JP4973940B2 - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、垂直共振器構造を備えた半導体発光素子の製造方法に関する。

面発光型の半導体レーザは、従来の端面射出型のものとは異なり、基板に対して直交する方向に光を射出するものであり、同じ基板上に２次元アレイ状に多数の素子を配列することが可能であることから、近年、デジタルコピー機やプリンタ機用の光源として注目されている。

この種の面発光型の半導体レーザは、例えば、図１６示したように、基板１１０上に、下部ＤＢＲ層１１１、下部スペーサ層１１２、活性層１１３、上部スペーサ層１１４、電流狭窄層１１５、上部ＤＢＲ層１１６およびコンタクト層１１７を基板１１０側からこの順に積層してなる垂直共振器構造を備えており、この垂直共振器構造の上部、具体的には、下部ＤＢＲ層１１１の一部、下部スペーサ層１１２、活性層１１３、上部スペーサ層１１４、電流狭窄層１１５、上部ＤＢＲ層１１６およびコンタクト層１１７に、柱状のメサ部１１８が形成されている。また、メサ部１１８の上面に上部電極１２１が形成され、基板１１０の裏面に下部電極１２２が形成されている。なお、図１６は従来の面発光型の半導体レーザ１００の断面構成の一例を表すものである。

上記メサ部１１８は、例えば、以下に示した方法によって形成することが可能である。まず、基板１１０上に、下部ＤＢＲ層１１１、下部スペーサ層１１２、活性層１１３、上部スペーサ層１１４、被酸化層１１５Ｄ、上部ＤＢＲ層１１６およびコンタクト層１１７を順に積層して、垂直共振器構造を形成したのち、コンタクト層１１７の上面に円形状のマスク層Ｍ１０を形成する（図１７）。なお、被酸化層１１５Ｄは、後述の酸化工程を経ることによって電流狭窄層１１５となるものである。

次に、ドライエッチング法を用いて、マスク層Ｍ１０をマスクとして垂直共振器構造の上部を選択的にエッチングして、柱状のメサ部１１８Ｄを形成したのち、例えば、水蒸気雰囲気中において、高温で酸化処理を行い、被酸化層１１５Ｄをメサ部１１８Ｄの側面から選択的に酸化する（図１８）。これにより、被酸化層１１５Ｄのうち側面から所定の深さまでの領域が酸化領域（絶縁領域）となり、その領域が電流狭窄領域１１５Ａとして機能する。そして、それよりも奥の領域が未酸化領域となり、その領域が電流注入領域１１５Ｂとして機能する。このようにして、電流狭窄領域１１５Ａおよび電流注入領域１１５Ｂからなる電流狭窄層１１５が形成される。

ところで、上記した被酸化層１１５Ｄは、通常、垂直共振器構造の中で最も酸化され易い材料、例えば、Ａｌ組成比の高いＡｌＧａＡｓからなる。しかし、垂直共振器構造に含まれる下部ＤＢＲ層１１１や上部ＤＢＲ層１１６は、一般に、Ａｌ組成比の相対的に高い低屈折率層と、Ａｌ組成比の相対的に低い高屈折率層とを交互に積層した積層構造となっており、これら下部ＤＢＲ層１１１や上部ＤＢＲ層１１６に含まれる低屈折率層は、比較的酸化され易い。このように、垂直共振器構造内には、被酸化層１１５Ｄ以外にも、酸化され易い層が存在していることから、被酸化層１１５Ｄを酸化する工程において、過度に酸化処理を行うと、下部ＤＢＲ層１１１や上部ＤＢＲ層１１６に含まれる低屈折率層などの比較的酸化され易い層まで深く酸化されてしまう（図１８の酸化部分１１１Ａ，１１６Ａ参照）。その結果、電流狭窄層１１５だけでなく、垂直共振器構造内の電流狭窄層１１５以外の層においても、酸化による体積収縮の歪が発生し、機械的な破壊が生じる虞がある。また、酸化領域と非酸化領域との界面（酸化フロント）では酸素などの不純物が多く含まれており、不安定な状態となっている。そのため、酸化フロントを起点として欠陥が経時的に成長する可能性があり、垂直共振器構造内の被酸化層１１５Ｄ以外の層までもが酸化されることにより、素子寿命が短くなる虞がある。

