JP2003304032A - 面発光レーザ素子 - Google Patents
面発光レーザ素子Info
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- JP2003304032A JP2003304032A JP2002104393A JP2002104393A JP2003304032A JP 2003304032 A JP2003304032 A JP 2003304032A JP 2002104393 A JP2002104393 A JP 2002104393A JP 2002104393 A JP2002104393 A JP 2002104393A JP 2003304032 A JP2003304032 A JP 2003304032A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 反射率や温度特性を向上させた面発光レーザ
素子を提供すること。 【解決手段】 ｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓで形成されたｎ
型高屈折率領域４１と、第１のｎ型ＡｌＡｓ層５１、ｎ
型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層５２、第２のｎ型ＡｌＡｓ層５
３の３つの層で形成されたｎ型低屈折率領域４２とを交
互に積層して下部半導体多層膜反射鏡１２を構成する。
また、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓで形成されたｐ型高屈折
率領域４５と、第１のｐ型ＡｌＡｓ層５６、ｐ型Ａｌ
0.9Ｇａ0.1Ａｓ層５７、第２のｐ型ＡｌＡｓ層５８の３
つの層で形成されたｐ型低屈折率領域４６とを交互に積
層して上部半導体多層膜反射鏡１６を構成する。特に、
第１のｎ型ＡｌＡｓ層５１、第２のｎ型ＡｌＡｓ層５
３、第１のｐ型ＡｌＡｓ層５６および第２のｐ型ＡｌＡ
ｓ層５８の厚みを５ｎｍ程度とする。
素子を提供すること。 【解決手段】 ｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓで形成されたｎ
型高屈折率領域４１と、第１のｎ型ＡｌＡｓ層５１、ｎ
型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層５２、第２のｎ型ＡｌＡｓ層５
３の３つの層で形成されたｎ型低屈折率領域４２とを交
互に積層して下部半導体多層膜反射鏡１２を構成する。
また、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓで形成されたｐ型高屈折
率領域４５と、第１のｐ型ＡｌＡｓ層５６、ｐ型Ａｌ
0.9Ｇａ0.1Ａｓ層５７、第２のｐ型ＡｌＡｓ層５８の３
つの層で形成されたｐ型低屈折率領域４６とを交互に積
層して上部半導体多層膜反射鏡１６を構成する。特に、
第１のｎ型ＡｌＡｓ層５１、第２のｎ型ＡｌＡｓ層５
３、第１のｐ型ＡｌＡｓ層５６および第２のｐ型ＡｌＡ
ｓ層５８の厚みを５ｎｍ程度とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体多層膜反射
鏡内にＡｌＡｓ層を含ませた面発光レーザ素子に関し、
特に、下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射
鏡の両方にＡｌＡｓ層が含まれている面発光レーザ素子
に関する。
鏡内にＡｌＡｓ層を含ませた面発光レーザ素子に関し、
特に、下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射
鏡の両方にＡｌＡｓ層が含まれている面発光レーザ素子
に関する。
【０００２】
【従来の技術】垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥ
Ｌ：Vertical Cavity Surface EmittingLaser。以下、
単に面発光レーザ素子と称する。）は、その名の示す通
り、光の共振する方向が基板面に対して垂直であり、光
インターコネクションを初め、通信用光源として、ま
た、その他の様々なアプリケーション用デバイスとして
注目されている。
Ｌ：Vertical Cavity Surface EmittingLaser。以下、
単に面発光レーザ素子と称する。）は、その名の示す通
り、光の共振する方向が基板面に対して垂直であり、光
インターコネクションを初め、通信用光源として、ま
た、その他の様々なアプリケーション用デバイスとして
注目されている。
【０００３】その理由として面発光レーザ素子は、従来
の端面発光型レーザ素子と比較して、素子の２次元配列
を容易に形成できること、ミラーを設けるために劈開す
る必要がないのでウエハレベルでテストできること、活
性層のボリュームが格段に小さいので極低閾値で発振で
きるため消費電力が小さいこと等の利点を有しているこ
と等が挙げられる。
の端面発光型レーザ素子と比較して、素子の２次元配列
を容易に形成できること、ミラーを設けるために劈開す
る必要がないのでウエハレベルでテストできること、活
性層のボリュームが格段に小さいので極低閾値で発振で
きるため消費電力が小さいこと等の利点を有しているこ
と等が挙げられる。
【０００４】図７は、従来の面発光レーザ素子の斜視断
面図である。また、図８は、後述する下部半導体多層膜
反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡の構造を説明するため
の説明図である。なお、図８において、図７と共通する
部分には同一の符号を付している。図７に示す面発光レ
ーザ素子１００を作製するには、まず、ｎ型ＧａＡｓ基
板１１上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）
により、下部半導体多層膜反射鏡（下部ＤＢＲミラー）
１１２を形成する。ここで、下部半導体多層膜反射鏡１
１２は、図８に示すように、それぞれの厚さがλ／４ｎ
（λは発振波長、ｎは屈折率）であるｎ型高屈折率領域
１４１とｎ型低屈折率領域１４２との積層構造を１ペア
として、それを例えば３５ペア分積層している。なお、
ｎ型高屈折率領域１４１は、例えばｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8
Ａｓで形成し、ｎ型低屈折率領域１４２は、例えばｎ型
Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓで形成する。
面図である。また、図８は、後述する下部半導体多層膜
反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡の構造を説明するため
の説明図である。なお、図８において、図７と共通する
部分には同一の符号を付している。図７に示す面発光レ
ーザ素子１００を作製するには、まず、ｎ型ＧａＡｓ基
板１１上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）
により、下部半導体多層膜反射鏡（下部ＤＢＲミラー）
１１２を形成する。ここで、下部半導体多層膜反射鏡１
１２は、図８に示すように、それぞれの厚さがλ／４ｎ
（λは発振波長、ｎは屈折率）であるｎ型高屈折率領域
１４１とｎ型低屈折率領域１４２との積層構造を１ペア
として、それを例えば３５ペア分積層している。なお、
ｎ型高屈折率領域１４１は、例えばｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8
Ａｓで形成し、ｎ型低屈折率領域１４２は、例えばｎ型
Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓで形成する。
【０００５】そして、その下部半導体多層膜反射鏡１１
２上に、上下をクラッド層３１および３３で挟まれた量
子井戸活性層３２を形成し、これらからなる活性領域１
３の上に、後の工程において電流狭窄領域を形成するた
めのＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９５≦ｚ≦１）層１５を形
成する。通常、電流狭窄層としてはＡｌＡｓを用いるこ
とが多い。さらに、このＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９５≦
ｚ≦１）層１５の上に、上部半導体多層膜反射鏡１１６
（上部ＤＢＲミラー）を形成する。ここで、上部半導体
多層膜反射鏡１１６は、図８に示すように、それぞれの
厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）であるｐ
型高屈折率領域１４５とｐ型低屈折率領域１４６との積
層構造を１ペアとして、それを例えば２５ペア分積層し
ている。なお、ｐ型高屈折率領域１４５は、例えばｐ型
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓで形成し、ｐ型低屈折率領域１４６
は、例えばｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓで形成する。また、
上部半導体多層膜反射鏡１１６上に、ｐ型ＧａＡｓコン
タクト層１７を形成する。
２上に、上下をクラッド層３１および３３で挟まれた量
子井戸活性層３２を形成し、これらからなる活性領域１
３の上に、後の工程において電流狭窄領域を形成するた
めのＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９５≦ｚ≦１）層１５を形
成する。通常、電流狭窄層としてはＡｌＡｓを用いるこ
とが多い。さらに、このＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９５≦
ｚ≦１）層１５の上に、上部半導体多層膜反射鏡１１６
（上部ＤＢＲミラー）を形成する。ここで、上部半導体
多層膜反射鏡１１６は、図８に示すように、それぞれの
厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）であるｐ
型高屈折率領域１４５とｐ型低屈折率領域１４６との積
層構造を１ペアとして、それを例えば２５ペア分積層し
ている。なお、ｐ型高屈折率領域１４５は、例えばｐ型
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓで形成し、ｐ型低屈折率領域１４６
は、例えばｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓで形成する。また、
