(57)【要約】【課題】Ａｌイオンの注入を用いて形成された電流狭窄構造を有する垂直共振型面発光レーザを作製する方法を提供する。【解決手段】面発光半導体レーザを作製する方法は、面発光半導体レーザのための半導体積層を備えるエピタキシャル基板内の基板の主面の第１エリアを覆うと共に基板の主面の第２エリア上に開口を有する第１マスクを形成する工程と、このマスクを用いてＡｌイオン注入を行う工程と、半導体積層をエッチングして、ＩＩＩ族元素としてアルミニウムを含むと共にＶ族元素を含むＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の第１半導体層、及び活性層を含む半導体ポストを基板上に形成する工程と、イオン注入を行った後に、酸化雰囲気中において半導体ポストの第１半導体層の一部を酸化して、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の電流アパーチャーと酸化物障壁とを含むポスト構造を半導体ポストから形成する工程とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直共振型面発光レーザを作製する方法であって、
基板の主面上に設けられ面発光半導体レーザのための半導体積層を備えるエピタキシャル基板を準備する工程と、
前記エピタキシャル基板を準備した後に、前記基板の前記主面の第１エリアを覆うと共に前記基板の前記主面の第２エリア上に開口を有するパターンのマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて、イオン注入を行う工程と、
前記半導体積層をエッチングして、ＩＩＩ族元素としてアルミニウムを含むと共にＶ族元素を含むＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の第１半導体層、及び活性層を含む半導体ポストを前記基板上に形成する工程と、
前記イオン注入を行った後に、酸化雰囲気中において前記半導体ポストの前記第１半導体層の一部を酸化して、前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の電流アパーチャーと酸化物障壁とを含むポスト構造を前記半導体ポストから形成する工程と、
を備え、
前記イオン注入のイオン種は、アルミニウムイオンを含み、
前記第１半導体層及び前記活性層は、前記半導体ポストにおいて前記基板の前記主面に交差する第１軸の方向に配置されており、
前記イオン注入を行った後において、前記半導体ポストは、第１領域及び第２領域を含み、前記第１領域及び前記第２領域は前記第１軸の方向に延在し、前記第２領域は前記第１領域を囲み、前記半導体ポストの前記第１半導体層は、前記第１領域内の第１部分と前記第２領域内の第２部分とを含み、前記第１半導体層は、前記第１半導体層の前記第２部分におけるアルミニウム濃度が前記第１半導体層の前記第１部分におけるアルミニウム濃度より大きいアルミニウム濃度の面内分布を有する、垂直共振型面発光レーザを作製する方法。
【請求項２】
前記イオン注入を行う前において、前記第１半導体層はＡｌＧａＡｓ膜を含み、前記第１半導体層の前記第２部分の前記ＡｌＧａＡｓ膜におけるアルミニウム濃度は０．９６以下であり、前記第１半導体層の前記第１部分の前記ＡｌＧａＡｓ膜におけるアルミニウム濃度は０．９７以上である、請求項１に記載された垂直共振型面発光レーザを作製する方法。
【請求項３】
前記半導体ポストは、前記第１半導体層の上面に設けられた第１化合物半導体層を含み、
前記半導体ポストの前記第１化合物半導体層は、前記第１領域内の第１部分と前記第２領域内の第２部分とを含み、前記第１化合物半導体層は、前記第１化合物半導体層の前記第２部分におけるアルミニウム濃度が前記第１化合物半導体層の前記第１部分におけるアルミニウム濃度より大きいアルミニウム濃度の面内分布を有する、請求項１又は請求項２に記載された垂直共振型面発光レーザを作製する方法。
【請求項４】
前記半導体ポストは、前記第１半導体層の下面に設けられた第２化合物半導体層を含み、
前記半導体ポストの前記第２化合物半導体層は、前記第１領域内の第１部分と前記第２領域内の第２部分とを含み、前記第２化合物半導体層は、前記第２化合物半導体層の前記第２部分におけるアルミニウム濃度が前記第２化合物半導体層の前記第１部分におけるアルミニウム濃度より大きいアルミニウム濃度の面内分布を有する、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された垂直共振型面発光レーザを作製する方法。
【請求項５】
垂直共振型面発光レーザであって、
電流狭窄構造及び活性層を含み基板の主面上に設けられたポスト構造を備え、
前記ポスト構造は、前記基板の前記主面に交差する第１軸の方向に延在する第１領域と、前記第１領域を囲む第２領域とを含み、
前記電流狭窄構造は、前記第１領域に設けられた電流アパーチャーと前記第２領域に設けられた酸化物障壁とを含み、
前記電流アパーチャー及び前記酸化物障壁は、前記第１軸に交差する基準面に沿って配列されており、
前記ポスト構造は、前記電流狭窄構造の上側に設けられた第１化合物半導体層と、前記電流狭窄構造の下側に設けられた第２化合物半導体層とを含み、
前記第１化合物半導体層は、前記第１領域内の第１部分と、前記第２領域内の第２部分とを含み、
前記第１化合物半導体層の前記第２部分のＡｌ組成は、前記第１化合物半導体層の前記第１部分のＡｌ組成より大きい、垂直共振型面発光レーザ。
【請求項６】
前記電流アパーチャーは、ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ａｓを含み、当該ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１ＡｓのＡｌ組成Ｘ１は、０．９６以下である、請求項５に記載された垂直共振型面発光レーザ。
【請求項７】
前記第２化合物半導体層は、前記第１領域内の第１部分と、前記第２領域内の第２部分とを含み、
前記第２化合物半導体層の前記第２部分のＡｌ組成は、前記第２化合物半導体層の前記第１部分のＡｌ組成より大きい、請求項５又は請求項６に記載された垂直共振型面発光レーザ。
【請求項８】
前記活性層は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸構造を含む、請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載された垂直共振型面発光レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直共振型面発光レーザを作製する方法及び垂直共振型面発光レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、面発光レーザ素子及びその製造方法を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１４２３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の面発光レーザ素子は、酸化狭窄層を含むメサポストを有し、酸化狭窄層は、電流流入領域及び電流阻止領域を有する。電流流入領域はＩＩＩ族構成元素としてＡｌ含む化合物半導体からなり、この化合物半導を酸化して、酸化物からなる電流阻止領域を形成する。酸化により化合物半導体から電流阻止領域を形成できるＡｌ組成は、非常に高い。化合物半導体の酸化の結果として作製される電流流入領域も、化合物半導体と同じＡｌ組成を有する。この化合物半導体は、Ａｌ組成に応じたバンドギャップを有し、したがって、電流流入領域は高い電気抵抗率を示す。メサポストにおいて、酸化狭窄層の上側の上部化合物半導体及び下側の下部化合物半導体の各々は、電流流入領域の化合物半導体のＡｌ組成より低いＡｌ組成を有しており、これ故に、上記の酸化により、上部化合物半導体及び下部化合物半導体の側面は、ほとんど酸化されない。メサポストにおいて、酸化狭窄層が、活性層に提供されるキャリア流を案内する。
