JP2012080054A - 面発光型半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高速変調可能でありレーザ光の偏光方向の制御が安定した面発光型半導体レーザを提供すること。
【解決手段】半導体基板と、この半導体基板の上方に形成された下部ミラー層と、この下部ミラー層の上方に形成された活性層と、この活性層の上方に形成された酸化層を含む上部ミラー層と、が積層され、高さ方向における所定の位置から上面にかけて一部がメサ型に形成された共振器と、上記共振器のメサ型箇所の側面と、当該共振器の非メサ型箇所の上面と、を覆う絶縁層と、上記上部ミラー層の上面と、上記半導体基板の下面と、にそれぞれ配線された各電極と、を備える。そして、上記共振器の上記メサ型箇所の側面に形成された上記絶縁層の一部の厚みが、当該メサ型箇所の高さ方向に沿って一様に、他の箇所よりも厚く形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体レーザにかかり、特に、面発光型の半導体レーザに関する。また、面発光型半導体レーザの製造方法に関する。

電子機器の発達に伴い、当該電子機器の高周波化、信号の高速伝送化が進んでいる。これに伴い、様々な電子機器の信号光源となる面発光型半導体レーザ（VCSEL：Vertical-cavity-surface-emitting-laser）も高周波化、高速伝送化の要求が高まってきており、高速変調可能なVCSELが求められている。

ところで、VCSELが組み込まれた光学装置の構成要素となる光導波路、ビームスプリッタや回折格子は、光透過特性や反射特性が偏光方向に依存する。このため、VCSELを光学装置に組み込んで利用する場合、VCSELの偏光方向の制御が重要である。ところが、従来のVCSELは、偏光に対して等方的な構造であるため、偏光方向の制御が困難であるという問題を有する。

これに対して、VCSELのレーザ光の偏光方向の制御を行うべく、活性層に異方的な応力を与える技術として、特許文献１に開示の技術がある。このVCSELは、メサ部分の周囲に活性層に歪みを発生させるための金属から構成される歪み付加部が形成されている。

特開平１１−３３０６３０号公報

しかしながら、特許文献１に開示のVCSELが備えた歪み付加部は、面積が大きい金属から構成されており、取付用電極との静電容量であるＣは、Ｃ＝ε・Ｓ／ｄ（ε：誘電率、Ｓ：電極面積、ｄ：電極間隔）となる。このため、かかる静電容量Ｃは、Ｓ：面積が大きいことに起因し、当該静電容量Ｃが大きくなってしまう、という問題が生じる。このため、VCSELが電流の変化に対して追従しなくなるため、高速変調に不向きである。

そこで、本発明の目的は、上述した課題である、高速変調可能であり、かつ、レーザ光の偏光方向の制御が安定した面発光型半導体レーザを提供する、ことにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態である、半導体基板の基板面に対して垂直な方向にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザは、
上記半導体基板と、この半導体基板の上方に形成された下部ミラー層と、この下部ミラー層の上方に形成された活性層と、この活性層の上方に形成された酸化層を含む上部ミラー層と、が積層され、高さ方向における所定の位置から上面にかけて一部がメサ型に形成された共振器と、
上記共振器のメサ型箇所の側面と、当該共振器の非メサ型箇所の上面と、を覆う絶縁層と、
上記上部ミラー層の上面と、上記半導体基板の下面と、にそれぞれ配線された各電極と、を備え、
上記共振器の上記メサ型箇所の側面に形成された上記絶縁層の一部の厚みが、当該メサ型箇所の高さ方向に沿って一様に、他の箇所よりも厚く形成されている、
という構成をとる。

また、上記面発光型半導体レーザでは、
上記共振器の上記メサ型箇所の側面に形成された上記絶縁層のうち、当該共振器の上記メサ型箇所の中心を通り相互に直交する４方向のうちの特定の方向に位置する箇所の厚みが、他の方向に位置する箇所よりも厚く形成されている、
という構成をとる。

また、上記面発光型半導体レーザでは、
上記共振器の上記メサ型箇所の側面に形成された上記絶縁層は、所定の高さ位置における外周と内周とが偏心して形成されている、
という構成をとる。

上記発明によると、まず、共振器のメサ型箇所の周囲には、絶縁層が形成されているが、その一部の厚みが高さ方向に沿って一様に他の箇所よりも厚く形成されている。そして、面発光型半導体レーザの完成品は、製造時に熱が加わる工程の影響により、共振器と絶縁層との間に熱膨張収縮差が生じ、機械的ストレスが寄生した状態となる。すると、メサ型箇所の周囲の絶縁層は、その位置によって厚みが異なり、機械的ストレスが内在した状態であるため、活性層に対して異方性の力が加わる。このため、発光するレーザ光の偏光方向の制御の安定化を図ることができる。また、活性層に対する異方性の力を与える部材として絶縁層を用いているため、静電容量を低く抑えることができ、高速変調にも適している。

