(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、
第２の電極と、
第１の反射鏡と、
第２の反射鏡と、
前記第１の反射鏡および前記第２の反射鏡との間に設けられた共振器であって、
活性層と、
前記第１の電極と前記第２の電極間に流れる電流の経路を制限する電流経路制限層であって、電流が流れる第１の領域と、電流の流れを制限する第２の領域と、を有する前記電流経路制限層と、
前記電流経路制限層に対して前記活性層とは反対側に位置する第１の半導体層と、
前記第１の半導体層と前記電流経路制限層との間に位置する第２の半導体層と、を
備える前記共振器と、を備え、
前記第１の半導体層は、前記電流経路制限層とは反対側に第１の主面を有し、
前記第１の半導体層は、前記電流経路制限層の前記第１の領域と対向する第３の領域と、前記電流経路制限層の前記第２の領域と対向する第４の領域とを備え、
前記第１の半導体層の前記第４の領域の前記第１の主面の少なくとも一部に接して前記第１の電極が設けられ、
前記第１の半導体層は、前記第１の電極を構成する成分または前記第１の電極を構成する成分の少なくとも一部の成分が少なくとも前記第１の半導体層に拡散した第１の拡散部を有し、
前記第２の半導体層は、前記第１の半導体層よりも高いドーパント濃度を有し、
前記第２の半導体層は、少なくとも前記第１の拡散部と接すると共に、前記第１の拡散部と接した領域から前記電流経路制限層の前記第１の領域に対向する位置まで延在し、
前記第２の半導体層は、前記第１の半導体層に拡散する成分が前記第２の半導体層に拡散した第２の拡散部をさらに備え、
前記第２の半導体層の前記第２の拡散部は、前記第１の半導体層から前記電流経路制限層に向かう方向において前記第２の半導体層の途中まで存在し、前記第２の半導体層を突き抜けていない半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第２の半導体層の前記第２の拡散部は、前記第２の半導体層における前記第２の拡散部以外の領域と、少なくとも、前記第１の拡散部の前記第１の主面の延在方向と同じ方向に延在する面で接触する請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第２の半導体層の前記第２の拡散部は、前記第２の半導体層における前記第２の拡散部以外の領域と、少なくとも、前記第２の拡散部の前記第１の半導体層および前記第２の半導体層の積層方向に延在する面と、前記積層方向に延在する面よりも面積の大きい前記第１の主面の延在方向と同じ方向に延在する面で接触する請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
基板と、前記基板上に形成された凸部と、をさらに備え、
前記凸部は、少なくとも、前記第１の半導体層と、前記第２の半導体層と、前記電流経路制限層と、を備え、
前記電流経路制限層の前記第１の領域はＡｌ含有化合物半導体からなり、前記電流経路制限層の前記第２の領域は前記Ａｌ含有化合物半導体を酸化した酸化絶縁物からなる請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記電流経路制限層の前記第２の領域は前記電流経路制限層の前記第１の領域の周囲に設けられている請求項４記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第１の電極は前記凸部上に設けられ、前記電流経路制限層の前記第２の領域は、前記凸部の側面に露出している請求項５記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記第１の反射鏡、前記第１の電極、前記第１の半導体層、前記第２の半導体層、前記電流経路制限層、前記活性層および前記第２の反射鏡はこの順に設けられている請求項６記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記共振器の一端は、前記第１の半導体層の前記第１の領域の前記第１の主面である請求項７記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記第１の半導体層の前記第１の領域の前記第１の主面に接して、前記第１の半導体層に対して前記第２の半導体層とは反対側に設けられ、前記共振器内を伝播する定在波の位相を調整する位相調整層であって、前記第１の半導体層とは反対側に第２の主面を有する前記位相調整層をさらに備え、
前記共振器の一端は、前記位相調整層の前記第２の主面である請求項７記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記第２の半導体層の厚さの中央が、前記半導体レーザ素子のレーザ発振時の定在波の光強度の節±１１ｎｍ以内に位置している請求項８または９記載の半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記第１の電極の前記第１の半導体層に接している部分は、Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＷからなる群より選ばれる少なくとも一つの金属を含んでおり、前記第１の半導体層に拡散する成分は、Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＷからなる群より選ばれる前記少なくとも一つの金属である請求項１乃至１０のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１２】
前記第１の電極の前記第１の半導体層に接している部分は、Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＷからなる群より選ばれる一つの金属を含んでおり、前記第１の半導体層に拡散する成分は、Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＷからなる群より選ばれる前記一つの金属である請求項１１記載の半導体レーザ素子。
【請求項１３】
前記第１の電極の前記第１の半導体層に接している部分は、Ｔｉを含んでおり、前記第１の半導体層に拡散する成分は、Ｔｉである請求項１２記載の半導体レーザ素子。
【請求項１４】
前記第１の半導体層の厚さを「ａ」、前記第２の半導体層の厚さを「ｄ」とすれば、ａとｄは、以下の数式１を満足することを特徴とする請求項１２または１３記載の半導体レーザ素子。
[数1]
0005435503.tif 000003
（１）
（Ｔ：前記半導体レーザ素子製造時および使用時における熱履歴工程の温度、ｔ１：前記第１の半導体層に拡散する成分が前記第１の半導体層を進行する時間、ｔ２：前記第１の半導体層に拡散する成分が前記第２の半導体層を進行する時間、Ｄ１：前記第１の半導体層に拡散する成分の前記第１の半導体層中の拡散係数、Ｄ２：前記第１の半導体層に拡散する成分の前記第２の半導体層中の拡散係数、Ｅａ１：前記第１の半導体層に拡散する成分の前記第１の半導体層を構成する材料に対する固有の拡散エネルギー、Ｅａ２：前記第１の半導体層に拡散する成分の前記第２の半導体層を構成する材料に対する固有の拡散エネルギー、ｋＢ：ボルツマン係数）
