(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくとも、下部半導体多層反射膜と、活性層と、上部半導体多層反射膜とを、順次積層し、発光領域上に選択的に上部多層反射膜からなる半導体柱状構造を形成し、この半導体柱状構造に近接して、上部多層反射膜にコンタクトするように第１の電極を形成するとともに、さらに、下部半導体多層反射膜が露呈するように開口を形成し、この開口内に露呈する領域に第２の電極を形成した面発光型半導体レーザ装置において、
前記開口内に露呈する下部半導体多層反射膜を含む光導波路を形成しない部分に、前記下部半導体多層反射膜と同一導電型の不純物を高濃度に含有する高濃度不純物領域を形成し、
前記高濃度不純物領域は、前記開口から、半導体柱の真下で、電流狭窄層により規定された発光領域となる中央の一部の領域の近傍まで伸長するように構成されている
ことを特徴とする面発光型半導体レーザ装置。
【請求項２】
半導体基板上に、第１の導電型の下部半導体多層反射膜、半導体活性層、少なくとも１層のＡｌXＧａ1-XＡｓ層（ｘ：０＜ｘ＜１）を具備する第２の導電型の上部半導体多層反射膜を順次積層形成する半導体層積層工程と、
少なくとも前記上部半導体多層反射膜の一部を選択的に除去して半導体柱状領域を形成し、また、該半導体柱状領域近傍の前記半導体活性層を選択的にエッチング除去して前記下部半導体多層反射膜を露呈せしめるエッチング工程と、
前記半導体柱状領域近傍の上部半導体多層反射膜にコンタクトする第１の電極を形成し、また、該半導体柱状領域近傍に露呈せしめられた前記下部半導体多層反射膜にコンタクトする第２の電極を形成する電極形成工程と、
前記電極形成工程後に酸素雰囲気中で加熱することにより、前記ＡｌXＧａ1-XＡｓ層を中央の一部を除いて側壁から酸化させて電流狭窄層を形成する酸化工程と、
前記半導体活性層の形成に先立ち、前記第２の電極とコンタクトする電極形成領域を含む前記下部半導体多層反射膜表面の領域に第１導電型の不純物を高濃度に導入し、前記電流狭窄層の端縁と端部が一致するように高濃度不純物領域を形成する不純物導入工程と
を有する
ことを特徴とする面発光型半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面発光型半導体レーザ装置およびその製造方法に係り、特に光通信や光記録装置や、レーザプリンタなどの光源として使用される面発光型半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、基板と垂直に共振器が形成された面発光レーザにおいて、微小な領域の活性層に電流を注入する手段として、活性層近辺の半導体多層反射膜に電極を形成し、この電極から活性層に電流を流すようにしたいわゆるイントラキャビティ型面発光型半導体レーザ装置が盛んに研究されている。この方式では、バンドオフセットにより抵抗が高くなっている半導体多層反射鏡をなるべく介さないようにして電流を流すため、ジュール熱の発生が抑制され、熱によるレーザ特性の劣化を低減することができる。このような方式の面発光型半導体レーザ装置は、例えば、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．５，１２９５（１９９３）のＦｉｇ．１１に示されている。
【０００３】
この面発光型半導体レーザ装置は、その一例を図２９に示すように、ｐ型ＧａＡｓ基板１上に、ｐ型下部半導体多層反射膜２、ｐ型下部スペーサ層４、活性層５、ｎ型上部スペーサ層６、ｎ型ＡｌＡｓ層７、およびその選択酸化によって形成された電流狭窄層８、ｎ型上部半導体多層反射膜９、保護膜１０を順次積層し、半導体柱を形成するとともに、この半導体柱の周りの一部のｎ型上部半導体多層反射膜９を選択的に除去し、ｎ側電極１２を形成するとともに、さらにこの周りのｐ型下部半導体多層反射膜２にコンタクトするように、ｐ側電極１１を形成したものである。かかる構成によれば、ｐ側電極、ｎ側電極がそれぞれ活性層に、より近い半導体多層反射膜に形成され、電流狭窄層８が形成されているため、活性層に、より効率的に電流を注入することができるようになっている。
【０００４】
この面発光型半導体レーザ装置の製造に際しては、まず、図３０に示すように、ｐ型ＧａＡｓ基板１上に有機金属系気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、下部半導体多層反射膜２、下部スペーサ層４、三重量子井戸構造の活性層５、ｎ型上部スペーサ層６、ｎ型ＡｌＡｓ層７、ｎ型上部半導体多層反射膜９、保護膜１０を順次積層する。
【０００５】
ついでこれにフォトリソグラフィにより、図３１に示すように、レジストパターン１３を形成し、このレジストパターンをマスクとして上部半導体多層反射膜９を選択的にエッチング除去する。
【０００６】
さらに、２度目のフォトリソグラフィを行い、図３２に示すように、レジストパターン１３を形成し、このレジストパターンをマスクとして下部半導体多層反射膜２が露呈するまで選択的にエッチング除去する。
【０００７】
この後さらに、フォトリソグラフィを行い、図３３に示すように、ｎ型上部半導体多層反射膜９の一部および、ｐ型下部半導体多層反射膜２の一部を残して他の領域を覆うようにオーバーハング形状のレジストパターン１３を形成する。
【０００８】
