JP3245960B2 - 面発光型半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板の垂直方向にレー
ザ光を発振する面発光型半導体レーザ及びその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板の垂直方向に共振器を持つ面発光型
の半導体レーザ（以下、「面発光型半導体レーザ」と記
す）としては、例えば、第５０回応用物理学会学術講演
会の講演予稿集 第３分冊ｐ．９０９ ２９ａ−ＺＧ−
７（1989年９月２７日発行）に開示されたものが知られ
ている。

【０００３】かかる面発光半導体レーザでは、埋め込み
層をｐ型ＡｌＧａＡｓ層およびｎ型ＡｌＧａＡｓ層から
なるｐ−ｎ−ｐ−ｎ接合層で構成している。これは、ｐ
型ＧａＡｓ活性層以外の部分に電流が流れるのを防止す
るためである。

【０００４】これに対して、本願出願人は、かかる埋め
込み層を一層のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体エピタキシャ
ル層のみによって形成した面発光半導体レーザを、既に
提案している（特願平２−２４２０００号）。かかる面
発光半導体レーザは、埋め込み層の抵抗を大きくするこ
とができるので十分な電流狭窄が得られること、柱状領
域との界面位置の整合が不要となること等の利点を有し
ている。

【０００５】この面発光半導体レーザは、図９に示した
ように、先ず (402) ｎ型ＧａＡｓ基板に (403) ｎ
型ＧａＡｓバッファ層、 (404) 分布反射型多層膜ミラ
ー、(405) ｎ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層、 (40
6) ｐ型ＧａＡｓ活性層、(407) ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6
Ａｓクラッド層および (408) ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａ
ｓコンタクト層を順次成長させ、その後、 (407) ｐ型
Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層および (408) ｐ型Ａｌ
_0.1Ｇａ_0.9Ａｓコンタクト層を柱状の領域を残して垂直
にエッチングし、さらに、この柱状領域の周囲に (409)
ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94を形成して埋め込み、しかる後に、
(408) ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓコンタクト層の上面の
径よりもやや小さい領域に (411)ＳｉＯ₂／ａ−Ｓｉ誘
電体多層膜（上部反射膜）を蒸着し、続いて (411)上
部反射膜を覆わないようレーザ出射口を設けかつ(408)
ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓコンタクト層の上面の周辺部
に接するよう (410) 上部電極を形成、最後に (40
1) 下部電極を形成することにより構成されている。

【０００６】このように、上部反射膜を上部電極のレー
ザ出射口にのみ形成している。またその工程において、
上部反射膜パターニングに用いるレジストマスクと上部
電極パターニングに用いるレジストマスクを共用するこ
とで、上部反射膜をレーザ出射口に一致させている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の構造で
は、上部電極のレーザ出射口と上部反射膜を完全に一致
させることは不可能で、上部電極と上部反射膜の境界に
空隙が生じ、光の漏れによる光損失と実効反射率の低下
を起こし、しきい値電流の増大や効率の低下につながっ
ていた。

【０００８】また、従来の方法では、上部反射膜のパタ
ーニング工程にレジストをマスクとしたドライエッチン
グを使用していた。これは、制御が難しくプロセスを煩
雑にするので生産性悪化の原因になっていた。

【０００９】さらに、上部反射膜のパターニングに用い
るレジストマスクと、上部電極のレーザ出射口のリフト
オフパターニングに用いるレジストマスクを共用してい
た。ドライエッチングによるダメージを受けたレジスト
マスクは、次工程のリフトオフを困難にする。そのた
め、直径５μｍ以下のレーザ出射口を得ることは不可能
であった。また、直径５μｍ以上のレーザ出射口につい
ても、歩留まりが悪いだけでなく、設計どうりのレーザ
出射口形状が得られなかった。

【００１０】加えて上部反射膜は、レジスト塗布、現
像、アロイ加熱などの処理にさらされて劣化するので、
初期の特性が損なわれ反射率の低下と吸収損失の増加が
生じていた。これもしきい値電流の増加と効率の低下の
原因になっていた。

【００１１】本発明はこのような課題を解決するもの
で、その目的とするところは、レーザ出射口における上
部反射膜欠損及び製造過程での上部反射膜の劣化を防
ぎ、光の漏れによる損失と実効反射率の低下を抑えるこ
とで、低しきい値電流かつ高効率の面発光型半導体レー
ザを提供することにある。

