JP2003347671A

JP2003347671A - 面発光半導体レーザおよび光伝送モジュールおよび光交換装置および光伝送システム

Info

Publication number: JP2003347671A
Application number: JP2002153753A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takahashi; 孝志高橋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2003-12-05
Anticipated expiration: 2022-05-28
Also published as: JP4113576B2

Abstract

(57)【要約】【課題】コンタクト層における光吸収を抑制し、低閾
電流と高い光出力を得ることの可能な面発光半導体レー
ザおよび光伝送モジュールおよび光交換装置および光伝
送システムを提供する。【解決手段】ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８は、ｐ
型ＤＢＲ１０６の表面から数えて、レーザ光波長の１／
４（１／４の奇数倍）の位置が含まれないように配置さ
れている。そのため、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８
は、面発光半導体レーザ素子内部における光の定在波分
布において、腹の位置からずれた位置（腹の位置が含ま
れないような位置）に設けられている。これによって、
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８内部における光強度が
低下するため、光がｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８で
吸収されにくい構造となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面発光半導体レー
ザおよび光伝送モジュールおよび光交換装置および光伝
送システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】基板と垂直方向に光を出射する面発光半
導体レーザとして、従来、例えば特開平５−３３７０，
特開平５−１３８７９，特開２０００−３３２３５５が
知られている。

【０００３】特開平５−３３７０では、８７０ｎｍの発
振波長の面発光半導体レーザにおいて、ＧａＡｓコンタ
クト層による光吸収を避けるために、ＧａＡｓコンタク
ト層に光出射穴を設けている。

【０００４】また、特開平５−１３８７９では、面発光
半導体レーザのコンタクト層の不純物濃度を２×１０¹⁹
ｃｍ^-3と高くすることにより、オーミック電極との接触
抵抗を下げている。また、コンタクト層としてＡｌＧａ
Ａｓを用いることにより、バンドギャップエネルギーを
レーザ光の発振波長のエネルギーより大きくして、光出
力を減衰させないようにしている。

【０００５】また、特開２０００−３３２３５５には、
ＡｌＧａＡｓ量子井戸層を活性層とする面発光半導体レ
ーザのコンタクト層として、キャリア濃度１×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3となる膜厚１０ｎｍ程のＧａＡｓを最上部に設ける
ことが示されている。特開２０００−３３２３５５で
は、吸収層となるコンタクト層の層厚を薄くすること
で、レーザ光の光吸収を低減している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術は、面発光半導体レーザの発振波長エネルギ
ーがＧａＡｓのバンドギャップエネルギーと同じか、ま
たは大きい場合であるため、ＧａＡｓコンタクト層にお
けるバンド間直接遷移による吸収という問題があった。

【０００７】一方、面発光半導体レーザの発振波長エネ
ルギーがＧａＡｓのバンドギャップエネルギーよりも小
さい場合には、ＧａＡｓのバンド間直接遷移による光吸
収はなくなる。しかし、コンタクト層においては、オー
ミック電極との接触抵抗を下げるために、キャリア濃度
を１×１０¹⁹ｃｍ^-3程度と高くする必要がある。そのた
め、バンドギャップエネルギーよりも小さいエネルギー
を有する波長の光においても、自由キャリアによる光吸
収が存在する。また、オージェ過程による光吸収も１０
¹⁹ｃｍ^-3以上の濃度では顕著に増加する。

【０００８】さらに、分布ブラッグ反射鏡の最上層であ
るＧａＡｓの最表面は、面発光半導体レーザ素子内部の
光定在波分布において腹の位置にくるため、ＧａＡｓ層
最表面をコンタクト層に用いる場合には、特にコンタク
ト層による光吸収の影響が大きくなってしまう。そのた
め、高濃度にドーピングしたＧａＡｓコンタクト層によ
る光吸収は、発振波長エネルギーがＧａＡｓのバンドギ
ャップエネルギーよりも小さい場合においても、閾電流
の増加や最大光出力の低下を生じさせてしまう。

【０００９】本発明は、コンタクト層における光吸収を
抑制し、低閾電流と高い光出力を得ることの可能な面発
光半導体レーザおよび光伝送モジュールおよび光交換装
置および光伝送システムを提供することを目的としてい
る。

【００１０】

【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記載の発明は、半導体基板上に、低屈折率
層と高屈折率層とをレーザ光波長の１／４の光学的膜厚
で交互に積層した下部半導体多層膜反射鏡と、活性層を
含む共振器構造と、低屈折率層と高屈折率層とをレーザ
光波長の１／４の光学的膜厚で交互に積層した上部半導
体多層膜反射鏡とが順次に積層され、上部の光出射部か
ら基板に対して垂直上方に光が出射されるように構成さ
れている面発光半導体レーザにおいて、上部の光出射部
では、上部半導体多層膜反射鏡の低屈折率層上に、位相
調整層，コンタクト層，高屈折率層が順次積層されてお
り、位相調整層，コンタクト層，高屈折率層の光学的膜
厚の総和は、レーザ光波長の０．５＋ｍ×０．２５（ｍ
＝１，２，３…）倍になっており、コンタクト層は、上
部半導体多層膜反射鏡の低屈折率層表面から数えて、レ
ーザ光波長の１／４の奇数倍の位置が含まれないように
配置されており、光出射部の周辺では、上部半導体多層
膜反射鏡の低屈折率層上に、位相調整層，コンタクト層
が順次に積層されており、コンタクト層上に上部オーミ
ック電極が形成されていることを特徴としている。

【００１１】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の面発光半導体レーザにおいて、上部の光出射部の最
上層に形成される高屈折率層が誘電体材料で形成されて
いることを特徴としている。

【００１２】また、請求項３記載の発明は、半導体基板
上に、低屈折率層と高屈折率層とをレーザ光波長の１／
４の光学的膜厚で交互に積層した下部半導体多層膜反射
鏡と、活性層を含む共振器構造と、低屈折率層と高屈折
率層とをレーザ光波長の１／４の光学的膜厚で交互に積
層した上部半導体多層膜反射鏡と、誘電体多層膜反射鏡
とが順次に積層され、上部の光出射部から基板に対して
垂直上方に光が出射されるように構成されている面発光
半導体レーザにおいて、上部の光出射部では、上部半導
体多層膜反射鏡の低屈折率層と誘電体多層膜反射鏡との
間に、位相調整層，コンタクト層，高屈折率層が順次積
層されており、位相調整層，コンタクト層，高屈折率層
の光学的膜厚の総和は、レーザ光波長の０．５＋ｍ×
０．２５（ｍ＝１，２，３…）倍になっており、コンタ
クト層は、上部半導体多層膜反射鏡の低屈折率層表面か
ら数えて、レーザ光波長の１／４の奇数倍の位置が含ま
れないように配置されており、光出射部の周辺では、上
部半導体多層膜反射鏡の低屈折率層上に、位相調整層，
コンタクト層が順次に積層されており、コンタクト層上
に上部オーミック電極が形成されていることを特徴とし
ている。

【００１３】また、請求項４記載の発明は、半導体基板
上に、低屈折率層と高屈折率層とをレーザ光波長の１／
４の光学的膜厚で交互に積層した下部半導体多層膜反射
鏡と、活性層を含む共振器構造と、低屈折率層と高屈折
率層とをレーザ光波長の１／４の光学的膜厚で交互に積
層した上部半導体多層膜反射鏡とが順次に積層され、上
部の光出射部から基板に対して垂直に光を出射する面発
光半導体レーザにおいて、上部または下部の半導体多層
膜反射鏡の途中の低屈折率層上に、共振器に近い側から
位相調整層，コンタクト層，高屈折率層が形成されてお
り、位相調整層，コンタクト層，高屈折率層の光学的膜
厚の総和は、レーザ光波長の０．５＋ｍ×０．２５（ｍ
＝１，２，３…）倍になっており、コンタクト層は、半
導体多層膜反射鏡の共振器側の低屈折率層から数えて、
レーザ光波長の１／４の奇数倍の位置が含まれないよう
に配置されており、光出射部の周辺では、コンタクト層
までエッチングにより除去されて、コンタクト層上に上
部オーミック電極が形成されていることを特徴としてい
る。

【００１４】また、請求項５記載の発明は、請求項１乃
至請求項４のいずれか一項に記載の面発光半導体レーザ
において、コンタクト層は、半導体多層膜反射鏡の低屈
折率層から、レーザ光波長の１／４の偶数倍の位置に配
置されていることを特徴としている。

【００１５】また、請求項６記載の発明は、請求項１乃
至請求項５のいずれか一項に記載の面発光半導体レーザ
において、上部オーミック電極の開口部が、最表面に高
屈折率層を設けた光出射部の領域よりも大きいことを特
徴としている。

【００１６】また、請求項７記載の発明は、請求項１乃
至請求項６のいずれか一項に記載の面発光半導体レーザ
において、コンタクト層の直上に、エッチングストップ
層が設けられていることを特徴としている。

【００１７】また、請求項８記載の発明は、請求項１乃
至請求項７のいずれか一項に記載の面発光半導体レーザ
において、活性層材料として、窒素と他のＶ族元素を含
む窒素系Ｖ族混晶半導体が用いられていることを特徴と
している。

【００１８】また、請求項９記載の発明は、請求項１乃
至請求項８のいずれか一項に記載の面発光半導体レーザ
が光源として用いられていることを特徴とする光伝送モ
ジュールである。

【００１９】また、請求項１０記載の発明は、請求項１
乃至請求項８のいずれか一項に記載の面発光半導体レー
ザが用いられていることを特徴とする光交換装置であ
る。

【００２０】また、請求項１１記載の発明は、請求項９
記載の光伝送モジュール、または、請求項１０記載の光
交換装置が用いられていることを特徴とする光伝送シス
テムである。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００２２】（第１の実施形態）面発光半導体レーザに
おいては、９９％以上の高反射率を有する反射鏡が必要
であり、反射鏡として、低屈折率層と高屈折率層とをレ
ーザ光波長の１／４の光学的膜厚で交互に積層した分布
ブラッグ反射鏡が用いられる。低屈折率層と高屈折率層
を、例えばＡｌＧａＡｓとＧａＡｓのような半導体結晶
で構成することにより、分布ブラッグ反射鏡を半導体基
板（ＧａＡｓ基板）上にエピタキシャル成長で形成する
ことができる。

【００２３】第１の実施形態においては、上部反射鏡と
下部反射鏡を、半導体多層膜を用いた分布ブラッグ反射
鏡で構成している。

【００２４】光出射部の周辺では、上部半導体多層膜反
射鏡の低屈折率層上に、位相調整層，コンタクト層が設
けられている。そして、コンタクト層上に上部オーミッ
ク電極が形成されている。コンタクト層のキャリア濃度
を、例えば１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上と高くすることで、コ
ンタクト層とオーミック電極との接触抵抗を下げること
ができ、面発光レーザの動作電圧を低減できる。

【００２５】そして、コンタクト層は、上部半導体多層
膜反射鏡の低屈折率層表面から数えて、レーザ光波長の
１／４の奇数倍の位置が含まれないように配置されてい
る。そのため、コンタクト層は、面発光半導体レーザ素
子内部における光の定在波分布において、光強度が強い
腹の位置からずれた場所に位置することになる。従っ
て、コンタクト層のキャリア濃度を１×１０¹⁹ｃｍ^-3以
上と高濃度にした場合でも、コンタクト層における光の
吸収を抑制することができる。コンタクト層のバンドギ
ャップエネルギーがレーザ光波長のエネルギーよりも大
きい場合には、自由キャリアによる光吸収や、オージェ
過程による光吸収を抑制できる。また、コンタクト層の
バンドギャップエネルギーがレーザ光波長のエネルギー
よりも小さい場合には、バンド間直接遷移による光吸収
についても抑制することができる。

