(57)【要約】【課題】超高速計算機向けの高温・高速動作が要求される面発光レーザに適用できるＳｉを構成材料として含む誘電体ＤＢＲミラーの形成方法を提供する。【解決手段】本発明の面発光レーザの誘電体ＤＢＲミラーの形成方法は、半導体成長により活性層を含む共振器を構成する工程と、同共振器端面にＳｉを含む誘電体ＤＢＲを温度１５０℃以上３００℃以下の第一温度で成膜する工程と、そのあとに第一温度と異なる第二温度で熱処理を施す工程を有する。熱処理の条件は、第二温度が４００℃以上５５０℃未満、時間が３分以上、もしくは第二温度が５５０℃以上７５０℃以下、時間が３分以上１０分未満とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
面発光半導体レーザの共振器端面に、１５０℃以上３００℃以下の第一温度でシリコンを含む誘電体ＤＢＲを形成した後、前記第一温度と異なる第二温度で熱処理を施す工程を含む面発光半導体レーザの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法において、
基板の上部に前記共振器を構成するレーザ構造を形成する工程と、
前記レーザ構造の上部に前記誘電体ＤＢＲを形成する工程と、
を含み、
誘電体ＤＢＲを形成する前記工程が、前記第一温度において、シリコン層と、誘電体層とを所定の回数交互に積層してシリコンを含む誘電体多層膜を形成する工程を含み、
誘電体多層膜を形成する前記工程の後、前記第二温度で前記熱処理を施す面発光半導体レーザの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の製造方法において、
前記共振器を構成するレーザ構造がトンネル接合を有する面発光半導体レーザの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の製造方法において、
ＲＦスパッタ法により前記誘電体ＤＢＲを成膜する面発光半導体レーザの製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかに記載の製造方法において、
第二温度で熱処理を施す前記工程を窒素雰囲気下で行う面発光半導体レーザの製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれかに記載の製造方法において、
第二温度で熱処理を施す前記工程が、４００℃以上５５０℃未満の前記第二温度で３分以上熱処理する工程である面発光半導体レーザの製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至５いずれかに記載の製造方法において、
第二温度で熱処理を施す前記工程が、５５０℃以上７５０℃以下の前記第二温度で３分以上１０分未満熱処理する工程である面発光半導体レーザの製造方法。
【請求項８】
共振器を構成する２つのミラーのうち少なくとも片側がシリコンを含む誘電体多層膜から構成されるＤＢＲミラーである面発光半導体レーザであって、
前記共振器の発振波長が０．９８μｍ以上１．１６μｍ以下であって、
前記ＤＢＲミラーの反射率が９９．４％以上であるとともに、
前記シリコンの吸収係数が２００ｃｍ-1以下である面発光半導体レーザ。
【請求項９】
請求項８に記載の面発光半導体レーザにおいて、前記共振器を構成するレーザ構造がトンネル接合を有する面発光半導体レーザ。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の面発光半導体レーザにおいて、
シリコンを含む誘電体多層膜から構成される前記ＤＢＲミラーが、シリコンと酸化シリコンから構成されるＤＢＲミラー、シリコンと窒化シリコンから構成されるＤＢＲミラー、またはシリコンと窒化シリコンと酸化シリコンから構成されるＤＢＲミラーである面発光半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）ミラーを有する面発光半導体レーザおよびその製造方法に関し、特に、Ｓｉを含む誘電体ＤＢＲミラーを備える面発光半導体レーザおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットの普及に伴い、コンピュータ内、コンピュータ間で処理される情報量は増加傾向にある。電気による信号伝送限界を超える手段として、コンピュータ内で高密度実装が可能な面発光レーザを用いた光インターコネクションが注目されている。特に、超高速計算機向けの光インターコネクション用光源として用いる場合には高温動作および２０Ｇｂｐｓを超える高速動作が要求される。
【０００３】
面発光レーザを高速化するには、微分利得の向上が重要である。微分利得を改善するには閾値を低減する必要があり、閾値の低減にはＤＢＲミラーを高反射率化する必要がある。
また、高温動作にはキャリア閉じ込めに優れるＧａＡｓ基板上に形成される短波長帯０．９８〜１．１６μｍの面発光レーザが適している。
【０００４】
面発光レーザを高速化する上で、ＤＢＲミラーを誘電体で構成する場合がある。たとえば、面発光レーザの中でも、トンネル接合を用いたものである。トンネル接合を用いると素子を低抵抗化できるので、高速動作化・消費電力低減に優れる。また、低抵抗化により発熱も抑制できるので素子寿命の長い面発光レーザを実現できる。
【０００５】
しかし、トンネル接合は高濃度ドーピング技術で形成するので、その後のＤＢＲミラーを半導体で形成すると、半導体成長時の長時間の高温熱履歴により、ドーパント拡散による特性劣化に伴うダメージを被る。この熱ダメージから素子を守るためには低温形成可能な誘電体ＤＢＲミラーの採用が有効となる。
【０００６】
ここで、誘電体ＤＢＲミラーは低屈折率材料と高屈折率材料とを交互に積層した多層膜で構成される。２つの材料の屈折率差が大きいほど少ないペア数で高反射率が実現できる。ペア数が少なければ、作製時間は短縮され、層厚が薄くなることで加工プロセスが簡単となり歩留まりが向上する。また、多層膜形成による歪み減少により素子信頼性が向上する。高屈折率材料としては安価で加工性の優れるＳｉが用いられることが多い。
【０００７】
Ｓｉを含む誘電体ＤＢＲミラーを用いた面発光レーザの他の例としては、非特許文献１の図２に記載されているトンネル接合を用いた発振波長０．９８μｍの面発光レーザがある。表面側のＤＢＲミラーとして５ペアのＳｉＯ2／Ｓｉから構成される誘電体ＤＢＲ構造を採用している。
【０００８】
