(57)【要約】【課題】素子抵抗の増加を抑制可能な構造の面発光半導体レーザを提供する。【解決手段】面発光半導体レーザ１１では、活性層１５は、第１のＤＢＲ１３上に設けられる。第１の半導体スペーサ層１７は活性層１５上に設けられる。第２の半導体スペーサ層１９は、第１の半導体スペーサ層１７上に設けられる。第１の電極２１は、第２の半導体スペーサ層１９上に設けられる。第２のＤＢＲ２３は、第２の半導体スペーサ層１９上に設けられる。第２のＤＢＲ２３は、活性層１５の第１のエリア１５ｂ上及び第２の半導体スペーサ層１９上に設けられる。第１の半導体スペーサ層１７の第１の領域１７ａは、活性層１５の第１のエリア１５ｂ上に位置し、また第２の領域１７ｂは活性層１５の第２のエリア１５ｃ上に位置する。第１の半導体スペーサ層において、第２の領域１７ｂの抵抗率は、第１の領域１７ａの抵抗率より大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられ半導体から成る第１の分布ブラッグリフレクタと、
前記第１の分布ブラッグリフレクタ上に設けられ、第１のエリアと該第１のエリアを囲む第２のエリアとを含む主面を有する活性層と、
前記活性層上に設けられた第１の半導体スペーサ層と、
前記第１の半導体スペーサ層上に設けられた第２の半導体スペーサ層と、
前記第２の半導体スペーサ層上に設けられた第１の電極と、
前記第２の半導体スペーサ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、
前記第１の半導体スペーサ層は、前記活性層の前記第１のエリア上に設けられた第１の領域と、前記活性層の前記第２のエリア上に設けられた第２の領域とを含み、
前記第２の分布ブラッグリフレクタは、前記活性層の前記第１のエリア上に設けられており、
前記第１の半導体スペーサ層の前記第２の領域の抵抗率は、前記第１の半導体スペーサ層の前記第１の領域の抵抗率より大きい、ことを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項２】
第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層を含むトンネル接合領域を更に備え、
前記第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層は、前記第２の半導体スペーサ層と前記第１の半導体スペーサ層との間に順に配列されており、
前記第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層はトンネル接合を成し、
前記第１の半導体スペーサ層の導電型は前記第２の半導体スペーサ層の導電型と異なる、ことを特徴とする請求項１に記載された面発光半導体レーザ。
【請求項３】
前記トンネル接合領域は半導体メサであり、前記半導体メサは前記活性層の前記第１のエリア内に設けられており、前記第２の半導体スペーサ層は、前記半導体メサを埋め込む、ことを特徴とする請求項２に記載された面発光半導体レーザ。
【請求項４】
前記第２の半導体スペーサ層は、前記活性層の前記第１のエリア上に設けられた第１の領域と、前記活性層の前記第２のエリア上に設けられた第２の領域とを含み、
前記第１の電極は、前記第２の半導体スペーサ層の前記第２の領域上に設けられており、
前記第１の半導体スペーサ層の前記第２の領域の抵抗率は、前記第２の半導体スペーサ層の前記第２の領域の抵抗率より大きい、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザ。
【請求項５】
前記第１の半導体スペーサ層の前記第２の領域は、水素（Ｈ）及び酸素（Ｏ）の少なくともいずれかを含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザ。
【請求項６】
前記第１の分布ブラッグリフレクタ上に設けられ、第１の領域と該第１の領域を囲む第２の領域とを含む第３の半導体スペーサ層と、
前記第３の半導体スペーサ層の前記第２の領域上に設けられた第２の電極と
を更に備え、
前記活性層は、前記第３の半導体スペーサ層の前記第１の領域上に設けられている、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザ。
【請求項７】
面発光半導体レーザを作製する方法であって、
第１の分布ブラッグリフレクタ上に設けられた活性層上に、第１の半導体スペーサ層を形成する工程と、
