JP2010040600A - 面発光レーザの製造方法及び面発光レーザアレイの製造方法、面発光レーザ及び面発光レーザアレイ、面発光レーザアレイを備えている光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】表面レリーフ構造の受けるプロセスダメージを軽減し、単一横モード特性を安定して得ることが可能となる面発光レーザの製造方法等を提供する。
【解決手段】上部ミラーの光出射部に反射率を制御するための段差構造による表面レリーフ構造を備えた面発光レーザの製造方法であって、
上部ミラーの上または上方に、メサ構造を形成するためのパターンと段差構造を形成するためのパターンを有するレジストパターンを形成し、上部ミラーの表面層をエッチングし、段差構造の水平位置を決める第一段目のエッチングを行う工程と、
第一段目のエッチングを行う工程の後に、電流狭窄構造を形成する工程と、
電流狭窄構造を形成する工程の後に、前記第一段目のエッチングが行われた箇所を更にエッチングし、段差構造の深さ位置を決める第二段目のエッチングを行う工程と、を有する構成とする。
【選択図】 図７

Description

本発明は、面発光レーザの製造方法及び面発光レーザアレイの製造方法、面発光レーザ及び面発光レーザアレイ、面発光レーザアレイを備えている光学機器に関する。

面発光レーザのひとつである垂直共振器型面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ、以下これをＶＣＳＥＬと記す。）は、基板表面に対して垂直方向に光を取り出すことができるため、二次元アレイの形成が素子形成時のマスクパターンの変更のみで容易に可能になる。
この二次元アレイから出射される複数のビームを用いた並列処理により、高密度化および高速化が可能になり、光通信など様々な産業上の応用が期待される。
例えば、電子写真プリンタの露光光源として面発光レーザアレイを用いると、複数のビームによる印字工程の高密度・高速化が可能となる。
このような電子写真における印刷工程では、感光ドラム上に安定かつ微小なレーザスポットの形成が必要なため、レーザ特性として、単一横モードや単一縦モードでの安定動作が要求される。

近年、面発光レーザにおいては、選択酸化技術を用いて電流狭窄構造を形成し、必要な領域のみに電流を注入する方法が開発されている。
この方法では、高性能化のためにＡｌ組成比の高い、例えばＡｌ組成比が９８％のＡｌＧａＡｓ層を多層膜反射鏡内に設け、それを高温水蒸気雰囲気中で選択酸化することで、電流狭窄構造を形成し、必要な領域のみに電流を注入するようにされる。

図２に、従来例における上記選択酸化技術を用いて電流狭窄構造を形成するようにした面発光レーザを説明する断面図を示す。
図２の面発光レーザ２００においては、垂直共振器構造が基板２１０４上に形成されている。
垂直共振器構造は、電流注入により発光する活性層２１１０、および共振器長を調整する下部スペーサ層２１０８と上部スペーサ層２１１２が、下部ミラー２１０６と上部ミラー２１１４に挟まれたものである。
ここでは両ミラーは多層膜反射鏡として構成されている。
垂直共振器構造は、少なくとも上部ミラー２１１４の一部がエッチングされメサ構造を形成している。
上部ミラー２１１４内の高Ａｌ組成層２１１５に、メサ構造の側壁からの選択酸化により、電流狭窄構造２１１６が形成されている。
また前記メサ構造の表面の一部は絶縁膜２１２４によって電気的にパッシベーションされている。
基板２１０４の裏面に接する下部電極２１０２とメサ構造上部に接する上部電極２１２６に所定の電位差を与える。
これにより、電流が注入された活性層２１１０が発光し、共振器によってレーザ発振に至り、上部電極２１２６の開口内の光出射領域２１４０からレーザ光が出射される。

ところで、この選択酸化は、単一横モードという観点からは、望ましくないものである。
すなわち、酸化層の存在により必要以上に大きな屈折率差が生じることにより、高次横モードを発生させてしまうこととなる。
そこで、その対策として、上記電流狭窄構造により発光領域を３μｍ径程度まで小さくすることで、高次横モードが閉じ込められないようにし、単一横モード発振を達成する等の方法が用いられる。
しかしながら、このような発光領域を制限する方法では、発光領域が小さくなるために素子一個当たりの出力が大幅に低下する。

このようなことから、従来において、上記したように発光領域を小さくして電流狭窄構造だけで単一横モード化を図る場合よりも、ある程度広い発光領域を保ちながら、単一横モード発振を可能にする方法が検討されている。
すなわち、基本横モードと高次横モード間に損失差を意図的に導入することで、ある程度広い発光領域を保ちながらも、単一横モード発振を可能にする方法が検討されている。

その方法の一つとして、特許文献１、非特許文献１、非特許文献２では、いわゆる表面レリーフという方法が開示されている。
これは、面発光レーザ素子の光出射面（図２における光出射領域２１４０）に反射率を制御するための段差加工を施すことで、高次横モードへの損失を基本横モードの損失よりも増大させる方法である。
なお、本明細書では、上記したように反射鏡の光出射面の光出射領域に、反射率を制御のために施された段差構造を、以下において表面レリーフ構造と称することとする。

つぎに、図３を用いて上記した従来例における表面レリーフ構造について説明する。
ＶＣＳＥＬ用のミラーとしては、一般に、屈折率の異なる二つの層を各々レーザ発振波長の１／４（以後、断りがなければこれを１／４波長と略記することもある）の光学的厚さで、交互に複数ペア積層する多層膜反射鏡が用いられている。通常、この多層膜反射鏡は、高屈折率層で終端し、低屈折率である空気との最終界面の反射も利用して９９％以上の高反射率を得ている。

ここで、まず図３（ａ）に示される凸型の表面レリーフ構造について説明する。このような凸型の表面レリーフ構造については、非特許文献１にも開示されている。
図３（ａ）に示される低反射領域２２０４のように、高屈折率層２２０６の最終層（１／４波長の光学的厚さ）を取り除けば、多層膜反射鏡は低屈折率層２２０８で終端することとなる。これにより、凸型の表面レリーフ構造が得られる。
このような凸型の表面レリーフ構造によれば、低屈折率層２２０８と、該低屈折率層２２０８よりも屈折率の低い空気との界面での反射による光の位相は、その下に存在する多層膜反射鏡の全反射光の位相とπずれることになる。
このため、低反射率領域２２０４では、反射率が例えば９９％以下にまで下がり、その反射損失を５〜１０倍程度まで大きくすることができる。
この原理を用いて、基本横モードと高次横モード間に損失差を導入するために、低反射領域２２０４と高次横モード光分布２２１２とのオーバーラップが大きくなるように、低反射領域２２０４を光出射周辺部にのみ形成する。
一方、基本横モード光分布２２１０と、高屈折率層２２０６の最終層が残っている高反射領域２２０２とのオーバーラップが大きくなるように、高反射領域２２０２を光出射中央部に残す。
これにより、高次横モードへの反射損を大きくして、高次横モードでの発振を抑え、基本横モードのみの発振が得られる。

また、図３（ｂ）に示される低反射領域２２０４のように、高屈折率層２２０６の最終層の上に、
さらに、低屈折率層（あるいは高屈折率層であってもよい）を１／４波長の光学的厚さだけ付加する（または低反射領域２２０４は残して高反射領域２２０２だけエッチングを行う）ことにより、凹型の表面レリーフ構造を構成することも可能である。
このような凹型の表面レリーフ構造は、特許文献１にも開示されているが、この構造によっても、凸型の表面レリーフと同じ原理により反射率を低下させることが可能であり、基本横モードのみによる単一モード発振を得ることが可能となる。

ところで、表面レリーフ構造によりＶＣＳＥＬの各光モードに損失差を与えて制御する際に、表面レリーフ構造と電流狭窄構造の水平方向の位置合わせは重要である。
すなわち、基本横モードのみの発振を得たい場合、電流狭窄アパーチャ中心と表面レリーフ中心とがずれていれば、発振させたいモード（例えば、基本横モード）に余計な損失を与えることになってしまうからである。
表面レリーフ構造の作製方法として、例えば素子完成後にＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）などにより表面を加工する方法が非特許文献３に示されている。
しかしこの方法では、レリーフ位置と発光領域（電流注入領域）位置とを上記のレベルで位置合わせすることは難しい。
特に、ＶＣＳＥＬアレイデバイスの作製の場合、素子ごとに前記ずれ量が変わってしまう可能性がある上記のようなプロセスは、アレイデバイスの歩留まりを下げる原因になる。
それを解決するレリーフの位置合わせ手法として、セルフアライメントプロセスとよばれる方法が非特許文献１に開示されている。