図１４は、このような面発光レーザの構成を示す断面図である。図１４に示した面発光レーザは、ＧａＡｓ基板１２０１、裏面側ＤＢＲミラー１２０２、ｎ型スペーサ層１２０３、ＩｎＧａＡｓからなる２つの量子井戸から構成される活性層１２０４、ｐ型スペーサ層１２０５、酸化狭窄層１２０６、電流注入層１２０７、トンネル接合を形成する高濃度ｐ型層１２０８、トンネル接合を形成する高濃度ｎ型層１２０９、表面側誘電体ＤＢＲミラー１２１０、＋電極１２１１、−電極１２１２、保護膜１２１３から構成されている。
【０００９】
図１５（ａ）〜図１５（ｃ）は、図１４に示した面発光レーザの製造工程を示す断面図である。
はじめに、図１５（ａ）に示したように、ＧａＡｓ基板１２０１上に、裏面側ＤＢＲミラー１２０２からトンネル接合を形成する高濃度ｎ型層１２０９までの各層を順次成長させる。
【００１０】
次に、図１５（ｂ）に示したように、エッチングにより、メサ１２１４を形成する。そして、４３０℃の高温炉のなかで窒素ガスをキャリアガスとした水蒸気酸化を４５分間行う。
【００１１】
その後、図１５（ｃ）に示したように、リフトオフ法を用いてＳｉＯ2からなる保護膜１２１３を形成した後、＋電極１２１１および−電極１２１２を形成し、３７５℃、１０秒で電極アロイを行ったあと、電子ビーム蒸着法により５ペアのＳｉＯ2／Ｓｉから構成される誘電体ＤＢＲミラー１２１０を形成する。非特許文献１によれば、以上の手順により、閾値電流０．５５ｍＡ、波長９８６ｎｍで発振する、素子抵抗１００Ωの低抵抗な面発光レーザを得たとされている。
【００１２】
他のＳｉを含む誘電体ＤＢＲミラーおよびトンネル接合を用いた面発光レーザの例としては、特許文献１の１６ページ、２０行目に記載されている発振波長０．９８６μｍの面発光レーザがある。電子ビーム蒸着により形成した５周期のＳｉＯ2／Ｓｉから構成される誘電体ＤＢＲミラーを採用している。
【００１３】
他のＳｉを含む誘電体ＤＢＲミラーを用いた面発光レーザの例としては、非特許文献２の図１に記載されている発振波長１．３μｍの面発光レーザがある。同文献では、ＳｉＯ2／Ｓｉから構成される誘電体ＤＢＲミラーおよびＭｇＯ／Ｓｉから構成される誘電体ＤＢＲミラーを採用している。誘電体材料は電子ビーム蒸着法（electron beam evaporation）を用いて形成されている。ＭｇＯ形成時の基板温度は２５０℃、ＳｉおよびＳｉＯ2形成時の基板温度は２００℃である。同文献によれば、ＩｎＰ基板上に形成した誘電体ＤＢＲミラーにおいて、測定系の精度の限界である９９．４％の反射率が得られたとされている。
【００１４】
他のＳｉを含む誘電体ＤＢＲミラーおよびトンネル接合を用いた面発光レーザの例としては、特許文献２の８ページ、１１行目に記載されている発振波長０．９８μｍの面発光レーザがある。スパッタ蒸着法により形成した４周期のＳｉＯ2／Ｓｉから構成される誘電体ＤＢＲミラーを採用している。
【００１５】
他のＳｉを含む誘電体ＤＢＲミラーおよびトンネル接合を用いた面発光レーザの例としては、特許文献３の図２に記載されている発振波長１．５５μｍの面発光レーザがある。ＭｇＯ／Ｓｉから構成される誘電体ＤＢＲミラーを採用している。
【００１６】
さらに他のＳｉを含む誘電体ＤＢＲミラーを用いた面発光レーザの例として、非特許文献３の図１に記載されている発振波長１．３μｍの面発光レーザがある。同文献では、８．５ペアのＳｉ−Ａｌ2Ｏ3誘電体ＤＢＲおよび６ペアのＳｉ−ＳｉＯ2誘電体ＤＢＲを採用している。これらは基板温度２００℃でイオンビームアシスト堆積法（ion-beam assist deposition）を用いて形成され、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2成膜時には酸素イオンが適用される。
【００１７】
さらに他のＳｉを含む誘電体ＤＢＲミラーを用いた面発光レーザの例として、非特許文献４の図１に記載されている発振波長１．３μｍの面発光レーザがある。同文献では、８ペアのＳｉ／窒化ケイ素誘電体ＤＢＲを採用している。これらは反応性スパッタ（reactive sputtering）を用いて形成される。
【特許文献１】特表２００１−５１１６０４号公報（第１６頁）
【特許文献２】特開２００５−２２３３５１号公報（第８頁）
【特許文献３】特開２０００−２７７８５３号公報（第５頁、図２）
【特許文献４】特表平８−５０８１３７号公報（第４４頁）
【非特許文献１】ジェイ・ジェイ・ウィラー（J. J. Wierer）、他３名、「ラテラル  エレクトロン  カレント  オペレーション  オブ  バーティカル  キャヴィティ  サーフィス  エミティング  レーザーズ  ウイズ  ベリイド  トンネル  コンタクト  ホール  ソースズ(Lateral electron current operation of vertical cavity surface emitting lasers with buried tunnel contact hole sources)」、アプライドフィジックスレター（Applied Physics Letter）、1997年、pp.3468-3470
【非特許文献２】ティー・ババ（T. Baba）、他４名、「コンティニュアス  ウェイブ  GaInAsP/InP  サーフィス  エミティング  レーザーズ  ウィズ  ア  サーマリー  コンダクティブ  MgO/Si  ミラー  （Continuous Wave GaInAsP/InP Surface Emitting Lasers with a Thermally Conductive MgO/Si Mirror）」ジャパニーズ  ジャーナル  オブ  アプライド  フィジックス(Japanese Journal of Applied Physics)、1994年、pp.1905-1909
【非特許文献３】エス・ウチヤマ（S. Uchiyama）、他２名、「コンティニュアス  ウェイブ  オペレーション  アップ  トゥ  36℃  オブ  1.3μm  GaInAsP-InPバーティカル  キャヴィティ  サーフィス  エミティング  レーザーズ（Continuous-Wave Operation up to  36℃ of 1.3-μm GaInAsP-InP  Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers）」、フォトニクステクノロジーレターズ（Photonics Technology Letters）、1997年、pp.141-142