前記第１の半導体スペーサ層上に、トンネル接合を成す第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層を含むメサ形状のトンネル接合領域を形成する工程と、
前記第１の半導体スペーサ層の第１の領域及び前記トンネル接合領域上にマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて、前記第１の半導体スペーサ層の前記第１の領域を囲む第２の領域に、抵抗増加のためのイオン注入を行う工程と、
前記第１の半導体スペーサ層の前記第１及び第２の領域並びに前記トンネル接合領域上に、第１導電型を示す第２の半導体スペーサ層を形成する工程と
を備え、
前記第１の半導体スペーサ層の前記第１の領域は第２導電型を有する、ことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記イオン注入の後の熱アニール処理は行わない、ことを特徴とする請求項７に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光半導体レーザ及び面発光半導体レーザを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、イオン注入型面発光レーザが記載されている。この面発光レーザは、ＧａＡｓ基板上に設けられた３３周期のｎ型半導体ミラーと、３つの井戸層を含む活性層と、２２周期のｐ型半導体ミラーとを含む。２２周期のｐ型半導体ミラーの表面には、円形の開口を有する電極が設けられている。２２周期のｐ型半導体ミラーでは、上記開口を含むように規定された円筒形領域の外側に、イオン注入が行われている。このイオン注入により、ｐ型半導体ミラーが部分的に高抵抗にされている。
【非特許文献１】K.  L.  Lear  et  al.,  IEEE  Photonics  Technology  Letters,  vol.6,  no.7,  pp.778-781,  1994.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
非特許文献１のイオン注入型面発光レーザでは、ｐ型半導体ミラーの厚みに応じた深さまで、深さ方向に広くイオンを注入して高抵抗領域を形成している。このため、電極からの電流は、ｐ型半導体ミラーの高抵抗領域の内側の狭い領域を長く流れる。この電流経路のため、非特許文献１のイオン注入型面発光レーザの抵抗は上昇する。また、イオン注入法ではイオンの飛距離にばらつきが生じやすいので、ｐ型半導体ミラーの外周における抵抗値の制御性がイオン注入深さ方向に関して悪い。
【０００４】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、素子抵抗の増加を抑制可能な構造を有する面発光半導体レーザを提供することを目的とし、この面発光半導体レーザを作製する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】
本発明の一側面に係る面発光半導体レーザは、（ａ）基板上に設けられ半導体から成る第１の分布ブラッグリフレクタと、（ｂ）前記第１の分布ブラッグリフレクタ上に設けられ、第１のエリアと該第１のエリアを囲む第２のエリアとを含む主面を有する活性層と、（ｃ）前記活性層上に設けられた第１の半導体スペーサ層と、（ｄ）前記第１の半導体スペーサ層上に設けられた第２の半導体スペーサ層と、（ｅ）前記第２の半導体スペーサ層上に設けられた第１の電極と、（ｆ）前記第２の半導体スペーサ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、前記第１の半導体スペーサ層は、前記活性層の前記第１のエリア上に設けられた第１の領域と、前記活性層の前記第２のエリア上に設けられた第２の領域とを含み、前記第２の分布ブラッグリフレクタは、前記活性層の前記第１のエリア上に設けられており、前記第１の半導体スペーサ層の前記第２の領域の抵抗率は、前記第１の半導体スペーサ層の前記第１の領域の抵抗率より大きい。
【０００６】
この面発光半導体レーザによれば、電極からのキャリアは、第２の分布ブラッグリフレクタを流れること無く第２の半導体スペーサ層を拡がって流れた後に、第１の半導体スペーサ層の第１の領域に流れ、第１の半導体スペーサ層の第２の領域には流れない。これ故に、素子抵抗の増加が抑制される。
【０００７】
