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(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】P2024065568
(43)【公開日】2024-05-15
(54)【発明の名称】垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01S 5/183 20060101AFI20240508BHJP
H01S 5/343 20060101ALI20240508BHJP
H01S 5/323 20060101ALI20240508BHJP
【ＦＩ】
H01S5/183
H01S5/343 610
H01S5/323 610
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022174498
(22)【出願日】2022-10-31
(71)【出願人】
【識別番号】000226057
【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000202
【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー
(72)【発明者】
【氏名】寺尾 顕一
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼山 仁史
【テーマコード（参考）】
5F173
【Ｆターム（参考）】
5F173AC03
5F173AC04
5F173AC14
5F173AC35
5F173AC42
5F173AH22
5F173AP33
5F173AP62
5F173AP66
5F173AQ12
(57)【要約】
【課題】信頼性がより向上した垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】ｎ側半導体層、活性層及びｐ側半導体層をこの順に有する窒化物半導体層を準備し、前記ｐ側半導体層表面の少なくとも一部を、マスク部材で被覆し、前記マスク部材を含むｐ側半導体層表面に、酸化物膜を形成し、前記酸化物膜を含む前記窒化物半導体層を熱処理し、前記熱処理後の酸化物膜及びマスク部材を除去し、前記マスク部材で被覆していた前記ｐ側半導体層表面から、前記マスク部材で被覆していなかった前記ｐ側半導体層表面にわたって電極を形成することを含む、垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法。
【選択図】図１Ｆ
【解決手段】ｎ側半導体層、活性層及びｐ側半導体層をこの順に有する窒化物半導体層を準備し、前記ｐ側半導体層表面の少なくとも一部を、マスク部材で被覆し、前記マスク部材を含むｐ側半導体層表面に、酸化物膜を形成し、前記酸化物膜を含む前記窒化物半導体層を熱処理し、前記熱処理後の酸化物膜及びマスク部材を除去し、前記マスク部材で被覆していた前記ｐ側半導体層表面から、前記マスク部材で被覆していなかった前記ｐ側半導体層表面にわたって電極を形成することを含む、垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法。
【選択図】図１Ｆ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ｎ側半導体層、活性層及びｐ側半導体層をこの順に有する窒化物半導体層を準備し、
前記ｐ側半導体層表面の少なくとも一部を、マスク部材で被覆し、
前記マスク部材を含むｐ側半導体層表面に、酸化物膜を形成し、
前記酸化物膜を含む前記窒化物半導体層を熱処理し、
前記熱処理後の酸化物膜及びマスク部材を除去し、
前記マスク部材で被覆していた前記ｐ側半導体層表面から、前記マスク部材で被覆していなかった前記ｐ側半導体層表面にわたって電極を形成することを含む、垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法。
前記ｐ側半導体層表面の少なくとも一部を、マスク部材で被覆し、
前記マスク部材を含むｐ側半導体層表面に、酸化物膜を形成し、
前記酸化物膜を含む前記窒化物半導体層を熱処理し、
前記熱処理後の酸化物膜及びマスク部材を除去し、
前記マスク部材で被覆していた前記ｐ側半導体層表面から、前記マスク部材で被覆していなかった前記ｐ側半導体層表面にわたって電極を形成することを含む、垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項2】
前記酸化物膜を、ケイ素及び亜鉛の少なくとも一方を含む酸化物とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項3】
前記熱処理を、５００℃以上８００℃以下で行う請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項4】
前記酸化物膜を、スパッタリング法によって形成する請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項5】
前記酸化物膜を除去処理液と接触させることによって除去する請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項6】
前記酸化物膜を前記除去処理液と接触させることによって除去する際に、前記マスク部材を除去する請求項５に記載の製造方法。
【請求項7】
前記マスク部材の形成後、かつ前記酸化物膜の形成前に、前記ｐ側半導体層の全面に酸素含有ガスによる反応性イオンエッチングを行う請求項１又は２に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、窒化物半導体を用いて、垂直共振器面発光レーザとして機能するレーザ素子の研究が進められている。例えば、特許文献１には、半導体積層体のｐ側半導体層の表面に開口部を有する絶縁膜を形成し、その開口部により面発光レーザ素子の電流注入領域が規定されることが記載されている。そのほか、プラズマ照射、アッシング処理、反応性イオンエッチング処理等を利用して、電流非注入領域を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０１８／０８３８７７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、上述したいずれの電流狭窄構造においても、より一層の絶縁性の向上、さらにこれに起因する垂直共振器面発光レーザ素子の信頼性の向上が求められている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示は以下の発明を含む。
ｎ側半導体層、活性層及びｐ側半導体層をこの順に有する窒化物半導体層を準備し、
前記ｐ側半導体層表面の少なくとも一部を、マスク部材で被覆し、
前記マスク部材を含むｐ側半導体層表面に、酸化物膜を形成し、
前記酸化物膜を含む前記窒化物半導体層を熱処理し、
前記熱処理後の酸化物膜及びマスク部材を除去し、
前記マスク部材で被覆していた前記ｐ側半導体層表面から、前記マスク部材で被覆していなかった前記ｐ側半導体層表面にわたって電極を形成することを含む、垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法。
ｎ側半導体層、活性層及びｐ側半導体層をこの順に有する窒化物半導体層を準備し、
前記ｐ側半導体層表面の少なくとも一部を、マスク部材で被覆し、
前記マスク部材を含むｐ側半導体層表面に、酸化物膜を形成し、
前記酸化物膜を含む前記窒化物半導体層を熱処理し、
前記熱処理後の酸化物膜及びマスク部材を除去し、
前記マスク部材で被覆していた前記ｐ側半導体層表面から、前記マスク部材で被覆していなかった前記ｐ側半導体層表面にわたって電極を形成することを含む、垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法。
【発明の効果】
【0006】
本開示の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法によれば、信頼性がより向上した垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1A】本発明の一実施形態の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法であり、特に電流狭窄構造の製造方法を説明するための概略工程断面図である。
【図1B】本発明の一実施形態の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法であり、特に電流狭窄構造の製造方法を説明するための概略工程断面図である。
