(57)【要約】【課題】  長寿命で信頼性の高い面発光レーザーの構造を提供し、かかる面発光レーザーを製造するための方法を提供する。【解決手段】  基板の上部に設けられた、複数の半導体層を含む下部ブラッグ反射鏡と、下部ブラッグ反射鏡の上部に設けられた、活性層、および活性層の下部に設けられた、開口部を有する第１の絶縁層を含む下部半導体層、および前記活性層の上部に設けられた、開口部を有する第２の絶縁層を含む上部半導体層を含む共振器と、共振器の上部に設けられた、複数の半導体層を含む上部ブラッグ反射鏡を備える、面発光レーザーが提供される。下部ブラッグ反射鏡の複数の半導体層のうちの最上層が第１の絶縁層の開口部を覆うエア・ギャップを形成し、上部ブラッグ反射鏡の複数の半導体層のうちの最下層が第２の絶縁層の開口部を覆うエア・ギャップを形成する。
2008075692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上部に設けられた、複数の半導体層を含む下部ブラッグ反射鏡と、
前記下部ブラッグ反射鏡の上部に設けられた共振器であって、活性層、前記活性層の下部に設けられた、開口部を有する第１の絶縁層を含む下部半導体層、および前記活性層の上部に設けられた、開口部を有する第２の絶縁層を含む上部半導体層を含む共振器と、
前記共振器の上部に設けられた、複数の半導体層を含む上部ブラッグ反射鏡を備え、
前記下部ブラッグ反射鏡の複数の半導体層のうちの最上層が前記第１の絶縁層の開口部を覆うエア・ギャップを形成し、前記上部ブラッグ反射鏡の複数の半導体層のうちの最下層が前記第２の絶縁層の開口部を覆うエア・ギャップを形成する、
面発光レーザー。
【請求項２】
前記下部ブラッグ反射鏡の複数の半導体層は、第１および第２の半導体の交互の積層、および、第３の半導体の最上層を含む、請求項１に記載の面発光レーザー。
【請求項３】
前記上部ブラッグ反射鏡の複数の半導体層は、前記第３の半導体の最下層、および、前記第１および第２の半導体の交互の積層を含む、請求項２に記載の面発光レーザー。
【請求項４】
前記下部ブラッグ反射鏡の交互の積層の数が、前記上部ブラッグ反射鏡の交互の積層の数よりも大きい、請求項３に記載の面発光レーザー。
【請求項５】
前記第１、第２、および第３の半導体は、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ、およびＧａＡｓである、請求項３に記載の面発光レーザー。
【請求項６】
前記半導体基板はｎ型であり、前記下部ブラッグ反射鏡の少なくとも１層以上の半導体層はｎ型半導体からなり、前記上部ブラッグ反射鏡の少なくとも１層以上の半導体層はｐ型半導体からなる、請求項１に記載の面発光レーザー。
【請求項７】
前記半導体基板はｐ型であり、前記下部ブラッグ反射鏡の少なくとも１層以上の半導体層はｐ型半導体からなり、前記上部ブラッグ反射鏡の少なくとも１層以上の半導体層はｎ型半導体からなる、請求項１に記載の面発光レーザー。
【請求項８】
前記第１および第２の絶縁層は、前記上部および下部半導体層をエッチングによって露出させた後で、前記上部および下部半導体層を横方向から選択的に酸化することによって形成された酸化絶縁層である、請求項１に記載の面発光レーザー。
【請求項９】
前記活性層は、歪み量子井戸となるＡｌ０．１２Ｉｎ０．２２Ｇａ０．６６Ａｓ層を含む、請求項１に記載の面発光レーザー。
【請求項１０】
前記共振器の光学長は、前記面発光レーザーの発するレーザー光の一波長である、請求項１に記載の面発光レーザー。
【請求項１１】
面発光レーザーを製造するための方法であって、
前記下部ブラッグ反射鏡を形成するステップであって、複数の半導体層を半導体基板上に形成するステップと、
前記共振器を形成するステップであって、
下部半導体層を前記下部ブラッグ反射鏡の上部に形成するステップと、
活性層を前記下部半導体層の上部に形成するステップと、
上部半導体層を前記活性層の上部に形成するステップと、
を含むステップと、
前記上部ブラッグ反射鏡を形成するステップであって、複数の半導体層を形成するステップと、
前記下部ブラッグ反射鏡の複数の半導体層のうちの最上層に達するエッチング溝を形成するステップであって、少なくとも前記上部ブラッグ反射鏡の複数の半導体、前記上部半導体層、前記活性層、および前記下部半導体層に対してエッチングを実施するステップと、
前記下部ブラッグ反射鏡の複数の半導体層のうちの最上層および前記上部ブラッグ反射鏡の複数の半導体層のうちの最下層にエア・ギャップを形成するステップであって、前記エッチング溝からの横方向のエッチングを当該最上層および最下層に対して実施するステップと、
前記エア・ギャップに覆われる開口部を有する絶縁層を形成するステップであって、前記下部および上部半導体層の少なくとも一部を選択的に酸化するステップと、
