(57)【要約】【課題】半導体レーザでは、温度にはほとんど依存せずに、内部での光パワーの量、即ち外部で観測される光出力量が大きいほど進行する初期故障モードを有するものがある。光出力量が大きいほど進行する初期故障モードのスクリーニングが不十分であり、初期故障率が従来の活性層材料を有する半導体レーザに比べてやや高めである。【解決手段】製造工程中に室温などの平均的な動作温度に比べて低い温度での大光出力の試験を取り入れることが有効である。これにより、光出力量が大きいほど進行する初期故障モードを有する素子を排除し、期待寿命を延ばす。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハ上に結晶成長を含むプロセスにて複数の素子を形成する工程と、
前記ウェハを劈開し前記複数の素子へチップ化する工程と、
前記チップ化した素子を選別するスクリーニング工程と、
からなる通信用半導体レーザの製造方法であって、
前記スクリーニング工程は、
初期光出力１５ｍＷ以上の光出力にて動作電流一定または光出力１５ｍＷ以上の光出力一定の条件で行う第一のスクリーニング工程と、
６０℃〜１５０℃の温度にて１００ｍＡ〜２００ｍＡの動作電流一定の条件で行う第二のスクリーニング工程と、
を含むことを特徴とする、通信用半導体レーザの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の通信用半導体レーザの製造方法であって、
前記第一のスクリーニング工程は、初期光出力２０ｍＷ以上の光出力にて動作電流一定または光出力２０ｍＷ以上の光出力一定のスクリーニング工程である、通信用半導体レーザの製造方法。
【請求項３】
半導体ウェハ上に結晶成長を含むプロセスにて複数の素子を形成する工程と、
前記ウェハを劈開し前記複数の素子へチップ化する工程と、
前記チップ化した素子を選別するスクリーニング工程と、
からなる通信用半導体レーザの製造方法であって、
前記スクリーニング工程は、
初期光出力が飽和光出力の５０％以上の光出力にて動作電流一定または光出力が飽和光出力の５０％以上の光出力一定の条件で行う第一のスクリーニング工程と、
６０℃〜１５０℃の温度にて１００ｍＡ〜２００ｍＡの動作電流一定の条件で行う第二のスクリーニング工程と、
を含むことを特徴とする、通信用半導体レーザの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の通信用半導体レーザの製造方法であって、
前記通信用半導体レーザは、面発光型レーザであることを特徴とする通信用半導体レーザの製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載の通信用半導体レーザの製造方法であって、
半導体レーザの活性層としてＩｎＧａＡｓＰを用いた場合に比べその信頼性が結晶欠陥による影響を受け易い材料を活性層として適用する通信用半導体レーザの製造方法。
【請求項６】
半導体ウェハ上に結晶成長を含むプロセスにて複数の素子を形成する工程と、
前記ウェハを劈開し前記複数の素子へチップ化する工程と、
前記チップ化した素子を選別するスクリーニング工程と、
からなり、
前記スクリーニング工程は、
初期光出力１５ｍＷ以上の光出力にて動作電流一定または光出力１５ｍＷ以上の光出力一定の条件で行う第一のスクリーニング工程と、
６０℃〜１５０℃の温度にて１００ｍＡ〜２００ｍＡの動作電流一定の条件で行う第二のスクリーニング工程と、
を含む工程によって製造されたことを特徴とする通信用半導体レーザ。
【請求項７】