そしてこの上層に電極材料を成膜し、リフトオフによりｐ側電極１１およびｎ側電極１２を形成し、図２９に示した面発光型半導体レーザ装置が形成される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この面発光型半導体レーザ装置には次に示すような欠点があった。すなわち、この構造では、電極を直接半導体多層反射膜似形成しているが、フリーキャリアによる吸収を抑制するために、半導体多層反射膜のドーピング濃度を、十分にコンタクト抵抗を下げることができるほどに高くする事ができないという問題がある。このため、オーミックコンタクトではなくショットキー接合を形成しがちであるという問題があった。
【００１０】
このことは特にｐ型半導体多層反射膜へのコンタクトの形成に際し、顕著であり、これがレーザ特性向上を阻む原因となっていた。
【００１１】
また、ＡｌＡｓ層７の酸化によって半導体多層反射膜がわずかに酸化されるので、電極を形成した際、よりショットキー接合に近くなってしまっていた。
【００１２】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、製造が容易で再現性が高く、電極のコンタクト抵抗を低減し、発光効率の高い面発光型半導体レーザを提供することを目的とする。
【００１３】
本発明における面発光型半導体レーザ装置では、基板上に、少なくとも、下部半導体多層反射膜と、活性層と、上部半導体多層反射膜とを、順次積層し、発光領域上に選択的に上部多層反射膜からなる半導体柱状構造を形成し、この半導体柱状構造に近接して、上部多層反射膜にコンタクトするように第１の電極を形成するとともに、さらに、下部半導体多層反射膜が露呈するように開口を形成し、この開口内に露呈する領域に第２の電極を形成した面発光型半導体レーザ装置において、開口内に露呈する下部半導体多層反射膜を含む光導波路を形成しない部分に、下部半導体多層反射膜と同一導電型の不純物を高濃度に含有する高濃度不純物領域を形成し、高濃度不純物領域は、開口から、半導体柱の真下で、電流狭窄層により規定された発光領域となる中央の一部の領域の近傍まで伸長するように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明における面発光型半導体レーザ装置の製造方法では、半導体基板上に、第１の導電型の下部半導体多層反射膜、半導体活性層、少なくとも１層のＡｌXＧａ1-XＡｓ層（ｘ：０＜ｘ＜１）を具備する第２の導電型の上部半導体多層反射膜を順次積層形成する半導体層積層工程と、少なくとも前記上部半導体多層反射膜の一部を選択的に除去して半導体柱状領域を形成し、また、該半導体柱状領域近傍の前記半導体活性層を選択的にエッチング除去して前記下部半導体多層反射膜を露呈せしめるエッチング工程と、前記半導体柱状領域近傍の上部半導体多層反射膜にコンタクトする第１の電極を形成し、また、該半導体柱状領域近傍に露呈せしめられた前記下部半導体多層反射膜にコンタクトする第２の電極を形成する電極形成工程と、前記電極形成工程後に酸素雰囲気中で加熱することにより、前記ＡｌXＧａ1-XＡｓ層を中央の一部を除いて側壁から酸化させて電流狭窄層を形成する酸化工程と、前記半導体活性層の形成に先立ち、前記第２の電極とコンタクトする電極形成領域を含む前記下部半導体多層反射膜表面の領域に第１導電型の不純物を高濃度に導入し、前記電流狭窄層の端縁と端部が一致するように高濃度不純物領域を形成する不純物導入工程とを有することを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、フリーキャリアの吸収によりコンタクト抵抗が高い領域に、高濃度不純物領域を形成するようにしているため、レーザ特性を劣化させることなく、良好なオーミックコンタクトをとることが可能となる。
【００２１】
また前記開口から、高濃度不純物領域が、半導体柱の真下で、電流狭窄層により規定された発光領域となる中央の一部の領域まで、伸長するように構成されているため、レーザ発振に寄与する領域の近傍まで低抵抗の領域が形成されているため、電流注入時における抵抗が低減され、しきい値電圧が下がり、レーザ特性が大幅に向上する。
【００２２】
さらにまたこの高濃度不純物領域は屈折率が高く、光閉じこめ効果をもつため、発光効率の増大をはかることが可能となる。  また、活性層の下部にも電流路を規定する電流狭窄層を形成することにより、電流注入効率がさらに向上し、しきい値電圧が大幅に向上する。
【００２３】
また、電流路を規定するこの電流狭窄層の端縁と、前記高濃度不純物領域の端部がほぼ一致するように、前記高濃度不純物領域を半導体柱の真下まで伸長せしめることにより、キャリアおよび、光が効率良く案内され、発光効率がさらに向上する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
図１は本発明の第１の実施例の面発光型半導体レーザ装置の断面図である。
【００２６】
この面発光型半導体レーザ装置は、ｐ型ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板１上に形成されたｐ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ下部半導体多層反射膜２と、アンドープのＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなる下部スペーサ層４と、この下部スペーサ層４上に形成されたアンドープのＡｌ０．１１Ｇａ０．８９量子井戸層とアンドープのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ障壁層とからなる量子井戸活性層４と、アンドープのＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなる上部スペーサ層６と、ｎ型ＡｌＡｓ層７およびその酸化による電流狭窄層８、そしてｎ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ上部半導体多層反射膜９とｎ型ＧａＡｓ保護層１０とが順次積層せしめられ、上部半導体多層反射膜９およびｎ型ＧａＡｓ保護層１０が発光領域の上方を除いてエッチング除去され、円柱状の光制御領域が形成されている。