JP3778241B2 - 面発光型半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
面発光型半導体レーザおよびその製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板に対して垂直にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
近年、末端系の光通信用ファイバーとして、プラスチック光ファイバーが注目されている。プラスチック光ファイバーは、従来の石英ファイバーに比べコア径が非常に大きく接続が簡単なため、低コストで設置でき、しかも強度に優れながら柔軟性に富むため、取り扱いが簡単という特徴を備えている。
【０００３】
プラスチック光ファイバーに適用される光源としては、面発光レーザが挙げられる。面発光レーザは、レーザ出射角が、端面レーザに比べ、等方的でかつ小さいという優れた特徴を有している。このように、レーザ放射角の小さい面発光レーザをコア径の大きいプラスチック光ファイバーに適用することにより、光ファイバーと光源との間にレンズを介さずに直接にレーザ光を光ファイバーに的確かつ効率的に入射することができる。これにより、きわめて簡単な構成からなる光通信モジュールを実現することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プラスチック光ファイバーには、伝達損失が大きいという欠点があるため、伝送距離を長くするには、大きな光出力の光源が必要になる。面発光レーザのレーザ出力を増すには、レーザ出射口径を大きくすることが有効である。しかし、レーザ出射口径を大きくすると放射角が大きくなるという問題が生じる。光送信モジュールの構成の簡略化のため、直接結合、すなわち、光ファイバーと光源との間にレンズを介さずに、直接にレーザ光を光ファイバーに入射を行った場合において、放射角の増大は、結合効率、すなわち、ファイバーコア内に入射するレーザ光の光量の低下および取り付けマージンの減少などを招く結果となる。そのため、伝送距離の長さを確保することと、直接結合による光送信モジュールの構成の簡略化の両立が難しいという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記の両立が図られるようにするもので、具体的には、レーザ出力を増したとしても、レーザ光の放射角を小さく設定することを可能とする面発光型半導体レーザおよびその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の面発光型半導体レーザは、半導体基板上に垂直方向の共振器を有し、前記共振器より前記半導体基板に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、
少なくとも前記共振器の一部を含む柱状の半導体堆積体が含まれ、
前記半導体堆積体の上面のレーザ出射面が凸レンズ面を構成する。
【０００７】
このように、柱状の半導体堆積体（以下「柱状部」という）の上面のレーザ出射面が凸レンズ面を構成しているため、レーザ出射面において、レーザビームを屈折させ、その放射角を狭めることができる。また、これによれば、レーザ出射面において放射角を制御できるため、レーザ出力を増すためにレーザ出射口径を大きくしたとしても放射角を小さく設定することも可能となる。
【０００８】
前記凸レンズ面を有するレンズ形状部は、前記半導体堆積体を構成するコンタクト層を含んでいることが望ましい。
【０００９】
コンタクト層を含むレンズ形状部は、以下に記載の構成をとることができる。
【００１０】
（１）第１に、前記レンズ形状部は、前記半導体堆積体を構成するコンタクト層の単体からなる。
【００１１】
このように、レンズ形状部がコンタクト層の単体からなることにより、レンズ形状部のための別の半導体を積層させる必要がなく、工程数を最小限に抑えることができる。
【００１２】
（２）第２に、前記レンズ形状部は、前記コンタクト層と、該コンタクト層上に形成されたレンズ層からなる。
【００１３】
このように、コンタクト層上に、レンズ層を設けたことにより、コンタクト層の薄膜化を図ることができる。
【００１４】
また、この場合、前記レンズ層は、レーザ光のエネルギーに相当するバンドギャップより大きなバンドギャップを有する半導体層から構成され、前記コンタクト層は、前記レンズ層よりバンドギャップが小さい半導体層から構成されることが望ましい。
【００１５】
このように、コンタクト層のバンドギャップが小さいことにより、上部電極とコンタクト層との良好なオーミック接触が達成される。また、前記レンズ層が設けられていることにより、前記コンタクト層を薄膜化することができ、コンタクト層による光吸収損失を最小限に抑えることができる。これにより、オーミック接触の向上と光吸収損失の防止との両立を図ることができる。
【００１６】
前記レンズ層は、以下に記載の構成をとることが望ましい。
【００１７】
▲１▼第１に、前記レンズ層は、屈折率の異なる複数の層からなり、該レンズ層の屈折率が多段的に変化している。
【００１８】
このように屈折率が多段的に変化していると、レンズ層が球面状である場合において、効果的に球面収差の補正をすることができる。
【００１９】
また、前記レンズ層がこの構成からなる場合には、前記レンズ層は、第１のレンズ層と、該第１のレンズ層より屈折率の大きい第２のレンズ層を含み、前記第２のレンズ層は前記第１のレンズ層より上位に位置することがさらに望ましい。
【００２０】
このような構成をとることで、第１のレンズ層が焦点距離を短くし、かつ、第２のレンズ層が焦点距離を長くすることにより、確実に球面収差の補正をすることができる。
【００２１】
▲２▼第２に、前記レンズ層は、屈折率が連続的に変化する層である。
【００２２】
球面収差は、連続的に存在するため、レンズ層を、屈折率が連続的に変化した層とすることにより、球面収差をさらに確実に補正することができる。
【００２３】
前記柱状部は、メサ状であることが望ましい。これにより、上部電極から下部電極に流れる電流の流域を画定することができる。
【００２４】
また、前記柱状部は、その側面がなだらかな曲面状であってもよい。柱状部の側面がなだらかであることにより、膜厚の均一な上部電極を形成することができ、これにより、カバレッジが向上し、断線が生じ難くなる。
【００２５】
また、本発明にかかる面発光型半導体レーザは、以下の工程（ａ）〜（ｄ）を含む製造方法により、形成することができる。
【００２６】
（ａ）半導基板上に、複数の半導体層を堆積して半導体堆積体を形成する工程、
（ｂ）前記半導体堆積体上に所定パターンの第１のレジスト層を形成する工程、
（ｃ）前記第１のレジスト層を加熱してリフローさせて、該レジスト層を凸レンズ状の形状に成形して第２のレジスト層を形成する工程、および
（ｄ）エッチングによって少なくとも前記第２のレジスト層を除去して、前記半導体堆積体の上部に前記第２のレジスト層の形状が反映されたレンズ形状部を形成する工程。
【００２７】
この製造方法によれば、柱状部とレンズ形状部とをセルフアラインで形成できるため、光軸合わせが不要で、光軸ずれも生じない。
【００２８】
前記工程（ｄ）におけるレンズ形状部の構成は、上述した構成のものを適用することができる。
【００２９】
前記工程（ｄ）のエッチングにおけるレジスト層に対する半導体堆積体のエッチング選択比（以下、「選択比」という）は、０．５〜１．０であることが望ましい。選択比を０．５〜１．０のように小さくすることで、前記半導体堆積体の上部に前記第２のレジスト層の形状を反映しながら所望の曲率のレンズ形状部を形成することができる。
【００３０】
また、前記工程（ｄ）のエッチングは、塩素系ガスに酸素を付加した反応性イオンビームエッチング方法によりなされることが望ましい。これにより、酸素の量を調整することにより、選択比を制御することができる。その結果、容易にレンズ形状を制御することができる。
【００３１】
さらに、本発明の製造方法は、前記工程（ｃ）の後に、前記第２のレジスト層をマスクとして、前記半導体堆積体の一部をエッチングして、メサ状の柱状の半導体堆積体を形成する工程（ｅ）を有することが望ましい。
【００３２】
この方法によれば、柱状部とレンズ形状部との形成を同一マスクを使用し、かつ、柱状部を形成する際のエッチングからレンズ形状部を形成する際のエッチングへの移行を、エッチングガスを切り替えることのみで済むため、上記の工程を容易に進めることができる。
【００３３】
また、前記工程（ｅ）を含まない場合には、柱状部とレンズ形状部が同一の工程で形成され、かつ、前記半導体堆積体の側面の勾配がなだらかになる。これにより、カバレッジが向上した膜厚の均一な上部電極を形成することができ、上部電極の断線が生じ難くなる。
【００３４】
前記工程（ｂ）で、前記第１のレジスト層の形成に用いられるレジスト材料は、特に限定されないが、比較的に耐熱性の低いフォトレジストなどが好ましい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
（第１の実施の形態）
（デバイスの構造）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ（以下、「面発光レーザ」という）を模式的に示す断面図である。
【００３７】
図１に示す面発光レーザ１００は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０９上に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌＡｓとを交互に積層した２５ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下、「下部ＤＢＲミラー」という）１０４、厚さ３ｎｍのＧａＡｓウエル層と厚さ３ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層から成り該ウエル層が３層で構成される量子井戸活性層１０５、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交互に積層した３０ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下、「上部ＤＢＲミラー」という）１０３およびコンタクト層１０２が順次積層されて形成されている。
【００３８】
上部ＤＢＲミラー１０３は、Ｚｎがドーピングされることにより、ｐ型にされ、下部ＤＢＲミラー１０４は、Ｓｅがドーピングされることにより、ｎ型とされている。したがって、上部ＤＢＲミラー１０３、不純物がドーピングされていない量子井戸活性層１０５および下部ＤＢＲミラー１０４とで、ｐｉｎダイオードが形成される。
【００３９】
コンタクト層１０２は、後述する上部電極１０６とオーミック接触可能な材質であることが必要で、ＡｌＧａＡｓ系材料の場合、たとえば、１０19ｃｍ-3以上の高濃度の不純物がドーピングされたＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓからなる。
【００４０】
コンタクト層１０２、上部ＤＢＲミラー１０３、量子井戸活性層１０５および下部ＤＢＲミラー１０４の途中まで、所定の領域を除き、メサ状にエッチングすることにより、柱状部１０１が形成されている。柱状部１０１の上面、具体的には、コンタクト層１０２の上面は、凸レンズ形状となっている。以下、上部ＤＢＲミラー１０３上に設けられた凸レンズ形状部を単にレンズ形状部１１５という。
【００４１】
さらに、絶縁層１０８は、柱状部１０１の側面の一部分および下部ＤＢＲミラー１０４の上面を覆うようにして形成されている。
【００４２】
そして、上部電極１０６は、柱状部１０１の上面において、コンタクト層１０２とリング状に接触し、露出した柱状部１０１の側面、および絶縁層１０８の表面の一部を覆うようにして形成されている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板１０９の下には、下部電極１０７が形成されている。
【００４３】
上部電極１０６と下部電極１０７とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、量子井戸活性層１０５において、電子と正孔との再結合が起こり、再結合発光が生じる。そこで生じた光が上部ＤＢＲミラー１０３と下部ＤＢＲミラー１０４との間を往復する際、誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。光利得が光損失を上まわるとレーザ発振が起こり、上部電極１０６の開口部から基板に対して垂直方向にレーザ光が出射される。
【００４４】
本実施の形態において特徴的なことは、図１に示すように、柱状部１０１の上面、すなわち、レーザ出射面が凸レンズ形状に形成されていることである。これにより、レーザ出射面において、レーザビームを屈折させ、その放射角を狭めることができる。また、これによれば、レーザ出射面において放射角を制御できるため、レーザ出射口径を大きくしたとしても放射角を小さく設定することも可能となる。
【００４５】
（デバイスの製造プロセス）
次に、図１に示す面発光レーザ１００の製造プロセスについて説明する。図２〜図６は、面発光レーザ１００の製造工程を示した模式図である。