【０００５】
本発明の一側面は、アルミニウムイオンの注入を用いて狭窄構造を形成する垂直共振型面発光レーザを作製する方法を提供することを目的とする。本発明の別の側面は、ポスト構造内の半導体層の面内にアルミニウムプロファイルを有すると共に電流狭窄構造を有する垂直共振型面発光レーザを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法は、基板の主面上に設けられ面発光半導体レーザのための半導体積層を備えるエピタキシャル基板を準備する工程と、前記エピタキシャル基板を準備した後に、前記基板の前記主面の第１エリアを覆うと共に前記基板の前記主面の第２エリア上に開口を有するパターンのマスクを形成する工程と、前記マスクを用いて、イオン注入を行う工程と、前記半導体積層をエッチングして、ＩＩＩ族元素としてアルミニウムを含むと共にＶ族元素を含むＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の第１半導体層、及び活性層を含む半導体ポストを前記基板上に形成する工程と、前記イオン注入を行った後に、酸化雰囲気中において前記半導体ポストの前記第１半導体層の一部を酸化して、前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の電流アパーチャーと酸化物障壁とを含むポスト構造を前記半導体ポストから形成する工程と、を備え、前記イオン注入のイオン種は、アルミニウムイオンを含み、前記第１半導体層及び前記活性層は、前記半導体ポストにおいて前記基板の前記主面に交差する第１軸の方向に配置されており、前記イオン注入を行った後において、前記半導体ポストは、第１領域及び第２領域を含み、前記第１領域及び前記第２領域は前記第１軸の方向に延在し、前記第２領域は前記第１領域を囲み、前記半導体ポストの前記第１半導体層は、前記第１領域内の第１部分と前記第２領域内の第２部分とを含み、前記第１半導体層は、前記第１半導体層の前記第２部分におけるアルミニウム濃度が前記第１半導体層の前記第１部分におけるアルミニウム濃度より大きいアルミニウム濃度の面内分布を有する。
【０００７】
本発明の一側面に係る垂直共振型面発光レーザは、電流狭窄構造及び活性層を含み基板の主面上に設けられたポスト構造を備え、前記ポスト構造は、前記基板の前記主面に交差する第１軸の方向に延在する第１領域と、前記第１領域を囲む第２領域とを含み、前記電流狭窄構造は、前記第１領域に設けられた電流アパーチャーと前記第２領域に設けられた酸化物障壁とを含み、前記電流アパーチャー及び前記酸化物障壁は、前記第１軸に交差する基準面に沿って配列されており、前記ポスト構造は、前記電流狭窄構造の上側に設けられた第１化合物半導体層と、前記電流狭窄構造の下側に設けられた第２化合物半導体層とを含み、前記第１化合物半導体層は、前記第１領域内の第１部分と、前記第２領域内の第２部分とを含み、前記第１化合物半導体層の前記第２部分のＡｌ組成は、前記第１化合物半導体層の前記第１部分のＡｌ組成より大きい。
【０００８】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、Ａｌイオンの注入を用いて狭窄構造を形成する垂直共振型面発光レーザを作製する方法が提供される。本発明の別の側面によれば、ポスト構造内のＡｌ組成の違いを利用した電流狭窄構造を有する垂直共振型面発光レーザが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。
【図３】図３は、実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。
【図４】図４は、実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。
【図５】図５は、半導体積層を模式的に示す図である。
【図６】図６は、第１半導体層の酸化速度を模式的に示す図である。
【図７】図７は、実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。
【図８】図８は、実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。
【図９】図９は、実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、実施例に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
引き続き、いくつかの具体例を説明する。
【００１２】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法は、（ａ）基板の主面上に設けられ面発光半導体レーザのための半導体積層を備えるエピタキシャル基板を準備する工程と、（ｂ）前記エピタキシャル基板を準備した後に、前記基板の前記主面の第１エリアを覆うと共に前記基板の前記主面の第２エリア上に開口を有するパターンのマスクを形成する工程と、（ｃ）前記マスクを用いて、イオン注入を行う工程と、（ｄ）前記半導体積層をエッチングして、ＩＩＩ族元素としてアルミニウムを含むと共にＶ族元素を含むＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の第１半導体層、及び活性層を含む半導体ポストを前記基板上に形成する工程と、（ｅ）前記イオン注入を行った後に、酸化雰囲気中において前記半導体ポストの前記第１半導体層の一部を酸化して、前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の電流アパーチャーと酸化物障壁とを含むポスト構造を前記半導体ポストから形成する工程と、を備え、前記イオン注入のイオン種は、アルミニウムイオンを含み、前記第１半導体層及び前記活性層は、前記半導体ポストにおいて前記基板の前記主面に交差する第１軸の方向に配置されており、前記イオン注入を行った後において、前記半導体ポストは、第１領域及び第２領域を含み、前記第１領域及び前記第２領域は前記第１軸の方向に延在し、前記第２領域は前記第１領域を囲み、前記半導体ポストの前記第１半導体層は、前記第１領域内の第１部分と前記第２領域内の第２部分とを含み、前記第１半導体層は、前記第１半導体層の前記第２部分におけるアルミニウム濃度が前記第１半導体層の前記第１部分におけるアルミニウム濃度より大きいアルミニウム濃度の面内分布を有する。
【００１３】