そしてこの上部半導体多層反射膜９の除去領域の表面の一部からｐ型下部半導体多層反射膜２に到達する深さまでエッチング除去されこのｐ型下部半導体多層反射膜２の表面にキャリア濃度１×１０１９ｃｍー３の高濃度のベリリウムＢｅを含むｐ型不純物拡散領域３が形成され、この上に形成されるｐ側電極１１とのオーミックコンタクトを形成している。これによりコンタクト抵抗も従来の約３分の１程度に低減されている。このように、ｎ型上部半導体多層反射膜９表面およびｐ型下部半導体多層反射膜２上のｐ型不純物拡散領域３表面にそれぞれＡｕ／Ｔｉからなるｐ側電極１１およびｎ側電極１２が形成されている。
【００２７】
ここで下部半導体多層反射膜２は、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とＡｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ層とをそれぞれ膜厚λ／（４ｎｒ）（λ：発振波長，ｎｒ：屈折率）で約４０．５周期積層することによって形成されたものである。下部スペーサ層４は、アンドープのＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層から構成され、また、量子井戸活性層５は、アンドープのＡｌ０．１１Ｇａ０．８９量子井戸層（膜厚８ｎｍ×３）とアンドープのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ障壁層（膜厚５ｎｍ×４）との組み合わせ、  上部スペーサ層６  はアンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓから構成されており、  膜厚は全体でλ／ｎｒの整数倍とする。また、上部半導体多層反射膜９は、  Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とＡｌ０．７Ｇａ０．３ＡｓＧａＡｓ層とをそれぞれ膜厚  λ／（４ｎｒ）（λ：発振波長，ｎｒ：屈折率）で交互に３０周期積層することによって形成されたものである。そして酸化防止のために最上層の保護層１０はｎ型ＧａＡｓ層とした。また、ｎ型ＡｌＡｓ層７はλ／（４ｎｒ）保護層１０が３λ／（４ｎｒ）となっている。上部半導体多層反射膜９の周期数を下部半導体多層反射膜２の周期数よりも少なくしているのは、反射率に差をつけて出射光を基板上面から取り出すためである。ドーパントの種類についてはここで用いたものに限定されることなく、ｎ型であればシリコン、セレン、ｐ型であればベリリウムの他亜鉛やマグネシウムなどを用いることも可能である。
不純物拡散領域３は、表層のキャリア濃度を増加し、電気的コンタクトを容易にとることができる状態に変化させるとともに、周囲の半導体層との間で混晶化を生じ、活性層付近では、この領域のエネルギーバンドギャップが活性領域に比べて増大するという効果をも有するため、発光領域での電流閉じこめ効果が向上し、さらには、不純物拡散領域３では屈折率が増大し、光閉じ込めが向上する。そして電流は、ｎ型上部半導体多層反射膜９およびｐ型不純物拡散領域３上に形成されたｎ側電極１２およびｐ側電極１１の間で量子井戸活性層５を経由して流れる。
【００２８】
このようにして発振波長λ＝７８０ｎｍのレーザ光を基板表面から取り出すことができる。
【００２９】
かかる構成によれば、比較的容易なプロセスによって電流経路および光閉じ込めが可能となるため、再現性が高く生産性にとみ、レーザ特性の良好な屈折率導波型面発光レーザ装置を提供することができる。また、２次元アレイ化して素子数が多数個にわたる場合でも高い歩留まりを得ることが可能となる。
【００３０】
次に、この面発光型半導体レーザ装置の製造工程について説明する。
まず、図２に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｐ型のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）（１００）基板１上に、    ｐ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ下部半導体多層反射膜２と、アンドープのＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなる下部スペーサ層４と、アンドープのＡｌ０．１１Ｇａ０．８９量子井戸層とアンドープのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ障壁層とからなる量子井戸活性層５と、アンドープのＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなる上部スペーサ層６と、ｎ型ＡｌＡｓ層７、そしてｎ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ上部半導体多層反射膜９と，ｎ型ＧａＡｓ層からなる保護層１０を順次積層する。
そして基板を成長室から取出し、フォトリソグラフィ技術により、図３に示すように、レジストマスク１３を形成し、硫酸系のエッチャントを用いて上部半導体多層反射膜９を選択的に除去する。  このエッチング工程はｎ型ＡｌＡｓ層７が露出しない深さでとめた。これにより、半導体柱が形成された。
