JP2010182975A - 面発光型半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を低く抑えつつ、寄生容量を小さくすることの可能な面発光型半導体レーザおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】金属層１１上に柱状のメサ部１７が設けられている。メサ部１７の上面には、環状の上部電極２１が設けられており、メサ部１７の側面（周囲）には、少なくとも下部ＤＢＲ層１２にまで達する複数の溝１９が設けられている。複数の溝１９は、メサ部１７を中心にして回転する方向に所定の間隙で形成されている。メサ部１７のうち活性層１４および電流狭窄層１８を含む柱状部分１７Ａは、下部ＤＢＲ層１２との対向領域内および上部ＤＢＲ層１６との対向領域内に形成されており、柱状部分１７Ａが、上部ＤＢＲ層１６の断面積よりも小さくなっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、寄生容量の小さな面発光型半導体レーザおよびその製造方法に関する。

面発光型半導体レーザは、端面発光型半導体レーザと比べて低消費電力であり、かつ、直接変調可能であることから、近年、安価な光通信用光源として使われている。

面発光型半導体レーザでは、一般に、基板上に、下部ＤＢＲ層、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層、上部ＤＢＲ層およびコンタクト層をこの順に積層してなる柱状のメサが設けられている。下部ＤＢＲ層および上部ＤＢＲ層のいずれか一方には、活性層への電流注入効率を高め、しきい値電流を下げるために、電流注入領域を狭めた構造を有する電流狭窄層が設けられている。メサの上面および基板の裏面にはそれぞれ、電極が設けられている。この半導体レーザでは、電極から注入された電流が電流狭窄層により狭窄されたのち活性層に注入され、これにより電子と正溝の再結合による発光が生じる。この光は、下部ＤＢＲ層および上部ＤＢＲ層により反射され、所定の波長でレーザ発振が生じ、メサの上面からレーザ光として射出される。

特開２００８−０６０３２２号公報

ところで、上記半導体レーザにおいて高速変調するためには、寄生容量を小さくすることが必要である。寄生容量は、メサの内部では、酸化狭窄層やｐｎ接合部分に主に生じる。これらに起因して生じる寄生容量を低減する方法としては、例えば、メサ径を小さくすることが考えられる。しかし、メサの上面には、リング電極が形成されるので、メサ径は、酸化狭窄径、リング電極の幅、リング電極を形成する際の位置精度などによって制限される。例えば、酸化狭窄径１０μｍ、リング電極の幅５μｍ、位置精度±２μｍとすると、メサ径を、少なくとも（１０＋５×２＋２）×２＝２４μｍ以上とすることが必要となる。

そこで、メサ径がリング電極によって制限を受けるのを避けるために、例えば、半導体レーザを特許文献１に記載されているような裏面射出型にすることが考えられる。この裏面射出型の半導体レーザでは、メサの上面を含む表面全体に電極を形成することが可能であるので、メサ径を、電極による制限を受けずに設定することが可能である。しかし、この裏面射出型において、メサ径を単純に小さくした場合には、メサ内の電気抵抗が高くなり、消費電力が大幅に増大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、消費電力を低く抑えつつ、寄生容量を小さくすることの可能な面発光型半導体レーザおよびその製造方法を提供することにある。

本発明の面発光型半導体レーザは、基板の上に、第１多層膜反射鏡、活性層および第２多層膜反射鏡を基板側から順に含むと共に、電流狭窄層を含む柱状のメサ部を備えたものである。メサ部のうち活性層および電流狭窄層を含む柱状部分は、第１多層膜反射鏡との対向領域内および第２多層膜反射鏡との対向領域内に形成されており、柱状部分の断面積が、第２多層膜反射鏡の断面積よりも小さくなっている。

本発明の面発光型半導体レーザでは、メサ部のうち活性層および電流狭窄層を含む柱状部分は、第１多層膜反射鏡との対向領域内および第２多層膜反射鏡との対向領域内に形成されている。さらに、柱状部分の断面積が、第２多層膜反射鏡の断面積よりも小さくなっている。これにより、活性層および電流狭窄層に起因して生じる寄生容量を低減することができる。また、メサ全体の径を小さくした場合と比べて、メサ内の電気抵抗を低減することができる。

