(57)【要約】【課題】  構造に自由度があり、かつ高速駆動が可能である、光検出部を含む面発光型半導体レーザおよびその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明にかかる面発光型半導体レーザ１００は，発光素子部１４０と、発光素子部１４０の上方に形成された光検出部１２０と、を含み、発光素子部１４０は、第１ミラー１０２と、第１ミラー１０２の上方に形成された活性層１０３と、活性層１０３の上方に形成された第２ミラー１０４と、を含み、第２ミラー１０４は、多層膜ミラーであり、第２ミラー１０４の単位周期を構成する層のうち、少なくとも一層は誘電体層である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子部と、
前記発光素子部の上方に形成された光検出部と、を含み、
前記発光素子部は、第１ミラーと、前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、を含み、
前記第２ミラーは、多層膜ミラーであり、
前記第２ミラーの単位周期を構成する層のうち、少なくとも一層は誘電体層である、面発光型半導体レーザ。
【請求項２】
請求項１において、
前記活性層と前記第２ミラーとの間に形成された第３ミラーを有し、
前記第３ミラーは、半導体層で構成される多層膜ミラーである、面発光型半導体レーザ。
【請求項３】
請求項２において、
前記誘電体層は、酸化アルミニウムを含む層であり、
前記第２ミラーの単位周期を構成する層のうち、少なくとも一層はＡｌＧａＡｓ層であり、
前記第３ミラーは、Ａｌ組成の異なる少なくとも２層のＡｌＧａＡｓ層を有する、面発光型半導体レーザ。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記発光素子部を駆動させるための第１電極および第２電極を有し、
前記第２電極は、前記第３ミラーに接している、面発光型半導体レーザ。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかにおいて、
前記第２ミラーの膜厚は、０．９μｍ以上である、面発光型半導体レーザ。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれかにおいて、
前記第２ミラーを構成するＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、０．８以下である、面発光型半導体レーザ。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれかにおいて、
前記第２ミラーは、柱状に形成されており、
前記第２ミラーの側面は、絶縁層によって覆われている、面発光型半導体レーザ。
【請求項８】
請求項７において、
前記絶縁層は、樹脂からなる、面発光型半導体レーザ。
【請求項９】
請求項２〜８のいずれかにおいて、
前記第３ミラーは、電流狭窄層を有する、面発光型半導体レーザ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかにおいて、
前記光検出部は、
第１コンタクト層と、
前記第１コンタクト層の上方に形成された光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成された第２コンタクト層と、を含む、面発光型半導体レーザ。
【請求項１１】
請求項４〜１０のいずれかにおいて、
前記光検出部を駆動させるための第３電極および第４電極を有する、面発光型半導体レーザ。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記第１電極および前記第２電極のいずれか一方と、前記第３電極および前記第４電極のいずれか一方とが、電極接合部にて電気的に接続されている、面発光型半導体レーザ。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記電極接合部は、前記発光素子部および前記光検出部を除いた、電極パッドに至るまでの領域に形成されている、面発光型半導体レーザ。
【請求項１４】
発光素子部と、該発光素子部上に設けられ、かつ、出射面を有する光検出部と、を含む面発光型半導体レーザの製造方法において、
基板の上方に、少なくとも、第１ミラー、活性層、多層膜ミラーである第２ミラー、第１コンタクト層、光吸収層、および第２コンタクト層を構成するための半導体層を積層する工程と、
前記半導体層をエッチングすることにより、少なくとも前記第２コンタクト層の一部を含む第１柱状部を形成する工程と、
前記半導体層をエッチングすることにより、少なくとも前記第２ミラーの一部を含む第２柱状部を形成する工程と、
前記第２ミラーの単位周期を構成する半導体層のうち、少なくとも一層を側面から酸化して、誘電体層を形成する工程と、を含む、面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記誘電体層は、第２ミラー内のＡｌＡｓ層またはＡｌＧａＡｓ層を側面から酸化して形成される、面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項１６】
請求項１４または１５において、
前記半導体層を積層する工程は、前記活性層と前記第２ミラーとの間に、多層膜ミラーである第３ミラーを構成するための他の半導体層を積層する工程を有し、
前記他の半導体層をエッチングすることにより、少なくとも前記第３ミラーの一部を含む第３柱状部を形成する工程を有する、面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記第３ミラー内の半導体層を側面から酸化して、電流狭窄層を形成する工程を有する、面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記誘電体層を形成する工程と、前記電流狭窄層を形成する工程とは、同一のプロセスで行われる、面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項１９】
請求項１４〜１８のいずれかにおいて、
前記第２柱状部の側面を覆うように絶縁層を形成する工程を有する、面発光型半導体レーザの製造方法。
【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およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光型半導体レーザは、環境温度により光出力が変動するという特性を有する。このため、面発光型半導体レーザを用いた光モジュールにおいては、面発光型半導体レーザから出射されるレーザ光の一部を検出して光出力値をモニタするための光検出機能が備えられている場合がある。例えば、面発光型半導体レーザにフォトダイオード等の光検出部を設けることにより、面発光型半導体レーザから出射されるレーザ光の一部を同一素子内でモニタすることができる（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、面発光型半導体レーザ内に光検出部を設ける場合、レーザ光の発生に寄与する部分（発光素子部）や光検出部を構成する各層の極性や、発光素子部および光検出部の電極の構造等の点から、面発光型半導体レーザの構造が限定されてしまい、構造の自由度が少なくなることがある。
【０００３】
ところで、面発光型半導体レーザは高速駆動が可能であり、この特徴を生かして電子機器や光通信システムに適用されている。したがって、光検出部を備えた面発光型半導体レーザにおいても高速駆動が求められている。
【０００４】
ここで、たとえば、図２１に示すような、公知の光検出部を備えた面発光型半導体レーザ９００の構造について説明する（例えば、特許文献２および特許文献３参照）。なお、図２１は公知の面発光型半導体レーザ９００を模式的に示す断面図である。
【０００５】
たとえば図２１に示すような面発光型半導体レーザ９００は、発光素子部９４０および光検出部９２０を含む。発光素子部９４０は半導体基板９０１上に設けられ、ｎ型の第１ミラー９０２、活性層９０３、およびｐ型の第２ミラー９０４がこの順に積層されて構成される。光検出部９２０は発光素子部９４０上に設けられ、ｎ型の第１コンタクト層９１１、不純物が導入されていない光吸収層９１２、およびｐ型の第２コンタクト層９１３が順に積層されている。さらに、発光素子部９４０を駆動させるための第１電極９０７および第２電極９０９が設けられ、光検出部９２０を駆動させるための第３電極９１６および第４電極９１０が設けられている。
【０００６】
また、発光素子部９４０および光検出部１２０の間には、誘電体層９１５が設けられている。この誘電体層９１５は例えば、酸化アルミニウムを含む層からなる。誘電体層９１５は、アルミニウム（Ａｌ）を含む層を側面から酸化することによって形成される。
【０００７】
この面発光型半導体レーザ９００においては、発光素子部９４０を駆動させるために、第１電極９０７と第２電極９０９との間に電圧を印加する。一方、光検出部９２０を駆動させるために、第３電極９１６と第４電極９１０との間にも所定の電圧を印加する。
【０００８】
