JP4049585B2 - 面発光型レーザ素子および面発光型レーザアレイおよび光インターコネクションシステムおよび光通信システム - Google Patents
面発光型レーザ素子および面発光型レーザアレイおよび光インターコネクションシステムおよび光通信システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面発光型レーザ素子および面発光型レーザアレイおよび光インターコネクションシステムおよび光通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
面発光型レーザは、活性層体積が小さいことから閾値電流が低く高速変調が可能であり、ギガビットイーサ等の通信光源として注目されている。また、基板に垂直な方向にレーザ出力が取り出せることから、２次元アレイ集積が容易で、更にアレイ化した場合でも消費電力が少ないことから並列光インターコネクション用光源としての期待も大きい。
【０００３】
従来、面発光型レーザの低閾値化を可能とするものとして、次のようなＡｌ混晶の酸化物による電流狭窄構造が知られている。すなわち、例えば、文献「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ３１（１９９５） ｐ５６０−５６２」には、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）によって結晶成長されたＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸活性層と、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸活性層の上下に設けられたＡｌＡｓ／ＧａＡｓからなる分布ブラッグ反射器とを有する素子の選択酸化電流狭窄構造について、記述がなされている。この従来技術では、素子部の結晶成長の後、素子部表面から基板表面までを直径２０μｍの円柱形状にエッチングし、８０℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングして得られた水蒸気雰囲気中において、４００℃の温度でアニールを行い、円柱部の側面からＡｌＡｓ層のみを選択的に酸化し、直径５μｍの電流通路を円柱の中央部に残して、円柱周辺部にＡｌＯxによる電流狭窄構造を形成している。なお、酸化に要する時間は５分程度である。ＡｌＯxは高い絶縁性を有しているので、酸化が行われなかった領域に効率良く電流を狭窄することができる。上記の素子は、この構造により７０μＡという極低閾値を実現している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、Ａｌ組成、膜厚、半導体層の界面の状態や微妙な酸化条件の違いにより、再現性良く、均一に酸化を行うことが難しいという問題がある。これを改善するものとして、次のような酸化の自己停止機能を備えた構造が考えられている。
【０００５】
すなわち、特開平１１−１１２０８４では、ＧａＡｓ基板上のＡｌＧａＡｓ系材料、もしくはＩｎＰ基板上のＡｌＧａＩｎＡｓＰ系材料による面発光型レーザ素子の選択酸化工程の制御性を改善するために、図１８のようにＡｌ混晶による酸化層の結晶成長を行った後、電流通電部にあたる前記混晶の一部もしくは全部をエッチング除去し、開口領域にＡｌ含有率が低い他の半導体層の結晶成長を行っている。これは、酸化層であるＡｌ混晶層のＡｌ組成が大きく、また、膜厚が厚い程酸化が容易に進行するという特性を利用したもので、酸化は膜厚の薄い電流通路領域に達すると自己停止し、電流通路の面積，形状を再現性良く均一に制御することができる。
【０００６】
また、同様な従来技術として特開平９−１８６４００があり、この従来技術では、ＩｎＰ基板上にＡｌ混晶による選択酸化層の結晶成長の前に、電流通路に酸化膜マスクを形成した後、Ａｌ混晶、及び上層の一部の結晶成長を行い、次に、酸化膜マスクと同時に電流通路のＡｌ混晶を除去し、引き続いて上層の結晶成長を行っている。この従来技術では、電流通路のＡｌ混晶が完全に除去されており、酸化は、電流通路に達したところで自己停止し、同様に酸化工程の制御性が向上する。
【０００７】
特開平１１−１１２０８４では、スペーサー層を結晶成長した後、選択酸化層を結晶成長し、電流通路となる領域の酸化層をエッチングにより除去するか、または、酸化されにくい厚さにまでエッチングを行っている。面発光型レーザ素子では、共振器長及び半導体多層膜の厚さを精密に制御する必要がある。しかしながら、特開平１１−１１２０８４では、エッチング厚さを正確に制御する方法については触れられていない。具体的に、特開平１１−１１２０８４の構造では、実際には再現性良くエッチング量を制御することは難しく、特性ばらつきの少ない素子を高い歩留りで得るには選択酸化層のエッチング工程の制御性を向上させる必要がある。また、特開平１１−１１２０８４に記載されているように、ＡｌＧａＡｓ材料系によりこのような構造の作製を行う場合には、エッチング，再成長を繰り返したときに、界面の欠陥及び表面酸化が起こり、十分な特性を得ることが難しい。特開平１１−１１２０８４では、サルファパッシベーションやＡｓパッシベーション等による表面処理が有効であることが述べられている。しかし、ＡｌＧａＡｓのようなＡｌ含有率の高い混晶では、特に表面の自然酸化等が顕著であり、これらの処理を行った場合でも表面欠陥の影響を十分に低減することは難しい。
【０００８】
本発明は、エッチング及び再成長により電流通路と酸化領域にそれぞれ組成の違う半導体層を設けて酸化形状の制御を行う方式の選択酸化電流狭窄型の面発光型レーザ素子において、エッチング工程の制御性，再成長時の結晶性、および発光効率を向上させることが可能であって、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子および面発光型レーザアレイおよび光インターコネクションシステムおよび光通信システムを提供することを目的としている。
【０００９】
【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、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ選択酸化層（０＜ｘ１≦１）を設けた後、電流通路にあたる前記Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ選択酸化層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層よりもＡｌ組成の小さいＡｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓ層（０≦ｘ２＜ｘ１≦１）による電流通路を設け、更に前記Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、Ａｌ ｘ１ Ｇａ １−ｘ１ Ａｓ層の上層にＧａ ｙ１ Ｉｎ １−ｙ１ Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の下層および前記Ａｌ ｘ５ Ｇａ １−ｘ５ Ａｓ層の下層にＡｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ａｓ層（０≦ｘ６＜ｘ４＜１）を設けたことを特徴としている。
【００１４】
また、請求項３記載の発明は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の上層にＡｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ａｓ層（０≦ｘ６＜ｘ４＜１）を設けたことを特徴としている。
【００１５】
また、請求項４記載の発明は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の下層および前記Ａｌ ｘ５ Ｇａ １−ｘ５ Ａｓ層の下層にＧａｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたことを特徴としている。
【００１６】
また、請求項５記載の発明は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の上層にＧａｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたことを特徴としている。
【００１７】
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型レーザ素子において、電流通路の形状が、矩形または楕円形のように異方性を有していることを特徴としている。
【００１８】
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型レーザ素子において、活性層の材料が、III族元素として、Ｇａ，Ｉｎのいずれかから、または、全てから構成され、Ｖ族元素として、Ｎ，Ａｓ，Ｓｂのいずれかから、または、全てから構成されていることを特徴としている。
【００１９】
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型レーザ素子によって構成されていることを特徴とする面発光型レーザアレイである。
【００２０】
また、請求項９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型レーザ素子、または、請求項８記載の面発光型レーザアレイによって構成されていることを特徴とする光インターコネクションシステムである。
【００２１】
また、請求項１０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型レーザ素子、または、請求項８記載の面発光型レーザアレイによって構成されていることを特徴とする光通信システムである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００２３】
第１の実施形態
本発明の第１の実施形態は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層（０＜ｘ１≦１）を設けた後、電流通路にあたる前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層よりもＡｌ組成の小さいＡｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ層（０≦ｘ２＜ｘ１≦１）による電流通路を設け、更に前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層を横方向に酸化して形成した電流狭窄構造が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層の下層にＡｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ層（０≦ｘ３＜ｘ２＜１）を設けたことを特徴としている。
【００２４】
Ａｌ組成の小さな（０．４程度以下の）ＡｌＧａＡｓ層は、塩酸系のエッチャントに対して高いエッチング選択性をもち、Ａｌ組成の大きなＡｌＧａＡｓ層のエッチング停止層として機能する。よって、分布ブラッグ反射器の低屈折率層のような他のＡｌＧａＡｓ層上に設けた電流狭窄層をエッチングする場合、Ａｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ層は電流狭窄層をエッチングする際のエッチング停止層として機能する。
【００２５】
また、ＡｌＧａＡｓ混晶は、Ａｌ組成が大きい程表面が自然酸化し易く、又、表面酸化膜が形成された結晶表面への再成長は難しい。従って、上記第１の実施形態の構成とすることで、表面酸化が低減し、電流通路となるエッチング除去部の再成長を容易にし、結晶欠陥を低減する再成長容易層として機能する。
【００２６】
本発明の第１の実施形態では、電流通路領域にあたるＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層をエッチング除去する際に、選択酸化層とこれの下層となる分布ブラッグ反射器を構成するＡｌＧａＡｓ層とのエッチング選択性を向上させ、分布ブラッグ反射器の膜厚を精密に制御し、エッチングの面内分布が少なく、信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。更に、エッチング除去部分に再成長される結晶の質を向上させて、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００２７】
換言すれば、第１の実施形態では、予め選択酸化層となるＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ混晶を結晶成長した後、電流通路となる領域の前記のＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ混晶をエッチング除去し、これよりもＡｌ組成の小さいＡｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ混晶をエッチング領域に再成長し選択酸化層の酸化を行う面発光型レーザ素子において、選択酸化層となるＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ混晶の下層に更にＡｌ組成の小さなＡｌx3Ｇａ1-x3Ａｓを設けることを特徴としている。
【００２８】
面発光型レーザ素子の発振波長は、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）によって挟まれた活性層と共振器スペーサー層の厚さ（共振器長）によって決まるが、これは均一なＤＢＲが設けられている場合であり、スペーサー層に近い領域では、ＤＢＲと共振領域の相互作用が強く、ＤＢＲの膜厚にずれがあると発振波長に影響を及ぼす。また、選択酸化によって得られるＡｌ酸化物の屈折率は１．６程度と他の半導体層に比べて小さく、光の回折の影響が大きい。更に、Ａｌの酸化物に起因した表面準位の影響の為に、選択酸化層と活性領域の距離が近い場合は、発光効率を低下させてしまう問題がある。以上から、選択酸化層は、活性領域に直接に接して設けられることは少なく、活性層からみて最初の光の定在波の節の位置にあたる１対目のＤＢＲ中（低屈折率層であるＡｌＧａＡｓ層と高屈折率層であるＧａＡｓ層の間）に設けられる例が多い。このような構造とすると、光及びキャリアに対する損失が低減できる。しかしながら、この構造において、従来技術のように予め基板全面に結晶成長を行った選択酸化領域をエッチング除去し、エッチング部分に酸化レートの小さい（Ａｌ組成の小さい）ＡｌＧａＡｓ混晶の結晶成長を行おうとすると、下層がＡｌＧａＡｓ混晶である為に、正確なエッチング膜厚の制御が難しく、また、表面酸化のために再成長が難しいという問題がある。面発光型レーザでは、正確な膜厚の制御が要求されており、このエッチングばらつきを抑えることが発振波長等の素子特性のばらつきを小さくする為に重要である。また、再成長領域は電流通路となる為に、良好な電気特性，高い発光効率を得る為には、表面酸化及び結晶欠陥を低減する必要がある。
【００２９】
本発明の第１の実施形態では、選択酸化層のエッチング膜厚を正確に制御する為に、この下層にＡｌ組成の小さなＡｌx3Ｇａ1-x3Ａｓをエッチング停止層として設ける構成とした。これによって、上述した構造においても正確にエッチング量及びＤＢＲの膜厚を制御することができる。エッチャントに塩酸を用いた場合、Ａｌ組成０．４程度以下のＡｌＧａＡｓ混晶はエッチングレートが非常に遅く、ＡｌＡｓ等のＡｌ組成が大きなＡｌＧａＡｓの選択エッチングが可能である。従って、光学長の狂いが生じない。第１の実施形態の素子の発振波長等の素子特性のばらつきは非常に小さなものであった。また、選択酸化工程において、Ａｌ組成の違いにより横方向の酸化は再成長層に達したところで自己停止するので電流狭窄径のばらつきも非常に小さく、素子の発振閾値は揃っていた。
【００３０】
また、同時に、再成長工程において最表面がＡｌ組成の小さなＡｌＧａＡｓで覆われているので、自然酸化が起こりにくく、再成長層の結晶成長が容易であり、品質の低下等はなかった。また、表面酸化膜の影響による電気特性の異常等も見られなかった。特にＧａＡｓの薄膜を設けた場合に、大きなエッチングの選択性、表面酸化の低減が得られる。以上から、素子特性のばらつきが少なく、信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００３１】
第２の実施形態
本発明の第２の実施形態は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層（０＜ｘ１≦１）を設けた後、電流通路にあたる前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層よりもＡｌ組成の小さいＡｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ層（０≦ｘ２＜ｘ１≦１）による電流通路を設け、更に前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層の上層にＡｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ層（０≦ｘ３＜ｘ２＜１）を設けたことを特徴としている。
【００３２】
この第２の実施形態において、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ上に設けたＧａＡｓ層は、第１の実施形態と同様の理由により、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層の表面酸化を防止し、再成長容易層として機能する。
【００３３】
本発明の第２の実施形態では、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層の表面における自然酸化を防止し、この上に再成長を行う結晶の品質を向上させ、歩留り及び信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００３４】
換言すれば、第２の実施形態では、選択酸化層となるＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ混晶の上層に更にＡｌ組成の小さなＡｌx3Ｇａ1-x3Ａｓを設けたことで、第１の実施形態と同様な効果によって、再成長表面の酸化を低減することができる。これによって、電流通路以外の部分への良質な結晶成長が可能となり、２０ペア以上の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を結晶性の低下無く容易に結晶成長することができる。以上から、第１の実施形態と同様に信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００３５】
第３の実施形態
本発明の第３の実施形態は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層（０＜ｘ１≦１）を設けた後、電流通路にあたる前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層よりもＡｌ組成の小さいＡｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ層（０≦ｘ２＜ｘ１≦１）による電流通路を設け、更に前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層の下層にＧａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたことを特徴としている。
【００３６】
ここで、硫酸系エッチャント等を用いた場合に、ＧａＩｎＰ混晶は、ＡｌＧａＡｓ混晶に対して高いエッチング選択性をもち、エッチング停止層として機能する。よって、分布ブラッグ反射器の低屈折率層となる他のＡｌＧａＡｓ層上の電流狭窄層をエッチング除去する場合、Ｇａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層は電流狭窄層をエッチングする際のエッチング停止層として機能する。
【００３７】
また、ＡｌＧａＡｓ層やＡｌＧａＡｓ選択酸化層の界面では、酸化物に起因した非発光再結合準位が多く存在する。Ｇａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層は組成にＡｌを含んでおらず、表面酸化が生じにくい。従って、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ層の再成長が容易になる。また、禁則帯幅も十分に広いことから、Ｇａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層によって、電子―正孔密度の高い活性領域とＡｌ組成の大きいＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層が直接に接しない構成とすることで、界面における非発光再結合の抑制層としても機能する。
【００３８】
本発明の第３の実施形態では、電流通路領域にあたるＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層をエッチング除去する際に、選択酸化層とこれの下層となる分布ブラッグ反射器を構成するＡｌＧａＡｓ層とのエッチングの選択性を向上させ、分布ブラッグ反射器の膜厚を精密に制御し、エッチングの面内分布が少なく、信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。更に、エッチング除去部分に再成長される結晶の質を向上させて、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。また、Ａｌ混晶の界面における非発光再結合を低減し、発光効率を向上させることができる。
【００３９】
換言すれば、第３の実施形態では、予め選択酸化層となるＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ混晶を結晶成長した後、電流通路となる領域の前記のＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ混晶をエッチング除去し、これよりもＡｌ組成の小さいＡｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ混晶をエッチング領域に再成長し選択酸化層の酸化を行う面発光型レーザ素子において、選択酸化層となるＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ混晶の下層にＧａＩｎＰ層を設けることを特徴としている。
【００４０】
ＧａＩｎＰ混晶は、硫酸系エッチャントを用いた場合にＡｌＧａＡｓ混晶に対し高いエッチング選択性を有しており、選択酸化層の下層に設けることによって、エッチング量を精密に制御することが可能となる。従って、光学長の狂いが生じない。第３の実施形態の素子の発振波長等の素子特性のばらつきは非常に小さなものであった。また、選択酸化工程において、Ａｌ組成の違いにより横方向の酸化は再成長層に達したところで自己停止するので、電流狭窄径のばらつきも非常に小さく、素子の発振閾値は揃っていた。
【００４１】
また、ＧａＩｎＰ混晶はＡｌを含まないことから、表面酸化が起こりにくく、再成長層の結晶成長が容易であり、品質の低下等はなかった。また、表面酸化膜の影響による電気特性の異常等も見られなかった。更に、ＧａＩｎＰはＡｌを含まずに禁則帯幅が十分大きいので、活性領域とＡｌＧａＡｓ選択酸化層の間に設けることによってＡｌＧａＡｓ表面での非発光再結合が低減し、効果的に発光効率の向上が得られた。以上から、素子特性のばらつきが少なく、信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００４２】
第４の実施形態
本発明の第４の実施形態は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層（０＜ｘ１≦１）を設けた後、電流通路にあたる前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層よりもＡｌ組成の小さいＡｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ層（０≦ｘ２＜ｘ１≦１）による電流通路を設け、更に前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層の上層にＧａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたことを特徴としている。
【００４３】
ここで、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ上に設けたＧａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層は、第３の実施形態と同様の理由により、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層の表面酸化を防止し、再成長容易層として機能する。
【００４４】
また、第３の実施形態において、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層のエッチング除去部分はＧａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層であり、他の表面とＶ族元素が異なる。従って、再成長時の昇温過程，熱処理過程におけるＶ族雰囲気は、Ｐ，Ａｓ等の置換が生じないように適切に選ぶ必要がある。これに対して、更に第４の実施形態の構成とすると、再成長時の略全ての表面層がＧａy1Ｉｎ1-y1Ｐ混晶となり、再成長時の基板処理が容易になるとともに、結晶品質が向上する。
【００４５】
本発明の第４の実施形態では、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層表面の自然酸化を防止し、この上に再成長を行う結晶の品質を向上させ、歩留り及び信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。更に、再成長表面を燐系混晶とすることで、再成長を容易にすることかできる。以上から、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００４６】
換言すれば、第４の実施形態では、選択酸化層となるＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ混晶の上層に更にＧａＩｎＰ層を設けたことによって、第３の実施形態と同様な効果により、再成長表面の酸化を低減することができる。これによって、電流通路以外の部分への良質な結晶成長が可能となり、２０ペア以上の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を結晶性の低下無く容易に結晶成長することができる。また、特に第３の実施形態の構造と同時に用いると、エッチング側面を除く再成長表面がＶ族元素として燐を含む混晶のみとなるので、電流通路部へＡｌＧａＡｓ混晶を再成長させる際のウエハの昇温過程，酸化膜除去工程において、燐雰囲気中のみでの加熱処理を行うことができ、結晶成長が非常に容易になる。以上から、特性ばらつきが小さく、信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００４７】
第５の実施形態
本発明の第５の実施形態は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の下層および前記Ａｌ ｘ５ Ｇａ １−ｘ５ Ａｓ層の下層にＡｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ａｓ層（０≦ｘ６＜ｘ４＜１）を設けたことを特徴としている。
【００４８】
第１の実施形態と同様に、Ａｌ組成の小さな（０．４程度以下の）ＡｌＧａＡｓ層は、塩酸系のエッチャントに対し、高いエッチング選択性を持ち、Ａｌ組成の大きなＡｌＧａＡｓ層のエッチング停止層として機能する。
【００４９】
