JP2004207586A - 面発光型半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】活性層及び下部ＤＢＲの劣化が抑制され、高い信頼性と良好なレーザ特性を有する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。
【解決手段】ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１５と電流狭窄層１７との間にＩｎＧａＰ層１６を備える。ｐ−ＧａＡｓキャップ層１９及び上部ＤＢＲ１８は、メサポスト２０として形成される。
【選択図】 図１
【解決手段】ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１５と電流狭窄層１７との間にＩｎＧａＰ層１６を備える。ｐ−ＧａＡｓキャップ層１９及び上部ＤＢＲ１８は、メサポスト２０として形成される。
【選択図】 図１
Description
【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、特に、活性層及び下部ＤＢＲの劣化が抑制され、高い信頼性と良好なレーザ特性を有する、酸化狭窄型の面発光型半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板と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素子は、出射ビームの形状が円形であり、光ファイバとの接続が容易である。また、活性層に流れる電流を狭い領域に制限する構成を備えるため、低いしきい値電流を有し、近年、光データ通信分野での光源として注目されている。
【０００３】
活性層に流れる電流を制限するには、予めレーザ素子を構成する積層構造中に酸化されやすい物質からなる半導体層を形成しておき、この半導体層を部分的に酸化させて絶縁領域を形成する方法が知られている。このような方法を採用した素子を、酸化狭窄型の面発光半導体レーザ素子と呼んでいる。
【０００４】
図４は、従来の酸化狭窄型の面発光型半導体レーザ素子の層構造を、その一部を断面で示す斜視図である。面発光型半導体レーザ素子３０は、ｎ−ＧａＡｓ基板３１上に順次に形成された、下部半導体多層膜反射鏡（下部ＤＢＲ）３２、ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層３３、量子井戸活性層３４、ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層３５、上部半導体多層膜反射鏡（上部ＤＢＲ）３７、及びｐ−ＧａＡｓキャップ層３８から成る積層構造を備えている。積層構造のうち、ｐ−ＧａＡｓキャップ層３８、上部ＤＢＲ３７、ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層３５、量子井戸活性層３４、ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層３３、及び下部ＤＢＲ３２の上層部分は、メサポスト３９として形成されている。
【０００５】
下部ＤＢＲ３２は、各層の膜厚がλ／４ｎ（λ：レーザの発振波長、ｎ：各層の屈折率）のｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ膜とｎ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ膜の３５ペアが積層された多層膜によって構成されている。上部ＤＢＲ３７は、各層の膜厚がλ／４ｎのｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ膜とｐ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ膜の２５ペアが積層された多層膜によって構成されている。
【０００６】
上部ＤＢＲ３７を構成する多層膜のうち、量子井戸活性層３４に近い１層は、ｐ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ膜に代えて、ｐ−ＡｌＡｓ層の一部領域を選択的に酸化した電流狭窄層３６が形成されている。電流狭窄層３６は、外側の環状のＡｌ酸化領域３６Ｂが電流狭窄領域を成し、内側の円形の非酸化領域３６Ａが電流注入領域を成す。
【０００７】
電流狭窄層３６は、キャリアの移動度の観点から、ｐ側に形成するのが電流経路を限定するには効果的である。また、量子井戸活性層３４の電流経路を効果的に限定するには、量子井戸活性層３４に近づけて配置する。このため、ｎ型基板を用いたレーザ素子では、電流狭窄層３６は、一般的に、量子井戸活性層３４より上側で、且つ量子井戸活性層３４の近くに形成される。
【０００８】
ｐ−ＧａＡｓキャップ層３８を露出させる円形領域を除いて、全面にＳｉＮｘ膜４０が成膜されている。また、メサポスト３９の外側には、ＳｉＮｘ膜４０を介してポリイミド層４１が形成されている。更に、ｐ−ＧａＡｓキャップ層３８上には、レーザ出射口を成す円形の窓４２を除いてｐ側電極４３が、ｎ−ＧａＡｓ基板３１の裏側には、ｎ側電極４４が形成されている。
【０００９】
従来の面発光型半導体レーザ素子３０の製造方法では、先ず、ｎ−ＧａＡｓ基板３１上にｐ−ＧａＡｓキャップ層３８までの積層構造を形成する。この際、電流狭窄層３６の位置にはｐ−ＡｌＡｓ層を形成する。次いで、この積層構造にエッチングを行い、メサポスト３９を形成する。続いて、メサポスト３９の一部として形成されたｐ−ＡｌＡｓ層を、メサポスト３９の側壁から部分的に酸化させ、電流狭窄層３６に転化させるなどの工程を経る。
【００１０】
メサポスト３９を形成するエッチングには、一般的にドライエッチングを用いる。この際、ドライエッチングの不安定性により、エッチング深さには、設定値に対して±１０％程度のばらつきが生じる。また、エッチングに用いるマスクは、その側面形状を上面に対して完全な垂直にすることができないため、マスク近傍のエッチングは不完全になり勝ちである。
【００１１】
ここで、電流狭窄層３６を形成するためのｐ−ＡｌＡｓ層の酸化には、ｐ−ＡｌＡｓ層の側面がメサポスト３９の側壁から完全に露出することが必要である。従ってメサポスト３９の形成にあたっては、エッチング深さに一定のマージンをとり、下部ＤＢＲ３２の上層部分までエッチングしてｐ−ＡｌＡｓ層を露出させることが電流狭窄層３６の形成に不可欠となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
面発光型半導体レーザ素子で活性層が露出し空気等に晒されると、表面に酸化膜が形成され、劣化の原因になることが知られている。面発光型半導体レーザ素子では、製品となった後はメサポストは埋込み層で埋め込まれているので、活性層及び下部ＤＢＲが空気中に晒されることはないが、製造工程中のメサポストのエッチング後に活性層及び下部ＤＢＲが一旦空気中に晒され、これによって劣化が生じていることが判明した。例えば、ＡｌＧａＡｓのようなＡｌを含む半導体層は、量子井戸活性層に用いられると低いしきい値等の良好なレーザ特性をもたらすが、酸化がされ易く劣化が顕著である。
【００１３】
