(57)【要約】【課題】製造歩留まりが高い一次元アレイ素子の製造方法および信頼性が高い一次元アレイ素子を提供すること。【解決手段】ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料からなる一次元アレイ素子の製造方法であって、エピタキシャル成長を用いて、主表面として（１００）面を有する基板の該主表面上に、素子領域中の一部に活性領域を有する単一素子を＜０１１＞方向に対してゼロよりも大きい角度をなす配列方向に複数配列して構成した一次元アレイ素子を複数形成し、該形成した一次元アレイ素子を素子分離する。【選択図】図１
2010232502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料からなる一次元アレイ素子の製造方法であって、
エピタキシャル成長を用いて、主表面として（１００）面を有する基板の該主表面上に、素子領域中の一部に活性領域を有する単一素子を＜０１１＞方向に対してゼロよりも大きい角度をなす配列方向に複数配列して構成した一次元アレイ素子を複数形成し、該形成した一次元アレイ素子を素子分離することを特徴とする一次元アレイ素子の製造方法。
【請求項２】
前記単一素子の素子間隔を前記配列方向においてａとし、前記配列方向に垂直な幅方向においてｂとすると、前記配列方向のなす角度を、ｔａｎ-1（ａ／ｂ）以上にすることを特徴とする請求項１に記載の一次元アレイ素子の製造方法。
【請求項３】
前記配列方向を、＜０１−１＞方向にほぼ平行にすることを特徴とする請求項２に記載の一次元アレイ素子の製造方法。
【請求項４】
前記エピタキシャル成長終了後の前記基板面内の平均パーティクル密度を１０００ｃｍ-2以下とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の一次元アレイ素子の製造方法。
【請求項５】
前記単一素子を垂直共振器型面発光レーザ素子とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の一次元アレイ素子の製造方法。
【請求項６】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料からなる一次元アレイ素子であって、
主表面として（１００）面を有する基板の該主表面上に、＜０１１＞方向に対してゼロよりも大きい角度をなす配列方向に配列した、素子領域中の一部に活性領域を有する複数の単一素子を備えることを特徴とする一次元アレイ素子。
【請求項７】
前記単一素子の素子間隔を配列方向においてａとし、前記配列方向に垂直な該一次元アレイ素子の幅をｂとすると、前記配列方向のなす角度は、ｔａｎ-1（ａ／ｂ）以上であることを特徴とする請求項６に記載の一次元アレイ素子。
【請求項８】
前記配列方向は、＜０１−１＞方向にほぼ平行であることを特徴とする請求項７に記載の一次元アレイ素子。
【請求項９】
前記基板面内の平均パーティクル密度が１０００ｃｍ-2以下であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一つに記載の一次元アレイ素子。
【請求項１０】
前記単一素子が垂直共振器型面発光レーザ素子であることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一つに記載の一次元アレイ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に一次元的に配列した単一素子を備える一次元アレイ素子の製造方法および一次元アレイ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
垂直共振器型面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ：Vertical  Cavity  Surface  Emitting  Laser、以下、面発光レーザ素子と称す。）は、光インターコネクションをはじめとする種々の光通信用光源、あるいは他の様々なアプリケーション用デバイスとして利用されている（例えば、特許文献１参照）。面発光レーザ素子は、基板に対して垂直方向にレーザ光を射出するため、従来の端面発光型レーザ素子に比べて同一基板上に複数の素子を容易に一次元配列させて一次元アレイ素子を形成することができる。また、活性層体積が非常に小さいため、極低閾値電流および低消費電力でレーザ発振が可能であるなど、多くの利点を有している。
【０００３】
