JP4919639B2 - 面発光レーザ素子および面発光レーザアレイおよび面発光レーザ素子の製造方法および面発光レーザモジュールおよび電子写真システムおよび光通信システムおよび光インターコネクションシステム - Google Patents

Description

本発明は、面発光レーザ素子および面発光レーザアレイおよび面発光レーザ素子の製造方法および面発光レーザモジュールおよび電子写真システムおよび光通信システムおよび光インターコネクションシステムに関する。

面発光レーザ（面発光型半導体レーザ）は、端面発光型レーザに比べて活性層体積が小さく、低閾値電流動作，高速変調が可能である事から、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信光源として注目されている。また、面発光レーザは、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あり、並列光インターコネクション用光源、及び高精彩電子写真システムのアレイ書き込み光源としても注目されている。

面発光レーザ素子は、活性層体積が小さい為に端面発光型レーザ素子と比べて低閾値動作が可能であるが、その一方で、活性層体積が小さい事により高出力を得ることが難しいという問題がある。また、光ファイバ通信，電子写真システム用の光源などの多くの用途においては、円形の出射ビーム形状が得られる単一基本横モード発振が望まれるが、高出力まで単一基本横モード発振を維持する事が難しいという課題を有している。

現在、面発光レーザ素子の代表的な構造として、例えば選択酸化型構造と（水素）イオン注入型構造との２つを挙げる事ができる。

選択酸化型面発光レーザ素子において、単一基本横モード発振を得る最も一般的に知られている方法としては、Ａｌを含む半導体層の選択酸化によって形成される電流狭窄構造の非酸化領域の一辺、又は直径を発振波長の３〜４倍程度と設定する事である。選択酸化された領域が周辺半導体層に対し低屈折率領域を形成するため、実効的な屈折率導波構造が形成され、非酸化領域の一辺、又は直径を上述の長さに設定した場合に、高次横モードに対するカットオフ条件が満たされる。

しかしながら、この際の非酸化領域（電流注入領域）の一辺の長さ、又は直径は、実際には３〜数μｍと非常に小さなものであり、電流狭窄構造による抵抗増加により、素子の駆動電圧が高くなるという問題がある。また、電流注入領域を小さく設定する事により、発振領域は減少し、更に高抵抗化による素子発熱が増加するため、高出力を得る事が非常に難しくなる。また、実際に素子を駆動した場合には、電流通路で生じる発熱、及び注入キャリアのプラズマ効果等による屈折率変化、或いは空間的ホールバーニングによる基本横モードの利得飽和等のために、電流の高注入領域まで単一基本横モード発振を維持する事が難しい事が知られている。

一方、（水素）イオン注入による高抵抗化領域を素子内部に設けて、電流狭窄を行う水素イオン注入型面発光レーザ素子では、水素イオン注入領域の屈折率変化が殆ど無く、通電した際の温度変化によって生じる屈折率差により横方向の光閉じ込めが行われている。この屈折率変化は、選択酸化型面発光レーザ素子における横モードの閉じ込めに比べ非常に弱いため、比較的大きな電流狭窄径においても、基本横モード動作を得る事が可能である。しかし、一方で、発振遅れ、又は横モードの安定性が悪いという問題がある事が知られている。

以上の様に、選択酸化型構造と（水素）イオン注入型構造とのいずれの構造においても、安定に高出力まで単一基本横モード発振を得るのが難しいという問題を有している。近年、特に選択酸化型面発光レーザ素子において、以上の問題を改善して、単一基本横モードにおいて高出力動作を得るという課題に対し、特許文献１、或いは特許文献２に示されている試みがなされている。

すなわち、特許文献１では、高次横モードが、素子の電流注入領域の周辺にモード分布を有するという性質に着目し、素子最表面における分布ブラッグ反射器を構成する半導体層の高次横モード分布に対応した領域をエッチング加工し、素子表面にリリーフ構造を設けている。上部分布ブラッグ反射器のエッチング加工がなされた領域は、多重反射の位相条件が変化する（位相条件が反転する）事によって反射率が低下し、高次横モードに対する損失を増加させる事ができる。つまり、電流注入領域に対応する部分にモード分布を有した基本横モードへ影響を与える事無く、高次横モードに対して損失を付加する事によって、高出力までの単一基本横モード発振を得ることを意図している。

また、特許文献２，特許文献３も、特許文献１と同様な考えに基づき、素子の最表面層である半導体コンタクト層と金属を合金化させる事によって電流注入領域の周辺部における分布ブラッグ反射器の反射率を低下させ、高出力までの単一基本モード発振を得ることを意図している。
特開２００３−１１５６３４号公報 特開２００２−２０８７５５号公報 特開２００４−２３０８７号公報

上述した従来の技術（特許文献１，特許文献２および特許文献３）では、分布ブラッグ反射器の最表面部において反射率を調整する方法について開示されているが、分布ブラッグ反射器は多層膜の各界面分における多重反射を利用しているので、光強度は表面層に向かい次第に減衰しており、最表面に何らかの反射率調整構造を設ける方法では、大きなミラー損失を付加する事は難しい。

したがって、上述した従来の技術では、いずれも高次横モードに対して、十分に大きな損失を選択的に付加する事は難しく、電流を高注入とした場合に、高次横モードの発振が開始してしまうという問題がある（すなわち、高次横モードの発振を効果的に確実に抑制することができないという問題がある）。

本発明は、従来に比べて、高次横モードに対してより大きな損失を選択的に付加することができ、高次横モードの発振をより効果的に（すなわち、確実に）抑制することができて、単一基本横モードにおいてより一層の高出力動作が可能な面発光レーザ素子および面発光レーザアレイおよび面発光レーザモジュールおよび電子写真システムおよび光通信システムおよび光インターコネクションシステムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、活性層と該活性層の両側に設けられた共振器スペーサー層とから構成される共振領域と、低屈折率層と高屈折率層の周期的積層によって構成され、前記共振領域を挟み対向して設けられる一対の分布ブラッグ反射器と、前記活性層への電流注入領域を規定する電流狭窄構造とを有する面発光レーザ素子において、前記一対の分布ブラッグ反射器のうちの少なくとも一方の分布ブラッグ反射器は、前記活性層と前記共振器スペーサー層とから構成される前記共振領域とは別の第２の共振領域を含み、該第２の共振領域は、前記電流注入領域の中心から所定の距離の範囲を除く領域に設けられており、前記第２の共振領域は、分布ブラッグ反射器を構成する高屈折率層に対し相対的に低屈折率となる共振器スペーサー層により構成され、前記第２の共振領域を構成している共振器スペーサー層は、レーザ発振波長のｍ／２ｎの厚さ（ｍは整数、ｎは共振器スペーサー層の屈折率）である事を特徴としている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の面発光レーザ素子において、前記電流注入領域の中心から所定の距離の範囲は、少なくとも一部が、前記電流狭窄構造によって規定される前記電流注入領域の境界に対して前記電流注入領域の中心側に位置し、前記第２の共振領域は、電流注入領域と部分的に空間的重なりを有している事を特徴としている。

また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の面発光レーザ素子において、前記電流注入領域の中心から所定の距離の範囲は、前記電流狭窄構造によって規定される前記電流注入領域の境界に対して前記電流注入領域の外側に位置している事を特徴としている。

また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記電流狭窄構造は、Ａｌを含む半導体層の選択酸化構造により構成されている事を特徴としている。

また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記電流狭窄構造は、イオン注入による高抵抗化領域により構成されている事を特徴としている。

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レーザ素子において、前記第２の共振領域の少なくとも一部の層は、レーザ発振光を吸収する半導体材料で構成されている事を特徴としている。

また、請求項７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レーザ素子において、前記第２の共振領域中の電界の定在波の腹に対応する位置に、レーザ発振光を吸収する半導体層が設けられている事を特徴としている。

また、請求項８記載の発明は、請求項７記載の面発光レーザ素子において、前記半導体層は、格子歪を有する材料で構成されていることを特徴としている。

また、請求項９記載の発明は、請求項６乃至請求項８のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記電流狭窄構造により規定された電流注入領域と前記第２の共振領域が設けられていない領域との形状が相違し、第２の共振領域が設けられていない領域の形状は、等方形状である事を特徴としている。

また、請求項１０記載の発明は、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、該面発光レーザ素子は、基板とは反対側の光出射側にレーザ光を出射するように構成されており、更に前記一対の分布ブラッグ反射器のうち光出射側における分布ブラッグ反射器の表面には、前記第２の共振領域を設けた領域の境界に対し素子の中心側に開口を有する電極が設けられている事を特徴としている。

また、請求項１１記載の発明は、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、該面発光レーザ素子は、基板とは反対側の光出射側にレーザ光を出射するように構成されており、更に前記一対の分布ブラッグ反射器のうち光出射側における分布ブラッグ反射器の表面には、前記第２の共振領域を設けた領域の一部から素子の中心側に開口を有する電極が設けられている事を特徴としている。

また、請求項１２記載の発明は、請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記第２の共振領域は、該第２の共振領域が設けられている分布ブラッグ反射器中において、分布ブラッグ反射器を構成する周期数の半分程度の周期となる位置から分布ブラッグ反射器の光出射側表面側の位置に設けられていることを特徴としている。

また、請求項１３記載の発明は、請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記第２の共振領域は、複数設けられていることを特徴としている。

また、請求項１４記載の発明は、請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記活性層はIII−Ｖ族半導体材料から構成され、III族元素にＧａ，Ｉｎのいずれか、又は全てが用いられ、Ｖ族元素にＡｓ，Ｐ，Ｎ，Ｓｂのいずれか、又は全てが用いられ、発振波長が１．１μｍよりも長波長であることを特徴としている。

また、請求項１５記載の発明は、請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記活性層はIII−Ｖ族半導体材料から構成され、III族元素にＡｌ，Ｇａ，Ｉｎのいずれか、又は全てが用いられ、Ｖ族元素にＡｓ，Ｐのいずれか、又は全てが用いられ、発振波長が１．１μｍよりも短波長であることを特徴としている。

また、請求項１６記載の発明は、請求項１記載の面発光レーザ素子において、前記第２の共振領域を設けない所定の距離の範囲を電流注入領域の中心から０．５μｍ〜２μｍの範囲とした事を特徴としている。

また、請求項１７記載の発明は、請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子によって構成されている事を特徴とする面発光レーザアレイである。

また、請求項１８記載の発明は、請求項１記載の面発光レーザ素子の製造方法であって、分布ブラッグ反射器中に第２の共振領域を形成する製造工程を、１回目の結晶成長工程において共振器スペーサー層を形成する半導体層を所定の厚さからレーザ発振波長に対し１／４ｎの厚さだけ薄く設け、次に第２の共振領域を設けない領域における前記半導体層をエッチング除去した後、２回目の結晶成長工程においてレーザ発振波長に対し１／４ｎ厚さとなる半導体層を設けることによって行なう事を特徴としている。

また、請求項１９記載の発明は、請求項１記載の面発光レーザ素子の製造方法であって、分布ブラッグ反射器中に前記第２の共振領域を形成する製造工程を、分布ブラッグ反射器中に共振器スペーサー層を形成する半導体層を所定の厚さに設けた後、素子表面からエッチング除去を行い、第２の共振領域を設けない領域における前記半導体層を、分布ブラッグ反射器における光波の多重反射の条件を満たす厚さにエッチング除去することによって行なう事を特徴としている。

また、請求項２０記載の発明は、請求項１８または請求項１９記載の面発光レーザ素子の製造方法において、前記第２の共振領域を設けない領域における半導体層をエッチング除去する工程は、ドライエッチング工程とウエットエッチング工程とを組み合わせて行う事を特徴としている。

また、請求項２１記載の発明は、請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は請求項１７記載の面発光レーザアレイを用いて構成されている事を特徴とする面発光レーザモジュールである。

また、請求項２２記載の発明は、請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は請求項１７記載の面発光レーザアレイが用いられている事を特徴とする電子写真システムである。

また、請求項２３記載の発明は、請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は請求項１７記載の面発光レーザアレイが用いられている事を特徴とする光通信システムである。

また、請求項２４記載の発明は、請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は請求項１７記載の面発光レーザアレイが用いられている事を特徴とする光インターコネクションシステムである。

以上に説明したように、請求項１乃至請求項１６記載の発明によれば、活性層と該活性層の両側に設けられた共振器スペーサー層とから構成される共振領域と、低屈折率層と高屈折率層の周期的積層によって構成され、前記共振領域を挟み対向して設けられる一対の分布ブラッグ反射器と、前記活性層への電流注入領域を規定する電流狭窄構造とを有する面発光レーザ素子において、前記一対の分布ブラッグ反射器のうちの少なくとも一方の分布ブラッグ反射器は、前記活性層と前記共振器スペーサー層とから構成される前記共振領域とは別の第２の共振領域を含み、該第２の共振領域は、前記電流注入領域の中心から所定の距離の範囲を除く領域に設けられており、前記第２の共振領域は、分布ブラッグ反射器を構成する高屈折率層に対し相対的に低屈折率となる共振器スペーサー層により構成され、前記第２の共振領域を構成している共振器スペーサー層は、レーザ発振波長のｍ／２ｎの厚さ（ｍは整数、ｎは共振器スペーサー層の屈折率）であるので、第２の共振領域における共振作用を効率良く得る事が可能になり、高次横モードに対し効果的にミラー損失を付加できる効果がある。よって、高出力まで単一基本横モード発振が可能な面発光レーザ素子が得られる。

特に、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の面発光レーザ素子において、前記電流注入領域の中心から所定の距離の範囲は、少なくとも一部が、前記電流狭窄構造によって規定される前記電流注入領域の境界に対して前記電流注入領域の中心側に位置し、前記第２の共振領域は、電流注入領域と部分的に空間的重なりを有しているので、特に従来の選択酸化型面発光レーザ素子において問題となっていた素子抵抗の増加（動作電圧の増加），発熱の増加等といった問題を改善することができ、単一基本横モードにおいて高出力を得ることができる。また更に、発熱の低減による微分利得と基本横モード出力の増加によって緩和振動周波数が増大し、また、素子抵抗の低減によって電気的変調限界が増大するので、高速変調が可能となる。また、（水素）イオン注入型面発光レーザ素子においても、同様に大きな高次横モードの抑制効果が得られるので、更に安定に高出力まで単一基本横モード発振が得られる。

また、請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の面発光レーザ素子において、前記電流注入領域の中心から所定の距離の範囲は、前記電流狭窄構造によって規定される前記電流注入領域の境界に対して前記電流注入領域の外側に位置しているので、基本横モードへの影響（損失の増加）を少なく留め、基本横モードの発振閾値電流を増加させる事なく、従来の素子に比べてより大きな高次横モードの発振抑制効果が得られ、これにより、安定に高出力まで単一基本横モード発振が得られる。

また、請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記電流狭窄構造は、Ａｌを含む半導体層の選択酸化構造により構成されており、このような選択酸化型面発光レーザ素子では、第２の共振領域における共振作用によって、高次横モードの発振が極めて効率良く抑制される為、更に電流の高注入領域まで基本横モード発振が得られる。

すなわち、従来の選択酸化型面発光レーザ素子は、電流を高注入すると、発熱やプラズマ効果等による屈折率変化、空間的ホールバーニング等により高次横モードに対するカットオフ条件が満たされなくなり、高次横モードの発振が始まるという問題があったが、請求項６の選択酸化型面発光レーザ素子では、第２の共振領域における共振作用によって、高次横モードの発振が極めて効率良く抑制される為、更に電流の高注入領域まで基本横モード発振が得られる。

また、請求項５記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記電流狭窄構造は、イオン注入による高抵抗化領域により構成されており、このようなイオン注入型面発光レーザ素子では、第２の共振領域における共振作用によって、高次横モードの発振が極めて効率良く抑制される。この結果、横モードの不安定さが改善されるとともに、より高注入領域まで安定に基本横モード発振が得られる。

すなわち、従来の水素イオン注入型面発光レーザ素子は、選択酸化型面発光レーザ素子等に比べて、横モードの閉じ込めが弱く、横モードが駆動条件に対して不安定であるという問題があり、高出力まで安定に単一基本横モード動作を得る事が難しいという問題があったが、請求項５の（水素）イオン注入型面発光レーザ素子では、第２の共振領域における共振作用によって、高次横モードの発振が極めて効率良く抑制される。この結果、横モードの不安定さが改善されるとともに、より高注入領域まで安定に基本横モード発振が得られる。

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レーザ素子において、前記第２の共振領域の少なくとも一部の層は、レーザ発振光を吸収する半導体材料で構成されているので、ミラー損失に加えて、大きな吸収損失をさらに付加する事ができる。従って、第２の共振領域にモード分布が重なる高次横モードは、発振に必要な閾値利得が更に増加し、さらにより一層効果的に高次横モードの発振を抑制することができる。更に、第２の共振領域における光吸収により、第２の共振領域を通過する光が効果的に吸収されるので、出射ビーム形状を第２の共振領域を設けていない領域の形状に応じて、任意所望の形状に整形する事ができる。

