半導体発光素子およびその製造方法
【課題】開口を有する電極が半導体層上に設けられ、その開口に誘電体層が設けられた構造の半導体発光素子において、半導体層と電極の開口側端部との界面近傍の半導体層に歪が生じるのを抑制する。
【解決手段】活性層１０６と、活性層に電流を注入する第１の電極１２１および第２の電極１３１と、活性層と第１の電極との間の半導体層１１５と、半導体層上に設けられ、活性層からの光が通る誘電体層１４１と、を備え、第１の電極は半導体層上に設けられ、共に活性層からの光が通る開口１２５を有し、半導体層と接触して設けられた第１の電極層１２２と、第１の電極層上に設けられた第２の電極層１２３とを備え、第１の電極層は第２の電極層よりも半導体層との反応性が小さく、誘電体層は開口内に設けられ、第１の電極層の開口側端部が、半導体層１１５上から誘電体層１４１上に延在している。
【解決手段】活性層１０６と、活性層に電流を注入する第１の電極１２１および第２の電極１３１と、活性層と第１の電極との間の半導体層１１５と、半導体層上に設けられ、活性層からの光が通る誘電体層１４１と、を備え、第１の電極は半導体層上に設けられ、共に活性層からの光が通る開口１２５を有し、半導体層と接触して設けられた第１の電極層１２２と、第１の電極層上に設けられた第２の電極層１２３とを備え、第１の電極層は第２の電極層よりも半導体層との反応性が小さく、誘電体層は開口内に設けられ、第１の電極層の開口側端部が、半導体層１１５上から誘電体層１４１上に延在している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子およびその製造方法に関し、特に、垂直共振器型の面発光型半導体レーザ（VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting LASER、以下、単に面発光レーザと称する）素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の面発光レーザ素子は、例えば、特許文献１、２に開示されており、量子井戸構造を有する活性層を有し、活性層との間にｐ型スペーサ層を介して設けられたｐ＋型コンタクト層上にｐ側円環状電極が設けられ、ｐ側円環状電極の開口には、位相を調整するための誘電体層が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６９１６６７２号明細書
【特許文献２】米国特許第６７５００７１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
活性層と、活性層に電流を注入する２つの電極とを有し、２つの電極のうちの一方の電極が半導体層上に設けられ、当該電極には活性層からの光を通すための開口が設けられ、その開口に誘電体層が設けられた構造の半導体発光素子では、電極の開口側端部において、電極の構成物質の少なくとも一つが半導体層に拡散して半導体層と反応し、その結果、半導体層と電極との界面近傍の半導体層に歪が生じてしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、開口を有する電極が半導体層上に設けられ、その開口に誘電体層が設けられた構造の半導体発光素子において、半導体層と電極の開口側端部との界面近傍の半導体層に歪が生じるのを抑制できる半導体発光素子およびその製造方法を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、
活性層と、
前記活性層に電流を注入する第１の電極および第２の電極と、
前記活性層と前記第１の電極との間の半導体層と、
前記半導体層上に設けられ、前記活性層からの光が通る誘電体層と、を備える半導体発光素子であって、
前記第１の電極は前記半導体層上に設けられ、前記活性層からの光が通る開口を有し、前記半導体層と接触して設けられた第１の電極層と、前記第１の電極層上に設けられた第２の電極層とを備え、前記第１の電極層は前記第２の電極層よりも前記半導体層との反応性が小さく、
前記誘電体層は前記開口内に設けられ、前記第１の電極層の前記開口側の端部が、前記半導体層上から前記誘電体層上に延在している半導体発光素子が提供される。
【０００７】
好ましくは、前記誘電体層は円板状であり、前記第１の電極は円環状である。
【０００８】
好ましくは、前記誘電体層の端部がテーパー状であり、前記誘電体層の端部の上面は、前記誘電体層の外側から内側に向かうにつれて前記半導体層から離間している。
【０００９】
好ましくは、前記第１の電極層の前記開口側の端部が前記第２の電極層の前記開口側の端部によって覆われ、前記第１の電極層の前記開口側の端部が前記開口に露出していない。
【００１０】
好ましくは、前記第１の電極層は、前記誘電体層上に１００ｎｍ乃至１μｍ延在している。
【００１１】
好ましくは、前記誘電体層の端部がテーパー状であり、前記誘電体層の端部の上面は、前記誘電体層の外側から内側に向かうにつれて前記半導体層から離間しており、前記第１の電極層の前記開口側の端部は前記テーパー状の前記誘電体層の端部上で終端している。
【００１２】
好ましくは、前記第２の電極層の前記開口側の端部は前記テーパー状の前記誘電体層の端部上で終端し、前記第１の電極層の前記開口側の端部は前記第２の電極層の前記開口側の端部によって覆われ、前記第１の電極層の前記開口側の端部が前記開口に露出していない。
【００１３】
好ましくは、前記第１の電極の外側の端部と、前記半導体層との間に設けられた第２の誘電体層をさらに備え、前記第１の電極の前記外側の端部が、前記半導体層上から前記第２の誘電体層上に延在している。
【００１４】
好ましくは、前記第１の電極層は、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、ＴｉＮおよびＴａＮからなる群より選ばれる少なくとも１以上の物質からなる。
【００１５】
好ましくは、前記第２の電極層は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、ＰｄおよびＧｅからなる群より選ばれる少なくとも１以上の物質からなる。
【００１６】
好ましくは、前記第１の電極層の膜厚は、１０乃至２００ｎｍである。
【００１７】
好ましくは、前記第２の電極層上の第３の電極層をさらに備え、前記第３の電極層は、前記第２の電極層とは異なる物質からなり、前記第３の電極層は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＴｉおよびＧｅからなる群より選ばれる少なくとも１以上の物質からなる。
【００１８】
好ましくは、前記第１の電極層と前記半導体層との間には、前記第１の電極層の構成物質の少なくとも一つと前記半導体層の構成物質の少なくとも一つを含み、厚さが１０ｎｍ以上、６０ｎｍ以下の物質層が存在する。
【００１９】
本発明の他の態様によれば、
活性層と、
前記活性層に電流を注入する第１の電極および第２の電極と、
前記活性層と前記第１の電極との間の半導体層と
前記半導体層上に設けられ、前記活性層からの光が通る誘電体層と、を備える発光素子であって、
前記第１の電極は、前記半導体層上に設けられ、前記活性層からの光が通る開口を有し、前記半導体層と接触して設けられた第１の電極層と、前記第１の電極層上に設けられた第２の電極層とを備え、前記第１の電極層は前記第２の電極層よりも前記半導体層との反応性が小さく、
前記誘電体層は前記開口内に設けられ、前記誘電体層の端部が、前記第１の電極の前記開口側の端部と前記第２の電極の前記開口側の端部との間に介在している半導体発光素子が提供される。
【００２０】
好ましくは、前記第１の電極層と前記半導体層との間には、前記第１の電極層の構成物質の少なくとも一つと前記半導体層の構成物質の少なくとも一つを含み、厚さが１０ｎｍ以上、６０ｎｍ以下の物質層が存在する。
【００２１】
好ましくは、前記発光素子は、面発光レーザである。
【００２２】
好ましくは、前記発光素子は、第１の反射鏡と、第２の反射鏡と、前記第１の反射鏡および前記第２の反射鏡との間に設けられた共振器とをさらに備え、前記共振器は少なくとも、前記活性層、前記半導体層前記誘電体層および電流経路制限層を有し、前記第１の電極および前記誘電体層上に、前記第１の反射鏡が設けられ、前記誘電体層は、前記共振器内の定在波の位相を調整するための位相調整層であり、前記電流経路制限層は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に流れる電流の経路を制限し、前記電流が流れる第１の領域と前記電流の流れを制限する第２の領域とを有する。
【００２３】
また、好ましくは、前記発光素子は、第１の反射鏡と、第２の反射鏡と、前記第１の反射鏡および前記第２の反射鏡との間に設けられた共振器と、電流経路制限層とをさらに備え、前記共振器は少なくとも前記活性層を有し、前記第１の反射鏡は半導体多層膜からなる反射鏡であり、前記半導体層は前記半導体多層膜であり、前記電流経路制限層は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に流れる電流の経路を制限し、前記電流が流れる第１の領域と前記電流の流れを制限する第２の領域とを有する。
【００２４】
好ましくは、前記発光素子は、面発光ＬＥＤである。
【００２５】
本発明のさらに他の態様によれば、上記各半導体発光素子を複数備える半導体発光素子アレイが提供される。
【００２６】
本発明のさらに他の態様によれば、上記各半導体発光素子を複数備えるレーザアレイが提供される。
【００２７】
本発明のさらに他の態様によれば、上記各半導体発光素子を備える光学機器が提供される。
【００２８】
本発明のさらに他の態様によれば、上記各半導体発光素子を備える通信システムが提供される。
【００２９】
本発明のさらに他の態様によれば、
基板上に活性層と半導体層とを形成する工程と、
前記半導体層上に選択的に誘電体層を形成する工程と、
前記半導体層上に選択的に電極を形成する工程であって、前記電極は、第１の電極層と、前記第１の電極層上に設けられた第２の電極層と、開口とを有し、前記第１の電極層は前記半導体層と接触して設けられ、前記第１の電極層は前記第２の電極層よりも前記半導体層との反応性が小さく、前記開口内に前記誘電体層が位置し、前記第１の電極層の前記開口側の端部が、前記半導体層上から前記誘電体層上に延在している前記電極を形成する工程と、
前記活性層に前記電極から流れるまたは前記活性層から前記電極に流れる電流の経路を制限する電流経路制限層であって前記電流が流れる領域と前記電流の流れを制限する酸化物領域とを有する前記電流経路制限層の前記酸化物領域を作成する酸化工程であって、前記酸化工程中の加熱によって、前記第１の電極層と前記半導体層との間に、前記第１の電極層の構成物質の少なくとも一つと前記半導体層の構成物質の少なくとも一つを含む物質層を形成する酸化工程と、を備える半導体発光素子の製造方法が提供される。
【００３０】
好ましくは、前記半導体発光素子の製造方法は、少なくとも前記活性層と前記半導体層とを含む凸部を前記電極に対して自己整合的に前記基板上に形成する工程をさらに備え、前記電流経路制限層の前記酸化物領域は、前記凸部の側面からの酸化によって作成する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、開口を有する電極が半導体層上に設けられ、その開口に誘電体層が設けられた構造の半導体発光素子において、半導体層と電極の開口側端部との界面近傍の半導体層に歪が生じるのを抑制できる半導体発光素子およびその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を説明するための概略縦断面図である。
【図２】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子の製造方法を説明するための概略縦断面図である。
【図３】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子の製造方法を説明するための概略縦断面図である。
【図４】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子の製造方法を説明するための概略縦断面図である。
【図５】図１のＡ部の部分拡大概略縦断面図である。
【図６】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子の変形例を説明するための部分拡大概略縦断面図である。
【図７】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子の他の変形例を説明するための部分拡大概略縦断面図である。
【図８】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子のさらに他の変形例を説明するための部分拡大概略縦断面図である。
【図９】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子のさらに他の変形例を説明するための部分拡大概略縦断面図である。
【図１０】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子のさらに他の変形例を説明するための部分拡大概略縦断面図である。
【図１１】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子のさらに他の変形例を説明するための部分拡大概略縦断面図である。
【図１２】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を説明するための部分拡大概略縦断面図である。
【図１３】比較のための面発光型半導体レーザ素子を説明するための概略縦断面図である。
【図１４】図１３のＢ部の部分拡大概略縦断面図である。
【図１５】本発明の好ましい第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を説明するための概略縦断面図である。
【図１６】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイを説明するための概略斜視図である。
【図１７】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイチップを説明するための概略平面図である。
【図１８】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を用いた面発光レーザパッケージを説明するための概略縦断面図である。
【図１９】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を用いた光ディスク用ピックアップを説明するための概略縦断面図である。
【図２０】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を用いた光送受信モジュールを説明するための概略平面図である。
【図２１】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子と光導波路との光結合構造、または本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイと光導波路との光結合構造を説明するための概略縦断面図である。
【図２２】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子と光導波路との光結合構造、または本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイと光導波路との光結合構造を説明するための概略縦断面図である。
【図２３】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子と光導波路との光結合構造、または本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイと光導波路との光結合構造を説明するための概略縦断面図である。
【図２４】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を用いた通信システム、または本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイを用いた通信システムを説明するための概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態に係る面発光型半導体レーザ素子および製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００３４】
本発明の好ましい実施の形態を説明する前に、まず、比較例について説明する。図１３を参照すれば、比較例の面発光レーザ３００は、ＧａＡｓ基板１０１と、その表面上に積層され且つ一部がメサポスト１３０に形成された積層構造とを有する。積層構造は、ＧａＡｓ基板１０１の側から見て順次に、半導体多層膜から成る下部ＤＢＲミラー１０２、バッファ層１０３、ｎ＋型コンタクト層１０４、ｎ型スペーサ層１０５、量子井戸構造を有する活性層１０６、下部傾斜組成層１０９、電流狭窄層１１０、上部傾斜組成層１１１、ｐ型スペーサ層１１２、ｐ＋型電流経路層１１３、ｐ型スペーサ層１１４、及び、ｐ＋型コンタクト層１１５を含む。ｐ＋型コンタクト層１１５上には、ｐ側円環状電極（リング電極）１２１が形成され、ｐ側円環状電極１２１の開口１２５内には、窒化珪素からなり、位相調整層として機能する円板状の誘電体層１４１誘電体層１４１が形成されている。ｐ側円環状電極１２１と誘電体層１４１との間には隙間が存在する。ｐ側円環状電極１２１と誘電体層１４１上には、誘電体多層膜からなる上部ＤＢＲミラー１５０が形成されている。電流狭窄層１１０は、外周に位置する電流狭窄部１１０ａと、電流狭窄部１１０ａの内側に位置する円形の電流注入部１１０ｂとを含む。この例では、ｎ型スペーサ層１０５からｐ＋型コンタクト層１１５までの半導体積層構造が、円柱状のメサポスト１３０として形成されている。
【００３５】
ｐ側円環状電極１２１から注入された電流は、電流狭窄層１１０を介して活性層１０６に注入され、レーザー光が発振する。
【００３６】
この比較例の面発光レーザ３００では、ｐ側円環状電極１２１の内縁であるエッジ部分（開口側端部１２６）において、形成される電極層の層厚が薄くなる、あるいは開口側端部１２６に凹凸が生じるという問題がある。電極材料としてはＡｕやＰｔのような電気抵抗の小さい金属を用いることが好ましいが、ＧａＡｓ等の化合物半導体との反応性や、ＧａＡｓ等の化合物半導体との接着性、あるいはＧａＡｓ等の化合物半導体とのオーミック接触の形成などの観点から、Ｔｉ等をバリア金属として用いた複数の層からなる多層金属電極が用いられている。
【００３７】
例えば、図１４に示すように、Ｔｉ／Ｐｔ（下側がＴｉ層１２２、上側がＰｔ層１２３）の多層金属をｐ側円環状電極１２１の電極材料として用いると、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６ではバリア層であるＴｉ層１２２の厚みが薄くなったり、厚みにばらつきが生じたりし、Ｐｔ層１２３のＰｔがｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓと直接接触あるいはＴｉ層１２２の薄い部分をＰｔが通過して、ｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓとＰｔが反応する現象が発生する。
【００３８】
Ｐｔは、ＧａＡｓのような化合物半導体と２００℃程度の低温から反応して、化合物半導体のそれぞれの構成元素と化合物を形成する。例えば、ＰｔとＧａＡｓが完全に反応すると、ＰｔＧａ／ＰｔＡｓ２／ＧａＡｓの順番で化合物が多層化した構造が形成される。
【００３９】
Ｐｔ層１２３のＰｔがｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓと直接接触あるいはＴｉ層１２２の薄い部分を通過してｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓと接触した後に、加熱されると、ＰｔはＧａＡｓ中に深く拡散して突出部１５２を形成し、突出部１５２ではＰｔとＧａＡｓが反応して、上記の化合物を形成する。
