JP2009266919A - 面発光型半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】閾値が大幅に上昇したり、製造プロセスが難しくなったりすることなく、台座部の位置ずれや剥離による歩留りの低下を低減することの可能な面発光型半導体レーザを提供する。
【解決手段】下部ＤＢＲ層１１の上面にメサ部１８の裾野が広がっており、その裾野は複数の層の端面が露出した非平坦面１１Ｃとなっている。非平坦面１１Ｃはメサ部１８を形成する際のエッチングむらによって生じるものであり、下部ＤＢＲ層１１に含まれる低屈折率層１１Ａおよび高屈折率層１１Ｂの端面が交互に露出した階段状になっている。下部ＤＢＲ層１１に含まれる複数の低屈折率層１１Ａのうち非平坦面１１Ｃ内に露出する層の少なくとも一層が酸化抑制層３０となっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、積層方向に積層構造を備えた面発光型半導体レーザおよびその製造方法に関する。

面発光型の半導体レーザは、従来の端面射出型のものとは異なり、基板に対して直交する方向に光を射出するものであり、同じ基板上に２次元アレイ状に多数の素子を配列することが可能であることから、近年、デジタルコピー機やプリンタ機用の光源として注目されている。

この種の面発光型の半導体レーザは、例えば、図９示したように、基板１１０上に、下部ＤＢＲ層１１１、下部クラッド層１１２、活性層１１３、上部クラッド層１１４、電流狭窄層１１５、上部ＤＢＲ層１１６およびコンタクト層１１７を基板１１０側からこの順に積層してなる積層構造１１９を備えている。この積層構造１１９の上部、具体的には、下部ＤＢＲ層１１１の上部からコンタクト層１１７にかけて柱状のメサ部１１８が形成されている。また、メサ部１１８の上面に、中央に開口を有する環状の上部電極１２０が形成され、基板１１０の裏面に下部電極１２１が形成されている。

また、この半導体レーザには、下部ＤＢＲ層１１１の上面のうちメサ部１１８の裾野の領域に、電極パッド１２４（後述）の容量成分を低減する目的で絶縁性の台座部１２２が設けられている。また、上部電極１２０の一部を除く表面全体に絶縁性の保護膜１２３が設けられている。この保護膜１２３は上部電極１２０上に開口１２３Ａを有しており、その開口１２３Ａ内には、上部電極１２０の一部が露出している。また、保護膜１２３の表面には、台座部１２２から上部電極１２０のうち開口１２３Ａ内の露出部分に渡って電極パッド１２４が形成されている。なお、この種の半導体レーザの構造については、例えば特許文献１に記載されている。

この種の半導体レーザでは、上部電極１２０から注入された電流は上部ＤＢＲ層１１６を通過し、電流狭窄層１１５により狭窄されたのちに活性層１１３へ到達する。その結果、活性層１１３で発光が生じ、活性層１１３で発光した光は下部ＤＢＲ層１１１および上部ＤＢＲ層１１６により反射されると共に増幅されたのち、上部電極１２０に設けられた開口からレーザ光として射出される。

ところで、上記半導体レーザでは、メサ部１１８を形成する際に、活性層１１３よりも下までエッチングする必要があり、エッチング後の表面には、下部ＤＢＲ層１１１の一部が露出することとなる。この下部ＤＢＲ層１１１は、図１０に例示したように、Ａｌ（アルミニウム）組成の高い低屈折率層１１１Ａと、Ａｌ組成の低い高屈折率層１１Ｂとを、λ／４の厚さで交互に積層して構成されたものである。なお、図１０は図９の積層構造１１９を拡大して表したものである。一般に、エッチングによる厚さ方向の分布はλ／４（λは上記半導体レーザの発振波長）よりも大きいので、エッチング後の表面は、低屈折率層１１１Ａと高屈折率層１１Ｂとが交互に露出する階段状の非平坦面１１１Ｃとなっている。

ここで、低屈折率層１１１ＡはＡｌを多く含んでおり、非常に酸化され易いことから、低屈折率層１１１Ａがエッチング後の表面に露出すると、直ちに酸化されて黒く変色する。その結果、図１０、図１１に例示したように、低屈折率層１１１Ａのうち酸化された部分（酸化部分１１１Ｄ）によって環状の模様が形成される。この酸化部分１１Ｄの表面は、高屈折率層１１Ｂの表面と比べて荒れており、このような荒れた表面上に台座部１２２を形成すると、台座部１２２が所定の位置からずれたり、剥離したりすることがあり、歩留りが低下してしまうという問題があった。