また、請求項７，請求項８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レーザ素子において、前記第２の共振領域中の電界の定在波の腹に対応する位置に、レーザ発振光を吸収する半導体層が設けられているので、ミラー損失に加えて、大きな吸収損失をさらに付加する事ができる。従って、第２の共振領域にモード分布が重なる高次横モードは、発振に必要な閾値利得が更に増加し、さらにより一層効果的に高次横モードの発振を抑制することができる。

また、請求項９記載の発明によれば、請求項６乃至請求項８のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記電流狭窄構造により規定された電流注入領域と前記第２の共振領域が設けられていない領域との形状が相違し、第２の共振領域が設けられていない領域の形状は、等方形状であるので、活性領域での発光パターンが異方性形状を有している場合であっても、等方形状の出射ビーム形状を得ることができる。

また、請求項１０記載の発明によれば、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、該面発光レーザ素子は、基板とは反対側の光出射側にレーザ光を出射するように構成されており、更に前記一対の分布ブラッグ反射器のうち光出射側における分布ブラッグ反射器の表面には、前記第２の共振領域を設けた領域の境界に対し素子の中心側に開口を有する電極が設けられているので、電極による基本横モードに対する影響（損失）を小さく留める事ができ、基本横モード発振において更に高出力動作が可能な面発光レーザ素子を提供することができる。

また、請求項１１記載の発明によれば、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、該面発光レーザ素子は、基板とは反対側の光出射側にレーザ光を出射するように構成されており、更に前記一対の分布ブラッグ反射器のうち光出射側における分布ブラッグ反射器の表面には、前記第２の共振領域を設けた領域の一部から素子の中心側に開口を有する電極が設けられているので、電極による反射率の低下を防ぎ、高い反射率を得ることができ、第２の共振領域における共振作用をより効果的に得る事ができる。

また、請求項１２記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記第２の共振領域は、該第２の共振領域が設けられている分布ブラッグ反射器中において、分布ブラッグ反射器を構成する周期数の半分程度の周期となる位置から分布ブラッグ反射器の表面側（光出射側表面側）の位置に設けられており、特に、周期数の半分程度の周期となる位置に設けられる場合に、最も高い共振（共鳴）効果が得られ、最も効率良く高次横モードの発振を抑制することができる。

また、請求項１３記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記第２の共振領域は、複数設けられているので、より効率的に高次横モードの発振を抑制することができる。

また、請求項１４記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記活性層はIII−Ｖ族半導体材料から構成され、III族元素にＧａ，Ｉｎのいずれか、又は全てが用いられ、Ｖ族元素にＡｓ，Ｐ，Ｎ，Ｓｂのいずれか、又は全てが用いられ、発振波長が１．１μｍよりも長波長であるので、特に長波長帯では、ミラー損失に加え、吸収損失を付加する事ができて、更に高次横モード光の発振を抑制する事ができる。

また、請求項１５記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記活性層はIII−Ｖ族半導体材料から構成され、III族元素にＡｌ，Ｇａ，Ｉｎのいずれか、又は全てが用いられ、Ｖ族元素にＡｓ，Ｐのいずれか、又は全てが用いられ、発振波長が１．１μｍよりも短波長であるので、短波長帯において、低抵抗であり、高出力まで単一基本横モード動作が可能な面発光レーザ素子を提供することができる。

また、請求項１６記載の発明によれば、請求項１記載の面発光レーザ素子において、前記第２の共振領域を設けない所定の距離の範囲を電流注入領域の中心から０．５μｍ〜２μｍの範囲としたので、単一基本横モード発振において高出力動作が可能な、特に高精細電子写真書き込み光源用途の短波長面発光レーザ素子を提供する事ができる。

また、請求項１７記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子によって構成されている事を特徴とする面発光レーザアレイであり、面発光レーザアレイを構成する個々の素子に請求項１乃至請求項１８のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子を用いた事により、単一基本横モード発振において高出力動作が可能な面発光レーザアレイを提供する事が可能となり、電子写真システムのマルチビーム書き込み系や、光通信システム等の光源として好適な面発光レーザアレイを提供する事ができる。特に、アレイを構成する個々の面発光レーザ素子に請求項６乃至請求項１６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子を用いる事によって、出射ビームが任意所望の形状，大きさに均一性良く制御された、アレイ内のビーム均一性に優れた面発光レーザアレイを歩留まり良く提供することができる。

また、請求項１８記載の発明によれば、請求項１記載の面発光レーザ素子の製造方法であって、分布ブラッグ反射器中に前記第２の共振領域を形成する製造工程を、２回の結晶成長を用いる方法としており（具体的には、１回目の結晶成長工程において、共振器スペーサー層を形成する半導体層を、所定の共振器スペーサー層の厚さからレーザ発振波長に対し１／４ｎだけ薄い厚さに設け、第２の共振領域を設けない領域における前記半導体層をエッチング除去した後、２回目の結晶成長工程において、レーザ発振波長に対して１／４ｎ厚さとなる半導体層を設ける製造方法としており）、このような製造方法とする事で、第２の共振領域を設けない領域において分布ブラッグ反射器の多重反射の位相条件を保ったまま、分布ブラッグ反射器中の一部に第２の共振領域を容易に形成する事ができる。すなわち、請求項１８記載の発明では、請求項１の単一基本横モードで高出力動作が可能な面発光レーザ素子を簡便な工程により製造することができる。

また、請求項１９記載の発明によれば、請求項１記載の面発光レーザ素子の製造方法であって、分布ブラッグ反射器中に前記第２の共振領域を形成する製造工程を、分布ブラッグ反射器中に共振器スペーサー層を形成する半導体層を所定の厚さに設けた後、素子表面からエッチング除去を行い、第２の共振領域を設けない領域における前記半導体層を、分布ブラッグ反射器における光波の多重反射の条件を満たす厚さにエッチング除去することによって行なうようにしており、請求項１９の方法では、分布ブラッグ反射器の表面に近い部分に第２の共振領域を設ける場合、非常に簡単な製造工程によってこれを行う事ができる。すなわち、請求項１９記載の発明では、請求項１の単一基本横モードで高出力動作が可能な面発光レーザ素子を簡便な工程により製造することができる。

また、請求項２０記載の発明によれば、請求項１８または請求項１９記載の面発光レーザ素子の製造方法において、前記第２の共振領域を設けない領域における半導体層をエッチング除去する工程は、ドライエッチング工程とウエットエッチング工程とを組み合わせて行うので、第２の共振領域の形状を均一性、及び再現性良く製造する事ができる。

また、請求項２１記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は請求項１７記載の面発光レーザアレイを用いて構成されている事を特徴とする面発光レーザモジュールであるので、基本横モードで、高出力まで発振が得られ、光ファイバとの結合が高く、また、高次横モードの発振が抑制されていることから、出力等の素子の動作状態が変化した場合でも、結合率が変化しファイバへの光入力が変化するようなことが非常に少ない。また、抵抗が低い事から高速動作が可能である。よって、請求項２１記載の発明では、単一基本横モードにおいて高出力が得られ、高速動作が可能な信頼性の高い面発光レーザモジュールを提供することができる。

また、請求項２２記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は請求項１７記載の面発光レーザアレイが用いられている事を特徴とする電子写真システムであり、面発光レーザ素子を電子写真システムの書き込み光源として用いると、出射ビームが円形であることから、ビーム成形が容易である。更に、高いアレイ間の位置精度を有していることから、同一のレンズで複数のビームを再現性良く容易に集光することができる。よって、光学系が簡単で済み、低コストに高精細な電子写真システムを提供することができる。また、本発明の面発光レーザ素子，面発光レーザアレイは、高出力まで単一基本横モード発振が得られる事から、高速で高精細な電子写真システムを提供する事ができる。

以上のように、請求項２２記載の発明によれば、高速動作書き込みが可能であり、低コスト，高精細な電子写真システムを提供する事ができる。

また、請求項２３記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は請求項１７記載の面発光レーザアレイが用いられている事を特徴とする光通信システムであり、本発明の面発光レーザ素子，面発光レーザアレイでは、基本横モードで高出力まで発振が得られるので、光ファイバとの結合が高い。また、高次横モードの発振が抑制されていることから、出力等の素子の駆動状態が変化した場合でも、結合率が変化しファイバへの光入力が変化するようなことが非常に少ない。また、抵抗が低い事から高速動作が可能である。また、従来に比べ、高出力が得られるので、長距離の通信が可能である。よって、請求項２３記載の発明では、ファイバとの結合が安定し、高速通信が可能な信頼性の高い光通信システムを提供することができる。

また、請求項２４記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は請求項１７記載の面発光レーザアレイが用いられている事を特徴とする光インターコネクションシステムであり、本発明の面発光レーザ素子，面発光レーザアレイでは、基本横モードで、高出力まで発振が得られるので、光ファイバとの結合が高い。また、高次横モードの発振が抑制されていることから、出力等の素子の駆動状態が変化した場合でも、結合率が変化しファイバへの光入力が変化するようなことが非常に少ない。また、抵抗が低い事から高速動作が可能である。よって、請求項２４記載の発明では、ファイバとの結合が安定し、高速伝達が可能な信頼性の高い光インターコネクションシステムを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

（第１の形態）
本発明の第１の形態は、活性層と該活性層の両側に設けられた共振器スペーサー層とから構成される共振領域と、低屈折率層と高屈折率層の周期的積層によって構成され、前記共振領域を挟み対向して設けられる一対の分布ブラッグ反射器と、前記活性層への電流注入領域を規定する電流狭窄構造とを有する面発光レーザ素子において、前記一対の分布ブラッグ反射器のうちの少なくとも一方の分布ブラッグ反射器は、前記活性層と前記共振器スペーサー層とから構成される前記共振領域とは別の第２の共振領域を含み、該第２の共振領域は、前記電流注入領域の中心（具体的には、電流注入領域の横断面形状の重心（後述のように、電流注入領域が、横断面形状として、円形，四角形，または三角形などの形状をとる場合に、円形，四角形，または三角形などの形状の重心）から所定の距離（具体的には、後述のように、約０．５μｍ以上）の範囲を除く領域に設けられている事を特徴としている。

即ち、本発明では、主に基本横モード分布に対応する電流注入領域においては、従来の面発光レーザ素子と同様に、低屈折率層と高屈折率層の周期積層よりなる分布ブラッグ反射器を設け、電流注入領域の中心から所定の距離（例えば、約０．５μｍ以上）の範囲を除く領域（すなわち、主に高次横モード分布に対応する領域）における分布ブラッグ反射器の途中に第２の共振領域を設けた構成となっている。

図１は、面発光レーザ素子の基本（０次）横モード，高次（１次）横モードの電界強度分布（縦軸）を位置に対応した横軸について模式的に示す図である。周知の様に、面発光レーザ素子にける基本横モードは、電流注入領域に対応する利得領域にピークを有する単峰性のモード分布をとる。一方、高次横モードはモード間の直交性により、電流注入領域の中心から離れた領域においてピークを有するモード分布となっている。

本発明の第１の形態では、高次横モード分布に対応する部位に第２の共振領域を設ける構成となっており、第２の共振領域を設けた領域では、第２の共振領域における発振光の共振により、第２の共振領域，及びその周辺部における電界強度を増大させる事ができる。これに伴って、分布ブラッグ反射器の第２の共振領域を設けた部位における光強度は全体的に増加し、素子表面から放射される光強度も増加する。これは分布ブラッグ反射器の反射率が実効的に低下している事を意味するものであり、ミラーによる損失（ミラー損失）が増加している事に対応する。したがって、第２の共振領域を通過し共振するモードは、発振に必要な閾値利得が増加する。一方、第２の共振領域を設けていない領域（主に電流注入領域に対応した領域）では、この様な共振作用は無いので、電界強度は分布ブラッグ反射器による多重反射により、素子表面に向かい単調に減少し、ミラー損失が低く抑えられる。つまり、第２の共振領域を設けた領域にモード分布を有する高次横モードは、発振の為に高い利得が必要であり、発振が抑制される。

図２，図３は本発明のこの作用を説明するための図であり、例として半導体材料から構成される１．３μｍを発振波長とする面発光レーザの１次元構造の内部電界分布（電界強度分布）と、面発光レーザ構造に対応した屈折率分布とを模式的に示したものである。なお、図２，図３において横軸は面発光レーザ構造の上下方向の位置を表わしており、右側が面発光レーザ構造の裏面側（ＧａＡｓ基板）、左側が面発光レーザ構造の表面側（空気層）となっている。また、レーザ出力は低反射側の空気層側（図２，図３の左側）へ放射されるようになっている。

図２の面発光レーザ構造は、３５周期のＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／ＧａＡｓ下部分布ブラッグ反射器と、一波長共振領域と、２６周期のＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／ＧａＡｓ上部分布ブラッグ反射器とから構成されており、利得領域が一波長共振領域の中央に設けられている。

一方、図３の面発光レーザ構造も、図２と同様に、面発光レーザ構造の中央付近には利得領域を有する一波長共振領域が設けられており、更に、図３の面発光レーザ構造では、空気層側から３周期目にあたる分布ブラッグ反射器の途中に第２の共振領域が設けられている。図３では、第２の共振領域は、一例として、レーザ発振波長に対して１波長となるＧａＡｓ層により構成されている。

図２では、面発光レーザ構造中における電界強度は中央付近に設けた共振領域で最も大きく、裏面側（基板側），表面側（空気層側）に向けて単調に減少する。これに対して、図３の面発光レーザ構造は、空気層側の近くに設けられた第２の共振領域による共振作用によって、この周辺の電界強度が増加し、第２の共振領域からしみ出した光によって、空気層側に設けた分布ブラッグ反射器における電界強度が全体的に高くなり、空気層側に放射される光のエネルギーも増加している。これは、実効的にミラーの反射率が低下している事に対応する。この様な現象は、利得領域を含む共振領域と第２の共振領域との２つの共振領域の間における共鳴現象として理解でき、例えば電子における同様な現象として、共鳴トンネリング等を挙げる事ができる。

以上の様に、第２の共振領域における共振作用により反射率が低下する事によって、ミラー損失が増加し、発振に必要な利得は増加する。図３の面発光レーザ構造では、第２の共振領域における共振作用により反射率が低下し（すなわち、ミラー損失が増加し）、発振に必要な利得が増加している。例えば、図３の面発光レーザ構造における発振に必要な利得（発振閾値利得）は図２の面発光レーザ構造の発振閾値利得に対して、約２４倍高くなると見積もられる。また、例えば図３の面発光レーザ構造に対し、空気層側表面から２周期目の高屈折率層を第２の共振領域とした場合では、発振閾値利得を約１６倍高くする事ができる。これは、例えば表面の高屈折率層の厚さをレーザ発振波長に対し１／２ｎ（ｎは高屈折率層の屈折率）となる厚さとし、多重反射の位相条件を反転させた場合に見積もられる発振閾値利得の増加の割合（約９倍）に対し高い割合となっている。

このように、第１の形態では、分布ブラッグ反射器の途中の、高次横モード分布に対応する部位に設けた第２の共振領域における共振作用によって、高次横モード光に対するミラー損失を極めて効果的に増加させる事ができる。これによって、高次横モードの発振が抑制され、単一基本横モード発振において高出力動作が可能な面発光レーザ素子を提供することができる。

以上の様に、第２の共振領域を設けた場合には、第２の共振領域における共振効果により、レーザ発振に必要な閾値利得を大幅に増加させる事ができる。したがって、この第２の共振領域を高次横モードのモード分布に対応する位置にのみ設ける事により、高次横モードの発振閾値利得のみを選択的に増加させ、高次横モードのレーザ発振を極めて効果的に抑制する事ができ、単一基本横モード発振において高出力動作が可能な面発光レーザ素子を提供する事ができる。

なお、上記の例においては、第２の共振領域を設ける位置として、利得領域を含む共振領域から比較的離れた位置（すなわち、図３の例では、光出射側表面に近い位置）に設けた例を示したが、上記の例から分かる様に（また、後述のように）、第２の共振領域の位置が利得領域を含む共振領域に近い場合の方が高い発振閾値利得を得る事ができる。

これは、利得領域を含む共振領域と第２の共振領域との２つの共振領域の距離が離れている場合には、共振領域間の結合（共鳴）が小さくなる事と、第２の共振領域を挟む分布ブラッグ反射器の周期数（図の例では特に出射側の分布ブラッグ反射器の周期数）が減り、共振効果が減少してしまう事によるものであり、第２の共振領域を設ける位置としては、利得領域を含む共振領域にある程度近い事が望ましい。そうする事により、共振（共鳴）作用は大きくなり、第２の共振領域を設けた分布ブラッグ反射器中、及び光出射側表面における電界強度を増加させる事ができる。つまり、発振閾値利得を増加させる事ができる。

