JP4568125B2 - 面発光型半導体素子 - Google Patents

Description

本発明は、面発光型半導体素子に関する。

半導体レーザや半導体発光ダイオード等の半導体発光素子は、光通信分野をはじめとして、ＣＤ(Compact Disc)やＤＶＤ(Digital Versatile Disc)等の光ディスクシステム或いはバーコード・リーダ等において、広く使用されている。こうした光通信をはじめとする各種応用分野で使用する場合、半導体レーザに存在する、「縦モード」、「横モード」、「偏波モード」の３つのモードについて、動作モードを単一化することが重要となる。現在、光通信分野で主に用いられる端面発光型半導体レーザは、偏波モードは安定で、変動することがない。これは、端面発光型半導体レーザの場合、共振器が導波路から構成され、導波路端面の反射率がＴＭ(Transverse Magnetic)波よりＴＥ(Transverse Electric)波の方が大きく、電界ベクトルが半導体基板に平行な方向のＴＥ波で発振する。縦モードも、分布帰還型構造を取り入れることなどにより単一化が実現され、横モードについても狭ストライプ構造にすることで、端面発光型半導体レーザでは単一化できる。

一方、面発光型半導体レーザの場合、共振器が非常に短いことから縦モードについては、単一でモード動作し、横モードについても、アルミニウム（Ａｌ）高濃度層の選択酸化やプロトン注入による電流狭窄構造により、活性領域の微小化等をはじめとする技術によって単一モード動作が可能となってきている。

しかしながら、偏波モードについては、端面発光型半導体レーザに比べ、偏波方向の制御を図ることが難しい。これは、通常の面発光型半導体レーザの製作に用いられてきた（１００）面基板の結晶構造やデバイス構造自体の対称性に基づくもので、直線偏波は得られるものの、活性層自体には直交偏波間の利得差はなく、特定の方位の偏波に対して反射鏡の反射率を高くする等の施策も困難なためである。このため、温度や駆動電流等の外部条件の微妙な変化により、簡単に偏波方向のスイッチングが生じやすく、レーザの偏波を直接利用する光磁気記録やコヒーレント通信等で大きな影響をもたらす。また、通常のデータ通信を行う際でも、偏波モードの不安定は、過剰雑音やモード競合の原因となり、エラーの増加や伝送帯域の制限といった問題を引き起こす。このため、偏波モードの制御（安定化）は、面発光型半導体レーザの実際の応用を図る上で、重要な課題の１つとなっている。

偏波制御の重要性が指摘されて以来、この問題を解決するために、従来行われている手法を以下に紹介する。

（１）金属誘電体回折格子を半導体多層膜からなる反射鏡に組み込む構造
（２）デバイスのメサ形状に非対称性を取り入れた構造
（３）傾斜基板上に作製
（４）共振器の一部である柱状部の外側面に接触するように絶縁層を設けた構造
これら４種類の手法のうち、（１）の手法は、半導体多層膜からなる反射鏡の上に金属細線を一定方向に配列させ、特定の方位の偏光に対して、鏡の反射率を高くする方法である。金属配線に対して平行な偏光に対して鏡の反射率が高くなるため、偏波面を安定させるのに一定の効果はあるが、金属配線を光波長以下の幅に形成する必要があるため、製造が難しい。

また、（２）のデバイスのメサ形状に非対称性を取り入れる手法としては、例として特許文献１に開示されている。この特許文献１においては、メサ周辺部に応力付加領域を設置することにより、メサ中心の活性層に応力が非等方（異方）的に印加され、歪が異方的に発生する。このような歪みに伴って直交偏波間の利得差が生じ、特定方向の偏波のみが優位となり、偏波制御性が高まる。

また、同様に、非特許文献１においても、円柱状のメサ構造にＴ字型の突起形状を付加している。このことにより、Ｔ字細線部分の半導体多層膜からなる反射鏡のＡｌ高濃度層（Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層）は、選択酸化プロセスにより全て酸化され、体積収縮することに伴い発生する強い応力が、メサ中心に位置する活性層に異方的な歪を与え、偏波制御性を高めている。

また、非特許文献２においては、ダンベル型のメサ構造とすることで、活性層への電流注入が非対称になることにより偏波制御が図られている。これらの応力（歪）付加領域や非対称メサ構造は、上記した（１）と同様に、デバイス加工が複雑化し、素子の生産性、再現性の面、偏波制御性が十分ではないという問題がある。
一方、（３）の傾斜基板を用いる手法は、ある方位の偏波に対して、利得を大きくするために（３１１）Ａ面や（３１１）Ｂ面などの高指数方位結晶面上に活性層を形成し、利得が結晶方位に依存することを利用したものである。この手法では、強い直交偏波間の消光比が得られ、偏波モードの制御性は優れている。しかしながら、通常の（１００）面を利用したものに比べ、良質の結晶成長は難しく、高出力が得られにくいなどの問題点がある。また、傾斜基板における選択酸化方式の面発光型半導体レーザ素子では、結晶面方位による酸化レートの違い（異方性酸化）により、酸化（発光領域）形状に歪みが生じ、ビーム形状の制御が困難である。

また、（４）の柱状部の外側面に接触するように絶縁層を設ける構造は、特許文献２に開示されているが、この特許文献２に記載の構造は、絶縁層の平面形状に起因した異方的な応力によってレーザ光の偏光方向の制御を行うものである。しかし、この特許文献２に記載した絶縁層の平面形状に起因した応力だけではレーザ光の偏光方向の制御は不十分である。

面発光型半導体レーザは、偏波モード制御の課題を除けば、端面発光型半導体レーザに比べ、しきい値が低い、消費電力が低い、発光効率が高い、高速変調が可能である、ビーム広がりが小さく光ファイバとの結合が容易である、端面へき開が不要で量産性に優れる等々多数の利点を有する。さらに、基板上に二次元的に多数のレーザ素子を集積化することが可能なため、高速光ＬＡＮ(Local Area Network)、光インターコネクト等における光エレクトロニクス分野のキーデバイスとして大きな注目を集めている。従って、上述した現状の課題、偏波制御性を高め、且つ量産性に優れた面発光型半導体レーザ素子の開発が強く望まれている。
特開平１１−５４８３８号公報 IEEE Photon. Technol. Lett. Vol.14, no.8, 1034 (2002) IEEE Photon. Technol. Lett. Vol.6, no.1, 40 (1994) 特開２００１−１８９５２５号公報

上述したように、面方位（１００）面等の通常基板上に作製した面発光型半導体レーザ素子は、結晶構造の対称性により、活性層は直交偏波間の利得差がなく、偏波方向のスイッチングが容易に発生し、偏波モードを制御することが難しいという問題がある。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、面方位（１００）面等の通常基板上に作製した場合においても、偏波モードの制御性や量産性が高い高性能な面発光型半導体素子を提供することを目的とする。

本発明の一態様による面発光型半導体素子は、基板と、前記基板上に形成された発光領域を有する半導体活性層と、前記半導体活性層を狭持し、前記基板に対して垂直方向の共振器を形成する、前記半導体活性層に対して前記基板と反対側に形成された第１半導体多層膜反射鏡及び前記半導体活性層に対して前記基板側に形成された第２半導体多層膜反射鏡と、前記半導体活性層に電流を注入するための一対の電極と、前記半導体活性層の近傍に形成され、Ａｌを含む第１被酸化層を有し、前記第１被酸化層の側部が酸化され中央部が未酸化である電流狭窄部と、少なくとも前記第１被酸化層の最表面層まで到達する溝深さの第１凹部と、前記第１被酸化層を貫通する第２凹部と、前記第１および第２凹部に囲まれたメサ部と、前記第１および第２凹部のうちの少なくとも前記第２凹部に埋め込まれた絶縁膜と、
を備え、前記電流狭窄部の前記第１被酸化層は、前記第１凹部が設けられた方向と、前記第２の凹部が設けられた方向とで酸化された領域の大きさが異なることを特徴とする。

なお、前記第１凹部にも前記絶縁膜が埋め込まれていてもよい。

なお、前記第１被酸化層は、前記半導体活性層に対して前記基板側に形成されていてもよい。

なお、前記第１被酸化層は、前記半導体活性層に対して前記基板と反対側に形成されていてもよい。

なお、前記電流狭窄部は、前記半導体活性層に対して前記基板側に形成され、Ａｌを含む第２被酸化層を備えていてもよい。
なお、前記第２被酸化層は中央部が未酸化で側部が酸化されていてもよい。

