JPH10125999A - 面発光半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 抵抗の低いミラーを用いながら低いしきい値
電流での動作を可能とし、しかも高い光出力を達成する
面発光半導体レーザとその製造方法を提供する。 【解決手段】 面発光半導体レーザ１００の上部ミラー
１４０は、２４．５対のｎ型ＡｌＡｓ層（第１層）とｎ
型ＧａＡｓ層（第２層）を、ｎ型中間層を間に挟みなが
ら積層した構造を有しており、分布反射器（ＤＢＲ）と
して機能する。上部ミラー１４０はメサ１５０に加工さ
れている。メサ１５０は２段のメサ部分おらなり、上部
メサ部分に含まれるｐ型ＡｌＡｓ層の周辺部は酸化され
ていないが、下部メサ部分に含まれるｐ型ＡｌＡｓ層の
周辺部は選択的に酸化されている。そのため、下部メサ
部分に含まれる各ｐ型ＡｌＡｓ層は、周辺の選択酸化領
域１４１と、選択酸化領域１４１に囲まれたコア状の半
導体領域に分かれている。駆動電流は、絶縁性の選択酸
化領域１４１によって狭窄される結果、コア半導体領域
内を縦方向に流れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面発光半導体レー
ザおよびその製造方法に関し、特に選択酸化プロセスを
用いて製造される垂直共振器型の面発光半導体レーザ(V
ertical-Cavity Surface-Emitting laser：ＶＣＳＥＬ)
およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】垂直共振器型の面発光半導体レーザ（以
下、簡単に「ＶＣＳＥＬ」と称することがある）によれ
ば、断面が円形をした光ビームを得ることができるだけ
でなく、複数の発光部分を二次元的に単一基板上に高密
度に集積化することもできる。また面発光レーザは低い
消費電力で動作し、低コストで製造することができる。
このような特徴のため、ＶＣＳＥＬは次世代の光通信お
よび光情報処理のための光源として注目され、これまで
に様々な研究・開発が行われている。

【０００３】最近、ＧａＡｓ系ＶＣＳＥＬのミラーを構
成している半導体層（たとえばＡｌＧａＡｓ層）を選択
的に酸化することによって、ＶＣＳＥＬの性能を向上さ
せる研究が盛んに行われている。この選択酸化プロセス
を用いたＶＣＳＥＬの一例が、エレクトロニクス・レタ
ーズ、第31巻(1995)、第560頁から第562頁(Electronics
Letters, 31(1995), P.560-562)に記載されている。

【０００４】図９は、上記文献に開示されているＶＣＳ
ＥＬの構造を模式的に示す断面図である。図９のＶＣＳ
ＥＬ９００は、ｎ型ＧａＡｓ基板９１０上に配置された
垂直共振器を備えており、この共振器は、ｎ−ＤＢＲ９
２０、ＩｎＧａＡｓ/ＧａＡｓ歪量子井戸９３０および
ｐ−ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）９４０を
基板側からこの順序で備えている。ｐ型ＤＢＲおよびｎ
型ＤＢＲのいずれも、ＧａＡｓ層９４１およびＡｌＡｓ
/Ａｌ_xＯ_y層９４２が交互に堆積された多層構造を有し
ており、この多層構造は基板９１０に至るまでメサ状に
エッチングされている。ＡｌＡｓ/Ａｌ_xＯ_y層９４２
は、メサ中央部に位置するＡｌＡｓ領域と、それを取り
囲むＡｌ_xＯ_y領域とから形成されている。Ａｌ_xＯ_y領域
は、メサエッチング工程の後にメサ側壁から横方向にＡ
ｌＡｓ層を部分的に酸化することによって得られる。メ
サ全体はポリイミド９５０で保護されている。出力光９
６０は基板９１０の裏面より取り出される。

【０００５】次に、ＶＣＳＥＬ９００の動作を説明す
る。

【０００６】Ａｌ_xＯ_y領域（図９中で斜線でハッチング
されている部分）は絶縁体であるため、電流はメサ中央
部（白い部分）の狭いＡｌＡｓ領域を流れる。このた
め、電流閉じ込め効果が高められる。ＡｌＡｓ/Ａｌ_xＯ
_y層９４２において、ＡｌＡｓ領域の屈折率はＡｌ_xＯ_y
領域の屈折率とは異なるため、屈折率導波構造が形成さ
れ、光の横方向閉じ込めを実現する。これらの電流およ
び光の閉じ込め効果によって、しきい値電流の大幅な低
減が期待される。

【０００７】メサ側壁にはメサエッチングによる薄いダ
メージ層が形成されており、このダメージ層には非発光
再結合中心が存在する。このためメサ側壁近傍を流れる
電流は発光に寄与しない無効電流となる。メサ中央部に
しか電流が流れないこの構造は無効電流をほとんどゼロ
にすることができるので、しきい値電流のさらなる低減
を期待できる。ＶＣＳＥＬ９００は、しきい値電流７０
μＡ（マイクロアンペア）という世界最小の値を実現し
ている。

【０００８】他の従来例がアプライド・フィジックス・
レター、第66巻(1995)、第3413頁から第3415頁(Applied
Physics Letter, 66(1995), P.3413-3415)に記載され
ている。図１０は、上記文献に開示されているＶＣＳＥ
Ｌ１０００の構造を模式的に示す断面図である。

【０００９】ＶＣＳＥＬ１０００は、ｎ−ＤＢＲ１０１
０の上に、活性層１０２０およびｐ−ＤＢＲ１０３０が
積層された構造を備えている。この積層構造をｎ−ＤＢ
Ｒ１０１０までエッチングすることによりメサが形成さ
れている。また、ｐ−ＤＢＲ１０３０の上にはリング状
のｐ側電極１０４０が形成されている。ｐ−ＤＢＲはＡ
ｌＧａＡｓとＧａＡｓとを交互に積層した多層構造を有
している。多層構造の最下層に位置する１層のＡｌＧａ
Ａｓ層のみがＡｌ組成＝０．９８のＡｌ_0.98Ｇａ_0.02Ａ
ｓ層１０３２から形成され、その他の層はＡｌ組成＝
０．９のＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とＧａＡｓ層から形成さ
れている。その結果、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ/ＧａＡｓ構
造のＤＢＲ１０３３が上部ミラーとして機能する。

【００１０】この従来例では、Ａｌ_0.98Ｇａ_0.02Ａｓお
よびＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓの酸化レート差（約１５：１）
を利用して、Ａｌ_0.98Ｇａ_0.02Ａｓ層１０３２のみを選
択的に酸化し、Ａｌ_xＯ_y領域１０３１を形成している。

【００１１】ＶＣＳＥＬ１０００の動作原理は基本的に
図９のＶＣＳＥＬ９００の場合と同じであり、低しきい
値電流のＶＣＳＥＬが実現される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】第１の従来技術によれ
ば、数μＷオーダーの光出力しか得られていない。ま
た、第２の従来技術では、１層だけを酸化するために、
Ａｌ組成の異なる２種類のＡｌＧａＡｓ層を用いたハイ
ブリッドなミラー構成を採用している。より詳細には、
選択酸化される一つの層には、酸化されやすいＡｌＧａ
Ａｓ層（Ａｌ組成が大きい）を用い、他の酸化しないＡ
ｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は小さくしている。このような
構成によれば、ミラーの大部分にＧａＡｓ層の屈折率に
近い屈折率を示すＡｌＧａＡｓ層（Ａｌ組成が小さい）
を用いなければならない。ミラーを構成するＧａＡｓ層
とＡｌＧａＡｓ層との間の屈折率差が小さい場合、十分
な反射率を達成するためには、大きなＡｌ組成のＡｌＧ
ａＡｓ層を用いる場合よりもミラーの層数を多くしなけ
ればならなくなる。これは製造コストを上昇させるだけ
ではなく、ミラー抵抗を増加させるという問題を引き起
こす。