を含む、方法。
【請求項１２】
前記エッチング溝を形成するステップは、ドライエッチングによって実現される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記面発光レーザーの下部ブラッグ反射鏡を形成するステップは、第１の半導体と第２の半導体を交互に積層するステップと、第３の半導体を最上層として積層するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記面発光レーザーの上部ブラッグ反射鏡を形成するステップは、前記第３の半導体を最下層として積層するステップと、前記第１の半導体と前記第２の半導体を交互に積層するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記エア・ギャップを形成するステップは、前記第３の半導体のみを選択的にウェットエッチングするステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１、第２、および第３の半導体は、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ、およびＧａＡｓである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記エア・ギャップを形成するステップは、ＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２の混合エッチング液を使用して、ＧａＡｓである第３の半導体のみを選択的にウェットエッチングするステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記上部および下部半導体層を選択的に酸化するステップは、前記上部および下部半導体層の周囲を露出させるようにエッチングを実施するステップと、露出した前記上部および下部半導体層を横方向から選択的に酸化するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記上部および下部半導体層を選択的に酸化するステップは、露出した前記上部および下部半導体層を横方向から水蒸気選択酸化するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記基板の下部および上部ブラッグ反射鏡の上部にオーミック電極を形成するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、半導体レーザー技術に関し、より特定的には、面発光レーザーの構造および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータの処理速度の向上に伴って、より高速かつ大量の複数のコンピュータ間でのデータ転送が必要とされている。かかるデータ転送を実現するために、例えば、ハイエンドのサーバにおいて、素子間を接続するために従来使用されていた電気的インターコネクトがより高速な光インターコネクトに置き換えられる傾向にある。【０００３】
かかる光インターコネクトを使用する光通信に、半導体レーザーがしばしば使用され、特に、長距離通信で使用される端面発光レーザーよりも低価格、低消費電力の面発光レーザーが採用されることが多い。【０００４】
そのような面発光レーザーの需要に対応すべく、業界の各社は、面発光レーザーの構造および製造方法の改善について、活発に研究開発を行っている。その結果、例えば、以下の公開特許公報が背景技術として発行されている。【０００５】
特開平１１−９７７９６号公報は、ＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族窒化物面発光レーザーの制作を容易にすることを目的に、半導体基板上に、一対の分散ブラッグ反射鏡に挟まれて位置するキャビティを有する、III-Ｖ族化合物面発光レーザーおよびその製造方法を開示する。かかる面発光レーザーでは、分散ブラッグ反射鏡は、空気層及び空気層よりも高い屈折率を有する物質層が交互に積層して形成されている。【０００６】
特開２０００−３５３８５８号公報は、長波長帯での発振が可能で、単一横モード動作が可能で、膜厚が薄く、信頼性が高く、作製が容易な面発光レーザーを提供することを目的とし、活性層の上下に上部多層半導体層と下部多層半導体層を有する、面発光レーザーとその作製方法を開示する。かかる面発光レーザーでは、上部多層半導体層および下部多層半導体層を、各々空気層／半導体層のＤＢＲ構造、空気層／半導体層のＤＢＲ構造とする。【０００７】