また、上記面発光型半導体レーザでは、
上記共振器の前記メサ型箇所の側面に形成された上記絶縁層のうち、他の箇所よりも厚みが厚く形成された箇所の厚みが、上記非メサ型箇所の表面に形成された上記絶縁層よりも厚く形成されている、
という構成をとる。

これにより、半導体基板に機械的ストレスを分散させることなく活性層と酸化層とを含む共振器に機械的ストレスを集中させることができる。従って、さらに活性層に対して集中的に異方性の力が加わるため、レーザ光の偏光方向の制御のさらなる安定化を図ることができる。

また、上記面発光型半導体レーザでは、上記共振器の上記メサ型箇所は、少なくとも上記活性層を含んで形成されている、という構成をとる。さらに、上記面発光型半導体レーザでは、上記共振器の上記メサ型箇所は、上記下部ミラー層と上記半導体基板の一部とを含んで形成されている、という構成をとる。

これにより、メサ型箇所の活性層に、より集中して異方性の力が加わることとなる。特に、下部ミラー層に対しても機械的ストレスを与えることで、さらに活性層に対して集中的に異方性の力が加わる。従って、レーザ光の偏光方向の制御のさらなる安定化を図ることができる。

また、上記面発光型半導体レーザでは、上記絶縁層は、上記共振器の上記メサ型箇所が形成された後に、当該共振器の積層面が蒸着材料面あるいはターゲット面に対して非平行に配置された状態で蒸着あるいはスパッタリングが行われたことにより形成されたものである、という構成をとる。

これにより、従来例の絶縁層形成工程をそのまま使用し、チャンバー内で基板をターゲット面等に対して斜めに配置するだけで、上述した構成の絶縁層を形成することができる。従って、簡易及び低コストにて、レーザ光の偏光方向の制御を安定にすることができる面発光型半導体レーザを提供することができる。

また、本発明の他の形態である、半導体基板の基板面に対して垂直な方向にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザを製造する方法は、
上記半導体基板の上方に、下部ミラー層と、活性層となる層と、酸化層となる層を含む上部ミラー層と、を順に積層して、その高さ方向における所定の位置から上面にかけて一部がメサ型となるようその周囲を除去し、上記活性層と上記酸化層とを形成して共振器を形成する工程と、
上記共振器のメサ型箇所の側面と、当該共振器の非メサ型箇所の上面と、を覆う絶縁層を形成する工程と、
上記上部ミラー層の上面と、上記半導体基板の下面と、にそれぞれ配線された各電極を形成する工程と、を有し、
上記絶縁層を形成する工程は、上記共振器の前記メサ型箇所の側面を覆う上記絶縁層の一部の厚みが、当該メサ型箇所の高さ方向に沿って一様に、他の箇所よりも厚く形成する、
という構成をとる。

また、本発明の他の形態である、半導体基板の基板面に対して垂直な方向にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザを製造する方法は、
上記半導体基板の上方に、下部ミラー層と、活性層となる層と、酸化層となる層を含む上部ミラー層と、を順に積層して、その高さ方向における所定の位置から上面にかけて一部がメサ型となるようその周囲を除去し、上記活性層と上記酸化層とを形成して共振器を形成する工程と、
上記共振器のメサ型箇所の側面と、当該共振器の非メサ型箇所の上面と、を覆う絶縁層を形成する工程と、
上記上部ミラー層の上面と、上記半導体基板の下面と、にそれぞれ配線された各電極を形成する工程と、を有し、
上記絶縁層を形成する工程は、上記共振器の上記メサ型箇所が形成された後に、当該共振器の積層面を蒸着材料面あるいはターゲット面に対して非平行に配置した状態で蒸着あるいはスパッタリングを行うことにより、上記絶縁層を形成する、
という構成をとる。

本発明は、以上のように構成されることにより、発光するレーザ光の偏光方向の制御の安定化を図ることができると共に、静電容量を低く抑えることができ、高速変調に対応可能な面発光型半導体レーザを提供することができる。

