JP2921385B2 - 面発光レーザならびにその製造方法および端面発光レーザの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザ及びその製
造方法に関し、特に面発光レーザとその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】垂直共振器型面発光レーザ(Vertical-Ca
vity Surface-Emitting Laser、以下、面発光レーザと
称する)は、低閾値電流で動作し、レーザ光の放射面積
が広く、ビーム出射角が非常に狭い、などの特徴を有し
ており、近年盛んに研究されている。面発光レーザは、
基板と垂直な方向に形成されたレーザ共振器と、半導体
結晶表面から構成されるレーザ反射鏡とを有し、その結
晶表面からレーザ光が射出されるため、半導体基板を劈
開する必要がない。このような構造上の特徴は、歩留ま
りを改善し、、個々の素子に分離する前にウエハ単位で
面発光レーザの動作テストを行うことを可能とする。更
に容易に２次元レーザアレイを形成することもできる。
このような面発光レーザの特徴は、従来の端面発光レー
ザ(Edge-Emitting Laser)が有していた問題点のいくつ
かを解決するものとして大いに注目されている。

【０００３】図８（ａ）から図８（ｄ）は、従来の面発
光レーザ３００の製造方法を示している。このような面
発光レーザ３００の製造方法は、例えばIEEE Photonic
Technology Letters, Vol. 3(1991), pp. 9-11に示され
ている。まず、図８（ａ）に示されるように、ｎ−Ｇａ
Ａｓ基板３０１上に底部反射鏡３１２、スペーサ層３０
４、活性層３０５、スペーサ層３０６、及び上部反射鏡
３１３を順にエピタキシャル成長させる。底部反射鏡３
１２は、交互に数十層ずつ堆積されたｎ−Ａｌ _0.08Ｇａ
_0.92Ａｓ層３０２とｎ−Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓ層３０３か
らなり、上部反射鏡３１３は、交互に数十層ずつ堆積さ
れたｐ−Ａｌ_0.08Ｇａ_0.92Ａｓ層３０７とｐ−Ａｌ_0.6
Ｇａ_0.4Ａｓ層３０８からなる。また、スペーサ層３０
４、活性層３０５、及びスペーサ層３０６は、それぞれ
ｎ−Ａｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓ、ｐ−ＧａＡｓ、及びｐ−Ａ
ｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓからなる。

【０００４】次に、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示され
るように、上部反射鏡３１３とスペーサ層３０６を重ク
ロム酸カリウムと、臭化水素と酢酸との混合液でエッチ
ング後、活性層３０５をクロロックス（Ｃｌｏｒｏｘ）
と水との混合液でスペーサ層３０６の面積よりも活性層
３０５の面積が小さくなるようにサイドエッチングを行
う。最後に図８（ｄ）に示されるように、スペーサ層３
０４上に上部反射鏡３１３の表面が露出するようにポリ
イミド膜３０９を形成し、ＡｕＧｅからなる電極３１０
及び３１１をそれぞれ基板３０１及び上部反射鏡３１３
と電気的に接続するように形成する。

【０００５】また、Conference on lasers and electro
-optics 1991 in technical digestpp. 330-333に、半
導体レーザの製造方法として、異なる基板同士を接合す
る原子層接合技術が提案されている。図９（ａ）から図
９（ｃ）を用いてこの技術を説明する。 図９（ａ）に
示されるように、ＩｎＰ基板４０１上にｎ−ＩｎＧａＡ
ｓ層４０２、ｎ−ＩｎＰ層４０３、ｕ−ＩｎＧａＡｓＰ
層（λｇ＝１．３μｍ）４０４、ｕ−ＩｎＧａＡｓＰ層
（λｇ＝１．５μｍ）４０５、及びｐ−ＩｎＰ層４０６
を順に有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）でエピタ
キシャル成長させる。

【０００６】次に図９（ｂ）に示されるように、ｐ−Ｇ
ａＡｓ基板４０７の表面とｐ−ＩｎＰ層４０６とを密着
させたまま水素雰囲気中６７０℃で３０分間加熱し、Ｇ
ａＡｓ基板４０７とＩｎＰ層４０６との最表面の原子同
士を再配列させ結合させる。これによってＧａＡｓ基板
４０７がＩｎＰ層４０６に接合される。最後に図９
（ｃ）に示されるように、塩酸でＩｎＰ４０１を除去
し、レーザ素子の製造を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】面発光レーザにおい
て、底部反射鏡及び上部反射鏡は活性層へ電流を注入す
るための電流経路となる。従って、底部反射鏡及び上部
反射鏡は低抵抗を有するように大きな面積を有している
ことが好ましい。一方、効率よく電流を閉じこめキャリ
アの再結合を促進し、発光効率を向上させるために、活
性層は小さな面積を有していることが好ましい。