本発明の面発光半導体レーザは、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層を含むトンネル接合領域を更に備えることができる。前記第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層は、前記第２の半導体スペーサ層と前記第１の半導体スペーサ層との間に順に配列されており、前記第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層はトンネル接合を成す。前記第１の半導体スペーサ層の導電型は前記第２の半導体スペーサ層の導電型と異なる。
【０００８】
この面発光半導体レーザによれば、電極からのキャリアは、トンネル接合領域によってキャリアの種類が変換されるのに先立って第２の半導体スペーサ層を拡がって流れており、そして、第１の半導体スペーサ層におけるキャリアが、第２の領域を流れることなく第１の領域に流れる。これ故に、素子抵抗の増加が抑制される。また、第１の半導体スペーサ層の導電型が第２の半導体スペーサ層の導電型と異なるけれども、第１の半導体スペーサ層の第２の領域は高抵抗領域を成すので、寄生容量が低減される。
【０００９】
本発明の面発光半導体レーザでは、前記トンネル接合領域は半導体メサであり、前記半導体メサは前記活性層の前記第１のエリア内に設けられており、前記第２の半導体スペーサ層は、前記半導体メサを埋め込む。
【００１０】
この面発光半導体レーザによれば、第２の半導体スペーサ層を拡がってキャリアが流れて素子抵抗が低減されると共に、メサ形状のトンネル接合領域は電流の閉じ込めを可能にする。半導体メサは第２の半導体スペーサ層によって埋め込まれており、第２の半導体スペーサ層を拡がって流れたキャリアはトンネル接合領域に到達する。
【００１１】
本発明の面発光半導体レーザでは、前記第２の半導体スペーサ層は、前記活性層の前記第１のエリア上に設けられた第１の領域と、前記活性層の前記第２のエリア上に設けられた第２の領域とを含み、前記第１の半導体スペーサ層の前記第２の領域の抵抗率は、前記第２の半導体スペーサ層の前記第２の領域の抵抗率より大きく、前記第１の電極は、前記第２の半導体スペーサ層の前記第２の領域上に設けられている。
【００１２】
この面発光半導体レーザは、第１の半導体スペーサ層の第２の領域の抵抗率が第２の半導体スペーサ層の第２の領域の抵抗率より大きいという構造を有する。このため、第１及び第２の半導体スペーサ層の第２の領域の全体にわたって、高抵抗の領域を形成する必要がない。第１及び第２の半導体スペーサ層は共にエピタキシャル成長されるものであるので、第１及び第２の半導体スペーサ層の第２の領域の両方を高抵抗にすることに比べて、第２の半導体スペーサ層の第２の領域を高抵抗にする製造上の負担は軽い。
【００１３】
本発明の面発光半導体レーザでは、前記第１の半導体スペーサ層の前記第２の領域は、水素（Ｈ）及び酸素（Ｏ）の少なくともいずれかを含むことが好ましい。
この面発光半導体レーザでは、水素、酸素の添加により第２の領域を高抵抗にしている。水素、酸素の添加は、例えばイオン注入により行われる。
【００１４】
本発明の一側面に係る面発光半導体レーザは、前記第１の分布ブラッグリフレクタ上に設けられ、第１の領域と該第１の領域を囲む第２の領域とを含む第３の半導体スペーサ層と、前記第３の半導体スペーサ層の前記第２の領域上に設けられた第２の電極とを更に備えることができる。前記活性層は、前記第３の半導体スペーサ層の前記第１の領域上に設けられている。
【００１５】
この面発光半導体レーザによれば、第１の分布ブラッグリフレクタを介して電流を第２の電極に流さないので、第１の分布ブラッグリフレクタにドーパントを添加する必要がない。
【００１６】
本発明の別の側面は面発光半導体レーザを作製する方法である。この方法は、（ａ）第１の分布ブラッグリフレクタ上に設けられた活性層上に、第１の半導体スペーサ層を形成する工程と、（ｂ）前記第１の半導体スペーサ層上に、トンネル接合を成す第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層を含むメサ形状のトンネル接合領域を形成する工程と、（ｃ）前記第１の半導体スペーサ層の第１の領域及び前記トンネル接合領域上にマスクを形成する工程と、（ｄ）前記マスクを用いて、前記第１の半導体スペーサ層の前記第１の領域を囲む第２の領域に、抵抗増加のためのイオン注入を行う工程と、（ｅ）前記第１の半導体スペーサ層の前記第１及び第２の領域並びに前記トンネル接合領域上に、第１導電型を示す第２の半導体スペーサ層を形成する工程とを備え、前記第１の半導体スペーサ層の前記第１の領域は第２導電型を有する。
