特開 2024-105078 面発光型半導体レーザ、光伝送装置、及び面発光型半導体レーザの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024105078

(43)【公開日】2024-08-06

(54)【発明の名称】面発光型半導体レーザ、光伝送装置、及び面発光型半導体レーザの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/183 20060101AFI20240730BHJP

【ＦＩ】

H01S5/183

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023009631

(22)【出願日】2023-01-25

(71)【出願人】

【識別番号】000005496

【氏名又は名称】富士フイルムビジネスイノベーション株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】306037311

【氏名又は名称】富士フイルム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】関田 直也

(72)【発明者】

【氏名】皆見 健史

(72)【発明者】

【氏名】岩根 優人

(72)【発明者】

【氏名】水野 晃雅

(72)【発明者】

【氏名】武田 一隆

(72)【発明者】

【氏名】向井 厚史

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173AC03

5F173AC13

5F173AC35

5F173AC42

5F173AK22

5F173AP33

5F173AP67

5F173AR32

(57)【要約】

【課題】多層膜反射鏡の電流狭窄層に形成されるアパーチャの形状を線対称又は点対称にする場合と比較して、モードスイッチングの発生を抑制する。
【解決手段】面発光型半導体レーザ１０は、基板１１と、基板１１上に形成された第１導電型の第１半導体多層膜反射鏡１３、第１半導体多層膜反射鏡１３上に形成された活性層１４、及び、活性層１４上に形成され、かつ、選択酸化層１６を含む第２導電型の第２半導体多層膜反射鏡１５を含むメサ構造体３０であって、選択酸化層１６に形成され、酸化狭窄されていない部分を表すアパーチャ１６Ａの形状が線対称又は点対称な部分がない形状であるメサ構造体３０と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に形成された第１導電型の第１多層膜反射鏡、前記第１多層膜反射鏡上に形成された活性層、及び、前記活性層上に形成され、かつ、電流狭窄層を含む第２導電型の第２多層膜反射鏡を含む構造体であって、前記電流狭窄層に形成され、酸化狭窄されていない部分を表すアパーチャの形状が線対称又は点対称な部分がない形状である前記構造体と、
を備えた面発光型半導体レーザ。

【請求項2】

前記構造体は、メサ構造体又はトレンチ構造体であり、
前記メサ構造体の外形又は前記トレンチ構造体の孔の並びは、円形ではない
請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。

【請求項3】

前記メサ構造体の外形又は前記トレンチ構造体の孔の並びは、線形形状を含む
請求項２に記載の面発光型半導体レーザ。

【請求項4】

前記アパーチャの形状は、線形部分と、当該線形部分の両端と連結された円弧部分とを含む形状であり、
前記円弧部分を構成する複数の点のうち前記線形部分から最も離れた点が、前記メサ構造体の外形又は前記トレンチ構造体の孔の並びに含まれる前記線形形状を表す線分に直交し、当該線分の中心を通る中心線上にない
請求項３に記載の面発光型半導体レーザ。

【請求項5】

前記アパーチャの形状は、楕円の一部が欠けた形状である
請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。

【請求項6】

前記構造体は、トレンチ構造体であり、
前記トレンチ構造体を構成する複数の孔の面積は、同一である
請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。

【請求項7】

前記第２多層膜反射鏡は、第１屈折率の第１膜と、前記第１屈折率よりも低い第２屈折率の第２膜とを交互に積層したものであり、
前記電流狭窄層は、選択酸化層であり、
前記選択酸化層の膜厚は、前記第１膜の膜厚及び前記第２膜の膜厚の何れか薄い方の膜の膜厚よりも薄い
請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。

【請求項8】

前記選択酸化層の前記膜厚は、２０ｎｍより薄い
請求項７に記載の面発光型半導体レーザ。

【請求項9】

請求項１～請求項８の何れか１項に記載の面発光型半導体レーザと、
前記面発光型半導体レーザから出力される光を伝送する光伝送部と、
を備えた光伝送装置。

【請求項10】

基板上に第１導電型の第１多層膜反射鏡を形成し、
前記第１多層膜反射鏡上に活性層を形成し、
前記活性層上に、電流狭窄層を含む第２導電型の第２多層膜反射鏡を形成し、
前記第１多層膜反射鏡、前記活性層、及び、前記第２多層膜反射鏡を含む構造体の外形又は孔の並びを、線形形状を含み、かつ、円形ではない形状になるように形成し、
前記構造体の前記電流狭窄層を、酸化狭窄されない部分を表すアパーチャの形状が線対称又は点対称な部分がない形状になるように酸化させる
面発光型半導体レーザの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、面発光型半導体レーザ、光伝送装置、及び面発光型半導体レーザの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、アパーチャの形状が線対称な垂直共振型面発光レーザが記載されている。この垂直共振型面発光レーザは、ＩＩＩ－Ｖ化合物半導体を備える主面を有する基板と、基板の主面に交差する第１軸の方向に配列された活性層及びキャリア狭窄構造を含むポストを有する半導体構造物と、を備える。基板の主面は（００１）面であり、基板は、半導体構造物を搭載する。キャリア狭窄構造は、第１領域及び第２領域を含み、第１領域は第２領域の比抵抗より低い比抵抗を有し、第１領域及び第２領域は、第１軸の方向に交差する第１基準面に沿って配列される。

【0003】

第１基準面は、第１基準面と第１領域との交差によって規定される断面の縁上の第１点及び第２点を結ぶ第１基準線分において、第１軸の方向に延在する第２基準面に交差しており、第１基準線分は、断面の縁上の２点を結ぶ第１群の線分のうちの一線分であって、第１群の線分のうちの他の何れかの線分より短くなく、第１群の線分は、ＩＩＩ－Ｖ化合物半導体の［１－１０］方向に延在し、断面の縁は、第１点及び第２点によって区切られる第１部分及び第２部分を有する。

【0004】

第１基準線分は、縁の第１部分上の第３点を第１基準線分上の第４点に結ぶ第２基準線分に直角を成し、第２基準線分は、第１基準線分に直角を成し第３点及び第４点を結ぶ第２群の線分のうちの一線分であって、第２群の線分のうちの他の何れかの線分より短くなく、第１基準線分は、縁の第２部分上の第５点を第１基準線分上の第６点に結ぶ第３基準線分に直角を成す。第３基準線分は、第１基準線分に直角を成し第５点及び第６点を結ぶ第３群の線分のうちの一線分であって、第３群の線分のうちの他の何れかの線分より短くなく、第１基準線分は、第２基準線分の第２長及び第３基準線分の第３長の和より大きい第１長を有し、第３基準線分の第３長は、第２基準線分の第２長より小さくゼロ以上である。第１基準線分は、第２長に可能な最小値を与えるように、位置決めされ、断面の縁は、第２基準線分及び第３基準線分上を延在する単一の対称軸を有する一軸対称形状を有し、第１基準面に沿った断面において、ポストの縁は、単一の対称軸を有する一軸対称形状を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第７０８７６８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、アパーチャからマルチモードで発光させる場合、アパーチャに線対称又は点対称の部分があると、アパーチャから発振するモード（位置）が変わる場合がある、つまり、モードスイッチングが発生する場合があることを見出した。これは、アパーチャが線対称又は点対称であると、モード発振の条件が似たような箇所が複数存在することに起因すると考えられる。これにより特定の箇所で発振していた場合でも、似た条件の他の箇所での発振に変わってしまうと考えられる。

