JP2003338661A - 面発光型半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 新規な構成の電流狭窄構造を備え、かつ動作
電圧の低い面発光型半導体レーザ素子を提供する。 【解決手段】 面発光型半導体レーザ素子１０は、ｎ−
ＧａＡｓ基板１２上に、ｎ−下部反射鏡兼下部クラッド
層１４、下部光ガイド層１６、活性層１８、上部光ガイ
ド層２０、ｐ−上部反射鏡兼上部クラッド層２２、及び
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２４の積層構造を備え、上部
光ガイド層上にｎ−ＡｌＧａＡｓ層２６及びＳｉＯ₂ 膜
２８からなる電流狭窄構造を有する。ｎ−ＡｌＧａＡｓ
層及びＳｉＯ₂ 膜は、上部反射鏡兼上部クラッド層の下
部層２２ａで埋め込まれ、電流注入領域となる開口部３
１を中央領域に備えている。上部反射鏡兼上部クラッド
層は、ＳｉＯ₂ 膜上に円錐台形状の縦断面を有して突出
する上部層２２ｂを下部層上に有する。ｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層は、基板面に平行な平行層２４ａ及び傾斜層
２４ｂで構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面発光型半導体レ
ーザ素子及びその製造方法に関し、更に詳細には、電流
狭窄構造の形成に際して制御性の良好な電流狭窄構造を
備え、動作電圧の低い面発光型半導体レーザ素子、及び
その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】面発光型半導体レーザ素子は、一対の上
部及び下部反射鏡を有し、共振器長方向が化合物半導体
層の結晶成長方向と一致するレーザ共振器構造を基板上
に備え、基板面に直交する方向にレーザ光を出射する半
導体レーザ素子であって、次世代の高速高容量通信を実
現させるために必要な半導体レーザ素子として注目され
ている。ところで、面発光型半導体レーザ素子でも、端
面出射型半導体レーザ素子と同様に、消費電力を低減す
るために、動作電圧を低下させ、かつ動作電流を低減す
ることが要請されている。

【０００３】そこで、従来の面発光型半導体レーザ素子
では、動作電流を低減するために、ＡｌＡｓ層を選択的
に酸化してなるＡｌ酸化膜（ＡｌＡｓ_x Ｏ_1-x 層）によ
る電流狭窄構造を設けている（以下、第１の従来例と言
う）。ここで、図７を参照して、Ａｌ酸化膜による電流
狭窄構造を備えた第１の従来例の面発光型半導体レーザ
素子の基本的構成を説明する。図７は従来の面発光型半
導体レーザ素子の構成を示す基板断面図である。従来の
面発光型半導体レーザ素子６０は、図７に示すように、
ＧａＡｓ基板６２上に、ＧａＡｓ層６４とＡｌＧａＡｓ
層６６とをペアとして交互に積層した下部多層膜反射鏡
６８、活性層７０、ＧａＡｓ層６４とＡｌＧａＡｓ層６
６とをペアとして交互に積層した上部多層膜反射鏡７
２、及び下部多層膜反射鏡６８及び上部多層膜反射鏡７
２の少なくとも一方（図示例では上部多層膜反射鏡７
２）と活性層７０との間に介在させた電流狭窄層造７４
の積層構造を備えている。図示しないが、対の電極の一
方はコンタクト層を介して上部多層膜反射鏡７２上に、
出射開口を中央にしてリング状に、また他方の電極はＧ
ａＡｓ基板６４の裏面に設けてある。

【０００４】電流狭窄層７４は、例えば酸化されていな
いＡｌＡｓ層からなる中央領域７４ａと、ＡｌＡｓ層の
外周から外方に延在し、電気抵抗の高いＡｌ酸化膜（Ａ
ｌＡｓ層のＡｌを選択的に酸化したＡｌＡｓ_x Ｏ
_1-x 層）からなる外周領域７４ｂとから構成されてい
る。これにより、電流狭窄層７４では、外周領域７４ｂ
が電流阻止領域として機能して活性層７０に対する電流
経路を狭窄する。ＧａＡｓ基板１２上に、下部多層膜反
射鏡６８、活性層７０、電流狭窄層７４形成用ＡｌＡｓ
層、及び上部多層膜反射鏡７２を、順次、積層して、積
層構造を形成した後、積層構造を高温水蒸気雰囲気中に
保持し、ＡｌＡｓ層を外側から酸化して外周領域７４ｂ
をＡｌ酸化層に転化し、中央領域７４ａを未酸化のＡｌ
Ａｓのままに維持することにより、電流狭窄層７４を形
成することができる。

