(57)【要約】【課題】  放射角のより狭いレーザ光を出射することが可能な面発光型半導体レーザを提供する。【解決手段】  本発明に係る面発光型半導体レーザ１００は，基板１０１と、基板１０１の上方に設けられた第１ミラー１０２と、第１ミラー１０２の上方に設けられた活性層１０３と、活性層１０３の上方に設けられた第２ミラー１０４と、を含み、第２ミラー１０４は、半導体多層膜からなり、第２ミラー１０４は、開口部を有する複数の絶縁層１０５を含み、各絶縁層１０５における開口部の開口径Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃは、活性層１０３側から上方に向かって小さくなる。【選択図】      図１
2005277309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に設けられた第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に設けられた活性層と、
前記活性層の上方に設けられた第２ミラーと、を含み、
前記第２ミラーは、半導体多層膜からなり、
前記第２ミラーは、開口部を有する複数の絶縁層を含み、
各前記絶縁層における前記開口部の開口径は、前記活性層側から上方に向かって小さくなる、面発光型半導体レーザ。
【請求項２】
請求項１において、
各前記絶縁層は、酸化アルミニウムを含む層からなり、
各前記絶縁層の膜厚は、前記活性層側から上方に向かって大きくなる、面発光型半導体レーザ。
【請求項３】
請求項１または２において、
各前記絶縁層における前記開口部内に存在する半導体層は、ＡｌＧａＡｓ層からなり、
前記開口部内に存在する前記半導体層のＡｌ組成比は、前記活性層側から上方に向かって高くなる、面発光型半導体レーザ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
各前記絶縁層の上端は、出射される光の定在波の節に位置する、面発光型半導体レーザ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記第１ミラーは、半導体多層膜からなり、
前記第１ミラーは、開口部を有する複数の絶縁層を含み、
前記第１ミラーの各前記絶縁層における前記開口部の開口径は、前記活性層側から下方に向かって小さくなる、面発光型半導体レーザ。
【請求項６】
基板と、
前記基板の上方に設けられた第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に設けられた活性層と、
前記活性層の上方に設けられた第２ミラーと、を含み、
前記第１ミラーは、半導体多層膜からなり、
前記第１ミラーは、開口部を有する複数の絶縁層を含み、
各前記絶縁層における前記開口部の開口径は、前記活性層側から下方に向かって小さくなる、面発光型半導体レーザ。
【請求項７】
請求項６において、
各前記絶縁層は、酸化アルミニウムを含む層からなり、
各前記絶縁層の膜厚は、前記活性層側から下方に向かって大きくなる、面発光型半導体レーザ。
【請求項８】
請求項６または７において、
各前記絶縁層における前記開口部内に存在する半導体層は、ＡｌＧａＡｓ層からなり、
前記開口部内に存在する前記半導体層のＡｌ組成比は、前記活性層側から下方に向かって高くなる、面発光型半導体レーザ。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれかにおいて、
各前記絶縁層の下端は、出射される光の定在波の節に位置する、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、
各前記絶縁層における前記開口部の開口径は、直線的に変化する、面発光型半導体レーザ。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれかにおいて、
各前記絶縁層における前記開口部の開口径は、曲線的に変化する、面発光型半導体レーザ。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれかにおいて、
各前記絶縁層における前記開口部の開口径は、連続的に変化する、面発光型半導体レーザ。
【請求項１３】
請求項１〜９のいずれかにおいて、
各前記絶縁層における前記開口部の開口径は、段階的に変化する、面発光型半導体レーザ。
【請求項１４】
基板の上方に、少なくとも、第１ミラー、活性層、および、多層膜からなる第２ミラー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ミラーの一部を含む柱状部を形成する工程と、
前記第２ミラーを構成する半導体層のうち、少なくとも二層を側面から酸化して、複数の絶縁層を形成する工程と、を含み、
各前記絶縁層における前記開口部の開口径を、前記活性層側から上方に向かって小さくなるように形成する、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、
各前記絶縁層は、第２ミラー内の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、
前記半導体層をエッチングすることにより、少なくとも前記第１ミラーの一部を含む柱状部を形成する工程と、
前記第１ミラーを構成する半導体層のうち、少なくとも二層を側面から酸化して、複数の絶縁層を形成する工程と、を含み、
前記第１ミラー内の各前記絶縁層における前記開口部の開口径を、前記活性層側から下方に向かって小さくなるように形成する、面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項１７】
基板の上方に、少なくとも、多層膜からなる第１ミラー、活性層、および、第２ミラー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１ミラーの一部を含む柱状部を形成する工程と、
前記第１ミラーを構成する半導体層のうち、少なくとも二層を側面から酸化して、複数の絶縁層を形成する工程と、を含み、
各前記絶縁層における前記開口部の開口径を、前記活性層側から下方に向かって小さくなるように形成する、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、
各前記絶縁層は、第１ミラー内の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。
【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、半導体基板に垂直にレーザ光を出射する半導体レーザであり、端面型半導体レーザに比べて扱いが容易で、しかも放射パターンが円形であることから、各種センサや光通信の光源として期待されている。面発光型半導体レーザを各種センサや光通信に面発光型半導体レーザを用いるときには、放射角の狭い放射パターンのレーザ光を得ることが望ましい場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、放射角のより狭いレーザ光を出射することが可能な面発光型半導体レーザを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る面発光型半導体レーザは、
基板と、
前記基板の上方に設けられた第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に設けられた活性層と、
前記活性層の上方に設けられた第２ミラーと、を含み、
前記第２ミラーは、半導体多層膜からなり、
前記第２ミラーは、開口部を有する複数の絶縁層を含み、
各前記絶縁層における前記開口部の開口径は、前記活性層側から上方に向かって小さくなる。
【０００５】
本発明に係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」に設けられた他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）とは、Ａ上に直接設けられたＢと、Ａ上に、Ａ上の他のものを介して設けられたＢと、を含む。この「上方」の定義については、本発明に係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。
【０００６】
この面発光型半導体レーザにおいて、出射されるレーザ光における、該レーザ光の伝播方向に対して垂直方向（以下、「水平方向」ともいう）の光の閉じ込めは、前記絶縁層における前記開口部の開口径に依存する。具体的には、前記絶縁層における前記開口部の開口径が大きいほど、水平方向の光の閉じ込めが強くなり、前記絶縁層における前記開口部の開口径が小さいほど、水平方向の光の閉じ込めが弱くなる。本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、各前記絶縁層における前記開口部の開口径は、前記活性層側から上方に向かって小さくなる。すなわち、水平方向の光の閉じ込めは、前記活性層側から上方に向かって弱くなる。そして、水平方向の光の閉じ込めが弱いほど光は狭まる。したがって、本発明に係る面発光型半導体レーザによれば、たとえば前記絶縁層を有しない面発光型半導体レーザなどに比べ、出射されるレーザ光の放射角を狭くすることができる。