また、エッチング後に下部ＤＢＲの上層部分が露出するため、下部ＤＢＲの上層部分には空気に晒されると劣化し易い材料から成る層を用いることができない。例えば、ＡｌＡｓは熱伝導率が大きく、これを下部ＤＢＲを構成する多層膜の低反射率膜として用いると熱抵抗の低減をもたらす。しかし、非常に酸化され易いため、少なくともメサポストとして露出する下部ＤＢＲの上層部分に用いることはできない。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、活性層及び下部ＤＢＲの劣化が抑制され、高い信頼性と良好なレーザ特性を有する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を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述の問題を解決するために、活性層と電流狭窄層との間でウエットエッチングを停止させるエッチング停止層を設け、これよりマージンをとることなくウエットエッチングの深さを制御することで、下側の層がエッチングされてメサポストとなることを防止し、活性層や下部ＤＢＲの劣化を抑制することに着想した。
【００１６】
また、メサポストの形成に際し、ドライエッチングとウエットエッチングとの特徴の違いに着目し、先ず、加工精度に優れるドライエッチングを用いて、エッチング停止層の手前までをエッチングし、メサの形状に近い柱状体を高い精度で形成する。次いで、材料に対するエッチング選択性の高いウエットエッチングを用いて、エッチング停止層に至るまでエッチングし、エッチング停止層を底面とするメサポストを形成することに着想し、本発明を完成するに至った。
【００１７】
即ち、上記目的を達成する本発明の面発光半導体レーザ素子は、半導体基板上に、上部及び下部多層膜反射鏡と、前記上部多層膜反射鏡と下部多層膜反射鏡との間に配設された活性層と、非酸化領域及び酸化領域を有し、前記上部多層膜反射鏡中に、又は、前記上部多層膜反射鏡と前記活性層との間に配設される電流狭窄層とを含む積層構造を備え、前記半導体基板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、
前記活性層と前記電流狭窄層との間に配設されウエットエッチングを停止するエッチング停止層を備え、該エッチング停止層より上部の前記積層構造が前記エッチング停止層を底面とするメサ形状に形成されていることを特徴としている。
【００１８】
活性層と電流狭窄層との間にエッチング停止層を備え、エッチング停止層より上部の積層構造がエッチング停止層を底面とするメサ形状に形成されることにより、エッチング停止層より下側に配設される活性層及び下部多層膜反射鏡は、メサポストの側壁から露出せず、製造工程中に空気等に晒されない。このため、活性層及び下部多層膜反射鏡の劣化を抑制し、高い信頼性を得ることができる。
【００１９】
本発明の好適な実施態様では、前記半導体基板がｎ型基板である。この場合、ｐ側に電流狭窄層を形成し、キャリア移動度が小さな正孔の経路を規定することで、電流経路を効果的に限定することができる。また、本発明の好適な実施態様では、前記エッチング停止層がＩｎＧａＰから成る。ＩｎＧａＰは、硫酸水溶液や燐酸水溶液などのエッチング液に対してウエットエッチングされず、また、Ａｌを含む半導体層などとの格子整合性も良好であるため、エッチング停止層として好適に用いることができる。
【００２０】
本発明の好適な実施態様では、前記活性層が量子井戸活性層であり、障壁層がＡｌＧａＡｓ層である。この場合、低いしきい値等を有し、良好なレーザ特性を得ることができる。また、本発明の好適な実施態様では、前記下部多層膜反射鏡の低屈折率膜が、前記電流狭窄層の非酸化領域と同じ材料から形成される。この場合、上記材料に例えばＡｌＡｓなどの熱伝導率の高い材料を採用することにより、下部多層膜反射鏡の熱抵抗を低減させて、良好なレーザ特性を得ることができる。
【００２１】
本発明に係るレーザアレイは、上述の面発光型半導体レーザ素子が、同一の半導体基板上に複数個集積されていることを特徴としている。面発光型半導体レーザ素子が、高密度に集積されたデバイスは、光通信分野で広範囲に用いられている。
【００２２】
本発明に係る面発光型半導体レーザ素子の製造方法は、半導体基板上に、下部多層膜反射鏡、活性層、エッチング停止層、Ａｌを含む半導体層、及び、上部多層膜反射鏡を順次に積層して積層構造を形成し、
前記積層構造をドライエッチングし、前記エッチング停止層よりも上部の積層構造からなる柱状体を形成し、
前記柱状体を含む積層構造を、前記エッチング停止層に至るまでウエットエッチングして、前記エッチング停止層を底面とするメサポストを形成し、
前記Ａｌを含む半導体層を選択的に酸化して、非酸化領域及び酸化領域を含む電流狭窄層とすることを特徴としている。
【００２３】
本発明方法では、先ず、加工精度に優れるドライエッチングにより、エッチング停止層より上側に柱状体を高い精度で形成し、次に、材料に対するエッチング選択性に優れるウエットエッチングにより、エッチング停止層に至るまでエッチングし、エッチング停止層を底面とするメサポストを形成する。この場合、エッチング停止層より上側に配設される積層構造は完全にエッチングされて、且つ寸法精度の高いメサポストに形成される。また、エッチング停止層より下側に配設される積層構造がエッチングされるのを防止することができる。
【００２４】
【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且つ詳細に説明する。
実施形態例
図１は、本実施形態例に係る面発光型半導体レーザ素子の層構造を断面で示す斜視図である。面発光型半導体レーザ素子１０は、発振波長が８５０ｎｍに設定された酸化狭窄型の面発光型半導体レーザ素子であって、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上に、順次に形成された、下部ＤＢＲ１２、ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１３、量子井戸活性層１４、ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１５、ＩｎＧａＰ層１６、上部ＤＢＲ１８、及びｐ−ＧａＡｓキャップ層１９から成る積層構造を備えている。積層構造のうち、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１９及び上部ＤＢＲ１８は、直径が４０μｍで高さが５μｍの円柱状のメサポスト２０として形成されている。
【００２５】
量子井戸活性層１４は、例えば３層の膜厚７ｎｍのＧａＡｓ井戸層と、それぞれのＧａＡｓ井戸層の間に形成された膜厚１０ｎｍのＡｌＧａＡｓ障壁層とから構成されている。下部ＤＢＲ１２は、各層の膜厚がλ／４ｎ（λ：レーザの発振波長、ｎ：各層の屈折率）のｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ膜とｎ−ＡｌＡｓ膜の３５ペアが積層された多層膜によって構成されている。上部ＤＢＲ１８は、各層の膜厚がλ／４ｎのｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ膜とｐ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ膜の２５ペアが積層された多層膜によって構成されている。
【００２６】