【００１７】
この方法によれば、第２の半導体スペーサ層を形成するに先立って、第１の半導体スペーサ層の第２の領域に抵抗増加のためのイオン注入を行うので、深さ方向に関するイオン注入の制御性が非常に良く、安定した生産性の高いプロセスが可能である。また、第２の半導体スペーサ層には高抵抗領域が形成されないので、上部電極から活性層に向かう電流は、第２の半導体スペーサ層全体の広い領域を通るので、素子抵抗を低くできる。また、本発明の方法では、前記イオン注入の後の熱アニール処理は行わない。
【００１８】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、素子抵抗の増加を抑制可能な構造を有する面発光半導体レーザが提供され、また面発光半導体レーザを作製する方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の面発光半導体レーザ及び面発光半導体レーザを作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態に係る面発光半導体レーザの構造を一部を破断して概略的に示す図面である。面発光半導体レーザ１１は、第１の分布ブラッグリフレクタ（以下、「第１のＤＢＲ」と記す）１３と、活性層１５と、第１の半導体スペーサ層１７と、第２の半導体スペーサ層１９と、第１の電極２１と、第２の分布ブラッグリフレクタ（以下、「第２のＤＢＲ」と記す）２３とを備える。第１のＤＢＲ１３は、基板２５上に設けられ半導体から成る。基板２５は、例えばIII−Ｖ化合物半導体から成る。活性層１５は、第１のＤＢＲ１３上に設けられており、また主面１５ａを有する。主面１５ａは、第１のエリア１５ｂと該第１のエリア１５ｂを囲む第２のエリア１５ｃとを含む。第１の半導体スペーサ層１７は、活性層１５上に設けられている。第２の半導体スペーサ層１９は、第１の半導体スペーサ層１７上に設けられている。第１の電極２１は、第２の半導体スペーサ層１９上に設けられている。第２のＤＢＲ２３は、第２の半導体スペーサ層１９上に設けられている。第２のＤＢＲ２３は、活性層１５の第１のエリア１５ｂ上及び第２の半導体スペーサ層１９上に設けられている。第１の半導体スペーサ層１７は、第１及び第２の領域１７ａ、１７ｂを有する。第１の領域１７ａは、活性層１５の第１のエリア１５ｂ上に位置しており、また第２の領域１７ｂは、活性層１５の第２のエリア１５ｃ上に位置している。第１の半導体スペーサ層において、第２の領域１７ｂの抵抗率は、第１の領域１７ａの抵抗率より大きい。
【００２２】
この面発光半導体レーザ１１によれば、第１の電極２１からのキャリアは、第２のＤＢＲ２３を流れること無く第２の半導体スペーサ層１９を拡がって流れた後に、第１の半導体スペーサ層１７の第１の領域１７ａに流れ、第１の半導体スペーサ層１７の第２の領域１７ｂには流れない。これ故に、素子抵抗の増加が抑制される。
【００２３】
第１のＤＢＲ１３は、交互に配列された第１の半導体層２７ａ及び第２の半導体層２７ｂを含んでおり、第１の半導体層２７ａの屈折率は第２の半導体層２７ｂの屈折率と異なる。また、第２のＤＢＲ２３は、交互に配列された第１の層２９ａ及び第２の層２９ｂを含み、第１の層２９ａの屈折率は第２の層２９ｂの屈折率と異なる。活性層１５は、例えば量子井戸構造３１を有しており、量子井戸構造３１は交互に配列された井戸層３１ａ及び障壁層３１ｂを含む。
【００２４】
面発光半導体レーザ１１は、トンネル接合領域３５を更に備える。トンネル接合領域３５は第１導電型半導体層３５ａ及び第２導電型半導体層３５ｂを含むことができ、また、これらの半導体層３５ａ及び３５ｂは、トンネル接合３５ｃを成す。第２の半導体スペーサ層１９及び第１の半導体スペーサ層１７は、それぞれ、第１導電型半導体層３５ａ及び第２導電型半導体層３５ｂに接合している。第１の半導体スペーサ層１７の導電型は第２の半導体スペーサ層１９の導電型と異なる。
【００２５】
この面発光半導体レーザ１１では、第１の半導体スペーサ層１７におけるキャリアは、第２の領域１７ｂを流れることなく第１の領域１７ａに流れる一方で、電極２１からのキャリアは、トンネル接合領域３５によってキャリア類が変換されるに先立って、矢印Ｉ１、Ｉ２に示されるように第２の半導体スペーサ層１９を拡がって流れる。これ故に、素子抵抗が低減される。また、第１の半導体スペーサ層１７の導電型が第２の半導体スペーサ層１９の導電型と異なるけれども、第１の半導体スペーサ層１７の第２の領域１７ｂが高抵抗領域を成すので、寄生容量が低減される。