そこで、例えば、特許文献２に記載されているように、下部ＤＢＲ層１１１と下部クラッド層１１２との間にエッチングストップ層を設け、このエッチングストップ層によりメサ部１１８を形成する際のエッチングを止めたのち、エッチングストップ層を除去することにより、メサ部１１８の裾野の領域を平坦化し、低屈折率層１１１Ａが露出しないようにすることが考えられる。

特開２００１−２１０９０８号広報 特開２００５−９３６３４号広報

しかし、エッチングストップ層には、Ｐ（リン）やＩｎ（インジウム）が含まれている。そのため、積層構造１１９における他の半導体層と格子整合せず、結晶欠陥が生じ易いという問題がある。また、エッチングストップ層を下部ＤＢＲ層１１１と下部クラッド層１１２との間に設けると、共振器長が変化してしまい、光の閉じ込め性が悪化し、閾値が大幅に上昇してしまうという問題もある。

また、エッチングストップ層を下部ＤＢＲ層１１１内の一の層と置き換えて、共振器長を変化させないようにすることも考えられる。しかし、そのようにした場合には、エッチングストップ層の材料系と、下部ＤＢＲ層１１１のうちエッチングストップ層以外の層の材料系とが互いに異なっていることから、下部ＤＢＲ層１１１を形成する際に、エッチングストップ層を形成するときだけ、プロセス温度を変更しなければならない。その結果、製造プロセスが難しくなってしまうという問題がある。

このように、特許文献２の技術では、エッチングストップ層を用いた場合には、閾値が大幅に上昇したり、製造プロセスが難しくなったりするなど、別の問題が生じてしまうという問題がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、閾値が大幅に上昇したり、製造プロセスが難しくなったりすることなく、台座部の位置ずれや剥離による歩留りの低下を低減することの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。

本発明の面発光型半導体レーザは、下部多層膜反射鏡、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層および上部多層膜反射鏡を順に含むと共に酸化狭窄層を含む積層構造を備えたものである。上記積層構造は柱状のメサ部を有している。この柱状のメサ部は、酸化狭窄層が下部多層膜反射鏡よりも上に設けられている場合には少なくとも下部多層膜反射鏡の直上の層の下面から当該積層構造の上面に渡って形成されており、酸化狭窄層が下部多層膜反射鏡内に設けられている場合には少なくとも酸化狭窄層の下面から当該積層構造の上面に渡って形成されている。また、上記積層構造は、下部多層膜反射鏡のうち前記メサ部の裾野に、複数の層の端面が露出した非平坦面を有している。下部多層膜反射鏡は、Ａｌ組成の高い低屈折率層と、Ａｌ組成の低い高屈折率層とを交互に積層して構成されている。下部多層膜反射鏡に含まれる複数の低屈折率層のうち非平坦面内に露出する層の少なくとも一層が、下部多層膜反射鏡に含まれる複数の低屈折率層のうち非平坦面内に露出しない非層のＡｌ組成比よりも小さな組成比のＡｌを含む酸化抑制層となっている。

本発明の面発光型半導体レーザでは、下部多層膜反射鏡に含まれる複数の低屈折率層のうち非平坦面内に露出する層の少なくとも一層が、下部多層膜反射鏡に含まれる複数の低屈折率層のうち非平坦面内に露出しない非層のＡｌ組成比よりも小さな組成比のＡｌを含む酸化抑制層となっている。これにより、製造工程において酸化狭窄層を形成する際に、下部多層膜反射鏡に含まれる複数の低屈折率層のうち非平坦面内に露出する層の酸化が低減され、非平坦面の面荒れが低減される。また、酸化抑制層は、下部多層膜反射鏡に含まれる複数の低屈折率層のうち非平坦面内に露出しない非層と共通の材料系（Ａｌを含む材料系）により構成されている。そのため、酸化抑制層は、エッチングストップ層として機能せず、また製造プロセスを難しくする虞のないものといえる。また、酸化抑制層は下部多層膜反射鏡内に設けられているので、閾値の大幅な上昇を避けることができる。

