(57)【要約】【課題】  高い光出力で単一基本横モード発振が可能な面発光型レーザ素子を提供する。【解決手段】  一実施形態の面発光型レーザ素子は、第１のＤＢＲと、第１の領域と該第１の領域を囲む第２の領域を含む面を有し、第１のＤＢＲの上に設けられた活性層と、トンネル接合を含み、活性層の第１の領域の上に設けられた接合領域と、接合領域を埋め込むように、接合領域上に、且つ、活性層の第２の領域の上に設けられた埋込層と、埋込層上に設けられた第２のＤＢＲと、を備え、埋込層は、接合領域上に位置する第１の部分と、該第１の部分を囲み且つ第２の領域と第２のＤＢＲとの間に位置する第２の部分を有し、第１の部分と第２のＤＢＲとの境界と、第２の部分と第２のＤＢＲとの境界との光の共振方向における距離が、カットオフ条件を満たすよう接合領域の厚みより小さくなっている。【選択図】  図１
2009283703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の分布ブラッグリフレクタと、
第１の領域と該第１の領域を囲む第２の領域を含む面を有し、前記第１の分布ブラッグリフレクタの上に設けられた活性層と、
トンネル接合を含み、前記活性層の前記第１の領域の上に設けられ所定のサイズを有する接合領域と、
前記接合領域を埋め込むように、前記接合領域上に、且つ、前記活性層の前記第２の領域の上に設けられた埋込層と、
前記埋込層上に設けられた第２の分布ブラッグリフレクタと、
を備え、
前記埋込層は、前記接合領域上に位置する第１の部分と、該第１の部分を囲み且つ前記第２の領域と前記第２のブラッグリフレクタとの間に位置する第２の部分を有し、
前記第１の部分と前記第２の分布ブラッグリフレクタとの境界と、前記第２の部分と前記第２の分布ブラッグリフレクタとの境界との光の共振方向における距離が、前記接合領域のサイズとの関係において基本横モードのカットオフ条件を満たすよう、前記接合領域の厚みより小さくなっている、
面発光型レーザ素子。
【請求項２】
前記接合領域のサイズが、７μｍ以上且つ１０μｍ以下である、請求項１に記載の面発光型レーザ素子。
【請求項３】
前記第２の分布ブラッグリフレクタが、半導体分布ブラッグリフレクタである、請求項１又は２に記載の面発光型レーザ素子。
【請求項４】
面発光型レーザ素子の製造方法であって、
第１の分布ブラッグリフレクタの上に活性層を設ける工程と、
前記活性層の第１の領域の上に、トンネル接合を含み所定のサイズを有する接合領域を設ける工程と、
前記接合領域を埋め込むように、前記接合領域上に、且つ、前記第１の領域を囲む前記活性層の第２の領域の上に埋込層を形成する工程と、
前記埋込層上に、第２の分布ブラッグリフレクタを形成する工程と、
を含み、
前記埋込層は、前記接合領域上に位置する第１の部分と、該第１の部分を囲み且つ前記第２の領域と前記第２のブラッグリフレクタとの間に位置する第２の部分を有し、
前記埋込層を形成する工程と前記第２の分布ブラッグリフレクタを形成する工程との間に、前記接合領域のサイズとの関係において基本横モードのカットオフ条件を満たすよう前記第１の部分の厚みを低減する工程を更に含む、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光型レーザ素子、及び、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、トンネル接合を有する面発光型レーザ素子が記載されている。この面発光型レーザ素子は、ＩｎＰ基板上に設けられたＡｌＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰ分布ブラッグリフレクタ（ＤＢＲ）と、活性層と、メサ形状のトンネル接合領域と、トンネル接合領域を埋め込むためのｎ型ＩｎＰ埋込層と、を備えている。また、この面発光型レーザ素子は、ｎ型ＩｎＰ層上に設けられた誘電体分布ブラッグリフレクタ（ＤＢＲ）を備えている。この面発光型レーザ素子は、トンネル接合領域を埋込むように、埋込層が成長プロセスによって形成され、この埋込層上に誘電体ＤＢＲが形成されることによって、製造されるものである。
【非特許文献１】N.  Nishiyama  et al.,  Electronics  Letters,  vol.39,  no.5,  pp.437-439,  2003.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