なお、前記メサ部は、前記第１半導体多層膜反射鏡にプロトン注入領域を備えていてもよい。

なお、前記絶縁膜は、前記基板、前記第１および第２半導体多層膜反射鏡、並びに前記半導体活性層よりも熱膨張率が大きい材料からなっていることが好ましい。

なお、前記絶縁膜は、ポリイミド系樹脂からなっていてもよい。

なお、前記半導体活性層は、Ｇａと、Ｉｎと、ＡｓまたはＮの一方とを少なくとも含む半導体からなっていてもよい。

なお、本願明細書において、「被酸化層」とは、酸化される層を意味するが、酸化される前の状態も、酸化された後の状態も含むものとする。

本発明によれば、面方位（１００）面等の通常基板上に作製した場合においても、偏波モードの制御性や量産性が高い高性能な面発光型半導体素子を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１乃至図９は、本発明の第１実施形態による面発光型半導体素子の構造を示す模式図である。図１はその上面図、図２は図１に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図、図３は、図１に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図である。図４は本実施形態の面発光型半導体素子をある高さ２６で切断したときの上層被酸化層３２の酸化領域３２ａの形状を示す図、図５は図４に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図、図６は図４に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図である。また、図７は本実施形態の面発光型半導体素子を他の高さ２７で切断したときの下層被酸化層３０の酸化領域の形状を示す図、図８は図７に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図、図９は図７に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図である。

本実施形態の面発光型半導体素子は、面発光型半導体レーザ素子である。この面発光型半導体レーザ素子は、面方位（１００）面の通常基板１上に、発光領域１３を有する半導体活性層４と、半導体活性層４の上側に形成された第１の半導体多層膜反射鏡６と、半導体活性層４の下側に形成された第２の半導体多層膜反射鏡２とを備えている。半導体多層膜反射鏡２および半導体多層膜反射鏡６は、基板１の主面に対して垂直方向の共振器を形成している。また、半導体活性層４とこれらの反射鏡２、６との間には、半導体クラッド層３、５がそれぞれ設けられている。

半導体多層膜反射鏡６、２とクラッド層５、３との間には、それぞれ、アルミニウム（Ａｌ）を高濃度に含む上層被酸化層３２および下層被酸化層３０が設けられている。なお、後述するように、半導体多層膜反射鏡６，２もＡｌを高濃度に含むＡｌ高濃度層６ａを有している。半導体多層膜反射鏡６，２および被酸化層３２、３０は、メサ部１００の側壁から発光領域１３に向かって横方向に選択酸化されることによって形成された酸化領域６ｂ、２ｂおよび酸化領域３２ａ、３０ａをそれぞれ有する。これら酸化領域３２ａ、３０ａによって、電流狭窄部が形成されている。電極９および電極１０を介して注入された電流１９は、この電流狭窄部によって、発光領域１３に絞り込まれる。

第１の半導体多層膜反射鏡６上には、コンタクト層７が形成され、これらを介して、発光領域１３に電流を注入するためのコンタクト電極９が形成されている。コンタクト電極９は、発光領域１３上を開口するように形成されている。

基板１の裏面には、電極１０が形成され、第２の半導体多層膜反射鏡２を介して、発光領域１３に電流を注入される。

図１におけるＡ−Ａ’線の方向には、図２に示すように、メサ部１００の外側にエッチング領域（凹部）１２ａが設けられ、エッチング領域１２ａは、フィラー膜２００によって埋め込まれている。エッチング領域１２ａの深さは、第１の半導体多層膜反射鏡６、上層被酸化層３２、およびクラッド層５の側面が露出し、活性層４の表面が露出するように調節されている。なお、エッチング領域１２ａの深さは少なくとも上層酸化層３２の上表面まで到達するように形成されていればよい。一方、図１におけるＢ−Ｂ’線の方向には、図３に示すように、メサ部１００の外側にエッチング領域（凹部）１２ｂが設けられている。エッチング領域１２ｂは少なくとも下層被酸化層３０を貫通するように形成されていればよい。このエッチング領域１２ｂは、フィラー膜２００によって埋め込まれている。エッチング領域１２ｂの深さは、第１の半導体多層膜反射鏡６、上層被酸化層３２、クラッド層５、活性層４、クラッド層３、および下層被酸化層３０の側面が露出するとともに、第２の半導体多層膜反射鏡２の全層ではなく一部分の層の側面が露出するように調節されている。そして、後で、詳述するように、本実施形態においては、Ａ−Ａ’線方向と、Ｂ−Ｂ’線方向とで、酸化領域３２ａ、３０ａの層数を変えるとともに、酸化領域の形状を非対称にし、かつ深さが異なる凹部１２ａ、１２ｂにフィラー膜２００を埋め込むことによって、活性層４に非等方的な応力を印加し、高い偏波制御性を実現している。

また、これらのエッチング領域１２ａ、１２ｂの外側に設けられた周辺部５０も、メサ部１００と同様の積層構造を有する。周辺部５０上には周辺電極９ｂが形成されている。そして、メサ部１００の表面と周辺部５０の表面とは、ほぼ同じ高さに形成されている。

周辺部５０上には、周辺電極９ｂが形成されている。そしてコンタクト電極９と周辺電極９ｂとは、配線パス１８によって接続され、周辺電極９ｂとボンディングパッド１７とは配線部９ａによって接続されている。なお、配線部９ａの一部は、フィラー膜２００上に形成されている。また、コンタクト層７の上には、例えばシリコン窒化膜などからなる保護膜８が適宜設けられている。

このような面発光型半導体レーザは、矢印１９に示すようにコンタクト電極９から半導体多層膜反射鏡６を介して活性層４に電流を注入することで、発光させることができる。

この面発光型半導体レーザは、コンタクト電極９と周辺電極９ｂとこれらを結ぶ配線パス１８とがほぼ同一レベル（高さ）に形成されていて、平坦化処理を必要としない構造となっている。このため、配線の「段切れ」を防ぐことができるという利点を有する。

そして、前述したように、本実施形態においては、酸化領域の層数が、Ａ−Ａ’線方向とＢ−Ｂ’線方向とで異なる。すなわち、図１乃至図３に示すように、Ａ−Ａ’線方向においては、第１の半導体多層膜反射鏡６と上層被酸化層３２のみに酸化領域６ｂ、３２ａが形成され、一方、Ｂ−Ｂ’線方向においては、第１の半導体多層膜反射鏡６と、上層被酸化層３２と、下層被酸化層３０と、第２の半導体多層膜反射鏡２の一部の層とに、それぞれ酸化領域６ｂ、３２ａ、３０ａ、２ｂが形成されている。つまり、酸化領域の層数が、Ａ−Ａ’線方向とＢ−Ｂ’線方向とで異なる。

また、本実施形態の面発光型半導体レーザ素子は、図４乃至図６に示すように、電流狭窄部を形成するための酸化領域として、Ｂ−Ｂ’線方向には上層被酸化層３２、下層被酸化層３０の酸化領域３２ａ、３０ａ、Ａ−Ａ’線方向には、上層被酸化層３２のみの酸化領域３２ａが非対称に形成されている。

選択酸化方式の面発光レーザの作製する際に、ＡｌＡｓ（アルミニウムヒ素）またはＡｌを高濃度に含む被酸化層であるＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウムヒ素）層（III族元素に占めるＡｌの組成比は、９５％以上であることが望ましい）を水蒸気酸化すると、メサ部１００の側壁から被酸化層３２、３０あるいは被酸化層３２のみが酸化され、電流狭窄部が形成される。これに伴って、被酸化層３２、３０の酸化に伴う体積収縮により発生する圧縮応力は、メサ部１００の中心部の半導体活性層４に対して、Ｂ−Ｂ’線方向には大きく作用し、Ａ−Ａ’線方向には小さく作用する。つまり、活性層４に対して、非等方的に歪みが印加される。酸化層Ａｌ_ｘ（Ｇａ）Ｏ_ｙが形成されると、もとのＡｌ（Ｇａ）Ａｓ層に比べ体積収縮（１０％〜１３％程度）が生じるため、酸化後、活性層４やメサ構造の中心部に対して、ギガパスカル（ＧＰａ）オーダの大きな圧縮応力が印加される。

さらに、本実施形態においては、エッチング領域１２ａ、１２ｂに埋め込むフィラー膜２００の材料に例えばポリイミド系樹脂等を用いることにより、メサ部１００の中心に位置する半導体活性層４の中心部へ印加される圧縮応力の非対称性を高めることができる。

被酸化層３２、３０の材料としてＡｌＡｓを用いた場合、酸化に伴う体積収縮は、１２％〜１３％であるので、被酸化層１層当たり１ＧＰａ〜１０ＧＰａの圧縮応力Ｆ１が発生する。このため、Ａ−Ａ’線方向では上層のみであるのでＦ１の圧縮応力が発生し、Ｂ−Ｂ’線方向では上下層で２×Ｆ１以上の圧縮応力が発生するので、活性層４に印加される圧縮応力は方向により異なる。

