(57)【要約】【課題】  歩留まり良く、安定した性能の面発光レーザ素子を製造することの可能な面発光レーザ素子の作製方法および面発光レーザ素子および面発光レーザアレイおよび光伝送システムを提供する。【解決手段】  半導体基板上に、下部ミラー、半導体活性層を含む複数の半導体層からなる共振器層、上部ミラーを順次積層し、上部ミラー最上面又は上部ミラー最上面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる上部コンタクト層に上部電極を接続し、半導体基板裏面又は半導体基板裏面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる下部コンタクト層に下部電極を接続する面発光レーザ素子の作製方法において、上部電極又は下部電極のうちの少なくとも１つの電極を対応するコンタクト層上に形成した後に、ウェットエッチング法により該電極の一部を除去して光出力用開口部を形成する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、下部ミラー、半導体活性層を含む複数の半導体層からなる共振器層、上部ミラーを順次積層し、上部ミラー最上面又は上部ミラー最上面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる上部コンタクト層に上部電極を接続し、半導体基板裏面又は半導体基板裏面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる下部コンタクト層に下部電極を接続する面発光レーザ素子の作製方法において、上部電極又は下部電極のうちの少なくとも１つの電極を対応するコンタクト層上に形成した後に、ウェットエッチング法により該電極の一部を除去して光出力用開口部を形成することを特徴とする面発光レーザ素子の作製方法。
【請求項２】
請求項１記載の面発光レーザ素子の作製方法において、上部電極又は下部電極のうちの少なくとも１つの電極を対応するコンタクト層上に形成した後に、該電極をエッチングしやすくコンタクト層をエッチングしにくいエッチング液を用いたウェットエッチング法により該電極の一部を除去して光出力用開口部を形成することを特徴とする面発光レーザ素子の作製方法。
【請求項３】
半導体基板上に、下部ミラー、半導体活性層を含む複数の半導体層からなる共振器層、上部ミラーが順次積層され、上部ミラー最上面又は上部ミラー最上面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる上部コンタクト層に上部電極が接続され、半導体基板裏面又は半導体基板裏面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる下部コンタクト層に下部電極が接続される面発光レーザ素子において、上部電極又は下部電極のうちの少なくとも１つの電極に光出力用開口部が形成され、さらに、該電極がＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｈｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｂｅ、又は、それらを主成分とする合金からなり、該電極が接続されるコンタクト層がＧａＡｓであることを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項４】
半導体基板上に、下部ミラー、半導体活性層を含む複数の半導体層からなる共振器層、上部ミラーが順次積層され、上部ミラー最上面又は上部ミラー最上面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる上部コンタクト層に上部電極が接続され、半導体基板裏面又は半導体基板裏面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる下部コンタクト層に下部電極が接続される面発光レーザ素子において、上部電極又は下部電極のいずれかの電極に光出力用開口部が設けられ、該電極と該電極が接続されるコンタクト層との間で非合金オーミックコンタクトが形成されていることを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項５】
請求項４記載の面発光レーザ素子において、前記非合金オーミックコンタクトが形成されている電極は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｈｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｂｅ、又は、それらを主成分とする合金からなり、該電極が接続されるコンタクト層がＧａＡｓであり、該コンタクト層の不純物濃度が１．０×１０２０ｃｍ−３以上であることを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項６】
請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、活性層は、ＧａＩｎＮＡｓ系材料からなる層を含むことを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項７】
請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子が半導体基板上にアレイ状に複数配列されていることを特徴とする面発光レーザアレイ。
【請求項８】
請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は、請求項７記載の面発光レーザアレイが用いられていることを特徴とする光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザ素子およびその作製方法および面発光レーザアレイおよび光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザは、半導体基板と垂直方向にレーザ共振器を構成し、光を基板と垂直に出射する構成をとる。基板と表面に各１つづつ高反射率の半導体多層膜反射鏡（半導体ＤＢＲ）や誘電体多層膜反射鏡（誘電体ＤＢＲ）や金属反射鏡が設けられ、これらの反射鏡の間に活性層が設けられる。活性層と２つの反射鏡の間に、上下２つのスペーサ層が設けられる。さらに、活性層近傍に電流と光を閉じ込める必要があるため、及び高速変調では寄生容量を低減する必要があるため、レーザ構造としては半導体柱構造をとり、且つ、活性層近傍に電流狭窄する構造を設ける場合が一般的である。
【０００３】
このように面発光レーザ素子は、活性層体積を小さくできることから、低いしきい値電流、低い消費電力で駆動できる。また、共振器のモード体積が小さいため、数十ＧＨｚの変調が可能であり、高速伝送に向く。また、出射光の広がり角が小さく光ファイバへの結合が容易である。さらに、面発光レーザは、作製にへき開を必要とせず、素子面積も小さいので、並列化及び２次元高密度アレイ化が可能である。
【０００４】
面発光レーザはこれらの利点をもつため、近年、益々、伝送する情報が高速大容量になっている光通信システム分野、及び、コンピューター間，チップ間，チップ内の高速データ伝送が可能な光インターコネクション分野において、キーデバイスになると考えられている。
【０００５】
