JP2010103498A - 面発光レーザ、およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】表面レリーフ構造と電流狭窄構造との水平方向における相対位置のずれを抑制して位置合わせ精度を高くすることができ、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等を提供する。
【解決手段】半導体層が積層された面発光レーザであって、
上部ミラーの一部をエッチングすることによって形成された第１のエッチング領域を有する。
また、第１のエッチング領域の底部から、電流狭窄構造を形成するための半導体層までをエッチングすることによって形成された第２のエッチング領域を有する。この第２のエッチング領域の深さは、第１のエッチング領域の深さよりも浅い。
【選択図】 図１
【解決手段】半導体層が積層された面発光レーザであって、
上部ミラーの一部をエッチングすることによって形成された第１のエッチング領域を有する。
また、第１のエッチング領域の底部から、電流狭窄構造を形成するための半導体層までをエッチングすることによって形成された第２のエッチング領域を有する。この第２のエッチング領域の深さは、第１のエッチング領域の深さよりも浅い。
【選択図】 図１
Description
本発明は、面発光レーザ、およびその製造方法に関する。
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（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）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も要求される。
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も要求される。
近年、面発光レーザでは高性能化のために、つぎのような選択酸化方式によって電流を注入する方法が開発されている。
この選択酸化方式では、ＡｌＡｓ層または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。
しかしながら、上記のように電流狭窄構造を形成するために選択酸化することは、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。
その対策として、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が、このような方法では、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。
更に、微小な発光領域に電流を注入するため電流密度が高くなり、素子抵抗の増大、素子寿命の低下等の原因にもなる。
この選択酸化方式では、ＡｌＡｓ層または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。
しかしながら、上記のように電流狭窄構造を形成するために選択酸化することは、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。
その対策として、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が、このような方法では、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。
更に、微小な発光領域に電流を注入するため電流密度が高くなり、素子抵抗の増大、素子寿命の低下等の原因にもなる。
このようなことから、従来において、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、非特許文献１では、面発光レーザ素子の光出射面に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が開示されている。
図７に、この方法により表面レリーフ構造が形成された面発光レーザの断面模式図を示す。
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段差加工が施された構造を、以下において表面レリーフ構造と称することとする。
その方法の一つとして、非特許文献１では、面発光レーザ素子の光出射面に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が開示されている。
図７に、この方法により表面レリーフ構造が形成された面発光レーザの断面模式図を示す。
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段差加工が施された構造を、以下において表面レリーフ構造と称することとする。
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、表面レリーフ構造と電流狭窄構造との各々の水平方向の位置合わせが重要である。
具体的には、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の水平位置ずれは例えば１μｍ以内、さらに好ましくは０．５μｍにおさまっていることが望ましい。
なぜなら、それらの中心がずれていれば、発振させたいモード（この場合は基本横モード）に余計な損失を与える、あるいは発振させたくないモード（高次横モード）に必要な損失を与えられない、ことになってしまうからである。
このような表面レリーフ構造と電流狭窄構造との位置合わせをしてこれらを作製する方法として、上記非特許文献１ではセルフアラインプロセスと呼ばれる方法が開示されている。
この方法では、表面レリーフ構造とメサ構造の位置決めパターニングを一度に行うことが特徴である。
メサのエッチングにより選択酸化層の側壁を露出させ、そこから選択酸化層の酸化を行って電流狭窄構造が形成される。
このため、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が自動的に行われることとなる。
具体的には、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の水平位置ずれは例えば１μｍ以内、さらに好ましくは０．５μｍにおさまっていることが望ましい。
なぜなら、それらの中心がずれていれば、発振させたいモード（この場合は基本横モード）に余計な損失を与える、あるいは発振させたくないモード（高次横モード）に必要な損失を与えられない、ことになってしまうからである。
このような表面レリーフ構造と電流狭窄構造との位置合わせをしてこれらを作製する方法として、上記非特許文献１ではセルフアラインプロセスと呼ばれる方法が開示されている。
この方法では、表面レリーフ構造とメサ構造の位置決めパターニングを一度に行うことが特徴である。
メサのエッチングにより選択酸化層の側壁を露出させ、そこから選択酸化層の酸化を行って電流狭窄構造が形成される。
このため、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が自動的に行われることとなる。
図８に、非特許文献１に開示されているセルフアラインプロセスを説明する概略図を示す。図８（ａ）から図８（ｅ）はセルフアラインプロセスフローを説明する図である。図８（ａ）に示すように、ＶＣＳＥＬ用半導体ウエハの上部ミラー１１４上に第１のレジスト４１０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８（ｂ）に示すように、パターニングされたレジスト４１０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１５０が形成される。
次に図８（ｃ）に示すように、第２のレジスト４２０を塗布し表面レリーフ構造１５０を保護するようにパターニングする。
次に図８（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１１５をメサ側壁に露出させる。
次に図８（ｅ）に示すように、レジスト４１０および４２０を除去し、高Ａｌ組成層１１５を選択酸化し電流狭窄構造１１６を形成する。
これ以降は標準的なプロセスにより、デバイスに電極を接続しＶＣＳＥＬ素子が完成される。
次に図８（ｂ）に示すように、パターニングされたレジスト４１０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１５０が形成される。
次に図８（ｃ）に示すように、第２のレジスト４２０を塗布し表面レリーフ構造１５０を保護するようにパターニングする。
