(57)【要約】【課題】電流狭窄の幅のばらつきが大きいことに起因する歩留まりの低下を抑制することが可能な面発光型半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】この面発光型半導体レーザ素子は、下部多層反射膜２と、下部多層反射膜２上に形成された発光層３と、発光層３上に形成された上部多層反射膜４とを備えている。そして、下部多層反射膜２および上部多層反射膜４のうちの少なくとも１組の高屈折率層４ｂおよび低屈折率層４ａは、高屈折率層４ｂおよび低屈折率層４ａの間の発光層３の発光部３ａに対応する領域に位置し、高屈折率層４ｂの組成および低屈折率層４ａの組成との間の組成を徐々に変化させた組成遷移層４ｃが設けられた第１領域と、高屈折率層４ｂおよび低屈折率層４ａの間の第１領域以外の領域に位置し、組成遷移層４ｃが設けられていない第２領域とを含む。【選択図】図２
2004289027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１多層反射膜と、
前記第１多層反射膜上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成された第２多層反射膜とを備え、
前記第１多層反射膜および前記第２多層反射膜のうちの少なくとも１組の高屈折率層および低屈折率層は、
前記高屈折率層および前記低屈折率層の間の前記活性層の発光部に対応する領域に位置し、前記高屈折率層の組成および前記低屈折率層の組成との間の組成を徐々に変化させた組成遷移層が設けられた第１領域と、
前記高屈折率層および前記低屈折率層の間の前記第１領域以外の領域に位置し、前記組成遷移層が設けられていない第２領域とを含む、面発光型半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第１領域および前記第２領域を有する前記高屈折率層および前記低屈折率層の組は、前記活性層に隣接する高屈折率層および低屈折率層の組である、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第２領域は、高抵抗領域である、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第２多層反射膜を構成するすべての高屈折率層および低屈折率層の組は、少なくとも前記組成遷移層が設けられた第１領域を含み、
前記第２多層反射膜を構成する少なくとも１組の高屈折率層および低屈折率層は、前記組成遷移層が設けられない第２領域を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の面発光型半導体レーザ素子。
【請求項５】
活性層を形成する工程と、
高屈折率層と低屈折率層との間に前記高屈折率層の組成および前記低屈折率層の組成との間の組成を徐々に変化させた組成遷移層を有する多層反射膜を形成する工程とを備え、
前記多層反射膜を形成する工程は、
前記活性層の発光部に対応する領域および前記発光部に対応する領域以外の領域に組成遷移層を形成した後に、前記発光部に対応する領域以外の領域に位置する前記組成遷移層をエッチングにより除去することによって、前記活性層の発光部に対応する領域に位置し、前記組成遷移層が設けられた第１領域と、前記第１領域以外の領域に位置し、前記組成遷移層が設けられていない第２領域とを形成する工程を含む、面発光型半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項６】
前記多層反射膜を形成する工程は、
前記活性層を形成した後に、前記活性層上に前記多層反射膜の第１領域および第２領域を形成する工程を含む、請求項５に記載の面発光型半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、面発光型半導体レーザ素子およびその製造方法に関し、特に、多層反射膜を有する面発光型半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、面発光型半導体レーザ素子は、共振器方向が結晶成長方向と一致しているため、共振器端面を形成するためのへき開プロセスを必要としない半導体レーザ素子として知られている。そして、上記した面発光型半導体レーザ素子は、複数の素子を平面的に配置する際の自由度が高いので、高集積化が可能となる。このため、面発光型半導体レーザ素子は、光情報処理の分野で注目されている。
【０００３】
上記した面発光型半導体レーザ素子において、基本横モードで室温連続発振を得るためには、発光層に注入される電流の幅が数μｍになるように、電流狭窄を行う必要がある。そこで、従来では、発光層の近傍に位置する半導体層の一部領域を水蒸気により選択的に酸化することにより高抵抗にすることによって、発光層に注入される電流の幅（電流狭窄の幅）が数μｍになるように電流狭窄を行う技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１１は、従来の面発光型半導体レーザ素子の構造を示した平面図である。図１２は、図１１の１００−１００線に沿った断面図である。まず、図１１および図１２を参照して、従来の水蒸気による酸化法を用いて形成された電流狭窄構造を有する面発光型半導体レーザ素子の構造について説明する。
【０００５】
