JP4235674B2 - 面発光レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、面発光レーザ装置およびその製造方法に関する。

垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、半導体基板の面内方向に対して垂直方向にレーザ光を出射するレーザである。

この面発光レーザの反射鏡としては、通常、分布型ブラッグ反射鏡（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）が用いられる。このＤＢＲは、一般的には、高屈折率層と低屈折率層とを、λ／４の光学的厚さで交互に積層して形成する。

面発光レーザは、縦モード特性として安定した単一モードが得られ、また端面発光レーザに比べて低しきい値、２次元アレイ化が容易、などの優れた特性を持つ。そのため、面発光レーザは、光通信、光伝送用の光源、また電子写真の光源として応用が期待されている。

ところで、このような面発光レーザにおいて、発振する横モードの制御は重要な課題であり、通信などへの応用を考えると、横モード出力は単一モード（シングルモード）であることが求められる。このため、面発光レーザでは素子内部に選択酸化による電流狭窄構造を設けることにより活性層の発光領域を制限し、また同時に選択酸化部分で導波構造を形成することにより、単一横モード化を図っている。

しかしこうした方法では、単一横モード発振のためには狭窄径を小さくしなければならず、狭窄径を小さくすると発光領域が小さくなり大きなレーザ出力を得ることが難しい。

そこで、特許文献１に記載のように、共振器を構成する多層膜反射鏡において、反射鏡における中央部の反射率を高くし、周辺部の反射率を低くした面発光レーザ装置が提案されている。これにより、通常より選択酸化による電流狭窄径が大きな場合でも、高次モードの発振を抑制し、単一横モード発振を得ることができるとされている。

この特許文献１に記載の面発光レーザ装置を、図４を用いながら説明する。

図４（ａ）は、従来例である面発光レーザ装置の概略構造を示したものである。このレーザ装置は、装置上部にメサ構造を有しており、基板４１０の上には、下部反射鏡４２０、活性層４３０、第１の上部反射鏡４４０、第２の上部反射鏡４５０が順次形成されている。また、第２の上部反射鏡４５０の上には、絶縁膜４６０と電極４７０が形成されている。そして、第２の上部反射鏡４５０は、選択的に酸化された酸化アルミニウム領域４５２を周辺部に有し、非酸化領域４５１を中央部に有している。

図４（ｂ）は、この第２の上部反射鏡４５０の右半分を拡大した模式図である。このように、第２の上部反射鏡４５０は、低屈折率層として機能する「Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＡｓ」中のＡｌの比率（ｘ）が、活性層４３０から遠ざかるにつれて順次大きくなるような構成となっている。

次に、この第１の上部反射鏡４４０と第２の上部反射鏡４５０の製造方法について説明する。

まず、第１の上部反射鏡４４０と第２の上部反射鏡４５０を構成する高屈折率層と低屈折率層を、「ａ＝λ／（４ｎ）」という条件を満たした膜厚ａで積層する。ここで、λはレーザ発振波長、ｎは各層の屈折率である。

次に、水蒸気雰囲気中で熱処理を施すことにより、横方向から積層膜を酸化する。第２の上部反射鏡４５０は、低屈折率層中のＡｌの比率が、活性層４３０から遠ざかるにつれて順次大きくなるような組成比としている。Ａｌの比率が多いほど酸化速度は大きくなることから、第２の上部反射鏡４５０には、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、酸化アルミニウム領域４５２が活性層４３０から遠ざかるにつれて拡大するように形成される。

酸化アルミニウムの屈折率は約１．８であり、Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＡｓよりも屈折率が低いことから、酸化処理前に満たしていた「ａ＝λ／（４ｎ）」という条件は、酸化処理後には満たさなくなる。この結果、第２の上部反射鏡４５０の中央部は反射率が高くなり、周辺部は反射率が低くなる。このように、特許文献１では、多層膜反射鏡に反射率の分布を形成することにより、高次モードの発振を抑制している。
特開２００６−０７３８２３号公報

このように特許文献１に記載の面発光レーザ装置は、Ａｌを含む複数の層を横方向から選択酸化することで、周辺部の反射率を低下させている。

しかしながら、特許文献１のように横方向から酸化処理を行う場合、酸化速度は多層膜反射鏡の中心部に近づくにつれ急激に増加する。そのため、多層膜反射鏡の横方向から酸化処理を行い、中心部にいたるまでの所望の位置で酸化反応を停止させるという制御をすることは難しい。

