JP2003069151A - 面発光型半導体レーザ素子 - Google Patents
面発光型半導体レーザ素子Info
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- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
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- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
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- Optics & Photonics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ｐ型基板上に形成された面発光型半導体レー
ザ素子であって、高い光出力域でも単一横モードで安定
的にレーザ光を出射する、酸化層狭窄型の面発光型半導
体レーザ素子を提供する。 【解決手段】 本面発光型半導体レーザ素子４０は、低
屈折率層と高屈折率層との複数個のペアからなるｎ型半
導体多層膜反射鏡５８、及びｎ型半導体多層膜反射鏡下
に設けられた活性層５４をメサポストとして備え、ｐ型
基板４２上に形成された酸化層狭窄型の素子である。本
素子では、ｎ型半導体多層膜反射鏡の表面層近傍の低屈
折率層に代えて、ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ層（Ｘ≧０．９
８）６２が設けられ、かつメサポストの外周部のＡｌX
Ｇａ1-X Ａｓ層が、選択的に酸化されてＡｌ酸化層６４
に転化し、メサポスト中央にアパーチャー（以下、第１
のアパーチャーと言う）を形成して残留するＡｌX Ｇａ
1-X Ａｓ層を取り囲んで光閉じ込め層を構成している。
ザ素子であって、高い光出力域でも単一横モードで安定
的にレーザ光を出射する、酸化層狭窄型の面発光型半導
体レーザ素子を提供する。 【解決手段】 本面発光型半導体レーザ素子４０は、低
屈折率層と高屈折率層との複数個のペアからなるｎ型半
導体多層膜反射鏡５８、及びｎ型半導体多層膜反射鏡下
に設けられた活性層５４をメサポストとして備え、ｐ型
基板４２上に形成された酸化層狭窄型の素子である。本
素子では、ｎ型半導体多層膜反射鏡の表面層近傍の低屈
折率層に代えて、ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ層（Ｘ≧０．９
８）６２が設けられ、かつメサポストの外周部のＡｌX
Ｇａ1-X Ａｓ層が、選択的に酸化されてＡｌ酸化層６４
に転化し、メサポスト中央にアパーチャー（以下、第１
のアパーチャーと言う）を形成して残留するＡｌX Ｇａ
1-X Ａｓ層を取り囲んで光閉じ込め層を構成している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化層狭窄型の面
発光型半導体レーザ素子に関し、横モード単一性の良好
な、酸化層狭窄型の面発光型半導体レーザ素子に関する
ものである。
発光型半導体レーザ素子に関し、横モード単一性の良好
な、酸化層狭窄型の面発光型半導体レーザ素子に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】面発光半導体レーザ素子は、基板面に対
して直交方向にレーザ光を出射する半導体レーザ素子で
あって、同一基板上に２次元的に多数のレーザ素子を集
積できる特長を備えていて、光インターコネクションや
光コンピューティングなどの光の並列性を生かした並列
光情報処理、或いは大容量並列光伝送などへの適用に適
している。そして、近年、ＧａＡｓ基板上に形成された
相互にＡｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ等
のペアからなる一対の半導体多層膜反射鏡と、その一対
の半導体多層膜反射鏡の間に設けられ、発光領域となる
ＧａＡｓ活性層とを有する、ＧａＡｓ系面発光半導体レ
ーザ素子が、データ通信分野で使用する光通信装置の光
源として、特に注目されている。
して直交方向にレーザ光を出射する半導体レーザ素子で
あって、同一基板上に２次元的に多数のレーザ素子を集
積できる特長を備えていて、光インターコネクションや
光コンピューティングなどの光の並列性を生かした並列
光情報処理、或いは大容量並列光伝送などへの適用に適
している。そして、近年、ＧａＡｓ基板上に形成された
相互にＡｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ等
のペアからなる一対の半導体多層膜反射鏡と、その一対
の半導体多層膜反射鏡の間に設けられ、発光領域となる
ＧａＡｓ活性層とを有する、ＧａＡｓ系面発光半導体レ
ーザ素子が、データ通信分野で使用する光通信装置の光
源として、特に注目されている。
【０００３】ここで、図５を参照して、ｐ型ＧａＡｓ基
板上に形成された従来の面発光型半導体レーザ素子の構
成を説明する。図５はｐ型ＧａＡｓ基板上に形成された
従来の面発光型半導体レーザ素子の構成を示す断面図で
ある。従来の面発光型半導体レーザ素子１０は、図４に
示すように、ｐ型ＧａＡｓ基板１２上に、ｐ型ＡｌyＧ
ａ1-yＡｓ／ＡｌzＧａ1-zＡｓ（ｙ＞ｚ、ｙ≦０．９
５）の２０〜３０ペアの多層膜からなる下部反射鏡（下
部ＤＢＲ）１４、ＡｌＡｓ１６及びＡｌＡｓ層１６の外
周部を酸化して形成したＡｌＯx電流狭窄層１８の電流
狭窄構造、ｐ型クラッド層２０、活性層２２、ｎ型クラ
ッド層２４、及びｎ型ＡｌyＧａ1-yＡｓ／ＡｌzＧａ1-z
Ａｓ（ｙ＞ｚ、ｙ≦０．９５）の２０〜３０ペアの多層
膜からなる上部反射鏡（上部ＤＢＲ）２６の積層構造を
有する。
板上に形成された従来の面発光型半導体レーザ素子の構
成を説明する。図５はｐ型ＧａＡｓ基板上に形成された
従来の面発光型半導体レーザ素子の構成を示す断面図で
ある。従来の面発光型半導体レーザ素子１０は、図４に
示すように、ｐ型ＧａＡｓ基板１２上に、ｐ型ＡｌyＧ
ａ1-yＡｓ／ＡｌzＧａ1-zＡｓ（ｙ＞ｚ、ｙ≦０．９
５）の２０〜３０ペアの多層膜からなる下部反射鏡（下
部ＤＢＲ）１４、ＡｌＡｓ１６及びＡｌＡｓ層１６の外
周部を酸化して形成したＡｌＯx電流狭窄層１８の電流
狭窄構造、ｐ型クラッド層２０、活性層２２、ｎ型クラ
ッド層２４、及びｎ型ＡｌyＧａ1-yＡｓ／ＡｌzＧａ1-z
Ａｓ（ｙ＞ｚ、ｙ≦０．９５）の２０〜３０ペアの多層
膜からなる上部反射鏡（上部ＤＢＲ）２６の積層構造を
有する。
【０００４】積層構造のうち、上部反射鏡２６、ｎ型ク
ラッド層２４、活性層２２、ｐ型クラッド層２０、Ａｌ
Ａｓ層１６及びＡｌＯx電流狭窄層１８の電流狭窄構
造、及び下部反射鏡１４の上部は、エアポスト構造とし
て形成されている。ＡｌＯx電流狭窄層１８は、エアポ
スト構造の側壁に沿うＡｌＡｓ層１６中のＡｌを選択的
に酸化することにより形成されている。ＡｌＡｓ層１６
の中央領域は、酸化されることなく、そのままＡｌＡｓ
層として存在し、電流注入経路を構成している。また、
上部反射鏡２６上にはリング状のｎ側電極２８が、ｐ型
ＧａＡｓ基板１２の裏面には、ｎ側電極３０が設けてあ
る。
ラッド層２４、活性層２２、ｐ型クラッド層２０、Ａｌ
Ａｓ層１６及びＡｌＯx電流狭窄層１８の電流狭窄構
造、及び下部反射鏡１４の上部は、エアポスト構造とし
て形成されている。ＡｌＯx電流狭窄層１８は、エアポ
スト構造の側壁に沿うＡｌＡｓ層１６中のＡｌを選択的
に酸化することにより形成されている。ＡｌＡｓ層１６
の中央領域は、酸化されることなく、そのままＡｌＡｓ
層として存在し、電流注入経路を構成している。また、
上部反射鏡２６上にはリング状のｎ側電極２８が、ｐ型
ＧａＡｓ基板１２の裏面には、ｎ側電極３０が設けてあ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の面発
光型半導体レーザ素子１０を光源として使用する際に
は、横モードを安定させ、基本モードだけで動作させる
ことが必要である。つまり、横モードの単一化が要求さ
れる。酸化層狭窄型で横モードを単一化するためには、
ＡｌＯx電流狭窄層１８で囲まれた活性領域（電流注入
領域）１６の直径を１０μｍ以下にすることが必要であ
る。しかし、活性領域の直径を１０μｍ以下にすると、
横モードの単一性が向上し、しきい値電流は低下するも
のの、活性領域縮小による電気抵抗の上昇、酸化層の熱
伝導率が低いことによる熱抵抗の上昇により、動作電圧
の上昇や温度特性が悪化するという問題があった。
光型半導体レーザ素子１０を光源として使用する際に
は、横モードを安定させ、基本モードだけで動作させる
ことが必要である。つまり、横モードの単一化が要求さ
れる。酸化層狭窄型で横モードを単一化するためには、
ＡｌＯx電流狭窄層１８で囲まれた活性領域（電流注入
領域）１６の直径を１０μｍ以下にすることが必要であ
る。しかし、活性領域の直径を１０μｍ以下にすると、
横モードの単一性が向上し、しきい値電流は低下するも
のの、活性領域縮小による電気抵抗の上昇、酸化層の熱
伝導率が低いことによる熱抵抗の上昇により、動作電圧
の上昇や温度特性が悪化するという問題があった。