以下に、図４を用いて上記した非特許文献１におけるセルフアライメントプロセスについて、更に説明する。
図４（ａ）に示すように、ＶＣＳＥＬ用半導体ウエハの上部ミラー２１１４上に第１のレジスト２４１０を塗布し、表面レリーフ構造のパターンおよびメサ構造のパターンを同時にレジストにパターニングする。
ここでは表面レリーフとして凸型のものを図示している。
次に、図４（ｂ）に示すように、パターニングされたレジスト２４１０をマスクに半導体をドライエッチングする。
このエッチングによって表面レリーフ構造２１５０が形成される。

次に、図４（ｃ）に示すように、第２のレジスト２４２０を塗布し表面レリーフ構造２１５０を保護するようにパターニングする。
次に、図４（ｄ）に示すように、メサ構造を形成するようにウエットエッチングし、高Ａｌ組成層２１１５をメサ側壁に露出させる。
次に、図４（ｅ）に示すように、高Ａｌ組成層２１１５を選択酸化し電流狭窄構造２１１６を形成する。
なお、選択酸化を行う前にレジスト２４１０および２４２０を除去するかどうかは非特許文献１に開示されていないが、ここでは除去するものとして図示されている。
これ以降は、非特許文献１によれば標準的なプロセスにより、デバイスのコンタクト、パッシベーション、パッドのボンディングが形成されるとしている。
このプロセスではメサ構造と表面レリーフ構造の位置決めパターニングを同一マスクで行うものである。
電流狭窄構造はメサ構造形状を反映するため、このプロセスでは電流狭窄構造と表面レリーフ構造の水平方向の位置合わせを、高精度に行うことが可能となる。
特開２００１−２８４７２２号公報 Ｈ．Ｊ．Ｕｎｏｌｄ ｅｔ ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．１６（１９９９） Ｊ．Ａ．Ｖｕｋｕｓｉｃ ｅｔ ａｌ．、ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ、Ｖｏｌ．３７、Ｎｏ．１、（２００１）１０８ Ｌ．Ｍ．Ａ Ｐｌｏｕｚｅｎｎｅｃ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．３９４６（２０００）２１９

上記した従来例における非特許文献１の製造方法によれば、電流狭窄構造と表面レリーフ構造の水平方向の位置合わせを、高精度に行うことが可能となるが、表面レリーフ構造は、水平位置制御と共に、レリーフのエッチングの深さの制御も重要である。
しかしながら、非特許文献１の製造方法では、電流狭窄構造を作製する過程で、つぎのように表面レリーフ構造がダメージを受け、そのためエッチングの深さに影響を受け、所望の単一横モード特性が得られない場合が生じる。
すなわち、表面レリーフ構造形成後のプロセス工程により、表面レリーフ構造の空気との界面、特にレリーフの底面がダメージを受け、所望の特性が得られなくなる場合がある。
ここで、プロセス工程とは、メサ構造のエッチング工程、レジストのアッシング工程、電流狭窄構造の形成工程、選択酸化工程、電極のリフトオフ工程などが該当する。
例えば、上記第２のレジストパターン２４２０が除去され、半導体層がむき出しとされている場合、選択酸化を行うことにより、砒素原子が抜けることによってレリーフ表面はダメージを受けることとなる。
また、選択酸化時に、上記第２のレジストパターン２４２０が除去されず、この保護層により表面レリーフ構造が保護されていても、高温に加熱されるためこのような非特許文献１のレジストによる保護層では十分ではなく、レリーフ界面が荒れる可能性がある。
また、その保護膜の除去工程などにおいて、バッファードフッ酸などの保護膜の除去液に表面レリーフ構造が接触し、ダメージを受ける可能性がある。
したがって、非特許文献１の製造方法では、以上のような表面レリーフ構造のダメージにより、エッチングの深さに影響を受け、所望の単一横モード特性が得られない場合が生じる。

このように、レリーフのエッチングの深さによって、光モードに与える影響が変化することについては非特許文献２に開示されている。
その様子を、図１６（非特許文献２のＦｉｇ．１０に相当）に示す。
具体的には、レリーフの深さ（エッチング深さ）が設計とずれた場合、凸型の表面レリーフでは、例えば高次モードに与える損失が不十分となり、マルチモード発振となる可能性がある。
また、凹型の表面レリーフでは例えば基本モードに対する反射率が低くなって基本モードすら発振しないという可能性がある。

以上のように、従来例における製造方法では、レリーフの深さ（エッチング深さ）を設計値どおりに形成することが困難であり、単一横モード特性を安定して得ることのできる面発光レーザを作製する上で、課題を有していた。

本発明は、上記課題に鑑み、表面レリーフ構造の受けるプロセスダメージを軽減し、単一横モード特性を安定して得ることが可能となる面発光レーザの製造方法および面発光レーザの提供を目的とする。
また、本発明は、上記面発光レーザの製造方法による面発光レーザで構成される面発光レーザアレイの製造方法、上記面発光レーザによる面発光レーザアレイ、及び面発光レーザアレイを備えている光学機器を提供することを目的とする。

本発明は、つぎのように構成した面発光レーザの製造方法及び面発光レーザアレイの製造方法、面発光レーザ及び面発光レーザアレイ、面発光レーザアレイを備えている光学機器を提供するものである。
本発明の面発光レーザの製造方法は、基板の上に、下部ミラー、活性層、上部ミラー、を積層し、前記上部ミラーの光出射部に反射率を制御するために施された段差構造による表面レリーフ構造を備えた面発光レーザを製造する面発光レーザの製造方法であって、
前記上部ミラーの上または上方に、メサ構造を形成するための第１のパターンと前記表面レリーフ構造を形成するための第２のパターンを有するレジストパターンを形成し、
該レジストパターンを用いて前記上部ミラーの表面層をエッチングし、前記表面レリーフ構造の水平位置を決めるための第一段目のエッチングを行う工程と、
前記第一段目のエッチングを行う工程の後に、前記活性層へ注入される電流を制限する電流狭窄構造を形成する工程と、
前記電流狭窄構造を形成する工程の後に、前記第一段目のエッチングが行われた箇所を更にエッチングし、前記表面レリーフ構造の深さ位置を決めるための第二段目のエッチングを行う工程と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記第１のパターンと前記第２のパターンを同一マスクのパターニングで形成することを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記基板、前記下部ミラー、前記活性層及び前記上部ミラーが、半導体によって構成されていることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記電流狭窄構造が、前記半導体によって構成されている下部ミラー、前記活性層及び上部ミラーのいずれかのものにおいて、前記半導体の一部をイオン打ち込みにより形成され、
あるいは、前記下部ミラー、前記活性層及び上部ミラーの間に少なくとも１層設けられている電流狭窄層を選択酸化して形成されていることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記第一段目のエッチングを行う工程と前記第二段目のエッチングを行う工程の間に、
前記レジストパターンの第１のパターンを用いて、少なくとも前記電流狭窄層の側面が露出するまでメサ構造をエッチングする工程を有することを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記電流狭窄層を選択酸化して前記電流狭窄構造を形成する前に、前記表面レリーフ構造を保護する保護膜を形成する工程を有することを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記電流狭窄層を選択酸化して前記電流狭窄構造を形成した後で、且つ、前記第二段目のエッチングを行う工程の前に、前記保護膜を除去する工程を有することを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記保護膜を除去するに際し、バッファードフッ酸が用いられることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記第二段目のエッチングを行う工程の前に、前記活性層へ電流を注入するための電極の一部を形成する工程を有することを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記第二段目のエッチングを行う工程の後に、前記上部ミラーの光出射部を保護膜にて封止する工程を有することを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記表面レリーフ構造が、第３のレリーフ層、第２のレリーフ層、第１のレリーフ層の順に積層された構造を備え、
前記第一段目のエッチングを行う工程が、
前記第１のレリーフ層の上または上方に、メサ構造を形成するための第１のパターンと、前記表面レリーフ構造を形成するための第２のパターンと、を有するレジストパターンを形成し、
前記レジストパターンを用いて前記第１のレリーフ層をエッチングし、前記表面レリーフ構造の水平位置を決めるためのエッチング工程であり、
前記電流狭窄構造を形成する工程が、
前記第一段目のエッチングを行う工程の後に、前記活性層へ注入される電流を制限する電流狭窄構造の形成工程であり、
前記第二段目のエッチングを行う工程が、
前記電流狭窄構造を形成する工程の後に、前記第一段目のエッチングが行われた箇所における前記第１のレリーフ層の下にある前記第２のレリーフ層を更にエッチングし、
前記表面レリーフ構造の深さ位置を決めるためのエッチング工程である、ことを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記第一段目のエッチングに際し、クエン酸を含むエッチャントを用いることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記第二段目のエッチングに際し、前記第２のレリーフ層のエッチング選択比は、前記第１のレリーフ層に対し３倍以上であるエッチャントを用いることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記第二段目のエッチングに際し、前記第２のレリーフ層のエッチング選択比は、前記第３のレリーフ層に対し１０倍以上であるエッチャントを用いることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記第二段目のエッチングに際し、アンモニア水を含むエッチャントを用いることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイの製造方法は、上記したいずれかに記載の面発光レーザの製造方法による面発光レーザを複数個配置して製造することを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザは、基板の上に、下部ミラー、活性層、上部ミラー、が積層されてなり、
前記上部ミラーの光出射部に反射率を制御するために施された段差構造による表面レリーフ構造を備え、
前記表面レリーフ構造が第３のレリーフ層、第２のレリーフ層、第１のレリーフ層の順に積層され、
前記第３のレリーフ層の上に積層された前記第１のレリーフ層から前記第２のレリーフ層までを貫いてエッチングされたエッチング領域により前記段差構造が形成されている面発光レーザであって、
前記第１のレリーフ層がＧａＡｓを含んで形成されていると共に、前記第２のレリーフ層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＞０）を含んで形成されており、
前記第３のレリーフ層の最上層が、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（ｙ＜ｘ）またはＡｌＧａＩｎＰで形成されていることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザは、前記第２のレリーフ層が、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＞０．４）を含んで形成されていることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザは、前記第３のレリーフ層の最上層は、ＧａＡｓで形成されていることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザは、前記第３のレリーフ層の最上層が、ＡｌｗＧａｚＩｎ（１−ｗ−ｚ）Ｐ（ｗ＞０．３）で形成されていることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザは、前記活性層が、ＡｌＧａＩｎＰにより形成されていることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザは、前記面発光レーザの発振波長をλとするとき、前記第１のレリーフ層と前記第２のレリーフ層との合計の光学厚さが、λ／４の奇数倍であることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザは、前記面発光レーザの発振波長をλとし、Ｍを奇数とするとき、前記第１のレリーフ層と前記第２のレリーフ層との合計の光学厚さが、λ／４のＭ倍〜λ／４のＭ倍＋２０ｎｍの間にあることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、上記したいずれかに記載の面発光レーザを複数個配置して構成されていることを特徴とする。
また、本発明の光学機器は、上記した面発光レーザアレイを光源として備えていることを特徴とする。

