(57)【要約】【課題】  ポリイミドを保護層として用いる面発光型半導体レーザにおいて、歩留まり良く特性の安定した面発光型半導体レーザを製造する。【解決手段】  半導体基板上に、屈折率の異なる半導体層を交互に積層してなる分布ブラッグ反射鏡と活性層を含む共振器とを有する面発光型半導体レーザの積層構造を成長する工程と、該積層構造をメサ状にエッチングする工程と、前記積層構造がメサ状にエッチングされた面発光型半導体レーザの表面に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜が形成された面発光型半導体レーザの表面上をポリイミド層で覆う工程と、前記ポリイミド層の一部を除去し、メサの最上面を露出させる工程と、メサの最上面の絶縁膜を除去する工程と、メサ上に電極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において、ポリイミド層の一部を除去する工程に、ポリイミド層の表面を物理的な研磨によって平坦化する工程を含ませる。【選択図】      図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、屈折率の異なる半導体層を交互に積層してなる分布ブラッグ反射鏡と活性層を含む共振器とを有する面発光型半導体レーザの積層構造を成長する工程と、該積層構造をメサ状にエッチングする工程と、前記積層構造がメサ状にエッチングされた面発光型半導体レーザの表面に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜が形成された面発光型半導体レーザの表面上をポリイミド層で覆う工程と、前記ポリイミド層の一部を除去し、メサの最上面を露出させる工程と、メサの最上面の絶縁膜を除去する工程と、メサ上に電極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において、ポリイミド層の一部を除去する工程に、ポリイミド層の表面を物理的な研磨によって平坦化する工程を含ませることを特徴とする面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の面発光型半導体レーザの製造方法において、ポリイミド層の一部を除去する工程は、すべて物理的な研磨によって行なわれることを特徴とする面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の面発光型半導体レーザの製造方法において、ポリイミド層の一部を除去する工程は、ポリイミド層の表面を物理的な研磨によって平坦化する工程と、ポリイミド層の表面を物理的な研磨によって平坦化する工程を行なった後に、ドライエッチングによりポリイミド層をエッチングする工程とからなることを特徴とする面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザの製造方法において、面発光型半導体レーザの前記積層構造は、その表面のコンタクト層上にさらに犠牲層としての半導体層が成長されたものとなっており、メサの最上面の絶縁膜を除去する工程とメサ上に電極を形成する工程との間に、犠牲層をエッチングしてコンタクト層をメサ最上面に露出させる工程を有していることを特徴とする面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザの製造方法を用いて作製した面発光型半導体レーザであって、該面発光型半導体レーザの活性層はＧａＩｎＮＡｓであることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
【請求項６】
請求項５記載の面発光型半導体レーザにおいて、該面発光型半導体レーザには、熱線膨張係数が５０×１０―６  ℃―１以下のポリイミド保護膜が用いられていることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項７】
請求項５または請求項６記載の面発光型半導体レーザを用いた光通信用モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光型半導体レーザの製造方法および面発光型半導体レーザおよび光通信用モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光型半導体レーザ素子（面発光型半導体レーザ）は、活性層近傍へ電流と光を閉じ込める必要があるため、かつ変調の際に妨げとなる寄生容量を可能な限り小さくする必要性があるため、メサ状のポスト形状に加工されて素子化される。
【０００３】
この際、このような面発光型半導体レーザでは、大気中から素子への水分の進入を遮断し素子が劣化するのを防ぐために、その表面を保護し、かつ、メサ状の形状を含むレーザの表面をある程度平坦化して電極等の配線を行いやすくするために、樹脂で覆う構造をとることが多い。この樹脂としては、一般に、耐熱性があり、機械的強度が高く、水分遮断性が高く、低誘電率であり、膜形成が容易であるポリイミドを用いることが多い。
【０００４】
このポリイミドで面発光型半導体レーザの表面を覆い、素子を作製する従来の１つの方法（第１の従来例）として、表面に比較的薄く感光性を有するポリイミド膜を形成し、その後、フォトリソグラフィーでメサの上部のポリイミドを除去し、メサの上部を露出させ、電極を取り出す方法について、図１乃至図４を用いて説明する。
【０００５】