【０００６】そこで、ＡｌＯx電流狭窄層で囲まれた活
性領域の直径を１０μｍ以下にする代わりに、ｎ側電極
のアパーチャー径を小さくすることにより横モードを安
定化する提案、誘電体アパーチャーにより横モードを安
定化する提案等がなされている。しかし、上述の提案で
は、フォトリソグラフィ処理及びエッチング加工によ
り、これらの電極や誘電体のアパーチャーを形成してい
るので、活性領域の中心とこれらのアパーチャーの中心
にサブミクロンオーダー以上のずれが生じる。このため
に、実際には、横モードを安定化させることが難しい。
性領域の直径を１０μｍ以下にする代わりに、ｎ側電極
のアパーチャー径を小さくすることにより横モードを安
定化する提案、誘電体アパーチャーにより横モードを安
定化する提案等がなされている。しかし、上述の提案で
は、フォトリソグラフィ処理及びエッチング加工によ
り、これらの電極や誘電体のアパーチャーを形成してい
るので、活性領域の中心とこれらのアパーチャーの中心
にサブミクロンオーダー以上のずれが生じる。このため
に、実際には、横モードを安定化させることが難しい。
【０００７】また、他の方法として、クラッド層を厚く
して、横モードを単一化する方法が報告（E.J.Ebeling
et al.,"High Performance VCSELs for Optical Data L
inks",OECC 2000,pp.518-519,2000）されている。しか
し、単一横モードが得られるのは、注入電流がたかだか
９ｍＡ程度までであって、この方法は、低光出力域での
み有効である。
して、横モードを単一化する方法が報告（E.J.Ebeling
et al.,"High Performance VCSELs for Optical Data L
inks",OECC 2000,pp.518-519,2000）されている。しか
し、単一横モードが得られるのは、注入電流がたかだか
９ｍＡ程度までであって、この方法は、低光出力域での
み有効である。
【０００８】更には、ｎ型基板上に形成した面発光型半
導体レーザ素子であって、電流閉込め層上に形成した数
ペアのミラーを酸化してアパーチャーを形成し、横モー
ドを単一化する方法（N.Nishiyama et al.,"Multi-Oxid
e Layer Structure for Single-Mode Operation in Ver
tical-Cavity Surface-Emitting Lasers",IEEE Photoni
cs technol.Lett.,vol.12,pp.606-608）が報告されてい
る。しかし、ｐ型半導体多層膜中にアパーチャーを形成
しているために、抵抗が高くなり、アパーチャーを小さ
くすることができない。このため、横モードが安定して
単一化されている注入電流領域が２ｍＡ以下と小さく、
この方法も低光出力域でのみ有効である。
導体レーザ素子であって、電流閉込め層上に形成した数
ペアのミラーを酸化してアパーチャーを形成し、横モー
ドを単一化する方法（N.Nishiyama et al.,"Multi-Oxid
e Layer Structure for Single-Mode Operation in Ver
tical-Cavity Surface-Emitting Lasers",IEEE Photoni
cs technol.Lett.,vol.12,pp.606-608）が報告されてい
る。しかし、ｐ型半導体多層膜中にアパーチャーを形成
しているために、抵抗が高くなり、アパーチャーを小さ
くすることができない。このため、横モードが安定して
単一化されている注入電流領域が２ｍＡ以下と小さく、
この方法も低光出力域でのみ有効である。
【０００９】このように、従来の技術では、高い光出力
域で、しかも単一横モードで安定的にレーザ光を出射す
る面発光型半導体レーザ素子を実現することが難しい。
そこで、本発明の目的は、高い光出力域で動作電圧を低
く維持し、しかも単一横モードで安定的にレーザ光を出
射する、酸化層狭窄型の面発光型半導体レーザ素子を提
供することである。
域で、しかも単一横モードで安定的にレーザ光を出射す
る面発光型半導体レーザ素子を実現することが難しい。
そこで、本発明の目的は、高い光出力域で動作電圧を低
く維持し、しかも単一横モードで安定的にレーザ光を出
射する、酸化層狭窄型の面発光型半導体レーザ素子を提
供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者は、面発光型半
導体レーザ素子を作製するに当たり、ｐ型半導体多層膜
反射鏡内又はその近傍、及びｎ型半導体多層膜反射鏡内
又はその近傍のそれぞれに、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧
０．９８）層を設け、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９
８）層の外周部を酸化して酸化狭窄層に転化する。そし
て、ｐ型半導体多層膜反射鏡内又はその近傍の酸化狭窄
層の酸化幅をｎ型半導体多層膜反射鏡内又はその近傍の
酸化狭窄層の酸化幅より小さくする。これにより、ｐ型
半導体多層膜反射鏡内又はその近傍の酸化狭窄層を電流
狭窄層として機能させることにより、面発光型半導体レ
ーザ素子の動作電圧を低く、かつ温度特性を良好に維持
し、またｎ型半導体多層膜反射鏡内又はその近傍の酸化
狭窄層を光閉じ込め層として機能させることにより、光
閉じ込め性を高めて面発光型半導体レーザ素子の横モー
ドを単一化することを着想した。
導体レーザ素子を作製するに当たり、ｐ型半導体多層膜
反射鏡内又はその近傍、及びｎ型半導体多層膜反射鏡内
又はその近傍のそれぞれに、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧
０．９８）層を設け、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９
８）層の外周部を酸化して酸化狭窄層に転化する。そし
て、ｐ型半導体多層膜反射鏡内又はその近傍の酸化狭窄
層の酸化幅をｎ型半導体多層膜反射鏡内又はその近傍の
酸化狭窄層の酸化幅より小さくする。これにより、ｐ型
半導体多層膜反射鏡内又はその近傍の酸化狭窄層を電流
狭窄層として機能させることにより、面発光型半導体レ
ーザ素子の動作電圧を低く、かつ温度特性を良好に維持
し、またｎ型半導体多層膜反射鏡内又はその近傍の酸化
狭窄層を光閉じ込め層として機能させることにより、光
閉じ込め性を高めて面発光型半導体レーザ素子の横モー
ドを単一化することを着想した。
【００１１】例えば、それぞれ、ＡｌyＧａ1-yＡｓ層
（低屈折率層）とＡｌzＧａ1-zＡｓ層（高屈折率層）
（ｙ＞ｚ、ｙ≦０．９５）とからなるｎ型半導体多層膜
反射鏡、及びｐ型半導体多層膜反射鏡を形成する際、多
数ある低屈折率層ＡｌyＧａ1-yＡｓの１層に代えて、Ａ
ｌ組成の高いＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）を設け
る。次いで、このＡｌxＧａ1-xＡｓ層の外周部を酸化し
てＡｌ酸化層に転化させることにより、ｎ型半導体多層
膜反射鏡内にあって、周りがＡｌ酸化層で囲まれたＡｌ
xＧａ1-xＡｓ層からなる第１のアパーチャーと、ｐ型半
導体多層膜反射鏡内にあって、周りがＡｌ酸化層で囲ま
れたＡｌxＧａ1-xＡｓ層からなる第２のアパーチャーと
を設ける。
（低屈折率層）とＡｌzＧａ1-zＡｓ層（高屈折率層）
（ｙ＞ｚ、ｙ≦０．９５）とからなるｎ型半導体多層膜
反射鏡、及びｐ型半導体多層膜反射鏡を形成する際、多
数ある低屈折率層ＡｌyＧａ1-yＡｓの１層に代えて、Ａ
ｌ組成の高いＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）を設け
る。次いで、このＡｌxＧａ1-xＡｓ層の外周部を酸化し
てＡｌ酸化層に転化させることにより、ｎ型半導体多層
膜反射鏡内にあって、周りがＡｌ酸化層で囲まれたＡｌ
xＧａ1-xＡｓ層からなる第１のアパーチャーと、ｐ型半
導体多層膜反射鏡内にあって、周りがＡｌ酸化層で囲ま
れたＡｌxＧａ1-xＡｓ層からなる第２のアパーチャーと
を設ける。
【００１２】そして、ｐ型半導体多層膜反射鏡中のＡｌ
酸化層の酸化幅をｎ型半導体多層膜反射鏡中のＡｌ酸化
層の酸化幅より小さくする。つまり、ｐ型半導体多層膜
反射鏡中の第２のアパーチャーの直径をｎ型半導体多層
膜反射鏡中の第１のアパーチャーの直径より大きくす
る。これにより、第２のアパーチャーにより電流狭窄し
つつｐ型層中の電気抵抗を低く維持し、かつ、ｎ型半導
体多層膜反射鏡中に形成した第１のアパーチャーにより
光閉じ込め機能を発揮させて横モードを制御するするこ
とができる。なお、第１のアパーチャーの直径は１０μ
ｍ以下であることが好ましい。
酸化層の酸化幅をｎ型半導体多層膜反射鏡中のＡｌ酸化
層の酸化幅より小さくする。つまり、ｐ型半導体多層膜
反射鏡中の第２のアパーチャーの直径をｎ型半導体多層
膜反射鏡中の第１のアパーチャーの直径より大きくす
る。これにより、第２のアパーチャーにより電流狭窄し
つつｐ型層中の電気抵抗を低く維持し、かつ、ｎ型半導
体多層膜反射鏡中に形成した第１のアパーチャーにより
