JPH07288362A

JPH07288362A - 垂直共振器型面発光半導体レーザ

Info

Publication number: JPH07288362A
Application number: JP7032475A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kobayashi; 康宏小林; Toyoji Chino; 豊治知野; Kenichi Matsuda; 賢一松田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-02-25
Filing date: 1995-02-21
Publication date: 1995-10-31
Anticipated expiration: 2012-06-11
Also published as: JP2618610B2

Abstract

(57)【要約】【目的】 p型ミラーを底部に備えた低抵抗な面発光半
導体レーザを提供する。【構成】面発光半導体レーザは２１０は、上面２１２
を有するｐ型下部ミラー１０２と、その上面全体を覆っ
て形成されたｐ型スペーサ層１０３と、ｐ型下部ミラー
１０２の上面２１２よりも小さな底面を備えた活性層を
含み、ｐ型スペーサ層上に形成された活性領域１０４
と、活性領域上に形成されたｎ型スペーサ層と、ｎ型上
部ミラーとを備えている。ｐ型スペーサ層１０３、活性
領域１０４、及びｎ型スペーサ層１０５のそれぞれの厚
さ方向の光路長の合計ｄが活性領域から発振する光の波
長λに対して、ｄ＝（１＋ｎ）・λ／２（ｎ：自然数）
の関係を満たしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は面発光半導体レーザに関
し、特に、低閾値電圧で連続発振する面発光半導体レー
ザに関する。

【０００２】

【従来の技術】垂直共振器型面発光半導体レーザ（以下
面発光半導体レーザと略す）は光情報処理や光インター
コネクションのためのキーデバイスの一つであり、盛ん
に研究開発されている。垂直共振器型面発光半導体レー
ザは、発光部である活性領域（発振波長λ）の上下を半
導体あるいは誘電体の分布型反射器（ＤＢＲ）で挟んだ
構造を有している。分布型反射器は、膜厚λ／4の厚さ
を有し、互いに異なる屈折率を有する２種類の誘電体層
を交互に積層した多層膜からなる。素子作製の容易さや
熱伝導の点から半導体の分布反射器を用いたものが主流
であり、ｐ型及びｎ型の一対のＤＢＲで挟まれた活性領
域にそれらの層を介して電流が注入され、活性領域から
レーザ光が発振される。

【０００３】短波長のGaAs系半導体を用いた面発光半導
体レーザにおいて、GaAs層とAlAs層とを用いてＤＢＲを
形成すると、GaAs層とAlAs層との屈折率差が大きいた
め、反射効率の最も高いＤＢＲを形成することができ
る。しかし、ｐ型ＤＢＲのGaAs層とAlAs層とが形成する
ヘテロ接合部分において、バンドギャップ差及び電子親
和力の差によって生じる価電子帯のスパイクが最大とな
り、電気抵抗が増大するという問題が生じる。この問題
は上記構造を有する面発光半導体レーザには共通の解決
すべき課題である。例えば、ヘテロ界面にグレーディッ
ド層を導入することこの問題を解決することが提案され
ている（例えば、アイ・イー・イー・イー・フォトニク
ス・テクノロジ・レターズ２、（1990）第234頁から第2
36頁(IEEE Photonics Technology Letters, 2(1990) P.
234-236)）。

【０００４】しかしながら、この解決方法によれば素子
構造が複雑となる。また、このような素子構造を形成す
るために、ＭＢＥ(Molecular Beam Epitaxy)装置のシャ
ッタを数百回から千回開閉する必要があるため、ＭＢＥ
装置が故障しやすい等という問題が生じる。

【０００５】Al組成比が0.6以下のｐ型GaAs/AlGaAsから
なるＤＢＲでは、上述のスパイクによる高抵抗化の問題
がないという報告（アイ・イー・イー・イー・フォトニ
クス・テクノロジ・レターズ４、（1992）第1325頁から
第1327頁(IEEE Photonics Technology Letters, 4(199
2) P.1325-1327)）もある。しかし、Al組成比が0.6以下
のAlGaAs層とGaAs層とは屈折率の差が小さいので、ＤＢ
Ｒとして機能するために積層するAlGaAs層とGaAs層との
ペア数を増やさなければならない。

【０００６】一方、比較的容易な構造により低抵抗を実
現する方法が特開平５−２３５４６４号公報に示されて
いる。この従来の面発光半導体レーザ６１０を図１２を
参照しながら説明する。面発光半導体レーザ６１０にお
いて、GaAs基板６０５上にGaAs/AlAsからなるp型ミラー
６０４が形成されており、p型ミラー６０４上に電極６
０６が形成されている。p型ミラー６０４の一部上にはI
n_0.2Ga_0.8As歪超格子からなる活性層６０３が形成され
ており、更にその上にGaAs/AlAsからなるn型ミラー６０
２が形成されている。n型ミラー６０２上にも電極６０
１が形成されている。活性層６０３で発生したレザー光
６０７はGaAs基板６０５を介して外部へ出射される。

【０００７】面発光半導体レーザ６１０において、活性
層６０３を流れる電流はｐ型ミラー層６０４全体に広が
る。図１２に示されるように、活性層６０３はｐ型ミラ
ー層６０４の上面の一部にしか形成されていない。一般
に抵抗は電流経路の断面積に反比例するので、電流経路
が拡大することによりp型ミラー６０４の抵抗は小さく
なる。

【０００８】また特開平４−１８８８８５号公報には図
１３に示す構造を備えた面発光半導体レーザ７２０が示
されている。

【０００９】面発光半導体レーザ７２０は、n型GaAs基
板７０２上にn型GaAsバッファ層７０３、分布反射型ミ
ラー７０４、n型Al_0.1Ga_0.9As電流導入層７０５、p型Ga
As活性層７０６、p型Al_0.4Ga_0.6Asクラッド層７０７、
及びp型Al_0.1Ga_0.9Asコンタクト層７０８が積層された
半導体構造を備えている。p型Al_0.1Ga_0.9Asコンタクト
層７０８及びp型GaAs活性層７０６とn型Al_0.1Ga_0.9As電
流導入層７０５の一部は円柱形にエッチングされてお
り、その円柱の周りをZnS_0.06Se_0.94層７０９で埋め込
んでいる。更に、その表面にSiO₂／α−Si誘電体多層膜
７１１とp型オーミック電極７１０が形成されており、n
型電流導入層７０５の表面にn型オーミック電極７０１
が形成されている。

【００１０】図１４は図１３に示される面発光半導体レ
ーザ７２０内を流れる電流の経路を模式的に示してい
る。図１３に示すように、活性層７０６を流れる電流７
１２は電流導入層７０５のみに流れ、分布反射型ミラー
７０４には流れない。したがって、ミラーのヘテロ接合
部での高抵抗化の問題は原理的に起こらず、低抵抗な面
発光半導体レーザが提供されうる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の面発光半導体レ
ーザ６１０では、ｐ型ミラー６０４を下部ミラーとして
用い、活性層６０３の面積よりもｐ型ミラー６０４の面
積を大きくすることにより順方向の立ち上がり電圧を約
４５Ｖから約２Ｖへと大きく低減できる。しかしなが
ら、なお、直列抵抗が大きく、依然として動作電圧が高
いために、面発光半導体レーザ６１０を室温において、
パルス発振させることしか実現していない。