面発光型レーザ素子には、単一基本横モード発振を維持したまま、光出力を増加させることが要求される。この要求を満たすためには、電流注入面積、即ち、トンネル接合領域の面積を大きくすることが必要である。しかしながら、非特許文献１に開示された面発光型レーザ素子では、単一基本横モード発振が可能な場合のトンネル接合領域の直径は最大で５μｍであり、最大光出力は１ｍＷであり、したがって、十分な光出力が得られていない。
【０００４】
本発明は、高い光出力で単一基本横モード発振が可能な面発光型レーザ素子、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明者は、非特許文献１に記載の面発光型レーザ素子では、上述した成長プロセスに起因して、トンネル接合領域上の埋込層の表面とその周囲の表面との間に段差が生じていることを見出した。この段差の大きさは、トンネル接合領域の厚みと同じである。本願発明者は、この段差に起因して、トンネル接合領域を含む部分の共振器長が、トンネル接合領域の周囲の部分の共振器長より大きくなり、その結果、非特許文献１に記載の面発光型レーザ素子では、これら二つの部分の間に屈折率差が等価的に生じているという知見を得た。この屈折率差は、基本横モード条件（カットオフ条件）を満たすトンネル接合領域のサイズを小さくするものである。
【０００６】
本発明の面発光型レーザ素子は、上記知見に基づいて考案されたものである。この面発光型レーザ素子は、第１の分布ブラッグリフレクタ（ＤＢＲ）と、活性層と、所定のサイズを有する接合領域と、埋込層と、第２のＤＢＲと、を備えている。活性層は、第１の領域と当該第１の領域を囲む第２の領域を含む面を有する。活性層は、第１のＤＢＲの上に設けられている。接合領域は、トンネル接合を含むものである。接合領域は、活性層の第１の領域の上に設けられている。埋込層は、接合領域を埋め込むように、接合領域上に、且つ、活性層の第２の領域の上に設けられている。第２のＤＢＲは、埋込層上に設けられている。埋込層は、接合領域上に位置する第１の部分と、当該第１の部分を囲み且つ第２の領域と第２のＤＢＲとの間に位置する第２の部分と、を有する。第１の部分と第２のＤＢＲとの境界と、第２の部分と第２のＤＢＲとの境界との光の共振方向における距離は、接合領域のサイズとの関係において基本横モードのカットオフ条件を満たすよう接合領域の厚みより小さくなっている。
【０００７】
この構成の面発光型レーザ素子では、カットオフ条件を満たすように上記の距離が接合領域の厚みより小さくなっている。したがって、トンネル接合領域の面積を大きくしても、単一基本横モード発振を維持することができる。故に、本面発光型レーザ素子は、単一基本横モード発振を維持しつつ、光出力の高出力化が可能である。
【０００８】
接合領域のサイズは、７μｍ以上且つ１０μｍ以下であることが好ましい。このようなサイズを有する接合領域の場合、接合領域のサイズのバラツキが接合領域の面積のバラツキに影響する程度を少なくすることができるので、面発光型レーザ素子の歩留まりを向上することができる。
【０００９】
また、本発明の面発光型レーザ素子においては、第２のＤＢＲは、半導体ＤＢＲであることが好ましい。本発明の面発光型レーザ素子では、上述した距離を小さくすることができるので、第２のＤＢＲの表面を比較的平坦な平面とすることができる。その結果、放熱性に優れた半導体ＤＢＲを第２のＤＢＲ上に好適に成長することが可能である。
【００１０】
本発明の別の一側面は、面発光型レーザ素子の製造方法に関するものである。この製造方法は、（ａ）第１のＤＢＲの上に活性層を設ける工程と、（ｂ）活性層の第１の領域の上に、トンネル接合を含み所定のサイズを有する接合領域を設ける工程と、（ｃ）接合領域を埋め込むように、接合領域上に、且つ、第１の領域を囲む活性層の第２の領域の上に埋込層を形成する工程と、（ｄ）埋込層上に、第２の分布ブラッグリフレクタを形成する工程と、を含む。埋込層は、接合領域上に位置する第１の部分と、当該第１の部分を囲み且つ第２の領域と第２のＤＢＲとの間に位置する第２の部分と、を有する。本製造方法は、埋込層を形成する工程と第２の分布ブラッグリフレクタを形成する工程との間に、（ｅ）接合領域のサイズとの関係において基本横モードのカットオフ条件を満たすよう第１の部分の厚みを低減する工程を更に含む。
