JP2001244563A - 面発光型半導体レーザおよび面発光型半導体レーザの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光の偏光方向の制御が可能である面発
光型半導体レーザおよびその製造方法を提供する。 【解決手段】 面発光型半導体レーザ１００は、共振器
１２０の一部に柱状部１１０が形成され、共振器１２０
は、下部ミラー１０３、活性層１０５、および上部ミラ
ー１１７が積層されて形成される。上部ミラー１１７
は、柱状部１１０に含まれ、第１の半導体堆積層１１４
と、第１の半導体堆積層１１４の外側面に連続する第２
の半導体堆積層１１８とを含む。第２の半導体堆積層１
１８は、第１半導体層１１８ａ、第２半導体層１１８
ｂ、障壁層１１８ｃ、および電流狭窄層１１１を含む。
第１の半導体堆積層１１４は、第１半導体層１１４ａ、
第２半導体層１１４ｂ、および電流流域層１０７ａを含
む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板に対し
て垂直にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザおよ
びその製造方法に関する。

【０００２】

【背景技術】面発光型半導体レーザは、半導体基板に対
して垂直にレーザ光を出射する半導体レーザであり、半
導体基板上に垂直方向に共振器が設けられている。この
共振器は、レーザ光を発振させた後出射させるものであ
り、反射層、活性層、反射層が順に積層されて構成され
る。図１２に、一般的な面発光型半導体レーザの断面構
造を示す。かかる面発光型半導体レーザ２００において
は、柱状部２１０を含む垂直共振器２２０がバッファ層
２０２を介して半導体基板２０１上に形成され、共振器
２２０は、下部ミラー２０３、活性層２０４、および上
部ミラー２０８が積層されて形成されている。

【０００３】面発光型半導体レーザの優れた特徴の一つ
として、端面レーザに比べてレーザ放射角が等方的で、
かつ小さいことが挙げられる。このため、面発光型半導
体レーザは、光ファイバ通信や光並列情報処理等におい
て、光源としての応用が期待されている。 なかでも、
面発光型半導体レーザを光ファイバ通信に用いる際に
は、光ファイバの特徴の一つである伝達損失を考慮する
と、より結合効率の良いシングルモードで高い出力が得
られることが要求される。しかしながら、面発光型半導
体レーザは、共振器の周囲から電流を注入するための構
造を有するため、シングルモードで発振し、かつ高い出
力のレーザ光を得ることが難しい。

【０００４】そこで、現在は、図１２に示すように、Ａ
ｌＡｓからなる電流狭窄形成用層２０７を上部ミラー２
０８に挿入し、電流狭窄形成用層を周囲からドーナツ状
に酸化して、酸化アルミニウムからなる電流狭窄層２１
１を形成することにより、上部ミラー２０８において中
央に残っているＡｌＡｓ部分（以下、「電流流域層２０
７ａ」とする）を含む領域（図１２に示す領域Ｘ）に集
中的に電流を供給させて、レーザ光の高出力化を図って
いる。

【０００５】一方、酸化アルミニウム層の屈折率は一般
に、ＡｌＡｓ層の屈折率よりも小さいことから、面発光
型半導体レーザ２００の上部ミラー２０８において、Ａ
ｌＡｓからなる電流流域層２０７ａを含むアパーチャ状
の部分（図１２に示す領域Ｘ）と、酸化アルミニウム層
からなる電流狭窄層２１１を含む部分（図１２に示す領
域Ｙ）とでは、後者の実効屈折率が大きい。ここで、実
効屈折率とは、共振器内に形成される定在波の光強度で
重み付けした上での平均屈折率をいう。実効屈折率は、
例えば、G.R.Hadley, ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，
ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．１３（１９９５）１４８３頁に開
示されている方法で求めることができる。領域Ｘ，Ｙを
含む上部ミラー２０８は光ファイバと同様の構造を有す
ることから、領域Ｘと領域Ｙの実効屈折率の差を考慮す
ると、領域Ｘが光ファイバのコアであり、領域Ｙが光フ
ァイバのクラッドとみなすことができる。したがって、
このような共振器構造を有する面発光型半導体レーザ２
００においては、一般的な光ファイバにおけるシングル
モード導波条件を応用することで、シングルモードのみ
を共振器２２０内に導波させることが可能となる。

【０００６】面発光型半導体レーザ２００において、シ
ングルモードでレーザ光を発振させるためには、領域Ｘ
の径が小さく、かつ、光ファイバのクラッド部分に相当
する領域Ｙの実効屈折率と比較して、光ファイバのコア
部分に相当する領域Ｘの実効屈折率が過度に大きくなら
ないことが必要とされる。ところが、酸化アルミニウム
の屈折率に比べてＡｌＡｓの屈折率がかなり大きいこと
から、上記構造においては、酸化アルミニウム層を含む
クラッド部分（領域Ｙ）の実効屈折率と比較して、Ａｌ
Ａｓ層を含むコア部分（領域Ｘ）の実効屈折率はかなり
の程度大きくなる。

【０００７】かかる問題を解決するために、フォトニク
ステクノロジーレター誌（M.Grabherr et al.ＩＥＥ
Ｅ．ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥ
ＴＴＥＲＳ ＶＯＬ．９（１９９７）１３０４頁）に
は、酸化アルミニウムからなる電流狭窄層を、共振器内
に発生する定在波の節にあたる位置に配置させた面発光
型半導体レーザが開示されている。定在波の節にあたる
位置は共振器内で光の寄与が最も少ないところであるた
め、かかる位置に電流狭窄層を配置させることで、電流
狭窄層を構成するＡｌＡｓと酸化アルミニウムの屈折率
差による影響を最小限に抑えることにより、領域Ｙの実
効屈折率が領域Ｘの実効屈折率よりも僅かに小さくなる
ようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この場
合、前記定在波の節の位置に電流狭窄層を設置するため
には、電流狭窄層の位置および厚さをｎｍ単位で制御す
る必要が生じる。しかしながら、電流狭窄層を形成する
位置および厚さをｎｍ単位で制御するのは一般に困難で
あるため、個々の素子に安定したシングルモードをもた
せることが難しいという問題が生じていた。

【０００９】一方、領域Ｘと領域Ｙの実効屈折率の差
と、領域Ｘの径との間には、一定の相関関係がある。す
なわち、領域Ｘと領域Ｙの実効屈折率の差が大きい場
合、電流流域層２０７ａの径すなわち領域Ｘの径を小さ
くしなければシングルモードが得られないことが知られ
ている。したがって、前述した面発光型半導体レーザの
場合、領域Ｘと領域Ｙの実効屈折率差が十分小さくなけ
れば、領域Ｘの径を極めて小さくする必要が生じる。し
かしながら、この場合、電流狭窄により電流の流れる領
域が小さくなり、活性層において発光する領域が小さく
なるため、高出力化の障害となりうる。

【００１０】本発明の目的は、シングルモードで発振
し、かつ高い出力のレーザ光を得ることができる面発光
型半導体レーザを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる面発光型
半導体レーザは、共振器が半導体基板上に垂直方向に形
成され、該共振器より該半導体基板に垂直な方向へレー
ザ光を出射する面発光型半導体レーザであって、少なく
とも前記共振器の一部を含む柱状の半導体堆積体を含
み、前記共振器は、下部ミラー、活性層、および上部ミ
ラーが積層されて形成され、前記上部ミラーは、前記柱
状の半導体堆積体に含まれ、第１の半導体堆積層と、該
第１の半導体堆積層の外側面に連続する第２の半導体堆
積層とを含み、前記第２の半導体堆積層は、交互に積層
された２種の半導体層と、該２種の半導体層よりもエネ
ルギーバンドギャップが大きくかつ屈折率が小さい障壁
層と、電流狭窄層とを含み、前記第１の半導体堆積層
は、前記第２の半導体堆積層を構成する２種の半導体層
とほぼ同様の組成を有する２種の半導体層と、前記電流
狭窄層と連続する電流流域層とを含む。

