(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高Ａｌ組成半導体層と、低Ａｌ組成半導体層とを交互に積層した多層膜を反射鏡とするエアポスト状の半導体積層構造を発光部に有し、エアポスト側面で反射鏡の高Ａｌ組成半導体層のＡｌ元素が酸化されて酸化物（Ａｌa Ｏb ）に転化し、これにより電流狭窄されている面発光型半導体レーザ素子において、
反射鏡を構成する多層膜の高Ａｌ組成半導体層の少なくとも一層及びその高Ａｌ組成半導体層と対をなす低Ａｌ組成半導体層の双方の中央部が、混晶化され、かつ高Ａｌ組成半導体層の混晶領域の外側領域ではＡｌ元素が酸化され、酸化物（Ａｌa Ｏb ）に転化していることを特徴とする面発光型半導体レーザ素子。
【請求項２】
反射鏡を構成する多層膜の高Ａｌ組成半導体層及び低Ａｌ組成半導体層が、それぞれ、ＡｌX Ｇa1-XＡs （Ｘ＝０．８〜１．０）層及びＡｌY Ｇa1-YＡs （Ｘ＞Ｙ＝０．０〜０．７）層であって、
混晶化された中央部が、ＡｌZ Ｇａ1-Z Ａs （Ｘ＞Ｚ）混晶層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素子。
【請求項３】
高Ａｌ組成半導体層と、低Ａｌ組成半導体層とを交互に積層した多層膜を反射鏡とするエアポスト状の半導体積層構造を発光部に有し、エアポスト側面で反射鏡の高Ａｌ組成半導体層のＡｌ元素が酸化されて酸化物（Ａｌa Ｏb ）に転化している面発光型半導体レーザ素子において、
高Ａｌ組成半導体層と低Ａｌ組成半導体層とを積層してなる別の多層膜は、Ａｌ元素が酸化物（Ａｌa Ｏb ）に転化している反射鏡の高Ａｌ組成半導体層に接して積層され、
別の多層膜の中央部は、混晶化され、かつ、別の多層膜の高Ａｌ組成半導体層の混晶領域の外側領域ではＡｌ元素が酸化され、酸化物（Ａｌa Ｏb ）に転化し、これにより電流狭窄されていることを特徴とする面発光型半導体レーザ素子。
【請求項４】
別の多層膜を形成する高Ａｌ組成半導体層及び低Ａｌ組成半導体層が、それぞれ、ＡｌX Ｇa1-XＡs 層及びＡｌY Ｇa1-YＡs （Ｘ＞Ｙ）層であって、混晶化された中央部が、ＡｌZ Ｇａ1-Z Ａs （Ｘ＞Ｚ）層であり、
反射鏡を形成する高Ａｌ組成半導体層がＡｌW Ｇa1-WＡs （Ｘ＞Ｗ）層であることを特徴とする請求項３に記載の面発光型半導体レーザ素子。
【請求項５】
高Ａｌ組成半導体層と、低Ａｌ組成半導体層とを交互に積層した多層膜を反射鏡とするエアポスト状の半導体積層構造を発光部に有し、エアポスト側面で反射鏡の高Ａｌ組成半導体層のＡｌ元素が酸化されて酸化物（Ａｌa Ｏb ）に転化し、これにより電流狭窄されている面発光型半導体レーザ素子の製作方法であって、
反射鏡の少なくとも一層の高Ａｌ組成半導体層、及びその高Ａｌ組成半導体層と対をなす低Ａｌ組成半導体層の双方の所望領域を混晶化する工程と、
混晶化した高Ａｌ組成半導体層を含む反射鏡の高Ａｌ組成半導体層のエアポスト側面を酸化する工程と
を備えていることを特徴とする面発光型半導体レーザ素子の作製方法。
【請求項６】
高Ａｌ組成半導体層と、低Ａｌ組成半導体層とを交互に積層した多層膜を反射鏡とするエアポスト状の半導体積層構造を発光部に有し、エアポスト側面で反射鏡の高Ａｌ組成半導体層のＡｌ元素が酸化されて酸化物（Ａｌa Ｏb ）に転化している半導体レーザ素子の製作方法であって、
エアポスト状の半導体積層構造を形成する際に、高Ａｌ組成半導体層と低Ａｌ組成半導体層とを交互に積層して、反射鏡とは別の多層膜を反射鏡に接して形成する工程と、別の多層膜の所望領域を混晶化する工程とを有し、
反射鏡の高Ａｌ組成半導体層を酸化する際に、反射鏡の高Ａｌ組成半導体層のエアポスト側面と共に、別の多層膜の高Ａｌ組成半導体層の混晶領域の外側領域を酸化し、これにより電流狭窄する工程を有することを特徴とする面発光型半導体レーザ素子の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ａｌ酸化膜による電流狭窄機能を有する半導体レーザ素子及びその製作方法に関し、更に詳細には、Ａｌ酸化膜の膜幅が良好に制御され、レーザ特性がそれぞれ一様な半導体レーザ素子及びその製作方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
面発光型半導体レーザ素子は、活性領域を上下に挟む反射鏡を有する垂直共振器を備え、半導体基板に対して垂直方向に光を出射する半導体レーザ素子であって、２次元並列集積化、即ち二次元アレー化が可能であり、並列光情報処理や光インターコネクションなどの新しい光エレクロトニクスの分野への適用を目指した半導体レーザ素子として注目されている。
【０００３】