ところが、逆に、利得領域を含む共振領域と第２の共振領域との２つの共振領域の距離が近すぎる場合には、２つの共振領域間の結合は大きいものの、第２の共振領域と光出射側表面との間に設けられる分布ブラッグ反射器の周期数が増えて高反射となってしまうので、第２の共振領域において共振した光は表面に達するまでに十分減衰し、発振閾値利得は再び小さくなり、高次横モードの発生を抑制する効果を大きくする事が難しくなる。

つまり、第２の共振領域を設ける望ましい位置は、該第２の共振領域が設けられている分布ブラッグ反射器中において、分布ブラッグ反射器を構成する周期数の半分程度の周期となる位置から、活性層側に対して反対側となる位置（すなわち、分布ブラッグ反射器を構成する周期数の半分程度の周期となる位置から分布ブラッグ反射器の表面側（光出射側表面側）の位置）であり、特に、周期数の半分程度の周期となる位置に第２の共振領域を設ける場合に、最も高い共振（共鳴）効果が得られ、最も効率良く高次横モードの発振を抑制することができる。

ここで、高次横モードの発振のみを抑制して、大きな単一基本横モード出力を得る為には、第２の共振領域は基本横モードに対して著しい影響（損失）を付加しないように、基本横モードの電界強度の大きな領域（電流注入領域の中心から所定の距離の範囲となる領域）を除いて第２の共振領域を設ける必要がある。

面発光レーザ素子における基本横モード分布の広がりは、横モードの光閉じ込めの強さ等にも依存するが、主には利得領域である電流注入領域の面積に対応して決まっている。従って、第２の共振領域を設けない領域の最適な大きさもまた素子の電流注入領域の面積に応じて変化するので、電流注入領域の大きさに合わせて設定する必要がある。一般に小さな電流注入領域を有する素子ほど、この領域の面積も小さくなる。

しかし、酸化狭窄型面発光レーザ素子では、電流注入領域の面積が小さくなると、電流注入領域を規定する選択酸化構造によるレーザ発振光の回折損失が増加して、発振閾値電流が増加する事が知られている。約１μｍの電流注入領域の一辺（又は直径）の長さを有した素子では実用的な発振が得られるが、一辺（又は直径）が約１μｍ以下では発振を得る事が困難になる。そこで実用上の下限の電流注入領域の一辺（又は直径）の長さは約１μｍと考える事ができる。

そして、上述の様に基本横モードの分布は電流注入領域の大きさにほぼ対応する事から、高次横モードのみに選択的に高い損失を付加する事のできる第２の共振領域を設けない領域の一辺（又は直径）の下限の長さは１μｍ以上となり、電流注入領域の中心からの所定の距離とは約０．５μｍ以上の事である。ただし、高出力動作の点から、電流注入領域の面積は大きい方が好ましい。

以上の様に、前記の所定の距離以上の範囲で、電流注入領域の面積に応じ、基本横モードとの空間的重なりが著しく大きくならない様に、第２の共振領域を設けない領域の大きさを設定する事により、高次横モードのみを効果的に抑制し、高出力まで単一基本横モード発振を得る事ができる。

以上の様に、本発明の第１の形態では、第２の共振領域を高次横モード分布に対応する領域に設ける構成とし、高次横モードに対するミラー損失のみを選択的に増加させる事によって、高次横モードにおける発振閾値利得を増加させる事ができる。これによって、高次横モードの発振を極めて効果的に抑制する事が可能であり、単一基本横モード発振において、高出力動作が可能な面発光レーザ素子を得る事ができる。

（第２の形態）
本発明の第２の形態は、第１の形態の面発光レーザ素子において、前記電流注入領域の中心から所定の距離の範囲は、少なくとも一部が、前記電流狭窄構造によって規定される前記電流注入領域の境界に対して前記電流注入領域の中心側に位置し、前記第２の共振領域は、電流注入領域と部分的に空間的重なりを有している事を特徴としている。

上述した様に、本発明の面発光レーザ素子では、分布ブラッグ反射器の途中の、高次横モード分布に対応する部位に設けた第２の共振領域により、極めて大きな高次横モード抑制効果を得る事ができる。従って、抵抗を低減する目的において、電流注入領域の面積を従来に対し著しく大きく設定した上で、第２の共振領域における共振作用を用いて高次横モードの発振を抑制し、単一基本横モード発振を得る事が可能である。しかし、電流注入領域（選択酸化構造における非酸化導通領域の面積）の増加によって、選択酸化構造による高次横モードに対する閉じ込め作用が大きくなるので、高次横モード分布と電流注入領域の重なりは大きなものとなる。したがって、この様な場合には、電流狭窄構造によって規定される電流注入領域の境界に対して、第２の共振領域の一部が素子の中心側に位置する様にし、電流注入領域と第２の共振領域の一部とが空間重なりを有する様に配置する事により、高次横モードの発振を効果的に抑制する事ができる。

すなわち、選択酸化型面発光レーザ素子において、素子抵抗を低減する目的において、電流注入領域の面積を従来に対し著しく大きく設定した場合、選択酸化構造による高次横モードに対する閉じ込めの増加によって、高次横モード分布と電流注入領域の空間的重なりが大きくなる。しかし、第２の形態の様に、電流注入領域と第２の共振領域の一部とが空間的に重なる構成とする事により、効果的に高次横モードの発振を抑制する事ができる。これにより、特に従来の選択酸化型面発光レーザ素子において問題となっていた素子抵抗の増加（動作電圧の増加），発熱の増加等といった問題を改善することができ、単一基本横モードにおいて高出力を得ることができる。また更に、発熱の低減による微分利得と基本横モード出力の増加によって緩和振動周波数が増大し、また、素子抵抗の低減によって電気的変調限界が増大するので、高速変調が可能となる。また、（水素）イオン注入型面発光レーザ素子においても、同様に大きな高次横モードの抑制効果が得られるので、更に安定に高出力まで単一基本横モード発振が得られる。

この様に、第２の形態では、第１の形態の面発光レーザ素子において、前記電流注入領域の中心から所定の距離の範囲は、少なくとも一部が、前記電流狭窄構造によって規定される前記電流注入領域の境界に対して前記電流注入領域の中心側に位置し、前記第２の共振領域は、電流注入領域と部分的に空間的重なりを有している構成とする事によって、特に従来の選択酸化型面発光レーザ素子において問題となっていた素子抵抗の増加（動作電圧の増加），発熱の増加等といった問題を改善することができ、また、単一基本横モードにおいて高出力を得る事ができる。また更に、発熱の低減によって微分利得と基本横モード出力が増加する事によって緩和振動周波数が増大し、また、素子抵抗の低減によって電気的変調限界が増大するので、高速変調が可能になるという効果も得られる。

また、（水素）イオン注入型面発光レーザ素子は、横モードの閉じ込めが弱い為、比較的大きな電流注入領域においても単一基本横モード動作が得られやすい傾向を有するが、この第２の形態の様に、電流注入領域と第２の共振領域とが部分的に空間的重なりを有する様にする事で、同様により大きな高次横モードの抑制効果が得られ、更に安定に高出力まで単一基本横モード発振を得ることができる。

なお、この第２の形態において、電流注入領域の横断面形状としては、円形，四角形，三角形などの任意の形状をとることができ、また、電流注入領域の中心（具体的には、電流注入領域の横断面形状（円形，四角形，三角形などの形状）の重心）から所定の距離の範囲の領域（すなわち、第２の共振領域が存在しない領域）の形状としては、電流注入領域の横断面形状に依存しても、依存しなくても良く、円形，四角形，三角形などの任意の形状をとることができる。例えば、電流注入領域が例えば円形状である場合に、図４に示すように、電流注入領域の中心から所定の距離の範囲の領域の形状としては電流注入領域の円形形状に依存した円形形状をとる構成でも良いし（なお、図４の構成では、電流注入領域の中心から所定の距離の範囲は、全部が、電流狭窄構造によって規定される電流注入領域の境界に対して電流注入領域の中心側に位置している）、あるいは、図５に示すように、例えば長方形状をとる構成にすることもできる（なお、図５の構成例では、電流注入領域の中心から所定の距離の範囲は、一部が、電流狭窄構造によって規定される電流注入領域の境界に対して電流注入領域の中心側に位置している）。

（第３の形態）
本発明の第３の形態は、第１の形態の面発光レーザ素子において、前記電流注入領域の中心から所定の距離の範囲は、前記電流狭窄構造によって規定される前記電流注入領域の境界に対して前記電流注入領域の外側に位置している事を特徴としている。

上述した様に、本発明の面発光レーザ素子では、分布ブラッグ反射器の途中の、高次横モード分布に対応する部位に設けた第２の共振領域により、極めて大きな高次横モード抑制効果を得る事ができる。従って、電流注入領域の外側の領域に高次横モード抑制層を設けた場合でも、従来に比べて効果的に高次横モードの発振を抑制する事が可能である。また主として基本横モード分布の広がりは、電流注入領域の大きさにおおよそ対応しているので、この様に第2の共振領域を設ける位置を電流注入領域の外側とする事で、基本横モードとの空間的重なりが少なくなる。よって、基本横モードに対する影響（損失の増加）を少なく留める事が可能であり、低発振閾値電流で高効率な素子を得る事ができる。この効果は、選択酸化型面発光レーザ、（水素）イオン注入型面発光レーザ素子のいずれにおいても得る事ができる。

この第３の形態においても、電流注入領域の横断面形状としては、円形，四角形，三角形などの任意の形状をとることができ、また、電流注入領域の中心（具体的には、電流注入領域の横断面形状（円形，四角形，三角形などの形状）の重心）から所定の距離の範囲の領域（すなわち、第２の共振領域が存在しない領域）の形状としては、電流注入領域の横断面形状に依存しても、依存しなくても良く、円形，四角形，三角形などの任意の形状をとることができる。例えば、電流注入領域が例えば円形状である場合に、図６に示すように、電流注入領域の中心から所定の距離の範囲の領域の形状としては電流注入領域の円形形状に依存した円形形状をとる構成でも良い（なお、図６の構成では、電流注入領域の中心から所定の距離の範囲は、全部が、電流狭窄構造によって規定される電流注入領域の境界に対して電流注入領域の外側に位置している）。

（第４の形態）
本発明の第４の形態は、第１乃至第３のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記第２の共振領域は、分布ブラッグ反射器を構成する低屈折率層に対し相対的に高屈折率を有する共振器スペーサー層により構成され、前記第２の共振領域を構成している共振器スペーサー層は、レーザ発振波長のｍ／２ｎの厚さ（ｍは整数、ｎは共振器スペーサー層の屈折率）である事を特徴としている。

この第４の形態の構成の様に高屈折率層によって第２の共振領域を形成する場合、効率良くレーザ光を共振させる為には、第２の共振領域を形成するスペーサー層の厚さをレーザ発振波長のｍ／２ｎの厚さ（ｍは整数、ｎは共振器スペーサー層の屈折率）とする必要がある。

第４の形態の様に、高屈折率スペーサー層の厚さを、スペーサー層中における発振波長に対し、半波長の整数倍となる様に構成すると、共振の位相条件が満たされ、第２の共振領域を形成するスペーサー層と分布ブラッグ反射器との界面を腹とした電界の定在波を生じさせることができ、高い共振効果を得る事ができる。従って、第１の形態で説明した作用を効率良く得る事が可能となり、高次横モード抑制効果をより効果的に得る事ができる。

このように、第４の形態では、第２の共振領域を、分布ブラッグ反射器を構成する低屈折率層に対し相対的に大きな屈折率を有する共振器スペーサー層により構成し、その厚さを発振波長のｍ／２ｎ厚さ（ｍは整数、ｎはスペーサー層屈折率）とした構造としている。これにより、第２の共振領域における共振作用を効率良く得る事が可能になり、高次横モードに対し効果的にミラー損失を付加できる効果がある。よって、高出力まで単一基本横モード発振が可能な面発光レーザ素子が得られる。

（第５の形態）
本発明の第５の形態は、第１乃至第３のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記第２の共振領域は、分布ブラッグ反射器を構成する高屈折率層に対し相対的に低屈折率を有する共振器スペーサー層により構成され、前記第２の共振領域を構成している共振器スペーサー層は、レーザ発振波長のｍ／２ｎの厚さ（ｍは整数、ｎは共振器スペーサー層の屈折率）である事を特徴としている。

この第５の形態の様に、低屈折率層によって第２の共振領域を形成する場合、効率良くレーザ光を共振させる為には、第２の共振領域を形成するスペーサー層の厚さをレーザ発振波長のｍ／２ｎの厚さ（ｍは整数、ｎは共振器スペーサー層の屈折率）とする必要がある。

第５の形態の様に、低屈折率スペーサー層の厚さを、スペーサー層中における発振波長に対し、半波長の整数倍となる様に構成すると、共振の位相条件が満たされ、第２の共振領域を形成するスペーサー層と分布ブラッグ反射器との界面を節とした電界の定在波を生じさせることができ、高い共振効果を得る事ができる。従って、第１の形態で説明した作用を効率良く得る事が可能となり、高次横モード抑制効果をより効果的に得る事ができる。

このように、第５の形態では、第２の共振領域を、分布ブラッグ反射器を構成する高屈折率層に対し相対的に小さな屈折率を有する共振器スペーサー層で構成し、その厚さを発振波長のｍ／２ｎ厚さ（ｍは整数、ｎは共振器スペーサー層屈折率）とした構造としている。これにより、第２の共振領域における共振作用を効率良く得る事が可能になり、高次横モードに対し効果的にミラー損失を付加できる効果がある。よって、高出力まで単一基本横モード発振が可能な面発光レーザ素子が得られる。

（第６の形態）
本発明の第６の形態は、第１乃至第５のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記電流狭窄構造は、Ａｌを含む半導体層の選択酸化構造により構成されている事を特徴としている。

従来の選択酸化型面発光レーザ素子は、高次横モードに対するカットオフ条件を満たす様に、選択酸化構造により電流注入領域を微小領域に制限して単一基本横モード制御を実現している。しかし、実際に素子を動作させた場合には、発熱、及び注入キャリアのプラズマ効果による屈折率変化、基本横モード出力の増加による空間的ホールバーニング等の影響によって、カットオフ条件が満たされなくなり、高次横モードが発振し始めるという問題がある。

これに対し、本発明の様に、電流注入領域の中心から所定の距離の範囲を除く領域（つまり、高次横モード分布に対応した領域）における分布ブラッグ反射器の途中に第２の共振領域を設けると、第１の形態で説明した様に高次横モードの発振が抑制される為、高次横モード発振が開始する動作点をより高注入領域まで拡張する事が可能になる。すなわち、第６の形態の選択酸化型面発光レーザ素子では、第２の共振領域における共振作用によって、高次横モードの発振が極めて効率良く抑制される為、更に電流の高注入領域まで基本横モード発振が得られる。また、本発明では、第２の共振領域により、極めて大きな高次横モードの抑制効果を得る事が可能であるので、選択酸化構造による電流注入領域の面積を、従来に比べて大きく設定した場合でも、単一基本横モード動作を得る事ができ、この様な構成とする事により、素子抵抗，発熱の増加を低減する事ができて、より高出力を得る事が可能になる。

以上の様に、第６の形態では、半導体材料で構成される選択酸化型面発光レーザ素子において、より高出力までの単一基本横モード発振を得ることができる。

（第７の形態）
本発明の第７の形態は、第１乃至第５のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記電流狭窄構造は、イオン注入による高抵抗化領域により構成されている事を特徴としている。

従来の水素イオン注入型面発光レーザ素子は、選択酸化型面発光レーザ素子等に比べて、横モードの閉じ込めが弱く、横モードが駆動条件に対して不安定であるという問題があり、高出力まで安定に単一基本横モード発振を得る事が難しかった。

これに対し、本発明の様に、電流注入領域の中心から所定の距離の範囲を除く領域（つまり、高次横モード分布に対応した領域）における分布ブラッグ反射器の途中に第２の共振領域を設けると、第１の形態で説明した様に高次横モードの発振が抑制され、横モードの不安定さが改善されるとともに、より高注入領域まで安定に基本横モード発振を得る事ができる。

以上の様に、第７の形態では、半導体材料から構成される（水素）イオン注入型面発光レーザ素子において、より高出力までの単一基本横モード発振を得ることができる。

（第８の形態）
本発明の第８の形態は、第１乃至第７のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記第２の共振領域の少なくとも一部の層は、レーザ発振光を吸収する半導体材料で構成されている事を特徴としている。

第２の共振領域の周辺では、レーザ発振光の共振作用により、電界強度が増加しており、また、光吸収量は、光強度（電界強度）に比例するため、特に第２の共振領域の少なくとも一部の層を、発振光を吸収する材料で構成すると、大きな光吸収を生じさせる事ができる。つまり、この様な構成とする事によって、第２の共振領域を設けた部位では、第１の形態で述べた様なミラー損失に加えて、大きな吸収損失を更に付加する事ができる。したがって、第２の共振領域を通過し共振するモードは、発振に必要な閾値利得が更に増加し、さらにより一層効果的に高次横モードの発振を抑制することができる。