上部半導体多層膜反射鏡１１６上に、ｐ型ＧａＡｓコン
タクト層１７を形成する。
【０００６】次に、フォトリソグラフィ工程およびエッ
チング工程（ドライエッチングまたはウェットエッチン
グ）を経て、上部半導体多層膜反射鏡１１６とＡｌＡｓ
層１５とクラッド層３３と量子井戸活性層３２とクラッ
ド層３１と下部半導体多層膜反射鏡１１２の一部とから
なる積層構造の外縁部を除去し、これにより例えば直径
３０μｍの円形のメサポストを形成する。
チング工程（ドライエッチングまたはウェットエッチン
グ）を経て、上部半導体多層膜反射鏡１１６とＡｌＡｓ
層１５とクラッド層３３と量子井戸活性層３２とクラッ
ド層３１と下部半導体多層膜反射鏡１１２の一部とから
なる積層構造の外縁部を除去し、これにより例えば直径
３０μｍの円形のメサポストを形成する。
【０００７】次に、水蒸気雰囲気中にて、約４００℃の
温度で酸化処理を行ない、ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９５
≦ｚ≦１）層１５をメサポストの側壁から選択的に酸化
させ、Ａｌ酸化層１４を形成する。例えばメサポストの
直径が３０μｍであって、Ａｌ酸化層１４が１０μｍの
帯幅を有するリング形状である場合には、中心のＡｌz
Ｇａ1-zＡｓ（０．９５≦ｚ≦１）層１５の面積、すな
わち電流注入されるアパーチャの面積は約８０μｍ
2（直径１０μｍ）になる。
温度で酸化処理を行ない、ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９５
≦ｚ≦１）層１５をメサポストの側壁から選択的に酸化
させ、Ａｌ酸化層１４を形成する。例えばメサポストの
直径が３０μｍであって、Ａｌ酸化層１４が１０μｍの
帯幅を有するリング形状である場合には、中心のＡｌz
Ｇａ1-zＡｓ（０．９５≦ｚ≦１）層１５の面積、すな
わち電流注入されるアパーチャの面積は約８０μｍ
2（直径１０μｍ）になる。
【０００８】そして、上記したメサポストの上面および
側面と露出した下部半導体多層膜反射鏡１１２の上面
に、保護膜として機能するシリコン窒化膜１９を形成
し、続いて、ポリイミド２２によって、シリコン窒化膜
１９が形成されたメサポストの周囲を埋め込む。そし
て、メサポストの上面に形成されたシリコン窒化膜１９
を、直径３０μｍの円形状に除去して露出したｐ型Ｇａ
Ａｓコンタクト層１７上に、内径２０μｍ、外径３０μ
mのリング状のｐ型電極１８を形成する。ｎ型ＧａＡｓ
基板１１の裏面には、基板の厚さを例えば２００μｍ厚
に研磨した後、ｎ型電極２１を形成する。また、ポリイ
ミド２２上にはワイヤをボンディングする電極パッド２
０を、上記したｐ型電極１８に接触するように形成す
る。
側面と露出した下部半導体多層膜反射鏡１１２の上面
に、保護膜として機能するシリコン窒化膜１９を形成
し、続いて、ポリイミド２２によって、シリコン窒化膜
１９が形成されたメサポストの周囲を埋め込む。そし
て、メサポストの上面に形成されたシリコン窒化膜１９
を、直径３０μｍの円形状に除去して露出したｐ型Ｇａ
Ａｓコンタクト層１７上に、内径２０μｍ、外径３０μ
mのリング状のｐ型電極１８を形成する。ｎ型ＧａＡｓ
基板１１の裏面には、基板の厚さを例えば２００μｍ厚
に研磨した後、ｎ型電極２１を形成する。また、ポリイ
ミド２２上にはワイヤをボンディングする電極パッド２
０を、上記したｐ型電極１８に接触するように形成す
る。
【０００９】以上に説明した面発光レーザ素子の構造に
おいて、特に、量子井戸活性層３２の中央部分上に、周
囲のＡｌ酸化層１４よりも抵抗値の低いＡｌzＧａ1-zＡ
ｓ（０．９５≦ｚ≦１）層１５が配置されることで、活
性領域１３の狭い部分にのみ集中して電流を流すことが
可能となっている点が特徴的である。このような構造を
酸化狭窄型面発光レーザと呼んでおり、これにより、レ
ーザ発振閾値などのレーザ特性を大幅に向上させてい
る。
おいて、特に、量子井戸活性層３２の中央部分上に、周
囲のＡｌ酸化層１４よりも抵抗値の低いＡｌzＧａ1-zＡ
ｓ（０．９５≦ｚ≦１）層１５が配置されることで、活
性領域１３の狭い部分にのみ集中して電流を流すことが
可能となっている点が特徴的である。このような構造を
酸化狭窄型面発光レーザと呼んでおり、これにより、レ
ーザ発振閾値などのレーザ特性を大幅に向上させてい
る。
【００１０】また、面発光レーザ素子では、上記した電
流狭窄構造も重要であるが、発振波長の選択や熱伝導率
の向上などの観点から、活性領域１３を上下に挟む下部
半導体多層膜反射鏡１１２と上部半導体多層膜反射鏡１
１６の構造も非常に重要である。下部半導体多層膜反射
鏡１１２および上部半導体多層膜反射鏡１１６におい
て、高屈折率領域と低屈折率領域との間のＡｌ組成の差
が大きくなるほど屈折率差が大きくなり、良好な反射率
が得られることが知られている。また、熱伝導率もＡｌ
組成差が大きいものほど大きくなることが知られている
（Afromowitz M A等 Journal of Applied Physics 44,
pp1292,(1973)）。反射率が大きいと、半導体多層膜反
射鏡のペア数を少なくでき、エピタキシャル成長の時間
が短縮できる。また、熱伝導は、図９に示すように、５
０℃の動作環境で、電流−光出力特性が飽和に近づき、
７０℃の動作環境では、電流−光出力特性が約８．５ｍ
Ｗで飽和し、注入電流を増加しても光出力は増大しな
い。逆にいえば、熱伝導が大きいと、光出力の熱飽和特
性が良好で、高温の動作環境でも高出力で安定して動作
する面発光レーザ素子を作製することができる。
流狭窄構造も重要であるが、発振波長の選択や熱伝導率
の向上などの観点から、活性領域１３を上下に挟む下部
半導体多層膜反射鏡１１２と上部半導体多層膜反射鏡１
１６の構造も非常に重要である。下部半導体多層膜反射
鏡１１２および上部半導体多層膜反射鏡１１６におい
て、高屈折率領域と低屈折率領域との間のＡｌ組成の差
が大きくなるほど屈折率差が大きくなり、良好な反射率
が得られることが知られている。また、熱伝導率もＡｌ
組成差が大きいものほど大きくなることが知られている
（Afromowitz M A等 Journal of Applied Physics 44,
pp1292,(1973)）。反射率が大きいと、半導体多層膜反
射鏡のペア数を少なくでき、エピタキシャル成長の時間
が短縮できる。また、熱伝導は、図９に示すように、５
０℃の動作環境で、電流−光出力特性が飽和に近づき、
７０℃の動作環境では、電流−光出力特性が約８．５ｍ
Ｗで飽和し、注入電流を増加しても光出力は増大しな
い。逆にいえば、熱伝導が大きいと、光出力の熱飽和特
性が良好で、高温の動作環境でも高出力で安定して動作
する面発光レーザ素子を作製することができる。
【００１１】ところが、Ａｌ酸化層１４を形成するため
にＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９５≦ｚ≦１）が用いられて
いることからもわかるように、大きな屈折率差と高熱伝
導性を得るために、下部半導体多層膜反射鏡および／ま
たは上部半導体多層膜反射鏡の低屈折率領域であるＡｌ
yＧａ1-yＡｓ層（ｘ＜ｙ＜１）の組成ｙを１に近づける
と、当該低屈折率領域が容易に酸化される状態を作り出
すことにもなる。特に、上部半導体多層膜反射鏡１１６
中において組成ｙをあまり大きくしてしまうと、Ａｌ酸
化層１４を得るために水蒸気雰囲気中で酸化処理を行な
うと、ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９５≦ｚ≦１）層１５と
一緒に上部半導体多層膜反射鏡１１６の低屈折率領域で
あるＡｌyＧａ1-yＡｓ層（ｘ＜ｙ＜１）が酸化してしま
うことがある。下部半導体多層膜反射鏡１１２または上
部半導体多層膜反射鏡１１６内に必要以上に酸化膜が形
成されると、発振閾値が上がったり、転位が多く発生す
るなど、特性が悪化してしまう。すなわち、反射率や温
度特性の向上と、閾値の低下や転位不良の低減とはトレ
ードオフの関係になってしまい、双方を満足させること
は難しい。そのため、下部半導体多層膜反射鏡１１２ま
たは上部半導体多層膜反射鏡１１６を構成する各ペアの
うち、低屈折率側層には、通常、ＡｌyＧａ1-yＡｓ
（０．７≦ｙ≦０．９５）が用いられる。また、電流狭
窄層であるＡｌzＧａ1-ZＡｓ（０．９５≦ｚ≦１）層１
５は、通常ＡｌＡｓが用いられる。そして、ｙの値はｚ
の値より０．１以上小さくすることが多い。
にＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９５≦ｚ≦１）が用いられて
いることからもわかるように、大きな屈折率差と高熱伝
導性を得るために、下部半導体多層膜反射鏡および／ま
たは上部半導体多層膜反射鏡の低屈折率領域であるＡｌ
yＧａ1-yＡｓ層（ｘ＜ｙ＜１）の組成ｙを１に近づける
と、当該低屈折率領域が容易に酸化される状態を作り出
すことにもなる。特に、上部半導体多層膜反射鏡１１６
中において組成ｙをあまり大きくしてしまうと、Ａｌ酸
化層１４を得るために水蒸気雰囲気中で酸化処理を行な
うと、ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９５≦ｚ≦１）層１５と
一緒に上部半導体多層膜反射鏡１１６の低屈折率領域で
あるＡｌyＧａ1-yＡｓ層（ｘ＜ｙ＜１）が酸化してしま
うことがある。下部半導体多層膜反射鏡１１２または上
部半導体多層膜反射鏡１１６内に必要以上に酸化膜が形
成されると、発振閾値が上がったり、転位が多く発生す
るなど、特性が悪化してしまう。すなわち、反射率や温
度特性の向上と、閾値の低下や転位不良の低減とはトレ
ードオフの関係になってしまい、双方を満足させること
は難しい。そのため、下部半導体多層膜反射鏡１１２ま
たは上部半導体多層膜反射鏡１１６を構成する各ペアの
うち、低屈折率側層には、通常、ＡｌyＧａ1-yＡｓ
（０．７≦ｙ≦０．９５）が用いられる。また、電流狭
窄層であるＡｌzＧａ1-ZＡｓ（０．９５≦ｚ≦１）層１
５は、通常ＡｌＡｓが用いられる。そして、ｙの値はｚ
の値より０．１以上小さくすることが多い。
【００１２】その一方で、上記した酸化の問題を回避し
つつ、ＡｌＡｓ層を下部半導体多層膜反射鏡に含めた面
発光レーザ素子が提案されている。例えば、特願２００
０−３６１３１７に開示の「面発光半導体レーザ素子」
は、下部半導体多層膜反射鏡のうち、メサポスト形成の
ためにエッチングされていない部分、すなわち側壁が酸
化されない部分をＡｌＡｓミラー層としたことを特徴と
している。また、他の例としては、米国特許５４０８１