【請求項１５】
前記第１の半導体層の厚さは、３ｎｍ以上３８ｎｍ以下である請求項１乃至１３のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１６】
前記第２の半導体層の厚さは、１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、前記第１の半導体層の前記第３の領域の前記第１の主面から、前記第２の半導体層の前記電流経路制限層側の端部までの距離は３３ｎｍ以上６８ｎｍ以下である請求項１５記載の半導体レーザ素子。
【請求項１７】
前記第１の半導体層の厚さは、１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下である請求項１６記載の半導体レーザ素子。
【請求項１８】
前記第１の半導体層のドーパント濃度は、２×１０１９ｃｍ−３以下である請求項１乃至１７のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１９】
前記第２の半導体層のドーパント濃度は、１×１０２０ｃｍ−３以上である請求項１乃至１８のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項２０】
前記半導体レーザ素子の発振波長は、８５０ｎｍ以上である請求項１乃至１９のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項２１】
活性層と、Ａｌ含有化合物半導体からなる層と、前記Ａｌ含有化合物半導体からなる層上の第１の半導体層であって、対向する第１の主面および第２の主面を有する第２の半導体層と、前記第２の半導体層の前記第２の主面に接すると共に前記Ａｌ含有化合物半導体からなる層と前記第２の半導体層との間に位置して設けられた第３の半導体層であって前記第２の半導体層よりも高いドーパント濃度を有する前記第３の半導体層とを備える前記第１の半導体層と、を含む基板を準備する工程と、
前記第２の半導体層の前記第１の主面上に前記第１の主面と接して電極を設ける工程と、
前記Ａｌ含有化合物半導体からなる層をその側面の全周囲にわたって露出する凸部を形成する工程と、
前記Ａｌ含有化合物半導体からなる層を、前記Ａｌ含有化合物半導体からなる層が露出する部分から酸化して、前記Ａｌ含有化合物半導体からなる層を、Ａｌ含有化合物半導体からなる第１の領域と、前記第１の領域の周囲の前記Ａｌ含有化合物半導体を酸化した酸化絶縁物からなる第２の領域とを有する電流経路制限層に形成すると共に、前記電極を構成する成分または前記電極を構成する成分の少なくとも一部の成分が前記第２の半導体層に拡散した第１の拡散部と、前記第２の半導体層に拡散した成分が、前記第２の半導体層から前記電流経路制限層に向かう方向において、前記第３の半導体層の途中まで拡散し前記第３の半導体層を突き抜けていない第２の拡散部と、を形成する工程と、
を備える半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子およびその製造方法に関し、特に、垂直共振器型の面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ；Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＬＡＳＥＲ）素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の面発光型半導体レーザ素子として、ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）ミラーである上部および下部多層膜反射鏡の間に活性層を含む複数の半導体層を積層した垂直共振器型の面発光型半導体レーザ素子が開示されている（米国特許第６９１６６７２号、米国特許第６７５００７１号参照）。また、これらの米国特許に開示される面発光型半導体レーザ素子は、メサポスト構造を有するとともに、電流経路を制限して電流注入効率を上げるための電流狭窄層を備えている。この電流狭窄層は、外周に位置するＡｌ２Ｏ３からなる電流狭窄部と、電流狭窄部の中心に位置し、ＡｌＡｓからなる円形の電流注入部とを有するものである。この電流注入部は、面発光型半導体レーザ素子に電流を注入した際の電流経路になるとともに、レーザ光が出射する開口部になる。【０００３】
さらに、上記米国特許に開示される面発光型半導体レーザ素子は、ｐ側円環電極からの電流注入を効率よく行なうために、複数の半導体層の最上層の所定位置に、ｐ型ドーパント濃度を高めたｐ＋型半導体からなる低抵抗のコンタクト層を備えている。ｐ側円環電極から注入された電流は、コンタクト層を電流経路として、電流狭窄層を経由して効率よく活性層まで注入される。その結果、面発光型半導体レーザ素子の発振しきい値電流は低減される。
【発明の開示】
【０００４】
しかしながら、本発明者らが従来構造の面発光型半導体レーザ素子を作製したところ、駆動電圧が設計値よりも大きくなるという問題があることを見出した。
【０００５】
従って、本発明は、駆動電圧が大きくなるのを防止または抑制できる半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することを主な目的とする。
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、
第１の電極と、
第２の電極と、
第１の反射鏡と、
第２の反射鏡と、
前記第１の反射鏡および前記第２の反射鏡との間に設けられた共振器であって、
活性層と、
前記第１の電極と前記第２の電極間に流れる電流の経路を制限する電流経路制限層であって、電流が流れる第１の領域と、電流の流れを制限する第２の領域と、を有する前記電流経路制限層と、
前記電流経路制限層に対して前記活性層とは反対側に位置する第１の半導体層と、
前記第１の半導体層と前記電流経路制限層との間に位置する第２の半導体層と、を
備える前記共振器と、を備え、
前記第１の半導体層は、前記電流経路制限層とは反対側に第１の主面を有し、
前記第１の半導体層は、前記電流経路制限層の前記第１の領域と対向する第３の領域と、前記電流経路制限層の前記第２の領域と対向する第４の領域とを備え、
前記第１の半導体層の前記第４の領域の前記第１の主面の少なくとも一部に接して前記第１の電極が設けられ、
前記第１の半導体層は、前記第１の電極を構成する成分または前記第１の電極を構成する成分の少なくとも一部の成分が少なくとも前記第１の半導体層に拡散した第１の拡散部を有し、
