JP2003332682A - 面発光レーザ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成長時間が短縮でき、良好な温度特性を有
し、かつ低いしきい値を有し、結晶転位が抑制された、
酸化狭窄型の面発光レーザ素子の製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明に係る面発光レーザ素子の製造方
法によれば、半導体多層膜反射鏡の低屈折率層をなす高
Ａｌ組成層及び電流狭窄層としてＡｌＡｓ層やＡｌ_0.95
Ｇａ_0.05Ａｓ層を用い、半導体多層膜反射鏡中の高Ａｌ
組成層の成長にあたって、Ｖ／III比を４以下として原
料を供給し、電流狭窄層の成長にあたって、Ｖ／III比
を８以上として原料を供給することにより、電流狭窄層
形成のための熱酸化処理を行う際に、半導体多層膜反射
鏡の半導体層の酸化を抑制し、電流狭窄層のみを選択的
に酸化させることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面発光レーザ素子
の製造方法に関し、特に、成長時間が短縮でき、良好な
温度特性を有し、かつ低いしきい値を有し、結晶転位が
抑制された、酸化狭窄型の面発光レーザ素子（以下単に
面発光レーザ素子と呼ぶ）の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＡｌＧａＡｓは光デバイスや電子デバイ
スなどによく用いられる半導体材料である。特に面発光
レーザ素子では、ＡｌＧａＡｓが酸化されやすいことを
利用して意図的に酸化させて、酸化絶縁層として用いて
いる。一般的に、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓにおいて、ｘ＝１で
あるＡｌＡｓは最も酸化され易く、ｘを小さくしていく
と酸化され難くなることが知られている。そこで、酸化
させたい部分にはＡｌＡｓやＡｌ_0.98Ｇａ_0.02Ａｓなど
を用い、また、酸化させたくない部分には、Ａｌ_0.9Ｇ
ａ_0.1Ａｓなどを用い、Ａｌ組成に差をつけ酸化速度を
制御することで、選択的に酸化させることが可能であ
る。

【０００３】図６を参照し、従来の面発光レーザ素子４
０の製造方法を説明する。先ず、有機金属気相成長法
（以下、ＭＯＣＶＤ法と呼ぶ）を用い、ｎ−ＧａＡｓ基
板４１上に、下部半導体多層膜反射鏡４２、上下にクラ
ッド層を有する量子井戸活性層４３、膜厚４０ｎｍのＡ
ｌＡｓ層４４、上部半導体多層膜反射鏡４５を順次に積
層する。下部半導体多層膜反射鏡４２は、各層の膜厚を
λ／４ｎ（λ：発振波長、ｎ：屈折率）とした、低屈折
率層をなす高Ａｌ組成層と高屈折率層をなす低Ａｌ組成
層のペアであるｎ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／ｎ−Ａｌ_0.2
Ｇａ_0.8Ａｓの３５ペアからなり、上部半導体多層膜反
射鏡４５は、各層の膜厚をλ／４ｎとした、高Ａｌ組成
層と低Ａｌ組成層のペアであるｐ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ
／ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_{0 .8}Ａｓの２５ペアからなる。

【０００４】次いで、フォトリソグラフィ技術及びドラ
イエッチング法により、直径３０μｍの断面円形のメサ
ポスト５０を形成する。メサポスト５０の高さは、エッ
チングによってＡｌＡｓ層４４の側面が露出されるよう
に選択される。上述のように形成されたメサポストの高
さは、約４から５μｍ程度であり、また断面正方形に形
成される場合もある。

【０００５】続いて、温度４００℃の水蒸気雰囲気中で
酸化処理を行い、ＡｌＡｓ層４４をメサポスト５０の側
壁から１０μｍ酸化させ、Ａｌ酸化領域４４Ｂを形成す
る。酸化されずに残ったＡｌＡｓ層４４の中央部が、非
酸化領域４４Ａとして残される。ＡｌＡｓ層４４は、電
流狭窄層と呼ばれる。Ａｌ酸化領域４４ＢはＡｌ₂Ｏ₃で
構成され、絶縁体である。このため、電流は中央附近の
非酸化領域４４Ａのみに集中して流れる。このような電
流狭窄層４４を形成することにより、量子井戸活性層４
３の狭い領域に集中させて電流を流し、しきい値などの
レーザ特性を向上させている。

【０００６】続いて、メサポスト５０の周囲をポリイミ
ド層４８で埋め込む。メサポスト５０及びポリイミド層
４８上に、メサポスト５０の外周部分と５から１０μｍ
の幅で接触し、かつポリイミド層４８の上面を覆うよう
に、リング状のｐ側電極４６を形成する。ｎ−ＧａＡｓ
基板４１の膜厚が、例えば２００μｍになるように研磨
した後、ｎ側電極４７を形成する。続いて、ｐ側電極４
６上にワイヤボンディング用の電極パッド４９を形成
し、面発光レーザ素子４０として完成する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の面発光レーザ素
子４０は、上述のように温度約４００℃の水蒸気雰囲気
中で酸化処理を行い、下部半導体多層膜反射鏡４２及び
上部半導体多層膜反射鏡４５は酸化させずに、ＡｌＡｓ
層４４をメサポスト５０の側壁から選択的に酸化させ、
Ａｌ酸化領域４４Ｂを作製する。ＡｌＡｓ層４４に代え
てｘ＝０．９５から１．０未満のＡｌ_xＧａ_1-xＡｓを使
用することもできる。この場合、下部半導体多層膜反射
鏡４２及び上部半導体多層膜反射鏡４５のペアのうち高
Ａｌ組成側の層は、酸化防止のためにＡｌ組成（ｘ）を
少し小さくして、ｘ＝０．７から０．９５未満のＡｌ_x
Ｇａ_1-xＡｓを使用する。

