JP2007273817A - 面発光型半導体レーザ素子及び面発光型半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】活性層内での転位の増殖を防ぎ、信頼性の優れたメサポストを有する面発光型半導体レーザ素子の実現を目的とする。
【解決手段】半導体基板１と、前記半導体基板１上に設けられ、複数の積層した半導体層からなる上部多層反射膜６及び下部多層反射膜２と、前記上部多層反射膜６と前記下部反射膜２の間に設けられ、Ａｌを含まない半導体層からなる活性層と、前記活性層よりも下の半導体層を裾部とするメサポスト９と、前記メサポストが形成された箇所の前記上部多層反射膜６又は前記下部多層反射膜２を構成する半導体層内に設けられ、Ａｌを含む半導体層の一部を選択的に酸化してなる電流狭窄層と、を有する面発光型半導体レーザ素子２０。
【選択図】図１

Description

本発明は、メサポストを有する酸化狭窄型の面発光型半導体レーザ素子に関し、信頼性の優れた面発光型半導体レーザ素子に関するものである。また、信頼性の優れたメサポストを有する酸化狭窄型の面発光型半導体レーザ素子の製造方法に関するものである。

垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ、以下面発光型半導体レーザ素子という。）は、基板に対して直交方向に光を出射させる半導体レーザ素子であって、従来のファブリペロー共振器型半導体レーザ素子とは異なり、同じ基板上に２次元アレイ状に多数の面発光型半導体レーザ素子を配列することも可能である。

そのため、面発光型半導体レーザ素子は通信用光源として、また、その他の様々なアプリケーション用デバイスとして注目されている。また、ギガビットイーサネット（登録商標）やファイバーチャネル等のデータコム通信における高速光伝送の信号光源用途を中心とするニーズが高くなっている。

面発光型半導体レーザ素子は、ＧａＡｓやＩｎＰといった半導体基板上に１対の半導体多層反射膜（例えば、ＧａＡｓ系ではＡｌ（Ｇａ）Ａｓ／ＧａＡｌＡｓ等）を形成し、その対の反射膜の間に発光領域となる活性層を備えている。

特に、８５０ｎｍ帯の発光波長を有するＧａＡｓ系の面発光型半導体レーザ素子は、ＧａＡｓ基板上に作製が可能なＡｌ（Ｇａ）Ａｓ／ＧａＡｌＡｓからなる多層反射膜を使用する。多層反射膜を構成するＡｌＧａＡｓの組成を変化させることにより、ペアとなるＧａＡｓと屈折率差を容易につけることができ反射率を高くすることができる。さらに、このような多層反射膜を構成する材料は熱伝導が良好であるので、面発光型半導体レーザ素子の発光効率を向上させることができる。

こういった面発光型半導体レーザ素子では、電流効率を高め、閾値電流値を下げるために、Ａｌ酸化層で電流狭窄構造を構成した酸化狭窄型の面発光型半導体レーザ素子が提案されている。

従来の８５０ｎｍ帯の電流狭窄型の面発光型半導体レーザ素子について、図３を参照しながら説明する。図３は面発光型半導体レーザ素子１００の概略断面図を示したものであり、特許文献１に記載されている。

面発光型半導体レーザ素子１００は、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、それぞれの層の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）のｎ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／ｎ−Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8Ａｓの３５ペアからなる下部多層反射膜１０２、下部クラッド層１０３、量子井戸活性層１０４、上部クラッド層１０５、及び、それぞれの層の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）のｐ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／ｐ−Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8Ａｓの２５ペアからなる上部多層反射膜１０６の積層構造を備えている。

量子井戸活性層１０４は、ＧａＡｓからなる量子井戸層と、Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓからなる障壁層とを交互に形成した多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造を有している。
上部多層反射膜１０６では、量子井戸活性層１０４に近い側の一層が、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1ｓ層に代えて、ＡｌＡｓ層１０７で形成され、かつ電流注入領域以外の領域のＡｌＡｓ層１０７のＡｌが、選択的に酸化され、Ａｌ酸化層１０８からなる電流狭窄層を構成している。

