JP5644695B2

JP5644695B2 - 面発光レーザ素子

Info

Publication number: JP5644695B2
Application number: JP2011138714A
Authority: JP
Inventors: 永児小島; 山田　仁; 仁山田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2031-06-22
Also published as: JP2013008743A

Description

本発明は、面発光レーザ素子に関する。

面発光レーザ素子１０１は、例えば、図９に示すように、ｎ型半導体基板１０３、出射側電極１０５、出射側分布反射ミラー１０７、クラッド層１０９、活性層１１１、クラッド層１１３、非出射側分布反射ミラー１１５、非出射側電極１１７を備える。出射側分布反射ミラー１０７、クラッド層１０９、活性層１１１、クラッド層１１３、非出射側分布反射ミラー１１５は、MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法等の結晶成長技術を用いて、真空系の中で成膜する。

出射側電極１０５は、開口部１０５ａを備える。また、非出射側電極１１７の外周部は、絶縁層１１９によって非出射側分布反射ミラー１１５と隔てられており、非出射側電極１１７の中央部（コンタクト部１１７ａ）のみが、非出射側分布反射ミラー１１５と接している。

面発光レーザ素子１０１において大出力化を実現するためには、素子の大口径化等により、素子を大面積化する必要がある。しかし、面発光レーザ素子１０１の大面積化に伴い、開口部１０５ａを有する出射側電極１０５からの注入キャリア（電子またはホール）が、活性層（発光部）１１１の中心部よりも周辺に集中し、中心部との間に注入電流分布が発生してしまう（図１０参照）。活性層１１１への電流注入が不均一であると、局所的な電流集中によって素子が発熱し、キャリアのオーバーフローによって出力低下（図１１参照）や、信頼性低下を招く。

そこで、面発光レーザ素子の内部に電流狭窄層を形成し、活性層への電流注入を均一化する技術が提案されている。この電流狭窄層とは、その中央部では、周辺部に比べて電流を通しやすい層である。電流狭窄層は、活性層近傍やＤＢＲ（分布反射ミラー）中に形成される。また、電流狭窄層は、周辺部にイオン注入を行い、その領域を半絶縁領域とする方法で形成される（特許文献１参照）。

特開２００３−１７８０６号公報

しかしながら、イオン注入の方法等により、活性層近傍やＤＢＲ中に電流狭窄層を形成する場合には、面発光レーザ素子を、成膜の途中で真空系の外に出さなければならない。そのため、面発光レーザ素子の製造に要する工程が増加してしまう。また、真空系の外に出すことで、コンタミ等の問題が生じ、面発光レーザ素子の信頼性が低下してしまう。

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、上記の課題を解決できる面発光レーザ素子を提供することを目的とする。

本発明の面発光レーザ素子は、半導体基板と、前記半導体基板における一方の面に設けられた第１の電極と、前記半導体基板における反対側の面に設けられた、第１の分布反射ミラー、第１のクラッド層、活性層、第２のクラッド層、第２の分布反射ミラー、及び第２の電極とを備える。前記第１の電極と前記第２の電極のうち、一方は、開口部を有する出射側電極であり、他方は、コンタクト部を有する非出射側電極である。また、本発明の面発光レーザ素子は、膜厚方向での電気抵抗が、中央部よりも、周辺部において大きい抵抗分布層を、前記非出射側電極に隣接する位置に備える。

本発明の面発光レーザ素子は、膜厚方向での電気抵抗が、中央部よりも、周辺部において大きい抵抗分布層により、周辺部での電流の流れを抑制し、活性層への電流注入を均一化することができる。

また、抵抗分布層の位置は、非出射側電極に隣接する位置であるから、抵抗分布層は、例えば、MOCVD法等で形成する層のうち、最後に形成する層とすることができる。そのため、面発光レーザ素子を真空系から取り出して、例えばエッチング等の方法により抵抗分布層を完成した後、面発光レーザ素子を再び真空系内に戻す必要がない。