本発明の面発光型半導体レーザの製造方法は、以下の３つの工程を含むものである。
（Ａ）第１基板の上に、第１多層膜反射鏡、活性層および第２多層膜反射鏡を第１基板とは反対側から順に含むと共に被酸化層を含む半導体層を有する被加工基板の前記半導体層のうち柱状の特定領域の周囲に、少なくとも第２多層膜反射鏡および被酸化層にまで達する複数の溝を、特定領域を中心にして回転する方向に所定の間隙で形成する第１工程
（Ｂ）半導体層の上面うち溝の非形成領域に第１金属層を形成したのち、第２基板の上に第２金属層を有する支持基板の前記第２金属層に、第１金属層を貼り合わせる第２工程
（Ｃ）第１基板側から、特定領域を含む領域以外の領域の全体または一部を除去することにより溝を外部と連通させたのち、被酸化層を溝の側面側から酸化することにより被酸化層のうち特定領域の外縁に対応する領域に酸化領域を形成すると共に被酸化層のうち特定領域の中心に対応する領域に未酸化領域を形成する第３工程

本発明の面発光型半導体レーザの製造方法では、第１基板の上に半導体層を有する被加工基板のうち、特定領域の周囲に所定の間隔で形成した各溝の開口側の面が支持基板に貼り合わされる。その後、第１基板側から、特定領域を含む領域以外の領域の全体または一部を除去することにより溝が外部と連通する。このとき、特定領域のうち活性層および被酸化層を含む第１柱状部分が、第１多層膜反射鏡のうち前記複数の溝によって囲まれた第２柱状部分との対向領域内および第２多層膜反射鏡のうち前記複数の溝によって囲まれた第３柱状部分との対向領域内に位置する。そして、上記第１柱状部分の断面積が、第３柱状部分の断面積よりも小さくなる。ここで、特定領域の径は、溝を外部と連通させる工程よりも前の工程で決定されるものであり、溝を外部と連通させる工程において除去しない領域（特定領域を含む領域）の径によって制限を受けない。そのため、第３柱状部分とは無関係に第１柱状部分の断面積を小さくすることができる。

本発明の面発光型半導体レーザによれば、柱状部分の断面積を第２多層膜反射鏡の断面積よりも小さくするようにしたので、活性層および電流狭窄層に起因して生じる寄生容量を低減することができる。また、メサ全体の径を小さくした場合と比べて、メサ内の電気抵抗を低減することができ、消費電力を低く抑えることができる。従って、本発明では、消費電力を低く抑えつつ、寄生容量を小さくすることができる。

本発明の面発光型半導体レーザの製造方法によれば、第３柱状部分とは無関係に、活性層および被酸化層の断面積を小さくすることができるようにしたので、第１柱状部分に起因して生じる寄生容量を低減することができる。また、第１柱状部分とは無関係に第３柱状部分の断面積を大きくしておくことができるので、メサ全体の径を小さくした場合と比べて、メサ内の電気抵抗を低減することができ、消費電力を低く抑えることができる。従って、本発明では、消費電力を低く抑えつつ、寄生容量を小さくすることができる。

本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの上面図である。 図１の半導体レーザの斜視図である。 図１の半導体レーザのＡ−Ａ矢視方向の断面図である。 図１の半導体レーザのＢ−Ｂ矢視方向の断面図である。 図２のメサ部の中部、下部、上部のそれぞれの断面図である。 図３、図４の電流狭窄層の断面図である。 図１の半導体レーザの製造過程を説明するための上面図である。 図７の被加工基板のＡ−ＡおよびＢ−Ｂ矢視方向の断面図である。 図７に続く過程を説明するための上面図である。 図９の被加工基板のＡ−Ａ矢視方向の断面図である。 図９の被加工基板のＢ−Ｂ矢視方向の断面図である。 図９に続く過程を説明するための上面図である。 図１２の被加工基板および支持基板のＡ−Ａ矢視方向の断面図である。 図１２の被加工基板および支持基板のＢ−Ｂ矢視方向の断面図である。 図１２に続く過程を説明するための上面図である。 図１５の被加工基板および支持基板のＡ−Ａ矢視方向の断面図である。 図１５の被加工基板および支持基板のＢ−Ｂ矢視方向の断面図である。 図１５に続く過程を説明するための上面図である。 図１８の被加工基板および支持基板のＡ−Ａ矢視方向の断面図である。 図１８の被加工基板および支持基板のＢ−Ｂ矢視方向の断面図である。 図１８に続く過程を説明するための上面図である。 図２１の被加工基板および支持基板のＡ−Ａ矢視方向の断面図である。 図２１の被加工基板および支持基板のＢ−Ｂ矢視方向の断面図である。

以下、発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．構成
２．製造方法
３．作用・効果
４．変形例

