JP2001284722A - 面発光型半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シングル横モードで発振し、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１
２０を含み、共振器１２０は下部ミラー１０２、活性層
１０３、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は第１ミラー部１１４と第２ミラ
ー部１０８とを含む。反射率調整層１０４は第１ミラー
部１１４に含まれる部分がブラッグ反射条件を満たす膜
厚を有し、第２ミラー部１０８に含まれる部分が反ブラ
ッグ反射条件を満たす膜厚を有し、第１ミラー部１１４
は第２ミラー部１０８よりも反射率が大きい。

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。

【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あ
り、かつ小さいことが挙げられる。このため、面発光型
半導体レーザは、光ファイバ通信や光並列情報処理等に
おいて、光源としての応用が期待されている。

【０００４】なかでも、例えば光ファイバ通信に面発光
型半導体レーザを用いる際には、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
ングル横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
グル横モードで発振し、かつ高い出力のレーザ光を得る
ことが難しい。特に、面発光型半導体レーザでは、出力
が大きくなるにしたがって、レーザ放射角が大きくなる
とともに、複数の強度ピークが発現し、その結果、複雑
な形状を有するレーザ放射パターンが現れるという現象
がしばしば観察される。この現象をマルチ横モード発振
という。かかるマルチ横モード発振が生じると、レーザ
放射角が広がることが原因でレンズ等との結合効率が悪
化したり、レンズを用いて結像しても光を１点に集光す
ることができないことがあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、シン
グル横モードで発振し、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およびその製法方法
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】（Ａ）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薄膜堆積体を
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
柱状の薄膜堆積体の中央部に形成される第１ミラー部
と、該第１ミラー部の外周に形成される第２ミラー部
と、反射率調整層とを含み、前記反射率調整層は、前記
第１ミラー部に含まれる部分がブラッグ反射条件を満た
す膜厚を有し、前記第２ミラー部に含まれる部分が反ブ
ラッグ反射条件を満たす膜厚を有し、前記第１ミラー部
は、前記第２ミラー部よりも反射率が大きいことを特徴
とする。

【０００７】本発明にいうブラッグ反射条件を満たす膜
厚とは、共振器内に存在する定在波の波長をλとした場
合に、下記の式（１）を満たす膜厚ｄ_aをいう。かかる
膜厚の層が積層されることにより、いわゆるブラッグ反
射鏡が構成される。 ｄ_a ＝ （２ｎ−１）λ／４ （ｎは１以上の整数） 式（１） また、本発明にいう反ブラッグ反射条件を満たす膜厚と
は、共振器内に存在する定在波の波長をλとした場合
に、下記の式（２）を満たす膜厚ｄ₂をいう。 ｄ_b ＝ ｎλ／２ （ｎは１以上の整数） 式（２） 本発明の面発光型半導体レーザによれば、第１ミラー部
におけるレーザ光の反射率と第２ミラー部におけるレー
ザ光の反射率との差を大きくすることができるため、シ
ングル横モードで発振し、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。

【０００８】前記面発光型半導体レーザの好ましい態様
としては、（１）〜（６）を例示できる。

【０００９】（１）前記薄膜堆積体が少なくとも半導体
層を含むことができる。すなわち、当該薄膜堆積体は、
少なくとも１種の半導体層を含むもので、互いに屈折率
の異なる１種の半導体層と１種の誘電体層の交互積層体
や、特に好ましくは、互いに屈折率の異なる２種の半導
体層により構成される。

【００１０】（２）前記反射率調整層の上面に凹部が形
成され、該凹部における前記反射率調整層の膜厚がブラ
ッグ反射条件を満たすことができる。

【００１１】（３）前記反射率調整層は、前記第１ミラ
ー部から前記第２ミラー部にかけて連続することができ
る。

【００１２】上記構成によれば、前述した効果を得るこ
とができる。

【００１３】（４）前記反射率調整層において、前記第
１ミラー部に含まれる部分を前記共振器内に形成される
定在波の波長のほぼ１／４とし、前記第２ミラー部に含
まれる部分を前記共振器内に形成される定在波の波長の
ほぼ１／２とすることができる。

【００１４】（５）前記反射率調整層を前記上部ミラー
の最上層に形成することができる。

【００１５】（６）前記反射率調整層を前記上部ミラー
の中間に形成することができる。

【００１６】（Ｂ）また、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薄膜堆積体を含み、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、前記柱状の薄膜
堆積体の中央部に形成される第１ミラー部と、該第１ミ
ラー部の外周に形成される第２ミラー部とを含み、前記
第１ミラー部および前記第２ミラー部は、屈折率が異な
る２種の薄膜が交互に積層されて形成され、該２種の薄
膜は、それぞれブラッグ反射条件を満たす膜厚を有し、
前記第１ミラー部の膜厚は、前記第２ミラー部の膜厚と
比較して、ブラッグ反射条件を満たす長さだけ小さく、
前記第２ミラー部は、前記２種の薄膜のうち少なくとも
１層が、反ブラッグ反射条件を満たす膜厚を有する層に
置き換えらえて形成されている。

【００１７】この場合、前記薄膜堆積体が半導体層を含
み、前記２種の薄膜が半導体層からなるのが望ましい。

【００１８】また、この場合、前記ブラッグ反射条件を
満たす膜厚を有する層の該膜厚を、前記共振器内に形成
される定在波の波長のほぼ１／４とし、前記反ブラッグ
反射条件を満たす膜厚を有する層の該膜厚を、前記共振
器内に形成される定在波の波長のほぼ１／２とすること
ができる。

【００１９】前記面発光型半導体レーザによれば、上述
した面発光型半導体レーザと同様の効果を得ることがで
きる。

【００２０】（Ｃ）前記面発光型半導体レーザのより好
ましい態様としては、以下に示すものが例示できる。

【００２１】（１）前記第２ミラー部は電流狭窄層を含
むことが望ましい。この構成によれば、レーザ光を電流
狭窄層の内径より内側に収めることができる。

【００２２】一般に、電流狭窄層を含む面発光型半導体
レーザにおいて、レーザ強度の向上を図るためには電流
狭窄層の内径を大きくする必要がある。しかしながら、
マルチ横モードで発振するレーザ光は共振器の中央部よ
りも外側に多く存在することから、電流狭窄層の内径を
大きくするとマルチ横モードで発振するレーザ光が導波
されやすくなる。そこで、前記第１ミラー部の径を電流
狭窄層の内径より小さくすることにより、シングル横モ
ードで発振するレーザ光の大部分を第１ミラー部で発振
させ、マルチ横モードで発振するレーザ光を第２ミラー
部で発振させる。本発明にかかる面発光型半導体レーザ
では、第１ミラー部は第２ミラー部よりも反射率が大き
いため、第１ミラー部に存在するシングル横モードで発
振するレーザ光がより多く発振する。その結果、マルチ
横モードでのレーザ光の発振を抑制することができる。