そこで、例えば、特許文献１では、電流狭窄層に隣接して、周囲の層よりも格子定数の大きなＩｎ含有層（ＩｎＡｌＧａＡｓ）を設けて、酸化による体積収縮の歪を補償する方策が提案されている。また、例えば、特許文献２では、電流狭窄層の酸化狭窄径を一定以上に大きくして、酸化による体積収縮の歪が活性層へ与える応力を低減する方策が提案されている。

特開２００４−１７９６４０号広報 特開２００３−１５８３４０号広報

しかし、特許文献１の方策では、Ｉｎ含有層自体の光吸収を抑制したり、信頼性低下をなくするための別の方策が必要となる。また、特許文献２の方策では、閾値電流および消費電力が増大したり、直接変調帯域が低下するなどの問題が生じる。さらに、特許文献１，２の方策では、酸化フロントを起点とした欠陥成長を抑制することができず、また、垂直共振器構造内の電流狭窄層１１５以外の層における酸化による体積収縮の歪を抑制することもできない。

もっとも、垂直共振器構造内の被酸化層以外の層が酸化されてしまった場合には、例えば、図１９に示したように、メサ部１１８の上面の中央領域（メサ部１１８の上面のうち酸化部分１１１Ａ，１１６Ａを除いた領域）に、円形状のマスク層Ｍ１１を形成し、マスク層Ｍ１１をマスクとして、メサ部１１８の端縁を選択的にエッチングし、酸化部分１１１Ａ，１１６Ａを除去することにより、事後的に、垂直共振器構造内の電流狭窄層以外の層における欠陥成長や歪を抑制することも可能である。

しかし、そのようにした場合には、垂直共振器構造のうちメサ部１１８の周辺領域（下部ＤＢＲ層１１１）までもがエッチングされ、メサ部１１８が必要以上に高くなってしまい、その後のプロセスを難しくしてしまうという問題がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、メサ部を必要以上に高くすることなく、垂直共振器構造内の電流狭窄層以外の層において、酸化フロントを起点とした欠陥成長や酸化による体積収縮の歪を抑制することの可能な半導体発光素子の製造方法を提供することにある。

本発明の半導体発光素子の製造方法は、以下の（Ａ１）〜（Ａ３）の各工程を含むものである。
（Ａ１）半導体基板上に、被酸化層を含む垂直共振器構造を形成したのち、垂直共振器構造の上面から少なくとも被酸化層を貫通する深さを有する環状の溝部を形成することにより、側面が溝部で囲まれた柱状の第１メサ部を形成する形成工程
（Ａ２）被酸化層を第１メサ部の側面から酸化して電流狭窄層を形成する酸化工程
（Ａ３）少なくとも第１メサ部の上面中央領域を覆うと共に少なくとも第１メサ部の上面端縁および側面を外部に曝すマスク層を形成したのち、マスク層をマスクとして、少なくとも第１メサ部の上面端縁および側面をエッチングして、第１メサ部よりも直径が小さく、かつ側面に段差の無い柱状の第２メサ部を形成するエッチング工程

本発明の半導体発光素子の製造方法では、側面が溝部で囲まれた柱状の第１メサ部の上に、少なくとも第１メサ部の上面中央領域を覆うと共に少なくとも第１メサ部の上面端縁および側面を外部に曝すマスク層が形成されたのち、マスク層をマスクとして、少なくとも第１メサ部の上面端縁および側面がエッチングされる。これにより、メサ部の高さを当初の高さからさほど変えないで、第１メサ部の上面端縁および側面、つまり、垂直共振器構造内の電流狭窄層以外の層において側面から酸化された部分を含む部分を除去することができる。

