JP7167451B2 - 面発光型半導体レーザ、および面発光型半導体レーザの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、面発光型半導体レーザ、および面発光型半導体レーザの製造方法に関する。

特許文献１には、配線の寄生容量低減を目的とした、半絶縁性の基板上に形成された、第１導電型の半導体層、第１導電型の第１の半導体多層膜反射鏡、活性領域および第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡を含む柱状構造と、第１導電型の半導体層に電気的に接続される第１の電極と、第２の半導体多層膜反射鏡に電気的に接続される第２の電極と、第１の電極に接続された第１の金属配線と、第２の電極に接続された第２の金属配線とを有し、第１導電型の半導体層は、柱状構造の側面から延在した接続領域を含み、当該接続領域に第１の電極が接続され、第１の金属配線および第２の金属配線と基板との間には第１導電型の半導体層が存在しない、面発光型半導体レーザが開示されている。

特開２０１５－９９８７０号公報

活性層よりも基板側に位置する下部半導体多層膜の底面に達する深さのメサ構造体を有する面発光型半導体レーザでは、メサ構造体の高さが高いため、製造工程においてマスクを形成する際のレジストがメサ構造体の上面から基板側に流れ落ちやすい。そのため、メサ構造体の上面はレジストが薄く、基板側は必要以上にレジストが厚くなりやすい。このような状態で出射面に閉形状の配線をリフトオフで形成しようとすると、所望の形状の配線が形成できない場合があった。

本発明は、下部半導体多層膜の底面に達する深さのメサ構造体を備えた面発光型半導体レーザにおいて、メサ構造体の光出射面からメサ構造体の底部に延伸する配線と光出射面上の閉形状の配線とを１回のリフトオフで形成する場合と比較して、光出射面に所望の形状の配線を形成しやすくされた、面発光型半導体レーザ、および面発光型半導体レーザの製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の面発光型半導体レーザは、基板上に形成された第１の導電型の第１の半導体多層膜反射鏡、前記第１の半導体多層膜反射鏡上に形成された活性層、前記活性層上に形成された第２の導電型の第２の半導体多層膜反射鏡、および第２の半導体多層膜反射鏡の上面に形成された閉形状の電極を備えるとともに、前記第１の半導体多層膜反射鏡の底面に達する深さのメサ構造体と、前記閉形状の電極上に形成された非閉形状の配線部分によって前記電極と接続され、前記メサ構造体の側面を介して前記基板上まで延伸された配線と、を含み、前記非閉形状の配線部分は、前記非閉形状の配線部分は、前記閉形状の電極の周方向の長さのうち、１/４以上かつ３/４以下の長さの範囲（ただし、前記閉形状の電極の周方向の長さの１／２の長さを除く）に設けられているものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記基板のおもて面に形成された前記第１の導電型の半導体層をさらに含み、前記メサ構造体は前記半導体層上に形成され、前記配線は、前記基板上の前記半導体層を含まない領域まで延伸されたものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記電極が円環形状であり、前記配線部分の形状が円環の一部を除いた形状であるものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記メサ構造体の形状が円柱形状であるものである。

上記の目的を達成するために、請求項５に記載の面発光型半導体レーザの製造方法は、基板上に形成された、第１の導電型の第１の半導体多層膜層、前記第１の半導体多層膜層上の活性層、および前記活性層上の第２の導電型の第２の半導体多層膜層を含む半導体層を、前記基板が露出するまでエッチングして前記半導体層の柱状構造体を形成する工程と、前記柱状構造体の上面に形成された閉形状の電極に接続される閉形状の配線部分を含む第１の配線を第１のリフトオフで形成する工程と、前記第１の配線に連続するとともに前記基板上まで延伸された第２の配線を第２のリフトオフで形成する工程と、を含むものである。

上記の目的を達成するために、請求項６に記載の面発光型半導体レーザの製造方法は、基板上に形成された、第１の導電型の第１の半導体多層膜層、前記第１の半導体多層膜層上の活性層、および前記活性層上の第２の導電型の第２の半導体多層膜層を含む半導体層を、前記基板が露出するまでエッチングして前記半導体層の柱状構造体を形成する工程と、前記柱状構造体の上面に閉形状の電極を形成する工程と、フォトレジストを塗布した後、前記電極上に閉形状の配線部分を含む第１の配線を形成するための第１の露光、および前記第１の配線に連続するとともに前記基板上まで延伸された第２の配線を形成するための第２の露光を行う工程と、前記フォトレジストをパターニングしてマスクを形成する工程と、前記第１の配線、および前記第２の配線をリフトオフで形成する工程と、を含むものである。