【０００８】しかしながら、上述の従来技術において
は、上部反射鏡はテーパを有する形状にエッチングされ
てしまい、上部反射鏡の上面が小さくなってしまう。こ
のため上部反射鏡の抵抗が余り低減できないという問題
が生じる。また上面が小さくなってしまうので、適当な
面積を有する上面を形成する必要があり、面発光レーザ
を微細に形成することはできないという問題も有してい
る。

【０００９】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、垂直な側壁
を有する上部反射鏡と上部反射鏡よりも小さな面積を有
する活性層とを備えた面発光レーザ及びその製造方法を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による面発光レー
ザの製造方法は、底部反射鏡となる第１の半導体積層
と、該第１の半導体積層上に形成された、活性層と活性
層を挟む上方バリア層及び下方バリア層とを含む第２の
半導体積層と、該第２の半導体積層上に形成された上部
反射鏡となる第３の半導体積層とを有する半導体基板上
に上部反射鏡を規定するマスクパターンを形成する工程
と、該上方バリア層の表面が露出するまで、該マスクパ
ターンをマスクとして該第３の半導体積層をドライエッ
チングによって除去し、該上部反射鏡を形成する工程
と、少なくとも該上部反射鏡の側面にエッチング保護膜
を形成する工程と、該マスクパターン及び該エッチング
保護膜をマスクとして、ドライエッチングによって該活
性層の一部と上方バリア層の一部及び下方バリア層の一
部とを除去する工程と、該活性層の一部と上方バリア層
と下方バリア層との一部を更にウエットエッチングによ
って除去し、該上部反射鏡よりも小さい面積を有する活
性層を形成する工程とを包含し、そのことにより上記目
的が達成される。

【００１１】該方法は、前記半導体基板をエピタキシャ
ル成長法によって形成する工程を更に包含していてもよ
い。

【００１２】前記エッチング保護膜は酸化ケイ素ででき
ていてもよい。本発明の他の面発光レーザの製造方法
は、第１の半導体基板上に底部反射鏡となる第１の半導
体積層を介して形成された少なくとも活性層を含む第２
の半導体積層の一部をエッチングによって除去し、該活
性層を所定の形状に形成する工程と、第２の半導体基板
上に形成された上部反射鏡となる第３の半導体積層の表
面と該第２の半導体積層の表面とを接触させ還元性雰囲
気下で加熱し、該第３の半導体積層と該第２の半導体積
層とを直接接合によって接合する工程とを包含し、その
ことによって上記目的が達成される。

【００１３】該方法は、第３の半導体積層を形成後に、
該第３の半導体積層の一部をエッチングによって除去
し、エッチングされた該第２の半導体積層よりも大きな
面積を有する上部反射鏡を形成する工程を更に包含して
いてもよい。

【００１４】また、本発明の半導体レーザの製造方法
は、活性層と該活性層を挟むように形成された底部クラ
ッド層及び上部クラッド層を有する基板上に上部反射鏡
を規定するマスクパターンを形成する工程と、該マスク
パターンをマスクとして上部半導体積層をドライエッチ
ングによって除去し、該上部反射鏡を形成する工程と、
少なくとも該上部反射鏡の側面にエッチング保護膜を形
成する工程と、該マスクパターン及び該エッチング保護
膜をマスクとして、ドライエッチングによって該活性層
の一部を除去する工程と、該活性層の一部を更にウエッ
トエッチングによって除去し、該上部反射鏡よりも小さ
い面積を有する活性層を形成する工程と、を包含し、そ
のことにより上記目的が達成される。

【００１５】本発明の他の半導体レーザの製造方法は、
第１の半導体基板上に第１のクラッド層を介して形成さ
れた活性層の一部をエッチングによって除去する工程
と、第２の半導体基板上に形成された第２のクラッド層
の表面と該第１の半導体基板上の該活性層の表面とを接
触させ還元性雰囲気下で加熱し、該活性層と該第２のク
ラッド層とを直接接合によって接合する工程とを包含し
そのことにより上記目的が達成される。

【００１６】また、本発明の面発光レーザは、底部反射
鏡と、該底部反射鏡上に形成された少なくとも活性層を
有する半導体層と、該半導体層上に形成された、垂直な
側面を有する上部反射鏡と、該上部反射鏡上に形成され
た電極とを有する面発光レーザであって、該活性層の面
積は該上部反射鏡の面積よりも小さく、かつ該活性層の
面積は該底部反射鏡の面積よりも小さいことを特徴とす
るものであるため、上記目的が達成される。

【００１７】

【作用】ドライエッチングにより上部反射鏡を形成し、
上部反射鏡に保護膜を形成した後、活性層及びバリア層
をドライエッチングする。活性層をウエットエッチング
によりサイドエッチングすることにより、上部反射鏡よ
り面積の小さい活性層を形成する。

【００１８】また、上部反射鏡を形成した第１の基板
と、底部反射鏡及び活性層を形成した第２の基板を用
い、活性層を所定の形状にエッチングし、その後、活性
層を上部反射鏡と密着させ還元雰囲気下で加熱すること
により直接接合によって、接合する。これにより、上部
反射鏡より面積の小さい活性層を形成する。

