JP4207878B2 - 面発光レーザ、面発光レーザの製造方法、デバイス及び電子機器 - Google Patents

面発光レーザ、面発光レーザの製造方法、デバイス及び電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、面発光レーザ、面発光レーザの製造方法、デバイス及び電子機器に関するものである。
半導体レーザには、半導体基板の端面からレーザ光を放射する端面レーザと、半導体基板の表面からレーザ光を放射する面発光レーザとがある。面発光レーザは、端面レーザに比べて、レーザ放射角が等方向でかつ小さいという特徴をもっている。ところで、例えば面発光レーザを光通信の光源として用いる場合、大きな光出力が必要となる。面発光レーザの出力を増大させるためには、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レーザ放射角が大きくなってしまう。レーザ放射角が大きくなると、例えば面発光レーザと光ファイバーとをレンズなどを介さずに直接に光結合したとき、光結合効率を低下させ、それらの取り付け余裕を減少させてしまう。
従来、面発光レーザのレーザ放射角を小さくする構成手法としては、面発光レーザの共振器がなす柱形状部の上面を凸レンズ形状に形成したもの（レンズ層又はコンタクト層）がある。面発光レーザの放射光は前記レンズ層又はコンタクト層により収束され、レーザ放射角が小さくなる（例えば、特許文献１の図１，図７，図８参照）。
特開２０００−７６６８２号公報
しかしながら、実際の面発光レーザでは、レンズ層も共振器（上部ＤＢＲ：分布反射型多層膜ミラー）の一部として機能する。これにより、レンズ層の厚さによって上部ＤＢＲの反射率が大きく変化してしまう。特に、共振器をなす柱形状部の中心軸近傍の反射率が低下すると、レンズ層によるビーム整形（収束化）よりも、しきい値及びスロープ効率などの基本特性に対するデメリットが大きくなってしまう。時にはレーザ発振そのものが起こらなくなることもある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、共振器の中心軸における寸法を、簡便に高精度化することができる面発光レーザ、面発光レーザの製造方法、デバイス及び電子機器の提供を目的とする。
また、本発明は、共振器の中心軸において所望の反射率を良好に得ることができる面発光レーザ、面発光レーザの製造方法、デバイス及び電子機器の提供を目的とする。
また、本発明は、レーザ放射角を小さくすることができる面発光レーザ、面発光レーザの製造方法、デバイス及び電子機器の提供を目的とする。
上記目的を達成するために、本発明のひとつの面発光レーザは、面発光レーザであって、共振器と、前記共振器の一方端部位に形成された凸レンズ形状のレンズ層と、前記共振器内で流れる電流の電流流域を画定する電流狭窄層と、を有し、 前記レンズ層の頂上部の表面は略円形の平坦面であり、前記レンズ層の頂上部以外の表面は曲面であり、前記平坦面の直径は前記電流流域の直径よりも小さいことを特徴とする。
前記レンズ層は、半導体からなることが好ましい。
また、前記レンズ層の凸レンズ形状の底面は、前記共振器の上面よりも小さいことが好ましい。
また、前記共振器の上面の前記レンズ層により覆われていない表面にリング状の電極を有することが好ましい。
上記目的を達成するために、本発明のひとつのデバイスは、上記の面発光レーザを備えることが好ましい。
上記目的を達成するために、本発明のひとつの面発光レーザの製造方法は、半導体基板上に、共振器の構成要素となる少なくともひとつの半導体積層体を形成する工程と、前記半導体積層体上に所定パターンのレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層をマスクにして、エッチング処理を行うことにより、前記共振器の一部となる柱部を形成するとともに、前記柱部の上面について前記レジスト層を含めてレンズ形状に浮き彫りにする工程と、前記柱部を流れる電流の流域を画定する電流狭窄層を形成する工程と、前記レンズ形状の頂上部に残っている前記レジスト層を除去する工程と、を含み、前記電流狭窄層を形成する工程において、前記電流の流域の直径を、前記レンズ形状の頂上部に残っている前記レジスト層の直径よりも大きくすることを特徴とする。
前記レジスト層は、前記エッチング処理が行われる前に、レンズ形状に整形されることが好ましい。
前記エッチング処理は、前記レジスト層はほとんどエッチングせず、前記半導体積層体をエッチングする高選択比のドライエッチングと、前記レジスト層と半導体積層体とを同時にエッチングする低選択比のドライエッチングとを有することが好ましい。
また、前記低選択比のドライエッチングの途中又は終了時に、前記レジスト層の外径を測定し、 測定された前記レジスト層の外径に対応させて、その後に行う前記低選択比のドライエッチングの時間を調整することが好ましい。
また、前記エッチング処理は、前記レジスト層の外径が前記柱部の上面の外径よりも小さくなるように、前記レジスト層を等方的に小さくする処理を有し、前記柱部の露出した領域に、リング状の電極を形成することが好ましい。
上記目的を達成するために、本発明の面発光レーザは、面発光レーザの共振器の一方端部位（例えば、共振器の上面）に、頂上部が平坦な凸レンズ形状のレンズ層を配置していることを特徴とする。
本発明によれば、面発光レーザにおける共振器の中心軸での寸法は、共振器の下面から上面（レンズ層の頂上部）までの長さとなる。ここで、共振器の上面を凸レンズ形状に形成するには、その上面についてエッチングなどの処理をする必要がある。そして、エッチングによって所定の寸法を精密に得ることは一般に困難となる。ところが、本発明では、レンズ層の頂上部は平坦としているので、その頂上部についてはエッチング等の処理をする必要がない。そこで、本発明は、共振器の中心軸における寸法（長さ）を、簡便に高精度化することができる。
これにより、本発明は、面発光レーザの機能を発揮するために最も重要な共振器の中心軸での反射率を、簡便に所望値とすることができる。そこで、本発明の面発光レーザは、しきい値及び効率などの基本的なレーザ特性を、良好に且つ簡便に得ることができる。
また、本発明によれば、共振器の中心軸から離れた部位からの出射光について、レンズ層の曲面部（凸レンズ形状部分）で屈折させることができる。そこで、本発明は、全体として充分なビーム整形作用を得ることができ、レーザ放射角を充分に小さくすることができる。なお、共振器の下面に、上記レンズ層を配置してもよい。
また、本発明の面発光レーザは、前記レンズ層が半導体からなることが好ましい。