また、電流狭搾を効果的に行うには、電流ブロック層となる被酸化層３２、３０には、ある程度の厚さが必要であるが、層の厚さが大きい、または層数が多いほど、印加される歪は大きくなる。加えて、その歪は酸化領域の先端に集中し、且つ、被酸化層３２、３０は、活性層４から０．２μｍ程度の至近距離に設けられるため、活性層４の最も電流の集中する領域に影響を与える。本実施形態では、活性層４への応力印加の非対称性が大きくなり、偏波制御性を高めるのに従来よりも効果が大きい。また、凹部への埋め込み材料にポリイミド系樹脂を用いた場合、
ポリイミドからなるフィラー膜２００とＧａＡｓ基板１間で発生する熱応力σ_Ｔは、下式で表される。

σ_Ｔ ＝ Ｅ_Ｆ（α_Ｆ−α_Ｓ）ΔＴ

ここでα_Ｆはポリイミドの熱膨張係数、α_ＳはＧａＡｓ基板１の熱膨張係数、Ｅ_Ｆはポリイミドからなるフィラー膜２００の弾性率、ΔＴは温度差（Ｔ_Ｆ−Ｔ）、Ｔ_Ｆはポリイミドのガラス転移温度、Ｔは測定温度を表す。

ガラス転移温度Ｔ_Ｆを３００℃、動作温度Ｔを２０℃とすると、ΔＴ＝２８０Ｋとなり、このとき、ポリイミドからなるフィラー２００（Ｅ_Ｆ＝３ＧＰａ、α_Ｆ＝７×１０^−５／Ｋ）と、ＧａＡｓ基板１（α_Ｆ＝６．０×１０^−６／Ｋ）では、σ_Ｔ＝５４ＭＰａの圧縮応力が発生することになる。これより、凹部１２ａ、１２ｂに埋め込まれたフィラー膜２００の体積が場所により異なることから、圧縮応力は、酸化による応力と同様に非対称性に印加されることになる。

また、本実施形態においては、凹部１２ａ、１２ｂの深さが異なっている、すなわちＡ−Ａ’線方向と、Ｂ−Ｂ’線方向では、フィラー膜２００の深さが異なっている。このため、本実施形態においては、平面形状が方向により異なるが深さが同じ絶縁層を有している特許文献２の場合に比べて、活性層４への応力印加の非対称性がさらに大きくなり、偏波制御性を更に高めることができる。

また、特許文献１に示すような従来の偏波制御を図る素子構造は、メサの周辺部に応力（歪）付加領域を持つ構造である。これに対して、本実施形態では、応力（歪）作用領域が、メサ部１００の中心にあり、且つ半導体活性層４に対して最近接構造となっている。半導体活性層へ印加される応力は、応力（歪）付加領域と活性層との距離に反比例して減少する。このため、活性層の最近接に位置する本実施形態の構造において、従来の場合よりも偏波制御性が高くなる。

また、基板上に成長した各層に膜応力が存在する場合、メサ部１００を形成するためのエッチング領域１２ａ、１２ｂが、Ａ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’の方向によって凹部のエッチング体積が異なることより、基板面に対して水平方向に圧縮応力あるいは引張応力が非対称に半導体活性層４に印加され、さらに偏波制御性が高まる。

また、通常基板上の面発光型半導体レーザ素子では、選択酸化において、傾斜基板では顕著となる異方性酸化による電流狭窄部の形状の歪化を抑制することも可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、偏波制御性が高まり、高性能な面発光型半導体レーザ素子を得ることができる。

なお、比較のために、図４２乃至図４７に示す構造を有する比較例の面発光型半導体レーザ素子を製作した。図４２は比較例の上面図、図４３は図４２に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図、図４４は図４２に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図、図４５は比較例の面発光型半導体素子をある高さ２６で切断したときの上層被酸化層３２の酸化領域３２ａの形状を示す図、図４６は図４５に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図、図４７は図４５に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図である。

この比較例の面発光型半導体レーザ素子は、図４２乃至図４７に示すように、第１実施形態の面発光型半導体レーザ素子において、下層被酸化層３０を削除するとともにエッチング領域（凹部）１２ａ、１２ｂの断面のサイズ（大きさおよび深さ）を同じにし、かつ上層被酸化層３２の酸化領域３２ａの形状を方向によらず対称、すなわち同心円形状とした構成となっている。

このように、比較例においては、被酸化層３２の酸化領域３２ａの形状は対称である。このため、被酸化層３２の酸化に伴う体積収縮により発生する圧縮応力は、メサ部１００の中心である活性層４の中心部に対して対称に印加されるので、偏波制御を行うことができない。

（実施例）
次に、第１実施形態による面発光型半導体レーザの製造方法を実施例として、具体的に説明する。

先ず、洗浄された厚さ４００μｍの３インチ、面方位（１００）面のｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置を用いてｎ型の半導体多層膜反射鏡２ａ、電流狭窄部を形成する被酸化層３０ａ、クラッド層３、半導体活性層４、クラッド層５、電流狭窄部を形成する被酸化層３２ａ、ｐ型の半導体多層膜反射鏡６、コンタクト層７を順次成長した。

ここで、半導体活性層４とクラッド層３及び５とよりなる共振器の上下に半導体多層膜反射鏡２及び６を配置したものを基本構造と考え、１．３μｍ帯のＧａＩｎＡｓＮ面発光型半導体レーザとして最適の性能が得られるように設計及び製作を行った。

半導体多層膜反射鏡２は、波長１．３μｍの光学波長１／４の厚さでｎ型ＧａＡｓ層（高屈折率層）とｎ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ（０＜ｙ＜１）（低屈折率層）が交互に積層された構造とした。本実施例では、Ａｌ組成、ｙ＝０．９４のＡｌ_０．９４Ｇａ_０．０６Ａｓ層を低屈折率層に用いた。また、半導体多層膜反射鏡２のｎ型ドーパントとして、Ｓｉを用い、ドーパント濃度は、２×１０^１８／ｃｍ^３とした。下部クラッド層３はｎ型ＧａＩｎＰとした。

半導体活性層４は発光ピーク波長が１．３μｍとなるように調整したＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ_ｙＮ_１−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）層と、バリヤ層としてＧａＡｓ層を交互に積層した量子井戸構造とした。ここでは、Ｇａ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ_ｙＮ_１−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）層を中心とし、その上下にＧａＡｓ層を積層した３層構造とした。量子井戸層であるＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ_ｙＮ_１−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）層のＩｎ組成は３０％〜３５％、窒素組成は０．５％〜１．０％とし、厚さは７ｎｍとした。

このＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ_ｙＮ_１−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）層の格子定数は、ｎ型ＧａＡｓ基板１よりも大きくなるように組成を制御し、圧縮歪量約２．５％を内在する組成Ｇａ_０．６６Ｉｎ_０．３４Ａｓ_０．９９Ｎ_０．０１とした。このとき、微分利得係数は増大し、無歪の場合に比較して、しきい電流値が一層低減された。

上部クラッド層５はｐ型ＧａＩｎＰとした。半導体多層膜反射鏡６は、波長１．３μｍの光学波長1／４の厚さでｐ型ＧａＡｓ層（高屈折率層）とｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ（０＜ｙ＜１）（低屈折率層）が交互に積層された構造とした。ｎ型半導体多層膜反射鏡２と同様に、本実施例では、Ａｌ組成、ｙ＝０．９４のＡｌ_0.94Ｇａ_0.06Ａｓ層を低屈折率層に用いた。また、半導体多層膜反射鏡６のｐ型ドーパントとして、Ｃ（炭素）を用い、ドーパント濃度は、２×１０^１８/ｃｍ^３（量子井戸層４付近）〜１×１０^１９/ｃｍ^３（コンタクト層７付近）とした。

上層被酸化層６ａおよび下層被酸化層２ａは、クラッド層５上およびクラッド層３下にそれぞれ形成され、上下の半導体多層膜反射鏡６、２を構成するＡｌＧａＡｓよりＡｌ組成比の大きいＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ≧０．９８）を用いる。本実施例においては、被酸化層として、上下層ともにＡｌＡｓ層を用いた。コンタクト層７はｐ型ＧａＡｓとし、ｐ型ドーパントとして、Ｃ（炭素）を用い、ドーパント濃度は、２×１０^１９/ｃｍ^３とした。

次に、パターン形成用のエッチングマスクを兼用する保護膜８として、Ｓｉ_３Ｎ_４膜を形成した。原料ガス、ＳｉＨ_４、ＮＨ_３、Ｎ_２の圧力、流量を調整することで膜応力を制御し、１５０ＭＰａの引張応力を有する膜として形成した。膜の引張応力の値は、水蒸気酸化プロセスにおいてエッチングマスク８とＧａＡｓ基板１との間で発生する熱応力（thermal stress）σ_Ｔを考慮して決定した。水蒸気酸化プロセス温度を４００℃に設定した場合、Ｓｉ_３Ｎ_４膜（ＥＦ＝１６０ＧＰａ、α_Ｆ＝２．７×１０^−７／Ｋ）と基板のＧａＡｓ（αＳ＝６．０×１０^−６／Ｋ）との間では、σ_Ｔ＝−１５０ＭＰａの圧縮応力が発生する。この圧縮応力を緩和するために引張応力を有する膜を形成し、熱耐性を高めている。