参考例に係る半導体発光素子の製造方法は、以下の（Ｂ１）〜（Ｂ３）の各工程を含むものである。
（Ｂ１）半導体基板上に、被酸化層を含む垂直共振器構造を形成したのち、垂直共振器構造の上面から少なくとも被酸化層までを選択的にエッチングすることにより、側面に被酸化層が露出する柱状のメサ部を形成する形成工程
（Ｂ２）被酸化層をメサ部の側面から酸化して電流狭窄層を形成する酸化工程
（Ｂ３）メサ部の上面端縁および側面、またはメサ部の上面端縁近傍に対応して開口を有するマスク層を形成したのち、開口を介してメサ部の上面端縁および側面を選択的にエッチングするエッチング工程

参考例に係る半導体発光素子の製造方法では、側面に電流狭窄層が露出する柱状のメサ部の上に、メサ部の上面端縁および側面、またはメサ部の上面端縁近傍に対応して開口を有するマスク層が形成されたのち、開口を介してメサ部の上面端縁および側面が選択的にエッチングされる。これにより、マスク層の開口をメサ部の上面端縁および側面に設けた場合には、メサ部の高さを当初の高さからさほど変えないで、メサ部の上面端縁および側面、つまり、垂直共振器構造内の電流狭窄層以外の層において側面から酸化された部分を含む部分を除去することができる。また、マスク層の開口をメサ部の上面端縁近傍に対応して設けた場合には、メサ部の高さを当初の高さからさほど変えないで、メサ部の上面端縁、つまり、垂直共振器構造内の電流狭窄層以外の層において側面から酸化された部分を含む部分をメサ部の中央部分から分離することができる。

本発明の半導体発光素子の製造方法、参考例に係る半導体発光素子の製造方法によれば、メサ部の高さを当初の高さからさほど変えないで、垂直共振器構造内の電流狭窄層以外の層において側面から酸化された部分を含む部分を除去または分離するようにしたので、メサ部を必要以上に高くすることなく、垂直共振器構造内の電流狭窄層以外の層において、酸化フロントを起点とした欠陥成長や酸化による体積収縮の歪を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る面発光型の半導体レーザ１の上面図を表すものである。図２は図１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表すものである。

本実施の形態の半導体レーザ１は、基板１０の一面側に半導体積層構造２０（垂直共振器構造）を備えたものである。この半導体積層構造２０は、基板１０側から、下部ＤＢＲ層１１、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４、電流狭窄層１５、上部ＤＢＲ層１６、コンタクト層１７をこの順に積層して構成されている。この半導体積層構造２０の上部、具体的には、下部ＤＢＲ層１１の一部、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４、電流狭窄層１５、上部ＤＢＲ層１６およびコンタクト層１７には、柱状のメサ部１８が形成されている。

ここで、基板１０は、例えばｎ型ＧａＡｓにより構成されている。下部ＤＢＲ層１１は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して構成されたものである。低屈折率層は例えば光学厚さがλ_１／４（λ_１は発振波長）のｎ型Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ａｓ（０＜ｘ１＜１）からなり、高屈折率層は例えば光学厚さがλ_１／４のｎ型Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ａｓ（０≦ｘ２＜ｘ１）からなる。下部スペーサ層１２は、例えばｎ型Ａｌ_ｘ３Ｇａ_１−ｘ３Ａｓ（０≦ｘ３＜１）からなる。基板１０、下部ＤＢＲ層１１および下部スペーサ層１２には、例えばケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物が含まれている。

活性層１３は、例えばＧａＡｓ系材料からなる。この活性層１３では、活性層１３のうち積層面内方向における中央部分（後述の電流注入領域１５Ｂとの対向領域）が発光領域１３Ａとなる。