【００１３】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その主な目的は、抵抗の低いミラーを用いなが
ら低いしきい値電流での動作を可能とし、しかも高い光
出力を達成する面発光半導体レーザとその製造方法を提
供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、ミラーを構成する複数の第１層にア
ルミニウムを含む層を用い、また、そのミラーを構成す
る複数の第２層に第１層とは屈折率と酸化レートの異な
る層を用い、複数の第１層のうち選択された一部の層の
みを酸化することによって、電流狭窄のための選択酸化
領域を部分的に配置している。

【００１５】具体的には、本発明の第１の面発光半導体
レーザは、発光層を含む活性領域と、前記活性領域を挟
む二つのミラーとを具備する面発光半導体レーザであっ
て、前記二つのミラーの少なくとも一方は、アルミニウ
ムを含む複数の第１層および複数の第２層を含む分布ブ
ラッグリフレクタ（ＤＢＲ）構造を有しており、前記Ｄ
ＢＲ構造に含まれる前記複数の第１層のうち一部の選択
された層のみが、アルミニウムを含む選択酸化領域と、
前記選択酸化領域に囲まれたコア半導体領域とを有して
いる。

【００１６】これにより、ＤＢＲ構造に含まれる一部の
層のみが、電流を阻止する選択酸化領域を含むことにな
るため、ＤＢＲ構造全体の電気抵抗増加を抑制しなが
ら、電流をコア半導体領域で規定される狭い空間に効率
的に狭窄することができる。その結果、活性領域注の発
光層のうち狭い領域に電流が注入され、低いしきい値電
流でレーザ発振が達成される。ＤＢＲ構造は、複数の第
１層、および、複数の第２層を含み、それらの層の屈折
率の違いから反射器として機能する。

【００１７】ある実施形態では、前記コア半導体領域は
アルミニウムを含む半導体から形成されており、前記第
２層は前記アルミニウムを含む半導体に格子整合する半
導体から形成される構成とすることができる。これによ
り、ＤＢＲ構造の電流が通過する範囲内では歪みなく半
導体が積層していることとなる。

【００１８】前記複数の第１層のうち前記選択酸化領域
を有する層は、この層を含むＤＢＲ構造内において、前
記複数の第１層のうち前記選択酸化領域を有していない
層よりも前記活性領域に近い位置に配置されていること
が好ましい。これにより、活性領域に近い位置に電流狭
窄のための構造が配置されることとなるため、効率的な
電流狭窄が達成される。また、コア半導体領域と選択酸
化領域との間にある横方向屈折率差に起因して、発光層
で生じた光がコア半導体領域に規定される範囲内に閉じ
こめられる。

【００１９】前記ＤＢＲ構造は、少なくとも一部にメサ
を含んでいる構成とすることができる。これにより、メ
サにより電流密度が高められ、より低いしきい値でのレ
ーザ発振が実現する。また、メサの外周部から選択酸化
領域を形成することができ、狭いコア半導体領域を簡単
に設けることができる。

【００２０】前記ＤＢＲ構造の前記メサは、外径寸法の
異なる二つのメサ部分を含んでおり、前記選択酸化領域
は、前記二つのメサ部分のうち前記活性層に近い側のメ
サ部分に形成されている構成とすることができる。これ
により、メサの電気抵抗増加を抑制しながら、電流狭窄
の実効をあげることができる。

【００２１】前記ＤＢＲ構造の前記メサは、少なくとも
その一部にテーパ部分を含んでおり、前記テーパ部分は
傾斜した側壁を有している構成とすることができる。こ
れにより、ＤＢＲ構造のテーパ部分を保護膜で覆うこと
が容易になる。そのため、製造に際して、ＤＢＲ構造の
テーパ部分中の第１層は酸化することなく、それ以外の
部分に含まれる第１層を選択的に酸化することが容易と
なる。その結果、製造コストが低減される。

【００２２】前記メサの前記傾斜した側壁の少なくとも
一部は、電極で覆われている構成とすることができる。
これにより、電極とメサとの接触抵抗が減少し、より一
層ミラー部分の垂直抵抗が低減される。

【００２３】前記複数の第１層のうち、端面が前記電極
に覆われているものは前記選択酸化領域を実質的に有し
ていない構成とすることができる。これにより、電極
は、製造工程中において選択酸化工程の際の保護膜とし
て機能し得ることとなる。

【００２４】前記ＤＢＲ構造の前記第１層と前記第２層
との間には中間層が介在している構成とすることができ
る。これにより、ＤＢＲ構造を構成する層の間に歪みな
とが生じないようにすることが可能となり、その結晶性
が向上する。

【００２５】前記二つのミラーのそれぞれが前記ＤＢＲ
構造を有し、いずれの前記ＤＢＲ構造も前記選択酸化領
域と前記コア半導体領域とを有している構成とすること
ができる。これにより、二つのミラーの双方に電流狭窄
のための選択酸化領域が配置されることとなる。そのた
め、発光層の狭い範囲に電流を効率的に注入することが
できる。

【００２６】前記二つのミラーの一方は、誘電体多層膜
から形成されている構成とすることができる。

【００２７】前記コア半導体領域はＡｌＡｓから形成さ
れており、前記第２層はＧａＡｓから形成されている構
成とすることができる。これにより、選択酸化領域を容
易に形成できる。ＡｌＡｓはＧａＡｓに比較して著しく
酸化されやすいからである。また、ＡｌＡｓとＧａＡｓ
との間の屈折率差が大きく、少ない層数でミラーの高い
反射率を得ることができる。

【００２８】本発明による他の面発光半導体レーザは、
発光層を含む活性領域と、前記活性領域を挟む二つのミ
ラーとを具備する面発光半導体レーザであって、前記二
つのミラーの少なくとも一方は、アルミニウムを含む複
数の第１層および複数の第２層を含む分布ブラッグリフ
レクタ（ＤＢＲ）構造を有しており、前記ＤＢＲ構造に
含まれる前記複数の第１層のうち一部の選択された層の
みが、表面パッシベート領域と、前記表面パッシベート
領域に囲まれたコア半導体領域とを有している。これに
より、ミラー抵抗を全く増加させることなく、無効電流
を低減できる。ＤＢＲ構造の側面は、製造時に受ける損
傷によって無効電流を発生させる非発光再結合中心等の
結晶欠陥を多数含んでいるが、それらが表面パッシベー
ト領域に置き代わることで、無効電流の原因が減少する
からである。

【００２９】前記表面パッシベート領域は選択酸化工程
によって形成されている構成とすることができる。これ
により、容易にパッシベート領域を形成できることとな
る。選択酸化工程によれば、欠陥を含む第１および第２
層の表面を簡単にパッシベートできるからである。

【００３０】本発明の更に他の面発光半導体レーザは、
一つの基板に複数の垂直共振器が配列された面発光半導
体レーザであって、前記複数の垂直共振器に共有される
単一の第１ミラーと、前記複数の垂直共振器のそれぞれ
に対応した複数の第２ミラーと、前記複数の第２ミラー
と前記第１ミラーにに挟まれた複数の活性領域とを備え
ており、前記第１ミラーおよび第２ミラーのうちの少な
くとも一方は、アルミニウムを含む複数の第１層および
複数の第２層を含む分布ブラッグリフレクタ（ＤＢＲ）
構造を有しており、前記ＤＢＲ構造に含まれる前記複数
の第１層のうち一部の選択された層のみが、アルミニウ
ムを含む選択酸化領域と、前記選択酸化領域に囲まれた
コア半導体領域とを有している。これにより、面発光レ
ーザのアレイが得られる。アレイを構成する各ＤＢＲ構
造について電流狭窄のための構成が設けられているた
め、しきい値電流が低減され、その結果、全体の消費電
力が低くなる。