【０００７】
本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、
各前記絶縁層は、酸化アルミニウムを含む層からなり、
各前記絶縁層の膜厚は、前記活性層側から上方に向かって大きくなることができる。
【０００８】
本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、
各前記絶縁層における前記開口部内に存在する半導体層は、ＡｌＧａＡｓ層からなり、
前記開口部内に存在する前記半導体層のＡｌ組成比は、前記活性層側から上方に向かって高くなることができる。
【０００９】
なお、本発明に係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組成比とは、ガリウム（Ｇａ）に対するアルミニウム（Ａｌ）の組成である。本発明に係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組成比は、０から１までである。すなわち、ＡｌＧａＡｓ層は、ＧａＡｓ層（Ａｌ組成比が０の場合）およびＡｌＡｓ層（Ａｌ組成比が１の場合）を含む。
【００１０】
本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、各前記絶縁層の上端は、出射される光の定在波の節に位置することができる。
【００１１】
この面発光型半導体レーザによれば、前記絶縁層と前記開口部内に存在する半導体層との屈折率差が出射される光に対して与える影響を小さくすることができる。したがって、この面発光型半導体レーザによれば、発振する光のモードの数を減らすことができる。すなわち、この面発光型半導体レーザをシングルモード発振させることができる。
【００１２】
本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、
前記第１ミラーは、半導体多層膜からなり、
前記第１ミラーは、開口部を有する複数の絶縁層を含み、
前記第１ミラーの各前記絶縁層における前記開口部の開口径は、前記活性層側から下方に向かって小さくなることができる。
【００１３】
本発明に係る面発光型半導体レーザは、
基板と、
前記基板の上方に設けられた第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に設けられた活性層と、
前記活性層の上方に設けられた第２ミラーと、を含み、
前記第１ミラーは、半導体多層膜からなり、
前記第１ミラーは、開口部を有する複数の絶縁層を含み、
各前記絶縁層における前記開口部の開口径は、前記活性層側から下方に向かって小さくなる。
【００１４】
この面発光型半導体レーザにおいて、出射されるレーザ光における、該レーザ光の伝播方向に対して垂直方向（以下、「水平方向」ともいう）の光の閉じ込めは、前記絶縁層における前記開口部の開口径に依存する。具体的には、前記絶縁層における前記開口部の開口径が大きいほど、水平方向の光の閉じ込めが強くなり、前記絶縁層における前記開口部の開口径が小さいほど、水平方向の光の閉じ込めが弱くなる。本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、各前記絶縁層における前記開口部の開口径は、前記活性層側から下方に向かって小さくなる。すなわち、水平方向の光の閉じ込めは、前記活性層側から下方に向かって弱くなる。そして、水平方向の光の閉じ込めが弱いほど光は狭まる。したがって、本発明に係る面発光型半導体レーザによれば、たとえば前記絶縁層を有しない面発光型半導体レーザなどに比べ、出射されるレーザ光の放射角を狭くすることができる。
【００１５】
本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、
各前記絶縁層は、酸化アルミニウムを含む層からなり、
各前記絶縁層の膜厚は、前記活性層側から下方に向かって大きくなることができる。
【００１６】
本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、
各前記絶縁層における前記開口部内に存在する半導体層は、ＡｌＧａＡｓ層からなり、
前記開口部内に存在する前記半導体層のＡｌ組成比は、前記活性層側から下方に向かって高くなることができる。
【００１７】
本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、各前記絶縁層の下端は、出射される光の定在波の節に位置することができる。
【００１８】
この面発光型半導体レーザによれば、前記絶縁層と前記開口部内に存在する半導体層との屈折率差が出射される光に対して与える影響を小さくすることができる。したがって、この面発光型半導体レーザによれば、発振する光のモードの数を減らすことができる。すなわち、この面発光型半導体レーザをシングルモード発振させることができる。
【００１９】
本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、各前記絶縁層における前記開口部の開口径は、直線的に変化することができる。
【００２０】
本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、各前記絶縁層における前記開口部の開口径は、曲線的に変化することができる。
【００２１】
本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、各前記絶縁層における前記開口部の開口径は、連続的に変化することができる。
【００２２】
本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、各前記絶縁層における前記開口部の開口径は、段階的に変化することができる。
【００２３】
本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法は、
基板の上方に、少なくとも、第１ミラー、活性層、および、多層膜からなる第２ミラー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ミラーの一部を含む柱状部を形成する工程と、
前記第２ミラーを構成する半導体層のうち、少なくとも二層を側面から酸化して、複数の絶縁層を形成する工程と、を含み、
各前記絶縁層における前記開口部の開口径を、前記活性層側から上方に向かって小さくなるように形成する。
【００２４】
本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、各前記絶縁層は、第２ミラー内のＡｌＧａＡｓ層を側面から酸化して形成されることができる。
【００２５】
本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記半導体層をエッチングすることにより、少なくとも前記第１ミラーの一部を含む柱状部を形成する工程と、
前記第１ミラーを構成する半導体層のうち、少なくとも二層を側面から酸化して、複数の絶縁層を形成する工程と、を含み、
前記第１ミラー内の各前記絶縁層における前記開口部の開口径を、前記活性層側から下方に向かって小さくなるように形成することができる。
【００２６】
本発明に係る面発光型半導体レーザは、
基板の上方に、少なくとも、多層膜からなる第１ミラー、活性層、および、第２ミラー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１ミラーの一部を含む柱状部を形成する工程と、
前記第１ミラーを構成する半導体層のうち、少なくとも二層を側面から酸化して、複数の絶縁層を形成する工程と、を含み、
各前記絶縁層における前記開口部の開口径を、前記活性層側から下方に向かって小さくなるように形成する。
【００２７】
本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、各前記絶縁層は、第１ミラー内のＡｌＧａＡｓ層を側面から酸化して形成されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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述べる。
【００２９】
１．第１の実施の形態
１−１．デバイスの構造
図１は、本発明を適用した第１の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り、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。なお、図１は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００３０】