一方、誘電体層９１５はアルミニウム（Ａｌ）を含む層（図示せず）を酸化して得られる。この方法により誘電体層９１５を形成する場合、酸化前のアルミニウム（Ａｌ）を含む層は、酸化時に酸素が層内にスムーズに入り込んで酸化が容易に進行するよう「疎」に形成されている。このため、酸化により得られた誘電体層９１５もまた「疎」であるため、信頼性が低く機械的強度が小さい。よって、信頼性および機械的強度を確保するためには、誘電体層９１５は膜厚を小さく形成せざるを得ない。しかしながら、発光素子部９４０および光検出部９２０の間に、膜厚が小さな誘電体層９１５が設けられていると、発光素子部９４０と光検出部９２０との間に大きな寄生容量が発生する。この寄生容量の発生は高速駆動の妨げとなる。
【特許文献１】特開平１０−１３５５６８号公報
【特許文献２】特表２００２−５０４７５４号公報
【特許文献３】特開２０００−１８３４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、構造に自由度があり、かつ高速駆動が可能である、光検出部を含む面発光型半導体レーザおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明にかかる面発光型半導体レーザは、
発光素子部と、
前記発光素子部の上方に形成された光検出部と、を含み、
前記発光素子部は、第１ミラーと、前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、を含み、
前記第２ミラーは、多層膜ミラーであり、
前記第２ミラーの単位周期を構成する層のうち、少なくとも一層は誘電体層である。
【００１１】
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、特定のもの（以下、「Ａ」という）の「上方」に形成された他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）とは、Ａ上に直接形成されたＢと、Ａ上に、Ａ上の他のものを介して形成されたＢと、を含む。この「上方」の定義については、本発明にかかる面発光型半導体レーザの製造方法においても同様である。
【００１２】
この面発光型半導体レーザによれば、前記第２ミラーが、前記発光素子部と前記光検出部との間に形成されている。前記第２ミラーは、多層膜ミラーであって、前記第２ミラーの単位周期を構成する層のうち、少なくとも一層は誘電体層である。これにより、前記第２ミラーによって、前記発光素子部と前記光検出部とを絶縁分離することができる。すなわち、この面発光型半導体レーザによれば、前記第２ミラーは、前記発光素子部においてレーザ発振するために必要な多層膜ミラーとして機能することができ、かつ前記発光素子部と前記光検出部とを絶縁分離する絶縁分離層として機能することができる。
【００１３】
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、
前記活性層と前記第２ミラーとの間に形成された第３ミラーを有し、
前記第３ミラーは、半導体層で構成される多層膜ミラーであることができる。
【００１４】
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、
前記誘電体層は、酸化アルミニウムを含む層であり、
前記第２ミラーの単位周期を構成する層のうち、少なくとも一層はＡｌＧａＡｓ層であり、
前記第３ミラーは、Ａｌ組成の異なる少なくとも２層のＡｌＧａＡｓ層を有することができる。
【００１５】
本発明にかかる面発光型半導体レーザおよびその製造方法において、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成とは、ガリウム（Ｇａ）に対するアルミニウム（Ａｌ）の組成である。本発明にかかる面発光型半導体レーザおよびその製造方法において、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、０から１までである。すなわち、ＡｌＧａＡｓ層は、ＧａＡｓ層（Ａｌ組成が０の場合）およびＡｌＡｓ層（Ａｌ組成が１の場合）を含む。
【００１６】
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、
前記発光素子部を駆動させるための第１電極および第２電極を有し、
前記第２電極は、前記第３ミラーに接していることができる。
【００１７】
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、
前記第２ミラーの膜厚は、０．９μｍ以上であることができる。
【００１８】
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、
前記第２ミラーを構成するＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、０．８以下であることができる。
【００１９】
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、
前記第２ミラーは、柱状に形成されており、
前記第２ミラーの側面は、絶縁層によって覆われていることができる。
【００２０】
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、
前記絶縁層は、樹脂からなることができる。
【００２１】
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、
前記第３ミラーは、電流狭窄層を有することができる。
【００２２】
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、
前記光検出部は、
第１コンタクト層と、
前記第１コンタクト層の上方に形成された光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成された第２コンタクト層と、を含むことができる。
【００２３】
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、
前記光検出部を駆動させるための第３電極および第４電極を有することができる。
【００２４】
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、
前記第１電極および前記第２電極のいずれか一方と、前記第３電極および前記第４電極のいずれか一方とが、電極接合部にて電気的に接続されていることができる。
【００２５】
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、
前記電極接合部は、前記発光素子部および前記光検出部を除いた、電極パッドに至るまでの領域に形成されていることができる。
【００２６】
本発明にかかる面発光型半導体レーザの製造方法は、
発光素子部と、該発光素子部上に設けられ、かつ、出射面を有する光検出部と、を含む面発光型半導体レーザの製造方法において、
基板の上方に、少なくとも、第１ミラー、活性層、多層膜ミラーである第２ミラー、第１コンタクト層、光吸収層、および第２コンタクト層を構成するための半導体層を積層する工程と、
前記半導体層をエッチングすることにより、少なくとも前記第２コンタクト層の一部を含む第１柱状部を形成する工程と、
前記半導体層をエッチングすることにより、少なくとも前記第２ミラーの一部を含む第２柱状部を形成する工程と、
前記第２ミラーの単位周期を構成する半導体層のうち、少なくとも一層を側面から酸化して、誘電体層を形成する工程と、を含む。
【００２７】
本発明にかかる面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記誘電体層は、第２ミラー内のＡｌＡｓ層またはＡｌＧａＡｓ層を側面から酸化して形成されることができる。
【００２８】
本発明にかかる面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記半導体層を積層する工程は、前記活性層と前記第２ミラーとの間に、多層膜ミラーである第３ミラーを構成するための他の半導体層を積層する工程を有し、
前記他の半導体層をエッチングすることにより、少なくとも前記第３ミラーの一部を含む第３柱状部を形成する工程を有することができる。
【００２９】
本発明にかかる面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記第３ミラー内の半導体層を側面から酸化して、電流狭窄層を形成する工程を有することができる。
【００３０】
本発明にかかる面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記誘電体層を形成する工程と、前記電流狭窄層を形成する工程とは、同一のプロセスで行われることができる。
【００３１】
本発明にかかる面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記第２柱状部の側面を覆うように絶縁層を形成する工程を有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３３】
１．面発光型半導体レーザの構造
図１は、本発明を適用した実施の形態に係る面発光型半導体レーザ（以下、「面発光レーザ」ともいう）１００を模式的に示す断面図である。また、図２は、図１に示す面発光レーザ１００を模式的に示す平面図である。
