(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＰ基板の一主面に、第１のＩｎＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓＰ系半導体の多層膜からなる活性層、第２のＩｎＧａＡｓ層を順次結晶成長法により作製し、次いでこの活性層をメサ形状に加工してＩｎＰ基板上に円板状の活性層チップを複数個配し、続けて上記ＩｎＰ基板より取り除かれた各活性層チップを用いて、順次下記（１）〜（７）の各工程を経ることを特徴とする面発光レーザの製造方法。
（１）ＧａＡｓまたはＳｉからなる基板上に結晶成長法によってＧａＡｓ／ＡｌzＧａ1-zＡｓ半導体（0<Z）からなる第１の反射層と凹部形成用の層とを順次形成して反射部材を作製する。
（２）前記反射部材における凹部形成用の層に中空円板状の凹部を形成する。
（３）前記活性層チップを含んだ溶液中に、前記反射部材を入れ、この溶液を攪拌して上記凹部に前記活性層チップをはめ込ませ、前記反射部材を溶液より引き上げる。
（４）前記凹部に配された前記活性層チップの面上に、ＧａＡｓまたはＳｉからなる基板上に結晶成長法によってＧａＡｓ／ＡｌzＧａ1-zＡｓ半導体（0<Z）からなり、前記第１の反射層よりも反射率を低くした第２の反射層を形成してなる他の反射部材を配置し、加熱押圧して貼り合わせる。
（５）他の反射部材の基板を除去する。
（６）前記活性層チップ上の第２の反射層を残すように他の反射部材の第２の反射層をメサ加工する。
（７）前記活性層チップ上の前記第２の反射層上ならびに反射部材の基板の他主面上にそれぞれ電極を形成する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信に用いられる半導体レーザに関し、とくに面発光レーザの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信に用いられる半導体レーザは、これまで基板の端面方向に出射する、いわゆる端面発光レーザが用いられてきた。
【０００３】
しかしながら、かかる端面発光レーザによれば、構造上の問題から動作検査を、その作製後にしか行うことができず、生産性に劣るという欠点がある。
【０００４】
すなわち、基板を分断（ヘキカイ）して端面と成し、その面より光照射させるが、基板を分断したことで、各チップを個別に取り扱う必要があり、そのためにウェハ状態で検査するものと比較して、検査工程に相当な時間を要する。
【０００５】
このような課題を解消すべく、近年、基板表面に対し垂直方向に光を出射する、いわゆる面発光レーザの開発が盛んに行われている。
【０００６】
この面発光レーザは、ウェハ状態での検査が可能になることで、検査コストを大幅に低減することができる。
【０００７】
すなわち、プローバーのステージにウェハをセットして、プローブの針を素子の電極にあてながら電気光学測定をおこなうことで、一度、位置合わせをおこなうだけで、その後、自動的にすべての試料の検査をおこなうことができ、さらに幾つもの試料を同時に評価することもでき、その結果、大幅に所要時間が短縮できる。
【０００８】
また、温度変化に対する特性の変動が小さく、これにより、素子の温度を一定に保つ必要がなくなり、その結果、大幅な低電力化となる。さらに高速なスイッチングができることで、光通信の大容量化という点で有望な素子である。
【０００９】
そして、このような面発光レーザ、とくに光通信分野にて用いられる面発光レーザを製造するためには、異種半導体を一体化した構造を得る必要があり、そのために、別々の半導体基板を用意し、それぞれの基板上に反射層と活性層を結晶成長させ、その後、双方の基板を、反射層と活性層を接合するように貼り合せる製造技術が提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