次に、フォトリソグラフィとエッチング工程によりエッチングを行い、メサ部１００を作製した。メサパターンは、ＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma)プラズマドライエッチング装置により、三塩化ボロン・窒素混合ガスによるエッチング処理を行った。このとき、図１乃至図３に示すようにメサ形成用のエッチング領域の開口部の大きさをＡ−Ａ’線、Ｂ−Ｂ’線方向（１２ａ、１２ｂ）で変え、開口部の面積によりエッチング速度が変化する通称「マイクロローディング効果」を利用し、開口面積の異なる凹部のエッチング深さが、それぞれ異なるメサ構造を作製した。

また、ガス圧力、アンテナ出力、バイアス出力、基板温度を調整することで、メサ部１００の作製を行い、メサ部１００の側壁において、Ａ−Ａ’線方向のエッチング領域１２ａでは、被酸化層は、上層被酸化層３２のみが露出し、Ｂ−Ｂ’線線方向のエッチング領域１２ｂでは、被酸化層の上層および下層３２、３０が露出している。ここでは、メサ部形成用のエッチング領域は、Ａ−Ａ’線、Ｂ−Ｂ’線の方向において、開口面積は、１：３、エッチング深さは１：２となっており、エッチング体積として、１：６となった。本実施例のように、基板に対して歪みの大きなＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ_ｙＮ_１−ｙからなる量子井戸層等の結晶成長を行うと、各層は大きな膜応力を持つ。従って、メサ部１００の形成の際に形成されるエッチング領域１２ａと１２ｂのエッチング体積が異なることより、基板面に対して水平方向に圧縮応力あるいは引張応力が非対称に半導体活性層４に印加されることになり、偏波制御性をさらに高めることに寄与する。ここでは、開口部（電流狭窄部）を直径５μｍの形状とする面発光型半導体レーザの作製を行うため、メサ部１００の直径が４５μｍの垂直形状エッチングを行った。

次に、選択酸化工程、水蒸気雰囲気中で４００℃の熱処理を行い、上層被酸化層３２および下層被酸化層３０をそれぞれ横方向に２０μｍの長さに渡って選択酸化して酸化領域３２ａ、３０ａを形成し、直径が約５μｍの発光領域１３を形成した。

このとき、メサ部１００の側壁から発光領域１３に向かって横方向に被酸化層３２、３０が選択酸化され、被酸化層ＡｌＡｓ層３２、３０は、Ａｌ_２Ｏ_３層になるに伴い、体積収縮し、被酸化層１層当たり１ＧＰａ〜１０ＧＰａの圧縮応力Ｆ_１が発生し、メサ部中心の活性層４に印加される。このとき、Ａ−Ａ’線方向は上層３２のみであるのでＦ１であり、Ｂ−Ｂ’線方向は上層３２と下層３０であるので２×Ｆ１となる。つまり、活性層４に印加される圧縮応力は、方向により大きく異なるため、活性層４に直線偏波間の利得差が発生し、偏波制御性が高くなると考えられる。

次に、メサ部１００を取り囲む凹部１２ａ、１２ｂのフィラー膜材料による埋め込み処理を行った。ここでは、感光性のポリイミド樹脂をフィラー膜材料として用いた。スピンコータ装置により、市販の感光性ポリイミド樹脂ＣＲＣ−８３００（住友ベークライト社製）を回転数２０００ｒｐｍ、３０秒の条件で回転塗布した。その後、ホットプレートを用いてベーク処理を行い、膜厚6μｍの感光膜を形成した。次に、マスクアライナー露光装置を用いて、凹部１２ａ、１２ｂのみにポリイミド樹脂が埋め込まれるパターン描画（４００ｍＪ／ｃｍ^２）を行った。描画後、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(Tetra-methyl ammonium hydroxide)）２．３８％水溶液を用いて現像処理を行った。その後、窒素雰囲気中において１５０℃で３０分、３２０℃で３０分の熱硬化処理を行い、フィラー膜２００を形成した。その後、埋め込み部と周辺部との表面を平坦化、蒸着する金属（電極材料）との密着性を高めるため、アンテナ出力５００Ｗの酸素プラズマ処理（ガス圧力：０．７Ｐａ、流量：１００ｓｃｃｍ）を５分行った。

引き続き、ｐ型半導体多層膜反射鏡６上のエッチングマスク膜８を除去し、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層７上にｐ側電極９を形成する。このときボンディングパッド１７とｐ側電極９とをつなぐ配線１８、９ａを同時に形成し、シンター処理を行った。その後、基板研磨後を行い、電極９および配線１８の膜厚を１００μｍとする。最後に、基板裏面にｎ側電極１０を形成した。

このようにして作製された面発光型半導体レーザにおいて、波長１．３μｍで活性層４の圧縮歪導入の効果により低しきい電流密度（１ｋＡ／ｃｍ^２）での室温連続発振し、高温でのレーザ諸特性も良好であった。また、偏波制御が可能になり、偏波の変動やスイッチングが発生しなくなった。これに伴って、ノイズも低下し、光ディスクヘッド、通信用素子として利用することが可能になった。

また、傾斜基板における異方性酸化により生じる非酸化領域の歪化、出射ビームパターンの形状が改善され、所望のビームパターン形状が得られた。この結果、横モードの安定化も図れた。すなわち、比較のため、偏波制御性を高めるのに有効とされる（１００）面方位基板から任意の角度、ここでは１０°オフ傾斜させた傾斜基板１を用いて作製した場合、異方性酸化による形状の歪みは顕著であり、本実施例と同じ円形のメサ構造では、図４０（ｂ）に示すように開口部（発光領域１３）の形状はオフしている方向に歪んだ形になり、縦と横で１．１μｍの寸法差を生じた。これに対して、面方位（１００）面の基板を用いた場合は、図４０（ａ）に示すように、対称な発光領域１３が得られ、縦と横の寸法差は、０．１μｍに低減されることが確認できた。また、面内全域にわたる再現性も良好であり、同一ウェーハ上に形成した多数の素子の寸法および形状は均一化され、単一モード発振、しきい値、光出力等のレーザ特性も均一化され、高性能な面発光半導体レーザ素子の量産性が向上した。

（第１変形例）
次に、第１実施形態の第１変形例による面発光型半導体レーザ素子を図１０乃至図１２を参照して説明する。図１０は本変形例の面発光型半導体レーザ素子を、ある高さ２６で切断したときの上層被酸化層３２の酸化領域３２ａの形状を示す図、図１１は図１０に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図、図１２は図１０に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図である。

この第１変形例の面発光型半導体レーザ素子は、第１実施形態の面発光型半導体レーザ素子において、下層被酸化層３０を削除するとともにエッチング領域（凹部）１２ａ、１２ｂのサイズ（大きさおよび深さ）を変え、そこに埋め込まれるフィラー膜２００の体積を変えた構成となっている。

Ａ−Ａ’線、Ｂ−Ｂ’線方向のエッチング領域１２a、１２bは、開口面積１：４、エッチング深さ２：３となっており、エッチング容積として、１：６とした。このとき本変形例の構造においては、電流狭窄部を形成するための被酸化領域として、Ａ−Ａ’線方向、Ｂ−Ｂ’線方向、何れも上層３２ａのみで被酸化層は対称性を持つ形状であるが、凹部の開口面積および深さがＡ−Ａ’線方向の凹部１２ａと、Ｂ−Ｂ’線方向の凹部１２ｂで大きく異なる。このため、フィラー膜２００の材料としてポリイミド樹脂を用いることで、活性層４に印加される圧縮応力は方向および層の上下で大きく異なり、半導体活性層４に直線偏波間の利得差が発生し、偏波制御性が高くなった。また、フィラー膜２００の体積が異なることより、基板面に対して水平方向に圧縮応力が非対称に半導体活性層４に印加されることになり、偏波制御性をさらに高めることに寄与していると考えられる。

この変形例によれば、偏波モードの制御性が高く、性能が高い面発光型半導体レーザ素子を得ることができる。

（第２変形例）
次に、第１実施形態の第２変形例による面発光型半導体レーザ素子を図１３乃至図１５を参照して説明する。図１３は本変形例による面発光型レーザ素子をある高さ２６で切断したときの上層酸化層３２の酸化領域の形状を示す図、図１４は図１３に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図、図１５は図１３に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図である。

この変形例の面発光型レーザ素子は、第１実施形態の面発光型レーザ素子において、下層酸化層３０を削除するとともにエッチング領域（凹部）１２ａ、１２ｂの深さを同じにし、かつ凹部１２ｂにはフィラー膜２００を埋め込むが、凹部１２ａに埋め込まない構成となっている。