本発明の面発光型半導体レーザの製造方法は、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の各工程を含むものである。
（Ａ）半導体基板の上に、Ａｌ（アルミニウム）組成の高い低屈折率層と、Ａｌ組成の低い高屈折率層とを交互に積層し、かつ複数の低屈折率層の少なくとも一層を、複数の低屈折率層のうちその他の層のＡｌ組成比よりも小さな組成比のＡｌを含む酸化抑制層とすることにより下部多層膜反射鏡を形成し、かつ下部多層膜反射鏡の上に、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層および上部多層膜反射鏡をこの順に形成すると共に被酸化層を形成することにより積層構造を形成する工程
（Ｂ）被酸化層を下部多層膜反射鏡よりも上に形成した場合には少なくとも積層構造の上面から下部多層膜反射鏡の直上の層の下面まで、被酸化層を下部多層膜反射鏡内に形成した場合には少なくとも積層構造の上面から被酸化層の下面まで、積層構造を選択的にエッチングすることにより柱状のメサ部を形成すると共に、下部多層膜反射鏡のうちメサ部の裾野に、少なくとも一つの酸化抑制層の端面が露出した非平坦面を形成する工程
（Ｃ）酸化処理によって被酸化層をメサ部の側面から選択的に酸化する工程

本発明の面発光型半導体レーザの製造方法では、下部多層膜反射鏡のうちメサ部の裾野に、少なくとも一つの酸化抑制層の端面が露出した非平坦面が形成される。これにより、酸化処理によって被酸化層を酸化する際に、下部多層膜反射鏡に含まれる複数の低屈折率層のうち非平坦面内に露出する層の酸化が低減され、非平坦面の面荒れが低減される。また、酸化抑制層は、下部多層膜反射鏡に含まれる複数の低屈折率層のうち非平坦面内に露出しない非層と共通の材料系（Ａｌを含む材料系）により構成されている。そのため、酸化抑制層は、エッチングストップ層として機能せず、また製造プロセスを難しくする虞のないものといえる。また、酸化抑制層は下部多層膜反射鏡内に設けられているので、閾値の大幅な上昇を避けることができる。

本発明の面発光型半導体レーザによれば、下部多層膜反射鏡に含まれる複数の低屈折率層のうち非平坦面内に露出する層の少なくとも一層を、下部多層膜反射鏡に含まれる複数の低屈折率層のうち非平坦面内に露出しない非層のＡｌ組成比よりも小さな組成比のＡｌを含む酸化抑制層としたので、閾値が大幅に上昇したり、製造プロセスが難しくなったりすることなく、台座部の位置ずれや剥離による歩留りの低下を低減することができる。

本発明の面発光型半導体レーザの製造方法によれば、下部多層膜反射鏡のうちメサ部の裾野に、少なくとも一つの酸化抑制層の端面が露出した非平坦面を形成するようにしたので、閾値が大幅に上昇したり、製造プロセスが難しくなったりすることなく、台座部の位置ずれや剥離による歩留りの低下を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る面発光型の半導体レーザ１の断面構成の一例を表したものである。本実施の形態の半導体レーザ１は、例えば、基板１０の一面側に積層構造１９を備えたものである。この積層構造１９は、基板１０側から、下部ＤＢＲ層１１（下部多層膜反射鏡）、下部クラッド層１２、活性層１３、上部クラッド層１４、電流狭窄層１５（酸化狭窄層）、上部ＤＢＲ層１６（上部多層膜反射鏡）、コンタクト層１７をこの順に積層して構成されている。この積層構造１９の上部、具体的には、下部ＤＢＲ層１１の上部、下部クラッド層１２、活性層１３、上部クラッド層１４、電流狭窄層１５、上部ＤＢＲ層１６およびコンタクト層１７には、柱状のメサ部１８が形成されている。

なお、電流狭窄層１５は常に、上部クラッド層１４と上部ＤＢＲ層１６との間に設けられている必要はなく、例えば、上部ＤＢＲ層１６内や、下部ＤＢＲ層１１と下部クラッド層１２との間、下部ＤＢＲ層１１などに設けられていてもよい。ただし、電流狭窄層１５が図１に例示したように下部ＤＢＲ層１１よりも上に設けられている場合には、メサ部１８は、少なくとも下部ＤＢＲ層１１の直上の層（図１では下部クラッド層１２）の下面から積層構造１９の上面（図１ではコンタクト層１７）に渡って形成されていることが好ましい。また、図示しないが、電流狭窄層１５が下部ＤＢＲ層１１内に設けられている場合には、メサ部１８は、少なくとも電流狭窄層１５の下面から積層構造１９の上面に渡って形成されていることが好ましい。