簡便な光学系で低消費電力で書きこみができる光源が望まれている光メモリ分野、レーザプリンタ分野でも、面発光レーザの適用が期待されている。
【０００６】
面発光レーザ素子の在来の代表的な構成を説明する。
【０００７】
（従来構成例Ａ）
図１は従来構成例Ａの面発光レーザ素子を示す図である。この従来構成例Ａの面発光レーザ素子を作製するには、ｐ型又はｎ型の導電性半導体基板上に、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法により、基板と同じ導電性の下部半導体多層膜反射鏡（半導体ＤＢＲ）、下部半導体スペーサ層、半導体活性層、上部半導体スペーサ層、下部半導体ＤＢＲとは逆の導電性をもつ上部半導体ＤＢＲを順次成長し、積層膜を形成する。ここで、上部半導体ＤＢＲの最上層は高濃度に不純物がドープされ、上部コンタクト層を兼ねる。
【０００８】
さらに、この積層膜を、ドライエッチングやウェットエッチングで半導体柱構造に加工する。また、電流狭窄部を形成する。その形成方法としては、上記積層膜中にＡｌ（Ｇａ）Ａｓ層を挿入し、この層を電流経路を除いて酸化して絶縁領域を形成する場合や、積層膜表面からプロトンや酸素イオンを活性層近傍に注入して絶縁領域を形成する場合や、半導体柱の周辺をバンドギャップの大きい材料で埋め込んで絶縁領域を形成する場合がある。
【０００９】
次に、上部コンタクト層上に、光出力部に開口をもつ上部電極を形成する。この開口部は、多くの場合、リフトオフ法によって作製される。さらに、基板裏面に下部電極を形成する。光出力は素子の上方に取り出す。
【００１０】
この構成を基本としさらに改良する狙いの従来例が特許文献１などに示されている。
【００１１】
（従来構成例Ｂ）
図２は従来構成例Ｂの面発光レーザ素子を示す図である。この従来構成例Ｂの面発光レーザ素子を作製するには、ｐ型又はｎ型の導電性半導体基板上に、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法により、基板と同じ導電性の下部半導体多層膜反射鏡（半導体ＤＢＲ）、下部半導体スペーサ層、半導体活性層、上部半導体スペーサ層、下部半導体ＤＢＲとは逆の導電性の高不純物濃度の上部コンタクト層を順次成長し、積層膜を形成する。さらに、従来構成例Ａと同様に、この積層膜を半導体柱構造に加工し、また、電流狭窄部を形成する。次に、上部コンタクト層上に、光出力部に開口をもつ上部電極を形成する。この開口部は、多くの場合、リフトオフ法によって作製する。続いて、スパッタリング法、ＥＢ蒸着法やＣＶＤ法によりこの開口部のコンタクト層上に誘電体ＤＢＲを設ける。また、基板裏面に下部電極を設ける。光出力は素子の上方に取り出す。この構成を基本としさらに改良する狙いの従来例が特許文献２などに示されている。
【００１２】
上述した従来構成例Ａ，Ｂのいずれの場合とも、課題の多い工程は、リフトオフ法で上部電極の開口部を作製する工程である。この工程で、開口しないといった問題、開口部にバリが発生するといった問題、パターン寸法が適正値から外れるなどの問題が起こり、歩留まりを低下させ、また、レーザ特性のバラツキが大きくなる場合が多い。
【００１３】
特許文献２では、これらの問題を解決するため、所定の溶剤に対して溶解度の異なる２種のマスク材を用いて、断面形状がＴ字型のマスクを形成し、リフトオフ法により上部電極膜の開口部を形成する方法が示されている。しかし、この方法は工程が複雑になり、製造コストを上昇させる。
【特許文献１】特開平１１−３４０５６５号公報
【特許文献２】特開平６−２９１４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、歩留まり良く、安定した性能の面発光レーザ素子を製造することの可能な面発光レーザ素子の作製方法および面発光レーザ素子および面発光レーザアレイおよび光伝送システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、半導体基板上に、下部ミラー、半導体活性層を含む複数の半導体層からなる共振器層、上部ミラーを順次積層し、上部ミラー最上面又は上部ミラー最上面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる上部コンタクト層に上部電極を接続し、半導体基板裏面又は半導体基板裏面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる下部コンタクト層に下部電極を接続する面発光レーザ素子の作製方法において、上部電極又は下部電極のうちの少なくとも１つの電極を対応するコンタクト層上に形成した後に、ウェットエッチング法により該電極の一部を除去して光出力用開口部を形成することを特徴としている。
【００１６】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の面発光レーザ素子の作製方法において、上部電極又は下部電極のうちの少なくとも１つの電極を対応するコンタクト層上に形成した後に、該電極をエッチングしやすくコンタクト層をエッチングしにくいエッチング液を用いたウェットエッチング法により該電極の一部を除去して光出力用開口部を形成することを特徴している。
【００１７】
また、請求項３記載の発明は、半導体基板上に、下部ミラー、半導体活性層を含む複数の半導体層からなる共振器層、上部ミラーが順次積層され、上部ミラー最上面又は上部ミラー最上面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる上部コンタクト層に上部電極が接続され、半導体基板裏面又は半導体基板裏面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる下部コンタクト層に下部電極が接続される面発光レーザ素子において、上部電極又は下部電極のうちの少なくとも１つの電極に光出力用開口部が形成され、さらに、該電極がＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｈｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｂｅ、又は、それらを主成分とする合金からなり、該電極が接続されるコンタクト層がＧａＡｓであることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項４記載の発明は、半導体基板上に、下部ミラー、半導体活性層を含む複数の半導体層からなる共振器層、上部ミラーが順次積層され、上部ミラー最上面又は上部ミラー最上面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる上部コンタクト層に上部電極が接続され、半導体基板裏面又は半導体基板裏面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる下部コンタクト層に下部電極が接続される面発光レーザ素子において、上部電極又は下部電極のいずれかの電極に光出力用開口部が設けられ、該電極と該電極が接続されるコンタクト層との間で非合金オーミックコンタクトが形成されていることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の面発光レーザ素子において、前記非合金オーミックコンタクトが形成されている電極は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｈｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｂｅ、又は、それらを主成分とする合金からなり、該電極が接続されるコンタクト層がＧａＡｓであり、該コンタクト層の不純物濃度が１．０×１０２０ｃｍ−３以上であることを特徴としている。