上部ＤＢＲ１８を構成する多層膜のうち、量子井戸活性層１４に最も近い層は、ｐ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ膜に代えて、ｐ−ＡｌＡｓ層の一部領域を選択的に酸化した電流狭窄層１７が形成されている。電流狭窄層１７は、外側の環状のＡｌ酸化領域１７Ｂが電流狭窄領域を成し、内側の直径１０μｍの円形の非酸化領域１７Ａが電流注入領域を成す。下部ＤＢＲ１２及び上部ＤＢＲ１８は、上述した半導体多層膜に代えて、誘電体多層膜や金属薄膜からそれぞれの反射鏡を構成してもよい。
【００２７】
ｐ−ＧａＡｓキャップ層１９を露出させる円形領域を除いて、全面にＳｉＮｘ膜２１が成膜されている。また、メサポスト２０の外側には、ＳｉＮｘ膜２１を介してポリイミド層２２が形成され、これにより寄生容量を減少させることができる。更に、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１９上には、レーザ出射口を成す円形の窓２３を除いてＡｕＺｎから成るｐ側電極２４が、ｎ−ＧａＡｓ基板１１の裏側には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの多層膜から成るｎ側電極２５が形成されている。
【００２８】
本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子１０の製造方法は、先ず、図２（ａ）に示すように、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法：Metal Organic ChemicalVapor Deposition）により、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上に、下部ＤＢＲ１２、ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１３、量子井戸活性層１４、ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１５、ＩｎＧａＰ層１６、上部ＤＢＲ１８、及びｐ−ＧａＡｓキャップ層１９を成長させる。
【００２９】
量子井戸活性層１４の成長の際には、３層の膜厚７ｎｍのＧａＡｓ井戸層と、それぞれのＧａＡｓ井戸層の間に形成された膜厚１０ｎｍのＡｌＧａＡｓ障壁層を成長させる。下部ＤＢＲ１２の成長の際には、各層の膜厚がλ／４ｎのｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ膜とｎ−ＡｌＡｓ膜の３５ペアからなる多層膜を成長させる。上部ＤＢＲ１８の成長の際には、各層の厚さがλ／４ｎのｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ膜とｐ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ膜の２５ペアからなる多層膜を成長させる。また、上部ＤＢＲ１８のうち量子井戸活性層１４に最も近い層は、ｐ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ膜に代えて、ｐ−ＡｌＡｓ層１７ａを成長させる。
【００３０】
次に、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１９上にプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮｘ膜（図示せず）を成膜し、更にその上にフォトレジスト膜（図示せず）を成膜する。続いて、直径約４０μｍの円形パターンをフォトリソグラフィ技術でフォトレジスト膜に転写し、円形レジスト・エッチングマスク（図示せず）を形成する。続いて、円形レジスト・エッチングマスクを用い、ＣＦ4ガスをエッチングガスとする反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によりＳｉＮｘ膜をエッチングし、ＳｉＮｘマスク２６を形成する。
【００３１】
次いで、図２（ｂ）に示すように、ＳｉＮｘマスク２６をエッチングマスクとして、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）法によるドライエッチングを行い、メサの形状に近い円柱形状２７を形成する。この際に、ＩｎＧａＰ層１６の近傍までエッチングされ、且つＩｎＧａＰ層１６がエッチングされないようにエッチング深さを設定する。即ち、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１９の上面からＩｎＧａＰ層１６の上面までの深さは５μｍであるため、例えば、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１９の上面から４μｍの位置にエッチング深さを設定すればよい。この場合、実際にエッチングされる深さは最大でも４．５μｍ程度であり、ＩｎＧａＰ層１６がエッチングされることは無い。
【００３２】
次いで、図３に示すように、硫酸水溶液又は燐酸水溶液をエッチング液として、上述の円柱形状２７を含む積層構造を更にウエットエッチングしてＩｎＧａＰ層１６を露出させ、円柱状のメサポスト２０を形成する。この際、ＩｎＧａＰはこれらのエッチング液に対してウエットエッチングされないため、ＩｎＧａＰ層１６がエッチング停止層として機能し、エッチング深さを厳密に制御しなくても、エッチングはＩｎＧａＰ層１６の上面で自動的に停止する。
【００３３】
これにより、ＩｎＧａＰ層１６より下側に配設されているＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１５、量子井戸活性層１４、ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１３、及び下部ＤＢＲ１２がエッチングされるのを防止することができる。エッチング停止層は、隣接する半導体層との格子不整合率が０．５％以下で、所定のエッチング液に対してウエットエッチングされない材料であれば、ＩｎＧａＰ層１６に限定されない。またメサポスト２０は、円柱状に限定されず、四角柱状及びその他の多角柱状に形成してもよい。
【００３４】
次いで、図１に示すように、４００℃の水蒸気雰囲気中で約２５分間の酸化処理を行い、メサポスト２０の一部として形成されたｐ−ＡｌＡｓ膜１７ａをメサポスト２０の側壁から中心に向かって選択的に酸化する。この酸化処理により、メサポスト２０の側壁に沿って環状のＡｌ酸化領域１７Ｂを生成すると共に、中央近傍の直径１０μｍの円形の領域を元のｐ−ＡｌＡｓのままに残して、非酸化領域１７Ａとして形成する。ｐ−ＡｌＡｓ膜１７ａに代えて、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．９５≦ｘ＜１）膜を用いることもできる。
【００３５】
次いで、図３に示したＳｉＮｘマスク２６をＲＩＥ法により完全に除去した後に、改めて、プラズマＣＶＤ法でＳｉＮｘ膜２１を全面に成膜することにより、レーザ素子のパッシベーション処理を行う。続いて、メサポスト２０の外側に、ＳｉＮｘ膜２１を介してポリイミド層２２を形成する。
【００３６】