メサ部１８は、積層方向に中心軸を有する円柱形状となっている。メサ部１８の側面（周面）は、積層面に対して垂直（またはほぼ垂直）に交差する垂直面となっており、例えば、異方性のドライエッチングにより形成されている。また、下部ＤＢＲ層１１の上面にはメサ部１８の裾野が広がっており、その裾野は、図２に積層構造１９を拡大して例示したように、複数の層の端面が露出した非平坦面１１Ｃとなっている。なお、非平坦面１１Ｃについては後に詳述する。

ここで、基板１０は、例えばｎ型ＧａＡｓにより構成されている。下部ＤＢＲ層１１は、図２に例示したように、低屈折率層１１Ａおよび高屈折率層１１Ｂを交互に積層して構成されたものである。低屈折率層１１Ａは例えば光学厚さがλ／４（λは発振波長）のｎ型Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ａｓ（０＜ｘ１＜１）からなり、高屈折率層１１Ｂは例えば光学厚さがλ／４のｎ型Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ａｓ（０≦ｘ２＜ｘ１）からなる。また、低屈折率層１１は、高屈折率層１１ＢよりもＡｌ（アルミニウム）組成比の高い材料により構成されており、高屈折率層１１Ｂよりも酸化され易い性質を有している。下部クラッド層１２は、例えばｎ型Ａｌ_ｘ３Ｇａ_１−ｘ３Ａｓ（０≦ｘ３＜１）からなる。基板１０、下部ＤＢＲ層１１および下部クラッド層１２には、例えばケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物が含まれている。

活性層１３は、例えばＧａＡｓ系材料からなる。この活性層１３では、活性層１３のうち積層面内方向における中央部分（後述の電流注入領域１５Ｂとの対向領域）が発光領域１３Ａとなる。

上部クラッド層１４は、例えばｐ型Ａｌ_ｘ４Ｇａ_１−ｘ４Ａｓ（０≦ｘ４＜１）からなる。上部ＤＢＲ層１６は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して構成されたものである。低屈折率層は、例えば光学厚さがλ／４のｐ型Ａｌ_ｘ５Ｇａ_１−ｘ５Ａｓ（０＜ｘ５＜１）からなる。高屈折率層は、例えば光学厚さがλ／４のｐ型Ａｌ_ｘ６Ｇａ_１−ｘ６Ａｓ（０≦ｘ６＜ｘ５）からなる。コンタクト層１７は、例えばｐ型Ａｌ_ｘ７Ｇａ_１−ｘ７Ａｓ（０≦ｘ７＜１）からなる。上部クラッド層１４、上部ＤＢＲ層１６およびコンタクト層１７には、例えば、炭素（Ｃ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）などのｐ型不純物が含まれている。

電流狭窄層１５はメサ部１８の側面から所定の深さまでの領域に電流狭窄領域１５Ａを有し、それ以外の領域（メサ部１８の中央領域）が電流注入領域１５Ｂとなっている。電流注入領域１５Ｂは、例えばｐ型Ａｌ_ｘ８Ｇａ_１−ｘ８Ａｓ（０＜ｘ８≦１）からなる。電流狭窄領域１５Ａは、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）を含んで構成され、後述するように、側面から被酸化層１５Ｄに含まれる高濃度のＡｌを酸化することにより得られるものである。従って、電流狭窄層１５は電流を狭窄する機能を有している。

電流狭窄層１５はメサ部１８内に形成されており、電流狭窄領域１５Ａは、例えば、電流注入領域１５Ｂの中心軸を中心とした直径４０μｍ程度のリング板形状となっている。この直径は、後述の酸化工程においてメサ部１８の内部に所定の大きさの未酸化領域（電流注入領域１５Ｂ）が残るようにするために、酸化工程における酸化速度および酸化時間などに応じて適切に調整されている。

メサ部１８の上面には、電流注入領域１５Ｂとの対向領域に開口を有する環状の上部電極２０が設けられている。上部電極２０は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をメサ部１８の上面側から順に積層した構造を有しており、コンタクト層１７と電気的に接続されている。また、基板１０の裏面には、下部電極２１が設けられている。下部電極２１は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とを基板１０側から順に積層した構造を有しており、基板１０と電気的に接続されている。