特開２００１−３５８４０３号公報は、効率よく光ポンプによって長波長帯面発光レーザーを励起し、かつ融着を用いずにＩｎＰ基板上にモノリシックに高反射率のＤＢＲと活性層を作製することを可能にする面発光レーザーを開示する。かかる面発光レーザーでは、半導体分布ブラッグ反射鏡を構成する半導体のうち、屈折率の最も小さい半導体と最も大きい半導体の屈折率をそれぞれｎD 1 ，ｎD 2 とし、キャリア閉じ込め層の屈折率をｎS としたとき、ｎD 1 ＜ｎS ＜ｎD 2 の関係を有するようにされる。【０００８】
【特許文献１】特開平１１−９７７９６号公報
【特許文献２】特開２０００−３５３８５８号公報
【特許文献３】特開２００１−３５８４０３号公報
【非特許文献１】Ｂ．Ｍ．Ｈａｗｋｉｎｓ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  ｖａｒｉｏｕｓ  ｓｉｚｅ  ｏｘｉｄｅ  ａｐｅｒｔｕｒｅ  ＶＣＥＬｓ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（２００２年５月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の通り、面発光レーザーは、端面発光レーザーと比較して、低価格、低消費電力というメリットがある。しかし、面発光レーザーは、端面発光レーザーと比較して、寿命が１０分の１程度、あるいはそれ以下という課題がある。この課題は、多数の素子を同時に使用するコンピュータ・システムの間の接続に使用されるとする場合、システムの信頼性という観点で特に重大な課題となる。【００１０】
そこで、本発明の目的の１つは、より長寿命で信頼性の高い面発光レーザーの構造を提供し、かかる面発光レーザーを製造するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
半導体基板の上部に設けられた、複数の半導体層を含む下部ブラッグ反射鏡と、下部ブラッグ反射鏡の上部に設けられた共振器であって、活性層、および活性層の下部に設けられた、開口部を有する第１の絶縁層を含む下部半導体層、および前記活性層の上部に設けられた、開口部を有する第２の絶縁層を含む上部半導体層を含む共振器と、共振器の上部に設けられた、複数の半導体層を含む上部ブラッグ反射鏡を備える、面発光レーザーが提供される。面発光レーザーにおいては、下部ブラッグ反射鏡の複数の半導体層のうちの最上層が第１の絶縁層の開口部を覆うエア・ギャップを形成し、上部ブラッグ反射鏡の複数の半導体層のうちの最下層が第２の絶縁層の開口部を覆うエア・ギャップを形成する。【００１２】
また、面発光レーザーを製造するための方法が提供される。製造方法は、下部ブラッグ反射鏡を形成するステップであって、複数の半導体層を基板上に形成するステップと、共振器を形成するステップであって、下部半導体層を下部ブラッグ反射鏡の上部に形成するステップと、活性層を下部半導体層の上部に形成するステップと、上部半導体層を活性層の上部に形成するステップと、を含むステップと、上部ブラッグ反射鏡を形成するステップであって、複数の半導体層を形成するステップを含む。さらに、製造方法は、上述のステップの後に、下部ブラッグ反射鏡の複数の半導体層のうちの最上層に達するエッチング溝を形成するステップであって、少なくとも前記上部ブラッグ反射鏡の複数の半導体、前記上部半導体層、前記活性層、および前記下部半導体層に対してエッチングを実施するステップと、下部ブラッグ反射鏡の複数の半導体層のうちの最上層および上部ブラッグ反射鏡の複数の半導体層のうちの最下層にエア・ギャップを形成するステップであって、エッチング溝からの横方向のエッチングを当該最上層および最下層に対して実施するステップと、エア・ギャップに覆われる開口部を有する絶縁層を形成するステップであって、上部および下部半導体層を選択的に酸化するステップを含む。【００１３】
上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの構成要素のコンビネーションまたはサブコンビネーションもまた、発明となり得ることに留意すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。【００１５】
また、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、実施の形態の記載内容に限定して解釈されるべきものではない。また、実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須とは限らないことに留意されたい。実施の形態の説明の全体を通じて同じ要素には同じ番号を付している。【００１６】
本発明の実施形態として、基板の上部に設けられた下部ブラッグ反射鏡、共振器、および上部ブラッグ反射鏡を備える面発光レーザーの構造、および面発光レーザーを製造するための方法を開示する。【００１７】
