JP4442103B2 - 面発光レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面発光レーザ素子及びその製造方法に関し、更に詳細には、ポスト型メサ構造を有する面発光レーザ素子及びその製造方法であって、活性層に注入される電流の局所集中を抑制することにより、広い活性層の発光領域を有し、高い光出力を有する面発光レーザ素子及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
面発光レーザ素子は、半導体基板上に形成された、相互に屈折率が異なる化合物半導体のペア層からなる一対のＤＢＲ（Diffractive Bragg Reflector）と、その一対のＤＢＲの間に設けられ、発光領域となる活性層とを有し、基板面に対して直交方向にレーザ光を出射する半導体レーザ素子である。
また、面発光レーザ素子では、一般に、ＤＢＲの一部をメサポストに形成したポスト型メサ構造が用いられている。ポスト型メサ構造を有する面発光レーザ素子では、メサポストが形成されたＤＢＲ中に、活性層に注入される電流経路の断面を規定する電流狭窄層を設け、活性層の一部に電流が集中して流れるようにして、面発光レーザ素子の発光効率を高めている。
【０００３】
ここで、従来のポスト型メサ構造を有する面発光レーザ素子の一例として、図８を参照して特開２００１−２１０９０８号公報に記載の面発光レーザ素子の構成を説明する。図８は前掲公報に開示されている面発光レーザ素子の構成を示す断面図である。
前掲公報によれば、面発光レーザ素子１０は、図８に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に、順次、形成されたｎ型半導体多層膜からなる下部反射鏡層構造（下部ＤＢＲ）１４、ノンドープＡｌＧａＡｓからなる下部クラッド層１６、発光層（活性層）１８、ノンドープＡｌＧａＡｓからなる上部クラッド層２０、ｐ型半導体多層膜からなる上部反射鏡層構造（上部ＤＢＲ）２２、及びｐ型ＧａＡｓ層２４からなる積層構造を備えている。
【０００４】
下部ＤＢＲ１４は、ｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とを、ヘテロ界面に組成傾斜層を介在させ積層した３０．５ペアの半導体多層膜として構成され、上部ＤＢＲ２２は、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とを、ヘテロ界面に組成傾斜層を介在させ積層した２５ペアの半導体多層膜として構成されている。
【０００５】
キャップ層２４、上部ＤＢＲ２２、上部クラッド層２０、活性層１８、下部クラッド層１６、及び下部ＤＢＲ１４の上部は、エッチングされて、円柱状の柱状構造（メサポスト）３０に加工されている。
また、上部ＤＢＲ２２の活性層１８に最も近い構成層は、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層に代えて、ｐ型ＡｌＡｓ層が形成され、中央の円形領域を除いて、その周囲のＡｌＡｓ層はＡｌが選択的に酸化されてＡｌ酸化層に転化した電流狭窄層２６である。
Ａｌ酸化層は電気抵抗の高い酸化狭窄型の絶縁領域（電流狭窄領域）２６Ａとして機能する。一方、中央の円形領域は、元のｐ型ＡｌＡｓ層のままであって、電流注入経路（電流注入領域）２６Ｂとして機能する。
【０００６】
メサポスト２８の上面、側面及び両脇の下部ＤＢＲ１４上には、ＳｉＮｘ膜３０が成膜されている。
また、メサポスト２８の上面のＳｉＮｘ膜３０は、円形に除去されてｐ型ＧａＡｓ層２４を露出させ、そこに円環状のｐ側電極（上部電極）３２が形成されている。ｎ型ＧａＡｓ基板１２の裏面には、ｎ側電極（下部電極）３４が形成されている。
【０００７】
前掲公報に開示の面発光レーザ素子１０の製造方法について、図９（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図９（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、前掲公報に開示の面発光レーザ素子１０の製造工程を示す断面図である。
前掲公報によれば、先ず、図９（ａ）に示すように、ｎ型基板１２上に、順次、下部ＤＢＲ１４、ノンドープＡｌＧａＡｓからなる下部クラッド層１６、活性層１８、ノンドープＡｌＧａＡｓからなる上部クラッド層２０、上部ＤＢＲ２２、及びｐ型ＧａＡｓ層２４を積層して積層構造を形成する。
【０００８】
下部ＤＢＲ１４を積層する際には、ヘテロ界面に組成傾斜層を介在させた３０．５ペアのｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とを積層し、上部ＤＢＲ２２を積層する際には、ヘテロ界面に組成傾斜層を介在させた２５ペアのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とを積層する。
また、上部ＤＢＲ２２を積層する際には、活性層１８に最も近い構成層は、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層に代えて、ｐ型ＡｌＡｓ層２６ａを積層する。
【０００９】
次いで、図９（ｂ）に示すように、ＳｉＮｘマスク４０を用いたエッチングにより、下部ＤＢＲ１４の上面近傍に到達するまで、上部ＤＢＲ２２、上部クラッド層２０、活性層１８、下部クラッド層１６をエッチングして、メサポスト２８を形成する。
【００１０】
続いて、メサポスト２８を有する積層構造を水蒸気雰囲気中で温度４００℃で約２５分間加熱し、メサポスト２８の側面より中心に向かって、ｐ型ＡｌＡｓ層２６ａのみを選択酸化する。
これにより、メサポスト２８の側面に囲まれた、Ａｌ酸化層からなる円環状の電流狭窄領域２６Ａと、電流狭窄領域２６Ａに囲まれた、ｐ型ＡｌＡｓ層２６ａが酸化されずに残った円形の電流注入領域２６Ｂとを形成する。
【００１１】
続いて、全面にＳｉＮｘ膜３０を成膜した後、メサポスト２８の上面のＳｉＮｘ膜３０を円形に除去してｐ型ＧａＡｓ層２４を露出させ、そこに円環状のｐ側電極３２を形成する。また、ｎ型ＧａＡｓ基板１２の裏面に、ｎ側電極３４を形成する等の工程を経ることにより、特許文献１に開示の面発光レーザ素子を完成することができる。
【００１２】
このようなポスト型メサ構造を有する面発光レーザ素子では、電流狭窄層により、活性層１８に注入される電流経路の断面を規定できるので、電流注入領域２６Ｂの下方の活性層１８の領域に電流が集中して注入され、効率の良いレーザ発振を実現できる。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００１−２１０９０８号公報（図１）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のようなポスト型メサ構造を有する面発光レーザ素子では、レーザ光の高出力化を図るために、電流注入領域２６Ｂ及び上部電極３２の径を大きくして活性層１８の発光領域を拡大させ、高出力化しようとする場合に、以下の問題が生じる。図１０は、従来の面発光レーザ素子のメサポストの近傍の構成を簡潔に示した断面図である。
【００１５】
即ち、従来の面発光レーザ素子では、図１０に示すように、円環状の上部電極３２から供給されるキャリア（電流）は、上部電極３２に近い電流注入領域２６Ｂのエッジ４２の近傍に注入され易い。
従って、電流注入領域２６Ｂの径を単純に拡大させていくと、同図中に矢印で示すように、活性層１８のエッジ４２に近い領域にキャリアが集中して注入され、この領域のみが発光に寄与し、一方、電流注入領域２６のエッジ４２から離れた活性層１８の中央部は、注入されたキャリアの単なる損失源となる。
このように、従来のポスト型メサ構造を有する面発光レーザ素子では、電流注入領域２６Ｂの径を単純に拡大させても、面発光レーザ素子としての光出力は全く改善されないという問題があった。
【００１６】
上記問題を解決するために、レーザ光の出射窓を有する下部電極を基板の裏面に設け、基板の裏面からレーザ光を取り出す面発光レーザ素子についての報告もある（IEEE journal on selected topics in quantum electronics Vol7 No2 PP210-216(2001))。
上記報告によれば、面発光レーザ素子では、下部電極から供給されたキャリアが、大きな厚みを有する基板を通過するうちに横方向に十分に拡散し、活性層の比較的広い領域に均一に注入することにより、面発光レーザ素子の高出力化を図ることができる。
しかし、レーザ光が基板により吸収される波長、例えばＧａＡｓ基板を用いる場合には９２０ｎｍ以下では、レーザ光を基板の裏面から効率良く取り出し、レーザ光の高出力化を図ることは困難である。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、ポスト型メサ構造を有する面発光レーザ素子で、活性層に注入される電流の局所集中を抑制することにより、広い活性層の発光領域を有し、高い光出力を有する面発光レーザ素子及びその製造方法を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題の解決に際し、以下のように考察した。
ポスト型メサ構造を有する面発光レーザ素子では、一般的に、メサポスト２８の径が３０μｍ程度で、電流注入領域２６Ｂの径が１５μｍ以下であれば、電流注入領域２６Ｂの下方の活性層１８の領域に電流が均一に注入され、効率の良いレーザ発振を実現できる。
一方で、電流注入領域２６Ｂの径を大きくしていくと、キャリアが電流注入領域のエッジ４２の近傍に集中するのは、上部ＤＢＲ２２上に設けられた上部電極３２から電流狭窄層２６に向かって電流が縦方向に流れる際に、電流が横方向に十分に拡がらないために生じるものである。このような現象は、キャリアの拡散と関係がある。
【００１９】
ここで、上部ＤＢＲ２２中のキャリア密度を増やせば、ある拡散定数で規定されるキャリア拡散広がりが促進され、活性層１８により均一にキャリアを注入できる。しかし、キャリア密度を大きくすると、フリーキャリアによる光の吸収が増加し、せっかく発振したレーザ光が吸収によって失われてしまうため、あまり大きくできない。
【００２０】
本発明者は、上述の問題について考察した結果、キャリアを一度小領域に絞った状態にすることにより、そこから広がるメサ内のキャリア密度が均一化する事に着目し、従来の電流狭窄層の上方に、もう一つの電流狭窄層（上部電流狭窄層）を設け、かつ拡散が均一になる程度に、上部電流狭窄層の上部電流注入領域の径を小さくすることにより、上記問題を解決できるのではないかと考えた。
【００２５】
上記目的を達成するために、本発明に係る面発光レーザ素子（以下、本発明の第１発明と呼ぶ）は、基板と、前記基板上に形成される半導体多層膜の下部反射鏡と、前記下部反射鏡上に形成される活性層と、前記活性層上にメサポストとして形成される半導体多層膜の上部反射鏡と、前記上部反射鏡内に設けられ、所定の径の電流注入領域を有する下段の電流狭窄層と、前記上部反射鏡内に、前記下段の電流狭窄層とは厚さ方向に離間して上部に配置され、前記下段の電流狭窄層の電流注入領域よりも径の小さい電流注入領域を有する上段の電流狭窄層と、前記上部反射鏡上に設けられ、前記上段の電流狭窄層の電流注入領域の径よりも大きい開口部を有する上部電極と、を備えることを特徴としている。
【００２６】
本発明の第１発明に係る面発光レーザ素子は、上段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域（上段の電流注入領域）は、下段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域（下段の電流注入領域）より狭い。
つまり、上段の電流狭窄層はキャリア拡散用の電流狭窄層であり、上段の電流注入領域の径、上下段の電流注入領域の相対位置を適宜設定することにより、上段の電流注入領域を通過したキャリアを活性層の方向に向かってスプレー状にかつ均一に拡散させることができる。下段の電流狭窄層は従来と同様に、活性層に注入される電流の断面を規定するための電流狭窄層である。
【００２７】
本発明の第１発明に係る面発光レーザ素子は、上記構成により活性層に注入されるキャリアを局所集中させることなく、活性層の領域に均一に注入させ、注入させた活性層の全領域に渡り均一な光強度でレーザ発振を起こさせることができる。従って、高い光出力を有する面発光レーザ素子を得ることができる。
【００２８】
本発明の第１発明に係る好適な実施態様では、メサポストは、上段の電流狭窄層を有する柱状の上部メサポストと、下段の電流狭窄層を有し、上部メサポストより径の大きい柱状の下部メサポストとからなる２段構造のメサポストとして形成されている。
この場合、例えば、上部メサポストを形成した後に上段の電流狭窄層を形成し、下部メサポストを形成した後に下段の電流狭窄層を形成することにより、本発明の第１発明に係る面発光レーザ素子を容易に製造することができる。
【００２９】
本発明の第１発明に係る好適な実施態様では、メサポストの中心軸、上段の電流注入領域の中心、及び下段の電流注入領域の中心が、基板に垂直な同一の直線上にある。
これにより、上段の電流狭窄層を通過してスプレー状に拡散された電流が活性層の広い領域に注入されるように、下段の電流注入領域の断面が形成されているので、良好な上記効果を得ることができる。尚、メサポストが上述の２段構造のメサポストとして形成されている場合には、更に上部メサポストの中心軸及び下部メサポストの中心軸が、同一な直線上にあることが望ましい。
【００３０】
本発明の第１発明の好適な実施態様では、上段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域の径が、１μｍ以上２０μｍ以下である。
上段の電流注入領域の径が２０μｍより大きいと、電流注入領域を通過したキャリアがその領域内で十分均一にならず、その直下の電流狭窄層に均一に拡散させる効果を得難いからである。
逆に上段の電流注入領域の径が１μｍより小さいと、電流注入領域の電気的抵抗が極端に大きく、高い密度での電流を通過させることが困難になるからである。
【００３１】
本発明の第１発明の好適な実施態様では、下段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域の径が、上段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域の径より大きい。好ましくは、下段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域の径が、上段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域の径の1倍から１０倍の範囲にある。
下段の電流注入領域の径が上段の電流注入領域の径の１倍以下だと、上段の電流狭窄層を設ける効果意味が小さく、下段の電流注入領域の径が上段の電流注入領域の径の１０倍以上だと、逆に電流が下段の電流注入領域の中心に集中するため、活性層全体を発光に十分寄与させ難くなるためである（ここで、上下段の電流狭窄層の間隔は、３μｍ程度を想定している。これが長い場合は、拡散しやすくなる）。
【００３２】
本発明の第１発明の好適な実施態様では、電流狭窄層の電流狭窄領域は、半導体多層膜の一層として設けられたＡｌ含有層のＡｌを選択的に酸化したＡｌ酸化層であり、電流狭窄層の電流注入領域は、酸化されずに残ったＡｌ含有層である。
Ａｌ含有層からなる電流注入領域、及びＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域は、Ａｌ含有層の選択的な酸化により容易に形成することが可能で、かつ良好な上記効果を奏する電流狭窄層を得ることができる。
【００３３】
本発明の第１発明では、上段の電流注入領域及び／又は下段の電流注入領域は円形に形成されているのが望ましい。
これにより、上段の電流注入領域を通過したキャリアを活性層のより広い領域に効率的に注入させることができるので、良好な上記効果を得ることができる。
尚、円形の電流注入領域を形成するには、メサポストを円柱状に形成することが好ましい。
【００３４】
また、本発明の第１発明では、上段の電流狭窄層及び下段の電流狭窄層は、上部反射鏡中に代えて、下部反射鏡中に設けられていてもよい。この場合、下段の電流狭窄層を下部反射鏡の上部に設けられた上部メサポスト中に設け、上段の電流狭窄層を下部反射鏡中の下部に設けられた下部メサポスト中に設けることができる。
【００３５】