本変形例のように、フィラー膜２００の有無により活性層４に印加される応力差は、Ａ−Ａ’線方向、Ｂ−Ｂ’線方向により大きく異なる構造になるため、半導体活性層４に直線偏波間の利得差が発生する。これにより、本変形例によれば偏波制御性が高まる。

なお、図１乃至図９に示す第１実施形態の面発光型レーザ素子において、凹部１２ａにフィラー膜２００を埋め込まない構造として、同様に偏波制御性を高めることができることは明らかである。

第１実施形態の実施例では、活性層４として、Ｇａ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ_ｙＮ_１−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）を用いて説明したが、それに限らず、ＩｎＧａＡｌＰ系、ＡｌＧａＡｓ系やＩｎＧａＡｓＰ系など、様々な材料を用いることもできる。

クラッド層４及び５、半導体多層膜反射鏡２及び６も、様々な材料を用いることもできる。例えば、半導体多層膜反射鏡２及び６としては、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の積層構造に限らず、Ａｌを含まない屈折率の大きい材料と小さい材料の積層構造も可能である。また、ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ／ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＰ／ＧａＰＡｓ、ＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓ、ＧａＰ／ＧａＩｎＡｓＮ等の組合せを用いることができる。

また、成長方法については、ＭＢＥ(Molecular Beam Epitaxy)法等を用いることもできる。また、上述の例では、積層構造として３重量子井戸構造の例を示したが、他の量子井戸を用いた構造等を用いることもできる。

また、所望の開口部（発光領域１３）の形状として、本実施例では、主に円形であるとして説明したが、正方形、長方形、楕円などの形状であっても、同様の効果を得ることができることはいうまでもない。

また、本実施例では、電流狭窄部形成用の被酸化層６ａ、２ａとして、ＡｌＡｓ層を用いたが、Ａｌ組成比の高いＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ≧０．９５）を用いても同様の効果が得られることは明らかである。Ａｌ組成比が高い場合、水蒸気酸化工程において、酸化速度が速く、工程時間を短縮でき、また酸化に伴う応力、歪の発生量も大きいので、素子の量産性、偏波制御性を高める上で好適である。

また、上下の被酸化層３２、３０が、それぞれ１層である場合を説明したが、複数層である場合も同様な効果を得ることができる。例えば、被酸化層の上層を１層、下層を２層とすると、本実施例よりも半導体活性層４に印加される圧縮応力の非対称性は、更に顕著になるため、偏波制御性を更に高めることができる。

またフィラー膜２００の材料として、本実施例では、ポリイミド樹脂を用いたが、基板１、半導体多層膜反射鏡６，２、被酸化層３２、３０、および半導体活性層４といった半導体材料と熱膨張係数が大きく異なる他高分子材料、エポキシ樹脂などの材料を用いても同様の効果が得られることは明らかである。なお、フィラー膜２００の材料としては、ポリイミド系樹脂の他に、例えばアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリシランを用いることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による面発光型半導体レーザの構成を図１６乃至図２４を参照して説明する。図１６はその上面図、図１７は図１６に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図、図１８は、図１６に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図である。図１９は本実施形態の面発光型半導体素子をある高さ２６で切断したときの半導体多層膜反射鏡６の酸化領域６ｂの形状、および高さ２７で切断したときの上層被酸化層３２の酸化領域３２ａの形状をそれぞれ重ねて示した図、図２０は図１９に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図、図２１は図１９に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図である。また、図２２は本実施形態の面発光型半導体素子を高さ２７で切断したときの上層被酸化層３２の酸化領域３２ａの形状、および高さ２８で切断したときの半導体多層膜反射鏡２の酸化領域２ｂの形状を重ねて示した図、図２３は図２２に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図、図２４は図２２に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図である。

本実施形態の面発光型半導体レーザ素子は、図１乃至図９に示す第１実施形態の面発光型半導体レーザ素子において、下層被酸化層３０を削除するとともに、図１９および図２２に示すように半導体多層膜の酸化領域６ｂ、２ｂの形状が非対称であって、メサ部１００の側壁の場所により、半導体多層膜反射鏡の酸化されるＡｌ高濃度層２ａ、６ａの層数が異なる構造となっている。半導体多層膜反射鏡の酸化されるＡｌ高濃度層２ａ、６ａの層数差が１０とすると、全体で数十ＧＰａオーダの応力差が非等方的に発生する。このため、半導体活性層４へ印加される応力および歪は、方向により大きく異なり、且つ、メサ部中心の活性層に対して、近接の位置で作用する構造であるため、偏波制御性が高くなる。加えて、メサ部周辺の凹部に埋め込まれたフィラー膜材料としてポリイミド樹脂などを用いることにより、応力（歪）は増大し、非対称性も高めることができるため偏波制御性を更に高めることができる。これにより、第１実施形態と同様に偏波制御性の高い面発光型半導体レーザ素子を得ることができる。

次に、本実施形態の面発光型半導体レーザの作製方法について具体的に説明する。

先ず、洗浄された厚さ４００μｍの３インチ、面方位（１００）のｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いてｎ型の半導体多層膜反射鏡２、電流狭窄部１４となる被酸化層２ａ、半導体クラッド層３、半導体活性層４、半導体クラッド層５、電流狭窄部１４となる被酸化層６ａ、ｐ型の半導体多層膜反射鏡６、コンタクト層７を順次成長する。

ここで半導体活性層４と半導体クラッド層３及び半導体クラッド層５よりなる共振器の上下に半導体多層膜反射鏡２及び６を配置したものを基本構造とし、１．３μｍ帯のＧａＩｎＡｓＮ面発光型半導体レーザとして設計及び製作した。

半導体多層膜反射鏡２、は波長１．３μｍの光学波長１／４の厚さでｎ型ＧａＡｓ層（高屈折率層）とｎ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ（０＜ｙ＜１）（低屈折率層）が交互に積層された積層構造とした。本実施形態では、Ａｌ組成、ｙ＝０．９４のＡｌ_０．９４Ｇａ_０．０６Ａｓ層を低屈折率層に用いた。また、半導体多層膜反射鏡２のｎ型ドーパントとして、Ｓｉを用い、ドーパント濃度は、２×１０^１８／ｃｍ^３とした。

半導体クラッド層３はｎ型ＧａＩｎＰとした。半導体活性層４は発光ピーク波長が１．３μｍとなるように調整されたＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ_ｙＮ_１−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）層及びバリヤ層としてＧａＡｓ層が積層された量子井戸構造とした。ここでは中心にＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ_ｙＮ_１−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）層を形成し、この上下にバリヤ層としてＧａＡｓ層が形成された３層構造とした。Ｇａ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ_ｙＮ_１−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）量子井戸層４のＩｎ組成は３０％〜３５％、窒素組成は０．５％〜１．０％とし、厚さは７ｎｍした。Ｇａ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ_ｙＮ_１−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）からなる量子井戸層４の格子定数は、ｎ型ＧａＡｓ基板１よりも大きくなるように組成を制御して、圧縮歪量、約２．５％を内在する組成Ｇａ_０．６６Ｉｎ_０．３４Ａｓ_０．９９Ｎ_０．０１とした。このため、微分利得係数は増大し、無歪の場合に比較して、しきい電流値が一層低減された。

半導体クラッド層５はｐ型ＧａＩｎＰとした。半導体多層膜反射鏡６は、波長１．３μｍの光学波長１／４の厚さでｐ型ＧａＡｓ層（高屈折率層）とｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ（０＜ｙ＜１）（低屈折率層）が交互に積層された積層構造とした。ｎ型半導体多層膜反射鏡２と同様に、本実施形態では、Ａｌ組成、ｙ＝０．９４のＡｌ_０．９４Ｇａ_０．０６Ａｓ層を低屈折率層に用いた。また、半導体多層膜反射鏡６のｐ型ドーパントとして、Ｃ（炭素）を用い、ドーパント濃度は、２×１０^１８／ｃｍ^３（量子井戸層４付近）〜１×１０^１９／ｃｍ^３（コンタクト層７付近）とした。

被酸化層３２は、クラッド層５上に形成し、上下の半導体多層膜反射鏡６、２を構成するＡｌＧａＡｓよりＡｌ組成比の大きいＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ≧０．９８）を用いる。本実施形態においては、被酸化層３２として、Ａｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓ層を用いた。コンタクト層７はｐ型ＧａＡｓとし、ｐ型ドーパントとして、Ｃ（炭素）を用い、ドーパント濃度は、２×１０^１９／ｃｍ^３とした。

次に、パターン形成用のエッチングマスクを兼用する保護膜８として、Ｓｉ_３Ｎ_４膜を第１実施形態の実施例と同様に形成した。

次に、フォトリソグラフィ工程によりｎ型半導体多層膜反射鏡２までエッチングを行い、メサ部１００を形成した。メサパターンは、ＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma)プラズマドライエッチング装置により、三塩化ボロン・窒素混合ガスによるエッチング処理を行った。このとき、アンテナ出力、バイアス出力、基板温度を調整することで、異方性エッチングが生じる条件とした。ここでは、開口部（電流狭窄部）１４をφ５μｍの円形とする面発光型半導体レーザ素子の作製を行うため、メサを直径４５μｍの円柱形状のエッチングを行った。