【００１２】本発明にいう障壁層とは、エネルギーバン
ドにおいて障壁となり、かつ前記第２の半導体堆積層を
構成する前記２種の半導体層よりも屈折率が小さい層を
いう。また、電流流域層とは、電流狭窄層と連続し、か
つ面発光型半導体レーザを駆動させた際に電流が流れる
層をいう。

【００１３】本発明の面発光型半導体レーザによれば、
前記第２の半導体堆積層が、交互に積層され、前記第１
の半導体堆積層を構成する２種の半導体層とほぼ同様の
組成を有する２種の半導体層と、該２種の半導体層より
もエネルギーバンドギャップが大きくかつ屈折率が小さ
い障壁層と、電流狭窄層とを含むことにより、前記第１
の半導体堆積層と前記第２の半導体堆積層の実効屈折率
の差を小さくすることができる。これにより、シングル
モード以外のモードが導波されにくい構造となる。ま
た、第１の半導体堆積層の径を小さくしなくてもシング
ルモードのレーザ光を得ることができるため、レーザ光
の高出力化が可能となる。以上により、シングルモード
で発振し、かつ高出力のレーザ光を得ることができる。
詳しくは、本発明の実施の形態の欄で詳述する。

【００１４】ここで、前記第１の半導体堆積層および前
記第２の半導体堆積層は、下部ミラーと、活性層と、交
互に積層された２種の半導体層、該２種の半導体層より
もエネルギーバンドギャップが大きくかつ屈折率が小さ
い障壁層、電流狭窄層、を含む半導体堆積層を有する上
部ミラーと、を含む共振器を形成した後、該共振器に電
流を流して電流流域にある該障壁層を破壊することによ
り形成される。この構成によると、前述した効果を得る
ことができる。

【００１５】この場合、第１の半導体堆積層の実効屈折
率は、第２の半導体堆積層の実効屈折率よりも大きくす
る。これにより、シングルモード以外のモードが導波さ
れにくい構造となる。その理由は後述する。

【００１６】また、前記第２の半導体堆積層は、前記第
１の半導体堆積層を構成する２種の半導体層とほぼ同様
の組成を有する２種の半導体層と、該２種の半導体層よ
りもエネルギーバンドギャップが大きくかつ屈折率が小
さい障壁層とを含むことにより、第１の半導体堆積層の
電気抵抗値は、第２の半導体堆積層の電気抵抗値よりも
低くなる。このため、第２の半導体堆積層よりも第１の
半導体堆積層に電流が流れやすく、共振器を流れる電流
を共振器の中央部に集中して供給することができるた
め、高出力のレーザ光を得ることができる。

【００１７】また、前述した面発光型半導体レーザの好
ましい態様としては、（Ａ）〜（Ｅ）を例示できる。

【００１８】（Ａ）前記第１の半導体堆積層を構成する
２種の半導体層は異なる屈折率を有し、かつ、それぞれ
が前記共振器内に形成される定在波の波長の１／４の厚
さを有することが望ましい。本発明の面発光型半導体レ
ーザが上記構成を有することにより、第２の半導体堆積
層が、屈折率が異なる２種類の反射鏡を定在波の波長の
１／４の厚さで積層する、いわゆるブラッグ反射鏡とな
る。このため、光吸収が少なく高い反射率を有する反射
鏡としての機能を第２の半導体堆積層に付与することが
できるため、光効率に優れた面発光型半導体レーザを得
ることができる。

【００１９】（Ｂ）前記障壁層は、前記共振器内に形成
される定在波の節の位置に形成されるのが望ましい。こ
の構成によると、障壁層が光密度の小さい場所に設置さ
れることとなり、障壁層が実効屈折率に与える影響を小
さくすることができる。

【００２０】（Ｃ）前記第２の半導体堆積層を構成する
２種の半導体層は、異なるエネルギーバンドギャップを
有し、前記障壁層は、隣接する前記２種の半導体層のう
ち、前記活性層により近い側に設置されエネルギーバン
ドギャップがより大きい方の層と、前記活性層により遠
い側に設置されエネルギーバンドギャップがより小さい
方の半導体層との間に形成されていることが望ましい。

【００２１】（Ｄ）前記電流狭窄層の厚さは、前記障壁
層の厚さよりも大きいことが望ましい。

【００２２】（Ｅ）前記第１の半導体堆積層を構成する
前記２種の半導体層の境界部分のうち、少なくとも一部
の境界部分における組成の変化が、該少なくとも一部の
境界部分以外の境界部分における組成の変化と比較して
なだらかであることが望ましい。その理由は後述する。

【００２３】さらに、前述した面発光型半導体レーザの
好ましい態様としては、前記第１の半導体堆積層および
前記第２の半導体堆積層をそれぞれ構成する前記２種の
半導体層は、主成分がアルミニウム、ガリウム、および
砒素であり、前記障壁層は、主成分がアルミニウムおよ
び砒素であることが望ましい。

【００２４】また、本発明の面発光型半導体レーザは、
以下の工程（ａ）〜工程（ｄ）を含む製造方法によって
得ることができる。

【００２５】（ａ）前記半導体基板の表面に、下部ミラ
ーおよび活性層を形成した後、該活性層上に第１半導体
層、障壁層、第２半導体層を交互に積層する工程であっ
て、該第１半導体層および該第２半導体層の少なくとも
一方の一部を置換して、少なくとも一層の電流狭窄形成
用層を形成することにより、半導体堆積層を形成する工
程、（ｂ）少なくとも前記半導体堆積層をエッチングし
て柱状の半導体堆積体を形成することにより、該半導体
堆積体を含む共振器を形成する工程、（ｃ）前記電流狭
窄形成用層を外側面から酸化することにより、該電流狭
窄形成用層の一部から電流狭窄層を形成した後、前記活
性層に電流を注入するための１対の電極を形成する工
程、および（ｄ）前記共振器に電流を流すことにより、
電流流域にある前記障壁層を破壊して、前記第１半導体
層および前記第２半導体層のうち該障壁層に隣接する部
分の層構造を変化させて、前記第１半導体層、前記第２
半導体層、前記障壁層、および前記電流狭窄層を含む第
２の半導体堆積層と、該第２の半導体堆積層を構成する
前記第１半導体層および前記第２半導体層とほぼ同様の
組成を有する２種の半導体層、および該電流狭窄層と連
続する電流流域層を含む第１の半導体堆積層とを含む上
部ミラーを形成する工程。

【００２６】ここで、電流流域にある前記障壁層とは、
前記障壁層の中で、前記共振器に電流を流した際に電流
が流れやすい部分をいう。また、電流流域層とは、電流
狭窄形成用層のうち電流狭窄層へと変換されなかった部
分をいう。

【００２７】上記の製造方法によると、前記共振器に電
流を流すことにより、前記障壁層が破壊されて、第１半
導体層および前記第２半導体層のうち該障壁層に隣接す
る部分において結晶のミキシングが起こり、第１半導体
層および前記第２半導体層中の前記障壁層および該障壁
層近傍の層構造が変化する。すなわち、障壁層および障
壁層近傍の層が、エネルギー障壁が低くなるように再配
列すると考えられる。これにより、前記障壁層、および
前記第１半導体層および前記第２半導体層のうち該障壁
層に隣接する部分において、組成がなだらかに変化する
構造となる。すなわち、第１半導体層および前記第２半
導体層において電流が流れた箇所の層構造が変化し、第
１半導体層、前記第２半導体層、前記障壁層、および前
記電流狭窄層を含む第２の半導体堆積層と、該第２の半
導体堆積層を構成する第１半導体層および前記第２半導
体層とほぼ同様の組成を有する２種の半導体層、および
該電流狭窄層と連続する電流流域層を含む第１の半導体
堆積層が形成される。