また、第２の共振領域中に光吸収層を設けた事により、出射ビーム形状を任意所望の形状に整形する事が可能となる。つまり、第２の共振領域中に光吸収層を設ける事により、第２の共振領域を通過する光を効率良く吸収する事ができる。よって、電流注入領域等の形状に関係なく、第２の共振領域を設けない領域の形状により、出射ビーム形状を任意所望の形状に整形する事ができる。

また、第２の共振領域の形状，寸法精度は、写真製版工程，エッチング工程の精度により決まるので、制御性，再現性に優れており、高いウエハ内均一性、及びアレイ内均一性を得る事ができる。よって、面発光レーザ素子，面発光レーザアレイの歩留まりを大幅に向上させる事ができる。

（第９の形態）
本発明の第９の形態は、第１乃至第７のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記第２の共振領域中の電界の定在波の腹に対応する位置に、レーザ発振光を吸収する半導体層が設けられている事を特徴としている。

第８の形態で述べた様に、第２の共振領域中では、共振効果により電界振幅が大きくなっている。特に第２の共振領域中の電界の定在波の腹の位置では最も電界強度が大きいので、大きな吸収を生じさせる事が可能であり、電界の定在波の腹に対応した位置にのみレーザ発振光を吸収する薄い半導体層を設けるだけでも、大きな吸収作用を得る事ができる。また、レーザ発振光を吸収する半導体層としては、半導体（多重）量子井戸構造等を用いる事も可能である。

以上の様に、第９の形態では、第２の共振領域の定在波の腹に対応する位置にレーザ発振光を吸収する半導体層を設ける事によって、第８の形態と同様に高次横モードの発振を更に抑制することができる。

（第１０の形態）
本発明の第１０の形態は、第９の形態の面発光レーザ素子において、前記半導体層は、格子歪を有する材料で構成されていることを特徴としている。

例えばレーザ発振光を吸収し、更に基板に格子整合した半導体層を用いる事が困難な場合（特に長波長帯）に、レーザ発振光を吸収し、格子歪を有する半導体材料を用いる事ができる。

長波長帯を発振波長とする面発光レーザ素子では、例えば基板材料であるＧａＡｓに格子整合し、かつ発振光を吸収する半導体層を設ける事が難しいが、第１０の形態によれば、吸収層として基板材料と格子定数が異なる臨界膜厚以下の半導体層（例えばＧａＩｎＮＡｓ）を用いる事が可能であり、結晶品質の低下無く（良好な反射界面を保ったまま）、高い吸収作用を得る事が可能であり、第８，第９の形態と同様により効果的に高次横モードの発振を抑制することができる。

この第１０の形態では、第９の形態の面発光レーザ素子において、前記半導体層に格子歪を有する材料を用いた事により、より広範囲の波長帯の面発光レーザ素子において容易に吸収層を設ける事が可能である。また、同様に吸収層によって、より効果的に高次横モードの発振を抑制することができる。

（第１１の形態）
本発明の第１１の形態は、第８乃至第１０のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記電流狭窄構造により規定された電流注入領域と前記第２の共振領域が設けられていない領域との形状が相違し、第２の共振領域が設けられていない領域の形状が等方形状である事を特徴としている。

本発明の第１１の形態では、第８乃至第１０のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記電流狭窄構造により規定された電流注入領域と前記第２の共振領域が設けられていない領域との形状が相違し、第２の共振領域が設けられていない領域の形状は、等方形状であるので、活性領域での発光パターンが異方性形状を有している場合であっても、等方形状の出射ビーム形状を得ることができる。

すなわち、第８の形態において述べた様に、第２の共振領域の中に光吸収層を設けた場合には、共振効果によって大きな光吸収を得る事が可能であり、出射ビーム形状を第２の共振領域の形状に応じて任意に形成することができる。従って、活性領域での発光パターンが異方性形状を有している場合であっても、第２の共振領域を設けない領域の形状を等方形状とする事により、等方形状の出射ビーム形状を得ることができる。

従来の面発光レーザ素子では、出射ビーム形状は電流注入領域の形状により決まっている。ところが、酸化型面発光レーザ素子では、選択酸化工程における酸化レートの制御性，再現性が低いため、等方形状を有した電流注入領域を再現性良く得る事が難しい。また、メサ側面の面方位により酸化レートが変化するので、メサを真円や正方形状等の等方形状に加工しても、電流注入領域の形状が異方性を有したものとなる場合がある。また、更に傾斜基板上に面発光レーザ素子を形成する事により、偏光方向の制御が可能となるが、傾斜基板ではメサの側面に異なる面方位が現れるため、特酸化狭窄が等方的に進行しないという問題がある。

以上の様な選択酸化工程の問題により、電流注入領域の形状，大きさを精密に制御する事は難しい。これに対し、本発明の様に光吸収層を有する第２の共振領域を設ける場合には、電流注入領域の形状に関係なく、第２の共振領域を設けない領域の形状を真円，正方形等の等方形状に加工する事により、出射ビーム形状を等方形状に整形する事が可能である。この際、第２の共振領域の形状，寸法精度は、写真製版工程，エッチング工程の精度により決まり、また、これらの工程は選択酸化工程に比べて制御性，再現性に優れている。従って、ロット間、およびウエハ面内において、再現性、及び均一性良く、出射ビーム形状を均一に制御する事ができる。これにより、歩留まりを大幅に向上させる事が可能となる。

以上の様に、第１１の形態によれば、高出力まで単一基本横モード発振が可能で、更にウエハ面内において出射ビーム径、及び形状が均一な面発光レーザ素子を提供できる。すなわち、第１１の形態によれば、単一基本横モード発振において高出力動作が可能であり、ウエハ面内におけるビームスポット径が均一で且つビームスポット形状が等方的である面発光レーザ素子を提供する事ができる。

（第１２の形態）
本発明の第１２の形態は、第１乃至第１１のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、該面発光レーザ素子は、基板とは反対側の光出射側にレーザ光を出射するように構成されており、更に前記一対の分布ブラッグ反射器のうち光出射側における分布ブラッグ反射器の表面には、前記第２の共振領域を設けた領域の境界に対し素子の中心側に開口を有する電極が設けられている事を特徴としている。

本発明の第１２の形態では、第１乃至第１１のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、該面発光レーザ素子は、基板とは反対側の光出射側にレーザ光を出射するように構成されており、更に前記一対の分布ブラッグ反射器のうち光出射側における分布ブラッグ反射器の表面には、前記第２の共振領域を設けた領域の境界に対し素子の中心側に開口を有する電極が設けられているので、電極による基本横モードに対する影響（損失）を小さく留める事ができ、基本横モード発振において更に高出力動作が可能な面発光レーザ素子を提供することができる。

前述の特許文献２や特許文献３では、上部電極による反射率の低下を利用して、高次横モードの抑制を行っているが、高次横モードに対して付加できる損失（反射率の低下）が僅かであるので、比較的小さな電極開口寸法を必要としている。これに対して、本発明の素子では、第２の共振領域により付加できる損失は、従来の素子に比べて十分大きく、第２の共振領域を設けない領域の面積は、従来の素子における電極開口面積よりも大きくて良い。よって、第２の共振領域と空間的に一致する様に、素子の中心側に開口を有する電極を設けると、電極による基本横モードに対する影響（損失）を小さく留める事ができる。

また、上述した様に、第２の共振領域を設けない領域の面積は比較的大きく設定できるので、基本横モードへの損失を著しく増加させない範囲で、電極開口寸法を第２の共振領域を設けていない領域の面積に対し更に小さくできる余地がある。この場合には、電極面積を広くできるので、コンタクト抵抗が低減し素子の高抵抗化を防ぐ事ができる。

以上の様に、第１２の形態によれば、単一基本横モード発振において更に高出力動作が可能な面発光レーザ素子を提供する事ができる。

（第１３の形態）
本発明の第１３の形態は、第１乃至第１１のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記面発光レーザ素子は、基板とは反対側の光出射側にレーザ光を出射するように構成されており、更に前記一対の分布ブラッグ反射器のうち光出射側における分布ブラッグ反射器の表面には、前記第２の共振領域を設けた領域の一部から素子の中心側に開口を有する電極が設けられている事を特徴としている。

本発明の第１３の形態では、第１乃至第１１のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、該面発光レーザ素子は、基板とは反対側の光出射側にレーザ光を出射するように構成されており、更に前記一対の分布ブラッグ反射器のうち光出射側における分布ブラッグ反射器の表面には、前記第２の共振領域を設けた領域の一部から素子の中心側に開口を有する電極が設けられているので、電極による反射率の低下を防ぎ、高い反射率を得ることができ、第２の共振領域における共振作用をより効果的に得る事ができる。

後述の様に第２の共振領域を分布ブラッグ反射器の表面近傍に設ける場合、一回の結晶成長工程により素子の製造が可能であり、製造工程を非常に簡便にする事ができる。この様な場合には、第２の共振領域と光出射面との間に設けられる分布ブラッグ反射器の層数が少ない構成が望ましく、分布ブラッグ反射器の反射率は低いものとなる。一方で、第２の共振領域で効果的に共振を生じさせる為には、第２の共振領域における共振が大きい事が必要であり、第２の共振領域と光射出面との間に設けられる分布ブラッグ反射器の反射率はある程度高い事が望ましい。したがって、主に大きな高次横モード分布を有する領域と電極が空間的に重なりを生じない様に、第２の共振領域を設けた領域の一部から素子の中心側に開口を有する電極を設けると、電極による反射率の低下を防ぎ、高い反射率を得ることができ、更に効果的に共振作用を得る事が可能となる。

以上の様に、第１３の形態では、第２の共振領域のおける共振作用を効率的に得る事によって、更に高出力まで単一基本横モード発振が可能な面発光レーザ素子を提供する事ができる（単一基本横モード発振において高出力動作が可能な面発光レーザ素子を提供する事ができる）。

（第１４の形態）
本発明の第１４の形態は、第１乃至第１３のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記第２の共振領域は、該第２の共振領域が設けられている分布ブラッグ反射器中において、分布ブラッグ反射器を構成する周期数の半分程度の周期となる位置から、活性層側に対して反対側となる位置に設けられていることを特徴としている。

このように、第２の共振領域が、該第２の共振領域が設けられている分布ブラッグ反射器中において、分布ブラッグ反射器を構成する周期数の半分程度の周期となる位置から、活性層側に対して反対側となる位置に設けられている場合には、第１の形態で説明したように、高次横モードの発生を抑制する効果を大きくすることができる。特に、周期数の半分程度の周期となる位置に設けられる場合に、最も高い共振（共鳴）効果が得られ、最も効率良く高次横モードの発振を抑制することができる。

（第１５の形態）
本発明の第１５の形態は、第１乃至第１４のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記第２の共振領域は、複数設けられていることを特徴としている。

このように、第２の共振領域が、複数設けられている場合には、高次横モードの発生を抑制する効果を大きくすることができる。

（第１６の形態）
本発明の第１６の形態は、第１乃至第１５のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記活性層はIII−Ｖ族半導体材料から構成され、III族元素にＧａ，Ｉｎのいずれか、又は全てが用いられ、Ｖ族元素にＡｓ，Ｐ，Ｎ，Ｓｂのいずれか、又は全てが用いられ、発振波長が１．１μｍよりも長波長であることを特徴としている。

ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）等を活性層に用いた面発光レーザ素子は、光ファイバ通信で重要な波長帯である１．３μｍ帯，１．５５μｍ帯での発振を得る事ができる。また、高い特性温度が得られる為、加入者光源として重要度も高い。特に１．３μｍ帯は、石英シングルモードファイバによる高速通信が可能であり、光ファイバとの高い結合率を得る為に単一基本横モード発振である事が強く望まれている。

本発明の面発光レーザ素子では、高出力まで単一基本横モード発振が得られるので、駆動条件の変動によってファイバとの結合率が変動する事が無く、また、上述の様に素子抵抗が低い事により、高速動作が可能となる。

また、特に発振波長が１．１μｍよりも長波長帯の面発光レーザ素子においては、以下の様な作用効果を得る事ができる。すなわち、１．１μｍよりも長波長帯の光は、ｐ型半導体材料による価電子帯間吸収が大きいという性質がある。本発明の様に、第２の共振領域を例えばｐ型分布ブラッグ反射器中に設けると、これを設けない場合に比べてｐ型分布ブラッグ反射器中における電界強度が全体的に大きくなり、ｐ型分布ブラッグ反射器を構成する材料による光吸収作用を大きくする事ができる。したがって、ミラー損失に加え、吸収損失を付加する事ができるため、更に高次横モード光の発振を抑制する効果を得る事ができる。この様に、本発明では、特に長波長帯で、より大きな効果を得ることが可能である。

以上の様に、第１６の形態によれば、１．１μｍよりも長波長域において、単一基本横モードにおいて高出力動作が可能な特性の優れた長波長帯面発光レーザ素子を提供することができる。

（第１７の形態）
本発明の第１７の形態は、第１乃至第１５のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記活性層はIII−Ｖ族半導体材料から構成され、III族元素にＡｌ，Ｇａ，Ｉｎのいずれか、又は全てが用いられ、Ｖ族元素にＡｓ，Ｐのいずれか、又は全てが用いられ、発振波長が１．１μｍよりも短波長であることを特徴としている。

１．１μｍよりも短波長側、特にＡｌＧａＡｓ材料系による０．７８μｍ帯やＡｌＧａＩｎＰ材料系による０．６５μｍ帯の選択酸化型の面発光レーザ素子では、発振波長が短波長である事から、単一基本横モード発振を得るために酸化狭窄径を非常に小さく設定する必要があり、動作電圧の上昇，素子発熱による素子出力の制限が問題となっている。

これに対し、本発明の構成では、分布ブラッグ反射器の途中に設けた第２の共振領域により、高次横モードの発振を効果的に抑制できるので、酸化狭窄径を従来の様に小さく設定する必要が無く、動作電圧，素子発熱を低く保つ事ができる。

以上から、本発明では、特に短波長帯において、低抵抗であり、高出力まで単一基本横モード動作が可能な面発光レーザ素子を提供することができる。

換言すれば、第１７の形態では、１．１μｍよりも短波長域において、単一基本横モードにおいて高出力動作が可能な電子写真システム，光ディスクシステム用途の面発光レーザ素子を提供することができる。

（第１８の形態）
本発明の第１８の形態は、第１４の形態の面発光レーザ素子において、第２の共振領域を設けない所定の距離の範囲を電流注入領域の中心から０．５μｍ〜２μｍの範囲とした事を特徴としている。

本発明の第１８の形態では、第１の形態の面発光レーザ素子において、第２の共振領域を設けない所定の距離の範囲を電流注入領域の中心から０．５μｍ〜２μｍの範囲としたので、単一基本横モード発振において高出力動作が可能な、特に高精細電子写真書き込み光源用途の短波長面発光レーザ素子を提供する事ができる。

すなわち、高精細電子写真システム等への適用を考えた場合、単一基本横モード発振でビームスポットサイズがある程度小さい事（約４μｍ程度以下であること）が望ましい。また、感光体の波長感度から、８５０ｎｍよりも短波長で発振する素子が望ましく、７８０ｎｍ付近の発振波長を有する素子が好適である。

しかし、上記の波長帯における従来の選択酸化型面発光レーザ素子で、スポットサイズを４μｍ程度とするには、電流注入領域の径を凡そこの程度とする事が必要であり、単一基本横モード発振が難しいという問題がある。また、小さなビームスポットを得るには、これに対応して電流注入領域を小さく設定する必要があり、素子抵抗が大幅に増加する問題がある。

これに対して、本発明の素子では、第１１の形態の様に、第２の共振領域により単一横モード発振が可能であり、更に第２の共振領域を設けていない領域の形状に応じて、電流注入領域のサイズに依存せず、任意所望のビームスポット形状及びサイズを得る事が可能である。従って、電流注入領域を大きく設定した場合でも、第２の共振領域により、電流注入領域よりも小さなビームスポットサイズを得る事ができる。

第１８の形態の様な範囲（０．５μｍ〜２μｍの範囲）に所定の距離（電流注入領域の中心から第２の共振領域が設けられている領域までの距離）を設定する事により、素子抵抗，発振モード等の問題が解決され、且つビームスポットサイズ（径）がおよそ１μｍから４μｍまでの特に高精細電子写真システムの書き込み光源として好適な面発光レーザ素子を提供できる。すなわち、第１８の形態では、単一基本横モード発振において高出力動作が可能な、特に高精細電子写真書き込み光源用途の短波長面発光レーザ素子を提供する事ができる。