次に図８（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１１５をメサ側壁に露出させる。
次に図８（ｅ）に示すように、レジスト４１０および４２０を除去し、高Ａｌ組成層１１５を選択酸化し電流狭窄構造１１６を形成する。
これ以降は標準的なプロセスにより、デバイスに電極を接続しＶＣＳＥＬ素子が完成される。
Ｈ．Ｊ．Ｕｎｏｌｄ ｅｔ ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．１６（１９９９）
ところで、上記した従来例によるセルフアラインプロセスを用い、メサ構造のエッチングにより選択酸化層を露出させ、選択酸化層の酸化を行えるようにするためには、深さ３〜４μｍ程度のエッチングが必要である。
このような深いエッチングにおいて、表面レリーフ構造と同時にパターニングしたメサ構造のパターンの位置どおりに、選択酸化層の側壁を露出させることは、つぎに述べるような理由により、困難である。
例えば、上記のように深さのあるメサ構造をウエットエッチングにより形成する場合には、垂直性を精度良く形成することは困難であり、また半導体の結晶方位依存性が出易いという課題が生じる。
また、上記のように深さのあるメサ構造をドライエッチングにより形成する場合には、レジストは対ドライエッチング耐性が低い。
そのため、エッチングマスクのエッジ部分がダメージを受けて後退することにより、メサ構造を精度良く形成することができないという課題が生じる。
このような深いエッチングにおいて、表面レリーフ構造と同時にパターニングしたメサ構造のパターンの位置どおりに、選択酸化層の側壁を露出させることは、つぎに述べるような理由により、困難である。
例えば、上記のように深さのあるメサ構造をウエットエッチングにより形成する場合には、垂直性を精度良く形成することは困難であり、また半導体の結晶方位依存性が出易いという課題が生じる。
また、上記のように深さのあるメサ構造をドライエッチングにより形成する場合には、レジストは対ドライエッチング耐性が低い。
そのため、エッチングマスクのエッジ部分がダメージを受けて後退することにより、メサ構造を精度良く形成することができないという課題が生じる。
これらの理由により、高Ａｌ層における酸化開始位置（エッチングにより露出した側壁の位置）は、メサ構造のパターニング位置からずれる可能性がある。
その場合、酸化開始位置がマスクパターンの位置からずれることになるから、結果的に電流狭窄構造のサイズ、位置が予定の値からずれ、不安定となる。
この結果、図９に一例を示すように、表面レリーフ構造と電流狭窄構造とが必ずしも整合せず相対位置のずれが生じ、効率の良い単一横モードＶＣＳＥＬが得られない可能性がある。
その場合、酸化開始位置がマスクパターンの位置からずれることになるから、結果的に電流狭窄構造のサイズ、位置が予定の値からずれ、不安定となる。
この結果、図９に一例を示すように、表面レリーフ構造と電流狭窄構造とが必ずしも整合せず相対位置のずれが生じ、効率の良い単一横モードＶＣＳＥＬが得られない可能性がある。
本発明は、上記課題に鑑み、表面レリーフ構造と電流狭窄構造との水平方向における相対位置のずれを抑制して位置合わせ精度を高くすることができ、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、およびその製造方法の提供を目的とする。
本発明は、つぎのように構成した面発光レーザ、およびその製造方法を提供するものである。
本発明の面発光レーザは、基板上に、下部ミラー、活性層、上部ミラー、を含む半導体層が積層された面発光レーザであって、
前記上部ミラーの一部をエッチングすることによって形成された第１のエッチング領域と、
前記第１のエッチング領域の底部から、前記第１のエッチング領域の下方における前記上部ミラーの中または前記上部ミラーと前記活性層との間に設けられた電流狭窄構造を形成するための半導体層までをエッチングすることによって形成された第２のエッチング領域と、
前記上部ミラーの表面側の光出射部に形成された段差構造による表面レリーフ構造と、
前記電流狭窄構造を形成するための半導体層の一部を酸化して形成された電流狭窄構造と、を備え、
前記第１のエッチング領域の深さよりも、前記第２のエッチング領域の深さが浅いことを特徴とする。
本発明の面発光レーザは、基板上に、下部ミラー、活性層、上部ミラー、を含む半導体層が積層された面発光レーザであって、
前記上部ミラーの一部をエッチングすることによって形成された第１のエッチング領域と、
前記第１のエッチング領域の底部から、前記第１のエッチング領域の下方における前記上部ミラーの中または前記上部ミラーと前記活性層との間に設けられた電流狭窄構造を形成するための半導体層までをエッチングすることによって形成された第２のエッチング領域と、
前記上部ミラーの表面側の光出射部に形成された段差構造による表面レリーフ構造と、
前記電流狭窄構造を形成するための半導体層の一部を酸化して形成された電流狭窄構造と、を備え、
前記第１のエッチング領域の深さよりも、前記第２のエッチング領域の深さが浅いことを特徴とする。
本発明によれば、表面レリーフ構造と電流狭窄構造との水平方向における相対位置のずれを抑制して位置合わせ精度を高くすることができ、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、およびその製造方法を実現することができる。
本発明は、上記構成により横モード制御のために形成された段差構造による表面レリーフ構造と電流狭窄構造との水平方向における相対位置のずれを抑制して位置合わせ精度を高くすることができるが、それは本発明者のつぎのような知見に基づくものである。
上記した発明の課題において述べたとおり、深さのあるメサ構造をエッチングするに際し、従来技術のようにセルフアラインによるパターニングをして一度にエッチングする場合には、メサ構造を精度良く形成することが困難である。
そこで、本発明は、このようなメサ構造を一度にエッチングせず、メサ構造をエッチングする工程を、第１のエッチング領域を形成する一段目のエッチング工程と、第２のエッチング領域を形成する二段目のエッチング工程とに分ける。
そして、二段目のエッチング工程において、上記したセルフアラインプロセスを用い、これにより上記一段目による第１のエッチング領域よりも浅いエッチングにより、少なくとも電流狭窄構造を形成するための半導体層までをエッチングし、該半導体層を露出させる。
このように、エッチングを２段階に分けることにより、電流狭窄構造用の半導体層を露出させる上で必要なエッチングの深さを、一度のエッチングで電流狭窄構造用の半導体層を露出する従来技術のエッチング深さに比べて浅くすることができる。
そのため、上記第２のエッチング領域のエッチングにより、露出された上記電流狭窄構造を形成するための半導体層の側面の位置を、表面レリーフ構造と整合している所定のパターニングの位置とより近い位置にエッチングすることができる。
これらにより、表面レリーフ構造と電流狭窄構造との位置合わせ精度を高くすることができるようにしたものである。
以下に、本発明の実施形態について説明する。
上記した発明の課題において述べたとおり、深さのあるメサ構造をエッチングするに際し、従来技術のようにセルフアラインによるパターニングをして一度にエッチングする場合には、メサ構造を精度良く形成することが困難である。
そこで、本発明は、このようなメサ構造を一度にエッチングせず、メサ構造をエッチングする工程を、第１のエッチング領域を形成する一段目のエッチング工程と、第２のエッチング領域を形成する二段目のエッチング工程とに分ける。
そして、二段目のエッチング工程において、上記したセルフアラインプロセスを用い、これにより上記一段目による第１のエッチング領域よりも浅いエッチングにより、少なくとも電流狭窄構造を形成するための半導体層までをエッチングし、該半導体層を露出させる。
このように、エッチングを２段階に分けることにより、電流狭窄構造用の半導体層を露出させる上で必要なエッチングの深さを、一度のエッチングで電流狭窄構造用の半導体層を露出する従来技術のエッチング深さに比べて浅くすることができる。
そのため、上記第２のエッチング領域のエッチングにより、露出された上記電流狭窄構造を形成するための半導体層の側面の位置を、表面レリーフ構造と整合している所定のパターニングの位置とより近い位置にエッチングすることができる。
これらにより、表面レリーフ構造と電流狭窄構造との位置合わせ精度を高くすることができるようにしたものである。
以下に、本発明の実施形態について説明する。
（実施形態１）
実施形態１として、本発明の基板上に、下部ミラー、活性層、上部ミラー、を含む半導体層が積層された面発光レーザを適用した構成例について説明する。