【００２８】この面発光型半導体レーザにおいて、第１
の半導体堆積層は、第１半導体層、障壁層、および第２
半導体層を含む半導体堆積層のうち障壁層が破壊される
ことにより形成されたものであり、第１の半導体堆積層
の実効屈折率は第２の半導体堆積層の実効屈折率より大
きく、かつ、両者の実効屈折率の差はごく小さいものに
なる。これにより、かかる面発光型半導体レーザは、シ
ングルモード以外のモードがさらに導波されにくくな
る。したがって、前述した製造方法によると、シングル
モードで発振し、かつ高出力のレーザ光を簡便な方法に
て効率良く得ることができる。

【００２９】前記製造方法は、前記工程（ｄ）におい
て、前記共振器に電流を流すことにより、電流流域にあ
る前記障壁層を破壊して、前記第１半導体層および前記
第２半導体層のうち該障壁層に隣接する部分の屈折率を
変化させ、第２の半導体堆積層と第１の半導体堆積層の
実効屈折率の差を小さくする方法とすることができる。

【００３０】また、前記製造方法は、前記工程（ｄ）に
おいて、前記共振器に電流を流すことにより、電流流域
にある前記障壁層を破壊して、前記第１半導体層および
前記第２半導体層のうち該障壁層に隣接する部分の電気
抵抗値を変化させ、前記第２の半導体堆積層と、該第２
の半導体堆積層と比較して電流抵抗値が低い前記第１の
半導体堆積層とを含む上部ミラーを形成する方法とする
ことができる。

【００３１】また、本発明の面発光型半導体レーザは、
前述した製造方法に加えて、以下の工程（１）〜（３）
を含むことにより製造することができる。

【００３２】（１）本発明の面発光型半導体レーザは、
前記工程（ａ）において、前記第１半導体層および前記
第２半導体層をそれぞれ、前記共振器内に形成される定
在波の波長のほぼ１／４の厚さに形成することによって
得られる。

【００３３】（２）本発明の面発光型半導体レーザは、
前記工程（ａ）において、前記障壁層を、前記共振器内
に形成される定在波の節の位置に形成することによって
得られる。

【００３４】（３）本発明の面発光型半導体レーザは、
前記工程（ａ）において、前記半導体堆積層を構成する
前記第１半導体層および前記第２半導体層は、異なるエ
ネルギーバンドギャップを有し、かつ、前記第１半導体
層は前記第２半導体層よりエネルギーバンドギャップが
大きく、前記障壁層を介して隣接する前記第１半導体層
および前記第２半導体層において、前記第１半導体層を
前記第２半導体層よりも前記活性層に近い側に設置す
る。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照しながら説明する。

【００３６】（デバイスの製造プロセス）まず、本実施
の形態にかかる面発光型半導体レーザ１００（以下、
「面発光レーザ」という）の製造方法について、図５〜
８を用いて説明する。図５〜８は、本実施の形態にかか
る面発光レーザ１００の製造方法の工程を模式的に示す
断面図である。

【００３７】本実施の形態にかかる面発光レーザ１００
の製造方法は、以下の工程（ａ）〜（ｄ）からなる。工
程（ａ）は、半導体基板１０１の表面に、下部ミラー１
０３および活性層１０５を形成した後、活性層１０５上
にクラッド層１０６を介して２種の半導体層（第１半導
体層１０８ａおよび第２半導体層１０８ｂ）を交互に積
層し、かつ、これら２種の半導体層の間に、前記２種の
半導体層よりもエネルギーバンドギャップが大きく、か
つ屈折率が小さい障壁層１０８ｃを形成するとともに、
第１半導体層１０８ａおよび第２半導体層１０８ｂの少
なくとも一方の一部を置換して少なくとも一層の電流狭
窄形成用層１０７を形成することにより、半導体堆積層
１０８を形成する工程である。工程（ｂ）は、半導体堆
積層１０８からクラッド層１０４にかけてエッチングし
て柱状部１１０を形成することにより、柱状部１１０を
少なくとも一部に含む垂直共振器１２０（以下、「共振
器」とする）を形成する工程である。工程（ｃ）は、半
導体堆積層１０８中の所定の位置に電流狭窄層１１１を
形成した後、活性層１０５に電流を注入するための１対
の電極（上部電極１１３および下部電極１１５）を形成
する工程である。工程（ｄ）は、共振器１２０に電流を
流すことにより、半導体堆積層１０８において電流流域
にある障壁層１０８ｃを破壊して、障壁層１０８ｃ、な
らびに第１半導体層１０８ａおよび第２半導体層１０８
ｂのうち障壁層１０８ｃに隣接する部分の層構造を変化
させ、半導体堆積層１０８から、第１の半導体堆積層１
１４および第２の半導体堆積層１１８を含む上部ミラー
１１７を形成する工程である。

【００３８】まず、工程（ａ）について説明する。

【００３９】（ａ）ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板１
０１の表面に、組成を変調させながらエピタキシャル成
長させることにより、図５に示される堆積層１５０を形
成する。ここで、堆積層１５０とは、ｎ型ＧａＡｓから
なるバッファ層１０２、ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓとｎ型
Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓとを交互に積層した３５ペアの分布
反射型多層膜ミラー（以下、「下部ミラー」という）１
０３、ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなるｎ型クラッド層
１０４、厚さ３ｎｍのＧａＡｓウエル層と厚さ３ｎｍの
Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓバリア層からなり、該ウエル層が３
層で構成される量子井戸構造の活性層１０５、Ａｌ_0.5
Ｇａ_0.5Ａｓからなるｐ型クラッド層１０６、第１半導
体層１０８ａおよび第２半導体層１０８ｂ（後述する）
を含む半導体堆積層１０８、およびｐ型ＧａＡｓからな
るコンタクト層１０９をいい、これらの層を順に半導体
基板１０１上に積層させて、堆積層１５０を形成する。
また、半導体基板１０１の表面とは、半導体基板１０１
において、後の工程で共振器１２０を形成する側の面を
いう。

【００４０】半導体堆積層１０８の断面構造を図４に示
す。ここで、半導体堆積層１０８は、図４に示すよう
に、ｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓからなる第１半導体層１０
８ａおよびｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓからなる第２半導体
層１０８ｂを交互に積層させて形成する。さらに、第１
半導体層１０８ａと第２半導体層１０８ｂとの間に障壁
層１０８ｃを形成する。

【００４１】なお、第１半導体層１０８ａおよび第２半
導体層１０８ｂの界面の抵抗を下げるために、第１半導
体層１０８ａおよび第２半導体層１０８ｂの間に薄い層
を挿入し、かかる２層を階段状に接続したり、あるい
は、第２半導体層１０８ａと第２半導体層１０８ｂとの
界面の組成変化をなだらかにすることもできる。

【００４２】第１半導体層１０８ａおよび第２半導体層
１０８ｂは、図４に示すように、それぞれ共振器１２０
内に形成される定在波の波長λの１／４の厚さになるよ
うに形成する。すなわち、隣接する１の第１半導体層１
０８ａと、１の障壁層１０８ｃの１／２との合計が、前
記定在波の波長λのほぼ１／４の厚さになるように、こ
れらの層を形成する。同様に、隣接する１の第２半導体
層１０８ｂの厚さと、１の障壁層１０８ｃの厚さの１／
２との合計もまた、前記定在波の波長λのほぼ１／４の
厚さになるように、これらの層を形成する。