（第１９の形態）
本発明の第１９の形態は、第１乃至第１８のいずれかの形態の面発光レーザ素子によって構成されている面発光レーザアレイである。

第１９の形態の面発光レーザアレイは、面発光レーザアレイを構成する個々の素子に第１乃至第１８のいずれかの形態の面発光レーザ素子を用いた事により、素子抵抗が低く、高出力動作可能であり、単一基本横モード発振において高出力動作が可能な面発光レーザアレイを提供する事が可能となり、電子写真システムのマルチビーム書き込み系や、光通信システム等の光源として好適な面発光レーザアレイを提供する事ができる。

特に、アレイを構成する個々の素子に第８乃至第１１のいずれかの形態の面発光レーザ素子を用いる事よって、出射ビームが任意所望の形状，大きさに均一性良く制御された、アレイ内のビーム均一性に優れた面発光レーザアレイを歩留まり良く提供することができる。

（第２０の形態）
本発明の第２０の形態は、第４または第５の形態の面発光レーザ素子の製造方法であって、分布ブラッグ反射器中に第２の共振領域を形成する製造工程を、１回目の結晶成長工程において共振器スペーサー層を形成する半導体層を所定の厚さからレーザ発振波長に対し１／４ｎの厚さだけ薄く設け、次に第２の共振領域を設けない領域における前記半導体層をエッチング除去した後、２回目の結晶成長工程においてレーザ発振波長に対し１／４ｎ厚さとなる半導体層を設けることによって行なう事を特徴としている。

本発明の第２０の形態では、上記のような製造方法とする事で、第２の共振領域を設けない領域において分布ブラッグ反射器の多重反射の位相条件を保ったまま、分布ブラッグ反射器中の一部に第２の共振領域を容易に形成する事ができる。すなわち、第２０の形態では、第４または第５の形態の単一基本横モードで高出力動作が可能な面発光レーザ素子を簡便な工程により製造することができる。

第４，第５の形態で述べた様に、第２の共振領域の構成には２種がある。すなわち、共振器スペーサー層に、分布ブラッグ反射器の低屈折率層よりも屈折率の大きな半導体層を用いる場合と、これとは逆に、分布ブラッグ反射器の高屈折率層よりも屈折率の小さな半導体層を用いる場合である。いずれの場合も、共振器スペーサー層の厚さをλ／２ｎの整数倍とする事により共振条件が満たされるが、前者の場合では共振器スペーサー層と分布ブラッグ反射器との境界が電界の定在波の腹となり、後者の場合には節となる。なお、本明細書では、λ／２ｎの整数倍の厚さを所定の厚さと定義する。

まず、第２の共振領域が高屈折率層で形成されている場合では、分布ブラッグ反射器の低屈折率層の結晶成長の後、所定の厚さ（λ／２ｎの整数倍）よりもλ／４ｎ厚さだけ厚さの薄い半導体層（共振器スペーサー層）の結晶成長を行い、第２の共振領域を設けない領域の半導体層をエッチング除去し、次にλ／４ｎ厚さの半導体層の結晶成長を行うと、エッチング除去を行わなかった領域では、所定の厚さの共振器スペーサー層が形成できる。

このとき、エッチング除去を行った領域には、分布ブラッグ反射器の低屈折率層上に２回目の結晶成長で設けたλ／４厚さの半導体層（高屈折率層）が設けられているので、次に低屈折率層から分布ブラッグ反射器の結晶成長を行うと、多重反射の位相条件を満たした分布ブラッグ反射器を形成する事が可能である。以上の様に、それぞれの領域に対し、第２の共振領域と分布ブラッグ反射器とを、位相条件を満たしながら同時に形成する事ができる。

また、第２の共振領域が低屈折率層で形成されている場合も同様であり、分布ブラッグ反射器の高屈折率層の結晶成長を行った後、所定の厚さ（λ／２ｎの整数倍）よりもλ／４ｎ厚さだけ厚さの薄い半導体層（共振器スペーサー層）の結晶成長を行い、第２の共振領域を設けない領域の半導体層をエッチング除去し、次にλ／４ｎ厚さの半導体層の結晶成長を行うと、エッチング除去を行わなかった領域では、所定の厚さの共振器スペーサー層が形成できる。

このとき、エッチング除去を行った領域には、分布ブラッグ反射器の高屈折率層上に２回目の結晶成長で設けたλ／４厚さの半導体層（低屈折率層）が設けられているので、次に高屈折率層から分布ブラッグ反射器の結晶成長を行う事によって、同様に分布ブラッグ反射器が形成できる。

以上の製造方法とする事によって、第２の共振領域の厚さ、及び第２の共振領域を設けない領域の分布ブラッグ反射器の多重反射の位相条件を同時に精密に制御できるため、基本横モードに対する反射率を低下させる事無く、高次横モードの大きな抑制効果を得る事ができる。

（第２１の形態）
本発明の第２１の形態は、第４または第５の形態の面発光レーザ素子の製造方法であって、分布ブラッグ反射器中に前記第２の共振領域を形成する製造工程を、分布ブラッグ反射器中に共振器スペーサー層を形成する半導体層を所定の厚さに設けた後、素子表面からエッチング除去を行い、第２の共振領域を設けない領域における前記半導体層を、分布ブラッグ反射器における光波の多重反射の条件を満たす厚さにエッチング除去することによって行なう事を特徴としている。

本発明の第２１の形態では、分布ブラッグ反射器の表面に近い部分に第２の共振領域を設ける場合、非常に簡単な製造工程によってこれを行う事ができる。

具体的には、第２の共振領域が高屈折率層から形成される場合には、分布ブラッグ反射器の低屈折率層の間にこれらよりも屈折率の大きな半導体層を所定の厚さ（λ／２ｎの整数倍の厚さ）に設け、また、第２の共振領域が低屈折率層から形成される場合には、分布ブラッグ反射器の高屈折率層の間にこれらよりも屈折率の小さな低屈折率層を所定の厚さ（λ／２ｎの整数倍の厚さ）に設けておき、メサの形成、選択酸化、樹脂によるメサの埋め込み、電極形成を行った後、素子の表面に電流注入領域にアラインしたレジスト開口パターンを形成する。次に、素子表面から開口部のコンタクト層、分布ブラッグ反射器を順次エッチングにより除去した後、引き続き第２の共振領域を形成する共振器スペーサー層を分布ブラッグ反射器の多重反射の位相条件を満たすようにエッチングにより除去する。以上によって、素子の中心部から所定の距離の範囲を除く領域にのみ第２の共振領域を形成する事が可能となる。

ここで、分布ブラッグ反射器の多重反射の位相条件を満たす厚さとは次の様な厚さである。つまり、第２の共振領域が高屈折率層からなる場合は、共振器スペーサー層をλ／４ｎの奇数倍の厚さに残してエッチングする事が、第２の共振器領域をエッチング除去した領域の分布ブラッグ反射器の反射率を高く維持する為に望ましい。また、第２の共振領域が低屈折率層からなる場合は、同様に反射率の点から、第２の共振器領域をエッチング除去した領域の最表面層が高屈折率層となる様に、全てエッチング除去する事が望ましい。

以上の様に、第２１の形態では、従来の面発光レーザ素子の製造工程に対し写真製版工程とエッチング工程を追加するのみで、本発明の面発光レーザ素子を容易に製造することができる。すなわち、第２１の形態では、第４または第５の形態の単一基本横モードで高出力動作が可能な面発光レーザ素子を簡便な工程により製造することができる。

（第２２の形態）
本発明の第２２の形態は、第２０または第２１の形態の面発光レーザ素子の製造方法において、前記第２の共振領域を設けない領域における半導体層をエッチング除去する工程は、ドライエッチング工程とウエットエッチング工程とを組み合わせて行う事を特徴としている。

本発明の第２２の形態では、第２０または第２１の形態の面発光レーザ素子の製造方法において、前記第２の共振領域を設けない領域における半導体層をエッチング除去する工程は、ドライエッチング工程とウエットエッチング工程とを組み合わせて行うので、第２の共振領域の形状を均一性、及び再現性良く製造する事ができる。

第２０，第２１の形態の様に、分布ブラッグ反射器内の一部の領域に第２の共振領域を簡便に設ける方法として、エッチング加工を行う方法を挙げる事ができる。この際の均一性は、写真製版工程と、エッチング工程のプロセスの制御性により決まる。これらの工程は、選択酸化工程等の面発光レーザ素子における他の工程に比べると、安定であり再現性の高い工程ではあるが、精密に第２の共振領域の形状を制御するためには、更にエッチング工程の制御性を高くする事が必要である。

例えば、ウエットエッチング工程の場合、ＡｌＧａＡｓ材料系から構成される分布ブラッグ反射器では、構造中にＡｌＧａＩｎＰ等の材料層を設けると、前記半導体層は硫酸系のエッチング液に対するエッチング停止層として機能し、エッチング深さを精密に制御する事ができる。しかし、ウエットエッチングは基本的に等方性エッチングであるので、深さ方向のエッチングの進行に伴って横方向の半導体層にもエッチングが生じる。また横方向のエッチング面では面方位の違いによって、エッチング側面が順メサや逆メサ形状となり、形状に異方性が生じてしまう不具合がある。

一方、ドライエッチング工程は、側面のエッチングを抑える事ができ、垂直性に優れたエッチングプロファイルを容易に得る事ができる。しかし、逆に選択性の高いエッチング停止層は無く、またプラズマ発光モニタ等を用いた場合でも、ナノオーダーの精度でエッチング深さを制御する事は難しく、深さ方向の制御性が悪いという不具合がある。

そこで、第２２の形態では、第２の共振領域の形状をより精密に制御するために、第２０または第２１の形態の面発光レーザ素子の製造方法において、前記第２の共振領域を設けない領域における半導体層をエッチング除去する工程は、ドライエッチング工程とウエットエッチング工程とを組み合わせて行うようにしている。

つまり、１回目のエッチングとしてドライエッチングを行い、プラズマ発光モニタ等により概ね所定のエッチング深さとなるところまでエッチングを行った後、２回目のエッチングとしてウエットエッチングを行い、結晶成長の過程で予め構造内に設けておいたエッチング停止層を用いて所定の深さまでのエッチングを行う。この様なエッチングの手順、方法とする事により、エッチング側面の急峻性を高く保ち、またサイドエッチング量（エッチング領域の異方性）を少なく抑え、更に深さ方向において高いエッチング精度を得る事ができる。

これにより、第２の共振領域を設けない領域の形状を精密に、且つ均一性良く制御する事が可能になり、ビームスポット形状の均一性、素子の歩留まりを大幅に改善することができる。すなわち、第２２の形態では、単一基本横モードで高出力動作が可能な本発明の面発光レーザ素子を歩留まり良く製造することができる。

（第２３の形態）
本発明の第２３の形態は、第１乃至第１８のいずれかの形態の面発光レーザ素子、又は、第１９の形態の面発光レーザアレイを用いて構成されている面発光レーザモジュールである。

第１乃至第１８の形態の面発光レーザ素子，第１９の形態の面発光レーザアレイは、単一基本横モードで、高出力まで安定に発振が得られ、更に素子抵抗が低い為高速動作を得る事ができる。従って、第１乃至第１８のいずれかの形態の面発光レーザ素子、又は、第１９の形態の面発光レーザアレイを用いた面発光レーザモジュールは、高速動作が可能であり、またファイバとの結合率が変動すること無く安定であり、信頼性が高いものとなる。

すなわち、第２３の形態によれば、第１乃至第１８のいずれかの形態の面発光レーザ素子、又は、第１９の形態の面発光レーザアレイを用いて構成されている事を特徴とする面発光レーザモジュールであるので、基本横モードで、高出力まで発振が得られ、光ファイバとの結合が高く、また、高次横モードの発振が抑制されていることから、出力等の素子の動作状態が変化した場合でも、結合率が変化しファイバへの光入力が変化するようなことが非常に少ない。また、抵抗が低い事から高速動作が可能である。よって、第１６の形態では、単一基本横モードにおいて高出力が得られ、高速動作が可能な信頼性の高い面発光レーザモジュールを提供することができる。

（第２４の形態）
本発明の第２４の形態は、第１乃至第１８のいずれかの形態の面発光レーザ素子、又は、第１９の形態の面発光レーザアレイを書き込み光源として用いられている電子写真システムである。

第１乃至第１８の形態の面発光レーザ素子，第１９の形態の面発光レーザアレイは、単一基本横モードで、高出力まで発振が得られる。また、出射光ビームが円形であり、高いアレイ間の位置精度を有していることから、同一のレンズで複数のビームを再現性良く容易に集光でき、これにより、光学系が簡単で済み、低コストな電子写真システムを構成できる。また、基本横モードで高出力が得られるので、アレイを用いた場合、特に高速書き込みが可能であり、高速な電子写真システムを提供できる。

すなわち、第２４の形態によれば、第１乃至第１８のいずれかの形態の面発光レーザ素子、又は、第１９の形態の面発光レーザアレイが用いられている事を特徴とする電子写真システムであり、面発光レーザ素子を電子写真システムの書き込み光源として用いると、出射ビームが円形であることから、ビーム成形が容易である。更に、高いアレイ間の位置精度を有していることから、同一のレンズで複数のビームを再現性良く容易に集光することができる。よって、光学系が簡単で済み、低コストに高精細な電子写真システムを提供することができる。また、本発明の面発光レーザ素子，面発光レーザアレイは、高出力まで単一基本横モード発振が得られる事から、高速で高精細な電子写真システムを提供する事ができる。

以上のように、第２４の形態によれば、高速動作書き込みが可能であり、低コスト，高精細な電子写真システムを提供する事ができる。

（第２５の形態）
本発明の第２５の形態は、第１乃至第１８のいずれかの形態の面発光レーザ素子、又は、第１９の形態の面発光レーザアレイが光源として用いられている光通信システムである。

第１乃至第１８の形態の面発光レーザ素子，第１９の形態の面発光レーザアレイは、単一基本横モードで、高出力まで発振が得られ、光ファイバとの結合が高く、素子の動作状態の変化に対しても横モードが安定している。また、素子抵抗が低く、高速動作を得る事が可能である。よって、これらを光源に用いた光通信システムは、信頼性の高いものとなる。また、基本横モード出力が高いことから、遠距離通信が可能となる。

すなわち、第２５の形態によれば、第１乃至第１８のいずれかの形態の面発光レーザ素子、又は、第１９の形態の面発光レーザアレイが用いられている事を特徴とする光通信システムであり、本発明の面発光レーザ素子，面発光レーザアレイでは、基本横モードで高出力まで発振が得られるので、光ファイバとの結合が高い。また、高次横モードの発振が抑制されていることから、出力等の素子の駆動状態が変化した場合でも、結合率が変化しファイバへの光入力が変化するようなことが非常に少ない。また、抵抗が低い事から高速動作が可能である。また、従来に比べ、高出力が得られるので、長距離の通信が可能である。よって、第２５の形態では、ファイバとの結合が安定し、高速通信が可能な信頼性の高い光通信システムを提供することができる。

（第２６の形態）
本発明の第２６の形態は、第１乃至第１８のいずれかの形態の面発光レーザ素子、又は、第１９の形態の面発光レーザアレイが光源として用いられている光インターコネクションシステムである。

第１乃至第１８の形態の面発光レーザ素子，第１９の形態の面発光レーザアレイは、単一基本横モードで、高出力まで発振が得られ、光ファイバとの結合が高く、素子の動作状態の変化に対しても横モードが安定している。また、素子抵抗が低く、高速動作を得る事が可能である。よって、これらを光源に用いた光インターコネクションシステムは、信頼性の高いものとなる。

すなわち、第２６の形態によれば、第１乃至第１８のいずれかの形態の面発光レーザ素子、又は、第１９の形態の面発光レーザアレイが用いられている事を特徴とする光インターコネクションシステムであり、本発明の面発光レーザ素子，面発光レーザアレイでは、基本横モードで、高出力まで発振が得られるので、光ファイバとの結合が高い。また、高次横モードの発振が抑制されていることから、出力等の素子の駆動状態が変化した場合でも、結合率が変化しファイバへの光入力が変化するようなことが非常に少ない。また、抵抗が低い事から高速動作が可能である。よって、第２６の形態では、ファイバとの結合が安定し、高速伝達が可能な信頼性の高い光インターコネクションシステムを提供することができる。

以上のように、前述した従来の問題点を改善し、高次横モードに対してより大きな損失を選択的に付加し、更に高出力までの基本横モード動作を実現するために、本発明では、面発光レーザ素子を構成する分布ブラッグ反射器の途中の、高次横モード分布に対応した部位に、活性領域を含む共振領域とは別の第２の共振領域を設け、第２の共振領域におけるレーザ発振光の共振作用により、従来に比べて大きなミラー損失を選択的に高次横モードに付加し、これによって、極めて効果的に高次横モードの発振を抑制するようにしている。

