(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
面指数（１００）を有する半導体基板上に共振器が形成され、該共振器から前記半導体基板と垂直方向へレーザ光を出射する面発光型半導体レーザであって、
前記共振器は、少なくとも一部に柱状の半導体堆積体を含み、
前記柱状の半導体堆積体は電流狭窄層を含み、
前記電流狭窄層を含む面において、前記柱状の半導体堆積体の周縁の形状が前記電流狭窄層の内周縁の形状の一部と近似する弧状の形状部を含み、
前記弧状の形状部は、前記電流狭窄層の内周縁の中心から＜０１０＞方向、＜００１＞方向、＜０−１０＞方向、および＜００−１＞方向にそれぞれ形成されている、面発光型半導体レーザ。
【請求項２】
請求項１において、
前記電流狭窄層の内周縁の形状の一部と前記弧状の形状部とがほぼ同心円状に形成されている、面発光型半導体レーザ。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記弧状の形状部は、前記電流狭窄層の内周縁を、前記電流狭窄層の内周縁の中心から＜０１−１＞方向、＜０１１＞方向、＜０−１１＞方向、および＜０−１−１＞方向にそれぞれ分割して得られる形状を、それぞれ＜０１０＞方向、＜００１＞方向、＜０−１０＞方向、および＜００−１＞方向へと投射させた状態である、面発光型半導体レーザ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記電流狭窄層の内周縁の中心から前記弧状の形状部までの距離がそれぞれほぼ等しい、面発光型半導体レーザ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記弧状の形状部は、前記電流狭窄層の内周縁を１／４に分割した形状を有する、面発光型半導体レーザ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記電流狭窄層を含む面において、前記弧状の形状部を除く前記柱状の半導体堆積体の周縁が、隣接する前記弧状の形状部同士を結ぶ線分から外側に形成されている、面発光型半導体レーザ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記電流狭窄層を含む面において、前記弧状の形状部を除く前記柱状の半導体堆積体の周縁が曲線状である、面発光型半導体レーザ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記電流狭窄層を含む面において、前記弧状の形状部を除く前記柱状の半導体堆積体の周縁が直線状である、面発光型半導体レーザ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、
前記活性層に歪みを発生させるための歪み付加部が、前記柱状の半導体堆積体に形成され、
前記電流狭窄層を含む面において、前記歪み付加部は、前記弧状の形状部を除く前記柱状の半導体堆積体の周縁に形成されている、面発光型半導体レーザ。
【請求項１０】
請求項１〜９において、
前記電流狭窄層の内周縁が真円形である、面発光型半導体レーザ。
【請求項１１】
以下の工程（ａ）〜（ｃ）を含む面発光型半導体レーザの製造方法。
（ａ）面指数（１００）を有する半導体基板の表面に、電流狭窄層を形成するための層を含む半導体堆積層を積層する工程、
（ｂ）前記半導体堆積層をエッチングして柱状の半導体堆積体を形成する工程であって、
前記電流狭窄層を形成するための層を含む面において、電流狭窄層の内周縁の形状を所定の形状に設計しておき、設計された前記電流狭窄層の内周縁の中心からそれぞれ＜０１０＞方向、＜００１＞方向、＜０−１０＞方向、および＜００−１＞方向に、設計された前記電流狭窄層の内周縁の形状の一部と近似する弧状の形状部をその周縁に含む前記柱状の半導体堆積体を形成する工程、および
（ｃ）前記電流狭窄層を形成するための層を側面から酸化することにより、該電流狭窄層を形成するための層から、設計された所定の形状とほぼ同様の形状を有する電流狭窄層を形成する工程。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記工程（ｂ）において、
設計された前記電流狭窄層の内周縁の形状の一部とほぼ同心円状に、前記弧状の形状部を形成する、面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項１３】
請求項１１または１２において、
前記工程（ｂ）において、
設計された前記電流狭窄層の内周縁の中心から＜０１−１＞方向、＜０１１＞方向、＜０−１１＞方向、および＜０−１−１＞方向に前記電流狭窄層の内周縁を分割して得られる形状を、それぞれ＜０１０＞方向、＜００１＞方向、＜０−１０＞方向、および＜００−１＞方向へと投射させて、前記弧状の形状部を形成する、面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のいずれかにおいて、
前記工程（ｂ）において、
設計された前記電流狭窄層の内周縁の中心から前記弧状の形状部までの距離がほぼ等しくなるように形成する、面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項１５】
請求項１１〜１４のいずれかにおいて、
前記工程（ｂ）において、
前記弧状の形状部を、設計された前記電流狭窄層の内周縁の形状の１／４に形成する、面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項１６】