よって、分布ブラッグ反射器の低屈折率層のような他のＡｌＧａＡｓ層上に設けたＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層をエッチング除去する場合に、第５の実施形態の構成とすることにより、Ａｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ層はＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層をエッチングする際のエッチング停止層として機能する。
【００５０】
また、ＡｌＧａＡｓ混晶は、Ａｌ組成が大きい程表面が自然酸化し易く、また、表面酸化膜が形成された結晶表面への再成長は難しい。第５の実施形態の構成とし、Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層よりＡｌ組成の小さなＡｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ層を設けると、Ａｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ層は再成長容易層としても機能する。
【００５１】
本発明の第５の実施形態では、電流狭窄領域にあたるＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層をエッチング除去する工程において、Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層とこれの下側に位置する分布ブラッグ反射器を構成するＡｌＧａＡｓ層とのエッチングの選択性を向上させ、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。更に、エッチング除去部分に再成長される結晶の質を向上させて、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００５２】
換言すれば、第５の実施形態では、予め電流通路となるＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ混晶を結晶成長した後、電流通路以外の領域のＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ混晶をエッチング除去し、これよりもＡｌ組成の大きいＡｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ選択酸化層をエッチング領域に再成長した後に選択酸化を行う面発光型レーザ素子において、電流通路となるＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ混晶の下層に更にＡｌ組成の小さなＡｌx6Ｇａ1-x6Ａｓを設けることを特徴としている。
【００５３】
上記の構造に対しては、電流通路となるＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層としてＧａＡｓ層を用いた場合は、下層のＤＢＲの低屈折率層であるＡｌＧａＡｓ層に対して塩酸系エッチャントを用いて選択エッチングが可能となり、エッチング停止層を特別に用意する必要は無い。しかし、下層がＡｌＧａＡｓ層である為に、エッチング表面での自然酸化が生じ、再成長が困難になる場合がある。従って、エッチングの高い選択性を確保し、更に表面酸化の影響を低減する為には、電流通路は分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の低屈折率層と同程度のＡｌ組成とし、これの下層にＡｌ組成の小さなＡｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ層を設けた構造とすることが望ましい。これによって、前述と同じ効果により、精密な膜厚の制御と、結晶性良く再成長を行うことが可能となる。以上から、素子特性のばらつきが少なく、信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００５４】
第６の実施形態
本発明の第６の実施形態は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層の上層にＡｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ層（０≦ｘ６＜ｘ４＜１）を設けたことを特徴としている。
【００５５】
ここで、Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層上に設けたＧａＡｓ層は、第５の実施形態と同様の理由により、Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層の表面酸化を低減し、Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ層を再成長する際の成長容易層として機能する。
【００５６】
本発明の第６の実施形態では、電流通路となるＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層表面における自然酸化を防止し、Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ選択酸化層の再成長工程において結晶の品質を向上させ、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００５７】
換言すれば、第６の実施形態では、電流通路となるＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ混晶の上部にこれよりもＡｌ組成の小さいＡｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ混晶を設けた構造としている。前述の効果により、電流通路における表面酸化が低減し、結晶性良く上部ＤＢＲの再成長を行うことができる。以上から、素子特性のばらつきが少なく、信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００５８】
第７の実施形態
本発明の第７の実施形態は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の下層および前記Ａｌ ｘ５ Ｇａ １−ｘ５ Ａｓ層の下層にＧａｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたことを特徴としている。
【００５９】
第３の実施形態と同様に、硫酸系エッチャント等を用いた場合にＧａＩｎＰ混晶は、ＡｌＧａＡｓ混晶に対して高いエッチング選択性を持ち、エッチング停止層として機能する。従って、第７の実施形態の構成とすることで、ＧａＩｎＰ層は分布ブラッグ反射器の低屈折率層であるＡｌＧａＡｓ層や、高屈折率層であるＧａＡｓ層等のＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層を精度良くエッチングする際のエッチング停止層として機能する。
【００６０】
また、ＡｌＧａＡｓ層やＡｌＧａＡｓ選択酸化層の界面では、酸化物に起因した非発光再結合準位が多く存在する。ＧａＩｎＰ層は組成にＡｌを含んでおらず、表面酸化が生じにくい、従って、Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ層の再成長が容易になる。また、禁則帯幅も十分に広いことから、Ｇａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層によって、電子―正孔密度の高い活性領域とＡｌ組成の大きいＡｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ選択酸化層が直接に接しない構成とすることで、界面における非発光再結合の抑制層としても機能する。
【００６１】
本発明の第７の実施形態では、電流狭窄領域にあたるＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層をエッチング除去する工程において、Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層とこれの下側に位置する分布ブラッグ反射器を構成するＡｌＧａＡｓ層とのエッチングの選択性を向上させ、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。更に、エッチング除去部分に再成長される結晶の質を向上させて、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。また、Ａｌ混晶の界面における非発光再結合を低減し、発光効率を向上させることができる。
【００６２】
換言すれば、第７の実施形態では、予め電流通路となるＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ混晶を結晶成長した後、電流通路以外の領域のＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ混晶をエッチング除去し、これよりもＡｌ組成の大きいＡｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ選択酸化層をエッチング領域に再成長した後に選択酸化を行う面発光型レーザ素子において、電流通路となるＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ混晶の下層にＧａＩｎＰ層を設けることを特徴としている。
【００６３】
第７の実施形態では、電流通路となる混晶として、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓを用いた場合でも、ＧａＩｎＰ混晶は硫酸系エッチャントに対し高い選択性を有している。従って、いずれの混晶に対しても、精密なエッチング量の制御を行うことができる。また前述のようにＧａＩｎＰにより表面酸化が低減できるので、結晶性良く上層を再成長することができる。
【００６４】
また、第３の実施形態と同様の効果により、活性領域とＡｌＧａＡｓ選択酸化層の間に設けることによって、ＡｌＧａＡｓ表面での非発光再結合が低減し、効果的に発光効率の向上が得られる。以上から、素子特性のばらつきが少なく、信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００６５】
第８の実施形態
本発明の第８の実施形態は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層の上層にＧａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたことを特徴としている。
【００６６】
ここで、Ｇａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層は、第７の実施形態と同様の理由により、エッチング表面の酸化を防止し、Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ層の再成長容易層として機能する。また、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ上に設けたＧａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層は、第７の実施形態と同様の理由により、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層の表面酸化を防止し、再成長容易層として機能する。
【００６７】
また、第７の実施形態において、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層のエッチング除去部分はＧａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層であり、他の表面とＶ族元素が異なる。従って、再成長時の昇温過程，熱処理過程におけるＶ族雰囲気は、Ｐ，Ａｓ等の置換が生じないように適切に選ぶ必要がある。第７の実施形態に対して、更に第８の実施形態の構成とすると、再成長時の略全ての表面層がＧａy1Ｉｎ1-y1Ｐ混晶となり、再成長時の基板処理が容易になるとともに、結晶品質も向上する。
【００６８】
このように、第８の実施形態では、電流通路となるＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ選択酸化層表面における自然酸化を防止し、Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ選択酸化層の再成長工程において結晶の品質を向上させ、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００６９】
更に、第７の実施形態において再成長表面を燐系混晶とすることで、再成長を容易にすることができ、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００７０】
換言すれば、第８の実施形態では、電流通路となるＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ混晶の上層に更にＧａＩｎＰ層を設けたことによって、第７の実施形態と同様な効果により、再成長表面の酸化を低減することができる。これによって、電流通路部への良質な結晶成長が可能となり、２０ペア以上の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を結晶性の低下無く容易に結晶成長することができる。また、特に第７の実施形態の構造と同時に用いると、エッチング側面を除く再成長表面がＶ族元素として燐を含む混晶のみとなるので、電流通路部へＡｌＧａＡｓ混晶を再成長させる際のウエハの昇温過程，酸化膜除去工程の処理雰囲気を、燐雰囲気のみとすることができ、結晶成長が非常に容易になる。以上から、特性ばらつきが小さく、信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００７１】
第９の実施形態
本発明の第９の実施形態は、第１乃至第８の実施形態のいずれかの面発光型レーザ素子において、電流通路の形状が矩形または楕円形のように異方性を有していることを特徴としている。
【００７２】
面発光型レーザ素子では、矩形または楕円形の電流狭窄構造を用いると、偏波方向を特定の方向に揃えることが可能になる。よって、第９の実施形態の構成とすると、第１乃至第８の実施形態の信頼性が高い面発光型レーザ素子の偏波方向を揃えることができる。
【００７３】
換言すれば、第９の実施形態では、エッチング及び再成長工程に用いるマスク形状を、長方形または楕円のような異方性形状としている。このようなマスク形状を用いることで、電流通路の周りに形成される酸化領域の形状がマスクのような異方性形状となる。酸化領域の屈折率は１．６程度と非常に小さくなるので、発振光を効果的に単一横モード化させるが、これと伴に回折損失を生じさせる原因となる。この際、酸化領域の形状に異方性があり特定の方向の回折損失が大きい場合、発振の偏波は回折損失の小さい方向に揃う。このようなマスク形状を用いて作製を行った素子は、長方形の長辺方向に偏波が揃い、また変調に対しても偏波スイッチングを生じること無く安定に発振する。従って、面発光型レーザ素子の偏波方向を容易に特定の方向に揃えることができる。
【００７４】
第１０の実施形態
本発明の第１０の実施形態は、第１乃至第９の実施形態のいずれかの面発光型レーザ素子において、活性層の材料が、III族元素として、Ｇａ，Ｉｎのいずれかから、または、全てから構成され、Ｖ族元素として、Ｎ，Ａｓ，Ｓｂのいずれかから、または、全てから構成されていることを特徴としている。
【００７５】
第１０の実施形態の材料を活性層に用いると、ＧａＡｓ基板上に光ファイバ通信で重要な波長帯である１．１μｍ帯から１．６μｍ帯の面発光型レーザ素子を得ることができる。また、ＧａＡｓを基板とした面発光型レーザ素子の場合には、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓによる高品質な分布ブラッグ反射器を用いることができる。これによって、閾値が低く、特性の優れた長波長帯面発光型レーザ素子が得られる。
【００７６】
換言すれば、第１０の実施形態では、活性層のIII族元素として、Ｇａ，Ｉｎのいずれかから、または、全てから選び、Ｖ族元素として、Ｎ，Ａｓ，Ｓｂのいずれかから、または、全てから選んでいる。これらの材料を用いることで、ＧａＡｓ基板上に石英ファイバ通信で重要な波長帯である１．１μｍから１．６μｍまでの発振波長を持つ面発光型レーザ素子が得られる。ＧａＡｓ基板上では、特性の優れたＡｌＧａＡｓ混晶による分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を用いることができる。更に、これらの材料の中でもＧａＩｎＡｓに数％以下の窒素を微量添加したＧａＩｎＮＡｓ材料は、ＧａＡｓバリア層に対し伝導帯バンド不連続量が大きく、従来のＩｎＰ基板上の同波長帯の素子と比べ良好な温度特性を有している。第１乃至第９の実施形態によれば、素子特性のばらつきが小さく、更に信頼性の高い光ファイバ通信に好適な面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００７７】
第１１の実施形態
本発明の第１１の実施形態は、第１乃至第１０の実施形態のいずれかの面発光型レーザ素子によって面発光レーザアレイを構成したものである。
【００７８】
第１１の実施形態の面発光型レーザアレイは、酸化領域の面積，形状が揃っており、閾値電流のばらつきが少なく、また、第１乃至第１０の実施形態のいずれかの面発光型レーザ素子によって構成されていることにより、信頼性及び歩留りが高いレーザアレイとなる。
【００７９】
換言すれば、第１１の実施形態では、第１乃至第１０の実施形態のいずれかの面発光型レーザ素子によってモノリシックレーザアレイを構成している。本発明の面発光型レーザ素子は、酸化領域の自己停止により再現性良く電流狭窄領域を形成できることから、閾値電流等の素子特性のばらつきが小さく、また、エッチング停止層によりエッチング厚さを精密に制御た結果、光学長のずれ等による発振波長のばらつきが少ない。更に、再成長容易層によって結晶品質の低下を防止したことによって、面内において高い素子の均一性と歩留り及び信頼性を得ることができる。従って、これらを集積することで、均一な素子特性，高い歩留り，信頼性を有するレーザアレイを得ることができる。
【００８０】
第１２の実施形態
本発明の第１２の実施形態は、第１乃至第１０の実施形態のいずれかの面発光型レーザ素子、または、第１１の実施形態の面発光型レーザアレイによって、光インターコネクションシステムを構成したものである。
【００８１】
このような光インターコネクションシステムは、素子特性のばらつきが少なく、信頼性の高い光インターコネクションシステムとして動作する。
【００８２】
換言すれば、第１２の実施形態の光インターコネクションシステムでは、第１乃至第１０の実施形態のいずれかの面発光型レーザ素子、または、第１１の実施形態の面発光型レーザアレイを用いることで、素子間の発振閾値電流分布は殆ど無く、素子の駆動制御が非常に容易となる。また、従来に比べ発振閾値電流及び素子抵抗のばらつきが少ないことから、伝送信号のスキューが低減され高速伝送が可能となる。また、電流狭窄形状を長方形等の異方性形状とすることで、偏波が安定に揃って発振する。よって、偏波スイッチングによるノイズも非常に少なく、符号誤り率は非常に低くなる。また、エッチング量を精密に制御した結果、発振波長のばらつきも少なく、更に素子の信頼性も非常に高い。以上のように、高速並列伝送が可能で、信頼性の高いインターコネクションシステムを構成することができる。
【００８３】
第１３の実施形態
本発明の第１３の実施形態は、第１乃至第１０の実施形態のいずれかの面発光型レーザ素子、または、第１１の実施形態の面発光型レーザアレイによって、光通信システムを構成したものである。
【００８４】
このような光通信システムは、素子特性のばらつきが少なく、信頼性の高い光通信システムとして動作する。
【００８５】
換言すれば、第１３の実施形態の光通信システムでは、第１乃至第１０の実施形態のいずれかの面発光型レーザ素子、または、第１１の実施形態の面発光型レーザアレイを用いることで、第１２の実施形態の作用効果と同様に、発振閾値電流，発振波長のばらつきが殆ど無く、高速伝送に対しても符号誤り率の低い正確な伝送を行なうことができる。また、素子の信頼性も非常に高いので、信頼性の高い光通信システムを構築することができる。
【００８６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００８７】
実施例１
実施例１は、第１及び第２の実施形態の実施例である。図１は実施例１の面発光型レーザ素子を示す図である。図１の面発光型レーザ素子は、ＧａＡｓ多重量子井戸構造を活性層とした０．８５μｍ帯の面発光型レーザ素子である。図１の素子は、例えばＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）によって結晶成長が行われている。この際、III族原料には、トリメチルガリウム，トリメチルアルミニウム，トリメチルインジウムを用い、Ｖ族原料には、アルシンガスを用いている。
【００８８】
なお、図１において、符号１１はｎ−ＧａＡｓ基板、符号１２はｎ−ＧａＡｓバッファー層、符号１３はｎ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器、符号１４はＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓスペーサー層、符号１５はＧａＡｓ／Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ多重量子井戸活性層、符号１６はＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓスペーサー層、符号１７はＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層、符号１８はＧａＡｓエッチング停止層、符号１９はＡｌＡｓ層（ＡｌＡｓ選択酸化層）、符号２０はＧａＡｓ再成長容易層、符号２１はＧａＡｓ層、符号２２はＳｉＯ2絶縁膜、符号２３はｐ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器、符号２４は絶縁性樹脂、符号２５はｐ側電極、符号２６はｎ側電極、符号２９は電流通路となるＧａＡｓ層２１の領域である。
【００８９】
図２（ａ）乃至（ｃ）は図１の面発光型レーザ素子の作製工程例を示す図である。図２（ａ）乃至（ｃ）を参照すると、先ず、ｎ−ＧａＡｓ（１００）基板１１上にｎ−ＧａＡｓバッファー層１２、及びＡｌ0.8Ｇａ0.2ＡｓとＧａＡｓを１対とするｎ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）１３を３６対結晶成長した後、アンドープＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓスペーサー層１４、ＧａＡｓ／Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ多重量子井戸活性層１５、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓスペーサー層１６を結晶成長する。
【００９０】
ここで、ＤＢＲ１３を構成する各層の厚さは、媒質中の発振光の波長の１／４の厚さになるようにしている。また、共振器構造は、１波長共振器構造とし、活性層１５は光の定在波の腹に位置するように調整した。
【００９１】
次に、上部半導体多層膜反射鏡の一部となるＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層１７を、媒質中の発振光の波長の１／４の厚さに結晶成長し、ＧａＡｓエッチング停止層兼再成長容易層１８、及び、ＡｌＡｓ選択酸化層１９、及びＧａＡｓ再成長容易層２０を結晶成長する。ＧａＡｓエッチング停止層兼再成長容易層１８、及びＧａＡｓ再成長容易層２０の厚さは、それぞれ１０ｎｍであり、またＡｌＡｓ選択酸化層１９の厚さは３０ｎｍとしている。
【００９２】
ここで、ＡｌＡｓ選択酸化層１９は、酸化により屈折率が１．６程度まで低減するので、ＤＢＲ材料との屈折率差による発振光の散乱損失を小さく留める為に定在波の節となる位置に設けている。
【００９３】
次に、公知の化学気相堆積法（ＣＶＤ法）及び写真製版技術を用いて、面発光型レーザ素子の電流通路にあたる領域に５μｍ×５μｍの正方形開口を有するＳｉＯ2マスク２７を形成し、図２（ａ）のように、アンモニア水と過酸化水素水の混合液により、ＧａＡｓ層２０のエッチング除去を行っている。この際、アンモニア水と過酸化水素水の混合液はＡｌＡｓ層１９をエッチングしないので、ＡｌＡｓ層１９に対し、選択的にＧａＡｓ層２０の除去を行うことができる。次に、塩酸系エッチャントによってＡｌＡｓ層１９のエッチング除去を行っている。この場合も塩酸系エッチャントはＧａＡｓ層２０をエッチングしないので、ＧａＡｓ層２０に対し、選択的にエッチングを行うことができる。
【００９４】
次に、ＳｉＯ2マスク２７を選択成長マスクとして用いて、エッチングを行った開口部分に、基板表面が平坦になるようにＧａＡｓ層２１の埋め込み選択成長を行い、次に、ＳｉＯ2マスク２７の除去を行った後、再びＧａＡｓ層２１の結晶成長を行って、図２（ｂ）に示すように１対のｐ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を形成している。ここで、電流通路となる領域のＧａＡｓ層２１の厚さは、エッチング停止層１８と合わせて媒質中における発振光の波長の１／４の厚さとなるように調整している。
【００９５】
次に、残るＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓを対とした２５対のｐ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２３の結晶成長を行い、上部半導体多層膜反射鏡を形成する。この際、最表面層のＧａＡｓ層の一部に高ドープ領域を設け、ＧａＡｓコンタクト層とした。次に、ＡｌＧａＡｓ層のエッチング除去領域にアラインして、３０μｍ×３０μｍの方形レジストパターンを形成し、ＧａＡｓコンタクト層から共振器スペーサー層までの各層をドライエッチング技術によりエッチング除去した。
【００９６】
次に、レジストの除去を行った後、８０℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした水蒸気を含む雰囲気中において試料を４５０℃に加熱し、ドライエッチング側面から円柱の中央部に向かって、横方向にＡｌＡｓ層１９の酸化を行った。酸化は、ＧａＡｓ層２１との界面に達すると自己停止し、ＧａＡｓ層２１からなる電流通路と、その周囲にＡｌの酸化物からなる電流狭窄構造を形成する。
【００９７】
次に、ポリイミド等の絶縁性樹脂２４をスピンコートし、円柱部の埋め込みを行った後、円柱上の絶縁性樹脂２４、及びＳｉＯ2絶縁膜２２の除去を行った。次に、ＡｌＡｓ層１９のエッチング除去部にアラインして、円柱上に１０μｍ×１０μｍのレジストパターンを形成し、ｐ側電極材料２５の蒸着を行い、アセトン等の溶剤中でレジストを溶解し、光出射部の電極材料のリフトオフを行った後、アニールによってオーミック導通をとった。次に、裏面研磨の後、研磨面にｎ側電極材料２６を蒸着し、同様にアニールによってオーミック導通をとり、図１の面発光型レーザ素子とした（図２（ｃ））。
【００９８】
図１の素子では、電流通路領域のＡｌＡｓ層１９がエッチング除去され、ＧａＡｓ層２１が再成長によって設けられているので、酸化工程においてＡｌ含有率による酸化速度の違いから、ＡｌＡｓ層１９とＧａＡｓ層２１との境界において、酸化の進行が自己停止し、非常に再現性良く酸化形状を制御することができる。また、エッチングによりＡｌＡｓ層１９を除去する際に、下層にＧａＡｓによるエッチング停止層１８が設けられているので、エッチング深さを精密に制御することができる。従って、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２３の膜厚を高い精度，再現性をもって制御できるので、光学長の狂い等は生じない。従って、発振波長等の素子特性のばらつきが小さい。また、再成長工程において最表面がＧａＡｓ層で覆われているので、自然酸化が起こりにくく、再成長層の結晶品質の低下等はなかった。また、表面酸化膜の影響による電気特性の異常等も見られなかった。