【００１１】
本製造方法によれば、カットオフ条件を満たすように第１の部分の厚みを低減させるので、接合領域の面積を大きくしても、単一基本横モード発振を維持することができる。故に、単一基本横モード発振を維持しつつ光出力の高出力化が可能な面発光型レーザ素子を製造することが可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高い光出力で単一基本横モード発振が可能な面発光型レーザ素子、及びその製造方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１４】
図１は本発明の一実施形態に係る面発光型レーザ素子の構造を概略的に示す図である。図２は、図１のII-II線に沿う面発光型レーザ素子の断面図である。図１及び図２に示す面発光型レーザ素子１０は、基板１２、第１の分布ブラッグリフレクタ（ＤＢＲ）１４、第１のスペーサ層１６、活性層１８、第２のスペーサ層２０、接合領域２２、埋込層２４、第２のＤＢＲ２６、コンタクト層２８、上面電極３０、及び、下面電極３２を備えている。
【００１５】
基板１２は、半導体基板であり、一例では、Ｓｉが高濃度にドープされたＧａＡｓ基板である。この基板１２の一方側の主面上には、第１のＤＢＲ１４が設けられている。
【００１６】
第１のＤＢＲ１４は、複数の第１の半導体層１４ａと複数の第２の半導体層１４ｂとを含んでいる。複数の第１の半導体層１４ａ及び複数の第２の半導体層１４ｂは、交互に積層されている。一例では、第１のＤＢＲ１４は、３５ペアの第１の半導体層１４ａ及び第２の半導体層１４ｂを有している。また、一例では、第１の半導体層１４ａは、ＳｉドープのＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ半導体層であり、第２の半導体層１４ｂは、ＳｉドープのＧａＡｓ半導体層である。Ｓｉの濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ−３である。
【００１７】
この第１のＤＢＲ１４の上には、第１のスペーサ層１６を介して、活性層１８が設けられている。第１のスペーサ層１６は、一例では、ＳｉドープのＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ半導体層である。このＳｉの濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ−３である。また、第１のスペーサ層１６の層厚は、例えば、４０ｎｍである。
【００１８】
本実施形態では、第１のスペーサ層１６上に、活性層１８が設けられている。活性層１８は、複数の井戸層１８ａ及び複数の障壁層１８ｂを含む量子井戸構造を有し得る。一例では、井戸層１８ａは、８ｎｍの厚みを有し、ノンドープのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ半導体である。また、障壁層１８ｂは、１０ｎｍの厚みを有し、ノンドープのＧａＡｓ半導体である。活性層１８は、例えば、３つの井戸層１８ａ及び障壁層１８ｂのペアを有している。この活性層１８の第１のＤＢＲ１４側の面とは反対側の面１８ｓは、第１の領域１８ｃ及び第２の領域１８ｄを含んでいる（図２を参照）。第２の領域１８ｄは、第１の領域１８ｃを囲む領域である。
【００１９】
活性層１８の第１の領域１８ｃ及び第２の領域１８ｄ上には、第２のスペーサ層２０が設けられている。第２のスペーサ層２０は、一例では、ＣドープのＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ半導体層であり、その厚みは、４０ｎｍである。Ｃの濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ−３である。
【００２０】
第１の領域１８ｃの上には、接合領域２２が設けられている。本実施形態では、接合領域２２は、第２のスペーサ層２０を介して、第１の領域１８ｃの上に設けられている。接合領域２２は、第１の領域１８ｃの上に順に設けられた第１の半導体層２２ａ及び第２の半導体層２２ｂを有している。第１の半導体層２２ａと第２の半導体層２２ｂは、トンネル接合を形成している。