上部スペーサ層１４は、例えばｐ型Ａｌ_ｘ４Ｇａ_１−ｘ４Ａｓ（０≦ｘ４＜１）からなる。上部ＤＢＲ層１６は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して構成されたものである。低屈折率層は例えば光学厚さがλ_１／４のｐ型Ａｌ_ｘ５Ｇａ_１−ｘ５Ａｓ（０＜ｘ５＜１）からなり、高屈折率層は例えば光学厚さがλ_１／４のｐ型Ａｌ_ｘ６Ｇａ_１−ｘ６Ａｓ（０≦ｘ６＜ｘ５）からなる。コンタクト層１７は、例えばｐ型Ａｌ_ｘ７Ｇａ_１−ｘ７Ａｓ（０≦ｘ７＜１）からなる。上部スペーサ層１４、上部ＤＢＲ層１６およびコンタクト層１７には、例えばマグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物が含まれている。

電流狭窄層１５はメサ部１８の側面から所定の深さまでの領域に電流狭窄領域１５Ａを有し、それ以外の領域（メサ部１８の中央領域）が電流注入領域１５Ｂとなっている。電流注入領域１５Ｂは、例えばｐ型Ａｌ_ｘ８Ｇａ_１−ｘ８Ａｓ（０＜ｘ８≦１）からなる。電流狭窄領域１５Ａは、例えば、Ａｌ₂ Ｏ₃ （酸化アルミニウム）を含んで構成され、後述するように、側面から被酸化層１５Ｄに含まれる高濃度のＡｌを酸化することにより得られるものである。従って、電流狭窄層１５は電流を狭窄する機能を有している。

メサ部１８は、電流狭窄層１５の電流注入領域１５Ｂを含んで形成されたものであり、例えば直径４０μｍ程度の円筒形状となっている。この直径は、後述の酸化工程においてメサ部１８の内部に所定の大きさの未酸化領域（電流注入領域１５Ｂ）が残るようにするために、酸化工程における酸化速度および酸化時間などに応じて適切に調整されている。

また、本実施の形態の半導体レーザ１には、メサ部１８の周囲に、メサ部１８を取り囲む環状の溝部１９が形成されている。この溝部１９は、後述の製造工程において溝部３０の側壁をエッチングした際に残ったもの（底部）であり、特に何らかの機能を発現するものではない。また、この溝部１９を含む表面と、メサ部１８の側面および上面中央領域には、保護膜２１が形成されている。この保護膜２１は、メサ部１８を保護するためのものであり、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯ₂）や、シリコン窒化物（ＳｉＮ）などの絶縁性材料からなる。

メサ部１８の上面（コンタクト層１７の上面）には、電流注入領域１５Ｂとの対向領域に開口を有する環状の上部電極２２が設けられている。保護膜２１の表面上には、ワイヤ（図示せず）をボンディングするための電極パッド２３が設けられており、この電極パッド２３と上部電極２２とが互いに電気的に接続されている。また、基板１０の裏面には、下部電極２４が設けられている。ここで、上部電極２２および電極パッド２３は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をこの順に積層して構成されたものであり、メサ部１８上部のコンタクト層１７と電気的に接続されている。下部電極２４は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とを基板１０側から順に積層した構造を有しており、基板１０と電気的に接続されている。

このような構成の半導体レーザ１は、例えば次のようにして製造することができる。

図３（Ａ），（Ｂ）〜図８（Ａ），（Ｂ）は、その製造方法を工程順に表すものである。なお、図３（Ａ），図４（Ａ），図５（Ａ），図６（Ａ），図７（Ａ），図８（Ａ）は製造過程の素子の上面構成を、図３（Ｂ）は図３（Ａ）におけるＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図４（Ｂ）は図４（Ａ）におけるＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図５（Ｂ）は図５（Ａ）におけるＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図６（Ｂ）は図６（Ａ）におけるＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図７（Ｂ）は図７（Ａ）におけるＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図８（Ｂ）は図８（Ａ）におけるＡ−Ａ矢視方向の断面構成をそれぞれ表すものである。

ここでは、ＧａＡｓからなる基板１０上の化合物半導体層を、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により形成する。この際、化合物半導体層の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン (ＡｓＨ3)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、Ｈ_２Ｓｅを用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えば、ジメチルジンク（ＤＭＺ）を用いる。

