(57)【要約】【課題】誘電体多層膜により上部ＤＢＲが形成されている面発光レーザ等において、高い歩留りで製造することのできる面発光レーザ素子を提供する。【解決手段】基板上に形成された下部ＤＢＲと、前記下部ＤＢＲの上に形成された活性層と、前記活性層の上に形成された誘電体層と、前記誘電体層の上に形成された上部ＤＢＲと、を有し、前記上部ＤＢＲは、屈折率の異なる２種類の誘電体膜を交互に積層することにより形成されており、前記誘電体層の膜厚は、前記活性層における発振波長をλとし、前記誘電体膜における屈折率をｎとした場合、λ／４ｎよりも厚いことを特徴とする面発光レーザ素子を提供することにより上記課題を解決する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された下部ＤＢＲと、
前記下部ＤＢＲの上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された誘電体層と、
前記誘電体層の上に形成された上部ＤＢＲと、
を有し、前記上部ＤＢＲは、屈折率の異なる２種類の誘電体膜を交互に積層することにより形成されており、
前記誘電体層の膜厚は、前記活性層における発振波長をλとし、前記誘電体膜における屈折率をｎとした場合、λ／４ｎよりも厚いことを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項２】
前記誘電体膜の膜厚は、λ／４ｎの奇数倍であることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項３】
前記上部ＤＢＲを形成する２種類の誘電体層は低屈折率層と高屈折率層であって、
前記誘電体膜の屈折率は、前記低屈折率層の屈折率以上、前記高屈折率層の屈折率以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の面発光レーザ素子。
【請求項４】
前記活性層と前記誘電体層との間には、コンタクト層が形成されており、
前記上部ＤＢＲ及び前記誘電体層を除去することにより露出した前記コンタクト層と電極とが、電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項５】
前記コンタクト層をウエットエッチングする際のエッチングレートに対する前記誘電体層をウエットエッチングする際のエッチングレートの比は、１０以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項６】
前記誘電体層は、前記上部ＤＢＲを形成している２種類の誘電体層のうちいずれか一方と同一の材料により形成されているものであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項７】
基板の上に下部ＤＢＲ、活性層、コンタクト層を順に積層形成する工程と、
前記コンタクト層の上に誘電体層を形成する工程と、
前記コンタクト層の上に屈折率の異なる２種類の誘電体膜を交互に積層することにより上部ＤＢＲを形成する工程と、
所定の領域における前記上部ＤＢＲ及び前記誘電体層の一部をドライエッチングにより除去する工程と、
前記所定の領域において、前記ドライエッチングを行なった後に残存している前記誘電体層をウエットエッチングにより除去する工程と、
を有することを特徴とする面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項８】
前記誘電体層はＳｉＮまたはＳｉＯ２により形成されているものであることを特徴とする請求項７に記載の面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項９】
前記ウエットエッチングに用いられるエッチング液は、バッファドフッ酸を含むものであることを特徴とする請求項７または８に記載の面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項１０】
前記誘電体層はプラズマＣＶＤにより成膜されたものであることを特徴する請求項７から９のいずれかに記載の面発光レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザ素子及び面発光レーザ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；Vertical Cavity Surface Emitting LASER）は、基板に対し、垂直方向に光を出射する半導体レーザであり、端面発光レーザに比べて低価格、低消費電力、小型であって高性能であること、２次元集積化が容易であるといった特徴を有している。
【０００３】