図１および図２に示すように、本実施の形態の面発光レーザ１００は、半導体基板（本実施の形態ではｎ型ＧａＡｓ基板）１０１と、半導体基板１０１上に形成された垂直共振器（以下「共振器」という）１４０と、第１電極１０７と、第２電極１０９と、を含む。
【００３１】
次に、この面発光レーザ１００の各構成要素について述べる。
【００３２】
共振器１４０は、半導体多層膜からなる第１ミラー１０２と、活性層１０３と、半導体多層膜からなる第２ミラー１０４と、を含む。具体的には、共振器１４０は、たとえば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの分布ブラッグ反射型ミラー（ＤＢＲ）である第１ミラー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、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの半導体多層膜からなる分布ブラッグ反射型ミラー（ＤＢＲ）である第２ミラー１０４と、を含む。なお、第１ミラー１０２、活性層１０３、および第２ミラー１０４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。
【００３３】
第２ミラー１０４は、開口部を有する複数の絶縁層１０５を含む。図１および図２の例では、第２ミラー１０４は、３層の絶縁層１０５を含む。より具体的には、第２ミラー１０４は、活性層１０３側から順に第１絶縁層１０５ａと、第２絶縁層１０５ｂと、第３絶縁層１０５ｃと、を含む。各絶縁層１０５は、柱状部１３０の周縁に沿ったリング形状を有することができる。絶縁層１０５は、たとえば酸化アルミニウムからなることができる。
【００３４】
絶縁層１０５は、第２ミラー１０４を構成するＡｌ組成比の高い方のＡｌＧａＡｓ層、すなわちＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層のうち、少なくとも２層の一部または全部を置き換えた位置に存在する。具体的には以下の通りである。
【００３５】
図３は、本実施の形態に係る面発光レーザ１００のうち、活性層１０３および第２ミラー１０４の部分を模式的に示す断面図である。上述したように、第２ミラー１０４は、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０と、Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層１１２と、を交互に２５ペア積層したものからなる。すなわち、第２ミラー１０４は、２５層のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０を有する。そして、この２５層のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のうち、少なくとも２層の一部または全部を、絶縁層１０５に置き換えることができる。図示の例では、２５層のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のうち、３層の一部を、絶縁層１０５に置き換えている。より具体的には、以下の通りである。
【００３６】
図３に示す例では、２５層のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のうち、活性層側から数えて１層目のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０の上部の一部は、第１絶縁層１０５ａに置き換えられている。言い換えるならば、活性層側から数えて１層目のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０は、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０ａと、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０ａ上に形成された第１絶縁層１０５ａと、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０ａ上に形成されていて、第１絶縁層１０５ａの開口部内に存在する第１ＡｌＧａＡｓ層１０５Ａと、からなる。また、活性層側から数えて１０層目のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０の上部の一部は、第２絶縁層１０５ｂに置き換えられている。言い換えるならば、活性層側から数えて１０層目のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０は、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０ｂと、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０ｂ上に形成された第２絶縁層１０５ｂと、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０ｂ上に形成されていて、第２絶縁層１０５ｂの開口部内に存在する第２ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｂと、からなる。また、活性層側から数えて２０層目のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０の上部の一部は、第３絶縁層１０５ｃに置き換えられている。言い換えるならば、活性層側から２０層目のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０は、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０ｃと、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０ｃ上に形成された第３絶縁層１０５ｃと、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０ｃ上に形成されていて、第３絶縁層１０５ｃにおける開口部内に存在する第３ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｃと、からなる。
【００３７】
上述のように、第２ミラー１０４を構成するＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のうち、少なくとも２層の上部の一部を、絶縁層１０５に置き換えることにより、絶縁層１０５の上端が、本実施の形態に係る面発光レーザ１００により出射される光の定在波の節に位置するようにすることができる。その結果、絶縁層１０５とＡｌＧａＡｓ層との屈折率差が出射される光に対して与える影響を小さくすることができる。したがって、本実施の形態に係る面発光レーザ１００によれば、発振する光のモードの数を減らすことができる。すなわち、本実施の形態に係る面発光レーザ１００をシングルモード発振させることができる。
【００３８】
なお、上述した例では、第２ミラー１０４を構成するＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のうち、３層のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のそれぞれの層の一部を、１層の絶縁層１０５に置き換える例について説明したが、絶縁層１０５に置き換えられるＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のそれぞれの層の一部を、２層以上の絶縁層１０５に置き換えることができる。具体的には、たとえば、絶縁層１０５に置き換えられるＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のそれぞれの層の上部および下部を、２層の絶縁層１０５に置き換えることができる。
【００３９】
また、上述した例では、第２ミラー１０４を構成するＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のうちの少なくとも２層におけるそれぞれの層の上部の一部を、絶縁層１０５に置き換える例について説明したが、絶縁層１０５を置き換える位置については特に限定されない。たとえば、第２ミラー１０４を構成するＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のうちの少なくとも２層におけるそれぞれの下部を、絶縁層１０５に置き換えることができる。また、たとえば、第２ミラー１０４を構成するＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のうちの少なくとも２層におけるそれぞれ層の中央部を、絶縁層１０５に置き換えることができる。