本発明に係る別の面発光レーザ素子（以下、本発明の第２発明と呼ぶ）は、基板と、前記基板上に形成される半導体多層膜の下部反射鏡と、前記下部反射鏡上に形成される活性層と、前記活性層上に柱状の下部メサポストとして形成される半導体多層膜の上部反射鏡と、前記下部メサポストの上部反射鏡内に設けられ、所定の径の電流注入領域を有する下段の電流狭窄層と、前記下部メサポスト上に、相互に同じ層構造を有する複数の柱状の上部メサポストとして形成される半導体多層膜の上部反射鏡と、前記上部メサポストの上部反射鏡内に前記下段の電流狭窄層とは厚さ方向に離間して配置され、前記下段の電流狭窄層の電流注入領域よりも径の小さい電流注入領域を有する上段の電流狭窄層と、前記上部メサポストの上部反射鏡上に設けられ、前記上段の電流狭窄層の電流注入領域の径よりも大きい開口部を有する上部電極と、を備えることを特徴としている。
【００３６】
本発明の第２発明に係る面発光レーザ素子は、上段の電流狭窄層の電流注入領域（上段の電流注入領域）より広い電流注入領域（下段の電流注入領域）を備える下段の電流狭窄層を備える。
つまり、下段の電流狭窄層の上方にキャリアをスプレー状にかつ均一に拡散させる複数の上段の電流注入領域を設けることによって、本発明の第１発明に係る面発光レーザ素子と比較して、活性層の広い領域に電流を均一に注入させることができる。従って、更に高い光出力を有する面発光レーザ素子を得ることができる。
また、複数の上段の電流注入領域を有することにより、活性層に注入する電流を複数の上段の電流注入領域に分散して通過させることができるので、上段の電流注入領域及びその近傍での発熱を抑えることができる。
【００３７】
本発明の第２発明に係る好適な実施態様では、上段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域の径が、１μｍ以上２０μｍ以下である。
上段の電流注入領域の径が２０μｍより大きいと、電流注入領域を通過したキャリアがその領域内で十分均一にならず、その直下の電流狭窄層に均一に拡散させる効果を得難いからである。
逆に上段の電流注入領域の径が１μｍより小さいと、電流注入領域の電気的抵抗が極端に大きく、高い密度での電流を通過させることが困難になるからである。
【００３８】
本発明の第２発明に係る好適な実施態様では、下段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域が、基板に対して垂直方向に見て、複数の上段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域を全て含むように形成されている。
これにより、複数の上段の電流注入領域を通過してスプレー状に拡散された電流が活性層のより広い領域に注入されるように、下段の電流注入領域の断面が形成されているので、良好な上記効果を得ることができる。
本発明の第２発明に係る好適な実施態様では、電流狭窄層の電流狭窄領域は、半導体多層膜の一層として設けられたＡｌ含有層のＡｌを選択的に酸化したＡｌ酸化層であり、電流狭窄層の電流注入領域は、酸化されずに残ったＡｌ含有層である。
【００３９】
本発明に係る別の面発光レーザ素子（以下、本発明の第３発明と呼ぶ）は、基板と、前記基板上に形成される半導体多層膜の下部反射鏡と、前記下部反射鏡上に形成される活性層と、前記活性層上に、上部メサポストと下部メサポストの２段構造のメサポストとして形成される半導体多層膜の上部反射鏡と、前記下部メサポストの上部反射鏡内に設けられ、所定の径の電流注入領域を有する下段の電流狭窄層と、前記上部メサポストの上部反射鏡内に同じ層構成を有する複数個の小メサポストとして分離溝を介して相互に分離されて形成され、且つ、前記下段の電流狭窄層とは厚さ方向に離間する同じ層位置に配置され、前記下段の電流狭窄層の電流注入領域よりも径の小さい電流注入領域を有する上段の電流狭窄層と、前記上部メサポストの上部反射鏡上に設けられ、前記上段の電流狭窄層の電流注入領域の径よりも大きい開口部を有する上部電極と、を備えることを特徴としている。
【００４０】
本発明の第３発明に係る面発光レーザ素子によれば、本発明の第２発明に係る面発光レーザ素子より上段の電流注入領域の数を増やすことができるので、更に高い光出力を有する面発光レーザ素子を得ることができる。
本発明の第３発明に係る好適な実施態様では、上段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域が、上部メサポストの中央に設けられている。これにより、良好な上記効果を得ることができる。
【００４１】
本発明の第３発明に係る好適な実施態様では、電流狭窄層の電流狭窄領域は、半導体多層膜の一層として設けられたＡｌ含有層のＡｌを選択的に酸化したＡｌ酸化層であり、電流狭窄層の電流注入領域は、酸化されずに残ったＡｌ含有層である。
【００４２】
本発明方法に係る面発光レーザ素子の製造方法（以下、本発明方法の第１発明と呼ぶ）は、基板上に、順次、半導体多層膜の下部反射鏡、活性層、及び相互に離隔した上下２段の高Ａｌ含有層（高Ａｌ含有層とは、後述するように、Ａｌを８５％以上含有するＡｌ含有層であり、以下同様とする。）を有する半導体多層膜の上部反射鏡を形成する工程と、
上段の高Ａｌ含有層を含む上部反射鏡をエッチングして、上部メサポストを形成する工程と、
上部メサポストの高Ａｌ含有層を水蒸気酸化して、高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる第１の電流注入領域として残すと共に、第１の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成する工程と、
上部メサポストの下の下段の高Ａｌ含有層を含む上部反射鏡をエッチングして下部メサポストを形成する工程と、
下部メサポストの高Ａｌ含有層を水蒸気酸化して、高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる、第１の電流注入領域より広い第２の電流注入領域として残すと共に、第２の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成する工程と、
上部メサポスト上に、第１の電流注入領域より広い開口部を有する上部電極を形成する工程と、
を有することを特徴としている。
【００４３】
本発明方法に係る面発光レーザ素子の別の製造方法（以下、本発明方法の第２発明と呼ぶ）は、基板上に、順次、半導体多層膜の下部反射鏡、活性層、及び相互に離隔した上下２段の８５％以上のＡｌを含む高Ａｌ含有層を有する半導体多層膜の上部反射鏡を形成する工程と、
上段の高Ａｌ含有層を含む上部反射鏡をエッチングして、複数個の上部メサポストを形成する工程と、
上部メサポストの高Ａｌ含有層を水蒸気酸化して、高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる第１の電流注入領域として残すと共に、第１の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成する工程と、
上部メサポストの下の下段の高Ａｌ含有層を含む上部反射鏡をエッチングして下部メサポストを形成する工程と、
下部メサポストの高Ａｌ含有層を水蒸気酸化して、高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる、第１の電流注入領域より広い第２の電流注入領域として残すと共に、第２の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成する工程と、
前記上部メサポスト上に、前記第１の電流注入領域より広い開口部を有する上部電極を形成する工程と、
を有することを特徴としている。
【００４４】
本発明方法に係る面発光レーザ素子の更に別の製造方法（以下、本発明方法の第３発明と呼ぶ）は、基板上に、順次、半導体多層膜の下部反射鏡、活性層、及び相互に離隔した上下２段の８５％以上のＡｌを含む高Ａｌ含有層を有する半導体多層膜の上部反射鏡を形成する工程と、
上段の高Ａｌ含有層を含む上部反射鏡をエッチングして、上部メサポストを形成すると共に、分離溝を介して相互に分離された複数個の小メサポストを上部メサポスト内に形成する工程と、
上部メサポストの高Ａｌ含有層を水蒸気酸化し、かつ分離溝を介して小メサポストの高Ａｌ含有層を水蒸気酸化して、各高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる第１の電流注入領域として残すと共に、第１の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成する工程と、
上部メサポストの下の下段の高Ａｌ含有層を含む上部反射鏡をエッチングして、下部メサポストを形成する工程と、
下部メサポストの高Ａｌ含有層を水蒸気酸化して、高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる、前記第１の電流注入領域より広い第２の電流注入領域として残すと共に、第２の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成する工程と、
前記上部メサポスト上に、前記第１の電流注入領域より広い開口部を有する上部電極を形成する工程と、
を有することを特徴としている。
【００４５】
本発明方法に係る面発光レーザ素子の更に別の製造方法（以下、本発明方法の第４発明と呼ぶ）は、基板上に、順次、半導体多層膜の下部反射鏡、活性層、及び相互に離隔し、下段の８５％以上のＡｌを含む高Ａｌ含有層と下段の高Ａｌ含有層よりＡｌ組成の高い上段の高Ａｌ含有層とを有する、半導体多層膜の上部反射鏡を形成する工程と、
上下２段の高Ａｌ含有層を含む上部反射鏡をエッチングしてメサポストを形成する工程と、
メサポストの上下２段の高Ａｌ含有層を水蒸気酸化して、上段の高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる第１の電流注入領域として残すと共に、第１の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成すると共に、下段の高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる、第１の電流注入領域より広い第２の電流注入領域として残すと共に、第２の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成する工程と
を有することを特徴としている。
【００４６】
本発明方法の第１発明は、本発明の第１発明に係る面発光レーザ素子の製造方法を、本発明方法の第２発明は、本発明の第２発明に係る面発光レーザ素子の製造方法を、本発明方法の第３発明は、本発明の第３発明に係る面発光レーザ素子の製造方法を、本発明方法の第４発明は、本発明の第１発明に係る面発光レーザ素子の別の製造方法をそれぞれ実現している。
本発明で、径とは、３６０°方向の差渡し寸法を言い、径が特定値以下であるとは、３６０°方向の差渡し寸法のいずれもが特定値以下であることを言う。
本発明で、高Ａｌ含有層とは、８５％以上のＡｌを含む層を言う。
本発明方法の第４発明では、形成する上段及び下段の電流狭窄層の電流注入領域の径の比率に対応させて、上段及び下段の高Ａｌ含有層のＡｌ組成の比率を設定することにより、所望の電流狭窄領域の径を有する電流狭窄層を形成することができる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照し、実施形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。尚、以下の実施形態例で示した導電型、成膜方法、寸法等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、本発明はこれら例示に限定されるものではない。
上述したように、本発明者は、上述の問題について考察した結果、キャリアを一度小領域に絞った状態にすることにより、そこから広がるメサ内のキャリア密度が均一化する事に着目し、図１１に示すように、従来の電流狭窄層２６の上方に、もう一つの電流狭窄層（上部電流狭窄層）４４を設け、かつ拡散が均一になる程度に、上部電流狭窄層４４の上部電流注入領域４４Ｂの径を小さくすることにより、上記問題を解決できるのではないかと考えた。
つまり、同図に示す面発光レーザ素子では、上部電極３２から供給されたキャリアは、上部電流注入領域４４Ｂを通過する際に経路が一旦絞られるので、上部電流注入領域４４Ｂを通過した後は、キャリアはスプレーのように均一に拡がっていく。
そして、上部電流狭窄層４４を通過し、均一に広がったキャリアは、従来の電流注入領域（下部電流狭窄領域）２６Ｂを通過して、活性層１８に均一に注入されるので、下部電流注入領域２６Ｂの下方にある活性層１８の領域の全てを発振状態にして、極めて高い光出力を有する面発光レーザ素子を得ることができる。
この場合、キャリア密度が大きくなるのは上部電流注入領域４４Ｂの近傍に限られるので、フリーキャリアによる光吸収の影響は最小に抑えるように設計することができる。
また、上述の下部電流狭窄層と、狭窄径の上部電流注入領域を有する上部電流狭窄層とを備える面発光レーザ素子は、メサポスト及び電流狭窄層の形成を２つの段階に分けて行うことにより製造することができる。
つまり、面発光レーザ素子の製造段階で、従来設けられていたｐ型ＡｌＡｓ層２６ａの上方の上部ＤＢＲ２２中に、上部ｐ型ＡｌＡｓ層４４ａを成膜する。
そして、メサポスト及び電流狭窄層の形成の際には、先ず、上部ｐ型ＡｌＡｓ層４４ａの直下までエッチングし、上部ＤＢＲ２２の上部を上部メサポスト４６に形成する。
次に、上部ｐ型ＡｌＡｓ層４４ａを酸化し、狭径の電流注入領域４４Ｂを有する上部電流狭窄層４４を形成した後、従来と同じ深さまでエッチングして下部メサポスト４８を形成し、従来のｐ型ＡｌＡｓ層（下部ｐ型ＡｌＡｓ層）２６ａを酸化し、従来の電流狭窄層（下部電流狭窄層）２６を形成することにより、図１１に示す構成を備える面発光レーザ素子を製造することができる。
また、メサ形成を一度（１段のメサ）で行う場合も考えられ、この場合は、電流狭窄層のＡｌ組成を上下でわずかに変化させる（具体的には、上の電流狭窄層のＡｌ組成をより高くしておき、酸化が進みやすい層とする。たとえばＡｌ組成比で上が９８％、下が９６％）。この場合、前記活性層まで及ぶ深さの１段のメサを形成しておき、それを酸化したときに上下の電流狭窄層が同時に酸化され、所望の構造（上下電流狭窄層の電流狭窄径の関係）が得られるようにＡｌ組成比を設定しておけばよく、作製プロセスも通常の面発光レーザとなんら変わりない構成にできる。
本発明者は、このようにして、メサポスト及び電流狭窄層を２つの段階に分けて形成し、下部電流狭窄層２６の上方に、キャリアをスプレー状に拡散させる狭径の上部電流狭窄層４４を形成することにより、下部電流注入領域２６Ｂ及び上部電極３９の径を大きくしても、活性層１８への均一な電流の注入を確保し、高い光出力を有する面発光レーザ素子を得ることに着想し、種々の実験を経て、本発明を発明するに到った。
【００４８】
面発光レーザ素子の実施形態例１
本実施形態例は、本発明の第１発明に係る面発光レーザ素子の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の面発光レーザ素子の構成を示す断面図である。
本実施形態例の面発光レーザ素子５０は、発振波長８５０ｎｍの面発光レーザ素子であって、図１に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板５２上に、順次、形成されたｎ型の半導体多層膜反射鏡（以下、下部ＤＢＲと呼ぶ）５４、発光構造層５６、ｐ型の半導体多層膜反射鏡（以下、上部ＤＢＲと呼ぶ）５８、及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層６０からなる積層構造を備えている。
【００４９】
下部ＤＢＲ５４は、交互に積層された３５ペアのｎ型ＧａＡｓ層及びｎ型ＡｌＡｓ層であり、上部ＤＢＲ５８は、交互に積層された２５ペアのｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層及びｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層である。
下部ＤＢＲ５４及び上部ＤＢＲ５８を構成する各構成層の膜厚は、それぞれ、発振波長λ（＝８５０ｎｍ）に対する各層の屈折率をｎλとして、λ／４ｎλに相当する厚さに設定されている。
【００５０】
コンタクト層６０、及び上部ＤＢＲ５８の上から１５ペア目程度の構成層までは、エッチングされて、直径１００μｍ程度の円形断面を有する、円柱状の第１メサポスト６６に加工されている。
また、上部メサポスト６６の下方の上部ＤＢＲ５８、及び発光構造層５６は、エッチングされて、上部メサポスト６６と中心軸が一致し、直径１２０μｍ程度の円形断面を有する、円柱状の下部メサポスト６８に加工されている。
【００５１】