積層構造のうち、上部多層反射膜１０６は、フォトリソグラフィー処理及びエッチング加工により、少なくともＡｌＡｓ層１０７よりも下方の半導体層まで、例えば直径３０μｍの円形のメサポスト１０９に加工されている。メサポスト１０９の形成を行う場合は、図３に示したようなメサポスト１０９が形成される領域以外の半導体を全てエッチングする形態の他、エッチングによって円筒状溝内にメサポストを形成する形態がある。

メサポスト１０９を形成した積層構造を水蒸気雰囲気中にて、約４００℃の温度で酸化処理を行い、メサポスト１０９の外側からＡｌＡｓ層１０７のＡｌを選択的に酸化させることにより、Ａｌ酸化層１０８からなる電流狭窄層が形成されている。

メサポスト１０９は、周囲が例えばポリイミド層１１０により埋め込まれている。そして、メサポスト層１０９の上部に外周５μｍ〜１０μｍ程度の幅で接触するリング状電極が、ｐ側電極１１１として設けられている。また、基板裏面を適宜研磨して基板厚さを例えば２００μｍ厚に調整した後、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１の裏面にｎ側電極１１２が形成されている。更に、ポリイミド層１１０には、外部端子とワイヤーで接続するための電極パッド１１３が、リング状電極と接触するように形成されている。

なお、ＧａＡｓ系の半導体レーザは、特許文献１に記載されているような、面発光型半導体レーザ素子の他、９８０ｎｍ帯のＩｎＧａＡｓ量子井戸を使用した埋め込み型（ＢＨ：Ｂｕｒｉｅｄ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）半導体レーザもある。埋め込み型半導体レーザは、活性半導体層をストライプ形状に加工した後、その両側を高抵抗な半導体結晶で埋め込んだ構造を有しており、低しきい値を実現でき、横方向のモードの安定性に優れている。

特開２００３−００８１４２号公報 特開２００４−２００２７６号公報

図３に示した酸化狭窄型の面発光型半導体レーザ素子１００は、メサポスト１０９の側面のＡｌＡｓ層１０７を選択的に酸化し、Ａｌ酸化層１０８からなる電流狭窄層を形成する際、酸化されたＡｌＡｓ層１０７の体積が収縮する。すなわち、ＡｌＡｓ層１０７を酸化することにより形成されたＡｌ酸化層１０８が、その層を含む上部多層反射膜１０６を構成する層に応力を発生させる。

図３に示したように、量子井戸活性層１０４とＡｌ酸化層１０８の位置が接近しているので、上部多層反射膜１０６を構成する層に加わった応力によって、量子井戸活性層１０４にも応力が加わり損傷が発生する。さらに、ＡｌＡｓ層１０７を酸化することにより発生する応力は、メサポスト１０９側面の量子井戸活性層１０４の端面に生じた転位の増殖を助長させる。こういった損傷や転位の増殖は、面発光型半導体レーザ素子１００の寿命を短くする原因となる。

そこで、ＡｌＡｓ層１０７に代えてガリウム（Ｇａ）を微量に含んだＡｌ_0.98Ｇａ_0.02Ａｓ層を酸化させる層として利用したり、ＡｌＡｓ層１０７層の厚さ自体を４０ｎｍ程度と薄くして、酸化による体積収縮による影響ができるだけ出ないようにすることも提案されている。

なお、メサポスト１０９を構成する上部多層反射膜１０６もＡｌ組成の高いＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層を含んでいる。そのため、ＡｌＡｓ層１０７を酸化する際に、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層の一部も一緒にメサポスト１０９の周囲に沿って円環状に酸化される。上部多層反射膜１０６のＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層の一部が酸化されることにより、量子井戸活性層１０４に応力が加わる原因となる。そこで、上記と同様な対策も考えられている。

しかしながら、こういったように量子井戸活性層１０４に応力が加わらないような対策を行ったとしても、依然として、面発光型半導体レーザ素子１００を駆動中に、量子井戸活性層１０４内で転位が増殖し、故障が頻発するという問題がある。そこで、本発明が解決しようとする課題は、面発光型半導体レーザ素子において、活性層内での転位の増殖を防ぎ、信頼性の優れたメサポストを有する面発光型半導体レーザ素子の実現を目的とする。また、信頼性の優れたメサポストを有する面発光型半導体レーザ素子の製造方法の実現を目的とする。