【００１９】

【実施例】以下に、本発明を実施例について説明する。

【００２０】図１（ａ）は、本発明による面発光レーザ
１１の断面を示している。面発光レーザ１１は、基板１
２上にバッファ層１３を介して形成されており、底部反
射鏡１４と、底部反射鏡１４上に形成された活性領域１
５と、活性領域１５上に形成された上部反射鏡１６を有
している。基板１２及びバッファ層１３はそれぞれｎ型
ＧａＡｓとｐ型ＧａＡｓからなる。活性領域１５は、底
部反射鏡１４と上部反射鏡１６とに挟まれており、垂直
共振器として機能する。

【００２１】図１（ｂ）に示されるように、活性領域１
５は、活性層２０と、バリア層２１及び２２と、スペー
サ層２２、２３、２４、２５、及び２６とを含んでい
る。活性層２０はバリア層２１及び２２に挟まれてお
り、更にバリア層２１及び２２はスペーサ層２３及び２
５とスペーサ層２４及び２６とによって挟まれている。
活性層２０とバリア層２１及び２２とは、それぞれアン
ドープのＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ及びアンドープのＧａＡｓ
からなる。またスペーサ層２３及び２４はアンドープの
Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなり、スペーサ層２５及び２６
はそれぞれｐ型Ａｌ _0.5Ｇａ_0.5Ａｓ及びｎ型Ａｌ_0.5Ｇ
ａ_0.5Ａｓからなる。バリア層２１及び２２によって電
子と正孔が活性層２０に閉じこめられる。単一縦モード
でレーザ発振するよう垂直共振器の長さを調節するため
にスペーサ層２２〜２６は設けられている。

【００２２】また図１（ｃ）に示されるように、底部反
射鏡１４は、ｐ型ＡｌＡｓ層２７及びｐ型ＧａＡｓ層２
８が交互に堆積された分布型反射器（ＤＢＲ）であり、
ｐ型ＡｌＡｓ層２７及びｐ型ＧａＡｓ層２８を一対とす
る２４．５対からなる。同様に図１（ｄ）に示されるよ
うに、上部反射鏡１６は、ｎ型ＡｌＡｓ層２９及びｎ型
ＧａＡｓ層３０が交互に堆積された分布型反射器（ＤＢ
Ｒ）であり、ｎ型ＡｌＡｓ層２９及びｎ型ＧａＡｓ層３
０を一対とする２４対からなる。底部反射鏡１４及び上
部反射鏡１６が活性層２０から発光する波長の光を反射
するように、ｐ型ＡｌＡｓ層２７、ｐ型ＧａＡｓ層２
８、ｎ型ＡｌＡｓ層２９、ｎ型ＧａＡｓ層３０の厚さが
選ばれている。

【００２３】上部反射鏡１６上にはｎ型ＧａＡｓからな
るキャップ層１７が形成されており、カソード電極１８
がキャップ層１７に電気的に接続されている。また底部
反射鏡１４のｐ−ＧａＡｓ層２８上にアノード電極１９
が形成されている。カソード電極１８は、ウィンド３１
を有するリング状に形成されており、ウィンド３１から
レーザ光が射出される。

【００２４】以下に面発光レーザ１１の製造方法を説明
する。まず図２（ａ）に示すように、ｐ型ＧａＡｓバッ
ファ層１３と、底部反射鏡１４のためのｐ型ＡｌＡｓ層
２７及びｐ型ＧａＡｓ層２８と、活性領域１５のための
活性層２０、バリア層２１及び２２、スペーサ層２３〜
２６と、上部反射鏡１６のためのｎ型ＡｌＡｓ層２９及
びｎ型ＧａＡｓ層３０、及びｎ型キャップ層１７とをｎ
型ＧａＡｓ基板１２上にエピタキシャル成長させる。こ
れらの半導体層の形成には、当業者に周知のさまざまな
エピタキシャル成長法を用いることができるが、各半導
体層の厚さを正確に制御するために、有機金属化学気相
成長法（ＭＯＣＶＤ）や、分子線エピタキシャル成長法
（ＭＢＥ）などを用いることが好ましい。各半導体層は
以下の表に示す組成と厚さを有している。

【００２５】

【表１】

【００２６】活性層２０はバンドギャップ波長λｇ＝
０．９８μｍを有しているので、波長０．９８μｍの光
を反射するように底部反射鏡１４及び上部反射鏡１６は
構成されている。このような反射鏡は分布反射鏡（ＤＢ
Ｒ）として当業者には周知であり、反射鏡を構成する半
導体層の屈折率と厚さを所定の値にすることによって任
意の波長を反射する反射鏡を設計することができる。本
実施例では、ＧａＡｓ層とＡｌＡｓ層からなる一対を２
４対積層することによって９９％程度の光を反射でき
る。