面発光半導体レーザを作製する方法によれば、イオン注入によって導入されたアルミニウム原子は、活性化処理により、半導体層にＩＩＩ族元素として取り込まれる。半導体ポストは、第２部分におけるアルミニウム濃度が第１部分におけるアルミニウム濃度より大きくなるＡｌ濃度の面内プロファイルを有する第１半導体層を含む。半導体ポストでは、酸素剤雰囲気中において半導体ポストの第１半導体層の第２部分を酸化することが容易になる。酸化により、半導体ポストからポスト構造が形成される。ポスト構造は、ポスト構造の側面から内側に延在する酸化物障壁と、酸化物障壁の内側に残されるＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の電流アパーチャーとを備える。小さいアルミニウム濃度の第１部分を含む電流アパーチャーには、大きなアルミニウム濃度の第２部分より低い電気抵抗率を提供できる。
【００１４】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法では、前記イオン注入を行う前において、前記第１半導体層はＡｌＧａＡｓ膜を含み、前記第１半導体層の前記第２部分の前記ＡｌＧａＡｓ膜におけるアルミニウム濃度は０．９６以下であり、前記第１半導体層の前記第１部分の前記ＡｌＧａＡｓ膜におけるアルミニウム濃度は０．９７以上である。
【００１５】
面発光半導体レーザを作製する方法によれば、イオン注入により、第１部分のＡｌＧａＡｓにおけるアルミニウム濃度と第２部分のＡｌＧａＡｓにおけるアルミニウム濃度との差を生成する。アルミニウム濃度０．９７以上のＡｌＧａＡｓは、酸化剤の雰囲気において容易に酸化される。
【００１６】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法では、前記半導体ポストは、前記第１半導体層の上面に設けられた第１化合物半導体層を含み、前記半導体ポストの前記第１化合物半導体層は、前記第１領域内の第１部分と前記第２領域内の第２部分とを含み、前記第１化合物半導体層は、前記第１化合物半導体層の前記第２部分におけるアルミニウム濃度が前記第１化合物半導体層の前記第１部分におけるアルミニウム濃度より大きいアルミニウム濃度の面内分布を有する。
【００１７】
面発光半導体レーザを作製する方法によれば、イオン注入により、第１化合物半導体層の第１部分におけるアルミニウム濃度と第２部分におけるアルミニウム濃度との差を生成できる。第１化合物半導体層におけるアルミニウム濃度の面内分布は、低いアルミニウム濃度の第１部分にキャリアを案内できる。
【００１８】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法では、前記半導体ポストは、前記第１半導体層の下面に設けられた第２化合物半導体層を含み、前記半導体ポストの前記第２化合物半導体層は、前記第１領域内の第１部分と前記第２領域内の第２部分とを含み、前記第２化合物半導体層は、前記第２化合物半導体層の前記第２部分におけるアルミニウム濃度が前記第２化合物半導体層の前記第１部分におけるアルミニウム濃度より大きいアルミニウム濃度の面内分布を有する。
【００１９】
面発光半導体レーザを作製する方法によれば、イオン注入により、第２化合物半導体層の第１部分におけるアルミニウム濃度と第２部分におけるアルミニウム濃度との差を生成できる。第２化合物半導体層におけるアルミニウム濃度の面内分布は、電流アパーチャーから活性層に至る半導体領域においてキャリアが広がることを低減できる。
【００２０】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザは、狭窄構造及び活性層を含み基板の主面上に設けられたポスト構造を備え、前記ポスト構造は、前記基板の前記主面に交差する第１軸の方向に延在する第１領域と、前記第１領域を囲む第２領域とを含み、前記狭窄構造は、前記第１領域に設けられた電流アパーチャーと前記第２領域に設けられた酸化物障壁とを含み、前記電流アパーチャー及び前記酸化物障壁は、前記第１軸に交差する基準面に沿って配列されており、前記ポスト構造は、前記電流狭窄構造の上側に設けられた第１化合物半導体層と、前記電流狭窄構造の下側に設けられた第２化合物半導体層とを含み、前記第１化合物半導体層は、前記第１領域内の第１部分と、前記第２領域内の第２部分とを含み、前記第１化合物半導体層の前記第２部分のＡｌ組成は、前記第１化合物半導体層の前記第１部分のＡｌ組成より大きい。
【００２１】
この垂直共振型面発光レーザによれば、ポスト構造の狭窄構造は、第１領域の電流アパーチャーと第２領域の酸化物障壁とを含む。ポスト構造は、電流狭窄構造の上側に第１化合物半導体層を有し、第１化合物半導体層の第２部分のＡｌ組成は、第１部分のＡｌ組成より大きい。第１化合物半導体層の第２部分の大きなＡｌ組成は、当該第２部分に大きなバンドギャップによる高い電気抵抗率を提供する。第２部分の高い電気抵抗率は、第１化合物半導体層において第１部分の電流アパーチャーにキャリアを案内できる。
【００２２】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザでは、前記電流アパーチャーは、ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ａｓを含み、当該ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１ＡｓのＡｌ組成Ｘ１は、０．９６以下である。
【００２３】
この垂直共振型面発光レーザによれば、電流アパーチャーは低いＡｌ組成の半導体を備えることができる。
【００２４】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザでは、前記第２化合物半導体層は、前記第１領域内の第１部分と、前記第２領域内の第２部分とを含み、前記第２化合物半導体層の前記第２部分のＡｌ組成は、前記第２化合物半導体層の前記第１部分のＡｌ組成より大きい。
【００２５】
この垂直共振型面発光レーザによれば、ポスト構造は、電流狭窄構造の下側に第２化合物半導体層を有する。第２化合物半導体層の第２部分のＡｌ組成は、第１部分のＡｌ組成より大きい。第２化合物半導体層の第２部分における大きなＡｌ組成は、当該第２部分に、大きなバンドギャップによる高い電気抵抗率を提供する。第２部分の高い電気抵抗率は、第２化合物半導体層において、電流アパーチャーに案内されたキャリアは、第１部分を通って活性層に導かれる。
【００２６】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザでは、前記活性層は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸構造を含む。
【００２７】
この垂直共振型面発光レーザによれば、Ａｌ系化合物半導体の量子井戸構造を活性層に有することがよい。
【００２８】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、垂直共振型面発光レーザを作製する方法及び垂直共振型面発光レーザに係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２９】