【００３１】本発明の面発光半導体レーザの製造方法
は、発光層を含む活性領域と、前記活性領域を挟む二つ
のミラーとを備えた面発光半導体レーザの製造方法であ
って、アルミニウムを含む複数の第１層、および複数の
第２層を含む多層膜を形成する工程と、第１回メサエッ
チングによって前記多層膜を部分的にエッチングし、そ
れによって前記多層膜から上部メサ部分を形成し、前記
上部メサ部分の側壁を露出させる工程と、前記上部メサ
部分の前記側壁を保護膜で覆う工程と、第２回メサエッ
チングによって前記多層膜をさらに深くエッチングし、
それによって下部メサ部分を形成し、前記下部メサ部分
の側壁を露出させる工程と、前記下部メサ部分の前記側
壁から、前記下部メサ部分に含まれる前記第１層を選択
的に酸化する工程と、を包含している。これにより、複
数の第１層および複数の第２層を含む多層膜のうち一部
だけを保護膜で覆うこととなるため、保護膜で覆われて
いない部分（下部メサ部分）中に位置する第１層のみを
的確に酸化し、選択酸化領域を容易に形成することが可
能となる。

【００３２】前記第１回メサエッチングは、前記上部メ
サ部分の前記側壁を傾斜させるように行われる構成とす
ることができる。これにより、傾斜した上部メサ部分の
側壁上に保護膜の堆積を行うことが簡単になる。

【００３３】前記保護膜は導電性材料から形成され、前
記保護膜は電極の一部を構成するようにしてもよい。こ
れにより、保護膜を除去する必要が無くなり、製造工程
が簡略化される。

【００３４】前記酸化工程は、Ｈ₂Ｏ₂を用いて行われる
ようにしてもよい。これにより、選択酸化領域の形成が
簡単化され、製造コストも低減される。

【００３５】前記酸化工程は、塩化鉄を加えたＨ₂Ｏ₂を
用いて行われるようにしてもよい。これにより、塩化鉄
の作用を利用して酸化速度を向上させることができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照しながら
本発明の実施形態を説明する。

【００３７】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態による面発光半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）１
００を模式的に示す断面図である。図１のＶＣＳＥＬ１
００は、ｐ型ＧａＡｓ基板１１０上に形成されている。
ＶＣＳＥＬ１００は、ｐ型下部ミラー１２０、活性領域
１３０およびｎ型上部ミラー１４０を含むレーザ発振の
ための積層構造を有している。下部ミラー１２０は基板
１１０の上に形成されており、活性領域１３０は下部ミ
ラー１２０と上部ミラー１４０との間に挟まれている。
以下に、上記積層構造の構成を詳しく説明する。

【００３８】下部ミラー１２０は、２４．５対のｐ型Ａ
ｌＡｓ層（第１層に対応）とｐ型ＧａＡｓ層（第２層に
対応）を、ｐ型中間層を間に挟みながら積層した構造を
有しており、下側の分布反射器（Distributed Bragg Re
flector:ＤＢＲ）として機能する。同様に、上部ミラー
１４０は、２４．５対のｎ型ＡｌＡｓ層（第１層に対
応）とｎ型ＧａＡｓ層（第２層に対応）を、ｎ型中間層
を間に挟みながら積層した構造を有しており、上側の分
布反射器（ＤＢＲ）として機能する。

【００３９】いずれのミラーも、図１０の従来技術が採
用しているハイブリッド構成ではなく、単一構成を有し
ている。なお、本願明細書では、「単一構成」という文
言を、図１０の従来技術に用いられているような「ハイ
ブリッド構成」とは異なる構造の意味で使用する。

【００４０】活性領域１３０は、ウェル層として機能す
るＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層とバリア層として機能するＧａ
Ａｓ層とを含む歪量子井戸を持つ活性層（発光層）１３
１と、この活性層１３１を挟み込むＡｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ
クラッド層とを有している。活性領域１３０は、波長が
約９８０ｎｍの光を発振するように設計されている。

【００４１】ＶＣＳＥＬ１００はメサ１５０を有してい
る。このメサ１５０は、２段のメサ部分を含んでおり、
上部のメサ部分よりも下部のメサ部分のほうが大きな外
径寸法を有している。より詳細には、本実施形態におけ
る上部メサ部分の外径は、約１０μｍであり、下部メサ
部分の外径は約１１μｍである。このような二段構造を
持つメサ１５０は、後述するように、２ステップのメサ
エッチング工程により形成される。上部メサ部分は、上
部ミラー１４０の大部分を含んでいる。一方、下部メサ
部分は、上部ミラー１４０の一部（底部）と、上部クラ
ッド層と、活性層１３１と、下部クラッド層の一部とを
含んでいる。第２回メサエッチングは、下部ミラー１２
０の上面を完全に露出させる前に停止されているため、
図１からわかるように、下部ミラー１２０の上面は下部
クラッド層によって覆われている。

【００４２】上部メサ部分に含まれるｐ型ＡｌＡｓ層の
周辺部は酸化されていないが、下部メサ部分に含まれる
ｐ型ＡｌＡｓ層の周辺部は選択的に酸化されている。そ
の結果、下部メサ部分に含まれる各ｐ型ＡｌＡｓ層は、
周辺の選択酸化領域１４１と、選択酸化領域１４１に囲
まれたコア状の半導体領域に分かれている。選択酸化領
域１４１は電流アパーチャとして機能する。レーザ発振
のための駆動電流は、絶縁性の選択酸化領域１４１によ
って狭窄される結果、コア半導体領域内を縦方向に流れ
る。コア半導体領域のサイズ（直径）は、横方向酸化の
進行に応じて縮小する。この点に関して、詳細は後述す
る。

【００４３】本実施形態によれば、メサ１５０を形成す
るためのエッチングは、活性層１３１と下部ミラー１２
０の間に位置する下方クラッド層を部分的にエッチング
する時点で停止されている。その結果、上部クラッド層
と活性層１３１は、下部メサ部分に含まれているが、下
部ミラー１２０はメサエッチングを全く受けず、メサ形
状を有していない。このため、選択酸化工程によって下
部ミラー１２０内のＡｌＡｓ層は酸化されず、電流と光
を狭窄するための選択酸化領域１４１は、活性層１３１
の上側にのみ形成されている。

【００４４】ＶＣＳＥＬ１１０はさらに、上部ミラー１
４０の上面に形成されたｎ側電極１６０と、ｐ型基板１
１０の裏面に形成されたｐ側電極１７０を有しており、
これらの電極１６０および１７０によって活性領域１３
０に電流が供給される。垂直共振器内で生じたレーザ光
は、基板１１０の裏面から取り出される。

【００４５】次に、図２（ａ）〜（ｄ）を参照しなが
ら、ＶＣＳＥＬ１００の製造プロセスを説明する。な
お、図２（ａ）〜（ｄ）の中では、図１で示したものと
同じ構成要素に同じ参照符号を付しており、その説明を
省略する。