【００２７】図２（ｂ）に示されるように、ｎ型キャッ
プ層１７上に酸化ケイ素膜４０を形成した後レジストパ
ターン４１を酸化ケイ素膜４０上に形成する。レジスト
パターン４１は、上部反射鏡１６の面積を規定する。上
部反射鏡１６は、ＡｌＡｓ層とＧａＡｓ層とのバンド不
連続によって生じる高抵抗を有しているので、面積を大
きくして抵抗を下げることが好ましい。従って、レジス
トパターン４１はできるだけ大きいほうが好ましいが、
後述するように面発光レーザ１１を２次元に集積化する
ためには、小さく形成することが好ましい。従って、直
径１０〜１５μｍ程度の円形であることが好ましい。

【００２８】レジストパターン４１をマスクとして酸化
ケイ素膜４０及び半導体層をドライエッチングする。エ
ッチング前に１×１０^-4Ｔｏｒｒ以下の真空度に反応室
を排気した後、１ｓｃｃｍの流量の塩素ガスと２０ｓｃ
ｃｍの流量のアルゴンガスを用いて３０ｍＴｏｒｒ以下
の圧力でドライエッチングを行う。エッチング前に９×
１０^-7Ｔｏｒｒ以下の真空度にし、５ｍＴｏｒｒ程度の
圧力を保ちながらエッチングを行うことがより好まし
い。この条件で、基板１２に対し垂直に半導体層をエッ
チングすることができる。バリア層２２の表面が露出す
るようにエッチングは、時間制御される。

【００２９】レジストパターン４１を除去後、基板１２
の全面を覆うように酸化ケイ素膜（図示せず）を堆積し
たのち、バリア層２２の表面が露出するまで酸化ケイ素
膜をドライエッチングする。図２（ｃ）に示されるよう
に、これによって、上部反射鏡１６とスペーサ層２４及
び２６との側面にサイドウオール４３が形成される。そ
の後、再び図２（ｄ）に示されるように、上述のドライ
エッチング方法を用いて、スペーサ層２３の表面が露出
するように、酸化ケイ素膜４０及びサイドウォール４３
をマスクとしてバリア層２１及び２２と活性層２０とを
除去する。この工程において、酸化ケイ素膜４０も少し
エッチングされるかも知れない。しかし、酸化ケイ素膜
４０のエッチング速度はバリア層２１及び２２と活性層
２０とのエッチング速度よりも遅いので、酸化ケイ素膜
４０がすべてエッチングされてしまうまでに、スペーサ
層２３の表面が露出する。

【００３０】次に、図２（ｅ）に示されるように、クエ
ン酸、過酸化水素水、及び水の混合液（重量比１：１：
１）を２０℃に保ちながら基板１２を混合液に浸す。こ
の混合液は、ＧａＡｓをエッチングするが、Ａｌ_0.5Ｇ
ａ_0.5Ａｓはほとんどエッチングしない。したがって、
図２（ｅ）に示されるように、ＧａＡｓからなり、側面
が露出したバリア層２１及び２２が選択的にエッチング
される。上部反射鏡１６を構成するｎ型ＧａＡｓ層３０
は側面がサイドウォールで覆われており、表面が露出し
たスペーサ層２３はＡｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなるためで
ある。活性層２０はＩｎ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなり、バリ
ア層２１及び２２のエッチング速度よりも遅い。しか
し、活性層２０は薄く、またよくエッチングされるバリ
ア層２１及び２２に挟まれているため、バリア層２１及
び２２とともに溶出されてしまう。

【００３１】エッチング時間は、活性層２０が所定の面
積を有するように決定される。活性層２０の面積は、上
部反射鏡１６の面積とは無関係に任意の値にすることが
できるが、閾値電流を小さくし、活性層２０の電流密度
を高くするために、できるだけ面積は小さいほうが好ま
しい。製造工程上の制約や、放熱の問題を考慮しなくて
良い場合には、発光波長の直径であることが好ましい。
通常は、波長の３〜５倍程度の直径であることが好まし
い。本実施例によれば、発光波長は０．９８μｍなの
で、活性層２０の断面は３〜５μｍ程度の直径を有する
円形であることが好ましい。

【００３２】最後に図２（ｆ）に示されるように、酸化
ケイ素膜４０及びサイドウォール４３を除去した後、カ
ソード電極１８をキャップ層１７上にけいせいする。キ
ャップ層２３及び２５とｐ−ＡｌＡｓ層２７との一部を
フッ酸で除去した後、アノード電極１９をｐ−ＧａＡｓ
層２８上に形成する。ＧａＡｓからなる半導体層は金属
電極と良好なオーミック接触を形成し易いからである。
電極形成後に、図３に示されるように、スペーサ層２３
上に、活性領域１５の側面と上部反射鏡１６の側面を覆
うようにポリイミドなどからなる保護膜４５を形成して
も良い。