本発明によれば、表面レリーフ構造の受けるプロセスダメージを軽減し、単一横モード特性を安定して得ることが可能となる面発光レーザの製造方法および面発光レーザを実現することができる。
また、本発明によれば、上記面発光レーザの製造方法による面発光レーザで構成される面発光レーザアレイの製造方法、上記面発光レーザによる面発光レーザアレイ、及び面発光レーザアレイを備えている光学機器を実現することができる。

本発明の上記構成によれば、表面レリーフ構造の形成を二段階に分けて行い、第二段目のエッチングを行う工程を、電流狭窄構造の形成後に行うことによって、表面レリーフ構造の受けるプロセスダメージを軽減できるようにしたものである。
すなわち、電流狭窄構造の形成前における第二段目のエッチングを行う工程時に、表面レリーフ構造と電流狭窄構造を形成するために必要なメサ構造との同時パターニングを行うようにする。
これにより、表面レリーフ構造の水平位置合わせを安定して行うことを可能とする。
また、第二段目のエッチングを行う工程を、電流狭窄構造の形成後とし、その段階で最終的なレリーフの深さを決めることによって、表面レリーフ構造の受けるプロセスダメージを従来のプロセスよりも軽減することが可能となる。

以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、凸型の表面レリーフ構造を有する垂直共振器型面発光レーザおよびその製造方法等について説明する。
図１に、本実施例における垂直共振器型面発光レーザの構成を説明する断面図を示す。
図１において、１００は面発光レーザ、１０２は下部電極、１０４は基板、１１０は活性層、１０８は下部スペーサ層、１１２は上部スペーサ層、１０６は下部ミラーである。
１１４は上部ミラー、１１５は高Ａｌ組成層、１１６は電流狭窄構造、１２４は絶縁膜、１２６は上部電極、１４０は光出射領域である。

本実施例の面発光レーザ１００には、上部ミラー１１４の光出射領域１４０に相当する表面に、凸型の表面レリーフ構造が形成されている。
図５に、本実施例における表面レリーフ構造およびその付近を上から見た平面図を示す。図６において、６５０は凸型の表面レリーフ構造である。
本実施例においては、図６に示されるように、表面レリーフ構造６５０の中心と電流狭窄構造の中心とが一致するように構成され、また表面レリーフ構造６５０は、中央部が高反射領域２０２、周辺部が低反射領域２０４となるように設計されている。
上部ミラー１１４は、低屈折率層２０８と高屈折率層２０６とがレーザ発振波長λに対し光学厚さλ／４で交互に積層されている。
その終端部（上側）では、表面レリーフ構造６５０が形成されており、活性層の反対側から上記表面レリーフ構造６５０を構成する第１のレリーフ層７６０、第２のレリーフ層７６２、第３のレリーフ層７６４が形成されている。

凸型の表面レリーフ構造６５０では、低反射領域２０４では第１のレリーフ層７６０、第２のレリーフ層７６２がエッチングされており、高反射領域２０２では第１のレリーフ層７６０が残っている。
第１のレリーフ層７６０と第２のレリーフ層７６２との光学厚さの合計、また第３のレリーフ層７６４とその直下の低屈折率層との光学厚さの合計は、所望の表面レリーフ構造特性が得られるように設計されている。
例えば、λをレーザ発振波長とすると、それぞれλ／４×（奇数）の光学厚さである。

つぎに、本実施例における垂直共振器型面発光レーザの製造方法について説明する。
本実施例における垂直共振器型面発光レーザの製造方法によれば、以下に示す製造プロセスにより、安定した表面レリーフ構造の形成が可能になる。
まず、図１に示した半導体基板１０４上に、下部ミラー１０６、下部スペーサ層１０８、量子井戸活性層１１０、上部スペーサ層１１２、上部ミラー１１４を成長させる。
成長方法は例えばＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いることができる。
基板１０４は例えばｎ型のＧａＡｓ基板である。
下部ミラー１０６は、例えば光学厚さがそれぞれλ／４の高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層したものであり、例えばｎ型のＡｌＡｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ多層膜反射鏡である。
下部スペーサ層１０８は例えばｎ型のＡｌＧａＩｎＰ層である。
量子井戸活性層１１０は例えばＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰの多重量子井戸層であり、波長６８０ｎｍに光学利得を持つよう設計されている。
上部スペーサ層１１２は例えばｐ型のＡｌＧａＩｎＰ層である。
上部ミラー１１４は、例えば光学厚さがλ／４の高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層したものであり、例えばｐ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ多層膜反射鏡である。
下部スペーサ層１０８と上部スペーサ層１１２の層厚は、下部ミラー１０６と上部ミラー１１４との間に共振波長λの定在波が立ち、かつ活性層１１０にその定在波の腹が来るように、設計されている。
上部ミラー１１４の活性層付近の一部の層は選択酸化可能な高Ａｌ組成層１１５に置き換わっている。
例えば、活性層から第１層目の低屈折率層（上記の例ではＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ）がＡｌＡｓないしＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓに置き換わっている。

また、上部ミラー１１４の最上部では、図６に示す第３のレリーフ層７６４、第２のレリーフ層７６２、第１のレリーフ層７６０の順に積層成長される。
つまり上部ミラーの光出射面側から見れば第１のレリーフ層７６０、第２のレリーフ層７６２、第３のレリーフ層７６４の順で配されている。
第１のレリーフ層７６０は、例えばｐ型のＧａＡｓ層である。
第２のレリーフ層７６２は例えばｐ型のＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層であるが、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＞０）を含んで形成してもよい。また、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＞０．４）を含んで形成してもよい。
第３のレリーフ層７６４は例えばｐ型の（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５０５Ｉｎ０．４９５Ｐ層であるが、該第３のレリーフ層７６４の最上層をＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（ｙ＜ｘ）またはＡｌＧａＩｎＰで形成してもよい。また、最上層をＧａＡｓやＡｌｗＧａｚＩｎ（１−ｗ−ｚ）Ｐ（ｗ＞０．３）で形成してもよい。なお、面発光レーザの発振波長をλとするとき、第１のレリーフ層と第２のレリーフ層との合計の光学厚さが、λ／４の奇数倍にしてもよい。また、Ｍを奇数とするとき、前記第１のレリーフ層と前記第２のレリーフ層との合計の光学厚さが、λ／４のＭ倍〜λ／４のＭ倍＋２０ｎｍの間に設定してもよい。