【００２３】（２）前記上部ミラーは、屈折率が異なる
２種の層から構成される誘電体層を含むことができる。
この構成によれば、前記第１ミラー部と前記第２ミラー
部との反射率の差を大きくすることができるため、マル
チ横モードでのレーザ光の発振をさらに抑制することが
できる。

【００２４】この場合、前記誘電体層を構成する２種の
層のうち、屈折率が低い方の層が、酸化シリコン、フッ
化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化カルシウム、
フッ化リチウム、およびフッ化ナトリウムから選択され
る材料から形成され、屈折率が高い方の層が、酸化タン
タル、酸化チタン、酸化ジルコニウム、アモルファスシ
リコン、硫化亜鉛、および酸化セリウムから選択される
材料から形成されることが望ましい。

【００２５】（３）前記第１ミラー部および前記第２ミ
ラー部を構成する前記２種の薄膜は、アルミニウム、ガ
リウム、砒素、インジウム、リン、および窒素から選択
される元素から構成された半導体材料からなることが望
ましい。

【００２６】（Ｄ）本発明にかかる面発光型半導体レー
ザの製造方法は、以下の工程（ａ）〜（ｃ）を含む。

【００２７】（ａ）下部ミラーおよび活性層を前記半導
体基板の表面に形成した後、それぞれがブラッグ反射条
件を満たす膜厚を有し、かつ屈折率が異なる２種の薄膜
を前記活性層上に交互に積層する際に、積層した前記薄
膜のうち少なくとも１層を、反ブラッグ反射条件を満た
す膜厚を有する反射率調整層に置き換えて形成すること
により、半導体堆積層を形成する工程、（ｂ）前記半導
体堆積層の表面から前記反射率調整層の途中まで該半導
体堆積層をエッチングして、前記反射率調整層のうちブ
ラッグ反射条件を満たす部分を含む第１ミラー部と、該
第１ミラー部の外周に形成され、前記反射率調整層のう
ち反ブラッグ反射条件を満たす部分を含む第２ミラー部
とを含む上部ミラーを形成する工程、および（ｃ）前記
半導体堆積層の周縁部をエッチングして柱状の薄膜堆積
体を形成する工程。

【００２８】この工程によると、エッチングの際におけ
る制御がより容易であるため、製造の際のマージンを大
きくすることができる。これにより、面発光レーザの製
造コストを低減することができ、その結果、より廉価な
面発光レーザ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。

【００２９】この場合、前記工程（ａ）において、前記
薄膜堆積体が半導体層を含み、前記２種の薄膜が半導体
層からなることが望ましい。

【００３０】また、この場合、前記工程（ａ）は、前記
半導体堆積層中に誘電体層を形成する工程を含むことが
できる。

【００３１】あるいは、この場合、前記工程（ｃ）に引
き続いて、前記上部ミラーの上面に誘電体層を形成する
工程を含むことができる。

【００３２】

【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。

【００３３】（第１の実施の形態） （デバイスの製造プロセス）まず、本発明の第１の実施
の形態にかかる面発光型半導体レーザ１００（以下、
「面発光レーザ」という）の製造方法について、図３〜
７を用いて説明する。図３〜７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。

【００３４】本実施の形態にかかる面発光レーザ１００
の製造方法は、主に以下の工程（ａ）〜（ｃ）からな
る。工程（ａ）は、下部ミラー１０２および活性層１０
３を半導体基板１０１の表面に形成した後、ブラッグ反
射条件を満たす膜厚を有し、かつ屈折率が異なる２種の
薄膜（第１半導体層１１７ａｘ，第２半導体層１１７ａ
ｙ）を活性層１０３上に交互に積層する際に、積層した
前記薄膜のうち少なくとも１層を、反ブラッグ反射条件
を満たす膜厚を有する反射率調整層１０４ａに置き換え
て形成することにより、半導体堆積層１１７ａを形成す
る工程である。工程（ｂ）は、半導体堆積層１１７ａの
表面から反射率調整層１０４ａの途中まで半導体堆積層
１１７ａをエッチングし、反射率調整層１０４にブラッ
グ反射条件を満たす部分と反ブラッグ反射条件を満たす
部分とを形成する工程である。工程（ｃ）は、半導体堆
積層１５０の周縁部をエッチングして柱状部１１０を形
成する工程である。

【００３５】以上の工程により、反射率調整層１０４の
うちブラッグ反射条件を満たす部分を含む第１ミラー部
１１４と、第１ミラー部１１４の外周に形成され、反射
率調整層１０４のうち反ブラッグ反射条件を満たす部分
を含む第２ミラー部１０８とを含む上部ミラーを形成
し、図１に示す面発光レーザ１００が得られる。

【００３６】まず、工程（ａ）について説明する。

【００３７】（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３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（図示せず）、ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ
とｎ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓとを交互に積層した３０ペア
の分布反射型多層膜ミラー（以下、「下部ミラー」とい
う）１０２、ｎ型Ａｌ _0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなるｎ型クラ
ッド層（図示せず）、厚さ４ｎｍのＧａＡｓウエル層と
厚さ４ｎｍのＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓとのバリア層からな
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１０３ａ、Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなるｐ型クラッド
層（図示せず）、ｐ型ＡｌＡｓからなる電流狭窄形成用
層１０７ａ、第１半導体層１１７ａｘと第２半導体層１
１７ａｙと反射率調整層１０４ａ（後述する）とを含む
半導体堆積層１１７ａ、およびｐ型ＧａＡｓからなるコ
ンタクト層（図示せず）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。なお、ここでは電流狭窄形成用層１０７ａを半導体
堆積層１１７ａの下に配置したが、電流狭窄形成用層１
０７ａを半導体堆積層１１７ａの途中に形成してもよ
い。また、半導体基板１０１の表面とは、半導体基板１
０１において、後の工程で共振器１２０を形成する側の
面をいう。

【００３８】半導体堆積層１１７ａの断面構造を図４に
示す。図４は、図３に示す半導体堆積層１１７ａ部分の
拡大断面図である。図４に示すように、半導体堆積層１
１７ａは、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層からなる第１半導
体層１１７ａｘおよびｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層からな
る第２半導体層１１７ａｙが２５ペア交互に積層され、
かつ、最上層に反射率調整層１０４ａが形成されてい
る。反射率調整層１０４ａは第１半導体層１１７ａｘと
同様の組成を有する。半導体堆積層１１７ａは、後の工
程において上部ミラー１１７となる層である。本実施の
形態においては、下部ミラー１１７を構成する２種の薄
膜が半導体層（第１半導体層１１７ａｘおよび第２半導
体層１１７ａｙ）である場合を示したが、前記２種の薄
膜は半導体層に限定されるわけではなく、半導体材料以
外の材料、例えば誘電体材料等で形成してもよい。