実施形態１における面発光型半導体レーザの構成を示す上面図である。 実施形態１における面発光型半導体レーザの構成を示す側方断面図である。 実施形態１における面発光型半導体レーザの構成を示す側方断面図である。 実施形態１における面発光型半導体レーザによる効果を説明するための図である。 実施形態１における面発光型半導体レーザの製造方法を示すフローチャートである。 実施形態１における面発光型半導体レーザの一製造工程を示す図である。 実施形態１における面発光型半導体レーザの一製造工程を示す図である。 実施形態１における面発光型半導体レーザの一製造工程を示す図である。 実施形態１における面発光型半導体レーザの一製造工程を示す図である。 実施形態１における面発光型半導体レーザの一製造工程を示す図である。 実施形態１における面発光型半導体レーザの一製造工程を示す図である。 実施形態１における面発光型半導体レーザの一製造工程を示す図である。 実施形態２における面発光型半導体レーザの構成を示す側方断面図である。 実施形態２における面発光型半導体レーザの構成を示す側方断面図である。 実施形態２における面発光型半導体レーザの変形例の構成を示す側方断面図である。 実施形態２における面発光型半導体レーザの変形例の構成を示す側方断面図である。

＜実施形態１＞
本発明の第１の実施形態を、図１乃至図１２を参照して説明する。図１乃至図３は、面発光型半導体レーザの構成を示す図であり、図４は、その効果を説明するための図である。図５は、面発光型半導体レーザの製造方法を示すフローチャートであり、図６乃至図１２は、面発光型半導体レーザの各製造工程を示す図である。

［構成］
本実施形態における面発光型半導体レーザ１は、半導体基板１１の基板面に対して垂直方向にレーザ光Ｌを出射するものである。その構成を、図１乃至図３を参照して説明する。なお、図１は、面発光半導体レーザ１の上面図であり、図２は図１のＡ−Ａ’断面図、図３は図１のＢ−Ｂ’断面図を示している。

図２及び図３に示すように、面発光型半導体レーザ１は、下方から、半導体基板１１と、下部ミラー層１２と、活性層１３と、酸化層１５’を含む上部ミラー層１４と、が積層されており、その一部が高さ方向における所定の位置から上面にかけてメサ型（符号１０Ｂ）に形成された共振器を備えている。

具体的に、半導体基板１１は、例えば、ｎ型のＧａＡｓ（ガリウムヒ素）基板である。そして、半導体基板１１の上方に形成された下部ミラー層１２は、例えば、Ｇａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｓ（ヒ素）などからなる多層膜層であり、具体的には、ｎ型のＧａ_０．８５Ａｌ_０．１５Ａｓ／Ｇａ_０．１Ａｌ_０．９Ａｓである。

また、下部ミラー層１２の上方に形成された活性層１３は、例えば、ＧａＡｓ層である。そして、活性層１３に上方に形成された上部ミラー層１４は、例えば、Ｇａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｓ（ヒ素）などからなる多層膜層であり、具体的には、ｐ型のＧａ_０．８５Ａｌ_０．１５Ａｓ／Ｇａ_０．１Ａｌ_０．９Ａｓである。そして、この上部ミラー層１４は、間に酸化層１５’を有している。この酸化層１５’は、ＡｌＡｓ（アルミニウムヒ素）層１５の周囲、つまり、メサ型部１０Ｂの中心部分を除いて当該メサ型部１０Ｂの周囲が酸化されることによって形成されている。

具体的に、図２及び図３を参照して説明すると、メサ型部１０Ｂの所定の高さ位置に形成された円環状の酸化層１５’の内部は、ＡｌＡｓ層１５のままであり酸化開口部（非酸化部（符号１５の点線箇所参照））を形成しており、その下方に位置する活性層１３のメサ型部１０Ｂにおける中心部分は、活性領域１３’となっている。

そして、上記積層構造の共振器は、半導体基板１１の所定の高さ位置から上部ミラー層１４の上面（上端）にかけて、メサ型に形成されている。換言すると、共振器は、半導体基板１１の下方部分である平面形状の平面部１０Ａ（非メサ型箇所）と、当該平面部１０Ａの上方に突出して、円錐台形状の半導体基板１１の一部と下部ミラー層１２と活性層１３と上部ミラー層１４とが積層されたメサ型部１０Ｂ（メサ型箇所）と、により構成されている。なお、メサ型部１０Ｂは、必ずしも円錐台形状であることに限定されず、円柱形状や、底面が多角形であり高さ方向に沿った断面が台形の他の形状であってもよい。

また、上述した積層構造の共振器の表面には、所定の厚さの絶縁体からなる絶縁層１６Ａ，１６Ｂが形成されている。具体的に、半導体基板１１の平面部１０Ａの上面を覆って形成された平面絶縁層１６Ａと、メサ型部１０Ｂの側面を覆って形成された側面絶縁層１６Ｂと、を有している。なお、側面絶縁層１６Ｂは、メサ型部１０Ｂの上端箇所では当該上端の周囲のみを覆っており、メサ型部１０Ｂの上端箇所の中心部分は上方に露出した状態となっている。