【００２６】さらに、光出射部ではコンタクト層上に高
屈折率層が設けられており、位相調整層，コンタクト
層，高屈折率層の光学的膜厚の総和は、レーザ光波長の
０．５＋ｍ×０．２５（ｍ＝１，２，３…）倍になって
いる。ここで、位相調整層の屈折率は、上部半導体多層
膜反射鏡における高屈折率層の屈折率とほぼ同じになる
ようにしている。そのため、上部反射鏡の反射光位相が
整合しており、高反射率の反射鏡を形成することができ
る。

【００２７】換言すれば、第１の実施形態の面発光半導
体レーザは、半導体基板上に、低屈折率層と高屈折率層
とをレーザ光波長の１／４の光学的膜厚で交互に積層し
た下部半導体多層膜反射鏡と、活性層を含む共振器構造
と、低屈折率層と高屈折率層とをレーザ光波長の１／４
の光学的膜厚で交互に積層した上部半導体多層膜反射鏡
とが順次に積層され、上部の光出射部から基板に対して
垂直上方に光が出射されるように構成されている面発光
半導体レーザにおいて、上部の光出射部では、上部半導
体多層膜反射鏡の低屈折率層上に、位相調整層，コンタ
クト層，高屈折率層が順次積層されており、位相調整
層，コンタクト層，高屈折率層の光学的膜厚の総和は、
レーザ光波長の０．５＋ｍ×０．２５（ｍ＝１，２，３
…）倍になっており、コンタクト層は、上部半導体多層
膜反射鏡の低屈折率層表面から数えて、レーザ光波長の
１／４の奇数倍の位置が含まれないように配置されてお
り、光出射部の周辺では、上部半導体多層膜反射鏡の低
屈折率層上に、位相調整層，コンタクト層が順次に積層
されており、コンタクト層上に上部オーミック電極が形
成されている。

【００２８】これにより、コンタクト層とオーミック電
極との接触抵抗を小さくして、コンタクト層による光吸
収を抑制できる。また、上部反射鏡の反射率を高く保つ
がことできるため、閾電流を低減することができる。

【００２９】以上のように、第１の実施形態では、光出
射部において上部反射鏡の反射鏡を高く保ったままで、
コンタクト層の光吸収を抑制することが可能となる。

【００３０】なお、最表面の高屈折率層は、面発光半導
体レーザに対する電流通電には関係していないので、キ
ャリア濃度を下げることができる。よって、ノンドープ
で形成することもできる。従って、最表面の高屈折率層
における自由キャリアによる光吸収や、オージェ過程に
よる光吸収を抑制できる。

【００３１】また、第１の実施形態では、光出射部の最
表面は、従来技術で示した特開平５−３３７０１のよう
にエッチングされた表面とはなっていない。エッチング
によって光出射穴を設ける場合、エッチング深さのばら
つきによって、最表面層の層厚がばらついてしまう。通
常は、選択比の高いエッチング溶液により、コンタクト
層のみをエッチングすることが行われるが、この場合で
もコンタクト層の下の層が全くエッチングされないよう
にすることは困難であり、ごくわすかではあるがエッチ
ングされてしまう。そのため、最表面層の厚さにばらつ
きが生じ、上部反射鏡の反射率が変化してしまう。これ
により、閾電流等のレーザ特性のばらつきを引き起こし
てしまう。

【００３２】一方、第１の実施形態では、光出射部の最
表面は、エッチングされた面ではなく結晶成長表面であ
り、層厚を結晶成長で制御することができる。従って、
エッチングによる上部反射鏡の反射率ばらつきが生じる
ことはない。

【００３３】なお、光出射部の周辺においては、高屈折
率層がエッチングによって除去されて、コンタクト層が
露出している。しかし、光出射部の周辺は、反射率が低
下しており、レーザ発振に対する寄与は小さくなってい
る。従って、反射率を精密に制御する必要がなく、エッ
チングによってコンタクト層を露出させても問題がな
い。

【００３４】コンタクト層の材料としては、通常、Ｇａ
Ａｓが用いられるが、Ａｌ，Ｉｎ，Ｐ，Ｎ等の元素を含
んだ混晶を用いることも可能である。

【００３５】（第２の実施形態）本発明の第２の実施形
態は、第１の実施形態の面発光半導体レーザにおいて、
上部の光出射部の最上層に形成される高屈折率層が誘電
体材料で形成されていることを特徴としている。

【００３６】上部光出射部の最表面に積層された高屈折
率層は、面発光半導体レーザに対する電流通電には関係
していない。そのため、電気伝導を有する半導体単結晶
で形成する必要がない。高屈折率層の材料として、例え
ば、半導体多結晶，アモルファス半導体，無機誘電体，
有機材料等を用いることが可能である。これにより、素
子作製の自由度が高くなる。

【００３７】また、光出射部の周辺の高屈折率層をエッ
チングで除去する場合、高屈折率層の材料を変えること
で、エッチングの選択比を大きくすることができる。従
って、エッチングをコンタクト層表面で停止させること
が容易になる。

【００３８】なお、最表面に積層される高屈折率層は、
光出射部に形成されているため、面発光半導体レーザの
発振波長に対して光吸収の小さい透明な材料である必要
がある。

【００３９】また、上部反射鏡全体の反射光位相を整合
して反射率を高く保つために、上部光出射部の最表面に
積層された高屈折率層の屈折率は、上部半導体多層膜反
射鏡を構成する高屈折率層の反射率と近い値を有するこ
とが望ましい。

【００４０】例えば、アモルファスＳｉは、ＧａＡｓコ
ンタクト層と近い屈折率を有しており、波長１．３〜
１．６μｍ帯で透明な材料である。そして、フッ酸系エ
ッチング溶液でエッチングすることができ、ＧａＡｓで
エッチングを停止させることができる。従って、光出射
部の最上層に形成する高屈折率層として使用可能であ
る。

【００４１】（第３の実施形態）第３の実施形態におい
ては、上部反射鏡が、半導体多層膜を用いた分布ブラッ
グ反射鏡と誘電体多層膜を用いた分布ブラッグ反射鏡と
を積層して構成されている。

【００４２】光出射部の周辺では、上部半導体多層膜反
射鏡の低屈折率層上に、位相調整層，コンタクト層が設
けられ、コンタクト層上に上部オーミック電極が形成さ
れている。コンタクト層のキャリア濃度を、例えば１×
１０¹⁹ｃｍ^-3以上と高くすることで、コンタクト層とオ
ーミック電極との接触抵抗を下げることができ、面発光
半導体レーザの動作電圧を低減できる。

【００４３】また、光出射部では、上部半導体多層膜反
射鏡の低屈折率層と誘電体多層膜反射鏡との間に、位相
調整層，コンタクト層，高屈折率層が順次積層されてい
る。ここで、コンタクト層は、上部半導体多層膜反射鏡
の低屈折率層表面から数えて、レーザ光波長の１／４の
奇数倍の位置が含まれないように配置されている。その
ため、コンタクト層は、面発光半導体レーザ素子内部に
おける光の定在波分布において、光強度が強い腹の位置
からずれた場所に位置することになる。従って、コンタ
クト層のキャリア濃度を１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上と高濃度
にした場合でも、コンタクト層における光の吸収を抑制
することができる。

【００４４】第１，第２の実施形態と比較して、第３の
実施形態では、コンタクト層の位置が共振器に近くなっ
ており、腹の位置では光強度がより強くなってしまう。
従って、コンタクト層を腹の位置からずらすことによる
光吸収低減の効果がより大きくなっている。

【００４５】また、第３の実施形態では、位相調整層，
コンタクト層，高屈折率層の光学的膜厚の総和が、レー
ザ光波長の０．５＋ｍ×０．２５（ｍ＝１，２，３…）
倍になっている。そのため、上部半導体多層膜反射鏡と
誘電体多層膜反射鏡とで光の位相が整合し、高反射率の
反射鏡を形成できる。

【００４６】換言すれば、第３の実施形態の面発光半導
体レーザは、半導体基板上に、低屈折率層と高屈折率層
とをレーザ光波長の１／４の光学的膜厚で交互に積層し
た下部半導体多層膜反射鏡と、活性層を含む共振器構造
と、低屈折率層と高屈折率層とをレーザ光波長の１／４
の光学的膜厚で交互に積層した上部半導体多層膜反射鏡
と、誘電体多層膜反射鏡とが順次に積層され、上部の光
出射部から基板に対して垂直上方に光が出射されるよう
に構成されている面発光半導体レーザにおいて、上部の
光出射部では、上部半導体多層膜反射鏡の低屈折率層と
誘電体多層膜反射鏡との間に、位相調整層，コンタクト
層，高屈折率層が順次積層されており、位相調整層，コ
ンタクト層，高屈折率層の光学的膜厚の総和は、レーザ
光波長の０．５＋ｍ×０．２５（ｍ＝１，２，３…）倍
になっており、コンタクト層は、上部半導体多層膜反射
鏡の低屈折率層表面から数えて、レーザ光波長の１／４
の奇数倍の位置が含まれないように配置されており、光
出射部の周辺では、上部半導体多層膜反射鏡の低屈折率
層上に、位相調整層，コンタクト層が順次に積層されて
おり、コンタクト層上に上部オーミック電極が形成され
ている。

【００４７】これにより、コンタクト層とオーミック電
極との接触抵抗を小さくして、コンタクト層による光吸
収を抑制できる。また、上部反射鏡の反射率を高く保つ
ことができるため、閾電流を低減することができる。

【００４８】（第４の実施形態）第４の実施形態におい
ては、上部または下部の半導体多層膜反射鏡の途中の低
屈折率層上に、共振器に近い側から位相調整層，コンタ
クト層，高屈折率層が形成されている。光出射部の周辺
では、コンタクト層までエッチングにより除去されて、
コンタクト層上にオーミック電極が形成されている。従
って、コンタクト層のキャリア濃度を、例えば１×１０
¹⁹ｃｍ^-3以上と高くすることで、コンタクト層とオーミ
ック電極との接触抵抗を下げることができ、面発光レー
ザの動作電圧を低減できる。

【００４９】光出射部では、コンタクト層は、半導体多
層膜反射鏡の共振器側の低屈折率層から数えて、レーザ
光波長の１／４の奇数倍の位置が含まれないように配置
されている。そのため、コンタクト層は、面発光半導体
レーザ素子内部における光の定在波分布において、光強
度が強い腹の位置からずれた場所に位置することにな
る。従って、コンタクト層のキャリア濃度を１×１０¹⁹
ｃｍ^-3以上と高濃度にした場合でも、コンタクト層にお
ける光の吸収を抑制することができる。

【００５０】第１，第２の実施形態と比較して、第４の
実施形態では、コンタクト層の位置が共振器に近くなっ
ており、腹の位置では光強度がより強くなってしまう。
従って、コンタクト層を腹の位置からずらすことによる
光吸収低減の効果がより大きくなっている。

