JP2008042165A - 面発光型半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

面発光型半導体レーザおよびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】製造コストおよび時間の削減が可能な面発光型半導体レーザを提供する。
【解決手段】本発明に係る面発光型半導体レーザ１００は，第１ミラー１０２、第１ミラーの上方に形成された活性層１０３、および、活性層の上方に形成された第２ミラー１０４を有する発光部１６０と、第１ミラー、活性層、および第２ミラーと共通の層を有する支持部１６３と、支持部の上方に形成された半導体層１７１を有するダイオード部１７０と、を含み、発光部が発光する光の設計波長をλとした場合に、半導体層の光学的膜厚は、λ／４の奇数倍ではなく、かつ，λ／４の偶数倍でもない。
【選択図】図１

Description

本発明は、面発光型半導体レーザおよびその製造方法に関する。
面発光型半導体レーザは、素子自体の静電破壊耐圧が低いため、製造プロセスにおいて、機械または作業者から加えられた静電気によって素子がダメージを受けることがある。通常、製造プロセスでは、静電気を除去するためにさまざまな対策が施されるが、それらの対策には限界がある。
例えば、下記特許文献１には、絶縁膜と、金属膜とを積層して容量素子を構成し、この容量素子が耐圧素子となる技術が開示されている。この場合、絶縁膜および金属膜を積層するため、所望の容量素子を形成しようとすると積層時間が長時間に及ぶ場合がある。
特開２００４−６５４８号公報
本発明の目的は、製造コストおよび時間の削減が可能な面発光型半導体レーザおよびその製造方法を提供することにある。
本発明に係る第１の面発光型半導体レーザは、
第１ミラー、前記第１ミラーの上方に形成された活性層、および、前記活性層の上方に形成された第２ミラーを有する発光部と、
前記第１ミラー、前記活性層、および前記第２ミラーと共通の層を有する支持部と、
前記支持部の上方に形成された半導体層を有するダイオード部と、を含み、
前記発光部が発する光の設計波長をλとした場合に、前記半導体層の光学的膜厚は、λ／４の奇数倍ではなく、かつ、λ／４の偶数倍でもない。
この面発光型半導体レーザによれば、後述するように、基板上に成膜して得られる半導体多層膜の反射スペクトルを得ることにより、各層が所望の膜厚で形成されているか否かを判断することができる。従って、半導体多層膜が所望の膜厚に形成されているか否かに基づいて、前記発光部および前記ダイオード部が設計通りに作製されているか否かを判断することができる。このように、製造プロセスの初期段階で前記発光部および前記ダイオード部が設計通りに作製されているか否かを判断できるため、実装後の静電破壊（ＥＳＤ）耐圧試験などを省略することができる。その結果、本発明によれば、製造コストおよび時間を減らすことができる。
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に形成された他の特定のもの（以下「Ｂ」という）」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂが形成されているような場合と、Ａ上に他のものを介してＢが形成されているような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
また、本発明において、「設計波長」とは、前記発光部が発する光のうち強度が最大である光の波長をいう。
また、本発明において、「光学的膜厚」とは、層の実際の膜厚に、該層を構成する物質の屈折率を乗じて得られる値をいう。
本発明に係る第２の面発光型半導体レーザは、
第１ミラー、前記第１ミラーの上方に形成された活性層、および、前記活性層の上方に形成された第２ミラーを有する発光部と、
前記第１ミラー、前記活性層、および前記第２ミラーと共通の層を有する支持部と、
前記支持部の上方に形成された半導体層を有するダイオード部と、を含み、
反射スペクトルにおいて、前記半導体層の光吸収による窪みの位置は、前記第１ミラーおよび前記第２ミラーのストップバンドの内側であり、かつ、前記半導体層の光吸収による窪みの最小部は、前記活性層の光吸収による窪みからずれている。
本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、
前記ダイオード部は、前記半導体層からなり、
前記半導体層は、前記支持部が有する前記第２ミラーと共通の層の直接上に形成されていることができる。
本発明に係る第３の面発光型半導体レーザは、
第１ミラー、前記第１ミラーの上方に形成された活性層、および、前記活性層の上方に形成された第２ミラーを有する発光部と、
前記発光部の上方に形成された半導体層を有するダイオード部と、を含み、
前記発光部が発する光の設計波長をλとした場合に、前記半導体層の光学的膜厚は、λ／４の奇数倍ではなく、かつ、λ／４の偶数倍でもない。
本発明に係る第４の面発光型半導体レーザは、
第１ミラー、前記第１ミラーの上方に形成された活性層、および、前記活性層の上方に形成された第２ミラーを有する発光部と、
前記発光部の上方に形成された半導体層を有するダイオード部と、を含み、
反射スペクトルにおいて、前記半導体層の光吸収による窪みの位置は、前記第１ミラーおよび前記第２ミラーのストップバンドの内側であり、かつ、前記半導体層の光吸収による窪みの最小部は、前記活性層の光吸収による窪みからずれている。