【００４６】
（ａ）まず、図２を参照しながら説明する。ｎ型ＧａＡｓ基板１０９上に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌＡｓとを交互に積層し、Ｓｅをドーピングした２５ペアの下部ＤＢＲミラー１０４を形成する。次に、下部ＤＢＲミラー１０４上に、厚さ３ｎｍのＧａＡｓウエル層と、厚さ３ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層から成り、該ウエル層が３層で構成される量子井戸活性層１０５を形成する。さらに、量子井戸活性層１０５上に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交互に積層し、Ｚｎをドーピングした３０ペアの上部ＤＢＲミラー１０３を形成する。その後、上部ＤＢＲミラー１０３上に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓからなるコンタクト層１０２を積層する。
【００４７】
上記の各層は、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ−ＯｒｇａｎｉｃＶａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法でエピタキシャル成長させることができる。このとき、例えば、成長温度は、７５０℃、成長圧力は、２×１０4Ｐａで、III族原料にＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）の有機金属を用い、Ｖ族原料にＡｓＨ3 、ｎ型ドーパントにＨ2Ｓｅ、ｐ型ドーパントにＤＥＺｎ（ジメチル亜鉛）を用いることができる。
【００４８】
次に、コンタクト層１０２上に、フォトレジストを塗布した後、フォトリソグラフィーにより、フォトレジストをパターニングすることにより、図２に示すように、所定のパターンの第１のレジスト層Ｒ１を形成する。
【００４９】
（ｂ）次いで、第１のレジスト層Ｒ１を加熱、リフロー、すなわち、溶融したレジストを流動させて再形成する。これにより、第１のレジスト層Ｒ１は、表面張力の影響を受けて、図３に示すような凸レンズ状に変形し、第２のレジスト層Ｒ２が形成される。加熱方法としては、例えば、ホットプレートまたは温風循環式オーブンなどを用いて行うことができる。ホットプレートを使用した場合の条件は、レジストの材質により変わるが、１５０℃以上で、２〜１０分、好ましくは５分である。また、温風循環式オーブンの場合は、１６０℃以上で、２０〜３０分が適当である。
【００５０】
（ｃ）次いで、図４に示すように、第２のレジスト層Ｒ２をマスクとして、反応性イオンエッチング法により、コンタクト層１０２、上部ＤＢＲミラー１０３、量子井戸活性層１０５および下部ＤＢＲミラー１０４の途中まで、かつ、第２のレジスト層Ｒ２のレンズ形状をとどめつつ、メサ状にエッチングし、柱状部１０１を形成する。このエッチングには、通常、エッチングガスとして塩素または塩素系ガス（塩化水素，ＢＣｌ3）を用いた、反応性イオンビームエッチング法が使われる。このエッチングの選択比は、２．０以上であることが好ましい。この際、選択比に影響を与えない範囲において、プラズマ状態を安定化するために、Ａｒを付加してもよい。
【００５１】
（ｄ）その後、選択比が０．５〜１．０であるドライエッチング法により、第２のレジスト層Ｒ２と下部ＤＢＲミラー１０４をエッチングし、コンタクト層１０２の上面を凸レンズ形状にする。このエッチングにおいて、図５で想像線で示すように、エッチング工程を行う前の第２のレジスト層Ｒ２のレンズ形状を反映させながら、コンタクト層１０２にその凸レンズ状の形状を転写する。ドライエッチング法としては、酸素の量で選択比の調節が可能である、塩素系ガスに酸素を添加した反応性イオンビームエッチング法が好ましい。また、Ａｒガスを用いたイオンビームエッチング法も適用可能である。
【００５２】
（ｅ）次いで、ＳｉＨ4（モノシラン）ガスとＯ2（酸素）ガスを用い、Ｎ2（窒素）ガスをキャリアガスとする常圧熱ＣＶＤ法により、基板上に、例えば、膜厚１００〜３００ｎｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯX膜）を形成する。その後、フォトリソグラフィとドライエッチングにより、図１に示すように、柱状部１０１の側面の一部および下部ＤＢＲミラー１０４の一部を除き、シリコン酸化膜をエッチング除去して、絶縁層１０８を形成する。
【００５３】
次いで、真空蒸着法により、下部ＤＢＲミラー１０４上に、Ａｕ−Ｚｎ合金層を形成し、フォトリソグラフィ法を用い、図１に示すように、柱状部１０１の上面が露出するように、該合金層をエッチング除去して、上部電極１０６を形成する。
【００５４】
続いて、基板１０９の下面に、真空蒸着法により、Ａｕ−Ｇｅ合金層からなる下部電極１０７が形成され、図１に示すような面発光レーザが完成する。
【００５５】
このように、柱状部１０１とレンズ形状部１１５とをセルフアラインで形成するため、光軸合わせが不要で、光軸ずれも生じない。また、柱状部１０１とレンズ形状部１１５との形成を同一マスクを使用し、かつ、柱状部１０１を形成する際のエッチングからレンズ形状部１１５を形成する際のエッチングへの移行を、エッチングガスを切り替えることのみで済むため、上記の工程を円滑に進めることができる。
【００５６】
本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ系の面発光レーザは、コンタクト層の組成を考慮して、レーザ光の該コンタクト層でのバンド間吸収が生じない、レーザ発振波長７８０ｎｍ以上において、好ましく適用できる。
【００５７】
（第２の実施の形態）
（デバイスの構造）
図７は、本発明の第２の実施の形態にかかる面発光レーザ２００を模式的に示す断面図である。
【００５８】
本実施の形態に係る面発光レーザ２００は、柱状部１０１におけるレンズ形状部１１５の半導体層の層構造の点で第１の実施の形態と異なる。これ以外の構成については、第１の実施の形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。本実施の形態において、第１の実施の形態に係る面発光レーザ１００と実質的に同様の機能を有する部分には同一の符号を付する。
【００５９】
レンズ形状部１１５の層構造は、コンタクト層１０２の上に、さらに、レンズ層１１０が形成された構成をとっている。また、レンズ形状部１１５の上面は、レンズ層１１０の上面と、コンタクト層１０２の上面の一部とから構成され、詳しくは、同心円状に、中心から、レンズ層１１０の上面、次いで、その回りにおいてリング状に露出するコンタクト層１０２の上面の一部の順で構成されている。 コンタクト層１０２は、コンタクト層１０２と上部電極１０６とのオーミック接触を確保することを目的として、バンドギャップが小さい半導体、たとえば、高濃度の不純物がドーピングされたＧａＡｓからなる。一方、レーザ発振波長によっては、バンドギャップが小さいコンタクト層１０２ではバンド間吸収によりレーザ光の吸収損失がおこる場合がある。このことを考慮して、コンタクト層１０２は、コンタクト層によるレーザ光の吸収損失を最小限に抑えることができる膜厚、たとえば膜厚５００〜１０００ｎｍまで薄膜化されている。
【００６０】
さらに、コンタクト層１０２を薄膜化したことにより、コンタクト層１０２のみでは、レンズ形状部１１５としての機能が確保されない。そこで、レンズ機能を確実に発現させることを目的として、コンタクト層１０２上にレンズ層１１０が設けられている。レンズ層１１０は、バンドギャップがレーザ光のエネルギーよりも大きな半導体であって、フリーキャリア散乱による光損失が生じ難い半導体、たとえば、低キャリア濃度あるいはノンドープのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓなどからなる。
【００６１】
本実施の形態において特徴的なことは、コンタクト層１０２を薄膜化し、かつ、レンズ機能を確保するために、レンズ層１１０を設けたことである。コンタクト層１０２のバンドギャップがレーザ光のエネルギーに相当するバンドギャップよりも小さい場合、コンタクト層１０２によるレーザ光の吸収損失が生じる。しかし、本実施の形態では、上記した特徴のように、コンタクト層１０２によるレーザ光の吸収損失を最小限に抑えることができる膜厚まで、コンタクト層１０２を薄膜化している。このため、レーザ光のエネルギーよりも小さいバンドギャップを有する半導体をコンタクト層１０２に適用することが可能となる。その結果、オーミック接触を取り易くするため、レーザ光のエネルギーよりもコンタクト層１０２のバンドギャップを小さくすることができ、これにより、上部電極１０６とコンタクト層１０２との接触抵抗を低減することができる。
【００６２】
以上のように、本実施の形態によれば、凸レンズ形状を有するレンズ形状部１１５により、レーザ出射面において、レーザビームを屈折させ、その放射角を狭めることができる。また、これによれば、レーザ出射面において放射角を制御できるため、レーザ出射口径を大きくしたとしても放射角を小さく設定することも可能となる。さらに、レーザ光のエネルギーよりもコンタクト層１０２のバンドギャップを小さくすることができ、これにより、上部電極１０６とコンタクト層１０２との接触抵抗を低減することができる。
【００６３】
（デバイスの製造プロセス）
本実施の形態における面発光レーザ２００の製造方法としては、第１の実施の形態における（ａ）工程において、上部ＤＢＲミラー形成後に、膜厚５００〜１０００ｎｍのＧａＡｓからなるコンタクト層を形成し、さらに、コンタクト層上に、膜厚２０００〜３０００ｎｍのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなるレンズ層１１０を形成する。それ以外は、第１の実施の形態と同様の方法を用いることができる。
【００６４】
このように、柱状部１０１とレンズ形状部１１５とをセルフアラインで形成するため、光軸合わせが不要で、光軸ずれも生じない。また、柱状部１０１とレンズ形状部１１５との形成を同一マスクを使用し、かつ、柱状部１０１を形成する際のエッチングからレンズ形状部１１５を形成する際のエッチングへの移行を、エッチングガスを切り替えることのみで済むため、上記の工程を円滑に進めることができる。
【００６５】
本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ系の面発光レーザは、レーザ発振波長を問わず適用できるが、たとえば、レーザ発振波長８００ｎｍ以下の場合において特に有効である。
【００６６】
（第３の実施の形態）
（デバイスの構造）
図８は、本発明の第３の実施の形態にかかる面発光レーザ３００を模式的に示す断面図である。
【００６７】
本実施の形態に係る面発光レーザ３００は、レンズ形状部１１５の半導体層の層構造の点で第１の実施の形態と異なる。これ以外の構成については、第１の実施の形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。本実施の形態において、第１の実施の形態に係る面発光レーザと実質的に同様の機能を有する部分には同一の符号を付する。
【００６８】
レンズ形状部１１５のコンタクト層１０２の上には、レンズ層１１０が形成されている。レンズ層１１０は、低屈折率レンズ層１１１およびそれと比較して屈折率が大きい高屈折率レンズ層１１２が順次積層され形成されている。そして、レンズ形状部１１５の上面は、高屈折率レンズ層の上面１１２、その回りにおいてリング状に露出した低屈折率レンズ層１１１の上面の一部、さらにその回りにおいて上部電極と接触するためにリング状に露出したＧａＡｓからなるコンタクト層１０２の上面の一部が、同心円状に、かつ、同一曲面をなすように構成されている。
【００６９】
高屈折率レンズ層１１２は、入射光の焦点距離を小さくする役割を有し、たとえば、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓからなる。
【００７０】
低屈折率レンズ層１１１は、入射光の焦点距離を大きくする役割を有し、高屈折率レンズ層１１２よりも屈折率が小さい材質、たとえば、Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓからなる。
【００７１】
本実施の形態において特徴的なことは、レンズ形状部１１５の上面が、高屈折率レンズ層１１２の上面、その回りにおいてリング状に露出した低屈折率レンズ層１１１の上面の一部を含んでなることである。
【００７２】
この構成によれば、柱状部１０１の上面が、単純曲面、すなわち球面的な凸レンズ形状であっても、複合曲面、すなわち非球面的な凸レンズ形状と同等の効果を発現することができる。すなわち、柱状部１０１の上面の凸レンズ形状が球面あるいは球面に近い形状の場合には、レンズは、球面収差、つまり、図９に示すように、光軸から径方向にいくにしたがって、レンズＬに入射した光の焦点距離が小さくなるという現象が生じる。この球面収差の補正をするために、通常、レンズの光軸から径方向外側部分の曲面の曲率を小さくした非球面形状のレンズを用いる。
【００７３】