上部メサポスト６６が形成されている、上部ＤＢＲ５８の上から２ペア目の構成層は、酸化狭窄型の第１電流狭窄層６２であり、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層に代えてｐ型ＡｌＡｓ層が形成され、高い電気抵抗を有するＡｌ酸化層に転化した電流狭窄領域と、ｐ型ＡｌＡｓ層が酸化されずに残った電流注入領域とを有する。
第１電流狭窄層６２は、上部メサポスト６６の側面に囲まれた円環状の第１電流狭窄領域６２Ａ、及び第１電流狭窄領域６２Ａに囲まれた直径１５μｍ程度の円形の第１電流注入領域６２Ｂを有する。
【００５２】
上部ＤＢＲ５８の発光構造層５６に隣接する構成層は、酸化狭窄型の第２電流狭窄層６４であり、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層に代えてｐ型ＡｌＡｓ層が形成され、高い電気抵抗を有するＡｌ酸化層に転化した電流狭窄領域と、ｐ型ＡｌＡｓ層が酸化されずに残った電流注入領域とを有する。
第２電流狭窄層６４は、上部メサポスト６２の側面に囲まれた円環状の第２電流狭窄領域６４Ａ、及び第２電流狭窄領域６４Ａに囲まれた直径７０μｍ程度の円形の第２電流注入領域６４Ｂを有する。
【００５３】
発光構造層５６は、ＡｌＧａＡｓからなる下部クラッド層５６Ａと、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸からなる活性層５６Ｂと、ＡｌＧａＡｓからなる上部クラッド層５６Ｃとで構成されている。
【００５４】
上部メサポスト６６の側面及びその両脇の下部メサポスト６８上、下部メサポスト６８の側面及びその両脇の下部ＤＢＲ５４上には、ＳｉＮｘ膜等の誘電体膜７０が成膜されている。
上部メサポスト６６の上面には、内径７０μｍ程度の円環状のｐ側電極７２が形成されている。ｎ型ＧａＡｓ基板５２の裏面には、ｎ側電極７４が形成されている。
【００５５】
本実施形態例の面発光レーザ素子５０によれば、第２電流狭窄層６４の上方に設けられた第１電流狭窄層６２が、直径１５μｍ程度の狭径の第１電流注入領域６２Ｂを有することにより、第１電流注入領域６２を通過したキャリアをスプレー状に拡散させることができる。第２電流狭窄層６４は発光構造層５６に隣接して設けられ、活性層５６Ｂに注入される電流経路の断面を規定する。
従って、ｐ側電極７２から活性層５６Ｂに注入されるキャリアを局所集中させることなく、第２電流狭窄層６４によって規定される活性層５６Ｂの広い領域に均一に注入させ、注入させた活性層５６Ｂの広い領域の全てでレーザ発振を起こさせることができる。
このように本実施形態例の面発光レーザ素子５０は、広い活性層５６Ｂの発光領域を有し、高い光出力を有する面発光レーザ素子を実現している。
【００５６】
面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例１
本実施形態例は、本発明方法の第２発明を上述の面発光レーザ素子５０の製造に適用した実施形態の一例である。図２（ａ）、（ｂ）、図３（ｃ）、（ｄ）、及び図４（ｅ）、（ｆ）は、それぞれ、本実施形態例の製造方法に従って面発光レーザ素子を製造する際の主要工程での断面図である。
本実施形態例では、先ず、図２（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法等により、ｎ型ＧａＡｓ基板５２上に、順次、所要の化合物半導体層をエピタキシャル成長させて、３５ペアのｎ型ＧａＡｓ層とｎ型ＡｌＡｓ層とからなる下部ＤＢＲ５４、ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５６Ａ、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸活性層５６Ｂ、ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５６Ｃからなる発光構造層５６、２５ペアのｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とからなる上部ＤＢＲ５８、及びコンタクト層６０の積層構造６１を形成する。
上部ＤＢＲ５８を成長させる際には、上から２ペア目の構成層と発光構造層５６に隣接する構成層は、それぞれ、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層に代えて、第１のｐ型ＡｌＡｓ層６２ａ及び第２のｐ型ＡｌＡｓ層６４ａを成長させる。
【００５７】
次いで、図２（ｂ）に示すように、ドライエッチング法により、上部ＤＢＲ５８の上から１５ペア目程度の構成層に到達するまで、コンタクト層６０及び上部ＤＢＲ５８をエッチングして、直径１００μｍ程度の円柱状の上部メサポスト６６を形成する。
続いて、図３（ｃ）に示すように、上部メサポスト６６を有する積層構造６１を、水蒸気雰囲気中で温度４００℃で約４５分間加熱し、上部メサポスト６６の側面より中心に向かって、ｐ型ＡｌＡｓ層６２ａのみを選択酸化する。
これにより、上部メサポスト６６の側面に囲まれた、Ａｌ酸化層からなる円環状の第１電流狭窄領域６２Ａと、第１電流狭窄領域６２Ａに囲まれた、ｐ型ＡｌＡｓ層が酸化されずに残った円形の第１電流注入領域６２Ｂとから構成される第１電流狭窄構造６２を形成することができる。
【００５８】
次いで、図３（ｄ）に示すように、ドライエッチング法により、上部メサポスト６６の両脇の上部ＤＢＲ５８より下部ＤＢＲ５４の上面近傍に到達するまで、上部ＤＢＲ５８、発光構造層５６をエッチングして、上部メサポスト６６の中心軸と中心軸を一致させて、直径１２０μｍ程度の円柱状の下部メサポスト６８を形成する。
続いて、図４（ｅ）に示すように、上部メサポスト６６及び下部メサポスト６８を有する積層構造６１を、水蒸気雰囲気中で温度４００℃で約２５分間加熱し、下部メサポスト６８の側面より中心に向かって、第２のｐ型ＡｌＡｓ層６４ａのみを選択酸化する。
【００５９】
これにより、下部メサポスト６８の側面に囲まれた、Ａｌ酸化層からなる円環状の第２電流狭窄領域６４Ａと、第２電流狭窄領域６４Ａに囲まれた、ｐ型ＡｌＡｓ層が酸化されずに残った円形の第２電流注入領域６４Ｂとから構成される第２電流狭窄層６４を形成することができる。
この酸化の際には、既に酸化により形成されている第１電流狭窄構造６２では、第１電流狭窄領域６２ＡをなすＡｌ酸化層が、第１電流狭窄領域６２Ａに囲まれた第１電流注入領域６２Ｂをなすｐ型ＡｌＡｓ層の酸化を抑制するので、ｐ型ＡｌＡｓ層の更なる酸化は進行しない。
【００６０】
次いで、図４（ｆ）に示すように、全面にＳｉＮｘ膜等の誘電体膜７０を成膜し、上部メサポスト６６の上面の誘電体膜７０を除去し、内径７０μｍ程度の円環状のｐ側電極７２を形成する。
続いて、ｎ型ＧａＡｓ基板５２の裏面にｎ側電極７４を形成する等の工程を経ることにより、面発光レーザ素子５０を完成することができる。
【００６１】
面発光レーザ素子の実施形態例２
本実施形態例は、本発明の第２発明に係る面発光レーザ素子の実施形態の一例であって、図５は本実施形態例の面発光レーザ素子の構成を示す平面図、図６は図５の矢視Ｉ−Ｉでの断面を示す断面図ある。図５及び図６中で、図１に示した面発光レーザ素子１０と同様の構成を有する部分については、同じ符号を付した。
本実施形態例の面発光レーザ素子８０は、発振波長８５０ｎｍの面発光レーザ素子であって、図５及び図６に示すように、図１に示した面発光レーザ素子５０と同様の積層構造を有し、メサポスト、及び電流狭窄層等の構成が異なることを除いては、前述の面発光レーザ素子５０と同様の構成を備えている。
【００６２】
即ち、本実施形態例の面発光レーザ素子８０では、コンタクト層６０、上部ＤＢＲ５８、及び発光構造層５６は、エッチングされて、直径１００μｍ程度の円形断面を有する、円柱状の大メサポスト８２に加工されている。
また、円柱状の大メサポスト８２の中心軸９２から等距離の２５μｍ程度の位置であって、大メサポスト８２の中心軸９２に関して４回の回転対称を有するそれぞれの位置を中心として、コンタクト層６０、及び上部ＤＢＲ５８の上面から上部ＤＢＲ５８の上から１５ペア目程度の構成層までが、エッチングされて、内径３０μｍ程度で外径３５μｍ程度の４個の円筒形の分離溝８４が形成されている。
分離溝８４の内側面８４Ａの内側は円柱状の内メサポスト８６を、分離溝８４の外側面８４Ｂの外側は柱状の外メサポスト８８をそれぞれ構成している。
【００６３】
内メサポスト８６が形成されている、上部ＤＢＲ５８の上から２ペア目の構成層は、酸化狭窄型の第１内電流狭窄層６２であり、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層に代えてｐ型ＡｌＡｓ層が形成され、高い電気抵抗を有するＡｌ酸化層に転化した電流狭窄領域と、ｐ型ＡｌＡｓ層が酸化されずに残った電流注入領域とを有する。
第１内電流狭窄層６２は、それぞれの分離溝８４の内側面８４Ａ（内メサポスト８６の側面）に囲まれた幅Ｒ＝１０μｍ程度の円環状の内電流狭窄領域６２Ａ、及び内電流狭窄領域６２Ａに囲まれた径１０μｍ程度の円形の内電流注入領域６２Ｂから構成される。
【００６４】
外メサポスト８８で、第１内電流狭窄層６２と同じ構成層は酸化狭窄型の第１外電流狭窄層９０であり、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層に代えてｐ型ＡｌＡｓ層が形成され、高い電気抵抗を有するＡｌ酸化層に転化した電流狭窄領域と、ｐ型ＡｌＡｓ層が酸化されずに残った電流注入領域とを有する。
第１外電流狭窄層９０は、４つの分離溝８４の外側面８４ＢからＲ＝１０μｍ程度の距離で到達する領域からなる外電流狭窄領域９０Ａ、及び大メサポスト８２の中央に形成され、外電流狭窄領域９０Ａに囲まれた外電流注入領域９０Ｂから構成される。外電流注入領域９０Ｂは、１０μｍ程度の径を有する。
【００６５】
上部ＤＢＲ５８の発光構造層５６に隣接する構成層は、酸化狭窄型の第２電流狭窄層６４を構成し、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層に代えてｐ型ＡｌＡｓ層が形成され、ｐ型ＡｌＡｓ層のＡｌが選択的に酸化され、高い電気抵抗を有するＡｌ酸化層に転化した電流狭窄領域と、ｐ型ＡｌＡｓ層が酸化されずに残った電流注入領域とを有する。
第２電流狭窄層６４は、大メサポスト８２の側面に囲まれた円環状の第２電流狭窄領域６４Ａ、及び第２電流注入領域６４Ｂに囲まれた円形の第２電流注入領域６４Ｂから構成される。
【００６６】
分離溝８４の内側面８４Ａ及び外側面８４Ｂ、大メサポスト８２の側面及び大メサポスト８２の両脇の下部ＤＢＲ５４上には、ＳｉＮｘ膜等の誘電体膜（図示せず）が成膜されている。
また、大メサポスト８２の上面の中央部には、内径７０μｍ程度の円環状のｐ側電極（図示せず）が形成されている。
ｎ型ＧａＡｓ基板５２の裏面には、ｎ側電極７４が形成されている。
【００６７】
本実施形態例の面発光レーザ素子８０によれば、４個の内メサポスト８６にそれぞれ形成された内電流注入領域６２Ｂを有する第１の内電流狭窄層６２、外メサポスト８８に形成された外電流注入領域９０Ｂを有する第１の外電流狭窄層９０と、及び第１の内電流狭窄層６２及び第１の外電流狭窄層９０の下方に設けられた第２の電流狭窄層６４とを備える。
本実施形態例の面発光レーザ素子８０によれば、第１の内電流狭窄層６２及び第１の外電流狭窄層９０は、上記複数の電流注入領域によって、第１の電流狭窄層６２の下方の広い領域に電流を均一に注入させることができるので、高い光出力を有する面発光レーザ素子を得ることができる。
【００６８】
また、第１の内電流狭窄層６２及び第１の外電流狭窄層９０が、複数の電流注入領域を有することにより、活性層５６Ｂに注入する電流を複数の電流注入領域に分散して通過させることができるので、電流注入領域及びその近傍での発熱を抑えることができる。
尚、本実施形態例では、大メサポストの中心軸９２から等距離の位置であって、大メサポストの中心軸９２に関して４回の回転対称を有する位置を中心として、４個の分離溝が形成されているとしたが、分離溝８４が形成される位置、及び個数は上記に限定されるものではない。
【００６９】
面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例２
本実施形態例は、本発明方法の第２発明を上述の面発光レーザ素子の実施形態例２の面発光レーザ素子８０の製造に適用した実施形態の一例である。図７は、本実施形態例の製造方法に従って面発光レーザ素子を製造する際の断面図である。
本実施形態例の製造方法は、積層構造６１を形成する工程までは、面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例１で、図２（ａ）を参照して説明した製造方法と同様である。
【００７０】
本実施形態例では、次いで、図７に示すように、後の工程で形成する円柱状の大メサポスト８２の中心軸９２から等距離の２５μｍ程度の位置であって、中心軸９２に関して４回の回転対称を有する位置を中心軸として、ドライエッチング法により、上部ＤＢＲ５８の上から１５ペア目程度の構成層に到達するまで、コンタクト層６０及び上部ＤＢＲ５８をエッチングして、それぞれ内径３０μｍ程度で外径３５μｍ程度の４個の円筒形の分離溝８４を形成する。
これにより、分離溝の内側面８４Ａの内側に円柱状の内メサポスト８６を、分離溝の外側面８４Ｂの外側に柱状の外メサポスト８８を形成する。
【００７１】
続いて、分離溝８４を有する積層構造６１を、水蒸気雰囲気中で温度４００℃で約１５分間加熱し、分離溝８４の内側面８４Ａより内側面８４Ａの内側に、及び分離溝８４の外側面８４Ｂより外側面８４Ｂの外側に向かって、第１のｐ型ＡｌＡｓ層６２ａのみを選択酸化し、Ａｌ酸化層からなる電流狭窄領域と、第１のｐ型ＡｌＡｓ層が酸化されずに残った電流注入領域とを形成する。
つまり、それぞれの分離溝８４の内側面８４Ａに囲まれた幅Ｒ＝１０μｍ程度の円環状の内電流狭窄領域６２Ａ、内電流狭窄領域６２Ａに囲まれた直径１５μｍ程度の円形の内電流注入領域６２Ｂ、４つの分離溝８４の外側面８４ＢからＲ＝１０μｍ程度の距離で到達する領域からなる外電流狭窄領域９０Ａ、及び大メサポスト８２の中央に形成され、外電流狭窄領域９０Ａに囲まれた外電流注入領域９０Ｂを形成することができる。
外電流注入領域９０Ｂは、１０μｍ程度の径を有するように形成される。
【００７２】
次いで、ドライエッチング法により、下部ＤＢＲ５４の上面近傍に到達するまで、コンタクト層６０、上部ＤＢＲ５８、及び発光構造層５６をエッチングして、中心軸９２を中心とする直径１００μｍ程度の円柱状の大メサポスト８２を形成する。
続いて、大メサポスト８２を有する積層構造を、水蒸気雰囲気中で温度４００℃で約１５分間加熱し、大メサポスト８２の側面より中心に向かって、第２のｐ型ＡｌＡｓ層６４ａのみを選択酸化する。
これにより、大メサポスト８２の側面に囲まれた、Ａｌ酸化層からなる円環状の第２電流狭窄領域６４Ａと、第２電流狭窄領域６４Ａに囲まれた、ｐ型ＡｌＡｓ層が酸化されずに残った円形の第２電流注入領域６４Ｂとから構成される第２電流狭窄構造６４を形成することができる。
この酸化の際には、既に酸化により形成されている第１電流狭窄構造６２では、内電流狭窄領域６２Ａ及び外電流狭窄領域９０ＡをなすＡｌ酸化層が、内電流狭窄領域６２Ａ及び外電流狭窄領域９０Ａにそれぞれ囲まれた内電流注入領域６２Ｂ及び外電流注入領域９０Ｂをなすｐ型ＡｌＡｓ層の酸化を抑制するので、ｐ型ＡｌＡｓ層の更なる酸化は進行しない。
【００７３】
次いで、全面にＳｉＮｘ膜等の誘電体膜（図示せず）を成膜し、大メサポスト８２の上面の誘電体膜を除去する。
続いて、内メサポスト８６の上面に、円環状のｐ側電極（図示せず）を、大メサポスト８２の上面の中央部に、内径７０μｍ程度の円環状のｐ側電極（図示せず）を形成する。
続いて、ｎ型ＧａＡｓ基板５２の裏面にｎ側電極７４を形成する等の工程を経ることにより、面発光レーザ素子８０を完成することができる。
【００７４】
尚、面発光レーザ素子の実施形態例２、及び面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例２では、分離溝８４を介して内メサポスト８６及び外メサポスト８８が形成されているが、外メサポスト８８は必ずしも形成されている必要はない。この場合、例えば、面発光レーザ素子の実施形態例１に示した下部メサポスト上に複数の上部メサポストが形成されている構成としてもよい。
また、上記実施形態例では、面発光レーザ素子８０の製造に当って、分離溝８４、第１内電流狭窄層６２、及び第１外電流狭窄層９０を形成した後に、大メサポスト８２及び第２電流狭窄層６４を形成しているが、逆に、大メサポスト８２及び第２電流狭窄層６４を形成した後に、分離溝８４、第１電流狭窄層６２、及び第１外電流狭窄層９０を形成しても構わない。
【００７５】
面発光レーザ素子の実施形態例３