０５号に開示の「Optoelectronics Semiconductor Devi
ce with Mesa」は、下部半導体多層膜反射鏡全体をＡｌ
Ａｓミラー層とし、かつ下部半導体多層膜をエッチング
しないことを特徴としている。さらに、他の例として、
特開平１０−１２５９９９号公報に開示の「面発光半導
体レーザ素子およびその製造方法」は、少なくともいず
れかの半導体多層膜反射鏡をＡｌＡｓミラーとし、該Ａ
ｌＡｓミラーの周囲に保護膜を作成した後に、酸化した
い場所のみをエッチングによって露出させ酸化させるこ
とを特徴としている。
つつ、ＡｌＡｓ層を下部半導体多層膜反射鏡に含めた面
発光レーザ素子が提案されている。例えば、特願２００
０−３６１３１７に開示の「面発光半導体レーザ素子」
は、下部半導体多層膜反射鏡のうち、メサポスト形成の
ためにエッチングされていない部分、すなわち側壁が酸
化されない部分をＡｌＡｓミラー層としたことを特徴と
している。また、他の例としては、米国特許５４０８１
０５号に開示の「Optoelectronics Semiconductor Devi
ce with Mesa」は、下部半導体多層膜反射鏡全体をＡｌ
Ａｓミラー層とし、かつ下部半導体多層膜をエッチング
しないことを特徴としている。さらに、他の例として、
特開平１０−１２５９９９号公報に開示の「面発光半導
体レーザ素子およびその製造方法」は、少なくともいず
れかの半導体多層膜反射鏡をＡｌＡｓミラーとし、該Ａ
ｌＡｓミラーの周囲に保護膜を作成した後に、酸化した
い場所のみをエッチングによって露出させ酸化させるこ
とを特徴としている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
願２０００−３６１３１７に開示の「面発光半導体レー
ザ素子」は、温度特性が不十分であったり、ＡｌＡｓミ
ラー層までエッチングしてしまわないように精度よくエ
ッチングしなければならないなどの問題を有している。
また、前記米国特許５４０８１０５号に開示の「Optoel
ectronics Semiconductor Device with Mesa」でも、エ
ッチング精度を極めて厳しくしなければならないという
問題を有している。
願２０００−３６１３１７に開示の「面発光半導体レー
ザ素子」は、温度特性が不十分であったり、ＡｌＡｓミ
ラー層までエッチングしてしまわないように精度よくエ
ッチングしなければならないなどの問題を有している。
また、前記米国特許５４０８１０５号に開示の「Optoel
ectronics Semiconductor Device with Mesa」でも、エ
ッチング精度を極めて厳しくしなければならないという
問題を有している。
【００１４】加えて、前記特開平１０−１２５９９９号
公報に開示の「面発光半導体レーザ素子およびその製造
方法」では、エッチングを２回行なわなければならず、
保護膜の作成や除去等、非常に工程が複雑になるという
問題を有している。また、エッチングの精度も極めて厳
しく、工業化する上では非常に困難であるという問題も
有している。
公報に開示の「面発光半導体レーザ素子およびその製造
方法」では、エッチングを２回行なわなければならず、
保護膜の作成や除去等、非常に工程が複雑になるという
問題を有している。また、エッチングの精度も極めて厳
しく、工業化する上では非常に困難であるという問題も
有している。
【００１５】本発明は上記に鑑みてなされたものであっ
て、従来のようにＡｌの組成の差で酸化速度を制御する
のではなく、半導体多層膜反射鏡内のＡｌＡｓ層の膜厚
制御によって、容易に酸化しないＡｌＡｓ層を半導体多
層膜反射鏡の内部に存在させることによって、容易に酸
化しないＡｌＡｓ層を半導体多層膜反射鏡の内部に存在
させることによって、従来よりも反射率や温度特性を向
上させた面発光レーザ素子を提供することを目的とす
る。
て、従来のようにＡｌの組成の差で酸化速度を制御する
のではなく、半導体多層膜反射鏡内のＡｌＡｓ層の膜厚
制御によって、容易に酸化しないＡｌＡｓ層を半導体多
層膜反射鏡の内部に存在させることによって、容易に酸
化しないＡｌＡｓ層を半導体多層膜反射鏡の内部に存在
させることによって、従来よりも反射率や温度特性を向
上させた面発光レーザ素子を提供することを目的とす
る。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１にかかる面発光レーザ素子は、半導体基板
上に、高屈折率領域と低屈折率領域との対を１ペアとし
て複数のペアから構成される下部半導体多層膜反射鏡
と、前記下部半導体多層膜反射鏡の上方に配置されると
ともに上下をクラッド層で挟まれた活性層と、周縁部に
酸化領域を有したＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９５≦ｚ≦
１）電流狭窄層と、高屈折率領域と低屈折率領域との対
を１ペアとして複数のペアから構成される上部半導体多
層膜反射鏡と、を備えた面発光レーザ素子において、前
記下部半導体多層膜反射鏡および／または前記上部半導
体多層膜反射鏡の低屈折率領域が、前記電流狭窄層より
も厚みの小さいＡｌＡｓ層を含んでいることを特徴とし
ている。
に、請求項１にかかる面発光レーザ素子は、半導体基板
上に、高屈折率領域と低屈折率領域との対を１ペアとし
て複数のペアから構成される下部半導体多層膜反射鏡
と、前記下部半導体多層膜反射鏡の上方に配置されると
ともに上下をクラッド層で挟まれた活性層と、周縁部に
酸化領域を有したＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９５≦ｚ≦
１）電流狭窄層と、高屈折率領域と低屈折率領域との対
を１ペアとして複数のペアから構成される上部半導体多
層膜反射鏡と、を備えた面発光レーザ素子において、前
記下部半導体多層膜反射鏡および／または前記上部半導
体多層膜反射鏡の低屈折率領域が、前記電流狭窄層より
も厚みの小さいＡｌＡｓ層を含んでいることを特徴とし
ている。
【００１７】この発明によれば、容易に酸化されない薄
い厚みのＡｌＡｓ層を、下部半導体多層膜反射鏡および
／または上部半導体多層膜反射鏡の低屈折率領域に含ま
せているので、ＡｌＡｓ層が有する低屈折率と高熱伝導
性という特性を半導体多層膜反射鏡に取り入れることが
できる。
い厚みのＡｌＡｓ層を、下部半導体多層膜反射鏡および
／または上部半導体多層膜反射鏡の低屈折率領域に含ま
せているので、ＡｌＡｓ層が有する低屈折率と高熱伝導
性という特性を半導体多層膜反射鏡に取り入れることが
できる。
【００１８】また、請求項２にかかる面発光レーザ素子
は、上記発明において、前記下部半導体多層膜反射鏡
が、基板側の第１の半導体多層膜部分と活性層側の第２
の半導体多層膜部分とによって構成され、前記第１の半
導体多層膜部分の低屈折率領域は、任意の厚さのＡｌＡ
ｓ層を含み、前記第２の半導体多層膜部分の低屈折率領
域は、前記電流狭窄層よりも厚みの小さいＡｌＡｓ層を
含んでいることを特徴としている。
は、上記発明において、前記下部半導体多層膜反射鏡
が、基板側の第１の半導体多層膜部分と活性層側の第２
の半導体多層膜部分とによって構成され、前記第１の半
導体多層膜部分の低屈折率領域は、任意の厚さのＡｌＡ
ｓ層を含み、前記第２の半導体多層膜部分の低屈折率領
域は、前記電流狭窄層よりも厚みの小さいＡｌＡｓ層を
含んでいることを特徴としている。
【００１９】また、請求項３にかかる面発光レーザ素子
は、上記発明において、前記ＡｌＡｓ層が一つの低屈折
率領域に複数層含まれていることを特徴としている。
は、上記発明において、前記ＡｌＡｓ層が一つの低屈折
率領域に複数層含まれていることを特徴としている。
【００２０】また、請求項４にかかる面発光レーザ素子
は、上記発明において、前記上部半導体多層膜反射鏡内
または前記第２の半導体多層膜部分に含まれるＡｌＡｓ
層の一層当たりの厚さが１０ｎｍ以下であることを特徴
としている。
は、上記発明において、前記上部半導体多層膜反射鏡内
または前記第２の半導体多層膜部分に含まれるＡｌＡｓ
層の一層当たりの厚さが１０ｎｍ以下であることを特徴
としている。
【００２１】また、請求項５にかかる面発光レーザ素子
は、上記発明において、前記下部半導体多層膜反射鏡お
よび／または前記上部半導体多層膜反射鏡の高屈折率領
域が、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）層を含んでお
り、前記下部半導体多層膜反射鏡および／または前記上
部半導体多層膜反射鏡の低屈折率領域は、ＡｌyＧａ1-y
Ａｓ（ｘ＜ｙ＜１）層を含んでいることを特徴としてい
る。
は、上記発明において、前記下部半導体多層膜反射鏡お
よび／または前記上部半導体多層膜反射鏡の高屈折率領
域が、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）層を含んでお
り、前記下部半導体多層膜反射鏡および／または前記上
部半導体多層膜反射鏡の低屈折率領域は、ＡｌyＧａ1-y
Ａｓ（ｘ＜ｙ＜１）層を含んでいることを特徴としてい
る。
【００２２】また、請求項６にかかる面発光レーザ素子
は、上記発明において、前記下部半導体多層膜反射鏡お
よび／または前記上部半導体多層膜反射鏡が、前記Ａｌ
yＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ＜１）層と前記ＡｌxＧａ1-xＡｓ
（０≦ｘ＜１）層に挟まれ、Ａｌ組成ｉがｙからｘまで
緩やかに傾斜するＡｌiＧａ1-iＡｓ傾斜組成層を含んで
いることを特徴としている。
は、上記発明において、前記下部半導体多層膜反射鏡お
よび／または前記上部半導体多層膜反射鏡が、前記Ａｌ
yＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ＜１）層と前記ＡｌxＧａ1-xＡｓ
（０≦ｘ＜１）層に挟まれ、Ａｌ組成ｉがｙからｘまで
緩やかに傾斜するＡｌiＧａ1-iＡｓ傾斜組成層を含んで
いることを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかる面発光レ
ーザ素子の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明す
る。なお、この実施の形態によりこの発明が限定される
ものではない。
ーザ素子の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明す
る。なお、この実施の形態によりこの発明が限定される
ものではない。
【００２４】（実施の形態１）まず、実施の形態１にか
かる面発光レーザ素子について説明する。実施の形態１