請求項１、請求項５、および請求項６に記載の発明によれば、下部半導体多層膜の底面に達する深さのメサ構造体を備えた面発光型半導体レーザにおいて、メサ構造体の光出射面からメサ構造体の底部に延伸する配線と光出射面上の閉形状の配線とを１回のリフトオフで形成する場合と比較して、光出射面に所望の形状の配線を形成しやすくされた、面発光型半導体レーザ、および面発光型半導体レーザの製造方法が提供される、という効果を奏する。

請求項２に記載の発明によれば、基板のおもて面に形成された半導体層を含まない場合と比較して、半絶縁性の基板を用いても本発明に係る面発光型半導体レーザが実現される、という効果を奏する。

請求項３に記載の発明によれば、配線部分の形状を円環形状とする場合と比較して、光出射面に所望の開口形状をより形成しやすい、という効果を奏する。

請求項４に記載の発明によれば、メサ構造体の形状を円柱形状以外の形状とする場合と比較して、面発光型半導体レーザの出射光の形状を制御しやすい、という効果を奏する。

第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの構成の一例を示す、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 第１の実施の形態に係るｐ側配線とｐ側電極との関係を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は斜視図である。 第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの製造方法の一例を示す縦断面図の一部である。 第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの製造方法の一例を示す縦断面図の一部である。 ｐ側配線形成時のレジストの偏在を説明する図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１を参照して、本実施の形態に係る面発光型半導体レーザ１０の構成の一例について説明する。図１（ａ）は本実施の形態に係る面発光型半導体レーザ１０の断面図であり、図１（ｂ）は面発光型半導体レーザ１０の平面図である。図１（ａ）に示す断面図は、図１（ｂ）に示す平面図においてＸ－Ｘ’で切断した断面図である。面発光型半導体レーザ１０は、本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法によって製造された面発光型半導体レーザの一例である。

図１に示すように、面発光型半導体レーザ１０は、半絶縁性ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）の基板１２上に形成されたｎ型ＧａＡｓのコンタクト層１４、下部ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）１６、活性領域２４、酸化狭窄層３２、上部ＤＢＲ２６、およびコンタクト層２８含んで構成されている。面発光型半導体レーザ１０では、コンタクト層１４、下部ＤＢＲ１６、活性領域２４、酸化狭窄層３２、上部ＤＢＲ２６、およびコンタクト層２８の各構成がメサ構造体Ｍを形成し、該メサ構造体Ｍがレーザ部分を構成している。なお、コンタクト層１４が本発明に係る「第１の導電型の半導体層」に相当する。

メサ構造体Ｍを含む半導体層の周囲は無機絶縁膜としての層間絶縁膜３４が着膜されている。該層間絶縁膜３４はメサ構造体Ｍの側面から基板１２の表面まで延伸され、電極パッド４２ａの下部に配置されている。本実施の形態に係る層間絶縁膜３４は、一例として、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で形成されている。なお、層間絶縁膜３４の材料はシリコン窒化膜に限らず、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）、あるいはシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）等であてもよい。

図１（ａ）に示すように、層間絶縁膜３４の開口部を介してｐ側電極３６が設けられている。ｐ側電極３６の一端側はコンタクト層２８に接続され、コンタクト層２８との間でオーミック性接触を形成している。一方、ｐ側電極３６の他端側からはメサ構造体Ｍの側面を経由して基板１２の表面までｐ側配線６２が延伸され、電極パッド４２ａを構成している。ｐ側電極３６、およびｐ側配線６２は、例えば、Ｔｉ（チタン）／Ａｕ（金）の積層膜を着膜して形成される。

ここで、メサ構造体Ｍの上面におけるｐ側配線６２は、図１（ａ）、（ｂ）に示すようにｐ側電極３６の上部に形成されるが、ｐ側電極３６が円環形状（リング形状）に形成されているのに対し、リングが途中で途切れた形状（図１（ｂ）ではＣ字形状）とされている。この理由については後述する。ここで、ｐ側電極３６の形状はリング形状に限られず、四角枠形状等他の形状でもよいので、以下ではリング形状のように閉じた形状を「閉形状」といい、Ｃ字形状のような開放された形状を「非閉形状」という場合がある。なお、本実施の形態に係る「閉形状」には完全に閉じた形状のみならず、部分的に狭い幅のスリットが入った形状も含む。また、狭い幅のスリットとは、閉形状の内周の長さに対して１／１０以下の幅のスリットをいう。

同様に、層間絶縁膜３４の開口部を介してｎ側電極３０が設けられている。ｎ側電極３０の一端側はコンタクト層１４に接続され、コンタクト層１４との間でオーミック性接触を形成している。一方、ｎ側電極３０の他端側から基板１２の表面までｎ側配線６４が延伸され、図１（ｂ）に示すように、電極パッド４２ｂを形成している（以下、総称する場合は「電極パッド４２」という）。ｎ側電極３０、およびｎ側配線６４は、例えば、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの積層膜を着膜して形成される。