【図1C】本発明の一実施形態の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法であり、特に電流狭窄構造の製造方法を説明するための概略工程断面図である。
【図1D】本発明の一実施形態の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法であり、特に電流狭窄構造の製造方法を説明するための概略工程断面図である。
【図1E】本発明の一実施形態の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法であり、特に電流狭窄構造の製造方法を説明するための概略工程断面図である。
【図1F】本発明の一実施形態の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法であり、特に電流狭窄構造の製造方法を説明するための概略工程断面図である。
【図2A】本発明の一実施形態の垂直共振器面発光レーザ素子の概略平面図である。
【図3】垂直共振器面発光レーザ素子の変形例を示す要部の概略断面図である。
【図4】電流狭窄構造のＩ－Ｖ特性を評価するための構造を示す断面図である。
【図5A】比較例Ａ１の評価構造の製造方法を示す概略製造工程図である。
【図5B】比較例Ａ１の評価構造の製造方法を示す概略製造工程図である。
【図5C】比較例Ａ１の評価構造の製造方法を示す概略製造工程図である。
【図5D】比較例Ａ１の評価構造の製造方法を示す概略製造工程図である。
【図6A】比較例Ａ２の評価構造の製造方法を示す概略製造工程図である。
【図6B】比較例Ａ２の評価構造の製造方法を示す概略製造工程図である。
【図6C】比較例Ａ２の評価構造の製造方法を示す概略製造工程図である。
【図6D】比較例Ａ２の評価構造の製造方法を示す概略製造工程図である。
【図7A】実施例Ｂ１の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法で得られた素子のＩ－Ｌ特性の評価結果を示すグラフである。
【図7B】比較例Ｂ１の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法で得られた素子のＩ－Ｌ特性の評価結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本開示の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する実施の形態は、本開示の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本開示を以下のものに限定しない。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。各図面が示す部材の大きさ、厚み、位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
なお、本明細書において、垂直共振器面発光レーザ素子を構成する窒化物半導体の積層体において、ｎ側半導体層からｐ側半導体層に向かう方向を上方という。
なお、本明細書において、垂直共振器面発光レーザ素子を構成する窒化物半導体の積層体において、ｎ側半導体層からｐ側半導体層に向かう方向を上方という。
【0009】
本開示の一実施形態の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法は、
ｎ側半導体層、活性層及びｐ側半導体層をこの順に有する窒化物半導体層を準備し、
ｐ側半導体層表面の少なくとも一部を、マスク部材で被覆し、
マスク部材を含むｐ側半導体層表面に、酸化物膜を形成し、
酸化物膜を含む窒化物半導体層を熱処理し、
熱処理後の酸化物膜及びマスク部材を除去し、
マスク部材で被覆していたｐ側半導体層表面から、マスク部材で被覆していなかったｐ側半導体層表面にわたって電極を形成することを含む。
ｎ側半導体層、活性層及びｐ側半導体層をこの順に有する窒化物半導体層を準備し、
ｐ側半導体層表面の少なくとも一部を、マスク部材で被覆し、
マスク部材を含むｐ側半導体層表面に、酸化物膜を形成し、
酸化物膜を含む窒化物半導体層を熱処理し、
熱処理後の酸化物膜及びマスク部材を除去し、
マスク部材で被覆していたｐ側半導体層表面から、マスク部材で被覆していなかったｐ側半導体層表面にわたって電極を形成することを含む。
【0010】
このような製造方法、特に、電流狭窄構造の製造方法によれば、ｐ側半導体層表面の電流非注入領域又は電流狭窄領域を形成するために加工される凸部に起因する、凸部側面での電流集中の発生、凸部外側での絶縁性の低下を招くことなく、より優れた電流非注入領域又は電流狭窄領域の絶縁性を確保することが可能となる。その結果、寿命特性を改善することができるとともに、垂直共振器面発光レーザ素子の信頼性を向上させることができる。
【0011】
（窒化物半導体層５の準備）
図１Ａに示すように、ｎ側半導体層２、活性層３及びｐ側半導体層４をこの順に有する窒化物半導体層５を準備する。窒化物半導体層５は、例えば、ＡｌＩｎＧａＮ化合物半導体からなるｎ側半導体層２、ＡｌＩｎＧａＮ化合物半導体からなる活性層３、ＡｌＩｎＧａＮ化合物半導体からなるｐ側半導体層４を、この順に積層する。ＡｌＩｎＧａＮ化合物半導体としては、例えば、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＩｎＧａＮが挙げられる。このような窒化物半導体層５は、例えば、以下に示すように、第１反射層１上に形成することが好ましい。
図１Ａに示すように、ｎ側半導体層２、活性層３及びｐ側半導体層４をこの順に有する窒化物半導体層５を準備する。窒化物半導体層５は、例えば、ＡｌＩｎＧａＮ化合物半導体からなるｎ側半導体層２、ＡｌＩｎＧａＮ化合物半導体からなる活性層３、ＡｌＩｎＧａＮ化合物半導体からなるｐ側半導体層４を、この順に積層する。ＡｌＩｎＧａＮ化合物半導体としては、例えば、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＩｎＧａＮが挙げられる。このような窒化物半導体層５は、例えば、以下に示すように、第１反射層１上に形成することが好ましい。
【0012】
ｎ側半導体層２は、単層又は多層であり、ｎ型不純物、例えば、Ｓｉ又はＧｅ等をドープしたｎ型層を１層以上有する。活性層３は、例えば、ＩｎＧａＮよりなる量子井戸層と、ＧａＮよりなる障壁層とを交互に積層した積層構造である。積層数は所望の特性により適宜設定することができる。また、障壁層としてはＧａＮの他に量子井戸層のＩｎＧａＮよりＩｎ組成の低いＩｎＧａＮ等を用いることもできる。ｐ側半導体層４は、ｐ側クラッド層と、その上に配置されたｐ側コンタクト層を有することができる。ｐ側コンタクト層は、ｐ型不純物、例えば、Ｍｇ等がドープされた層である。ｐ側クラッド層は、ｐ型不純物を、ｐ側コンタクト層よりもｐ型不純物を低濃度でドープした層又はアンドープの層とすることができる。この場合、ｐ側コンタクト層はｐ側半導体層４の最上層とする。
【0013】
ｎ側半導体層２、活性層３及びｐ側半導体層４の各厚みは、適宜設定することができる。後述する第１反射層１の上面から第２反射層８の下面までの全膜厚をλ／（２ｎｅｑ）（ｎｅｑは導波路の等価屈折率である）の整数倍とし、その間に定在波が生じるように設定する。そして、定在波の腹の部分が活性層３に、定在波の節の部分が、後述する透光性のｐ電極６に位置するように配置することが好ましい。このような設定にすることで、閾値電流を低減することができる。なお、閾値電流とはレーザ発振に必要な最小電流を意味する。
【0014】
ｐ側半導体層４の表面は平坦な面であることが好ましい。このようにｐ側半導体層の表面を平坦な面とすることにより、その上に形成される電極を平坦に配置することができるために、電極の折れ曲がり等に起因する電流集中を回避することができる。ここでの平坦とは、例えば、ｐ側半導体層４の表面の算術平均粗さが０．１ｎｍから２ｎｍであることを意味する。このような平坦な面とすることにより、後述する第２反射層８をも平坦に形成することができる。
【0015】
（マスク部材１６での被覆）
図１Ｂに示すように、窒化物半導体層５のｐ側半導体層４の表面の少なくとも一部を、マスク部材１６で被覆する。ここで、マスク部材１６で被覆する領域は、窒化物半導体層５への電流注入領域とするための領域であり、マスク部材１６で被覆されない領域が、電流非注入領域、つまり、電流狭窄領域４ｃとなる。
図１Ｂに示すように、窒化物半導体層５のｐ側半導体層４の表面の少なくとも一部を、マスク部材１６で被覆する。ここで、マスク部材１６で被覆する領域は、窒化物半導体層５への電流注入領域とするための領域であり、マスク部材１６で被覆されない領域が、電流非注入領域、つまり、電流狭窄領域４ｃとなる。