つぎに、以上のようにして成長したウエハに対し、表面レリーフ構造を製造するプロセスについて説明する。
図７に、本実施例における垂直共振器型面発光レーザの製造方法を説明する図を示す。
図７（ａ）から図７（ｉ）は本実施例における面発光レーザの製造工程を示す図である。
まず、図７（ａ）に示す工程において、ウエハの積層成長した側に第１のレジスト膜４１０を塗布し、前記第１のレジスト４１０に、表面レリーフ構造用マスクのパターニングとメサ構造用マスクのパターニングを同時に同一マスクにて行う。なお、メサ構造を形成するためのパターンを第１のパターンといい、表面レリーフ構造を形成するためのパターンを第２のパターンということもある。
ここでは表面レリーフ構造として凸型のものを図示している。例えば、表面レリーフ構造の高反射率領域径は例えば３μｍφ、低反射領域外径は９μｍφ、メサ構造の径は２６μｍφとする。

次に、図７（ｂ）に示す工程において、パターニングした前記第１のレジスト４１０をマスクとして、上部ミラーの表面層となっている第１のレリーフ層７６０をエッチングする（第一段目のエッチング）。
第１レリーフ層のエッチングは、例えばクエン酸系エッチャント、例えばクエン酸一水和物と水を重量比で１：１で混合したものをＡとして、Ａ：過酸化水素水：水＝２：６０：２５０（体積比）で混合した溶液を用いたウエットエッチングにより行う。
本発明者らの実験の結果、このエッチャントは２０℃室温下において、ＧａＡｓ層のエッチングレートがおよそ２ｎｍ／秒、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層のエッチングレートが０．１ｎｍ／秒未満であり選択比は２０以上であった。
したがって、第１のレリーフ層７６０にＧａＡｓ層、第２のレリーフ層７６２にＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層を用いた場合では、前記エッチャントを使うことで、事実上第１のレリーフ層のみをエッチングすることが可能である。

次に、図７（ｃ）に示す工程において、第２のレジスト４２０を塗布し、表面レリーフ構造に相当する領域を保護するようにパターニングする。
このパターニングでは、パターニングされた第２のレジスト４２０が光出射領域を覆っていて、かつメサのエッチング領域には残っていなければよく、必ずしもパターニングされた第２のレジスト中心がメサおよび表面レリーフ構造の中心と一致していなくても良い。
次に、図７（ｄ）に示す工程において、エッチングによりメサ構造を形成し、高Ａｌ組成層１１５を露出させる。エッチングは例えばドライエッチングにより行い、例えばＳｉＣｌ₄／Ａｒガスの反応性イオンエッチングにより行う。このエッチングにより、選択酸化可能な高Ａｌ組成層１１５の側面を露出させる。

次に、図７（ｅ）に示す工程において、第１および第２のレジストの除去を行い、選択酸化によって選択酸化可能な高Ａｌ組成層１１５に電流狭窄構造１１６を形成する。
第１のレジスト４１０および第２のレジスト４２０の除去は、例えば酸素プラズマによるアッシングにより行う。レジストの残渣がある場合はさらにオゾンアッシングを行っても良い。
電流狭窄構造１１６のアパーチャ直径は、例えば６μｍとする。選択酸化は例えば水蒸気雰囲気の炉の中で４００℃で３０分程度加熱することにより行う。
選択酸化の前には選択酸化安定化のために例えばアンモニア水などで１分程度メサ側面を洗浄してもよい。
この工程では、表面レリーフ構造を形成する第２のレリーフ層７６２がダメージを受けている可能性がある。
具体的には、酸素プラズマによるアッシング工程で表面が荒れる可能性がある。また、選択酸化工程では、ＧａＡｓに比べＡｌＧａＡｓは酸化されやすいので、むき出しになっている第２のレリーフ層７６２がＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓである場合、数ｎｍ程度酸化される可能性がある。なお、電流狭窄構造は、半導体によって構成されている下部ミラー、活性層及び上部ミラーのいずれかのものにおいて、半導体の一部をイオン打ち込みにより形成してもよい。
また、電流狭窄層を選択酸化して形成される電流狭窄構造は、下部ミラー、活性層及び上部ミラーの間に１層設けられていても、多数層設けられていてもよい。

次に、図７（ｆ）に示す工程において、絶縁膜１２４を成膜する。
絶縁膜１２４は例えばＳｉＯ₂であり、その層厚は例えば２００ｎｍである。絶縁膜の成膜は例えばプラズマＣＶＤにより行う。

次に、絶縁膜１２４の上に第３のレジストを塗布、表面レリーフ構造上には残らずメサトップ外には残るように第３のレジストをパターニングする（不図示）。
その第３のレジストをマスクとして、図７（ｇ）に示す工程において、表面レリーフ構造の部分の絶縁膜１２４を除去し、第３のレジストを除去する。
絶縁膜のエッチングには例えばバッファードフッ酸を用いる。第３のレジストの除去には例えばアセトンを用い、その残渣の除去には例えばオゾンアッシングにより行う。

次に、図７（ｈ）に示す工程において、図７（ｂ）でエッチングが行われた箇所について第２のレリーフ層７６２のエッチングを行う（第二段目のエッチング）。
この工程により表面レリーフ構造を完成させる。
なお、第２のレリーフ層７６２のエッチングの前に、エッチングレートの安定化のために塩酸などで表面洗浄を行っても良い。
この工程において、図７（ｅ）の工程でダメージを受けた（すなわち表面が荒れたり酸化されたりした）第２のレリーフ層７６２はエッチングされることになる。
この結果、表面レリーフ構造において、先行技術と比べてより安定した形状が実現できるのである。

ここで、第２のレリーフ層７６２のエッチングの際には、第２のレリーフ層７６２と第１のレリーフ層７６０との間で選択比が取れるエッチャントを使用してエッチングすることが望ましい。
すなわち、第１のレリーフ層７６０をマスクとして第２のレリーフ層７６２のエッチングができることが望ましい。
第２のレリーフ層のエッチング選択比は、第１のレリーフ層に対し３倍以上あることが望ましい。
例えば、第１のレリーフ層がＧａＡｓ層で、第２のレリーフ層がＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層である場合、エッチャントとしてアンモニア水を用いることができる。

本発明者らの実験の結果、例えば、第２のエッチングのエッチャントとしてアンモニア水（２８％）を使用した場合の室温２０℃におけるエッチングレートは、ＧａＡｓ：０．１６ｎｍ／分、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ：０．６８ｎｍ／分であった。
本実施例で使用したエッチャントであるアンモニア水（２８％）のＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓに対するエッチングレートは１０ｎｍ／分以下（１ｎｍ／分以下の場合もある）である。これは、一般に世間で使用されるウエットエッチングと比較すると大変遅く通常のウエットエッチングでは使用されないものである。
しかしながら、本発明の目的である表面レリーフ構造の作製は数十ｎｍの深さで形成されるものであるから、上述のエッチングレートは、レリーフのエッチングで微細制御が容易となるため、製造上非常に有用である。

非特許文献２によれば、凸型表面レリーフ構造においては、高反射率領域である凸部の界面が少し削れても反射率はさほど下がらない。
一方、低反射率領域となる凹部では、エッチング深さの微小な差異が反射率に大きく影響を与える。
そのため、本実施例に係る面発光レーザの製造方法は、凸型表面レリーフ構造を作製する上で好適な方法であるといえる。
第２のレリーフ層７６２のエッチングの深さ制御は、非特許文献１のように時間制御で止めても良いし、エッチングストップ層（第３のレリーフ層７６４）を用いて止めても良い。
時間制御で深さ制御を行うよりも、エッチングストップ層を使ったほうが、より精度高く深さを制御することができる。
第３のレリーフ層７６４としては例えばＧａＡｓ層を用いることもできるが、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ層、具体的な組成としては例えば（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５０５Ｉｎ０．４９５Ｐ層を用いることもできる。

本発明者らの実験の結果、第２のエッチングのエッチャントとしてアンモニア水（２８％）を使用した場合の室温２０℃下における（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５０５Ｉｎ０．４９５Ｐ層のエッチングレートは、０．０３ｎｍ／分である。
例えば、第２のレリーフ層にＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層を用いたとすると、１０倍以上の選択比があることになる。
したがって、この場合には、第３のレリーフ層７６４は非常に実用的なエッチングストップ層として機能することができる。

次に、図７（ｉ）に示す工程において、メサ上部に上部電極１２６を、基板１０４の裏側に下部電極（不図示）を形成する。上部電極１２６は光出射部に開口が明けられている。
この上部電極１２６は、リフトオフ用レジストを光出射領域１４０に残るようにパターニングし、例えばＴｉ／Ａｕを電子ビーム蒸着により上部多層膜反射鏡側に成膜し、例えばアセトンでリフトオフ用レジストをリフトオフすることにより形成する。
下部電極は、基板裏側全体に、例えばＡｕＧｅ／Ａｕを抵抗加熱により蒸着することにより形成する。
以上の工程により、面発光レーザ１００はウエハレベルで素子として完成する。なお、この後に光出射面保護のため、光出射面を樹脂などで封止しても良い。