【００４３】障壁層１０８ｃは図４に示すように、前記
定在波の節の位置に形成する。すなわち、隣接する第１
半導体層１０８ａおよび第２半導体層１０８ｂのうち、
活性層１０５により近い側に設置された第１半導体層１
０８ａと、活性層１０５により遠い側に設置された第２
半導体層１０８ｂとの間に形成するのが望ましい。

【００４４】なお、本実施の形態においては、障壁層１
０８ｃがＡｌＡｓ層である場合を示したが、障壁層１０
８ｃはこれに限定されるわけではなく、第１半導体層１
０８ａおよび第２半導体層１０８ｂよりもエネルギーバ
ンドギャップが大きくかつ屈折率が小さい半導体層であ
ればよい。

【００４５】また、半導体堆積層１０８中に電流狭窄層
１１１を設置するために、半導体堆積層１０８のうち、
活性層１０５側から５ペア目の第１半導体層１０８ａの
一部を、厚さ３０ｎｍのｐ型ＡｌＡｓからなる電流狭窄
形成用層１０７に置き換えて形成した後、後述する工程
により電流狭窄形成用層１０７から電流狭窄層１１１を
形成する。なお、ここでは、第１半導体層１０８ａの一
部を電流狭窄形成用層１０７に置き換えて形成する場合
を示したが、第１半導体層１０８ａの代わりに、第２半
導体層１０８ｂの一部を電流狭窄形成用層１０７に置き
換えて形成するか、あるいは第１半導体層１０８ａおよ
び第２半導体層１０８ｂの両方の層の一部をそれぞれ電
流狭窄形成用層１０７に置き換えて形成することもでき
る。また、電流狭窄層１１１を設置する位置はこの場所
に限定されるわけではないが、活性層１０５直上から上
部ミラー１１７の層厚の約１／２の位置までの間に設置
されるのが望ましい。また、電流狭窄形成用層１０７の
厚さは前述した値に限定されないが、少なくとも障壁層
１０８ｃよりも厚く形成する。

【００４６】エピタキシャル成長を行う際の温度は、半
導体基板１０１の種類、あるいは形成する堆積層１５０
の種類や厚さによって適宜決定されるが、一般に、６０
０〜８００℃であるのが好ましい。また、エピタキシャ
ル成長を行う際の所要時間も、温度と同様に適宜決定さ
れる。また、エピタキシャル成長させる方法としては、
有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａ
ｎｉｃ ＶａｐｏｒＰｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法
や、ＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ＢｅａｍＥｐｉｔ
ａｘｙ）法、あるいはＬＰＥ法（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａ
ｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）を用いることができる。

【００４７】続いて、工程（ｂ）について説明する。

【００４８】（ｂ）コンタクト層１０９上に、フォトレ
ジスト（図示しない）を塗布した後フォトリソグラフィ
ーにより該フォトレジストをパターニングすることによ
り、所定のパターンのレジスト層（図示しない）を形成
する。ついで、このレジスト層をマスクとしてドライエ
ッチング法を行うことにより、コンタクト層１０９、半
導体堆積層１０８、電流狭窄形成用層１０７、ｐ型クラ
ッド層１０６、活性層１０５、およびｎ型クラッド層１
０４をエッチングして、図６に示されるように、柱状の
半導体堆積体である柱状部１１０を設ける。なお、この
工程において、エッチングされる層はこれらに限定され
ず、目的とする共振器の形状によって適宜決定されるも
のである。以上の工程により、共振器１２０のうち面発
光レーザ１００のレーザ光出射側からｎ型クラッド層１
０４にかけての部分が、レーザ光出射側からから見て直
径２０μｍの円形状にエッチングされ、柱状部１１０が
形成される。ここで、柱状部１１０とは、共振器１２０
の一部であって、柱状の半導体堆積体をいう。なお、本
実施の形態では、柱状部１１０の平面形状を円形とした
が、この形状は任意の形状をとることが可能である。

【００４９】ついで、工程（ｃ）について説明する。

【００５０】（ｃ）ｐ型ＡｌＡｓ層からなる電流狭窄形
成用層１０７を、４００℃程度の水蒸気雰囲気下にさら
す。この工程により、ＡｌＡｓ層が外部に露出している
側面から内側へと酸化されていき、絶縁体である酸化ア
ルミニウムが形成される。すなわち、電流狭窄形成用層
１０７が外側面から酸化されて、図８に示されるよう
に、酸化アルミニウムを含む電流狭窄層１１１と、外周
部を電流狭窄層１１１で囲まれた電流流域層１０７ａ
（電流狭窄形成用層１０７のうち電流狭窄層１１１に変
換されなかった部分）とが形成される。以上により、半
導体基板１０１上に共振器１２０が形成される。

【００５１】次いで、モノシランを原料としたＣＶＤ法
により、柱状部１１０の側面の一部および下部ミラー１
０３の上面に、シリコン酸化膜（ＳｉＯｘ膜）からなる
絶縁層１１２を形成する。続いて、絶縁層１１２および
柱状部１１０の側面のうち絶縁層１１２が形成されてい
ない部分の上面に、真空蒸着法により金と亜鉛との合金
からなる合金層（図示しない）を形成する。なお、絶縁
層１１２の種類はシリコン酸化膜に限定されるものでは
なく、窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ膜）などの他の絶縁膜
を用いてもよい。また、ポリイミド等の樹脂材料を用い
た埋め込み構造を用いてもよい。続いて、フォトリソグ
ラフィ法を用いて前記合金層をパターニングすることに
より、図８に示される開口部１１６および上部電極１１
３を形成する。続いて、半導体基板１０１の裏面（半導
体基板１０１において共振器１２０を形成する面と反対
側の面）に、真空蒸着法により、金とゲルマニウムとの
合金からなる下部電極１１５を形成する。最後に、上記
工程により得られた構造体を３５０℃で加熱処理し、上
部電極１１３、共振器１２０を、および下部電極１１５
をオーミック接触させて、図８に示される素子１００ａ
を得る。

【００５２】ついで、工程（ｄ）について説明する。

【００５３】上記の工程により得られた素子１００ａに
共振器１２０に電流を流す。詳しくは、半導体堆積層１
０８、活性層１０５、および下部ミラー１０３で構成さ
れるｐｉｎダイオードに、上部電極１１３と下部電極１
１５とで順方向の電圧を印加すると、共振器１２０に電
流が流れる。この場合、共振器１２０を構成する半導体
堆積層１０８において、障壁層１０８ｃはエネルギーバ
ンドギャップが大きい、すなわち電流抵抗値が高いた
め、障壁層１０８ｃの温度が他の部分と比較して特に上
昇する。かかる温度の上昇により障壁層１０８ｃではＡ
ｌ原子の拡散が起こり、電流流域にある障壁層１０８ｃ
が破壊される。すなわち、障壁層１０８ｃおよび障壁層
１０８ｃ近傍の層構造が変化し、半導体堆積層１０８の
うち電流が流れた部分が第１の半導体堆積層１１４に、
電流が流れなかった部分が第２の半導体堆積層１１８に
なる。

【００５４】ここで、図８に示される素子１００ａに電
流を流す前において、かかるＤ−Ｄ断面に沿って半導体
堆積層１０８中をクラッド層１０６表面から開口部１１
６の方向へ切断した場合における、クラッド層１０６表
面からの距離と、アルミニウムとガリウムとの合計に対
するアルミニウムの比率（％）との関係を、図９に示さ
れる模式図に点線で示す。同様に、図８に示される素子
１００ａに電流を流した後に形成された図１に示される
面発光レーザ１００において、同様の箇所を同様の方法
によって切断した場合における、クラッド層１０６表面
からの距離と、アルミニウムとガリウムとの合計に対す
るアルミニウムの比率（％）との関係を、図９に示され
る模式図に実線で示す。

