(57)【要約】【課題】垂直共振器型面発光レーザ装置製造方法に関する。【解決手段】基板１面に、多層膜２、スペーサー層４１、活性層３、スペーサー層４２、高抵抗層５を積層する工程と、前記高抵抗層中央に所定形状開口部を有する第１レジストパターン形成工程と、前記第１レジストパターンの開口部から露出した前記高抵抗層から前記スペーサー層に達するまでエッチングし開口部を形成する工程と、前記第１レジストパターンを除去後、前記スペーサー層及び前記スペーサー層の開口部から露出の前記高抵抗層上に多層膜６を積層する工程と、前記多層膜６上に中央を覆う第２レジストパターンを形成し前記多層膜６から前記スペーサー層の途中までのエッチング除去工程と、前記第２レジストパターン除去後、第１電極を形成し前記基板に第２電極を形成する工程よりなる面発光レーザ装置製造方法。【選択図】      図１
2004179468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板面に、下側多層膜、下側スペーサー層、活性層、上側スペーサー層、及び高抵抗薄膜層を順次積層する工程と、
前記高抵抗薄膜層中央部に所定形状の開口部を有する第１フォトレジストパターンを形成する工程と、
前記第１フォトレジストパターンの開口部から露出した前記高抵抗薄膜層から前記上側スペーサー層に達するまでエッチングして、前記上側スペーサー層に開口部を形成する工程と、
前記第１フォトレジストパターンを除去した後、前記上側スペーサー層上及び前記上側スペーサー層の開口部から露出した前記高抵抗薄膜層上に低抵抗の上側多層膜を積層する工程と、
前記上側多層膜上に前記上側多層膜の中央部を覆う第２フォトレジストパターンを形成して前記上側多層膜から前記下側スペーサー層の途中までエッチング除去する工程と、
前記第２フォトレジストパターンを除去した後、前記多層反射膜上に第１電極を形成し、積層方向と反対側の前記基板に第２電極を形成する工程と
からなることを特徴とした垂直共振器型面発光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、光通信、光情報処理に使用される光源用発光素子である垂直共振器型面発光レーザ装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体多層膜をレーザ共振器反射鏡に用いた垂直共振器型面発光レーザ装置の開発が盛んに行われている。
【０００３】
図３は従来の垂直共振器型面発光レーザ装置の一例の断面構成図である。
この垂直共振器型面発光レーザ装置は、ｎ側電極１５、基板１、下側多層膜反射鏡（下側多層膜）２、活性層３を含むスペーサー層４１，４２、中央に非酸化領域１８ａを含むＡｌＡｓ酸化領域層（低抵抗のＡｌＡｓ又はＡｌ組成の高いＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層１７の周辺部分を酸化した層）１８、上側多層膜反射鏡（上側多層膜）６、中央に開口部を有するｐ側電極１４を順次積層して構成されている。
ここで、スペーサー層４１，４２とは活性層３からレーザ光の閉じ込めを行うクラッド層を意味する。
【０００４】
以上の構成の垂直共振器型面発光レーザ装置は、両電極１４，１５  間にバイアス電圧を印加して基板１側から電子が活性層３に注入され、上側多層膜６側からホールがＡｌＡｓ酸化領域層１８の中央に形成される非酸化領域１８ａを介して活性層３に注入されることによりこの活性層３で電子とホールが再結合してレーザ光が出射される。
そして、下側及び上側多層膜２，６から構成される共振器内で発振し、コヒーレント光が外部へ放射される。これが垂直共振器型面発光レーザ装置の動作原理である。
【０００５】
その従来の垂直共振器型面発光レーザ装置の製造方法について、図４と共に説明する。
図４は従来の垂直共振器型面発光レーザ装置の製造方法の一例の各製造工程図で、同図（ａ）はエピタキシャル成長工程、（ｂ）はレジストパターニング工程、（ｃ）はエッチング工程、（ｄ）は酸化反応工程、（ｅ）は素子化工程を夫々示した図である。