上記のように、本実施の形態に係る基板１２には、一例として半絶縁性のＧａＡｓ基板を用いている。半絶縁性のＧａＡｓ基板とは、不純物がドーピングされていないＧａＡｓ基板である。半絶縁性のＧａＡｓ基板は抵抗率が非常に高く、そのシート抵抗値は数ＭΩ程度の値を示す。よって、電極パッド４２を半絶縁性の基板上に形成することで、導電性を有する他の層上に層間絶縁膜を介して電極パッド４２を形成する構成と比較し、容量成分が低減され、高速応答に適した特性が得られる。

基板１２上に形成されたコンタクト層１４は、一例としてＳｉがドープされたＧａＡｓ層によって形成されている。コンタクト層１４の一端はｎ型の下部ＤＢＲ１６に接続され、他端はｎ側電極３０に接続されている。すなわち、コンタクト層１４は、下部ＤＢＲ１６とｎ側電極３０との間に介在し、メサ構造体Ｍで構成されるレーザ部分に負電位を付与する機能を有する。なお、コンタクト層１４は、サーマルクリーニング後、基板表面の結晶性を良好にするために設けられるバッファ層を兼ねてもよい。

コンタクト層１４上に形成されたｎ型の下部ＤＢＲ１６は、面発光型半導体レーザ１０の発振波長をλ、媒質（半導体層）の屈折率をｎとした場合に、膜厚がそれぞれ０．２５λ／ｎとされかつ屈折率の互いに異なる２つの半導体層を交互に繰り返し積層して構成される多層膜反射鏡である。具体的には、下部ＤＢＲ１６は、Ａｌ_０．９０Ｇａ_０．１Ａｓによるｎ型の低屈折率層と、Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓによるｎ型の高屈折率層と、を交互に繰り返し積層することにより構成されている。なお、本実施の形態に係る面発光型半導体レーザ１０では、発振波長λを、一例として８５０ｎｍとしている。

本実施の形態に係る活性領域２４は、例えば、下部スペーサ層、量子井戸活性層、および上部スペーサ層を含んで構成されてもよい（図示省略）。本実施の形態に係る量子井戸活性層は、例えば、４層のＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる障壁層と、その間に設けられた３層のＧａＡｓからなる量子井戸層と、で構成されてもよい。なお、下部スペーサ層、上部スペーサ層は、各々量子井戸活性層と下部ＤＢＲ１６との間、量子井戸活性層と上部ＤＢＲ２６との間に配置されることにより、共振器の長さを調整する機能とともに、キャリアを閉じ込めるためのクラッド層としての機能も有している。

活性領域２４上に設けられたｐ型の酸化狭窄層３２は電流狭窄層であり、電流注入領域３２ａおよび選択酸化領域３２ｂを含んで構成されている。ｐ側電極３６からｎ側電極３０に向かって流れる電流は、電流注入領域３２ａによって絞られる。

酸化狭窄層３２上に形成された上部ＤＢＲ２６は、膜厚がそれぞれ０．２５λ／ｎとされかつ屈折率の互いに異なる２つの半導体層を交互に繰り返し積層して構成される多層膜反射鏡である。具体的には、上部ＤＢＲ２６は、Ａｌ_０．９０Ｇａ_０．１Ａｓによるｐ型の低屈折率層と、Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓによるｐ型の高屈折率層と、を交互に繰り返し積層することにより構成されている。

コンタクト層２８上には、光の出射面を保護する出射面保護層３８が設けられている。
出射面保護層３８は、一例としてシリコン窒化膜を着膜して形成される。

ここで、本実施形態に係るｐ側配線６２、ｎ側配線６４（以下、総称する場合は「配線」）。本実施の形態に係る「配線」にはｐ側配線６２、ｎ側配線６４以外の配線も含む場合もある）はリフトオフによって形成している。リフトオフとは、まず、複数の面発光型半導体レーザの素子が中間段階まで形成されたウエハの全面にフォトレジストを塗布した後、配線のパターンを露光してマスクを形成する。しかる後に、該マスク上に金属等の導電体膜を成膜し、薬液を用いてレジストを除去する。この際、レジスト上の導電体膜がレジストとともに除去されるため、面発光型半導体レーザの素子上に成膜された導電体膜のみが残留し、配線のパターンが形成される。