【００５５】図９を参照すると、素子１００ａに電流を
流すことにより、障壁層１０８ｃが破壊され、障壁層１
０８ｃと隣接する第１半導体層１０８ａおよび第２半導
体層１０８ｂとの境界部分の層構造が変化する。すなわ
ち、素子１００ａに電流を流すことにより、電流流域に
ある障壁層１０８ｃが破壊されて、破壊された障壁層１
０８ｃの近傍におけるアルミニウムおよびガリウムの組
成変化がゆるやかになる。

【００５６】なお、障壁層１０８ｃを破壊するために必
要な電流量は、素子１００ａにおける半導体堆積層１０
８の組成、厚さ、不純物のドープ量、あるいは共振器１
２０の形状などに依存する。また、電流−電圧特性を測
定しながら電流を増加させていくと、流した電流値に応
じて駆動電圧が変化していくのが観測され、これにより
必要な電流量を決定することができる。また、障壁層１
０８ｃを破壊するためには、必要に応じて、抵抗値があ
る程度変化しなくなるまで電流を繰り返し流す。

【００５７】以上の工程により、図１に示すように、第
１の半導体堆積層１１４と、第１の半導体堆積層１１４
の外側面に連続して形成された第２の半導体堆積層１１
８とを含む上部ミラー１１７が得られる。以上のプロセ
スを経て、図１〜図３に示される面発光レーザ１００が
得られる。

【００５８】なお、本実施の形態においては、上部ミラ
ー１１７を構成する半導体堆積層１０８に障壁層１０８
ｃを形成した後電流を流す場合を例にとり説明したが、
下部ミラー１０３についても、上部ミラー１１７と同様
に、組成が異なる２種の半導体層の間に障壁層を形成し
て電流を流した場合には、上部ミラー１１７と同様の現
象が生じ、上部ミラー１１７と同様の構造が得られ、同
様の効果が得られる。

【００５９】（デバイスの構造）前述の製造プロセスに
より得られた面発光レーザ１００を図１に示す。図１
は、図２のＣ−Ｃ線に沿って切断した断面図である。図
２は、図１に示される面発光レーザ１００を、レーザ光
の出射口に対向する側から見た平面の要部を模式的に示
す図である。図３は、図１に示される面発光レーザ１０
０を、Ａ−Ａ線に沿って切断した場合における第１の半
導体堆積層１１４部分の拡大断面図である。図４は、図
１に示される構造を、Ｂ−Ｂ線に沿って切断した場合に
おける第２の半導体堆積層１１８部分の拡大断面図であ
る。

【００６０】面発光レーザ１００は、柱状部１１０を含
む共振器１２０が半導体基板１０１上にバッファ層１０
２を介して形成され、共振器１２０は下部ミラー１０
３、活性層１０５、および上部ミラー１１７が積層され
て形成されている。柱状部１１０および絶縁層１１２の
上面には、金と亜鉛との合金からなる上部電極１１３が
形成されている。さらに、柱状部１１０上面の中央部に
は、レーザ光の出射口となる開口部１１６が形成されて
いる。また、半導体基板１０１において、共振器１２０
が形成されている面と反対側の面には、金とゲルマニウ
ムとの合金からなる下部電極１１５が形成されている。

【００６１】上部ミラー１１７は、第１の半導体堆積層
１１４と、第１の半導体堆積層１１４の外側面に連続す
る第２の半導体堆積層１１８とを含み構成される。第１
の半導体堆積層１１４は柱状部１１０の中央部に形成さ
れ、第２の半導体堆積層１１８は第１の半導体堆積層１
１４の外側面に連続し、第１の半導体堆積層１１４の外
側面を囲むように形成されている。

【００６２】第１の半導体堆積層１１４は、前述の製造
プロセスにより、半導体堆積層１０８から形成されたも
のである。第１の半導体堆積層１１４は、図３に示され
るように、第１半導体層１１４ａおよび第２半導体層１
１４ｂの２種の半導体層が交互に積層されて形成されて
いる。第１半導体層１１４ａおよび第２半導体層１１４
ｂはそれぞれ、第２の半導体堆積層１１８を構成する第
１半導体層１１８ａおよび第２半導体層１１８ｂとほぼ
同様の組成を有する。具体的には、第１半導体層１１４
ａおよび第２半導体層１１４ｂは、アルミニウム、ガリ
ウム、および砒素が主成分であって、砒素の含有率はほ
ぼ同等である。一方、アルミニウムの含有率は第２半導
体層１１４ｂよりも第１半導体層１１４ａの方が大き
く、ガリウムの含有率は第１半導体層１１４ａよりも第
２半導体層１１４ｂの方が大きい。

【００６３】第２の半導体堆積層１１８は、前述の製造
プロセスにおいて、共振器１２０に電流を流した際に半
導体堆積層１０８中の障壁層１０８ｃが破壊されず、電
流を流す前の層構造がそのまま残存している部分であ
る。したがって、図４に示すように、図１に示される半
導体レーザ１００に含まれる第２の半導体堆積層１１８
を構成する第１半導体層１１８ａ、第２半導体層１１８
ｂ、および障壁層１１８ｃはそれぞれ、前述した製造プ
ロセスにおいて共振器１２０に電流を流す前の素子１０
０ａ（図８参照）に含まれる半導体堆積層１０８を構成
する第１半導体層１０８ａ、第２半導体層１０８ｂ、お
よび障壁層１０８ｃと同様の組成を有する。

【００６４】また、第１の半導体堆積層１１４の実効屈
折率は、第２の半導体堆積層１１８の実効屈折率よりも
大きい。

【００６５】さらに、第１の半導体堆積層１１４はＡｌ
Ａｓからなる層を含まないため、第１の半導体堆積層１
１４の電気抵抗値は、第２の半導体堆積層１１８の電気
抵抗値よりも小さい。すなわち、障壁層１１８ｃを構成
するＡｌＡｓ層は、第１半導体層１１８ａおよび第２半
導体層１１８ｂを構成するＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓおよびｐ
型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓと比較して大きなエネルギーバン
ドギャップを有することから、第１の半導体堆積層１１
４は、ＡｌＡｓからなる層を含む第２の半導体堆積層１
１８と比較して電気抵抗値が小さい。

【００６６】（デバイスの動作）本実施の形態にかかる
面発光レーザ１００の一般的な動作を以下に示す。

【００６７】上部ミラー１１７、活性層１０５、および
下部ミラー１０３で構成されるｐｉｎダイオードに、上
部電極１１３と下部電極１１５とで順方向の電圧を印加
すると、活性層１０５において、電子と正孔との再結合
が起こり、前記再結合による発光が生じる。そこで生じ
た光が上部ミラー１１７と下部ミラー１０３との間を往
復する際に誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。
光利得が光損失を上まわると、レーザ発振が起こり、上
部電極１１３の開口部から半導体基板１０１に対して垂
直方向にレーザ光が出射される。

【００６８】（作用および効果）次に、本実施の形態に
かかる面発光レーザ１００およびその製造方法における
作用および効果を説明する。

【００６９】（１）本実施の形態にかかる面発光レーザ
１００において、上部ミラー１１７は第１の半導体堆積
層１１４と、第１の半導体堆積層１１４の外側面に連続
する第２の半導体堆積層１１８を含む。第１の半導体堆
積層１１４には、酸化アルミニウムを主成分とする電流
狭窄層１１１が形成されている。一方、第２の半導体堆
積層１１８には、ＡｌＡｓ層からなり、電流狭窄層１１
１と連続する電流流域層１０７ａが形成されている。