まず、基板１０上に、下部ＤＢＲ層１１、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４、被酸化層１５Ｄ（後述の酸化処理により電流狭窄層１５となる層。）、上部ＤＢＲ層１６およびコンタクト層１７をこの順に積層して、半導体積層構造２０Ｄを形成したのち、コンタクト層１７の上面全体に渡ってフォトレジスト（図示せず）を形成する。

次に、フォトリソグラフィー処理および現像処理を行うことにより、例えば内径Ｌ１、外径Ｌ２（＞Ｌ１）の環状の開口Ｈ１を有するマスク層Ｍ１を形成したのち（図３（Ａ），（Ｂ））、例えば、ドライエッチング法により、開口部Ｈ１を介して、半導体積層構造２０Ｄの上面から少なくとも被酸化層１５Ｄにまで達する幅Ｗ１（＝Ｌ２−Ｌ１）の環状の溝部３０を形成する（図４（Ａ），（Ｂ））。これにより、例えば直径が開口Ｈ１の内径Ｌ１と等しい柱状のメサ部１８Ｄがその側面を溝部３０に囲まれて形成される。

このとき、溝部３０の幅Ｗ１は、後述のエッチング工程において少なくともメサ部１８Ｄの上面端縁および側面をエッチングする際に、メサ部１８Ｄの上面端縁および側面のエッチング速度よりも溝部３０の底面のエッチング速度が遅くなるような寸法となっている。

次に、マスク層Ｍ１を除去したのち（図５（Ａ），（Ｂ））、水蒸気雰囲気中において、高温で酸化処理を行い、被酸化層１５Ｄをメサ部１８Ｄの側面から選択的に酸化する（図６（Ａ），（Ｂ））。これにより、被酸化層１５Ｄのうち側面から所定の深さまでの領域が酸化アルミニウムを含む酸化領域（絶縁領域）となり、その領域が電流狭窄領域１５Ａとして機能する。そして、それよりも奥の領域が未酸化領域となり、その領域が電流注入領域１５Ｂとして機能する。このようにして、電流狭窄領域１５Ａおよび電流注入領域１５Ｂからなる電流狭窄層１５を有する半導体積層構造２０が形成される。

ところで、上記した被酸化層１５Ｄは、通常、半導体積層構造２０Ｄの中で最も酸化され易い材料、例えば、Ａｌ組成比の高いＡｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓからなる。しかし、半導体積層構造２０Ｄに含まれる下部ＤＢＲ層１１や上部ＤＢＲ層１６は、上記したように、Ａｌ組成比の相対的に高いＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層と、Ａｌ組成比の相対的に低いＡｌＧａＡｓからなる高屈折率層とを交互に積層した積層構造となっており、これら下部ＤＢＲ層１１や上部ＤＢＲ層１６に含まれる低屈折率層は、比較的酸化され易い。

このように、半導体積層構造２０Ｄ内には、被酸化層１５Ｄ以外にも、酸化され易い層が存在していることから、被酸化層１５Ｄを酸化する工程において、例えば、下部ＤＢＲ層１１や上部ＤＢＲ層１６に含まれる低屈折率層が側面から奥に向かってわずかに（例えば２μｍ程度）酸化されてしまう。その酸化部分１１Ａ，１６Ａは、図６（Ｂ）に例示したように、メサ部１８Ｄの側面（溝部３０の内径側の側面）だけでなく、メサ部１８Ｄの側面と対向する溝部３０の外径側の側面にも形成されている。

次に、溝部３０を含む表面全体に渡ってフォトレジスト（図示せず）を形成したのち、フォトリソグラフィー処理および現像処理を行うことにより、上から見て、少なくとも酸化部分１１Ａ，１６Ａのうちメサ部１８Ｄ側の部分との対向領域に開口を有するマスク、具体的には、少なくともメサ部１８Ｄの上面端縁および側面を外部に曝すマスクを形成する。