特許文献１に開示されているように、面発光レーザは、活性層を含む共振器領域と、共振器領域の上下に設けられた上部反射鏡及び下部反射鏡とにより形成される共振器構造を有している。これにより、共振器領域における厚さは、必要な波長λの光を発振するような厚さで形成されており、上部反射鏡及び下部反射鏡は光学的な厚さがλ／４の低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層して形成することにより、波長λの光が高い反射率で反射されるように形成されている。このような、面発光レーザを用いたデバイスとしては、１つの面発光レーザのチップより波長の異なる複数のレーザ光を出射することのできる構造を有する光伝送モジュール等がある。
【０００４】
一方、原子時計においては、波長品質の高い面発光レーザが適しており、搬送波の波長精度としては、特定波長に対し±１ｎｍが求められている。また、光通信における波長分割多重通信（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）は、一本の光ファイバーを用いて波長の異なる複数の光を伝送して通信する方式であり、これに使用される面発光レーザ素子は、１つのチップ内に波長の異なる複数のレーザ光を出射させることができるように形成されている。
【０００５】
特許文献２では、基板上に下部ＤＢＲ、活性層、半導体層、上部ＤＢＲが形成されており、この半導体層はエッチング方法の異なる２種類の半導体薄膜を複数の対となるように積層形成されており、エッチングの回数等により半導体層の膜厚を変えることができる構造のものが開示されている。尚、上部ＤＢＲはエピタキシャル成長により形成されている。
【０００６】
また、特許文献３では、１つのチップ内に波長の異なるレーザを作製するため、下部ＤＢＲを形成した後、エッチングを行なうことにより、下部ＤＢＲの厚さを変えて、第１の波長を発振させるレーザと第２の波長を発振させるレーザを形成したものである。尚、下部ＤＢＲの上には活性層が形成されており、活性層の上には、誘電体多層膜により形成される上部ＤＢＲが形成されている。
【０００７】
このように、上部ＤＢＲは半導体材料により形成する場合と、誘電体多層膜により形成する場合とがあるが、半導体材料により上部ＤＢＲを形成した場合、半導体材料にドープされた不純物等の影響により光を吸収してしまうため、光の吸収の少ない誘電体多層膜により上部ＤＢＲを形成する方が好ましい。尚、誘電体多層膜は、一般的に、屈折率の異なる２種類の誘電体膜を各々の誘電体膜における光学的膜厚がλ／４となるように十数ペア積層形成することにより形成されており、真空蒸着等の成膜方法により形成することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上部ＤＢＲは各々の面発光レーザごとに形成されるため、一つのチップに複数の面発光レーザを形成する場合には、隣接する面発光レーザ間において上部ＤＢＲ層はエッチングにより除去される。しかしながら、ウエハ等の基板の周辺部分と中央部分とではエッチングレートが異なるため、作製される素子にばらつきが生じ歩留りが低下してしまう。
【０００９】
このことを図１に基づきより詳細に説明する。図１は、面発光レーザ素子の製造工程の一部を示すものであり、第１の上部スペーサ層９２２、電流狭窄層９２３、第２の上部スペーサ層９２４、コンタクト層９２５、上部ＤＢＲ９０４を形成した後、不要な上部ＤＢＲ９０４をエッチングにより除去した状態を示すものである。尚、第１の上部スペーサ層９２２、電流狭窄層９２３、第２の上部スペーサ層９２４、コンタクト層９２５は半導体材料により形成されている。また、上部ＤＢＲ９０４は、誘電体多層膜により形成されており、光学的な膜厚がλ／４であるＳｉＯ２等により形成される低屈折率層９０４ａと、光学的な膜厚がλ／４であるＴａ２Ｏ５等により形成される高屈折率層９０４ｂとを交互に８．５ペア積層することにより形成されている。
【００１０】
このように、上部ＤＢＲ９０４をエッチングする際には、最初に、上部ＤＢＲ９０４の上にフォトレジストを塗布し、露光装置により露光、現像を行なうことにより、エッチングにより上部ＤＢＲが除去される領域に開口を有するレジストパターン９３０を形成し、この後、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、上部ＤＢＲ９０４を形成している不要な誘電体膜を除去する。
【００１１】
この際、ドライエッチングでは、プラズマの分布等の影響により、ウエハ等の基板の周辺部分と中央部分とではエッチングレートが異なり、基板の周辺部分ではエッチングレートが速く、中央部分ではエッチングレートが遅くなる傾向にある。具体的には、図１（ａ）に示されるように、基板の中央部分においてジャストエッチングされるように、即ち、エッチングより形成される開口部９０５ａの底面に、コンタクト層９２５が露出するようにエッチングを行なうと、図１（ｂ）に示されるように、エッチングレートの速い基板の周辺部分に形成される開口部９０５ｂにおいては、コンタクト層９２５が除去され、底面に第２の上部スペーサ層９２４が露出してしまう。実際に実験を行なった結果ところ、コンタクト層９２５の上面からの半導体層におけるオーバーエッチング量ｄは、約８０ｎｍであった。
【００１２】