そこで、本発明は、単一横モード発振をさせるために多層膜反射鏡の横方向から酸化処理を行う必要がなく、歩留まりよく製造可能な面発光レーザ装置、およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る面発光レーザ装置は、基板と、該基板上に設けられている一対の反射鏡と、該一対の反射鏡間に配置される活性層とを有し、前記一対の反射鏡の少なくとも一方は、第１の屈折率を有する層と、該第１の屈折率よりも屈折率の低い第２の屈折率を有する層とが交互に積層されている多層膜反射鏡であり、前記第２の屈折率を有する層のうち少なくとも一層は、第１の領域と、該第１の領域を前記基板水平方向に取り囲む第２の領域とを有し、前記第１の領域は酸化アルミニウムを含み、かつ、前記第２の領域よりも屈折率が低く、前記第１の領域と前記第２の領域との境界は、レーザ光が出射する範囲に存在し、前記レーザ光に対する前記多層膜反射鏡の前記基板垂直方向の反射率について、前記第１の領域を含む部分の反射率は、前記第２の領域を含む部分の反射率よりも高いことを特徴とする。

また、本発明に係る面発光レーザ装置の製造方法は、第１の屈折率を有する層と、該第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有する層とを交互に積層する多層膜反射鏡形成工程と、前記第２の屈折率を有する層のうち少なくとも一層を酸化することによって、酸化アルミニウムを含む第１の領域と、該第１の領域を前記基板水平方向に取り囲む第２の領域を形成する酸化処理工程とを含み、前記酸化処理工程により、前記第１の領域と前記第２の領域との境界をレーザ光が出射する範囲に形成し、該レーザ光に対する前記多層膜反射鏡の前記基板垂直方向の反射率について、前記第１の領域を含む部分の反射率は、前記第２の領域を含む部分の反射率よりも高くすることを特徴とする。

本発明によれば、単一横モード発振をさせるために多層膜反射鏡の横方向から酸化処理を行う必要がなく、歩留まりよく製造可能な面発光レーザ装置、およびその製造方法を提供することができる。

本発明は、多層膜反射鏡の中央部を酸化することにより、多層膜反射鏡の中央部について反射率を向上させることを特徴とする。すなわち、特許文献１では、多層膜反射鏡の周辺部を酸化することにより、周辺部の反射率を低下させるのに対して、本発明では、多層膜反射鏡の中央部を酸化することにより、中央部の反射率を向上させる点が異なる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。

（実施形態１）
図１（ａ）は、実施形態１にかかる面発光レーザ装置１００の断面構造を模式的に示したものであり、図１（ｂ）は、この面発光レーザ装置１００の上面を模式的に示したものである。

図１の面発光レーザ装置１００は基板１０５上に共振器１０７が形成されたものであり、外形構造として上部にメサ構造を有する。また、共振器１０７は、下部多層膜反射鏡１１０、下側クラッド層１２０、活性層１２５、上側クラッド層１３０、電流狭窄構造を形成するための層１４０、上部多層膜反射鏡１５０により構成されている。すなわち、基板上に一対の反射鏡が設けられており、一対の反射鏡間には、活性層が配置されている。また、上部多層膜反射鏡１５０には上部電極１８０、基板１０５には下部電極１８５が設けられている。

上部多層膜反射鏡１５０は、第１の屈折率を有する層としての高屈折率層と、第２の屈折率を有する層としての低屈折率層とが交互に積層されることにより形成されている。この上部多層膜反射鏡１５０の最上層の一層は低屈折率層で構成されており、レーザ光が出射する範囲１９０の中央部付近に酸化アルミニウムを有する第１の領域１７５、その周囲に第２の領域１７０を有する。すなわち、上面図である図１（ｂ）に示すように、第２の領域１７０は、第１の領域１７５を基板水平方向に取り囲むように形成されており、第１の領域１７５と第２の領域１７０との境界はレーザ光が出射する範囲１９０に存在している。

ここで、レーザ光が出射する範囲１９０は、酸化層１４５と非酸化層１４６とにより構成される電流狭窄構造によって支配的に決定されている。すなわち、注入された電流は、絶縁層である酸化層１４５を回避し、非酸化層１４６を通過することにより、活性層１２５に注入される。そのため、非酸化層１４６のサイズが発光領域の大きさを決定することになる。

また、出力されるレーザ光に対する基板垂直方向の多層膜反射鏡の反射率は、中央部に位置する第１の領域１７５を含む部分の方が、周辺部に位置する第２の領域１７０を含む部分に比べて高く設定されている。このように、出力されるレーザ光に対して、多層膜反射鏡の反射率分布が形成することにより、高次モードの発振が抑制し、単一横モード発振する可能性が高くなる。

このように多層膜反射鏡の反射率分布を形成するためには、多層膜反射鏡の最上層の膜厚を、酸化処理後に「ａ＝λ／（４ｎ）」という条件を満たすように設定しておく。ここで、ａは膜厚、λはレーザ発振波長、ｎは屈折率である。