【００３９】また、図４においては、第１半導体層１１
７ａｘおよび第２半導体層１１７ａｙが交互に積層され
ている場合を示したが、第１半導体層１１７ａｘおよび
第２半導体層１１７ａｙの界面の抵抗を下げるために、
第１半導体層１１７ａｘと第２半導体層１１７ａｙとの
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１半導体層１１７ａｘと第２半導体層
１１７ａｙとの界面の組成変化をなだらかにすることも
できる。

【００４０】第１半導体層１１７ａｘおよび第２半導体
層１１７ａｙはそれぞれ、図４に示すように、共振器１
２０内に形成される定在波の波長λについてブラッグ反
射条件を満たす膜厚に形成される。たとえば、図４に示
すように、第１半導体層１１７ａｘおよび第２半導体層
１１７ａｙの膜厚がλ／４の厚さになるように、を形成
する。

【００４１】また、第１半導体層１１７ａｘおよび第２
半導体層１１７ａｙは、第１半導体層１１７ａｘの屈折
率が第２半導体層１１７ａｙの屈折率よりも大きくなる
ような材料からなる。本実施の形態にかかる面発光レー
ザにおいては、第１半導体層１１７ａｘを構成するＡｌ
_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層は、第２半導体層１１７ａｙを構成す
るｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層よりも屈折率が大きい。

【００４２】ここで、第１半導体層１１７ａｘおよび第
２半導体層１１７ａｙを活性層１０３上に交互に積層す
る際に、最上層に形成される第１半導体層１１７ａｘを
反射率調整層１０４ａに置き換えて形成する。反射率調
整層１０４ａは、共振器１２０内に形成される定在波の
波長λについて反ブラッグ反射条件を満たす膜厚に形成
される。本実施の形態においては、反射率調整層１０４
ａの膜厚がλ／２となるように、反射率調整層１０４ａ
を形成する。

【００４３】また、後述する工程において柱状部１１０
中に電流狭窄層１１１を設置するために、厚さ３０ｎｍ
のｐ型ＡｌＡｓからなる電流狭窄形成用層１０７ａを半
導体堆積層１１７ａの下に形成する。なお、ここでは、
半導体堆積層１１７ａの直下に電流狭窄形成用層１０７
ａを形成する場合を示したが、かわりに、第１半導体層
１１７ａｘまたは第２半導体層１１７ａｙの一部を電流
狭窄形成用層１０７ａに置き換えて形成するか、あるい
は少なくとも１対の第１半導体層１１７ａｘおよび第２
半導体層１１７ａｙの間に電流狭窄形成用層１０７ａを
挿入するように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
はなく、活性層１０３の下部に設置してもよい。また、
電流狭窄層を複数設置することもでき、この場合、電流
狭窄層の位置は自由に選ぶこともできる。

【００４４】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。

【００４５】続いて、工程（ｂ）について説明する。

【００４６】（ｂ）半導体堆積層１１７ａ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、図５に示すように、所定のパターンのレジスト層
５００を形成する。ついで、このレジスト層５００をマ
スクとして、たとえば塩素系ガスを用いたドライエッチ
ング法等を用いてエッチングを行うことにより、最上層
である反射率調整層１０４ａにおいてレジスト層５００
が形成されていない部分を、ブラッグ反射条件を満たす
膜厚に形成する。図６においては、反射率調整層１０４
ａにおいてレジスト層５００が形成されていない部分が
共振器１２０内に形成される定在波の波長λの１／４の
膜厚になるまでエッチングした場合を示す。これによ
り、図６に示すように、反射率調整層１０４ａの中央部
に凹部１０４ｂが形成され、λ／２の膜厚を有する反射
率調整層１０４ａがλ／４の厚さ分エッチングされたこ
とにより、凹部１０４ｂはλ／４の深さを有する。

【００４７】続いて、工程（ｃ）について説明する。

【００４８】まず、前述した工程により形成された凹部
１０４ｂ上にレジスト層５０１を形成した後、レジスト
層５００，５０１をマスクとして、たとえば塩素系ガス
を用いたドライエッチング法等を用いてエッチングを行
うことにより、少なくとも電流狭窄形成用層１０７ａが
露出するまでエッチングし、図７に示すように、柱状の
薄膜堆積体である柱状部１１０を設ける。本実施の形態
においては、半導体層を含む薄膜堆積体から柱状部１１
０を形成する場合を示したが、上部ミラー１１７または
下部ミラー１０２を例えば誘電体材料から形成すること
により、半導体以外の材料からなる薄膜堆積体から柱状
部１１０を形成することもできる。

【００４９】また、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
側から活性層１０３ａにかけての部分が、レーザ光出射
側からから見て直径１０〜３０μｍの円形状にエッチン
グされて、反射率調整層１０４を含む上部ミラー１１
７、電流狭窄形成用層１０７、および活性層１０３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。

【００５０】ついで、レジスト層５００，５０１を除去
した後、ｐ型ＡｌＡｓ層からなる電流狭窄形成用層１０
７を、４００℃程度の水蒸気雰囲気下にさらす。この工
程により、ＡｌＡｓ層が周縁部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が周縁部から酸化され
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１０７ｂ（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
０２の上面に、シリコン酸化膜（ＳｉＯｘ膜）からなる
絶縁層（図示せず）を形成する。絶縁層の種類はシリコ
ン酸化膜に限定されるものではなく、窒化シリコン膜
（ＳｉＮｘ膜）などの他の絶縁膜を用いてもよい。ある
いは、ポリイミド等の樹脂材料を用いた埋め込み構造を
用いてもよい。続いて、上部ミラー１１７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。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して上部電極１１３を
形成し、さらに、半導体基板１０１の裏面（半導体基板
１０１において共振器１２０を形成する面と反対側の
面）に、真空蒸着法により、金とゲルマニウムとの合金
からなる下部電極１１５を形成する。最後に、上記工程
により得られた構造体を３５０℃で加熱処理し、上部電
極１１３と共振器１２０と下部電極１１５とをオーミッ
ク接触させる。以上の工程により、図１に示すように、
柱状部１１０の中央部に形成された第１ミラー部１１４
と、第１ミラー部１１４の外周に形成された第２ミラー
部１０８とを含む上部ミラー１１７が形成される。以上
のプロセスを経て、図１に示される面発光レーザ１００
が得られる。