本実施の形態に係る柱状部１０１のレンズ形状部１１５の上面は、中央部に低屈折レンズ層１１２の上面が形成され、その回りにリング状に露出し、それと比較して屈折率の小さい低屈折レンズ層１１１の上面の一部が形成されてなっている。これにより、柱状部１０１の上面を非球面化することなく、球面収差を補正することができる。つまり、球面あるいは球面に近い形状を有するレンズ形状部１１５の場合、その中心から径方向にいくに従って、入射した光の焦点距離が小さくなるところを、高屈折レンズ層１１１の回りに、それと比較して屈折率の小さい低屈折レンズ層１１２の露出面を設けたことにより、この部分に入射した光の焦点距離を大きくすることができる。これにより、球面収差の補正を容易にすることができる。
【００７４】
また、リフロー後の第２のレジスト層Ｒ２の形状を反映させながらレンズ形状部１１５を形成する際に微細な形状制御ができない場合であっても、これらレンズ層１１１，１１２の屈折率を制御することにより、所望のレンズ特性を得ることができる。
【００７５】
（デバイスの製造プロセス）
本実施の形態における面発光レーザ３００の製造方法としては、第１の実施の形態における（ａ）工程において、上部ＤＢＲミラー１０３形成後に、膜厚５００〜１０００ｎｍのＧａＡｓからなるコンタクト層１０２を形成し、次いで、コンタクト層１０２上に、低屈折率レンズ層１１１として、膜厚５００〜１５００ｎｍのＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓを形成し、さらに、高屈折率レンズ層１１２として、膜厚５００〜１５００ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓを形成したこと以外は、第１の実施の形態と同様である。
【００７６】
上記のようにコンタクト層１０２上に、低屈折率レンズ層１１１を設け、さらに、その上に高屈折率レンズ層１１２が設けられていることにより、工程上、以下の利点を有する。リフロー後の第２のレジスト層Ｒ２の形状を反映させながらレンズ形状部１１５を形成する際に微細な形状制御ができない場合であっても、これらレンズ層１１１，１１２の屈折率を制御することにより、所望のレンズ特性を得ることができる。
【００７７】
このように、柱状部１０１とレンズ形状部１１５とをセルフアラインで形成するため、光軸合わせが不要で、光軸ずれも生じない。また、柱状部１０１とレンズ形状部１１５との形成を同一マスクを使用し、かつ、柱状部１０１を形成する際のエッチングからレンズ形状部１１５を形成する際のエッチングへの移行を、エッチングガスを切り替えることのみで済むため、上記の工程を円滑に進めることができる。
【００７８】
本発明のレンズ層は、二層構造に限定されるものではない。たとえば、結晶成長時に組成を連続的に変化させて得られた、レンズ層の屈折率が下層から順に連続的に変化した単層であってもよい。
【００７９】
（第４の実施の形態）
（デバイスの構造）
図１０は、本発明の第４の実施の形態にかかる面発光レーザ４００を模式的に示す断面図である。
【００８０】
図１０に示す面発光レーザ４００は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０９上に、下部ＤＢＲミラー１０４、量子井戸活性層１０５、厚さ３ｎｍのＧａＡｓウエル層と厚さ３ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層から成り該ウエル層が３層で構成される量子井戸活性層１０５、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交互に積層した５ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下「第１の上部ＤＢＲミラー」という）１０３ａ、電流狭窄層１２０、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交互に積層した２０ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下「第２の上部ＤＢＲミラー」という）１０３ｂおよびコンタクト層１０２が順次積層されて形成されている。コンタクト層１０２は、第１の実施の形態と同様の材質を適用できる。
【００８１】
第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａおよび第２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂは、Ｚｎがドーピングされることにより、ｐ型にされ、下部ＤＢＲミラー１０４は、Ｓｅがドーピングされることにより、ｎ型とされている。したがって、第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａ、不純物がドーピングされていない量子井戸活性層１０５および下部ＤＢＲミラー１０４とで、ｐｉｎダイオードが形成される。
【００８２】
本実施の形態では、量子井戸活性層１０５は、柱状部１０１より下に設けられているため、上部電極１０６から注入された電流を、量子井戸活性層１０５の中心部に集中的に流れるように、電流の流域を画定する必要がある。この電流の流域を画定する手段として、電流狭窄層１２０が設けられている。電流狭窄層１２０は、中心部に設けられた半導体層１２０ａおよびそれを取り囲むようにして形成された絶縁体層１２０ｂからなる。この半導体層１２０ａは、たとえば、ＡｌＡｓからなる。また、絶縁体層１２０ｂは、たとえば、上述の半導体層１２０ａを酸化させて得られる酸化物からなる。また、電流狭窄層１２０は、後において説明する酸化工程において、周囲の半導体の結晶に影響を与えない範囲において、第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａの下端と第２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂの上端との中間より下に形成されることが望ましい。
【００８３】
コンタクト層１０２、第２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂ、電流狭窄層１２０および第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａの途中まで、所定の領域を除き、エッチングすることにより、柱状部１０１が形成されている。柱状部１０１は、なだらかに傾斜した側面を有している。また、柱状部１０１の上部、具体的には、コンタクト層１０２は、レンズ形状部１１５を形成し、その上面は、凸レンズ形状となっている。
【００８４】
そして、上部電極１０６は、柱状部１０１の上面において、コンタクト層１０２とリング状に接触し、かつ柱状部１０１の側面および第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａを覆うようにして形成されている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板１０９の下には、下部電極１０７が形成されている。
【００８５】
次に面発光レーザ４００の動作を説明する。
【００８６】
上部電極１０６と下部電極１０７とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、図１０の矢印で示すように、第２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂから順に電流狭窄層１２０の半導体層１２０ａ、第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａをとおり、量子井戸活性層１０５に電流が流れる。これにより、量子井戸活性層１０５において、電子と正孔との再結合が起こり、再結合発光が生じる。そこで生じた光が上部ＤＢＲミラー１０３ａ，１０３ｂと下部ＤＢＲミラー１０４との間を往復する際、誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。光利得が光損失を上まわるとレーザ発振が起こり、上部電極１０６の開口部から基板に対して垂直方向にレーザ光が出射される。
【００８７】
本実施の形態において特徴的なことは、図１０に示すように、柱状部１０１の側面の勾配がなだらかな形状をとっていることである。これにより、上部電極１０６を形成する際、均一な膜厚を有する上部電極１０６形成することができる。その結果、上部電極１０６の断線を生じ難くすることができる。
【００８８】
以上のように、本実施の形態によれば、レーザ出射面であるコンタクト層１０２の上面が凸レンズ形状を有しているため、レーザ出射面において、レーザビームを屈折させ、その放射角を狭めることができる。また、これによれば、レーザ出射面において放射角を制御できるため、レーザ出射口径を大きくしたとしても放射角を小さく設定することも可能となる。
【００８９】
さらに、柱状部１０１の側面が勾配のなだらかな形状であるため、良好なステップカバレッジが達成され、上部電極１０６の断線を生じ難くすることができる。
【００９０】
（デバイスの製造プロセス）
次に、図１０に示す面発光レーザ４００の製造プロセスについて説明する。図１１〜図１４は、面発光レーザ４００の製造工程を示したものである。
【００９１】
（ａ）まず、図１１を参照しながら説明する。ｎ型ＧａＡｓ基板１０９上に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌＡｓとを交互に積層し、Ｓｅをドーピングした２５ペアの下部ＤＢＲミラー１０４を形成する。次に、下部ＤＢＲミラー１０４上に、厚さ３ｎｍのＧａＡｓウエル層と、厚さ３ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層から成り、該ウエル層が３層で構成される量子井戸活性層１０５を形成する。さらに、量子井戸活性層１０５上に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交互に積層し、Ｚｎをドーピングした５ペアの第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａを形成する。次いで、第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａ上に、電流狭窄層１２０を設けようとする位置にＡｌＡｓからなる半導体層１２０ｃを形成する。この半導体層１２０ｃ上に、さらにＡｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交互に積層し、Ｚｎをドーピングした２０ペアの第２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂを形成する。その後、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓからなるコンタクト層１０２を積層する。
【００９２】
上記の各層は、ＭＯＶＰＥ法でエピタキシャル成長させることができる。このとき、例えば、成長温度は、７５０℃、成長圧力は、２×１０4Ｐａで、III族原料にＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）の有機金属を用い、Ｖ族原料にＡｓＨ3、ｎ型ドーパントにＨ2Ｓｅ、ｐ型ドーパントにＤＥＺｎ（ジメチル亜鉛）を用いた。
【００９３】
次に、コンタクト層１０２上に、フォトレジストを塗布した後、フォトレジストをパターニングすることにより、図１１に示すように、所定のパターンの第１のレジスト層Ｒ１を形成する。
【００９４】
（ｂ）次いで、第１のレジスト層Ｒ１を加熱、リフロー、すなわち、溶融したレジストを流動させて再形成を行う。これにより、第１のレジスト層Ｒ１は、表面張力の影響を受けて、図１２に示すような凸形状の第２のレジスト層Ｒ２に変形する。加熱方法としては、例えば、ホットプレートまたは温風循環式オーブンなどを用いて行うことができる。ホットプレートを使用した場合の条件は、レジストの材質により変わるが、１５０℃以上で、２〜１０分、好ましくは５分である。また、温風循環式オーブンの場合は、１６０℃以上で、２０〜３０分が適当である。
【００９５】
（ｃ）その後、図１３に示すように、第２のレジスト層Ｒ２をマスクとして、選択比が０．５〜１．０であるドライエッチング法により、コンタクト層１０２、第２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂ、半導体層１２０ｃおよび第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａの途中までエッチングして、柱状部１０１を形成する。このエッチングにおいて、図１２の想像線で示すように、エッチング工程を行う前の第２のレジスト層Ｒ２の凸形状を反映させながら、半導体の堆積層にその凸形状を転写する。ドライエッチング法としては、酸素の量で選択比の調節が可能である、塩素系ガスに酸素を添加した反応性イオンビームエッチング法が好ましい。また、Ａｒガスを用いたイオンビームエッチング法も適用可能である。
【００９６】
