JP4924796B2 - 半導体レーザおよび光素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光素子およびその製造方法に関する。

面発光型半導体レーザなどの光素子の構造では、電流注入の均一化を図るため、電極を柱状部の上面の中央部を閉じたリング形状に形成することが多い。たとえば、特許文献１には、円形の開口を有する様に形成されたコンタクト金属層を含む面発光型半導体レーザが開示されている。
特開平１０−２４２５６０号公報

本発明の目的は、電流注入の均一化を図りながら、信頼性の向上を図ることのできる光素子およびその製造方法を提供することにある。

本発明にかかる光素子は、
光が出射または入射する上面を有する柱状部と、
前記柱状部の上面に形成された第１電極と、
前記第１電極の上方に形成された第２電極と、を含み、
前記第１電極は、前記柱状部の上面においてリング形状に形成され、
前記第２電極は、前記柱状部の上面において中央部から外方向に開口する開口部を有するオープンリング形状に形成されている。

本発明において、特定のＡ層の上方にＢ層が設けられているとは、Ａ層上に直接Ｂ層が設けられている場合と、Ａ層上に他の層を介してＢ層が設けられている場合と、を含むものとする。このことは以下の発明においても同様である。

また、本発明において「リング形状」とは、中央部に貫通穴を有する形状であればよく、内縁および外縁が円形であるものに限定されない。「オープンリング形状」についても同様である。

本発明にかかる光素子において、
前記第２電極の縁は、前記開口部からオープンリング形状の外側または内側にかけて曲線形状を有することができる。

本発明にかかる光素子において、
前記第２電極の縁は、前記開口部からオープンリング形状の外側にかけて曲線形状を有する、光素子。

本発明にかかる光素子において、
前記第２電極は、前記第１電極より厚く形成されることができる。

本発明にかかる光素子において、
前記第２電極は、前記開口部を挟んで対向する縁の少なくとも一部が平行に形成されていることができる。

本発明にかかる光素子において、
前記第１電極は、下記式（１）を満たす膜厚Ｄ１を有することができる。

（４ｉ＋１）λ／８ｎ≦Ｄ１≦（４ｉ＋３）λ／８ｎ・・・（１）
（式（１）において、ｉは整数、λは発振波長、ｎは電極の材質の屈折率を示す。）
本発明にかかる光素子において、
前記第２電極は、０．２μｍ以上の膜厚を有することができる。

本発明にかかる光素子において、
前記第１電極の内側の端部は、柱状部の上面において前記第２電極の端部より内側に形成されていることができる。

本発明にかかる光素子において、
前記第２電極は、下記式（２）を満たす膜厚Ｄ２を有することができる。

Ａ≧Ｄ２×ｔａｎ（θ／２）・・・（２）
（式（２）において、Ａは出射面の径と第２電極の内側の径との差、θは放射角を示す。）
本発明にかかる光素子において、
前記第２電極は、前記柱状部の外方向に延出する配線部を有することができる。

本発明にかかる光素子において、
前記開口部は、前記配線部が延出する方向と異なる外方向に開口することができる。

本発明にかかる光素子において、
前記第２電極の上方に形成された第４電極をさらに含み、
前記第４電極は、前記第２電極の開口部とは異なる外方向に開口する開口部を有するオープンリング形状に形成されていることができる。

本発明にかかる光素子の製造方法において、
光が出射または入射する上面を有する柱状部を形成する工程と、
前記柱状部の上面に第１電極を形成する工程と、
前記第１電極の上方に第２電極を形成する工程と、
を含み、
前記第１電極は、前記柱状部の上面においてリング形状に形成され、
前記第２電極は、前記柱状部の上面において中央部から外方向に開口する開口部を有するオープンリング形状に形成されている。

以下、本発明の実施の形態の一例について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態では、光素子の一例として面発光型半導体レーザを用いて説明する。

１．面発光型半導体レーザ
まず、本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの構造について説明する。図１は、本発明を適用した面発光型半導体レーザの平面図である。図２は、本実施の形態に係る面発光型半導体レーザの断面図であり、図１のＩ−Ｉ線断面図である。