【００１２】従って、面発光半導体レーザを室温におい
て、連続発振させるためには、ｐ型ミラーの抵抗をさら
に下げる必要がある。

【００１３】一方、従来の面発光半導体レーザ７２０で
は抵抗を下げるために電流導入層７０５を設け、分布反
射形ミラー７０４には電流を流さない構造となってい
る。この構造では、電流導入層７０５のシート抵抗を小
さくすることが最も重要となる。しかし、電流導入層７
０５は１００nm程度の厚さであるために、十分にシート
抵抗を下げることができなかった。また、電流導入層７
０５の厚さが十分ではないために、ｎ型オーミック電極
７０１と低抵抗のオーミック接触を形成することが難し
く、このため、低抵抗な面発光半導体レーザとはならな
い。

【００１４】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的とするところは低抵抗な面発光
半導体レーザを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の垂直共振器型面
発光半導体レーザは、上面を有するｐ型下部ミラーと、
該上面全体を覆って形成されたｐ型スペーサ層と、該
ｐ型下部ミラーの上面よりも小さな底面を備えた活性層
を含み、該ｐ型スペーサ層上に形成された活性領域と、
該活性領域上に形成されたｎ型スペーサ層と、該ｎ型ス
ペーサ層上に形成されたｎ型上部ミラーとを備え、該ｐ
型スペーサ層、該活性領域、及び該ｎ型スペーサ層のそ
れぞれの厚さ方向の光路長の合計ｄが該活性領域から発
振する光の波長λに対して、ｄ＝（１＋ｎ）・λ／２
（ｎ：自然数）を満たしており、そのことにより上記目
的が達成される。

【００１６】前記ｐ型スペーサ層はλ／２以上の厚さ方
向の光路長を有していてもよい。

【００１７】前記ｐ型スペーサ層は前記ｐ型下部ミラー
よりも高い不純物濃度を有していてもよい。

【００１８】前記スペーサ層の上面の前記活性領域が形
成された領域を囲んで隣接した領域に形成されたｐ型電
極を更に有していてもよい。

【００１９】また、本発明の他の垂直共振器型面発光半
導体レーザは、第１のｐ型下部ミラーと、該第１のｐ型
下部ミラー上に形成された、該第１のｐ型下部ミラーよ
りも低いシート抵抗を有する上面を備えた第２のｐ型下
部ミラーと、該第２のｐ型下部ミラー上に形成されたｐ
型スペーサ層と、該第２のｐ型下部ミラーの上面よりも
小さな底面を備えた活性層を含み、該ｐ型スペーサ層上
に形成された活性領域と、該活性領域上に形成されたｎ
型スペーサ層と、該ｎ型スペーサ層上に形成されたｎ型
上部ミラーとを有しており、そのことにより上記目的が
達成される。

【００２０】前記第２のｐ型下部ミラーはｐ型グレーテ
ィッドミラーであってもよい。

【００２１】前記第２のｐ型下部ミラーは、第１の半導
体層及び第２の半導体層からなる複数対と、該第１の半
導体層と該第２の半導体層との接合面において、該第１
の半導体層の組成が該第２の半導体層の組成へ連続的に
または段階的に変化している層とを有していてもよい。

【００２２】前記第２のｐ型下部ミラーは、第１の半導
体層と第２の半導体層からなる一対を複数有しており、
該第１の半導体層はGaAsからなり、該第２の半導体層は
Al_xGa_1-xAs（x≦0.6)からなる材料で構成されていても
よい。

【００２３】前記第２のｐ型下部ミラーは３対の前記第
１の半導体層と前記第２の半導体層を有していることが
好ましい。

【００２４】また、本発明の他の垂直共振器型面発光半
導体レーザは、上面を有するｐ型下部ミラーと、該ｐ型
下部ミラー上に形成されたｐ型スペーサ層と、該ｐ型下
部ミラーの上面よりも小さな底面を備えた活性層を含
み、該ｐ型スペーサ層上に形成された活性領域と、該活
性領域上に形成されたｎ型スペーサ層と、該ｎ型スペー
サ層上に形成されたｎ型上部ミラーと、該ｐ型下部ミラ
ーの上面の該スペーサ層が形成された領域を囲んで隣接
した領域に形成されたｐ型電極とを有しており、そのこ
とにより上記目的が達成される。

【００２５】前記活性領域の側面を覆う絶縁膜を更に有
していてもよい。

【００２６】また、本発明の他の垂直共振器型面発光半
導体レーザは、第１の領域及び第１の領域を囲む第２の
領域を含む上面を有し、該第１の領域の下方よりも第２
の領域の下方において低抵抗率を有するｐ型下部ミラー
と、該ｐ型下部ミラー上に形成されたｐ型スペーサ層
と、該ｐ型下部ミラーの上面よりも小さな底面を備えた
活性領域を少なくとも含み、該ｐ型スペーサ層上に形成
された活性領域と、該活性領域上に形成されたｎ型スペ
ーサ層と、該ｎ型スペーサ層上に形成されたｎ型上部ミ
ラーとを有しており、そのことにより上記目的が達成さ
れる。

【００２７】前記ｐ型スペーサ層は、該ｐ型スペーサ
層、該活性領域、及び該ｎ型スペーサ層のそれぞれの厚
さ方向の光路長の合計ｄが該活性領域から発振する光の
波長λに対して、ｄ＝（１＋ｎ）・λ／２（ｎ：自然
数）の関係を満たしていてもよい。

【００２８】前記ｐ型スペーサ層は少なくともλ／２以
上の厚さ方向の光路長を有していてもよい。

【００２９】前記ｐ型スペーサ層は前記ｐ型下部ミラー
よりも高い不純物濃度を有していてもよい。

【００３０】

【作用】活性領域の底面をｐ型下部ミラーの上面よりも
小さくし、ｐ型下部ミラーよりも高い不純物濃度を有
し、かつｐ型下部ミラーの上面全体を覆うｐ型スペーサ
層を活性領域とｐ型下部ミラーとの間に設けることによ
り、面発光半導体レーザ全体の抵抗が低減され、面発光
半導体レーザを室温で連続発振させることができる。

【００３１】また、第１のｐ型下部ミラー上にグレーデ
ィッドミラー構造を備えた第２のｐ型下部ミラーを設け
ることにより、GaAs／AlAsのヘテロ接合界面において、
価電子帯のスパイクが無くなる。このため、同じ不純物
濃度であっても、第２のｐ型下部ミラーは第１のｐ型下
部ミラーよりも低いシート抵抗を有する。従って、面発
光半導体レーザにおいて、第２のｐ型下部ミラーを電流
が流れる際、低いシート抵抗のために第２のｐ型下部ミ
ラー全体に広がって電流が流れ、更に、第１のｐ型下部
ミラーの上面全体に分散して流れる。これにより、電流
経路の拡大が可能となり、面発光半導体レーザ全体の抵
抗が低減され、室温で連続発振が可能となる。第２のｐ
型下部ミラーとしてグレーディッドミラーの代わりにAl
_0.5Ga_0.5Asを用いたミラーを設けると、Al_0.5Ga_0.5Asと
GaAsの界面では、バンドギャップ差及び電子親和力の差
によって生じる価電子帯のスパイクは小さくなため、同
じ不純物濃度であっても、第２のｐ型下部ミラーは第１
のｐ型下部ミラーよりも低いシート抵抗を有する。