図１（ｂ）に示されるように、開口部９０５ｂにおいてコンタクト層９２５がエッチングにより除去されてしまうと、面発光レーザに電流を注入することができないため、面発光レーザ素子としては機能しないものとなってしまう。従って、基板の中央部分における面発光レーザ素子は良品となるものの、基板の周辺部分における面発光レーザ素子は不良となるため、歩留りが低下してしまう。
【００１３】
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、誘電体多層膜により上部ＤＢＲが形成されている面発光レーザ等において、高い歩留りで製造することのできる面発光レーザ素子及び面発光レーザ素子の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、基板上に形成された下部ＤＢＲと、前記下部ＤＢＲの上に形成された活性層と、前記活性層の上に形成された誘電体層と、前記誘電体層の上に形成された上部ＤＢＲと、を有し、前記上部ＤＢＲは、屈折率の異なる２種類の誘電体膜を交互に積層することにより形成されており、前記誘電体層の膜厚は、前記活性層における発振波長をλとし、前記誘電体膜における屈折率をｎとした場合、λ／４ｎよりも厚いことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、基板の上に下部ＤＢＲ、活性層、コンタクト層を順に積層形成する工程と、前記コンタクト層の上に誘電体層を形成する工程と、前記コンタクト層の上に屈折率の異なる２種類の誘電体膜を交互に積層することにより上部ＤＢＲを形成する工程と、所定の領域における前記上部ＤＢＲ及び前記誘電体層の一部をドライエッチングにより除去する工程と、前記所定の領域において、前記ドライエッチングを行なった後に残存している前記誘電体層をウエットエッチングにより除去する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、誘電体多層膜により上部ＤＢＲが形成されている面発光レーザ等において、高い歩留りで面発光レーザを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】上部ＤＢＲの一部をドライエッチングにより除去した場合の説明図
【図２】本実施の形態における面発光レーザ素子の構造図
【図３】本実施の形態における面発光レーザ素子の製造方法の工程図（１）
【図４】本実施の形態における面発光レーザ素子の製造方法の工程図（２）
【図５】本実施の形態における面発光レーザ素子の製造方法の工程図（３）
【図６】本実施の形態における面発光レーザ素子の上面図
【図７】Ｐ−ＣＶＤにより成膜されたＳｉＮにおける基板温度とエッチングレートとの相関図
【図８】Ｐ−ＣＶＤにより成膜されたＳｉＮにおける基板温度と屈折率との相関図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１９】
〔第１の実施の形態〕
（面発光レーザの構造）
第１の実施の形態における面発光レーザ素子について説明する。図２は、本実施の形態における面発光レーザ素子の構造を示すものである。尚、便宜上、電極パッド及び保護膜等は省略されている。
【００２０】
本実施の形態における面発光レーザ素子は、半導体等の基板１０１の上に、下部ＤＢＲ１０２、下部スペーサ層１２１、活性層１０３、第１の上部スペーサ層１２２、電流狭窄層１２３、第２の上部スペーサ層１２４、コンタクト層１２５がエピタキシャル成長により積層形成されている。尚、下部ＤＢＲ１０２、下部スペーサ層１２１、活性層１０３、第１の上部スペーサ層１２２、電流狭窄層１２３、第２の上部スペーサ層１２４、コンタクト層１２５は半導体材料により形成されている。
【００２１】
また、コンタクト層１２５の上には、誘電体層１１０、上部ＤＢＲ１０４が積層して形成されている。上部ＤＢＲ１０４は、光学的な膜厚がλ／４となるように屈折率の低い材料により形成される低屈折率層１０４ａと、光学的な膜厚がλ／４となるように屈折率の高い材料により形成される高屈折率層１０４ｂとを交互に積層することにより形成されている。誘電体層１１０は、光学的な膜厚が３λ／４となるように屈折率の低い材料により形成されている。
【００２２】
尚、誘電体層１１０の光学的な膜厚は、λ／４よりも厚ければよいが、誘電体層１１０を上部ＤＢＲ１０４と組み合わせた場合における反射率を考慮すると、誘電体層１１０の光学的な膜厚は、λ／４の奇数倍であることが好ましい。具体的には、誘電体層１１０の光学的な膜厚は、λ／４の３以上の奇数倍であることが好ましい。また、誘電体層１１０を屈折率の低い材料により形成しているため、誘電体層１１０の上に形成される上部ＤＢＲ１０４において、誘電体層１１０の上には高屈折率層１０４ｂが形成されている。低屈折率層１０４ａ及び高屈折率層１０４ｂとしては、酸化物、窒化物、フッ化物等の誘電体材料を用いることができる。具体的には、低屈折率層１０４ａとしては、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＳｉＮ等の材料を用いることができ、高屈折率層１０４ｂとしては、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、ＴｉＮ等の材料を用いることができる。尚、λは、本実施の形態における面発光レーザ素子における発振波長である。