（エピタキシャル成長工程）
まず、図４（ａ）に示すように、基板１面に、下側多層膜２、下側スペーサー層４１、活性層３、上側スペーサー層４２、ＡｌＡｓ層１７、上側多層膜６を順次積層する。
【０００６】
（レジストパターニング工程）
次に、図４（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー法により上側多層膜６表面の中央部を覆うようにフォトレジストパターン１３を形成する。
【０００７】
次に、図４（ｃ）に示すように、上側多層膜６から、ＡｌＡｓ層１７、上側スペーサー層４２、活性層３、及び下側スペーサー層４１の途中までエッチングを行う（エッチング工程）。
その後、フォトレジストパターン１３を除去する。
【０００８】
（酸化反応工程）
次に、図４（ｄ）に示すように、エッチングにより露出させたＡｌＡｓ層１７両側面から、中央部に向かって４００℃程度の高温の窒素を含ませた水蒸気中で酸化反応を行わせ、ＡｌＡｓ層１７の中央部を除く領域に、ＡｌＡｓ酸化領域１８を形成する。
【０００９】
（素子化工程）
次に、図４（ｅ）に示すように、上側多層膜６上側に金属を形成し、フォトリソグラフィ法により中央に開口部を有する図示しないフォトレジストパターンを形成し、エッチングにより途中まで除去する。
【００１０】
次に上側多層膜６上側に金属を形成し、フォトリソグラフィ法により中央に開口部を有する図示しないフォトレジストパターンを形成し、エッチングによりｐ側電極１４を、また、積層方向と反対側のｎ型ＧａＡｓ基板１下側にｎ側電極１５を夫々形成し、垂直共振器型面発光レーザ装置を完成させる。
【００１１】
ここで、前記ＡｌＡｓ層１７を囲むＡｌＡｓ酸化領域１８は高抵抗であることからこのＡｌＡｓ酸化領域１８は電流狭窄構造となっている（特許文献１参照）。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１‐６８２２７号公報（第３〜４頁、第１図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例の垂直共振器型面発光レーザ装置の製造方法には、以下のような課題がある。
酸化反応工程において、ＡｌＡｓ酸化領域１８の形成を、即ち、電流狭窄構造の形成を精密にミクロンオーダーで制御するのは困難である。
酸化速度が結晶の面方位で異なるため、等方的に酸化が進行しないため必ずしも設計通りにＡｌＡｓ酸化領域１８で囲まれたＡｌＡｓ層１７領域を形成することが出来ない。言い換えると、安定した形状の電流狭窄構造を作製することが出来ない。
例えば、図５に示したように酸化速度Ｃ，Ｄが等しい場合には同図（ａ）の正方形に形成されるが、酸化速度Ｄが遅いと同図（ｂ）の横に長い長方形になってしまう。
【００１４】
ところで、一定の電流を活性層３に流して、単一横モード発振を行うためにはＡｌＡｓ酸化領域１８で囲まれたＡｌＡｓ層１７領域は正方形状にする必要がある。
上記したように、電流狭窄構造の形状が安定しないので、活性層３への電流は様々になり、安定した単一横モード発振をさせることが出来なかった。
【００１５】
そこで、本発明は以上に挙げた課題に鑑みてなされたものであり、安定した形状の電流狭窄構造を作製して、活性層に流す電流を一定にして安定な単一横モード発振する垂直共振器型面発光レーザ装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、
請求項１に記載された発明は、
基板１面に、下側多層膜２、下側スペーサー層４１、活性層３、上側スペーサー層４２、及び高抵抗薄膜層５を順次積層する工程と、
前記高抵抗薄膜層５中央部に所定形状の開口部を有する第１フォトレジストパターン１３を形成する工程と、
前記第１フォトレジストパターン１３の開口部から露出した前記高抵抗薄膜層５から前記上側スペーサー層４２に達するまでエッチングして、前記上側スペーサー層４２に開口部を形成する工程と、