【0007】

モードスイッチングが発生すると、光出力に影響し、伝送品質の劣化を引き起こす場合があり、望ましくない。

【0008】

本開示は、多層膜反射鏡の電流狭窄層に形成されるアパーチャの形状を線対称又は点対称にする場合と比較して、モードスイッチングの発生を抑制することができる面発光型半導体レーザ、光伝送装置、及び面発光型半導体レーザの製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、第１態様に係る面発光型半導体レーザは、基板と、前記基板上に形成された第１導電型の第１多層膜反射鏡、前記第１多層膜反射鏡上に形成された活性層、及び、前記活性層上に形成され、かつ、電流狭窄層を含む第２導電型の第２多層膜反射鏡を含む構造体であって、前記電流狭窄層に形成され、酸化狭窄されていない部分を表すアパーチャの形状が線対称又は点対称な部分がない形状である前記構造体と、を備える。

【0010】

また、第２態様に係る面発光型半導体レーザは、第１態様に係る面発光型半導体レーザにおいて、前記構造体が、メサ構造体又はトレンチ構造体であり、前記メサ構造体の外形又は前記トレンチ構造体の孔の並びが、円形ではない。

【0011】

また、第３態様に係る面発光型半導体レーザは、第２態様に係る面発光型半導体レーザにおいて、前記メサ構造体の外形又は前記トレンチ構造体の孔の並びが、線形形状を含む。

【0012】

また、第４態様に係る面発光型半導体レーザは、第３態様に係る面発光型半導体レーザにおいて、前記アパーチャの形状が、線形部分と、当該線形部分の両端と連結された円弧部分とを含む形状であり、前記円弧部分を構成する複数の点のうち前記線形部分から最も離れた点が、前記メサ構造体の外形又は前記トレンチ構造体の孔の並びに含まれる前記線形形状を表す線分に直交し、当該線分の中心を通る中心線上にない。

【0013】

また、第５態様に係る面発光型半導体レーザは、第１態様に係る面発光型半導体レーザにおいて、前記アパーチャの形状が、楕円の一部が欠けた形状である。

【0014】

また、第６態様に係る面発光型半導体レーザは、第１態様に係る面発光型半導体レーザにおいて、前記構造体が、トレンチ構造体であり、前記トレンチ構造体を構成する複数の孔の面積が、同一である。

【0015】

また、第７態様に係る面発光型半導体レーザは、第１態様に係る面発光型半導体レーザにおいて、前記第２多層膜反射鏡が、第１屈折率の第１膜と、前記第１屈折率よりも低い第２屈折率の第２膜とを交互に積層したものであり、前記電流狭窄層が、選択酸化層であり、前記選択酸化層の膜厚が、前記第１膜の膜厚及び前記第２膜の膜厚の何れか薄い方の膜の膜厚よりも薄い。

【0016】

また、第８態様に係る面発光型半導体レーザは、第７態様に係る面発光型半導体レーザにおいて、前記選択酸化層の前記膜厚が、２０ｎｍより薄い。

【0017】

上記目的を達成するために、第９態様に係る光伝送装置は、第１態様～第８態様の何れか１態様に係る面発光型半導体レーザと、前記面発光型半導体レーザから出力される光を伝送する光伝送部と、を備える。

【0018】

上記目的を達成するために、第１０態様に係る面発光型半導体レーザの製造方法は、基板上に第１導電型の第１多層膜反射鏡を形成し、前記第１多層膜反射鏡上に活性層を形成し、前記活性層上に、電流狭窄層を含む第２導電型の第２多層膜反射鏡を形成し、前記第１多層膜反射鏡、前記活性層、及び、前記第２多層膜反射鏡を含む構造体の外形又は孔の並びを、線形形状を含み、かつ、円形ではない形状になるように形成し、前記構造体の前記電流狭窄層を、酸化狭窄されない部分を表すアパーチャの形状が線対称又は点対称な部分がない形状になるように酸化させる。

【発明の効果】

【0019】

第１態様、第９態様、及び第１０態様によれば、多層膜反射鏡の電流狭窄層に形成されるアパーチャの形状を線対称又は点対称にする場合と比較して、モードスイッチングの発生を抑制することができる、という効果を有する。

【0020】

第２態様によれば、メサ構造体の外形又はトレンチ構造体の孔の並びを円形でない形状にすることにより、アパーチャの形状を線対称又は点対称な部分がない形状にすることができる、という効果を有する。

【0021】

第３態様によれば、メサ構造体の外形又はトレンチ構造体の孔の並びが線形形状を含むことにより、アパーチャの形状を線対称又は点対称な部分がない形状にすることができる、という効果を有する。

【0022】

第４態様によれば、アパーチャの形状を線形部分と円弧部分とを含む形状にすることにより、モードスイッチングの発生を抑制することができる、という効果を有する。

【0023】

第５態様によれば、アパーチャの形状を楕円の一部が欠けた形状にすることにより、モードスイッチングの発生を抑制することができる、という効果を有する。

【0024】

第６態様によれば、電流狭窄層を酸化させる際にエッチングによる深さのバラツキを抑制することができる、という効果を有する。

【0025】

第７態様によれば、選択酸化層の膜厚を第２多層膜反射鏡の他の膜より薄くすることにより、アパーチャの外形を楕円又はひし形にする層構造を得ることができる、という効果を有する。

【0026】

第８態様によれば、選択酸化層の膜厚を２０ｎｍより薄くすることにより、アパーチャの外形を楕円又はひし形にする層構造を得ることができる、という効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】（Ａ）は、第１の実施形態に係る面発光型半導体レーザの構成の一例を示す平面図である。（Ｂ）は、第１の実施形態に係る面発光型半導体レーザの構成の一例を示す断面図である。

【図2】モードスイッチングの説明に供する図である。

【図3】（Ａ）は、第１の実施形態に係る面発光型半導体レーザが備えるメサ構造体の一例を示す平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）に示すメサ構造体を長軸方向に切断したときの断面図である。（Ｃ）は、（Ａ）に示すメサ構造体を短軸方向に切断したときの断面図である。

【図4】ＧａＡｓ基板の面方位及び結晶方位の関係を示す図である。

【図5】（Ａ）は、比較例に係るメサ構造体を示す平面図である。（Ｂ）は、線形形状を含まないメサ構造体の一例を示す平面図である。（Ｃ）は、線形形状を含むメサ構造体の一例を示す平面図である。

【図6】（Ａ）は、楕円形状のアパーチャを含むメサ構造体を示す図である。（Ｂ）は、ひし形状のアパーチャを含むメサ構造体を示す図である。

【図7】第１の実施形態に係るアパーチャ形成工程の一例を概略的に示す断面図である。

【図8】第１の実施形態に係る面発光型半導体レーザの製造方法の一例を示す平面図及び断面図である。

【図9】第１の実施形態に係る面発光型半導体レーザの製造方法の一例を示す平面図及び断面図である。

【図10】第１の実施形態に係る面発光型半導体レーザの製造方法の一例を示す平面図及び断面図である。

【図11】（Ａ）は、第２の実施形態に係る面発光型半導体レーザが備えるトレンチ構造体の一例を示す平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）に示すトレンチ構造体を長軸方向に切断したときの断面図である。（Ｃ）は、（Ａ）に示すトレンチ構造体を短軸方向に切断したときの断面図である。

【図12】（Ａ）は、第３の実施形態に係る面発光型半導体レーザの一例を示す平面図である。（Ｂ）は、第３の実施形態に係る面発光型半導体レーザの構成の一例を示す断面図である。

【図13】（Ａ）は、第３の実施形態に係るメサ構造体及び台座部の一例を示す平面図である。（Ｂ）は、第３の実施形態に係るメサ構造体、台座部、及び金属膜の一例を示す平面図である。