【０００５】また、動作電圧を低減するためには、例え
ば面発光型半導体レーザ素子の活性層の上下に設けたガ
イド層をｐ側電極及びｎ側電極のコンタクト層に用いて
電極との接触抵抗を低減させることが提案されている
（以下、第２の従来例と言う）。ガイド層上にｐ側電極
及びｎ側電極を形成する際には、面発光型半導体レーザ
素子を構成する積層構造をエッチングして、上部ガイド
層及び下部ガイド層を一部露出させ、露出面にｐ側電極
及びｎ側電極を形成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した第１
及び第２の従来例には、以下のような問題があった。電
流狭窄構造を形成するために、ＡｌＡｓ層のＡｌを選択
的に酸化してＡｌ酸化層を形成する第１の従来例では、
Ａｌの選択的酸化反応を制御してＡｌ酸化層からなる電
流狭窄領域を所望通り、或いは設計通りに形成すること
が難しいという問題があった。つまり、Ａｌの選択的酸
化反応の制御性が悪かった。また、一旦、ＡｌＡｓ層を
酸化させてＡｌ酸化層を形成すると、酸化が不十分で狭
窄領域が狭いときでも、再度酸化が出来ないので、Ａｌ
酸化層からなる電流狭窄領域の広狭を調整できないとい
う問題があった。更には、ＡｌＡｓ層からＡｌ酸化層に
転化すると、Ａｌ酸化層の体積が拡大するので、Ａｌ酸
化層の周囲の化合物半導体層の結晶構造に影響して、歪
み等の変形が生じ、レーザ特性に悪い影響を与えるとい
う問題もあった。また、Ａｌ含有層を酸化してなるＡｌ
酸化層（ＡｌＡｓ_x Ｏ_1-x 層）は、組成が不確定である
ために、屈折率も不確定になり、レーザ特性が不確定に
なる。

【０００７】また、動作電圧を低減するために、ガイド
層をｐ側電極及びｎ側電極のコンタクト層に用いる第２
の従来例では、コンタクト層を露出させるためのエッチ
ング・プロセスの制御性が非常に重要となってくるが、
再現性良くエッチングを制御することは、実際には難し
い。また、ガイド層を電極のコンタクト層として使用す
るために、ガイド層に高濃度のｐ型不純物、或いはｎ型
不純物をドーピングすることが必要になるが、活性層近
傍領域に高濃度で不純物をドーピングすることは、不純
物が非発光再結合中心として作用する可能性があって、
電流効率も低下し、素子寿命にも大きく影響するという
問題もある。

【０００８】そこで、本発明の目的は、従来の電流狭窄
構造に代わる新規な構成の電流狭窄構造を備え、かつ動
作電圧の低い面発光型半導体レーザ素子及びその製造方
法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る面発光型半導体レーザ素子は、一対の
上部及び下部反射鏡を有し、共振器長方向が化合物半導
体層の結晶成長方向と一致するレーザ共振器構造を基板
上に備え、基板面に直交する方向にレーザ光を出射する
面発光型半導体レーザ素子において、活性層に対する電
流注入領域を開口部として開口している誘電体膜を電流
狭窄層として活性層上に備え、上部反射鏡が、誘電体膜
の開口部を埋める下部層と誘電体膜上に形成されている
上部層とから構成されていることを特徴としている。

【００１０】本発明では、Ａｌ酸化層に代えて、活性層
に対する電流注入領域を開口部として開口している誘電
体膜を電流狭窄層として活性層上に備え、フォトリソグ
ラフィ技術を使って開口部を誘電体膜に形成することに
より、開口部を所望の開口形状で正確に形成することが
できる。また、組成が不確定であるために、屈折率が不
確定、従ってレーザ特性が不確定になる従来のＡｌ酸化
層に代えて、特性の明確な誘電体膜を電流狭窄層として
使用しているので、確定したレーザ特性を有する面発光
型半導体レーザ素子を製造することができる。

【００１１】本発明の好適な実施態様では、上部反射鏡
の上部層は、縦断面が円錐台状に形成され、誘電体膜の
開口部と同じ径で開口部から上方に延在し、基板面に平
行な上面を有する柱状の中央部と、中央部の上面の周縁
から誘電体膜に向かって傾斜する円錐台面を有し、中央
部から横方向に誘電体膜上に延在する傾斜周辺部とから
なり、コンタクト層が上部反射鏡の上部層の上面及び円
錐台面に沿って設けられ、対の電極の一方がコンタクト
層を介して上部反射鏡の上部層の円錐台面に沿ってリン
グ状に設けられている。これにより、上部反射鏡とコン
タクト層との接触面積、及びコンタクト層と対の電極の
一方との接触面積が増大するので、電極の接触抵抗及び
コンタクト層の電気抵抗を低減することができる。

【００１２】本発明の別の好適な実施態様では、上部反
射鏡の上部層は、誘電体膜の開口部上及び誘電体膜上に
延在する誘電体膜の開口部より大きな径の柱状の大径部
として形成され、コンタクト層が上部反射鏡の上部層の
上面及び側周面に沿って設けられ、対の電極の一方が、
誘電体膜の開口部上には延在しないように、コンタクト
層を介して上部反射鏡の上部層の上面の周縁部、及び側
周面に沿ってリング状に設けられている。これにより、
上部反射鏡とコンタクト層との接触面積、及びコンタク
ト層と対の電極の一方との接触面積が増大するので、電
極の接触抵抗及びコンタクト層の電気抵抗を低減するこ
とができる。

【００１３】本発明の更に好適な実施態様では、上部反
射鏡とは異なる導電型の化合物半導体層（以下、特定化
合物半導体層と言う）が、誘電体膜の開口部と同じ開口
形状で開口部に連続する貫通開口部を有して誘電体膜の
下面に接して設けられ、特定化合物半導体層の貫通開口
部及び誘電体膜の開口部が、上部反射鏡の下部層で埋め
られている。本実施態様では、上部反射鏡とは異なる導
電型の化合物半導体層がｐｎ接合分離作用による電流狭
窄機能を有するので、誘電体膜の作用と合わせて電流狭
窄作用が更に向上する。