本発明によれば、レンズ層を半導体で構成するので、その半導体の膜厚を精密に且つ簡便に制御することができる。また、レンズ層におけるレーザ光の屈折率を大きくすることができる。したがって、本発明の面発光レーザは、しきい値及び効率などの基本的なレーザ特性を、さらに良好に且つ簡便に得ることができる。また、本発明によれば、レーザ放射角をさらに小さくすることができる。
また、本発明の面発光レーザは、前記共振器内で流れる電流の流域を画定する電流狭窄層（酸化狭窄層）を有し、前記レンズ層の平坦な領域の直径は、前記電流狭窄層の電流流域（酸化狭窄径）の直径よりも小さいことが好ましい。
本発明によれば、電流狭窄層により、共振器内において電流を局所的に流すことができる。これにより、動作電流を低減することができるとともに、より強い光出力を得ることができる。また本発明は、電流狭窄層での電流流域よりも、レンズ層の平坦部を小さくしている。これにより、本発明は、基本的なレーザ特性をさらに良好に且つ簡便に得ることができ、レーザ放射角をさらに小さくすることができる。
また、本発明の面発光レーザは、前記レンズ層の凸レンズ形状の底面が前記共振器の上面よりも小さいことが好ましい。
本発明によれば、共振器の上面の一部にレンズ形状部が設けられている。そこで、凸レンズ形状を小さい曲率にすることができる。これにより、レンズ層によって面発光レーザのレーザ放射角をさらに充分に小さくすることができる。さらに、その凸レンズ形状の厚さを薄くすることができる。したがって、本発明は、より高性能な面発光レーザを簡便に提供することができる。
また、本発明の面発光レーザは、前記共振器の少なくとも一部をなす柱部の周囲に、絶縁膜（埋め込み層）が配置されていることが好ましい。
本発明によれば、例えば、共振器の出射面に配置した電極（例えば上部電極）が共振器の他の半導体などと短絡することを絶縁膜で回避することができる。また共振器がなす柱部の上面及び側面がなす段差を絶縁膜で無くすことができる。これにより、コンタクト層と接合する電極を段差のない滑らかな平面又は曲面上に形成することができ、かかる電極を良好にかつ簡便に構成することができる。また、絶縁膜としては、例えばポリイミドで構成することができる。
上記目的を達成するために、本発明のデバイスは、前記面発光レーザを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、しきい値及び効率などの基本的なレーザ特性を良好に有し、レーザ放射角を充分に小さくすることができる面発光レーザを備えたデバイスを提供することができる。
上記目的を達成するために、本発明の面発光レーザの製造方法は、半導体基板上に、複数の半導体層を少なくとも形成することにより、共振器の構成要素となる半導体積層体を形成し、前記半導体積層体上に所定パターンのレジスト層を形成し、前記レジスト層をマスクにして、エッチング処理を行うことにより、前記共振器の一部となる柱部を形成するとともに、前記柱部の上面について前記レジスト層を含めてレンズ形状に浮き彫りにし、前記レンズ形状の頂上部に残っている前記レジスト層を除去することを特徴とする。
本発明によれば、レンズ形状の頂上部（すなわちレンズ層の中心軸近傍）についてはエッチングしない。これにより、共振器の中心軸での寸法をなす当初の設計膜厚を保持することができる。したがって、面発光レーザとして最も重要な共振器の中心軸での反射率を簡便に所望値にすることができる。そこで、本発明は、しきい値及び効率などの基本的なレーザ特性を高度に有する面発光レーザを、良好に且つ簡便に製造することができる。
また、本発明によれば、共振器の中心軸から離れた部位からの出射光について、レンズ形状部位で屈折させることができる。そこで、本発明は、全体として充分なビーム整形作用を得ることができ、レーザ放射角が充分に小さい面発光レーザを、良好に且つ簡便に製造することができる。
また、本発明における前記半導体積層体の形成は、半導体基板に下部ＤＢＲ層を形成する工程と、前記下部ＤＢＲ層の上に活性層を形成する工程と、前記活性層の上に上部ＤＢＲ層を形成する工程とを有することが好ましい。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記レジスト層について、前記エッチング処理が行われる前に、レンズ形状に整形することが好ましい。
本発明によれば、レンズ形状のレジスト層と半導体積層体とを同時にエッチングすることにより、レジスト層と半導体積層体の一部とからなるレンズ形状を形成することができる。その後に、レジスト層を除去することにより、面発光レーザの共振器の一方端部位（例えば光出射面）に、頂上部が平坦な凸レンズ形状のレンズ層を配置することができる。
また、本発明によれば、エッチング処理において、等方的にレジスト層及び半導体積層体を縮小させることができる。したがって、共振器をなす柱部の中心軸（レーザの光軸）とレンズ形状の光軸とをセルフアラインに一致させることができ、高性能な面発光レーザを容易に製造することができる。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記エッチング処理が、前記レジスト層はほとんどエッチングせず、前記半導体積層体をエッチングする高選択比のドライエッチングと、前記レジスト層と半導体積層体とを（ほぼ同じ比率で）同時にエッチングする低選択比のドライエッチングとを有することが好ましい。
前記高選択比のドライエッチングは、前記レジスト層をマスクにして、前記柱部を形成するために行うものであることが好ましい。この高選択比のドライエッチングによれば、レジスト層をほとんどそのまま残しながら、大きな側面角度の柱部（共振器の一部）を形成することができる。
前記低選択比のドライエッチングは、前記レジスト層の外径が所望の大きさになるまで行うことが好ましい。この低選択比のドライエッチングによれば、レジスト層と半導体積層体（柱部など）とを同時にエッチングすることができる。したがって、柱部の（上面）についてレジスト層を含めてレンズ形状に浮き彫りにすることができる。その後、残ったレジスト層を除去することにより、柱部の一方端部位（光出射面）に、頂上部が平坦な凸レンズ形状（レンズ層）を配置することができる。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記低選択比のドライエッチングの途中又は終了時に、前記レジスト層の外径を測定することが好ましい。
本発明によれば、レジスト層の外径を測定することにより、レジスト層の膜厚などを簡便に且つ高精度に把握することができる。したがって、高性能な面発光レーザをより簡便に製造することができる。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記測定されたレジスト層の外径に対応させて、その後に行う前記低選択比のドライエッチングの時間などを調整することが好ましい。