[構成]
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の上面構成を表したものである。図２は、図１の半導体レーザ１を斜視的に表したものである。図３は、図１、図２の半導体レーザ１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成の一例を表したものである。図４は、図１、図２の半導体レーザ１のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成の一例を表したものである。なお、図１ないし図４は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。

本実施の形態の半導体レーザ１は、基板１０の一面側に、金属層１１が形成されている。金属層１１は、金属層１１Ａおよび１１Ｂを基板１０側から順に有する積層構造となっている。この金属層１１上には、下部ＤＢＲ層１２、下部スペーサ層１３、活性層１４、上部スペーサ層１５および上部ＤＢＲ層１６（第２多層膜反射鏡）をこの順に積層してなる積層構造２０が設けられている。この積層構造２０は、柱状（円柱状）のメサ部１７となっている。なお、メサ部１７の詳細な説明は後述する。

本実施の形態では、下部ＤＢＲ層１１が本発明の「第１多層膜反射鏡」の一具体例に相当する。上部ＤＢＲ層１５が本発明の「第２多層膜反射鏡」の一具体例に相当する。積層構造２０が本発明の「半導体層」の一具体例に相当する。基板１０および金属層１１Ａが本発明の「支持基板」の一具体例に相当する。金属層１１Ａが本発明の「第２金属層」の一具体例に相当する。金属層１１Ｂが本発明の「第１金属層」の一具体例に相当する。

基板１０は、例えばｎ型ＧａＡｓ基板である。なお、ｎ型不純物としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられる。積層構造２０は、例えば、ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体によりそれぞれ構成されている。なお、ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体とは、短周期型周期表における３Ｂ族元素のうち少なくともアルミニウム（Ａｌ）およびガリウム（Ｇａ）と、短周期型周期表における５Ｂ族元素のうち少なくともヒ素（Ａｓ）とを含む化合物半導体のことをいう。

金属層１１Ａ，１１Ｂは、後述の製造過程において、被加工基板１００と、支持基板２００とを互いに貼り合わせるためのものである。金属層１１Ａ，１１Ｂは、基板１０とメサ部１７との間に、基板１０およびメサ部１７と接して形成されている。金属層１１Ａ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。金属層１１Ｂ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、下部ＤＢＲ層１１と電気的に接続されている。

下部ＤＢＲ層１２は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して形成されたものである。この低屈折率層は、例えば厚さがλ₀／４ｎ₁ （λ₀は発振波長、ｎ₁ は屈折率）のｐ型Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1Ａｓ（０＜ｘ１＜１）により構成されている。高屈折率層は、例えば厚さがλ₀／４ｎ₂(ｎ₂ は屈折率）のｐ型Ａｌ_x2Ｇａ_1-x2Ａｓ（０＜ｘ２＜ｘ１）により構成されている。なお、ｐ型不純物としては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）などが挙げられる。

下部スペーサ層１３は、例えばｐ型Ａｌ_x3Ｇａ_1-x3Ａｓ（０＜ｘ３＜１）により構成されている。活性層１４は、例えばアンドープのＡｌ_x4Ｇａ_1-x4Ａｓ（０＜ｘ４＜１）により構成されている。この活性層１４では、後述の電流注入領域１８Ａとの対向領域が発光領域１４Ａとなる。上部スペーサ層１５は、例えばｎ型Ａｌ_x5Ｇａ_1-x5Ａｓ（０≦ｘ５＜１）により構成されている。

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）を交互に積層して形成されている。低屈折率層は、例えば厚さがλ₀／４ｎ₃（ｎ₃ は屈折率）のｎ型Ａｌ_x6Ｇａ_1-x6Ａｓ（０＜ｘ６＜１）により構成されている。高屈折率層は、例えば厚さがλ₀／４ｎ₄（ｎ₄ は屈折率）のｎ型Ａｌ_x7Ｇａ_1-x7Ａｓ（０＜ｘ７＜ｘ６）により構成されている。なお、上部ＤＢＲ層１６上に、例えばｎ型Ａｌ_x8Ｇａ_1-x8Ａｓ（０＜ｘ８＜１）により構成されたコンタクト層（図示せず）が設けられていてもよい。