【００３２】ｐ型下部ミラーの上面のｐ型スペーサ層２
２３が設けられた領域に隣接した領域にｐ型電極を設
け、ｎ型上部ミラー、ｎ型スペーサ層、活性領域及びｐ
型スペーサ層の側面を絶縁膜で覆うことにより、活性領
域と電気的に接触することなく、ｐ型電極２４３をｐ型
下部ミラーの上面上において、ｐ型スペーサ層に近接し
て設けることができる。このため、ｐ型電極は電極とし
て機能するとともに、低抵抗層としても作用し、ｐ型ミ
ラーでの電流経路の拡大を促進する働きをする。

【００３３】また、ｐ型下部ミラーにおいて、高不純物
濃度層の上面である第２の領域がその第１の領域を囲ん
でいるために、動作電流は低抵抗率を有する高不純物濃
度層へ分散して流れる。これにより、ｐ型ミラーの抵抗
が低減される。

【００３４】

【実施例】以下に本発明を実施例について説明する。

【００３５】（実施例１）図１は第１の実施例による面
発光半導体レーザ２１０の模式的な断面を示している。

【００３６】面発光半導体レーザ２１０はｐ型GaAsから
なる半導体基板１０１と、半導体基板１０１上に形成さ
れたｐ型下部ミラー１０２と、ｐ型下部ミラー１０２上
に形成されたｐ型スペーサ層１０３とを有している。面
発光半導体レーザ２１０は更にｐ型スペーサ層１０３上
に形成された活性領域１０４と、活性領域１０４上に形
成されたｎ型スペーサ層１０５と、ｎ型スペーサ層１０
５上に形成されたｎ型上部ミラー１０６とを有してい
る。半導体基板１０１及びｎ型上部ミラー１０６にはそ
れぞれ電気的に接続されたｐ型電極１０８及びｎ型電極
１０７がそれぞれ設けられている。

【００３７】ｐ型下部ミラー１０２は分布型反射器（Ｄ
ＢＲ）であり、２４．５対のｐ型GaAs層（厚さ：６９．
６nm、不純物濃度：３×１０¹⁸cm^-3）及びｐ型AlAs層
（厚さ：８２．８nm、不純物濃度：３×１０¹⁸cm^-3）が
積層された積層構造を備えている。ｎ型上部ミラー１０
６もＤＢＲであり、２５対のｎ型GaAs層（厚さ：６９．
６nm、不純物濃度：３×１０¹⁸cm^-3）及びｎ型AlAs層
（厚さ：８２．８nm、不純物濃度：３×１０¹⁸cm^-3）が
積層された積層構造を備えている。

【００３８】ｐ型スペーサ層１０３はAl_0.5Ga_0.5Asから
なり、８６nmの厚さ及び５×１０¹⁸cm^-3の不純物濃度を
有している。不純物濃度はｐ型下部ミラー１０２よりも
高いことが好まししい。また、ｎ型スペーサ層１０５は
Al_0.5Ga_0.5Asからなり、８６nmの厚さ及び３×１０¹⁸cm
^-3の不純物濃度を有している。ｎ型スペーサ層１０５は
アンドープ層であってもよい。

【００３９】活性領域１０４は、アンドープIn_0.2Ga_0.8
As層を含む歪量子井戸構造を備えた半導体積層からな
り、９８０nmの波長のレーザ光を発振する。また、活性
領域１０４の底面２１１の面積はｐ型下部ミラー１０２
の上面２１２の面積よりも小さくなっている。

【００４０】ｐ型スペーサ層１０３、活性領域１０４、
及びｎ型スペーサ層１０５の厚さ方向の光路長はそれぞ
れの膜厚に屈折率を乗じると求められ、２７８nm、４２
４nm、及び２７８nmとなる。従って光路長の合計は９８
０nmとなり、活性領域１０４から発振するレーザ光の波
長に等しい。

【００４１】面発光半導体レーザ２１０は以下の手順で
製造される。

【００４２】まず、ＭＢＥ法あるいはＭＯＣＶＤ法など
によって半導体基板１０１上に半導体層１０２〜１０６
をエピタキシャル成長させる。ｎ型電極１０７をｎ型上
部ミラー１０６上に形成し、ｎ型電極１０７をマスクと
して、活性領域１０４までをドライエッチングによりエ
ッチングする。

【００４３】このドライエッチング行程において、活性
領域１０４が完全にエッチングされることが重要であ
り、ｐ型スペーサ層１０３の一部分もエッチングされて
いてもよい。しかし、ｐ型下部ミラー１０２の上面全体
がｐ型スペーサ層１０３で完全に覆われていることが必
要である。また、活性領域１０４の形成されていない部
分の厚さがあまり薄くならないことが好ましい。その
後、ｐ型電極１０８を半導体基板１０１に形成し、熱処
理行って、ｎ型電極１０７及びｐ型電極１０８とｎ型上
部ミラー１０６及び半導体基板１０１とのオーミック接
触を形成する。アロイ行程が不要な電極材料を用いてｎ
型電極１０７及びｐ型電極１０８を形成してもよい。

【００４４】面発光半導体レーザ２１０におて、ｐ型下
部ミラー１０２の上面の面積２１２は活性領域１０４の
底面の面積２１１よりも大きくなっているため、活性領
域１０４からｐ型下部ミラー１０２にかけて電流経路が
拡大する。これにより、ｐ型ミラーの抵抗が下がる。

【００４５】しかしながら、ｐ型下部ミラー１０２のみ
で電流経路を拡大するだけでは依然として抵抗が高く、
レーザ特性としても室温パルス発振しか実現できていな
い。そこで本実施例では、ｐ型スペーサ層１０３の表面
が露出し、かつｐ型下部ミラー１０２の上面全体がｐ型
スペーサ層１０３で覆われるように活性領域１０４まで
をエッチングしている。ｐ型スペーサ層１０３はｐ型下
部ミラー１０２よりも不純物濃度が高く、低抵抗であ
る。従って、ｐ型スペーサ層１０３でも電流経路が拡大
し、面発光半導体レーザ２１０全体の抵抗はより下が
る。

【００４６】図２及び表１を参照しながら、３×１０¹⁸
cm^-3の不純物濃度を備えたｐ型下部ミラー１０２上に設
けられたｐ型スペーサ層１０３の効果を具体的に説明す
る。表１は図２を用いて説明する面発光半導体レーザの
ｐ型スペーサ層及びｐ型下部ミラー層の不純物濃度、な
らびに、ｎ型上部ミラー及びｐ型下部ミラーの積層数を
示している。

【００４７】

【表１】

【００４８】ｐ型スペーサ層１０３の不純物濃度が１．
５×１０¹⁸cm^-3（図２中の低濃度の場合）の場合、点Ａ
で示されるように、１０ｍＡの電流を面発光半導体レー
ザに流すためには約１７Ｖの電圧を必要とする。この場
合、まだ動作電圧が高いために、室温パルス発振しか実
現できない。一方、ｐ型スペーサ層１０３の不純物濃度
を５×１０¹⁸cm^-3（図２中の高濃度の場合）まで高くす
ると、点Ｂで示されるように、１０ｍＡの電流を流すの
に約１０Ｖの電圧を面発光半導体レーザに印加すればよ
い。このように、ｐ型スペーサ層１０３はｐ型下部ミラ
ーでの電流広がりが促進し、レーザ全体の抵抗を下げる
効果があり、ｐ型スペーサ層１０３の不純物濃度を高く
するほどその効果が大きいことが分かる。その不純物濃
度ｐ型下部ミラー１０２上は、ｐ型スペーサ層１０３の
濃度がｐ型下部ミラー１０２より大きいことが望まし
い。