【００３３】また図４に示されるように、複数の面発光
レーザ１１を２次元に配置し、レーザアレイ４６を構成
しても良い。面発光レーザ１１を２次元に配置する場
合、面発光レーザ１１の上部反射鏡１６の大きさによっ
て、配置間隔は規定されるので、面発光レーザ１１を高
密度に配置するためには、上部反射鏡１６は小さな面積
を有することが好ましい。

【００３４】上述したように、本発明の面発光レーザ１
１は、垂直な側面を有する上部反射鏡と上部反射鏡より
も小さな面積を有する活性層とを備えているので、上部
反射鏡を介して流れる電流は、より面積の狭い活性層に
閉じこめられる。したがって活性層において、高い電流
密度が達成され、閾値電流を低くすることができる。上
部反射鏡はドライエッチングにより形成されるので高い
精度で所望の断面形状に加工することができる。一方活
性層は、ウエットエッチングによって、形成されるの
で、活性層にダメージを与える非発光結合中心が生成す
ることがない。したがって、高い外部量子効率が達成さ
れる。上部反射鏡の面積と活性層の面積とは互いに何等
制限を与えあうことがないので、用途に応じてそれぞれ
所定の面積を有するように形成することができる。特に
上部反射鏡が高抵抗を有する場合には面積を大きくする
ことによって、上部反射鏡を流れる電流を多くすること
ができる。

【００３５】このような方法によれば、活性層２０の側
面が半導体層に接しない面発光レーザが得られる。活性
層の側面は、半導体層よりもはるかに低屈折率の空気な
どに接するため、高い光の閉じこめ効果が期待できる。

【００３６】上述の面発光レーザ１１の製造方法は、端
面発光レーザにも適用できる。図５（ａ）から図５
（ｆ）を用いて端面発光レーザ５１の製造方法を説明す
る。図５（ａ）に示されるように、ｎ−ＧａＡｓからな
る半導体基板５２上にｎ−ＡｌＧａＡｓからなるクラッ
ド層５３、ｕ−ＧａＡｓからなる活性層５４、ｐ−Ａｌ
ＧａＡｓからなるクラッド層５５、及びｐ−ＧａＡｓか
らなるキャップ層５６を順にエピタキシャル成長させ
る。

【００３７】図５（ｂ）に示されるように、キャップ層
５６上に酸化ケイ素膜５７を形成した後、レジストパタ
ーン５８を酸化ケイ素膜５７上に形成し、レジストパタ
ーン５８をマスクとして酸化ケイ素膜５７をエッチング
する。その後、上述のドライエッチングによって、活性
層５４が露出するまでエッチングする。

【００３８】レジストパターン５８を除去後、基板５２
の表面全体に酸化ケイ素膜（図示せず）を堆積後、活性
層５４の表面が露出するまで酸化ケイ素膜をエッチング
し、図５（ｃ）に示されるように、サイドウォール５９
をキャップ層５６及びクラッド層５５の側面に形成す
る。

【００３９】図５（ｄ）に示されるように、再度、上述
のドライエッチングによって、クラッド層５３の表面が
露出するまで活性層５４をエッチングする。その後、ク
エン酸、過酸化水素水、及び水の混合液（重量比１：
１：１）を用いて活性層５４が所定の面積になるまでウ
エットエッチングする。最後に、酸化ケイ素膜５７及び
サイドウォール５９を除去し、キャップ層５６及び基板
５２に電極６０及び６１を形成する。

【００４０】このような方法によれば、活性層５４の側
面が半導体層に接しないレーザが得られる。活性層の側
面は、半導体層よりもはるかに低屈折率の空気などに接
するため、高い光の閉じこめ効果が期待できる。

【００４１】（実施例２）以下に本発明による面発光レ
ーザ１１１を説明する。図６（ｅ）は、本発明による面
発光レーザ１１１の断面を示している。面発光レーザ１
１１は、ｐ型基板１１２上にバッファ層１１３を介して
形成されており、底部反射鏡１１４と、底部反射鏡１１
４上に形成された活性領域１１５と、活性領域１１５上
に形成された上部反射鏡１１６とを有している。基板１
１２及びバッファ層１１３はともにｐ型ＧａＡｓからな
る。活性領域１１５は、底部反射鏡１１４と上部反射鏡
１１６とに挟まれており、垂直共振器として機能する。

【００４２】活性領域１１５は、活性層１２０と、バリ
ア層１２１及び１２２と、スペーサ層１２２、１２３、
１２４、１２５、及び１２６とを含んでいる。活性層１
２０はバリア層１２１及び１２２に挟まれており、更に
バリア層１２１及び１２２はスペーサ層１２３及び１２
５とスペーサ層１２４及び１２６とによって挟まれてい
る。活性層１２０とバリア層１２１及び１２２とは、そ
れぞれアンドープのＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ及びアンドープ
のＧａＡｓからなる。またスペーサ層１２３及び１２４
はアンドープのＡｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなり、スペーサ
層１２５及び１２６はそれぞれｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ
及びｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなる。バリア層１２１
及び１２２によって電子と正孔が活性層１２０に閉じこ
められる。単一縦モードでレーザ発振するよう垂直共振
器の長さを調節するためにスペーサ層１２２〜１２６は
設けられている。