異種の基板同士を貼り合せようとした場合、それぞれの基板の線膨張係数が異なることから、高温処理後に基板が反り、結晶にダメージを与えるという問題があった。とくにＩｎＰ基板上に薄膜結晶成長されたＩｎＧａＡｓＰ系の活性層にて、そのダメージが発生していた。
【００１１】
このＩｎＧａＡｓＰ系の活性層によれば、その結晶自体機械的強度が小さく、これによって応力が加わることで、ダメージが活性層に生じ、その結果、発光素子にて最も重要な要求特性である発光効率が低下していた。
【００１２】
しかも、密着強度が劣化することにあり、それによって膜が剥れるという課題もあった。
【００１３】
また、面発光レーザによれば、その発光部の面積は、通常φ2〜6μｍ程度であることから、それに適したメサ構造の径は３０μｍ程度になる。他方、面発光レーザチップは、素子ごとに分断した後のハンドリングに適合させるべく、通常、300μｍ角程度の大きさを有している。
【００１４】
すなわち、基板全面に結晶成長せせるが、その結晶成長膜のうち、実際に使用する部分は1%にも満たなないことで、ウェハ当りのチップの取り数が少なくなり、その結果、製造コストが高くなっていた。
【００１５】
この問題は、Ｉｎｐ基板そのものが高価であるばかりでなく、その上に結晶成長させたＩｎＧａＡｓＰ系の活性層においては、4元系の組成制御および活性層に含まれる量子井戸構造の膜厚の制御に高い厳密性が要求され、これにより、その結晶成長された活性層の使用効率が素子の価格に大きく依存している。
【００１６】
さらに、単一横モードを得るために、メサ形状の横方向からＡｌＧａＡｓ層を選択酸化し、電流を狭窄しているが、このような酸化法では組成の揺らぎ、膜厚によって酸化速度が異なり、これにより、面内で均一よく、さらに再現よく作製することがむずかしいという課題があった。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の面発光レーザの製造方法は、ＩｎＰ基板の一主面に、第１のＩｎＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓＰ系半導体の多層膜からなる活性層、第２のＩｎＧａＡｓ層を順次結晶成長法により作製し、次いでこの活性層をメサ形状に加工してＩｎＰ基板上に円板状の活性層チップを複数個配し、続けて上記ＩｎＰ基板より取り除かれた各活性層チップを用いて、順次下記（１）〜（７）の各工程を経ることを特徴とする面発光レーザの製造方法。
（１）ＧａＡｓまたはＳｉからなる基板上に結晶成長法によってＧａＡｓ／ＡｌzＧａ1-zＡｓ半導体（0<Z）からなる第１の反射層と凹部形成用の層とを順次形成して反射部材を作製する。
（２）前記反射部材における凹部形成用の層に中空円板状の凹部を形成する。
（３）前記活性層チップを含んだ溶液中に、前記反射部材を入れ、この溶液を攪拌して上記凹部に前記活性層チップをはめ込ませ、前記反射部材を溶液より引き上げる。
（４）前記凹部に配された前記活性層チップの面上に、ＧａＡｓまたはＳｉからなる基板上に結晶成長法によってＧａＡｓ／ＡｌzＧａ1-zＡｓ半導体（0<Z）からなり、前記第１の反射層よりも反射率を低くした第２の反射層を形成してなる他の反射部材を配置し、加熱押圧して貼り合わせる。
（５）他の反射部材の基板を除去する。
（６）前記活性層チップ上の第２の反射層を残すように他の反射部材の第２の反射層をメサ加工する。
（７）前記活性層チップ上の前記第２の反射層上ならびに反射部材の基板の他主面上にそれぞれ電極を形成する。
【００１８】
本発明の面発光レーザの製造方法によれば、上記構成のように線膨張係数が大きく異なる2種類の基板を用いるにしても、一方は基板にて、他方はチップ状に加工し、これら各チップを基板上に配置したことで、歪み量を大幅に低減し、これにより、活性層に対するダメージを無くし、良好な光電気特性が得られる。
【００１９】