従来の面発光型半導体レーザ素子では、図１２に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型の下部多層反射膜１０２、発光層１０３およびｐ型の上部多層反射膜１０４が順次形成されている。下部多層反射膜１０２は、ｎ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓからなる高屈折率層１０２ａ、および、ｎ型ＡｌＡｓからなる低屈折率層１０２ｂの組が３０層積層された構造を有している。また、上部多層反射膜１０４は、ｐ型ＡｌＡｓからなる低屈折率層１０４ａと、組成遷移層１０４ｃと、ｐ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓからなる高屈折率層１０４ｂとからなる組が２５層積層された構造を有している。組成遷移層１０４ｃは、低屈折率層１０４ａと高屈折率層１０４ｂとの間に配置され、低屈折率層１０４ａのＡｌ組成の比率から高屈折率層１０４ｂのＡｌ組成の比率に徐々にＡｌ組成の比率を変化させた傾斜組成を有する。
【０００６】
ここで、組成遷移層１０４ｃを設けているのは、以下の理由による。すなわち、ｐ型の上部多層反射膜１０４は、ｎ型の下部多層反射膜１０２に比べて、Ａｌ組成の比率が高い低屈折率層１０４ａとＡｌ組成の比率が低い高屈折率層１０４ｂとの間の障壁が大きいため、電気抵抗が大きくなる。このため、ｐ型の上部多層反射膜１０４には、低屈折率層１０４ａと高屈折率層１０４ｂとの間に、Ａｌ組成の比率を徐々に変化させた組成遷移層１０４ｃを設けている。
【０００７】
そして、上部多層反射膜１０４を構成する低屈折率層１０４ａ、組成遷移層１０４ｃ、および高屈折率層１０４ｂの組のうち、発光層１０３の上面に隣接する低屈折率層１０４ａ、組成遷移層１０４ｃおよび高屈折率層１０４ｂの組において、低屈折率層１０４ａには、発光層１０３の発光部１０３ａに対応する領域以外の領域に、電流狭窄のための高抵抗領域１１０が形成されている。この高抵抗領域１１０は、発光層１０３の発光部１０３ａに対応する領域を挟むように形成されているとともに、形成時における端面から横方向に約１０μｍ〜約２０μｍの幅を有している。
【０００８】
また、上部多層反射膜１０４上には、ｐ側電極１０６が形成されている。このｐ側電極１０６の発光層１０３の発光部１０３ａに対応する領域には、図１１に示すように、円形状の開口部１０６ａが形成されている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の裏面上には、ｎ側電極１０７が形成されている。
【０００９】
ここで、図１１および図１２に示した従来の面発光型半導体レーザ素子では、ｐ側電極１０６とｎ側電極１０７との間に電圧を印加することによって、ｐ側電極１０６から発光層１０３に電流が注入される。この際、発光層１０３の上面に隣接する低屈折率層１０４ａ、組成遷移層１０４ｃおよび高屈折率層１０４ｂの組の低屈折率層１０４ａに形成された高抵抗領域１１０には、電流が流れない。すなわち、低屈折率層１０４ａの発光層１０３の発光部１０３ａに対応する領域にのみ電流が流れる。これにより、発光層１０３の発光部１０３ａにのみ数μｍの幅に電流狭窄された電流が注入される。
【００１０】
なお、図１１および図１２に示した従来の面発光型半導体レーザ素子の電流狭窄のための高抵抗領域１１０の形成方法としては、水蒸気による酸化法を用いて、発光層１０３に隣接する低屈折率層１０４ａ、組成遷移層１０４ｃおよび高屈折率層１０４ｂの組の低屈折率層１０４ａを選択的に酸化処理する。具体的には、低屈折率層１０４ａの酸化時において、端面から横方向に約１０μｍ〜約２０μｍまでの領域を酸化する。これにより、低屈折率層１０４ａには、酸化されていない領域を挟むように、酸化処理された高い電気抵抗を有する領域が形成される。そして、この酸化処理された高い電気抵抗を有する領域が、電流狭窄のための高抵抗領域１１０として機能する。
【００１１】
【特許文献１】
特開平９−２２３８４１号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１１および図１２に示した従来の水蒸気による酸化法を用いて形成された高抵抗領域１１０を有する面発光型半導体レーザ素子では、酸化する領域を精度良く制御するのが困難であるので、電流狭窄のための高抵抗領域１１０を精度良く形成するのが困難であった。その結果、電流狭窄の幅（電流通路の幅）のばらつきが大きくなるので、歩留まりが低下するという問題点があった。この場合、２次元レーザアレイなどの同一基板に複数の素子が平面的に集積される構造では、複数の素子の電流狭窄の幅を均一に設定する必要があるので、電流狭窄の幅のばらつきが大きくなれば、歩留まりがより低下するという問題点がある。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、電流狭窄の幅のばらつきが大きいことに起因する歩留まりの低下を抑制することが可能な面発光型半導体レーザ素子を提供することである。
【００１３】