【００５２】（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Ａ−Ａ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４は、図１に示される上部ミラー１１７
を構成する第２ミラー部１０８部分の拡大断面図であ
る。

【００５３】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上に形成され、共振
器１２０は下部ミラー１０２、活性層１０３、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１
１０の上面には、金と亜鉛との合金からなる上部電極１
１３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。

【００５４】上部ミラー１１７は、第１ミラー部１１４
および第２ミラー部１０８を含み構成される。第１ミラ
ー部１１４は柱状部１１０の中央部に形成され、第２ミ
ラー部１０８は第１ミラー部１１４の外周に形成され、
第１ミラー部１１４は第２ミラー部１０８よりも反射率
が大きい。第１ミラー部１１４および第２ミラー部１０
８は、前述の製造プロセスにより、半導体堆積層１１７
ａから形成されたものであり、いずれも、第１半導体層
１１７ｘおよび第２半導体層１１７ｙの２種の薄膜が２
５ペア交互に積層されて形成されている。これにより、
第１ミラー部１１４および第２ミラー部１０８は、屈折
率が異なる２種類の反射鏡（第１半導体層１１７ｘおよ
び第２半導体層１１７ｙ）が定在波の波長λの１／４の
厚さで積層された、いわゆるブラッグ反射鏡となり、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。図４は第２ミラー部１０８の断面を示したもの
であり、第１ミラー部１１４は、第２ミラー部１０８の
うち最上層である反射率調整層１０４の膜厚が共振器１
２０に形成される定在波の波長λの１／４に形成されて
いる部分（凹部１０４ｂ）を含む点を除いて、第２ミラ
ー部１０８とほぼ同様の層構造を有する。

【００５５】第１ミラー部１１４および第２ミラー部１
０８を構成する第１半導体層１１７ｘおよび第２半導体
層１１７ｙはそれぞれ、前述した半導体堆積層１１７ａ
における第１半導体層１１７ａｘおよび第２半導体層１
１７ａｙに相当する。したがって、第１半導体層１１７
ｘおよび第２半導体層１１７ｙはそれぞれ第１半導体層
１１７ａｘおよび第２半導体層１１７ａｙと同様に、ブ
ラッグ反射条件を満たす膜厚を有し、かつ第１半導体層
１１７ｘは第２半導体層１１７ｙよりも屈折率が大き
い。具体的には、図４に示すように、第１半導体層１１
７ｘおよび第２半導体層１１７ｙはいずれも共振器１２
０に形成される定在波の波長λの１／４の膜厚を有し、
それぞれｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓおよびｐ型Ａｌ_0.9Ｇ
ａ_0.1Ａｓからなる。

【００５６】また、上部ミラー１１７には、第１ミラー
部１１４から第２ミラー部１０８にかけて連続する反射
率調整層１０４が形成されている。反射率調整層１０４
は、反ブラッグ反射条件を満たす膜厚を有し、その上面
の中央部に、ブラッグ反射条件を満たす深さを有する凹
部１０４ｂが形成されている。前述したように、反射率
調整層１０４は共振器１２０に形成される定在波の波長
λの１／２の膜厚を有し、凹部１０４ｂにおいては前記
波長λの１／４の膜厚を有する。また、反射率調整層１
０４は、前述したように、上部ミラー１１７を構成する
複数の第１半導体層１１７ｘおよび第２半導体層１１７
ｙのうち少なくとも１層が置換されて形成されたもので
ある。図１に示される面発光レーザ１００においては、
上部ミラー１１７の最上層に形成された第１半導体層１
１７ｘの膜厚を前記波長λの１／２の膜厚にすることに
より、反射率調整層１０４を形成した場合を示してい
る。

【００５７】第１ミラー部１１４は、反射率調整層１０
４を構成する凹部１０４ｂを含む。すなわち、第１ミラ
ー部１１４は、反射率調整層１０４のうち膜厚がλ／４
である部分を含む。一方、第２ミラー部１０８は反射率
調整層１０４のうち凹部１０４ｂを除く部分、すなわち
反射率調整層１０４のうち膜厚がλ／２である部分を含
む。前述したように、第１ミラー部１１４および第２ミ
ラー部１０８において反射率調整層１０４を除く部分は
ほぼ同様の層構造を有することから、第１ミラー部１１
４の膜厚は、第２ミラー部１０８の膜厚よりもλ／４小
さい。

【００５８】さらに、第２ミラー部１０８には電流狭窄
層１１１が形成されている。電流狭窄層１１１の内径
は、反射率調整層１０４に形成された凹部１０４ｂの径
よりも大きくなるよう形成されているのが望ましい。ま
た、電流狭窄層１１１の中心と凹部１０４ｂの中心との
距離は１ミクロン以内であることが望ましく、電流狭窄
層１１１の中心と凹部１０４ｂの中心が一致しているこ
とがより望ましい。

【００５９】（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。

【００６０】上部ミラー１１７、活性層１０３、および
下部ミラー１０２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１０３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１０２との間を往
復する際に誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。
光利得が光損失を上まわると、レーザ発振が起こり、上
部電極１１３の開口部１１６から半導体基板１０１に対
して垂直方向にレーザ光が出射される。

【００６１】（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。

【００６２】（１）まず、第１ミラー部１１４の最上層
に形成された反射率調整層１０４の凹部１０４ｂの膜厚
ｔ（図１７参照）を種々変えて、前述したプロセスによ
って図１に示す面発光レーザ１００と同様の面発光レー
ザを製造した場合における、得られた面発光レーザの反
射率調整層１０４の凹部１０４ｂの膜厚ｔと、第１ミラ
ー部１１４の反射率（％）との関係を図１８に示す。図
１８は、前述したプロセスによって、所定の膜厚を有す
る反射率調整層１０４を、エッチングによって凹部１０
４ｂの膜厚ｔが前記波長λの０〜３／４になるように形
成した場合を示している。なお、ここでは、波長λを８
００ｎｍとして、第１半導体層１１７ｘ、第２半導体層
１１７ｙ、および反射率調整層１０４等を形成した場合
の結果を示す。