面発光型半導体レーザ素子の一つとして、Ａｌ酸化膜による電流狭窄構造を備えた面発光型半導体レーザ素子が開発されつつある。ここで、図９（ａ）及び（ｂ）を参照して、Ａｌ酸化膜による電流狭窄構造を備えた従来の面発光型半導体レーザ素子の構成を説明する。図９（ａ）は従来の面発光型半導体レーザの層構造を示す断面図、図９（ｂ）はエアポストの一部の構成を示す詳細図である。
Ａｌ酸化膜による電流狭窄構造を備えた従来の面発光型半導体レーザ素子７０（以下、簡単に従来の面発光型半導体レーザ素子７０と言う）は、約１００μｍ程度の厚さのｎ−ＧａＡｓ基板１と、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に形成された、ｎ−ＤＢＲミラー２、ＩｎＧａＡｓからなる量子井戸活性層３、及びｐ−ＤＢＲミラー４とからなる積層体とを備えている。
ｎ−ＤＢＲミラー２はｎ−ＧａＡｓ層２ａとｎ−ＡｌＡｓ層２ｂとの２２．５ペアの多層膜構造として、ｐ−ＤＢＲミラー４は、ｐ−ＧａＡｓ層４ａとｐ−ＡｌＡｓ層４ｂの２５ペアの多層膜構造として、それぞれ、形成されている。
【０００４】
積層体のうちｐ−ＤＢＲミラー４、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層３、ｎ−ＤＢＲミラー２の２ペア分の中央部は、平面的に見て、周りが円筒状のポリイミド層５により外側から電気的に分離された、直径約３０μm の円柱状エアポスト７１として形成されている。
円柱状エアポスト７１のポリイミド層５に面するＡｌＡs 層の側面には、図９（ｂ）に示すように、ＡｌｘＯｙ膜１０が形成されていて、これにより、電流注入領域として機能するエアポストの径は、エアポスト７１自体の径である約３０μm より小さい約２０μｍになっている。
エアポスト７１の外側のｐ−ＤＢＲミラー４及びポリイミド層５上には、絶縁膜兼保護膜としてＳｉＮｘ膜６が成膜されている。また、リング状のｎ側電極８がｎ−ＧａＡｓ基板１の裏面に、ＳｉＮｘ膜６上及びエアポスト７１上にｐ側電極７が形成され、光取り出し用のＡＲ（無反射）膜９がｎ側電極８の内側に形成されている。
【０００５】
次に、図１０（ａ）及び（ｂ）を参照して、従来の面発光型半導体レーザ素子７０の製作方法を説明する。図１０（ａ）及び（ｂ）は従来の面発光型半導体レーザ素子を製作する際の各工程の層構造を示す断面図である。
先ず、図１０（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ＭＢＥ法により、ｎ−ＤＢＲミラー２、ＩｎＧａＡｓからなる量子井戸活性層３、及びｐ−ＤＢＲミラー４を、順次、積層する。
次に、図１０（ｂ）に示すように、ＲＩＢＥ法等を使ったドライエッチング法により、ｐ−ＤＢＲミラー４、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層３、及びｎ−ＤＢＲミラー２の２ペア分をリング状にエッチングして、リング状の溝７２を形成すると共にリング状の溝７２により直径３０μｍの円柱状エアポスト７１を区画する。
【０００６】
次いで、窒素をキャリアガスとして使って水分を熱処理炉に導入し、水蒸気雰囲気中にて約４２０℃の温度で約２分間の熱処理を施す。
これにより、露出しているＡｌＡｓ層は酸化され、図９（ｂ）に示すように、ＡｌｘＯｙ膜１０が形成される。通常の条件で、ＡｌＡｓの酸化速度は約２μｍ／分なので、約２分間熱処理を行うことで、電流注入領域の径を元の３０μｍから約２０μｍに狭めることができる。
次に、リング状の溝７２をポリイミドで埋め、ｐ−ＤＢＲミラー４の上面を平坦化する。続いて、図９（ａ）に示すように、エアポスト７１上部を除く領域に絶縁膜のＳｉＮｘ膜６を成膜し、エアポスト７１上部を電流注入領域として機能させる。
次いで、ｎ−ＧａＡｓ基板１を約１００μｍ程度の厚さに研磨した後、ｎ−ＧａＡｓ基板１の研磨面にリング状のｎ側電極８を形成し、また、ＳｉＮｘ膜６上及びエアポスト７１上にｐ側電極７を形成する。
最後に、光取り出し用のＡＲ（無反射）膜９をｎ側電極８の内側に形成すると、従来の面発光型半導体レーザ素子７０を得ることができる。
【０００７】
従来の面発光型半導体レーザ素子７０では、発光領域がエアポスト状に形成され、エアポストの側面に形成されたＡｌ酸化膜が電気絶縁性であることから、エアポスト側面での非発光再結合を抑制することができるので、しきい値電流の低減及び量子効率の増大等のレーザ素子特性の改善が報告されている。