次に、水蒸気雰囲気中で４２０℃の熱処理を行い、被酸化層３２を横方向に選択酸化して酸化領域３２ａを形成した。水蒸気選択酸化による酸化領域３２ａの形成は、４２０℃の熱処理で行った。基板温度４２０℃では、半導体多層膜反射鏡６、２のＡｌ高濃度層６ａ、２ａに用いたＡｌ_０．９４Ｇａ_０．０６Ａｓ層の酸化速度は、被酸化層３２のＡｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓ層の約１／４であり、ここでは、酸化領域３２ａの形成のため、被酸化層３２の酸化長を２０μｍに設定しているので、半導体多層膜反射鏡６、２のＡｌ高濃度層６ａ、２ａの横方向の酸化長は５μｍになる。このとき、メサ部形成用のエッチング深さが異なることにより、メサ部１００中心の活性層に印加される圧縮応力に非対称性が生まれる。半導体多層膜反射鏡６のＡｌ高濃度層６ａであるＡｌ_０．９４Ｇａ_０．０６Ａｓ層の酸化による体積収縮は、７．５％〜８．５％である。このため、エッチング深さの異なる凹部１２ａ、１２ｂの側壁において、半導体多層膜反射鏡の酸化されるＡｌ高濃度層の層数の差を１０とすると、全体で数十ＧＰａオーダの応力が発生し、また、活性層に与える応力、歪の大きさが、方向により大きく異なることになる。１層あたりに生じる応力はＡｌを更に高濃度に含む被酸化層３２に比べると小さく、またメサ中心の活性層からの距離は遠いが、酸化されるＡｌ高濃度層の層数の差が大きければ、総応力は大きくなり、同等の偏波制御性、形状制御性が得られることになる。また傾斜基板において、オフ角度方向に生じる形状の歪み（縦と横で０．７５μｍの寸法差）が、０．１μｍに低減されることが示された。

次に、感光性ポリイミド樹脂を用いて、メサ部１００を取り囲む凹部１２ａ、１２ｂのみに埋め込みフィラー膜２００を形成する。次に、ボンディングパッド１７を形成した。次に、光取り出し口となるｐ型半導体多層膜反射鏡６上の保護膜８を除去し、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層７上にｐ側電極９を形成する。このときボンディングパッド１７とｐ側電極９とをつなぐ配線１８、９ａを同時に形成し、その後、基板裏面にｎ側電極１０を形成した。

このようにして作製された面型半導体レーザ素子は、波長１．３μｍで活性層４の圧縮歪導入の効果により、低しきい値電流密度、単一モードの室温連続発振が得られ、高温での特性も良好であった。また、偏波制御が可能になり、偏波の変動やスイッチングが発生しなくなった。これに伴って、ノイズも低下し、光ディスクヘッド、通信用素子として利用することが可能になった。

また、第１実施形態と同様に、異方性酸化により生じる非酸化領域、出射ビームパターンの寸法および形状が改善され、所望のビームパターン寸法および形状が得られた。

本実施形態では、活性層４として、Ｇａ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ_ｙＮ_１−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）を用いて説明したが、それに限らず、ＩｎＧａＡｌＰ系、ＡｌＧａＡｓ系やＩｎＧａＡｓＰ系など、様々な材料を用いることもできる。また、クラッド層４及び５、半導体多層膜反射鏡２及び６も、様々な材料を用いることもできる。例えば、半導体多層膜反射鏡２及び６としては、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の積層構造に限らず、Ａｌを含まない屈折率の大きい材料と小さい材料の積層構造も可能である。また、ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ／ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＰ／ＧａＰＡｓ、ＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓ、ＧａＰ／ＧａＩｎＡｓＮ等の組合せを用いることができる。

また、成長方法について、ＭＢＥ法等を用いることもできる。また、上述の例では、積層構造として３重量子井戸構造の例を示したが、他の量子井戸を用いた構造等を用いることもできる。

また、上下被酸化層３２が、１層である場合を説明したが、複数層である場合も同様な効果を得ることができる。

また、所望の開口部（発光領域１３）の形状として、本実施形態では、円形状であったが、正方形、長方形、楕円などの形状を用いても同様の効果を得ることができることは明らかである。

また、本実施形態では、電流狭窄部の形成用の被酸化層３２として、Ａｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓ層を用いたが、ＡｌＡｓ層、Ａｌ組成比の低いＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ≧０．９５）を用いても同様の効果が得られることは明らかである。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による面発光型半導体レーザの構成を図２５乃至図３０を参照して説明する。図２５はその上面図、図２６は図２５に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図、図２７は、図２５に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図である。図２８は本実施形態の面発光型半導体素子をある高さ２６で切断したときの半導体多層膜反射鏡６の酸化領域６ｂの形状、および高さ２７で切断したときの上層被酸化層３２の酸化領域３２ａの形状をそれぞれ重ねて示した図、図２９は図２８に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図、図３０は図２８に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図である。

本実施形態の面発光型半導体レーザ素子は、図１乃至図９に示す第１実施形態の面発光型半導体レーザ素子において、下層被酸化層３０を削除するとともに、第１の半導体多層膜反射鏡６に酸化速度を制御するためのプロトン注入領域１５を設けた構成となっている。

プロトン注入領域１５が設けられた第１の半導体多層膜反射鏡６を構成するＡｌ高濃度層６ａでは、水蒸気酸化において、図４１に示すように、その酸化速度はプロトン濃度に比例して大きく減速する。このため、プロトン注入領域１５では、凹部１２ａ、１２ｂの側面からの酸化長は短く、酸化長の長い（プロトンが注入されていない）半導体多層膜反射鏡のＡｌ高濃度層６ａと比べ、応力は小さく、メサ部中心の半導体活性層４に与える歪の印加は非等方的（非対称）になる。したがって、本実施形態の面発光型半導体レーザ素子は、第１乃至第２実施形態と同様に、偏波制御性を高くすることができ、高い性能を得ることができる。また、作製も後述するように容易であり、面発光型半導体レーザ素子の量産性も向上する。

次に、本実施形態の面発光型半導体レーザ素子の製造方法を具体的に説明する。

先ず、洗浄された厚さ４００μｍの３インチ、面方位（１００）のｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いてｎ型の半導体多層膜反射鏡２、半導体クラッド層３、半導体活性層４、半導体クラッド層５、電流狭窄部となる被酸化層３２、ｐ型の半導体多層膜反射鏡６、コンタクト層７を順次成長する。

ここで半導体活性層４と半導体クラッド層３及び半導体クラッド層５よりなる共振器の上下に半導体多層膜反射鏡２及び６を配置したものを基本構造とし、１．３μｍ帯のＧａＩｎＡｓＮ面発光型半導体レーザとして設計及び製作した。

半導体多層膜反射鏡２、は波長１．３μｍの光学波長１／４の厚さでｎ型ＧａＡｓ層（高屈折率層）とｎ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ（０＜ｙ＜１）（低屈折率層）が交互に積層された積層構造とした。本実施形態では、Ａｌ組成、ｙ＝０．９４のＡｌ_０．９４Ｇａ_０．０６Ａｓ層を低屈折率層に用いた。また、半導体多層膜反射鏡２のｎ型ドーパントとして、Ｓｉを用い、ドーパント濃度は、２×１０^１８／ｃｍ^３とした。

半導体クラッド層３の材料としてｎ型ＧａＩｎＰを用いた。半導体活性層４は発光ピーク波長が１．３μｍとなるように調整されたＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ_ｙＮ_１−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）層及びバリヤ層としてＧａＡｓ層が積層された量子井戸構造とした。ここでは中心にＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ_ｙＮ_１−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）層を形成し、この上下にバリヤ層としてＧａＡｓ層が形成された３層構造とした。Ｇａ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ_ｙＮ_１−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）量子井戸層４のＩｎ組成は３０％〜３５％、窒素組成は０．５％〜１．０％とし、厚さは７ｎｍした。Ｇａ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ_ｙＮ_１−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）からなる量子井戸層４の格子定数は、ｎ型ＧａＡｓ基板１よりも大きくなるように組成を制御して、圧縮歪量、約２．５％を内在する組成Ｇａ_０．６６Ｉｎ_０．３４Ａｓ_０．９９Ｎ_０．０１とした。このため、微分利得係数は増大し、無歪の場合に比較して、しきい電流値が一層低減された。