（ｄ）次いで、図１４に示すように、ＡｌＡｓからなる半導体層１２０ｃを、４００℃程度の水蒸気雰囲気下に、１〜３０分さらすことにより、ＡｌＡｓがその露出面から内側へと酸化されていき、絶縁体である酸化アルミニウムが形成される。これにより、中心部分のＡｌＡｓからなる半導体層１２０ａの回りに酸化アルミニウムからなる絶縁層１２０ｂが形成され、電流狭窄層１２０が形成される。
【００９７】
（ｅ）次いで、真空蒸着法により、柱状部１０１および第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａ上に、Ａｕ−Ｚｎ合金層を形成し、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを用い、図１０に示すように、コンタクト層１０２の上面が露出するように、該合金層を除去して、上部電極１０６を形成する。
【００９８】
続いて、基板１０９の下面に、真空蒸着法により、Ａｕ−Ｇｅ合金層からなる下部電極１０７が形成され、図１０に示すような面発光レーザ４００が完成する。
【００９９】
上記の工程（ｄ）のように、エッチングを行う前の第２のレジスト層Ｒ２の凸形状を反映させながら、半導体の堆積層にその凸形状を転写し、レンズ形状部１１５と柱状部１０１とを同時に形成することができる。そして、柱状部１０１の側面は、なだらかな形状となる。そのため、柱状部１０１の側面に均一な膜厚の上部電極を形成することができる。その結果、良好なカバレッジが達成され、上部電極１０６の断線を生じ難くすることができる。
【０１００】
また、柱状部１０１とレンズ形状部１１５とをセルフアラインで形成するため、光軸合わせが不要で、光軸ずれも生じない。
【０１０１】
（第５の実施の形態）
（デバイスの構造）
図１５は、本発明の第５の実施の形態にかかる面発光レーザ５００を模式的に示す断面図である。
【０１０２】
本実施の形態に係る面発光レーザ５００は、柱状部１０１の形状の点で第４の実施の形態と異なる。これ以外の構成については、第４の実施の形態と同様であるので、第４の実施の形態に係る面発光レーザ４００と実質的に同様の機能を有する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１０３】
すなわち、柱状部１０１は、メサ状にエッチングされて形成されており、また、柱状部１０１の側面は、第４の実施の形態に比べて、勾配が急峻になるように形成されている。さらに、柱状部１０１の上部、すなわちコンタクト層１０２は、レンズ形状部１１５を構成し、その上面は、凸レンズ形状になっている。
【０１０４】
面発光レーザ５００のレーザ発振の動作は、第４の実施の形態と同様である。
【０１０５】
以上のように本実施の形態によれば、レーザ出射面であるコンタクト層１０２の上面が凸形状を有しているため、レーザ出射面において、レーザビームを屈折させ、その放射角を狭めることができる。また、これによれば、レーザ出射面において放射角を制御できるため、レーザ出射口径を大きくしたとしても放射角を小さく設定することも可能となる。
【０１０６】
（デバイスの製造プロセス）
次に、図１５に示す面発光レーザ５００の製造プロセスについて説明する。図１６〜図１８は、面発光レーザ５００の製造工程を示したものである。
【０１０７】
本実施の形態に係る面発光レーザ５００の製造方法は、第４の実施の形態における工程（ａ）から工程（ｂ）まで、すなわち、第１のレジスト層Ｒ１をレンズ形状の第２のレジスト層Ｒ２にするまでは、第４の実施の形態と同様にして行うことができる。以下に、それ以後の工程を詳述する。
【０１０８】
（ｃ）図１６に示すように、第２のレジスト層Ｒ２をマスクとして、反応性イオンエッチング法により、コンタクト層１０２および第２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂの途中まで、かつ、第２のレジスト層Ｒ２のレンズ形状をとどめつつ、メサ状にエッチングし、柱状部１０１を形成する。このエッチングには、通常、エッチングガスとして塩素または塩素系ガス（塩化水素，ＢＣｌ3）を用いた、反応性イオンビームエッチング法が使われる。このエッチングの選択比は、２．０以上であることが好ましい。この際、選択比に影響を与えない範囲において、プラズマ状態を安定化するために、Ａｒを付加してもよい。
【０１０９】
（ｄ）その後、選択比が０．５〜１．０であるドライエッチング法により、第２のレジスト層Ｒ２と上部ＤＢＲミラー１０３ａをエッチングし、図１６に示すように、コンタクト層１０２の上面を凸レンズ形状にする。このエッチングにおいて、図５の想像線で示すように、エッチング工程を行う前の第２のレジスト層Ｒ２のレンズ形状を反映させながら、コンタクト層１０２にそのレンズ形状を転写する。この際、同時に、第２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂ、半導体層１２０ｃおよび第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａの途中までエッチングされる。ドライエッチング法としては、酸素の量で選択比の調節が可能である、塩素系ガスに酸素を添加した反応性イオンビームエッチング法が好ましい。また、Ａｒガスを用いたイオンビームエッチング法も適用可能である。
【０１１０】
（ｅ）次いで、ＡｌＡｓからなる半導体層１２０ｃを、４００℃程度の水蒸気雰囲気下に、１〜３０分さらすことにより、ＡｌＡｓがその露出面から内側へと酸化されていき、絶縁体である酸化アルミニウムが形成される。これにより、中心部分のＡｌＡｓからなる半導体層１２０ａの回りに酸化アルミニウムからなる絶縁層１２０ｂが形成され、電流狭窄層１２０が形成される。
【０１１１】
次いで、真空蒸着法により、柱状部１０１および第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａ上に、Ａｕ−Ｚｎ合金層を形成し、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを用い、図１５に示すように、コンタクト層１０２の上面が露出するように、該合金層を除去して、上部電極１０６を形成する。
【０１１２】
続いて、基板１０９の下面に、真空蒸着法により、Ａｕ−Ｇｅ合金層からなる下部電極１０７が形成され、図１５に示すような面発光レーザ５００が完成する。
【０１１３】
以下に、本実施の形態における製造方法の利点を詳述する。
【０１１４】
上記の工程（ｃ）のように、第２のレジスト層Ｒ２をマスクとして堆積層をメサ状にエッチングし、柱状部を形成する工程を含むことにより、エッチング後のコンタクト層１０２および電流狭窄層１２０の外径は、レジストの外径に依存するため、所望の外径を有するコンタクト層１０２および電流狭窄層１２０を精度よく形成することができる。
【０１１５】
また、柱状部１０１とレンズ形状部１１５とをセルフアラインで形成するため、光軸合わせが不要で、光軸ずれも生じない。
【０１１６】
また、コンタクト層１０２を精度よく形成することができるため、コンタクト層１０２と上部電極１０６との接触面積を所定の大きさとすることができる。
【０１１７】
さらに、電流狭窄層１２０を精度よく形成することができるため、電流狭窄層１２０をＡｌＡｓの一部分を酸化して形成する際、その酸化量を一定にすることで、電流狭窄層１２０の半導体層１２０ａもまた、精度よく形成することができる。
【０１１８】
上記の実施の形態において、ＡｌＧａＡｓ系半導体からなる面発光型半導体レーザについて述べたが、その他の材料系、例えば、ＧａＩｎＰ系、ＺｎＳＳｅ系、ＩｎＧａＮ系等の半導体からなる面発光型半導体レーザについても適用できる。
【０１１９】
また、柱状部１０１およびレンズ形状部１１５の上面の形状は、上記の実施の形態により限定されるものではない。
【０１２０】
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図３】第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図４】第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図５】第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図６】第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図７】第２の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図８】第３の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図９】球面収差の一例を示した図である。
【図１０】第４の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図１１】第４の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図１２】第４の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図１３】第４の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図１４】第４の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図１５】第５の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図１６】第５の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図１７】第５の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図１８】第５の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１００ 面発光レーザ
１０１ 柱状部
１０２ コンタクト層
１０３ 上部ＤＢＲミラー
１０３ａ 第１の上部ＤＢＲミラー
１０３ｂ 第２の上部ＤＢＲミラー
１０４ 下部ＤＢＲミラー
１０５ 量子井戸活性層
１０６ 上部電極
１０７ 下部電極
１０８ 絶縁層
１０９ 基板
１１０ レンズ層
１１１ 低屈折率レンズ層
１１２ 高屈折率レンズ層
１１５ レンズ形状部
１２０ 電流狭窄層
１２０ａ 半導体層
１２０ｂ 絶縁体層
１２０ｃ 半導体層
Ｒ１ 第１のレジスト層
Ｒ２ 第２のレジスト層
Ｌ レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板に対して垂直にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
近年、末端系の光通信用ファイバーとして、プラスチック光ファイバーが注目されている。プラスチック光ファイバーは、従来の石英ファイバーに比べコア径が非常に大きく接続が簡単なため、低コストで設置でき、しかも強度に優れながら柔軟性に富むため、取り扱いが簡単という特徴を備えている。
【０００３】
プラスチック光ファイバーに適用される光源としては、面発光レーザが挙げられる。面発光レーザは、レーザ出射角が、端面レーザに比べ、等方的でかつ小さいという優れた特徴を有している。このように、レーザ放射角の小さい面発光レーザをコア径の大きいプラスチック光ファイバーに適用することにより、光ファイバーと光源との間にレンズを介さずに直接にレーザ光を光ファイバーに的確かつ効率的に入射することができる。これにより、きわめて簡単な構成からなる光通信モジュールを実現することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プラスチック光ファイバーには、伝達損失が大きいという欠点があるため、伝送距離を長くするには、大きな光出力の光源が必要になる。面発光レーザのレーザ出力を増すには、レーザ出射口径を大きくすることが有効である。しかし、レーザ出射口径を大きくすると放射角が大きくなるという問題が生じる。光送信モジュールの構成の簡略化のため、直接結合、すなわち、光ファイバーと光源との間にレンズを介さずに、直接にレーザ光を光ファイバーに入射を行った場合において、放射角の増大は、結合効率、すなわち、ファイバーコア内に入射するレーザ光の光量の低下および取り付けマージンの減少などを招く結果となる。そのため、伝送距離の長さを確保することと、直接結合による光送信モジュールの構成の簡略化の両立が難しいという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記の両立が図られるようにするもので、具体的には、レーザ出力を増したとしても、レーザ光の放射角を小さく設定することを可能とする面発光型半導体レーザおよびその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の面発光型半導体レーザは、半導体基板上に垂直方向の共振器を有し、前記共振器より前記半導体基板に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、
少なくとも前記共振器の一部を含む柱状の半導体堆積体が含まれ、
前記半導体堆積体の上面のレーザ出射面が凸レンズ面を構成する。