【００３１】
そしてさらに、図４に示すように、フォトリソグラフィ技術によりレジストマスク１３を形成し、硫酸系のエッチャントを用いて下部半導体多層反射膜２が露呈する深さまでエッチングした。これにより、ｎ側電極を形成するためのテラスが形成された。  さらに、このテラスの外側にイオン注入法により、ｐ型不純物を導入した。ここではｐ型不純物としてベリリウムイオンを用い、ドーズ量１×１０１９ｃｍー３加速電圧１ｋｅＶでイオン注入を行った。これによりｐ型不純物拡散領域３が形成された。
【００３２】
次にレジストマスク１３を除去し、８００℃、１０分の活性化アニールを行った。これにより、ｐ型不純物拡散領域３のキャリア濃度はほぼ１×１０１９ｃｍー３となったことを確認した。
【００３３】
さらに、フォトリソグラフィ及びモノクロルベンゼン処理により、図５に示すようにオーバーハング形状のレジストパターン１３を形成した。
【００３４】
これにＥＢ蒸着法により、Ａｕ／Ｔｉを成膜し、レジストおよびレジスト上のＡｕ／Ｔｉをリフトオフすることにより、ｐ側電極１１及びｎ側電極１２を形成した。さらにこれをアニールしてＡｕ／Ｔｉをアロイ化した。これを水蒸気雰囲気中にさらし、ｎ型ＡｌＡｓ層７を側面から酸化し、電流狭窄層８を形成した。このようにして図１に示した本発明実施例の面発光型半導体レーザ装置が完成する。
【００３５】
なお、前記実施例では各半導体層は有機金属気相成長法で形成したが、これに限定されることなく分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などによっても良い。
【００３６】
この面発光型半導体レーザ装置のｐ側電極のコンタクト抵抗を調べた結果、従来のショットキー的な特性ではなく、オーミックコンタクトとなっており、コンタクト抵抗も従来の３分の１に低減できた。このようにして作製された面発光型半導体レーザ装置の動作は、以下に示すごとくである。
ここで、ｐ側電極１１からｐ型拡散領域３を介して下部半導体多層反射膜２、量子井戸活性層５にキャリアが注入され、上部半導体多層反射膜９を介してｎ側電極１２へと電流が流れるようになっている。そして、量子井戸層に注入されたキャリアは電子−正孔再結合により光を放出し、この光は上部と下部の半導体多層反射膜によって反射され、利得が損失を上回ったところでレーザ発振を生ずる。レーザ光は半導体柱表面から出射される。
【００３７】
次に本発明の第２の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造方法について、図６乃至図１０を参照しつつ説明する。
この方法は、ｐ型不純物拡散領域の形成方法が前記第１の実施例と異なることを特徴とするもので、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｐ型のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）（１００）基板１上に、  ｐ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ下部半導体多層反射膜２を積層形成した後、  図６に示すように、フォトリソグラフィ技術によりレジストマスク１３を形成し、これをマスクとしてイオン注入法により、ｐ型不純物を導入した。ここではｐ型不純物としてベリリウムイオンを用い、ドーズ量１×１０１９ｃｍー３加速電圧１ｋｅＶでイオン注入を行った。これによりｐ型不純物拡散領域３が形成された。
【００３８】
続いてレジストマスク１３を除去した後、同様にして、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、この上層にアンドープのＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなる下部スペーサ層４と、アンドープのＡｌ０．１１Ｇａ０．８９量子井戸層とアンドープのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ障壁層とからなる量子井戸活性層５と、  アンドープのＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなる上部スペーサ層６と、ｎ型ＡｌＡｓ層７、そしてｎ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ  上部半導体多層反射膜９と、ｎ型ＧａＡｓ層からなる保護層１０を順次積層する（図７参照）。
そして基板を成長室から取出し、フォトリソグラフィ技術により、図８に示すように、レジストマスク１３を形成し、硫酸系のエッチャントを用いて上部半導体多層反射膜９を選択的に除去する。  このエッチング工程はｎ型ＡｌＡｓ層７が露出しない深さでとめた。これにより、半導体柱が形成された。
【００３９】
そしてさらに、図９に示すように、フォトリソグラフィ技術によりレジストマスク１３を形成し、硫酸系のエッチャントを用いてｐ型不純物拡散領域３が露呈する深さまでエッチングする。これにより、ｎ側電極を形成するためのテラスが形成された。
【００４０】
さらに、フォトリソグラフィ及びモノクロルベンゼン処理により、図１０に示すようにオーバーハング形状のレジストパターン１３を形成した。
【００４１】
これにＥＢ蒸着法により、Ａｕ／Ｔｉを成膜し、レジストおよびレジスト上のＡｕ／Ｔｉをリフトオフすることにより、ｐ側電極１１及びｎ側電極１２を形成した。さらにこれをアニールしてＡｕ／Ｔｉをアロイ化した。これを水蒸気雰囲気中にさらし、ｎ型ＡｌＡｓ層７を側面から酸化し、電流狭窄層８を形成した。このようにして図１に示した本発明実施例の面発光型半導体レーザ装置が完成する。