【図14】（Ａ）は、第３の実施形態に係るメサ構造体、台座部、金属膜、及びチップＩＤの一例を示す平面図である。（Ｂ）は、第３の実施形態に係るメサ構造体、台座部、複数の金属膜、及びチップＩＤの一例を示す平面図である。

【図15】（Ａ）及び（Ｂ）は、比較例に係る面発光型半導体レーザを示す平面図である。

【図16】（Ａ）は、第４の実施形態に係る面発光型半導体レーザの構成の一例を示す平面図である。（Ｂ）は、第４の実施形態に係る面発光型半導体レーザの構成の一例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、図面を参照して、本開示の技術を実施するための形態の一例について詳細に説明する。なお、動作、作用、機能が同じ働きを担う構成要素及び処理には、全図面を通して同じ符号を付与し、重複する説明を適宜省略する場合がある。各図面は、本開示の技術を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本開示の技術は、図示例のみに限定されるものではない。また、本実施形態では、本開示の技術と直接的に関連しない構成や周知な構成については、説明を省略する場合がある。

【0029】

[第１の実施形態]
図１（Ａ）は、第１の実施形態に係る面発光型半導体レーザ１０の構成の一例を示す平面図である。図１（Ｂ）は、第１の実施形態に係る面発光型半導体レーザ１０の構成の一例を示す断面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＸＸ断面を示す。本実施形態に係る面発光型半導体レーザ１０は、例えば、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）である。なお、以下では、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型として説明するが、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型として構成してもよい。

【0030】

図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る面発光型半導体レーザ１０は、基板１１と、コンタクト層１２と、第１半導体多層膜反射鏡１３と、活性層１４と、第２半導体多層膜反射鏡１５と、を含んで構成されている。第１半導体多層膜反射鏡１３及び第２半導体多層膜反射鏡１５はそれぞれ、第１多層膜反射鏡及び第２多層膜反射鏡の一例である。なお、本実施形態では多層膜反射鏡を半導体で構成したが、全体としては半導体レーザとなるようにしつつ、多層膜反射鏡自体は誘電体で構成してもよい。

【0031】

面発光型半導体レーザ１０は、基板１１上に形成されたコンタクト層１２、コンタクト層１２上に形成された第１半導体多層膜反射鏡１３、第１半導体多層膜反射鏡１３上に形成された活性層１４、及び、活性層１４上に形成され、かつ、選択酸化層１６を含む第２半導体多層膜反射鏡１５を含む各構成が構造体の一例であるメサ構造体３０を形成し、メサ構造体３０がレーザ部分を構成している。選択酸化層１６は、電流狭窄層の一例である。電流狭窄の選択酸化以外に、例えば、層構造を積層していく際に一旦開口部に相当するパターンを形成して、選択的に開口部に電流が通りやすくすることや、イオン導入を行い、イオン導入された部分に電流が通りにくくすることなどで電流狭窄を行ってもよい。

【0032】

メサ構造体３０を含む半導体層の周囲は無機絶縁膜としての層間絶縁膜１９が着膜されている。層間絶縁膜１９はメサ構造体３０の側面から基板１１の表面まで延伸され、電極パッド２１Ａの下部に配置されている。層間絶縁膜１９は、一例として、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で形成されている。なお、層間絶縁膜１９の材料には、シリコン窒化膜に限らず、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）、あるいはシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）等を用いてもよい。

【0033】

層間絶縁膜１９の開口部を介して配線２０が設けられている。配線２０の一端側はコンタクトメタル１７に接続され、配線２０の他端側はメサ構造体３０の側面から基板１１の表面まで延伸され、ｐ側の電極パッド２１Ａを構成している。

【0034】

基板１１には、半絶縁性のＧａＡｓ（ガリウムヒ素）基板が用いられる。半絶縁性のＧａＡｓ基板とは、不純物がドーピングされていないＧａＡｓ基板とされる。半絶縁性のＧａＡｓ基板は、抵抗率が非常に高く、基板のシート抵抗値は数ＭΩ程度の値を示す。なお、基板１１の材料は、ＧａＡｓ以外でもよく、例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＩｎＰ（リン化インジウム）を用いてもよい。

【0035】

基板１１上に形成されたコンタクト層１２には、一例として、Ｓｉがドープされたｎ型ＧａＡｓ層によって形成されている。コンタクト層１２は、ｎ型の第１半導体多層膜反射鏡１３と接続され、ｎ側の電極パッド２１Ｂが形成されている。コンタクト層１２は、メサ構造体３０で構成されるレーザ部分に負電位を付与する機能を有する。なお、コンタクト層１２は、サーマルクリーニング後、基板表面の結晶性を良好にするために設けられるバッファ層を兼ねてもよい。

【0036】

コンタクト層１２上に形成されたｎ型の第１半導体多層膜反射鏡１３は、下部ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）として構成される。第１半導体多層膜反射鏡１３は、屈折率の互いに異なる２つの半導体膜を交互に繰り返し積層して構成される多層膜反射鏡である。具体的には、第１半導体多層膜反射鏡１３は、Ａｌ_０．９０ＧａＡｓによるｎ型の低屈折率膜と、Ａｌ_０．１５ＧａＡｓによるｎ型の高屈折率膜と、を交互に繰り返し積層することにより構成されている。ｎ型のＡｌ_０．９０ＧａＡｓの屈折率は、ｎ型のＡｌ_０．１５ＧａＡｓの屈折率よりも低い。本実施形態では、例えば、低屈折率膜及び高屈折率膜の４０ペアで構成される。

【0037】

第１半導体多層膜反射鏡１３上に形成された活性層１４は、例えば、下部スペーサ層、量子井戸活性層、及び上部スペーサ層を含んで構成されてもよい（図示省略）。活性層１４は、共振器として機能し、共振器の長さを調整する機能を有している。

【0038】

活性層１４上に形成されたｐ型の第２半導体多層膜反射鏡１５は、上部ＤＢＲとして構成される。第２半導体多層膜反射鏡１５は、屈折率の互いに異なる２つの半導体膜を交互に繰り返し積層して構成される多層膜反射鏡である。具体的には、第２半導体多層膜反射鏡１５は、Ａｌ_０．９０ＧａＡｓによるｐ型の低屈折率膜と、Ａｌ_０．１５ＧａＡｓによるｐ型の高屈折率膜と、を交互に繰り返し積層することにより構成されている。ｐ型のＡｌ_０．９０ＧａＡｓの屈折率（第２屈折率に相当）は、ｐ型のＡｌ_０．１５ＧａＡｓの屈折率（第１屈折率に相当）よりも低い。本実施形態では、例えば、低屈折率膜及び高屈折率膜の２２ペアで構成される。なお、高屈折率のＡｌ_０．１５ＧａＡｓ膜は第１膜の一例であり、低屈折率のＡｌ_０．９０ＧａＡｓ膜は第２膜の一例である。

【0039】

また、第２半導体多層膜反射鏡１５は、選択酸化層１６を含む。選択酸化層１６を形成するアルミ含有材料の単位量当たりのアルミの量は、第２半導体多層膜反射鏡１５を形成するアルミ含有材料の単位量当たりのアルミの量よりも多い。選択酸化層１６は、例えば、ＡｌＡｓ（ヒ化アルミニウム）、Ａｌ_０．９８ＧａＡｓ等で構成されている。選択酸化層１６は、活性層１４上に設けられている。選択酸化層１６は、酸化狭窄されていない部分を表すアパーチャ１６Ａと、酸化狭窄された領域である酸化狭窄領域１６Ｂと、を含んでいる。

