JPH11330630A - 面発光型半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光の偏光方向の制御が安定した面発光
型半導体レーザを提供すること。 【解決手段】 歪み付加部２２は金属、基板１０は半導
体である。よって、歪み付加部２２の熱膨張係数は、基
板１０のそれと比べ、かなり大きい。歪み付加部２２が
リフローによって基板１０上に形成されると、この熱膨
張係数の差により、歪み付加部２２は、大きな引張歪み
を活性層１４に生じさせる。これにより、活性層１４に
は、大きな引張応力が作用する。歪み付加部２２の平面
形状によれば、活性層１４に作用する応力は、ｘ軸方向
からの方がｙ軸方向からの方より大きくなる。この結
果、活性層１４の利得がｙ軸方向の偏光に対して優位と
なり、ｙ軸方向に偏光したレーザ光が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体基板に対
して垂直にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザ及
びその製造方法に関する。

【０００２】

【背景技術】半導体レーザの共振器は、活性層を半導体
多層膜、誘電体多層膜、金属反射膜等からなる二つの反
射層で挟んだ構造をしている。面発光型半導体レーザ
は、半導体レーザの一種である。面発光型半導体レーザ
の共振器は、反射層、活性層、反射層を半導体基板上に
垂直方向に積層することにより形成されている。面発光
型半導体レーザは、半導体基板に対して垂直にレーザ光
を出射する。

【０００３】面発光型半導体レーザには、アレイ化（同
一半導体基板上に多数のレーザを配置）が容易、しきい
値が小さい、発振波長が安定、小さなレーザ放射角が得
やすい、等方的なビーム形状を得ることができる等の優
れた特徴がある。よって、面発光型半導体レーザは、光
並列通信や光並列演算等への応用が期待されている。

【０００４】ところで、光学装置の構成要素となるビー
ムスプリッタや回折格子は、反射率が偏光方向に依存す
る。このため半導体レーザを光学装置に組み込んで利用
する場合、半導体レーザの偏光方向の制御が重要であ
る。

【０００５】しかし、面発光型半導体レーザの共振器
は、偏光に対して等方的である。よって、面発光型半導
体レーザは、偏光方向の制御が困難であるという問題を
有する。

【０００６】面発光型半導体レーザの偏光方向の制御の
ため、活性層に異方的な応力（すなわち、方向によって
作用する応力が異なる）を与える技術がある。一例が、
エレクトロニクスレター誌（Ｔ.Ｍukaihara et al.ＥＬ
ＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴ−ＥＲＳ ＶＯＬ.２８
（１９９２）５５５頁）に開示されている。この面発光
型半導体レーザは、以下の構成をしている。ＡｌＧａＡ
ｓのクラッド層とＧａＡｓの活性層とからなるエピタキ
シャル層が半導体基板上に形成されている。半導体基板
の裏面からエピタキシャル層に到達する長方形の穴が形
成されている。エピタキシャル層のうち、この穴の上に
位置する部分が共振器として機能する。

【０００７】ＧａＡｓを含むＡｌＧａＡｓ層は、Ａｌ組
成比によってその熱膨張係数が僅かに異なる。そして、
エピタキシャル成長の際の温度とレーザ駆動の際の温度
とは、大きな差がある。よって、レーザ駆動の際、共振
器が湾曲する。この湾曲によって、活性層には引張応力
が作用する。長方形穴の長辺方向と短辺方向とでは、共
振器が湾曲率が異なるので、活性層に作用する応力は、
異方的となる。これにより、レーザの利得の異方性、つ
まり特定の偏光方向の利得が大きくなる現象が生じる。
この結果、特定の偏光方向の光が優先的に増幅されたレ
ーザ発振となり、偏光方向の制御されたレーザ光とな
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記技術は、エピタキ
シャル層の組成の違いによる熱膨張係数の差により、活
性層に異方的な応力を加え、偏光方向の制御されたレー
ザ光を得ている。

【０００９】しかし、熱膨張係数の差はあまり大きくな
いので、偏光方向の制御の安定性を得るのが困難であ
る。よって、例えば、実装時の外圧等によって偏光方向
が切り替わってしまう偏光スイッチングが生じる。

【００１０】この発明は、このような課題を解決するた
めになされたものであり、この発明の目的は、レーザ光
の偏光方向の制御が安定した面発光型半導体レーザ及び
その製造方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】（１）この発明は、活性
層を含む共振器が半導体基板上に垂直方向に形成され、
共振器により半導体基板に垂直な方向にレーザ光を出射
する面発光型半導体レーザであって、以下の構成を有す
る。この発明は、共振器の一部に接触して形成され、活
性層に電流を注入するための電極を有し、電極上に、活
性層に歪みを発生させるための歪み付加部が形成されて
いる。歪み付加部は、金属によって構成され、かつ異方
的平面形状を有する。