本発明によれば、ドライエッチング工程を簡便に且つ高精度に管理することができる。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記柱部を流れる電流の流域を画定する電流狭窄層を形成し、前記レジスト層を除去することによって形成された前記レンズ形状における平坦部の直径よりも、前記流域の直径を大きくすることが好ましい。
本発明によれば、電流狭窄層での電流流域よりも、レンズ層の平坦部を小さくしてので、しきい値及び効率などの基本的なレーザ特性が高く、レーザ放射角が小さい面発光レーザを製造することができる。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記エッチング処理が、前記レジスト層の外径が前記柱部の上面の外径よりも小さくなるように、該レジスト層を等方的に小さくする処理を有し、前記柱部の平坦領域に、リング状の電極を形成することが好ましい。
本発明によれば、柱部の平坦領域にリング状の電極を形成するので、その電極と面発光レーザのコンタクト層との接触面積を大きくすることができる。したがって、本発明によれば、面発光レーザの素子抵抗を簡便に小さくでき、簡便に高性能な面発光レーザを提供することができる。
上記目的を達成するために、本発明の電子機器は、前記面発光レーザ又は前記デバイスを備えることを特徴とする。
本発明によれば、しきい値及び効率などの基本的なレーザ特性を良好に有し、レーザ放射角を充分に小さくすることができる面発光レーザを備えた電子機器を提供することができる。
以下、本発明の実施形態に係る面発光レーザについて、図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る面発光レーザの一例を示す模式断面図である。図１に示す面発光レーザ１００は、下部ＤＢＲ１１１と、活性層１１２と、上部ＤＢＲ１１３と、レンズ層１１５と、上部電極１１６と、埋め込み層１１７と、酸化狭窄層（電流狭窄層）１１８とを有して構成されている。
下部ＤＢＲ１１１は、例えばｎ型ＧａＡｓ基板（図示せず）上に設けられている。そして、下部ＤＢＲ１１１は、例えば「ＧａＡｓ」と「Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ」とを交互に積層した２５ペアの分布反射型多層膜ミラー（ＤＢＲミラー）を構成している。活性層１１２は、下部ＤＢＲ１１１の上に設けられている。そして、活性層１１２は例えば厚さ３ｎｍのＩｎＧａＡｓのウエル層と厚さ３ｎｍのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓのバリア層からなり、そのウエル層が３層で構成されている量子井戸活性層を構成している。
上部ＤＢＲ１１３は、活性層１１２の上に設けられている。そして、上部ＤＢＲ１１３は、例えば「ＧａＡｓ」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（ＤＢＲミラー）を構成している。
下部ＤＢＲ１１１は、Siがドーピングされることによりｎ型半導体にされている。上部ＤＢＲ１１３は、Cがドーピングされることによりｐ型半導体にされている。活性層１１２には、不純物がドーピングされていない。これらにより、下部ＤＢＲ１１１、活性層１１２及び上部ＤＢＲ１１３は、ｐｉｎダイオードを構成しており、面発光レーザの共振器を構成している。この共振器における活性層１１２及び上部ＤＢＲ１１３は、半導体基板及び下部ＤＢＲ１１１の上面に凸形状に形成された柱部１５０を構成している。なお、下部ＤＢＲ１１１も凸形状として、その下部ＤＢＲ１１１における上側の一部を柱部１５０の一部としてもよい。この柱部１５０の上面及び下面が面発光レーザ１００のレーザ光出射面となる。
酸化狭窄膜１１８は上部ＤＢＲ１１３内における下面近傍に配置されている。酸化狭窄膜１１８の平面形状はドーナツ形状となっている。このドーナツ形状の中心は、中心軸１１０上に配置されている。酸化狭窄膜１１８は、例えばＡｌ酸化物を主体とする絶縁層で構成する。そして、酸化狭窄膜１１８は、面発光レーザ１００の共振器内で流れる電流の流域を画定するものである。したがって、酸化狭窄膜１１８は、光を放出する活性領域の面積を小さくし、閾値電流の低下や、ビーム幅を狭める作用をする。酸化狭窄膜１１８における酸化狭窄径、すなわち電流が流れる流域は、直径ｄＯＸとなっている。
本実施形態における特徴的構成の一つであるレンズ層１１５は、上部ＤＢＲ１１３の一方端部位（上面）に設けられている。したがって、レンズ層１１５は、面発光レーザ１００の一方端部位（光出射面）に配置されている。また、レンズ層１１５は、上部ＤＢＲ１１３の一部として機能し、柱部１５０の一部を構成している。またレンズ層１１５は半導体からなる。本願ではＰ型ＧａＡｓを用いた。この他にＡｌＧａＡｓを用いることもできる。
さらに、レンズ層１１５は、図１に示すように、頂上部が平坦な凸レンズ形状をしている。換言すれば、レンズ層１１５は、凸レンズをなす曲面部１１５Ａと、平坦な頂上部１１５Ｂとを有する。頂上部１１５Ｂの中心は、面発光レーザ１００の中心軸１１０上に配置されている。そして、頂上部１１５Ｂの平面形状は円形であり、曲面部１１５Ａの平面形状はドーナツ形状である。平坦な頂上部１１５の大きさは、直径ｄtopとなっている。そして、頂上部１１５はなるべく小さいことが好ましく、
直径ｄtop＜直径ｄＯＸ
という関係になることが好ましい。
埋め込み層（絶縁膜）１１７は、活性層１１２及び上部ＤＢＲ１１３の側面及び下部ＤＢＲ１１１の上面を覆うように配置されている。埋め込み層１１７は、ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、シリコン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコン変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）等で形成することができる。
上部電極１１６は、リング形状をしており、レンズ層１１５における外縁近傍上と埋め込み層１１７の上に配置されている。そして、上部電極１１６は、レンズ層１１５とオーミック接触している。また、面発光レーザ１００は、下部ＤＢＲ１１１にオーミック接触している下部電極（図示せず）を備えている。この下部電極は、例えば下部ＤＢＲ１１１の底面全体に設ける。
このような構成の面発光レーザ１００において、上記ｐｉｎダイオードに順方向電位がかかるように、上部電極１１６及び下部電極に対して電圧を印加する。すると、活性層１１２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。そこで生じた光が酸化狭窄膜１１８の酸化狭窄径を通って上部ＤＢＲ１１３と下部ＤＢＲ１１１との間を往復するとき、誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。ここで、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１１６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。このレーザ光は、レンズ層１１５を透過するときに屈折させられ、レーザ放射角を狭められる。