また、本実施の形態では、下部ＤＢＲ層１１の上面のうちメサ部１８の裾野の領域に、電極パッド２４（後述）の容量成分を低減する目的で絶縁性の台座部２２が設けられている。また、上部電極２０の一部を除く表面全体に絶縁性の保護膜２３が設けられている。この保護膜２３は上部電極２０上に開口２３Ａを有しており、その開口２３Ａ内には、上部電極２０の一部が露出している。また、保護膜２３の表面には、台座部２３から上部電極２０のうち開口２３Ａ内の露出部分に渡って電極パッド２４が形成されている。この電極パッド２４は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をこの順に積層して構成されたものである。電極パッド２４は、上部電極２０に接しており、上部電極２０と電気的に接続されている。

ところで、本実施の形態では、上記したように、下部ＤＢＲ層１１の上面にはメサ部１８の裾野が広がっており、その裾野は、図２に例示したように、複数の層の端面が露出した非平坦面１１Ｃとなっている。この非平坦面１１Ｃは、メサ部１８を形成する際のエッチングむらによって生じるものであり、下部ＤＢＲ層１１に含まれる低屈折率層１１Ａおよび高屈折率層１１Ｂの端面が交互に露出した階段状になっている。そして、本実施の形態では、下部ＤＢＲ層１１に含まれる複数の低屈折率層１１Ａのうち非平坦面１１Ｃ内に露出する層の少なくとも一層が酸化抑制層３０となっている。

なお、図２には、酸化抑制層３０が下部ＤＢＲ層１１内のうち非平坦面１１Ｃに対応する層内にだけ形成されている場合が例示されているが、下部ＤＢＲ層１１内のうち非平坦面１１Ｃに対応する層以外の層内にも形成されていてもよい。また、図２には、下部ＤＢＲ層１１に含まれる複数の低屈折率層１１Ａのうち非平坦面１１Ｃ内に露出する層の全てが酸化抑制層３０となっている場合が例示されているが、下部ＤＢＲ層１１に含まれる複数の低屈折率層１１Ａのうち非平坦面１１Ｃ内に露出する層のうち台座部２２に接する層だけが酸化抑制層３０となっていてもよい。なお、下部ＤＢＲ層１１に含まれる低屈折率層１１Ａのうち台座部２２に接する全ての層が酸化抑制層３０となっている必要はなく、そのうちの少なくとも１層が酸化抑制層３０となっていればよい。

この酸化抑制層３０は、下部ＤＢＲ層１１に含まれる複数の低屈折率層１１Ａのうち非平坦面１１Ｃ内に露出しない非層のＡｌ組成比よりも小さな組成比のＡｌを含んで構成されている。酸化抑制層３０は、例えば光学厚さがλ／４（λは発振波長）のｎ型Ａｌ_ｘ９Ｇａ_１−ｘ９Ａｓ（ｘ２＜ｘ９＜ｘ１）からなり、下部ＤＢＲ層１１に含まれる低屈折率層１１Ａおよび高屈折率層１１Ｂと同一材料系（Ａｌを含む材料系）により構成されている。つまり、酸化抑制層３０は、下部ＤＢＲ層１１との関係でエッチングストップ層として機能するようなものではない。

なお、酸化抑制層３０のＡｌ組成比Ｘ９の上限は、酸化抑制層３０自体の酸化レートが後述の酸化工程において十分に小さくなるように規定されていることが好ましい。例えば、図３に示したＡｌＧａＡｓのＡｌ組成比と酸化レートとの関係式（K.D.Choquette, et al., IEEE, pp209-203, 1999から引用）を勘案すると、酸化抑制層３０のＡｌ組成比Ｘ９は、低屈折率層１１Ａの酸化レート（例えば０．１）よりも一桁小さな酸化レートとなるようなＡｌ組成比（例えば０．８４）よりも小さくなっていることが好ましい。また、酸化抑制層３０のＡｌ組成比Ｘ９の下限は、酸化抑制層３０と高屈折率層１１Ｂとの屈折率差が０．３よりも大きくなるように規定されていることが好ましい。

また、この酸化抑制層３０は、活性層１３内の光強度を自然対数の底で除算することにより得られる共振器長により規定される共振器の外に設けられていることが好ましい。つまり、酸化抑制層３０は、酸化抑制層３０を用いていない場合と用いている場合とで共振器長が異なることのないような位置に設けられていることが好ましい。共振器長が長くなってしまうと、光の閉じ込め性が悪くなり、閾値が上昇してしまうからである。