図１〜図８を参照しながら、垂直共振型の面発光レーザを作製する方法を説明する。図１〜図４及び図６〜図８の各々は、実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。これらの図面には、直交座標系Ｓ１が示されており、直交座標系Ｓ１のＺ軸は基板主面の向きを示し、直交座標系Ｓ１のＸ軸及びＹ軸により規定される平面は、基板主面に平行である。
【００３０】
工程Ｓ１０１では、基板１１を準備すると共に、基板１１の主面１１ａ上に設けられ面発光半導体レーザのための半導体積層ＳＬを備えるエピタキシャル基板ＥＰを準備する。本実施例におけるエピタキシャル基板ＥＰを準備するために、エピタキシャル基板ＥＰを作製する。具体的には、図１の（ａ）部に示されるように、基板１１上に半導体積層ＳＬを成長する。半導体積層ＳＬは、下部分布ブラッグ反射構造のための下部半導体積層１３、及び上部ブラッグ反射構造のための上部半導体積層１７を含む。本実施例では、上部半導体積層１７は、電流狭窄構造のための第１半導体層１９を含む。半導体積層ＳＬは、活性層のための第２半導体層１５を更に含み、第２半導体層１５は、下部半導体積層１３と上部半導体積層１７との間に設けられる。第２半導体層１５は、発光のための量子井戸構造（例えばＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸構造）を有することができる。
【００３１】
下部半導体積層１３は、分布ブラッグ反射を可能にする２つの半導体層（１３ａ、１３ｂ）の交互配置を含むことができる。具体的には、下部半導体積層１３は、導電性の第１下部半導体積層２１ａ及びアンドープの第２下部半導体積層２１ｂを含み、第１下部半導体積層２１ａは、下部コンタクト層のためのＩＩＩ−Ｖ族半導体層２１ｃ、ＩＩＩ−Ｖ族半導体層２１ｃの上面に接触を成す導電性積層２１ｄ、及びＩＩＩ−Ｖ族半導体層２１ｃの下面に接触を成す導電性積層２１ｅを備える。
【００３２】
上部半導体積層１７は、分布ブラッグ反射を可能にする２つの半導体層（１７ａ、１７ｂ）の交互配置を含むことができ、また本実施例では、電流狭窄構造のための第１半導体層１９を含む。半導体積層ＳＬは、上部半導体積層１７上に設けられる上部コンタクト層のためのＩＩＩ−Ｖ族半導体層２３を含む。
【００３３】
下部半導体積層１３、第２半導体層１５、上部半導体積層１７、及びＩＩＩ−Ｖ族半導体層２３は、基板１１の主面１１ａ上に順に成長されて、半導体積層ＳＬを形成する。この成長は、例えば有機金属気相成長法、又は分子線エピタキシー法により行われることができる。
【００３４】
基板１１は、例えば半導体基板であることができ、具体的には、ＧａＡｓウエハである。半導体積層ＳＬは、下部半導体積層１３と第２半導体層１５との間に設けられた第１ＳＣＨ層２５と、上部半導体積層１７と第２半導体層１５との間に設けられた第２ＳＣＨ層２７とを備えることができる。
半導体積層ＳＬの例。
基板１１：（１００）面のＧａＡｓ半導体ウエハ。
下部半導体積層１３。
ｉ型ＧａＡｓ／ｉ型ＡｌＧａＡｓ超格子（２１ｂ）。
積層数：２０〜４０。
ｉ型ＧａＡｓ：厚さ４０〜９０ｎｍ。
ｉ型ＡｌＧａＡｓ：厚さ４０〜９０ｎｍ。
超格子構造の厚さ：１６００〜５２００ｎｍ。
ｉ型ＧａＡｓ／ｉ型ＡｌＧａＡｓ超格子。
ＩＩＩ−Ｖ族半導体層２１ｃ（下部コンタクト層）：ｎ型ＧａＡｓ、厚さ１００〜８００ｎｍ。
ｎ型ＧａＡｓ／ｎ型ＡｌＧａＡｓ超格子（２１ａ）。
積層数：５〜３０。
ｎ型ＧａＡｓ：厚さ４０〜９０ｎｍ。
ｎ型ＡｌＧａＡｓ：厚さ４０〜９０ｎｍ。
超格子構造の厚さ：４００〜５４００ｎｍ。
第２半導体層１５（活性層）：ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸構造。またはＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸構造、ＡｌＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸構造。
量子井戸構造の厚さ：１０〜８０ｎｍ。
第１ＳＣＨ層２５：ＡｌＧａＡｓ、厚さ５〜２０ｎｍ。
第２ＳＣＨ層２７：ＡｌＧａＡｓ、厚さ５〜２０ｎｍ。
上部半導体積層１７。
ｐ型ＧａＡｓ／ｐ型ＡｌＧａＡｓ超格子。
積層数：５〜３０。
ｐ型ＧａＡｓ：厚さ４０〜９０ｎｍ。
ｐ型ＡｌＧａＡｓ：厚さ４０〜９０ｎｍ。
超格子構造の厚さ：４００〜５４００ｎｍ。
第１半導体層１９（電流狭窄構造）ＡｌＧａＡｓ、厚さ１０〜５０ｎｍ、Ａｌ組成０．９〜０．９６。
ＩＩＩ−Ｖ族半導体層２３（上部コンタクト層）：ｐ型ＧａＡｓ又はｐ型ＡｌＧａＡｓ、厚さ１００〜３００ｎｍ。
【００３５】
工程Ｓ１０２では、エピタキシャル基板ＥＰを準備した後に、図１の（ｂ）部に示されるように、Ａｌイオン注入のための第１マスクＭ１を半導体積層ＳＬの主面ＳＦ上に形成する。第１マスクＭ１は、例えばＳｉＮ又はＳｉＯ２といったシリコン系無機絶縁膜を含む。第１マスクＭ１は、例えば厚さ２０〜２０００ｎｍ（イオンの注入深さの約２倍の厚さ）の範囲であることができる。第１マスクＭ１は、Ａｌイオンを注入しないエリア（半導体積層ＳＬの主面ＳＦ上の第１エリア）を覆うと共に、イオン注入によりＡｌイオンを注入したいエリア（半導体積層ＳＬの主面ＳＦ上の第２エリア）に開口を有する。第１マスクＭ１は、フォトリソグラフィ及びエッチングにより形成される。第１マスクＭ１は、半導体積層ＳＬの主面ＳＦの第１エリアＡ１上にカバー部分ＰＴ１を有すると共に、半導体積層ＳＬの主面ＳＦの第２エリアＡ２上に開口ＮＭ１を有する。図１の（ｂ）部は、一素子区画における断面を示しており、第１マスクＭ１は、開口ＭＮ１に囲まれたカバー部分ＰＴ１の配列を有する。カバー部分ＰＴ１は、例えば円形状を有する。
【００３６】
工程Ｓ１０３では、図２の（ａ）部に示されるように、第１マスクＭ１を用いて、基板１１にイオン注入を行う。本実施例では、イオン注入において、Ａｌイオンが半導体積層ＳＬの第２エリアＡ２に注入されると共に、半導体積層ＳＬの第１エリアＡ１にはＡｌイオンが注入されない。矢印ＩＰＬは、注入されるＡｌイオンを表す。
Ａｌイオンの加速エネルギーＥ及び半導体積層ＳＬの主面ＳＦからのＡｌイオンの到達距離Ｒｐ（Ｒｐ：平均投影距離）の例。
イオン種：Ａｌ２＋（二価のアルミニウムイオン）及び／又はＡｌ３＋（三価のアルミニウムイオン）。
イオンの加速エネルギー：１０〜９００ｋｅＶ。
イオンのドーズ量：１×１０１４〜７．５×１０１６ｃｍ−２。
イオンの到達距離Ｒｐ：０．０１〜０．９３マイクロメートル。
発明者の見積もり（具体例のイオン注入条件）。
三価のアルミニウムイオンを加速エネルギー３００ｋｅＶ（一価のアルミニウムイオンを加速エネルギー９００ｋｅＶに換算される）でＩＩＩ−Ｖ化合物半導体に注入すると、Ｒｐは９３０ｎｍ程度。
Ｒｐは、一価のアルミニウムイオンを加速エネルギーに換算して、１０ｎｍ／ｋｅＶ程度である。エピ成長される第１半導体層１９のＡｌＧａＡｓおけるＡｌ組成は、０．９〜０．９６の範囲にあることがよい。イオン注入及び活性化処理されたＡｌＧａＡｓおけるＡｌ組成は、０．９７以上１．０未満の範囲にあることがよい。イオン注入によるＡｌ濃度の増分は、Ａｌ組成に換算して０．０１以上であることがよく、０．０３以上であることが良い。イオン注入されるＡｌの分布範囲が１マイクロメートルであるとすると、Ａｌ原子の増分３．３×１０２０ｃｍ−３を可能にするドーズ量は、粗い近似において３．３×１０２０ｃｍ−３ｘ１０−４ｃｍとして見積もられる。
【００３７】