図１に、本実施形態における垂直共振器型面発光レーザ（以下、面発光レーザと記す）の構成例を説明するための断面模式図を示す。
実施形態１として、本発明の基板上に、下部ミラー、活性層、上部ミラー、を含む半導体層が積層された面発光レーザを適用した構成例について説明する。
図１に、本実施形態における垂直共振器型面発光レーザ（以下、面発光レーザと記す）の構成例を説明するための断面模式図を示す。
本実施形態の面発光レーザ１００は、図１に示されるように、基板１０４上に、下部ミラー１０６、下部スペーサ層１０８、活性層１１０、上部スペーサ層１１２、上部ミラー１１４が積層されている。
上部ミラー１０６、または上部ミラーと活性層１１０との間に、高Ａｌ組成層１１５による半導体層が設けられおり、その一部が酸化されて形成された電流狭窄構造１１６が構成されている。
この高Ａｌ組成層１１５は、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（０．９＜ｘ≦１）あるいはＡｌＡｓによる材料で形成することができる。
面発光レーザ１００は、上部ミラーの表面側の一部領域を構成する第１のエッチング領域１７０により、メサ構造が形成されている。
この第１のエッチング領域１７０によるメサ構造は高Ａｌ組成層１１５よりも上方にある。
また、第１のエッチング領域１７０の下部に、さらに第２のエッチング領域１７２が設けられている。
このメサ構造による第２のエッチング領域１７２は、前記第１のエッチング領域の下部から、少なくとも前記第１のエッチング領域の下方における前記上部ミラー１１４の中、または、前記上部ミラー１１４と活性層１１０との間に設けられた高Ａｌ組成層１１５までの領域を構成する。
この第２のエッチング領域１７２の深さは、第１のエッチング領域１７０よりもエッチング深さの浅いエッチングによって形成されている。
また、この第２のエッチング領域１７２は高Ａｌ組成層１１５の側壁を露出させており、上記したように高Ａｌ組成層１１５の一部がその側壁から酸化されており、活性層への電流注入を空間的に制限するための電流狭窄構造１１６が形成されている。
上部ミラー１０６、または上部ミラーと活性層１１０との間に、高Ａｌ組成層１１５による半導体層が設けられおり、その一部が酸化されて形成された電流狭窄構造１１６が構成されている。
この高Ａｌ組成層１１５は、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（０．９＜ｘ≦１）あるいはＡｌＡｓによる材料で形成することができる。
面発光レーザ１００は、上部ミラーの表面側の一部領域を構成する第１のエッチング領域１７０により、メサ構造が形成されている。
この第１のエッチング領域１７０によるメサ構造は高Ａｌ組成層１１５よりも上方にある。
また、第１のエッチング領域１７０の下部に、さらに第２のエッチング領域１７２が設けられている。
このメサ構造による第２のエッチング領域１７２は、前記第１のエッチング領域の下部から、少なくとも前記第１のエッチング領域の下方における前記上部ミラー１１４の中、または、前記上部ミラー１１４と活性層１１０との間に設けられた高Ａｌ組成層１１５までの領域を構成する。
この第２のエッチング領域１７２の深さは、第１のエッチング領域１７０よりもエッチング深さの浅いエッチングによって形成されている。
また、この第２のエッチング領域１７２は高Ａｌ組成層１１５の側壁を露出させており、上記したように高Ａｌ組成層１１５の一部がその側壁から酸化されており、活性層への電流注入を空間的に制限するための電流狭窄構造１１６が形成されている。
また、横モード制御のために形成された段差構造による表面レリーフ構造１５０と電流狭窄構造１１６との水平方向における相対位置が位置合わせされている。具体的には、上部ミラー１１４の上部で、メサ構造の中心にあたる場所に表面レリーフ構造１５０が設けられている。
表面レリーフ構造１５０と、第２のエッチング領域１７２とは、基板面内方向に位置合わせが行われている。
例えば、ここでは表面レリーフ構造１５０は同心円状の凸型のレリーフ構造が形成されており、上部ミラー１１４の中心部の反射率が高くなるように設計されている。
また、表面レリーフ構造１５０の中心と、電流狭窄構造１１６のアパーチャ中心とは、水平位置が一致している。
メサ構造の一部の上部面および側壁には、絶縁膜１２４が設けられている。
上部ミラー１１４の最上部には、コンタクト層が設けられており（不図示）、コンタクト層上の一部に上部電極１２６が接続されている。
上部電極１２６には光取り出しのための開口が設けられている。
また、下部電極１０２が基板裏側に接続されている。
本実施形態の面発光レーザ１００は、上記構成を備え、上部電極１２６と下部電極１０２との間に所定の電圧を印加することで、活性層１１０が発光し、面発光レーザ１００は発振し、上部電極の開口からレーザ光が出射されるように構成されている。
以上のように、エッチングを２段階に分け、１段階目のエッチング深さよりも２段階目のエッチング深さを浅くしている。
そして、２段階目のエッチングにより、電流狭窄構造を形成するための半導体層を露出する。これにより、表面レリーフ構造と電流狭窄構造との位置合わせ精度を高くすることができるため、単一横モード特性を安定して得ることができる面発光レーザを提供することができる。
表面レリーフ構造１５０と、第２のエッチング領域１７２とは、基板面内方向に位置合わせが行われている。
例えば、ここでは表面レリーフ構造１５０は同心円状の凸型のレリーフ構造が形成されており、上部ミラー１１４の中心部の反射率が高くなるように設計されている。
また、表面レリーフ構造１５０の中心と、電流狭窄構造１１６のアパーチャ中心とは、水平位置が一致している。
メサ構造の一部の上部面および側壁には、絶縁膜１２４が設けられている。
上部ミラー１１４の最上部には、コンタクト層が設けられており（不図示）、コンタクト層上の一部に上部電極１２６が接続されている。
上部電極１２６には光取り出しのための開口が設けられている。
また、下部電極１０２が基板裏側に接続されている。
本実施形態の面発光レーザ１００は、上記構成を備え、上部電極１２６と下部電極１０２との間に所定の電圧を印加することで、活性層１１０が発光し、面発光レーザ１００は発振し、上部電極の開口からレーザ光が出射されるように構成されている。
以上のように、エッチングを２段階に分け、１段階目のエッチング深さよりも２段階目のエッチング深さを浅くしている。
そして、２段階目のエッチングにより、電流狭窄構造を形成するための半導体層を露出する。これにより、表面レリーフ構造と電流狭窄構造との位置合わせ精度を高くすることができるため、単一横モード特性を安定して得ることができる面発光レーザを提供することができる。
ところで、高Ａｌ組成層として、Ａｌ組成比が高いＡｌＧａＡｓ層、特にＡｌＡｓ層を選択酸化する場合、酸化速度には結晶方位への依存性が出る。例えば、＜１００＞軸に沿った面での選択酸化の速度は＜１１０＞軸に沿った面での選択酸化の速度より速い。この場合、円形のメサ側面から高Ａｌ組成層の選択酸化を開始した場合、電流狭窄構造のアパーチャ形状は四角形状になる。
さらに、通常用いられる（１００）面基板ではなく、例えば（１００）から５°以上、例えば１０°のオフ角度がついた傾斜基板を用いた場合には、その四角形状がさらに歪んでしまうこととなる。
さらに、通常用いられる（１００）面基板ではなく、例えば（１００）から５°以上、例えば１０°のオフ角度がついた傾斜基板を用いた場合には、その四角形状がさらに歪んでしまうこととなる。
ここで、信頼性の観点からは電流狭窄構造は円形であることが望ましいため、円形の電流狭窄構造を得たい場合には、高Ａｌ組成層の各面内方向における酸化速度の違いを考慮し、それに応じて中心部から側壁までの距離を決めることがある。このような場合に、高Ａｌ組成層の酸化開始位置がパターニングの位置とずれてしまうと、電流狭窄構造のアパーチャ形状を円形に形成することが難しくなる。
しかしながら、上記で説明したように２段階のエッチングによる面発光レーザによれば、酸化開始位置とパターニング位置とを精度よく合わせることができるため、アパーチャ形状を円形に形成することができる。このため、電流狭窄構造のアパーチャと表面レリーフ構造との相対位置を精度よく合わせることができ、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提供することができる。
しかしながら、上記で説明したように２段階のエッチングによる面発光レーザによれば、酸化開始位置とパターニング位置とを精度よく合わせることができるため、アパーチャ形状を円形に形成することができる。このため、電流狭窄構造のアパーチャと表面レリーフ構造との相対位置を精度よく合わせることができ、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提供することができる。
