(57)【要約】【課題】電流狭窄層を形成する工程において、電流狭窄層となる層の酸化反応が阻害されることを抑制できる面発光型半導体レーザーの製造方法を提供する。【解決手段】面発光型半導体レーザー１００の製造方法は、共振器の少なくとも一部を含む柱状部２０を有する面発光型半導体レーザーの製造方法であって、ＳｉＣｌ４を含むガスを用いたエッチングにより、柱状部２０を形成しつつ、柱状部２０の側面２１にシリコン含有膜を形成する工程と、フッ素系ガスを用いたエッチングにより、シリコン含有膜１１０を除去する工程と、柱状部２０を構成する層のうち少なくとも１層を側面から酸化することにより、電流狭窄層２８を形成する工程と、を含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器の少なくとも一部を含む柱状部を有する面発光型半導体レーザーの製造方法であって、
ＳｉＣｌ４を含むガスを用いたエッチングにより、前記柱状部を形成しつつ、前記柱状部の側面にシリコン含有膜を形成する工程と、
フッ素系ガスを用いたエッチングにより、前記シリコン含有膜を除去する工程と、
前記柱状部を構成する層のうち少なくとも１層を側面から酸化することにより、電流狭窄層を形成する工程と、
を含む、ことを特徴とする面発光型半導体レーザーの製造方法。
【請求項２】
前記フッ素系ガスは、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ６のいずれかを含むガスである、ことを特徴とする請求項１に記載の面発光型半導体レーザーの製造方法。
【請求項３】
前記シリコン含有膜を除去する工程では、前記フッ素系ガスにＯ２ガスを混合して用いる、ことを特徴とする請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザーの製造方法。
【請求項４】
前記柱状部および前記シリコン含有膜を形成する工程では、ＳｉＣｌ４とＡｒを混合したガスを用いる、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の面発光型半導体レーザーの製造方法。
【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ーの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光型半導体レーザー（ＶＣＳＥＬ）は、例えば、基板上に半導体多層膜を形成し、この半導体多層膜をパターニングして共振器となる柱状部を形成し、当該柱状部を構成する半導体多層膜のうち少なくとも１層を側面から酸化して、電流狭窄層を形成することにより形成される。
【０００３】
ここで、上述した柱状部を形成する工程では、例えば特許文献１に開示されているように、エッチングガスとして、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）とアルゴン（Ａｒ）の混合ガスが用いられる。このようにＳｉＣｌ４を含むガスを用いることで、ラテラルエッチングが抑制され、良好な柱状形状を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１９８３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のように、ＳｉＣｌ４を含むガスを用いて柱状部を形成した場合、柱状部の側面にシリコンを含有する膜が形成され、電流狭窄層となる半導体層の酸化反応を阻害する場合があった。そのため、例えば、電流狭窄層となる半導体層の面内において酸化速度に差異が生じて電流狭窄層の形状が非対称になるなど、電流狭窄層を所望の形状に形成することができない場合があった。
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、電流狭窄層を形成する工程において、電流狭窄層となる層の酸化反応が阻害されることを抑制できる面発光型半導体レーザー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】
【０００７】
本発明に係る面発光型半導体レーザーの製造方法は、
共振器の少なくとも一部を含む柱状部を有する面発光型半導体レーザーの製造方法であって、
ＳｉＣｌ４を含むガスを用いたエッチングにより、前記柱状部を形成しつつ、前記柱状部の側面にシリコン含有膜を形成する工程と、
フッ素系ガスを用いたエッチングにより、前記シリコン含有膜を除去する工程と、
前記柱状部を構成する層のうち少なくとも１層を側面から酸化することにより、電流狭窄層を形成する工程と、
を含む。
【０００８】
このような面発光型半導体レーザーの製造方法によれば、フッ素系ガスを用いたエッチングを行うことにより、柱状部の側面に形成されたシリコン含有膜を除去することができる。したがって、電流狭窄層を形成する工程において、柱状部の側面に形成されたシリコン含有膜によって電流狭窄層となる層の酸化反応が阻害されることを抑制することができる。