次いで、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１９上のＳｉＮｘ膜２１の中心部を円形に除去し、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１９上に、レーザ出射口を成す円形の窓２３を除いてＡｕＺｎから成るｐ側電極２４を蒸着する。また、ｎ−ＧａＡｓ基板１１の裏面を研磨して基板厚さを１００μｍ程度に調整した後、裏面にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの多層膜から成るｎ側電極２４を蒸着する。最後に、窒素雰囲気中でのアニール処理等の工程を経ることにより面発光型半導体レーザ素子１０を完成することができる。
【００３７】
本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子１０は、ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１５と電流狭窄層１７との間にエッチング停止層としてＩｎＧａＰ層１６を備え、ＩｎＧａＰ層１６より上部の積層構造がメサポスト２０として形成されている。このため、ＩｎＧａＰ層１６より下側に配設される、ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１５、量子井戸活性層１４、ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１３、及び下部ＤＢＲ１２は、メサポスト２０の側面から露出せず、製造工程中に空気等に晒されない。このため、これらの各層の劣化を抑制し、高い信頼性を得ることができる。また、下部ＤＢＲ１２が製造工程中に露出しないため、非常に酸化され易いｎ−ＡｌＡｓ膜を下部ＤＢＲ１２を構成する低反射率層として採用し、熱抵抗の低減により良好なレーザ特性を得ることができる。
【００３８】
本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子１０の製造方法では、先ず、加工精度に優れるドライエッチングにより、ＩｎＧａＰ層１６より上側にメサの形状に近い円柱形状２７を高い精度で形成する。次に、材料に対するエッチング選択性の高いウエットエッチングにより、ＩｎＧａＰ層１６に至るまでエッチングして、ＩｎＧａＰ層１６を底面とするメサポスト２０を形成する。この場合、ＩｎＧａＰ層１６より上側に配設される積層構造は完全にエッチングされて、且つ寸法精度の高いメサポスト２０に形成される。また、ＩｎＧａＰ層１６より下側に配設される積層構造がエッチングされるのを防止することができる。
【００３９】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明の面発光型半導体レーザ素子は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した面発光型半導体レーザ素子も、本発明の範囲に含まれる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係る面発光半導体レーザ素子は、活性層と電流狭窄層との間にエッチング停止層を備え、エッチング停止層より上部の積層構造がエッチング停止層を底面とするメサ形状に形成されることにより、エッチング停止層より下側に配設される活性層及び下部多層膜反射鏡は、メサポストの側面から露出せず、製造工程中に空気等に晒されない。このため、活性層及び下部多層膜反射鏡の劣化を抑制し、高い信頼性を得ることができる。また、活性層及び下部多層膜反射鏡が製造工程中に露出しないため、これらの層に空気等に晒されると劣化し易い材料を用いることができ、適当な材料の採用により良好なレーザ特性を得ることができる。
【００４１】
また、本発明に係る面発光型半導体レーザ素子の製造方法では、先ず、加工精度に優れるドライエッチングにより、エッチング停止層より上側にメサの形状に近い柱状体を高い精度で形成し、次に、材料に対するエッチング選択性に優れるウエットエッチングにより、エッチング停止層に至るまでエッチングし、エッチング停止層を底面とするメサポストを形成する。これによって、上記本発明の面発光型半導体レーザ素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例の面発光型半導体レーザ素子の層構造を、その一部を断面で示す斜視図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ実施形態例の面発光型半導体レーザ素子の製造方法に係る一製造工程段階を示す斜視断面図である。
【図３】実施形態例の面発光型半導体レーザ素子の製造方法に係る一製造工程段階を示す斜視断面図である。
【図４】従来の面発光型半導体レーザ素子の層構造を、その一部を断面で示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 実施形態例の面発光型半導体レーザ素子
１１ ｎ−ＧａＡｓ基板
１２ 下部半導体多層膜反射鏡（下部ＤＢＲ）
１３ ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層
１４ 量子井戸活性層
１５ ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層
１６ ＩｎＧａＰ層
１７ 電流狭窄層
１７Ａ 非酸化領域
１７Ｂ Ａｌ酸化領域
１７ａ ｐ−ＡｌＡｓ膜
１８ 上部半導体多層膜反射鏡（上部ＤＢＲ）
１９ ｐ−ＧａＡｓ層キャップ層
２０ メサポスト
２１ ＳｉＮｘ膜
２２ ポリイミド層
２３ （レーザ出射口を成す）窓
２４ ｐ側電極
２５ ｎ側電極
２６ ＳｉＮｘマスク
２７ メサの形状に近い円柱形状
３０ 従来の面発光型半導体レーザ素子
３１ ｎ−ＧａＡｓ基板
３２ 下部半導体多層膜反射鏡（下部ＤＢＲ）
３３ ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層
３４ 量子井戸活性層
３５ ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層
３６ 電流狭窄層
３７ 上部半導体多層膜反射鏡（上部ＤＢＲ）
３８ ｐ−ＧａＡｓ層キャップ層
３９ メサポスト
４０ ＳｉＮｘ膜
４１ ポリイミド層
４２ （レーザ出射口を成す）窓
４３ ｐ側電極
４４ ｎ側電極
【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、特に、活性層及び下部ＤＢＲの劣化が抑制され、高い信頼性と良好なレーザ特性を有する、酸化狭窄型の面発光型半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板と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素子は、出射ビームの形状が円形であり、光ファイバとの接続が容易である。また、活性層に流れる電流を狭い領域に制限する構成を備えるため、低いしきい値電流を有し、近年、光データ通信分野での光源として注目されている。
【０００３】
活性層に流れる電流を制限するには、予めレーザ素子を構成する積層構造中に酸化されやすい物質からなる半導体層を形成しておき、この半導体層を部分的に酸化させて絶縁領域を形成する方法が知られている。このような方法を採用した素子を、酸化狭窄型の面発光半導体レーザ素子と呼んでいる。
【０００４】