光閉じ込め機能を発揮させて横モードを制御するするこ
とができる。なお、第１のアパーチャーの直径は１０μ
ｍ以下であることが好ましい。
【００１３】Ａｌ酸化層の屈折率は〜１．７であり、酸
化されていないＡｌxＧａ1-xＡｓ層の屈折率が〜３であ
ることから、光は屈折率の高い中央のＡｌxＧａ1-xＡｓ
層からなる第１のアパーチャーを伝搬するので、光閉じ
込め性が向上して横モードが単一化される。また、Ａｌ
xＧａ1-xＡｓ層の酸化によって、電流経路は酸化狭窄層
において第１のアパーチャーのみとなって狭まるが、第
１のアパーチャーより下の半導体多層膜反射鏡内で、電
流経路が再び広がる。ｎ型層の電気抵抗は小さいので、
第１のアパーチャー内を流れる電流の損失は小さい。そ
の結果、第１のアパーチャーは、横モード制御機構とし
てのみ機能し、第１のアパーチャーの電流狭窄による電
圧降下は、殆ど生じない。
化されていないＡｌxＧａ1-xＡｓ層の屈折率が〜３であ
ることから、光は屈折率の高い中央のＡｌxＧａ1-xＡｓ
層からなる第１のアパーチャーを伝搬するので、光閉じ
込め性が向上して横モードが単一化される。また、Ａｌ
xＧａ1-xＡｓ層の酸化によって、電流経路は酸化狭窄層
において第１のアパーチャーのみとなって狭まるが、第
１のアパーチャーより下の半導体多層膜反射鏡内で、電
流経路が再び広がる。ｎ型層の電気抵抗は小さいので、
第１のアパーチャー内を流れる電流の損失は小さい。そ
の結果、第１のアパーチャーは、横モード制御機構とし
てのみ機能し、第１のアパーチャーの電流狭窄による電
圧降下は、殆ど生じない。
【００１４】上記目的を達成するために、上述の知見に
基づいて、本発明に係る面発光型半導体レーザ素子は、
基板上に、低屈折率層と高屈折率層との複数個のペアか
らなるｐ型半導体多層膜反射鏡、活性層、及び低屈折率
層と高屈折率層との複数個のペアからなるｎ型半導体多
層膜反射鏡を有する面発光型半導体レーザ素子におい
て、ｐ型半導体多層膜反射鏡内又はその近傍、及びｎ型
半導体多層膜反射鏡内又はその近傍のそれぞれに、Ａｌ
xＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層とＡｌxＧａ1-xＡｓ
（ｘ≧０．９８）層の外周部を酸化させてなる酸化狭窄
層とからなる層を有し、かつｐ型半導体多層膜反射鏡内
又はその近傍の酸化狭窄層の酸化幅は、ｎ型半導体多層
膜反射鏡内又はその近傍の酸化狭窄層の酸化幅より小さ
いことを特徴としている。
基づいて、本発明に係る面発光型半導体レーザ素子は、
基板上に、低屈折率層と高屈折率層との複数個のペアか
らなるｐ型半導体多層膜反射鏡、活性層、及び低屈折率
層と高屈折率層との複数個のペアからなるｎ型半導体多
層膜反射鏡を有する面発光型半導体レーザ素子におい
て、ｐ型半導体多層膜反射鏡内又はその近傍、及びｎ型
半導体多層膜反射鏡内又はその近傍のそれぞれに、Ａｌ
xＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層とＡｌxＧａ1-xＡｓ
（ｘ≧０．９８）層の外周部を酸化させてなる酸化狭窄
層とからなる層を有し、かつｐ型半導体多層膜反射鏡内
又はその近傍の酸化狭窄層の酸化幅は、ｎ型半導体多層
膜反射鏡内又はその近傍の酸化狭窄層の酸化幅より小さ
いことを特徴としている。
【００１５】本発明では、ｎ型半導体多層膜反射鏡内に
設けられているＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層と
ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層の外周部を酸化さ
せてなる酸化狭窄層とからなる層は光閉込め層として機
能し、ｐ型半導体多層膜反射鏡又はその近傍に設けられ
ているＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層とＡｌxＧ
ａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層の外周部を酸化させてな
る酸化狭窄層とからなる層は電流狭窄層として機能す
る。これにより、ｎ型半導体多層膜反射鏡内又はその近
傍にあって、酸化狭窄層に囲まれたＡｌxＧａ1-xＡｓ
（ｘ≧０．９８）層からなる第１のアパーチャーが光閉
じ込め性を高め、横モードの単一性が向上する。しか
も、第１のアパーチャーの電流狭窄性が小さいので、動
作電圧が上昇するようなことは生じない。酸化狭窄層の
形成は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層中のＡｌ
を選択的に酸化する従来から既知の酸化方法によって行
う。
設けられているＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層と
ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層の外周部を酸化さ
せてなる酸化狭窄層とからなる層は光閉込め層として機
能し、ｐ型半導体多層膜反射鏡又はその近傍に設けられ
ているＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層とＡｌxＧ
ａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層の外周部を酸化させてな
る酸化狭窄層とからなる層は電流狭窄層として機能す
る。これにより、ｎ型半導体多層膜反射鏡内又はその近
傍にあって、酸化狭窄層に囲まれたＡｌxＧａ1-xＡｓ
（ｘ≧０．９８）層からなる第１のアパーチャーが光閉
じ込め性を高め、横モードの単一性が向上する。しか
も、第１のアパーチャーの電流狭窄性が小さいので、動
作電圧が上昇するようなことは生じない。酸化狭窄層の
形成は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層中のＡｌ
を選択的に酸化する従来から既知の酸化方法によって行
う。
【００１６】本発明で、ｐ型及びｎ型半導体多層膜反射
鏡を構成する化合物半導体層の組成には制約はないが、
例えばＧａＡｓ基板であれば、低屈折率層としてＡｌy
Ｇａ1 -yＡｓ層を、高屈折率層としてＡｌzＧａ1-zＡｓ
層（ｙ＞ｚ、ｙ≦０．９５）を用いることができる。
鏡を構成する化合物半導体層の組成には制約はないが、
例えばＧａＡｓ基板であれば、低屈折率層としてＡｌy
Ｇａ1 -yＡｓ層を、高屈折率層としてＡｌzＧａ1-zＡｓ
層（ｙ＞ｚ、ｙ≦０．９５）を用いることができる。
【００１７】本発明では、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．
９８）層とＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層の外周
部を酸化させてなる酸化狭窄層とからなる層を、ｐ型及
びｎ型半導体多層膜反射鏡をそれぞれ構成する低屈折率
層の一層に代えて設けても良く、また半導体多層膜反射
鏡とは別に設けても良い。
９８）層とＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層の外周
部を酸化させてなる酸化狭窄層とからなる層を、ｐ型及
びｎ型半導体多層膜反射鏡をそれぞれ構成する低屈折率
層の一層に代えて設けても良く、また半導体多層膜反射
鏡とは別に設けても良い。
【００１８】第１のアパーチャーの直径は、第２のアパ
ーチャーの直径より小さい。これにより、第１のアパー
チャーの光閉じ込め性が高くなり、横モードの単一性が
向上する。しかも、第１のアパーチャーの電流狭窄性が
小さいので、動作電圧が上昇するようなことは生じな
い。好適には、第１のアパーチャーの直径は１０μｍ以
下である。第２のアパーチャーは電流狭窄性が良好なの
で、しきい値電流を低下させることができる。つまり、
本発明の好適な実施態様では、ｎ型半導体多層膜反射鏡
内に設けられているＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）
層とＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層の外周部を酸
化させてなる酸化狭窄層とからなる層のＡｌxＧａ1-xＡ
ｓ（ｘ≧０．９８）層の領域は、直径が１０μｍ以下で
ある。
ーチャーの直径より小さい。これにより、第１のアパー
チャーの光閉じ込め性が高くなり、横モードの単一性が
向上する。しかも、第１のアパーチャーの電流狭窄性が
小さいので、動作電圧が上昇するようなことは生じな
い。好適には、第１のアパーチャーの直径は１０μｍ以
下である。第２のアパーチャーは電流狭窄性が良好なの
で、しきい値電流を低下させることができる。つまり、
本発明の好適な実施態様では、ｎ型半導体多層膜反射鏡
内に設けられているＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）
層とＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層の外周部を酸
化させてなる酸化狭窄層とからなる層のＡｌxＧａ1-xＡ