【非特許文献４】エイチ・ワダ（H. Wada）、他１０名「ロウ  スレショウルド ハイ  テンプラチャー  パルスド  オペレーション  オブ  InGaAsP/InP  バーティカル  キャヴィティ  サーフィス  エミティング  レーザーズ（Low-threshold, high-temperature pulsed operation of InGaAsP/InP vertical cavity surface emitting lasers）」、フォトニクス  テクノロジー  レターズ（Photonics Technology Letters）、1991年、pp.977-979
【非特許文献５】エヴァ・シー・フリーマン（Eva C. Freeman）、他１名、「オプティカル  コンスタント  オブ  RF  スパッタド  ハイドロジェネイティッド  アモルファス  Si（Optical constants of rf sputtered hydrogenated amorphous Si）」フィジカル  レビュー  Ｂ（Physical Review B）、1979年、pp.716-728
【非特許文献６】エム・エイチ・ブロドスキー（M. H. Brodsky）、他３名、「ストラクチャル  オプティカル  アンド  エレクトリカル  プロパティー  オブ  アモルファス  シリコン  フィルムズ（Structural, Optical, and Electrical Properties of Amorphous Silicon Films）」フィジカル  レビュー  Ｂ（Physical Review B）、1970年、pp.2632-2641
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上記従来技術は、それぞれ、以下の点で改善の余地があった。
【００１９】
また、第１の課題として、非特許文献１に開示された面発光レーザには、高温動作時に高速性が阻害されるという課題があった。
【００２０】
この原因は、波長０．９８〜１．１６μｍの短波長帯では、アモルファスＳｉの吸収が大きいことに起因する。理由はＳｉの吸収により誘電体ＤＢＲでの光吸収が増加し、反射率低下を招き、しきい値電流が上昇し、発熱増加とともに、微分利得が減少し、緩和振動周波数が低下するためである。また、誘電体ＤＢＲでの光吸収の増加は、光出力の減少を生じ、やはり誘電体ＤＢＲミラーでの発熱の増加により、活性層温度が上昇するため微分利得が減少し、緩和振動周波数が低下する。なお、非特許文献１でしきい値電流が小さいが、これは室温動作結果であり、量子井戸数も２つと少なく、室温動作に最適化されているためである。
【００２１】
また、非特許文献２〜非特許文献４のＳｉを含む誘電体ＤＢＲミラーにおいては、１．２μｍより長い波長のレーザ発振が可能な面発光レーザにおいて用いられており、長波長帯では高反射率を実現できている。しかし、高温度動作に適した非特許文献１で示したような短波長帯０．９８〜１．１６μｍの面発光レーザに適用した場合、波長０．９８〜１．１６μｍの短波長帯では、Ｓｉの吸収係数が大きくなるため、同様に、面発光レーザ高速性が阻害される。
【００２２】
実用レベルの高速動作ＶＣＳＥＬに求められる反射率は９９％以上、望ましくは９９．４％以上である。光出射側ミラーの場合には超高速計算機システムに必要な光出力として数ｍＷオーダーの光出力を確保するために９９．５％前後の値が求められる。
【００２３】
図９（ａ）および図９（ｂ）は、誘電体ＤＢＲミラーの反射率のＤＢＲペア数依存性をＳｉの吸収係数毎に示す図である。また、図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、誘電体ＤＢＲミラーの透過率に対する吸収率の比のＤＢＲペア数依存性をＳｉの吸収係数毎に示す図である。これらの図面においては、Ｓｉに組み合わせる屈折率の小さい材料の代表としてＳｉＯ2、屈折率のやや高い材料の代表として窒化ケイ素を想定した。そして、図９（ａ）および図１０（ａ）においては、ＳｉＯ2／Ｓｉから構成される誘電体ＤＢＲミラーの結果を見積もった。また、図９（ｂ）および図１０（ｂ）においては、窒化ケイ素／Ｓｉから構成される誘電体ＤＢＲの結果を見積もった。光の波長は０．９８μｍである。
【００２４】
各構成について、反射率のグラフ（図９）と、透過率に対する吸収率のグラフ（図１０）とを比較すると、吸収係数が大きくてもペア数を増やせば、反射率は大きくとることができるが、吸収係数が大きいと誘電体ＤＢＲミラーでの光の吸収量も大きくなることがわかる。誘電体ＤＢＲミラーでの光の吸収量が増えると光出力が低下し、吸収された光は熱に変わり素子温度を上昇させ、温度上昇は高周波特性などの素子特性を劣化させる。
【００２５】
透過率に対する吸収率の比の実用レベルは、半導体ＤＢＲを用いた場合の予想される比率である０．４以下である。グラフから、反射率９９．５％付近で透過率に対する吸収率の比を、実用レベルまで低減するには、Ｓｉの吸収係数を少なくとも２００ｃｍ-1以下に下げる必要があることがわかる。
【００２６】
誘電体材料の光吸収係数の影響については、特許文献４の４４頁１３行目にも記載されており、光吸収係数が大きいと外部微分量子効率および光出力が低下する。
【００２７】
単結晶Ｓｉの間接バンドギャップ波長は１．１１７μｍである。吸収係数は、波長０．９８〜１．１６μｍの短波長帯で２００ｃｍ-1以下と充分に小さい。しかし、誘電体ＤＢＲミラーに用いられるアモルファスＳｉになるとその結晶性に応じて吸収係数がバンドギャップ波長よりも長波長側で裾をひくように大きくなる。
【００２８】
この事実は、非特許文献５の図２および非特許文献６の図４に示されている。
まず、非特許文献５には、スパッタ、蒸着やケミカルヴェイアパーデポジション（chemical vapor deposition）のどの方法を用いてもアモルファスＳｉではこの吸収係数の裾引きの問題があることが示されている。また、同文献には、水素をアモルファスＳｉに添加することで吸収係数が低減されることが示されているが、水素の導入は屈折率も大きく変えることになり、また、水素組成を精度よく制御する必要があるため誘電体ＤＢＲミラーの反射率制御を難しくする。
【００２９】
非特許文献６には、室温でＲＦスパッタにより成膜したサファイア結晶基板上のＳｉにアニール処理を施すとＳｉの吸収係数が低減されることが示されている。しかし、波長１．０８μｍでＳｉの吸収係数を１６０ｃｍ-1まで低減するのに９４９℃で２時間と高温長時間の熱処理を必要とする。この熱処理条件を面発光レーザの誘電体ＤＢＲミラーに適用すると、半導体内のドーパントの拡散により特性劣化を生じてしまうので、実用に耐えうる条件ではなかった。