【００２０】
また、請求項６記載の発明は、請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、活性層は、ＧａＩｎＮＡｓ系材料からなる層を含むことを特徴としている。
【００２１】
また、請求項７記載の発明は、請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子が半導体基板上にアレイ状に複数配列されていることを特徴とする面発光レーザアレイである。
【００２２】
また、請求項８記載の発明は、請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は、請求項７記載の面発光レーザアレイが用いられていることを特徴とする光伝送システムである。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１乃至請求項２記載の発明によれば、半導体基板上に、下部ミラー、半導体活性層を含む複数の半導体層からなる共振器層、上部ミラーを順次積層し、上部ミラー最上面又は上部ミラー最上面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる上部コンタクト層に上部電極を接続し、半導体基板裏面又は半導体基板裏面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる下部コンタクト層に下部電極を接続する面発光レーザ素子の作製方法において、上部電極又は下部電極のうちの少なくとも１つの電極を対応するコンタクト層上に形成した後に、ウェットエッチング法により該電極の一部を除去して光出力用開口部を形成するようになっており、簡便で制御性のよい通常のリソグラフィー工程で電極に光出力用開口部を形成するので、歩留まり良く、安定した性能の面発光レーザ素子を製造することができる。
【００２４】
特に、請求項２記載の発明では、請求項１記載の面発光レーザ素子の作製方法において、上部電極又は下部電極のうちの少なくとも１つの電極を対応するコンタクト層上に形成した後に、該電極をエッチングしやすくコンタクト層をエッチングしにくいエッチング液を用いたウェットエッチング法により該電極の一部を除去して光出力用開口部を形成するので、コンタクト層の機能を低下させることがなくなる。よって、レーザ特性を低下させずに、歩留まり良く、安定した性能の面発光レーザ素子を製造することができる。
【００２５】
また、請求項３記載の発明によれば、半導体基板上に、下部ミラー、半導体活性層を含む複数の半導体層からなる共振器層、上部ミラーが順次積層され、上部ミラー最上面又は上部ミラー最上面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる上部コンタクト層に上部電極が接続され、半導体基板裏面又は半導体基板裏面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる下部コンタクト層に下部電極が接続される面発光レーザ素子において、上部電極又は下部電極のうちの少なくとも１つの電極に光出力用開口部が形成され、さらに、該電極がＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｈｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｂｅ、又は、それらを主成分とする合金からなり、該電極が接続されるコンタクト層がＧａＡｓであり、この面発光レーザ素子の電極材料は、コンタクト層をエッチングしにくく電極をエッチングしやすい薬剤が選定できる材料なので、電極の光出力用開口部を形成するのにリフトオフ法を用いる必要がない。よって、確実に、コンタクト層の機能を維持しながら、歩留まり良く、寸法精度良く電極を加工でき、これにより、レーザ特性を低下させずに、歩留まり良く、安定して面発光レーザを提供できる。
【００２６】
また、請求項４，請求項５記載の発明によれば、半導体基板上に、下部ミラー、半導体活性層を含む複数の半導体層からなる共振器層、上部ミラーが順次積層され、上部ミラー最上面又は上部ミラー最上面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる上部コンタクト層に上部電極が接続され、半導体基板裏面又は半導体基板裏面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる下部コンタクト層に下部電極が接続される面発光レーザ素子において、上部電極又は下部電極のいずれかの電極に光出力用開口部が設けられ、該電極と該電極が接続されるコンタクト層との間で非合金オーミックコンタクトが形成されているので、より電極材料の選択の幅が広がる。よって、より容易に、歩留まり良く、安定して面発光レーザを提供できる。
【００２７】
特に、請求項５記載の発明では、請求項４記載の面発光レーザ素子において、前記非合金オーミックコンタクトが形成されている電極は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｈｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｂｅ、又は、それらを主成分とする合金からなり、該電極が接続されるコンタクト層がＧａＡｓであり、該コンタクト層の不純物濃度が１．０×１０２０ｃｍ−３以上であり、コンタクト層は、１．０×１０２０ｃｍ−３以上に高濃度のドープされているので、より良好なオーミックコンタクトが得られるようになり、これによって、より低抵抗な面発光レーザ素子が得られる。
【００２８】
また、請求項６記載の発明によれば、ＧａＩｎＮＡｓ系材料を活性層にもち、電極部を簡便な工程で歩留まり良く形成できる構成なので、石英系ファイバと整合性の良い発振波長の、温度特性が良好な、素子構成が簡便なＧａＩｎＮＡｓ系面発光レーザ素子がより低コストで得られる。すなわち、低コストで製造できる、光伝送に適応性が高く、温度特性が良好で、信頼性の高い面発光レーザ素子を提供できる。
【００２９】
また、請求項７記載の発明によれば、請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子が半導体基板上にアレイ状に複数配列されているので、従来の素子を用いたアレイより、より低コストに、並列伝送用アレイ光源や書きこみ用アレイ光源が得られる。
【００３０】
また、請求項８記載の発明によれば、本発明の面発光レーザ素子又は面発光レーザアレイを用いて光伝送システムを構成しているので、より低コストで、大容量，高速の光伝送システムを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００３２】
（第１の形態）