その結果、抵抗分布層を設けても、成膜の途中で面発光レーザ素子を真空系の外に出す必要が無いので、コンタミ等の問題が生じ難く、面発光レーザ素子の信頼性が向上する。また、酸化膜層やイオン注入を必ずしも用いなくてもよいので、材料の選択自由度が高く、ダメージの問題もない。

前記抵抗分布層は、前記中央部に、前記周辺部よりも膜厚が薄い凹部を備える。こうすることにより、電気抵抗の分布を容易に、且つ精度よく形成することができる。

前記凹部の断面形状は、１段又は複数段のステップ形状であり、前記ステップ形状における１段の深さＤは、下記式（１）で表されるものであることが好ましい。
式（１）：Ｄ＝ｍ×（λ／２）、（ｍは整数であり、λは面発光レーザの発光波長）
こうすることにより、抵抗分布層が分布反射ミラーに接している場合でも、分布反射ミラーの反射率は、場所によらず一定となる。この理由を以下で説明する。

抵抗分布層が凹部を備え、その膜厚が場所により変動すると仮定する。抵抗分布層が分布反射ミラーに接している場合、抵抗分布層の膜厚が変動するのにともない、分布反射ミラーの反射率は、図４に示すように、λ／２を１周期として、周期的に変動する。凹部の断面形状が上記のものであれば、ステップ形状における１段の深さＤは、分布反射ミラーの反射率が変動する周期の整数倍であるから、抵抗分布層のいずれの場所においても、分布反射ミラーの反射率は一定となる。すなわち、凹部の断面形状が上記のものであれば、抵抗分布層の膜厚が場所により変動しても、分布反射ミラーの反射率は場所によらず一定となる。

前記抵抗分布層は、第１の層と、前記第１の層とはエッチングレートの差がある第２の層とが交互に積層されたものであることが好ましい。この場合、凹部をエッチングにより形成するとき、第１の層と第２の層とのうち、エッチングレートが小さい層を、エッチングを一定の深さで止めるためのエッチングストップ層として利用することができる。そのことにより、エッチング工程の制御が容易であり、凹部を容易且つ正確に形成することができる。

前記第１の層と前記第２の層とでは、例えば、材料を変えることにより、エッチングレートに差をつけることができる。
前記抵抗分布層は、Ａ層と、前記Ａ層よりも電気抵抗が大きいＢ層とが交互に積層されたものであり、前記ステップ形状における、膜厚方向と直交する面では、前記Ａ層が表面に表れている。こうすることにより凹部では、膜厚方向に沿った面よりも、膜厚方向と直交する面において電流が流れやすい。そのため、凹部の電気抵抗は、凹部における膜厚に応じて決まるので、電気抵抗の制御が容易である。

前記第Ａ層と前記Ｂ層とでは、例えば、キャリア濃度を変えることにより、電気抵抗に差をつけることができる。
前記出射側分布反射ミラーとは、前記第１の分布反射ミラーと前記第２の分布反射ミラーとのうち、前記出射側電極に近い方を意味する。

前記非出射側電極に隣接する位置とは、非出射側電極に直接的に接する位置であってもよいし、非出射側電極との間に他の層が介在しつつ、非出射側電極の近傍にある位置であってもよい。また、非出射側電極に直接的に接する位置の場合、抵抗分布層の全体が非出射側電極に接する態様でもよいし、抵抗分布層の一部（例えば中央部）は非出射側電極に接し、前記一部以外は非出射側電極に接しない（間に他の層が存在する）態様でもよい。

本発明の面発光レーザ素子において、半導体基板、第１の分布反射ミラーの導電型は、第１の導電型であり、第２の分布反射ミラーの導電型は、第２の導電型である。ここで、第１の導電型は、ｐ型、ｎ型のうちの一方であり、第１の導電型がｐ型である場合、第２の導電型はｎ型であり、第１の導電型がｎ型である場合、第２の導電型はｐ型である。