にかかる面発光レーザ素子は、上部半導体多層膜反射鏡
および下部半導体多層膜反射鏡内に、酸化されにくい薄
い膜厚のＡｌＡｓ層を含ませることで、従来よりも反射
率や温度特性を向上させたことを特徴としている。
かる面発光レーザ素子について説明する。実施の形態１
にかかる面発光レーザ素子は、上部半導体多層膜反射鏡
および下部半導体多層膜反射鏡内に、酸化されにくい薄
い膜厚のＡｌＡｓ層を含ませることで、従来よりも反射
率や温度特性を向上させたことを特徴としている。
【００２５】まず、ＡｌＡｓ層の厚みと酸化レートとの
関係について説明する。ＡｌＡｓの酸化の容易さは、文
献IEEE Journal of Selected topics in Quantum Elect
ronics Vol3,3,June 1997 p916のＦｉｇ８（ｂ）に示す
ように、膜厚が増加するに従って急激に増加することが
知られている。発明者らは、このＡｌＡｓの膜厚と酸化
レートとの関係についてさらに詳しく実験した結果、エ
ピタキシャル成長の条件や酸化条件によって酸化レート
は様々に変わるが、膜厚１０ｎｍ以下であるとほぼ安定
してほとんど酸化されないことを見出した。すなわち、
半導体多層膜反射鏡内に、膜厚１０ｎｍ以下のＡｌＡｓ
層を含ませることで、高反射率と良好な温度特性を有
し、かつ従来と同じ簡便な工程での作製が可能な面発光
レーザ素子を提供することができるという知見を得るに
至った。
関係について説明する。ＡｌＡｓの酸化の容易さは、文
献IEEE Journal of Selected topics in Quantum Elect
ronics Vol3,3,June 1997 p916のＦｉｇ８（ｂ）に示す
ように、膜厚が増加するに従って急激に増加することが
知られている。発明者らは、このＡｌＡｓの膜厚と酸化
レートとの関係についてさらに詳しく実験した結果、エ
ピタキシャル成長の条件や酸化条件によって酸化レート
は様々に変わるが、膜厚１０ｎｍ以下であるとほぼ安定
してほとんど酸化されないことを見出した。すなわち、
半導体多層膜反射鏡内に、膜厚１０ｎｍ以下のＡｌＡｓ
層を含ませることで、高反射率と良好な温度特性を有
し、かつ従来と同じ簡便な工程での作製が可能な面発光
レーザ素子を提供することができるという知見を得るに
至った。
【００２６】図１は、実施の形態１にかかる面発光レー
ザ素子の斜視断面図である。また、図２は、実施の形態
１にかかる面発光レーザ素子の下部半導体多層膜反射鏡
と上部半導体多層膜反射鏡の構造を説明するための説明
図である。なお、図１において、図７と共通する部分に
は同一の符号を付し、図２において、図１と共通する部
分には同一の符号を付している。
ザ素子の斜視断面図である。また、図２は、実施の形態
１にかかる面発光レーザ素子の下部半導体多層膜反射鏡
と上部半導体多層膜反射鏡の構造を説明するための説明
図である。なお、図１において、図７と共通する部分に
は同一の符号を付し、図２において、図１と共通する部
分には同一の符号を付している。
【００２７】図１に示す面発光レーザ素子１０におい
て、図７に示した従来の面発光レーザ素子と異なるの
は、下部半導体多層膜反射鏡１２と上部半導体多層膜反
射鏡１６の各層構造である。よって、その大きな違い
は、図２において説明される。図１に示す面発光レーザ
素子１０を作製するには、まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１１
上に、ＭＯＣＶＤ法により、下部半導体多層膜反射鏡
（下部ＤＢＲミラー）１２を形成する。ここで、下部半
導体多層膜反射鏡１２は、図２に示すように、それぞれ
の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）である
ｎ型高屈折率領域４１とｎ型低屈折率領域４２との積層
構造を１ペアとして、それを３５ペア分積層した層であ
る。
て、図７に示した従来の面発光レーザ素子と異なるの
は、下部半導体多層膜反射鏡１２と上部半導体多層膜反
射鏡１６の各層構造である。よって、その大きな違い
は、図２において説明される。図１に示す面発光レーザ
素子１０を作製するには、まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１１
上に、ＭＯＣＶＤ法により、下部半導体多層膜反射鏡
（下部ＤＢＲミラー）１２を形成する。ここで、下部半
導体多層膜反射鏡１２は、図２に示すように、それぞれ
の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）である
ｎ型高屈折率領域４１とｎ型低屈折率領域４２との積層
構造を１ペアとして、それを３５ペア分積層した層であ
る。
【００２８】なお、ｎ型高屈折率領域４１は、従来通り
にｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓで形成するが、ｎ型低屈折率
領域４２は、第１のｎ型ＡｌＡｓ層５１、ｎ型Ａｌ0.9
Ｇａ0 .1Ａｓ層５２、第２のｎ型ＡｌＡｓ層５３の３つ
の層で構成される。特に、第１のｎ型ＡｌＡｓ層５１お
よび第２のｎ型ＡｌＡｓ層５３の厚みは、それぞれ５ｎ
ｍ程度であり、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層５２の厚み
は、λ／４ｎから第１のｎ型ＡｌＡｓ層５１および第２
のｎ型ＡｌＡｓ層５３の厚みの総計を減算した値であ
る。
にｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓで形成するが、ｎ型低屈折率
領域４２は、第１のｎ型ＡｌＡｓ層５１、ｎ型Ａｌ0.9
Ｇａ0 .1Ａｓ層５２、第２のｎ型ＡｌＡｓ層５３の３つ
の層で構成される。特に、第１のｎ型ＡｌＡｓ層５１お
よび第２のｎ型ＡｌＡｓ層５３の厚みは、それぞれ５ｎ
ｍ程度であり、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層５２の厚み
は、λ／４ｎから第１のｎ型ＡｌＡｓ層５１および第２
のｎ型ＡｌＡｓ層５３の厚みの総計を減算した値であ
る。
【００２９】そして、その下部半導体多層膜反射鏡１２
上に、上下をクラッド層３１および３３で挟まれた量子
井戸活性層３２を形成し、これらの層からなる活性領域
１３の上に、後の工程において電流狭窄領域を形成する
ためのＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９５≦ｚ≦１）層１５を
形成する。また、さらに、このＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．
９５≦ｚ≦１）層１５の上に、上部半導体多層膜反射鏡
１６（上部ＤＢＲミラー）を形成する。ここで、上部半
導体多層膜反射鏡１６は、図２に示すように、それぞれ
の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）である
ｐ型高屈折率領域４５とｐ型低屈折率領域４６との積層
構造を１ペアとして、それを２５ペア分積層した層であ
る。
上に、上下をクラッド層３１および３３で挟まれた量子
井戸活性層３２を形成し、これらの層からなる活性領域
１３の上に、後の工程において電流狭窄領域を形成する
ためのＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９５≦ｚ≦１）層１５を
形成する。また、さらに、このＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．
９５≦ｚ≦１）層１５の上に、上部半導体多層膜反射鏡
１６（上部ＤＢＲミラー）を形成する。ここで、上部半
導体多層膜反射鏡１６は、図２に示すように、それぞれ
の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）である
ｐ型高屈折率領域４５とｐ型低屈折率領域４６との積層
構造を１ペアとして、それを２５ペア分積層した層であ
る。
【００３０】なお、ｐ型高屈折率領域４５は、従来通り
にｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓで形成するが、ｐ型低屈折率
領域４６は、上記したｎ型低屈折率領域４２と同様に、
第１のｐ型ＡｌＡｓ層５６、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層
５７、第２のｐ型ＡｌＡｓ層５８の３つの層で構成され
る。特に、第１のｐ型ＡｌＡｓ層５６および第２のｐ型
ＡｌＡｓ層５８の厚みは、それぞれ５ｎｍ程度であり、
ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層５７の厚みは、λ／４ｎから
第１のｐ型ＡｌＡｓ層５６および第２のｐ型ＡｌＡｓ層
５８の厚みの総計を減算した値である。また、上部半導
体多層膜反射鏡１６上に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１
７を形成する。
にｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓで形成するが、ｐ型低屈折率
領域４６は、上記したｎ型低屈折率領域４２と同様に、
第１のｐ型ＡｌＡｓ層５６、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層
５７、第２のｐ型ＡｌＡｓ層５８の３つの層で構成され
る。特に、第１のｐ型ＡｌＡｓ層５６および第２のｐ型
ＡｌＡｓ層５８の厚みは、それぞれ５ｎｍ程度であり、
ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層５７の厚みは、λ／４ｎから
第１のｐ型ＡｌＡｓ層５６および第２のｐ型ＡｌＡｓ層
５８の厚みの総計を減算した値である。また、上部半導
体多層膜反射鏡１６上に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１
７を形成する。
【００３１】次に、フォトリソグラフィ工程およびエッ
チング工程（ドライエッチングまたはウェットエッチン
グ）を経て、上部半導体多層膜反射鏡１６とＡｌzＧａ
1-zＡｓ（０．９５≦ｚ≦１）層１５とクラッド層３３
と量子井戸活性層３２とクラッド層３１と下部半導体多
層膜反射鏡１２の一部とからなる積層構造の外縁部を除
去し、これにより例えば直径３０μｍの円形のメサポス
トを形成する。
チング工程（ドライエッチングまたはウェットエッチン
グ）を経て、上部半導体多層膜反射鏡１６とＡｌzＧａ