【００４９】実際のレーザ構造では２３．５対のｐ型下
部ミラーと１５対のｎ型上部ミラーの組合せの場合、し
きい電流は約１０ｍＡであり、ｐ型スペーサ層の不純物
濃度が高濃度（５×１０¹⁸cm^-3）だと、動作点は図２中
のＢ点となる。しかしながらこの場合はまだ動作電圧が
高く、室温においてパルス発振しかしない。

【００５０】一方、２４．５対のｐ型下部ミラー１０２
及び２５対のｎ型上部ミラー１０６の組合せの場合、し
きい電流が約５mAとなり、ｐ型スペーサ層１０３の不純
物濃度が高濃度（５×１０¹⁸cm^-3）だと、動作点は図９
中のＣ点となる。この場合、動作電圧は十分低減され、
室温連続発振を達成する。図３は室温において、連続発
振したときの光出力−電流特性を示している。

【００５１】以上のように本実施例によれば、活性領域
１０４の底面の面積をｐ型下部ミラー１０２の上面より
も小さくし、ｐ型下部ミラー１０２よりも高い不純物濃
度を有し、かつｐ型下部ミラー１０２の上面全体を覆う
ｐ型スペーサ層１０３を活性領域１０４とｐ型下部ミラ
ー１０２との間に設けることにより、面発光半導体レー
ザ全体の抵抗が低減され、面発光半導体レーザを室温で
連続発振させることができる。

【００５２】本実施例では、ｐ型スペーサ層１０３、活
性領域１０４、及びｎ型スペーサ層１０５のそれぞれの
厚さ方向の光路長の合計ｄを９８０nmとしている。各層
の厚さ方向はｐ型下部ミラー１０２及びｎ型上部ミラー
１０６によって形成される共振器の共振器長の方向と一
致するので、共振器の光路長は９８０nmとなる。しか
し、共振器の光路長はｄ=（ｎ＋１）λ／２（ｎ：自然
数）の関係を満たすものであればよい。図４（ａ）に示
すように、本実施例で用いた光路長９８０nmは上記等式
のｎ＝１の場合に相当し、活性領域１０４中の量子井戸
部分２１３の位置がｎ型上部ミラー１０６とｐ型下部ミ
ラー１０２により形成される共振器内の定在波の腹と一
致している。このようにレーザ発振するためには量子井
戸が定在波の腹の位置にくることが必要である。ｎ＝２
の場合、λ／２に相当する光路長（４９０nm）だけｐ型
スペーサ層１０３の厚みを大きくすると、図４（ｂ）に
示すように量子井戸と定在波の腹の位置が一致する。こ
の場合、ｐ型スペーサ層１０３が厚くなった分だけ電流
経路が拡大し、より低電圧でレーザを発振させることが
可能である。

【００５３】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について図面を参照しながら説明する。図５は面発光半
導体レーザ２２０の断面を模式的に示している。図５に
おいて、実施例１で説明した面発光半導体レーザの構成
要素と同じ構成要素には同一の参照符号を付している。

【００５４】面発光半導体レーザ２２０はｐ型GaAsから
なる半導体基板１０１と、半導体基板１０１上に形成さ
れた第１のｐ型下部ミラー２２１と、第１のｐ型下部ミ
ラー２２１上に形成された第２のｐ型下部ミラー２２２
と、第２のｐ型下部ミラー２２２上に形成されたｐ型ス
ペーサ層２２３とを有している。面発光半導体レーザ２
２０は更にｐ型スペーサ層２２３上に形成された活性領
域１０４と、活性領域１０４上に形成されたｎ型スペー
サ層１０５と、ｎ型スペーサ層１０５上に形成されたｎ
型上部ミラー１０６とを有している。半導体基板１０１
及びｎ型上部ミラー１０６にはそれぞれ電気的に接続さ
れたｐ型電極１０８及びｎ型電極１０７がそれぞれ設け
られている。

【００５５】第１のｐ型下部ミラー２２１はＤＢＲであ
り、２１．５対のｐ型GaAs層（厚さ：６９．６nm、不純
物濃度：３×１０¹⁸cm^-3）及びｐ型AlAs層（厚さ：８
２．８nm、不純物濃度：３×１０¹⁸cm^-3）が積層された
積層構造を備えている。

【００５６】第２のｐ型下部ミラー２２２もＤＢＲであ
り、３対のｐ型グレーディッドミラーからなる。具体的
には図６に示されるように、３対のｐ型GaAs層２２４
（厚さ：６９．６nm、不純物濃度：３×１０¹⁸cm^-3）及
びｐ型AlAs層２２５（厚さ：８２．８nm、不純物濃度：
３×１０¹⁸cm^-3）が積層された積層構造を備えている。
ｐ型GaAs層２２４とｐ型AlAs層２２５との間にはAlの組
成ｘが連続的に変化するAl_xGa_1-xAs層２２６及び２２７
が挿入されている。Al_xGa_1-xAs層２２６及び２２７にお
いて、Alの組成ｘはｐ型GaAs層２２４に接する面ではｘ
＝０となり、ｐ型AlAs層２２５に接する面ではｘ＝１と
なるように連続的にAl及びGaの比率が変化している。従
ってAl_xGa_1-xAs層２２６では底面から上面へ向かうにつ
れてAlの組成が連続的に増加し、Al_xGa_1-xAs層２２７で
は底面から上面へ向かうにつれてAlの組成が連続的に減
少する。

【００５７】ｐ型スペーサ層２２３はAl_0.5Ga_0.5Asから
なり、８６nmの厚さ及び３×１０¹⁸cm^-3の不純物濃度を
有している。

【００５８】活性領域１０４は、アンドープIn_0.2Ga_0.8
As層を含む歪量子井戸構造を備えた半導体積層からな
り、９８０nmの波長のレーザ光を発振する。また、活性
領域１０４の底面２１１の面積は第１のｐ型下部ミラー
２２１の上面２２８の面積よりも小さくなっている。

【００５９】ｎ型スペーサ層１０５はAl_0.5Ga_0.5Asから
なり、８６nmの厚さ及び３×１０¹⁸cm^-3の不純物濃度を
有している。ｎ型スペーサ層１０５はアンドープ層であ
ってもよい。ｎ型上部ミラー１０７もＤＢＲであり、２
５対のｎ型GaAs層（厚さ：６９．６nm、不純物濃度：３
×１０¹⁸cm^-3）及びｎ型AlAs層（厚さ：８２．８nm、不
純物濃度：３×１０¹⁸cm^-3）が積層された積層構造を備
えている。

【００６０】ｎ型上部ミラー１０６もＤＢＲであり、２
５対のｎ型GaAs層（厚さ：６９．６nm、不純物濃度：３
×１０¹⁸cm^-3）及びｎ型AlAs層（厚さ：８２．８nm、不
純物濃度：３×１０¹⁸cm^-3）が積層された積層構造を備
えている。

【００６１】面発光半導体レーザ２２０は以下の方法に
より製造される。

【００６２】まず、ＭＢＥ法あるいはＭＯＣＶＤ法など
によって半導体基板１０１上に半導体層２２１〜２２３
及び１０４〜１０６をエピタキシャル成長させる。ｎ型
電極１０７をｎ型上部ミラー１０６上に形成し、ｎ型電
極１０７をマスクとして、ｐ型スペーサ層２２３までを
ドライエッチング法によりエッチングする。その後、ｐ
型電極１０８を半導体基板１０１に形成し、熱処理行っ
て、ｎ型電極１０７及びｐ型電極１０８とｎ型上部ミラ
ー１０６及び半導体基板１０１とのオーミック接触を形
成する。アロイ行程が不要な電極材料を用いてｎ型電極
１０７及びｐ型電極１０８を形成してもよい。

