JP2005085836A - 面発光半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 動作安定性が良好で、素子抵抗の低い面発光半導体レーザ素子及びその簡便な製造方法を提供する。
【解決手段】 面発光半導体レーザ素子４０の上部ｐ型ＤＢＲは上段メサポスト５８として形成され、エッチングストップ層、下部ｐ型ＤＢＲ、上部クラッド層、活性層、及び下部クラッド層は、上段メサポストより大きい直径の下段メサポスト６０として形成されている。上部クラッド層とエッチングストップ層との間には、中央の円形領域を除いて、その周囲のＡｌＧａＡｓ層が選択的に環状に酸化されてＡｌ酸化層６４に転化した電流狭窄層が設けられている。上段メサポストの上面、側面、及びメサポスト脇のエッチングストップ層上にはコンタクト層が連続して延在し、コンタクト層を介して上段メサポストの上面、側面、及びエッチングストップ層上に形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、面発光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、素子抵抗の低い発光波長８５０ｎｍから１．３μｍの面発光半導体レーザ素子及びそのような面発光半導体レーザ素子を簡便なプロセスで製造できる方法に関するものである。

面発光半導体レーザ素子は、半導体基板上に形成された、相互に屈折率が異なる化合物半導体のペア層からなる一対の反射鏡（ＤＢＲ：Diffractive Bragg Reflector）共振器と、その一対のＤＢＲ共振器の間に設けられ、発光領域となる活性層とを有し、基板面に対して直交方向にレーザ光を出射する半導体レーザ素子である。

面発光半導体レーザ素子では、一般に、上部のＤＢＲ共振器上にキャップ層或いはコンタクト層などを介して上部電極が形成され、半導体基板の裏面に下部電極が形成され、それぞれ上部及び下部のＤＢＲ共振器を介して活性層に電流が供給される。
また、例えば上部のＤＢＲ共振器中に、上部電極から活性層に注入される電流経路を規制する電流狭窄層が設けられ、活性層の所望領域に電流が集中して流れるようにして、面発光半導体レーザ素子の発光効率を高めている。

近年、光通信システムの光源として、ＧａＡｓ基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる面発光レーザ素子を形成する研究開発が盛んに行われている。
ここで、従来の面発光半導体レーザ素子の一例として、図６を参照して特開２００１−２１０９０８号公報に記載の面発光半導体レーザ素子の構成を説明する。図６は前掲公報に開示されている面発光半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
前掲公報によれば、面発光半導体レーザ素子１０は、図６に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に、順次、形成されたｎ型半導体多層膜からなる下部ＤＢＲ（下部反射鏡層）１４、ノンドープＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１６、活性層１８、ノンドープＡｌＧａＡｓ上部クラッド層２０、ｐ型半導体多層膜からなる上部ＤＢＲ（上部反射鏡層）２２、及びｐ型ＧａＡｓキャップ層２４の積層構造を備えている。

下部ＤＢＲ１４は、膜厚４０ｎｍのｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層と膜厚５０ｎｍのｎ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とを、ヘテロ界面に膜厚２０ｎｍの組成傾斜層を介在させ積層した３０．５ペアの半導体多層膜として構成されている。
上部ＤＢＲ２２は、膜厚４０ｎｍのｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層と膜厚５０ｎｍのｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とを、ヘテロ界面に膜厚２０ｎｍの組成傾斜層を介在させ積層した２５ペアの半導体多層膜として構成されている。

また、上部ＤＢＲ２２のうち活性層１８に最も近い構成層は、ｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層に代えて、膜厚５０ｎｍのｐ型ＡｌＡｓ層２６が成膜され、中央の円形領域を除いて、その周囲のＡｌＡｓ層はＡｌが選択的に酸化されてＡｌ酸化層２８に転化している。
Ａｌ酸化層２８は電気抵抗の高い酸化狭窄型の電流狭窄領域として機能する。一方、中央の円形領域は、元のｐ型ＡｌＡｓ層２６のままであって、電流注入領域として機能する。

そして、キャップ層２４、上部ＤＢＲ２２、上部クラッド層２０、活性層１８、下部クラッド層１６、及び下部ＤＢＲ１４の上部は、エッチングされて、円柱状のメサポスト（柱状構造）３０に加工されている。
メサポスト３０の上面、側面及び両脇の下部ＤＢＲ１４上には、ＳｉＮｘ膜３２が成膜されている。