【００９９】
なお、図２（ａ）乃至（ｃ）は実施例１の作製工程の一例を示したものであり、他の作製工程例も可能である。例えば、図３（ａ）乃至（ｃ）は他の作製工程を示す図である。図３（ａ）乃至（ｃ）の作製工程例では、図２（ａ）乃至（ｃ）のＳｉＯ2マスク２７のかわりに、レジストマスク２８を用いてエッチングを行い、レジスト除去を行った後、素子全面にＧａＡｓ層２１を結晶成長する（図３（ａ），（ｂ））。
【０１００】
この際、同様に電流通路となる領域のＧａＡｓ層２１の厚さを媒質中における発振光の波長の１／４の厚さに選んでおくことで、位相条件が満たされる。表面には僅かに凹凸が生じるが、主に発振に寄与するのは電流注入領域であるので、他の部分の影響は少ない。また、この方法では、結晶成長の回数が２回で済むという利点がある。
【０１０１】
また、図３（ａ），（ｂ）のようにレジストマスク２８を用いる場合も、同様な加工により図３（ｃ）に示すような面発光型レーザ素子とすることができる。図３（ｃ）の素子の発振閾値電流は、いずれもサブミリアンペアであった。
【０１０２】
なお、上述の各例では、エッチング停止層１８にＧａＡｓを用いたが、エッチャントに塩酸を用いる場合、Ａｌ組成が０．４程度以下のＡｌＧａＡｓ混晶はエッチングが難しく、ＡｌＡｓに対して選択エッチングが可能である。従って、エッチング停止層１８として、このようなＡｌＧａＡｓ混晶を用いることもできる。また、上述の各例では、選択酸化層１９としてＡｌＡｓ層を用いたが、Ａｌ組成の大きい（０．９以上の）ＡｌＧａＡｓ層を用いることもできる。また、電流通路に再成長を行う材料として、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２３の高屈折率層となるＧａＡｓ層を用いたが、低屈折率層として、例えばＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層等の成長を行っても良い。通常、ＡｌＧａＡｓ混晶は、Ａｌ組成が０．９以下になると酸化が難しくなる。従って、酸化を自己停止させるにはＡｌ組成が０．９以下のＡｌＧａＡｓ混晶を電流通路に再成長すれば良い。分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の低屈折率層として成長するか、高屈折率層として成長するかは、Ａｌ組成の大きさ、及び下層のエッチング停止層のＡｌ組成によって判断すればよい。低屈折率として成長する場合には、下層のＡｌＧａＡｓ層と合わせた膜厚が、媒質中の光の波長の１／４の奇数倍となるように、また、高屈折率層として成長する場合には、媒質中の光の波長の１／４の奇数倍の厚さになるように調整すると、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の位相条件が満たされる。
【０１０３】
実施例２
実施例２は、第３及び第４の実施形態の実施例である。図４は実施例２の面発光型レーザ素子を示す図である。図４の面発光型レーザ素子は、ＧａＩｎＮＡｓ多重量子井戸構造を活性層とした１．３μｍ帯の面発光型レーザ素子である。図４の素子は、例えばＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）によって結晶成長が行われている。この際、III族原料には、トリメチルガリウム，トリメチルアルミニウム，トリメチルインジウムを用い、Ｖ族原料には、アルシンガスを用いている。また、窒素材料として、ジメチルヒドラジンを用いている。
【０１０４】
なお、図４において、符号３１はｎ−ＧａＡｓ基板、符号３２はｎ−ＧａＡｓバッファー層、符号３３はｎ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器、符号３４はＧａＡｓスペーサー層、符号３５はＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層、符号３６はＧａＡｓスペーサー層、符号３７はＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層、符号３８はＧａＩｎＰエッチング停止層、符号３９はＡｌＡｓ層（ＡｌＡｓ選択酸化層）、符号４０はＧａＩｎＰ再成長容易層、符号４１はＧａＡｓ層、符号４２はＳｉＯ2絶縁膜、符号４３はｐ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器、符号４４は絶縁性樹脂、符号４５はｐ側電極、符号４６はｎ側電極、符号４９は電流通路となるＧａＡｓ層４１の領域である。
【０１０５】
図４の面発光型レーザ素子は、実施例１と同様の手法，手順で（例えば、図２（ａ）乃至（ｃ）と同様の工程で）作製することができる。図５は図４の面発光型レーザ素子の作製工程例を説明するための図である。図５を参照すると、図４の面発光型レーザ素子を作製するには、先ず、ｎ−ＧａＡｓ（１００）基板３１上にｎ−ＧａＡｓバッファー層３２の結晶成長を行い、Ａｌ0.8Ｇａ0.2ＡｓとＧａＡｓを１対とするｎ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）３３を３６対結晶成長した後に、アンドープＧａＡｓスペーサー層３４、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層３５、ＧａＡｓスペーサー層３６を結晶成長する。
【０１０６】
ここで、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）３３を構成する各層の厚さは、媒質中の発振光の波長の１／４の厚さになるようにしている。また、共振器構造は１波長共振器構造とし、活性層３５は光の定在波の腹に位置するように調整した。
【０１０７】
次いで、上部半導体多層膜反射鏡の一部となるＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層３７を結晶成長し、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング停止層兼再成長容易層３８、及び、ＡｌＡｓ層３９、及びＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ再成長容易層４０を結晶成長した。ここで、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング停止層３８、及び上部ＧａＩｎＰ再成長容易層４０の厚さは、それぞれ１０ｎｍとし、また、ＡｌＡｓ選択酸化層３９の厚さは３０ｎｍとした。この際、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐの屈折率はＧａＡｓに比べて小さいので、ＤＢＲを構成する低屈折率層であるＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層３７の厚さとＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング停止層３８の厚さとを合わせて、媒質中における発振光の波長の１／４の厚さの奇数倍となるようにした。また、ＡｌＡｓ選択酸化層３９は、実施例１と同様に発振光の散乱損失を小さく留める為に定在波の節となる位置に設けている。
【０１０８】
次に、公知の写真製版技術を用いて、面発光型レーザ素子の電流通路にあたる領域に５μｍ×５μｍの方形開口を有するレジストマスクを形成し、塩酸系エッチャントを用いて、上部Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層４０、及びＡｌＡｓ層３９の途中までをエッチング除去した。次に、硫酸系エッチャントを用いてＡｌＡｓ層３９のエッチング除去を行った。この際、硫酸系エッチャントはＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層をエッチングしないので、選択的にエッチングを行うことができる。
【０１０９】
次に、ＳｉＯ2マスク４７を選択成長マスクとして用いて、ＧａＡｓ層４１の結晶成長を行い、１対のｐ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）４３を形成した。この際、再成長によるＧａＡｓの厚さは、１／４ｎの厚さとした。
【０１１０】
次に、残るＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓを対とした２５対のｐ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）４３の結晶成長を行い、上部半導体多層膜反射鏡を形成した。この際、最表面層のＧａＡｓ層の一部に高ドープ領域を設け、ＧａＡｓコンタクト層とした。
【０１１１】
次に、ＡｌＧａＡｓ層のエッチング除去領域にアラインして、３０μｍ×３０μｍの方形レジストパターンを形成し、ＧａＡｓコンタクト層からｎ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の途中までの各層をドライエッチング技術によりエッチング除去した。
【０１１２】
次に、レジストの除去を行った後、８０℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした水蒸気を含む雰囲気中において試料を４５０℃に加熱し、ドライエッチング側面から円柱の中央部に向かって、横方向にＡｌＡｓ層３９の酸化を行った。酸化はＧａＡｓ層４１との界面に達すると、自己停止し、ＧａＡｓ層４１からなる電流通路と、その周囲にＡｌの酸化物からなる電流狭窄構造を形成する。
【０１１３】
次に、ポリイミド等の絶縁性樹脂４４をスピンコートし、円柱部の埋め込みを行った後、円柱上の絶縁性樹脂４４の除去を行った。次に、ＡｌＡｓ層３９のエッチング除去部にアラインして、円柱上に１０μｍ×１０μｍのレジストパターンを形成し、ｐ側電極材料４５の蒸着を行い、アセトン等の溶剤中でレジストを溶解し、光出射部の電極材料のリフトオフを行い、アニールによってオーミック導通をとった。
【０１１４】
次に、裏面研磨の後、研磨面にｎ側電極材料４６を蒸着し、同様にアニールによってオーミック導通をとり、図４の面発光型レーザ素子とした。
【０１１５】
図４の素子では、電流通路領域のＡｌＡｓ層３９がエッチング除去され、ＧａＡｓ層４１が再成長によって設けられているので、酸化工程においてＡｌ含有率による酸化速度の違いから、ＡｌＡｓ層３９とＧａＡｓ層４１との境界において、酸化の進行が自己停止し、再現性良く酸化形状を制御することができる。また、エッチングによりＡｌＡｓ層３９を除去する際に、下層にＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐによるエッチング停止層３８を設けているので、エッチング深さを精密に制御することができる。従って、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の膜厚を高い精度，再現性をもって制御できるので、光学長の狂い等が生じない。従って、発振波長等の素子特性のばらつきが小さかった。また、再成長工程において最表面がＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐで覆われているので、自然酸化が起こりにくく、再成長層の結晶品質の低下等はなかった。また、表面酸化膜の影響による電気特性の異常等も見られなかった。また、選択酸化構造を用いた面発光型レーザ素子では、活性層３５の上部にＡｌＡｓ層３９が位置しており、これによって活性領域に高密度にキャリアが閉じ込められる。ＡｌＡｓ層表面ではキャリアの非発光再結合が顕著であるので、従来発光効率の低下等が問題となっていたが、この実施例２では、Ａｌを含まず、ＡｌＡｓとバンドギャップが同程度のＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング停止層３８が選択酸化層３９と活性層３５との間に設けられているので、非発光再結合が抑制され、特に発光効率の向上が認められた。以上のように、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【０１１６】
また、図４の面発光型レーザ素子では、第１０の実施形態の実施例として、活性層３５にＧａＩｎＮＡｓ混晶を用いている。これによって、ＧａＡｓ基板３１上に１．３ｍ帯の発振を得ることができた。ＧａＡｓ基板３１を用いると、半導体多層膜反射鏡である分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の材料にＡｌ（Ｇａ）Ａｓ，ＧａＡｓを用いることができるので、反射特性，熱伝導に優れた分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を得ることができる。従来、同波長帯では特性の良い面発光型レーザ素子を得ることが困難であった。しかし、この実施例２では、特性に優れ、及び素子間の特性ばらつきが少なく信頼性の高い光通信用途の好適な面発光型レーザ素子を得ることができる。
【０１１７】
また、この実施例２の面発光型レーザ素子の作製工程例として、図５を用いて説明した上述のような作製手順の他にも、実施例１の図３（ａ）乃至（ｃ）のように、レジストマスクを用いてエッチングを行った後、素子全面に再成長層の結晶成長を行っても良い。この方法では、基板に僅かに凹凸が生じるが、主に発振に寄与する領域は電流注入領域であるので、この領域が平坦であれば他の領域の発振への影響は少ない。また、この方法では、結晶成長回数が２回で済むという利点がある。
【０１１８】
また、この実施例２では、エッチング停止層３８，再成長容易層４０として、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層のみを用いた例を示したが、例えば、エッチング停止層３８にＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層を用い、再成長容易層４０にＧａＡｓ層を用いるなどのように、実施例１のＧａＡｓ層と組み合わせて用いることもできる。
【０１１９】
また、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層は、屈折率が小さく、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の低屈折率層としても用いることができるので、図５に示したようなＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓの結晶成長を行うかわりに、図６に示すように、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の低屈折率層としてＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層３８の結晶成長を行うこともできる。
【０１２０】
また、選択酸化層３９として、ＡｌＡｓ層を用いたが、ＡｌＡｓ層のかわりに、Ａｌ組成の大きい（０．９以上の）ＡｌＧａＡｓ層を用いることもできる。また、電流通路に再成長を行う材料として、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の高屈折率層となるＧａＡｓ層を用いたが、低屈折率層として、例えばＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層等の成長を行っても良い。通常、ＡｌＧａＡｓ混晶は、Ａｌ組成が０．９以下になると酸化が難しくなる。従って、酸化を自己停止させるにはＡｌ組成が０．９以下のＡｌＧａＡｓ混晶を電流通路に再成長すれば良い。分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の低屈折率層として成長するか、高屈折率層として成長するかは、Ａｌ組成の大きさ、及び下層のエッチング停止層のＡｌ組成によって判断すればよい。低屈折率として成長する場合には、下層の低屈折率層（ＡｌＧａＡｓ層、又はＧａＩｎＰ層）と合わせて、媒質中の光の波長の１／４の奇数倍となるように、また、高屈折率層として成長する場合には、媒質中の光の波長の１／４の奇数倍の厚さになるように調整すると、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の位相条件が満たされる。
【０１２１】
また、上述の例では、ＧａＩｎＮＡｓを活性層３５とした１．３μｍ帯の面発光型レーザについて説明を行ったが、波長はこれ以外であっても良い。また、活性層３５の材料が、ＧａＩｎＮＡｓ以外の面発光型レーザについても同様の効果を得ることができる。
【０１２２】
実施例３
実施例３は、第５及び第６の実施形態の実施例である。図７は実施例３の面発光型レーザ素子を示す図である。図７の面発光型レーザ素子は、ＩｎＧａＡｓ多重量子井戸構造を活性層とした０．９８μｍ帯の面発光型レーザ素子である。
【０１２３】
なお、図７において、符号５１はｎ−ＧａＡｓ基板、符号５２はｎ−ＧａＡｓバッファー層、符号５３はｎ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器、符号５４はＧａＡｓスペーサー層、符号５５はＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸活性層、符号５６はＧａＡｓスペーサー層、符号５７はＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層、符号５８はＧａＡｓエッチング停止層、符号５９はＡｌＡｓ層（ＡｌＡｓ選択酸化層）、符号６０はＧａＡｓ再成長容易層、符号６１はＧａＡｓ層、符号６２はＳｉＯ2絶縁膜、符号６３はｐ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器、符号６４は絶縁性樹脂、符号６５はｐ側電極、符号６６はｎ側電極、符号６９はＡｌＧａＡｓ電流通路である。
【０１２４】
図７の素子は、実施例１及び実施例２と同様の方法，手順によって作製することができる。ただし、実施例１及び実施例２の面発光型レーザ素子は、電流通路となる領域のＡｌＧａＡｓ層をエッチング除去した後、ＧａＡｓ層等の再成長を行っているのに対し、実施例３の面発光型レーザ素子では、電流通路となる領域のＡｌＧａＡｓ層を残して他の部分のエッチング除去を行い、選択酸化層を再成長によって形成している。
【０１２５】
図８（ａ），（ｂ）は図７（実施例３）の素子の作製工程例を示す図である。図８（ａ），（ｂ）を参照すると、図７の素子は、実施例１及び実施例２と同様に、図８（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ（００１）基板５１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファー層５２、及びＡｌ0.8Ｇａ0.2ＡｓとＧａＡｓを１対とするｎ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）５３を３６対結晶成長し、アンドープＧａＡｓスペーサー層５４、ＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸活性層５５、ＧａＡｓスペーサー層５６を結晶成長する。
【０１２６】
ここで、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）５３を構成する各層の厚さは、媒質中の発振光の波長の１／４の厚さになるようにしている。また、共振器構造は１波長共振器構造とし、活性層５５は光の定在波の腹に位置するように調整した。
【０１２７】
次に、上部半導体多層膜反射鏡の低屈折率層であるＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層５７の途中までの結晶成長を行い、次に、ＧａＡｓエッチング停止層兼再成長容易層５８、及び、残りのＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層６９、及びＧａＡｓ再成長容易層６０を結晶成長する。ここで、ＧａＡｓエッチング停止層兼再成長容易層５８、及び上部の再成長容易層６０の厚さを、それぞれ１０ｎｍとした。また、ＧａＡｓエッチング停止層５８と２層のＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層５７，６９の厚さの和が、媒質中の発振光の１／４波長の厚さの奇数倍になるように膜厚を調整している。
【０１２８】
この実施例３においても、ＡｌＡｓ選択酸化層５９は、発振光の散乱損失を小さく留める為に、同ように定在波の節となる位置に設けている。従って、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）６３の最初のペアの低屈折率層と高屈折率層との間に選択酸化層５９を設けるのが適当である。
【０１２９】
次に、図８（ａ）に示すように、公知の写真製版技術を用いて、面発光型レーザ素子の電流通路にあたる領域に５μｍ×５μｍの正方形のＳｉＯ2マスク６７を形成し、アンモニア水と過酸化水素水の混合液により、電流通路以外のＧａＡｓ再成長容易層６０を、下層のＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層６９に対し選択的にエッチング除去した。次に、塩酸系エッチャントによって下層のＧａＡｓエッチング停止層５８に対し選択的にＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層６９のエッチング除去を行った。
【０１３０】
次に、ＳｉＯ2マスク６７を選択成長マスクとし、図８（ｂ）に示すように、ＡｌＡｓ層５９（厚さ３０ｎｍ）、及びＧａＡｓ再成長容易層６０の結晶成長を行った後、ＳｉＯ2マスク６７を除去し、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の高屈折率層であるＧａＡｓ層６１の結晶成長を行って、１対のｐ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）６３を形成した。
【０１３１】
この際、再成長によるＧａＡｓの厚さは、再成長容易層６０と合わせて媒質中の発振光の波長の１／４の奇数倍の厚さとなるようにした。
【０１３２】
次に、残るＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓを対とした２５対のｐ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）６３の結晶成長を行い、上部半導体多層膜反射鏡を形成した。ここで、最表面層のＧａＡｓ層の一部に高ドープ領域を設け、ＧａＡｓコンタクト層とした。次に、実施例１，実施例２と同様の手法，手順によって、図７の面発光型レーザ素子とした。図７の素子の発振閾値電流は、サブミリアンペアであった。
【０１３３】
なお、上述の作製工程例では、選択成長マスクを用いた再成長による作製方法を示したが、この他にも、実施例１の図３（ａ）乃至（ｃ）のように、レジストマスクを用いてエッチングを行った後、レジストマスクを除去し、素子全面に再成長を行っても良い。この方法では、基板に僅かに凹凸が生じるが、主に発振に寄与する領域は電流注入領域であるので、この領域が平坦であれば他の領域の発振への影響は少ない。また、この方法では、結晶成長回数が２回で済むという利点がある。
【０１３４】
図７の素子は、電流通路領域６９以外のＡｌＧａＡｓ層がエッチング除去され、ＡｌＡｓ選択酸化層５９が再成長によって設けられているので、酸化工程においてＡｌ含有率による酸化速度の違いから、ＡｌＡｓ層５９とＡｌＧａＡｓ層６９との境界において、酸化の進行が自己停止し、非常に再現性良く酸化形状を制御することができる。また、エッチングによりＡｌＧａＡｓ層を除去する際に、下層にＧａＡｓによるエッチング停止層５８を設けているので、エッチング深さを精密に制御することができる。従って、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の膜厚を高い精度，再現性をもって制御できるので、光学長の狂い等が生じない。従って、発振波長等の素子特性のばらつきは小さかった。また、再成長工程において最表面がＧａＡｓで覆われているので、自然酸化が起こりにくく、再成長層の結晶品質の低下等はなかった。また、表面酸化膜の影響による電気特性の異常等も見られなかった。
【０１３５】
また、この実施例３では、選択酸化層としてＡｌＡｓ層５９の再成長を行っているが、この他にもＡｌ組成の高い（０．９程度以上の）ＡｌＧａＡｓ混晶の再成長を行っても良い。
【０１３６】
また、この実施例３の構造の膜構成以外にも、ＧａＡｓスペーサー層５６上に分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の低屈折率層となるＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層５７の結晶成長を行った後、電流通路となる半導体層としてＧａＡｓ層の結晶成長を行う構造についても考えられる。この方法では、エッチング停止層を用いずにＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層に対してＧａＡｓ層のエッチングを行うことができるが、エッチング後の再成長表面がＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層となるので、表面酸化により再成長が難しくなってしまう。従って、この実施例４のように、Ａｌ組成の十分小さなエッチング停止層５８を設け、これよりＡｌ組成の大きなＡｌＧａＡｓ混晶層６９を電流通路を形成する半導体層として結晶成長する方が、結晶品質の高い素子を得ることができる。
【０１３７】
実施例４
実施例４は、第７及び第８の実施形態の実施例である。図９は実施例４の面発光型レーザ素子を示す図である。図９の面発光型レーザ素子は、ＧａＩｎＮＡｓ多重量子井戸構造を活性層とした１．３μｍ帯の面発光型レーザ素子である。
【０１３８】
なお、図９において、符号７１はｎ−ＧａＡｓ基板、符号７２はｎ−ＧａＡｓバッファー層、符号７３はｎ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器、符号７４はＧａＡｓスペーサー層、符号７５はＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層、符号７６はＧａＡｓスペーサー層、符号７７はＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層、符号７８はＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング停止層、符号７９はＡｌＡｓ層（ＡｌＡｓ選択酸化層）、符号８０はＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ再成長容易層、符号８１はＧａＡｓ層、符号８２はＳｉＯ2絶縁膜、符号８３はｐ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器、符号８４は絶縁性樹脂、符号８５はｐ側電極、符号８６はｎ側電極、符号８９はＡｌＧａＡｓ電流通路である。
【０１３９】
図９の素子は、実施例１乃至実施例３と同様の方法，手順によって作製することができる。また、図９の素子は、実施例３の素子と同様に、電流通路となる領域のＡｌＧａＡｓ層を残して他の部分のエッチング除去を行い、選択酸化層を再成長によって形成したものとなっている。
【０１４０】
図１０は図９の素子の作製工程例を説明するための図である。図１０を参照すると、図９の素子は、実施例１乃至実施例３と同様に、ｎ−ＧａＡｓ（００１）基板７１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファー層７２、及びＡｌ0.8Ｇａ0.2ＡｓとＧａＡｓを１対とするｎ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）７３を３６対結晶成長し、アンドープＧａＡｓスペーサー層７４、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層７５、ＧａＡｓスペーサー層７６を結晶成長する。