ｓ（ｘ≧０．９８）層の領域は、直径が１０μｍ以下で
ある。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。実施形態例１ 本実施形態例は、本発明に係る面発光型半導体レーザ素
子の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の面
発光型半導体レーザ素子の構成を示す断面図、及び図２
（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、下部反射鏡及び上部反
射鏡を構成する化合物半導体層の積層構造を示す断面図
である。本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子４０
は、従来の面発光型半導体レーザ素子１０の電流狭窄層
を構成するＡｌ酸化層１８に加えて、光閉じ込め構造を
構成するＡｌ酸化層を備えていることを除いて、本質的
には、従来の面発光型半導体レーザ素子１０と同じ構成
を備えている。
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。実施形態例１ 本実施形態例は、本発明に係る面発光型半導体レーザ素
子の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の面
発光型半導体レーザ素子の構成を示す断面図、及び図２
（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、下部反射鏡及び上部反
射鏡を構成する化合物半導体層の積層構造を示す断面図
である。本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子４０
は、従来の面発光型半導体レーザ素子１０の電流狭窄層
を構成するＡｌ酸化層１８に加えて、光閉じ込め構造を
構成するＡｌ酸化層を備えていることを除いて、本質的
には、従来の面発光型半導体レーザ素子１０と同じ構成
を備えている。
【００２０】即ち、本実施形態例の面発光型半導体レー
ザ素子４０は、図１に示すように、ｐ型（１００）（又
は１０°オフ以下）ＧａＡｓ基板４２上に、ｐ型ＧａＡ
ｓバッファ層４４、下部反射鏡４６、ｐ型ＡｌxＧａ1-x
Ａｓ（ｘ≧０．９８）層４８及びｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ
層４８の外周部を選択的に酸化してなる第１のＡｌＯ x
層５０の電流狭窄構造、下部クラッド層５２、活性層５
４、上部クラッド層５６、上部反射鏡５８、及びｎ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層６０からなる積層構造を備えてい
る。
ザ素子４０は、図１に示すように、ｐ型（１００）（又
は１０°オフ以下）ＧａＡｓ基板４２上に、ｐ型ＧａＡ
ｓバッファ層４４、下部反射鏡４６、ｐ型ＡｌxＧａ1-x
Ａｓ（ｘ≧０．９８）層４８及びｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ
層４８の外周部を選択的に酸化してなる第１のＡｌＯ x
層５０の電流狭窄構造、下部クラッド層５２、活性層５
４、上部クラッド層５６、上部反射鏡５８、及びｎ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層６０からなる積層構造を備えてい
る。
【００２１】下部反射鏡４６は、図２（ａ）に示すよう
に、低屈折率層であるｐ型ＡｌyＧａ1-yＡｓ層４６ａと
高屈折率層であるｐ型ＡｌzＧａ1-zＡｓ層４６ｂ（ｙ＞
ｚ、ｙ≦０．９５）の２０〜４０ペアからなる半導体多
層膜として構成されている。上部反射鏡５８は、図２
（ｂ）に示すように、低屈折率層であるｎ型ＡｌyＧａ
1-yＡｓ層５８ａと高屈折率層であるｎ型ＡｌzＧａ1-z
Ａｓ層５８ｂ（ｙ＞ｚ、ｚ≦０．９５）の１５〜３０ペ
アからなる半導体多層膜として構成されている。上部反
射鏡５８の多数あるｎ型ＡｌyＧａ1-yＡｓ層５８ａの１
層に代えて、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層
６２が設けられ、かつｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層６２の外
周部は、選択的に酸化されて第２のＡｌＯX層６４を形
成している。
に、低屈折率層であるｐ型ＡｌyＧａ1-yＡｓ層４６ａと
高屈折率層であるｐ型ＡｌzＧａ1-zＡｓ層４６ｂ（ｙ＞
ｚ、ｙ≦０．９５）の２０〜４０ペアからなる半導体多
層膜として構成されている。上部反射鏡５８は、図２
（ｂ）に示すように、低屈折率層であるｎ型ＡｌyＧａ
1-yＡｓ層５８ａと高屈折率層であるｎ型ＡｌzＧａ1-z
Ａｓ層５８ｂ（ｙ＞ｚ、ｚ≦０．９５）の１５〜３０ペ
アからなる半導体多層膜として構成されている。上部反
射鏡５８の多数あるｎ型ＡｌyＧａ1-yＡｓ層５８ａの１
層に代えて、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層
６２が設けられ、かつｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層６２の外
周部は、選択的に酸化されて第２のＡｌＯX層６４を形
成している。
【００２２】ｎ型ＧａＡｓコンタクト層６０、上部反射
鏡５８、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層６２及びＡｌＯx層６
４、上部クラッド層５６、活性層５４、下部クラッド層
５２、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層４８及び第１のＡｌＯx
層５０の電流狭窄構造、及び下部反射鏡４６の上部は、
メサポスト構造として形成されている。
鏡５８、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層６２及びＡｌＯx層６
４、上部クラッド層５６、活性層５４、下部クラッド層
５２、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層４８及び第１のＡｌＯx
層５０の電流狭窄構造、及び下部反射鏡４６の上部は、
メサポスト構造として形成されている。
【００２３】第１のＡｌＯx層５０は、メサポスト構造
の側壁に沿うｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層４８中のＡｌを選
択的に酸化することにより形成され、電流が流れない領
域を構成している。ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層４８の中央
領域は、酸化されることなくそのままｐ型ＡｌxＧａ1-x
Ａｓ層４８として存在し、直径１５μｍの電流注入経路
（以下、第２のアパーチャー６５と言う）を構成してい
る。これにより、電流が流れる領域が制限され、発光領
域径が決定される。
の側壁に沿うｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層４８中のＡｌを選
択的に酸化することにより形成され、電流が流れない領
域を構成している。ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層４８の中央
領域は、酸化されることなくそのままｐ型ＡｌxＧａ1-x
Ａｓ層４８として存在し、直径１５μｍの電流注入経路
（以下、第２のアパーチャー６５と言う）を構成してい
る。これにより、電流が流れる領域が制限され、発光領
域径が決定される。
【００２４】第２のＡｌＯx層６４は、メサポスト構造
の側壁に沿うｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層６２中のＡｌを選
択的に酸化することにより形成されている。ｎ型Ａｌx
Ｇａ1-xＡｓ層６２の円形中央領域は、酸化されること
なく、そのまま、直径１０μｍのｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ
層６２（第１のアパーチャー６７と言う）として存在し
ている。
の側壁に沿うｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層６２中のＡｌを選
択的に酸化することにより形成されている。ｎ型Ａｌx
Ｇａ1-xＡｓ層６２の円形中央領域は、酸化されること
なく、そのまま、直径１０μｍのｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ
層６２（第１のアパーチャー６７と言う）として存在し
ている。
【００２５】下部クラッド層５２、活性層５４、及び上
部クラッド層５６は、面発光型半導体レーザ素子４０の
共振器を構成している。リング状のｎ側電極６６がｎ型
ＧａＡｓコンタクト層６０上に形成され、ｐ型ＧａＡｓ
基板４２の裏面には、ｐ側電極６８が形成されている。
部クラッド層５６は、面発光型半導体レーザ素子４０の
共振器を構成している。リング状のｎ側電極６６がｎ型
ＧａＡｓコンタクト層６０上に形成され、ｐ型ＧａＡｓ