この発明のもう１つの目的は、電流狭窄の幅のばらつきが大きいことに起因する歩留まりの低下を抑制することが可能な面発光型半導体レーザ素子の製造方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による面発光型半導体レーザ素子は、第１多層反射膜と、第１多層反射膜上に形成された活性層と、活性層上に形成された第２多層反射膜とを備え、第１多層反射膜および第２多層反射膜のうちの少なくとも１組の高屈折率層および低屈折率層は、高屈折率層および低屈折率層の間の活性層の発光部に対応する領域に位置し、高屈折率層の組成および低屈折率層の組成との間の組成を徐々に変化させた組成遷移層が設けられた第１領域と、高屈折率層および低屈折率層の間の第１領域以外の領域に位置し、組成遷移層が設けられていない第２領域とを含む。
【００１５】
この第１の局面による面発光型半導体レーザ素子では、上記のように、高屈折率層および低屈折率層の間の活性層の発光部に対応する領域に位置し、組成遷移層が設けられた第１領域と、高屈折率層および低屈折率層の間の第１領域以外の領域に位置し、組成遷移層が設けられていない第２領域とを、第１多層反射膜および第２多層反射膜のうちの少なくとも１組の高屈折率層および低屈折率層に設けることによって、組成遷移層が設けられていない第２領域が高抵抗領域となるので、組成遷移層が設けられた活性層の発光部に対応する領域に位置する第１領域にのみ電流が流れるように、電流狭窄を行うことができる。これにより、活性層に注入される電流の幅を数μｍに絞ることができる。この場合、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて第１領域の組成遷移層を形成すれば、精度良く第１領域の組成遷移層を形成することができるので、電流狭窄の幅を精度良く制御することができる。その結果、電流狭窄の幅のばらつきが大きいことに起因する歩留まりの低下を抑制することができる。
【００１６】
上記第１の局面による面発光型半導体レーザ素子において、好ましくは、第１領域および第２領域を有する高屈折率層および低屈折率層の組は、活性層に隣接する高屈折率層および低屈折率層の組である。このように構成すれば、活性層の近傍で電流狭窄が行われるので、活性層に注入される電流の幅を良好に制御することができる。
【００１７】
上記第１の局面による面発光型半導体レーザ素子において、好ましくは、第２領域は、高抵抗領域である。このように構成すれば、容易に、第１領域にのみ電流が流れるように、電流狭窄を行うことができる。
【００１８】
上記第１の局面による面発光型半導体レーザ素子において、好ましくは、第２多層反射膜を構成するすべての高屈折率層および低屈折率層の組は、少なくとも組成遷移層が設けられた第１領域を含み、第２多層反射膜を構成する少なくとも１組の高屈折率層および低屈折率層は、組成遷移層が設けられない第２領域を含む。このように構成すれば、活性層の上側に位置する第２多層反射膜に、組成遷移層が設けられていない第２領域を設けることによって、組成遷移層が設けられた第１領域と組成遷移層が設けられていない第２領域とを含む第２多層反射膜の第１領域が上方に突出したとしても、活性層の第１領域（発光部）に対応する領域が上方に突出することがない。これにより、活性層に段差が形成されるのを防止することができるので、活性層の発光特性が低下するのを防止することができる。また、第２多層反射膜を構成するすべての高屈折率層および低屈折率層の組に、組成遷移層が設けられた第１領域を形成することによって、電流狭窄を行いながら、組成遷移層により電流通路の電気抵抗を小さくすることができる。
【００１９】
この発明の第２の局面による面発光型半導体レーザ素子の製造方法は、活性層を形成する工程と、高屈折率層と低屈折率層との間に高屈折率層の組成および低屈折率層の組成との間の組成を徐々に変化させた組成遷移層を有する多層反射膜を形成する工程とを備え、多層反射膜を形成する工程は、活性層の発光部に対応する領域および発光部に対応する領域以外の領域に組成遷移層を形成した後に、発光部に対応する領域以外の領域に位置する組成遷移層をエッチングにより除去することによって、活性層の発光部に対応する領域に位置し、組成遷移層が設けられた第１領域と、第１領域以外の領域に位置し、組成遷移層が設けられていない第２領域とを形成する工程を含む。
【００２０】
この第２の局面による面発光型半導体レーザ素子の製造方法では、上記のように、活性層の発光部に対応する第１領域および第１領域以外の第２領域に組成遷移層を形成した後に、第２領域に位置する組成遷移層をエッチングにより除去することによって、精度良く第１領域の組成遷移層を形成することができるので、電流狭窄の幅を精度良く制御することができる。その結果、電流狭窄の幅のばらつきが大きいことに起因する歩留まりの低下を抑制することができる。
【００２１】
上記第２の局面による面発光型半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、多層反射膜を形成する工程は、活性層を形成した後に、活性層上に多層反射膜の第１領域および第２領域を形成する工程を含む。このように構成すれば、組成遷移層が設けられた第１領域と組成遷移層が設けられていない第２領域とを含むように多層反射膜を形成することにより第１領域が上方に突出したとしても、活性層の第１領域（発光部）に対応する領域が上方に突出することがない。これにより、活性層に段差が形成されるのを防止することができるので、活性層の発光特性が低下するのを防止することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による面発光型半導体レーザ素子の構造を示した平面図である。図２は、図１の５０−５０線に沿った断面図である。図１および図２を参照して、この第１実施形態では、０．８５μｍの発振波長を有する面発光型半導体レーザ素子の構造について説明する。