【００４０】
このように、ＰｔがＧａＡｓ中に拡散して突出部１５２を形成し、ＰｔとＧａＡｓが反応すると、ｐ＋型コンタクト層２１２とｐ側円環状電極１２１との界面近傍のｐ＋型コンタクト層１１５に局所的な歪を発生させ、これを起点として半導体積層内に転位（欠陥）を引き起こす。半導体積層内の転位は発光部近傍で生じるために、レーザ特性を劣化させ、レーザの素子寿命に影響を及ぼすという問題が生じる。
【００４１】
上記ｐ側円環状電極１２１とｐ＋型コンタクト層１１５の反応は、メサポスト形成後に行う酸化狭窄膜の酸化工程で、特に約４００℃程度の高温に曝されることにより促進される。また、ＡｓとＰｔが反応するとＰｔＡｓ化合物が生成して大幅に電極の抵抗が上昇してレーザの特性、特に高周波動作時のＲＦ特性を大幅に悪化させるという問題も生じる。
【００４２】
なお、上記では、Ｐｔについて説明したが、ＮｉやＰｄなどの遷移金属と化合物半導体の各構成元素とも化合物を形成することが知られている。
【００４３】
また、レーザの使用環境に依存するものの、高い周囲温度下で且つ高駆動電流を用いる
レーザの駆動では、一見して上述した反応が起こっていないような場合にも、エレクトロマイグレーション等によって、レーザ運転中に上記反応が進行する可能性もある。特に、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６は、電流が最も集中しやすい場所であるため、この部分に反応に起因する応力が加わることで、長期通電時には特に劣化が進行する原因になる。
【００４４】
更に、例えば上部ＤＢＲミラー１５０が誘電体膜で形成されるような、イントラ・キャビティー構造の面発光レーザでは、上部クラッド層（上部傾斜組成層１１１、ｐ型スペーサ層１１２、ｐ＋型電流経路層１１３、ｐ型スペーサ層１１４、及びｐ＋型コンタクト層１１５）上にｐ側円環状電極１２１が形成されるため、ｐ側円環状電極１２１と活性層１０６との距離が、例えば約１μｍ以下と極めて近い。また、上部クラッド層上のｐ側円環状電極１２１と上部ＤＢＲミラー１５０の境界部では歪が生じやすい。したがって、この構造では、ｐ側円環状電極１２１と上部クラッド層の最上層であるｐ＋型コンタクト層１１５との反応による構造劣化の影響を活性層１０６がより受けやすくなり、上記問題が更に顕著になる。
【００４５】
なお、酸化狭窄層を形成する酸化工程等で、Ｔｉがｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓに拡散して、あるいはＴｉとｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓが相互拡散して、Ｔｉとｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓの構成成分の少なくとも一つ、すなわち、ＧａおよびＡｓの少なくとも一つとＴｉとを含む物質層１５１が形成されるが、この物質層１５１については、後述する。
【００４６】
（好ましい実施の形態）
次に、本発明の好ましい実施の形態に係る面発光型半導体レーザ素子構造および製造方法について説明する。
【００４７】
垂直共振器型面発光半導体レーザ素子（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）は、その名の通り、光の共振する方向が基板面に対して垂直であり、光インターコネクションをはじめ、通信用光源として、また、センサー用途などの様々なアプリケーション用デバイスとして注目されている。その理由として、面発光レーザは、従来の端面発光型半導体レーザと比較して、レーザ素子の２次元配列を容易に形成できること、ミラー形成のための劈開が必要でないためウエハレベルでテストできること、活性層体積が格段に小さいので極低しきい値で発振できること、及び、消費電力が小さいことなどの種々の利点を有していることが挙げられる。
【００４８】
（第１の実施の形態）
図１を参照すれば、本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光レーザ１００は、基板１０１と、基板１０１上に順次に形成された、下部ＤＢＲ１０２、バッファ層１０３、ｎ＋型コンタクト層１０４、ｎ型スペーサ層１０５、活性層１０６、下部傾斜組成層１０９、電流狭窄層１１０、上部傾斜組成層１１１、ｐ型スペーサ層１１２、ｐ＋型電流経路層１１３、ｐ型スペーサ層１１４、及び、ｐ＋型コンタクト層１１５を含む積層構造とを有する。
【００４９】
積層構造のうちで、少なくともｎ型スペーサ層１０５からｐ＋型コンタクト層１１２までが、円柱状のメサポスト１３０を構成している。電流狭窄層１１０は、メサポスト１３０の外周側に位置する電流狭窄部１１０ａと、電流狭窄部１１０ａの内側に位置する円形の電流注入部１１０ｂとを有する。
【００５０】
基板１０１は、アンドープのＧａＡｓからなる。下部ＤＢＲ１０２は、ＧａＡｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層の３４ペアからなる。バッファ層１０３は、ｎ型ＧａＡｓからなる。ｎ＋型コンタクト層１０４は、セレン（Ｓｅ）、シリコン（Ｓｉ）などのｎ型ドーパントをドープした、ｎ＋型のＧａＡｓからなる。ｎ型スペーサ層１０５はｎ型ドーパントをドープしたｎ型ＧａＡｓからなる。活性層１０６は、層数が３のＧａＩｎＮＡｓ井戸層と、層数が４のＧａＡｓ障壁層とをそれぞれ交互に積層した構造を有し、最下層のＧａＡｓ障壁層はｎ型クラッド層としても機能する多重量子井戸構造を有する。電流狭窄層１１０のうち、電流狭窄部１１０ａはＡｌ２Ｏ３からなり、電流注入部１１０ｂはＡｌＡｓからなる。電流注入部１１０ｂの直径は５〜７μｍである。電流狭窄部１１０ａによって、ｐ側円環電極１２１とｎ側電極１３１との間に流れる電流の経路を制限して、電流注入部１１０ｂに電流の流れを集中させており、電流狭窄層１１０は、電流経路制限層として機能している。なお、下部ＤＢＲ１０２は、誘電体多層膜で形成してもよい。
【００５１】
下部傾斜組成層１０９及び上部傾斜組成層１１１は、ＡｌＧａＡｓからなり、積層方向に見て電流狭窄層１１０に近づくにつれて、Ａｌ組成が段階的に増加する。また、ｐ型スペーサ層１１２、１１４、ｐ＋型電流経路層１１３、ｐ＋型コンタクト層１１５は、それぞれ炭素（Ｃ）、亜鉛（Ｚｎ）あるいはベリリウム（Ｂｅ）などのｐ型ドーパントをドープしたｐ型、ｐ＋型のＧａＡｓからなる。各ｐ型又はｎ型層のアクセプタ又はドナー濃度は、例えば１×１０１８ｃｍ−３程度であり、各ｐ＋型又はｎ＋型層のアクセプタまたはドナー濃度は、例えば３×１０１９ｃｍ−３以上である。
【００５２】
ｐ＋型コンタクト層１１５上には、ｐ側円環状電極１２１が形成されている。図５に示すように、ｐ側円環状電極１２１は、電気伝導に寄与するＰｔ層１２３と、ｐ＋型コンタクト層１１５との密着性の改善のため、およびＰｔと半導体材料の相互拡散をブロックするためのＴｉ層１２２とを有するＰｔ／Ｔｉ層（下側がＴｉ層１２２、上側がＰｔ層１２３）の多層構造からなる。Ｔｉ層１２２はＰｔ層１２３よりもｐ＋型コンタクト層１１５との反応性は小さい。ｐ側円環状電極１２１は、中心にレーザー光を通過させるための開口１２５を有し、円筒状のメサポスト１３０の外周とほぼ一致する外周を有する。
【００５３】
ｐ側円環状電極１２１の開口１２５内には、ｐ側円環状電極１２１のＰｔと反応性が低い材料、ここでは窒化珪素（ＳｉＮｘ）からなる円板状の誘電体層１４１が形成されている。
【００５４】
面発光レーザにおいては、レーザ発振させるべき波長の光が上部ＤＢＲミラー１５０と、下部ＤＢＲミラー１０２との間で定在波を形成する必要がある。この定在波では、下部ＤＢＲミラー１０２の最上面、及び上部ＤＢＲミラー１５０の最下面がその定在波の腹の位置になる。上述した電流狭窄層１１０、ｐ＋型電流経路層１１３、及びｐ＋型コンタクト層１１５は、その電気的特性が優先的に設計され、ドーパントが導入されるため、レーザ発振光を吸収、散乱するおそれがある。そのため、電流狭窄層１１０、ｐ＋型電流経路層１１３、及びｐ＋型コンタクト層１１５は、光の定在波の節の位置に配置されるように設計される。
【００５５】
本実施の形態では、ｐ側円環状電極１２１の開口１２５内のｐ＋型コンタクト層１１５上に、誘電体層１４１が形成されている。この誘電体層１４１は、共振器の光学長を調整する、リフェイズ層と呼ばれる位相調整層として機能する。誘電体層１４１は、ｐ＋型コンタクト層１１５と上部ＤＢＲミラー１５０との間に形成される。この誘電体層１４１の上面からバッファ層１０３の底面までの部分が共振器１２０を構成している。
【００５６】
ｐ＋型コンタクト層１１５が定在波の節に位置するように設計されるので、誘電体層１４１は、誘電体層１４１の上面、すなわち、上部ＤＢＲミラー１５０の最下面が定在波の腹に位置するように、その光学厚さがλ／４程度に調整される。ここで、ある層の光学厚さは、その層厚とその層の屈折率との積で示される。誘電体層１４１の層厚は発振波長に応じて、例えば、１００ｎｍ〜１８０ｎｍである。誘電体層１４１の外径は、例えば５〜１４μｍである。
【００５７】
ｐ側円環状電極１２１の外径は、例えば３０μｍである。図５に示すように、ｐ側円環状電極１２１の膜厚は、位相調整層１４１の層厚よりも大きく、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６は、ｐ＋型コンタクト層１１５上から誘電体膜１４１上に延在し、誘電体膜１４１の外縁部１４８を約２５０ｎｍの幅ａで覆っている。本実施の形態では、Ｔｉ層１２２の膜厚は５０ｎｍ、Ｐｔ層１２３の膜厚は２００ｎｍとして多層電極を形成したが、Ｔｉ層１２２の膜厚は１０〜２００ｎｍ、好ましくは１０〜５０ｎｍの範囲で選択され、Ｐｔ層１２３の膜厚は用途に応じて適宜設定することができる。また、当分野で電極形成に用いられる蒸着、あるいはスパッタリング等の一般的な条件下で、いくつかの適切なバリア材料（Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ）を用いた実験から、１００ｎｍ乃至１μｍ、好ましくは２５０ｎｍ乃至１μｍ、さらに好ましくは４５０ｎｍ乃至１μｍの幅ａで、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６を誘電体膜１４１の外縁部１４８に乗り上げるように設計することによって、ｐ側円環状電極１２１と誘電体膜１４１との境界１４９の位置で十分に均質なバリア層（本実施の形態ではＴｉ層１２２）の膜厚が得られることがわかった。
【００５８】
ｐ側円環状電極１２１及び誘電体層１４１の上から、メサポスト１３０の側面及びその周囲にわたって、誘電体多層膜からなる上部ＤＢＲ１５０が形成されている。上部ＤＢＲ１５０は、例えばＳｉＮｘ／ＳｉＯ２の１０〜１２ペアからなる。また、表面保護のためにＳｉＯ２１４３とその上のＳｉＮｘ１４４からなるパッシベーション膜１４５が全面に形成されている。このパッシベーション膜１４５のＳｉＯ２１４３とＳｉＮｘ１４４は、ＤＢＲミラー１５０の最下層のＳｉＯ２とＳｉＮｘを兼ねている。従って、ＳｉＮｘ／ＳｉＯ２からなる上部ＤＢＲミラー１５０は、その最下層は、パッシベーション膜１４５のＳｉＯ２であり、その上に、パッシベーション膜１４５のＳｉＮｘがあり、その上にＳｉＯ２とＳｉＮｘが交互に積層され、最上層がＳｉＮｘである構造となっている。なお、これに代えて、上部ＤＢＲ１５０は、例えばα−Ｓｉ／ＳｉＯ２又はα−Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３のペア層から形成されることもできる。ここで、上部ＤＢＲミラー１５０および下部ＤＢＲミラー１０２のペア層の層数は、材料の屈折率に応じて適切な反射率が得られる層数に設定される。
【００５９】
ｎ＋型コンタクト層１０４は、メサポスト１３０の下部から半径方向外側に延びており、そのメサポスト１３０の基部の周囲の表面上には、例えばＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ（下層がＡｕＧｅＮｉ、上層がＡｕ）からなる半円環状のｎ側電極１３１が形成されている。ｎ側電極１３１は、例えば外径が９０μｍ、内径が５０μｍである。
【００６０】
ｎ側電極１３１上には、パッシベーション膜１４５に形成された開口（図示せず）を介してｎ側電極１３１に接触する、Ａｕからなるｎ側引出し電極（図示せず）が形成されている。一方、ｐ側円環状電極１２１上にも、パッシベーション膜１４５に形成された開口（図示せず）を介してｐ側円環状電極１２１に接触する、Ａｕからなるｐ側引出し電極（図示せず）が形成されている。さらに、ｎ側引出し電極及びｐ側引出し電極は、ｎ側電極１３１及びｐ側円環状電極１２１を、外部に設けた電流供給回路（図示せず）にそれぞれ接続している。
【００６１】
上記構成の面発光レーザ１００では、電流供給回路（図示せず）からそれぞれｎ側引出し電極（図示せず）及びｐ側引出し電極（図示せず）を介して、ｎ側電極１３１及びｐ側円環状電極１２１間に電圧を印加し、駆動電流が注入される。注入された駆動電流は、主に低抵抗のｐ＋型コンタクト層１１５とｐ＋型電流経路層１１３とを流れ、さらに電流経路が電流狭窄層１１０によって電流注入部１１０ｂ内に狭窄されて、高い電流密度で活性層１０６に供給される。この電流注入により、活性層１０６は自然放出光を発光する。自然放出光のうち、レーザ発振波長である波長λの光は、下部ＤＢＲミラー１０２と上部ＤＢＲミラー１５０との間の共振器１２０内で定在波を形成し、活性層１０６によって増幅される。注入電流がしきい値を越えると、定在波を形成する光がレーザ発振し、ｐ側円環状電極１２１の開口１２５から上方に向って、１３００ｎｍ帯のレーザ光が出力する。
【００６２】
本実施の形態では活性層１０６を構成する井戸層／障壁層の組み合わせはＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）／ＧａＡｓとしたが、ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）井戸層とＧａＮＡｓ（Ｓｂ）、あるいは、波長に応じて（基板やその他の層構成はこれらの井戸層と障壁層の組み合わせに応じて適宜選択される）、９４０〜１２００ｎｍ帯レーザの場合はＩｎＧａＡｓ/ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓ/ＧａＡｓＰ、８５０ｎｍ帯のレーザの場合ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓなど（井戸層と障壁層の組み合わせについてはこれらに限られない）を選択することもできる。量子井戸層及びバリア層は、発振させたい所望の波長に合わせてその量子井戸幅などを任意に設計作成することができる。
【００６３】
本実施の形態によれば、反応性を有する電極材料であるＰｔと、この電極材料と反応し得る半導体層１１５との間に十分な厚みのバリア層（Ｔｉ層１２２）の存在が保証されるので、上記構成の面発光レーザ１００では、ｐ側円環状電極１２１の電流が集中しがちなｐ側円環状電極１２１と誘電体層１４１との境界１４９近傍におけるｐ側円環状電極１２１のＴｉ層１２２の厚み不足を防止することによって、ｐ側円環状電極１２１のＰｔ層１２３とその下層のｐ＋型コンタクト層１１５との間の反応を防止または抑制し、ｐ＋型コンタクト層１１５に不均一な歪みが発生することを防止または抑制できる。このため、エレクトロ・マイグレーションの発生の有無に拘わらず、レーザ駆動電流の集中部分における歪や応力の発生を防止または抑制し、面発光レーザ１００の製造時の歩留まりを改善し、さらに長時間の運用での信頼性を向上している。特に、本実施の形態のイントラキャビティ構造ではメサポスト１３０の上部ＤＢＲミラー１５０と基板側積層構造との間の応力歪のかかりやすい上部ＤＢＲミラー１５０の基部においてＰｔの進入による欠陥が生じないので非常に有効である。また、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６が、位相調整層を成す誘電体層１４１の外縁部１４８を覆うことで、ｐ側円環状電極１２１と誘電体層１４１との間の隙間からエッチング液などが侵入することを防止している。
【００６４】
以下、上記実施形態の面発光レーザ１００の製造方法について、図２〜図４を参照して説明する。
【００６５】
まず、エピタキシャル成長法によって、図２に示すように、基板１０１上に、下部ＤＢＲミラー１０２、バッファ層１０３、ｎ＋型コンタクト層１０４、ｎ型スペーサ層１０５活性層１０６、下部傾斜組成層１０９、ＡｌＡｓ層１１０’、上部傾斜組成層１１１、ｐ型スペーサ層１１２、ｐ＋型電流経路層１１３、ｐ型スペーサ層１１４、及びｐ＋型コンタクト層１１５を順次に積層する。次いで、ＣＶＤ法及びフォトリソグラフィー法を用い、ｐ＋型コンタクト層１１５の一部領域に、ＳｉＮｘからなる円板状の誘電体層１４１を選択的に形成する。
【００６６】
つぎに、リフトオフ法を用いて、ｐ＋型コンタクト層１１５上に、ｐ側円環状電極１２１を選択的に形成する。具体的には、図３に示すように、誘電体層１４１の外縁部１４８を幅約２５０ｎｍ除いた内側の領域上と、ｐ＋型コンタクト層１１５上の誘電体層１４１の周囲の一定の幅の領域を除いた領域とに、フォトレジスト１２８を選択的に形成し、ｐ側円環電極１２１の形状の空隙１２８ａを形成する。次いで、全面にＴｉを５０ｎｍ、続いてＰｔを２００ｎｍの厚みで蒸着し、Ｐｔ／Ｔｉ層１２１ａを形成し、フォトレジスト１２８を除去することで、フォトレジスト膜１２８上のＰｔ／Ｔｉ層１２１ａを除去し、残された空隙１２８ａ部分のＰｔ／Ｔｉ層１２１ａをｐ側円環状電極１２１として形成する。この工程により、誘電体層１４１の外縁部１４８を覆う開口側端部１２６を有するｐ側円環状電極１２１が形成される。
【００６７】
つぎに、ｐ側円環状電極１２１を金属マスクとして、酸エッチング液等を用いてｎ型コンタクト層１０４に到る深さまでの半導体積層をエッチングして、円柱状のメサポスト１３０を形成する。次いで、別のマスクを形成し、バッファ層１０３に到る深さまでｎ型コンタクト層１０４をエッチングする。その結果、図４に示す形状のメサポスト１３０が得られる。これらエッチング工程においては、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６が誘電体層１４１の外縁部１４８を覆っているので、ｐ側円環状電極１２１と誘電体層１４１との間に酸エッチング液が進入するおそれが除かれ、酸エッチング液がｐ側円環状電極１２１の下層側のｐ＋型コンタクト層１１５を侵食することはない。また、メサポスト１３０をｐ側円環状電極１２１と自己整合的に形成しているので、メサポスト１３０が寸法精度高く形成できる。
【００６８】
次に、水蒸気雰囲気中において約４００℃で約１時間の熱処理を行うと、ＡｌＡｓ層１１０’がメサポスト１３０の外周側から選択的に酸化されてＡｌ２Ｏ３を主成分とする酸化膜に変化し、電流狭窄部１１０ａが形成される。化学反応は、ＡｌＡｓ層１１０’の外周側から均一に進行し、中心部にはＡｌＡｓからなる電流注入部１１０ｂが残される。選択酸化における処理時間などを調整し、電流注入部１１０ｂの直径を５〜７μｍにする。この選択酸化により、メサポスト１３０の中心と、電流注入部１１０ｂの中心と、ｐ側円環状電極１２１の開口１２５の中心とを、精度高く一致させることが出来る。
【００６９】
上記選択酸化のための熱処理と、後述するパッシベーション膜１４５や上部ＤＢＲ１５０の形成時の加熱と、レーザの駆動時の発熱等によって、図１２に示すように、ｐ側円環状電極１２１とｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓ層の界面に、ｐ側円環状電極１２１（下層のＴｉ層１２２、上層のＰｔ層１２３）の構成要素（ＴｉおよびＰｔ）のうちの一つであるＴｉがｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓに拡散して、あるいはＴｉとｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓが相互拡散して、Ｔｉとｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓの構成成分（ＧａおよびＡｓ）の少なくとも一つとＴｉとを含む厚さ１０〜６０ｎｍの物質層１５１が形成される。
