(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記半導体基板の上方に形成された下部ミラーと、該下部ミラーの上方に形成された活性層と、該活性層の上方に形成された上部ミラーと、を含み、該下部ミラーの途中まで除去されたメサ状の共振器と、
前記共振器の側面の少なくとも一部および前記下部ミラーの上面を覆う絶縁層と、
前記上部ミラーの上面の一部、該上部ミラーの側面の少なくとも一部、および前記絶縁層の表面の一部を覆う電極と、
前記共振器の側方であって、前記電極上に形成された歪み付加部と、を含み、
前記歪み付加部は、前記活性層に歪みを発生させるためのものであり、金属から構成され、かつ異方的平面形状を有する、面発光型半導体レーザ。
【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。
【請求項３】
請求項１または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。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
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。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
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。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
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。
【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。
【請求項８】
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、
前記半導体基板の上方に下部ミラーを形成する工程と、
前記下部ミラーの上方に活性層を形成する工程と、
前記活性層の上方に上部ミラーを形成する工程と、
前記上部ミラー、前記活性層、および前記下部ミラーの一部をパターニングして、メサ状の共振器を形成する工程と、
前記共振器の側面の少なくとも一部および前記下部ミラーの上面を覆うように絶縁層を形成する工程と、
前記上部ミラーの上面の一部、前記上部ミラーの側面の少なくとも一部、および前記絶縁層の表面の一部を覆うように電極を形成する工程と、
前記共振器の側方であって、前記電極上に、金属から構成され、かつ異方的平面形状を有し、前記活性層に歪みを発生させるための歪み付加部を形成する工程と、を含み、
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。
【請求項９】
請求項８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。
【請求項１０】
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、
前記半導体基板の上方に下部ミラーを形成する工程と、
前記下部ミラーの上方に活性層を形成する工程と、
前記活性層の上方に上部ミラーを形成する工程と、
前記上部ミラー、前記活性層、および前記下部ミラーの一部をパターニングして、メサ状の共振器を形成する工程と、
前記共振器の側面の少なくとも一部および前記下部ミラーの上面を覆うように絶縁層を形成する工程と、
前記上部ミラーの上面の一部、前記上部ミラーの側面の少なくとも一部、および前記絶縁層の表面の一部を覆うように電極を形成する工程と、
前記共振器の側方であって、前記電極上に、金属から構成され、かつ異方的平面形状を有し、前記活性層に歪みを発生させるための歪み付加部を形成する工程と、を含み、
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。
【請求項１１】
請求項１０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。
【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．ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ  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。ＡｌＧａＡｓ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４００℃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８０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ＧａＡｓ基板１０上に、Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ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ＧａＡｓウエル層と厚さ３ｎｍのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ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、Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５ＡｓとＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ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３６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１４、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１４、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、２０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３６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２８０℃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３８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。ｔ３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５０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５０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
【図１】
0003606059.tif 000002
【図２】
0003606059.tif 000003
【図３】
0003606059.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003606059.tif 000007
【図７】
0003606059.tif 000008
【図８】
0003606059.tif 000009
【図９】
0003606059.tif 000010
【図１０】
0003606059.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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