このように膜厚を設定しておくことにより、酸化処理後に酸化アルミニウムを有することになる第１の領域１７５は「ａ＝λ／（４ｎ）」という条件を満たすこととなる。

一方、酸化されない第２の領域１７０は、酸化された第１の領域１７５と同じか少し厚い膜厚であるにも関わらず、第１の領域１７５よりも高い屈折率を有する。そのため、第２の領域１７０は「ａ＝λ／（４ｎ）」という条件を満たさないこととなり、第２の領域１７０を含む部分の反射率は、第１の領域１７５を含む部分の反射率に比べて低くなる。なお、酸化前後で、アルミニウムを含む半導体層は最大で約１０％層厚が減少しうるため、このことも考慮して膜厚を設定する必要がある。

また、最上層の膜厚ａは、「ａ＝λ／（４ｎ）」という条件を必ず満たさなければならないわけではなく、第１の領域１７５を含む部分の多層膜反射鏡の反射率が第２の領域１７０を含む部分の多層膜反射鏡の反射率よりも高くなっていればよい。例えば、高屈折率層の光学的厚さと第１の領域１７５の光学的厚さの合計が、レーザ発振波長λに対してλの半整数倍（例えば、λ／２や（３λ）／２）となっており、そのペアが共振器の位相とあった位置に配されていれば、第１の領域の反射率は高くなる。なお、以下では、低屈折率層と高屈折率層の光学厚さの合計がレーザ発振波長λに対してλの半整数倍となっており、そのペアが共振器の位相とあった位置に配されていることを、「ブラッグ条件を満たす」と表現することもある。

また、本実施形態において、活性層１２５と、第１の領域１７５と第２の領域１７０とを有する低屈折率層（最上層）との間に設けられている上部多層膜反射鏡１５０中の他の低屈折率層は、第１の領域１７５よりも比抵抗が低い。すなわち、酸化アルミニウムを有する第１の領域１７５の比抵抗と比較して、多層膜反射鏡を構成する他の低屈折率層の比抵抗は小さい。このように構成することにより、活性層１２５に電流を注入するための経路が電極１８０と活性層１２５との間に確保されている。

なお、酸化アルミニウムを含む第１の領域１７５には、製造工程により混入する可能性のある、炭素、ガリウム、ヒ素などの不純物が混入していてもかまわない。

また、図１（ｂ）では、レーザ光が出射する範囲１９０の中心付近に第１の領域１７５が設けられているが、必ずしも中心に設けられている必要はなく、単一横モード発振に有効である範囲において、適宜場所を変更してもよい。

また、レーザ光が出射する範囲１９０に、第１の領域１７５と第２の領域１７０との境界の一部が存在していればよく、境界の全てが存在している必要はない。

また、本実施形態では、酸化による電流狭窄構造を使用しているが、プロトンインプラによる電流狭窄構造を設けてもよい。

以上のように形成された実施形態１に係る面発光レーザ装置において、レーザ光に対する基板垂直方向の反射率は、第１の領域を含む部分の方が、第１の領域を取り囲んでいる第２の領域を含む部分よりも高い。そのため、０次横モードに比べて、高次横モードに対しては光損失が大きくなる。この結果、電流狭窄径が大きな場合でも、高次横モードの発振を抑制することができる。

また、第１の領域１７５の屈折率よりも第２の領域１７０の屈折率が高いため、この領域ではいわゆる反導波構造となる。そのため、電流狭窄径が大きな場合でも単一モード条件を得ることが容易になる。

ところで、多層膜反射鏡においては、それを構成する低屈折率膜と高屈折率膜の屈折率差が大きいほど高反射率となり、また、高反射率となる波長帯域も広くなる。

また、その屈折率差が大きいほど、同じ反射率を達成するのに必要な多層膜の層数を少なくすることができ、多層膜を作製するために必要なコストが下がる。

一般に、アルミニウム酸化層の屈折率は、酸化されていない半導体層に比べてかなり小さい。例えば、波長６７０ｎｍの光に対して、Ａｌ_０．９３Ｇａ_０．０７Ａｓの屈折率は約３．１であり、Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓの屈折率は約３．４である。これに対して、Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＡｓが酸化されることにより形成される酸化アルミニウムの屈折率は約１．８である。

したがって、多層膜反射鏡を構成する低屈折率層の一部を酸化アルミニウムとすれば、酸化されていない多層膜反射鏡の屈折率差よりも大きい屈折率差を確保することが可能である。この結果、アルミニウム酸化層を用いた多層膜反射鏡では、広帯域な高反射率ミラーが酸化されていない半導体層を用いたものよりも、より少ない層数で達成できることとなる。