【００１４】本発明で、誘電体膜は、絶縁膜である限
り、制約はなく、例えばＳｉＯ_X 膜、ＳｉＮ_X 膜、Ｔｉ
Ｏ_X 膜、及びＡｌＮ_X 膜のいずれか、又はＳｉＯ_X 膜、
ＳｉＮ _X 膜、ＴｉＯ_X 膜、及びＡｌＮ_X 膜のうちの少な
くともいずれか２層の多層膜を用いることができる。
尚、本発明は、面発光型半導体レーザ素子を構成する基
板及び化合物半導体層の組成に制約無く適用できる。

【００１５】本発明に係る面発光型半導体レーザ素子の
製造方法（以下、第１の発明方法と言う）は、一対の上
部及び下部反射鏡を有し、共振器長方向が化合物半導体
層の結晶成長方向と一致するレーザ共振器構造を基板上
に備え、基板面に直交する方向にレーザ光を出射する面
発光型半導体レーザ素子を製造する方法において、基板
上に活性層を成長させた後、活性層上に誘電体膜を成膜
する工程と、誘電体膜をパターニングして開口し、活性
層に対する電流注入領域を開口部として誘電体膜に形成
する工程と、パターニングした誘電体膜を選択成長用マ
スクとした選択成長法を適用して上部反射鏡を構成する
化合物半導体層を成長させ、誘電体膜の開口部を上部反
射鏡で埋めると共に誘電体膜上に上部反射鏡を形成する
工程とを有することを特徴としている。

【００１６】第１の発明方法では、誘電体膜をパターニ
ングして、活性層に対する電流注入領域を開口部として
形成しているので、所望の形状の電流注入領域を正確に
形成することができる。つまり、電流狭窄構造を制御性
良くまた再現性良く形成することができる。また、パタ
ーニングした誘電体膜を選択成長用マスクとした選択成
長法を適用して上部反射鏡を構成する化合物半導体層を
成長させているので、選択成長法の条件を適宜設定する
ことにより、任意性の高い形状で上部反射鏡を誘電体膜
上に形成することができる。

【００１７】本発明に係る面発光型半導体レーザ素子の
別の製造方法（以下、第２の発明方法と言う）は、一対
の上部及び下部反射鏡を有し、共振器長方向が化合物半
導体層の結晶成長方向と一致するレーザ共振器構造を基
板上に備え、基板面に直交する方向にレーザ光を出射す
る面発光型半導体レーザ素子を製造する方法において、
基板上に活性層を成長させた後、上部反射鏡とは異なる
導電型の化合物半導体層（以下、特定化合物半導体層と
言う）を活性層上に成長させる工程と、特定化合物半導
体層上に誘電体膜を成膜する工程と、誘電体膜をパター
ニングして開口し、活性層に対する電流注入領域を開口
部として誘電体膜に形成する工程と、パターニングした
誘電体膜をエッチングマスクとして使用して特定化合物
半導体層をエッチングし、特定化合物半導体層を貫通す
る貫通開口部を形成する工程と、パターニングした誘電
体膜を選択成長用マスクとした選択成長法を適用して上
部反射鏡を構成する化合物半導体層を成長させ、特定化
合物半導体層の貫通開口部及び誘電体膜の開口部を上部
反射鏡で埋めると共に誘電体膜上に上部反射鏡を形成す
る工程とを有することを特徴としている。

【００１８】第１の発明方法の作用に加えて、第２の発
明方法では、上部反射鏡とは異なる導電型の化合物半導
体層を設け、誘電体膜を開口した後、開口した誘電体膜
をマスクとして化合物半導体層をエッチングしているの
で、誘電体膜を開口した際のフォトリソグラフィ処理の
フォトレジスト膜残渣等が積層構造内部に残留しない。
また、上部反射鏡とは異なる導電型の化合物半導体層を
ｐｎ接合分離層として機能させ、電流狭窄構造の機能を
向上させることができる。

【００１９】第１及び第２の発明方法で、誘電体膜のパ
ターニング方法には制約なく、例えば、フォトリソグラ
フィ技術及びリフトオフ法を好適に適用できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。尚、以下の実施形態例で示した導電型、膜
種、膜厚、成膜方法、その他寸法等は、本発明の理解を
容易にするための例示であって、本発明はこれら例示に
限定されるものではない。面発光型半導体レーザ素子の実施形態例１ 本実施形態例は本発明に係る面発光型半導体レーザ素子
の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の面発
光型半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。本実
施形態例の面発光型半導体レーザ素子１０は、柱状の素
子であって、図１に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１２
上に、順次、成膜されたｎ−ＡｌＡｓ層／ＧａＡｓ層の
ペアからなる下部反射鏡（ＤＢＲミラー）兼下部クラッ
ド層１４、ｎ−ＧａＡｓ下部光ガイド層１６、ＧａＩｎ
ＮＡｓ／ＧａＡｓ活性層１８、ｐ−ＧａＡｓ上部光ガイ
ド層２０、ｐ−ＡｌＡｓ層／ＧａＡｓ層のペアからなる
上部反射鏡（ＤＢＲミラー）兼上部クラッド層２２、及
びｐ−ＧａＡｓコンタクト層２４の積層構造を備え、上
部光ガイド層２０上にｎ−ＡｌＧａＡｓ層２６及びＳｉ
Ｏ₂ 膜２８の積層構造からなる電流狭窄構造を有する。