（実施形態２）
つぎに、実施形態２として、本発明の基板上に、半導体層を積層して面発光レーザを形成する面発光レーザの製造方法を適用した構成例について説明する。
図２及び図３に、本実施形態の面発光レーザにおける作成方法の構成例を説明する模式図を示す。
図２（Ａ）から図２（Ｆ）は本実施形態の面発光レーザの製造工程を示す図であり、図３（Ｇ）から図３（Ｋ）は図２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。
図２及び図３には、実施形態１における図１に示した構成と同様の構成には同一の符号が付されている。
つぎに、実施形態２として、本発明の基板上に、半導体層を積層して面発光レーザを形成する面発光レーザの製造方法を適用した構成例について説明する。
図２及び図３に、本実施形態の面発光レーザにおける作成方法の構成例を説明する模式図を示す。
図２（Ａ）から図２（Ｆ）は本実施形態の面発光レーザの製造工程を示す図であり、図３（Ｇ）から図３（Ｋ）は図２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。
図２及び図３には、実施形態１における図１に示した構成と同様の構成には同一の符号が付されている。
本実施形態の面発光レーザの作成方法においては、まず、図２（Ａ）に示す工程において、ｎ型のＧａＡｓ基板１０４上に、下部ミラー１０６から上部ミラー１１４までを、順次成長させる。
例えば、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、下部ミラー１０６、下部スペーサ層１０８、活性層１１０、を成長させる。
さらに、この活性層１１０上に、上部スペーサ層１１２、高Ａｌ組成層１１５、上部ミラー１１４を成長させる。
面発光レーザ１００の発振波長をλとすると、活性層１１０は波長λにおいて利得を持つ。λは例えば６８０ｎｍである。
具体的には、例えば、基板１０４として、ＧａＡｓ基板を用い、その主面が（１００）面から５度以上傾いた傾斜基板で形成されているＧａＡｓ基板を用いる。また、下部ミラー１０６は、ｎ型のＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層の６０ペアからなるＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）で形成され、各層はλ／４の光学厚とされている。
下部スペーサ層１０８はｎ型のＡｌＧａＩｎＰ層で形成され、活性層１１０はＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰの多重量子井戸で形成されている。
また、上部スペーサ層１１２はｐ型のＡｌＩｎＰ層で形成され、上部ミラー１１４はｐ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層の３８ペアからなるＤＢＲで形成されている。また、各層はλ／４の光学厚とされている。
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により形成される垂直共振器で共振する定在波の腹の位置に活性層１１０が来るように調整される。
また、上部ミラー１１４の内部（例えば活性層側１ペア目）に、高Ａｌ組成層１１５が設けられている。
高Ａｌ組成層１１５は、具体的にはＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓで形成され、３０ｎｍ厚とされている。
また、上部ミラーの最上層はＧａＡｓコンタクト層で形成され、２０ｎｍ厚とされている。
例えば、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、下部ミラー１０６、下部スペーサ層１０８、活性層１１０、を成長させる。
さらに、この活性層１１０上に、上部スペーサ層１１２、高Ａｌ組成層１１５、上部ミラー１１４を成長させる。
面発光レーザ１００の発振波長をλとすると、活性層１１０は波長λにおいて利得を持つ。λは例えば６８０ｎｍである。
具体的には、例えば、基板１０４として、ＧａＡｓ基板を用い、その主面が（１００）面から５度以上傾いた傾斜基板で形成されているＧａＡｓ基板を用いる。また、下部ミラー１０６は、ｎ型のＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層の６０ペアからなるＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）で形成され、各層はλ／４の光学厚とされている。
下部スペーサ層１０８はｎ型のＡｌＧａＩｎＰ層で形成され、活性層１１０はＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰの多重量子井戸で形成されている。
また、上部スペーサ層１１２はｐ型のＡｌＩｎＰ層で形成され、上部ミラー１１４はｐ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層の３８ペアからなるＤＢＲで形成されている。また、各層はλ／４の光学厚とされている。
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により形成される垂直共振器で共振する定在波の腹の位置に活性層１１０が来るように調整される。
また、上部ミラー１１４の内部（例えば活性層側１ペア目）に、高Ａｌ組成層１１５が設けられている。
高Ａｌ組成層１１５は、具体的にはＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓで形成され、３０ｎｍ厚とされている。
また、上部ミラーの最上層はＧａＡｓコンタクト層で形成され、２０ｎｍ厚とされている。
次に、図２（Ｂ）に示す工程において、第１の保護膜２６０を成膜し、第１のレジスト２６２を塗布後、メサ構造のパターニングを行う。
第１の保護膜２６０は例えばＳｉＯ２やＳｉＮなどであり、膜厚は例えば２００ｎｍである。
第１の保護膜２６０は例えばプラズマＣＶＤ法にて成膜する。メサ構造の直径は例えば２６μｍとする。
次に、図２（Ｃ）に示す工程において、第１のレジスト２６２をマスクに、第１の保護膜２６０をウエットエッチングする。
このエッチングに際しては、例えば、バッファードフッ酸を用いる。
さらに、第１のレジスト２６２および第１の保護膜２６０をマスクに、上部ミラー１１４のエッチングを行う。
このエッチングは、例えばドライエッチング、または、ウエット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。
この図２（Ｃ）に示すエッチング工程では、エッチング領域が高Ａｌ組成層１１５に到達しない第１のエッチング領域が形成される。
すなわち、実施形態１の図１で説明したメサ構造が高Ａｌ組成層１１５よりも上方にある第１のエッチング領域１７０に相当する領域が、この図２（Ｃ）に示す工程において第１のエッチング領域としてエッチングされる。
第１の保護膜２６０は例えばＳｉＯ２やＳｉＮなどであり、膜厚は例えば２００ｎｍである。
第１の保護膜２６０は例えばプラズマＣＶＤ法にて成膜する。メサ構造の直径は例えば２６μｍとする。
次に、図２（Ｃ）に示す工程において、第１のレジスト２６２をマスクに、第１の保護膜２６０をウエットエッチングする。
このエッチングに際しては、例えば、バッファードフッ酸を用いる。
さらに、第１のレジスト２６２および第１の保護膜２６０をマスクに、上部ミラー１１４のエッチングを行う。
このエッチングは、例えばドライエッチング、または、ウエット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。
この図２（Ｃ）に示すエッチング工程では、エッチング領域が高Ａｌ組成層１１５に到達しない第１のエッチング領域が形成される。
すなわち、実施形態１の図１で説明したメサ構造が高Ａｌ組成層１１５よりも上方にある第１のエッチング領域１７０に相当する領域が、この図２（Ｃ）に示す工程において第１のエッチング領域としてエッチングされる。
次に、図２（Ｄ）に示す工程において、第１のレジスト２６２を除去し、第２の保護膜２６４をメサ構造を覆うように成膜する。
第１のレジスト２６２の除去は、例えば酸素プラズマによるアッシングにて行う。
この第２の保護膜２６４としては、例えばＳｉＯ２やＳｉＮなどが用いられ、プラズマＣＶＤ法により成膜する。
第２の保護膜２６４の膜厚は、例えば５００ｎｍとすることができる。