例えば、図７（Ａ），（Ｂ）に示したように、メサ部１８Ｄの上面中央領域（積層方向における酸化部分１１Ａ，１６Ａとの非対向領域）を覆うと共にメサ部１８Ｄの上面端縁（積層方向における酸化部分１１Ａ，１６Ａとの対向領域）および側面全体を外部に曝すマスク層Ｍ２を形成する。このマスク層Ｍ２は、メサ部１８Ｄの上面端縁および側面全体だけでなく、さらに、溝部３０の底部および外径側の側面、ならびに半導体積層構造２０Ｄの上面のうちメサ部１８Ｄおよび溝部３０の周囲も外部に露出させている。つまり、このマスク層Ｍ２は、メサ部１８Ｄの直径よりも小さな直径Ｌ３の円形状のマスクをメサ部１８Ｄの上面中央領域に配置したものである。

次に、マスク層Ｍ２をマスクとして、半導体積層構造２０Ｄを選択的にエッチングすることにより、マスク層Ｍ２の直径Ｌ３と等しい直径の柱状のメサ部１８を形成すると共に、半導体積層構造２０Ｄの上部のうちメサ部１８以外の部分を選択的に除去する（図８（Ａ），（Ｂ））。このとき、溝部３０の幅Ｗ１は、上記したように、メサ部１８Ｄの上面端縁および側面のエッチング速度よりも溝部３０の底面のエッチング速度が遅くなるような寸法となっていることから、メサ部１８の高さは、メサ部１８Ｄの高さ（溝部３０の深さ）と大きく変わっていない。なお、このエッチング処理後に、図８（Ａ），（Ｂ）に例示したように、メサ部１８の周囲には、溝部３０の側面をエッチングした際に溝部３０の底部が環状の溝部１９として残っている。

なお、エッチングによりメサ部１８を形成する際に、メサ部１８Ｄの側面に保護膜が形成されるようなエッチング条件とすることが好ましい。

最後に、マスク層Ｍ２を除去したのち、メサ部１８の側面および上面中央領域と、メサ部１８の周囲に、保護膜２１を形成し、さらに、メサ部１８の上面（コンタクト層１７の上面）に上部電極２２を、メサ部１８の側面および周囲に電極パッド２３を、基板１０の裏面に下部電極２４をそれぞれ形成する（図１、図２）。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ１が製造される。

次に、本実施の形態の半導体レーザ１の作用および効果について説明する。

本実施の形態の半導体レーザ１では、電極パッド２３と下部電極２４との間に所定の電圧が印加されると、電流注入領域１５Ｂを通して活性層１３に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の下部ＤＢＲ層１１および上部ＤＢＲ層１６により反射され、所定の波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして上部電極２２の開口部から外部に射出される。

ところで、本実施の形態の半導体レーザ１の製造工程では、被酸化層１５Ｄをメサ部１８Ｄの側面から酸化する際に、被酸化層１５Ｄだけでなく、下部ＤＢＲ層１１や上部ＤＢＲ層１６に含まれる低屈折率層までもが、メサ部１８Ｄの側面から酸化され、下部ＤＢＲ層１１や上部ＤＢＲ層１６には、酸化部分１１Ａ，１６Ａが形成される（図６（Ｂ）参照）。

これら酸化部分１１Ａ，１６Ａでは、酸化による体積収縮の歪が発生している。そのため、酸化部分１１Ａ，１６Ａをこのまま放置しておくと、機械的な破壊が生じる虞がある。また、例えば、下部ＤＢＲ層１１および上部ＤＢＲ層１６において、酸化部分１１Ａ，１６Ａとそれ以外の部分（非酸化部分）との界面（酸化フロント）では酸素などの不純物が多く含まれており、不安定な状態となっている。そのため、酸化部分１１Ａ，１６Ａをこのまま放置しておくと、酸化フロントを起点として欠陥が経時的に成長する可能性があり、素子寿命が短くなる虞がある。