請求項１１〜１５のいずれかにおいて、
前記工程（ｂ）において、
設計された前記電流狭窄層を含む面において、前記弧状の形状部を除く前記柱状の半導体堆積体の周縁を、隣接する前記弧状の形状部同士を結ぶ線分から外側に形成する、面発光型半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板に対して垂直にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
面発光型半導体レーザは、半導体基板に対して垂直にレーザ光を出射する半導体レーザであり、半導体基板上に垂直方向に共振器が設けられている。この共振器は、レーザ光を発振させた後出射させるものであり、反射層、活性層、反射層が順に積層されて構成される。
【０００３】
面発光型半導体レーザを高効率化する手段の一つとして、前記反射層の一部に電流狭窄層が形成された構造が提案され、広く用いられている。この電流狭窄層は、前記反射層の一部に、ＡｌＡｓ層からなる電流狭窄層形成用層（電流狭窄層を形成するための層）を形成した後、かかる電流狭窄層形成用層を側面から酸化することにより形成される。ここで、電流狭窄層の内側には酸化されなかった電流狭窄層形成用層が残存する。このため、電流狭窄層は内周縁および外周縁を有する、いわゆるドーナツ形状を有する。
【０００４】
また、面発光型半導体レーザの優れた特徴の一つとして、端面レーザに比べてレーザ放射角が等方的であり、かつ小さいことが挙げられる。このため、面発光型半導体レーザは、光ファイバ通信や光並列情報処理等において、光源としての応用が期待されている。
【０００５】
なかでも、例えば光ファイバを用いた光通信の光源に面発光型半導体レーザを用いる場合、光ファイバとのカップリング効率を考慮すると、面発光型半導体レーザから出射されるレーザ光が、単一横モードであり、かつ、より真円に近いビーム形状を有することが望ましい。このようなビーム形状を有する面発光型半導体レーザを得るためには、前述した電流狭窄層の内周部がより真円に近い形状を有することが望ましい。
【０００６】
しかしながら、前述したように、電流狭窄層は、電流狭窄層形成用層を側面から酸化することにより形成されるため、酸化の条件によっては、内周縁をより真円に近い形状に制御することが難しい場合があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、単一横モードであり、かつ、より真円に近いビーム形状を有するレーザ光を効率よく得ることができる面発光型半導体レーザおよびその製法方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（Ａ）本発明の面発光型半導体レーザは、
面指数（１００）を有する半導体基板上に共振器が形成され、該共振器から前記半導体基板と垂直方向へレーザ光を出射する面発光型半導体レーザであって、
前記共振器は、少なくとも一部に柱状の半導体堆積体を含み、
前記柱状の半導体堆積体は電流狭窄層を含み、
前記電流狭窄層を含む面において、前記柱状の半導体堆積体の周縁の形状が前記電流狭窄層の内周縁の形状の一部と近似する弧状の形状部を含み、
前記弧状の形状部は、前記電流狭窄層の内周縁の中心から＜０１０＞方向、＜００１＞方向、＜０−１０＞方向、および＜００−１＞方向にそれぞれ形成されている。
【０００９】
本願にいう面指数（１００）を有する半導体基板とは、厳密に面指数（１００）を有する半導体基板だけでなく、（１００）面に対して微小角度（５°程度まで）傾いた基板表面を有する傾斜基板も含む。
【００１０】
また、本願にいう＜０１０＞方向、＜００１＞方向、＜０−１０＞方向、および＜００−１＞方向とは、面指数（１００）を有する半導体基板における結晶方位をいう。
【００１１】
かかる面発光型半導体レーザによれば、より真円に近いビーム形状を有するレーザ光を得ることができる。詳しくは、本発明の実施の形態の欄で詳述する。
【００１２】
前記面発光型半導体レーザの好ましい態様としては、（１）〜（９）を例示できる。
【００１３】
（１）前記電流狭窄層の内周縁の形状の一部と前記弧状の形状部とがほぼ同心円状に形成されていることが望ましい。
【００１４】
（２）前記弧状の形状部は、前記電流狭窄層の内周縁を、前記電流狭窄層の内周縁の中心から＜０１−１＞方向、＜０１１＞方向、＜０−１１＞方向、および＜０−１−１＞方向にそれぞれ分割して得られる形状を、それぞれ＜０１０＞方向、＜００１＞方向、＜０−１０＞方向、および＜００−１＞方向へと投射させた状態であることが望ましい。
【００１５】
本願にいう＜０１−１＞方向、＜０１１＞方向、＜０−１１＞方向、および＜０−１−１＞方向とは、面指数（１００）を有する半導体基板における結晶方位をいう。
【００１６】
この構成によれば、前述した効果を得ることができる。
【００１７】
（３）前記電流狭窄層の内周縁の中心から前記弧状の形状部までの距離をそれぞれほぼ等しくすることができる。
【００１８】
（４）前記弧状の形状部を、前記電流狭窄層の内周縁を１／４に分割した形状にすることができる。
【００１９】
（５）前記電流狭窄層を含む面において、前記弧状の形状部を除く前記柱状の半導体堆積体の周縁を、隣接する前記弧状の形状部同士を結ぶ線分から外側に形成することができる。この構成によれば、前記柱状の半導体堆積体を側面から酸化して前記電流狭窄層を形成する場合に、前記電流狭窄層の形状を円形に制御することができる。