請求項６に記載の通信用半導体レーザであって、
前記第一のスクリーニング工程は、初期光出力２０ｍＷ以上の光出力にて動作電流一定または光出力２０ｍＷ以上の光出力一定のスクリーニング工程であることを特徴とする通信用半導体レーザ。
【請求項８】
半導体ウェハ上に結晶成長を含むプロセスにて複数の素子を形成する工程と、
前記ウェハを劈開し前記複数の素子へチップ化する工程と、
前記チップ化した素子を選別するスクリーニング工程と、
からなり、
前記スクリーニング工程は、
初期光出力が飽和光出力の５０％以上の光出力にて動作電流一定または光出力が飽和光出力の５０％以上の光出力一定の条件で行う第一のスクリーニング工程と、
６０℃〜１５０℃の温度にて１００ｍＡ〜２００ｍＡの動作電流一定の条件で行う第二のスクリーニング工程と、
を含む工程によって製造されたことを特徴とする通信用半導体レーザ。
【請求項９】
請求項８に記載の通信用半導体レーザであって、
前記通信用半導体レーザは、面発光型レーザであることを特徴とする通信用半導体レーザ。
【請求項１０】
請求項６ないし請求項９のいずれか一つに記載された通信用半導体レーザであって、
半導体レーザの活性層としてＩｎＧａＡｓＰを用いた場合に比べその信頼性が結晶欠陥による影響を受け易い材料を活性層として適用する通信用半導体レーザ。
【請求項１１】
請求項６ないし請求項９のいずれか一つに記載された通信用半導体レーザであって、
前記通信用半導体レーザの活性層は、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓまたはＧａＩｎＮＡｓであることを特徴とする通信用半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信用半導体レーザの製造方法、通信用半導体レーザおよび光送信モジュールに係り、特に信頼性に優れた通信用半導体レーザの製造方法、通信用半導体レーザまたは光送信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に示すバスタブカーブのように、製造物の故障モードは、初期故障、偶発故障、磨耗故障の３つに大別される。スクリーニング試験を行う意義は、短時間で半導体レーザの初期故障品を取り除き、十分な期待寿命を有する状態で市場に投入することにある。
【０００３】
光通信用半導体レーザの初期故障品を排除するためのスクリーニング試験としては、６０℃〜１５０℃、１００ｍＡ〜２００ｍＡの条件で行う高温かつ大電流の試験が一般的である。この一例として、特許文献１がある。
非特許文献１には、高温まで動作するファブリペロー構造のＩｎＧａＡｌＡｓ直変レーザが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０３４９６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】R. Paoletti et al.,"Highly reliable and high yield 1300nm InGaAlAs directly modulated ridge Fabry-Perot lasers, operating at 10Gb/s, upto 110℃ with constant current swing", PDP 15, OFC 2005