【００１２】本発明の他の目的は、微細かつ正確な形状
のレーザ出射口を持ち、極めて簡単に製造できる面発光
型半導体レーザを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願発明の面発光型半導
体レーザは、半導体基板に対して垂直な方向に光を出射
する面発光型半導体レーザにおいて、互いに分離溝によ
って分離された複数の柱状部と、前記柱状部に隣接して
配置された埋め込み層と、前記複数の柱状部及び前記埋
め込み層の上層に配置された上部電極と、レーザ出射口
と該上部電極上面を同時に覆うように形成された上部反
射膜とを有することを特徴とする。ここで、上記面発光
型半導体レーザは、好ましくは、前記上部反射膜は、前
記分離溝上を覆うように形成されてなることを特徴とす
る。また本願発明によれば、半導体基板に対して垂直な
方向に光を出射する面発光型半導体レーザの製造方法で
あって、前記半導体基板上に少なくとも第一のクラッド
層、活性層、第二のクラッド層、及びコンタクト層を順
次積層し、半導体レーザの発光部となる積層構造を形成
する工程と、前記コンタクト層上に、該コンタクト層の
上面の面積より小さい開口部を有する上部電極を形成す
る工程と、前記開口部及び前記上部電極の上面の一部を
同時に覆うように上部反射膜を形成する工程と、を具備
する、面発光型半導体レーザの製造方法が提供される。
更に、本願発明によれば、半導体基板に対して垂直な方
向に光を出射する面発光型半導体レーザの製造方法であ
って、前記半導体基板上に少なくとも第一のクラッド
層、活性層、第二のクラッド層、及びコンタクト層を順
次積層し、半導体レーザの発光部となる積層構造を形成
する工程と、前記積層構造を形成した後、前記第二のク
ラッド層の少なくとも一部を分離溝により分離して複数
の柱状部を形成する工程と、少なくとも前記複数の柱状
部のコンタクト層上に、該コンタクト層の上面及び前記
分離溝の上面の面積より小さい開口部を有する上部電極
を形成する工程と、前記開口部及び前記上部電極の上面
の一部を同時に覆うように上部反射膜を形成する工程
と、を具備する、面発光型半導体レーザの製造方法が提
供される。

【００１４】

【作用】レーザ出射口と上部電極を同時に上部反射膜で
覆うことにより、レーザ出射口における上部反射膜の欠
損を簡単に回避できる。これにより光の漏れによる光損
失と実効反射率の低下を抑えることができるので、しき
い値電流を下げることが可能になる。結果として、効率
の高い面発光型半導体レーザを提供できる。

【００１５】この構造では、上部電極のレーザ出射口形
成工程を上部反射膜形成工程より先に、しかも独立して
行える。従って、微小レーザ出射口形成が可能になる。
また、比較的大きなレーザ出射口形成においても、出射
口形状の荒れが抑えられるので設計どうりのレーザ出射
口が得られる。

【００１６】また、上部反射膜を製造工程の最後に形成
でき、必要外の加熱、エッチング処理にさらすことが無
いので、製造工程における上部反射膜の反射率低下や吸
収損失の増加といった特性劣化を防ぐことができる。

【００１７】さらに上部電極の面積の少なくとも１００
μｍ²を露出させるように上部電極を形成することによ
り、本面発光型半導体レーザチップの実装段階での電流
供給ワイヤーの接続工程において特別な技術を必要とせ
ず、通常行われているのとなんら変わらない方法で電流
供給ワイヤーの接続を簡単に行なうことができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を用い
て説明する。

【００１９】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例における面発光型半導体レーザ (100)の発光部の断面
を示す斜視図である。図２（ａ）〜（ｆ）は、当該実施
例における面発光型半導体レーザの製造工程を示す断面
図である。図３は、当該実施例における面発光型半導体
レーザの素子分離及び電流供給ワイヤー接続後の外観を
示す斜視図である。以下、本実施例に係わる半導体レー
ザ (100)の構成および製造工程について、図２（ａ）〜
（ｆ）にしたがって説明する。