本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、
前記ダイオード部は、前記半導体層からなり、
前記半導体層は、前記第２ミラーの直接上に形成されていることができる。
本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、
前記発光部と前記ダイオード部とは、電気的に並列接続され、
前記ダイオード部は、前記発光部とは逆方向の整流作用を有することができる。
本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、
前記ダイオード部は、受光部であり、
前記半導体層は、光吸収層を有することができる。
なお、本発明において、「光吸収層」とは、空乏層を含む概念である。
本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、
前記半導体層は、
第１導電型の第１半導体層と、
前記第１半導体層の上方に形成された第２導電型の第２半導体層と、を含むことができる。
本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、
前記半導体層の光学的膜厚は、λ／４よりも大きく、λ／２よりも小さいことができる。
本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、
前記第１ミラーおよび前記第２ミラーは、分布ブラッグ反射型ミラーからなり、
前記分布ブラッグ反射型ミラーにおける各層の光学的膜厚は、λ／４の奇数倍であることができる。
本発明に係る第１の面発光型半導体レーザの製造方法は、
基板の上方に第１ミラーを形成する工程、該第１ミラーの上方に活性層を形成する工程、該活性層の上方に第２ミラーを形成する工程、および、該第２ミラーの上方に半導体層を形成する工程を有する半導体多層膜を形成する工程と、
前記半導体多層膜の形成工程後に、前記半導体多層膜に対して反射率検査を行う工程と、
前記反射率検査の工程後に、前記第１ミラー、前記活性層、および前記第２ミラーを有する発光部、並びに、前記半導体層を有するダイオード部が形成されるように、前記半導体多層膜をパターニングする工程と、を含み、
前記発光部が発する光の設計波長をλとした場合に、前記半導体層の光学的膜厚は、λ／４の奇数倍ではなく、かつ、λ／４の偶数倍でもないように形成される。
本発明に係る第２の面発光型半導体レーザの製造方法は、
基板の上方に第１ミラーを形成する工程、該第１ミラーの上方に活性層を形成する工程、該活性層の上方に第２ミラーを形成する工程、および、該第２ミラーの上方に半導体層を形成する工程を有する半導体多層膜を形成する工程と、
前記半導体多層膜の形成工程後に、前記半導体多層膜に対して反射率検査を行う工程と、
前記反射率検査の工程後に、前記第１ミラー、前記活性層、および前記第２ミラーを有する発光部、並びに、前記半導体層を有するダイオード部が形成されるように、前記半導体多層膜をパターニングする工程と、を含み、
前記反射率検査により得られる反射スペクトルにおいて、前記半導体層の光吸収による窪みの位置は、前記第１ミラーおよび前記第２ミラーのストップバンドの内側であり、かつ、前記半導体層の光吸収による窪みの最小部は、前記活性層の光吸収による窪みからずれている。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
１． まず、本実施形態に係る面発光型半導体レーザ１００について説明する。
図１は、面発光型半導体レーザ１００を概略的に示す断面図であり、図２は、面発光型半導体レーザ１００を概略的に示す平面図である。なお、図１は、図２のＩ−Ｉ線断面図である。
本実施形態に係る面発光型半導体レーザ１００は、図１および図２に示すように、基板１０１と、発光部１６０と、支持部１６３と、ダイオード部１７０と、第１接続電極１４１と、第２接続電極１４２と、を含むことができる。発光部１６０およびダイオード部１７０は、同一基板（基板１０１）の上方に形成されている。即ち、発光部１６０とダイオード部１７０は、モノリシックに形成されている。
基板１０１としては、例えばｎ型ＧａＡｓ基板などを用いることができる。
発光部１６０は、基板１０１上に形成された第１ミラー１０２と、第１ミラー１０２上に形成された活性層１０３と、活性層１０３上に形成された第２ミラー１０４と、第２ミラー１０４上に形成されたコンタクト層１０６と、を含むことができる。第１ミラー１０２は、例えば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ層とを交互に積層した４０．５ペアの分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ミラーである。活性層１０３は、例えば、ＧａＡｓウェル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層とから構成される量子井戸構造を３層重ねた多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。第２ミラー１０４は、例えば、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ層とを交互に積層した２２ペア〜２３ペアのＤＢＲミラーである。コンタクト層１０６は、例えば、ｐ型ＧａＡｓ層である。第１ミラー１０２、活性層１０３、および第２ミラー１０４は、垂直共振器を構成することができる。なお、上述した各層の組成および層数はこれに限定されるわけではない。ｐ型の第２ミラー１０４、不純物がドーピングされていない活性層１０３、およびｎ型の第１ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが構成される。