【００２４】
第１実施形態による面発光型半導体レーザ素子では、図２に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型の下部多層反射膜２、発光層３およびｐ型の上部多層反射膜４が順次形成されている。なお、下部多層反射膜２は、本発明の「第１多層反射膜」の一例であり、上部多層反射膜４は、本発明の「第２多層反射膜」の一例である。
【００２５】
下部多層反射膜２は、高屈折率層２ａおよび低屈折率層２ｂの組が３０層積層された構造を有している。高屈折率層２ａは、約５９．７ｎｍの厚みを有するｎ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓからなるとともに、低屈折率層２ｂは、約７１．３ｎｍの厚みを有するｎ型ＡｌＡｓからなる。この高屈折率層２ａの厚み（約５９．７ｎｍ）および低屈折率層２ｂの厚み（約７１．３ｎｍ）は、それぞれ、λ／４ｎ（λ（発振波長）：０．８５μｍ、ｎ：屈折率）となるように設定されている。また、下部多層反射膜２の反射率を高くするために、高屈折率層２ａおよび低屈折率層２ｂのＡｌ組成の比率は、高屈折率層２ａと低屈折率層２ｂとの間の屈折率差が大きくなるように設定されている。ここで、Ａｌ組成の比率が低いほど屈折率が高くなるとともに、Ａｌ組成の比率が高いほど屈折率が低くなる。このため、高屈折率層２ａのＡｌ組成の比率を約０．２より低くするとともに、低屈折率層２ｂのＡｌ組成の比率を約０．７よりも高くすることによって、Ａｌ組成の比率が低い高屈折率層２ａとＡｌ組成の比率が高い低屈折率層２ｂとの間の屈折率差を大きくしている。
【００２６】
また、発光層３は、井戸層（図示せず）、障壁層（図示せず）および光ガイド層（図示せず）からなる３重量子井戸構造を有している。井戸層は、約８ｎｍの厚みを有するＧａＡｓからなるとともに、障壁層は、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる。そして、この井戸層と障壁層とによって、活性層が構成されている。また、光ガイド層は、約１００ｎｍの厚みを有するＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる。
【００２７】
また、上部多層反射膜４は、低屈折率層４ａと、組成遷移層４ｃと、高屈折率層４ｂとからなる組が２５層積層された構造を有している。低屈折率層４ａは、約５８．１ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＡｓからなるとともに、高屈折率層４ｂは、約４８．７ｎｍの厚みを有するｐ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓからなる。この低屈折率層４ａの厚み（約５８．１ｎｍ）および高屈折率層４ｂの厚み（約４８．７ｎｍ）は、それぞれ、組成遷移層４ｃとの合計の厚みがλ／４ｎ（λ（発振波長）：０．８５μｍ、ｎ：屈折率）となるように設定されている。また、低屈折率層４ａおよび高屈折率層４ｂのＡｌ組成の比率は、下部多層反射膜２の高屈折率層２ａおよび低屈折率層２ｂと同様、低屈折率層４ａと高屈折率層４ｂとの間の屈折率差が大きくなるように設定されている。
【００２８】
組成遷移層４ｃは、低屈折率層４ａと高屈折率層４ｂとの間に配置され、低屈折率層４ａのＡｌ組成の比率から高屈折率層４ｂのＡｌ組成の比率に徐々にＡｌ組成の比率を変化させた傾斜組成を有する。
【００２９】
この組成遷移層４ｃは、約１２ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＡｓからなるとともに、組成遷移層４ｃのＡｌ組成の比率は、約０．１２〜約１．０までの範囲内で徐々に変化している。そして、組成遷移層４ｃのＡｌ組成の比率が約１．０の側は、Ａｌ組成の比率が１．０であるＡｌＡｓからなる低屈折率層４ａに接している。また、組成遷移層４ｃのＡｌ組成の比率が約０．１２の側は、Ａｌ組成の比率が０．１２であるＡｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓからなる高屈折率層４ｂに接している。なお、Ａｌ組成の比率が約１．０である組成遷移層４ｃの低屈折率層４ａに接している面の組成は、ＡｌＡｓである。このように、低屈折率層４ａと高屈折率層４ｂとの間に組成遷移層４ｃを設けることによって、低屈折率層４ａと高屈折率層４ｂとの間の障壁が小さくなる。これにより、低屈折率層４ａと高屈折率層４ｂとの間の電気抵抗を低減することができる。
【００３０】
ここで、第１実施形態では、上部多層反射膜４を構成する２５層の低屈折率層４ａ、組成遷移層４ｃおよび高屈折率層４ｂの組のうち、発光層３の上面に隣接する低屈折率層４ａ、組成遷移層４ｃおよび高屈折率層４ｂの組において、低屈折率層４ａと高屈折率層４ｂとの間に形成された組成遷移層４ｃは、発光層３の発光部３ａに対応する領域にのみ形成されている。すなわち、低屈折率層４ａと高屈折率層４ｂとの間の発光層３の発光部３ａに対応する領域以外の領域には、組成遷移層４ｃが形成されていない。また、発光層３の上面に隣接する低屈折率層４ａ、組成遷移層４ｃおよび高屈折率層４ｂの組は、発光層３の発光部３ａに対応する領域が、組成遷移層４ｃの厚み分（約１２ｎｍ）だけ上方に突出している。このため、発光層３の上面に隣接する低屈折率層４ａ、組成遷移層４ｃおよび高屈折率層４ｂの組よりも上方に形成された低屈折率層４ａ、組成遷移層４ｃおよび高屈折率層４ｂの組も、組成遷移層４ｃの厚み分（約１２ｎｍ）だけ上方に突出している。