また、この半導体レーザ１では、例えば、下部ＤＢＲ層１２内に、電流狭窄層１８が設けられている。電流狭窄層１８は、下部ＤＢＲ層１２内において、活性層１４側から数えて例えば数層離れた低屈折率層の部位に、低屈折率層に代わって設けられたものである。この電流狭窄層１８は、その外縁領域に電流狭窄領域１８Ｂを有しており、その中央領域が電流注入領域１８Ａとなっている。電流注入領域１８Ａは、例えばｎ型Ａｌ_x9Ｇａ_1-x9Ａｓ（０＜ｘ９≦１）からなる。電流狭窄領域１８Ｂは、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃）を含んで構成され、後述するように、側面から被酸化層１８Ｄに含まれる高濃度のＡｌを酸化することにより得られたものである。これにより、電流狭窄層１８は電流を狭窄する機能を有している。なお、電流狭窄層１８は、例えば、上部ＤＢＲ層１６の内部や、下部スペーサ層１３と下部ＤＢＲ層１２との間、または、上部スペーサ層１５と上部ＤＢＲ層１６との間に形成されていてもよい。

メサ部１７の上面には、上部電極２１が形成されている。上部電極２１は、例えば、電流注入領域１８Ａとの対向領域に開口（光射出口２１Ａ）を有する環形状となっている。なお、上部電極２１は、電流注入領域１８Ａとの対向領域を塞がない限りにおいて、環形状以外の形状となっていてもよい。また、メサ部１７の側面および周辺の表面には、絶縁層２２が形成されている。絶縁層２２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と、接続部２４とが設けられている。電極パッド２３と上部電極２１とが接続部２４を介して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２５が設けられている。

ここで、絶縁層２２は、例えば酸化物または窒化物などの絶縁材料からなる。上部電極２１、電極パッド２３および接続部２４は、例えば、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）をこの順に積層して構成されたものであり、メサ部１７上部（上部ＤＢＲ層１６）と電気的に接続されている。下部電極２５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。

以下に、メサ部１７について詳細に説明する。

メサ部１７の中部に位置する柱状部分１７Ａ（第１柱状部分）には、図３、図４に示したように、下部ＤＢＲ層１２の上部、下部スペーサ層１３、活性層１４、上部スペーサ層１５、上部ＤＢＲ層１６の下部および後述の電流狭窄層１８が含まれている。なお、図３、図４には、下部ＤＢＲ層１２に電流狭窄層１８が含まれている場合が例示されているが、この場合には、下部ＤＢＲ層１２のうち電流狭窄層１８よりも上の部分が、柱状部分１７Ａに含まれている。

柱状部分１７Ａには、メサ部１７内に寄生容量を発生させる酸化狭窄層およびｐｎ接合部分が存在している。ここで、酸化狭窄層とは、例えばＡｌなどを高濃度に含む半導体層を部分的に酸化することにより形成されたものを指している。従って、本実施の形態では、電流狭窄層１８が酸化狭窄層に相当する。一方、ｐｎ接合部分は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とが互いに接触する界面のことである。従って、本実施の形態において、下部スペーサ層１３および上部スペーサ層１５がｎ型またはｐ型の不純物を多く含む半導体からなる場合には、下部スペーサ層１３と活性層１４との界面、および上部スペーサ層１５と活性層１４との界面がｐｎ接合部分に相当する。また、本実施の形態において、下部スペーサ層１３および上部スペーサ層１５がアンドープの半導体からなる場合には、下部ＤＢＲ層１２と下部スペーサ層１３との界面、および上部ＤＢＲ層１６と上部スペーサ層１５との界面がｐｎ接合部分に相当する。

柱状部分１７Ａは、例えば、図５（Ａ）に示したように、半径Ｒ₁の部分と、半径Ｒ₂の部分とを、メサ部１７の中心軸ＡＸ（積層方向に延在する軸）を中心にして回転する方向に交互に含む歯車状の断面を有している。柱状部分１７Ａの断面形状は、中心軸ＡＸを中心として対称となっていることが好ましい。ここで、半径Ｒ₁は、半径Ｒ₂よりも小さく、かつ、後述するメサ部１７の柱状部分１７Ｂの半径Ｒ₄、メサ部１７の柱状部分１７Ｃの半径Ｒ₅および上部電極２１の外径Ｒ₆よりも小さい。さらに、半径Ｒ₁は、後述するメサ部１７の柱状部分１７Ｂの半径Ｒ₃と等しい。半径Ｒ₂は、後述するメサ部１７の柱状部分１７Ｂの半径Ｒ₄および柱状部分１７Ｃの半径Ｒ₅と等しく、かつ、上部電極２１の外径Ｒ₆よりも大きい。なお、半径Ｒ₁，半径Ｒ₃は、例えば７．５μｍ程度であり、半径Ｒ₂，半径Ｒ₄，半径Ｒ₅は、例えば１５μｍ程度である。
Ｒ₁＝Ｒ₃＜Ｒ₆＜Ｒ₂＝Ｒ₄＝Ｒ₅