本発明は、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられ、複数の積層した半導体層からなる上部多層反射膜及び下部多層反射膜と、前記上部多層反射膜と前記下部反射膜の間に設けられ、Ａｌを含まない半導体層からなる活性層と、前記活性層よりも下の半導体層を裾部とするメサポストと、前記メサポストが形成された箇所の前記上部多層反射膜又は前記下部多層反射膜を構成する半導体層内に設けられ、Ａｌを含む半導体層の一部を選択的に酸化してなる電流狭窄層と、を有する面発光型半導体レーザ素子である。

好ましくは、前記活性層は量子井戸層と障壁層を有する。

好ましくは、前記活性層は、Ａｌを含まない半導体層からなる上下のクラッド層により挟まれている。

好ましくは、前記活性層の半導体層にはＩｎが含まれる。

好ましくは、前記上部多層反射膜、前記下部多層反射膜を構成する半導体層は、Ａｌを含む材料からなる。

さらには、前記上部多層反射膜、前記下部多層反射膜を構成する半導体層は、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０．９≦ｘ≦１）が含まれる。

より好ましくは、前記電流狭窄層を構成する半導体層は、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ（０．９８≦ｙ≦１）である。

より好ましくは、前記活性層の量子井戸層は、ＧａＩｎＡｓ系の半導体材料からなる。

また、本発明は、複数の積層した半導体層からなる上部多層反射膜及び下部多層反射膜と、前記上部多層反射膜と前記下部反射膜の間に設けられ、Ａｌを含まない半導体層からなる活性層とが少なくとも形成された半導体基板に前記活性層よりも下の半導体層を裾部とするメサポストを形成するステップと、前記メサポストが形成された箇所の前記上部多層反射膜又は前記下部多層反射膜を構成する半導体層内に設けられ、Ａｌを含む半導体層の一部を選択的に酸化して電流狭窄層を形成するステップと、を有する面発光型半導体レーザ素子の製造方法である。

本発明の面発光型半導体レーザ素子では活性層において転位が増殖しにくく、信頼性に優れている。また、本発明の面発光型半導体レーザ素子の製造方法では、活性層において転位が増殖しにくく、信頼性に優れる面発光型半導体レーザ素子を得ることができる。

図３に示した従来の面発光型半導体レーザ素子１００では、量子井戸活性層１０４を構成する障壁層には、Ａｌを含んだＡｌ_0.2 Ｇａ_0.8Ａｓからなる半導体材料が含まれている。例えば、メサポスト１０９の裾部が下部多層反射膜１０２にまで達する場合は、量子井戸活性層１０４を構成する障壁層はメサポスト１０９を形成した際に円盤形状をなす当該障壁層の縁が露出する。そのため、サポスト１０９の側面のＡｌＡｓ層１０７を選択的に酸化し、Ａｌ酸化層１０８からなる電流狭窄層を形成する際に、量子井戸活性層１０４を構成する障壁層の縁部分のＡｌ_0.2 Ｇａ_0.8Ａｓ層もわずかに酸化される。酸化がわずかであっても、障壁層の縁部分のＡｌ_0.2 Ｇａ_0.8Ａｓ層には、応力が加わり図４（ａ）に示したように微小な転位１１４が多数発生する。

図４（ａ）に示したような障壁層の縁部分に微小な転位１１４が発生した状態で面発光型半導体レーザ素子１００の製造を完了した後、その面発光型半導体レーザ素子１００の駆動を行うと、時間経過に伴って、その転位１１４が増殖する。すなわち、面発光型半導体レーザ素子１００の駆動を行うと図４（ｂ）に示したように、障壁層の縁部分の転位１１４を起点として、転位１１４が増殖拡大し、その転位はＡｌ酸化層１０８からなる電流狭窄層により規定される発光領域１１５に到達する。

ここで、メサポスト１０９が形成されることにより、円盤形状をなす量子井戸活性層１０４のうち、電流狭窄層により規定された発光領域１１５に相当する領域のみに電流が流れ、レーザ発振が行われる。そのため、レーザ発振が行われている箇所の量子井戸活性層１０４に転位が到達すると、その転位の場所で発振光が吸収されて熱が発生し、最終的に発振が停止する。