【００２０】まず、(102)ｎ型ＧａＡｓ基板上に、 (1
03)ｎ型ＧａＡｓバッファ層を形成し、さらにｎ型Ａｌ
_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ層とｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ層からなり
波長８７０ｎｍ付近の光に対し９８％以上の反射率を持
つ３０ペアの (104)分布反射型多層膜ミラーを形成す
る。続いて (105)ｎ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層、
(106)ｐ型ＧａＡｓ活性層、 (107)ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6
Ａｓクラッド層、 (108)ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓコンタ
クト層を順次、ＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長させ
る（図２（ａ））。このとき、本実施例では、成長温度
を７００℃とし、成長圧力を１５０Ｔｏｒｒとし、ＩＩ
Ｉ族原料としてはＴＭＧａ（トリメチルガリウム）およ
びＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）の有機金属を、
Ｖ族原料としてはＡｓＨ₃ を、ｎ型ドーパントとしては
Ｈ₂ Ｓｅを、ｐ型ドーパントとしてはＤＥＺｎ（ジエチ
ルジンク）をそれぞれ用いる。

【００２１】その後、熱ＣＶＤ法によって、表面に
(112)ＳｉＯ₂ 層を形成し、さらに、反応性イオンビー
ムエッチング法（以下、「ＲＩＢＥ法」と記す）によ
り、 (113)レジストで覆われた柱状の発光部を残して、
(107)ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層の途中まで、
エッチングを行う（図２（ｂ））。この際、本実施例で
は、エッチングガスとしては塩素とアルゴンの混合ガス
を用いることとし、ガス圧を１×１０^-3Ｔｏｒｒとし、
引出し電圧を４００Ｖとする。

【００２２】次に、 (107)ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓク
ラッド層上に埋め込み層を形成する。このために、本実
施例では、まず (113)レジストを取り除き、次に、ＭＢ
Ｅ法あるいはＭＯＣＶＤ法などにより、 (109)ＺｎＳ
_0.06Ｓｅ_0.94層を埋め込み成長させる（図２（ｃ））。

【００２３】さらに、 (112)ＳｉＯ₂ 層を除去し、続
いて(108)コンタクト層上面の径よりやや小さい領域に
レジストマスクを形成し、 ｐ型オーミック電極を蒸着
する。これにアセトン中で超音波振動を与えてレジスト
マスク及びその表面の蒸着膜を除去し（以下この方法を
リフトオフという）、 (121)レーザ出射口を持つ (110)
ｐ型オーミック上部電極（上部電極）を形成する。ここ
で用いるレジストマスクは、余分なダメージを受けな
い。したがってリフトオフが極めて容易になり、精度の
高い微小レーザ出射口を形成できる。

【００２４】次に (102)ｎ型ＧａＡｓ基板側に (101)
ｎ型オーミック下部電極を蒸着し、Ｎ₂ 雰囲気中で、４
００℃のアロイングを行う（図２（ｄ））。

【００２５】しかる後に、(121)レーザ出射口とその
近傍１０μｍの範囲を除き(110)上部電極の少なくとも
１００μｍ²を覆うように(114)レジストマスクを形成
し、表面に３ペアの (111)ＳｉＯ₂ ／α−Ｓｉ誘電体多
層膜ミラー（上部反射膜）を電子ビーム蒸着により蒸着
する。この誘電体多層膜ミラーの波長８７０ｎｍでの反
射率は、９６％である（図２（ｅ））。

【００２６】これをリフトオフにかけ、(114)レジス
トマスクとレジストマスク上の誘電体多層膜を除去する
（図２（ｆ））。

【００２７】以上の工程により、図１に示したような、
レーザ出射口と上部電極の一部を覆うように形成された
上部反射膜を有する (100)面発光半導体レーザを得るこ
とができる。

【００２８】このようにして作成した本実施例の面発光
半導体レーザは、レーザ出射口における上部反射膜の欠
損が全くない。また従来の方法に比べてレーザ出射口形
状の精度が格段に向上するとともに、従来の方法では不
可能であった直径５μｍのレーザ出射口を得ることがで
きた。

【００２９】図４は、本実施例の面発光型半導体レーザ
の駆動電流と発振光出力の関係を示す図である。特徴的
なことは、レーザ発振しきい値電流以下でのＬＥＤ光出
力が極めて小さいことである。これは、上部反射膜の欠
損や反射率低下などによる漏れ光が極めて小さいことを
示している。このことから実効反射率の高い上部反射膜
が得られており、有効に光閉じ込めが行われていること
がわかる。そして室温において連続発振が達成され、し
きい値電流も１ｍＡ以下と極めて低い値が得られた。ま
た外部微分量子効率も高く、本発明による上部反射膜の
実効反射率向上がレーザの特性向上に飛躍的に貢献して
いることが確認された。