【００４３】底部反射鏡１１４は、ｐ型ＡｌＡｓ層１２
７及びｐ型ＧａＡｓ層１２８が交互に堆積された分布型
反射器（ＤＢＲ）であり、ｐ型ＡｌＡｓ層１２７及びｐ
型ＧａＡｓ層１２８を一対とする２４．５対からなる。
同様に、上部反射鏡１１６は、ｎ型ＡｌＡｓ層１２９及
びｎ型ＧａＡｓ層１３０が交互に堆積された分布型反射
器（ＤＢＲ）であり、ｎ型ＡｌＡｓ層１２９及びｎ型Ｇ
ａＡｓ層１３０を一対とする２４対からなる。底部反射
鏡１１４及び上部反射鏡１１６が活性層１２０から発光
する波長の光を反射するように、ｐ型ＡｌＡｓ層１２
７、ｐ型ＧａＡｓ層１２８、ｎ型ＡｌＡｓ層１２９、ｎ
型ＧａＡｓ層１３０の厚さが選ばれている。

【００４４】上部反射鏡１１６上にはｎ型ＧａＡｓから
なるバッファ層１１７と、ｎ型基板２０１が形成されて
おり、カソード電極１１８がｎ型基板２０１に電気的に
接続されている。またｐ型基板１１２には、アノード電
極１１９が形成されている。

【００４５】以下に面発光レーザ１１１の製造方法を説
明する。まず図６（ａ）に示すように、ｎ型基板２０１
上にｎ型バッファ層１１７と上部反射鏡１１６のための
ｎ型ＡｌＡｓ層１２９及びｎ型ＧａＡｓ層１３０とをエ
ピタキシャル成長させる。また図６（ｃ）に示すよう
に、ｐ型ＧａＡｓバッファ層１１３と、底部反射鏡１１
４のためのｐ型ＡｌＡｓ層１２７及びｐ型ＧａＡｓ層１
２８と、活性領域１１５のための活性層１２０、バリア
層１２１及び１２２、スペーサ層１２３〜１２６とをｐ
型基板１１２上にエピタキシャル成長させる。これらの
半導体層の形成には、当業者に周知のさまざまなエピタ
キシャル成長法を用いることができるが、各半導体層の
厚さを正確に制御するために、有機金属化学気相成長法
（ＭＯＣＶＤ）や、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢ
Ｅ）などを用いることが好ましい。各半導体層は実質的
には実施例１に示した半導体層と同じであるので説明を
省略する。

【００４６】図６（ｂ）に示されるように、ｎ型基板２
０１のｎ型ＡｌＡｓ層１２９上にレジストパターン１４
１を形成し、レジストパターン１４１をマスクとしてｎ
型バッファ層１１７の表面が露出するまでドライエッチ
ングする。エッチング方法は実施例１で示す方法と同様
である。また、図６（ｄ）に示されるように、レジスト
パターン１４２をｐ型基板１１２のスペーサ層１２６上
に形成し、同様にレジストパターン１４２をマスクとし
て、バリア層１２１の表面が露出するまでドライエッチ
ングを行う。ドライエッチングによって、活性層１２０
の側面に生じたダメージの入った部分をウエットエッチ
ングによって数ｎｍ程度除去しても良い。レジストパタ
ーン１４１及び１４２は、それぞれ上部反射鏡１１６及
び活性層１２０の面積を規定する。実施例１で説明され
る理由から、レジストパターン１４１は直径１０〜１５
μｍ程度の円形に、レジストパターン１４２は直径３〜
５μｍ程度の円形に形成されることが好ましい。

【００４７】次にレジストパターン１４１及び１４２を
それぞれ除去後、フッ化水素酸水溶液または、硫酸と過
酸化水素水と水との混合液にｎ型基板２０１及びｐ型基
板１１２を３０秒程度浸し、ｎ型ＡｌＡｓ層１２９とス
ペーサ層１２６の表面処理を行う。図６（ｅ）に示され
るように、ｎ型基板２０１のｎ型ＡｌＡｓ層１２９のパ
ターンの中心をｐ型基板１１２のスペーサ層１２６のパ
ターンの中心に一致するように、ｎ型ＡｌＡｓ層１２９
とスペーサ層１２６との表面を密着させ、そのままＭＯ
ＣＶＤ装置の反応室に放置する。反応室に水素ガスを流
しながら、密着させたｎ型基板２０１とｐ型基板１１２
を６００℃程度で数時間加熱する。これにより、ｎ型Ａ
ｌＡｓ層１２９とスペーサ層１２６との表面の原子間に
結合が生じ、接触面が直接接合によって、接合される。
最後にカソード電極１１８及びアノード電極１１９をそ
れぞれｎ型基板２０１及びｐ型基板１１２に形成する。