【００３０】
本発明者の実験においても、ＳｉＯ2ガラス基板上に基板温度２００℃でＲＦスパッタにより形成したＳｉ膜に関し、図１１に示すように、Ｓｉ単結晶に比べ間接バンドギャップ波長よりも長波で吸収係数のすそ引きが観察された。０．９８μｍでの吸収係数は３０８０ｃｍ-1、１．１６μｍでの吸収係数は７８６ｃｍ-1、１．３μｍでの吸収係数は３９８ｃｍ-1、１．５５μｍでの吸収係数は１５０ｃｍ-1であった。
【００３１】
また、第２の課題としては、誘電体ＤＢＲミラーをプラズマや電子ビームを用いて成膜する場合に、半導体表面にダメージが生じ、素子を高温で長期動作させると、ダメージを受けた領域から欠陥が増殖し、劣化が生じる場合があった
【００３２】
なお、特許文献１〜特許文献４においても、誘電体ＤＢＲミラーの具体的な製造条件について検討されていないため、上述した課題を同様に有していた。
【００３３】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高温動作可能な面発光レーザにおいて、高速かつ高信頼動作可能とする低損失かつ高反射率の誘電体ＤＢＲミラーの形成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明によれば、
面発光半導体レーザの共振器端面に、１５０℃以上３００℃以下の第一温度でシリコンを含む誘電体ＤＢＲを形成した後、前記第一温度と異なる第二温度で熱処理を施す工程を含む面発光半導体レーザの製造方法が提供される。
【００３５】
また、本発明によれば、
共振器を構成する２つのミラーのうち少なくとも片側がシリコンを含む誘電体多層膜から構成されるＤＢＲミラーである面発光半導体レーザであって、
前記共振器の発振波長が０．９８μｍ以上１．１６μｍ以下であって、
前記ＤＢＲミラーの反射率が９９．４％以上であるとともに、
前記シリコンの吸収係数が２００ｃｍ-1以下である面発光半導体レーザが提供される。
【００３６】
本発明においては、１５０℃以上３００℃以下の第一温度で誘電体ＤＢＲを形成する。これにより、吸収損失が少なく、たとえば９９．４％以上の高反射率の誘電体ミラーを形成することができる。このため、高温動作時においても低閾値でレーザ発振することができるため、発熱が小さい。その結果、高い微分利得を維持でき、高い緩和振動周波数が得られ、高速動作を実現する面発光半導体レーザを提供することができる。
【００３７】
ここで、積層体を１５０℃以上で形成することにより、Ｓｉの吸収係数を確実に低下させることができる。
また、誘電体ＤＢＲと半導体の間の歪み量は、後の熱処理の第二温度よりも、むしろ積層体を形成する第一温度で決まっており、積層体を３００℃以下で形成することにより、デバイス動作温度である０℃から１５０℃におけるシリコンを含む誘電体ＤＢＲのひずみ量を、より高温で積層体を形成する場合に比べて抑制することができる。これにより、素子寿命の劣化を効果的に抑制することができる。
【００３８】
また、本発明においては、誘電体ＤＢＲを形成した後、第一温度と異なる第二温度で基板を加熱処理することにより、素子特性を劣化させることなく誘電体に隣接する半導体表面近傍の結晶欠陥を回復することができる。このため、面発光半導体レーザの動作信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、吸収損失が少なく、高反射率の誘電体ミラーを有する面発光半導体レーザを提供することができる。これにより、高温動作時においても低閾値でレーザ発振することができるため、発熱を小さくできる。その結果、高い微分利得を維持でき、高い緩和振動周波数が得られ、高速動作を実現する面発光半導体レーザを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、共通の構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
【００４１】
（第一の実施形態）
図１は、本実施形態の面発光半導体レーザの構成を示す斜視図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ'断面図である。
【００４２】
図１および図２に示した面発光レーザ１００は、半絶縁性半導体基板からなる基板１０１上に、アンドープ半導体ＤＢＲミラーであるＤＢＲミラー１０２、第一ｎ型スペーサ層１０３、活性層１０４、ｐ型スペーサ層１０５、トンネル接合を形成する高濃度ｐ型層１０６、トンネル接合を形成する高濃度ｎ型層１０７、第二ｎ型スペーサ層１０８、誘電体ＤＢＲミラー１０９、＋電極１１０、−電極１１１、および電極パッド１１２から構成されている。
【００４３】
面発光レーザ１００は、共振器を構成する２つのミラーのうち少なくとも片側がシリコンを含む誘電体多層膜から構成されるＤＢＲミラー（誘電体ＤＢＲミラー１０９）である面発光半導体レーザである。この面発光レーザ１００は、共振器の発振波長が０．９８μｍ以上１．１６μｍ以下であって、誘電体ＤＢＲミラー１０９の反射率が９９．４％以上であるとともに、上記シリコンの吸収係数が２００ｃｍ-1以下である。
【００４４】
面発光レーザ１００においては、共振器を構成するレーザ構造がトンネル接合を有する。具体的には、高濃度ｐ型層１０６と高濃度ｎ型層１０７とが隣接してトンネル接合を形成している。
【００４５】
シリコンを含む誘電体多層膜から構成される誘電体ＤＢＲミラー１０９は、たとえば、シリコンと酸化シリコンから構成されるＤＢＲミラー、シリコンと窒化シリコンから構成されるＤＢＲミラー、またはシリコンと窒化シリコンと酸化シリコンから構成されるＤＢＲミラーとすることができる。さらに具体的には、誘電体ＤＢＲミラー１０９が、シリコン層と、ＳｉＮx層またはＳｉＯ2層とが交互に積層された構成であってもよい。さらに同じ誘電体ＤＢＲミラー１０９中に、ＳｉＮx層およびＳｉＯ2層をともに含んだ構成であってもよい。また、シリコン層と、ＳｉＯ2層とが交互に積層された構成において一部のＳｉ層がＳｉＮx層で置き換えた構成であってもよい。シリコン層と、ＳｉＮx層とが交互に積層された構成において一部のＳｉ層をＳｉＯ2層で置き換えた構成であってもよい。
【００４６】
次に、図３（ａ）〜図３（ｃ）、図４（ａ）および図４（ｂ）を参照して、面発光レーザ１００の製造方法を説明する。