【００６３】本実施例の面発光半導体レーザ２２０で
は、第１のｐ型下部ミラー２２１上にグレーディッドミ
ラー構造を備えた第２のｐ型下部ミラー２２２が設けら
れている。グレーディッドミラー構造にすることによ
り、GaAs／AlAsのヘテロ接合界面において、価電子帯の
スパイクが無くなる。このため、同じ不純物濃度であっ
ても、第２のｐ型下部ミラー２２２は第１のｐ型下部ミ
ラー２２１よりも低いシート抵抗を有する。

【００６４】従って、面発光半導体レーザ２２０におい
て、第２のｐ型下部ミラー２２２を電流が流れる際、低
いシート抵抗のために第２のｐ型下部ミラー２２２全体
に広がって電流が流れ、更に、第１のｐ型下部ミラー２
２１の上面全体に分散して流れる。これにより、電流経
路の拡大が可能となり、面発光半導体レーザ２２０全体
の抵抗が低減され、室温で連続発振が可能となる。

【００６５】グレーディッドミラー構造は組成が連続的
に変化する層を必要とするため、通常製造工程が煩雑と
なる。しかし、本実施例によれば、第２のｐ型下部ミラ
ー２２２として、３対のGaAs層及びAlAs層と、Alの組成
ｘが連続的に変化する６つのAl_xGa_1-xAs層をそれらの間
に設ければよい。従って、ｐ型下部ミラー全体をグレー
ディッドミラーで構成する場合に較べ、はるかに製造工
程が簡略化される。GaAs層及びAlAs層からなる対の積層
数は３以外であってもよいが、３対以下の場合、抵抗の
低減が十分ではなく、また３対以上の場合、製造工程が
複雑となる。

【００６６】本実施例の面発光半導体レーザ２２０にお
いて、ｐ型スペーサ層２２３は第２のｐ型ミラー２２２
の上面全体を覆っていてもよい。ｎ型スペーサ層１０
５、活性領域１０４、及びｐ型スペーサ層２２３の各厚
さ方向の光路長の合計ｄである共振器長はｄ=（ｎ＋
１）λ／２（ｎ：自然数）の関係を満たしていてもよ
く、ｐ型スペーサ層２２３の不純物濃度が第２のｐ型ミ
ラー２２２よりも高くてもよい。このような構造にする
ことにより、実施例１で説明した効果も得ることができ
る。

【００６７】（実施例３）以下、本発明の第３の実施例
について図面を参照しながら説明する。図７は面発光半
導体レーザ２３０の断面を模式的に示している。図７に
おいて、実施例１及び２で説明した面発光半導体レーザ
の構成要素と同じ構成要素には同一の参照符号を付して
いる。

【００６８】面発光半導体レーザ２３０はｐ型GaAsから
なる半導体基板１０１と、半導体基板１０１上に形成さ
れた第１のｐ型下部ミラー２２１と、第１のｐ型下部ミ
ラー２２１上に形成された第２のｐ型下部ミラー２３１
と、第２のｐ型下部ミラー２３１上に形成されたｐ型ス
ペーサ層２２３とを有している。面発光半導体レーザ２
２０は更にｐ型スペーサ層２２３上に形成された活性領
域１０４と、活性領域１０４上に形成されたｎ型スペー
サ層１０５と、ｎ型スペーサ層１０５上に形成されたｎ
型上部ミラー１０６とを有している。半導体基板１０１
及びｎ型上部ミラー１０６にはそれぞれ電気的に接続さ
れたｐ型電極１０８及びｎ型電極１０７がそれぞれ設け
られている。

【００６９】第１のｐ型下部ミラー２２１はＤＢＲであ
り、２１．５対のｐ型GaAs層（厚さ：６９．６nm、不純
物濃度：３×１０¹⁸cm^-3）及びｐ型AlAs層（厚さ：８
２．８nm、不純物濃度：３×１０¹⁸cm^-3）が積層された
積層構造を備えている。

【００７０】第２のｐ型下部ミラー２３１のＤＢＲであ
り、図８に示されるように、３対のｐ型GaAs層２３３
（厚さ：６９．６nm、不純物濃度：３×１０¹⁸cm^-3）及
びｐ型Al_xGa_1-xAs層２３４（ｘ＝０．５、厚さ：７５．
７nm、不純物濃度：３×１０¹⁸cm^-3）が積層された積層
構造を備えている。Alの組成比ｘは０．６以下であるこ
とが好ましい。

【００７１】ｐ型スペーサ層２２３はAl_0.5Ga_0.5Asから
なり、８６nmの厚さ及び３×１０¹⁸cm^-3の不純物濃度を
有している。ｎ型スペーサ層１０５はAl_0.5Ga_0.5Asから
なり、８６nmの厚さ及び３×１０¹⁸cm^-3の不純物濃度を
有している。ｎ型スペーサ層１０５はアンドープ層であ
ってもよい。

【００７２】活性領域１０４は、アンドープIn_0.2Ga_0.8
As層を含む歪量子井戸構造を備えた半導体積層からな
り、９８０nmの波長のレーザ光を発振する。また、活性
領域１０４の底面２１１の面積は第１のｐ型下部ミラー
２２１の上面２３２の面積よりも小さくなっている。

【００７３】ｎ型上部ミラー１０６もＤＢＲであり、２
５対のｎ型GaAs層（厚さ：６９．６nm、不純物濃度：３
×１０¹⁸cm^-3）及びｎ型AlAs層（厚さ：８２．８nm、不
純物濃度：３×１０¹⁸cm^-3）が積層された積層構造を備
えている。

【００７４】面発光半導体レーザ２３０は以下の方法に
より製造される。

【００７５】まず、ＭＢＥ法あるいはＭＯＣＶＤ法など
によって半導体基板１０１上に半導体層２２１、２３
１、２２３、及び１０４から１０６をエピタキシャル成
長させる。ｎ型電極１０７をｎ型上部ミラー１０６上に
形成し、ｎ型電極１０７をマスクとして、ｐ型スペーサ
層２２３までをドライエッチング法によりエッチングす
る。その後、ｐ型電極１０８を半導体基板１０１に形成
し、熱処理行って、ｎ型電極１０７及びｐ型電極１０８
とｎ型上部ミラー１０６及び半導体基板１０１とのオー
ミック接触を形成する。アロイ行程が不要な電極材料を
用いてｎ型電極１０７及びｐ型電極１０８を形成しても
よい。

【００７６】本実施例の面発光半導体レーザ２３０で
は、第１のｐ型下部ミラー２２１上にAl_xGa_1-xAs（x≦
０．６）を用いた第２のｐ型下部ミラー２３１が設けら
れている。Al組成が0.6以下であるAl_0.5Ga_0.5AsとGaAs
の界面では、バンドギャップ差及び電子親和力の差によ
って生じる価電子帯のスパイクは小さくなる。このた
め、同じ不純物濃度であっても、第２のｐ型下部ミラー
２３１は第１のｐ型下部ミラー２２１よりも低いシート
抵抗を有する。