【０００７】
このように、柱状の半導体堆積体（以下「柱状部」という）の上面のレーザ出射面が凸レンズ面を構成しているため、レーザ出射面において、レーザビームを屈折させ、その放射角を狭めることができる。また、これによれば、レーザ出射面において放射角を制御できるため、レーザ出力を増すためにレーザ出射口径を大きくしたとしても放射角を小さく設定することも可能となる。
【０００８】
前記凸レンズ面を有するレンズ形状部は、前記半導体堆積体を構成するコンタクト層を含んでいることが望ましい。
【０００９】
コンタクト層を含むレンズ形状部は、以下に記載の構成をとることができる。
【００１０】
（１）第１に、前記レンズ形状部は、前記半導体堆積体を構成するコンタクト層の単体からなる。
【００１１】
このように、レンズ形状部がコンタクト層の単体からなることにより、レンズ形状部のための別の半導体を積層させる必要がなく、工程数を最小限に抑えることができる。
【００１２】
（２）第２に、前記レンズ形状部は、前記コンタクト層と、該コンタクト層上に形成されたレンズ層からなる。
【００１３】
このように、コンタクト層上に、レンズ層を設けたことにより、コンタクト層の薄膜化を図ることができる。
【００１４】
また、この場合、前記レンズ層は、レーザ光のエネルギーに相当するバンドギャップより大きなバンドギャップを有する半導体層から構成され、前記コンタクト層は、前記レンズ層よりバンドギャップが小さい半導体層から構成されることが望ましい。
【００１５】
このように、コンタクト層のバンドギャップが小さいことにより、上部電極とコンタクト層との良好なオーミック接触が達成される。また、前記レンズ層が設けられていることにより、前記コンタクト層を薄膜化することができ、コンタクト層による光吸収損失を最小限に抑えることができる。これにより、オーミック接触の向上と光吸収損失の防止との両立を図ることができる。
【００１６】
前記レンズ層は、以下に記載の構成をとることが望ましい。
【００１７】
▲１▼第１に、前記レンズ層は、屈折率の異なる複数の層からなり、該レンズ層の屈折率が多段的に変化している。
【００１８】
このように屈折率が多段的に変化していると、レンズ層が球面状である場合において、効果的に球面収差の補正をすることができる。
【００１９】
また、前記レンズ層がこの構成からなる場合には、前記レンズ層は、第１のレンズ層と、該第１のレンズ層より屈折率の大きい第２のレンズ層を含み、前記第２のレンズ層は前記第１のレンズ層より上位に位置することがさらに望ましい。
【００２０】
このような構成をとることで、第１のレンズ層が焦点距離を短くし、かつ、第２のレンズ層が焦点距離を長くすることにより、確実に球面収差の補正をすることができる。
【００２１】
▲２▼第２に、前記レンズ層は、屈折率が連続的に変化する層である。
【００２２】
球面収差は、連続的に存在するため、レンズ層を、屈折率が連続的に変化した層とすることにより、球面収差をさらに確実に補正することができる。
【００２３】
前記柱状部は、メサ状であることが望ましい。これにより、上部電極から下部電極に流れる電流の流域を画定することができる。
【００２４】
また、前記柱状部は、その側面がなだらかな曲面状であってもよい。柱状部の側面がなだらかであることにより、膜厚の均一な上部電極を形成することができ、これにより、カバレッジが向上し、断線が生じ難くなる。
【００２５】
また、本発明にかかる面発光型半導体レーザは、以下の工程（ａ）〜（ｄ）を含む製造方法により、形成することができる。
【００２６】
（ａ）半導基板上に、複数の半導体層を堆積して半導体堆積体を形成する工程、
（ｂ）前記半導体堆積体上に所定パターンの第１のレジスト層を形成する工程、
（ｃ）前記第１のレジスト層を加熱してリフローさせて、該レジスト層を凸レンズ状の形状に成形して第２のレジスト層を形成する工程、および
（ｄ）エッチングによって少なくとも前記第２のレジスト層を除去して、前記半導体堆積体の上部に前記第２のレジスト層の形状が反映されたレンズ形状部を形成する工程。
【００２７】
この製造方法によれば、柱状部とレンズ形状部とをセルフアラインで形成できるため、光軸合わせが不要で、光軸ずれも生じない。
【００２８】
前記工程（ｄ）におけるレンズ形状部の構成は、上述した構成のものを適用することができる。
【００２９】
前記工程（ｄ）のエッチングにおけるレジスト層に対する半導体堆積体のエッチング選択比（以下、「選択比」という）は、０．５〜１．０であることが望ましい。選択比を０．５〜１．０のように小さくすることで、前記半導体堆積体の上部に前記第２のレジスト層の形状を反映しながら所望の曲率のレンズ形状部を形成することができる。
【００３０】
また、前記工程（ｄ）のエッチングは、塩素系ガスに酸素を付加した反応性イオンビームエッチング方法によりなされることが望ましい。これにより、酸素の量を調整することにより、選択比を制御することができる。その結果、容易にレンズ形状を制御することができる。
【００３１】
さらに、本発明の製造方法は、前記工程（ｃ）の後に、前記第２のレジスト層をマスクとして、前記半導体堆積体の一部をエッチングして、メサ状の柱状の半導体堆積体を形成する工程（ｅ）を有することが望ましい。
【００３２】
この方法によれば、柱状部とレンズ形状部との形成を同一マスクを使用し、かつ、柱状部を形成する際のエッチングからレンズ形状部を形成する際のエッチングへの移行を、エッチングガスを切り替えることのみで済むため、上記の工程を容易に進めることができる。
【００３３】
また、前記工程（ｅ）を含まない場合には、柱状部とレンズ形状部が同一の工程で形成され、かつ、前記半導体堆積体の側面の勾配がなだらかになる。これにより、カバレッジが向上した膜厚の均一な上部電極を形成することができ、上部電極の断線が生じ難くなる。
【００３４】
前記工程（ｂ）で、前記第１のレジスト層の形成に用いられるレジスト材料は、特に限定されないが、比較的に耐熱性の低いフォトレジストなどが好ましい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
（第１の実施の形態）
（デバイスの構造）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ（以下、「面発光レーザ」という）を模式的に示す断面図である。
【００３７】
図１に示す面発光レーザ１００は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０９上に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌＡｓとを交互に積層した２５ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下、「下部ＤＢＲミラー」という）１０４、厚さ３ｎｍのＧａＡｓウエル層と厚さ３ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層から成り該ウエル層が３層で構成される量子井戸活性層１０５、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交互に積層した３０ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下、「上部ＤＢＲミラー」という）１０３およびコンタクト層１０２が順次積層されて形成されている。
【００３８】
上部ＤＢＲミラー１０３は、Ｚｎがドーピングされることにより、ｐ型にされ、下部ＤＢＲミラー１０４は、Ｓｅがドーピングされることにより、ｎ型とされている。したがって、上部ＤＢＲミラー１０３、不純物がドーピングされていない量子井戸活性層１０５および下部ＤＢＲミラー１０４とで、ｐｉｎダイオードが形成される。
【００３９】
コンタクト層１０２は、後述する上部電極１０６とオーミック接触可能な材質であることが必要で、ＡｌＧａＡｓ系材料の場合、たとえば、１０19ｃｍ-3以上の高濃度の不純物がドーピングされたＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓからなる。
【００４０】
コンタクト層１０２、上部ＤＢＲミラー１０３、量子井戸活性層１０５および下部ＤＢＲミラー１０４の途中まで、所定の領域を除き、メサ状にエッチングすることにより、柱状部１０１が形成されている。柱状部１０１の上面、具体的には、コンタクト層１０２の上面は、凸レンズ形状となっている。以下、上部ＤＢＲミラー１０３上に設けられた凸レンズ形状部を単にレンズ形状部１１５という。
【００４１】
さらに、絶縁層１０８は、柱状部１０１の側面の一部分および下部ＤＢＲミラー１０４の上面を覆うようにして形成されている。
【００４２】
そして、上部電極１０６は、柱状部１０１の上面において、コンタクト層１０２とリング状に接触し、露出した柱状部１０１の側面、および絶縁層１０８の表面の一部を覆うようにして形成されている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板１０９の下には、下部電極１０７が形成されている。
【００４３】
上部電極１０６と下部電極１０７とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、量子井戸活性層１０５において、電子と正孔との再結合が起こり、再結合発光が生じる。そこで生じた光が上部ＤＢＲミラー１０３と下部ＤＢＲミラー１０４との間を往復する際、誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。光利得が光損失を上まわるとレーザ発振が起こり、上部電極１０６の開口部から基板に対して垂直方向にレーザ光が出射される。
【００４４】
本実施の形態において特徴的なことは、図１に示すように、柱状部１０１の上面、すなわち、レーザ出射面が凸レンズ形状に形成されていることである。これにより、レーザ出射面において、レーザビームを屈折させ、その放射角を狭めることができる。また、これによれば、レーザ出射面において放射角を制御できるため、レーザ出射口径を大きくしたとしても放射角を小さく設定することも可能となる。
【００４５】
（デバイスの製造プロセス）
次に、図１に示す面発光レーザ１００の製造プロセスについて説明する。図２〜図６は、面発光レーザ１００の製造工程を示した模式図である。
【００４６】
（ａ）まず、図２を参照しながら説明する。ｎ型ＧａＡｓ基板１０９上に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌＡｓとを交互に積層し、Ｓｅをドーピングした２５ペアの下部ＤＢＲミラー１０４を形成する。次に、下部ＤＢＲミラー１０４上に、厚さ３ｎｍのＧａＡｓウエル層と、厚さ３ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層から成り、該ウエル層が３層で構成される量子井戸活性層１０５を形成する。さらに、量子井戸活性層１０５上に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交互に積層し、Ｚｎをドーピングした３０ペアの上部ＤＢＲミラー１０３を形成する。その後、上部ＤＢＲミラー１０３上に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓからなるコンタクト層１０２を積層する。
【００４７】
上記の各層は、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ−ＯｒｇａｎｉｃＶａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法でエピタキシャル成長させることができる。このとき、例えば、成長温度は、７５０℃、成長圧力は、２×１０4Ｐａで、III族原料にＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）の有機金属を用い、Ｖ族原料にＡｓＨ3 、ｎ型ドーパントにＨ2Ｓｅ、ｐ型ドーパントにＤＥＺｎ（ジメチル亜鉛）を用いることができる。
【００４８】
次に、コンタクト層１０２上に、フォトレジストを塗布した後、フォトリソグラフィーにより、フォトレジストをパターニングすることにより、図２に示すように、所定のパターンの第１のレジスト層Ｒ１を形成する。
【００４９】
（ｂ）次いで、第１のレジスト層Ｒ１を加熱、リフロー、すなわち、溶融したレジストを流動させて再形成する。これにより、第１のレジスト層Ｒ１は、表面張力の影響を受けて、図３に示すような凸レンズ状に変形し、第２のレジスト層Ｒ２が形成される。加熱方法としては、例えば、ホットプレートまたは温風循環式オーブンなどを用いて行うことができる。ホットプレートを使用した場合の条件は、レジストの材質により変わるが、１５０℃以上で、２〜１０分、好ましくは５分である。また、温風循環式オーブンの場合は、１６０℃以上で、２０〜３０分が適当である。
【００５０】