誘電体ＤＢＲミラー１０９を有する面発光レーザ１００の製造方法は、半導体成長により活性層１０４を含む共振器を構成する工程と、同共振器端面にＳｉを含む誘電体ＤＢＲを温度１５０〜３００℃の下で成膜する工程と、その後に熱処理を施す工程を有する。つまり、面発光半導体レーザの共振器端面に、１５０℃以上３００℃以下の第一温度でシリコンを含む誘電体ＤＢＲを形成した後、第二温度で熱処理を施す工程を含む。
【００４７】
また、この製造方法は、以下の工程を含む。
基板１０１の上部に共振器を構成するレーザ構造を形成する工程、および
レーザ構造の上部に上記誘電体ＤＢＲを形成する工程。
【００４８】
本実施形態の製造方法において、共振器を構成するレーザ構造が、トンネル接合を有する構成としてもよい。
また、誘電体ＤＢＲを形成する工程は、上述した第一温度において、シリコン層と、誘電体層とを所定の回数交互に積層してシリコンを含む誘電体多層膜を形成する工程を含む。そして、誘電体多層膜を形成する工程の後、第二温度で熱処理を施す。
また、第二温度で熱処理を施す工程は、たとえば４００℃以上５５０℃未満の第二温度で基板１０１を３分以上熱処理する工程としてもよい。また、第二温度で熱処理を施す工程は、５５０℃以上７５０℃以下の第二温度で３分以上１０分未満基板１０１を熱処理する工程としてもよい。第二温度で熱処理を施す工程は、たとえば窒素雰囲気下で行われる。
【００４９】
Ｓｉ単層膜がアニール処理により結晶性が改善されることが知られているが、本発明者が鋭意検討した結果、基板温度が室温よりも高い１５０℃以上３００℃以下で誘電体ＤＢＲミラーを形成した後に、熱処理を施すことで、室温で誘電体ＤＢＲを形成したあとに熱処理するよりもＳｉの吸収を抑制できることを見出した。つまり、基板１０１の温度が室温よりも高い１５０℃以上３００℃以上の第一温度で誘電体ＤＢＲミラー１０９を形成した後に、熱処理を施すことにより、室温で誘電体ＤＢＲを形成した後に熱処理するよりも、Ｓｉの吸収を抑制できる。
【００５０】
図１２は、Ｓｉ単層膜を２００℃で形成した後、４００℃および５５０℃でそれぞれ５分の熱処理を施した場合のＳｉの吸収スペクトルの変化である。４００℃かつ５分の熱処理条件で、波長１．０４μｍ以上におけるＳｉの吸収係数は２００ｃｍ-1以下となり、５５０℃かつ５分の熱処理条件で、波長０．９５μｍ以上におけるＳｉの吸収係数は２００ｃｍ-1以下となった。
【００５１】
また、図１３は、４００℃で熱処理した際の、波長１．０７μｍでのＳｉ吸収係数のアニール時間依存性である。Ｓｉの吸収係数をモニターしたところ、４００℃で３分までに、１０９ｃｍ-1まで徐々に吸収係数は減少した。しかし、３分以降、吸収係数はほとんど変化しないことがわかった。この事実は熱処理温度を変えても同様であった。
【００５２】
また、熱処理温度４００℃、時間３分で吸収係数が１０９ｃｍ-1まで下がっている事実は、Ｓｉ単層膜を２００℃で形成することにより、非特許文献６の結果と比較して、より低温の熱処理によりＳｉの吸収係数が低減できていることを示す。
【００５３】
さらに、誘電体ＤＢＲミラー中で他の誘電体に挟まれて積層したＳｉに対しても、積層膜を２００℃で形成することにより、同様の効果が得られ、波長０．９８〜１．１６μｍの短波長帯でＳｉの吸収が反射率に影響しないレベルとすることができることを見出した。
【００５４】
４００℃以上７５０℃以下では、熱処理温度を固定した場合、熱処理時間３分以上では、反射率はほとんど変化しなかった。
【００５５】
推測するに、Ｓｉの吸収係数は膜の結晶性に依存するが、形成時の膜質の違い（粒度、粒度間距離等）に応じて、その後熱処理により到達可能なＳｉの吸収係数に違いが生じると考えられる。
【００５６】
また、熱処理時間を変えてＳｉを含む誘電体ＤＢＲミラーを形成した面発光レーザの信頼性評価を行ったところ、熱処理を施さなかったものや４００℃以上５５０℃未満で熱処理したものに比べて、５５０℃以上７５０℃以下で熱処理したものでは、誘電体膜形成時の半導体表面近傍の欠陥が減少し、素子寿命が伸び、信頼性が向上した。
【００５７】
なお、５５０℃以上７５０℃以下で１０分以上の熱処理、もしくは７５０℃以上で熱処理を加えた場合には、ドーピング拡散により、５５０℃未満の条件で加熱する場合よりも特性が劣化する懸念があった。熱処理温度５５０℃以上７５０℃以下では、１０分未満に熱処理時間を抑えることで、素子の特性劣化をさらに確実に抑えることができた。
【００５８】
以下、面発光レーザ１００の製造方法をさらに具体的に説明する。
初めに、図３（ａ）に示すように、半絶縁性半導体基板である基板１０１上に、裏面側のアンドープ半導体ＤＢＲミラーであるＤＢＲミラー１０２からトンネル接合を形成する高濃度ｎ型層１０７までの半導体層を順次成長させる。次に、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィーによるレジストパターニング後、エッチングによりトンネル接合領域であるトンネル接合を形成する高濃度ｐ型層１０６およびトンネル接合を形成する高濃度ｎ型層１０７を所定の形状に加工する。そして、図３（ｃ）に示すように、高濃度ｐ型層１０６およびトンネル接合を形成する高濃度ｎ型層１０７を埋め込むように、ｐ型スペーサ層１０５上に第二ｎ型スペーサ層１０８を成長させて、電流狭窄構造を形成する。
【００５９】
次に、図４（ａ）に示すようにメサ容量低減のためにエッチングによりメサ１１３を形成し、第一ｎ型スペーサ層１０３の表面を露出させた後、容量低減のため電極パッド１１２が形成される領域において、ＤＢＲミラー１０２の内部もしくは半絶縁性基板１０１までエッチングして、ＤＢＲミラーの上面を掘り下げる。その後、Ｓｉを含む誘電体ＤＢＲミラー１０９を全面に形成する。
【００６０】
Ｓｉを含む誘電体ＤＢＲミラー１０９は、基板温度１５０〜３００℃で成膜する。誘電体ＤＢＲの反射率は反射率測定用サンプルとして半導体基板にも成膜を行うことで測定することができる。
【００６１】
成膜にはＲＦスパッタや反応性スパッタ等のスパッタ、電子ビーム蒸着、ケミカルヴェイアパーデポジション、イオンビームアシスト堆積法など、どの方法を用いてもよい。たとえば、ＲＦスパッタ法により誘電体ＤＢＲを成膜する。
【００６２】
シリコンを含む誘電体多層膜を形成する工程は、たとえば、シリコン層と、ＳｉＮx層、ＳｉＯ2層等の所定の誘電膜とを交互に積層する工程である。Ｓｉと組み合わせる誘電体ＤＢＲミラー１０９の材料としては、ＳｉＯ2、窒化ケイ素（ＳｉＮx）、ＭｇＯ、ＣａＦ2、ＭｇＦ2、Ａｌ2Ｏ3などが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、二つ以上をＳｉと組み合わせて誘電体ＤＢＲミラーを形成してもよい。