本発明の第１の形態は、半導体基板上に、下部ミラー、半導体活性層を含む複数の半導体層からなる共振器層、上部ミラーを順次積層し、上部ミラー最上面又は上部ミラー最上面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる上部コンタクト層に上部電極を接続し、半導体基板裏面又は半導体基板裏面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる下部コンタクト層に下部電極を接続する面発光レーザ素子の作製方法において、上部電極又は下部電極のうちの少なくとも１つの電極を対応するコンタクト層上に形成した後に、ウェットエッチング法により該電極の一部を除去して光出力用開口部を形成することを特徴としている。
【００３３】
ここで、半導体基板としては、例えばＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＧａＰ等の化合物半導体基板が用いられる。また、下部ミラーとしては、これらの基板上に良好にエピタキシャル成長できるＡｌＡｓ／ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ，ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ，ＡｌＧａＮ／ＧａＮ，ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰなどの半導体ＤＢＲが用いられるのが好ましい。また、共振器層は、ＧａＡｓやＩｎＰなどの下部及び上部スペーサ層と、これらのスペーサ層の間に活性層を有する構成となっている。
【００３４】
ここで、活性層は基板により選択され、活性層と基板の組み合わせ（活性層−基板）の例として、ＧａＩｎＡｓＰ−ＩｎＰ（１．３μｍ帯，１．５５μｍ帯）、ＧａＩｎＮＡｓ−ＧａＡｓ（１．３μｍ帯，１．５５μｍ帯）、ＧａＩｎＡｓ−ＧａＡｓ（０．９８μｍ帯）、ＧａＡｌＡｓ−ＧａＡｓ（０．８５μｍ帯）、ＡｌＧａＩｎＰ−ＧａＡｓ（０．６５μｍ帯）などが挙げられる。
【００３５】
また、２つのスペーサ層は、キャリアを活性層まで輸送し且つ共振器をなす働きをし、発光する光に透明である必要がある。基板及び活性層材料によりＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＧａＩｎＡｓＰ，ＧａＡｌＡｓ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＧａＩｎＰなどから選択される。
【００３６】
また、上部ミラーは、半導体ＤＢＲや誘電体ＤＢＲで形成される。半導体ＤＢＲの例としては、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ，ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ，ＡｌＧａＮ／ＧａＮ，ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰなどが挙げられる。また、誘電体ＤＢＲの例としては、ＺｒＯ２／ＳｉＯ２，ＭｇＯ／ＳｉＯ２，ＭｇＯ／Ｓｉ，Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＦ２などが挙げらる。
【００３７】
なお、上記基板，上下ＤＢＲ，上下スペーサ層は、正負キャリアを活性層まで輸送するため、必要に応じ正負にドープされる場合がある。
【００３８】
上記基板からエピタキシャル成長させる半導体積層膜は、ＭＯＣＶＤ法，ＭＢＥ法等の方法で形成される。
【００３９】
上記半導体積層膜は、ウェットエッチング法又はドライエッチング法により下部スペーサ層中又は下部ＤＢＲ中に底面を持つ半導体柱を形成するように加工される。
【００４０】
この半導体柱内で、しきい値電流を下げるため活性層近傍に電流狭窄部を設けることが好ましい。
【００４１】
また、半導体柱の周辺にポリイミドなどの有機材料層やバンドギャップの大きい半導体材料層を設けることが素子の保護のため及び上部配線の平坦化のために好ましい。また、この半導体柱の側面及び底面全域をＳｉＯ２，ＳｉＯＮ，ＳｉＮ，ＴｉＯ２，ＴｉＮなどの保護膜で被覆することが、保護効果が高まり好ましい。
【００４２】
本発明において、コンタクト層とは、直接に電極と接続される活性層以外の半導体層であり、電極と素子内部の間の電流の経路になる層とする。本発明では、このコンタクト層の配置は次のようになる。
【００４３】
すなわち、上部ミラー最上面又は上部ミラー最上面から活性層の間のいずれかの半導体層を上部コンタクト層にし、半導体基板裏面又は半導体基板裏面から活性層の間のいずれかの半導体層を下部コンタクト層にする。
【００４４】
なお、以下の説明では、下部コンタクト層が半導体基板の一部からなる場合は下部コンタクト層とは特に表現しない。
【００４５】
次に、上部電極を上部コンタクト層上に形成した後に、又は、下部電極を下部コンタクト層上に形成した後に、酸又はアルカリ液を用いたウェットエッチング法により前記上部電極の一部、又は、前記下部電極の一部を除去し、光出力開口部を形成する。なお、このとき同時に、配線部や素子分離部などを形成する場合もある。
【００４６】
次に、本発明の構成例を説明する。なお、例に示す作製フロー中での工程の順序は、特にこの順序に限定されず、素子構成により適宜決められる。
【００４７】
（構成例１）
図３は本発明の構成例１の面発光レーザ素子を示す図である。図３を参照すると、ｐ型又はｎ型の導電性半導体基板上に、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法により基板と同じ導電性の下部半導体多層膜反射鏡（下部半導体ＤＢＲ）、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層、下部半導体ＤＢＲとは逆の導電性をもつ上部半導体ＤＢＲを順次成長させ積層膜を形成する。上部半導体ＤＢＲの最上層は高濃度に不純物がドープされており上部コンタクト層を兼ねる。
【００４８】
さらに、この積層膜はドライエッチングやウェットエッチングで半導体柱構造（メサ構造）に加工される。電流狭窄部は、上記積層膜中にＡｌ（Ｇａ）Ａｓ層が挿入されこの層を電流経路を除いて酸化し絶縁領域を形成する場合や、積層膜表面からプロトンや酸素イオンを活性層近傍に注入し絶縁領域を形成する場合がある。
【００４９】
次に、半導体柱の周辺にポリイミドなどの保護層を設ける。
【００５０】
次に、光出力用開口部をもつ上部電極を形成する。図４は上部電極に光出力用開口部を形成する工程を説明するための図である。図４を参照すると、上部電極膜を上部コンタクト層を含む試料全面に形成する。同様に、下部電極を、導電性の半導体基板の裏面に設ける。次に、通常のリソグラフィー工程で電極パターン形状にレジストをパターニングする。このとき光出力用開口部を形成する予定の領域にはレジストが無いようにする。この後、被覆した金属によりエッチング液を選定し開口部形成予定領域の金属膜をエッチングする。続いて、レジストを除去し上部電極を形成することができる。
【００５１】
この構成例１の面発光レーザ素子では、各電極から、活性層に両側から異なる極性のキャリアが注入されるように電流を流し、レーザ発振させる。構成例１の場合は、レーザ発振光は上部電極の開口部から出力される。
【００５２】
（構成例２）