【００３０】また、図３に示すように、 (111) 上部反
射膜を (108) 上部電極の面積の少なくとも１００μｍ²
を露出させるようにパターニング形成したことにより、
通常行なわれているのと同じように (115)電流供給ワイ
ヤーの接続を行なうことができた。

【００３１】（実施例２）図５は、本発明の第２の実施
例における半導体レーザ (200)の発光部の断面を示す斜
視図である。図６（ａ）〜（ｆ）は、当該実施例におけ
る半導体レーザ (200)製造工程を示す断面図である。

【００３２】本実施例の半導体レーザ (200)は、 活性
層にＡｌ組成の異なる(206)ｐ型Ａｌ_0.11Ｇａ_0.89Ａｓ
を用いて発振波長を７８０ｎｍとした点と、(208)ｐ型
Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓコンタクト層から (205)ｎ型Ａｌ
_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層の一部までを柱状に形成した
点で、上述の実施例１と異なる。なお各層のＡｌ組成
は、活性層のＡｌ組成の変更に合わせて決定してある。
また、上部反射膜のパターニング工程に (214)メッシュ
状薄板マスクを用いた蒸着法を使用している点も、上述
の実施例１と異なる。以下、本実施例の構成および製造
工程について、図６（ａ）〜（ｆ）にしたがって説明す
る。

【００３３】まず、 (202)ｎ型ＧａＡｓ基板上に (20
3)ｎ型ＧａＡｓバッファ層を形成し、さらにｎ型Ａｌ0.
9Ｇａ0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓ層からなり
波長７８０ｎｍ付近の光に対し９９％以上の反射率を持
つ３０ペアの (204)分布反射型多層膜ミラーを形成す
る。続いて (205)ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層、
(206)ｐ型Ａｌ_0.11Ｇａ_0.89Ａｓ活性層、 (207)ｐ型Ａ
ｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層、 (208)ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ
_0.85Ａｓコンタクト層を、順次、ＭＯＣＶＤ法でエピタ
キシャル成長させる（図６（ａ））。このとき、本実施
例では、成長温度を７００℃とし、成長圧力を１５０Ｔ
ｏｒｒとし、ＩＩＩ族原料としてはＴＭＧａ（トリメチ
ルガリウム）およびＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウ
ム）の有機金属を、Ｖ族原料としてはＡｓＨ₃を、ｎ型
ドーパントとしてはＨ₂Ｓｅを、ｐ型ドーパントとして
はＤＥＺｎ（ジエチルジンク）を、それぞれ用いる。

【００３４】その後、熱ＣＶＤ法によって表面に (21
2)ＳｉＯ₂ 層を形成し、さらに、ＲＩＢＥ法により、
(213)レジストで覆われた円柱状の発光部を残して、 (2
05)ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層の途中まで、エ
ッチングを行う（図６（ｂ））。この際、本実施例で
は、エッチングガスとしては塩素とアルゴンの混合ガス
を用いることとし、ガス圧を１×１０^-3Ｔｏｒｒとし、
引出し電圧を４００Ｖとする。

【００３５】次に、このエッチング領域上に埋め込み
層を形成する。このために本実施例では、まず (213)レ
ジストを取り除き、次に、ＭＢＥ法或はＭＯＣＶＤ法な
どにより、 (209)ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層を埋め込み成長
させる（図６（ｃ））。

【００３６】さらに、 (212)ＳｉＯ₂ 層を除去し、続
いて(208)コンタクト層上面の径よりやや小さい領域に
レジストマスクを形成した後、ｐ型オーミック電極を蒸
着する。これをリフトオフによりレジストマスク及びそ
の上の蒸着膜を除去し、(221)レーザ出射口を持つ (21
0)上部電極を形成する。ここで用いるレジストマスク
は、リフトオフの為だけに使用され余分なダメージを受
けない。したがってリフトオフが極めて容易になり、精
度の高い微小レーザ出射口を形成できる。

【００３７】次に (202)ｎ型ＧａＡｓ基板側に (210)
ｎ型オーミック下部電極を蒸着し、Ｎ₂ 雰囲気中で４０
０℃のアロイングを行う（図６（ｄ））。

【００３８】しかる後に、(221)レーザ出射口とその
近傍５μｍの範囲を除き上部電極の少なくとも１００μ
ｍ²を覆うよう作られた (214)メッシュ状薄板マスク
を、表面に重ねた状態で、表面に４ペアの (211)Ａｌ₂
Ｏ₃ ／α−Ｓｉ誘電体多層上部反射膜を電子ビーム蒸着
により蒸着する（図６（ｅ））。この誘電体多層膜の、
波長７８０ｎｍでの反射率は、９６％である。