そして、上記側面絶縁層１６Ｂの上端よりもさらに上方には、当該上端から露出した上部ミラー層１４の上面に配線された上部電極１７Ｂが形成されている。なお、この上部電極１７Ｂは、図１に示すように、側面絶縁層１６Ｂの表面上に形成された配線を介して、平面絶縁層１６Ａの表面に形成された電極パット１７Ｃに接続されている。また、半導体基板１１の下面には、当該半導体基板１１に配線された下部電極１７Ａが形成されている。

そして、上記各電極１７Ａ，１７Ｂに電圧を印加することにより、活性層１３に光が発生し、発生した光が下部ミラー層１２と上部ミラー層１４との間で反射・往復して強められ、酸化層１５’によって囲まれた酸化開口部１５を通って、上部ミラー層１４の上面の開口部分から、半導体基板１１に垂直にレーザＬが出射する。

ここで、本実施形態では、上述した側面絶縁層１６Ｂは、位置によって厚みが異なる点に特徴を有する。例えば、図２及び図３に示すように、メサ型部１０Ｂの中心を通り相互に直交する４方向、つまり、図１でＡ方向、Ｂ方向、Ａ’方向、Ｂ’方向のうち、特定の方向であるＡ’方向に位置する箇所の厚みＴＡ’が、他の方向であるＡ方向、Ｂ方向、Ｂ’方向に位置する箇所の厚みＴＡ，ＴＢ，ＴＢ’よりも、高さ方向に沿って一様に厚く形成されている。なお、詳しくは、各箇所の厚さの関係は、ＴＡ’＞ＴＢ＝ＴＢ’＞ＴＡとなっており、ＴＡ’が最も厚く形成されている。また、側面絶縁層１６Ｂの厚く形成されたＴＡ’箇所は、ほぼ均一の厚さである平面絶縁層１６Ａの厚さよりも、厚く形成されている。

なお、上述した側面絶縁層１６Ｂの構成を換言すると、図１に示すように、当該側面絶縁層１６Ｂの所定の高さ位置における内周Ｘ１，Ｘ２は円形状であるが、外周Ｙ１，Ｙ２は楕円形状となっている。つまり、側面絶縁層１６Ｂの各高さ位置における内周の中心ＣＸと、外周の中心ＣＹとの位置が異なり、偏心して形成されている。

そして、以上のように構成された面発光型半導体レーザの完成品は、製造時に熱が加わる工程の影響により、共振器（平面部１０Ａ及びメサ型部１０Ｂ）と絶縁層１６Ａ，１６Ｂとの間に熱膨張収縮差が生じ、機械的ストレスが寄生した状態となる。

特に、本実施形態では、メサ型部１０Ｂの周囲に位置によって厚みが異なって形成された側面絶縁層１６Ｂには、厚みに応じた機械的ストレスが内在した状態となる。つまり、図４（Ａ），図４（Ｂ）に示すように、側面絶縁層１６Ｂの最も厚みが厚いＡ’方向に位置する箇所に内在するストレスＳＴＡ’は、他の箇所に内在するストレスＳＴＡ，ＳＴＢ，ＳＴＢ’よりも大きくなる。すると、かかるストレスＳＴＡ’により、活性層１３には面方向に力が加わることとなるが、図４（Ｃ）に示すように、Ｂ−Ｂ’方向であるＹ方向にかかる力ＳＴＹよりも、Ａ−Ａ’方向であるＸ方向に大きな力ＳＴＸが加わることとなる。これにより、活性層１３に対して異方性の力が加わる。このため、発光するレーザ光の偏光方向の制御の安定化を図ることができる。また、活性層に対する異方性の力を与える部材として絶縁層１６Ａ，１６Ｂを用いているため、静電容量を低く抑えることができ、高速変調にも適している。

また、側面絶縁層１６Ｂの厚く形成された箇所の厚みを、半導体基板１１上の平面絶縁層１６Ａの厚みよりも厚く形成することにより、半導体基板１１に機械的ストレスを分散させることなく活性層１３と酸化層１５’とを含む共振器に、機械的ストレスを集中させることができる。従って、さらに活性層１３に対して集中的に異方性の力が加わるため、レーザ光の偏光方向の制御のさらなる安定化を図ることができる。

さらに、本実施形態では、メサ型部１０Ｂに活性層１３が含まれるよう形成したため、当該活性層１３の周囲に、位置によって厚みの異なる側面絶縁層１６Ｂが形成された状態となる。これにより、活性層１３に、より集中して異方性の力が加わることとなり、レーザ光の偏光方向の制御のさらなる安定化を図ることができる。