【０１４１】
ここで、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を構成する各層の厚さは、媒質中の発振光の波長の１／４の厚さになるようにしている。また、共振器構造は１波長共振器構造とし、活性層７５は光の定在波の腹に位置するように調整した。
【０１４２】
次に、上部半導体多層膜反射鏡の低屈折率層であるＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層７７の途中までの結晶成長を行い、次に、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング停止層兼再成長容易層７８、及び、残りのＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層８９、及びＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ再成長容易層８０を結晶成長する。
【０１４３】
ここで、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング停止層兼再成長容易層７８の厚さはそれぞれ１０ｎｍとした。また、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング停止層７８と２つのＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層７７，８９の厚さの和が、媒質中の発振光の波長の１／４の厚さの奇数倍になるように膜厚を調整している。
【０１４４】
この実施例４においても、選択酸化層７９は、発振光の散乱損失を小さく留める為に、定在波の節となる位置に設けている。従って、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）８３の最初のペアの低屈折率層と高屈折率層との間に選択酸化層７９を設けるのが適当である。
【０１４５】
次に、図１０に示すように、公知の写真製版技術を用いて、面発光型レーザ素子の電流通路にあたる領域に５μｍ×５μｍの正方形のＳｉＯ2マスク８７を形成し、塩酸により、電流通路以外のＧａＩｎＰ層再成長容易層８０と下層のＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層８９の途中までをエッチング除去した。次に、硫酸系エッチャントによって下層のＧａＩｎＰエッチング停止層７８に対し選択的にＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層８９のエッチング除去を行った。
【０１４６】
次に、ＳｉＯ2マスク８７を選択成長マスクとし、ＡｌＡｓ層７９（厚さ３０ｎｍ）、及びＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ再成長容易層８０の結晶成長を行った。次に、ＳｉＯ2マスク８７を除去し、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の高屈折率層であるＧａＡｓ層８１の結晶成長を行って、１対のｐ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）８３を形成した。
【０１４７】
この際、再成長によるＧａＡｓの厚さは、媒質中における発振光の波長の１／４の厚さの奇数倍となるようにした。次に、残るＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓを対とした２５対のｐ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）８３の結晶成長を行い、上部半導体多層膜反射鏡を形成した。そして、最表面層のＧａＡｓ層の一部に高ドープ領域を設け、ＧａＡｓコンタクト層とした。
【０１４８】
次に、実施例１，実施例２と同様の手法，手順によって、図９の面発光型レーザ素子とした。図９の素子の発振閾値電流は、サブミリアンペアであった。
【０１４９】
図９の素子は、電流通路領域８９以外のＡｌＧａＡｓ層がエッチング除去され、ＡｌＡｓ選択酸化層７９が再成長によって設けられているので、酸化工程においてＡｌ含有率による酸化速度の違いから、ＡｌＡｓ層とＧａＡｓ層との境界において、酸化の進行が自己停止し、非常に再現性良く酸化形状を制御することができる。また、エッチングによりＡｌＧａＡｓ層８９を除去する際に、下層にＧａＩｎＰによるエッチング停止層７８を設けているので、エッチング深さを精密に制御することができる。従って、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）８３の膜厚を高い精度，再現性をもって制御できるので、光学長の狂い等が生じない。従って、発振波長等の素子特性のばらつきは小さかった。また、再成長工程において最表面がＧａＡｓで覆われているので、自然酸化が起こりにくく、再成長層の結晶品質の低下等はなかった。また、表面酸化膜の影響による電気特性の異常等も見られなかった。また、選択酸化構造を用いた面発光型レーザ素子では、活性層７５の上部にＡｌＡｓ層７９が位置しており、これによって活性領域に高密度にキャリアが閉じ込められる。ＡｌＡｓ層表面ではキャリアの非発光再結合が顕著であるので、従来発光効率の低下等が問題となっていたが、この実施例４では、Ａｌを含まず、ＡｌＡｓとバンドギャップが同程度のＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング停止層７８が選択酸化層７９と活性層７５との間に設けられているので、非発光再結合が抑制され、特に発光効率の向上が認められた。
【０１５０】
なお、上述した作製工程例の他にも、実施例１の図３（ａ）乃至（ｃ）のように、レジストマスクを用いてエッチングを行った後、素子全面に再成長層の結晶成長を行っても良い。この方法では、基板に僅かに凹凸が生じるが、主に発振に寄与する領域は電流注入領域であるので、この領域が平坦であれば他の領域の発振への影響は少ない。また、この方法では、結晶成長回数が２回で済むという利点がある。
【０１５１】
また、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐは、ＧａＡｓに比べて十分屈折率が小さく、ＤＢＲの低屈折率層として用いることができる。従って、図１１のように、ＧａＩｎＰ層８８を分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）８３の低屈折率層の一部として用いることもできる。この場合は、ＧａＩｎＰ層８０，８８とＡｌＧａＡｓ層８９の厚さの和が、媒質中における発振光の波長の１／４の厚さの奇数倍となるように調整を行う。
【０１５２】
以上の各実施例においては、結晶成長法として、ＭＯＣＶＤ法を用いるとしたが、この他にも分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）を用いることもできる。また、Ｐ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの界面には抵抗を低減するためのヘテロスパイク緩衝層が用いられていても良い。ヘテロスパイク緩衝層としては、例えば、低屈折率層のＡｌＧａＡｓと高屈折率層のＧａＡｓとの中間の組成を持つ単一の組成の層や、一方の層のＡｌ組成から他の層のＡｌ組成へ次第に組成を変化させた複数の層、連続に組成を変化させた層等が挙げられる。また、本発明の素子で、エッチング除去または再成長される選択酸化領域、電流通路となる半導体層の界面にヘテロスパイク緩衝層が用いられていても良い。
【０１５３】
実施例５
実施例５は、第９の実施形態の実施例である。実施例１乃至実施例４では、電流通路又は電流通路以外のエッチングには、図１２に示すような正方形形状のマスクを用いたが、この実施例５では、図１３に示す長方形マスクを用いる。
【０１５４】
実施例５の面発光型レーザ素子は、図１３の長方形マスクを用いて作製することによって、電流通路の形状が長方形になり、この電流通路の周囲に酸化領域が形成される。酸化領域の屈折率は１．６程度と非常に小さくなるので、発振光を効果的に単一横モード化させるが、これとともに回折損失を生じさせる原因となる。この際、酸化領域の形状に異方性があり特定の方向の回折損失が大きい場合、発振の偏波は回折損失の小さい方向に揃う。このようなマスク形状を用いて作製した素子は、長方形の長辺方向に偏波が揃い、また変調に対しても偏波スイッチングを生じることなく安定に発振した。
【０１５５】
実施例６
実施例６は、第１１の実施形態の実施例である。図１４は、実施例６の面発光レーザアレイ、すなわち、第１乃至第１０の実施形態のいずれかの面発光型レーザ素子を２次元に４×４個集積したモノリシックレーザアレイ（面発光レーザアレイ）の上面図である。図１４の例では、個々の素子を独立に駆動するために、個別にｐ側電極配線が設けられている。
【０１５６】
図１４のレーザアレイは、実施例１乃至実施例５と同様の手順，方法で作製することができる。
【０１５７】
ここで、図１４のレーザアレイを構成する個々の素子の電流通路の形状，面積は、実施例１乃至実施例５に記載したように高精度に再現性良く作製されており、従来のように酸化幅の違いによりアレイ内で閾値電流がばらついたり、横モードが不安定になったりすることが無かった。また、エッチング停止層によりエッチング量を精密に制御した結果、光学長の違いによる発振波長のばらつきは無く、また非常に高い歩留りが得られた。また、再成長表面を酸化しにくい半導体層で覆っていることで、再成長層の結晶性の低下が防止され、素子の信頼性も高かった。図１４の面発光レーザアレイでは、電流通路の形状を矩形等のように適切に選んだ場合には、特定の方向に偏波が揃って発振した。
【０１５８】
実施例７
実施例７は第１２の実施形態の実施例である。図１５は実施例７の機器間並列光インターコネクションシステムの概念図である。図１５の光インターコネクションシステムは、機器１と機器２との間を光ファイバアレイ（石英シングルモードファイバアレイ）を用いて接続したものとなっている。送信側である機器１では、第１１の実施形態の面発光レーザアレイを用いた１次元面発光レーザアレイモジュールとこれの駆動回路とを備えている。また、受信側である機器２では、フォトダイオードアレイモジュールと信号検出回路とを備えている。
【０１５９】
図１６は面発光レーザアレイモジュールの概要を示す図である。図１６の面発光レーザアレイモジュールは、シリコン基板上に、１次元モノリシック面発光レーザアレイと、マイクロレンズアレイと、ファイバアレイとが実装されて構成されている。面発光レーザアレイは、ファイバに対向して設けられており、マイクロレンズアレイを介してシリコン基板に形成したＶ溝に実装された石英シングルモードファイバと結合している。面発光レーザアレイの発振波長は１．３μｍ帯であり、石英シングルモードファイバを用いることで高速伝送が行える。
【０１６０】
また、この実施例７の光インターコネクションシステムは、第１１の実施形態の面発光レーザアレイを用いたことで、素子間の発振閾値電流分布が殆ど無く、素子の駆動制御が非常に容易であった。また、従来に比べ発振閾値電流及び素子抵抗のばらつきが少ないことから、伝送信号のスキューが低減され高速伝送が可能な上に、素子の信頼性も非常に高かった。また、第１０の実施形態によって電流狭窄形状を異方性形状とした場合には、高次モードの発振、偏波スイッチングによるノイズも非常に少なく、符号誤り率は非常に低かった。以上のように、高速並列伝送が可能で、信頼性の高いインターコネクションシステムを構成することができた。
【０１６１】
なお、上述の例では、並列光インターコネクションシステムについて説明したが、この他にも、単一素子を用いたシリアル伝送システムを構成することもできる。また、機器間の他にも、ボード間、チップ間、チップ内インターコネクションに応用することもできる。
【０１６２】
実施例８
実施例８は第１３の実施形態の光通信システムの実施例である。図１７は実施例８の光ＬＡＮシステムの概念図である。
【０１６３】
図１７の光ＬＡＮシステムは、第１乃至第１０の実施形態のいずれかのレーザ素子、または、第１１の実施形態のレーザアレイを用いて構成されている。すなわち、サーバーとコアスイッチとの間、及び、コアスイッチと各スイッチとの間、及びスイッチと各端末との間の光伝送の光源に、第１乃至第１０の実施形態のいずれかのレーザ素子、または、第１１の実施形態のレーザアレイが用いられている。
【０１６４】
また、各機器間は、石英シングルモードファイバまたはマルチモードファイバによって結合されている。
【０１６５】
このような光ＬＡＮの物理層としては、例えば１０００ＢＡＳＥ−ＬＸ等のギガビットイーサネットが挙げられる。
【０１６６】
図１７の光ＬＡＮシステムでは、光源のレーザ素子の特性が揃っており、駆動回路を簡単なものにできた。また、各素子は高速伝送に対しても安定に動作し、符号誤り率の低い正確な伝送が行えた。また、素子の信頼性も非常に高いものであった。以上のように信頼性の高い光通信システムを構築することができた。
【０１６７】
【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、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ選択酸化層（０＜ｘ１≦１）を設けた後、電流通路にあたる前記Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ選択酸化層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層よりもＡｌ組成の小さいＡｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓ層（０≦ｘ２＜ｘ１≦１）による電流通路を設け、更に前記Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、Ａｌ ｘ１ Ｇａ １−ｘ１ Ａｓ層の上層にＧａ ｙ１ Ｉｎ １−ｙ１ Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたので、Ａｌ ｘ１ Ｇａ １−ｘ１ Ａｓ選択酸化層表面の自然酸化を防止し、この上に再成長を行う結晶の品質を向上させ、歩留り及び信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。更に、再成長表面を燐系混晶とすることで、再成長を容易にすることかできる。以上から、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることかできる。
【０１７１】
また、請求項２記載の発明によれば、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の下層および前記Ａｌ ｘ５ Ｇａ １−ｘ５ Ａｓ層の下層にＡｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ａｓ層（０≦ｘ６＜ｘ４＜１）を設けたので、電流狭窄領域にあたるＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去する工程において、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層とこれの下側に位置する分布ブラッグ反射器を構成するＡｌＧａＡｓ層とのエッチングの選択性を向上させ、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。更に、エッチング除去部分に再成長される結晶の質を向上させて、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることかできる。
【０１７２】
また、請求項３記載の発明によれば、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の上層にＡｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ａｓ層（０≦ｘ６＜ｘ４＜１）を設けたので、電流通路となるＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層表面における自然酸化を防止し、Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ選択酸化層の再成長工程において結晶の品質を向上させ、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【０１７３】
また、請求項４記載の発明によれば、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の下層および前記Ａｌ ｘ５ Ｇａ １−ｘ５ Ａｓ層の下層にＧａｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたので、電流狭窄領域にあたるＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去する工程において、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層とこれの下側に位置する分布ブラッグ反射器を構成するＡｌＧａＡｓ層とのエッチングの選択性を向上させ、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。更に、エッチング除去部分に再成長される結晶の質を向上させて、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。また、Ａｌ混晶の界面における非発光再結合を低減し、発光効率を向上させることができる。
【０１７４】
また、請求項５記載の発明によれば、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の上層にＧａｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたので、電流通路となるＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ選択酸化層表面における自然酸化を防止し、Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ選択酸化層の再成長工程において結晶の品質を向上させ、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【０１７５】
更に、請求項４において、再成長表面を燐系混晶とすることで、再成長を容易にすることができ、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【０１７６】
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型レーザ素子において、電流通路の形状が、矩形または楕円形のように異方性を有しているので、請求項１乃至請求項５のいずれかの面発光型レーザ素子において偏波制御を行うことができる。
【０１７７】
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型レーザ素子において、活性層の材料が、III族元素として、Ｇａ，Ｉｎのいずれかから、または、全てから構成され、Ｖ族元素として、Ｎ，Ａｓ，Ｓｂのいずれかから、または、全てから構成されているので、請求項１乃至請求項９のいずれかの面発光型レーザ素子において、１．１μｍより長波で発振する歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【０１７８】
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型レーザ素子によって構成されている面発光型レーザアレイであるので、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザアレイを得ることができる。
【０１７９】
また、請求項９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型レーザ素子、または、請求項８記載の面発光型レーザアレイによって構成されている光インターコネクションシステムであるので、信頼性の高い光インターコネクションシステムを得ることができる。
【０１８０】
また、請求項１０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型レーザ素子、または、請求項８記載の面発光型レーザアレイによって構成されている光通信システムであるので、信頼性の高い光通信システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の面発光型レーザ素子を示す図である。
【図２】図１の面発光型レーザ素子の作製工程例を示す図である。
【図３】図１の面発光型レーザ素子の他の作製工程例を示す図である。
【図４】実施例２の面発光型レーザ素子を示す図である。
【図５】実施例２の面発光型レーザ素子の作製工程例を説明するための図である。
【図６】実施例２の面発光型レーザ素子の他の作製工程例を説明するための図である。
【図７】実施例３の面発光型レーザ素子を示す図である。
【図８】実施例３の面発光型レーザ素子の作製工程例を説明するための図である。
【図９】実施例４の面発光型レーザ素子を示す図である。
【図１０】実施例４の面発光型レーザ素子の作製工程例を説明するための図である。
【図１１】実施例４の面発光型レーザ素子の他の作製工程例を説明するための図である。
【図１２】面発光型レーザ素子を作製するためのマスクを示す図である。
【図１３】実施例５のマスクを示す図である。
【図１４】実施例６の面発光レーザアレイを示す図である。
【図１５】実施例７の機器間並列光インターコネクションシステムの概念図である。
【図１６】レーザアレイモジュールの概要を示す図である。
【図１７】実施例８の光通信システムを示す図である。
【図１８】従来の面発光型レーザ素子を示すである。
【符号の説明】
１１ ｎ−ＧａＡｓ基板
１２ ｎ−ＧａＡｓバッファー層
１３ ｎ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器
１４ Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓスペーサー層
１５ ＧａＡｓ／Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ多重量子井戸活性層
１６ Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓスペーサー層
１７ Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層
１８ ＧａＡｓエッチング停止層
１９ ＡｌＡｓ層（ＡｌＡｓ選択酸化層）
２０ ＧａＡｓ再成長容易層
２１ ＧａＡｓ層
２２ ＳｉＯ2絶縁膜
２３ ｐ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器
２４ 絶縁性樹脂
２５ ｐ側電極
２６ ｎ側電極
３１ ｎ−ＧａＡｓ基板
３２ ｎ−ＧａＡｓバッファー層
３３ ｎ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器
３４ ＧａＡｓスペーサー層
３５ ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層
３６ ＧａＡｓスペーサー層
３７ Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層
３８ ＧａＩｎＰエッチング停止層
３９ ＡｌＡｓ層（ＡｌＡｓ選択酸化層）
４０ ＧａＩｎＰ再成長容易層
４１ ＧａＡｓ層
４２ ＳｉＯ2絶縁膜
４３ ｐ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器
４４ 絶縁性樹脂
４５ ｐ側電極
４６ ｎ側電極
４９ 電流通路となるＧａＡｓ層４１の領域
５１ ｎ−ＧａＡｓ基板
５２ ｎ−ＧａＡｓバッファー層
５３ ｎ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器
５４ ＧａＡｓスペーサー層
５５ ＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸活性層
５６ ＧａＡｓスペーサー層
５７ Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層
５８ ＧａＡｓエッチング停止層
５９ ＡｌＡｓ層（ＡｌＡｓ選択酸化層）
６０ ＧａＡｓ再成長容易層
６１ ＧａＡｓ層
６２ ＳｉＯ2絶縁膜
６３ ｐ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器
６４ 絶縁性樹脂
６５ ｐ側電極
６６ ｎ側電極
６９ ＡｌＧａＡｓ電流通路
７１ ｎ−ＧａＡｓ基板
７２ ｎ−ＧａＡｓバッファー層
７３ ｎ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器
７４ ＧａＡｓスペーサー層
７５ ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層
７６ ＧａＡｓスペーサー層
７７ Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層
７８ Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング停止層
７９ ＡｌＡｓ層（ＡｌＡｓ選択酸化層）
８０ Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ再成長容易層
８１ ＧａＡｓ層
８２ ＳｉＯ2絶縁膜
８３ ｐ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器
８４ 絶縁性樹脂
８５ ｐ側電極
８６ ｎ側電極
８９ ＡｌＧａＡｓ電流通路
【発明の属する技術分野】
本発明は、面発光型レーザ素子および面発光型レーザアレイおよび光インターコネクションシステムおよび光通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
面発光型レーザは、活性層体積が小さいことから閾値電流が低く高速変調が可能であり、ギガビットイーサ等の通信光源として注目されている。また、基板に垂直な方向にレーザ出力が取り出せることから、２次元アレイ集積が容易で、更にアレイ化した場合でも消費電力が少ないことから並列光インターコネクション用光源としての期待も大きい。
【０００３】
従来、面発光型レーザの低閾値化を可能とするものとして、次のようなＡｌ混晶の酸化物による電流狭窄構造が知られている。すなわち、例えば、文献「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ３１（１９９５） ｐ５６０−５６２」には、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）によって結晶成長されたＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸活性層と、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸活性層の上下に設けられたＡｌＡｓ／ＧａＡｓからなる分布ブラッグ反射器とを有する素子の選択酸化電流狭窄構造について、記述がなされている。この従来技術では、素子部の結晶成長の後、素子部表面から基板表面までを直径２０μｍの円柱形状にエッチングし、８０℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングして得られた水蒸気雰囲気中において、４００℃の温度でアニールを行い、円柱部の側面からＡｌＡｓ層のみを選択的に酸化し、直径５μｍの電流通路を円柱の中央部に残して、円柱周辺部にＡｌＯxによる電流狭窄構造を形成している。なお、酸化に要する時間は５分程度である。ＡｌＯxは高い絶縁性を有しているので、酸化が行われなかった領域に効率良く電流を狭窄することができる。上記の素子は、この構造により７０μＡという極低閾値を実現している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、Ａｌ組成、膜厚、半導体層の界面の状態や微妙な酸化条件の違いにより、再現性良く、均一に酸化を行うことが難しいという問題がある。これを改善するものとして、次のような酸化の自己停止機能を備えた構造が考えられている。