【0040】

第２半導体多層膜反射鏡１５上には、配線２０と接続されるコンタクトメタル１７が形成されている。コンタクトメタル１７には、例えば、Ｔｉ／Ａｕの積層膜が用いられる。また、コンタクトメタル１７上には、光の出射面を保護する出射面保護層１８が形成されている。出射面保護層１８は、一例として、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）を着膜して形成される。なお、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）に限らず、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）等を用いてもよい。

【0041】

ところで、上述したように、アパーチャからマルチモードで発光させる場合、アパーチャに線対称又は点対称の部分があると、アパーチャから発振するモード（位置）が変わる場合がある、つまり、モードスイッチングが発生する場合があることを見出した。このモードスイッチングについて図２を参照して説明する。

【0042】

図２は、モードスイッチングの説明に供する図である。

【0043】

図２の（１）及び（２）には、モードスイッチングの近視野像（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ：ＮＦＰ）のイメージ及び発振時の波長スペクトルを示している。（１）では、ある横モードで発振している場合の発光パターン及び発振時の波長スペクトルを示し、（２）では、別の横モードで発振している場合の発光パターン及び発振時の波長スペクトルを示している。モードスイッチングが生じると、（１）及び（２）に示すように、発光パターンが時間的に変化し、ピーク波長が変化する現象が生じる。モードスイッチングによって時間的な状態変化が生じると、時間的な光量のゆらぎΔＰ（Ｐは光の強度を表す。）につながり、相対強度雑音を表すＲＩＮ（Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｎｏｉｓｅ）（＝ΔＰ^２／Ｐ^２）が増加する要因となる。

【0044】

このため、本実施形態に係る面発光型半導体レーザ１０は、メサ構造体３０のアパーチャ１６Ａの形状が線対称又は点対称な部分がない形状とする。これにより、アパーチャ１６Ａの形状を線対称又は点対称にする場合と比較して、モードスイッチングの発生が抑制され、ＲＩＮの増加が抑制される。

【0045】

図３（Ａ）は、第１の実施形態に係る面発光型半導体レーザ１０が備えるメサ構造体３０の一例を示す平面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示すメサ構造体３０を長軸方向に切断したときの断面図である。図３（Ｃ）は、図３（Ａ）に示すメサ構造体３０を短軸方向に切断したときの断面図である。但し、これらの平面図及び断面図は、構成要素を明瞭に表現するため、実物に対して誇張して記載されており、図面間のスケールは一致していないものとする。

【0046】

図３（Ａ）に示すように、アパーチャ１６Ａの形状は、線対称又は点対称な部分がない形状とされる。アパーチャ１６Ａの形状は、例えば、楕円の一部が欠けた形状であることが望ましい。このとき、メサ構造体３０の外形は、外周全てが真円や楕円で構成されたようないわゆる円形ではない。具体的に、メサ構造体３０の外形は、例えば、線形形状を含む。

【0047】

図４は、ＧａＡｓ基板の面方位及び結晶方位の関係を示す図である。

【0048】

図４に示すように、本実施形態に係る面発光型半導体レーザ１０は、（１００）面のＧａＡｓ基板上に形成される。ＧａＡｓ基板のオリエンテーションフラットは（０１－１）面となり、結晶方位は図４に示す関係となる。

【0049】

図５（Ａ）は、比較例に係るメサ構造体３００を示す平面図である。図５（Ｂ）は、線形形状を含まないメサ構造体３０Ａの一例を示す平面図である。図５（Ｃ）は、線形形状を含むメサ構造体３０の一例を示す平面図である。なお、図５（Ａ）において、[０１－１]、[０－１－１]はＧａＡｓ基板の結晶方位を示す。

【0050】

図５（Ａ）に示すメサ構造体３００は、円形メサ（例えば真円メサ）である。メサ構造体３００では、選択酸化層の厚さが２０ｎｍ以上であるため、[０１－１]方向（縦方向）の酸化速度と、[０－１－１]方向（横方向）の酸化速度とが略同じとなる。このため、円形メサに対するアパーチャ１６Ｃの形状が等方的でかつ線対称な形状となる。この構造では、モードスイッチングが発生し、ＲＩＮが増加する。

【0051】

図５（Ｂ）に示すメサ構造体３０Ａは、円形メサ（例えば真円メサ）である。メサ構造体３０Ａでは、選択酸化層の膜厚が、高屈折率のＡｌ_０．１５ＧａＡｓ膜及び低屈折率のＡｌ_０．９０ＧａＡｓ膜の何れか薄い方の膜の膜厚よりも薄い。具体的に、選択酸化層の膜厚は、例えば、２０ｎｍより薄い、望ましくは、１５ｎｍとする。

【0052】

また、選択酸化層の膜厚は、ＧａＡｓ基板上に形成される半導体層の結晶方位による酸化速度の差が一定以上大きくなる膜厚としてもよい。例えば、ＧａＡｓ基板の面方位が（１００）面である場合、酸化速度は[０－１－１]方向のほうが[０－１１]方向よりも遅く、線対称のないアパーチャの長軸方向は[００－１]方向であることが望ましい。

【0053】

上記により、選択酸化層に対して縦方向の酸化速度と、横方向の酸化速度との差を大きくすることが可能となる。このため、円形メサに対するアパーチャ１６Ｄの形状が異方的でかつ線対称な形状となる。つまり、選択酸化層について縦方向の酸化速度と横方向の酸化速度との差が大きくなることにより、アパーチャ１６Ｄの形状は、円形や正方形になるのではなく、楕円形状やひし形状になる。縦横比の差は、例えば、５％以上１５％以下、望ましくは、１０％とされる。

【0054】

図５（Ｂ）に示すメサ構造体３０Ａでは、図５（Ａ）に示すメサ構造体３００と比較して、モードスイッチングの発生が抑制され、ＲＩＮの増加が抑制される。

【0055】

図５（Ｃ）に示すメサ構造体３０では、上記メサ構造体３０Ａと同様に、選択酸化層の膜厚が、高屈折率のＡｌ_０．１５ＧａＡｓ膜及び低屈折率のＡｌ_０．９０ＧａＡｓ膜の何れか薄い方の膜の膜厚よりも薄い。そして更に、メサ構造体３０の外形は、線分形状を含み、円形ではない形状とされる。換言すれば、メサ構造体３０は、メサ構造体３０Ａの外形を、線分形状を含む形状としたものである。つまり、メサを長軸と短軸を有する異方的な形状とし、長軸を[００－１]方向とすることで、縦方向の酸化速度と横方向の酸化速度との差を大きくすることに加えて、更に、メサの異方的な形状が付加される。これにより、アパーチャ１６Ａを線対称又は点対称な部分がない非対称な形状とすることが可能となる。

【0056】

図５（Ｃ）に示すアパーチャ１６Ａの形状は、線形部分Ｌ１と、線形部分Ｌ１の両端と連結された円弧部分Ｒ１とを含む形状とされる。そして、円弧部分Ｒ１を構成する複数の点のうち線形部分Ｌ１から最も離れた点Ｐ１が、メサ構造体３０の外形に含まれる線形形状を表す線分Ｌ２に直交し、線分Ｌ２の中心を通る中心線上にない。

【0057】

図６（Ａ）は、楕円形状のアパーチャ１６Ｄを含むメサ構造体３０Ａを示す図である。図６（Ｂ）は、ひし形状のアパーチャ１６Ｄを含むメサ構造体３０Ａを示す図である。

【0058】

図６（Ａ）に示すように、円形メサに対する楕円形状のアパーチャ形状は、長軸／短軸の関係が９０°異なっていても良い。また、アパーチャ形状は、円に対して潰れた形状であれば良く、楕円形状でなくても、図６（Ｂ）に示すように、ひし形状としても良い。なお、ひし形状の場合、角は丸まっていても良い。