以上を鑑みて本発明では、メサポストを形成することにより活性層の一部が露出し、かつ、選択酸化により電流狭窄層を形成するための半導体層にＡｌを用いている面発光型半導体レーザ素子について、Ａｌを含まない半導体層を活性層として用いている。

例えば、活性層として用いる半導体層として、ＧａＩｎＡｓ系が好ましい。又は、ＧａＩｎＡｓＰ系の半導体材料を用いることができる。活性層として用いる半導体層に多元系の化合物半導体を使用する場合、Ａｌを使用できないことにより、所望のバンドギャップを選択する上で制約が生ずる場合がある。しかし、ＧａＩｎＡｓ系、又は、ＧａＩｎＡｓＰ系の半導体材料を使用することにより、こういった制約が軽減する。また、これらの材料の元素はＡｌを含む半導体材料と比較して酸化されにくいので、電流狭窄層を形成する際に、活性層に転位が生じにくい。さらに、Ｉｎを含むことによって酸化が抑制され、活性層に転位が生じにくい。

さらに具体的には、例えば、量子井戸層の材料をＧａ_xＩｎ_1-xＡｓ、（０．０９５≦ｘ≦０．９９９）、障壁層の材料をＧａ_xＩｎ_1-xＡｓ_yＰ_1-y、（０．０９５≦ｘ≦０．９９９、０．０８≦ｙ≦０．０９）とした活性層を用いることができる。

メサポストの側面側から電流狭窄層を形成するために、Ａｌを用いた半導体層を選択酸化する場合は、他の酸化されやすい半導体層がメサポストに存在する場合はその層も必然的に酸化されてしまう。そこで、活性層にＡｌを含まない半導体層を使用することにより、電流狭窄層形成時の選択酸化の際に活性層が酸化されることによる転位の発生を防ぐことできる。こういった面発光型半導体レーザ素子は、製造完了時において活性層には転位がほとんど存在せず、発光領域にまで転位が増殖しにくいため、信頼性に優れている。

さらに、活性層を挟む上下のクラッド層の半導体層にもＡｌが含まれないことがより望ましい。クラッド層は活性層と近接するので、クラッド層に酸化による転位が発生すると、その転位の増殖が活性層にまで及ぶ場合もあるためである。

上記のように、活性層にＡｌを含まない半導体層を使用することにより、活性層のバンドギャップが小さくなってしまい、活性層を構成する複数の半導体層間においてバンドオフセットの差をつけにくくなることもある。しかし、活性層にＩｎが含まれるようにすれば、バンドギャップを調整できる範囲が拡大し、バンドオフセットの差をつけることもできるようになる。

なお、面発光型半導体レーザ素子の上部と下部の多層反射膜を構成する半導体層は活性層から離れているので、これらの層にＡｌを使用しても活性層において転位の増殖による影響が少ない場合がある。例えば、面発光型半導体レーザ素子がＧａＡｓ系であり、基板にＧａＡｓを使用した場合は、多層反射膜として基板と格子整合するＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層の組成比の異なるペアを使用することができる。なお、多層反射膜に使用する高屈折率層となるＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層の組成ｘは、０．９≦ｘ≦１とし、低屈折率層となるＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層の組成ｘは、０≦ｘ≦０．２とすることによって、大きな屈折率差をつけることができる。

上記のような構成の面発光型半導体レーザ素子の電流狭窄層を形成するため、選択酸化するＡｌを用いた半導体層は、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓとすることができる。特に、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓの組成ｙを０．９８≦ｙ≦１と大きくすることにより、選択酸化の際の酸化速度を向上させることができる。これにより、選択酸化の時間が短縮し、他の半導体層が酸化されるおそれが少なくなる。

このような、選択酸化をするＡｌを用いた半導体層は面発光型半導体レーザ素子のメサポストが形成された箇所の上部多層反射膜又は下部多層反射膜を構成する半導体層内に設けることができる。上部多層反射膜又は下部多層反射膜は、活性層から離れているので、これらの膜を構成する半導体層内に、選択酸化されるＡｌを用いた半導体層を設けた場合に、その層が酸化されても活性層には応力が加わりにくい。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例についての面発光型半導体レーザ素子２０の概略断面図を示したものである。
ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、それぞれの層の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）のｎ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／ｎ−Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8Ａｓの３５ペアからなる下部多層反射膜２、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓからなる下部クラッド層３、量子井戸活性層４、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓからなる上部クラッド層５、及び、それぞれの層の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）のｐ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／ｐ−Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8Ａｓの２５ペアからなる上部多層反射膜６の積層構造を備えている。上部多層反射膜６の上には、電極とコンタクトをとるためのｐ−ＧａＡｓからなるキャップ層１１が形成されている。