本発明の実施形態の面発光レーザーの共振器は、活性層の上部および下部のそれぞれに開口部を備える酸化絶縁層を備える。本発明の実施形態の面発光レーザーの下部および上部ブラッグ反射鏡は、屈折率の異なる複数の種類の半導体層を含む。【００１８】
本発明の実施形態の面発光レーザーの下部ブラッグ反射鏡に含まれる複数の半導体層のうちの最上層は、共振器の活性層の下部に存在する酸化絶縁層の開口部を覆うエア・ギャップを形成している。また、本発明の実施形態の面発光レーザーの上部ブラッグ反射鏡に含まれる複数の半導体層のうちの最下層は、共振器の活性層の上部に存在する酸化絶縁層の開口部を覆うエア・ギャップを形成している。【００１９】
ここで、面発光レーザーの劣化は、主として動作電流密度の大きさに依存することが、知られている（例えば、非特許文献１：Ｂ．Ｍ．Ｈａｗｋｉｎｓ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  ｖａｒｉｏｕｓ  ｓｉｚｅ  ｏｘｉｄｅ  ａｐｅｒｔｕｒｅ  ＶＣＥＬｓ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（２００２年５月）を参照）。したがって、面発光レーザーの動作電流密度が大きくなるほど、面発光レーザーの寿命は短いものになってしまう。【００２０】
一方、半導体レーザーの性能指標である伝送速度は、主として以下の[数１]によって与えられる光応答の緩和振動周波数ｆＲに依存することが知られている。なお、[数１]においては、vgは群速度、aは閾値電流密度での微分利得、qは単位電荷、Lは光モードの電流注入方向の長さ、ηiは注入効率、Jは駆動電流密度、Jthは閾値電流密度を意味する。【００２１】
【数１】
2008075692.tif 000003
【００２２】
よって、性能を保ちつつ長寿命の面発光レーザーを実現するためには、緩和振動周波数ｆＲを高周波に保ちつつ、動作電流密度を低減することが好ましい。高い緩和振動周波数ｆＲを得つつ動作電流密度を低減するには（１）光モードの電流注入方向の長さLを小さくすること、（２）閾値電流密度Jthを小さくすること、（３）閾値電流密度Jthでの微分利得aを大きくすること、により実現できることが、[数１]から理解される。【００２３】
本発明の実施形態の面発光レーザーにおいては、「（１）光モードの電流注入方向の長さLを小さくすること」が特に着目される。ここで、面発光レーザーでは、光モードの電流注入方向の長さLは、共振器の光学長にブラッグ反射鏡の電磁界浸入深さを加えたものである。面発光レーザー技術では、共振器の光学長は最小の長さ（レーザー光の一波長）とすることが一般的である。したがって、光モードの電流注入方向の長さLをさらに小さくするには、ブラッグ反射鏡の電磁界浸入深さを小さくすることが有効である。【００２４】
そして、ブラッグ反射鏡の電磁界浸入深さは、当該ブラッグ反射鏡を構成する低屈折率層と高屈折率層の屈折率の差に反比例する。そこで、本発明の実施形態では、低屈折率層にエア・ギャップを設け屈折率の差を最大にすることによって、ブラッグ反射鏡の電磁界浸入深さを最小にすることを実現している。【００２５】
加えて、本発明の実施形態の面発光レーザーでは、共振器内の活性層の上部および下部に開口部を有する酸化絶縁層が設けられる。そして、前述のエア・ギャップは、かかる酸化絶縁層の開口部より大きな半径を有し、かつ開口部を覆うように形成され、レーザー光の発振の際に、基板の水平面方向について光モード全てについて最大の屈折率差を実現できるようにしている。またエア・ギャップ側面からのレーザー光の散乱の影響を最小化している。【００２６】
なお、エア・ギャップを設けることによってブラッグ反射鏡を構成する低屈折率層と高屈折率層の屈折率の差を最大とすると、当該低屈折率層と高屈折率層の境界において電磁界の浸入は急激に減衰する。したがって、本発明の実施形態の面発光レーザーでは、下部ブラッグ反射鏡の最上層および上部ブラッグ反射鏡の最下層にエア・ギャップを１ペアだけ設けることで所望の目的を達成することができる。【００２７】
さらに、そればかりではなく、エア・ギャップを２ペア以上設けた場合、下部ブラッグ反射鏡および上部ブラッグ反射鏡それぞれの内部においてエア・ギャップ間で共振器類似の構造が形成されてしまい、そこで生じる発振によって面発光レーザーの動作が不安定となる可能性がある。したがって、本発明の実施形態の面発光レーザーでは、ブラッグ反射鏡内のエア・ギャップは１ペアのみ設けることが単一波長での安定動作を実現する上で好ましいことに留意すべきである。【００２８】
（面発光レーザーの構造）