Ａｌイオンの注入後に、必要な場合に、半導体積層ＳＬに対してアニール処理を行う。この活性化処理は、熱アニール処理又はレーザ照射アニール処理であることができる。活性化処理により、注入されたＡｌ原子は、化合物半導体の結晶格子に取り込まれて、化合物半導体におけるＡｌ組成として表される。
レーザ照射アニール処理を行うために、レーザ装置によって半導体積層ＳＬにレーザ光を照射する。
レーザ照射アニール処理の例。
レーザ装置の種類：Ｒｕｂｙレーザ。
レーザ光の照射エネルギー：０．１５〜０．３５Ｊ／ｃｍ２である。
レーザ照射アニール処理を行うために、アニール装置を用いて半導体積層ＳＬを加熱する。
熱アニール処理の例。
加熱装置の種類：活性化アニール炉。
加熱温度：摂氏５５０〜７００度。
【００３８】
図２の（ｂ）部は、イオン注入により注入されたＡｌ原子（エピタキシャル層のＡｌ組成を含まない）の濃度プロファイルを示す図面である。本実施例では、電流狭窄構造のための第１半導体層１９においてＡｌ濃度の増分が最大になるように、Ａｌイオンの加速エネルギー及びイオン注入の回数を調整している。
【００３９】
図２の（ｃ）部は、イオン注入により注入されたＡｌ原子の濃度プロファイルを示す図面である。イオン注入により、例えば第１半導体層１９は、面内（Ｘ軸及びＹ軸により規定される平面に平行な面）においてＡｌ組成の分布を有する。
【００４０】
（実施例）
半導体積層ＳＬの主面ＳＦから第１半導体層１９までの距離Ｌ１：０．６６マイクロメートル。
Ａｌイオンの加速エネルギー：６６０ｋｅＶ。
ＲｐにおけるＡｌ濃度の増分：３．３×１０２０ｃｍ−３。
エピ成長された第１半導体層１９：Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ。
イオン注入された第１半導体層１９：Ａｌ０．９３Ｇａ０．０７Ａｓ。
イオン注入が完了した後に、第１マスクＭ１を除去する。
【００４１】
工程Ｓ１０４では、図３の（ａ）部に示されるように、Ａｌイオン注入（必要な場合には、アニール処理）の後に、半導体積層ＳＬの主面ＳＦ上に第２マスクＭ２を形成する。第２マスクＭ２は、半導体ポストを規定するためのパターンを有する。半導体ポストを形成すべきエリア（半導体積層ＳＬの主面ＳＦ上の第３エリアＡ３）を覆うと共に、半導体ポストを形成するためにエピ層を除くべきエリア（半導体積層ＳＬの主面ＳＦ上の第４エリアＡ４）に開口を有する。第２マスクＭ２は、フォトリソグラフィ及びエッチングにより形成される。第２マスクＭ２は、半導体積層ＳＬの主面ＳＦの第３エリアＡ３上にカバー部分ＰＴ２を有すると共に、半導体積層ＳＬの主面ＳＦの第４エリアＡ４上に開口ＮＭ２を有する。図３の（ａ）部は、一素子区画における断面を示しており、第２マスクＭ２は、開口ＭＮ２に囲まれたカバー部分ＰＴ２の配列を有する。カバー部分ＰＴ２は、例えば円形状を有する。カバー部分ＰＴ２は第１マスクＭ１のカバー部分ＰＴ１より大きく、カバー部分ＰＴ２の縁はカバー部分ＰＴ１の縁の外側に位置する。カバー部分ＰＴ２は第１エリアＡ１を覆い、また第１エリアＡ１に周囲の第２エリアＡ２も覆う。
【００４２】
工程Ｓ１０５では、図３の（ｂ）部に示されるように、第２マスクＭ２を用いて半導体積層ＳＬをエッチングして、半導体ポストＰＳを基板１１の主面１１ａ上に形成する。エッチングは、下部半導体積層１３内のＩＩＩ−Ｖ族半導体層２１ｃ（下部コンタクト層）に到達する深さで行われる。エッチングには、ドライエッチング法及び／又はウェットエッチング法を用いることができる。ドライエッチング法では、例えば、ヨウ化水素又は塩化シリコンガスをエッチャントとして用い、ウェットエッチング法では、例えば、リン酸及び過酸化水素水を含む水溶液をエッチャントとして用いる。半導体ポストＰＳの形成後に、第２マスクＭ２を除去して、半導体生産物ＳＰ１が得られる。
【００４３】
半導体ポストＰＳを形成した後に、基板１１の主面１１ａの第４エリアＡ４には、第１下部分布ブラッグ反射半導体積層３１ａ、第２下部分布ブラッグ反射半導体積層３１ｂ、及び下部コンタクト層３１ｃの下部が設けられる。基板１１の主面１１ａの第３エリア上には、半導体ポストＰＳが設けられ、半導体ポストＰＳは、下部コンタクト層３１ｃの上部、第３下部分布ブラッグ反射半導体積層３１ｄ、活性層３３、第２上部分布ブラッグ反射半導体積層３７ｂ、電流狭窄構造のための第１半導体層１９、第１上部分布ブラッグ反射半導体積層３７ａ及び上部コンタクト層３９を含み、これらの層は、基板１１の主面１１ａ上に設けられる。
【００４４】
半導体生産物ＳＰ１の例。
第１下部分布ブラッグ反射半導体積層３１ａ：ｉ型ＧａＡｓ／ｉ型ＡｌＧａＡｓ超格子。
第２下部分布ブラッグ反射半導体積層３１ｂ：ｎ型ＧａＡｓ／ｎ型ＡｌＧａＡｓ超格子。
下部コンタクト層３１ｃ：ｎ型ＧａＡｓ。
半導体ポストＰＳ。
半導体ポストＰＳの例。
第３下部分布ブラッグ反射半導体積層３１ｄ：ｎ型ＧａＡｓ／ｎ型ＡｌＧａＡｓ超格子。
第１ＳＣＨ層３５ａ：ＡｌＧａＡｓ。
活性層３３：ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸構造。
第２ＳＣＨ層３５ｂ：ＡｌＧａＡｓ。
第１上部分布ブラッグ反射半導体積層３７ａ：ｐ型ＧａＡｓ／ｐ型ＡｌＧａＡｓ超格子。
電流狭窄構造のための第１半導体層１９：ＡｌＧａＡｓ。
第２上部分布ブラッグ反射半導体積層３７ｂ：ｐ型ＧａＡｓ／ｐ型ＡｌＧａＡｓ超格子。
上部コンタクト層３９：ｐ型ＧａＡｓ。
【００４５】
図３の（ｂ）部を参照すると、半導体ポストＰＳは、第３エリアＡ３上に設けられている。第１エリアＡ１には、Ａｌのイオン注入が行われておらず、第２エリアＡ２には、Ａｌのイオン注入が行われた。半導体ポストＰＳは、エピ成長膜と実質的に同じＡｌ組成（Ａｌ組成ゼロを含む）を有する第１領域Ｅ１と、イオン注入によりＡｌ濃度を増加させた第２領域Ｅ２とを含む。第２領域Ｅ２は、第１領域Ｅ１を囲むように設けられる。
【００４６】
図４の（ａ）部は、半導体ポストＰＳを含む半導体積層ＳＬを示す。図４の（ｂ）部は、イオン注入された半導体ポスト内の第１半導体層１９のＡｌ組成を第１軸Ａｘ１に交差する平面内において示し、比較のために、図４の（ｃ）部は、第１軸Ａｘ１に交差する平面内における半導体層（イオン注入無しの半導体ポスト内の第１半導体層）のＡｌ組成を示す。活性化処理により半導体の結晶格子に取り込まれたＡｌ原子は、半導体のＡｌ組成の増加に寄与する。活性化処理は、イオン注入によるＡｌプロファイルを大きく変更しない。符合「ＤＬ」は、イオン注入されていない半導体におけるＡｌ組成のレベルを表す。図４の（ｄ）部は、第１エリアＡ１の第１半導体層１９におけるＡｌ組成を第１軸Ａｘ１の方向に関して示し、図４の（ｅ）部は、第２エリアＡ２の第１半導体層１９内におけるＡｌ組成を第１半導体層１９において示す。
【００４７】
図１の（ｂ）部に示される工程における半導体積層ＳＬの主面ＳＦの第１エリアＡ１を覆う第１マスクＭ１を用いたイオン注入によれば、第１軸Ａｘ１に交差する方向では、図２の（ｂ）部及び（ｃ）部に示されるように、イオン注入後に、第１エリアＡ１の第１半導体層１９（第１半導体層１９の第１部分）におけるＡｌ組成は変化しない。一方、半導体積層ＳＬの主面ＳＦの第２エリアＡ２上に開口ＮＭを有する第１マスクＭ１を用いたイオン注入によれば、第１軸Ａｘ１に交差する方向において、図２の（ｂ）部及び（ｃ）部に示されるように、イオン注入後、第２エリアＡ２の第１半導体層１９（第１半導体層１９の第２部分）のＡｌ組成を増大させることができる。