その後、第２のレジスト２６６を塗布し、表面レリーフ構造１５０、および高Ａｌ組成層の側壁を露出させるためのエッチング領域を形成するためのパターニングを行う。
このパターニングは、実施形態１の図１で説明した第１のエッチング領域１７０の底部に、さらに設けられる該第１のエッチング領域１７０の深さよりも浅い第２のエッチング領域１７２に相当するエッチング領域を形成するために行われるものである。
前記パターニングは、例えば、プロジェクション型のフォトリソグラフィーにより同一マスクにて行う。
第２のレジストによるフォーカス深さ（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｏｃｕｓ）が、第１のエッチング領域の深さ以上となる条件によりフォトリソグラフィーを行うことが好ましい。
第２のエッチング領域１７２は、例えば、メサ構造を取り囲むリング状に形成される。
第２のエッチング領域１７２を形成するためのパターニングは、第１のエッチング領域１７０の底部上方にある第２のレジスト２６６に行われる。
表面レリーフ構造１５０と第２のエッチング領域１７２のパターニングは、それらの中心が一致するように配されている。
なお、それらの中心とメサ構造（第１のエッチング領域に囲まれている構造）の中心とが必ずしも一致している必要はない。
第１のレジスト２６２の除去は、例えば酸素プラズマによるアッシングにて行う。
この第２の保護膜２６４としては、例えばＳｉＯ２やＳｉＮなどが用いられ、プラズマＣＶＤ法により成膜する。
第２の保護膜２６４の膜厚は、例えば５００ｎｍとすることができる。
その後、第２のレジスト２６６を塗布し、表面レリーフ構造１５０、および高Ａｌ組成層の側壁を露出させるためのエッチング領域を形成するためのパターニングを行う。
このパターニングは、実施形態１の図１で説明した第１のエッチング領域１７０の底部に、さらに設けられる該第１のエッチング領域１７０の深さよりも浅い第２のエッチング領域１７２に相当するエッチング領域を形成するために行われるものである。
前記パターニングは、例えば、プロジェクション型のフォトリソグラフィーにより同一マスクにて行う。
第２のレジストによるフォーカス深さ（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｏｃｕｓ）が、第１のエッチング領域の深さ以上となる条件によりフォトリソグラフィーを行うことが好ましい。
第２のエッチング領域１７２は、例えば、メサ構造を取り囲むリング状に形成される。
第２のエッチング領域１７２を形成するためのパターニングは、第１のエッチング領域１７０の底部上方にある第２のレジスト２６６に行われる。
表面レリーフ構造１５０と第２のエッチング領域１７２のパターニングは、それらの中心が一致するように配されている。
なお、それらの中心とメサ構造（第１のエッチング領域に囲まれている構造）の中心とが必ずしも一致している必要はない。
次に、図２（Ｅ）に示す工程において、第２のレジスト２６６をマスクに、第２の保護膜２６４および第１の保護膜２６０のエッチングを行う。
第２の保護膜２６４および第１の保護膜２６０のエッチングは例えばバッファードフッ酸にて行う。
次に、図２（Ｆ）に示す工程において、第２のレジスト２６６を除去する。第２のレジスト２６６の除去は例えばアセトンにより行う。
その後、第２の保護膜２６４をマスクに、上部ミラー１１４の上部をエッチングすることで、上部ミラー１１４に表面レリーフ構造１５０を形成する。上部ミラー１１４のエッチングはウエットエッチングにて行う。
第２の保護膜２６４および第１の保護膜２６０のエッチングは例えばバッファードフッ酸にて行う。
次に、図２（Ｆ）に示す工程において、第２のレジスト２６６を除去する。第２のレジスト２６６の除去は例えばアセトンにより行う。
その後、第２の保護膜２６４をマスクに、上部ミラー１１４の上部をエッチングすることで、上部ミラー１１４に表面レリーフ構造１５０を形成する。上部ミラー１１４のエッチングはウエットエッチングにて行う。
次に、図３（Ｇ）に示す工程において、メサ構造および表面レリーフ構造１５０を覆うように、第３の保護膜２６８を成膜する。
第３の保護膜２６８は例えばＳｉＯ２やＳｉＮなどであり、プラズマＣＶＤ法にて成膜する。
第３の保護膜２６８の膜厚は、例えば１００ｎｍである。
次に、第３のレジスト２７４を塗布し、表面レリーフ構造１５０のエッチング部を第３のレジスト２７４が塞ぎかつ第３のレジスト２７４がメサ上部からはみださないようにパターニングを行う。
第３の保護膜２６８は例えばＳｉＯ２やＳｉＮなどであり、プラズマＣＶＤ法にて成膜する。
第３の保護膜２６８の膜厚は、例えば１００ｎｍである。
次に、第３のレジスト２７４を塗布し、表面レリーフ構造１５０のエッチング部を第３のレジスト２７４が塞ぎかつ第３のレジスト２７４がメサ上部からはみださないようにパターニングを行う。
次に、図３（Ｈ）に示す工程において、第３のレジスト２７４をマスクに第３の保護膜２６８をエッチングする。
エッチングは例えばバッファードフッ酸にて行う。この場合に、一部の第３の保護膜２６８のメサ側には第２の保護膜２６４が存在するが、第２の保護膜２６４を全てエッチングしないように、エッチングの時間を調整する。
次に、図３（Ｉ）に示す工程において、第３のレジスト２７４および第２の保護膜２６４をマスクとして、エッチングを行い第２のエッチング領域１７２を形成する。
この第２のエッチング領域１７２は、前述した実施形態１の図１で説明した第１のエッチング領域１７０の底部おける該第１のエッチング領域１７０の深さよりも浅い第２のエッチング領域１７２に相当するエッチング領域である。
エッチングはドライエッチングまたはウエットエッチングにて行う。
この第２のエッチング領域のエッチングにおいては、第１のエッチング領域の下方の上部ミラー１１４から、少なくとも高Ａｌ組成層１１５を露出させるまでをエッチングすればよい。
本実施形態でのこの図３（Ｉ）の工程では、第２のエッチング領域のエッチングによって、下部スペーサ層１０８までエッチングするようにした。
エッチングは例えばバッファードフッ酸にて行う。この場合に、一部の第３の保護膜２６８のメサ側には第２の保護膜２６４が存在するが、第２の保護膜２６４を全てエッチングしないように、エッチングの時間を調整する。
次に、図３（Ｉ）に示す工程において、第３のレジスト２７４および第２の保護膜２６４をマスクとして、エッチングを行い第２のエッチング領域１７２を形成する。
この第２のエッチング領域１７２は、前述した実施形態１の図１で説明した第１のエッチング領域１７０の底部おける該第１のエッチング領域１７０の深さよりも浅い第２のエッチング領域１７２に相当するエッチング領域である。
エッチングはドライエッチングまたはウエットエッチングにて行う。
この第２のエッチング領域のエッチングにおいては、第１のエッチング領域の下方の上部ミラー１１４から、少なくとも高Ａｌ組成層１１５を露出させるまでをエッチングすればよい。
本実施形態でのこの図３（Ｉ）の工程では、第２のエッチング領域のエッチングによって、下部スペーサ層１０８までエッチングするようにした。
次に、図３（Ｊ）に示す工程において、第３のレジスト２７４を除去した後、高Ａｌ組成層１１５の一部を酸化し電流狭窄構造１１６を形成する。
第３のレジスト２７４の除去は例えばアセトンにて行う。高Ａｌ組成層１１５の酸化は、例えば４００℃に加熱し水蒸気雰囲気下で３０分置くことで行う。
高Ａｌ組成層１１５は、第２のエッチング領域に露出しているその側面から酸化される。酸化による電流狭窄構造のアパーチャの直径は例えば６μｍである。
第３のレジスト２７４の除去は例えばアセトンにて行う。高Ａｌ組成層１１５の酸化は、例えば４００℃に加熱し水蒸気雰囲気下で３０分置くことで行う。
高Ａｌ組成層１１５は、第２のエッチング領域に露出しているその側面から酸化される。酸化による電流狭窄構造のアパーチャの直径は例えば６μｍである。
次に、図３（Ｋ）に示す工程において、第３の保護膜２６８、第２の保護膜２６４、第１の保護膜２６０を除去する。この除去は、例えばバッファードフッ酸により行う。
これ以降は標準的なプロセスにより、デバイスに電極を接続し面発光レーザ１００が完成される。
具体的には、図１に示すように、メサ構造を覆うように絶縁膜１２４を成膜し、メサ上部の一部の絶縁膜１２４を除去する。
その後、上部電極１２６を光出射部（表面レリーフ構造１５０を含む）に開口が設けられるようにメサ構造および絶縁膜１２４上に形成し、下部電極１０２を基板下側に形成する。
絶縁膜１２４は、例えば２００ｎｍ厚のＳｉＯ２膜を、例えばプラズマＣＶＤ法により形成する。
上部電極１２６は、例えばＴｉ／Ａｕでありリフトオフ法を用いて形成する。