図１は、本発明の実施形態における面発光レーザー１００の断面構造を模式的に表現する図である。図１に示す面発光レーザー１００の構造は、ｎ型ＧａＡｓ基板１１０上に、下部ブラッグ反射鏡１２０、共振器１３０、上部ブラッグ反射鏡１４０を備える。面発光レーザー１００は、電流を供給するためのオーミック電極１５２、１５４を基板１１０の底部および上部ブラッグ反射鏡１２０の上部に備える。なお、本発明の実施形態における面発光レーザー１００は、波長８５０ｎｍで動作するものとする。【００２９】
下部分散ブラッグ反射鏡１２０は、複数の半導体層を含む。具体的には、下部分散ブラッグ反射鏡１２０は、ｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓの高屈折率層とｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの低屈折率層の２５．５ペアの交互の積層１２２、および共振器１３０に接する最上層のＧａＡｓ層１２４を含む。本発明の実施形態の面発光レーザー１００では、ＧａＡｓ層１２４は、エア・ギャップ１２６を有することに留意されたい。また、本発明の実施形態においては、ｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓとｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの２５．５ペアの交互の積層１２２は３３５８ｎｍの厚さを有し、ＧａＡｓ層１２４は２１２ｎｍの厚さを有するものとする。【００３０】
共振器１３０は、活性層１３１および活性層の下部および上部に設けられた半導体層１３３、１３７を含む。活性層１３１は、Ａｌ０．１２Ｉｎ０．２２Ｇａ０．６６Ａｓからなる歪み量子井戸およびＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなるバリアから構成される。下部半導体層１３３は、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなるクラッド層１３２およびＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓを水蒸気酸化して得られる、開口部１３４を含む酸化絶縁層１３５を含む。同様に、上部半導体層１３７は、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなるクラッド層１３６、およびＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓを水蒸気酸化して得られる、開口部１３８を含む酸化絶縁層１３９を含む。なお、本発明の実施形態の面発光レーザー１００の共振器１３０は、２５９ｎｍの厚さを有するものとする。【００３１】
上部分散ブラッグ反射鏡１４０は、下部分散ブラッグ反射鏡１２０と同様に、複数の半導体層を含む。具体的には、上部分散ブラッグ反射鏡１４０は、共振器１３０に接する最下層のＧａＡｓ層１４２、およびp型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓの高屈折率層とp型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの低屈折率層の１５ペアの交互の積層１４４を含む。本発明の実施形態の面発光レーザー１００では、ＧａＡｓ層１４２は、エア・ギャップ１４６を有することに留意されたい。また、本発明の実施形態においては、ＧａＡｓ層１４２は２１２ｎｍの厚さを有し、Ａｌ０．２Ｇａ０．８ＡｓとＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの交互の積層１４４は１９６２ｎｍの厚さをそれぞれ有するものとする。【００３２】
なお、下部ブラッグ反射鏡１２０および上部ブラッグ反射鏡１４０のＡｌ０．２Ｇａ０．８ＡｓとＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの交互の積層の数を２５．５ペア、１５ペアとそれぞれした理由は、９９．９％以上の高い平均反射率を実現しつつ、レーザー光の射出される上部ブラッグ反射鏡から十分なレーザー光の出力強度を得るためである。【００３３】
また、本発明の実施形態の面発光レーザー１００の特徴として、エア・ギャップは、下部ブラッグ反射鏡１２０の最上層であるＧａＡｓ層１２４および上部ブラッグ反射鏡１４０の最下層であるＧａＡｓ層１４２にのみ形成されることに留意されたい。すなわち、エア・ギャップは、Ａｌ０．２Ｇａ０．８ＡｓとＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの交互の積層１２２、１４４の内部には形成されない。【００３４】