【００６３】図１８を参照すると、反射率調整層１０４
の凹部１０４ｂの膜厚ｔが前記波長λの１／４である場
合に反射率が最も大きくなる。一方、前記膜厚ｔが前記
波長λの１／２である場合に反射率が最も小さくなる。
ここで、前記膜厚ｔ＝λ／４およびλ／２となる付近に
おける反射率の変化を比較すると、前記膜厚ｔ＝λ／４
となる付近においては、前記膜厚ｔの値が変化しても反
射率はさほど変化しないのに対し、前記膜厚ｔ＝λ／２
付近においては、凹部１０４ｂの膜厚ｔの値が変化する
と反射率は大きく変化することがわかった。したがっ
て、凹部１０４ｂの膜厚ｔをλ／２に形成するほうが、
凹部１０４ｂの膜厚ｔを前記波長λ／４に形成するのに
比べて、エッチングの際の制御が困難であることがわか
る。すなわち、凹部１０４ｂの膜厚ｔをブラッグの反射
条件（（２ｎ−１）λ／４）を満たす厚さに形成するほ
うが、凹部１０４ｂの膜厚ｔを反ブラッグの反射条件
（ｎλ／２）を満たす厚さに形成するよりも、エッチン
グの際における制御が容易であるといえる。

【００６４】本実施の形態における面発光レーザの製造
プロセスにおいては、図６に示すように、膜厚がλ／２
である反射率調整層１０４ａをエッチングすることによ
り、反射率調整層１０４の上面に、λ／４の膜厚を有す
る凹部１４０ｂが形成される。したがって、エッチング
の際における制御が容易であるため、製造の際のマージ
ンを大きくすることができる。このため、かかる製造プ
ロセスにより得られた面発光レーザの製造コストを低減
することができ、その結果、より廉価な面発光レーザを
得ることができる。

【００６５】（２）本実施の形態にかかる面発光レーザ
１００において、第１ミラー部１１４は、λ／４の膜厚
を有する凹部１０４ｂを含む。一方、第２ミラー部１０
８は、反射率調整層１０４においてλ／２の膜厚を有す
る部分を含む。図１８に示すように、反射率調整層１０
４の膜厚がλ／４であるほうが、当該膜厚がλ／２であ
るよりも反射率が大きくなる。したがって、反射率調整
層１０４においてλ／４の膜厚を有する部分を含む第１
ミラー部１１４は、反射率調整層１０４においてλ／２
の膜厚を有する部分を含む第２ミラー部１０８よりも反
射率が大きい。

【００６６】面発光レーザにおいては、一般に、反射層
の反射率が小さくなるほどレーザ発振が起こりにくくな
ることが知られている。したがって、第２ミラー部１０
８の領域は第１ミラー部１１４の領域よりも反射率が小
さいため、レーザ発振が起こりにくい。

【００６７】ところで、一般に、電流狭窄層を備える面
発光レーザでは、レーザ発振時において共振器内の光
は、電流狭窄層の内径ｄ₂（図１参照）内に存在してい
る。そして、レーザの最大強度を大きくするためには、
電流狭窄層の内径ｄ₂を大きくすることが有効である
が、電流狭窄層の内径ｄ₂を大きくするとマルチ横モー
ドでの発振が起こりやすくなることが知られている。共
振器内における各横モードの光強度分布を比較すると、
シングル横モード発振する光の光強度分布は単峰形状を
有するのに対し、マルチ横モードで発振する光の光強度
分布は複数のピークを有する。このことから、シングル
横モード発振する光は電流狭窄層の内径ｄ₂の中心付近
に集中するのに対し、マルチ横モードで発振する光のほ
とんどが電流狭窄層の内径ｄ₂の外周寄りに存在する。

【００６８】本実施の形態にかかる面発光レーザ１００
のように、第１ミラー部１１４の径ｄ₁を電流狭窄層１
０７ｂの径ｄ₂より小さくすれば、シングル横モードで
発振する光の大部分を第１ミラー部１１４内に収めるこ
とができ、かつ、マルチ横モードで発振する光の大部分
を第２ミラー部１０８の領域で発振させることができ
る。

【００６９】先に述べたように、第２ミラー部１０８の
領域では反射率が低くレ−ザ発振が起こりにくいため、
第２ミラー部１０８に多く存在するマルチ横モードで発
振する光の発振は抑制されることになる。

【００７０】このため、本実施の形態にかかる面発光レ
ーザ１００においては、マルチ横モードのレーザ発振を
抑制することができるので、電流狭窄層の内径ｄ₂を大
きくすることによって高出力化を図る場合でもシングル
横モードのレーザ発振だけを得ることができる。

【００７１】（第２の実施の形態） （デバイスの構造）図９は、本発明の第２の実施の形態
にかかる面発光レーザ２００を模式的に示す断面図であ
る。

【００７２】第２の実施の形態にかかる面発光レーザ２
００は、反射率調整層２０４が上部ミラー２１７の最上
層から３番目に形成されていることを除き、第１の実施
の形態にかかる面発光レーザ１００とほぼ同様の構成を
有する。

【００７３】本実施の形態にかかる面発光レーザ２００
においては、反射率調整層２０４上に、１組の第１半導
体層１１７ｘおよび第２半導体層１１７ｙが１ペア交互
に積層されて、上部ミラー２１７が形成される。すなわ
ち、反射率調整層２０４は最上層から３層目に形成され
る第１半導体層１１７ｘの膜厚を、共振器２２０内に存
在する定在波の波長λの１／２にすることにより形成さ
れたものである。

【００７４】（デバイスの製造プロセス）第２の実施の
形態にかかる面発光レーザ２００の製造方法は、第１の
実施の形態にかかる面発光レーザ１００の製造方法と基
本的には同じである。具体的には、図４に示す面発光レ
ーザ１００の製造工程において、２５ペアの第１半導体
層１１７ｘおよび第２半導体層１１７ｙの最上層を反射
率調整層１０４ａに置き換えて形成するかわりに、２６
ペアの第１半導体層１１７ｘおよび第２半導体層１１７
ｙからなる半導体堆積層（図示せず）を形成する際に、
最上層から３層目の第１半導体層１１７ｘを前記波長λ
の１／２の膜厚を有する反射率調整層２０４に置き換え
て形成し、続いて図６に示す面発光レーザ１００の製造
工程において、上部ミラー２１７の上面から反射率調整
層２０４の途中までエッチングする。以上により、前記
波長λの１／４の膜厚を有する凹部２０４ａを、反射率
調整層２０４に形成する。ここで、反射率調整層２０４
上には１ペアの第１半導体層１１７ｘおよび第２半導体
層１１７ｙが形成されていることから、反射率調整層２
０４に凹部２０４ａを形成することにより、第１ミラー
部２１４と第２ミラー部２０８との膜厚の差は３λ／４
となる。この後の工程は、第１の実施の形態にかかる面
発光レーザ１００とほぼ同様である。よって、説明は省
略する。

【００７５】（デバイスの動作、作用および効果）第２
の形態にかかる面発光レーザ２００の動作は、第１の実
施の形態にかかる面発光レーザ１００の動作と同様であ
る。よって、その説明を省略する。