【００２０】
（６）前記電流狭窄層を含む面において、前記弧状の形状部を除く前記柱状の半導体堆積体の周縁を曲線状にすることができる。
【００２１】
（７）前記電流狭窄層を含む面において、前記弧状の形状部を除く前記柱状の半導体堆積体の周縁を直線状にすることができる。
【００２２】
（８）前記活性層に歪みを発生させるための歪み付加部が、前記柱状の半導体堆積体に形成され、
前記電流狭窄層を含む面において、前記歪み付加部を、前記弧状の形状部を除く前記柱状の半導体堆積体の周縁に形成することができる。
【００２３】
この構成によれば、前記歪み付加部が前記柱状の半導体堆積体に形成されていることにより、レーザ光の偏光を制御することができる。
【００２４】
（９）前記電流狭窄層の内周縁を真円形にすることができる。
【００２５】
（Ｂ）本発明にかかる面発光型半導体レーザの製造方法は、以下の工程（ａ）〜（ｃ）を含む。
【００２６】
（ａ）面指数（１００）を有する半導体基板の表面に、電流狭窄層を形成するための層を含む半導体堆積層を積層する工程、
（ｂ）前記半導体堆積層をエッチングして柱状の半導体堆積体を形成する工程であって、
前記電流狭窄層を形成するための層を含む面において、電流狭窄層の内周縁の形状を所定の形状に設計しておき、設計された前記電流狭窄層の内周縁の中心からそれぞれ＜０１０＞方向、＜００１＞方向、＜０−１０＞方向、および＜００−１＞方向に、設計された前記電流狭窄層の内周縁の形状の一部と近似する弧状の形状部をその周縁に含む前記柱状の半導体堆積体を形成する工程、および
（ｃ）前記電流狭窄層を形成するための層を側面から酸化することにより、該電流狭窄層を形成するための層から、設計された所定の形状とほぼ同様の形状を有する電流狭窄層を形成する工程。
【００２７】
かかる製造方法によれば、はじめに電流狭窄層の内周縁の形状を所定の形状に設計しておき、設計された電流狭窄層の内周縁の形状に基づいて、その周縁が所定の形状を有する前記柱状の半導体堆積体を形成する。すなわち、前記電流狭窄層の内周縁の形状が反映された周縁の形状を有する前記柱状の半導体堆積体を形成することにより、設計された所定の形状とほぼ同様の形状の内周縁を有する電流狭窄層を形成することができる。特に、電流狭窄層の内周縁を円形に形成することにより、より真円に近いビーム形状を有するレーザ光を出射する面発光型半導体レーザを得ることができる。
【００２８】
前記面発光型半導体レーザの製造方法の好ましい態様としては、（１）〜（５）を例示できる。
【００２９】
（１）前記工程（ｂ）において、
設計された前記電流狭窄層の内周縁の形状の一部とほぼ同心円状に、前記弧状の形状部を形成することができる。
【００３０】
（２）前記工程（ｂ）において、
設計された前記電流狭窄層の内周縁の中心から＜０１−１＞方向、＜０１１＞方向、＜０−１１＞方向、および＜０−１−１＞方向に前記電流狭窄層の内周縁を分割して得られる形状を、それぞれ＜０１０＞方向、＜００１＞方向、＜０−１０＞方向、および＜００−１＞方向へと投射させて、前記弧状の形状部を形成することができる。
【００３１】
（３）前記工程（ｂ）において、
設計された前記電流狭窄層の内周縁の中心から前記弧状の形状部までの距離がほぼ等しくなるように形成することができる。
【００３２】
（４）前記工程（ｂ）において、
前記弧状の形状部を、設計された前記電流狭窄層の内周縁の形状の１／４に形成することができる。
【００３３】
（５）前記工程（ｂ）において、
設計された前記電流狭窄層を含む面において、前記弧状の形状部を除く前記柱状の半導体堆積体の周縁を、隣接する前記弧状の形状部同士を結ぶ線分から外側に形成することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
（第１の実施の形態）
（デバイスの製造プロセス）
まず、本発明の第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザ１００（以下、「面発光レーザ」という）の製造方法について、図４〜７を用いて説明する。図４〜６は、本実施の形態にかかる面発光レーザ１００の製造工程を模式的に示す断面図である。図７は、図５に示す面発光レーザ１００の製造工程において形成された柱状部１１０を、電流狭窄層形成用層１０７ａを含む面において切断した場合の断面を模式的に示す図である。
【００３６】
本実施の形態にかかる面発光レーザ１００の製造方法は、主に以下の工程（ａ）〜（ｃ）からなる。
工程（ａ）は、面指数（１００）を有する半導体基板１０１の表面に、電流狭窄層形成用層１０７ａを含む半導体堆積層１５０を積層する工程である。
工程（ｂ）は、前記半導体堆積層１５０をエッチングして柱状部１１０を形成する工程である。かかる工程によって、電流狭窄層形成用層１０７ａを含む面において、後の工程において形成する電流狭窄層１１１の内周縁１１１ａの形状を所定の形状（図７に示す円１１１ｘ）に設計しておき、設計された電流狭窄層１１１の内周縁の中心からそれぞれ＜０１０＞方向、＜００１＞方向、＜０−１０＞方向、および＜００−１＞方向に、設計された電流狭窄層１１１の内周縁の形状の一部と近似する弧状の形状部１４０ａ1，１４０ａ2，１４０ａ3，１４０ａ4をその周縁１４０に含む柱状部１１０を形成する。
工程（ｃ）は、電流狭窄層形成用層１０７を側面から酸化することにより、電流狭窄層形成用層１０７から、設計された所定の形状（円１１１ｘ）とほぼ同様の形状を有する電流狭窄層１１１を形成する工程である。