［実施例２］
実施例２の垂直共振器型面発光レーザは、実施例１の垂直共振器型面発光レーザと同様の構成を有するが、その表面レリーフ構造を製造するプロセスが実施例１とは異なっている。
図８及び図９に、本実施例における垂直共振器型面発光レーザの製造方法を説明する図を示す。
図８（ａ）から図８（ｉ）は上記面発光レーザの製造工程を示す図であり、図９（ｊ）から図９（ｍ）は図８に示す面発光レーザの製造工程に続く製造工程を示す図である。

まず、図８（ａ）に示す工程において、ウエハの積層成長した側に第１の誘電体膜８１０を成膜する。
第１の誘電体膜８１０は例えばＳｉＯ₂である。成膜方法は例えばプラズマＣＶＤにより行う。第１の誘電体膜８１０の膜厚は例えば１μｍとする。
次に、図８（ｂ）に示す工程において、前記第１の誘電体膜８１０上、すなわち上部ミラー１１４の上方に第１のレジスト８３０を塗布し、表面レリーフ構造用マスクのパターニングとメサ構造用マスクのパターニングを同時に同一マスクにて行う。
次に、図８（ｃ）に示す工程において、パターニングした前記第１のレジスト８３０をマスクとして、第１の誘電体膜８１０をエッチングする。
例えば、第１の誘電体膜８１０がＳｉＯ₂であればバッファードフッ酸を用いてエッチングすることができる。
次に、図８（ｄ）に示す工程において、第１のレジスト８３０をすべて除去し、前記第１の誘電体膜８１０をマスクに第１のレリーフ層７６０をエッチングする。
第１のレジスト８３０の除去は例えばアセトンで行い、ＩＰＡで洗浄した後、第１のレジスト８３０の残渣があればオゾンアッシングで取ることができる。
第１のレリーフ層７６０のエッチングは、例えばクエン酸系エッチャント、例えばクエン酸一水和物と水を重量比で１：１で混合したものをＡとして、Ａ：過酸化水素水：水＝２：６０：２５０（体積比）で混合した溶液を用いたウエットエッチングにより行う。

次に、図８（ｅ）に示す工程において、第２の誘電体膜８１２を成膜する。第２の誘電体膜８１２は例えばＳｉＯ₂である。
成膜方法は例えばプラズマＣＶＤにより行う。第２の誘電体膜８１２の膜厚は例えば１００ｎｍである。
次に、図８（ｆ）に示す工程において、第２の誘電体膜８１２上に第２のレジスト８３２を塗布し、表面レリーフ構造を保護するようにパターニングを行う。
このパターニングでは、パターニングされた第２のレジスト８３２が光出射領域を覆っていて、かつメサのエッチング領域には残っていなければよく、必ずしもパターニングされた第２のレジスト中心がメサおよび表面レリーフ構造の中心と一致していなくても良い。

次に、図８（ｇ）に示す工程において、パターニングした第２のレジスト８３２をマスクとして、第２の誘電体膜８１２をエッチングする。
例えば、第２の誘電体膜８１２がＳｉＯ₂であればバッファードフッ酸を用いてエッチングすることができる。
この際に第１の誘電体膜８１０も多少エッチングされる場合があるが、第２の誘電体膜８１２に比べ第１の誘電体膜８１０を厚くしておき、エッチングの時間を調整する。
これにより、次のエッチング工程のマスクとして必要な厚さの第１の誘電体膜８１０を残すことは可能である。

次に、図８（ｈ）に示す工程において、パターニングした第２のレジスト８３２および第１の誘電体膜８１０をマスクにして、メサ構造をエッチングにより形成する。エッチングは例えばドライエッチングにより行い、例えばＳｉＣｌ₄／Ａｒガスの反応性イオンエッチングにより行う。
このエッチングにより、選択酸化可能な層１１５の側面を露出させる。
次に、図８（ｉ）に示す工程において、第２のレジスト８３２の除去を行い、選択酸化によって選択酸化可能な高Ａｌ組成層１１５に電流狭窄構造１１６を形成する。
第２のレジスト８３２の除去は、例えば酸素プラズマによるアッシングにより行う。レジストの残渣がある場合はさらにオゾンアッシングを行っても良い。
選択酸化は例えば水蒸気雰囲気の炉の中で４００℃で３０分程度加熱することにより行う。
選択酸化の前には選択酸化安定化のために例えばアンモニア水などで１分程度メサ側面を洗浄してもよい。

次に、図９（ｊ）に示す工程において、第１の誘電体膜８１０および第２の誘電体膜８１２をすべて除去する。
第１の誘電体膜８１０および第２の誘電体膜８１２の除去は例えばバッファードフッ酸を用いたエッチングにより行う。
次に、図９（ｋ）に示す工程において、第３の誘電体膜（絶縁膜）１２４を成膜し、第３の誘電体膜１２４の上に第３のレジストを塗布する。
そして、表面レリーフ構造上には残らずメサトップ外には残るように第３のレジストをパターニングする。この第３のレジストをマスクに表面レリーフ構造の部分の第３の誘電体膜１２４を除去し、第３のレジストを除去する。
第３の誘電体膜１２４は例えばＳｉＯ₂であり、その層厚は例えば２００ｎｍである。
第３の誘電体膜１２４の成膜は例えばプラズマＣＶＤにより行う。第３の誘電体膜１２４のエッチングには例えばバッファードフッ酸を用いる。第３のレジストの除去には例えばアセトンを用い、その残渣の除去は、例えばオゾンアッシングにより行う。
次に、図９（ｌ）に示す工程において、第２のレリーフ層７６２のエッチングを行う。
この工程により表面レリーフ構造を完成させる。第２のレリーフ層７６２のエッチングの前に、エッチングレートの安定化のために塩酸などで表面洗浄を行っても良い。

ここで、第２のレリーフ層７６２のエッチングの際には、第２のレリーフ層７６２と第１のレリーフ層７６０との間で選択比が取れるエッチャントを使用してエッチングすることが望ましい。
すなわち、第１のレリーフ層７６０をマスクとして第２のレリーフ層７６２のエッチングができることが望ましい。
また、それらのエッチング選択比としては例えば３以上あることが望ましい。
例えば第１のレリーフ層がＧａＡｓ層で、第２のレリーフ層がＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層である場合、実施例１と同様にエッチャントとしてアンモニア水を用いることができる。
第２のレリーフ構造のエッチングの深さ制御は、時間制御で止めても良いし、エッチングストップ層（第３のレリーフ層７６４）を用いて止めても良い。
第３のレリーフ層としては例えばＧａＡｓ層を用いることもできるが、例えばＡｌＧａＩｎＰ層、具体的な組成としては例えば（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５０５Ｉｎ０．４９５Ｐ層を用いることもできる。
次に、図９（ｍ）に示す工程において、実施例１と同様に、メサ上部に上部電極１２６を、基板１０４の裏側に下部電極（不図示）を形成する。
なお、この後に光出射面保護のため、光出射面を樹脂などで封止しても良い。

なお、第１のレリーフ層７６０としてＧａＡｓを用い、コンタクト層として使用する場合、第１のレリーフ層７６０は厚い方がコンタクトに有利になるため、２０ｎｍ以上の厚さがあることが望ましい。
しかし、例えば赤色帯のレーザの場合ではＧａＡｓ層は光吸収層となってしまうため第１のレリーフ層７６０はあまり厚くない方が良い。
また、第２のレリーフ層７６２が薄いと、途中のプロセスダメージによって本来第２のレリーフ層７６２をエッチングする工程の前にすべてエッチングされて第３のレリーフ層７６４が露出してしまう可能性がある。
例えば、第３のレリーフ層７６４としてＡｌＧａＩｎＰ層を用い、かつ誘電体膜除去にバッファードフッ酸を用いる場合を考えると、ＡｌＧａＩｎＰ層は組成比によってはバッファードフッ酸に溶解する。このため、第２のレリーフ層７６２のエッチング工程以前に第２のレリーフ層７６２がエッチングされ第３のレリーフ層７６４が露出することは好ましくない。

本実施例のプロセスによれば、誘電体膜除去プロセスなどで使われるエッチャント（例えばバッファードフッ酸）によりエッチングされる材料（例えばＡｌＧａＩｎＰ）であっても、エッチングストップ層として使用できるというメリットがある。
一方で、第２のレリーフ層７６２が薄ければ、そのエッチング時間を減らすことができる。
第２のレリーフ層７６２のエッチングの際に第１のレリーフ層７６０が多少エッチングされるエッチャントを使用する場合であっても、第１のレリーフ層７６０のエッチング量を低減することができる。