【００２６】
面発光半導体レーザ１１では、トンネル接合領域３５はメサ形状であることが好ましい。半導体メサからなるトンネル接合領域３５は活性層１５の第１のエリア１５ｂ上に設けられている。第２の半導体スペーサ層１９が半導体メサを埋め込む。
【００２７】
この面発光半導体レーザ１１によれば、半導体メサのトンネル接合領域３５は第２の半導体スペーサ層１９によって埋め込まれており、第２の半導体スペーサ層１９を拡がって流れたキャリアはトンネル接合領域に到達する。第２の半導体スペーサ層１９を拡がってキャリアが流れて素子抵抗が低減されると共に、メサ形状のトンネル接合領域３５は電流の閉じ込めを可能にする。
【００２８】
第１のＤＢＲ１３、活性層１５、トンネル接合領域３５、及び第２のＤＢＲ２３は、所定の軸Ａｘに沿って配列されている。トンネル接合領域３５ｂの位置および形状は、電極からの電流の閉じ込め及び電流分布を規定する。活性層１５はキャリアの注入に応答して発光する。活性層１５からの光は、第１のＤＢＲ１３と第２のＤＢＲ２３とによって繰り返し反射されてレーザ発振に至る。面発光半導体レーザ１１は、第２のＤＢＲ２３を介してレーザ光Ｌを提供する。
【００２９】
面発光半導体レーザ１１では、第２の半導体スペーサ層１９は、第１の領域１９ａと第２の領域１９ｂとを含む。第１の領域１９ａは、活性層１５の第１のエリア１５ｂ上に設けられており、また第２の領域１９ｂは活性層１５の第２のエリア１５ｃ上に設けられている。第１の半導体スペーサ層１７の第２の領域１７ｂの抵抗率Ｒ２１７は、第２の半導体スペーサ層１９の第２の領域１９ｂの抵抗率Ｒ２１９より大きく、第１の電極２１は、第２の半導体スペーサ層１９の第２の領域１９ｂ上に設けられている。第１の半導体スペーサ層１７の第２の領域１７ｂの抵抗率Ｒ２１７は、第２の半導体スペーサ層１９の第１の領域１９ａの抵抗率Ｒ２１９より大きい。
【００３０】
面発光半導体レーザ１１の構造によれば、第１及び第２の半導体スペーサ層１７、１９の第２の領域１７ｂ、１９ｂの全体にわたって、高抵抗の領域を形成する必要がない。第１及び第２の半導体スペーサ層１７、１９は共にエピタキシャル成長されるものであるので、第１及び第２の半導体スペーサ層１７、１９の第２の領域１７ｂ、１９ｂの両方を高抵抗にすることに比べて、第１の半導体スペーサ層１７の第２の領域１７ｂを高抵抗にする製造上の負担は軽い。
【００３１】
半導体層の高抵抗化は、第１及び第２の半導体スペーサ層１７、１９は共にエピタキシャル膜であるので、例えばイオン注入により行われることが好ましい。このため、第１の半導体スペーサ層１７の第２の領域１７ｂは、水素（Ｈ）及び酸素（Ｏ）の少なくともいずれかを含む。水素、酸素の添加により第２の領域１７ｂを高抵抗にしている。イオン注入により半導体層に生じたダメージを回復するための熱アニールの温度は、例えば摂氏７００度程度であり、この熱アニールを行わないことが好ましい。この熱アニールの行わないことによって、トンネル接合領域におけるドーパントの拡散を防ぐことができる。
【００３２】
面発光半導体レーザ１１は、第３の半導体スペーサ層３９を含む。第３の半導体スペーサ層３９は、第１のＤＢＲ１３上に設けられており、また第１の領域３９ａと第２の領域３９ｂとを含む。第２の領域３９ｂは第１の領域３９ａを囲んでいる。第２の電極４１は、第３の半導体スペーサ層３９の第２の領域３９ｂ上に設けられており、また第２の領域３９ｂにオーミック接触を成す。活性層１５は、第３の半導体スペーサ層３９の第１の領域３９ａ上に設けられている。第２の電極４１からのキャリアは、第２の領域３９ｂから第１の領域３９ａを介して活性層１５に到達する。第１のＤＢＲ１３に第２の電極４１からのキャリアを流さないので、第１のＤＢＲ１３にドーパントを添加する必要がない。このため、ドーパントによる光吸収が低減される。
【００３３】
面発光半導体レーザ１１は共振器メサ３７を含む、共振器メサ３７は、活性層１５、第１の半導体スペーサ層１７、トンネル接合領域３５および第２の半導体スペーサ層１９を含むことができる。共振器メサ３７は、必要な場合には、良好なオーミック接合を得るためにコンタクト層４５を含むことができる。第１の電極２１は、コンタクト層４５と接合を成す。
【００３４】