量子井戸活性層４は、Ａｌを含まない半導体層から構成されている。すなわち、本実施例の量子井戸活性層４はＧａ_0.98Ｉｎ_0.02Ａｓからなる量子井戸層と、Ｇａ_0.98Ｉｎ_0.02Ａｓ_0.9Ｐ_0.1からなる障壁層とを交互に形成した多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造を有している。
上部多層反射膜６では、量子井戸活性層４に近い側の一層が、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層に代えて、ＡｌＡｓ層７で形成され、かつ電流注入領域以外の領域のＡｌＡｓ層７のＡｌが、選択的に酸化され、Ａｌ酸化層８からなる電流狭窄層を構成している。

積層構造のうち、上部多層反射膜６は、フォトリソグラフィー処理及びエッチング加工により、量子井戸活性層４よりも下の半導体層を裾部とする例えば直径３０μｍの円形のメサポスト９に加工されている。メサポスト９の形成を行う場合は、図１に示したような、メサポスト９が形成される領域以外の半導体を全てエッチングする形態の他、エッチングによって円筒状溝内にメサポストを形成する態様がある。

メサポスト９に加工した積層構造を水蒸気雰囲気中にて、約４００℃の温度で酸化処理を行い、メサポスト９の外側からＡｌＡｓ層７のＡｌを選択的に酸化させることにより、Ａｌ酸化層８からなる電流狭窄層が形成されている。

メサポスト９は、周囲が例えばポリイミド層１０により埋め込まれている。そして、メサポスト９の上部に外周５μｍ〜１０μｍ程度の幅で接触するリング状電極が、ｐ側電極１２として設けられている。また、基板裏面を適宜研磨して基板厚さを例えば２００μｍ厚に調整した後、ｎ−ＧａＡｓ基板１の裏面にｎ側電極１３が形成されている。更に、ポリイミド層１０には、外部端子とワイヤーで接続するための電極パッド１４が、リング状電極と接触するように形成されている。

図１に示した面発光型半導体レーザ素子２０は以下の工程で製造することができる。
本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子２０の製造方法は、先ず、図２（ａ）に示したように、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、下部多層反射膜２、下部クラッド層３、量子井戸活性層４、上部クラッド層５、上部多層反射膜６及びｐ−ＧａＡｓキャップ層１１を成長させる。

量子井戸活性層４の成長の際には、３層の膜厚３ｎｍのＧａ_0.98Ｉｎ_0.02Ａｓ量子井戸層（発光波長は８５０ｎｍ）と、Ｇａ_0.98Ｉｎ_0.02Ａｓ量子井戸層の間に形成された膜厚３ｎｍのＧａ_0.98Ｉｎ_0.02Ａｓ_0.9Ｐ_0.1障壁層を成長させる。下部多層反射膜２の成長の際には、各層の膜厚がλ／４ｎのｎ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／ｎ−Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8Ａｓの３５ペアからなる多層膜を成長させる。そして、上部多層反射膜６の成長の際には、各層の厚さがλ／４ｎのｐ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／ｐ−Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8Ａｓの２５ペアからなる多層膜を成長させる。なお、上部多層反射膜６を成長する際、途中に一層のＡｌＡｓ層７を成長させる

次に、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１１上にプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ_x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ＳｉＮ_x膜をエッチングし、ＳｉＮ_xマスク１５を形成する。

次いで、図２（ｂ）に示すように、ＳｉＮ_xマスク１５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（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によるドライエッチングを行い、メサポスト９を形成する。

次いで、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９の一部として形成されたＡｌＡｓ膜７をメサポスト９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９の側壁に沿って環状のＡｌ酸化層８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ＡｌＡｓ膜７のままに残して、非酸化領域とし電流狭窄層を形成する。