また、Ａｌ酸化膜の形成により、発光領域の電流注入領域を小さくすることができ、これにより、更に、しきい値電流を低減することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＡｌＡｓの酸化工程では、酸化速度がＡｌ酸化膜の膜厚等に依存し、また、温度、酸化時間等のプロセス条件のパラメータも多いことから、ＡｌＡs の酸化速度の制御が難しく、エアポストの中心方向の厚さ（又は幅）が均質なＡｌa Ｏb 膜を形成することが難しかった。
このために、レーザ素子特性がバラツキ勝ちで、一様なレーザ特性を有する面発光型半導体レーザ素子を大量に製作することが困難で、従って、製品歩留りの向上が課題となっていた。
【０００９】
本発明の目的は、高Ａｌ組成半導体層の酸化制御性が良好で、レーザ特性に優れ、かつ素子同士のレーザ特性のバラツキがない構成を有する面発光型半導体レーザ及びその製作方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る面発光型半導体レーザ（以下、第１の発明と言う）は、高Ａｌ組成半導体層と、低Ａｌ組成半導体層とを交互に積層した多層膜を反射鏡とするエアポスト状の半導体積層構造を発光部に有し、エアポスト側面で反射鏡の高Ａｌ組成半導体層のＡｌ元素が酸化されて酸化物（Ａｌa Ｏb ）に転化し、これにより電流狭窄されている面発光型半導体レーザ素子において、
反射鏡を構成する多層膜の高Ａｌ組成半導体層の少なくとも一層及びその高Ａｌ組成半導体層と対をなす低Ａｌ組成半導体層の双方の中央部が、混晶化され、かつ高Ａｌ組成半導体層の混晶領域の外側領域ではＡｌ元素が酸化され、酸化物（Ａｌa Ｏb ）に転化していることを特徴としている。
【００１１】
第１の発明に係る面発光型半導体レーザの製作方法は、
反射鏡の少なくとも一層の高Ａｌ組成半導体層、及びその高Ａｌ組成半導体層と対をなす低Ａｌ組成半導体層の双方の所望領域を混晶化する工程と、
混晶化した高Ａｌ組成半導体層を含む反射鏡の高Ａｌ組成半導体層のエアポスト側面を酸化する工程と
を備えていることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明に係る別の面発光型半導体レーザ（以下、第２の発明と言う）は、高Ａｌ組成半導体層と、低Ａｌ組成半導体層とを交互に積層した多層膜を反射鏡とするエアポスト状の半導体積層構造を発光部に有し、エアポスト側面で反射鏡の高Ａｌ組成半導体層のＡｌ元素が酸化されて酸化物（Ａｌa Ｏb ）に転化している面発光型半導体レーザ素子において、
高Ａｌ組成半導体層と低Ａｌ組成半導体層とを積層してなる別の多層膜は、Ａｌ元素が酸化物（Ａｌa Ｏb ）に転化している反射鏡の高Ａｌ組成半導体層に接して積層され、
別の多層膜の中央部は、混晶化され、かつ、別の多層膜の高Ａｌ組成半導体層の混晶領域の外側領域ではＡｌ元素が酸化され、酸化物（Ａｌa Ｏb ）に転化し、これにより電流狭窄されていることを特徴としている。
【００１３】
第２の発明に係る面発光型半導体レーザの製作方法は、
エアポスト状の半導体積層構造を形成する際に、高Ａｌ組成半導体層と低Ａｌ組成半導体層とを交互に積層して、反射鏡とは別の多層膜を反射鏡に接して形成する工程と、別の多層膜の所望領域を混晶化する工程とを有し、
反射鏡の高Ａｌ組成半導体層を酸化する際に、反射鏡の高Ａｌ組成半導体層のエアポスト側面と共に、別の多層膜の高Ａｌ組成半導体層の混晶領域の外側領域を酸化し、これにより電流狭窄する工程を有することを特徴としている。
【００１４】
本発明の高Ａｌ組成半導体層とは、半導体層を構成する元素の一つがＡｌであるようなIII −Ｖ族化合物半導体層であって、例えばＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＡs 、ＡｌＩｎＡs 等の化合物半導体層を言う。また、本発明の低Ａｌ組成半導体層とは、上記高Ａｌ組成半導体層よりＡｌ組成の小さいものを言う。更に、低Ａｌ組成半導体層はＡｌ元素を含まないＡｌ不含半導体層であっても良い。
第１の発明では、具体的には、反射鏡を形成する高Ａｌ組成半導体層及び低Ａｌ組成半導体層が、それぞれ、ＡｌX Ｇa1-XＡs （Ｘ＝０．８〜１．０）層及びＡｌY Ｇa1-YＡs （Ｘ＞Ｙ＝０．０〜０．７）層であって、混晶化された中央部が、ＡｌZ Ｇａ1-Z Ａs （Ｘ＞Ｚ）混晶層である。
第２の発明では、具体的には、別の多層膜を形成する高Ａｌ組成半導体層及び低Ａｌ組成半導体層が、それぞれ、ＡｌX Ｇa1-XＡs 層及びＡｌY Ｇa1-YＡs （Ｘ＞Ｙ）層であって、混晶化された中央部が、ＡｌZ Ｇａ1-Z Ａs （Ｘ＞Ｚ）層であり、反射鏡を形成する高Ａｌ組成半導体層がＡｌW Ｇa1-WＡs （Ｘ＞Ｗ）層である。
第１及び第２の発明で、電流狭窄を行う高Ａｌ組成半導体層の中央部のＡｌ組成を混晶化によって小さくすることにより、高Ａｌ組成半導体層が酸化され難いので、混晶領域によりＡｌ酸化膜の制御が更に一層良好になる。