前記第２の半導体層は、前記第１の半導体層よりも高いドーパント濃度を有し、
前記第２の半導体層は、少なくとも前記第１の拡散部と接すると共に、前記第１の拡散部と接した領域から前記電流経路制限層の前記第１の領域に対向する位置まで延在し、
前記第２の半導体層は、前記第１の半導体層に拡散する成分が前記第２の半導体層に拡散した第２の拡散部をさらに備え、
前記第２の半導体層の前記第２の拡散部は、前記第１の半導体層から前記電流経路制限層に向かう方向において前記第２の半導体層の途中まで存在し、前記第２の半導体層を突き抜けていない半導体レーザ素子が提供される。
【０００７】
本発明の第２の態様によれば、
活性層と、Ａｌ含有化合物半導体からなる層と、前記Ａｌ含有化合物半導体からなる層上の第１の半導体層であって、対向する第１の主面および第２の主面を有する第２の半導体層と、前記第２の半導体層の前記第２の主面に接すると共に前記Ａｌ含有化合物半導体からなる層と前記第２の半導体層との間に位置して設けられた第３の半導体層であって前記第２の半導体層よりも高いドーパント濃度を有する前記第３の半導体層とを備える前記第１の半導体層と、を含む基板を準備する工程と、
前記第２の半導体層の前記第１の主面上に前記第１の主面と接して電極を設ける工程と、
前記Ａｌ含有化合物半導体からなる層をその側面の全周囲にわたって露出する凸部を形成する工程と、
前記Ａｌ含有化合物半導体からなる層を、前記Ａｌ含有化合物半導体からなる層が露出する部分から酸化して、前記Ａｌ含有化合物半導体からなる層を、Ａｌ含有化合物半導体からなる第１の領域と、前記第１の領域の周囲の前記Ａｌ含有化合物半導体を酸化した酸化絶縁物からなる第２の領域とを有する電流経路制限層に形成すると共に、前記電極を構成する成分または前記電極を構成する成分の少なくとも一部の成分が前記第２の半導体層に拡散した第１の拡散部と、前記第２の半導体層に拡散した成分が、前記第２の半導体層から前記電流経路制限層に向かう方向において、前記第３の半導体層の途中まで拡散し前記第２の半導体層を突き抜けていない第２の拡散部と、を形成する工程と、
を備える半導体レーザ素子の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の好ましい一実施の形態に係る面発光型半導体レーザ素子を説明するための模式的な縦断面図である。
【図２】図１のＡ部の部分拡大概略縦断面図である。
【図３】図１に示す面発光型半導体レーザ素子における犠牲層のドーパント濃度としきい値電流の関係を示す図ある。
【図４】図１に示す面発光型半導体レーザ素子における犠牲層のドーパント濃度と光出力効率の関係を示す図である。
【図５】図１に示す面発光型半導体レーザ素子と従来構造の面発光型半導レーザ素子について２５℃での駆動電圧の測定結果を示す図である。
【図６】本発明の好ましい一実施の形態および従来構造の面発光型半導体レーザ素子の深さ方向のオージェ電子分光スペクトル図である。
【図７】従来構造の面発光型半導体レーザ素子を説明するための模式的な縦断面図である。
【図８】従来構造の面発光型半導体レーザ素子を説明するための部分拡大縦断面図である。
【図９】従来構造の面発光型半導体レーザ素子を説明するための部分拡大縦断面図である。
【発明を実施するための好ましい形態】
【０００９】
上述のように、本発明者らが従来構造の面発光型半導体レーザ素子を作製したところ、駆動電圧が設計値よりも大きくなるという問題があることを見出した。本発明者らが作製した従来構造の面発光型半導体レーザ素子を精査したところ、以下の理由により駆動電圧が増大していることが判明した。
【００１０】
図７を参照すれば、従来構造の面発光型半導体レーザ素子２００は、外周に位置する電流狭窄部１０７ａと、電流狭窄部１０７ａの中心に位置する円形の電流注入部１０７ｂとを有する電流狭窄層１０７と、ｐ型スペーサ層１０９と、ｐ＋型コンタクト層１１１とが順次積層した構造を有する。また、ｐ＋型コンタクト層１１１上にｐ側円環電極１１３が形成され、ｐ側円環電極１１３の開口部１１３ａ内には、窒化珪素からなる円板状の位相調整層１１４が形成されている。なお、ｐ側円環電極１１３はｐ＋型コンタクト層１１１側がＴｉであり、該Ｔｉ上にＰｔを積層した構造となっている（以下、この構造をＴｉ／Ｐｔ構造という）。また、ｐ側円環電極１１３と位相調整層１１４上には、誘電体多層膜からなる上部ＤＢＲミラー１１６が形成されている。なお、活性層１０５は電流狭窄層１０７の下方に位置している。また、少なくとも活性層１０５からｐ＋型コンタクト層１１１までは円柱状のメサポスト構造１３０を有している。
【００１１】
従来構造の面発光型半導体レーザ素子２００においては、反応性の低い金属として電極１１３の下地金属として主にＴｉが用いられてきた。Ｔｉは半導体層との反応性が低く、図８に示すように、ｐ＋型コンタクト層１１１とは界面近傍でオーミックコンタクトを生成するのに十分な程度だけの厚さの拡散層１４１しか形成しないものと考えられていた。
【００１２】
しかしながら、本発明者らの見出したところによれば、ｐ側円環電極１１３の直下のｐ＋型コンタクト層１１１が消失し、本来、ｐ＋型コンタクト層１１１として機能すべき層に、ｐ側円環電極１１３の最下層を構成しているＴｉが拡散した拡散層１４２が形成されていた。本発明者らがさらに精査したところ、この拡散層１４２は、主として、面発光型半導体レーザ素子２００の電流狭窄層１０７を形成する工程で高温下で酸化処理する際に生じてしまっていた。
【００１３】
実際にデバイスを製作すると、図９で示したように、半導体層との間で単なるＴｉの拡散とは異なる半導体層との合金化が進み、合金層がコンタクト層１１１を突き抜けてしまった結果として、Ｔｉ合金層と低抵抗のｐ＋型コンタクト層１１１との接触面積は減少する一方で、ｐ＋型コンタクト層１１１より抵抗の高いｐ型スペーサ層１０９との接触面積が増大するので、素子抵抗が増大し、その結果、駆動電圧が増大すると考えられる。
【００１４】
なお、図６に示すように、電極１１３を形成し、その後、熱処理を行うと、Ｔｉが半導体側に拡散していた。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態は、以上の知見に基づいて、本発明者らによって案出されたものであり、本発明の好ましい一実施の形態の半導体レーザ素子は、
第１の電極と、
第２の電極と、
第１の反射鏡と、
第２の反射鏡と、
前記第１の反射鏡および前記第２の反射鏡との間に設けられた共振器であって、
活性層と、
前記第１の電極と前記第２の電極間に流れる電流の経路を制限する電流経路制限層であって、電流が流れる第１の領域と、電流の流れを制限する第２の領域と、を有する前記電流経路制限層と、
前記電流経路制限層に対して前記活性層とは反対側に位置する第１の半導体層と、
前記第１の半導体層と前記電流経路制限層との間に位置する第２の半導体層と、を
備える前記共振器と、を備え、