第１の従来例の方法では、まず図１のように、面発光型半導体レーザの積層構造を成長した表面に、たとえばＳｉＯ２などの膜を形成し、フォトリソグラフィーでパターンニング後、エッチングによりメサ形状にエッチングする。この際のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもどちらでもかまわない。エッチングは、通常、活性層より下の層までエッチングする。エッチング後、たとえば酸化狭窄による電流狭窄を行うための被酸化層（たとえばＡｌＡｓ層）が設けられている場合には、エッチングしたメサの側面よりたとえば水蒸気による選択酸化により酸化狭窄構造を形成する。
【０００６】
しかる後、表面に絶縁膜としてたとえばＳｉＯ２膜などを設けた後に、表面にスピンコートなどで液状ポリイミドを塗布する（図２を参照）。このポリイミドは感光性を有しており、低温でベークした後にフォトリソグラフィーによりメサの最上部のポリイミドを除去し、メサの最上部を露出させる（図３を参照）。その後、ポリイミドを高温で完全に硬化させる。露出したメサの最上部はＳｉＯ２で覆われているが、これをたとえばＢＨＦなどで除去し、メサ上のコンタクト層を露出させる。
【０００７】
その後、コンタクト層上に光射出口を設けた電極を形成し、さらに基板裏面にも電極を設けることで、面発光型半導体レーザを作製することができる（図４を参照）。
【０００８】
しかしながら、このポリイミド膜の形成には、通常、熱硬化型のポリイミドを液体状態で塗布後、過熱を行い、固体化する。この際に、ポリイミドの液体はかなりの粘性を有しており、塗布を行う際に面発光型半導体レーザの基板表面に均一な塗布を行うことはきわめて難しい。たとえば通常、半導体基板上へフォトレジストなどの樹脂を均一に塗布するにはスピンコータなどを用いることが一般的であるが、ポリイミドの液体は通常のレジストよりも粘度が高いため、通常のスピンコートではポリイミドの塗布厚が大きくばらつく。また、面発光型半導体レーザの保護膜としてはフォトレジストなどと比較してかなり厚い塗布を行う必要があるため、さらにそのポリイミドの厚さのばらつきは大きくなる傾向がある。
【０００９】
このようにポリイミドの厚さのばらつきが大きい場合は、たとえばフォトリソグラフィーでメサ上部のポリイミドを除去しようとしたとき、厚さの違う部分で露光の最適条件が異なり、メサ上のポリイミドの開口形状や開口寸法にばらつきが生じてしまう。また、露光時にアライナータイプの露光機を用いた場合などは、フォトリソグラフィーに用いるフォトマスクと基板との密着性にばらつきが生じ、同一の基板上で開口形状や開口寸法のばらつきがさらに大きくなり、最悪の場合には、開口しないなどの不具合を生じることもある。
【００１０】
次に、他の１つの従来例（第２の従来例）として、特許文献１に示されているように、比較的厚くポリイミド膜を形成した後にドライエッチングでエッチバックし、メサの上部を露出させ、電極を取り出す方法を、図５乃至図７を用いて説明する。
【００１１】
この第２の従来例の方法は、ポリイミドを塗布する前までの工程は、前述した第１の従来例の方法と同一であるが、その後が若干違う。すなわち、ポリイミドを塗布する際は、ポリイミドがメサ形状を完全に埋没するまで厚くポリイミド膜を塗布する（図５を参照）。これを硬化させた後、たとえばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などでエッチバックしていく。すると徐々にポリイミドが薄くなっていき、メサの最上部が露出するので、その時点をもってエッチバックを停止する（図６を参照）。その後、露出したメサ上部のＳｉＯ２をたとえばＢＨＦなどで除去し、メサ上のコンタクト層を露出させる。その後、コンタクト層上に光射出口を設けた電極を形成し、さらに基板裏面にも電極を設けることで、面発光型半導体レーザを作製することができる（図７）。
【００１２】
この第２の従来例のように厚く形成したポリイミド膜をエッチバックしてメサの上部を露出させる場合にも、ポリイミド膜の厚さ分布に起因してメサ最上部の露出までのエッチング時間に差異が生じやすい。一般にＲＩＥなどでポリイミドをエッチングする場合、その厚さ分布をある程度緩和する平坦化の効果を有するが、粘度の高い液状ポリイミドを厚く塗った場合に生じるような大きな厚さ分布では、その平坦化の効果でも十分ではなく、結果としてメサの最上部の露出の程度に大きなばらつきを生じてしまう。
【００１３】
このようなメサ上の露出部分のばらつきは、メサ上の露出部分が大きすぎる場合はメサ側面等への電流リークなどが起きやすく、メサ上の露出部分が小さすぎる場合は電極の接触が小さくなり、不良となったりするというような不具合が起きやすい。そのため、結果的には、これらのばらつきが面発光型半導体レーザの歩留まりを低下させる要因となっている。
【００１４】
特にＧａＩｎＮＡｓ系に代表されるような光ファイバーを用いた光通信に好適な１．３μｍ帯の面発光型半導体レーザは、０．８５μｍ帯，０．９８μｍ帯の面発光型半導体レーザと比べて、上部多層膜反射鏡の半導体層の厚さが厚くなり、結果としてメサの高さが大きくなっているため、その表面を完全に覆うために粘度の高いポリイミドで厚く塗布する必要が出てくる。そのために、ポリイミドの膜厚分布が大きくなりやすく、上述したような点が非常に問題になる。