次に、実施形態１にかかる面発光レーザ装置１００の作製方法について説明する。

まず、基板１０５上に低屈折率層と高屈折率層を複数ペア積層して下部多層膜反射鏡１１０を形成する。この低屈折率層と高屈折率層は、例えばＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）を用いて積層させる。

基板１０５としては、ｎ型半導体基板、例えばｎ−ＧａＡｓ基板を用いる。

また、低屈折率層および高屈折率層としてはレーザ発振波長の光を吸収しない範囲で適宜選択することが可能である。ここでは、波長６７０ｎｍの光に対して透過率が高く、かつ、低屈折率層と高屈折率層の間の屈折率差を大きく取るという観点から、低屈折率層として、４９ｎｍ厚のｎ−Ａｌ_０．９３Ｇａ_０．０７Ａｓ層を用いる。また、高屈折率層として、５４ｎｍ厚のｎ−Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ層を用いて、７０ペア積層させる。なお、以上の工程を多層膜反射鏡形成工程という。

そして、この多層膜反射鏡１１０の上に、下側クラッド層１２０、活性層１２５、上側クラッド層１３０、電流狭窄構造を形成するための層１４０を例えばＭＯＣＶＤを用いて積層させる。

下側クラッド層１２０としては、ｎ型半導体、例えば、ｎ−Ａｌ_０．９３Ｇａ_０．０７Ａｓを用いる。

また、活性層１２５としては、例えば、波長６７０ｎｍで光学利得を持つという点から、量子井戸構造を有するＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰを用いる。

また、上側クラッド層１３０としては、ｐ型半導体、例えば、ｐ−Ａｌ_０．９３Ｇａ_０．０７Ａｓを用いる。

なお、下側クラッド層１２０、活性層１２５、上側クラッド層１３０は、これらの層の光学的厚さの合計がレーザ発振波長と同程度になるように積層することが好ましい。

また、電流狭窄構造を形成するための層１４０としては、Ａｌの組成比が高いＡｌＧａＡｓ、例えばｐ−Ａｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓを２０ｎｍ成長させる。

次に、電流狭窄構造を形成するための層１４０の上に、低屈折率層と高屈折率層を複数ペア積層して上部多層膜反射鏡１５０を形成する。

低屈折率層と高屈折率層は上記の材料から適宜選択することが可能である。例えば、低屈折率層として、４９ｎｍ厚のｐ−Ａｌ_０．９３Ｇａ_０．０７Ａｓ層を用い、高屈折率層として、５４ｎｍ厚のｐ−Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ層を用いて３５ペア積層させる。

また、最上層には、これまで積層させた低屈折率層よりもＡｌの比率が多い半導体層を積層させる。この最上層は、酸化後の反射率が向上するように、酸化アルミニウムの屈折率を考慮した膜厚で成膜する必要がある。ここでは、酸化処理後の光学厚さがレーザ発振波長の４分の１になるように、ｐ−Ａｌ_０．９７Ｇａ_０．０３Ａｓ層を９３ｎｍ形成させる。

このようにして共振器を形成した後に、フォトリソグラフィ、エッチングなどを用いて、上部多層膜反射鏡１５０、電流狭窄構造を形成するための層１４０を含む共振器の一部を除去し、メサ構造を形成する。そして、電流狭窄構造を形成するための層１４０に対して外部から選択酸化を行うことにより、酸化層１４５を形成し、電流狭窄構造を設ける。なお、酸化処理による電流狭窄構造の形成過程において、多層膜反射鏡の側面が多少酸化する場合もありうる。

上部多層膜反射鏡１５０上には例えばＳｉＯ_２やＳｉＮ_ｘからなる絶縁膜１６０を形成する。また、絶縁膜１６０上に、電極とのコンタクトを取るためにフォトリソグラフィやエッチング等により開口部を形成する。

そして、上部多層膜反射鏡１５０の最上層を構成するｐ−Ａｌ０．９７Ｇａ_０．０３Ａｓ層に対して、適当な開口パターンのマスクを用いて酸化を行い、ｐ−Ａｌ_０．９７Ｇａ_０．０３Ａｓ層の中心付近を酸化する。これにより、酸化アルミニウムを有した第１の領域１７５が形成される。

なお、酸化処理を行う場所は、単一横モード発振に有効となるように行う。すなわち酸化狭窄構造によって規定される各モードについて、高次モードに比べて０次モードの光閉じ込めが相対的に高くなるように酸化処理領域の形状を決定する。望ましくは酸化狭窄径よりも小さな形状について酸化処理を行う。