前記第１の半導体層は、前記電流経路制限層とは反対側に一主面を有し、
前記第１の半導体層は、前記電流経路制限層の前記第１の領域と対向する第１の領域と、前記電流経路制限層の前記第２の領域と対向する第２の領域とを備え、
前記第１の半導体層の前記第２の領域の前記一主面の少なくとも一部に接して前記第１の電極が設けられ、
前記第１の半導体層は、前記第１の電極を構成する成分または前記第１の電極を構成する成分の少なくとも一部の成分が少なくとも前記第１の半導体層に拡散した拡散部を有し、
前記第２の半導体層は、前記第１の半導体層よりも高いドーパント濃度を有し、
前記第２の半導体層は、少なくとも前記拡散部と接すると共に、前記拡散部と接した領域から前記電流経路制限層の前記第１の領域に対向する位置まで延在する。
【００１６】
従来は、上記第１の半導体層を設けずに、第１の電極を高ドーパント濃度の第２の半導体層に直接接触させており、また、高ドーパント濃度の第２の半導体層はレーザ光の光路であることからその厚さもあまり厚くできないので、熱履歴を経ると、第１の電極を構成する成分または第１の電極を構成する成分の少なくとも一部の成分が、高ドーパント濃度の第２の半導体層に拡散した拡散部がこの第２の半導体層をつき抜け、その結果、拡散部が第２の半導体層と接触する部分は、拡散部の側面だけとなり、その側面は第２の半導体層の深さ方向の面なので、高ドーパント濃度で低抵抗の第２の半導体層と接触する接触面積は非常に小さなものとなって素子抵抗が増大し、その結果、駆動電圧が増大していたと考えられる。
【００１７】
それに対して上記本発明の好ましい実施の形態のようにすれば、第１の電極と高ドーパント濃度の第２の半導体層との間に第１の半導体層が存在することになり、第１の電極を構成する成分または第１の電極を構成する成分の少なくとも一部の成分は、まず、この第１の半導体層に拡散して拡散部を形成するので、その後、第２の半導体層に拡散し第２の半導体層にも拡散部を形成しても、拡散部が、第２の半導体層をつき抜けることを防止できる。従って、拡散部は第２の半導体層と、その側面だけでなく、その側面よりもはるかに面積の大きい底面で接触するようになり、高ドーパント濃度で低抵抗の第２の半導体層と接触する接触面積は大きなものとなり、この底面の面積は、第１の電極の底面の面積と同等以上の面積を持つと考えられるので、素子抵抗の増大が防止または抑制され、その結果、駆動電圧が大きくなるのを防止または抑制できるようになると考えられる。なお、ここで、側面、底面という文言を使用したが、単なる説明の便宜のために一例として使用したに過ぎず、本願発明の範囲を限定するものでないことを付言しておく。
【００１８】
なお、第１の半導体層を設けないで、高ドーパント濃度の第２の半導体層を厚くすることも考えられるが、第２の半導体層はレーザ光の光路であるので、そこに厚い高不純物濃度の第２の半導体層が存在することは、光の出力を低下させるので好ましくない。本願の好ましい実施の形態では、高ドーパント濃度の第２の半導体層と第２の半導体層より低不純物濃度の第１の半導体層の２層構造としているので、高ドーパント濃度の第２の半導体層の厚さを厚くする必要はなく、光出力が低下するのを防止または抑制できる。
【００１９】
また、第１の半導体層のドーパント濃度は第２の半導体層のドーパント濃度よりも少なくとも１桁小さいことが望ましい。
【００２０】
また、拡散部が第２の半導体層に接触しているだけでなく、第２の半導体層の半分程度まで、拡散していることが望ましい。
【００２１】
また、第１の半導体層は、第１の電極と接触する部分において、厚さ方向の全ての部分に第１の電極の前記第１の半導体層に接する層を構成する材料が拡散していることにより、さらに、低く安定した電極の接触抵抗を実現できる。
【００２２】
好ましくは、上記半導体レーザ素子は、
基板と、前記基板上に形成された凸部と、をさらに備え、
前記凸部は、少なくとも、前記第１の半導体層と、前記第２の半導体層と、前記電流経路制限層と、を備え、
前記電流経路制限層の前記第１の領域はＡｌ含有化合物半導体からなり、前記電流経路制限層の前記第２の領域は前記Ａｌ含有化合物半導体を酸化した酸化絶縁物からなる。
【００２３】
さらに好ましくは、前記電流経路制限層の前記第２の領域は前記電流経路制限層の前記第１の領域の周囲に設けられている。
【００２４】
さらに好ましくは、第１の電極は前記凸部上に設けられ、前記凸部は、前記第１の電極に対して自己整合的に形成され、前記電流経路制限層の前記第２の領域は、前記凸部の側面に露出している。
【００２５】
さらに好ましくは、前記第１の反射鏡、前記第１の電極、前記第１の半導体層、前記第２の半導体層、前記電流経路制限層、前記活性層および前記第２の反射鏡はこの順に設けられている。
【００２６】
好ましくは、前記共振器の一端は、前記第１の半導体層の前記第１の領域の前記一主面である。
【００２７】
また、好ましくは、前記第１の半導体層の前記第１の領域の前記一主面に接して、前記第１の半導体層に対して前記第２の半導体層とは反対側に設けられ、前記共振器内を伝播する定在波の位相を調整する位相調整層であって、前記第１の半導体層の前記第１の領域とは反対側に一主面を有する前記位相調整層をさらに備え、前記共振器の一端は、前記位相調整層の前記一主面である。
【００２８】
好ましくは、前記第２の半導体層の厚さの中央が、前記半導体レーザ素子のレーザ発振時の定在波の光強度の節±１１ｎｍ以内に位置している。このようにすれば、高ドーパント濃度の第２の半導体層が、共振の節またはその近傍に位置するので、好ましい。なお、この範囲を超えると、第２の半導体層の光ロスによって閾値電流が２倍を超えてしまうので好ましくない。なお、前記第２の半導体層の厚さの中央は、より好ましくは、前記半導体レーザ素子のレーザ発振時の定在波の光強度の節±５ｎｍ以内に位置しており、最も好ましくは、前記半導体レーザ素子のレーザ発振時の定在波の光強度の節に位置している。
【００２９】
好ましくは、前記第１の電極の前記第１の半導体層に接している部分は、Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＷからなる群より選ばれる少なくとも一つの金属を含んでおり、前記第１の半導体層に拡散する成分は、Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＷからなる群より選ばれる前記少なくとも一つの金属である。
【００３０】
好ましくは、前記第１の電極の前記第１の半導体層に接している部分は、Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＷからなる群より選ばれる一つの金属を含んでおり、前記第１の半導体層に拡散する成分は、Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＷからなる群より選ばれる前記一つの金属である。
【００３１】
