JPH11307876A

JPH11307876A - 面発光型半導体レーザ素子、光ディスク記録再生装置及びプラスティック光ファイバ用光送信装置

Info

Publication number: JPH11307876A
Application number: JP10115048A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takahashi; 孝志高橋; Shunichi Sato; 俊一佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-04-24
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 1999-11-05

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、発光波長が０．８５μｍよりも長
波長の発光しか得られていないという課題を解決しよう
とするものである。【解決手段】この発明は、結晶基板１０１上に下部反
射鏡１０２、発光層１０５及び上部反射鏡１０９を積層
し、前記結晶基板１０１に対して垂直な方向に光を放射
する面発光型半導体レーザ素子において、前記発光層１
０５に、構成元素として窒素を含むＧａ_xＩｎ_1-xＮ_yＰ
_1-yの混晶半導体を用いたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は面発光型半導体レー
ザ素子、光ディスク記録再生装置及びプラスティック光
ファイバ用光送信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】発光波長が０．６３〜０．６８μｍの半
導体レーザ素子の材料としては、従来ＡｌＧａＩｎＰ系
が用いられている。図７は従来の面発光型ＡｌＧａＩｎ
Ｐ系半導体レーザ素子の断面構造（特開平７ー２６３７
９９号公報参照）を示す。図７において、１はｎ型Ｇａ
Ａｓ基板、２はｎ型ＧａＡｓバッファ層、３は第１のｎ
型（Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ中間層、４は第２の
ｎ型（Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ中間層、５はｎ型
ＤＢＲ反射鏡層、６は圧縮歪活性層、７はｐ型ＤＢＲ反
射鏡層、８はｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ中間層、９はｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層、１０はＳｉＯ₂パッシベーション
層、１１はｎ側電極、１２はｐ側電極である。

【０００３】ｎ型ＤＢＲ反射鏡層５は、Ｓｅ濃度３×１
０¹⁷ｃｍマイナス３乗のＡｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐと（Ａｌ_0.7
Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐを各層１７０ｎｍの厚さで交互
に２５層ずつ積層したものであり、ｐ型ＤＢＲ層７は、
Ｚｎ濃度３×１０¹⁷ｃｍマイナス３乗のＡｌ_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐと（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐを各層１７０ｎｍ
の厚さで交互に２５層ずつ積層したものである。

【０００４】圧縮歪活性層６はＳｅ濃度３×１０¹⁷ｃｍ
マイナス３乗の（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ障壁層
０．１μｍ、アンドープＧａ_0.46Ｉｎ_0.54Ｐ井戸層３ｎ
ｍ、アンドープ（Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ障壁層
５ｎｍ、アンドープＧａ_0.46Ｉｎ_0.54Ｐ井戸層３ｎｍ、
Ｚｎ濃度３×１０¹⁷ｃｍマイナス３乗の（Ａｌ_0.7Ｇａ
_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ障壁層０．１μｍのＤＱＷ構造であ
り、ＧａＡｓ基板に比べて格子定数を０．４％大きくす
ることにより、圧縮歪を生じさせている。

【０００５】この面発光型半導体レーザ素子では、圧縮
歪の活性層を用いることで、低閾値で発振する可視レー
ザが得られる。しかしながら、ＡｌＧａＩｎＰ系材料
は、伝導帯のバンド不連続が小さいために、電子が活性
層からｎ型クラッド層にオーバーフローしやすいことが
知られている。更に、垂直共振器型面発光半導体レーザ
素子においては、共振器長が数μｍと短いので、活性領
域の体積が小さくなっている。このため、閾電流は低下
するが、閾キャリア密度は高くなってしまうという問題
がある。従って、ＡｌＧａＩｎＰ系材料で構成した垂直
共振器型面発光半導体レーザ素子においては、高温での
動作や高出力動作が困難となっている。

【０００６】近年、半導体レーザ素子の温度特性を向上
させる試みとして、Ｖ族元素として窒素を少量含有した
混晶を発光層に用いることが検討されている。窒素を構
成元素として導入すると、禁制帯幅の窒素組成に対する
ボーイングが大きく生ずる。このため、比較的小さい窒
素組成の場合に、禁制帯幅が縮小する。このとき、禁制
帯幅の縮小は主に伝導帯側で生ずるので、伝導帯のバン
ド不連続が大きくとれるようになる。