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１に記載された活性体材料であるＩｎＧａＡｌＡｓは、通信用レーザとしての歴史が短い。また、ＩｎＧａＡｌＡｓは、ＩｎＧａＡｓＰに比べ結晶欠陥が多いことが知られている。さらに、結晶欠陥の比較的多い活性材料を用いた通信用レーザの、故障モードは、まだ未解明の部分がある。したがって、ＩｎＧａＡｌＡｓレーザの製造工程に含まれるスクリーニング試験条件の検討は十分になされていない。本発明は、活性体組成に比較的結晶欠陥の多い組成を用いた通信用レーザのスクリーニング条件を確立し、信頼性の高い通信用レーザを提供することにある。ＩｎＧａＡｓＰに比べ結晶欠陥の多い組成として、ＩｎＧａＡｌＡｓ以外に、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ等が知られている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題は、初期光出力１５ｍＷ以上の光出力にて動作電流一定または光出力１５ｍＷ以上の光出力一定のスクリーニング工程を含む通信用半導体レーザの製造方法、または初期光出力が飽和光出力の５０％以上の光出力にて動作電流一定または光出力が飽和光出力の５０％以上の光出力一定のスクリーニング工程を含む通信用半導体レーザの製造方法により、達成される。
【０００８】
また、初期光出力１５ｍＷ以上の光出力にて動作電流一定または光出力１５ｍＷ以上の光出力一定のスクリーニング工程を経て製造された通信用半導体レーザ、または初期光出力が飽和光出力の５０％以上の光出力にて動作電流一定または光出力が飽和光出力の５０％以上の光出力一定のスクリーニング工程を経て製造された通信用半導体レーザにより、達成される。
【０００９】
さらに、ケースの中に、通信用半導体レーザと、通信用レーザを駆動するドライバと、通信用半導体レーザの出力をモニタするフォトダイオードを搭載し、通信用半導体レーザは、初期光出力１５ｍＷ以上の光出力にて動作電流一定または光出力１５ｍＷ以上の光出力一定のスクリーニング工程を経て製造された光送信モジュール、またはケースの中に、通信用半導体レーザと、通信用レーザを駆動するドライバと、通信用半導体レーザの出力をモニタするフォトダイオードを搭載し、通信用半導体レーザは、初期光出力が飽和光出力の５０％以上の光出力にて動作電流一定または光出力が飽和光出力の５０％以上の光出力一定のスクリーニング工程を経て製造された光送信モジュールにより、達成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によって、活性体材料に比較的結晶欠陥の多い材料を用いた通信用レーザのスクリーニング条件を確立できた。また、信頼性の高い通信用レーザを提供できた。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】製造物の通電時間と故障発生数の関係を説明する図である。
【図２】光出力の量に起因した初期故障モードを説明する図である。
【図３】温度をパラメータとする入力電力と光出力の関係（Ｉ-Ｌ特性）を説明する図である。
【図４】光劣化時間の光出力依存性を説明する図である。
【図５】半導体レーザの光軸方向の断面図である。
【図６】半導体レーザの光軸方向の斜視部分断面図である。
【図７】半導体レーザ素子のスクリーニング工程を説明する図である。
【図８】光送信モジュールの機能ブロック図である。
【図９】半導体レーザの光軸方向の断面図である。
【図１０】半導体レーザの光軸方向の斜視部分断面図である。
【図１１】面発光半導体レーザの断面図である。