［製造方法］
次に、上述した構成の面発光型半導体レーザ１の製造方法を、図５のフローチャート、及び、図６乃至図１１の各工程の様子を示す図を参照して説明する。

まず、図６に示すように、半導体基板１１であるｎ型のＧａＡｓ基板上に、ｎ型の反射鏡となる多層膜（ｎ型のＧａ_０．８５Ａｌ_０．１５Ａｓ／Ｇａ_０．１Ａｌ_０．９Ａｓ）からなる下部ミラー層１２と、ＧａＡｓ層からなる活性層１３と、ｐ型の反射鏡となる多層膜（ｎ型のＧａ_０．８５Ａｌ_０．１５Ａｓ／Ｇａ_０．１Ａｌ_０．９Ａｓ）からなる上部ミラー層１４と、を順次積層形成する（ステップＳ１）。なお、上部ミラー層１４の間には、後に酸化層１５’が形成されるＡｌＡｓ層１５を形成する。そして、上記半導体膜の積層形成には、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法（有機金属気相成長法）を用いる。

続いて、図６に示すように、上部ミラー層１４の上面に、当該上面の一部を覆うよう、メサ型部１０Ｂを形成するための誘電体の円形マスク２１（例えば、直径２５μｍ）を形成する（ステップＳ２）。

続いて、図７に示すように、上記円形マスクの周囲を上面側からエッチングすることにより、円錐台形状のメサ型部１０Ｂを形成する（ステップＳ３）。このとき、エッチングは、上部ミラー層１４の上面側から、当該上部ミラー層１４、活性層１３、下部ミラー層１２、半導体基板１１の一部、を順番に除去するよう行う。つまり、半導体基板１１の所定の厚み部分のみが除去されるまで、上方からエッチングを行う。これにより、上部ミラー部１４（酸化層１５’となるＡｌＡｓ層１５）、活性層１３、下部ミラー層１２の断面が、メサ型部１０Ｂの側面に露出することとなる。また、一部しかエッチングされていないことにより平面状に残された半導体基板１１自体は、メサ型部１０Ｂの下部に位置する平面部１０Ａを構成している。なお、エッチングには、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法（反応性イオンエッチング法）を用いる。

続いて、図８に示すように、ｐ側反射鏡であるである上部ミラー層１４の一層のＡｌＡｓ層１５を、水蒸気酸化法により酸化する（ステップＳ４）。このとき、ＡｌＡｓ層１５の酸化は、メサ型部１０Ｂの側面側から中心に向かって順次進行していく。従って、水蒸気酸化を施す時間を調整することで、メサ型部１０Ｂの周囲のみが酸化層１５’となり、逆に、メサ型部１０Ｂの中心部分はＡｌＡｓ層１５のままとなり、酸化開口部（非酸化部）を形成することとなる。これにより、酸化開口部１５の下方に位置する活性層１３の活性領域１３’に電流を集中して注入することができる。

その後、図９に示すように、上部ミラー層１４の上面に形成した円形マスク２１を除去する（ステップＳ５）。

続いて、図１０に示すように、上述したように形成したメサ型部１０Ｂの側面と、平面部１０Ａの表面とを覆うよう、絶縁層１６Ａ，１６Ｂを形成する。このとき、絶縁層１６Ａ，１６Ｂの形成は、メサ型部１０Ｂの側面と平面部１０Ａの上面を覆うよう、誘電体を堆積（製膜）することにより行う。具体的には、図１２に示すように、スパッタ装置３内に、メサ型部１０Ｂが形成された半導体基板１１を、メサ型部１０Ｂがスパッタ材料（ターゲット３０）側に位置するよう配置する。さらに、このとき、半導体基板１１の基板面つまり平面部１０Ａの表面と、ターゲット３０の表面と、が非平行になるよう配置する。つまり、図１２に示すように、ターゲット３０の表面と平行な点線に対して、半導体基板１１の基板面を０から９０°の範囲における角度α（例えば、３０°）だけ傾けて配置する。

上述した状態で、図１２の矢印に示すようにターゲットからスパッタ材料を散乱させることで、平面部１０Ａの表面にはほぼ均一の厚さの絶縁層１６Ａ（平面絶縁層）が形成され、メサ型部１０Ｂの側面には、場所に応じて異なる厚さの絶縁層１６Ｂ（側面絶縁層）が形成される。つまり、メサ型部１０Ｂの側面には、当該側面がターゲット３０の表面に向いている箇所ほど厚く絶縁層１６Ｂが形成される。これにより、メサ型部１０Ｂの側面を覆って形成された側面絶縁層１６Ｂは、図１，２，３を参照して説明したように、一部の箇所の厚みが、メサ型部１０Ｂの高さ方向に沿って一様に他の箇所よりも厚く形成されることとなる。