【００２３】
本実施の形態における面発光レーザ素子では、活性層１０３、第１の上部スペーサ層１２２、電流狭窄層１２３、第２の上部スペーサ層１２４、コンタクト層１２５、誘電体層１１０、上部ＤＢＲ１０４の一部を除去することによりメサ１５０が形成されており、メサ１５０の周囲より電流狭窄層１２３を選択的に酸化することにより、周辺部分において酸化された選択酸化領域１２３ａと中心部分において酸化されていない電流狭窄領域１２３ｂとが形成されている。また、誘電体層１１０、上部ＤＢＲ１０４の一部を除去することにより、コンタクト層１２５を露出させ、この後、コンタクト層１２５の上に上部電極となるｐ側電極１３１を形成することにより、コンタクト層１２５とｐ側電極１３１とが電気的に接続されている。尚、メサ１５０の周囲には、コンタクト層１２５の上面と略同じ高さまでポリイミド等による樹脂層１４０が形成されており、基板１０１の裏面には下部電極となるｎ側電極１３２が形成されている。
【００２４】
本実施の形態における面発光レーザ素子は、ｐ側電極１３１とｎ側電極１３２とにより活性層１０３に電流を注入することにより発光させ、発光した光を上部ＤＢＲ１０４と下部ＤＢＲ１０２とにより共振させることにより、レーザ光が出射されるものである。
【００２５】
ところで、ドライエッチングにおいて、半導体材料により形成されているコンタクト層１２５のエッチングレートに対する誘電体材料により形成されている上部ＤＢＲ１０４のエッチングレートの比は、約２であり小さい。よって、前述したように基板１０１の中心部分において、コンタクト層１２５の表面が露出するまでエッチングを行なった場合、基板１０１の周辺部分においては、コンタクト層１２５まで除去されてしまい、上部電極であるｐ側電極１３１と電気的に接続することができない。
【００２６】
本実施の形態では、後述するように、最初に、ドライエッチングにより上部ＤＢＲ１０４及び誘電体層１１０の一部を除去し、この後、残っている誘電体層１１０をウエットエッチングにより除去して、コンタクト層１２５の表面を露出させる。ウエットエッチングでは、誘電体層１１０の膜質やウエットエッチングに用いるエッチング液を選択することにより、コンタクト層１２５におけるエッチングレートに対する誘電体層１１０におけるエッチングレートの比を１０以上にすることができる。よって、上部ＤＢＲ１０４及び誘電体層１１０を除去して状態においても、基板１０１の全面においてコンタクト層１２５を残すことができ、コンタクト層１２５の表面を露出させることができる。尚、ウエットエッチングにおいては、基板１０１の中心部分と周辺部分にかかわらず均一にエッチングを行なうことができる。
【００２７】
例えば、誘電体層１１０を形成しているＳｉＯ２膜をＢＨＦ１１０（バッファードフッ酸）によりエッチングした場合、エッチングレートは１００〜１１０ｎｍ／ｍｉｎであり、コンタクト層１２５におけるエッチングレートは５ｎｍ／ｍｉｎである。よって、コンタクト層１２５におけるエッチングレートに対する誘電体層１１０におけるエッチングレートの比は２０以上となる。
【００２８】
また、基板１０１におけるドライエッチングの面内分布は、基板１０１の周辺部分においてジャストエッチングした場合、中心部分に残る膜厚は約１６０ｎｍ（８０ｎｍ×２）であり、この後、ウエットエッチングを行なうことにより、中心部分においてコンタクト層１２５を露出させた場合、周辺部分におけるコンタクト層１２５は約８ｎｍオーバーエッチングされるだけであり、作製される面発光レーザ素子の特性に影響を与えることはない。
【００２９】
尚、ドライエッチングによるエッチングにおいては、エッチング時間等によりエッチングの管理がなされているが、プラズマの状態やエッチングされる開口領域の面積、エッチング時に生成される副生成物等の影響によりエッチングレートが刻々と変化するため、所望の位置でエッチングを停止することは極めて困難である。
【００３０】
ここで、従来の上部ＤＢＲと同様に、誘電体層１１０が上部ＤＢＲの低屈折率層の一部となるように、誘電体層１１０の厚さをλ／４とした場合について考える。具体的には、低屈折率材料としてＳｉＯ２を用い、高屈折率材料としてＴａ２Ｏ５を用いて上部ＤＢＲを形成する。レーザ光の発振波長λが８９０ｎｍの場合における各々の膜厚は、
低屈折率層（ＳｉＯ２）：λ（８９０ｎｍ）／４ｎ（ｎ＝１．４５）＝１５３ｎｍ
高屈折率層（Ｔａ２Ｏ５）：λ（８９０ｎｍ）／４ｎ（ｎ＝２．５）＝８９ｎｍ
となる。
【００３１】