第１ミラー１０２および第２ミラー１０４を構成するＤＢＲミラーにおける各層の光学的膜厚は、例えばλ／４の奇数倍である。但し、λは、発光部１６０が発する光の設計波長である。
第１ミラー１０２の一部、活性層１０３、第２ミラー１０４、およびコンタクト層１０６は、例えば、柱状の半導体堆積体（柱状部）１６２を構成することができる。柱状部１６２の平面形状は、例えば円形などである。
また、図１に示すように、例えば、第２ミラー１０４を構成する層のうちの少なくとも１層を電流狭窄層１０５とすることができる。電流狭窄層１０５は、活性層１０３に近い領域に形成されている。電流狭窄層１０５としては、例えば、ＡｌＧａＡｓ層を酸化したものなどを用いることができる。電流狭窄層１０５は、開口部を有する絶縁層であり、リング状に形成されている。
発光部１６０は、さらに、第１ミラー１０２と電気的に接続された第１電極１２２と、コンタクト層１０６を介して第２ミラー１０４と電気的に接続された第２電極１２１と、を含むことができる。第１電極１２２および第２電極１２１は、発光部１６０を駆動するために用いられることができる。第１電極１２２は、例えば、第１ミラー１０２の上面上であって、第２接続電極１４２の下に設けられている。第１電極１２２は、平面視において、柱状部１６２および支持部１６３を取り囲むように設けられている。第２電極１２１は、例えば、コンタクト層１０６の上面上に設けられている。第２電極１２１は、例えばリング状の平面形状を有し、柱状部１６２上に開口部を有する。開口部の平面形状は、例えば円形などである。該開口部によって、コンタクト層１０６の上面上に第２電極１２１の設けられていない領域（レーザ光の出射面）１０８が形成される。
ダイオード部１７０は、ｐｎ接合ダイオードやショットキー障壁ダイオードなどの整流作用を有するダイオードからなることができる。ダイオード部１７０は、発光部１６０と電気的に並列接続されることができる。ダイオード部１７０は、発光部１６０とは逆方向の整流作用を有することができる。図１および図２に示す面発光型半導体レーザ１００では、発光部１６０に逆バイアスの電圧が印加されても、ダイオード部１７０に電流が流れるので、逆バイアスの電圧に対する静電破壊耐圧が著しく向上する。
ダイオード部１７０は、支持部１６３上に形成された半導体層１７１と、第３電極１３１と、第４電極１３３と、第５電極１３２と、を含むことができる。半導体層１７１は、例えば、第１半導体層１１６と、第１半導体層１１６の上方に形成された第２半導体層１１８と、を含むことができる。第１半導体層１１６は、発光部１６０のコンタクト層１０６と共通の層からなる。第１半導体層１１６は、コンタクト層１０６と同一組成の半導体層からなる。第１半導体層１１６は、例えば第１導電型（例えばｐ型）のＧａＡｓ層などである。第２半導体層１１８は、例えば第２導電型（例えばｎ型）のＧａＡｓ層などである。半導体層１７１は、さらに、第１半導体層１１６と第２半導体層１１８との間に形成された第３半導体層１１７を有することができる。第３半導体層１１７としては、例えば不純物がドーピングされていないＧａＡｓ（真性半導体のＧａＡｓ）などを用いることができる。第１半導体層１１６、第２半導体層１１８、および第３半導体層１１７のうちの少なくとも一層の構成材料のエネルギーギャップは、例えば、発光部１６０の第１ミラー１０２および第２ミラー１０４の構成材料のエネルギーギャップよりも狭い。
半導体層１７１（即ち、第１半導体層１１６、第２半導体層１１８、および第３半導体層１１７の全体）の光学的膜厚は、例えば、λ／４の奇数倍ではなく、かつ、λ／４の偶数倍でもない。但し、λは、発光部１６０が発する光の設計波長である。半導体層１７１の光学的膜厚は、例えば、λ／４よりも大きくλ／２よりも小さい範囲内で設定されることができる。
例えば、第１半導体層１１６がｐ型ＧａＡｓ層であり、第２半導体層１１８がｎ型ＧａＡｓ層であり、第３半導体層１１７が真性半導体のＧａＡｓである場合には、各層の屈折率はほぼ同じである。この場合に、設計波長λを例えば８５０ｎｍとすると、各層の屈折率は約３．６であり、半導体層１７１の実際の膜厚は、例えば、５９ｎｍよりも大きく、１１８ｎｍよりも小さい範囲内で設定されることができる。
また、半導体層１７１の光学的膜厚は、例えば、（２ｍ＋１）λ／８±λ／１６の範囲（但しｍは自然数）に設定されることができる。また、半導体層１７１の光学的膜厚は、例えば、（２ｍ＋１）λ／８に設定されることができる。また、半導体層１７１の光学的膜厚は、例えば、λ／４よりも大きくλ／２よりも小さい範囲の中間値（即ち３λ／８）に設定されることができる。これにより、半導体層１７１の設計マージンを広くすることができる。その結果、後述する反射率検査において、半導体多層膜１５０の各層が所望の膜厚で形成されているか否かをより確実に判断することができる。