図１および図２に示すように、本実施の形態の面発光型半導体レーザ１００は、半導体基板（本実施の形態ではＧａＡｓ基板）１１０と、半導体基板１１０の上に形成された垂直共振器（以下「共振器」という）１４０と、第１電極１２２と、第２電極１２３と、第３電極１２４とを含む。共振器１４０は、第１ミラー１４２と、活性層１４４と、第２ミラー１４６とを有する。

次に、この面発光型半導体レーザ１００の各構成要素について述べる。

まず、共振器１４０について説明する。共振器１４０は、上述したように、第１ミラー１４２と、活性層１４４と、第２ミラー１４６とを有する。第１ミラー１４２としては、たとえば、ｎ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの分布ブラッグ反射型ミラー（ＤＢＲ）を用いることができる。活性層１４４は、ＧａＡｓウエル層とＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓバリア層とからなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含む層を適用することができる。第２ミラー１４６としては、ｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの半導体多層膜からなる分布ブラッグ反射型ミラー（ＤＢＲ）を用いることができる。なお、第１ミラー１４２、活性層１４４、および第２ミラー１４６を構成する各層の組成および層数はこれに限定されるわけではない。

第２ミラー１４６は、たとえば、Ｃ、Ｚｎ、あるいはＭｇなどがドーピングされることによりｐ型にされ、第１ミラー１４２は、たとえば、Ｓｉ、あるいはＳｅなどがドーピングされることによりｎ型にされている。したがって、第２ミラー１４６、不純物がドーピングされていない活性層１４４、および第１ミラー１４２により、ｐｉｎダイオードが形成される。

第２ミラー１４６、活性層１４４および第１ミラー１４２の一部は、柱状の半導体堆積体（以下、「柱状部」ともいう）１３０を構成している。柱状部１３０の側面は埋込み絶縁層１２０で覆われている。

柱状部１３０を構成する層のうち活性層１４４に近い領域に、電流狭窄層として機能する絶縁層１３２が形成されていてもよい。この絶縁層１３２は、柱状部１３０の周縁に沿ったリング形状を有することができる。また、電流狭窄用の絶縁層１３２は、たとえば酸化アルミニウムからなる。

本実施の形態にかかる柱状部１３０は、外形上完全に柱状でない構造も含み、たとえば直方体形状の共振器１４０の一部であってもよい。その場合、たとえば面発光型半導体レーザであれば、柱状部１３０の上面は、電流の経路を規制する電流狭窄層（絶縁層１３２）および当該電流狭窄層により囲まれた領域と平面視において重なる領域とすることができる。

本実施の形態に係る面発光型半導体レーザ１００においては、柱状部１３０の側面を覆うようにして、埋込み絶縁層１２０が形成されている。埋込み絶縁層１２０を構成する絶縁物は、各種ガラス、金属の酸化物または樹脂などであり、樹脂としてはたとえば、ポリイミド樹脂、フッ素系樹脂、アクリル樹脂、またはエポキシ樹脂などを用いることができ、特に、加工の容易性や絶縁性の観点から、ポリイミド樹脂またはフッ素系樹脂が望ましい。

柱状部１３０および埋込み絶縁層１２０の上には、第１電極１２２が形成されている。第１電極１２２は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｒおよびこれらの合金から選択される単層または２層以上の積層膜からなることができ、たとえばＣｒ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕの積層膜からなる。第１電極１２２は、柱状部１３０の上面においてリング形状を有する。

第１電極１２２の上には、第２電極１２３が形成されている。第２電極１２３は、少なくとも最表面にＡｕを含む単層または積層膜からなり、たとえばＣｒとＡｕとの積層膜からなることができる。第２電極１２３は、中央部の上面において、中央部から外方向に開口する開口部１２５を有するオープンリング形状を有する。

また、第２電極１２３の縁は、図３に示すように、開口部１２５からオープンリング形状の外側または内側にかけて曲線形状を有する。図３は、図１の領域IIの拡大図である。これにより、第２電極１２３を形成する際、たとえばリフトオフ時にバリが発生するのを防ぐことができる。また、このように第２電極１２３の端部が角のない丸い形状を有することにより、端部への電界集中を抑制し、面発光型半導体レーザ１００の特性の劣化および信頼性の低下を防止することができる。