面発光レーザ素子１の全体構成を表す側断面図である。抵抗分布層１６及びその周辺の構成を表す側断面図である。抵抗分布層１６を形成する工程を表す説明図である。抵抗分布層の厚さとＤＢＲの反射率との関係を表すグラフである。抵抗分布層１６及びその周辺の構成を表す側断面図である。抵抗分布層１６を形成する工程を表す説明図である。面発光レーザ素子５１の全体構成を表す側断面図である。抵抗分布層５４及びその周辺の構成を表す側断面図である。従来の面発光レーザ素子の構成を表す側断面図である。従来の面発光レーザ素子における注入電流分布を表す説明図である。局所的な電流集中により生じる出力低下を表す説明図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
<第１の実施形態＞
１．面発光レーザ素子１の構成
面発光レーザ素子１の構成を、図１〜図３に基づいて説明する。図１は、面発光レーザ素子１の全体構成を表す側断面図である。図２は、後述する抵抗分布層１６及びその周辺の構成を表す側断面図である。図３は、抵抗分布層１６を形成する工程を表す説明図である。

面発光レーザ素子１は、ｎ型半導体基板３、出射側電極（第１の電極）５、出射側ＤＢＲ（第１の分布反射ミラー、出射側分布反射ミラー）７、クラッド層（第１のクラッド層）９、活性層１１、クラッド層（第２のクラッド層）１３、非出射側ＤＢＲ（第２の分布反射ミラー、非出射側分布反射ミラー）１５、抵抗分布層１６、非出射側電極（第２の電極）１７を備える。

出射側ＤＢＲ７、クラッド層９、活性層１１、クラッド層１３、非出射側ＤＢＲ１５、及び抵抗分布層１６は、MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法等の結晶成長技術を用いて、真空系の中で形成する。

出射側電極５は、その中央に、開口部５ａを備える。また、非出射側電極１７の外周部は、絶縁層１９によって非出射側ＤＢＲ１５と隔てられており、非出射側電極１７の中央部（コンタクト部１７ａ）のみが、非出射側ＤＢＲ１５と接している。

ｎ型半導体基板３は、化合物半導体から成り、例えば、n型GaAs基板またはn型InP基板で構成される。出射側ＤＢＲ７は、屈折率の高い層と低い層とを交互に積層した構成を有し、例えば、n型Al_x1Ga_(1-x1)Asとn型Al_x2Ga_(1-x2)Asとを1組（x1<x2）として、21組を積層したものである。出射側ＤＢＲ７を構成する各層の膜厚は、発振波長λに対し、光学長がλ/4となる膜厚である。

クラッド層９、１３は、バンドギャップが出射側ＤＢＲ７及び非出射側ＤＢＲ１５よりも低く、活性層１１より高い層である。クラッド層９、１３は、例えば、Al_0.3Ga_0.7Asで構成することができる。

活性層１１は発光部であり、量子井戸で構成される。例えば、厚さ10nmのAl_0.3Ga_0.7As及びGaAsで構成される。非出射側ＤＢＲ１５は、基本的には、出射側ＤＢＲ７と同様の構成であるが、積層する組数を25組程度にして、非出射側ＤＢＲ１５における組数よりも多くする。

抵抗分布層１６は、非出射側電極１７と非出射側ＤＢＲ１５との間（非出射側電極１７に隣接する位置）に設けられている。抵抗分布層１６の組成は、Al_xGa_(1-x)Asである。ここで、xは、x1であってもよいし、x2であってもよい。

抵抗分布層１６の中央部には、図２に示すように、凹部１６ａが形成されており、抵抗分布層１６の中央部における膜厚は、周辺部よりも薄い。また、抵抗分布層１６の中央部における電気抵抗は、周辺部における電気抵抗よりも小さい。