一般に、面発光レーザ素子は、結晶基板面と同一面上に配置された下部反射鏡、活性層、上部反射鏡によって構成される共振構造と、活性層を励起させる構造により構成され、通常は電流注入により活性層を励起させる。活性層は通常半導体で構成されることから、基板と活性層との間に位置する下部反射鏡も、半導体で形成されることが一般的である。そこで、屈折率の大きい材料の層と小さい材料の層のペアを積層した半導体多層膜反射鏡が広く用いられている。なお、面発光レーザ素子は、共振器長が一般の半導体レーザに比べて短いため、低しきい値動作のためには９９％以上の高い反射率をもつ反射鏡が必要なので、半導体多層膜反射鏡は通常上記層のペアが２０−６０ペア積層されて形成される。その結果、その膜厚は数μｍから１５μｍ程度の、比較的厚い層となる。また、その層厚は、組み合わせる材料の屈折率差や、反射させるべき波長の設計などによって異なる。また、通常、この下部反射鏡は有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法)や分子線成長法(ＭＢＥ法)などによってエピタキシャル成長される。一方、上部反射鏡は電流注入構造や出射方向などとの組み合わせにより、半導体多層膜反射鏡や誘電体多層膜反射鏡、またそれらと金属を組み合わせたものなどから選ばれたものが用いられる。
【０００４】
なお、８５０ｎｍ帯を中心に、６５０ｎｍ〜１３００ｎｍ帯までの波長帯域でそれぞれ発光する面発光レーザ素子の場合、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料であるＧａＡｓ基板上にエピタキシャル層を成長し、下部反射鏡にはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ／ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、ｘ＜ｙ）の組み合わせによるＡｌＧａＡｓ系半導体多層膜反射鏡が広く用いられている。ＡｌＧａＡｓ系半導体多層膜反射鏡は、ＧａＡｓ基板と殆ど同一の格子定数を持ち、多層積層することが可能なため、結果として高反射率を得やすいという特徴を持つ。
【０００５】
また、一次元面発光レーザアレイ素子は、互いに電気的に独立した単一の面発光レーザ素子を一列に配列させることにより構成され、通常リソグラフィやエッチングなどの半導体微細加工技術を用いて同一基板から多数のアレイ素子が一括で製造される。たとえば、通常、基板上に規則的かつ二次元的に素子を形成し、アレイ素子のパターンに沿って、回転鋸によるダイシングやスクライビング（表面を引っかいて傷を入れ、押し割る方法）を用いて所望の単一素子の組を切り出して一次元アレイ素子を製造する。また、二次元アレイ素子も同様に製造する。
【０００６】
なお、上記の製造の際に用いる基板には、その方向を識別するためにオリエンテーションフラットが形成されている。図１１は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶からなる主表面が面方位（１００）である（１００）基板と面方位との関係を示す図である。なお、符号Ｄ１、Ｄ２は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶の面方位を示しており、符号Ｆ１、Ｆ２は、それぞれＶ族元素（Ａｓ、Ｐ等）の面、ＩＩＩ族元素（Ｇａ、Ｉｎ等）面を示している。また、符号Ｗ、Ｗ１、Ｗ２は、それぞれ基板（ウェハ）、ＵＳ規格によるオリエンテーションフラット（Orientation  Flat、ＯＦ）、インデックスフラット（Index  Flat、ＩＦ）を示している。図１１に示すように、ＵＳ規格によれば、ＯＦは（０１−１）面に形成され、ＩＦは（０１１）面に形成されている。なお、ＥＪ規格によれば、ＯＦは（０−１−１）面に形成され、ＩＦは（０−１１）に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１１７８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、一つのアレイ素子がその要求性能を満たし、良品となるためには、その中の各単一素子全てが要求性能を満たす必要がある。すなわち、アレイ素子中の一つの単一素子でも要求性能を満たさなければ、そのアレイ素子は不良品となる。したがって、単一素子の場合と比較すると、アレイ素子の製造歩留まりを所望の高いレベルにするのは格段に難しい。そのため、アレイ素子製造の際には、製造歩留まり低下要因を注意深く取り除く必要がある。
【０００９】
なお、一般的に、製造歩留まりを低下させる要因としては、エピタキシャル成長や基板加工プロセスの設計からの乖離や不良などがある。これに対して、製造工程の最適化により製造条件を厳密に制御することで製造歩留まりを向上させている。具体的には、エピタキシャル成長時の不良としては、製造した基板の半導体層の組成が設計からずれて、その結果基板結晶との格子不整合が生じて歪が層中に蓄積することにより、すべり転位などの転位が発生する事が挙げられる。この転位は、通常クロスハッチとして観察され、半導体素子の動作特性に深刻な影響を及ぼす。これらを防止するためには、エピタキシャル成長時の組成制御の精度を向上させることにより、格子不整合を減少させて回避することが必要である。
【００１０】
