメサエッチング
は、例えば、ｎ型反射多層膜２０を露出させるまで行な
う。

【００６２】次に、図７（Ｃ）に示すように、第１実施
形態と同様に、メサエッチング後のレーザウェーハをｐ
型ＡｌＡｓ層４１のみを選択的にエッチングするエッチ
ング液に浸漬させて、ｐ型ＡｌＡｓ層４１のみをメサ構
造の側壁に露出した部分からウェットエッチングする。
ＡｌＡｓは、酸化性のみでなく、非常に加工性がよいた
め、例えば、通常の半導体ウェーハの製造過程にも使用
される有機アルカリからなるエッチング液を用いること
ができる。また、エッチング液としては、ふっ酸を主に
した混酸なども使用可能である。ここで、ｐ型反射多層
膜４００を構成するｐ型Ａｌ_0.9 Ｇａ_0.1 Ａｓ層４１０
と、ｐ型Ａｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ａｓ層４２０もアルミニウム
を含むが、これらに比してｐ型ＡｌＡｓ層４１は高い選
択比でエッチングされる。

【００６３】このウェットエッチングでは、第１実施形
態において、図３（Ｃ−２）に示すように、ｐ型ＡｌＡ
ｓ層４１が早いレートで、外周端から中心に向かってエ
ッチングが進行し、初めは同心円状に外径を反映した円
形のままで、径を減少させながら狭窄され、やがて、図
示するような、結晶面を反映した多角形構造のｐ型Ａｌ
Ａｓ層４１ａとなる。図では、例として、（０１１）、
（０１０）、（０−１−１）などの面で形成される６角
形構造を示したが、エッチング条件によって、形状が変
化することが確認されており、例えば、エッチング液に
対して超音波をかけながら浸漬させると、４角形構造と
なる。この狭窄構造形成においては、最初に形成するメ
サの形状とエッチング液への浸漬時間管理で、構造の管
理ができ、また、形成過程において、ウェーハ上面から
の光学顕微鏡観察で状態の確認が可能である。

【００６４】次に、図７（ｄ）に示すように、第１実施
形態と同様にして、狭窄構造形成後、ポリイミド等の絶
縁膜でメサ構造を埋め込むことで保護膜６０を形成し、
メサ構造の上面における保護膜６０をエッチングしてコ
ンタクト層５０を露出させて、リソグラフィー技術およ
びエッチング技術を用いて当該コンタクト層５０の中央
部に開口を形成する。なお、保護膜６０の形成におい
て、その他にも、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)
により、無機膜を成膜してもよい。

【００６５】以降の工程としては、コンタクト層５０に
接続するＴｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層からなるｐ側電極７０
を形成し、ｎ型ＧａＡｓ基板１０にＡｕＧｅ合金層／Ｎ
ｉ層／Ａｕ層からなるｎ側電極８０を形成した後、素子
分離工程を経ることにより、図５に示す面発光半導体レ
ーザが製造される。

【００６６】上記の本実施形態に係る面発光半導体レー
ザでは、活性層およびクラッド層３０に最も近いｐ型Ａ
ｌＡｓ層４１ａのみを選択的にウェットエッチングする
ことにより電流狭窄層を形成している。その結果、電流
狭窄層に達するまでのｐ側電極７０から流れる駆動電流
の電流経路を拡げることができることから、ｐ型反射多
層膜４００の抵抗を第１実施形態のｐ型反射多層膜４０
に比して小さくすることができ、しきい値を小さくする
ことができる。

【００６７】ミラー抵抗を小さく保つという観点から
は、電流狭窄層となるｐ型ＡｌＡｓ層４１ａは活性層お
よびクラッド層３０に近い１層のみ設けることが好まし
く、電流の横方向の閉じ込め効果については、この１層
のみでも十分であると考えられる。但し、光の横方向の
閉じ込め効果を高くするという観点から、ｐ型ＡｌＡｓ
層４１ａを複数設ける形態を採ってもよい。

【００６８】以上のように、本実施形態によっても、第
１実施形態と同様に、簡便な方法で面発光半導体レーザ
の活性層への電流狭窄層を形成することができ、かつ、
電流狭窄層の形成のための応力の影響等も回避して、作
製することができる。

【００６９】これによって、素子抵抗や、横モード、し
きい値電流、効率の点で最適化された面発光半導体レー
ザを実現することができる。

【００７０】本発明の面発光半導体レーザ装置およびそ
の製造方法は、上記の実施形態の説明に限定されない。
現状のＡｌＡｓ酸化法やイオンインプラント法等も、そ
れ特有の好適特性を有しており、これらと組み合わせる
ことによっても、更なる構造最適化が可能であると考え
られる。

【００７１】また、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌの組成比を制
御することで、エッチングレートを制御することができ
ることから、これを応用して、活性層上のｐ型反射多層
膜の特定の層を必要に応じて狭窄して、狭窄形状を三次
元的にコントロールすることは種々可能である。この場
合、導波状態が制御され、発振横モードの制御の可能性
が出てくる。

【００７２】また、本実施形態では、活性層の一方側に
形成されたｐ型反射多層膜をメサエッチングして、さら
にこのｐ型反射多層膜の少なくとも一層をウェットエッ
チングする例について説明したが、反対に、ｎ型反射多
層膜をメサエッチングして、このｎ型反射多層膜を第１
実施形態や第２実施形態のようにウェットエッチングし
てもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、
種々の変更が可能である。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば、層の物性を変化させて
電流狭窄層を形成せずに、簡便な方法によりしきい値電
流や発光効率等の動作特性を向上させることができる電
流狭窄層を有する面発光半導体レーザ装置を実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は、第１実施形態に係る面発光半導
体レーザの断面図であり、図１（ｂ）は、メサ構造およ
び電流狭窄層の形状を示す平面図である。