最上層の一部を酸化する方法としては、例えば水蒸気中で３００〜５００℃で５〜３０分加熱することにより行う。この最上層は上述のように膜厚が事前に調整されていることから、酸化処理を行うことにより、酸化された第１の領域を含む部分の反射率が第２の領域を含む部分に比べて高くなる。

次に、絶縁膜１６０を開口した上に、上部多層膜反射鏡１５０とコンタクトを取るための上部電極１８０を例えば電子ビーム蒸着およびリフトオフ法を用いて形成する。上部電極１８０は例えばＴｉ／Ａｕの積層膜からなり、光取り出しのための開口部が設けられている。

そして、基板１０５に下部電極１８５を、例えば抵抗加熱による金属蒸着を用いて形成する。下部電極１８５は例えばＡｕ−Ｇｅ合金／Ａｕからなる積層膜からなる。

このようにして行う面発光レーザ装置の製造方法では、マスクを使用して酸化することにより、多層膜反射鏡２５０の中央部の屈折率を確定することができる。そのため、横方向から酸化して屈折率を調整する特許文献１に記載された方法に比べて、屈折率の制御が容易となる。

また、実施形態１では、上部多層膜反射鏡が第１の領域と第２の領域を有する構成としたが、下部多層膜反射鏡に両領域を有するという構成にしてもよい。この場合、各層を例えばＭＯＣＶＤで成膜する段階において、下部多層反射鏡と基板との間に第１の領域と第２の領域が形成される層を成膜する。そしてメサ形成後または形成前、基板の一部を除去して適当なマスクを用いて酸化し、第１の領域を形成させる。

この形態においても、実施形態１と同様に高次モード発振抑制の効果を得ることができるため、０次の単一横モード発振し得る面発光レーザが得られる。

（実施形態２）
図２（ａ）は、実施形態２に係る面発光レーザ装置２００の断面構造を模式的に示したものであり、図２（ｂ）は、この面発光レーザ装置２００の上面を模式的に示したものである。

実施形態２にかかる面発光レーザ装置２００は、実施形態１における上部多層膜反射鏡１５０に相当する反射鏡である上部反射鏡２５０に、点状の細孔２９０を有した第１の領域２７４、２７５、２７６を有している点を除いて、実施形態１とほぼ同様の構成を有する。このように、実施形態２では、点状の細孔２９０を通じた酸化を用いて、点線で示された酸化領域２１０を形成する点が特徴的である。

また、実施形態２は、図２（ａ）に示すように、第１の領域と第２の領域を有する層が複数層備えられており、酸化アルミニウムを有する第１の領域２７４、２７５、２７６の占める領域は、活性層１２５に近づくにつれて徐々に増加している。このように構成すれば、中央部から周辺部に向けて反射率を段階的に下げることができるため、高次横モードを更に効果的に抑制することが可能である。
なお、第１の領域と第２の領域を有する層が複数層設けられている場合に、これらの層について、上層を（Ａ）層、下層を（Ｂ）層ということもある。例えば、符号２７３の領域と符号２７６の領域を有する層を（Ａ）層といい、符号２７２の領域と符号２７５の領域を有する層を（Ｂ）層という。
また、この（Ａ）層が有する第１の領域を第１の領域（Ａ）、第２の領域を第２の領域（Ａ）ということもある。同様に、（Ｂ）層が有する第１の領域を第１の領域（Ｂ）、第２の領域を第２の領域（Ｂ）ということもある。

活性層１２５に近づくにつれて第１の領域を増加させるためには、活性層１２５に近づくにしたがって、低屈折率層中のアルミニウム含有率を増加させていけばよい。これは、アルミニウムの比率が多いと、酸化速度が大きくなるということに着目したものである。

また、活性層１２５に近づくにしたがって、低屈折率層の膜厚を厚くしてもよい。これは、膜厚が厚いと、酸化速度が大きくなるということに着目したものである。

酸化のために用いる細孔２９０は、光を閉じ込める必要のある多層膜反射鏡２５０の中心付近に設けられているため、細孔の大きさとしては、小さいほうが細孔による光散乱が抑えられる。作製が容易であるという観点も考慮すると、細孔の径は、３μｍ以下が好ましく、また１μｍ以下がより好ましい。さらに、光散乱の抑制を重要視すれば、１００ｎｍ以下が好ましい。

なお、細孔の形状は円形である必要はなく、四角形等の多角形であってもよい。

以上のように、実施形態２にかかる面発光レーザ装置では、中央部に細孔を設け、細孔から酸化を行っているため、多層膜反射鏡２５０の中央部の屈折率をはじめに確定することができる。そのため、横方向から酸化して屈折率を調整する特許文献１に記載された方法に比べて、屈折率の制御が容易となる。これにより、仮に、設計していた酸化領域を越えて酸化が進行したとしても発振に至らないといった事態が生じにくいという効果がある。