【００３９】蒸着後、(214)メッシュ状薄板マスクを
取り除くとマスクの開口部のみ、すなわち(221)レーザ
出射口とその近傍５μｍ以上の範囲覆いかつ(210)上部
電極の少なくとも１００μｍ²を露出するように(211)上
部反射膜が形成される（図６（ｆ））。

【００４０】以上の工程により、図５に示したような、
埋め込み構造の (200)面発光半導体レーザを得ることが
できる。

【００４１】このようにして作成した本実施例の (200)
面発光半導体レーザにおいても、前述した実施例１と同
様、レーザ出射口における上部反射膜の欠損が全くなく
レーザ発振しきい値電流以下でのＬＥＤ漏れ光がほとん
ど生じないことから、実効反射率の高い上部反射膜が得
られていることがわかる。そして室温において連続発振
が達成され、しきい値電流も１ｍＡ以下と極めて低い値
が得られた。また外部微分量子効率も高く、本発明によ
る上部反射膜の実効反射率向上がレーザの特性向上に飛
躍的に貢献していることが確認された。

【００４２】また、上部反射膜をレーザ出射穴とその近
傍を覆いかつ上部電極の少なくとも１００μｍ²を露出
させるよう形成したことにより実施例１と同様に、通常
の方法となんら変わりなく、簡単に電流供給ワイヤーの
接続を行うことができた。

【００４３】（実施例３）図７は、本発明の第３の実施
例における半導体レーザ (300)の発光部の断面を示す斜
視図であり、図８（ａ）〜（ｆ）は当該実施例における
半導体レーザ (300)の製造工程を示す断面図である。

【００４４】本実施例の半導体レーザ (300)は、 (307)
ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層を、互いに (322)分
離溝で分離された複数の柱状部を形成した点で、上述の
実施例１および実施例２と異なる。また、発振波長を７
６０ｎｍにするために活性層及び各層のＡｌ組成を大き
くしている点でも異なる。 以下、本実施例の構成およ
び製造工程について図８（ａ）〜（ｆ）にしたがって説
明する。

【００４５】まず、 (302)ｎ型ＧａＡｓ基板上に、
(303)ｎ型ＧａＡｓバッファ層を形成し、さらに、ｎ型
ＡｌＡｓ層とｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層からなり波長７
６０ｎｍを中心に±３０ｎｍの光に対して９８％以上の
反射率を持つ２５ペアの (304)半導体多層膜ミラーを形
成する。続いて、 (305)ｎ型Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓクラッ
ド層、 (306)ｐ型Ａｌ_0.17Ｇａ_0.83Ａｓ活性層、 (307)
ｐ型Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓクラッド層、 (308)ｐ型Ａｌ
_0.2Ｇａ_0.8Ａｓコンタクト層を順次ＭＯＣＶＤ法でエピ
タキシャル成長させる。本実施例では、このときの成長
条件を、成長温度を７２０℃、成長圧力１５０Ｔｏｒｒ
とするとともに、ＩＩＩ族原料にはＴＭＧａ（トリメチ
ルガリウム）およびＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウ
ム）の有機金属を、Ｖ族原料にはＡｓＨ₃ 、ｎ型ドーパ
ントにＨ₂Ｓｅ 、ｐ型ドーパントにＤＥＺｎ（ジエチル
ジンク）を、それぞれ用いる。

【００４６】次に、表面に常圧熱ＣＶＤ法により (31
2)ＳｉＯ₂ 層を形成し、さらにその上にフォトレジスト
を塗布し、高温で焼きしめて (313)ハードベークレジス
トを形成する。さらに、このハードベークレジスト上
に、ＥＢ蒸着法により、 (314)ＳｉＯ₂ 層を形成する
（図７（ａ））。