【００４０】
また、上述した例では、第２ミラー１０４を構成するＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のうち、活性層１０３側から数えて１層目、１０層目、２０層目のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０の一部が、第１絶縁層１０５ａ、第２絶縁層１０５ｂ、および第３絶縁層１０５ｃに置き換えられている例について説明したが、置き換えられるＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０の位置は特に限定されない。たとえば、本実施の形態に係る面発光レーザ１００では、置き換えられるＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０の位置は、活性層１０３側から数えて１〜２５層目のいずれであることもできる。
【００４１】
また、上述した例では、第２ミラー１０４を構成するＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のうち、３層のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０の一部が、第１絶縁層１０５ａ、第２絶縁層１０５ｂ、および第３絶縁層１０５ｃに置き換えられている例について説明したが、置き換えられるＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０の数は２層以上とすることができる。たとえば、置き換えられるＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０の数を２層とした場合には、置き換えられるＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０は、たとえば、活性層１０３側から数えて１層目と２５層目の位置にすることができる。
【００４２】
各絶縁層１０５における開口部の開口径は、活性層１０３側から上方に向かって小さくなる。図１に示すように、第１絶縁層１０５ａの開口部の開口径Ｒａより、第２絶縁層１０５ｂの開口部の開口径Ｒｂの方が小さく、第２絶縁層１０５ｂの開口部の開口径Ｒｂより、第３絶縁層１０５ｃの開口部の開口径Ｒｃの方が小さい。
【００４３】
各絶縁層１０５の膜厚は、活性層１０３側から上方に向かって大きくなることができる。また、各絶縁層１０５における開口部内に存在するＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比は、活性層１０３側から上方に向かって高くなることができる。これらのことについては、１−３．デバイスの製造方法の項にて詳細に説明する。
【００４４】
絶縁層１０５における開口部の開口径は、直線的に変化することができる。具体的には、図１に示すように、絶縁層１０５における開口部の開口径Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃは、直線Ｌに沿って小さくなる。ここで、直線Ｌは、各絶縁層１０５の開口部側の側面における高さの中点を結んだものである。
【００４５】
なお、絶縁層１０５における開口部の開口径は、曲線的に変化することもできる。具体的には、図４に示すように、絶縁層１０５における開口部の開口径Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃは、曲線Ｌに沿って小さくなる。ここで、曲線Ｌは、各絶縁層１０５の開口部側の側面における高さの中点を結んだものである。なお、図４は、この場合の面発光レーザ１００を模式的に示す断面図である。
【００４６】
また、上述した例では、絶縁層１０５における開口部の開口径は、連続的に変化する例について説明したが、絶縁層１０５における開口部の開口径は、段階的に変化することもできる。具体的には、図５に示すように、絶縁層１０５における開口部の開口径は、段階的に小さくなる。より具体的には、たとえば、図５に示す例では、第１絶縁層１０５ａにおける開口部の開口径Ｒａと、第２絶縁層１０５ｂにおける開口部の開口径Ｒｂと、が同じであり、第３絶縁層１０５ｃにおける開口部の開口径Ｒｃは、第１絶縁層１０５ａにおける開口部の開口径Ｒａおよび第２絶縁層１０５ｂにおける開口部の開口径Ｒｂよりも小さい。なお、図５は、この場合の面発光レーザ１００を模式的に示す断面図である。
【００４７】
絶縁層１０５は、電流狭窄用の絶縁層として機能するとともに、水平方向（図１に示すＸ−Ｙ平面方向）の光の閉じ込めを行う光狭窄用の絶縁層としても機能することができる。詳細については後述する。
【００４８】
第２ミラー１０４は、たとえば、Ｃ、Ｚｎ、あるいはＭｇ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、たとえば、Ｓｉ、あるいは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、第２ミラー１０４、不純物がドーピングされていない活性層１０３、および第１ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【００４９】
第２ミラー１０４、活性層１０３および第１ミラー１０２の一部は、柱状の半導体堆積体（以下「柱状部」という）１３０を構成している。柱状部１３０の側面は埋込み絶縁層１０６で覆われている。埋込み絶縁層１０６を構成する樹脂は、たとえば、ポリイミド樹脂、フッ素系樹脂、アクリル樹脂、またはエポキシ樹脂などを用いることができ、特に、加工の容易性や絶縁性の観点から、ポリイミド樹脂またはフッ素系樹脂であるのが望ましい。
【００５０】
柱状部１３０および埋込み絶縁層１０６の上には、第１電極１０７が形成されている。第１電極１０７における柱状部１３０上の開口部は、レーザ光の出射面１０８となる。第１電極１０７は、たとえばＡｕとＺｎの合金とＡｕとの積層膜からなる。さらに、半導体基板１０１の裏面には、第２電極１０９が形成されている。第２電極１０９は、たとえばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜からなる。すなわち、図１および図２に示す面発光レーザ１００では、柱状部１３０上で第１電極１０７は第２ミラー１０４と接合し、かつ、第２電極１０９は半導体基板１０１と接合している。この第１電極１０７および第２電極１０９によって活性層１０３に電流が注入される。
【００５１】
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、密着性強化、拡散防止、あるいは酸化防止などのために必要に応じて、たとえばＣｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、あるいはＰｔなどの金属やこれらの合金などが利用可能である。
【００５２】
１−２．デバイスの動作
本実施の形態に係る面発光レーザ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。
【００５３】
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、活性層１０３において、電子と正孔との再結合が起こり、かかる再結合による発光が生じる。そこで生じた光が第２ミラー１０４と第１ミラー１０２との間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、柱状部１３０上面にある出射面１０８から半導体基板１０１に対して垂直方向にレーザ光が出射される。
【００５４】
本実施の形態に係る面発光レーザ１００において、出射されるレーザ光における、該レーザ光の伝播方向（図１および図２の例では、Ｚ方向）に対して垂直の方向（図１および図２の例では、Ｘ−Ｙ平面方向）の光の閉じ込めは、絶縁層１０５の開口部の開口径に依存する。具体的には、絶縁層１０５の開口部の開口径が大きいほど、水平方向（図１および図２の例では、Ｘ−Ｙ平面方向）の光の閉じ込めが強くなり、絶縁層１０５の開口部の開口径が小さいほど、水平方向の光の閉じ込めが弱くなる。本実施の形態に係る面発光レーザ１００において、絶縁層１０５の開口部の開口径は、活性層１０３側から上方に向かって小さくなる。すなわち、水平方向の光の閉じ込めは、活性層１０３側から上方に向かって弱くなる。そして、水平方向の光の閉じ込めが弱いほど光は狭まる。したがって、本実施の形態に係る面発光レーザ１００によれば、出射されるレーザ光の放射角を狭くすることができる。
【００５５】
１−３．デバイスの製造方法