（ｃ）次いで、図４に示すように、第２のレジスト層Ｒ２をマスクとして、反応性イオンエッチング法により、コンタクト層１０２、上部ＤＢＲミラー１０３、量子井戸活性層１０５および下部ＤＢＲミラー１０４の途中まで、かつ、第２のレジスト層Ｒ２のレンズ形状をとどめつつ、メサ状にエッチングし、柱状部１０１を形成する。このエッチングには、通常、エッチングガスとして塩素または塩素系ガス（塩化水素，ＢＣｌ3）を用いた、反応性イオンビームエッチング法が使われる。このエッチングの選択比は、２．０以上であることが好ましい。この際、選択比に影響を与えない範囲において、プラズマ状態を安定化するために、Ａｒを付加してもよい。
【００５１】
（ｄ）その後、選択比が０．５〜１．０であるドライエッチング法により、第２のレジスト層Ｒ２と下部ＤＢＲミラー１０４をエッチングし、コンタクト層１０２の上面を凸レンズ形状にする。このエッチングにおいて、図５で想像線で示すように、エッチング工程を行う前の第２のレジスト層Ｒ２のレンズ形状を反映させながら、コンタクト層１０２にその凸レンズ状の形状を転写する。ドライエッチング法としては、酸素の量で選択比の調節が可能である、塩素系ガスに酸素を添加した反応性イオンビームエッチング法が好ましい。また、Ａｒガスを用いたイオンビームエッチング法も適用可能である。
【００５２】
（ｅ）次いで、ＳｉＨ4（モノシラン）ガスとＯ2（酸素）ガスを用い、Ｎ2（窒素）ガスをキャリアガスとする常圧熱ＣＶＤ法により、基板上に、例えば、膜厚１００〜３００ｎｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯX膜）を形成する。その後、フォトリソグラフィとドライエッチングにより、図１に示すように、柱状部１０１の側面の一部および下部ＤＢＲミラー１０４の一部を除き、シリコン酸化膜をエッチング除去して、絶縁層１０８を形成する。
【００５３】
次いで、真空蒸着法により、下部ＤＢＲミラー１０４上に、Ａｕ−Ｚｎ合金層を形成し、フォトリソグラフィ法を用い、図１に示すように、柱状部１０１の上面が露出するように、該合金層をエッチング除去して、上部電極１０６を形成する。
【００５４】
続いて、基板１０９の下面に、真空蒸着法により、Ａｕ−Ｇｅ合金層からなる下部電極１０７が形成され、図１に示すような面発光レーザが完成する。
【００５５】
このように、柱状部１０１とレンズ形状部１１５とをセルフアラインで形成するため、光軸合わせが不要で、光軸ずれも生じない。また、柱状部１０１とレンズ形状部１１５との形成を同一マスクを使用し、かつ、柱状部１０１を形成する際のエッチングからレンズ形状部１１５を形成する際のエッチングへの移行を、エッチングガスを切り替えることのみで済むため、上記の工程を円滑に進めることができる。
【００５６】
本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ系の面発光レーザは、コンタクト層の組成を考慮して、レーザ光の該コンタクト層でのバンド間吸収が生じない、レーザ発振波長７８０ｎｍ以上において、好ましく適用できる。
【００５７】
（第２の実施の形態）
（デバイスの構造）
図７は、本発明の第２の実施の形態にかかる面発光レーザ２００を模式的に示す断面図である。
【００５８】
本実施の形態に係る面発光レーザ２００は、柱状部１０１におけるレンズ形状部１１５の半導体層の層構造の点で第１の実施の形態と異なる。これ以外の構成については、第１の実施の形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。本実施の形態において、第１の実施の形態に係る面発光レーザ１００と実質的に同様の機能を有する部分には同一の符号を付する。
【００５９】
レンズ形状部１１５の層構造は、コンタクト層１０２の上に、さらに、レンズ層１１０が形成された構成をとっている。また、レンズ形状部１１５の上面は、レンズ層１１０の上面と、コンタクト層１０２の上面の一部とから構成され、詳しくは、同心円状に、中心から、レンズ層１１０の上面、次いで、その回りにおいてリング状に露出するコンタクト層１０２の上面の一部の順で構成されている。 コンタクト層１０２は、コンタクト層１０２と上部電極１０６とのオーミック接触を確保することを目的として、バンドギャップが小さい半導体、たとえば、高濃度の不純物がドーピングされたＧａＡｓからなる。一方、レーザ発振波長によっては、バンドギャップが小さいコンタクト層１０２ではバンド間吸収によりレーザ光の吸収損失がおこる場合がある。このことを考慮して、コンタクト層１０２は、コンタクト層によるレーザ光の吸収損失を最小限に抑えることができる膜厚、たとえば膜厚５００〜１０００ｎｍまで薄膜化されている。
【００６０】
さらに、コンタクト層１０２を薄膜化したことにより、コンタクト層１０２のみでは、レンズ形状部１１５としての機能が確保されない。そこで、レンズ機能を確実に発現させることを目的として、コンタクト層１０２上にレンズ層１１０が設けられている。レンズ層１１０は、バンドギャップがレーザ光のエネルギーよりも大きな半導体であって、フリーキャリア散乱による光損失が生じ難い半導体、たとえば、低キャリア濃度あるいはノンドープのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓなどからなる。
【００６１】
本実施の形態において特徴的なことは、コンタクト層１０２を薄膜化し、かつ、レンズ機能を確保するために、レンズ層１１０を設けたことである。コンタクト層１０２のバンドギャップがレーザ光のエネルギーに相当するバンドギャップよりも小さい場合、コンタクト層１０２によるレーザ光の吸収損失が生じる。しかし、本実施の形態では、上記した特徴のように、コンタクト層１０２によるレーザ光の吸収損失を最小限に抑えることができる膜厚まで、コンタクト層１０２を薄膜化している。このため、レーザ光のエネルギーよりも小さいバンドギャップを有する半導体をコンタクト層１０２に適用することが可能となる。その結果、オーミック接触を取り易くするため、レーザ光のエネルギーよりもコンタクト層１０２のバンドギャップを小さくすることができ、これにより、上部電極１０６とコンタクト層１０２との接触抵抗を低減することができる。
【００６２】
以上のように、本実施の形態によれば、凸レンズ形状を有するレンズ形状部１１５により、レーザ出射面において、レーザビームを屈折させ、その放射角を狭めることができる。また、これによれば、レーザ出射面において放射角を制御できるため、レーザ出射口径を大きくしたとしても放射角を小さく設定することも可能となる。さらに、レーザ光のエネルギーよりもコンタクト層１０２のバンドギャップを小さくすることができ、これにより、上部電極１０６とコンタクト層１０２との接触抵抗を低減することができる。
【００６３】
（デバイスの製造プロセス）
本実施の形態における面発光レーザ２００の製造方法としては、第１の実施の形態における（ａ）工程において、上部ＤＢＲミラー形成後に、膜厚５００〜１０００ｎｍのＧａＡｓからなるコンタクト層を形成し、さらに、コンタクト層上に、膜厚２０００〜３０００ｎｍのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなるレンズ層１１０を形成する。それ以外は、第１の実施の形態と同様の方法を用いることができる。
【００６４】
このように、柱状部１０１とレンズ形状部１１５とをセルフアラインで形成するため、光軸合わせが不要で、光軸ずれも生じない。また、柱状部１０１とレンズ形状部１１５との形成を同一マスクを使用し、かつ、柱状部１０１を形成する際のエッチングからレンズ形状部１１５を形成する際のエッチングへの移行を、エッチングガスを切り替えることのみで済むため、上記の工程を円滑に進めることができる。
【００６５】
本実施の形態におけるＡｌＧａＡｓ系の面発光レーザは、レーザ発振波長を問わず適用できるが、たとえば、レーザ発振波長８００ｎｍ以下の場合において特に有効である。
【００６６】
（第３の実施の形態）
（デバイスの構造）
図８は、本発明の第３の実施の形態にかかる面発光レーザ３００を模式的に示す断面図である。
【００６７】
本実施の形態に係る面発光レーザ３００は、レンズ形状部１１５の半導体層の層構造の点で第１の実施の形態と異なる。これ以外の構成については、第１の実施の形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。本実施の形態において、第１の実施の形態に係る面発光レーザと実質的に同様の機能を有する部分には同一の符号を付する。
【００６８】
レンズ形状部１１５のコンタクト層１０２の上には、レンズ層１１０が形成されている。レンズ層１１０は、低屈折率レンズ層１１１およびそれと比較して屈折率が大きい高屈折率レンズ層１１２が順次積層され形成されている。そして、レンズ形状部１１５の上面は、高屈折率レンズ層の上面１１２、その回りにおいてリング状に露出した低屈折率レンズ層１１１の上面の一部、さらにその回りにおいて上部電極と接触するためにリング状に露出したＧａＡｓからなるコンタクト層１０２の上面の一部が、同心円状に、かつ、同一曲面をなすように構成されている。
【００６９】
高屈折率レンズ層１１２は、入射光の焦点距離を小さくする役割を有し、たとえば、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓからなる。
【００７０】
低屈折率レンズ層１１１は、入射光の焦点距離を大きくする役割を有し、高屈折率レンズ層１１２よりも屈折率が小さい材質、たとえば、Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓからなる。
【００７１】
本実施の形態において特徴的なことは、レンズ形状部１１５の上面が、高屈折率レンズ層１１２の上面、その回りにおいてリング状に露出した低屈折率レンズ層１１１の上面の一部を含んでなることである。
【００７２】
この構成によれば、柱状部１０１の上面が、単純曲面、すなわち球面的な凸レンズ形状であっても、複合曲面、すなわち非球面的な凸レンズ形状と同等の効果を発現することができる。すなわち、柱状部１０１の上面の凸レンズ形状が球面あるいは球面に近い形状の場合には、レンズは、球面収差、つまり、図９に示すように、光軸から径方向にいくにしたがって、レンズＬに入射した光の焦点距離が小さくなるという現象が生じる。この球面収差の補正をするために、通常、レンズの光軸から径方向外側部分の曲面の曲率を小さくした非球面形状のレンズを用いる。
【００７３】
本実施の形態に係る柱状部１０１のレンズ形状部１１５の上面は、中央部に低屈折レンズ層１１２の上面が形成され、その回りにリング状に露出し、それと比較して屈折率の小さい低屈折レンズ層１１１の上面の一部が形成されてなっている。これにより、柱状部１０１の上面を非球面化することなく、球面収差を補正することができる。つまり、球面あるいは球面に近い形状を有するレンズ形状部１１５の場合、その中心から径方向にいくに従って、入射した光の焦点距離が小さくなるところを、高屈折レンズ層１１１の回りに、それと比較して屈折率の小さい低屈折レンズ層１１２の露出面を設けたことにより、この部分に入射した光の焦点距離を大きくすることができる。これにより、球面収差の補正を容易にすることができる。
【００７４】
また、リフロー後の第２のレジスト層Ｒ２の形状を反映させながらレンズ形状部１１５を形成する際に微細な形状制御ができない場合であっても、これらレンズ層１１１，１１２の屈折率を制御することにより、所望のレンズ特性を得ることができる。
【００７５】
（デバイスの製造プロセス）
本実施の形態における面発光レーザ３００の製造方法としては、第１の実施の形態における（ａ）工程において、上部ＤＢＲミラー１０３形成後に、膜厚５００〜１０００ｎｍのＧａＡｓからなるコンタクト層１０２を形成し、次いで、コンタクト層１０２上に、低屈折率レンズ層１１１として、膜厚５００〜１５００ｎｍのＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓを形成し、さらに、高屈折率レンズ層１１２として、膜厚５００〜１５００ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓを形成したこと以外は、第１の実施の形態と同様である。
【００７６】
上記のようにコンタクト層１０２上に、低屈折率レンズ層１１１を設け、さらに、その上に高屈折率レンズ層１１２が設けられていることにより、工程上、以下の利点を有する。リフロー後の第２のレジスト層Ｒ２の形状を反映させながらレンズ形状部１１５を形成する際に微細な形状制御ができない場合であっても、これらレンズ層１１１，１１２の屈折率を制御することにより、所望のレンズ特性を得ることができる。
【００７７】
このように、柱状部１０１とレンズ形状部１１５とをセルフアラインで形成するため、光軸合わせが不要で、光軸ずれも生じない。また、柱状部１０１とレンズ形状部１１５との形成を同一マスクを使用し、かつ、柱状部１０１を形成する際のエッチングからレンズ形状部１１５を形成する際のエッチングへの移行を、エッチングガスを切り替えることのみで済むため、上記の工程を円滑に進めることができる。
【００７８】
本発明のレンズ層は、二層構造に限定されるものではない。たとえば、結晶成長時に組成を連続的に変化させて得られた、レンズ層の屈折率が下層から順に連続的に変化した単層であってもよい。
【００７９】
（第４の実施の形態）
（デバイスの構造）
図１０は、本発明の第４の実施の形態にかかる面発光レーザ４００を模式的に示す断面図である。
【００８０】