メサポスト３０の上面のＳｉＮｘ膜３２は、円形状に除去されてｐ型ＧａＡｓキャップ層２４を露出させている。そこに、露出したｐ型ＧａＡｓキャップ層２４の円形状の表面と同じ外径を有するリング状のＡｕＺｎ電極がｐ側電極３４として形成されている。
また、電極引き出し用のパッドとしてｐ側電極３４に接続する金属膜３８がＳｉＮｘ膜３２上に形成されている。
また、ｎ型ＧａＡｓ基板１２（４２）の裏面には、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ膜がｎ側電極３６として形成されている。

上述の面発光半導体レーザ素子１０を製造するには、先ず、図７（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１２上にＭＯＣＶＤ法で厚み４０nmのｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓと厚み５０nmのｎ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓとの薄層をヘテロ界面に厚み２０nmの組成傾斜層を介在させながら交互に積層することにより、３０.５ペアの多層膜からなる下部反射鏡層構造１４を形成する。
次いで、下部反射鏡層構造１４の上にノンドープＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓから成る下部クラッド層１６、活性層１８、及びノンドープＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓから成る上部クラッド層２０を、順次、積層する。更に、上部クラッド層２０の上に、厚み４０nmのｐ型ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓと厚み５０nmのｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓとの薄膜をヘテロ界面に厚み２０nmの組成傾斜層を介在させながら交互に積層することにより、２５ペアの多層膜から成る上部反射鏡層構造２２を形成する。更に、上部反射鏡層構造２２上に、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２４を成膜する。
なお、上部反射鏡層構造の最下層には、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓではなく、電流狭窄層形成層として厚み５０nmのｐ型ＡｌＡｓ２６を成膜する。

次に、ｐ型ＧａＡｓ層２４の表面にプラズマＣＶＤ法でＳｉＮｘ膜２７を成膜し、フォトリソグラフィ処理で直径約４５μｍの円形レジストマスク(図示せず）を形成する。続いて、ＣＦ₄を用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により、図７（ｂ）に示すように、平面視円形状のＳｉＮｘ膜マスク２７を形成する。
次いで、ＳｉＮｘ膜２７をマスクとして用い、リン酸と過酸化水素と水の混合液から成るエッチャントを用いて、ＧａＡｓキャップ層２４から下部反射鏡層構造１４の上面近傍に至る部分をエッチング処理し、これにより柱状構造（メサポスト）３０を形成する。

そして、この層構造を水蒸気雰囲気中において温度４００℃で約２５分間加熱して、上部反射鏡構造２２の最下層をなすｐ型ＡｌＡｓ層２６の外側のみを円環状に選択的に酸化して、図８（ｃ）に示すように、Ａｌ酸化層２８を生成すると共に、中心部に未酸化のｐ型ＡｌＡｓ層２６からなる電流注入経路を形成する。

次いで、ＲＩＥによってＳｉＮｘ膜マスク２７を完全に除去したのち、柱状構造３０の外面および下部反射鏡構造１４の上面をプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮｘ膜３２で被覆し、続いて、ｐ型ＧａＡｓ層２４の上面に形成されているＳｉＮｚ膜３２の中央部分を円形状に除去してＧａＡｓ層２４の表面を露出させる。

次いで、ＧａＡｓ層２４の表面に円環状の上部電極３４を形成し、続いて、基板１２の裏面を研磨して全体の厚みを約１００μｍとしたのち、その研磨面にＡｕＧｅＮｉ／Ａｕを蒸着して下部電極３８を形成する。

このような構成を備えた面発光半導体レーザ素子では、一般に、出射窓の直径を１０から２０μｍ程度に設定し、メサポスト３０の直径を２０μｍ程度、電流注入領域の直径を１０μｍ程度とした場合、活性層１８の所望領域に電流が集中して注入され、効率の良いレーザ素子発振を実現できる。

また、別例として、図９に示すように、上部ＤＢＲ中又はクラッド層中（図９では上部ＤＢＲ）に挿入されたＡｌＧａＡｓ層（Ａｌ＞０.９５）を高温水蒸気中で横方向に酸化してＡｌ酸化層に転化して電気絶縁層とすることにより電流狭窄構造を形成することも行われている。図９は従来の別例の面発光半導体レーザ素子の構成を示す断面図であり、図１に示した部位と同じものには、同じ符号を付している。
従来の別例の面発光半導体レーザ素子９０は、図９に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板４２上に、順次、形成されたｎ型半導体多層膜からなるｎ型ＤＢＲ（下部反射鏡）４４、ノンドープＡｌＧａＡｓ下部クラッド層４６、活性層４８、ノンドープＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５０、及びｐ型半導体多層膜からなるｐ型ＤＢＲ（上部反射鏡）９２の積層構造を備えている。