次に、本発明を適用した第１の実施の形態に係る面発光レーザ１００の製造方法の一例について、図１、図２、図６〜図１１を用いて述べる。図６〜図１１は、図１および図２に示す本実施の形態に係る面発光レーザ１００の製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図１に示す断面に対応している。
【００５６】
（１）まず、図６に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板１０１の表面に、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、半導体多層膜１５０を形成する。ここで、半導体多層膜１５０は、たとえば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、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの第２ミラー１０４とからなる。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。なお、第１ミラー１０２、活性層１０３、および第２ミラー１０４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。
【００５７】
ここで、第２ミラー１０４を成長させる際に、第２ミラー１０４を構成するＡｌ組成比の高い方のＡｌＧａＡｓ層、すなわちＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層のうち、少なくとも２層の上部の一部、または全部を、後に酸化されて電極狭窄用および光狭窄用の絶縁層１０５（図７参照）となるＡｌＧａＡｓ層に置き換えることができる。具体的には以下の通りである。なお、後に酸化されて電極狭窄用および光狭窄用の絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比は、第２ミラー１０４を構成するＡｌ組成比の高い方のＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比よりも高い値で適宜決定される。たとえば、本実施の形態に係る面発光レーザ１００の場合では、電極狭窄用および光狭窄用の絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比は、０．９よりも高い値で適宜決定される。そこで、電極狭窄用および光狭窄用の絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比の記載は省略して、単にＡｌＧａＡｓ層と記載する。このことは、後述する他の実施の形態においても同様である。
【００５８】
図７は、形成された半導体多層膜１５０のうち、活性層１０３および第２ミラー１０４の部分を模式的に示す断面図である。上述したように、第２ミラー１０４は、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０と、Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層１１２と、を交互に２５ペア積層したものからなる。すなわち、第２ミラー１０４は、２５層のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０を有する。そして、この２５層のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のうち、少なくとも２層の上部の一部、または全部を、絶縁層１０５（図７参照）となるＡｌＧａＡｓ層に置き換えることができる。図示の例では、２５層のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のうち、３層の上部の一部を、絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層に置き換えている。より具体的には、以下の通りである。
【００５９】
図７に示すように、２５層のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のうち、活性層側から数えて１層目のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０の上部の一部は、第１絶縁層１０５ａ（図１参照）となる第１ＡｌＧａＡｓ層１０５Ａに置き換えられている。言い換えるならば、活性層側から数えて１層目のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０は、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０ａと、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０ａ上に形成された、第１絶縁層１０５ａとなる第１ＡｌＧａＡｓ層１０５Ａと、からなる。また、活性層側から数えて１０層目のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０の上部の一部は、第２絶縁層１０５ｂ（図１参照）となる第２ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｂに置き換えられている。言い換えるならば、活性層側から数えて１０層目のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０は、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０ｂと、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０ｂ上に形成された、第２絶縁層１０５ｂとなる第２ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｂと、からなる。また、活性層側から数えて２０層目のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０の上部の一部は、第３絶縁層１０５ｃ（図１参照）となる第３ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｃに置き換えられている。言い換えるならば、活性層側から数えて２０層目のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０は、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０ｃと、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０ｃ上に形成された、第３絶縁層１０５ｃとなる第３ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｃと、からなる。
【００６０】
上述のように、第２ミラー１０４を構成するＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のうち、少なくとも２層の上部を、絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層に置き換えることにより、絶縁層１０５の上端が、本実施の形態に係る面発光レーザ１００により出射される光の定在波の節に位置するようにすることができる。その結果、絶縁層１０５とＡｌＧａＡｓ層との屈折率差が出射される光に対して与える影響を小さくすることができる。したがって、本実施の形態に係る面発光レーザ１００によれば、発振する光のモードの数を減らすことができる。すなわち、本実施の形態に係る面発光レーザ１００をシングルモード発振させることができる。
【００６１】
絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層の膜厚は、活性層１０３側から上方に向かって大きくなることができる。図示の例では、第１ＡｌＧａＡｓ層１０５Ａの膜厚よりも、第２ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｂの膜厚の方が大きく、第２ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｂの膜厚よりも、第３ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｃの膜厚の方が大きいように形成することができる。
【００６２】
また、絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比は、活性層１０３側から上方に向かって高くなることができる。図示の例では、第１ＡｌＧａＡｓ層１０５ＡのＡｌ組成比よりも、第２ＡｌＧａＡｓ層１０５ＢのＡｌ組成比の方が高く、第２ＡｌＧａＡｓ層１０５ＢのＡｌ組成比よりも、第３ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｃの組成比の方が高いように形成することができる。