本実施形態例は、本発明の第１発明に係る面発光レーザ素子の実施形態の別の一例であって、図１２は、本実施形態例の面発光レーザ素子の構成を示す断面図である。同図中で、図１に示した面発光レーザ素子１０と同様の構成を有する部分については、同じ符号を付した。
本実施形態例の面発光レーザ素子１００は、発振波長８５０ｎｍの面発光レーザ素子であって、図１２に示すように、図１に示した面発光レーザ素子５０とは、メサポストの構成、電流狭窄層の組成及び構成が異なることを除いては、前述の面発光レーザ素子５０と同様の構成を備えている。
【００７６】
即ち、本実施形態例の面発光レーザ素子１００では、図１に示した面発光レーザ素子５０の第１メサポスト１０２及び第２メサポスト６８に代えて、コンタクト層６０、上部ＤＢＲ５８、及び発光構造層５６は、エッチングされて、直径１００μｍ程度の円形断面を有する、円柱状のメサポスト１０２に加工されている。
また、第１電流狭窄層６２は、図１に示した面発光レーザ素子５０のｐ型ＡｌＡｓ層に代えてｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層が形成され、高い電気抵抗を有するＡｌ酸化層に転化した電流狭窄領域と、ｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層が酸化されずに残った電流注入領域とを有する。
第１電流狭窄層６２は、メサポスト１０２の側面に囲まれた円環状の第１電流狭窄領域６２Ａ、及び第１電流狭窄領域６２Ａに囲まれた直径１０μｍ程度の円形の第１電流注入領域６２Ｂとを有する。
更に、第２電流狭窄層６４は、図１に示した面発光レーザ素子５０のｐ型ＡｌＡｓ層に代えてｐ型Ａｌ0.96Ｇａ0.04Ａｓ層が形成され、高い電気抵抗を有するＡｌ酸化層に転化した電流狭窄領域と、ｐ型Ａｌ0.96Ｇａ0.04Ａｓ層が酸化されずに残った電流注入領域とを有する。
第２電流狭窄層６４は、メサポスト１０２の側面に囲まれた円環状の第２電流狭窄領域６４Ａ、及び第２電流狭窄領域６４Ａに囲まれた直径５０μｍ程度の円形の第２電流注入領域６２Ｂとを有する。
【００７７】
本実施形態例の面発光レーザ素子１００は、上記以外の構成については、面発光レーザ素子の実施形態例１に係る面発光レーザ素子５０と同様の構成を有している。
本実施形態例の面発光レーザ素子１００によれば、面発光レーザ素子の実施形態例１に係る面発光レーザ素子５０と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例３
本実施形態例は、本発明方法の第４発明を上述の面発光レーザ素子１００の製造に適用した実施形態の一例である。図１３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本実施形態例の製造方法に従って面発光レーザ素子を製造する際の主要工程での断面図である。
本実施形態例の製造方法は、成長させる第１のｐ型ＡｌＡｓ層及び第２のｐ型ＡｌＡｓ層の組成、及び、メサポスト、電流狭窄層の形成方法が異なることを除いては、面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例１に示した製造方法と同様である。
【００７９】
即ち、本実施形態例の製造方法では、図２（ａ）に示した積層構造６１を形成する際に、第１のｐ型ＡｌＡｓ層に代えてｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層６２ａを、第２のｐ型ＡｌＡｓ層に代えてｐ型Ａｌ0.96Ｇａ0.04Ａｓ層６４ａを成長させる。
【００８０】
また、本実施形態例の製造方法では、メサポスト及び電流狭窄層を形成する際に、先ず、図１３（ａ）に示すように、ドライエッチング法により、下部ＤＢＲ５４の上面近傍に到達するまで、コンタクト層６０、上部ＤＢＲ５８、及び発光構造層５６をエッチングして、メサポスト１０２を形成する。
次いで、図１３（ｂ）に示すように、メサポスト１０２を有する積層構造６１を、水蒸気雰囲気中で温度４００℃で約６０分間加熱し、メサポスト１０２の側面より中心に向かって、ｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層６２ａ及びｐ型Ａｌ0.96Ｇａ0.04Ａｓ層６４ａを選択酸化する。
この際に、ｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層６２ａは、ｐ型Ａｌ0.96Ｇａ0.04Ａｓ層６４ａよりＡｌ組成が大きく、酸化速度が速いので、よりメサポスト１０２の中心に近い位置まで酸化される。
【００８１】
従って、これにより、メサポスト１０２の側面に囲まれた、Ａｌ酸化層からなる円環状の第１電流狭窄領域６２Ａと、第１電流狭窄領域６２Ａに囲まれた、ｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層６２ａが酸化されずに残った直径１０μｍ程度の円形の第１電流注入領域６２Ｂとから構成される第１電流狭窄層６２を形成することができる。
また、同時に、メサポスト１０２の側面に囲まれた、Ａｌ酸化層からなる円環状の第２電流狭窄領域６４Ａと、第２電流狭窄領域６４Ａに囲まれた、ｐ型Ａｌ0.96Ｇａ0.04Ａｓ層６４ａが酸化されずに残った直径５０μｍ程度の円形の第２電流注入領域６４Ｂとから構成される第２電流狭窄層６４を形成することができる。
【００８２】
本実施形態例の製造方法は、上記以外については、面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例１に示した製造方法と同様である。
本実施形態例の面発光レーザ素子１００の製造方法によれば、一度の水蒸気酸化により第１電流注入領域６２Ｂより狭い第２電流注入領域６４Ｂを形成することができるので、従来の面発光レーザ素子と同様の製造工程により、面発光レーザ素子の実施形態例１に係る面発光レーザ素子５０を製造することができる。
【００８３】
面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例１〜３で、メサポストや分離溝をエッチングする際には、塩素系ガスをエッチングガスとするドライエッチング法により、制御性の高いエッチングが可能となり、側面が急峻なメサポストを形成することができる。エッチングガスとして、塩素系ガス、例えばＣｌ2、ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4などを使用する。
【００８４】
【発明の効果】
本発明の第１発明によれば、上段の電流狭窄層により活性層に注入されるキャリアを局所集中させることなく、活性層の領域に均一に注入させ、注入させた活性層の全領域に渡り均一な光強度でレーザ発振を起こさせる面発光レーザ素子を得ることができる。従って、高い光出力を有する面発光レーザ素子を実現している。
本発明の第２発明によれば、複数の上段の電流注入領域によって、上記本発明の第１発明に係る面発光レーザ素子と比較して、上段の電流狭窄層の下方の広い領域に電流を均一に注入させることができる。従って、更に高い光出力を有する面発光レーザ素子を得ることができる。
本発明の第３発明によれば、本発明の第２発明に係る面発光レーザ素子より上段の電流注入領域の数を増やすことができるので、更に高い光出力を有する面発光レーザ素子を得ることができる。
本発明方法の第１発明、第２発明、及び第３発明によれば、それぞれ、本発明の第１発明、第２発明、及び第３発明に係る面発光レーザ素子の製造方法を実現し、本発明方法の第４発明によれば、本発明の第１発明に係る面発光レーザ素子の別の製造方法を実現している。
【図面の簡単な説明】
【図１】面発光レーザ素子の実施形態例１に係る面発光レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例１に係る面発光レーザ素子の製造工程を示す断面図である。
【図３】（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例１に係る面発光レーザ素子の製造工程を示す断面図である。
【図４】（ｅ）、（ｆ）は、それぞれ、面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例１に係る面発光レーザ素子の製造工程を示す断面図である。
【図５】面発光レーザ素子の実施形態例２に係る面発光レーザ素子の構成を示す平面図である。
【図６】図５の矢視Ｉ−Ｉでの断面を示す断面図である。
【図７】面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例２に係る面発光レーザ素子の製造工程を示す断面図である。
【図８】特開２００１−２１０９０８号公報に開示の面発光半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、特開２００１−２１０９０８号公報に開示の面発光半導体レーザ素子の製造工程を示す断面図である。
【図１０】従来の面発光レーザ素子のメサポストの近傍を簡潔に示す断面図である。
【図１１】本発明に係る面発光レーザ素子のメサポストの近傍を簡潔に示す断面図である。
【図１２】面発光レーザ素子の実施形態例３に係る面発光レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例３に係る面発光レーザ素子の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１０……特許文献１に開示の面発光レーザ素子、１２……ｎ型ＧａＡｓ基板、１４……下部反射鏡層構造（下部ＤＢＲ）、１６……下部クラッド層、１８……発光層（活性層）、２０……上部クラッド層、２２……上部反射鏡層構造（上部ＤＢＲ）、２４……ｐ型ＧａＡｓ層、２６……電流狭窄層、２６ａ……ｐ型ＡｌＡｓ層、２６Ａ……絶縁領域（電流狭窄領域）、２６Ｂ……電流注入経路（電流注入領域）、２８……柱状構造（メサポスト）、３０……ＳｉＮｘ膜、３２……ｐ側電極（上部電極）、３４……ｎ側電極（下部電極）、３６……金属膜、３８……出射窓、４０……ＳｉＮｘマスク、４２……（電流注入領域の）エッジ、４４……上部電流狭窄層、４４ａ……上部ｐ型ＡｌＡｓ層、４４Ａ……上部電流狭窄領域、４４Ｂ……上部電流注入領域、４６……上部メサポスト、４８……下部メサポスト、５０……面発光レーザ素子の実施形態例１に係る面発光レーザ素子、５２……ｎ型ＧａＡｓ基板、５４……下部ＤＢＲ、５６……発光構造層、５６Ａ……下部クラッド層、５６Ｂ……活性層、５６Ｃ……上部クラッド層、５８……上部ＤＢＲ、６０……コンタクト層、６１……積層構造、６２……第１電流狭窄層（第１内電流狭窄層）、６２ａ……（第１の）ｐ型ＡｌＡｓ層、６２Ａ……第１電流狭窄領域（内電流狭窄領域）、６２Ｂ……第１電流注入領域（内電流注入領域）、６４……第２電流狭窄層、６４ａ……（第２の）ｐ型ＡｌＡｓ層、６４Ａ……第２電流狭窄領域、６４Ｂ……第２電流注入領域、６６……第１メサポスト、６８……第２メサポスト、７０……誘電体膜、７２……ｐ側電極、７４……ｎ側電極、８０……面発光レーザ素子の実施形態例２に係る面発光レーザ素子、８２……大メサポスト、８４……分離溝、８４Ａ……（分離溝の）内側面、８４Ｂ……（分離溝の）外側面、８６……内メサポスト、８８……外メサポスト、９０……第１外電流狭窄層、９０Ａ……外電流狭窄領域、９０Ｂ……外電流注入領域、９２……（メサポストの）中心軸、１００……面発光レーザ素子の実施形態例３に係る面発光レーザ素子、１０２……メサポスト。
【発明の属する技術分野】
本発明は、面発光レーザ素子及びその製造方法に関し、更に詳細には、ポスト型メサ構造を有する面発光レーザ素子及びその製造方法であって、活性層に注入される電流の局所集中を抑制することにより、広い活性層の発光領域を有し、高い光出力を有する面発光レーザ素子及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
面発光レーザ素子は、半導体基板上に形成された、相互に屈折率が異なる化合物半導体のペア層からなる一対のＤＢＲ（Diffractive Bragg Reflector）と、その一対のＤＢＲの間に設けられ、発光領域となる活性層とを有し、基板面に対して直交方向にレーザ光を出射する半導体レーザ素子である。
また、面発光レーザ素子では、一般に、ＤＢＲの一部をメサポストに形成したポスト型メサ構造が用いられている。ポスト型メサ構造を有する面発光レーザ素子では、メサポストが形成されたＤＢＲ中に、活性層に注入される電流経路の断面を規定する電流狭窄層を設け、活性層の一部に電流が集中して流れるようにして、面発光レーザ素子の発光効率を高めている。
【０００３】
ここで、従来のポスト型メサ構造を有する面発光レーザ素子の一例として、図８を参照して特開２００１−２１０９０８号公報に記載の面発光レーザ素子の構成を説明する。図８は前掲公報に開示されている面発光レーザ素子の構成を示す断面図である。
前掲公報によれば、面発光レーザ素子１０は、図８に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に、順次、形成されたｎ型半導体多層膜からなる下部反射鏡層構造（下部ＤＢＲ）１４、ノンドープＡｌＧａＡｓからなる下部クラッド層１６、発光層（活性層）１８、ノンドープＡｌＧａＡｓからなる上部クラッド層２０、ｐ型半導体多層膜からなる上部反射鏡層構造（上部ＤＢＲ）２２、及びｐ型ＧａＡｓ層２４からなる積層構造を備えている。
【０００４】
下部ＤＢＲ１４は、ｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とを、ヘテロ界面に組成傾斜層を介在させ積層した３０．５ペアの半導体多層膜として構成され、上部ＤＢＲ２２は、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とを、ヘテロ界面に組成傾斜層を介在させ積層した２５ペアの半導体多層膜として構成されている。
【０００５】
キャップ層２４、上部ＤＢＲ２２、上部クラッド層２０、活性層１８、下部クラッド層１６、及び下部ＤＢＲ１４の上部は、エッチングされて、円柱状の柱状構造（メサポスト）３０に加工されている。
また、上部ＤＢＲ２２の活性層１８に最も近い構成層は、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層に代えて、ｐ型ＡｌＡｓ層が形成され、中央の円形領域を除いて、その周囲のＡｌＡｓ層はＡｌが選択的に酸化されてＡｌ酸化層に転化した電流狭窄層２６である。
Ａｌ酸化層は電気抵抗の高い酸化狭窄型の絶縁領域（電流狭窄領域）２６Ａとして機能する。一方、中央の円形領域は、元のｐ型ＡｌＡｓ層のままであって、電流注入経路（電流注入領域）２６Ｂとして機能する。
【０００６】
メサポスト２８の上面、側面及び両脇の下部ＤＢＲ１４上には、ＳｉＮｘ膜３０が成膜されている。
また、メサポスト２８の上面のＳｉＮｘ膜３０は、円形に除去されてｐ型ＧａＡｓ層２４を露出させ、そこに円環状のｐ側電極（上部電極）３２が形成されている。ｎ型ＧａＡｓ基板１２の裏面には、ｎ側電極（下部電極）３４が形成されている。
【０００７】
前掲公報に開示の面発光レーザ素子１０の製造方法について、図９（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図９（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、前掲公報に開示の面発光レーザ素子１０の製造工程を示す断面図である。
前掲公報によれば、先ず、図９（ａ）に示すように、ｎ型基板１２上に、順次、下部ＤＢＲ１４、ノンドープＡｌＧａＡｓからなる下部クラッド層１６、活性層１８、ノンドープＡｌＧａＡｓからなる上部クラッド層２０、上部ＤＢＲ２２、及びｐ型ＧａＡｓ層２４を積層して積層構造を形成する。
【０００８】
下部ＤＢＲ１４を積層する際には、ヘテロ界面に組成傾斜層を介在させた３０．５ペアのｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とを積層し、上部ＤＢＲ２２を積層する際には、ヘテロ界面に組成傾斜層を介在させた２５ペアのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とを積層する。
また、上部ＤＢＲ２２を積層する際には、活性層１８に最も近い構成層は、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層に代えて、ｐ型ＡｌＡｓ層２６ａを積層する。
【０００９】
次いで、図９（ｂ）に示すように、ＳｉＮｘマスク４０を用いたエッチングにより、下部ＤＢＲ１４の上面近傍に到達するまで、上部ＤＢＲ２２、上部クラッド層２０、活性層１８、下部クラッド層１６をエッチングして、メサポスト２８を形成する。
【００１０】
続いて、メサポスト２８を有する積層構造を水蒸気雰囲気中で温度４００℃で約２５分間加熱し、メサポスト２８の側面より中心に向かって、ｐ型ＡｌＡｓ層２６ａのみを選択酸化する。