【0016】
マスク部材１６は、例えば、マスク部材となる材料層を、ｐ側半導体層４の全表面に形成した後、当該分野で公知のフォトリソグラフィ及びエッチング工程によってパターニングして、ｐ側半導体層４表面の少なくとも一部を被覆する。
【0017】
マスク部材１６は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウムによって形成することができ、窒化シリコンが好ましい。マスク部材１６として窒化シリコン等の非酸化物材料を用いた場合、その後に行われる熱処理などによる電流注入領域の酸化が起きづらくなり、接触抵抗の上昇を低減することができる。マスク部材１６の厚みは、形成する材料によって適宜調整することができ、例えば、０．１μｍ以上１μｍ以下が挙げられる。
【0018】
マスク部材１６の形状は、平面視、例えば、円形、楕円形、三角形、四角形、六角形等の多角形、これらを組み合わせた形状等、種々の形状とすることができる。なかでも、円形、楕円形であることが好ましい。マスク部材の形状が円形、または楕円形であることで、得られる垂直共振器面発光レーザ素子の電流狭窄領域の形状も円形となり、電流集中やそれによる素子の劣化を低減することができる。マスク部材の大きさは、例えば、一辺又は直径は１μｍ以上３０μｍ以下が挙げられ、１μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。マスク部材の位置は、平面視において、ｐ側半導体層４表面の中央又はその周辺に設定することができる。これにより、窒化物半導体層５に対して、面内において均一に電流を注入することが可能となる。
【0019】
マスク部材１６を形成した後、かつ後述する酸化物膜１７の形成前に、図１Ｃに示すように、ｐ側半導体層４の全面に酸素含有ガスによる反応性イオンエッチング処理を行ってもよい。酸素含有ガスによる反応性イオンエッチング処理は、一部が削られるなどによってｐ側半導体層４の表面が除去されることが含まれる必要はなく、少なくともｐ側半導体層４の表面状態が変化すればよく、例えばｐ側半導体層４の表面の酸素濃度が増加させられればよい。酸素濃度の増加とは、ｐ側半導体層４に酸素がドープされた形態や、ｐ側半導体層４の一部が酸化された形態などが考えられる。ｐ側半導体層４の表面に対して、酸素含有ガスによる反応性イオンエッチング処理を行うことで、得られる垂直共振器面発光レーザ素子の電流狭窄領域の絶縁性をより向上させることができる。これは例えば、マスク部材１６で被覆されていないｐ側半導体層４の表面が酸化されていることが考えられる。つまり、窒化物半導体が酸素原子と反応して酸化物層を形成することで抵抗が上昇していると考えられる。また、酸素含有ガスによる反応性イオンエッチング処理を行うことで、ｐ側半導体層４の表面が変化し、その後の酸化物膜１７の形成及び熱処理による電流狭窄領域４ｂの形成がより効果的になるとも考えられる。酸素含有ガスによる反応性イオンエッチング処理は、例えば、バイアス電力を１００Ｗ～１０００Ｗの範囲、圧力を５Ｐａ～５０Ｐａが挙げられ、酸素雰囲気中での３０秒～３０分間の処理が挙げられる。酸素雰囲気においては、酸素以外に、アルゴン、窒素等の不活性ガスを含んでいてもよい。このような条件で反応性イオンエッチング処理を行う場合、マスク部材１６で被覆されていないｐ側半導体層４の表面の抵抗を上昇させつつ、電流狭窄領域４ｂの平坦性をより高くすることができる。酸化物層としては、用いる半導体の種類によって、例えば、Ｇａ２Ｏ３、ＧａＯＮ等が挙げられる。酸化物層は、絶縁性の確保及び良好な表面平坦性の点で、例えば、ｐ側半導体層４の表面から０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲とすることが好ましい。
【0020】
（酸化物膜１７の形成）
図１Ｄに示すように、マスク部材１６を含むｐ側半導体層４表面に、酸化物膜１７を形成する。酸化物膜１７は、ｐ側半導体層４の全表面に形成することが好ましい。酸化物膜１７は、ケイ素、亜鉛、ガリウム等を含む酸化物が挙げられ、なかでも、ケイ素及び亜鉛の少なくとも一方を含む酸化物膜が好ましい。このような酸化物膜としては、シリコン酸化膜、亜鉛酸化膜等が挙げられる。シリコン酸化膜としては、ケイ素を含む複合酸化物が挙げられ、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯ等であってよく、アモルファス状態のＳｉＯｘを含んでいてよい。亜鉛酸化膜としては、酸化亜鉛に加えて、インジウム亜鉛酸化物、ガリウム亜鉛酸化物等の亜鉛を含む複合酸化物が挙げられ、例えば、ＺｎＯ、ＺｎＯ２等であってよく、アモルファス状態のＺｎＯｘを含んでいてよい。なかでも、除去のしやすさの観点でＳｉＯ２からなる膜が好ましい。
図１Ｄに示すように、マスク部材１６を含むｐ側半導体層４表面に、酸化物膜１７を形成する。酸化物膜１７は、ｐ側半導体層４の全表面に形成することが好ましい。酸化物膜１７は、ケイ素、亜鉛、ガリウム等を含む酸化物が挙げられ、なかでも、ケイ素及び亜鉛の少なくとも一方を含む酸化物膜が好ましい。このような酸化物膜としては、シリコン酸化膜、亜鉛酸化膜等が挙げられる。シリコン酸化膜としては、ケイ素を含む複合酸化物が挙げられ、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯ等であってよく、アモルファス状態のＳｉＯｘを含んでいてよい。亜鉛酸化膜としては、酸化亜鉛に加えて、インジウム亜鉛酸化物、ガリウム亜鉛酸化物等の亜鉛を含む複合酸化物が挙げられ、例えば、ＺｎＯ、ＺｎＯ２等であってよく、アモルファス状態のＺｎＯｘを含んでいてよい。なかでも、除去のしやすさの観点でＳｉＯ２からなる膜が好ましい。
【0021】
酸化物膜１７は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、酸素雰囲気下、大気雰囲気下、不活性ガス雰囲気下、窒素ガス雰囲気下、減圧下又は真空下において、上述した酸化物膜を構成する元素を含むターゲットを用いたスパッタリング法等が挙げられる。
【0022】
酸化物膜１７は、ｐ側半導体層４表面において、一部において厚膜又は薄膜の部位があってもよく、均一な膜厚で形成することが好ましい。酸化物膜１７の厚みは、用いる材料によって適宜調整することができる。例えば、酸化物膜１７の厚みは、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が挙げられ、１００ｎｍ以上８００ｎｍ以下が好ましく、１５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下がより好ましい。
【0023】
（窒化物半導体層５の熱処理）
ｐ側半導体層４上のマスク部材１６を被覆する酸化物膜１７が形成された窒化物半導体層５を熱処理する。熱処理は、酸素雰囲気下、大気雰囲気下において、例えば、５００℃以上８００℃以下で行うことが挙げられ、５５０℃以上７５０℃以下で行うことが好ましい。熱処理の時間は、その温度によって適宜調整することができ、例えば、１分間以上６０分間以下が挙げられ、２分間以上３０分間以下が好ましく、２分間以上１０分間以下がより好ましい。このような窒化物半導体層の熱処理により、ｐ側半導体層４の表面において、酸化物膜１７が接触していた領域は、酸化物膜１７からｐ側半導体層に酸素が拡散することで、酸素が拡散された部分の抵抗が上昇して、電流狭窄領域４ｂとなる。また、酸素の拡散で電流狭窄領域４ｂが形成されることにより、マスク部材１６が被覆していた領域は、相対的に抵抗の低い領域（電流注入領域４ａ）となる。これにより、平坦なｐ側半導体層としつつ、電流狭窄領域の絶縁性をより高めることができるため、信頼性がより向上した垂直共振器面発光レーザ素子を得ることができる。ここでの電流狭窄領域４ｂは、例えば、ｐ側半導体層４の表面から０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲とすることが好ましい。
ｐ側半導体層４上のマスク部材１６を被覆する酸化物膜１７が形成された窒化物半導体層５を熱処理する。熱処理は、酸素雰囲気下、大気雰囲気下において、例えば、５００℃以上８００℃以下で行うことが挙げられ、５５０℃以上７５０℃以下で行うことが好ましい。熱処理の時間は、その温度によって適宜調整することができ、例えば、１分間以上６０分間以下が挙げられ、２分間以上３０分間以下が好ましく、２分間以上１０分間以下がより好ましい。このような窒化物半導体層の熱処理により、ｐ側半導体層４の表面において、酸化物膜１７が接触していた領域は、酸化物膜１７からｐ側半導体層に酸素が拡散することで、酸素が拡散された部分の抵抗が上昇して、電流狭窄領域４ｂとなる。また、酸素の拡散で電流狭窄領域４ｂが形成されることにより、マスク部材１６が被覆していた領域は、相対的に抵抗の低い領域（電流注入領域４ａ）となる。これにより、平坦なｐ側半導体層としつつ、電流狭窄領域の絶縁性をより高めることができるため、信頼性がより向上した垂直共振器面発光レーザ素子を得ることができる。ここでの電流狭窄領域４ｂは、例えば、ｐ側半導体層４の表面から０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲とすることが好ましい。
【0024】
（酸化物膜１７及びマスク部材１６の除去）
熱処理後、図１Ｅに示すように、窒化物半導体層５の表面から、酸化物膜１７及びマスク部材１６を除去する。酸化物膜１７及びマスク部材１６の除去は、それらの材料によって、別々に行ってもよいし、連続して行ってもよい。別々に又は連続して除去する場合のいずれにおいても、同じ方法で行ってもよいし、異なる方法で行ってもよい。酸化物膜１７及びマスク部材１６の除去は、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチング、研磨、ポリッシング等当該分野で公知の方法のいずれを利用してもよい。なかでも、ウェットエッチングにより除去することが好ましい。具体的には、酸化物膜１７及び／又はマスク部材１６を、除去処理液と接触させる方法が挙げられる。ここで用いる除去処理液は、酸化物膜１７及びマスク部材１６の材料及び厚み等によって、当該分野で公知の除去処理液を適宜選択することができる。また、除去処理液の種類、濃度、温度、接触方法等を適宜設定することができる。除去処理液としては、加熱又は非加熱のＨＣｌ、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、硝酸（ＨＮＯ３）、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）、王水、フッ化水素酸（ＨＦ）又はバッファードフッ酸（ＢＨＦ）、硫酸、過酸化水素水の単独又は２以上の酸系の溶液又は混合液、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、ＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）等のアルカリ系の溶液又は混合液等を任意の濃度で調整することが挙げられる。具体的には、酸化物膜１７がＳｉＯ２の場合、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）が挙げられ、マスク部材１６がＳｉＮの場合にも、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）が挙げられる。この際の除去処理液の温度は、例えば５℃以上１００℃以下であってよく、１０℃以上８０℃以下であってもよく、接触方法は、浸漬、滴下、噴霧等が挙げられる。
熱処理後、図１Ｅに示すように、窒化物半導体層５の表面から、酸化物膜１７及びマスク部材１６を除去する。酸化物膜１７及びマスク部材１６の除去は、それらの材料によって、別々に行ってもよいし、連続して行ってもよい。別々に又は連続して除去する場合のいずれにおいても、同じ方法で行ってもよいし、異なる方法で行ってもよい。酸化物膜１７及びマスク部材１６の除去は、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチング、研磨、ポリッシング等当該分野で公知の方法のいずれを利用してもよい。なかでも、ウェットエッチングにより除去することが好ましい。具体的には、酸化物膜１７及び／又はマスク部材１６を、除去処理液と接触させる方法が挙げられる。ここで用いる除去処理液は、酸化物膜１７及びマスク部材１６の材料及び厚み等によって、当該分野で公知の除去処理液を適宜選択することができる。また、除去処理液の種類、濃度、温度、接触方法等を適宜設定することができる。除去処理液としては、加熱又は非加熱のＨＣｌ、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、硝酸（ＨＮＯ３）、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）、王水、フッ化水素酸（ＨＦ）又はバッファードフッ酸（ＢＨＦ）、硫酸、過酸化水素水の単独又は２以上の酸系の溶液又は混合液、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、ＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）等のアルカリ系の溶液又は混合液等を任意の濃度で調整することが挙げられる。具体的には、酸化物膜１７がＳｉＯ２の場合、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）が挙げられ、マスク部材１６がＳｉＮの場合にも、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）が挙げられる。この際の除去処理液の温度は、例えば５℃以上１００℃以下であってよく、１０℃以上８０℃以下であってもよく、接触方法は、浸漬、滴下、噴霧等が挙げられる。
【0025】
酸化物膜１７及びマスク部材１６を除去することにより、電流注入領域４ａを、ｐ側半導体層４の表面において、電流狭窄領域４ｂと同一平面で形成することができる。つまり、電流注入領域４ａから電流狭窄領域４ｂにわたって平坦とすることができる。ここでの同一平面及び平坦とは、例えば、２ｎｍ程度の高低差又は凹凸は許容される。例えば、ｐ側半導体層の表面に凸部を形成して、電流注入領域／電流非注入領域を形成する場合には、凸部の起伏に起因して、その上に配置される電極が折れ曲がった形状となり、この電極が折れ曲がっている箇所で電流集中が発生し得ることとなるが、このように電流注入領域４ａから電流狭窄領域４ｂにわたってｐ側半導体層の表面を平坦とすることにより、電流集中の発生を抑制することができ、これに起因する電極の破壊を低減することが可能となる。また、十分な絶縁性を確保することが可能となる。
【0026】
（電極の形成）
酸化物膜１７及びマスク部材１６が除去された窒化物半導体層５の表面、つまり、マスク部材１６で被覆していたｐ側半導体層４表面から、酸化物膜１７の配置によってマスク部材１６で被覆していなかったｐ側半導体層４表面にわたって、言い換えると、電流狭窄領域４ｂから電流注入領域４ａにわたって、電極を形成する。以下、この電極をｐ電極６という。
酸化物膜１７及びマスク部材１６が除去された窒化物半導体層５の表面、つまり、マスク部材１６で被覆していたｐ側半導体層４表面から、酸化物膜１７の配置によってマスク部材１６で被覆していなかったｐ側半導体層４表面にわたって、言い換えると、電流狭窄領域４ｂから電流注入領域４ａにわたって、電極を形成する。以下、この電極をｐ電極６という。
【0027】
ｐ電極６は、ｐ電極６の下面がｐ側半導体層４にのみ接触していることが好ましい。言い換えると、ｐ電極６は、上記工程においてマスク部材１６を形成していた領域、つまり、電流注入領域４ａ及びその周辺において、平坦なｐ側半導体層４に接触していることがより好ましい。ｐ電極６上面の表面積は、例えば、電流注入領域４ａの表面積よりも大きく、平面視においてｐ側半導体層４の上面の外縁より内側にｐ電極６の外縁が配置される大きさとすることができる。これにより、後述するように、平面視において第２反射層８と重ならないようにｐパッド電極９ｐを形成しやすくなる。
【0028】
ｐ電極６は、垂直共振器面発光レーザ素子の発振するレーザ光のピーク波長の光に対する透過率が６０％以上又は７０％以上、好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上、さらに好ましくは９９％である透光性の材料によって形成することができる。透光性の材料としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等の酸化物を母材とする透明導電材料が挙げられる。具体的にはＩＴＯが挙げられる。厚みは薄いほうが、ｐ電極６による光吸収を低減することができる一方、抵抗が上昇するため、これらのバランスを考慮して適宜調整することができる。ｐ電極６の厚みは、例えば、１００ｎｍ以下が挙げられ、６０ｎｍ以下が好ましく、３５ｎｍ以下がより好ましく、３０ｎｍ以下がさらに好ましい。また、ｐ電極６の厚みは５ｎｍ以上とすることができる。具体的には、ｐ電極６の厚みは、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下が挙げられ、１０ｎｍ以上６０ｎｍ以下が好ましく、１５ｎｍ以上３５ｎｍ以下がより好ましく、２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下がさらに好ましい。ｐ電極６の厚みをこの範囲とすることにより、ｐ電極６への光の吸収を低減し、閾値電流を低減することができる。