【００７０】
物質層１５１の厚さｄが１０〜６０ｎｍの時にはＴｉ層１２２がバリア層として機能しており、Ｐｔがｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓ中に拡散しておらず、ｐ＋型コンタクト層１１５に局所的な歪は生じないことがわかった。これに対して、ｐ側円環状電極１２１とｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓ層の界面に形成される物質層１５１の厚さｄが６０ｎｍを超えるような場合は、図１４に示すように、ｐ側円環状電極１２１の構成要素（ＴｉおよびＰｔ）のうちの一つであるＰｔがバリア層であるＴｉ層１２２を局所的に突き抜けてしまったことを示しており、突き抜けた箇所では著しくｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓ層へのＰｔの侵入が生じて、突出部１５２を生じ、局所的な歪みを生じさせる。このように、ｐ側円環状電極１２１の構成物質（ＴｉおよびＰｔ）の少なくとも一つと、ｐ＋型コンタクト層１１５の構成成分（ＧａおよびＡｓ）の少なくとも一つとを含む物質層の厚さが１０〜６０ｎｍのときは、Ｐｔがｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓ中に拡散しておらず、ｐ＋型コンタクト層１１５に局所的な歪は生じないが、６０ｎｍを超える場合には、ｐ＋型コンタクト層１１５にＰｔが著しく侵入して、局所的な歪みを生じさせている。
【００７１】
さらに、本発明者達による層厚を変えた複数の実験から、２０ｎｍ以上のＴｉ含有層、特に、１０ｎｍ以上のＴｉ層１２２と１０ｎｍ以上の物質層１５１の合わせて２０ｎｍ以上のＴｉ含有層が、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６とｐ＋型コンタクト層１１５とが接触している領域にあれば開口側端部１２６下部のｐ＋型コンタクト層１１５で歪が発生するのを効果的に抑止できることがわかった。なお、新たな歪みを生じさせないために物質層１５１の厚さは６０ｎｍ以下であると都合が良い。Ｔｉ層１２２の膜厚の上限値は電極設計に応じて当業者によって適宜選択されるが、２００ｎｍ、さらに好適には５０ｎｍ以下に設定される。
【００７２】
その後、図１に示すように、メサポスト１３０の外周側のｎ型コンタクト層１０４の表面に、半円環状のｎ側電極１３１を形成する。次いで、ＣＶＤ法により全面にパッシベーション膜１４５を形成した後、ｎ側電極１３１及びｐ側円環状電極１２１上のパッシベーション膜１４５に開口（図示せず）を形成する。更に、これら開口（図示せず）を介して、ｎ側電極１３１に接触するｎ側引出し電極（図示せず）と、ｐ側円環状電極１２１に接触するｐ側引出し電極（図示せず）とを形成する。
【００７３】
つぎに、ＣＶＤ法を用いて誘電体から成る上部ＤＢＲ１５０を形成した後に、基板１０１の裏面を研磨し、基板１０１の厚さを例えば１５０μｍに調整する。その後、素子分離を行い、図１に示す面発光レーザ１００が完成する。
【００７４】
また、上記実施形態では、リフトオフ法を用いてｐ側円環状電極１２１を形成しているが、ｐ側円環状電極１２１の形成方法については特に限定されない。また、ｐ側円環状電極１２１の内側に形成する誘電体層１４１は、必ずしも位相調整層に限らず、他の目的で上部ＤＢＲの下方に挿入される誘電体層でもよい。
【００７５】
更に、メサポスト１３０上の円環状電極は、ｐ側円環状電極に限らず、ｎ側円環状電極としてもよい。この場合には、本実施の形態の構成から、半導体積層のｐ側とｎ側とを入れ替える。さらに、本実施の形態では、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６は、ｐ＋型コンタクト層１１５上から誘電体膜１４１上に延在し、誘電体膜１４１の外縁部１４８を覆う構成をとっているが、ｎ型電極においても直下の半導体層と反応性のある金属材料を用いた場合には同様にｎ型電極の端部を半導体層上から誘電体膜上に延在させ、誘電体膜の外縁部を覆う構成をとることが好ましい。
【００７６】
（第１の変形例）
位相調整層となる誘電体層１４１を作製する際に、図６に示すように、メサポスト１３０の外縁部となる部分、すなわち、ｐ＋型コンタクト層１１５の外側の端部１１６上にもＳｉＮｘからなる誘電体層１４２を残し、図３に示すフォトレジスト１２８を形成する際には、この誘電体層１４２を露出するように形成することによって、形成されるｐ側円環状電極１２１の内側の開口側端部１２６がｐ＋型コンタクト層１１５上から誘電体膜１４１上に延在し、誘電体膜１４１の外縁部１４８上に乗り上げて誘電体膜１４１の外縁部１４８を覆い、外側端部１２７がｐ＋型コンタクト層１１５上から誘電体膜１４２上に延在し、誘電体膜１４２上に乗り上げて誘電体膜１４２を覆うように形成することができる。このようにして、ｐ側円環状電極１２１の内側の開口側端部１２６および外側端部１２７のＰｔ層１２３のＰｔがｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓと接するのを防止でき、ｐ＋型コンタクト層１１５に歪が発生するのを防止できる。メサポスト状構造を有する半導体レーザにおいては、発光部近傍のみでなく、メサポストの外周近傍の構造的欠陥も信頼性に影響を及ぼすために、メサポストの外周部においてもこの電極乗り上げ構造を設けるのは効果的である。特に、１μｍ帯以下の発振波長のレーザにおいてこの効果が顕著である。
【００７７】
（第２〜第６の変形例）
以下の変形例では、誘電体層１４１の外縁部１４８とｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６との境界部構成について説明する。なお、図示しない部位の構成については上記実施の形態と同様の構成とすることが可能であるがそれに限られない。
【００７８】
（第２の変形例）
図７は、ｐ側円環状電極１２１の膜厚が誘電体層１４１の層厚よりも小さい場合の構成例を示す。この例では誘電体層１４１の外縁部１４８に、下層のＴｉ層１２２と上層のＰｔ層１２３とがｐ＋型コンタクト層１１５との界面からこの順に積層されたｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６がｐ＋型コンタクト層１１５上から誘電体膜１４１上に延在し、誘電体膜１４１の外縁部１４８上に乗り上げて誘電体膜１４１の外縁部１４８を覆っている。ｐ側円環状電極１２１の内側の開口側端部１２６のＰｔ層１２３のＰｔがｐ＋型コンタクト層１１５と接することを防止でき、ｐ＋型コンタクト層１１５に歪が発生するのを防止できる。なお、下層のＴｉ層１２２は、誘電体膜１４１の外縁部１４８上を１５０ｎｍ以上の幅ａで覆っている。Ｔｉ層１２２の開口側端１２２ｂがＰｔ層１２３の開口側端１２３ｂによって覆われ、Ｔｉ層１２２の開口側端１２２ｂが開口１２５に露出していない。従って、例えば、酸化狭窄層を作成する際の酸化工程等でＴｉ層１２２が酸化されるのを防止または抑制することができ、抵抗値の増加やＴｉ層１２２の構造変化を防止または抑制できる。
【００７９】
（第３の変形例）
図８は、ｐ側円環状電極１２１が、最下層のＴｉ層１２２、その上のＰｔ層１２３および最上層のＡｕ層１２４の３層からなる構成の例を示す。この例では、誘電体層１４１の外縁部１４８に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの多層金属からなるｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６がｐ＋型コンタクト層１１５上から誘電体膜１４１上に延在し、誘電体膜１４１の外縁部１４８上に乗り上げて誘電体膜１４１の外縁部１４８を覆っている。ｐ側円環状電極１２１の内側の開口側端部１２６のＰｔ層１２３のＰｔおよびＡｕ層１２４のＡｕがｐ＋型コンタクト層１１５と接することを防止でき、ｐ＋型コンタクト層１１５に歪が発生するのを防止できる。なお、下層のＴｉ層１２２は、誘電体膜１４１の外縁部１４８上を１５０ｎｍ以上の幅ａで覆っている。Ｔｉ層１２２の開口側端１２２ｂがＰｔ層１２３の開口側端１２３ｂおよびＡｕ層１２４の開口側端１２４ｂによって覆われ、Ｔｉ層１２２の開口側端１２２ｂが開口１２５に露出していない。従って、例えば、酸化狭窄層を作成する際の酸化工程等でＴｉ層１２２が酸化されるのを防止または抑制することができ、抵抗値の増加やＴｉ層１２２の構造変化を防止または抑制できる。
【００８０】
本変形例では、ｐ＋型コンタクト層１１５は、ｐ＋型コンタクト層１１５との界面から順にＴｉ層１２２、Ｐｔ層１２３、Ａｕ層１２４の３層から構成されているが、材料はこれに限られず、Ｐｔ層１２３に代えて、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｇｅのいずれかからなる層を使用し、Ａｕ層１２４に代えて、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、、Ｔｉ、Ｇｅのいずれかからなる層を使用することもできる。また、層数も、たとえば、ｐ＋型コンタクト層１１５との界面から順にＴｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｔの４層などの複数層とすることもできる。
【００８１】
（第４の変形例）
図９は、誘電体層１４１の外縁部１４８が傾斜した構成の例を示す。誘電体層１４１の外縁部１４８がテーパー状であり、誘電体層１４１の外縁部１４８の上面は、誘電体層１４１の外側から内側に向かうにつれてｐ＋型コンタクト層１１５から離間している。ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６がｐ＋型コンタクト層１１５上から誘電体膜１４１上に延在し、誘電体膜１４１の外縁部１４８上に乗り上げて誘電体膜１４１の外縁部１４８を覆っている。ｐ側円環状電極１２１の内側の開口側端部１２６のＰｔ層１２３のＰｔがｐ＋型コンタクト層１１５と接することを防止でき、ｐ＋型コンタクト層１１５に歪が発生するのを防止できる。なお、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６は、テーパー状の外縁部１４８上で終端している。また、下層のＴｉ層１２２は、誘電体膜１４１の外縁部１４８上を１５０ｎｍ以上の幅ａで覆っている。
【００８２】
この変形例の構成によれば誘電体層１４１の外縁部１４８にｐ側円環状電極１２１の段差ができないために、ｐ側円環状電極１２１の不連続が生じにくく、堆積時のバリア層（Ｔｉ層１２２）の厚みが比較的薄い、例えば２０ｎｍであっても誘電体層１４１の外縁部１４８では比較的均一で十分な厚みを確保することができる。また、この変形例は、誘電体層１４１の厚さが１２０ｎｍを超える厚い場合に境界部での段差が生じることなく、特に都合がよい。
【００８３】
誘電体層１４１の外縁部１４８をテーパー状にして誘電体層１４１を断面台形形状にし、さらに、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６がテーパー状の外縁部１４８上で終端するようにすることによって、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６の頂部の高さを抑えられるので、その上に形成される積層構造の平坦性を向上することができる。イントラキャビティ構造においては積層構造には上部ＤＢＲが用いられるので、この平坦化は開口部での均一な反射率をもたらし有利である。また、この形状を持つ層を用いることによって、実質的にレーザーの横方向の閉じ込めを電極を用いて形成した開口部よりも狭くすることができ、台形形状のスロープ角度等を適宜設計することにより所望のビーム径や発振モードを制御することができる。
【００８４】
（第５の変形例）
図１０は、誘電体層１４１がｐ側円環状電極１２１内に突出した構成の例を示す。誘電体層１４１の外縁部１４８が、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６において、ｐ側円環状電極１２１のＴｉ層１２２の端部と、Ｐｔ層１２３の端部との間に介在している。この構造は、誘電体層１４１の周囲にｐ側円環状電極１２１の下側の層（Ｔｉ層１２２）を形成し、続いて誘電体層１４１の端部をなまし、さらに残りの金属層（Ｐｔ層１２３）を堆積させることによって形成される。この構造によっても、ｐ＋型コンタクト層１１５の半導体層と反応し得るＰｔとｐ＋型コンタクト層１１５との間に十分な膜厚の誘電体層１４１あるいはＴｉ層１２２が存在するため、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６のＰｔ層１２３のＰｔがｐ＋型コンタクト層１１５と接することを防止でき、ｐ＋型コンタクト層１１５に歪が発生するのを防止できる。
【００８５】
（第６の変形例）
図１１は、誘電体層１４１の外縁部１４８をテーパ状に形成し、テーパ状のスロープの途中で下層のＴｉ層１２２が終端し、さらに上層のＰｔ層１２３がＴｉ層１２２の端部を被覆し、かつ、スロープ上で終端するように形成した例を示す。誘電体層１４１の外縁部１４８がテーパー状であり、誘電体層１４１の外縁部１４８の上面は、誘電体層１４１の外側から内側に向かうにつれてｐ＋型コンタクト層１１５から離間している。ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６がｐ＋型コンタクト層１１５上から誘電体膜１４１上に延在し、誘電体膜１４１の外縁部１４８上に乗り上げて誘電体膜１４１の外縁部１４８を覆っている。ｐ側円環状電極１２１の内側の開口側端部１２６のＰｔ層１２３のＰｔがｐ＋型コンタクト層１１５と接することを防止でき、ｐ＋型コンタクト層１１５に歪が発生するのを防止できる。なお、下層のＴｉ層１２２は、誘電体膜１４１の外縁部１４８上を１５０ｎｍ以上の幅ａで覆っている。
【００８６】
ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６は、テーパー状の外縁部１４８上で終端している。Ｔｉ層１２２の開口側端１２２ｂがＰｔ層１２３の開口側端１２３ｂによって覆われ、Ｔｉ層１２２の開口側端１２２ｂが開口１２５に露出していない。従って、例えば、酸化狭窄層を作成する際の酸化工程等でＴｉ層１２２が酸化されるのを防止または抑制することができ、抵抗値の増加やＴｉ層１２２の構造変化を防止または抑制できる。
【００８７】
いずれの変形例においても、誘電体層１４１の外縁部１４８に所望のモード光の放出に顕著に影響しない程度までｐ側円環状電極１２１が乗り上げていれば、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６のＰｔ層１２３のＰｔがｐ＋型コンタクト層１１５と接することを防止でき、ｐ＋型コンタクト層１１５に歪が発生するのを防止できるが、好ましくは誘電体層１４１の端から１００ｎｍ乃至１μｍの範囲までｐ側円環状電極１２１が乗り上げていると都合がよい。また、多層電極の全ての層が誘電体層１４１に乗り上げていることが最も好ましいが、電極層のバリア層（Ｔｉ層１２２）だけが所定量、乗り上げているように構成しても、ｐ側円環状電極１２１と誘電体層１４１の境界部分において十分に均一なバリア層が得られるので、ｐ側円環状電極１２１を構成する反応性の金属Ｐｔがｐ＋型コンタクト層１１５と接することを防止でき、ｐ＋型コンタクト層１に局所的な歪が発生するのを防止または抑制できる。
【００８８】
(第２の実施の形態)
次に、図１５を参照して、本発明の好ましい第２の実施の形態の半導体レーザ素子２００を説明する。本実施形態の面発光レーザ２００は、ｎ側電極２３０、ｎ型半導体基板２０１、下部半導体ＤＢＲミラー２０２、ｎ型クラッド層２０３、量子井戸構造を有する活性層２０４、ｐ型クラッド層２０５、上部半導体ＤＢＲミラー２０６、電流狭窄部２０７ａと電流注入部２０７ｂとを有する酸化電流狭窄層２０７、ｐ側円環状電極２２１、保護層２４０を備える。ｎ型クラッド層２０３、活性層２０４およびｐ型クラッド層２０５により共振器２１０を構成している。上部半導体ＤＢＲミラー２０６の、活性層２０４に近い側の一層が、外周に位置する電流狭窄部２０７ａと電流狭窄部２０７ａの中央に位置する電流注入部２０７ｂとを有する電流狭窄層２０７となっている。
【００８９】
基板２０１は、ｎ−ＧａＡｓからなる。また、下部ＤＢＲミラー２０２は、それぞれの層の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）のｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｎ−Ａｌ０．２ Ｇａ０．８Ａｓの３５ペアからなる。ｎ型クラッド層２０３は、ｎ−Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる。活性層２０４は、ＧａＡｓ井戸層およびＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓバリア層からなる量子井戸構造である。ｐ型クラッド層２０５は、ｐ−Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる。
【００９０】
上部半導体ＤＢＲミラー２０６は、それぞれの層の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）のｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｐ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓの２５ペアからなる。上部半導体ＤＢＲミラー２０６の活性層２０４に近い側の一層が、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層に代えて、ＡｌＡｓ層で形成され、周囲領域のＡｌＡｓが選択的に酸化され、Ａｌ２Ｏ３からなる電流狭窄部２０７ａとなっている。電流狭窄部２０７ａの中心に位置する電流注入部２０７ｂはＡｌＡｓからなっている。
【００９１】
上部半導体ＤＢＲミラー２０６の上面に円環状のｐ側円環状電極２２１が設けられている。ｐ側円環状電極２２１は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ（下層のＴｉ層と上層のＰｔ層）からなる。基板２０１の下面のｎ側電極２３０は、例えば、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ（上層のＡｕＧｅＮｉ層と下層のＡｕ層）からなる。ｐ側円環状電極２２１の開口２２５内の上部半導体ＤＢＲミラー２０６の上面にＳｉＮｘからなる誘電体の保護層２４０が設けられている。
【００９２】
ｐ側円環状電極２２１の開口側端部２２３が上部半導体ＤＢＲミラー２０６上から保護層２４０上に延在し、保護層２４０の外縁部２４２上に乗り上げて保護層２４０の外縁部２４２を覆っている。このように、保護層２４０がｐ側円環状電極２２１の開口側端部２２３と上部半導体ＤＢＲミラー２０６の半導体層との間に介在しているので、ｐ側円環状電極２２１を構成するＰｔ等の金属と上部半導体ＤＢＲミラー２０６半導体層が反応することを避けることができる。
【００９３】
電流狭窄層を有する面発光レーザ素子は上部電極の開口部側端部の電流密度が大きいので端部における破損が避けられることにより、信頼性の向上の効果が大きい。共振器内または近傍に電極（コンタクト層)を持つ面発光レーザの場合は、位相調整層あるいはミラーの一部を保護層として兼用することができ、新たな保護層を設ける必要がないため特に都合が良い。
【００９４】
上述してきた実施の形態では反応性および汎用性の観点から最も好ましい電極層の組み合わせとしてＴｉ／Ｐｔからなる電極を中心に説明を行ったが、半導体層との界面に配置される下地層（バリア層）の金属としてＴｉが最も都合が良いが、下地層（バリア層）としてＴｉ、Ｗ、Ｍｏ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｃｒあるいはこの組み合わせからなる電極層を用い、また、この下地層金属と組み合わされその上層に配置される金属としてＰｔが最も都合が良いが、上層としてＰｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｇｅあるいはこれらの組み合わせから選択した複数の金属からなる電極層を用いることもできる。