図４は、従来の酸化狭窄型の面発光型半導体レーザ素子の層構造を、その一部を断面で示す斜視図である。面発光型半導体レーザ素子３０は、ｎ−ＧａＡｓ基板３１上に順次に形成された、下部半導体多層膜反射鏡（下部ＤＢＲ）３２、ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層３３、量子井戸活性層３４、ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層３５、上部半導体多層膜反射鏡（上部ＤＢＲ）３７、及びｐ−ＧａＡｓキャップ層３８から成る積層構造を備えている。積層構造のうち、ｐ−ＧａＡｓキャップ層３８、上部ＤＢＲ３７、ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層３５、量子井戸活性層３４、ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層３３、及び下部ＤＢＲ３２の上層部分は、メサポスト３９として形成されている。
【０００５】
下部ＤＢＲ３２は、各層の膜厚がλ／４ｎ（λ：レーザの発振波長、ｎ：各層の屈折率）のｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ膜とｎ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ膜の３５ペアが積層された多層膜によって構成されている。上部ＤＢＲ３７は、各層の膜厚がλ／４ｎのｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ膜とｐ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ膜の２５ペアが積層された多層膜によって構成されている。
【０００６】
上部ＤＢＲ３７を構成する多層膜のうち、量子井戸活性層３４に近い１層は、ｐ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ膜に代えて、ｐ−ＡｌＡｓ層の一部領域を選択的に酸化した電流狭窄層３６が形成されている。電流狭窄層３６は、外側の環状のＡｌ酸化領域３６Ｂが電流狭窄領域を成し、内側の円形の非酸化領域３６Ａが電流注入領域を成す。
【０００７】
電流狭窄層３６は、キャリアの移動度の観点から、ｐ側に形成するのが電流経路を限定するには効果的である。また、量子井戸活性層３４の電流経路を効果的に限定するには、量子井戸活性層３４に近づけて配置する。このため、ｎ型基板を用いたレーザ素子では、電流狭窄層３６は、一般的に、量子井戸活性層３４より上側で、且つ量子井戸活性層３４の近くに形成される。
【０００８】
ｐ−ＧａＡｓキャップ層３８を露出させる円形領域を除いて、全面にＳｉＮｘ膜４０が成膜されている。また、メサポスト３９の外側には、ＳｉＮｘ膜４０を介してポリイミド層４１が形成されている。更に、ｐ−ＧａＡｓキャップ層３８上には、レーザ出射口を成す円形の窓４２を除いてｐ側電極４３が、ｎ−ＧａＡｓ基板３１の裏側には、ｎ側電極４４が形成されている。
【０００９】
従来の面発光型半導体レーザ素子３０の製造方法では、先ず、ｎ−ＧａＡｓ基板３１上にｐ−ＧａＡｓキャップ層３８までの積層構造を形成する。この際、電流狭窄層３６の位置にはｐ−ＡｌＡｓ層を形成する。次いで、この積層構造にエッチングを行い、メサポスト３９を形成する。続いて、メサポスト３９の一部として形成されたｐ−ＡｌＡｓ層を、メサポスト３９の側壁から部分的に酸化させ、電流狭窄層３６に転化させるなどの工程を経る。
【００１０】
メサポスト３９を形成するエッチングには、一般的にドライエッチングを用いる。この際、ドライエッチングの不安定性により、エッチング深さには、設定値に対して±１０％程度のばらつきが生じる。また、エッチングに用いるマスクは、その側面形状を上面に対して完全な垂直にすることができないため、マスク近傍のエッチングは不完全になり勝ちである。
【００１１】
ここで、電流狭窄層３６を形成するためのｐ−ＡｌＡｓ層の酸化には、ｐ−ＡｌＡｓ層の側面がメサポスト３９の側壁から完全に露出することが必要である。従ってメサポスト３９の形成にあたっては、エッチング深さに一定のマージンをとり、下部ＤＢＲ３２の上層部分までエッチングしてｐ−ＡｌＡｓ層を露出させることが電流狭窄層３６の形成に不可欠となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
面発光型半導体レーザ素子で活性層が露出し空気等に晒されると、表面に酸化膜が形成され、劣化の原因になることが知られている。面発光型半導体レーザ素子では、製品となった後はメサポストは埋込み層で埋め込まれているので、活性層及び下部ＤＢＲが空気中に晒されることはないが、製造工程中のメサポストのエッチング後に活性層及び下部ＤＢＲが一旦空気中に晒され、これによって劣化が生じていることが判明した。例えば、ＡｌＧａＡｓのようなＡｌを含む半導体層は、量子井戸活性層に用いられると低いしきい値等の良好なレーザ特性をもたらすが、酸化がされ易く劣化が顕著である。
【００１３】
また、エッチング後に下部ＤＢＲの上層部分が露出するため、下部ＤＢＲの上層部分には空気に晒されると劣化し易い材料から成る層を用いることができない。例えば、ＡｌＡｓは熱伝導率が大きく、これを下部ＤＢＲを構成する多層膜の低反射率膜として用いると熱抵抗の低減をもたらす。しかし、非常に酸化され易いため、少なくともメサポストとして露出する下部ＤＢＲの上層部分に用いることはできない。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、活性層及び下部ＤＢＲの劣化が抑制され、高い信頼性と良好なレーザ特性を有する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を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述の問題を解決するために、活性層と電流狭窄層との間でウエットエッチングを停止させるエッチング停止層を設け、これよりマージンをとることなくウエットエッチングの深さを制御することで、下側の層がエッチングされてメサポストとなることを防止し、活性層や下部ＤＢＲの劣化を抑制することに着想した。
【００１６】
また、メサポストの形成に際し、ドライエッチングとウエットエッチングとの特徴の違いに着目し、先ず、加工精度に優れるドライエッチングを用いて、エッチング停止層の手前までをエッチングし、メサの形状に近い柱状体を高い精度で形成する。次いで、材料に対するエッチング選択性の高いウエットエッチングを用いて、エッチング停止層に至るまでエッチングし、エッチング停止層を底面とするメサポストを形成することに着想し、本発明を完成するに至った。
【００１７】
即ち、上記目的を達成する本発明の面発光半導体レーザ素子は、半導体基板上に、上部及び下部多層膜反射鏡と、前記上部多層膜反射鏡と下部多層膜反射鏡との間に配設された活性層と、非酸化領域及び酸化領域を有し、前記上部多層膜反射鏡中に、又は、前記上部多層膜反射鏡と前記活性層との間に配設される電流狭窄層とを含む積層構造を備え、前記半導体基板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、
前記活性層と前記電流狭窄層との間に配設されウエットエッチングを停止するエッチング停止層を備え、該エッチング停止層より上部の前記積層構造が前記エッチング停止層を底面とするメサ形状に形成されていることを特徴としている。
【００１８】