前記第１フォトレジストパターン１３を除去した後、前記上側スペーサー層４２上及び前記上側スペーサー層の開口部から露出した前記高抵抗薄膜層５上に低抵抗の上側多層膜６を積層する工程と、
前記上側多層膜６上に前記上側多層膜６の中央部を覆う第２フォトレジストパターンを形成して前記上側多層膜６から前記下側スペーサー層４１の途中までエッチング除去する工程と、
前記第２フォトレジストパターンを除去した後、前記上側多層膜６上に第１電極１４を形成し、積層方向と反対側の前記基板１に第２電極１５を形成する工程と
からなることを特徴とした垂直共振器型面発光レーザ装置の製造方法を提供するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の垂直共振器型面発光レーザ装置の製造方法の実施の形態につき、好ましい実施態様により、以下に図と共に説明する。
従来例と同一構成には同一番号を付す。
【００１８】
最初に、第１実施形態の垂直共振器型面発光レーザ装置の製造方法について、図１と共に説明する。
図１は第１実施形態の垂直共振器型面発光レーザ装置の製造方法の各製造工程図であり、（ａ）はエピタキシャル成長工程、（ｂ）はレジストパターニング工程、（ｃ）は高抵抗薄膜層エッチング工程、（ｄ）は上側多層膜成長工程、（ｅ）は面発光レーザ素子化工程を夫々示した図である。
【００１９】
（エピタキシャル成長工程）
まず、図１（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓとｎ型ＡｌＡｓを発振波長の１／４の厚さで交互に３７．５対分積層させて構成される下側低抵抗多層膜反射鏡層（下側多層膜）２、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ下側スペーサー層４１、井戸層がＧａＡｓで障壁層がＡｌ０．３Ｇａ０．７ＡｓのＭＱＷ活性層３、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ上側スペーサー層４２、厚さが１０〜５０オングストロームのＦｅドープＡｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ高抵抗薄膜層５を順次積層する。
【００２０】
なお、ＦｅドープＡｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ高抵抗薄膜層５の代わりに、各層厚が１０〜２０オングストローム程度のｎｐｎｐ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ層からなる多層膜を用いてもよい。
【００２１】
（レジストパターニング工程）
次に、図１（ｂ）に示すように、高抵抗薄膜層５の表面にフォトリソグラフィー法により中央部に所定形状の開口部を有するフォトレジストパターン（第１フォトレジストパターン）１３を形成する。
ここでの所定形状は正方形状である。
【００２２】
このフォトレジストパターン１３はフォトリソグラフィー法により行われるので、ミクロンオーダーの精度で作製出来る。
【００２３】
（高抵抗薄膜層エッチング工程）
次に、図１（ｃ）に示すように、フォトレジストパターン１３の開口部から露出した高抵抗薄膜層５の表面から上側スペーサー層４２に達するまでエッチングして高抵抗薄膜層５中に開口部５ａを形成する。
この後フォトレジストパターン１３を除去する。
【００２４】
開口部５ａはフォトレジストパターン１３と同じ精度でエッチング形成されるので、フォトレジストパターン１３と同様にミクロンオーダーの正方形状が作製出来る。ここで高抵抗薄膜層５は電流狭窄層となる。
【００２５】
（上側多層膜成長工程）