【００１５】
ＡｌZ Ｇａ1-Z Ａs （Ｘ＞Ｚ）混晶層の形成方法は、様々な方法があり、例えばＳｉをイオン注入し、熱処理を施すことにより容易に高Ａｌ組成半導体層、例えばＡｌX Ｇa1-XＡs （Ｘ＝０．８〜１．０）層と低Ａｌ組成半導体層、例えばＡｌY Ｇa1-YＡs （Ｘ＞Ｙ＝０．０〜０．７）層との混晶化を行うことができる。また、Ｓｉに代えて、Ｚｎを拡散して熱処理を行っても、混晶化できる。
本発明では、反射鏡の一部半導体層又は反射鏡に接した半導体層の中央の所望域に混晶領域を形成し、その混晶領域の断面径、即ち外縁によりＡｌ酸化膜のエアポスト中心方向厚さを規制して、電流注入領域の径を確実に制御できるので、面発光型半導体レーザ素子間でばらつかない一様なレーザ特性を実現できる。
混晶領域を形成する半導体層の厚さは、通常、５００ｎｍ以内である。
本発明で、エアポストの断面形状に制約はないが、通常は、円形である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、実施形態例を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
実施形態例１
本実施形態例は、第１の発明に係る面発光型半導体レーザ素子の実施形態の一例であって、図１（ａ）は本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子の層構造を示す断面図、図１（ｂ）は発光領域の層構造の詳細図である。
本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子３０（以下、半導体レーザ素子３０と言う）は、Ａｌ酸化膜による電流狭窄構造を備えた面発光型半導体レーザ素子であって、図１（ａ）に示すように、約１００μｍ程度の厚さのｎ−ＧａＡｓ基板１１と、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上に形成された、ｎ−ＤＢＲミラー１２、ＩｎＧａＡｓからなる量子井戸活性層１３、及びｐ−ＤＢＲミラー１４とからなる積層体とを備えている。
図１（ｂ）に示すように、ｎ−ＤＢＲミラー１２はｎ−ＧａＡｓ層１２ａとｎ−ＡｌＡｓ層１２ｂの２４ペアからなる多層膜構造として、ｐ−ＤＢＲミラー１４はｐ−ＧａＡｓ層１４ａとｐ−Ａｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ層１４ｂの２５ペアからなる多層膜構造として、それぞれ、形成されている。
【００１７】
積層体のうちｐ−ＤＢＲミラー１４、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層１３、ｎ−ＤＢＲミラー１２の２ペア分の積層構造の中央部は、周りが円筒状のポリイミド層１５で区画されて、直径約３０μm の円柱状エアポスト２３として形成されている。
ｎ−ＤＢＲミラー１２の２ペア分に相当する、円柱状エアポスト２３の下部では、図１（ｂ）に示すように、ほぼＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓの組成からなるＡｌＧａＡｓ混晶領域２１がその中央に形成され、混晶領域２１の外側のＡｌＡs 層１２ｂは、酸化されてＡｌa Ｏb 層２０となっている。また、混晶領域２１の外側のＧa Ａs 層１２ａはそのままＧa Ａs 層として存在している。
円柱状エアポスト２３のｐ−ＤＢＲミラー１４部分のｐ−Ａｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ層１４ｂのポリイミド層１５に面する領域は、酸化されてＡｌa Ｏb 層２０となっている。Ａｌa Ｏb 層２０の組成は、例えばＡｌ2 Ｏ3 である。
本実施形態例では、Ａｌa Ｏb 層２０のエアポスト中心方向厚さが混晶領域２１の外縁により規制されるので、Ａｌa Ｏb 層２０の厚さは、確実に制御され、半導体レーザ素子間でレーザ特性が一様になる。
【００１８】
エアポスト２３を除くｐ−ＤＢＲミラー１４上、及びポリイミド層１５上には、絶縁膜兼保護膜としてＳｉＮｘ膜１６が成膜されている。また、リング状のｎ側電極１８がｎ−ＧａＡｓ基板１１の裏面に、ＳｉＮｘ膜１６上及びエアポスト２３上にｐ側電極１７が形成され、光取り出し用のＡＲ（無反射）膜１９がｎ側電極１８の内側に形成されている。
【００１９】
実施形態例１の面発光型半導体レーザの製作方法
以下に、図２及び図３を参照して、本実施形態例の半導体レーザ素子の製作方法３０を説明する。図２（ａ）から（ｃ）及び図３（ｄ）と（ｅ）は本実施形態例の半導体レーザ素子を製作する際の工程毎の層構造を示す断面図である。