【0029】
（その他の工程）
上述した垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法は、以下の工程を含むことにより、垂直共振器面発光レーザ素子を形成することができる。例えば、ｎ側半導体層、活性層及びｐ側半導体層をこの順に有する窒化物半導体層のｎ側半導体層の下側に、さらに、第１反射層を形成する、つまり、第１反射層、ｎ側半導体層、活性層及びｐ側半導体層をこの順に有する窒化物半導体層を準備することを含む。また、ｐ電極を含むｐ側半導体層の表面に、第２反射層を形成することを含む。さらに、ｎ側半導体層に接触する電極（以下、ｎ電極ということがある）を形成することを含む。これらの工程に加えて、さらに、反射防止膜を形成すること、放熱基板に接合することを含んでもよい。
上述した垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法は、以下の工程を含むことにより、垂直共振器面発光レーザ素子を形成することができる。例えば、ｎ側半導体層、活性層及びｐ側半導体層をこの順に有する窒化物半導体層のｎ側半導体層の下側に、さらに、第１反射層を形成する、つまり、第１反射層、ｎ側半導体層、活性層及びｐ側半導体層をこの順に有する窒化物半導体層を準備することを含む。また、ｐ電極を含むｐ側半導体層の表面に、第２反射層を形成することを含む。さらに、ｎ側半導体層に接触する電極（以下、ｎ電極ということがある）を形成することを含む。これらの工程に加えて、さらに、反射防止膜を形成すること、放熱基板に接合することを含んでもよい。
【0030】
（第１反射層１の形成）
図２Ｂに示すように、第１反射層１を形成する。第１反射層１は、例えば、上述した窒化物半導体層５を形成する前に形成することができる。つまり、半導体成長用の基板１１を準備し、基板１１上に第１反射層１を形成し、その後、第１反射層１の上面に、ｎ側半導体層２、活性層３及びｐ側半導体層４をこの順に積層することができる。また、半導体成長用基板１１上に窒化物半導体層５を形成し、その後、窒化物半導体層５から半導体成長用基板１１を除去し、除去によって露出した窒化物半導体層５の表面に第１反射層１を形成してもよい。半導体成長用の基板１１としては、例えば、窒化物半導体（ＧａＮ等）、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ等の基板が挙げられる。
図２Ｂに示すように、第１反射層１を形成する。第１反射層１は、例えば、上述した窒化物半導体層５を形成する前に形成することができる。つまり、半導体成長用の基板１１を準備し、基板１１上に第１反射層１を形成し、その後、第１反射層１の上面に、ｎ側半導体層２、活性層３及びｐ側半導体層４をこの順に積層することができる。また、半導体成長用基板１１上に窒化物半導体層５を形成し、その後、窒化物半導体層５から半導体成長用基板１１を除去し、除去によって露出した窒化物半導体層５の表面に第１反射層１を形成してもよい。半導体成長用の基板１１としては、例えば、窒化物半導体（ＧａＮ等）、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ等の基板が挙げられる。
【0031】
第１反射層１は、所望の反射率を得るために、各層を構成する材料、膜厚、積層数等を適宜選択することができる。第１反射層１は、例えば、半導体多層膜、誘電体多層膜を含んで構成することができる。屈折率が異なる２種以上の膜を交互に積層することにより、第１反射層１を得ることができる。半導体多層膜としては、ＡｌＩｎＧａＮ化合物半導体等の窒化物半導体層が挙げられる。具体的には、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＩｎＧａＮが挙げられる。なかでも、ＧａＮと、それと格子整合するＡｌＩｎＮとの組み合わせが好ましい。誘電体多層膜としては、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ等の酸化物、窒化物又はフッ化物等が挙げられ、具体的には、ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５、ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３が挙げられる。多層膜を構成する各層の厚さはλ／（４ｎ）（但し、λはレーザ素子の発振波長、ｎは各層を構成する媒質の屈折率である）であり、発振波長λにおける用いる材料の屈折率ｎによって適宜設定することができる。具体的には、λ／（４ｎ）の奇数倍とすることが好ましい。例えば、発振波長λが４５０ｎｍの発光素子において、第１反射層１を、ＧａＮ／ＡｌＩｎＮによって構成する場合、各層の厚みは、４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下が挙げられる。多層膜の積層数は、意図する特性により適宜設定することができる。多層膜の積層数は、２層以上が挙げられ、例えば５層以上１００層以下とすることができる。第１反射層１の全体の厚みは、例えば、０．０８μｍ以上７μｍ以下とすることができる。第１反射層１は、レーザ素子の発光部を覆う限り、大きさ及び形状は、適宜設計することができる。
【0032】
半導体成長用の基板１１は、第１反射層１、窒化物半導体層５を形成した後、任意の段階で、第１反射層１と反対側の面を薄膜化して、薄膜化された基板とすることができる。基板１１の薄膜化又は除去は、当該分野で公知の研磨方法、エッチング方法等を利用して行うことができる。
【0033】
（第２反射層８の形成）
図２Ｂに示すように、ｐ電極６を含むｐ側半導体層の表面に、第２反射層８を形成することができる。第２反射層８は、ｐ電極６の上にのみ形成してもよいし、ｐ電極６の上からｐ側半導体層４の表面にわたって形成してもよい。なかでも、ｐ電極６の上にのみ形成することが好ましい。第２反射層８が、ｐ電極６の上にのみ形成される場合、第２反射層８がより平坦に形成されやすくなり、発振するレーザ光の形状を制御しやすくなる。また、ｐ電極６上のみであって、電流注入領域４ａ上のみであってもよいし、電流注入領域４ａの直上とその周辺の電流狭窄領域４ｂ上にわたって形成されていてもよい。なかでも、電流注入領域４ａ上からその周辺の電流狭窄領域４ｂ上にわたって形成されていることがより好ましい。また、第２反射層８が電流注入領域４ａ上からその周辺の電流狭窄領域４ｂ上にわたって形成される場合、第２反射層８の形成時のパターンの位置合わせが容易になり、生産性を向上させることができる。第２反射層８は、電流注入領域４ａの上側に位置し、平坦なｐ電極６上に形成されるために、凹凸による影響を受けることが少なくなり、比較的広範囲の領域で反射率を均一に確保することができる。その結果、発振するレーザ光の形状がより安定化されるために、より容易に制御することが可能となる。
図２Ｂに示すように、ｐ電極６を含むｐ側半導体層の表面に、第２反射層８を形成することができる。第２反射層８は、ｐ電極６の上にのみ形成してもよいし、ｐ電極６の上からｐ側半導体層４の表面にわたって形成してもよい。なかでも、ｐ電極６の上にのみ形成することが好ましい。第２反射層８が、ｐ電極６の上にのみ形成される場合、第２反射層８がより平坦に形成されやすくなり、発振するレーザ光の形状を制御しやすくなる。また、ｐ電極６上のみであって、電流注入領域４ａ上のみであってもよいし、電流注入領域４ａの直上とその周辺の電流狭窄領域４ｂ上にわたって形成されていてもよい。なかでも、電流注入領域４ａ上からその周辺の電流狭窄領域４ｂ上にわたって形成されていることがより好ましい。また、第２反射層８が電流注入領域４ａ上からその周辺の電流狭窄領域４ｂ上にわたって形成される場合、第２反射層８の形成時のパターンの位置合わせが容易になり、生産性を向上させることができる。第２反射層８は、電流注入領域４ａの上側に位置し、平坦なｐ電極６上に形成されるために、凹凸による影響を受けることが少なくなり、比較的広範囲の領域で反射率を均一に確保することができる。その結果、発振するレーザ光の形状がより安定化されるために、より容易に制御することが可能となる。
【0034】