【００７７】従って、面発光半導体レーザ２２０におい
て、第２のｐ型下部ミラー２３１を電流が流れる際、低
いシート抵抗のために第２のｐ型下部ミラー２３１全体
に広がって電流が流れ、更に、第１のｐ型下部ミラー２
２１の上面全体に分散して流れる。これにより、電流経
路の拡大が可能となり、面発光半導体レーザ２２０全体
の抵抗が低減され、室温で連続発振が可能となる。

【００７８】Al_0.5Ga_0.5AsとGaAsの屈折率の差はAlAsと
GaAsの屈折率差に較べて小さくなるため、第２のｐ型下
部ミラー２３１の反射効率は、第１のｐ型下部ミラー２
２１に較べて小さくなる。しかし、第２のｐ型下部ミラ
ー２３１は３対のAl_0.5Ga_0.5As層２３４及びGaAs層２３
３を備えているにすぎない。従って、第１のｐ型下部ミ
ラー２２１と第２のｐ型下部ミラー２３１とを１つの下
部ミラーと考えた場合、反射効率の低下は非常に小さ
い。Al_xGa_1-xAs（x≦０．６）層及びGaAs層からなる対
の積層数は３以外であってもよいが、３対以下の場合、
抵抗の低減が十分ではなく、また３対以上の場合、反射
効率の低下が顕著になってくる。

【００７９】本実施例の面発光半導体レーザ２３０にお
いて、ｐ型スペーサ層２２３は第２のｐ型ミラー２３１
の上面２３２全体を覆っていてもよい。ｎ型スペーサ層
１０５、活性領域１０４、及びｐ型スペーサ層２２３の
各厚さ方向の光路長の合計ｄである共振器長はｄ=（ｎ
＋１）λ／２（ｎ：自然数）の関係を満たしていてもよ
く、ｐ型スペーサ層２２３の不純物濃度が第２のｐ型下
部ミラー２３１よりも高くてもよい。このような構造に
することにより、実施例１で説明した効果も得ることが
できる。

【００８０】（実施例４）以下、本発明の第４の実施例
について図面を参照しながら説明する。図９は面発光半
導体レーザ２４０の断面を模式的に示している。図９に
おいて、実施例１から３で説明した面発光半導体レーザ
の構成要素と同じ構成要素には同一の参照符号を付して
いる。

【００８１】面発光半導体レーザ２４０はｐ型GaAsから
なる半導体基板１０１と、半導体基板１０１上に形成さ
れたｐ型下部ミラー１０２と、ｐ型下部ミラー１０２上
に形成されたｐ型スペーサ層２２３とを有している。面
発光半導体レーザ２４０は更にｐ型スペーサ層２２３上
に形成された活性領域１０４と、活性領域１０４上に形
成されたｎ型スペーサ層１０５と、ｎ型スペーサ層１０
５上に形成されたｎ型上部ミラー１０６とを有してい
る。

【００８２】ｐ型下部ミラー１０２は２４．５対のｐ型
GaAs層（厚さ：６９．６nm、不純物濃度：３×１０¹⁸cm
^-3）及びｐ型AlAs層（厚さ：８２．８nm、不純物濃度：
３×１０¹⁸cm^-3）が積層された積層構造を備えている。
ｎ型上部ミラー１０６は２５対のｎ型GaAs層（厚さ：６
９．６nm、不純物濃度：３×１０¹⁸cm^-3）及びｎ型AlAs
層（厚さ：８２．８nm、不純物濃度：３×１０¹⁸cm^-3）
が積層された積層構造を備えている。

【００８３】ｐ型スペーサ層２２３はAl_0.5Ga_0.5Asから
なり、８６nmの厚さ及び３×１０¹⁸cm^-3の不純物濃度を
有している。また、ｎ型スペーサ層１０５はAl_0.5Ga_0.5
Asからなり、８６nmの厚さ及び３×１０¹⁸cm^-3の不純物
濃度を有している。ｎ型スペーサ層１０５はアンドープ
層であってもよい。

【００８４】活性領域１０４は、アンドープIn_0.2Ga_0.8
As層を含む歪量子井戸構造を備えた半導体積層からな
り、９８０nmの波長のレーザ光を発振する。また、活性
領域１０４の底面２４１の面積はｐ型下部ミラー１０２
の上面２４２ｃの面積よりも小さくなっている。

【００８５】ｐ型下部ミラー１０２の上面２４２は第１
の領域２４２ａと第１の領域２４２ａを囲む第２の領域
２４２ｂとを有し、第１の領域２４２ａ上にｐ型スペー
サ層２２３が形成されている。また、第２の領域２４２
ｂ上にはｐ型電極２４３が形成されている。従って、ｐ
型下部ミラー１０２の上面２４２ｃのｐ型スペーサ層１
０３が設けられた第１の領域２４２ａに隣接した第２の
領域２４２ｂには、ｐ型電極２４３が形成されている。

【００８６】ｐ型スペーサ層２２３、活性領域１０４、
及びｎ型上部ミラー１０６の側面には絶縁膜２４４が形
成されている。また、ｎ型電極２４５がｎ型上部ミラー
１０６上に形成されている。

【００８７】図１０（ａ）から図１０（ｄ）を参照しな
がら面発光半導体レーザ２４０の製造方法を説明する。

【００８８】まず、図１０（ａ）に示すように、ＭＢＥ
法あるいはＭＯＣＶＤ法などによって半導体基板１０１
上に半導体層１０２、２２３、１０４、１０５、及び１
０６をエピタキシャル成長させた後、ｎ型電極材料から
なる金属膜２４６をｎ型上部ミラー１０６上に形成す
る。金属膜２４６をマスクとして、ｐ型下部ミラー１０
２の表面が露出するまで、ｎ型上部ミラー１０６、ｎ型
スペーサ層１０５、活性領域１０４及びｐ型スペーサ層
２２３をエッチングする。

【００８９】図１０（ｂ）に示すように、ｎ型上部ミラ
ー１０６、ｎ型スペーサ層１０５、活性領域１０４及び
ｐ型スペーサ層２２３の側面、ｐ型下部ミラー１０２の
露出した上面及び金属膜２４６を覆って窒化ケイ素や酸
化ケイ素などの絶縁膜２４７を堆積させる。絶縁膜２４
７はＣＶＤ法、あるいはスパッタ法などにより形成する
ことができる。図１０（ｃ）に示すように、半導体基板
１０１に対して垂直な方向から、絶縁膜２４７ｂを露出
させる。これにより、ｎ型上部ミラー１０６、ｎ型スペ
ーサ層１０５、活性領域１０４及びｐ型スペーサ層２２
３の側面を覆う絶縁膜２４４が形成される。

【００９０】図１０（ｄ）に示すように、半導体基板１
０１全体を覆うようにｐ型電極材料からなる金属膜を堆
積させることにより、ｐ型下部ミラー１０２の上面２４
２にｐ型電極２４３が形成される。同時に金属膜２４６
上に金属膜２４８が堆積され、これにより、金属膜２４
６と金属膜２４８とからなるｎ型電極２４５が形成され
る。

【００９１】本実施例の面発光半導体レーザ２４０にお
いて、ｐ型下部ミラー１０２の上面２４２のｐ型スペー
サ層２２３が設けられた領域に隣接した領域にはｐ型電
極２４３が形成されている。ｎ型上部ミラー１０６、ｎ
型スペーサ層１０５、活性領域１０４及びｐ型スペーサ
層２２３の側面は絶縁膜２４４で覆われているので、活
性領域１０４と電気的に接触することなく、ｐ型電極２
４３をｐ型下部ミラー１０２の上面２４２上において、
ｐ型スペーサ層２２３に近接して設けることができる。
このため、ｐ型電極２４３は電極として機能するととも
に、低抵抗層としても作用し、ｐ型ミラー１０２での電
流経路の拡大を促進する働きをする。従って、レーザの
抵抗が十分低減されて、室温連続発振を実現することが
できる。