【特許文献１】特開２０００−０４９４１６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、ポリイミドを保護層として用いる面発光型半導体レーザにおいて、歩留まり良く特性の安定した面発光型半導体レーザを製造することの可能な面発光型半導体レーザの製造方法および面発光型半導体レーザおよび光通信用モジュール方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、半導体基板上に、屈折率の異なる半導体層を交互に積層してなる分布ブラッグ反射鏡と活性層を含む共振器とを有する面発光型半導体レーザの積層構造を成長する工程と、該積層構造をメサ状にエッチングする工程と、前記積層構造がメサ状にエッチングされた面発光型半導体レーザの表面に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜が形成された面発光型半導体レーザの表面上をポリイミド層で覆う工程と、前記ポリイミド層の一部を除去し、メサの最上面を露出させる工程と、メサの最上面の絶縁膜を除去する工程と、メサ上に電極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において、ポリイミド層の一部を除去する工程に、ポリイミド層の表面を物理的な研磨によって平坦化する工程を含ませることを特徴とする面発光型半導体レーザの製造方法である。
【００１７】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の面発光型半導体レーザの製造方法において、ポリイミド層の一部を除去する工程は、すべて物理的な研磨によって行なわれることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の面発光型半導体レーザの製造方法において、ポリイミド層の一部を除去する工程は、ポリイミド層の表面を物理的な研磨によって平坦化する工程と、ポリイミド層の表面を物理的な研磨によって平坦化する工程を行なった後に、ドライエッチングによりポリイミド層をエッチングする工程とからなることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザの製造方法において、面発光型半導体レーザの前記積層構造は、その表面のコンタクト層上にさらに犠牲層としての半導体層が成長されたものとなっており、メサの最上面の絶縁膜を除去する工程とメサ上に電極を形成する工程との間に、犠牲層をエッチングしてコンタクト層をメサ最上面に露出させる工程を有していることを特徴としている。
【００２０】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザの製造方法を用いて作製した面発光型半導体レーザであって、該面発光型半導体レーザの活性層はＧａＩｎＮＡｓであることを特徴としている。
【００２１】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の面発光型半導体レーザにおいて、該面発光型半導体レーザには、熱線膨張係数が５０×１０―６  ℃―１以下のポリイミド保護膜が用いられていることを特徴としている。
【００２２】
また、請求項７記載の発明は、請求項５または請求項６記載の面発光型半導体レーザを用いた光通信用モジュールである。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１乃至請求項４記載の発明によれば、半導体基板上に、屈折率の異なる半導体層を交互に積層してなる分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）と活性層を含む共振器とを有する面発光型半導体レーザの積層構造を成長する工程と、該積層構造をメサ状にエッチングする工程と、前記積層構造がメサ状にエッチングされた面発光型半導体レーザの表面に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜が形成された面発光型半導体レーザの表面上をポリイミド層で覆う工程と、前記ポリイミド層の一部を除去し、メサの最上面を露出させる工程と、メサの最上面の絶縁膜を除去する工程と、メサ上に電極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において、ポリイミド層の一部を除去する工程に、ポリイミド層の表面を物理的な研磨によって平坦化する工程を含ませることにより、メサ最上部の電極形成部分において均一な構造を得ることが可能となり、電流リークの懸念や、電極の段切れなどの懸念が無く、基板全面にわたって均一に歩留まりのよい面発光型半導体レーザを作製することができる。
【００２４】
特に、請求項２記載の発明では、請求項１記載の面発光型半導体レーザの製造方法において、ポリイミド層の一部を除去する工程は、すべて物理的な研磨によって行なわれるので、物理的な研磨によって平坦化しつつメサ最上部を均一に露出させることができて、均一に歩留まりのよい面発光型半導体レーザを作製することができる。
【００２５】
また、請求項３記載の発明では、請求項１記載の面発光型半導体レーザの製造方法において、ポリイミド層の一部を除去する工程は、ポリイミド層の表面を物理的な研磨によって平坦化する工程と、平坦化する工程を行なった後に、ドライエッチングによりポリイミド層をエッチングする工程とからなるので、メサの最上部にダメージを与える可能性が少なくなり、より歩留まりを向上させることができる。
【００２６】