【００７０】この面発光レーザ１００を光ファイバにみ
たてた場合、シングルモードのレーザ光を優先的に取り
出すための条件として、（ａ）第１の半導体堆積層１１
４（光ファイバのコア）の実効屈折率Ｎｘ１が第２の半
導体堆積層１１８（光ファイバのクラッド）の実効屈折
率Ｎｙ１よりも大きく、かつ、（ｂ）第１の半導体堆積
層１１４と第２の半導体堆積層１１８の実効屈折率の差
（Ｎｘ１−Ｎｙ１）が小さいことが必要とされる。すな
わち、Ｎｘ１＞Ｎｙ１であり、かつＮｘ１−Ｎｙ１がで
きるだけ小さいことが求められる。

【００７１】ここで、電流を流す前の素子１００ａ（図
８参照）において、ＡｌＡｓからなる電流流域層１０７
ａを含むアパーチャ状の部分を領域Ｘ２、酸化アルミニ
ウム層からなる電流狭窄層１１１を含む部分を領域Ｙ２
とする。酸化アルミニウム層（例えばＡｌ₂Ｏ₃の場合）
およびＡｌＡｓ層の屈折率はそれぞれ約１．８および約
３であることから、ＡｌＡｓからなる電流流域層１０７
ａと、酸化アルミニウム層からなる電流狭窄層１１１と
の屈折率の差はかなり大きい。したがって、電流を流す
前の状態においては、電流流域層１０７ａを含む領域Ｘ
２の実効屈折率Ｎｘ２は、電流狭窄層１１１を含む領域
Ｙ２の実効屈折率Ｎｙ２よりもかなり大きい。すなわ
ち、領域Ｘ２の実効屈折率と領域Ｙ２の実効屈折率との
間には、Ｎｘ２＞＞Ｎｙ２という関係がある。この場
合、前述のシングルモードのレーザ光を優先的に取り出
すための条件を満たさないため、シングルモードのレー
ザ光を得られにくい。

【００７２】しかしながら、前述した本実施の形態にか
かる面発光レーザの製造プロセスによれば、第１半導体
層１０８ａおよび第２半導体層１０８ｂの間に障壁層１
０８ｃを積層して半導体堆積層１０８を形成した後、柱
状部１１０を含む共振器１２０を有する素子１００ａを
形成し（図８参照）、続いて素子１００ａ中の共振器１
２０に電流を流すことにより障壁層１０８ｃを破壊し
て、半導体堆積層１０８の一部の層構造を変化させて第
１の半導体堆積層１１４および第２の半導体堆積層１１
８を形成する。

【００７３】具体的には、第１半導体層１０８ａ、第２
半導体層１０８ｂ、および障壁層１０８ｃはそれぞれ、
Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ、Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ、およびＡｌ
Ａｓからなる。Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓの方がＡｌ_0.2Ｇａ
_0.8Ａｓよりも屈折率が小さいことから、第１半導体層
１０８ａは第２半導体層１０８ｂよりも屈折率が小さ
い。また、これらの中で、ＡｌＡｓからなる障壁層１０
８ｃは屈折率が一番小さい。ここで、素子１００ａ中の
共振器１２０に電流を流すことにより、障壁層１０８ｃ
が破壊されると、結晶のミキシングが起こり、障壁層１
０８ｃと第１半導体層１０８ａ、および障壁層１０８ｃ
と第２半導体層１０８ｂとの境界付近において、アルミ
ニウムおよびガリウムの組成がなだらかに変化するよう
になる。図３に示すように、電流が流れた部分において
は第１半導体層１０８ａがほぼ第１半導体層１１４ａと
なり、第２半導体層１０８ｂがほぼ第２半導体層１１４
ｂとなり、かつ、障壁層１０８ｃが第１半導体層１１４
ａおよび第２半導体層１１４ｂにそれぞれ吸収されるよ
うな形になり、第１半導体層１１４ａと第２半導体層１
１４ｂとの境界がはっきりしなくなる。

【００７４】この場合、障壁層１０８ｃが破壊されるこ
とにより、アルミニウムの組成が高い部分、すなわち屈
折率が低い部分が第１半導体層１１４ａおよび第２半導
体層１１４ｂに広がる。特に、もともと屈折率の高い層
から構成されていた第２半導体層１１４ｂは、屈折率の
小さい障壁層１０８ｃが破壊されることにより、電流を
流す前と比較して屈折率の低い部分が広がる。障壁層１
０８ｃが破壊されて、屈折率の低い部分が広がるほど、
定在波の節の位置（障壁層１０８ｃが形成されていた位
置）から遠い位置まで屈折率の低い部分が広がることに
なる。定在波の節の位置から離れるほど光の寄与が大き
くなるため、屈折率の低い部分が定在波の節の位置から
離れた位置まで広がるほど、第１の半導体堆積層１１４
の実効屈折率に与える影響も大きくなり、第１の半導体
堆積層１１４の実効屈折率が低下する。この結果、電流
流域層１０７ａおよび電流狭窄層１１１を除く領域にお
いて、第１の半導体堆積層１１４（図１に示す領域Ｘ
１）の実効屈折率が第２の半導体堆積層１１８（図１に
示す領域Ｙ１）の実効屈折率よりも小さくなる。すなわ
ち、電流流域層１０７ａと電流狭窄層１１１との屈折率
の大きな差を、第１の半導体堆積層１１４（領域Ｘ１）
および第２の半導体堆積層１１８（領域Ｙ１）のうち電
流流域層１０７ａおよび電流狭窄層１１１を除く領域で
補完することにより、第１の半導体堆積層１１４（領域
Ｘ１）と第２の半導体堆積層１１８（領域Ｙ１）の実効
屈折率の差（Ｎｘ１−Ｎｙ１）を小さくしている。

【００７５】共振器１２０に電流を流す前においては、
領域Ｘ２と領域Ｙ２の実効屈折率の差（Ｎｘ２−Ｎｙ
２）がかなり大きいものであったが、共振器１２０に電
流を流して障壁層１０８ｃを破壊することにより第１の
半導体堆積層１１４および第２の半導体堆積層１１８を
形成し、かつ、第１の半導体堆積層１１４と第２の半導
体堆積層１１８の実効屈折率の差（Ｎｘ１−Ｎｙ１）が
小さいものとすることができる。この結果、シングルモ
ードのレーザ光のみを導波させることができる。

【００７６】（２）第１の半導体堆積層１１４と第２の
半導体堆積層１１８の実効屈折率の差（Ｎｘ１−Ｎｙ
１）を小さくできるため、領域Ｘ１の径を大きくしても
シングルモードのレーザ光のみを導波させることができ
る。これにより、高出力のレーザ光を出射することがで
きる。

【００７７】（３）第１の半導体堆積層１１４は、第１
半導体層１１４ａおよび第２半導体層１１４ｂの２種の
半導体層が交互に積層されて形成されている。第２の半
導体堆積層１１８は、第１の半導体堆積層１１４を構成
する第１半導体層１１４ａおよび第２半導体層１１４ｂ
の２種の半導体層とほぼ同様の層構造を有する２種の半
導体層（第１半導体層１１８ａおよび第２半導体層１１
８ｂ）が交互に積層されて形成されており、かつ、該２
種の半導体層よりもエネルギーバンドギャップが大きく
かつ屈折率が小さい障壁層１１８ｃを含む。