その他に、エピタキシャル成長時の不良としては、エピタキシャル成長時に付着するパーティクルの影響による不良がある。すなわち、アレイ素子とする場合も含めた面発光レーザ素子の製造の場合、発光部を含む周囲、具体的にはメサ内にパーティクルが存在すると、エピタキシャル層構造がかく乱されたり、リーク電流が発生したりして素子不良の原因となる。また、酸化型電流狭窄構造を用いた面発光レーザ素子の場合、メサ内にパーティクルが存在すると、酸化工程時に酸化形状に乱れが生じる。したがって、エピタキシャル成長時のパーティクルは、注意深い取り扱いにより減少させることが必要である。なお、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を用いる場合のパーティクルとしては、ＭＯＣＶＤ法を用いる場合は、反応炉の壁などから飛来するＡｓクラスターや半導体多結晶が多い。一方、ＭＢＥ法を用いる場合は、Ａｓクラスターや半導体多結晶のほか、オーバルディフェクトと呼ばれるＧａなどの金属状ドロップレットに起因するパーティクルが多い。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、製造歩留まりが高い一次元アレイ素子の製造方法および信頼性が高い一次元アレイ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る一次元アレイ素子の製造方法は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料からなる一次元アレイ素子の製造方法であって、エピタキシャル成長を用いて、主表面として（１００）面を有する基板の該主表面上に、素子領域中の一部に活性領域を有する単一素子を＜０１１＞方向に対してゼロよりも大きい角度をなす配列方向に複数配列して構成した一次元アレイ素子を複数形成し、該形成した一次元アレイ素子を素子分離することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る一次元アレイ素子の製造方法は、上記の発明において、前記単一素子の素子間隔を前記配列方向においてａとし、前記配列方向に垂直な幅方向においてｂとすると、前記配列方向のなす角度を、ｔａｎ-1（ａ／ｂ）以上にすることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る一次元アレイ素子の製造方法は、上記の発明において、前記配列方向を、＜０１−１＞方向にほぼ平行にすることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る一次元アレイ素子の製造方法は、上記の発明において、前記エピタキシャル成長終了後の前記基板面内の平均パーティクル密度を１０００ｃｍ-2以下とすることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る一次元アレイ素子の製造方法は、上記の発明において、前記単一素子を垂直共振器型面発光レーザ素子とすることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る一次元アレイ素子は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料からなる一次元アレイ素子であって、主表面として（１００）面を有する基板の該主表面上に、＜０１１＞方向に対してゼロよりも大きい角度をなす配列方向に配列した、素子領域中の一部に活性領域を有する複数の単一素子を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る一次元アレイ素子は、上記の発明において、前記単一素子の素子間隔を配列方向においてａとし、前記配列方向に垂直な該一次元アレイ素子の幅をｂとすると、前記配列方向のなす角度は、ｔａｎ-1（ａ／ｂ）以上であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る一次元アレイ素子は、上記の発明において、前記配列方向は、＜０１−１＞方向にほぼ平行であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る一次元アレイ素子は、上記の発明において、前記基板面内の平均パーティクル密度が１０００ｃｍ-2以下であることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る一次元アレイ素子は、上記の発明において、前記単一素子が垂直共振器型面発光レーザ素子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、製造歩留まりが高い一次元アレイ素子の製造方法および信頼性が高い一次元アレイ素子を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、実施の形態１に係るアレイ素子の模式的な平面図である。
【図２】図２は、図１に示すアレイ素子のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は、基板上の半導体積層構造に発生する転位について説明する図である。