【００５１】また、位相調整層，コンタクト層，高屈折
率層の光学的膜厚の総和は、レーザ光波長の０．５＋ｍ
×０．２５（ｍ＝１，２，３…）倍になっている。その
ため、半導体多層膜反射鏡の反射率が低下することがな
く、高反射率の反射鏡を形成できる。

【００５２】換言すれば、第４の実施形態の面発光半導
体レーザは、半導体基板上に、低屈折率層と高屈折率層
とをレーザ光波長の１／４の光学的膜厚で交互に積層し
た下部半導体多層膜反射鏡と、活性層を含む共振器構造
と、低屈折率層と高屈折率層とをレーザ光波長の１／４
の光学的膜厚で交互に積層した上部半導体多層膜反射鏡
とが順次に積層され、上部の光出射部から基板に対して
垂直に光を出射する面発光半導体レーザにおいて、上部
または下部の半導体多層膜反射鏡の途中の低屈折率層上
に、共振器に近い側から位相調整層，コンタクト層，高
屈折率層が形成されており、位相調整層，コンタクト
層，高屈折率層の光学的膜厚の総和は、レーザ光波長の
０．５＋ｍ×０．２５（ｍ＝１，２，３…）倍になって
おり、コンタクト層は、半導体多層膜反射鏡の共振器側
の低屈折率層から数えて、レーザ光波長の１／４の奇数
倍の位置が含まれないように配置されており、光出射部
の周辺では、コンタクト層までエッチングにより除去さ
れて、コンタクト層上に上部オーミック電極が形成され
ている。

【００５３】これにより、コンタクト層とオーミック電
極との接触抵抗を小さくして、コンタクト層による光吸
収を抑制できる。また、上部反射鏡の反射率を高く保つ
ことができるため、閾電流を低減することができる。

【００５４】（第５の実施形態）本発明の第５の実施形
態は、第１乃至第４のいずれかの実施形態の面発光半導
体レーザにおいて、コンタクト層は、半導体多層膜反射
鏡の低屈折率層から、レーザ光波長の１／４の偶数倍の
位置に配置されていることを特徴としている。

【００５５】半導体多層膜反射鏡の低屈折率層から数え
て、レーザ光波長の１／４の偶数倍の位置は、面発光半
導体レーザ素子内部における光の定在波分布において、
節の位置となる。従って、光強度が最小となる位置にコ
ンタクト層が位置することになる。そのため、コンタク
ト層における光の吸収を最も抑制することができる。

【００５６】なお、コンタクト層を光の定在波分布にお
ける節に位置させるためには、コンタクト層の層厚は５
〜２０ｎｍと薄くすることが望ましい。コンタクト層厚
が厚くなるほど、コンタクト層の１部が光の定在波分布
における節の位置からずれてしまい、光吸収が増加して
しまうからである。

【００５７】また、位相調整層の層厚は、コンタクト層
が半導体多層膜反射鏡の低屈折率層から、レーザ光波長
の１／４の偶数倍の位置に配置されるように制御する必
要がある。

【００５８】また、半導体多層膜反射鏡においては、反
射鏡の電気抵抗を低減するために、高屈折率層と低屈折
率層との界面に、組成を徐々に変化させた組成傾斜層が
設けられる場合がある。分布ブラッグ反射鏡において
は、組成傾斜層を含む場合においても、高屈折率側と低
屈折率側の光学的膜厚の総和がレーザ光波長の１／４に
等しくなるように形成される。組成傾斜層を含む分布ブ
ラッグ反射鏡中に、コンタクト層の光吸収を防ぐため
に、コンタクト層を光の定在波分布の節に位置させるに
は、コンタクト層を共振器に近い側から見て低屈折率側
と高屈折率側に変わる組成傾斜層の中間に設ける必要が
ある。しかし、ＡｌＧａＡｓ系材料を用いた分布ブラッ
グ反射鏡においてＧａＡｓをコンタクト層に用いる場合
には、組成傾斜層の中間にＧａＡｓを設けると、組成傾
斜が不連続になってしまう。また、組成傾斜層の屈折率
が高屈折率側に偏ってしまう。一方、組成傾斜層の外側
にコンタクト層を設けた場合には、コンタクト層は節の
位置からずれてしまうため、光吸収が増加してしまう。

【００５９】これに対し、本発明のように、位相調整層
をはさんでコンタクト層を設ける場合、節の位置にコン
タクト層を設けても組成傾斜層に不連続を生じさせるこ
とがないため、電気伝導や反射特性に影響を与えること
がない。

【００６０】（第６の実施形態）本発明の第６の実施形
態は、第１乃至第５のいずれかの実施形態の面発光半導
体レーザにおいて、上部オーミック電極の開口部が、最
表面に高屈折率層を設けた光出射部の領域よりも大きい
ことを特徴としている。

【００６１】上部オーミック電極が開口している領域
で、最表面に高屈折率層を設けた中央近傍においては、
上部反射鏡の反射位相が整合しており、高反射率の反射
鏡を形成できる。一方、最表面の高屈折率層がない領域
では、上部反射鏡の最表面からの反射位相が乱れるた
め、レーザ発振波長に対して上部反射鏡の反射率が低下
してしまう。さらに外周部では、コンタクト層上に上部
オーミック電極が形成されることにより、電極の金属材
料による光吸収や、コンタクト層との界面散乱により、
反射率がさらに低下している。従って、中央部は反射率
が高く、周辺部では反射率が低い構造となっている。

【００６２】面発光レーザの基本横モードは、中心で光
強度分布が強く、外側にいくほど光強度分布が弱くな
る。一方、高次横モードは、中心以外にも光強度分布の
ピークを有している。そのため、中央部で反射率が高く
周辺部で反射率が低い構造を形成すると、基本横モード
に比べて高次横モードの損失が大きくなる。これによ
り、高次横モードによる発振を抑制し、基本横モードを
維持したままで高出力化が可能となる。

【００６３】なお、面発光半導体レーザの横モードを制
御する従来技術としては、例えば、特開２０００−２２
２７１号がある。特開２０００−２２２７１号では、上
部電極の開口部を狭くすることにより、高次横モードに
よる発振を抑制している。

【００６４】また、文献「Journal of Quantum Elector
onics, Vol 37, No.1, pp.108-117」には、上部半導体
多層膜反射鏡の半導体最上層をエッチングして段差を形
成することにより、中心部の反射率を高くし、周辺部の
反射率を低くする構造が記載されている。これにより、
高次横モードの損失を大きくして高次横モードの発振を
抑制している。

【００６５】また、文献「第４９回応用物理学関係連合
講演会２８ａ−ＹＱ−１９」には、最表面にＳｉＯ₂位
相シフト層を設けてひとつの横モードに安定化させる技
術が示されている。

【００６６】しかしながら、これらの従来技術において
は、コンタクト層の位置について全く考慮されておら
ず、コンタクト層が光の定在波分布における腹の位置を
含むように構成されている。

【００６７】これに対し、本発明では、コンタクト層を
光の定在波分布における腹が含まれないような位置、も
しくは節の位置に形成することで、コンタクト層による
光吸収を抑制している。従って、従来構造よりも閾電流
を低減し、高い光出力を得ることが可能となる。

【００６８】また、面発光半導体レーザにおいては、Ａ
ｌを高濃度に含む層を選択的に酸化することにより電流
狭窄を行う構造が用いられる。選択的に酸化された領域
は絶縁膜となるため、電流は酸化されていない領域に集
中して活性層に流れ込む。さらに、選択的に酸化された
領域は、屈折率が大幅に低下するため、酸化されていな
い領域に光を閉じ込める働きをする。横モードの制御を
選択酸化の開口径でのみ制御する場合は、高次横モード
を抑制するために、選択酸化の開口径を数μｍと非常に
狭くしなければならなくなる。そのため、選択酸化の幅
を精密に制御しなければならなくなる。また、発振領域
が狭いため、最大光出力が低くなるという問題がある。

【００６９】本発明では、横モードの制御を、最表面に
設けた高屈折率層のサイズによって制御することができ
る。従って、選択酸化による電流狭窄構造を設ける場合
に、選択酸化の開口径を、最表面に設けた高屈折率層の
径よりも大きくすることができる。そのため、電流狭窄
径を大きくして単一横モード発振が得られ、かつ最大光
出力を増加させることができる。

【００７０】（第７の実施形態）本発明の第７の実施形
態は、第１乃至第６のいずれかの実施形態において、コ
ンタクト層の直上に、エッチングストップ層を設けたこ
とを特徴としている。

【００７１】エッチングストップ層を設けることで、エ
ッチングをエッチングストップ層で１度停止させ、その
後、エッチングストップ層を除去して、コンタクト層表
面を露出させることができ、これにより、エッチング深
さの制御性を向上させることができ、確実にオーミック
電極をコンタクト層上に形成できるようになる。

【００７２】エッチングをケミカルエッチングで行う場
合、選択性エッチング溶液が用いられる。例えば、硫酸
系エッチング溶液でＡｌＧａＡｓ材料をエッチングし、
ＧａＩｎＰエッチングストップ層でエッチングを停止さ
せることができる。そして、塩酸系エッチング溶液でＧ
ａＩｎＰエッチングストップ層をエッチングし、ＧａＡ
ｓコンタクト層で止めることができる。

【００７３】また、塩素系ガスを用いたドライエッチン
グでエッチングする場合には、ＡｌＧａＡｓ系材料に比
べてＧａＩｎＡｓＰ系材料のエッチングレートが低いの
で、ＧａＩｎＰをエッチングストップ層に用いることが
可能である。ドライエッチングとケミカルエッチングと
を組み合わせてエッチングすることもできる。

【００７４】なお、エッチングストップ層の材料は、Ｇ
ａＩｎＰに限定されるものではなく、Ａｓ，Ｎ，Ａｌ等
の元素を含んでいてもよい。半導体多層膜反射鏡やコン
タクト層の材料とのエッチング選択比が大きい材料であ
ればよい。

【００７５】また、第７の実施形態では、光出射部の最
表面は従来技術で示した特開平５−３３７０１のように
エッチングされた表面とはなっていない。エッチングに
よって光出射穴を設ける場合、エッチング深さのばらつ
きによって、最表面層の層厚がばらついてしまう。通常
は、選択比の高いエッチング溶液により、コンタクト層
のみをエッチングすることが行われるが、この場合で
も、コンタクト層の下の層が全くエッチングされないよ
うにすることは困難であり、ごくわすかではあるがエッ
チングされてしまう。そのため、最表面層の厚さにばら
つきが生じ、上部反射鏡の反射率が変化してしまう。こ
れにより、閾電流等のレーザ特性のばらつきを引き起こ
してしまう。

【００７６】しかし、この第７の実施形態では、エッチ
ングによって除去されてコンタクト層が露出する領域
は、光出射部の周辺部であり、反射率が低下している領
域である。そのため、エッチング深さに多少ばらつきが
生じた場合でもレーザ発振に対する影響は小さくなって
いる。

【００７７】一方、光出射部の中央近傍は、エッチング
された面ではなく結晶成長表面となっている。従って、
エッチングによる上部反射鏡の反射率ばらつきが生じる
ことはない。

【００７８】なお、上部反射鏡の反射光位相を整合させ
て高反射率の反射鏡を形成するために、位相調整層，エ
ッチングストップ層，コンタクト層，高屈折率層の光学
的膜厚の総和は、レーザ光波長の０．５＋ｍ×０．２５
（ｍ＝１，２，３…）倍になるように厚さを調整す
る必要がある。