さらに、この細孔２９０に樹脂を充填することも好ましい形態である。樹脂を充填することにより、細孔内の屈折率を空気の屈折率よりも高く設定することが可能となる。これにより、細孔２９０と中央部２７４、２７５、２７６等との界面で生じる光の散乱が抑制され、反射率の低下を抑制できるという効果がある。また、樹脂充填により細孔表面から多層膜反射鏡内部へのダメージ（例えば酸化）を防ぐことができる。

細孔２９０に充填する樹脂としては、細孔による損失を抑えるという点から、レーザ発振波長における光吸収が少ない材料を用いることが好ましい。細孔２９０に充填する樹脂としては、例えばポリイミドなどの有機高分子がある。

また、界面で生ずる光の散乱の抑制や、細孔表面からの酸化等によるダメージを防止するために、細孔２９０に樹脂以外の材料を充填することもできる。このような材料としては、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３などの無機物がある。

さらに、図２（ｃ）に示したように、細孔２９０は複数個設けてもよい。図２（ｃ）では、細孔２９０は４つ設けられており、このような形態であれば、多層膜反射鏡の中心部分に穴をあけずして、中心部分を酸化することもできる。この形態は細孔が中心部にある場合に比べ、０次横モードの電場強度分布の割合が中心部で最大となるときに、細孔による光散乱が軽減できるというメリットがある。

次に、実施形態１と異なる部分である上部反射鏡２５０の作製方法について説明する。なお、電流狭窄構造を形成するための層１４０までの形成工程は実施形態１と同様なので省略する。

上部反射鏡２５０は、電流狭窄構造を形成するための層１４０の上に形成される。高屈折率層と低屈折率層としては、実施形態１で説明した材料を適宜使用することができる。

ここでは、高屈折率層として、５４ｎｍ厚のｐ−Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ層を用い、低屈折率層として４９ｎｍ厚のｐ−Ａｌ_０．９３Ｇａ_０．０７Ａｓ層を用いて、３０ペア積層させる。そしてさらに、低屈折率層としてｐ−Ａｌ_０．９７Ｇａ_０．０３Ａｓ層を用い、高屈折率層としてｐ−Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ層を用いて、３ペア積層させる。このようにして、多層膜反射鏡２５０を形成する。

ここで、低屈折率層であるｐ−Ａｌ_０．９７Ｇａ_０．０３Ａｓ層２７１、２７２、２７３は膜厚が２７１、２７２、２７３の順で厚くなっている。例えば２７１、２７２、２７３の厚さはそれぞれ、１００ｎｍ、９０ｎｍ、８０ｎｍである。そして、この低屈折率層と対をなす高屈折率層としてのｐ−Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ層は２７１、２７２、２７３が酸化され、中央部２７４、２７５、２７６が形成された場合にブラッグ条件を満たす厚さになっている。もっとも、「ａ＝λ／（４ｎ）」という条件を満たすように低屈折率層と高屈折率層を積層させる形態も、高反射率を得ることができるという点から好ましい形態である。

そして、実施形態１と同様に、メサ構造を形成し、電流狭窄構造を形成するための層１４０の選択酸化を行い、絶縁膜１６０を形成する。

その後、上部反射鏡２５０に点状の細孔２９０を設ける。点状の細孔２９０は例えば電子ビームリソグラフィを用いてパターニングし、例えばＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング法を用いて開けることができる。点状の細孔２９０の大きさは上記のように適宜選択できるが、細孔による光散乱を抑えるという点からここでは１μｍ径である。

また、点状の細孔２９０は、低屈折率層としてのｐ−Ａｌ_０．９７Ｇａ_０．０３Ａｓ層２７１、２７２、２７３を貫いている。この点状の細孔２９０を通じてｐ−Ａｌ_０．９７Ｇａ_０．０３Ａｓ層２７１、２７２、２７３を酸化させることにより、酸化アルミニウムを有する中央部２７４、２７５、２７６が形成される。酸化は実施形態１と同様に３００〜５００℃の水蒸気中で５〜３０分加熱することにより行う。

最後に、実施形態１と同様に、電極１８０と１８５を形成する。

なお、点状の細孔２９０を形成した後に、酸化を行い、さらに半導体層を積層することも可能である。

（実施形態３）
図３（ａ）は、実施形態３に係る面発光レーザ装置３００の断面構造を模式的に示したものであり、図３（ｂ）は、この面発光レーザ装置３００の上面を模式的に示したものである。