【００４７】次に、ＲＩＥ法を用いて、基板上に形成
した各層を、以下のようにしてエッチングする。

【００４８】初めに、 (313)ハードベークレジスト上に
形成した (314)ＳｉＯ₂ 層上に、通常用いられるフォト
リソグラフィー工程を施し、必要なレジストパターンを
形成し、このパターンをマスクとして、ＲＩＥ法により
(314)ＳｉＯ₂ 層をエッチングする。このエッチング
は、例えば、ＣＦ₄ ガスを用いて、ガス圧を４．５Ｐ
ａ、入力をＲＦパワー１５０Ｗ、サンプルホルダーの温
度を２０℃にコントロールすることにより、行うことが
できる。

【００４９】次に、この (314)ＳｉＯ₂ 層をマスクにし
て、ＲＩＥ法により、 (313)ハードベークレジストをエ
ッチングする。このエッチングは、例えば、Ｏ₂ ガスを
用いて、ガス圧を４．５Ｐａ、入力をＲＦパワー１５０
Ｗ、サンプルホルダーの温度を２０℃にコントロールす
ることにより、行うことができる。このとき (314)Ｓｉ
Ｏ₂ 層上に初めに形成したレジストパターンも同時にエ
ッチングされる。

【００５０】次に、パターン状に残っている (314) Ｓ
ｉＯ₂ 層とエピタキシャル層上に形成した (312)ＳｉＯ
₂ 層を同時にエッチングするために、再びＣＦ₄ ガスを
用いてエッチングを行なう。

【００５１】以上のように、薄い (314)ＳｉＯ₂ 層をマ
スクにして、ドライエッチングの一方法であるＲＩＥ法
を (313)ハードベークレジストに用いることにより、必
要なパターン形状を持ちながら、さらに基板に対して垂
直な側面を持った (313)ハードベークレジストが作成で
きる。

【００５２】続いて、この垂直な側面を持った (313)
ハードベークレジストをマスクにして、ＲＩＢＥ法を用
いて、(307)ｐ型Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓクラッド層の途中
までエッチングを行なう（図７（ｂ））。この際、本実
施例では、エッチングガスには塩素とアルゴンの混合ガ
スを用い、ガス圧力５×１０^-4Ｔｏｒｒ、プラズマ引出
し電圧４００Ｖ、エッチング試料上でのイオン電流密度
４００μＡ／ｃｍ² 、試料温度を２０℃に保って行なう
こととする。

【００５３】ここで、 (307)ｐ型Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓク
ラッド層の途中までしかエッチングしないのは、活性層
の水平方向の注入キャリアと光の閉じ込めを、屈折率導
波型のリブ導波路構造にして、活性層内の光の一部を活
性層水平方向に伝達できるようにするためである。

【００５４】また、レジストとして垂直な側面を持った
(313)ハードベークレジストを使用し、さらに、エッチ
ング方法としてエッチング試料に対して垂直にイオンを
ビーム状に照射してエッチングを行なうＲＩＢＥ法を用
いることにより、(320)発光部を、基板に垂直な (322)
分離溝で分離させることができるとともに、面発光型半
導体レーザの特性向上に必要な垂直光共振器を作製する
ことが可能となっている。

【００５５】次に、(307)ｐ型Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓク
ラッド層上に、埋め込み層を形成する。このために、本
実施例では、まず、 (313)レジストを取り除き、次に、
ＭＢＥ法あるいはＭＯＣＶＤ法などにより、 (309)Ｚｎ
Ｓ_0.06Ｓｅ_0.94層を埋め込み成長させる（図７
（ｃ））。

【００５６】続いて、(312)ＳｉＯ₂を取り除き、(32
0)発光部の径よりやや小さい領域にレジストマスクを形
成し ｐ型オーミック電極を蒸着する。これをリフトオ
フにかけてレジストマスクとその上の蒸着膜を除去し、
(321)レーザ出射口を持つ(310)ｐ型オーミック電極
（上部電極）を形成する。

【００５７】ここで用いるレジストマスクはリフトオフ
の為だけに使用され余分なダメージを受けない。従って
リフトオフが極めて容易になり、精度の高い微小レーザ
出射口を形成できる。

【００５８】次に (302)ｎ型ＧａＡｓ基板側に (301)
ｎ型オーミック電極（下部電極）を蒸着し、Ｎ₂ 雰囲気
中で、４００℃のアロイングを行う（図２（ｄ））。

【００５９】しかる後に、 (321)レーザ出射口とその
近傍１０μｍの範囲を除き(310)上部電極の少なくとも
１００μｍ²を覆うように (314) レジストマスクを形成
し、表面に３ペアの (311)ＳｉＯ₂ ／ＴｉＯ₂誘電体多
層膜ミラーを電子ビーム蒸着により蒸着する（図７
（ｅ））。この誘電体多層膜ミラーの、波長７６０ｎｍ
での反射率は、９６％である。