【００２１】ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２６及びＳｉＯ₂ 膜２
８は、ｐ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ上部反射鏡兼上部クラッ
ド層２２の下部層２２ａで埋め込まれ、電流注入領域と
なる開口部３１を中央領域に備えている。更に、ｐ−Ａ
ｌＡｓ／ＧａＡｓ上部反射鏡兼上部クラッド層２２は、
ＳｉＯ₂膜２８上に円錐台形状の縦断面を有して突出す
る上部層２２ｂを下部層２２ａに連続して有する。上部
層２２ｂは、上面が基板面に平行な面で、直径が下部層
２２ａと同じ円柱状の中央部３０と、中央部３０の上縁
周囲からＳｉＯ₂ 膜２８に向かって傾斜してＳｉＯ₂ 膜
２８に達する傾斜面を有し、中央部３０から横方向にＳ
ｉＯ₂ 膜２８上に延在する傾斜周辺部３２とから構成さ
れている。ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２４は、上部反射
鏡兼上部クラッド層２２の上部層２２ｂの中央部３０上
及び傾斜周辺部３２上にそれぞれ設けられた、基板面に
平行な平行層２４ａ及び傾斜層２４ｂから構成されてい
る。

【００２２】ｐ側電極３４は、ｐ−ＧａＡｓコンタクト
層２４の平行層２４ａ上を光出射口３６として開口し、
傾斜層２４ｂに沿って傾斜面を形成しつつリング状に形
成されている。また、ｎ側電極３８は、ｎ−ＧａＡｓ基
板１２の裏面に形成されている。

【００２３】本実施形態例では、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２
６及びＳｉＯ₂ 膜２８の積層構造がｐ−ＡｌＡｓ／Ｇａ
Ａｓ上部反射鏡兼上部クラッド層２２の下部層２２ａを
取り囲んで光ガイド層１８に接する電流注入領域を狭窄
することにより、絶縁膜とｐｎ接合分離による電流狭窄
構造が構成されている。ｐ側電極３２から注入された電
流は、電流狭窄構造によって狭窄された下部層２２ａを
経て活性層１８に達する。これにより、動作電流を低減
することができる。Ａｌ含有層のＡｌを選択的に酸化し
てＡｌ酸化層に転化した従来の電流狭窄構造とは異な
り、ＳｉＯ₂ 膜２８は、フォトリソグラフィによって正
確にパターニングされ、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２６は、正
確にパターニングされたＳｉＯ₂ 膜２８をマスクにして
エッチングされているので、電流注入領域を設計通り正
確に形成することができる。従って、電流狭窄構造を形
成する際の制御性及び再現性が高い。

【００２４】また、ｐ型層はｎ型層に比べて電気抵抗が
高いものの、本実施形態例では、ｐ−ＧａＡｓコンタク
ト層２４がｐ−上部反射鏡兼上部クラッド層２２の上部
層２２ｂの中央部３０上及び傾斜周辺部３２上に形成さ
れ、次いで、ｐ側電極３４がｐ−ＧａＡｓコンタクト層
２４の傾斜層２４ｂ上に形成されている。これにより、
ｐ−コンタクト層が上部ＤＢＲミラーの平坦面に形成さ
れている従来の面発光型半導体レーザ素子に比べて、ｐ
−上部反射鏡兼上部クラッド層２２とｐ−ＧａＡｓコン
タクト層２４との接触面積、次いでｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層２４とｐ側電極３４との接触面積が広くなるの
で、注入電流に対する電気抵抗が低くなる。よって、動
作電圧を低減させることができる。

【００２５】面発光型半導体レーザ素子の実施形態例２ 本実施形態例は本発明に係る面発光型半導体レーザ素子
の実施形態の別の例であって、図２は本実施形態例の面
発光型半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。図
２に示す部位のうち図１と同じものには同じ符号を付し
ている。本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子４０
は、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２６を備えていないことを除い
て、実施形態例１の面発光型半導体レーザ素子１０と同
じ構成を備えている。つまり、面発光型半導体レーザ素
子４０は、柱状の素子であって、図２に示すように、ｎ
−ＧａＡｓ基板１２上に、順次、成膜されたＡｌＡｓ／
ＧａＡｓからなる下部反射鏡（ＤＢＲミラー）兼下部ク
ラッド層１４、ｎ−ＧａＡｓ下部光ガイド層１６、Ｇａ
ＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ活性層１８、ｐ−ＧａＡｓ上部光
ガイド層２０、ｐ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓからなる上部反
射鏡（ＤＢＲミラー）兼上部クラッド層４２、及びｐ−
ＧａＡｓコンタクト層４４の積層構造を備え、上部光ガ
イド層２０上にＳｉＯ₂ 膜２８からなる電流狭窄層を有
する。