図５は本発明の構成例２の面発光レーザ素子を示す図である。図５を参照すると、構成例２も構成例１と同様の積層膜を形成し、続いて、半導体柱構造の加工を行う。半導体柱構造の加工工程では、エッチング底面が、導電性の基板中、又は、下部半導体ＤＢＲ中、又は、下部スペーサ層中に設けた下部コンタクト層中になるように加工する。次に、構成例１と同様に電流狭窄部を設ける。次に、試料上面で、半導体柱上面と下部電極形成予定領域を除いてポリイミドなどの保護層を設ける。
【００５３】
この試料に、金属マスクを用い上部電極膜を上部コンタクト層を含む試料上面の一部領域に形成する。同様に、金属マスクを用い下部電極膜を下部コンタクト層を含む試料上面の一部領域に形成する。次に、通常のリソグラフィー工程で上部電極パターン形状及び下部電極パターン形状にレジストをパターニングする。このとき上部電極パターンにおいて光出力開口部を形成する予定の領域にはレジストが無いようにする。この後、被覆した金属によりエッチング液を選定し上部電極パターンと下部電極パターン以外の金属膜をエッチングする。続いて、レジストを除去し、上部電極パターン及び下部電極パターンを形成する。
【００５４】
構成例２の面発光レーザ素子においても、各電極から電流を流し、レーザ発振させる。構成例２の場合は、レーザ発振光は上部電極の開口部から出力される。
【００５５】
（構成例３）
図６は本発明の構成例３の面発光レーザ素子を示す図である。図６を参照すると、構成例３も構成例１と同様の積層膜を形成し、続いて、半導体柱構造の加工を行う。半導体柱構造の加工工程では、エッチング底面が、導電性の基板中、又は、下部半導体ＤＢＲ中、又は、下部スペーサ層中に設けた下部コンタクト層中になるように加工する。次に、構成例１と同様に電流狭窄部を設ける。次に、半導体柱の周辺にポリイミドなどの保護層を設ける。
【００５６】
この試料に、上部電極膜を上部コンタクト層を含む試料全面に形成する。次に、通常のリソグラフィー工程で電極パターン形状にレジストをパターニングする。続いて、レジストを除去し上部電極を形成する。
【００５７】
次に、下部電極膜を、導電性の半導体基板の裏面全面に形成する。次に、通常のリソグラフィー工程で下部電極パターン形状にレジストをパターニングする。このとき下部電極パターンにおいて光出力開口部を形成する予定の領域にはレジストが無いようにする。この後、被覆した金属によりエッチング液を選定し下部電極パターン以外の金属膜をエッチングする。続いて、レジストを除去し下部電極パターンを形成する。
【００５８】
構成例３の面発光レーザ素子においても、各電極から電流を流し、レーザ発振させるが、構成例３の場合は、レーザ発振光は下部電極の開口部から出力される。
【００５９】
（構成例４）
図７は本発明の構成例４の面発光レーザ素子を示す図である。図７を参照すると、構成例４の面発光レーザ素子は、ｐ型又はｎ型の導電性半導体基板上に、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法により基板と同じ導電性の下部半導体多層膜反射鏡（下部半導体ＤＢＲ）、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層、下部半導体ＤＢＲとは逆の導電性の高不純物濃度の上部コンタクト層を順次成長させ、積層膜を形成する。さらに、構成例１と同様に、この積層膜を半導体柱構造（メサ構造）に加工し、電流狭窄部を形成し、ポリイミドなどの保護層を設ける。次に、この上部コンタクト層上に上部電極膜を形成する。続いて、通常のリソグラフィーによっての上部電極膜部で上部コンタクト層の中央部を除いた電極パターン形状にレジストをパターニングする。この後、被覆した金属によりエッチング液を選定し上部電極パターン以外の金属膜をエッチング除去する。次に、レジストを除去し上部電極を形成する。続いて、スパッタリング法、ＥＢ蒸着法やＣＶＤ法によりこの開口したコンタクト層を被うように誘電体ＤＢＲを設ける。
【００６０】
次に、下部電極を、導電性の半導体基板の裏面に設ける。
【００６１】
構成例４の面発光レーザ素子においても、各電極から電流を流し、レーザ発振させる。構成例４の場合は、レーザ発振光は上部誘電体ＤＢＲから出力される。
【００６２】
面発光レーザでは、多くの場合、光出力用開口部を持つ上部電極又は下部電極は、微細なパターンを形成する必要があり、電極の開口幅又は開口径は数μｍ〜２０μｍとする必要がある。この範囲より大きい場合は、駆動電流の経路が長くなり素子抵抗が大きくなる。また、この範囲より小さい場合は、出力光の一部を電極が吸収することになる。従来、これらの加工は、歩留まりと形状制御性に問題があるリフトオフ法によって形成していたが、電極の開口幅がこのように小さいので、リフトオフ法では歩留まりに限界があり、寸法のバラツキも大きいためレーザ特性のバラツキも大きかった。
【００６３】
これに対し、本発明の第１の形態では、簡便で制御性のよい通常のリソグラフィー工程で開口部を形成するので、歩留まり良く、且つ、安定した性能の素子を製造することができる。
【００６４】
（第２の形態）
本発明の第２の形態は、上述した第１の形態の面発光レーザ素子の作製方法において、上部電極又は下部電極のうちの少なくとも１つの電極を対応するコンタクト層上に形成した後に、該電極をエッチングしやすくコンタクト層をエッチングしにくいエッチング液を用いたウェットエッチング法により該電極の一部を除去して光出力用開口部を形成することを特徴としている。
【００６５】
光出力用開口部をもつ電極を有する面発光レーザ素子では、この電極に接するコンタクト層は、多くの場合、半導体ＤＢＲの１層又は共振器を兼ねる構成のコンタクト層を備えている。よって、開口部のコンタクト層の厚さは所定の光学的厚さをもつことが必要で、厚さの精度は、所定の光学的厚さ±５ｎｍ以下、好ましくは所定の光学的厚さ±２ｎｍ以下である必要である。この範囲から外れた場合は、しきい値電流が著しく高くなったり、レーザ発振しなくなる。
【００６６】
電極をエッチングにより開口する場合、エッチング液は、上部電極を全て除去した後はコンタクト層に触れることになる。
【００６７】
よって、開口部形成に、電極をエッチングしやすくコンタクト層をエッチングしにくいエッチング液を用いエッチング液を用いウェットエッチング法を用いれば、コンタクト層がほとんどエッチングされずに開口部を形成できる。
【００６８】
通常、エッチング時間は、誤差を考慮し、上部電極を全てエッチングする時間に３０秒〜１分ほど長く設定するので、コンタクト層のエッチング速度は小さいことが必要であり、１０ｎｍ／分以下、好ましくは４ｎｍ／分以下が望ましい。このようにエッチング厚さの減少が僅かな場合は、コンタクト層形成時に予め減少分だけ厚く形成することにより、反射率低下等の不具合を抑えることができる。
【００６９】
なお、この第２の形態の作製方法が適用される素子構成は、前述の構成例１、２、４で示す構成の作製例に限定されるものではなく、例えば構成例３のような作製例も含む。
【００７０】
本発明の第２の形態では、コンタクト層をエッチングしにくいエッチング液を用いたウェットエッチング法により電極を加工するので、コンタクト層の機能を低下させず、歩留まり良く、寸法精度良く光出力用開口部を形成できる。よって、レーザ特性を低下させずに、歩留まり良く、安定した性能の素子を製造することができる。
【００７１】
（第３の形態）