【００６０】これをリフトオフにかけ、 (314)レジス
トマスクとその上の誘電体多層膜を除去する（図７
（ｆ））。

【００６１】ここで、本実施例の (300)半導体レーザで
は(309)ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94で埋め込んだ (322)分離溝
上にも (311)誘電体多層膜ミラーを作成することとした
ので、発光部に挟まれた領域にも垂直共振器構造が形成
され、したがって、 (322)分離溝に漏れた光も有効にレ
ーザ発振に寄与し、また、漏れた光を利用するので (32
0)発光部の位相に同期した発光となる。

【００６２】以上のように、図６に示したような (300)
面発光半導体レーザを得ることができる。

【００６３】このようにして作成した本実施例の (300)
面発光半導体レーザにおいても、上述した実施例１と同
様、レーザ出射口における上部反射膜の欠損が全くなく
レーザ発振しきい値以下でのＬＥＤ漏れ光が、ほとんど
生じないことから実効反射率の高い上部反射膜が得られ
ていることがわかる。そして室温において連続発振が達
成され、しきい値電流も２ｍＡ以下と極めて低い値が得
られた。また外部微分量子効率も高く、本発明による上
部反射膜の実効反射率向上がレーザの特性向上に飛躍的
に貢献していることが確認された。

【００６４】また、上部反射膜をレーザ出射穴とその近
傍を覆いかつ上部電極の少なくとも１００μｍ²を露出
させるよう形成することにより実施例１と同様に、通常
の方法となんら変わりなく、簡単に電流供給ワイヤーの
接続を行うことができた。

【００６５】なお、上述の各実施例では、ＡｌＧａＡｓ
系面発光型半導体レーザについて説明したが、その他の
ＩＩＩ−Ｖ族系の面発光型半導体レーザにも好適に適応
でき、特に活性層はＡｌの組成を変えることで発振波長
を変更することもできる。

【００６６】また各実施例では図１、図４、図６に示し
た構造をもとに説明を行ったが、本発明はこれにとらわ
れない。

【００６７】また各実施例では、上部反射膜をＳｉＯ2
／ａ−Ｓｉ、Ａｌ₂Ｏ₃／ａ−Ｓｉ、ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂な
どを材料とする誘電体多層膜で形成したが、本発明は上
部反射膜の材質によらず有効である。例えば、高屈折材
料にＣｅＯ₂、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＩｎＰ、低屈折率材料
にＣａＦ₂、ＬｉＦ、ＭｇＦ₂ などを用いこれらの組合
せからなる多層膜で形成してもよい。またＡｕ薄膜やＡ
ｕ薄膜とＳｉＯ₂など誘電体との組合せを用いてもよ
い。

【００６８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、レーザ出射口と上部電極をともに覆うように上部
反射膜を形成することにより、上部反射膜の欠損が生じ
ることがなくなるので、光の漏れ損失や実効反射率の低
下を回避できる。

【００６９】また上部電極のレーザ出射口形成工程を独
立して行えるのでレーザ出射口形状精度を飛躍的に向上
できる。

【００７０】さらに上部反射膜形成を製造工程の最後に
行えるので、上部反射膜に必要外のウエット処理、加熱
などのダメージを与えることもなく、製造過程における
上部反射膜の劣化を防げ、設計どうりの反射特性を持つ
上部反射膜を与えることができる。

【００７１】また、上部反射膜をレーザ出射口とその近
傍を覆いかつ上部電極の少なくとも１００μｍ²を露出
させるように形成することで、実装工程において通常行
われているのと全く同じ方法で電流供給ワイヤーの接続
を行うことができる。

【００７２】その結果として、光の利用効率の高い面発
光型半導体レーザを、実装工程になんら負担をかけるこ
となく実現でき、室温連続発振可能な、しきい値電流が
小さく、外部微分量子効率が高い面発光型半導体レーザ
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における面発光型半導体
レーザの発光部の断面を示す斜視図である。

【図２】（ａ）〜（ｆ）は図１の面発光型半導体レーザ
の製造工程を示す断面図である。

【図３】本発明の第１、第２、第３の実施例における面
発光型半導体レーザの電流供給ワイヤー接続後の外観を
示す斜視図である。

【図４】本発明の第１の実施例の面発光型半導体レーザ
の駆動電流と発振光出力の関係を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施例における面発光型半導体
レーザの発光部の断面を示す斜視図である。