【００７８】一方、前述したように、第１半導体層１１
８ａ、第２半導体層１１８ｂ、および障壁層１１８ｃの
中で障壁層１１８ｃが最もエネルギーバンドギャップが
大きい。一方、第１の半導体層１１４ａおよび第２の半
導体層１１４ｂはそれぞれ、第１半導体層１１８ａおよ
び第２半導体層１１８ｂとほぼ同様のエネルギーバンド
ギャップを有する。

【００７９】したがって、面発光レーザ１００におい
て、第２の半導体堆積層１１８が、第１半導体層１１８
ａおよび第２半導体層１１８ｂよりもエネルギーバンド
ギャップが大きい障壁層１１８ｃを含むことにより、第
１の半導体堆積層１１４の電気抵抗値は、第２の半導体
堆積層１１８の電気抵抗値よりも低くなる。このため、
第２の半導体堆積層１１８よりも第１の半導体堆積層１
１４に電流が流れやすくなることから、共振器１２０を
流れる電流が共振器１２０の中央部に集中して供給する
ことができるため、高出力のレーザ光を得ることができ
る。

【００８０】（４）第１の半導体堆積層１１４を構成す
る第１半導体層１１４ａおよび第２半導体層１１４ｂの
２種の半導体層が、共振器１２０に形成される定在波の
波長λの１／４の厚さに形成されていることから、第１
の半導体堆積層１１４は、屈折率が異なる２種類の反射
鏡を定在波の波長λの１／４の厚さで積層する、いわゆ
るブラッグ反射鏡となる。このため、第１の半導体堆積
層１１４は、光吸収が少なく高い反射率を有する反射鏡
としての機能を有するため、光効率に優れた面発光レー
ザを得ることができる。

【００８１】（５）第２の半導体堆積層１１８中の障壁
層１１８ｃが、前記定在波の節の位置に形成されている
ことにより、障壁層１１８ｃが光密度の小さい場所に設
置されることとなり、障壁層１１８ｃが第２の半導体堆
積層１１８の実効屈折率に与える影響を小さくすること
ができる。

【００８２】なお、上記の実施の形態において、各半導
体層におけるｐ型とｎ型とを入れ替えても本発明の趣旨
を逸脱するものではない。上記の実施の形態では、Ａｌ
−Ｇａ−Ａｓ系のものについて説明したが、発振波長に
応じてその他の材料系、例えば、Ｉｎ−Ｐ系、Ｉｎ−Ａ
ｌ−Ａｓ系、Ｉｎ−Ｇａ−Ａｌ−Ｐ系の半導体材料を用
いることも可能である。

【００８３】また、上記の実施の形態における面発光レ
ーザの駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しな
い限り、種々の変更が可能である。また、上記の実施の
形態では、柱状部が一つである面発光レーザを示してい
るが、基板面内で柱状部が複数個あっても本発明の形態
は損なわれない。

【００８４】

【実施例】（実施例１）上述した実施の形態にかかる製
造方法における工程（ａ）〜工程（ｃ）により得られた
素子１００ａについて、電流を５ｍＡ／秒の割合で増加
させながら電流−電圧特性を測定し、面発光レーザを得
た。電流の印加は１回目が１０ｍＡ、２回目が１５ｍ
Ａ、３回目および４回目が２０ｍＡまで行ない、それぞ
れの電流値に到達した時点ですぐに電流印加を終了させ
た。以上の測定より得られた電流−電圧特性を図１０に
示す。図１０を参照すると、１回目、２回目は負性抵抗
が観測されており、駆動電流を増加させていくにしたが
い、障壁層が破壊されて素子の抵抗が低減したことが分
かる。この際、光出力は抵抗の低減とともに上昇し、最
終的には４ｍＷの出力が得られた。

【００８５】（実施例２）実施例１により得られた面発
光レーザに関し、２ｍＷ出力時のレーザ光の遠視野像
（ラインプロファイル）を図１１（横軸；放射角度［ｄ
ｅｇ］、縦軸；レーザ光の相対強度［％］）に実線で示
す。一方、比較例として、図１２に示す一般的な構造の
面発光レーザに関し、２ｍＷ出力時のレーザ光の遠視野
像を図１１に点線で示す。図１２に示す一般的な構造の
面発光レーザは、実施例１により得られた面発光レーザ
と比較して、上部ミラー２０８が柱状部２１０の全域に
わたりｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓおよびｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ
_0.8Ａｓの２層により形成されている点（図１３参照）
が異なる。

【００８６】図１１を参照すると、実施例１により得ら
れた面発光レーザは２ｍＷ出力時でもシングルモードで
あることが確認された。光出力を変えて同様の測定を行
なった結果、３．２ｍＷまでシングルモードが維持され
た。一方、比較例においては、周辺部が主に発光してい
ることが示されており、２ｍＷ出力時にシングルモード
が達成されていないことが確認された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる面発光型半導体レ
ーザの断面を模式的に示す図である。

【図２】図１に示す面発光型半導体レーザを、レーザ光
の出射口に対向する側から見た平面の要部を模式的に示
す図である。

【図３】図１に示す面発光型半導体レーザを、Ａ−Ａ断
面に沿って切断した場合における第１の半導体堆積層部
分の断面を模式的に示す図である。

【図４】図１に示す面発光型半導体レーザを、Ｂ−Ｂ断
面に沿って切断した場合における第２の半導体堆積層部
分の断面、および図８に示す素子を、Ｄ−Ｄ断面に沿っ
て切断した場合における半導体堆積層部分の断面を模式
的に示す図である。

【図５】本発明の実施の形態にかかる面発光型半導体レ
ーザの製造方法の第１の工程を模式的に示す斜視図であ
る。

【図６】本発明の実施の形態にかかる面発光型半導体レ
ーザの製造方法の第２の工程を模式的に示す断面図であ
る。

【図７】本発明の実施の形態にかかる面発光型半導体レ
ーザの製造方法の第３の工程を模式的に示す断面図であ
る。

【図８】本発明の実施の形態にかかる面発光型半導体レ
ーザの製造方法の第４の工程を模式的に示す断面図であ
る。

【図９】本発明の実施の形態にかかる面発光型半導体レ
ーザの製造方法中の工程（ａ）〜工程（ｃ）により得ら
れた素子１００ａに対して電流を流す前と電流を流した
後において、図８に示すＤ−Ｄ断面に沿って、クラッド
層１０６表面から開口部１１６の方向へ切断した場合に
おける、クラッド層１０６表面からの距離と、アルミニ
ウムとガリウムとの合計に対するアルミニウムの比率
（％）との関係を示す模式図である。

【図１０】実施例１により得られた素子１００ａに、電
流を５ｍＡ／秒の割合で増加させながら電流−電圧特性
を測定した結果を示す図である。

【図１１】実施例１により得られた面発光レーザ（実
線）および比較例にかかる面発光レーザ（点線）それぞ
れの２ｍＷ出力時のレーザ光の遠視野像（ラインプロフ
ァイル）を示す図である。

【図１２】一般的な面発光型半導体レーザの断面を模式
的に示す図である。

【図１３】図１２に示す一般的な面発光型半導体レーザ
の上部ミラーの層構造を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１００ 面発光型半導体レーザ １００ａ 素子 １０１ 半導体基板 １０２ バッファ層 １０３ 下部ミラー １０４ ｎ型クラッド層 １０５ 活性層 １０６ ｐ型クラッド層 １０７ 電流狭窄形成用層 １０７ａ 電流流域層 １０８ 半導体堆積層 １０８ａ 第１半導体層 １０８ｂ 第２半導体層 １０８ｃ 障壁層 １０９ コンタクト層 １１０ 柱状部 １１１ 電流狭窄層 １１２ 絶縁層 １１３ 上部電極 １１４ 第１の半導体堆積層 １１４ａ 第１半導体層 １１４ｂ 第２半導体層 １１５ 下部電極 １１６ 開口部 １１７ 上部ミラー １１８ 第２の半導体堆積層 １１８ａ 第１半導体層 １１８ｂ 第２半導体層 １１８ｃ 障壁層 １２０ 共振器 １５０ 堆積層