さらに好ましくは、前記第１の電極の前記第１の半導体層に接している部分は、Ｔｉを含んでおり、前記第１の半導体層に拡散する成分は、Ｔｉである。
【００３２】
前記第１の電極の前記第１の半導体層に接している部分はＴｉにより構成されていることにより、製造工程中の熱履歴等において必要な温度領域において、第１の半導体層、第２の半導体層中の拡散の制御性が高く、より低抵抗を実現できる。
【００３３】
好ましくは、前記第２の半導体層は、前記第１の半導体層に拡散する成分が前記第２の半導体層に拡散した拡散部をさらに備える。
【００３４】
好ましくは、前記第１の半導体層の厚さを「ａ」、前記第２の半導体層の厚さを「ｄ」とすれば、ａとｄは、以下の数式１を満足する。
【数１】
0005435503.tif 000002
（Ｔ：前記半導体レーザ素子製造時および使用時における熱履歴工程の温度、ｔ１：前記第１の半導体層に拡散する成分が前記第１の半導体層を進行する時間、ｔ２：前記第１の半導体層に拡散する成分が前記第２の半導体層を進行する時間、Ｄ１：前記第１の半導体層に拡散する成分の前記第１の半導体層中の拡散係数、Ｄ２：前記第１の半導体層に拡散する成分の前記第２の半導体層中の拡散係数、Ｅａ１：前記第１の半導体層に拡散する成分の前記第１の半導体層を構成する材料に対する固有の拡散エネルギー、Ｅａ２：前記第１の半導体層に拡散する成分の前記第２の半導体層を構成する材料に対する固有の拡散エネルギー、ｋＢ：ボルツマン係数）
【００３５】
このように、前記第１の半導体層の厚さ「ａ」および前記第２の半導体層の厚さ「ｄ」が、上記数式１を満足することにより、確実に第２の半導体層に、前記第１の電極を構成する成分または前記第１の電極を構成する成分の少なくとも一部の成分が拡散しない部分を残すことができる。なお、数式１の拡散エネルギーＥａ１、Ｅａ２は、例えば、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．４，１５  Ａｕｇｕｓｔ  １９７６  ｐ２６３−２６５に記載されている手法により見積もることができる。
【００３６】
好ましくは、前記第１の半導体層の厚さは、３ｎｍ以上３８ｎｍ以下である。
【００３７】
好ましくは、前記第２の半導体層の厚さは、１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、前記第１の半導体層の前記第１の領域の前記一主面から、前記第２の半導体層の前記電流経路制限層側の端部までの距離は３３ｎｍ以上６８ｎｍ以下である。
【００３８】
さらに好ましくは、前記第１の半導体層の厚さは、１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。
【００３９】
電流経路制限層の第１の領域がＡｌ含有化合物半導体からなり、電流経路制限層の第２の領域はＡｌ含有化合物半導体を酸化した酸化絶縁物からなる場合には、この酸化工程で前記第１の電極を構成する成分または前記第１の電極を構成する成分の少なくとも一部の成分は、第１の半導体層中や第２の半導体層を２０乃至３０ｎｍ拡散すると考えられる。また、その後の典型的な熱履歴（例えば、その後の成膜プロセス等の製造プロセス、半導体レーザ素子使用時の発熱など）で、３乃至８ｎｍ拡散すると考えられる。また、製造時の誤差や、第２の半導体層の第１の電極に対向する部分の過度の電流密度増大を防ぐために１０〜１５ｎｍ程度の拡散しない部分が必要と考えられる。従って、第１の電極が第１の半導体層の第２の領域の一主面と接触する接触部から、第２の半導体層の第１の電極とは反対側の端部までの距離の好ましい下限値は、３３（＝２０＋３＋１０）ｎｍである。より好ましくは、５３ｎｍ（＝３０＋８＋１５）以上である。また、高ドーパント濃度の第２の半導体層は、電流通路としての機能を果たすために、その厚さは１５〜３０ｎｍあることが好ましい。従って、第１の電極が第１の半導体層の第２の領域の前記一主面と接触する接触部から、第２の半導体層の第１の電極とは反対側の端部までの距離の好ましい上限値は、６８（＝３８＋３０）ｎｍである。また、第１の半導体層の厚さは、好ましくは、３（＝３３−３０）ｎｍ乃至３８（＝５３−１５）ｎｍとなる。なお、第１の半導体層の厚さは、より好ましくは、１０ｎｍ乃至２０ｎｍである。
【００４０】
好ましくは、前記第１の半導体層のドーパント濃度は、２×１０１９ｃｍ−３以下である。このような濃度とすれば、発振するレーザ光の第１の半導体層による吸収損失を防止または抑制できる。
【００４１】
また、好ましくは、前記第２の半導体層のドーパント濃度は、１×１０２０ｃｍ−３以上である。
【００４２】
また、好ましくは、前記半導体レーザの発振波長は、８５０ｎｍ以上である。
【００４３】
本発明の好ましい他の態様の実施の形態によれば、
活性層と、Ａｌ含有化合物半導体からなる層と、前記Ａｌ含有化合物半導体からなる層上の第１の半導体層であって、対向する第１の主面および第２の主面を有する第２の半導体層と、前記第２の半導体層の前記第２の主面に接すると共に前記Ａｌ含有化合物半導体からなる層と前記第２の半導体層との間に位置して設けられた第３の半導体層であって前記第２の半導体層よりも高いドーパント濃度を有する前記第３の半導体層とを備える前記第１の半導体層と、を含む基板を準備する工程と、
前記第２の半導体層の前記一主面上に前記一主面と接して電極を設ける工程と、
前記電極に対して自己整合的に前記基板を加工して、前記Ａｌ含有化合物半導体からなる層をその側面の全周囲にわたって露出する凸部を形成する工程と、
前記Ａｌ含有化合物半導体からなる層を、前記Ａｌ含有化合物半導体からなる層が露出する部分から酸化して、前記Ａｌ含有化合物半導体からなる層を、Ａｌ含有化合物半導体からなる第１の領域と、前記第１の領域の周囲の前記Ａｌ含有化合物半導体を酸化した酸化絶縁物からなる第２の領域とを有する電流経路制限層に形成すると共に、前記電極を構成する成分または前記第１の電極を構成する成分の少なくとも一部の成分が前記第２の半導体層に拡散した拡散部を形成する工程と、
を備える半導体レーザ素子の製造方法が提供される。
【００４４】
以下に、図面を参照して本発明の好ましい一実施の形態に係る面発光型半導体レーザ素子およびその製造方法をより具体的かつ詳細に説明する。なお、この具体的な実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００４５】
はじめに、本発明の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ素子について説明する。本実施の形態に係る面発光型半導体レーザ素子は、レーザ発振波長が１１００ｎｍ帯である。
【００４６】