【００１２】この発明は、異方的平面形状をした金属層
を、歪み付加部としている。この歪み付加部により、活
性層に歪みを発生させ、応力を異方的（方向によって異
なる応力）に活性層に作用させさせている。これによ
り、この発明は、レーザ光の偏光方向を制御する。一般
に、金属の熱膨張係数は、半導体のそれに比べて、かな
り大きい。よって、金属の熱膨張係数と半導体の熱膨張
係数とには、かなりの差がある。したがって、エピタキ
シャル層の組成の違いによる熱膨張係数の差により、活
性層に異方的な応力を加える従来のレーザに比べ、レー
ザ光の偏光方向の制御が安定する。

【００１３】また、歪み付加部の平面形状で活性層に作
用する応力の方位を決めることができる。よって、結晶
方位に関係なく自由に偏光方位を選ぶことができる。

【００１４】また、歪み付加部は金属なので、半導体に
比べて、熱伝導度が大きい。よって、歪み付加部は、活
性層で発生した熱をヒートシンクする機能を有する。こ
の機能により、レーザの熱放散効果が高まるので、共振
器の温度を低く抑えることができ、レーザの高出力を図
れる。

【００１５】（２）この発明の歪み付加部は、共振器上
面の中心から所定半径の領域において、中心を通り互い
に直交するｘ軸及びｙ軸方向における長さが異なるのが
好ましい。

【００１６】例えば、ｘ軸方向の長さがｙ軸方向の長さ
より大きい場合、活性層に作用する応力は、ｘ軸方向か
らの方がｙ軸方向からの方より大きくなる。この結果、
活性層の利得がｙ軸方向の偏光に対して優位となり、ｙ
軸方向に偏光したレーザ光が得られる。

【００１７】なお、所定半径は、活性層に異方的な応力
を作用させることにより、レーザ光の偏光方向の制御を
安定させるという効果を達成する点から定まるものであ
る。面発光型半導体レーザの寸法、材料、歪み付加部の
材料等から所定半径を定めることができる。

【００１８】（３）この発明は、歪み付加部の平面形状
は、共振器を中心として、２回回転対称であるのが好ま
しい。

【００１９】２回回転対称とは、共振器を中心として歪
み付加部の平面形状が１８０度回転したとき、回転後の
歪み付加部の平面形状は、もとの歪み付加部の平面形状
と一致するという意味である。この形状により、活性層
の一方側に作用する応力は、活性層の反対側に作用する
応力と大きさ同じで、かつ１８０度向きが違う。この結
果、活性層に作用する応力の異方性を大きくできる。し
たがって、レーザ光の偏光制御が安定する。

【００２０】（４）この発明の電極は、金属を含み、電
極の平面形状と歪み付加部の平面形状とは、同じである
のが好ましい。

【００２１】上記（１）で説明したように、歪み付加部
の平面形状で活性層に作用する応力の方位を決めること
ができる。よって、歪み付加部の平面形状を所望の形状
にすることは、重要である。

【００２２】フォトリソグラフィ等の技術により、電極
のパターンニングは、正確にできる。電極のパターン形
状に一致するように歪み付加部を形成するには、リフロ
ー又は電解メッキを用いた方法が適用できる。歪み付加
部をリフローにより形成する場合、電極が金属を含む
と、歪み付加部の平面形状を、電極の平面形状と一致さ
せることができる。なぜなら、電極が金属を含むと、歪
み付加部となる金属は、電極に対して良好な濡れ性を示
すが、絶縁膜や半導体に対してははじかれる。したがっ
て、リフローによって歪み付加部が形成されるとき、歪
み付加部となる金属は、電極の平面形状と一致するよう
流動し、硬化する。この結果、歪み付加部の平面形状と
電極の平面形状とは、一致する。ここで、リフローと
は、金属層となる金属を加熱溶融し流動させて金属層に
再形成することである。

【００２３】また、歪み付加部をメッキで形成する場
合、電極を陰極として電解メッキを行えば、電極上に金
属が析出し、歪み付加部となる。電解メッキ法では、金
属は陰極表面にのみ析出する。したがって、歪み付加部
の平面形状は、電極の平面形状に一致する。

【００２４】上記（２）で説明した例を用いると、ｘ軸
方向の長さがｙ軸方向の長さより大きいように電極の平
面形状をパターンニングする。すると、リフロー又は電
解メッキによって得られる歪み付加部の平面形状は、ｘ
軸方向の長さがｙ軸方向の長さより大きくなる。