フロントページの続き (72)発明者 西田 哲朗 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AA65 AB17 CA04 DA24 DA27 EA22

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共振器が半導体基板上に垂直方向に形成
   され、該共振器より該半導体基板に垂直な方向へレーザ
   光を出射する面発光型半導体レーザであって、 少なくとも前記共振器の一部を含む柱状の半導体堆積体
   を含み、 前記共振器は、下部ミラー、活性層、および上部ミラー
   が積層されて形成され、 前記上部ミラーは、前記柱状の半導体堆積体に含まれ、
   第１の半導体堆積層と、該第１の半導体堆積層の外側面
   に連続する第２の半導体堆積層とを含み、 前記第２の半導体堆積層は、交互に積層される２種の半
   導体層と、該２種の半導体層よりもエネルギーバンドギ
   ャップが大きくかつ屈折率が小さい障壁層と、電流狭窄
   層とを含み、 前記第１の半導体堆積層は、前記第２の半導体堆積層を
   構成する２種の半導体層とほぼ同様の組成を有する２種
   の半導体層と、前記電流狭窄層と連続する電流流域層と
   を含む、面発光型半導体レーザ。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記第１の半導体堆積層および前記第２の半導体堆積層
   は、 下部ミラーと、活性層と、交互に積層された２種の半導
   体層、該２種の半導体層よりもエネルギーバンドギャッ
   プが大きくかつ屈折率が小さい障壁層、電流狭窄層、を
   含む半導体堆積層を有する上部ミラーと、を含む共振器
   を形成した後、該共振器に電流を流して電流流域にある
   該障壁層を破壊することにより形成される、面発光型半
   導体レーザ。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記第１の半導体堆積層の実効屈折率は、前記第２の半
   導体堆積層の実効屈折率より大きい、面発光型半導体レ
   ーザ。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかにおいて、 前記第１の半導体堆積層の電気抵抗値は、前記第２の半
   導体堆積層の電気抵抗値より小さい、面発光型半導体レ
   ーザ。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかにおいて、 前記第１の半導体堆積層を構成する２種の半導体層は異
   なる屈折率を有し、かつ、それぞれが前記共振器内に形
   成される定在波の波長のほぼ１／４の厚さを有する、面
   発光型半導体レーザ。
6. 【請求項６】 請求項５において、 前記障壁層は、前記共振器内に形成される定在波の節の
   位置に形成される、面発光型半導体レーザ。
7. 【請求項７】 請求項５または６において、 前記第２の半導体堆積層を構成する２種の半導体層は、
   異なるエネルギーバンドギャップを有し、 前記障壁層は、隣接する前記２種の半導体層のうち、前
   記活性層により近い側に設置されエネルギーバンドギャ
   ップがより大きい方の層と、前記活性層により遠い側に
   設置されエネルギーバンドギャップがより小さい方の半
   導体層との間に形成されている、面発光型半導体レー
   ザ。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかにおいて、 前記電流狭窄層の厚さは、前記障壁層の厚さよりも大き
   い、面発光型半導体レーザ。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれかにおいて、 前記第１の半導体堆積層を構成する前記２種の半導体層
   の境界部分のうち、少なくとも一部の境界部分における
   組成の変化が、該少なくとも一部の境界部分以外の境界
   部分における組成の変化と比較してなだらかである、面
   発光型半導体レーザ。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれかにおいて、 前記第１の半導体堆積層および前記第２の半導体堆積層
    をそれぞれ構成する前記２種の半導体層は、主成分がア
    ルミニウム、ガリウム、および砒素であり、 前記障壁層は、主成分がアルミニウムおよび砒素であ
    る、面発光型半導体レーザ。
11. 【請求項１１】 以下の工程（ａ）〜（ｄ）を含む面発
    光型半導体レーザの製造方法。 （ａ）前記半導体基板の表面に、下部ミラーおよび活性
    層を形成した後、該活性層上に第１半導体層、障壁層、
    第２半導体層を交互に積層する工程であって、該第１半
    導体層および該第２半導体層の少なくとも一方の一部を
    置換して、少なくとも一層の電流狭窄形成用層を形成す
    ることにより、半導体堆積層を形成する工程、 （ｂ）少なくとも前記半導体堆積層をエッチングして柱
    状の半導体堆積体を形成することにより、該半導体堆積
    体を含む共振器を形成する工程、 （ｃ）前記電流狭窄形成用層を外側面から酸化すること
    により、該電流狭窄形成用層の一部から電流狭窄層を形
    成した後、前記活性層に電流を注入するための１対の電
    極を形成する工程、および （ｄ）前記共振器に電流を流すことにより、電流流域に
    ある前記障壁層を破壊して、前記第１半導体層および前
    記第２半導体層のうち該障壁層に隣接する部分の層構造
    を変化させて、前記第１半導体層、前記第２半導体層、
    前記障壁層、および前記電流狭窄層を含む第２の半導体
    堆積層と、該第２の半導体堆積層を構成する前記第１半
    導体層および前記第２半導体層とほぼ同様の組成を有す
    る２種の半導体層、および該電流狭窄層と連続する電流
    流域層を含む第１の半導体堆積層とを含む上部ミラーを
    形成する工程。
12. 【請求項１２】 請求項１１において、 前記工程（ｄ）において、 前記共振器に電流を流すことにより、電流流域にある前
    記障壁層を破壊して、前記第１半導体層および前記第２
    半導体層のうち該障壁層に隣接する部分の屈折率を変化
    させ、第２の半導体堆積層と第１の半導体堆積層の実効
    屈折率の差を小さくする、面発光型半導体レーザの製造
    方法。
13. 【請求項１３】 請求項１１または１２において、 前記工程（ｄ）において、 前記共振器に電流を流すことにより、電流流域にある前
    記障壁層を破壊して、前記第１半導体層および前記第２
    半導体層のうち該障壁層に隣接する部分の電気抵抗値を
    変化させ、前記第２の半導体堆積層と、該第２の半導体
    堆積層と比較して電流抵抗値が低い前記第１の半導体堆
    積層とを含む上部ミラーを形成する、面発光型半導体レ
    ーザの製造方法。
14. 【請求項１４】 請求項１１〜１３のいずれかにおい
    て、 前記工程（ａ）において、 前記第１半導体層および前記第２半導体層をそれぞれ、
    前記共振器内に形成される定在波の波長のほぼ１／４の
    厚さに形成する、面発光型半導体レーザの製造方法。
15. 【請求項１５】 請求項１１〜１４のいずれかにおい
    て、 前記工程（ａ）において、 前記障壁層を、前記共振器内に形成される定在波の節の
    位置に形成する、面発光型半導体レーザの製造方法。
16. 【請求項１６】 請求項１１〜１５のいずれかにおい
    て、 前記工程（ａ）において、 前記半導体堆積層を構成する前記第１半導体層および前
    記第２半導体層は、異なるエネルギーバンドギャップを
    有し、かつ、前記第１半導体層は前記第２半導体層より
    エネルギーバンドギャップが大きく、 前記障壁層を介して隣接する前記第１半導体層および前
    記第２半導体層において、前記第１半導体層を前記第２
    半導体層よりも前記活性層に近い側に設置する、面発光
    型半導体レーザの製造方法。