なお、本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ１００では、第２電極１２３の縁は、開口部１２５からオープンリング形状の外側および内側の双方にかけて曲線形状を有しているが、一方のみが曲線形状であってもよい。たとえば、本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ１００にように、開口部１２５の内側の端部が第１電極１２２の上面に設けられているが、開口部１２５の外側の端部が第１電極１２２の上面に形成されていない場合には、第２電極１２３は、開口部１２５からオープンリング形状の外側にかけてのみ曲線形状であってもよい。

また、第２電極１２３は、開口部１２５を挟んで対向する縁の少なくとも一部が平行に形成されている。即ち、開口部１２５を挟んで対向する縁に沿ったラインｍ１とラインｍ２は、平行である。これにより、第２電極１２３をリフトオフ等により形成する際、精度よく形成することができる。また、第１電極１２２と第２電極１２３との接触面積を最大限にとることができ、抵抗を下げることができる。

第２電極１２３は、第１電極１２２より厚く形成される。第２電極１２３が厚く形成されることにより、より安定したボンディング強度を保持することができる。また、第２電極１２３が厚く形成されることにより、配線抵抗を下げ、放熱性を向上させることができる。
また第１電極１２２が薄く形成されることにより、第２電極１２３の断線を防止することができる。第１電極１２２は、下記式（１）の範囲の膜厚Ｄを有していることが好ましい。

（４ｉ＋１）λ／８ｎ≦Ｄ≦（４ｉ＋３）λ／８ｎ・・・（１）
（式（１）において、ｉは整数、λは発振波長、ｎは電極の材質の屈折率を示す。ｎは図５においては空気の屈折率、１をとる。）
ここで、上記範囲の膜厚を有する利点について、図５を参照しつつ説明する。図５（Ａ）、（Ｂ）において、横軸は電極の膜厚を示し、縦軸はレーザ光の放射角を示す。図５（Ａ）は、電極の膜厚とレーザ光の放射角との関係を示す図であり、図５（Ｂ）は、電極の膜厚Ｄが０＜Ｄ≦λ／２ｎの範囲内の電極の膜厚とレーザ光の放射角との関係を示す図である。なお、図５（Ａ）および図５（Ｂ）の結果は、時間領域差分法（ＦＤＴＤ法）により放射角を求めた結果である。本願発明者は、図５（Ａ）に示すように、レーザ光の放射角が電極の膜厚に対して、ほぼ一定の周期をもって変動していることを見出した。具体的には、λ／２ｎの周期で放射角が変動している。さらに、放射角が最小となる電極の膜厚は、（λ（発振波長）／４ｎ）を中心として、一定の範囲内で変動していることを見出した。そして、電極の膜厚Ｄが０＜Ｄ≦λ／２ｎの範囲で放射角の最小値がどの範囲で変動するかを調べた。その結果を図５（Ｂ）に示す。図５（Ｂ）から分かるように、放射角が最小となる位置は、電極の膜厚Ｄがλ／８ｎ≦Ｄ≦３λ／８ｎの範囲内で変動していることが分かった。以上のシミュレーションの結果より、第１電極１２２の膜厚が上記式（１）の範囲内にあるように設計することで、レーザ光の放射角を小さくできる。その結果、特性の良好な面発光型半導体レーザを提供することができる。

第１電極１２２の外側の端部は、図１において点線で示されているように、第２電極１２３に覆われている。また第１電極１２２の内側の端部は、柱状部１３０の上面において第２電極１２３の内側の端部の内側に形成されている。即ち、図１および図２に示すように、第１電極１２２の内径は、第２電極１２３の内径より小さく、面発光型半導体レーザ１００の出射面１２６は、第１電極１２２によって形成されている。さらに言い換えれば、第１電極１２２は、出射面１２６の周囲に第２電極１２３に覆われていない露出部１２７を有する。さらに第２電極１２３の膜厚は、下記式（２）を満たす膜厚Ｄ２であることが好ましい。

Ａ≧Ｄ２×ｔａｎ（θ／２）・・・（２）
（式（２）において、Ａは出射面の径と第２電極の内側の径との差、θは放射角を示す。）
図４を参照しながら式（２）について説明する。図４は、図２の領域IIの拡大図である。レーザ光の放射角をθとすると、露出部１２７の大きさである出射面の径と第２電極の内側の径との差ＡがＤ２×ｔａｎ（θ／２）以上であれば、理論的にレーザ光が第２電極１２３にかからない。よって、このように出射面の径と第２電極の内側の径との差ＡがＤ２×ｔａｎ（θ／２）以上とすると、第２電極１２３の電磁界によるレーザ光の放射パターンへの影響を低減することができる。