【００４８】このような方法によれば、上部反射鏡１１
６と活性層１２０を含む活性領域１１５とは互いに独立
に加工できるので、用途に応じてそれぞれ所定の面積を
有するように形成することができる。また、面発光レー
ザ１１１を２次元アレイとして用いる場合には、上部反
射鏡１１６をパターニングする必要はなく、図６（ａ）
に示される半導体構造のｎ型基板２０１を図６（ｄ）に
示されるｐ型基板１１２に上述の直接接合によって接合
するだけでよい。この場合、ｎ型基板２０１とｐ型基板
１１２との位置合わせは必要ないので製造工程は簡単に
なる。

【００４９】上述の面発光レーザ１１１の製造方法は、
端面発光レーザにも適用できる。図７（ａ）から図７
（ｆ）を用いて端面発光レーザ１５１の製造方法を説明
する。図７（ａ）に示されるように、ｎ−ＧａＡｓから
なる半導体基板１５５上にｎ−ＡｌＧａＡｓからなるク
ラッド層１５６をエピタキシャル成長させる。また、図
７（ｂ）に示されるように、ｐ−ＧａＡｓからなる半導
体基板１５２上にｎ−ＡｌＧａＡｓからなるクラッド層
１５３、ｕ−ＧａＡｓからなる活性層１５４、を順にエ
ピタキシャル成長させる。

【００５０】図７（ｃ）に示されるように、活性層１５
４をウエットエッチングなどによって所望の形状にパタ
ーニングする。続いて、フッ化水素酸水溶液または、硫
酸と過酸化水素水と水との混合液に半導体基板１５２及
１５５を３０秒程度浸し、クラッド層１５６と活性層１
５４との表面処理を行う。図７（ｄ）に示されるよう
に、活性層１５４とクラッド層１５６との表面を密着さ
せ、そのままＭＯＣＶＤ装置の反応室に放置する。反応
室に水素ガスを流しながら、密着させた半導体基板１５
２及び１５５を６００℃程度で数時間加熱する。これに
より、クラッド層１５６と活性層１５４との表面の原子
間に結合が生じ、接触面が直接接合によって、接合され
る。半導体基板１５５とクラッド層１５６の一部をウエ
ットエッチングによって除去し、クラッド層１５６及び
半導体基板１５２にそれぞれカソード電極１５７及びア
ノード電極１５８を形成する。このような方法によれ
ば、活性層１５４の側面が半導体層に接しないレーザが
得られる。

【００５１】上述の実施例１及び２において、ＩｎＧａ
Ａｓからなる活性層を備えた面発光レーザの製造方法を
説明したが、ＩｎＧａＡｓＰとＡｌＧａＩｎＰからなる
活性層を備えた面発光レーザも上述の方法によって同様
に製造することができる。また、各半導体層は上述の組
成や厚さに限定されるものではない。酸化ケイ素からな
る保護膜は、プラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ
法などで形成することができる。酸化ケイ素以外にも窒
化ケイ素やフォトレジストを保護膜に用いることができ
る。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、反射鏡の面積を小さく
することなく活性層の面積を小さくできる。活性層はウ
エットエッチングによって形成されるので、非発光中心
となるようなダメージが低減される。従って、電流経路
となる反射鏡の抵抗を増大させることなく、活性層を流
れる電流を狭窄することができるので、発光効率が高
く、低閾値電流かつ低駆動電圧で動作するレーザを実現
することができる。また本発明によれば活性層の側面
が、半導体よりも屈折率の低い空気または保護膜に接し
ているレーザを形成することができる。従って、レーザ
光をより効率よく活性層に閉じこめることのできるレー
ザが実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例による面発光レ
ーザの概略斜視図、（ｂ）はその活性領域の断面図、
（ｃ）及び（ｄ）はそれぞれ底部反射鏡及び上部反射鏡
の断面図

【図２】（ａ）から（ｆ）は、第１の実施例による面発
光レーザの製造方法を説明する断面図

【図３】保護膜を有する面発光レーザの構成断面図

【図４】複数の面発光レーザが２次元に配置されたアレ
イを示す構成斜視図

【図５】（ａ）から（ｆ）は、図２に示される製造方法
を用いて端面発光レーザを製造する方法を説明している
工程断面図

【図６】（ａ）から（ｅ）は、第２の実施例による面発
光レーザ及びその製造方法を説明している工程断面図

【図７】（ａ）から（ｅ）は、図６に示される製造方法
を用いて端面発光レーザを製造する方法を説明している
工程断面図

【図８】（ａ）から（ｄ）は、従来技術による面発光レ
ーザの製造方法を説明している工程断面図

【図９】（ａ）から（ｃ）は、従来技術による、端面発
光レーザの製造方法を説明している工程断面図

【符号の説明】

１１ 面発光レーザ １２ 基板 １３ バッファ層 １４ 底部反射鏡 １５ 活性領域 １６ 上部反射鏡 １７ キャップ層 １８ カソード電極 １９ アノード電極 ３１ ウインド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−111488（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−292687（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−57690（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−29716（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−274783（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−190181（ＪＰ，Ａ) Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．62 ［７］（1993）ｐ．738−740 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．56 ［24］（1990）ｐ．2419−2421 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．62 ［10］（1993）ｐ．1038−1040 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．58 ［18］（1991）ｐ．1961−1963 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01S 3/18