【００７９】（第８の実施形態）本発明の第８の実施形
態においては、第１乃至第７のいずれかの実施形態の面
発光半導体レーザにおいて、活性層材料として、窒素と
他のＶ族元素を含む窒素系Ｖ族混晶半導体が用いられて
いることを特徴としている。

【００８０】窒素と他のＶ族元素を含む窒素系Ｖ族混晶
半導体としては、例えばＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，
ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂ等がある。これら
の材料は、ＧａＡｓ基板上に１．３〜１．６μｍ帯のバ
ンドギャップ波長を有してエピタキシャル成長させるこ
とが可能である。従って、高性能のＡｌＧａＡｓ材料系
で構成された半導体多層膜反射鏡を用いて、１．３〜
１．６μｍ帯の面発光半導体レーザを形成することがで
きる。

【００８１】そして、窒素と他のＶ族元素を含む窒素系
Ｖ族混晶半導体は、ＧａＡｓとの伝導帯バンド不連続を
大きくとることが可能な材料であることが知られてい
る。従って、窒素と他のＶ族元素を含む窒素系Ｖ族混晶
半導体からなる活性層に電子を閉じ込めることができ、
高温動作時でも閾電流の増加を抑制することができる。

【００８２】１．３〜１．６μｍ帯の光は石英系光ファ
イバの伝送に適した帯域である。従って、１．３〜１．
６μｍ帯面発光半導体レーザは、石英系光ファイバを用
いた光伝送システムにおいて、低コスト，低消費電力の
光源として用いることができる。

【００８３】１．３〜１．６μｍの波長の光は、ＧａＡ
ｓコンタクト層のバンドギャップエネルギーに比べて小
さいエネルギーを有している。そのため、ＧａＡｓコン
タクト層における、バンド間直接遷移による光吸収は生
じない。しかし、コンタクト層のキャリア濃度を１×１
０¹⁹ｃｍ^-3以上と高濃度にした場合、自由キャリアによ
る光吸収や、オージェ過程による光吸収が増加してしま
うが、本発明では、コンタクト層が面発光半導体レーザ
素子内部における光の定在波分布の節に位置しているこ
とから、コンタクト層のキャリア濃度を１×１０¹⁹ｃｍ
^-3以上と高濃度にした場合でも、コンタクト層における
光の吸収を抑制することができる。

【００８４】（第９の実施形態）本発明の第９の実施形
態は、光伝送モジュールにおいて、第１乃至第８のいず
れかの実施形態の面発光半導体レーザを備えていること
を特徴としている。光伝送モジュールは、入力信号に応
じて光信号を発生する光源を備えており、この光源に第
１乃至第８のいずれかの実施形態の面発光半導体レーザ
が用いられている。光源から発した光信号は、光ファイ
バに結合されて外部に伝送される。

【００８５】第１乃至第８のいずれかの実施形態の面発
光半導体レーザは、オーミック電極との接触抵抗を低減
することにより、動作電圧を低下させることができる。
また、コンタクト層における光吸収の影響を抑制するこ
とで、閾電流を低減でき、また、光取り出し効率を向上
させることができる。よって、従来に比べて低消費電
力，高出力の面発光半導体レーザを提供することができ
る。

【００８６】従って、上記の面発光半導体レーザを光伝
送モジュールの光源に適用することにより、より低消費
電力の光伝送モジュールを構成できる。

【００８７】（第１０の実施形態）本発明の第１０の実
施形態は、光交換装置において、第１乃至第８のいずれ
かの実施形態の面発光半導体レーザを備えていることを
特徴としている。光交換装置は、Ｎ本のファイバに入力
された光信号を、Ｍ本の光ファイバに任意に接続して光
信号を出力する装置である。ここで、Ｎ及びＭは１以上
の自然数である。

【００８８】光交換装置は、その接続の形態や機能によ
り、トランシーバ，ハブ，リピータ，ブリッジ，ルー
タ，ゲートウェイ等として用いられる。

【００８９】光交換装置に入力された光信号は、受光素
子で電気信号に変換され、電気的に回線がスイッチング
される。そして、発光素子により、再び電気信号から光
信号に変換されて出力される。この発光素子に、第１乃
至第８のいずれかの実施形態の面発光半導体レーザが用
いられている。

【００９０】第１乃至第８のいずれかの実施形態の面発
光半導体レーザは、オーミック電極との接触抵抗を低減
することにより、動作電圧を低下させることができる。
また、コンタクト層における光吸収の影響を抑制するこ
とで、閾電流を低減でき、また光取り出し効率を向上さ
せることができる。よって、従来に比べて低消費電力，
高出力の面発光半導体レーザを提供することができる。

【００９１】従って、上記の面発光半導体レーザを光交
換装置に適用することにより、より低消費電力の光交換
装置を構成できる。

【００９２】（第１１の実施形態）本発明の第１１の実
施形態は、光伝送システムにおいて、第９の実施形態の
光伝送モジュール、または、第１０の実施形態の光交換
装置を用いることを特徴としている。光伝送システム
は、光送信モジュールと、光ファイバケーブルと、光受
信モジュールとによって構成され、光送信モジュールか
ら出力された光信号は、光ファイバケーブルを伝搬して
光受信モジュールに伝送されるようになっている。

【００９３】光伝送の形態としては、１本の光ファイバ
中を双方向に伝送させる方式や、２本の光ファイバを１
組として上り方向と下り方向をそれぞれ伝送させる方式
がある。また、複数本の光ファイバケーブルを用いて並
列に光信号を伝送する方式や、１本の光ファイバ中を複
数の波長の光信号で伝送する波長多重分割方式を用いる
こともできる。

【００９４】また、光送信モジュールと光受信モジュー
ルとの間に光交換装置を設けることができる。

【００９５】この第１１の実施形態では、低消費電力で
ある第９の実施形態の光伝送モジュール、または、第１
０の実施形態の光交換装置を用いているため、光伝送シ
ステムの消費電力を低減できる。

【００９６】

【実施例】以下、本発明の実施例について、説明する。

【００９７】（実施例１）図１は、本発明の実施例１に
よる面発光半導体レーザを示す図である。図１の面発光
半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型分
布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）１０２、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａ
ｓ下部スペーサ層１０３、ＧａＡｓ／Ａｌ _0.3Ｇａ_0.7Ａ
ｓ多重量子井戸活性層１０４、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ上部
スペーサ層１０５、ｐ型ＤＢＲ１０６、ｐ型Ａｌ_0.3Ｇ
ａ_0.7Ａｓ位相調整層１０７、ｐ型ＧａＡｓコンタクト
層１０８、ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ高屈折率層１０９が
順次に積層されている。

【００９８】ｎ型ＤＢＲ１０２とｐ型ＤＢＲ１０６は、
Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ高屈折率層とＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ低
屈折率層とが、レーザ光波長の１／４の光学的膜厚で交
互に積層されて形成されている。具体的に、ｎ型ＤＢＲ
は３０．５周期、ｐ型ＤＢＲは２４．５周期積層されて
いる。

【００９９】ｎ型ＤＢＲ１０２とｐ型ＤＢＲ１０６とに
よってはさまれたＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ下部スペーサ層１
０３，ＧａＡｓ／Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ多重量子井戸活性
層１０４，Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ上部スペーサ層１０５
は、共振器を構成しており、その光学的膜厚の総和はレ
ーザ光波長の１波長分となっている。

【０１００】なお、この実施例１（図１）においては、
レーザ光波長は８５０ｎｍとなるように設計されてい
る。

【０１０１】また、図１の面発光半導体レーザは、光出
射部分以外のｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ高屈折率層１０９
が除去されてｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８が露出し
ており、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８上にｐ側オー
ミック電極１１０が形成されている。また、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板１０１の裏面にはｎ側オーミック電極１１１が形
成されている。

【０１０２】また、光出射部分を除いて活性層１０４近
傍にプロトンイオンが注入されて高抵抗領域１１２が形
成されており、電流を光出射部分の下方の活性層に狭窄
する構造となっている。

【０１０３】また、ｐ側オーミック電極１１０は、ｐ型
ＧａＡｓコンタクト層１０８上に形成されており、ｐ型
ＧａＡｓコンタクト層１０８のキャリア濃度を、例えば
２×１０¹⁹ｃｍ^-3と高くすることで、ｐ型ＧａＡｓコン
タクト層１０８とｐ側オーミック電極との接触抵抗を小
さくしている。従って、面発光半導体レーザの抵抗を低
減でき、動作電圧を低下させることができる。

【０１０４】一方、図１の面発光半導体レーザにおいて
は、レーザ光波長が８５０ｎｍであり、ｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層１０８のバンドギャップエネルギーよりも大
きくなっている。そのため、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１０８でバンド間直接遷移による光吸収が生じる。さら
に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８のキャリア濃度を
２×１０¹⁹ｃｍ^-3と高くしているため、自由キャリアに
よる吸収やオージェ過程による吸収が増加してしまう。
そこで、図１の面発光半導体レーザにおいては、以下に
示す構成により、コンタクト層における光吸収を抑制し
ている。

【０１０５】図２（ａ）は、図１に示した面発光半導体
レーザのコンタクト層１０８の近傍の一構成例を示す図
である。図２（ａ）の構成例では、ｐ型ＤＢＲ１０６の
最上層はＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ低屈折率層１０６ａとなっ
ており、その上に、ｐ型Ａｌ _0.3Ｇａ_0.7Ａｓ位相調整層
１０７，ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８が積層されて
いる。ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８は、ｐ型ＤＢＲ
１０６の表面から数えて、レーザ光波長の１／４（１／
４の奇数倍）の位置が含まれないように配置されてい
る。そのため、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８は、面
発光半導体レーザ素子内部における光の定在波分布にお
いて、腹の位置からずれた位置（腹の位置が含まれない
ような位置）に設けられている。これによって、ｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層１０８内部における光強度が低下す
るため、光がｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８で吸収さ
れにくい構造となっている。

【０１０６】図２（ｂ）は、図１に示した面発光半導体
レーザのコンタクト層１０８の近傍の他の構成例を示す
図である。なお、図２（ｂ）において、図２（ａ）と対
応する箇所には同じ符号を付している。図２（ｂ）の構
成例では、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８は、ｐ型Ｄ
ＢＲ１０６の表面から、レーザ光波長の１／２（１／４
の偶数倍）の位置に配置されている。そのため、ｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層１０８は、面発光半導体レーザ素子
内部における光の定在波分布において、節に位置してい
る。節の位置では光強度が低いため、光がｐ型ＧａＡｓ
コンタクト層１０８で吸収されにくい構造となってい
る。

【０１０７】また、図２（ｂ）の構成例では、ｐ型Ｇａ
Ａｓコンタクト層１０８の層厚を１０ｎｍと薄く形成し
ている。これにより、光が吸収される厚さを薄くして光
吸収量を低減している。さらに、ｐ型ＧａＡｓコンタク
ト層１０８の層厚を薄くすることで、ｐ型ＧａＡｓコン
タクト層１０８全体が定在波分布の節の位置からずれな
いようにする効果もある。

【０１０８】図２（ｃ）は、従来の面発光半導体レーザ
のコンタクト層の近傍を示す図である。図２（ｃ）の面
発光半導体レーザでは、ｐ型ＤＢＲの高屈折率層１０６
ｂ上に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８が積層されて
いる。図２（ｃ）に示すように、従来は、ｐ型ＧａＡｓ
コンタクト層１０８が光の定在波分布の腹の位置に配置
されている。従って、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８
の層厚が同じ場合でも、図２（ａ），（ｂ）に示した構
造の方が光吸収をより低減することが可能となる。