【００２６】ＳｉＯ₂ 膜２８は、ｐ−ＡｌＡｓ／ＧａＡ
ｓ上部反射鏡兼上部クラッド層４２の下部層４２ａで埋
め込まれ、電流注入領域となる開口部３１を中央領域に
備えている。更に、ｐ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ上部反射鏡
兼上部クラッド層４２は、ＳｉＯ₂膜２８上に円錐台形
状の縦断面を有して突出する上部層４２ｂを下部層４２
ａに連続して有する。上部層４２ｂは、上面が基板面に
平行な面で、直径が下部層４２ａと同じ柱状の中央部４
６と、中央部４６の上縁周囲からＳｉＯ₂ 膜２８に向か
って傾斜してＳｉＯ₂ 膜２８に達する傾斜面を有し、中
央部４６から横方向にＳｉＯ₂ 膜２８上に延在する傾斜
周辺部４８とから構成されている。ｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層４４は、上部反射鏡兼上部クラッド層４２の上部
層４２ｂの中央部４６上及び傾斜周辺部４８上にそれぞ
れ設けられた、基板面に平行な平行層４４ａ及び傾斜層
４４ｂで構成されている。

【００２７】ｐ側電極３４は、平行層４４ａ上を光出射
口３６として開口し、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４４の
傾斜層４４ｂに沿って傾斜面を形成しつつリング状に形
成されている。また、ｎ側電極３８は、ｎ−ＧａＡｓ基
板１２の裏面に形成されている。

【００２８】本実施形態例では、ＳｉＯ₂ 膜２８がｐ−
ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ上部反射鏡兼上部クラッド層４２の
下部層４２ａを取り囲むことにより、光ガイド層１８に
接する領域が狭くなった電流狭窄構造が構成されてい
る。ｐ側電極３４から注入された電流は、電流狭窄構造
によって狭窄された下部層４２ａを経て活性層１８に達
する。これにより、動作電流を低減することができる。
また、本実施形態例では、実施形態例１と同様に、ｐ−
上部反射鏡兼上部クラッド層４２とｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層４４と接触面積、及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層
４４とｐ側電極３４との接触面積が広くなるので、注入
電流に対する電気抵抗が低くなる。よって、動作電圧を
低減させることができる。

【００２９】面発光型半導体レーザ素子の実施形態例３ 本実施形態例は本発明に係る面発光型半導体レーザ素子
の実施形態の更に別の例であって、図３は本実施形態例
の面発光型半導体レーザ素子の構成を示す断面図であ
る。図３に示す部位のうち図２と同じものには同じ符号
を付している。本実施形態例の面発光型半導体レーザ素
子５０は、ｐ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ上部反射鏡兼上部ク
ラッド層、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、及びｐ側電極の
構造が異なることを除いて、実施形態例２の面発光型半
導体レーザ素子４０と同じ構成を備えている。

【００３０】本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子
５０では、ｐ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ上部反射鏡兼上部ク
ラッド層５２が、周囲がＳｉＯ₂ 膜２８に取り囲まれた
下部層５２ａと、ＳｉＯ₂ 膜２８の開口部５１及びＳｉ
Ｏ₂ 膜２８上に突出し、かつ下部層５２より径の大きな
円柱状の上部層５２ｂとから構成されている。ｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層５４は、上部反射鏡兼上部クラッド層
５２の上部層５２ｂの上面及び側周面に沿って設けられ
ている。また、ｐ側電極５４は、上部反射鏡兼上部クラ
ッド層５２の下部層５２ａと同じ径のｐ−ＧａＡｓコン
タクト層５４領域を光出射口５８として開口しつつ、ｐ
−ＧａＡｓコンタクト層５４の上面及び側周面に沿って
リング状に形成されている。

【００３１】本実施形態例では、実施形態例２と同様
に、ＳｉＯ₂ 膜２８が、ｐ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ上部反
射鏡兼上部クラッド層５２の下部層５２ａを取り囲むこ
とにより、光ガイド層１８に接する領域が狭くなった電
流狭窄構造が構成されている。ｐ側電極３４から注入さ
れた電流は、電流狭窄構造によって狭窄された下部層２
０ａを経て活性層１８に達する。これにより、動作電流
を低減することができる。また、本実施形態例では、ｐ
−ＧａＡｓコンタクト層５４は、上部反射鏡兼上部クラ
ッド層５２の上面及び側周面上に形成されていて、電流
通過面積が広いので、注入電流に対する電気抵抗が低く
なり、また、ｐ側電極３４とｐ−ＧａＡｓコンタクト層
２４との接触抵抗も低くなる。これにより、動作電圧を
低減させることができる。

【００３２】実施形態例１から３では、下部及び上部反
射鏡１４、２２、５２はＡｌＡｓ層／ＧａＡｓ層のペア
で形成されているが、これに限らず例えばＡｌＧａＡｓ
層／ＧａＡｓ層のペアで形成しても良い。また、ＳｉＯ
₂ 膜２８に代えてＳｉＮ_X 膜を用いても良い。

【００３３】製造方法の実施形態例１ 本実施形態例は、第２の発明方法に係る面発光型半導体
レーザ素子の製造方法を実施形態例１の面発光型半導体
レーザ素子１０の製造に適用した実施形態の一例であ
る。図４（ａ）から（ｃ）、図５（ｄ）から（ｆ）、及
び図６（ｇ）と（ｈ）は、それぞれ、本実施形態例の方
法に従って面発光型半導体レーザ素子を製造する際の各
工程の基板断面図である。本実施形態例では、先ず、図
４（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１２上にＭＯ
ＣＶＤ法により所定の化合物半導体層を順次エピタキシ
ャル成長させ、ｎ−ＡｌＡｓ層／ＧａＡｓ層のペアから
なる下部反射鏡（ＤＢＲミラー）兼下部クラッド層１
４、ｎ−ＧａＡｓ下部光ガイド層１６、ＧａＩｎＮＡｓ
／ＧａＡｓ活性層１８、ｐ−ＧａＡｓ上部光ガイド層２
０、及びｎ−ＡｌＧａＡｓ層２６の積層構造を形成す
る。次いで、積層構造を結晶成長装置から取り出して、
図４（ｂ）に示すように、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２６上に
フォトレジスト膜２７を塗布、成膜する。次いで、フォ
トレジスト膜２７をパターニングして、図４（ｃ）に示
すように、電流注入領域と同じ径のパターン２９を形成
する。