先ず、図２（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上に、例えばＭＢＥ法を用いて、ｎ−ＧａＡｓとｎ−ＡｌＡｓの２４ペアからなるｎ−ＤＢＲミラー１２を積層する。
続いて、図２（ｂ）に示すように、直径が２０μｍ程度で深さがＧａＡｓとＡｌＡｓの２ペア分のＡｌＧａＡｓ混晶領域２１をｎ−ＤＢＲミラー１２の上部中央に形成する。ＡｌＧａＡｓ混晶領域２１は、ほぼＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓの組成になっている。
ＧａＡｓとＡｌＡｓの混晶領域の形成方法は、様々な方法があり、例えばＳｉをイオン注入し、熱処理を施すことにより容易にＧａＡｓとＡｌＡｓとの混晶化を行うことができる。また、また、ｐ型のＤＢＲに混晶領域を形成する場合には、Ｓｉに代えて、Ｚｎを拡散して熱処理を行っても、混晶化が可能である。本実施形態例では、ｎ側半導体層に混晶領域を形成しているので、Ｓｉを用いている。
【００２０】
次いで、ｎ−ＤＢＲミラー１２上に、例えばＭＢＥ法により、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層１３、及びｐ−ＧａＡｓとｐ−Ａｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓの２５ペアからなるｐ−ＤＢＲミラー１４を順次積層する。
続いて、ＲＩＢＥ法等を使ったドライエッチング法により、図２（ｃ）に示すように、ｐ−ＤＢＲミラー１４、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層１３、及びｎ−ＤＢＲミラー１２の２ペア分をリング状にエッチングして、基板平面で見てリング状の溝２２を形成すると共に、リング状の溝２２により直径３０μｍの円柱状エアポスト２３を先に形成した混晶領域２１上に区画する。
【００２１】
次いで、窒素をキャリアガスに使って水分を導入して水蒸気雰囲気にした熱処理炉に基板を送入して、約４２０℃の温度で約３分間の熱処理を基板に施す。エアポスト２３の露出しているｎ−ＤＢＲミラー１２のＡｌＡs 層及びｐ−ＤＢＲミラー１４のＡｌＧa Ａs 層は、水蒸気雰囲気下での熱処理により酸化され、図３（ｄ）に示すように、Ａｌa Ｏb 膜２０が形成される。
通常、ＡｌＡｓの酸化速度は約２μｍ／分なので、約３分間熱処理を行うことで、電流注入領域の径を元のエアポストの３０μｍから約２０μｍに確実に狭めることができる。
一方、混晶化領域２１では、ほぼＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓの組成からなるＡｌＧａＡｓ混晶が形成され、Ａｌ組成が小さくなっているために、酸化がほとんど進まず、この領域にて酸化を自動的に停止させることができる。即ち、酸化層の幅（エアポスト中心方向への厚さ）は混晶領域の大きさにより制御できる。従って、電流注入領域の径が混晶領域の大きさ、即ち混晶領域の外縁によって確実に制御可能となる。
また、ｐ−ＤＢＲミラー１４のｐ−Ａｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ層では、Ａｌ（Ｇａ）Ａｓの酸化速度が、Ａｌの組成に大きく依存することを利用しているので、ＡｌＡｓに比べて酸化速度が約２桁程度遅いことから、酸化はほとんど進まないので、Ａｌa Ｏb 膜２０の幅は小さい。
従って、Ａｌa Ｏb 膜２０のエアポスト中心方向厚さ（電流注入の開口幅）は、混晶領域２１の外縁により確実に規制される。
【００２２】
次に、図３（ｅ）に示すように、ポリイミド１５によりリング状の溝２２を埋め、表面を平坦化する。続いて、エアポスト２３上部を除く部分にＳｉＮｘ膜１６を成膜し、エアポスト２３上部を電流注入領域として機能させる。更に、ｎ−ＧａＡｓ基板１１を約１００μｍ程度の厚さに研磨した後、ｎ−ＧａＡｓ基板１１の研磨面にリング状のｎ側電極１８を形成し、また、ＳｉＮｘ膜１６上及びエアポスト２３上にｐ側電極１７を形成する。
最後に、光取り出し用のＡＲ（無反射）膜１９をｎ側電極１８の内側に形成すると、図１に示す本実施形態例の半導体レーザ素子３０を得ることができる。
【００２３】
なお、Ｇa Ａs ／ＡｌＡs の多層膜構造のｎ−ＤＢＲミラー１２の混晶化に際し、ＧａＡｓ層の厚さが約７０ｎｍ、ＡｌＡｓ層の厚さが約８５ｎｍと、膜厚がかなり厚いので、全層を混晶化すると、熱処理の時間が長くなってしまう。
酸化速度は、膜厚が薄くなると酸化速度が遅くなるという膜厚依存性があって、Ａｌ（Ｇａ）Ａｓの膜厚にも依存する。そこで、図３（ａ）に示したように層全体にわたって混晶化しなくとも、ＡｌＡｓ層の膜厚を薄くし、ＧａＡｓ層１２ａとＡｌＡｓ層１２ｂの界面近傍を混晶化させて、ＡｌＡs 層の酸化速度を低下させることにより、Ａｌ酸化膜幅を一層厳密に制御することもできる。