また、本実施の形態においては、ドライエッチングにより上部ＤＢＲを除去する場合、基板の周辺部分における低屈折率層であるＳｉＯ２を５０〜１００ｎｍ残すようなエッチングが必要となる。この場合、上述した従来の上部ＤＢＲにおいては、基板の中心部分では高屈折率層であるＴａ２Ｏ５が残ってしまう。Ｔａ２Ｏ５はウエットエッチングにおいてエッチングしにくい材料であり、エッチング液としてＨＦ＋ＮＨ４Ｆを用いた場合におけるエッチングレートは、約８ｎｍ／ｍｉｎであり、半導体材料により形成されているコンタクト層１２５におけるエッチングレートと略同じである。このため、基板の周辺部分と中心部分とでは、エッチングされる半導体層の膜厚差が大きくなり、基板の周辺部分においてもコンタクト層１２５が除去されてしまう場合が生じる。よって、上部ＤＢＲにおける高屈折率層であるＴａ２Ｏ５は、ドライエッチングの工程において、確実に除去しておく必要がある。
【００３２】
本実施の形態における面発光レーザ素子では、誘電体層１１０の光学的な厚さがλ／４（厚さがλ／４ｎ、ｎは屈折率）よりも厚くなるように形成されている。例えば、誘電体層１１０の厚さを３λ／４ｎとなるように形成した場合、誘電体層１１０であるＳｉＯ２の膜厚は４６０ｎｍとなる。よって、ドライエッチングの工程において、基板１０１の周辺部分における誘電体層１１０の膜厚が１００ｎｍ残るようにエッチングを行なった場合、エッチングされる誘電体層１１０の膜厚は３６０ｎｍとなり、前述したようにドライエッチングの面内分布である約１６０ｎｍを考慮すると、基板１０１の中心部分では誘電体層１１０は膜厚が２６０ｎｍ残るようにエッチングされる。従って、エッチングされる誘電体層１１０の膜厚は２００ｎｍであり、上部ＤＢＲ１０４における高屈折率層１０４ｂであるＴａ２Ｏ５が残ることはない。この場合、誘電体層１１０の膜厚は、３λ／４ｎ以上であれば同様の効果を得ることができ、また、光学的な特性を考慮するならば、３λ／４ｎ以上であってλ／４ｎの奇数倍であることが好ましい。尚、この場合において、ドライエッチングにおける終点が多少ずれたとしても、誘電体層１１０は十分厚く形成されているため、歩留りが低下することはない。
【００３３】
ところで、ドライエッチングの面内分布である約１６０ｎｍを考慮すると、基板１０１の周辺部分における誘電体層１１０の膜厚が、１００ｎｍ残るようにエッチングを行なった場合、基板１０１の中心部分に残る誘電体層１１０の膜厚は２６０ｎｍとなる。よって、この場合、誘電体層１１０の膜厚は２６０ｎｍ以上、即ち、１．７λ／４ｎ以上形成されていることが好ましい。
【００３４】
また、基板１０１の周辺部分における誘電体層１１０の膜厚が、５０ｎｍ残るようにエッチングを行なった場合、基板１０１の中心部分に残る誘電体層１１０の膜厚は２１０ｎｍとなる。よって、この場合、誘電体層１１０の膜厚は２１０ｎｍ以上、即ち、１．４λ／４ｎ以上形成されていることが好ましい。
【００３５】
尚、誘電体層１１０は上部ＤＢＲ１０４と同じ成膜方法であってもよく、また、異なる成膜方法であってもよい。誘電体層１１０を上部ＤＢＲ１０４と異なる成膜方法により形成する場合としては、後述するように、Ｐ−ＣＶＤ（plasma-enhanced chemical vapor deposition）により、誘電体層１１０としてＳｉＯ２またはＳｉＮを膜厚が３λ／４ｎとなるように成膜した後、イオンアシスト蒸着法により低屈折率層１０４ａと高屈折率層１０４ｂとを交互に積層形成することにより上部ＤＢＲ１０４を形成したものであってもよい。また、Ｐ−ＣＶＤは誘電体層１１０の膜質を大きく変えることができるため、ウエットエッチングにおけるエッチングレートの速い膜等を形成することができる。
【００３６】
また、誘電体層１１０は、上部ＤＢＲ１０４における低屈折率層１０４ａまたは高屈折率層１０４ｂと同じ材料により形成したものであってもよく、異なる材料により形成したものであってもよい。尚、誘電体層１１０を低屈折率層１０４ａまたは高屈折率層１０４ｂと異なる材料により形成した場合における誘電体層１１０の屈折率は、上部ＤＢＲ１０４における低屈折率材料１０４ａを形成している材料の屈折率以上、高屈折率材料１０４ｂを形成している材料の屈折率以下であることが好ましい。
【００３７】
（面発光レーザ素子の製造方法）
次に、本実施の形態における面発光レーザ素子の製造方法について説明する。本実施の形態における面発光レーザ素子は、前述したように、電流狭窄層となるＡｌＡｓ層を選択酸化することにより電流狭窄構造を形成したものであり、発振波長が８９０ｎｍの面発光レーザ素子である。
【００３８】
最初に、図３（ａ）に示すように、基板１０１としてｎ−ＧａＡｓ基板を用い、基板１０１の上に、下部ＤＢＲ１０２、下部スペーサ層１２１、活性層１０３、第１の上部スペーサ層１２２、電流狭窄層１２３、第２の上部スペーサ層１２４、コンタクト層１２５をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor）またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）により半導体材料をエピタキシャル成長させることにより形成する。下部ＤＢＲ１０２は、光学的な膜厚がλ／４であるｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓにより形成される高屈折率層と、光学的な膜厚がλ／４であるｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓにより形成される低屈折率層とを交互に３５．５ペア積層形成することにより形成されている。