共振器メサ３７の上面及び側面並びに第３の半導体スペーサ層３９の表面は、絶縁膜４３により覆われている。絶縁膜４３は、第３の半導体スペーサ層３９の第２の領域３９ｂ上に設けられた第１の開口、共振器メサ３７の上面に中心に設けられた第２の開口、共振器メサ３７の上面に該第２の開口を囲って設けられた第３の開口を含む。第１の開口を通して、第２の電極４１は、第３の半導体スペーサ層３９の第２の領域３９ｂに接続される。第２の開口には、第２のＤＢＲ２３が位置している。第３の開口を通して、第１の電極２１は、コンタクト層４５に接続される。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、素子抵抗の増加を抑制可能な構造を有する面発光半導体レーザが提供される。
【００３６】
発明者の検討によれば、面発光半導体レーザを高速動作させるためには、所望のサイズの領域への電流の閉じ込めに加えて、寄生キャパシタンス低減および素子抵抗の低減が必要である。非特許文献１に記載された半導体レーザでは、ｐ側共振器ミラーにイオン注入を行って、電流の閉じ込めを行っている。しかしながら、イオン注入によりｐ側共振器ミラーの外周は高抵抗になり、電流は、狭い中央部分を長い距離にわたって通過する。このため、素子抵抗が大きい。ｐ側共振器ミラーの厚さ方向に関して全体的に高抵抗にするので、イオン注入の深さの制御性が悪く、安定した生産には不向きである。
【００３７】
また、発明者の検討の一案によれば、トンネル接合を用いた面発光半導体レーザにイオン注入を適用するためには、活性層を成長した後にエピタキシャルウエハを成長炉から取り出して、エピタキシャルウエハ上に形成したマスクを用いてイオン注入を行うことができる。この方法によれば、深さ方向に関するイオン注入の制御性を向上させることができる。イオン注入後に、再成長によってトンネル接合領域を形成する。
【００３８】
しかしながら、上記の方法では、イオン注入により下地の半導体結晶がダメージを受けるので、ダメージを受けた半導体領域上にモフォロジーの良好な半導体結晶を再成長することが難しい。故に、良好なトンネル接合界面を必要とするトンネル接合領域を作製できない。また、イオン注入による高抵抗領域が電流閉じ込め領域のサイズ（例えば直径）を規定するので、高抵抗領域を形成するための制御性は、フォトリソグラフィとエッチングによりトンネル接合メサを形成する制御性に比較して劣る。
【００３９】
これらの検討の結果、トンネル接合領域のための半導体層を形成したエピタキシャルウエハを成長炉から取り出して、フォトリソグラフィとエッチングによってトンネル接合メサを形成する。トンネル接合メサを含まない領域にイオン注入を行うことによって、トンネル接合メサへのダメージを避けることができる。また、トンネル接合メサを埋め込む前にイオン注入を行うことによって、イオン注入層の深さに関する制御精度を向上させる。
【００４０】
上記の方法では、トンネル接合メサを形成した後に埋め込み再成長を行ってトンネル接合メサを埋め込む。この方法によって、電流閉じ込めをトンネル接合メサによって行うと共に、寄生キャパシタンスの低減のための高抵抗領域をイオン注入によって作製する。これらの作製の精度は、共に向上される。また、トンネル接合メサを埋め込むスペーサ層にはイオン注入しないので、スペーサ層における横方向への電流の流れに対する抵抗上昇を抑制できる。この構造では、イオン注入された高抵抗領域上に成長される埋め込み層は結晶性が良くない。しかし、スペーサ層は、良好な接合界面を必要とするトンネル接合や活性層を含まないので、本実施の形態に係る面発光半導体レーザの構造は、レーザ性能に大きく影響しないと考えられる。
【００４１】
次いで、図２、図３、図４を参照しながら、面発光半導体レーザを作製する方法を説明する。この作製において、面発光半導体レーザのための半導体層は、例えば有機金属気相成長法により成長される。
【００４２】
図２（ａ）に示されるように、半絶縁性ＧａＡｓ基板といった基板５１上に、半導体積層５３を形成する。半導体積層５３のために、例えば、第１のＤＢＲのための半導体多層構造５５、第１の半導体スペーサ５７、活性層５９、第２の半導体スペーサ層６１、トンネル接合領域６３を順に成長する。半導体多層構造５５は、例えば３２対のアンドープＧａＡｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ（５５ａ／５５ｂ）からなり、半導体スペーサ５７は、例えばＳｉ添加のｎ型ＧａＡｓからなり、活性層５９は、例えば３つのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ５５ａとＧａＡｓ５５ｂとを有しており、半導体スペーサ層６１は、例えばＣ添加のｐ型ＧａＡｓからなり、トンネル接合領域６３は、例えば高濃度Ｃ添加のｐ＋＋型ＩｎＧａＡｓ／高濃度Ｓｉ添加のｎ＋＋型ＩｎＧａＡｓ（６３ａ／６３ｂ）からなり、ｐ＋＋型ＩｎＧａＡｓ及びｎ＋＋型ＩｎＧａＡｓはトンネル接合を成す。高濃度Ｃ添加のｐ＋＋型ＩｎＧａＡｓの正孔濃度は、例えば１×１０１９ｃｍ−３であり、高濃度Ｓｉ添加のｎ＋＋型ＩｎＧａＡｓの電子濃度は、例えば５×１０１８ｃｍ−３である。ｐ＋＋型ＩｎＧａＡｓの厚さは例えば１０ｎｍであり、及びｎ＋＋型ＩｎＧａＡｓは例えば１０ｎｍである。