また、本実施形態では、半導体層１７１を構成する各層のうちの１層（例えば第３半導体層１１７）の光学的膜厚を、λ／４の奇数倍ではなく、かつ、λ／４の偶数倍でもなくすることができる。それとともに、半導体層１７１を構成する各層のうちの他の各層（例えば、第１半導体層１１６と第２半導体層１１８のそれぞれ）の光学的膜厚を、λ／４の奇数倍、または、λ／４の偶数倍とすることができる。
また、反射スペクトル（図４参照）において、半導体層１７１（即ち、第１半導体層１１６、第２半導体層１１８、および第３半導体層１１７）の光吸収による窪みＣの位置は、第１ミラー１０２および第２ミラー１０４のストップバンドＳの内側である。さらに、半導体層１７１の光吸収による窪みＣの最小部は、活性層１０３の光吸収による窪み（ディップ）Ａからずれている。詳細については後述する。
第１半導体層１１６は、例えば図２に示すように、楕円の中央部が柱状部１６２側に突出して屈曲したような平面形状を有することができる。第１半導体層１１６上には、第３電極１３１および第４電極１３３が形成されている。第３電極１３１は、平面視において、例えば、第１半導体層１１６の平面形状である屈曲した楕円の一方の端部に設けられている。第４電極１３３は、例えば、この屈曲した楕円の他方の端部に設けられている。第３電極１３１と第４電極１３３は、互いに離れた位置に形成されている。第３電極１３１と第４電極１３３を最短で結ぶ仮想線のうちの少なくとも一部は、平面視において、第１半導体層１１６と重ならないことができる。
第２半導体層１１８および第３半導体層１１７は、柱状の半導体堆積体（第１柱状部）１７２を構成することができる。この柱状部は、例えば図１に示すように、第１半導体層１１６の上面のうちの一部の上に形成されている。第３電極１３１および第４電極１３３は、第１半導体層１１６の上面のうち、この柱状部が形成されていない領域に形成されている。
第５電極１３２は、第２半導体層１１８上に形成されている。第５電極１３２は、例えば図２に示すような略楕円の平面形状を有することができる。
支持部１６３は、基板１０１上に形成された第１ミラー１０２と、第１ミラー１０２上に形成された第４半導体層１１３と、第４半導体層１１３上に形成された第５半導体層１１４と、を含むことができる。第４半導体層１１３は、発光部１６０の活性層１０３と共通の層からなる。即ち、第４半導体層１１３は、活性層１０３と同一の層構成である。
第５半導体層１１４は、発光部１６０の第２ミラー１０４と共通の層からなる。即ち、第５半導体層１１４は、第２ミラー１０４と同一の層構成である。第５半導体層１１４を構成するＤＢＲミラーにおける各層の光学的膜厚は、例えば、λ／４の奇数倍である。ダイオード部１７０の半導体層１７１は、例えば、図１に示すように、第５半導体層１１４の直接上に形成されている。第５半導体層１１４は、支持部１６３の一部であって、ダイオード部１７０の一部であることもできる。即ち、第５半導体層１１４は、ダイオード部１７０の一部として機能することもできる。また、第５半導体層１１４は、酸化層１１５を有することができる。酸化層１１５は、発光部１６０の電流狭窄層１０５を形成する際に同時に形成されるものである。
例えば、第１ミラー１０２の一部、第４半導体層１１３、第５半導体層１１４、および第１半導体層１１６は、柱状の半導体堆積体（第２柱状部）１７４を構成することができる。
第１接続電極１４１および第２接続電極１４２は、発光部１６０とダイオード部１７０を並列接続することができる。第１接続電極１４１は、発光部１６０の第２電極１２１と、ダイオード部１７０の第５電極１３２とを電気的に接続することができる。第２接続電極１４２は、発光部１６０の第１電極１２２と、ダイオード部１７０の第３電極１３１および第４電極１３３とを電気的に接続することができる。
発光部１６０の柱状部１６２と、ダイオード部１７０の第１柱状部１７２および第２柱状部１７４との間には、絶縁層１４３が形成されている。絶縁層１４３は、例えば、図１に示すように、第５電極１３２側から第２電極１２１側にかけて下向きに傾斜した上面を有する。また、発光部１６０の第１電極１２２と、ダイオード部１７０の第２柱状部１７４との間に、絶縁層１４４が形成されている。絶縁層１４４の側面は、例えば、図１に示すように、絶縁層１４４の表面がなだらかになるように傾斜している。
２． 次に、本実施形態に係る面発光型半導体レーザ１００の製造方法の一例について、図面を参照しながら説明する。
図３および図７は、図１および図２に示す面発光型半導体レーザ１００の一製造工程を概略的に示す断面図であり、それぞれ図１に示す断面図に対応している。
（１）まず、図３に示すように、基板１０１として、例えばｎ型ＧａＡｓ基板を用意する。次に、基板１０１の上に、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、半導体多層膜１５０を形成する。半導体多層膜１５０は、第１ミラー１０２、活性層１０３、第２ミラー１０４、コンタクト層１０６、第３半導体層１１７、および、第２半導体層１１８を構成する半導体層を順に積層したものである。活性層１０３を構成する半導体層は、第４半導体層１１３を構成する半導体層でもある。第２ミラー１０４を構成する半導体層は、第５半導体層１１４を構成する半導体層でもある。コンタクト層１０６を構成する半導体層は、第１半導体層１１６を構成する半導体層でもある。なお、第２ミラー１０４を成長させる際に、活性層１０３近傍の少なくとも１層を、後に酸化されて電流狭窄層１０５および酸化層１１５となる被酸化層とすることができる。被酸化層としては、例えば、Ａｌ組成が０．９５以上のＡｌＧａＡｓ層などを用いることができる。