【０００７】図８はＧａＩｎＮＡｓ系材料を用いた１．
３μｍ帯の面発光型半導体レーザ素子の断面構造（特開
平９ー２３７９４２号公報参照）を示す。図８におい
て、２１はｎ−ＧａＡｓ基板、２２はｎ型の半導体多層
膜反射鏡、２３はＧａＡｓスペーサ層、２４はＧａ_0.8
Ｉｎ_0.2Ｎ_0.04Ａｓ_0.96無歪活性層、２５はＧａＡｓス
ペーサ層、２６はｐ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓクラッド層、
２７はｐ−ＧａＡｓコンタクト層である。

【０００８】活性層２４は０．９５ｅＶのバンドギャッ
プを持つノンドープのＧａＩｎＮＡｓ層を用いている。
半導体多層膜反射鏡２２は半導体中で１／４波長厚の高
屈折率のＧａ_0.9Ｉｎ_0.1Ｎ_0.01Ａｓ_0.99層と半導体中で
１／４波長厚の低屈折率のＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層を交互に
２７対積層している。この両層はともに基板２１に格子
整合する組成比に設定している。半導体層２２〜２７は
有機金属気相エピタキシ装置で結晶成長させている。次
に、化学気相堆積工程とホトレジスト工程により、直径
１０μｍの円形のＳｉＯ₂膜を形成し、これをマスクと
してｎ型の半導体多層膜反射鏡２２の途中までウエット
エッチングしてメサ状にする。この後、ＳｉＯ₂マスク
を残したまま、化学気相堆積工程によりＳｉＯ₂保護膜
２８を形成し、ポリイミドを塗布して硬化させる。

【０００９】次に、反応性イオンビームエッチングによ
りＳｉＯ₂マスクが露出するまでポリイミドをエッチン
グしてポリイミド層２９を形成する。続いて、メサの上
部のＳｉＯ₂マスクを除去して平坦な面を得る。この
後、リフトオフ法によりリング状のｐ側電極３０を形成
し、更に、スパッタ蒸着法により誘電体多層膜反射鏡３
１を形成し、ｎ側電極３２を形成する。

【００１０】活性層のＧａＩｎＮＡｓは伝導帯のバンド
不連続が大きくなり、またＧａＡｓ基板上に格子整合し
て形成できるため、バンドギャップの大きいＡｌ_0.3Ｇ
ａ_0.7Ａｓをクラッド層として用いることができる。従
って、漏れ電流を少なくして面発光レーザの室温連続動
作を実現している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記図８に示した面発
光型半導体レーザ素子は、Ｖ族元素として窒素を導入し
ているが、発光波長が０．８５μｍよりも長波長帯の発
光しか得られていない。そのため、光ディスク装置やプ
ラスチック光ファイバ用の光源として応用することがで
きない。

【００１２】請求項１に係る発明は、０．６μｍ帯の可
視域において高温高出力動作が可能である面発光型半導
体レーザ素子を提供することを目的とする。請求項２に
係る発明は、上記目的に加えて共振器の設計が容易で安
定に動作する面発光型半導体レーザ素子を提供すること
を目的とする。請求項３に係る発明は、上記目的に加え
て発光特性を改善することができる面発光型半導体レー
ザ素子を提供することを目的とする。

【００１３】請求項４に係る発明は、上記目的に加えて
より製作が容易で特性ばらつきが少ない面発光型半導体
レーザ素子を提供することを目的とする。請求項５に係
る発明は、高密度の記録が可能で温度特性が良好な光デ
ィスク記録再生装置を提供することを目的とする。請求
項６に係る発明は、プラスチック光ファイバとの光結合
効率が高くて温度特性が良好なプラスティック光ファイ
バ用光送信装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、結晶基板上に下部反射鏡、
発光層及び上部反射鏡を積層し、前記結晶基板に対して
垂直な方向に光を放射する面発光型半導体レーザ素子に
おいて、前記発光層に、構成元素として窒素を含むＧａ
_xＩｎ_1-xＮ_yＰ_1-yの混晶半導体を用いたものである。