【０００９】
本発明に係る面発光型半導体レーザーの製造方法において、
前記フッ素系ガスは、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ６のいずれかを含むガスであってもよい。
【００１０】
このような面発光型半導体レーザーの製造方法によれば、電流狭窄層を形成する工程において、柱状部の側面に形成されたシリコン含有膜によって電流狭窄層となる層の酸化反応が阻害されることを抑制することができる。
【００１１】
本発明に係る面発光型半導体レーザーの製造方法において、
前記シリコン含有膜を除去する工程では、前記フッ素系ガスにＯ２ガスを混合して用いてもよい。
【００１２】
このような面発光型半導体レーザーの製造方法によれば、シリコン含有膜を除去する工程において、シリコン含有膜の除去およびレジスト等のアッシングの両方を行うことができる。
【００１３】
本発明に係る面発光型半導体レーザーの製造方法において、
前記柱状部および前記シリコン含有膜を形成する工程では、ＳｉＣｌ４とＡｒを混合したガスを用いてもよい。
【００１４】
このような面発光型半導体レーザーの製造方法によれば、電流狭窄層を形成する工程において、柱状部の側面に形成されたシリコン含有膜によって電流狭窄層となる層の酸化反応が阻害されることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る面発光型半導体レーザーを模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る面発光型半導体レーザーの製造工程を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る面発光型半導体レーザーの製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る面発光型半導体レーザーの製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る面発光型半導体レーザーの製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る面発光型半導体レーザーの製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係る面発光型半導体レーザーの製造工程を模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
１．  面発光型半導体レーザー
まず、本実施形態に係る面発光型半導体レーザーについて、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る面発光型半導体レーザー１００を模式的に示す断面図である。
【００１８】
面発光型半導体レーザー１００は、図１に示すように、基板１０と、下部ミラー２２と、活性層２４と、上部ミラー２６と、電流狭窄層２８と、第１電極３０と、第２電極３２と、絶縁層４０と、を含んで構成されている。
【００１９】
基板１０としては、例えば、第１導電型（例えばｎ型）ＧａＡｓ基板などを用いることができる。
【００２０】
基板１０上には、第１導電型（例えばｎ型）の下部ミラー２２が形成されている。下部ミラー２２は、例えば、低屈折率層（図示せず）と高屈折率層（図示せず）とを交互に積層した分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ミラーである。低屈折率層は、例えば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層からなることができる。高屈折率層は、例えば、ｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層からなることができる。低屈折率層と高屈折率層の積層数（ペア数）は、特に限定されないが、例えば、３０〜４０ペアとすることができる。
【００２１】
下部ミラー２２上には、活性層２４が形成されている。活性層２４は、例えば、ＧａＡｓウェル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層とから構成される量子井戸構造を３層重ねた多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。
【００２２】
活性層２４上には、第２導電型（例えばｐ型）の上部ミラー２６が形成されている。上部ミラー２６は、例えば、低屈折率層（図示せず）と高屈折率層（図示せず）とを交互に積層したＤＢＲミラーであることができる。低屈折率層は、例えば、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層からなることができる。高屈折率層は、例えば、ｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層からなることができる。低屈折率層と高屈折率層の積層数（ペア数）は、特に限定されないが、例えば、３０〜４０ペアとすることができる。なお、上部ミラー２６を構成する半導体多層膜の最上層は、第２電極３２とオーミックコンタクトする層（コンタクト層）であってもよい。