積層構造のうち、ｐ型ＤＢＲ９２、上部クラッド層５０、活性層４８、及び下部クラッド層４６は、円形エアポスト型のメサポスト９４として形成されている。
また、ｐ型ＤＢＲ９２の構成層のうち上部クラッド５０に近い層は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層６２（Ａｌ＞０.９５）として成膜され、中央の円形領域を除いて、その周囲のＡｌＧａＡｓ層はＡｌが選択的に酸化されてＡｌ酸化層６４に転化している。
Ａｌ酸化層６４は電気抵抗の高い酸化狭窄型の電流狭窄領域として機能する。一方、中央の円形領域は、元のｐ型ＡｌＧａＡｓ層６２のままであって、電流注入領域として機能する。

メサポスト９４の上面には円形に開口したリング状のｐ側電極９６が、ｎ型ＧａＡｓ基板４２の裏面にはｎ側電極６８が形成されている。
特開２００１−２１０９０８号公報（図１）

ところで、上述の面発光半導体レーザ素子では、ｐ側電極から注入された正孔はＤＢＲ各層界面の障壁を乗り越えて活性層に注入されるため、素子抵抗が高くなり易いという問題があった。
そこで、素子抵抗を低くするために、上述の特開２００１−２１０９０８号公報に記載されているようにＤＢＲ各層界面に傾斜ドーピング領域を設けるという構成、特開平７−３０２０５号公報に開示されている構成、或いは特開平１１−２６１１５３号公報に開示されている構成等が提案されている。

例えば、特開平７−３０２０５号公報は、活性層及び上部反射鏡を含む上部積層構造をメサポストとして形成し、メサポスト脇に高抵抗層、次いで高濃度ドープ半導体層を再成長させ、メサポストを埋め込み構造とすることにより、素子抵抗を低減することができるとしている。
また、特開平１１−２６１１５３号公報は、メサポスト上面を除いてメサポスト脇を覆う絶縁膜と、メサポスト上面に開口部を有し、一部絶縁膜を介してメサポスト側面及びメサポスト脇に連続して形成された上部電極と、上部電極に密着するよう形成された融点が４００℃以下の金属からなる埋め込み層を具えることにより、素子抵抗を低減することができるとしている。

しかし、上述した従来の面発光半導体レーザ素子には、製造プロセスの簡便性、及び面発光半導体レーザ素子の動作安定性と言った面で種々の問題があった。
そこで、本発明の解決すべき問題点は、素子抵抗が低く、簡便な製造プロセスで製造できる構成を備え、良好な動作安定性を示す面発光半導体レーザ素子を開発することである。つまり、上記課題を鑑み本発明の目的は、動作安定性が良好で、素子抵抗の低い面発光半導体レーザ素子及びその簡便な製造方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る面発光半導体レーザ素子は、基板上に、順次、積層された、半導体多層膜からなる下部反射鏡、活性層を含む発光構造、及び半導体多層膜からなる上部反射鏡を備え、上部反射鏡の上面から基板に対して垂直にレーザ光を出射する面発光半導体レーザ素子において、
上部反射鏡の上部が上段メサポストとして、かつ上部反射鏡の下部及び発光構造が上段メサポストより径の大きな下段メサポストとして、それぞれ、形成され、
活性層に電流を注入する電流経路を規制するＡｌ酸化層型電流狭窄層が下段メサポスト内の活性層の上方に設けられ、
上部電極が、上段メサポストの上面に環状に設けられ、更に連続して上段メサポストの側面の少なくとも一部領域に延在していることを特徴としている。

メサポスト形成のプロセス上の理由から、上段メサポストと下段メサポストとの間にエッチングストップ層が設けられているときには、上部電極が、上段メサポストの側面から連続して、下段メサポストの上面に設けられているエッチングストップ層上に延在している。
電流狭窄層の位置は、上部反射鏡内でも、上部クラッド層内でも良い。好適には、上部電極は不純物濃度が高いコンタクト層を介して延在している。これにより、更に素子抵抗が低くなる。