凹部１６ａは、非出射側電極１７の側に開口しており、非出射側電極１７は、その凹部１６ａの形状に沿って形成されている。凹部１６ａの断面形状は、２段階のステップ形状である。すなわち、凹部１６ａは、最も深く掘られた面１６ｂと、それよりも１段浅くなった面１６ｃとを有する。面１６ｂと面１６ｃとの膜厚方向（図２での上下方向）における距離はＤである。また、面１６ｃと、抵抗分布層１６の凹部１６ａ以外の面１６ｄとの距離もＤである。この距離Ｄ（凹部１６ａのステップ形状における１段あたりの深さ）は、下記式（１）で表される。

式（１）：Ｄ＝ｍ×（λ／２）、（ｍは整数であり、λは面発光レーザ素子１の発光波長）
次に、抵抗分布層１６の形成方法を図３に基づいて説明する。まず、図３（１）に示すように、均一な厚みの抵抗分布層１６（凹部１６ａは未形成）を、非出射側ＤＢＲ１５の上に形成する。

次に、図３（２）に示すように、抵抗分布層１６の上に、リソグラフィによりパターニングされたマスク２１を形成する。次に、図３（３）に示すように、マスク２１で保護されていない部分をエッチングし、凹部２２を形成する。なお、エッチングの方法は、ドライエッチングでもよいし、ウエットエッチングでもよい。その後、マスク２１は除去する。

次に、図３（４）に示すように、凹部２２よりも外側に、リソグラフィによりパターニングされたマスク２４を形成する。次に、図３（５）に示すように、マスク２４で保護されていない部分をエッチングする。すると、マスク２４で保護されていない部分のうち、凹部２２はさらに深くエッチングされ、凹部２２以外の部分は、それよりも浅くエッチングされる。その後、マスク２４を除去すると、２段階のステップ形状を有する凹部１６ａが完成する。

２．面発光レーザ素子１が奏する効果
（１）抵抗分布層１６は、その中央部に凹部１６ａを備えるので、抵抗分布層１６の膜厚は中央部において薄く、周辺部において厚い。そのことにより、抵抗分布層１６の電気抵抗は中央部において小さく、周辺部において大きい。よって、抵抗分布層１６は、周辺部での電流の流れを抑制し、活性層への電流注入を均一化する電流狭窄層として機能する。

（２）抵抗分布層１６の位置は、非出射側電極１７と非出射側ＤＢＲ１５との間（非出射側電極１７に隣接する位置）であるから、抵抗分布層１６は、MOCVD法で形成する層のうち、最後に形成する層である。そのため、抵抗分布層１６を形成し、真空系から取り出して上記のようなエッチング工程により凹部１６ａを形成した後、面発光レーザ素子１を再び真空系内に戻す必要がない。

その結果、抵抗分布層１６を形成しても、MOCVD法による成膜の途中で面発光レーザ素子１を真空系の外に出す必要が無いので、コンタミ等の問題が生じ難く、面発光レーザ素子１の信頼性が向上する。また、酸化膜層やイオン注入を用いないので、材料の選択自由度が高く、ダメージの問題もない。

（３）抵抗分布層１６は、凹部１６ａを備え、その膜厚が場所により変動する。抵抗分布層１６は非出射側ＤＢＲ１５上に形成されているので、抵抗分布層１６の膜厚が変動するのにともない、非出射側ＤＢＲ１５の反射率は、図４に示すように、λ／２を１周期として、周期的に変動する。