【図１２】面発光半導体レーザの光軸方向の斜視部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下本発明の実施の形態について、実施例を用い図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。また、断面を含む図面についても、煩雑さを避けるために、断面にハッチングは施さない。
【実施例１】
【００１３】
実施例１を、図２ないし図８を参照して説明する。ここで、図２は光出力の量に起因した初期故障モードを説明する図である。図３は温度をパラメータとする入力電力と光出力の関係（Ｉ-Ｌ特性）を説明する図である。図４は光劣化時間の光出力依存性を説明する図である。図５は半導体レーザの光軸方向の断面図である。図６は半導体レーザの光軸方向の斜視部分断面図である。図７は半導体レーザ素子のスクリーニング工程を説明する図である。図８は光送信モジュールの機能ブロック図である。
【００１４】
図２において、活性層材料としてＩｎＧａＡｌＡｓを用いた半導体レーザは、ＩｎＧａＡｌＡｓの結晶欠陥に起因するバンド間準位を介した非発光再結合とエネルギーバンド幅の縮小、光吸収の正帰還現象を生じる。この結果、活性層での結晶の破壊が生じ、温度にはほとんど依存せずに、内部での光パワーの量（即ち外部で観測される光出力量）が大きいほど初期故障が進行する。
【００１５】
しかし、これまで、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ等の結晶欠陥の多い活性層材料を利用る通信用半導体レーザにおいても、ＩｎＧａＡｓＰ等結晶欠陥の少ない活性層材料を利用する半導体レーザと同様に、高温かつ大電流の試験（以降、電流パージ試験と呼ぶ）によってのみスクリーニングを行ってきた。
【００１６】
図３において、電流パージ試験は、１００℃−１５０ｍＡで実施していたので、光出力自体が小さかった。また、条件によってはほとんど発光していない条件にて、スクリーニング試験を行うこともしばしばであった。図２を用いて説明した故障モードに起因する初期故障をスクリーニングするには、常温（２５℃）-大電流（１５０ｍＡ）での、試験（以降、光パージ試験と呼ぶ）を実施することが必要である。
【００１７】
図４において、横軸は光出力、縦軸は対数目盛の劣化時間である。図４に示す電流パージ試験適用品の故障品分布は、電流パージ試験のみを実施した半導体レーザ素子のワーキングサンプルの寿命試験結果で、劣化時間２０,０００程度である。すなわち、電流パージ試験自体が光出力１ｍＷ以下〜数ｍＷの範囲で実施されているため、半導体レーザ素子は、スクリーニングされずに初期故障を発生している。電流パージ試験のみを実施した半導体レーザ素子のワーキングサンプルついて、２５℃で光出力を振り、劣化時間を評価した。この結果が、図４中黒丸でしめす５点である。この５点から得た回帰線（図中点線）に対して、マージンをとった実線をスクリーニング条件とした。すなわち、２５℃-２０ｍＷ５分の、光パージ試験をスクリーニング工程に追加することで、１０ｍＷ１００，０００時間の寿命を保証できる。
【００１８】
波長１.３μｍ帯のリッジ導波路型ＤＦＢ半導体レーザ素子に、上述したスクリーニングを適用した場合について、以下説明する。