また、歪み量が低減したことで、電流狭窄層を基板の貼り合せ前に形成することができ、これにより、優れた単一横モードが安定して得られる。
【００２０】
しかも、材料的にも作製上においても、高価なＩｎＰ基板上の活性層をブロック状に加工することで、ウェハ当りの取り数を約2桁増加させることができ、その結果、製造コストが低減され、低コストな面発光レーザが得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の面発光レーザの製造方法を図面を用いて述べる。
【００２２】
（活性層チップの作製）
はじめに活性層チップの作製方法を述べる。
【００２３】
図１は活性層チップの製造工程図（フローチャート）であり、順次各工程（イ）〜（ハ）を経る。
【００２４】
工程（イ）：
単結晶のＩｎＰ半導体基板１上に、エッチングストッパ層としてＩｎＧａＡｓ層２を結晶成長にて形成し、続いてＩｎＧａＡｓＰ系半導体の多層膜からなる活性層３を結晶成長し、さらにこの活性層３の上にもエッチングストッパ層であるＩｎＧａＡｓ層２を結晶成長にて形成する。
【００２５】
活性層３には薄膜のＩｎＧａＡｓＰ層と他のＩｎＧａＡｓＰ層とからなる超格子構造からなり、一方の層が他方の層に対しバンドギャップを小さくした量子井戸層となり、このような量子井戸層とは別の他方が障壁層となる。
【００２６】
エッチングストッパ層とは、あるエッチング溶液に対するエッチング速度を、ＩｎＰ基板に対するエッチング速度に比べて何桁も小さくするようにした層構造である。
【００２７】
工程（ロ）：
活性層３をメサエッチングする。この時、続けてエッチングストッパ層２も同じ形状にエッチングした。
【００２８】
このようなエッチングに用いるエッチャントは、活性層をエッチングするには、塩酸系（HCl+H2O）を、エッチングストッパ層をエッチングするには、硫酸系（H2SO4+H2O2+H2O）を用いるとよい。
【００２９】
工程（ハ）：
つぎにＩｎＰ半導体基板を数十μｍの厚みになるまで裏面を研磨し、さらに化学的にウェットエッチングによって基板を完全に除去し、これにより、多くの活性層チップを得る。各チップは、たとえば直径が３０μｍ程度であり、厚みは０．５μｍ程度の円板状（ディスク状）である。以下、このような活性層チップをディスク４と呼ぶ。
【００３０】
上記の研磨は、スラリー入りの溶液を用いて物理的にエッチングすればよい。また、上記の化学的ウェットエッチングについては、そのエッチング溶液として塩酸系（HCl+H2O）を用いるとよい。
【００３１】
（面発光レーザの製造方法）
各ディスク４を用いて、図２と図３に示すごとく、順次下記（１）〜（７）の各工程を経る。
【００３２】
工程（１）：
Ｓｉからなる基板５上に結晶成長法によってＧａＡｓ／ＡｌzＧａ1-zＡｓ半導体（0<Z）からなる反射層６と凹部形成用の層７とを順次形成して反射部材を作製する。
【００３３】
この反射層６は、周期的なＧａＡｓ層／ＡｌＧａＡｓ層からなる多層膜反射ミラー構造を結晶成長により形成したものであって、ＧａＡｓ層／ＡｌＧａＡｓ層の組合せを３０周期にて成長させた。本例においては、このような多層膜反射ミラー構造の上に凹部形成用の層７としてＧａＡｓ層を成長させる。
【００３４】
工程（２）：
前記反射部材の凹部形成用の層７に対し窪み加工をおこなって凹部８を形成する。この凹部８は、中空円板状であって、直径が３２μｍ程度であり、深さが０．３μｍ程度である。
【００３５】
このような窪み加工は、フォトリソ工程によってレジストをパターニングし、その後にエッチング加工する。
【００３６】
工程（３）：
本工程により凹部８にディスク４を配置する。
この工程をさらに詳しく説明すると、ディスク４を含んだ溶液中に、前工程にて得られた窪み加工を行った反射部材を入れ、そして、このような溶液を攪拌する。この攪拌には攪拌器または超音波を用いるとよく、たとえば、攪拌器として、マグネット棒をモーターで回す構造にした場合には、溶液内に放り込まれた金属棒も回転させるとよい。