しかし、本実施の形態の半導体レーザ１の製造方法では、溝部３０に囲まれたメサ部１８Ｄの直径よりも小さな直径Ｌ３の円形状のマスク層Ｍ２をメサ部１８Ｄの上面中央領域に配置したのち、マスク層Ｍ２をマスクとして、半導体積層構造２０Ｄを選択的にエッチングすることにより、マスク層Ｍ２の直径Ｌ３と等しい直径の柱状のメサ部１８を形成すると共に、半導体積層構造２０Ｄの上部のうちメサ部１８以外の部分（酸化部分１１Ａ，１６Ａを含む）を選択的に除去している。これにより、メサ部１８を必要以上に高くすることなく、事後的に、半導体積層構造２０内の電流狭窄層１５以外の層（特に下部ＤＢＲ層１１および上部ＤＢＲ層１６）において、酸化フロントを起点とした欠陥成長や酸化による体積収縮の歪を抑制することができる。その結果、信頼性を向上させることができる。

また、上記製造方法において、エッチングによりメサ部１８を形成する際に、メサ部１８Ｄの側面に保護膜が形成されるようなエッチング条件とした場合には、下部ＤＢＲ層１１および上部ＤＢＲ層１６の側面が外部に露出している時間を短くすることができる。これにより、さらに信頼性を向上させることができる。

［変形例］
上記実施の形態では、図７（Ａ），（Ｂ）、図８（Ａ），（Ｂ）に示したように、メサ部１８Ｄの直径よりも小さな直径Ｌ３の円形状のマスク層Ｍ２をメサ部１８Ｄの上面中央領域に配置したのち、半導体積層構造２０Ｄを選択的にエッチングしていたが、例えば、図９（Ａ），（Ｂ）に示したように、メサ部１８Ｄの上面中央領域だけでなく、半導体積層構造２０Ｄの上面のうちメサ部１８Ｄの周囲も覆うマスク層Ｍ３を半導体積層構造２０Ｄ上に形成して、半導体積層構造２０Ｄを選択的にエッチングするようにしてもよい。この場合にも、マスク層Ｍ３からは、少なくともメサ部１８Ｄの上面端部および側面と、溝部３０の底面が露出するので、メサ部１８Ｄから酸化部分１１Ａ，１６Ａを除去することができ、メサ部１８を必要以上に高くすることなく、酸化フロントを起点とした欠陥成長や酸化による体積収縮の歪を抑制することができる。

また、上記実施の形態では、半導体積層構造２０Ｄ上部に環状の溝部３０を形成することにより、メサ部１８Ｄを形成していたが、例えば、半導体積層構造２０Ｄの上面のうちメサ部１８Ｄを形成することとなる領域に対応して円形状のマスクＭ５を形成したのち、半導体積層構造２０Ｄを選択的にエッチングすることにより、メサ部１８Ｄを形成するようにしてもよい（図１０（Ａ），（Ｂ）参照）。

ただし、このようにした場合には、例えば、以下のようにしてその後の工程を行うことが必要となる。

例えば、まず、被酸化層１５Ｄをメサ部１８Ｄの側面から酸化して電流狭窄層１５を形成する（図１１（Ａ），（Ｂ））。続いて、メサ部１８Ｄの上面端縁および側面に対応して環状の開口Ｈ２を有するマスク層Ｍ６を形成したのち（図１２（Ａ），（Ｂ））、開口Ｈ２を介してメサ部１８Ｄの上面端縁および側面を選択的にエッチングすることにより、メサ部１８Ｄから酸化部分１１Ａ，１６Ａを除去する（図１３（Ａ），（Ｂ））。

また、例えば、まず、被酸化層１５Ｄをメサ部１８Ｄの側面から酸化して電流狭窄層１５を形成する（図１１（Ａ），（Ｂ））。続いて、メサ部１８Ｄの上面端縁近傍に対応して環状の開口Ｈ３を有するマスク層Ｍ７を形成したのち（図１４（Ａ），（Ｂ））、開口Ｈ３を介してメサ部１８Ｄの上面端縁近傍を選択的にエッチングすることにより、メサ部１８Ｄから酸化部分１１Ａ，１６Ａを分離する（図１５（Ａ），（Ｂ））。