さらに第２電極１２３の膜厚は、０．２μｍ以上であることが好ましい。第２電極１２３の膜厚を０．２μｍ未満にするとワイヤボンディングができない場合があるからである。また、第２電極１２３の膜厚は、１．０μｍ以上であることがより好ましい。第２電極１２３の膜厚を１．０μｍ以上とすることにより、実装時に十分なボンディング強度を得ることができるからである。

また、第２電極１２３は、柱状部１３０の外方向に延出する配線部１２８を有する。配線部１２８は、領域IIに設けられている開口部１２５と異なる外方向に延出しており、たとえば開口部１２５と対向する方向に延出していることが好ましい。

さらに、第２電極１２３は、図１に示すように、配線部１２８に接続された電極パッド部１２９を有する。第２電極１２３は、上述したように厚い膜を有するため、柱状部１３０の上面から電極パッド部１２９にかけて断線するのを防止し、面発光型半導体レーザ１００の信頼性を向上させることができる。

さらに、半導体基板１１０の裏面には、第３電極１２４が形成されている。第３電極１２４は、Ａｕ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｗ、Ｃｒおよびこれらの合金から選択される単層または２層以上の積層膜からなることができ、たとえば、Ｃｒ、ＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｕの積層膜からなる。すなわち、図１および図２に示す面発光型半導体レーザ１００では、柱状部１３０上で第１電極１２２および第２電極１２３は第２ミラー１４６と接合し、かつ、第３電極１２４は半導体基板１１０と接合している。この第１電極１２２、第２電極１２３および第３電極１２４によって活性層１４４に電流が注入される。

本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ１００によれば、上述した式（１）を満たすように第１電極１２２の膜厚を制御することにより、レーザ光の放射角を小さくすることができる。その結果、特性の良好な面発光型半導体レーザを提供することができる。

しかし、一般に電極を成膜する際、その膜厚にはばらつきが生じ、その結果、式（１）を満たすように、第１電極１２２の膜厚を制御することができない場合がある。具体的には、上述した式（１）において、たとえば、ｉ＝７、ｎ＝３、λ＝８５０ｎｍとすると、適した膜厚Ｄの範囲は、１０２７ｎｍ≦Ｄ≦１０９７ｎｍとなる。この膜厚Ｄの範囲の中心値１０６２ｎｍを成膜する際、考慮すべき膜厚のばらつきが±５％であるとすると、１０６２±５３ｎｍとなるため、適した膜厚Ｄの範囲内で第１電極１２２の膜厚を制御できず、適した膜厚Ｄの範囲外の膜厚を有する第１電極１２２が形成される可能性がある。

一方、式（１）において、たとえば、ｉ＝０、ｎ＝３、λ＝８５０ｎｍとすると、適した膜厚Ｄの範囲は、３５ｎｍ≦Ｄ≦１０６ｎｍとなる。この膜厚Ｄの範囲の中心値７０ｎｍを成膜する際、考慮すべき膜厚のばらつきが±５％であるとすると、７０±３．５ｎｍとなるため、適した膜厚Ｄの範囲内で第１電極１２２の膜厚を制御することができる。

すなわち、膜厚が大きい程、ばらつきが大きくなる傾向があるため、式（１）を満たすように第１電極１２２の膜厚を制御するためには、膜厚は小さい方が好ましい。しかし、第１電極１２２の膜厚が小さいと、ワイヤボンディング強度が低くなるという問題がある。そこで、第１電極１２２の上に十分なワイヤボンディング強度を得ることのできる膜厚の第２電極１２３を形成することによって、式（１）を満たすように第１電極１２２の膜厚を制御することができる。

２．デバイスの動作
本実施の形態の面発光型半導体レーザ１００の一般的な動作を以下に示す。なお、下記の面発光型半導体レーザ１００の駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。