ここで、メサポスト９に含まれる上部多層反射膜６（及び下部多層反射膜２）を構成するＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層、及び、Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8Ａｓ層にもＡｌが含まれている。そのため、ＡｌＡｓ膜７を選択酸化する際は、これらの層の一部もＡｌ組成量に依存してメサポスト９の側面から数ｎｍ〜数μｍ程度の酸化が行われる。

しかし、同様にメサポスト９に含まれる量子井戸活性層４を構成する量子井戸層と障壁層には、Ａｌを含む層がないので、これらの層はほとんど酸化されない。また、メサポスト９の側面に露出している量子井戸活性層４にも転位の発生が見られなかった。

次いで、図２（ｂ）に示したＳｉＮ_xマスク１５をＲＩＥ法により完全に除去した後に、メサポスト９の外側に、ポリイミド層１０を形成する。次いで、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１１上に、レーザ出射口を成す円形の窓を除いてＡｕＺｎから成るｐ側電極１２を蒸着する。また、ｐ側電極１２の外側の側面にＡｕＣｒからなる電極パッド１４を形成する。そして、ｎ−ＧａＡｓ基板１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の多層膜からなるｎ側電極１３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。

（実施例２）
本実施例２における面発光型半導体レーザ素子は、図１に示した実施例１における面発光型半導体レーザ素子２０と構造を共通にする。ただし、実施例２における面発光型半導体レーザ素子２０では、実施例１における面発光型半導体レーザ素子２０の下部クラッド層３及び上部クラッド層５を構成するＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層に代えて、Ｇａ_0.98Ｉｎ_0.02Ａｓ_0.9Ｐ_0.1を使用している。

実施例２における面発光型半導体レーザ素子においても、量子井戸活性層４はＡｌを含まない半導体層から構成されている。そのため、電流狭窄層を形成するための選択酸化を行う工程において、メサポスト９の側面に露出している量子井戸活性層４はほとんど酸化されず、また、転位の発生が見られなかった。

さらに、面発光レーザ素子２０の下部クラッド層３及び上部クラッド層５を構成する半導体層は、Ａｌが含まれていない。そのため、同様にして電流狭窄層を形成するための選択酸化を行う工程において、メサポストの側面に露出している下部クラッド層３及び上部クラッド層５はほとんど酸化されない。ゆえに、これらの層の一部が酸化されることによる体積変化によって、量子井戸活性層４に応力が加わることがない。量子井戸活性層４に応力が加わらないため、量子井戸活性層４に転位が生じにくい。

（実施例３）
本実施例３における面発光型半導体レーザ素子は、図１に示した実施例１における面発光型半導体レーザ素子２０と構造を共通にする。ただし、実施例３における面発光型半導体レーザ素子２０では、実施例２同様に、上下のクラッド層はＧａ_0.98Ｉｎ_0.02Ａｓ_0.9Ｐ_0.1で構成されている。実施例１における面発光型半導体レーザ素子２０の下部多層反射膜２及び上部多層反射膜６を構成するｎ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／ｎ−Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8Ａｓのペアに代えて、Ｇａ_xＩｎ_1-xＡｓ_yＰ_1-yの組成比の異なるペアを使用している。高屈折率層はＩｎの組成比を多くし、低屈折率層はＩｎの組成比を少なくすることにより、屈折率差を設けることができる。また、Ｉｎの組成比を変えることによって、結晶の格子定数が異なってくるが、Ａｓ又はＰの組成比を変えることによって、格子定数を整合させ、歪の少ない積層構造を作製することができる。

実施例３における面発光型半導体レーザ素子２０の上部多層反射膜６では、量子井戸活性層４に近い側の一層を、Ｇａ_xＩｎ_1-xＡｓ_yＰ_1-y層に代えて、ＡｌＡｓ層７で形成され、かつ電流注入領域以外の領域のＡｌＡｓ層７のＡｌが、選択的に酸化され、Ａｌ酸化層８からなる電流狭窄層を構成している。

下部多層反射膜２及び上部多層反射膜６を構成する半導体層には、Ａｌが含まれている半導体層が存在しないため、電流狭窄層を形成するための選択酸化を行う工程において、メサポスト９の側面に露出している下部多層反射膜２及び上部多層反射膜６はほとんど酸化されない。