【００２５】（５）この発明の歪み付加部は、融点が４
００℃以下であるのが好ましい。

【００２６】歪み付加部の融点が４００℃より高いと、
リフローの際に、面発光型半導体レーザ内でドーパント
の拡散等が生じ、ダイオード特性の劣化を招く可能性が
あるからである。歪み付加部は、融点が３００℃以下で
あるのがさらに好ましい。面発光レーザの上部電極及び
下部電極のアロイ温度は、一般的には３００℃程度であ
る。よって、３００℃より高い温度でリフローして歪み
付加部を形成すると、上部電極及び下部電極がコンタク
ト不良する可能性があるからである。（６）この発明の
歪み付加部は、金、銀、銅、ニッケル、クロム、錫、亜
鉛等の金属であることが好ましい。これらの金属は、電
解メッキで形成しやすい材料であるため、電解メッキに
よる歪み付加部の作製が簡単となるからである。これら
のうち、歪み付加作用を考えると熱膨張係数の大きな亜
鉛、銀、銅、金が好ましい。また、歪み付加部はヒート
シンクとしての作用も期待できるので、熱伝導度の高い
銀、銅、金が好ましい。さらに耐腐食性を考慮すると金
が好ましい。

【００２７】（７）この発明は、活性層を含む共振器が
半導体基板上に垂直方向に形成され、共振器により半導
体基板に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光型半導
体レーザの製造方法であって、半導体基板上に、共振器
を形成する工程と、共振器と接合し、活性層に電流を注
入するための電極を、半導体基板上に形成する工程と、
金属から構成され、かつ異方的平面形状をし、活性層に
歪みを発生させるための歪み付加部を、電極上に形成す
る工程と、を備える。

【００２８】この発明の面発光型半導体レーザの製造方
法において、歪み付加部を、リフローにより形成するの
が好ましい。

【００２９】上記したように、金属の熱膨張係数と半導
体の熱膨張係数とには、かなりの差がある。歪み付加部
がリフローによって電極上に形成されるとき、この熱膨
張係数の差により、金属の収縮量と半導体の収縮量と
に、大きな差がでる。これにより、歪み付加部は、活性
層に大きな歪みを発生させる。この歪みの発生により、
活性層に大きな異方的応力が作用する。よって、レーザ
光の偏光方向の制御が安定した面発光型半導体レーザを
製造することができる。

【００３０】（８）この発明は、面発光型半導体レーザ
の製造方法であって、電極は金属を含み、以下の工程を
含むのが好ましい。

【００３１】（ａ）電極を形成する工程は、共振器上面
の中心から所定半径の領域において、中心を通り互いに
直交するｘ軸及びｙ軸方向における電極の長さが、異な
るようにする工程を含む。

【００３２】（ｂ）歪み付加部を形成する工程は、その
一部が少なくとも電極上に乗るように、歪み付加部とな
る金属を、半導体基板上に堆積する工程と、堆積された
上記金属をリフローし、その平面形状が電極の平面形状
と一致する歪み付加部を形成する工程と、を含む。

【００３３】レーザの偏光を制御するために、活性層に
異方的な応力を与える手段として、歪み付加部の平面形
状がある。（８）は、その平面が所定形状を有する歪み
付加部を作製する方法である。（ａ）は、電極の平面形
状を、形成したい歪み付加部の平面形状と同じ形にパタ
ーンニングするという意味である。リフローの際に、歪
み付加部の平面形状が、電極の平面形状と一致する効果
を利用すると、（ｂ）の工程により、容易に所定形状を
した平面を有する歪み付加部を得ることができる。

【００３４】なお、この発明に用いられる歪み付加部の
材料として、金−錫、銀−錫、鉛−錫、インジウム等の
比較的融点の小さな金属や合金がある。このうち、金８
０パーセント錫２０パーセントの合金が最も好ましい。
その理由は、融点が約２８０度と低いこと、面発光レー
ザの素子劣化を起こす元素がなく信頼性が高いからであ
る。

【００３５】（９）この発明の面発光型半導体レーザの
製造方法において、歪み付加部を、電解メッキにより形
成するのが好ましい。この方法で製造した歪み付加部
は、上記の歪み付加作用の点でリフローを用いた方法に
劣るものの、より厚く形成できることや密着性が高いこ
となどから十分な歪み付加作用を得ることができる。ま
た、金、銀、銅など熱伝導度の高い金属を緻密に密着よ
く形成でき、ヒートシンク効果にも優れている。この方
法では、十分なレーザ光の偏光方向の制御性を有する面
発光型半導体レーザをより簡単に製造できる。

【００３６】（１０）この発明は、面発光型半導体レー
ザの製造方法であって、以下の工程を含むのが好まし
い。

【００３７】（ａ）電極を形成する工程は、共振器上面
の中心から所定半径の領域において、中心を通り互いに
直交するｘ軸及びｙ軸方向における電極の長さが、異な
るようにする工程を含む。

【００３８】（ｂ）歪み付加部を形成する工程は、上記
の電極を陰極に接続し、陽極とともにメッキ液中に浸漬
させて電流を流し、金属を電極上に析出させて、その平
面形状が電極の平面形状と一致する歪み付加部を形成す
る工程と、を含む。