メサ部１７の下部に位置する柱状部分１７Ｂ（第２柱状部分）には、図３、図４に示したように、下部ＤＢＲ層１２の中部および下部が含まれている。つまり、柱状部分１７Ｂには、メサ部１７内に電気抵抗を発生させる下部ＤＢＲ層１２が存在している。なお、図３、図４には、下部ＤＢＲ層１２に電流狭窄層１８が含まれている場合が例示されているが、この場合には、下部ＤＢＲ層１２のうち電流狭窄層１８よりも下の部分が、メサ部１７の柱状部分１７Ｂに含まれている。

柱状部分１７Ｂは、例えば、図５（Ｂ）に示したように、半径Ｒ₃の部分と、半径Ｒ₄の部分とを、メサ部１７の中心軸ＡＸを中心にして回転する方向に交互に含む歯車状の断面を有している。柱状部分１７Ｂの断面形状は、中心軸ＡＸを中心として対称となっていることが好ましい。ここで、半径Ｒ₃は、半径Ｒ₄よりも小さく、かつ、半径Ｒ₂、半径Ｒ₅および外径Ｒ₆よりも小さい。さらに、半径Ｒ₃は、半径Ｒ₁と等しい。半径Ｒ₄は、半径Ｒ₄および半径Ｒ₅と等しく、かつ、外径Ｒ₆よりも大きい。

メサ部１７の上部に位置する柱状部分１７Ｃ（第３柱状部分）には、図３、図４に示したように、上部ＤＢＲ層１６の中部および上部が含まれている。つまり、柱状部分１７Ｃには、メサ部１７内に電気抵抗を発生させる上部ＤＢＲ層１６が存在している。柱状部分１７Ｃの断面形状は、中心軸ＡＸを中心として対称となっていることが好ましい。柱状部分１７Ｃは、例えば、図５（Ｃ）に示したように、半径Ｒ₅の円形状の断面を有している。ここで、半径Ｒ₅は、半径Ｒ₁、半径Ｒ₃、外径Ｒ₆および外径Ｒ₆よりも大きく、半径Ｒ₂、半径Ｒ₄と等しい。以上ことから、柱状部分１７Ａおよび柱状部分１７Ｂの断面積は、互いに等しく、かつ柱状部分１７Ｃの断面積よりも小さい。

メサ部１７の側面（周囲）には、少なくとも下部ＤＢＲ層１２および電流狭窄層１８にまで達する複数の溝１９が設けられている。複数の溝１９は、メサ部１７を中心にして回転する方向に所定の間隙で形成されており、その間隙には、メサ部１７の側面（下部ＤＢＲ層１２の側面）から放射状に延在する橋桁部１７Ｅが形成されている。複数の溝１９は、メサ部１７の中心軸ＡＸから等距離に形成されていることが好ましく、また、メサ部１７の中心軸ＡＸを中心として対称に形成されていることが好ましい。複数の溝１９が、中心軸ＡＸを中心として対称に形成されている場合には、メサ部１７も、中心軸ＡＸを中心として対称に形成されている。ここで、複数の溝１９は、以下の式を満たすように形成されている。
Ｄ₂＜Ｄ₁×２

ここで、Ｄ₁は、例えば、図６に示したように、電流狭窄領域１８Ｂの、溝１９の側面からの奥行きである。Ｄ₂は、例えば、図６に示したように、複数の溝１９のうちメサ部１７（中心軸ＡＸ）を中心にして回転する方向において互いに隣接する２つの溝１９の距離である。なお、図６は、図１の半導体レーザ１を、電流狭窄層１８を横切る面で切断したときの断面構成の一例を表したものである。

なお、上記では、メサ部１７を３つの部分に分割して説明したが、メサ部１７は、一体に（モノリシックに）形成されたものであり、貼り合わせ面を内包していない。

[製造方法]
本実施の形態の半導体レーザ１は、例えば次のようにして製造することができる。

図７〜図２３は、半導体レーザ１の製造過程を工程順に表したものである。なお、図７、図９、図１２、図１５、図１８および図２１は、製造過程の素子の上面構成を表したものである。図８は、図７のＡ−ＡおよびＢ−Ｂ矢視方向の断面構成を表したものである。図１０は、図９のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表したものであり、図１１は、図９のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成を表したものである。図１３は、図１１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表したものであり、図１４は、図１２のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成を表したものである。図１６は、図１５のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表したものであり、図１７は、図１５のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成を表したものである。図１９は、図１８のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表したものであり、図２０は、図１８のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成を表したものである。図２２は、図２１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表したものであり、図２３は、図２１のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成を表したものである。