通常、下部多層反射膜２及び上部多層反射膜６は、量子井戸活性層４から離れているので、これらの層が酸化されることによる体積変化によって量子井戸活性層４に応力が加わりにくい。しかし、下部多層反射膜２及び上部多層反射膜６の半導体層が酸化されるような場合は若干の応力が量子井戸活性層４に加わる場合もある。そこで、下部多層反射膜２及び上部多層反射膜６が酸化されにくくすることによって、量子井戸活性層４に加わる応力を一層低減させることができる。

本発明の実施形態の面発光型半導体レーザ素子の概略断面図である。 本発明の実施形態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の段階を示す断面図である。 従来技術に係る面発光型半導体レーザ素子の概略断面図である。 従来技術に係る面発光型半導体レーザ素子の活性層部分の平面断面図であり、（ａ）は製造完了時のもので、（ｂ）は駆動時のものである。

符号の説明

１…基板， ２…下部多層反射膜， ３…下部クラッド層， ４…量子井戸活性層， ５…上部クラッド層， ６…上部多層反射膜， ７…ＡｌＡｓ層， ８…Ａｌ酸化層， ９…メサポスト， １０…ポリイミド層， １１…キャップ層， １２…ｐ側電極， １３…ｎ側電極， １４…電極パッド， １５…ＳｉＮ_xマスク， ２０…面発光型半導体レーザ素子
１００…面発光型半導体レーザ素子， １０１…基板， １０２…下部多層反射膜， １０３…下部クラッド層， １０４…量子井戸活性層， １０５…上部クラッド層， １０６…上部多層反射膜， １０７…ＡｌＡｓ層， １０８…Ａｌ酸化層， １０９…メサポスト， １１０…ポリイミド層， １１１…ｐ側電極， １１２…ｎ側電極， １１３…電極パッド， １１４…転位， １１５…発光領域

Claims (9)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板上に設けられ、複数の積層した半導体層からなる上部多層反射膜及び下部多層反射膜と、
   前記上部多層反射膜と前記下部反射膜の間に設けられ、Ａｌを含まない半導体層からなる活性層と、
   前記活性層よりも下の半導体層を裾部とするメサポストと、
   前記メサポストが形成された箇所の前記上部多層反射膜又は前記下部多層反射膜を構成する半導体層内に設けられ、Ａｌを含む半導体層の一部を選択的に酸化してなる電流狭窄層と、
   を有する面発光型半導体レーザ素子。
2. 前記活性層は量子井戸層と障壁層を有する請求項１の面発光型半導体レーザ素子。
3. 前記活性層は、Ａｌを含まない半導体層からなる上下のクラッド層により挟まれている請求項１又は請求項２のいずれか一に記載の面発光型半導体レーザ素子。
4. 前記活性層の半導体層にはＩｎが含まれる請求項１〜請求項３のいずれか一に記載の面発光型半導体レーザ素子。
5. 前記上部多層反射膜、前記下部多層反射膜を構成する半導体層は、Ａｌを含む材料からなる請求項１〜請求項４のいずれか一に記載の面発光型半導体レーザ素子。
6. 前記上部多層反射膜、前記下部多層反射膜を構成する半導体層は、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０．９≦ｘ≦１）が含まれる請求項５記載の面発光型半導体レーザ素子。
7. 前記電流狭窄層を構成する半導体層は、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ（０．９８≦ｙ≦１）である請求項１〜請求項６のいずれか一に記載の面発光型半導体レーザ素子。
8. 前記活性層の量子井戸層は、ＧａＩｎＡｓ系の半導体材料からなる請求項２〜請求項７のいずれか一に記載の面発光型半導体レーザ素子。
9. 複数の積層した半導体層からなる上部多層反射膜及び下部多層反射膜と、前記上部多層反射膜と前記下部反射膜の間に設けられ、Ａｌを含まない半導体層からなる活性層とが少なくとも形成された半導体基板について前記活性層よりも下の半導体層を裾部とするメサポストを形成するステップと、
   前記メサポストが形成された箇所の前記上部多層反射膜又は前記下部多層反射膜を構成する半導体層内に設けられ、Ａｌを含む半導体層の一部を選択的に酸化して電流狭窄層を形成するステップと、
   を有する面発光型半導体レーザ素子の製造方法。
   
   

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