【００４２】
この面発光型半導体レーザ装置のｐ側電極のコンタクト抵抗を調べた結果、従来のショットキー的な特性ではなく、オーミックコンタクトとなっており、コンタクト抵抗も従来の３分の１に低減できた。
前記実施例１および実施例２では、ｐ側電極コンタクトのための高濃度不純物領域３は、コンタクト領域およびその近傍にのみ形成されているが、電流狭窄層により規定された発光領域の真下まで伸長させるように形成してもよい。この高濃度不純物領域３は、低抵抗でありコンタクト抵抗を低減する一方で、屈折率が高く、光閉じこめ効果を増大することができるという２つの作用を具備している。次に、この１例である本発明の第３の実施例として、ｐ側電極コンタクトのための高濃度不純物領域３を、図１１に示すように、半導体柱の真下で、電流狭窄層８により規定された発光領域まで伸長せしめた構造について説明する。
【００４３】
この面発光型半導体レーザ装置は、図１に示した本発明の第１の実施例における高濃度不純物領域３が、ｐ側電極１１形成のためのテラスにのみ形成されているのに対し、この面発光型半導体レーザ装置は、高濃度不純物領域３が、電流狭窄層８の内側端部近傍まで伸長している点のみが異なり、他の構造についてはまったく同様に形成されている。
【００４４】
次にこの第３の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造方法について、図１２乃至図１６を参照しつつ説明する。
まず、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｐ型のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）（１００）基板１上に、  ｐ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ下部半導体多層反射膜２を積層形成した後、図１２に示すように、フォトリソグラフィ技術により発光領域に相当する領域の真上にレジストマスク１３を形成し、これをマスクとしてイオン注入法により、ｐ型不純物を導入した。ここでは前記第２の実施例と同様に、ｐ型不純物としてベリリウムイオンを用い、ドーズ量１×１０１９ｃｍー３加速電圧１ｋｅＶでイオン注入を行った。これによりｐ型不純物拡散領域３が形成された。
【００４５】
続いてレジストマスク１３を除去した後、同様にして、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、この上層にアンドープのＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなる下部スペーサ層４と、アンドープのＡｌ０．１１Ｇａ０．８９量子井戸層とアンドープのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ障壁層とからなる量子井戸活性層５と、アンドープのＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなる上部スペーサ層６と、ｎ型ＡｌＡｓ層７、そしてｎ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ上部半導体多層反射膜９と、  ｎ型ＧａＡｓ層からなる保護層１０を順次積層する（図１３参照）。
そして基板を成長室から取出し、フォトリソグラフィ技術により、図１４に示すように、レジストマスク１３を形成し、硫酸系のエッチャントを用いて上部半導体多層反射膜９を選択的に除去する。  このエッチング工程はｎ型ＡｌＡｓ層７が露出しない深さでとめた。これにより、半導体柱が形成された。
【００４６】
そしてさらに、図１５に示すように、フォトリソグラフィ技術によりレジストマスク１３を形成し、硫酸系のエッチャントを用いてｐ型不純物拡散領域３が露呈する深さまでエッチングする。これにより、ｎ側電極を形成するためのテラスが形成された。
【００４７】
さらに、フォトリソグラフィ及びモノクロルベンゼン処理により、図１６に示すように電極形成領域に開口を形成したオーバーハング形状のレジストパターン１３を形成した。
【００４８】
これにＥＢ蒸着法により、Ａｕ／Ｔｉを成膜し、レジストおよびレジスト上のＡｕ／Ｔｉをリフトオフすることにより、ｐ側電極１１及びｎ側電極１２を形成した。さらにこれをアニールしてＡｕ／Ｔｉをアロイ化した。これを水蒸気雰囲気中にさらし、ｎ型ＡｌＡｓ層７を側面から酸化し、電流狭窄層８を形成した。このようにして図１１に示した本発明実施例の面発光型半導体レーザ装置が完成する。
【００４９】
この面発光型半導体レーザ装置のｐ側電極のコンタクト抵抗を調べた結果、コンタクト抵抗が前記第２の実施例よりもさらに低減されており、また発光効率も向上している。これは高濃度不純物領域がコンタクト抵抗を低減すると共に、高屈折率の光とじこめ領域を形成しているためと考えられる。
【００５０】
次に、本発明の第４の実施例について説明する。
この例では、前記第３の実施例の面発光型半導体レーザ装置の構造に、さらに、この活性層５の下側にも、発光領域の近傍まで伸長する高濃度不純物領域３の端部とほぼ一致するように、電流狭窄層８が形成されていることを特徴とする。この電流狭窄層８は、ｐ型ＡｌＡｓ層１４の側方からの選択酸化によって形成される。他の構造については前記第３の実施例とまったく同様に形成されている。次にこの第４の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造方法について、図１８乃至図２２を参照しつつ説明する。