【０００８】ところで、半導体多層膜反射鏡では、ペア
をなす低Ａｌ組成層と高Ａｌ組成層とのＡｌ組成（ｘ）
の差が大きくなるほど屈折率差が大きくなり、反射率を
向上させることができる。また熱伝導率は、Afromowitz
M. A.等；Journal of Applied Physics vol.44,pp129
2,(1973)の記載によれば、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓでＡｌとＧ
ａとの組成差が大きいものほど大きくなることが知られ
ている。図７は、該論文に記載されている、Ａｌ組成
（ｘ）に対する熱抵抗率のグラフである。熱伝導率は熱
抵抗率と逆数の関係にあるため、特にＡｌＡｓの熱伝導
はきわめて高いことが分かる。尚、図中の実線は計算値
を示す。

【０００９】上述のように、低Ａｌ組成層と高Ａｌ組成
層とのＡｌ組成（ｘ）の差を大きくすれば、反射率が大
きくなるため半導体多層膜反射鏡の数を少なくでき、エ
ピタキシャル成長の時間が短縮できる。また、同時に熱
伝導率も大きくなるため、光出力の熱飽和特性が良好
で、かつ高温の動作環境でも高出力で安定して動作す
る、温度特性の良好な面発光レーザ素子を作製できる。

【００１０】しかし、半導体多層膜反射鏡中の高Ａｌ組
成層のＡｌ組成（ｘ）をあまり大きくすると、熱酸化処
理を行う際に、酸化領域形成のための半導体層と一緒に
酸化されてしまう。下部半導体多層膜反射鏡及び上部半
導体多層膜反射鏡が酸化されると、結晶転位が多く発生
し、しきい値などのレーザの特性が悪化するという問題
があった。このように、反射率や熱伝導率の向上からも
たらされる成長時間の短縮や良好な温度特性と、低いし
きい値や結晶転位の抑制とはトレードオフの関係になっ
ており、双方を満足させることが難しい。

【００１１】上記問題に対する解決法の１つとして、特
願２０００−３６１３１７号では、図８にその層構造を
示すように、高Ａｌ組成層として酸化されにくいｐ−Ａ
ｌ_{0. 9}Ｇａ_0.1Ａｓ膜６４を使用した第１半導体多層膜７
４と、高Ａｌ組成層として酸化されやすいｐ−ＡｌＡｓ
膜６２を使用した第２半導体多層膜７３とからなる下部
半導体多層膜反射鏡７１を提案している。該提案では、
エッチングを行う際に、第１半導体多層膜７４の途中ま
でエッチングすることにより、第２半導体多層膜７３中
のｐ−ＡｌＡｓ膜６２の酸化を防止している。

【００１２】しかしながら、上記提案では、面発光レー
ザ素子の温度特性の改善がまだ不十分であり、また、第
２半導体多層膜までをエッチングしてしまわないように
精度よくエッチングしなければならない、などの問題点
がある。

【００１３】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、成長時間が短縮でき、良好な
温度特性を有し、かつ、低いしきい値を有し、結晶転位
が抑制された面発光レーザ素子の製造方法を提供するこ
とにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、面発光レー
ザ素子の作製工程で、従来のようにＡｌ_xＧａ_1-xＡｓに
おけるＡｌ組成（ｘ）の差のみで酸化速度を制御するの
ではなく、Ａｌ_xＧａ_{1 -x}ＡｓのＶ族元素とIII族元素と
の作製時の原料供給比率（以下、Ｖ／III比と呼ぶ）を
制御することに着目し、本発明を完成するに到った。

【００１５】即ち、上記目的を達成するために、本発明
に係る面発光レーザ素子の製造方法は、基板上に、夫々
が高屈折率半導体層及び低屈折率半導体層から成る一対
の半導体多層膜反射鏡と、該一対の半導体多層膜反射鏡
の間に配設されたレーザ活性層と、前記一対の半導体多
層膜反射鏡の少なくとも一方の内部に又は隣接して配設
される、非酸化領域及び選択的酸化領域から成る電流狭
窄層とを備え、前記各半導体多層膜の各半導体層及び前
記電流狭窄層が夫々Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層（０≦ｘ≦１）
から成る面発光レーザ素子の製造方法において、前記一
対の半導体多層膜反射鏡の少なくとも一方の低屈折率半
導体層はＶ族元素とIII族元素との原料供給比率（Ｖ／I
II比）を４以下にし、前記電流狭窄層はＶ族元素とIII
族元素とのＶ／III比を８以上にして夫々成長すること
を特徴とする。

【００１６】半導体多層膜反射鏡の低屈折率半導体層及
び電流狭窄層として、ＡｌＡｓ層やＡｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａ
ｓ層を用い、半導体多層膜反射鏡の低屈折率半導体層の
Ｖ／III比を４以下に、電流狭窄層のＶ／III比を８以上
にして夫々成長することにより、電流狭窄層形成のため
の熱酸化処理を行う際に、半導体多層膜反射鏡の半導体
層の酸化を抑制し、電流狭窄層のみを選択的に酸化させ
ることが可能である。尚、電流狭窄層はＶ族元素とIII
族元素とのＶ／III比を１０以上として成長すると更に
好ましい。

【００１７】また、半導体多層膜反射鏡の半導体層の酸
化が抑制されるため、低いしきい値を有し、結晶転位が
抑制された面発光レーザ素子の作製が可能である。さら
に、ＡｌＡｓ層やＡｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ層は低い屈折率
を有するため、半導体多層膜反射鏡の反射率が向上し、
多層膜の膜数を減らすことにより、成長時間が短縮でき
る。同時に、ＡｌＡｓ層やＡｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ層は、
高い熱伝導性を有するため良好な温度特性を有する面発
光レーザ素子の作製が可能である。さらに、電流狭窄層
にＡｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓを採用することにより、より長
期の寿命を有する面発光レーザ素子の作製が可能とな
る。さらに、電流狭窄層が半導体多層膜反射鏡の内部に
又は隣接して配設されることにより、量子井戸活性層の
狭い領域に集中させて電流を流し、しきい値などのレー
ザ特性を向上させることができる。