【００６３】
なお、上述した例では、第２ミラー１０４を構成するＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のうち、３層のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のそれぞれの層の一部を、１層の絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層に置き換える例について説明したが、絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層に置き換えられるＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のそれぞれの層の一部を、２層以上の絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層に置き換えることができる。具体的には、たとえば、絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層に置き換えられるＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のそれぞれの層の上部および下部を、２層の絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層に置き換えることができる。
【００６４】
また、上述した例では、第２ミラー１０４を構成するＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のうちの少なくとも２層におけるそれぞれの層の上部を、絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層に置き換える例について説明したが、絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層を置き換える位置については特に限定されない。たとえば、第２ミラー１０４を構成するＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のうちの少なくとも２層におけるそれぞれの下部を、絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層に置き換えることができる。また、たとえば、第２ミラー１０４を構成するＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のうちの少なくとも２層におけるそれぞれ層の中央部を、絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層に置き換えることができる。
【００６５】
また、上述した例では、第２ミラー１０４を構成するＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のうち、活性層１０３側から数えて１層目、１０層目、２０層目のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０の一部が、第１絶縁層１０５ａ、第２絶縁層１０５ｂ、および第３絶縁層１０５ｃとなる第１ＡｌＧａＡｓ層１０５Ａ、第２ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｂ、および第３ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｃに置き換えられている例について説明したが、置き換えられるＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０の位置は特に限定されない。たとえば、本実施の形態に係る面発光レーザ１００では、置き換えられるＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０の位置は、活性層１０３側から数えて１〜２５層目のいずれであることもできる。
【００６６】
また、上述した例では、第２ミラー１０４を構成するＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のうち、３層のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０の一部が、第１絶縁層１０５ａ、第２絶縁層１０５ｂ、および第３絶縁層１０５ｃとなる第１ＡｌＧａＡｓ層１０５Ａ、第２ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｂ、および第３ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｃに置き換えられている例について説明したが、置き換えられるＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０の数は２層以上とすることができる。たとえば、置き換えられるＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０の数を２層とした場合には、置き換えられるＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０は、たとえば、活性層１０３側から数えて１層目と２５層目の位置にすることができる。
【００６７】
第２ミラー１０４の最表面の層は、キャリア密度を高くし、電極（第１電極１０７）とのオーミック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（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法、あるいはＬＰＥ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法などを用いることができる。
【００６９】
続いて、半導体多層膜１５０上に、レジストを塗布した後、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、図６に示すように、所定のパターンのレジスト層Ｒ１を形成する。レジスト層Ｒ１は、柱状部１３０（図１および図２参照）の形成予定領域の上方に形成する。
【００７０】
（２）次いで、図８に示すように、このレジスト層Ｒ１をマスクとして、たとえばドライエッチング法により、第２ミラー１０４、活性層１０３、および第１ミラー１０２の一部をエッチングして、柱状の半導体堆積体（柱状部）１３０を形成する。その後、レジスト層Ｒ１を除去する。
【００７１】
（３）次いで、図９に示すように、たとえば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって柱状部１３０が形成された半導体基板１０１を投入することにより、前述の第２ミラー１０４中の電流狭窄用および光狭窄用の絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層を側面から酸化して、絶縁層１０５を形成する。具体的には、第２ミラー１０４中の第１ＡｌＧａＡｓ層１０５Ａ、第２ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｂ、および第３ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｃ（図７参照）を側面から酸化して、第１絶縁層１０５ａ、第２絶縁層１０５ｂ、および第３絶縁層１０５ｃを形成する。酸化速度は、炉の温度、水蒸気の供給量、酸化すべき層の膜厚およびＡｌ組成比に依存する。
【００７２】
たとえば、上述したように、絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層の膜厚は、活性層１０３側から上方に向かって大きくなることができる。具体的には、第１ＡｌＧａＡｓ層１０５Ａの膜厚よりも、第２ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｂの膜厚の方が大きく、第２ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｂの膜厚よりも、第３ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｃの膜厚の方が大きいように形成することができる。言い換えれば、この酸化工程後において、第１絶縁層１０５ａの膜厚よりも、第２絶縁層１０５ｂの膜厚の方が大きく、第２絶縁層１０５ｂの膜厚よりも、第３絶縁層１０５ｃの膜厚の方が大きいように形成することができる。
【００７３】