これらにより、本実施形態の面発光レーザ１００によれば、レンズ層１１５が平坦な頂上部１１５Ｂを有してので、レンズ層１１５の中心軸１１０での厚みを高精度に所望値とすることができる。これにより、面発光レーザ１００は、共振器の中心軸１１０での寸法を高精度に所望値とすることができる。すなわち、面発光レーザ１００の共振器の中心軸１１０での寸法は、下部ＤＢＲ１１１の底面からレンズ層１１５の頂上部１１５Ｂまでの長さとなる。そして、頂上部１１５Ｂは、平坦であるので、エッチングなどの加工処理をする必要はない。そこで、本実施形態の面発光レーザ１００は、共振器の中心軸１１０における寸法（長さ）を、簡便に高精度化することができる。
したがって、本実施形態の面発光レーザ１００は、面発光レーザの機能を発揮するために最も重要な共振器の中心軸１１０での反射率を、高精度に所望値とすることができる。そこで、面発光レーザ１００は、しきい値及び効率などの基本的なレーザ特性を、良好に且つ簡便に得ることができる。
また、面発光レーザ１００は、共振器の中心軸１１０から離れた部位からの出射光について、レンズ層１１５の曲面部１１５Ａで屈折させることができる。そこで面発光レーザ１００は、全体として充分なビーム整形作用を得ることができ、レーザ放射角を充分に小さくすることもできる。
また、面発光レーザ１００は、レンズ層１１５を半導体で構成するので、その半導体の膜厚を精密に且つ簡便に制御することができる。また、半導体でレンズ層１１５を構成することにより、レンズ層１１５におけるレーザ光の屈折率を大きくすることができる。したがって、面発光レーザ１００は、しきい値及び効率などの基本的なレーザ特性をさらに良好に且つ簡便に得ることができ、レーザ放射角をさらに小さくすることができる。
また、面発光レーザ１００において、「直径ｄtop＜直径ｄＯＸ」という関係になるようにレンズ層１１５及び酸化狭窄膜１１８を形成することによって、より確実に、基本的なレーザ特性を良好化することができ、レーザ放射角を小さくすることができる。
図２は、レンズ層の頂上部に平坦な領域がない面発光レーザの一例を示す模式断面図である。図２を参照して、上記の本実施形態の面発光レーザ１００の効果を具体的に説明する。
図２に示す面発光レーザ２００における面発光レーザ１００との主な相違点は、レンズ層２１５が凸レンズ形状をしており、上面全体が曲面になっており、頂上部１１５Ｂに相当する平坦部がない点である。
そして面発光レーザ２００は、下部ＤＢＲ２１１と、活性層２１２と、上部ＤＢＲ２１３と、レンズ層２１５と、上部電極（図示せず）と、埋め込み層２１７と、酸化狭窄層２１８とを有して構成されている。ここで、下部ＤＢＲ２１１は下部ＤＢＲ１１１に相当する。活性層２１２は活性層１１２に相当する。上部ＤＢＲ２１３は上部ＤＢＲ１１３に相当する。上部電極は上部電極１１６に相当する。埋め込み層２１７は埋め込み層１１７に相当する。
例えば、面発光レーザ２００の設計時の発振波長は９８０ｎｍとする。また、上部ＤＢＲ２１３の最上面が１／４λの高屈折率層となっている。上部ＤＢＲ２１３上には、レンズ層２１５がＧａＡｓ半導体で構成されている。
このような構成の面発光レーザ２００において、レンズ層２１５の中心軸２１０での厚さｄｒを５５２ｎｍとしたものを面発光レーザＡと呼び、厚さｄｒを４８３ｎｍとしたものを面発光レーザＢと呼び。この２つの面発光レーザＡ，Ｂについて、上部ＤＢＲ２１３での反射率を比較する。この反射率は、中心軸２１０における値とする。すると、その反射率の比較結果は下記表１のようになる。
Figure 0004207878
図３は、面発光レーザＡ，Ｂについての反射率と発振波長との関係を示す図である。縦軸は中心軸２１０における反射率である。横軸は発振波長である。そして、曲線Ａが面発光レーザＡの特性であり、曲線Ｂが面発光レーザＢの特性である。
上記表１及び図３に示すように反射率の低い面発光レーザＢは、レーザ発振すら困難なものとなった。このように、わずか６９ｎｍのレンズ層２１５の厚さの違いが重大な不良につながる。
例えば、上記の特許文献１記載の面発光レーザの製造方法では、レンズ形状のレジストマスクを用いて低選択条件のドライエッチングを行うことで、レンズ層をレンズ形状にする。しかしながら、ドライエッチングにおいてもレンズ層の残り厚を数十ｎｍレベルで制御することは容易でない。また、レンズ層について、ウエットエッチングによりレンズ形状を形成する場合は、レンズ層厚の制御は殆ど不可能となる。
一方、図１に示す本実施形態の面発光レーザ１００は、上記のように、レンズ層１１５が平坦な頂上部１１５Ｂを有してので、その頂上部１１５Ｂについてはエッチング処理などの加工成形をする必要がない。そこで、面発光レーザ１００におけるレンズ層１１５の中心軸１１０での膜厚は、レンズ加工する前の膜厚が保持される。したがって、面発光レーザ１００は、従来のレンズ層付きの面発光レーザに比べて、レンズ層１１５の中心軸１１０での厚みを高精度に所望値とすることができ、高性能な面発光レーザとなる。
本実施例では上部ＤＢＲをｐ型、下部ＤＢＲをｎ型にしたが、逆にしてもかまわない。
＜製造方法＞
次に、上記構成の面発光レーザ１００の製造方法について、図４及び図５を参照して説明する。
＜第１工程＞
図４（ａ）は本製造方法の第１工程を示す概略断面図である。先ず、例えばｎ型ＧａＡｓ基板（図示せず）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層１２１を形成する。下部ＤＢＲ層１２１は図１の下部ＤＢＲ１１１に対応するものである。次いで、下部ＤＢＲ層１２１上に、厚さ３ｎｍのＧａＡｓのウエル層と、厚さ３ｎｍのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓのバリア層から成り、そのウエル層が３層で構成される活性層（図示せず）を形成する。この活性層は図１の活性層１１２の元となるものである。さらに、活性層上に、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層１２３を形成する。この上部ＤＢＲ層１２３は図１の上部ＤＢＲ１１３の元となるものである。その後、上部ＤＢＲ層１２３上に、Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓからなるコンタクト層１２４を積層する。このコンタクト層１２４は形成しなくてもよい。その後、コンタクト層１２４の上に、レンズ層１２５を形成する。レンズ層１２５は、面発光レーザ１００の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大きなバンドギャップを有する半導体とする。このレンズ層１２５は、図１のレンズ層１１５の元となるものである。