半導体クラッド層５はｐ型ＧａＩｎＰとした。半導体多層膜反射鏡６は、波長１．３μｍの光学波長１／４の厚さでｐ型ＧａＡｓ層（高屈折率層）とｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ（０＜ｙ＜１）（低屈折率層）が交互に積層された積層構造とした。ｎ型半導体多層膜反射鏡２と同様に、本実施形態では、Ａｌ組成、ｙ＝０．９４のＡｌ_０．９４Ｇａ_０．０６Ａｓ層を低屈折率層に用いた。また、半導体多層膜反射鏡６のｐ型ドーパントとして、Ｃ（炭素）を用い、ドーパント濃度は、２×^１０１８／ｃｍ^３（量子井戸層４付近）〜１×１０^１９／ｃｍ^３（コンタクト層７付近）とした。

上層被酸化層３２は、クラッド層５上およびクラッド層３下にそれぞれ形成され、上下の半導体多層膜反射鏡６、２を構成するＡｌＧａＡｓよりＡｌ組成比の大きいＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ≧０．９８）を用いる。本実施例においては、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９８）層を用いた。コンタクト層７はｐ型ＧａＡｓとし、ｐ型ドーパントとして、Ｃ（炭素）を用い、ドーパント濃度は、２×１０^１９／ｃｍ^３とした。

次に、メサパターン形成用のエッチングマスクを兼用する保護膜８としてＳｉ_３Ｎ_４膜をフォトリソグラフィ工程を用いて形成した。続いて、保護膜８と、この保護膜８をパターニングする際に用いたレジストパターン（図示せず）とをマスクとして用いて、プロトン注入領域１５を形成した。そして、イオン注入装置により、半導体多層膜反射鏡６のＡｌ高濃度層６ａに、加速電圧：２００ｋｅＶ、ドーズ量：３×１０^１３／ｃｍ^２の条件でイオン注入を行った。このとき形成されるプロトン注入領域１５は、表面から深さ１．５μｍで最大濃度が１×１０^１８／ｃｍ^３となり、表面から深さ１μｍ〜２μｍの部分の濃度が１×１０^１６／ｃｍ^３以上となる領域である。また、被酸化層３２のＡｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓ層（表面から深さ２．６μｍ）には、プロトンは注入されない。また、本条件では、注入領域は高抵抗化されない濃度である。図４１に示すＡｌＧａＡｓ層の酸化速度のプロトン濃度依存性からわかるように、プロトン濃度１×１０^１７／ｃｍ^３で、酸化速度は約１／３に低下する。したがって、プロトン注入された半導体多層膜反射鏡６のＡｌ高濃度層６ａは、水蒸気酸化工程における酸化速度が大きく減速し、酸化長を約１／３にでき、かつ素子抵抗も高くはならない。

次に、保護膜８上にメサ形成用パターンをレジストで形成し、このメサ形成用パターンをマスクとしてフォトリソグラフィ工程により、ｎ型半導体多層膜反射鏡２の上部までエッチングを行い、メサ部１００を作製する。メサパターンは、ＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma)プラズマドライエッチング装置により、三塩化ボロン・窒素混合ガスによるエッチング処理を行った。このとき、アンテナ出力、バイアス出力、基板温度を調整することで、異方性エッチングが生じる条件とした。ここでは、開口部（発光領域１３）を直径５μｍの円形とする面発光型半導体レーザの作製を行うため、メサ部１００を直径４５μｍの円柱形状となるようにエッチングを行った。

次に、水蒸気雰囲気中で４２０℃の熱処理を行い、被酸化層３２を横方向に選択酸化し電流狭窄部となる酸化領域３２ａを形成した。基板温度４２０℃では、（プロトン注入なし）半導体多層膜反射鏡６のＡｌ高濃度層６ａであるＡｌ_０．９４Ｇａ_０．０６Ａｓ層の酸化速度は、被酸化層であるＡｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓ層の約１／４である。ここでは、酸化領域３２ａの形成のため、被酸化層３２の酸化長を２０μｍに設定しているので、プロトンが注入されていない部分の半導体多層膜反射鏡６のＡｌ高濃度層６ａの横方向の酸化長は、５μｍになる。これが、プロトン注入領域１５では、約１／３の１．７μｍと短くなり、メサ部１００の中心の活性層４に印加される圧縮応力に非対称性が生まれる。半導体多層膜反射鏡６のＡｌ高濃度層６ａであるＡｌ_０．９４Ｇａ_０．０６Ａｓ層の酸化による体積収縮は、７．５％〜８．５％であり、プロトンが注入される半導体多層膜反射鏡の層数を１０とすると、全体で数十ＧＰａオーダの応力が発生し、また、活性層４に与える応力、歪の大きさが、活性層４の中心と被酸化層３２の距離に反比例して減少するため、活性層４に印加される圧縮応力は、方向により大きく異なることになる。側面からの酸化長を２０μｍとし、直径が５μｍ径の非酸化（発光）領域１３を作製したとき、傾斜基板（１０°オフ）におけるオフ角度方向に生じる形状の歪み（縦と横で０．７５μｍの寸法差）は、通常基板（１００）においては、０．１μｍに低減されることが示された。

次に、感光性ポリイミド樹脂を用いてメサ部１００を取り囲む凹部１２ａ、１２ｂにフィラー膜材料（例えばポリイミド樹脂）を埋め込み、フィラー膜２００を形成した。次に、ボンディングパッド１７を形成した。次に、光取り出し口となるｐ型半導体多層膜反射鏡６上の保護膜８を除去し、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層７上にｐ側電極９を形成する。このときボンディングパッド１７とｐ側電極９とをつなぐ配線１８、９ａを同時に形成し、その後、基板裏面にはｎ側電極１０を形成した。

このようにして作製された面型半導体レーザは、波長１．３μｍで活性層４の圧縮歪導入の効果に加え、配線パス下のプロトン注入による高抵抗化により、リーク電流が阻止され、低しきい電流密度、単一モードの室温連続発振が得られ、高温での特性も良好であった。また、偏波制御が可能になり、偏波の変動やスイッチングが発生しなくなった。これに伴って、ノイズも低下し、光ディスクヘッド、通信用素子として利用することが可能になった。

ここでは、被酸化層３２として、本実施形態では１層の場合を説明したが、複数層である場合も同様な効果を得ることができる。また被酸化層として、被酸化層３２の代わりに、クラッド層３と半導体多層膜反射鏡２の間に、半導体多層膜反射鏡２を構成するＡｌＧａＡｓよりＡｌ組成比の大きいＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ≧０．９５）を設けるように構成してもよい。すなわち、図１乃至図９に示す第１実施形態の被酸化層３０を設けることになる。この場合、表面より深いところに被酸化層が位置するため、プロトン注入の影響を受けにくいという利点を持つ。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態による面発光型半導体レーザの構成を図３１乃至図３９を参照して説明する。図３１はその上面図、図３２は図３１に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図、図３３は、図３１に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図である。図３４は本実施形態の面発光型半導体素子をある高さ２６で切断したときの半導体多層膜反射鏡６の酸化領域６ｂの形状、および高さ２７で切断したときの上層被酸化層３２の酸化領域３２ａの形状をそれぞれ重ねて示した図、図３５は図３４に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図、図３６は図３４に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図である。また、図３７は本実施形態の面発光型半導体素子を高さ２８で切断したときの下層被酸化層３０の酸化領域３０ａの形状、および高さ２９で切断したときの半導体多層膜反射鏡２の酸化領域２ｂの形状を重ねて示した図、図３８は図３７に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図、図３９は図３７に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図である。

本実施形態の面発光型半導体レーザ素子は、図１乃至図９に示す第１実施形態の面発光型半導体レーザ素子において、凹部１２ａ、１２ｂの深さをより深くするが異なる深さとするとともに、Ａ−Ａ’線方向の第１の半導体多層膜反射鏡６にのみ酸化速度を制御するためのプロトン注入領域１５を設けた構成となっている。これにより、本プロトン注入領域１５の第１の半導体多層膜反射鏡６を構成するＡｌ高濃度層６ａおよび被酸化層３２は、水蒸気酸化において、その酸化速度はプロトン濃度に比例して大きく減速する。プロトン注入領域１５では、凹部側面からの酸化長は短く、メサ部中心の半導体活性層４に与える歪の印加は非等方的（非対称）になる。ここでは、第１の半導体多層膜反射鏡６のＡｌ高濃度層６ａの酸化領域６ｂ、上層被酸化層３２の酸化領域３２ａ、フィラー膜２００の３つ何れもが非対称性を持ち、非対称性の高い応力が印加される構造となっている。このため、偏波消光比２０ｄＢ以上の非常に高い選択性が得られ、偏波制御性に優れるレーザ特性が得られた。

電流狭窄構造として、被酸化層３２では、図３４乃至図３６に示すようにＡ−Ａ‘線方向に広がる酸化形状になっているが、プロトン注入領域１５の形成されていない下層被酸化層３０において所望の狭窄形状が得られる構造になっている。

本実施形態では、活性層４として、Ｇａ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ_ｙＮ_１−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）を用いたが、それに限らず、ＩｎＧａＡｌＰ系、ＡｌＧａＡｓ系やＩｎＧａＡｓＰ系など、様々な材料を用いることもできる。