まず、第１電極１２２、第２電極１２３と第３電極１２４とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、活性層１４４において、電子と正孔との再結合が起こり、かかる再結合による発光が生じる。そこで生じた光が第２ミラー１４６と第１ミラー１４２との間を往復する際に誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。光利得が光損失を上まわると、レーザ発振が起こり、柱状部１３０上面にある出射面１２６から半導体基板１１０に対して垂直方向にレーザ光が出射される。

３．面発光型レーザの製造方法
次に、図１および図２に示す面発光型半導体レーザ１００の製造方法の一例について、図６〜図１０を参照しつつ説明する。図６〜図９は、図１および図２に示す本実施の形態の面発光型半導体レーザ１００の製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図２に示す断面に対応している。図１０は、面発光型半導体レーザ１００の製造工程を模式的に示す平面図であり、図１に対応している。

（１）まず、ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板１１０の表面に、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、図６に示すように、半導体多層膜１５０を形成する。ここで、半導体多層膜１５０は、たとえばｎ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの第１ミラー１４２と、ＧａＡｓウエル層とＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層１４４と、ｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの第２ミラー１４６とからなる。これらの層を順に半導体基板１１０上に積層させることにより、半導体多層膜１５０が形成される。

ここで第２ミラー１４６の最上層は、屈折率のより低いｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層からなることが望ましい。また第２ミラー１４６において、ｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層に変えて、ＡｌＡｓ層からなってもよい。

なお、第２ミラー１４６を成長させる際に、活性層１４４近傍の少なくとも１層を、後に酸化されて電流狭窄用の絶縁層１３２となるＡｌＡｓ層またはＡｌＧａＡｓ層に形成することができる。この絶縁層１３２となるＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、０．９５以上である。また、第２ミラー１４６の最表面の層は、キャリア密度を高くし、電極（第１電極１２２）とのオーミック接触をとりやすくしておくのが望ましい。

エピタキシャル成長を行う際の温度は、成長方法や原料、半導体基板１１０の種類、あるいは形成する半導体多層膜１５０の種類、厚さ、およびキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、４５０℃〜８００℃であるのが好ましい。また、エピタキシャル成長を行う際の所要時間も、温度と同様に適宜決定される。また、エピタキシャル成長させる方法としては、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、あるいはＬＰＥ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法などを用いることができる。

ついで、半導体多層膜１５０上に、レジストを塗布した後リソグラフィ法により該レジストをパターニングすることにより、図６に示すように、所定のパターンのレジスト層Ｒを形成する。レジスト層Ｒは、柱状部１３０（図１および図２参照）の形成予定領域の上方に形成する。

（２）次に、このレジスト層Ｒをマスクとして、たとえばドライエッチング法により、第２ミラー１４６、活性層１４４、および第１ミラー１４２の一部をエッチングして、図７に示すように、柱状の半導体堆積体（柱状部）１３０を形成する。その後、レジスト層Ｒを除去する。

（３）次に、図８に示すように、たとえば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって柱状部１３０が形成された半導体基板１１０を投入することにより、前述の第２ミラー１４６中のＡｌ組成が高い層（Ａｌ組成が０．９５以上の層）を側面から酸化して、電流狭窄用の絶縁層１３２を形成する。酸化レートは、炉の温度、水蒸気の供給量、酸化すべき層のＡｌ組成および膜厚に依存する。

（４）次に、図８に示すように、柱状部１３０、すなわち第１ミラー１４２の一部、活性層１４４、および第２ミラー１４６を取り囲む埋込み絶縁層１２０を形成する。

ここでは、埋込み絶縁層１２０を形成するための材料として、ポリイミド樹脂を用いた場合について述べる。まず、たとえばスピンコート法を用いて前駆体（ポリイミド前駆体）を、柱状部１３０を有する半導体基板１１０上に塗布して、前駆体層を形成する。この際、前記前駆体層の膜厚が柱状部１３０の高さより大きくなるように形成する。なお、前記前駆体層の形成方法としては、前述したスピンコート法のほか、ディッピング法、スプレーコート法、液滴吐出法等の公知技術が利用できる。