【００２１】
本実施形態では、第１の半導体層２２ａは、高濃度ｐ型半導体層であり、第２の半導体層２２ｂは、高濃度ｎ型半導体層である。一例では、第１の半導体層２２ａは、Ｃが１×１０２０ｃｍ−３の濃度でドープされたＩｎ０．１Ｇａ０．９Ａｓ半導体層であり、第２の半導体層２２ｂは、Ｓｉが５×１０１８ｃｍ−３の濃度でドープされたＩｎ０．１Ｇａ０．９Ａｓ半導体層である。第１の半導体層２２ａと第２の半導体層２２ｂそれぞれの厚みは、例えば、１５ｎｍである。したがって、一例では、接合領域２２の厚みは、３０ｎｍである。
【００２２】
この接合領域２２は、埋込層２４によって埋め込まれている。埋込層２４は、一例では、Ｓｉが１×１０１８ｃｍ−３の濃度でドープされたＧａＡｓ半導体層であり、５００ｎｍの厚みを有している。この埋込層２４は、第１の部分２４ａと第２の部分２４ｂとを含んでいる。第１の部分２４ａは、接合領域２２上、即ち、光の共振方向において第１の領域１８ｃと第２のＤＢＲ２６との間に位置している。第２の部分２４ｂは、同方向において、第２の領域１８ｄと第２のＤＢＲ２６との間に位置している。本実施形態では、埋込層２４は、更に、光の共振方向に直交する放射方向において第２の部分２４ｂの外側に、第３の部分２４ｃを含んでいる。
【００２３】
埋込層２４の第１の部分２４ａ上及び第２の部分２４ｂ上には、第２のＤＢＲ２６が設けられている。第２のＤＢＲ２６は、本実施形態では、誘電体ＤＢＲであり、複数の第１の誘電体層２６ａ及び複数の第２の誘電体層２６ｂを有している。第１の誘電体層２６ａと第２の誘電体層２６ｂとは、交互に設けられている。例えば、第１の誘電体層２６ａは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＦ２等の層であり、第２の誘電体層２６ｂは、ＴｉＯ２、ＳｉＮ、α−Ｓｉ、ＺｎＳ，ＺｒＯ２等の層である。
【００２４】
また、埋込層２４の第３の部分２４ｃ上には、コンタクト層２８が設けられている。本実施形態では、コンタクト層２８は、埋込層２４の第１の部分２４ａ上及び第２の部分２４ｂ上に、開口を有しており、第２のＤＢＲに対して間隙を有するように、設けられている。コンタクト層２８は、一例では、Ｓｉが１×１０１９ｃｍ−３の濃度でドープされたＧａＡｓ半導体層であり、その厚みは、５０ｎｍである。
【００２５】
このコンタクト層２８上には、上面電極３０が設けられており、また、基板１２の他方の主面上には、下面電極３２が設けられている。
【００２６】
本実施形態の面発光型レーザ素子１０は、第１の部分２４ａと第２のＤＢＲ２６との境界ｂ１と、第２の部分２４ｂと第２のＤＢＲ２６との境界ｂ２との光の共振方向における距離ｄ１、即ち、埋込層２４の表面における段差ｄ１が、接合領域２２の厚みｄ２より、小さくなっている。具体的には、カットオフ条件が満たされるように距離ｄ１（図３参照）が厚みｄ２より小さくなっている。このように距離ｄ１を厚みｄ２より小さくすることによって、単一基本横モード発振を維持しつつ、面発光型レーザ素子の接合領域の面積を大きくすることができる。したがって、単一基本横モード発振を維持しつつ面発光型レーザ素子の光出力を増大することが可能である。
【００２７】
なお、図１及び図２に示す例では、距離ｄ１は略ゼロであるが、この距離ｄ１はある大きさを有していてもよい。図３は、別の実施形態に係る面発光型レーザ素子の断面図である。図３は、図２と同様の断面において、面発光型レーザ素子１０Ａの断面を示している。図３に示す面発光型レーザ素子１０Ａは、距離ｄ１がある大きさを有している点においてのみ、図２に示す面発光型レーザ素子１０とは異なっている。
【００２８】
ここで、図３に示す構造において接合領域を円板状とし、当該接合領域の直径及び距離ｄ１をパラメータとして試作した複数の面発光型レーザ素子の発振モードについて述べる。なお、接合領域の形状については、円盤状には限られず、楕円形状あるいは、正方形等の四角形の形状でもよい。この試作では、接合領域の直径を５μｍ、７μｍ、１０μｍ、１２μｍの４種とし、また、距離ｄ１を５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ、２０ｎｍ、２５ｎｍ、３０ｎｍの６種とし、計２４種の面発光他レーザ素子を作成した。