また、請求項４記載の発明では、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザの製造方法において、面発光型半導体レーザの前記積層構造は、その表面のコンタクト層上にさらに犠牲層としての半導体層が成長されたものとなっており、メサの最上面の絶縁膜を除去する工程とメサ上に電極を形成する工程との間に、犠牲層をエッチングしてコンタクト層をメサ最上面に露出させる工程を有しており、犠牲層が設けられていることによって面発光型半導体レーザのメサ上のコンタクト層にダメージを与える可能性が少なくなり、より一層歩留まりを向上させることができる。
【００２７】
また、請求項５記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザの製造方法を用いることで、活性層としてＧａＩｎＮＡｓを用いた面発光型半導体レーザを作製する場合にも、均一に歩留まりのよい面発光型半導体レーザを得ることができる。
【００２８】
また、請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の面発光型半導体レーザにおいて、該面発光型半導体レーザには、熱線膨張係数が５０×１０―６  ℃―１以下のポリイミド保護膜が用いられているので、ポリイミドを厚く塗布しても熱応力に起因するクラックや剥離を防止することが可能になり、より歩留まりの良い面発光型半導体レーザを得ることができる。
【００２９】
また、請求項７記載の発明によれば、請求項５または請求項６記載の面発光型半導体レーザを用いた光通信用モジュールであるので、安価で特性の安定な光送信モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００３１】
（第１の形態）
本発明の第１の形態は、半導体基板上に、屈折率の異なる半導体層を交互に積層してなる分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）と活性層を含む共振器とを有する面発光型半導体レーザの積層構造を成長する工程と、該積層構造をメサ状にエッチングする工程と、前記積層構造がメサ状にエッチングされた面発光型半導体レーザの表面に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜が形成された面発光型半導体レーザの表面上をポリイミド層で覆う工程と、前記ポリイミド層の一部を除去し、メサの最上面を露出させる工程と、メサの最上面の絶縁膜を除去する工程と、メサ上に電極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において、ポリイミド層の一部を除去する工程に、ポリイミド層の表面を物理的な研磨によって平坦化する工程を含ませることを特徴としている。
【００３２】
ここで、面発光型半導体レーザの積層構造は、ＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法などのその層構成に応じた半導体のエピタキシャル成長技術であれば、いずれの方法でもかまわず、特にその成長方法は限定されない。また、メサ形状への加工方法も、ウエットエッチング，ドライエッチングのいずれでも、所定形状へ加工可能であれば、その手法には限定されない。また、絶縁膜を形成する方法も、通常のＣＶＤやスパッタリングなどで形成可能であり、そのいずれを用いても特に問題は無い。また、ポリイミドの塗布も、スピンコート，スプレーコートなどいくつかの方法が考えられるが、特に限定されない。
【００３３】
また、第１の形態においては、ポリイミド層の一部を除去する工程に物理的な研磨を用いている。この物理的な研磨については、例えば特開２０００−３４０５３８に示されているような、砥石のような固定砥粒を用いた平坦化法などを用いることができる。この方法は、凹凸のある基板表面を平坦化する方法として好適であり、凹凸パターンの種類，間隔段差などの構造による依存性が少ない方法として提案されている。また、この方法においては、基板の平坦化の終点を検出する方法として、基板の裏面を押し付けるポッドに温度センサを取り付け、研磨の際の熱による基板裏面の温度分布で基板の平坦度を検知できるので、本発明を実施するための一手段として有効であると考えられる。これらのような固定砥粒を用いた研磨方法においても、半導体素子の多層配線などの平坦化が可能なレベルで平坦化が可能であり、本発明で必要とされるポリイミド塗布後の凹凸の平坦化には十分な平坦化能力があると考えられる。当然例示した以外にも十分な平坦化が可能であれば、例えば流動タイプの砥粒（スラリー）などを用いる他の物理研磨方法でもかまわない。また、このような研磨方法においては例えば図８のような研磨冶具を用いて研磨する。すなわち、図８の仕方では、研磨されるウエハは、圧縮空気で押し出されるパッドに抑えられ、研磨面を下にして研磨される。この時、研磨面の平行度がウエハの裏面に対して保たれない懸念があるが、このような平行度のずれは主に回転軸のぶれによる傾きや、パッドの遊びがあることによる傾きが原因であるため、そのようなぶれや遊びを取り除くことで、十分な平行度を持って研磨を行うことが可能になる。
【００３４】