第２反射層８は、例えば、電流注入領域４ａ及びその周辺の電流狭窄領域４ｂ上の領域であって、電流注入領域４ａの直径又は一辺の長さの１０％～５０％程度大きくなる直径又は一辺の長さの領域に形成することが好ましい。第２反射層８は、誘電体多層膜を含んで構成することができる。第２反射層８は、上述した第１反射層１で例示した誘電体多層膜と同様の構成とすることができる。例えば、ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５、ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３が挙げられる。各層の厚さはλ／（４ｎ）（ここで、λはレーザ素子の発振波長、ｎは各層を構成する媒質の屈折率である）とすることが好ましい。積層数は意図する特性により適宜設定することができる。具体的には、第２反射層８を、ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５等から構成する場合、各層は、４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下が挙げられる。多層膜の積層数は、２層以上が挙げられ、例えば５層以上２０層以下とすることができる。第２反射層８の全体の厚みは、例えば、０．０８μｍ以上２．０μｍ以下が挙げられ、０．６μｍ以上１．７μｍ以下とすることができる。
【0035】
第２反射層８は、後述する絶縁膜７とは離間して形成することが好ましい。言い換えると、第２反射層８は、平面視において、後述する絶縁膜７と重ならないように配置されていることが好ましい。これにより、段差が少ない第２反射層８を形成することができる。
【0036】
（ｎ電極９ｎ、ｐパッド電極９ｐ、絶縁膜７の形成）
図２Ａ及び２Ｂに示すように、ｎ側半導体層２に接触する電極（以下、ｎ電極９ｎという）を形成することが好ましい。
そのために、窒化物半導体層５の電流狭窄領域４ｂの周囲の表面において、ｐ側半導体層４及び活性層３及びｎ側半導体層２の一部を厚み方向に除去し、ｎ側半導体層２を一部露出させる。つまり、窒化物半導体層５を形成した後、フォトリソグラフィ及びエッチングなどの公知の方法を利用することにより、ｐ側半導体層４及び活性層３及びｎ側半導体層２の一部を除去して、ｎ側半導体層２を一部露出させる。これにより、レーザ素子に電流を供給するｐ電極６及びｎ電極９ｎを窒化物半導体層５の同一面側に配置することができる。
図２Ａ及び２Ｂに示すように、ｎ側半導体層２に接触する電極（以下、ｎ電極９ｎという）を形成することが好ましい。
そのために、窒化物半導体層５の電流狭窄領域４ｂの周囲の表面において、ｐ側半導体層４及び活性層３及びｎ側半導体層２の一部を厚み方向に除去し、ｎ側半導体層２を一部露出させる。つまり、窒化物半導体層５を形成した後、フォトリソグラフィ及びエッチングなどの公知の方法を利用することにより、ｐ側半導体層４及び活性層３及びｎ側半導体層２の一部を除去して、ｎ側半導体層２を一部露出させる。これにより、レーザ素子に電流を供給するｐ電極６及びｎ電極９ｎを窒化物半導体層５の同一面側に配置することができる。
【0037】
露出させたｎ側半導体層２の一部上並びにｐ側半導体層４、活性層３及びｎ側半導体層２の側面において、絶縁膜７を形成することが好ましい。この絶縁膜７は、ｐ側半導体層４の上面を被覆していてもよいが、少なくとも上述した第２反射層８とは離して形成することが好ましい。絶縁膜７は、ＳｉＯ２を含むＳｉＯｘ系材料、ＳｉＮ等のＳｉＮｙ系材料、ＳｉＯｘＮｙ材料、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３等の無機材料等によって形成することができる。絶縁膜７の厚みは、適宜設定することができる。
【0038】
露出したｎ側半導体層２の上に、ｎ電極９ｎを形成する。このような構成により、電流経路として第１反射層１を通過する必要がなくなるため、第１反射層１にｎ型不純物をドープする必要がなく、第１反射層１によって反射率の高い光反射を行わせることができる。
【0039】
ｎ電極９ｎは、当該分野において通常電極として用いられる導電性材料の何れによって形成してもよい。例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｒｈ／Ａｕ等が挙げられる。また、ｐ電極６上にｐパッド電極９ｐを形成してもよい。ｐパッド電極９ｐは、電流注入領域４ａの外周を取り囲む形状で、ｐ電極６に接触するように形成することが好ましい。これにより、ｐパッド電極９ｐからｐ電極６を介して、ｐ側半導体層４により均一に電流を注入することができる。また、ｐパッド電極９ｐは、第２反射層８と離して配置することが好ましい。言い換えると、ｐパッド電極９ｐは、平面視で、第２反射層８と重ならないように配置されていることが好ましい。このように、ｐパッド電極９ｐが第２反射層８の直下に配置されないことにより、電流注入領域の直上における第２反射層８をより平坦にすることができる。
【0040】
ｐパッド電極９ｐは、ｎ電極９ｎと同じ又は異なる材料にて単層構造で形成してもよいし、同じ材料によって、同じ積層構造で形成してもよいし、異なる材料で異なる積層構造で形成してもよい。ｎ電極９ｎ及びｐパッド電極９ｐを同じ材料によって同じ積層構造で形成する場合、ｎ電極９ｎ及びｐパッド電極９ｐを同一工程で形成することができる。
ｐパッド電極９ｐ及びｎ電極９ｎは、絶縁膜７を形成した後に形成することが好ましい。
ｐパッド電極９ｐ及びｎ電極９ｎは、絶縁膜７を形成した後に形成することが好ましい。
【0041】
（反射防止膜１４の形成）
図３に示すように、基板１１の第１反射層１と反対側の面に、さらに反射防止膜１４を形成してもよい。基板１１を完全除去する場合は、反射防止膜１４は第１反射層１の表面に形成してよい。反射防止膜１４は、上述した第１反射層１で例示した誘電体多層膜と同様の材料を用いることができる。反射防止膜１４の厚みは、例えば、０．１μｍ以上５μｍ以下が挙げられる。
図３に示すように、基板１１の第１反射層１と反対側の面に、さらに反射防止膜１４を形成してもよい。基板１１を完全除去する場合は、反射防止膜１４は第１反射層１の表面に形成してよい。反射防止膜１４は、上述した第１反射層１で例示した誘電体多層膜と同様の材料を用いることができる。反射防止膜１４の厚みは、例えば、０．１μｍ以上５μｍ以下が挙げられる。
【0042】
（放熱基板１２への接合）
図３に示すように、得られた窒化物半導体層５を、金属膜１５を有する放熱基板１２に接合層１３を介して、接合することができる。接合層１３は、ｐパッド電極９ｐ及びｎ電極９ｎにそれぞれに接合し、放熱基板１２の金属膜１５とそれぞれ接合するように配置することができる。放熱基板１２と得られた窒化物半導体層５との間、つまり窒化物半導体層５における接合層１３が配置される領域以外の領域は、空洞のままであってもよいし、絶縁性の放熱部材等によって埋め込んでもよい。なお、放熱基板１２への窒化物半導体層５の接合は、基板１１の薄膜化等及び／又は反射防止膜１４の形成の前に行ってもよい。また、第１反射層１の形成は第２反射層８の形成の後に行ってもよい。例えば、基板１１の一部又は全部を除去し、その除去によって露出した面に第１反射層１を形成することができる。
図３に示すように、得られた窒化物半導体層５を、金属膜１５を有する放熱基板１２に接合層１３を介して、接合することができる。接合層１３は、ｐパッド電極９ｐ及びｎ電極９ｎにそれぞれに接合し、放熱基板１２の金属膜１５とそれぞれ接合するように配置することができる。放熱基板１２と得られた窒化物半導体層５との間、つまり窒化物半導体層５における接合層１３が配置される領域以外の領域は、空洞のままであってもよいし、絶縁性の放熱部材等によって埋め込んでもよい。なお、放熱基板１２への窒化物半導体層５の接合は、基板１１の薄膜化等及び／又は反射防止膜１４の形成の前に行ってもよい。また、第１反射層１の形成は第２反射層８の形成の後に行ってもよい。例えば、基板１１の一部又は全部を除去し、その除去によって露出した面に第１反射層１を形成することができる。
【0043】
放熱基板１２としては、ＡｌＮ等のセラミックス、ＳｉＣ等の半導体からなる半導体基板、金属単体基板又は２種以上の金属の複合体からなる金属基板等が挙げられる。例えば、絶縁性のＡｌＮセラミックスを母材とし、その表面に複数の金属膜１５が形成された基板を放熱基板１２として用いることができる。金属膜１５は、それぞれ、ｐパッド電極９ｐ及びｎ電極９ｎと電気的に接続される。ｐパッド電極９ｐとｎ電極９ｎが窒化物半導体層５を挟んで配置されている場合、第１反射層１の側を放熱基板１２に接合する場合等、ｐ電極とｎ電極の両方を放熱基板１２に電気的に接続する必要がない場合は、放熱基板１２として金属基板などの導電性の基板を用いてもよい。放熱基板１２の厚みは、例えば、５０μｍ以上５００μｍ以下が挙げられる。放熱基板１２の形成方法は、当該分野で通常使用される方法を利用することができる。