上記の下部ＤＢＲ層１２１、活性層、上部ＤＢＲ層１２３、コンタクト層１２４及びレンズ層１２５からなるエピタキシャル層１２０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。このようなエピタキシャル層１２０は、面発光レーザの共振器の構成要素となる半導体積層体をなすものである。
次いで、レンズ層１２５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。これにより、図４（ａ）に示すように、所定のパターンのレジスト層１３０を形成する。
＜第２工程＞
図４（ｂ）は本製造方法の第２工程を示す概略断面図である。本工程では、レジスト層１３０を凸レンズ形状に形成する。具体的には、レジスト層１３０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、レジスト層１３０は、表面張力の影響を受けて、図４（ｂ）に示すような凸レンズ状に変形する。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。なお、グレーマスクを用いることにより、加熱などをせずにレジスト層１３０を凸レンズ形状に形成してもよい。
＜第３工程＞
図４（ｃ）は本製造方法の第３工程を示す概略断面図である。本工程では、図４（ｃ）に示すように上部ＤＢＲ層１２３、コンタクト層１２４及びレンズ層１２５からなる柱部１５１を形成する。柱部１５１は共振器の一部をなすものである。なお、下部ＤＢＲ１２１の一部及び活性層についても、柱部１５１の一部としてもよい。柱部１５１を形成するには、凸レンズ形状のレジスト層１３０をマスクとして、高選択比のドライエッチングを行う。すなわち、レジスト層１３０はほとんどそのまま残し、レンズ層１２５、コンタクト層１２４、上部ＤＢＲ１２３、活性層及び下部ＤＢＲ１２１の上側一部までをメサ状にエッチングし、柱部１５１を形成する。このエッチングの選択比は例えば２．０以上であることが好ましい。本工程により、大きな側面角度の柱部１５１を形成できる。
＜第４工程＞
図４（ｄ）は本製造方法の第４工程を示す概略断面図である。本工程では、柱部１５１及びレジスト層１３０を等方的に小さくする。具体的には、低選択比条件のドライエッチングを行う。すると、柱部１５１とレジスト層１３０が同時にエッチングされる。これにより、レジスト層１３０のレンズ形状が柱部１５１の上面に浮き彫りにされ、上面（一方端部位）にレンズ形状を有する柱部１５２が形成される。
本工程のドライエッチングは、レジスト層１３０の直径（外径）ｄtopが所定値になるまで行う。例えばレジスト層１３０の直径ｄtopを逐次測定し、その直径ｄtopが所定値になったら本工程のドライエッチングを停止する。このようにすることにより、レジスト層１３０の膜厚を、簡便且つ高精度に制御することができる。また、レジスト層１３０の膜厚を高精度に制御することにより、後工程で形成する平坦な頂上部１２５Ｂの直径ｄtopを高精度に制御することができる。
また、本工程では、レジスト層１３０の直径ｄtopの測定値に応じて、その後のドライエッチング時間を調整することとしてもよい。このようにしても、本工程のドライエッチング処理を簡便に且つ高精度に管理することができる。レジスト層１３０の直径ｄtopは、なるべく小さいことが好ましい。そして、レジスト層１３０の直径ｄtopは、後工程で形成される酸化狭窄膜１２８の酸化狭窄径である直径ｄＯＸよりも小さいことが好ましい。
＜第５工程＞
図５（ａ）は本製造方法の第５工程を示す概略断面図である。本工程では、柱部１５２の頂上部に残っているレジスト層１３０を除去する。例えば、剥離液処理又はドライアッシングにより、レジスト層１３０を除去する。これにより、レンズ層１２５の頂上部は、直径ｄtopの平坦領域である頂上部１２５Ｂとなる。換言すれば、柱部１５２の上面には、平坦な頂上部１２５Ｂを頂上に有する凸レンズ形状のレンズ層１２５が形成される。ここで、頂上部１２５Ｂは、図１の頂上部１１５Ｂに対応するものである。
＜第６工程＞
図５（ｂ）は本製造方法の第６工程を示す概略断面図である。本工程では、酸化狭窄層１２８を形成する。例えば、４００℃の水蒸気処理を行うことにより、ＡｌＧａＡｓ層等を柱部１５２の外側からドーナツ状に酸化させる。これにより、ドーナツ状の酸化狭窄層１２８を有する柱部１５３となる。酸化狭窄膜１２８は、図１の酸化狭窄膜１１８に対応するものである。
酸化狭窄膜１２８の酸化狭窄径である直径ｄＯＸは、レンズ層１２５の頂上部１２５Ｂの直径ｄtopよりも大きくすることが好ましい。このようにすると、より確実に、基本的なレーザ特性を良好化することができ、レーザ放射角を小さくすることができる。
＜第７工程＞
図５（ｃ）は本製造方法の第７工程を示す概略断面図である。本工程では、下部ＤＢＲ層１２１の一部、活性層、上部ＤＢＲ層１２３及びコンタクト層１２４の周囲に、埋め込み層（絶縁膜）１２７を形成する。具体的には、上記柱部１５３におけるコンタクト層１２４付近の高さまで、その柱部１５３の周囲に絶縁膜を埋め込み、埋め込み層１２７とする。埋め込み層１２７の構成材料としては、例えばポリイミド又はＢＣＢなどを用いる。例えば、液状体のポリイミドを液滴吐出方式などにより柱部１５３の周囲に塗布し、その後、焼成などによりポリイミドを硬化させる。これにより、簡易に埋め込み層１２７を形成することができる。埋め込み層１２７を形成することにより、後工程で形成する上部電極１２６が余計なところに短絡することを回避できる。また、埋め込み層１２７により、柱部１５３の周囲が平坦化されるので、上部電極１２６の形成が容易になる。埋め込み層１２７は、図１の埋め込み層１１７に対応するものである。
＜第８工程＞
図５（ｄ）は本製造方法の第８工程を示す概略断面図である。本工程では、レンズ層１２５にオーミック接触する上部電極１２６を形成する。具体的には、レンズ層１２５における外縁近傍上と埋め込み層１２７の上に、上部電極１２６を形成する。ここで、上部電極１２６は、レンズ層１２５にオーミック接触させる。このような上部電極１２６は、例えば真空蒸着法によりＡｕ−Ｇｅ合金膜を形成し、その合金膜をエッチングによりパターニングすることで形成できる。上部電極１２６は、図１の上部電極１１６に対応するものである。
本工程の後に、下部ＤＢＲ層１２１にオーミック接触する下部電極（図示せず）を形成することにより、図１に示すような面発光レーザ１００が完成する。なお、下部電極は、上部電極１２６と同様にして形成することができる。