【００４８】
半導体ポストの第２領域Ｅ２の半導体積層におけるＡｌ組成は、Ａｌイオンの注入により、半導体ポストの第１領域Ｅ１の半導体積層におけるＡｌ組成より大きい。半導体積層ＳＬにおけるＡｌ組成の増分は、第１軸Ａｘ１の方向に関して、図２の（ｂ）部及び（ｃ）部に示される分布関数により表される。
【００４９】
第１半導体層１９は、それぞれ、第１領域Ｅ１の第１部分１９ａ及び第２領域Ｅ２の第２部分１９ｂを含む。第１領域Ｅ１において、第１半導体層１９の第１部分１９ａは、ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ａｓを含むことができて、ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１ＡｓのＡｌ組成Ｘ１は、０．９７未満であることができる。一例では、Ａｌ組成Ｘ１は、エピ成長膜と同じ０．９０以上０．９６以下である。第２領域Ｅ２において、第１半導体層１９の第２部分１９ｂは、ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ａｓを含み、ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２ＡｓのＡｌ組成Ｘ２は、０．９７以上であることができる。一例では、Ａｌ組成Ｘ２は、０．９７以上１．０未満である。第２領域Ｅ２（Ａｌイオンを注入された領域）の第１半導体層１９におけるＡｌ組成Ｘ２は、第１領域Ｅ１（Ａｌイオンを注入されていない領域）の第１半導体層１９におけるＡｌ組成Ｘ１より大きい。
【００５０】
工程Ｓ１０６では、図５の（ａ）部に示されるように、イオン注入を行った後に、酸化雰囲気ＡＴＭＳ中において半導体ポストＳＰの第１半導体層１９の一部を酸化して、ポスト構造ＳＰＴを半導体ポストＰＳから形成する。ポスト構造ＳＰＴは、第１半導体層１９の部分的な酸化によって形成された狭窄構造４７を含む。狭窄構造４７は、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の電流アパーチャー４７ａと酸化物障壁４７ｂとを含む。具体的には、半導体ポストＰＳの形成後に、ポスト構造ＳＰＴを酸化炉１０ａ内において酸素雰囲気下において酸化して、第２領域Ｅ２の第１半導体層１９から酸化物障壁４７ｂを形成する。酸化されない第１領域Ｅ１の第１半導体層１９は、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体のまま残り、電流アパーチャー４７ａを形成する。酸化物障壁４７ｂは、例えばＩＩＩ族（Ｇａ、Ａｌ）酸化物を含む。酸化後においても、ａｔｏｍ  ｐｒｏｂｅを用いて、電流アパーチャー４７ａ及び酸化物障壁４７ｂにおける局所的なＡｌ濃度は測定できる。この測定結果から、酸化前のＡｌ組成を見積もることができる。
【００５１】
図５の（ａ）部を参照すると、酸化狭窄構造を有するポスト構造ＳＰＴが形成される。図５の（ｂ）部は、図５の（ａ）部のＶｂ−Ｖｂ線に沿った取られた断面を示す図面である。
【００５２】
図６を参照しながら、半導体ポストＰＳにおける第１半導体層１９のＡｌＧａＡｓ半導体の酸化を説明する。図６の（ａ）部は、図５の（ａ）部のＶｂ−Ｖｂ線に沿ってとられた断面を示す図面である。図６の（ａ）部において、破線ＡＰＴは、半導体ポストＰＳにおける第１半導体層１９の第１部分１９ａと第２部分１９ｂとの境界を示す。第１部分１９ａは、例えばＡｌ０．９４Ｇａ０．０６Ａｓからなり、第２部分１９ｂは、例えばＡｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓからなる。半導体ポストの直径は、例えば４０マイクロメートルであって、第１部分１９ａの直径は、例えば８マイクロメートルである、図６の（ｂ）部は、このような第１半導体層１９の酸化速度を模式的に示す図面ある。例えば、０．９７（Ａｌ組成）のＡｌＧａＡｓの酸化レートは、Ａｌ組成０．９４のＡｌＧａＡｓに比べて７２％の増加を示す。図６の（ｃ）部は、（Ａｌイオンを注入していない）エピ成長したままのＡｌ０．９４Ｇａ０．０６Ａｓの酸化速度を示す図である。酸化レートの差は、第１マスクＭ１のパターンにより半導体ポストの形状を規定する製造工程では、酸化工程における電流アパーチャーサイズの精度向上に寄与する。
【００５３】
Ａｌイオンを注入した第２領域Ｅ２の第１半導体層１９では、ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２ＡｓのＡｌ組成Ｘ２は、例えば０．９７以上１．０未満であり、より具体的には０．９７であることができる。図６の（ｂ）部に示されるように、第２領域Ｅ２の第１半導体層１９における酸化速度は、第１領域Ｅ１の第１半導体層１９における酸化速度よりも大きい。Ａｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓの酸化速度は、Ａｌ０．９４Ｇａ０．０６Ａｓの酸化速度に比べて、１．７倍である。第１領域Ｅ１の酸化速度が第２領域Ｅ２の酸化速度より小さいことは、半導体ポストＰＳの酸化によって電流アパーチャー４７ａを形成する際に、酸化時間により電流アパーチャー４７ａのサイズの調整を行うことを容易にする。
【００５４】
Ａｌイオンを注入していない第１領域Ｅ１の第１半導体層１９では、ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１ＡｓのＡｌ組成Ｘ１は、例えば０．９０以上０．９６以下であり、より具体的には０．９４であることができる。単位時間に酸化される半導体層の体積が一定である点で、実施形態と同じ径を有する半導体ポストの第２領域Ｅ２に対応する外側のＡｌ０．９４Ｇａ０．０６Ａｓの酸化速度に比べて、Ａｌ０．９４Ｇａ０．０６Ａｓの酸化速度は、図６の（ｃ）部に示されるように、半導体ポストＰＳの中心に向かうにつれてわずかに増加する。しかしながら、第１領域Ｅ１に対応するような内側のＡｌ０．９４Ｇａ０．０６Ａｓの酸化速度に比べて実質的に同じである。
【００５５】
なお、図６の（ｂ）部及び（ｃ）部における酸化速度を利用して、第１半導体層１９の第１軸Ａｘ１に交差する方向に関して第１半導体層１９に含まれる結晶の方位による酸化速度の違いを考慮することができる。具体的には、実施形態に係るＡｌイオン注入を利用する方法によれば、基板１１の面方位の変更及び／又は電流アパーチャー４７ａの形状の変更に係る要求に対して、第１マスクＭ１の形状を変更することにより電流アパーチャー４７ａを所望のサイズに近づけることができる。
【００５６】
本実施形態の作製方法の説明に戻る。工程Ｓ１０７では、半導体ポストを酸化した後に、図７の（ａ）部に示されるように、ポスト構造ＳＰＴの上面及び側面並びに下部コンタクト層３１ｃの表面を覆う保護膜４１を形成する。保護膜４１は、ＳｉＮ又はＳｉＯ２といったシリコン系無機絶縁膜を含み、プラズマＣＶＤ法といった成膜方法で形成される。
【００５７】
工程Ｓ１０８では、図７の（ｂ）部に示されるように、第３マスクＭ３を保護膜４１上に形成する。第３マスクＭ３は、例えばレジストを含み、ポスト構造ＰＳＴの上面に位置する開口Ｍ３Ａ、及び下部コンタクト層３１ｃ上に位置する開口Ｍ３Ｂを有する。第３マスクＭ３を用いて、保護膜４１をエッチングする。