【0044】
（試験例Ａ１）
上述した垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法のうち、特に電流狭窄構造の製造方法によって形成した電流狭窄領域の絶縁性を評価するために、図４に示す、ＧａＮからなるｐ側半導体層４と、ＩＴＯからなる透光性の一対のｐ電極６とを有する構造を形成した。ｐ側半導体層４は、上述したように、表面において、電流狭窄領域４ｂを有する。この電流狭窄領域４ｂは、図１Ａ、１Ｄ及び１Ｅに示す方法に準じて形成し、一対のｐ電極６を電流狭窄領域４ｂの上面に接触するように形成した。
上述した垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法のうち、特に電流狭窄構造の製造方法によって形成した電流狭窄領域の絶縁性を評価するために、図４に示す、ＧａＮからなるｐ側半導体層４と、ＩＴＯからなる透光性の一対のｐ電極６とを有する構造を形成した。ｐ側半導体層４は、上述したように、表面において、電流狭窄領域４ｂを有する。この電流狭窄領域４ｂは、図１Ａ、１Ｄ及び１Ｅに示す方法に準じて形成し、一対のｐ電極６を電流狭窄領域４ｂの上面に接触するように形成した。
【0045】
つまり、ＧａＮ基板１１上にｐ側半導体層４（ｐ－ＧａＮ層）を形成し、その上にＳｉＯ２からなる酸化物膜１７を、厚み３００ｎｍで成膜した。その後、窒素雰囲気下にて７００℃の温度で５分間熱処理を行った。続いて、ＢＨＦ溶液を用いて、酸化物膜１７を除去して、ｐ側半導体層４の表面を露出させた。露出したｐ側半導体層４表面を、電流狭窄領域４ｂとした。そして、この電流狭窄領域４ｂ上に、一対のｐ電極６（ＩＴＯ膜、厚み２００ｎｍ）をスパッタリング法によって形成した。このような構成において、一対のｐ電極６を介して、プローブ１８から、室温にて電圧を印加して、Ｉ－Ｖ特性を評価した。
【0046】
（試験例Ａ２）
また、電流狭窄領域４ｂを、図１Ａ、１Ｃ，１Ｄ及び１Ｅに示す方法に準じた方法によって形成、つまり、図１Ｃに準ずる工程として、ｐ側半導体層４の形成後、酸化物膜１７の形成前に酸素含有ガスによる反応性イオンエッチング処理を行ったこと以外は、試験例Ａ１と同様の方法によって、一対のｐ電極６を有する電流狭窄領域４ｂを形成し、試験例Ａ１と同様にＩ－Ｖ特性を評価した。
なお、図１Ｃにおける酸素含有ガスによる反応性イオンエッチング処理は、酸素雰囲気下、バイアス電力５００Ｗ、圧力８Ｐａの条件で行った。
また、電流狭窄領域４ｂを、図１Ａ、１Ｃ，１Ｄ及び１Ｅに示す方法に準じた方法によって形成、つまり、図１Ｃに準ずる工程として、ｐ側半導体層４の形成後、酸化物膜１７の形成前に酸素含有ガスによる反応性イオンエッチング処理を行ったこと以外は、試験例Ａ１と同様の方法によって、一対のｐ電極６を有する電流狭窄領域４ｂを形成し、試験例Ａ１と同様にＩ－Ｖ特性を評価した。
なお、図１Ｃにおける酸素含有ガスによる反応性イオンエッチング処理は、酸素雰囲気下、バイアス電力５００Ｗ、圧力８Ｐａの条件で行った。
【0047】
（比較例Ａ１）
比較例Ａ１として、図５Ａ～５Ｄに示す方法に準じた方法で形成した。具体的には図５Ａに示すマスク部材の形成や、それに伴う図５Ｃのマスク部材の除去を行わず、後述の工程により形成した。図５Ｂに準ずる工程として、試験例Ａ１で用いたｐ側半導体層４の上に酸素含有ガスによる反応性イオンエッチング処理（条件：酸素雰囲気下、バイアス電力５００Ｗ、圧力８Ｐａ）を行い、ｐ側半導体層４の表面に電流狭窄領域４ｃを形成するとともに、図５Ｄに準ずる工程として、ｐ電極６を形成し、試験例Ａ１と同様にＩ－Ｖ特性を評価した。
比較例Ａ１として、図５Ａ～５Ｄに示す方法に準じた方法で形成した。具体的には図５Ａに示すマスク部材の形成や、それに伴う図５Ｃのマスク部材の除去を行わず、後述の工程により形成した。図５Ｂに準ずる工程として、試験例Ａ１で用いたｐ側半導体層４の上に酸素含有ガスによる反応性イオンエッチング処理（条件：酸素雰囲気下、バイアス電力５００Ｗ、圧力８Ｐａ）を行い、ｐ側半導体層４の表面に電流狭窄領域４ｃを形成するとともに、図５Ｄに準ずる工程として、ｐ電極６を形成し、試験例Ａ１と同様にＩ－Ｖ特性を評価した。
【0048】
（比較例Ａ２）
先行技術として、図６Ａ～６Ｄに示すようにエッチングを用いて、ｐ側半導体層表面の一部を除去して高抵抗化することで、凸部４ｄを有するような電流狭窄構造とすることが知られている。そこで、その電流狭窄構造を評価するために比較例Ａ２として、図６Ａ～６Ｄに示す方法に準じた方法で形成した。図６Ｂに準ずる工程として、試験例Ａ１で用いたｐ側半導体層４の上にＳｉＣｌ４ガスを用いた反応性イオンエッチングによって、ｐ側半導体層４の表面から６ｎｍを除去、つまり、ｐ側半導体層４の表面近傍のｐ型不純物が高濃度にドープされたＧａＮが含まれる半導体層を取り除いた。比較例Ａ２では、ｐ型不純物が高濃度にドープされたＧａＮを除去することで、除去した表面をＩＴＯ電極とショットキー接合とし、電流狭窄構造とした。その後、図６Ｄに準ずる工程としてｐ電極６を形成し、試験例Ａ１と同様にＩ－Ｖ特性を評価した。
先行技術として、図６Ａ～６Ｄに示すようにエッチングを用いて、ｐ側半導体層表面の一部を除去して高抵抗化することで、凸部４ｄを有するような電流狭窄構造とすることが知られている。そこで、その電流狭窄構造を評価するために比較例Ａ２として、図６Ａ～６Ｄに示す方法に準じた方法で形成した。図６Ｂに準ずる工程として、試験例Ａ１で用いたｐ側半導体層４の上にＳｉＣｌ４ガスを用いた反応性イオンエッチングによって、ｐ側半導体層４の表面から６ｎｍを除去、つまり、ｐ側半導体層４の表面近傍のｐ型不純物が高濃度にドープされたＧａＮが含まれる半導体層を取り除いた。比較例Ａ２では、ｐ型不純物が高濃度にドープされたＧａＮを除去することで、除去した表面をＩＴＯ電極とショットキー接合とし、電流狭窄構造とした。その後、図６Ｄに準ずる工程としてｐ電極６を形成し、試験例Ａ１と同様にＩ－Ｖ特性を評価した。
【0049】
試験例Ａ１、Ａ２及び比較例Ａ１、Ａ２それぞれのＩ－Ｖ特性は絶縁性を示しており、立ち上がり電圧として１０μＡ時の電圧を評価した。その結果、試験例Ａ１では、２．９Ｖ、試験例Ａ２では、４．５Ｖであった。これに対して、比較例Ａ１では、１．２Ｖ、比較例Ａ２では２．０Ｖであった。
これらの結果から、試験例Ａ１、つまり、この発明の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法によって形成した電流狭窄領域では、酸化物膜を成膜した後の熱処理工程を行うことで、ｐ側半導体層の表面付近をエッチング処理して絶縁化を図った比較例Ａ２と比べて良好な絶縁性が得られた。また、酸素含有ガスによる反応性イオンエッチング処理のみを行なった比較例Ａ１に対しても、良好な絶縁性が得られることが確認された。また、試験例Ａ２のように、酸素含有ガスによる反応性イオンエッチング処理との組み合わせによって、立ち上がり電圧を４．５Ｖまで向上させることができることが確認された。
これらの結果から、試験例Ａ１、つまり、この発明の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法によって形成した電流狭窄領域では、酸化物膜を成膜した後の熱処理工程を行うことで、ｐ側半導体層の表面付近をエッチング処理して絶縁化を図った比較例Ａ２と比べて良好な絶縁性が得られた。また、酸素含有ガスによる反応性イオンエッチング処理のみを行なった比較例Ａ１に対しても、良好な絶縁性が得られることが確認された。また、試験例Ａ２のように、酸素含有ガスによる反応性イオンエッチング処理との組み合わせによって、立ち上がり電圧を４．５Ｖまで向上させることができることが確認された。
【0050】
以下の手順で、実施例Ｂ１及び比較例Ｂ１として電流狭窄領域４ｂまたは４ｃを形成した垂直共振器面発光レーザ素子を作製し、室温で通電試験を行い、Ｉ－Ｌ特性を評価した。通電試験条件として、室温で１５ｍＡの順方向電流を流し続けた。電流を流す前（０分後）、流してから１分後、５分後、１０分後のＩ－Ｌ特性を確認した。
【0051】
（実施例Ｂ１）