【０００５】
すなわち、特開平１１−１１２０８４では、ＧａＡｓ基板上のＡｌＧａＡｓ系材料、もしくはＩｎＰ基板上のＡｌＧａＩｎＡｓＰ系材料による面発光型レーザ素子の選択酸化工程の制御性を改善するために、図１８のようにＡｌ混晶による酸化層の結晶成長を行った後、電流通電部にあたる前記混晶の一部もしくは全部をエッチング除去し、開口領域にＡｌ含有率が低い他の半導体層の結晶成長を行っている。これは、酸化層であるＡｌ混晶層のＡｌ組成が大きく、また、膜厚が厚い程酸化が容易に進行するという特性を利用したもので、酸化は膜厚の薄い電流通路領域に達すると自己停止し、電流通路の面積，形状を再現性良く均一に制御することができる。
【０００６】
また、同様な従来技術として特開平９−１８６４００があり、この従来技術では、ＩｎＰ基板上にＡｌ混晶による選択酸化層の結晶成長の前に、電流通路に酸化膜マスクを形成した後、Ａｌ混晶、及び上層の一部の結晶成長を行い、次に、酸化膜マスクと同時に電流通路のＡｌ混晶を除去し、引き続いて上層の結晶成長を行っている。この従来技術では、電流通路のＡｌ混晶が完全に除去されており、酸化は、電流通路に達したところで自己停止し、同様に酸化工程の制御性が向上する。
【０００７】
特開平１１−１１２０８４では、スペーサー層を結晶成長した後、選択酸化層を結晶成長し、電流通路となる領域の酸化層をエッチングにより除去するか、または、酸化されにくい厚さにまでエッチングを行っている。面発光型レーザ素子では、共振器長及び半導体多層膜の厚さを精密に制御する必要がある。しかしながら、特開平１１−１１２０８４では、エッチング厚さを正確に制御する方法については触れられていない。具体的に、特開平１１−１１２０８４の構造では、実際には再現性良くエッチング量を制御することは難しく、特性ばらつきの少ない素子を高い歩留りで得るには選択酸化層のエッチング工程の制御性を向上させる必要がある。また、特開平１１−１１２０８４に記載されているように、ＡｌＧａＡｓ材料系によりこのような構造の作製を行う場合には、エッチング，再成長を繰り返したときに、界面の欠陥及び表面酸化が起こり、十分な特性を得ることが難しい。特開平１１−１１２０８４では、サルファパッシベーションやＡｓパッシベーション等による表面処理が有効であることが述べられている。しかし、ＡｌＧａＡｓのようなＡｌ含有率の高い混晶では、特に表面の自然酸化等が顕著であり、これらの処理を行った場合でも表面欠陥の影響を十分に低減することは難しい。
【０００８】
本発明は、エッチング及び再成長により電流通路と酸化領域にそれぞれ組成の違う半導体層を設けて酸化形状の制御を行う方式の選択酸化電流狭窄型の面発光型レーザ素子において、エッチング工程の制御性，再成長時の結晶性、および発光効率を向上させることが可能であって、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子および面発光型レーザアレイおよび光インターコネクションシステムおよび光通信システムを提供することを目的としている。
【０００９】
【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、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ選択酸化層（０＜ｘ１≦１）を設けた後、電流通路にあたる前記Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ選択酸化層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層よりもＡｌ組成の小さいＡｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓ層（０≦ｘ２＜ｘ１≦１）による電流通路を設け、更に前記Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、Ａｌ ｘ１ Ｇａ １−ｘ１ Ａｓ層の上層にＧａ ｙ１ Ｉｎ １−ｙ１ Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の下層および前記Ａｌ ｘ５ Ｇａ １−ｘ５ Ａｓ層の下層にＡｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ａｓ層（０≦ｘ６＜ｘ４＜１）を設けたことを特徴としている。
【００１４】
また、請求項３記載の発明は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の上層にＡｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ａｓ層（０≦ｘ６＜ｘ４＜１）を設けたことを特徴としている。
【００１５】
また、請求項４記載の発明は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の下層および前記Ａｌ ｘ５ Ｇａ １−ｘ５ Ａｓ層の下層にＧａｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたことを特徴としている。
【００１６】
また、請求項５記載の発明は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の上層にＧａｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたことを特徴としている。
【００１７】
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型レーザ素子において、電流通路の形状が、矩形または楕円形のように異方性を有していることを特徴としている。
【００１８】
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型レーザ素子において、活性層の材料が、III族元素として、Ｇａ，Ｉｎのいずれかから、または、全てから構成され、Ｖ族元素として、Ｎ，Ａｓ，Ｓｂのいずれかから、または、全てから構成されていることを特徴としている。
【００１９】
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型レーザ素子によって構成されていることを特徴とする面発光型レーザアレイである。
【００２０】
また、請求項９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型レーザ素子、または、請求項８記載の面発光型レーザアレイによって構成されていることを特徴とする光インターコネクションシステムである。
【００２１】
また、請求項１０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型レーザ素子、または、請求項８記載の面発光型レーザアレイによって構成されていることを特徴とする光通信システムである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００２３】
第１の実施形態
本発明の第１の実施形態は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層（０＜ｘ１≦１）を設けた後、電流通路にあたる前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層よりもＡｌ組成の小さいＡｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ層（０≦ｘ２＜ｘ１≦１）による電流通路を設け、更に前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層を横方向に酸化して形成した電流狭窄構造が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層の下層にＡｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ層（０≦ｘ３＜ｘ２＜１）を設けたことを特徴としている。
【００２４】
Ａｌ組成の小さな（０．４程度以下の）ＡｌＧａＡｓ層は、塩酸系のエッチャントに対して高いエッチング選択性をもち、Ａｌ組成の大きなＡｌＧａＡｓ層のエッチング停止層として機能する。よって、分布ブラッグ反射器の低屈折率層のような他のＡｌＧａＡｓ層上に設けた電流狭窄層をエッチングする場合、Ａｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ層は電流狭窄層をエッチングする際のエッチング停止層として機能する。
【００２５】
また、ＡｌＧａＡｓ混晶は、Ａｌ組成が大きい程表面が自然酸化し易く、又、表面酸化膜が形成された結晶表面への再成長は難しい。従って、上記第１の実施形態の構成とすることで、表面酸化が低減し、電流通路となるエッチング除去部の再成長を容易にし、結晶欠陥を低減する再成長容易層として機能する。
【００２６】
本発明の第１の実施形態では、電流通路領域にあたるＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層をエッチング除去する際に、選択酸化層とこれの下層となる分布ブラッグ反射器を構成するＡｌＧａＡｓ層とのエッチング選択性を向上させ、分布ブラッグ反射器の膜厚を精密に制御し、エッチングの面内分布が少なく、信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。更に、エッチング除去部分に再成長される結晶の質を向上させて、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００２７】
換言すれば、第１の実施形態では、予め選択酸化層となるＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ混晶を結晶成長した後、電流通路となる領域の前記のＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ混晶をエッチング除去し、これよりもＡｌ組成の小さいＡｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ混晶をエッチング領域に再成長し選択酸化層の酸化を行う面発光型レーザ素子において、選択酸化層となるＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ混晶の下層に更にＡｌ組成の小さなＡｌx3Ｇａ1-x3Ａｓを設けることを特徴としている。
【００２８】
面発光型レーザ素子の発振波長は、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）によって挟まれた活性層と共振器スペーサー層の厚さ（共振器長）によって決まるが、これは均一なＤＢＲが設けられている場合であり、スペーサー層に近い領域では、ＤＢＲと共振領域の相互作用が強く、ＤＢＲの膜厚にずれがあると発振波長に影響を及ぼす。また、選択酸化によって得られるＡｌ酸化物の屈折率は１．６程度と他の半導体層に比べて小さく、光の回折の影響が大きい。更に、Ａｌの酸化物に起因した表面準位の影響の為に、選択酸化層と活性領域の距離が近い場合は、発光効率を低下させてしまう問題がある。以上から、選択酸化層は、活性領域に直接に接して設けられることは少なく、活性層からみて最初の光の定在波の節の位置にあたる１対目のＤＢＲ中（低屈折率層であるＡｌＧａＡｓ層と高屈折率層であるＧａＡｓ層の間）に設けられる例が多い。このような構造とすると、光及びキャリアに対する損失が低減できる。しかしながら、この構造において、従来技術のように予め基板全面に結晶成長を行った選択酸化領域をエッチング除去し、エッチング部分に酸化レートの小さい（Ａｌ組成の小さい）ＡｌＧａＡｓ混晶の結晶成長を行おうとすると、下層がＡｌＧａＡｓ混晶である為に、正確なエッチング膜厚の制御が難しく、また、表面酸化のために再成長が難しいという問題がある。面発光型レーザでは、正確な膜厚の制御が要求されており、このエッチングばらつきを抑えることが発振波長等の素子特性のばらつきを小さくする為に重要である。また、再成長領域は電流通路となる為に、良好な電気特性，高い発光効率を得る為には、表面酸化及び結晶欠陥を低減する必要がある。
【００２９】
本発明の第１の実施形態では、選択酸化層のエッチング膜厚を正確に制御する為に、この下層にＡｌ組成の小さなＡｌx3Ｇａ1-x3Ａｓをエッチング停止層として設ける構成とした。これによって、上述した構造においても正確にエッチング量及びＤＢＲの膜厚を制御することができる。エッチャントに塩酸を用いた場合、Ａｌ組成０．４程度以下のＡｌＧａＡｓ混晶はエッチングレートが非常に遅く、ＡｌＡｓ等のＡｌ組成が大きなＡｌＧａＡｓの選択エッチングが可能である。従って、光学長の狂いが生じない。第１の実施形態の素子の発振波長等の素子特性のばらつきは非常に小さなものであった。また、選択酸化工程において、Ａｌ組成の違いにより横方向の酸化は再成長層に達したところで自己停止するので電流狭窄径のばらつきも非常に小さく、素子の発振閾値は揃っていた。
【００３０】
また、同時に、再成長工程において最表面がＡｌ組成の小さなＡｌＧａＡｓで覆われているので、自然酸化が起こりにくく、再成長層の結晶成長が容易であり、品質の低下等はなかった。また、表面酸化膜の影響による電気特性の異常等も見られなかった。特にＧａＡｓの薄膜を設けた場合に、大きなエッチングの選択性、表面酸化の低減が得られる。以上から、素子特性のばらつきが少なく、信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００３１】
第２の実施形態
本発明の第２の実施形態は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層（０＜ｘ１≦１）を設けた後、電流通路にあたる前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層よりもＡｌ組成の小さいＡｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ層（０≦ｘ２＜ｘ１≦１）による電流通路を設け、更に前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層の上層にＡｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ層（０≦ｘ３＜ｘ２＜１）を設けたことを特徴としている。
【００３２】
この第２の実施形態において、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ上に設けたＧａＡｓ層は、第１の実施形態と同様の理由により、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層の表面酸化を防止し、再成長容易層として機能する。
【００３３】
本発明の第２の実施形態では、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層の表面における自然酸化を防止し、この上に再成長を行う結晶の品質を向上させ、歩留り及び信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００３４】
換言すれば、第２の実施形態では、選択酸化層となるＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ混晶の上層に更にＡｌ組成の小さなＡｌx3Ｇａ1-x3Ａｓを設けたことで、第１の実施形態と同様な効果によって、再成長表面の酸化を低減することができる。これによって、電流通路以外の部分への良質な結晶成長が可能となり、２０ペア以上の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を結晶性の低下無く容易に結晶成長することができる。以上から、第１の実施形態と同様に信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００３５】
第３の実施形態
本発明の第３の実施形態は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層（０＜ｘ１≦１）を設けた後、電流通路にあたる前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層よりもＡｌ組成の小さいＡｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ層（０≦ｘ２＜ｘ１≦１）による電流通路を設け、更に前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層の下層にＧａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたことを特徴としている。
【００３６】
ここで、硫酸系エッチャント等を用いた場合に、ＧａＩｎＰ混晶は、ＡｌＧａＡｓ混晶に対して高いエッチング選択性をもち、エッチング停止層として機能する。よって、分布ブラッグ反射器の低屈折率層となる他のＡｌＧａＡｓ層上の電流狭窄層をエッチング除去する場合、Ｇａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層は電流狭窄層をエッチングする際のエッチング停止層として機能する。
【００３７】
また、ＡｌＧａＡｓ層やＡｌＧａＡｓ選択酸化層の界面では、酸化物に起因した非発光再結合準位が多く存在する。Ｇａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層は組成にＡｌを含んでおらず、表面酸化が生じにくい。従って、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ層の再成長が容易になる。また、禁則帯幅も十分に広いことから、Ｇａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層によって、電子―正孔密度の高い活性領域とＡｌ組成の大きいＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層が直接に接しない構成とすることで、界面における非発光再結合の抑制層としても機能する。
【００３８】
本発明の第３の実施形態では、電流通路領域にあたるＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層をエッチング除去する際に、選択酸化層とこれの下層となる分布ブラッグ反射器を構成するＡｌＧａＡｓ層とのエッチングの選択性を向上させ、分布ブラッグ反射器の膜厚を精密に制御し、エッチングの面内分布が少なく、信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。更に、エッチング除去部分に再成長される結晶の質を向上させて、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。また、Ａｌ混晶の界面における非発光再結合を低減し、発光効率を向上させることができる。
【００３９】
換言すれば、第３の実施形態では、予め選択酸化層となるＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ混晶を結晶成長した後、電流通路となる領域の前記のＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ混晶をエッチング除去し、これよりもＡｌ組成の小さいＡｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ混晶をエッチング領域に再成長し選択酸化層の酸化を行う面発光型レーザ素子において、選択酸化層となるＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ混晶の下層にＧａＩｎＰ層を設けることを特徴としている。
【００４０】
ＧａＩｎＰ混晶は、硫酸系エッチャントを用いた場合にＡｌＧａＡｓ混晶に対し高いエッチング選択性を有しており、選択酸化層の下層に設けることによって、エッチング量を精密に制御することが可能となる。従って、光学長の狂いが生じない。第３の実施形態の素子の発振波長等の素子特性のばらつきは非常に小さなものであった。また、選択酸化工程において、Ａｌ組成の違いにより横方向の酸化は再成長層に達したところで自己停止するので、電流狭窄径のばらつきも非常に小さく、素子の発振閾値は揃っていた。
【００４１】
また、ＧａＩｎＰ混晶はＡｌを含まないことから、表面酸化が起こりにくく、再成長層の結晶成長が容易であり、品質の低下等はなかった。また、表面酸化膜の影響による電気特性の異常等も見られなかった。更に、ＧａＩｎＰはＡｌを含まずに禁則帯幅が十分大きいので、活性領域とＡｌＧａＡｓ選択酸化層の間に設けることによってＡｌＧａＡｓ表面での非発光再結合が低減し、効果的に発光効率の向上が得られた。以上から、素子特性のばらつきが少なく、信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００４２】
第４の実施形態
本発明の第４の実施形態は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層（０＜ｘ１≦１）を設けた後、電流通路にあたる前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層よりもＡｌ組成の小さいＡｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ層（０≦ｘ２＜ｘ１≦１）による電流通路を設け、更に前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層の上層にＧａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたことを特徴としている。
【００４３】
ここで、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ上に設けたＧａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層は、第３の実施形態と同様の理由により、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層の表面酸化を防止し、再成長容易層として機能する。
【００４４】
また、第３の実施形態において、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層のエッチング除去部分はＧａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層であり、他の表面とＶ族元素が異なる。従って、再成長時の昇温過程，熱処理過程におけるＶ族雰囲気は、Ｐ，Ａｓ等の置換が生じないように適切に選ぶ必要がある。これに対して、更に第４の実施形態の構成とすると、再成長時の略全ての表面層がＧａy1Ｉｎ1-y1Ｐ混晶となり、再成長時の基板処理が容易になるとともに、結晶品質が向上する。
【００４５】
本発明の第４の実施形態では、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ選択酸化層表面の自然酸化を防止し、この上に再成長を行う結晶の品質を向上させ、歩留り及び信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。更に、再成長表面を燐系混晶とすることで、再成長を容易にすることかできる。以上から、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００４６】
換言すれば、第４の実施形態では、選択酸化層となるＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ混晶の上層に更にＧａＩｎＰ層を設けたことによって、第３の実施形態と同様な効果により、再成長表面の酸化を低減することができる。これによって、電流通路以外の部分への良質な結晶成長が可能となり、２０ペア以上の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を結晶性の低下無く容易に結晶成長することができる。また、特に第３の実施形態の構造と同時に用いると、エッチング側面を除く再成長表面がＶ族元素として燐を含む混晶のみとなるので、電流通路部へＡｌＧａＡｓ混晶を再成長させる際のウエハの昇温過程，酸化膜除去工程において、燐雰囲気中のみでの加熱処理を行うことができ、結晶成長が非常に容易になる。以上から、特性ばらつきが小さく、信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００４７】
第５の実施形態
本発明の第５の実施形態は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の下層および前記Ａｌ ｘ５ Ｇａ １−ｘ５ Ａｓ層の下層にＡｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ａｓ層（０≦ｘ６＜ｘ４＜１）を設けたことを特徴としている。
【００４８】
第１の実施形態と同様に、Ａｌ組成の小さな（０．４程度以下の）ＡｌＧａＡｓ層は、塩酸系のエッチャントに対し、高いエッチング選択性を持ち、Ａｌ組成の大きなＡｌＧａＡｓ層のエッチング停止層として機能する。
【００４９】
よって、分布ブラッグ反射器の低屈折率層のような他のＡｌＧａＡｓ層上に設けたＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層をエッチング除去する場合に、第５の実施形態の構成とすることにより、Ａｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ層はＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層をエッチングする際のエッチング停止層として機能する。
【００５０】
また、ＡｌＧａＡｓ混晶は、Ａｌ組成が大きい程表面が自然酸化し易く、また、表面酸化膜が形成された結晶表面への再成長は難しい。第５の実施形態の構成とし、Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層よりＡｌ組成の小さなＡｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ層を設けると、Ａｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ層は再成長容易層としても機能する。
【００５１】
本発明の第５の実施形態では、電流狭窄領域にあたるＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層をエッチング除去する工程において、Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層とこれの下側に位置する分布ブラッグ反射器を構成するＡｌＧａＡｓ層とのエッチングの選択性を向上させ、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。更に、エッチング除去部分に再成長される結晶の質を向上させて、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００５２】
換言すれば、第５の実施形態では、予め電流通路となるＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ混晶を結晶成長した後、電流通路以外の領域のＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ混晶をエッチング除去し、これよりもＡｌ組成の大きいＡｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ選択酸化層をエッチング領域に再成長した後に選択酸化を行う面発光型レーザ素子において、電流通路となるＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ混晶の下層に更にＡｌ組成の小さなＡｌx6Ｇａ1-x6Ａｓを設けることを特徴としている。