これにより、メサポスト２８の側面に囲まれた、Ａｌ酸化層からなる円環状の電流狭窄領域２６Ａと、電流狭窄領域２６Ａに囲まれた、ｐ型ＡｌＡｓ層２６ａが酸化されずに残った円形の電流注入領域２６Ｂとを形成する。
【００１１】
続いて、全面にＳｉＮｘ膜３０を成膜した後、メサポスト２８の上面のＳｉＮｘ膜３０を円形に除去してｐ型ＧａＡｓ層２４を露出させ、そこに円環状のｐ側電極３２を形成する。また、ｎ型ＧａＡｓ基板１２の裏面に、ｎ側電極３４を形成する等の工程を経ることにより、特許文献１に開示の面発光レーザ素子を完成することができる。
【００１２】
このようなポスト型メサ構造を有する面発光レーザ素子では、電流狭窄層により、活性層１８に注入される電流経路の断面を規定できるので、電流注入領域２６Ｂの下方の活性層１８の領域に電流が集中して注入され、効率の良いレーザ発振を実現できる。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００１−２１０９０８号公報（図１）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のようなポスト型メサ構造を有する面発光レーザ素子では、レーザ光の高出力化を図るために、電流注入領域２６Ｂ及び上部電極３２の径を大きくして活性層１８の発光領域を拡大させ、高出力化しようとする場合に、以下の問題が生じる。図１０は、従来の面発光レーザ素子のメサポストの近傍の構成を簡潔に示した断面図である。
【００１５】
即ち、従来の面発光レーザ素子では、図１０に示すように、円環状の上部電極３２から供給されるキャリア（電流）は、上部電極３２に近い電流注入領域２６Ｂのエッジ４２の近傍に注入され易い。
従って、電流注入領域２６Ｂの径を単純に拡大させていくと、同図中に矢印で示すように、活性層１８のエッジ４２に近い領域にキャリアが集中して注入され、この領域のみが発光に寄与し、一方、電流注入領域２６のエッジ４２から離れた活性層１８の中央部は、注入されたキャリアの単なる損失源となる。
このように、従来のポスト型メサ構造を有する面発光レーザ素子では、電流注入領域２６Ｂの径を単純に拡大させても、面発光レーザ素子としての光出力は全く改善されないという問題があった。
【００１６】
上記問題を解決するために、レーザ光の出射窓を有する下部電極を基板の裏面に設け、基板の裏面からレーザ光を取り出す面発光レーザ素子についての報告もある（IEEE journal on selected topics in quantum electronics Vol7 No2 PP210-216(2001))。
上記報告によれば、面発光レーザ素子では、下部電極から供給されたキャリアが、大きな厚みを有する基板を通過するうちに横方向に十分に拡散し、活性層の比較的広い領域に均一に注入することにより、面発光レーザ素子の高出力化を図ることができる。
しかし、レーザ光が基板により吸収される波長、例えばＧａＡｓ基板を用いる場合には９２０ｎｍ以下では、レーザ光を基板の裏面から効率良く取り出し、レーザ光の高出力化を図ることは困難である。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、ポスト型メサ構造を有する面発光レーザ素子で、活性層に注入される電流の局所集中を抑制することにより、広い活性層の発光領域を有し、高い光出力を有する面発光レーザ素子及びその製造方法を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題の解決に際し、以下のように考察した。
ポスト型メサ構造を有する面発光レーザ素子では、一般的に、メサポスト２８の径が３０μｍ程度で、電流注入領域２６Ｂの径が１５μｍ以下であれば、電流注入領域２６Ｂの下方の活性層１８の領域に電流が均一に注入され、効率の良いレーザ発振を実現できる。
一方で、電流注入領域２６Ｂの径を大きくしていくと、キャリアが電流注入領域のエッジ４２の近傍に集中するのは、上部ＤＢＲ２２上に設けられた上部電極３２から電流狭窄層２６に向かって電流が縦方向に流れる際に、電流が横方向に十分に拡がらないために生じるものである。このような現象は、キャリアの拡散と関係がある。
【００１９】
ここで、上部ＤＢＲ２２中のキャリア密度を増やせば、ある拡散定数で規定されるキャリア拡散広がりが促進され、活性層１８により均一にキャリアを注入できる。しかし、キャリア密度を大きくすると、フリーキャリアによる光の吸収が増加し、せっかく発振したレーザ光が吸収によって失われてしまうため、あまり大きくできない。
【００２０】
本発明者は、上述の問題について考察した結果、キャリアを一度小領域に絞った状態にすることにより、そこから広がるメサ内のキャリア密度が均一化する事に着目し、従来の電流狭窄層の上方に、もう一つの電流狭窄層（上部電流狭窄層）を設け、かつ拡散が均一になる程度に、上部電流狭窄層の上部電流注入領域の径を小さくすることにより、上記問題を解決できるのではないかと考えた。
【００２５】
上記目的を達成するために、本発明に係る面発光レーザ素子（以下、本発明の第１発明と呼ぶ）は、基板と、前記基板上に形成される半導体多層膜の下部反射鏡と、前記下部反射鏡上に形成される活性層と、前記活性層上にメサポストとして形成される半導体多層膜の上部反射鏡と、前記上部反射鏡内に設けられ、所定の径の電流注入領域を有する下段の電流狭窄層と、前記上部反射鏡内に、前記下段の電流狭窄層とは厚さ方向に離間して上部に配置され、前記下段の電流狭窄層の電流注入領域よりも径の小さい電流注入領域を有する上段の電流狭窄層と、前記上部反射鏡上に設けられ、前記上段の電流狭窄層の電流注入領域の径よりも大きい開口部を有する上部電極と、を備えることを特徴としている。
【００２６】
本発明の第１発明に係る面発光レーザ素子は、上段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域（上段の電流注入領域）は、下段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域（下段の電流注入領域）より狭い。
つまり、上段の電流狭窄層はキャリア拡散用の電流狭窄層であり、上段の電流注入領域の径、上下段の電流注入領域の相対位置を適宜設定することにより、上段の電流注入領域を通過したキャリアを活性層の方向に向かってスプレー状にかつ均一に拡散させることができる。下段の電流狭窄層は従来と同様に、活性層に注入される電流の断面を規定するための電流狭窄層である。
【００２７】
本発明の第１発明に係る面発光レーザ素子は、上記構成により活性層に注入されるキャリアを局所集中させることなく、活性層の領域に均一に注入させ、注入させた活性層の全領域に渡り均一な光強度でレーザ発振を起こさせることができる。従って、高い光出力を有する面発光レーザ素子を得ることができる。
【００２８】
本発明の第１発明に係る好適な実施態様では、メサポストは、上段の電流狭窄層を有する柱状の上部メサポストと、下段の電流狭窄層を有し、上部メサポストより径の大きい柱状の下部メサポストとからなる２段構造のメサポストとして形成されている。
この場合、例えば、上部メサポストを形成した後に上段の電流狭窄層を形成し、下部メサポストを形成した後に下段の電流狭窄層を形成することにより、本発明の第１発明に係る面発光レーザ素子を容易に製造することができる。
【００２９】
本発明の第１発明に係る好適な実施態様では、メサポストの中心軸、上段の電流注入領域の中心、及び下段の電流注入領域の中心が、基板に垂直な同一の直線上にある。
これにより、上段の電流狭窄層を通過してスプレー状に拡散された電流が活性層の広い領域に注入されるように、下段の電流注入領域の断面が形成されているので、良好な上記効果を得ることができる。尚、メサポストが上述の２段構造のメサポストとして形成されている場合には、更に上部メサポストの中心軸及び下部メサポストの中心軸が、同一な直線上にあることが望ましい。
【００３０】
本発明の第１発明の好適な実施態様では、上段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域の径が、１μｍ以上２０μｍ以下である。
上段の電流注入領域の径が２０μｍより大きいと、電流注入領域を通過したキャリアがその領域内で十分均一にならず、その直下の電流狭窄層に均一に拡散させる効果を得難いからである。
逆に上段の電流注入領域の径が１μｍより小さいと、電流注入領域の電気的抵抗が極端に大きく、高い密度での電流を通過させることが困難になるからである。
【００３１】
本発明の第１発明の好適な実施態様では、下段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域の径が、上段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域の径より大きい。好ましくは、下段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域の径が、上段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域の径の1倍から１０倍の範囲にある。
下段の電流注入領域の径が上段の電流注入領域の径の１倍以下だと、上段の電流狭窄層を設ける効果意味が小さく、下段の電流注入領域の径が上段の電流注入領域の径の１０倍以上だと、逆に電流が下段の電流注入領域の中心に集中するため、活性層全体を発光に十分寄与させ難くなるためである（ここで、上下段の電流狭窄層の間隔は、３μｍ程度を想定している。これが長い場合は、拡散しやすくなる）。
【００３２】
本発明の第１発明の好適な実施態様では、電流狭窄層の電流狭窄領域は、半導体多層膜の一層として設けられたＡｌ含有層のＡｌを選択的に酸化したＡｌ酸化層であり、電流狭窄層の電流注入領域は、酸化されずに残ったＡｌ含有層である。
Ａｌ含有層からなる電流注入領域、及びＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域は、Ａｌ含有層の選択的な酸化により容易に形成することが可能で、かつ良好な上記効果を奏する電流狭窄層を得ることができる。
【００３３】
本発明の第１発明では、上段の電流注入領域及び／又は下段の電流注入領域は円形に形成されているのが望ましい。
これにより、上段の電流注入領域を通過したキャリアを活性層のより広い領域に効率的に注入させることができるので、良好な上記効果を得ることができる。
尚、円形の電流注入領域を形成するには、メサポストを円柱状に形成することが好ましい。
【００３４】
また、本発明の第１発明では、上段の電流狭窄層及び下段の電流狭窄層は、上部反射鏡中に代えて、下部反射鏡中に設けられていてもよい。この場合、下段の電流狭窄層を下部反射鏡の上部に設けられた上部メサポスト中に設け、上段の電流狭窄層を下部反射鏡中の下部に設けられた下部メサポスト中に設けることができる。
【００３５】
本発明に係る別の面発光レーザ素子（以下、本発明の第２発明と呼ぶ）は、基板と、前記基板上に形成される半導体多層膜の下部反射鏡と、前記下部反射鏡上に形成される活性層と、前記活性層上に柱状の下部メサポストとして形成される半導体多層膜の上部反射鏡と、前記下部メサポストの上部反射鏡内に設けられ、所定の径の電流注入領域を有する下段の電流狭窄層と、前記下部メサポスト上に、相互に同じ層構造を有する複数の柱状の上部メサポストとして形成される半導体多層膜の上部反射鏡と、前記上部メサポストの上部反射鏡内に前記下段の電流狭窄層とは厚さ方向に離間して配置され、前記下段の電流狭窄層の電流注入領域よりも径の小さい電流注入領域を有する上段の電流狭窄層と、前記上部メサポストの上部反射鏡上に設けられ、前記上段の電流狭窄層の電流注入領域の径よりも大きい開口部を有する上部電極と、を備えることを特徴としている。
【００３６】
本発明の第２発明に係る面発光レーザ素子は、上段の電流狭窄層の電流注入領域（上段の電流注入領域）より広い電流注入領域（下段の電流注入領域）を備える下段の電流狭窄層を備える。
つまり、下段の電流狭窄層の上方にキャリアをスプレー状にかつ均一に拡散させる複数の上段の電流注入領域を設けることによって、本発明の第１発明に係る面発光レーザ素子と比較して、活性層の広い領域に電流を均一に注入させることができる。従って、更に高い光出力を有する面発光レーザ素子を得ることができる。
また、複数の上段の電流注入領域を有することにより、活性層に注入する電流を複数の上段の電流注入領域に分散して通過させることができるので、上段の電流注入領域及びその近傍での発熱を抑えることができる。
【００３７】
本発明の第２発明に係る好適な実施態様では、上段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域の径が、１μｍ以上２０μｍ以下である。
上段の電流注入領域の径が２０μｍより大きいと、電流注入領域を通過したキャリアがその領域内で十分均一にならず、その直下の電流狭窄層に均一に拡散させる効果を得難いからである。
逆に上段の電流注入領域の径が１μｍより小さいと、電流注入領域の電気的抵抗が極端に大きく、高い密度での電流を通過させることが困難になるからである。
【００３８】
本発明の第２発明に係る好適な実施態様では、下段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域が、基板に対して垂直方向に見て、複数の上段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域を全て含むように形成されている。
これにより、複数の上段の電流注入領域を通過してスプレー状に拡散された電流が活性層のより広い領域に注入されるように、下段の電流注入領域の断面が形成されているので、良好な上記効果を得ることができる。
本発明の第２発明に係る好適な実施態様では、電流狭窄層の電流狭窄領域は、半導体多層膜の一層として設けられたＡｌ含有層のＡｌを選択的に酸化したＡｌ酸化層であり、電流狭窄層の電流注入領域は、酸化されずに残ったＡｌ含有層である。
【００３９】
本発明に係る別の面発光レーザ素子（以下、本発明の第３発明と呼ぶ）は、基板と、前記基板上に形成される半導体多層膜の下部反射鏡と、前記下部反射鏡上に形成される活性層と、前記活性層上に、上部メサポストと下部メサポストの２段構造のメサポストとして形成される半導体多層膜の上部反射鏡と、前記下部メサポストの上部反射鏡内に設けられ、所定の径の電流注入領域を有する下段の電流狭窄層と、前記上部メサポストの上部反射鏡内に同じ層構成を有する複数個の小メサポストとして分離溝を介して相互に分離されて形成され、且つ、前記下段の電流狭窄層とは厚さ方向に離間する同じ層位置に配置され、前記下段の電流狭窄層の電流注入領域よりも径の小さい電流注入領域を有する上段の電流狭窄層と、前記上部メサポストの上部反射鏡上に設けられ、前記上段の電流狭窄層の電流注入領域の径よりも大きい開口部を有する上部電極と、を備えることを特徴としている。
【００４０】
本発明の第３発明に係る面発光レーザ素子によれば、本発明の第２発明に係る面発光レーザ素子より上段の電流注入領域の数を増やすことができるので、更に高い光出力を有する面発光レーザ素子を得ることができる。
本発明の第３発明に係る好適な実施態様では、上段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域が、上部メサポストの中央に設けられている。これにより、良好な上記効果を得ることができる。
【００４１】
本発明の第３発明に係る好適な実施態様では、電流狭窄層の電流狭窄領域は、半導体多層膜の一層として設けられたＡｌ含有層のＡｌを選択的に酸化したＡｌ酸化層であり、電流狭窄層の電流注入領域は、酸化されずに残ったＡｌ含有層である。
【００４２】
本発明方法に係る面発光レーザ素子の製造方法（以下、本発明方法の第１発明と呼ぶ）は、基板上に、順次、半導体多層膜の下部反射鏡、活性層、及び相互に離隔した上下２段の高Ａｌ含有層（高Ａｌ含有層とは、後述するように、Ａｌを８５％以上含有するＡｌ含有層であり、以下同様とする。）を有する半導体多層膜の上部反射鏡を形成する工程と、
上段の高Ａｌ含有層を含む上部反射鏡をエッチングして、上部メサポストを形成する工程と、
上部メサポストの高Ａｌ含有層を水蒸気酸化して、高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる第１の電流注入領域として残すと共に、第１の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成する工程と、
上部メサポストの下の下段の高Ａｌ含有層を含む上部反射鏡をエッチングして下部メサポストを形成する工程と、