【００３９】
下部スペーサ層１２１はＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓにより形成されており、活性層１０３はＧａＩｎＡｓ量子井戸層／ＧａＩｎＰＡｓ障壁層により形成されている。また、第１の上部スペーサ層１２２はＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓにより形成されており、電流狭窄層１２３はＡｌＡｓにより形成されており、第２の上部スペーサ層１２４はＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓにより形成されており、コンタクト層１２５はｐ−ＧａＡｓにより形成されている。
【００４０】
次に、図３（ｂ）に示すように、イオンアシスト蒸着法により、光学的な膜厚が３λ／４となるようにＳｉＯ２からなる誘電体層１１０（膜厚：４６０ｎｍ）を形成し、誘電体層１１０の上には、光学的な膜厚がλ／４となるようにＳｉＯ２により形成される低屈折率層１０４ａ（膜厚：１５３ｎｍ）と、光学的な膜厚がλ／４となるようにＴａ２Ｏ５により形成される高屈折率層１０４ｂ（膜厚：８９ｎｍ）とを交互に８．５ペア積層形成することにより上部ＤＢＲ１０４を形成する。尚、図３〜図５においては、便宜上、低屈折率層１０４ａ及び高屈折率層１０４ｂの一部は省略されている。
【００４１】
次に、図３（ｃ）に示すように、上部ＤＢＲ１０４の表面にレジストパターン１６１を形成する。具体的には、上部ＤＢＲ１０４の表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより上部ＤＢＲ１０４及び誘電体層１１０の一部が除去される領域に開口部を有するレジストパターン１６１を形成する。
【００４２】
次に、図４（ａ）に示すように、ドライエッチングにより上部ＤＢＲ１０４及び誘電体層１１０の一部を除去する。このドライエッチングの工程では、基板１０１の全面において、上部ＤＢＲ１０４が除去され誘電体層１１０が露出した状態となるまで、エッチング時間を調節してエッチングを行なう。尚、誘電体層１１０の下のコンタクト層１２５が露出しなければ、誘電体層１１０は一部が除去されてもよい。前述したようにドライエッチングにおいては、エッチングによる面内分布が生じるため、誘電体層１１０の膜厚は、基板１０１の中央部分に対し基板１０１の周辺部分が約１６０ｎｍ薄くなる。このため、ドライエッチングにおけるエッチングレートの遅い基板１０１の中央部分において、誘電体層１１０が露出するようにエッチングを行なう。このドライエッチングの工程では、基板１０１の全面において、コンタクト層１２５が露出することなく誘電体層１１０が露出している状態であることが好ましい。また、本実施の形態では、誘電体層１１０は、膜厚が４６０ｎｍで形成されているため、エッチングの面内分布である約１６０ｎｍを考慮すると、約３００ｎｍの余裕があり、ドライエッチングにおける製造工程のマージンが広い。尚、本実施の形態においては、基板１０１の中央部分で誘電体層１１０が約２００ｎｍ残るようにドライエッチングを行なう。従って、基板１０１の周辺部分における誘電体層１１０は約４０ｎｍ残っている。
【００４３】
次に、図４（ｂ）に示すように、ウエットエッチングにより残っている誘電体層１１０を除去し、コンタクト層１２５の表面を露出させる。このウエットエッチングの工程におけるエッチング液は１１０ＢＨＦ（森田化学社製）を用いており、誘電体層１１０を形成しているＳｉＯ２におけるエッチングレートは約１１０ｎｍ／ｍｉｎであり、コンタクト層１２５におけるエッチングレートは約５ｎｍ／ｍｉｎである。
【００４４】
従って、誘電体層１１０を除去するためのエッチング時間は、基板１０１の中央部分において１分５０秒、基板１０１の周辺部分において２０秒と見積もられ、基板１０１の中央部分においてコンタクト層１２５の表面が露出するまで誘電体層１１０を除去すると、基板１０１の周辺部分では、１分３０秒のオーバーエッチングとなる。しかしながら、コンタクト層１２５のエッチングレートに対する誘電体層１１０であるＳｉＯ２のエッチングレートの比は２２（ＳｉＯ２：１１０ｎｍ／ｍｉｎ、コンタクト層１２５：５ｎｍ／ｍｉｎ）と大きく、コンタクト層１２５がエッチングされる量は７．５ｎｍと僅かである。この後、レジストパターン１６１は有機溶剤等により除去される。
【００４５】
次に、図４（ｃ）に示すように、メサ１５０を形成するためのレジストパターン１６２を形成する。具体的には、上部ＤＢＲ１０４及びコンタクト層１２５の表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことによりメサ１５０が形成される領域の上にレジストパターン１６２を形成する。
【００４６】