このように、本発明の第１の形態では、半導体基板上に、屈折率の異なる半導体層を交互に積層してなる分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）と活性層を含む共振器とを有する面発光型半導体レーザの積層構造を成長する工程と、該積層構造をメサ状にエッチングする工程と、前記積層構造がメサ状にエッチングされた面発光型半導体レーザの表面に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜が形成された面発光型半導体レーザの表面上をポリイミド層で覆う工程と、前記ポリイミド層の一部を除去し、メサの最上面を露出させる工程と、メサの最上面の絶縁膜を除去する工程と、メサ上に電極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において、ポリイミド層の一部を除去する工程に、ポリイミド層の表面を物理的な研磨によって平坦化する工程を含ませることにより、メサ最上部の電極形成部分において均一な構造を得ることが可能となり、電流リークの懸念や、電極の段切れなどの懸念が無く、基板全面にわたって均一に歩留まりのよい面発光型半導体レーザを作製することができる。
【００３５】
（第２の形態）
本発明の第２の形態は、第１の形態の面発光型半導体レーザの製造方法において、ポリイミド層の一部を除去する工程は、すべて物理的な研磨によって行なわれることを特徴としている。
【００３６】
ここで、物理研磨としては、例えば固定砥粒を用いた研磨方法を用いることで、ポリイミドの凹凸を十分なレベルに平坦化することが可能になる。これは、十分な平坦化が可能な範囲であれば、流動タイプの砥粒（スラリー）などを用いる他の物理研磨方法でもかまわない。
【００３７】
本発明の第２の形態では、第１の形態の面発光型半導体レーザの製造方法において、ポリイミド層の一部を除去する工程は、すべて物理的な研磨によって行なわれるので、物理的な研磨によって平坦化しつつメサ最上部を均一に露出させることができて、均一に歩留まりのよい面発光型半導体レーザを作製することができる。
【００３８】
（第３の形態）
本発明の第３の形態は、第１の形態の面発光型半導体レーザの製造方法において、ポリイミド層の一部を除去する工程は、ポリイミド層の表面を物理的な研磨によって平坦化する工程と、ポリイミド層の表面を物理的な研磨によって平坦化する工程を行なった後に、ドライエッチングによりポリイミド層をエッチングする工程とからなることを特徴としている。
【００３９】
ここで、物理研磨としては、例えば固定砥粒を用いた研磨方法を用いることで、ポリイミドの凹凸を十分なレベルに平坦化することができる。また、ドライエッチングとしては、例えばＥＣＲエッチングなどを用いることで、メサの最上部を均一に露出させることが可能になる。ドライエッチング方法は、ポリイミド層を除去し、メサの最上部を被覆している絶縁膜についてはこれをエッチングしないような条件であれば、特にその方法は限定されない。
【００４０】
本発明の第３の形態では、第１の形態の面発光型半導体レーザの製造方法において、ポリイミド層の一部を除去する工程は、ポリイミド層の表面を物理的な研磨によって平坦化する工程と、ポリイミド層の表面を物理的な研磨によって平坦化する工程を行なった後に、ドライエッチングによりポリイミド層をエッチングする工程とからなるので、メサの最上部にダメージを与える可能性が少なくなり、より歩留まりを向上させることができる。
【００４１】
（第４の形態）
本発明の第４の形態は、第１乃至第３のいずれかの形態の面発光型半導体レーザの製造方法において、面発光型半導体レーザの前記積層構造は、その表面のコンタクト層上にさらに犠牲層としての半導体層が成長されたものとなっており、メサの最上面の絶縁膜を除去する工程とメサ上に電極を形成する工程との間に、犠牲層をエッチングしてコンタクト層をメサ最上面に露出させる工程を有していることを特徴としている。
【００４２】
この第４の形態では、半導体の犠牲層を用いるが、これには例えばＧａＩｎＰ層を用いることができる。この層は、ある程度の強度を有してエッチングにより容易に除去できるものであれば、特に限定されない。この第４の形態では、ポリイミド層の機械的研磨の際に、万が一メサの最上部が研磨されるような事態が起きても、犠牲層としてＧａＩｎＰ層が設けられていることにより、分布ブラッグ反射鏡（例えば、ｐ型半導体多層膜反射鏡）の表面のコンタクト層を傷つける可能性をより低くすることが可能となる。かつ、ＧａＩｎＰ層は塩酸系エッチャントでＧａＡｓ層をエッチングストップ層として容易に選択エッチングできるため、除去が容易である。
【００４３】
このように、第４の形態では、第１乃至第３のいずれかの形態の面発光型半導体レーザの製造方法において、面発光型半導体レーザの前記積層構造は、その表面のコンタクト層上にさらに犠牲層としての半導体層が成長されたものとなっており、メサの最上面の絶縁膜を除去する工程とメサ上に電極を形成する工程との間に、犠牲層をエッチングしてコンタクト層をメサ最上面に露出させる工程を有しており、犠牲層が設けられていることによって面発光型半導体レーザのメサ上のコンタクト層にダメージを与える可能性が少なくなり、より一層歩留まりを向上させることができる。
【００４４】
（第５の形態）
本発明の第５の形態は、第１乃至第４のいずれかの形態の面発光型半導体レーザの製造方法を用いて作製した面発光型半導体レーザであって、該面発光型半導体レーザの活性層はＧａＩｎＮＡｓであることを特徴としている。
【００４５】
この第５の形態においては、第１乃至第４のいずれかの形態の面発光型半導体レーザの製造方法を用いることで、活性層としてＧａＩｎＮＡｓを用いた面発光型半導体レーザを作製する場合にも、均一に歩留まりのよい面発光型半導体レーザを得ることができる。