【００１８】本発明の面発光レーザ素子の製造方法で
は、ＧａＡｓ基板上に、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層（０≦ｘ≦
１）から成る下部半導体多層膜反射鏡をエピタキシャル
成長法で形成するステップと、ＩｎＰ基板上に、上部ク
ラッド層、レーザ活性層、及び、下部クラッド層を順次
にエピタキシャル成長法で形成するステップと、前記Ｇ
ａＡｓ基板と前記ＩｎＰ基板とを、前記下部半導体多層
膜反射鏡と前記下部クラッド層とが接するように貼付す
るステップと、前記ＩｎＰ基板を除去し、前記上部クラ
ッド層を露出するステップと、前記露出した上部クラッ
ド層上に、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層（０≦ｘ≦１）から成る
上部半導体多層膜反射鏡をエピタキシャル成長法で形成
するステップとを有する面発光レーザの製造方法であっ
て、前記半導体多層膜反射鏡の少なくとも一方の半導体
層の成長に際して、Ｖ族元素とIII族元素との原料供給
比率（Ｖ／III比）を４以下にして形成したＡｌ_xＧａ
_1-xＡｓ層を半導体多層膜反射鏡の低屈折率半導体層と
し、Ｖ族元素とIII族元素とのＶ／III比を８以上にして
形成したＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層をその後の酸化処理によっ
て電流狭窄層とすることを特徴とする。

【００１９】上記製造方法により、半導体多層膜反射鏡
の低屈折率半導体層がＡｌＡｓ層やＡｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａ
ｓ層であって、かつＩｎＰに格子整合する量子井戸活性
層を採用することが可能となり、良好な温度特性等を有
し、かつより多くの種類の発光波長に対応した面発光レ
ーザ素子を作製することができる。

【００２０】発光波長は、量子井戸活性層及び半導体多
層膜反射鏡の材質を選択することにより、例えば７５０
〜１６００ｎｍ帯、具体的には７８０ｎｍ、８５０ｎ
ｍ、９８０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍなど適宜
選定することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明者は、本発明に際して、Ａ
ｌ_xＧａ_1-xＡｓのＶ／III比と酸化量との関係を調べる
実験を行い、次に実験例１及び実験例２として要約する
事実を見出した。

【００２２】実験例１ 本実験例では、面発光レーザ素子において、電流狭窄層
のＶ／III比を変化させて、酸化の程度を調べた。

【００２３】本実験例の試料となる面発光レーザ素子
は、図９に示すように、まず、ｎ−ＧａＡｓ基板５１上
に、順次に、例えばＭＯＣＶＤ法により、各層の膜厚を
λ／４ｎとしたｎ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／ｎ−Ａｌ_0.2
Ｇａ_0.8Ａｓの３５ペアからなる下部半導体多層膜反射
鏡５２、上下にクラッド層を有する量子井戸活性層５
３、膜厚４０ｎｍのＡｌＡｓ層５４、各層の膜厚をλ／
４ｎとしたｐ−Ａｌ_0.9Ｇａ_{0 .1}Ａｓ／ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ
_0.8Ａｓの２５ペアからなる上部半導体多層膜反射鏡５
５を積層した。

【００２４】次いで、フォトリソグラフィ技術及びドラ
イエッチング法により、直径３０μｍの円形であって、
上下にクラッド層を有する量子井戸活性層５３中の下部
クラッド層の一部、量子井戸活性層及び上部クラッド
層、ＡｌＡｓ層５４、上部半導体多層膜反射鏡５５を貫
通するメサポスト５６を形成した。続いて、温度４１０
℃の水蒸気雰囲気中で、２０分間の酸化処理を行い、Ａ
ｌＡｓ層５４をメサポストの側壁から酸化させた。

【００２５】ＡｓＨ₃（アルシン）とＴＭＡ（トリメチ
ルアルミニウム）を用い、ＡｌＡｓ層５４形成時のＶ／
III比を２、４、８、１０、２０、４０と変化させた試
料を夫々作製し、ＡｌＡｓ層５４の酸化の程度を調べ、
以下の結果を得た。また、この結果を図１０（ａ）のグ
ラフに示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】本実験例の結果から、電流狭窄層の作製に
あたっては、ＡｌＡｓ形成時のＶ／III比を８以上に、
半導体多層膜反射鏡の高Ａｌ組成層としてＡｌＡｓ層を
用いる場合にはその作製にあたっては、ＡｌＡｓ形成時
のＶ／III比を４以下にして夫々原料を供給すればよい
ことが分かる。

【００２８】尚、本実験例の結果が得られた理由につい
ては、まだ正確には判明していない。しかし、原料供給
のＶ／III比が４以下になると、ＡｌＡｓ層表面上での
反応に寄与する実効Ｖ／III比が１以下になり、Ｖ族元
素が不足することから、Ｖ族原子部分で空格子が増加
し、酸化の際にこの空格子が何らかの阻害反応を起こす
ものと推定している。

【００２９】実験例２ 本実験例では、電流狭窄層として、実験例１のＡｌＡｓ
層に代えて、Ａｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ層を用いて、同様の
実験を行い、図１０（ｂ）に示す結果を得た。本実験例
の結果から、実験例１と同様に、電流狭窄層の作製にあ
たっては、Ａｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ形成時のＶ／III比を
８以上に、半導体多層膜反射鏡の高Ａｌ組成層としてＡ
ｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ層を用いる場合にはその作製にあた
っては、Ａｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ形成時のＶ／III比を４
以下にして夫々原料を供給すればよいことが分かる。