まず、前記第３の実施例において図１２に示したのと同様に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｐ型のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）（１００）基板１上に、  ｐ型の  Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ下部半導体多層反射膜２を積層形成した後、図１８に示すように、フォトリソグラフィ技術により発光領域に相当する領域の真上にレジストマスク１３を形成し、これをマスクとしてイオン注入法により、ｐ型不純物を導入した。ここでは前記第２の実施例と同様に、ｐ型不純物としてベリリウムイオンを用い、ドーズ量１×１０１９ｃｍー３加速電圧１ｋｅＶでイオン注入を行った。これによりｐ型不純物拡散領域３が形成された。
【００５１】
続いてレジストマスク１３を除去した後、同様にして、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、この上層にアンドープのＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなる下部スペーサ層４と、ｐ型ＡｌＡｓ層１４と、アンドープのＡｌ０．１１Ｇａ０．８９量子井戸層とアンドープのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ障壁層とからなる量子井戸活性層５と、アンドープのＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなる上部スペーサ層６と、ｎ型ＡｌＡｓ層７、そしてｎ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ上部半導体多層反射膜９と、ｎ型ＧａＡｓ層からなる保護層１０を順次積層する（図１９参照）。    そして基板を成長室から取出し、フォトリソグラフィ技術により、図２０に示すように、レジストマスク１３を形成し、硫酸系のエッチャントを用いて上部半導体多層反射膜９を選択的に除去する。  このエッチング工程はｎ型ＡｌＡｓ層７が露出しない深さでとめた。これにより、半導体柱が形成された。
【００５２】
そしてさらに、図２１に示すように、フォトリソグラフィ技術によりレジストマスク１３を形成し、硫酸系のエッチャントを用いてｐ型不純物拡散領域３が露呈する深さまでエッチングする。これにより、エッチング領域の内側にはｎ側電極を形成するためのテラスが形成された。
【００５３】
さらに、フォトリソグラフィ及びモノクロルベンゼン処理により、図１６に示すように電極形成領域に開口を形成したオーバーハング形状のレジストパターン１３を形成した。
【００５４】
これにＥＢ蒸着法により、Ａｕ／Ｔｉを成膜し、レジストおよびレジスト上のＡｕ／Ｔｉをリフトオフすることにより、ｐ側電極１１及びｎ側電極１２を形成した。さらにこれをアニールしてＡｕ／Ｔｉをアロイ化した。これを水蒸気雰囲気中にさらし、ｐ型ＡｌＡｓ層１４およびｎ型ＡｌＡｓ層７を側面から酸化し、電流狭窄層８を形成した。このようにして図１７に示した本発明実施例の面発光型半導体レーザ装置が完成する。
【００５５】
この面発光型半導体レーザ装置では、前記第３の実施例による効果に加え、活性層の下部にも電流狭窄層を設けたことにより電流注入効率が向上し、レーザ特性が改善される。
【００５６】
次に、本発明の第５の実施例について説明する。
この例では、図１に示した前記第１（および第２）の実施例の面発光型半導体レーザ装置の構造に加え、図２３に示すように、活性層５の下側にも、発光領域の近傍まで伸長する高濃度不純物領域３の端部とほぼ一致するように、電流狭窄層８が形成されていることを特徴とする。この電流狭窄層８は、ｐ型ＡｌＡｓ層１４の側方からの選択酸化によって形成される。他の構造については前記第１の実施例とまったく同様に形成されている。
【００５７】
次にこの第５の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造方法について、図２４乃至図２８を参照しつつ説明する。
まず、前記第２の実施例において図６に示したのと同様に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｐ型のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）（１００）基板１上に、  ｐ型の  Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ下部半導体多層反射膜２を積層形成した後、図１８に示すように、フォトリソグラフィ技術により電極形成領域を除く領域にレジストマスク１３を形成し、これをマスクとしてイオン注入法により、ｐ型不純物を導入した。ここでは前記第２の実施例と同様に、ｐ型不純物としてベリリウムイオンを用い、ドーズ量１×１０１９ｃｍー３加速電圧１ｋｅＶでイオン注入を行った。これによりｐ型不純物拡散領域３が形成された。
【００５８】