【００５３】
上記の構造に対しては、電流通路となるＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層としてＧａＡｓ層を用いた場合は、下層のＤＢＲの低屈折率層であるＡｌＧａＡｓ層に対して塩酸系エッチャントを用いて選択エッチングが可能となり、エッチング停止層を特別に用意する必要は無い。しかし、下層がＡｌＧａＡｓ層である為に、エッチング表面での自然酸化が生じ、再成長が困難になる場合がある。従って、エッチングの高い選択性を確保し、更に表面酸化の影響を低減する為には、電流通路は分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の低屈折率層と同程度のＡｌ組成とし、これの下層にＡｌ組成の小さなＡｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ層を設けた構造とすることが望ましい。これによって、前述と同じ効果により、精密な膜厚の制御と、結晶性良く再成長を行うことが可能となる。以上から、素子特性のばらつきが少なく、信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００５４】
第６の実施形態
本発明の第６の実施形態は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層の上層にＡｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ層（０≦ｘ６＜ｘ４＜１）を設けたことを特徴としている。
【００５５】
ここで、Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層上に設けたＧａＡｓ層は、第５の実施形態と同様の理由により、Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層の表面酸化を低減し、Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ層を再成長する際の成長容易層として機能する。
【００５６】
本発明の第６の実施形態では、電流通路となるＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層表面における自然酸化を防止し、Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ選択酸化層の再成長工程において結晶の品質を向上させ、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００５７】
換言すれば、第６の実施形態では、電流通路となるＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ混晶の上部にこれよりもＡｌ組成の小さいＡｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ混晶を設けた構造としている。前述の効果により、電流通路における表面酸化が低減し、結晶性良く上部ＤＢＲの再成長を行うことができる。以上から、素子特性のばらつきが少なく、信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００５８】
第７の実施形態
本発明の第７の実施形態は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の下層および前記Ａｌ ｘ５ Ｇａ １−ｘ５ Ａｓ層の下層にＧａｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたことを特徴としている。
【００５９】
第３の実施形態と同様に、硫酸系エッチャント等を用いた場合にＧａＩｎＰ混晶は、ＡｌＧａＡｓ混晶に対して高いエッチング選択性を持ち、エッチング停止層として機能する。従って、第７の実施形態の構成とすることで、ＧａＩｎＰ層は分布ブラッグ反射器の低屈折率層であるＡｌＧａＡｓ層や、高屈折率層であるＧａＡｓ層等のＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層を精度良くエッチングする際のエッチング停止層として機能する。
【００６０】
また、ＡｌＧａＡｓ層やＡｌＧａＡｓ選択酸化層の界面では、酸化物に起因した非発光再結合準位が多く存在する。ＧａＩｎＰ層は組成にＡｌを含んでおらず、表面酸化が生じにくい、従って、Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ層の再成長が容易になる。また、禁則帯幅も十分に広いことから、Ｇａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層によって、電子―正孔密度の高い活性領域とＡｌ組成の大きいＡｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ選択酸化層が直接に接しない構成とすることで、界面における非発光再結合の抑制層としても機能する。
【００６１】
本発明の第７の実施形態では、電流狭窄領域にあたるＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層をエッチング除去する工程において、Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層とこれの下側に位置する分布ブラッグ反射器を構成するＡｌＧａＡｓ層とのエッチングの選択性を向上させ、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。更に、エッチング除去部分に再成長される結晶の質を向上させて、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。また、Ａｌ混晶の界面における非発光再結合を低減し、発光効率を向上させることができる。
【００６２】
換言すれば、第７の実施形態では、予め電流通路となるＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ混晶を結晶成長した後、電流通路以外の領域のＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ混晶をエッチング除去し、これよりもＡｌ組成の大きいＡｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ選択酸化層をエッチング領域に再成長した後に選択酸化を行う面発光型レーザ素子において、電流通路となるＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ混晶の下層にＧａＩｎＰ層を設けることを特徴としている。
【００６３】
第７の実施形態では、電流通路となる混晶として、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓを用いた場合でも、ＧａＩｎＰ混晶は硫酸系エッチャントに対し高い選択性を有している。従って、いずれの混晶に対しても、精密なエッチング量の制御を行うことができる。また前述のようにＧａＩｎＰにより表面酸化が低減できるので、結晶性良く上層を再成長することができる。
【００６４】
また、第３の実施形態と同様の効果により、活性領域とＡｌＧａＡｓ選択酸化層の間に設けることによって、ＡｌＧａＡｓ表面での非発光再結合が低減し、効果的に発光効率の向上が得られる。以上から、素子特性のばらつきが少なく、信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００６５】
第８の実施形態
本発明の第８の実施形態は、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ層の上層にＧａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたことを特徴としている。
【００６６】
ここで、Ｇａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層は、第７の実施形態と同様の理由により、エッチング表面の酸化を防止し、Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ層の再成長容易層として機能する。また、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ上に設けたＧａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層は、第７の実施形態と同様の理由により、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層の表面酸化を防止し、再成長容易層として機能する。
【００６７】
また、第７の実施形態において、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層のエッチング除去部分はＧａy1Ｉｎ1-y1Ｐ層であり、他の表面とＶ族元素が異なる。従って、再成長時の昇温過程，熱処理過程におけるＶ族雰囲気は、Ｐ，Ａｓ等の置換が生じないように適切に選ぶ必要がある。第７の実施形態に対して、更に第８の実施形態の構成とすると、再成長時の略全ての表面層がＧａy1Ｉｎ1-y1Ｐ混晶となり、再成長時の基板処理が容易になるとともに、結晶品質も向上する。
【００６８】
このように、第８の実施形態では、電流通路となるＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ選択酸化層表面における自然酸化を防止し、Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ選択酸化層の再成長工程において結晶の品質を向上させ、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００６９】
更に、第７の実施形態において再成長表面を燐系混晶とすることで、再成長を容易にすることができ、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００７０】
換言すれば、第８の実施形態では、電流通路となるＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ混晶の上層に更にＧａＩｎＰ層を設けたことによって、第７の実施形態と同様な効果により、再成長表面の酸化を低減することができる。これによって、電流通路部への良質な結晶成長が可能となり、２０ペア以上の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を結晶性の低下無く容易に結晶成長することができる。また、特に第７の実施形態の構造と同時に用いると、エッチング側面を除く再成長表面がＶ族元素として燐を含む混晶のみとなるので、電流通路部へＡｌＧａＡｓ混晶を再成長させる際のウエハの昇温過程，酸化膜除去工程の処理雰囲気を、燐雰囲気のみとすることができ、結晶成長が非常に容易になる。以上から、特性ばらつきが小さく、信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００７１】
第９の実施形態
本発明の第９の実施形態は、第１乃至第８の実施形態のいずれかの面発光型レーザ素子において、電流通路の形状が矩形または楕円形のように異方性を有していることを特徴としている。
【００７２】
面発光型レーザ素子では、矩形または楕円形の電流狭窄構造を用いると、偏波方向を特定の方向に揃えることが可能になる。よって、第９の実施形態の構成とすると、第１乃至第８の実施形態の信頼性が高い面発光型レーザ素子の偏波方向を揃えることができる。
【００７３】
換言すれば、第９の実施形態では、エッチング及び再成長工程に用いるマスク形状を、長方形または楕円のような異方性形状としている。このようなマスク形状を用いることで、電流通路の周りに形成される酸化領域の形状がマスクのような異方性形状となる。酸化領域の屈折率は１．６程度と非常に小さくなるので、発振光を効果的に単一横モード化させるが、これと伴に回折損失を生じさせる原因となる。この際、酸化領域の形状に異方性があり特定の方向の回折損失が大きい場合、発振の偏波は回折損失の小さい方向に揃う。このようなマスク形状を用いて作製を行った素子は、長方形の長辺方向に偏波が揃い、また変調に対しても偏波スイッチングを生じること無く安定に発振する。従って、面発光型レーザ素子の偏波方向を容易に特定の方向に揃えることができる。
【００７４】
第１０の実施形態
本発明の第１０の実施形態は、第１乃至第９の実施形態のいずれかの面発光型レーザ素子において、活性層の材料が、III族元素として、Ｇａ，Ｉｎのいずれかから、または、全てから構成され、Ｖ族元素として、Ｎ，Ａｓ，Ｓｂのいずれかから、または、全てから構成されていることを特徴としている。
【００７５】
第１０の実施形態の材料を活性層に用いると、ＧａＡｓ基板上に光ファイバ通信で重要な波長帯である１．１μｍ帯から１．６μｍ帯の面発光型レーザ素子を得ることができる。また、ＧａＡｓを基板とした面発光型レーザ素子の場合には、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓによる高品質な分布ブラッグ反射器を用いることができる。これによって、閾値が低く、特性の優れた長波長帯面発光型レーザ素子が得られる。
【００７６】
換言すれば、第１０の実施形態では、活性層のIII族元素として、Ｇａ，Ｉｎのいずれかから、または、全てから選び、Ｖ族元素として、Ｎ，Ａｓ，Ｓｂのいずれかから、または、全てから選んでいる。これらの材料を用いることで、ＧａＡｓ基板上に石英ファイバ通信で重要な波長帯である１．１μｍから１．６μｍまでの発振波長を持つ面発光型レーザ素子が得られる。ＧａＡｓ基板上では、特性の優れたＡｌＧａＡｓ混晶による分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を用いることができる。更に、これらの材料の中でもＧａＩｎＡｓに数％以下の窒素を微量添加したＧａＩｎＮＡｓ材料は、ＧａＡｓバリア層に対し伝導帯バンド不連続量が大きく、従来のＩｎＰ基板上の同波長帯の素子と比べ良好な温度特性を有している。第１乃至第９の実施形態によれば、素子特性のばらつきが小さく、更に信頼性の高い光ファイバ通信に好適な面発光型レーザ素子を得ることができる。
【００７７】
第１１の実施形態
本発明の第１１の実施形態は、第１乃至第１０の実施形態のいずれかの面発光型レーザ素子によって面発光レーザアレイを構成したものである。
【００７８】
第１１の実施形態の面発光型レーザアレイは、酸化領域の面積，形状が揃っており、閾値電流のばらつきが少なく、また、第１乃至第１０の実施形態のいずれかの面発光型レーザ素子によって構成されていることにより、信頼性及び歩留りが高いレーザアレイとなる。
【００７９】
換言すれば、第１１の実施形態では、第１乃至第１０の実施形態のいずれかの面発光型レーザ素子によってモノリシックレーザアレイを構成している。本発明の面発光型レーザ素子は、酸化領域の自己停止により再現性良く電流狭窄領域を形成できることから、閾値電流等の素子特性のばらつきが小さく、また、エッチング停止層によりエッチング厚さを精密に制御た結果、光学長のずれ等による発振波長のばらつきが少ない。更に、再成長容易層によって結晶品質の低下を防止したことによって、面内において高い素子の均一性と歩留り及び信頼性を得ることができる。従って、これらを集積することで、均一な素子特性，高い歩留り，信頼性を有するレーザアレイを得ることができる。
【００８０】
第１２の実施形態
本発明の第１２の実施形態は、第１乃至第１０の実施形態のいずれかの面発光型レーザ素子、または、第１１の実施形態の面発光型レーザアレイによって、光インターコネクションシステムを構成したものである。
【００８１】
このような光インターコネクションシステムは、素子特性のばらつきが少なく、信頼性の高い光インターコネクションシステムとして動作する。
【００８２】
換言すれば、第１２の実施形態の光インターコネクションシステムでは、第１乃至第１０の実施形態のいずれかの面発光型レーザ素子、または、第１１の実施形態の面発光型レーザアレイを用いることで、素子間の発振閾値電流分布は殆ど無く、素子の駆動制御が非常に容易となる。また、従来に比べ発振閾値電流及び素子抵抗のばらつきが少ないことから、伝送信号のスキューが低減され高速伝送が可能となる。また、電流狭窄形状を長方形等の異方性形状とすることで、偏波が安定に揃って発振する。よって、偏波スイッチングによるノイズも非常に少なく、符号誤り率は非常に低くなる。また、エッチング量を精密に制御した結果、発振波長のばらつきも少なく、更に素子の信頼性も非常に高い。以上のように、高速並列伝送が可能で、信頼性の高いインターコネクションシステムを構成することができる。
【００８３】
第１３の実施形態
本発明の第１３の実施形態は、第１乃至第１０の実施形態のいずれかの面発光型レーザ素子、または、第１１の実施形態の面発光型レーザアレイによって、光通信システムを構成したものである。
【００８４】
このような光通信システムは、素子特性のばらつきが少なく、信頼性の高い光通信システムとして動作する。
【００８５】
換言すれば、第１３の実施形態の光通信システムでは、第１乃至第１０の実施形態のいずれかの面発光型レーザ素子、または、第１１の実施形態の面発光型レーザアレイを用いることで、第１２の実施形態の作用効果と同様に、発振閾値電流，発振波長のばらつきが殆ど無く、高速伝送に対しても符号誤り率の低い正確な伝送を行なうことができる。また、素子の信頼性も非常に高いので、信頼性の高い光通信システムを構築することができる。
【００８６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００８７】
実施例１
実施例１は、第１及び第２の実施形態の実施例である。図１は実施例１の面発光型レーザ素子を示す図である。図１の面発光型レーザ素子は、ＧａＡｓ多重量子井戸構造を活性層とした０．８５μｍ帯の面発光型レーザ素子である。図１の素子は、例えばＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）によって結晶成長が行われている。この際、III族原料には、トリメチルガリウム，トリメチルアルミニウム，トリメチルインジウムを用い、Ｖ族原料には、アルシンガスを用いている。
【００８８】
なお、図１において、符号１１はｎ−ＧａＡｓ基板、符号１２はｎ−ＧａＡｓバッファー層、符号１３はｎ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器、符号１４はＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓスペーサー層、符号１５はＧａＡｓ／Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ多重量子井戸活性層、符号１６はＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓスペーサー層、符号１７はＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層、符号１８はＧａＡｓエッチング停止層、符号１９はＡｌＡｓ層（ＡｌＡｓ選択酸化層）、符号２０はＧａＡｓ再成長容易層、符号２１はＧａＡｓ層、符号２２はＳｉＯ2絶縁膜、符号２３はｐ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器、符号２４は絶縁性樹脂、符号２５はｐ側電極、符号２６はｎ側電極、符号２９は電流通路となるＧａＡｓ層２１の領域である。
【００８９】
図２（ａ）乃至（ｃ）は図１の面発光型レーザ素子の作製工程例を示す図である。図２（ａ）乃至（ｃ）を参照すると、先ず、ｎ−ＧａＡｓ（１００）基板１１上にｎ−ＧａＡｓバッファー層１２、及びＡｌ0.8Ｇａ0.2ＡｓとＧａＡｓを１対とするｎ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）１３を３６対結晶成長した後、アンドープＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓスペーサー層１４、ＧａＡｓ／Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ多重量子井戸活性層１５、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓスペーサー層１６を結晶成長する。
【００９０】
ここで、ＤＢＲ１３を構成する各層の厚さは、媒質中の発振光の波長の１／４の厚さになるようにしている。また、共振器構造は、１波長共振器構造とし、活性層１５は光の定在波の腹に位置するように調整した。
【００９１】
次に、上部半導体多層膜反射鏡の一部となるＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層１７を、媒質中の発振光の波長の１／４の厚さに結晶成長し、ＧａＡｓエッチング停止層兼再成長容易層１８、及び、ＡｌＡｓ選択酸化層１９、及びＧａＡｓ再成長容易層２０を結晶成長する。ＧａＡｓエッチング停止層兼再成長容易層１８、及びＧａＡｓ再成長容易層２０の厚さは、それぞれ１０ｎｍであり、またＡｌＡｓ選択酸化層１９の厚さは３０ｎｍとしている。
【００９２】
ここで、ＡｌＡｓ選択酸化層１９は、酸化により屈折率が１．６程度まで低減するので、ＤＢＲ材料との屈折率差による発振光の散乱損失を小さく留める為に定在波の節となる位置に設けている。
【００９３】
次に、公知の化学気相堆積法（ＣＶＤ法）及び写真製版技術を用いて、面発光型レーザ素子の電流通路にあたる領域に５μｍ×５μｍの正方形開口を有するＳｉＯ2マスク２７を形成し、図２（ａ）のように、アンモニア水と過酸化水素水の混合液により、ＧａＡｓ層２０のエッチング除去を行っている。この際、アンモニア水と過酸化水素水の混合液はＡｌＡｓ層１９をエッチングしないので、ＡｌＡｓ層１９に対し、選択的にＧａＡｓ層２０の除去を行うことができる。次に、塩酸系エッチャントによってＡｌＡｓ層１９のエッチング除去を行っている。この場合も塩酸系エッチャントはＧａＡｓ層２０をエッチングしないので、ＧａＡｓ層２０に対し、選択的にエッチングを行うことができる。
【００９４】
次に、ＳｉＯ2マスク２７を選択成長マスクとして用いて、エッチングを行った開口部分に、基板表面が平坦になるようにＧａＡｓ層２１の埋め込み選択成長を行い、次に、ＳｉＯ2マスク２７の除去を行った後、再びＧａＡｓ層２１の結晶成長を行って、図２（ｂ）に示すように１対のｐ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を形成している。ここで、電流通路となる領域のＧａＡｓ層２１の厚さは、エッチング停止層１８と合わせて媒質中における発振光の波長の１／４の厚さとなるように調整している。
【００９５】
次に、残るＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓを対とした２５対のｐ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２３の結晶成長を行い、上部半導体多層膜反射鏡を形成する。この際、最表面層のＧａＡｓ層の一部に高ドープ領域を設け、ＧａＡｓコンタクト層とした。次に、ＡｌＧａＡｓ層のエッチング除去領域にアラインして、３０μｍ×３０μｍの方形レジストパターンを形成し、ＧａＡｓコンタクト層から共振器スペーサー層までの各層をドライエッチング技術によりエッチング除去した。
【００９６】
次に、レジストの除去を行った後、８０℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした水蒸気を含む雰囲気中において試料を４５０℃に加熱し、ドライエッチング側面から円柱の中央部に向かって、横方向にＡｌＡｓ層１９の酸化を行った。酸化は、ＧａＡｓ層２１との界面に達すると自己停止し、ＧａＡｓ層２１からなる電流通路と、その周囲にＡｌの酸化物からなる電流狭窄構造を形成する。
【００９７】
次に、ポリイミド等の絶縁性樹脂２４をスピンコートし、円柱部の埋め込みを行った後、円柱上の絶縁性樹脂２４、及びＳｉＯ2絶縁膜２２の除去を行った。次に、ＡｌＡｓ層１９のエッチング除去部にアラインして、円柱上に１０μｍ×１０μｍのレジストパターンを形成し、ｐ側電極材料２５の蒸着を行い、アセトン等の溶剤中でレジストを溶解し、光出射部の電極材料のリフトオフを行った後、アニールによってオーミック導通をとった。次に、裏面研磨の後、研磨面にｎ側電極材料２６を蒸着し、同様にアニールによってオーミック導通をとり、図１の面発光型レーザ素子とした（図２（ｃ））。
【００９８】
図１の素子では、電流通路領域のＡｌＡｓ層１９がエッチング除去され、ＧａＡｓ層２１が再成長によって設けられているので、酸化工程においてＡｌ含有率による酸化速度の違いから、ＡｌＡｓ層１９とＧａＡｓ層２１との境界において、酸化の進行が自己停止し、非常に再現性良く酸化形状を制御することができる。また、エッチングによりＡｌＡｓ層１９を除去する際に、下層にＧａＡｓによるエッチング停止層１８が設けられているので、エッチング深さを精密に制御することができる。従って、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２３の膜厚を高い精度，再現性をもって制御できるので、光学長の狂い等は生じない。従って、発振波長等の素子特性のばらつきが小さい。また、再成長工程において最表面がＧａＡｓ層で覆われているので、自然酸化が起こりにくく、再成長層の結晶品質の低下等はなかった。また、表面酸化膜の影響による電気特性の異常等も見られなかった。
【００９９】
なお、図２（ａ）乃至（ｃ）は実施例１の作製工程の一例を示したものであり、他の作製工程例も可能である。例えば、図３（ａ）乃至（ｃ）は他の作製工程を示す図である。図３（ａ）乃至（ｃ）の作製工程例では、図２（ａ）乃至（ｃ）のＳｉＯ2マスク２７のかわりに、レジストマスク２８を用いてエッチングを行い、レジスト除去を行った後、素子全面にＧａＡｓ層２１を結晶成長する（図３（ａ），（ｂ））。
【０１００】
この際、同様に電流通路となる領域のＧａＡｓ層２１の厚さを媒質中における発振光の波長の１／４の厚さに選んでおくことで、位相条件が満たされる。表面には僅かに凹凸が生じるが、主に発振に寄与するのは電流注入領域であるので、他の部分の影響は少ない。また、この方法では、結晶成長の回数が２回で済むという利点がある。
【０１０１】
また、図３（ａ），（ｂ）のようにレジストマスク２８を用いる場合も、同様な加工により図３（ｃ）に示すような面発光型レーザ素子とすることができる。図３（ｃ）の素子の発振閾値電流は、いずれもサブミリアンペアであった。
【０１０２】
なお、上述の各例では、エッチング停止層１８にＧａＡｓを用いたが、エッチャントに塩酸を用いる場合、Ａｌ組成が０．４程度以下のＡｌＧａＡｓ混晶はエッチングが難しく、ＡｌＡｓに対して選択エッチングが可能である。従って、エッチング停止層１８として、このようなＡｌＧａＡｓ混晶を用いることもできる。また、上述の各例では、選択酸化層１９としてＡｌＡｓ層を用いたが、Ａｌ組成の大きい（０．９以上の）ＡｌＧａＡｓ層を用いることもできる。また、電流通路に再成長を行う材料として、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２３の高屈折率層となるＧａＡｓ層を用いたが、低屈折率層として、例えばＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層等の成長を行っても良い。通常、ＡｌＧａＡｓ混晶は、Ａｌ組成が０．９以下になると酸化が難しくなる。従って、酸化を自己停止させるにはＡｌ組成が０．９以下のＡｌＧａＡｓ混晶を電流通路に再成長すれば良い。分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の低屈折率層として成長するか、高屈折率層として成長するかは、Ａｌ組成の大きさ、及び下層のエッチング停止層のＡｌ組成によって判断すればよい。低屈折率として成長する場合には、下層のＡｌＧａＡｓ層と合わせた膜厚が、媒質中の光の波長の１／４の奇数倍となるように、また、高屈折率層として成長する場合には、媒質中の光の波長の１／４の奇数倍の厚さになるように調整すると、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の位相条件が満たされる。