【００３４】次いで、図５（ｄ）に示すように、ｎ−Ａ
ｌＧａＡｓ層２６上及びパターン２９上にＳｉＯ₂ 膜２
８を蒸着法又はスパッタ法により堆積させる。続いて、
図５（ｅ）に示すように、リフトオフ法を適用してパタ
ーン２９とパターン２９上のＳｉＯ₂ 膜２８を除去し
て、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２６を露出させる。次に、図５
（ｆ）に示すように、ＳｉＯ₂ 膜２８をエッチングマス
クにして、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２６をエッチングして、
上部光ガイド層２０を露出させる開口部３１を形成す
る。

【００３５】続いて、図６（ｇ）に示すように、ＳｉＯ
₂ 膜２８を選択成長用マスクとして使用して、選択成長
法によりｐ−上部反射鏡兼上部クラッド層２２、及びｐ
−ＧａＡｓコンタクト層２４を成長させる。選択成長法
を適用して、ｐ−上部反射鏡兼上部クラッド層２２を構
成するＡｌＡｓ層及びＧａＡｓ層を交互にエピタキシャ
ル成長させることにより、開口部３１を埋める下部層２
２ａを形成し、続いて開口部３１と直径が同じで上面が
基板面に平行な平坦面である円柱状の中央部３０と中央
部３０の上縁周囲からＳｉＯ ₂ 膜２８に向かって傾斜し
てＳｉＯ₂ 膜２８に達する傾斜周辺部３２とからなる上
部層２２ｂを形成することができる。次いで、上部反射
鏡兼上部クラッド層２２の上部層２２ｂの中央部３０上
及び傾斜周辺部３２上にｐ−ＧａＡｓ層を成長させ、基
板面に平行な平行層２４ａ及び傾斜層２４ｂで構成され
ているｐ−ＧａＡｓコンタクト層２４を形成する。

【００３６】次いで、図６（ｈ）に示すように、蒸着法
又はスパッタ法を用いて、ｐ−ＧａＡｓコンタクト２４
上にｐ側電極３４を構成する金属膜を、ｎ−ＧａＡｓ基
板１２の裏面を研磨して所定基板厚さにした後、ｎ側電
極３８を構成する金属膜を形成する。ｐ−ＧａＡｓコン
タクト２４上に金属膜を形成する際には、ｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層２４の平行部２４ａ上には金属膜を形成し
ないようにして、出射開口３６を開口したｐ側電極３４
を形成する。これにより、図１に示す面発光型半導体レ
ーザ素子１０を製造することができる。

【００３７】本実施形態例の方法では、第１には、Ａｌ
含有層を選択的に酸化してＡｌ酸化層に転化してなる従
来の電流狭窄構造とは異なり、制御性の高いフォトリソ
グラフィ技術によってＳｉＯ₂ 膜２８を正確にパターニ
ングし、正確にパターニングされたＳｉＯ₂ 膜２８をマ
スクにしてｎ−ＡｌＧａＡｓ層２６をエッチングしてい
るので、電流狭窄構造を形成する際の制御性及び再現性
が高く、電流注入領域を設計通り正確に形成することが
できる。また、第２には、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２６をエ
ッチングして、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２６上に残留したフ
ォトレジスト膜残渣を除去しているので、良質のｐ−上
部反射鏡兼クラッド層２２を成長させることができる。

【００３８】第３には、ＳｉＯ₂ 膜２８を選択成長用マ
スクとした選択成長法を適用して、ｐ−上部反射鏡兼ク
ラッド層２２を成長させ、中央部３０と傾斜周辺部３２
とからなる表面積の広いｐ−上部反射鏡兼上部クラッド
層２２を形成しているので、表面積の広いｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層２４、従って接触面積の広いｐ側電極３４
を形成することができる。これにより、動作電圧を低減
することができる。第４には、結晶成長条件を変えるこ
とにより、選択成長させたｐ−上部反射鏡兼クラッド層
２２の傾斜周辺部３２を低抵抗化することが出来る。更
には、低抵抗化により、動作時に面発光型半導体レーザ
素子１０で発生する熱を低減することが可能になり、素
子寿命を向上させることが出来る。

【００３９】製造方法の実施形態例２ 本実施形態例は、第１の発明方法に係る面発光型半導体
レーザ素子の製造方法を実施形態例２の面発光型半導体
レーザ素子４０の製造に適用した実施形態の一例であ
る。本実施形態例は、実施形態例１の製造方法のｎ−Ａ
ｌＧａＡｓ層２６を成長させる工程、及びパターニング
したＳｉＯ₂ 膜２８をエッチングマスクとしてｎ−Ａｌ
ＧａＡｓ層２６をエッチングする工程が無いことを除い
て、実施形態例１の製造方法と同じ工程を有し、実施形
態例１の製造方法の第１及び第３の効果を奏することが
できる。また、製造方法の実施形態例２の変形例とし
て、ｐ−上部反射鏡兼クラッド層２２を選択成長させる
際、成長ファセットが結晶成長方向に対して垂直になる
することにより、実施形態例３の面発光型半導体レーザ
素子５０を製造することができる。