［実施例３］
実施例３として、上記各実施例とは異なる形態の垂直共振器型面発光レーザの構成例について説明する。
本実施例における垂直共振器型面発光レーザは、上記実施例２の垂直共振器型面発光レーザと同様の構成を有する。
しかし、表面レリーフ構造を作製するプロセスに関し、電極を形成した後に第３のレリーフ層をエッチングする点において、実施例２とは異なっている。
図１０に、本実施例における光出射領域および上部電極付近の表面レリーフ構造の断面図を示す。
本実施例の表面レリーフ構造９５０と、実施例２の表面レリーフ構造６５０との違いは、上部電極１２６の下に形成されている第１のレリーフ層７６０の厚さが、光出射部において残っている第１のレリーフ層７６０の厚さよりも厚くなっていることである。

本実施例の垂直共振器型面発光レーザは、実施例２のプロセスと一部共通したプロセスにより製造される。
図１１は、本実施例における垂直共振器型面発光レーザの製造方法を説明する工程図であり、図８及び図９の（ａ）〜（ｋ）のプロセスが完了した後のプロセスを示す図であり、図１１（ａ）は図９の（ｋ）に相当する。
本実施例では、図１１（ａ）に示す工程において、第３の誘電体膜１２４のエッチングおよび第３のレジスト（付図示）を除去した後、図１１（ｂ）に示すように、メサ上部に上部電極１２６を形成する。
上部電極１２６には光出射部に開口が設けられている。上部電極１２６は、リフトオフ用レジストを光出射部に残るようにパターニングし、例えばＴｉ／Ａｕを電子ビーム蒸着により成膜させ、例えばアセトンでリフトオフ用レジストをリフトオフすることにより形成する。

次に、図１１（ｃ）に示す工程において、第２のレリーフ層７６２のエッチングを行う。第２のレリーフ層のエッチング方法は実施例２と同じ手法を用いることができる。
この図１１（ｃ）の工程により表面レリーフ構造を完成させる。なお、第２のレリーフ層７６２のエッチングの前に、エッチングレートの安定化のために塩酸などで表面洗浄を行っても良い。
ここで、実施例２で述べたように、第２のレリーフ層７６２のエッチングの際には第１のレリーフ層７６０も少しエッチングされる場合がある。
第１のレリーフ層７６０が、高ドーピングされたコンタクト層であれば、上部電極１２６から活性層１１０への電流注入を効率良く行うことができる。
しかし、実施例２のように第２のエッチングを行った後、すなわち第１のレリーフ層７６０の厚さが減った後に、上部電極１２６をつけると十分なコンタクトが取れない可能性がある。

一方、高ドーピングされたコンタクト層は、ドーピングされた分だけより光を吸収するため、コンタクト層の層厚を厚くするとレーザ光の取り出し効率が下がってしまう。
また、コンタクト層としてＧａＡｓ層を用いることは一般的であるが、赤色帯面発光レーザにおいては、ＧａＡｓ層は光吸収層となってしまうため厚くすることはできない。
しかし、実施例３におけるプロセスによれば、第２のレリーフ層７６２のエッチング時に、既に付いている上部電極１２６が該上部電極１２６の下に位置するコンタクト層を保護することになるため、コンタクト層の層厚は減少しない。
なお、光出射部の第１のレリーフ層７６０は多少エッチングされる。
したがって、光出射領域の第１のレリーフ層７６０の厚さが同じであれば、実施例３のプロセスでは、実施例２のプロセスよりもより確実に良いコンタクト性を達成できる。

また、実施例２と実施例３で同じコンタクト性を得るには、実施例２のプロセスよりも実施例３のプロセスの方が、光出射領域の第１のレリーフ層７６０が薄くなる分、光吸収の量を減らすことができ、レーザ光の取り出し効率が上昇する。
光出射領域の第１のレリーフ層７６０が削れることを見越して、第１のレリーフ層７６０および第２のレリーフ層７６２の厚さは設計されウエハ上に成長される。
例えば、第１のレリーフ層７６０が２０ｎｍ厚のＧａＡｓ層であり、第２のレリーフ層７６２が２５ｎｍのＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層であり、第３のレリーフ層７６４がＡｌＧａＩｎＰ層であるとする。

この場合、図１１（ｃ）に示されている第２のレリーフ層７６２のエッチング工程において、２０℃にてアンモニア水（２８％）をエッチャントとして使うことを考える。
２０℃にてアンモニア水（２８％）でのＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層のエッチングレートは０．６８ｎｍ／分である。
したがって、例えば４０分エッチングすればＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層は完全にエッチングでき第３のレリーフ層７６４であるＡｌＧａＩｎＰ層が露出する。しかし、このときに第１のレリーフ層７６０であるＧａＡｓ層はそのエッチングレートが０．１６ｎｍ／分であるから６ｎｍほどエッチングされていることになる。
この結果、実施例２のプロセスのように上部電極をこの後に付けるとすれば、ＧａＡｓコンタクト層が１４ｎｍということになっており、コンタクト性を考えると良好とは言いがたい。
しかし、実施例３のプロセスでは上部電極は既に付いているために、上部電極下のＧａＡｓコンタクト層は２０ｎｍあるため良好なコンタクトを得ることができる。

逆に、第２のレリーフ層７６２のエッチングの際に、第１のレリーフ層７６０がエッチングされることを見越して、あらかじめ第１のレリーフ層７６０を６ｎｍ厚く成膜しておくことも考えられる。
この場合、上部電極下には２６ｎｍのＧａＡｓコンタクト層があることになるから、更に良好なコンタクト性を得ることができる。
また実施例３には他のメリットがある。すなわち、図１１（ａ）における、リフトオフ用レジストのパターニング工程や、上部電極リフトオフの工程などにおいて、表面レリーフ構造の半導体表面にダメージを与える可能性がある。
例えば、リフトオフ時にレジストの残渣が生じた場合、オゾンアッシングなどで除去を試みることになるが、この際にアッシングのエネルギーが激しければ表面レリーフ構造の半導体表面にダメージを与える可能性がある。
しかし、実施例３の方法では、その後に第２のレリーフ層をエッチングして表面レリーフ構造を形成するために、アッシングによるダメージ面がエッチングされ、その影響が緩和されることになる。

［実施例４］
実施例４として、上記各実施例とは異なる形態の垂直共振器型面発光レーザの構成例について説明する。
図１２に、本実施例における垂直共振器型面発光レーザ１２００の断面を表す模式図を示す。
図１３は実施例４の垂直共振器型面発光レーザ１２００の光出射部の表面レリーフ構造の断面を表示した模式図である。
本実施例の垂直共振器型面発光レーザは、実施例１から実施例３の面発光レーザと大部分が共通する。
しかし、実施例４の垂直共振器型面発光レーザは、図１２に示すように、上部ミラー１１４の上部の光出射領域１４０に設けられている表面レリーフ構造が凹型となっている点が異なる。

図１３を用いて本実施例における表面レリーフ構造１２５０を詳しく説明する。
上部ミラー１１４は、低屈折率層２０８と高屈折率層２０６とがレーザ発振波長λに対し光学厚さλ／４で交互に積層されている。
その終端部（上側）では、表面レリーフ構造１２５０が、図１３に示すように形成されており、活性層反対側から第１のレリーフ層１３６０、第２のレリーフ層１３６２、第３のレリーフ層１３６４となっている。
すなわち、上部ミラーの最上部の高屈折率層の上側一部が第３のレリーフ層１３６４に置き換わっている。
凹型の表面レリーフ構造１２５０では、中心部の高反射領域２０２では第１のレリーフ層１３６０、第２のレリーフ層１３６２がエッチングされており、周辺部の低反射率領域２０４では第１のレリーフ層１３６０が残っている。

低反射領域における第１のレリーフ層１３６０と第２のレリーフ層１３６２との光学厚さの合計、第３のレリーフ層１３６４とその直下の高屈折率層との光学厚さの合計は、それぞれ所望の表面レリーフ構造特性が得られるように設計されている。
例えば、それぞれλ／４またはλ／４＋λ／２×（整数）である。
第１のレリーフ層は例えばｐ型のＧａＡｓ層である。
第２のレリーフ層は例えばｐ型のＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層である。
第３のレリーフ層は例えばｐ型のＡｌＧａＩｎＰ層である。