【００１５】請求項２に係る発明は、ＧａＡｓ基板上
に、（Ａｌ_aＧａ_1-a）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層（ｂ＜ａ≦１）と
（Ａｌ_bＧａ_1-b）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層（０≦ｂ＜ａ）を交互
に積層して形成した下部多層膜反射鏡と、発光層と、
（Ａｌ_aＧａ_1-a）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層（ｂ＜ａ≦１）と（Ａ
ｌ_bＧａ_1-b）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層（０≦ｂ＜ａ）を交互に積
層して形成した上部多層膜反射鏡とを積層し、前記Ｇａ
Ａｓ基板に対して垂直な方向に光を放射する面発光型半
導体レーザ素子において、前記発光層に、構成元素とし
て窒素を含むＧａ_xＩｎ_1-xＮ_yＰ_1-y混晶半導体を用いた
ものである。

【００１６】請求項３に係る発明は、請求項２記載の面
発光型半導体レーザ素子において、構成元素として窒素
を含むＧａ_xＩｎ_1-xＮ_yＰ_1-y発光層と、（Ａｌ_wＧ
ａ_1-w）_zＩｎ_1-zＰからなる障壁層もしくは光導波層も
しくはクラッド層との間に、構成元素としてＡｌと窒素
を含まないIII〜Ｖ族半導体材料からなる中間層を設け
たものである。

【００１７】請求項４に係る発明は、請求項２または３
記載の面発光型半導体レーザ素子において、発光層とコ
ンタクト層を除く半導体層構造を、ＡｌＩｎＰ、ＧａＩ
ｎＰまたはＡｌＩｎＰとＧａＩｎＰを周期的に積層した
超格子構造で構成したものである。

【００１８】請求項５に係る発明は、請求項１〜４のい
ずれかに記載の面発光型半導体レーザ素子を光源として
備えたものである。請求項６に係る発明は、請求項１〜
４のいずれかに記載の面発光型半導体レーザ素子を光源
として備えたものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】まず、請求項１に係る発明の実施
形態について説明する。この実施形態においては、結晶
基板上に下部反射鏡、発光層及び上部反射鏡を積層し、
前記結晶基板に対して垂直な方向に光を放射する面発光
型半導体レーザ素子であって、前記発光層に、構成元素
として窒素を含むＧａ_xＩｎ_1-xＮ_yＰ_1-yの混晶半導体を
用いたことを特徴としている。

【００２０】Ｇａ_xＩｎ_1-xＮ_yＰ_1-yは、Ｇａ_xＩｎ_1-xＰ
の３元混晶に、Ｖ族元素として窒素を導入した４元混晶
材料である。Ｇａ_xＩｎ_1-xＰの禁制帯幅は１．３５〜
２．２４ｅＶの範囲で直接遷移型となっている。そし
て、Ｇａ_xＩｎ_1-xＰに窒素を少量導入すると、その禁制
帯幅は窒素組成１％で約１５０ｅＶ程度縮小する。従っ
て、Ｇａ_xＩｎ_1-xＮ_yＰ_1-yは、０．６μｍ帯の発光が可
能であることがわかる。

【００２１】また、Ｇａ_xＩｎ_1-xＰに窒素を導入するこ
とによる禁制帯幅の縮小は、主に伝導帯下端が低下する
ことによって生ずる。従って、Ｇａ_xＩｎ_1-xＮ_yＰ_1-yを
発光層に用いた場合に、窒素を導入することによって障
壁層との伝導帯バンド不連続が大きくなる。これによ
り、電子の障壁層側へのオーバーフローが小さくなる。
このため、Ｇａ_xＩｎ_1-xＮ_yＰ_1-y材料を結晶基板に対し
て垂直な方向に光を放射する垂直共振器型面発光半導体
レーザ素子の発光層に用いると、０．６μｍ帯の面発光
型半導体レーザ素子で高温、高出力動作を改善すること
ができる。