さらに、本発明では、第２の共振領域を、レーザ発振光を吸収する材料により構成し、更に第２の共振領域によって生じるレーザ発振光の共振作用により、第２の共振領域内の電界強度を増加させて、高次横モードに大きな吸収損失を選択的に付加し、極めて効果的に高次横モードの発振を抑制するようにしている。

また、酸化狭窄型面発光レーザ素子において、上記のようにして、大きな高次横モードの発振抑制効果を得る事により、電流注入領域を従来より広く設定する事が可能となり、動作電圧，素子発熱を低減し、より高出力まで単一基本横モード発振を得ることを可能としている。また、イオン注入型面発光レーザ素子において、上記のようにして、大きな高次横モードの発振抑制効果を得る事により、横モードの安定性を向上させ、より高出力まで安定に単一基本横モード発振を得ることが可能となる。

図７は実施例１の面発光レーザ素子を示す図である。図７の例の面発光レーザ素子は、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸構造を活性層とする０．９８μｍ帯面発光レーザ素子である。以下、その構造を製造工程に従い説明する。

図７の面発光レーザ素子は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により結晶成長を行なっており、III族原料に、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ），トリメチルガリウム（ＴＭＧ），トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用い、Ｖ族原料に、アルシン（ＡｓＨ_３）ガスを用いている。また、ｐ型ドーパント原料には四臭化炭素（ＣＢｒ_４）を用い、ｎ型ドーパント原料にはセレン化水素（Ｈ_２Ｓｅ）を用いている。

具体的に、図７の素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファー層１０２、ｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／ＧａＡｓの対を１周期とした３６周期のｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／ＧａＡｓ下部半導体分布ブラッグ反射器１０３、ノンドープＧａＡｓ共振器スペーサー１０４とＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層１０５とノンドープＧａＡｓ共振器スペーサー１０６とからなる一波長共振器１０７、２３．５周期のｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／ＧａＡｓ第１上部半導体分布ブラッグ反射器１０８、ｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐエッチング停止層１１０、レーザ発振波長（λ＝０．９８μｍ）に対しλ／４ｎ厚さとなるＧａＡｓ層１１１（以後ｎは発振光に対する各半導体層の屈折率を表す）までを一回目の結晶成長として成長している。また、第１上部半導体分布ブラッグ反射器１０８の途中には、ｐ−ＡｌＡｓ選択酸化層１０９を設けている。

分布ブラッグ反射器を構成する各半導体層の厚さは、分布ブラッグ反射器の多重反射の位相条件を満たす様に、レーザ発振波長に対しλ／４ｎ厚さとなる膜厚としており、以下の実施例においても、同様な構成をとっている。ここで、ｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐエッチング停止層１１０の厚さは２０ｎｍとし、ブラッグ反射の位相条件を乱さない様に、上部分布ブラッグ反射器１０８の低屈折率層（Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ）の一部として設けている。

また、ノンドープＧａＡｓ共振器スペーサー１０４、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層１０５、ノンドープＧａＡｓ共振器スペーサー１０６とから構成される共振領域１０７は、これらの領域における発振光の位相変化が２πとなる厚さとしており、一波長共振器構造を形成している。また、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層１０５は、高い誘導放出確率が得られる様に、電界の定在波分布の腹に対応する共振領域の中央に配置されている。活性層を含む共振領域の構成は、以後の実施例においても同様な構成としている。

次に、公知の写真製版技術を用いて図７の面発光レーザ素子の中央部に一辺が８μｍの開口を有する正方形状レジストパターンを形成した後、ｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐエッチング停止層１１０により、レジスト開口部のλ／４ｎ厚さのｐ−ＧａＡｓ層１１１を硫酸系エッチャントを用いて除去している。次に、レジストの除去と適切な表面の清浄化処理の後、２回目の結晶成長として、λ／４ｎ厚さのｐ−ＧａＡｓ層１１２の結晶成長を行い、引き続きＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層から始まる２周期のｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／ＧａＡｓ第２上部分布ブラッグ反射器１１３の結晶成長を行っている。ここで、第２上部分布ブラッグ反射器１１３の最表面層となるＧａＡｓ層には、最表面付近のドーピング濃度を高めたコンタクト層（図示せず）を設けている。以上の様な結晶成長の手順とする事によって、再成長時の表面酸化の影響を低く抑えて、良好な結晶性を有する面発光レーザ素子を得る事ができる。

図８は、これらの工程の後の、第１，第２上部分布部ブラッグ反射器１０８，１１３の間の層構成を詳しく示す図である。主に高次横モード分布に対応する、λ／４ｎ厚さのＧａＡｓ層１１１のエッチング除去を行わなかった部位では、第１，第２分布ブラッグ反射器１０８，１１３の間にレーザ発振波長に対してλ／２ｎ厚さとなるＧａＡｓスペーサー層による第２の共振領域１１４が形成されている。また、主に基本横モード分布に対応するエッチング除去を行なった領域では、分布ブラッグ反射器の多重反射条件を満たす様にλ／４ｎ厚さのＧａＡｓ層１１２が形成されている。

次に、再び公知の写真製版技術によって、一辺が３０μｍの正方形レジストパターンを形成し、公知のドライエッチング技術を用いて、ｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／ＧａＡｓ下部半導体分布ブラッグ反射器１０３の表面までの各層のエッチング除去を行い正方形メサを形成している。次に、水蒸気を含む加熱雰囲気中においてエッチング端面からメサ中央部に向けて、基板と平行方向にｐ−ＡｌＡｓ選択酸化層１０９の選択酸化を行って、電流狭窄構造を形成している。図７において、黒く図示された領域が選択酸化領域であり、非酸化領域（電流注入領域）の一辺の長さを６μｍとしている。

次に、気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ウエハ全面にＳｉＯ_２層１１５を形成した後、メサの中央部にアラインして、絶縁樹脂１１６を形成している。次に、絶縁樹脂除去部にアラインし、ＳｉＯ_２層１１５の除去を行っている。次に、メサ上の光出射部となる領域に１０μｍの方形レジストパターンを形成し、ｐ側電極材料の蒸着を行なっている。次に、光出射部の電極材料をリフトオフし、ｐ側電極１１７を形成している。次に、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１の裏面を研磨した後、基板１０１の裏面に蒸着によってｎ側電極１１８を形成し、アニールによって、両電極１１７，１１８のオーミック導通を取っている。この実施例１の様に、再成長によって、電流注入領域に対応する位置にコンタクト層を含む分布ブラッグ反射器を設けると、コンタクト層中における電流拡散により均一な電流注入が可能になるので、抵抗を低減する事ができる。

また、この実施例１における０．９８μｍ帯を発振波長とする素子では、エッチングによって除去されるλ／４ｎ厚さのＧａＡｓ層１１１の実際の厚さは６９．５ｎｍであり、素子表面の凹凸は僅かである。したがって、従来の素子と同様な加工方法により素子を形成する事が可能である。

これは、他の発振波長を有する素子についても同様であり、例えば、この実施例１と同様にＧａＡｓ層を高屈折率スペーサー層に用いた１．３μｍ帯の素子におけるエッチング量は、９５．２ｎｍであり、また、Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐを高屈折率スペーサー層として用いた０．７８μｍ帯の素子においては、５７．１ｎｍといずれも表面の凹凸は僅かである。

この実施例１の面発光レーザ素子は、第２の共振領域１１４における共振効果により、高次横モードに対するミラー損失が選択的に増加し、高次横モードの発振が極めて効率よく抑制される。

また、第２の共振領域１１４による高次横モードの抑制効果が得られる事により、非酸化領域（電流注入領域）を従来の様に微小に設定する必要が無く、このため素子抵抗は低く（従って、動作電圧が低く）、また発熱による出力の飽和レベルも高かった。よって、高出力まで単一基本横モード発振を得る事が可能であった。

また、素子の構造としては、この他にも低屈折率層をスペーサー層とした構造とする事もできる。この場合は、第２の共振領域は半波長共振器構造とする事ができるので、エッチング深さをより浅くする事ができる。具体的に、図９はこの場合の層構成の例を示す図であり、図８の面発光レーザ素子と同様にＧａＡｓまでの２３周期の第１上部分布ブラッグ反射器１０８の結晶成長を行った後、低屈折率スペーサー層の一部として、λ／４ｎ厚さのｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層１１９までを一回目の結晶成長として成長している。次に、第１上部分布ブラッグ反射器１０８の最表面層となるＧａＡｓ層をエッチング停止層とし、塩酸系エッチャントによってｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層１１９をエッチング除去した後、２回目の結晶成長とし、再びλ／４ｎ厚さのｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層１２０と、ＧａＡｓ層から始まる２．５周期の第２上部分布ブラッグ反射器１１３との結晶成長を行っている。以上の様な手法をとると、主に高次横モード分布に対応する電流注入領域の外側には半波長共振器１２１が形成され、図７，図８の共振領域１１４と同様な共振効果を得る事ができる。また、図９の例の様に低屈折率スペーサー層として、ＧａＩｎＰ材料を用いると、Ａｌを含む材料の様に酸化の影響が少ないので、再成長を容易に行う事ができる。図９の構成例の場合は、エッチング除去される領域の厚さは０．９８μｍを発振波長とする素子で７４．８ｎｍ、また、１．３μｍを発振波長とする素子で１０１．８ｎｍとなる。

また、この実施例１では、第２の共振領域を上部分布ブラッグ反射器の表面から３周期目に当たる部分に設けているが、この他の位置に設けても良い。分布ブラッグ反射器中において、第２の共振領域をブラッグ反射器の中央部により近い領域に設けた場合、更に高い共鳴（共振）効果を得る事ができるので、第２の共振領域を設けた部位のミラー損失を更に低下させる事が可能になる。

具体的に、図１０の素子は、この場合の構成について示した図である。すなわち、図１０の素子は、図７の素子と第２の共振領域を設ける位置のみが異なっている点を除いて、同様な構成を有する０．９８μｍ帯面発光レーザ素子である。

図１０の素子は、図７の素子と同様に、ノンドープＧａＡｓ共振器スペーサー１０６までの結晶成長を行なった後、１３．５周期のｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／ＧａＡｓ第１上部半導体分布ブラッグ反射器１０８、ｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐエッチング停止層１１０、レーザ発振波長（λ＝０．９８μｍ）に対しλ／４ｎ厚さとなるＧａＡｓ層１１１（以後、ｎは発振光に対する各半導体層の屈折率を表す）までを一回目の結晶成長として成長している。

次に、図７の面発光レーザ素子と同様に、素子の中央部となる一辺が８μｍの正方形領域におけるλ／４ｎ厚さのｐ−ＧａＡｓ層１１１を硫酸系エッチャントを用いて除去している。次に２回目の結晶成長として、λ／４ｎ厚さのｐ−ＧａＡｓ層１１２の結晶成長を行った後、Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層から始まる１２周期のｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／ＧａＡｓ第２上部分布ブラッグ反射器１１３の結晶成長を行なっている。この後、図７と同様の加工手順によって図１０の面発光レーザ素子としている。

この様に、図１０の素子では、素子の中央部における基本横モード分布に対応した領域には、合計２６周期の上部分布ブラッグ反射器が形成されており、高次横モード分布に対応する周辺部には、これの約半分の周期数にあたる活性層から数えて１４周期目における高屈折率層が発振波長に対してλ／ｎ厚さに作製され、第２の共振領域を形成している。以上の様に再成長を用いた本実施例の作成手順とする事により、分布ブラッグ反射器の中央付近に第２の共振領域を容易に設ける事ができる。図１０の素子は、高出力まで、非常に安定に単一基本横モード発振が得られた。

図１１は実施例２の面発光レーザ素子を示す図である。図１１の面発光レーザ素子は、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸構造を活性層とする１．３μｍ帯面発光レーザ素子であり、一部の構成を除いて実施例１と同様の方法により作製されたものである。尚、ＧａＩｎＮＡｓ活性層の窒素原料には、ＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン）を用いている。実施例２の面発光レーザ素子は、ｐ型分布ブラッグ反射器の一部の構成が実施例１の面発光レーザ素子と異なっている。以下、その構造を製造工程に従い説明する。

図１１の面発光レーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファー層２０２、ｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／ＧａＡｓの対を１周期とした３６周期の下部半導体分布ブラッグ反射器２０３、ノンドープＧａＡｓ共振器スペーサー２０４とＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層２０５とノンドープＧａＡｓ共振器スペーサー２０６とからなる一波長共振器２０７、２４．５周期のｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／ＧａＡｓ第１上部半導体分布ブラッグ反射器２０８、発振波長（λ＝１．３μｍ）に対してλ／４ｎ厚さとなるＧａＡｓ層２１１、厚さ１０ｎｍのｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐエッチング停止層２１０、λ／４ｎ厚さのＧａＡｓ層２１２、及びＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓから始まる２周期のｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／ＧａＡｓ上部第２半導体分布ブラッグ反射器２１３を順次成長している。ここで、本実施例の様にエッチング停止層を設ける場合には、共振条件を満たす様にｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐエッチング停止層２１０の厚さ、ＧａＡｓ層２１１における発振光の合計の位相変化がπ／２となる様にＧａＡｓ層２１１の厚さが調整されている事が望ましい。

ここで、上部半導体分布ブラッグ反射器２０８の途中には、ｐ−ＡｌＡｓ選択酸化層２０９を設けている。また、λ／４ｎ厚さのＧａＡｓ層２１１と、λ／４ｎ厚さのＧａＡｓ層２１２、及びＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐエッチング停止層２１０は、第２の共振領域２１４を形成するスペーサー層として設けている。また、上部半導体分布ブラッグ反射器２１３の表面にはコンタクト層（図示せず）を設けている。

次に、再び公知の写真製版技術によって、一辺が３０μｍの正方形レジストパターンを形成し、公知のドライエッチング技術を用いて、ｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／ＧａＡｓ下部半導体分布ブラッグ反射器２０３の表面までの各層のエッチング除去を行い正方形メサを形成している。

次に、実施例１と同様な方法により、ｐ−ＡｌＡｓ選択酸化層２０９の選択酸化を行った後、ＳｉＯ_２層２１５、絶縁樹脂２１６を形成している。ここで、電流注入領域の幅は１２μｍとしている。次に、公知の写真製版技術を用いてメサの中央部に一辺が１２μｍの開口を有するレジストパターンを形成した後、公知のドライエッチング技術により、表面のＧａＡｓコンタクト層から、λ／４ｎ厚さのＧａＡｓ層２１２の途中までの各層のエッチング除去を行っている。各層のエッチング判定には、プラズマ発光モニタを用いる事ができる。

次に、硫酸系エッチャントを用いたウエットエッチングにより、ｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐエッチング停止層２１０までのλ／４ｎ厚さのＧａＡｓ層２１２の残りをエッチング除去している。引き続きＧａＡｓ層２１１をエッチング停止層として、塩酸系エッチャントによりｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐエッチング停止層２１０をエッチング除去している。図１２は、これらの工程の後、第１上部分布ブラッグ反射器２０８と第２上部分布ブラッグ反射器２１３との間の層構成を詳しく示した図である。この様に、１回目のエッチング量の多いエッチング工程をドライエッチングにより行う事によって、エッチング側面を急峻にする事ができる。また、残膜のエッチングをウエットエッチングにより行う事によって、深さ方向の高いエッチング精度を得る事ができる。

また、エッチングの方法としてはこの他にも、硫酸系エッチャントを用いて、素子表面から一度にウエットエッチングによりｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐエッチング停止層２１０までの各層のエッチング除去を行う事もできる。

次に、ｐ側電極２１７，ｎ側電極２１８の蒸着形成と、オーミック導通を取り、図１１の面発光レーザ素子としている。以上の様に、この実施例２の素子は、一回の結晶成長により形成されており、製造工程が簡単であるという特徴を備えている。

また、この実施例２の面発光レーザ素子は、実施例１と同様に、第２の共振領域２１４における共振効果により、高次横モードに対するミラー損失が選択的に増加し、高次横モードの発振が極めて効率よく抑制されている。また、第２の共振領域による高次横モードの抑制効果が得られる事により、非酸化領域（電流注入領域）を従来の様に微小に設定する必要が無く、このため素子抵抗は低く（従って、動作電圧が低く）、また発熱による出力の飽和レベルも高かった。よって、高出力まで単一基本横モード発振を得る事が可能であった。

図１３は実施例３の面発光レーザ素子を示す図である。図１３の面発光レーザ素子は、ＧａＡｓ／Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ多重量子井戸構造を活性層とする０．８５μｍ帯面発光レーザ素子であり、一部の構成を除いて実施例１と同様の方法により作製されたものである。実施例３の面発光レーザ素子は、水素イオン注入による高抵抗化領域を電流狭窄構造としている点が、実施例１の面発光レーザ素子と異なっている。以下、その構造を製造工程に従い説明する。尚、この実施例３の面発光レーザ素子は、後述のように、第２の共振領域を、Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層を低屈折率層とする半波長共振器３１４により構成している。