本実施形態では、凹部１６ａの断面形状がステップ形状であり、１段当たりの段差は、ｍ×（λ／２）、すなわち、非出射側ＤＢＲ１５の反射率が変動する周期λ／２の整数倍であるから、抵抗分布層１６のいずれ部分においても、非出射側ＤＢＲ１５の反射率は一定となる。よって、抵抗分布層１６の膜厚が場所によって変動しても、非出射側ＤＢＲ１５の反射率は、場所によらず一定となる。
＜第２の実施形態＞
１．面発光レーザ素子１の構成
面発光レーザ素子１の全体構成は、前記第１の実施形態と同様である。すなわち、本実施形態の面発光レーザ素子１も、図１に示すように、ｎ型半導体基板３、出射側電極（第１の電極）５、出射側ＤＢＲ（第１の分布反射ミラー、出射側分布反射ミラー）７、クラッド層（第１のクラッド層）９、活性層１１、クラッド層（第２のクラッド層）１３、非出射側ＤＢＲ（第２の分布反射ミラー、非出射側分布反射ミラー）１５、抵抗分布層１６、非出射側電極（第２の電極）１７、絶縁層１９を備える。

ただし、本実施形態では、抵抗分布層１６の構成が、前記第１の実施形態とは異なる。以下では、抵抗分布層１６の構成及び形成方法を、図５及び図６に基づいて説明する。なお、図５は、抵抗分布層１６及びその周辺の構成を表す側断面図である。また、図６は、抵抗分布層１６を形成する工程を表す説明図である。

抵抗分布層１６は、図５に示すように、非出射側電極１７と非出射側ＤＢＲ１５との間（非出射側電極１７に隣接する位置）に設けられている。抵抗分布層１６は、第１の層（Ａ層）２５と、第２の層（Ｂ層）２７とを交互に積層したものである。第１の層２５と第２の層２７とでは、材料及びキャリア濃度が異なる。例えば、第１の層２５はInGaPであり、キャリア濃度は１×１０¹⁹cm^-3と高く、第２の層２７はAlGaAsであり、キャリア濃度が２×１０¹⁸cm^-3と低い。第１の層２５と第２の層２７とでは、エッチングレートに差がある。さらに詳しくは、第１のエッチング条件においては、第１の層２５よりも、第２の層２７の方が、エッチングレートが大きく、第２のエッチング条件においては、第２の層２７よりも、第１の層２５の方が、エッチングレートが大きい。また、第１の層２５は、第２の層２７に比べて、電気抵抗が小さい。

なお、第１のエッチング条件と第２のエッチング条件とは、周知のエッチング技術から設定することができる。
抵抗分布層１６の中央部には、図５に示すように、凹部１６ａが形成されており、抵抗分布層１６の中央部における膜厚は、周辺部よりも薄い。また、抵抗分布層１６の中央部における電気抵抗は、周辺部における電気抵抗よりも小さい。

凹部１６ａは、非出射側電極１７の側に開口しており、非出射側電極１７は、その凹部１６ａの形状に沿って形成されている。凹部１６ａの断面形状は、２段階のステップ形状である。すなわち、凹部１６ａは、最も深く掘られた面１６ｂと、それよりも１段浅くなった面１６ｃとを有する。面１６ｂと面１６ｃとの膜厚方向（図５での上下方向）における距離はＤである。また、面１６ｃと、抵抗分布層１６の凹部１６ａ以外の面１６ｄとの距離もＤである。この距離Ｄ（凹部１６ａのステップ形状における１段あたりの深さ）は、下記式（１）で表される。

式（１）：Ｄ＝ｍ×（λ／２）、（ｍは整数であり、λは面発光レーザ素子１の発光波長）
凹部１６ａにおいて、膜厚方向と直交する面（図５における水平面）には、面１６ｂと面１６ｃとがある。この面１６ｂと面１６ｃにおいては、いずれも、第１の層２５が表面に表れている。よって、面１６ｂと面１６ｃにおいては、第１の層２５が非出射側電極１７に接している。

次に、抵抗分布層１６の形成方法を図６に基づいて説明する。まず、図６（１）に示すように、第１の層２５と第２の層２７とを交互に積層して、均一な厚みの抵抗分布層１６（凹部１６ａは未形成）を、非出射側ＤＢＲ１５の上に（ただし絶縁層１９が形成される部分では絶縁層１９の上に）形成する。抵抗分布層１６における一番上の層は、第２の層２７である。