このように、これらの方法によっても、メサ部１８を必要以上に高くすることなく、酸化フロントを起点とした欠陥成長や酸化による体積収縮の歪を抑制することができる。ただし、これらの方法では、開口Ｈ２，Ｈ３と、メサ部１８Ｄとの位置合わせの精度が要求される。

以上、実施の形態およびその変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形可能である。

例えば、上記実施の形態等では、ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体レーザを例にして本発明を説明したが、他の化合物半導体レーザ、例えばＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＩｎＰ系、ＩｎＰ系、ＧａＮ系、ＧａＩｎＮ系、ＧａＩｎＮＡｓ系などのなど化合物半導体レーザにも適用可能である。

本発明の一実施の形態に係る面発光型の半導体レーザの上面図である。 図１の半導体レーザの断面図である。 図１の半導体レーザの製造過程の一例を説明するための上面図と断面図である。 図３に続く工程について説明するための上面図と断面図である。 図４に続く工程について説明するための上面図と断面図である。 図５に続く工程について説明するための上面図と断面図である。 図６に続く工程について説明するための上面図と断面図である。 図７に続く工程について説明するための上面図と断面図である。 図１のレーザの製造過程の他の例を説明するための上面図と断面図である。 図１のレーザの製造過程のその他の例を説明するための上面図と断面図である。 図１０に続く工程について説明するための上面図と断面図である。 図１１に続く工程について説明するための上面図と断面図である。 図１２に続く工程について説明するための上面図と断面図である。 図１のレーザの製造過程の更にその他の例を説明するための上面図と断面図である。 図１４に続く工程について説明するための上面図と断面図である。 従来の面発光型の半導体レーザの一例の断面図である。 図１６の半導体レーザの製造過程の一例を説明するための断面図である。 図１７に続く工程について説明するための断面図である。 図１８の半導体レーザの製造過程の他の例を説明するための断面図である。

符号の説明

１…半導体レーザ、１０…基板、１１…下部ＤＢＲ層、１２…下部スペーサ層、１３…活性層、１３Ａ…発光領域、１４…上部スペーサ層、１５…電流狭窄層、１５Ａ…電流狭窄領域、１６Ｂ…電流注入領域、１６…上部ＤＢＲ層、１７…コンタクト層、１８…メサ部、２０…半導体積層構造、２１…保護膜、２２…上部電極、２３…電極パッド、２４…下部電極。

Claims (5)

1. 半導体基板上に、被酸化層を含む垂直共振器構造を形成したのち、前記垂直共振器構造の上面から少なくとも前記被酸化層を貫通する深さを有する環状の溝部を形成することにより、側面が前記溝部で囲まれた柱状の第１メサ部を形成する形成工程と、
   前記被酸化層を前記第１メサ部の側面から酸化して電流狭窄層を形成する酸化工程と、
   少なくとも前記第１メサ部の上面中央領域を覆うと共に少なくとも前記第１メサ部の上面端縁および側面を外部に曝すマスク層を形成したのち、前記マスク層をマスクとして、少なくとも前記第１メサ部の上面端縁および側面をエッチングして、前記第１メサ部よりも直径が小さく、かつ側面に段差の無い柱状の第２メサ部を形成するエッチング工程と
   を含む
   半導体発光素子の製造方法。
2. 前記第１メサ部の上面中央領域は、前記酸化工程において前記被酸化層を酸化する際に前記垂直共振器構造のうち前記被酸化層以外の部分において酸化されなかった部分の全部または一部との対向領域に相当する
   請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
3. 前記マスク層は、前記第１メサ部の上面中央領域を覆うと共に、前記第１メサ部の上面端縁と、前記溝部の内壁と、前記垂直共振器構造の上面のうち前記第１メサ部周辺とを外部に曝すマスク形状を有する
   請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
4. 前記マスク層は、前記第１メサ部の上面中央領域と前記垂直共振器構造の上面のうち前記第１メサ部周辺とを覆うと共に、少なくとも前記第１メサ部の上面端縁および側面を外部に曝すマスク形状を有する
   請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
5. 前記被酸化層は、前記垂直共振器構造において最も酸化され易い材料からなる
   請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。

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