図１０に示す面発光レーザ４００は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０９上に、下部ＤＢＲミラー１０４、量子井戸活性層１０５、厚さ３ｎｍのＧａＡｓウエル層と厚さ３ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層から成り該ウエル層が３層で構成される量子井戸活性層１０５、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交互に積層した５ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下「第１の上部ＤＢＲミラー」という）１０３ａ、電流狭窄層１２０、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交互に積層した２０ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下「第２の上部ＤＢＲミラー」という）１０３ｂおよびコンタクト層１０２が順次積層されて形成されている。コンタクト層１０２は、第１の実施の形態と同様の材質を適用できる。
【００８１】
第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａおよび第２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂは、Ｚｎがドーピングされることにより、ｐ型にされ、下部ＤＢＲミラー１０４は、Ｓｅがドーピングされることにより、ｎ型とされている。したがって、第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａ、不純物がドーピングされていない量子井戸活性層１０５および下部ＤＢＲミラー１０４とで、ｐｉｎダイオードが形成される。
【００８２】
本実施の形態では、量子井戸活性層１０５は、柱状部１０１より下に設けられているため、上部電極１０６から注入された電流を、量子井戸活性層１０５の中心部に集中的に流れるように、電流の流域を画定する必要がある。この電流の流域を画定する手段として、電流狭窄層１２０が設けられている。電流狭窄層１２０は、中心部に設けられた半導体層１２０ａおよびそれを取り囲むようにして形成された絶縁体層１２０ｂからなる。この半導体層１２０ａは、たとえば、ＡｌＡｓからなる。また、絶縁体層１２０ｂは、たとえば、上述の半導体層１２０ａを酸化させて得られる酸化物からなる。また、電流狭窄層１２０は、後において説明する酸化工程において、周囲の半導体の結晶に影響を与えない範囲において、第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａの下端と第２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂの上端との中間より下に形成されることが望ましい。
【００８３】
コンタクト層１０２、第２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂ、電流狭窄層１２０および第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａの途中まで、所定の領域を除き、エッチングすることにより、柱状部１０１が形成されている。柱状部１０１は、なだらかに傾斜した側面を有している。また、柱状部１０１の上部、具体的には、コンタクト層１０２は、レンズ形状部１１５を形成し、その上面は、凸レンズ形状となっている。
【００８４】
そして、上部電極１０６は、柱状部１０１の上面において、コンタクト層１０２とリング状に接触し、かつ柱状部１０１の側面および第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａを覆うようにして形成されている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板１０９の下には、下部電極１０７が形成されている。
【００８５】
次に面発光レーザ４００の動作を説明する。
【００８６】
上部電極１０６と下部電極１０７とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、図１０の矢印で示すように、第２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂから順に電流狭窄層１２０の半導体層１２０ａ、第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａをとおり、量子井戸活性層１０５に電流が流れる。これにより、量子井戸活性層１０５において、電子と正孔との再結合が起こり、再結合発光が生じる。そこで生じた光が上部ＤＢＲミラー１０３ａ，１０３ｂと下部ＤＢＲミラー１０４との間を往復する際、誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。光利得が光損失を上まわるとレーザ発振が起こり、上部電極１０６の開口部から基板に対して垂直方向にレーザ光が出射される。
【００８７】
本実施の形態において特徴的なことは、図１０に示すように、柱状部１０１の側面の勾配がなだらかな形状をとっていることである。これにより、上部電極１０６を形成する際、均一な膜厚を有する上部電極１０６形成することができる。その結果、上部電極１０６の断線を生じ難くすることができる。
【００８８】
以上のように、本実施の形態によれば、レーザ出射面であるコンタクト層１０２の上面が凸レンズ形状を有しているため、レーザ出射面において、レーザビームを屈折させ、その放射角を狭めることができる。また、これによれば、レーザ出射面において放射角を制御できるため、レーザ出射口径を大きくしたとしても放射角を小さく設定することも可能となる。
【００８９】
さらに、柱状部１０１の側面が勾配のなだらかな形状であるため、良好なステップカバレッジが達成され、上部電極１０６の断線を生じ難くすることができる。
【００９０】
（デバイスの製造プロセス）
次に、図１０に示す面発光レーザ４００の製造プロセスについて説明する。図１１〜図１４は、面発光レーザ４００の製造工程を示したものである。
【００９１】
（ａ）まず、図１１を参照しながら説明する。ｎ型ＧａＡｓ基板１０９上に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌＡｓとを交互に積層し、Ｓｅをドーピングした２５ペアの下部ＤＢＲミラー１０４を形成する。次に、下部ＤＢＲミラー１０４上に、厚さ３ｎｍのＧａＡｓウエル層と、厚さ３ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層から成り、該ウエル層が３層で構成される量子井戸活性層１０５を形成する。さらに、量子井戸活性層１０５上に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交互に積層し、Ｚｎをドーピングした５ペアの第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａを形成する。次いで、第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａ上に、電流狭窄層１２０を設けようとする位置にＡｌＡｓからなる半導体層１２０ｃを形成する。この半導体層１２０ｃ上に、さらにＡｌ0.15Ｇａ0.85ＡｓとＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとを交互に積層し、Ｚｎをドーピングした２０ペアの第２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂを形成する。その後、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓからなるコンタクト層１０２を積層する。
【００９２】
上記の各層は、ＭＯＶＰＥ法でエピタキシャル成長させることができる。このとき、例えば、成長温度は、７５０℃、成長圧力は、２×１０4Ｐａで、III族原料にＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）の有機金属を用い、Ｖ族原料にＡｓＨ3、ｎ型ドーパントにＨ2Ｓｅ、ｐ型ドーパントにＤＥＺｎ（ジメチル亜鉛）を用いた。
【００９３】
次に、コンタクト層１０２上に、フォトレジストを塗布した後、フォトレジストをパターニングすることにより、図１１に示すように、所定のパターンの第１のレジスト層Ｒ１を形成する。
【００９４】
（ｂ）次いで、第１のレジスト層Ｒ１を加熱、リフロー、すなわち、溶融したレジストを流動させて再形成を行う。これにより、第１のレジスト層Ｒ１は、表面張力の影響を受けて、図１２に示すような凸形状の第２のレジスト層Ｒ２に変形する。加熱方法としては、例えば、ホットプレートまたは温風循環式オーブンなどを用いて行うことができる。ホットプレートを使用した場合の条件は、レジストの材質により変わるが、１５０℃以上で、２〜１０分、好ましくは５分である。また、温風循環式オーブンの場合は、１６０℃以上で、２０〜３０分が適当である。
【００９５】
（ｃ）その後、図１３に示すように、第２のレジスト層Ｒ２をマスクとして、選択比が０．５〜１．０であるドライエッチング法により、コンタクト層１０２、第２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂ、半導体層１２０ｃおよび第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａの途中までエッチングして、柱状部１０１を形成する。このエッチングにおいて、図１２の想像線で示すように、エッチング工程を行う前の第２のレジスト層Ｒ２の凸形状を反映させながら、半導体の堆積層にその凸形状を転写する。ドライエッチング法としては、酸素の量で選択比の調節が可能である、塩素系ガスに酸素を添加した反応性イオンビームエッチング法が好ましい。また、Ａｒガスを用いたイオンビームエッチング法も適用可能である。
【００９６】
（ｄ）次いで、図１４に示すように、ＡｌＡｓからなる半導体層１２０ｃを、４００℃程度の水蒸気雰囲気下に、１〜３０分さらすことにより、ＡｌＡｓがその露出面から内側へと酸化されていき、絶縁体である酸化アルミニウムが形成される。これにより、中心部分のＡｌＡｓからなる半導体層１２０ａの回りに酸化アルミニウムからなる絶縁層１２０ｂが形成され、電流狭窄層１２０が形成される。
【００９７】
（ｅ）次いで、真空蒸着法により、柱状部１０１および第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａ上に、Ａｕ−Ｚｎ合金層を形成し、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを用い、図１０に示すように、コンタクト層１０２の上面が露出するように、該合金層を除去して、上部電極１０６を形成する。
【００９８】
続いて、基板１０９の下面に、真空蒸着法により、Ａｕ−Ｇｅ合金層からなる下部電極１０７が形成され、図１０に示すような面発光レーザ４００が完成する。
【００９９】
上記の工程（ｄ）のように、エッチングを行う前の第２のレジスト層Ｒ２の凸形状を反映させながら、半導体の堆積層にその凸形状を転写し、レンズ形状部１１５と柱状部１０１とを同時に形成することができる。そして、柱状部１０１の側面は、なだらかな形状となる。そのため、柱状部１０１の側面に均一な膜厚の上部電極を形成することができる。その結果、良好なカバレッジが達成され、上部電極１０６の断線を生じ難くすることができる。
【０１００】
また、柱状部１０１とレンズ形状部１１５とをセルフアラインで形成するため、光軸合わせが不要で、光軸ずれも生じない。
【０１０１】
（第５の実施の形態）
（デバイスの構造）
図１５は、本発明の第５の実施の形態にかかる面発光レーザ５００を模式的に示す断面図である。
【０１０２】
本実施の形態に係る面発光レーザ５００は、柱状部１０１の形状の点で第４の実施の形態と異なる。これ以外の構成については、第４の実施の形態と同様であるので、第４の実施の形態に係る面発光レーザ４００と実質的に同様の機能を有する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１０３】
すなわち、柱状部１０１は、メサ状にエッチングされて形成されており、また、柱状部１０１の側面は、第４の実施の形態に比べて、勾配が急峻になるように形成されている。さらに、柱状部１０１の上部、すなわちコンタクト層１０２は、レンズ形状部１１５を構成し、その上面は、凸レンズ形状になっている。
【０１０４】
面発光レーザ５００のレーザ発振の動作は、第４の実施の形態と同様である。
【０１０５】
以上のように本実施の形態によれば、レーザ出射面であるコンタクト層１０２の上面が凸形状を有しているため、レーザ出射面において、レーザビームを屈折させ、その放射角を狭めることができる。また、これによれば、レーザ出射面において放射角を制御できるため、レーザ出射口径を大きくしたとしても放射角を小さく設定することも可能となる。
【０１０６】