【００３０】以下に、添付図面を参照し、実施形態例を
挙げて本発明を具体的かつ詳細に説明する。実施形態例１ 図１は、本発明の一実施形態例に係る製造方法で作製さ
れた面発光レーザ素子の模式断面図である。面発光レー
ザ素子１０は、膜厚２００μｍのｎ−ＧａＡｓ基板１１
上に、順次に、形成された各層の膜厚をλ／４ｎとした
ｎ−ＡｌＡｓ／ｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓの３２ペアから
なる下部半導体多層膜反射鏡１２、上下にクラッド層を
有する量子井戸活性層１３、膜厚４０ｎｍの電流狭窄層
１４、各層の膜厚をλ／４ｎとしたｐ−ＡｌＡｓ／ｐ−
Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓの２３ペアからなる上部半導体多層
膜反射鏡１５からなる積層構造を備える。

【００３１】また、上下にクラッド層を有する量子井戸
活性層１３中の下クラッド層の一部、量子井戸活性層及
び上クラッド層、電流狭窄層１４、上部半導体多層膜反
射鏡１５を貫通して、直径３０μｍの円形のメサポスト
２０が形成されており、周囲にポリイミド層１８が埋め
込まれている。電流狭窄層１４は、メサポスト２０の側
壁から中心に向かって幅１０μｍの環状に形成されたＡ
ｌ酸化領域１４Ｂが電流狭窄領域を、中央の非酸化領域
１４Ａが電流注入領域をなし、電流を効率よく閉じ込め
ることが可能である。

【００３２】メサポスト２０上及びポリイミド層１８上
に、メサポスト２０上部の周縁に５から１０μｍの幅で
接触するように、リング状のｐ側電極１６が形成されて
いる。またｎ−ＧａＡｓ基板１１の裏面に、ｎ側電極１
７が形成されている。

【００３３】ｐ側電極１６上にリング状の電極パッド１
９が形成されている。またポリイミド層１８上（図示の
範囲外）にも、ｐ側電極１６上の電極パッド１９に連続
して、電極パッド１９が形成されており、外部接続用の
ワイヤでボンディングされている。ポリイミド上にパッ
ド電極を形成することで、パッド下での寄生容量を減ら
すことができるため、低容量が必要な高速動作（変調）
用のレーザ素子構造として、一般的に採用されている。

【００３４】次に、同図を参照して、本発明の一実施形
態例に係る面発光レーザ素子１０の製造方法を説明す
る。先ず、ＭＯＣＶＤ法により、順次に、ｎ−ＧａＡｓ
基板１１上に、各層の膜厚をλ／４ｎとしたｎ−ＡｌＡ
ｓ／ｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓの３２ペアからなる下部半
導体多層膜反射鏡１２、上下にクラッド層を有する量子
井戸活性層１３、膜厚４０ｎｍのＡｌＡｓ層１４、各層
の膜厚をλ／４ｎとしたｐ−ＡｌＡｓ／ｐ−Ａｌ_0.2Ｇ
ａ_0.8Ａｓの２３ペアからなる上部半導体多層膜反射鏡
１５を積層する。

【００３５】このとき、下部半導体多層膜反射鏡１２及
び上部半導体多層膜反射鏡中１５の高Ａｌ組成層である
ＡｌＡｓ層の成長にあたっては、ＡｓＨ₃とＴＭＡを用
いて、Ｖ／III比を４に制御して原料を供給する。ま
た、電流狭窄層となるＡｌＡｓ層１４の成長にあたって
は、ＡｓＨ₃とＴＭＡを用いて、Ｖ／III比を８に制御し
て原料を供給する。

【００３６】次いで、フォトリソグラフィ技術及びドラ
イエッチング法により、直径３０μｍの円形であって、
上下にクラッド層を有する量子井戸活性層１３の下クラ
ッド層の一部、量子井戸活性層及び上クラッド層、Ａｌ
Ａｓ層１４、上部半導体多層膜反射鏡１５を貫通するメ
サポスト２０を形成する。

【００３７】続いて、４１０℃の水蒸気雰囲気中で２０
分間の酸化処理を行い、ＡｌＡｓ層１４をメサポスト２
０の側壁から中心に向かって１０μｍの位置までの環状
領域を酸化させ、Ａｌ酸化領域１４Ｂを形成する。この
とき酸化されずに残った中央附近の非酸化領域１４Ａが
電流注入領域を構成する。このとき、Ｖ／III比を４に
制御して成長した下部半導体多層膜反射鏡１２及び上部
半導体多層膜反射鏡１５中のＡｌＡｓ層は、酸化されな
い。尚、Ａｌ酸化領域１４Ｂの幅が、例えば幅１０μｍ
の環状領域とした場合、電流注入領域を成す非酸化領域
１４Ａの面積は約８０μｍ²になる。

【００３８】続いて、メサポスト２０の周囲をポリイミ
ド層１８で埋め込む。メサポスト２０及びポリイミド層
１８上に、メサポスト２０の外周部分と５から１０μｍ
の幅で接触し、かつポリイミド層１８の上面を覆うよう
に、リング状のｐ側電極１６を形成する。ｎ−ＧａＡｓ
基板１１の膜厚が、例えば２００μｍになるように研磨
した後、ｎ側電極１７を形成する。続いて、ｐ側電極１
６上にリング状の電極パッド１９を形成する。またポリ
イミド層１８上（図示の範囲外）にも、ｐ側電極１６上
の電極パッド１９に連続して、電極パッド１９を形成
し、外部接続用のワイヤでボンディングする。