【００４６】
（第６の形態）
本発明の第６の形態は、第５の形態の面発光型半導体レーザにおいて、該面発光型半導体レーザには、熱線膨張係数が５０×１０―６  ℃―１以下のポリイミド保護膜が用いられていることを特徴としている。
【００４７】
この第６の形態においては、第５の形態の面発光型半導体レーザにおいて、該面発光型半導体レーザには、熱線膨張係数が５０×１０―６  ℃―１以下のポリイミド保護膜が用いられているので、ポリイミドを厚く塗布しても熱応力に起因するクラックや剥離を防止することが可能になり、より歩留まりの良い面発光型半導体レーザを得ることができる。
【００４８】
（第７の形態）
本発明の第７の形態は、第５または第６の形態の面発光型半導体レーザを用いた光通信用モジュールである。
【００４９】
この第７の形態においては、第５または第６の形態の面発光型半導体レーザを用いた光通信用モジュールであるので、安価で特性の安定な光送信モジュールを提供することができる。
【実施例１】
【００５０】
実施例１では、本発明の製造方法を用いて、ＧａＡｓ基板上にＧａＩｎＮＡｓ系１．３μｍ帯の面発光型半導体レーザを製造した。
【００５１】
本実施例１においては、まず、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、積層構造として、ｎ型半導体多層膜反射鏡、ＧａＡｓ下部スペーサ層、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層、ＧａＡｓ上部スペーサ層、ＡｌＡｓ層、ｐ型半導体多層膜反射鏡を順次に積層する。
【００５２】
ここで、ｎ型半導体多層膜反射鏡は、ｎ型ＧａＡｓ高屈折率層とｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ低屈折率層とを交互に積層したｎ型分布ブラッグ反射鏡（ｎ型ＤＢＲ）で構成されている。同様に、ｐ型半導体多層膜反射鏡も、ｐ型ＧａＡｓ高屈折率層とｐ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ低屈折率層を交互に積層したｐ型分布ブラッグ反射鏡（ｐ型ＤＢＲ）で構成されている。
【００５３】
また、多重量子井戸活性層を含む、第１のＧａＡｓ下部スペーサ層からＧａＡｓ上部スペーサ層までの領域は、λ共振器を構成している。
【００５４】
そして、上記積層構造上に例えばＳｉＯ２層を形成しフォトリソグラフィーを用いて例えば円形状にパターンニングする。これをエッチングマスクとして、ｎ型半導体多層膜反射鏡（ｎ型ＤＢＲ）に達するまで円筒状にドライエッチングして、メサ構造を形成する（図９を参照）。これはドライエッチングでもウエットエッチングでも所定形状にエッチングできるのであれば、どちらでもかまわない。実施例１では、メササイズは直径が例えば約３０μｍφとなっている。そして、エッチングして表面が露出した側面からＡｌＡｓ層を選択的に酸化させ、ＡｌＯｘ絶縁領域を形成することにより、電流狭窄構造が形成されている。この電流狭窄構造により最終的にレーザ素子が完成し、駆動する際には、電流は、ＡｌＯｘ絶縁領域によって例えばおよそ３μｍφの酸化開口領域に集中して活性層に注入される。
【００５５】
選択酸化の後、全面にＳｉＯ２膜を保護膜として成長し、その後、ポリイミドを塗布する（図１０を参照）。ポリイミドは、メサ構造が完全に埋没する状態にまで厚く塗布し、その後硬化する。このとき、一度で厚く塗布しきれない場合には、複数回に分けて塗布を行ってもかまわない。塗布の際には、例えばスピンコータ−を用いて、ある程度均一に塗布されるようにする。また、この塗布の厚さはかなり厚いほうが、その後の工程で機械的研磨の平坦化を行いやすいため、可能な限り厚く塗布するのが好ましい。
【００５６】
ポリイミドを塗布し、硬化したポリイミドはスピンコータを用いてもその膜厚は完全に均一にはならない。特にスピンコータを用いた場合には回転させた基板の周辺部が厚くなる傾向があり、通常外周部はその後の工程でポリイミドの膜厚の違いに起因するばらつきによってエラーが頻発するため、素子を得ることができない部分となることが多い。
【００５７】
そこで本実施例１では、このポリイミドの表面を機械的研磨により平坦化する（図１１を参照）。このとき、機械的研磨にはそれほど硬い研磨材や冶具を用いる必要は無く、かつ、応力も最小限でゆっくり研磨するのが好ましい。また、平面度が重要であるため、きわめて目の細かい固定砥粒などを用いて研磨することで、希望の平坦度を得ることができる。研磨方法としては以下のような方法が考えられる。
【００５８】
図１２には、研磨方法の一例が示されている。図１２においては、ウエハは、ポリイミドを塗布した状態で下向きになっている。ウエハの上面は、ウエハホルダに取り付けられているゴム製等の弾性体で構成された加圧支持体であるゴム製ポッドにより研磨用の砥石などに押し付けられている。ウエハホルダは、ゴム製ポッドとともにウエハなどの基板を保持する支持体となっている。ゴム製ポッドは、ウエハホルダに設けられた圧縮空気供給のための管を介してウエハホルダとゴム製ポッドとの間の空間に圧縮空気（加圧空気）を導入することで、ウエハをその面内で均等に研磨体である砥石に押し付ける構成となっている。つまり、ウエハホルダがシリンダのようになり、ゴム製ポッドの外周部がピストンのように作用してウエハの砥石への押し付け圧力を任意にコントロールできるようになっている。また、砥石は、一定速度で回転する機構を有しており、任意の回転速度で回転可能になっている。