本発明の第３の形態は、半導体基板上に、下部ミラー、半導体活性層を含む複数の半導体層からなる共振器層、上部ミラーが順次積層され、上部ミラー最上面又は上部ミラー最上面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる上部コンタクト層に上部電極が接続され、半導体基板裏面又は半導体基板裏面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる下部コンタクト層に下部電極が接続される面発光レーザ素子において、上部電極又は下部電極のうちの少なくとも１つの電極に光出力用開口部が形成され、さらに、該電極がＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｈｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｂｅ、又は、それらを主成分とする合金からなり、該電極が接続されるコンタクト層がＧａＡｓであることを特徴としている。
【００７２】
ＧａＡｓをコンタクト層に用いる場合で、適切な電極材料とエッチング液の組み合わせを調べるため、種々の金属のエッチング液のＧａＡｓとの反応性を実験により調べた。
その結果、次のような組み合わせが可能になることが判った（表１を参照）。
【００７３】
【表１】
2005123416.tif 000003
【００７４】
所定の金属をエッチングしやすく、ＧａＡｓをエッチングしにくい薬液としては、次のようなものが有る。
【００７５】
・Ａｌは、リン酸水溶液でエッチングされる。
ＧａＡｓは、この溶液ではエッチング速度が小さい。
・Ｃｒ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｈｇ、Ｆｅ、Ｃｏは、塩酸水溶液でエッチングされる。
ＧａＡｓは、この溶液ではエッチング速度が小さい。
・Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕは、フッ酸・硝酸・水混合液でエッチングされる。
ＧａＡｓは、この溶液ではエッチング速度が小さい。
・Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｂｅは、フッ酸水溶液、フッ酸緩衝液でエッチングされる。
ＧａＡｓは、これらの溶液ではエッチング速度が小さい。
【００７６】
よって、これらの金属を電極材料として用い、それぞれの電極材料に対して上に挙げたエッチング液を使用すれば、ＧａＡｓコンタクト層との選択エッチングが可能になり、光出力用の電極開口部や電極配線パターンの形成が容易になる。
【００７７】
素子構成例としては、前述の構成例１、２、３、４が挙げられる。
【００７８】
従来、電極の材料にはＡｕ系金属を使用していた。この電極に光出力用開口部を形成する際、Ａｕ系金属をエッチングし半導体膜をエッチングしないエッチング液又はエッチングガスが見つからず、歩留まりと制御性に問題があるリフトオフ法によって形成していた。
【００７９】
これに対し、本発明の第３の形態では、電極材料が、コンタクト層をエッチングせず電極をウェットエッチングする薬剤が選定できる材料なので、リフトオフ法を用いる必要がない。よって、確実に、コンタクト層の機能を維持しながら歩留まり良く、寸法精度良く電極を加工できる。これにより、確実に、レーザ特性を低下させずに、歩留まり良く、安定した特性の面発光レーザを提供できる。
【００８０】
（第４の形態）
本発明の第４の形態は、半導体基板上に、下部ミラー、半導体活性層を含む複数の半導体層からなる共振器層、上部ミラーが順次積層され、上部ミラー最上面又は上部ミラー最上面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる上部コンタクト層に上部電極が接続され、半導体基板裏面又は半導体基板裏面から活性層の間のいずれかの半導体層からなる下部コンタクト層に下部電極が接続される面発光レーザ素子において、上部電極又は下部電極のいずれかの電極に光出力用開口部が設けられ、該電極と該電極が接続されるコンタクト層との間で非合金オーミックコンタクトが形成されていることを特徴としている。
【００８１】
ここで、非合金オーミックコンタクトとは、電極とコンタクト層との接続部において、合金の生成を必要とせず、コンタクト層を高濃度にドープすることにより電極とコンタクト層にできる空乏層の幅を狭め、トンネリングによってキャリアを通過させる形式のオーミック接合である。この形式は高濃度層形成オーミック接合とも言われる。
【００８２】
非合金オーミックコンタクトの生成はＴＥＭやマイクロオージェなどにより確認できる。
【００８３】
なお、非合金オーミックコンタクトで接合している電極以外の電極は、必ずしも非合金オーミックコンタクトを形成する必要がなく従来の合金型オーミックコンタクトを形成してもよい。
【００８４】
素子構成例としては、前述の構成例１、２、３、４が挙げられる。
【００８５】
本発明の第４の形態では、電極とコンタクト層の接続が非合金オーミックコンタクトの形式をとっているので、より電極材料の選択の幅が広がる。そのため、簡便で制御性の良いリソグラフィー法による電極での光出力用開口部の形成が、より容易にできるようになる。よって、より容易に、歩留まり良く、安定した特性の面発光レーザ素子を提供することができる。
【００８６】
（第５の形態）
本発明の第５の形態は、第４の形態の面発光レーザ素子において、非合金オーミックコンタクトが形成されている電極は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｈｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｂｅ、又は、それらを主成分とする合金からなり、該電極が接続されるコンタクト層がＧａＡｓであり、該コンタクト層の不純物濃度が１．０×１０２０ｃｍ−３以上であることを特徴としている。
【００８７】
非合金オーミックコンタクトをもつ電極とコンタクト層との間で十分な量のキャリアを通過させるためには、コンタクト層の接合部の空乏層の幅は、レーザ素子駆動時に数ｎｍ以内になる必要がある。このため、コンタクト層は高濃度にドープされる必要がある。
【００８８】
ＧａＡｓをコンタクト層に用いた場合で、電極がＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｈｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｂｅ、又は、それらを主成分とする合金の場合、導電型にかかわらずコンタクト層の不純物濃度が１．０×１０２０ｃｍ−３以上であれば、オーミックコンタクトが得られる。この濃度未満の場合は、オーミックコンタクトが得られないことがある。
【００８９】
この第５の形態では、コンタクト層は１．０×１０２０ｃｍ−３以上に高濃度のドープがなされているので、接合部の空乏層の幅が狭まり、キャリアのトンネリングが容易になり、より良好なオーミックコンタクトが得られるようになる。よって、より低抵抗な素子が得られる。
【００９０】
（第６の形態）
本発明の第６の形態は、第３乃至第５のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、活性層がＧａＩｎＮＡｓ系材料からなる層を含むことを特徴としている。
【００９１】