本発明は、基板、及び基板上の積層構造を構成する化合物半導体層の組成、膜厚、成膜方法に制約なく、適用することができる。
好適には、面発光半導体レーザ素子が、ＧａＡｓ基板上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる面発光半導体レーザ素子であって、Ａｌ酸化層型電流狭窄層が、上部反射鏡内に設けられたＡｌＧａＡｓ（Ａｌ＞０．９５）層を下段メサポストの周縁に沿って環状に選択的に酸化してなる層であり、コンタクト層がＧａＡｓ層である。これにより、素子抵抗の低い発光波長８５０ｎｍから１．３μｍの面発光半導体レーザ素子を実現することができる。
また、エッチングストップ層がＡlＧａＩｎＰ層である。

本発明に係る面発光半導体レーザ素子の製造方法は、基板上に、順次、下部反射鏡を構成する半導体多層膜、活性層を含む発光構造、及び上部反射鏡を構成する半導体多層膜を成膜して積層構造を形成する工程を有し、かつ上部反射鏡を構成する半導体多層膜を成膜する際には、上部反射鏡内に電流狭窄層形成層として少なくとも一層の高Ａｌ含有層を成膜し、続いて、
電流狭窄層形成層より上方の上部反射鏡上部をエッチング加工して上段メサポストを形成する工程と、
電流狭窄層形成層を含む上部反射鏡下部、及び活性層を含む発光構造をエッチングして上段メサポストより径の大きな下段メサポストを形成する工程と、
高温水蒸気雰囲気内で下段メサポストの周縁から電流狭窄層形成層を選択的に環状に酸化して、電流狭窄層形成層の中央領域を未酸化の高Ａｌ含有層として残すと共に中央領域の周辺の電流狭窄層形成層をＡｌ酸化層に転化する工程と、
上段メサポストの上面に環状の電極膜を形成すると共に環状の電極膜に連続した電極膜を上段メサポストの側面の少なくとも一部領域に形成する工程と
を有することを特徴としている。

本発明方法の好適な実施態様では、積層構造の形成工程では、上部反射鏡上部と、電流狭窄層形成層を含む上部反射鏡下部との間にエッチングストップ層を成膜し、上段メサポストを形成する工程では、エッチングストップ層を露出させるまでエッチングする。これにより、エッチングが自動的にエッチングストップ層で停止するので、上段メサポストの形成が容易になる。
好適には、上段メサポストを形成する工程に次いで、上段メサポストの側面及び上段メサポスト脇にコンタクト層を選択成長法により成膜する工程を有する。また、コンタクト層を成膜する工程では、露出したエッチングストップ層上にコンタクト層を成膜し、電極膜を形成する工程では、コンタクト層を介して電極膜をエッチングストップ層上に形成する。

以上説明したように、本発明によれば、上段メサポストの側面の少なくとも一部領域に上部電極が延在しているので、或いはコンタクト層を介して延在している。これにより、反射鏡共振器の性能に影響することなく、上段メサポストの側面からも正孔が注入されるので、レーザ特性に影響することなく、素子抵抗が従来の面発光半導体レーザ素子に比べて低くなる。
また、上下２段のメサポスト構造とすることにより、更にはエッチングストップ層を設けることにより、本発明に係る面発光半導体レーザ素子を簡易なプロセスで製造することができる。

以下に、添付図面を参照し、具体的な実施例を挙げて、本発明の実施を説明する。尚、以下の実施例で示す成膜方法、化合物半導体層の組成及び膜厚、メサポスト径、プロセス条件等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、これに限られるものではない。

面発光半導体レーザ素子の実施例
本実施例は本発明に係る面発光半導体レーザ素子の実施例の一例であって、図１は本実施例の面発光半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
本実施例の面発光半導体レーザ素子４０は、図１に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板４２上に、順次、形成されたｎ型半導体多層膜からなるｎ型ＤＢＲ（下部反射鏡）４４、ノンドープＡｌＧａＡｓ下部クラッド層４６、活性層４８、ノンドープＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５０、ｐ型半導体多層膜からなるｐ型ＤＢＲ（上部反射鏡）５２、及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層５４の積層構造を備えている。