【００３４】
本実施の形態の面発光レーザ１００は、図１に示すように、発光素子部１４０および光検出部１２０を含む。この面発光レーザ１００においては、発光素子部１４０ではレーザ光が発生し、光検出部１２０に設けられた出射面１０８から出射する。また、光検出部１２０は、発光素子部１４０にて生じたレーザ光の一部を電流に変換する機能を有する。以下、発光素子部１４０、光検出部１２０、および全体の構成について説明する。
【００３５】
１−１．発光素子部
発光素子部１４０は、半導体基板（本実施形態ではｎ型ＧａＡｓ基板）１０１上に設けられている。この発光素子部１４０は垂直共振器（以下「共振器」とする）を構成する。また、この発光素子部１４０は、第１の柱状の半導体堆積体（以下「第３柱状部」とする）１３０と、第２の柱状の半導体堆積体（以下「第２柱状部」とする）１３２の一部と、を含むことができる。
【００３６】
発光素子部１４０は、例えば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下、「第１ミラー」という）１０２と、ＧａＡｓウエル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層１０３と、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した１６ペアの分布反射型多層膜ミラー１１８と、アンドープのＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層と誘電体層とを交互に積層した５ペアの分布反射型多層膜ミラー１０４と、が順次積層されて構成されている。誘電体層としては、たとえば酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）を含む層などを用いることができる。本実施の形態においては、誘電体層として、酸化アルミニウムを含む層を用いた場合について説明する。アンドープのＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層と酸化アルミニウムを含む層とを交互に積層した５ペアの分布反射型多層膜ミラー１０４を、以下、第２ミラー１０４という。また、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した１６ペアの分布反射型多層膜ミラー１１８を、以下、第３ミラー１１８という。
【００３７】
本実施の形態にかかる面発光レーザ１００においては、第２ミラー１０４の単位周期は、アンドープのＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層と誘電体層との２層で構成されている。第２ミラー１０４の単位周期は、少なくとも一層の誘電体層を有して構成されることができる。
【００３８】
第２ミラー１０４におけるアンドープのＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層のＡｌ組成は０．２であるが、この層のＡｌ組成は、たとえば０．８以下とすることができる。第３ミラー１１８におけるＡｌ組成の大きい方の層、すなわちｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層のＡｌ組成は０．９であるが、この層のＡｌ組成は、たとえば０．８以上とすることができる。第３ミラー１１８におけるＡｌ組成の小さい方の層、すなわちｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層のＡｌ組成は０．１５であるが、この層のＡｌ組成は、たとえば０．２以下とすることができる。
【００３９】
なお、第１ミラー１０２、活性層１０３、第２ミラー１０４、および第３ミラー１１８を構成する各層の組成および層数はこれに限定されるわけではない。
【００４０】
第３ミラー１１８は、例えば炭素（Ｃ）または亜鉛（Ｚｎ）などがドーピングされることによりｐ型にされ、第１ミラー１０２は、例えばケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などがドーピングされることによりｎ型にされている。したがって、ｐ型の第３ミラー１１８、不純物がドーピングされていない活性層１０３、およびｎ型の第１ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【００４１】
発光素子部１４０のうち第３ミラー１１８から第１ミラー１０２の途中にかけての部分が、出射面１０８と垂直の方向からみて円形の形状にエッチングされて、第３柱状部１３０が形成されている。なお、この面発光レーザ１００では、第３柱状部１３０の平面形状を円形としたが、この形状は任意の形状をとることができる。
【００４２】
後述する光検出部１２０のうち第１コンタクト層１１１から、発光素子部１４０のうち第２ミラー１０４にかけての部分が、出射面１０８と垂直の方向からみて円形の形状にエッチングされて、第２柱状部１３２が形成されている。なお、この面発光レーザ１００では、第２柱状部１３２の平面形状を円形としたが、この形状は任意の形状をとることができる。
【００４３】
第２柱状部１３２の周囲と、前述した第３柱状部１３０の周囲と、後述する第１柱状部１３４の周囲と、には、ポリイミド系樹脂からなる絶縁層１０６が形成されている。なお、この面発光レーザ１００では、絶縁層１０６の材質はポリイミド系樹脂としたが、たとえばアクリル系樹脂またはエポキシ系樹脂などの他の樹脂材料、あるいは、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜などの無機系の誘電体膜などの任意の絶縁材料を用いることができる。
【００４４】
第２ミラー１０４は光検出部１２０（より具体的には光検出部１２０の第１コンタクト層１１１）に接している。さらに、この面発光レーザ１００においては、図１および図２に示すように、半導体基板１０１の表面１０１ａと平行な面で切断した場合、第３ミラー１１８の断面が、第２ミラー１０４の断面よりも大きい。これにより、発光素子部１４０において、第３柱状部１３０と第２柱状部１３２との間に段差が形成されている。すなわち、第２柱状部１３２は、第３柱状部１３０の上面１１８ａの一部に設けられている。第３柱状部１３０の上面１３０ａ上にはさらに、第２電極１０９（後述する）が設けられている。
【００４５】
また、第３ミラー１１８のうち活性層１０３に近い領域に、酸化アルミニウムからなる電流狭窄層１０５が形成されている。この電流狭窄層１０５はリング状に形成されている。すなわち、この電流狭窄層１０５は、図１に示す半導体基板１０１の表面１０１ａと平行な面で切断した場合における断面が、第３柱状部１３０の平面形状と同心の円形状を有する。
【００４６】
さらに、発光素子部１４０には第１電極１０７および第２電極１０９が設けられている。この第１電極１０７および第２電極１０９は、発光素子部１４０に電圧を印加して駆動させるために使用される。具体的には、図１に示すように、発光素子部１４０の第１ミラー１０２の上面１０２ａには、第１電極１０７が設けられている。発光素子部１４０の第３ミラー１１８の上面１１８ａには、第２電極１０９が設けられている。また、図２に示すように、第１電極１０７および第２電極１０９は、リング状の平面形状を有する。また、第１電極１０７は第３柱状部１３０を取り囲むように設けられている。第２電極１０９は第２柱状部１３２を取り囲むように設けられている。言い換えれば、第３柱状部１３０は第１電極１０７の内側に設けられ、第２柱状部１３２は第２電極１０９の内側に設けられている。
【００４７】
また、本実施の形態では、第１電極１０７が第１ミラー１０２上に設けられている場合について示したが、第１電極１０７を半導体基板１０１の裏面１０１ｂに設けてもよい。
【００４８】
第１電極１０７は、例えばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜からなる。また、第２電極１０９は、例えばＰｔおよびＡｕの積層膜からなる。第１電極１０７と第２電極１０９とによって活性層１０３に電流が注入される。なお、第１電極１０７および第２電極１０９を形成するための材料は、前述したものに限定されるわけではなく、例えばＡｕとＺｎとの合金などが利用可能である。
【００４９】
１−２．光検出部
光検出部１２０は発光素子部１４０上に設けられ、出射面１０８を有する。また、この光検出部１２０は、第２柱状部１３２の一部と、柱状の半導体堆積体（以下「第１柱状部」とする）１３４の一部と、を含むことができる。
【００５０】
光検出部１２０は、たとえば、第１コンタクト層１１１と、光吸収層１１２と、第２コンタクト層１１３と、を含むことができる。第１コンタクト層１１１は発光素子部１４０の第２ミラー１０４上に設けられ、光吸収層１１２は第１コンタクト層１１１上に設けられ、第２コンタクト層１１３は光吸収層１１２上に設けられている。さらに、本実施の形態の光検出部１２０においては、平面視において、第１コンタクト層１１１の平面形状の面積が、光吸収層１１２および第２コンタクト層１１３の平面形状の面積よりも大きい場合が示されている（図１および図２参照）。
【００５１】