【００２２】図１は本発明の第１実施形態の面発光型半
導体レーザ素子の構造断面を示す。この面発光型半導体
レーザ素子は、請求項１に係る発明の一実施形態であ
り、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型半導体多層膜反
射鏡１０２、ｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラ
ッド層１０３、ノンドープＧａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｐ中間層１０
４ａ、ノンドープＧａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｎ_0.01Ｐ_0.99発光層１
０５、ノンドープＧａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｐ中間層１０４ｂ、ｐ
型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１０６、
ｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層１０７、ｐ型ＧａＡｓコンタク
ト層１０８が順に結晶成長法でエピタキシャル成長され
ている。ｎ型半導体多層膜反射鏡１０２は、Ｓｅドープ
Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5ＰとＳｅドープＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐを交互
に２０対積層して形成した。この場合、結晶成長法とし
ては有機金属気相成長法を用いた。

【００２３】そして、この積層構造の表面からｎ型半導
体多層膜反射鏡１０２に達するまで直径１０μｍの円筒
状にエッチングし、このエッチングで露出した円筒状の
側面とｎ型半導体多層膜反射鏡１０２の表面をＳｉＯ₂
絶縁膜１１０で被覆した。ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１
０８上にはリフトオフ法によりリング状のｐ側電極１１
１を形成し、リング状のｐ側電極１１１が形成されてい
ないｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０８をｐ型Ｇａ_0.5Ｉ
ｎ_0.5Ｐ層１０７の表面まで選択的にエッチングして除
去する。エッチングで表面が露出したｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐ層１０７の上には誘電体多層膜反射鏡１０９を形
成した。この誘電体多層膜反射鏡１０９はＳｉＯ₂層と
ＴｉＯ₂層を発光波長の１／４光学波長厚で交互に６対
積層して形成し、基板１０１の裏面にｎ側電極１１２を
蒸着して形成した。

【００２４】この第１実施形態の面発光型半導体レーザ
素子においては、電流は直径１０μｍの円筒領域に集中
してＧａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｎ_0.01Ｐ_0.99発光層１０５に注入さ
れ、Ｇａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｎ_0.01Ｐ_0.99発光層１０５内で発光
結合して光が放出される。Ｇａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｎ_0.01Ｐ_0.99
発光層１０５で発生した光はｎ型半導体多層膜反射鏡１
０２と誘電体多層膜反射鏡１０９の間で共振してレーザ
発振し、レーザ光が基板１０１に対して垂直な方向（図
１の矢印方向）に取り出される。

【００２５】ｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層１０７は、ｐ型
（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１０６とｐ
型ＧａＡｓコンタクト層１０８の間にあって、ヘテロ界
面に発生する価電子帯側のスパイクを減少させて正孔の
注入効率を高めている。また、ｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層
１０７は、リング状に形成されたｐ側電極１１１から注
入された正孔を円筒内で均一に注入するためのキャリア
拡散層としての働きも兼ねている。

【００２６】発光層１０５に用いているＧａ_0.6Ｉｎ_0.4
Ｎ_0.01Ｐ_0.99は格子定数がＧａＡｓ基板１０１の格子定
数よりも小さいために引張歪を有している。そして、Ｇ
ａ_0. ₆Ｉｎ_0.4Ｎ_0.01Ｐ_0.99発光層１０５は、窒素を１％
程度導入することによって、発光波長が６８０ｎｍと長
波長化している。また、Ｇａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｎ_0.01Ｐ_0.99発
光層１０５は、窒素を導入することによって、伝導帯下
端が１５０ｍｅＶ程度低下している。

【００２７】従って、Ｇａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｎ_0.01Ｐ_0.99発光
層１０５は、窒素を導入しない場合に比べて、ｐ型（Ａ
ｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１０６との伝導
帯バンド不連続が大きくなる。これにより、電子がエネ
ルギー障壁を乗り越えてｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉ
ｎ_0.5Ｐクラッド層１０６側へオーバーフローする割合
を低減することができる。このため、閾キャリア密度が
高い面発光型半導体レーザ素子においても、高温、高出
力動作を改善することができる。

【００２８】また、この第１実施形態の面発光型半導体
レーザ素子においては、Ｇａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｎ_0.01Ｐ_0.99活
性層１０５と（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド
層１０３、１０６との間に、構成元素としてＡｌと窒素
を含まない、Ｇａ_0.6Ｉｎ_0. ₄Ｐ中間層１０４ａ、１０４
ｂをそれぞれ設けている。これにより、Ｇａ_0.6Ｉｎ_0.4
Ｎ_0.01Ｐ_0.99活性層１０５の表面荒れや発光効率の低下
を抑制している。従って、この第１実施形態の面発光型
半導体レーザ素子は、閾電流等の発光特性が改善され
る。