下部電極１０２は、例えばＡｕＧｅ／Ａｕにより形成する。なお、必要であれば、面発光レーザ１００を３００℃程度でのアニール処理し、その電極−半導体界面におけるコンタクト性を改善しても良い。
これ以降は標準的なプロセスにより、デバイスに電極を接続し面発光レーザ１００が完成される。
具体的には、図１に示すように、メサ構造を覆うように絶縁膜１２４を成膜し、メサ上部の一部の絶縁膜１２４を除去する。
その後、上部電極１２６を光出射部（表面レリーフ構造１５０を含む）に開口が設けられるようにメサ構造および絶縁膜１２４上に形成し、下部電極１０２を基板下側に形成する。
絶縁膜１２４は、例えば２００ｎｍ厚のＳｉＯ２膜を、例えばプラズマＣＶＤ法により形成する。
上部電極１２６は、例えばＴｉ／Ａｕでありリフトオフ法を用いて形成する。
下部電極１０２は、例えばＡｕＧｅ／Ａｕにより形成する。なお、必要であれば、面発光レーザ１００を３００℃程度でのアニール処理し、その電極−半導体界面におけるコンタクト性を改善しても良い。
上記の製造方法において、高Ａｌ組成層１１５を露出させるために必要なエッチングの深さは、従来技術に比べて浅く済む。
具体的には、前記第２のエッチング領域のエッチング深さを、５００ｎｍ以上、１μｍ以下、あるいは１００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下、あるいはこれらより更に浅いエッチング深さとすることができる。
したがって、高Ａｌ組成層１１５の露出した側面の位置は、表面レリーフ構造１５０と整合している所定のパターニングの位置により近いものとなる。
したがって高Ａｌ組成層１１５の側面から酸化により形成される電流狭窄構造１１６のアパーチャと、表面レリーフ構造１５０との相対的な位置精度が高い面発光レーザが実現される。
具体的には、前記第２のエッチング領域のエッチング深さを、５００ｎｍ以上、１μｍ以下、あるいは１００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下、あるいはこれらより更に浅いエッチング深さとすることができる。
したがって、高Ａｌ組成層１１５の露出した側面の位置は、表面レリーフ構造１５０と整合している所定のパターニングの位置により近いものとなる。
したがって高Ａｌ組成層１１５の側面から酸化により形成される電流狭窄構造１１６のアパーチャと、表面レリーフ構造１５０との相対的な位置精度が高い面発光レーザが実現される。
第１のエッチング領域１７０のエッチングにおいては、高Ａｌ組成層が露出されるエッチングではないため、横方向へのエッチングの広がりはさほど重要ではない。したがって、ドライエッチングに限らず、ウエットエッチングも使用することができる。
ウエットエッチングを用いた場合は、エッチングストップ層を用いて第１のエッチング領域の深さを制御することができる。
すなわち、高Ａｌ組成層よりも上にエッチングストップ層を設け、第１のエッチング領域のエッチングはエッチングストップ層までとする。
その結果、第１のエッチング領域は高Ａｌ組成層まで到達しないという条件を容易に達成できる。
例えば、第１のエッチング領域のエッチングに用いるエッチャントはリン酸系エッチャントとし、第１のエッチングストップ層には、例えば５０ｎｍ厚ないし１００ｎｍ厚のＡｌＩｎＰ層を用いることができる。
ウエットエッチングを用いた場合は、エッチングストップ層を用いて第１のエッチング領域の深さを制御することができる。
すなわち、高Ａｌ組成層よりも上にエッチングストップ層を設け、第１のエッチング領域のエッチングはエッチングストップ層までとする。
その結果、第１のエッチング領域は高Ａｌ組成層まで到達しないという条件を容易に達成できる。
例えば、第１のエッチング領域のエッチングに用いるエッチャントはリン酸系エッチャントとし、第１のエッチングストップ層には、例えば５０ｎｍ厚ないし１００ｎｍ厚のＡｌＩｎＰ層を用いることができる。
第２のエッチング領域１７２のエッチングにおいては、そのパターニング境界とほぼ同位置に高Ａｌ組成層の側面を露出させることが望ましい。
第２のエッチング領域のエッチングにドライエッチング、ウエットエッチングのどちらを用いる場合でも、第２のエッチング領域のエッチング開始深さ位置から高Ａｌ組成層までの距離はできるだけ短いことが望ましい。
第２のエッチング領域のエッチング開始深さ位置から高Ａｌ組成層までの距離が十分短い場合は、等方的なエッチング性を持つウエットエッチングを用いても露出させる高Ａｌ組成層の側面位置制御が十分にできる。
例えば、電流狭窄構造のアパーチャ中心と表面レリーフ構造の中心を０．４μｍ以内に合わせたい場合、前記距離を０．４μｍ以内に設定すれば十分である。
一方で、従来技術のように、上部ミラーの最上部からエッチングを開始し高Ａｌ組成層を出す場合は、３μｍ程度のエッチングは必要であるから、表面レリーフ構造の中心と電流狭窄構造のアパーチャ中心をその精度であわせることは困難である。
また、第２のエッチング領域のエッチングにウエットエッチングを用いる場合は、第１のエッチング領域のエッチング同様にエッチングストップ層を用いることでエッチング深さを制御できる。
ここで２種類のエッチャントにより第２のエッチング領域のエッチングを行っても良い。
一方、第２のエッチング領域のエッチングに、垂直エッチング性の高いドライエッチングを用いると、パターニング境界位置と高Ａｌ組成層の側面位置をより正確に合わせることができる。
第２のエッチング領域のエッチングにドライエッチング、ウエットエッチングのどちらを用いる場合でも、第２のエッチング領域のエッチング開始深さ位置から高Ａｌ組成層までの距離はできるだけ短いことが望ましい。
第２のエッチング領域のエッチング開始深さ位置から高Ａｌ組成層までの距離が十分短い場合は、等方的なエッチング性を持つウエットエッチングを用いても露出させる高Ａｌ組成層の側面位置制御が十分にできる。
例えば、電流狭窄構造のアパーチャ中心と表面レリーフ構造の中心を０．４μｍ以内に合わせたい場合、前記距離を０．４μｍ以内に設定すれば十分である。
一方で、従来技術のように、上部ミラーの最上部からエッチングを開始し高Ａｌ組成層を出す場合は、３μｍ程度のエッチングは必要であるから、表面レリーフ構造の中心と電流狭窄構造のアパーチャ中心をその精度であわせることは困難である。
また、第２のエッチング領域のエッチングにウエットエッチングを用いる場合は、第１のエッチング領域のエッチング同様にエッチングストップ層を用いることでエッチング深さを制御できる。
ここで２種類のエッチャントにより第２のエッチング領域のエッチングを行っても良い。
一方、第２のエッチング領域のエッチングに、垂直エッチング性の高いドライエッチングを用いると、パターニング境界位置と高Ａｌ組成層の側面位置をより正確に合わせることができる。
つぎに、第１のエッチング領域１７０と第２のエッチング領域１７２を形成する際のエッチングに、ウエットエッチングを用いる場合の具体例について説明する。
図４に、上記具体例について説明するための層構成を示す。
図４にその具体例の層構成を示すように、ＡｌＡｓ層からなる高Ａｌ組成層１１５の上方にＡｌＧａＩｎＰ層からなる第１のエッチングストップ層３１０が、下方にＡｌＧａＩｎＰからなる第２のエッチングストップ層３２０が設けられている。
第１のエッチングストップ層はＡｌＧａＡｓ系の多層膜反射鏡で構成された上部ミラー１１４に挟まれている。
第１のエッチング領域１７０のエッチングにおいては、エッチャントとして例えばリン酸系のもの、例えば体積比でリン酸：過酸化水素水（３１％）：水＝４：１：９０で混合したものを用いる。
このエッチャントは、ＡｌＧａＡｓ系半導体はエッチングするが、ＡｌＧａＩｎＰ層はほとんどエッチングしない。
このため第１のエッチング領域のエッチングは第１のエッチングストップ層３１０に到達したところで止まる。
第２のエッチング領域のエッチングでは、まずバッファードフッ酸により第１のエッチングストップ層３１０を除去した後に、前記のリン酸系エッチャントにて、残りの上部ミラー１１４および高Ａｌ組成層１１５をエッチングする。
第２のエッチング領域のエッチングは第２のエッチングストップ層３２０に到達したところで止まる。
図４に、上記具体例について説明するための層構成を示す。
図４にその具体例の層構成を示すように、ＡｌＡｓ層からなる高Ａｌ組成層１１５の上方にＡｌＧａＩｎＰ層からなる第１のエッチングストップ層３１０が、下方にＡｌＧａＩｎＰからなる第２のエッチングストップ層３２０が設けられている。
第１のエッチングストップ層はＡｌＧａＡｓ系の多層膜反射鏡で構成された上部ミラー１１４に挟まれている。
第１のエッチング領域１７０のエッチングにおいては、エッチャントとして例えばリン酸系のもの、例えば体積比でリン酸：過酸化水素水（３１％）：水＝４：１：９０で混合したものを用いる。