（デバイスの製造プロセス）
次に、図１５に示す面発光レーザ５００の製造プロセスについて説明する。図１６〜図１８は、面発光レーザ５００の製造工程を示したものである。
【０１０７】
本実施の形態に係る面発光レーザ５００の製造方法は、第４の実施の形態における工程（ａ）から工程（ｂ）まで、すなわち、第１のレジスト層Ｒ１をレンズ形状の第２のレジスト層Ｒ２にするまでは、第４の実施の形態と同様にして行うことができる。以下に、それ以後の工程を詳述する。
【０１０８】
（ｃ）図１６に示すように、第２のレジスト層Ｒ２をマスクとして、反応性イオンエッチング法により、コンタクト層１０２および第２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂの途中まで、かつ、第２のレジスト層Ｒ２のレンズ形状をとどめつつ、メサ状にエッチングし、柱状部１０１を形成する。このエッチングには、通常、エッチングガスとして塩素または塩素系ガス（塩化水素，ＢＣｌ3）を用いた、反応性イオンビームエッチング法が使われる。このエッチングの選択比は、２．０以上であることが好ましい。この際、選択比に影響を与えない範囲において、プラズマ状態を安定化するために、Ａｒを付加してもよい。
【０１０９】
（ｄ）その後、選択比が０．５〜１．０であるドライエッチング法により、第２のレジスト層Ｒ２と上部ＤＢＲミラー１０３ａをエッチングし、図１６に示すように、コンタクト層１０２の上面を凸レンズ形状にする。このエッチングにおいて、図５の想像線で示すように、エッチング工程を行う前の第２のレジスト層Ｒ２のレンズ形状を反映させながら、コンタクト層１０２にそのレンズ形状を転写する。この際、同時に、第２の上部ＤＢＲミラー１０３ｂ、半導体層１２０ｃおよび第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａの途中までエッチングされる。ドライエッチング法としては、酸素の量で選択比の調節が可能である、塩素系ガスに酸素を添加した反応性イオンビームエッチング法が好ましい。また、Ａｒガスを用いたイオンビームエッチング法も適用可能である。
【０１１０】
（ｅ）次いで、ＡｌＡｓからなる半導体層１２０ｃを、４００℃程度の水蒸気雰囲気下に、１〜３０分さらすことにより、ＡｌＡｓがその露出面から内側へと酸化されていき、絶縁体である酸化アルミニウムが形成される。これにより、中心部分のＡｌＡｓからなる半導体層１２０ａの回りに酸化アルミニウムからなる絶縁層１２０ｂが形成され、電流狭窄層１２０が形成される。
【０１１１】
次いで、真空蒸着法により、柱状部１０１および第１の上部ＤＢＲミラー１０３ａ上に、Ａｕ−Ｚｎ合金層を形成し、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを用い、図１５に示すように、コンタクト層１０２の上面が露出するように、該合金層を除去して、上部電極１０６を形成する。
【０１１２】
続いて、基板１０９の下面に、真空蒸着法により、Ａｕ−Ｇｅ合金層からなる下部電極１０７が形成され、図１５に示すような面発光レーザ５００が完成する。
【０１１３】
以下に、本実施の形態における製造方法の利点を詳述する。
【０１１４】
上記の工程（ｃ）のように、第２のレジスト層Ｒ２をマスクとして堆積層をメサ状にエッチングし、柱状部を形成する工程を含むことにより、エッチング後のコンタクト層１０２および電流狭窄層１２０の外径は、レジストの外径に依存するため、所望の外径を有するコンタクト層１０２および電流狭窄層１２０を精度よく形成することができる。
【０１１５】
また、柱状部１０１とレンズ形状部１１５とをセルフアラインで形成するため、光軸合わせが不要で、光軸ずれも生じない。
【０１１６】
また、コンタクト層１０２を精度よく形成することができるため、コンタクト層１０２と上部電極１０６との接触面積を所定の大きさとすることができる。
【０１１７】
さらに、電流狭窄層１２０を精度よく形成することができるため、電流狭窄層１２０をＡｌＡｓの一部分を酸化して形成する際、その酸化量を一定にすることで、電流狭窄層１２０の半導体層１２０ａもまた、精度よく形成することができる。
【０１１８】
上記の実施の形態において、ＡｌＧａＡｓ系半導体からなる面発光型半導体レーザについて述べたが、その他の材料系、例えば、ＧａＩｎＰ系、ＺｎＳＳｅ系、ＩｎＧａＮ系等の半導体からなる面発光型半導体レーザについても適用できる。
【０１１９】
また、柱状部１０１およびレンズ形状部１１５の上面の形状は、上記の実施の形態により限定されるものではない。
【０１２０】
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図３】第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図４】第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図５】第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図６】第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図７】第２の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図８】第３の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図９】球面収差の一例を示した図である。
【図１０】第４の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図１１】第４の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図１２】第４の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図１３】第４の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図１４】第４の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図１５】第５の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図１６】第５の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図１７】第５の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図１８】第５の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１００ 面発光レーザ
１０１ 柱状部
１０２ コンタクト層
１０３ 上部ＤＢＲミラー
１０３ａ 第１の上部ＤＢＲミラー
１０３ｂ 第２の上部ＤＢＲミラー
１０４ 下部ＤＢＲミラー
１０５ 量子井戸活性層
１０６ 上部電極
１０７ 下部電極
１０８ 絶縁層
１０９ 基板
１１０ レンズ層
１１１ 低屈折率レンズ層
１１２ 高屈折率レンズ層
１１５ レンズ形状部
１２０ 電流狭窄層
１２０ａ 半導体層
１２０ｂ 絶縁体層
１２０ｃ 半導体層
Ｒ１ 第１のレジスト層
Ｒ２ 第２のレジスト層
Ｌ レンズ
Claims (22)
- 半導体基板上に垂直方向の共振器を有し、前記共振器より前記半導体基板に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、
少なくとも前記共振器の一部を含む柱状の半導体堆積体が含まれ、
前記半導体堆積体の上面のレーザ出射面が凸レンズ面を構成し、
前記凸レンズ面を有するレンズ形状部は、前記半導体堆積体を構成するコンタクト層を含み、
前記凸レンズ面を有するレンズ形状部の少なくとも上面には電極が形成されている、面発光型半導体レーザ。 - 請求項１において、
前記レンズ形状部は、前記半導体堆積体を構成するコンタクト層の単体からなる面発光型半導体レーザ。 - 半導体基板上に垂直方向の共振器を有し、前記共振器より前記半導体基板に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、
少なくとも前記共振器の一部を含む柱状の半導体堆積体が含まれ、
前記半導体堆積体の上面のレーザ出射面が凸レンズ面を構成し、
前記凸レンズ面を有するレンズ形状部は、前記半導体堆積体を構成するコンタクト層と、該コンタクト層上に形成されたレンズ層からなる、面発光型半導体レーザ。 - 請求項３において、
前記レンズ形状部の少なくとも上面に形成された電極をさらに含む、面発光型半導体レーザ。 - 請求項３または４において、
前記レンズ層は、レーザ光のエネルギーに相当するバンドギャップより大きなバンドギャップを有する半導体層から構成され、
前記コンタクト層は、前記レンズ層よりバンドギャップが小さい半導体層から構成される面発光型半導体レーザ。 - 請求項３または４において、
前記レンズ層は、屈折率の異なる複数の層からなり、該レンズ層の屈折率が多段的に変化する面発光型半導体レーザ。 - 請求項６において、
前記レンズ層は、第１のレンズ層と、該第１のレンズ層より屈折率の大きい第２のレンズ層を含み、前記第２のレンズ層は前記第１のレンズ層より上位に位置する面発光型半導体レーザ。 - 請求項３または４において、
前記レンズ層は、屈折率が連続的に変化している層である面発光型半導体レーザ。 - 請求項１〜請求項８のいずれかにおいて、
前記柱状の半導体堆積体は、メサ状である面発光型半導体レーザ。 - 請求項１〜請求項８のいずれかにおいて、
前記柱状の半導体堆積体は、その側面がなだらかな曲面状をなす面発光型半導体レーザ。 - （ａ）半導体基板上に、複数の半導体層を堆積して半導体堆積体を形成する工程、
（ｂ）前記半導体堆積体上に所定パターンの第１のレジスト層を形成する工程、
（ｃ）前記第１のレジスト層を加熱してリフローさせて、該レジスト層を凸レンズ状の形状に成形して第２のレジスト層を形成する工程、
（ｄ）エッチングによって少なくとも前記第２のレジスト層を除去して、前記半導体堆積体の上部に前記第２のレジスト層の形状が反映されたレンズ形状部を形成する工程、および
（ｅ）前記レンズ形状部の上面の少なくとも一部を含む領域に電極を形成する工程、
を含み、
前記レンズ形状部は、前記半導体堆積体を構成するコンタクト層を含む、面発光型半導体レーザの製造方法。 - 請求項１１において、
前記レンズ形状部は、前記半導体堆積体を構成するコンタクト層の単体からなる面発光型半導体レーザの製造方法。 - （ａ）半導体基板上に、複数の半導体層を堆積して半導体堆積体を形成する工程、
（ｂ）前記半導体堆積体上に所定パターンの第１のレジスト層を形成する工程、
（ｃ）前記第１のレジスト層を加熱してリフローさせて、該レジスト層を凸レンズ状の形状に成形して第２のレジスト層を形成する工程、および
（ｄ）エッチングによって少なくとも前記第２のレジスト層を除去して、前記半導体堆積体の上部に前記第２のレジスト層の形状が反映されたレンズ形状部を形成する工程、
を含み、
前記レンズ形状部は、前記半導体堆積体を構成するコンタクト層と、該コンタクト層上に形成されたレンズ層からなる面発光型半導体レーザの製造方法。 - 請求項１３において、
前記工程（ｄ）の後に、
（ｅ）前記レンズ形状部の上面の少なくとも一部を含む領域に電極を形成する工程、をさらに含む、面発光型半導体レーザの製造方法。 - 請求項１３または１４において、
前記レンズ層は、レーザ光のエネルギーに相当するバンドギャップより大きなバンドギャップを有する半導体層から構成され、
前記コンタクト層は、前記レンズ層よりバンドギャップが小さい半導体層から構成される面発光型半導体レーザの製造方法。 - 請求項１３または１４において、
前記レンズ層は、屈折率の異なる複数の層からなり、該レンズ層の屈折率が多段的に変化する面発光型半導体レーザの製造方法。 - 請求項１６において、
前記レンズ層は、第１のレンズ層と、該第１のレンズ層より屈折率の大きい第２のレンズ層を含み、前記第２のレンズ層は前記第１のレンズ層より上位に位置する面発光型半導体レーザの製造方法。 - 請求項１３または１４において、
前記レンズ層は、屈折率が連続的に変化している層である面発光型半導体レーザの製造方法。 - 請求項１１または１３において、
前記工程（ｄ）において、前記エッチングにおけるレジスト層に対する前記半導体堆積体のエッチング選択比は、０．５〜１．０である面発光型半導体レーザの製造方法。 - 請求項１１または１３において、
前記工程（ｄ）において、前記エッチングは、塩素系ガスに酸素を付加した反応性イオンビームエッチング方法によりなされる面発光型半導体レーザの製造方法。 - 請求項１１または１３において、
前記工程（ｃ）の後に、前記第２のレジスト層をマスクとして前記半導体堆積体の一部をエッチングして、メサ状の柱状の半導体堆積体を形成する面発光型半導体レーザの製造方法。 - 請求項１１または１３において、
前記工程（ｄ）において、前記第２のレジスト層をマスクとして前記柱状の半導体堆積体と前記レンズ形状部とを形成する面発光型半導体レーザの製造方法。
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