実施例Ｂ１の電流狭窄領域４ｂは、図１Ａ～１Ｆに示す方法によって形成した。基板１１上にＡｌ０．８Ｉｎ０．２Ｎ／ＧａＮ多層膜よりなる第１反射層１、ｎ側半導体層２、活性層３及びｐ側半導体層４を形成し、その上にＳｉＮからなるマスク部材１６（直径５μｍ、厚み５００ｎｍ）を形成し（図１Ｂ）、酸素ガスによる反応性イオンエッチング処理をおこなうことで表面を酸化した（図１Ｃ）。その後、マスク部材１６上にＳｉＯ２膜からなる酸化物膜１７を厚み３００ｎｍで成膜し、窒素雰囲気下にて７００℃の温度で５分間熱処理を行った（図１Ｄ）。続いて、ＢＨＦ溶液を用いて、マスク部材１６とともに、酸化物膜１７を除去して、ｐ側半導体層４の表面を露出させた（図１Ｅ）。露出したｐ側半導体層４は、マスク部材１６で被覆されていた領域は電流注入領域４ａとなり、酸化物膜１７と接触していた領域は電流狭窄領域４ｂとなっていた。そして、この電流狭窄領域４ｂ上から電流注入領域４ａにわたって、ｐ電極６（ＩＴＯ膜、厚み３０ｎｍ）を形成した（図１Ｆ）。その後ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５よりなる第２反射層８を形成した。また、ｐ側半導体層４、活性層３及びｎ側半導体層２の一部を除去し、一部の領域でｎ側半導体層２を露出させた後、絶縁膜７、ｎ電極９ｎ及びｐパッド電極９ｐを形成し、図２Ｂに示す垂直共振器面発光レーザ素子を作製した。Ｉ－Ｌ特性の結果を図７Ａに示す。
実施例Ｂ１の電流狭窄領域４ｂは、図１Ａ～１Ｆに示す方法によって形成した。基板１１上にＡｌ０．８Ｉｎ０．２Ｎ／ＧａＮ多層膜よりなる第１反射層１、ｎ側半導体層２、活性層３及びｐ側半導体層４を形成し、その上にＳｉＮからなるマスク部材１６（直径５μｍ、厚み５００ｎｍ）を形成し（図１Ｂ）、酸素ガスによる反応性イオンエッチング処理をおこなうことで表面を酸化した（図１Ｃ）。その後、マスク部材１６上にＳｉＯ２膜からなる酸化物膜１７を厚み３００ｎｍで成膜し、窒素雰囲気下にて７００℃の温度で５分間熱処理を行った（図１Ｄ）。続いて、ＢＨＦ溶液を用いて、マスク部材１６とともに、酸化物膜１７を除去して、ｐ側半導体層４の表面を露出させた（図１Ｅ）。露出したｐ側半導体層４は、マスク部材１６で被覆されていた領域は電流注入領域４ａとなり、酸化物膜１７と接触していた領域は電流狭窄領域４ｂとなっていた。そして、この電流狭窄領域４ｂ上から電流注入領域４ａにわたって、ｐ電極６（ＩＴＯ膜、厚み３０ｎｍ）を形成した（図１Ｆ）。その後ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５よりなる第２反射層８を形成した。また、ｐ側半導体層４、活性層３及びｎ側半導体層２の一部を除去し、一部の領域でｎ側半導体層２を露出させた後、絶縁膜７、ｎ電極９ｎ及びｐパッド電極９ｐを形成し、図２Ｂに示す垂直共振器面発光レーザ素子を作製した。Ｉ－Ｌ特性の結果を図７Ａに示す。
【0052】
（比較例Ｂ１）
電流狭窄領域４ｃの形成を比較例Ａ１の方法、つまり図５Ａ～５Ｄに示す方法としたこと以外は実施例Ｂ１と同様の方法で、垂直共振器面発光レーザ素子を作製し、実施例Ｂ１と同様に通電試験を行い、Ｉ－Ｌ特性を評価した。Ｉ－Ｌ特性の結果を図７Ｂに示す。
電流狭窄領域４ｃの形成を比較例Ａ１の方法、つまり図５Ａ～５Ｄに示す方法としたこと以外は実施例Ｂ１と同様の方法で、垂直共振器面発光レーザ素子を作製し、実施例Ｂ１と同様に通電試験を行い、Ｉ－Ｌ特性を評価した。Ｉ－Ｌ特性の結果を図７Ｂに示す。
【0053】
これらの結果、図７Ａに示したように、実施例Ｂ１では、通電時間の経過による光出力の劣化が抑制されることが確認された。一方、比較例Ｂ１では、図７Ｂに示したように、通電時間の経過による光出力の劣化が確認された。
【0054】
本願は、以下の発明を含む。
（１）ｎ側半導体層、活性層及びｐ側半導体層をこの順に有する窒化物半導体層を準備し、
前記ｐ側半導体層表面の少なくとも一部を、マスク部材で被覆し、
前記マスク部材を含むｐ側半導体層表面に、酸化物膜を形成し、
前記酸化物膜を含む前記窒化物半導体層を熱処理し、
前記熱処理後の酸化物膜及びマスク部材を除去し、
前記マスク部材で被覆していた前記ｐ側半導体層表面から、前記マスク部材で被覆していなかった前記ｐ側半導体層表面にわたって電極を形成することを含む、垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法。
（２）前記酸化物膜を、ケイ素及び亜鉛の少なくとも一方を含む酸化物とする（１）に記載の製造方法。
（３）前記熱処理を、５００℃以上８００℃以下で行う（１）又は（２）に記載の製造方法。
（４）前記酸化物膜を、スパッタリング法によって形成する（１）～（３）のいずれかに記載の製造方法。
（５）前記酸化物膜を除去処理液と接触させることによって除去する（１）～（４）のいずれかに記載の製造方法。
（６）前記酸化物膜を前記除去処理液と接触させることによって除去する際に、前記マスク部材を除去する（１）～（５）のいずれかに記載の製造方法。
（７）前記マスク部材の形成後、かつ前記酸化物膜の形成前に、前記ｐ側半導体層の全面に酸素含有ガスによる反応性イオンエッチングを行う（１）～（６）のいずれかに記載の製造方法。
（８）第１反射層、ｎ側半導体層、活性層及びｐ側半導体層をこの順に有する窒化物半導体層を準備し、
前記ｐ側半導体層表面の少なくとも一部を、マスク部材で被覆し、
前記マスク部材を含むｐ側半導体層表面に、酸化物膜を形成し、
前記酸化物膜を含む前記窒化物半導体層を熱処理し、
前記熱処理後の酸化物膜及びマスク部材を除去し、
前記マスク部材で被覆していた前記ｐ側半導体層表面から、前記マスク部材で被覆していなかった前記ｐ側半導体層表面にわたって電極を形成し、
前記電極を含む前記ｐ側半導体層表面に、第２反射層を形成することを含む、垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法。
（９）前記酸化物膜を、ケイ素及び亜鉛の少なくとも一方を含む酸化物とする（８）に記載の製造方法。
（１）ｎ側半導体層、活性層及びｐ側半導体層をこの順に有する窒化物半導体層を準備し、
前記ｐ側半導体層表面の少なくとも一部を、マスク部材で被覆し、
前記マスク部材を含むｐ側半導体層表面に、酸化物膜を形成し、
前記酸化物膜を含む前記窒化物半導体層を熱処理し、
前記熱処理後の酸化物膜及びマスク部材を除去し、
前記マスク部材で被覆していた前記ｐ側半導体層表面から、前記マスク部材で被覆していなかった前記ｐ側半導体層表面にわたって電極を形成することを含む、垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法。
（２）前記酸化物膜を、ケイ素及び亜鉛の少なくとも一方を含む酸化物とする（１）に記載の製造方法。
（３）前記熱処理を、５００℃以上８００℃以下で行う（１）又は（２）に記載の製造方法。
（４）前記酸化物膜を、スパッタリング法によって形成する（１）～（３）のいずれかに記載の製造方法。
（５）前記酸化物膜を除去処理液と接触させることによって除去する（１）～（４）のいずれかに記載の製造方法。
（６）前記酸化物膜を前記除去処理液と接触させることによって除去する際に、前記マスク部材を除去する（１）～（５）のいずれかに記載の製造方法。
（７）前記マスク部材の形成後、かつ前記酸化物膜の形成前に、前記ｐ側半導体層の全面に酸素含有ガスによる反応性イオンエッチングを行う（１）～（６）のいずれかに記載の製造方法。
（８）第１反射層、ｎ側半導体層、活性層及びｐ側半導体層をこの順に有する窒化物半導体層を準備し、
前記ｐ側半導体層表面の少なくとも一部を、マスク部材で被覆し、
前記マスク部材を含むｐ側半導体層表面に、酸化物膜を形成し、
前記酸化物膜を含む前記窒化物半導体層を熱処理し、
前記熱処理後の酸化物膜及びマスク部材を除去し、
前記マスク部材で被覆していた前記ｐ側半導体層表面から、前記マスク部材で被覆していなかった前記ｐ側半導体層表面にわたって電極を形成し、
前記電極を含む前記ｐ側半導体層表面に、第２反射層を形成することを含む、垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法。
（９）前記酸化物膜を、ケイ素及び亜鉛の少なくとも一方を含む酸化物とする（８）に記載の製造方法。
【符号の説明】
【0055】
１ ：第１反射層
２ ：ｎ側半導体層
３ ：活性層
４ ：ｐ側半導体層
４ａ ：電流注入領域
４ｂ、４ｃ ：電流狭窄領域
４ｄ ：凸部
５ ：窒化物半導体層
６ ：ｐ電極
７ ：絶縁膜
８ ：第２反射層
９ｎ ：ｎ電極
９ｐ ：ｐパッド電極
１１ ：基板
１２ ：放熱基板
１３ ：接合層
１４ ：反射防止膜
１５ ：金属膜
１６ ：マスク部材
１７ ：酸化物膜
１８ ：プローブ
２ ：ｎ側半導体層
３ ：活性層
４ ：ｐ側半導体層
４ａ ：電流注入領域
４ｂ、４ｃ ：電流狭窄領域
４ｄ ：凸部
５ ：窒化物半導体層
６ ：ｐ電極
７ ：絶縁膜
８ ：第２反射層
９ｎ ：ｎ電極
９ｐ ：ｐパッド電極
１１ ：基板
１２ ：放熱基板
１３ ：接合層
１４ ：反射防止膜
１５ ：金属膜
１６ ：マスク部材
１７ ：酸化物膜
１８ ：プローブ
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7A】
【図7B】