続いてレジストマスク１３を除去した後、同様にして、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、この上層にアンドープのＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなる下部スペーサ層４と、ｐ型ＡｌＡｓ層１４と、アンドープのＡｌ０．１１Ｇａ０．８９量子井戸層とアンドープのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ障壁層とからなる量子井戸活性層５と、アンドープのＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなる上部スペーサ層６と、ｎ型ＡｌＡｓ層７、そしてｎ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ上部半導体多層反射膜９と、ｎ型ＧａＡｓ層からなる保護層１０を順次積層する（図２５参照）。    そして基板を成長室から取出し、フォトリソグラフィ技術により、図２６に示すように、レジストマスク１３を形成し、硫酸系のエッチャントを用いて上部半導体多層反射膜９を選択的に除去する。  このエッチング工程はｎ型ＡｌＡｓ層７が露出しない深さでとめた。これにより、半導体柱が形成された。
【００５９】
そしてさらに、図２７に示すように、フォトリソグラフィ技術によりレジストマスク１３を形成し、硫酸系のエッチャントを用いてｐ型不純物拡散領域３が露呈する深さまでエッチングする。これにより、エッチング領域の内側にはｎ側電極を形成するためのテラスが形成された。
【００６０】
さらに、フォトリソグラフィ及びモノクロルベンゼン処理により、図２８に示すように電極形成領域に開口を形成したオーバーハング形状のレジストパターン１３を形成した。
【００６１】
これにＥＢ蒸着法により、Ａｕ／Ｔｉを成膜し、レジストおよびレジスト上のＡｕ／Ｔｉをリフトオフすることにより、ｐ側電極１１及びｎ側電極１２を形成した。さらにこれをアニールしてＡｕ／Ｔｉをアロイ化した。これを水蒸気雰囲気中にさらし、ｐ型ＡｌＡｓ層１４およびｎ型ＡｌＡｓ層７を側面から酸化し、電流狭窄層８を形成した。このようにして図２３に示した本発明実施例の面発光型半導体レーザ装置が完成する。
【００６２】
この面発光型半導体レーザ装置では、前記第１の実施例による効果に加え、活性層の下部にも電流狭窄層を設けたことにより電流注入効率が向上し、レーザ特性が改善される。
【００６３】
なお、以上説明した実施例の構造によれば、ｎ側電極１２およびｐ側電極１１を同一材料によって同時に形成する事ができる。これは個々のデバイスを複数並べて、例えばマトリックス配置デバイスを作成する際に個々のデバイスに独立してアクセス可能な電極を形成する際に有利となる。この場合にはｎ，ｐ両方への接合特性の良好な金属材料を用いることが望ましい。ただし、またｎ側電極およびｐ側電極を別材料で、二度のフォトリソグラフィを用いて形成してもよいことはいうまでもない。
【００６４】
また、配線は半導体柱底部でのみ行われ得るため、段差のある領域でフォトリソグラフィを行う場合の段切れ等、素子の歩留まり低下の原因となる工程が不要となるため、製造が容易で信頼性の高いデバイスを得ることが可能となる。
【００６５】
また、前記実施例では、結晶成長装置としてＭＯＣＶＤ装置を用いる場合について説明したが、これに限定されることなく、例えば分子線ビームエピタキシー（ＭＢＥ）装置、液相エピタキシー（ＬＰＥ）装置等を用いてもよい。
【００６６】
さらにまた、前記実施例では、量子井戸活性層を構成する材料としてＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系半導体を用いたが、これに限定されることなく、例えば量子井戸活性層にＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ系あるいは、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系半導体を用いることも可能である。
【００６７】
また、電極金属としては、Ａｕ／Ｔｉだけでなく、Ｐｔ／ＴｉなどのＴｉ系合金、その他Ａｕ系合金など、化合物半導体プロセスで用いられるような材料でもよい。また、イオン注入の条件も電極材料などに応じて加速電圧、不純物種、ドーズ量を変化させるようにすればよい。ｐ型不純物としてはＢｅの他にＭｇ、Ｚｎ、Ｃなどを用いようにしてもよい。またデバイスの性質によってはｐ側でなく、ｎ側にｎ型不純物を導入するようにしてもよい。
【００６８】
なお、本発明の構成要件を満足する範囲内で他の方法によっても実現可能であることはいうまでもない。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、ｐ側電極をオーミック接触させることができ、ｐ側電極もｎ側電極も同一材料で形成しながらも、コンタクト抵抗を低減することが可能となリ、レーザ特性の優れた面発光型半導体レーザ装置を提供することが可能となる。
【００７０】
また、電極が半導体柱の底部に形成されかつ、ｐ側電極もｎ側電極も同一材料で形成することもできるため、配線が容易で信頼性の高い面発光型半導体レーザを得ることができる。特に集積化に際して極めて有効な構造である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の面発光型半導体レーザ装置を示す図
【図２】同面発光型半導体レーザ装置の第１の製造工程図
【図３】同面発光型半導体レーザ装置の第１の製造工程図
【図４】同面発光型半導体レーザ装置の第１の製造工程図
【図５】同面発光型半導体レーザ装置の第１の製造工程図
【図６】同面発光型半導体レーザ装置の第２の製造工程図
【図７】同面発光型半導体レーザ装置の第２の他の製造工程図
【図８】同面発光型半導体レーザ装置の第２の製造工程図
【図９】同面発光型半導体レーザ装置の第２の製造工程図
【図１０】同面発光型半導体レーザ装置の第２の製造工程図
【図１１】本発明の第３の実施例の面発光型半導体レーザ装置を示す図