【0059】

ここで、長軸／短軸の関係は、ＧａＡｓ基板の結晶方位、メサの長軸の向きによって制御することが可能である。例えば、同じ（１００）面のＧａＡｓ基板上に面発光型半導体レーザ１０を形成する場合であっても、ＧａＡｓ基板のオリエンテーションフラットが（０－１－１）面となる場合、図４に示す結晶方位と９０°回転した関係になるため、ＧａＡｓ基板のオリエンテーションフラットに対する円形メサのアパーチャの向きは、９０°回転した形状になる。

【0060】

図７は、第１の実施形態に係るアパーチャ形成工程の一例を概略的に示す断面図である。

【0061】

（Ｓ１）では、プロセス前のＶＣＳＥＬウエハＷの断面を示す。ＶＣＳＥＬウエハＷは、基板１１と、基板１１上に形成されたコンタクト層１２と、コンタクト層１２上に形成された第１半導体多層膜反射鏡１３と、第１半導体多層膜反射鏡１３上に形成された活性層１４と、活性層１４上に形成された第２半導体多層膜反射鏡１５とを含んで構成されている。

【0062】

（Ｓ２）では、ＶＣＳＥＬウエハＷに対してドライエッチングを行い、メサ構造体３０を形成する。

【0063】

（Ｓ３）では、メサ構造体３０に対して例えば水蒸気酸化処理を行い、アパーチャ１６Ａ及び酸化狭窄領域１６Ｂを含む選択酸化層１６を形成する。

【0064】

ここで、結晶方位に対して酸化速度が異なることは既知である。本実施形態では、選択酸化層１６の膜厚、Ａｌ組成によって結晶方位に対する選択酸化層１６の酸化速度差が変化することを利用して、アパーチャ１６Ａの形状を制御する。

【0065】

ＶＣＳＥＬの場合、基板１１にはＧａＡｓを使用し、第２半導体多層膜反射鏡１５には屈折率の異なる少なくとも２種のＡｌＧａＡｓが使用される。第２半導体多層膜反射鏡１５の一部にアパーチャ１６Ａを形成するための選択酸化層１６を含む。選択酸化層１６は、第２半導体多層膜反射鏡１５を形成するＡｌＧａＡｓと比べて、Ａｌ組成の高い層とされる。例えば、第２半導体多層膜反射鏡１５をＡｌ組成９０％のＡｌ_０．９ＧａＡｓとＡｌ組成１５％のＡｌ_０．１５ＧａＡｓのペアで形成する場合、選択酸化層１６には、例えば、ＡｌＡｓあるいはＡｌ_０．９８ＧａＡｓが使用される。

【0066】

アパーチャ１６Ａは、上記の半導体積層構造をエッチングしてメサを形成した後、水蒸気酸化を行うことで形成される。Ａｌ組成の高い選択酸化層１６は他の層に比べて酸化速度が速いため、この層のみが選択的に酸化されてアパーチャ１６Ａが形成される。

【0067】

次に、図８～図１０を参照して、第１の実施形態に係る面発光型半導体レーザ１０の製造方法について具体的に説明する。なお、本実施形態では、１枚のウエハ上に複数の面発光型半導体レーザ１０が形成されるが、以下ではそのうちの１つの面発光型半導体レーザ１０について図示して説明する。

【0068】

図８～図１０は、第１の実施形態に係る面発光型半導体レーザ１０の製造方法の一例を示す平面図及び断面図である。図８～図１０において断面図は平面図のＸＸ断面を示す。なお、これらの平面図及び断面図は、構成要素を明瞭に表現するため、実物に対して誇張して記載されており、図面間のスケールは一致していないものとする。

【0069】

図８の（Ｓ１１）では、まず、半絶縁性ＧａＡｓの基板１１上に、ｎ型のコンタクト層１２、ｎ型の第１半導体多層膜反射鏡１３、活性層１４、及び、ｐ型の第２半導体多層膜反射鏡１５をこの順にエピタキシャル成長させたＶＣＳＥＬウエハＷを準備する。なお、第２半導体多層膜反射鏡１５は、選択酸化層１６（図示省略）を含む。選択酸化層１６の膜厚は、上述したように、第２半導体多層膜反射鏡１５を構成する高屈折率のＡｌ_０．１５ＧａＡｓ膜及び低屈折率のＡｌ_０．９０ＧａＡｓ膜の何れか薄い方の膜の膜厚よりも薄い。具体的に、選択酸化層１６の膜厚は、例えば、２０ｎｍより薄い、望ましくは、１５ｎｍである。次に、ＶＣＳＥＬウエハＷのウエハ面上にコンタクトメタル１７を形成する。具体的に、エピタキシャル成長されたウエハ面上に電極材料を成膜した後、成膜した電極材料を例えばフォトリソグラフィによるマスクを用いてドライエッチングし、コンタクトメタル１７を形成する。コンタクトメタル１７は、一例として、Ｔｉ／Ａｕの積層膜を用いて形成される。

【0070】

（Ｓ１２）では、ウエハ面上に出射面保護層となる材料を成膜した後、成膜した材料を例えばフォトリソグラフィによるマスクを用いてドライエッチングし、出射面保護層１８を形成する。出射面保護層１８の材料としては、一例として、シリコン窒化膜を用いる。

【0071】

（Ｓ１３）では、フォトリソグラフィ及びエッチングによりウエハ面上にマスクを形成し、形成したマスクを用いて第２半導体多層膜反射鏡１５及び活性層１４を含む部分をドライエッチングし、メサ構造体３０を形成する。つまり、メサ構造体３０の外形を、一例として、上述の図３（Ａ）に示すように、線形形状を含み、かつ、円形ではない形状になるように形成する。

【0072】

図９の（Ｓ１４）では、ウエハに例えば水蒸気酸化処理を施して選択酸化層１６を側面から選択酸化し、メサ構造体３０内にアパーチャ１６Ａ及び酸化狭窄領域１６Ｂを形成する。酸化狭窄領域１６Ｂは酸化処理により酸化された領域であり、アパーチャ１６Ａは酸化されないで残された電流注入領域である。つまり、選択酸化層１６を、一例として、上述の図３（Ａ）に示すように、アパーチャ１６Ａの形状が線対称又は点対称な部分がない形状になるように酸化させる。より具体的には、アパーチャ１６Ａは、楕円の一部が欠けた形状とされる。このアパーチャ１６Ａにより、面発光型半導体レーザ１０のｐ側電極とｎ側電極（図示省略）との間を流れる電流が絞られ、例えば、面発光型半導体レーザ１０の発振における横モードが制御される。

【0073】

つまり、メサ構造体３０を、予めアパーチャ１６Ａが酸化により楕円形状又はひし形状になるような層構造にした上で、上記（Ｓ１３）にて、メサ構造体３０の外形を、線形形状を含み、かつ、円形ではない形状にしてから、上記（Ｓ１４）にて、選択酸化層１６を酸化させて、アパーチャ１６Ａの形状を、線対称又は点対称な部分がない形状とする。

【0074】

（Ｓ１５）では、フォトリソグラフィ及びエッチングによりウエハ面上にマスクを形成し、形成したマスクを用いて第１半導体多層膜反射鏡１３を含む部分をドライエッチングし、メサ構造体３０を形成する。

【0075】

（Ｓ１６）では、フォトリソグラフィ及びエッチングによりウエハ面上にマスクを形成し、形成したマスクを用いてコンタクト層１２をドライエッチングし、メサ構造体３０を形成する。