ここでは、ＧａＡｓからなる基板３０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、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の原料としては、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）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アルシン (ＡｓＨ３)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、Ｈ₂Ｓｅ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。

具体的には、まず、基板３０上に、上部ＤＢＲ層１６、上部スペーサ層１５、活性層１４、下部スペーサ層１３および下部ＤＢＲ層１２をこの順に積層してなる積層構造２０を有する被加工基板１００を形成する（図７、図８）。このとき、例えば、下部ＤＢＲ層１２内の一部に、被酸化層１８Ｄを形成しておく。被酸化層１８Ｄは、後述の酸化工程で酸化されることにより、電流狭窄層１８になる層であり、例えば、ＡｌＡｓを含んで構成されている。

次に、積層構造２０のうち柱状の特定領域１００Ａ（後の工程でメサ部１７Ｄとなる領域）の周囲に、特定領域１００Ａを中心にして回転する方向に所定の間隙で複数の開口を有するレジスト層（図示せず）を形成する。続いて、例えば反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）法により、レジスト層をマスクとして、下部ＤＢＲ層１２、下部スペーサ層１３、活性層１４、上部スペーサ層１５、上部ＤＢＲ層１６の上部を選択的に除去する。これにより、少なくとも上部ＤＢＲ層１６および被酸化層１８Ｄにまで達する複数の溝１９を形成する（図９、図１０、図１１）。このとき、上述した式（Ｄ₂＜Ｄ₁×２）を満たすように、複数の溝１９を形成する。上記の工程において、複数の溝１９を積層方向に延在する軸を中心として対称に形成することが好ましい。また、上記の工程により、複数の溝１９で囲まれた特定領域１００Ａに、柱状のメサ部１７Ｄが形成されると共に、メサ部１７Ｄの側面から放射状に延在する橋桁部１７Ｅが形成される。橋桁部１７Ｅが、複数の溝１９のうちメサ部１７Ｄを中心にして回転する方向に隣接する２つの溝１９の間隙に形成されている。その後、レジスト層を除去する。

次に、被加工基板１００の上面のうち溝１９の非形成領域、すなわち、下部ＤＢＲ層１２の表面に、後の工程で貼り合わせ金属として機能する金属層１１Ｂを形成する（図９、図１０、図１１）。続いて、基板１０の上に金属層１１Ａを有する支持基板２００を用意し、支持基板２００の金属層１１Ａに、被加工基板１００の金属層１１Ｂを貼り合わせる（図１２、図１３、図１４）。その後、基板３０を除去する（図１５、図１６、図１７）。なお、基板３０を除去するに際して、上部ＤＢＲ層１６までもが除去されるのを防ぐ目的で、基板３０と上部ＤＢＲ層１６との間にエッチングストップ層などを設けておいてもよい。

次に、上部ＤＢＲ層１６側から、特定領域１００Ａを含む領域以外の領域の全体または一部を除去する。具体的には、まず、積層構造２０のうち特定領域１００Ａ（メサ部１７Ｄ）を含む領域を覆うレジスト層（図示せず）を形成する。例えば、特定領域１００Ａ（メサ部１７Ｄ）と、橋桁部１７Ｅのうち特定領域１００Ａ（メサ部１７Ｄ）側の端部とを含む円形状の領域１００Ｂ（図１５参照）を覆うレジスト層（図示せず）を形成する。その後、例えばＲＩＥ法により、レジスト層をマスクとして、上部ＤＢＲ層１６、上部スペーサ層１５、活性層１４、下部スペーサ層１３、下部ＤＢＲ層１２の上部を選択的に除去する。これにより、溝１９が外部と連通し、柱状部分１７Ｃ（上部ＤＢＲ層１６の部分）の断面積が柱状部分１７Ａおよび柱状部分１７Ｂの断面積よりも大きな、括れたメサ部１７が形成される（図１８、図１９、図２０）。このとき、橋桁部１７Ｅのうちエッチングにより残った部分が、柱状部分１７Ａのうち半径Ｒ₂の部分や、柱状部分１７Ｂのうち半径Ｒ₄の部分に対応する。

なお、上記の工程において、積層構造２０のうち領域１００Ｂ以外の領域の全体を除去する必要はない。例えば、領域１００Ｂの周縁（領域１００Ｂを取り囲む環状の領域）だけを、上部ＤＢＲ層１６から下部ＤＢＲ層１２の上部まで選択的に除去することにより、溝１９を外部と連通させると共に、括れたメサ部１７を形成するようにしてもよい。