図５に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１００（ｎ型、１Ｅ１８ｃｍ＾−３）上に順次、バッファ層１０１（ｎ型ＩｎＰ、２Ｅ１８ｃｍ＾−３、０.４μｍ）、光ガイド層１０２（ｎ型ＩｎＧａＡｌＡｓ層、２Ｅ１８ｃｍ＾−３、０.１μｍ）、多重量子井戸活性層１０３（ＩｎＧａＡｌＡｓのｗｅｌｌ/ｂａｒｒｉｅｒ:６周期、厚さ０.１８μｍ）、光ガイド層１０４（ｐ型ＩｎＧａＡｌＡｓ、４Ｅ１７ｃｍ＾−３、０.０３μｍ）、ＩｎＡｌＡｓクラッド層１０５（ｐ型ＩｎＡｌＡｓ、８Ｅ１７ｃｍ＾−３、０.０６μｍ）、エッチストッパー層１０６（ｐ型ＩｎＧａＡｓＡｓ、８Ｅ１７ｃｍ＾−３、０.０５μｍ）、スペーサ層１０７（ｐ型ＩｎＰ、８Ｅ１７ｃｍ＾−３、０.０２μｍ）、回折格子層１０８（ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ、８Ｅ１７ｃｍ＾−３、０.０２μｍ）を結晶成長し、回折格子１２７を形成した。回折格子１２７の上にＩｎＰクラッド層１０９（ｐ型ＩｎＰ、１Ｅ１８ｃｍ＾−３、１.３μｍ）、コンタクト層１１０（ｐ型ＩｎＧａＡｓ、１Ｅ１９ｃｍ＾−３、０.２μｍ）を結晶成長し、リッジ導波路１１４を形成した。
【００１９】
図６において、リッジ導波路型ＤＦＢ半導体レーザ素子４００のリッジ導波路の幅は、１〜２μｍとした。その後パッシベーション膜１１７（ＳｉＯ２膜、０.４μｍ）を形成、ｐ電極１１２（Ｔｉ/Ｐｔ/Ａｕ、厚さ０.７μｍ）形成、裏面研磨、ｎ電極１１３（Ａｕ/Ｇｅ/Ｎｉ/Ｔｉ/Ｐｔ/Ａｕ、厚さ０.８μｍ）形成、劈開工程を経て、素子を作製した。なお、この素子前方端面には無反射膜、後方端面には高反射膜を形成した。共振器長は、１５０〜２５０μｍとした。
【００２０】
半導体レーザ素子４００の初期故障モードを排除し、通信用レーザに必要な期待寿命を保証する目的で、図７（ｂ）に示すスクリーニング工程を適用した。
【００２１】
図７（ａ）において、半導体レーザ素子の製造工程は、結晶成長（Ｓ４１０）ウェハプロセス（Ｓ４２０）、チップ化（Ｓ４３０）、チップ選別（Ｓ４４０）、スクリーニング（Ｓ４５０）で構成される。
【００２２】
特に、スクリーニング工程は、光パージ試験（２５℃、初期光出力２３ｍＷ：動作電流一定、３分）を実施する（Ｓ４５１）。続いて、電流パージ試験（１００℃、電流１００ｍＡ：動作電流一定、２０時間）を実施する（Ｓ４５２）。光パージ試験および電流パージ試験において、劣化の見られなかった良品素子について、さらに動作温度上限にてエージング試験（８５℃、初期動作電流８０ｍＡ：光出力一定、１００時間）を実施した（Ｓ４５３）。この結果、投入した全ての素子について劣化が見られなかった。
【００２３】
また、その後寿命確認試験（８５℃、初期動作電流８０ｍＡ：光出力一定）を２０００時間まで継続した。その結果は、初期値にて規格化した動作電流の変動量（ΔＩｏｐ（ｔ）＝（Ｉｏｐ（ｔ）−Ｉｏｐ（０））／Ｉｏｐ（０））は、寿命確認試験時間の１/２乗に比例して推移し、寿命として１００万時間以上が期待できることが検証できた。
【００２４】
なお、上述した実施例では光パージ試験を初期光出力２３ｍＷ、動作電流一定としたが、光出力一定でも良い。また、光パージ試験の光出力は、飽和光出力の５０％である１５ｍＷ以上でもよく、より好ましくは２０ｍＷ以上である。
【００２５】
また、波長１.５５μｍ帯用のリッジ導波路型半導体レーザ素子を作製した場合、ファブリペロー型のリッジ導波路型半導体レーザ素子を作製した場合、ｐ型ＩｎＰ基板上にリッジ導波路型半導体レーザ素子を作製した場合、さらにＧａＡｓ基板上にＧａＩｎＮＡｓもしくはＡｌＧａＡｓを活性層材料に用いたリッジ導波路型半導体レーザ素子を作製した場合についても、同様の効果が得られた。すなわち、半導体レーザの活性層としてＩｎＧａＡｓＰを用いた場合に比べその信頼性が結晶欠陥による影響を受け易い材料を活性層として適用する通信用半導体レーザで同様の効果を有する。
【００２６】