基板４２の裏面には、ｐ側電極６８が形成されている。
【００２６】第２のＡｌＯx層６４は、屈折率が〜１．
７であり、メサポストの中央の酸化されていないｎ型Ａ
ｌxＧａ1-xＡｓ層６２からなる第１のアパーチャー６７
の屈折率が〜３であることから、光は、メサポストの中
央の酸化されていない第１のアパーチャー（ｎ型Ａｌx
Ｇａ1-xＡｓ層）６２を伝搬する。また、第１のＡｌＯx
層５０でも同様な現象が起こる。
７であり、メサポストの中央の酸化されていないｎ型Ａ
ｌxＧａ1-xＡｓ層６２からなる第１のアパーチャー６７
の屈折率が〜３であることから、光は、メサポストの中
央の酸化されていない第１のアパーチャー（ｎ型Ａｌx
Ｇａ1-xＡｓ層）６２を伝搬する。また、第１のＡｌＯx
層５０でも同様な現象が起こる。
【００２７】ここで、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層の非酸化
領域からなる第２のアパーチャー６５の直径をＤ、ｎ型
ＡｌxＧａ1-xＡｓ層の非酸化領域からなる第１のアパー
チャー６７の直径をｄとする。直径Ｄの第２のアパーチ
ャー６５により制限された電流の流れによって発光領域
の径が限定され、これによりしきい値電流が低下する。
また、第１のＡｌＯx層５０と第２のアパーチャー６５
との屈折率差により、横モードが制御されるものの、酸
化層と非酸化層の屈折率差が大きいために、Ｄの径を５
μｍ程度以下にしないと、横モードを単一化できない。
しかし、Ｄの径を〜５μｍとすると、熱抵抗が上がり温
度特性が悪くなり、また、電気抵抗が高くなって、動作
電圧の上昇を招く。動作電圧を低く維持するために、Ｄ
の径を１５μｍ程度に大きくすると、多数の横モードが
発生することになる。
領域からなる第２のアパーチャー６５の直径をＤ、ｎ型
ＡｌxＧａ1-xＡｓ層の非酸化領域からなる第１のアパー
チャー６７の直径をｄとする。直径Ｄの第２のアパーチ
ャー６５により制限された電流の流れによって発光領域
の径が限定され、これによりしきい値電流が低下する。
また、第１のＡｌＯx層５０と第２のアパーチャー６５
との屈折率差により、横モードが制御されるものの、酸
化層と非酸化層の屈折率差が大きいために、Ｄの径を５
μｍ程度以下にしないと、横モードを単一化できない。
しかし、Ｄの径を〜５μｍとすると、熱抵抗が上がり温
度特性が悪くなり、また、電気抵抗が高くなって、動作
電圧の上昇を招く。動作電圧を低く維持するために、Ｄ
の径を１５μｍ程度に大きくすると、多数の横モードが
発生することになる。
【００２８】そこで、本実施形態例では、第２のアパー
チャー６５の径Ｄを１５μｍにして電流狭窄を行い、下
部反射鏡４６内に形成した第１のアパーチャー６７の径
ｄを１０μｍにすることにより、横モードの高次モード
をカットして、横モードの単一化を実現することができ
る。つまり、本実施形態例では、第２のアパーチャー６
５を取り囲む第１のＡｌＯ x層５０の酸化幅が、ｎ型の
下部反射鏡７６内にあって第１のアパーチャー６７を取
り囲む第２のＡｌＯx層６４の酸化幅より小さくなって
いる。尚、第１のアパーチャー６７の直径ｄを小さくし
ても、ｎ型層であるため、電気抵抗の大幅な上昇はな
く、動作電圧が上昇するようなことは生じない。
チャー６５の径Ｄを１５μｍにして電流狭窄を行い、下
部反射鏡４６内に形成した第１のアパーチャー６７の径
ｄを１０μｍにすることにより、横モードの高次モード
をカットして、横モードの単一化を実現することができ
る。つまり、本実施形態例では、第２のアパーチャー６
５を取り囲む第１のＡｌＯ x層５０の酸化幅が、ｎ型の
下部反射鏡７６内にあって第１のアパーチャー６７を取
り囲む第２のＡｌＯx層６４の酸化幅より小さくなって
いる。尚、第１のアパーチャー６７の直径ｄを小さくし
ても、ｎ型層であるため、電気抵抗の大幅な上昇はな
く、動作電圧が上昇するようなことは生じない。
【００２９】本実施形態例では、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ
（ｘ≧０．９８）層４８とｐ型Ａｌ xＧａ1-xＡｓ層４８
の外周部を選択的に酸化してなる第１のＡｌＯx層５０
とからなる電流狭窄構造は、下部反射鏡４６と下部クラ
ッド層５２との間に形成されているが、これに限らず、
電流狭窄構造を下部反射鏡４６内に設けてもよい。つま
り、下部反射鏡４６を構成するｐ型ＡｌyＧａ1-yＡｓ層
４６ａの１層に代えて、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧
０．９８）層を設け、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層の外周部
を選択的に酸化して第１のＡｌＯX層を形成してもよ
い。また、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層６
２とｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層６２の外周部を選択的に酸
化してなる第２のＡｌＯX層６４とからなる本実施形態
例の光閉じ込め構造は、上部反射鏡５８の多数あるｎ型
ＡｌyＧａ1-yＡｓ層５８ａの１層に代えて形成されてい
るが、これに限らず、上部クラッド層５６と上部反射鏡
５８との間にｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層
を設け、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層の外
周部を選択的に酸化して第２のＡｌＯ X層を設けてもよ
い。
（ｘ≧０．９８）層４８とｐ型Ａｌ xＧａ1-xＡｓ層４８
の外周部を選択的に酸化してなる第１のＡｌＯx層５０
とからなる電流狭窄構造は、下部反射鏡４６と下部クラ
ッド層５２との間に形成されているが、これに限らず、
電流狭窄構造を下部反射鏡４６内に設けてもよい。つま
り、下部反射鏡４６を構成するｐ型ＡｌyＧａ1-yＡｓ層
４６ａの１層に代えて、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧
０．９８）層を設け、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層の外周部
を選択的に酸化して第１のＡｌＯX層を形成してもよ
い。また、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層６
２とｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層６２の外周部を選択的に酸
化してなる第２のＡｌＯX層６４とからなる本実施形態
例の光閉じ込め構造は、上部反射鏡５８の多数あるｎ型
ＡｌyＧａ1-yＡｓ層５８ａの１層に代えて形成されてい
るが、これに限らず、上部クラッド層５６と上部反射鏡
５８との間にｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層
を設け、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層の外
周部を選択的に酸化して第２のＡｌＯ X層を設けてもよ
い。
【００３０】実施形態例２
本実施形態例は本発明に係る面発光型半導体レーザ素子
の実施形態の別の例であって、ｎ型ＧａＡｓ基板を用い
た面発光型半導体レーザ素子である。図３は本実施形態
例の面発光型半導体レーザ素子の構成を示す断面図、及
び図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、下部反射鏡及び
上部反射鏡を構成する化合物半導体層の積層構造を示す
断面図である。である。本実施形態例の面発光型半導体
レーザ素子７０は、ｎ型ＧａＡｓ基板上に形成された面
発光型半導体レーザ素子であって、基本的には、図３に
示すように、実施形態例１のｐ型ＧａＡｓ基板を用いた
面発光型半導体レーザ素子４０の下部ＤＢＲと上部ＤＢ
Ｒを入れ替えた構成を備えている。
の実施形態の別の例であって、ｎ型ＧａＡｓ基板を用い
た面発光型半導体レーザ素子である。図３は本実施形態
例の面発光型半導体レーザ素子の構成を示す断面図、及
び図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、下部反射鏡及び
上部反射鏡を構成する化合物半導体層の積層構造を示す
断面図である。である。本実施形態例の面発光型半導体
レーザ素子７０は、ｎ型ＧａＡｓ基板上に形成された面
発光型半導体レーザ素子であって、基本的には、図３に
示すように、実施形態例１のｐ型ＧａＡｓ基板を用いた
面発光型半導体レーザ素子４０の下部ＤＢＲと上部ＤＢ
Ｒを入れ替えた構成を備えている。
【００３１】即ち、本実施形態例の面発光型半導体レー
ザ素子７０は、図３に示すように、ｎ型（１００）（又
は１０°オフ以下）ＧａＡｓ基板７２上に、ｎ型ＧａＡ
ｓバッファ層７４、下部反射鏡７６、ｎ型ＡｌxＧａ1-x
Ａｓ（ｘ≧０．９８）からなる下部クラッド層７８、活
性層８０、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）から