【００３９】本実施形態例では、半導体多層膜反射鏡の
高Ａｌ組成層及び電流狭窄層としてＡｌＡｓ層を用い、
半導体多層膜反射鏡中のＡｌＡｓ層の成長にあたって、
Ｖ／III比を４として原料を供給し、電流狭窄層のＡｌ
Ａｓ層の成長にあたって、Ｖ／III比を８として原料を
供給することにより、電流狭窄層形成のための熱酸化処
理を行う際に、半導体多層膜反射鏡の半導体層の酸化を
抑制し、電流狭窄層のみを選択的に酸化させることが可
能である。ＡｌＡｓ層は低い屈折率を有するため、半導
体多層膜反射鏡の反射率が向上し、下部半導体多層膜反
射鏡の層数を従来の３５ペアから３２ペアに、上部半導
体多層膜反射鏡の層数は従来の２５ペアから２３ペアに
夫々減らすことにより、エピタキシャル成長の時間の短
縮が可能となった。

【００４０】本実施形態例に係る面発光レーザ素子１０
を試作し、その温度特性を調べた。動作環境温度とし
て、夫々、２０℃、３０℃、５０℃及び７０℃の下で、
注入電流を０から３０ｍＡ程度に変化させて、光出力の
変化を観察し、図５（ａ）に示す結果を得た。尚、図５
（ｂ）に従来技術で記載した面発光レーザ素子４０につ
いて、同様の試験を行った結果を示す。面発光レーザ素
子４０と比較して、面発光レーザ素子１０は、熱飽和現
象が抑制され、かつ高出力で安定して動作し、良好な温
度特性を有している。これは、半導体多層膜反射鏡中の
高Ａｌ組成層として高い熱伝導率を有するＡｌＡｓ層を
用いたことにより、従来より熱伝導が向上したためと考
えられる。

【００４１】また、半導体多層膜反射鏡の酸化が抑制さ
れたため、しきい値も４から３ｍＡの低い値を示し、結
晶転位も観察されなかった。

【００４２】即ち、本実施形態例によれば、従来の面発
光レーザ素子４０と比較して、エピタキシャル成長の時
間が短縮でき、良好な温度特性を有し、かつ低いしきい
値を有し、結晶転位が抑制された面発光レーザ素子１０
の製造方法を実現している。

【００４３】実施形態例２ 本実施形態例に係る製造方法で作製された面発光レーザ
素子は、ＡｌＡｓ層１４に代えて、Ａｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａ
ｓ層を形成したことを除いて、実施形態例１に係る製造
方法で作製された面発光レーザ素子１０と同様な構造を
有する。

【００４４】本実施形態例に係る面発光レーザ素子の製
造方法は、ＡｌＡｓ層１４に代えて、Ａｌ_0.95Ｇａ_0.05
Ａｓ層を形成し、また、２０分間の熱酸化処理に代え
て、６０分間の熱酸化処理を行うことを除いて、実施形
態例１に係る面発光レーザ素子１０の製造方法と同様で
ある。

【００４５】作製された面発光レーザ素子は、上述の構
成をとることにより、実施形態例１に係る製造方法で作
製された面発光レーザ素子１０と同様の効果が得られ
た。更に、この面発光レーザ素子を用いて長期信頼性試
験を行ったところ、実施形態例１に係る製造方法で作製
された面発光レーザ素子１０より、長期の寿命が得られ
た。これは、Ａｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ層を用いたことで、
酸化反応が緩やかになり、酸化狭窄層附近の歪みが緩和
したか、或いは何らかの欠陥が減少したことが原因では
ないかと考えられる。

【００４６】実施形態例３ 本実施形態例に係る製造方法で作製された面発光レーザ
素子は、実施形態例１に係る製造方法で作製された面発
光レーザ素子１０とは、以下の点を除いて同様な構造を
有する。即ち、各層の膜厚をλ／４ｎとしたｎ−ＡｌＡ
ｓ／ｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓの３２ペアからなる下部半
導体多層膜反射鏡に代えて、各層の膜厚をλ／４ｎとし
たｎ−Ａｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ／ｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ
の３４ペアからなる下部半導体多層膜反射鏡を、また、
各層の膜厚をλ／４ｎとしたｐ−ＡｌＡｓ／ｐ−Ａｌ
_0.2Ｇａ_0.8Ａｓの２３ペアからなる上部半導体多層膜反
射鏡に代えて、各層の膜厚をλ／４ｎとしたｐ−Ａｌ
_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ／ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓの２４ペア
からなる上部半導体多層膜反射鏡が、また、ＡｌＡｓ層
１４に代えて、Ａｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ層が形成されてい
る。

【００４７】また、本実施形態例に係る面発光レーザ素
子の製造方法は、実施形態例１に係る面発光レーザ素子
１０の製造方法とは、以下の点を除いて同様である。即
ち、各層の膜厚をλ／４ｎとしたｎ−ＡｌＡｓ／ｎ−Ａ
ｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓの３２ペアからなる下部半導体多層膜
反射鏡に代えて、各層の膜厚をλ／４ｎとしたｎ−Ａｌ
_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ／ｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓの３４ペア
からなる下部半導体多層膜反射鏡を、また、各層の膜厚
をλ／４ｎとしたｐ−ＡｌＡｓ／ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａ
ｓの２３ペアからなる上部半導体多層膜反射鏡に代え
て、各層の膜厚をλ／４ｎとしたｐ−Ａｌ_0.95Ｇａ_0.05
Ａｓ／ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓの２４ペアからなる上部
半導体多層膜反射鏡を形成し、またＡｌＡｓ層１４に代
えて、Ａｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ層を形成し、また２０分間
の熱酸化処理に代えて、６０分間の熱酸化処理を行う。