【００９５】
下地金属層は、半導体層と反応する金属を通過させない金属から選択されると特に都合が良い。
【００９６】
下地金属層は、半導体層を構成する原子（特にＡｓ）を通過させない金属から選択されると特に都合が良い。
【００９７】
誘電体層は、電極金属あるいは半導体を構成する原子を通過させない材料から選択され選択されると特に都合が良い。また誘電体層は、電極金属あるいは半導体と反応しない材料から選択されると特に都合が良い。
【００９８】
なお、上記の実施の形態では、面発光レーザ、特にイントラキャビティ型のレーザが最も好適として説明されたが、本発明の適用はレーザに限られるものではなく、光の通過する開口部を有する電極を持つ発光素子、例えば面発光ＬＥＤなどにも本発明を好適に適用することができる。
【００９９】
次に、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００、２００を複数用いた面発光レーザアレイの例を図１６、１７を参照して説明する。一例として、図１６に示したように、面発光レーザアレイチップ７００がＣＬＣＣ（Ｃｅｒａｍｉｃ Ｌｅａｄｅｄ ｃｈｉｐ ｃａｒｒｉｅｒ）と呼ばれる周知のフラットパッケージ７１０に実装されたものを用いている。図では煩雑さを避けるために、金属キャスター（電極）７１４と面発光レーザアレイチップ７００との接続は省略してある。面発光レーザアレイチップ７００は図１７に示したように、中央部に設けられた複数の面発光型半導体レーザ素子１００（２００）からなる素子部７０２、及び周囲に設けられ、素子部７０２の複数の発光部と接続（図示せず）された複数の電極パッド７０６を有している。さらに、各電極パッド７０６はフラットパッケージ７１２の金属キャスター７１４と接続（図示せず）されている。各発光部は、フラットパッケージ７１２と接続された（図示しない）外部制御回路によって発光制御され、所定の波長のレーザ光を射出する。
【０１００】
次に、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００、２００を光学機器に適用した例について図面を参照して説明する。図１８は、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００、２００を発光素子のパッケージに適応したときの構成を示す概略縦断面図である。面発光レーザパッケージ３００は、面発光型半導体レーザ素子１００、２００、基板３０４および電極３０６からなる面発光レーザモジュール、レンズ３１６、ハウジング３１０、光ファイバマウント３１２、光ファイバ３１４とからなる。電極３０６は、外部の制御回路（図示せず）に電気的に接続され、面発光レーザパッケージの発光が制御されている。面発光型半導体レーザ素子１００、２００から出射したレーザー光はレンズ３１６で集光され光ファイバ３１４に結合される。
【０１０１】
図１９は、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００、２００を光記憶媒体への書き込み／読み出し装置のピックアップに適応したときの構成を示す概略縦断面図である。ピックアップ３５０は、面発光型半導体レーザ素子１００、２００、基板３５４、電極３５６、駆動ＩＣ３５８、およびこれらの要素を封止する樹脂３６０からなる面発光レーザモジュールと、レンズ３７６、ハーフミラー３７０、回折格子３７４、光センサー３８０、光記憶媒体３７２とからなる。樹脂３６０の出射面は凸状に加工されレンズ３６２を構成している。電極３５４６は、外部の制御回路（図示せず）に電気的に接続され、レーザピックアップの発光が制御されている。面発光型半導体レーザ素子１００、２００から出射したレーザ光は、レンズ３６２で平行光とされ、ハーフミラー３７０で反射された後、レンズ３７６によって集光され光記憶媒体３７２の所定の箇所に集光される。また、光媒体で反射された光は光センサー３８０に入射される。ここでは、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００、２００、あるいは面発光型半導体レーザ素子１００、２００を複数有する面発光レーザ素子アレイを通信用の発光素子パッケージ、あるいは光ディスク用ピックアップに適用した例を示したがこれに限られず、測量機器、レーザーポインター、光学マウス、あるいは、プリンタ、フォトレジストの走査露光用光源、レーザポンピング用光源や、加工用ファイバレーザの光源等の光学機器として用いることもできる。
【０１０２】
図２０は、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００、２００を適用した光送受信モジュールの概略構成図である。図２０に示すように、光送受信モジュール４００は、保持部材４０２、光導波路（光ファイバ）４１２と、保持部材４０２上で光導波路（光ファイバ）４１２の位置決め用のスペーサ４１０、光導波路（光ファイバ）４１２を介して光信号を送信する面発光型半導体レーザ素子１００、２００、あるいは面発光型半導体レーザ素子１００、２００を複数有する面発光レーザ素子アレイ及び光信号を受信する受光素子４０４、面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイの発光状態を制御する駆動回路４０６、受光素子４０４で受信された信号を増幅する増幅回路４０８とで構成されている。面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイは外部の制御部（図示せず）からの制御信号によって駆動回路４０６を介して発光制御され、受光素子４０４で受信された信号が増幅回路４０８を介して制御部へ送信される。煩雑さを避けるために、駆動回路４０６と面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイおよび増幅回路４０８と受光素子４０４のワイヤボンディングは省略している。
【０１０３】
図２１〜図２３は図２０における面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイと、光導波路４１２との光結合部分の概略構成図であり、基板５００、面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイ、光導波路４１２は図２１〜図２３で共通している。図２１では、導波路４１２の端面が光軸に対してほぼ４５度に傾斜するように加工されており、さらにこの傾斜面が反射面５０４として、反射膜のコーティング等による鏡面加工が施され、面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイから出射した光は、導波路４１２の下面から導波路に入射され、傾斜面５０４で反射されて光導波路４１２内を伝播する。図２２では、面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイ上、光導波路４１２の端面側方に内部に反射面５０４の設けられたミラーアセンブリ５０６が設置されて、面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイから出射した光は、ミラーアセンブリ５０６の下面から入射され、反射面５０４で反射され、ミラーアセンブリ５０６から出射された光が光導波路４１２に結合されて光導波路４１２内を伝播する。ミラーアセンブリ５０６の入射面あるいは／および出射面にはマイクロレンズ（アレイ）が設けられてもよい。図２３は、コネクタハウジング５１２内に光ファイバ４１２が配置され、さらに光ファイバ心線の曲部５１４の端部が面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイに対向するように配置され、面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイから出射した光が光ファイバ４１２に結合される。
【０１０４】
次に、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００、２００、あるいは面発光型半導体レーザ素子１００、２００を複数有する面発光レーザ素子アレイを通信システムに適用した例を示す。図２４には、面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイを用いた波長多重伝送システムの構成例が示されている。図２４の波長多重伝送システムはコンピュータ、ボードあるいはチップ６０２、通信制御回路（ＣＰＵ，ＭＰＵ、光―電気変換回路、電気―光変換回路、波長制御回路）６０４、面発光型半導体レーザ素子１００、２００を複数有する面発光レーザ素子アレイ６０６、受光素子集積部６０８、合波器６１０、分波器６１２、電気配線６１６、光ファイバ６１７、６１８、通信対象のネットワーク、ＰＣ、ボード、チップなど６１４からなる。図２４の波長多重伝送システムでは、発振波長の異なる複数の面発光レーザ素子を配列して面発光レーザアレイ６０６を構成し、面発光レーザアレイ６０６の各面発光レーザ素子からの各発振光を合波器を通して１本の光ファイバに結合させるように構成されている。このような構成では、１本のファイバで、高スループットに大容量の信号伝送ができる。このように、本発明の好ましい実施の形態の面発光レーザアレイは、モードが安定しており、且つ、各発振波長が安定しているので、高い信頼性で高密度大容量の波長多重伝送が可能になる。なお、本実施形態では各面発光レーザアレイ６０６あるいは受光素子集積部６０８からの出力用光ファイバあるいは入力用光ファイバは合波器６１０あるいは分波器６１２を用いて1本の光ファイバに結合されているが、用途に応じては出力用光ファイバあるいは入力用光ファイバをそのまま通信対象のネットワーク、ＰＣ、ボード、チップなど６１４に接続して並列伝送システムとすることもできる。この場合、本発明の好ましい実施の形態の面発光レーザアレイは、モードが安定しており、且つ、各波長が安定しているので、複数の光源をもつ信頼性の高い並列伝送システムの構築が容易になる。
【０１０５】
以上、本発明の種々の典型的な実施の形態を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【０１０６】
１００ 面発光型半導体レーザ素子
１０１ 基板
１０２ 下部ＤＢＲミラー
１０３ バッファ層
１０４ ｎ＋型コンタクト層
１０５ ｎ型スペーサ層
１０６ 活性層
１０９ 下部傾斜組成層
１１０ 電流狭窄層
１１０ａ 電流狭窄部
１１０ｂ 電流注入部
１１０’ ＡｌＡｓ層
１１１ 上部傾斜組成層
１１２、１１４ ｐ型スペーサ層
１１３ ｐ＋型電流経路層
１１５ ｐ＋型コンタクト層
１１６ 外側端部
１２０ 共振器
１２１ ｐ側円環状電極
１２１ａ Ｐｔ／Ｔｉ層
１２２ Ｔｉ層
１２２ｂ 開口側端
１２３ Ｐｔ層
１２３ｂ 開口側端
１２４ Ａｕ層
１２４ｂ 開口側端
１２５ 開口
１２６ 開口側端部
１２７ 外側端部
１２８ フォトレジスト層
１２８ａ 空隙
１３０ メサポスト
１３１ ｎ側電極
１４１、１４２ 誘電体層
１４３ ＳｉＯ２膜
１４４ ＳｉＮｘ膜
１４５ パッシベーション膜
１４８ 外縁部
１４９ 境界
１５０ 上部ＤＢＲミラー
１５１ 物質層（ＴｉとＧａＡｓの反応層）
１５２ 突出部（ＰｔとＧａＡｓの反応突出領域）
２００ 面発光型半導体レーザ素子
２０１ 基板
２０２ 下部半導体ＤＢＲミラー
２０３ ｎ型クラッド層
２０４ 活性層
２０５ ｐ型クラッド層
２０６ 上部半導体ＤＢＲミラー
２０７ 電流狭窄層
２０７ａ 電流狭窄部
２０７ｂ 電流注入部
２１０ 共振器
２２１ ｐ側円環状電極
２２３ 開口側端部
２２５ 開口
２３０ ｎ側電極
２４０ 保護層
２４２ 外縁部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子およびその製造方法に関し、特に、垂直共振器型の面発光型半導体レーザ（VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting LASER、以下、単に面発光レーザと称する）素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の面発光レーザ素子は、例えば、特許文献１、２に開示されており、量子井戸構造を有する活性層を有し、活性層との間にｐ型スペーサ層を介して設けられたｐ＋型コンタクト層上にｐ側円環状電極が設けられ、ｐ側円環状電極の開口には、位相を調整するための誘電体層が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６９１６６７２号明細書
【特許文献２】米国特許第６７５００７１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
活性層と、活性層に電流を注入する２つの電極とを有し、２つの電極のうちの一方の電極が半導体層上に設けられ、当該電極には活性層からの光を通すための開口が設けられ、その開口に誘電体層が設けられた構造の半導体発光素子では、電極の開口側端部において、電極の構成物質の少なくとも一つが半導体層に拡散して半導体層と反応し、その結果、半導体層と電極との界面近傍の半導体層に歪が生じてしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、開口を有する電極が半導体層上に設けられ、その開口に誘電体層が設けられた構造の半導体発光素子において、半導体層と電極の開口側端部との界面近傍の半導体層に歪が生じるのを抑制できる半導体発光素子およびその製造方法を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、
活性層と、
前記活性層に電流を注入する第１の電極および第２の電極と、
前記活性層と前記第１の電極との間の半導体層と、
前記半導体層上に設けられ、前記活性層からの光が通る誘電体層と、を備える半導体発光素子であって、
前記第１の電極は前記半導体層上に設けられ、前記活性層からの光が通る開口を有し、前記半導体層と接触して設けられた第１の電極層と、前記第１の電極層上に設けられた第２の電極層とを備え、前記第１の電極層は前記第２の電極層よりも前記半導体層との反応性が小さく、
前記誘電体層は前記開口内に設けられ、前記第１の電極層の前記開口側の端部が、前記半導体層上から前記誘電体層上に延在している半導体発光素子が提供される。
【０００７】
好ましくは、前記誘電体層は円板状であり、前記第１の電極は円環状である。
【０００８】
好ましくは、前記誘電体層の端部がテーパー状であり、前記誘電体層の端部の上面は、前記誘電体層の外側から内側に向かうにつれて前記半導体層から離間している。
【０００９】
好ましくは、前記第１の電極層の前記開口側の端部が前記第２の電極層の前記開口側の端部によって覆われ、前記第１の電極層の前記開口側の端部が前記開口に露出していない。
【００１０】
好ましくは、前記第１の電極層は、前記誘電体層上に１００ｎｍ乃至１μｍ延在している。
【００１１】
好ましくは、前記誘電体層の端部がテーパー状であり、前記誘電体層の端部の上面は、前記誘電体層の外側から内側に向かうにつれて前記半導体層から離間しており、前記第１の電極層の前記開口側の端部は前記テーパー状の前記誘電体層の端部上で終端している。
【００１２】
好ましくは、前記第２の電極層の前記開口側の端部は前記テーパー状の前記誘電体層の端部上で終端し、前記第１の電極層の前記開口側の端部は前記第２の電極層の前記開口側の端部によって覆われ、前記第１の電極層の前記開口側の端部が前記開口に露出していない。
【００１３】
好ましくは、前記第１の電極の外側の端部と、前記半導体層との間に設けられた第２の誘電体層をさらに備え、前記第１の電極の前記外側の端部が、前記半導体層上から前記第２の誘電体層上に延在している。
【００１４】
好ましくは、前記第１の電極層は、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、ＴｉＮおよびＴａＮからなる群より選ばれる少なくとも１以上の物質からなる。
【００１５】
好ましくは、前記第２の電極層は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、ＰｄおよびＧｅからなる群より選ばれる少なくとも１以上の物質からなる。
【００１６】
好ましくは、前記第１の電極層の膜厚は、１０乃至２００ｎｍである。
【００１７】
好ましくは、前記第２の電極層上の第３の電極層をさらに備え、前記第３の電極層は、前記第２の電極層とは異なる物質からなり、前記第３の電極層は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＴｉおよびＧｅからなる群より選ばれる少なくとも１以上の物質からなる。
【００１８】
好ましくは、前記第１の電極層と前記半導体層との間には、前記第１の電極層の構成物質の少なくとも一つと前記半導体層の構成物質の少なくとも一つを含み、厚さが１０ｎｍ以上、６０ｎｍ以下の物質層が存在する。
【００１９】
本発明の他の態様によれば、
活性層と、
前記活性層に電流を注入する第１の電極および第２の電極と、
前記活性層と前記第１の電極との間の半導体層と
前記半導体層上に設けられ、前記活性層からの光が通る誘電体層と、を備える発光素子であって、
前記第１の電極は、前記半導体層上に設けられ、前記活性層からの光が通る開口を有し、前記半導体層と接触して設けられた第１の電極層と、前記第１の電極層上に設けられた第２の電極層とを備え、前記第１の電極層は前記第２の電極層よりも前記半導体層との反応性が小さく、
前記誘電体層は前記開口内に設けられ、前記誘電体層の端部が、前記第１の電極の前記開口側の端部と前記第２の電極の前記開口側の端部との間に介在している半導体発光素子が提供される。
【００２０】
好ましくは、前記第１の電極層と前記半導体層との間には、前記第１の電極層の構成物質の少なくとも一つと前記半導体層の構成物質の少なくとも一つを含み、厚さが１０ｎｍ以上、６０ｎｍ以下の物質層が存在する。
【００２１】
好ましくは、前記発光素子は、面発光レーザである。
【００２２】
好ましくは、前記発光素子は、第１の反射鏡と、第２の反射鏡と、前記第１の反射鏡および前記第２の反射鏡との間に設けられた共振器とをさらに備え、前記共振器は少なくとも、前記活性層、前記半導体層前記誘電体層および電流経路制限層を有し、前記第１の電極および前記誘電体層上に、前記第１の反射鏡が設けられ、前記誘電体層は、前記共振器内の定在波の位相を調整するための位相調整層であり、前記電流経路制限層は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に流れる電流の経路を制限し、前記電流が流れる第１の領域と前記電流の流れを制限する第２の領域とを有する。
【００２３】
また、好ましくは、前記発光素子は、第１の反射鏡と、第２の反射鏡と、前記第１の反射鏡および前記第２の反射鏡との間に設けられた共振器と、電流経路制限層とをさらに備え、前記共振器は少なくとも前記活性層を有し、前記第１の反射鏡は半導体多層膜からなる反射鏡であり、前記半導体層は前記半導体多層膜であり、前記電流経路制限層は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に流れる電流の経路を制限し、前記電流が流れる第１の領域と前記電流の流れを制限する第２の領域とを有する。
【００２４】
好ましくは、前記発光素子は、面発光ＬＥＤである。
【００２５】
本発明のさらに他の態様によれば、上記各半導体発光素子を複数備える半導体発光素子アレイが提供される。
【００２６】
本発明のさらに他の態様によれば、上記各半導体発光素子を複数備えるレーザアレイが提供される。
【００２７】
本発明のさらに他の態様によれば、上記各半導体発光素子を備える光学機器が提供される。
【００２８】
本発明のさらに他の態様によれば、上記各半導体発光素子を備える通信システムが提供される。
【００２９】
本発明のさらに他の態様によれば、
基板上に活性層と半導体層とを形成する工程と、
前記半導体層上に選択的に誘電体層を形成する工程と、