（２）次に、半導体多層膜１５０に対して反射率検査を行う。本工程において、波長に対する反射スペクトルを得ることにより、半導体多層膜１５０の各層が所望の膜厚で形成されているか否かを判断することができる。反射率検査は、例えば、図３に示すように、白色光を発する光源１０から回折格子（図示せず）を介して光１１を半導体多層膜１５０の表面側に照射し、反射された光１３を、ミラー（図示せず）を介してＣＣＤ等の受光素子１２に入射させることにより行われる。
上述したように、第１半導体層１１６、第２半導体層１１８、および第３半導体層１１７の全体の光学的膜厚は、λ／４の奇数倍ではなく、かつ、λ／４の偶数倍でもない。このため、本実施形態に係る半導体多層膜１５０に対して反射率検査を行うと、例えば図４に示すような反射スペクトルを得ることができる。例えば図４に示す反射スペクトルでは、ディップＡが観測される。このディップＡの最小部における波長は、８５１．５ｎｍである。この波長は、発光部１６０が発する光の設計波長λに対応している。
これに対し、第１半導体層１１６、第２半導体層１１８、および第３半導体層１１７の全体の光学的膜厚が、例えばλ／４の奇数倍であると、例えば図５に示すような反射スペクトルＰが得られる。この反射スペクトルＰでは、図５に示すように、設計波長λ（８５０ｎｍまたはその付近）に対応する上述したディップＡが不明確となる光吸収が起こってしまう（図中矢印Ｃ）。なお、図５並びに後述する図６および図１０には、基板１０１上に形成された第１ミラー１０２、活性層１０３、および第２ミラー１０４から構成される多層膜（即ち、半導体層１７１を有しない多層膜）の反射スペクトルＶを一点鎖線で示してある。
また、本実施形態に係る反射スペクトルでは、図４に示すように、最大強度を有するピークＢの半値幅Ｗは、例えば６０．１ｎｍである。本実施形態では、この半値幅Ｗで示される領域を第１ミラー１０２および第２ミラー１０４を構成するＤＢＲミラーの反射帯域とすることができる。
これに対し、第１半導体層１１６、第２半導体層１１８、および第３半導体層１１７の全体の光学的膜厚が、例えばλ／４の偶数倍であると、例えば図６に示すような反射スペクトルが得られる。この反射スペクトルでは、図６に示すように、ＤＢＲミラーの反射帯域の両端が不明確となる光吸収が起こり（図中矢印Ｃ）、実測上の半値幅ＷＣやストップバンドＳＣは、ＤＢＲミラー本来の反射帯域の幅（半値幅Ｗ）やストップバンドＳよりも狭くなってしまう。なお、ＤＢＲミラー本来のストップバンドＳとは、波長λ１以上、波長λ２以下の波長帯域をいう。波長λ１は、半導体層１７１を有しない多層膜の反射スペクトルＶにおいて、最大の反射強度を有する領域から短波長側を見て、最初に最小の反射強度となる点（但し、光吸収による窪みＡの最小部を除く）の波長である。また、波長λ２は、半導体層１７１を有しない多層膜の反射スペクトルＶにおいて、最大の反射強度を有する領域から長波長側を見て、最初に最小の反射強度となる点（但し、光吸収による窪みＡの最小部を除く）の波長である。
本実施形態に係る反射スペクトルでは、図４に示すように、半導体層１７１（即ち、第１半導体層１１６、第２半導体層１１８、および第３半導体層１１７）の光吸収による窪みＣの位置は、第１ミラー１０２および第２ミラー１０４のストップバンド（ＤＢＲミラー本来のストップバンド）Ｓの内側である。このことを言い換えるならば、半導体層１７１の光吸収による窪みＣの端点のうち、低波長側の端点の波長λ３（図５参照）は、上述した波長λ１よりも大きく、長波長側の端点の波長λ４は、上述したλ２よりも小さい。なお、半導体層１７１の光吸収による窪みＣの端点とは、半導体層１７１を有しない多層膜の反射スペクトルＶに窪みＣの端部が重なる点である。
さらに、本実施形態に係る反射スペクトルでは、図４に示すように、半導体層１７１の光吸収による窪みＣの最小部は、活性層１０３の光吸収による窪み（ディップ）Ａからずれている。即ち、半導体層１７１の光吸収による窪みＣの最小部の波長のすべては、活性層１０３の光吸収による窪みＡの波長のすべてと異なる。なお、半導体層１７１の光吸収による窪みＣの最小部とは、半導体層１７１の光吸収により反射強度が最小となっている点または帯域（幅を有する）をいう。また、活性層１０３の光吸収による窪みＡとは、活性層１０３による光吸収が起こらないと仮定した場合の半導体多層膜１５０の仮想反射スペクトルＱ（図６参照）から窪んでいる部分をいう。
半導体層１７１の光吸収による窪みＣの位置や幅は、例えば、半導体層１７１の組成や材料を変えることにより調整されることができる。また、活性層１０３の光吸収による窪みＡの位置や幅は、例えば、活性層１０３の組成や材料を変えることにより調整されることができる。また、第１ミラー１０２および第２ミラー１０４のストップバンドＳの位置や幅は、例えば、第１ミラー１０２および第２ミラー１０４のうちの少なくとも一方の組成や材料を変えることにより調整されることができる。