【００７６】また、第２の実施の形態にかかる面発光レ
ーザ２００の作用および効果は、第１の実施の形態にか
かる面発光レーザ１００の作用および効果とほぼ同様で
あり、さらに、以下の効果を有する。

【００７７】第２の実施の形態にかかる面発光レーザ２
００においては、第１の実施の形態にかかる面発光レー
ザ１００と比較して、反射率調整層２０４がより活性層
１０３に近い側に形成されているため、反射率調整層２
０４が活性層１０３に与える効果をより大きいものとす
ることができる。すなわち、反射率調整層２０４によっ
て第１ミラー部２１４と第２ミラー部２０８との間の反
射率の差をより大きくすることができるため、マルチ横
モードで発振するレーザ光の発振を抑制することがで
き、シングル横モードで発振するレーザ光をより多く得
ることができる。

【００７８】（第３の実施の形態） （デバイスの構造）図１０は、本発明の第３の実施の形
態にかかる面発光レーザ３００を模式的に示す断面図で
ある。

【００７９】第３の実施の形態にかかる面発光レーザ３
００は、第１の実施の形態にかかる面発光レーザ１００
とほぼ同様の構成を有するが、上部ミラー３１７を構成
する第２ミラー部３０８が誘電体層１０６を含む点で面
発光レーザ１００と異なる。誘電体層１０６は反射層で
あり、第２ミラー部３０８の一部を構成する。すなわ
ち、本実施の形態においては、２５ペアの第１半導体層
１１７ｘおよび第２半導体層１１７ｙと、１ペアの誘電
体層１０６とから第２ミラー部３０８が構成されてい
る。

【００８０】第２ミラー部３０８において、誘電体層１
０６は反射率調整層１０４上に形成され、かつ、屈折率
が異なる２種の層から構成される。図１０においては、
誘電体層１０６は第１誘電体層１０６ａおよび第２誘電
体層１０６ｂからなり、第２誘電体層１０６ｂは第１誘
電体層１０６ａよりも屈折率が高い。

【００８１】本実施の形態においては、第１誘電体層１
０６ａとして酸化シリコンを、第２誘電体層１０６ｂと
して酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）を用いた場合を示す。あ
るいは、第１誘電体層１０６ａは、たとえばフッ化マグ
ネシウム、フッ化バリウム、フッ化カルシウム、フッ化
リチウム、およびフッ化ナトリウム等を用いて形成する
ことができる。また、第２誘電体層１０６ｂは、酸化チ
タン、酸化ジルコニウム、アモルファスシリコン、硫化
亜鉛、および酸化セリウム等を用いて形成することがで
きる。なお、本実施の形態においては、１ペアの誘電体
層１０６を用いた場合を示したが、誘電体層１０６を複
数積層することもできる。

【００８２】（デバイスの製造プロセス）次に、本実施
の形態にかかる面発光レーザ３００の製造方法の工程に
ついて説明する。図１１〜１３は、本実施の形態にかか
る面発光レーザ３００の製造方法の工程を模式的に示す
断面図である。

【００８３】第３の実施の形態にかかる面発光レーザ３
００の製造方法は、半導体堆積層１１７ａの上面に誘電
体層１０６を積層する点以外は、第１の実施の形態にか
かる面発光レーザ１００の製造方法と基本的には同じで
ある。具体的には、図４に示す第１の実施の形態にかか
る面発光レーザ１００の製造工程において、半導体堆積
層１１７ａの上面に誘電体層１０６（第１誘電体層１０
６ａおよび第２誘電体層１０６ｂ）を積層する（図１１
参照）。ついで、図１２に示すように、レジスト層５０
３を形成した後、フッ素系ガスを用いたドライエッチン
グ法などにより、誘電体層１０６をエッチングする。続
いて、図１３に示すように、誘電体層１０６の上面から
反射率調整層１０４ａの途中までエッチングすることに
より、前記波長λの１／４の膜厚を有する凹部１０４ｂ
を反射率調整層１０４ａに形成する。この後の工程は、
第１の実施の形態にかかる面発光レーザ１００とほぼ同
様である。よって、説明は省略する。

【００８４】（デバイスの動作、作用および効果）第３
の形態にかかる面発光レーザ３００の動作は、第１の実
施の形態にかかる面発光レーザ１００の動作と同様であ
る。よって、その説明を省略する。

【００８５】また、第３の実施の形態にかかる面発光レ
ーザ３００の作用および効果は、第１の実施の形態にか
かる面発光レーザ１００の作用および効果とほぼ同様で
あり、さらに、以下の効果を有する。

【００８６】第３の実施の形態にかかる面発光レーザ３
００においては、第２ミラー部３０８が誘電体層１０６
を含むことにより、第１ミラー部３１４と第２ミラー部
３０８との間のとの間の反射率の差をより大きくするこ
とができるため、マルチ横モードで発振するレーザ光の
発振を抑制することができ、シングル横モードで発振す
るレーザ光をより多く得ることができる。

【００８７】（第４の実施の形態） （デバイスの構造）図１４は、本発明の第４の実施の形
態にかかる面発光レーザ４００を模式的に示す断面図で
ある。

【００８８】第４の実施の形態にかかる面発光レーザ４
００は、第３の実施の形態にかかる面発光レーザ３００
とほぼ同様の構成を有する。特に、本実施の形態にかか
る面発光レーザ４００は、上部ミラー４１７を構成する
第２ミラー部４０８が誘電体層２０６を含む点において
第３の実施の形態にかかる面発光レーザ３００と同様で
あるが、さらに第１ミラー部４１４も第２ミラー部４０
８と同様に誘電体層２０６を含む点において、第３の実
施の形態にかかる面発光レーザ３００と異なる。すなわ
ち、本実施の形態においては、第１ミラー部４１４およ
び第２ミラー部４０８が、２３ペアの第１半導体層１１
７ｘおよび第２半導体層１１７ｙと１ペアの誘電体層２
０６とから構成されている。

【００８９】誘電体層２０６は、第３の実施形態と同様
に、屈折率が異なる２種の層（第１誘電体層２０６ａお
よび第２誘電体層２０６ｂ）から構成される２０６から
構成される。本実施の形態においては、第１誘電体層２
０６ａおよび第２誘電体層２０６ｂには、それぞれ、第
３の実施形態における絶縁体層１０６を構成する第１誘
電体層１０６ａおよび第２誘電体層１０６ｂと同様の材
料を用いた場合を示す。また、本実施の形態において
は、１ペアの誘電体層２０６を用いた場合を示したが、
上部ミラー４１７の上面に誘電体層２０６を複数積層す
ることもできる。