これらにより、本製造方法によれば、レンズ層１２５の頂上部１２５Ｂについてはエッチングしないので、レンズ層１２５の中心軸での寸法を設計膜厚に保持することができる。したがって、面発光レーザとして最も重要な共振器の中心軸での反射率を簡便に所望値にすることができる。そこで、本製造方法は、しきい値及び効率などの基本的なレーザ特性を高度に有する面発光レーザ１００を、良好に且つ簡便に製造することができる。
また、本製造方法によれば、共振器の中心軸から離れた部位からの出射光について、レンズ層１２５のレンズ形状部位で屈折させることができる。そこで、本製造方法は、全体として充分なビーム整形作用を得ることができ、レーザ放射角が充分に小さい面発光レーザ１００を、良好に且つ簡便に製造することができる。
また、本製造方法では、第３工程以降のエッチング処理が行われる前に、第２工程において、レジスト層１３０をレンズ形状に形成する。これにより、第３工程以降のエッチング処理により、等方的に、レジスト層１３０及びエピタキシャル層（半導体積層体）１２０を縮小させることができる。これにより、本製造方法は、共振器をなす柱部１５１，１５２，１５３の中心軸（レーザの光軸）とレンズ層１２５のレンズ形状の光軸とをセルフアラインに一致させることができる。したがって、本製造方法は、高性能な面発光レーザを容易に製造することができる。
（第２実施形態）
図６は本発明の第２実施形態に係る面発光レーザの一例を示す模式断面図である。本実施形態の面発光レーザ３００における第１実施形態の面発光レーザ１００との主な相違点は、レンズ層３１５の凸レンズ形状の底面が上部ＤＢＲ３１３の上面よりも小さい点である。換言すれば、レンズ層３１５の底面が共振器（下部ＤＢＲ３１１、活性層３１２及び上部ＤＢＲ３１３）の上面よりも小さくなっている。ただし、レンズ層３１５の形状は、第１実施形態のレンズ層１１５と相似しており、凸レンズをなす曲面部３１５Ａと、平坦な頂上部３１５Ｂとを有する。
面発光レーザ３００は、下部ＤＢＲ３１１と、活性層３１２と、上部ＤＢＲ３１３と、レンズ層３１５と、上部電極３１６と、埋め込み層３１７と、酸化狭窄層３１８とを有して構成されている。ここで、下部ＤＢＲ３１１は、下部ＤＢＲ１１１と同一のもので構成できる。活性層３１２は、活性層１１２と同一のもので構成できる。上部ＤＢＲ３１３は、上部ＤＢＲ１１３と同一のもので構成できる。上部電極３１６は、上部電極１１６と同一のもので構成できる。埋め込み層３１７は、埋め込み層１１７と同一のもので構成できる。
これらにより、本実施形態の面発光レーザ３００は、上部ＤＢＲ３１３の上面の一部にレンズ層３１５によるレンズ形状部が設けられているので、その凸レンズ形状を小さい曲率にすることができる。したがって、面発光レーザ３００は、面発光レーザ１００よりもレーザ放射角を小さくすることができる。また、面発光レーザ３００は、凸レンズ形状を小さい曲率にしながら、レンズ層３１５を薄くすることができる。したがって、本実施形態によれば、より高性能な面発光レーザを簡便に提供することができる。
次に、上記構成の面発光レーザ３００の製造方法について、図７から図９を参照して説明する。
＜第１工程＞
図７（ａ）は本製造方法の第１工程を示す概略断面図である。本工程は、図４（ａ）に示す第１実施形態の第１工程と同一である。すなわち、先ず、例えばｎ型ＧａＡｓ基板（図示せず）上に、下部ＤＢＲ層３２１を形成する。下部ＤＢＲ層３２１は図６の下部ＤＢＲ３１１に対応するものである。次いで、下部ＤＢＲ層３２１上に、活性層（図示せず）を形成する。この活性層は図６の活性層３１２の元となるものである。さらに、活性層上に、上部ＤＢＲ層３２３を形成する。この上部ＤＢＲ層３２３は図６の上部ＤＢＲ３１３の元となるものである。その後、上部ＤＢＲ層３２３上に、コンタクト層３２４を積層する。このコンタクト層３２４は形成しなくてもよい。その後、コンタクト層３２４の上にレンズ層３２５を形成する。このレンズ層３２５は、図６のレンズ層３１５の元となるものである。次いでレンズ層３２５上に、所定のパターンのレジスト層３３０を形成する。
＜第２工程＞
図７（ｂ）は本製造方法の第２工程を示す概略断面図である。本工程は、図４（ｂ）に示す第１実施形態の第２工程と同一である。すなわち本工程では、レジスト層３３０を凸レンズ形状に形成する。
＜第３工程＞
図７（ｃ）は本製造方法の第３工程を示す概略断面図である。本工程は、図４（ｃ）に示す第１実施形態の第３工程と同一である。すなわち本工程では、上部ＤＢＲ層３２３、コンタクト層３２４及びレンズ層３２５からなる柱部３５１を形成する。柱部３５１は共振器の一部をなすものである。なお、下部ＤＢＲ３２１の一部及び活性層についても、柱部３５１の一部としてもよい。柱部３５１を形成するには、凸レンズ形状のレジスト層３３０をマスクとして、高選択比のドライエッチングを行う。
＜第４工程＞
図７（ｄ）は本製造方法の第４工程を示す概略断面図である。本工程では、図７（ｄ）に示すように凸レンズ形状のレジスト層３３０を等方的に小さくする。具体的には、酸素プラズマ又はオゾンなどを用いて、レジスト層３３０のみを相似形状に縮小する。これにより、レジスト層３３０は、柱部３５１の中心軸と同一の中心軸をもち、かつ、その柱部３５１の上面の外径よりも小さい外径の凸レンズ形状となる。
＜第５工程＞
図８（ａ）は本製造方法の第５工程を示す概略断面図である。本工程は、図４（ｄ）に示す第１実施形態の第４工程と同様に実施することができる。すなわち本工程では、柱部３５１及びレジスト層３３０を等方的に小さくする。具体的には、低選択比条件のドライエッチングを行う。すると、柱部３５１とレジスト層３３０が同時にエッチングされる。これにより、レジスト層３３０のレンズ形状が柱部３５１の上面（一方端部位）に浮き彫りにされ、上面にレンズ形状を有する柱部３５２が形成される。
本工程のドライエッチングは、レジスト層３３０の直径（外径）ｄtopが所定値になるまで行う。例えばレジスト層３３０の直径ｄtopを逐次測定し、その直径ｄtopが所定値になったら本工程のドライエッチングを停止する。このようにすることにより、レジスト層３３０の膜厚を、簡便且つ高精度に制御することができる。また、レジスト層３３０の膜厚を高精度に制御することにより、後工程で形成する平坦な頂上部３２５Ｂの直径ｄtopを高精度に制御することができる。
また、本工程では、レジスト層３３０の直径ｄtopの測定値に応じて、その後のドライエッチング時間を調整することとしてもよい。このようにしても、本工程のドライエッチング処理を簡便に且つ高精度に管理することができる。レジスト層３３０の直径ｄtopは、なるべく小さいことが好ましい。そして、レジスト層３３０の直径ｄtopは、後工程で形成される酸化狭窄膜３２８の酸化狭窄径である直径ｄＯＸよりも小さいことが好ましい。