本実施の形態に係る配線の形成プロセスにおいては、基板１２上に電極パッド４２と配線（ｐ側配線、ｎ側配線）を形成すると同時に、メサ構造体Ｍの側面とメサ構造体Ｍの上面にも配線を形成する。一方、本実施の形態に係る面発光型半導体レーザ１０では、高速応答を実現するために、メサ構造体Ｍの上面から電極パッドを形成する面（基板１２のおもて面）までの段差が非常に高くなっている。具体的には、本実施の形態に係る面発光型半導体レーザ１０のメサ構造体Ｍの上面から基板１２のおもて面までの段差（高さ）は一例として約１０μｍとなっており、この段差は、メサ構造体の上面から活性層の底部までで形成する一般的なメサ構造体の段差の２倍以上の段差である。また、本実施の形態に係る面発光型半導体レーザ１０は、例えば１０Ｇｂｐｓを超える高速通信用であり、例えば、メサ構造体Ｍの径は２０～３０μｍ、メサ構造体Ｍの上面に形成される配線の内径は９～１９μｍであり、一例として、メサ構造体Ｍの径は２５．０μｍ、メサ構造体Ｍの上面に形成される配線の内径は１４．０μｍである。これは、画像形成装置の光書き込みに面発光型半導体レーザが使用される場合のメサ構造体よりも大きい。

また、上述したように、ｐ側配線６２は、メサ構造体Ｍの上面のリング状のｐ側電極３６の上部に形成するが、ｐ側配線６２の一部だけが接すると抵抗が高くなる。よって、高速応答に適した高段差のメサ構造体を採用した場合においては、通常はリング状のｐ側電極３６の形状に合わせてメサ構造体Ｍの上部のｐ側配線６２もリング状に形成し、抵抗値を極力下げる工夫がなされる。すなわち、容量成分のみならず抵抗成分をできるだけ低減可能な構成が採用される。しかしながら、メサ構造体Ｍの上面のｐ側配線６２をリング状のパターンにすると、リング状のパターンの開口を形成するためのレジストが倒れ、所望の配線形状が形成できない場合が発生するという問題があった。

図５を参照し、上記問題について説明する。図５は、メサ構造体Ｍを形成した後配線形成のためのマスクをレジストで形成した状態を示しており、（ａ）は正常な状態、（ｂ）は上記問題が発生した場合の状態を各々示している。なお、図５では簡略化のためメサ構造体Ｍのみを示し、層間絶縁膜３４等の図示を省略している。

配線を形成する際は、図５（ａ）に示すように、配線のパターニングを行ったレジストＲ１、Ｒ２、Ｒ３（以下、総称する場合は「レジストＲ」）上に金属等により導電体膜を成膜する（図示省略）。配線に不要な領域の金属を除去する際、金属が接していないレジスト面に薬液を入れるため、逆テーパ形状のレジストを形成する。この際のレジストの種類としては、たとえばＡＺが使用される。本実施の形態において「逆テーパ形状」とは、図５（ａ）に示す基板１２のおもて面から測ったレジストＲの端面までの角度θ（以下、「傾斜角θ」）が鈍角であることをいう。

レジストＲは、例えばスピンコートによって塗布されるが、メサ構造体Ｍのような段差が形成されたウエハ面内では、レジストＲの粘性のためレジストＲは段差の上部より下部に溜まりやすくなる。つまり、基板１２上に形成する電極パッド等の周囲のレジストの膜厚は厚くなり、メサ構造体Ｍの上部のレジストＲの膜厚は薄くなる。例えば、図５（ａ）の例では、レジストＲ３は厚くなり、レジストＲ１は薄くなる。本実施の形態に係る面発光型半導体レーザ１０では一般的なメサ構造体よりも段差が大きいため、レジストＲ１の膜厚とレジストＲ３の膜厚の差も大きくなる。

この状態で露光・現像を行い、メサ構造体Ｍの上面に配線形成用のレジストＲのパターニングを行うが、基板１２上からメサ構造体Ｍの上面まで延伸された配線を一回のプロセスで形成する場合は、レジストＲの膜厚の厚い領域を基準にして露光・現像時間が決められる。その際、レジストＲの膜厚が薄くなっているメサ構造体Ｍの上面のレジストＲに対しても同じ時間の露光・現像を行うため、メサ構造体Ｍの上面のレジストＲは、図５（ａ）に示すように、基板１２上に形成されるレジストＲの逆テーパ形状よりも、さらに急な逆テーパのついた（傾斜角θがより大きな）形状になってしまう。

メサ構造体Ｍの上面の開口部（レジストＲ１に対応する部分）は大きさが小さいため、逆テーパのつきすぎたレジストＲが形成されると、レジストＲとメサ構造体Ｍとの接触する面積が小さくなり、図５（ｂ）に示すように、レジストＲが倒れてしまう場合も想定される。この状態でレジストＲ上に金属を蒸着すると、所望の領域に金属が蒸着せず、所望の配線形状を形成できない。