【0076】

図１０の（Ｓ１７）では、コンタクト層１２上に電極材料を成膜した後、成膜した材料を例えばフォトリソグラフィによるマスクを用いてドライエッチングし、ｎ側電極となる電極パッド２１Ｂを形成する。電極パッド２１Ｂは、一例として、Ｔｉ／ＡｕＧｅ／Ａｕの積層膜を用いて形成する。

【0077】

（Ｓ１８）では、ウエハの出射面保護層１８、コンタクトメタル１７、及び電極パッド２１Ｂを除く領域にシリコン窒化膜による層間絶縁膜１９を成膜する。具体的には、層間絶縁膜１９をウエハ面上に成膜した後、成膜した層間絶縁膜１９を例えばフォトリソグラフィによるマスクを用いてドライエッチングし、ウエハの出射面保護層１８、コンタクトメタル１７、及び電極パッド２１Ｂを除く領域に層間絶縁膜１９を形成する。

【0078】

（Ｓ１９）では、ウエハ面上に電極材料を成膜した後、成膜した電極材料を例えばフォトリソグラフィによるマスクを用いてドライエッチングし、ｐ側の配線２０及び電極パッド２１Ａを形成する。ｐ側の配線２０及び電極パッド２１Ａは、一例として、Ｔｉ／Ａｕの積層膜を用いて形成する。本工程により、ｐ側の配線２０がコンタクトメタル１７と接続される。なお、上記ではフォトリソグラフィによるマスクを用いてドライエッチングすることで電極材料のパターン形成（コンタクトメタル、電極パッド、配線）を説明したが、フォトリソグラフィによるマスクを形成した後、ウエハ面上に電極材料を成膜し、リフトオフプロセスによりパターンを形成しても良い。

【0079】

次に、図示しないダイシング領域においてダイシングし、面発光型半導体レーザ１０を分離して個片化する。以上の工程により、本実施形態に係るメサ構造体３０を備えた面発光型半導体レーザ１０が製造される。

【0080】

なお、上記では、面発光型半導体レーザ１０の実施形態について説明した。実施形態としては、面発光型半導体レーザ１０を備えた光伝送装置の形態としてもよい。この光伝送装置は、面発光型半導体レーザ１０から出力される光を伝送する光伝送部（図示省略）を備えている。

【0081】

このように本実施形態によれば、メサ構造体のアパーチャの形状が線対称又は点対称な部分がない形状とされる。これにより、アパーチャの形状を線対称又は点対称にする場合と比較して、モードスイッチングの発生が抑制され、ＲＩＮの増加が抑制される。

【0082】

[第２の実施形態]
上記第１の実施形態では、メサによって線対称又は点対称な部分がないアパーチャ形状を形成する形態について説明した。第２の実施形態では、トレンチによって線対称又は点対称な部分がないアパーチャ形状を形成する形態について説明する。

【0083】

図１１（Ａ）は、第２の実施形態に係る面発光型半導体レーザ１０Ａが備えるトレンチ構造体４０の一例を示す平面図である。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示すトレンチ構造体４０を長軸方向に切断したときの断面図である。図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）に示すトレンチ構造体４０を短軸方向に切断したときの断面図である。但し、これらの平面図及び断面図は、構成要素を明瞭に表現するため、実物に対して誇張して記載されており、図面間のスケールは一致していないものとする。

【0084】

図１１（Ａ）に示すように、アパーチャ１６Ａの形状は、上記第１の実施形態に係るメサ構造体３０の場合と同様に、線対称又は点対称な部分がない形状とされる。アパーチャ１６Ａの形状は、例えば、楕円の一部が欠けた形状であることが望ましい。本実施形態では、メサ構造体３０に代えてトレンチ構造体４０によって、アパーチャ１６Ａの形状を形成する。つまり、メサ構造体３０の外形を、トレンチ構造体４０の孔（トレンチ）の並びとして形成する。具体的に、トレンチ構造体４０の孔の並びは、例えば、線形形状を含み、かつ、円形ではない形状とされる。

【0085】

トレンチ構造体４０を構成する複数の孔の面積は、同一であることが望ましい。孔の面積（つまり、表面積）が同一でないと、エッチングによって深さのバラツキが生じる場合がある。このため、孔の面積を同一にすることが望ましい。なお、孔の形状は、同一でなくてもよく、孔の面積が同一であればよい。ここでいう「同一」とは、完全に同じであることに限定されるものではなく、予め定めた誤差を含んで略同じであればよい。

【0086】

また、トレンチ構造体４０を形成する場合、互いに線対称の位置にならないように複数の孔を配置することが望ましい。

【0087】

このように本実施形態によれば、トレンチ構造体のアパーチャの形状が線対称又は点対称な部分がない形状とされる。これにより、アパーチャの形状を線対称又は点対称にする場合と比較して、モードスイッチングの発生が抑制され、ＲＩＮの増加が抑制される。

【0088】

[第３の実施形態]
第３の実施形態では、メサ構造体の出射面の潰れを抑止可能な出射面潰れ抑止構造を備えた面発光型半導体レーザの形態について説明する。

【0089】

図１２（Ａ）は、第３の実施形態に係る面発光型半導体レーザ１０Ｂの構成の一例を示す平面図である。図１２（Ｂ）は、第３の実施形態に係る面発光型半導体レーザ１０Ｂの構成の一例を示す断面図である。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）のＹＹ断面を示す。なお、本実施形態に係るメサ構造体３０は、円形状のメサとして説明するが、メサの形状は円形状に限定されない。また、アパーチャ１６Ａは、線対称又は点対称な部分がない非対称な形状としてもよいし、線対称又は点対称な部分を含む形状としてもよい。

【0090】

図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る面発光型半導体レーザ１０Ｂは、ｎ型コンタクト層パターンＭ１、ｎ型ＤＢＲ層パターンＭ２、出射部パターンＭ３、及び、出射部保護パターンＭ４を備えている。ｎ型コンタクト層パターンＭ１は、コンタクト層１２に対応し、電極パッド２１Ｂを含むパターンである。ｎ型ＤＢＲ層パターンＭ２は、第１半導体多層膜反射鏡１３に対応するパターンである。出射部パターンＭ３は、コンタクトメタル１７、出射面保護層１８、及び配線２０に対応するパターンである。出射部保護パターンＭ４は、金属膜２２Ａ～２２Ｃに対応するパターンである。また、電極パッド２１Ａは、配線２０を介してコンタクトメタル１７と接続され、基板１１上に形成されている。

【0091】

電極パッド２１Ａ、２１Ｂは共にチップ表面に形成され、かつ、電極パッド２１Ａ、２１Ｂは共にメサ構造体３０の最上部（出射面）よりも低い位置に形成されている。電極パッド２１Ａ、２１Ｂが共に出射面よりも低い位置に形成されることで、裏面工程でのパッドダメージが回避される。しかし、この種の構造では、研磨、研削等のウエハを薄くする工程で出射面に負荷がかかり、出射面が潰れてしまう場合がある。出射面が潰れてしまうと、発光部及び発光部周辺の配線に負荷がかかり変形してしまう場合がある。

【0092】

このため、本実施形態に面発光型半導体レーザ１０Ｂは、半導体領域としての台座部３１を備えている。台座部３１は、活性層１４、選択酸化層１６、第２半導体多層膜反射鏡１５、及び層間絶縁膜１９を含む。台座部３１は、メサ構造体３０と並んで形成されている。台座部３１の高さは、メサ構造体３０の高さ以上とされる。また、台座部３１上には複数の金属膜２２Ａ～２２Ｃが形成されている。複数の金属膜２２Ａ～２２Ｃの各々の厚みは、配線２０の厚み（以下、「配線厚」ともいう。）以上とされる。複数の金属膜２２Ａ～２２Ｃは、少なくとも１つ形成されていればよい。