ＧａＩｎＮＡｓ系材料は、ＮとＡｓを含むＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体で構成されており、具体的には、ＧａＡｓＮ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＡｓＮＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＰなどである。
【００９２】
これらのＧａＩｎＮＡｓ系材料からなる１つ又は複数の厚さ数１０ｎｍ以下のウェル層をウェル層材料よりもバンドギャップが大きいＧａＡｓ，ＧａＩｎＰ，ＡｌＧａＡｓなどからなる半導体バリア層で囲んだ量子井戸構造からなる活性層を設けるのが好ましい。
【００９３】
近年になり急速に開始されだした長波長帯（例えば、１．１μｍ以上の波長帯）のＧａＩｎＮＡｓ系材料を活性層に用いたレーザは、発振波長が長波長帯なので、石英系ファイバとの整合性が高い。
【００９４】
さらに、ＧａＡｓ基板上に形成できるので、スペーサ層等の活性層周りの層にワイドバンドギャップ材料を選択でき、キャリアの閉じ込めが良好になり、温度特性が高い。このため、ＩｎＰ基板上に形成するＧａＩｎＡｓＰを活性層とする従来の長波長帯レーザの場合と異なり、冷却装置を必要としない。
【００９５】
さらに、この材料を活性層に用いた面発光レーザは、ＧａＡｓ基板上に形成できるので、ＧａＡｓ基板上に形成できる屈折率差の大きいＡｌ（Ｇａ）Ａｓ／ＧａＡｓ、より広義にはＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ／  ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）を半導体ＤＢＲとして用いるのが好適である。よって、少ない層数の半導体ＤＢＲをもつ面発光レーザが得られる。
【００９６】
このようにＧａＩｎＮＡｓ系面発光レーザは優れた特性をもつので、光通信システムや、コンピューター間、チップ間、チップ内の光インターコネクションや、光コンピューティングにおける発光素子として適している。
【００９７】
このように、本発明の第６の形態は、活性層がＧａＩｎＮＡｓ系材料からなる層を含み、電極を簡便な工程で歩留まり良く形成できる構成なので、石英系ファイバと整合性の良い発振波長の、温度特性が良好な、素子構成が簡便なＧａＩｎＮＡｓ系面発光レーザ素子がより低コストで得られる。
【００９８】
（第７の形態）
本発明の第７の形態は、第３乃至第６のいずれかの形態の面発光レーザ素子が半導体基板上にアレイ状に複数配列されている面発光レーザアレイである。
【００９９】
前述のように面発光レーザは、１枚の基板上に多数の素子を一括で作製でき、へき開が不用なので、並列化及び２次元高密度アレイ化が容易に行える。
【０１００】
この第７の形態は、本発明の面発光レーザ素子を１次元あるいは２次元に配列させているので、従来の素子を用いたアレイに比べて、より低コストに、並列伝送用アレイ光源や書きこみ用アレイ光源が得られる。
【０１０１】
（第８の形態）
本発明の第８の形態は、第３乃至第６のいずれかの形態の面発光レーザ素子、又は、第７の形態の面発光レーザアレイが用いられている光伝送システムである。
【０１０２】
図８，図９は本発明の面発光レーザ素子を光源として用いた光伝送システムの構成例を示す図である。
【０１０３】
図８の例では、並列伝送方式の光伝送システムとして構成され、面発光レーザ素子からの信号を複数のファイバを用いて同時に伝送するようになっている。
【０１０４】
また、図９の例では、多波長伝送方式の光伝送システムとして構成され、複数の発振波長の異なる発光素子からの光信号が、それぞれ光ファイバを介して光合波器に導入されて合波され、１本の光ファイバ中に導入され伝送され、伝送された光信号は伝送先の機器に接続される光分波器を通って元の波長の異なる複数の光信号に分離され、それぞれファイバを介して複数の受光素子に達するようになっている。
【０１０５】
この第８の形態では、本発明の面発光レーザ素子又はアレイを用いて光伝送システムを構成しているので、より低コストで、大容量，高速の光伝送システムを得ることができる。
【実施例１】
【０１０６】
図１０は実施例１の面発光レーザ素子を示す図である。実施例１では、ＭＯＣＶＤ法により、ｐ型ＧａＡｓ（１００）基板上に、ｐ−ＡｌＧａＡｓ／ｎ−ＧａＡｓの２８．５ペアからなるｐ−ＡｌＧａＡｓ／ｐ−ＧａＡｓ下部ＤＢＲ、ｐ−ＧａＡｓ下部スペーサ層、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ３重量子井戸活性層、層中にＡｌＡｓ選択酸化層を含むｎ−ＧａＡｓ上部スペーサ層、ｎ−ＡｌＧａＡｓ／ｎ−ＧａＡｓの２３ペアからなるｎ−ＡｌＧａＡｓ／ｎ−ＧａＡｓ上部ＤＢＲを成長させ、積層膜を作製する。そして、上部ＤＢＲの最上層のＧａＡｓ層に、Ｓｅを１．０×１０２０ｃｍ−３ドープし、上部コンタクト層を兼ねる構成にする。
【０１０７】
フォトリソ工程でフォトレジストマスクパターンを上記コンタクト層上に形成し、Ｃｌ２ガスを用いるドライエッチングを行い半導体柱を形成する。半導体柱の低部は下部ＤＢＲ中になるようにする。続いて、マスクパターンを除去する。
【０１０８】
次に、Ｈ２Ｏ蒸気により４００℃で、上記ＡｌＡｓ選択酸化層を２５μｍ２のＡｌＡｓ層を残して酸化し、電流狭窄構造を作製する。
【０１０９】
次に、感光性ポリイミド前駆体を塗布し、フォトリソグラフィーにより半導体柱上面のコンタクト層の縁を残した領域のポリイミド前駆体を除去した後、キュアしポリイミド保護膜を形成する。
【０１１０】
次に、試料裏面にＡｕＺｎ／Ａｕ下部電極を蒸着した後、Ｎ２雰囲気中４００℃でアロイングする。
【０１１１】
次に、試料表面の全面にＡｌ膜を２００ｎｍの厚さに蒸着する。この後、半導体柱上面の光出力部以外の部分の上部電極領域をレジストで被うようにパターニングする。次に、試料をＨ３ＰＯ４−Ｈ２Ｏ（２：１）中にディップし、開口部をもつ上部電極を形成する。最後に、上部電極とコンタクト層の接合を安定化するためＮ２雰囲気中２５０℃で熱処理する。
【０１１２】
上記工程により、０．９８μｍ帯面発光レーザ素子が得られる。ｐ側電極を正としｎ側電極を負として電流を流し、電極開口部から光出力を得る。
【０１１３】
この実施例１では、上部電極にＡｌを用いているので、リフトオフ法を用いず簡便な工程で寸法精度良く電極開口部が得られる。また、コンタクト層が高濃度でドープされているので、良好な非合金オーミックコンタクトが得られる。なお、ＧａＡｓ上部コンタクト層のドープ量が１．０×１０２０ｃｍ−３ｃｍ−３未満の場合は、接合部ではオーミック特性が得られないことがある。
【実施例２】
【０１１４】
図１１は実施例２の面発光レーザ素子を示す図である。実施例２では、ＭＢＥ法により、ｎ型ＧａＡｓ（１００）基板上に、ｎ−ＡｌＧａＡｓ／ｎ−ＧａＡｓ  の２８．５ペアからなるｎ−ＡｌＧａＡｓ／ｎ−ＧａＡｓ下部ＤＢＲ、ＧａＡｓ下部スペーサ層、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ  ３重量子井戸活性層、層中にＡｌＡｓ選択酸化層を含むＧａＡｓ上部スペーサ層を順次成長させ、積層膜を形成する。そして、このＧａＡｓ上部スペーサ層の最上面近傍にＺｎを２．０×１０２０ｃｍ−３ドープし、上部コンタクト層を兼ねる構成にする。
【０１１５】
フォトリソ工程でフォトレジストマスクパターンを上記コンタクト層上に形成し、Ｃｌ２ガスを用いるドライエッチングを行い半導体柱を形成する。半導体柱の低部は下部ＤＢＲ中になるようにする。続いて、マスクパターンを除去する。