【００２９】
図４は、試作した複数の面発光型レーザ素子の発振モードを示す図である。図４において、横軸は、接合領域の直径を示しており、縦軸は距離ｄ１を示している。また、図４において、黒塗りの四角形のシンボルは、面発光型レーザ素子が単一基本横モードで発振したことを示しており、白抜きの四角形のシンボルは、面発光型レーザ素子が高次モードでも発振したことを示している。
【００３０】
図４から明らかなように、試作結果からは、接合領域の直径が５μｍの場合に距離ｄ１が２０ｎｍ以下、接合領域の直径が７μｍの場合に距離ｄ１が１０ｎｍ以下、接合領域の直径が１０μｍの場合に距離ｄ１が５ｎｍ以下であれば、面発光型レーザ素子は単一基本横モードで発振することが認識できる。
【００３１】
ここで、試作した構造と同構造の面発光型レーザ素子が単一基本横モード発振するときの接合領域の直径と最大の距離ｄ１、即ち、埋込層の表面の段差との関係の計算結果を、図５に示す。また、図６に、接合領域の直径と最大基本横モード出力との関係を、試作した面発光型レーザ素子から求めた結果と、上記の計算によって求めた結果とを示す。図６においては、横軸は接合領域の直径を示しており、縦軸は最大基本横モード出力を示している。図６において、黒塗りの四角形のシンボルは試作した面発光型レーザ素子から求めた結果を示しており、白抜きの四角形のシンボルは計算によって求めた結果を示している。なお、光ファイバのように第１の部分２４ａをコア、第２の部分２４ｂをクラッドとする円筒座標系を仮定し、段差によって生じるコア−クラッド間の屈折率差から、あるトンネル接合径に対して高次モードがカットオフとなる段差の最大値を計算する。最大光出力は熱飽和によって決定されるため、熱抵抗と電気抵抗による発熱を考慮したレート方程式より算出した。
【００３２】
図５から明らかなように、図５に示す計算結果は、図４に示す試作結果と良好な一致を示している。また、図６から明らかなように、試作した面発光型レーザ素子の最大基本横モード出力は、接合領域の直径が５μｍ、７μｍ、１０μｍのそれぞれの場合に、１．７ｍＷ、３．１ｍＷ、５．０ｍＷであり、これらの結果は、計算結果と良好に一致していることが認識できる。したがって、図５及び図６の作成に用いた計算は信頼できるものであることが認識される。
【００３３】
そして、図５に示す計算結果から、接合領域の直径が５μｍの場合に距離ｄ１が２０．４ｎｍ以下、接合領域の直径が７μｍの場合に距離ｄ１が１２．５ｎｍ以下、接合領域の直径が１０μｍの場合に距離ｄ１が６．４ｎｍ以下、接合領域の直径が１２μｍの場合に距離ｄ１が３．６ｎｍ以下であれば、面発光型レーザ素子は、単一基本横モードでの発振が可能であることが認識される。
【００３４】
即ち、接合領域の直径と距離ｄ１とが図４に示す斜線ハッチングの領域に属する関係を有すれば、面発光型レーザ素子は単一基本横モード発振可能であることが認識できる。換言すれば、図４の斜線ハッチングの領域は、接合領域の直径がある値を有するときにカットオフ条件を満たす距離ｄ１を示している。したがって、接合領域の直径と距離ｄ１とが図４の斜線ハッチングの領域に属するものとすることによって、本実施形態に係る面発光型レーザ素子は、単一基本横モード発振を維持しつつ接合領域のサイズを増大させることができ、故に、光出力を増大させることが可能である。
なお、本実施形態では、接合領域が円板状の形状を有する場合について説明したが、接合領域の形状は、楕円あるいは四角形（正方形を含む）等の形状でも、同様の効果を奏する。この場合においても、上記で説明した円板形状における直径に相当するサイズとほほ同等のサイズにおいて、単一基本横モード発振を維持しつつ接合領域のサイズを増大させることができ、故に、光出力を増大させることが可能である。
【００３５】