【0093】

また、金属膜２２Ａ～２２Ｃの各々の面積は、配線２０の上端部の面積よりも大きいことが望ましい。また、配線２０の上端部とチップ中心部（例えばコンタクトメタル１７の中心）との距離は、金属膜２２Ａ～２２Ｃの各々とチップ中心部（例えばコンタクトメタル１７の中心）との距離よりも短いことが望ましい。

【0094】

上記のような構造とすることにより、出射面の潰れが抑止される。つまり、台座部３１及び金属膜２２Ａ～２２Ｃによって配線２０への負荷が軽減され、変形、断線等が防止される。

【0095】

図１３（Ａ）は、第３の実施形態に係るメサ構造体３０及び台座部３１の一例を示す平面図である。図１３（Ｂ）は、第３の実施形態に係るメサ構造体３０、台座部３１、及び金属膜２２Ｄの一例を示す平面図である。

【0096】

図１３（Ａ）に示すように、出射面を形成するとメサ構造体３０とは別に、メサ構造体３０と同じ高さの半導体領域である台座部３１を形成する。そして更に、図１３（Ｂ）に示すように、台座部３１上に配線厚と同じ厚みの金属膜２２Ｄを形成することで、出射面以外の位置の出射面よりも高い位置に、特性に影響を及ぼさない構造物を形成でき、裏面工程での出射面へのダメージを回避することができる。なお、ここでいう「同じ」とは、完全に同じであることに限定されるものではなく、予め定めた誤差を含んで略同じであればよい。

【0097】

図１３（Ｂ）に示すように、メサ構造体３０と同じ高さの台座部３１、及び、配線厚と同じ厚みの金属膜２２Ｄを、メサ構造体３０を囲うように形成する。図１３（Ｂ）の例では、円弧状の金属膜２２Ｄを、メサ構造体３０の周囲１／３以上が囲まれるように形成する。これにより、裏面工程での出射面への負荷が分散され、より効果的にダメージが回避される。

【0098】

図１４（Ａ）は、第３の実施形態に係るメサ構造体３０、台座部３１、金属膜２２Ａ、及びチップＩＤ２３の一例を示す平面図である。図１４（Ｂ）は、第３の実施形態に係るメサ構造体３０、台座部３１、複数の金属膜２２Ａ～２２Ｃ、及びチップＩＤ２３の一例を示す平面図である。

【0099】

図１４（Ａ）に示すように、台座部３１上に、配線厚と同じ厚みの１つの金属膜２２Ａを形成してもよい。台座部３１の空いた領域には、チップを識別するためのチップＩＤ（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）２３を形成してもよい。これにより、裏面工程におけるメサ構造体３０への負荷を分散しつつ、チップの識別が可能になる。

【0100】

図１４（Ｂ）に示すように、台座部３１上に、配線厚と同じ厚みの複数の金属膜２２Ａ～２２Ｃを、メサ構造体３０を囲うように離して形成してもよい。複数の金属膜２２Ａ～２２Ｃを離すことで空いた領域には、チップＩＤ２３を形成してもよい。これにより、上記と同様に、裏面工程におけるメサ構造体３０への負荷を分散しつつ、チップの識別が可能になる。

【0101】

なお、メサ構造体３０の最上部から電極パッドまで例えば１０μｍを超えるような段差を形成する場合、メサ最上部と同じ高さに形成するチップＩＤ２３が例えば「８」、「０」のような孤立パターンを有すると、フォトリソグラフィ工程のパターニング時に孤立パターンが飛んでしまい、ＩＤの識別ができなくなる場合がある。そこで、パターンが孤立しないように切り欠きを入れるようにしてもよい。これにより、形成不良を回避し、外観不良が防止される。

【0102】

このように本実施形態によれば、出射面の潰れが抑止される。つまり、台座部及び金属膜によって配線への負荷が軽減され、変形、断線等が防止される。

【0103】

[第４の実施形態]
第４の実施形態では、メサ構造体の下層に配置した電極パッドにつながる配線の断線を抑制する断線抑制構造を備えた面発光型半導体レーザの形態について説明する。

【0104】

図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、比較例に係る面発光型半導体レーザ１００を示す平面図である。

【0105】

図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示すように、比較例に係る面発光型半導体レーザ１００は、ｎ型コンタクト層パターンＭ１、ｎ型ＤＢＲ層パターンＭ２、出射部パターンＭ３、及び、出射部保護パターンＭ４を備えている。上述の図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示す面発光型半導体レーザ１０Ｂと同様に、ｎ型コンタクト層パターンＭ１は、コンタクト層１２に対応し、電極パッド２１Ｂを含むパターンである。ｎ型ＤＢＲ層パターンＭ２は、第１半導体多層膜反射鏡１３に対応するパターンである。出射部パターンＭ３は、コンタクトメタル１７、出射面保護層１８、及び配線２０に対応するパターンである。出射部保護パターンＭ４は、金属膜２２Ａ～２２Ｃ（図示省略）に対応するパターンである。また、電極パッド２１Ａは、配線２０を介してコンタクトメタル１７と接続され、基板１１上に形成されている。

【0106】

ｎ型ＤＢＲ層パターンＭ２の領域を拡大すると抵抗を低減することが可能となる。しかし、メサの下層に電極パッド２１Ａ、２１Ｂを形成するため、出射部パターンＭ３のメサに対して、電極パッド２１Ａ、２１Ｂと反対側にｎ型ＤＢＲ層パターンＭ２の面積を拡大する。そして、出射部パターンＭ３と同じ高さの出射部保護パターンＭ４を形成することで、ウエハ裏面加工のウエハ固定時に生じる出射部パターンＭ３の出射面にかかる負荷が軽減される。

【0107】

しかしながら、出射部パターンＭ３と同じ高さの出射部保護パターンＭ４を形成して、出射部パターンＭ３の最上部から電極パッド２１Ａまで配線２０を形成する際に、電極パッド２１Ａと同じ面に形成される配線２０で断線が発生する場合がある。

【0108】

配線２０を形成する際に、出射部パターンＭ３の最上部からパッド面まで例えば１０μｍ程度の段差に対してフォトリソグラフィ工程で配線パターンをパターニングするが、レジスト塗布ではパッド形成位置のような段差の低い位置はレジスト厚が厚くなり、出射部上の高い位置はレジストが薄くなる。このため、段差の低い位置に配線２０のような細いパターンの形成が困難になる。例えば、配線幅を太くすることで改善する可能性もあるが、配線容量が増加してしまい、応答性が低下するため応答性の面では不利になる。

【0109】

図１６（Ａ）は、第４の実施形態に係る面発光型半導体レーザ１０Ｃの構成の一例を示す平面図である。図１６（Ｂ）は、第４の実施形態に係る面発光型半導体レーザ１０Ｃの構成の一例を示す断面図である。図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のＺＺ断面を示す。なお、本実施形態に係るメサ構造体３０は、円形状のメサとして説明するが、メサの形状は円形状に限定されない。また、アパーチャ１６Ａは、線対称又は点対称な部分がない非対称な形状としてもよいし、線対称又は点対称な部分を含む形状としてもよい。