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】面発光レーザの製造方法であって、該方法
   は、 底部反射鏡となる第１の半導体積層と、該第１の半導体
   積層上に形成された、活性層と活性層を挟む上方バリア
   層及び下方バリア層とを含む第２の半導体積層と、該第
   ２の半導体積層上に形成された上部反射鏡となる第３の
   半導体積層とを有する半導体基板上に上部反射鏡を規定
   するマスクパターンを形成する工程と、 該上方バリア層の表面が露出するまで、該マスクパター
   ンをマスクとして該第３の半導体積層をドライエッチン
   グによって除去し、該上部反射鏡を形成する工程と、 少なくとも該上部反射鏡の側面にエッチング保護膜を形
   成する工程と、 該マスクパターン及び該エッチング保護膜をマスクとし
   て、ドライエッチングによって該活性層の一部と上方バ
   リア層と下方バリア層との一部を除去する工程と、 該活性層の一部と上方バリア層の一部及び下方バリア層
   の一部とを更にウエットエッチングによって除去し、該
   上部反射鏡よりも小さい面積を有する活性層を形成する
   工程と、 を包含する、面発光レーザの製造方法。
2. 【請求項２】請求項１の面発光レーザの製造方法であっ
   て、該方法は、前記半導体基板をエピタキシャル成長法
   によって形成する工程を更に包含する、面発光レーザの
   製造方法。
3. 【請求項３】請求項１の面発光レーザの製造方法であっ
   て、前記エッチング保護膜は酸化ケイ素からなる、面発
   光レーザの製造方法。
4. 【請求項４】面発光レーザの製造方法であって、該方法
   は、 第１の半導体基板上に底部反射鏡となる第１の半導体積
   層を介して形成された少なくとも活性層を含む第２の半
   導体積層の一部をエッチングによって除去し、該活性層
   を所定の形状に形成する工程と、 第２の半導体基板上に形成された上部反射鏡となる第３
   の半導体積層の表面と該第２の半導体積層の表面とを接
   触させ還元性雰囲気下で加熱し、該第３の半導体積層と
   該第２の半導体積層とを直接接合によって接合する工程
   と、 を包含する、面発光レーザの製造方法。
5. 【請求項５】請求項４の面発光レーザの製造方法であっ
   て、該方法は、第３の半導体積層を形成後に、該第３の
   半導体積層の一部をエッチングによって除去し、エッチ
   ングされた該第２の半導体積層よりも大きな面積を有す
   る上部反射鏡を形成する工程を更に包含する、面発光レ
   ーザの製造方法。
6. 【請求項６】 端面発光レーザの製造方法であって、該
   方法は、基板上に底部クラッド層、活性層、上部クラッド層、上
   部半導体層、該上部半導体層 を規定するマスクパターン
   を形成する工程と、該マスクパターンをマスクとして上
   部半導体層の一部をドライエッチングによって除去する
   工程と、 少なくとも該上部半導体層の側面にエッチング保護膜を
   形成する工程と、 該マスクパターン及び該エッチング保護膜をマスクとし
   て、ドライエッチングによって該活性層の一部を除去す
   る工程と、 該活性層の一部を更にウエットエッチングによって除去
   し、該上部半導体層よりも小さい面積を有する活性層を
   形成する工程と、 を包含する、端面発光レーザの製造方法。
7. 【請求項７】 端面発光レーザの製造方法であって、該
   方法は、 第１の半導体基板上に第１のクラッド層を介して形成さ
   れた活性層の一部をエッチングによって除去する工程
   と、 第２の半導体基板上に形成された第２のクラッド層の表
   面と該第１の半導体基板上の該活性層の表面とを接触さ
   せ還元性雰囲気下で加熱し、該活性層と該第２のクラッ
   ド層とを直接接合によって接合する工程と、 を包含する、端面発光レーザの製造方法。
8. 【請求項８】 底部反射鏡と、 該底部反射鏡上に形成された少なくとも活性層を有する
   半導体層と、 該半導体層上に形成された、垂直な側面を有する上部反
   射鏡と、該上部反射鏡上に形成された電極と、 を有する面発光レーザであって、該活性層の面積は該上
   部反射鏡の面積よりも小さく、かつ該活性層の面積は該
   底部反射鏡の面積よりも小さいことを特徴とする面発光
   レーザ。