【０１０３】
実施例２
実施例２は、第３及び第４の実施形態の実施例である。図４は実施例２の面発光型レーザ素子を示す図である。図４の面発光型レーザ素子は、ＧａＩｎＮＡｓ多重量子井戸構造を活性層とした１．３μｍ帯の面発光型レーザ素子である。図４の素子は、例えばＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）によって結晶成長が行われている。この際、III族原料には、トリメチルガリウム，トリメチルアルミニウム，トリメチルインジウムを用い、Ｖ族原料には、アルシンガスを用いている。また、窒素材料として、ジメチルヒドラジンを用いている。
【０１０４】
なお、図４において、符号３１はｎ−ＧａＡｓ基板、符号３２はｎ−ＧａＡｓバッファー層、符号３３はｎ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器、符号３４はＧａＡｓスペーサー層、符号３５はＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層、符号３６はＧａＡｓスペーサー層、符号３７はＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層、符号３８はＧａＩｎＰエッチング停止層、符号３９はＡｌＡｓ層（ＡｌＡｓ選択酸化層）、符号４０はＧａＩｎＰ再成長容易層、符号４１はＧａＡｓ層、符号４２はＳｉＯ2絶縁膜、符号４３はｐ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器、符号４４は絶縁性樹脂、符号４５はｐ側電極、符号４６はｎ側電極、符号４９は電流通路となるＧａＡｓ層４１の領域である。
【０１０５】
図４の面発光型レーザ素子は、実施例１と同様の手法，手順で（例えば、図２（ａ）乃至（ｃ）と同様の工程で）作製することができる。図５は図４の面発光型レーザ素子の作製工程例を説明するための図である。図５を参照すると、図４の面発光型レーザ素子を作製するには、先ず、ｎ−ＧａＡｓ（１００）基板３１上にｎ−ＧａＡｓバッファー層３２の結晶成長を行い、Ａｌ0.8Ｇａ0.2ＡｓとＧａＡｓを１対とするｎ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）３３を３６対結晶成長した後に、アンドープＧａＡｓスペーサー層３４、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層３５、ＧａＡｓスペーサー層３６を結晶成長する。
【０１０６】
ここで、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）３３を構成する各層の厚さは、媒質中の発振光の波長の１／４の厚さになるようにしている。また、共振器構造は１波長共振器構造とし、活性層３５は光の定在波の腹に位置するように調整した。
【０１０７】
次いで、上部半導体多層膜反射鏡の一部となるＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層３７を結晶成長し、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング停止層兼再成長容易層３８、及び、ＡｌＡｓ層３９、及びＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ再成長容易層４０を結晶成長した。ここで、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング停止層３８、及び上部ＧａＩｎＰ再成長容易層４０の厚さは、それぞれ１０ｎｍとし、また、ＡｌＡｓ選択酸化層３９の厚さは３０ｎｍとした。この際、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐの屈折率はＧａＡｓに比べて小さいので、ＤＢＲを構成する低屈折率層であるＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層３７の厚さとＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング停止層３８の厚さとを合わせて、媒質中における発振光の波長の１／４の厚さの奇数倍となるようにした。また、ＡｌＡｓ選択酸化層３９は、実施例１と同様に発振光の散乱損失を小さく留める為に定在波の節となる位置に設けている。
【０１０８】
次に、公知の写真製版技術を用いて、面発光型レーザ素子の電流通路にあたる領域に５μｍ×５μｍの方形開口を有するレジストマスクを形成し、塩酸系エッチャントを用いて、上部Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層４０、及びＡｌＡｓ層３９の途中までをエッチング除去した。次に、硫酸系エッチャントを用いてＡｌＡｓ層３９のエッチング除去を行った。この際、硫酸系エッチャントはＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層をエッチングしないので、選択的にエッチングを行うことができる。
【０１０９】
次に、ＳｉＯ2マスク４７を選択成長マスクとして用いて、ＧａＡｓ層４１の結晶成長を行い、１対のｐ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）４３を形成した。この際、再成長によるＧａＡｓの厚さは、１／４ｎの厚さとした。
【０１１０】
次に、残るＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓを対とした２５対のｐ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）４３の結晶成長を行い、上部半導体多層膜反射鏡を形成した。この際、最表面層のＧａＡｓ層の一部に高ドープ領域を設け、ＧａＡｓコンタクト層とした。
【０１１１】
次に、ＡｌＧａＡｓ層のエッチング除去領域にアラインして、３０μｍ×３０μｍの方形レジストパターンを形成し、ＧａＡｓコンタクト層からｎ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の途中までの各層をドライエッチング技術によりエッチング除去した。
【０１１２】
次に、レジストの除去を行った後、８０℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした水蒸気を含む雰囲気中において試料を４５０℃に加熱し、ドライエッチング側面から円柱の中央部に向かって、横方向にＡｌＡｓ層３９の酸化を行った。酸化はＧａＡｓ層４１との界面に達すると、自己停止し、ＧａＡｓ層４１からなる電流通路と、その周囲にＡｌの酸化物からなる電流狭窄構造を形成する。
【０１１３】
次に、ポリイミド等の絶縁性樹脂４４をスピンコートし、円柱部の埋め込みを行った後、円柱上の絶縁性樹脂４４の除去を行った。次に、ＡｌＡｓ層３９のエッチング除去部にアラインして、円柱上に１０μｍ×１０μｍのレジストパターンを形成し、ｐ側電極材料４５の蒸着を行い、アセトン等の溶剤中でレジストを溶解し、光出射部の電極材料のリフトオフを行い、アニールによってオーミック導通をとった。
【０１１４】
次に、裏面研磨の後、研磨面にｎ側電極材料４６を蒸着し、同様にアニールによってオーミック導通をとり、図４の面発光型レーザ素子とした。
【０１１５】
図４の素子では、電流通路領域のＡｌＡｓ層３９がエッチング除去され、ＧａＡｓ層４１が再成長によって設けられているので、酸化工程においてＡｌ含有率による酸化速度の違いから、ＡｌＡｓ層３９とＧａＡｓ層４１との境界において、酸化の進行が自己停止し、再現性良く酸化形状を制御することができる。また、エッチングによりＡｌＡｓ層３９を除去する際に、下層にＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐによるエッチング停止層３８を設けているので、エッチング深さを精密に制御することができる。従って、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の膜厚を高い精度，再現性をもって制御できるので、光学長の狂い等が生じない。従って、発振波長等の素子特性のばらつきが小さかった。また、再成長工程において最表面がＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐで覆われているので、自然酸化が起こりにくく、再成長層の結晶品質の低下等はなかった。また、表面酸化膜の影響による電気特性の異常等も見られなかった。また、選択酸化構造を用いた面発光型レーザ素子では、活性層３５の上部にＡｌＡｓ層３９が位置しており、これによって活性領域に高密度にキャリアが閉じ込められる。ＡｌＡｓ層表面ではキャリアの非発光再結合が顕著であるので、従来発光効率の低下等が問題となっていたが、この実施例２では、Ａｌを含まず、ＡｌＡｓとバンドギャップが同程度のＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング停止層３８が選択酸化層３９と活性層３５との間に設けられているので、非発光再結合が抑制され、特に発光効率の向上が認められた。以上のように、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【０１１６】
また、図４の面発光型レーザ素子では、第１０の実施形態の実施例として、活性層３５にＧａＩｎＮＡｓ混晶を用いている。これによって、ＧａＡｓ基板３１上に１．３ｍ帯の発振を得ることができた。ＧａＡｓ基板３１を用いると、半導体多層膜反射鏡である分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の材料にＡｌ（Ｇａ）Ａｓ，ＧａＡｓを用いることができるので、反射特性，熱伝導に優れた分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を得ることができる。従来、同波長帯では特性の良い面発光型レーザ素子を得ることが困難であった。しかし、この実施例２では、特性に優れ、及び素子間の特性ばらつきが少なく信頼性の高い光通信用途の好適な面発光型レーザ素子を得ることができる。
【０１１７】
また、この実施例２の面発光型レーザ素子の作製工程例として、図５を用いて説明した上述のような作製手順の他にも、実施例１の図３（ａ）乃至（ｃ）のように、レジストマスクを用いてエッチングを行った後、素子全面に再成長層の結晶成長を行っても良い。この方法では、基板に僅かに凹凸が生じるが、主に発振に寄与する領域は電流注入領域であるので、この領域が平坦であれば他の領域の発振への影響は少ない。また、この方法では、結晶成長回数が２回で済むという利点がある。
【０１１８】
また、この実施例２では、エッチング停止層３８，再成長容易層４０として、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層のみを用いた例を示したが、例えば、エッチング停止層３８にＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層を用い、再成長容易層４０にＧａＡｓ層を用いるなどのように、実施例１のＧａＡｓ層と組み合わせて用いることもできる。
【０１１９】
また、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層は、屈折率が小さく、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の低屈折率層としても用いることができるので、図５に示したようなＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓの結晶成長を行うかわりに、図６に示すように、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の低屈折率層としてＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層３８の結晶成長を行うこともできる。
【０１２０】
また、選択酸化層３９として、ＡｌＡｓ層を用いたが、ＡｌＡｓ層のかわりに、Ａｌ組成の大きい（０．９以上の）ＡｌＧａＡｓ層を用いることもできる。また、電流通路に再成長を行う材料として、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の高屈折率層となるＧａＡｓ層を用いたが、低屈折率層として、例えばＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層等の成長を行っても良い。通常、ＡｌＧａＡｓ混晶は、Ａｌ組成が０．９以下になると酸化が難しくなる。従って、酸化を自己停止させるにはＡｌ組成が０．９以下のＡｌＧａＡｓ混晶を電流通路に再成長すれば良い。分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の低屈折率層として成長するか、高屈折率層として成長するかは、Ａｌ組成の大きさ、及び下層のエッチング停止層のＡｌ組成によって判断すればよい。低屈折率として成長する場合には、下層の低屈折率層（ＡｌＧａＡｓ層、又はＧａＩｎＰ層）と合わせて、媒質中の光の波長の１／４の奇数倍となるように、また、高屈折率層として成長する場合には、媒質中の光の波長の１／４の奇数倍の厚さになるように調整すると、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の位相条件が満たされる。
【０１２１】
また、上述の例では、ＧａＩｎＮＡｓを活性層３５とした１．３μｍ帯の面発光型レーザについて説明を行ったが、波長はこれ以外であっても良い。また、活性層３５の材料が、ＧａＩｎＮＡｓ以外の面発光型レーザについても同様の効果を得ることができる。
【０１２２】
実施例３
実施例３は、第５及び第６の実施形態の実施例である。図７は実施例３の面発光型レーザ素子を示す図である。図７の面発光型レーザ素子は、ＩｎＧａＡｓ多重量子井戸構造を活性層とした０．９８μｍ帯の面発光型レーザ素子である。
【０１２３】
なお、図７において、符号５１はｎ−ＧａＡｓ基板、符号５２はｎ−ＧａＡｓバッファー層、符号５３はｎ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器、符号５４はＧａＡｓスペーサー層、符号５５はＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸活性層、符号５６はＧａＡｓスペーサー層、符号５７はＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層、符号５８はＧａＡｓエッチング停止層、符号５９はＡｌＡｓ層（ＡｌＡｓ選択酸化層）、符号６０はＧａＡｓ再成長容易層、符号６１はＧａＡｓ層、符号６２はＳｉＯ2絶縁膜、符号６３はｐ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器、符号６４は絶縁性樹脂、符号６５はｐ側電極、符号６６はｎ側電極、符号６９はＡｌＧａＡｓ電流通路である。
【０１２４】
図７の素子は、実施例１及び実施例２と同様の方法，手順によって作製することができる。ただし、実施例１及び実施例２の面発光型レーザ素子は、電流通路となる領域のＡｌＧａＡｓ層をエッチング除去した後、ＧａＡｓ層等の再成長を行っているのに対し、実施例３の面発光型レーザ素子では、電流通路となる領域のＡｌＧａＡｓ層を残して他の部分のエッチング除去を行い、選択酸化層を再成長によって形成している。
【０１２５】
図８（ａ），（ｂ）は図７（実施例３）の素子の作製工程例を示す図である。図８（ａ），（ｂ）を参照すると、図７の素子は、実施例１及び実施例２と同様に、図８（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ（００１）基板５１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファー層５２、及びＡｌ0.8Ｇａ0.2ＡｓとＧａＡｓを１対とするｎ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）５３を３６対結晶成長し、アンドープＧａＡｓスペーサー層５４、ＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸活性層５５、ＧａＡｓスペーサー層５６を結晶成長する。
【０１２６】
ここで、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）５３を構成する各層の厚さは、媒質中の発振光の波長の１／４の厚さになるようにしている。また、共振器構造は１波長共振器構造とし、活性層５５は光の定在波の腹に位置するように調整した。
【０１２７】
次に、上部半導体多層膜反射鏡の低屈折率層であるＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層５７の途中までの結晶成長を行い、次に、ＧａＡｓエッチング停止層兼再成長容易層５８、及び、残りのＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層６９、及びＧａＡｓ再成長容易層６０を結晶成長する。ここで、ＧａＡｓエッチング停止層兼再成長容易層５８、及び上部の再成長容易層６０の厚さを、それぞれ１０ｎｍとした。また、ＧａＡｓエッチング停止層５８と２層のＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層５７，６９の厚さの和が、媒質中の発振光の１／４波長の厚さの奇数倍になるように膜厚を調整している。
【０１２８】
この実施例３においても、ＡｌＡｓ選択酸化層５９は、発振光の散乱損失を小さく留める為に、同ように定在波の節となる位置に設けている。従って、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）６３の最初のペアの低屈折率層と高屈折率層との間に選択酸化層５９を設けるのが適当である。
【０１２９】
次に、図８（ａ）に示すように、公知の写真製版技術を用いて、面発光型レーザ素子の電流通路にあたる領域に５μｍ×５μｍの正方形のＳｉＯ2マスク６７を形成し、アンモニア水と過酸化水素水の混合液により、電流通路以外のＧａＡｓ再成長容易層６０を、下層のＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層６９に対し選択的にエッチング除去した。次に、塩酸系エッチャントによって下層のＧａＡｓエッチング停止層５８に対し選択的にＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層６９のエッチング除去を行った。
【０１３０】
次に、ＳｉＯ2マスク６７を選択成長マスクとし、図８（ｂ）に示すように、ＡｌＡｓ層５９（厚さ３０ｎｍ）、及びＧａＡｓ再成長容易層６０の結晶成長を行った後、ＳｉＯ2マスク６７を除去し、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の高屈折率層であるＧａＡｓ層６１の結晶成長を行って、１対のｐ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）６３を形成した。
【０１３１】
この際、再成長によるＧａＡｓの厚さは、再成長容易層６０と合わせて媒質中の発振光の波長の１／４の奇数倍の厚さとなるようにした。
【０１３２】
次に、残るＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓを対とした２５対のｐ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）６３の結晶成長を行い、上部半導体多層膜反射鏡を形成した。ここで、最表面層のＧａＡｓ層の一部に高ドープ領域を設け、ＧａＡｓコンタクト層とした。次に、実施例１，実施例２と同様の手法，手順によって、図７の面発光型レーザ素子とした。図７の素子の発振閾値電流は、サブミリアンペアであった。
【０１３３】
なお、上述の作製工程例では、選択成長マスクを用いた再成長による作製方法を示したが、この他にも、実施例１の図３（ａ）乃至（ｃ）のように、レジストマスクを用いてエッチングを行った後、レジストマスクを除去し、素子全面に再成長を行っても良い。この方法では、基板に僅かに凹凸が生じるが、主に発振に寄与する領域は電流注入領域であるので、この領域が平坦であれば他の領域の発振への影響は少ない。また、この方法では、結晶成長回数が２回で済むという利点がある。
【０１３４】
図７の素子は、電流通路領域６９以外のＡｌＧａＡｓ層がエッチング除去され、ＡｌＡｓ選択酸化層５９が再成長によって設けられているので、酸化工程においてＡｌ含有率による酸化速度の違いから、ＡｌＡｓ層５９とＡｌＧａＡｓ層６９との境界において、酸化の進行が自己停止し、非常に再現性良く酸化形状を制御することができる。また、エッチングによりＡｌＧａＡｓ層を除去する際に、下層にＧａＡｓによるエッチング停止層５８を設けているので、エッチング深さを精密に制御することができる。従って、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の膜厚を高い精度，再現性をもって制御できるので、光学長の狂い等が生じない。従って、発振波長等の素子特性のばらつきは小さかった。また、再成長工程において最表面がＧａＡｓで覆われているので、自然酸化が起こりにくく、再成長層の結晶品質の低下等はなかった。また、表面酸化膜の影響による電気特性の異常等も見られなかった。
【０１３５】
また、この実施例３では、選択酸化層としてＡｌＡｓ層５９の再成長を行っているが、この他にもＡｌ組成の高い（０．９程度以上の）ＡｌＧａＡｓ混晶の再成長を行っても良い。
【０１３６】
また、この実施例３の構造の膜構成以外にも、ＧａＡｓスペーサー層５６上に分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の低屈折率層となるＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層５７の結晶成長を行った後、電流通路となる半導体層としてＧａＡｓ層の結晶成長を行う構造についても考えられる。この方法では、エッチング停止層を用いずにＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層に対してＧａＡｓ層のエッチングを行うことができるが、エッチング後の再成長表面がＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層となるので、表面酸化により再成長が難しくなってしまう。従って、この実施例４のように、Ａｌ組成の十分小さなエッチング停止層５８を設け、これよりＡｌ組成の大きなＡｌＧａＡｓ混晶層６９を電流通路を形成する半導体層として結晶成長する方が、結晶品質の高い素子を得ることができる。
【０１３７】
実施例４
実施例４は、第７及び第８の実施形態の実施例である。図９は実施例４の面発光型レーザ素子を示す図である。図９の面発光型レーザ素子は、ＧａＩｎＮＡｓ多重量子井戸構造を活性層とした１．３μｍ帯の面発光型レーザ素子である。
【０１３８】
なお、図９において、符号７１はｎ−ＧａＡｓ基板、符号７２はｎ−ＧａＡｓバッファー層、符号７３はｎ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器、符号７４はＧａＡｓスペーサー層、符号７５はＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層、符号７６はＧａＡｓスペーサー層、符号７７はＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層、符号７８はＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング停止層、符号７９はＡｌＡｓ層（ＡｌＡｓ選択酸化層）、符号８０はＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ再成長容易層、符号８１はＧａＡｓ層、符号８２はＳｉＯ2絶縁膜、符号８３はｐ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器、符号８４は絶縁性樹脂、符号８５はｐ側電極、符号８６はｎ側電極、符号８９はＡｌＧａＡｓ電流通路である。
【０１３９】
図９の素子は、実施例１乃至実施例３と同様の方法，手順によって作製することができる。また、図９の素子は、実施例３の素子と同様に、電流通路となる領域のＡｌＧａＡｓ層を残して他の部分のエッチング除去を行い、選択酸化層を再成長によって形成したものとなっている。
【０１４０】
図１０は図９の素子の作製工程例を説明するための図である。図１０を参照すると、図９の素子は、実施例１乃至実施例３と同様に、ｎ−ＧａＡｓ（００１）基板７１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファー層７２、及びＡｌ0.8Ｇａ0.2ＡｓとＧａＡｓを１対とするｎ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）７３を３６対結晶成長し、アンドープＧａＡｓスペーサー層７４、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層７５、ＧａＡｓスペーサー層７６を結晶成長する。
【０１４１】
ここで、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を構成する各層の厚さは、媒質中の発振光の波長の１／４の厚さになるようにしている。また、共振器構造は１波長共振器構造とし、活性層７５は光の定在波の腹に位置するように調整した。
【０１４２】
次に、上部半導体多層膜反射鏡の低屈折率層であるＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層７７の途中までの結晶成長を行い、次に、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング停止層兼再成長容易層７８、及び、残りのＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層８９、及びＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ再成長容易層８０を結晶成長する。
【０１４３】
ここで、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング停止層兼再成長容易層７８の厚さはそれぞれ１０ｎｍとした。また、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング停止層７８と２つのＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層７７，８９の厚さの和が、媒質中の発振光の波長の１／４の厚さの奇数倍になるように膜厚を調整している。
【０１４４】
この実施例４においても、選択酸化層７９は、発振光の散乱損失を小さく留める為に、定在波の節となる位置に設けている。従って、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）８３の最初のペアの低屈折率層と高屈折率層との間に選択酸化層７９を設けるのが適当である。
【０１４５】
次に、図１０に示すように、公知の写真製版技術を用いて、面発光型レーザ素子の電流通路にあたる領域に５μｍ×５μｍの正方形のＳｉＯ2マスク８７を形成し、塩酸により、電流通路以外のＧａＩｎＰ層再成長容易層８０と下層のＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層８９の途中までをエッチング除去した。次に、硫酸系エッチャントによって下層のＧａＩｎＰエッチング停止層７８に対し選択的にＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層８９のエッチング除去を行った。