このエッチャントは、ＡｌＧａＡｓ系半導体はエッチングするが、ＡｌＧａＩｎＰ層はほとんどエッチングしない。
このため第１のエッチング領域のエッチングは第１のエッチングストップ層３１０に到達したところで止まる。
第２のエッチング領域のエッチングでは、まずバッファードフッ酸により第１のエッチングストップ層３１０を除去した後に、前記のリン酸系エッチャントにて、残りの上部ミラー１１４および高Ａｌ組成層１１５をエッチングする。
第２のエッチング領域のエッチングは第２のエッチングストップ層３２０に到達したところで止まる。
（実施形態３）
つぎに、実施形態３として、電流狭窄構造の形成後に表面レリーフ構造を形成するようにした点で、上記した実施形態２とは作成方法が異なる面発光レーザの作成方法について説明する。
図５（Ａ）から図５（Ｆ）は本実施形態の面発光レーザの製造工程を示す図であり、図６（Ｇ）から図６（Ｉ）は図５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。
図５及び図６には、実施形態２における図２及び図３に示した構成と同様の構成には同一の符号が付されている。
本実施形態の面発光レーザの作成方法においては、電流狭窄構造１１６の形成後に表面レリーフ構造１５０を形成する点で、上記した電流狭窄構造の形成前に形成する実施形態２の作製方法と異なる。
本実施形態の作成方法は、実施形態２の作製方法に比べ工程数が少なくて済むというメリットがある。
つぎに、実施形態３として、電流狭窄構造の形成後に表面レリーフ構造を形成するようにした点で、上記した実施形態２とは作成方法が異なる面発光レーザの作成方法について説明する。
図５（Ａ）から図５（Ｆ）は本実施形態の面発光レーザの製造工程を示す図であり、図６（Ｇ）から図６（Ｉ）は図５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。
図５及び図６には、実施形態２における図２及び図３に示した構成と同様の構成には同一の符号が付されている。
本実施形態の面発光レーザの作成方法においては、電流狭窄構造１１６の形成後に表面レリーフ構造１５０を形成する点で、上記した電流狭窄構造の形成前に形成する実施形態２の作製方法と異なる。
本実施形態の作成方法は、実施形態２の作製方法に比べ工程数が少なくて済むというメリットがある。
本実施形態の面発光レーザの作成方法においては、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示す工程において、実施形態２の作製方法と同様の手順で、基板上に各層を順次成長させる。
すなわち、ｎ型のＧａＡｓ基板１０４上に、下部ミラー１０６、下部スペーサ層１０８、活性層１１０、上部スペーサ層１１２、高Ａｌ組成層１１５、上部ミラー１１４を成長させる。
ここで、上部ミラー１１４の最上部は、層厚が２０ｎｍ以上あるＧａＡｓコンタクト層を形成する。
その後、第１の保護膜２６０を成膜し、第１のレジスト２６２を塗布後、メサ構造のパターニングを行う。
その後、第１のレジスト２６２をマスクに、第１の保護膜２６０をウエットエッチングする。
第１のレジスト２６２および第１の保護膜２６０をマスクに、上部ミラー１１４のエッチングを行う。
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）の工程は、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）の工程と同じであるから、詳細な説明を省略する。
次に、図５（Ｄ）に示す工程において、第２のレジスト２６６を塗布し、表面レリーフ構造１５０、および高Ａｌ組成層の側壁を露出させるためのエッチング領域（第２のエッチング領域１７２）を形成するためのパターニングを行う。
第２のレジスト２６６へのパターニングは、実施形態２における第２のレジストへのパターニングと同様である。
すなわち、ｎ型のＧａＡｓ基板１０４上に、下部ミラー１０６、下部スペーサ層１０８、活性層１１０、上部スペーサ層１１２、高Ａｌ組成層１１５、上部ミラー１１４を成長させる。
ここで、上部ミラー１１４の最上部は、層厚が２０ｎｍ以上あるＧａＡｓコンタクト層を形成する。
その後、第１の保護膜２６０を成膜し、第１のレジスト２６２を塗布後、メサ構造のパターニングを行う。
その後、第１のレジスト２６２をマスクに、第１の保護膜２６０をウエットエッチングする。
第１のレジスト２６２および第１の保護膜２６０をマスクに、上部ミラー１１４のエッチングを行う。
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）の工程は、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）の工程と同じであるから、詳細な説明を省略する。
次に、図５（Ｄ）に示す工程において、第２のレジスト２６６を塗布し、表面レリーフ構造１５０、および高Ａｌ組成層の側壁を露出させるためのエッチング領域（第２のエッチング領域１７２）を形成するためのパターニングを行う。
第２のレジスト２６６へのパターニングは、実施形態２における第２のレジストへのパターニングと同様である。
次に、図５（Ｅ）に示す工程において、第２のレジスト２６６をマスクに、第２のエッチング領域のエッチングを行う。
エッチングは例えばウエットエッチングにより行い、エッチャントは例えばリン酸系エッチャントを用いる。
次に、図５（Ｆ）に示す工程において、第２のレジスト２６６をマスクに、第１の保護膜２６０をエッチングする。エッチングは例えばウエットエッチングにより行う。エッチャントは上部ミラー１１４の最上層であるＧａＡｓコンタクト層をほとんどエッチングしないものを用いる。例えばバッファードフッ酸である。図５（Ｅ）および図５（Ｆ）に示した工程を経て、高Ａｌ組成層１１５の側面が露出するようにする。
また、上部ミラー１１４の最上層であるＧａＡｓコンタクト層がほとんどダメージをうけていないことが望ましい。
エッチングは例えばウエットエッチングにより行い、エッチャントは例えばリン酸系エッチャントを用いる。
次に、図５（Ｆ）に示す工程において、第２のレジスト２６６をマスクに、第１の保護膜２６０をエッチングする。エッチングは例えばウエットエッチングにより行う。エッチャントは上部ミラー１１４の最上層であるＧａＡｓコンタクト層をほとんどエッチングしないものを用いる。例えばバッファードフッ酸である。図５（Ｅ）および図５（Ｆ）に示した工程を経て、高Ａｌ組成層１１５の側面が露出するようにする。
また、上部ミラー１１４の最上層であるＧａＡｓコンタクト層がほとんどダメージをうけていないことが望ましい。
次に、図６（Ｇ）に示す工程において、第２のレジスト２６６を除去した後、高Ａｌ組成層１１５の一部を酸化し電流狭窄構造１１６を形成する。
第２のレジスト２６６の除去は例えばアセトンにて行う。高Ａｌ組成層１１５の酸化は、例えば４００℃に加熱し水蒸気雰囲気下で３０分置くことで行う。
高Ａｌ組成層１１５は、第２のエッチング領域に露出しているその側面から酸化される。酸化による電流狭窄構造のアパーチャの直径は例えば６μｍである。なお上部ミラーの最上層であるＧａＡｓ層の一部は水蒸気雰囲気に剥き出しになっているが５００℃以下ではほとんど酸化されない。
第２のレジスト２６６の除去は例えばアセトンにて行う。高Ａｌ組成層１１５の酸化は、例えば４００℃に加熱し水蒸気雰囲気下で３０分置くことで行う。
高Ａｌ組成層１１５は、第２のエッチング領域に露出しているその側面から酸化される。酸化による電流狭窄構造のアパーチャの直径は例えば６μｍである。なお上部ミラーの最上層であるＧａＡｓ層の一部は水蒸気雰囲気に剥き出しになっているが５００℃以下ではほとんど酸化されない。
次に、図６（Ｈ）に示す工程において、第１の保護膜２６０をマスクに、上部ミラー１１４の上部をエッチングすることで、上部ミラー１１４に表面レリーフ構造１５０を形成する。
上部ミラー１１４のエッチングはウエットエッチングにて行う。
次に、図６（Ｉ）に示す工程において、第１の保護膜２６０を除去する。除去は例えばバッファードフッ酸にて行う。
これ以降は実施形態２と同様、標準的なプロセスにより、デバイスに電極を接続し面発光レーザ１００が完成される。
上部ミラー１１４のエッチングはウエットエッチングにて行う。
次に、図６（Ｉ）に示す工程において、第１の保護膜２６０を除去する。除去は例えばバッファードフッ酸にて行う。
これ以降は実施形態２と同様、標準的なプロセスにより、デバイスに電極を接続し面発光レーザ１００が完成される。