図８において、光送信モジュール５００は、設置されたケース１２０内部に配置された半導体レーザ素子４００は、駆動ＩＣ１２２により直変駆動される。半導体レーザ素子４００の前方光信号は、図示しない光ファイバにより、伝送される。半導体レーザ素子４００の後方光は、モニタフォトダイオード１３０によりモニタされる。ケース１２０の半導体レーザ素子４００近傍には、サーミスタが配置され、半導体レーザ素子４００の温度をモニタする。後方光パワーと温度は、半導体レーザ素子４００駆動制御に利用する。この光送信モジュール５００に搭載された半導体レーザ素子４００は、光パージ試験を実施しているので、光送信モジュールのレーザ素子起因の初期故障モードが無く、非常に信頼性と量産性で安定したモジュールを市場に供給することが可能となった。
【実施例２】
【００２７】
上述したスクリーニング工程を波長１.３μｍ帯の埋込ヘテロ型ファブリペロー半導体レーザ素子の製造工程に適用した場合について、図９、図１０および図７を参照して説明する。ここで、図９は半導体レーザの光軸方向の断面図である。図１０は半導体レーザの光軸方向の斜視部分断面図である。
【００２８】
図９において、ＩｎＰ基板２００（ｎ型、１.５Ｅ１８ｃｍ＾−３）上に、順次、バッファ層２０１（ｎ型ＩｎＰ、１.５Ｅ１８ｃｍ＾−３、０.５μｍ）、光ガイド層２０２（ｎ型ＩｎＧａＡｌＡｓ層、２Ｅ１８ｃｍ＾−３、０.１μｍ）、多重量子井戸活性層２０３（ＩｎＧａＡｌＡｓのｗｅｌｌ/ｂａｒｒｉｅｒ:７周期、厚さ０.２１μｍ）、光ガイド層２０４（ｐ型ＩｎＧａＡｌＡｓ、３Ｅ１７ｃｍ＾−３、０.１μｍ）、ＩｎＡｌＡｓクラッド層２０５（ｐ型ＩｎＡｌＡｓ、８Ｅ１７ｃｍ＾−３、０.１μｍ）、ＩｎＰクラッド層２０９（ｐ型ＩｎＰ、１Ｅ１８ｃｍ＾−３、１.４μｍ）、コンタクト層２１０（ｐ型ＩｎＧａＡｓ、１Ｅ１９ｃｍ＾−３、０.１５μｍ）を結晶成長し、多重量子井戸活性層を貫通するエッチングにより導波路を形成した。導波路の幅は、１.２〜２.３μｍとした。その後、高抵抗のＦｅ-ＩｎＰ再成長層２１５を形成し、パッシベーション膜２１７（ＳｉＯ２膜、０.４μｍ）を形成、ｐ電極２１２（Ｔｉ/Ｐｔ/Ａｕ、厚さ０.７μｍ）形成、裏面研磨、ｎ電極２１３（Ａｕ/Ｇｅ/Ｎｉ/Ｔｉ/Ｐｔ/Ａｕ、厚さ０.８μｍ）形成、劈開工程を経て、埋込ヘテロ型のレーザ素子を作製した。
【００２９】
図１０において、埋込ヘテロ型のレーザ素子６００の素子前方端面には無反射膜、後方端面には高反射膜を形成した。埋込ヘテロ型のレーザ素子６００の共振器長は１５０〜２５０μｍとした。
【００３０】
この半導体レーザ素子の初期故障モードを排除し、通信用レーザに必要な期待寿命を保証する目的で、図７（ｂ）に示すスクリーニング工程を適用した。まず、光パージ試験（５０℃、初期光出力２８ｍＷ：動作電流一定、５分）を実施した（Ｓ４５１）。続いて、電流パージ試験（１１０℃、電流１００ｍＡ：動作電流一定、２０時間）を実施した（Ｓ４５２）。両パージ試験で、劣化の見られなかった良品素子について、エージング試験（８５℃、初期動作電流８０ｍＡ：光出力一定、１００時間）を実施した（Ｓ４５３）。この結果、投入した全ての素子について劣化が見られなかった。また、その後寿命確認試験（８５℃、初期動作電流８０ｍＡ：光出力一定）を２０００時間まで継続した。この結果、初期値にて規格化した動作電流の変動量は、寿命確認試験時間の１/２乗に比例して推移し、寿命として１００万時間以上が検証できた。
【００３１】