実施形態３にかかる面発光レーザ装置３００は、実施形態２における上部反射鏡２５０に相当する上部反射鏡３５０の上部に、実施形態２における細孔２９０の代わりにリング状の孔３９０が開けられている点を除いて、実施形態２とほぼ同様の構成を有する。

このようにリング状の穴３９０を設ければ、図２（ａ）に示したように、多層膜反射鏡の中心部分に穴を設ける必要がなくなる。この形態は細孔が中心部にある場合に比べ、０次横モードの電場強度分布の割合が中心部で最大となるときに、穴による光散乱が軽減できるというメリットがある。

次に、実施形態３における上部反射鏡３５０の作製方法について説明する。なお、絶縁膜１６０の形成工程までは実施形態２と同様なので説明を省略する。

絶縁膜１６０形成後、上部反射鏡３５０に例えばリソグラフィ技術などを用いてリング状の孔３９０を開ける。

リング状孔３９０の大きさは、単一横モード発振の点から、波長の数倍程度の径が好ましい。ここでは、リング状孔による散乱を小さくするためリングの幅を小さくするという点から、内径は４μｍ、外径は６μｍである。そして、このリング状孔３９０を通じて低屈折率層としてのｐ−Ａｌ_０．９７Ｇａ_０．０３Ａｓ層２７１、２７２、２７３を酸化させることにより、酸化アルミニウムを有する中央部である２７４、２７５、２７６が形成される。酸化処理は、実施形態１および２と同様に３００〜５００℃の水蒸気中で、５〜３０分加熱することにより行う。

最後に、実施形態１および２と同様に、電極１８０と１８５を形成する。

なお、実施形態２で記載したように、リング状の孔３９０は複数個設けてもよく、また、リング状の孔３９０に樹脂などを充填してもよい。

実施形態１にかかる面発光レーザ装置の断面および上面を模式的に示す図である。 実施形態２にかかる面発光レーザ装置の断面および上面を模式的に示す図である。 実施形態３にかかる面発光レーザ装置の断面および上面を模式的に示す図である。 従来例にかかる面発光レーザ装置の断面およびその一部の拡大したものを模式的に示す図である。

符号の説明

１００、２００、３００ 面発光レーザ装置
１０５ 基板
１０７ 共振器
１１０ 下部多層膜反射鏡
１２０ 下部クラッド
１２５ 活性層
１３０ 上部クラッド
１４０ 電流狭窄構造を形成するための層
１４５ 酸化層
１４６ 非酸化層
１５０、２５０、３５０ 上部多層膜反射鏡
１６０ 絶縁膜
１７０、２７１、２７２、２７３ 第２の領域
１７５、２７４、２７５、２７６ 第１の領域
１８０ 上部電極
１８５ 下部電極
１９０ レーザ光が出射する範囲
２１０ 酸化領域
２９０ 細孔
３９０ リング状の孔

Claims (16)