【００３９】レーザの偏光を制御するために、活性層に
異方的な応力を与える手段として、歪み付加部の平面形
状がある。（１０）は、その平面が所定形状を有する歪
み付加部を作製する方法である。（ａ）は、電極の平面
形状を、形成したい歪み付加部の平面形状と同じ形にパ
ターンニングするという意味である。電解メッキでは、
陰極上にのみ金属が析出するので、（ｂ）の工程によ
り、容易に所定の平面形状を有する歪み付加部を得るこ
とができる。

【００４０】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態） （デバイスの構造）図２は、この発明の第１の実施の形
態に係る面発光型半導体レーザを模式的に示す平面図で
ある。図１は、図２に示す構造を、Ａ−Ａ線に沿って切
断した断面図である。図３は、図２に示す構造を、Ｂ−
Ｂ線に沿って切断した断面図である。第１の実施の形態
に係る面発光型半導体レーザは、活性層１４に異方的な
応力を与えるための歪み付加部２２を備えたことを特徴
とする。以下、図１、２、３を用いて、この面発光型半
導体レーザの構造を詳細に説明する。

【００４１】この面発光型半導体レーザは、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板１０上に、Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85ＡｓとＡｌＡｓとを
交互に積層した２５ペアの分布反射型多層膜ミラー（以
下、「下部ミラー」という）１２、厚さ３ｎｍのＧａＡ
ｓウエル層と厚さ３ｎｍのＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓバリア層
から成り該ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を
した活性層１４、Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85ＡｓとＡｌ_0.9Ｇａ
_0.1Ａｓとを交互に積層した３０ペアの分布反射型多層
膜ミラー（以下、「上部ミラー」という）１６が順次積
層されて形成されている。すなわち、上部ミラー１６、
下部ミラー１２は、屈折率の異なる半導体層を光の波長
の１／４に相当する厚さづつ交互に積層した構造をして
いる。

【００４２】上部ミラー１６は、Ｚｎがドーピングされ
ることにより、ｐ型にされ、下部ミラー１２は、Ｓｅが
ドーピングされることにより、ｎ型とされている。した
がって、上部ミラー１６、不純物がドーピングされてい
ない活性層１４および下部ミラー１２とで、ｐｉｎダイ
オードが形成される。

【００４３】上部ミラー１６、活性層１４および下部ミ
ラー１２の途中まで、所定の領域を除き、メサ状にエッ
チングすることにより、共振器２６が形成されている。
共振器２６の直径は、３０μｍである。

【００４４】さらに、絶縁層２４は、共振器２６の側面
の一部分および下部ミラー１２の上面を覆うようにして
形成されている。絶縁層２４の材料は、シリコン酸化膜
である。

【００４５】上部電極１８は、共振器２６の上面におい
て、共振器２６とリング状に接触し、露出した上部ミラ
ー１６の側面、および絶縁層２４の表面の一部を覆うよ
うにして形成されている。上部電極１８の材料は、金と
亜鉛との合金である。また、基板１０の下には、下部電
極２０が形成されている。下部電極２０の材料は、金と
ゲルマニウムとの合金である。

【００４６】上部電極１８上には、歪み付加部２２が形
成されている。歪み付加部２２は、金８０パーセント錫
２０パーセントの合金から構成される。歪み付加部２２
の平面形状は、上部電極１８の平面形状と一致してい
る。歪み付加部２２の平面形状は、次の特徴を有する。
共振器２６上面の中心２８を原点とする。中心２８を通
り互いに直交する軸をｘ軸及びｙ軸とする。歪み付加部
２２の長さが、ｘ軸方向とｙ軸方向とでは異なる。すな
わち、＋ｘ軸方向の長さＬ₁が、−ｘ軸方向の長さＬ₂、
＋ｙ軸方向の長さＬ₃、−ｙ軸方向の長さＬ₄より大き
い。なお、長さＬ₂、Ｌ₃、Ｌ₄は等しい。

【００４７】（デバイスの動作）上部電極１８と下部電
極２０とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加す
ると、活性層１４において、電子と正孔との再結合が起
こり、再結合発光が生じる。そこで生じた光が上部ミラ
ー１６と下部ミラー１２との間を往復する際、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、上部電極１８の開口部３
６から基板１０に対して垂直方向にレーザ光が出射され
る。

【００４８】（デバイスの製造方法）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を、図４〜図８
を用いて説明する。（ａ）は、図２に示す構造のＡ−Ａ
断面の製造工程を示す。（ｂ）は、図２に示す構造の平
面構造の製造工程を示す。

【００４９】図４を参照して、基板１０上に、有機金属
気相成長や分子線エピタキシー法を用いて、ＧａＡｓ、
ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ等の化合物半導体層を、組
成を変調しながら成長させ、下部ミラー１２、活性層１
４、上部ミラー１６を形成する。