【００４０】実施形態例１及び２の製造方法では、結晶
成長方法としてＭＯＣＶＤ法を適用しているが、ＭＯＣ
ＶＤ法に限らず、ＭＢＥ法等の他の結晶成長方法を適用
しても良い。また、誘電体膜としてＳｉＯ₂ 膜２８に代
えて、ＳｉＮ_X などの誘電体絶縁層を用いても良い。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、電流狭窄層として、従
来のＡｌ酸化層に代えて、活性層に対する電流注入領域
を開口部として開口している誘電体膜を活性層上に備
え、フォトリソグラフィ技術を使って開口部を誘電体膜
に形成することにより、開口部を所望の開口形状で正確
に形成することができる。また、レーザ光を取り出す窓
の形状を任意に決定することが出来る。再現性の悪いＡ
ｌ酸化層に代えて、設計通りに確実に形成できる電流狭
窄構造を用いているので、閾値電流を増大させる無効電
流を大幅に低減することが可能になり、面発光型半導体
レーザ素子の劣化を抑制することが出来る。また、Ａｌ
組成が不確定であるために、屈折率が不確定、従ってレ
ーザ特性が不確定になる従来のＡｌ酸化層に代えて、特
性の明確な誘電体膜を電流狭窄層として使用しているの
で、確定したレーザ特性を有する面発光型半導体レーザ
素子を製造することができる。また、縦断面が円錐台状
又は大径円柱状に形成された上部反射鏡の上部層を誘電
体膜上に有することにより、上部反射鏡とコンタクト層
との接触面積、及びコンタクト層と対の電極の一方との
接触面積が増大し、電気抵抗を低減することができる。

【００４２】本発明方法によれば、誘電体膜をパターニ
ングして、活性層に対する電流注入領域を開口部として
形成しているので、所望の形状の電流注入領域を正確に
形成することができる。つまり、電流狭窄構造を制御性
良くまた再現性良く形成することができる。また、パタ
ーニングした誘電体膜を選択成長用マスクとした選択成
長法を適用して上部反射鏡を構成する化合物半導体層を
成長させているので、選択成長法の条件を適宜設定する
ことにより、任意性の高い形状で上部反射鏡を誘電体膜
上に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１の面発光型半導体レーザ素子の構
成を示す断面図である。

【図２】実施形態例２の面発光型半導体レーザ素子の構
成を示す断面図である。

【図３】実施形態例３の面発光型半導体レーザ素子の構
成を示す断面図である。

【図４】図４（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、実施形態
例１の方法に従って面発光型半導体レーザ素子を製造す
る際の各工程の基板断面図である。