【００２９】このように、第１実施形態は、請求項１に
係る発明の一実施形態であり、結晶基板１０１上に下部
反射鏡としてのｎ型半導体多層膜反射鏡１０２、Ｇａ
_0.6Ｉｎ_0.4Ｎ_0.01Ｐ_0.99発光層１０５及び上部反射鏡と
しての誘電体多層膜反射鏡１０９を積層し、前記結晶基
板１０１に対して垂直な方向に光を放射する面発光型半
導体レーザ素子において、前記発光層１０５に、構成元
素として窒素を含むＧａ_xＩｎ_1-xＮ_yＰ_1-yの混晶半導体
を用いたので、発光層は窒素の導入により障壁層との伝
導帯バンド不連続が大きくなり、電子の障壁層側へのオ
ーバーフローが小さくなる。従って、０．６μｍ帯の可
視域において高温高出力動作を改善することができる。

【００３０】次に、請求項２に係る発明の実施形態につ
いて説明する。この実施形態の面発光型半導体レーザ素
子は、ＧａＡｓ基板上に、（Ａｌ_aＧａ_1-a）_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐ層（ｂ＜ａ≦１）と（Ａｌ_bＧａ_1-b）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層
（０≦ｂ＜ａ）を交互に積層して形成した下部多層膜反
射鏡と、発光層と、（Ａｌ_aＧａ_1-a）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層
（ｂ＜ａ≦１）と（Ａｌ_bＧａ_1-b）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層（０
≦ｂ＜ａ）を交互に積層して形成した上部多層膜反射鏡
とを積層し、前記ＧａＡｓ基板に対して垂直な方向に光
を放射する面発光型半導体レーザ素子であって、前記発
光層に、構成元素として窒素を含むＧａ_xＩｎ_1-xＮ_yＰ
_1-y混晶半導体を用いたことを特徴とする。

【００３１】この実施形態では、上記請求項１に係る発
明の実施形態と同様にＧａ_xＩｎ_1-xＮ_yＰ_1-y材料を発光
層に用いているため、０．６μｍ帯の可視域において高
温高出力動作を改善することができる。更に、（Ａｌ_a
Ｇａ_1-a）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層（ｂ＜ａ≦１）と（Ａｌ_bＧａ
_1-b）_0. ₅Ｉｎ_0.5Ｐ層（０≦ｂ＜ａ）は、ＧａＡｓ基板
に格子整合し、かつＧａ_xＩｎ_1-xＮ_yＰ_1-y混晶半導体よ
りも禁制帯幅を大きくすることができる。従って、低屈
折率層の（Ａｌ_aＧａ_1-a）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層（ｂ＜ａ≦
１）と高屈折率層の（Ａｌ_bＧａ_1-b）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層
（０≦ｂ＜ａ）を発光波長の１／４光学波長厚で交互に
積層することによって、光吸収の少ない高反射率の反射
鏡を構成することが可能となる。

【００３２】共振器構造の途中で成長層表面を大気にさ
らすと、成長層表面に酸化膜が形成されて屈折率が変動
し、共振器構造の共振条件がずれてしまうおそれがあ
る。第２実施形態では、活性層を挟んで下部多層膜反射
鏡と上部多層膜反射鏡を、連続した１回の結晶成長で作
製できるため、共振器の設計、製作が容易になる。

【００３３】図２は本発明の第２実施形態の面発光型半
導体レーザ素子の構造断面を示す。この面発光型半導体
レーザ素子は、請求項２に係る発明の一実施形態であ
り、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の上に、ｎ型半導体多層膜
反射鏡２０１、ｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐク
ラッド層１０３、ノンドープＧａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｐ中間層１
０４ａ、ノンドープＧａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｎ_0.005Ｐ_0.995発光
層２０２、ノンドープＧａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｐ中間層１０４
ｂ、ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１
０６、ｐ型Ｇａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｐ層２０３、ｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層２０４、ノンドープ半導体多層膜反射鏡２０
５が順にエピタキシャル成長されている。