前記半導体層上に選択的に電極を形成する工程であって、前記電極は、第１の電極層と、前記第１の電極層上に設けられた第２の電極層と、開口とを有し、前記第１の電極層は前記半導体層と接触して設けられ、前記第１の電極層は前記第２の電極層よりも前記半導体層との反応性が小さく、前記開口内に前記誘電体層が位置し、前記第１の電極層の前記開口側の端部が、前記半導体層上から前記誘電体層上に延在している前記電極を形成する工程と、
前記活性層に前記電極から流れるまたは前記活性層から前記電極に流れる電流の経路を制限する電流経路制限層であって前記電流が流れる領域と前記電流の流れを制限する酸化物領域とを有する前記電流経路制限層の前記酸化物領域を作成する酸化工程であって、前記酸化工程中の加熱によって、前記第１の電極層と前記半導体層との間に、前記第１の電極層の構成物質の少なくとも一つと前記半導体層の構成物質の少なくとも一つを含む物質層を形成する酸化工程と、を備える半導体発光素子の製造方法が提供される。
【００３０】
好ましくは、前記半導体発光素子の製造方法は、少なくとも前記活性層と前記半導体層とを含む凸部を前記電極に対して自己整合的に前記基板上に形成する工程をさらに備え、前記電流経路制限層の前記酸化物領域は、前記凸部の側面からの酸化によって作成する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、開口を有する電極が半導体層上に設けられ、その開口に誘電体層が設けられた構造の半導体発光素子において、半導体層と電極の開口側端部との界面近傍の半導体層に歪が生じるのを抑制できる半導体発光素子およびその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を説明するための概略縦断面図である。
【図２】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子の製造方法を説明するための概略縦断面図である。
【図３】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子の製造方法を説明するための概略縦断面図である。
【図４】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子の製造方法を説明するための概略縦断面図である。
【図５】図１のＡ部の部分拡大概略縦断面図である。
【図６】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子の変形例を説明するための部分拡大概略縦断面図である。
【図７】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子の他の変形例を説明するための部分拡大概略縦断面図である。
【図８】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子のさらに他の変形例を説明するための部分拡大概略縦断面図である。
【図９】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子のさらに他の変形例を説明するための部分拡大概略縦断面図である。
【図１０】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子のさらに他の変形例を説明するための部分拡大概略縦断面図である。
【図１１】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子のさらに他の変形例を説明するための部分拡大概略縦断面図である。
【図１２】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を説明するための部分拡大概略縦断面図である。
【図１３】比較のための面発光型半導体レーザ素子を説明するための概略縦断面図である。
【図１４】図１３のＢ部の部分拡大概略縦断面図である。
【図１５】本発明の好ましい第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を説明するための概略縦断面図である。
【図１６】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイを説明するための概略斜視図である。
【図１７】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイチップを説明するための概略平面図である。
【図１８】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を用いた面発光レーザパッケージを説明するための概略縦断面図である。
【図１９】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を用いた光ディスク用ピックアップを説明するための概略縦断面図である。
【図２０】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を用いた光送受信モジュールを説明するための概略平面図である。
【図２１】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子と光導波路との光結合構造、または本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイと光導波路との光結合構造を説明するための概略縦断面図である。
【図２２】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子と光導波路との光結合構造、または本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイと光導波路との光結合構造を説明するための概略縦断面図である。
【図２３】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子と光導波路との光結合構造、または本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイと光導波路との光結合構造を説明するための概略縦断面図である。
【図２４】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を用いた通信システム、または本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイを用いた通信システムを説明するための概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態に係る面発光型半導体レーザ素子および製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００３４】
本発明の好ましい実施の形態を説明する前に、まず、比較例について説明する。図１３を参照すれば、比較例の面発光レーザ３００は、ＧａＡｓ基板１０１と、その表面上に積層され且つ一部がメサポスト１３０に形成された積層構造とを有する。積層構造は、ＧａＡｓ基板１０１の側から見て順次に、半導体多層膜から成る下部ＤＢＲミラー１０２、バッファ層１０３、ｎ＋型コンタクト層１０４、ｎ型スペーサ層１０５、量子井戸構造を有する活性層１０６、下部傾斜組成層１０９、電流狭窄層１１０、上部傾斜組成層１１１、ｐ型スペーサ層１１２、ｐ＋型電流経路層１１３、ｐ型スペーサ層１１４、及び、ｐ＋型コンタクト層１１５を含む。ｐ＋型コンタクト層１１５上には、ｐ側円環状電極（リング電極）１２１が形成され、ｐ側円環状電極１２１の開口１２５内には、窒化珪素からなり、位相調整層として機能する円板状の誘電体層１４１誘電体層１４１が形成されている。ｐ側円環状電極１２１と誘電体層１４１との間には隙間が存在する。ｐ側円環状電極１２１と誘電体層１４１上には、誘電体多層膜からなる上部ＤＢＲミラー１５０が形成されている。電流狭窄層１１０は、外周に位置する電流狭窄部１１０ａと、電流狭窄部１１０ａの内側に位置する円形の電流注入部１１０ｂとを含む。この例では、ｎ型スペーサ層１０５からｐ＋型コンタクト層１１５までの半導体積層構造が、円柱状のメサポスト１３０として形成されている。
【００３５】
ｐ側円環状電極１２１から注入された電流は、電流狭窄層１１０を介して活性層１０６に注入され、レーザー光が発振する。
【００３６】
この比較例の面発光レーザ３００では、ｐ側円環状電極１２１の内縁であるエッジ部分（開口側端部１２６）において、形成される電極層の層厚が薄くなる、あるいは開口側端部１２６に凹凸が生じるという問題がある。電極材料としてはＡｕやＰｔのような電気抵抗の小さい金属を用いることが好ましいが、ＧａＡｓ等の化合物半導体との反応性や、ＧａＡｓ等の化合物半導体との接着性、あるいはＧａＡｓ等の化合物半導体とのオーミック接触の形成などの観点から、Ｔｉ等をバリア金属として用いた複数の層からなる多層金属電極が用いられている。
【００３７】
例えば、図１４に示すように、Ｔｉ／Ｐｔ（下側がＴｉ層１２２、上側がＰｔ層１２３）の多層金属をｐ側円環状電極１２１の電極材料として用いると、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６ではバリア層であるＴｉ層１２２の厚みが薄くなったり、厚みにばらつきが生じたりし、Ｐｔ層１２３のＰｔがｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓと直接接触あるいはＴｉ層１２２の薄い部分をＰｔが通過して、ｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓとＰｔが反応する現象が発生する。
【００３８】
Ｐｔは、ＧａＡｓのような化合物半導体と２００℃程度の低温から反応して、化合物半導体のそれぞれの構成元素と化合物を形成する。例えば、ＰｔとＧａＡｓが完全に反応すると、ＰｔＧａ／ＰｔＡｓ２／ＧａＡｓの順番で化合物が多層化した構造が形成される。
【００３９】
Ｐｔ層１２３のＰｔがｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓと直接接触あるいはＴｉ層１２２の薄い部分を通過してｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓと接触した後に、加熱されると、ＰｔはＧａＡｓ中に深く拡散して突出部１５２を形成し、突出部１５２ではＰｔとＧａＡｓが反応して、上記の化合物を形成する。
【００４０】
このように、ＰｔがＧａＡｓ中に拡散して突出部１５２を形成し、ＰｔとＧａＡｓが反応すると、ｐ＋型コンタクト層２１２とｐ側円環状電極１２１との界面近傍のｐ＋型コンタクト層１１５に局所的な歪を発生させ、これを起点として半導体積層内に転位（欠陥）を引き起こす。半導体積層内の転位は発光部近傍で生じるために、レーザ特性を劣化させ、レーザの素子寿命に影響を及ぼすという問題が生じる。
【００４１】
上記ｐ側円環状電極１２１とｐ＋型コンタクト層１１５の反応は、メサポスト形成後に行う酸化狭窄膜の酸化工程で、特に約４００℃程度の高温に曝されることにより促進される。また、ＡｓとＰｔが反応するとＰｔＡｓ化合物が生成して大幅に電極の抵抗が上昇してレーザの特性、特に高周波動作時のＲＦ特性を大幅に悪化させるという問題も生じる。
【００４２】
なお、上記では、Ｐｔについて説明したが、ＮｉやＰｄなどの遷移金属と化合物半導体の各構成元素とも化合物を形成することが知られている。
【００４３】
また、レーザの使用環境に依存するものの、高い周囲温度下で且つ高駆動電流を用いる
レーザの駆動では、一見して上述した反応が起こっていないような場合にも、エレクトロマイグレーション等によって、レーザ運転中に上記反応が進行する可能性もある。特に、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６は、電流が最も集中しやすい場所であるため、この部分に反応に起因する応力が加わることで、長期通電時には特に劣化が進行する原因になる。
【００４４】
更に、例えば上部ＤＢＲミラー１５０が誘電体膜で形成されるような、イントラ・キャビティー構造の面発光レーザでは、上部クラッド層（上部傾斜組成層１１１、ｐ型スペーサ層１１２、ｐ＋型電流経路層１１３、ｐ型スペーサ層１１４、及びｐ＋型コンタクト層１１５）上にｐ側円環状電極１２１が形成されるため、ｐ側円環状電極１２１と活性層１０６との距離が、例えば約１μｍ以下と極めて近い。また、上部クラッド層上のｐ側円環状電極１２１と上部ＤＢＲミラー１５０の境界部では歪が生じやすい。したがって、この構造では、ｐ側円環状電極１２１と上部クラッド層の最上層であるｐ＋型コンタクト層１１５との反応による構造劣化の影響を活性層１０６がより受けやすくなり、上記問題が更に顕著になる。
【００４５】
なお、酸化狭窄層を形成する酸化工程等で、Ｔｉがｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓに拡散して、あるいはＴｉとｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓが相互拡散して、Ｔｉとｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓの構成成分の少なくとも一つ、すなわち、ＧａおよびＡｓの少なくとも一つとＴｉとを含む物質層１５１が形成されるが、この物質層１５１については、後述する。
【００４６】
（好ましい実施の形態）
次に、本発明の好ましい実施の形態に係る面発光型半導体レーザ素子構造および製造方法について説明する。
【００４７】
垂直共振器型面発光半導体レーザ素子（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）は、その名の通り、光の共振する方向が基板面に対して垂直であり、光インターコネクションをはじめ、通信用光源として、また、センサー用途などの様々なアプリケーション用デバイスとして注目されている。その理由として、面発光レーザは、従来の端面発光型半導体レーザと比較して、レーザ素子の２次元配列を容易に形成できること、ミラー形成のための劈開が必要でないためウエハレベルでテストできること、活性層体積が格段に小さいので極低しきい値で発振できること、及び、消費電力が小さいことなどの種々の利点を有していることが挙げられる。
【００４８】
（第１の実施の形態）
図１を参照すれば、本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光レーザ１００は、基板１０１と、基板１０１上に順次に形成された、下部ＤＢＲ１０２、バッファ層１０３、ｎ＋型コンタクト層１０４、ｎ型スペーサ層１０５、活性層１０６、下部傾斜組成層１０９、電流狭窄層１１０、上部傾斜組成層１１１、ｐ型スペーサ層１１２、ｐ＋型電流経路層１１３、ｐ型スペーサ層１１４、及び、ｐ＋型コンタクト層１１５を含む積層構造とを有する。
【００４９】
積層構造のうちで、少なくともｎ型スペーサ層１０５からｐ＋型コンタクト層１１２までが、円柱状のメサポスト１３０を構成している。電流狭窄層１１０は、メサポスト１３０の外周側に位置する電流狭窄部１１０ａと、電流狭窄部１１０ａの内側に位置する円形の電流注入部１１０ｂとを有する。
【００５０】
基板１０１は、アンドープのＧａＡｓからなる。下部ＤＢＲ１０２は、ＧａＡｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層の３４ペアからなる。バッファ層１０３は、ｎ型ＧａＡｓからなる。ｎ＋型コンタクト層１０４は、セレン（Ｓｅ）、シリコン（Ｓｉ）などのｎ型ドーパントをドープした、ｎ＋型のＧａＡｓからなる。ｎ型スペーサ層１０５はｎ型ドーパントをドープしたｎ型ＧａＡｓからなる。活性層１０６は、層数が３のＧａＩｎＮＡｓ井戸層と、層数が４のＧａＡｓ障壁層とをそれぞれ交互に積層した構造を有し、最下層のＧａＡｓ障壁層はｎ型クラッド層としても機能する多重量子井戸構造を有する。電流狭窄層１１０のうち、電流狭窄部１１０ａはＡｌ２Ｏ３からなり、電流注入部１１０ｂはＡｌＡｓからなる。電流注入部１１０ｂの直径は５〜７μｍである。電流狭窄部１１０ａによって、ｐ側円環電極１２１とｎ側電極１３１との間に流れる電流の経路を制限して、電流注入部１１０ｂに電流の流れを集中させており、電流狭窄層１１０は、電流経路制限層として機能している。なお、下部ＤＢＲ１０２は、誘電体多層膜で形成してもよい。
【００５１】
下部傾斜組成層１０９及び上部傾斜組成層１１１は、ＡｌＧａＡｓからなり、積層方向に見て電流狭窄層１１０に近づくにつれて、Ａｌ組成が段階的に増加する。また、ｐ型スペーサ層１１２、１１４、ｐ＋型電流経路層１１３、ｐ＋型コンタクト層１１５は、それぞれ炭素（Ｃ）、亜鉛（Ｚｎ）あるいはベリリウム（Ｂｅ）などのｐ型ドーパントをドープしたｐ型、ｐ＋型のＧａＡｓからなる。各ｐ型又はｎ型層のアクセプタ又はドナー濃度は、例えば１×１０１８ｃｍ−３程度であり、各ｐ＋型又はｎ＋型層のアクセプタまたはドナー濃度は、例えば３×１０１９ｃｍ−３以上である。
【００５２】
ｐ＋型コンタクト層１１５上には、ｐ側円環状電極１２１が形成されている。図５に示すように、ｐ側円環状電極１２１は、電気伝導に寄与するＰｔ層１２３と、ｐ＋型コンタクト層１１５との密着性の改善のため、およびＰｔと半導体材料の相互拡散をブロックするためのＴｉ層１２２とを有するＰｔ／Ｔｉ層（下側がＴｉ層１２２、上側がＰｔ層１２３）の多層構造からなる。Ｔｉ層１２２はＰｔ層１２３よりもｐ＋型コンタクト層１１５との反応性は小さい。ｐ側円環状電極１２１は、中心にレーザー光を通過させるための開口１２５を有し、円筒状のメサポスト１３０の外周とほぼ一致する外周を有する。
【００５３】
ｐ側円環状電極１２１の開口１２５内には、ｐ側円環状電極１２１のＰｔと反応性が低い材料、ここでは窒化珪素（ＳｉＮｘ）からなる円板状の誘電体層１４１が形成されている。
【００５４】
面発光レーザにおいては、レーザ発振させるべき波長の光が上部ＤＢＲミラー１５０と、下部ＤＢＲミラー１０２との間で定在波を形成する必要がある。この定在波では、下部ＤＢＲミラー１０２の最上面、及び上部ＤＢＲミラー１５０の最下面がその定在波の腹の位置になる。上述した電流狭窄層１１０、ｐ＋型電流経路層１１３、及びｐ＋型コンタクト層１１５は、その電気的特性が優先的に設計され、ドーパントが導入されるため、レーザ発振光を吸収、散乱するおそれがある。そのため、電流狭窄層１１０、ｐ＋型電流経路層１１３、及びｐ＋型コンタクト層１１５は、光の定在波の節の位置に配置されるように設計される。
【００５５】
本実施の形態では、ｐ側円環状電極１２１の開口１２５内のｐ＋型コンタクト層１１５上に、誘電体層１４１が形成されている。この誘電体層１４１は、共振器の光学長を調整する、リフェイズ層と呼ばれる位相調整層として機能する。誘電体層１４１は、ｐ＋型コンタクト層１１５と上部ＤＢＲミラー１５０との間に形成される。この誘電体層１４１の上面からバッファ層１０３の底面までの部分が共振器１２０を構成している。
【００５６】
ｐ＋型コンタクト層１１５が定在波の節に位置するように設計されるので、誘電体層１４１は、誘電体層１４１の上面、すなわち、上部ＤＢＲミラー１５０の最下面が定在波の腹に位置するように、その光学厚さがλ／４程度に調整される。ここで、ある層の光学厚さは、その層厚とその層の屈折率との積で示される。誘電体層１４１の層厚は発振波長に応じて、例えば、１００ｎｍ〜１８０ｎｍである。誘電体層１４１の外径は、例えば５〜１４μｍである。
【００５７】
ｐ側円環状電極１２１の外径は、例えば３０μｍである。図５に示すように、ｐ側円環状電極１２１の膜厚は、位相調整層１４１の層厚よりも大きく、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６は、ｐ＋型コンタクト層１１５上から誘電体膜１４１上に延在し、誘電体膜１４１の外縁部１４８を約２５０ｎｍの幅ａで覆っている。本実施の形態では、Ｔｉ層１２２の膜厚は５０ｎｍ、Ｐｔ層１２３の膜厚は２００ｎｍとして多層電極を形成したが、Ｔｉ層１２２の膜厚は１０〜２００ｎｍ、好ましくは１０〜５０ｎｍの範囲で選択され、Ｐｔ層１２３の膜厚は用途に応じて適宜設定することができる。また、当分野で電極形成に用いられる蒸着、あるいはスパッタリング等の一般的な条件下で、いくつかの適切なバリア材料（Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ）を用いた実験から、１００ｎｍ乃至１μｍ、好ましくは２５０ｎｍ乃至１μｍ、さらに好ましくは４５０ｎｍ乃至１μｍの幅ａで、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６を誘電体膜１４１の外縁部１４８に乗り上げるように設計することによって、ｐ側円環状電極１２１と誘電体膜１４１との境界１４９の位置で十分に均質なバリア層（本実施の形態ではＴｉ層１２２）の膜厚が得られることがわかった。