【００５８】
工程Ｓ１０９では、図８の（ａ）部に示されるように、このエッチングの後に、第３マスクＭ３を除去する。開口Ｍ３Ａは、ポスト構造ＰＳＴの第２領域Ｅ２の上部コンタクト層３９上に位置する。第２領域Ｅ２の上部コンタクト層３９には、Ａｌイオンがほとんど注入されていない。引き続く工程で形成される上部電極は、上部コンタクト層３９に良好なオーミック接触を成す。開口Ｍ３Ｂは、下部コンタクト層３１ｃ上に位置する。第２領域Ｅ２の下部コンタクト層３１ｃには、Ａｌイオンがほとんど注入されていない。引き続く工程で形成される下部電極は、下部コンタクト層３１ｃに良好なオーミック接触を成す。
【００５９】
工程Ｓ１１０では、図８の（ｂ）部に示されるように、保護膜４１の開口Ｍ３Ａ及び開口Ｍ３Ｂ上にそれぞれを第１電極４３及び第２電極４５を形成する。第１電極４３及び第２電極４５は、例えば以下のように形成される。開口Ｍ３Ａ及び開口Ｍ３Ｂを有する保護膜４１上にリフトオフマスクを形成する。リフトオフマスクは、第１電極４３及び第２電極４５のためのパターンを有しており、具体的には、ポスト構造ＰＳＴの上部コンタクト層３９上の開口Ｍ３Ａに位置すると共に第１電極４３の形状を規定する開口と、下部コンタクト層３１ｃ上の開口Ｍ３Ｂに位置すると共に第２電極４５の形状を規定する開口とを有する。リフトオフマスク上及び基板上に、第１電極４３及び第２電極４５のための金属を堆積する。第１電極４３及び第２電極４５の堆積は、例えば蒸着により行われる。金属膜のリフトオフを行って、基板生産物ＳＰ２を形成する。第１電極４３及び第２電極４５は、例えばＡｕＧｅＮｉを含む。
【００６０】
基板生産物ＳＰ２のダイシングを行って、垂直共振型面発光レーザのチップを形成する。上記の製造方法では、イオン注入を行う工程の後に、半導体ポストを形成するエッチングを行う。必要な場合には、半導体ポストを形成するエッチングを行う工程の後であって酸化工程の前に、イオン注入を行うことができる。
【００６１】
面発光半導体レーザを作製する方法によれば、イオン注入によって導入されたアルミニウム原子は、活性化処理により、半導体層にＩＩＩ族元素として取り込まれる。半導体ポストＰＳは、第１半導体層１９を含み、第１半導体層１９は、第２部分１９ｂにおけるアルミニウム濃度が第１部分１９ａにおけるアルミニウム濃度より大きくなるＡｌ濃度の面内プロファイルを有する。半導体ポストＰＳでは、酸素雰囲気中において半導体ポストＰＳの第１半導体層１９の第２部分１９ｂを酸化することが容易になる。酸化により、半導体ポストＰＳからポスト構造ＳＰＴが形成される。ポスト構造ＰＳＴは、ポスト構造ＰＳＴの側面から内側に延在する酸化物障壁（４７ｂ）と、酸化物障壁（４７ｂ）の内側に残されるＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の電流アパーチャー４７ａとを備える。相対的に小さいアルミニウム濃度の第１部分１９ａを含む電流アパーチャー４７ａには、相対的に大きなアルミニウム濃度の第２部分１９ｂより低い電気抵抗率を提供できる。
【００６２】
酸素雰囲気下における半導体ポストＰＳの酸化によって、第２領域Ｅ２の第１半導体層１９から酸化物障壁（４７ｂ）が形成される。第１半導体層１９の上側及び下側の半導体積層内では、第２領域Ｅ２の大きなＡｌ組成が大きなバンドギャップを生成し、大きなバンドギャップは、第２領域Ｅ２の半導体積層ＳＬに高い電気抵抗率を提供する。
【００６３】
半導体ポストＰＳ及びポスト構造ＳＴＰは、第１半導体層１９の上面上に、或いは上面に接触を成して設けられた第１化合物半導体層４９を含む。第１化合物半導体層４９は、第１領域Ｅ１内の第１部分４９ａと第２領域Ｅ２内の第２部分４９ｂとを含む。第１化合物半導体層４９は、第１化合物半導体層４９の第２部分４９ｂにおけるアルミニウム濃度が第１化合物半導体層４９の第１部分４９ａにおけるアルミニウム濃度より大きいアルミニウム濃度の面内分布を有する。
【００６４】
面発光半導体レーザを作製する方法によれば、イオン注入により、第１化合物半導体層４９の第１部分４９ａにおけるアルミニウム濃度と第２部分４９ｂにおけるアルミニウム濃度との差を生成できる。第１化合物半導体層４９におけるアルミニウム濃度の面内分布は、低いアルミニウム濃度の第１部分４９ａにキャリアを案内できる。
【００６５】
半導体ポストＰＳ及びポスト構造ＳＴＰは、第１半導体層１９の下面上に、或いは下面に接触を成して設けられた第２化合物半導体層５１を含む。第２化合物半導体層５１は、第１領域Ｅ１内の第１部分５１ａと第２領域Ｅ２内の第２部分５１ｂとを含む。第２化合物半導体層５１は、第２化合物半導体層５１の第２部分５１ｂにおけるアルミニウム濃度が第２化合物半導体層５１の第１部分５１ａにおけるアルミニウム濃度より大きいアルミニウム濃度の面内分布を有する。
【００６６】
面発光半導体レーザを作製する方法によれば、イオン注入により、第２化合物半導体層５１の第１部分５１ａにおけるアルミニウム濃度と第２部分５１ｂにおけるアルミニウム濃度との差を生成できる。第２化合物半導体層５１におけるアルミニウム濃度の面内分布は、低いアルミニウム濃度の第１部分５１ａにキャリアを案内できる。
【００６７】
面発光半導体レーザを作製する方法によれば、イオン注入により、第２化合物半導体層５１の第１部分５１ａにおけるアルミニウム濃度と第２部分５１ｂにおけるアルミニウム濃度との差を生成できる。第２化合物半導体層５１におけるアルミニウム濃度の面内分布は、電流アパーチャー４７ａから活性層３３に至る半導体領域においてキャリアが広がることを低減できる。
【００６８】
図９を参照しながら、実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを説明する。引き続く説明において、可能な場合には、上記の製造方法における参照符合を用いる。
【００６９】
垂直共振型面発光レーザＤＥＶは、狭窄構造４７及び活性層３３を含み基板１１の主面１１ａ上に設けられたポスト構造ＳＴＰを備える。ポスト構造ＳＴＰは、第１領域Ｅ１及び第２領域Ｅ２を含む。第１領域Ｅ１は、基板１１の主面１１ａに交差する第１軸Ａｘ１の方向に延在する。第２領域Ｅ２は第１領域Ｅ１２を囲む。狭窄構造４７は、第１領域Ｅ１に設けられた電流アパーチャー４７ａと第２領域Ｅ２に設けられた酸化物障壁４７ｂとを含む。電流アパーチャー４７ａ及び酸化物障壁４７ｂは、第１軸Ａｘ１に交差する平面に沿って配列される。ポスト構造ＳＴＰは、狭窄構造４７の上面上に設けられ或いは上面に接触を成す第１化合物半導体層４９を含み、図９を参照すると、本実施例では、第１化合物半導体層４９は狭窄構造４７の上面に接触を成している。第１化合物半導体層４９は、第１領域Ｅ１内の第１部分４９ａと、第２領域Ｅ２内の第２部分４９ｂとを含む。第１化合物半導体層４９の第２部分４９ｂのＡｌ組成は、第１化合物半導体層４９の第１部分４９ａのＡｌ組成より大きい。
【００７０】
この垂直共振型面発光レーザＤＥＶによれば、ポスト構造ＳＴＰの狭窄構造４７は、第１領域Ｅ１の電流アパーチャー４７ａと第２領域Ｅ２の酸化物障壁４７ｂとを含む。ポスト構造ＳＴＰは、狭窄構造４７の上面上に第１化合物半導体層４９を有し、第１化合物半導体層４９の第２部分４９ｂのＡｌ組成は、第１部分４９ａのＡｌ組成より大きい。第１化合物半導体層４９の第２部分４９ｂの大きなＡｌ組成は、第２部分４９ｂに大きなバンドギャップによる高い電気抵抗率を提供する。高い電気抵抗率を有する第２部分４９ｂは、第１化合物半導体層４９において第１領域Ｅ１の電流アパーチャー４７ａにキャリアを案内できる。