図１０に示すように、絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層の膜厚、すなわち、酸化後の絶縁層１０５の膜厚が大きくなるほど、酸化速度は大きくなる。すなわち、第１ＡｌＧａＡｓ層１０５Ａの酸化速度よりも、第２ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｂの酸化速度の方が大きく、第２ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｂの酸化速度よりも、第３ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｃの酸化速度の方が大きい。したがって、この酸化工程後の各絶縁層１０５における開口部の開口径は、活性層１０３側から上方に向かって小さくなることができる。なお、図１０は、絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比が０．９８である場合における、絶縁層膜厚と、酸化速度比との関係を示す図である。ここで、酸化速度比とは、絶縁層膜厚が５０ｎｍの絶縁層（酸化層）の酸化速度に対する任意の絶縁層膜厚をもった絶縁層（酸化層）の酸化速度の比である。
【００７４】
また、たとえば、上述したように、絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比は、活性層１０３側から上方に向かって高くなることができる。図示の例では、第１ＡｌＧａＡｓ層１０５ＡのＡｌ組成比よりも、第２ＡｌＧａＡｓ層１０５ＢのＡｌ組成比の方が高く、第２ＡｌＧａＡｓ層１０５ＢのＡｌ組成比よりも、第３ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｃの組成比の方が高いように形成することができる。絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比、すなわち、絶縁層１０５における開口部内に存在するＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比が高くなるほど、酸化速度は大きくなる。すなわち、第１ＡｌＧａＡｓ層１０５Ａの酸化速度よりも、第２ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｂの酸化速度の方が大きく、第２ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｂの酸化速度よりも、第３ＡｌＧａＡｓ層１０５Ｃの酸化速度の方が大きい。したがって、この酸化工程後の各絶縁層１０５における開口部の開口径は、活性層１０３側から上方に向かって小さくなることができる。
【００７５】
上述のように、絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層の膜厚およびＡｌ組成比の少なくとも１方を調整することにより、酸化工程後の各絶縁層１０５における開口部の開口径は、活性層１０３側から上方に向かって小さくなることができる。
【００７６】
（４）次いで、図１１に示すように、柱状部１３０、すなわち第１ミラー１０２の一部、活性層１０３、および第２ミラー１０４を取り囲む埋込み絶縁層１０６を形成する。
【００７７】
ここでは、埋込み絶縁層１０６を形成するための材料として、ポリイミド樹脂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（ポリイミド前駆体）を、柱状部１３０を有する半導体基板１０１上に塗布して、前駆体層を形成する。この際、前記前駆体層の膜厚が柱状部１３０の高さより大きくなるように形成する。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。
【００７８】
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３５０℃程度の炉に入れて、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樹脂層を形成する。続いて、図１０に示すように、柱状部１３０の上面１３０ａを露出させて、埋込み絶縁層１０６を形成する。柱状部１３０の上面１３０ａを露出させる方法としては、ＣＭＰ法、ドライエッチング法、ウェットエッチング法などが利用できる。また、感光性を有する樹脂で埋込み絶縁層１０６を形成することもできる。埋込み絶縁層１０６は、必要に応じてリソグラフィー技術などによってパターニングすることができる。
【００７９】
（５）次に、活性層１０３に電流を注入するための第１電極１０７、第２電極１０９およびレーザ光の出射面１０８（図１および図２参照）を形成する工程について述べる。
【００８０】
まず、第１電極１０７および第２電極１０９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、柱状部１３０および半導体基板１０１の露出している上面を洗浄する。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。次に、図１に示すように、たとえば真空蒸着法により埋込み絶縁層１０６および柱状部１３０の上面に、たとえばＡｕとＺｎの合金とＡｕとの積層膜を形成した後、リフトオフ法により、柱状部１３０の上面に、前記積層膜が形成されていない部分を形成する。この部分が出射面１０８となる。なお、前記工程において、リフトオフ法のかわりに、ドライエッチング法あるいはウェットエッチング法を用いることもできる。
【００８１】
また、半導体基板１０１の露出している裏面に、たとえば真空蒸着法により、たとえばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜を形成する。次いで、アニール処理する。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た電極材料の場合は、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２電極１０９が形成される。
【００８２】
以上のプロセスにより、図１および図２に示す面発光型半導体レーザ１００が得られる。
【００８３】
１−４．作用・効果
本実施の形態に係る面発光レーザ１００において、出射されるレーザ光における、該レーザ光の伝播方向（図１および図２の例では、Ｚ方向）に対して垂直の方向（図１および図２の例では、Ｘ−Ｙ平面方向）の光の閉じ込めは、絶縁層１０５の開口部の開口径に依存する。具体的には、絶縁層１０５の開口部の開口径が大きいほど、水平方向（図１および図２の例では、Ｘ−Ｙ平面方向）の光の閉じ込めが強くなり、絶縁層１０５の開口部の開口径が小さいほど、水平方向の光の閉じ込めが弱くなる。本実施の形態に係る面発光レーザ１００において、絶縁層１０５の開口部の開口径は、活性層１０３側から上方に向かって小さくなる。すなわち、水平方向の光の閉じ込めは、活性層１０３側から上方に向かって弱くなる。そして、水平方向の光の閉じ込めが弱いほど光は狭まる。したがって、本実施の形態に係る面発光レーザ１００によれば、たとえば絶縁層１０５を有しない面発光レーザなどに比べ、出射されるレーザ光の放射角を狭くすることができる。
【００８４】
２．第２の実施の形態
２−１．面発光レーザ２００の構造
図１２は、本発明を適用した第２の実施の形態にかかる面発光レーザ２００を模式的に示す断面図である。
【００８５】
本実施の形態にかかる面発光レーザ２００は、レーザ光の出射面２０８が基板の裏面２０１ｂ側に設けられている点で、第１の実施の形態にかかる面発光レーザ１００とは異なる構成を有する。なお、本実施の形態の面発光レーザ２００において、第１の実施の形態に係る面発光レーザ１００の構成要素「１ＸＸ」と類似する構成要素を「２ＸＸ」と示す。すなわち、「２ＸＸ」は、第１の実施の形態に係る面発光レーザ１００の「１ＸＸ」と同様の構成要素を表しており、基本的に同様の材質からなるため、その詳細な説明については省略するものとする。
【００８６】
本実施の形態に係る面発光レーザ２００は、第１ミラー２０２と、活性層２０３と、第２ミラー２０４と、を含む。第１ミラー２０２には、第１の実施の形態にかかる第２ミラー１０４と同様に、開口部を有する複数の絶縁層２０５が設けられている。各絶縁層２０５の開口部の開口径は、活性層２０３側から下方に向かって小さくなっている。
【００８７】
また、本実施の形態にかかる面発光レーザ２００では、第２電極２０９は、柱状部２３０の側方であって、第１ミラー２０２上に設けられている。
【００８８】
また、本実施の形態にかかる面発光レーザ２００においては、半導体基板２０１の裏面２０１ｂに出射面２０８が設けられている。具体的には、半導体基板２０１を貫通する開口部２１０が半導体基板２０１に設けられており、この開口部２１０によって第１ミラー２０２の露出している面が出射面２０８となっている。開口部２１０は、たとえば、半導体基板２０１の裏面２０１ｂをエッチングすることによって形成することができる。このエッチングは、たとえばドライエッチング法またはウェットエッチング法などにより行うことができる。