【図５】図５（ｄ）から（ｆ）は、それぞれ、図４
（ｃ）に続いて、実施形態例１の方法に従って面発光型
半導体レーザ素子を製造する際の各工程の基板断面図で
ある。

【図６】図６（ｇ）と（ｈ）は、それぞれ、図５（ｆ）
に続いて、実施形態例１の方法に従って面発光型半導体
レーザ素子を製造する際の各工程の基板断面図である。

【図７】従来の面発光型半導体レーザ素子の構成を示す
基板断面図である。

【符号の説明】 １０……実施形態例１の面発光型半導体レーザ素子、１
２……ｎ−ＧａＡｓ基板、１４……ｎ−ＡｌＡｓ／Ｇａ
Ａｓ下部反射鏡兼下部クラッド層、１６……ｎ−ＧａＡ
ｓ下部光ガイド層、１８……ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ
活性層、２０……ＧａＡｓ上部光ガイド層、２２……ｐ
−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ上部反射鏡兼上部クラッド層、２
２ａ……下部層、２２ｂ……上部層、２４……ｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層、２４ａ……平行層、２４ｂ……傾斜
層、２６……ｎ−ＡｌＧａＡｓ層、２７……フォトレジ
スト膜、２８……ＳｉＯ₂ 膜、２９……パターン、３０
……中央部、３１……開口部、３２……傾斜周辺部、３
４……ｐ側電極、３６……出射開口、３８……ｎ側電
極、４０……実施形態例２の面発光型半導体レーザ素
子、４２……ｐ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ上部反射鏡兼上部
クラッド層、４２ａ……下部層、４２ｂ……上部層、４
４……ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、４４ａ……平行層、
４４ｂ……傾斜層、４６……中央部、４８……傾斜周辺
部、５０……実施形態例３の面発光型半導体レーザ素
子、５２……ｐ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ上部反射鏡兼上部
クラッド層、５２ａ……下部層、５２ｂ……上部層、５
４……ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、６０……従来の面発
光型半導体レーザ素子、６２……ＧａＡｓ基板、６４…
…ＧａＡｓ層、６６……ＧａＡｓ層、６８……下部多層
膜反射鏡、７０……活性層、７２……上部多層膜反射
鏡、７４……電流狭窄層造、７４ａ……ＡｌＡｓ層から
なる中央領域、７４ｂ……Ａｌ酸化層からなる外周領
域。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の上部及び下部反射鏡を有し、共振
   器長方向が化合物半導体層の結晶成長方向と一致するレ
   ーザ共振器構造を基板上に備え、基板面に直交する方向
   にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザ素子におい
   て、 活性層に対する電流注入領域を開口部として開口してい
   る誘電体膜を電流狭窄層として活性層上に備え、 上部反射鏡が、誘電体膜の開口部を埋める下部層と誘電
   体膜上に形成されている上部層とから構成されているこ
   とを特徴とする面発光型半導体レーザ素子。
2. 【請求項２】 上部反射鏡の上部層は、縦断面が円錐台
   状に形成され、誘電体膜の開口部と同じ径で開口部から
   上方に延在し、基板面に平行な上面を有する柱状の中央
   部と、中央部の上面の周縁から誘電体膜に向かって傾斜
   する円錐台面を有し、中央部から横方向に誘電体膜上に
   延在する傾斜周辺部とからなり、 コンタクト層が上部反射鏡の上部層の上面及び円錐台面
   に沿って設けられ、 対の電極の一方がコンタクト層を介して上部反射鏡の上
   部層の円錐台面に沿ってリング状に設けられていること
   を特徴とする請求項１に記載の面発光型半導体レーザ素
   子。
3. 【請求項３】 上部反射鏡の上部層は、誘電体膜の開口
   部上及び誘電体膜上に延在する誘電体膜の開口部より大
   きな径の柱状の大径部として形成され、 コンタクト層が上部反射鏡の上部層の上面及び側周面に
   沿って設けられ、 対の電極の一方が、誘電体膜の開口部上には延在しない
   ように、コンタクト層を介して上部反射鏡の上部層の上
   面の周縁部、及び側周面に沿ってリング状に設けられて
   いることを特徴とする請求項１に記載の面発光型半導体
   レーザ素子。
4. 【請求項４】 上部反射鏡とは異なる導電型の化合物半
   導体層（以下、特定化合物半導体層と言う）が、誘電体
   膜の開口部と同じ開口形状で開口部に連続する貫通開口
   部を有して誘電体膜の下面に接して設けられ、 特定化合物半導体層の貫通開口部及び誘電体膜の開口部
   が、上部反射鏡の下部層で埋められていることを特徴と
   する請求項１から３のいずれか１項に記載の面発光型半
   導体レーザ素子。
5. 【請求項５】 誘電体膜は、ＳｉＯ_X 膜、ＳｉＮ_X 膜、
   ＴｉＯ_X 膜、及びＡｌＮ_X 膜のいずれか、又はＳｉＯ_X
   膜、ＳｉＮ_X 膜、ＴｉＯ_X 膜、及びＡｌＮ_X膜のうちの
   少なくともいずれか２層の多層膜であることを特徴とす
   る請求項１から４のいずれか１項に記載の面発光型半導
   体レーザ素子。
6. 【請求項６】 一対の上部及び下部反射鏡を有し、共振
   器長方向が化合物半導体層の結晶成長方向と一致するレ
   ーザ共振器構造を基板上に備え、基板面に直交する方向
   にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザ素子を製造
   する方法において、 基板上に活性層を成長させた後、活性層上に誘電体膜を
   成膜する工程と、 誘電体膜をパターニングして開口し、活性層に対する電
   流注入領域を開口部として誘電体膜に形成する工程と、 パターニングした誘電体膜を選択成長用マスクとした選
   択成長法を適用して上部反射鏡を構成する化合物半導体
   層を成長させ、誘電体膜の開口部を上部反射鏡で埋める
   と共に誘電体膜上に上部反射鏡を形成する工程とを有す
   ることを特徴とする面発光型半導体レーザ素子の製造方
   法。
7. 【請求項７】 一対の上部及び下部反射鏡を有し、共振
   器長方向が化合物半導体層の結晶成長方向と一致するレ
   ーザ共振器構造を基板上に備え、基板面に直交する方向
   にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザ素子を製造
   する方法において、 基板上に活性層を成長させた後、上部反射鏡とは異なる
   導電型の化合物半導体層（以下、特定化合物半導体層と
   言う）を活性層上に成長させる工程と、 特定化合物半導体層上に誘電体膜を成膜する工程と、 誘電体膜をパターニングして開口し、活性層に対する電
   流注入領域を開口部として誘電体膜に形成する工程と、 パターニングした誘電体膜をエッチングマスクとして使
   用して特定化合物半導体層をエッチングし、特定化合物
   半導体層を貫通する貫通開口部を形成する工程と、 パターニングした誘電体膜を選択成長用マスクとした選
   択成長法を適用して上部反射鏡を構成する化合物半導体
   層を成長させ、特定化合物半導体層の貫通開口部及び誘
   電体膜の開口部を上部反射鏡で埋めると共に誘電体膜上
   に上部反射鏡を形成する工程とを有することを特徴とす
   る面発光型半導体レーザ素子の製造方法。
8. 【請求項８】 上部反射鏡の上面及び側周面に沿ってコ
   ンタクト層を成長させる工程を有することを特徴とする
   請求項６又は７に記載の面発光型半導体レーザ素子の成
   長方法。
9. 【請求項９】 誘電体膜に開口部を形成する工程では、
   フォトリソグラフィ技術及びリフトオフ法により、誘電
   体膜をパターニングすることを特徴とする請求項６から
   ８のいずれか１項に記載の面発光型半導体レーザ素子。