1. 基板と、該基板上に設けられている一対の反射鏡と、該一対の反射鏡間に配置される活性層と、酸化層と非酸化層とからなり該活性層へ注入される電流を制限するための電流狭窄構造と、を有する面発光レーザ装置において、
   前記一対の反射鏡の少なくとも一方は、第１の屈折率を有する層と、該第１の屈折率よりも屈折率の低い第２の屈折率を有する層とが交互に積層されている多層膜反射鏡であり、
   前記第２の屈折率を有する層のうち少なくとも一層は、第１の領域と、該第１の領域を前記基板の水平方向に取り囲む第２の領域とを有し、
   前記第１の領域は酸化アルミニウムを含み、かつ、前記第２の領域よりも屈折率が低く、該第１の領域と該第２の領域は前記電流狭窄構造よりもレーザ光の出射側に設けられており、
   前記基板の水平方向において、前記第１の領域と前記第２の領域との境界は、前記電流狭窄構造の前記非酸化層が占める領域内に存在し、
   レーザ光に対する前記多層膜反射鏡の前記基板の垂直方向の反射率について、前記第１の領域を含む部分の反射率は、前記第２の領域を含む部分の反射率よりも高いことを特徴とする面発光レーザ装置。
2. 前記第１の屈折率を有する層の光学的厚さと、前記第１の領域の光学的厚さの合計は、λの半整数倍（λ：レーザ発振波長）であることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ装置。
3. 前記第１の領域の光学的厚さは、λ／４（λ：レーザ発振波長）であることを特徴とする請求項１または２に記載の面発光レーザ装置。
4. 前記第１の領域には、該第１の領域が有する酸化アルミニウムを形成するために用いられた細孔が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の面発光レーザ装置。
5. 前記細孔が複数個設けられていることを特徴とする請求項４に記載の面発光レーザ装置。
6. 前記細孔がリング状であることを特徴とする請求項４に記載の面発光レーザ装置。
7. 前記細孔に樹脂が充填されていることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の面発光レーザ装置。
8. 基板と、該基板上に設けられている一対の反射鏡と、該一対の反射鏡間に配置される活性層と、酸化層と非酸化層とからなり該活性層へ注入される電流を制限するための電流狭窄構造と、を有する面発光レーザ装置において、
   第１の屈折率を有する層と、該第１の屈折率よりも屈折率の低い第２の屈折率を有する層とが交互に積層されている前記反射鏡としての多層膜反射鏡と、
   酸化アルミニウムを含む第１の領域（Ａ）と、該第１の領域（Ａ）を前記基板の水平方向に取り囲み、かつ、該第１の領域（Ａ）よりも屈折率の高い第２の領域（Ａ）とを備えた前記第２の屈折率を有する層としての（Ａ）層と、
   前記（Ａ）層よりも前記活性層に対して近くに設けられ、酸化アルミニウムを含む第１の領域（Ｂ）と、該第１の領域（Ｂ）を前記基板の水平方向に取り囲み、かつ、該第１の領域（Ｂ）よりも屈折率の高い第２の領域（Ｂ）とを備えた前記第２の屈折率を有する層としての（Ｂ）層と、
   前記第１の領域（Ａ）と前記第１の領域（Ｂ）が有する酸化アルミニウムを形成するために該第１の領域（Ａ）と該第１の領域（Ｂ）とを貫通して設けられた細孔と、を有し、
   前記（Ａ）層と前記（Ｂ）層は前記電流狭窄構造よりもレーザ光の出射側に設けられており、
   前記基板の水平方向において、前記第１の領域（Ａ）と前記第２の領域（Ａ）との境界および前記第１の領域（Ｂ）と前記第２の領域（Ｂ）の領域は、前記電流狭窄構造の前記非酸化層が占める領域内に存在し、
   レーザ光に対する前記多層膜反射鏡の前記基板の垂直方向の反射率について、前記第１の領域（Ａ）および前記第１の領域（Ｂ）を含む部分の反射率は、前記第２の領域（Ａ）および前記第２の領域（Ｂ）を含む部分の反射率よりも高いことを特徴とする面発光レーザ装置。
9. 前記（Ａ）層において前記第１の領域（Ａ）が占める割合よりも、前記（Ｂ）層において前記第１の領域（Ｂ）が占める割合が多いことを特徴とする請求項８に記載の面発光レーザ装置。
10. 基板上に活性層と多層膜反射鏡とを備えている面発光レーザ装置の製造方法であって、
    第１の屈折率を有する層と、該第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有する層とを交互に積層する多層膜反射鏡形成工程と、
    酸化層と非酸化層とからなり前記活性層へ注入される電流を制限するための電流狭窄構造を形成する工程と、
    前記電流狭窄構造よりも上部に設けられている前記第２の屈折率を有する層のうち、少なくとも一層を酸化することによって、酸化アルミニウムを含む第１の領域と、該第１の領域を前記基板水平方向に取り囲む第２の領域を形成する酸化処理工程とを含み、
    前記基板の水平方向において、前記酸化処理工程により、前記第１の領域と前記第２の領域との境界を、前記電流狭窄構造の前記非酸化層が占める領域内に形成し、前記多層膜反射鏡の前記基板の垂直方向の反射率について、前記第１の領域を含む部分の反射率は、前記第２の領域を含む部分の反射率よりも高くすることを特徴とする面発光レーザ装置の製造方法。
11. 前記酸化処理工程は、マスクを用いて行うことを特徴とする請求項１０に記載の面発光レーザ装置の製造方法。
12. 前記酸化処理工程の前に、多層膜反射鏡に細孔を形成する工程を有し、
    前記酸化処理工程は、該細孔を通じて行うことを特徴とする請求項１０に記載の面発光レーザ装置の製造方法。
13. 前記細孔を形成する工程において、リング状の細孔を形成することを特徴とする請求項１２に記載の面発光レーザ装置の製造方法。
14. 前記細孔を形成する工程において、複数個の細孔を形成することを特徴とする請求項１２に記載の面発光レーザ装置の製造方法。
15. 前記細孔に樹脂を充填する工程を更に有することを特徴とする請求項１２から１４のいずれかに記載の面発光レーザ装置の製造方法。
16. 前記多層膜反射鏡形成工程において、前記第２の屈折率を有する層におけるアルミニウム含有率を、前記活性層に近づくにつれて徐々に増加するように積層することを特徴とする請求項１２から１５のいずれかに記載の面発光レーザ装置の製造方法。

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