次に、図６（２）に示すように、抵抗分布層１６の上に、リソグラフィによりパターニングされたマスク２１を形成する。次に、図６（３）に示すように、マスク２１で保護されていない部分を、第１のエッチング条件によりエッチングし、凹部２２を形成する。このとき、エッチングは、一番上に位置する第２の層２７を掘り、隣接する第１の層２５まで進む。上述したように、第１のエッチング条件においては、第１の層２５は、第２の層２７に比べてエッチングレートが小さいので、エッチングストップ層として機能する。

次に、図６（４）に示すように、凹部２２において、第２のエッチング条件において、エッチングをさらに進め、次の第２の層２７まで達する。上述したように、第２のエッチング条件においては、第２の層２７は、第１の層２５に比べてエッチングレートが小さいので、エッチングストップ層として機能する。

その後、図６（５）に示すように、マスク２１を除去する。次に、図６（６）に示すように、凹部２２よりも外側に、リソグラフィによりパターニングされたマスク２４を形成する。次に、図６（７）に示すように、マスク２４で保護されていない部分を、第１のエッチング条件により、エッチングする。すると、マスク２４で保護されていない部分のうち、凹部２２はさらに深くエッチングされ、凹部２２以外の部分は、それよりも浅くエッチングされる。エッチングは、それぞれ、第１の層２５に達するまで進行する。上述したように、第１のエッチング条件においては、第１の層２５は、第２の層２７に比べてエッチングレートが小さいので、エッチングストップ層として機能する。その後、マスク２４を除去すると、２段階のステップ形状を有する凹部１６ａが完成する。凹部１６ａの面１６ｂと面１６ｃとでは、いずれも、第１の層２５が表面に表れている。

本実施形態では、凹部１６ａの断面形状がステップ形状であり、１段当たりの段差は、ｍ×（λ／２）、すなわち、非出射側ＤＢＲ１５の反射率が変動する周期λ／２の整数倍であるから、抵抗分布層１６のいずれ部分においても、非出射側ＤＢＲ１５の反射率は一定となる。よって、抵抗分布層１６の膜厚が場所によって変動しても、非出射側ＤＢＲ１５の反射率は、場所によらず一定となる。

（４）本実施形態では、抵抗分布層１６は、第１の層２５と、第１の層２５とはエッチングレートが異なる第２の層２７とを交互に積層したものである。そのため、凹部１６ａをエッチングにより形成するとき、第１の層２５と第２の層２７のうち、エッチングレートが小さい層を、エッチングを一定の深さで止めるためのエッチングストップ層として利用することができる。そのことにより、エッチング工程の制御が容易であり、凹部１６ａを容易且つ正確に形成することができる。

（５）凹部１６ａのうち、膜厚方向と直交する面である面１６ｂと面１６ｃでは、電気抵抗が小さい第１の層２５が表面に表れている。よって、凹部１６ａでは、膜厚方向に沿った面よりも、面１６ｂと面１６ｃにおいて電流が流れやすい。そのため、凹部１６ａの電気抵抗は、凹部１６ａにおける膜厚に応じて決まるので、電気抵抗の制御が容易である。
＜第３の実施形態＞
１．面発光レーザ素子５１の構成
面発光レーザ素子５１の構成を、図７、及び図８に基づいて説明する。図７は、面発光レーザ素子５１の全体構成を表す側断面図である。図８は、後述する抵抗分布層５４及びその周辺の構成を表す側断面図である。

面発光レーザ素子５１は、ｎ型半導体基板５３、抵抗分布層５４、非出射側電極（第１の電極）５５、非出射側ＤＢＲ（第１の分布反射ミラー、非出射側分布反射ミラー）５７、クラッド層（第１のクラッド層）５９、活性層６１、クラッド層（第２のクラッド層）６３、出射側ＤＢＲ（第２の分布反射ミラー、出射側分布反射ミラー）６５、出射側電極（第２の電極）６７を備える。