例えば、酸化抑制層３０を、共振器長Ｌにより規定される共振器の外（共振器外領域Ｒ１）に設けた場合（図４（Ａ），（Ｂ））と、酸化抑制層３０をどこにも設けなかった場合（図５（Ａ），（Ｂ））とでは、屈折率分布（図４（Ａ），図５（Ａ））は異なるものの、光強度分布（図４（Ｂ），図５（Ｂ））はほぼ一致していることがわかる。なお、図４（Ｂ），図５（Ｂ）の光強度分布は、同一の駆動条件下で、図４（Ａ），図５（Ａ）の屈折率分布を用いてシミュレーションを行った結果、得られたものである。

一方、酸化抑制層３０を、共振器長Ｌにより規定される共振器の外（共振器外領域Ｒ１）に設けた場合（図４（Ａ），（Ｂ））と、酸化抑制層３０を、共振器長Ｌにより規定される共振器の中（共振器内領域Ｒ２）に設けた場合（図６（Ａ），（Ｂ））とでは、屈折率分布（図４（Ａ），図６（Ａ））が似通っているにも拘わらず、光強度分布（図４（Ｂ），図６（Ｂ））は全く異なっていることがわかる。なお、図６（Ｂ）の光強度分布は、図４（Ａ），（Ｂ）の場合と同一の駆動条件下で、図６（Ａ）の屈折率分布を用いてシミュレーションを行った結果、得られたものである。

なお、図６（Ｂ）では、酸化抑制層３０を、共振器長Ｌにより規定される共振器の中（共振器内領域Ｒ２）に設けたため、光の閉じ込め性が悪くなり、共振器長Ｌが図４（Ｂ）や図５（Ｂ）の場合よりも大幅に大きくなっていることがわかる。また、光の閉じ込め性が悪くなったため、レーザ発振しておらず、活性層１３での光強度が著しく低くなっていることがわかる。従って、図６（Ａ）のケースで、レーザ発振させるためには、半導体レーザに注入するパワーを大きくしてやることが必要となり、その結果、閾値が上昇することとなる。

このような構成の半導体レーザ１は、例えば次のようにして製造することができる。

ここでは、ＧａＡｓからなる基板１０上の化合物半導体層を、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により形成する。この際、化合物半導体層の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン (ＡｓＨ3)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、Ｈ_２Ｓｅを用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えば、ジメチルジンク（ＤＭＺ）を用いる。

まず、基板１０上に、Ａｌ組成の高い低屈折率層１１Ａと、Ａｌ組成の低い高屈折率層１１Ｂとを交互に積層すると共に、複数の低屈折率層１１Ａの少なくとも一層を、複数の低屈折率層１１Ａのうちその他の層のＡｌ組成比よりも小さな組成比のＡｌを含む酸化抑制層３０とすることにより下部ＤＢＲ層１１を形成する。続いて、下部ＤＢＲ層１１の上に、下部クラッド層１２、活性層１３、上部クラッド層１４および上部ＤＢＲ層１６をこの順に形成すると共に、被酸化層１５Ｄを所定の場所に形成することにより積層構造１９Ｄを形成する（図７）。

このとき、下部ＤＢＲ層１１内の酸化抑制層３０は、例えば、下部ＤＢＲ層１１内の低屈折率層１６Ａを形成する際のプロセス条件のうちトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）の流量を多くすると共にトリメチルガリウム（ＴＭＧ））の流量を少なくし、下部ＤＢＲ層１１内の低屈折率層１６ＡのＡｌ組成比よりも小さな組成比のＡｌを含ませることにより形成可能である。つまり、本製造工程では、酸化抑制層３０の形成に際して、酸化抑制層３０を有しない従来タイプの半導体レーザの下部ＤＢＲ層を形成する際の工程を、プロセス条件を少しだけ変えて実行しているだけであり、従来の工程と比べて特別に困難な工程を追加していない。

次に、コンタクト層１７の上面全体に渡ってフォトレジスト（図示せず）を形成したのち、フォトリソグラフィー処理および現像処理を行うことにより、例えば、メサ部１８の直径と同じ直径の円形状のレジスト層（図示せず）を形成する。その後、例えば、ドライエッチングにより、レジスト層をマスクとして、積層構造１９Ｄの上面から所定の深さまで選択的にエッチングする。これにより、柱状のメサ部１８が形成され、メサ部１８の裾野の領域に非平坦面１１Ｃが形成される（図８）。