以上のことから、本実施形態に係る反射スペクトルでは、図４に示すように、発光部１６０が発する光の設計波長λに対応するディップＡ、並びに、第１ミラー１０２および第２ミラー１０４を構成するＤＢＲミラー本来の反射帯域の幅（半値幅Ｗ）およびストップバンドＳを観測することができる。これにより、発光部１６０を構成する各層（第１ミラー１０２、活性層１０３、および第２ミラー１０４）が、所望の膜厚で形成されているか否かを判断することができる。そして、発光部１６０を構成する各層が所望の膜厚で形成されている場合には、その上に形成されるダイオード部１７０を構成する各層（第１半導体層１１６、第３半導体層１１７、および第２半導体層１１８）も同じ装置で成膜されるため、所望の膜厚で形成されていると判断することができる。
（３）次に、図７に示すように、半導体多層膜１５０をパターニングし、所望の形状の第２半導体層１１８および第３半導体層１１７を形成する。これにより、ダイオード部１７０の第１柱状部１７２が形成される。また、半導体多層膜１５０をパターニングし、所望の形状のコンタクト層１０６、第１半導体層１１６、第２ミラー１０４、第５半導体層１１４、活性層１０３、第４半導体層１１３、および第１ミラー１０２を形成する。これにより、発光部１６０の柱状部１６２およびダイオード部１７０の第２柱状部１７４が形成される。半導体多層膜１５０のパターニングは、例えばリソグラフィ技術およびエッチング技術等を用いて行われることができる。
次に、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって各柱状部１６２，１７２，１７４が形成された基板１０１を投入することにより、前述の被酸化層を側面から酸化して、発光部１６０の電流狭窄層１０５、および、ダイオード部１７０の酸化層１１５を形成する。
（４）次に、図１に示すように、第１ミラー１０２上であって、各柱状部１６２，１７２，１７４の側方に各絶縁層１４３，１４４を形成する。まず、例えばスピンコート法等を用いて全面にポリイミド樹脂等からなる絶縁層を形成する。次に、例えばＣＭＰ法等を用い第１柱状部１７２の上面を露出させる。次に、例えばリソグラフィ技術およびエッチング技術等を用いて絶縁層をパターニングする。このようにして所望の形状の各絶縁層１４３，１４４を形成することができる。
次に、第１〜第５電極１２２，１２１，１３１，１３３，１３２を形成する。これらの電極は、例えば、真空蒸着法およびリフトオフ法の組み合わせ等により、所望の形状に形成されることができる。各電極を形成する順番は、特に限定されない。第１電極１２２および第５電極１３２としては、例えば、金とゲルマニウムの合金（ＡｕＧｅ）と、ニッケル（Ｎｉ）と、金（Ａｕ）との積層膜などを用いることができる。第２電極１２１、第３電極１３１、および第４電極１３３としては、例えば、白金（Ｐｔ）と金（Ａｕ）の積層膜などを用いることができる。
次に、第１接続電極１４１および第２接続電極１４２を形成する。これらの電極は、例えば、真空蒸着法およびリフトオフ法の組み合わせ等により、所望の形状に形成されることができる。各電極を形成する順番は、特に限定されない。第１接続電極１４１および第２接続電極１４２は、例えば金（Ａｕ）などからなることができる。
（５）以上の工程により、図１および図２に示すように、本実施形態の面発光型半導体レーザ１００が得られる。
（６）なお、必要に応じて、得られた面発光型半導体レーザ１００に対して反射率検査を行い、反射スペクトルを得ることもできる。本検査工程は、例えば、面発光型半導体レーザ１００の各電極をエッチング等により除去した後に行われることができる。
３． 本実施形態によれば、上述したように、基板１０１上に成膜して得られる半導体多層膜１５０の反射スペクトルを得ることにより、各層が所望の膜厚で形成されているか否かを判断することができる。従って、半導体多層膜１５０が所望の膜厚に形成されているか否かに基づいて、発光部１６０およびダイオード部１７０が設計通りに作製されているか否かを判断することができる。このように、製造プロセスの初期段階で発光部１６０およびダイオード部１７０が設計通りに作製されているか否かを判断できるため、実装後の静電破壊（ＥＳＤ）耐圧試験などを省略することができる。その結果、本実施形態によれば、製造コストおよび時間を減らすことができる。
４． 次に、本実施形態の変形例について説明する。なお、上述した実施例（以下「面発光型半導体レーザ１００の例」という）と異なる点を説明し、その他の点については説明を省略する。また、面発光型半導体レーザ１００の例と同様の機能を有する部材については、同一の符合を付してある。
（１）まず、第１の変形例について説明する。図８は、本変形例に係る面発光型半導体レーザ２００を概略的に示す断面図である。
本変形例に係る面発光型半導体レーザ２００では、発光部１６０とダイオード部２７０がこの順に基板１０１上に積層されている。ダイオード部２７０は、受光部であり、モニタ用のフォトダイオードとして機能することができる。
ダイオード部２７０は、図８に示すように、例えば、真性半導体からなる分離部２０と、分離部２０上に形成された第１導電型（例えばｐ型）の第１半導体層２１６と、第１半導体層２１６の上方に形成された第２導電型（例えばｎ型）の第２半導体層２１８と、を含むことができる。ダイオード部２７０は、さらに、第１半導体層２１６と第２半導体層２１８の間に形成された真性半導体からなる光吸収層２１７を有することができる。本変形例において、面発光型半導体レーザ１００の例の半導体層１７１に対応する層は、分離部２０、第１半導体層２１６、光吸収層２１７、および第２半導体層２１８の全体である。