ここで、絶縁層を形成する方法は、上述したスパッタリングに限定されない。例えば、蒸着による方法であってもよい。この場合には、加熱して昇華させる蒸着材料の表面に対して、メサ型部１０Ｂが形成された半導体基板１１を、当該メサ型部１０Ｂが蒸着材料側に位置するよう配置する。さらに、このとき、半導体基板１１の基板面つまり平面部１０Ａの表面と、蒸着材料の表面と、が非平行になるよう配置する。このようにしても、上述同様に、メサ型部１０Ｂの側面を覆う側面絶縁層１６Ｂの一部の箇所の厚みを、高さ方向に沿って一様に他の箇所よりも厚く形成することができる。

なお、上述した絶縁層の形成により、上部ミラー層１４の上面にも絶縁層１６Ｂが形成されるが、当該上部ミラー層１４の中心付近の上方に位置する絶縁層１６Ｂの一部（例えば、直径２０μｍ）をエッチングにて除去する（ステップＳ７）。これにより、図１０に示すように、レーザＬが出力される開口部１６Ｃが形成される。

続いて、図１１に示すように、半導体基板１１の下面に配線された電極（−）１７Ａと、上部ミラー層１４の上面に配線された電極（＋）１７Ｂと、をそれぞれ蒸着により形成する（ステップＳ８）。このとき、電極（−）、（＋）１７Ａ，１７Ｂは、Ｔｉ（厚さ１０ｎｍ）及びＡｕ層（厚さ３００ｎｍ）の二層の金属である。その後は、上部ミラー層１４の上面に形成された電極（＋）１７Ｂの一部つまり中心付近をエッチングにより除去し、上部ミラー層１４の上面を露出させる（ステップＳ９）。これにより、レーザＬを出射する開口部を形成する。

以上のようにして、図１，２，３を参照して説明した構成であり、発光するレーザ光の偏光方向の制御の安定化を図ることができる面発光型半導体レーザを製造することができる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の第２の実施形態を、図１３乃至図１６を参照して説明する。図１３乃至図１４は、本実施形態における面発光型半導体レーザの構成を示す側方断面図である。図１５乃至図１６は、本実施形態における面発光型半導体レーザの変形例の構成を示す側方断面図である。

本実施形態における面発光型半導体レーザ１は、上述した実施形態１のものとほぼ同様の構成をとっているが、当該実施形態１のものとはメサ型部１０Ｂの形状が異なる。具体的に、本実施形態における面発光型半導体レーザ１は、上方から見ると図１とほぼ同様の構成をとっているが、当該図１のＡ−Ａ’断面図である図１３のように、メサ型部１０Ｂが半導体基板１１の上方に形成された下部ミラー層１２の途中の高さ位置から上部ミラー層１４の上面にかけて形成されている。これに伴い、メサ型部１０Ｂの下部に位置する平面部１０Ａは、下部ミラー層１２の所定の高さ位置に形成されている。

なお、上記構成のメサ型部１０Ｂは、実施形態１で説明した図７に示すエッチング時に、円形マスク２１の周囲を上面側からエッチングする時間を調節することにより形成可能である。つまり、エッチングは、上部ミラー層１４の上面側から、当該上部ミラー層１４、活性層１３、下部ミラー層１２の一部、を除去するよう行う。

以上のように、本実施形態における面発光型半導体レーザ１のメサ型部１０Ｂは、実施形態１とは異なり半導体基板１１を含まないものの、活性層１３を含むため、メサ型部１０Ｂの側面を覆う側面絶縁層１６Ｂは、活性層１３の側面を覆って形成された状態となる。そして、側面絶縁層１６Ｂは、上述同様に、位置によって厚みが異なる。例えば、図１４に、本実施形態における図１のＢ−Ｂ’断面図を示すが、図１３と図１４に示すように、メサ型部１０Ｂの中心を通り相互に直交する４方向、つまり、図１でＡ方向、Ｂ方向、Ａ’方向、Ｂ’方向のうち、特定の方向であるＡ’方向に位置する箇所の厚みＴＡ’が、他の方向であるＡ方向、Ｂ方向、Ｂ’方向に位置する箇所の厚みＴＡ，ＴＢ，ＴＢ’よりも、高さ方向に沿って一様に厚く形成されている。なお、詳しくは、各箇所の厚さの関係は、ＴＡ’＞ＴＢ＝ＴＢ’＞ＴＡとなっているが、ＴＡ’が最も厚く形成されている。また、側面絶縁層１６Ｂの厚く形成されたＴＡ’箇所は、ほぼ均一の厚さである平面絶縁層１６Ａの厚さよりも、厚く形成されている。