【００４６】まず、図２（ａ）に示すように、半導体基
板１１０上に、下部ミラー１２０、活性領域１３０およ
び上部ミラー１４０のための複数の半導体層を、ＭＢＥ
法（分子線エピタキシー法）やＭＯＣＶＤ法（有機金属
気相成長法）などによってエピタキシャル成長する。こ
うして得られたＶＣＳＥＬウェハに、ｎ側電極１６０お
よびｐ側電極１７０を形成する。ｎ側電極１６０は、上
部メサ部分の位置および形状を規定するためのフォトマ
スクを用いてパターニングされる。ｎ側電極１６０は、
たとえばＡｕ／ＡｕＧｅ／Ｎｉ（Ａｕの厚さ１００ｎ
ｍ：ＡｕＧｅの厚さ１５０ｎｍ：Ｎｉの厚さ５ｎｍ)か
ら形成され、ｐ側電極１７０は、たとえばＣｒ／Ａｕ
（Ｃｒの厚さ５０ｎｍ：Ａｕの厚さ１５０ｎｍ)から形
成される。

【００４７】次に、Ｃｌ₂を用いたＲＩＥ法を用いて第
１回メサエッチングを行う。エッチング条件は次の通り
である。Ｃｌ₂:Ａｒ:ＣＦ₄＝１：１０：３、パワー：５
００Ｗ、エッチング時間：５０分。

【００４８】ｎ側電極１６０は、このエッチングに対す
るマスクとして機能する。このエッチングは、図２
（ａ）に示すように、上部ミラー１４０の途中のレベル
でストップするように制御される。その結果、第１回メ
サエッチングは、上部ミラー１４０のうち、もっとも活
性層１３１の近くに位置する２層のｎ型ＡｌＡｓ層をエ
ッチングしないで残す。

【００４９】次に、第１回メサエッチングで形成された
上部メサ部分の上面および側壁を図２（ｂ）に示すよう
にＳｉＯ₂保護膜で覆う。このＳｉＯ₂保護膜は、たとえ
ばプラズマＣＶＤ法を用いて厚さ５００ｎｍのＳｉＯ₂
膜を基板の全面を覆うように堆積した後、ＳｉＯ₂膜の
うち第１回メサエッチングにより露出した上部ミラー内
のの面（基板表面に平行な面）に接触する部分を選択的
に除去することによって得られる。このような選択的な
除去を行うには、ＳｉＯ₂保護膜の位置と形状を規定す
るためのフォトマスクが必要になる。このフォトマスク
は、ｎ側電極１６０のパターニングに用いたフォトマス
クとはパターンサイズにおいて異なる。なお、スパッタ
リング法などの物理的蒸着法によってＳｉＯ₂保護膜を
堆積する場合は、上部メサ部分にテーパを設け、上部メ
サ部分の側壁を傾斜させることが必要になる。ＳｉＯ₂
保護膜の代わりにＳｉＮ保護膜を用いてもよい。

【００５０】次に、Ｃｌ₂を用いたＲＩＢＥ法を用いて
第２回メサエッチングを行う。エッチング条件は次の通
りである。Ｃｌ₂:Ｈ₂＝１：１、パワー：２００Ｗ、加
速電圧：５００ボルト、エッチング時間：５０分。Ｓｉ
Ｏ₂保護膜はこのエッチングに対するマスクとして機能
する。このエッチングは、活性領域１３０の直下まで進
行するように制御される。

【００５１】続いて、図２（ｃ）に示すように、第２回
メサエッチングによって露出した下部メサ部分の側壁か
ら、下部メサ部分の内部へ酸化種を横方向に供給する。
こうして、下部メサ部分に含まれるＡｌＡｓ層の周辺部
のみを選択的に酸化し、選択酸化領域１４１を形成す
る。アルミニウムを含むＡｌＡｓは、アルミニウムを含
まないＧａＡｓに比較して酸化速度が著しく大きく、そ
の結果、選択酸化はＡｌＡｓに対して生じる。酸化種
は、ＳｉＯ₂保護膜を速やかに拡散できないため、側面
がＳｉＯ₂保護膜によって覆われている上部メサ部分は
酸化されない。このように、ＳｉＯ₂保護膜は酸化防止
膜または酸化マスクとしても機能する。

【００５２】最後に、図２（ｄ）に示すように、ＣＦ₄
を用いたＲＩＥ法でＳｉＯ₂保護膜を除去し、図１に示
す構造を得る。

【００５３】上述のように、図２（ｃ）のＳｉＯ₂保護
膜は、上記選択酸化工程において上部メサ部分に含まれ
るＡｌＡｓ層の選択酸化を阻止するように機能する。こ
のＳｉＯ₂保護膜が十分に厚いと、ＳｉＯ₂保護膜は強力
な酸化防止膜として機能するため、上部メサ部分に選択
酸化領域は形成されない。しかし、ＳｉＯ₂保護膜の厚
さが比較的に薄いと、上部メサ部分にも選択酸化領域が
わずかに形成されるかもしれない。たとえ上部メサ部分
に比較的に小さな選択酸化領域が形成されたとしても、
それによって生じる電流狭窄の影響が小さければ、ミラ
ー抵抗の増加は相当に緩和される。従って、ＳｉＯ₂保
護膜が上部メサ部分の選択酸化を完全に阻止しない場合
でも、光出力の向上をある程度は期待することができ
る。本実施形態の場合、ＳｉＯ₂保護膜の好ましい厚さ
の範囲は、約３００ｎｍから約５００ｎｍである。

【００５４】図３は、上記選択酸化のために用いた酸化
装置の概略構成図である。図３に示すように、約８０℃
のＨ₂０でＮ₂をバブリングし、それによってＨ₂０を含
んだＮ₂を約３８０℃に加熱した炉の中に導入する。Ｎ₂
の代わりに、Ａｒなどの他の不活性ガスを用いてもよ
い。この炉の中にＶＣＳＥＬを入れ、ＶＣＳＥＬの表面
の一部を酸化させる。選択酸化領域のサイズ（メサ側壁
表面からメサ中心方向へ計測した横方向のサイズ）は、
酸化時間を制御することによって調整される。

【００５５】図４は、酸化時間とＶＣＳＥＬの光出力−
電流特性との関係を示すグラフである。測定に用いたメ
サは円柱形状を持ち、その直径は10ミクロンである。図
４の曲線は、酸化時間が０秒（酸化せず）、２分３０秒
そして４分３０秒の場合の特性を示している。酸化時間
が０秒の場合、しきい値電流は約４ｍＡである。それに
対して、酸化時間が２分３０秒の場合、しきい値電流は
約３．２ｍＡ、４分３０秒の場合、約１．７ｍＡであ
る。図４のグラフからわかるように、酸化時間が増える
ほど、しきい値電流は減少する。これは、酸化時間が増
えるにつれ、選択酸化領域が横方向に大きくなり、その
結果、電流狭窄の程度が強くなるからである。酸化時間
が４分３０秒の場合、横方向のサイズ（幅）が約１〜２
μｍの選択酸化領域が形成され、コア半導体領域の直径
は約１１μｍから約７〜９μｍに減少している。このよ
うにメサ周辺における選択酸化領域１４１の存在は、電
流および光の閉じ込めを達成し、かつ、無効電流を低減
し、その結果、しきい値電流を低減する。本実施形態で
は、上部ミラー部分のうち、２層のＡｌＡｓ層しか酸化
していないので、ミラーの抵抗はほとんど増加しない。
したがってデバイス動作時の発熱による問題もほとんど
生じることなく、図４にみられるように、最大光出力が
発熱により制限されることはない。

【００５６】一方、酸化時間が２分３０秒の場合、選択
酸化領域はほとんど形成されていない。この場合に形成
される選択酸化領域の横方向サイズは、０．１μｍ以下
と考えられる。したがって、選択酸化領域の存在による
電流および光の閉じ込め効果はほとんど期待できない。
にもかかわらず、しきい値電流が十分に減少しているの
は、メサ表層のダメージ層が選択酸化工程によりパッシ
ベートされ、それによって無効電流が低減したためであ
ると思われる。