そこで、本発明では、メサ構造体Ｍの上面に形成する配線の形状を閉形状ではなく、一部が開放された非閉形状とした。すなわち、メサ構造体Ｍの上面で、レジストが孤立することがないようにし、メサ構造体Ｍの上面の出射口を形成するレジストが周囲のレジストと連続するようにした。換言すると、メサ構造体Ｍの上面の配線は、レーザ光の出射口とメサの外周との間に配線が設けられていない領域がある。

図２を参照して、本実施の形態に係る非閉形状の配線（ｐ側配線６２）についてより詳細に説明する。図２に示す各々の図では、面発光型半導体レーザ１０のレーザ光の出射口６０の周囲に、ｐ側電極３６が形成されている。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ｐ側配線６２は、電極パッド４２ａからメサ構造体Ｍの側面を経由して、ｐ側電極３６の上部まで延伸されている。本実施の形態に係る面発光型半導体レーザ１０では、メサ構造体Ｍの上面のｐ側配線６２をリング状のｐ側電極３６の上部に形成しているが、その形状は閉形状ではなく非閉形状とされている。すなわち、図２（ａ）の例ではＣ字形状とされている。そして、出射方向から出射面を見た場合に、ｐ側電極３６とｐ側配線６２は、お互いが重なる領域において接続されている。なお、メサ構造体Ｍの上面のｐ側配線６２は、平面視でｐ側電極３６と重複する部分があればよく、必ずしもｐ側電極３６の形状に沿って形成されている必要はない。

図２（ｃ）から（ｆ）は、リング状のｐ側電極３６上のｐ側配線６２の形状のバリエーションを示したものである。図２（ｃ）は、メサ構造体Ｍの上面のｐ側配線６２の面積を図２（ａ）に示すｐ側配線６２から円周方向にさらに拡大した例である。図２（ｃ）に示す形状では、リング状のｐ側電極３６の周方向の長さのうち、略２／３の長さの範囲にｐ側配線６２が設けられている。図２（ｃ）に示す形状によれば、図２（ａ）に示す形状と比較して、抵抗成分を更に低減できる。一方、ｐ側配線６２を円周方向に拡大しすぎると、閉形状ではない形状（非閉形状）に近づくことになる。そうすると、出射口を形成するレジストが倒れやすくなる。図２（ｄ）は、メサ構造体Ｍの上面のｐ側配線６２の面積を図２（ａ）に示すｐ側配線６２から円周方向にさらに縮小した例である。図２（ｄ）に示す形状では、リング状のｐ側電極３６の周方向の長さのうち、略１／３の長さの範囲にｐ側配線６２が設けられている。図２（ｃ）に示す形状によれば、図２（ａ）に示す形状と比較して、抵抗成分が若干大きくなるが、出射口を形成するレジストが倒れにくくなる。
また、図２（ｅ）は、メサ構造体Ｍの上面のｐ側配線６２についてリング状の部分をなくし、ｐ側配線６２の端部だけでｐ側電極３６と接している例である。どの程度の非閉形状とするか（どの程度配線を閉じさせるか）は、許容されるｐ側配線６２の抵抗値と、レジスト倒れの予防の程度（確実性）とを勘案して、最適な形状とされる。一例として、リング状のｐ側電極３６の周方向の長さのうち、１／４以上かつ３／４以下の長さの範囲にｐ側配線６２を形成すれば、素子の抵抗成分の低減とレジスト倒れの抑制とのバランスをとりやすい。言い換えれば、素子の抵抗成分の低減と、出射面に所望の形状の配線を形成することとのバランスがとりやすい。特に、図２（ａ）に示す形状のように、リング状のｐ側電極３６の周方向の長さのうち、略半分の長さの範囲にｐ側配線６２を形成すれば、そのバランスが最もよくなる。ここで、「略半分の長さ」とは、リング状のｐ側電極３６の周方向の長さのうち、２/５以上かつ３/５以下の長さをいう。

さらに、図２（ｆ）は、四角柱形状のメサ構造体Ｍが、矩形形状の出射口６０を備え、メサ構造体Ｍの上面のｐ側配線が、四角枠形状の一部で形成されている例である。このようにメサ構造体Ｍの形状（円柱形状、四角柱形状等）、ｐ側電極３６の形状（リング形状、四角枠形状等）、メサ構造体Ｍの上面のｐ側配線６２の形状（非閉形状）はさまざまの形状とされ、また各々の形状を組み合わせてもよい（例えば、四角柱形状のメサ構造体Ｍ、リング形状のｐ側電極、非リング形状のｐ側電極３６の組み合わせ等）。