【００３１】
そして、上部多層反射膜４上には、下層から上層に向かって、約０．１μｍの厚みを有するＣｒ層と、約１．０μｍの厚みを有するＡｕ層とからなるｐ側電極６が形成されている。このｐ側電極６の発光層３の発光部３ａに対応する領域には、図１に示すように、円形状の開口部６ａが形成されている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面上には、ｎ型ＧａＡｓ基板１に近い方から順に、約０．２μｍの厚みを有するＡｕＧｅ層と、約０．０１μｍの厚みを有するＮｉ層と、約０．６μｍの厚みを有するＡｕ層とからなるｎ側電極７が形成されている。
【００３２】
第１実施形態では、上記のように、上部多層反射膜４を構成する２５層の低屈折率層４ａ、組成遷移層４ｃおよび高屈折率層４ｂの組のうち、発光層３の上面に隣接する低屈折率層４ａ、組成遷移層４ｃおよび高屈折率層４ｂの組において、低屈折率層４ａと高屈折率層４ｂとの間に形成された組成遷移層４ｃを、発光層３の発光部３ａに対応する領域にのみ形成することによって、組成遷移層４ｃが形成されていない発光層３の発光部３ａに対応する領域以外の領域が高抵抗領域となるので、組成遷移層４ｃが形成された発光層３の発光部３ａに対応する領域にのみ電流が流れるように、電流狭窄を行うことができる。これにより、発光層３に注入される電流の幅を数μｍに絞ることができる。また、発光層３の発光部３ａに対応する領域にのみ組成遷移層４ｃが形成された低屈折率層４ａおよび高屈折率層４ｄの組を、発光層３の上面に隣接するように設けることによって、発光層３の上面近傍で電流狭窄を行うことができる。これにより、発光層３に注入される電流の幅を良好に制御することができる。
【００３３】
また、第１実施形態では、上記のように、ｐ型の上部多層反射膜４を構成するすべての低屈折率層４ａと高屈折率層４ｂとの間に、Ａｌ組成の比率を徐々に変化させた組成遷移層４ｃを形成することによって、電流狭窄を行いながら、ｐ型の上部多層反射膜４の電流通路領域における電気抵抗を小さくすることができる。
【００３４】
また、第１実施形態では、上記のように、発光層３の上方に位置する上部多層反射膜４を、発光層３の発光部３ａに対応する領域にのみ組成遷移層４ｃが形成された低屈折率層４ａおよび高屈折率層４ｂの組を含むように形成することによって、上部多層反射膜４の発光層３の発光部３ａに対応する領域が組成遷移層４ｃの厚み分（約１２ｎｍ）だけ上方に突出したとしても、発光層３の発光部３ａが上方に突出することがない。これにより、発光層３に段差が形成されるのを防止することができるので、発光層３の発光特性が低下するのを防止することができる。また、上部多層反射膜４の発光層３の発光部３ａに対応する領域が組成遷移層４ｃの厚み分（約１２ｎｍ）だけ上方に突出したとしても、その突出量は、約１２ｎｍと小さいので、後のプロセスに問題が生じることがない。
【００３５】
図３〜図８は、図１および図２に示した第１実施形態による面発光型半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図および平面図である。次に、図１〜図８を参照して、第１実施形態による面発光型半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【００３６】
まず、図３に示すように、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相堆積）法を用いて、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、下部多層反射膜２を形成する。具体的には、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、約５９．７ｎｍの厚みを有するｎ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓからなる３０層の高屈折率層２ａと、約７１．３ｎｍの厚みを有するｎ型ＡｌＡｓからなる３０層の低屈折率層２ｂとを交互に成長させる。そして、３０層の高屈折率層２ａおよび低屈折率層２ｂの組によって、下部多層反射膜２が構成される。
【００３７】
引き続いて、下部多層反射膜２上に、井戸層（図示せず）、障壁層（図示せず）および光ガイド層（図示せず）からなる３重量子井戸構造を有する発光層３を形成する。なお、井戸層を形成する際には、約８ｎｍの厚みを有するＧａＡｓ層を成長させるとともに、障壁層を形成する際には、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層を成長させる。この井戸層と障壁層とによって、活性層が構成される。また、光ガイド層を形成する際には、約１００ｎｍの厚みを有するＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層を成長させる。
【００３８】