光検出部１２０のうち第２コンタクト層１１３から光吸収層１１２にかけての部分が、出射面１０８と垂直の方向からみて円形の形状にエッチングされて、第１柱状部１３４が形成されている。なお、この面発光レーザ１００では、第１柱状部１３４の平面形状を円形としたが、この形状は任意の形状をとることができる。
【００５２】
第１コンタクト層１１１は例えばｎ型ＧａＡｓ層からなり、光吸収層１１２は例えば不純物が導入されていないＧａＡｓ層からなり、第２コンタクト層１１３は例えばｐ型ＧａＡｓ層からなることができる。具体的には、第１コンタクト層１１１は、例えばＳｉがドーピングされることによりｎ型にされ、第２コンタクト層１１３は、例えばＣがドーピングされることによりｐ型にされている。したがって、ｐ型の第２コンタクト層１１３、不純物がドーピングされていない光吸収層１１２、およびｎ型の第１コンタクト層１１１により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【００５３】
光検出部１２０には、第３電極１１６および第４電極１１０が設けられている。この第３電極１１６および第４電極１１０は光検出部１２０を駆動させるために使用される。また、本実施の形態の面発光レーザ１００においては、第３電極１１６は第１電極１０７と同じ材質にて形成することができ、第４電極１１０は第２電極１０９と同じ材質にて形成することができる。
【００５４】
第３電極１１６は第１コンタクト層１１１上に設けられている。言い換えれば、第１コンタクト層１１１は、第３電極１１６に接している。第４電極１１０は光検出部１２０の上面上（第２コンタクト層１１３上）に設けられている。第４電極１１０には開口部１１４が設けられている。この開口部１１４によって露出した第２コンタクト層１１３の上面１１３ａが出射面１０８である。したがって、開口部１１４の平面形状および大きさを適宜設定することにより、出射面１０８の形状および大きさを適宜設定することができる。本実施の形態においては、図２に示すように、出射面１０８が円形である場合を示す。
【００５５】
１−３．全体の構成
本実施の形態の面発光レーザ１００においては、発光素子部１４０のｎ型第１ミラー１０２およびｐ型第３ミラー１１８、ならびに光検出部１２０のｎ型第１コンタクト層１１１およびｐ型第２コンタクト層１１３から、全体としてｎｐｎｐ構造が構成される。すなわち、この面発光レーザ１００においては、２つのｐｎ接合を有する。なお、上記各層において、ｐ型とｎ型を入れ替えることにより、全体としてｐｎｐｎ構造を構成することもできる。
【００５６】
光検出部１２０は、発光素子部１４０で生じた光の出力をモニタする機能を有する。具体的には、光検出部１２０は、発光素子部１４０で生じた光を電流に変換する。この電流の値によって、発光素子部１４０で生じた光の出力が検知される。
【００５７】
より具体的には、光検出部１２０において、発光素子部１４０により生じた光の一部が光吸収層１１２にて吸収され、この吸収された光によって、光吸収層１１２において光励起が生じ、電子および正孔が生じる。そして、素子外部から印加された電界により、電子は第３電極１１６に、正孔は第４電極１１０にそれぞれ移動する。その結果、光検出部１２０において、第１コンタクト層１１１から第２コンタクト層１１３の方向に電流が生じる。
【００５８】
また、発光素子部１４０の光出力は、主として発光素子部１４０に印加するバイアス電圧によって決定される。面発光レーザ１００においては、一般的な面発光レーザと同様に、発光素子部１４０の光出力は発光素子部１４０の周囲温度や発光素子部１４０の寿命によって大きく変化する。本実施の形態にかかる面発光レーザ１００においては、発光素子部１４０の光出力を光検出部１２０にてモニタすることができる。すなわち、光検出部１２０にて発生した電流の値に基づいて発光素子部１４０に印加する電圧値を調整することによって、発光素子部１４０内を流れる電流の値を調整することができる。したがって、発光素子部１４０において所定の光出力を維持することができる。発光素子部１４０の光出力を発光素子部１４０に印加する電圧値にフィードバックする制御は、外部電子回路（駆動回路；図示せず）を用いて実施することができる。
【００５９】
２．面発光レーザの動作
本実施の形態の面発光レーザ１００の一般的な動作を以下に示す。なお、下記の面発光レーザ１００の駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
【００６０】
まず、第１電極１０７と第２電極１０９とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、発光素子部１４０の活性層１０３において、電子と正孔との再結合が起こり、前記再結合による発光が生じる。そこで生じた光が、第１ミラー１０２、第２ミラー１０４、および第３ミラー１１８によって反射されて、活性層１０３の上下を往復する際に誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。光利得が光損失を上まわると、レーザ発振が起こり、活性層１０３にてレーザ光が生じる。このレーザ光は発光素子部１４０の第２ミラー１０４を出射し、光検出部１２０の第１コンタクト層１１１へと入射する。
【００６１】
次に、光検出部１２０において、第１コンタクト層１１１に入射した光は、次に光吸収層１１２に入射する。この入射光の一部が光吸収層１１２にて吸収される結果、光吸収層１１２において光励起が生じ、電子および正孔が生じる。そして、素子外部から印加された電界により、電子は第３電極１１６に、正孔は第４電極１１０にそれぞれ移動する。その結果、光検出部１２０において、第１コンタクト層１１１から第２コンタクト層１１３の方向に電流（光電流）が生じる。この電流の値を測定することにより、発光素子部１４０の光出力を検知することができる。そして、光検出部１２０を通過した光は、出射面１０８から出射する。
【００６２】
本実施の形態の面発光レーザ１００によれば、発光素子部１４０の光出力の一部を光検出部１２０でモニタして駆動回路にフィードバックすることで、温度等による出力変動を補正することができるため、安定した光出力を得ることができる。
【００６３】
３．面発光型半導体レーザの製造方法
次に、本発明を適用した実施の形態にかかる面発光レーザ１００の製造方法の一例について、図３〜図９を用いて説明する。図３〜図９は、図１および図２に示す面発光レーザ１００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図１に示す断面図に対応している。
【００６４】
（１）まず、ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板１０１の表面１０１ａに、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、図３に示すように、半導体多層膜１５０が形成される。ここで、半導体多層膜１５０は、例えば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの第１ミラー１０２、ＧａＡｓウエル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層１０３、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した１６ペアの第３ミラー１１８、アンドープのＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層と後述する酸化工程において誘電体層となる層とを交互に積層した５ペアの第２ミラー１０４、ｎ型ＧａＡｓからなる第１コンタクト層１１１、不純物がドーピングされていないＧａＡｓからなる光吸収層１１２、およびｐ型ＧａＡｓからなる第２コンタクト層１１３からなる。これらの層を順に半導体基板１０１上に積層させることにより、半導体多層膜１５０が形成される（図３参照）。
【００６５】
第２ミラー１０４における誘電体層となる層としては、たとえば、アンドープのＡｌＧａＡｓ層またはＡｌＡｓ層を用いることができる。誘電体層となる層として用いるアンドープのＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、後述する誘電体層を形成する工程において、この層の全体が完全に酸化されるように適宜設定される。
【００６６】
なお、第３ミラー１１８を成長させる際に、活性層１０３近傍の少なくとも１層がＡｌＡｓ層またはＡｌ組成が０．９５以上のＡｌＧａＡｓ層に形成される。この層は後に酸化され、電流狭窄層１０５となる（図７参照）。
【００６７】
また、後の工程において第２電極１０９が形成された際に、第３ミラー１１８のうち少なくとも第２電極１０９と接する部分の近傍は、キャリア密度を高くすることにより、第２電極１０９とのオーム性接触をとりやすくしておくのが望ましい。同様に、第１コンタクト層１１１のうち少なくとも第３電極１１６と接する部分の近傍、ならびに第２コンタクト層１１３のうち少なくとも第４電極１１０と接する部分の近傍は、キャリア密度を高くすることにより、それぞれ第３電極１１６および第４電極１１０とのオーム性接触をとりやすくしておくのが望ましい。
【００６８】