＜第６工程＞
図８（ｂ）は本製造方法の第６工程を示す概略断面図である。本工程は、図５（ａ）に示す第１実施形態の第５工程と同様に実施することができる。すなわち、本工程では、柱部３５２の頂上部に残っているレジスト層３３０を除去する。例えば、剥離液処理又はドライアッシングにより、レジスト層３３０を除去する。これにより、レンズ層３２５の頂上部は、直径ｄtopの平坦領域である頂上部３２５Ｂとなる。換言すれば、柱部３５２の上面には、平坦な頂上部３２５Ｂを頂上に有する凸レンズ形状のレンズ層３２５が形成される。ここで、頂上部３２５Ｂは、図６の頂上部３１５Ｂに対応するものである。
＜第７工程＞
図８（ｃ）は本製造方法の第７工程を示す概略断面図である。本工程は、図５（ｂ）に示す第１実施形態の第６工程と同様に実施することができる。すなわち本工程では、酸化狭窄層３２８を形成する。例えば、４００℃の水蒸気処理を行うことにより、ＡｌＧａＡｓ層等を柱部３５２の外側からドーナツ状に酸化させる。これにより、ドーナツ状の酸化狭窄層３２８を有する柱部３５３となる。酸化狭窄膜３２８は、図６の酸化狭窄膜３１８に対応するものである。
酸化狭窄膜３２８の酸化狭窄径である直径ｄＯＸは、レンズ層３２５の頂上部３２５Ｂの直径ｄtopよりも大きくすることが好ましい。このようにすると、より確実に、基本的なレーザ特性を良好化することができ、レーザ放射角を小さくすることができる。
＜第８工程＞
図８（ｄ）は本製造方法の第８工程を示す概略断面図である。本工程は、図５（ｃ）に示す第１実施形態の第７工程と同様に実施することができる。すなわち本工程では、下部ＤＢＲ層３２１の一部、活性層、上部ＤＢＲ層３２３及びコンタクト層３２４の周囲に、埋め込み層（絶縁膜）３２７を形成する。埋め込み層３２７は、図６の埋め込み層３１７に対応するものである。
＜第９工程＞
図９は本製造方法の第９工程を示す概略断面図である。本工程では、レンズ層３２５にオーミック接触する上部電極３２６を形成する。具体的には、レンズ層３２５における外縁近傍上と、柱部３５３上の平面における凸レンズ形状のレンズ層２５の周囲（すなわちレンズ層３２５の周囲にリング状に形成されたコンタクト層３２４の上）とに、上部電極３２６を形成する。ここで、上部電極３２６は、レンズ層３２５のみならず、コンタクト層２４にもオーミック接触させてもよい。また、柱部３５３の周囲に形成された埋め込み層３２７の上面にいたるまで、上部電極３２６を形成する。このような上部電極３２６は、例えば真空蒸着法によりＡｕ−Ｇｅ合金膜を形成し、その合金膜をエッチングによりパターニングすることで形成できる。
本工程の後に、下部ＤＢＲ層３２１にオーミック接触する下部電極（図示せず）を形成することにより、図６に示すような面発光レーザ３００が完成する。なお、下部電極は、上部電極３２６と同様にして形成することができる。
これらにより、本製造方法によれば、第６工程において、面発光レーザの共振器をなす柱部３５２上面の一部に、凸レンズ形状のレンズ層３２５を形成することができる。したがって、そのレンズ層３２５を、従来よりも小さい曲率の凸レンズに容易に形成することができ、そのレンズ層３２５によりレーザ放射角を十分に小さくすることができ、かつ、そのレンズ層３２５の厚さを従来よりも薄くすることができる。
また、本製造方法によれば、柱部３５３の平坦領域に、リング状の電極をなす上部電極３２６を形成するので、その上部電極３２６とレンズ層３２５とを良好にオーミック接触させることができる。また、上部電極３２６とコンタクト層３２４との接触面積を大きくすることもできる。したがって本実施形態によれば、面発光レーザ３００の素子抵抗を簡便に小さくでき、簡便に高性能な面発光レーザ３００を提供することができる。
＜電子機器＞
上記実施形態の面発光レーザを備えた電子機器の例について説明する。
本実施形態の面発光レーザは、光ファイバ通信モジュール、あるいは、機器内又は基板内などで光信号を送受信する光インターコネクション、光ディスクヘッド、レーザプリンタ、レーザビーム投射器、レーザビームスキャナ、リニアエンコーダ、ロータリエンコーダ、変位センサ、圧力センサ、ガスセンサ、液体センサ、血液血流センサ、光インターカプラ、並列光プロセッサなどに適用することができる。
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能であり、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
本発明の第１実施形態に係る面発光レーザの模式断面図である。 レンズ層の頂上に平坦領域がない面発光レーザの一例の模式断面図である。 面発光レーザにおける反射率と発振波長との関係を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る面発光レーザの模式断面図である。 本発明の第２実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図である。
符号の説明
１００，２００，３００…面発光レーザ、１１１，２１１，３１１…下部ＤＢＲ、１１２，２１２，３１２…活性層、１１３，２１３，３１３…上部ＤＢＲ、１１５，２１５，３１５…レンズ層、１１５Ａ，３１５Ａ…曲面部、１１５Ｂ，３１５Ｂ…頂上部、１１６，３１６…上部電極、１１７，２１７，３１７…埋め込み層、１１８，２１８，３１８…酸化狭窄層（電流狭窄層）、１５０…柱部

Claims (12)

  1. 面発光レーザであって、
    共振器と、
    前記共振器の一方端部位に形成された凸レンズ形状のレンズ層と、
    前記共振器内で流れる電流の電流流域を画定する電流狭窄層と、
    を有し、
    前記レンズ層の頂上部の表面は略円形の平坦面であり、
    前記レンズ層の頂上部以外の表面は曲面であり、
    前記平坦面の直径は、前記電流流域の直径よりも小さいことを特徴とする、面発光レーザ。
  2. 前記レンズ層は、半導体からなることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ。
  3. 前記レンズ層の凸レンズ形状の底面は、前記共振器の上面よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の面発光レーザ。
  4. 前記共振器の上面の前記レンズ層により覆われていない表面にリング状の電極を有する請求項３に記載の面発光レーザ。
  5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の面発光レーザを備えたことを特徴とするデバイス。
  6. 半導体基板上に、共振器の構成要素となる少なくともひとつの半導体積層体を形成する工程と、