1-zＡｓ（０．９５≦ｚ≦１）層１５とクラッド層３３
と量子井戸活性層３２とクラッド層３１と下部半導体多
層膜反射鏡１２の一部とからなる積層構造の外縁部を除
去し、これにより例えば直径３０μｍの円形のメサポス
トを形成する。
【００３２】次に、水蒸気雰囲気中にて、例えば４１０
℃で２０分間の酸化処理を行ない、ＡｌzＧａ1-zＡｓ
（０．９５≦ｚ≦１）層１５をメサポストの側壁から選
択的に約１０μｍ酸化させ、Ａｌ酸化層１４を形成す
る。例えばＡｌ酸化層１４が１０μｍの帯幅を有するリ
ング形状である場合、中心のＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９
５≦ｚ≦１）層１５の面積、すなわち電流注入されるア
パーチャの面積は約８０μｍ2（直径１０μｍ）にな
る。ここで特に、下部半導体多層膜反射鏡１２の中の第
１のｎ型ＡｌＡｓ層５１および第２のｎ型ＡｌＡｓ層５
３と上部半導体多層膜反射鏡１６の中の、第１のｐ型Ａ
ｌＡｓ層５６、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層５７、第２の
ｐ型ＡｌＡｓ層５８の酸化量は、周辺からわずか０．２
μｍであった。
℃で２０分間の酸化処理を行ない、ＡｌzＧａ1-zＡｓ
（０．９５≦ｚ≦１）層１５をメサポストの側壁から選
択的に約１０μｍ酸化させ、Ａｌ酸化層１４を形成す
る。例えばＡｌ酸化層１４が１０μｍの帯幅を有するリ
ング形状である場合、中心のＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９
５≦ｚ≦１）層１５の面積、すなわち電流注入されるア
パーチャの面積は約８０μｍ2（直径１０μｍ）にな
る。ここで特に、下部半導体多層膜反射鏡１２の中の第
１のｎ型ＡｌＡｓ層５１および第２のｎ型ＡｌＡｓ層５
３と上部半導体多層膜反射鏡１６の中の、第１のｐ型Ａ
ｌＡｓ層５６、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層５７、第２の
ｐ型ＡｌＡｓ層５８の酸化量は、周辺からわずか０．２
μｍであった。
【００３３】そして、上記したメサポストの上面および
側面と露出した下部半導体多層膜反射鏡１１２の上面
に、保護膜として機能するシリコン窒化膜１９を形成
し、続いて、ポリイミド２２によって、シリコン窒化膜
１９が形成されたメサポストの周囲を埋め込む。そし
て、メサポストの上面に形成されたシリコン窒化膜１９
を、直径３０μｍの円形状に除去し、これによって露出
したｐ型ＧａＡｓコンタクト層１７上に、さらに内径２
０μｍ、外径３０μmのリング状のｐ型電極１８を形成
する。ｎ型ＧａＡｓ基板１１の裏面には、基板の厚さを
例えば２００μｍ厚に研磨した後、ｎ型電極２１を形成
する。また、ポリイミド２１上にはワイヤをボンディン
グする電極パッド１０を、上記したｐ型電極１８に接触
するように形成する。
側面と露出した下部半導体多層膜反射鏡１１２の上面
に、保護膜として機能するシリコン窒化膜１９を形成
し、続いて、ポリイミド２２によって、シリコン窒化膜
１９が形成されたメサポストの周囲を埋め込む。そし
て、メサポストの上面に形成されたシリコン窒化膜１９
を、直径３０μｍの円形状に除去し、これによって露出
したｐ型ＧａＡｓコンタクト層１７上に、さらに内径２
０μｍ、外径３０μmのリング状のｐ型電極１８を形成
する。ｎ型ＧａＡｓ基板１１の裏面には、基板の厚さを
例えば２００μｍ厚に研磨した後、ｎ型電極２１を形成
する。また、ポリイミド２１上にはワイヤをボンディン
グする電極パッド１０を、上記したｐ型電極１８に接触
するように形成する。
【００３４】図３は、実施の形態１にかかる面発光レー
ザ素子の電流−光出力特性を示す図であり、特に図７に
示した従来の面発光レーザ素子と比較可能な条件の下で
測定された実験結果である。図３に示すように、実施の
形態１にかかる面発光レーザ素子は、従来の面発光レー
ザ素子と比較して、熱伝導が大きくなり光出力の熱飽和
特性が良好で、高温の動作環境でも高出力で安定して動
作することがわかる。なお、発明者らの他の実験によれ
ば、発振閾値も良好で、転位欠陥も見られなかった。
ザ素子の電流−光出力特性を示す図であり、特に図７に
示した従来の面発光レーザ素子と比較可能な条件の下で
測定された実験結果である。図３に示すように、実施の
形態１にかかる面発光レーザ素子は、従来の面発光レー
ザ素子と比較して、熱伝導が大きくなり光出力の熱飽和
特性が良好で、高温の動作環境でも高出力で安定して動
作することがわかる。なお、発明者らの他の実験によれ
ば、発振閾値も良好で、転位欠陥も見られなかった。
【００３５】また、上述した説明では、ｎ型低屈折率領
域４２およびｐ型低屈折率領域４６内にそれぞれ、Ａｌ
0.9Ｇａ0.1Ａｓ層を挟み込むように２つのＡｌＡｓ層を
配置するとしたが、このＡｌＡｓ層は、１０ｎｍ以下の
厚みであれば、低屈折率領域内に一つだけ配置するよう
にしてもよい。図４は、その場合の半導体多層膜反射鏡
の１ペアの構造を示す図である。すなわち、ｐ型低屈折
率領域４６を、図４（ａ）に示すように、１０ｎｍの厚
みのｐ型ＡｌＡｓ層５９とｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層５
７で構成し、ｎ型低屈折率領域４２を、図４（ｂ）に示
すように、１０ｎｍの厚みのｐ型ＡｌＡｓ層５４とｎ型
Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層５２で構成することもできる。な
お、この場合のＡｌＡｓ層は、製造工程の簡略化の観点
から、高屈折率領域に隣接する位置に形成されることが
好ましいが、低屈折率領域の中央部付近に配置してもよ
い。さらに、これらに限らず、ＡｌＡｓ層が１０ｎｍ以
下の厚みを有するという条件を満たせば、同一の低屈折
率領域内に３つ以上のＡｌＡｓ層を配置してもよい。ま
た、下部半導体多層膜反射鏡１２と上部半導体多層膜反
射鏡１６を構成するすべてのペアにＡｌＡｓ層を含ませ
るのが好ましいが、一部であってもよい。
域４２およびｐ型低屈折率領域４６内にそれぞれ、Ａｌ
0.9Ｇａ0.1Ａｓ層を挟み込むように２つのＡｌＡｓ層を
配置するとしたが、このＡｌＡｓ層は、１０ｎｍ以下の
厚みであれば、低屈折率領域内に一つだけ配置するよう
にしてもよい。図４は、その場合の半導体多層膜反射鏡
の１ペアの構造を示す図である。すなわち、ｐ型低屈折
率領域４６を、図４（ａ）に示すように、１０ｎｍの厚
みのｐ型ＡｌＡｓ層５９とｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層５
７で構成し、ｎ型低屈折率領域４２を、図４（ｂ）に示
すように、１０ｎｍの厚みのｐ型ＡｌＡｓ層５４とｎ型
Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層５２で構成することもできる。な
お、この場合のＡｌＡｓ層は、製造工程の簡略化の観点
から、高屈折率領域に隣接する位置に形成されることが
好ましいが、低屈折率領域の中央部付近に配置してもよ
い。さらに、これらに限らず、ＡｌＡｓ層が１０ｎｍ以
下の厚みを有するという条件を満たせば、同一の低屈折
率領域内に３つ以上のＡｌＡｓ層を配置してもよい。ま
た、下部半導体多層膜反射鏡１２と上部半導体多層膜反
射鏡１６を構成するすべてのペアにＡｌＡｓ層を含ませ
るのが好ましいが、一部であってもよい。
【００３６】以上に説明したとおり、実施の形態１にか
かる面発光レーザ素子によれば、容易に酸化されない１
０ｎｍ以下の厚みのＡｌＡｓ層を、活性領域１３を挟ん
だ下部半導体多層膜反射鏡１２と上部半導体多層膜反射
鏡１６の両方に含ませているので、ＡｌＡｓ層が有する
低屈折率と高熱伝導性という特性を半導体多層膜反射鏡
に取り入れることができ、結果的に、反射率や温度特性
が向上して安定した高出力のレーザ発振が可能となる。
かる面発光レーザ素子によれば、容易に酸化されない１
０ｎｍ以下の厚みのＡｌＡｓ層を、活性領域１３を挟ん
だ下部半導体多層膜反射鏡１２と上部半導体多層膜反射
鏡１６の両方に含ませているので、ＡｌＡｓ層が有する
低屈折率と高熱伝導性という特性を半導体多層膜反射鏡
に取り入れることができ、結果的に、反射率や温度特性
が向上して安定した高出力のレーザ発振が可能となる。
【００３７】なお、効果は薄まるが、下部半導体多層膜
反射鏡１２と上部半導体多層膜反射鏡１６のいずれか一
方のみが、ＡｌＡｓ層を含んだペアで構成されるように
設計することもできる。
反射鏡１２と上部半導体多層膜反射鏡１６のいずれか一
方のみが、ＡｌＡｓ層を含んだペアで構成されるように
設計することもできる。
【００３８】（実施の形態２）次に、実施の形態２にか
かる面発光レーザ素子について説明する。実施の形態２
にかかる面発光レーザ素子は、上部半導体多層膜反射鏡
および上部半導体多層膜反射鏡内に、酸化されにくい薄
い膜厚のＡｌＡｓ層を含ませるとともに、ＡｌＡｓ層に
隣接する層として傾斜組成層を配置したことを特徴とし
ている。
かる面発光レーザ素子について説明する。実施の形態２
にかかる面発光レーザ素子は、上部半導体多層膜反射鏡
および上部半導体多層膜反射鏡内に、酸化されにくい薄
い膜厚のＡｌＡｓ層を含ませるとともに、ＡｌＡｓ層に
隣接する層として傾斜組成層を配置したことを特徴とし
ている。
【００３９】図５は、実施の形態２にかかる面発光レー
ザ素子の斜視断面図である。また、図６は、実施の形態
２にかかる面発光レーザ素子の下部半導体多層膜反射鏡
と上部半導体多層膜反射鏡の構造を説明するための説明
図である。なお、図５において、図１と共通する部分に
は同一の符号を付し、図６において、図５と共通する部
分には同一の符号を付している。
ザ素子の斜視断面図である。また、図６は、実施の形態
２にかかる面発光レーザ素子の下部半導体多層膜反射鏡
と上部半導体多層膜反射鏡の構造を説明するための説明
図である。なお、図５において、図１と共通する部分に
は同一の符号を付し、図６において、図５と共通する部
分には同一の符号を付している。
【００４０】図５に示す面発光レーザ素子において、図
１に示した実施の形態１にかかる面発光レーザ素子と異
なるのは、下部半導体多層膜反射鏡が第１の下部半導体
多層膜反射鏡６１と第２の下部半導体多層膜反射鏡６２
の２つの領域に分かれた点と、上部半導体多層膜反射鏡
６３の層構造である。よって、その大きな違いは、図６
において説明される。図５に示す面発光レーザ素子６０
を作製するには、まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、Ｍ
ＯＣＶＤ法により、第１の下部半導体多層膜反射鏡（下