活性層と電流狭窄層との間にエッチング停止層を備え、エッチング停止層より上部の積層構造がエッチング停止層を底面とするメサ形状に形成されることにより、エッチング停止層より下側に配設される活性層及び下部多層膜反射鏡は、メサポストの側壁から露出せず、製造工程中に空気等に晒されない。このため、活性層及び下部多層膜反射鏡の劣化を抑制し、高い信頼性を得ることができる。
【００１９】
本発明の好適な実施態様では、前記半導体基板がｎ型基板である。この場合、ｐ側に電流狭窄層を形成し、キャリア移動度が小さな正孔の経路を規定することで、電流経路を効果的に限定することができる。また、本発明の好適な実施態様では、前記エッチング停止層がＩｎＧａＰから成る。ＩｎＧａＰは、硫酸水溶液や燐酸水溶液などのエッチング液に対してウエットエッチングされず、また、Ａｌを含む半導体層などとの格子整合性も良好であるため、エッチング停止層として好適に用いることができる。
【００２０】
本発明の好適な実施態様では、前記活性層が量子井戸活性層であり、障壁層がＡｌＧａＡｓ層である。この場合、低いしきい値等を有し、良好なレーザ特性を得ることができる。また、本発明の好適な実施態様では、前記下部多層膜反射鏡の低屈折率膜が、前記電流狭窄層の非酸化領域と同じ材料から形成される。この場合、上記材料に例えばＡｌＡｓなどの熱伝導率の高い材料を採用することにより、下部多層膜反射鏡の熱抵抗を低減させて、良好なレーザ特性を得ることができる。
【００２１】
本発明に係るレーザアレイは、上述の面発光型半導体レーザ素子が、同一の半導体基板上に複数個集積されていることを特徴としている。面発光型半導体レーザ素子が、高密度に集積されたデバイスは、光通信分野で広範囲に用いられている。
【００２２】
本発明に係る面発光型半導体レーザ素子の製造方法は、半導体基板上に、下部多層膜反射鏡、活性層、エッチング停止層、Ａｌを含む半導体層、及び、上部多層膜反射鏡を順次に積層して積層構造を形成し、
前記積層構造をドライエッチングし、前記エッチング停止層よりも上部の積層構造からなる柱状体を形成し、
前記柱状体を含む積層構造を、前記エッチング停止層に至るまでウエットエッチングして、前記エッチング停止層を底面とするメサポストを形成し、
前記Ａｌを含む半導体層を選択的に酸化して、非酸化領域及び酸化領域を含む電流狭窄層とすることを特徴としている。
【００２３】
本発明方法では、先ず、加工精度に優れるドライエッチングにより、エッチング停止層より上側に柱状体を高い精度で形成し、次に、材料に対するエッチング選択性に優れるウエットエッチングにより、エッチング停止層に至るまでエッチングし、エッチング停止層を底面とするメサポストを形成する。この場合、エッチング停止層より上側に配設される積層構造は完全にエッチングされて、且つ寸法精度の高いメサポストに形成される。また、エッチング停止層より下側に配設される積層構造がエッチングされるのを防止することができる。
【００２４】
【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且つ詳細に説明する。
実施形態例
図１は、本実施形態例に係る面発光型半導体レーザ素子の層構造を断面で示す斜視図である。面発光型半導体レーザ素子１０は、発振波長が８５０ｎｍに設定された酸化狭窄型の面発光型半導体レーザ素子であって、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上に、順次に形成された、下部ＤＢＲ１２、ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１３、量子井戸活性層１４、ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１５、ＩｎＧａＰ層１６、上部ＤＢＲ１８、及びｐ−ＧａＡｓキャップ層１９から成る積層構造を備えている。積層構造のうち、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１９及び上部ＤＢＲ１８は、直径が４０μｍで高さが５μｍの円柱状のメサポスト２０として形成されている。
【００２５】
量子井戸活性層１４は、例えば３層の膜厚７ｎｍのＧａＡｓ井戸層と、それぞれのＧａＡｓ井戸層の間に形成された膜厚１０ｎｍのＡｌＧａＡｓ障壁層とから構成されている。下部ＤＢＲ１２は、各層の膜厚がλ／４ｎ（λ：レーザの発振波長、ｎ：各層の屈折率）のｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ膜とｎ−ＡｌＡｓ膜の３５ペアが積層された多層膜によって構成されている。上部ＤＢＲ１８は、各層の膜厚がλ／４ｎのｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ膜とｐ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ膜の２５ペアが積層された多層膜によって構成されている。
【００２６】
上部ＤＢＲ１８を構成する多層膜のうち、量子井戸活性層１４に最も近い層は、ｐ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ膜に代えて、ｐ−ＡｌＡｓ層の一部領域を選択的に酸化した電流狭窄層１７が形成されている。電流狭窄層１７は、外側の環状のＡｌ酸化領域１７Ｂが電流狭窄領域を成し、内側の直径１０μｍの円形の非酸化領域１７Ａが電流注入領域を成す。下部ＤＢＲ１２及び上部ＤＢＲ１８は、上述した半導体多層膜に代えて、誘電体多層膜や金属薄膜からそれぞれの反射鏡を構成してもよい。
【００２７】
ｐ−ＧａＡｓキャップ層１９を露出させる円形領域を除いて、全面にＳｉＮｘ膜２１が成膜されている。また、メサポスト２０の外側には、ＳｉＮｘ膜２１を介してポリイミド層２２が形成され、これにより寄生容量を減少させることができる。更に、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１９上には、レーザ出射口を成す円形の窓２３を除いてＡｕＺｎから成るｐ側電極２４が、ｎ−ＧａＡｓ基板１１の裏側には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの多層膜から成るｎ側電極２５が形成されている。
【００２８】
本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子１０の製造方法は、先ず、図２（ａ）に示すように、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法：Metal Organic ChemicalVapor Deposition）により、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上に、下部ＤＢＲ１２、ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１３、量子井戸活性層１４、ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１５、ＩｎＧａＰ層１６、上部ＤＢＲ１８、及びｐ−ＧａＡｓキャップ層１９を成長させる。
【００２９】