【００５０】図５を参照して、上部ミラー１６上に、フ
ォトレジストを塗布した後、フォトリソグラフィーによ
り、フォトレジストをパターニングすることにより、所
定のパターンのレジスト３２を形成する。次に反応性イ
オンエッチングを用いて、上部ミラー１６、活性層１
４、下部ミラー１２を選択的に除去し、メサ状の共振器
２６を形成する。そして、レジスト３２を除去する。

【００５１】図６を参照して、モノシランを原料とした
ＣＶＤ法により、基板１０上に、シリコン酸化膜からな
る絶縁層２４を形成する。その後、フォトリソグラフィ
とドライエッチングにより、共振器２６の側面の一部及
び下部ミラー１２上に、絶縁層２４を残す。

【００５２】次いで、真空蒸着法により、基板１０上
に、金と亜鉛とから構成される合金層を形成する。フォ
トリソグラフィ法を用い、合金層をパターンニングして
上部電極１８を形成する。上部電極１８の平面形状は、
以下の特徴を有する。共振器２６の中心２８を原点とす
る。中心２８を通り互いに直交する軸をｘ軸及びｙ軸と
する。上部電極１８の長さが、ｘ軸方向とｙ軸方向とで
は異なる。すなわち、＋ｘ軸方向の長さｌ₁が、−ｘ軸
方向の長さｌ₂、＋ｙ軸方向の長さｌ₃、−ｙ軸方向の長
さｌ₄より大きい。長さｌ₂、ｌ₃、ｌ₄は等しい。また、
上部電極１８の平面形状は、共振器２６の上面上に、開
口部３６を有する。

【００５３】上部電極１８形成後、基板１０の下面に、
真空蒸着法により、金とゲルマニウムとから構成される
合金層からなる下部電極２０を形成する。そして、この
構造体を、３５０℃で加熱処理し、上下部電極１８、２
０と化合物半導体層とを、オーミック接触させる。

【００５４】図７を参照して、薄板からなるマスク３８
を、基板１０上に重ねる。図７（ｂ）では、マスク３８
が省略されている。マスク３８は、蒸着のときに、金属
が通過する開口領域４０と、通過しない遮蔽領域４２と
で構成される。遮蔽領域４２が、共振器２６の開口部３
６上に位置するようにされている。

【００５５】マスク３８を介して、真空蒸着法により、
基板１０上に金属層４４を堆積する。金属層４４は、厚
さ約５μｍであり、金８０パーセント錫２０パーセント
の合金から構成される。

【００５６】図８を参照して、金属層４４をその融点２
８０℃以上の温度、例えば２９０℃でリフローし、冷却
して歪み付加部２２を形成する。溶融した金属層４４
は、合金である上部電極１８に対しては良好な濡れ性を
示す。その一方、絶縁層や化合物半導体に対しては、は
じかれる性質を有する。よって、リフローにより、上部
電極１８の平面形状と一致するように、金属層４４が流
動する。これにより、歪み付加部２２の平面形状は、上
部電極１８の平面形状と一致する。以上の工程により、
図１、２に示す面発光型半導体レーザが完成する。

【００５７】（効果）図１及び２を参照して、第１の実
施の形態の効果を説明する。

【００５８】（１）歪み付加部２２は、上部電極１８と
接合し、上部電極１８は共振器２６と接合している。歪
み付加部２２の熱膨張係数は、基板１０のそれと比べ、
かなり大きい。したがって、歪み付加部２２がリフロー
によって基板１０上に形成されると、この熱膨張係数の
差により、歪み付加部２２は、大きな引張歪みを活性層
１４に生じさせる。これにより、活性層１４に大きな引
張応力が作用する。

【００５９】第１の実施の形態に係る面発光型半導体レ
ーザは、歪み付加部２２の長さが、ｘ軸方向とｙ軸方向
とでは異なる。すなわち、＋ｘ軸方向の長さＬ₁が、−
ｘ軸方向の長さＬ₂、＋ｙ軸方向の長さＬ₃、−ｙ軸方向
の長さＬ₄より大きい。活性層１４に作用する応力を、
＋ｘ軸方向がｔ₁、−ｘ軸方向がｔ₂、＋ｙ軸方向が
ｔ₃、−ｙ軸方向がｔ₄ とする。ｔ₁は、ｔ₂、ｔ₃、ｔ₄
より大きくなる。このため、活性層１４に作用する応力
は、ｘ軸方向からの方がｙ軸方向からの方より大きくな
る。この結果、活性層１４の利得がｙ軸方向の偏光に対
して優位となり、ｙ軸方向に偏光したレーザ光が得られ
る。

【００６０】（２）第１の実施の形態では、歪み付加部
の平面形状により、活性層１４に異方的な応力を与え
る。第１の実施の形態では、この平面形状を有する歪み
付加部の形成方法として、上記製造方法で説明したよう
に、リフローの際に、歪み付加部２２の平面形状が、上
部電極１８の平面形状と一致する効果を利用している。
この効果を利用すると、容易に所定形状をした平面を有
する歪み付加部２２を得ることができる。