なる上部クラッド層８２、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧
０．９８）層８４及びｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層８４の外
周を選択的に酸化してなる第１のＡｌＯx層８６の電流
狭窄構造、上部反射鏡８８、及びｐ型ＧａＡｓコンタク
ト層９０からなる積層構造を備えている。
ザ素子７０は、図３に示すように、ｎ型（１００）（又
は１０°オフ以下）ＧａＡｓ基板７２上に、ｎ型ＧａＡ
ｓバッファ層７４、下部反射鏡７６、ｎ型ＡｌxＧａ1-x
Ａｓ（ｘ≧０．９８）からなる下部クラッド層７８、活
性層８０、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）から
なる上部クラッド層８２、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧
０．９８）層８４及びｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層８４の外
周を選択的に酸化してなる第１のＡｌＯx層８６の電流
狭窄構造、上部反射鏡８８、及びｐ型ＧａＡｓコンタク
ト層９０からなる積層構造を備えている。
【００３２】下部反射鏡７６は、図４（ａ）に示すよう
に、低屈折率層であるｎ型ＡｌyＧａ1-yＡｓ層７６ａと
高屈折率層であるｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓ層７６ｂ（ｙ＞
ｚ、ｙ≦０．９５）の１５〜３０ペアからなる半導体多
層膜として構成されている。また、下部反射鏡７６を構
成するｎ型ＡｌyＧａ1-yＡｓ層７６ａのうちメサポスト
内にある１層が、図４（ａ）に示すように、ｎ型Ａｌy
Ｇａ1-yＡｓに代えて、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧
０．９８）層９２として設けられ、かつｎ型Ａｌ xＧａ
1-xＡｓ層９２の外周部は、選択的に酸化されて第２の
ＡｌＯx層９４を形成している。上部反射鏡８８は、図
４（ｂ）に示すように、低屈折率層であるｎ型ＡｌyＧ
ａ1-yＡｓ層８８ａと高屈折率層であるｎ型ＡｌzＧａ
1-zＡｓ層８８ｂ（ｙ＞ｚ、ｙ≦０．９５）の２０〜４
０ペアからなる半導体多層膜として構成されている。
に、低屈折率層であるｎ型ＡｌyＧａ1-yＡｓ層７６ａと
高屈折率層であるｎ型ＡｌzＧａ1-zＡｓ層７６ｂ（ｙ＞
ｚ、ｙ≦０．９５）の１５〜３０ペアからなる半導体多
層膜として構成されている。また、下部反射鏡７６を構
成するｎ型ＡｌyＧａ1-yＡｓ層７６ａのうちメサポスト
内にある１層が、図４（ａ）に示すように、ｎ型Ａｌy
Ｇａ1-yＡｓに代えて、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧
０．９８）層９２として設けられ、かつｎ型Ａｌ xＧａ
1-xＡｓ層９２の外周部は、選択的に酸化されて第２の
ＡｌＯx層９４を形成している。上部反射鏡８８は、図
４（ｂ）に示すように、低屈折率層であるｎ型ＡｌyＧ
ａ1-yＡｓ層８８ａと高屈折率層であるｎ型ＡｌzＧａ
1-zＡｓ層８８ｂ（ｙ＞ｚ、ｙ≦０．９５）の２０〜４
０ペアからなる半導体多層膜として構成されている。
【００３３】ｐ型ＧａＡｓコンタクト層９０、上部反射
鏡８８、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層８４及び第１のＡｌＯ
x層８６の電流狭窄構造、上部クラッド層８２、活性層
８０、下部クラッド層７８、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層９
２及び第２のＡｌＯx層９４、及び下部反射鏡７６の上
部は、メサポスト構造として形成されている。
鏡８８、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層８４及び第１のＡｌＯ
x層８６の電流狭窄構造、上部クラッド層８２、活性層
８０、下部クラッド層７８、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層９
２及び第２のＡｌＯx層９４、及び下部反射鏡７６の上
部は、メサポスト構造として形成されている。
【００３４】第１のＡｌＯx層８６は、メサポスト構造
の側壁に沿うｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層８４中のＡｌを選
択的に酸化することにより形成され、電流が流れない領
域を構成している。ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層８４の中央
領域は、酸化されることなくそのままｐ型ＡｌxＧａ1-x
Ａｓ層８４として存在し、直径１５μｍの電流注入経路
（以下、第２のアパーチャー９６と言う）を構成してい
る。これにより、電流が流れる領域が制限され、発光領
域径が決定される。
の側壁に沿うｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層８４中のＡｌを選
択的に酸化することにより形成され、電流が流れない領
域を構成している。ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層８４の中央
領域は、酸化されることなくそのままｐ型ＡｌxＧａ1-x
Ａｓ層８４として存在し、直径１５μｍの電流注入経路
（以下、第２のアパーチャー９６と言う）を構成してい
る。これにより、電流が流れる領域が制限され、発光領
域径が決定される。
【００３５】第２のＡｌＯx層９４は、メサポスト構造
の側壁に沿うｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層９２中のＡｌを選
択的に酸化することにより形成されている。ｎ型Ａｌx
Ｇａ1-xＡｓ層９２の円形中央領域は、酸化されること
なく、そのまま、直径１０μｍのｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ
層９２（第１のアパーチャー９８と言う）として存在し
ている。
の側壁に沿うｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層９２中のＡｌを選
択的に酸化することにより形成されている。ｎ型Ａｌx
Ｇａ1-xＡｓ層９２の円形中央領域は、酸化されること
なく、そのまま、直径１０μｍのｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ
層９２（第１のアパーチャー９８と言う）として存在し
ている。
【００３６】下部クラッド層７８、活性層８０、及び上
部クラッド層８２は、面発光型半導体レーザ素子７０の
共振器を構成している。リング状のｐ側電極１００がｐ
型ＧａＡｓコンタクト層９０上に形成され、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板７２の裏面には、ｎ側電極１０２が形成されてい
る。
部クラッド層８２は、面発光型半導体レーザ素子７０の
共振器を構成している。リング状のｐ側電極１００がｐ
型ＧａＡｓコンタクト層９０上に形成され、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板７２の裏面には、ｎ側電極１０２が形成されてい
る。
【００３７】第２のＡｌＯx層９４は、屈折率が〜１．
７であり、メサポストの中央の酸化されていないｎ型Ａ
ｌxＧａ1-xＡｓ層９２からなる第１のアパーチャー９８
の屈折率が〜３であることから、光は、メサポストの中
央の酸化されていない第１のアパーチャー（ｎ型Ａｌx
Ｇａ1-xＡｓ層）９８を伝搬する。また、第１のＡｌＯx
層８６でも同様な現象が起こる。
７であり、メサポストの中央の酸化されていないｎ型Ａ
ｌxＧａ1-xＡｓ層９２からなる第１のアパーチャー９８
の屈折率が〜３であることから、光は、メサポストの中
央の酸化されていない第１のアパーチャー（ｎ型Ａｌx
Ｇａ1-xＡｓ層）９８を伝搬する。また、第１のＡｌＯx
層８６でも同様な現象が起こる。
【００３８】ここで、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層８４の非
酸化領域からなる第２のアパーチャー９６の直径をＤ、
ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層９２の非酸化領域からなる第１
のアパーチャー９８の直径をｄとする。直径Ｄの第２の
アパーチャー９６により制限された電流の流れによって
発光領域の径が限定され、これによりしきい値電流が低
下する。また、第１のＡｌＯx層８６と第２のアパーチ
ャー９６との屈折率差により、横モードが制御されるも
のの、酸化層と非酸化層の屈折率差が大きいために、Ｄ
の径を５μｍ程度以下にしないと、横モードを単一化で
きない。しかし、Ｄの径を〜５μｍとすると、熱抵抗が
上がり温度特性が悪くなり、また、電気抵抗が高くなっ
て、動作電圧の上昇を招く。動作電圧を低く維持するた