ｎ型ＤＢＲ４４は、膜厚７０ｎｍのｎ型Ａl_0.92Ｇａ_0.08Ａｓ層と膜厚６０ｎｍのｎ型Ａl_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層とを積層した３５ペアの半導体多層膜として形成されている。
また、ｐ型ＤＢＲ５２は、膜厚７０ｎｍのｐ型Ａl_0.92Ｇａ_0.08Ａｓ層と膜厚６０ｎｍのｐ型Ａl_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層とを積層した２５ペアの半導体多層膜として形成され、上面から２０ペアの上部ｐ型ＤＢＲ５２Ａと、上部ｐ型ＤＢＲ５２Ａの下方の下部ｐ型ＤＢＲ５２Ｂとから構成されている。下部ｐ型ＤＢＲ５２Ｂの最上層は、ｐ型Ａl_0.92Ｇａ_0.08Ａｓ層に代えて、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層５６が成膜されている。

ｐ型ＤＢＲ５２のうち、上部ｐ型ＤＢＲ５２Ａは直径１０μｍの円形エアポスト型の上段メサポスト５８として形成されている。
また、上部ｐ型ＤＢＲ５２Ａの下側のエッチングストップ層５６、下部ｐ型ＤＢＲ５２Ｂ、上部クラッド層５０、活性層４８、及び下部クラッド層４６は、上段メサポスト５８より大きい直径２０μｍの円形エアポスト型の下段メサポスト６０として形成されている。

また、下段メサポスト６０の上部クラッド層５０とエッチングストップ層５６との間にあるｐ型ＤＢＲ５２Ｂの構成層の一つは、ｐ型Ａｌ_0.92Ｇａ_0.08Ａｓ層に代えて、膜厚７０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ＞０.９５）層６２が成膜され、直径５μｍの中央の円形領域を除いて、その周囲のＡｌＧａＡｓ層が選択的に酸化されてＡｌ酸化層６４に転化している。
Ａｌ酸化層６４は電気抵抗の高い酸化狭窄型の電流狭窄領域として機能する。一方、中央の円形領域は、元のｐ型ＡｌＧａＡｓ層６２のままであって、電流注入領域として機能する。

上段メサポスト５８の側面、及びメサポスト脇のエッチングストップ層５６上には、上段メサポスト５８の最上層であるｐ型ＧａＡｓコンタクト層５４が連続して延在している。
そして、ＡｕＺｎ積層金属膜からなるｐ側電極６６が、上段メサポスト５８の上面、並びにコンタクト層５４を介して上段メサポスト５８の側面及びメサポスト脇のエッチングストップ層５６上に形成されている。尚、上段メサポスト５８の上面では、ｐ側電極６６は、円形に開口したリング状の金属膜となっている。
また、ｎ型ＧａＡｓ基板４２の裏面には、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ膜がｎ側電極６８として形成されている。
更に、下段メサポスト６０の側面には、ＳｉＮｘ膜（図示せず）が成膜されている。

本実施例の面発光半導体レーザ素子４０では、上段メサポスト５８を構成するｐ型ＤＢＲ５２Ａの側面及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層５６上にもｐ型ＧａＡｓコンタクト層５４を介してｐ側電極６４が延在しているので、正孔が上段メサポスト５８の側面からも注入され、従って、メサポスト上面にのみｐ側電極が設けられていた従来の面発光半導体レーザ素子に比べて、素子抵抗が小さくなる。

面発光半導体レーザ素子の製造方法の実施例
本実施例は本発明に係る面発光半導体レーザ素子の製造方法を上述の面発光半導体レーザ素子４０の製造に適用した実施例の一例である。図２（ａ）と（ｂ）、図３（ｃ）と（ｄ）、及び図４（ｅ）と（ｆ）は、それぞれ、本実施例の方法に従って面発光半導体レーザ素子を製造する際の工程毎の断面図である。
先ず、図２（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板４２上に、ＭＯＣＶＤ法により、順次、ｎ型ＤＢＲ４４の構成層、下部クラッド層４６、活性層４８、上部クラッド層５０、及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層５６を含むｐ型ＤＢＲ５２の構成層をエピタキシャル成長させて、積層構造７０を形成する。

次いで、ｐ型ＤＢＲ５２上にＳｉＯ₂膜をＣＶＤ法により成膜し、パターニングして、図２（ｂ）に示すように、上段メサポスト５８形成用のエッチングマスク７２を形成し、続いてエッチングマスク７２を用いてＲＩＥ法或いはウエットエッチング法、又はその両方によりｐ型ＤＢＲ５２をｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層５６までエッチングして、ｐ型ＤＢＲ５２の上面から２０ペアの上部ｐ型ＤＢＲ５２Ａを上段メサポスト５８として形成する。