そして、以上のように構成された面発光型半導体レーザの完成品は、製造時に熱が加わる工程の影響により、共振器と絶縁層１６Ａ，１６Ｂとの間に熱膨張収縮差が生じ、機械的ストレスが寄生した状態となる。特に、本実施形態では、メサ型部１０Ｂの周囲に位置によって厚みが異なって形成された側面絶縁層１６Ｂには、厚みに応じた機械的ストレスが内在した状態となる。従って、上述同様に、側面絶縁層１６Ｂの最も厚みが厚い箇所に内在するストレスは、他の箇所に内在するストレスよりも大きくなるため、活性層１３には面方向に力が加わり、これにより、当該活性層１３に対して異方性の力が加わる。このため、発光するレーザ光の偏光方向の制御の安定化を図ることができる。

但し、面発光型半導体レーザ１のメサ型部１０Ｂは、必ずしも活性層１３を含んでいることに限定されない。本実施形態における面発光型半導体レーザ１の変形例の構成を図１５乃至図１６に示すが、図１のＡ−Ａ’断面図である図１５のように、メサ型部１０Ｂが半導体基板１１の上方に形成された上部ミラー層１４の途中の高さ位置から当該上部ミラー層１４の上面にかけて形成されていてもよい。これに伴い、メサ型部１０Ｂの下部に位置する平面部１０Ａは、上部ミラー層１４の所定の高さ位置に形成される。この場合に、上部ミラー層１４の間に位置する酸化層１５’となるＡｌＡｓ層１５がメサ型部１０Ｂに含まれるよう、当該メサ型部１０Ｂを形成する。これは、後に、ＡｌＡｓ層１５の露出した側面から、上述したように酸化層１５’を形成する必要があるためである。

なお、上記構成のメサ型部１０Ｂは、実施形態１で説明した図７に示すエッチング時に、円形マスク２１の周囲を上面側からエッチングする時間を調節することにより形成可能である。つまり、エッチングは、上部ミラー層１４の上面側から、上部ミラー層１４の途中に形成された酸化層１５’となるＡｌＡｓ層１５よりも低く、活性層１３よりも上方の高さ位置まで除去するよう行う。

そして、本実施形態における面発光型半導体レーザ１のメサ型部１０Ｂの側面を覆う側面絶縁層１６Ｂは、活性層１３の上方に位置する箇所の側面を覆って形成された状態となる。このとき、側面絶縁層１６Ｂは、上述同様に、位置によって厚みが異なる。例えば、図１６に、本実施形態における図１のＢ−Ｂ’断面図を示すが、図１５と図１６に示すように、メサ型部１０Ｂの中心を通り相互に直交する４方向、つまり、図１でＡ方向、Ｂ方向、Ａ’方向、Ｂ’方向のうち、特定の方向であるＡ’方向に位置する箇所の厚みＴＡ’が、他の方向であるＡ方向、Ｂ方向、Ｂ’方向に位置する箇所の厚みＴＡ，ＴＢ，ＴＢ’よりも、高さ方向に沿って一様に厚く形成されている。なお、詳しくは、各箇所の厚さの関係は、ＴＡ’＞ＴＢ＝ＴＢ’＞ＴＡとなっているが、ＴＡ’が最も厚く形成されている。また、側面絶縁層１６Ｂの厚く形成されたＴＡ’箇所は、ほぼ均一の厚さである平面絶縁層１６Ａの厚さよりも、厚く形成されている。

そして、以上のように構成された面発光型半導体レーザの完成品は、製造時に熱が加わる工程の影響により、共振器と絶縁層１６Ａ，１６Ｂとの間に熱膨張収縮差が生じ、機械的ストレスが寄生した状態となる。特に、本実施形態では、メサ型部１０Ｂの周囲に位置によって厚みが異なって形成された側面絶縁層１６Ｂには、厚みに応じた機械的ストレスが内在した状態である。従って、上述同様に、側面絶縁層１６Ｂの最も厚みが厚い箇所に内在するストレスは、他の箇所に内在するストレスよりも大きくなる。このとき、本実施形態では、活性層１３の側面に側面絶縁層１６Ｂが位置していないものの、当該活性層１３のすぐ上方に側面絶縁層１６Ｂが位置しているため、上述したストレスが活性層１３にも伝達している状態となる。これにより、活性層１３に対して異方性の力が加わる。このため、発光するレーザ光の偏光方向の制御の安定化を図ることができる。

１ 面発光型半導体レーザ
１０Ａ 平面部
１０Ｂ メサ型部
１１ 半導体基板
１２ 下部ミラー層
１３ 活性層
１３’ 活性領域
１４ 上部ミラー層
１５ ＡｌＡｓ層
１５’ 酸化層
１６Ａ 平面絶縁層
１６Ｂ 側面絶縁層
１７Ａ 下部電極
１７Ｂ 上部電極
１７Ｃ 電極パッド