本変形例においても、面発光型半導体レーザ１００の例と同様に、基板１０１上に成膜して得られる半導体多層膜の反射スペクトルを得ることにより、各層が所望の膜厚で形成されているか否かを判断することができる。
（２）次に、第２の変形例について説明する。
例えば、エピタキシャルリフトオフ（ＥＬＯ）法などを用いる場合、面発光型半導体レーザ１００の例における基板１０１は切り離されることができる。即ち、面発光型半導体レーザ１００は、基板１０１を有しないことができる。
また、面発光型半導体レーザ１００の例では、基板１０１の上に、発光部１６０、ダイオード部１７０をこの順に積層しているが、この順番を逆にして、基板１０１の上に、ダイオード部１７０、発光部１６０をこの順に積層することができる。この場合において、上述した半導体多層膜１５０に対する反射率検査は、ＥＬＯ法などを用いて基板１０１を切り離した後に、光を半導体多層膜１５０の裏面側（切り離された基板１０１側）から照射して反射させることにより行われることもできる。
（３）次に、第３の変形例について説明する。図９および図１０は、本変形例に係る半導体多層膜１５０の反射スペクトルを示す図である。
面発光型半導体レーザ１００の例では、半導体層１７１の光学的膜厚は、λ／４の奇数倍ではなく、かつ、λ／４の偶数倍でもない場合について説明した。これに対し、本変形例では、半導体層１７１の光学的膜厚は、例えばλ／４の奇数倍であることができる。この場合に、例えば図９に示すような反射スペクトルを得ることが可能である。即ち、半導体層１７１の光学的膜厚がλ／４の奇数倍であっても、面発光型半導体レーザ１００の例と同様に、反射スペクトルにおいて、半導体層１７１の光吸収による窪みＣの位置を、第１ミラー１０２および第２ミラー１０４のストップバンドＳの内側にすることができる。さらに、半導体層１７１の光吸収による窪みＣの最小部を、活性層１０３の光吸収による窪み（ディップ）Ａからずらすことができる。従って、半導体層１７１の光学的膜厚がλ／４の奇数倍である場合の反射スペクトルにおいても、図９に示すように、発光部１６０が発する光の設計波長λを確認するためのディップＡ、並びに、第１ミラー１０２および第２ミラー１０４のストップバンドＳを観測することができる。
また、本変形例では、半導体層１７１の光学的膜厚は、例えばλ／４の偶数倍であることもできる。この場合に、例えば図１０に示すような反射スペクトルを得ることが可能である。即ち、半導体層１７１の光学的膜厚がλ／４の偶数倍であっても、面発光型半導体レーザ１００の例と同様に、反射スペクトルにおいて、半導体層１７１の光吸収による２つの窪みＣの位置を、第１ミラー１０２および第２ミラー１０４のストップバンドＳの内側にすることができる。さらに、半導体層１７１の光吸収による２つの窪みＣの最小部を、活性層１０３の光吸収による窪み（ディップ）Ａからずらすことができる。例えば、半導体層１７１の光吸収による２つの窪みＣの最小部は、活性層１０３の光吸収による窪みＡの両側に位置することができる。
以上のことから、半導体層１７１の光学的膜厚がλ／４の偶数倍である場合の反射スペクトルＰにおいても、図１０に示すように、発光部１６０が発する光の設計波長λを確認するためのディップＡ、並びに、第１ミラー１０２および第２ミラー１０４のストップバンドＳを観測することができる。
（４）なお、上述した変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
５． 上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
本実施形態に係る面発光型半導体レーザを概略的に示す断面図。 本実施形態に係る面発光型半導体レーザを概略的に示す平面図。 本実施形態の面発光型半導体レーザの一製造工程を概略的に示す断面図。 本実施形態に係る半導体多層膜の反射スペクトルを示す図。 比較例に係る半導体多層膜の反射スペクトルを示す図。 比較例に係る半導体多層膜の反射スペクトルを概略的に示す図。 本実施形態の面発光型半導体レーザの一製造工程を概略的に示す断面図。 本実施形態に係る面発光型半導体レーザの変形例を概略的に示す断面図。 第３変形例に係る半導体多層膜の反射スペクトルを示す図。 第３変形例に係る半導体多層膜の反射スペクトルを示す図。
符号の説明
１０ 光源、１２ 受光素子、２０ 分離部、１００ 面発光型半導体レーザ、１０１ 基板、１０２ 第１ミラー、１０３ 活性層、１０４ 第２ミラー、１０５ 電流狭窄層、１０６ コンタクト層、１１３ 第４半導体層、１１４ 第５半導体層、１１５ 酸化層、１１６ 第１半導体層、１１７ 第３半導体層、１１８ 第２半導体層、１２１ 第２電極、１２２ 第１電極、１３１ 第３電極、１３２ 第５電極、１３３ 第４電極、１４１ 第１接続電極、１４２ 第２接続電極、１４３，１４４ 絶縁層、１５０ 半導体多層膜、１６０ 発光部、１６２ 柱状部、１６３ 支持部、１７０ ダイオード部、１７１ 半導体層、１７２ 第１柱状部、１７４ 第２柱状部、２００ 面発光型半導体レーザ、２１６ 第１半導体層、２１７ 光吸収層、２１８ 第２半導体層，２７０ ダイオード部

Claims (13)

  1. 第１ミラー、前記第１ミラーの上方に形成された活性層、および、前記活性層の上方に形成された第２ミラーを有する発光部と、
    前記第１ミラー、前記活性層、および前記第２ミラーと共通の層を有する支持部と、
    前記支持部の上方に形成された半導体層を有するダイオード部と、を含み、