次いで、図３（ｃ）に示すように、エッチングマスク７２をマスクとする選択成長法によりＭＯＣＶＤ成長法によって、上段メサポスト５８の側面及びエッチングストップ層５６上にｐ型ＧａＡｓコンタクト層５４をエピタキシャル成長させる。

エッチングマスク７０を除去し、続いて上段メサポスト５８の上面、側面、及び上段メサポスト５８脇のｐ型ＧａＡｓコンタクト層５４上に、ＳｉＯ₂膜をＣＶＤ法により成膜し、パターニングして、図３（ｄ）に示すように、下段メサポスト６０形成用のエッチングマスク７４を形成する。
続いてエッチングマスク７４を用いて、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５４およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層５６をウェットエッチング法によりエッチングし、更に下部ｐ型ＤＢＲ５２Ｂ、上部クラッド層５０、活性層４８、及び下部クラッド層４６をＲＩＥ法によりエッチングして、下段メサポスト６０を形成する。

次いで、図４（ｅ）に示すように、高温の水蒸気雰囲気中で下段メサポスト６０の側縁から内方にｐ型ＡｌＧａＡｓ層６２のＡｌを選択的に酸化して、Ａｌ酸化層６４を形成すると共に、中央領域に未酸化のｐ型ＡｌＧａＡｓ層６２を電流注入領域として残す。
次に、図４（ｆ）に示すように、スパッタ法等によりｐ側電極６６を上段メサポスト５８の上面、並びにコンタクト層５４を介して上段メサポスト５８の側面及びメサポスト脇のエッチングストップ層５６上に形成する。
以下、従来の方法と同様にして、ｎ型ＧａＡｓ基板４２の裏面にｎ側電極６８を形成することにより、実施例１の面発光半導体レーザ素子４０を製造することができる。

このように、本実施例の方法では、上部ＤＢＲ５２中に設けられたｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層をＲＩＥ或いはウエットエッチング時のエッチングストップ層として用いることにより、簡便な作製が可能となる。

面発光半導体レーザ素子の実施例
本実施例は本発明に係る面発光半導体レーザ素子の実施例の別の例であって、図５は本実施例の面発光半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。図５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。
本実施例の面発光半導体レーザ素子８０は、図５に示すように、ｐ側電極８２が、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層を介することなく、上段メサポスト５８の側面、及び上段メサポスト脇のｐ型ＡlＧａＩｎＰエッチングストップ層５６上に形成されていることを除いて実施例１の面発光半導体レーザ素子４０と同じ構成を備えている。

つまり、本実施例の面発光半導体レーザ素子８０は、ｎ型ＧａＡｓ基板４２上に、順次、形成されたｎ型半導体多層膜からなるｎ型ＤＢＲ（下部反射鏡）４４、ノンドープＡｌＧａＡｓ下部クラッド層４６、活性層４８、ノンドープＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５０、ｐ型半導体多層膜からなるｐ型ＤＢＲ（上部反射鏡）５２、及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層５４からなる積層構造を備えている。

ｐ型ＤＢＲ５２は、実施例１と同様に、上部ｐ型ＤＢＲ５２Ａと、上部ｐ型ＤＢＲ５２Ａの下方の下部ｐ型ＤＢＲ５２Ｂとから構成されている。下部ｐ型ＤＢＲ５２Ｂの最上層は、ｐ型Ａl_0.92Ｇａ_0.08Ａｓ層に代えて、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層５６が成膜されている。
そして、ｐ型ＤＢＲ５２のうち、上部ｐ型ＤＢＲ５２Ａは円形エアポスト型の上段メサポスト５８として形成され、上部ｐ型ＤＢＲ５２Ａの下側のエッチングストップ層５６、下部ｐ型ＤＢＲ５２Ｂ、上部クラッド層５０、活性層４８、及び下部クラッド層４６は、上段メサポスト５８より大きい直径の円形エアポスト型の下段メサポスト６０として形成されている。

また、下段メサポスト６０の上部クラッド層５０とエッチングストップ層５６との間にあるｐ型ＤＢＲ５２Ｂの構成層の一つは、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層に代えて、ｐ型ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ＞０.９５）層６２が形成され、中央の円形領域を除いて、その周囲のＡｌＧａＡｓ層はＡｌが選択的に酸化されてＡｌ酸化層６４に転化している。
Ａｌ酸化層６４は電気抵抗の高い酸化狭窄型の電流狭窄領域として機能する。一方、中央の円形領域は、元のｐ型ＡｌＧａＡｓ層６２のままであって、電流注入領域として機能する。