次に、水蒸気雰囲気中において、高温で酸化処理を行い、メサ部１７の側面（溝１９の側面）から被酸化層１８Ｄに含まれるＡｌを選択的に酸化する。これにより、メサ部１７内において、被酸化層１８Ｄの外縁領域が酸化されて電流狭窄領域１８Ｂとなり、被酸化層１８Ｄのうち未酸化領域が電流注入領域１８Ａとなる（図２１、図２２、図２３）。

次に、表面全体に、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ₂）などの絶縁性無機材料からなる絶縁層２２を形成する。続いて、リッジ部１７の上面に、電流注入領域１８Ａとの対向領域を囲む環状の開口を有するレジスト層（図示せず）を表面全体に形成したのち、例えばＲＩＥ法により、レジスト層をマスクとして、絶縁層２２を選択的に除去する。これにより、絶縁層２２に、電流注入領域１８Ａとの対向領域を囲む環状の開口が形成される。その後、レジスト層を除去する。

次に、例えば真空蒸着法により、表面全体に前述の金属材料を積層させる。その後、例えば選択エッチングにより、電流注入領域１８Ａとの対向領域に光射出口２１Ａを有すると共に特定領域１００Ａ（柱状部分１７Ａ，１７Ｂ）との対向領域よりも外側に外縁の一部を有する環状の上部電極２１を形成する。また、絶縁層２２のうちメサ部１７の周囲に電極パッド２３を形成する。さらに、上部電極２１と電極パッド２３との間に接続部２４を形成する（図２）。さらに、基板１０の裏面を適宜研磨してその厚さを調整した後、この基板１０の裏面に下部電極２５を形成する（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。

[作用・効果]
本実施の形態の半導体レーザ１では、下部電極２５と上部電極２１との間に所定の電圧が印加されると、電流狭窄層１８における電流注入領域１８Ａを通して活性層１４に電流が注入され、これにより電子と正溝の再結合による発光が生じる。この光は、一対の下部ＤＢＲ層１２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光射出口２１Ａから外部に射出される。

ところで、本実施の形態では、メサ部１７のうち活性層１４および電流狭窄層１８を含む柱状部分１７Ａは、図３、図４に示したように、下部ＤＢＲ層１２との対向領域内および上部ＤＢＲ層１６との対向領域内に形成されている。さらに、柱状部分１７Ａの断面積が、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、柱状部分１７Ｃ（上部ＤＢＲ層１６）の断面積よりも小さくなっている。これにより、活性層１４および電流狭窄層１８に起因して生じる寄生容量を低減することができる。また、メサ全体の径を小さくした場合と比べて、メサ内の電気抵抗を低減することができ、消費電力を低く抑えることができる。従って、本実施の形態では、消費電力を低く抑えつつ、寄生容量を小さくすることができる。

また、本実施の形態の製造方法では、基板１０の上に積層構造２０を有する被加工基板１００のうち、特定領域１００Ａの周囲に所定の間隔で形成した各溝１９の開口側の面が支持基板２００に貼り合わされる。その後、基板１０側から、特定領域１００Ａを含む領域１００Ｂ以外の領域の全体または一部を除去することにより溝１９が外部と連通する。このとき、柱状部分１７Ａが、柱状部分１７Ｂとの対向領域内および柱状部分１７Ｃとの対向領域内に形成される。さらに、柱状部分１７Ａの断面積が、柱状部分１７Ｃの断面積よりも小さくなる。

ここで、特定領域１００Ａ（メサ部１７Ｄ）の径は、溝１９を外部と連通させる工程よりも前の工程で決定されるものであり、溝１９を外部と連通させる工程において除去されない領域１００Ｂの径によって制限を受けない。そのため、柱状部分１７Ｃ（上部ＤＢＲ層１６）とは無関係に柱状部分１７Ａの断面積を小さくすることができるので、柱状部分１７Ａに起因して生じる寄生容量を低減することができる。また、柱状部分１７Ａとは無関係に柱状部分１７Ｃの断面積を大きくしておくことができるので、メサ全体の径を小さくした場合と比べて、メサ内の電気抵抗を低減することができ、消費電力を低く抑えることができる。このように、本実施の形態では、簡易な方法で、消費電力を低く抑えつつ、寄生容量を小さくすることができる。

また、本実施の形態の製造方法では、メサ部１７を一体に（モノリシックに）形成することができ、メサ部１７内に貼り合わせ面が存在しない。これにより、メサ部１７内の光学膜厚を結晶成長によって厳密に制御することができるので、貼り合わせに際して生じるような光学位置のズレがメサ部１７内に生じる虞はない。