めに、Ｄの径を１５μｍ程度に大きくすると、多数の横
モードが発生することになる。
酸化領域からなる第２のアパーチャー９６の直径をＤ、
ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層９２の非酸化領域からなる第１
のアパーチャー９８の直径をｄとする。直径Ｄの第２の
アパーチャー９６により制限された電流の流れによって
発光領域の径が限定され、これによりしきい値電流が低
下する。また、第１のＡｌＯx層８６と第２のアパーチ
ャー９６との屈折率差により、横モードが制御されるも
のの、酸化層と非酸化層の屈折率差が大きいために、Ｄ
の径を５μｍ程度以下にしないと、横モードを単一化で
きない。しかし、Ｄの径を〜５μｍとすると、熱抵抗が
上がり温度特性が悪くなり、また、電気抵抗が高くなっ
て、動作電圧の上昇を招く。動作電圧を低く維持するた
めに、Ｄの径を１５μｍ程度に大きくすると、多数の横
モードが発生することになる。
【００３９】そこで、本実施形態例では、第２のアパー
チャー９６の径Ｄを１５μｍにして電流狭窄を行い、下
部反射鏡７６内に形成した第１のアパーチャー９８の径
ｄを１０μｍにすることにより、横モードの高次モード
をカットして、横モードの単一化を実現することができ
る。つまり、本実施形態例では、第２のアパーチャー９
６を取り囲む第１のＡｌＯ x層８６の酸化幅が、ｎ型の
下部反射鏡７６内にあって第１のアパーチャー９８を取
り囲む第２のＡｌＯx層９４の酸化幅より小さくなって
いる。尚、第１のアパーチャー９８の直径ｄを小さくし
ても、ｎ型層であるため、電気抵抗の大幅な上昇はな
く、動作電圧が上昇するようなことは生じない。
チャー９６の径Ｄを１５μｍにして電流狭窄を行い、下
部反射鏡７６内に形成した第１のアパーチャー９８の径
ｄを１０μｍにすることにより、横モードの高次モード
をカットして、横モードの単一化を実現することができ
る。つまり、本実施形態例では、第２のアパーチャー９
６を取り囲む第１のＡｌＯ x層８６の酸化幅が、ｎ型の
下部反射鏡７６内にあって第１のアパーチャー９８を取
り囲む第２のＡｌＯx層９４の酸化幅より小さくなって
いる。尚、第１のアパーチャー９８の直径ｄを小さくし
ても、ｎ型層であるため、電気抵抗の大幅な上昇はな
く、動作電圧が上昇するようなことは生じない。
【００４０】本実施形態例では、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ
（ｘ≧０．９８）層８４とｐ型Ａｌ xＧａ1-xＡｓ層８４
の外周部を選択的に酸化してなる第１のＡｌＯx層８６
とからなる電流狭窄構造は、上部クラッド層８０と上部
反射鏡８２との間に形成されているが、これに限らず、
電流狭窄構造を下部反射鏡８０内に設けてもよい。つま
り、下部反射鏡８０を構成するｐ型ＡｌyＧａ1-yＡｓ層
８０ａの１層に代えて、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧
０．９８）層を設け、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層の外周部
を選択的に酸化して第１のＡｌＯX層を形成してもよ
い。また、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層９
２とｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層９２の外周部を選択的に酸
化してなる第２のＡｌＯX層９４とからなる本実施形態
例の光閉じ込め構造は、下部反射鏡７６の多数あるｎ型
ＡｌyＧａ1-yＡｓ層７６ａの１層に代えて形成されてい
るが、これに限らず、下部反射鏡７６と下部クラッド層
７８との間にｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層
を設け、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層の外
周部を選択的に酸化して第２のＡｌＯ X層を設けてもよ
い。
（ｘ≧０．９８）層８４とｐ型Ａｌ xＧａ1-xＡｓ層８４
の外周部を選択的に酸化してなる第１のＡｌＯx層８６
とからなる電流狭窄構造は、上部クラッド層８０と上部
反射鏡８２との間に形成されているが、これに限らず、
電流狭窄構造を下部反射鏡８０内に設けてもよい。つま
り、下部反射鏡８０を構成するｐ型ＡｌyＧａ1-yＡｓ層
８０ａの１層に代えて、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧
０．９８）層を設け、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層の外周部
を選択的に酸化して第１のＡｌＯX層を形成してもよ
い。また、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層９
２とｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層９２の外周部を選択的に酸
化してなる第２のＡｌＯX層９４とからなる本実施形態
例の光閉じ込め構造は、下部反射鏡７６の多数あるｎ型
ＡｌyＧａ1-yＡｓ層７６ａの１層に代えて形成されてい
るが、これに限らず、下部反射鏡７６と下部クラッド層
７８との間にｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層
を設け、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層の外
周部を選択的に酸化して第２のＡｌＯ X層を設けてもよ
い。
【００４１】
【発明の効果】本発明によれば、酸化層狭窄型の面発光
型半導体レーザ素子において、ｐ型半導体多層膜反射鏡
内又はその近傍、及びｎ型半導体多層膜反射鏡内又はそ
の近傍のそれぞれに、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ≧０．９
８）層とＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ≧０．９８）層の外周
部を酸化させてなる酸化狭窄層とからなる層を設け、か
つｐ型半導体多層膜反射鏡内又はその近傍の酸化狭窄層
の酸化幅をｎ型半導体多層膜反射鏡内又はその近傍の酸
化狭窄層の酸化幅より小さくしている。これにより、ｎ
型半導体多層膜反射鏡内又はその近傍の酸化狭窄層を光
閉込め層として、ｐ型半導体多層膜反射鏡内又はその近
傍の酸化狭窄層を電流狭窄層として、それぞれ、機能さ
せ、動作電圧を低く維持しつつ、横モードの単一性に優
れた面発光型半導体レーザ素子を実現している。
型半導体レーザ素子において、ｐ型半導体多層膜反射鏡
内又はその近傍、及びｎ型半導体多層膜反射鏡内又はそ
の近傍のそれぞれに、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ≧０．９
８）層とＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ≧０．９８）層の外周
部を酸化させてなる酸化狭窄層とからなる層を設け、か
つｐ型半導体多層膜反射鏡内又はその近傍の酸化狭窄層
の酸化幅をｎ型半導体多層膜反射鏡内又はその近傍の酸
化狭窄層の酸化幅より小さくしている。これにより、ｎ
型半導体多層膜反射鏡内又はその近傍の酸化狭窄層を光
閉込め層として、ｐ型半導体多層膜反射鏡内又はその近
傍の酸化狭窄層を電流狭窄層として、それぞれ、機能さ
せ、動作電圧を低く維持しつつ、横モードの単一性に優
れた面発光型半導体レーザ素子を実現している。
【図１】実施形態例の面発光型半導体レーザ素子の構成
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、下部反射
鏡及び上部反射鏡を構成する化合物半導体層の積層構造
を示す断面図である。
鏡及び上部反射鏡を構成する化合物半導体層の積層構造
を示す断面図である。
【図３】他の実施形態例の面発光型半導体レーザ素子の
構成を示す断面図である。
構成を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、下部反射
鏡及び上部反射鏡を構成する化合物半導体層の積層構造
を示す断面図である。
鏡及び上部反射鏡を構成する化合物半導体層の積層構造
を示す断面図である。
【図５】従来の面発光型半導体レーザ素子の構成を示す
断面図である。
断面図である。
１０ 従来の面発光型半導体レーザ素子
１２ ｐ型ＧａＡｓ基板
１４ ｐ型の下部反射鏡
１６ ＡｌＡｓ層
１８ ＡｌＯx電流狭窄層
２０ ｐ型クラッド層
２２ 活性層
２４ ｎ型クラッド層
２６ ｎ型の上部反射鏡
２８ ｎ側電極
３０ ｎ側電極
４０ 実施形態例１の面発光型半導体レーザ素子
４２ ｐ型ＧａＡｓ基板
４４ ｐ型ＧａＡｓバッファ層
４６ 下部反射鏡
４８ ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層
５０ 第１のＡｌＯx層
５２ 下部クラッド層
５４ 活性層
５６ 上部クラッド層
５８ 上部反射鏡