【００９０】（デバイスの製造プロセス）次に、本実施
の形態にかかる面発光レーザ４００の製造方法の工程に
ついて説明する。図１５，１６は、本実施の形態にかか
る面発光レーザ４００の製造方法の工程を模式的に示す
断面図である。

【００９１】第４の実施の形態にかかる面発光レーザ４
００の製造方法は、第１の実施の形態にかかる面発光レ
ーザ１００の製造方法と基本的には同じであり、面発光
レーザ１００と同様の構造に対してさらに誘電体層２０
６を付加したものである。具体的には、図４〜８に示す
工程によって得られ、２３ペアの第１半導体層１１７ｘ
および第２半導体層１１７ｙを含む面発光レーザに対し
て、柱状部１１０の外周部および下部ミラー１０２上に
レジスト層５０４を形成する（図１５参照）。ついで、
例えばＥＢ蒸着あるいはイオンプレーディング法等を用
いて、上部ミラー１１７上面に１ペアの誘電体層２０６
（第１誘電体層２０６ａおよび第２誘電体層２０６ｂ）
を積層する（図１６参照）。ついで、リフトオフ法を用
いてレジスト層５０４を除去する。以上の工程により、
第４の実施の形態にかかる面発光レーザ４００が得られ
る。

【００９２】（デバイスの動作、作用および効果）第４
の形態にかかる面発光レーザ４００の動作は、第１の実
施の形態にかかる面発光レーザ１００の動作と同様であ
る。よって、その説明を省略する。

【００９３】また、第４の実施の形態にかかる面発光レ
ーザ４００の作用および効果は、第３の実施の形態にか
かる面発光レーザ３００の作用および効果とほぼ同様で
あり、さらに、以下の効果を有する。

【００９４】第４の実施の形態にかかる面発光レーザ４
００においては、第３の実施の形態にかかる面発光レー
ザ３００と同様、第２ミラー部４０８が誘電体層２０６
を含むうえに、第１ミラー部４１４にも誘電体層２０６
が形成されている。これにより、第１ミラー部４１４と
第２ミラー部４０８との間の屈折率の差がさらに大きく
なる。その結果、第１ミラー部４１４と第２ミラー部４
０８との間の反射率の差をさらに大きくすることができ
るため、マルチ横モードで発振するレーザ光の発振を抑
制することができ、シングル横モードで発振するレーザ
光をさらに多く得ることができる。

【００９５】また、第１ミラー部４１４および第２ミラ
ー部１０８に誘電体層２０６が形成されているため、積
層する第１半導体層１１７ｘ，第２半導体層１１７ｙの
層数を少なくしても、レーザ光を十分に発振させること
ができる。

【００９６】さらに、第４の実施の形態にかかる面発光
レーザ４００を、リフトオフ法を用いて形成することが
できるため、誘電体層２０６を容易に形成することがで
きる。

【００９７】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、Ｇａ−Ｉｎ−Ａｓ系、Ｇａ−Ｉｎ−Ｎ系、
Ａｌ−Ｇａ−Ｉｎ−Ｐ系、Ｇａ−Ｉｎ−Ｎ−Ａｓ系、Ａ
ｌ−Ｇａ−Ｉｎ−Ａｓ系、Ｇａ−Ｉｎ−Ａｓ−Ｐ系等の
半導体材料を用いることも可能である。

【００９８】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。

【００９９】（実験例）面発光レーザの第１ミラー部、
第２ミラー部の反射率を直接評価することは困難である
ため、前述した第１〜第４の実施の形態にかかる面発光
レーザ１００，２００，３００，４００それぞれの上部
ミラーの第１ミラー部および第２ミラー部と同様の積層
構造についてシミュレーションにより反射率の計算を行
なった。各構造は波長８００ｎｍで設計し、波長８００
ｎｍにおける反射率を評価した。各実施の形態それぞれ
における第１ミラー部の反射率Ｒ₁（％）、第２ミラー
部の反射率Ｒ₂（％）、および第１ミラー部と第２ミラ
ー部との反射率の差ΔＲ（％）を表１に示す。

【０１００】

【表１】

【図面の簡単な説明】

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

【図４】図１に示される面発光型半導体レーザにおい
て、上部ミラーを構成する第２ミラー部の拡大断面図で
ある。

【図５】本発明の第１の実施の形態にかかる面発光型半
導体レーザの製造方法の第２の工程を模式的に示す断面
図である。

【図６】本発明の第１の実施の形態にかかる面発光型半
導体レーザの製造方法の第３の工程を模式的に示す断面
図である。

【図７】本発明の第１の実施の形態にかかる面発光型半
導体レーザの製造方法の第４の工程を模式的に示す断面
図である。

【図８】本発明の第１の実施の形態にかかる面発光型半
導体レーザの製造方法の第５の工程を模式的に示す断面
図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態にかかる面発光型半
導体レーザの断面を模式的に示す図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態にかかる面発光型
半導体レーザの断面を模式的に示す図である。

【図１１】本発明の第３の実施の形態にかかる面発光型
半導体レーザの製造方法の第１の工程を模式的に示す断
面図である。

【図１２】本発明の第３の実施の形態にかかる面発光型
半導体レーザの製造方法の第２の工程を模式的に示す断
面図である。

【図１３】本発明の第３の実施の形態にかかる面発光型
半導体レーザの製造方法の第３の工程を模式的に示す断
面図である。

【図１４】本発明の第４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１５】本発明の第４の実施の形態にかかる面発光型
半導体レーザの製造方法の第１の工程を模式的に示す断
面図である。

【図１６】本発明の第４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１７】図１に示す面発光型半導体レーザと同様のプ
ロセスにて製造され、図１に示す面発光型半導体レーザ
とほぼ同様の構成を有する面発光型半導体レーザに形成
された第１ミラー部の断面構造を示す図である。

【図１８】図１に示す面発光型半導体レーザと同様の面
発光型半導体レーザを、前述したプロセスにより製造し
た場合における、製造された面発光型半導体レーザの反
射率調整層の凹部の膜厚と、第１ミラー部の反射率
（％）との関係を示す図である。