量子井戸活性層１４の成長の際には、３層の膜厚７ｎｍのＧａＡｓ井戸層と、それぞれのＧａＡｓ井戸層の間に形成された膜厚１０ｎｍのＡｌＧａＡｓ障壁層を成長させる。下部ＤＢＲ１２の成長の際には、各層の膜厚がλ／４ｎのｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ膜とｎ−ＡｌＡｓ膜の３５ペアからなる多層膜を成長させる。上部ＤＢＲ１８の成長の際には、各層の厚さがλ／４ｎのｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ膜とｐ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ膜の２５ペアからなる多層膜を成長させる。また、上部ＤＢＲ１８のうち量子井戸活性層１４に最も近い層は、ｐ−Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ膜に代えて、ｐ−ＡｌＡｓ層１７ａを成長させる。
【００３０】
次に、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１９上にプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮｘ膜（図示せず）を成膜し、更にその上にフォトレジスト膜（図示せず）を成膜する。続いて、直径約４０μｍの円形パターンをフォトリソグラフィ技術でフォトレジスト膜に転写し、円形レジスト・エッチングマスク（図示せず）を形成する。続いて、円形レジスト・エッチングマスクを用い、ＣＦ4ガスをエッチングガスとする反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によりＳｉＮｘ膜をエッチングし、ＳｉＮｘマスク２６を形成する。
【００３１】
次いで、図２（ｂ）に示すように、ＳｉＮｘマスク２６をエッチングマスクとして、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）法によるドライエッチングを行い、メサの形状に近い円柱形状２７を形成する。この際に、ＩｎＧａＰ層１６の近傍までエッチングされ、且つＩｎＧａＰ層１６がエッチングされないようにエッチング深さを設定する。即ち、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１９の上面からＩｎＧａＰ層１６の上面までの深さは５μｍであるため、例えば、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１９の上面から４μｍの位置にエッチング深さを設定すればよい。この場合、実際にエッチングされる深さは最大でも４．５μｍ程度であり、ＩｎＧａＰ層１６がエッチングされることは無い。
【００３２】
次いで、図３に示すように、硫酸水溶液又は燐酸水溶液をエッチング液として、上述の円柱形状２７を含む積層構造を更にウエットエッチングしてＩｎＧａＰ層１６を露出させ、円柱状のメサポスト２０を形成する。この際、ＩｎＧａＰはこれらのエッチング液に対してウエットエッチングされないため、ＩｎＧａＰ層１６がエッチング停止層として機能し、エッチング深さを厳密に制御しなくても、エッチングはＩｎＧａＰ層１６の上面で自動的に停止する。
【００３３】
これにより、ＩｎＧａＰ層１６より下側に配設されているＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１５、量子井戸活性層１４、ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１３、及び下部ＤＢＲ１２がエッチングされるのを防止することができる。エッチング停止層は、隣接する半導体層との格子不整合率が０．５％以下で、所定のエッチング液に対してウエットエッチングされない材料であれば、ＩｎＧａＰ層１６に限定されない。またメサポスト２０は、円柱状に限定されず、四角柱状及びその他の多角柱状に形成してもよい。
【００３４】
次いで、図１に示すように、４００℃の水蒸気雰囲気中で約２５分間の酸化処理を行い、メサポスト２０の一部として形成されたｐ−ＡｌＡｓ膜１７ａをメサポスト２０の側壁から中心に向かって選択的に酸化する。この酸化処理により、メサポスト２０の側壁に沿って環状のＡｌ酸化領域１７Ｂを生成すると共に、中央近傍の直径１０μｍの円形の領域を元のｐ−ＡｌＡｓのままに残して、非酸化領域１７Ａとして形成する。ｐ−ＡｌＡｓ膜１７ａに代えて、ｐ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．９５≦ｘ＜１）膜を用いることもできる。
【００３５】
次いで、図３に示したＳｉＮｘマスク２６をＲＩＥ法により完全に除去した後に、改めて、プラズマＣＶＤ法でＳｉＮｘ膜２１を全面に成膜することにより、レーザ素子のパッシベーション処理を行う。続いて、メサポスト２０の外側に、ＳｉＮｘ膜２１を介してポリイミド層２２を形成する。
【００３６】
次いで、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１９上のＳｉＮｘ膜２１の中心部を円形に除去し、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１９上に、レーザ出射口を成す円形の窓２３を除いてＡｕＺｎから成るｐ側電極２４を蒸着する。また、ｎ−ＧａＡｓ基板１１の裏面を研磨して基板厚さを１００μｍ程度に調整した後、裏面にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの多層膜から成るｎ側電極２４を蒸着する。最後に、窒素雰囲気中でのアニール処理等の工程を経ることにより面発光型半導体レーザ素子１０を完成することができる。
【００３７】
本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子１０は、ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１５と電流狭窄層１７との間にエッチング停止層としてＩｎＧａＰ層１６を備え、ＩｎＧａＰ層１６より上部の積層構造がメサポスト２０として形成されている。このため、ＩｎＧａＰ層１６より下側に配設される、ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層１５、量子井戸活性層１４、ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１３、及び下部ＤＢＲ１２は、メサポスト２０の側面から露出せず、製造工程中に空気等に晒されない。このため、これらの各層の劣化を抑制し、高い信頼性を得ることができる。また、下部ＤＢＲ１２が製造工程中に露出しないため、非常に酸化され易いｎ−ＡｌＡｓ膜を下部ＤＢＲ１２を構成する低反射率層として採用し、熱抵抗の低減により良好なレーザ特性を得ることができる。
【００３８】
本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子１０の製造方法では、先ず、加工精度に優れるドライエッチングにより、ＩｎＧａＰ層１６より上側にメサの形状に近い円柱形状２７を高い精度で形成する。次に、材料に対するエッチング選択性の高いウエットエッチングにより、ＩｎＧａＰ層１６に至るまでエッチングして、ＩｎＧａＰ層１６を底面とするメサポスト２０を形成する。この場合、ＩｎＧａＰ層１６より上側に配設される積層構造は完全にエッチングされて、且つ寸法精度の高いメサポスト２０に形成される。また、ＩｎＧａＰ層１６より下側に配設される積層構造がエッチングされるのを防止することができる。