さらに、発光層３上に、約５８．１ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＡｓからなる低屈折率層４ａ、および、約１２ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＡｓからなる組成遷移層４ｃを順次成長させる。この際、原料ガス（ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）ガス）の流量を制御することによって、組成遷移層４ｃのＡｌ組成の比率が、約０．１２〜約１．０までの範囲内で徐々に変化する傾斜組成を有するように成長させる。また、組成遷移層４ｃのＡｌ組成の比率が約１．０の側が低屈折率層４ａに接するように、かつ、組成遷移層４ｃのＡｌ組成の比率が約０．１２の側が上面になるように成長させる。なお、組成遷移層４ｃのＡｌ組成の比率を約１．０にする場合のガス流量条件としては、ＴＭＧａガス：０ｓｃｃｍ、および、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）ガス：約１０ｓｃｃｍである。また、組成遷移層４ｃのＡｌ組成の比率を約０．１２にする場合のガス流量条件としては、ＴＭＧａガス：約３５ｓｃｃｍ、および、ＴＭＡｌガス：約１０ｓｃｃｍである。そして、組成遷移層４ｃを成長させる際には、ＴＭＧａガスの流量を、０ｓｃｃｍから約３５ｓｃｃｍに徐々に変化させる。なお、Ａｌ組成の比率が約１．０である組成遷移層４ｃの低屈折率層４ａに接している面の組成は、ＡｌＡｓとなる。
【００３９】
次に、第１実施形態では、図４および図５に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、組成遷移層４ｃ上の発光層３の発光部３ａに対応する領域に、約５μｍの直径を有する円形状のフォトレジスト１１を形成する。この後、リン酸および過酸化水素水系のエッチング液を用いて、ウェットエッチング技術を用いて、フォトレジスト１１をマスクとして、組成遷移層４ｃをエッチングする。これにより、図６および図７に示すように、組成遷移層４ｃの発光層３の発光部３ａに対応する円形状の領域以外の領域が除去される。このウェットエッチング（等方性エッチング）における深さ方向および横方向のエッチング量は、それぞれ、約１２ｎｍおよび約１０ｎｍであり、フォトレジスト１１の直径（約５μｍ）に対して小さい。このため、エッチング量がばらついていたとしても、エッチング後の組成遷移層４ｃの寸法精度にほとんど影響を与えない。この後、フォトレジスト１１を除去する。
【００４０】
次に、図８に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、組成遷移層４ｃを覆うように、約４８．７ｎｍの厚みを有するｐ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓからなる高屈折率層４ｂを成長させる。これにより、発光層３の上面に隣接する低屈折率層４ａ、組成遷移層４ｃおよび高屈折率層４ｂの組において、低屈折率層４ａと高屈折率層４ｂとの間の組成遷移層４ｃは、発光層３の発光部３ａに対応する領域にのみ形成される。また、発光層３の上面に隣接する低屈折率層４ａ、組成遷移層４ｃおよび高屈折率層４ｂの組は、発光層３の発光部３ａに対応する領域が、組成遷移層４ｃの厚み分（約１２ｎｍ）だけ上方に突出するように形成される。
【００４１】
この後、約５８．１ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＡｓからなる２４層の低屈折率層４ａと、約４８．７ｎｍの厚みを有するｐ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓからなる２４層の高屈折率層４ｂとを交互に成長させる。この際、低屈折率層４ａと高屈折率層４ｂとの間に、約１２ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＡｓからなる組成遷移層４ｃを成長させる。なお、組成遷移層４ｃを成長させる際には、組成遷移層４ｃのＡｌ組成の比率が、約０．１２〜約１．０までの範囲内で徐々に変化する傾斜組成を有するように成長させる。また、発光層３の上面に隣接する低屈折率層４ａ、組成遷移層４ｃおよび高屈折率層４ｂの組よりも上方に形成される低屈折率層４ａ、組成遷移層４ｃおよび高屈折率層４ｂの組も、組成遷移層４ｃの厚み分（約１２ｎｍ）だけ上方に突出するように形成される。そして、２５層の低屈折率層４ａおよび高屈折率層４ｂと、低屈折率層４ａと高屈折率層４ｂとの間に形成された組成遷移層４ｃとによって、上部多層反射膜４が構成される。
【００４２】
この後、図２に示したように、真空蒸着法を用いて、全面を覆うように、下層から上層に向かって、約０．１μｍの厚みを有するＣｒ層（図示せず）と、約１．０μｍの厚みを有するＡｕ層（図示せず）とを形成した後、発光層３の発光部３ａに対応する領域に位置するＣｒ層およびＡｕ層を除去する。これにより、発光層３の発光部３ａに対応する領域に、図１に示したような円形状の開口部６ａを有するｐ側電極６が形成される。最後に、真空蒸着法を用いて、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面上に、ｎ型ＧａＡｓ基板１に近い方から順に、約０．２μｍの厚みを有するＡｕＧｅ層と、約０．０１μｍの厚みを有するＮｉ層と、約０．６μｍの厚みを有するＡｕ層とからなるｎ側電極７を形成する。このようにして、第１実施形態による面発光型半導体レーザ素子が形成される。