【００４８】作製された面発光レーザ素子は、上述の構
成をとることにより、実施形態例１及び実施形態例２ほ
どではないが、従来の面発光レーザ素子４０と比較し
て、熱伝導が良くなり、温度特性に改善が見られた。

【００４９】実施形態例４ 本実施形態例に係る製造方法で作製された面発光レーザ
素子は、導電型を入れ替えたことを除いて、実施形態例
１に係る製造方法で作製された面発光レーザ素子１０と
同様な構造を有する。また、本実施形態例に係る面発光
レーザ素子の製造方法は、導電型を入れ替えることを除
いて、実施形態例１に係る面発光レーザ素子１０の製造
方法と同様である。

【００５０】作製された面発光レーザ素子は、上述の構
成をとることにより、実施形態例１に係る製造方法で作
製された面発光レーザ素子１０と同様の効果が得られ
た。

【００５１】実施形態例５ 図２は本実施形態例に係る製造方法で作製された面発光
レーザ素子の模式断面図である。面発光レーザ素子３４
は、裏面放射型の面発光レーザ素子であり、膜厚２００
μｍのｎ−ＧａＡｓ基板１１上に、順次に、形成された
各層の膜厚をλ／４ｎとしたｎ−ＡｌＡｓ／ｎ−Ａｌ
_0.2Ｇａ_0.8Ａｓの３２ペアからなる下部半導体多層膜反
射鏡１２、上下にクラッド層を有する量子井戸活性層１
３、電流狭窄層１４、各層の膜厚をλ／４ｎとしたｐ−
ＡｌＡｓ／ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓの２３ペアからなる
上部半導体多層膜反射鏡１５からなる積層構造を備え
る。

【００５２】また、上下にクラッド層を有する量子井戸
活性層１３中の下クラッド層の一部、量子井戸活性層及
び上クラッド層、電流狭窄層１４、上部半導体多層膜反
射鏡１５を貫通して、直径３０μｍの円形のメサポスト
２０が形成されており、メサポスト２０の周囲及びメサ
ポスト２０の外側の上下にクラッド層を有する量子井戸
活性層１３の下クラッド層上にＳｉＮ膜２１が成膜され
ている。電流狭窄層１４は、メサポスト２０の側壁から
中心に向かって幅１０μｍの環状に形成されたＡｌ酸化
領域１４Ｂが電流狭窄領域を、中央の非酸化領域１４Ａ
が電流注入領域をなし、電流を効率よく閉じ込めること
ができる。

【００５３】メサポスト２０上に、ｐ側電極２２が形成
されている。ＳｉＮ膜２１及びｐ側電極２２の外側には
んだ層２５が、はんだ層２５の上にヒートシンク２６が
形成されている。また、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上には、
中央部に反射防止膜（以下、ＡＲ膜と呼ぶ：Anti-Refle
ction）２４が、また周縁部にｎ側電極２３が形成され
ている。ＡＲ膜２４を通してレーザ光を取り出すことが
できる。

【００５４】次に、同図を参照して、裏面放射型の面発
光レーザ素子３４の製造方法を説明する。裏面放射型の
面発光レーザ素子３４の製造方法は、熱酸化処理の工程
までは、実施形態例１に係る面発光レーザ素子１０の製
造方法と同じである。以下、熱酸化処理の工程の次の工
程から説明する。

【００５５】メサポスト２０の周囲と上部、及びメサポ
スト２０の外側の上下にクラッド層を有する量子井戸活
性層１３中の下クラッド層上にＳｉＮ膜２１を成膜す
る。次いで、メサポスト２０の上部のＳｉＮ膜２１を除
去し、メサポスト２０上にｐ側電極２２を成膜する。

【００５６】ｎ−ＧａＡｓ基板１１の膜厚を、例えば２
００μｍに研磨した後、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上にリフ
トオフ法により、中央部を除いてｎ側電極２３を形成
し、ｎ側電極２３の中央部に窓が空いた状態にする。次
いで、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上で、ｎ側電極２３が形成
されなかった中央部に、ＡＲ膜２４を形成する。最後
に、メサポスト２０を形成した側をヒートシンク２６に
はんだ付けし、面発光レーザ素子３４を完成する。

【００５７】裏面放射型の面発光レーザ素子３４は、上
記の構成をとることにより、実施形態例１に係る製造方
法で作製された面発光レーザ素子１０と同様の効果が得
られた。特に、熱伝導が良くなり、熱飽和特性が向上
し、良好な温度特性が得られた。

【００５８】実施形態例６ 図３は本実施形態例に係る製造方法で作製された面発光
レーザ素子の模式断面図である。同図中、図１の面発光
レーザ素子１０と同じ構造の箇所は、符号を省略した。
本実施形態例に係る製造方法で作製された面発光レーザ
素子３５は、実施形態例１に係る製造方法で作製された
面発光レーザ素子１０とは、以下の点を除いて同様な構
造を有する。即ち、面発光レーザ素子３５は、膜厚４０
ｎｍの電流狭窄層１４に代えて、膜厚１５ｎｍの第１の
電流狭窄層２７、膜厚２０ｎｍの第２の電流狭窄層２
８、及び膜厚１５ｎｍの第３の電流狭窄層２９が、順次
に積層された構造をしており、夫々、メサポスト２０の
側壁から所定の幅で形成された第１のＡｌ酸化領域２７
Ｂ、第２のＡｌ酸化領域２８Ｂ、及び第３のＡｌ酸化領
域２９Ｂと、中央の第１の非酸化領域２７Ａ、第２の非
酸化領域２８Ａ、及び第３の非酸化領域２９Ａとから構
成されている。また、第１の電流狭窄層２７、第２の電
流狭窄層２８、及び第３の電流狭窄層２９のＶ／III比
が、夫々、７、８、及び７である。