Claims (9)

1. 半導体基板の基板面に対して垂直な方向にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザであって、
   前記半導体基板と、この半導体基板の上方に形成された下部ミラー層と、この下部ミラー層の上方に形成された活性層と、この活性層の上方に形成された酸化層を含む上部ミラー層と、が積層され、高さ方向における所定の位置から上面にかけて一部がメサ型に形成された共振器と、
   前記共振器のメサ型箇所の側面と、当該共振器の非メサ型箇所の上面と、を覆う絶縁層と、
   前記上部ミラー層の上面と、前記半導体基板の下面と、にそれぞれ配線された各電極と、を備え、
   前記共振器の前記メサ型箇所の側面に形成された前記絶縁層の一部の厚みが、当該メサ型箇所の高さ方向に沿って一様に、他の箇所よりも厚く形成されている、
   面発光型半導体レーザ。
2. 請求項１に記載の面発光型半導体レーザであって、
   前記共振器の前記メサ型箇所の側面に形成された前記絶縁層のうち、当該共振器の前記メサ型箇所の中心を通り相互に直交する４方向のうちの特定の方向に位置する箇所の厚みが、他の方向に位置する箇所よりも厚く形成されている、
   面発光型半導体レーザ。
3. 請求項１又は２に記載の面発光型半導体レーザであって、
   前記共振器の前記メサ型箇所の側面に形成された前記絶縁層は、所定の高さ位置における外周と内周とが偏心して形成されている、
   面発光型半導体レーザ。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の面発光型半導体レーザであって、
   前記共振器の前記メサ型箇所の側面に形成された前記絶縁層のうち、他の箇所よりも厚みが厚く形成された箇所の厚みが、前記非メサ型箇所の表面に形成された前記絶縁層よりも厚く形成されている、
   面発光型半導体レーザ。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の面発光型半導体レーザであって、
   前記共振器の前記メサ型箇所は、少なくとも前記活性層を含んで形成されている、
   面発光型半導体レーザ。
6. 請求項５に記載の面発光型半導体レーザであって、
   前記共振器の前記メサ型箇所は、前記下部ミラー層と前記半導体基板の一部とを含んで形成されている、
   面発光型半導体レーザ。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の面発光型半導体レーザであって、
   前記絶縁層は、前記共振器の前記メサ型箇所が形成された後に、当該共振器の積層面が蒸着材料面あるいはターゲット面に対して非平行に配置された状態で蒸着あるいはスパッタリングが行われたことにより形成されたものである、
   面発光型半導体レーザ。
8. 半導体基板の基板面に対して垂直な方向にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザを製造する方法であって、
   前記半導体基板の上方に、下部ミラー層と、活性層となる層と、酸化層となる層を含む上部ミラー層と、を順に積層して、その高さ方向における所定の位置から上面にかけて一部がメサ型となるようその周囲を除去し、前記活性層と前記酸化層とを形成して共振器を形成する工程と、
   前記共振器のメサ型箇所の側面と、当該共振器の非メサ型箇所の上面と、を覆う絶縁層を形成する工程と、
   前記上部ミラー層の上面と、前記半導体基板の下面と、にそれぞれ配線された各電極を形成する工程と、を有し、
   前記絶縁層を形成する工程は、前記共振器の前記メサ型箇所の側面を覆う前記絶縁層の一部の厚みが、当該メサ型箇所の高さ方向に沿って一様に、他の箇所よりも厚く形成する、
   面発光型半導体レーザの製造方法。
9. 半導体基板の基板面に対して垂直な方向にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザを製造する方法であって、
   前記半導体基板の上方に、下部ミラー層と、活性層となる層と、酸化層となる層を含む上部ミラー層と、を順に積層して、その高さ方向における所定の位置から上面にかけて一部がメサ型となるようその周囲を除去し、前記活性層と前記酸化層とを形成して共振器を形成する工程と、
   前記共振器のメサ型箇所の側面と、当該共振器の非メサ型箇所の上面と、を覆う絶縁層を形成する工程と、
   前記上部ミラー層の上面と、前記半導体基板の下面と、にそれぞれ配線された各電極を形成する工程と、を有し、
   前記絶縁層を形成する工程は、前記共振器の前記メサ型箇所が形成された後に、当該共振器の積層面を蒸着材料面あるいはターゲット面に対して非平行に配置した状態で蒸着あるいはスパッタリングを行うことにより、前記絶縁層を形成する、
   面発光型半導体レーザの製造方法。
   

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