    前記発光部が発する光の設計波長をλとした場合に、前記半導体層の光学的膜厚は、λ／４の奇数倍ではなく、かつ、λ／４の偶数倍でもない、面発光型半導体レーザ。
  2. 第１ミラー、前記第１ミラーの上方に形成された活性層、および、前記活性層の上方に形成された第２ミラーを有する発光部と、
    前記第１ミラー、前記活性層、および前記第２ミラーと共通の層を有する支持部と、
    前記支持部の上方に形成された半導体層を有するダイオード部と、を含み、
    反射スペクトルにおいて、前記半導体層の光吸収による窪みの位置は、前記第１ミラーおよび前記第２ミラーのストップバンドの内側であり、かつ、前記半導体層の光吸収による窪みの最小部は、前記活性層の光吸収による窪みからずれている、面発光型半導体レーザ。
  3. 請求項１または２において、
    前記ダイオード部は、前記半導体層からなり、
    前記半導体層は、前記支持部が有する前記第２ミラーと共通の層の直接上に形成されている、面発光型半導体レーザ。
  4. 第１ミラー、前記第１ミラーの上方に形成された活性層、および、前記活性層の上方に形成された第２ミラーを有する発光部と、
    前記発光部の上方に形成された半導体層を有するダイオード部と、を含み、
    前記発光部が発する光の設計波長をλとした場合に、前記半導体層の光学的膜厚は、λ／４の奇数倍ではなく、かつ、λ／４の偶数倍でもない、面発光型半導体レーザ。
  5. 第１ミラー、前記第１ミラーの上方に形成された活性層、および、前記活性層の上方に形成された第２ミラーを有する発光部と、
    前記発光部の上方に形成された半導体層を有するダイオード部と、を含み、
    反射スペクトルにおいて、前記半導体層の光吸収による窪みの位置は、前記第１ミラーおよび前記第２ミラーのストップバンドの内側であり、かつ、前記半導体層の光吸収による窪みの最小部は、前記活性層の光吸収による窪みからずれている、面発光型半導体レーザ。
  6. 請求項４または５において、
    前記ダイオード部は、前記半導体層からなり、
    前記半導体層は、前記第２ミラーの直接上に形成されている、面発光型半導体レーザ。
  7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
    前記発光部と前記ダイオード部とは、電気的に並列接続され、
    前記ダイオード部は、前記発光部とは逆方向の整流作用を有する、面発光型半導体レーザ。
  8. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
    前記ダイオード部は、受光部であり、
    前記半導体層は、光吸収層を有する、面発光型半導体レーザ。
  9. 請求項１乃至８のいずれかにおいて、
    前記半導体層は、
    第１導電型の第１半導体層と、
    前記第１半導体層の上方に形成された第２導電型の第２半導体層と、を含む、面発光型半導体レーザ。
  10. 請求項１乃至９のいずれかにおいて、
    前記半導体層の光学的膜厚は、λ／４よりも大きく、λ／２よりも小さい、面発光型半導体レーザ。
  11. 請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
    前記第１ミラーおよび前記第２ミラーは、分布ブラッグ反射型ミラーからなり、
    前記分布ブラッグ反射型ミラーにおける各層の光学的膜厚は、λ／４の奇数倍である、面発光型半導体レーザ。
  12. 基板の上方に第１ミラーを形成する工程、該第１ミラーの上方に活性層を形成する工程、該活性層の上方に第２ミラーを形成する工程、および、該第２ミラーの上方に半導体層を形成する工程を有する半導体多層膜を形成する工程と、
    前記半導体多層膜の形成工程後に、前記半導体多層膜に対して反射率検査を行う工程と、
    前記反射率検査の工程後に、前記第１ミラー、前記活性層、および前記第２ミラーを有する発光部、並びに、前記半導体層を有するダイオード部が形成されるように、前記半導体多層膜をパターニングする工程と、を含み、
    前記発光部が発する光の設計波長をλとした場合に、前記半導体層の光学的膜厚は、λ／４の奇数倍ではなく、かつ、λ／４の偶数倍でもないように形成される、面発光型半導体レーザの製造方法。
  13. 基板の上方に第１ミラーを形成する工程、該第１ミラーの上方に活性層を形成する工程、該活性層の上方に第２ミラーを形成する工程、および、該第２ミラーの上方に半導体層を形成する工程を有する半導体多層膜を形成する工程と、
    前記半導体多層膜の形成工程後に、前記半導体多層膜に対して反射率検査を行う工程と、
    前記反射率検査の工程後に、前記第１ミラー、前記活性層、および前記第２ミラーを有する発光部、並びに、前記半導体層を有するダイオード部が形成されるように、前記半導体多層膜をパターニングする工程と、を含み、
    前記反射率検査により得られる反射スペクトルにおいて、前記半導体層の光吸収による窪みの位置は、前記第１ミラーおよび前記第２ミラーのストップバンドの内側であり、かつ、前記半導体層の光吸収による窪みの最小部は、前記活性層の光吸収による窪みからずれている、面発光型半導体レーザの製造方法。
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