６０ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
６２ ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層
６４ 第２のＡｌＯx層
６５ 第２のアパーチャー
６６ ｎ側電極
６７ 第１のアパーチャー
６８ ｐ側電極
７０ 実施形態例２の面発光型半導体レーザ素子
７２ ｎ型ＧａＡｓ基板
７４ ｎ型ＧａＡｓバッファ層
７６ 下部反射鏡
７８ 下部クラッド層
８０ 活性層
８２ 上部クラッド層
８４ ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層
８６ ＡｌＯx層
８８ 上部反射鏡
９０ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
９２ ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層
９４ ＡｌＯx層
９６ 第２アパーチャー
９８ 第１アパーチャー
１００ ｐ側電極
１０２ ｎ側電極
Claims (5)
- 【請求項１】 基板上に、低屈折率層と高屈折率層との
複数個のペアからなるｐ型半導体多層膜反射鏡、活性
層、及び低屈折率層と高屈折率層との複数個のペアから
なるｎ型半導体多層膜反射鏡を有する面発光型半導体レ
ーザ素子において、 ｐ型半導体多層膜反射鏡内又はその近傍、及びｎ型半導
体多層膜反射鏡内又はその近傍のそれぞれに、ＡｌxＧ
ａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層とＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ
≧０．９８）層の外周部を酸化させてなる酸化狭窄層と
からなる層を有し、かつｐ型半導体多層膜反射鏡内又は
その近傍の酸化狭窄層の酸化幅は、ｎ型半導体多層膜反
射鏡内又はその近傍の酸化狭窄層の酸化幅より小さいこ
とを特徴とする面発光型半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）
層とＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層の外周部を酸
化させてなる酸化狭窄層とからなる層は、ｐ型及びｎ型
半導体多層膜反射鏡をそれぞれ構成する低屈折率層の一
層に代えて設けられていることを特徴とする請求項１に
記載の面発光型半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 前記ｎ型半導体多層膜反射鏡内に設けら
れているＡｌxＧａ1 -xＡｓ（ｘ≧０．９８）層とＡｌx
Ｇａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層の外周部を酸化させて
なる酸化狭窄層とからなる層は光閉込め層として機能
し、前記ｐ型半導体多層膜反射鏡内又はその近傍に設け
られているＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層とＡｌ
xＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層の外周部を酸化させて
なる酸化狭窄層とからなる層は電流狭窄層として機能す
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の面発光型半
導体レーザ素子。 - 【請求項４】 前記ｎ型半導体多層膜反射鏡内に設けら
れているＡｌxＧａ1 -xＡｓ（ｘ≧０．９８）層とＡｌx
Ｇａ1-xＡｓ（ｘ≧０．９８）層の外周部を酸化させて
なる酸化狭窄層とからなる層のＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧
０．９８）層の領域は、直径が１０μｍ以下であること
を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の面
発光型半導体レーザ素子。 - 【請求項５】 前記基板がＧａＡｓで形成され、前記ｐ
型及びｎ型半導体多層膜反射鏡を構成する低屈折率層が
ＡｌyＧａ1-yＡｓ層であり、高屈折率層がＡｌzＧａ1-z
Ａｓ層（ｙ＞ｚ、０≦ｙ≦０．９５）であることを特徴
とする請求項１から４のうちのいずれか１項に記載の面
発光型半導体レーザ素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002147247A JP2003069151A (ja) | 2001-06-12 | 2002-05-22 | 面発光型半導体レーザ素子 |
| US10/171,019 US20030007528A1 (en) | 2001-06-12 | 2002-06-11 | Surface emitting semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001176670 | 2001-06-12 | ||
| JP2001-176670 | 2001-06-12 | ||
| JP2002147247A JP2003069151A (ja) | 2001-06-12 | 2002-05-22 | 面発光型半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003069151A true JP2003069151A (ja) | 2003-03-07 |
Family
ID=26616747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002147247A Pending JP2003069151A (ja) | 2001-06-12 | 2002-05-22 | 面発光型半導体レーザ素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20030007528A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003069151A (ja) |
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| JP2006114915A (ja) * | 2004-10-14 | 2006-04-27 | Samsung Electronics Co Ltd | ファンネル構造のｖｅｃｓｅｌ |
| JP2007221023A (ja) * | 2006-02-20 | 2007-08-30 | Ricoh Co Ltd | 面発光レーザ素子、それを備えた光伝送モジュール、およびそれを備えた光伝送システム。 |
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| JP2011029496A (ja) * | 2009-07-28 | 2011-02-10 | Canon Inc | 面発光レーザ、面発光レーザの製造方法、画像形成装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| US7915637B2 (en) * | 2008-11-19 | 2011-03-29 | Nantero, Inc. | Switching materials comprising mixed nanoscopic particles and carbon nanotubes and method of making and using the same |
| US10439360B1 (en) * | 2014-12-04 | 2019-10-08 | Ii-Vi Delaware, Inc. | VCSEL with emission on substrate side |
| US11158995B2 (en) * | 2018-06-01 | 2021-10-26 | Visual Photonics Epitaxy Co., Ltd. | Laser diode with defect blocking layer |
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|---|---|---|---|---|
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| US6570905B1 (en) * | 2000-11-02 | 2003-05-27 | U-L-M Photonics Gmbh | Vertical cavity surface emitting laser with reduced parasitic capacitance |
-
2002
- 2002-05-22 JP JP2002147247A patent/JP2003069151A/ja active Pending
- 2002-06-11 US US10/171,019 patent/US20030007528A1/en not_active Abandoned
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