以下、製造の観点で好適な接合領域２２のサイズについて説明する。接合領域２２の面積は、電流注入面積に略等しい。したがって、接合領域の面積のバラツキは、面発光型レーザ素子の特性バラツキの原因となる。接合領域は、メサ形状を有しているので、一般的には、フォトリソグラフィとトライエッチングを含むプロセスによって製造される。接合領域が円板状の場合には、このプロセスによる製造バラツキは、接合領域の直径に対して約±０．５μｍである。接合領域の直径が５μｍの場合には、この直径のバラツキによって、±２０％の接合領域の面積のバラツキが発生する。±２０％の接合領域の面積のバラツキが発生している場合に、選別の結果、面発光型レーザ素子の歩留まりは３０％であった。また、接合領域の直径が１０μｍの場合には、この面積のバラツキは、±１０％まで低減され、選別の結果、面発光型レーザ素子の歩留まりは８５％であった。さらに、接合領域の直径が７μｍの場合の面発光型レーザ素子の歩留まりは６５％であった。これら歩留まりの観点から、接合領域の直径は、７μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
【００３６】
以下、図１に示す面発光型レーザ素子１０の製造方法について説明する。図７、図８、及び図１０は、本製造方法の各工程で製造される生産物の断面を示す図である。図９は、第１の部分の厚みを低減する工程を示す図である。
【００３７】
図７の（ａ）に示すように、本製造方法では、まず、基板１２の上に、第１のＤＢＲ１４、第１のスペーサ層１６、及び、活性層１８が順に形成される。これによって、第１のＤＢＲ１４の上に活性層１８が形成される。第１のＤＢＲ１４、第１のスペーサ層１６、及び、活性層１８は、それぞれ有機金属気相成長（ＯＭＶＰＥ）法によって成長することができる。上述した一例の第１のＤＢＲ１４の成長温度、第１のスペーサ層１６の成長温度は、７００℃、５５０℃である。
【００３８】
また、図７の（ａ）に示すように、活性層１８上に、第２のスペーサ層２０、第１の半導体層２２ａ、及び第２の半導体層２２ｂが順に形成される。上述した一例の第２のスペーサ層２０、第１の半導体層２２ａ、及び第２の半導体層２２ｂも、ＯＭＶＰＥ法によって成長することが可能である。
【００３９】
次いで、図７の（ｂ）に示すように、第２の半導体層２２ｂの表面上にマスクＭが形成される。このマスクＭは、活性層１８の第１の領域１８ｃの上に位置する第２の半導体層２２ｂ上に形成される。このマスクＭは、フォトリソグラフィにより形成することができる。
【００４０】
次いで、第１の半導体層２２ａ及び第２の半導体層２２ｂのうちマスクＭに覆われていない部分をエッチングにより除去し、更に、マスクＭを除去することによって、図７の（ｃ）に示すように、メサ形状の接合領域２２が形成される。一例では、エッチングには、塩素系ガスを用いたＩＣＰ（Inductive Coupling Plasma)−ドライエッチングが用いられる。このように、第１の半導体層２２ａ及び第２の半導体層２２ｂの成長プロセスと、第１の半導体層２２ａ及び第２の半導体層２２ｂのエッチングプロセスとによって、接合領域２２が形成される。
【００４１】
本製造方法では、次いで、図８の（ａ）に示すように、接合領域２２を埋め込むように埋込層２４が形成される。埋込層２４は、接合領域２２上に形成される。また、埋込層２４は、第２のスペーサ層２０上、即ち、第２の領域１８ｄの上にも形成される。次に、この埋込層２４上に、図８の（ｂ）に示すように、コンタクト層２８が形成される。上述した一例の埋込層２４及びコンタクト層２８は、ＯＭＶＰＥ法によって成長することが可能である。
【００４２】
次いで、本製造方法では、図８の（ｃ）に示すように、埋込層２４の第１の部分２４ａ及び第２の部分２４ｂ上のコンタクト層２８が除去される。この除去のプロセスは、ウェットエッチングによって行うことが可能である。このように共振器からコンタクト層２８を除去することによって、コンタクト層２８による光吸収を防止することができる。
【００４３】
本製造方法では、次いで、第１の部分２４ａの厚みを低減する工程が行われる。即ち、第１の部分２４ａの表面と第２の部分２４ｂの表面との間の段差を低減する工程が行われる。第１の部分２４ａの厚みは、カットオフ条件が満たされるまで、低減される。この工程は、例えば、図９に示すように、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工装置によるエッチングを用いて行うことができる。ＦＩＢ加工装置を用いる場合には、ＦＩＢ加工装置にエッチングを行う部分の図形を示す形状データを与える。ＦＩＢ加工装置は、このデータに従ってイオンビームＢを走査し、当該イオンビームをエッチングすべき部分に照射する。ＦＩＢ加工装置によるエッチング深さは、エッチング対象に照射するＧａ原子のビーム強度を調整することによって、制御することができる。この工程によって、図１０の（ａ）に示すように、第１の部分２４ａの厚みが低減され、第１の部分２４ａの表面と第２の部分２４ｂの表面との間の段差が低減される。