【００５７】以上のように、本実施形態のＶＣＳＥＬ１
００では、レーザメサ１５０を２段階のエッチングで形
成している。そして上部メサ部分をＳｉＯ₂保護膜によ
って保護することで、下部メサ部分に含まれる上部ミラ
ー１４０のＡｌＡｓ層のみを選択的に酸化し、それによ
って２層の選択酸化領域１４１を形成している。この結
果、選択酸化プロセスを用いても、上部ミラー１４０の
抵抗を増大させることなく、しきい値電流を低減するこ
とができる。

【００５８】ミラー抵抗を小さく保つという観点から
は、選択酸化領域１４１の層数は１であることがもっと
も好ましいし。電流の横方向の閉じこめ効果は、選択酸
化領域１４１が１層でも十分である。ただし、光の横方
向の閉じこめ効果を高くするという観点から、選択酸化
領域１４１は、光が活性層１３１から上下方向に広がり
出る範囲内にできるだけ多く配置されることが好まし
い。これらのことを勘案すると、選択酸化領域１４１の
層数は好ましくは１から５までの範囲にあり、より好ま
しくは１〜３までの範囲にあると考えられる。

【００５９】なお、図１の実施形態とは別に、メサ１５
０の側壁の最表層（たとえば表面から深さ０．１μｍ以
下の領域）のみを薄く酸化し、選択酸化領域が電流の横
方向狭窄に実質的に寄与しない実施形態を採用してもよ
い。前述のように、メサ表面を酸化雰囲気にさらすだけ
で、メサ１５０の側壁表面に形成されたダメージ層をパ
ッシベートすることができる（パッシベート領域の形
成）からである。これによって、非発光再結合中心によ
る無効電流を低減できるので、ミラー抵抗を全く増加さ
せることなく、しきい値電流を低減することができる。

【００６０】（第２の実施形態）図５は、本発明の第２
の実施形態によるＶＣＳＥＬ５００の構成を模式的に示
す断面図である。なお、第１の実施形態のＶＣＳＥＬ１
００と同じ構成要素には同じ参照番号を付しており、こ
こではその説明を省略する。

【００６１】レーザメサ５２０の上部（上部ミラー１４
０の頂上から活性領域１３０の途中まで）はテーパ形状
を有している。このテーパ部分の上面と傾斜した側面と
を覆うようにｎ側電極１６０が形成されている。また、
レーザメサ５２０は、下部ミラー１２０を1対だけエッ
チングする深さまでエッチングすることによって形成さ
れている。メサ５２０の側壁のうち、ｎ側電極１６０で
覆われていない部分からメサの内部に向かって横方向に
１層の選択酸化領域５１０が延びている。

【００６２】本実施形態では、図５に示すように、ｐ型
下部ミラー１２０の最上のＡｌＡｓ層のみを選択的に酸
化し、それによって横方向の電流狭窄を実現している。
一方、第１の実施形態では、図１に示すように、ｎ型上
部ミラーのＡｌＡｓ層を酸化して電流狭窄を行ってい
る。これらの電流狭窄の違いによるＶＣＳＥＬの特性の
違いを図６（ａ）および図６（ｂ）を用いて説明する。
図６（ａ）はｎ型ミラー側で電流狭窄を行った場合の模
式的断面図であり、第１の実施形態の場合に相当する。
電流狭窄を行う選択酸化領域１４１と発光層である活性
層１３１との間は、正確には図６（ａ）に示すようにあ
る程度の距離（活性領域１３０の厚みの約半分）がある
ので、電流経路はその間に、ある程度広がることにな
る。したがって、実際の発光領域は、選択酸化領域１４
１で狭窄された領域より大きくなる。この発光領域拡大
の現象は、図６（ｂ）のｐ型ミラー側で電流狭窄を行っ
た（本実施形態の）場合も同様の原理で起こる。しかし
ながら、電流経路の拡大が起こる活性領域１３０がｎ型
であるか、ｐ型であるかにより、発光領域の拡大の程度
は異なってくる。つまり、移動度が小さいホールによる
電流が支配的なｐ型領域の方が電流広がりが小さいの
で、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、本実施
形態の方が第１の実施形態の場合より、発光領域が小さ
くなる。このように本実施形態のＶＣＳＥＬ５００で
は、第１の実施形態のＶＣＳＥＬ１００よりも、より大
きな電流および光の閉じ込め効果を得ることができ、さ
らにしきい値電流を低減することができる。

【００６３】次に、図７（ａ）〜（ｄ）を参照しながら
ＶＣＳＥＬ５００の製造プロセスを説明する。なお、図
５で示したものと同じ構成要素には同じ参照符号を付し
ており、ここではその説明を省略する。

【００６４】まず、図７（ａ）に示すように、半導体基
板１１０上に、下部ミラー１２０、活性領域１３０およ
び上部ミラー１４０のための複数の半導体層を、ＭＢＥ
法（分子線エピタキシー法）やＭＯＣＶＤ法（有機金属
気相成長法）などによってエピタキシャル成長する。こ
うして得られたＶＣＳＥＬウェハに、ｎ側電極１６０の
下部層およびｐ側電極１７０を形成する。ｎ側電極１６
０の下部層は、上部メサ部分の位置および形状を規定す
るようにパターニングされる。ｎ側電極１６０の下部層
は、リフトオフ法等を用い電極端がテーパ状になるよう
に形成されている。ｎ側電極１６０の下部層は、たとえ
ばＡｕ／ＡｕＧｅ／Ｎｉ（Ａｕの厚さ１００ｎｍ：Ａｕ
Ｇｅの厚さ１５０ｎｍ：Ｎｉの厚さ５ｎｍ)から形成さ
れ、ｐ側電極１７０は、たとえばＣｒ／Ａｕ（Ｃｒの厚
さ５０ｎｍ：Ａｕの厚さ１５０ｎｍ)から形成される。

【００６５】次に、図７（ｂ）に示すように、Ｃｌ₂を
用いたＲＩＥ法を用いて第１回メサエッチングを行う。
ｎ側電極１６０は、このエッチングに対するマスクとし
て機能する。本実施形態では、このエッチングが上部ミ
ラー１４０の最下端を越えて活性層領域１３０の内部に
達するようにする。

【００６６】次に、図７（ｃ）に示すように、上部メサ
の側壁を覆うようにｎ側電極１６０の上部層（追加層）
を形成した後、Ｃｌ₂を用いたＲＩＥ法を用いて第２回
メサエッチングを行う。ｎ側電極１６０の上部層は、た
とえばＮｉ（厚さ４００nm)から形成される。ｎ側電極
１６０は第２回エッチングに対するマスクとして機能す
る。このエッチングは、下部ミラー１２０の上面に最も
近いＡｌＡｓ層までをエッチングするように制御され
る。

【００６７】最後に、図７（ｄ）に示すように、露出し
たメサ側壁表面から下部ミラー１２０の最上のＡｌＡｓ
層のみを酸化し、選択酸化領域５１０を形成する。

【００６８】次に、本実施形態で用いる酸化方法を説明
する。

【００６９】この酸化は、ＶＣＳＥＬ５００をＨ₂Ｏ₂中
でボイリングすることによって行う。これにより、第１
の実施形態のＶＣＳＥＬ１００を製造するプロセスで用
いた、図３に示すような大がかりな装置を用いることな
く、容易に、簡便な方法で選択酸化を実現できる。