次に、図１（ｄ）に示すように、高抵抗薄膜層５上及び５ａから露出した４２上に活性層３で発振するレーザー光に対して反射率が９９．９％で、かつ、Ｚｎ不純物を入れた低抵抗のｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓとｐ型ＡｌＡｓを発振波長の１／４の厚さで交互に２０対（ペア）分積層した上側多層膜６を一様に形成する。
【００２６】
（面発光レーザ素子化工程）
次に、図１（ｅ）に示すように、低抵抗化領域上側の上側多層膜６表面に中央に開口部を有する図示しないフォトレジストパターン（第２フォトレジストパターン）を形成する。上側多層膜６から下側スペーサー層４１の途中までエッチングにより除去し、この図示しないフォトレジストパターンを除去する。
【００２７】
次に上側低抵抗多層膜６上側に金属を形成し、フォトリソグラフィ法により中央に開口部を有する図示しないフォトレジストパターンを形成し、エッチングによりｐ側電極１４を形成し、また、積層方向と反対側のｎ型ＧａＡｓ基板１下側にｎ側電極１５を形成して、本第１実施態様の方法による垂直共振器型面発光レーザ装置を完成させる。
【００２８】
以上に説明した本発明の第１実施形態によれば、高抵抗薄膜層５の開口部５ａがミクロンオーダーの精度で正方形状に出来るので、高抵抗薄膜層５で構成される電流狭窄構造の形状が安定して形成されることになるので、活性層３に電流を流す領域が安定して単一横モード発振が行える垂直共振器型面発光レーザ装置を得ることが出来る。
【００２９】
次に、本発明の第２実施態様の垂直共振器型面発光レーザ装置の製造方法について、図２と共に説明する。
第１実施態様と同一構成には同一番号を付す。
図２は垂直共振器型面発光レーザ装置の製造方法の各製造工程図であり、図（ａ）はエピタキシャル成長工程、（ｂ）はＳｉＯ２成膜、レジストパターニング工程、（ｃ）はＳｉＯ２膜エッチング工程、（ｄ）はＺｎ拡散工程、（ｅ）はＳｉＯ２膜剥離、上側多層膜成長工程、（ｆ）は面発光レーザ素子化工程を夫々示した図である。
【００３０】
（エピタキシャル成長工程）
まず、図２（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ装置にて、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓとｎ型ＡｌＡｓを発振波長の１／４の厚さで交互に３７．５対分積層させて構成される下側多層膜２、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ下側スペーサー層４１、井戸層がＧａＡｓで障壁層がＡｌ０．３Ｇａ０．７ＡｓのＭＱＷ活性層３、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ上側スペーサー層４２、厚さが１０〜５０オングストロームのＦｅドープＡｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ高抵抗薄膜層５を順次積層する。
【００３１】
（ＳｉＯ２成膜、及びレジストパターニング工程）
次に、図２（ｂ）に示すように、高抵抗薄膜層５の上に拡散用マスクとしてのＳｉＯ２膜１６を数１０００オングストローム程度形成する。
その次に、ＳｉＯ２膜１６の表面に、フォトリソグラフィー法により中央部に所定形状の開口部を有するフォトレジストパターン（第１フォトレジストパターン）１３を形成する。
【００３２】
前記したと同様に、このフォトレジストパターン１３はフォトリソグラフィー法により行われるので、ミクロンオーダーの精度で作製出来る。
【００３３】
（ＳｉＯ２膜エッチング工程）
次に、図２（ｃ）に示すように、フォトレジストパターン１３のない開口部のＳｉＯ２膜部分をエッチングする。
【００３４】
前記したと同様に、開口部５ａはフォトレジストパターン１３と同じ精度でエッチング形成されるので、フォトレジストパターン１３と同様にミクロンオーダーの正方形状が作製出来る。ここで高抵抗薄膜層５は電流狭窄層となる。
その次に、フォトレジストパターン１３を除去する。