【００８９】
また、本実施の形態にかかる面発光レーザ２００では、第１ミラー２０２を構成する４０層のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１１０のうち、少なくとも２層の下部の一部を、絶縁層２０５に置き換えることができる。これにより、絶縁層２０５の下端が、本実施の形態に係る面発光レーザ２００により出射される光の定在波の節に位置するようにすることができる。その結果、絶縁層２０５とＡｌＧａＡｓ層との屈折率差が出射される光に対して与える影響を小さくすることができる。したがって、本実施の形態に係る面発光レーザ２００によれば、発振する光のモードの数を減らすことができる。すなわち、本実施の形態に係る面発光レーザ２００をシングルモード発振させることができる。
【００９０】
上述した開口部２１０の形成方法以外についての本実施の形態にかかる面発光レーザ２００の製造方法については、第１の実施の形態にかかる面発光レーザ１００の製造方法とほぼ同様であるため、詳しい説明は省略する。
【００９１】
２−２．面発光レーザ２００の動作
本実施の形態にかかる面発光レーザ２００は、出射されるレーザ光の方向が、第１の実施の形態にかかる面発光レーザ１００と逆である。しかしながら、本実施の形態にかかる面発光レーザ２００の基本的な動作は、第１の実施の形態にかかる面発光レーザ１００と同様であるため、詳しい説明は省略する。
【００９２】
第１の実施の形態にかかる面発光レーザ１００の動作と異なる主な点は、本実施の形態にかかる面発光レーザ２００においては、共振器２４０で生じたレーザ光は、半導体基板２０１の裏面２０１ｂ側に設けられている出射面２０８から出射されることである。
【００９３】
２−３．作用・効果
本実施の形態にかかる面発光レーザ２００は、第１の実施の形態における作用・効果の項で述べた作用・効果と、実質的に同じ作用および効果を有する。
【００９４】
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。
【００９５】
また、たとえば、上述した本発明における第１の実施の形態にかかる面発光レーザ１００では、半導体基板１０１の上面１０１ａ側にレーザ光が出射される場合、第２の実施の形態にかかる面発光レーザ２００では、半導体基板２０１の裏面２０１ｂ側にレーザ光が出射される場合について説明したが、図１３に示すように、半導体基板３０１の上面３０１ａ側および裏面３０１ｂ側の両方向にレーザ光が出射されることもできる。なお、本実施の形態の面発光レーザ３００において、第１の実施の形態に係る面発光レーザ１００の構成要素「１ＸＸ」、および第２の実施の形態に係る面発光レーザ２００の構成要素「２ＸＸ」と類似する構成要素を「３ＸＸ」と示す。すなわち、「３ＸＸ」は、第１の実施の形態に係る面発光レーザ１００の「１ＸＸ」、および第２の実施の形態に係る面発光レーザ２００の「２ＸＸ」と同様の構成要素を表しており、基本的に同様の材質からなるため、その詳細な説明については省略するものとする。なお、図１３は、この場合の面発光レーザ３００を模式的に示す断面図である。
【００９６】
また、たとえば、図１４に示すように、柱状部１３０の水平面（図示ではＸ−Ｙ平面）の断面積は、活性層１０３側から上方に向かって小さくなることができる。これにより、上述の酸化工程において（図９参照）、たとえば、複数の絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層のそれぞれの酸化速度が一定である場合においても、酸化工程後の各絶縁層１０５における開口部の開口径は、活性層１０３側から上方に向かって小さくなることができる。なお、本実施の形態の面発光レーザ４００において、第１の実施の形態に係る面発光レーザ１００の構成要素「１ＸＸ」と類似する構成要素を「４ＸＸ」と示す。すなわち、「４ＸＸ」は、第１の実施の形態に係る面発光レーザ１００の「１ＸＸ」と同様の構成要素を表しており、基本的に同様の材質からなるため、その詳細な説明については省略するものとする。なお、図１４は、この場合の面発光レーザ４００を模式的に示す断面図である。
【００９７】
また、たとえば、上述した本発明の実施の形態では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、たとえば、ＡｌＧａＰ系、ＧａＩｎＰ系、ＺｎＳＳｅ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＧａＡｓＳｂ系など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】
【００９８】
【図１】第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図。
【図２】第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザを模式的に示す平面図。
【図３】第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの要部を模式的に示す断面図。
【図４】第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図。
【図５】第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図。
【図６】第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの製造方法を模式的に示す断面図。
【図７】第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの要部の製造方法を模式的に示す断面図。
【図８】第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの製造方法を模式的に示す断面図。
【図９】第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの製造方法を模式的に示す断面図。
【図１０】絶縁層膜厚と、酸化速度比との関係を示す図。
【図１１】第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの製造方法を模式的に示す断面図。
【図１２】第２の実施の形態に係る面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図。
【図１３】実施の形態に係る面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図。
【図１４】実施の形態に係る面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【００９９】
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  絶縁層、１０６  埋め込み絶縁層、１０７  第１電極、１０８  出射面、１０９  第２電極、１１０  Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層、１１２  Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層、１３０  柱状部、１４０  垂直共振器、１５０  半導体多層膜、２００  面発光型半導体レーザ、２０１  半導体基板、２０２  第１ミラー、２０３  活性層、２０４  第２ミラー、２０５  絶縁層、２０６  埋め込み絶縁層、２０７  第１電極、２０８  出射面、２０９  第２電極、２１０  開口部、３００  面発光型半導体レーザ、３０１  半導体基板、３０２  第１ミラー、３０３  活性層、３０４  第２ミラー、３０５  絶縁層、３０６  埋め込み絶縁層、３０７  第１電極、３０８  出射面、３０９  第２電極、３１０  開口部、４００  面発光型半導体レーザ、４０１  半導体基板、４０２  第１ミラー、４０３  活性層、４０４  第２ミラー、４０５  絶縁層、４０６  埋め込み絶縁層、４０７  第１電極、４０８  出射面、４０９  第２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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【図１３】
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【図１４】
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