【００４４】
次いで、本製造方法では、図１０の（ｂ）に示すように、コンタクト層２８上に上面電極３０が、基板１２の他方の主面上に下面電極３２が形成される。次いで、図１０の（ｃ）に示すように、第２のＤＢＲ２６が、第１の部分２４ａ及び第２の部分２４ｂ上に、形成される。上述した一例の第２のＤＢＲ２６は、例えば、上面電極３０及び第３の部分２４ｃの露出した表面にレジストを用いたマスクをフォトリソグラフィによって形成し、電子線蒸着（ＥＢ蒸着）によって誘電体膜を形成し、マスクをリフトオフすることによって、形成することができる。以上のプロセスによって、本実施形態の面発光型レーザ素子が完成する。
【００４５】
以下、本発明の更に別の実施形態に係る面発光型レーザ素子について説明する。図１１は、更に別の実施形態に係る面発光レーザ素子の構造を概略的に示す図である。図１１に示す面発光型レーザ素子１０Ｂは、第２のＤＢＲとして半導体ＤＢＲ２６Ｂを有する点で、面発光型レーザ素子１０と異なっている。また、面発光型レーザ素子１０Ｂは、上面電極３０が半導体ＤＢＲ２６Ｂ上に直接設けられている点で、面発光型レーザ素子１０と異なっている。
【００４６】
半導体ＤＢＲ２６Ｂは、埋込層２４上の全面に設けられている。半導体ＤＢＲ２６Ｂは、複数の第１の層２６Ｂａ及び複数の第２の層２６Ｂｂを有している。第１の層２６Ｂａ及び第２の層２６Ｂｂは、埋込層２４上に交互に設けられている。一例では、第１の層２６Ｂａは、Ｓｉが１×１０１８ｃｍ−３の濃度でドープされたＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ半導体層であり、第２の層２６Ｂｂは、Ｓｉが１×１０１８ｃｍ−３の濃度でドープされたＧａＡｓ半導体層である。半導体ＤＢＲ２６Ｂは、例えば、２２ペアの第１の層２６Ｂａ及び第２の層２６Ｂｂを有し得る。
【００４７】
以下、面発光型レーザ素子１０Ｂの製造方法について説明する。図１２は、面発光型レーザ素子の別の製造方法の各工程において製造される生産物の断面を示す図である。本製造方法は、図７の（ａ）〜（ｃ）及び図８の（ａ）に示すプロセスまでは、面発光型レーザ素子１０の製造方法と同様である。
【００４８】
本製造方法においては、埋込層２４を形成した直後に、第１の部分２４ａ、即ち、接合領域２２上の埋込層２４の厚みを低減させる工程が行われ、図１２の（ａ）に示す生産物が生成される。この工程も、ＦＢＩ加工装置を用いて行うことができる。
【００４９】
次いで、本製造方法においては、図１２の（ｂ）に示すように、埋込層２４上に半導体ＤＢＲ２６Ｂが形成される。半導体ＤＢＲ２６Ｂは、ＯＭＶＰＥ法によって成長することができ、上述した一例の半導体ＤＢＲ２６Ｂの場合、成長温度は、例えば、７００℃である。
【００５０】
次いで、上面電極３０が半導体ＤＢＲ２６Ｂ上に直接形成され、下面電極３２が基板１２の他方の主面上に形成される。上面電極３０は、接合領域２２上の第１の部分２４ａの上、第１の部分２４ａを囲む第２の部分２４ｂの上に開口を有するように形成される。以上の工程によって、面発光型レーザ素子１０Ｂが製造される。
【００５１】
このように、面発光型レーザ素子１０Ｂでは、埋込層２４の第１の部分２４ａの表面と第２の部分２４ｂの表面との間の段差が小さくされるので、埋込層２４上に、半導体ＤＢＲ２６Ｂを成長させることができる。その結果、半導体ＤＢＲ２６Ｂの発光面を比較的平坦にすることができる。本願発明者が試作を行った結果によれば、上述した段差を１５ｎｍ以下に低減することによって、半導体ＤＢＲ２６の異常成長を抑制することが可能であった。また、面発光型レーザ素子１０Ｂの場合にも、面発光型レーザ素子１０と同様に、単一基本横モード発振を維持しつつ光出力を増加できることが確認された。なお、半導体ＤＢＲ２６Ｂは、誘電体ＤＢＲと比して、放熱性に優れているので、面発光型レーザ素子１０Ｂの特性向上をもたらすことができる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した面発光型レーザ素子はＧａＡｓ系の面発光型レーザ素子であるが、本発明の面発光型レーザ素子はＩｎＰ系の面発光型レーザ素子であってもよい。ＩｎＰ系の面発光型レーザ素子は、以下の通りに製造可能である。