次に、図５（ａ）に示すように、レジストパターン１６２の形成されていない領域における活性層１０３、第１の上部スペーサ層１２２、電流狭窄層１２３、第２の上部スペーサ層１２４、コンタクト層１２５をドライエッチングにより除去する。これにより、後述するメサ１５０が形成される。
【００４７】
次に、図５（ｂ）に示すように、レジストパターン１６２を有機溶剤等により除去した後、水蒸気中で熱処理を行なうことにより電流狭窄層１２３をメサ１５０の周囲より選択酸化する。これにより、周辺部分の酸化された選択酸化領域１２３ａと中心部分の酸化されていない電流狭窄領域１２３ｂとが形成される。このように、酸化された選択酸化領域１２３ａと酸化されていない電流狭窄領域１２３ｂとにより電流狭窄層１２３が形成される。
【００４８】
次に、図５（ｃ）に示すように、光学的な膜厚がλ／４であるＳｉＮからなる保護膜１２６を形成し、コンタクト層１２５上の保護膜１２６を除去し、露出したコンタクト層１２５を含む領域にｐ側電極１３１を形成する。これにより、コンタクト層１２５とｐ側電極１３１とは電気的に接続することができる。このｐ側電極１３１は、図６に示されるように、各々の面発光レーザに対応して形成されており、各々のｐ側電極１３１には、電極パッド１３３が接続されている。また、基板１０１の裏面には下部電極となるｎ側電極１３２が形成されており、メサ１５０間における溝は、ポリイミド等の樹脂材料により埋め込まれることにより樹脂層１４０が形成されている。尚、下部電極となるｎ側電極１３２は、イントラキャビティーコンタクト構造等、基板１０１の裏面に形成される構造のみならず、下部ＤＢＲ１０２と活性層１０３との間に下部コンタクト層を形成し、この下部コンタクト層とｎ側電極１３２とを接続した構造のものであってもよい。
【００４９】
本実施の形態では、コンタクト層１２５と上部ＤＢＲ１０４との間に形成される誘電体層１１０を厚く形成し、ドライエッチングにより誘電体層１１０の一部までエッチングした後、ウエットエッチングを行なうことにより、コンタクト層１２５が除去されることなく、コンタクト層１２５の表面を露出させることができる。
【００５０】
これにより、基板１０１の周辺部においても、コンタクト層１２５がエッチングにより除去されることがないため、半導体レーザ素子を高い歩留りで製造することができる。また、本実施の形態では、コンタクト層１２５におけるオーバーエッチング量は僅かであるため、コンタクト層１２５における抵抗が高くなることはない。
【００５１】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、誘電体層１１０がＰ−ＣＶＤにより成膜されたＳｉＯ２により形成されており、上部ＤＢＲ１０４における低屈折率層１０４ａがＭｇＦ２により形成された面発光レーザ素子及び面発光レーザ素子の製造方法である。本実施の形態は、図３〜図５に示す製造方法と同様の方法により製造されるものであり、第１の実施の形態と異なる内容について以下に説明する。
【００５２】
図３（ａ）に示す構造のものを第１の実施の形態と同様の方法により形成した後、図３（ｂ）に示すように、誘電体層１１０及び上部ＤＢＲ１０４を形成する。具体的には、誘電体層１１０は、Ｐ−ＣＶＤ法により、光学的な膜厚が３λ／４となるようにＳｉＯ２により形成する。形成された誘電体層１１０の膜厚は４７１ｎｍであり、屈折率は１．５６である。
【００５３】
この後、誘電体層１１０の上に、イオンアシスト蒸着法により、光学的な膜厚がλ／４となるようにＭｇＦ２により形成される低屈折率層１０４ａ（膜厚：１６２ｎｍ）と、光学的な膜厚がλ／４となるようにＴａ２Ｏ５により形成される高屈折率層１０４ｂ（膜厚：８９ｎｍ）とを交互に８．５ペア積層形成することにより上部ＤＢＲ１０４を形成する。ＭｇＦ２は、ＳｉＯ２よりも屈折率が低いため、低屈折率層１０４ａに用いることにより高屈折率層１０４ｂとの屈折率差を大きくとることができる。よって、上部ＤＢＲ１０４における反射率を高めることができ、設計の自由度を広くすること等が可能となる。しかしながら、ＮＨ３系のエッチング液を用いてウエットエッチングを行なう場合においては、ＭｇＦ２はウエットエッチング性がよくない。
【００５４】
本実施の形態においては、誘電体層１１０はＰ−ＣＶＤ法により成膜されたＳｉＯ２により形成されているため、図４（ａ）に示されるドライエッチングの工程において、上部ＤＢＲ１０４における低屈折率層１０４ａ及び高屈折率層１０４ｂ及び誘電体層１１０の一部を除去し、この後、図４（ｂ）に示されるウエットエッチングの工程において、残りの誘電体層１１０であるＳｉＯ２を除去することにより、第１の実施の形態と同様に高い歩留りで面発光レーザ素子を製造することができる。
【００５５】
このように、本実施の形態では、コンタクト層１２５の上に形成されている誘電体層１１０をＳｉＯ２により形成することにより、上部ＤＢＲ１０４における低屈折率層１０４ａとしてＭｇＦ２を用いることができる。
【００５６】