【図４】図４は、＜０１−１＞方向と＜０１１＞方向とについての、基板面内のパーティクル密度と３インチ基板面内の線状転位の総数との関係を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態１において、基板上に多数のアレイ素子が形成される状態を模式的に示す図である。
【図６】図６は、多数のアレイ素子が基板上に形成される状態を模式的に示す図である。
【図７】図７は、アレイ素子における面発光レーザの配列方向と＜０１１＞方向との角度の規定について説明する図である。
【図８】図８は、角度θ１と不良アレイ数との関係を示した図である。
【図９】図９は、アレイ素子における面発光レーザの配列方向と＜０１１＞方向との角度の規定について説明する図である。
【図１０】図１０は、角度θ２（ラジアン単位）と不良アレイ数との関係を示した図である。
【図１１】図１１は、図１１は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶からなる（１００）基板と面方位との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、図面を参照して本発明に係る一次元アレイ素子の製造方法および一次元アレイ素子の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る一次元面発光レーザアレイ素子（以下、適宜アレイ素子と略記する）の模式的な平面図であり、図２は、図１に示すアレイ素子１０００のＡ−Ａ線断面図である。図１に示すように、このアレイ素子１０００は、素子領域中の一部に活性領域となるメサポストＭ１を有する単一素子としての面発光レーザ素子１００が、配列方向Ａｒ１の方向に１次元的に１０個配列して構成されている、いわゆる１０ｃｈのアレイ素子である。なお、図１においては、電極構造等の記載を省略している。
【００２６】
また、図２に示すように、面発光レーザ素子１００は、主表面が（１００）面であり、裏面にｎ側電極１を形成したｎ型ＧａＡｓからなる基板２上に、それぞれの層の厚さがλ／（４ｎ）（λは発振波長、ｎは屈折率）のｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／ｎ型ＧａＡｓの３５ペアからなる下部ＤＢＲミラー３、ｎ型ＧａＡｓからなる下部クラッド層４、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ構造の多重量子井戸からなる活性層５、ｐ型ＧａＡｓからなる上部クラッド層６、及び、それぞれの層の厚さがλ／（４ｎ）（λは発振波長、ｎは屈折率）のｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／ｐ型ＧａＡｓの２５ペアからなる上部ＤＢＲミラー７、２×１０19ｃｍ-3程度にカーボンをドーピングした高濃度のｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層８を含む積層構造を備えている。ｎ型ＧａＡｓ層及びｐ型ＧａＡｓ層がＤＢＲミラーの高屈折率層を構成し、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層及びｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層がＤＢＲミラーの低屈折率層を構成する。なお、ここでは、下部ＤＢＲミラー３および上部ＤＢＲミラー７の反射帯域中心波長を１２７０ｎｍとしている。
【００２７】
上部ＤＢＲミラー７では、活性層５に近い側の一層のｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層に代え、酸化狭窄層９が形成されている。この酸化狭窄層９は、ＡｌＡｓ層のＡｌを周囲から選択的に熱酸化してＡｌ２Ｏ３とした電流狭窄領域９ａと、中央に残されたＡｌＡｓからなる電流注入領域９ｂからなる。酸化狭窄層９は、面発光レーザ素子１００における電流狭窄構造及び光閉込め構造を構成している。
【００２８】
また、全体の共振器構造のうち、上部ＤＢＲミラー７から下部クラッド層４の下面に到るまでが、例えば直径３０μｍの円筒形状のメサポストＭ１に加工されている。
【００２９】
メサポストＭ１の上端には、外周５μｍ〜１０μｍ程度の幅のリング状（環状）のｐ側電極１０が設けられている。また、メサポストＭ１は、周囲が例えばポリイミド等の誘電体層（ポリイミド層）１１により埋め込まれている。さらに、ポリイミド層１１の上には、外部端子とワイヤーで接続するためのｐ側電極パッド１２が形成され、ｐ側電極１０と電気的に接続されている。
【００３０】