次に、図３および図４を参照して、本実施の形態に係る面発光型半導体レーザ１０の製造方法について説明する。本実施の形態では、１枚のウエハ上に複数の面発光型半導体レーザ１０が形成されるが、以下ではそのうちの１つの面発光型半導体レーザ１０について図示し説明する。

図３（ａ）に示すように、まず、半絶縁性ＧａＡｓの基板１２上に、ｎ型のコンタクト層１４、ｎ型の下部ＤＢＲ１６、活性領域２４、ｐ型の上部ＤＢＲ２６、およびｐ型のコンタクト層２８をこの順にエピタキシャル成長させる。

その際、ｎ型のコンタクト層１４は、一例として、キャリア濃度を約２×１０^１８ｃｍ^－３とし、膜厚を２μｍ程度として形成する。また、ｎ型の下部ＤＢＲ１６は、一例として、各々の膜厚が媒質内波長λ／ｎの１／４とされた、Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ層とＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層とを交互に３７．５周期積層して形成される。Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ層のキャリア濃度およびＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層のキャリア濃度は、各々約２×１０^１８ｃｍ^－３とされ、下部ＤＢＲ１６の総膜厚は約４μｍとされる。また、ｎ型キャリアとしては、一例として、Ｓｉ（シリコン）を用いる。

活性領域２４は、一例として、ノンドープのＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓ層による下部スぺーサ層と、ノンドープの量子井戸活性層と、ノンドープのＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓ層による上部スぺーサ層とで形成される。量子井戸活性層は、例えば、Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓによる４層の障壁層、および各障壁層の間に設けられたＧａＡｓによる３層の量子井戸層で構成される。Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓによる障壁層の膜厚は各々約８ｎｍとされ、ＧａＡｓによる量子井戸層の膜厚は各々約８ｎｍとされ、活性領域２４全体の膜厚は媒質内波長λ／ｎとされる。

ｐ型の上部ＤＢＲ２６は、一例として、各々の膜厚が媒質内波長λ／ｎの１／４とされた、Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ層とＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層とを交互に２５周期積層して形成される。この際、Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ層のキャリア濃度およびＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層のキャリア濃度は、各々約４×１０^１８ｃｍ^－３とされ、上部ＤＢＲ２６の総膜厚は約３μｍとされる。また、ｐ型キャリアとしては、一例として、Ｃ（カーボン）を用いる。
さらに、上部ＤＢＲ２６中には、後述の工程において酸化狭窄層３２を形成するためのＡｌＡｓ層４０が含まれている。

ｐ型のコンタクト層２８は、一例として、キャリア濃度を約１×１０^１９ｃｍ^－３以上とし、膜厚を１０ｎｍ程度として形成する。

次に、エピ成長の完了したウエハのコンタクト層２８上に電極材料を成膜した後、該材料を例えばフォトリソグラフィによるマスクを用いてドライエッチングし、図３（ｂ）に示すように、Ｐ側電極３６を取り出すためのコンタクトメタルＣＭｐを形成する。コンタクトメタルＣＭｐは、一例として、Ｔｉ／Ａｕの積層膜を用いて形成される。

次に、ウエハ面上に出射面保護層となる材料を成膜した後、該材料を例えばフォトリソグラフィによるマスクを用いてドライエッチングし、図３（ｃ）に示すように、出射面保護層３８を形成する。出射面保護層３８の材料としては、一例として、シリコン窒化膜を用いる。

次に、フォトリソグラフィおよびエッチングによりウエハ面上にマスクを形成し、該マスクを用いてドライエッチングし、図３（ｄ）に示すようにメサＭ１を形成する。

次に、ウエハに酸化処理を施してＡｌＡｓ層４０を側面から酸化し、図３（ｅ）に示すように、メサＭ１内に酸化狭窄層３２を形成する。酸化狭窄層３２は、電流注入領域３２ａおよび選択酸化領域３２ｂを含んで構成されている。選択酸化領域３２ｂが上記酸化処理により酸化された領域であり、酸化されないで残された領域が電流注入領域３２ａである。電流注入領域３２ａは、円形または円形に近い形状をなしており、この電流注入領域３２ａにより、面発光型半導体レーザ１０のｐ側電極３６とｎ側電極３０との間を流れる電流が絞られ、例えば面発光型半導体レーザ１０の発振における横モードが制御される。

次に、フォトリソグラフィおよびエッチングによりウエハ面上にマスクを形成し、該マスクを用いてドライエッチングし、図３（ｆ）に示すようにメサＭ２を形成する。

次に、フォトリソグラフィおよびエッチングによりウエハ面上にマスクを形成し、該マスクを用いてドライエッチングし、図４（ａ）に示すようにメサＭ３を形成する。

コンタクト層１４上に電極材料を成膜した後、該材料を例えばフォトリソグラフィによるマスクを用いてドライエッチングし、図４（ｂ）に示すように、ｎ側電極３０を取り出すためのコンタクトメタルＣＭｎを形成する。コンタクトメタルＣＭｎは、一例として、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの積層膜を用いて形成される。