【０１１６】
次に、Ｈ２Ｏ蒸気により４００℃で、上記ＡｌＡｓ選択酸化層を２５μｍ２のＡｌＡｓ層を残して酸化し、電流狭窄構造を作製する。
【０１１７】
次に、感光性ポリイミド前駆体を塗布し、フォトリソグラフィーにより半導体柱上面のコンタクト層の縁を残した領域のポリイミド前駆体を除去した後、キュアしポリイミド保護膜を形成する。
【０１１８】
次に、試料裏面にＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ下部電極を蒸着した後、Ｎ２雰囲気中４００℃でアロイングする。
【０１１９】
次に、試料表面の全面にＣｒ膜を２００ｎｍの厚さに蒸着する。この後、半導体柱上面の光出力部以外の部分の上部電極領域をレジストで被うようにパターニングする。次に、試料をＨＣｌ−Ｈ２Ｏ（１：１）中にディップし、開口部をもつ上部電極を形成する。続いて、上部電極とコンタクト層の接合を安定化するためＮ２雰囲気中２５０℃で熱処理する。
【０１２０】
半導体柱以外の表面をフォトレジスト膜で覆ったのち、電子ビーム蒸着法でＳｉＯ２／ＺｒＯ２の８ペアからなる上部誘電体ＤＢＲを形成する。このフォトレジスト膜を有機溶剤で溶かし余分の誘電体膜を除去する。
【０１２１】
上記工程により、１．３μｍ帯面発光レーザ素子が得られる。ｐ側電極を正としｎ側電極を負として電流を流し、電極開口部から光出力を得る。
【０１２２】
この実施例２では、上部電極にＣｒを用いているので、リフトオフ法を用いず簡便な工程で寸法精度良く電極開口部が得られる。また、コンタクト層が高濃度でドープされているので、良好な非合金オーミックコンタクトが得られる。なお、上部コンタクト層のドープ量が１．０×１０２０ｃｍ−３未満の場合は、接合部ではオーミック特性が得られないことがある。
【実施例３】
【０１２３】
図１２は実施例３の面発光レーザ素子を示す図である。実施例３では、ＭＯＣＶＤ法により、ｐ型ＧａＡｓ（１００）基板上に、ｐ−ＡｌＧａＡｓ／ｐ−ＧａＡｓの３５．５ペアからなる下部ＤＢＲ、ＧａＡｓ下部スペーサ層、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ  ２重量子井戸活性層、ＧａＡｓ上部スペーサ層、ＡｌＡｓ選択酸化層、ｎ−ＡｌＧａＡｓ／ｎ−ＧａＡｓの２８．５ペアからなるｎ−ＡｌＧａＡｓ／ｎ−ＧａＡｓ上部ＤＢＲを成長させ、積層膜を作製する。上部ＤＢＲの最上層のＧａＡｓ層は、Ｓｅを１．５×１０２０ｃｍ−３ドープしコンタクト層を兼ねる構成にする。
【０１２４】
続いて、フォトリソ工程でフォトレジストマスクパターンを上記コンタクト層上に形成し、Ｃｌ２ガスを用いるドライエッチングを行い半導体柱を形成する。半導体柱の低部は下部ＤＢＲ中になるようにする。続いて、マスクパターンを除去する。
【０１２５】
次に、Ｈ２Ｏ蒸気により４００℃で、上記ＡｌＡｓ選択酸化層を２５μｍ２のＡｌＡｓ層を残して酸化し、電流狭窄構造を作製する。
【０１２６】
次に、感光性ポリイミド前駆体を塗布し、フォトリソグラフィーにより半導体柱上面のコンタクト層の縁を残した領域のポリイミド前駆体を除去した後、キュアしポリイミド保護膜を形成する。
【０１２７】
次に、試料裏面にＡｕＺｎ／Ａｕ下部電極を蒸着した後、Ｎ２雰囲気中４００℃でアロイングする。
【０１２８】
次に、試料表面の全面にＴｉ膜を厚さ５０ｎｍに、また、Ａｌ膜を厚さ２００ｎｍに順次蒸着する。この後、半導体柱上面の光出力部以外の部分の上部電極領域をレジストで被うようにパターニングする。次に、試料をＨＦ−Ｈ２Ｏ（１：７）中にディップし、開口部をもつ上部電極を形成する。続いて、上部電極とコンタクト層の接合を安定化するため、Ｎ２雰囲気中２５０℃で熱処理する。
【０１２９】
上記工程により、１．３μｍ帯面発光レーザ素子が得られる。ｐ側電極を正としｎ側電極を負として電流を流し、電極開口部から光出力を得る。
【０１３０】
上部電極にＡｌ／Ｔｉ膜を用いているので、リフトオフ法を用いず簡便な工程で寸法精度良く電極開口部が得られる。また、コンタクト層が高濃度でドープされているので、良好な非合金オーミックコンタクトが得られる。なお、ＧａＡｓ上部コンタクト層のドープ量が１．０×１０２０ｃｍ−３  未満の場合は接合部でオーミック特性が得られない場合がある。
【実施例４】
【０１３１】
図１３は実施例４の面発光レーザ素子を示す図である。実施例４では、実施例３と同じ構成の積層膜を形成する。ただし、上部ＤＢＲの最上層のＧａＡｓ層は、Ｓｅを２．５×１０２０ｃｍ−３ドープしコンタクト層を兼ねる構成にする。下部ＤＢＲ中の１層のＧａＡｓ層は、Ｚｎが１．０×１０２０ｃｍ−３ドープされていて、後に下部ンタクト層を形成できる構成にする。次に、実施例３と同様に半導体柱構造と電流狭窄部とポリイミド保護膜を形成する。ただし、半導体柱の低部は前記下部ンタクト層中にになるようにする。また、ポリイミド保護膜パターンは、半導体柱の上面のほか下部ＤＢＲ中の１層からなる半導体柱の底面の一部領域が開口するように形成する。なお、この半導体柱の底面の開口領域は、下部電極を形成する領域を含むようにする。
【０１３２】
次に、試料表面の全面にＴｉ膜を厚さ５０ｎｍに、また、Ａｌ膜を厚さ２００ｎｍに順次蒸着する。この後、レジストで、半導体柱上面の光出力部以外の部分の上部電極パターンと下部電極パターンを形成する。次に、試料をＨＦ−Ｈ２Ｏ（１：７）中にディップし、開口部をもつ上部電極と下部電極を形成する。続いて、２つの電極とコンタクト層の接合を安定化するためＮ２雰囲気中２５０℃で熱処理する。
【０１３３】
上記工程により１．３μｍ帯面発光レーザ素子が得られる。ｐ側電極を正としｎ側電極を負として電流を流し、上部電極開口部から光出力を得る。
【０１３４】
実施例４では、２つの電極にＡｌ／Ｔｉ膜を用いているので、リフトオフ法を用いず簡便な工程で、寸法精度良く電極開口部と電極パターンが得られる。また、上部，下部コンタクト層が高濃度でドープされているので、良好な非合金オーミックコンタクトが得られる。なお、ＧａＡｓ上部コンタクト層のドープ量が１．０×１０２０ｃｍ−３未満の場合は、接合部ではオーミック特性が得られない場合がある。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】従来の面発光レーザ素子の一例を示す図である。
【図２】従来の面発光レーザ素子の一例を示す図である。
【図３】本発明の構成例１の面発光レーザ素子を示す図である。
【図４】上部電極に光出力用開口部を形成する工程を説明するための図である。
【図５】本発明の構成例２の面発光レーザ素子を示す図である。
【図６】本発明の構成例３の面発光レーザ素子を示す図である。
【図７】本発明の構成例４の面発光レーザ素子を示す図である。
【図８】本発明の面発光レーザ素子を光源として用いた光伝送システムの構成例を示す図である。
【図９】本発明の面発光レーザ素子を光源として用いた光伝送システムの構成例を示す図である。
【図１０】実施例１の面発光レーザ素子を示す図である。
【図１１】実施例２の面発光レーザ素子を示す図である。
【図１２】実施例３の面発光レーザ素子を示す図である。
【図１３】実施例４の面発光レーザ素子を示す図である。
【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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