【符号の説明】

１００，２００，３００，４００ 面発光型半導体レー
ザ １０１ 半導体基板 １０２ 下部ミラー １０３，１０３ａ 活性層 １０４，１０４ａ，２０４，２０４ａ 反射率調整層 １０４ｂ，２０４ｂ 凹部 １０６，２０６ 誘電体層 １０６ａ，２０６ａ 第１誘電体層 １０６ｂ，２０６ｂ 第２誘電体層 １０７，１０７ａ 電流狭窄形成用層 １０７ｂ 電流流域層 １０８，２０８，３０８，４０８ 第２ミラー部 １０８ａｘ，１０８ｘ 第１半導体層 １０８ａｙ，１０８ｙ 第２半導体層 １１０，２１０，３１０，４１０ 柱状部 １１１ 電流狭窄層 １１３ 上部電極 １１４，２１４，３１４，４１４ 第１ミラー部 １１５ 下部電極 １１６，２１６，３１６，４１６ 開口部 １１７，２１７，３１７，４１７ 上部ミラー １１７ａ 半導体堆積層 １２０，２２０，３２０，４２０ 共振器 １５０ 堆積層 ５００，５０１，５０２，５０３，５０４ レジスト層

Claims (19)

【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薄膜堆積体を
   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、前記柱状の薄膜堆積体の中央部に形
   成される第１ミラー部と、該第１ミラー部の外周に形成
   される第２ミラー部と、反射率調整層とを含み、 前記反射率調整層は、前記第１ミラー部に含まれる部分
   がブラッグ反射条件を満たす膜厚を有し、前記第２ミラ
   ー部に含まれる部分が反ブラッグ反射条件を満たす膜厚
   を有し、 前記第１ミラー部は、前記第２ミラー部よりも反射率が
   大きい、面発光型半導体レーザ。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記薄膜堆積体が少なくとも半導体層を含む、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、 前記反射率調整層の上面に凹部が形成され、該凹部にお
   ける前記反射率調整層の膜厚がブラッグ反射条件を満た
   す、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、 前記反射率調整層は、前記第１ミラー部から前記第２ミ
   ラー部にかけて連続する、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、 前記反射率調整層は、前記第１ミラー部に含まれる部分
   が前記共振器内に形成される定在波の波長のほぼ１／４
   であり、前記第２ミラー部に含まれる部分が前記共振器
   内に形成される定在波の波長のほぼ１／２である、面発
   光型半導体レーザ。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかにおいて、 前記反射率調整層は、前記上部ミラーの最上層に形成さ
   れる、面発光型半導体レーザ。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかにおいて、 前記反射率調整層は、前記上部ミラーの中間に形成され
   る、面発光型半導体レーザ。
8. 【請求項８】 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薄膜堆積体を
   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、前記柱状の薄膜堆積体の中央部に形
   成される第１ミラー部と、該第１ミラー部の外周に形成
   される第２ミラー部とを含み、 前記第１ミラー部および前記第２ミラー部は、屈折率が
   異なる２種の薄膜が交互に積層されて形成され、該２種
   の薄膜は、それぞれブラッグ反射条件を満たす膜厚を有
   し、 前記第１ミラー部の膜厚は、前記第２ミラー部の膜厚と
   比較して、ブラッグ反射条件を満たす長さだけ小さく、 前記第２ミラー部は、前記２種の薄膜のうち少なくとも
   １層が、反ブラッグ反射条件を満たす膜厚を有する層に
   置き換えらえて形成されている、面発光型半導体レー
   ザ。
9. 【請求項９】 請求項８において、 前記薄膜堆積体が半導体層を含み、前記２種の薄膜が半
   導体層からなる、面発光型半導体レーザ。
10. 【請求項１０】 請求項８または９において、 前記ブラッグ反射条件を満たす膜厚を有する層の該膜厚
    が、前記共振器内に形成される定在波の波長のほぼ１／
    ４であり、 前記反ブラッグ反射条件を満たす膜厚を有する層の該膜
    厚が、前記共振器内に形成される定在波の波長のほぼ１
    ／２である、面発光型半導体レーザ。
11. 【請求項１１】 請求項１〜１０において、 前記第２ミラー部は電流狭窄層を含む、面発光型半導体
    レーザ。
12. 【請求項１２】 請求項１１において、 前記凹部の径は、前記電流狭窄層の内径より小さい、面
    発光型半導体レーザ。
13. 【請求項１３】 請求項１〜１２のいずれかにおいて、 前記上部ミラーは、屈折率が異なる２種の層から構成さ
    れる誘電体層を含む、面発光型半導体レーザ。
14. 【請求項１４】 請求項１３において、 前記誘電体層を構成する２種の層のうち、屈折率が低い
    方の層が、酸化シリコン、フッ化マグネシウム、フッ化
    バリウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、および
    フッ化ナトリウムから選択される材料から形成され、屈
    折率が高い方の層が、酸化タンタル、酸化チタン、酸化
    ジルコニウム、アモルファスシリコン、硫化亜鉛、およ
    び酸化セリウムから選択される材料から形成される、面
    発光型半導体レーザ。
15. 【請求項１５】 請求項１〜１４のいずれかにおいて、 前記第１ミラー部および前記第２ミラー部を構成する前
    記２種の薄膜は、アルミニウム、ガリウム、砒素、イン
    ジウム、リン、および窒素から選択される元素から構成
    された半導体材料からなる、面発光型半導体レーザ。
16. 【請求項１６】 以下の工程（ａ）〜（ｃ）を含む面発
    光型半導体レーザの製造方法。 （ａ）下部ミラーおよび活性層を前記半導体基板の表面
    に形成した後、それぞれがブラッグ反射条件を満たす膜
    厚を有し、かつ屈折率が異なる２種の薄膜を前記活性層
    上に交互に積層する際に、積層した前記薄膜のうち少な
    くとも１層を、反ブラッグ反射条件を満たす膜厚を有す
    る反射率調整層に置き換えて形成することにより、半導
    体堆積層を形成する工程、 （ｂ）前記半導体堆積層の表面から前記反射率調整層の
    途中まで該半導体堆積層をエッチングして、前記反射率
    調整層のうちブラッグ反射条件を満たす部分を含む第１
    ミラー部と、該第１ミラー部の外周に形成され、前記反
    射率調整層のうち反ブラッグ反射条件を満たす部分を含
    む第２ミラー部とを含む上部ミラーを形成する工程、お
    よび （ｃ）前記半導体堆積層の周縁部をエッチングして柱状
    の薄膜堆積体を形成する工程。
17. 【請求項１７】 請求項１６において、 前記工程（ａ）において、 前記薄膜堆積体が半導体層を含み、前記２種の薄膜が半
    導体層からなる、面発光型半導体レーザの製造方法。
18. 【請求項１８】 請求項１６または１７において、 前記工程（ａ）は、 前記半導体堆積層中に誘電体層を形成する工程を含む、
    面発光型半導体レーザの製造方法。
19. 【請求項１９】 請求項１６〜１８のいずれかにおい
    て、 前記工程（ｃ）に引き続いて、 前記上部ミラーの上面に誘電体層を形成する工程を含
    む、面発光型半導体レーザの製造方法。