【００６３】
成膜後、たとえば、窒素雰囲気で温度４００℃以上５５０℃未満、時間５分の熱処理条件で熱処理を施す。なお、熱処理時の雰囲気は窒素雰囲気に限らない、真空中、水素雰囲気、Ａｒなどの不活性ガス雰囲気で熱処理を行ってもよい。
【００６４】
図５に、例としてブラッグ波長が０．９８μｍ、１．０４μｍの３ペアＳｉ／ＳｉＯ2誘電体ＤＢＲミラーの反射率の熱処理温度依存性を示す。図５に示したように、熱処理温度とともに、Ｓｉの吸収係数が低減され、反射率が高くなった。ブラッグ波長が１．０４μｍの誘電体ＤＢＲミラーでは、熱処理温度４００℃以上で、Ｓｉの吸収損失を２００ｃｍ-1以下として計算上予想される反射率の値にほぼ近い値が得られた。ブラッグ波長が０．９８μｍの誘電体ＤＢＲミラーでは、熱処理温度５５０℃以上で、Ｓｉの吸収損失を２００ｃｍ-1以下として計算上予想される反射率の値にほぼ近い値が得られた。
【００６５】
なお、クラマース・クロニッヒの関係式から明らかなように吸収と屈折率は相互依存関係がある。吸収係数が変化すると屈折率も変化するため、Ｓｉを含む誘電体ＤＢＲミラーを形成する前に、あらかじめ熱処理を施したＳｉ単層膜の屈折率を測定した。これは、以下の理由による。Ｓｉ単層膜の屈折率は、熱処理条件によって変化する。また、Ｓｉを含む誘電体ＤＢＲミラーの膜厚は、Ｓｉ単層膜の屈折率に依存して変化する。誘電体ＤＢＲミラーの形成前に、熱処理条件と屈折率との関係をあらかじめ取得しておくことにより、Ｓｉを含む誘電体ＤＢＲの膜厚の設計値に応じて熱処理条件を制御することができる。これにより、Ｓｉを含む誘電体ＤＢＲを設計通りの膜厚でさらに確実に形成できる。
【００６６】
Ｓｉの吸収係数は波長が長くなるほど小さくなるため、以上の実験データから、波長０．９８〜１．１６μｍの短波長帯で所望のレーザ発振波長に応じて最低熱処理温度を４００℃以上５５０℃未満で選ぶことでＳｉの吸収の影響を抑えられた誘電体ＤＢＲミラーを実現できることがわかる。
【００６７】
図４に戻り、誘電体ＤＢＲミラーの熱処理後、図４（ｂ）に示すように誘電体ＤＢＲミラー１０９をドライエッチングすることで一部半導体を露出させる。＋電極１１０および−電極１１１を形成する。＋電極１１０は、第二ｎ型スペーサ層１０８に接して設けられ、−電極１１１は、第一ｎ型スペーサ層１０３に接して設けられる。また、これらの電極とともに、容量を低減するために、アンドープもしくは半絶縁性の半導体上に形成された誘電体ＤＢＲミラー１０９の上に、電極パッド１１２を形成する。電極パッド１１２は、＋電極１１０と一体に形成される。３７５℃、１０秒で電極アロイを行い、素子は完成する。なお、誘電体ＤＢＲミラー１０９のドライエッチングが困難な場合には、リフトオフを用いてもよい。リフトオフを用いる場合には、成膜には電子ビーム蒸着、イオンビームアシスト堆積法などが用いられる。
【００６８】
なお、熱処理温度は工程の順番によっては最低熱処理温度が求められる場合がある。たとえば、発振波長１．０４μｍ以上の素子を作製する上で電極パッドの容量を低減するために電極パッド下にポリイミドを形成したのちに、誘電体ＤＢＲミラーを形成する場合などがそれにあたる。たとえば、ポリイミドのキュア温度が４００℃から４５０℃の場合、熱処理温度はキュア温度以下の４００℃とする。こうすることにより、ポリイミド上の誘電体ＤＢＲミラーに加わる、ポリイミドの熱変形に伴うひずみをさらに確実に抑制することができる。
【００６９】
本実施形態においては、Ｓｉを含む誘電体ＤＢＲミラー１０９を１５０℃以上３００℃以下の温度で成膜し、誘電体ＤＢＲミラー１０９を形成した面発光レーザ１００に熱処理を施すことで、吸収損失が少なく９９．４％以上の高反射率の誘電体ミラーを形成することができる。これにより、高温動作時においても低閾値でレーザ発振することができるため、発熱が小さい。その結果、高い微分利得が得られ、緩和振動周波数は高くなり、高速動作を実現した面発光レーザ１００を提供することができる。
【００７０】
また、Ｓｉを含む誘電体ＤＢＲミラー１０９を形成した面発光レーザ１００に熱処理を施す上で、熱処理温度を４００℃以上５５０℃未満とすることで、吸収損失が少なく反射率が９９．４％以上の高反射率の誘電体ミラーを形成して、かつ、素子特性を劣化させることなく誘電体に接する半導体面の結晶欠陥を回復することができ、高温・高速動作でかつ長寿命を有する面発光レーザを提供することができる。
【００７１】
本実施形態においては、Ｓｉを用いて誘電体ＤＢＲミラー１０９を構成しているため、ＤＢＲミラーペア数が少なく、作製時間は短く、層厚が薄くなることで加工プロセスが簡単なため歩留まりが高い。また、多層膜形成による歪み減少により素子信頼性が高い。
【００７２】
また、誘電体ＤＢＲミラーにＳｉとともに用いる材料としてＳｉＯ2や窒化ケイ素を選択するとＣＦ4ガスを用いたドライエッチングが可能となり、微細プロセスが可能となる。
【００７３】
また、面発光レーザ１００においては、ＤＢＲミラー１０２を半導体ＤＢＲミラーとしているため、共振器両側のミラーを誘電体ＤＢＲミラー１０９とした場合に比べて、放熱特性により一層優れた構成となっている。
【００７４】
（第二の実施形態）
第一の実施形態において、Ｓｉを含む誘電体ＤＢＲミラー１０９を形成した面発光レーザ１００に熱処理を施す上で、熱処理条件を温度５５０℃以上７５０℃以下、時間３分以上１０分未満とすることもできる。
【００７５】
Ｓｉを含む誘電体ＤＢＲミラー１０９を形成した面発光レーザ１００に熱処理を施す上で、熱処理温度を５５０℃以上７５０℃以下、熱処理時間を３分以上１０分未満とすることで、吸収損失が少なく反射率が９９．４％以上の高反射率の誘電体ミラーを形成して、かつ、素子特性を劣化させることなく誘電体に接する半導体面近傍の結晶欠陥を回復することができ、高温・高速動作でかつ長寿命を有する面発光レーザを提供することができる。
【００７６】
第一の実施形態において前述したように、５５０℃以上７５０℃以下１０分以上熱処理もしくは７５０℃以上の熱処理を加えた場合には、５５０℃以上７５０℃以下、時間３分以上１０分未満とした場合に比べて、ドーピング拡散により特性劣化が生じる懸念があった。そこで、５５０℃以上７５０℃以下で１０分以下と高温でも熱処理時間を短くすることで、特性劣化は生じず、Ｓｉの吸収を抑制した９９．４％以上の高反射率が得られた。
【００７７】