上記実施形態では、第２のエッチング領域はメサ構造を取り囲むように円状に形成されていたが、かならずしも円状である必要はない。また、複数に分割されていても良い。
例えば、具体的にＡｌＡｓ層のようなＡｌ組成比の高い高Ａｌ組成層を酸化する場合、円形の電流狭窄アパーチャ形状を得るために、第２のエッチング領域は、酸化速度の面内異方性を考慮して配置することができる。
あるいは、傾斜基板を用いたときの高Ａｌ組成層を酸化する場合、等においても同様である。
円形の電流狭窄アパーチャ形状を得るために、第２のエッチング領域は、酸化速度の面内異方性を考慮して配置することができる。
本発明によれば、第２のエッチング領域のエッチング深さを浅くできるから、より正確に第２のエッチング領域を所定のパターン通りに、配することができるため、表面レリーフ構造の効果をより確実に出すことが可能となる。
また、メサ構造は円形であっても良いし、そうでなくても良い。
また、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を利用することも可能である。
例えば、具体的にＡｌＡｓ層のようなＡｌ組成比の高い高Ａｌ組成層を酸化する場合、円形の電流狭窄アパーチャ形状を得るために、第２のエッチング領域は、酸化速度の面内異方性を考慮して配置することができる。
あるいは、傾斜基板を用いたときの高Ａｌ組成層を酸化する場合、等においても同様である。
円形の電流狭窄アパーチャ形状を得るために、第２のエッチング領域は、酸化速度の面内異方性を考慮して配置することができる。
本発明によれば、第２のエッチング領域のエッチング深さを浅くできるから、より正確に第２のエッチング領域を所定のパターン通りに、配することができるため、表面レリーフ構造の効果をより確実に出すことが可能となる。
また、メサ構造は円形であっても良いし、そうでなくても良い。
また、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を利用することも可能である。
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や置き換え等を行うことも可能である。例えば、洗浄工程等を途中に入れるようにしてもよい。
また、本実施形態で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本実施形態で開示された以外のものでもよい。
また、本実施形態では、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ようにしたため、光出射領域の中心部で反射率が高く、周辺部で反射率が低いという２領域に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。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、様々な形態を採ることができる。
また、本実施形態で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本実施形態で開示された以外のものでもよい。
また、本実施形態では、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ようにしたため、光出射領域の中心部で反射率が高く、周辺部で反射率が低いという２領域に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。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、様々な形態を採ることができる。
１００：面発光レーザ
１０２：下部電極
１０４：基板
１０６：下部ミラー
１０８：下部スペーサ層
１１０：活性層
１１２：上部スペーサ層
１１４：上部ミラー
１１５：高Ａｌ組成層
１１６：電流狭窄構造
１２６：上部電極
１５０：表面レリーフ構造
１７０：第１のエッチング領域
１７２：第２のエッチング領域
２６０：第１の保護膜
２６２：第１のレジスト
２６４：第２の保護膜
２６６：第２のレジスト
２６８：第３の保護膜
２７４：第３のレジスト
１０２：下部電極
１０４：基板
１０６：下部ミラー
１０８：下部スペーサ層
１１０：活性層
１１２：上部スペーサ層
１１４：上部ミラー
１１５：高Ａｌ組成層
１１６：電流狭窄構造
１２６：上部電極
１５０：表面レリーフ構造
１７０：第１のエッチング領域
１７２：第２のエッチング領域
２６０：第１の保護膜
２６２：第１のレジスト
２６４：第２の保護膜
２６６：第２のレジスト
２６８：第３の保護膜
２７４：第３のレジスト
Claims (10)
- 基板上に、下部ミラー、活性層、上部ミラー、を含む半導体層が積層された面発光レーザであって、
前記上部ミラーの一部をエッチングすることによって形成された第１のエッチング領域と、
前記第１のエッチング領域の底部から、前記第１のエッチング領域の下方における前記上部ミラーの中または前記上部ミラーと前記活性層との間に設けられた電流狭窄構造を形成するための半導体層までをエッチングすることによって形成された第２のエッチング領域と、
前記上部ミラーの表面側の光出射部に形成された段差構造による表面レリーフ構造と、
前記電流狭窄構造を形成するための半導体層の一部を酸化して形成された電流狭窄構造と、を備え、
前記第１のエッチング領域の深さよりも、前記第２のエッチング領域の深さが浅いことを特徴とする面発光レーザ。 - 前記電流狭窄構造を形成するための半導体層は、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（０．９＜ｘ≦１）による材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ。
- 前記第２のエッチング領域は、複数に分割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。
- 前記第２のエッチング領域のエッチング深さは、５００ｎｍ以上、１μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
- 前記第２のエッチング領域のエッチング深さは、１００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
- 面発光レーザの製造方法であって、
基板上に、下部ミラー、活性層、上部ミラーを含む半導体層を積層する工程と、
前記上部ミラーの上部から該上部ミラーの一部をエッチングし、第１のエッチング領域を形成する工程と、
前記第１のエッチング領域を形成する工程の後に、前記上部ミラーの上にレジストを形成する工程と、
前記レジストに、段差構造による表面レリーフ構造および第２のエッチング領域を形成するためのパターンを同一工程によりパターニングする工程と、
前記パターニングする工程の後に、前記パターンを用いて、前記第１のエッチング領域の底部から、前記第１のエッチング領域の下方における前記上部ミラーの中または前記上部ミラーと前記活性層との間に設けられた電流狭窄構造を形成するための半導体層までをエッチングすることによって前記第２のエッチング領域を形成する工程と、
前記第２のエッチング領域から電流狭窄構造を形成するための半導体層の一部を酸化して電流狭窄構造を形成する工程と、
前記パターニングする工程の後に、前記パターンを用い、前記上部ミラーの一部をエッチングし、該上部ミラーの表面側の光出射部に段差構造による表面レリーフ構造を形成する工程と、
を含み、
前記第１のエッチング領域の深さより前記第２のエッチング領域の深さが浅いことを特徴とする面発光レーザの製造方法。 - 前記表面レリーフ構造を形成する工程の後に、前記電流狭窄構造を形成する工程を行う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。
- 前記電流狭窄構造を形成する工程の後に、前記表面レリーフ構造を形成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。
- 前記第１のエッチング領域を形成する工程におけるエッチングは、ウエットエッチングまたはドライエッチングであることを特徴とする請求項６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。
- 前記第２のエッチング領域を形成する工程におけるエッチングは、ウエットエッチングまたはドライエッチングであることを特徴とする請求項６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。
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