【００６１】（３）歪み付加部２２の体積が大きいと、
活性層１４に作用する引張応力を大きくできる。この結
果、レーザ光の偏光制御を安定させることができる。歪
み付加部２２の体積は、歪み付加部２２の面積や厚みを
大きくすることにより、大きくできる。第１の実施の形
態では、上記平面形状が一致する効果により、歪み付加
部２２の厚みを大きくすることができる。理由は次の二
つである。

【００６２】一つめの理由を説明する。図７を参照し
て、第１の実施の形態では、金属層４４の面積は、上部
電極１８の面積より大きい。金属層４４の体積と歪み付
加部２２の体積とは、同じである。よって、上記平面形
状が一致する効果により、歪み付加部２２の厚さは、金
属層４４の厚さより大きくなる。

【００６３】もう一つの理由を説明する。図７を参照し
て、上記平面形状が一致する効果により、金属層４４が
上部電極１８の一部分に堆積すればよい。したがって、
マスク３８のアライメント精度は低くてもよい。薄板か
らなるマスク３８は、アライメント精度は低い。しか
し、薄板からなるマスク３８を用いると、フォトリソグ
ラフィでは不可能な厚さの金属層４４を堆積できる。

【００６４】すなわち、フォトリソグラフィを用いて、
金属層４４をこのようにパターンニングするには、リフ
トオフ法が一般的である。リフトオフ法を簡単に説明す
る。 （ａ）レジストを形成する。（ｂ）金属層を形成したい
領域にあるレジストを除去する。（ｃ）金属層をレジス
ト上及びレジストが除去された領域に堆積する。 （ｄ）レジストを溶剤で溶かすことにより、レジスト上
にある金属層を除去し、レジストが除去された領域にあ
る金属層を残す。

【００６５】このリフトオフ法では、以下の理由から金
属層の堆積厚に制限がある。すなわち、金属層によって
レジストが埋まると、レジストを除去できなくなる。こ
のようになると、所定の領域のみに金属層を残すことが
できなくなる。よって、金属層の堆積厚は、レジストの
厚み以下でなければならない。したがって、実現可能な
金属層の堆積厚は、せいぜい３μｍである。

【００６６】一方、薄板マスク３８を用いたパターンニ
ング法は、厚さ１００μｍ以上の所望の形状の孔を開け
た金属板等を、基板に重ねて蒸着を行う。薄板マスク３
８は、単に基板に重ねているだけである。このため、堆
積金属層の厚さに関係なく蒸着後、薄板マスク３８を基
板から容易に剥がすことができる。よって、金属層の堆
積厚に制限がない。

【００６７】（４）歪み付加部２２の平面形状で活性層
１４に作用する応力の方位を決めることができる。よっ
て、結晶方位に関係なく自由に偏光方位を選ぶことがで
きる。

【００６８】（５）歪み付加部２２は、化合物半導体に
比べて、熱伝導度が大きい。よって、歪み付加部２２
は、活性層１４で発生した熱をヒートシンクする機能を
有する。この機能により、レーザの熱放散効果が高まる
ので、共振器２６の温度を低く抑えることができ、レー
ザの高出力を図れる。

【００６９】（６）図７を参照して、金属層４４は、融
点が約２８０℃である。よって、金属層４４を３００℃
以下の温度でリフローできる。上部電極１８及び下部電
極２０のアロイ温度は、一般的には３００℃程度であ
る。よって、第１の実施の形態では、上部電極１８及び
下部電極２０のコンタクト不良を防ぐことができる。

【００７０】（第２の実施の形態）（デバイスの構造） 図９は、この発明の第２の実施の形態に係る面発光型半
導体レーザを模式的に示す平面図である。図１０は、図
９に示す構造を、Ａ−Ａ線に沿って切断した断面図であ
る。図１１は、図９に示す構造を、Ｂ−Ｂ線に沿って切
断した断面図である。

【００７１】第２の実施の形態に係る面発光型半導体レ
ーザが、第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ
と相違する点は、歪み付加部４８及び上部電極４６の平
面形状である。歪み付加部４８、上部電極４６は、それ
ぞれ第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの歪
み付加部２２、上部電極１８に対応する。

【００７２】第２の実施の形態に係る面発光型半導体レ
ーザの構造は、歪み付加部４８、上部電極４６以外、第
１の実施の形態の構造と同じである。よって、歪み付加
部４８、上部電極４６以外の構成要素については、同一
符号を付すことにより説明を省略する。

【００７３】歪み付加部４８、上部電極４６の平面形状
は、共振器２６を中心として、２回回転対称にされてい
る。２回回転対称とは、共振器２６を中心として歪み付
加部４８、上部電極４６の平面形状が１８０度回転した
とき、回転後の歪み付加部４８、上部電極４６の平面形
状は、もとの歪み付加部４８、上部電極４６の平面形状
と一致するという意味である。