エピタキシャル成長を行う際の温度は、成長方法や原料、半導体基板１０１の種類、あるいは形成する半導体多層膜１５０の種類、厚さ、およびキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、４５０℃〜８００℃であるのが好ましい。また、エピタキシャル成長を行う際の所要時間も、温度と同様に適宜決定される。また、エピタキシャル成長させる方法としては、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法、あるいはＬＰＥ法（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）を用いることができる。
【００６９】
（２）次に、第２コンタクト層１１３および光吸収層１１２を所定の形状にパターニングして、第１柱状部１３４が形成される（図４参照）。具体的には、まず、半導体多層膜１５０上にレジスト（図示せず）を塗布する。次に、リソグラフィ法により該レジストをパターニングすることにより、所定のパターンのレジスト層Ｒ１が形成される。
【００７０】
ついで、レジスト層Ｒ１をマスクとして、例えばドライエッチング法またはウェットエッチング法により、第２コンタクト層１１３および光吸収層１１２をエッチングする。これにより、第２コンタクト層１１３と、第２コンタクト層１１３と同じ平面形状を有する光吸収層１１２とが形成される。その後、レジスト層Ｒ１が除去される。
【００７１】
（３）次いで、第１コンタクト層１１１および第２ミラー１０４を所定の形状にパターニングして、第２柱状部１３２が形成される（図５参照）。具体的には、まず、少なくとも第１コンタクト層１１１および第２コンタクト層１１３上にレジスト（図示せず）を塗布した後、リソグラフィ法により該レジストをパターニングすることにより、所定のパターンのレジスト層Ｒ２が形成される（図５参照）。
【００７２】
次いで、レジスト層Ｒ２をマスクとして、例えばドライエッチング法またはウェットエッチング法により、第１コンタクト層１１１および第２ミラー１０４をエッチングする。以上の工程により、図５に示すように、光検出部１２０が形成される。この光検出部１２０は、第２コンタクト層１１３、光吸収層１１２および第１コンタクト層１１１を含む。また、平面視において、第１コンタクト層１１１の平面形状の面積は、第２コンタクト層１１３および光吸収層１１２の平面形状の面積よりも大きく形成することができる。その後、レジスト層Ｒ２が除去される。
【００７３】
なお、上記工程では、第２コンタクト層１１３および光吸収層１１２をパターニングした後、第１コンタクト層１１１をパターニングする場合について説明したが、第１コンタクト層１１１をパターニングした後、第２コンタクト層１１３および光吸収層１１２をパターニングして光検出部１２０を形成してもよい。
【００７４】
（４）次いで、パターニングにより、第３柱状部１３０が形成される（図６参照）。具体的には、まず、少なくとも第３ミラー１１８、第１コンタクト層１１１、および第２コンタクト層１１３上にレジスト（図示せず）を塗布する。次に、リソグラフィ法により該レジストをパターニングすることにより、所定のパターンのレジスト層Ｒ３が形成される（図６参照）。
【００７５】
次いで、レジスト層Ｒ３をマスクとして、例えばドライエッチング法またはウェットエッチング法により、第３ミラー１１８、活性層１０３、および第１ミラー１０２の一部をエッチングする。これにより、図６に示すように、第３柱状部１３０が形成される。以上の工程により、半導体基板１０１上に、第３柱状部１３０と、第２柱状部１３２の一部と、を含む共振器（発光素子部１４０）が形成される。すなわち、光検出部１２０と発光素子部１４０との積層体が形成される。その後、レジスト層Ｒ３が除去される。
【００７６】
上述の第１柱状部１３４、第２柱状部１３２、および第３柱状部１３０の形成工程において用いることのできるドライエッチング法は、たとえば、塩素または塩化物を含むガスを用いたプラズマエッチング法などである。この際、必要に応じて、アルゴン等の不活性ガスまたはフッ化物を含むガスを添加することができる。また、第１柱状部１３４、第２柱状部１３２、および第３柱状部１３０の形成工程において用いることのできるウェットエッチング法は、たとえば、塩酸、硫酸、燐酸、フッ酸、過酸化水素水、アンモニア水、フッ化アンモニウム水溶液、あるいは、これらの混合溶液を、エッチングすべき材料の材質により選択して使用するエッチング法などである。
【００７７】
なお、本実施の形態においては前述したように、光検出部１２０をまず形成した後に発光素子部１４０を形成する場合について説明したが、発光素子部１４０を形成した後に光検出部１２０を形成してもよい。
【００７８】
（５）続いて、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって発光素子部１４０および光検出部１２０が形成された半導体基板１０１を投入する。その結果、図７に示すように、前述の工程によって第３ミラー１１８内に設けられたＡｌ組成が高い層を側面から酸化して、電流狭窄層１０５が形成される。また、前述の工程によって第２ミラー１０４内に設けられた誘電体層となる層を側面から酸化して、誘電体層が形成される。本実施の形態においては、誘電体層は５層形成される。
【００７９】
酸化レートは、炉の温度、水蒸気の供給量、酸化すべき層のＡｌ組成および膜厚に依存する。第３ミラー１１８内に設けられたＡｌ組成が高い層（電流狭窄層となる層）は、平面視において中央に酸化されていない領域を残すように酸化することができる。これに対し、第２ミラー１０４内に設けられた誘電体層となる層は、層全体を完全に酸化することができる。具体的には、たとえば、第３ミラー１１８内に設けられたＡｌ組成が高い層のＡｌ組成を０．９７、第２ミラー１０４内に設けられた誘電体層となる層のＡｌ組成を１．０（すなわち、誘電体層となる層は、ＡｌＡｓ層である）とすることができる。また、酸化すべき層の膜厚は、たとえば、酸化後の電流狭窄層１０５の膜厚が１０〜３０ｎｍ、誘電体層の膜厚が０．１３μｍ程度となるように、適宜設定される。また、炉の温度、水蒸気の供給量も適宜設定される。
【００８０】
酸化により形成される電流狭窄層を備えた面発光レーザでは、駆動する際に、電流狭窄層が形成されていない部分（酸化されていない部分）のみに電流が流れる。したがって、酸化によって電流狭窄層１０５を形成する工程において、形成する電流狭窄層１０５の範囲を制御することにより、電流密度の制御が可能となる。
【００８１】
また、発光素子部１４０から出射する光の大部分が第１コンタクト層１１１に入射するように、電流狭窄層１０５の開口部の径を調整することが望ましい。
【００８２】
（６）次に、図８に示すように、第１ミラー１０２上であって、第３柱状部１３０の側面と、第３ミラー１１８上であって、第２柱状部１３２の側面と、第１コンタクト層１１１上であって、第１柱状部１３４の側面と、に絶縁層１０６を形成する。
【００８３】
絶縁層１０６は、たとえば、熱または光等のエネルギーによって硬化可能な液体材料（例えば紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂の前駆体）を硬化させることにより得られるものを用いることができる。紫外線硬化型樹脂としては、例えば紫外線硬化型のアクリル系樹脂およびエポキシ系樹脂が挙げられる。また、熱硬化型樹脂としては、熱硬化型のポリイミド系樹脂等が例示できる。また、絶縁層１０６は、たとえば、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などの無機系の誘電体膜を用いることができる。また、絶縁層１０６は、たとえば上記材料を複数用いて積層膜とすることもできる。また、第３柱状部１３０の側面と、第２柱状部１３２の側面と、第１柱状部１３４の側面とにおいて、たとえば上記材料のうち異なる材料を用いて、各柱状部の側面にそれぞれ異なる材料からなる絶縁層１０６を形成することができる。
【００８４】
ここでは、絶縁層１０６を形成するための材料として、ポリイミド系樹脂の前駆体を用いた場合について述べる。まず、たとえばスピンコート法を用いて前駆体（ポリイミド系樹脂の前駆体）を、半導体基板１０１上に塗布して、前駆体層を形成する。なお、前記前駆体層の形成方法としては、前述したスピンコート法のほか、ディッピング法、スプレーコート法、液滴吐出法等の公知技術が利用できる。
【００８５】
次いで、この半導体基板１０１を、たとえばホットプレート等を用いて加熱して溶媒を除去した後、たとえば４００℃程度の炉に数時間程度入れて、前駆体層をイミド化させることにより、ほぼ完全に硬化したポリイミド系樹脂層を形成する。続いて、図８に示すように、ポリイミド系樹脂層を公知のリソグラフィ技術を用いてパターニングすることにより、絶縁層１０６を形成する。パターニングの際に用いられるエッチング方法としては、ドライエッチング法などを用いることができる。ドライエッチングは、たとえば酸素またはアルゴンなどのプラズマにより行うことができる。
【００８６】
なお、上述の絶縁層１０６の形成方法では、ポリイミド系樹脂の前駆体層を硬化した後、パターニングを行う例について示したが、ポリイミド系樹脂の前駆体層を硬化する前に、パターニングを行うこともできる。このパターニングの際に用いられるエッチング方法としては、ウェットエッチング法などを用いることができる。ウェットエッチングは、たとえばアルカリ溶液または有機溶液などにより行うことができる。