【００２４】
このように製作された半導体レーザ素子では、混晶領域の外縁により電流注入領域の経を確実に制御できることから、ウエハ内及びロット間でレーザ特性のバラツキを低減することができる。
【００２５】
尚、本実施形態例では、ｎ型基板上に形成する半導体レーザ素子について説明を行ったが、ｐ型基板を用いても同様の効果が得られる。
また、ｐ及びｎ−ＤＢＲミラーのペア数、組成等は、使用用途に応じて適宜最適化できることは言うまでもない。
【００２６】
実施形態例２
本実施形態例は、第２の発明に係る面発光型半導体レーザ素子の実施形態の一例であって、図４（ａ）は本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子の層構造を示す断面図、図４（ｂ）は発光領域の層構造の詳細図である。
本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子６０は、Ａｌ酸化膜による電流狭窄構造を備えた面発光型半導体レーザ素子であって、図４（ａ）に示すように、約１００μｍ程度の厚さのｎ−ＧａＡｓ基板３１と、ｎ−ＧａＡｓ基板３１上に形成された、ｎ−ＤＢＲミラー３２、ｎ−ＩｎＰクラッド層３３、量子井戸活性層３４、ｐ−ＩｎＰクラッド層３５、４層膜３７、及びｐ−ＤＢＲミラー３６からなる積層体とを備えている。
図４（ｂ）に示すように、ｐ−ＤＢＲミラー３６は、ｐ−ＧａＡｓ層３６ａとｐ−Ａｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ層３６ｂの２８ペアからなる多層膜として構成され、４層膜３７は、ｐ−ＧａＡｓ層３７ａとｐ−ＡｌＡｓ層３７ｂの２ペアからなる４層膜である。
また、ｎ−ＤＢＲミラー３２は、ｎ−ＧａＡｓ層とｎ−ＡｌＡｓ層の２８ペアからなる多層膜構造として形成されている。
【００２７】
積層体のうちｐ−ＤＢＲミラー３６、及び４層膜３７の積層構造の中央部は、周りが円筒状のポリイミド層５１で区画されて、直径約３０μm の円柱状エアポスト５２として形成されている。
円柱状エアポスト５２の下部、４層膜３７は、図４（ｂ）に示すように、ほぼＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓの組成からなるＡｌＧａＡｓ混晶領域４２がその中央に形成され、混晶領域４２とポリイミド層５１との間のＡｌＡs 層３７ｂは、酸化されてＡｌa Ｏb 層４３となっている。また、混晶領域４２の外側のＧa Ａs 層３７ａはそのままＧa Ａs 層として存在している。
円柱状エアポスト５２のｐ−ＤＢＲミラー３６部分のｐ−Ａｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ層３６ｂのポリイミド層５１に面する領域は、酸化されてＡｌa Ｏb 層４３となっている。Ａｌa Ｏb 層４３の組成は、例えばＡｌ2 Ｏ3 である。
本実施形態例では、Ａｌa Ｏb 層４３のエアポスト中心方向厚さが混晶領域４２の外縁により規制されるので、Ａｌa Ｏb 層４３の厚さが、確実に制御され、半導体レーザ素子間でレーザ特性が一様になる。
【００２８】
エアポスト５２を除くｐ−ＤＢＲミラー３６上、及びポリイミド層５１上には、絶縁膜兼保護膜としてＳｉＮｘ膜５３が成膜されている。
また、リング状のｎ側電極５５がｎ−ＧａＡｓ基板３１の裏面に、ＳｉＮｘ膜５３上及びエアポスト５２上にｐ側電極５４が形成され、光取り出し用のＡＲ（無反射）膜５６がｎ側電極５５の内側に形成されている。
【００２９】
実施形態例２の面発光型半導体レーザの製作方法
図５から図８を参照して、実施形態例２の長波長帯面発光型半導体レーザ素子６０の製作方法を説明する。図５（ａ）から（ｃ）、図６（ｄ）から（ｆ）、図７（ｇ）から（ｉ）及び図８（ｊ）から（ｋ）は、それぞれ、実施形態例２の面発光型半導体レーザを製作する際の各工程での層構造を示す断面図である。
先ず、図５（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板３１上に、例えばＭＢＥ法を用いて、ｎ−ＧａＡｓ層とｎ−ＡｌＡｓ層の２８ペアの多層膜からなるｎ−ＤＢＲミラー３２を積層する。
また、図５（ｂ）に示すように、ＩｎＰ基板４５上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）エッチング停止層４６、ｐ−ＩｎＰクラッド層３５、量子井戸活性層３４、及びｎ−ＩｎＰクラッド層３３を、順次、積層する。