本発明の実施形態の面発光レーザー１００のさらなる特徴として、共振器１３０内の活性層１３１の上部および下部に開口部１３４、１３８を有する酸化絶縁層１３５、１３９が設けられ、エア・ギャップ１２６、１４６は、かかる開口部１３４、１３８より大きな半径を有し、かつ開口部１３４、１３８を覆うように形成され、レーザー光の発振の際に基板の水平面方向について光モード全てについて最大の屈折率差を実現できるようにし、かつエア・ギャップ側面からのレーザー光の散乱の影響を最小化している。【００３５】
具体的には、本発明の実施形態においては、開口部１３４、１３８は直径１０μｍであり、エア・ギャップ１２６、１４６は直径１４μｍであり、上部から俯瞰すると、開口部がエア・ギャップに完全に包含されるように見える。【００３６】
図２および図３は、本発明の実施形態の面発光レーザー１００の製造方法を模式的に表現する図である。【００３７】
（基板の準備）
本発明の実施形態の面発光レーザー１００の製造方法は、まずＧａＡｓ基板１１０を準備するステップから開始する（図２（ａ））。【００３８】
（下部ブラッグ反射鏡の形成）
次に、下部ブラッグ反射鏡１２０を形成するために、ＧａＡｓの基板１１０上に、結晶成長、例えばＭＢＥ（分子線エピタキシー）、によって、ｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓの高屈折率層とｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの低屈折率層の２５．５ペアの交互の積層１２２を形成する（図２（ｂ））。その後、交互の積層の上に最上層となるＧａＡｓ層１２４を形成する（図２（ｃ））。【００３９】
（共振器の形成）
次に、共振器１３０を形成するために、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなるクラッド層１３２およびＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層１３５から構成される下部半導体層１３３を形成する（図２（ｄ））。次に、Ａｌ０．１２Ｉｎ０．２２Ｇａ０．６６Ａｓからなる歪み量子井戸およびＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなるバリアから構成される活性層１３１を形成する（図２（ｅ））。その後、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなるクラッド層１３６およびＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層１３５から構成される上部半導体層１３７を形成する（図２（ｆ））。【００４０】
（上部ブラッグ反射鏡の形成）
次に、上部ブラッグ反射鏡１４０を形成するために、最下層となるＧａＡｓ層１４２を形成する（図２（ｇ））。その後、結晶成長によって、ｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓの高屈折率層とｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの低屈折率層の１５ペアの交互の積層１４４を形成する（図２（ｈ））。【００４１】
（エア・ギャップの形成）
次に、図３に進み、エア・ギャップを形成するために、ドライエッチングを実施し、下部ブラッグ反射鏡１２０の最上層１２４に達するエッチング溝３１０を形成する（図３（ａ））。その後、下部ブラッグ反射鏡１２０の最上層１２４および上部ブラッグ反射鏡１４０の最下層１４２であるＧａＡｓに対して、ＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２の混合エッチング液を使用して、エッチング溝３１０から横方向の選択的ウェットエッチングを実施することによって、エア・ギャップ１２６、１４６を形成する（図３（ｂ））。【００４２】
（酸化絶縁層の形成）
次に、酸化絶縁層を形成するために、面発光レーザー１００の周囲（３２０）に対して、さらにエッチングを実施し、他の半導体層よりも酸化速度の速いＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層１３４、１３８を露出させ、エア・ギャップ１２６、１４６に覆われる開口部１３４、１３８を有する酸化絶縁層１３５、１３９が形成されるように、Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層１３４、１３８を水蒸気酸化する（図３（ｃ））。【００４３】
なお、図３（ｃ）のステップにおける水蒸気酸化については、ＡｌＧａＡｓは、Ａｌの割合が大きいほど酸化速度が速くなり、特にＡｌの割合が９５％を超えると急激に酸化速度が速くなることが知られている。しかし、Ａｌの割合を１００％とすれば（すなわちＡｌＡｓを使用すれば）、水蒸気酸化速度を最も速くすることができるが、逆に信頼性が低下することが知られている。そこで本発明の実施形態では、信頼性を維持しつつ選択的な水蒸気酸化を実現するために、水蒸気酸化によって絶縁層となるＡｌＧａＡｓ層のＡｌの割合を９８％にしている。【００４４】