なお、被酸化層１５Ｄを下部ＤＢＲ層１１よりも上に形成した場合には少なくとも積層構造１９Ｄの上面から下部ＤＢＲ層１１の直上の層の下面まで、積層構造１９Ｄを選択的にエッチングすることによりメサ部１８を形成することが好ましい。また、被酸化層１５Ｄを下部ＤＢＲ層１１内に形成した場合には少なくとも積層構造１９Ｄの上面から被酸化層１５Ｄの下面まで、積層構造１９Ｄを選択的にエッチングすることによりメサ部１８を形成することが好ましい。

次に、レジスト層を除去したのち、水蒸気雰囲気中において、高温で酸化処理を行い、被酸化層１５Ｄをメサ部１８の側面から選択的に酸化する（図２参照）。これにより、被酸化層１５Ｄのうち側面から所定の深さまでの領域が酸化アルミニウムを含む酸化領域（絶縁領域）となり、その領域が電流狭窄領域１５Ａとなる。そして、それよりも奥の領域が未酸化領域となり、その領域が電流注入領域１５Ｂとなる。このようにして、電流狭窄領域１５Ａおよび電流注入領域１５Ｂからなる電流狭窄層１５を有する積層構造１９が形成される。

次に、メサ部１８の上面に環状の上部電極２０を形成する（図１参照）。続いて、下部ＤＢＲ層１１のうち非平坦面１１Ｃを含む上面に台座部２２を形成し、上部電極２１との対向領域の一部に開口２３Ａを有する保護膜２３を形成し、台座部２３から上部電極２０のうち開口２３Ａ内の露出部分に渡って電極パッド２４を形成する（図１参照）。そして、最後に、基板１０の裏面に下部電極２１を形成する（図１参照）。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ１が製造される。

次に、本実施の形態の半導体レーザ１の作用および効果について説明する。

本実施の形態の半導体レーザ１では、電極パッド２４と下部電極２１との間に所定の電圧が印加されると、電流注入領域１５Ｂを通して活性層１３に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の下部ＤＢＲ層１１および上部ＤＢＲ層１６により反射され、所定の波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして上部電極２１の開口部から外部に射出される。

ところで、本実施の形態では、製造工程において、Ａｌ（アルミニウム）組成の高い低屈折率層１１Ａと、Ａｌ組成の低い高屈折率層１１Ｂとを交互に積層すると共に、複数の低屈折率層１１Ａの少なくとも一層を、複数の低屈折率層１１Ａのうちその他の層のＡｌ組成比よりも小さな組成比のＡｌを含む酸化抑制層３０とすることにより下部ＤＢＲ層１１が形成される。これにより、メサ部１８を形成に伴って形成される、メサ部１８の裾野に広がる非平坦面１１Ｃに、少なくとも一つの酸化抑制層３０の端面を露出させることができるので、下部ＤＢＲ層１１に含まれる複数の低屈折率層１１Ａのうち非平坦面１１Ｃ内に露出する層の酸化が低減され、非平坦面１１Ｃの面荒れが低減される。その結果、非平坦面１１Ｃと台座部２２との接触性が良くなるので、非平坦面１１Ｃが所定の位置からずれたり、剥離したりするのを抑制することができ、歩留りの低下を抑制することができる。

ここで、酸化抑制層３０は、下部ＤＢＲ層１１に含まれる複数の低屈折率層１１Ａのうち非平坦面１１Ｃ内に露出しない非層と共通の材料系（Ａｌを含む材料系）により構成されている。そのため、酸化抑制層３０は、エッチングストップ層として機能せず、また製造プロセスを難しくする虞のないものといえる。また、酸化抑制層３０は、積層構造１９における他の半導体層と格子整合するので、酸化抑制層３０を設けたことによって結晶欠陥が生じることはない。また、酸化抑制層３０は下部ＤＢＲ層１１内に設けられているので、閾値の大幅な上昇を避けることができる。特に、酸化抑制層３０が共振器外領域Ｒ１に設けられている場合には、閾値が変動する虞がなく、酸化抑制層３０を設けたことによって悪影響が生じる虞がない。

以上、実施の形態およびその変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形可能である。

［変形例］
例えば、上記実施の形態等では、基板１０としてｎ型半導体基板を用いた場合について説明したが、ｐ型半導体基板を用いることも可能である。ただし、その場合には、上記実施の形態において例示した不純物の導電型を、ｐ型からｎ型に、またはｎ型からｐ型に読み替えるものとする。

また、上記実施の形態等では、ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体レーザを例にして本発明を説明したが、Ａｌを含む他の化合物半導体レーザにも適用可能である。