【００７４】（デバイスの動作）第２の実施の形態に係
る面発光型半導体レーザの動作は、第１の実施の形態に
係る面発光型半導体レーザの動作と同じである。よっ
て、その説明を省略する。

【００７５】（デバイスの製造方法）第２の実施の形態
に係る面発光型半導体レーザの製造方法が、第１の実施
の形態と相違する点は、以下のとおりである。上部電極
４６の平面形状が、共振器２６を中心として、２回回転
対称にされるように、上部電極４６の平面形状がパター
ンニングされる。よって、リフローによって形成される
歪み付加部４８も、これに対応した平面形状となる。

【００７６】（効果）第２の実施の形態は、第１の実施
の形態の（２）〜（６）の効果を有する。第２の実施の
形態は、第１の実施の形態の（１）の効果について、よ
り優れた効果を得られる。以下説明する。図９を参照し
て、第２の実施の形態の歪み付加部４８の平面形状は、
共振器２６を中心として、２回回転対称の一例にされて
いる。すなわち、歪み付加部４８の長さが、次のとおり
にされている。＋ｘ軸方向の長さＬ₁と−ｘ軸方向の長
さＬ₂とは、等しい。＋ｙ軸方向の長さＬ₃と−ｙ軸方向
の長さＬ₄とは、等しい。長さＬ₁ 、Ｌ₂は、長さＬ₃ 、
Ｌ₄より大きい。

【００７７】活性層１４に作用する応力を、＋ｘ軸方向
がｔ₁、−ｘ軸方向がｔ₂、＋ｙ軸方向がｔ₃、−ｙ軸方
向がｔ₄とする。上記寸法により、ｔ₁ 、ｔ₂、ｔ₃、ｔ₄
には以下の関係が成立する。ｔ₁とｔ₂とは、等しい。ｔ
₃とｔ₄とは、等しい。ｔ₁ 、ｔ₂は、ｔ₃、ｔ₄より大き
い。

【００７８】したがって、第１の実施の形態と同様に、
活性層１４に作用する応力は、ｘ軸方向からの方がｙ軸
方向からの方より大きくなる。したがって、活性層１４
の利得がｙ軸方向の偏光に対して優位となり、ｙ軸方向
に偏光したレーザ光が得られる。さらに、第２の実施の
形態は、この形状により、活性層１４の一方側に作用す
る応力は、活性層１４の反対側に作用する応力と絶対値
は同じで、かつ１８０度向きが違う。この結果、活性層
１４に作用する応力の異方性を、第１の実施の形態より
大きくできる。したがって、レーザ光の偏光制御が第１
の実施の形態より安定する。

【００７９】（第３の実施の形態） （デバイスの構造）図１２は、この発明の第３の実施の
形態に係る面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図
である。平面構造は、第１の実施の形態に係る面発光型
半導体レーザと同じなので省略する。第３の実施の形態
に係る面発光型半導体レーザが、第１の実施の形態に係
る面発光型半導体レーザと相違する点は、歪み付加部５
０の材質である。レーザの構造及び歪み付加部の平面形
状については相違ない。

【００８０】歪み付加部５０は、金で構成される。歪み
付加部５０の平面形状は、上部電極１８の平面形状と一
致している。

【００８１】（デバイスの製造方法）第３の実施の形態
に係る面発光型半導体レーザの製造方法が、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と相違す
る点は、以下のとおりである。

【００８２】上部電極１８、下部電極２０の形成及び加
熱処理を行い、上下部電極１８、２０と半導体をオーミ
ック接触させるまでの工程は、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と同じである。

【００８３】その後、上部電極１８を陰極に接続して電
解メッキ法により、金を５ミクロンの厚さメッキする。
この金が歪み付加部５０になる。電解メッキ法では、陰
極である上部電極１８上にのみ金が析出するので、上部
電極１８の平面形状に一致した平面形状の歪み付加部５
０が得られる。以上の工程によって面発光型半導体レー
ザが完成する。

【００８４】（効果）第３の実施の形態では、歪み付加
部５０を、電解メッキにより形成している。この方法で
製造した歪み付加部５０は、厚く形成できることや密着
性が高いことなどから十分な歪み付加作用を得ることが
できる。また、金を歪み付加部５０の材料としているの
で、ヒートシンク効果にも優れている。

【００８５】なお、第１、第２及び第３の実施の形態で
は、歪み付加部２２、４８、５０が共振器２６の周囲全
体を覆うように形成されている。しかしながら、この発
明はこれに限定されず、活性層１４に異方的な応力が作
用すればよい。よって、例えば共振器２６の周囲の一部
を覆うように、歪み付加部２２、４８、５０を形成して
もよい。