【００７０】さらに、本実施形態のＶＣＳＥＬ５００の
製造プロセスでは、ｎ側電極１６０の下部層を上部メサ
部分のエッチングマスクとして用いている（図７（ａ）
参照）。ｎ側電極１６０の下部層は端部にテーパ形状を
持つため、エッチング中にマスクエッジが少しづつエッ
チングされ、横方向に後退する。言い換えると、エッチ
ングマスク（ｎ側電極１６０の下部層）の横方向サイズ
が縮小しながら、メサエッチングが進行する。その結
果、図７（ｂ）に示すように、上部メサ部分の形状も側
壁が斜めになったテーパ状になる。テーパ角度はたとえ
ば約８０度程度になる。ｎ側電極１６０の上部層が上部
メサ部分の上面と側面だけを覆うようにｎ側電極１６０
の上部層をパターニングするためには、フォトマスクが
必要である。このフォトマスクは、ｎ側電極１６０の下
部層を形成するのに用いたホトマスクと同一のものを用
いればよいので、フォトマスクを余分に作成する必要は
ない。

【００７１】以上のように、本実施形態のＶＣＳＥＬ５
００では、ｐ型下部ミラー１２０に対して選択酸化を行
い、ｐ型下部ミラー１２０内で電流狭窄を行っている。
この結果、ｎ型上部ミラー１４０に対して選択酸化を行
った場合よりも、より強い電流および光の閉じ込めを実
現することができ、さらにしきい値電流を低減すること
ができる。

【００７２】また、上部メサ部分がテーパ形状を持つよ
うにエッチングされているので、最初の実施形態の場合
に比較して、フォトマスクの枚数を１枚減らすことがで
きる。その結果、ＶＣＳＥＬをより低コストで製造する
ことができる。

【００７３】また、Ｈ₂Ｏ₂中でボイリングすることで選
択酸化を行う結果、簡便な方法で、容易に選択酸化を持
ったＶＣＳＥＬを実現することができる。

【００７４】（第３の実施形態）図８は、本発明の第３
の実施形態によるＶＣＳＥＬ８００の構成を模式的に示
す断面図である。なお、第１の実施形態のＶＣＳＥＬ１
００と同じ構成要素には同じ参照番号を付しており、こ
こではその説明を省略する。

【００７５】レーザメサ８２０は、上部メサ部分（直径
約１０μｍ）と下部メサ部分（直径約１１μｍ）を含ん
でいる。上部メサ部分は上部ミラー１４０の最下の1対
を残す深さまで第１回メサエッチングを行うことにより
形成され、下部メサ部分は下部ミラー１２０を１対だけ
エッチングする第２回メサエッチングより形成されてい
る。

【００７６】レーザメサ８２０の下部メサ部分は上部メ
サ部分よりも直径が１μｍ程度大きい。下部メサ部分に
含まれている２層のＡｌＡｓ層は、メサ側壁からメサ中
央部に向かって部分的に酸化されており、２層の選択酸
化領域８１０が形成されている。

【００７７】本実施形態では、図８に示すように、ｎ型
上部ミラー１４０とｐ型下部ミラー１２０の両方のＡｌ
Ａｓ層を選択的に酸化している。その結果、活性領域１
３０の上下で電流狭窄が行われ、電流経路の広がりが生
じない。したがって、完全な電流および光の閉じ込めを
実現することができ、第２の実施形態のＶＣＳＥＬ５０
０よりも低しきい値電流が達成される。

【００７８】次に、ＶＣＳＥＬ８００の製造作製プロセ
スを説明する。

【００７９】プロセスの基本的な部分は、第１の実施形
態のＶＣＳＥＬ１００の製造プロセスのものと同じであ
る。相違点は、２回のメサエッチングのエッチング深さ
の違いと、酸化方法の違いにある。エッチング深さは、
第１回メサエッチングに際しては、上部ミラー１４０の
最下の１対を残すように制御され、２回目のメサエッチ
ングに際しては、下部ミラー１２０の最上の１対だけを
エッチングするように制御される。これらのエッチング
深さの制御は、いずれもエッチング時間を調整すること
により実行される。なお、本実施形態では、活性層の両
側にそれぞれ１層の選択酸化領域８１０を形成したが、
選択酸化領域８１０の数はこれに限定されない。たとえ
ば、活性領域１３０の上側に１層の選択酸化領域８１０
を設け、活性領域１３０の下側に２層の選択酸化領域８
１０を設けてもよい。

【００８０】活性領域８１０を形成するための選択酸化
は、Ｈ₂Ｏ₂とＦｅＣｌ₂（塩化鉄（II））の混合液を用
いて行う。混合液は、１００ｃｃのＨ₂Ｏ₂と０．０２５
ｇのＦｅＣｌ₂とを混合することによって作成し、約６
０℃に加熱する。この加熱した混合液中にＶＣＳＥＬを
浸すことによって、選択酸化を行う。酸化のメサ中心方
向への深さは酸化時間を調節することによって制御す
る。この方法は、酸化を促進するＦｅＣｌ₂を使用する
ため、第２の実施形態のＶＣＳＥＬ５００に用いた酸化
方法よりも短時間で効果的な酸化を行うことが出来る。
なお、ＦｅＣｌ₂の代わりにＦｅＣｌ₃（塩化鉄（II
I））を用いて酸化を行ってもよい。この酸化方法を図
１および図５のＶＣＳＥＬの選択酸化に適用してもよい
し、逆に、第１または第２の実施形態における酸化方法
を図８のＶＣＳＥＬの選択酸化に適用してもよい。ＶＣ
ＳＥＬの構造は、それを製造するための酸化方法を特に
限定しない。

【００８１】以上説明したように、本実施形態のＶＣＳ
ＥＬ８００では、ｎ型上部ミラー１４０とｐ型下部ミラ
ー１２０の両方のＡｌＡｓ層を選択的に酸化し、活性領
域１３０の上下で電流狭窄を行っている結果、完全な電
流および光の閉じ込めを行うことができ、低しきい値電
流のＶＣＳＥＬを実現することができる。また、Ｈ₂Ｏ₂
による酸化作用を促進する働きのあるＦｅＣｌ₂または
ＦｅＣｌ₃をＨ₂Ｏ₂に加えて酸化を行っているので、よ
り短時間で効果的な選択酸化プロセスを行うことができ
る。

【００８２】（第４の実施形態）図１１は、本発明の第
４の実施形態によるＶＣＳＥＬ１１００を模式的に示す
断面図である。図１１のＶＣＳＥＬ１１００は、ｐ型Ｇ
ａＡｓ基板１１０上に形成されている。ＶＣＳＥＬ１１
００は、下部誘電体ミラー１１２０、活性領域１３０お
よびｎ型上部ミラー１４０を含むレーザ発振のための積
層構造を有している。下部誘電体ミラー１１２０は、基
板１１０の裏面から選択エッチングにより設けられた開
口部内に形成されている。活性領域１３０は、基板１１
０上に形成されており、下部誘電体ミラー１１２０と上
部ミラー１４０との間に挟まれている。上記積層構造の
構成は、下部誘電体ミラー１１２０を除いて、第１の実
施形態と同様の構成を有している。下部誘電体ミラー１
１２０は、５対のＳｉＯ₂層／ＴｉＯ₂層が積層された構
造を有している。

【００８３】メサ１５０は、２段のメサ部分を含んでお
り、上部のメサ部分よりも下部のメサ部分のほうが大き
な外径寸法を有している。より詳細には、本実施形態に
おける上部メサ部分の外径は、約８μｍであり、下部メ
サの外径は約９μｍである。このような二段構造を持つ
メサ１５０は、第１の実施形態について述べた製造方法
により形成される。

【００８４】上部メサ部分に含まれるｐ型ＡｌＡｓ層の
周辺部は酸化されていないが、下部メサ部分に含まれる
ｐ型ＡｌＡｓ層の周辺部は選択的に酸化されている。そ
の結果、下部メサ部分に含まれる各ｐ型ＡｌＡｓ層は、
周辺の選択酸化領域と、選択酸化領域に囲まれたコア状
の半導体領域に分かれている。選択酸化領域は電流アパ
ーチャとして機能する。レーザ発振のための駆動電流
は、絶縁性の選択酸化領域によって狭窄される結果、コ
ア半導体領域内を縦方向に流れる。