図１３の面発光レーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板３０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファー層３０２、ｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓの対を１周期とした３６周期の下部半導体分布ブラッグ反射器３０３、ノンドープＡｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ共振器スペーサー３０４とＧａＡｓ／Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ多重量子井戸活性層３０５とノンドープＡｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ共振器スペーサー３０６とからなる一波長共振器３０７、２３周期のｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ上部半導体分布ブラッグ反射器３０８、レーザ発振波長（λ＝０．８５μｍ）に対してλ／４ｎとなる厚さのｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層３１１を一回目の結晶成長として成長している。

次に公知の写真製版技術を用いて図１３の面発光レーザ素子の中央部となる部分に直径１２μｍの開口を有する円形レジストパターンを形成した後、ｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層３１１を塩酸系エッチャントにより除去している。次に、レジストの除去と、適切な表面の清浄化処理の後、２回目の結晶成長として、λ／４ｎ厚さのＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層３１２と、Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓから始まる２．５周期のｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ第２上部半導体分布ブラッグ反射器３１３の結晶成長を行っている。尚、最表面にはｐ−ＧａＡｓコンタクト層（図示せず）を設けている。

次に公知の写真製版技術を用いて面発光レーザ素子の中央部に直径１０μｍの円形のレジストパターンを形成した後、図１３の様に水素イオン注入を行って、高抵抗化領域による電流狭窄構造を形成している。次に、裏面研磨、ｐ側電極３１７、ｎ側電極３１８の蒸着形成とオーミック導通を取り、図１３の面発光レーザ素子としている。

以上の様に、基本横モード分布に対応した位置（主に電流注入領域に対応する領域）は、多重反射の位相条件が満たされた分布ブラッグ反射器が形成され、高次横モード分布に対応する領域には、ｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層３１１、３１２より成る第２の共振領域３１４が形成されている。

この実施例３の水素イオン注入型面発光レーザ素子は、実施例１と同様に、第２の共振領域３１４における共振効果により、高次横モードに対するミラー損失が選択的に増加し、高次横モードの発振が極めて効率よく抑制されている。したがって、高出力まで安定に基本横モード発振を得る事ができた。

図１４は実施例４の面発光レーザ素子を示す図である。図１４の面発光レーザ素子は、実施例３と同様にＧａＡｓ／Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ多重量子井戸構造を活性層とする０．８５μｍ帯面発光レーザ素子である。この実施例４の面発光レーザ素子は、一回の結晶成長のみで形成されている点が、実施例３と異なっている。以下、その構造を説明する。

図１４の面発光レーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板４０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファー層４０２、ｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓの対を１周期とした３６周期の下部半導体分布ブラッグ反射器４０３、ノンドープＡｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ共振器スペーサー４０４とＧａＡｓ／Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ多重量子井戸活性層４０５とノンドープＡｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ共振器スペーサー４０６とからなる一波長共振器４０７、２３周期のｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ第１上部半導体分布ブラッグ反射器４０８、発振波長（λ＝０．８５μｍ）に対してλ／２ｎ厚さとなるＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層からなる第２の共振領域４１４、Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓから始まる２．５周期のｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ第２上部分布ブラッグ反射器４１３を順次結晶成長している。ここで、上部半導体分布ブラッグ反射器４１３の最表面にはｐ−ＧａＡｓコンタクト層（図示せず）を設けている。

次に、公知の写真製版技術を用いて図１４の面発光レーザ素子の中央部となる部分に直径６μｍの円形の開口を有するレジストパターンを形成した後、硫酸系エッチャント及び塩酸系エッチャントを用い、それぞれ第２上部分布ブラッグ反射器４１３、第２の共振領域４１４を交互に選択エッチング除去している。

次に、再び公知の写真製版技術を用いて面発光レーザ素子の中央部となる部分に直径１０μｍ円形のレジストパターンを形成した後、図１４の様に水素イオン注入を行って、高抵抗化領域４１９による電流狭窄構造を形成している。次に、裏面研磨、ｐ側電極４１７、ｎ側電極４１８の蒸着形成とオーミック導通を取り、図１４の面発光レーザ素子としている。

この実施例４の水素イオン注入型面発光レーザ素子は、一回成長とした簡単な製造工程により作製が可能である。また、この実施例４の水素イオン注入型面発光レーザ素子は、第２の共振領域の一部が、水素イオン注入領域によって規定される電流注入領域の境界に対して素子の中心側に、電流注入領域と空間的重なりを持って配置される様にした事によって、より高出力まで安定に基本横モード発振を得る事ができた。

図１５は実施例５の面発光レーザ素子を示す図である。図１５の面発光レーザ素子は、ＡｌＧａＡｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ多重量子井戸構造を活性層とする０．７８μｍ帯面発光レーザ素子であり、実施例１と同様の方法により作製されたものである。図１５の面発光レーザ素子は、発振波長以外に、第２の共振領域が、レーザ発振光を吸収する高屈折率材料を用いた一波長共振器構造により構成されている点が、実施例１の面発光レーザ素子と大きく異なっている。以下、その構造を製造工程に従い説明する。

図１５の面発光レーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板５０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファー層５０２、ｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．８５Ａｓの対を１周期とした３６周期の下部半導体分布ブラッグ反射器５０３、ノンドープＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ共振器スペーサー５０４とＡｌＧａＡｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ多重量子井戸活性層５０５とノンドープＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ共振器スペーサー５０６とから成る一波長共振器５０７、２３．５周期のｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ第１上部半導体分布ブラッグ反射器５０８、発振波長（λ＝０．７８μｍ）に対してλ／４ｎ厚さとなるＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ層５１１、ｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐエッチング停止層５１０、発振波長に対して３λ／４ｎ厚さとなるｐ−ＧａＡｓ層５１２、更にｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓから始まる２周期のｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ第１上部半導体分布ブラッグ反射器５１３を順次結晶成長によって設けている。

ここで、第１上部半導体分布ブラッグ反射器５０８中にはｐ−ＡｌＡｓ選択酸化層５０９を設けている。

また、第２上部分布ブラッグ反射器５１３の最表面層には、ＧａＡｓ層コンタクト層（図示せず）を設けている。

次に、公知の写真製版技術を用いて面発光レーザ素子の中央部となる部分に円形のレジストパターンを形成し、公知のエッチング技術により直径が２５μｍの円形メサの形成を行なっている。次に、実施例１と同様な方法により、ｐ−ＡｌＡｓ選択酸化層５０９の選択酸化を行った後、ＳｉＯ_２層５１５，絶縁樹脂５１６を形成している。ここで、電流注入領域の幅は４．５μｍとしている。

次に、公知の写真製版技術を用いて図１５の面発光レーザ素子の中央部となる部分に開口を有する直径３．５μｍの円形レジストパターンを形成した後、ｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐエッチング停止層５１０により、レジスト開口部の３λ／４ｎ厚さのｐ−ＧａＡｓ層５１２を硫酸系エッチャントを用いて除去している。次に、塩酸系エッチャントを用いてｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐエッチング停止層５１０の除去を行なっている。

この様な作製手順とする事によって、素子中央部のエッチング除去を行なった基本横モード分布に対応する領域（主に電流注入領域）では、λ／４ｎ厚さのＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ層５１１が分布ブラッグ反射器の多重反射の位相条件を満たす高屈折率層として形成されている。また、エッチング除去を行なわなかった高次横モード分布に対応する領域（主に電流注入領域の外側）では、λ／４ｎ厚さのＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ層５１１と、３λ／４ｎ厚さのＧａＡｓ層５１２から構成される第２の共振領域５１４が形成されている。本実施例の素子は、以上の様に、一回の結晶成長によって設けられている。

次に、エッチング除去領域にアラインしてｐ型電極５１７を形成し、裏面研磨の後、ｎ側電極５１８の蒸着形成と、オーミック導通を取って、図１５の面発光レーザ素子としている。本実施例では、ｐ側電極５１７は、第２共振領域５１４と空間的重なりを有するように設けられている。

この実施例５のレーザ発振波長を有する面発光レーザ素子では、第２の共振領域５１４の一部を形成している３λ／４ｎ厚さのＧａＡｓ層５１２のバンドギャップエネルギー（１．４２ｅＶ）は、レーザ発振光のフォトンエネルギー（１．５９ｅＶ）に対して小さい為、レーザ発振光を吸収する作用を有している。また、第２の共振領域５１４中では、共振作用により周辺領域に比べ電界強度が増加している。光の吸収作用は、電界強度に比例する為、共振作用を用いる事により、より大きな吸収を生じさせる事ができる。更に、この実施例５では、第２の共振領域５１４を高屈折率層を用いた一波長共振器構造としているので、共振作用の結果生じる定在波は、共振器構造の中央において最も電界強度が大きい。また、該部位は３λ／４ｎ厚さのＧａＡｓ層５１２に対応する位置になっている。従って、レーザ共振光は、ＧａＡｓ層５１２によって極めて顕著に吸収される。

以上から、第２の共振領域５１４は、レーザ共振光に対してミラー損失に加え、吸収損失を付加する作用を有し、第２の共振領域５１４を介した高次横モードのレーザ発振には高い発振閾値利得が必要となり、発振が抑制される。また、この実施例５の面発光レーザ素子は、第２の共振領域５１４の一部が、選択酸化構造によって規定される電流注入領域の境界に対して素子の中心側に、電流注入領域と空間的重なりを持って配置されている事により、効果的に高次横モードの抑制効果が得られ、より高出力まで安定に基本横モード発振を得る事ができた。また、電流注入領域を従来に対し広く設定した事により、素子抵抗を従来に比べ大幅に低減する事が可能であった。

また、第２の共振領域を設けない領域（３λ／４ｎ厚さのＧａＡｓ層５１２のエッチング除去を行った領域）の形状を真円形状（等方形状）とし、更に電流注入領域より面積を小さく形成した。これにより、ビーム形状は、第２の共振領域による吸収効果により成形され、出射ビームスポットのサイズは、３．５μｍ程度となり且つ真円形状であった。

また、第２の共振領域を設けない領域の形状は、写真製版工程とエッチング工程の精度により決まっており、選択酸化工程により決まる電流注入領域の形状，面積には依存しなかった。

よって、ビームスポットサイズは、ウエハ面内において非常に均一であり、異なるロット間での再現性（均一性）も非常に高かった。

ここで、レーザ発振光を吸収する材料（この実施例５ではＧａＡｓ層５１２）を、第２の共振領域５１４の一部を構成する層として設ける構成について示したが、第２の共振領域５１４の全てを光吸収層とする構成を取る事もできる。また、光吸収量は電界強度に比例するので、第２の共振領域（第２の共振器スペーサー層）５１４全体を光吸収材料で構成する他にも、第２の共振領域５１４中の電界の定在波の腹に対応した領域にだけ光吸収材料を設けても同様に高い効果が得られる。

ここで、光吸収材料としては、格子歪を有した材料を用いる事もできる。例えば、ＧａＡｓ基板上に形成される素子においては、ＧａＡｓ基板のバンドギャップエネルギーよりも高いフォトンエネルギーを有する光（λ＜０．８７μｍ）に対しては、格子整合する半導体材料としてＧａＡｓ層を容易に用いる事ができる。一方、これよりも長波長の光に対しては、ＧａＩｎＮＡｓ等の格子整合可能な材料の他に、ＧａＩｎＡｓ，ＧａＡｓＳｂ等の格子歪を有する材料を用いる事ができる。特に、格子歪を有す材料の場合は、歪緩和による結晶性の低下を防止する為に、大きな吸収作用が得られる電界の定在波の腹に対応する位置にのみ、臨界膜厚以下の吸収層を設ける事が効果的である。この場合の構造としては、量子井戸構造、又は多重量子井戸構造等とする事ができる。

また、以上の例としてＧａＡｓを基板材料とした場合について説明を行なったが、この他にもＩｎＰ等を基板材料とした素子についても同様な考え方を取る事ができる。

図１６は実施例６の面発光レーザ素子を示す図である。図１６の面発光レーザ素子は、ＡｌＧａＡｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ多重量子井戸構造を活性層とする０．７８μｍ帯面発光レーザ素子であり、実施例１と同様の方法により作製されたものである。図１６の面発光レーザ素子は、発振波長以外に、第２の共振領域を設ける部位をリング状としている点が、実施例１の面発光レーザ素子と大きく異なっている。以下、その構造を製造工程に従い説明する。

具体的に、図１６の素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板６０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファー層６０２、ｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓの対を１周期とした４０周期のｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ下部半導体分布ブラッグ反射器６０３、ノンドープＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ共振器スペーサー６０４、ＡｌＧａＡｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ多重量子井戸活性層６０５、ノンドープＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ共振器スペーサー６０６、Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓから積層が始まる２３．５周期のｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ第１上部半導体分布ブラッグ反射器６０８、レーザ発振波長（λ＝０．７８μｍ）に対し３λ／４ｎ厚さとなるｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層６１１（ｎは発振光に対するＧａＡｓの屈折率）を一回目の結晶成長として成長している。この際、第１上部半導体分布ブラッグ反射器６０８の途中には、ｐ−ＡｌＡｓ選択酸化層６０９を設けている。ここで、ノンドープＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ共振器スペーサー６０４、ＡｌＧａＡｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ多重量子井戸活性層６０５、ノンドープＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ共振器スペーサー６０６は、一波長共振器６０７を形成している。

次に、公知の写真製版技術を用いて図１６の面発光レーザ素子の中央部に直径６μｍの内径を有する幅２μｍのリング状円形レジストパターン開口を形成した後、レジスト開口部の３λ／４ｎ厚さのｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層６１１を残して、塩酸系エッチャントを用いて除去している。次に、レジストの除去と適切な表面の清浄化処理の後、２回目の結晶成長として、λ／４ｎ厚さのｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層６１２の結晶成長を行い、引き続きＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層から始まる２周期のｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／ＧａＡｓ第２上部分布ブラッグ反射器６１３の結晶成長を行っている。ここで、第２上部分布ブラッグ反射器６１３の最表面には、最表面付近のドーピング濃度を高めたＧａＡｓコンタクト層（図示せず）を設けている。

次に、公知の写真製版技術を用いて面発光レーザ素子の中央部となる部分に円形のレジストパターンを形成し、公知のエッチング技術により直径が３０μｍの円形メサの形成を行なっている。次に、実施例１と同様な方法により、ｐ−ＡｌＡｓ選択酸化層６０９の選択酸化を行った後、ＳｉＯ_２層６１５、絶縁樹脂６１６を形成している。ここで、電流注入領域の直径は５μｍとしている。次に、裏面研磨、ｐ側電極６１７、ｎ側電極６１８の蒸着形成と、オーミック導通を取り、図１６の面発光レーザ素子としている。

図１６の面発光レーザ素子において、エッチング除去を行わなかった領域には、ｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層６１１及び６１２による第２の共振領域６１４が形成され、エッチング除去を行った領域は、上部分布ブラッグ反射器が形成されている。また、この実施例６では、第２の共振領域６１４を、図１６の様に高次横モードの強度分布に対応して設ける構成としており、大きな強度分布を取る部分にのみリング状に設けている。この実施例６の面発光レーザ素子においても、同様に高出力まで単一基本横モード動作を得る事ができた。以上の様に、第２の共振領域６１４を、高次横モードの強度分布に対応して設ける構成とする事もできる。

以上に示した各実施例の様に、本発明の構成とする事によって単一基本横モードにおいて、高出力動作が可能な素子を得る事が可能である。

図１７は実施例７の面発光レーザ素子を示す図である。図１７の面発光レーザ素子は、ＡｌＧａＡｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ多重量子井戸構造を活性層とする０．７８μｍ帯面発光レーザ素子であり、一部の構成を除いて実施例５と同様の方法により作製されたものである。

実施例７の面発光レーザ素子は、ｐ型分布ブラッグ反射器の一部の構成が実施例５の面発光レーザ素子と異なっている。以下、その構造を製造工程に従い説明する。

図１７の面発光レーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板７０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファー層７０２、ｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓの対を１周期とした４０周期の下部半導体分布ブラッグ反射器７０３、ノンドープＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ共振器スペーサー７０４とＡｌＧａＡｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ多重量子井戸活性層７０５とノンドープＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ共振器スペーサー７０６とからなる一波長共振器７０７、Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓから始まる２３．５周期のｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ第１上部半導体分布ブラッグ反射器７０８、発振波長（λ＝０．７８μｍ）に対してλ／４ｎ厚さとなるＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ層７１１、ｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐエッチング停止層７１０、３λ／４ｎ厚さのＧａＡｓ層７１２、及びＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓから始まる２周期のｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ第２上部半導体分布ブラッグ反射器７１３を順次成長している。

ここで、第１上部半導体分布ブラッグ反射器７０８の途中には、ｐ−ＡｌＡｓ選択酸化層７０９を設けている。また、λ／４ｎ厚さのＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ層７１１と、３λ／４ｎ厚さのＧａＡｓ層７１２、及びＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐエッチング停止層７１０は、第２の共振領域７１４を形成するスペーサー層として設けている。また、第２上部半導体分布ブラッグ反射器７１３の表面にはコンタクト層（図示せず）を設けている。