次に、図４（ｃ）に示すように、ウエハの出射面保護層３８、コンタクトメタルＣＭｐ、ＣＭｎを除く領域にシリコン窒化膜による層間絶縁膜３４を成膜する。

次に、リフトオフを用いて、図４（ｄ）に示すように、ｐ側電極３６と接続されたｐ側配線６２および電極パッド４２ａ、ｎ側電極３０と接続されたｎ側配線６４および電極パッド４２ｂ（図示省略）を形成する。ｐ側電極３６、ｐ側配線６２および電極パッド４２ａ、ｎ側電極３０、ｎ側配線６４および電極パッド４２ｂは、一例として、Ｔｉ／Ａｕの積層膜を用いて形成する。本工程により、ｐ側配線６２がコンタクトメタルＣＭｐと接続され、ｎ側配線６４がコンタクトメタルＣＭｎと接続される。

次に、図示しないダイシング領域においてダイシングし、面発光型半導体レーザ１０を分離して個片化する。以上の工程により、本実施の形態に係るメサ構造体Ｍの上面の配線を含む面発光型半導体レーザ１０が製造される。

［第２の実施の形態］
本実施の形態は、メサ構造体Ｍの上面のｐ側配線６２の形状を非閉形状ではなく、従来技術と同じように閉形状、例えばリング形状とする。そして、上述したレジストの倒れを回避するために、ｐ側配線６２を２回の工程で形成する。すなわち、マスクパターンを分割し、メサ構造体Ｍの上面のｐ側配線（以下、「第１の配線」）を形成する工程（以下、「第１の配線工程」）と、第１の配線と連続するｐ側配線（パッド電極４２ａを含む。以下「第２の配線」）を形成する工程（以下、「第２の配線工程」）とに分ける。このことにより、第１の配線を形成する工程と、第２の配線を形成する工程とで分けることができるので、第１の配線用の薄い膜厚のレジストと、第２の配線用の厚い膜厚のレジストとで各々の露光時間を最適化することができる。その結果、第１の配線用のレジストが過剰な逆テーパ形状となることが抑制され、第１の配線が閉形状（例えばリング形状）であっても（メサ構造体Ｍの上面のレジストが孤立しても）、レジストの倒れが抑制される。

ここで、ｐ側配線６２は、便宜上、メサ構造体Ｍの上面のｐ側配線、メサ構造体Ｍの側面のｐ側配線、メサ構造体Ｍの底部のｐ側配線、およびパッド電極４２ａに分けて考えることができる。上記の説明では、第１の配線をメサ構造体Ｍの上面のｐ側配線とし、それ以外の配線を第２の配線とする例を示したが、これに限られない。例えば、第１の配線をメサ構造体Ｍの上面のｐ側配線、およびメサ構造体Ｍの側面のｐ側配線とし、第２の配線をメサ構造体Ｍの底部のｐ側配線、およびパッド電極４２ａとしてもよい。すなわち、第１の配線と第２の配線の区切りは、レジスト全体の膜厚等を勘案して設定すればよい。

次に、上記のように区切られた第１の配線、および第２の配線の具体的な形成方法について説明する。

１つめの方法は、２回のリフトオフ工程を行う形態、すなわち、第１の配線用のリフトオフ工程と、第２の配線用のリフトオフ工程を行う形態である。この場合、図４（ｃ）に示す工程の後に、以下の２工程を行う。
＜第１のリフトオフ工程＞
（１）レジストを塗布する。
（２）第１の配線を形成する上で適切な露光時間でレジストを露光し、レジストをパターニングする。
（３）金属膜を成膜する。
（４）レジストおよびレジスト上の金属膜を除去して、第１の配線を形成する。
＜第２のリフトオフ工程＞
（１）レジストを塗布する。
（２）第２の配線を形成する上で適切な露光時間でレジストを露光し、レジストをパターニングする。
（３）金属膜を成膜する。
（４）レジストおよびレジスト上の金属膜を除去して、第２の配線を形成する。
むろん、第１の工程と第２の工程の順序は逆でもよい。