ＡｕＺｎ積層金属膜からなるｐ側電極８２（６６）が、上段メサポスト５８の上面、上段メサポスト５８の側面、及びメサポスト脇のエッチングストップ層５６上に形成されている。尚、上段メサポスト５８の上面では、ｐ側電極８２（６６）は、円形に開口したリング状の金属膜となっている。
また、ｎ型ＧａＡｓ基板４２の裏面には、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ膜がｎ側電極６８として形成されている。
更に、下段メサポスト６０の側面には、ＳｉＮｘ膜（図示せず）が成膜されている。

本実施例の面発光半導体レーザ素子４０では、上段メサポスト５８を構成するｐ型ＤＢＲ５２Ａの側面及びｐ型エッチングストップ層５６上にもｐ側電極６４が延在しているので、正孔が上段メサポスト５８の側面からも注入される。従って、メサポスト上面にのみｐ側電極が設けられていた従来の面発光半導体レーザ素子に比べて、素子抵抗が小さくなる。

面発光半導体レーザ素子４０を製造するには、選択成長法によって、ＭＯＣＶＤ成長法により上段メサポスト５８の側面及びエッチングストップ層５６上にｐ型ＧａＡｓコンタクト層５４をエピタキシャル成長させる工程が不要であることを除いて、実施例２の製造方法に従って製造することができる。

本発明は面発光半導体レーザアレイにも適用できる。

実施例１の面発光半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。 図２（ａ）と（ｂ）は、それぞれ、実施例２の方法に従って面発光半導体レーザ素子を製造する際の工程毎の断面図である。 図３（ｃ）と（ｄ）は、それぞれ、図２（ｂ）に続いて、実施例２の方法に従って面発光半導体レーザ素子を製造する際の工程毎の断面図である。 図４（ｅ）と（ｆ）は、それぞれ、図３（ｄ）に続いて、実施例２の方法に従って面発光半導体レーザ素子を製造する際の工程毎の断面図である。 実施例の面発光半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。 従来の面発光半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。 図７（ａ）と（ｂ）は、それぞれ、従来の面発光半導体レーザ素子を製造する際の工程毎の断面図である。 図８（ｃ）と（ｄ）は、それぞれ、図７（ｂ）に続いて、従来の面発光半導体レーザ素子を製造する際の工程毎の断面図である。 従来の別例の面発光半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。

符号の説明

１０・・従来の面発光半導体レーザ素子、１２・・ｎ型ＧａＡｓ基板、１４・・下部ＤＢＲ、１６・・ノンドープＡｌＧａＡｓ下部クラッド層、１８・・活性層、２０・・ノンドープＡｌＧａＡｓ上部クラッド層、２２・・ｐ型ＤＢＲ、２４・・ｐ型ＧａＡｓキャップ層、２6・・ｐ型ＡｌＡｓ層、２８・・Ａｌ酸化層、３０・・メサポスト、３２・・ＳｉＮｘ膜、３４・・ｐ側電極、３６・・ｎ側電極、４０・・実施例１の面発光半導体レーザ素子、４２・・ｎ型ＧａＡｓ基板、４４・・ｎ型ＤＢＲ（下部反射鏡）、４６・・ノンドープＡｌＧａＡｓ下部クラッド層、４８・・活性層、５０・・ノンドープＡｌＧａＡｓ上部クラッド層、５２・・ｐ型ＤＢＲ（上部反射鏡）、５２Ａ・・上部ｐ型ＤＢＲ、５２Ｂ・・下部ｐ型ＤＢＲ、５４・・ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、５６・・ｐ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層、５８・・上段メサポスト、６０・・下段メサポスト、６２・・ｐ型ＡｌＧａＡｓ層６２（Ａｌ＞０.９５）、６４・・Ａｌ酸化層、６６・・ｐ側電極、６８・・ｎ側電極、７０・・積層構造、７２、７４・・エッチングマスク、８０・・実施例２の面発光半導体レーザ素子、８２・・ｐ側電極、９０・・従来の別例の面発光半導体レーザ素子、９２・・ｐ型ＤＢＲ（上部反射鏡）、９４・・メサポスト、９６・・ｐ側電極。

Claims (11)