（オーミック電極の形成）
最後に、オーミック電極１５２、１５４が、基板１１０の下部および上部ブラッグ反射鏡１４０の上部に形成される（図３（ｄ））。【００４５】
図４は、本発明の実施形態の面発光レーザー（１００）の製造における、エア・ギャップおよび酸化絶縁層の形成をより詳細に説明するための図である。なお、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）〜（ｅ）は、図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ対応する。【００４６】
まず、ドライエッチングを実施して、下部ブラッグ反射鏡１２０の最上層１２４に達する、幅およびエッチング溝３１０相互の間隔がともに１４μｍである２つのエッチング溝３１０を形成する（図４（ａ））。【００４７】
次に、下部ブラッグ反射鏡１２０の最上層１２４および下部ブラッグ反射鏡１４０の最下層１４２であるＧａＡｓに対して、ＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２の混合エッチング液を使用して、エッチング溝３１０から横方向の選択的ウェットエッチングを７μｍだけ実施することによって、エア・ギャップ１２６、１４６を形成する（図４（ｂ））。【００４８】
さらに、エッチング溝３１０からＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層１３４、１３８を２μｍだけ水蒸気選択酸化する（図４（ｃ））。次に、ドライエッチングを少なくとも下位ブラッグ反射鏡１２０の最上層１２４まで実施することによって、（ｄ）に示すような５０μｍ×１４μｍの島を形成する（図４（ｄ））。【００４９】
最後に、５０μｍ×１４μｍの島を水平方向に２０μｍだけ水蒸気選択酸化することによって、エア・ギャップ１２６、１４６に覆われた１０μｍ×１０μｍの開口部１３４、１３８を有する酸化絶縁層１３５、１３９が形成される（図４（ｅ））。【００５０】
なお、水蒸気酸化を実施したＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層に対して再度水蒸気酸化を実施する場合、最初の水蒸気酸化と比較して酸化速度が急激に減少することが知られている。かかる性質により、本発明の実施形態においては、図４（ｄ）までに形成された酸化層の境界からは酸化はほとんど進行しない。その結果として、図４（ｅ）の酸化層のパターンが形成されることが理解される。【００５１】
以上、本発明の実施形態の面発光レーザー１００の構造および製造方法を開示した。本発明の実施形態の面発光レーザー１００は、ブラッグ反射鏡への電磁界浸入深さが最小にされているので、低い駆動電流密度で高速動作が可能であり、したがって、高速動作をさせた場合であっても信頼性を維持することができる。また、駆動電流密度を小さくすることによって、低消費電力化も実現される。【００５２】
上記の実施の形態に、種々の変更または改良を加えることが可能であることがこの明細書を読んだ当業者に明らかである。例えば、本発明の実施形態においては、ｎ型ＧａＡｓ基板、ｎ型半導体を使用する下部ブラッグ反射鏡、ｐ型半導体を使用する上部ブラッグ反射鏡の組合せを採用したが、ｐ型ＧａＡｓ基板、ｐ型半導体を使用する下部ブラッグ反射鏡、ｎ型半導体を使用する上部ブラッグ反射鏡の組合せを採用することもできる。【００５３】
また、上述の組合せにおいて、ｎ型ＧａＡｓ基板またはｐ型ＧａＡｓ基板を絶縁型ＧａＡｓ基板に置き換えてもよい。このような絶縁型の基板を採用する場合、電流パスを確保するために、下部のオーミック電極は、下部ブラッグ反射鏡の上部であって共振器の島の周囲に形成するとよい。そのような変更または改良を加えた形態も当然に本発明の技術的範囲に含まれることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態における面発光レーザーの断面構造を模式的に表現する図である。
【図２】本発明の実施形態の面発光レーザーの製造方法を模式的に表現する図である。
【図３】本発明の実施形態の面発光レーザーの製造方法を模式的に表現する図である。
【図４】本発明の実施形態の面発光レーザーの製造における、エア・ギャップおよび酸化絶縁層の形成をより詳細に説明するための図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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