【０１０９】また、図１の面発光半導体レーザでは、光
出射部分において、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８上
に、ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ高屈折率層１０９が設けら
れている。そして、ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ位相調整層
１０７，ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８，ｐ型Ａｌ
_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ高屈折率層１０９の光学的膜厚の総和
は、レーザ光波長の３／４倍（０．５＋ｍ×０．２５
（ｍ＝１））となっている。

【０１１０】図３は、図１の面発光半導体レーザの上部
反射鏡の反射スペクトルを示す図である。図３におい
て、実線は、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８上に、ｐ
型Ａｌ _0.3Ｇａ_0.7Ａｓ高屈折率層１０９が設けられてい
る場合の上部反射鏡の反射スペクトルを示している。ま
た、図３中の点線は、ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ高屈折率
層１０９を設けなかった場合の上部反射鏡の反射スペク
トルを示している。

【０１１１】ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ高屈折率層１０９
を設けない場合、ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ₀ _.7Ａｓ位相調整層１
０７，ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８は、実質的にレ
ーザ光波長の１／２倍の高屈折率層となるため、最表面
からの反射光の位相がずれてしまう。そのため、図３の
点線に示すように、レーザ光波長において反射率が低下
する。

【０１１２】一方、図１の構造では、最表面にｐ型Ａｌ
_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ高屈折率層１０９が設けられていること
で、ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ位相調整層１０７，ｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層１０８，ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ高
屈折率層１０９は、実質的にレーザ光波長の３／４倍の
高屈折率層となる。従って、上部反射鏡において位相が
整合し、図３の実線に示すように、高反射率が得られ
る。

【０１１３】このように、実施例１の面発光半導体レー
ザでは、コンタクト層の接触抵抗の低減と、コンタクト
層における光吸収の抑制と、光出射部における上部反射
鏡の高反射率化とを同時に満たすことができる。

【０１１４】なお、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８を
除くｐ型ＤＢＲ１０６，ｐ型Ａｌ_0. ₃Ｇａ_0.7Ａｓ位相調
整層１０７，ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ高屈折率層１０９
は、１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下にキャリア濃度を下げて、自
由キャリアによる光吸収や、オージェ過程による光吸収
を抑制することが望ましい。

【０１１５】また、ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ高屈折率層
１０９は、面発光半導体レーザに対する電流通電には関
係していないので、さらにキャリア濃度を下げることが
できる。

【０１１６】また、実施例１の面発光半導体レーザで
は、光出射部の最表面は従来技術で示した特開平５−３
３７０１のようにエッチングされた表面とはなっていな
い。エッチングによって光出射穴を設ける場合、エッチ
ング深さのばらつきによって、最表面層の層厚がばらつ
いてしまう。通常は、選択比の高いエッチング溶液によ
り、コンタクト層のみをエッチングすることが行われる
が、この場合でもコンタクト層の下の層が全くエッチン
グされないようにすることは困難であり、ごくわすかで
はあるがエッチングされてしまう。そのため、最表面層
の厚さにばらつきが生じ、上部反射鏡の反射率が変化し
てしまう。これにより、閾電流等のレーザ特性のばらつ
きを引き起こしてしまう。

【０１１７】一方、実施例１の面発光半導体レーザは、
光出射部の最表面はエッチングされた面ではなく結晶成
長表面であり、層厚を結晶成長で制御することができ
る。従って、エッチングによる上部反射鏡の反射率ばら
つきが生じることはない。

【０１１８】光出射部の周辺においては、ｐ型Ａｌ_0.3
Ｇａ_0.7Ａｓ高屈折率層１０９がエッチングによって除
去されて、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８が露出して
いる。しかし、光出射部の周辺は反射率が低下してお
り、レーザ発振に対する寄与は小さくなっている。従っ
て、エッチング深さが多少ばらついても、レーザ特性に
対する影響は小さくなっている。この場合、エッチング
はｐ型コンタクト層１０８が確実に露出していればよ
い。

【０１１９】また、上部光出射部の最表面に積層された
ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ高屈折率層１０９を、他の誘電
体材料に置き換えることも可能である。例えば、半導体
多結晶，アモルファス半導体，無機誘電体，有機材料等
を用いることができる。これにより、素子作製の自由度
が高くなる。また、高屈折率層１０９とｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層１０８とのエッチング選択比を大きくするこ
とができ、エッチングをｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０
８表面で停止させることが容易になる。

【０１２０】（実施例２）図４は、本発明の実施例２に
よる面発光半導体レーザを示す図である。図４の面発光
半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型Ｄ
ＢＲ４０１、ＧａＡｓ下部スペーサ層４０２、ＩｎＧａ
Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層４０３、ＧａＡｓ上
部スペーサ層４０４、ｐ型ＤＢＲ４０５、ｐ型ＧａＡｓ
位相調整層４０６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８、
ｐ型ＧａＡｓ高屈折率層４０７が順次積層されている。

【０１２１】ｎ型ＤＢＲ４０１とｐ型ＤＢＲ４０５は、
ＧａＡｓ高屈折率層とＡｌ_0.8Ｇａ₀ _.2Ａｓ低屈折率層と
が、レーザ光波長の１／４の光学的膜厚で交互に積層さ
れて形成されている。具体的に、ｎ型ＤＢＲは３３．５
周期、ｐ型ＤＢＲは９．５周期積層されている。

【０１２２】ｎ型ＤＢＲ４０１とｐ型ＤＢＲ４０５とに
よってはさまれた、ＧａＡｓ下部スペーサ層４０２，Ｉ
ｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層４０３，Ｇａ
Ａｓ上部スペーサ層４０４は、共振器を構成しており、
その光学的膜厚の総和はレーザ光波長の１波長分となっ
ている。

【０１２３】なお、この実施例２においては、レーザ光
波長は９８０ｎｍとなるように設計されている。

【０１２４】また、図４の面発光半導体レーザでは、積
層構造表面からｎ型ＤＢＲ４０１に達するまでエッチン
グされて、柱状構造が形成されている。この柱状構造に
より、電流及び光が狭窄されるようになっている。

【０１２５】柱状構造の頂上においては、光出射部分以
外のｐ型ＧａＡｓ高屈折率層４０７が除去されてｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層１０８が露出しており、ｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層１０８上にｐ側オーミック電極１１０が
形成されている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の裏面
にはｎ側オーミック電極１１１が形成されている。

【０１２６】光出射部分のｐ型ＧａＡｓ高屈折率層４０
７上には、誘電体ＤＢＲ４０８が積層形成されている。
誘電体ＤＢＲ４０８は、例えば、ＳｉＯ₂低屈折率層と
ＴｉＯ₂高屈折率層とが交互に５周期積層されている。
従って、上部反射鏡は半導体のｐ型ＤＢＲ４０５と誘電
体ＤＢＲ４０８とが積層されて構成されている。

【０１２７】また、ｐ側オーミック電極１１０は、ｐ型
ＧａＡｓコンタクト層１０８上に形成されており、ｐ型
ＧａＡｓコンタクト層１０８のキャリア濃度を、例えば
２×１０¹⁹ｃｍ^-3と高くすることで、コンタクト層１０
８とオーミック電極１１０との接触抵抗を下げることが
できる。特に、図４の構造は、柱状構造の頂上部にｐ側
オーミック電極１１０が形成されているため、図１に示
した構造に比べてｐ側オーミック電極１１０の接触面積
が狭くなっている。従って、面発光半導体レーザの動作
電圧を低減する上で、接触抵抗の低減がより重要となっ
ている。

【０１２８】図４の面発光半導体レーザにおいては、レ
ーザ光波長が９８０ｎｍであり、ｐ型ＧａＡｓコンタク
ト層１０８のバンドギャップエネルギーよりも小さくな
っている。従って、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８で
バンド間直接遷移による光吸収が生じることはない。し
かし、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８のキャリア濃度
を２×１０¹⁹ｃｍ^-3と高くしているため、自由キャリア
による吸収やオージェ過程による吸収が増加してしま
う。

【０１２９】また、図４の構造は、図１に示した構造と
比較して、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８が共振器の
近くに位置する構造となっており、面発光半導体レーザ
内の光の定在波分布において、腹の位置の光強度は活性
層に近くなるほど強くなってしまう。そのため、ｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層１０８による光吸収の影響がより問
題となる。

【０１３０】図５は、図４の面発光半導体レーザのコン
タクト層近傍の構成を詳細に示す図である。図５を参照
すると、図４の面発光半導体レーザにおいて、ｐ型ＤＢ
Ｒ４０５の最上層はＡｌ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓ低屈折率層４０
５ａとなっており、その上に、ｐ型ＧａＡｓ位相調整層
４０６，ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８が積層されて
いる。ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８は、ｐ型ＤＢＲ
４０５の表面から、レーザ光波長の１／２（１／４の偶
数倍）の位置に配置されている。そのため、ｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層１０８は、面発光半導体レーザ素子内部
における光の定在波分布において、節に位置している。
節の位置では光強度が低いため、図４の面発光半導体レ
ーザは、光がｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８で吸収さ
れにくい構造となっている。

【０１３１】また、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８の
層厚も１０ｎｍと薄く形成されている。これにより、光
が吸収される厚さを薄くして光吸収量を低減している。
さらに、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８の層厚を薄く
することで、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８全体が定
在波分布の節の位置からずれないようにしている。

【０１３２】また、図５に示すように、光出射部分で
は、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８上にｐ型ＧａＡｓ
高屈折率層４０７が積層されている。そして、ｐ型Ｇａ
Ａｓ位相調整層４０６，ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０
８，ｐ型ＧａＡｓ高屈折率層４０７の光学的膜厚の総和
は、レーザ光波長の３／４倍（０．５＋ｍ×０．２５
（ｍ＝１））になるように構成されている。そのため、
ｐ型ＤＢＲ４０５と誘電体ＤＢＲ４０８とで光の位相が
整合し、高反射率の反射鏡を形成している。

【０１３３】以上より、実施例２の面発光半導体レーザ
では、コンタクト層の接触抵抗の低減と、コンタクト層
における光吸収の抑制と、光出射部における上部反射鏡
の高反射率化とを同時に満たすことができる。

【０１３４】（実施例３）図６は、本発明の実施例３に
よる面発光半導体レーザを示す図である。図６の面発光
半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、第１の
ｎ型ＤＢＲ６０１、ｎ型ＧａＡｓ高屈折率層６０２、ｎ
型ＧａＡｓコンタクト層６０３、ｎ型ＧａＡｓ位相調整
層６０４、第２のｎ型ＤＢＲ６０５、ＧａＡｓ下部スペ
ーサ層４０２、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸
活性層６０６、ＧａＡｓ上部スペーサ層４０４、第１の
ｐ型ＤＢＲ６０７、ｐ型ＧａＡｓ位相調整層４０６、ｐ
型ＧａＡｓコンタクト層１０８、ｐ型ＧａＡｓ高屈折率
層４０７、第２のｐ型ＤＢＲ６０８が順次積層されてい
る。