【図２】第１実施形態に係る面発光半導体レーザの製造
工程を示す工程断面図である。

【図３】第１実施形態に係る面発光半導体レーザの製造
工程を示す工程断面図および平面図である。

【図４】第１実施形態に係る面発光半導体レーザの製造
工程を示す工程断面図である。

【図５】第２実施形態に係る面発光半導体レーザの断面
図である。

【図６】第２実施形態に係る面発光半導体レーザの製造
工程を示す工程断面図である。

【図７】第２実施形態に係る面発光半導体レーザの製造
工程を示す工程断面図である。

【図８】従来例において、ＡｌＡｓ酸化法により形成さ
れた面発光半導体レーザの断面図である。

【図９】従来例において、イオンインプラント法により
形成された面発光半導体レーザの断面図である。

【符号の説明】

１０…ｎ型ＧａＡｓ基板、２０…ｎ型反射多層膜、２１
…ｎ型ＡｌＡｓ層（またはｎ型ＡｌＧａＡｓ層）、２２
…ｎ型ＡｌＧａＡｓ層、３０…活性層およびクラッド
層、３１…活性層、４０…ｐ型反射多層膜、４１，４１
ａ…ｐ型ＡｌＡｓ層（またはｐ型ＡｌＧａＡｓ層）、４
２…ｐ型ＡｌＧａＡｓ層、５０…コンタクト層、６０…
保護膜、７０…ｐ側電極、８０…ｎ側電極、１１０…ｎ
型ＧａＡｓ基板、１２０…ｎ型ＤＢＲ、１３０…活性
層、１４０…ｐ型ＤＢＲ、１４１…ｐ型ＡｌＡｓ／Ａｌ
_x Ｏ_y 層、１４２…ｐ型ＧａＡｓ層、１５０…コンタク
ト層、１６０…ｐ側電極、１７０…ｎ側電極、１８０…
半絶縁領域、４００…ｐ型反射多層膜、４１０，４２０
…ｐ型ＡｌＧａＡｓ層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性層と、前記活性層を挟む２つの反射層
とを有する面発光半導体レーザ装置であって、前記２つの反射層の少なくとも一方は、屈折率の異なる
複数の半導体層が積層して形成された半導体積層膜を有
し、前記半導体積層膜に含まれる複数の前記半導体層のう
ち、少なくとも一部の前記半導体層がウェットエッチン
グにより狭められて電流狭窄層を形成している面発光半
導体レーザ装置。
【請求項２】前記半導体積層膜は、屈折率の異なる第１
の半導体層および第２の半導体層を一組として繰り返し
積層して形成されており、前記第１の半導体層が、ウェットエッチングにより狭め
られて前記電流狭窄層を形成している請求項１記載の面
発光半導体レーザ装置。
【請求項３】前記半導体積層膜に含まれる複数の前記半
導体層のうち、前記活性層の近傍における前記半導体層
がウェットエッチングにより狭められて前記電流狭窄層
を形成している請求項１記載の面発光半導体レーザ装
置。
【請求項４】前記半導体積層膜は、屈折率の異なる第１
の半導体層および第２の半導体層を一組として繰り返し
積層された反射積層膜と、前記反射積層膜と前記活性層
との間に形成された前記電流狭窄層とを有する請求項３
記載の面発光半導体レーザ装置。
【請求項５】前記電流狭窄層は、アルミニウムを含む請
求項１記載の面発光半導体レーザ装置。
【請求項６】活性層と、前記活性層を挟む２つの反射層
を有する面発光半導体レーザ装置の製造方法であって、前記活性層の少なくとも一方側に、屈折率の異なる複数
の半導体層を積層することで前記反射層を形成する工程
と、少なくとも前記反射層をメサエッチングする工程と、前記メサエッチングされた前記反射層に含まれる複数の
前記半導体層のうち、少なくとも一部の前記半導体層を
ウェットエッチングにより狭めて電流狭窄層を形成する
工程とを有する面発光半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項７】前記電流狭窄層を形成する工程において、
超音波を用いたウェットエッチングにより前記電流狭窄
層を形成する請求項６記載の面発光半導体レーザ装置の
製造方法。
【請求項８】前記反射層を形成する工程において、屈折
率の異なる第１の半導体層および第２の半導体層を一組
として繰り返し積層して形成し、前記電流狭窄層を形成する工程において、前記第１の半
導体層をウェットエッチングにより狭めて形成する請求
項６記載の面発光半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項９】前記電流狭窄層を形成する工程において、
前記反射層に含まれる複数の前記半導体層のうち、前記
活性層の近傍における前記半導体層を選択的にウェット
エッチングにより狭めて前記電流狭窄層を形成する請求
項６記載の面発光半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１０】前記反射層を形成する工程において、前
記活性層側に電流狭窄用半導体層を形成し、前記電流狭
窄用半導体層上に、屈折率の異なる第１の半導体層およ
び第２の半導体層を一組として繰り返し積層して形成
し、前記電流狭窄層を形成する工程において、前記電流狭窄
用半導体層を選択的にウェットエッチングして前記電流
狭窄層を形成する請求項９記載の面発光半導体レーザ装
置の製造方法。
【請求項１１】前記反射層を形成する工程において、前
記電流狭窄層を形成する前記半導体層として、アルニミ
ウムを含有する前記半導体層を積層する請求項６記載の
面発光半導体レーザ装置の製造方法。