このアレイ素子１０００は、面発光レーザ素子１００の配列方向Ａｒ１が、結晶方向の＜０１１＞方向に対してπ／２ラジアン（ｒａｄ）の角度をなしており、ほぼ＜０１−１＞方向に平行になっている。これによって、このアレイ素子１０００は、転位による故障や不良の発生が低減されており、信頼性が高いものとなっている。その理由については、後に詳細に説明する。
【００３１】
このアレイ素子１０００を製造する際には、はじめに、たとえばＭＢＥ法を用いて、たとえば直径３インチ（７６．２ｍｍ）の基板２上に、下部ＤＢＲミラー３、下部クラッド層４、活性層５、ＡｌＡｓ層を含む上部ＤＢＲミラー７、コンタクト層８を順次エピタキシャル成長させる。
【００３２】
その後、フォトリソグラフィーによってメサポストＭ１のパターニングを行い、エッチング加工によってコンタクト層８から所定の深さまでエッチングして、メサポストＭ１を形成する。なお、アレイ素子１０００は、基板２上に一括して多数形成されるので、メサポストＭ１も、各アレイ素子１０００に含まれる面発光レーザ素子１００に対応させた数を形成する。ここにおいて、アレイ素子１０００における面発光レーザ素子１００の配列方向Ａｒ１が決定される。
【００３３】
その後、メサポストＭ１に加工した積層構造を水蒸気雰囲気中にて、約４００℃の温度で酸化処理を行い、メサポストＭ１内のＡｌＡｓ層の外周側領域を選択的に酸化させる。この選択酸化によって、例えば幅が１０μｍの外周側領域が酸化され、電流狭窄領域９ａとなり、中央に残されたＡｌＡｓからなる電流注入領域９ｂが形成され、酸化狭窄層９が形成される。その後、コンタクト層８上にｐ側電極１０を形成し、メサポストＭ１をポリイミド層１１で埋め込み、ｐ側電極パッド１２を形成し、基板２の裏面を適宜研磨して基板厚さを例えば２００μｍに調整した後に、ｎ側電極１を形成する。さらに、アレイ素子１０００ごとに素子分離し、複数のアレイ素子１０００が完成する。
【００３４】
ここで、本実施の形態１に係る製造方法では、上記のフォトリソグラフィー及びエッチング工程において、面発光レーザ素子１００の配列方向Ａｒ１が、結晶方向の＜０１１＞方向に対してπ／２ｒａｄの角度をなし、ほぼ＜０１−１＞方向に平行になるようにパターニング及びエッチングを行なう。これによって、＜０１−１＞方向に配向する線状転位によるアレイ素子１０００の不良が低減されるので、アレイ素子１０００の製造歩留まりが高くなる。
【００３５】
以下、具体的に説明する。上述したように、ＡｌＧａＡｓ系半導体多層膜反射鏡は、ＧａＡｓ基板と殆ど同一の格子定数を持ち、多層積層することが可能なため、結果として高反射率を得やすいという特徴を持つ。通常これらの多層膜反射鏡には、ＧａＡｓ基板との格子不整合によるクロスハッチは殆ど発生しないと考えられていた。
【００３６】
しかしながら、本発明者らがアレイ素子の製造歩留まりを向上させるために、アレイ素子に発生するクロスハッチについて精査したところ、エピタキシャル成長時に基板上に付着するパーティクルがクロスハッチの発生原因となっていることを見出した。
【００３７】
すなわち、本発明者らが、上記製造方法においてコンタクト層までを成長させたエピタキシャル基板を、ノマルスキー顕微鏡で観察したところ、Ａｓクラスターを起源とするパーティクルと、Ｇａドロップレットとみられるパーティクルが、合わせて２５ｃｍ-2の密度で基板面内にランダムに存在していた。その総数は、基板外周端から６ｍｍを除外した領域に対して約９５０個であった。また、パーティクルを起点とした、線状の転位が観測され、その転位は基板の端まで伸びていた。また、同様の転位が基板面内で５本見つかった。さらに、これらの線状の転位は、全て＜０１−１＞方向に配向していることを見出した。この線状の転位は、格子不整合によるクロスハッチと形状は殆ど同一であるが、格子不整合によるクロスハッチは＜０１−１＞方向のみならず＜０１１＞方向にも転位が配向するのに対して、この線状の転位は一方向に配向していることが異なる。
【００３８】
この線状転位は、以下のように発生したものと考えられる。図３は、基板上の半導体積層構造に発生する転位について説明する図である。図３に示すように、基板２上には、上述した大きさが数μｍ程度までのパーティクルＰが表面に付着している。ここに、数μｍから１５μｍ程度の下部ＤＢＲミラー３等を含む半導体層１３をエピタキシャル成長させた場合に、半導体層１３はパーティクルＰを埋め込むようにして成長する。ところが、その後、エピタキシャル成長中や成長終了後の降温時に、パーティクルＰと半導体層１３との熱膨張係数差により半導体層１３に局所歪みが生じ、パーティクルＰを起点として、線状転位ＤＬが半導体層１３の面内に形成される。ここで、転位の形成速度（転位速度）は＜０１１＞方向よりも＜０１−１＞方向の方が速いため、＜０１−１＞方向に配向する転位がより多く発生すると考えられる。
【００３９】