【００３９】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明の面発光型半導体レーザ素子は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した面発光型半導体レーザ素子も、本発明の範囲に含まれる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係る面発光半導体レーザ素子は、活性層と電流狭窄層との間にエッチング停止層を備え、エッチング停止層より上部の積層構造がエッチング停止層を底面とするメサ形状に形成されることにより、エッチング停止層より下側に配設される活性層及び下部多層膜反射鏡は、メサポストの側面から露出せず、製造工程中に空気等に晒されない。このため、活性層及び下部多層膜反射鏡の劣化を抑制し、高い信頼性を得ることができる。また、活性層及び下部多層膜反射鏡が製造工程中に露出しないため、これらの層に空気等に晒されると劣化し易い材料を用いることができ、適当な材料の採用により良好なレーザ特性を得ることができる。
【００４１】
また、本発明に係る面発光型半導体レーザ素子の製造方法では、先ず、加工精度に優れるドライエッチングにより、エッチング停止層より上側にメサの形状に近い柱状体を高い精度で形成し、次に、材料に対するエッチング選択性に優れるウエットエッチングにより、エッチング停止層に至るまでエッチングし、エッチング停止層を底面とするメサポストを形成する。これによって、上記本発明の面発光型半導体レーザ素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例の面発光型半導体レーザ素子の層構造を、その一部を断面で示す斜視図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ実施形態例の面発光型半導体レーザ素子の製造方法に係る一製造工程段階を示す斜視断面図である。
【図３】実施形態例の面発光型半導体レーザ素子の製造方法に係る一製造工程段階を示す斜視断面図である。
【図４】従来の面発光型半導体レーザ素子の層構造を、その一部を断面で示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 実施形態例の面発光型半導体レーザ素子
１１ ｎ−ＧａＡｓ基板
１２ 下部半導体多層膜反射鏡（下部ＤＢＲ）
１３ ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層
１４ 量子井戸活性層
１５ ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層
１６ ＩｎＧａＰ層
１７ 電流狭窄層
１７Ａ 非酸化領域
１７Ｂ Ａｌ酸化領域
１７ａ ｐ−ＡｌＡｓ膜
１８ 上部半導体多層膜反射鏡（上部ＤＢＲ）
１９ ｐ−ＧａＡｓ層キャップ層
２０ メサポスト
２１ ＳｉＮｘ膜
２２ ポリイミド層
２３ （レーザ出射口を成す）窓
２４ ｐ側電極
２５ ｎ側電極
２６ ＳｉＮｘマスク
２７ メサの形状に近い円柱形状
３０ 従来の面発光型半導体レーザ素子
３１ ｎ−ＧａＡｓ基板
３２ 下部半導体多層膜反射鏡（下部ＤＢＲ）
３３ ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層
３４ 量子井戸活性層
３５ ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層
３６ 電流狭窄層
３７ 上部半導体多層膜反射鏡（上部ＤＢＲ）
３８ ｐ−ＧａＡｓ層キャップ層
３９ メサポスト
４０ ＳｉＮｘ膜
４１ ポリイミド層
４２ （レーザ出射口を成す）窓
４３ ｐ側電極
４４ ｎ側電極
Claims (8)
- 半導体基板上に、上部及び下部多層膜反射鏡と、前記上部多層膜反射鏡と下部多層膜反射鏡との間に配設された活性層と、非酸化領域及び酸化領域を有し、前記上部多層膜反射鏡中に、又は、前記上部多層膜反射鏡と前記活性層との間に配設される電流狭窄層とを含む積層構造を備え、前記半導体基板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、
前記活性層と前記電流狭窄層との間に配設されウエットエッチングを停止するエッチング停止層を備え、該エッチング停止層より上部の前記積層構造が前記エッチング停止層を底面とするメサ形状に形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。 - 前記半導体基板がｎ型基板である、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ素子。
- 前記エッチング停止層がＩｎＧａＰから成る、請求項１又は２に記載の面発光型半導体レーザ素子。
- 前記活性層が量子井戸活性層であり、障壁層がＡｌＧａＡｓ層である、請求項１〜３の何れかに記載の面発光型半導体レーザ素子。
- 前記下部多層膜反射鏡の低屈折率膜が、前記電流狭窄層の非酸化領域と同じ材料から形成される、請求項１〜４の何れかに記載の面発光型半導体レーザ素子。
- 請求項１〜５の何れかに記載の面発光型半導体レーザ素子が、同一の半導体基板上に複数個集積されていることを特徴とするレーザアレイ。
- 半導体基板上に、下部多層膜反射鏡、活性層、エッチング停止層、Ａｌを含む半導体層、及び、上部多層膜反射鏡を順次に積層して積層構造を形成し、
前記積層構造をドライエッチングし、前記エッチング停止層よりも上部の積層構造からなる柱状体を形成し、
前記柱状体を含む積層構造を、前記エッチング停止層に至るまでウエットエッチングして、前記エッチング停止層を底面とするメサポストを形成し、
前記Ａｌを含む半導体層を選択的に酸化して、非酸化領域及び酸化領域を含む電流狭窄層と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。 - 前記半導体基板がｎ型基板である、請求項７に記載の面発光型半導体レーザ素子の製造方法。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007103613A (ja) * | 2005-10-03 | 2007-04-19 | Dowa Holdings Co Ltd | 垂直共振器型発光ダイオード及びその製造方法 |
| JP2016127236A (ja) * | 2015-01-08 | 2016-07-11 | 株式会社リコー | 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置 |
-
2002
- 2002-12-26 JP JP2002376518A patent/JP2004207586A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007103613A (ja) * | 2005-10-03 | 2007-04-19 | Dowa Holdings Co Ltd | 垂直共振器型発光ダイオード及びその製造方法 |
| JP2016127236A (ja) * | 2015-01-08 | 2016-07-11 | 株式会社リコー | 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置、画像形成装置 |
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