【０１４６】
次に、ＳｉＯ2マスク８７を選択成長マスクとし、ＡｌＡｓ層７９（厚さ３０ｎｍ）、及びＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ再成長容易層８０の結晶成長を行った。次に、ＳｉＯ2マスク８７を除去し、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の高屈折率層であるＧａＡｓ層８１の結晶成長を行って、１対のｐ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）８３を形成した。
【０１４７】
この際、再成長によるＧａＡｓの厚さは、媒質中における発振光の波長の１／４の厚さの奇数倍となるようにした。次に、残るＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓを対とした２５対のｐ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）８３の結晶成長を行い、上部半導体多層膜反射鏡を形成した。そして、最表面層のＧａＡｓ層の一部に高ドープ領域を設け、ＧａＡｓコンタクト層とした。
【０１４８】
次に、実施例１，実施例２と同様の手法，手順によって、図９の面発光型レーザ素子とした。図９の素子の発振閾値電流は、サブミリアンペアであった。
【０１４９】
図９の素子は、電流通路領域８９以外のＡｌＧａＡｓ層がエッチング除去され、ＡｌＡｓ選択酸化層７９が再成長によって設けられているので、酸化工程においてＡｌ含有率による酸化速度の違いから、ＡｌＡｓ層とＧａＡｓ層との境界において、酸化の進行が自己停止し、非常に再現性良く酸化形状を制御することができる。また、エッチングによりＡｌＧａＡｓ層８９を除去する際に、下層にＧａＩｎＰによるエッチング停止層７８を設けているので、エッチング深さを精密に制御することができる。従って、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）８３の膜厚を高い精度，再現性をもって制御できるので、光学長の狂い等が生じない。従って、発振波長等の素子特性のばらつきは小さかった。また、再成長工程において最表面がＧａＡｓで覆われているので、自然酸化が起こりにくく、再成長層の結晶品質の低下等はなかった。また、表面酸化膜の影響による電気特性の異常等も見られなかった。また、選択酸化構造を用いた面発光型レーザ素子では、活性層７５の上部にＡｌＡｓ層７９が位置しており、これによって活性領域に高密度にキャリアが閉じ込められる。ＡｌＡｓ層表面ではキャリアの非発光再結合が顕著であるので、従来発光効率の低下等が問題となっていたが、この実施例４では、Ａｌを含まず、ＡｌＡｓとバンドギャップが同程度のＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング停止層７８が選択酸化層７９と活性層７５との間に設けられているので、非発光再結合が抑制され、特に発光効率の向上が認められた。
【０１５０】
なお、上述した作製工程例の他にも、実施例１の図３（ａ）乃至（ｃ）のように、レジストマスクを用いてエッチングを行った後、素子全面に再成長層の結晶成長を行っても良い。この方法では、基板に僅かに凹凸が生じるが、主に発振に寄与する領域は電流注入領域であるので、この領域が平坦であれば他の領域の発振への影響は少ない。また、この方法では、結晶成長回数が２回で済むという利点がある。
【０１５１】
また、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐは、ＧａＡｓに比べて十分屈折率が小さく、ＤＢＲの低屈折率層として用いることができる。従って、図１１のように、ＧａＩｎＰ層８８を分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）８３の低屈折率層の一部として用いることもできる。この場合は、ＧａＩｎＰ層８０，８８とＡｌＧａＡｓ層８９の厚さの和が、媒質中における発振光の波長の１／４の厚さの奇数倍となるように調整を行う。
【０１５２】
以上の各実施例においては、結晶成長法として、ＭＯＣＶＤ法を用いるとしたが、この他にも分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）を用いることもできる。また、Ｐ−分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの界面には抵抗を低減するためのヘテロスパイク緩衝層が用いられていても良い。ヘテロスパイク緩衝層としては、例えば、低屈折率層のＡｌＧａＡｓと高屈折率層のＧａＡｓとの中間の組成を持つ単一の組成の層や、一方の層のＡｌ組成から他の層のＡｌ組成へ次第に組成を変化させた複数の層、連続に組成を変化させた層等が挙げられる。また、本発明の素子で、エッチング除去または再成長される選択酸化領域、電流通路となる半導体層の界面にヘテロスパイク緩衝層が用いられていても良い。
【０１５３】
実施例５
実施例５は、第９の実施形態の実施例である。実施例１乃至実施例４では、電流通路又は電流通路以外のエッチングには、図１２に示すような正方形形状のマスクを用いたが、この実施例５では、図１３に示す長方形マスクを用いる。
【０１５４】
実施例５の面発光型レーザ素子は、図１３の長方形マスクを用いて作製することによって、電流通路の形状が長方形になり、この電流通路の周囲に酸化領域が形成される。酸化領域の屈折率は１．６程度と非常に小さくなるので、発振光を効果的に単一横モード化させるが、これとともに回折損失を生じさせる原因となる。この際、酸化領域の形状に異方性があり特定の方向の回折損失が大きい場合、発振の偏波は回折損失の小さい方向に揃う。このようなマスク形状を用いて作製した素子は、長方形の長辺方向に偏波が揃い、また変調に対しても偏波スイッチングを生じることなく安定に発振した。
【０１５５】
実施例６
実施例６は、第１１の実施形態の実施例である。図１４は、実施例６の面発光レーザアレイ、すなわち、第１乃至第１０の実施形態のいずれかの面発光型レーザ素子を２次元に４×４個集積したモノリシックレーザアレイ（面発光レーザアレイ）の上面図である。図１４の例では、個々の素子を独立に駆動するために、個別にｐ側電極配線が設けられている。
【０１５６】
図１４のレーザアレイは、実施例１乃至実施例５と同様の手順，方法で作製することができる。
【０１５７】
ここで、図１４のレーザアレイを構成する個々の素子の電流通路の形状，面積は、実施例１乃至実施例５に記載したように高精度に再現性良く作製されており、従来のように酸化幅の違いによりアレイ内で閾値電流がばらついたり、横モードが不安定になったりすることが無かった。また、エッチング停止層によりエッチング量を精密に制御した結果、光学長の違いによる発振波長のばらつきは無く、また非常に高い歩留りが得られた。また、再成長表面を酸化しにくい半導体層で覆っていることで、再成長層の結晶性の低下が防止され、素子の信頼性も高かった。図１４の面発光レーザアレイでは、電流通路の形状を矩形等のように適切に選んだ場合には、特定の方向に偏波が揃って発振した。
【０１５８】
実施例７
実施例７は第１２の実施形態の実施例である。図１５は実施例７の機器間並列光インターコネクションシステムの概念図である。図１５の光インターコネクションシステムは、機器１と機器２との間を光ファイバアレイ（石英シングルモードファイバアレイ）を用いて接続したものとなっている。送信側である機器１では、第１１の実施形態の面発光レーザアレイを用いた１次元面発光レーザアレイモジュールとこれの駆動回路とを備えている。また、受信側である機器２では、フォトダイオードアレイモジュールと信号検出回路とを備えている。
【０１５９】
図１６は面発光レーザアレイモジュールの概要を示す図である。図１６の面発光レーザアレイモジュールは、シリコン基板上に、１次元モノリシック面発光レーザアレイと、マイクロレンズアレイと、ファイバアレイとが実装されて構成されている。面発光レーザアレイは、ファイバに対向して設けられており、マイクロレンズアレイを介してシリコン基板に形成したＶ溝に実装された石英シングルモードファイバと結合している。面発光レーザアレイの発振波長は１．３μｍ帯であり、石英シングルモードファイバを用いることで高速伝送が行える。
【０１６０】
また、この実施例７の光インターコネクションシステムは、第１１の実施形態の面発光レーザアレイを用いたことで、素子間の発振閾値電流分布が殆ど無く、素子の駆動制御が非常に容易であった。また、従来に比べ発振閾値電流及び素子抵抗のばらつきが少ないことから、伝送信号のスキューが低減され高速伝送が可能な上に、素子の信頼性も非常に高かった。また、第１０の実施形態によって電流狭窄形状を異方性形状とした場合には、高次モードの発振、偏波スイッチングによるノイズも非常に少なく、符号誤り率は非常に低かった。以上のように、高速並列伝送が可能で、信頼性の高いインターコネクションシステムを構成することができた。
【０１６１】
なお、上述の例では、並列光インターコネクションシステムについて説明したが、この他にも、単一素子を用いたシリアル伝送システムを構成することもできる。また、機器間の他にも、ボード間、チップ間、チップ内インターコネクションに応用することもできる。
【０１６２】
実施例８
実施例８は第１３の実施形態の光通信システムの実施例である。図１７は実施例８の光ＬＡＮシステムの概念図である。
【０１６３】
図１７の光ＬＡＮシステムは、第１乃至第１０の実施形態のいずれかのレーザ素子、または、第１１の実施形態のレーザアレイを用いて構成されている。すなわち、サーバーとコアスイッチとの間、及び、コアスイッチと各スイッチとの間、及びスイッチと各端末との間の光伝送の光源に、第１乃至第１０の実施形態のいずれかのレーザ素子、または、第１１の実施形態のレーザアレイが用いられている。
【０１６４】
また、各機器間は、石英シングルモードファイバまたはマルチモードファイバによって結合されている。
【０１６５】
このような光ＬＡＮの物理層としては、例えば１０００ＢＡＳＥ−ＬＸ等のギガビットイーサネットが挙げられる。
【０１６６】
図１７の光ＬＡＮシステムでは、光源のレーザ素子の特性が揃っており、駆動回路を簡単なものにできた。また、各素子は高速伝送に対しても安定に動作し、符号誤り率の低い正確な伝送が行えた。また、素子の信頼性も非常に高いものであった。以上のように信頼性の高い光通信システムを構築することができた。
【０１６７】
【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、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ選択酸化層（０＜ｘ１≦１）を設けた後、電流通路にあたる前記Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ選択酸化層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層よりもＡｌ組成の小さいＡｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓ層（０≦ｘ２＜ｘ１≦１）による電流通路を設け、更に前記Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、Ａｌ ｘ１ Ｇａ １−ｘ１ Ａｓ層の上層にＧａ ｙ１ Ｉｎ １−ｙ１ Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたので、Ａｌ ｘ１ Ｇａ １−ｘ１ Ａｓ選択酸化層表面の自然酸化を防止し、この上に再成長を行う結晶の品質を向上させ、歩留り及び信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。更に、再成長表面を燐系混晶とすることで、再成長を容易にすることかできる。以上から、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることかできる。
【０１７１】
また、請求項２記載の発明によれば、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の下層および前記Ａｌ ｘ５ Ｇａ １−ｘ５ Ａｓ層の下層にＡｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ａｓ層（０≦ｘ６＜ｘ４＜１）を設けたので、電流狭窄領域にあたるＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去する工程において、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層とこれの下側に位置する分布ブラッグ反射器を構成するＡｌＧａＡｓ層とのエッチングの選択性を向上させ、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。更に、エッチング除去部分に再成長される結晶の質を向上させて、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることかできる。
【０１７２】
また、請求項３記載の発明によれば、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の上層にＡｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ａｓ層（０≦ｘ６＜ｘ４＜１）を設けたので、電流通路となるＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層表面における自然酸化を防止し、Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ選択酸化層の再成長工程において結晶の品質を向上させ、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【０１７３】
また、請求項４記載の発明によれば、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の下層および前記Ａｌ ｘ５ Ｇａ １−ｘ５ Ａｓ層の下層にＧａｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたので、電流狭窄領域にあたるＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去する工程において、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層とこれの下側に位置する分布ブラッグ反射器を構成するＡｌＧａＡｓ層とのエッチングの選択性を向上させ、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。更に、エッチング除去部分に再成長される結晶の質を向上させて、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。また、Ａｌ混晶の界面における非発光再結合を低減し、発光効率を向上させることができる。
【０１７４】
また、請求項５記載の発明によれば、活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の上層にＧａｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたので、電流通路となるＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ選択酸化層表面における自然酸化を防止し、Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ選択酸化層の再成長工程において結晶の品質を向上させ、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【０１７５】
更に、請求項４において、再成長表面を燐系混晶とすることで、再成長を容易にすることができ、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【０１７６】
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型レーザ素子において、電流通路の形状が、矩形または楕円形のように異方性を有しているので、請求項１乃至請求項５のいずれかの面発光型レーザ素子において偏波制御を行うことができる。
【０１７７】
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型レーザ素子において、活性層の材料が、III族元素として、Ｇａ，Ｉｎのいずれかから、または、全てから構成され、Ｖ族元素として、Ｎ，Ａｓ，Ｓｂのいずれかから、または、全てから構成されているので、請求項１乃至請求項９のいずれかの面発光型レーザ素子において、１．１μｍより長波で発振する歩留り，信頼性の高い面発光型レーザ素子を得ることができる。
【０１７８】
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型レーザ素子によって構成されている面発光型レーザアレイであるので、歩留り，信頼性の高い面発光型レーザアレイを得ることができる。
【０１７９】
また、請求項９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型レーザ素子、または、請求項８記載の面発光型レーザアレイによって構成されている光インターコネクションシステムであるので、信頼性の高い光インターコネクションシステムを得ることができる。
【０１８０】
また、請求項１０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型レーザ素子、または、請求項８記載の面発光型レーザアレイによって構成されている光通信システムであるので、信頼性の高い光通信システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の面発光型レーザ素子を示す図である。
【図２】図１の面発光型レーザ素子の作製工程例を示す図である。
【図３】図１の面発光型レーザ素子の他の作製工程例を示す図である。
【図４】実施例２の面発光型レーザ素子を示す図である。
【図５】実施例２の面発光型レーザ素子の作製工程例を説明するための図である。
【図６】実施例２の面発光型レーザ素子の他の作製工程例を説明するための図である。
【図７】実施例３の面発光型レーザ素子を示す図である。
【図８】実施例３の面発光型レーザ素子の作製工程例を説明するための図である。
【図９】実施例４の面発光型レーザ素子を示す図である。
【図１０】実施例４の面発光型レーザ素子の作製工程例を説明するための図である。
【図１１】実施例４の面発光型レーザ素子の他の作製工程例を説明するための図である。
【図１２】面発光型レーザ素子を作製するためのマスクを示す図である。
【図１３】実施例５のマスクを示す図である。
【図１４】実施例６の面発光レーザアレイを示す図である。
【図１５】実施例７の機器間並列光インターコネクションシステムの概念図である。
【図１６】レーザアレイモジュールの概要を示す図である。
【図１７】実施例８の光通信システムを示す図である。
【図１８】従来の面発光型レーザ素子を示すである。
【符号の説明】
１１ ｎ−ＧａＡｓ基板
１２ ｎ−ＧａＡｓバッファー層
１３ ｎ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器
１４ Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓスペーサー層
１５ ＧａＡｓ／Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ多重量子井戸活性層
１６ Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓスペーサー層
１７ Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層
１８ ＧａＡｓエッチング停止層
１９ ＡｌＡｓ層（ＡｌＡｓ選択酸化層）
２０ ＧａＡｓ再成長容易層
２１ ＧａＡｓ層
２２ ＳｉＯ2絶縁膜
２３ ｐ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器
２４ 絶縁性樹脂
２５ ｐ側電極
２６ ｎ側電極
３１ ｎ−ＧａＡｓ基板
３２ ｎ−ＧａＡｓバッファー層
３３ ｎ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器
３４ ＧａＡｓスペーサー層
３５ ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層
３６ ＧａＡｓスペーサー層
３７ Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層
３８ ＧａＩｎＰエッチング停止層
３９ ＡｌＡｓ層（ＡｌＡｓ選択酸化層）
４０ ＧａＩｎＰ再成長容易層
４１ ＧａＡｓ層
４２ ＳｉＯ2絶縁膜
４３ ｐ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器
４４ 絶縁性樹脂
４５ ｐ側電極
４６ ｎ側電極
４９ 電流通路となるＧａＡｓ層４１の領域
５１ ｎ−ＧａＡｓ基板
５２ ｎ−ＧａＡｓバッファー層
５３ ｎ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器
５４ ＧａＡｓスペーサー層
５５ ＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸活性層
５６ ＧａＡｓスペーサー層
５７ Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層
５８ ＧａＡｓエッチング停止層
５９ ＡｌＡｓ層（ＡｌＡｓ選択酸化層）
６０ ＧａＡｓ再成長容易層
６１ ＧａＡｓ層
６２ ＳｉＯ2絶縁膜
６３ ｐ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器
６４ 絶縁性樹脂
６５ ｐ側電極
６６ ｎ側電極
６９ ＡｌＧａＡｓ電流通路
７１ ｎ−ＧａＡｓ基板
７２ ｎ−ＧａＡｓバッファー層
７３ ｎ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器
７４ ＧａＡｓスペーサー層
７５ ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層
７６ ＧａＡｓスペーサー層
７７ Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層
７８ Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチング停止層
７９ ＡｌＡｓ層（ＡｌＡｓ選択酸化層）
８０ Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ再成長容易層
８１ ＧａＡｓ層
８２ ＳｉＯ2絶縁膜
８３ ｐ−Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ／ＧａＡｓ分布ブラッグ反射器
８４ 絶縁性樹脂
８５ ｐ側電極
８６ ｎ側電極
８９ ＡｌＧａＡｓ電流通路
Claims (10)
- 活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ選択酸化層（０＜ｘ１≦１）を設けた後、電流通路にあたる前記Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ選択酸化層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層よりもＡｌ組成の小さいＡｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓ層（０≦ｘ２＜ｘ１≦１）による電流通路を設け、更に前記Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層の上層にＧａｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたことを特徴とする面発光型レーザ素子。
- 活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の下層および前記Ａｌ ｘ５ Ｇａ １−ｘ５ Ａｓ層の下層にＡｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ａｓ層（０≦ｘ６＜ｘ４＜１）を設けたことを特徴とする面発光型レーザ素子。
- 活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の上層にＡｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ａｓ層（０≦ｘ６＜ｘ４＜１）を設けたことを特徴とする面発光型レーザ素子。
- 活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の下層および前記Ａｌ ｘ５ Ｇａ １−ｘ５ Ａｓ層の下層にＧａｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたことを特徴とする面発光型レーザ素子。
- 活性層と、活性層を挟み対向する一対の半導体分布ブラッグ反射器とを有し、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に、または、分布ブラッグ反射器中に、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層（０≦ｘ４＜１）を設けた後、電流通路以外の前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層をエッチング除去し、該エッチング領域にＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層よりもＡｌ組成の大きいＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層（０≦ｘ４＜ｘ５≦１）による選択酸化層を設け、更に前記Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ層を横方向に酸化して形成した電流狭窄領域が設けられた面発光型レーザ素子において、前記Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ層の上層にＧａｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ｐ層（０＜ｙ１＜１）を設けたことを特徴とする面発光型レーザ素子。
- 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の面発光型レーザ素子において、電流通路の形状が、矩形または楕円形のように異方性を有していることを特徴とする面発光型レーザ素子。
- 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の面発光型レーザ素子において、活性層の材料が、III族元素として、Ｇａ，Ｉｎのいずれかから、または、全てから構成され、Ｖ族元素として、Ｎ，Ａｓ，Ｓｂのいずれかから、または、全てから構成されていることを特徴とする面発光型レーザ素子。
- 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の面発光型レーザ素子によって構成されていることを特徴とする面発光型レーザアレイ。
- 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の面発光型レーザ素子、または、請求項８記載の面発光型レーザアレイによって構成されていることを特徴とする光インターコネクションシステム。
- 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の面発光型レーザ素子、または、請求項８記載の面発光型レーザアレイによって構成されていることを特徴とする光通信システム。
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