本実施例の垂直共振器型面発光レーザ１２００の作製方法は、実施例１から実施例３に開示された方法と同様の方法で作製することができる。
すなわち、電流狭窄構造形成の前に第１のレリーフ層１３６０をエッチングし、電流狭窄構造形成の後に第２のレリーフ層１３６２をエッチングし、表面レリーフ構造を形成する方法で作製できる。
凹型表面レリーフの場合は、第１のレリーフ層１３６０および第２のレリーフ層１３６２が残っている領域で反射率が低い。
そして、反射率が低い面というのは反射率が高い面に比べより空気との界面位置の精度が必要である場合がある。
したがって、第２のレリーフ層１３６２のエッチングの際に第１のレリーフ層１３６０が少し削れる場合には、その削れる量を考慮して、第１のレリーフ層１３６０を予め厚くしておくことが好ましい。
例えば、最終的に第１のレリーフ層１３６０が２０ｎｍ、第２のレリーフ層１３６２が２５ｎｍの凹型表面レリーフ構造を持つ面発光レーザを作製する。
その際、プロセス途中（例えば第２のレリーフ層のエッチング工程）において第１のレリーフ層が、例えば６ｎｍ削れるならば、最初のウエハの段階で第１のレリーフ層は２６ｎｍとしておくことが好ましい。

［実施例５］
実施例５においては、本発明の垂直共振器型面発光レーザを適用して構成した光学機器の構成例について説明する。
実施例１から実施例４に開示された面発光レーザおよびその作製方法は、いずれも面発光レーザアレイおよびその作製方法に適用できる。
さらに、前記面発光レーザアレイの応用の一例として、前記面発光レーザによるレーザアレイを用いた光学機器を構成することができる。
面発光レーザアレイは、面発光レーザがウエハ上に１次元または２次元的に複数個配置されモノリシックに形成されたものである。
面発光レーザの素子間隔は例えば５０μｍである。
一般に面発光レーザアレイデバイスでは、アレイ内で個々のレーザの特性がばらついていないことが求められる場合が多い。
同時に生産の観点からは高い歩留まり（１枚のウエハから所望のアレイデバイスが多くできること、およびどのウエハからも安定して所望のデバイスができること）が要求される。
すなわち、ウエハ内、またウエハ間で均一の特性のアレイデバイスが得られることが望ましい。

本発明によれば、表面レリーフ構造と電流狭窄構造との位置が同時に決められるため、位置合わせにおけるいわゆるθずれの問題がないから、アレイ内およびウエハ内での素子特性のばらつきが抑えられる。
また、表面レリーフ構造を２段階に分けて形成することで、表面レリーフ構造へのプロセス中のダメージによる特性変化を軽減できるから、ウエハ間でのばらつきの少ないアレイデバイスを実現できる。

ここでは、光学機器として、本発明の垂直共振器型面発光レーザによる赤色面発光レーザアレイを用いて構成した画像形成装置の構成例について説明する。
図１４に、本発明による面発光レーザアレイを実装した電子写真記録方式の画像形成装置の構造図を示す。
図１４（ａ）は画像形成装置の平面図であり、図１４（ｂ）は同装置の側面図である。
図１４において、１７００は感光ドラム、１７０２は帯電器、１７０４は現像器、１７０６は転写帯電器、１７０８は定着器、１７１０は回転多面鏡、１７１２はモータである。
また、１７１４は垂直共振器型面発光レーザアレイ、１７１６は反射鏡、１７２０はコリメータレンズ及び１７２２はｆ−θレンズである。
図１４において、モータ１７１２は回転多面鏡１７１０を回転駆動するものである。

本実施例における回転多面鏡１７１０は、６つの反射面を備えている。
垂直共振器型面発光レーザアレイ１７１４は、記録用光源となるものであり、レーザドライバ（図示せず）により画像信号に応じて点灯または消灯するように構成されている。
こうして光変調されたレーザ光は、垂直共振器型面発光レーザアレイ１７１４からコリメータレンズ１７２０を介し回転多面鏡１７１０に向けて照射される。
回転多面鏡１７１０は矢印方向に回転していて、垂直共振器型面発光レーザアレイ１７１４から出力されたレーザ光は、回転多面鏡１７１０の回転に伴い、その反射面で連続的に出射角度を変える偏向ビームとして反射される。
この反射光は、ｆ−θレンズ１７２２により歪曲収差の補正等を受け、反射鏡１７１６を経て感光ドラム１７００に照射され、感光ドラム１７００上で主走査方向に走査される。
このとき、回転多面鏡１７１０の１面を介したビーム光の反射により、感光ドラム１７００の主走査方向に垂直共振器型面発光レーザアレイ１７１４に対応した複数のライン分の画像が形成される。

本実施例においては、４×８の垂直共振器型面発光レーザアレイ１７１４を用いており、３２ライン分の画像が形成される。
感光ドラム１７００は、予め帯電器１７０２により帯電されており、レーザ光の走査により順次露光され、静電潜像が形成される。
また、感光ドラム１７００は矢印方向に回転していて、形成された静電潜像は、現像器１７０４により現像され、現像された可視像は転写帯電器１７０６により、転写紙（図示せず）に転写される。
可視像が転写された転写紙は、定着器１７０８に搬送され、定着を行った後に機外に排出される。

回転多面鏡１７１０の各反射面で反射されたレーザ光は、ライン走査に先立ってＢＤセンサにより検出される。
この検出信号は、主走査方向の走査開始基準信号としてタイミングコントローラ（図示せず）に入力され、この信号を規準として各ラインにおける走査方向の書き出し開始位置の同期が取られる。
なお、本実施例では、４×８垂直共振器型面発光レーザアレイを用いたが、これに限定されるものではなく、ｍ×ｎ垂直共振器型面発光レーザアレイ（ｍ，ｎ：自然数（０は含まず））であっても良い。
なお、半導体材料や電極材料、誘電体材料などは実施例で開示された材料に限るものではなく、本発明の主旨を外れないものであれば他の材料の利用ももちろん可能である。
また、面発光レーザの作製方法も、本発明の範囲内であれば他の工程の追加・置き換え（例えば洗浄工程を途中に入れる等）が可能である。
また、実施例にて開示された半導体や誘電体のエッチングに用いるエッチャントも本発明の範囲内ならば何でも良い。
例えば、第２のレリーフ層のエッチングにはアンモニア水（２８％）だけでなく、ＮａＯＨ水溶液、ＫＯＨ水溶液などのアルカリ溶液、アンモニウム塩溶液、フッ酸系などの酸系エッチャントなども利用できる。

また、本実施例では、表面レリーフ構造によるモード制御について、０次の横モードを単一モード化させることを目的としため、光出射領域の中心部と周辺部という２領域を分けるレリーフ構造であった。
しかし、表面レリーフ構造を利用して０次モードの発振を抑え、他の特定の高次モードを発振させることも可能である。
また、表面レリーフ構造の形状、大きさは、所望の光学特性の面発光レーザを得るためにさまざまなものを取ることができる。

なお、上記説明では、光学機器として画像形成装置を構成した例について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。
例えば、本発明の垂直共振器型面発光レーザを適用して構成した光源を用い、該光源からの光を画像表示体上に入射させ、画像の表示をするようにしてプロジェクションディスプレイ等の光学機器を構成するようにしてもよい。

［実施例６］
実施例６においては、フォトニック結晶を構成する多数のエッチング孔にて光モードを制御する垂直共振器型面発光レーザの構成例について説明する。
図１５に、本実施例の垂直共振器型面発光レーザの構成を説明する断面図を示す。
図１５において、１８９０はフォトニック結晶を構成する多数のエッチング孔である。
本発明において、表面レリーフのエッチング部分の数は、１つに限らず複数でも良い。
また、本発明は、例えば図１５のようにいわゆるフォトニック結晶面発光レーザと呼ばれるような、多数のエッチング孔１８９０にて光モードを制御する垂直共振器型面発光レーザにも適用可能である。

本発明の実施例１及び実施例２における垂直共振器型面発光レーザを説明する断面図。 従来例における選択酸化技術を用いた面発光レーザを説明する断面図。 従来例である非特許文献１及び特許文献１における表面レリーフ構造について説明する概略図であり、図３（ａ）は凸型表面レリーフ構造、図３（ｂ）は凹型表面レリーフ構造を示す図。 従来例である非特許文献１におけるセルフアライメントプロセスについて説明する概略図。 本発明の実施例１における光表面レリーフ構造およびその付近を上から見た平面図。 本発明の実施例１及び実施例２における表面レリーフ構造を説明する断面図。 本発明の実施例１における垂直共振器型面発光レーザの製造方法を説明する図であり、図７（ａ）から図７（ｉ）は上記面発光レーザの製造工程を示す図。 本発明の実施例２における垂直共振器型面発光レーザの製造方法を説明する図であり、図８（ａ）から図８（ｉ）は上記面発光レーザの製造工程を示す図。 本発明の実施例２における垂直共振器型面発光レーザの製造方法を説明する図であり、図９（ｊ）から図９（ｍ）は図８に示す上記面発光レーザの製造工程に続く製造工程を示す図。 本発明の実施例３おける光出射領域および上部電極付近の表面レリーフ構造の断面図。 本発明の実施例３おける垂直共振器型面発光レーザの製造方法を説明する工程図。 本発明の実施例４における垂直共振器型面発光レーザを説明する断面図。 本発明の実施例４における表面レリーフ構造の断面図。 本発明の実施例５おける垂直共振器型面発光レーザによるレーザアレイを備えた画像形成装置を示す図。 本発明の実施例６における垂直共振器型面発光レーザを説明する断面図。 従来例である非特許文献２におけるレリーフのエッチングの深さによって、光モードに与える影響が変化する様子を示す図。