【００３７】
以上の工程により図１に示す面発光レーザ１００が得られる。
【００３８】
まず、工程（ａ）について説明する。
【００３９】
（ａ）ｎ型ＧａＡｓからなり、面指数（１００）を有する半導体基板１０１の表面に、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、図４に示される半導体堆積層１５０を形成する。ここで、半導体堆積層１５０とは、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層１０２、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層とを交互に積層した下部ミラー１０３、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなるｎ型クラッド層１０４ａ、ＧａＡｓウエル層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される多重井戸構造の活性層１０５ａ、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなるｐ型クラッド層１０６ａ、ｐ型ＡｌＡｓからなる電流狭窄層１０７ａ、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層とを交互に積層した上部ミラー１０８ａ、およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０９ａをいい、これらの層を順に半導体基板１０１上に堆層させて半導体堆積層１５０を形成する。また、半導体基板１０１の表面とは、半導体基板１０１において、後の工程で共振器１２０を形成する側の面をいう。
【００４０】
ここで、後述する工程において柱状部１１０中に電流狭窄層１１１を形成するために、厚さ３０ｎｍのｐ型ＡｌＡｓからなる電流狭窄層形成用層１０７ａを、上部ミラー１０８ａ中に形成する。なお、電流狭窄層１１１を設置する位置はこの場所に限定されるわけではなく、ｐ型クラッド層１０６ａの直上から上部ミラー１０８ａの膜厚の約１／２の位置までの間に設置されるのが望ましい。
【００４１】
エピタキシャル成長を行う際の温度は、半導体基板１０１の種類、あるいは形成する半導体堆積層１５０の種類や厚さによって適宜決定されるが、一般に、６００〜８００℃であるのが好ましい。また、エピタキシャル成長を行う際の所要時間も、温度と同様に適宜決定される。また、エピタキシャル成長させる方法としては、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法、あるいはＬＰＥ法（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）を用いることができる。
【００４２】
続いて、工程（ｂ）について説明する。
【００４３】
（ｂ）続いて、コンタクト層１０９ａ上に、フォトレジスト（図示しない）を塗布した後フォトリソグラフィにより該フォトレジストをパターニングすることにより、所定のパターンのレジスト層（図示しない）を形成する。ついで、このレジスト層をマスクとしてドライエッチング法により、共振器１２０のうち面発光レーザ１００のレーザ光出射側からｎ型クラッド層１０４ａにかけての部分、すなわちコンタクト層１０９ａ、上部ミラー１０８ａ、電流狭窄層形成用層１０７ａ、ｐ型クラッド層１０６ａ、活性層１０５ａ、およびｎ型クラッド層１０４ａをエッチングして、図５に示される柱状部１１０を形成する。ここで、柱状部１１０とは、共振器１２０の一部であって、柱状の半導体堆積体をいう。以上により、レーザ光出射側からから見て２０μｍ四方の擬似矩形状にエッチングされて、コンタクト層１０９、上部ミラー１０８、電流狭窄層形成用層１０７、ｐ型クラッド層１０６、活性層１０５、およびｎ型クラッド層１０４が形成される。なお、この工程において、エッチングされる層はこれらに限定されず、目的とする共振器の形状によって適宜決定されるものである。
【００４４】
ここで、エッチングにより形成する柱状部１１０の形状について、以下に詳しく述べる。
【００４５】
面指数（１００）を有する半導体基板を用いて面発光レーザを形成する工程において、電流狭窄層形成用層の酸化により電流狭窄層を形成する場合、電流狭窄層形成用層の酸化速度には半導体基板の結晶方位と関連する異方性が存在する。具体的には、電流狭窄用形成用層の酸化速度は、＜０１０＞方向、＜００１＞方向、＜０−１０＞方向、および＜００−１＞方向が最も速く、これらの方向に優先して電流狭窄層が形成される。
【００４６】
本発明においては、前述した内容、すなわち、電流狭窄層形成用層１０７の酸化速度に半導体基板１０１の結晶方位と関連する異方性が存在することを踏まえ、所望する電流狭窄層１１１の内周縁１１１ａ（図３参照）の形状および大きさが、周縁１４０の形状に反映された柱状部１１０を形成する。
【００４７】