【００８５】本実施形態では、一対のミラーのうちの一
方だけが、アルミニウムを含む第１層と、第１層とは屈
折率の異なる第２層とが積層されたＤＢＲ構造を備え、
活性領域１３０に近い２層の第１層（アルミニウムを含
む酸化されやすい層）だけが選択的に酸化されている。
このように、本発明では、上下ミラーの一方が他方とは
異なる材料層から構成されていてもよい。

【００８６】（第５の実施形態）図１２は、本発明の第
５の実施形態によるＶＣＳＥＬアレイ１２００を模式的
に示す断面図である。図１２のＶＣＳＥＬアレイ１２０
０は、一つの基板上に複数の発光部（垂直共振器）が集
積された構造を備えている。第１の実施形態のＶＣＳＥ
Ｌ１００と同じ構成要素には同じ参照番号を付してお
り、ここではその説明を省略する。

【００８７】本実施形態では、下部ミラー１２０が複数
の垂直共振器に共有されており、下部ミラー１２０と各
上部ミラー１４０との間を駆動電流が流れる。その結
果、各共振器内でレーザ発振が生じる。各共振器内に
は、第１実施形態の電流および光閉じこめ構造と同様の
構造が設けられているので、低いしきい値電流が達成さ
れ、しかも高い光出力が得られる。

【００８８】なお、上記すべての実施形態において、ｐ
型とｎ型を入れ替えても、本願発明の効果は損なわれな
い。また、ＧａＡｓ系以外のＩｎＰ系やＧａＮ系などの
材料系を用いてもよいことは言うまでもない。

【００８９】以上のように、本発明によれば、上述の構
成を有することによって、単一構成のミラーでありなが
ら、選択酸化プロセスを用いてもミラーの抵抗が増加せ
ず、低抵抗かつ低しきい値電流の面発光半導体レーザが
提供される。

【００９０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、ＤＢＲ構造に含まれる一部の層のみが、電
流を阻止する選択酸化領域を含むことになるため、ＤＢ
Ｒ構造全体の電気抵抗増加を抑制しながら、電流をコア
半導体領域で規定される狭い空間に効率的に狭窄するこ
とができる。その結果、活性領域注の発光層のうち狭い
領域に電流が注入され、低いしきい値電流でレーザ発振
が達成される。

【００９１】請求項２記載の発明によれば、ＤＢＲ構造
の電流が通過する範囲内では歪みなく半導体が積層して
いることとなる。

【００９２】請求項３記載の発明によれば、活性領域に
近い位置に電流狭窄のための構造が配置されることとな
るため、効率的な電流狭窄が達成される。また、コア半
導体領域と選択酸化領域との間にある横方向屈折率差に
起因して、発光層で生じた光がコア半導体領域に規定さ
れる範囲内に閉じこめられる。

【００９３】請求項４記載の発明によれば、メサにより
電流密度が高められ、より低いしきい値でのレーザ発振
が実現する。また、メサの外周部から選択酸化領域を形
成することができ、狭いコア半導体領域を簡単に設ける
ことができる。

【００９４】請求項５記載の発明によれば、メサの電気
抵抗増加を抑制しながら、電流狭窄の実効をあげること
ができる。

【００９５】請求項６記載の発明によれば、ＤＢＲ構造
のテーパ部分を保護膜で覆うことが容易になる。そのた
め、製造に際して、ＤＢＲ構造のテーパ部分中の第１層
は酸化することなく、それ以外の部分に含まれる第１層
を選択的に酸化することが容易となる。その結果、製造
コストが低減される。また、メサ形成用エッチングマス
クのパターンを規定するために使用されるフォトマスク
を用いて、保護膜のパターンも規定できる。

【００９６】請求項７記載の発明によれば、電極がテー
パ部分の側壁を覆うことによって、より一層ミラー抵抗
が低減される。

【００９７】請求項８記載の発明によれば、電極が製造
工程中において選択酸化工程の際の保護膜として機能し
得ることとなる。

【００９８】請求項９記載の発明によれば、ＤＢＲ構造
を構成する層の間に歪みなとが生じないようにすること
が可能となり、その結晶性が向上する。

【００９９】請求項１０記載の発明によれば、二つのミ
ラーの双方に電流狭窄のための選択酸化領域が配置され
ることとなる。そのため、発光層の狭い範囲に電流を効
率的に注入することができる。

【０１００】請求項１１記載の発明によれば、製造コス
トを低減できる。

【０１０１】請求項１２記載の発明によれば、選択酸化
領域を容易に形成できる。ＡｌＡｓはＧａＡｓに比較し
て著しく酸化されやすいからである。また、ＡｌＡｓと
ＧａＡｓとの間の屈折率差が大きく、少ない層数でミラ
ーの高い反射率を得ることができる。

【０１０２】請求項１３記載の発明によれば、ミラー抵
抗を全く増加させることなく、無効電流を低減できる。
ＤＢＲ構造の側面は、製造時に受ける損傷によって無効
電流を発生させる非発光再結合中心等の結晶欠陥を多数
含んでいるが、それらが表面パッシベート領域に置き代
わることで、無効電流の原因が減少するからである。

【０１０３】請求項１４記載の発明によれば、容易にパ
ッシベート領域を形成できることとなる。選択酸化工程
によれば、欠陥を含む第１層および第２層の表面を簡単
にパッシベートできるからである。

【０１０４】請求項１５記載の発明によれば、面発光レ
ーザのアレイが得られる。アレイを構成する各ＤＢＲ構
造について電流狭窄のための構成が設けられているた
め、しきい値電流が低減され、その結果、全体の消費電
力が低くなる。

【０１０５】請求項１６記載の発明によれば、複数の第
１層および複数の第２層を含む多層膜のうち一部だけを
保護膜で覆うこととなるため、保護膜で覆われていない
部分（下部メサ部分）中に位置する第１層のみを的確に
酸化し、選択酸化領域を容易に形成することが可能とな
る。

【０１０６】請求項１７記載の発明によれば、傾斜した
上部メサ部分の側壁上に保護膜の堆積を行うことが簡単
になる。

【０１０７】請求項１８記載の発明によれば、保護膜を
除去する必要が無くなり、製造工程が簡略化される。

【０１０８】請求項１９記載の発明によれば、選択酸化
領域の形成が簡単化され、製造コストも低減される。

【０１０９】請求項２０記載の発明によれば、塩化鉄の
作用を利用して酸化速度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態によるＶＣＳＥＬの
構成を模式的に示す断面図

【図２】（ａ）〜（ｄ）は、図１に示すＶＣＳＥＬの製
造工程を説明するための断面図である。

【図３】ＶＣＳＥＬを酸化させるのに用いる装置を模式
的に示す断面図である。

【図４】図１に示すＶＣＳＥＬの酸化時間と光出力−電
流特性の関係を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態によるＶＣＳＥＬの
構成を模式的に示す断面図である。

【図６】（ａ）は、図１に示すＶＣＳＥＬにおける電流
狭窄および発光領域を模式的に示す図であり、（ｂ）
は、図５に示すＶＣＳＥＬにおける電流狭窄および発光
領域を模式的に示す図である。

【図７】（ａ）〜（ｄ）は、図５に示すＶＣＳＥＬの製
造工程を説明するための断面図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態によるＶＣＳＥＬの
構成を模式的に示す断面図である。