【００４３】
第１実施形態の製造プロセスでは、上記のように、フォトリソグラフィ技術およびウェットエッチング技術を用いて発光層３の発光部３ａに対応する領域にのみ組成遷移層４ｃを形成することによって、精度良く発光層３の発光部３ａに対応する領域にのみ組成遷移層４ｃを形成することができるので、電流狭窄を精度良く制御することができる。その結果、電流狭窄の幅のばらつきが大きいことに起因する歩留まりの低下を抑制することができる。
【００４４】
（第２実施形態）
図９は、本発明の第２実施形態による面発光型半導体レーザ素子の構造を示した平面図である。図１０は、図９の８０−８０線に沿った断面図である。図９および図１０を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、ｐ型ＧａＡｓ基板上に、ｐ型の下部多層反射膜、発光層およびｎ型の上部多層反射膜を順次形成する場合の例について説明する。
【００４５】
すなわち、この第２実施形態では、図１０に示すように、ｐ型ＧａＡｓ基板２１上に、ｐ型の下部多層反射膜２４、発光層２３およびｎ型の上部多層反射膜２２とが順次形成されている。なお、下部多層反射膜２４は、本発明の「第１多層反射膜」の一例であり、上部多層反射膜２２は、本発明の「第２多層反射膜」の一例である。
【００４６】
下部多層反射膜２４は、低屈折率層２４ａ、組成遷移層２４ｃおよび高屈折率層２４ｂの組が２５層積層された構造を有している。低屈折率層２４ａは、約５８．１ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＡｓからなるとともに、高屈折率層２４ｂは、約４８．７ｎｍの厚みを有するｐ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓからなる。また、組成遷移層２４ｃは、低屈折率層２４ａと高屈折率層２４ｂとの間に配置され、低屈折率層２４ａのＡｌ組成の比率から高屈折率層２４ｂのＡｌ組成の比率に徐々にＡｌ組成の比率を変化させた傾斜組成を有する。この組成遷移層２４ｃは、約１２ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＡｓからなるとともに、組成遷移層２４ｃのＡｌ組成の比率は、約０．１２〜約１．０までの範囲内で徐々に変化している。なお、組成遷移層２４ｃのＡｌ組成の比率が約１．０の領域の組成は、ＡｌＡｓである。
【００４７】
ここで、第２実施形態では、下部多層反射膜２４を構成する２５層の低屈折率層２４ａ、組成遷移層２４ｃおよび高屈折率層２４ｂの組のうち、発光層２３の下面に隣接する低屈折率層２４ａ、組成遷移層２４ｃおよび高屈折率層２４ｂの組において、低屈折率層２４ａと高屈折率層２４ｂとの間に形成された組成遷移層２４ｃは、発光層２３の発光部２３ａに対応する領域にのみ形成されている。すなわち、低屈折率層２４ａと高屈折率層２４ｂとの間の発光層２３の発光部２３ａに対応する領域以外の領域には、組成遷移層２４ｃが形成されていない。また、発光層２３の下面に隣接する低屈折率層２４ａ、組成遷移層２４ｃおよび高屈折率層２４ｂの組は、発光層２３の発光部２３ａに対応する領域が、組成遷移層２４ｃの厚み分（約１２ｎｍ）だけ上方に突出している。
【００４８】
また、発光層２３は、上記第１実施形態の発光層３と同様、井戸層（図示せず）、障壁層（図示せず）および光ガイド層（図示せず）からなる３重量子井戸構造を有している。ただし、発光層２３の発光部２３は、組成遷移層２４ｃの厚み分（約１２ｎｍ）だけ上方に突出している。
【００４９】
また、上部多層反射膜２２は、高屈折率層２２ａおよび低屈折率層２２ｂの組が３０層積層された構造を有している。高屈折率層２２ａは、約５９．７ｎｍの厚みを有するｎ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓからなるとともに、低屈折率層２２ｂは、約７１．３ｎｍの厚みを有するｎ型ＡｌＡｓからなる。また、３０層の高屈折率層２２ａおよび低屈折率層２２ｂの組の発光層２３の発光部２３ａに対応する領域は、組成遷移層２４ｃの厚み分（約１２ｎｍ）だけ上方に突出している。
【００５０】
そして、上部多層反射膜２２上には、発光層２３の発光部２３ａに対応する領域に、図９に示すような円形状の開口部６ａを有するｎ側電極６が形成されている。また、ｐ型ＧａＡｓ基板２１の裏面上には、ｐ側電極７が形成されている。
【００５１】
第２実施形態では、上記のように、発光層２３の下方に位置する下部多層反射膜２４を、発光層２３の発光部２３ａに対応する領域にのみ組成遷移層２４ｃが形成された低屈折率層２４ａおよび高屈折率層２４ｂの組を含むように構成することによって、ｐ型ＧａＡｓ基板２１を用いた場合でも、上記第１実施形態と同様、組成遷移層２４ｃが設けられた発光層２３の発光部２３ａに対応する領域にのみ電流が流れるように、電流狭窄を行うことができる。これにより、発光層２３に注入される電流の幅を数μｍに絞ることができる。
【００５２】