    前記半導体積層体上に所定パターンのレジスト層を形成する工程と、
    前記レジスト層をマスクにして、エッチング処理を行うことにより、前記共振器の一部となる柱部を形成するとともに、前記柱部の上面について前記レジスト層を含めてレンズ形状に浮き彫りにする工程と、
    前記柱部を流れる電流の流域を画定する電流狭窄層を形成する工程と、
    前記レンズ形状の頂上部に残っている前記レジスト層を除去する工程と、を含み、
    前記電流狭窄層を形成する工程において、前記電流の流域の直径を、前記レンズ形状の頂上部に残っている前記レジスト層の直径よりも大きくすることを特徴とする面発光レーザの製造方法。
  7. 前記レジスト層は、前記エッチング処理が行われる前に、レンズ形状に整形され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。
  8. 前記エッチング処理は、
    前記レジスト層はほとんどエッチングせず、前記半導体積層体をエッチングする高選択比のドライエッチングと、
    前記レジスト層と半導体積層体とを同時にエッチングする低選択比のドライエッチングとを有することを特徴とする請求項６又は７に記載の面発光レーザの製造方法。
  9. 前記低選択比のドライエッチングの途中又は終了時に、前記レジスト層の外径を測定することを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の面発光レーザの製造方法。
  10. 測定された前記レジスト層の外径に対応させて、その後に行う前記低選択比のドライエッチングの時間を調整することを特徴とする請求項９に記載の面発光レーザの製造方法。
  11. 前記エッチング処理は、前記レジスト層の外径が前記柱部の上面の外径よりも小さくなるように、前記レジスト層を等方的に小さくする処理を有し、
    前記柱部の露出した領域に、リング状の電極を形成することを特徴とする請求項６から１０のいずれか一項に記載の面発光レーザの製造方法。
  12. 請求項１から４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、又は請求項５に記載のデバイスを備えることを特徴とする電子機器。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000016861A (ja) * 1998-06-30 2000-01-18 Inax Corp 簡易加工陶板及びそれを用いたボード
JP4117499B2 (ja) * 2006-08-02 2008-07-16 セイコーエプソン株式会社 面発光型半導体レーザ
JP5381526B2 (ja) * 2009-09-08 2014-01-08 富士ゼロックス株式会社 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置
CN102054926A (zh) * 2009-11-09 2011-05-11 富准精密工业(深圳)有限公司 发光二极管
JP5897379B2 (ja) * 2012-03-30 2016-03-30 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 半導体面の加工方法
JP2014135371A (ja) * 2013-01-10 2014-07-24 Ricoh Co Ltd 面発光レーザ、面発光レーザアレイ及び光走査装置
US11594859B2 (en) * 2017-07-18 2023-02-28 Sony Corporation Light emitting element and light emitting element array
WO2019181757A1 (en) * 2018-03-19 2019-09-26 Ricoh Company, Ltd. Surface-emitting laser array, detection device, and laser device
CN109103748A (zh) * 2018-09-28 2018-12-28 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种垂直腔面发射激光器阵列及其制作方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69405427T2 (de) 1993-03-04 1998-04-02 At & T Corp Vorrichtung mit fokussierendem oberflächenemittierendem Halbleiterlaser
US5838715A (en) 1996-06-20 1998-11-17 Hewlett-Packard Company High intensity single-mode VCSELs
JPH11233888A (ja) 1998-02-09 1999-08-27 Nec Corp 光学素子、それを使用した面発光レーザ装置及び端面発光型半導体レーザ装置
JP3778241B2 (ja) 1998-09-01 2006-05-24 セイコーエプソン株式会社 面発光型半導体レーザおよびその製造方法
JP4514177B2 (ja) 2001-01-17 2010-07-28 キヤノン株式会社 Ａｌを含む半導体材料からなるレンズ、それを用いた面型光素子、及びその製造方法
EP1265327B1 (en) 2001-06-02 2007-11-07 Seoul National University Industry Foundation Vertical cavity surface emitting laser
JP2003121611A (ja) 2001-10-16 2003-04-23 Canon Inc Ａｌを含む半導体材料からなるレンズ、それを用いた面型光素子及び、レンズの製造方法
US20030091084A1 (en) * 2001-11-13 2003-05-15 Decai Sun Integration of VCSEL array and microlens for optical scanning
JP4507567B2 (ja) 2003-11-18 2010-07-21 セイコーエプソン株式会社 面発光レーザの製造方法
US7352787B2 (en) * 2004-06-29 2008-04-01 Fuji Xerox Co., Ltd. Vertical cavity surface emitting laser diode and process for producing the same

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