また、波長１.５５μｍ帯用の埋込ヘテロ型半導体レーザ素子を作製した場合、埋込ヘテロ型のＤＦＢレーザ素子を作製した場合、ｐ型ＩｎＰ基板上に埋込ヘテロ型半導体レーザ素子を作製した場合、並びにＧａＡｓ基板上にＧａＩｎＮＡｓもしくはＡｌＧａＡｓを活性層材料に用いた埋込ヘテロ型半導体レーザ素子を作製した場合についても、同様の効果が得られた。
【実施例３】
【００３２】
波長１.３μｍ帯の面発光型の半導体レーザ素子の製造工程について、図１１、図１２および図７を参照して説明する。図１１は面発光半導体レーザの断面図である。図１２は面発光半導体レーザの光軸方向の斜視部分断面図である。
【００３３】
図１１に示すようにはＩｎＰ基板３０１（ｎ型、１Ｅ１８ｃｍ＾−３）上に、順次、バッファ層３０２（ｎ型ＩｎＰ層、１Ｅ１８ｃｍ＾−３、０.２μｍ）、半導体反射ミラー３０３（ｎ型ＩｎＡｌＡｓ/ＩｎＧａＡｌＡｓ層、１Ｅ１８ｃｍ＾−３、各々λ/４膜厚の４２周期構造）、下側コンタクト層３５２（ｎ型ＩｎＰ層、５Ｅ１７ｃｍ＾−３、０.２μｍ）、クラッド層３５３（ｎ型ＩｎＡｌＡｓ層、５Ｅ１７ｃｍ＾−３、０.２μｍ）、ＭＱＷ層３５４（ＩｎＧａＡｌＡｓのｗｅｌｌ/ｂａｒｒｉｅｒ:７周期、厚さ０.２μｍ）、クラッド層３５５（ｐ型ＩｎＡｌＡｓ層、５Ｅ１７ｃｍ＾−３、０.７μｍ）、トンネル接合層３５６（ｐ+-ＩｎＧａＡｌＡｓ/ｎ+ＩｎＧａＡｓ層、３Ｅ１９ｃｍ＾−３、２０ｎｍ/１２ｎｍ）を結晶成長し、電流狭窄領域を形成するためにトンネル接合層３５６の電流狭窄領域以外の部分についてｐ+ＩｎＧａＡｌＡｓ層３５７の一部とｎ+ＩｎＧａＡｓ層３５８の全部をドライエッチングにより除去し、その上にｎ-ＩｎＰ再成長層３６０（ｎ型、厚さ０.１μｍ）および上側コンタクト層３６１（ｎ型ＩｎＧａＡｓ層、２Ｅ１９ｃｍ＾−３、０.１μｍ）の成長を行う。
【００３４】
なお、ｎ-ＩｎＰ層３６０については、電流狭窄領域以外でのトンネル接合形成を避けるために、成長開始〜厚さ１０ｎｍでの不純物濃度を５Ｅ１７ｃｍ＾−３と下げて、それ以降厚さ０.１μｍまでの不純物濃度を５Ｅ１８ｃｍ＾−３と設定した。また、吸収損失を避けるために電流狭窄領域の直上およびその周囲について上側コンタクト層３６１（ＩｎＧａＡｓ層）をウエットエッチングにより選択的にエッチング除去し、その上に誘電体多層膜ミラー３６２（ＡｌｘＯｙ/ａ-Ｓｉ、各々λ/４膜厚の４周期構造）を形成した。リング電極３６３の外側についてはリーク電流と容量低減のために２段メサ型構造とし、ＩｎＧａＡｓ上側コンタクト層３６１からクラッド層３５３に達するまでエッチングを行うことで第１メサ３３１を形成し、その周囲を高抵抗ＩｎＰ再成長層３７０（厚み０.６μｍ）で埋め込み、さらにその外側を高抵抗ＩｎＰ再成長層３７０から、ＩｎＰ下側コンタクト層３５２に達するまでエッチングして、第２メサ３３２を形成した。
【００３５】
ここで、半導体層の上には、誘電体多層膜ミラー３６２が形成されている領域と電極が半導体にコンタクトしている領域以外には保護膜３１１としてＳｉＮ膜（０.２５μｍ）が形成されており、上側オーミック電極３７１（ＡｕＧｅ/Ｎｉ/ＴｉＰｔ/Ａｕ、厚さ０.７μｍ）は上側コンタクト層３６１とリング電極３６３にて半導体と接触させ、ＳｉＮ膜３１１とＩｎＰ再成長層３７０上に配線部３１４（幅５μｍ、長さ１００μｍ）と電極パッド３１５（７５μｍφ）を配置し、寄生容量を低減し、断線の生じない構造とした。また、下側オーミック電極３７２（ＡｕＧｅ/Ｎｉ/Ｔｉ/Ｐｔ/Ａｕ、厚さ０.７μｍ）も、上側オーミック電極３７１と同時に表面側に形成した。素子の活性領域の配置されていないＩｎＰ基板３０１の裏面側は１００μｍまで研磨した後にダイボンディング用裏面金属膜３１７（ＡｕＧｅ/Ｎｉ/Ｔｉ/Ｐｔ/Ａｕ、厚さ０.８μｍ）を裏面側に配置し、図１２に示す面発光型レーザ素子７００を形成した。