本発明の一実施の形態に係る面発光型の半導体レーザの断面図である。 図１の積層構造の拡大図である。 ＡｌＧａＡｓのＡｌ組成比と酸化レートとの関係を表す関係図である。 図１の半導体レーザの屈折率分布と光強度との関係を表す関係図である。 一参考例に係る半導体レーザの屈折率分布と光強度との関係を表す関係図である。 他の参考例に係る半導体レーザの屈折率分布と光強度との関係を表す関係図である。 図１の半導体レーザの製造工程にいて説明するための断面図である。 図７に続く工程について説明するための断面図である。 従来の半導体レーザの断面図である。 図９の積層構造の拡大図である。 図１０の積層構造の上面図である。

符号の説明

１…半導体レーザ、１０…基板、１１…下部ＤＢＲ層、１１Ａ…低屈折率層、１１Ｂ…高屈折率層、１１Ｃ…非平坦面、１２…下部クラッド層、１３…活性層、１３Ａ…発光領域、１４…上部クラッド層、１５…電流狭窄層、１５Ａ…電流狭窄領域、１６Ｂ…電流注入領域、１６…上部ＤＢＲ層、１７…コンタクト層、１８…メサ部、１９…積層構造、２０…上部電極、２１…下部電極、２２…台座部、２３…保護膜、２３Ａ…開口、３０…酸化抑制層、Ｌ…共振器長、Ｒ１…共振器外領域、Ｒ２…共振器内領域。

Claims (5)

1. 下部多層膜反射鏡、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層および上部多層膜反射鏡を順に含むと共に酸化狭窄層を含む積層構造を備え、
   前記積層構造は、前記酸化狭窄層が前記下部多層膜反射鏡よりも上に設けられている場合には少なくとも前記下部多層膜反射鏡の直上の層の下面から当該積層構造の上面に渡って、前記酸化狭窄層が前記下部多層膜反射鏡内に設けられている場合には少なくとも前記酸化狭窄層の下面から当該積層構造の上面に渡って、柱状のメサ部を有すると共に、前記下部多層膜反射鏡のうち前記メサ部の裾野に、複数の層の端面が露出した非平坦面を有し、
   前記下部多層膜反射鏡は、Ａｌ（アルミニウム）組成の高い低屈折率層と、Ａｌ組成の低い高屈折率層とを交互に積層して構成され、
   前記下部多層膜反射鏡に含まれる複数の低屈折率層のうち前記非平坦面内に露出する層の少なくとも一層が、前記下部多層膜反射鏡に含まれる複数の低屈折率層のうち前記非平坦面内に露出しない非層のＡｌ組成比よりも小さな組成比のＡｌを含む酸化抑制層となっている面発光型半導体レーザ。
2. 前記酸化抑制層は、前記活性層内の光強度を自然対数の底で除算することにより得られる共振器長により規定される共振器の外に設けられている請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
3. 前記酸化抑制層のＡｌ組成比は０．８５よりも小さくなっている請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
4. 前記低屈折率層、前記高屈折率層および前記酸化抑制層は共にＡｌＧａＡｓからなる請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
5. 半導体基板の上に、Ａｌ（アルミニウム）組成の高い低屈折率層と、Ａｌ組成の低い高屈折率層とを交互に積層し、かつ前記複数の低屈折率層の少なくとも一層を、前記複数の低屈折率層のうちその他の層のＡｌ組成比よりも小さな組成比のＡｌを含む酸化抑制層とすることにより下部多層膜反射鏡を形成し、かつ前記下部多層膜反射鏡の上に、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層および上部多層膜反射鏡をこの順に形成すると共に被酸化層を形成することにより積層構造を形成する工程と、
   前記被酸化層を前記下部多層膜反射鏡よりも上に形成した場合には少なくとも前記積層構造の上面から前記下部多層膜反射鏡の直上の層の下面まで、前記被酸化層を前記下部多層膜反射鏡内に形成した場合には少なくとも前記積層構造の上面から前記被酸化層の下面まで、前記積層構造を選択的にエッチングすることにより柱状のメサ部を形成すると共に、前記下部多層膜反射鏡のうち前記メサ部の裾野に、少なくとも一つの前記酸化抑制層の端面が露出した非平坦面を形成する工程と、
   酸化処理によって前記被酸化層を前記メサ部の側面から選択的に酸化する工程と
   を含む面発光型半導体レーザの製造方法。

Images