【０１３５】ＤＢＲ６０１，６０５，６０７，６０８
は、ＧａＡｓ高屈折率層とＡｌ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓ低屈折率
層とが、交互に積層されて形成されている。そして、Ｇ
ａＡｓ高屈折率層とＡｌ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓ低屈折率層との
界面には組成傾斜層が設けられている。組成傾斜層を含
んで、高屈折率側と低屈折率側は、それぞれ光学的膜厚
の総和がレーザ光波長の１／４となるように形成されて
いる。具体的に、第１のｎ型ＤＢＲ６０１は３４．５周
期、第２のｎ型ＤＢＲ６０５は１．５周期、第１のｐ型
ＤＢＲ６０７は１．５周期、第２のｐ型ＤＢＲ６０８は
２４周期がそれぞれ積層されている。

【０１３６】第２のｎ型ＤＢＲ６０５と第１のｐ型ＤＢ
Ｒ６０７とによってはさまれたＧａＡｓ下部スペーサ層
４０２，ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層
６０６，ＧａＡｓ上部スペーサ層４０４は、共振器を構
成しており、その光学的膜厚の総和はレーザ光波長の１
波長分となっている。

【０１３７】なお、この実施例３においては、レーザ光
波長は１３００ｎｍとなるように設計されている。

【０１３８】また、積層構造表面からｐ型ＧａＡｓコン
タクト層１０８表面が露出するまでエッチングされて、
柱状構造が形成されている。エッチングにより表面が露
出したｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８上には、ｐ側オ
ーミック電極１１０が形成されている。

【０１３９】さらに、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層６０３
の表面が露出するまでエッチングされて、上記の柱状構
造よりも大きいサイズで第２の柱状構造が形成されてい
る。エッチングにより表面が露出したｎ型ＧａＡｓコン
タクト層６０３上には、ｎ側オーミック電極１１１が形
成されている。

【０１４０】活性層６０６には、窒素と他のＶ族元素を
含む窒素系Ｖ族混晶半導体であるＧａＩｎＮＡｓが用い
られている。ＧａＩｎＮＡｓは、ＧａＡｓ基板上に１．
３〜１．６μｍ帯のバンドギャップ波長を有してエピタ
キシャル成長させることが可能である。この実施例３で
は、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層のバンドギャップ波長を１２
９０ｎｍとしている。従って、熱伝導率が高く、高反射
率が得られるＡｌＧａＡｓ材料系で構成されたＤＢＲを
用いて、１．３μｍ帯の面発光半導体レーザを形成する
ことができる。

【０１４１】そして、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層は、ＧａＡ
ｓ障壁層との伝導帯バンド不連続を大きくとることがで
きる。従って、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層に有効に電子を閉
じ込めることができ、高温動作時でも閾電流の増加を抑
制することができる。

【０１４２】１．３μｍ帯の光は石英系光ファイバの伝
送に適した帯域である。従って、この実施例３の１．３
μｍ帯面発光半導体レーザは、石英系光ファイバを用い
た光伝送システムにおいて、低コスト，低消費電力の光
源として用いることができる。

【０１４３】図６の面発光半導体レーザにおいては、ｐ
型ＧａＡｓコンタクト層１０８上にｐ側オーミック電極
１１０が形成されており、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１
０８のキャリア濃度を例えば２×１０¹⁹ｃｍ^-3と高くす
ることで、コンタクト層１０８とオーミック電極１１０
との接触抵抗を低減している。同様に、ｎ型ＧａＡｓコ
ンタクト層６０３上にｎ側オーミック電極１１１が形成
されており、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層６０３のキャリ
ア濃度を例えば３×１０¹⁸ｃｍ^-3と高くすることで、コ
ンタクト層６０３とオーミック電極１１１との接触抵抗
を低減している。これにより、面発光半導体レーザの動
作電圧を低減している。

【０１４４】図６の構造は、図１に示した構造と比較し
て、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８及びｎ型ＧａＡｓ
コンタクト層６０３が共振器に近接した構造となってい
る。そのため、面発光半導体レーザ内の光の定在波分布
において、腹の位置の光強度が強くなっている。また、
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８のキャリア濃度が２×
１０¹⁹ｃｍ^-3であり、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層６０３
のキャリア濃度が３×１０¹⁸ｃｍ^-3と高くなっているた
め、コンタクト層における自由キャリア吸収やオージェ
過程による吸収が増加してしまう。

【０１４５】そこで、この実施例３では、ｐ型ＧａＡｓ
コンタクト層１０８を、第１のｐ型ＤＢＲ６０７最上層
の低屈折率層から、レーザ光波長の１／２（１／４の偶
数倍）の位置に配置しており、これにより、コンタクト
層１０８は、面発光半導体レーザ内部における光の定在
波分布において、節に位置している（図７（ａ）参
照）。

【０１４６】同様に、この実施例３では、ｎ型ＧａＡｓ
コンタクト層６０３を、第２のｎ型ＤＢＲ６０５最下層
の低屈折率層から、レーザ光波長の１／２（１／４の偶
数倍）の位置に配置しており、これにより、コンタクト
層６０３は、面発光半導体レーザ内部における光の定在
波分布において、節に位置している（図７（ｂ）を参
照）。

【０１４７】節の位置では光強度が小さくなっているた
め、高濃度にドーピングされたコンタクト層における光
の吸収を抑制することができる。

【０１４８】なお、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８と
ｎ型ＧａＡｓコンタクト層６０３の層厚を１０ｎｍと薄
くすることで、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８とｎ型
ＧａＡｓコンタクト層６０３が節の位置からずれないよ
うにしている。

【０１４９】また、ｐ型ＧａＡｓ位相調整層４０６，ｐ
型ＧａＡｓコンタクト層１０８，ｐ型ＧａＡｓ高屈折率
層４０７の光学的膜厚の総和は、レーザ光波長の３／４
倍（０．５＋ｍ×０．２５（ｍ＝１））になっている。
そのため、第１のｐ型ＤＢＲ６０７と第２のｐ型ＤＢＲ
６０８との反射光位相が整合しており、高反射率の上部
反射鏡を形成できる。

【０１５０】同様に、ｎ型ＧａＡｓ位相調整層６０４，
ｎ型ＧａＡｓコンタクト層６０３，ｎ型ＧａＡｓ高屈折
率層６０２の光学的膜厚の総和は、レーザ光波長の３／
４倍（０．５＋ｍ×０．２５（ｍ＝１））になってい
る。そのため、第１のｎ型ＤＢＲ６０１と第２のｎ型Ｄ
ＢＲ６０５との反射光位相が整合しており、高反射率の
下部反射鏡を形成できる。

【０１５１】また、実施例３の面発光半導体レーザにお
いては、ＤＢＲの電気抵抗を低減するために、高屈折率
層と低屈折率層との界面に、組成を徐々に変化させた組
成傾斜層が設けられている。ここで、組成傾斜層の層厚
は、例えば２０〜５０ｎｍとなっている。

【０１５２】コンタクト層を光の定在波分布の節に位置
させる場合、コンタクト層を共振器に近い側から見て低
屈折率層と高屈折率層との界面に設けることも可能であ
る。しかし、高屈折率層と低屈折率層との界面に組成傾
斜層が設けられている場合には、組成傾斜層の中央にコ
ンタクト層を設けなければならなくなる。ＧａＡｓコン
タクト層を組成傾斜層の中央に設けると、組成傾斜が不
連続になってしまう。また、コンタクト層を中間の組成
のＡｌＧａＡｓで形成してしまうと、接触抵抗が高くな
ってしまう。あるいは、組成傾斜層の外側の高屈折率層
中にＧａＡｓコンタクト層を設けた場合には、コンタク
ト層は節の位置からずれてしまう。従って、抵抗を低減
すると同時に、コンタクト層の光吸収を抑制することは
困難である。

【０１５３】これに対し、本発明では、ＧａＡｓコンタ
クト層を位相調整層と高屈折率層の間に設けるようにし
ており、これにより、ＧａＡｓコンタクト層を光の定在
波分布の節の位置に確実に設けることができ、かつ組成
傾斜層に不連続を生じさせることがない。

【０１５４】（実施例４）図８は、本発明の実施例４に
よる面発光半導体レーザを示す図である。図８の面発光
半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型Ｄ
ＢＲ４０１、ＧａＡｓ下部スペーサ層４０２、ＧａＩｎ
ＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層６０６、ＧａＡｓ
上部スペーサ層４０４、ｐ型ＡｌＡｓ層８０１、ｐ型Ｄ
ＢＲ４０５、ｐ型ＧａＡｓ位相調整層４０６、ｐ型Ｇａ
Ａｓコンタクト層１０８、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングス
トップ層８０２、ｐ型ＧａＡｓ高屈折率層４０７が順次
に積層されている。

【０１５５】ここで、ｎ型ＤＢＲ４０１とｐ型ＤＢＲ４
０５は、ＧａＡｓ高屈折率層とＡｌ _0.8Ｇａ_0.2Ａｓ低屈
折率層とが、レーザ光波長の１／４の光学的膜厚で交互
に積層されて形成されている。具体的に、ｎ型ＤＢＲ４
０１は３５．５周期、ｐ型ＤＢＲ４０５は２４．５周期
積層されている。

【０１５６】ｎ型ＤＢＲ４０１とｐ型ＤＢＲ４０５とに
よってはさまれたＧａＡｓ下部スペーサ層４０２，Ｇａ
ＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層６０６，Ｇａ
Ａｓ上部スペーサ層４０４は、共振器を構成しており、
その光学的膜厚の総和はレーザ光波長の１波長分となっ
ている。

【０１５７】なお、この実施例４においては、レーザ光
波長は１３００ｎｍとなるように設計されている。

【０１５８】また、積層構造表面からｎ型ＤＢＲ４０１
に達するまでエッチングされて、柱状構造が形成されて
いる。そして、柱状構造の側面からｐ型ＡｌＡｓ層８０
１が選択的に酸化されて酸化領域８０３が形成されてい
る。酸化領域８０３は絶縁体となっているため、電流は
酸化されていないｐ型ＡｌＡｓ層を通って活性層６０６
に流れる。

【０１５９】また、柱状構造の頂上においては、光出射
部の中央を除いてｐ型ＧａＡｓ高屈折率層４０７とｐ型
ＧａＩｎＰエッチングストップ層８０２が除去されて、
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８が露出している。そし
て、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８上にｐ側オーミッ
ク電極１１０が形成されている。また、ｎ型ＧａＡｓ基
板１０１の裏面にはｎ側オーミック電極１１１が形成さ
れている。

【０１６０】図８に示した実施例４の面発光半導体レー
ザは、図１に示した面発光半導体レーザと同様に、コン
タクト層の接触抵抗の低減と、コンタクト層における光
吸収の抑制と、光出射部における上部反射鏡の高反射率
化とを同時に満たすことができる。

【０１６１】さらに、図８の面発光半導体レーザにおい
ては、ｐ側オーミック電極１１０の開口部が、最表面に
ｐ型ＧａＡｓ高屈折率層４０７を設けた光出射部の領域
よりも大きいことを特徴としている。

【０１６２】ｐ側オーミック電極１１０が開口している
領域で、最表面にｐ型ＧａＡｓ高屈折率層４０７を設け
た中央近傍においては、図３の実線に示すように、上部
反射鏡は高反射率で形成できる。一方、最表面にｐ型Ｇ
ａＡｓ高屈折率層４０７がない領域では、図３の点線に
示すように、レーザ発振波長に対して上部反射鏡の反射
率が低下してしまう。従って、ｐ側オーミック電極１１
０に覆われていない開口部において中央部は反射率が高
く、周辺で反射率が低い構造となっている。