図１は、本実施の本発明の好ましい一実施の形態に係る面発光型半導体レーザ素子１００を説明するための模式的な縦断面図である。図１に示すように、この面発光型半導体レーザ素子１００は、基板１０１と、基板１０１上に形成された下部半導体多層膜反射鏡である下部ＤＢＲミラー１０２と、バッファ層１０３と、ｎ型コンタクト層１０４と、多重量子井戸構造を有する活性層１０５と、外周に位置する電流狭窄部１０７ａと電流狭窄部１０７ａの中心に位置する円形の電流注入部１０７ｂとを有する電流狭窄層１０７と、ｐ型スペーサ層１０９と、ｐ＋型コンタクト層１１１と、低濃度半導体層１１２とが順次積層した構造を有する。そして、活性層１０５から低濃度半導体層１１２までが円柱状のメサポスト１３０を構成している。低濃度半導体層１１２上にはｐ側円環電極１１３が形成され、メサポスト１３０の外側のｎ型コンタクト層１０４上にはｎ側電極１１７が形成されている。
【００４７】
基板１０１は、アンドープのＧａＡｓからなる。また、下部ＤＢＲミラー１０２は、ＧａＡｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層の３４ペアからなる。バッファ層１０３は、ｎ型ＧａＡｓからなる。また、ｎ型コンタクト層１０４は、ｎ型ＧａＡｓからなる。また、活性層１０５は、層数が３のＧａＩｎＡｓ井戸層と層数が４のＧａＡｓ障壁層が交互に積層した構造を有しており、最下層のＧａＡｓ障壁層はｎ型クラッド層としても機能する。また、電流狭窄層１０７については、電流狭窄部１０７ａはＡｌ２Ｏ３からなり、電流注入部１０７ｂは、直径が６〜７μｍであり、ＡｌＡｓからなる。電流狭窄部１０７ａによって、ｐ側円環電極１１３とｎ側電極１１７との間に流れる電流の経路を制限して、電流注入部１０７ｂに電流の流れを集中させており、電流狭窄層１０７は、電流経路制限層として機能している。また、ｐ型スペーサ層１０９とｐ＋型コンタクト層１１１とは、それぞれ炭素をドープしたｐ型、ｐ＋型のＧａＡｓからなる。なお、各ｐ型またはｎ型層のアクセプタまたはドナー濃度（ドーパント濃度という）はたとえば２×１０１９ｃｍ−３より小さい１×１０１８ｃｍ−３程度であり、ｐ＋型コンタクト層１１１のアクセプタ濃度（ドーパント濃度）はたとえば１×１０２１ｃｍ−３である。なお、ＧａＡｓからなる各半導体層の屈折率は約３．４５である。
【００４８】
なお、本実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００では設けていないが、電流狭窄層１０７を挟むように下部傾斜組成層及び上部傾斜組成層を設けることが好ましい。この場合、下部傾斜組成層および上部傾斜組成層は、たとえばＡｌＧａＡｓからなり、厚さ方向において電流狭窄層１０７に近づくにつれてそのＡｌ組成が段階的に増加するように構成される。
【００４９】
また、さらに電流を流れやすくするために、スペーサ層１０９の中にｐ＋型電流経路層（図示せず）を設けることが好ましい。この場合、ｐ＋型電流経路層はたとえば炭素を１×１０２１ｃｍ−３ドーピングしたｐ＋型のＧａＡｓからなる。このようにすれば、電流経路層は２層になるが、３層以上であってもいい。
【００５０】
また、ｐ＋型コンタクト層１１１上には、ＧａＡｓからなるｐ型の低濃度半導体層１１２が設けられている。その不純物ドーパント濃度は２×１０１９ｃｍ−３より小さいことが好ましく、たとえば１×１０１８ｃｍ−３程度であることが好ましい。低濃度半導体層１１２のドーパント濃度は、図３及び図４に示すように、低濃度半導体層１１２のドーパント濃度が２×１０１９ｃｍ−３である付近を境として、しきい値電流の上昇および光出力効率の低下が見られるため、２×１０１９ｃｍ−３より小さいことが望ましいのである。本実施の形態では、低濃度半導体層１１２としてＮＩＤ（Not Intentionally Doped)−ＧａＡｓ層を用いた。ＮＩＤ−ＧａＡｓ層とは、成膜時の意図的にドーパントを入れないＧａＡｓ層のことをいい、本実施の形態では、不純物濃度は約１×１０１４ｃｍ−３〜約１×１０１６ｃｍ−３である。
【００５１】
ＧａＡｓからなる低濃度半導体層１１２上に、Ｔｉ／Ｐｔ（低濃度半導体層１１２と接触する下層がＴｉでその上にＰｔが形成された構造）からなり、中心に開口部１１３ａを有するとともに、メサポスト１３０の外周と一致する外周を有するｐ側円環電極１１３が形成されている。ｐ側円環電極１１３の下側のＴｉは低濃度半導体層１１２と接触している。ｐ側円環電極１１３の外径は、たとえば３０μｍであり、開口部１１３ａの内径は、たとえば１１〜１４μｍである。
【００５２】
また、低濃度半導体層１１２のうち、p側円環電極１１３と接触する部分は、p側円環電極１１３の低濃度半導体層１１２と接触する層を形成するＴｉが拡散したＴｉ拡散層１４２となっている。Ｔｉ拡散層１４２は、低濃度半導体層１１２をつき抜け、ｐ＋型コンタクト層１１１に接触し、さらにｐ＋型コンタクト層１１１内の一部にまで入り込んでいる。
【００５３】
電流狭窄層１０７の電流狭窄部１０７ａはＡｌ２Ｏ３からなり、後述するように、これはＡｌＡｓを酸化して形成される。この酸化工程でp側円環電極１１３の下層のＴｉは、低濃度半導体層１１２やｐ＋型コンタクト層１１１中を２０乃至３９ｎｍ拡散すると考えられる。また、その後の典型的な熱履歴（例えば、その後の上部ＤＢＲミラー１１６やパッシベーション膜１１８の成膜プロセス等の半導体レーザ製造プロセス、半導体レーザ素子１００使用時の発熱など）で、３乃至８ｎｍ拡散すると考えられる。また、製造時の誤差や、ｐ＋型コンタクト層１１１のp側円環電極１１３に対向する部分（p側円環電極１１３直下の部分）の過度の電流密度増大を防ぐために１０〜１５ｎｍ程度の拡散しない厚さｂが必要と考えられる。従って、p側円環電極１１３が低濃度半導体層１１２の表面と接触する接触部１１２ａから、ｐ＋型コンタクト層１１１の下面１１１ａまでの距離（ａ＋ｄ）の好ましい下限値は、３３（＝２０＋３＋１０）ｎｍである。より好ましくは、５３ｎｍ（＝３０＋８＋１５）以上である。また、ｐ＋型コンタクト層１１１は、電流通路としての機能を果たすために、その厚さｄは１５〜３０ｎｍあることが好ましい。従って、p側円環電極１１３が低濃度半導体層１１２の表面と接触する接触部１１２ａから、ｐ＋型コンタクト層１１１の下面１１１ａまでの距離（ａ＋ｄ）の好ましい上限値は、６８（＝３８＋３０）ｎｍである。また、低濃度半導体層１１２の厚さａは、好ましくは、３（＝３３−３０）ｎｍ乃至３８（＝５３−１５）ｎｍとなる。なお、低濃度半導体層１１２の厚さａは、より好ましくは、１０ｎｍ乃至２０ｎｍである。
【００５４】
また、本実施の形態では、p側円環電極１１３とｐ＋型コンタクト層１１１との間に低濃度半導体層１１２が存在することになり、p側円環電極１１３の下層のＴｉは、まず、この低濃度半導体層１１２に拡散してＴｉ拡散層１４２を形成するので、その後、ｐ＋型コンタクト層１１１に拡散しても、Ｔｉ拡散層１４２は、ｐ＋型コンタクト層１１１をつき抜けることを防止できる。従って、Ｔｉ拡散層１４２はｐ＋型コンタクト層１１１と、その側面だけでなく、その側面よりもはるかに面積の大きい底面１４２ａで接触するようになり、Ｔｉ拡散層１４２がｐ＋型コンタクト層１１１と接触する接触面積は大きなものとなり、この１４２ａの面積は、p側円環電極１１３の底面の面積と同等以上の面積を持つと考えられるので、素子抵抗の増大が防止または抑制され、その結果、駆動電圧が大きくなるのを防止または抑制できるようになると考えられる。