具体的には、まず、図７に示すように、電流狭窄層形成用層１０７を含む面において、その内周縁が内径ｒ1の円１１１ｘ（破線部）を構成する電流狭窄層１１１を形成することを想定する。すなわち、はじめに電流狭窄層１１１の内周縁の形状を設計しておく。続いて、設計された電流狭窄層１１１の内周縁の中心から＜０１−１＞方向、＜０１１＞方向、＜０−１１＞方向、および＜０−１−１＞方向に、円１１１ｘを分割して得られる弧状の形状部１１１ｘ1，１１１ｘ2，１１１ｘ3，１１１ｘ4を、それぞれ＜０１０＞方向、＜００１＞方向、＜０−１０＞方向、および＜００−１＞方向へと投射させて得られる弧状の形状部１４０ａ1，１４０ａ2，１４０ａ3，１４０ａ4を、その周縁１４０の形状に含む柱状部１１０を形成する。すなわち、弧状の形状部１４０ａ1，１４０ａ2，１４０ａ3，１４０ａ4はそれぞれ、弧状の形状部１１１ｘ1，１１１ｘ2，１１１ｘ3，１１１ｘ4とほぼ同じ大きさおよび形状であり、かつほぼ同心円状に形成される。
【００４８】
弧状の形状部１１１ｘ1，１１１ｘ2，１１１ｘ3，１１１ｘ4は、所望する電流狭窄層１１１の内周縁により構成される円１１１ｘを１／４に分割して得られる形状を有する。したがって、弧状の形状部１４０ａ1，１４０ａ2，１４０ａ3，１４０ａ4も同様に、円１１１ｘを１／４に分割して得られる形状を有する。さらに、弧状の形状部１４０ａ1と１１１ｘ1との間の距離ｌ11、１４０ａ2と１１１ｘ2との間の距離ｌ12、１４０ａ3と１１１ｘ3との間の距離ｌ13、１４０ａ4と１１１ｘ4との間の距離ｌ14がほぼ等しくなる位置に、弧状の形状部１４０ａ1，１４０ａ2，１４０ａ3，１４０ａ4が形成される。
【００４９】
また、電流狭窄層形成用層１０７を含む面において、図７に示すように、柱状部１１０の周縁１４０の形状は、弧状の形状部１４０ａ1，１４０ａ2，１４０ａ3，１４０ａ4を除く部分が、これらの弧状の形状部のうち隣接するもの同士を結ぶ線分１４０ｂ1，１４０ｂ2，１４０ｂ3，１４０ｂ4で構成される。本実施の形態においては、柱状部１１０の周縁１４０の形状が、線分１４０ｂ1，１４０ｂ2，１４０ｂ3，１４０ｂ4を含む場合を示したが、柱状部１１０の周縁１４０の形状はこれに限定されない。ただし、弧状の形状部１４０ａ1，１４０ａ2，１４０ａ3，１４０ａ4を除く部分が、線分１４０ｂ1，１４０ｂ2，１４０ｂ3，１４０ｂ4から外側に存在するように、柱状部１１０の周縁１４０の形状を形成することが望ましい。
【００５０】
以上により、図７に示すように、電流狭窄層形成用層１０７を含む面において、その周縁１４０の形状が、弧状の形状部１４０ａ1，１４０ａ2，１４０ａ3，１４０ａ4、および線分１４０ｂ1，１４０ｂ2，１４０ｂ3，１４０ｂ4から構成される柱状部１１０を形成する。
【００５１】
続いて、工程（ｃ）について説明する。
【００５２】
ｐ型ＡｌＡｓ層からなる電流狭窄層形成用層１０７を、４００℃程度の水蒸気雰囲気下にさらす。この工程により、ＡｌＡｓ層が側面から内側へと酸化されていき、絶縁体である酸化アルミニウムが形成される。すなわち、電流狭窄層形成用層１０７が側面から酸化されて、図６に示すように、酸化アルミニウムを含む電流狭窄層１１１と、外周部を電流狭窄層１１１で囲まれた電流流域層１０７ｃ（電流狭窄層形成用層１０７のうち電流狭窄層１１１に変換されなかった部分）とが形成される。図６において、電流狭窄層１１１を含む面で切断した場合における断面を図３に示す。図３に示すように、上記工程により、所望の形状を有する電流狭窄層１１１が得られる。すなわち、電流狭窄層１１１を含む面において、内径ｒ1の円を構成する内周縁１１１ａを有する電流狭窄層１１１が得られる。図３に示す内周縁１１１ａは、設計された円１１１ｘ（図７参照）とほぼ同様の形状、大きさを有し、かつほぼ同様の位置に形成される。以上の工程により、半導体基板１０１上に共振器１２０が形成される。
【００５３】
次いで、モノシランを原料としたＣＶＤ法により、柱状部１１０の側面の一部および下部ミラー１０３の上面に、シリコン酸化膜（ＳｉＯｘ膜）からなる絶縁層１１２を形成する。絶縁層の種類はシリコン酸化膜に限定されるものではなく、窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ膜）などの他の絶縁膜を用いてもよい。あるいは、ポリイミド等の樹脂材料を用いた埋め込み構造を用いてもよい。続いて、絶縁層１１２および柱状部１１０の側面のうち絶縁層１１２が形成されていない部分の上面に、真空蒸着法により金と亜鉛との合金からなる合金層（図示しない）を形成する。次いで、フォトリソグラフィ法を用いて前記合金層をパターニングして上部電極１１３を形成し、さらに、半導体基板１０１の裏面（半導体基板１０１において共振器１２０を形成する面と反対側の面）に、真空蒸着法により、金とゲルマニウムとの合金からなる下部電極１１５を形成する。最後に、上記工程により得られた構造体を３５０℃で加熱処理し、上部電極１１３と共振器１２０と下部電極１１５とをオーミック接触させる。以上のプロセスを経て、図１に示される面発光レーザ１００が得られる。
【００５４】
（デバイスの構造）
前述した製造プロセスにより得られた面発光レーザ１００を図１〜図３に示す。図１は、本実施の形態にかかる面発光レーザ１００を、レーザ光の出射口に対向する側から見た平面の要部を模式的に示す図である。図２は、図１に示される面発光レーザ１００を、図１のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。図３は、図１に示される面発光レーザ１００を、電流狭窄層１１１を含む面で切断した場合における断面を模式的に示す図である。
【００５５】
面発光レーザ１００においては、面指数（１００）を有する半導体基板１０１上に柱状部１１０を含む共振器１２０が形成されている。共振器１２０は下部ミラー１０３、活性層１０５、および上部ミラー１０８が積層されて形成されている。柱状部１１０の上面には、金と亜鉛との合金からなる上部電極１１３が形成されている。また、半導体基板１０１において、共振器１２０が形成されている面と反対側の面には、金とゲルマニウムとの合金からなる下部電極１１５が形成されている。