次いで、この半導体基板１１０を、たとえばホットプレート等を用いて加熱して前記前駆体層から溶媒を除去した後、２００℃程度で半硬化させる。続いて、図８に示すように、柱状部１３０の上面１３０ａを露出させたのち３５０℃程度の炉に入れて、前記前駆体層をイミド化させることにより、ほぼ完全に硬化した埋込み絶縁層１２０を形成する。柱状部１３０の上面１３０ａを露出させる方法としては、ＣＭＰ法、ドライエッチング法、ウェットエッチング法などが利用できる。また、感光性を有する樹脂で埋込み絶縁層１２０を形成することもできる。埋込み絶縁層１２０または硬化に至るまでの各段階の層は、必要に応じてリソグラフィなどによってパターニングすることができる。

（５）次に、活性層１４４に電流を注入するための第１電極１２２、および第３電極１２４およびレーザ光の出射面１２６（図９および図１０参照）を形成する工程について述べる。

まず、第１電極１２２および第３電極１２４を形成する前に、必要に応じて、プラズマ処理法等を用いて、柱状部１３０および半導体基板１１０の露出している上面を洗浄する。これにより、より安定した特性の素子を形成することができる。つづいて、たとえば真空蒸着法により埋込み絶縁層１２０および柱状部１３０の上面に、パターニングしたレジスト層および、たとえばＣｒ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕとの積層膜を形成した後、リフトオフ法により、柱状部１３０の上面に、前記積層膜が形成されていない部分を形成する。この部分が出射面１２６となる。

一般に、電極をリング形状に形成する場合には、電流注入の均一化を図るため、電極をリング形状に形成することが多い。このような電極をパターニングする際、たとえばリフトオフ法を適用することができる。この方法によれば、リング形状の中央部に相当する位置にレジストを孤立パターンで設ける必要がある。この場合、この孤立パターンのレジストは除去されにくく、あるいは除去できたとしてもリフトオフされた導電材料の再付着を招くことがある。

本実施の形態では、第１電極１２２を薄く形成している。より具体的には、第１電極１２２は、リフトオフ時に設けるレジストより薄く形成されてもよい。これにより、上述した孤立パターンのレジストの除去が容易になり、面発光型半導体レーザ１００の信頼性を向上させることができる。

なお、前記工程において、リフトオフ法のかわりに、ドライエッチング法あるいはウェットエッチング法を用いることもできる。このとき、第１電極１２２は、その膜厚が、上述したように、所望の範囲内になるように形成する。

また、半導体基板１１０の露出している面に、たとえば真空蒸着法により、たとえばＣｒ、ＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｕの積層膜を形成する。

（６）次に、（５）において形成された第１電極１２２および第３電極１２４を合金化する工程について述べる。合金化はアニール処理により行われる。アニール処理の温度は電極材料に依存する。本実施の形態で用いた電極材料の場合は、通常４００℃前後で行う。以上の工程により、第１電極１２２および第３電極１２４が形成される。これにより、オーミックコンタクトを得ることができる。

（７）次に、第２電極１２３を形成する工程（図２参照）について述べる。第２電極１２３は、たとえば真空蒸着法により第１電極１２２の上面に、パターニングしたレジスト層および、たとえばＡｕとＣｒとの積層膜を形成した後、リフトオフ法により、第１電極１２２の上面に、前記積層膜が形成されていない部分を形成する。この部分が露出部１２７となる。なお、前記工程において、リフトオフ法のかわりに、ドライエッチング法あるいはウェットエッチング法を用いることもできる。このとき、第２電極１２３は、その膜厚が、上述したように、所望の範囲内になるように形成する。

ここで、第２電極１２３は、中央部の上面において、中央部から外方向に開口する開口部１２５を有するオープンリング形状に形成される。このようにオープンリング形状にすることにより、たとえばリフトオフ時に、開口部１２５においてリングの内側と外側のレジストが連続的に設けられるため、孤立パターンが形成されず、レジストの除去を容易にすることができ、面発光型半導体レーザ１００の信頼性を向上させることができる。

以上の工程により、本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ１００を形成することができる。

本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法では、工程（６）の合金化工程は、第２電極１２３の形成前に行われている。すなわち、第２電極１２３の形成後には、アニール処理を行う必要がないため、アニール処理によるＣｒの最表面のＡｕ中への拡散を防止し、第２電極１２３の表面が酸化するのを防止することができる。

４．変形例
本実施の形態の面発光レーザは、上述の実施の形態に限定されることなく、本発明の要旨の範囲内において、様々な変形が可能である。以下にその変形例の一例について説明する。