【０１６３】そのため、基本横モードに比べて高次横モ
ードの損失が大きくなっている。これにより、高次横モ
ードによる発振を抑制し、より高い光出力まで基本横モ
ードを維持することが可能となる。

【０１６４】このように、図８の面発光半導体レーザに
おいては、横モードの制御を、最表面に設けたｐ型Ｇａ
Ａｓ高屈折率層４０７のサイズによって制御している。
そのため、ＡｌＡｓ層８０１の選択酸化の開口径を著し
く狭くして単一モード化する必要がない。そこで、図８
の構造においては、ＡｌＡｓ層８０１の選択酸化の開口
径を、最表面に設けたｐ型ＧａＡｓ高屈折率層４０７の
径よりも大きくしている。これにより、選択酸化する距
離が短くなり、選択酸化開口径の制御が容易となる。さ
らに、電流注入面積が大きくなるため、最大光出力を増
加させることができる。

【０１６５】また、図８の面発光半導体レーザでは、ｐ
型ＧａＡｓコンタクト層１０８の直上に、ｐ型ＧａＩｎ
Ｐエッチングストップ層８０２が設けられている。ここ
で、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層８０２の層厚
は、２〜５ｎｍと非常に薄く形成されている。

【０１６６】図８の面発光半導体レーザでは、ｐ型Ｇａ
ＩｎＰエッチングストップ層８０２を設けることで、ｐ
型ＧａＡｓ高屈折率層４０７を硫酸系エッチング溶液で
選択的にエッチングすることができる。そして、ｐ型Ｇ
ａＩｎＰエッチングストップ層８０２を塩酸系エッチン
グ溶液で選択的にエッチングして、ｐ型ＧａＡｓコンタ
クト層１０８を露出させている。これにより、エッチン
グ深さの制御性が向上し、確実にｐ側オーミック電極１
１０をｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８上に形成できる
ようにしている。

【０１６７】なお、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ
層８０２及びｐ型ＧａＡｓ高屈折率層４０７は、電流注
入に関係していない。そのため、ｐ型ＧａＩｎＰエッチ
ングストップ層８０２及びｐ型ＧａＡｓ高屈折率層４０
７については、キャリア濃度を低くすることができる。
具体的には、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層８０
２及びｐ型ＧａＡｓ高屈折率層４０７をノンドープやｎ
型で構成することも可能である。また、ＧａＩｎＰとＧ
ａＡｓ界面は急峻に形成しているが、電流経路ではない
ので、バンド不連続が電気抵抗に影響を与えることがな
い。

【０１６８】（実施例５）図９は、本発明の実施例５に
よる光伝送モジュールを示す図である。図９の光伝送モ
ジュールでは、基板９０１上に、光源である面発光半導
体レーザアレイ９０２が設けられている。面発光半導体
レーザアレイ９０２は、モノリシックに集積された１次
元アレイ形状のチップとなっており、サブマウント９０
３に接着されている。面発光半導体レーザアレイ９０２
の各素子（各面発光半導体レーザ）は、駆動回路９０４
によって個別に動作し、面発光半導体レーザアレイ９０
２の各素子から出力された光信号は、それぞれ光ファイ
バ９０５に結合されて外部に出力されるようになってい
る。図９においては、４チャンネルの場合が例として示
されている。

【０１６９】この実施例５の特徴として、面発光半導体
レーザアレイ９０２は、図８の面発光半導体レーザが集
積されて用いられている。図８の面発光半導体レーザ
は、発振波長が１３００ｎｍであり、石英系光ファイバ
の長距離大容量伝送に適した波長となっている。また、
図８の面発光半導体レーザは、オーミック電極との接触
抵抗を低減することにより、動作電圧が低下している。
また、コンタクト層における光吸収の影響を抑制するこ
とで、閾電流を低減し、光取り出し効率を向上させてい
る。よって、図８の面発光半導体レーザは、従来に比べ
て低消費電力，高出力の面発光半導体レーザである。

【０１７０】従って、上記の面発光半導体レーザを光伝
送モジュールの光源に適用することにより、低消費電力
の光伝送モジュールを構成できる。

【０１７１】（実施例６）図１０は、本発明の実施例６
による光交換装置を示す図である。図１０の光交換装置
では、ポートＡの光ファイバ１００５から入力された４
チャンネルの光信号は、受光素子アレイ１００３にそれ
ぞれ入力されて、電気信号に変換され、マトリクススイ
ッチ１００４で信号経路が選択されて、各チャンネルに
分配されるようになっている。そして、面発光半導体レ
ーザアレイ１００２では、分配された信号に応じて面発
光半導体レーザアレイ１００２の各素子（各面発光半導
体レーザ）が駆動され、光信号に変換されて、ポートＢ
から出力されるようになっている。

【０１７２】同様に、ポートＤから入力された光信号
も、マトリスクスイッチ１００４で経路が選択されて、
ポートＣから出力されるようになっている。

【０１７３】図１０においては、４本の光ファイバに入
力された光信号が４本の光ファイバに出力される例が示
されている。入力数と出力数は任意の自然数で構成する
ことができ、入力数と出力数が必ずしも一致する必要は
ない。

【０１７４】また、面発光半導体レーザアレイ１００２
は、図８の面発光半導体レーザが集積されて用いられて
いる。図８の面発光半導体レーザは発振波長が１３００
ｎｍであり、石英光ファイバの伝送損失が低い波長帯と
なっている。また、基本横モードを維持しているため、
分散による伝送劣化を抑制して、１０Ｇｂｐｓ以上の大
容量伝送が可能となっている。また、図８の面発光半導
体レーザは、オーミック電極との接触抵抗を低減するこ
とにより、動作電圧を低下している。また、コンタクト
層における光吸収の影響を抑制することで、閾電流を低
減し、光取り出し効率を向上させている。よって、図８
の面発光半導体レーザは、低消費電力，高出力の面発光
半導体レーザである。

【０１７５】従って、上記の面発光半導体レーザを光交
換装置に適用することにより、従来よりも低消費電力の
光交換装置を構成できる。

【０１７６】（実施例７）図１１は、本発明の実施例７
による光伝送システムを示す図である。図１１の光伝送
システムは、光送信部１１０１で発生した光信号が光フ
ァイバケーブル１１０４を通って光受信部１１０２に伝
送されるようになっている。図１１の光伝送システムの
例では、光送信部１１０１，光ファイバケーブル１１０
４，光受信部１１０２は２系列設けられており、双方向
に通信できるようになっている。光送信部１１０１と光
受信部１１０２は、１つのパッケージに集積されてお
り、光送受信モジュール１１０３を構成している。

【０１７７】図１１の光伝送システムでは、光送信部１
１０１の光源に、図８に示した面発光半導体レーザが用
いられている。図８の面発光半導体レーザは発振波長が
１３００ｎｍであり、石英光ファイバの伝送損失が低い
波長帯となっている。また、基本横モードを維持してい
るため、分散による伝送劣化を抑制して、２．５〜１０
Ｇｂｐｓの大容量伝送が可能となっている。また、実施
例５に示したように、光送信部１１０１の消費電力を低
減することができる。

【０１７８】また、複数の光送受信モジュール１１０３
の間に、図１０に示した光交換装置を備えることもでき
る。これにより、複数の光送受信モジュール１１０３間
で光信号を相互に伝送するネットワークを構築すること
が可能となる。

【０１７９】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１記載の
発明によれば、半導体基板上に、低屈折率層と高屈折率
層とをレーザ光波長の１／４の光学的膜厚で交互に積層
した下部半導体多層膜反射鏡と、活性層を含む共振器構
造と、低屈折率層と高屈折率層とをレーザ光波長の１／
４の光学的膜厚で交互に積層した上部半導体多層膜反射
鏡とが順次に積層され、上部の光出射部から基板に対し
て垂直上方に光が出射されるように構成されている面発
光半導体レーザにおいて、上部の光出射部では、上部半
導体多層膜反射鏡の低屈折率層上に、位相調整層，コン
タクト層，高屈折率層が順次積層されており、位相調整
層，コンタクト層，高屈折率層の光学的膜厚の総和は、
レーザ光波長の０．５＋ｍ×０．２５（ｍ＝１，２，３
…）倍になっており、コンタクト層は、上部半導体多層
膜反射鏡の低屈折率層表面から数えて、レーザ光波長の
１／４の奇数倍の位置が含まれないように配置されてお
り、光出射部の周辺では、上部半導体多層膜反射鏡の低
屈折率層上に、位相調整層，コンタクト層が順次に積層
されており、コンタクト層上に上部オーミック電極が形
成されているので、コンタクト層とオーミック電極との
接触抵抗を小さくして、コンタクト層による光吸収を抑
制できる。また、上部反射鏡の反射率を高く保つがこと
できるため、閾電流を低減することができる。

【０１８０】また、請求項２記載の発明によれば、請求
項１記載の面発光半導体レーザにおいて、上部の光出射
部の最上層に形成される高屈折率層が誘電体材料で形成
されているので、素子作製の自由度が高くなる。また、
光出射部の周辺の高屈折率層をエッチングで除去する場
合、コンタクト層とのエッチング選択比を大きくするこ
とができる。

【０１８１】また、請求項３記載の発明によれば、半導
体基板上に、低屈折率層と高屈折率層とをレーザ光波長
の１／４の光学的膜厚で交互に積層した下部半導体多層
膜反射鏡と、活性層を含む共振器構造と、低屈折率層と
高屈折率層とをレーザ光波長の１／４の光学的膜厚で交
互に積層した上部半導体多層膜反射鏡と、誘電体多層膜
反射鏡とが順次に積層され、上部の光出射部から基板に
対して垂直上方に光が出射されるように構成されている
面発光半導体レーザにおいて、上部の光出射部では、上
部半導体多層膜反射鏡の低屈折率層と誘電体多層膜反射
鏡との間に、位相調整層，コンタクト層，高屈折率層が
順次積層されており、位相調整層，コンタクト層，高屈
折率層の光学的膜厚の総和は、レーザ光波長の０．５＋
ｍ×０．２５（ｍ＝１，２，３…）倍になっており、コ
ンタクト層は、上部半導体多層膜反射鏡の低屈折率層表
面から数えて、レーザ光波長の１／４の奇数倍の位置が
含まれないように配置されており、光出射部の周辺で
は、上部半導体多層膜反射鏡の低屈折率層上に、位相調
整層，コンタクト層が順次に積層されており、コンタク
ト層上に上部オーミック電極が形成されているので、コ
ンタクト層とオーミック電極との接触抵抗を小さくし
て、コンタクト層による光吸収を抑制できる。また、上
部反射鏡の反射率を高く保つことができるため、閾電流
を低減することができる。