【００５６】
柱状部１１０には電流狭窄層１１１が形成されており、前述したように、電流狭窄層１１１を含む面において、柱状部１１０の周縁１４０の形状は、電流狭窄層１１１の内周縁１１１ａの形状の一部と近似する弧状の形状部１４０ａ1，１４０ａ2，１４０ａ3，１４０ａ4を含む。
【００５７】
弧状の形状部１４０ａ1，１４０ａ2，１４０ａ3，１４０ａ4は、電流狭窄層１１１の内周縁１１１ａの中心から＜０１０＞方向、＜００１＞方向、＜０−１０＞方向、および＜００−１＞方向にそれぞれ形成される。また、弧状の形状部１４０ａ1，１４０ａ2，１４０ａ3，１４０ａ4は、電流狭窄層１１１の内周縁１１１ａの形状の一部とほぼ同心円状に形成されている。すなわち、弧状の形状部１４０ａ1，１４０ａ2，１４０ａ3，１４０ａ4は、電流狭窄層１１１の内周縁１１１ａを、電流狭窄層１１１の内周縁１１１ａの中心から＜０１−１＞方向、＜０１１＞方向、＜０−１１＞方向、および＜０１−１＞方向にそれぞれ内周縁１１１ａの１／４に分割して得られる弧状の形状部１１１ａ1，１１１ａ2，１１１ａ3，１１１ａ4を、それぞれ＜０１０＞方向、＜００１＞方向、＜０−１０＞方向、および＜００−１＞方向へと投射させた状態である。
【００５８】
さらに、弧状の形状部１１１ａ1と弧状の形状部１４０ａ1との間の距離ｌ11、弧状の形状部１１１ａ2と弧状の形状部１４０ａ2との間の距離ｌ12、弧状の形状部１１１ａ3と弧状の形状部１４０ａ3との間の距離ｌ13、ならびに弧状の形状部１１１ａ4と弧状の形状部１４０ａ4との間の距離ｌ14はそれぞれほぼ等しい。
【００５９】
また、前述したように、電流狭窄層１１１を含む面において、図３に示すように、柱状部１１０の周縁１４０の形状は、弧状の形状部１４０ａ1，１４０ａ2，１４０ａ3，１４０ａ4と、これらの弧状の形状部のうち隣接するもの同士を結ぶ線分１４０ｂ1，１４０ｂ2，１４０ｂ3，１４０ｂ4とから構成されている。
【００６０】
（デバイスの動作）
本実施の形態にかかる面発光レーザ１００の一般的な動作を以下に示す。
【００６１】
上部ミラー１０８、活性層１０５、および下部ミラー１０３で構成されるｐｉｎダイオードに、上部電極１１３と下部電極１１５とで順方向の電圧を印加すると、活性層１０５において、電子と正孔との再結合が起こり、前記再結合による発光が生じる。そこで生じた光が上部ミラー１０８と下部ミラー１０３との間を往復する際に誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。光利得が光損失を上まわると、レーザ発振が起こり、上部電極１１３の開口部１１６から半導体基板１０１に対して垂直方向にレーザ光が出射される。
【００６２】
（作用および効果）
次に、本実施の形態にかかる面発光レーザ１００およびその製造方法における作用および効果を説明する。
【００６３】
（１）本発明者は、電流狭窄層を形成する際における電流狭窄層形成用層の酸化に関して鋭意研究を重ねた結果、電流狭窄層形成用層の酸化速度には半導体基板の結晶方位と関連する異方性が存在することを見出し、本発明を案出した。すなわち、本実施の形態にかかる面発光レーザ１００の製造方法によれば、電流狭窄層形成用層１０７の酸化速度に半導体基板１０１の結晶方位と関連する異方性が存在することを考慮し、後の工程で形成する電流狭窄層１１１の内周縁１１１ａの形状および大きさをあらかじめ設計し、設計された電流狭窄層１１１の内周縁１１１ａの形状および大きさを反映させた柱状部１１０を形成する。このようにして得られた柱状部１１０の側面から電流狭窄層形成用層１０７を酸化することにより、内周縁１１１ａが所望の形状および大きさを有する電流狭窄層１１１が得られる。本実施の形態にかかる面発光レーザの製造工程においては、内周縁１１１ａが真円形を構成する電流狭窄層１１１を含む面発光レーザ１００が得られる。このため、かかる面発光レーザ１００によれば、より真円に近いビーム形状を有するレーザ光を効率よく得ることができる。
【００６４】
これに対し、例えば、面指数（１００）を有する半導体基板上に形成され、柱状部５１０の平面形状が円形である一般的な面発光レーザ（図１０参照）においては、上述した＜０１０＞方向、＜００１＞方向、＜０−１０＞方向、および＜００−１＞方向方向に優先して酸化が進行する結果として、電流狭窄層５１１の内周縁５１１ａの形状は、柱状部５１０の周縁５４０の形状を反映したものとなる。すなわち、電流狭窄層５１１の内周縁５１１ａの形状は、柱状部５１０の周縁５４０の形状とほぼ同じ曲率を有する。このため、電流狭窄層５１１の内周縁５１１ａの形状は真円状とはならず、図１０に示すように、菱形に近い形状となる。このように、電流狭窄層５１１の内周縁５１１ａの形状が真円状でないと、真円に近い形状のレーザ光を効率よく得ることができない。したがって、このような面発光レーザは例えば光ファイバを用いた光通信の光源として用いるのに適さないことがある。
【００６５】
（２）電流狭窄層１１１の内周縁１１１ａの中心から弧状の形状部１４０ａ1，１４０ａ2，１４０ａ3，１４０ａ4までの距離がそれぞれほぼ等しいことにより、電流狭窄層形成用層１０７が＜０１０＞方向、＜００１＞方向、＜０−１０＞方向、および＜００−１＞方向にほぼ等しく酸化されるため、電流狭窄層１１１の内周縁１１１ａの形状をより真円形に近づけることができる。