ただし、第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、発光層２３の発光部２３ａが組成遷移層２４ｃの厚み分（約１２ｎｍ）だけ上方に突出しているので、発光層２３に段差が形成されることにより発光層２３の発光特性が低下する可能性がある。
【００５３】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００５４】
次に、図９および図１０を参照して、第２実施形態による面発光型半導体レーザ素子の製造プロセスとしては、まず、図３〜図８に示した第１実施形態の上部多層反射膜４の製造プロセスを用いて、ｐ型ＧａＡｓ基板２１上に、下部多層反射膜２４を形成する。この場合、発光層２３の下面に隣接する低屈折率層２４ａ、組成遷移層２４ｃおよび高屈折率層２４ｂの組において、低屈折率層２４ａと高屈折率層２４ｂとの間の組成遷移層２４ｃは、フォトリソグラフィ技術およびウェットエッチング技術により、発光層２３の発光部２３ａに対応する領域にのみ形成する。
【００５５】
次に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、下部多層反射膜２４上に、発光層２３および上部多層反射膜２２を順次形成する。この際、発光層２３の発光部２３ａおよび上部多層反射膜２２の発光層２３の発光部２３ａに対応する領域が、組成遷移層２４ｃの厚み分（約２５ｎｍ）だけ上方に突出するように形成される。この後、真空蒸着法を用いて、発光層２３の発光部２３ａに対応する領域に、図９に示したような円形状の開口部６ａを有するｎ側電極６を形成する。また、真空蒸着法を用いて、ｐ型ＧａＡｓ基板２１の裏面上に、ｐ側電極７を形成する。このようにして、第２実施形態による面発光型半導体レーザ素子が形成される。
【００５６】
第２実施形態の製造プロセスでは、上記のように、フォトリソグラフィ技術およびウェットエッチング技術を用いて発光層２３の発光部２３ａに対応する領域にのみ組成遷移層２４ｃを形成することによって、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、精度良く発光層２３の発光部２３ａに対応する領域にのみ組成遷移層２４ｃを形成することができるので、電流狭窄の幅を精度良く制御することができる。その結果、電流狭窄の幅のばらつきが大きいことに起因する歩留まりの低下を抑制することができる。
【００５７】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５８】
たとえば、上記第１および第２実施形態では、フォトリソグラフィ技術およびウェットエッチング技術を用いて、発光層の上面または下面に隣接する低屈折率層および高屈折率層の組における組成遷移層を、発光層の発光部に対応する領域にのみ形成したが、本発明はこれに限らず、フォトリソグラフィ技術およびウェットエッチング技術以外の他の方法を用いて、組成遷移層を、発光層の発光部に対応する領域にのみ形成してもよい。たとえば、ウェットエッチングに代えて、ドライエッチングを用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による面発光型半導体レーザ素子の構造を示した平面図である。
【図２】図１の５０−５０線に沿った断面図である。
【図３】図１および図２に示した第１実施形態による面発光型半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４】図１および図２に示した第１実施形態による面発光型半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図である。
【図５】図４の６０−６０線に沿った断面図である。
【図６】図１および図２に示した第１実施形態による面発光型半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図である。
【図７】図６の７０−７０線に沿った断面図である。
【図８】図１および図２に示した第１実施形態による面発光型半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態による面発光型半導体レーザ素子の構造を示した平面図である。
【図１０】図９の８０−８０線に沿った断面図である。
【図１１】
従来の面発光型半導体レーザ素子の構造を示した平面図である。
【図１２】
図１１の１００−１００線に沿った断面図である。
【符号の説明】
２、２４  下部多層反射膜（第１多層反射膜）
２ａ、４ｂ、２２ａ、２４ｂ  高屈折率層
２ｂ、４ａ、２２ｂ、２４ａ  低屈折率層
４、２２  上部多層反射膜（第２多層反射膜）
４ｃ、２４ｃ  組成遷移層
【図１】
2004289027.tif 000003
【図２】
2004289027.tif 000004
【図３】
2004289027.tif 000005
【図４】
2004289027.tif 000006
【図５】
2004289027.tif 000007
【図６】
2004289027.tif 000008
【図７】
2004289027.tif 000009
【図８】
2004289027.tif 000010
【図９】
2004289027.tif 000011
【図１０】
2004289027.tif 000012
【図１１】
2004289027.tif 000013
【図１２】
2004289027.tif 000014