【図６】（ａ）〜（ｆ）は図５の面発光型半導体レーザ
の製造工程を示す断面図である。

【図７】本発明の第３の実施例における面発光型半導体
レーザの発光部の断面を示す斜視図である。

【図８】（ａ）〜（ｆ）は図７の面発光型半導体レーザ
の製造工程を示す断面図である。

【図９】従来の面発光型半導体レーザの発光部の断面を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１０１，２０１，３０１，４０１ ｎ型オーミック電極 １０２，２０２，３０２，４０２ ｎ型半導体基板 １０３，２０３，３０３，４０３ ｎ型ＧａＡｓバッフ
ァ層 １０４，２０４，３０４，４０４ 分布反射型多層膜ミ
ラー １０５，４０５ ｎ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層 １０６，４０６ ｐ型ＧａＡｓ活性層 １０７，４０７ ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層 １０８，４０８ ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓコンタクト層 １０９，２０９，３０９，４０９ ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94
層（埋め込み層） １１０，２１０，３１０，４１０ ｐ型オーミック電極
（上部電極） １１１，４１１ ＳｉＯ₂／ａ−Ｓｉ誘電体多層膜（上
部反射膜） １１２，２１２，３１２ ＳｉＯ₂層 １１３，２１３ レジストマスク １１４，３１４ レジストマスク １１５ 電流供給ワイヤー ２０５ ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層 ２０６ ｐ型Ａｌ_0.11Ｇａ_0.89Ａｓ活性層 ２０７ ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層 ２０８ ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓコンタクト層 ２１１ Ａｌ₂Ｏ₃／ａ−Ｓｉ誘電体多層膜（上部反射
膜） ２１４ メッシュ状薄板マスク ３０５ ｎ型Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓクラッド層 ３０６ ｐ型Ａｌ_0.17Ｇａ_0.83Ａｓ活性層 ３０７ ｐ型Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓクラッド層 ３０８ ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓコンタクト層 ３１１ ＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂誘電体多層膜（上部反射膜） ３１３ ハードベイクレジスト ３１５ ＳｉＯ₂層

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板に対して垂直な方向に光を出
   射する面発光型半導体レーザにおいて、互いに分離溝に
   よって分離された複数の柱状部と、前記柱状部に隣接し
   て配置された埋め込み層と、前記複数の柱状部及び前記
   埋め込み層の上層に配置された上部電極と、レーザ出射
   口と該上部電極上面を同時に覆うように形成された上部
   反射膜とを有することを特徴としている面発光型半導体
   レーザ。
2. 【請求項２】 前記上部反射膜は、前記分離溝上を覆う
   ように形成された請求項1記載の面発光型半導体レー
   ザ。
3. 【請求項３】 半導体基板に対して垂直な方向に光を
   出射する面発光型半導体レーザの製造方法であって、 前記半導体基板上に少なくとも第一のクラッド層、活性
   層、第二のクラッド層、及びコンタクト層を順次積層
   し、半導体レーザの発光部となる積層構造を形成する工
   程と、 前記コンタクト層上に、該コンタクト層の上面の面積よ
   り小さい開口部を有する上部電極を形成する工程と、 前記開口部及び前記上部電極の上面の一部を同時に覆う
   ように上部反射膜を形成する工程と、を具備する面発光
   型半導体レーザの製造方法。
4. 【請求項４】 半導体基板に対して垂直な方向に光を出
   射する面発光型半導体レーザの製造方法であって、 前記半導体基板上に少なくとも第一のクラッド層、活性
   層、第二のクラッド層、及びコンタクト層を順次積層
   し、半導体レーザの発光部となる積層構造を形成する工
   程と、 前記積層構造を形成した後、前記第二のクラッド層の少
   なくとも一部を分離溝により分離し複数の柱状部を形成
   する工程と、 少なくとも前記複数の柱状部の前記コンタクト層上に、
   該コンタクト層の上面及び前記分離溝の上面の面積より
   小さい開口部を有する上部電極を形成する工程と、 前記開口部及び前記上部電極上面の一部を同時に覆うよ
   うに上部反射膜を形成する工程と、を具備する面発光型
   半導体レーザの製造方法。