【００２３】
なお、下部ミラー２２、活性層２４、および上部ミラー２６を構成する各層の組成および層数は特に限定されるわけではなく、必要に応じて適宜調整されることができる。
【００２４】
下部ミラー２２、活性層２４、および上部ミラー２６は、垂直共振器を構成することができる。ｐ型の上部ミラー２６、不純物がドーピングされていない活性層２４、およびｎ型の下部ミラー２２により、ｐｉｎダイオードが構成される。上部ミラー２６、活性層２４、および下部ミラー２２の一部は、柱状の半導体堆積体（以下「柱状部」という）２０を構成することができる。すなわち、共振器の一部は、柱状部２０に含まれている。なお、図示はしないが、共振器の全部が、柱状部２０に含まれていてもよい。柱状部２０の平面形状は、例えば円形などである。
【００２５】
また、図１に示すように、例えば、上部ミラー２６を構成する層のうちの少なくとも１層を電流狭窄層２８とすることができる。電流狭窄層２８は、活性層２４に近い領域に形成されている。電流狭窄層２８としては、例えば、ＡｌＧａＡｓ層を酸化したものを用いることができる。電流狭窄層２８は、開口部を有する絶縁層である。電流狭窄層２８は、例えばリング状に形成されている。また、電流狭窄層２８の開口部の平面形状は、例えば、円形である。
【００２６】
下部ミラー２２上には、第１電極３０が形成されている。第１電極３０は、下部ミラー２２と電気的に接続されている。なお、図示はしないが、第１電極３０は、基板１０の裏面（下部ミラー２２が形成された面と反対側の面）に形成されていてもよい。
【００２７】
上部ミラー２６および絶縁層４０の上には、第２電極３２が形成されている。第２電極３２は、上部ミラー２６と電気的に接続されている。第２電極３２は、柱状部２０上に開口部を有する。該開口部によって、上部ミラー２６の上面に第２電極３２の設けられていない領域が形成される。この領域が、レーザー光の出射面となる。出射面の平面形状は、例えば、円形である。第１電極３０と第２電極３２とによって活性層２４に電流が注入される。第１電極３０および第２電極３２は、面発光型半導体レーザー１００を駆動させるために使用される。
【００２８】
絶縁層４０は、下部ミラー２２上に形成されている。絶縁層４０は、柱状部２０を取り囲むように形成されている。絶縁層４０は、第２電極３２と下部ミラー２２とを電気的に分離させることができる。
【００２９】
面発光型半導体レーザー１００は、例えば、ＣＰＴ（Coherent Population Trapping）を利用した原子発振器の光源や、照明装置等として用いられる。
【００３０】
２．  面発光型半導体レーザーの製造方法
次に、本実施形態に係る面発光型半導体レーザーの製造方法について、図面を参照しながら説明する。図２〜図７は、本実施形態に係る面発光型半導体レーザーの製造工程を模式的に示す断面図である。
【００３１】
図２に示すように、基板１０として、例えば、ｎ型ＧａＡｓ基板を用意する。次に、基板１０上に、例えば、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１０１を形成する。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法などを用いることができる。半導体多層膜１０１は、下部ミラー２２、活性層２４、上部ミラー２６を構成する半導体層を順に積層したものである。なお、上部ミラー２６となる半導体多層膜を成長させる際に、活性層２４近傍の少なくとも１層を、後に酸化されて電流狭窄層２８となる半導体層２８ａとすることができる。電流狭窄層２８となる半導体層２８ａとしては、例えば、Ａｌ組成が０．９５以上のＡｌＧａＡｓ層などを用いることができる。
【００３２】
図３に示すように、半導体多層膜１０１上にレジストＲを形成する。レジストＲは、レジストを成膜した後、露光処理および現像処理を行うことによって形成される。
【００３３】
図４に示すように、レジストＲをマスクとして、半導体多層膜１０１を異方性エッチングし、所望の形状の下部ミラー２２、活性層２４、上部ミラー２６を形成する。これにより、柱状部２０が形成される。半導体多層膜１０１のエッチングは、ＳｉＣｌ４を含むガスを用いて行われる。より具体的には、半導体多層膜１０１のエッチングは、ＳｉＣｌ４とＡｒの混合ガスを用いて行われる。
【００３４】