２つめの方法は、リフトオフ工程は１回であるが、レジストの露光時間を変えて２回の露光を行う形態、すなわち第１の配線用の露光時間の露光と、第２の配線用の露光時間の露光の２回の露光を行う形態である。この場合、図４（ｃ）に示す工程の後に、以下の工程を行う。
（１）レジストを塗布する。
（２）第１の配線用の露光を行う。
（３）第２の配線用の露光を行う。
（４）レジストのパターニングを行う。
（５）金属膜を成膜する。
（６）レジストおよびレジスト上の金属膜を除去して、第１の配線、および第２の配線を形成する。
むろん、第１の配線用の露光と、第２の配線用の露光の順序は逆であってもよい。また、第１の配線用の露光、第２の配線用の露光を行う場合は、各々の目的とする露光領域以外の領域は遮光する。

なお、上記各実施の形態では、半絶縁性のＧａＡｓ基板を用いたＧａＡｓ系の面発光型半導体レーザを例示して説明したが、これに限られず、ＧａＮ（窒化ガリウム）による基板、あるいはＩｎＰ（リン化インジウム）による基板を用いた形態としてもよい。

また、上記実施の形態では、基板にｎ型のコンタクト層を形成する形態を例示して説明したが、これに限られず、基板にｐ型のコンタクト層を形成する形態としてもよい。その場合には、上記の説明において、ｎ型とｐ型を逆に読み替えればよい。

１０ 面発光型半導体レーザ
１２ 基板
１４ コンタクト層
１６ 下部ＤＢＲ
２４ 活性領域
２６ 上部ＤＢＲ
２８ コンタクト層
３０ ｎ側電極
３２ 酸化狭窄層
３２ａ 電流注入領域
３２ｂ 選択酸化領域
３４ 層間絶縁膜
３６ ｐ側電極
３８ 出射面保護層
４０ ＡｌＡｓ層
４２、４２ａ、４２ｂ 電極パッド
６０ 出射口
６２ ｐ側配線
６４ ｎ側配線
ＣＭｐ、ＣＭｎ コンタクトメタル
Ｍ メサ構造体
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３ メサ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ レジスト
θ 傾斜角

Claims (6)

1. 基板上に形成された第１の導電型の第１の半導体多層膜反射鏡、前記第１の半導体多層膜反射鏡上に形成された活性層、前記活性層上に形成された第２の導電型の第２の半導体多層膜反射鏡、および第２の半導体多層膜反射鏡の上面に形成された閉形状の電極を備えるとともに、前記第１の半導体多層膜反射鏡の底面に達する深さのメサ構造体と、
   前記閉形状の電極上に形成された非閉形状の配線部分によって前記電極と接続され、前記メサ構造体の側面を介して前記基板上まで延伸された配線と、
   を含み、
   前記非閉形状の配線部分は、前記閉形状の電極の周方向の長さのうち、１/４以上かつ３/４以下の長さの範囲（ただし、前記閉形状の電極の周方向の長さの１／２の長さを除く）に設けられている
   面発光型半導体レーザ。
2. 前記基板のおもて面に形成された前記第１の導電型の半導体層をさらに含み、
   前記メサ構造体は前記半導体層上に形成され、
   前記配線は、前記基板上の前記半導体層を含まない領域まで延伸された
   請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
3. 前記電極が円環形状であり、
   前記配線部分の形状が円環の一部を除いた形状である
   請求項１または請求項２に記載の面発光型半導体レーザ。
4. 前記メサ構造体の形状が円柱形状である
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の面発光型半導体レーザ。
5. 基板上に形成された、第１の導電型の第１の半導体多層膜層、前記第１の半導体多層膜層上の活性層、および前記活性層上の第２の導電型の第２の半導体多層膜層を含む半導体層を、前記基板が露出するまでエッチングして前記半導体層の柱状構造体を形成する工程と、
   前記柱状構造体の上面に形成された閉形状の電極に接続される閉形状の配線部分を含む第１の配線を第１のリフトオフで形成する工程と、
   前記第１の配線に連続するとともに前記基板上まで延伸された第２の配線を第２のリフトオフで形成する工程と、を含む
   面発光型半導体レーザの製造方法。
6. 基板上に形成された、第１の導電型の第１の半導体多層膜層、前記第１の半導体多層膜層上の活性層、および前記活性層上の第２の導電型の第２の半導体多層膜層を含む半導体層を、前記基板が露出するまでエッチングして前記半導体層の柱状構造体を形成する工程と、
   前記柱状構造体の上面に閉形状の電極を形成する工程と、
   フォトレジストを塗布した後、前記電極上に閉形状の配線部分を含む第１の配線を形成するための第１の露光、および前記第１の配線に連続するとともに前記基板上まで延伸された第２の配線を形成するための第２の露光を行う工程と、
   前記フォトレジストをパターニングしてマスクを形成する工程と、
   前記第１の配線、および前記第２の配線をリフトオフで形成する工程と、を含む
   面発光型半導体レーザの製造方法。

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