（１）ＳｎドープＩｎＰ基板上に第１のＤＢＲ層を成長
第１のＤＢＲ：  ＳｉドープのＡｌ０．０９６Ｇａ０．３７６Ｉｎ０．５２８Ａｓ半導体層／ＩｎＰ半導体層、ドーパント濃度１×１０１８ｃｍ−３、４０ペア、成長温度７００℃
（２）第１のスペーサ層を成長
ＳｉドープのＩｎＰ半導体層、ドーパント濃度１×１０１８ｃｍ−３、膜厚６０ｎｍ、成長温度６２０℃
（３）活性層を成長
５ペアの量子井戸構造
井戸層：Ａｌ０．０８Ｇａ０．２５Ｉｎ０．６７Ａｓ，膜厚８ｎｍ、
障壁層：Ａｌ０．１９２Ｇａ０．２８２Ｉｎ０．５２６Ａｓ，膜厚１０ｎｍ、
成長温度６２０℃
（４）第２のスペーサ層を成長
ＣドープのＡｌ０．４７Ｉｎ０．５３Ａｓ半導体層、ドーパント濃度１×１０１８ｃｍ−３、膜厚６０ｎｍ、成長温度６２０℃
（５）接合領域を形成（成長プロセス及びエッチングプロセスを含む）
・成長プロセス
高濃度ｐ型Ａｌ０．０９６Ｇａ０．３７６Ｉｎ０．５２８Ａｓ半導体層（第１の半導体層）：Ｃドープ濃度１×１０２０ｃｍ−３，膜厚１５ｎｍを
高濃度ｎ型Ａｌ０．０９６Ｇａ０．３７６Ｉｎ０．５２８Ａｓ半導体層（第２の半導体層）：Ｓｉドープ濃度５×１０１８ｃｍ−３、膜厚１５ｎｍ
成長温度６２０℃
・エッチングプロセス
メタン系ガスを用いたＲＩＥドライエッチングによって、メサ形状の接合領域を形成
（６）埋込層を成長
ＳｉドープのＩｎＰ半導体層、ドーパント濃度１×１０１８ｃｍ−３、膜厚７５０ｎｍ、成長温度６２０℃
（７）コンタクト層を形成（成長プロセス及びエッチングプロセスを含む）
・成長プロセス
ＳｉドープのＧａ０．４７Ｉｎ０．５３Ａｓ半導体層、ドーパント度１×１０１９ｃｍ−３、膜厚５０ｎｍ、成長温度６２０℃
・エッチングプロセス
発光部のコンタクト層をウェットエッチングで除去
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態に係る面発光型レーザ素子の構造を概略的に示す図である。
【図２】図１のII-II線に沿う面発光型レーザ素子の断面図である。
【図３】別の実施形態に係る面発光型レーザ素子の断面図である。
【図４】試作した面発光型レーザ素子の発振モードを示す図である。
【図５】面発光型レーザ素子が単一基本横モード発振するときの接合領域の直径と埋込層の表面の段差との関係の計算結果を示す図である。
【図６】接合領域の直径と最大基本横モード出力との関係を示す図である。
【図７】本製造方法の各工程で製造される生産物の断面を示す図である。
【図８】本製造方法の各工程で製造される生産物の断面を示す図である。
【図９】第１の部分の厚みを低減する工程を示す図である。
【図１０】本製造方法の各工程で製造される生産物の断面を示す図である。
【図１１】更に別の実施形態に係る面発光レーザ素子の構造を概略的に示す図である。
【図１２】面発光型レーザ素子の別の製造方法の各工程において製造される生産物の断面を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０，１０Ａ，１０Ｂ…面発光型レーザ素子、１２…基板、１４…第１のＤＢＲ、１６…第１のスペーサ層、１８…活性層、１８ｃ…第１の領域、１８ｄ…第２の領域、１８ｓ…面、２０…スペーサ層、２２…接合領域、２２ａ…第１の半導体層、２２ｂ…第２の半導体層、２４…埋込層、２４ａ…第１の部分、２４ｂ…第２の部分、２４ｃ…第３の部分、２６…第２のＤＢＲ、２６Ｂ…半導体ＤＢＲ（第２のＤＢＲ）、２８…コンタクト層、３０…上面電極、３２…下面電極。
【図１】
2009283703.tif 000003
【図２】
2009283703.tif 000004
【図３】
2009283703.tif 000005
【図４】
2009283703.tif 000006
【図５】
2009283703.tif 000007
【図６】
2009283703.tif 000008
【図７】
2009283703.tif 000009
【図８】
2009283703.tif 000010
【図９】
2009283703.tif 000011
【図１０】
2009283703.tif 000012
【図１１】
2009283703.tif 000013
【図１２】
2009283703.tif 000014