【００５５】
なお、単に、Ｔｉ拡散層１４２がｐ＋型コンタクト層１１１をつき抜けないようにするためには、低濃度半導体層１１２を設けないで、ｐ＋型コンタクト層１１１を厚くすることも考えられるが、ｐ＋型コンタクト層１１１はレーザ光の光路の一部でもあるので、そこに厚い高ドーパント濃度のｐ＋型コンタクト層１１１が存在することは、光の出力を低下させるので好ましくない。本願の好ましい実施の形態では、高ドーパント濃度のｐ＋型コンタクト層１１１と低ドーパント濃度の低濃度半導体層１１２の２層構造としているので、高ドーパント濃度のｐ＋型コンタクト層１１１の厚さを厚くする必要はなく、光出力が低下するのを防止または抑制できる。
【００５６】
また、Ｔｉ拡散層１４２に関しては、低濃度半導体層１１２やｐ＋型コンタクト層１１１との間で単なるＴｉの拡散とは異なる半導体層との合金化が進んでいると考えられる。
【００５７】
なお、図６に示すように、p側円環電極１１３を形成し、その後、熱処理を行うと、Ｔｉが半導体側に拡散していた。これは、従来構造でも、本実施の形態の構造でも同じであった。
【００５８】
また、ｐ側円環電極１１３の開口部１１３ａ内には、窒化珪素（ＳｉＮｘ）からなる円板状の位相調整層１１４が形成されている。このように位相調整層１１４を設けると、面発光型半導体レーザ素子１００の共振器の上端は、位相調整層１１４の上面１１４ａである。なお、位相調整層１１４を設けない場合は、低濃度半導体層１１２の上面１４０が共振器の上端となる。
【００５９】
本実施の形態では、ｐ＋型コンタクト層１１１の厚さの中央が、半導体レーザ素子１００のレーザ発振時の定在波の光強度の節であって共振器の上端である位相調整層１１４の上面１１４ａから数えて１番目の節±１１ｎｍ以内に位置している。このようにすれば、高ドーパント濃度のｐ＋型コンタクト層１１１が、共振の節またはその近傍に位置するので、好ましい。なお、この範囲を超えると、ｐ＋型コンタクト層１１１の光ロスによって閾値電流が２倍を超えてしまうので好ましくない。なお、ｐ＋型コンタクト層１１１の厚さの中央は、より好ましくは、半導体レーザ素子１００のレーザ発振時の定在波の光強度の節であって共振器の上端である位相調整層１１４の上面１１４ａから数えて１番目の節±５ｎｍ以内に位置しており、最も好ましくは、半導体レーザ素子１００のレーザ発振時の定在波の光強度の節であって共振器の上端である位相調整層１１４の上面１１４ａから数えて１番目の節に位置している。
【００６０】
なお、本実施の形態では設けていないが、位相調整層１１４の外周とｐ側円環電極１１３の内周との間に形成された幅０．３〜０．５μｍ程度の間隙と位相調整層１１４を覆い、その外周がｐ側円環電極１１３上に到るように、ＳｉＮｘからなる第２の位相調整層（図示せず）を形成しても良い。このようにすると後述するエッチング工程において、第２の位相調整層（図示せず）が上記間隙を覆うように形成されているため、上記間隙から酸エッチング液が進入してｐ＋型コンタクト層１１１を侵食するのを防止できる。また、第２の位相調整層（図示せず）を形成する際に、ｐ側円環電極１１３の外周の領域が露出するように第２の位相調整層（図示せず）を形成すれば、第２の位相調整層（図示せず）の外周がｐ側円環電極１１３の外周からはみ出すこともなく、その結果、ｐ側円環電極１１３の外周とメサポスト１３０の外周とが高精度に一致するようにすることができる。なお、第２の位相調整層（図示せず）を設けた場合には、第２の位相調整層（図示せず）の上面が面発光型半導体レーザ素子１００の共振器の上端となる。
【００６１】
さらに、ｐ側円環電極１１３、位相調整層１１４の上からメサポストの外周にわたって誘電体からなる上部多層膜反射鏡である上部ＤＢＲミラー１１６が形成されている。上部ＤＢＲミラー１１６は、たとえばＳｉＮｘ／ＳｉＯ２の１０〜１２ペアからなる。また、表面保護のためにＳｉＯ２とその上のＳｉＮｘからなるパッシベーション膜１１８が全面に形成されている。このパッシベーション膜１１８のＳｉＯ２とＳｉＮｘは、ＤＢＲミラー１１６の最下層のＳｉＯ２とＳｉＮｘを兼ねている。従って、ＳｉＮｘ／ＳｉＯ２からなる上部ＤＢＲミラー１１６は、その最下層は、パッシベーション膜１１８のＳｉＯ２であり、その上に、パッシベーション膜１１８のＳｉＮｘがあり、その上にＳｉＯ２とＳｉＮｘが交互に積層され、最上層がＳｉＮｘである構造となっている。なお、パッシベーション膜１１８は、たとえばα−Ｓｉ／ＳｉＯ２またはα−Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３のペアを、その材料の屈折率に応じて９９％程度の適切な反射率がえられるようなペア数にしたものでもよい。
【００６２】
また、ｎ型コンタクト層１０４は、メサポスト１３０の下部から半径方向外側に延びており、その表面にたとえばＡｕＧｅＮｉ／Ａｕからなる半円環状のｎ側電極１１７が形成されている。ｎ側電極１１７は、たとえば外径が８０μｍ、内径が４０μｍである。
【００６３】
また、ｎ側電極１１７に対して、パッシベーション膜１１８に形成された開口部１２１を介して接触するように、Ａｕからなるｎ側引き出し電極１１９が形成されている。一方、ｐ側円環電極１１３に対しても、パッシベーション膜１１８に形成された開口部１２２を介して接触するように、Ａｕからなるｐ側引き出し電極１２０が形成されている。そして、ｎ側電極１１７およびｐ側円環電極１１３は、それぞれｎ側引き出し電極１１９およびｐ側引き出し電極１２０によって、外部に設けた不図示の電流供給回路に電気的に接続している。
【００６４】
そして、この面発光型半導体レーザ素子１００は、電流供給回路からそれぞれｎ側引き出し電極１１９およびｐ側引き出し電極１２０を介してｎ側電極１１７およびｐ側円環電極１１３間に電圧を印加し、電流を注入すると、電流は主に低抵抗のｐ＋型コンタクト層１１１を流れ、さらに電流経路が電流狭窄層１０７によって電流注入部１０７ｂ内に狭窄されて、高い電流密度で活性層１０５に供給される。その結果、活性層１０５はキャリア注入されて自然放出光を発光する。自然放出光のうち、レーザ発振波長である波長λの光は、下部ＤＢＲミラー１０２と上部ＤＢＲミラー１１６との間で定在波を形成し、活性層１０５によって増幅される。そして、注入電流がしきい値以上になると、定在波を形成する光がレーザ発振し、ｐ側円環電極１１３の開口部１１３ａから１１００ｎｍ帯のレーザ光が出力する。
【００６５】
以上説明したように、この面発光型半導体レーザ素子１００は、ｐ＋型コンタクト層１１１との間に低濃度半導体層１１２が存在することにより、抵抗の増大が防止されるため、下記に述べるように、駆動電圧が小さいものとなる。