また、図４は、上述した実験において、＜０１−１＞方向と＜０１１＞方向とについての、基板面内のパーティクル密度と３インチ基板面内の線状転位の総数との関係を示す図である。なお、パーティクル密度については、製造条件等を変えて、故意に変化させている。図４に示すように、パーティクル密度が１０００ｃｍ−2以上の、非常に高い欠陥密度の場合には、＜０１−１＞方向だけでなく、＜０１１＞方向にも多数の線状の転位が見られ、クロスハッチ状の線状転位の集合状態が観察された。ところがパーティクル密度を減少させると、＜０１−１＞方向と＜０１１＞方向に異方性が生じ、１０００ｃｍ-2以下のパーティクル密度では、＜０１１＞方向の線状転位はほぼ０本となり、＜０１−１＞方向のみとなった。
【００４０】
本発明者らは、上記のようにして得られた知見にもとづき、面発光レーザ素子１００の配列方向Ａｒ１を、＜０１１＞方向に対して角度をなすように配列すれば、＜０１−１＞方向に配向する線状転位によるアレイ素子１０００の不良が低減され、アレイ素子１０００の製造歩留まりが高くなることに想到し、本発明を完成させたものである。以下、これについてさらに説明する。
【００４１】
図５は、本実施の形態１において、基板２上に多数のアレイ素子１０００が形成される状態を模式的に示す図である。なお、符号基２ａは、ＯＦである。図５に示すように、＜０１−１＞方向に配向する線状転位ＤＬが複数の面発光レーザ素子のメサポストＭ１を貫通し、これらの素子を不良としているとする。このとき、面発光レーザ素子としての不良数をＡとし、アレイ素子１０００における面発光レーザの配列数をＮ（＝１０）とすると、図５からも明らかなように、不良となるアレイ素子１０００の数はＡ／Ｎとなる。その理由は、不良となっているアレイ素子１０００においては、これに含まれる面発光レーザ素子の全てが不良であるからである。
【００４２】
一方、図６は、多数のアレイ素子２０００が、基板２上に形成される状態を模式的に示す図である。なお、このアレイ素子２０００は、図１、２に示すアレイ素子１０００と同様の構造を有するが、その中の面発光レーザ素子の配列方向Ａｒ２が、＜０１１＞方向である点が異なっている。また、図５と同様に、＜０１−１＞方向の線状転位ＤＬが複数の面発光レーザ素子のメサポストＭ１を貫通し、これらの素子を不良としているとする。このとき、面発光レーザ素子としての不良数をＡとし、アレイ素子２０００における面発光レーザ素子の配列数をＮ（＝１０）とすると、図６からも明らかなように、不良となるアレイ素子１０００の数はＡとなる。その理由は、不良となっている面発光レーザ素子は、全て異なるアレイ素子２０００に属しているので、面発光レーザ素子の不良数がアレイ素子２０００の不良数と等しくなるからである。
【００４３】
上記の図５、６を用いた説明から明らかなように、上記の実施の形態１に係る製造方法によれば、線状転位によって不良となってしまう面発光レーザ素子が属するアレイ素子の数を低減することができるので、アレイ素子を製造歩留まり高く製造でき、製造されたアレイ素子は、線状転位の影響が低減され、信頼性が高く、さらには低コストなものとなる。
【００４４】
（実施例、比較例）
本発明の実施例として、図１、２に示す構造を有するアレイ素子を製造するために、上記実施の形態１に係る製造方法を行なった。なお、単一の面発光レーザ素子の素子、素子間のジオメトリについては、メサポストの直径を３０μｍとした。また、素子間隔、すなわちメサポストの間隔を、配列方向と幅方向においてそれぞれ２５０μｍとした。そして、素子分離していない状態でアレイにする前の全素子の動作をテストしたところ、単一の面発光レーザ素子について、全素子数７２０００素子に対して、２７０素子が、要求性能を満たせない不良素子であった。つまり、単一の面発光レーザ素子としての製造歩留まりは９９．６％であった。
【００４５】
つぎに、この各素子のアドレスを考慮した上で、この基板から素子分離して１０ｃｈのアレイ素子を製造する場合に、その製造歩留まりを見積もったところ、全７０００アレイ素子に対し、不良素子を含む不良アレイ素子は２７素子であり、製造歩留まりは９９．６％と高い値に維持されることが確認された。なお、不良素子の配列を解析した結果、同一直線状に並んでおり、不良アレイ素子内の面発光レーザ素子すべてが、不良素子であった。
【００４６】
一方、比較として、図１、２に示す構造を有するが、面発光レーザ素子の配列方向を＜０１１＞方向としたアレイ素子を製造するために、上記実施の形態１とほぼ同様の製造方法を行なった。なお、単一の面発光レーザ素子の素子、素子間のジオメトリについては、実施例の場合と同様にした。そして、素子分離していない状態でアレイにする前の全素子の動作をテストしたところ、単一の面発光レーザ素子について、全素子数７２０００素子に対して、２７０素子が、要求性能を満たせない不良素子であった。つまり、単一の面発光レーザ素子としての製造歩留まりは、実施例と同様に９９．６％であった。
【００４７】
つぎに、この各素子のアドレスを考慮した上で、この基板から素子分離して１０ｃｈのアレイ素子を製造する場合に、その製造歩留まりを見積もったところ、全７０００アレイ素子に対し、不良素子を含む不良アレイ素子は２６１素子であり、製造歩留まりは９６．２％と大きく低下した。
【００４８】