尚、本実施の形態では、上部ＤＢＲ１０４における低屈折率層１０４ａをＭｇＦ２により形成し、高屈折率層１０４ｂをＴａ２Ｏ５により形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、低屈折率層１０４ａとしては、ＳｉＯ２、ＳｉＮ等を用いることができ、高屈折率層１０４ｂとしては、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＮ等を用いることができる。
【００５７】
（誘電体層１１０がＳｉＮの場合）
また、誘電体層１１０は、ＳｉＮにより形成したものであってもよい。ＳｉＮはＢＨＦには溶けにくい材料ではあるが、Ｐ−ＣＶＤにより成膜した場合には、成膜条件に依存してエッチングレートが大きく変化する。
【００５８】
図７は、Ｐ−ＣＶＤによりＳｉＮを成膜する際の基板温度（成膜温度）とＢＨＦにおけるエッチングレートとの関係を示す。図７に示されるように、基板温度を下げることにより、エッチングレートを高くすることができる。コンタクト層１２５のエッチングレート（５ｎｍ／ｍｉｎ）に対するＳｉＮのエッチングレートの比を１０にするためには、基板温度を約２９５℃で成膜すればよく、エッチングレートの比を１５にするためには、基板温度を約２６５℃で成膜すればよい。尚、Ｐ−ＣＤＶにより成膜されたＳｉＮは、成膜条件におけるエッチングレートの依存性が大きく、エッチングレート等を調整する際には有効である。
【００５９】
本実施の形態においては、誘電体層１１０としてＳｉＮを基板温度２６０℃で成膜したが、この場合における誘電体層１１０であるＳｉＮのエッチングレートは、８５ｎｍ／ｍｉｎであり、コンタクト層１２５のエッチングレートに対する誘電体層１１０であるＳｉＮのエッチングレートの比は１７である。
【００６０】
また、図８は、Ｐ−ＣＶＤによりＳｉＮを成膜する際の基板温度（成膜温度）と成膜されたＳｉＮの屈折率との関係を示す。図８に示されるように、基板温度を下げると屈折率は低下する。誘電体層１１０としてＳｉＮを基板温度２６０℃で成膜した場合における屈折率１．８７６であり、３λ／４ｎとなる膜厚は３５５．８ｎｍである。尚、前述したように、ドライエッチングにより基板１０１の中央部分において誘電体層１１０であるＳｉＮが約２００ｎｍ残るようにエッチングを行なうと、基板１０１の周辺部分においては、誘電体層１１０であるＳｉＮは約４０ｎｍ残る。
【００６１】
よって、誘電体層１１０を除去するためのエッチング時間は、基板１０１の中央部分において２分２１秒、基板１０１の周辺部分において２８秒と見積もられ、基板１０１の中央部分においてコンタクト層１２５の表面が露出するまで誘電体層１１０を除去すると、基板１０１の周辺部分では、１分５３秒のオーバーエッチングとなる。しかしながら、コンタクト層１２５に対する誘電体層１１０であるＳｉＮのエッチングレートの比は１７（ＳｉＮ：８５ｎｍ／ｍｉｎ、コンタクト層１２５：５ｎｍ／ｍｉｎ）と大きく、コンタクト層１２５がエッチングされる量は９．４ｎｍと僅かである。この後、レジストパターン１６１は有機溶剤等により除去される。
【００６２】
本実施の形態では、誘電体層１１０を上部ＤＢＲ１０４における低屈折率層１０４ａ及び高屈折率層１０４ｂと異なる材料により形成することにより、上部ＤＢＲ１０４における低屈折率層１０４ａの材料選択の範囲を広げることができる。また、本実施の形態では、より特性の良い面発光レーザ素子を高い歩留りで製造することができる。
【００６３】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００６４】
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【００６５】
１０１      基板
１０２      下部ＤＢＲ
１０３      活性層
１０４      上部ＤＢＲ
１０４ａ    低屈折率層
１０４ｂ    高屈折率層
１１０      誘電体層
１２１      下部スペーサ層
１２２      第１の上部スペーサ層
１２３      電流狭窄層
１２３ａ    選択酸化領域
１２３ｂ    電流狭窄領域
１２４      第２の上部スペーサ層
１２５      コンタクト層
１３１      ｐ側電極
１３２      ｎ側電極
１３３      電極パッド
１４０      樹脂層
１５０      メサ
１６１      レジストパターン
１６２      レジストパターン
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６６】
【特許文献１】特開２００８−５３３５３号公報
【特許文献２】特許第２７５１８１４号公報
【特許文献３】特開２００７−８１２８２号公報
【特許文献４】特開２００９−１８８５９８号公報
【図１】
2013115146.tif 000003
【図２】
2013115146.tif 000004
【図３】
2013115146.tif 000005
【図４】
2013115146.tif 000006
【図５】
2013115146.tif 000007
【図６】
2013115146.tif 000008
【図７】
2013115146.tif 000009
【図８】
2013115146.tif 000010