【００５８】
ｐ側円環状電極１２１及び誘電体層１４１の上から、メサポスト１３０の側面及びその周囲にわたって、誘電体多層膜からなる上部ＤＢＲ１５０が形成されている。上部ＤＢＲ１５０は、例えばＳｉＮｘ／ＳｉＯ２の１０〜１２ペアからなる。また、表面保護のためにＳｉＯ２１４３とその上のＳｉＮｘ１４４からなるパッシベーション膜１４５が全面に形成されている。このパッシベーション膜１４５のＳｉＯ２１４３とＳｉＮｘ１４４は、ＤＢＲミラー１５０の最下層のＳｉＯ２とＳｉＮｘを兼ねている。従って、ＳｉＮｘ／ＳｉＯ２からなる上部ＤＢＲミラー１５０は、その最下層は、パッシベーション膜１４５のＳｉＯ２であり、その上に、パッシベーション膜１４５のＳｉＮｘがあり、その上にＳｉＯ２とＳｉＮｘが交互に積層され、最上層がＳｉＮｘである構造となっている。なお、これに代えて、上部ＤＢＲ１５０は、例えばα−Ｓｉ／ＳｉＯ２又はα−Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３のペア層から形成されることもできる。ここで、上部ＤＢＲミラー１５０および下部ＤＢＲミラー１０２のペア層の層数は、材料の屈折率に応じて適切な反射率が得られる層数に設定される。
【００５９】
ｎ＋型コンタクト層１０４は、メサポスト１３０の下部から半径方向外側に延びており、そのメサポスト１３０の基部の周囲の表面上には、例えばＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ（下層がＡｕＧｅＮｉ、上層がＡｕ）からなる半円環状のｎ側電極１３１が形成されている。ｎ側電極１３１は、例えば外径が９０μｍ、内径が５０μｍである。
【００６０】
ｎ側電極１３１上には、パッシベーション膜１４５に形成された開口（図示せず）を介してｎ側電極１３１に接触する、Ａｕからなるｎ側引出し電極（図示せず）が形成されている。一方、ｐ側円環状電極１２１上にも、パッシベーション膜１４５に形成された開口（図示せず）を介してｐ側円環状電極１２１に接触する、Ａｕからなるｐ側引出し電極（図示せず）が形成されている。さらに、ｎ側引出し電極及びｐ側引出し電極は、ｎ側電極１３１及びｐ側円環状電極１２１を、外部に設けた電流供給回路（図示せず）にそれぞれ接続している。
【００６１】
上記構成の面発光レーザ１００では、電流供給回路（図示せず）からそれぞれｎ側引出し電極（図示せず）及びｐ側引出し電極（図示せず）を介して、ｎ側電極１３１及びｐ側円環状電極１２１間に電圧を印加し、駆動電流が注入される。注入された駆動電流は、主に低抵抗のｐ＋型コンタクト層１１５とｐ＋型電流経路層１１３とを流れ、さらに電流経路が電流狭窄層１１０によって電流注入部１１０ｂ内に狭窄されて、高い電流密度で活性層１０６に供給される。この電流注入により、活性層１０６は自然放出光を発光する。自然放出光のうち、レーザ発振波長である波長λの光は、下部ＤＢＲミラー１０２と上部ＤＢＲミラー１５０との間の共振器１２０内で定在波を形成し、活性層１０６によって増幅される。注入電流がしきい値を越えると、定在波を形成する光がレーザ発振し、ｐ側円環状電極１２１の開口１２５から上方に向って、１３００ｎｍ帯のレーザ光が出力する。
【００６２】
本実施の形態では活性層１０６を構成する井戸層／障壁層の組み合わせはＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）／ＧａＡｓとしたが、ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）井戸層とＧａＮＡｓ（Ｓｂ）、あるいは、波長に応じて（基板やその他の層構成はこれらの井戸層と障壁層の組み合わせに応じて適宜選択される）、９４０〜１２００ｎｍ帯レーザの場合はＩｎＧａＡｓ/ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓ/ＧａＡｓＰ、８５０ｎｍ帯のレーザの場合ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓなど（井戸層と障壁層の組み合わせについてはこれらに限られない）を選択することもできる。量子井戸層及びバリア層は、発振させたい所望の波長に合わせてその量子井戸幅などを任意に設計作成することができる。
【００６３】
本実施の形態によれば、反応性を有する電極材料であるＰｔと、この電極材料と反応し得る半導体層１１５との間に十分な厚みのバリア層（Ｔｉ層１２２）の存在が保証されるので、上記構成の面発光レーザ１００では、ｐ側円環状電極１２１の電流が集中しがちなｐ側円環状電極１２１と誘電体層１４１との境界１４９近傍におけるｐ側円環状電極１２１のＴｉ層１２２の厚み不足を防止することによって、ｐ側円環状電極１２１のＰｔ層１２３とその下層のｐ＋型コンタクト層１１５との間の反応を防止または抑制し、ｐ＋型コンタクト層１１５に不均一な歪みが発生することを防止または抑制できる。このため、エレクトロ・マイグレーションの発生の有無に拘わらず、レーザ駆動電流の集中部分における歪や応力の発生を防止または抑制し、面発光レーザ１００の製造時の歩留まりを改善し、さらに長時間の運用での信頼性を向上している。特に、本実施の形態のイントラキャビティ構造ではメサポスト１３０の上部ＤＢＲミラー１５０と基板側積層構造との間の応力歪のかかりやすい上部ＤＢＲミラー１５０の基部においてＰｔの進入による欠陥が生じないので非常に有効である。また、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６が、位相調整層を成す誘電体層１４１の外縁部１４８を覆うことで、ｐ側円環状電極１２１と誘電体層１４１との間の隙間からエッチング液などが侵入することを防止している。
【００６４】
以下、上記実施形態の面発光レーザ１００の製造方法について、図２〜図４を参照して説明する。
【００６５】
まず、エピタキシャル成長法によって、図２に示すように、基板１０１上に、下部ＤＢＲミラー１０２、バッファ層１０３、ｎ＋型コンタクト層１０４、ｎ型スペーサ層１０５活性層１０６、下部傾斜組成層１０９、ＡｌＡｓ層１１０’、上部傾斜組成層１１１、ｐ型スペーサ層１１２、ｐ＋型電流経路層１１３、ｐ型スペーサ層１１４、及びｐ＋型コンタクト層１１５を順次に積層する。次いで、ＣＶＤ法及びフォトリソグラフィー法を用い、ｐ＋型コンタクト層１１５の一部領域に、ＳｉＮｘからなる円板状の誘電体層１４１を選択的に形成する。
【００６６】
つぎに、リフトオフ法を用いて、ｐ＋型コンタクト層１１５上に、ｐ側円環状電極１２１を選択的に形成する。具体的には、図３に示すように、誘電体層１４１の外縁部１４８を幅約２５０ｎｍ除いた内側の領域上と、ｐ＋型コンタクト層１１５上の誘電体層１４１の周囲の一定の幅の領域を除いた領域とに、フォトレジスト１２８を選択的に形成し、ｐ側円環電極１２１の形状の空隙１２８ａを形成する。次いで、全面にＴｉを５０ｎｍ、続いてＰｔを２００ｎｍの厚みで蒸着し、Ｐｔ／Ｔｉ層１２１ａを形成し、フォトレジスト１２８を除去することで、フォトレジスト膜１２８上のＰｔ／Ｔｉ層１２１ａを除去し、残された空隙１２８ａ部分のＰｔ／Ｔｉ層１２１ａをｐ側円環状電極１２１として形成する。この工程により、誘電体層１４１の外縁部１４８を覆う開口側端部１２６を有するｐ側円環状電極１２１が形成される。
【００６７】
つぎに、ｐ側円環状電極１２１を金属マスクとして、酸エッチング液等を用いてｎ型コンタクト層１０４に到る深さまでの半導体積層をエッチングして、円柱状のメサポスト１３０を形成する。次いで、別のマスクを形成し、バッファ層１０３に到る深さまでｎ型コンタクト層１０４をエッチングする。その結果、図４に示す形状のメサポスト１３０が得られる。これらエッチング工程においては、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６が誘電体層１４１の外縁部１４８を覆っているので、ｐ側円環状電極１２１と誘電体層１４１との間に酸エッチング液が進入するおそれが除かれ、酸エッチング液がｐ側円環状電極１２１の下層側のｐ＋型コンタクト層１１５を侵食することはない。また、メサポスト１３０をｐ側円環状電極１２１と自己整合的に形成しているので、メサポスト１３０が寸法精度高く形成できる。
【００６８】
次に、水蒸気雰囲気中において約４００℃で約１時間の熱処理を行うと、ＡｌＡｓ層１１０’がメサポスト１３０の外周側から選択的に酸化されてＡｌ２Ｏ３を主成分とする酸化膜に変化し、電流狭窄部１１０ａが形成される。化学反応は、ＡｌＡｓ層１１０’の外周側から均一に進行し、中心部にはＡｌＡｓからなる電流注入部１１０ｂが残される。選択酸化における処理時間などを調整し、電流注入部１１０ｂの直径を５〜７μｍにする。この選択酸化により、メサポスト１３０の中心と、電流注入部１１０ｂの中心と、ｐ側円環状電極１２１の開口１２５の中心とを、精度高く一致させることが出来る。
【００６９】
上記選択酸化のための熱処理と、後述するパッシベーション膜１４５や上部ＤＢＲ１５０の形成時の加熱と、レーザの駆動時の発熱等によって、図１２に示すように、ｐ側円環状電極１２１とｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓ層の界面に、ｐ側円環状電極１２１（下層のＴｉ層１２２、上層のＰｔ層１２３）の構成要素（ＴｉおよびＰｔ）のうちの一つであるＴｉがｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓに拡散して、あるいはＴｉとｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓが相互拡散して、Ｔｉとｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓの構成成分（ＧａおよびＡｓ）の少なくとも一つとＴｉとを含む厚さ１０〜６０ｎｍの物質層１５１が形成される。
【００７０】
物質層１５１の厚さｄが１０〜６０ｎｍの時にはＴｉ層１２２がバリア層として機能しており、Ｐｔがｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓ中に拡散しておらず、ｐ＋型コンタクト層１１５に局所的な歪は生じないことがわかった。これに対して、ｐ側円環状電極１２１とｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓ層の界面に形成される物質層１５１の厚さｄが６０ｎｍを超えるような場合は、図１４に示すように、ｐ側円環状電極１２１の構成要素（ＴｉおよびＰｔ）のうちの一つであるＰｔがバリア層であるＴｉ層１２２を局所的に突き抜けてしまったことを示しており、突き抜けた箇所では著しくｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓ層へのＰｔの侵入が生じて、突出部１５２を生じ、局所的な歪みを生じさせる。このように、ｐ側円環状電極１２１の構成物質（ＴｉおよびＰｔ）の少なくとも一つと、ｐ＋型コンタクト層１１５の構成成分（ＧａおよびＡｓ）の少なくとも一つとを含む物質層の厚さが１０〜６０ｎｍのときは、Ｐｔがｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓ中に拡散しておらず、ｐ＋型コンタクト層１１５に局所的な歪は生じないが、６０ｎｍを超える場合には、ｐ＋型コンタクト層１１５にＰｔが著しく侵入して、局所的な歪みを生じさせている。
【００７１】
さらに、本発明者達による層厚を変えた複数の実験から、２０ｎｍ以上のＴｉ含有層、特に、１０ｎｍ以上のＴｉ層１２２と１０ｎｍ以上の物質層１５１の合わせて２０ｎｍ以上のＴｉ含有層が、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６とｐ＋型コンタクト層１１５とが接触している領域にあれば開口側端部１２６下部のｐ＋型コンタクト層１１５で歪が発生するのを効果的に抑止できることがわかった。なお、新たな歪みを生じさせないために物質層１５１の厚さは６０ｎｍ以下であると都合が良い。Ｔｉ層１２２の膜厚の上限値は電極設計に応じて当業者によって適宜選択されるが、２００ｎｍ、さらに好適には５０ｎｍ以下に設定される。
【００７２】
その後、図１に示すように、メサポスト１３０の外周側のｎ型コンタクト層１０４の表面に、半円環状のｎ側電極１３１を形成する。次いで、ＣＶＤ法により全面にパッシベーション膜１４５を形成した後、ｎ側電極１３１及びｐ側円環状電極１２１上のパッシベーション膜１４５に開口（図示せず）を形成する。更に、これら開口（図示せず）を介して、ｎ側電極１３１に接触するｎ側引出し電極（図示せず）と、ｐ側円環状電極１２１に接触するｐ側引出し電極（図示せず）とを形成する。
【００７３】
つぎに、ＣＶＤ法を用いて誘電体から成る上部ＤＢＲ１５０を形成した後に、基板１０１の裏面を研磨し、基板１０１の厚さを例えば１５０μｍに調整する。その後、素子分離を行い、図１に示す面発光レーザ１００が完成する。
【００７４】
また、上記実施形態では、リフトオフ法を用いてｐ側円環状電極１２１を形成しているが、ｐ側円環状電極１２１の形成方法については特に限定されない。また、ｐ側円環状電極１２１の内側に形成する誘電体層１４１は、必ずしも位相調整層に限らず、他の目的で上部ＤＢＲの下方に挿入される誘電体層でもよい。
【００７５】
更に、メサポスト１３０上の円環状電極は、ｐ側円環状電極に限らず、ｎ側円環状電極としてもよい。この場合には、本実施の形態の構成から、半導体積層のｐ側とｎ側とを入れ替える。さらに、本実施の形態では、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６は、ｐ＋型コンタクト層１１５上から誘電体膜１４１上に延在し、誘電体膜１４１の外縁部１４８を覆う構成をとっているが、ｎ型電極においても直下の半導体層と反応性のある金属材料を用いた場合には同様にｎ型電極の端部を半導体層上から誘電体膜上に延在させ、誘電体膜の外縁部を覆う構成をとることが好ましい。
【００７６】
（第１の変形例）
位相調整層となる誘電体層１４１を作製する際に、図６に示すように、メサポスト１３０の外縁部となる部分、すなわち、ｐ＋型コンタクト層１１５の外側の端部１１６上にもＳｉＮｘからなる誘電体層１４２を残し、図３に示すフォトレジスト１２８を形成する際には、この誘電体層１４２を露出するように形成することによって、形成されるｐ側円環状電極１２１の内側の開口側端部１２６がｐ＋型コンタクト層１１５上から誘電体膜１４１上に延在し、誘電体膜１４１の外縁部１４８上に乗り上げて誘電体膜１４１の外縁部１４８を覆い、外側端部１２７がｐ＋型コンタクト層１１５上から誘電体膜１４２上に延在し、誘電体膜１４２上に乗り上げて誘電体膜１４２を覆うように形成することができる。このようにして、ｐ側円環状電極１２１の内側の開口側端部１２６および外側端部１２７のＰｔ層１２３のＰｔがｐ＋型コンタクト層１１５のＧａＡｓと接するのを防止でき、ｐ＋型コンタクト層１１５に歪が発生するのを防止できる。メサポスト状構造を有する半導体レーザにおいては、発光部近傍のみでなく、メサポストの外周近傍の構造的欠陥も信頼性に影響を及ぼすために、メサポストの外周部においてもこの電極乗り上げ構造を設けるのは効果的である。特に、１μｍ帯以下の発振波長のレーザにおいてこの効果が顕著である。
【００７７】
（第２〜第６の変形例）
以下の変形例では、誘電体層１４１の外縁部１４８とｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６との境界部構成について説明する。なお、図示しない部位の構成については上記実施の形態と同様の構成とすることが可能であるがそれに限られない。
【００７８】
（第２の変形例）
図７は、ｐ側円環状電極１２１の膜厚が誘電体層１４１の層厚よりも小さい場合の構成例を示す。この例では誘電体層１４１の外縁部１４８に、下層のＴｉ層１２２と上層のＰｔ層１２３とがｐ＋型コンタクト層１１５との界面からこの順に積層されたｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６がｐ＋型コンタクト層１１５上から誘電体膜１４１上に延在し、誘電体膜１４１の外縁部１４８上に乗り上げて誘電体膜１４１の外縁部１４８を覆っている。ｐ側円環状電極１２１の内側の開口側端部１２６のＰｔ層１２３のＰｔがｐ＋型コンタクト層１１５と接することを防止でき、ｐ＋型コンタクト層１１５に歪が発生するのを防止できる。なお、下層のＴｉ層１２２は、誘電体膜１４１の外縁部１４８上を１５０ｎｍ以上の幅ａで覆っている。Ｔｉ層１２２の開口側端１２２ｂがＰｔ層１２３の開口側端１２３ｂによって覆われ、Ｔｉ層１２２の開口側端１２２ｂが開口１２５に露出していない。従って、例えば、酸化狭窄層を作成する際の酸化工程等でＴｉ層１２２が酸化されるのを防止または抑制することができ、抵抗値の増加やＴｉ層１２２の構造変化を防止または抑制できる。
【００７９】
（第３の変形例）
図８は、ｐ側円環状電極１２１が、最下層のＴｉ層１２２、その上のＰｔ層１２３および最上層のＡｕ層１２４の３層からなる構成の例を示す。この例では、誘電体層１４１の外縁部１４８に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの多層金属からなるｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６がｐ＋型コンタクト層１１５上から誘電体膜１４１上に延在し、誘電体膜１４１の外縁部１４８上に乗り上げて誘電体膜１４１の外縁部１４８を覆っている。ｐ側円環状電極１２１の内側の開口側端部１２６のＰｔ層１２３のＰｔおよびＡｕ層１２４のＡｕがｐ＋型コンタクト層１１５と接することを防止でき、ｐ＋型コンタクト層１１５に歪が発生するのを防止できる。なお、下層のＴｉ層１２２は、誘電体膜１４１の外縁部１４８上を１５０ｎｍ以上の幅ａで覆っている。Ｔｉ層１２２の開口側端１２２ｂがＰｔ層１２３の開口側端１２３ｂおよびＡｕ層１２４の開口側端１２４ｂによって覆われ、Ｔｉ層１２２の開口側端１２２ｂが開口１２５に露出していない。従って、例えば、酸化狭窄層を作成する際の酸化工程等でＴｉ層１２２が酸化されるのを防止または抑制することができ、抵抗値の増加やＴｉ層１２２の構造変化を防止または抑制できる。
【００８０】
本変形例では、ｐ＋型コンタクト層１１５は、ｐ＋型コンタクト層１１５との界面から順にＴｉ層１２２、Ｐｔ層１２３、Ａｕ層１２４の３層から構成されているが、材料はこれに限られず、Ｐｔ層１２３に代えて、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｇｅのいずれかからなる層を使用し、Ａｕ層１２４に代えて、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、、Ｔｉ、Ｇｅのいずれかからなる層を使用することもできる。また、層数も、たとえば、ｐ＋型コンタクト層１１５との界面から順にＴｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｔの４層などの複数層とすることもできる。
【００８１】
（第４の変形例）
図９は、誘電体層１４１の外縁部１４８が傾斜した構成の例を示す。誘電体層１４１の外縁部１４８がテーパー状であり、誘電体層１４１の外縁部１４８の上面は、誘電体層１４１の外側から内側に向かうにつれてｐ＋型コンタクト層１１５から離間している。ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６がｐ＋型コンタクト層１１５上から誘電体膜１４１上に延在し、誘電体膜１４１の外縁部１４８上に乗り上げて誘電体膜１４１の外縁部１４８を覆っている。ｐ側円環状電極１２１の内側の開口側端部１２６のＰｔ層１２３のＰｔがｐ＋型コンタクト層１１５と接することを防止でき、ｐ＋型コンタクト層１１５に歪が発生するのを防止できる。なお、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６は、テーパー状の外縁部１４８上で終端している。また、下層のＴｉ層１２２は、誘電体膜１４１の外縁部１４８上を１５０ｎｍ以上の幅ａで覆っている。