【０１８２】また、請求項４記載の発明によれば、半導
体基板上に、低屈折率層と高屈折率層とをレーザ光波長
の１／４の光学的膜厚で交互に積層した下部半導体多層
膜反射鏡と、活性層を含む共振器構造と、低屈折率層と
高屈折率層とをレーザ光波長の１／４の光学的膜厚で交
互に積層した上部半導体多層膜反射鏡とが順次に積層さ
れ、上部の光出射部から基板に対して垂直に光を出射す
る面発光半導体レーザにおいて、上部または下部の半導
体多層膜反射鏡の途中の低屈折率層上に、共振器に近い
側から位相調整層，コンタクト層，高屈折率層が形成さ
れており、位相調整層，コンタクト層，高屈折率層の光
学的膜厚の総和は、レーザ光波長の０．５＋ｍ×０．２
５（ｍ＝１，２，３…）倍になっており、コンタクト層
は、半導体多層膜反射鏡の共振器側の低屈折率層から数
えて、レーザ光波長の１／４の奇数倍の位置が含まれな
いように配置されており、光出射部の周辺では、コンタ
クト層までエッチングにより除去されて、コンタクト層
上に上部オーミック電極が形成されているので、コンタ
クト層とオーミック電極との接触抵抗を小さくして、コ
ンタクト層による光吸収を抑制できる。また、上部反射
鏡の反射率を高く保つことができるため、閾電流を低減
することができる。

【０１８３】また、請求項５記載の発明によれば、請求
項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光半導体
レーザにおいて、コンタクト層は、半導体多層膜反射鏡
の低屈折率層から、レーザ光波長の１／４の偶数倍の位
置に配置されているので、コンタクト層における光の吸
収を最も抑制することができる。

【０１８４】また、請求項６記載の発明によれば、請求
項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の面発光半導体
レーザにおいて、上部オーミック電極の開口部が、最表
面に高屈折率層を設けた光出射部の領域よりも大きいの
で、基本横モードを維持したままで高出力化が可能とな
る。

【０１８５】また、請求項７記載の発明によれば、請求
項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の面発光半導体
レーザにおいて、コンタクト層の直上に、エッチングス
トップ層が設けられているので、エッチング深さの制御
性が向上し、確実にオーミック電極をコンタクト層上に
形成することができ、接触抵抗のばらつきを抑制するこ
とができる。

【０１８６】また、請求項８記載の発明によれば、請求
項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の面発光半導体
レーザにおいて、活性層材料として、窒素と他のＶ族元
素を含む窒素系Ｖ族混晶半導体が用いられているので、
温度特性が優れた１．３〜１．６μｍ帯の面発光半導体
レーザを形成でき、かつコンタクト層による光吸収を抑
制できる。

【０１８７】また、請求項９記載の発明によれば、請求
項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の面発光半導体
レーザが光源として用いられていることを特徴とする光
伝送モジュールであるので、低消費電力の光伝送モジュ
ールを提供できる。

【０１８８】また、請求項１０記載の発明によれば、請
求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の面発光半導
体レーザが用いられていることを特徴とする光交換装置
であるので、低消費電力の光交換装置を提供できる。

【０１８９】また、請求項１１記載の発明によれば、請
求項９記載の光伝送モジュール、または、請求項１０記
載の光交換装置が用いられていることを特徴とする光伝
送システムであるので、低消費電力の光伝送システムを
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１による面発光半導体レーザを示す図で
ある。

【図２】実施例１のコンタクト層近傍の光分布を説明す
るための図である。

【図３】光出射部と周辺部における上部反射鏡の反射ス
ペクトルを示す図である。

【図４】実施例２による面発光半導体レーザを示す図で
ある。

【図５】実施例２のコンタクト層近傍の光分布を説明す
るための図である。

【図６】実施例３による面発光半導体レーザを示す図で
ある。

【図７】実施例３のコンタクト層近傍の光分布を説明す
るための図である。

【図８】実施例４による面発光半導体レーザを示す図で
ある。

【図９】実施例５による光伝送モジュールを示す図であ
る。

【図１０】実施例６による光交換装置を示す図である。

【図１１】実施例７による光伝送システムを示す図であ
る。

【符号の説明】

１０１ｎ型ＧａＡｓ基板１０２ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ／Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａ
ｓＤＢＲ１０３Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ下部スペーサ層１０４ＧａＡｓ／Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ多重量子井戸
活性層１０５Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ上部スペーサ層１０６ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ／Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａ
ｓＤＢＲ１０７ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ位相調整層１０８ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０９ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ高屈折率層１１０ｐ側オーミック電極１１１ｎ側オーミック電極１１２プロトンイオン注入領域１０６ａｐ型ＤＢＲＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ低屈折率層１０６ｂｐ型ＤＢＲＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ高屈折率層４０１ｎ型ＧａＡｓ／Ａｌ_0.8Ｇａ_0.2ＡｓＤＢＲ４０２ＧａＡｓ下部スペーサ層４０３ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層４０４ＧａＡｓ上部スペーサ層４０５ｐ型ＧａＡｓ／Ａｌ_0.8Ｇａ_0.2ＡｓＤＢＲ４０６ｐ型ＧａＡｓ位相調整層４０７ｐ型ＧａＡｓ高屈折率層４０８誘電体ＤＢＲ４０５ａｐ型ＤＢＲＡｌ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓ低屈折率層４０８ａ誘電体ＤＢＲ低屈折率層４０８ｂ誘電体ＤＢＲ高屈折率層６０１第１のｎ型ＧａＡｓ／Ａｌ_0.8Ｇａ_0.2ＡｓＤ
ＢＲ６０２ｎ型ＧａＡｓ高屈折率層６０３ｎ型ＧａＡｓコンタクト層６０４ｎ型ＧａＡｓ位相調整層６０５第１のｎ型ＧａＡｓ／Ａｌ_0.8Ｇａ_0.2ＡｓＤ
ＢＲ６０６ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性
層６０７第１のｐ型ＧａＡｓ／Ａｌ_0.8Ｇａ_0.2ＡｓＤ
ＢＲ６０８第２のｐ型ＧａＡｓ／Ａｌ_0.8Ｇａ_0.2ＡｓＤ
ＢＲ６０１ａ第１のｎ型ＤＢＲ低屈折率層６０１ｂ第１のｎ型ＤＢＲ高屈折率層６０５ａ第２のｎ型ＤＢＲ低屈折率層６０７ａ第１のｐ型ＤＢＲ低屈折率層６０８ａ第２のｐ型ＤＢＲ低屈折率層６０８ｂ第２のｐ型ＤＢＲ高屈折率層７０１組成傾斜層８０１ｐ型ＡｌＡｓ層８０２ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層８０３酸化領域９０１基板９０２面発光レーザアレイチップ９０３サブマウント９０４駆動回路９０５光ファイバ１００１基板１００２面発光レーザアレイ１００３受光素子アレイ１００４マトリクススイッチ１００５光ファイバ１１０１光送信部１１０２光受信部１１０３光送受信モジュール１１０４光ファイバケーブル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に、低屈折率層と高屈折率
層とをレーザ光波長の１／４の光学的膜厚で交互に積層
した下部半導体多層膜反射鏡と、活性層を含む共振器構
造と、低屈折率層と高屈折率層とをレーザ光波長の１／
４の光学的膜厚で交互に積層した上部半導体多層膜反射
鏡とが順次に積層され、上部の光出射部から基板に対し
て垂直上方に光が出射されるように構成されている面発
光半導体レーザにおいて、上部の光出射部では、上部半
導体多層膜反射鏡の低屈折率層上に、位相調整層，コン
タクト層，高屈折率層が順次積層されており、位相調整
層，コンタクト層，高屈折率層の光学的膜厚の総和は、
レーザ光波長の０．５＋ｍ×０．２５（ｍ＝１，２，３
…）倍になっており、コンタクト層は、上部半導体多層
膜反射鏡の低屈折率層表面から数えて、レーザ光波長の
１／４の奇数倍の位置が含まれないように配置されてお
り、光出射部の周辺では、上部半導体多層膜反射鏡の低
屈折率層上に、位相調整層，コンタクト層が順次に積層
されており、コンタクト層上に上部オーミック電極が形
成されていることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項２】請求項１記載の面発光半導体レーザにお
いて、上部の光出射部の最上層に形成される高屈折率層
が誘電体材料で形成されていることを特徴とする面発光
半導体レーザ。
【請求項３】半導体基板上に、低屈折率層と高屈折率
層とをレーザ光波長の１／４の光学的膜厚で交互に積層
した下部半導体多層膜反射鏡と、活性層を含む共振器構
造と、低屈折率層と高屈折率層とをレーザ光波長の１／
４の光学的膜厚で交互に積層した上部半導体多層膜反射
鏡と、誘電体多層膜反射鏡とが順次に積層され、上部の
光出射部から基板に対して垂直上方に光が出射されるよ
うに構成されている面発光半導体レーザにおいて、上部
の光出射部では、上部半導体多層膜反射鏡の低屈折率層
と誘電体多層膜反射鏡との間に、位相調整層，コンタク
ト層，高屈折率層が順次積層されており、位相調整層，
コンタクト層，高屈折率層の光学的膜厚の総和は、レー
ザ光波長の０．５＋ｍ×０．２５（ｍ＝１，２，３…）
倍になっており、コンタクト層は、上部半導体多層膜反
射鏡の低屈折率層表面から数えて、レーザ光波長の１／
４の奇数倍の位置が含まれないように配置されており、
光出射部の周辺では、上部半導体多層膜反射鏡の低屈折
率層上に、位相調整層，コンタクト層が順次に積層され
ており、コンタクト層上に上部オーミック電極が形成さ
れていることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項４】半導体基板上に、低屈折率層と高屈折率
層とをレーザ光波長の１／４の光学的膜厚で交互に積層
した下部半導体多層膜反射鏡と、活性層を含む共振器構
造と、低屈折率層と高屈折率層とをレーザ光波長の１／
４の光学的膜厚で交互に積層した上部半導体多層膜反射
鏡とが順次に積層され、上部の光出射部から基板に対し
て垂直に光を出射する面発光半導体レーザにおいて、上
部または下部の半導体多層膜反射鏡の途中の低屈折率層
上に、共振器に近い側から位相調整層，コンタクト層，
高屈折率層が形成されており、位相調整層，コンタクト
層，高屈折率層の光学的膜厚の総和は、レーザ光波長の
０．５＋ｍ×０．２５（ｍ＝１，２，３…）倍になって
おり、コンタクト層は、半導体多層膜反射鏡の共振器側
の低屈折率層から数えて、レーザ光波長の１／４の奇数
倍の位置が含まれないように配置されており、光出射部
の周辺では、コンタクト層までエッチングにより除去さ
れて、コンタクト層上に上部オーミック電極が形成され
ていることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれか一項に
記載の面発光半導体レーザにおいて、コンタクト層は、
半導体多層膜反射鏡の低屈折率層から、レーザ光波長の
１／４の偶数倍の位置に配置されていることを特徴とす
る面発光半導体レーザ。
【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれか一項に
記載の面発光半導体レーザにおいて、上部オーミック電
極の開口部が、最表面に高屈折率層を設けた光出射部の
領域よりも大きいことを特徴とする面発光半導体レー
ザ。
【請求項７】請求項１乃至請求項６のいずれか一項に
記載の面発光半導体レーザにおいて、コンタクト層の直
上に、エッチングストップ層が設けられていることを特
徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項８】請求項１乃至請求項７のいずれか一項に
記載の面発光半導体レーザにおいて、活性層材料とし
て、窒素と他のＶ族元素を含む窒素系Ｖ族混晶半導体が
用いられていることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項９】請求項１乃至請求項８のいずれか一項に
記載の面発光半導体レーザが光源として用いられている
ことを特徴とする光伝送モジュール。
【請求項１０】請求項１乃至請求項８のいずれか一項
に記載の面発光半導体レーザが用いられていることを特
徴とする光交換装置。
【請求項１１】請求項９記載の光伝送モジュール、ま
たは、請求項１０記載の光交換装置が用いられているこ
とを特徴とする光伝送システム。