【００５９】
図１２のような研磨機構で研磨加工を行うことで、表面のポリイミドはその凹凸が平坦化される。このときの平坦度は、好適な条件（ポリイミドの種類等、材料系によって異なる）で研磨することで、半導体の多層配線の際の平坦化処理として用いるレベルで可能になっており、十分に本発明の目的を達成できる平坦度を得ることが可能になる。さらに、研磨用のホルダの回転軸はぶれや傾きが無いようになっており、かつゴム製ポッドもホルダに対してシリンダ状の押し出しで傾きの無いような構造になっている。これにより、研磨すべきウエハのポッドと接している裏面が傾くことは無いため、基板の表面は基板の裏面に対して平行に研磨され、プロセスに問題ないレベルで研磨面の平行度も保たれる。
【００６０】
通常、ドライエッチングでエッチングを行った際には、ＲＩＥなどではある程度の平坦化はなされるが、面発光型半導体レーザ上に粘度の高いポリイミドを塗布した際の厚さ分布を完全に取り除くほどの平坦化は、条件にもよるが、きわめて難しい。これに対して、本実施例１のように機械的研磨を行った場合、容易にポリイミドの表面の平坦化を行うことが可能になる。また、ポリイミドの厚さに不均一があっても、基板の裏面の平行度が保たれているため、表面が傾いて研磨されるようなことは無く、表面の平行度を十分に保つことができる。
【００６１】
その後、ゆっくりと研磨を行っていくと、メサの最上部が露出する（図１３を参照）。この際、メサの最上面はＳｉＯ２膜で保護されているので、慎重に研磨を行うことでｐ型半導体多層膜反射鏡の表面に傷をつけることを避けることができる。研磨量の管理方法としては、例えば特開２０００−３４０５３８に示されているように、研磨の際のウエハ裏面の温度分布と積算量から検知する方法などがあり、これらの方法を用いることで、比較的再現性良く、メサの最上部までを研磨で除去することも可能である。
【００６２】
なお、仮に平坦化を行わずドライエッチングのエッチバックのみでメサの最上部を露出させようとした場合、ポリイミドの厚いところと比較的薄いところとでは、露出するまでのエッチング時間が異なり、基板全面のメサを露出させようとするとメサの上部が大きく露出する部分とかろうじて露出する部分とが混在することになってしまうが、本実施例１では平坦化を行っているため、メサの最上部は基板上で一様になり、ばらつきがほぼ無くなる。
【００６３】
次に、メサの最上部が露出したら、表面のＳｉＯ２膜をエッチングしてメサ最上部のコンタクト層となるｐ型半導体多層膜反射鏡（ｐ型ＤＢＲ）の表面を露出させる。この際のＳｉＯ２エッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもどちらでもかまわない。このときに露出しているメサの上部が大きく露出していると、ＳｉＯ２エッチング時にメサの上部側面のＳｉＯ２も除去されてしまい、メサの側面への電流リークの懸念が生じる。そのため、均一にメサの最表面のみが露出したほうが好ましいといえる。
【００６４】
そして、ｐ型半導体多層膜反射鏡（ｐ型ＤＢＲ）の表面にリング状のｐ側電極を形成し、また、ｎ型ＧａＡｓ基板裏面にｎ側電極を形成して素子構造を完成させることができる（図１４を参照）。ｐ側電極の形成の際にも、メサの最上部が大きく飛び出しているとポリイミドとの段差が大きくなりやすく電極の段切れが起きる懸念が生じるため、やはり均一にメサの最上部が露出するのが好ましい。
【００６５】
特に、現在、実用化開発が急速になされているＧａＩｎＮＡｓ系材料を活性層に用いた面発光型半導体レーザにおいては、ポリイミドの膜厚分布はより問題化しやすい。このＧａＩｎＮＡｓ系面発光型半導体レーザは、発振が１．３μｍ帯で得られており、石英系ファイバとの整合性が高い。さらに、ＧａＡｓ基板上に形成でき、スペーサ層等の活性層周りの層にワイドバンドギャップ材料を選択できるので、キャリアの閉じ込めが良好になり、温度特性が良好である。このようにＧａＩｎＮＡｓ系面発光型半導体レーザは優れた特性をもつので、光通信システムや、コンピューター間，チップ間，チップ内の光インターコネクションや、光コンピューティングにおいて、多くの応用が考えられている。
【００６６】
しかし、長波長帯（例えば、１．１μｍ以上の波長帯）のＧａＩｎＮＡｓ系面発光型半導体レーザでは、従来の０．８５μｍ帯，０．９８μｍ帯の面発光型半導体レーザと比べて、上部多層膜反射鏡の半導体厚さが厚くなり、結果としてメサの高さを高くする必要があるため、これを覆うようなポリイミドを塗布する工程においては粘度の高いポリイミドを選択せざるを得ず、どうしても膜厚分布が生じやすい。そのため本実施例１のようにメサの最上部を均一に露出できる工程は非常に有用であるといえる。
【００６７】
以上説明したような工程で作製した面発光型半導体レーザはそのメサ最上部の電極形成部分において均一な構造を得ることが可能になっているため、電流リークの懸念や、電極の段切れなどの懸念が無く、基板全面に渡って均一に歩留まりのよい面発光型半導体レーザを得ることができる。
【実施例２】
【００６８】