部ＤＢＲミラー）６１を形成する。
１に示した実施の形態１にかかる面発光レーザ素子と異
なるのは、下部半導体多層膜反射鏡が第１の下部半導体
多層膜反射鏡６１と第２の下部半導体多層膜反射鏡６２
の２つの領域に分かれた点と、上部半導体多層膜反射鏡
６３の層構造である。よって、その大きな違いは、図６
において説明される。図５に示す面発光レーザ素子６０
を作製するには、まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、Ｍ
ＯＣＶＤ法により、第１の下部半導体多層膜反射鏡（下
部ＤＢＲミラー）６１を形成する。
【００４１】第１の下部半導体多層膜反射鏡６１は、図
６に示すように、ｎ型低屈折率領域とｎ型高屈折率領域
との積層からなる半導体層７０を１ペアとして２０ペア
分積層している。第１の傾斜組成層７１は、Ａｌ組成が
２０％から１００％へと緩やかに増加するｎ型ＡｌiＧ
ａ1-iＡｓ（ｉ＝０．２→１．０）で形成される。その
膜厚は通常１０〜３０ｎｍであり、本実施の形態２では
２０ｎｍである。また、ｎ型低屈折率領域７２はｎ型Ａ
ｌＡｓで形成される。
６に示すように、ｎ型低屈折率領域とｎ型高屈折率領域
との積層からなる半導体層７０を１ペアとして２０ペア
分積層している。第１の傾斜組成層７１は、Ａｌ組成が
２０％から１００％へと緩やかに増加するｎ型ＡｌiＧ
ａ1-iＡｓ（ｉ＝０．２→１．０）で形成される。その
膜厚は通常１０〜３０ｎｍであり、本実施の形態２では
２０ｎｍである。また、ｎ型低屈折率領域７２はｎ型Ａ
ｌＡｓで形成される。
【００４２】また、第２の傾斜組成層７３は、Ａｌ組成
が１００％から２０％へと緩やかに減少するｎ型Ａｌj
Ｇａ1-jＡｓ（ｊ＝１．０→０．２）で形成される。な
お、第２の傾斜組成層７３の厚さは、上記した第１の傾
斜組成層７１と同じである。また、ｎ型高屈折率領域７
４はｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓで形成される。ｎ型低屈折
率領域（ｎ型ＡｌＡｓ）７２の厚さはλ／４ｎから第１
の傾斜組成層７１の半分の厚みを減算し、さらに第２の
傾斜組成層７３の半分の厚みを減算した値になる。よっ
て例えば第１の傾斜組成層７１の厚みが２０ｎｍ、第２
の傾斜組成層７３の厚みが２０ｎｍの場合、ｎ型低屈折
率領域（ｎ型ＡｌＡｓ）７２の厚さは、（λ／４ｎ−１
０−１０）ｎｍとなる。また高屈折率領域７４の厚みも
同様に計算し、この場合は、（λ／４ｎ−１０−１０）
ｎｍとなる。なお、本実施の形態におけるｎ型低屈折率
領域（ｎ型ＡｌＡｓ）７２は後の工程でもエッチングに
よって露出することはないため、厚さは１０ｎｍ以上に
なってもかまわない。ここで上記した第１の傾斜組成層
７１や第２の傾斜組成層７３のような傾斜組成層は、電
気抵抗を下げる効果が得られる構造として公知である。
が１００％から２０％へと緩やかに減少するｎ型Ａｌj
Ｇａ1-jＡｓ（ｊ＝１．０→０．２）で形成される。な
お、第２の傾斜組成層７３の厚さは、上記した第１の傾
斜組成層７１と同じである。また、ｎ型高屈折率領域７
４はｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓで形成される。ｎ型低屈折
率領域（ｎ型ＡｌＡｓ）７２の厚さはλ／４ｎから第１
の傾斜組成層７１の半分の厚みを減算し、さらに第２の
傾斜組成層７３の半分の厚みを減算した値になる。よっ
て例えば第１の傾斜組成層７１の厚みが２０ｎｍ、第２
の傾斜組成層７３の厚みが２０ｎｍの場合、ｎ型低屈折
率領域（ｎ型ＡｌＡｓ）７２の厚さは、（λ／４ｎ−１
０−１０）ｎｍとなる。また高屈折率領域７４の厚みも
同様に計算し、この場合は、（λ／４ｎ−１０−１０）
ｎｍとなる。なお、本実施の形態におけるｎ型低屈折率
領域（ｎ型ＡｌＡｓ）７２は後の工程でもエッチングに
よって露出することはないため、厚さは１０ｎｍ以上に
なってもかまわない。ここで上記した第１の傾斜組成層
７１や第２の傾斜組成層７３のような傾斜組成層は、電
気抵抗を下げる効果が得られる構造として公知である。
【００４３】一方、第２の下部半導体多層膜反射鏡６２
は、図６に示すように、ｎ型低屈折率領域とｎ型高屈折
率領域との積層からなる半導体層８０を１ペアとして１
５ペア分積層した層である。第１の傾斜組成層８１は、
Ａｌ組成が２０％から１００％へと緩やかに増加するｎ
型ＡｌiＧａ1-iＡｓ（ｉ＝０．２→１．０）で形成され
る。また、上記ｎ型低屈性率領域は、第１のｎ型ＡｌＡ
ｓ層８２とｎ型Ａｌ0. 9Ｇａ0.1Ａｓ層８３と第２のｎ型
ＡｌＡｓ層８４の３層で構成される。なお、第１のｎ型
ＡｌＡｓ層８２および第２のｎ型ＡｌＡｓ層８４の厚さ
は実施の形態１で説明したように１０ｎｍ以下とする必
要があり、ここでは、それぞれ５ｎｍとする。
は、図６に示すように、ｎ型低屈折率領域とｎ型高屈折
率領域との積層からなる半導体層８０を１ペアとして１
５ペア分積層した層である。第１の傾斜組成層８１は、
Ａｌ組成が２０％から１００％へと緩やかに増加するｎ
型ＡｌiＧａ1-iＡｓ（ｉ＝０．２→１．０）で形成され
る。また、上記ｎ型低屈性率領域は、第１のｎ型ＡｌＡ
ｓ層８２とｎ型Ａｌ0. 9Ｇａ0.1Ａｓ層８３と第２のｎ型
ＡｌＡｓ層８４の３層で構成される。なお、第１のｎ型
ＡｌＡｓ層８２および第２のｎ型ＡｌＡｓ層８４の厚さ
は実施の形態１で説明したように１０ｎｍ以下とする必
要があり、ここでは、それぞれ５ｎｍとする。
【００４４】第２の傾斜組成層８５は、Ａｌ組成が１０
０％から２０％へと緩やかに減少するｎ型ＡｌjＧａ1-j
Ａｓ（ｊ＝１．０→０．２）で形成される。なお、第２
の傾斜組成層８５の厚さは、上記した第１の傾斜組成層
８１と同じである。またｎ型低屈折率領域８６はｎ型Ａ
ｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層で形成される。ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0 .1
Ａｓ８３の厚さは、λ/４ｎから第１の傾斜組成層８１
の半分の厚みを減算し、さらに第１のＡｌＡｓ層８２の
厚みを減算し、さらに第２のＡｌＡｓ層８４の厚みを減
算し、さらに第２の傾斜組成層８５の厚みを減算した値
となる。この場合は、（λ／４ｎ−１０−５−５−１
０）ｎｍとなる。また、ｎ型低屈折率領域（ＡｌＡｓ）
８６の厚さはλ／４ｎから第１の傾斜組成層８１の半分
の厚みを減算し、さらに第２の傾斜組成層８５の半分の
厚みを減算した値になる。
０％から２０％へと緩やかに減少するｎ型ＡｌjＧａ1-j
Ａｓ（ｊ＝１．０→０．２）で形成される。なお、第２
の傾斜組成層８５の厚さは、上記した第１の傾斜組成層
８１と同じである。またｎ型低屈折率領域８６はｎ型Ａ
ｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層で形成される。ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0 .1
Ａｓ８３の厚さは、λ/４ｎから第１の傾斜組成層８１
の半分の厚みを減算し、さらに第１のＡｌＡｓ層８２の
厚みを減算し、さらに第２のＡｌＡｓ層８４の厚みを減
算し、さらに第２の傾斜組成層８５の厚みを減算した値
となる。この場合は、（λ／４ｎ−１０−５−５−１
０）ｎｍとなる。また、ｎ型低屈折率領域（ＡｌＡｓ）
８６の厚さはλ／４ｎから第１の傾斜組成層８１の半分
の厚みを減算し、さらに第２の傾斜組成層８５の半分の
厚みを減算した値になる。
【００４５】次に、上記した第２の下部半導体多層膜反
射鏡６２上に、上下をクラッド層３１および３３で挟ま
れた量子井戸活性層３２を形成し、これらの層からなる
活性層１３の上に、後の工程において電流狭窄領域を形
成するためのＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９５≦ｚ≦１）層
１５を形成する。また、さらに、このＡｌzＧａ1-zＡｓ
（０．９５≦ｚ≦１）層１５の上に、上部半導体多層膜
反射鏡６３（上部ＤＢＲミラー）を形成する。
射鏡６２上に、上下をクラッド層３１および３３で挟ま
れた量子井戸活性層３２を形成し、これらの層からなる
活性層１３の上に、後の工程において電流狭窄領域を形
成するためのＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９５≦ｚ≦１）層
１５を形成する。また、さらに、このＡｌzＧａ1-zＡｓ
（０．９５≦ｚ≦１）層１５の上に、上部半導体多層膜
反射鏡６３（上部ＤＢＲミラー）を形成する。
【００４６】上部半導体多層膜反射鏡６３は、図６に示
すように、ｐ型低屈折率領域とｐ型高屈折率領域との積
層からなる半導体層９０を１ペアとして１５ペア分積層
した層である。第１の傾斜組成層９１は、Ａｌ組成が２
０％から１００％へと緩やかに増加するｐ型ＡｌiＧａ
1-iＡｓ（ｉ＝０．２→１．０）で形成される。また、
上記ｐ型低屈性率領域は、第１のｐ型ＡｌＡｓ層９２と
ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層９３と第２のｐ型ＡｌＡｓ層
９４の３層で構成される。なお、第１のｐ型ＡｌＡｓ層
９２および第２のｐ型ＡｌＡｓ層９４の厚さは実施の形
態１で説明したように１０ｎｍ以下とする必要があり、
ここでは、それぞれ５ｎｍとする。
すように、ｐ型低屈折率領域とｐ型高屈折率領域との積
層からなる半導体層９０を１ペアとして１５ペア分積層
した層である。第１の傾斜組成層９１は、Ａｌ組成が２
０％から１００％へと緩やかに増加するｐ型ＡｌiＧａ
1-iＡｓ（ｉ＝０．２→１．０）で形成される。また、
上記ｐ型低屈性率領域は、第１のｐ型ＡｌＡｓ層９２と
ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層９３と第２のｐ型ＡｌＡｓ層
９４の３層で構成される。なお、第１のｐ型ＡｌＡｓ層
９２および第２のｐ型ＡｌＡｓ層９４の厚さは実施の形
態１で説明したように１０ｎｍ以下とする必要があり、
ここでは、それぞれ５ｎｍとする。
【００４７】第２の傾斜組成層９５は、Ａｌ組成が１０
０％から２０％へと緩やかに減少するｐ型ＡｌjＧａ1-j
Ａｓ（ｊ＝１．０→０．２）で形成される。なお、第２
の傾斜組成層９５の厚さは、上記した第１の傾斜組成層
９１と同じである。また低屈折率領域９６はｐ型Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ａｓ層で形成される。ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａ
ｓ９３の厚さは、λ/４ｎから傾斜組成層９１の半分の
厚みを減算し、さらにＡｌＡｓ層９２の厚みを減算し、
さらに第２のｐ型ＡｌＡｓ層９４の厚みを減算し、さら
に傾斜組成層９５の厚みを減算した値となる。この場合
は、（λ／４ｎ−１０−５−５−１０）ｎｍとなる。ま
た、ｐ型ＡｌＡｓ９６の厚さはλ／４ｎから傾斜組成層
９１の半分の厚みを減算し、さらに傾斜組成層９５の半
分の厚みを減算した値になる。上部半導体多層膜反射鏡
６３は、図６に示すように、それぞれの厚さがλ／４ｎ
（λは発振波長、ｎは屈折率）であるｐ型低屈折率領域
とｐ型高屈折率領域との積層からなる半導体層９０を１
ペアとして２５ペア分積層した層である。半導体層９０
のうち、上記ｐ型低屈性率層は、第１の傾斜組成層９１
と第１のｐ型ＡｌＡｓ層９２とｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ
層９３と第２のｐ型ＡｌＡｓ層９４の４層で構成され
る。ここで特に、第１の傾斜組成層９１は、Ａｌ組成が
２０％から１００％へと緩やかに増加するｐ型ＡｌiＧ
ａ1-iＡｓ（ｉ＝０．２→１．０）で形成される。な
お、第１のｐ型ＡｌＡｓ層９２および第２のｐ型ＡｌＡ
ｓ層９４の厚さは実施の形態１で説明したように１０ｎ
ｍ以下とする必要があり、ここでは、それぞれ５ｎｍと
する。よって、例えば第１の傾斜組成層９１の厚さを２
０ｎｍとした場合、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層９３の厚
さは、λ／４ｎから３０ｎｍを減算した値となる。
０％から２０％へと緩やかに減少するｐ型ＡｌjＧａ1-j
Ａｓ（ｊ＝１．０→０．２）で形成される。なお、第２
の傾斜組成層９５の厚さは、上記した第１の傾斜組成層
９１と同じである。また低屈折率領域９６はｐ型Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ａｓ層で形成される。ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａ
ｓ９３の厚さは、λ/４ｎから傾斜組成層９１の半分の
厚みを減算し、さらにＡｌＡｓ層９２の厚みを減算し、
さらに第２のｐ型ＡｌＡｓ層９４の厚みを減算し、さら
に傾斜組成層９５の厚みを減算した値となる。この場合
は、（λ／４ｎ−１０−５−５−１０）ｎｍとなる。ま
た、ｐ型ＡｌＡｓ９６の厚さはλ／４ｎから傾斜組成層
９１の半分の厚みを減算し、さらに傾斜組成層９５の半
分の厚みを減算した値になる。上部半導体多層膜反射鏡
６３は、図６に示すように、それぞれの厚さがλ／４ｎ
（λは発振波長、ｎは屈折率）であるｐ型低屈折率領域
とｐ型高屈折率領域との積層からなる半導体層９０を１
ペアとして２５ペア分積層した層である。半導体層９０
のうち、上記ｐ型低屈性率層は、第１の傾斜組成層９１
と第１のｐ型ＡｌＡｓ層９２とｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ
層９３と第２のｐ型ＡｌＡｓ層９４の４層で構成され
る。ここで特に、第１の傾斜組成層９１は、Ａｌ組成が
２０％から１００％へと緩やかに増加するｐ型ＡｌiＧ
ａ1-iＡｓ（ｉ＝０．２→１．０）で形成される。な
お、第１のｐ型ＡｌＡｓ層９２および第２のｐ型ＡｌＡ
ｓ層９４の厚さは実施の形態１で説明したように１０ｎ
ｍ以下とする必要があり、ここでは、それぞれ５ｎｍと
する。よって、例えば第１の傾斜組成層９１の厚さを２
０ｎｍとした場合、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層９３の厚
さは、λ／４ｎから３０ｎｍを減算した値となる。
【００４８】そして、この上部半導体多層膜反射鏡６３
上に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１７を形成する。次
に、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程（ド
ライエッチングまたはウェットエッチング）を経て、上
部半導体多層膜反射鏡６３とＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９
５≦ｚ≦１）層１５とクラッド層３３と量子井戸活性層
３２とクラッド層３１と下部半導体多層膜反射鏡６２の
一部とからなる積層構造の外縁部を除去し、これにより
例えば直径３０ｎｍの円形のメサポストを形成する。
上に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１７を形成する。次
に、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程（ド
ライエッチングまたはウェットエッチング）を経て、上
部半導体多層膜反射鏡６３とＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９
５≦ｚ≦１）層１５とクラッド層３３と量子井戸活性層
３２とクラッド層３１と下部半導体多層膜反射鏡６２の
一部とからなる積層構造の外縁部を除去し、これにより
例えば直径３０ｎｍの円形のメサポストを形成する。
【００４９】次に、水蒸気雰囲気中にて、例えば４１０
℃で２０分間の酸化処理を行ない、ＡｌzＧａ1-zＡｓ
（０．９５≦ｚ≦１）層１５をメサポストの側壁から選
択的に約１０μｍ酸化させ、Ａｌ酸化層１４を形成す
る。例えばＡｌ酸化層１４が１０μｍの帯幅を有するリ
ング形状である場合、中心のＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９
５≦ｚ≦１）層１５の面積、すなわち電流注入されるア
パーチャの面積は約８０μｍ2（直径１０μｍ）にな
る。
℃で２０分間の酸化処理を行ない、ＡｌzＧａ1-zＡｓ
（０．９５≦ｚ≦１）層１５をメサポストの側壁から選
択的に約１０μｍ酸化させ、Ａｌ酸化層１４を形成す
る。例えばＡｌ酸化層１４が１０μｍの帯幅を有するリ
ング形状である場合、中心のＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９
５≦ｚ≦１）層１５の面積、すなわち電流注入されるア
パーチャの面積は約８０μｍ2（直径１０μｍ）にな
る。
【００５０】そして、上記したメサポストの上面および
側面と露出した下部半導体多層膜反射鏡１１２の上面
に、保護膜として機能するシリコン窒化膜１９を形成
し、続いて、ポリイミド２２によって、シリコン窒化膜
１９が形成されたメサポストの周囲を埋め込む。そし
て、メサポストの上面に形成されたシリコン窒化膜１９
を、直径３０μｍの円形状に除去し、これによって露出
したｐ型ＧａＡｓコンタクト層１７上に、さらに内径２
０μｍ、外径３０μmのリング状のｐ型電極１８を形成
する。ｎ型ＧａＡｓ基板１１の裏面には、基板の厚さを
例えば２００μｍ厚に研磨した後、ｎ型電極２１を形成
する。また、ポリイミド２１上にはワイヤをボンディン
グする電極パッド１０を、上記したｐ型電極１８に接触
するように形成する。
側面と露出した下部半導体多層膜反射鏡１１２の上面
に、保護膜として機能するシリコン窒化膜１９を形成
し、続いて、ポリイミド２２によって、シリコン窒化膜
１９が形成されたメサポストの周囲を埋め込む。そし
て、メサポストの上面に形成されたシリコン窒化膜１９
を、直径３０μｍの円形状に除去し、これによって露出
したｐ型ＧａＡｓコンタクト層１７上に、さらに内径２
０μｍ、外径３０μmのリング状のｐ型電極１８を形成
する。ｎ型ＧａＡｓ基板１１の裏面には、基板の厚さを
例えば２００μｍ厚に研磨した後、ｎ型電極２１を形成
する。また、ポリイミド２１上にはワイヤをボンディン
グする電極パッド１０を、上記したｐ型電極１８に接触
するように形成する。
【００５１】以上に説明したとおり、実施の形態２にか
かる面発光レーザ素子によれば、容易に酸化されない１
０ｎｍ以下の厚みのＡｌＡｓ層を、第２の下部半導体多
層膜反射鏡６２と上部半導体多層膜反射鏡６３のそれぞ
れに含ませているので、実施の形態１と同様な効果を享
受することができるとともに、傾斜組成層の導入によっ
て、半導体多層膜反射鏡の電気抵抗をより低下させ、一
層の高出力化が可能となる。
かる面発光レーザ素子によれば、容易に酸化されない１
０ｎｍ以下の厚みのＡｌＡｓ層を、第２の下部半導体多
層膜反射鏡６２と上部半導体多層膜反射鏡６３のそれぞ
れに含ませているので、実施の形態１と同様な効果を享
受することができるとともに、傾斜組成層の導入によっ
て、半導体多層膜反射鏡の電気抵抗をより低下させ、一
層の高出力化が可能となる。
【００５２】なお、以上に説明した実施の形態１および
２では、ＭＯＣＶＤ法で各層を作成するとしたが、ＭＢ
Ｅ法などで作成してもかまわない。また、ｎ型ＧａＡｓ
基板１１上に各層を形成して面発光レーザ素子を得ると
したが、ｎ型ＧａＡｓ基板１１に換えてｐ型ＧａＡｓ基
板を用いることもできる。この場合、下部半導体多層膜
反射鏡はｐ型、上部半導体多層膜反射鏡はｎ型のものを
用い、電極材料もそれに対応することになる。さらに、
上述した面発光レーザ素子は、発振波長を限定するもの
ではなく、例えば７００ｎｍ〜１６００ｎｍ帯、具体的
には７８０ｎｍ、８５０ｎｍ、９８０ｎｍ、１３００ｎ
ｍ、１５５０ｎｍなどの波長を発振する構造に適用する
ことができる。
２では、ＭＯＣＶＤ法で各層を作成するとしたが、ＭＢ
Ｅ法などで作成してもかまわない。また、ｎ型ＧａＡｓ
基板１１上に各層を形成して面発光レーザ素子を得ると
したが、ｎ型ＧａＡｓ基板１１に換えてｐ型ＧａＡｓ基
板を用いることもできる。この場合、下部半導体多層膜
反射鏡はｐ型、上部半導体多層膜反射鏡はｎ型のものを
用い、電極材料もそれに対応することになる。さらに、
上述した面発光レーザ素子は、発振波長を限定するもの
ではなく、例えば７００ｎｍ〜１６００ｎｍ帯、具体的
には７８０ｎｍ、８５０ｎｍ、９８０ｎｍ、１３００ｎ
ｍ、１５５０ｎｍなどの波長を発振する構造に適用する
ことができる。
【００５３】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明にかかる
面発光レーザ素子によれば、下部半導体多層膜反射鏡お
よび／または上部半導体多層膜反射鏡の低屈折率領域に
含ませているので、ＡｌＡｓ層が有する低屈折率と高熱
伝導性という特性を半導体多層膜反射鏡に取り入れるこ
とができ、結果的に、反射率や温度特性が向上して安定
した高出力のレーザ発振が可能となるという効果を奏す
る。
面発光レーザ素子によれば、下部半導体多層膜反射鏡お
よび／または上部半導体多層膜反射鏡の低屈折率領域に