図１１は、変形例にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す平面図であり、図１に示す平面図と対応している。図１２は、変形例にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図であり、図２に示す断面図と対応している。

変形例にかかる面発光型半導体レーザ２００は、第４電極２２４をさらに含む点で、本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ１００と異なる。第４電極２２４は、第２電極２２３の上面に形成されている。これにより、電極全体を厚く形成することができ、断線を防止し、デバイスの放熱性を高めることができる。また、第４電極２２４は、第２電極２２３の開口部２２５とは異なる外方向に開口する開口部２２６を有するオープンリング形状に形成されている。変形例にかかる面発光型半導体レーザ２００において、たとえば、第１電極１２２の中心を基準位置とし、配線部１２８の延出方向を１２時の方向とした場合、第２電極２２３の開口部２２５は４時の方向に、第４電極２２４の開口部２２６は８時の方向に設けられている。このように、第２電極２２３の開口部２２５と、第４電極２２４の開口部２２６とを異なる位置に設けることにより、膜厚のばらつきを抑えることができる。

面発光型半導体レーザ１００の製造方法については、上述した本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ１００の製造工程（１）〜（７）の後に、第４電極２２４を第２電極１２３と同様の製造工程（７）により形成すればよい。また、工程（６）の合金化工程については、第２電極２２３の形成前に行ってもよいし、形成後に行ってもよい。

面発光型半導体レーザ２００における他の構成および製造方法については、上述した面発光型半導体レーザ１００と同様であるので、説明を省略する。

５．実験例
上述した第１電極及び第２電極を含む面発光型半導体レーザについて、以下のような実験を行った。

５．１．第１の実験例
図１３および図１４は、第１の実験例にかかる面発光型半導体レーザを示す図であり、図１４は、図１３における領域IＶを示す。第１の実験例にかかる面発光型半導体レーザは、第１電極と、第１電極の上面に形成された第２電極と、第２電極の上面に形成された第４電極とを含み、第１電極、第２電極、および第４電極は、すべて開口部を有する。即ち、第１の実験例にかかる面発光型半導体レーザは、第１電極がオープンリング形状である点で、リング形状の第１電極を有する面発光型半導体レーザ１００と異なる。

第１の実験例では、図１４に示すように、第１電極の開口部付近の柱状部上面において、開口部以外の電流注入領域とコンタクト状況が異なるため、電流注入を行った際に構造が破壊されてしまったと考えられる。

５．２．第２の実験例
図１５は、上述した本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ１００を示す図である。第１電極がリング形状であるため、柱状部と直接接する電極が均一に電流を注入することができ、コンタクト状況にも偏りがないため、第１の実験例においてみられた構造破壊がなく良好な状態であった。

したがって、第１の実験例および第２の実験例によれば、第１電極の内側の端部が柱状部の上面において第２電極の端部より内側に形成されており、かつ第１電極が開口部を有さないリング形状であることにより、電界集中による構造破壊を防止できることが確認された。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

なお、本発明にかかる光素子は、上述した面発光型半導体レーザに限定されるわけではなく、他の発光素子（例えば、半導体発光ダイオードや有機ＬＥＤ）、あるいは受光素子（例えば、フォトダイオード）であってもよい。

本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す平面図。 本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図。 図１の領域IIを詳細に示す拡大図。 図２の領域IIIを詳細に示す拡大図。 図５（Ａ）は、電極の膜厚とレーザ光の放射角との関係を示す図であり、図５（Ｂ）は、電極の膜厚Ｄが０＜Ｄ≦λ／２ｎの範囲内の電極の膜厚とレーザ光の放射角との関係を示す図である。 本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造工程を模式的に示す断面図。 本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造工程を模式的に示す断面図。 本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造工程を模式的に示す断面図。 本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造工程を模式的に示す断面図。 本実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造工程を模式的に示す平面図。 変形例にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す平面図。 変形例にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図。 第１の実験例にかかる面発光型半導体レーザを示す図。 第１の実験例にかかる面発光型半導体レーザを示す拡大図。 第２の実験例にかかる面発光型半導体レーザを示す図。