【００７１】
電流アパーチャー４７ａは、ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ａｓを含み、このＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１ＡｓのＡｌ組成Ｘ１は０．９６以下であることができる。この垂直共振型面発光レーザＤＥＶによれば、電流アパーチャー４７ａの低いＡｌ組成は、垂直共振型面発光レーザＤＥＶの素子抵抗を低減できる。
【００７２】
垂直共振型面発光レーザＤＥＶは、狭窄構造４７の下面上に設けられ或いは下面に接触を成す第２化合物半導体層５１を備える。第２化合物半導体層５１は、第１領域Ｅ１内の第１部分５１ａと、第２領域Ｅ２内の第２部分５１ｂとを含む。第２化合物半導体層５１の第２部分５１ｂのＡｌ組成は、第２化合物半導体層５１の第１部分５１ａのＡｌ組成より大きい。
【００７３】
この垂直共振型面発光レーザＤＥＶによれば、ポスト構造ＳＴＰは、狭窄構造４７の下側に第２化合物半導体層５１を有する。第２化合物半導体層５１の第２部分５１ｂのＡｌ組成は、第１部分５１ａのＡｌ組成より大きい。第２化合物半導体層５１の第２部分５１ｂにおける大きなＡｌ組成は、第２部分５１ｂに、大きなバンドギャップによる高い電気抵抗率を提供する。高い電気抵抗率を有する第２部分５１ｂは、第２化合物半導体層５１において、電流アパーチャー４７ａに案内されたキャリアは、第１部分５１ａを通って活性層３３に導かれる。
【００７４】
（実施例）
図１０は、実施例に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。図１０の（ａ）部に示されるように、に示されるように、実施例に係る構造は、上部のＤＢＲ構造及び上部コンタクト層を含むｐ型半導体領域ＰＳＭと、活性層を含む発光領域ＥＭＴと、下部のＤＢＲ構造及び下部コンタクト層を含むｎ型半導体領域ＮＳＭとを含む。ｐ側の第１電極４３は、第２領域Ｅ２の上部コンタクト層３９に接触を成し、ｎ側の第２電極４５は、ポスト構造ＳＴＰの外側において下部コンタクト層（３１ｃ）に接触を成す。破線ＢＯＸは、イオン注入及び活性化処理によりＡｌ濃度を高めた領域を示す。矢印ＣＡは、アノード電極からカソード電極への電流の流れを表す。ｐ型半導体領域ＰＳＭの厚さＬＵは、アノード電極から電流アパーチャーまで電流路及びイオン注入の平均投影距離（Ｒｐ）に関連しており、ｎ型半導体領域ＮＳＭの厚さＬＤは、カソード電極から電流アパーチャーまで電流路に関連する。厚さＬＵは、例えば１〜６マイクロメートル程度であり、厚さＬＤは、例えば１〜６マイクロメートル程度である。図１０の（ｂ）部に示されるように、平均投影距離（Ｒｐ）の位置近傍において、第１領域Ｅ１と第２領域Ｅ２とにおけるＡｌ濃度の差は、３．３ｘ１０２０（図中における「３．３Ｅ２０」）ｃｍ−３である。具体的には、第１電極４３から上部ＤＢＲ構造内の酸化物障壁４７ｂまで、第１軸Ａｘ１の方向に基板１１に向けて第２領域Ｅ２内を進むと、Ａｌ組成が徐々に増加する。この増加は、電気抵抗率の増加になって、このＡｌ組成分布は、第１電極４３からのキャリアを第２領域Ｅ２から第１領域Ｅ１に導く。酸化物障壁４７ｂの近傍では、多くのキャリアは、第２領域Ｅ２ではなく第１領域Ｅ１を流れる。キャリアは、次いで、電流アパーチャー４７ａを通過して活性層に到達する。酸化物障壁４７ｂから下部コンタクト層まで、第１軸Ａｘ１の方向に基板１１に向けて第２領域Ｅ２内を進むと、Ａｌ組成が徐々に減少する。下部コンタクト層の近くでは、Ａｌ組成の増加はほとんど無い。下部コンタクト層から酸化物障壁４７ｂまで、第１軸Ａｘ１の方向に酸化物障壁４７ｂに向けて第２領域Ｅ２内を進むと、Ａｌ組成が徐々に増加する。この増加は、電気抵抗率の増加になって、このＡｌ組成分布は、第２電極４５からのキャリアを第２領域Ｅ２から第１領域Ｅ１に導く。発光領域の近傍では、多くのキャリアは、第２領域Ｅ２ではなく第１領域Ｅ１を流れる。キャリアは、活性層に到達する。酸化物障壁４７ｂの下側の半導体領域及び上側の半導体領域のいずれにおいても、イオン注入により形成されたＡｌ組成の増分は、キャリアの流れの方向に逆らうことなく、キャリアを第２領域Ｅ２から第１領域Ｅ１に導く。
【００７５】
また、第２領域Ｅ２の活性層３３におけるＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、第１領域Ｅ１の活性層３３におけるＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成より大きい。Ａｌイオンを注入された第２領域の活性層４０におけるＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、第１領域Ｅ１の活性層４０におけるＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成より大きいので、活性層４０において、第２領域Ｅ２の高い電気抵抗率は、第１領域Ｅ１から第２領域Ｅ２内へのキャリアの流入を低減させる。
【００７６】
このような構造の垂直共振型面発光レーザＤＥＶは、ＩＩＩ族構成元素として半導体に含まれるＡｌのイオン注入を用いることによって作製される。垂直共振型面発光レーザＤＥＶは、狭窄構造４７の上側及び下側のそれぞれの半導体領域（厚さ４００ｎｍ）において、ポスト構造ＳＰＴの中央からポスト構造ＳＰＴの側面に向かう動径方向において、中央から２マイクロメートル以内の内側半導体領域（例えば、第１領域Ｅ１）とこの半導体領域の外にある外側半導体領域（例えば、第２領域Ｅ２）とを有する。面内において、内側半導体領域のＡｌ濃度は、外側半導体領域のＡｌ濃度に比べて１パーセント以上低い。内側半導体領域と外側半導体領域とのＡｌ濃度差によれば、内側半導体領域の電気抵抗率を低くできる。この構造は、電流アパーチャー４７ａの上側及び下側の半導体部分における電気抵抗を低くでき、一方、酸化物障壁４７ｂの上側及び下側の半導体部分における電気抵抗を高くできる。外側半導体領域の高い電気抵抗によれば、内側半導体領域から外側半導体領域へのキャリアの流れを低減できる。
【００７７】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上説明したように、本実施形態によれば、Ａｌイオンの注入を用いて形成された電流狭窄構造を有する垂直共振型面発光レーザを作製する方法が提供される。本実施形態によれば、Ａｌ組成の違いを利用した電流狭窄構造を有する垂直共振型面発光レーザが提供される。
【符号の説明】
【００７９】
ＤＥＶ…垂直共振型面発光レーザ、１１…基板、１１ａ…主面、ＳＬ…半導体積層、１３…下部半導体積層、１５…第２半導体層、１７…上部半導体積層、１９…第１半導体層。
【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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