抵抗分布層５４、非出射側ＤＢＲ５７、クラッド層５９、活性層６１、クラッド層６３、及び出射側ＤＢＲ６５は、MOCVD法等の結晶成長技術を用いて、真空系の中で形成する。

非出射側電極５５の外周部は、絶縁層６９によってｎ型半導体基板５３と隔てられており、非出射側電極５５の中央部（コンタクト部５５ａ）のみが、抵抗分布層５４と接している。また、出射側電極６７は、その中央部に、開口部６７ａを備える。

ｎ型半導体基板５３は、化合物半導体から成り、例えば、n型GaAs基板またはn型InP基板で構成される。出射側ＤＢＲ６５は、屈折率の高い層と低い層とを交互に積層した構成を有し、例えば、n型Al_x1Ga_(1-x1)Asとn型Al_x2Ga_(1-x2)Asとを1組（x1<x2）として、21組を積層したものである。出射側ＤＢＲ６５を構成する各層の膜厚は、発振波長λに対し、光学長がλ/4となる膜厚である。

クラッド層５９、６３は、バンドギャップが出射側ＤＢＲ６５及び非出射側ＤＢＲ５７よりも低く、活性層６１より高い層である。クラッド層５９、６３は、例えば、Al_0.3Ga_0.7Asで構成することができる。

活性層６１は発光部であり，量子井戸で構成される。例えば、厚さ10nmのAl_0.3Ga_0.7As及びGaAsで構成される。非出射側ＤＢＲ５７は、基本的には、出射側ＤＢＲ６５と同様の構成であるが、積層する組数を25組程度にして、非出射側ＤＢＲ５７における組数よりも多くする。

抵抗分布層５４は、非出射側電極５５とｎ型半導体基板５３との間（非出射側電極５５に隣接する位置）に設けられている。抵抗分布層５４の組成は、Al_xGa_(1-x)Asである。ここで、xは、x1であってもよいし、x2であってもよい。

抵抗分布層５４の中央部には、図８に示すように、凹部５４ａが形成されており、抵抗分布層５４の中央部における膜厚は、周辺部よりも薄い。また、抵抗分布層５４の中央部における電気抵抗は、周辺部における電気抵抗よりも小さい。

凹部５４ａは、非出射側電極５５の側に開口しており、非出射側電極５５は、その凹部５４ａの形状に沿って形成されている。凹部５４ａの断面形状は、２段階のステップ形状である。すなわち、凹部５４ａは、最も深く掘られた面５４ｂと、それよりも１段浅くなった面５４ｃとを有する。面５４ｂと面５４ｃとの膜厚方向（図８での上下方向）における距離はＤである。また、面５４ｃと、抵抗分布層５４の凹部５４ａ以外の面５４ｄとの距離もＤである。この距離Ｄ（凹部５４ａのステップ形状における１段あたりの深さ）は、下記式（１）で表される。

式（１）：Ｄ＝ｍ×（λ／２）、（ｍは整数であり、λは面発光レーザ素子１の発光波長）
抵抗分布層５４は、前記第１の実施形態における抵抗分布層１６と同様の方法で形成することができる。

２．面発光レーザ素子５１が奏する効果
（１）抵抗分布層５４は、その中央部に凹部５４ａを備えるので、抵抗分布層５４の膜厚は中央部において薄く、周辺部において厚い。そのことにより、抵抗分布層５４の電気抵抗は中央部において小さく、周辺部において大きい。よって、抵抗分布層５４は、周辺部での電流の流れを抑制し、活性層への電流注入を均一化する電流狭窄層として機能する。