下部メサポストの高Ａｌ含有層を水蒸気酸化して、高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる、第１の電流注入領域より広い第２の電流注入領域として残すと共に、第２の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成する工程と、
上部メサポスト上に、第１の電流注入領域より広い開口部を有する上部電極を形成する工程と、
を有することを特徴としている。
【００４３】
本発明方法に係る面発光レーザ素子の別の製造方法（以下、本発明方法の第２発明と呼ぶ）は、基板上に、順次、半導体多層膜の下部反射鏡、活性層、及び相互に離隔した上下２段の８５％以上のＡｌを含む高Ａｌ含有層を有する半導体多層膜の上部反射鏡を形成する工程と、
上段の高Ａｌ含有層を含む上部反射鏡をエッチングして、複数個の上部メサポストを形成する工程と、
上部メサポストの高Ａｌ含有層を水蒸気酸化して、高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる第１の電流注入領域として残すと共に、第１の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成する工程と、
上部メサポストの下の下段の高Ａｌ含有層を含む上部反射鏡をエッチングして下部メサポストを形成する工程と、
下部メサポストの高Ａｌ含有層を水蒸気酸化して、高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる、第１の電流注入領域より広い第２の電流注入領域として残すと共に、第２の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成する工程と、
前記上部メサポスト上に、前記第１の電流注入領域より広い開口部を有する上部電極を形成する工程と、
を有することを特徴としている。
【００４４】
本発明方法に係る面発光レーザ素子の更に別の製造方法（以下、本発明方法の第３発明と呼ぶ）は、基板上に、順次、半導体多層膜の下部反射鏡、活性層、及び相互に離隔した上下２段の８５％以上のＡｌを含む高Ａｌ含有層を有する半導体多層膜の上部反射鏡を形成する工程と、
上段の高Ａｌ含有層を含む上部反射鏡をエッチングして、上部メサポストを形成すると共に、分離溝を介して相互に分離された複数個の小メサポストを上部メサポスト内に形成する工程と、
上部メサポストの高Ａｌ含有層を水蒸気酸化し、かつ分離溝を介して小メサポストの高Ａｌ含有層を水蒸気酸化して、各高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる第１の電流注入領域として残すと共に、第１の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成する工程と、
上部メサポストの下の下段の高Ａｌ含有層を含む上部反射鏡をエッチングして、下部メサポストを形成する工程と、
下部メサポストの高Ａｌ含有層を水蒸気酸化して、高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる、前記第１の電流注入領域より広い第２の電流注入領域として残すと共に、第２の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成する工程と、
前記上部メサポスト上に、前記第１の電流注入領域より広い開口部を有する上部電極を形成する工程と、
を有することを特徴としている。
【００４５】
本発明方法に係る面発光レーザ素子の更に別の製造方法（以下、本発明方法の第４発明と呼ぶ）は、基板上に、順次、半導体多層膜の下部反射鏡、活性層、及び相互に離隔し、下段の８５％以上のＡｌを含む高Ａｌ含有層と下段の高Ａｌ含有層よりＡｌ組成の高い上段の高Ａｌ含有層とを有する、半導体多層膜の上部反射鏡を形成する工程と、
上下２段の高Ａｌ含有層を含む上部反射鏡をエッチングしてメサポストを形成する工程と、
メサポストの上下２段の高Ａｌ含有層を水蒸気酸化して、上段の高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる第１の電流注入領域として残すと共に、第１の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成すると共に、下段の高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる、第１の電流注入領域より広い第２の電流注入領域として残すと共に、第２の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成する工程と
を有することを特徴としている。
【００４６】
本発明方法の第１発明は、本発明の第１発明に係る面発光レーザ素子の製造方法を、本発明方法の第２発明は、本発明の第２発明に係る面発光レーザ素子の製造方法を、本発明方法の第３発明は、本発明の第３発明に係る面発光レーザ素子の製造方法を、本発明方法の第４発明は、本発明の第１発明に係る面発光レーザ素子の別の製造方法をそれぞれ実現している。
本発明で、径とは、３６０°方向の差渡し寸法を言い、径が特定値以下であるとは、３６０°方向の差渡し寸法のいずれもが特定値以下であることを言う。
本発明で、高Ａｌ含有層とは、８５％以上のＡｌを含む層を言う。
本発明方法の第４発明では、形成する上段及び下段の電流狭窄層の電流注入領域の径の比率に対応させて、上段及び下段の高Ａｌ含有層のＡｌ組成の比率を設定することにより、所望の電流狭窄領域の径を有する電流狭窄層を形成することができる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照し、実施形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。尚、以下の実施形態例で示した導電型、成膜方法、寸法等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、本発明はこれら例示に限定されるものではない。
上述したように、本発明者は、上述の問題について考察した結果、キャリアを一度小領域に絞った状態にすることにより、そこから広がるメサ内のキャリア密度が均一化する事に着目し、図１１に示すように、従来の電流狭窄層２６の上方に、もう一つの電流狭窄層（上部電流狭窄層）４４を設け、かつ拡散が均一になる程度に、上部電流狭窄層４４の上部電流注入領域４４Ｂの径を小さくすることにより、上記問題を解決できるのではないかと考えた。
つまり、同図に示す面発光レーザ素子では、上部電極３２から供給されたキャリアは、上部電流注入領域４４Ｂを通過する際に経路が一旦絞られるので、上部電流注入領域４４Ｂを通過した後は、キャリアはスプレーのように均一に拡がっていく。
そして、上部電流狭窄層４４を通過し、均一に広がったキャリアは、従来の電流注入領域（下部電流狭窄領域）２６Ｂを通過して、活性層１８に均一に注入されるので、下部電流注入領域２６Ｂの下方にある活性層１８の領域の全てを発振状態にして、極めて高い光出力を有する面発光レーザ素子を得ることができる。
この場合、キャリア密度が大きくなるのは上部電流注入領域４４Ｂの近傍に限られるので、フリーキャリアによる光吸収の影響は最小に抑えるように設計することができる。
また、上述の下部電流狭窄層と、狭窄径の上部電流注入領域を有する上部電流狭窄層とを備える面発光レーザ素子は、メサポスト及び電流狭窄層の形成を２つの段階に分けて行うことにより製造することができる。
つまり、面発光レーザ素子の製造段階で、従来設けられていたｐ型ＡｌＡｓ層２６ａの上方の上部ＤＢＲ２２中に、上部ｐ型ＡｌＡｓ層４４ａを成膜する。
そして、メサポスト及び電流狭窄層の形成の際には、先ず、上部ｐ型ＡｌＡｓ層４４ａの直下までエッチングし、上部ＤＢＲ２２の上部を上部メサポスト４６に形成する。
次に、上部ｐ型ＡｌＡｓ層４４ａを酸化し、狭径の電流注入領域４４Ｂを有する上部電流狭窄層４４を形成した後、従来と同じ深さまでエッチングして下部メサポスト４８を形成し、従来のｐ型ＡｌＡｓ層（下部ｐ型ＡｌＡｓ層）２６ａを酸化し、従来の電流狭窄層（下部電流狭窄層）２６を形成することにより、図１１に示す構成を備える面発光レーザ素子を製造することができる。
また、メサ形成を一度（１段のメサ）で行う場合も考えられ、この場合は、電流狭窄層のＡｌ組成を上下でわずかに変化させる（具体的には、上の電流狭窄層のＡｌ組成をより高くしておき、酸化が進みやすい層とする。たとえばＡｌ組成比で上が９８％、下が９６％）。この場合、前記活性層まで及ぶ深さの１段のメサを形成しておき、それを酸化したときに上下の電流狭窄層が同時に酸化され、所望の構造（上下電流狭窄層の電流狭窄径の関係）が得られるようにＡｌ組成比を設定しておけばよく、作製プロセスも通常の面発光レーザとなんら変わりない構成にできる。
本発明者は、このようにして、メサポスト及び電流狭窄層を２つの段階に分けて形成し、下部電流狭窄層２６の上方に、キャリアをスプレー状に拡散させる狭径の上部電流狭窄層４４を形成することにより、下部電流注入領域２６Ｂ及び上部電極３９の径を大きくしても、活性層１８への均一な電流の注入を確保し、高い光出力を有する面発光レーザ素子を得ることに着想し、種々の実験を経て、本発明を発明するに到った。
【００４８】
面発光レーザ素子の実施形態例１
本実施形態例は、本発明の第１発明に係る面発光レーザ素子の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の面発光レーザ素子の構成を示す断面図である。
本実施形態例の面発光レーザ素子５０は、発振波長８５０ｎｍの面発光レーザ素子であって、図１に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板５２上に、順次、形成されたｎ型の半導体多層膜反射鏡（以下、下部ＤＢＲと呼ぶ）５４、発光構造層５６、ｐ型の半導体多層膜反射鏡（以下、上部ＤＢＲと呼ぶ）５８、及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層６０からなる積層構造を備えている。
【００４９】
下部ＤＢＲ５４は、交互に積層された３５ペアのｎ型ＧａＡｓ層及びｎ型ＡｌＡｓ層であり、上部ＤＢＲ５８は、交互に積層された２５ペアのｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層及びｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層である。
下部ＤＢＲ５４及び上部ＤＢＲ５８を構成する各構成層の膜厚は、それぞれ、発振波長λ（＝８５０ｎｍ）に対する各層の屈折率をｎλとして、λ／４ｎλに相当する厚さに設定されている。
【００５０】
コンタクト層６０、及び上部ＤＢＲ５８の上から１５ペア目程度の構成層までは、エッチングされて、直径１００μｍ程度の円形断面を有する、円柱状の第１メサポスト６６に加工されている。
また、上部メサポスト６６の下方の上部ＤＢＲ５８、及び発光構造層５６は、エッチングされて、上部メサポスト６６と中心軸が一致し、直径１２０μｍ程度の円形断面を有する、円柱状の下部メサポスト６８に加工されている。
【００５１】
上部メサポスト６６が形成されている、上部ＤＢＲ５８の上から２ペア目の構成層は、酸化狭窄型の第１電流狭窄層６２であり、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層に代えてｐ型ＡｌＡｓ層が形成され、高い電気抵抗を有するＡｌ酸化層に転化した電流狭窄領域と、ｐ型ＡｌＡｓ層が酸化されずに残った電流注入領域とを有する。
第１電流狭窄層６２は、上部メサポスト６６の側面に囲まれた円環状の第１電流狭窄領域６２Ａ、及び第１電流狭窄領域６２Ａに囲まれた直径１５μｍ程度の円形の第１電流注入領域６２Ｂを有する。
【００５２】
上部ＤＢＲ５８の発光構造層５６に隣接する構成層は、酸化狭窄型の第２電流狭窄層６４であり、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層に代えてｐ型ＡｌＡｓ層が形成され、高い電気抵抗を有するＡｌ酸化層に転化した電流狭窄領域と、ｐ型ＡｌＡｓ層が酸化されずに残った電流注入領域とを有する。
第２電流狭窄層６４は、上部メサポスト６２の側面に囲まれた円環状の第２電流狭窄領域６４Ａ、及び第２電流狭窄領域６４Ａに囲まれた直径７０μｍ程度の円形の第２電流注入領域６４Ｂを有する。
【００５３】
発光構造層５６は、ＡｌＧａＡｓからなる下部クラッド層５６Ａと、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸からなる活性層５６Ｂと、ＡｌＧａＡｓからなる上部クラッド層５６Ｃとで構成されている。
【００５４】
上部メサポスト６６の側面及びその両脇の下部メサポスト６８上、下部メサポスト６８の側面及びその両脇の下部ＤＢＲ５４上には、ＳｉＮｘ膜等の誘電体膜７０が成膜されている。
上部メサポスト６６の上面には、内径７０μｍ程度の円環状のｐ側電極７２が形成されている。ｎ型ＧａＡｓ基板５２の裏面には、ｎ側電極７４が形成されている。
【００５５】
本実施形態例の面発光レーザ素子５０によれば、第２電流狭窄層６４の上方に設けられた第１電流狭窄層６２が、直径１５μｍ程度の狭径の第１電流注入領域６２Ｂを有することにより、第１電流注入領域６２を通過したキャリアをスプレー状に拡散させることができる。第２電流狭窄層６４は発光構造層５６に隣接して設けられ、活性層５６Ｂに注入される電流経路の断面を規定する。
従って、ｐ側電極７２から活性層５６Ｂに注入されるキャリアを局所集中させることなく、第２電流狭窄層６４によって規定される活性層５６Ｂの広い領域に均一に注入させ、注入させた活性層５６Ｂの広い領域の全てでレーザ発振を起こさせることができる。
このように本実施形態例の面発光レーザ素子５０は、広い活性層５６Ｂの発光領域を有し、高い光出力を有する面発光レーザ素子を実現している。
【００５６】
面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例１
本実施形態例は、本発明方法の第２発明を上述の面発光レーザ素子５０の製造に適用した実施形態の一例である。図２（ａ）、（ｂ）、図３（ｃ）、（ｄ）、及び図４（ｅ）、（ｆ）は、それぞれ、本実施形態例の製造方法に従って面発光レーザ素子を製造する際の主要工程での断面図である。
本実施形態例では、先ず、図２（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法等により、ｎ型ＧａＡｓ基板５２上に、順次、所要の化合物半導体層をエピタキシャル成長させて、３５ペアのｎ型ＧａＡｓ層とｎ型ＡｌＡｓ層とからなる下部ＤＢＲ５４、ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５６Ａ、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸活性層５６Ｂ、ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５６Ｃからなる発光構造層５６、２５ペアのｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とからなる上部ＤＢＲ５８、及びコンタクト層６０の積層構造６１を形成する。
上部ＤＢＲ５８を成長させる際には、上から２ペア目の構成層と発光構造層５６に隣接する構成層は、それぞれ、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層に代えて、第１のｐ型ＡｌＡｓ層６２ａ及び第２のｐ型ＡｌＡｓ層６４ａを成長させる。
【００５７】
次いで、図２（ｂ）に示すように、ドライエッチング法により、上部ＤＢＲ５８の上から１５ペア目程度の構成層に到達するまで、コンタクト層６０及び上部ＤＢＲ５８をエッチングして、直径１００μｍ程度の円柱状の上部メサポスト６６を形成する。
続いて、図３（ｃ）に示すように、上部メサポスト６６を有する積層構造６１を、水蒸気雰囲気中で温度４００℃で約４５分間加熱し、上部メサポスト６６の側面より中心に向かって、ｐ型ＡｌＡｓ層６２ａのみを選択酸化する。
これにより、上部メサポスト６６の側面に囲まれた、Ａｌ酸化層からなる円環状の第１電流狭窄領域６２Ａと、第１電流狭窄領域６２Ａに囲まれた、ｐ型ＡｌＡｓ層が酸化されずに残った円形の第１電流注入領域６２Ｂとから構成される第１電流狭窄構造６２を形成することができる。
【００５８】
次いで、図３（ｄ）に示すように、ドライエッチング法により、上部メサポスト６６の両脇の上部ＤＢＲ５８より下部ＤＢＲ５４の上面近傍に到達するまで、上部ＤＢＲ５８、発光構造層５６をエッチングして、上部メサポスト６６の中心軸と中心軸を一致させて、直径１２０μｍ程度の円柱状の下部メサポスト６８を形成する。