また、クラッド層４及び５、半導体多層膜反射鏡２及び６も、様々な材料を用いることもできる。例えば、半導体多層膜反射鏡２及び６としては、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の積層構造に限らず、Ａｌを含まない屈折率の大きい材料と小さい材料の積層構造も可能である。また、ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ／ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＰ／ＧａＰＡｓ、ＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓ、ＧａＰ／ＧａＩｎＡｓＮ等の組合せを用いることができる。

また、成長方法について、ＭＢＥ法等を用いることもできる。また、上述の例では、積層構造として３重量子井戸構造の例を示したが、他の量子井戸を用いた構造等を用いることもできる。

また、所望の開口部（発光領域１３）の形状として、本実施形態では、円形状であったが、正方形、長方形、楕円などの形状を用いても同様の効果を得ることができることは明らかである。

また、注入するプロトン濃度については、本実施形態では１×１０^１７／ｃｍ^３を用いるが、この濃度よりも高濃度あるいは低濃度のプロトンを用いても、同様の効果が得られることは明らかである。高濃度のプロトンを注入する場合、Ａｌを高濃度に含有する半導体多層膜反射鏡６のＡｌ高濃度層６ａの酸化速度は大きく低下し、所望の位置で酸化の進行を抑制でき、酸化長や酸化形状の制御性は高くなるため好適である。その一方で、半導体多層膜反射鏡２、６のドーパント濃度よりも、プロトンを高濃度に注入した場合、プロトン注入領域は高抵抗化し、電流が流れにくくなるため、選択酸化による酸化領域に電流が流れやすい。このため、非酸化領域に電流が絞り込まれるように、プロトン注入領域および上部電極の位置を工夫する必要がある。また、プロトン注入領域１５に注入されるプロトンの濃度は１×１０^１８／ｃｍ^３以下であることが好ましい。

また、本実施形態では、電流狭窄部形成用の被酸化層３２として、Ａｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓ層を用いるが、Ａｌ組成比の高いＡｌＡｓ層や、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ≧０．９５）を用いても同様の効果が得られることは明らかである。

以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、面方位（１００）面等の通常基板上に作製しても、偏波制御性、量産性の高い高性能な面発光型半導体素子を得ることができる。

本発明の第１実施形態による面発光型半導体素子の上面図。 図１に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図。 図１に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図。 第１実施形態の面発光型半導体素子をある高さ２６で切断したときの上層被酸化層３２の酸化領域３２ａの形状を示す図。 図４に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図。 図４に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図。 第１実施形態の面発光型半導体素子を他の高さ２７で切断したときの下層被酸化層３０の酸化領域の形状を示す図。 図７に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図。 図７に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図。 第１実施形態の第１変形例による面発光型半導体レーザ素子をある高さ２６で切断したときの上層被酸化層３２の酸化領域３２ａの形状を示す図。 図１０に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図。 図１０に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図。 第１実施形態の第２変形例による面発光型レーザ素子をある高さ２６で切断したときの上層酸化層３２の酸化領域の形状を示す図。 図１３に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図。 図１３に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図。 本発明の第２実施形態による面発光型半導体レーザの上面図。 図１６に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図。 図１６に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図。 第２実施形態の面発光型半導体素子をある高さ２６で切断したときの半導体多層膜反射鏡６の酸化領域６ｂの形状、および高さ２７で切断したときの上層被酸化層３２の酸化領域３２ａの形状をそれぞれ重ねて示した図。 図１９に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図。 図１９に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図。 第２実施形態の面発光型半導体素子を高さ２７で切断したときの上層被酸化層３２の酸化領域３２ａの形状、および高さ２８で切断したときの半導体多層膜反射鏡２の酸化領域２ｂの形状を重ねて示した図。 図２２に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図。 図２２に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図。 本発明の第３実施形態による面発光型半導体レーザの上面図。 図２５に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図。 図２５に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図。 第３実施形態の面発光型半導体素子をある高さ２６で切断したときの半導体多層膜反射鏡６の酸化領域６ｂの形状、および高さ２７で切断したときの上層被酸化層３２の酸化領域３２ａの形状をそれぞれ重ねて示した図。 図２８に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図。 図２８に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図。 本発明の第４実施形態による面発光型半導体レーザの上面図。 図３１に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図。 図３１に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図。 第４本実施形態の面発光型半導体素子をある高さ２６で切断したときの半導体多層膜反射鏡６の酸化領域６ｂの形状、および高さ２７で切断したときの上層被酸化層３２の酸化領域３２ａの形状をそれぞれ重ねて示した図。 図３４に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図。 図３４に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図。 第４実施形態の面発光型半導体素子を高さ２８で切断したときの下層被酸化層３０の酸化領域３０ａの形状、および高さ２９で切断したときの半導体多層膜反射鏡２の酸化領域２ｂの形状を重ねて示した図。 図３７に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図。 図３７に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図。 （１００）面基板および１０°オフ基板における非酸化領域の形状を示す模式図。 ＡｌＧａＡｓ層の酸化速度のプロトン濃度に対する依存性を示すグラフ。 第１実施形態の比較例による面発光型半導体レーザ素子の上面図。 図４２に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図。 図４２に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図。 比較例の面発光型半導体素子をある高さ２６で切断したときの上層被酸化層３２の酸化領域３２ａの形状を示す図。 図４５に示す切断線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図。 図４５に示す切断線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図。

符号の説明

１ 半導体基板
２ 半導体多層反射膜
２ａ 酸化領域
３ クラッド層
４ 半導体活性層
５ クラッド層
６ 半導体多層反射膜
６ａ 半導体多層反射鏡のＡｌ高濃度層
６ｂ 酸化領域
７ コンタクト層
８ 保護膜
９ ｐ側電極
９ａ 配線部
９ｂ 周辺電極
１０ ｎ側電極
１２ａ エッチング領域（凹部）
１２ｂ エッチング領域（凹部）
１３ 発光領域
１５ プロトン注入領域
１７ ボンディングパッド
１８ 配線パス
１９ 注入電流
３０ 下層被酸化層
３２ 上層被酸化層
５０ 周辺部
１００ メサ部
２００ フィラー膜

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された発光領域を有する半導体活性層と、
   前記半導体活性層を狭持し、前記基板に対して垂直方向の共振器を形成する、 前記半導体活性層に対して前記基板と反対側に形成された第１半導体多層膜反射鏡及び前記半導体活性層に対して前記基板側に形成された第２半導体多層膜反射鏡と、
   前記半導体活性層に電流を注入するための一対の電極と、
   前記半導体活性層の近傍に形成され、Ａｌを含む第１被酸化層を有し、前記第１被酸化層の側部が酸化され中央部が未酸化である電流狭窄部と、
   少なくとも前記第１被酸化層の最表面層まで到達する溝深さの第１凹部と、
   前記第１凹部の開口よりも面積が広い開口を有し、前記第１被酸化層を貫通する第２凹部と、
   前記第１および第２凹部に囲まれたメサ部と、
   前記第１および第２凹部のうちの少なくとも前記第２凹部に埋め込まれた絶縁膜と、
   を備え、
   前記第１凹部は前記メサ部の中心を通る第１直線の方向に設けられ、前記第２凹部は前記メサ部の中心を通り前記第１直線と略直交する第２直線の方向に設けられ、
   前記電流狭窄部の前記第１被酸化層は、前記第１凹部が設けられた前記第１直線の方向と、前記第２凹部が設けられた前記第２直線の方向とで酸化された領域の大きさが異なることを特徴とする面発光型半導体素子。
2. 前記第１凹部にも前記絶縁膜が埋め込まれていることを特徴とする請求項１記載の面発光型半導体素子。
3. 前記第１被酸化層は、前記半導体活性層に対して前記基板側に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の面発光型半導体素子。
4. 前記第１被酸化層は、前記半導体活性層に対して前記基板と反対側に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の面発光型半導体素子。
5. 前記電流狭窄部は、前記半導体活性層に対して前記基板側に形成され、Ａｌを含む第２被酸化層を備えていることを特徴とする請求項４記載の面発光型半導体素子。
6. 前記第２被酸化層は中央部が未酸化で側部が酸化されていることを特徴とする請求項５記載の面発光型半導体素子。
7. 前記メサ部は、前記第１半導体多層膜反射鏡にプロトン注入領域を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の面発光型半導体素子。
8. 前記絶縁膜は、前記基板、前記第１および第２半導体多層膜反射鏡、並びに前記半導体活性層よりも熱膨張率が大きい材料からなっていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の面発光型半導体素子。
9. 前記絶縁膜は、ポリイミド系樹脂からなっていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の面発光型半導体素子。
10. 前記半導体活性層は、Ｇａと、Ｉｎと、ＡｓまたはＮの一方とを少なくとも含む半導体からなっていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の面発光型半導体素子。

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