【００４３】
続いて、トンネル接合メサを形成するためにフォトリソグラフィによって直径５μｍの円形レジストのマスクを形成して、このマスクを用いてトンネル接合領域６３のウェットエッチングを行う。マスクパターン周囲のトンネル接合を除去して、直径５μｍのトンネル接合メサを形成する。これにより、図２（ｂ）に示されるように、円形のメサ形状のトンネル接合メサ６３ｄが半導体スペーサ層６１上に形成される。半導体スペーサ層６１は、例えば０．２５μｍである。
【００４４】
半導体スペーサ層６１は、後の工程において、電流通過領域を提供する第１の領域６１ａと、イオン注入されて高抵抗領域を提供する第２の領域６１ｂとを含み、第２の領域６１ｂは第１の領域６１ａの周囲に位置する。
【００４５】
この後に、マスク６５を形成する。マスク６５は、半導体スペーサ層６１の第１の領域６１ａ及びトンネル接合領域６３ｄを覆う。マスク６５は例えばレジストからなり、その厚さは例えば５μｍであり、その形状は円形であり、その直径は１５μｍである。マスク６５は、トンネル接合メサを中心として形成される。図２（ｂ）に示されるように、マスク６５を用いて、抵抗増加のためのイオン注入６６を第２の領域６１ｂに行う。図２（ｂ）において破線で示された領域にイオンが注入される。イオン種は、例えば水素（Ｈ＋）であり、マスクで覆われていない第２の領域６１ｂに注入される。注入加速エネルギを例えば５０ｋｅＶであり、ドーズ量を１×１０１５ｃｍ−２である。水素イオンは、５μｍ厚のレジストに阻止されて第１の領域６１ａに注入されずに、マスク６５の外側に注入される。第２の領域６１ｂにおける飛距離の範囲は、表面から約２５０ｎｍである。注入するイオン種は酸素イオンであってもよい。イオン注入後に、レジストマスクを除去する。イオン注入の後の熱アニール処理は行わないことが好ましい。
【００４６】
洗浄した後に再び反応炉にウエハを配置する。図３（ａ）に示されるように、半導体スペーサ層６１及びトンネル接合領域６３ｄ上に半導体スペーサ層６５を成長する。トンネル接合領域６３ｄは半導体スペーサ層６５で埋め込まれる。半導体スペーサ層６５は、例えばＳｉ添加のＧａＡｓである。半導体スペーサ層６５の導電型は半導体スペーサ層６１の導電型と異なる。半導体スペーサ層６５はトンネル接合領域６３ｄを覆っている。半導体スペーサ層６５は半導体スペーサ層６１の第１の領域６１ａと第１の接合６７ａを成し、また半導体スペーサ層６５は半導体スペーサ層６１の第２の領域６１ｂと第２の接合６７ｂを成す。トンネル接合領域６３ｄの周辺における第１の接合６７ａはｐｎ接合である。半導体スペーサ層６５は、例えば０．５μｍである。
【００４７】
次いで、図３（ａ）に示されるように、コンタクト層６９を半導体スペーサ層６５上に成長する。コンタクト層６９は、例えばＳｉ添加のＧａＡｓである。コンタクト層６９は、例えば０．１μｍである。
【００４８】
引き続き、コンタクト層６９上に共振器メサ７３のためのマスク７１を形成する。マスク７１は、例えばレジストから成り、マスク７１の直径は、例えば３０μｍである。マスク７１を用いて半導体のドライエッチングを行って共振器メサ７３を形成する。共振器メサ７３は、略円柱形状であり、またコンタクト層６９ａ、半導体スペーサ層６５ａ、トンネル接合領域６３ｄ、半導体スペーサ層６１ｃ、活性層５９ａおよび半導体スペーサ層５７ａを含む。共振器メサ７３の周囲に半導体スペーサ層５７ａの表面が露出している。共振器メサとトンネル接合メサの中心は一致している。
【００４９】
図４（ａ）に示されるように、共振器メサ７３の上面及び側面並びに半導体スペーサ層５７ａの表面に、保護膜７５を形成する。保護膜７５は、例えばＳｉＮといったシリコン系絶縁性無機化合物からなる。保護膜７５は、半導体スペーサ層５７ａの表面上に設けられた第１の開口７５ａ、共振器メサ７３の上面に中心に設けられた第２の開口７５ｂ、共振器メサ７３の上面に第２の開口７５ｂを囲って設けられた第３の開口７５ｃを含む。