【００６６】
つぎに、面発光型半導体レーザ素子１００の製造方法について説明する。
【００６７】
はじめに、エピタキシャル成長法によって、基板１０１上に下部ＤＢＲミラー１０２、バッファ層１０３、ｎ型コンタクト層１０４、活性層１０５、ＡｌＡｓからなる被酸化層、ｐ型スペーサ層１０９、ｐ＋型コンタクト層１１１、低濃度半導体層１１２を順次積層し、さらにプラズマＣＶＤ（化学気相成長；Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)法によって、低濃度半導体層１１２の中央領域上に、ＳｉＮｘからなる円板状の位相調整層１１４を形成する。
【００６８】
つぎに、リフトオフ法を用いて、低濃度半導体層１１２上に、ｐ側円環電極１１３を、選択的に形成する。具体的には、まず、位相調整層１１４と低濃度半導体層１１２との上にネガ型のフォトレジストを塗布し、ｐ側円環電極１１３の形状のパターンを形成する。このとき、パターンは、フォトレジストの表面から深くなるにしたがって幅が拡大するように形成される。つぎに、フォトレジストの上方からＰｔ／Ｔｉ層を蒸着し、リフトオフにより低濃度半導体層１１２上にｐ側円環電極１１３を形成する。このとき、ｐ側円環電極１１３は、フォトレジストの最表面におけるパターンの形状と同じ形状に形成される。
【００６９】
つぎに、ｐ側円環電極１１３を金属マスクとして、酸エッチング液等を用いてｎ型コンタクト層１０４に到る深さまで半導体層をエッチングして円柱状のメサポスト１３０を形成し、さらに別のマスクを形成し、バッファ層１０３に到る深さまでｎ型コンタクト層１０４をエッチングする。
【００７０】
つぎに、水蒸気雰囲気中において熱処理を行って、電流狭窄層１０７に相当する層をメサポスト１３０の外周側から選択酸化する。このとき、電流狭窄層１０７に相当する層の外周部において２ＡｌＡｓ＋３Ｈ２Ｏ→Ａｌ２Ｏ３＋２ＡｓＨ３なる化学反応が起こり、電流狭窄部１０７ａが形成される。上記化学反応は電流狭窄層１０７に相当する層の外周側から均一に進行するので、中心にはＡｌＡｓからなる電流注入部１０７ｂが形成される。ここでは、熱処理時間等を調整して、電流注入部１０７ｂの直径が６〜７μｍになるようにする。このように電流注入部１０７ｂを形成するので、メサポストの中心と、電流注入部１０７ｂの中心と、さらにｐ側円環電極１１３の開口部１１３ａの中心とを高精度に一致させることができる。その結果、面発光型半導体レーザ素子１００を歩留まり良く単一横モードレーザとすることができる。
【００７１】
つぎに、メサポストの外周側のｎ型コンタクト層１０４の表面に、半円環状のｎ側電極１１７を形成する。つぎに、プラズマＣＶＤにより、全面にパッシベーション膜１１８を形成した後、ｎ側電極１１７およびｐ側円環電極１１３上においてパッシベーション膜１１８に開口部１２１、１２２をそれぞれ形成し、これらの開口部１２１、１２２を介してｎ側電極１１７に接触するｎ側引き出し電極１１９と、ｐ側円環電極１１３に接触するｐ側引き出し電極１２０を形成する。
【００７２】
つぎに、プラズマＣＶＤ法を用いて上部ＤＢＲミラー１１６を形成した後に、基板１０１の裏面を研磨し、基板１０１の厚さをたとえば１５０μｍに調整する。その後、素子分離を行い、図１に示す面発光型半導体レーザ素子１００が完成する。
【００７３】
つぎに、本発明の実施例として、上記の製造方法によって、図１に示す構造を有する面発光レーザ素子を製造した。この際、誘電体層を構成するＳｉＮｘとして、組成比ｘがｘ＝１．３３のものを用いた。また、比較例として、上記の製造方法とほぼ同様であるが、低濃度半導体層１１２を形成せずに、図７に示す従来の構造の面発光型半導体レーザ素子を製造した。
【００７４】
これらの面発光型半導体レーザ素子の駆動電圧について、２５℃の通電下で測定したところ、図５に示すように、従来例のものは６ｍＡでの駆動点での駆動電圧が２．５Ｖであり、設計値より０．７Ｖも上昇していたが、本発明の実施例のものは同じく６ｍＶでの駆動電圧が設計値と同じ１．８Ｖであった。すなわち、実施例のものは、低濃度半導体層１１２がｐ側円環電極１１３のＴｉがｐ＋型コンタクト層１１１の侵食を防止する結果、低濃度半導体層１１２のない従来例のものよりも素子抵抗が低減したと考えられる。
【００７５】
なお、上記実施の形態では、被酸化層はＡｌＡｓからなるものであったが、Ａｌ１−ｘＧａｘＡｓ（０＜ｘ＜１）からなるものでもよい。被酸化層がＡｌ１−ｘＧａｘＡｓからなる場合は、電流狭窄層は、電流狭窄部が（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２Ｏ３からなり、電流注入部がＡｌ１−ｘＧａｘＡｓからなるものとなる。
【００７６】
また、上記実施の形態では、リフトオフ法を用いてｐ側円環電極１１３を形成しているが、ｐ側円環電極１１３の形成方法については特に限定されない。
【００７７】
また、上記実施の形態では、コンタクト層を含め電流経路層が２層形成されているが、電流経路層がコンタクト層のみであっても、あるいは３層以上であっても、本発明の効果を奏するものとできる。
【００７８】
以上の実施の形態では、１１００ｎｍ帯のレーザの活性層１０５を構成する井戸層／障壁層の組み合わせとして、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓとしたが、上記本発明の好ましい実施の形態は、波長に応じて（基板やその他の層構成はこれらの井戸層と障壁層の組み合わせに応じて適宜選択され）、１３００ｎｍ帯のレーザの場合は、ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）／ＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）／ＧａＮＡｓ（Ｓｂ）、９８０ｎｍ帯のレーザの場合はＩｎＧａＡｓ/ＧａＡｓＰ、８５０ｎｍ帯のレーザの場合ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓなど（井戸層と障壁層の組み合わせについてはこれらに限られない）を選択することができる。量子井戸層及びバリア層は、発振させたい所望の波長に合わせてその量子井戸幅などを任意に設計作成することができる。
【００７９】
明細書、特許請求の範囲、図面および要約書を含む２００８年１２月１０日提出の日本国特許出願２００８−３１４５３０号の開示内容全体は、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限り、そのまま引用してここに組み込まれる。
【００８０】
種々の典型的な実施の形態を示しかつ説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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