更に、図５（ｃ）に示すように、ＧａＡｓ基板４７上に、例えばＭＢＥ法により、ＡｌＡｓエッチング停止層４８、ｐ−ＧａＡｓ層３６ａとｐ−Ａｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ層３６ｂの２８ペアの多層膜からなるｐ−ＤＢＲミラー３６、及びｐ−ＧａＡｓ層３７ａとｐ−ＡｌＡｓ層３７ｂの２ペアからなる４層膜３７を、順次、積層する。
【００３０】
次いで、ｎ−ＧａＡｓ基板３１上のｎ−ＤＢＲミラー３２の表面、及び、ＩｎＰ基板４５上のｎ−ＩｎＰクラッド層３３の表面をそれぞれ洗浄した後、劈開面を合わせて、大気中、室温で密着させ、続いて、水素雰囲気中にて約５００〜６５０℃の温度で３０分間程度の熱処理を施す。
これにより、ｎ−ＤＢＲミラー３２と、ｎ−ＩｎＰクラッド層３３は、図６（ｄ）に示すように、相互の間で強固に接着して貼り合わせ体４９を形成する。
次に、貼り合わせ体４９のＩｎＰ基板４５を塩酸にて、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）エッチング停止層４６を硫酸系のエッチング液にて、それぞれ、エッチング除去して、図６（ｅ）に示すように、ｐ−ＩｎＰクラッド層３５を露出させる。
【００３１】
一方、ＧａＡｓ基板４７上に積層したｐ−ＧａＡｓ層３７ａとｐ−ＡｌＡｓ層３７ｂの２ペアの４層膜３７の中央に、図６（ｆ）に示すように、ほぼＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓの組成からなる直径１０μｍ程度のＡｌＧａＡｓ混晶領域４２を形成する。
尚、ＧａＡｓとＡｌＡｓの混晶には様々な方法があり、例えばＺｎを拡散し熱処理を施すことにより容易に混晶化できる。
【００３２】
次に、露出させたｐ−ＩｎＰクラッド層３５の表面、及び、ＧａＡｓ基板４７上の４層膜３７の表面を洗浄した後、劈開面を合わせて、大気中、室温で密着させた後、再び約５００〜６５０℃の温度で３０分間程度の熱処理を施す。
これにより、ｐ−ＩｎＰクラッド層３５と４層膜３７とは、図７（ｇ）に示すように、相互の間で強固に接着して貼り合わせ体５０を形成する。
次に、貼り合わせ体５０のＧａＡｓ基板４７をアンモニア系のエッチング液で、ＡｌＡｓエッチング停止層４８をフッ酸にて、それぞれ、エッチング除去して、図７（ｈ）に示すように、ｐ−ＤＢＲミラー３６を露出させる。
次に、ＲＩＢＥ等のドライエッチング法により、ｐ−ＤＢＲミラー３６、４層膜３７をエッチングして、リング状の溝５１を形成しつつ、先に形成した混晶領域４２にエアポスト５２の位置を合わせて、直径２０μｍの円柱状エアポスト５２を形成する。
【００３３】
次いで、窒素をキャリアガスとして水分を導入し、水蒸気雰囲気にした熱処理炉内に基板を送入し、約４２０℃の温度で約３分間熱処理を施す。
これにより、図８（ｊ）に示すように、溝５１に露出しているＡｌＡs 層３７ｂ及びＡｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ層３６ｂは、酸化され、Ａｌa Ｏb 膜４３が形成される。一方、混晶化領域４２では、ほぼＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓの組成からなるＡｌＧａＡｓ混晶が形成され、Ａｌ組成が小さくなっているために、酸化がほとんど進まず、この領域の外縁で酸化反応を自動的に停止させることができる。
通常条件で、ＡｌＡｓの酸化速度は約２μｍ／分なので、約３分間熱処理を行うことで、電流注入領域の経を確実に１０μｍ（２０μｍから）に狭めることができる。
また、ｐ−ＤＢＲミラー３６のｐ−Ａｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ層３６ｂは、Ａｌ（Ｇａ）Ａｓの酸化速度が、Ａｌの組成に大きく依存することを利用しており、ＡｌＡｓに比べて酸化速度が約２桁程度遅いことから、酸化はほとんど進まないので、Ａｌa Ｏb 膜４３の幅は小さい。
従って、Ａｌa Ｏb 膜４３の幅（エアポスト中心方向厚さ）、電流注入領域の径が、混晶領域の大きさ、即ち外縁によって確実に制御可能となる。
【００３４】
その後、ＳｉＮｘ膜５３によりエアポスト上部を除く上面を保護した後、ｎ−ＧａＡｓ基板３１を約１００μｍ程度の厚さに研磨する。更に、ｐ側電極５４、及びリング状のｎ側電極５５を形成し、最後に光取り出し用のＡＲ（無反射）膜５６を形成すると、図４に示す半導体レーザ素子６０を得ることができる。
【００３５】