【００５０】
保護膜７５を形成した後に、アノード電極７７ａおよびカソード電極７７ｂを蒸着により形成する。第１の開口７５ａを通して、カソード電極７７ｂは半導体スペーサ層５７ａに接続される。第３の開口７５ｃを通して、アノード電極７７ａがコンタクト層６９ａに接続される。
【００５１】
図４（ｂ）に示されるように、ＤＢＲ７９のための誘電体積層を形成する。誘電体積層は、交互に配置された第１の誘電体層及び第２の誘電体層を含む。誘電体積層は、例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２（７９ａ／７９ｂ）からなる。この後に、ＤＢＲ７９を形成するために、誘電体積層の一部をリフトオフにより除去する。第２の開口７５ｂには、ＤＢＲ７９が位置している。
【００５２】
完成した半導体レーザ素子の抵抗は５０Ωであり、非特許文献１に記載された構造と同じ構造の半導体レーザ素子の抵抗は、約１７０Ωであった。本実施の形態によれば、半導体レーザ素子の抵抗を大幅に低減することができた。
【００５３】
非特許文献１に記載された面発光半導体レーザではウエハの最表面よりイオンを注入するので、イオン注入の深さ方向に関する制御が難しい。アノード電極から活性層に向かう電流は、イオン注入により形成された高抵抗領域を迂回して、ｐ型ＤＢＲ内の狭い電流経路を長く流れる。故に、素子抵抗が大きい。また、イオン注入の深さ方向に関する制御が難しいので、高抵抗領域の再現性に乏しく安定した生産が困難である。
【００５４】
一方、以上説明したように、本実施の形態に係る面発光半導体レーザでは、トンネル接合領域を埋め込むスペーサ層の成長前に表面から浅くイオン注入するので、深さ方向の制御性が非常に良く、安定した生産性の高いプロセスが可能である。また、スペーサ層には高抵抗層を形成しないので、アノード電極から活性層に向かう電流は、スペーサ層全体の広い領域を通ることができ、このため素子抵抗を低くできる。この構造によれば、電流閉じ込めをトンネル接合メサによって、接合容量の低減をイオン注入によって、それぞれ適切に行うことができる。
【００５５】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る面発光半導体レーザの構造を一部を破断して概略的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係る面発光半導体レーザを作製する方法の主要な工程を概略的に示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係る面発光半導体レーザを作製する方法の主要な工程を概略的に示す図面である。
【図４】図４は、本実施の形態に係る面発光半導体レーザを作製する方法の主要な工程を概略的に示す図面である。
【符号の説明】
【００５７】
１１…面発光半導体レーザ、１３…第１のＤＢＲ、１５…活性層、１５ａ…活性層主面、１５ｂ、１５ｃ…活性層のエリア、１７…第１の半導体スペーサ層、１７ａ、１７ｂ…第１の半導体スペーサ層の領域、１９…第２の半導体スペーサ層、２１…第１の電極、２３…第２のＤＢＲ、２５…基板、２７ａ…第１の半導体層、２７ｂ…第２の半導体層、２９ａ…第１の層、２９ｂ…第２の層、３１…量子井戸構造、３１ａ…井戸層、３１ｂ…障壁層、３５…トンネル接合領域、３５ａ…第１導電型半導体層、３５ｂ…第２導電型半導体層、３７…共振器メサ、３９…第３の半導体スペーサ層、３９ａ、３９ｂ…第３の半導体スペーサ層の領域、４１…第２の電極、４３…絶縁膜、４５…コンタクト層、５１…基板、５３…半導体積層、５５…半導体多層構造、５７…第１の半導体スペーサ、５９…活性層、６１…第２の半導体スペーサ層、６３…トンネル接合領域、５５ａ…アンドープＧａＡｓ、５５ｂ…アンドープＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ、６３ｄ…円形のメサ形状のトンネル接合メサ、６５…マスク、６６…イオン注入、６７…半導体スペーサ層、６９…コンタクト層、７１…マスク、７３…共振器メサ、７５…保護膜、７５ａ、７５ｂ、７５ｃ…保護膜の開口、７７ａ…アノード電極、７７ｂ…カソード電極、７９…ＤＢＲ、７９ａ…ＳｉＯ２、７９ｂ…ＴｉＯ２、Ｌ…レーザ光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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