[変形例]
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態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にも適用可能である。また、上記実施の形態では、本発明を上面射出型の半導体レーザに適用した場合について説明したが、裏面射出型の半導体レーザに対してももちろん適用可能である。

また、上記実施の形態において、半導体の導電型が例示されていたが、例示された導電型とは逆の導電型となっていてもよい。例えば、上記実施の形態において、ｐ型と記述されている箇所をｎ型と読み替えると共に、ｎ型と記述されている箇所をｐ型と読み替えることが可能である。

１…半導体レーザ、１０，３０…基板、１１，１１Ａ，１１Ｂ…金属層、１２…下部ＤＢＲ層、１３…下部クラッド層、１４…活性層、１４Ａ…発光領域、１５…上部クラッド層、１６…上部ＤＢＲ層、１７，１７Ｄ…メサ部、１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ…柱状部分、１７Ｅ…橋桁部、１８…電流狭窄層、１８Ａ…電流注入領域、１８Ｂ…電流狭窄領域、１８Ｄ…被酸化層、１９…溝、２０…積層構造、２１…上部電極、２１Ａ…光射出口、２２…絶縁層、２３…電極パッド、２４…接続部、２５…下部電極、１００…被加工基板、１００Ａ…特定領域、１００Ｂ…領域、２００…支持基板。

Claims (10)

1. 基板の上に、第１多層膜反射鏡、活性層および第２多層膜反射鏡を前記基板側から順に含むと共に、電流狭窄層を含む柱状のメサ部を備え、
   前記メサ部のうち前記活性層および前記電流狭窄層を含む柱状部分は、前記前記第１多層膜反射鏡との対向領域内および前記第２多層膜反射鏡との対向領域内に形成されており、
   前記柱状部分の断面積が、前記第２多層膜反射鏡の断面積よりも小さくなっている
   面発光型半導体レーザ。
2. 前記メサ部の上面に、光射出口を有する環状の電極を備え、
   前記柱状部分の側面の一部が、前記電極の外縁よりも内側に形成されている
   請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
3. 前記メサ部は、積層方向に延在する軸を中心として対称に形成されている
   請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
4. 前記メサ部は、モノリシックに形成されたものである
   請求項１または請求項３のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ。
5. 前記基板と前記メサ部との間に、前記基板および前記メサ部に接する金属層を備えた
   請求項４に記載の面発光型半導体レーザ。
6. 前記金属層は、互いに貼り合わされた第１金属層および第２金属層を有する
   請求項５に記載の面発光型半導体レーザ。
7. 第１基板の上に、第１多層膜反射鏡、活性層および第２多層膜反射鏡を前記第１基板とは反対側から順に含むと共に被酸化層を含む半導体層を有する被加工基板の前記半導体層のうち柱状の特定領域の周囲に、少なくとも前記第２多層膜反射鏡および前記被酸化層にまで達する複数の溝を、前記特定領域を中心にして回転する方向に所定の間隙で形成する第１工程と、
   前記半導体層の上面うち前記溝の非形成領域に第１金属層を形成したのち、第２基板の上に第２金属層を有する支持基板の前記第２金属層に、前記第１金属層を貼り合わせる第２工程と、
   前記第１基板側から、前記特定領域を含む領域以外の領域の全体または一部を除去することにより前記溝を外部と連通させたのち、前記被酸化層を前記溝の側面側から酸化することにより前記被酸化層のうち前記特定領域の外縁に対応する領域に酸化領域を形成すると共に前記被酸化層のうち前記特定領域の中心に対応する領域に未酸化領域を形成する第３工程と
   を含む面発光型半導体レーザの製造方法。
8. 前記酸化領域の、前記溝の側面からの奥行きをＤ₁とし、前記複数の溝のうち前記特定領域を中心にして回転する方向において互いに隣接する２つの溝の距離をＤ₂とすると、前記第１工程において、Ｄ₂＜Ｄ₁×２を満たすように、前記複数の溝を形成する
   請求項７に記載の面発光型半導体レーザの製造方法。
9. 前記第３工程において、前記未酸化領域との対向領域に光射出口を有すると共に前記特定領域よりも外側に外縁の一部を有する環状の電極を、前記第２基板とは反対側の表面に形成する
   請求項７に記載の面発光型半導体レーザの製造方法。
10. 前記第１工程において、前記複数の溝を、積層方向に延在する軸を中心として対称に形成する
    請求項７に記載の面発光型半導体レーザの製造方法。

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