【0110】

上記の問題に対して、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る面発光型半導体レーザ１０Ｃは、ｎ型コンタクト層パターンＭ１及びｎ型ＤＢＲ層パターンＭ２をパッド側に広げて、ｎ型ＤＢＲ面での配線長ａを長くし、パッド面での配線長ｂを短くする。これによりパッド面での断線不良が改善される。より望ましくは、半導体プロセスマージンを考慮して、電極パッド２１Ａと段差部を極力近づけることで、電極パッド２１Ａと配線２０を直接接続するとよい。

【0111】

つまり、第１半導体多層膜反射鏡１３（ｎ型ＤＢＲ層）上に形成された配線２０の配線長ａを、基板１１上に形成された配線２０の段差部から電極パッド２１Ａまでの配線長ｂよりも長くする（ａ＞ｂ）。ここでいう段差部とは、基板１１とコンタクト層１２との段差である。これによりパッド面での断線不良が改善される。

【0112】

また、配線長ａの部分の面積を、上述の図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示す比較例と比べて、大きくすることにより、第１半導体多層膜反射鏡１３（ｎ型ＤＢＲ層）の面積が増加するため、電流経路が広くなり抵抗が低減される。

【0113】

なお、上記実施形態では、半絶縁性のＧａＡｓ基板を用いたＧａＡｓ系の面発光型半導体レーザを例示して説明したが、これに限られず、ＧａＮ（窒化ガリウム）による基板、あるいはＩｎＰ（リン化インジウム）による基板を用いた形態としてもよい。

【0114】

また、上記実施形態では、基板にｎ型のコンタクト層を形成する形態を例示して説明したが、これに限られず、基板にｐ型のコンタクト層を形成する形態としてもよい。その場合には、上記の説明において、ｎ型とｐ型を逆に読み替えればよい。

【0115】

以上の実施形態に関し、更に以下を開示する。

【0116】

（（（１）））に係る面発光型半導体レーザは、基板と、前記基板上に形成された第１導電型の第１多層膜反射鏡、前記第１多層膜反射鏡上に形成された活性層、及び、前記活性層上に形成され、かつ、電流狭窄層を含む第２導電型の第２多層膜反射鏡を含む構造体であって、前記電流狭窄層に形成され、酸化狭窄されていない部分を表すアパーチャの形状が線対称又は点対称な部分がない形状である前記構造体と、を備える。

【0117】

（（（２）））に係る面発光型半導体レーザは、（（（１）））に係る面発光型半導体レーザにおいて、前記構造体が、メサ構造体又はトレンチ構造体であり、前記メサ構造体の外形又は前記トレンチ構造体の孔の並びが、円形ではない。

【0118】

（（（３）））に係る面発光型半導体レーザは、（（（２）））に係る面発光型半導体レーザにおいて、前記メサ構造体の外形又は前記トレンチ構造体の孔の並びが、線形形状を含む。

【0119】

（（（４）））に係る面発光型半導体レーザは、（（（３）））に係る面発光型半導体レーザにおいて、前記アパーチャの形状が、線形部分と、当該線形部分の両端と連結された円弧部分とを含む形状であり、前記円弧部分を構成する複数の点のうち前記線形部分から最も離れた点が、前記メサ構造体の外形又は前記トレンチ構造体の孔の並びに含まれる前記線形形状を表す線分に直交し、当該線分の中心を通る中心線上にない。

【0120】

（（（５）））に係る面発光型半導体レーザは、（（（１）））～（（（４）））の何れか１に係る面発光型半導体レーザにおいて、前記アパーチャの形状が、楕円の一部が欠けた形状である。

【0121】

（（（６）））に係る面発光型半導体レーザは、（（（１）））～（（（５）））の何れか１に係る面発光型半導体レーザにおいて、前記構造体が、トレンチ構造体であり、前記トレンチ構造体を構成する複数の孔の面積が、同一である。

【0122】

（（（７）））に係る面発光型半導体レーザは、（（（１）））～（（（６）））の何れか１に係る面発光型半導体レーザにおいて、前記第２多層膜反射鏡が、第１屈折率の第１膜と、前記第１屈折率よりも低い第２屈折率の第２膜とを交互に積層したものであり、前記電流狭窄層は、選択酸化層であり、前記選択酸化層の膜厚が、前記第１膜の膜厚及び前記第２膜の膜厚の何れか薄い方の膜の膜厚よりも薄い。

【0123】

（（（８）））に係る面発光型半導体レーザは、（（（７）））に係る面発光型半導体レーザにおいて、前記選択酸化層の前記膜厚が、２０ｎｍより薄い。

【0124】

（（（９）））に係る光伝送装置は、（（（１）））～（（（８）））の何れか１に係る面発光型半導体レーザと、前記面発光型半導体レーザから出力される光を伝送する光伝送部と、を備える。

【0125】

（（（１０）））に係る面発光型半導体レーザの製造方法は、基板上に第１導電型の第１多層膜反射鏡を形成し、前記第１多層膜反射鏡上に活性層を形成し、前記活性層上に、電流狭窄層を含む第２導電型の第２多層膜反射鏡を形成し、前記第１多層膜反射鏡、前記活性層、及び、前記第２多層膜反射鏡を含む構造体の外形又は孔の並びを、線形形状を含み、かつ、円形ではない形状になるように形成し、前記構造体の前記電流狭窄層を、酸化狭窄されない部分を表すアパーチャの形状が線対称又は点対称な部分がない形状になるように酸化させる。

【0126】

（（（１）））、（（（９）））、及び（（（１０）））によれば、多層膜反射鏡の電流狭窄層に形成されるアパーチャの形状を線対称又は点対称にする場合と比較して、モードスイッチングの発生を抑制することができる、という効果を有する。

【0127】

（（（２）））によれば、メサ構造体の外形又はトレンチ構造体の孔の並びを円形でない形状にすることにより、アパーチャの形状を線対称又は点対称な部分がない形状にすることができる、という効果を有する。

【0128】

（（（３）））によれば、メサ構造体の外形又はトレンチ構造体の孔の並びが線形形状を含むことにより、アパーチャの形状を線対称又は点対称な部分がない形状にすることができる、という効果を有する。

【0129】

（（（４）））によれば、アパーチャの形状を線形部分と円弧部分とを含む形状にすることにより、モードスイッチングの発生を抑制することができる、という効果を有する。

【0130】

（（（５）））によれば、アパーチャの形状を楕円の一部が欠けた形状にすることにより、モードスイッチングの発生を抑制することができる、という効果を有する。

【0131】

（（（６）））によれば、電流狭窄層を酸化させる際にエッチングによる深さのバラツキを抑制することができる、という効果を有する。

【0132】

（（（７）））によれば、選択酸化層の膜厚を第２多層膜反射鏡の他の膜より薄くすることにより、アパーチャの外形を楕円又はひし形にする層構造を得ることができる、という効果を有する。

【0133】

（（（８）））によれば、選択酸化層の膜厚を２０ｎｍより薄くすることにより、アパーチャの外形を楕円又はひし形にする層構造を得ることができる、という効果を有する。

【符号の説明】

【0134】

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 面発光型半導体レーザ
１１ 基板
１２ コンタクト層
１３ 第１半導体多層膜反射鏡
１４ 活性層
１５ 第２半導体多層膜反射鏡
１６ 選択酸化層
１６Ａ アパーチャ
１６Ｂ 酸化狭窄領域
１７ コンタクトメタル
１８ 出射面保護層
１９ 層間絶縁膜
２０ 配線
２１Ａ、２１Ｂ 電極パッド
２２Ａ～２２Ｄ 金属膜
２３ チップＩＤ
３０ メサ構造体
３１ 台座部
４０ トレンチ構造体

【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】