【００９２】本実施例の面発光半導体レーザ２４０にお
いて、ｐ型スペーサ層２２３はｐ型下部ミラー１０２の
上面２４２全体を覆っていてもよい。この場合、ｐ型電
極２４３はｐ型スペーサ層２２３の上面の活性領域１０
４が形成された領域を囲んで隣接した領域に設ければよ
い。また、ｎ型スペーサ層１０５、活性領域１０４、及
びｐ型スペーサ層２２３の各厚さ方向の光路長の合計ｄ
である共振器長はｄ=（ｎ＋１）λ／２（ｎ：自然数）
の関係を満たしていてもよく、ｐ型スペーサ層２２３の
不純物濃度がｐ型下部ミラー１０２よりも高くてもよ
い。このような構造にすることにより、実施例１で説明
した効果も得ることができる。

【００９３】（実施例５）以下、本発明の第５の実施例
について図面を参照しながら説明する。図１１は面発光
半導体レーザ２５０の断面を模式的に示している。図１
１において、実施例１から４で説明した面発光半導体レ
ーザの構成要素と同じ構成要素には同一の参照符号を付
している。

【００９４】面発光半導体レーザ２５０はｐ型GaAsから
なる半導体基板１０１と、半導体基板１０１上に形成さ
れたｐ型下部ミラー２５１とを有している。

【００９５】ｐ型下部ミラー２５１は２４．５対のｐ型
GaAs層（厚さ：６９．６nm、不純物濃度：３×１０¹⁸cm
^-3）及びｐ型AlAs層（厚さ：８２．８nm、不純物濃度：
３×１０¹⁸cm^-3）が積層された積層構造を備えている。
また、ｐ型下部ミラー２５１の上面２５３は第１の領域
２５２及び第１の領域２５２を囲む第２の領域２５３に
分けられており、ｐ型下部ミラー２５１内の第２の領域
２５３の下方には高不純物濃度層２５５が設けられてい
る。高不純物濃度層２５５は上面２５３から３対のｐ型
GaAs層及びｐ型AlAs層程度の深さまで設けられており、
ｐ型下部ミラー２５１の多の部分に較べ、抵抗率が低く
なっている。

【００９６】面発光半導体レーザ２５０はｐ型下部ミラ
ー２５１の第１の領域２５２上に形成されたｐ型スペー
サ層２２３と、ｐ型スペーサ層２２３上に形成された活
性領域１０４と、活性領域１０４上に形成されたｎ型ス
ペーサ層１０５と、ｎ型スペーサ層１０５上に形成され
たｎ型上部ミラー１０６とを更に有している。また、半
導体基板１０１及びｎ型上部ミラー１０６にはそれぞれ
電気的に接続されたｐ型電極１０８及びｎ型電極１０７
がそれぞれ設けられている。

【００９７】ｐ型スペーサ層２２３はAl_0.5Ga_0.5Asから
なり、８６nmの厚さ及び３×１０¹⁸cm^-3の不純物濃度を
有している。また、ｎ型スペーサ層１０５はAl_0.5Ga_0.5
Asからなり、８６nmの厚さ及び３×１０¹⁸cm^-3の不純物
濃度を有している。ｎ型スペーサ層１０５はアンドープ
層であってもよい。

【００９８】活性領域１０４は、アンドープIn_0.2Ga_0.8
As層を含む歪量子井戸構造を備えた半導体積層からな
り、９８０nmの波長のレーザ光を発振する。また、活性
領域１０４の底面２５６の面積はｐ型下部ミラー１０２
の上面２５４の面積よりも小さくなっている。

【００９９】ｎ型上部ミラー１０６は２５対のｎ型GaAs
層（厚さ：６９．６nm、不純物濃度：３×１０¹⁸cm^-3）
及びｎ型AlAs層（厚さ：８２．８nm、不純物濃度：３×
１０¹⁸cm^-3）が積層された積層構造を備えている。

【０１００】面発光半導体レーザ２５０は以下の方法に
より製造される。

【０１０１】まず、ＭＢＥ法あるいはＭＯＣＶＤ法など
によって半導体基板１０１上に半導体層２５１、２２
３、及び１０４〜１０６をエピタキシャル成長させる。
ｎ型電極１０７をｎ型上部ミラー１０６上に形成し、ｎ
型電極１０７をマスクとして、ｎ型上部ミラー１０６、
ｎ型スペーサ層１０５、活性領域１０４、ｐ型スペーサ
層２２３をドライエッチング法を用いてエッチングす
る。

【０１０２】次に、ｎ型電極１０７をマスクとしてｐ型
下部ミラー２５１にベリリウムイオンを注入する。加速
されたベリリウムイオンによってｐ型下部ミラー２５１
のAlAs/GaAs界面が乱れ、GaAs／AlAsヘテロ接合により
生じる価電子帯のスパイクが無くなる。この結果、深さ
４６０nm程度を備え、ｐ型下部ミラー２５１の他の領域
より抵抗率の低い高不純物濃度層２５５が形成される。

【０１０３】本実施例の面発光半導体レーザ２５０にお
いて、動作電流はｐ型スペーサ層２２３から第１の領域
２５２を介してｐ型下部ミラー２５１へ流れ込む。ｐ型
下部ミラー２５１では高不純物濃度層２５５の上面であ
る第２の領域２５３がその第１の領域２５２を囲んでい
るために、動作電流は低抵抗率を有する高不純物濃度層
２５５へ分散して流れる。高不純物濃度層２５５はｐ型
ミラー１０２において電流経路の拡大を促進する働きを
し、これにより、ｐ型ミラー１０２の抵抗が低減され
る。従って、面発光半導体レーザ２２０全体の抵抗が低
減され、室温で連続発振が可能となる。

【０１０４】ｐ型下部ミラー２５１において、ベリリウ
ムなどのイオン注入により形成される高不純物濃度層２
５５はその内部においてAlAs/GaAs界面が乱れているた
めに、ミラーとしての機能を失っている。しかし、ｐ型
スペーサ層２２３の下方の領域のみがミラーとして機能
すれば、活性領域１０４から発振するレーザ光を閉じこ
めることができるので、高不純物濃度層２５５の形成に
よって、ｐ型下部ミラー２５１機能が低下することはな
い。

【０１０５】本実施例の面発光半導体レーザ２５０にお
いて、ｐ型スペーサ層２２３はｐ型下部ミラー２５１の
上面２５４全体を覆っていてもよい。この場合、また、
ｎ型スペーサ層１０５、活性領域１０４、及びｐ型スペ
ーサ層２２３の各厚さ方向の光路長の合計ｄである共振
器長はｄ=（ｎ＋１）λ／２（ｎ：自然数）の関係を満
たしていてもよく、ｐ型スペーサ層２２３の不純物濃度
がｐ型下部ミラー２５１よりも高くてもよい。このよう
な構造にすることにより、実施例１で説明した効果も得
ることができる。