熱処理したＳｉを含む誘電体ＤＢＲミラーを形成した面発光レーザの信頼性評価を行ったところ、熱処理を施さなかったものや４００℃以上５５０℃未満で熱処理したものに比べ５５０℃以上７５０℃以下で熱処理したものでは誘電体膜形成時の半導体表面の欠陥が減少した。これにより高温動作における、素子寿命がさらにのび、より一層の信頼性改善がみられた。
【００７８】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００７９】
たとえば、以上の実施形態においては、埋込みトンネル接合型の面発光レーザの例を挙げたが、電極アロイ条件に配慮して誘電体ＤＢＲミラー形成後に電極形成を行えば非特許文献１の構造にも適用可能である。
【００８０】
また、以上の実施形態においては、トンネル接合を用いた短波長帯０．９８〜１．１６μｍの面発光レーザを例に挙げたが、本プロセスはこれよりも長波長帯の面発光レーザに適用してもよい。また、非特許文献２〜４に示されるようなトンネル接合を用いない通常のｐｎ接合型の面発光レーザに適用してもよい。
【００８１】
また、以上の実施形態においては、半絶縁性基板を用いたが、ｎ型導電型性基板やｐ型導電性基板を用いてもよい。
また、以上の実施形態においては、半導体ＤＢＲをアンドープとしたが、その一部もしくは全体がｎ型導電性やｐ型導電性であってもよい。
また、ｎ型導電型性基板を用いて半導体ＤＢＲをｎ型導電性とする場合には、基板裏面に−電極を形成してもよい。
【００８２】
また、以上の実施形態に記載の製造方法は、たとえば超高速計算機向けの高温・高速動作が要求される面発光レーザの製造方法に適用できる。
【実施例】
【００８３】
（実施例１）
本実施例においては、上述した図２に示した構成の面発光レーザを製造した。製造において、図３（ａ）〜図３（ｃ）、図４（ａ）および図４（ｂ）を参照して前述した手順を用いた。
【００８４】
図２に示すように半絶縁性半導体ＧａＡｓ基板１０１上にＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓからなるアンドープ半導体ＤＢＲミラーであるＤＢＲミラー１０２、ＧａＡｓからなる第一ｎ型スペーサ層１０３、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓから構成される３つの量子井戸からなる活性層１０４、ＧａＡｓからなるｐ型スペーサ層１０５、ＧａＡｓからなるトンネル接合を形成する高濃度ｐ型層１０６、ＧａＡｓからなるトンネル接合を形成する高濃度ｎ型層１０７、ＧａＡｓからなる第二ｎ型スペーサ層１０８、３ペアのＳｉ−ＳｉＯ2からなる表面側誘電体ＤＢＲ構造である誘電体ＤＢＲミラー１０９、＋電極１１０、−電極１１１、電極パッド１１２から構成されている。
【００８５】
まず、図３（ａ）に示したように、半絶縁性半導体基板である基板１０１上に、裏面側アンドープ半導体ＤＢＲミラーであるＤＲＢミラー１０２からトンネル接合を形成する高濃度ｎ型層１０７までの各半導体層を順次成長させた。
【００８６】
次に、図３（ｂ）に示したように、フォトリソグラフィーによるレジストパターニング後、エッチングによりトンネル接合を加工し、図３（ｃ）に示したように第二ｎ型スペーサ層１０８で埋め込み成長を行い、電流狭窄構造を形成した。
【００８７】
つづいて、図４（ａ）示したように、メサ容量低減のために、エッチングによりｎ型スペーサ層１０３までメサを形成した後、容量低減のため電極パッド１１２の形成位置をアンドープ半導体ＤＢＲミラー１０２までエッチングした。
【００８８】
その後に１．０７μｍをブラッグ波長とする３ペアのＳｉ／ＳｉＯ2から構成される誘電体ＤＢＲミラー１０９を形成した。
【００８９】
ここで、誘電体ＤＢＲミラー１０９は基板温度２００℃下でＲＦスパッタにより成膜した。誘電体ＤＢＲミラーの反射率は反射率測定用サンプルとしてｎ型半導体基板にも成膜を行うことで測定した。なお、ここではＳｉを含む誘電体ＤＢＲミラー成膜温度を２００℃としたが、基板温度１５０〜３００℃であればよい。
【００９０】
なお、Ｓｉと組み合わせる誘電体ＤＢＲミラー材料としてはＳｉＯ2のほかに窒化ケイ素、ＭｇＯ、ＣａＦ2、ＭｇＦ2、Ａｌ2Ｏ3などが考えられ、さらにはこれら二つ以上をＳｉと組み合わせて誘電体ＤＢＲミラーを形成してもよい。
【００９１】
また、成膜にはスパッタ（ＲＦスパッタや反応性スパッタ）、電子ビーム蒸着、ケミカルヴェイアパーデポジション、イオンビームアシスト堆積法など、どの方法を用いてもよい。
【００９２】
成膜直後にはＳｉの光吸収により反射率が小さいため、温度４００℃で、時間５分熱処理条件で熱処理を施した。反射率はアニール処理前後で９９．０％から９９．５％と改善された。
【００９３】
図４（ｂ）に示すように誘電体ＤＢＲミラーの熱処理後、誘電体ＤＢＲミラー１０９をＣＦ4ガスでドライエッチングすることで一部半導体を露出させ、＋側にＡｕＧｅＮｉからなる＋電極１１０、−側にＡｕＧｅＮｉからなる−電極１１１をそれぞれ形成し、４００℃、１０秒で電極アロイを行った。以上の手順により、図１に示した素子が得られた。
【００９４】
本実施例では、Ｓｉを含む誘電体ＤＢＲミラーを形成した面発光レーザに熱処理を施すことで、吸収損失が少なく、９９．５％の高反射率の誘電体ミラーを形成することができた。これにより高温動作時においても低閾値でレーザ発振することができるため、発熱が小さい。その結果高い微分利得を維持でき、高い緩和振動周波数が得られ、５０℃で２０Ｇｂｐｓを超える高速動作を実現した面発光レーザを提供することができた。
【００９５】
（実施例２）
本実施例においては、図６に示した構成の面発光レーザを製造した。図６は、本実施例の面発光レーザの構成を示す断面図である。また、図７(ａ)、図７（ｂ）および図８（ａ）〜図８（ｃ）は、図６に示した面発光レーザの製造工程を示す断面図である。
【００９６】
図６に示した面発光レーザは、ｎ型半導体ＧａＡｓ基板５０１上にＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓからなるｎ型半導体ＤＢＲミラー５０２、ＧａＡｓからなる第一ｎ型スペーサ層５０３、３つのＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓからなる量子井戸からなる活性層５０４、ＧａＡｓからなるｐ型スペーサ層５０５、ＧａＡｓからなるトンネル接合を形成する高濃度ｐ型層５０６、ＧａＡｓからなるトンネル接合を形成する高濃度ｎ型層５０７、ＧａＡｓからなる第二ｎ型スペーサ層５０８、４ペアのＳｉ／窒化ケイ素からなる表面側誘電体ＤＢＲ構造である誘電体ＤＢＲミラー５０９、＋電極５１０、−電極５１１、電極パッド５１２、ポリイミド５１３、保護膜５１４から構成されている。