【００３７】
このような攪拌を通して、しばらくして窪み（凹部８）内にディスク４がはめ込まれる。
【００３８】
凹部８の直径はディスク４より1〜１０μｍ程度大きくすると、ディスク４がはまり込み易くなり、さらにはまり込んだものが抜けにくくなるという点でよい。
【００３９】
また、後工程において、他の反射部材をディスク４上に貼り合せることで、凹部８の深さをディスク４の厚み（０．６〜３μｍ）に比べて小さくするとよい。
【００４０】
工程（４）：
これら凹部８に配されたディスク４の面上に、他の反射部材を、反射層６と対向するように配置する。
【００４１】
他の反射部材は、つぎのような構成である。
すなわち、Ｓｉからなる基板９上に結晶成長法によってＧａＡｓ／ＡｌzＧａ1-zＡｓ半導体（0<Z）からなる反射層１０を作製するが、この反射層１０は、周期的なＧａＡｓ層／ＡｌＧａＡｓ層からなる多層膜反射ミラー構造を結晶成長により形成したものであって、ＧａＡｓ層／ＡｌＧａＡｓ層の組合せを２０周期にて成長させた。
【００４２】
工程（１）にて用いたミラー構造は３０周期のＧａＡｓ層／ＡｌＧａＡｓ層（高反射ミラー）であるが、これに対し本工程によれば、２０周期のＧａＡｓ層／ＡｌＧａＡｓ層（低反射ミラー）を成長させた。このような積層構造にして、一方のミラー反射率を他方のミラー反射率に比べて高くしたことで、内部で発生したレーザ光を、反射率の低い側（低反射ミラー）から出射させる。
【００４３】
以上のように工程（３）にて凹部８にディスク４を配し、そして、溶液よりその状態にて引き上げる。これには、たとえば治具などに固定した基板を治具ごと溶液の中から出すようにすればよい。そして、つぎの工程（４）にてディスク４上に他の反射部材を重ねた構造が得られるが、各部材の接合には、これら重ねた後に、これら接合面に対し垂直方向に加圧しながら、オーブンなどを用いて加熱することで、貼り合せ構造となる。
【００４４】
この時の加圧強度は接触面積当り、たとえば３００〜９００ｇ／ｃｍ2、であり、加熱温度については、たとえば４５０〜６５０℃にするとよく、これによって接合部での機械的強度が最大となり、かつ良好な電気的接続が得られる。
【００４５】
工程（５）：
他の反射部材の基板９を除去する。
これには、たとえば研磨したり、さらには化学的にウェットエッチングによって除去する。
【００４６】
工程（６）：
他の反射部材の反射層１０をメサ加工する。この加工によれば、フォトリソ工程によってレジストをパターニングしたのち、エッチングする。
【００４７】
工程（７）：
他の反射部材の反射層１０上ならびに基板５の他主面上にそれぞれ電極を形成する
反射層１０の上にはリング型の電極１１を形成し、さらに基板５の他主面には各ディスク４に対する共通の電極１２を形成する。これら電極１１、１２は真空蒸着により形成する。
【００４８】
電極１１、１２は、ｐ型のＧａＡｓ系半導体とオーミックな接合をとる構造にした場合、Ｚｎ／Ａｕの２層構造にするとよい。その他に、Ｃｒ／Ａｕ，Ｍｎ／ＡｕやＣｒ／ＡｕＧｅ／Ｃｒ／Ａｕでもよい。また、ｎ型のＧａＡｓ構造の場合には、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを用いればよい。
【００４９】
かくして本発明の面発光レーザの製造方法によれば、各工程（イ）〜（ハ）によってディスク４を作製し、さらに順次各工程（１）〜（７）を経ることで、基板の歪み量を大幅に低減して、活性層に対するダメージを無くし、良好な光電気特性が得られ、さらに材料的にも作製上においても、高価なＩｎＰ基板上の活性層をブロック状に加工することで、ウェハ当りの取り数を増加させ、これによって製造コストが低減され、低コストな面発光レーザが得られる。
【００５０】