なお、比較例において、コンタクト層までを成長させたエピタキシャル基板を、ノマルスキー顕微鏡で観察したところ、Ａｓクラスターを起源とするパーティクルと、Ｇａドロップレットとみられるパーティクルが、合わせて２５ｃｍ-2の密度で基板面内にランダムに存在した。また、パーティクルを起点とした＜０１−１＞方向に配向する線状転位が基板面内で５本見つかった。
【００４９】
そして、比較例における不良の原因を解析してみた結果、上記の顕微鏡観察で発見された５本の線状欠陥のうち、１本が基板上の一列のメサポスト全てを横断しており、更に各メサポストの発光部分を通過しており、それらの素子は動作テスト中に急速に劣化し、その結果発光特性が不十分になっていたことが分かった。さらに、それらの一連の素子から任意の二つを抜き出して平面ＴＥＭ(透過型電子顕微鏡)像を観察したところ、直線状の転位と、そこから派生する転位ループが発見された。この転位ループは、８５０ｎｍ帯の面発光レーザにおいて報告されているダークライン欠陥と同様であった。さらに、この二つの素子について、発光部分の活性層近傍の断面ＴＥＭ像を観察したところ、下部ＤＢＲミラーから（１１１）面上と見られる面に平行にすべり転位が見られ、すべり転位が活性層を横切る部分を中心にダークライン欠陥が集中していた。
【００５０】
すなわち、上記の素子においては、キャリアが再結合する活性層を、すべり転位が横切ったため、すべり転位を起点として、転位の上昇・下降運動を誘発し、転位ループがすべり転位近傍に増殖し、このため、発光効率が、動作テスト中に急速に劣化したものと考えられる。
【００５１】
ただし、転位の増殖速度については、半導体の材料系や波長帯、デバイス構造のみならず、転位がメサポストを横切る場所と発光部分との位置関係などが異なる場合は、その速度が上記の場合と異なることが推測されるため、必ずしも初期測定中に不良が現れるとは限らず、ユーザが使用中に故障するなどの信頼性の問題を誘発する可能性もある。したがって、バーンインなどによる適切なスクリーニング処置が必要となるのは言うまでもない。
【００５２】
なお、上記のアレイ素子における製造歩留まりの低下は、アレイ素子内の１０個の面発光レーザ素子のうち１素子だけが線状転位と重なって不良となったことが原因である。つまり、同一アレイ素子内の他の９素子は特性を満足するものであったが、アレイ素子としては、通常その中に１素子でも不良素子があると、そのアレイ素子は使用することが出来ないため、不良品となる。
【００５３】
また、ここで、不良素子とは、要求性能を満たさない素子を意味する。その要求性能とは、しきい値、光出力、微分量子効率、一定光出力を得るための電流や電圧、一定電流や電圧での光出力、微分抵抗、高速動作時の応答特性など多岐にわたる。ところがこれらの要求性能を満たさないことの物理的要因については、主に一つの要因、すなわち、すべり転位がメサポスト内の活性層を横切ったために、ダークライン欠陥などが原因である非発光再結合の割合が、すべり転位のない正常素子と比べて高くなり、内部量子効率が低下することに帰着すると考えられる。
【００５４】
（角度依存性）
なお、上記実施の形態１では、アレイ素子１０００における面発光レーザ素子１００の配列方向Ａｒ１を、結晶方向の＜０１１＞方向に対してπ／２ｒａｄの角度をなし、ほぼ＜０１−１＞方向に平行になるようにしているが、本発明はこれに限定されない。以下では、面発光レーザ素子の配列方向と＜０１１＞方向との角度と、アレイ素子の不良数との関係について説明する。
【００５５】
図７は、アレイ素子における面発光レーザの配列方向と＜０１１＞方向との角度の規定について説明する図である。以下では、ＯＦ２ａを有する（１００）面基板２上に、図１、２に示すアレイ素子１０００と同様の構造を有するが、その配列方向Ａｒ３が、＜０１１＞方向に対して角度θ１をなすようなアレイ素子３０００について、角度を変化させたときの不良数（不良アレイ数）の変化について検討する。なお、符号ＤＬは＜０１−１＞方向に配向している線状転位を示している。また、基板２上の隣接するアレイ素子３０００間またはアレイ素子３０００内において、面発光レーザ素子間隔は、配列方向とこれに垂直な幅方向において同一とする。なお、幅方向の素子間隔は、アレイ素子３０００の幅とほぼ等しい。ただし、実際に基板２上のアレイ素子３０００を素子分離する際には、上述したように、ダイシングやスクライビングを用いる。そのため、各アレイ素子３０００間には、１０〜１００μｍ程度（通常は２０〜５０μｍ）の「切りしろ」を設けるのが通常である。したがって、幅方向の素子間隔と、アレイ素子３０００の幅との間には、この「切りしろ」程度の差が存在している。
【００５６】
図８は、角度θ１（ラジアン単位）と不良アレイ数との関係を示した図である。なお、図８において、Ａは、上述したように面発光レーザ素子としての不良数であり、Ｎは面発光レーザの配列数である。図８に示すように、角度θ１が０の場合は、配列方向Ａｒ３が＜０１１＞方向になる。したがって、不良アレイ数は、図６の場合と同様にＡである。つぎに、θ１をゼロから増加させていくと、不良アレイ数は徐々に減少していき、θ１＝π／４のときに不良アレイ数はＡ／√２となる。また、概ねθ１＝π／４から急激に不良アレイ数が減少し、θ１＝π／２のときに、配列方向Ａｒ３が＜０１−１＞方向になる。したがって、不良アレイ数は、図５に示す実施の形態１の場合と同様にＡ／Ｎで最小になる。