次に、再び公知の写真製版技術によって、一辺が３０μｍの正方形レジストパターンを形成し、公知のドライエッチング技術を用いて、ｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ下部半導体分布ブラッグ反射器７０３の表面までの各層のエッチング除去を行い正方形メサを形成している。

次に、ｐ−ＡｌＡｓ選択酸化層７０９の選択酸化を行った後、ＳｉＯ_２層７１５、絶縁樹脂７１６を形成している。ここで、電流注入領域の幅は５μｍとしている。次に、公知の写真製版技術を用いてメサの中央部に長軸が４μｍ、短軸が３μｍとなる楕円状の開口を有したレジストパターンを形成した後、公知のドライエッチング技術により、表面のＧａＡｓコンタクト層から、３λ／４ｎ厚さのＧａＡｓ層７１２の途中までの各層のエッチング除去を行っている。各層のエッチング判定には、プラズマ発光モニタを用いる事ができる。

次に、硫酸系エッチャントを用いたウエットエッチングにより、ｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐエッチング停止層７１０までの３λ／４ｎ厚さのＧａＡｓ層７１２の残りをエッチング除去している。引き続き、塩酸系エッチャントによりｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐエッチング停止層７１０をエッチング除去している。この様に、１回目のエッチング量の多いエッチング工程をドライエッチングにより行う事によって、エッチング側面を急峻にする事ができる。また、残膜のエッチングをウエットエッチングにより行う事によって、深さ方向の高いエッチング精度を得る事ができる。

また、エッチングの方法としてはこの他にも、硫酸系エッチャントを用いて、素子表面から一度にウエットエッチングによりｐ−Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐエッチング停止層７１０までの各層のエッチング除去を行う事もできる。

次に、ｐ側電極７１７，ｎ側電極７１８の蒸着形成と、オーミック導通を取り、図１７の面発光レーザ素子としている。以上の様に、この実施例７の素子は、一回の結晶成長により形成されており、製造工程が簡単であるという特徴を備えている。

本実施例の素子は、第２の共振領域の一部がＧａＡｓで構成されており、発振波長（０．７８μｍ）の光を吸収する。よって、実施例５の素子と同様に第２の共振領域は、高次横モード光に対してミラー損失に加えて、吸収損失を付加する作用を有し、より高出力まで安定に基本横モード発振を得る事が可能であった。

また、第２の共振領域を設けない領域を楕円状に加工した事により、この形状を反映し、楕円状の出射ビーム形状が得られた。この様に、第２の共振領域を設けない領域の形状によって、任意所望のビーム形状を得る事が可能である。

また、上述の各実施例では、第２の共振領域を出射側となる分布ブラッグ反射器（上部分布ブラッグ反射器）中に設けているが、この他にも、基板側の分布ブラッグ反射器（下部分布ブラッグ反射器）中に設ける構成とする事もできる。また、上部，下部のいずれの分布ブラッグ反射器の途中に設けることもでき、この場合にも、同様な作用を得る事ができる。また、基板として、ｎ型基板の他にも、半絶縁性基板、ｐ型基板を用いても良く、基板材料も、ＧａＡｓ以外に、ＩｎＰ等の他の材料であっても良い。

また、以上の各実施例では、結晶成長方法として、ＭＯＣＶＤ法を例に挙げて説明を行なったが、この他にも、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）等のその他の結晶成長法を用いる事もできる。また、発振波長も以上で説明した０．７８μｍ帯、０．８５μｍ帯，０．９８μｍ帯、１．３μｍ帯以外にも０．６５μｍ帯，１．５μｍ帯等の波長帯で有っても良い。また、素子を構成する半導体材料は、発振波長に応じ、上述以外のものが用いられていても良い。例えば、０．６５μｍ帯ではＡｌＧａＩｎＰ系混晶、１．５μｍ帯ではＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）系混晶半導体材料を用いる事ができる。分布ブラッグ反射器の材料，構成は、発振波長に応じて最適に選ぶ事で、いずれの構造も任意の発振波長に対応した素子を形成する事ができる。具体的には、面発光レーザ素子の発振波長に対し、透明であって、且つ、可能な限り屈折率差が大きく取れる組み合わせが好ましい。また、素子構造は、上述の各実施例で示した以外の構造であっても良く、また、上述の各実施例で示した素子も、他の発振波長で有っても良い。

また、素子の抵抗をより低減する為には、Ａｌ（Ｇａ）Ａｓ／ＧａＡｓ等の分布ブラッグ反射器を構成する各層のヘテロ界面に、これらの間の組成を有するヘテロスパイク緩衝層を設ける事が効果的であり、選択酸化層等の界面にもヘテロスパイク緩衝層が設けられていても良い。ヘテロスパイク緩衝層としては、ヘテロ界面を構成する２層の間の組成を有する単層や、組成の異なる複数の層を組み合わせたもの、又は組成を連続的に変化させたもの等が挙げる事ができる。

図１８は実施例８の面発光レーザアレイを示す図である。すなわち、図１８は、本発明の面発光レーザ素子を２次元に４×４個集積したモノリシックレーザアレイの上面図である。図１８の例では、個々の素子を独立に駆動するために個別に上部電極に配線が設けられている。また、図１８の面発光レーザアレイは、前述の各実施例と同様の手順・方法で作製されたものであり、面発光レーザアレイを構成する個々の素子は、分布ブラッグ反射器の途中の、高次横モード分布に対応する部分に、第２の共振領域を備えており、共振作用による透過光の増加（ミラー損失の増加）、さらには共振作用による吸収損失の増加により、高次横モードの発振が抑制されている。また、選択酸化型面発光レーザ素子の場合では、第２の共振領域によって高次横モード光の発振を抑制しているので、従来の様に、選択酸化構造による電流注入領域を微小に設定する必要が無い。従って、素子は低抵抗であり、発熱による出力飽和点も高い。この実施例７の面発光レーザアレイは、高出力まで、単一基本横モードで発振した。以上のように、単一横モードで高出力動作する面発光レーザアレイが得られた。

図１９は実施例９の面発光レーザモジュールの概要を示す図である。図１９の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。

ここで、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された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。また、この実施例８の面発光レーザモジュールは、本発明の面発光レーザアレイが用いられていることで、基本横モードで安定に発振する。したがって、環境温度等の駆動条件の変化に対して、ファイバとの結合率の変化が少なく、信頼性の高いレーザモジュールを得ることができる。

図２０は実施例１０の電子写真システムを示す図である。図２０の電子写真システムは、感光ドラムと、光学走査系（走査収束光学系）と、書き込み光源と、同期制御回路（同期制御部）とを有しており、書き込み光源には、本発明の面発光レーザ素子または面発光レーザアレイが用いられている。

図２０の電子写真システムは、同期制御回路によって制御され、書き込み光源（面発光レーザ素子）からの光は、ポリゴンミラー，レンズ収束系からなる走査収束光学系によって感光ドラム上に集光され、潜像を形成する。本発明の面発光レーザ素子または面発光レーザアレイでは、高出力まで単一基本横モード発振を得る事ができる。従って、高速書き込みが可能であり、また遠視野像が単峰性である事から、ビームの集光が容易で、高精細な画質を得ることができる。

また、ＡｌＧａＩｎＰ系材料を活性層材料とした赤色面発光レーザ素子は、発振波長が０．６５μｍ程度とＡｌＧａＡｓ系材料に比べ短波長発振が可能であり、光学設計の余裕度を大きくすることができる。従って、高精細電子写真の書き込み光源として好適である。このような赤色面発光レーザ素子は、活性層にＡｌＧａＩｎＰ系材料を用い、分布ブラッグ反射器にＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いて、構成することができる。また、これらの材料はＧａＡｓ基板に格子整合して結晶成長を行うことが可能であるので、ＡｌＡｓ材料等を選択酸化層として用いることが可能である。ところが、ＡｌＧａＩｎＰ系材料は、温度変化に対する影響を非常に受けやすく、素子発熱による温度上昇により、出力の飽和，発振の停止等が問題となっている。しかしながら、本発明を適用した赤色面発光レーザ素子は、第２の共振領域による高次横モードの発振抑制効果により、素子抵抗を増加させることなく、高出力まで単一基本横モード発振を得る事ができる。以上の様に、本発明の面発光レーザ素子または面発光レーザアレイは、電子写真システムの書き込み光源として好適である。

図２１は実施例１１の光インターコネクションシステムを示す図である。図２１の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には、本発明による面発光レーザ素子又は面発光レーザアレイ用いた１次元レーザアレイモジュールと、これの駆動回路とが設けられている。また、受信側である機器２には、フォトダイオードアレイモジュールと、信号検出回路とが設けられている。

また、この実施例１１の光インターコネクションシステムは、本発明の面発光レーザ素子または面発光レーザアレイが用いられていることで、基本横モードで安定に発振し、環境温度等の駆動条件の変化に対してファイバとの結合率の変化が少なく、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。この実施例１１では、並列光インターコネクションシステムを例に説明したが、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。

面発光レーザ素子の基本（０次）横モード，高次（１次）横モードの電界強度分布（縦軸）を位置に対応した横軸について模式的に示す図である。 本発明の原理を説明するための図である。 本発明の原理を説明するための図である。 電流注入領域の横断面形状に対する電流注入領域の中心から所定の距離の範囲の領域の一例を示す図である。 電流注入領域の横断面形状に対する電流注入領域の中心から所定の距離の範囲の領域の他の例を示す図である。 電流注入領域の横断面形状に対する電流注入領域の中心から所定の距離の範囲の領域の他の例を示す図である。 実施例１の面発光レーザ素子の一構成例を示す図である。 図７の面発光レーザ素子の一部分の層構成例を示す図である。 図７の面発光レーザ素子の一部分の他の層構成例を示す図である。 実施例１の面発光レーザ素子の他の構成例を示す図である。 実施例２の面発光レーザ素子を示す図である。 図１１の面発光レーザ素子の一部分の層構成例を示す図である。 実施例３の面発光レーザ素子を示す図である。 実施例４の面発光レーザ素子を示す図である。 実施例５の面発光レーザ素子を示す図である。 実施例６の面発光レーザ素子を示す図である。 実施例７の面発光レーザ素子を示す図である。 実施例８の面発光レーザアレイを示す図である。 実施例９の面発光レーザモジュールの概要を示す図である。 実施例１０の電子写真システムを示す図である。 実施例１１の光インターコネクションシステムを示す図である。

Claims (24)

1. 活性層と該活性層の両側に設けられた共振器スペーサー層とから構成される共振領域と、低屈折率層と高屈折率層の周期的積層によって構成され、前記共振領域を挟み対向して設けられる一対の分布ブラッグ反射器と、前記活性層への電流注入領域を規定する電流狭窄構造とを有する面発光レーザ素子において、前記一対の分布ブラッグ反射器のうちの少なくとも一方の分布ブラッグ反射器は、前記活性層と前記共振器スペーサー層とから構成される前記共振領域とは別の第２の共振領域を含み、該第２の共振領域は、前記電流注入領域の中心から所定の距離の範囲を除く領域に設けられており、前記第２の共振領域は、分布ブラッグ反射器を構成する高屈折率層に対し相対的に低屈折率となる共振器スペーサー層により構成され、前記第２の共振領域を構成している共振器スペーサー層は、レーザ発振波長のｍ／２ｎの厚さ（ｍは整数、ｎは共振器スペーサー層の屈折率）である事を特徴とする面発光レーザ素子。
2. 請求項１記載の面発光レーザ素子において、前記電流注入領域の中心から所定の距離の範囲は、少なくとも一部が、前記電流狭窄構造によって規定される前記電流注入領域の境界に対して前記電流注入領域の中心側に位置し、前記第２の共振領域は、電流注入領域と部分的に空間的重なりを有している事を特徴とする面発光レーザ素子。
3. 請求項１記載の面発光レーザ素子において、前記電流注入領域の中心から所定の距離の範囲は、前記電流狭窄構造によって規定される前記電流注入領域の境界に対して前記電流注入領域の外側に位置している事を特徴とする面発光レーザ素子。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記電流狭窄構造は、Ａｌを含む半導体層の選択酸化構造により構成されている事を特徴とする面発光レーザ素子。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記電流狭窄構造は、イオン注入による高抵抗化領域により構成されている事を特徴とする面発光レーザ素子。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記第２の共振領域の少なくとも一部の層は、レーザ発振光を吸収する半導体材料で構成されている事を特徴とする面発光レーザ素子。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記第２の共振領域中の電界の定在波の腹に対応する位置に、レーザ発振光を吸収する半導体層が設けられている事を特徴とする面発光レーザ素子。
8. 請求項７記載の面発光レーザ素子において、前記半導体層は、格子歪を有する材料で構成されていることを特徴とする面発光レーザ素子。
9. 請求項６乃至請求項８のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記電流狭窄構造により規定された電流注入領域と前記第２の共振領域が設けられていない領域との形状が相違し、第２の共振領域が設けられていない領域の形状は、等方形状である事を特徴とする面発光レーザ素子。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、該面発光レーザ素子は、基板とは反対側の光出射側にレーザ光を出射するように構成されており、更に前記一対の分布ブラッグ反射器のうち光出射側における分布ブラッグ反射器の表面には、前記第２の共振領域を設けた領域の境界に対し素子の中心側に開口を有する電極が設けられている事を特徴とする面発光レーザ素子。
11. 請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、該面発光レーザ素子は、基板とは反対側の光出射側にレーザ光を出射するように構成されており、更に前記一対の分布ブラッグ反射器のうち光出射側における分布ブラッグ反射器の表面には、前記第２の共振領域を設けた領域の一部から素子の中心側に開口を有する電極が設けられている事を特徴とする面発光レーザ素子。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記第２の共振領域は、該第２の共振領域が設けられている分布ブラッグ反射器中において、分布ブラッグ反射器を構成する周期数の半分程度の周期となる位置から、活性層側に対して反対側となる位置に設けられていることを特徴とする面発光レーザ素子。
13. 請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記第２の共振領域は、複数設けられていることを特徴とする面発光レーザ素子。
14. 請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記活性層はIII−Ｖ族半導体材料から構成され、III族元素にＧａ，Ｉｎのいずれか、又は全てが用いられ、Ｖ族元素にＡｓ，Ｐ，Ｎ，Ｓｂのいずれか、又は全てが用いられ、発振波長が１．１μｍよりも長波長であることを特徴とする面発光レーザ素子。
15. 請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記活性層はIII−Ｖ族半導体材料から構成され、III族元素にＡｌ，Ｇａ，Ｉｎのいずれか、又は全てが用いられ、Ｖ族元素にＡｓ，Ｐのいずれか、又は全てが用いられ、発振波長が１．１μｍよりも短波長であることを特徴とする面発光レーザ素子。
16. 請求項１記載の面発光レーザ素子において、前記第２の共振領域を設けない所定の距離の範囲を電流注入領域の中心から０．５μｍ〜２μｍの範囲とした事を特徴とする面発光レーザ素子。
17. 請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子によって構成されている事を特徴とする面発光レーザアレイ。
18. 請求項１記載の面発光レーザ素子の製造方法であって、分布ブラッグ反射器中に第２の共振領域を形成する製造工程を、１回目の結晶成長工程において共振器スペーサー層を形成する半導体層を所定の厚さからレーザ発振波長に対し１／４ｎの厚さだけ薄く設け、次に第２の共振領域を設けない領域における前記半導体層をエッチング除去した後、２回目の結晶成長工程においてレーザ発振波長に対し１／４ｎ厚さとなる半導体層を設けることによって行なう事を特徴とする面発光レーザ素子の製造方法。
19. 請求項１記載の面発光レーザ素子の製造方法であって、分布ブラッグ反射器中に前記第２の共振領域を形成する製造工程を、分布ブラッグ反射器中に共振器スペーサー層を形成する半導体層を所定の厚さに設けた後、素子表面からエッチング除去を行い、第２の共振領域を設けない領域における前記半導体層を、分布ブラッグ反射器における光波の多重反射の条件を満たす厚さにエッチング除去することによって行なう事を特徴とする面発光レーザ素子の製造方法。
20. 請求項１８または請求項１９記載の面発光レーザ素子の製造方法において、前記第２の共振領域を設けない領域における半導体層をエッチング除去する工程は、ドライエッチング工程とウエットエッチング工程とを組み合わせて行う事を特徴とする面発光レーザ素子の製造方法。
21. 請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は請求項１７記載の面発光レーザアレイを用いて構成されている事を特徴とする面発光レーザモジュール。
22. 請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は請求項１７記載の面発光レーザアレイが用いられている事を特徴とする電子写真システム。
23. 請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は請求項１７記載の面発光レーザアレイが用いられている事を特徴とする光通信システム。
24. 請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は請求項１７記載の面発光レーザアレイが用いられている事を特徴とする光インターコネクションシステム。

Images