【００６６】
（３）電流狭窄層１１１を含む面において、弧状の形状部１４０ａ1，１４０ａ2，１４０ａ3，１４０ａ4を除く柱状部１１０の周縁１４０の形状が、これらの弧状の形状部のうち隣接するもの同士を結ぶ線分１４０ｂ1，１４０ｂ2，１４０ｂ3，１４０ｂ4を含む。面発光レーザ１００においては、柱状部１１０の周縁１４０の形状が、弧状の形状部１４０ａ1，１４０ａ2，１４０ａ3，１４０ａ4を除く部分が、線分１４０ｂ1，１４０ｂ2，１４０ｂ3，１４０ｂ4より外側に形成されていることが望ましい。この構成によると、電流狭窄層形成用層１０７の酸化を制御することができ、所望の形状および大きさを有する電流狭窄層１１１を得ることができる。
【００６７】
（第２の実施の形態）
（デバイスの構造）
図８は、本発明の第２の実施の形態にかかる面発光レーザ２００を模式的に示す断面図である。
【００６８】
第２の実施の形態にかかる面発光レーザ２００は、図８に示すように、電流狭窄層２１１を含む面において、弧状の形状部２４０ａ1，２４０ａ2，２４０ａ3，２４０ａ4部分を除く柱状部２１０の周縁２４０の形状が曲線状である点を除き、第１の実施の形態にかかる面発光レーザ１００とほぼ同様の構成を有する。
【００６９】
面発光レーザ２００は、柱状部２１０および電流狭窄層２１１を有する。柱状部２１０および電流狭窄層２１１は、第１の実施の形態にかかる面発光レーザ１００に含まれる柱状部１１０および電流狭窄層１１１と同様の機能を有する。
【００７０】
また、柱状部２１０の形状に着目すると、柱状部２１０の周縁２４０の形状が弧状の形状部２４０ａ1，２４０ａ2，２４０ａ3，２４０ａ4を含む点で、柱状部１１０の周縁１４０の形状と同様である。同様に、弧状の形状部２１１ａ1と弧状の形状部２４０ａ1との間の距離ｌ21、弧状の形状部２１１ａ2と弧状の形状部２４０ａ2との間の距離ｌ22、弧状の形状部２１１ａ3と弧状の形状部２４０ａ3との間の距離ｌ23、ならびに弧状の形状部２１１ａ4と弧状の形状部２４０ａ4との間の距離ｌ24はそれぞれほぼ等しい。
【００７１】
一方、柱状部２１０の周縁２４０の形状においては、弧状の形状部２４０ａ1，２４０ａ2，２４０ａ3，２４０ａ4のうち隣接するもの同士を結ぶ線が曲線２４０ｂ1，２４０ｂ2，２４０ｂ3，２４０ｂ4により構成されており、周縁２４０の形状全体が擬似円形状である点において、直線１４０ｂ1，１４０ｂ2，１４０ｂ3，１４０ｂ4により構成されている柱状部１１０の周縁１４０の形状と異なる。
【００７２】
（デバイスの製造プロセス）
第２の実施の形態にかかる面発光レーザ２００の製造方法は、柱状部２１０を形成する際に、電流狭窄層２１１を含む面において、図８に示すように、柱状部２１０の周縁２４０の形状が曲線状となるように柱状部２１０を形成する以外は、第１の実施の形態にかかる面発光レーザ１００の製造方法とほぼ同様である。よって、製造工程に関する説明は省略する。
【００７３】
（デバイスの動作、作用および効果）
第２の形態にかかる面発光レーザ２００は、第１の実施の形態にかかる面発光レーザ１００と同様の動作、ならびに作用および効果を有する。よって、その説明を省略する。
【００７４】
（第３の実施の形態）
（デバイスの構造）
図９は、本発明の第３の実施の形態にかかる面発光レーザ３００を模式的に示す断面図である。
【００７５】
第３の実施の形態にかかる面発光レーザ３００は、活性層（図示せず）に歪みを発生させるための歪み付加部３３０が柱状部３１０に形成されている点を除き、第２の実施の形態にかかる面発光レーザ２００とほぼ同様の構成を有する。柱状部３１０の周縁３４０の形状は、柱状部２１０と同様に、弧状の形状部３４０ａ1，３４０ａ2，３４０ａ3，３４０ａ4と、および隣接する前記弧状の形状部同士を結ぶ曲線３４０ｂ1，３４０ｂ2，３４０ｂ3，３４０ｂ4とを含み構成されている。さらに、弧状の形状部３１１ａ1と弧状の形状部３４０ａ1との間の距離ｌ31、弧状の形状部３１１ａ2と弧状の形状部３４０ａ2との間の距離ｌ32、弧状の形状部３１１ａ3と弧状の形状部３４０ａ3との間の距離ｌ33、ならびに弧状の形状部３１１ａ4と弧状の形状部３４０ａ4との間の距離ｌ34はそれぞれほぼ等しい。
【００７６】
面発光レーザ３００は、柱状部３１０および電流狭窄層３１１を有する。柱状部３１０および電流狭窄層３１１は、第２の実施の形態にかかる面発光レーザ２００に含まれる柱状部２１０および電流狭窄層２１１と同様の機能を有する。柱状部３１０は、歪み付加部３３０を除き、柱状部２１０と同様の形状および構造を有する。
【００７７】
（デバイスの製造プロセス）
第３の実施の形態にかかる面発光レーザ３００の製造方法は、図９に示すように、柱状部３１０を形成する際に、柱状部３１０に歪み付加部３３０を形成する以外は、第２の実施の形態にかかる面発光レーザ２００の製造方法とほぼ同様である。よって、製造工程に関する説明は省略する。
【００７８】
（デバイスの動作、作用および効果）
第３の形態にかかる面発光レーザ３００の動作は、第１および第２の実施の形態にかかる面発光レーザ１００，２００の動作と同様である。よって、その説明を省略する。
【００７９】
また、第３の実施の形態にかかる面発光レーザ３００の作用および効果は、第１および第２の実施の形態にかかる面発光レーザ１００，２００の作用および効果とほぼ同様であり、さらに、以下の効果を有する。
【００８０】