【００８２】
この変形例の構成によれば誘電体層１４１の外縁部１４８にｐ側円環状電極１２１の段差ができないために、ｐ側円環状電極１２１の不連続が生じにくく、堆積時のバリア層（Ｔｉ層１２２）の厚みが比較的薄い、例えば２０ｎｍであっても誘電体層１４１の外縁部１４８では比較的均一で十分な厚みを確保することができる。また、この変形例は、誘電体層１４１の厚さが１２０ｎｍを超える厚い場合に境界部での段差が生じることなく、特に都合がよい。
【００８３】
誘電体層１４１の外縁部１４８をテーパー状にして誘電体層１４１を断面台形形状にし、さらに、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６がテーパー状の外縁部１４８上で終端するようにすることによって、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６の頂部の高さを抑えられるので、その上に形成される積層構造の平坦性を向上することができる。イントラキャビティ構造においては積層構造には上部ＤＢＲが用いられるので、この平坦化は開口部での均一な反射率をもたらし有利である。また、この形状を持つ層を用いることによって、実質的にレーザーの横方向の閉じ込めを電極を用いて形成した開口部よりも狭くすることができ、台形形状のスロープ角度等を適宜設計することにより所望のビーム径や発振モードを制御することができる。
【００８４】
（第５の変形例）
図１０は、誘電体層１４１がｐ側円環状電極１２１内に突出した構成の例を示す。誘電体層１４１の外縁部１４８が、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６において、ｐ側円環状電極１２１のＴｉ層１２２の端部と、Ｐｔ層１２３の端部との間に介在している。この構造は、誘電体層１４１の周囲にｐ側円環状電極１２１の下側の層（Ｔｉ層１２２）を形成し、続いて誘電体層１４１の端部をなまし、さらに残りの金属層（Ｐｔ層１２３）を堆積させることによって形成される。この構造によっても、ｐ＋型コンタクト層１１５の半導体層と反応し得るＰｔとｐ＋型コンタクト層１１５との間に十分な膜厚の誘電体層１４１あるいはＴｉ層１２２が存在するため、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６のＰｔ層１２３のＰｔがｐ＋型コンタクト層１１５と接することを防止でき、ｐ＋型コンタクト層１１５に歪が発生するのを防止できる。
【００８５】
（第６の変形例）
図１１は、誘電体層１４１の外縁部１４８をテーパ状に形成し、テーパ状のスロープの途中で下層のＴｉ層１２２が終端し、さらに上層のＰｔ層１２３がＴｉ層１２２の端部を被覆し、かつ、スロープ上で終端するように形成した例を示す。誘電体層１４１の外縁部１４８がテーパー状であり、誘電体層１４１の外縁部１４８の上面は、誘電体層１４１の外側から内側に向かうにつれてｐ＋型コンタクト層１１５から離間している。ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６がｐ＋型コンタクト層１１５上から誘電体膜１４１上に延在し、誘電体膜１４１の外縁部１４８上に乗り上げて誘電体膜１４１の外縁部１４８を覆っている。ｐ側円環状電極１２１の内側の開口側端部１２６のＰｔ層１２３のＰｔがｐ＋型コンタクト層１１５と接することを防止でき、ｐ＋型コンタクト層１１５に歪が発生するのを防止できる。なお、下層のＴｉ層１２２は、誘電体膜１４１の外縁部１４８上を１５０ｎｍ以上の幅ａで覆っている。
【００８６】
ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６は、テーパー状の外縁部１４８上で終端している。Ｔｉ層１２２の開口側端１２２ｂがＰｔ層１２３の開口側端１２３ｂによって覆われ、Ｔｉ層１２２の開口側端１２２ｂが開口１２５に露出していない。従って、例えば、酸化狭窄層を作成する際の酸化工程等でＴｉ層１２２が酸化されるのを防止または抑制することができ、抵抗値の増加やＴｉ層１２２の構造変化を防止または抑制できる。
【００８７】
いずれの変形例においても、誘電体層１４１の外縁部１４８に所望のモード光の放出に顕著に影響しない程度までｐ側円環状電極１２１が乗り上げていれば、ｐ側円環状電極１２１の開口側端部１２６のＰｔ層１２３のＰｔがｐ＋型コンタクト層１１５と接することを防止でき、ｐ＋型コンタクト層１１５に歪が発生するのを防止できるが、好ましくは誘電体層１４１の端から１００ｎｍ乃至１μｍの範囲までｐ側円環状電極１２１が乗り上げていると都合がよい。また、多層電極の全ての層が誘電体層１４１に乗り上げていることが最も好ましいが、電極層のバリア層（Ｔｉ層１２２）だけが所定量、乗り上げているように構成しても、ｐ側円環状電極１２１と誘電体層１４１の境界部分において十分に均一なバリア層が得られるので、ｐ側円環状電極１２１を構成する反応性の金属Ｐｔがｐ＋型コンタクト層１１５と接することを防止でき、ｐ＋型コンタクト層１に局所的な歪が発生するのを防止または抑制できる。
【００８８】
(第２の実施の形態)
次に、図１５を参照して、本発明の好ましい第２の実施の形態の半導体レーザ素子２００を説明する。本実施形態の面発光レーザ２００は、ｎ側電極２３０、ｎ型半導体基板２０１、下部半導体ＤＢＲミラー２０２、ｎ型クラッド層２０３、量子井戸構造を有する活性層２０４、ｐ型クラッド層２０５、上部半導体ＤＢＲミラー２０６、電流狭窄部２０７ａと電流注入部２０７ｂとを有する酸化電流狭窄層２０７、ｐ側円環状電極２２１、保護層２４０を備える。ｎ型クラッド層２０３、活性層２０４およびｐ型クラッド層２０５により共振器２１０を構成している。上部半導体ＤＢＲミラー２０６の、活性層２０４に近い側の一層が、外周に位置する電流狭窄部２０７ａと電流狭窄部２０７ａの中央に位置する電流注入部２０７ｂとを有する電流狭窄層２０７となっている。
【００８９】
基板２０１は、ｎ−ＧａＡｓからなる。また、下部ＤＢＲミラー２０２は、それぞれの層の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）のｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｎ−Ａｌ０．２ Ｇａ０．８Ａｓの３５ペアからなる。ｎ型クラッド層２０３は、ｎ−Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる。活性層２０４は、ＧａＡｓ井戸層およびＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓバリア層からなる量子井戸構造である。ｐ型クラッド層２０５は、ｐ−Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる。
【００９０】
上部半導体ＤＢＲミラー２０６は、それぞれの層の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）のｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｐ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓの２５ペアからなる。上部半導体ＤＢＲミラー２０６の活性層２０４に近い側の一層が、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層に代えて、ＡｌＡｓ層で形成され、周囲領域のＡｌＡｓが選択的に酸化され、Ａｌ２Ｏ３からなる電流狭窄部２０７ａとなっている。電流狭窄部２０７ａの中心に位置する電流注入部２０７ｂはＡｌＡｓからなっている。
【００９１】
上部半導体ＤＢＲミラー２０６の上面に円環状のｐ側円環状電極２２１が設けられている。ｐ側円環状電極２２１は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ（下層のＴｉ層と上層のＰｔ層）からなる。基板２０１の下面のｎ側電極２３０は、例えば、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ（上層のＡｕＧｅＮｉ層と下層のＡｕ層）からなる。ｐ側円環状電極２２１の開口２２５内の上部半導体ＤＢＲミラー２０６の上面にＳｉＮｘからなる誘電体の保護層２４０が設けられている。
【００９２】
ｐ側円環状電極２２１の開口側端部２２３が上部半導体ＤＢＲミラー２０６上から保護層２４０上に延在し、保護層２４０の外縁部２４２上に乗り上げて保護層２４０の外縁部２４２を覆っている。このように、保護層２４０がｐ側円環状電極２２１の開口側端部２２３と上部半導体ＤＢＲミラー２０６の半導体層との間に介在しているので、ｐ側円環状電極２２１を構成するＰｔ等の金属と上部半導体ＤＢＲミラー２０６半導体層が反応することを避けることができる。
【００９３】
電流狭窄層を有する面発光レーザ素子は上部電極の開口部側端部の電流密度が大きいので端部における破損が避けられることにより、信頼性の向上の効果が大きい。共振器内または近傍に電極（コンタクト層)を持つ面発光レーザの場合は、位相調整層あるいはミラーの一部を保護層として兼用することができ、新たな保護層を設ける必要がないため特に都合が良い。
【００９４】
上述してきた実施の形態では反応性および汎用性の観点から最も好ましい電極層の組み合わせとしてＴｉ／Ｐｔからなる電極を中心に説明を行ったが、半導体層との界面に配置される下地層（バリア層）の金属としてＴｉが最も都合が良いが、下地層（バリア層）としてＴｉ、Ｗ、Ｍｏ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｃｒあるいはこの組み合わせからなる電極層を用い、また、この下地層金属と組み合わされその上層に配置される金属としてＰｔが最も都合が良いが、上層としてＰｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｇｅあるいはこれらの組み合わせから選択した複数の金属からなる電極層を用いることもできる。
【００９５】
下地金属層は、半導体層と反応する金属を通過させない金属から選択されると特に都合が良い。
【００９６】
下地金属層は、半導体層を構成する原子（特にＡｓ）を通過させない金属から選択されると特に都合が良い。
【００９７】
誘電体層は、電極金属あるいは半導体を構成する原子を通過させない材料から選択され選択されると特に都合が良い。また誘電体層は、電極金属あるいは半導体と反応しない材料から選択されると特に都合が良い。
【００９８】
なお、上記の実施の形態では、面発光レーザ、特にイントラキャビティ型のレーザが最も好適として説明されたが、本発明の適用はレーザに限られるものではなく、光の通過する開口部を有する電極を持つ発光素子、例えば面発光ＬＥＤなどにも本発明を好適に適用することができる。
【００９９】
次に、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００、２００を複数用いた面発光レーザアレイの例を図１６、１７を参照して説明する。一例として、図１６に示したように、面発光レーザアレイチップ７００がＣＬＣＣ（Ｃｅｒａｍｉｃ Ｌｅａｄｅｄ ｃｈｉｐ ｃａｒｒｉｅｒ）と呼ばれる周知のフラットパッケージ７１０に実装されたものを用いている。図では煩雑さを避けるために、金属キャスター（電極）７１４と面発光レーザアレイチップ７００との接続は省略してある。面発光レーザアレイチップ７００は図１７に示したように、中央部に設けられた複数の面発光型半導体レーザ素子１００（２００）からなる素子部７０２、及び周囲に設けられ、素子部７０２の複数の発光部と接続（図示せず）された複数の電極パッド７０６を有している。さらに、各電極パッド７０６はフラットパッケージ７１２の金属キャスター７１４と接続（図示せず）されている。各発光部は、フラットパッケージ７１２と接続された（図示しない）外部制御回路によって発光制御され、所定の波長のレーザ光を射出する。
【０１００】
次に、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００、２００を光学機器に適用した例について図面を参照して説明する。図１８は、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００、２００を発光素子のパッケージに適応したときの構成を示す概略縦断面図である。面発光レーザパッケージ３００は、面発光型半導体レーザ素子１００、２００、基板３０４および電極３０６からなる面発光レーザモジュール、レンズ３１６、ハウジング３１０、光ファイバマウント３１２、光ファイバ３１４とからなる。電極３０６は、外部の制御回路（図示せず）に電気的に接続され、面発光レーザパッケージの発光が制御されている。面発光型半導体レーザ素子１００、２００から出射したレーザー光はレンズ３１６で集光され光ファイバ３１４に結合される。
【０１０１】
図１９は、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００、２００を光記憶媒体への書き込み／読み出し装置のピックアップに適応したときの構成を示す概略縦断面図である。ピックアップ３５０は、面発光型半導体レーザ素子１００、２００、基板３５４、電極３５６、駆動ＩＣ３５８、およびこれらの要素を封止する樹脂３６０からなる面発光レーザモジュールと、レンズ３７６、ハーフミラー３７０、回折格子３７４、光センサー３８０、光記憶媒体３７２とからなる。樹脂３６０の出射面は凸状に加工されレンズ３６２を構成している。電極３５４６は、外部の制御回路（図示せず）に電気的に接続され、レーザピックアップの発光が制御されている。面発光型半導体レーザ素子１００、２００から出射したレーザ光は、レンズ３６２で平行光とされ、ハーフミラー３７０で反射された後、レンズ３７６によって集光され光記憶媒体３７２の所定の箇所に集光される。また、光媒体で反射された光は光センサー３８０に入射される。ここでは、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００、２００、あるいは面発光型半導体レーザ素子１００、２００を複数有する面発光レーザ素子アレイを通信用の発光素子パッケージ、あるいは光ディスク用ピックアップに適用した例を示したがこれに限られず、測量機器、レーザーポインター、光学マウス、あるいは、プリンタ、フォトレジストの走査露光用光源、レーザポンピング用光源や、加工用ファイバレーザの光源等の光学機器として用いることもできる。
【０１０２】
図２０は、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００、２００を適用した光送受信モジュールの概略構成図である。図２０に示すように、光送受信モジュール４００は、保持部材４０２、光導波路（光ファイバ）４１２と、保持部材４０２上で光導波路（光ファイバ）４１２の位置決め用のスペーサ４１０、光導波路（光ファイバ）４１２を介して光信号を送信する面発光型半導体レーザ素子１００、２００、あるいは面発光型半導体レーザ素子１００、２００を複数有する面発光レーザ素子アレイ及び光信号を受信する受光素子４０４、面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイの発光状態を制御する駆動回路４０６、受光素子４０４で受信された信号を増幅する増幅回路４０８とで構成されている。面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイは外部の制御部（図示せず）からの制御信号によって駆動回路４０６を介して発光制御され、受光素子４０４で受信された信号が増幅回路４０８を介して制御部へ送信される。煩雑さを避けるために、駆動回路４０６と面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイおよび増幅回路４０８と受光素子４０４のワイヤボンディングは省略している。
【０１０３】
図２１〜図２３は図２０における面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイと、光導波路４１２との光結合部分の概略構成図であり、基板５００、面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイ、光導波路４１２は図２１〜図２３で共通している。図２１では、導波路４１２の端面が光軸に対してほぼ４５度に傾斜するように加工されており、さらにこの傾斜面が反射面５０４として、反射膜のコーティング等による鏡面加工が施され、面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイから出射した光は、導波路４１２の下面から導波路に入射され、傾斜面５０４で反射されて光導波路４１２内を伝播する。図２２では、面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイ上、光導波路４１２の端面側方に内部に反射面５０４の設けられたミラーアセンブリ５０６が設置されて、面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイから出射した光は、ミラーアセンブリ５０６の下面から入射され、反射面５０４で反射され、ミラーアセンブリ５０６から出射された光が光導波路４１２に結合されて光導波路４１２内を伝播する。ミラーアセンブリ５０６の入射面あるいは／および出射面にはマイクロレンズ（アレイ）が設けられてもよい。図２３は、コネクタハウジング５１２内に光ファイバ４１２が配置され、さらに光ファイバ心線の曲部５１４の端部が面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイに対向するように配置され、面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイから出射した光が光ファイバ４１２に結合される。
【０１０４】
次に、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００、２００、あるいは面発光型半導体レーザ素子１００、２００を複数有する面発光レーザ素子アレイを通信システムに適用した例を示す。図２４には、面発光型半導体レーザ素子１００、２００あるいは面発光レーザ素子アレイを用いた波長多重伝送システムの構成例が示されている。図２４の波長多重伝送システムはコンピュータ、ボードあるいはチップ６０２、通信制御回路（ＣＰＵ，ＭＰＵ、光―電気変換回路、電気―光変換回路、波長制御回路）６０４、面発光型半導体レーザ素子１００、２００を複数有する面発光レーザ素子アレイ６０６、受光素子集積部６０８、合波器６１０、分波器６１２、電気配線６１６、光ファイバ６１７、６１８、通信対象のネットワーク、ＰＣ、ボード、チップなど６１４からなる。図２４の波長多重伝送システムでは、発振波長の異なる複数の面発光レーザ素子を配列して面発光レーザアレイ６０６を構成し、面発光レーザアレイ６０６の各面発光レーザ素子からの各発振光を合波器を通して１本の光ファイバに結合させるように構成されている。このような構成では、１本のファイバで、高スループットに大容量の信号伝送ができる。このように、本発明の好ましい実施の形態の面発光レーザアレイは、モードが安定しており、且つ、各発振波長が安定しているので、高い信頼性で高密度大容量の波長多重伝送が可能になる。なお、本実施形態では各面発光レーザアレイ６０６あるいは受光素子集積部６０８からの出力用光ファイバあるいは入力用光ファイバは合波器６１０あるいは分波器６１２を用いて1本の光ファイバに結合されているが、用途に応じては出力用光ファイバあるいは入力用光ファイバをそのまま通信対象のネットワーク、ＰＣ、ボード、チップなど６１４に接続して並列伝送システムとすることもできる。この場合、本発明の好ましい実施の形態の面発光レーザアレイは、モードが安定しており、且つ、各波長が安定しているので、複数の光源をもつ信頼性の高い並列伝送システムの構築が容易になる。