ＳｉＣｌ４を含むガスを用いて半導体多層膜１０１をエッチングすると、図４に示すように、柱状部２０が形成され、この柱状部２０の側面２１にはシリコン含有膜１１０が形成される。すなわち、本工程では、ＳｉＣｌ４を含むガスを用いて半導体多層膜１０１をエッチングすることにより、柱状部２０を形成しつつ、柱状部２０の側面２１にシリコン含有膜１１０を形成している。ここで、シリコン含有膜１１０とは、その材質として、シリコンを含む膜である。シリコン含有膜１１０は、例えば、酸化シリコン等のシリコン化合物からなる膜であってもよい。シリコン含有膜１１０が柱状部２０の側面２１に形成されることにより、ラテラルエッチングが抑制され、良好な柱状形状が得られる。
【００３５】
図５に示すように、フッ素系ガスを用いたエッチングにより、シリコン含有膜１１０を除去する。フッ素系ガスとしては、例えば、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ６のいずれかを含むガスを用いることができる。さらに、フッ素系ガスにＯ２ガスを混合してエッチングを行うことにより、レジストＲを除去することができる。すなわち、本工程において、フッ素系ガスとＯ２ガスの混合ガスを用いることにより、シリコン含有膜１１０の除去およびレジストＲの除去（アッシング）の両方を行うことができる。
【００３６】
図６に示すように、電流狭窄層２８となる半導体層２８ａを側面から酸化することにより、電流狭窄層２８を形成する。例えば、４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって柱状部２０が形成された基板１０を投入することにより、半導体層２８ａを側面から酸化して、電流狭窄層２８を形成する。半導体層２８ａの側面は、柱状部２０の側面２１を構成している。ここで、柱状部２０を形成する工程で柱状部２０の側面２１（半導体層２８ａの側面）に形成されたシリコン含有膜１１０は、上述のように、フッ素系ガスを用いたエッチングにより除去されている。そのため、シリコン含有膜１１０によって電流狭窄層２８となる半導体層２８ａの酸化反応が阻害されることを抑制することができる。したがって、例えば、半導体層２８ａの面内において酸化速度を均一化することができ、電流狭窄層２８を所望の形状に形成することができる。
【００３７】
図７に示すように、下部ミラー２２上に柱状部２０を取り囲むように、絶縁層４０を形成する。絶縁層４０は、スピンコート法等を用いて下部ミラー２２の上面および柱状部２０の全面にポリイミド樹脂等からなる層を形成し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術等を用いてこの層をパターニングすることにより形成される。このようにして、所望の形状の絶縁層４０を形成することができる。
【００３８】
図１に示すように、第１電極３０および第２電極３２を形成する。電極３０，３２は、真空蒸着法およびリフトオフ法の組み合わせ等により、所望の形状に形成されることができる。なお、各電極３０，３２を形成する順番は特に限定されない。
【００３９】
以上の工程により、面発光型半導体レーザー１００を製造することができる。
【００４０】
本実施形態に係る面発光型半導体レーザー１００の製造方法は、例えば、以下の特徴を有する。
【００４１】
面発光型半導体レーザー１００の製造方法によれば、上述のように、フッ素系ガスを用いたエッチングにより、シリコン含有膜１１０を除去する工程を含む。これにより、ＳｉＣｌ４を含むガスを用いたエッチングによって柱状部２０の側面２１に形成されたシリコン含有膜１１０を除去することができる。そのため、電流狭窄層２８を形成する工程において、シリコン含有膜１１０によって電流狭窄層２８となる半導体層２８ａの酸化反応が阻害されることを抑制することができる。したがって、例えば、半導体層２８ａの面内において酸化速度を均一化することができ、電流狭窄層２８を所望の形状に形成することができる。これにより、装置の特性や信頼性を高めることができる。
【００４２】
面発光型半導体レーザー１００の製造方法によれば、シリコン含有膜１１０を除去する工程において、フッ素系ガスにＯ２ガスを混合して用いることにより、シリコン含有膜１１０の除去およびレジストＲの除去（アッシング）の両方を行うことができる。したがって、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００４３】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００４４】
１０  基板、２０  柱状部、２１  側面、２２  下部ミラー、２４  活性層、２６  上部ミラー、２８  電流狭窄層、２８ａ  半導体層、３０  第１電極、３２  第２電極、４０  絶縁層、１００  面発光型半導体レーザー、１０１  半導体多層膜、１１０  シリコン含有膜、Ｒ  レジスト、
【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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