第３の実施の形態にかかる面発光レーザ３００においては、柱状部３１０に歪み付加部３３０が形成されていることにより、歪み付加部３３０が延び出している方向と垂直な方向に偏光したレーザ発光を得ることができる。ここで、歪み付加部３３０が延び出している方向とは、図９に示す＜０１−１＞方向および＜０−１１＞方向のことであり、歪み付加部３３０が延び出している方向と垂直な方向とは、図９に示す＜０１１＞方向および＜０−１−１＞方向のことである。
【００８１】
なお、歪み付加部３３０は、柱状部３１０の周縁のうち弧状の形状部３４０ａ1，３４０ａ2，３４０ａ3，３４０ａ4形成されている部分以外に形成される。このため、電流狭窄層３１１の形状に影響を与えることなくレーザ光の偏光を制御することができる。
【００８２】
なお、上記の実施の形態において、各半導体層におけるｐ型とｎ型とを入れ替えても本発明の趣旨を逸脱するものではない。上記の実施の形態では、Ａｌ−Ｇａ−Ａｓ系のものについて説明したが、発振波長に応じてその他の材料系、例えば、Ｉｎ−Ｐ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ａｓ系、Ｇａ−Ｉｎ−Ａｓ系、Ｇａ−Ｉｎ−Ｎ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｉｎ−Ｐ系、Ｇａ−Ｉｎ−Ｎ−Ａｓ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｉｎ−Ａｓ系、Ｇａ−Ｉｎ−Ａｓ−Ｐ系等の半導体材料を用いることも可能である。
【００８３】
また、上記の実施の形態における面発光レーザの駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。また、上記の実施の形態では、柱状部が一つである面発光レーザを示しているが、基板面内で柱状部が複数個あっても本発明の形態は損なわれない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを、レーザ光の出射口に対向する側から見た平面の要部を模式的に示す図である。
【図２】図１に示す面発光型半導体レーザのＡ−Ａ線に沿った断面を模式的に示す図である。
【図３】図１に示される面発光型半導体レーザを、電流狭窄層を含む面で切断した場合における断面を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の第１の工程を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の第２の工程を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造方法の第３の工程を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの製造工程において形成された柱状部を、電流狭窄層形成用層を含む面において切断した場合の断面を模式的に示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを、電流狭窄層を含む面で切断した場合における断面を模式的に示す図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを、電流狭窄層を含む面で切断した場合における断面を模式的に示す図である。
【図１０】一般的な面発光型半導体レーザの柱状部を、電流狭窄層を含む面で切断した場合における断面を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００  面発光型半導体レーザ（面発光レーザ）
１０１  半導体基板
１０２  バッファ層
１０３  下部ミラー
１０４，１０４ａ  クラッド層
１０５，１０５ａ  活性層
１０６，１０６ａ  クラッド層
１０７，１０７ａ  電流狭窄層形成用層
１０７ｃ  電流流域層
１０８，１０８ａ  上部ミラー
１０９，１０９ａ  コンタクト層
１１０，２１０，３１０  柱状部
１１１，２１１，３１１  電流狭窄層
１１１ａ，２１１ａ，３１１ａ  電流狭窄層の内周縁
１１１ａ1，１１１ａ2，１１１ａ3，１１１ａ4  弧状の形状部
１１１ｘ，２１１ｘ，３１１ｘ  円
１１１ｘ1，１１１ｘ2，１１１ｘ3，１１１ｘ4  弧状の形状部
１１２  絶縁層
１１３  上部電極
１１５  下部電極
１１６  開口部
１２０  共振器
１４０，２４０，３４０  柱状部の周縁
１４０ａ1，１４０ａ2，１４０ａ3，１４０ａ4  弧状の形状部
１４０ｂ1，１４０ｂ2，１４０ｂ3，１４０ｂ4  線分
１５０  半導体堆積層
２１１ａ1，２１１ａ2，２１１ａ3，２１１ａ4  弧状の形状部
２４０ａ1，２４０ａ2，２４０ａ3，２４０ａ4  弧状の形状部
３１１ａ1，３１１ａ2，３１１ａ3，３１１ａ4  弧状の形状部
３３０  歪み付加部
３４０ａ1，３４０ａ2，３４０ａ3，３４０ａ4  弧状の形状部
【図１】
0003770305.tif 000002
【図２】
0003770305.tif 000003
【図３】
0003770305.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003770305.tif 000007
【図７】
0003770305.tif 000008
【図８】
0003770305.tif 000009
【図９】
0003770305.tif 000010
【図１０】
0003770305.tif 000011