符号の説明

１００ 面発光型半導体レーザ、１１０ 半導体基板、１２０ 埋込み絶縁層、１２２ 第１電極、１２３ 第２電極、１２４ 第３電極、１２５ 開口部、１２６ 出射面、１２７ 露出部、１２８ 配線部、１２９ 電極パッド部、１３０ 柱状部、 １３２ 絶縁層、１４０ 共振器、１４２ 第１ミラー、１４４ 活性層、１４６ 第２ミラー、２００ 面発光型半導体レーザ、２２３ 第２電極、２２４ 第４電極、２２５、２２６ 開口部

Claims (11)

1. 光が出射する上面を有する柱状部と、
   前記柱状部の上面に形成された第１電極と、
   前記第１電極の上方に形成された第２電極と、を含み、
   前記第１電極は、前記柱状部の上面においてリング形状に形成され、
   前記第２電極は、前記柱状部の上面において中央部から外方向に開口する開口部を有するオープンリング形状に形成され、
   前記第１電極は、下記式（１）を満たす膜厚Ｄ１を有し、
   前記第２電極は、前記第１電極より厚く形成される、半導体レーザ。
   （４ｉ＋１）λ／８ｎ≦Ｄ１≦（４ｉ＋３）λ／８ｎ・・・（１）
   （式（１）において、ｉは整数、λは発振波長、ｎは電極の材質の屈折率を示す。）
2. 請求項１において、
   前記第２電極の縁は、前記開口部からオープンリング形状の外側または内側にかけて曲線形状を有する、半導体レーザ。
3. 請求項２において、
   前記第２電極の縁は、前記開口部からオープンリング形状の外側にかけて曲線形状を有する、半導体レーザ。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記第２電極は、前記開口部を挟んで対向する縁の少なくとも一部が平行に形成されている、半導体レーザ。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
   前記第２電極は、０．２μｍ以上の膜厚を有する、半導体レーザ。
6. 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
   前記第１電極の内側の端部は、柱状部の上面において前記第２電極の端部より内側に形
   成されている、半導体レーザ。
7. 請求項１ないし６のいずれかにおいて、
   前記第２電極は、下記式（２）を満たす膜厚Ｄ２を有する、半導体レーザ。
   Ａ≧Ｄ２×ｔａｎ（θ／２）・・・（２）
   （式（２）において、Ａは出射面の径と第２電極の内側の径との差、θは放射角を示す。）
8. 請求項１ないし７のいずれかにおいて、
   前記第２電極は、前記柱状部の外方向に延出する配線部を有する、半導体レーザ。
9. 請求項８において、
   前記開口部は、前記配線部が延出する方向と異なる外方向に開口する、半導体レーザ。
10. 請求項１ないし９のいずれかにおいて、
    前記第２電極の上方に形成された第４電極をさらに含み、
    前記第４電極は、前記第２電極の開口部とは異なる外方向に開口する開口部を有するオープンリング形状に形成されている、半導体レーザ。
11. 光が出射または入射する上面を有する柱状部を形成する工程と、
    前記柱状部の上面に第１電極を形成する工程と、
    前記第１電極の上方に第２電極を形成する工程と、
    を含み、
    前記第１電極を形成する工程は、
    前記柱状部の上面に所定の形状にパターニングされた第１レジスト層を形成する工程と、
    前記第１レジスト層の上面および前記柱状部の上面に第１金属層を成膜する工程と、
    リフトオフ法により、前記第１レジスト層および前記第１レジスト層の上面に形成された前記第１金属層を除去する工程と、
    を有し、
    前記第１金属層の膜厚は、前記第１レジスト層の膜厚よりも薄く形成され、
    前記第１電極は、前記柱状部の上面においてリング形状に形成され、
    前記第２電極を形成する工程は、
    前記第１電極の上面に所定の形状にパターニングされた第２レジスト層を形成する工程と、
    前記第２レジスト層の上面および前記第１電極の上面に第２金属層を成膜する工程と、
    リフトオフ法により、前記第２レジスト層および前記第２レジスト層の上面に形成された前記第２金属層を除去する工程と、
    を有し、
    前記第２金属層の膜厚は、前記第１金属層の膜厚よりも厚く形成され、
    前記第２電極は、前記柱状部の上面において中央部から外方向に開口する開口部を有するオープンリング形状に形成されている、光素子の製造方法。