本実施形態例においても、実施形態例１と同様に、混晶領域の外縁により電流注入領域の経を確実に制御できることから、ウエハ内及びロット間でレーザ特性のバラツキを低減することができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、エアポスト側面に面するＡｌ元素酸化膜の内側に混晶領域を設け、Ａｌ元素酸化膜の幅（エアポスト中心方向厚さ）を混晶領域の外縁、即ち混晶領域の大きさで規制することにより、電流注入領域の経を確実に制御できる。
従って、本発明に係る面発光型半導体レーザ及びその製作方法によれば、従来のように、ウエハ内及びロット間でレーザ特性がバラツクことがなく、一様なレーザ特性を有する面発光型半導体レーザを歩留り良く製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は実施形態例１の面発光型半導体レーザ素子の層構造を示す断面図、図１（ｂ）は発光領域の層構造の詳細図である。
【図２】図２（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、実施形態例１の面発光型半導体レーザ素子を製作する際の工程毎の層構造を示す断面図である。
【図３】図３（ｄ）と（ｅ）は、それぞれ、図２（ｃ）に続く、実施形態例１の面発光型半導体レーザ素子を製作する際の工程毎の層構造を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）は実施形態例２の面発光型半導体レーザ素子の層構造を示す断面図、図４（ｂ）は発光領域の層構造の詳細図である。
【図５】図５（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、実施形態例２の面発光型半導体レーザ素子を製作する際の工程毎の層構造を示す断面図である。
【図６】図６（ｄ）から（ｆ）は、それぞれ、図５（ｃ）に続く、実施形態例２の面発光型半導体レーザ素子を製作する際の工程毎の層構造を示す断面図である。
【図７】図７（ｇ）から（ｉ）は、それぞれ、図６（ｆ）に続く、実施形態例２の面発光型半導体レーザ素子を製作する際の工程毎の層構造を示す断面図である。
【図８】図８（ｊ）と（ｋ）は、それぞれ、図７（ｉ）に続く、実施形態例２の面発光型半導体レーザ素子を製作する際の工程毎の層構造を示す断面図である。
【図９】図９（ａ）は従来の面発光型半導体レーザ素子の層構造を示す断面図、図９（ｂ）は発光領域の層構造の詳細図である。
【図１０】図１０（ａ）と（ｂ）は、それぞれ、従来の面発光型半導体レーザ素子を製作する際の工程毎の層構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ｎ−ＧａＡｓ基板
２  ｎ−ＧａＡｓ層２ａとｎ−ＡｌＡｓ層２ｂとの２２．５ペアのｎ−ＤＢＲミラー
３  ＩｎＧａＡｓからなる量子井戸活性層
４  ｐ−ＧａＡｓ層４ａとｐ−ＡｌＡｓ層４ｂとの２５ペアのｐ−ＤＢＲミラー
５  ポリイミド層
６  ＳｉＮｘ膜
７  ｐ側電極
８  ｎ側電極
９  ＡＲ（無反射）膜
１０  Ａｌa Ｏb 膜
１１  ｎ−ＧａＡｓ基板
１２  ｎ−ＧａＡｓ層１２ａとｎ−ＡｌＡｓ層１２ｂとの２４ペアのｎ−ＤＢＲミラー
１３  ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層
１４  ｐ−ＧａＡｓ層１４ａとｐ−Ａｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ層１４ｂの２５ペアからなるｐ−ＤＢＲミラー
１５  ポリイミド層
１６  ＳｉＮｘ膜
１７  ｐ側電極
１８  ｎ側電極
１９  反射膜
２０  Ａｌa Ｏb 層
２１  ＡｌＧａＡｓ混晶領域
２３  エアポスト
３０  実施形態例１の面発光型半導体レーザ
３１  ｎ−ＧａＡｓ基板
３２  ｎ−ＧａＡｓ層とｎ−ＡｌＡｓ層との２８ペアのｎ−ＤＢＲミラー
、３３  ｎ−ＩｎＰクラッド層
３４  量子井戸活性層
３５  ｐ−ＩｎＰクラッド層３５
３６  ｐ−ＧａＡｓ層３６ａとｐ−Ａｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ層３６ｂとの２８ペアのｐ−ＤＢＲミラー
３７  ｐ−ＧａＡｓ層３７ａとｐ−ＡｌＡｓ層３７ｂとの２ペアの４層膜
４２  混晶領域
４３  Ａｌa Ｏb 層
５１  ポリイミド層
５２  円柱状エアポスト
５３  ＳｉＮｘ膜
５４  ｐ側電極
５５  ｎ側電極
５６  ＡＲ（無反射）膜
６０  実施形態例２の面発光型半導体レーザ素子
７０  従来の面発光型半導体レーザ素子
７１  円柱状エアポスト
７２  溝
【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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