【００５９】Ｖ／III比を８として成長したＡｌＡｓ
は、Ｖ／III比を７として成長したＡｌＡｓより酸化さ
れやすいため、第２のＡｌ酸化領域２８Ｂが第１のＡｌ
酸化領域２７Ｂ及び第３のＡｌ酸化領域２９Ｂよりも幅
が広く、上述の第１から第３のＡｌ酸化領域全体とし
て、先端が内向きに尖った楔型の断面をしている。

【００６０】また、面発光レーザ素子３５の製造方法
は、実施形態例１に係る面発光レーザ１０の製造方法と
は、以下の点を除いて同様である。即ち、面発光レーザ
素子３５の製造方法は、電流狭窄層を形成する際、Ｖ／
III比を７として原料を供給し、膜厚１５ｎｍのＡｌＡ
ｓ層２７を、Ｖ／III比を８として原料を供給し、膜厚
２０ｎｍのＡｌＡｓ層２８を、Ｖ／III比を７として原
料を供給し、膜厚１５ｎｍのＡｌＡｓ層２９を、順次に
成長させる。

【００６１】面発光レーザ素子３５は、上述の構成をと
ることにより、実施形態例１に係る製造方法で作製され
た面発光レーザ素子１０と同様の効果が得られた。更
に、上述のように断面形状が楔型になるように酸化させ
たため、楔型の先端部附近において、結晶転位等が減少
した。

【００６２】実施形態例７ 本実施形態例に係る製造方法で作製された面発光レーザ
素子は、上下にクラッド層を有する量子井戸活性層の材
料がＩｎＰと格子整合する材料からなることを除いて、
実施形態例１に係る製造方法で作製された面発光レーザ
素子１０と同様な構造を有する。

【００６３】本実施形態例に係る面発光レーザ素子の製
造方法は、先ず、図４（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ
法により、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上に、各層の膜厚をλ
／４ｎとしたｎ−ＡｌＡｓ／ｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓの
３２ペアからなる下部半導体多層膜反射鏡１２を積層す
る。

【００６４】次いで、図４（ｂ）に示すように、ＭＯＣ
ＶＤ法により、別途、ＩｎＰ基板３０上に、順次に、上
クラッド層３１、量子井戸活性層３２、及び下クラッド
層３３を積層し、上下にクラッド層を有する量子井戸活
性層１３を形成する。このとき、上下にクラッド層を有
する量子井戸活性層１３には、ＩｎＰに格子整合する半
導体材料を用いる。次いで、上述の下部半導体多層膜反
射鏡１２上に、ＩｎＰ基板３０側が上になるように、下
クラッド層３３を張り合わせる。続いて、ＩｎＰのみが
溶ける選択エッチング液を用いて、ＩｎＰ基板３０を除
去する。以下、実施形態例１の方法と同じ製造方法で作
製することにより本実施形態例の面発光レーザ素子を完
成する。

【００６５】作製された面発光レーザ素子は、上述の構
成をとることにより、従来の面発光レーザ素子４０と比
較して、実施形態例１に係る製造方法で作製された面発
光レーザ素子１０と同様に良好な温度特性が得られた。

【００６６】

【発明の効果】本発明に係る面発光レーザ素子の製造方
法によれば、半導体多層膜反射鏡の高Ａｌ組成層及び電
流狭窄層としてＡｌＡｓ層やＡｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ層を
用い、半導体多層膜反射鏡中の高Ａｌ組成層のＶ／III
比を４以下に、電流狭窄層のＶ／III比を８以上にして
成長することにより、電流狭窄層形成のための熱酸化処
理を行う際に、半導体多層膜反射鏡の半導体層の酸化を
抑制し、電流狭窄層のみを選択的に酸化させることが可
能である。上記により、成長時間が短縮され、良好な温
度特性を有し、かつ低いしきい値を有し、結晶転位が抑
制された面発光レーザ素子の製造方法を実現している。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、実施形態例１に係る製造方法で作製さ
れた面発光レーザ素子の構造を示す模式断面図である。

【図２】図２は、実施形態例５に係る製造方法で作製さ
れた面発光レーザ素子の構造を示す模式断面図である。

【図３】図３は、実施形態例６に係る製造方法で作製さ
れた面発光レーザ素子の構造を示す模式断面図である。

【図４】図４は、実施形態例７に係る面発光レーザ素子
の製造方法の各工程を示す模式断面図である。

【図５】図５（ａ）は、実施形態例１に係る製造方法で
作製された面発光レーザ素子の温度特性を示すグラフで
あり、図５（ｂ）は、従来の面発光レーザ素子の温度特
性を示すグラフである。

【図６】図６は、従来の面発光レーザ素子の構造を示す
模式断面図である。

【図７】図７は、Afromowitz M. A.等；Journal of App
lied Physics vol.44,pp1292,(1973)に記載の室温にお
ける熱抵抗率のＡｌ組成依存性を示すグラフである。