【００８６】第１、第２及び第３の実施の形態では、メ
サ状共振器構造の面発光型半導体レーザの場合について
説明した。しかしながら、この発明はこれに限定され
ず、他の共振器の構造、例えば、メサ状共振器構造を持
たず、不純物打ち込み等を用いて電流狭窄を行うタイプ
の面発光型半導体レーザにも適用できる。共振器の材料
についても、第１、第２及び第３の実施の形態に限定さ
れず、例えばＧａＮ系化合物半導体、ＺｎＳｅ系化合物
半導体を材料としてもよい。

【００８７】

【図面の簡単な説明】

【図１】図２に示す構造を、Ａ−Ａ線に沿って切断した
断面図である。

【図２】この発明の第１の実施の形態に係る面発光型半
導体レーザを模式的に示す平面図である。

【図３】図２に示す構造を、Ｂ−Ｂ線に沿って切断した
断面図である。

【図４】この発明の第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第１の工程を示す工程図であ
る。

【図５】この発明の第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第２の工程を示す工程図であ
る。

【図６】この発明の第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第３の工程を示す工程図であ
る。

【図７】この発明の第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第４の工程を示す工程図であ
る。

【図８】この発明の第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第５の工程を示す工程図であ
る。

【図９】この発明の第２の実施の形態に係る面発光型半
導体レーザを模式的に示す平面図である。

【図１０】図９に示す構造を、Ａ−Ａ線に沿って切断し
た断面図である。

【図１１】図９に示す構造を、Ｂ−Ｂ線に沿って切断し
た断面図である。

【図１２】この発明の第３の実施の形態に係る面発光型
半導体レーザを模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１０ 基板 １２ 下部ミラー １４ 活性層 １６ 上部ミラー １８ 上部電極 ２０ 下部電極 ２２ 歪み付加部 ２４ 絶縁層 ２６ 共振器 ２８ 中心 ３２ レジスト ３６ 開口部 ３８ マスク ４０ 開口領域 ４２ 遮蔽領域 ４４ 金属層 ４６ 上部電極 ４８ 歪み付加部 ５０ 歪み付加部

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性層を含む共振器が半導体基板上に垂
   直方向に形成され、前記共振器により前記半導体基板に
   垂直な方向にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザ
   であって、 前記共振器の一部に接触して形成され、前記活性層に電
   流を注入するための電極を有し、 前記電極上に、前記活性層に歪みを発生させるための歪
   み付加部が形成され、前記歪み付加部は、金属によって
   構成され、かつ異方的平面形状を有する、面発光型半導
   体レーザ。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記歪み付加部は、前記共振器上面の中心から所定半径
   の領域において、前記中心を通り互いに直交するｘ軸及
   びｙ軸方向における長さが異なる、面発光型半導体レー
   ザ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、 前記歪み付加部の平面形状は、前記共振器を中心とし
   て、２回回転対称である、面発光型半導体レーザ。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３において、 前記電極は、金属を含み、 前記電極の平面形状と前記歪み付加部の平面形状とは、
   同じである、面発光型半導体レーザ。
5. 【請求項５】 請求項１、２、３又は４において、 前記歪み付加部は、融点が４００℃以下である、面発光
   型半導体レーザ。
6. 【請求項６】 請求項１、２、３又は４において、 前記歪み付加部は、電解メッキにより形成可能な金属で
   ある、面発光型半導体レーザ。
7. 【請求項７】 請求項６において、 前記金属は、金、銀、銅、ニッケル、クロム、錫又は亜
   鉛である、面発光型半導体レーザ。
8. 【請求項８】 活性層を含む共振器が半導体基板上に垂
   直方向に形成され、前記共振器により前記半導体基板に
   垂直な方向にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザ
   の製造方法であって、 前記半導体基板上に、前記共振器を形成する工程と、 前記共振器と接合し、前記活性層に電流を注入するため
   の電極を、前記半導体基板上に形成する工程と、 金属から構成され、かつ異方的平面形状をし、前記活性
   層に歪みを発生させるための歪み付加部を、前記電極上
   に形成する工程と、 を備えた、面発光型半導体レーザの製造方法。
9. 【請求項９】 請求項８において、 前記歪み付加部を、リフローにより形成する、面発光型
   半導体レーザの製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項９において、 前記電極は、金属を含み、 前記電極を形成する工程は、 前記共振器上面の中心から所定半径の領域において、前
    記中心を通り互いに直交するｘ軸及びｙ軸方向における
    前記電極の長さが、異なるようにする工程を含み、 前記歪み付加部を形成する工程は、 その一部が少なくとも前記電極上に乗るように、前記歪
    み付加部となる金属を、前記半導体基板上に堆積する工
    程と、 堆積された前記金属をリフローし、その平面形状が前記
    電極の平面形状と一致する前記歪み付加部を形成する工
    程と、 を含む、面発光型半導体レーザの製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項８において、 前記歪み付加部を、前記電極を陰極として電解メッキ法
    により形成する、面発光型半導体レーザの製造方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１において、 前記歪み付加部の平面形状を、前記電極の平面形状と一
    致させて形成する、面発光型半導体レーザの製造方法。