【０１０５】
以上、本発明の種々の典型的な実施の形態を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【０１０６】
１００ 面発光型半導体レーザ素子
１０１ 基板
１０２ 下部ＤＢＲミラー
１０３ バッファ層
１０４ ｎ＋型コンタクト層
１０５ ｎ型スペーサ層
１０６ 活性層
１０９ 下部傾斜組成層
１１０ 電流狭窄層
１１０ａ 電流狭窄部
１１０ｂ 電流注入部
１１０’ ＡｌＡｓ層
１１１ 上部傾斜組成層
１１２、１１４ ｐ型スペーサ層
１１３ ｐ＋型電流経路層
１１５ ｐ＋型コンタクト層
１１６ 外側端部
１２０ 共振器
１２１ ｐ側円環状電極
１２１ａ Ｐｔ／Ｔｉ層
１２２ Ｔｉ層
１２２ｂ 開口側端
１２３ Ｐｔ層
１２３ｂ 開口側端
１２４ Ａｕ層
１２４ｂ 開口側端
１２５ 開口
１２６ 開口側端部
１２７ 外側端部
１２８ フォトレジスト層
１２８ａ 空隙
１３０ メサポスト
１３１ ｎ側電極
１４１、１４２ 誘電体層
１４３ ＳｉＯ２膜
１４４ ＳｉＮｘ膜
１４５ パッシベーション膜
１４８ 外縁部
１４９ 境界
１５０ 上部ＤＢＲミラー
１５１ 物質層（ＴｉとＧａＡｓの反応層）
１５２ 突出部（ＰｔとＧａＡｓの反応突出領域）
２００ 面発光型半導体レーザ素子
２０１ 基板
２０２ 下部半導体ＤＢＲミラー
２０３ ｎ型クラッド層
２０４ 活性層
２０５ ｐ型クラッド層
２０６ 上部半導体ＤＢＲミラー
２０７ 電流狭窄層
２０７ａ 電流狭窄部
２０７ｂ 電流注入部
２１０ 共振器
２２１ ｐ側円環状電極
２２３ 開口側端部
２２５ 開口
２３０ ｎ側電極
２４０ 保護層
２４２ 外縁部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層と、
前記活性層に電流を注入する第１の電極および第２の電極と、
前記活性層と前記第１の電極との間の半導体層と、
前記半導体層上に設けられ、前記活性層からの光が通る誘電体層と、を備える半導体発光素子であって、
前記第１の電極は前記半導体層上に設けられ、前記活性層からの光が通る開口を有し、前記半導体層と接触して設けられた第１の電極層と、前記第１の電極層上に設けられた第２の電極層とを備え、前記第１の電極層は前記第２の電極層よりも前記半導体層との反応性が小さく、
前記誘電体層は前記開口内に設けられ、前記第１の電極層の前記開口側の端部が、前記半導体層上から前記誘電体層上に延在している半導体発光素子。
【請求項２】
前記誘電体層は円板状であり、前記第１の電極は円環状である請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記誘電体層の端部がテーパー状であり、前記誘電体層の端部の上面は、前記誘電体層の外側から内側に向かうにつれて前記半導体層から離間している請求項１または２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１の電極層の前記開口側の端部が前記第２の電極層の前記開口側の端部によって覆われ、前記第１の電極層の前記開口側の端部が前記開口に露出していない請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第１の電極層は、前記誘電体層上に１００ｎｍ乃至１μｍ延在している請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記誘電体層の端部がテーパー状であり、前記誘電体層の端部の上面は、前記誘電体層の外側から内側に向かうにつれて前記半導体層から離間しており、前記第１の電極層の前記開口側の端部は前記テーパー状の前記誘電体層の端部上で終端している請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記第２の電極層の前記開口側の端部は前記テーパー状の前記誘電体層の端部上で終端し、前記第１の電極層の前記開口側の端部は前記第２の電極層の前記開口側の端部によって覆われ、前記第１の電極層の前記開口側の端部が前記開口に露出していない請求項６記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記第１の電極の外側の端部と、前記半導体層との間に設けられた第２の誘電体層をさらに備え、前記第１の電極の前記外側の端部が、前記半導体層上から前記第２の誘電体層上に延在している請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記第１の電極層は、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、ＴｉＮおよびＴａＮからなる群より選ばれる少なくとも１以上の物質からなる請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第２の電極層は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、ＰｄおよびＧｅからなる群より選ばれる少なくとも１以上の物質からなる請求項９記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記第１の電極層の膜厚は、１０乃至２００ｎｍである請求項１乃至１０のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記第２の電極層上の第３の電極層をさらに備え、前記第３の電極層は、前記第２の電極層とは異なる物質からなり、前記第３の電極層は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＴｉおよびＧｅからなる群より選ばれる少なくとも１以上の物質からなる請求項１０記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記第１の電極層と前記半導体層との間には、前記第１の電極層の構成物質の少なくとも一つと前記半導体層の構成物質の少なくとも一つを含み、厚さが１０ｎｍ以上、６０ｎｍ以下の物質層が存在する請求項１乃至１２のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
活性層と、
前記活性層に電流を注入する第１の電極および第２の電極と、
前記活性層と前記第１の電極との間の半導体層と
前記半導体層上に設けられ、前記活性層からの光が通る誘電体層と、を備える発光素子であって、
前記第１の電極は、前記半導体層上に設けられ、前記活性層からの光が通る開口を有し、前記半導体層と接触して設けられた第１の電極層と、前記第１の電極層上に設けられた第２の電極層とを備え、前記第１の電極層は前記第２の電極層よりも前記半導体層との反応性が小さく、
前記誘電体層は前記開口内に設けられ、前記誘電体層の端部が、前記第１の電極の前記開口側の端部と前記第２の電極の前記開口側の端部との間に介在している半導体発光素子。
【請求項１５】
前記第１の電極層と前記半導体層との間には、前記第１の電極層の構成物質の少なくとも一つと前記半導体層の構成物質の少なくとも一つを含み、厚さが１０ｎｍ以上、６０ｎｍ以下の物質層が存在する請求項１４記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
前記発光素子は、面発光レーザである請求項１乃至１５のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
第１の反射鏡と、第２の反射鏡と、前記第１の反射鏡および前記第２の反射鏡との間に設けられた共振器とをさらに備え、前記共振器は少なくとも、前記活性層、前記半導体層前記誘電体層および電流経路制限層を有し、前記第１の電極および前記誘電体層上に、前記第１の反射鏡が設けられ、前記誘電体層は、前記共振器内の定在波の位相を調整するための位相調整層であり、前記電流経路制限層は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に流れる電流の経路を制限し、前記電流が流れる第１の領域と前記電流の流れを制限する第２の領域とを有する請求項１６記載の半導体発光素子。
【請求項１８】
第１の反射鏡と、第２の反射鏡と、前記第１の反射鏡および前記第２の反射鏡との間に設けられた共振器と、電流経路制限層とをさらに備え、前記共振器は少なくとも前記活性層を有し、前記第１の反射鏡は半導体多層膜からなる反射鏡であり、前記半導体層は前記半導体多層膜であり、前記電流経路制限層は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に流れる電流の経路を制限し、前記電流が流れる第１の領域と前記電流の流れを制限する第２の領域とを有する請求項１６記載の半導体発光素子。
【請求項１９】
前記発光素子は、面発光ＬＥＤである請求項１乃至１５のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項２０】
請求項１乃至１９のいずれかに記載の半導体発光素子を複数備える半導体発光素子アレイ。
【請求項２１】
請求項１６乃至１８のいずれかに記載の半導体発光素子を複数備えるレーザアレイ。
【請求項２２】
請求項１乃至１９のいずれかに記載の半導体発光素子を備える光学機器。
【請求項２３】
請求項１乃至１９のいずれかに記載の半導体発光素子を備える通信システム。
【請求項２４】
基板上に活性層と半導体層とを形成する工程と、
前記半導体層上に選択的に誘電体層を形成する工程と、
前記半導体層上に選択的に電極を形成する工程であって、前記電極は、第１の電極層と、前記第１の電極層上に設けられた第２の電極層と、開口とを有し、前記第１の電極層は前記半導体層と接触して設けられ、前記第１の電極層は前記第２の電極層よりも前記半導体層との反応性が小さく、前記開口内に前記誘電体層が位置し、前記第１の電極層の前記開口側の端部が、前記半導体層上から前記誘電体層上に延在している前記電極を形成する工程と、
前記活性層に前記電極から流れるまたは前記活性層から前記電極に流れる電流の経路を制限する電流経路制限層であって前記電流が流れる領域と前記電流の流れを制限する酸化物領域とを有する前記電流経路制限層の前記酸化物領域を作成する酸化工程であって、前記酸化工程中の加熱によって、前記第１の電極層と前記半導体層との間に、前記第１の電極層の構成物質の少なくとも一つと前記半導体層の構成物質の少なくとも一つを含む物質層を形成する酸化工程と、を備える半導体発光素子の製造方法。
【請求項２５】
少なくとも前記活性層と前記半導体層とを含む凸部を前記電極に対して自己整合的に前記基板上に形成する工程をさらに備え、前記電流経路制限層の前記酸化物領域は、前記凸部の側面からの酸化によって作成する請求項２４記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１】
活性層と、
前記活性層に電流を注入する第１の電極および第２の電極と、
前記活性層と前記第１の電極との間の半導体層と、
前記半導体層上に設けられ、前記活性層からの光が通る誘電体層と、を備える半導体発光素子であって、
前記第１の電極は前記半導体層上に設けられ、前記活性層からの光が通る開口を有し、前記半導体層と接触して設けられた第１の電極層と、前記第１の電極層上に設けられた第２の電極層とを備え、前記第１の電極層は前記第２の電極層よりも前記半導体層との反応性が小さく、
前記誘電体層は前記開口内に設けられ、前記第１の電極層の前記開口側の端部が、前記半導体層上から前記誘電体層上に延在している半導体発光素子。
【請求項２】
前記誘電体層は円板状であり、前記第１の電極は円環状である請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記誘電体層の端部がテーパー状であり、前記誘電体層の端部の上面は、前記誘電体層の外側から内側に向かうにつれて前記半導体層から離間している請求項１または２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１の電極層の前記開口側の端部が前記第２の電極層の前記開口側の端部によって覆われ、前記第１の電極層の前記開口側の端部が前記開口に露出していない請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第１の電極層は、前記誘電体層上に１００ｎｍ乃至１μｍ延在している請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記誘電体層の端部がテーパー状であり、前記誘電体層の端部の上面は、前記誘電体層の外側から内側に向かうにつれて前記半導体層から離間しており、前記第１の電極層の前記開口側の端部は前記テーパー状の前記誘電体層の端部上で終端している請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記第２の電極層の前記開口側の端部は前記テーパー状の前記誘電体層の端部上で終端し、前記第１の電極層の前記開口側の端部は前記第２の電極層の前記開口側の端部によって覆われ、前記第１の電極層の前記開口側の端部が前記開口に露出していない請求項６記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記第１の電極の外側の端部と、前記半導体層との間に設けられた第２の誘電体層をさらに備え、前記第１の電極の前記外側の端部が、前記半導体層上から前記第２の誘電体層上に延在している請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記第１の電極層は、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、ＴｉＮおよびＴａＮからなる群より選ばれる少なくとも１以上の物質からなる請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第２の電極層は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、ＰｄおよびＧｅからなる群より選ばれる少なくとも１以上の物質からなる請求項９記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記第１の電極層の膜厚は、１０乃至２００ｎｍである請求項１乃至１０のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記第２の電極層上の第３の電極層をさらに備え、前記第３の電極層は、前記第２の電極層とは異なる物質からなり、前記第３の電極層は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＴｉおよびＧｅからなる群より選ばれる少なくとも１以上の物質からなる請求項１０記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記第１の電極層と前記半導体層との間には、前記第１の電極層の構成物質の少なくとも一つと前記半導体層の構成物質の少なくとも一つを含み、厚さが１０ｎｍ以上、６０ｎｍ以下の物質層が存在する請求項１乃至１２のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
活性層と、
前記活性層に電流を注入する第１の電極および第２の電極と、
前記活性層と前記第１の電極との間の半導体層と
前記半導体層上に設けられ、前記活性層からの光が通る誘電体層と、を備える発光素子であって、
前記第１の電極は、前記半導体層上に設けられ、前記活性層からの光が通る開口を有し、前記半導体層と接触して設けられた第１の電極層と、前記第１の電極層上に設けられた第２の電極層とを備え、前記第１の電極層は前記第２の電極層よりも前記半導体層との反応性が小さく、
前記誘電体層は前記開口内に設けられ、前記誘電体層の端部が、前記第１の電極の前記開口側の端部と前記第２の電極の前記開口側の端部との間に介在している半導体発光素子。
【請求項１５】
前記第１の電極層と前記半導体層との間には、前記第１の電極層の構成物質の少なくとも一つと前記半導体層の構成物質の少なくとも一つを含み、厚さが１０ｎｍ以上、６０ｎｍ以下の物質層が存在する請求項１４記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
前記発光素子は、面発光レーザである請求項１乃至１５のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
第１の反射鏡と、第２の反射鏡と、前記第１の反射鏡および前記第２の反射鏡との間に設けられた共振器とをさらに備え、前記共振器は少なくとも、前記活性層、前記半導体層前記誘電体層および電流経路制限層を有し、前記第１の電極および前記誘電体層上に、前記第１の反射鏡が設けられ、前記誘電体層は、前記共振器内の定在波の位相を調整するための位相調整層であり、前記電流経路制限層は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に流れる電流の経路を制限し、前記電流が流れる第１の領域と前記電流の流れを制限する第２の領域とを有する請求項１６記載の半導体発光素子。
【請求項１８】
第１の反射鏡と、第２の反射鏡と、前記第１の反射鏡および前記第２の反射鏡との間に設けられた共振器と、電流経路制限層とをさらに備え、前記共振器は少なくとも前記活性層を有し、前記第１の反射鏡は半導体多層膜からなる反射鏡であり、前記半導体層は前記半導体多層膜であり、前記電流経路制限層は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に流れる電流の経路を制限し、前記電流が流れる第１の領域と前記電流の流れを制限する第２の領域とを有する請求項１６記載の半導体発光素子。
【請求項１９】
前記発光素子は、面発光ＬＥＤである請求項１乃至１５のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項２０】
請求項１乃至１９のいずれかに記載の半導体発光素子を複数備える半導体発光素子アレイ。
【請求項２１】
請求項１６乃至１８のいずれかに記載の半導体発光素子を複数備えるレーザアレイ。
【請求項２２】
請求項１乃至１９のいずれかに記載の半導体発光素子を備える光学機器。
【請求項２３】
請求項１乃至１９のいずれかに記載の半導体発光素子を備える通信システム。
【請求項２４】
基板上に活性層と半導体層とを形成する工程と、
前記半導体層上に選択的に誘電体層を形成する工程と、
前記半導体層上に選択的に電極を形成する工程であって、前記電極は、第１の電極層と、前記第１の電極層上に設けられた第２の電極層と、開口とを有し、前記第１の電極層は前記半導体層と接触して設けられ、前記第１の電極層は前記第２の電極層よりも前記半導体層との反応性が小さく、前記開口内に前記誘電体層が位置し、前記第１の電極層の前記開口側の端部が、前記半導体層上から前記誘電体層上に延在している前記電極を形成する工程と、
前記活性層に前記電極から流れるまたは前記活性層から前記電極に流れる電流の経路を制限する電流経路制限層であって前記電流が流れる領域と前記電流の流れを制限する酸化物領域とを有する前記電流経路制限層の前記酸化物領域を作成する酸化工程であって、前記酸化工程中の加熱によって、前記第１の電極層と前記半導体層との間に、前記第１の電極層の構成物質の少なくとも一つと前記半導体層の構成物質の少なくとも一つを含む物質層を形成する酸化工程と、を備える半導体発光素子の製造方法。
【請求項２５】
少なくとも前記活性層と前記半導体層とを含む凸部を前記電極に対して自己整合的に前記基板上に形成する工程をさらに備え、前記電流経路制限層の前記酸化物領域は、前記凸部の側面からの酸化によって作成する請求項２４記載の半導体発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１０−１８３０７１（Ｐ２０１０−１８３０７１Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３９９（Ｐ２０１０−２３９９）
【出願日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]