【図８】図８は、特願２０００−３６１３１７号で提案
されている面発光型半導体レーザ素子の層構造を示す模
式断面図である。

【図９】図９は、実験例１に係る面発光レーザ素子の試
料の構造を示す模式断面図である。

【図１０】図１０（ａ）は、実験例１に係るＶ／III比
と酸化量との関係を示すグラフで、図１０（ｂ）は、実
験例２に係るＶ／III比と酸化量との関係を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１０ 実施形態例１に係る製造方法で作製された面発光
レーザ素子 １１ ｎ−ＧａＡｓ基板 １２ 下部半導体多層膜反射鏡（ｎ−ＡｌＡｓ／ｎ−Ａ
ｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ） １３ 上下にクラッド層を有する量子井戸活性層 １４ 電流狭窄層、又はＡｌＡｓ層 １４Ａ 非酸化領域 １４Ｂ Ａｌ酸化領域 １５ 上部半導体多層膜反射鏡（ｐ−ＡｌＡｓ／ｐ−Ａ
ｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ） １６ ｐ側電極 １７ ｎ側電極 １８ ポリイミド層 １９ 電極パッド ２０ メサポスト ２１ ＳｉＮ膜 ２２ ｐ側電極 ２３ ｎ側電極 ２４ ＡＲ膜 ２５ はんだ層 ２６ ヒートシンク ２７ 第１の電流狭窄層 ２８ 第２の電流狭窄層 ２９ 第３の電流狭窄層 ２７Ａ 第１の非酸化領域 ２８Ａ 第２の非酸化領域 ２９Ａ 第３の非酸化領域 ２７Ｂ 第１のＡｌ酸化領域 ２８Ｂ 第２のＡｌ酸化領域 ２９Ｂ 第３のＡｌ酸化領域 ３０ ＩｎＰ基板 ３１ 上クラッド層 ３２ 量子井戸活性層 ３３ 下クラッド層 ３４ 実施形態例５に係る製造方法で作製された面発光
レーザ素子 ３５ 実施形態例６に係る製造方法で作製された面発光
レーザ素子 ４０ 従来の面発光レーザ素子 ４１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ４２ 下部半導体多層膜反射鏡（ｎ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａ
ｓ／ｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_{0 .8}Ａｓ） ４３ 上下にクラッド層を有する量子井戸活性層 ４４ 電流狭窄層、又はＡｌＡｓ層 ４４Ａ 非酸化領域 ４４Ｂ Ａｌ酸化領域 ４５ 上部半導体多層膜反射鏡（ｐ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａ
ｓ／ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_{0 .8}Ａｓ） ４６ ｐ側電極 ４７ ｎ側電極 ４８ ポリイミド層 ４９ 電極パッド ５０ メサポスト ５１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ５２ 下部半導体多層膜反射鏡（ｎ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａ
ｓ／ｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_{0 .8}Ａｓ） ５３ 上下にクラッド層を有する量子井戸活性層 ５４ ＡｌＡｓ層 ５４Ａ 非酸化領域 ５４Ｂ Ａｌ酸化領域 ５５ 上部半導体多層膜反射鏡（ｐ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａ
ｓ／ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_{0 .8}Ａｓ） ５６ メサポスト ６１ ｐ−ＧａＡｓ基板 ６２ ｐ−ＡｌＡｓ膜 ６３ ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ膜 ６４ ｐ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ膜 ６５ ノンドープＡｌＧａＡｓ下部クラッド層 ６６ ＧａＡｓ量子井戸発光構造 ６７ ノンドープＡｌＧａＡｓ上部クラッド層 ６８ ｎ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ膜 ６９ ｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ膜 ７０ ｎ−ＧａＡｓキャップ層 ７１ 下部半導体多層膜反射鏡（ｐ型多層膜からなる下
部反射鏡） ７２ 上部半導体多層膜反射鏡（ｎ型多層膜からなる上
部反射鏡） ７３ 第２半導体多層膜（下部多層膜） ７４ 第１半導体多層膜（上部多層膜）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩井 則広 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AA65 AA74 AA89 AB17 CA04 DA05 DA27 DA35

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、夫々が高屈折率半導体層及び
   低屈折率半導体層から成る一対の半導体多層膜反射鏡
   と、該一対の半導体多層膜反射鏡の間に配設されたレー
   ザ活性層と、前記一対の半導体多層膜反射鏡の少なくと
   も一方の内部に又は隣接して配設される、非酸化領域及
   び選択的酸化領域から成る電流狭窄層とを備え、前記各
   半導体多層膜の各半導体層及び前記電流狭窄層が夫々Ａ
   ｌ_xＧａ_{1 -x}Ａｓ層（０≦ｘ≦１）から成る面発光レーザ
   素子の製造方法において、 前記一対の半導体多層膜反射鏡の少なくとも一方の低屈
   折率半導体層はＶ族元素とIII族元素との原料供給比率
   （Ｖ／III比）を４以下にし、前記電流狭窄層はＶ族元
   素とIII族元素とのＶ／III比を８以上にして夫々成長す
   ることを特徴とする面発光レーザ素子の製造方法。
2. 【請求項２】 ＧａＡｓ基板上に、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層
   （０≦ｘ≦１）から成る下部半導体多層膜反射鏡をエピ
   タキシャル成長法で形成するステップと、 ＩｎＰ基板上に、上部クラッド層、レーザ活性層、及
   び、下部クラッド層を順次にエピタキシャル成長法で形
   成するステップと、 前記ＧａＡｓ基板と前記ＩｎＰ基板とを、前記下部半導
   体多層膜反射鏡と前記下部クラッド層とが接するように
   貼付するステップと、 前記ＩｎＰ基板を除去し、前記上部クラッド層を露出す
   るステップと、 前記露出した上部クラッド層上に、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層
   （０≦ｘ≦１）から成る上部半導体多層膜反射鏡をエピ
   タキシャル成長法で形成するステップとを有する面発光
   レーザの製造方法であって、 前記半導体多層膜反射鏡の少なくとも一方の半導体層の
   成長に際して、Ｖ族元素とIII族元素との原料供給比率
   （Ｖ／III比）を４以下にして形成したＡｌ_xＧａ_1-xＡ
   ｓ層を半導体多層膜反射鏡の低屈折率半導体層とし、Ｖ
   族元素とIII族元素とのＶ／III比を８以上にして形成し
   たＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層をその後の酸化処理によって電流
   狭窄層とすることを特徴とする面発光レーザ素子の製造
   方法。