【００５７】
図８に示すように、本発明において、面発光レーザ素子間隔が配列方向と幅方向において同一の場合は、アレイ素子における面発光レーザ素子の配列方向は、＜０１１＞方向に対してπ／２ｒａｄに限られず、０ｒａｄより大きければよく、π／４ｒａｄ以上が好ましい。
【００５８】
つぎに、面発光レーザ素子間隔が配列方向と幅方向とで異なる場合について説明する。図９は、アレイ素子における面発光レーザの配列方向と＜０１１＞方向との角度の規定について説明する図である。以下では、ＯＦ２ａを有する（１００）面基板２上に、図２に示すアレイ素子１０００と同様の断面構造を有するが、面発光レーザ素子間隔が配列方向と幅方向において異なり、その配列方向Ａｒ４が、＜０１１＞方向に対して角度θ２をなすようなアレイ素子４０００について、角度を変化させたときの不良数（不良アレイ数）の変化について検討する。なお、面発光レーザ素子間隔すなわちメサポストＭ２の間隔は、配列方向Ａｒ４においてはａであり、幅方向においてはｂであるとする。なお、幅方向のメサポストＭ２の間隔は、アレイ素子４０００の幅とほぼ等しいが、上述したように「切りしろ」程度の差は存在する。また、図９では、線状転位ＤＬがアレイ素子４０００ａに含まれる面発光レーザ素子のメサポストＭ２ａを横断しており、そのためアレイ素子４０００ａは不良となっている。
【００５９】
図１０は、角度θ２（ラジアン単位）と不良アレイ数との関係を示した図である。なお、図１０において、Ａは、上述したように面発光レーザ素子としての不良数であり、Ｎは面発光レーザの配列数である。図１０に示すように、角度θ２が０の場合は、不良アレイ数はＡである。つぎに、θ２をゼロから増加させていくと、不良アレイ数は徐々に減少していき、θ２＝α＝ｔａｎ-1（ａ／ｂ）のときに不良アレイ数はＡ／ｃｏｓαとなる。また、概ねθ２＝αから急激に不良アレイ数が減少し、θ２＝π／２のときにＡ／Ｎで最小になる。
【００６０】
図１０に示すように、本発明において、面発光レーザ素子間隔が配列方向においてａであり、幅方向においてｂの場合は、アレイ素子における面発光レーザ素子の配列方向は、０ｒａｄより大きければよく、α＝ｔａｎ-1（ａ／ｂ）以上が好ましい。
【００６１】
なお、図４に示すように、基板面内の平均パーティクル密度については、１０００ｃｍ-2以下とすれば、＜０１−１＞方向に配向する線状転位の割合がほとんどとなり、本発明の効果が特に顕著になるので好ましいが、１０００ｃｍ-2より大きくても、線状転位については＜０１１＞方向に配向するものよりも＜０１−１＞方向に配向するもののほうが多いので、本発明の効果を奏するものとなる。
【００６２】
また、上記実施の形態１では、基板２は主表面として（１００）面を有するものであるが、主表面が（１００）面ジャストであるものに限られない。たとえば（１００）面から±１０度程度傾斜させた主表面を有する基板を用いた場合でも、実質的には（１００）基板と同様に考えられ、＜０１−１＞方向に配向する線状転位が発生するので、本発明の効果を奏するものとなる。
【００６３】
また、上記実施の形態１では、ＧａＡｓ系半導体材料を用いているが、ＩｎＰ系などの、他のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を用いた場合でも、同様に＜０１−１＞方向に配向する配向の線状転位が発生するので、本発明の効果を奏するものとなる。
【００６４】
また、上記実施の形態１では、アレイ素子が面発光レーザアレイ素子であるが、活性領域を一部に有するアレイ素子であれば、本発明の効果を奏するものとなる。
【符号の説明】
【００６５】
１  ｎ側電極
２  基板
２ａ  ＯＦ
３  下部ＤＢＲミラー
４  下部クラッド層
５  活性層
６  上部クラッド層
７  上部ＤＢＲミラー
８  コンタクト層
９  酸化狭窄層
９ａ  電流狭窄領域
９ｂ  電流注入領域
１０  ｐ側電極
１１  ポリイミド層
１２  ｐ側電極パッド
１３  半導体層
１００  面発光レーザ素子
１０００〜４０００、４０００ａ  アレイ素子
Ａｒ１〜Ａｒ４  配列方向
Ｄ１、Ｄ２  面方位
ＤＬ  線状転位
Ｆ１  Ｖ族元素の面
Ｆ２  ＩＩＩ族元素の面
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ２ａ  メサポスト
Ｐ  パーティクル
Ｗ  基板
Ｗ１  ＯＦ
Ｗ２  ＩＦ
【図１】
2010232502.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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