1. 基板上に、順次、積層された、半導体多層膜からなる下部反射鏡、活性層を含む発光構造、及び半導体多層膜からなる上部反射鏡を備え、上部反射鏡の上面から基板に対して垂直にレーザ光を出射する面発光半導体レーザ素子において、
   上部反射鏡の上部が上段メサポストとして、かつ上部反射鏡の下部及び発光構造が上段メサポストより径の大きな下段メサポストとして、それぞれ、形成され、
   活性層に電流を注入する電流経路を規制するＡｌ酸化層型電流狭窄層が下段メサポスト内の活性層の上方に設けられ、
   上部電極が、上段メサポストの上面に環状に設けられ、更に連続して上段メサポストの側面の少なくとも一部領域に延在していることを特徴とする面発光半導体レーザ素子。
2. 上部電極が、上段メサポストの側面から連続して、下段メサポストの上面に設けられているエッチングストップ層上に延在していることを特徴とする請求項１に記載の面発光半導体レーザ素子。
3. 上部電極が、コンタクト層を介して延在していることを特徴とする請求項１又は２に記載の面発光半導体レーザ素子。
4. 電流狭窄層形成層が下段メサポストの上部反射鏡内に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の面発光半導体レーザ素子。
5. 面発光半導体レーザ素子が、ＧａＡｓ基板上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる面発光半導体レーザ素子であって、
   Ａｌ酸化層型電流狭窄層が、上部反射鏡内に設けられたＡｌＧａＡｓ（Ａｌ＞０．９５）層を下段メサポストの周縁に沿って環状に選択的に酸化してなる層であり、
   コンタクト層がＧａＡｓ層であることを特徴とする請求項４に記載の面発光半導体レーザ素子。
6. エッチングストップ層がＡlＧａＩｎＰ層であることを特徴とする請求項５に記載の面発光半導体レーザ素子。
7. 基板上に、順次、下部反射鏡を構成する半導体多層膜、活性層を含む発光構造、及び上部反射鏡を構成する半導体多層膜を成膜して積層構造を形成する工程を有し、かつ上部反射鏡を構成する半導体多層膜を成膜する際には、上部反射鏡内に電流狭窄層形成層として少なくとも一層の高Ａｌ含有層を成膜し、続いて、
   電流狭窄層形成層より上方の上部反射鏡上部をエッチング加工して上段メサポストを形成する工程と、
   電流狭窄層形成層を含む上部反射鏡下部、及び活性層を含む発光構造をエッチングして上段メサポストより径の大きな下段メサポストを形成する工程と、
   高温水蒸気雰囲気内で下段メサポストの周縁から電流狭窄層形成層を選択的に環状に酸化して、電流狭窄層形成層の中央領域を未酸化の高Ａｌ含有層として残すと共に中央領域の周辺の電流狭窄層形成層をＡｌ酸化層に転化する工程と、
   上段メサポストの上面に環状の電極膜を形成すると共に環状の電極膜に連続した電極膜を上段メサポストの側面の少なくとも一部領域に形成する工程と
   を有することを特徴とする面発光半導体レーザ素子の製造方法。
8. 積層構造の形成工程では、上部反射鏡上部と、電流狭窄層形成層を含む上部反射鏡下部との間にエッチングストップ層を成膜し、
   上段メサポストを形成する工程では、エッチングストップ層を露出させるまでエッチングすることを特徴とする請求項７に記載の面発光半導体レーザ素子の製造方法。
9. 上段メサポストを形成する工程に次いで、上段メサポストの側面及び上段メサポスト脇にコンタクト層を選択成長法により成膜する工程を有することを特徴とする請求項７に記載の面発光半導体レーザ素子の製造方法。
10. コンタクト層を成膜する工程では、露出したエッチングストップ層上にコンタクト層を成膜し、
    電極膜を形成する工程では、コンタクト層を介して電極膜をエッチングストップ層上に形成することを特徴とする請求項９に記載の面発光半導体レーザ素子の製造方法。
11. 面発光半導体レーザ素子として、ＧａＡｓ基板上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる面発光レーザ素子を製造する際、エッチングストップ層としてＡｌＧａＩｎＰ層を、電流狭窄層形成層としてＡｌＧａＡｓ（Ａｌ＞０．９５）層を、コンタクト層としてＧａＡｓ層を、それぞれ、成膜することを特徴とする請求項１０に記載の面発光半導体レーザ素子の製造方法。

Images