【００８７】
また、たとえば、絶縁層１０６として、窒化シリコンを用いる場合には、絶縁層１０６は、たとえばプラズマＣＶＤ法によって形成することができる。より具体的には、シラン（ＳｉＨ４）、アンモニア（ＮＨ３）、および窒素（Ｎ２）を原料ガスとしたプラズマ中であって、３５０℃前後の温度下において、絶縁層１０６を形成することができる。
【００８８】
（７）次いで、第３ミラー１１８の上面１１８ａ上に第２電極１０９が形成され、光検出部１２０の上面（第２コンタクト層１１３の上面１１３ａ）上に第４電極１１０が形成される（図９参照）。
【００８９】
まず、第２電極１０９および第４電極１１０を形成する前に、必要に応じて、プラズマ処理法等を用いて、第３ミラー１１８の上面１１８ａおよび第２コンタクト層１１３の上面１１３ａを洗浄する。これにより、より安定した特性の素子を形成することができる。
【００９０】
次いで、たとえば真空蒸着法、スパッタリング法、またはメッキ法などにより、たとえば、白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）の積層膜（図示せず）を形成する。次いで、たとえばリフトオフ法、またはドライエッチング法などにより、所定の位置以外の積層膜を除去することにより、第２電極１０９および第４電極１１０が形成される。この際、第２コンタクト層１１３の上面１１３ａに、前記積層膜が形成されていない部分が形成される。この部分が開口部１１４となり、開口部１１４によって露出した第２コンタクト層１１３の上面１１３ａが出射面１０８となる。
【００９１】
なお、前記工程においては、第２電極１０９および第４電極１１０を同時にパターニングしているが、第２電極１０９および第４電極１１０を個々に形成してもかまわない。上述では、白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）の積層膜を形成する例について説明したが、たとえば、金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）の合金および金（Ａｕ）の積層膜を形成することもできる。また、電極の密着性の強化や、電極材料に起因する拡散の防止などのために、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、またはニッケル（Ｎｉ）などを積層することもできる。
【００９２】
次いで、アニール処理を行う。アニール処理の温度は電極材料に依存する。本実施の形態で用いる電極材料の場合は、通常４００℃前後で行う。なお、後述の第１電極１０７および第３電極１１６を形成する工程においてアニール処理を行うことにより、本工程（第２電極１０９および第４電極１１０を形成する工程）におけるアニール処理を行わないこともできる。
【００９３】
（８）次に、同様の方法で、例えば金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金および金（Ａｕ）との積層膜をパターニングすることで、発光素子部１４０の第１ミラー１０２上に第１電極１０７が形成され、光検出部１２０の第１コンタクト層１１１上に第３電極１１６が形成される（図１参照）。次いで、アニール処理を行う。アニール処理の温度は電極材料に依存する。本実施の形態で用いる電極材料の場合は、通常４００℃前後で行う。以上の工程により、第１電極１０７および第３電極１１６が形成される。
【００９４】
ここで、第１電極１０７および第３電極１１６を同時にパターニングして形成してもよいし、あるいは第１電極１０７および第３電極１１６を個々に形成してもかまわない。上述では、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金および金（Ａｕ）の積層膜を形成する例について説明したが、たとえば、ゲルマニウム（Ｇｅ）および金（Ａｕ）の積層膜を形成することもできる。また、電極の密着性の強化や、電極材料に起因する拡散の防止などのために、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、またはニッケル（Ｎｉ）などを積層することもできる。
【００９５】
以上の工程により、発光素子部１４０および光検出部１２０を含む面発光レーザ１００が得られる（図１および図２参照）。
【００９６】
４．作用効果
本実施の形態にかかる面発光レーザ１００は、以下に示す作用および効果を有する。
【００９７】
本実施の形態にかかる面発光レーザ１００によれば、第２ミラー１０４が、発光素子部１４０と光検出部１２０との間に形成されている。第２ミラー１０４は、多層膜ミラーであって、第２ミラーの単位周期を構成する層のうち、少なくとも一層は誘電体層である。本実施の形態において、具体的に第２ミラー１０４の単位周期は、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層と、誘電体層（酸化アルミニウムを含む層）と、によって構成されている。これにより、第２ミラー１０４によって、発光素子部１４０と光検出部１２０とを絶縁分離することができる。すなわち、本実施の形態にかかる面発光レーザ１００によれば、第２ミラー１０４は、発光素子部１４０においてレーザ発振するために必要な多層膜ミラーとして機能することができ、かつ発光素子部１４０と光検出部１２０とを絶縁分離する絶縁分離層として機能することができる。
【００９８】
また、本実施の形態にかかる面発光レーザ１００によれば、第２ミラー１０４が、発光素子部１４０と光検出部１２０との間に形成されている。第２ミラー１０４は、多層膜ミラーであって、第２ミラーの単位周期を構成する層のうち、少なくとも一層は誘電体層である。本実施の形態において、具体的に第２ミラー１０４の単位周期は、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層と、誘電体層（酸化アルミニウムを含む層）と、によって構成されている。また、第２ミラー１０４は、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層と、誘電体層（酸化アルミニウムを含む層）とが交互に５ペア積層されて構成されている。すなわち、第２ミラー１０４の周期は、５周期である。
【００９９】
背景技術の項において説明した、たとえば図２１に示すような公知の面発光レーザ９００の構造では、誘電体層９１５の静電容量は、０．４６ｐＦである。これは、誘電体層９１５が酸化アルミニウムを含む層（比誘電率９．５）であって、誘電体層９１５の平面視における直径が３０μｍ、誘電体層９１５の厚さが０．１３μｍである場合の計算結果である。
【０１００】
なお、静電容量Ｃは、ε０を真空の誘電率、εｒを誘電体層の比誘電率、Ｓを誘電体層の平面視における面積、ｄを誘電体層の厚さとすると、以下の式で表される。
【０１０１】
Ｃ＝ε０εｒ（Ｓ／ｄ）
これに対し、本実施の形態にかかる面発光レーザ１００によれば、第２ミラー１０４の静電容量は、０．０６８ｐＦである。これは、第２ミラー１０４が、膜厚が０．０６μｍのＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層（比誘電率１３）と、膜厚が０．１３μｍの酸化アルミニウムを含む層（比誘電率９．５）とが交互に５ペア積層されて構成されており、第２ミラー１０４の平面視における直径が３０μｍである場合に、各層の静電容量が直列接続されているとして計算した結果である。このときの第２ミラー１０４の全体の膜厚は、０．９５μｍである。すなわち、第２ミラー１０４の膜厚は、０．９μｍ以上であることが望ましい。これにより、後述するように、第２ミラー１０４の静電容量を大幅に低減することができる。
【０１０２】
上述の計算結果をまとめると、たとえば図２１に示すような公知の面発光レーザ９００の構造の場合における誘電体層９１５の静電容量が０．４６ｐＦであるのに対し、本実施の形態にかかる面発光レーザ１００における第２ミラー１０４の静電容量が０．０６８ｐＦである。すなわち、本実施の形態にかかる面発光レーザ１００によれば、本実施の形態にかかる面発光レーザ１００における第２ミラー１０４の静電容量を、たとえば図２１に示すような公知の面発光レーザ９００における誘電体層９１５の静電容量に比べ、大幅に低減することができる。具体的には、本実施の形態にかかる面発光レーザ１００によれば、たとえば約１桁程度、静電容量を低減することができる。したがって、発光素子部１４０と光検出部１２０との間に生じる寄生容量を小さくすることができる。その結果、面発光レーザ１００を高速駆動させることができる。
【０１０３】
本実施の形態にかかる面発光レーザ１００によれば、誘電体層の膜厚を、信頼性および機械的強度が確保できる程度に小さく形成することができ、かつ発光素子部１４０と光検出部１２０との間に生じる寄生容量を、たとえば図２１に示すような公知の面発光レーザ９００に比べ、小さくすることができる。すなわち、本実施の形態の面発光レーザ１００によれば、信頼性および機械的強度を保ちつつ、たとえば図２１に示すような公知の面発光レーザ９００に比べ、発光素子部１４０と光検出部１２０との間に生じる寄生容量を小さくすることができる。
【０１０４】