実施例２は、実施例１の変形実施例である。実施例２も、基本的な製造工程は、実施例１と全く同一であるが、実施例２では、ポリイミドの表面を機械的研磨により平坦化する工程の後に、ドライエッチングによるエッチバックでメサの最上部を露出させる点が、実施例１と異なっている。機械的研磨で最後まで研磨すると、最悪の場合、メサの最上部のＳｉＯ２保護膜を研磨の際に突き破って、ｐ型半導体多層膜反射鏡の表面を傷つけてしまう懸念がある。しかし、機械的研磨でポリイミドの平坦化を行った後、ある程度まで研磨したところで機械的研磨を中止し、その後、ポリイミドをドライエッチングでエッチバックすれば、メサの最上部を露出させる際にメサ上のｐ型半導体多層膜反射鏡の表面までを傷つけてしまう可能性が無くなる。そのため、より一層歩留まりの良い面発光型半導体レーザを得ることができる。
【実施例３】
【００６９】
実施例３は実施例１の変形実施例である。実施例３も、基本的な製造工程は、実施例１と同一であるが、実施例３では、面発光型半導体レーザの積層構造の最上部のｐ型半導体多層膜反射鏡（ｐ型ＤＢＲ）の表面に犠牲層を設ける点で、実施例１と異なっている（図１５を参照）。なお、実施例３では、犠牲層として、１００ｎｍの厚さのＧａＩｎＰ層を設けている。この層は、ある程度の強度を有していてエッチングにより容易に除去できるものであれば、特に限定されない。本実施例３では、ポリイミドの機械的研磨の際に、万が一メサの最上部が研磨されるような事態（図１６を参照）が起きても、犠牲層としてＧａＩｎＰ層を設けているので、ｐ型半導体多層膜反射鏡の表面のコンタクト層を傷つける可能性をより低くすることができる。
【００７０】
本実施例３では、メサの最上部が露出し、ＳｉＯ２保護膜が除去された後に、ＧａＩｎＰ層も例えば塩酸系のエッチャントを用いて取り除き、その後、電極等を形成して素子構造を得る（図１７を参照）。塩酸系のエッチャントであればＧａＩｎＰ層のみをエッチングし、コンタクト層としてのＧａＡｓ層はダメージを受けないので、犠牲層としてはＧａＩｎＰ層が好適であるといえる。
【００７１】
このように、実施例３では、ポリイミドの機械的研磨による平坦化の際に、メサ上のｐ型半導体多層膜反射鏡の表面までを傷つけてしまう可能性をより一層低減できるので、より安定な工程となり、歩留まりの良い面発光型半導体レーザを得ることができる。
【実施例４】
【００７２】
実施例４は、実施例１において、ポリイミドとして、熱線膨張係数が５０×１０―６  ℃―１以下のものを用いている実施例である。実施例１ではＧａＩｎＮＡｓ活性層を用いた１．３μｍ帯の面発光型半導体レーザであるので、メサの高さが必然的に高くなり、これを完全に覆うようにするには、ポリイミドを厚く塗布する必要がある。このため、ポリイミドの熱膨張係数は、ＧａＡｓ系の半導体材料と近い値であるのが好ましい。熱線膨張係数が違いすぎると、厚く塗ったポリイミドを熱硬化させる際に熱応力が生じ、クラックや、基板からの剥離などが起きる懸念がある。本実施例４では、ポリイミドの熱線膨張係数が５０×１０―６  ℃―１以下と比較的ＧａＡｓ系材料に近いので、熱応力を比較的小さく抑えることが可能になり、ポリイミドの熱硬化の際にクラックや剥離がおきにくくなり、良好な歩留まりの面発光型半導体レーザを得ることができる。
【実施例５】
【００７３】
図１８は実施例５の光通信用モジュール（光送受信モジュール）を示す図である。
【００７４】
本発明の面発光型半導体レーザ素子を光通信システムに用いる場合、本発明の面発光型半導体レーザは低コストであるので、図１８に示すように送信用の面発光型半導体レーザ（例えば１．３μｍ帯ＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ）と、受信用フォトダイオードと、光ファイバーとを組み合わせた光送受信モジュールを安価に得られる。
【００７５】
特に、本発明によれば、面発光型半導体レーザの製造工程における歩留まりが向上しているため、安価で特性の安定な光送受信モジュールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】面発光型半導体レーザを作製する第１の従来例の方法を説明するための図である。
【図２】面発光型半導体レーザを作製する第１の従来例の方法を説明するための図である。
【図３】面発光型半導体レーザを作製する第１の従来例の方法を説明するための図である。
【図４】面発光型半導体レーザを作製する第１の従来例の方法を説明するための図である。
【図５】面発光型半導体レーザを作製する第２の従来例の方法を説明するための図である。
【図６】面発光型半導体レーザを作製する第２の従来例の方法を説明するための図である。
【図７】面発光型半導体レーザを作製する第２の従来例の方法を説明するための図である。
【図８】研磨治具の一例を示す図である。
【図９】実施例１の面発光型半導体レーザの製造工程を説明するための図である。
【図１０】実施例１の面発光型半導体レーザの製造工程を説明するための図である。
【図１１】実施例１の面発光型半導体レーザの製造工程を説明するための図である。
【図１２】研磨方法の一例を示す図である。
【図１３】実施例１の面発光型半導体レーザの製造工程を説明するための図である。
【図１４】実施例１の面発光型半導体レーザの製造工程を説明するための図である。
【図１５】実施例３の面発光型半導体レーザの製造工程を説明するための図である。
【図１６】実施例３の面発光型半導体レーザの製造工程を説明するための図である。
【図１７】実施例３の面発光型半導体レーザの製造工程を説明するための図である。
【図１８】実施例５の光通信用モジュール（光送受信モジュール）を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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