【００９７】
本実施例では、この面発光レーザを以下の手順で製造した。
はじめに、図７（ａ）に示したように、ｎ型半導体基板である基板５０１上に裏面側のｎ型半導体ＤＢＲミラー５０２からトンネル接合を形成する高濃度ｎ型層５０７までの半導体層を成長し、図７（ｂ）に示したように、フォトリソグラフィーによるレジストパターニング後、ウェットエッチングによりトンネル接合を直径８μｍでｐ型スペーサ層５０５までエッチングし、図８（ａ）に示したように、第二ｎ型スペーサ層５０８で埋め込み成長を行い、電流狭窄構造を形成した。
【００９８】
その後に図８（ｂ）に示したように、メサ容量低減のために第一ｎ型スペーサ層５０３までエッチングを行い、メサ５１５を形成し、０．９８μｍをブラッグ波長とする４ペアのＳｉ／窒化ケイ素から構成される誘電体ＤＢＲミラー５０９を形成した。
【００９９】
Ｓｉを含む誘電体ＤＢＲミラーは基板温度２５０℃でＲＦスパッタにより成膜した。なお、ここでは基板温度を２５０℃としたが、Ｓｉを含む誘電体ＤＢＲミラー成膜時は基板温度１５０℃以上３００℃以下であればよい。
【０１００】
また、成膜には、ＲＦスパッタや反応性スパッタ等のスパッタ、電子ビーム蒸着、ケミカルヴェイアパーデポジション、イオンビームアシスト堆積法など、どの方法を用いてもよい。
【０１０１】
成膜後、真空中にて温度５５０℃、時間５分の熱処理条件で熱処理を施した。反射率はＳｉの光吸収の低減により熱処理前後で９８．２％から９９．５％と改善された。
【０１０２】
次に電極パッド５１２が配置される箇所にポリイミド５１３を形成し４００℃で硬化させ、保護膜５１４として、λ／２厚の窒化ケイ素保護膜を形成した。
【０１０３】
その後、図８（ｃ）に示すように、誘電体ＤＢＲミラーをＣＦ4ガスで窒化ケイ素／Ｓｉ膜をドライエッチングすることで一部半導体を露出させ、＋側および−側に、それぞれ、ＡｕＧｅＮｉからなる＋電極５１０およびＡｕＧｅＮｉからなる−電極５１１を形成し、４００℃、１０秒で電極アロイを行い、図６に示した素子を得た。
【０１０４】
本実施例では、Ｓｉを含む誘電体ＤＢＲミラーを形成した面発光レーザに熱処理を施すことで、吸収損失の少なく９９．５％程度の高反射率の誘電体ミラーを形成することができた。これにより高温動作時においても低閾値でレーザ発振することができるため、発熱が小さい。その結果、高い微分利得を維持でき、高い緩和振動周波数が得られ、５０℃で２０Ｇｂｐｓを超える高速動作を実現した面発光レーザを提供することができた。
【０１０５】
また、熱処理したＳｉを含む誘電体ＤＢＲミラーを形成した面発光レーザの信頼性評価を行ったところ、熱処理を施さなかったものや４００℃以上５５０℃未満で熱処理したものに比べ５５０℃以上７５０℃以下で熱処理したものでは誘電体膜形成時の半導体表面の欠陥が減少した。そして、８５℃動作において、４００℃で熱処理したものの素子寿命が１０００時間であるのに対し、５５０℃で熱処理したものでは１００００時間と大幅に信頼性の改善がみられた。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本実施形態における面発光レーザの構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ'断面図である。
【図３】図１の面発光レーザの製造工程を示す断面図である。
【図４】図１の面発光レーザの製造工程を示す断面図である。
【図５】本実施形態の面発光レーザにおける熱処理による反射率改善効果を説明する図である。
【図６】本実施例の面発光レーザの構成を示す断面図である。
【図７】図６の面発光レーザの製造工程を示す断面図である。
【図８】図６の面発光レーザの製造工程を示す断面図である。
【図９】本実施形態の誘電体ＤＢＲミラーのＳｉ吸収係数とＤＢＲペア数と反射率との間の関係を説明する図である。
【図１０】本実施形態の誘電体ＤＢＲミラーのＳｉ吸収係数とＤＢＲペア数と、透過率に対する吸収率の比との間の関係を説明する図である。
【図１１】アモルファスＳｉおよび単結晶Ｓｉの吸収係数の波長依存性を説明する図である。
【図１２】アモルファスＳｉの吸収係数の熱処理温度依存性を説明する図である。
【図１３】アモルファスＳｉの吸収係数の熱処理時間依存性を説明する図である。
【図１４】従来の面発光レーザの構成を示す断面図である。
【図１５】図１４の面発光レーザの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１００  面発光レーザ
１０１  基板
１０２  ＤＢＲミラー
１０３  第一ｎ型スペーサ層
１０４  活性層
１０５  ｐ型スペーサ層
１０６  高濃度ｐ型層
１０７  高濃度ｎ型層
１０８  第二ｎ型スペーサ層
１０９  誘電体ＤＢＲミラー
１１０  ＋電極
１１１  −電極
１１２  電極パッド
１１３  メサ
５０１  基板
５０２  ｎ型半導体ＤＢＲミラー
５０３  第一ｎ型スペーサ層
５０４  活性層
５０５  ｐ型スペーサ層
５０６  高濃度ｐ型層
５０７  高濃度ｎ型層
５０８  第二ｎ型スペーサ層
５０９  誘電体ＤＢＲミラー
５１０  ＋側電極
５１１  −側電極
５１２  電極パッド
５１３  ポリイミド
５１４  保護膜
５１５  メサ
１２０１  基板
１２０２  ＤＢＲミラー
１２０３  ｎ型スペーサ層
１２０４  活性層
１２０５  ｐ型スペーサ層
１２０６  酸化狭窄層
１２０７  電流注入層
１２０８  高濃度ｐ型層
１２０９  高濃度ｎ型層
１２１０  誘電体ＤＢＲミラー
１２１１  ＋電極
１２１２  −電極
１２１３  保護膜
１２１４  メサ
【図１】
2007250669.tif 000003
【図２】
2007250669.tif 000004
【図３】
2007250669.tif 000005
【図４】
2007250669.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2007250669.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2007250669.tif 000013
【図１２】
2007250669.tif 000014
【図１３】
2007250669.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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