続いて、図４（ｅ）に示すように、上部メサポスト６６及び下部メサポスト６８を有する積層構造６１を、水蒸気雰囲気中で温度４００℃で約２５分間加熱し、下部メサポスト６８の側面より中心に向かって、第２のｐ型ＡｌＡｓ層６４ａのみを選択酸化する。
【００５９】
これにより、下部メサポスト６８の側面に囲まれた、Ａｌ酸化層からなる円環状の第２電流狭窄領域６４Ａと、第２電流狭窄領域６４Ａに囲まれた、ｐ型ＡｌＡｓ層が酸化されずに残った円形の第２電流注入領域６４Ｂとから構成される第２電流狭窄層６４を形成することができる。
この酸化の際には、既に酸化により形成されている第１電流狭窄構造６２では、第１電流狭窄領域６２ＡをなすＡｌ酸化層が、第１電流狭窄領域６２Ａに囲まれた第１電流注入領域６２Ｂをなすｐ型ＡｌＡｓ層の酸化を抑制するので、ｐ型ＡｌＡｓ層の更なる酸化は進行しない。
【００６０】
次いで、図４（ｆ）に示すように、全面にＳｉＮｘ膜等の誘電体膜７０を成膜し、上部メサポスト６６の上面の誘電体膜７０を除去し、内径７０μｍ程度の円環状のｐ側電極７２を形成する。
続いて、ｎ型ＧａＡｓ基板５２の裏面にｎ側電極７４を形成する等の工程を経ることにより、面発光レーザ素子５０を完成することができる。
【００６１】
面発光レーザ素子の実施形態例２
本実施形態例は、本発明の第２発明に係る面発光レーザ素子の実施形態の一例であって、図５は本実施形態例の面発光レーザ素子の構成を示す平面図、図６は図５の矢視Ｉ−Ｉでの断面を示す断面図ある。図５及び図６中で、図１に示した面発光レーザ素子１０と同様の構成を有する部分については、同じ符号を付した。
本実施形態例の面発光レーザ素子８０は、発振波長８５０ｎｍの面発光レーザ素子であって、図５及び図６に示すように、図１に示した面発光レーザ素子５０と同様の積層構造を有し、メサポスト、及び電流狭窄層等の構成が異なることを除いては、前述の面発光レーザ素子５０と同様の構成を備えている。
【００６２】
即ち、本実施形態例の面発光レーザ素子８０では、コンタクト層６０、上部ＤＢＲ５８、及び発光構造層５６は、エッチングされて、直径１００μｍ程度の円形断面を有する、円柱状の大メサポスト８２に加工されている。
また、円柱状の大メサポスト８２の中心軸９２から等距離の２５μｍ程度の位置であって、大メサポスト８２の中心軸９２に関して４回の回転対称を有するそれぞれの位置を中心として、コンタクト層６０、及び上部ＤＢＲ５８の上面から上部ＤＢＲ５８の上から１５ペア目程度の構成層までが、エッチングされて、内径３０μｍ程度で外径３５μｍ程度の４個の円筒形の分離溝８４が形成されている。
分離溝８４の内側面８４Ａの内側は円柱状の内メサポスト８６を、分離溝８４の外側面８４Ｂの外側は柱状の外メサポスト８８をそれぞれ構成している。
【００６３】
内メサポスト８６が形成されている、上部ＤＢＲ５８の上から２ペア目の構成層は、酸化狭窄型の第１内電流狭窄層６２であり、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層に代えてｐ型ＡｌＡｓ層が形成され、高い電気抵抗を有するＡｌ酸化層に転化した電流狭窄領域と、ｐ型ＡｌＡｓ層が酸化されずに残った電流注入領域とを有する。
第１内電流狭窄層６２は、それぞれの分離溝８４の内側面８４Ａ（内メサポスト８６の側面）に囲まれた幅Ｒ＝１０μｍ程度の円環状の内電流狭窄領域６２Ａ、及び内電流狭窄領域６２Ａに囲まれた径１０μｍ程度の円形の内電流注入領域６２Ｂから構成される。
【００６４】
外メサポスト８８で、第１内電流狭窄層６２と同じ構成層は酸化狭窄型の第１外電流狭窄層９０であり、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層に代えてｐ型ＡｌＡｓ層が形成され、高い電気抵抗を有するＡｌ酸化層に転化した電流狭窄領域と、ｐ型ＡｌＡｓ層が酸化されずに残った電流注入領域とを有する。
第１外電流狭窄層９０は、４つの分離溝８４の外側面８４ＢからＲ＝１０μｍ程度の距離で到達する領域からなる外電流狭窄領域９０Ａ、及び大メサポスト８２の中央に形成され、外電流狭窄領域９０Ａに囲まれた外電流注入領域９０Ｂから構成される。外電流注入領域９０Ｂは、１０μｍ程度の径を有する。
【００６５】
上部ＤＢＲ５８の発光構造層５６に隣接する構成層は、酸化狭窄型の第２電流狭窄層６４を構成し、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層に代えてｐ型ＡｌＡｓ層が形成され、ｐ型ＡｌＡｓ層のＡｌが選択的に酸化され、高い電気抵抗を有するＡｌ酸化層に転化した電流狭窄領域と、ｐ型ＡｌＡｓ層が酸化されずに残った電流注入領域とを有する。
第２電流狭窄層６４は、大メサポスト８２の側面に囲まれた円環状の第２電流狭窄領域６４Ａ、及び第２電流注入領域６４Ｂに囲まれた円形の第２電流注入領域６４Ｂから構成される。
【００６６】
分離溝８４の内側面８４Ａ及び外側面８４Ｂ、大メサポスト８２の側面及び大メサポスト８２の両脇の下部ＤＢＲ５４上には、ＳｉＮｘ膜等の誘電体膜（図示せず）が成膜されている。
また、大メサポスト８２の上面の中央部には、内径７０μｍ程度の円環状のｐ側電極（図示せず）が形成されている。
ｎ型ＧａＡｓ基板５２の裏面には、ｎ側電極７４が形成されている。
【００６７】
本実施形態例の面発光レーザ素子８０によれば、４個の内メサポスト８６にそれぞれ形成された内電流注入領域６２Ｂを有する第１の内電流狭窄層６２、外メサポスト８８に形成された外電流注入領域９０Ｂを有する第１の外電流狭窄層９０と、及び第１の内電流狭窄層６２及び第１の外電流狭窄層９０の下方に設けられた第２の電流狭窄層６４とを備える。
本実施形態例の面発光レーザ素子８０によれば、第１の内電流狭窄層６２及び第１の外電流狭窄層９０は、上記複数の電流注入領域によって、第１の電流狭窄層６２の下方の広い領域に電流を均一に注入させることができるので、高い光出力を有する面発光レーザ素子を得ることができる。
【００６８】
また、第１の内電流狭窄層６２及び第１の外電流狭窄層９０が、複数の電流注入領域を有することにより、活性層５６Ｂに注入する電流を複数の電流注入領域に分散して通過させることができるので、電流注入領域及びその近傍での発熱を抑えることができる。
尚、本実施形態例では、大メサポストの中心軸９２から等距離の位置であって、大メサポストの中心軸９２に関して４回の回転対称を有する位置を中心として、４個の分離溝が形成されているとしたが、分離溝８４が形成される位置、及び個数は上記に限定されるものではない。
【００６９】
面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例２
本実施形態例は、本発明方法の第２発明を上述の面発光レーザ素子の実施形態例２の面発光レーザ素子８０の製造に適用した実施形態の一例である。図７は、本実施形態例の製造方法に従って面発光レーザ素子を製造する際の断面図である。
本実施形態例の製造方法は、積層構造６１を形成する工程までは、面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例１で、図２（ａ）を参照して説明した製造方法と同様である。
【００７０】
本実施形態例では、次いで、図７に示すように、後の工程で形成する円柱状の大メサポスト８２の中心軸９２から等距離の２５μｍ程度の位置であって、中心軸９２に関して４回の回転対称を有する位置を中心軸として、ドライエッチング法により、上部ＤＢＲ５８の上から１５ペア目程度の構成層に到達するまで、コンタクト層６０及び上部ＤＢＲ５８をエッチングして、それぞれ内径３０μｍ程度で外径３５μｍ程度の４個の円筒形の分離溝８４を形成する。
これにより、分離溝の内側面８４Ａの内側に円柱状の内メサポスト８６を、分離溝の外側面８４Ｂの外側に柱状の外メサポスト８８を形成する。
【００７１】
続いて、分離溝８４を有する積層構造６１を、水蒸気雰囲気中で温度４００℃で約１５分間加熱し、分離溝８４の内側面８４Ａより内側面８４Ａの内側に、及び分離溝８４の外側面８４Ｂより外側面８４Ｂの外側に向かって、第１のｐ型ＡｌＡｓ層６２ａのみを選択酸化し、Ａｌ酸化層からなる電流狭窄領域と、第１のｐ型ＡｌＡｓ層が酸化されずに残った電流注入領域とを形成する。
つまり、それぞれの分離溝８４の内側面８４Ａに囲まれた幅Ｒ＝１０μｍ程度の円環状の内電流狭窄領域６２Ａ、内電流狭窄領域６２Ａに囲まれた直径１５μｍ程度の円形の内電流注入領域６２Ｂ、４つの分離溝８４の外側面８４ＢからＲ＝１０μｍ程度の距離で到達する領域からなる外電流狭窄領域９０Ａ、及び大メサポスト８２の中央に形成され、外電流狭窄領域９０Ａに囲まれた外電流注入領域９０Ｂを形成することができる。
外電流注入領域９０Ｂは、１０μｍ程度の径を有するように形成される。
【００７２】
次いで、ドライエッチング法により、下部ＤＢＲ５４の上面近傍に到達するまで、コンタクト層６０、上部ＤＢＲ５８、及び発光構造層５６をエッチングして、中心軸９２を中心とする直径１００μｍ程度の円柱状の大メサポスト８２を形成する。
続いて、大メサポスト８２を有する積層構造を、水蒸気雰囲気中で温度４００℃で約１５分間加熱し、大メサポスト８２の側面より中心に向かって、第２のｐ型ＡｌＡｓ層６４ａのみを選択酸化する。
これにより、大メサポスト８２の側面に囲まれた、Ａｌ酸化層からなる円環状の第２電流狭窄領域６４Ａと、第２電流狭窄領域６４Ａに囲まれた、ｐ型ＡｌＡｓ層が酸化されずに残った円形の第２電流注入領域６４Ｂとから構成される第２電流狭窄構造６４を形成することができる。
この酸化の際には、既に酸化により形成されている第１電流狭窄構造６２では、内電流狭窄領域６２Ａ及び外電流狭窄領域９０ＡをなすＡｌ酸化層が、内電流狭窄領域６２Ａ及び外電流狭窄領域９０Ａにそれぞれ囲まれた内電流注入領域６２Ｂ及び外電流注入領域９０Ｂをなすｐ型ＡｌＡｓ層の酸化を抑制するので、ｐ型ＡｌＡｓ層の更なる酸化は進行しない。
【００７３】
次いで、全面にＳｉＮｘ膜等の誘電体膜（図示せず）を成膜し、大メサポスト８２の上面の誘電体膜を除去する。
続いて、内メサポスト８６の上面に、円環状のｐ側電極（図示せず）を、大メサポスト８２の上面の中央部に、内径７０μｍ程度の円環状のｐ側電極（図示せず）を形成する。
続いて、ｎ型ＧａＡｓ基板５２の裏面にｎ側電極７４を形成する等の工程を経ることにより、面発光レーザ素子８０を完成することができる。
【００７４】
尚、面発光レーザ素子の実施形態例２、及び面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例２では、分離溝８４を介して内メサポスト８６及び外メサポスト８８が形成されているが、外メサポスト８８は必ずしも形成されている必要はない。この場合、例えば、面発光レーザ素子の実施形態例１に示した下部メサポスト上に複数の上部メサポストが形成されている構成としてもよい。
また、上記実施形態例では、面発光レーザ素子８０の製造に当って、分離溝８４、第１内電流狭窄層６２、及び第１外電流狭窄層９０を形成した後に、大メサポスト８２及び第２電流狭窄層６４を形成しているが、逆に、大メサポスト８２及び第２電流狭窄層６４を形成した後に、分離溝８４、第１電流狭窄層６２、及び第１外電流狭窄層９０を形成しても構わない。
【００７５】
面発光レーザ素子の実施形態例３
本実施形態例は、本発明の第１発明に係る面発光レーザ素子の実施形態の別の一例であって、図１２は、本実施形態例の面発光レーザ素子の構成を示す断面図である。同図中で、図１に示した面発光レーザ素子１０と同様の構成を有する部分については、同じ符号を付した。
本実施形態例の面発光レーザ素子１００は、発振波長８５０ｎｍの面発光レーザ素子であって、図１２に示すように、図１に示した面発光レーザ素子５０とは、メサポストの構成、電流狭窄層の組成及び構成が異なることを除いては、前述の面発光レーザ素子５０と同様の構成を備えている。
【００７６】
即ち、本実施形態例の面発光レーザ素子１００では、図１に示した面発光レーザ素子５０の第１メサポスト１０２及び第２メサポスト６８に代えて、コンタクト層６０、上部ＤＢＲ５８、及び発光構造層５６は、エッチングされて、直径１００μｍ程度の円形断面を有する、円柱状のメサポスト１０２に加工されている。
また、第１電流狭窄層６２は、図１に示した面発光レーザ素子５０のｐ型ＡｌＡｓ層に代えてｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層が形成され、高い電気抵抗を有するＡｌ酸化層に転化した電流狭窄領域と、ｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層が酸化されずに残った電流注入領域とを有する。
第１電流狭窄層６２は、メサポスト１０２の側面に囲まれた円環状の第１電流狭窄領域６２Ａ、及び第１電流狭窄領域６２Ａに囲まれた直径１０μｍ程度の円形の第１電流注入領域６２Ｂとを有する。
更に、第２電流狭窄層６４は、図１に示した面発光レーザ素子５０のｐ型ＡｌＡｓ層に代えてｐ型Ａｌ0.96Ｇａ0.04Ａｓ層が形成され、高い電気抵抗を有するＡｌ酸化層に転化した電流狭窄領域と、ｐ型Ａｌ0.96Ｇａ0.04Ａｓ層が酸化されずに残った電流注入領域とを有する。
第２電流狭窄層６４は、メサポスト１０２の側面に囲まれた円環状の第２電流狭窄領域６４Ａ、及び第２電流狭窄領域６４Ａに囲まれた直径５０μｍ程度の円形の第２電流注入領域６２Ｂとを有する。
【００７７】
本実施形態例の面発光レーザ素子１００は、上記以外の構成については、面発光レーザ素子の実施形態例１に係る面発光レーザ素子５０と同様の構成を有している。
本実施形態例の面発光レーザ素子１００によれば、面発光レーザ素子の実施形態例１に係る面発光レーザ素子５０と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例３
本実施形態例は、本発明方法の第４発明を上述の面発光レーザ素子１００の製造に適用した実施形態の一例である。図１３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本実施形態例の製造方法に従って面発光レーザ素子を製造する際の主要工程での断面図である。
本実施形態例の製造方法は、成長させる第１のｐ型ＡｌＡｓ層及び第２のｐ型ＡｌＡｓ層の組成、及び、メサポスト、電流狭窄層の形成方法が異なることを除いては、面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例１に示した製造方法と同様である。
【００７９】
即ち、本実施形態例の製造方法では、図２（ａ）に示した積層構造６１を形成する際に、第１のｐ型ＡｌＡｓ層に代えてｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層６２ａを、第２のｐ型ＡｌＡｓ層に代えてｐ型Ａｌ0.96Ｇａ0.04Ａｓ層６４ａを成長させる。
【００８０】
また、本実施形態例の製造方法では、メサポスト及び電流狭窄層を形成する際に、先ず、図１３（ａ）に示すように、ドライエッチング法により、下部ＤＢＲ５４の上面近傍に到達するまで、コンタクト層６０、上部ＤＢＲ５８、及び発光構造層５６をエッチングして、メサポスト１０２を形成する。
次いで、図１３（ｂ）に示すように、メサポスト１０２を有する積層構造６１を、水蒸気雰囲気中で温度４００℃で約６０分間加熱し、メサポスト１０２の側面より中心に向かって、ｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層６２ａ及びｐ型Ａｌ0.96Ｇａ0.04Ａｓ層６４ａを選択酸化する。
この際に、ｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層６２ａは、ｐ型Ａｌ0.96Ｇａ0.04Ａｓ層６４ａよりＡｌ組成が大きく、酸化速度が速いので、よりメサポスト１０２の中心に近い位置まで酸化される。
【００８１】
従って、これにより、メサポスト１０２の側面に囲まれた、Ａｌ酸化層からなる円環状の第１電流狭窄領域６２Ａと、第１電流狭窄領域６２Ａに囲まれた、ｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ層６２ａが酸化されずに残った直径１０μｍ程度の円形の第１電流注入領域６２Ｂとから構成される第１電流狭窄層６２を形成することができる。
また、同時に、メサポスト１０２の側面に囲まれた、Ａｌ酸化層からなる円環状の第２電流狭窄領域６４Ａと、第２電流狭窄領域６４Ａに囲まれた、ｐ型Ａｌ0.96Ｇａ0.04Ａｓ層６４ａが酸化されずに残った直径５０μｍ程度の円形の第２電流注入領域６４Ｂとから構成される第２電流狭窄層６４を形成することができる。
【００８２】
本実施形態例の製造方法は、上記以外については、面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例１に示した製造方法と同様である。