【図１２】本発明の第３の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造工程図
【図１３】本発明の第３の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造工程図
【図１４】本発明の第３の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造工程図
【図１５】本発明の第３の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造工程図
【図１６】本発明の第３の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造工程図
【図１７】本発明の第４の実施例の面発光型半導体レーザ装置を示す図
【図１８】本発明の第４の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造工程図
【図１９】本発明の第４の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造工程図
【図２０】本発明の第４の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造工程図
【図２１】本発明の第４の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造工程図
【図２２】本発明の第４の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造工程図
【図２３】本発明の第５の実施例の面発光型半導体レーザ装置を示す図
【図２４】本発明の第５の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造工程図
【図２５】本発明の第５の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造工程図
【図２６】本発明の第５の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造工程図
【図２７】本発明の第５の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造工程図
【図２８】本発明の第５の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造工程図
【図２９】従来例の面発光型半導体レーザ装置を示す図
【図３０】従来例の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造工程図
【図３１】従来例の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造工程図
【図３２】従来例の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造工程図
【図３３】従来例の実施例の面発光型半導体レーザ装置の製造工程図
【符号の説明】
１  ｐ型ガリウムひ素（ＧａＡｓ）基板
２  ｐ型下部半導体多層反射膜
３  ｐ型高濃度不純物領域
４  ｐ型下部スペーサ層
５  量子井戸活性層
６  ｎ型上部スぺーサ層
７  ｎ型ＡｌＡｓ層
８  電流狭窄層
９  上部半導体多層反射膜
１０  保護膜
１１  ｐ側電極
１２  ｎ側電極
１３  レジスト
１４  ｐ型ＡｌＡｓ層
【図１】
0003546630.tif 000002
【図２】
0003546630.tif 000003
【図３】
0003546630.tif 000004
【図４】
0003546630.tif 000005
【図５】
0003546630.tif 000006
【図６】
0003546630.tif 000007
【図７】
0003546630.tif 000008
【図８】
0003546630.tif 000009
【図９】
0003546630.tif 000010
【図１０】
0003546630.tif 000011
【図１１】
0003546630.tif 000012
【図１２】
0003546630.tif 000013
【図１３】
0003546630.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0003546630.tif 000016
【図１６】
0003546630.tif 000017
【図１７】
0003546630.tif 000018
【図１８】
0003546630.tif 000019
【図１９】
0003546630.tif 000020
【図２０】
0003546630.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
0003546630.tif 000023
【図２３】
0003546630.tif 000024
【図２４】
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【図２５】
0003546630.tif 000026
【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
0003546630.tif 000031
【図３１】
0003546630.tif 000032
【図３２】
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【図３３】
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