【００３５】
（Ｚｎ拡散工程）
次に、図２（ｄ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、エッチングによりＳｉＯ２膜１６に開口した高抵抗薄膜層５表面から、５００〜６００℃程度でＤＭＺｎ（ジメチル亜鉛）を流し、亜鉛（Ｚｎ）を拡散させた低抵抗化領域であるＺｎ拡散層９を高抵抗薄膜層５中に形成する。
【００３６】
（ＳｉＯ２膜剥離、及び上側多層膜成長工程）
次に、図２（ｅ）に示すように、高抵抗薄膜層５表面のＳｉＯ２膜１６を剥離する。
【００３７】
その次に、高抵抗薄膜層５表面に、レーザ光に対して反射率が９９．９％でかつ低抵抗な｛Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ／ＡｌＡｓ｝ＤＢＲ（分布ブラック反射）層を２０対（ペア）分積層して上側多層膜６を一様に形成する。
【００３８】
（面発光レーザ素子化工程）
次に、図２（ｆ）に示すように、Ｚｎ拡散層（低抵抗化領域）９上側の上側低抵抗多層膜６表面の中央領域を開口部として図示しないフォトレジストパターン（第２フォトレジストパターン）を形成する。
上側多層膜６から下側スペーサー層４１の途中までエッチングにより除去する。
【００３９】
この図示しないフォトレジストパターンを除去する。
次に上側多層膜６上側に金属を形成し、フォトリソグラフィ法により中央に開口部を有する図示しないフォトレジストパターンを形成し、エッチングによりｐ側電極１４を形成し、また、積層方向と反対側のｎ型ＧａＡｓ基板１下側にｎ側電極１５を形成して、本第２実施態様の方法による垂直共振器型面発光レーザ装置を完成させる。
【００４０】
本発明の第２実施態様は、
基板１面に、下側多層膜２、下側スペーサー層４１、活性層３、上側スペーサー層４２、高抵抗薄膜層５、及び拡散用マスク１６を順次積層する工程と、
前記拡散用マスク１６上に中央部に所定形状の開口部を有する第１フォトレジストパターンを形成する工程と、
前記第１フォトレジストパターンの開口部から露出した前記拡散用マスク１６から前記、高抵抗薄膜層５に達するまでエッチングして、前記拡散用マスク１６に開口部を形成する工程と、
前記第１フォトレジストパターンを除去後、前記拡散用マスク１６をマスクとして、前記開口部から露出した前記高抵抗薄膜層にＺｎを拡散して低抵抗拡散層９を形成する工程と、
前記拡散用マスクをエッチング除去後、前記高抵抗薄膜層及び前記低抵抗拡散層上に多層反射膜を形成する工程と、
前記多層反射膜上に前記多層反射膜の中央部を覆う第２フォトレジストパターンを形成して、前記中央部以外の前記多層反射膜から前記下側スペーサー層の途中までエッチング除去する工程と、
前記第２フォトレジストパターンを除去した後、前記多層反射膜上に第１電極を形成し、積層方向と反対側の前記基板に第２電極を形成する工程と
からなる垂直共振器型面発光レーザ装置の製造方法である。
【００４１】
以上に説明した第２実施態様の垂直共振器型面発光レーザ装置の製造方法によると、高抵抗薄膜層の開口部がミクロンオーダーの精度で正方形状に出来るので、高抵抗薄膜層５で構成される電流狭窄構造の形状が安定して形成されることになるので、活性層３に電流を流す領域が安定して単一横モード発振が行える垂直共振器型面発光レーザ装置を得ることが出来る。
【００４２】
また第２実施態様は、第１実施態様のように元の高抵抗薄膜層５の中央部に物理的な加工はしないで、その中央部に所定形状の開口部を有するフォトレジストパターンを用いることにより、Ｚｎの拡散部分を形成しているので、Ｚｎの拡散部分とそれ以外の部分との境界表面に段差が出来ず、上側多層膜６は高抵抗薄膜層５の表面に並行に形成され、この上側多層膜６の形成がし易い。
【００４３】
なお、第１及び第２実施態様は、発振波長８５０ｎｍの垂直共振器型面発光レーザ装置として示したが、活性層３の材料や低抵抗多層膜２，６やスペーサー層４１，４２の材料及び厚さを変更した本実施態様と異なった発振波長の垂直共振器型面発光レーザ装置にも適用出来る。