また、本発明の製法により得られた面発光レーザによれば、基板の歪み量が低減したことで、電流狭窄層を基板の貼り合せ前に形成することができ、これにより、優れた単一横モードが安定して得られる。
【００５１】
図４は電流狭窄層１３を形成した面発光レーザの概略断面図である。
【００５２】
また、図５に示すごとく、窪みの底部に電流狭窄構造の開口部を形成した際に、電流狭窄層の厚みを２０ｎｍ以上にした場合、接触することが困難となることで、発光波長に対して透明でさらに電気的に導通が得られる材料、たとえばＳｉやＧｅなどを成膜し、電流狭窄構造の開口部の穴を埋めた上でコンタクトをとることが好ましい。
【００５３】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更や改良等はなんら差し支えない。
【００５４】
たとえば、反射部材としてＳｉからなる基板上に結晶成長法によってＧａＡｓ／ＡｌzＧａ1-zＡｓ半導体（0<Z）からなる反射層を作製したが、これに代えてＧａＡｓからなる基板上に結晶成長法によってＧａＡｓ／ＡｌzＧａ1-zＡｓ半導体（0<Z）からなる反射層を作製した反射部材でもよい。
【００５５】
また、反射層６と基板１との間に、もしくは反射層１０と基板９との間に、それぞれＡｌαＧａ1-αＡｓ層（ただし0.8<α）を設けるとよい。すなわち、これら基板と反射層を分離するに際して、このＡｌαＧａ1-αＡｓ層を酸化させ、これにより、選択エッチングをおこなうことで基板との分離が容易になるという点で好ましい。
【００５６】
さらにまた、図６に示すごとく、表面側にリング電極１１を形成する前に、合成樹脂などからなる絶縁膜１４を塗布するとよく、これによってメサの周囲が絶縁されることで、電極を形成しやすくなり、メサ周囲からの酸化などを防ぐことができるという点で好適である。
【００５７】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の面発光レーザの製造方法によれば、線膨張係数が大きく異なる2種類の基板を用いるにしても、一方は基板にて、他方はチップ状に加工し、これら各チップを基板上に配置したことで、歪み量を大幅に低減し、これにより、活性層に対するダメージを無くし、良好な光電気特性が得られ、しかも、歪み量が低減したことで、電流狭窄層を基板の貼り合せ前に形成することができ、その結果、高品質かつ高信頼性の優れた単一横モードが安定して得られる高品質かつ高信頼性な面発光レーザが得られた。
【００５８】
また、本発明の製造方法においては、ウェハ当りの取り数を増加させたことで、製造コストが低減され、これによって低コストな面発光レーザが提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】（イ）〜（ハ）は活性層チップの製造工程を示すフローチャートである。
【図２】（１）〜（４）は面発光レーザの製造工程を示すフローチャートである。
【図３】（５）〜（７）は面発光レーザの製造工程を示すフローチャートである。
【図４】本発明の面発光レーザの概略断面を示す説明図である。
【図５】本発明の他の面発光レーザの概略断面を示す説明図である。
【図６】本発明のさらに他の面発光レーザの概略断面を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・ＩｎＰ半導体基板
２・・・ＩｎＧａＡｓ層
３・・・活性層
４・・・ディスク
５、９・・・Ｓｉからなる基板
６、１０・・・反射層
７・・・凹部形成用の層
８・・・凹部
１１、１２・・・電極
【図１】
0004065723.tif 000002
【図２】
0004065723.tif 000003
【図３】
0004065723.tif 000004
【図４】
0004065723.tif 000005
【図５】
0004065723.tif 000006
【図６】
0004065723.tif 000007