【０１０６】上記実施例１から５では、ｐ型の導電性を
有する半導体基板を有する面発光半導体レーザを説明し
たが、ｎ型の半導体基板を用いてもよい。この場合、ｎ
型半導体基板上にアンドープのバッファ層を形成し、そ
の上にｐ型下部ミラーを形成すればよい。上記実施例
１、２、４、及び５に示される面発光半導体レーザはGa
As系以外のInP系半導体あるいはZnSe系半導体を用いて
製造してもよい。

【０１０７】

【発明の効果】本発明によれば、ｐ型ミラー内部の上方
または、ｐ型ミラー上方に設けられた手段により、動作
電流の経路が拡大する。これにより、レーザの抵抗を低
減し、室温連続発振することができる優れた面発光半導
体レーザが実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１の実施例による面発光半導
体レーザの断面を示している。

【図２】図２はｐ型スペーサ層の不純物濃度と電流−電
圧特性との関係を示すグラフである。

【図３】図３は本発明の第１の実施例による面発レーザ
の光出力−電流特性を示すグラフである。

【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は第１の実施例による面
発レーザのｐ型スペーサ層の厚さと発光波長との関係を
説明している。

【図５】図５は本発明の第２の実施例による面発光半導
体レーザの断面を示している。

【図６】図６は第２の実施例による面発光半導体レーザ
のｐ型グレーディッドミラーの構造を詳細に説明してい
る。

【図７】図7は本発明の第３の実施例による面発光半導
体レーザの断面を示している。

【図８】図８は第３の実施例による面発光半導体レーザ
の第２のｐ型下部ミラーの構造を詳細に説明している。

【図９】図９は本発明の第４の実施例による面発光半導
体レーザの断面を示している。

【図１０】図１０（ａ）から（ｄ）は第４の実施例によ
る面発光半導体レーザの製造方法を説明している。

【図１１】図１１は本発明の第５の実施例による面発光
半導体レーザの断面を示している。

【図１２】図１２は従来の面発光半導体レーザの断面を
示している。

【図１３】図１３は別な従来の面発光半導体レーザの断
面を示している。

【図１４】図１４は図１３に示される従来の面発光半導
体レーザを流れる動作電流の経路を説明している。

【符号の説明】

１０１半導体基板１０２ｐ型下部ミラー１０３ｐ型スペーサ層１０４活性領域１０５ｎ型スペーサ層１０６ｎ型上部ミラー１０７ｎ型電極１０８ｐ型電極２１０面発光半導体レーザ２１１底面２１２上面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上面を有するｐ型下部ミラーと、該上面全体を覆って形成されたｐ型スペーサ層と、該ｐ型下部ミラーの上面よりも小さな底面を備えた活性
層を含み、該ｐ型スペーサ層上に形成された活性領域
と、該活性領域上に形成されたｎ型スペーサ層と、該ｎ型スペーサ層上に形成されたｎ型上部ミラーとを備
え、該ｐ型スペーサ層、該活性領域、及び該ｎ型スペー
サ層のそれぞれの厚さ方向の光路長の合計ｄが該活性領
域から発振する光の波長λに対して、ｄ＝（１＋ｎ）・
λ／２（ｎ：自然数）の関係を満たす、垂直共振器型面
発光半導体レーザ。
【請求項２】前記ｐ型スペーサ層は少なくともλ／２
以上の厚さ方向の光路長を有している、請求項１に記載
の垂直共振器型面発光半導体レーザ。
【請求項３】前記ｐ型スペーサ層は前記ｐ型下部ミラ
ーよりも高い不純物濃度を有している、請求項１または
２に記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ。
【請求項４】前記スペーサ層の上面の前記活性領域が
形成された領域を囲んで隣接した領域に形成されたｐ型
電極を更に有する、請求項１に記載の垂直共振器型面発
光半導体レーザ。
【請求項５】第１のｐ型下部ミラーと、該第１のｐ型下部ミラー上に形成された、該第１のｐ型
下部ミラーよりも低いシート抵抗を有する上面を備えた
第２のｐ型下部ミラーと、該第２のｐ型下部ミラー上に形成されたｐ型スペーサ層
と、該第２のｐ型下部ミラーの上面よりも小さな底面を備え
た活性層を含み、該ｐ型スペーサ層上に形成された活性
領域と、該活性領域上に形成されたｎ型スペーサ層と、該ｎ型スペーサ層上に形成されたｎ型上部ミラーとを有
する垂直共振器型面発光半導体レーザ。
【請求項６】前記第２のｐ型下部ミラーはｐ型グレー
ティッドミラーである、請求項５に記載の垂直共振器型
面発光半導体レーザ。
【請求項７】前記第２のｐ型下部ミラーは、第１の半
導体層及び第２の半導体層からなる複数対と、該第１の
半導体層と該第２の半導体層との接合面において、該第
１の半導体層の組成が該第２の半導体層の組成へ連続的
にまたは段階的に変化している層とを有する、請求項６
に記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ。
【請求項８】前記第２のｐ型下部ミラーは、第１の半
導体層と第２の半導体層からなる一対を複数有してお
り、該第１の半導体層はGaAsからなり、該第２の半導体
層はAl_xGa_1-xAs（x≦0.6)からなる、請求項５に記載の
垂直共振器型面発光半導体レーザ。
【請求項９】前記第２のｐ型下部ミラーは三対の前記
第１の半導体層と前記第２の半導体層を有する請求項７
または８に記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ。
【請求項１０】上面を有するｐ型下部ミラーと、該ｐ型下部ミラー上に形成されたｐ型スペーサ層と、該ｐ型下部ミラーの上面よりも小さな底面を備えた活性
層を含み、該ｐ型スペーサ層上に形成された活性領域
と、該活性領域上に形成されたｎ型スペーサ層と、該ｎ型スペーサ層上に形成されたｎ型上部ミラーと、該ｐ型下部ミラーの上面の該スペーサ層が形成された領
域を囲んで隣接した領域に形成されたｐ型電極とを有す
る垂直共振器型面発光半導体レーザ。
【請求項１１】前記活性領域の側面を覆う絶縁膜を更
に有する請求項４または１０に記載の垂直共振器型面発
光半導体レーザ。
【請求項１２】第１の領域及び第１の領域を囲む第２
の領域を含む上面を有し、第１の領域の下方よりも該第
２の領域の下方において低抵抗率を有する、ｐ型下部ミ
ラーと、該ｐ型下部ミラー上に形成されたｐ型スペーサ層と、該ｐ型下部ミラーの上面よりも小さな底面を備えた活性
層を少なくとも含み、該ｐ型スペーサ層上に形成された
活性領域と、該活性領域上に形成されたｎ型スペーサ層と、該ｎ型スペーサ層上に形成されたｎ型上部ミラーとを有
する垂直共振器型面発光半導体レーザ。
【請求項１３】該ｐ型スペーサ層、該活性領域、及び
該ｎ型スペーサ層のそれぞれの厚さ方向の光路長の合計
ｄが該活性領域から発振する光の波長λに対して、ｄ＝
（１＋ｎ）・λ／２（ｎ：自然数）の関係を満たしてい
る、請求項５、１０または１２に記載の垂直共振器型面
発光半導体レーザ。
【請求項１４】前記ｐ型スペーサ層は少なくともλ／
２以上の厚さ方向の光路長を有している、請求項１３に
記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ。
【請求項１５】前記ｐ型スペーサ層は前記ｐ型下部ミ
ラーよりも高い不純物濃度を有している、請求項１３ま
たは１４に記載の垂直共振器型面発光半導体レーザ。