本実施の形態の面発光レーザ１００によれば、第３ミラー１１８は活性層１０３上に設けられている。また、第２ミラー１０４は、第３ミラー１１８上に設けられている。また、第２電極１０９は、第３ミラー１１８上に設けられている。すなわち、第２電極１０９が第２ミラー１０４上に設けられる場合に比べ、活性層１０３のより近傍に第２電極１０９が設けられているため、活性層１０３に効率的に電圧を印加することができる。
【０１０５】
本実施の形態の面発光レーザ１００によれば、第２ミラー１０４は第３ミラー１１８上に設けられている。また、第２電極１０９は第３ミラー１０４上に設けられている。また、第２ミラー１０４は、多層膜ミラーであって、第２ミラーの単位周期を構成する層のうち、少なくとも一層は誘電体層である。したがって、第２ミラー１０４には電流が流れない。すなわち、第２ミラー１０４内ではキャリアが移動せず、第３ミラー１１８内のみをキャリアが移動する。したがって、キャリアは、より少ないヘテロジャンクションを経由して面発光レーザ１００内を移動することができるため、より低抵抗の面発光レーザ１００を得ることができる。その結果、面発光レーザ１００をより高速に駆動させることができる。また、面発光レーザ１００の素子温度の上昇を抑えることができる。
【０１０６】
また、一般的な面発光レーザでは、ミラー内の抵抗を下げるためにミラー内に不純物が添加される。この不純物の添加により、光の吸収錯乱やオージェ再結合が起こり、発光効率が低下することがある。これに対して、本実施の形態の面発光レーザ１００によれば、第２ミラー１０４には不純物が添加されていないことができる。これにより、上述した不純物の添加による課題を解決することができる。
【０１０７】
また、本実施の形態にかかる面発光レーザ１００によれば、第２ミラー１０４が柱状に形成されており、第２ミラー１０４の側面が絶縁層１０６によって覆われている。これによって、第２ミラー１０４の機械的強度を向上させることができる。また、外部の環境雰囲気（たとえば、酸素や水蒸気など）を絶縁層１０６によって遮断することができるため、面発光レーザ１００の信頼性を向上させることができる。
【０１０８】
５．変形例
本実施の形態の面発光レーザ１００によれば、発光素子部１４０の第１電極１０７および第２電極１０９のいずれか一方と、光検出部１２０の第３電極１１６および第４電極１１０のいずれか一方とを電極接合部にて電気的に接続することにより、３端子構造とすることができる。
【０１０９】
面発光レーザ１００が３端子構造を有する場合における前記電極の接続方法を図１０〜図１３に示す。また、図１０〜図１３に示す電極の接続方法を実現するための電極接続構造をそれぞれ、図１４および図１８〜図２０に平面図として模式的に示す。さらに、図１４に示す平面図をＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿って切断した断面をそれぞれ図１５〜図１７に示す。
【０１１０】
発光素子部１４０の第１電極１０７および第２電極１０９のいずれか一方と、光検出部１２０の第３電極１１６および第４電極１１０のいずれか一方とを電気的に接続する方法は４通りあり、それぞれ図１０〜図１３に接続方法１〜４として示されている。この図１０〜図１３にはそれぞれ、電極接合部１６０ａ〜１６０ｄが示されている。
【０１１１】
５−１．接続方法１
接続方法１においては、図１０ならびに図１４〜図１７に示すように、発光素子部１４０の第２電極１０９と、光検出部１２０の第３電極１１６とが電極接合部１６０ａにて電気的に接続されている。より具体的には、図１４〜図１７に示すように、面発光レーザ１００から電極パッド（図示せず）に至るまでの間に電極接合部１６０ａが設けられ、この電極接合部１６０ａにて第２電極１０９と第３電極１１６とが電気的に接続されている。すなわち、電極接続部１６０ａにおいては、第３電極１１６上に第２電極１０９が設けられている。
【０１１２】
第３電極１１６は光検出部１２０の第１コンタクト層１１１上から絶縁層１０６ｂ上にかけて形成されており、第２電極１０９は第３ミラー１１８上から絶縁層１０６ａ上を経て絶縁層１０６ｂ上および第２電極１０９上にかけて形成されている。なお、絶縁層１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃは一括して形成してもよいし、それぞれ形成してもよい。このことは、後述する接続方法２〜４でも同様である。また、接続方法２〜４については断面図の図示を省略するが、以下に言及する電極以外の部分については、図１４〜図１７に示す面発光レーザ１００と同様の層構造を有する。
【０１１３】
５−２．接続方法２
接続方法２においては、図１８に示すように、発光素子部１４０の第２電極１０９と、光検出部１２０の第４電極１１０とが、電極接合部１６０ｂにて電気的に接続されている。この電極接合部１６０ｂは、面発光レーザ１００から電極パッド（図示せず）に至るまでの間に設けられている。電極接続部１６０ｂにおいては、第４電極１１０上に第２電極１０９が設けられている。
【０１１４】
第４電極１１０は第２コンタクト層１１３上から絶縁層１０６ｃ上にかけて形成されており、第２電極１０９は第３ミラー１１８上から絶縁層１０６ｃ上を経て第４電極１１０上にかけて形成されている。
【０１１５】
５−３．接続方法３
接続方法３においては、図１９に示すように、発光素子部１４０の第１電極１０７と、光検出部１２０の第４電極１１０とが、電極接合部１６０ｃにて電気的に接続されている。この電極接合部１６０ｃは、面発光レーザ１００から電極パッド（図示せず）に至るまでの間であって、発光素子部１４０および光検出部１２０を除く領域に設けられている。電極接続部１６０ｃにおいては、第４電極１１０上に第１電極１０７が設けられている。
【０１１６】
第４電極１１０は第２コンタクト層１１３上から絶縁層１０６ｃ上にかけて形成されており、第１電極１０７は第１ミラー１０２上から絶縁層１０６ｃ上を経て第４電極１１０上まで形成されている。
【０１１７】
５−４．接続方法４
接続方法４においては、図２０に示すように、発光素子部１４０の第１電極１０７と、光検出部１２０の第３電極１１６とが、電極接合部１６０ｄにて電気的に接続されている。この電極接合部１６０ｄは、面発光レーザ１００から電極パッド（図示せず）に至るまでの間に設けられている。電極接続部１６０ｃにおいては、第３電極１１６上に第１電極１０７が設けられている。
【０１１８】
第３電極１１６は第１コンタクト層１１１上から絶縁層１０６ｂ上にかけて形成されており、第１電極１０７は第１ミラー１０２上から絶縁層１０６ｂ上を経て第３電極１１６上まで形成されている。
【０１１９】
５−５．作用効果
接続方法１においては、図１０に示すように、発光素子部１４０の第２電極１０９と、光検出部１２０の第３電極１１６とが電気的に接続されている。この場合、第２電極１０９と第３電極１１６との間には電位差が生じないため、発光素子部１４０と光検出部１２０との間には寄生容量が発生しない。
【０１２０】
一方、接続方法２においては、図１１に示すように、発光素子部１４０の第２電極１０９と、光検出部１２０の第４電極１１０とが電気的に接続されている。この場合、第２電極１０９と第４電極１１０との間に電位差が生じる結果、寄生容量Ｃｐが発生する。
【０１２１】
また、接続方法３および４においても同様に、第１電極１０７と第４電極１１０との間、ならびに第１電極１０７と第３電極１１６との間に電位差が生じる場合、寄生容量Ｃｐが発生する。
【０１２２】
たとえば図２１に示すような公知の面発光レーザ９００の場合、発光素子部９４０と光検出部１２０との間に誘電体層９１５が設けられている。この絶縁層９１５は前述したように、アルミニウム（Ａｌ）を含む層を酸化することにより形成される。前述したように、アルミニウム（Ａｌ）を含む層を酸化することにより形成された誘電体層９１５は機械的強度が小さい。特に、誘電体層９１５の膜厚を厚く形成しようとすると、面発光レーザ９００の機械的強度が低下する。このため、誘電体層９１５はある程度薄く形成せざるを得ない。しかしながら、誘電体層９１５の膜厚が小さいと、発光素子部９４０と光検出部９２０との間に発生する寄生容量Ｃｐが大きくなる。
【０１２３】
これに対して、本実施の形態の面発光レーザ１００によれば、４．作用・効果の項で述べたように、本実施の形態にかかる面発光レーザ１００における第２ミラー１０４の静電容量を、たとえば図２１に示すような公知の面発光レーザ９００における誘電体層９１５の静電容量に比べ、大幅に低減することができる。これにより、上述の接続方法２〜４において、発生する寄生容量Ｃｐを抑制することができるため、面発光レーザ１００を高速駆動させることができる。
【０１２４】
また、以上に説明したように、本実施の形態の面発光レーザ１００によれば、接続方法１〜４のいずれも適用することができる。これにより、面発光レーザ１００の積層構造を変えることなく、各電極の接続方法を変えることができるため、構造に自由度があり、かつ高速駆動が可能な、３端子構造の面発光レーザ１００を得ることができる。また、電極形成工程以外の製造工程を変えることなく、各電極間の接続方法が異なる３端子構造の面発光レーザ１００を得ることができる。
【０１２５】