含ませているので、ＡｌＡｓ層が有する低屈折率と高熱
伝導性という特性を半導体多層膜反射鏡に取り入れるこ
とができ、結果的に、反射率や温度特性が向上して安定
した高出力のレーザ発振が可能となるという効果を奏す
る。
【００５４】また、本発明にかかる面発光レーザ素子に
よれば、低屈折領域のＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ＜１）
層と高屈折領域のＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）層と
の間に傾斜組成層が配置されるので、半導体多層膜反射
鏡の電気抵抗をより低下させ、一層の高出力化が可能と
なるという効果を奏する。
よれば、低屈折領域のＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ＜１）
層と高屈折領域のＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）層と
の間に傾斜組成層が配置されるので、半導体多層膜反射
鏡の電気抵抗をより低下させ、一層の高出力化が可能と
なるという効果を奏する。
【図１】実施の形態１にかかる面発光レーザ素子の斜視
断面図である。
断面図である。
【図２】実施の形態１にかかる面発光レーザ素子の下部
半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡の構造を
説明するための説明図である。
半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡の構造を
説明するための説明図である。
【図３】実施の形態１にかかる面発光レーザ素子の電流
−光出力特性を示す図である。
−光出力特性を示す図である。
【図４】実施の形態１にかかる面発光レーザ素子におい
て、ＡｌＡｓ層の他の配置例での半導体多層膜反射鏡の
１ペアの構造を示す図である。
て、ＡｌＡｓ層の他の配置例での半導体多層膜反射鏡の
１ペアの構造を示す図である。
【図５】実施の形態２にかかる面発光レーザ素子の斜視
断面図である。
断面図である。
【図６】実施の形態２にかかる面発光レーザ素子の下部
半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡の構造を
説明するための説明図である。
半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡の構造を
説明するための説明図である。
【図７】従来の面発光レーザ素子の斜視断面図である。
【図８】従来の面発光レーザ素子の下部半導体多層膜反
射鏡と上部半導体多層膜反射鏡の構造を説明するための
説明図である。
射鏡と上部半導体多層膜反射鏡の構造を説明するための
説明図である。
【図９】従来の面発光レーザ素子の電流−光出力特性を
示す図である。
示す図である。
１０，１００ 面発光レーザ素子
１１ ｎ型ＧａＡｓ基板
１２ 下部半導体多層膜反射鏡
１３ 活性領域
１４ Ａｌ酸化層
１５ ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０．９５≦ｚ≦１）層
１６ 上部半導体多層膜反射鏡
１７ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１８ ｐ型電極
１９ シリコン窒化膜
２０ 電極パッド
２１ ｎ型電極
２２ ポリイミド
３１，３３ クラッド層
３２ 量子井戸活性層
１２，１１２ 下部半導体多層膜反射鏡
１６，６３，１１６ 上部半導体多層膜反射鏡
４１，１４１ ｎ型高屈折率領域
４２，１４２ ｎ型低屈折率領域
４５，１４５ ｐ型高屈折率領域
４６，１４６ ｐ型低屈折率領域
５１，８２ 第１のｎ型ＡｌＡｓ層
５２，８３ ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層
５３，８４ 第２のｎ型ＡｌＡｓ層
５４ ｎ型ＡｌＡｓ層
５６，９２ 第１のｐ型ＡｌＡｓ層
５７，９３ ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層
５８，９４ 第２のｐ型ＡｌＡｓ層
５９ ｐ型ＡｌＡｓ層
６１ 第１の下部半導体多層膜反射鏡
６２ 第２の下部半導体多層膜反射鏡
７０，８０，９０ 半導体層
７１，８１，９１ 第１の傾斜組成層
７２，７４，７８ ｎ型低屈折率領域
７３，８５，９５ 第２の傾斜組成層
９６ ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 岩井 則広
東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古
河電気工業株式会社内
Ｆターム(参考） 5F073 AA65 AA74 AA89 AB17 CA05
DA21 DA27 DA35
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体基板上に、高屈折率領域と低屈折
率領域との対を１ペアとして複数のペアから構成される
下部半導体多層膜反射鏡と、前記下部半導体多層膜反射
鏡の上方に配置されるとともに上下をクラッド層で挟ま
れた活性層と、周縁部に酸化領域を有したＡｌzＧａ1-z
Ａｓ（０．９５≦ｚ≦１）電流狭窄層と、高屈折率領域
と低屈折率領域との対を１ペアとして複数のペアから構
成される上部半導体多層膜反射鏡と、を備えた面発光レ
ーザ素子において、 前記下部半導体多層膜反射鏡および／または前記上部半
導体多層膜反射鏡の低屈折率領域は、前記電流狭窄層よ
りも厚みの小さいＡｌＡｓ層を含んでいることを特徴と
する面発光レーザ素子。 - 【請求項２】 前記下部半導体多層膜反射鏡は、基板側
の第１の半導体多層膜部分と活性層側の第２の半導体多
層膜部分とによって構成され、 前記第１の半導体多層膜部分の低屈折率領域は、任意の
厚さのＡｌＡｓ層を含み、 前記第２の半導体多層膜部分の低屈折率領域は、前記電
流狭窄層よりも厚みの小さいＡｌＡｓ層を含んでいるこ
とを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ素子。 - 【請求項３】 前記ＡｌＡｓ層は、一つの低屈折率領域
に複数層含まれていることを特徴とする請求項１または
２に記載の面発光レーザ素子。 - 【請求項４】 前記上部半導体多層膜反射鏡内または前
記第２の半導体多層膜部分に含まれるＡｌＡｓ層は、一
層当たりの厚さが１０ｎｍ以下であることを特徴とする
請求項１または２に記載の面発光レーザ素子。 - 【請求項５】 前記下部半導体多層膜反射鏡および／ま
たは前記上部半導体多層膜反射鏡の高屈折率領域は、Ａ
ｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）層を含んでおり、 前記下部半導体多層膜反射鏡および／または前記上部半
導体多層膜反射鏡の低屈折率領域は、ＡｌyＧａ1-yＡｓ
（ｘ＜ｙ＜１）層を含んでいることを特徴とする請求項
１〜４のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。 - 【請求項６】 前記下部半導体多層膜反射鏡および／ま
たは前記上部半導体多層膜反射鏡は、前記ＡｌyＧａ1-y
Ａｓ（ｘ＜ｙ＜１）層と前記ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ
＜１）層に挟まれ、Ａｌ組成ｉがｙからｘまで緩やかに
傾斜するＡｌ iＧａ1-iＡｓ傾斜組成層を含んでいること
を特徴とする請求項５に記載の面発光レーザ素子。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP2002104393A JP4494704B2 (ja) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | 面発光レーザ素子の製造方法 |
| US10/958,125 US7656924B2 (en) | 2002-04-05 | 2004-10-05 | Surface emitting laser, and transceiver, optical transceiver, and optical communication system employing the surface emitting laser |
| US12/634,895 US20100086311A1 (en) | 2002-04-05 | 2009-12-10 | Surface emitting laser, and transceiver, optical transceiver, and optical communication system employing the surface emitting laser |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002104393A JP4494704B2 (ja) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | 面発光レーザ素子の製造方法 |
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|---|---|
| JP2003304032A true JP2003304032A (ja) | 2003-10-24 |
| JP4494704B2 JP4494704B2 (ja) | 2010-06-30 |
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ID=29389671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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|---|---|
| JP (1) | JP4494704B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000012974A (ja) * | 1998-06-22 | 2000-01-14 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
-
2002
- 2002-04-05 JP JP2002104393A patent/JP4494704B2/ja not_active Expired - Lifetime
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