【００３６】
上述した面発光型半導体レーザ素子の初期故障モードを排除し、通信用レーザに必要な期待寿命を保証する目的で、図７（ｂ）に示すスクリーニング工程を適用した。まず、光パージ試験（１０℃、初期光出力２ｍＷ：動作電流一定、１０分）を実施した（Ｓ４５１）。続いて、電流パージ試験（１００℃、電流１０ｍＡ：動作電流一定、２０時間）を実施した（Ｓ４５２）。両パージ試験で劣化の見られなかった良品素子について、エージング試験（８５℃、初期動作電流４ｍＡ：光出力一定、１００時間）を実施した（Ｓ４５３）。この結果、投入した全ての素子について劣化が見られなかった。
【００３７】
なお、面発光型レーザ素子は、側面発光型レーザ素子に比べ、光出力が１／１０程度、駆動電流も１／１０程度である。しかし、面発光型レーザ素子の光パージ試験の初期光出力（２ｍＷ）は、飽和光出力値の５０％以上であり、これは側面発光型レーザ素子と同等である。
【００３８】
また、その後寿命確認試験を２０００時間まで継続した。この結果、初期値にて規格化した動作電流の変動量は、寿命確認試験時間の１/２乗に比例して推移し、寿命として１００万時間以上が期待できることが検証できた。
【００３９】
また、波長１.５５μｍ帯用の面発光型半導体レーザ素子を作製した場合、トンネル接合を用いない構造の面発光レーザを作製した場合、ｐ型ＩｎＰ基板上に面発光型半導体レーザ素子を作製した場合、並びにＧａＡｓ基板上にＧａＩｎＮＡｓもしくはＡｌＧａＡｓを活性層材料に用いた面発光型半導体レーザ素子を作製した場合についても、同様の効果が得られた。
【符号の説明】
【００４０】
１００、２００…ｎ型ＩｎＰ基板、１０１、２０１…ｎ型ＩｎＡｌＡｓ光クラッド層、１０２、２０２…ｎ型ＩｎＧａＡｌＡｓ光ガイド層、１０３、２０３…多重量子井戸活性層、１０４、２０４…ｐ型ＩｎＧａＡｌＡｓ光ガイド層、１０５、２０５…ｐ型ＩｎＡｌＡｓ光クラッド層、１０６…ｐ型ＩｎＧａＡｓＰエッチストッパー層、１０７…ｐ型ＩｎＰスペーサ層、１０８…ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層、１０９、２０９…ｐ型ＩｎＰクラッド層、１１０、２１０…ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層、１１１…リッジ導波路、１１２、２１２…ｐ電極、１１３、２１３…ｎ電極、１１４、２１４…パッシベーション膜、１２０…半導体レーザ素子、１２１…サーミスタ、１２２…ドライバ.ＩＣ、１２３…ＤＡＴＡ入力、１２４…光出力、１２５…電源、１２６…ＧＮＤ、１２７…回折格子、１３０…光検出器、２１５…高抵抗Ｆｅ-ＩｎＰ再成長層、３１１…ＳｉＮ膜、３１４…配線部、３１５…電極パッド、３１７…ダイボンディング用裏面金属膜、３３１…第１メサ、３３２…第２メサ、３５１…半導体反射ミラー、３５２…下側コンタクト層、３５３…ｎ型クラッド層、３５４…ＭＱＷ層、３５５…ｐ型クラッド層、３５６…トンネル接合層、３５７…ｐ+ＩｎＧａＡｌＡｓ層、３５８…ｎ+ＩｎＧａＡｓ層、３５９…電流狭窄領域、３６０…ｎ-ＩｎＰ再成長層、３６１…上側コンタクト層、３６２…誘電体多層膜ミラー、３６３…リング電極、３７０…高抵抗ＩｎＰ再成長層、３７１…上側オーミック電極、３７２…下側オーミック電極。
【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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