【００４４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の垂直共振器型面発光レーザ装置の製造方法によれば、基板面に、下側多層膜、下側スペーサー層、活性層、上側スペーサー層、及び高抵抗薄膜層を順次積層する工程と、前記高抵抗薄膜層中央部に所定形状の開口部を有する第１フォトレジストパターンを形成する工程と、前記第１フォトレジストパターンの開口部から露出した前記高抵抗薄膜層から前記上側スペーサー層に達するまでエッチングして、前記上側スペーサー層に開口部を形成する工程と、前記第１フォトレジストパターンを除去した後、前記上側スペーサー層上及び前記上側スペーサー層の開口部から露出した前記高抵抗薄膜層上に低抵抗の上側多層膜６を積層する工程と、前記上側多層膜上に前記上側多層膜の中央部を覆う第２フォトレジストパターンを形成して前記上側多層膜から前記下側スペーサー層の途中までエッチング除去する工程と、前記第２フォトレジストパターンを除去した後、前記上側多層膜上に第１電極を形成し、積層方向と反対側の前記基板に第２電極を形成する工程とからなるので、安定した形状の電流狭窄構造を作製して、活性層に流す電流を一定にして安定な単一横モード発振する垂直共振器型面発光レーザ装置の製造方法を提供することが可能となる。
【００４５】
また、本発明の垂直共振器型面発光レーザ装置の製造方法によれば、素子特性にばらつきのない単一横モード発振を行う垂直共振器型面発光レーザ装置の量産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の垂直共振器型面発光レーザ装置の製造方法の第１実施態様の各製造工程図で、図（ａ）はエピタキシャル成長工程、（ｂ）はレジストパターニング工程、（ｃ）は高抵抗薄膜層エッチング工程、（ｄ）は上側多層膜成長工程、（ｅ）は面発光レーザ素子化工程を夫々示した図である。
【図２】本発明の垂直共振器型面発光レーザ装置の製造方法の第２実施態様の各製造工程図で、図（ａ）はエピタキシャル成長工程、（ｂ）はＳｉＯ２成膜、レジストパターニング工程、（ｃ）はＳｉＯ２膜エッチング工程、（ｄ）はＺｎ拡散工程、（ｅ）はＳｉＯ２膜剥離、上側多層膜成長工程、（ｆ）は面発光レーザ素子化工程を夫々示した図である。
【図３】従来の垂直共振器型面発光レーザ装置の一例の断面構成図である。
【図４】従来の垂直共振器型面発光レーザ装置の製造方法の一例の各製造工程図で、図（ａ）はエピタキシャル成長工程、（ｂ）はレジストパターニング工程、（ｃ）はエッチング工程、（ｄ）は酸化反応工程、（ｅ）は面発光レーザ素子化工程を夫々示した図である。
【図５】従来の垂直共振器型面発光レーザ装置の一例の酸化領域を酸化速度と対応付けて模式的に示した図である。
【符号の説明】
１  ｎ型ＧａＡｓ基板
２  下側多層膜反射鏡層（下側多層膜）
３  活性層
４  スペーサー層
５  高抵抗薄膜層
５ａ  高抵抗薄膜層欠落部
６  上側多層膜反射鏡層（上側多層膜）
７  低抵抗化領域
９  Ｚｎ拡散層（低抵抗化領域）
１３  フォトレジストパターン（第１フォトレジストパターン）
１４  ｐ側電極（第１電極、上側電極）
１５  ｎ側電極（第２電極、下側電極）
１６  ＳｉＯ２膜（拡散用マスク）
１７  ＡｌＡｓ又はＡｌ組成の高いＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層（非酸化領域）
１８  ＡｌＡｓ酸化領域（酸化領域、電流狭窄部）
４１  下側スペーサー層
４２  上側スペーサー層
Ｃ，Ｄ  酸化速度
【図１】
2004179468.tif 000003
【図２】
2004179468.tif 000004
【図３】
2004179468.tif 000005
【図４】
2004179468.tif 000006
【図５】
2004179468.tif 000007