以上、本発明の好適な実施の形態について述べたが、本発明はこれらに限定されず、各種の態様を取りうる。たとえば、上記実施の形態において、各半導体層におけるｐ型とｎ型とを入れ替えても本発明の趣旨を逸脱するものではない。この場合、発光素子部１４０のｐ型第１ミラー１０２およびｎ型第３ミラー１１８、ならびに光検出部１２０のｐ型第１コンタクト層１１１およびｎ型第２コンタクト層１１３から、全体としてｐｎｐｎ構造を構成することができる。
【０１２６】
また、たとえば、上述の実施の形態にかかる面発光レーザ１００では、第２ミラー１０４の単位周期は、アンドープのＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層と誘電体層との２層で構成されている例について説明したが、第２ミラー１０４の単位周期の層数は、単位周期が少なくとも一層の誘電体層を有して構成されていれば、特に限定されない。
【０１２７】
また、たとえば、上記実施の形態の面発光型半導体レーザ１００では、発光素子部１４０が第３柱状部１３０および第２柱状部１３２の一部を有する場合について説明したが、発光素子部１４０が有する柱状部の数は特に限定されない。また、たとえば、上記実施の形態の面発光型半導体レーザ１００では、光検出部１２０が第１柱状部１３４および第２柱状部１３２の一部を有する場合について説明したが、光検出部１２０が有する柱状部の数は特に限定されない。また、複数の面発光型半導体レーザがアレイ化されている場合でも、同様の作用および効果を有する。
【０１２８】
また、例えば、上記実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ系のものについて説明したが、発振波長に応じてその他の材料系、例えば、ＧａＩｎＰ系、ＺｎＳＳｅ系、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＧａＡｓＳｂ系の半導体材料を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図。
【図２】実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す平面図。
【図３】実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図。
【図１０】実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの各電極の接続方法を模式的に示す図。
【図１１】実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの各電極の接続方法を模式的に示す図。
【図１２】実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの各電極の接続方法を模式的に示す図。
【図１３】実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの各電極の接続方法を模式的に示す図。
【図１４】図１０に示す接続方法を用いた場合における、実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの各電極構造を模式的に示す平面図。
【図１５】図１４に示す面発光型半導体レーザのＡ−Ａ線に沿った断面を模式的に示す図。
【図１６】図１４に示す面発光型半導体レーザのＢ−Ｂ線に沿った断面を模式的に示す図。
【図１７】図１４に示す面発光型半導体レーザのＣ−Ｃ線に沿った断面を模式的に示す図。
【図１８】図１１に示す接続方法を用いた場合における、実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの各電極構造を模式的に示す平面図。
【図１９】図１２に示す接続方法を用いた場合における、実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの各電極構造を模式的に示す平面図。
【図２０】図１３に示す接続方法を用いた場合における、実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの各電極構造を模式的に示す平面図。
【図２１】公知の面発光型半導体レーザの一例を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【０１３０】
１００  面発光型半導体レーザ、１０１  半導体基板、１０２  第１ミラー、１０３  活性層、１０４  第２ミラー、１０５  電流狭窄層、１０６  絶縁層、１０６ａ  絶縁層、１０６ｂ  絶縁層、１０６ｃ  絶縁層、１０７  第１電極、１０８  出射面、１０９  第２電極、１１０  第４電極、１１１  第１コンタクト層、１１２  光吸収層、１１３  第２コンタクト層、１１４  開口部、１１６  第３電極、１１８  第３ミラー、１２０  光検出部、１３０  第１柱状部、１３２  第２柱状部、１３４  第３柱状部、１４０  発光素子部、１５０  半導体多層膜、１６０ａ  電極接合部、１６０ｂ  電極接合部、１６０ｃ  電極接合部、１６０ｄ  電極接合部、９００  公知の面発光型半導体レーザ、９０１  半導体基板、９０２  第１ミラー、９０３  活性層、９０４  第２ミラー、９０５  電流狭窄層、９０７  第１電極、９０８  出射面、９０９  第２電極、９１０  第４電極、９１１  第１コンタクト層、９１２  光吸収層、９１３  第２コンタクト層、９１５  誘電体層、９１６  第３電極、９２０  光検出部、９３０  柱状部、９４０  発光素子部
【図１】
2005229054.tif 000003
【図２】
2005229054.tif 000004
【図３】
2005229054.tif 000005
【図４】
2005229054.tif 000006
【図５】
2005229054.tif 000007
【図６】
2005229054.tif 000008
【図７】
2005229054.tif 000009
【図８】
2005229054.tif 000010
【図９】
2005229054.tif 000011
【図１０】
2005229054.tif 000012
【図１１】
2005229054.tif 000013
【図１２】
2005229054.tif 000014
【図１３】
2005229054.tif 000015
【図１４】
2005229054.tif 000016
【図１５】
2005229054.tif 000017
【図１６】
2005229054.tif 000018
【図１７】
2005229054.tif 000019
【図１８】
2005229054.tif 000020
【図１９】
2005229054.tif 000021
【図２０】
2005229054.tif 000022
【図２１】
2005229054.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成16年12月15日(2004.12.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明にかかる面発光型半導体レーザおよびその製造方法において、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成とは、III族元素に対するアルミニウム（Ａｌ）の組成である。本発明にかかる面発光型半導体レーザおよびその製造方法において、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、０から１までである。すなわち、ＡｌＧａＡｓ層は、ＧａＡｓ層（Ａｌ組成が０の場合）およびＡｌＡｓ層（Ａｌ組成が１の場合）を含む。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０５】
本実施の形態の面発光レーザ１００によれば、第２ミラー１０４は第３ミラー１１８上に設けられている。また、第２電極１０９は第３ミラー１１８上に設けられている。また、第２ミラー１０４は、多層膜ミラーであって、第２ミラーの単位周期を構成する層のうち、少なくとも一層は誘電体層である。したがって、第２ミラー１０４には電流が流れない。すなわち、第２ミラー１０４内ではキャリアが移動せず、第３ミラー１１８内のみをキャリアが移動する。したがって、キャリアは、より少ないヘテロジャンクションを経由して面発光レーザ１００内を移動することができるため、より低抵抗の面発光レーザ１００を得ることができる。その結果、面発光レーザ１００をより高速に駆動させることができる。また、面発光レーザ１００の素子温度の上昇を抑えることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２２】
たとえば図２１に示すような公知の面発光レーザ９００の場合、発光素子部９４０と光検出部１２０との間に誘電体層９１５が設けられている。この誘電体層９１５は前述したように、アルミニウム（Ａｌ）を含む層を酸化することにより形成される。前述したように、アルミニウム（Ａｌ）を含む層を酸化することにより形成された誘電体層９１５は機械的強度が小さい。特に、誘電体層９１５の膜厚を厚く形成しようとすると、面発光レーザ９００の機械的強度が低下する。このため、誘電体層９１５はある程度薄く形成せざるを得ない。しかしながら、誘電体層９１５の膜厚が小さいと、発光素子部９４０と光検出部９２０との間に発生する寄生容量Ｃｐが大きくなる。