【図９】ＶＣＳＥＬの第１の従来例の構成を模式的に示
す断面図である。

【図１０】ＶＣＳＥＬの第２の従来例の構成を模式的に
示す断面図である。

【図１１】本発明の第４の実施の形態によるＶＣＳＥＬ
の構成を模式的に示す断面図である。

【図１２】本発明の第５の実施の形態によるＶＣＳＥＬ
レーザアレイを模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１００ 面発光半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ） １１０ ｐ型ＧａＡｓ基板 １２０ ｐ型下部ミラー １３０ 活性領域 １３１ 活性層（発光層） １４０ ｎ型上部ミラー １４１ 選択酸化領域 １５０ メサ １６０ ｎ側電極 １７０ ｐ側電極 ５００ 面発光半導体レーザ ５１０ 酸化領域 ５２０ レーザメサ ８００ 面発光半導体レーザ ８１０ 酸化領域 ８２０ レーザメサ

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光層を含む活性領域と、前記活性領域
   を挟む二つのミラーとを具備する面発光半導体レーザで
   あって、 前記二つのミラーの少なくとも一方は、アルミニウムを
   含む複数の第１層、および複数の第２層を含む分布ブラ
   ッグリフレクタ（ＤＢＲ）構造を有しており、 前記ＤＢＲ構造に含まれる前記複数の第１層のうち一部
   の選択された層のみが、アルミニウムを含む選択酸化領
   域と、前記選択酸化領域に囲まれたコア半導体領域とを
   有している面発光半導体レーザ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の面発光半導体レーザであ
   って、 前記コア半導体領域はアルミニウムを含む半導体から形
   成されており、前記第２層は前記アルミニウムを含む半
   導体に格子整合する半導体から形成されていることを特
   徴とする面発光半導体レーザ。
3. 【請求項３】 請求項２記載の面発光半導体レーザであ
   って、 前記複数の第１層のうち前記選択酸化領域を有する層
   は、この層を含むＤＢＲ構造内において、前記複数の第
   １層のうち前記選択酸化領域を有していない層よりも前
   記活性領域に近い位置に配置されていることを特徴とす
   る面発光半導体レーザ。
4. 【請求項４】 請求項３記載の面発光半導体レーザであ
   って、 前記ＤＢＲ構造は、少なくとも一部にメサを含んでいる
   ことを特徴とする面発光半導体レーザ。
5. 【請求項５】 請求項４記載の面発光半導体レーザてあ
   って、 前記ＤＢＲ構造の前記メサは、外径寸法の異なる二つの
   メサ部分を含んでおり、 前記選択酸化領域は、前記二つのメサ部分のうち前記活
   性層に近い側のメサ部分に形成されていることを特徴と
   する面発光半導体レーザ。
6. 【請求項６】 請求項４記載の面発光半導体レーザであ
   って、 前記ＤＢＲ構造の前記メサは、少なくともその一部にテ
   ーパ部分を含んでおり、前記テーパ部分は傾斜した側壁
   を有していることを特徴とする面発光半導体レーザ。
7. 【請求項７】 請求項６記載の面発光半導体レーザであ
   って、 前記メサの前記傾斜した側壁の少なくとも一部は、電極
   で覆われていることを特徴とする面発光半導体レーザ。
8. 【請求項８】 請求項７記載の面発光半導体レーザであ
   って、 前記複数の第１層のうち、端面が前記電極に覆われてい
   るものは前記選択酸化領域を実質的に有していないこと
   を特徴とする面発光半導体レーザ。
9. 【請求項９】 請求項１記載の面発光半導体レーザであ
   って、 前記ＤＢＲ構造の前記第１層と前記第２層との間には中
   間層が介在していることを特徴とする面発光半導体レー
   ザ。
10. 【請求項１０】 請求項１記載の面発光半導体レーザで
    あって、 前記二つのミラーのそれぞれが、前記ＤＢＲ構造を有し
    ており、 いずれの前記ＤＢＲ構造も前記選択酸化領域と前記コア
    半導体領域とを有していることを特徴とする面発光半導
    体レーザ。
11. 【請求項１１】 請求項１記載の面発光半導体レーザで
    あって、 前記二つのミラーの一方は、誘電体多層膜から形成され
    ていることを特徴とする面発光半導体レーザ。
12. 【請求項１２】 請求項２記載の面発光半導体レーザで
    あって、 前記コア半導体領域はＡｌＡｓから形成されており、前
    記第２層はＧａＡｓから形成されていることを特徴とす
    る面発光半導体レーザ。
13. 【請求項１３】 発光層を含む活性領域と、前記活性領
    域を挟む二つのミラーとを具備する面発光半導体レーザ
    であって、 前記二つのミラーの少なくとも一方は、アルミニウムを
    含む複数の第１層、および複数の第２層を含む分布ブラ
    ッグリフレクタ（ＤＢＲ）構造を有しており、 前記ＤＢＲ構造に含まれる前記複数の第１層のうち一部
    の選択された層のみが、表面パッシベート領域と、前記
    表面パッシベート領域に囲まれたコア半導体領域とを有
    している面発光半導体レーザ。
14. 【請求項１４】 請求項１３記載の面発光半導体レーザ
    であって、 前記表面パッシベート領域は選択酸化工程によって形成
    されていることを特徴とする面発光半導体レーザ。
15. 【請求項１５】 一つの基板に複数の垂直共振器が配列
    された面発光半導体レーザであって、 前記複数の垂直共振器に共有される単一の第１ミラー
    と、前記複数の垂直共振器のそれぞれに対応した複数の
    第２ミラーと、前記複数の第２ミラーと前記第１ミラー
    にに挟まれた複数の活性領域とを備えており、 前記第１ミラーおよび第２ミラーのうちの少なくとも一
    方は、アルミニウムを含む複数の第１層、および複数の
    第２層を含む分布ブラッグリフレクタ（ＤＢＲ）構造を
    有しており、 前記ＤＢＲ構造に含まれる前記複数の第１層のうち一部
    の選択された層のみが、アルミニウムを含む選択酸化領
    域と、前記選択酸化領域に囲まれたコア半導体領域とを
    有している面発光半導体レーザ。
16. 【請求項１６】 発光層を含む活性領域と、前記活性領
    域を挟む二つのミラーとを備えた面発光半導体レーザの
    製造方法であって、 アルミニウムを含む複数の第１層、および複数の第２層
    を含む多層膜を形成する工程と、 第１回メサエッチングによって前記多層膜を部分的にエ
    ッチングし、それによって前記多層膜から上部メサ部分
    を形成し、前記上部メサ部分の側壁を露出させる工程
    と、 前記上部メサ部分の前記側壁を保護膜で覆う工程と、 第２回メサエッチングによって前記多層膜をさらに深く
    エッチングし、それによって下部メサ部分を形成し、前
    記下部メサ部分の側壁を露出させる工程と、 前記下部メサ部分の前記側壁から、前記下部メサ部分に
    含まれる前記第１層を選択的に酸化する工程と、を包含
    する面発光半導体レーザの製造方法。
17. 【請求項１７】 請求項１６記載の製造方法であって、 前記第１回メサエッチングは、前記上部メサ部分の前記
    側壁を傾斜させるように行うことを特徴とする面発光半
    導体レーザの製造方法。
18. 【請求項１８】 請求項１７記載の製造方法であって、 前記保護膜は導電性材料から形成され、電極の一部を構
    成することを特徴とする面発光半導体レーザの製造方
    法。
19. 【請求項１９】 請求項１６記載の製造方法であって、 前記酸化工程がＨ₂Ｏ₂を用いて行うことを特徴とする面
    発光半導体レーザの製造方法。
20. 【請求項２０】 請求項１６記載の製造方法であって、 前記酸化工程は、塩化鉄を加えたＨ₂Ｏ₂を用いて行うこ
    とを特徴とする面発光半導体レーザの製造方法。