符号の説明

１００、２００、、６００、１２００、１８００：面発光レーザ
１０２：下部電極
１０４：基板
１１０：活性層
１０８：下部スペーサ層
１１２：上部スペーサ層
１０６：下部ラー
１１４：上部ミラー
１１５：高Ａｌ組成層
１１６：電流狭窄構造
１２４：絶縁膜
１２６：上部電極
１４０：光出射領域
２０２：高反射領域
２０４：低反射領域
２０６：高屈折率層
２０８：低屈折率層
２１０：基本横モード光分布
４１０、８３０：第１のレジスト
４２０、８３２：第２のレジスト
６５０、９５０：表面レリーフ構造
７６０、１３６０：第１のレリーフ層
７６２、１３６２：第２のレリーフ層
７６４、１３６４：第３のレリーフ層
６００：面発光レーザ
８１０：第１の誘電体膜
８１２：第２の誘電体膜

Claims (25)

1. 基板の上に、下部ミラー、活性層、上部ミラー、を積層し、前記上部ミラーの光出射部に反射率を制御するために施された段差構造による表面レリーフ構造を備えた面発光レーザを製造する面発光レーザの製造方法であって、
   前記上部ミラーの上または上方に、メサ構造を形成するための第１のパターンと前記表面レリーフ構造を形成するための第２のパターンを有するレジストパターンを形成し、
   該レジストパターンを用いて前記上部ミラーの表面層をエッチングし、前記表面レリーフ構造の水平位置を決めるための第一段目のエッチングを行う工程と、
   前記第一段目のエッチングを行う工程の後に、前記活性層へ注入される電流を制限する電流狭窄構造を形成する工程と、
   前記電流狭窄構造を形成する工程の後に、前記第一段目のエッチングが行われた箇所を更にエッチングし、前記表面レリーフ構造の深さ位置を決めるための第二段目のエッチングを行う工程と、
   を有することを特徴とする面発光レーザの製造方法。
2. 前記第１のパターンと前記第２のパターンを同一マスクのパターニングで形成することを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザの製造方法。
3. 前記基板、前記下部ミラー、前記活性層及び前記上部ミラーが、半導体によって構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の面発光レーザの製造方法。
4. 前記電流狭窄構造は、前記半導体によって構成されている下部ミラー、前記活性層及び上部ミラーのいずれかのものにおいて、前記半導体の一部をイオン打ち込みにより形成され、
   あるいは、前記下部ミラー、前記活性層及び上部ミラーの間に少なくとも１層設けられている電流狭窄層を選択酸化して形成されていることを特徴とする請求項３に記載の面発光レーザの製造方法。
5. 前記第一段目のエッチングを行う工程と前記第二段目のエッチングを行う工程の間に、
   前記レジストパターンの第１のパターンを用いて、少なくとも前記電流狭窄層の側面が露出するまでメサ構造をエッチングする工程を有することを特徴とする請求項４に記載の面発光レーザの製造方法。
6. 前記電流狭窄層を選択酸化して前記電流狭窄構造を形成する前に、前記表面レリーフ構造を保護する保護膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項５に記載の面発光レーザの製造方法。
7. 前記電流狭窄層を選択酸化して前記電流狭窄構造を形成した後で、且つ、前記第二段目のエッチングを行う工程の前に、前記保護膜を除去する工程を有することを特徴とする請求項６に記載の面発光レーザの製造方法。
8. 前記保護膜を除去するに際し、バッファードフッ酸が用いられることを特徴とする請求項７に記載の面発光レーザの製造方法。
9. 前記第二段目のエッチングを行う工程の前に、前記活性層へ電流を注入するための電極の一部を形成する工程を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の面発光レーザの製造方法。
10. 前記第二段目のエッチングを行う工程の後に、前記上部ミラーの光出射部を保護膜にて封止する工程を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の面発光レーザの製造方法。
11. 前記表面レリーフ構造が、第３のレリーフ層、第２のレリーフ層、第１のレリーフ層の順に積層された構造を備え、
    前記第一段目のエッチングを行う工程が、
    前記第１のレリーフ層の上または上方に、メサ構造を形成するための第１のパターンと、前記表面レリーフ構造を形成するための第２のパターンと、を有するレジストパターンを形成し、
    前記レジストパターンを用いて前記第１のレリーフ層をエッチングし、前記表面レリーフ構造の水平位置を決めるためのエッチング工程であり、
    前記電流狭窄構造を形成する工程が、
    前記第一段目のエッチングを行う工程の後に、前記活性層へ注入される電流を制限する電流狭窄構造の形成工程であり、
    前記第二段目のエッチングを行う工程が、
    前記電流狭窄構造を形成する工程の後に、前記第一段目のエッチングが行われた箇所における前記第１のレリーフ層の下にある前記第２のレリーフ層を更にエッチングし、
    前記表面レリーフ構造の深さ位置を決めるためのエッチング工程である、
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の面発光レーザの製造方法。
12. 前記第一段目のエッチングに際し、クエン酸を含むエッチャントを用いることを特徴とする請求項１１に記載の面発光レーザの製造方法。
13. 前記第二段目のエッチングに際し、前記第２のレリーフ層のエッチング選択比は、前記第１のレリーフ層に対し３倍以上であるエッチャントを用いることを特徴とする請求項１１に記載の面発光レーザの製造方法。
14. 前記第二段目のエッチングに際し、前記第２のレリーフ層のエッチング選択比は、前記第３のレリーフ層に対し１０倍以上であるエッチャントを用いることを特徴とする請求項１１に記載の面発光レーザの製造方法。
15. 前記第二段目のエッチングに際し、アンモニア水を含むエッチャントを用いることを特徴とする請求項１１に記載の面発光レーザの製造方法。
16. 請求項１から１５のいずれか１項に記載の面発光レーザの製造方法による面発光レーザを複数個配置して製造することを特徴とする面発光レーザアレイの製造方法。
17. 基板の上に、下部ミラー、活性層、上部ミラー、が積層されてなり、
    前記上部ミラーの光出射部に反射率を制御するために施された段差構造による表面レリーフ構造を備え、
    前記表面レリーフ構造が第３のレリーフ層、第２のレリーフ層、第１のレリーフ層の順に積層され、
    前記第３のレリーフ層の上に積層された前記第１のレリーフ層から前記第２のレリーフ層までを貫いてエッチングされたエッチング領域により前記段差構造が形成されている面発光レーザであって、
    前記第１のレリーフ層がＧａＡｓを含んで形成されていると共に、前記第２のレリーフ層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＞０）を含んで形成されており、
    前記第３のレリーフ層の最上層が、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（ｙ＜ｘ）またはＡｌＧａＩｎＰで形成されていることを特徴とする面発光レーザ。
18. 前記第２のレリーフ層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＞０．４）を含んで形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の面発光レーザ。
19. 前記第３のレリーフ層の最上層は、ＧａＡｓで形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の面発光レーザ。
20. 前記第３のレリーフ層の最上層は、ＡｌｗＧａｚＩｎ（１−ｗ−ｚ）Ｐ（ｗ＞０．３）で形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の面発光レーザ。
21. 前記活性層が、ＡｌＧａＩｎＰにより形成されていることを特徴とする請求項１７から２０のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
22. 前記面発光レーザの発振波長をλとするとき、前記第１のレリーフ層と前記第２のレリーフ層との合計の光学厚さが、λ／４の奇数倍であることを特徴とする請求項１７から２１のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
23. 前記面発光レーザの発振波長をλとし、Ｍを奇数とするとき、前記第１のレリーフ層と前記第２のレリーフ層との合計の光学厚さが、λ／４のＭ倍〜λ／４のＭ倍＋２０ｎｍの間にあることを特徴とする請求項１７から２２のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
24. 請求項１７から２３のいずれか１項に記載の面発光レーザを複数個配置して構成されていることを特徴とする面発光レーザアレイ。
25. 請求項２４に記載の面発光レーザアレイを光源として備えていることを特徴とする光学機器。

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