（２）抵抗分布層５４の位置は、非出射側電極５５とｎ型半導体基板５３との間（非出射側電極５５に隣接する位置）であるから、抵抗分布層５４は、MOCVD法で形成する層のうち、最後に形成する層とすることができる。そのため、抵抗分布層５４を形成し、真空系から取り出してエッチングにより凹部５４ａを形成した後、面発光レーザ素子５１を再び真空系内に戻す必要がない。

その結果、抵抗分布層５４を形成しても、MOCVD法による成膜の途中で面発光レーザ素子５１を真空系の外に出す必要が無いので、コンタミ等の問題が生じ難く、面発光レーザ素子５１の信頼性が向上する。また、酸化膜層やイオン注入を用いないので、材料の選択自由度が高く、ダメージの問題もない。

尚、本発明は前記実施の形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば、前記第１〜第３の実施形態において、凹部１６ａ、５４ａは２段階のステップ形状であったが、１段階のステップ形状であってもよいし、２以外の複数段階（例えば、３段階、４段階、５段階・・・）のステップ形状であってもよい。

また、前記第１及び第２の実施形態において、凹部１６ａのうち、最も深くエッチングされた部分では、非出射側電極１７が非出射側ＤＢＲ１５に接していても（すなわち抵抗分布層１６の膜厚が０であっても）よい。また、前記第３の実施形態において、凹部５４ａのうち、最も深くエッチングされた部分では、非出射側電極５５がｎ型半導体基板５３に接していても（すなわち抵抗分布層５４の膜厚が０であっても）よい。

また、前記各実施形態において、ｎ型とｐ型とを入れ替えてもよい。

１、５１・・・面発光レーザ素子、３、５３・・・ｎ型半導体基板、
５、６７・・・出射側電極、５ａ、６７ａ・・・開口部、
７、６５・・・出射側ＤＢＲ、９、１３、５９、６３・・・クラッド層、
１１、６１・・・活性層、１５、５７・・・非出射側ＤＢＲ、
１６、５４・・・抵抗分布層、１６ａ、５４ａ・・・凹部、
１７、５５・・・非出射側電極、１７ａ、５５ａ・・・コンタクト部、
１９、６９・・・絶縁層、２１、２４・・・マスク、２２・・・凹部、
２５・・・第１の層、２７・・・第２の層、
１０１・・・面発光レーザ素子、１０３・・・ｎ型半導体基板、
１０５・・・出射側電極、１０５ａ・・・開口部、
１０７・・・出射側分布反射ミラー、１０９、１１３・・・クラッド層、
１１１・・・活性層、１１５・・・非出射側分布反射ミラー、
１１７・・・非出射側電極、１１７ａ・・・コンタクト部、１１９・・・絶縁層

Claims

半導体基板と、
前記半導体基板における一方の面に設けられた第１の電極と、
前記半導体基板における反対側の面に設けられた、第１の分布反射ミラー、第１のクラッド層、活性層、第２のクラッド層、第２の分布反射ミラー、及び第２の電極と、
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極のうち、一方は、開口部を有する出射側電極であり、他方は、コンタクト部を有する非出射側電極であり、
膜厚方向での電気抵抗が、中央部よりも、周辺部において大きい抵抗分布層を、前記非出射側電極に隣接する位置に備え、
前記抵抗分布層は、前記中央部に、前記周辺部よりも膜厚が薄い凹部を備え、
前記凹部の断面形状は、１段又は複数段のステップ形状であり、
前記抵抗分布層は、Ａ層と、前記Ａ層よりも電気抵抗が大きいＢ層とが交互に積層されたものであり、
前記ステップ形状における、膜厚方向と直交する面では、前記Ａ層が表面に表れていることを特徴とする面発光レーザ素子。
前記Ａ層と、前記Ｂ層とは、エッチングレートに差があることを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ素子。
前記ステップ形状における１段の深さＤは、下記式（１）で表されることを特徴とする請求項１又は２に記載の面発光レーザ素子。
式（１）：Ｄ＝ｍ×（λ／２）、（ｍは整数であり、λは面発光レーザの発光波長）