本実施形態例の面発光レーザ素子１００の製造方法によれば、一度の水蒸気酸化により第１電流注入領域６２Ｂより狭い第２電流注入領域６４Ｂを形成することができるので、従来の面発光レーザ素子と同様の製造工程により、面発光レーザ素子の実施形態例１に係る面発光レーザ素子５０を製造することができる。
【００８３】
面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例１〜３で、メサポストや分離溝をエッチングする際には、塩素系ガスをエッチングガスとするドライエッチング法により、制御性の高いエッチングが可能となり、側面が急峻なメサポストを形成することができる。エッチングガスとして、塩素系ガス、例えばＣｌ2、ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4などを使用する。
【００８４】
【発明の効果】
本発明の第１発明によれば、上段の電流狭窄層により活性層に注入されるキャリアを局所集中させることなく、活性層の領域に均一に注入させ、注入させた活性層の全領域に渡り均一な光強度でレーザ発振を起こさせる面発光レーザ素子を得ることができる。従って、高い光出力を有する面発光レーザ素子を実現している。
本発明の第２発明によれば、複数の上段の電流注入領域によって、上記本発明の第１発明に係る面発光レーザ素子と比較して、上段の電流狭窄層の下方の広い領域に電流を均一に注入させることができる。従って、更に高い光出力を有する面発光レーザ素子を得ることができる。
本発明の第３発明によれば、本発明の第２発明に係る面発光レーザ素子より上段の電流注入領域の数を増やすことができるので、更に高い光出力を有する面発光レーザ素子を得ることができる。
本発明方法の第１発明、第２発明、及び第３発明によれば、それぞれ、本発明の第１発明、第２発明、及び第３発明に係る面発光レーザ素子の製造方法を実現し、本発明方法の第４発明によれば、本発明の第１発明に係る面発光レーザ素子の別の製造方法を実現している。
【図面の簡単な説明】
【図１】面発光レーザ素子の実施形態例１に係る面発光レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例１に係る面発光レーザ素子の製造工程を示す断面図である。
【図３】（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例１に係る面発光レーザ素子の製造工程を示す断面図である。
【図４】（ｅ）、（ｆ）は、それぞれ、面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例１に係る面発光レーザ素子の製造工程を示す断面図である。
【図５】面発光レーザ素子の実施形態例２に係る面発光レーザ素子の構成を示す平面図である。
【図６】図５の矢視Ｉ−Ｉでの断面を示す断面図である。
【図７】面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例２に係る面発光レーザ素子の製造工程を示す断面図である。
【図８】特開２００１−２１０９０８号公報に開示の面発光半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、特開２００１−２１０９０８号公報に開示の面発光半導体レーザ素子の製造工程を示す断面図である。
【図１０】従来の面発光レーザ素子のメサポストの近傍を簡潔に示す断面図である。
【図１１】本発明に係る面発光レーザ素子のメサポストの近傍を簡潔に示す断面図である。
【図１２】面発光レーザ素子の実施形態例３に係る面発光レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、面発光レーザ素子の製造方法の実施形態例３に係る面発光レーザ素子の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１０……特許文献１に開示の面発光レーザ素子、１２……ｎ型ＧａＡｓ基板、１４……下部反射鏡層構造（下部ＤＢＲ）、１６……下部クラッド層、１８……発光層（活性層）、２０……上部クラッド層、２２……上部反射鏡層構造（上部ＤＢＲ）、２４……ｐ型ＧａＡｓ層、２６……電流狭窄層、２６ａ……ｐ型ＡｌＡｓ層、２６Ａ……絶縁領域（電流狭窄領域）、２６Ｂ……電流注入経路（電流注入領域）、２８……柱状構造（メサポスト）、３０……ＳｉＮｘ膜、３２……ｐ側電極（上部電極）、３４……ｎ側電極（下部電極）、３６……金属膜、３８……出射窓、４０……ＳｉＮｘマスク、４２……（電流注入領域の）エッジ、４４……上部電流狭窄層、４４ａ……上部ｐ型ＡｌＡｓ層、４４Ａ……上部電流狭窄領域、４４Ｂ……上部電流注入領域、４６……上部メサポスト、４８……下部メサポスト、５０……面発光レーザ素子の実施形態例１に係る面発光レーザ素子、５２……ｎ型ＧａＡｓ基板、５４……下部ＤＢＲ、５６……発光構造層、５６Ａ……下部クラッド層、５６Ｂ……活性層、５６Ｃ……上部クラッド層、５８……上部ＤＢＲ、６０……コンタクト層、６１……積層構造、６２……第１電流狭窄層（第１内電流狭窄層）、６２ａ……（第１の）ｐ型ＡｌＡｓ層、６２Ａ……第１電流狭窄領域（内電流狭窄領域）、６２Ｂ……第１電流注入領域（内電流注入領域）、６４……第２電流狭窄層、６４ａ……（第２の）ｐ型ＡｌＡｓ層、６４Ａ……第２電流狭窄領域、６４Ｂ……第２電流注入領域、６６……第１メサポスト、６８……第２メサポスト、７０……誘電体膜、７２……ｐ側電極、７４……ｎ側電極、８０……面発光レーザ素子の実施形態例２に係る面発光レーザ素子、８２……大メサポスト、８４……分離溝、８４Ａ……（分離溝の）内側面、８４Ｂ……（分離溝の）外側面、８６……内メサポスト、８８……外メサポスト、９０……第１外電流狭窄層、９０Ａ……外電流狭窄領域、９０Ｂ……外電流注入領域、９２……（メサポストの）中心軸、１００……面発光レーザ素子の実施形態例３に係る面発光レーザ素子、１０２……メサポスト。
Claims (18)
- 基板と、
前記基板上に形成される半導体多層膜の下部反射鏡と、
前記下部反射鏡上に形成される活性層と、
前記活性層上にメサポストとして形成される半導体多層膜の上部反射鏡と、
前記上部反射鏡内に設けられ、所定の径の電流注入領域を有する下段の電流狭窄層と、
前記上部反射鏡内に、前記下段の電流狭窄層とは厚さ方向に離間して上部に配置され、前記下段の電流狭窄層の電流注入領域よりも径の小さい電流注入領域を有する上段の電流狭窄層と、
前記上部反射鏡上に設けられ、前記上段の電流狭窄層の電流注入領域の径よりも大きい開口部を有する上部電極と、を備える
面発光レーザ素子。 - 前記メサポストは、前記上段の電流狭窄層を有する柱状の上部メサポストと、前記下段の電流狭窄層を有し、前記上部メサポストより径の大きい柱状の下部メサポストとからなる２段構造のメサポストとして形成される請求項１に記載の面発光レーザ素子。
- 前記メサポストの中心軸、前記上段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域の中心、及び前記下段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域の中心が、前記基板に垂直な同一の直線上にある請求項１又は２に記載の面発光レーザ素子。
- 前記上段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域の径が、１μｍ以上２０μｍ以下である請求項１に記載の面発光レーザ素子。
- 前記下段の電流狭窄層の電流注入領域の径が、前記上段の電流狭窄層の電流注入領域の径の１倍を超え１０倍未満とされる請求項１〜４のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
- 前記下段の電流狭窄層と前記上段の電流狭窄層との厚さ方向の間隔が３μｍ以上とされる請求項１〜５のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
- 前記上段及び下段の電流狭窄層の電流狭窄領域は、前記半導体多層膜の一層として設けられたＡｌ含有層のＡｌを選択的に酸化したＡｌ酸化層であり、前記上段及び下段の電流狭窄層の電流注入領域は、酸化されずに残ったＡｌ含有層である請求項１〜６のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
- 基板と、
前記基板上に形成される半導体多層膜の下部反射鏡と、
前記下部反射鏡上に形成される活性層と、
前記活性層上に柱状の下部メサポストとして形成される半導体多層膜の上部反射鏡と、
前記下部メサポストの上部反射鏡内に設けられ、所定の径の電流注入領域を有する下段の電流狭窄層と、
前記下部メサポスト上に、相互に同じ層構造を有する複数の柱状の上部メサポストとして形成される半導体多層膜の上部反射鏡と、
前記上部メサポストの上部反射鏡内に、前記下段の電流狭窄層とは厚さ方向に離間して配置され、前記下段の電流狭窄層の電流注入領域よりも径の小さい電流注入領域を有する上段の電流狭窄層と、
前記上部メサポストの上部反射鏡上に設けられ、前記上段の電流狭窄層の電流注入領域の径よりも大きい開口部を有する上部電極と、を備える
面発光レーザ素子。 - 前記上段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域の径が、１μｍ以上２０μｍ以下である請求項８に記載の面発光レーザ素子。
- 前記下段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域が、前記基板に対して垂直方向に見て、前記複数の上段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域を全て含むように形成されている請求項８又は９に記載の面発光レーザ素子。
- 前記上段及び下段の電流狭窄層の電流狭窄領域は、前記半導体多層膜の一層として設けられたＡｌ含有層のＡｌを選択的に酸化したＡｌ酸化層であり、前記上段及び下段の電流狭窄層の電流注入領域は、酸化されずに残った前記Ａｌ含有層である請求項８〜１０のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
- 基板と、
前記基板上に形成される半導体多層膜の下部反射鏡と、
前記下部反射鏡上に形成される活性層と、
前記活性層上に、上部メサポストと下部メサポストの２段構造のメサポストとして形成される半導体多層膜の上部反射鏡と、
前記下部メサポストの上部反射鏡内に設けられ、所定の径の電流注入領域を有する下段の電流狭窄層と、
前記上部メサポストの上部反射鏡内に同じ層構成を有する複数個の小メサポストとして分離溝を介して相互に分離されて形成され、且つ、前記下段の電流狭窄層とは厚さ方向に離間する同じ層位置に配置され、前記下段の電流狭窄層の電流注入領域よりも径の小さい電流注入領域を有する上段の電流狭窄層と、
前記上部メサポストの上部反射鏡上に設けられ、前記上段の電流狭窄層の電流注入領域の径よりも大きい開口部を有する上部電極と、を備える
面発光レーザ素子。 - 前記上段の電流狭窄層に設けられた電流注入領域が、前記上部メサポストの中央に設けられている請求項１２に記載の面発光レーザ素子。
- 前記上段及び下段の電流狭窄層の電流狭窄領域は、前記半導体多層膜の一層として設けられたＡｌ含有層のＡｌを選択的に酸化したＡｌ酸化層であり、前記上段及び下段の電流狭窄層の電流注入領域は、酸化されずに残った前記Ａｌ含有層である請求項１２又は１３に記載の面発光レーザ素子。
- 基板上に、順次、半導体多層膜の下部反射鏡、活性層、及び相互に離隔した上下２段の８５％以上のＡｌを含む高Ａｌ含有層を有する半導体多層膜の上部反射鏡を形成する工程と、
前記上段の高Ａｌ含有層を含む上部反射鏡をエッチングして、上部メサポストを形成する工程と、
前記上部メサポストの高Ａｌ含有層を水蒸気酸化して、前記高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる第１の電流注入領域として残すと共に、前記第１の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成する工程と、
前記上部メサポストの下の前記下段の高Ａｌ含有層を含む上部反射鏡をエッチングして下部メサポストを形成する工程と、
前記下部メサポストの高Ａｌ含有層を水蒸気酸化して、前記高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる、前記第１の電流注入領域より広い第２の電流注入領域として残すと共に、前記第２の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成する工程と、
前記上部メサポスト上に、前記第１の電流注入領域より広い開口部を有する上部電極を形成する工程と、
を有する面発光レーザ素子の製造方法。 - 基板上に、順次、半導体多層膜の下部反射鏡、活性層、及び相互に離隔した上下２段の８５％以上のＡｌを含む高Ａｌ含有層を有する半導体多層膜の上部反射鏡を形成する工程と、
前記上段の高Ａｌ含有層を含む上部反射鏡をエッチングして、複数個の上部メサポストを形成する工程と、
前記上部メサポストの高Ａｌ含有層を水蒸気酸化して、前記高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる第１の電流注入領域として残すと共に、前記第１の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成する工程と、
前記上部メサポストの下の前記下段の高Ａｌ含有層を含む上部反射鏡をエッチングして下部メサポストを形成する工程と、
前記下部メサポストの高Ａｌ含有層を水蒸気酸化して、前記高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる、前記第１の電流注入領域より広い第２の電流注入領域として残すと共に、前記第２の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成する工程と、
前記上部メサポスト上に、前記第１の電流注入領域より広い開口部を有する上部電極を形成する工程と、
を有する面発光レーザ素子の製造方法。 - 基板上に、順次、半導体多層膜の下部反射鏡、活性層、及び相互に離隔した上下２段の８５％以上のＡｌを含む高Ａｌ含有層を有する半導体多層膜の上部反射鏡を形成する工程と、
前記上段の高Ａｌ含有層を含む上部反射鏡をエッチングして、上部メサポストを形成すると共に、分離溝を介して相互に分離された複数個の小メサポストを上部メサポスト内に形成する工程と、
前記上部メサポストの高Ａｌ含有層を水蒸気酸化し、かつ前記分離溝を介して前記小メサポストの高Ａｌ含有層を水蒸気酸化して、各高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる第１の電流注入領域として残すと共に、前記第１の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成する工程と、
前記上部メサポストの下の前記下段の高Ａｌ含有層を含む上部反射鏡をエッチングして、下部メサポストを形成する工程と、
前記下部メサポストの高Ａｌ含有層を水蒸気酸化して、前記高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる、前記第１の電流注入領域より広い第２の電流注入領域として残すと共に、前記第２の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成する工程と、
前記上部メサポスト上に、前記第１の電流注入領域より広い開口部を有する上部電極を形成する工程と、
を有する面発光レーザ素子の製造方法。 - 基板上に、順次、半導体多層膜の下部反射鏡、活性層、及び相互に離隔し、下段の８５％以上のＡｌを含む高Ａｌ含有層と前記下段の高Ａｌ含有層よりＡｌ組成の高い上段の高Ａｌ含有層とを有する、半導体多層膜の上部反射鏡を形成する工程と、
前記上下２段の高Ａｌ含有層を含む上部反射鏡をエッチングしてメサポストを形成する工程と、
前記メサポストの上下２段の高Ａｌ含有層を水蒸気酸化して、前記上段の高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる第１の電流注入領域として残すと共に、前記第１の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成すると共に、前記下段の高Ａｌ含有層の中央領域を非酸化の高Ａｌ含有層からなる、前記第１の電流注入領域より広い第２の電流注入領域として残すと共に、前記第２の電流注入領域を囲むＡｌ酸化層からなる電流狭窄領域を形成する工程と
を有する面発光レーザ素子の製造方法。
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