【００３４】ｎ型半導体多層膜反射鏡２０１及びノンド
ープ半導体多層膜反射鏡２０５は、一般に（Ａｌ_aＧａ
_1-a）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層（ｂ＜ａ≦１）と（Ａｌ_bＧ
ａ_1-b）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層（０≦ｂ＜ａ）を交互に積層し
て形成するが、ここでは、ａ＝１、ｂ＝０．２としてＳ
ｅドープＡｌ_0.5Ｉｎ_0.5ＰとＳｅドープＡｌ_0.2Ｇ
ａ_0.8）_0. ₅Ｉｎ_0.5Ｐを交互に２５対積層して形成し、
ノンドープ半導体多層膜反射鏡２０５はノンドープＡｌ
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐとノンドープ(Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8）_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐを交互に２０対積層して形成した。この場合、結
晶成長法としては有機金属器相成長法を用いた。ここ
に、ｎ型半導体多層膜反射鏡２０１は、ドープについて
はノンドープ、ｎ型ドープ、ｐ型ドープの様々な場合が
あるが、ここでは、ｎ型半導体多層膜反射鏡２０１はＳ
ｅドープ（ｎ型）とし、ノンドープ半導体多層膜反射鏡
２０５はノンドープとした。

【００３５】そして、この積層構造の表面からｐ型Ｇａ
Ａｓコンタクト層２０４の表面まで直径５μｍの円筒状
にエッチングし、このエッチングにより形成した円筒部
と同心円状に直径１０μｍのＳｉＮマスク層を形成し
た。そして、このＳｉＮマスク層で覆われていない領域
にプロトンを打ち込んで高抵抗領域２０６を形成し、Ｓ
ｉＮマスク層を除去した後に、ノンドープ半導体多層膜
反射鏡２０５の表面を除いてｐ側電極１１１を形成し
た。さらに、基板１０１の裏面にはｎ型電極１１２を蒸
着した。

【００３６】この第２実施形態の面発光型半導体レーザ
素子においては、電流はプロトンが打ち込まれていなく
て高抵抗化していない直径１０μｍの円形領域に集中し
てＧａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｎ_0.005Ｐ_0.995発光層２０２に注入さ
れ、Ｇａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｎ_0.005Ｐ_0.995発光層２０２内で発
光再結合して光を放出する。Ｇａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｎ_0.005Ｐ
_0.995発光層２０２で発生した光はｎ型半導体多層膜反
射鏡２０１とノンドープ半導体多層膜反射鏡２０５の間
で共振してレーザ発振し、レーザ光が基板１０１に対し
て垂直な方向（図２の矢印方向）に取り出される。

【００３７】ｐ型Ｇａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｐ層２０３は、ｐ型
（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１０６とｐ
型ＧａＡｓコンタクト層２０４の間にあって、ヘテロ界
面に発生する価電子帯側のスパイクを減少させて正孔の
注入効率を高め、また、直径１０μｍの円形領域内で正
孔を均一に注入させるためのキャリア拡散層としての働
きも兼ねる。

【００３８】ｐ型Ｇａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｐ層２０３は、禁制帯
幅がＧａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｎ_0.005Ｐ_0.995発光層２０２の禁制
帯幅よりも大きいため、発光層２０２で発生した光の吸
収が少なくなる。しかし、ｐ型Ｇａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｐ層２０
３は、ＧａＡｓ基板１０１に対して格子整合していない
ため、ｐ型Ｇａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｐ層２０３の膜厚を１０ｎｍ
と薄くして臨界膜厚未満とした。

【００３９】ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０４は、ｐ側
電極１１１との接触抵抗を低減させる働きをする。しか
し、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０４は、禁制帯幅がＧ
ａ_0. ₆Ｉｎ_0.4Ｎ_0.005Ｐ_0.995発光層２０２よりも小さい
ため、共振器内においては光の吸収層となってしまう。
そこで、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０４はＧａ_0.6Ｉ
ｎ_0.4Ｎ_0.005Ｐ_0.995発光層２０２で発生した光の吸収
をできるだけ抑制するために、ｐ型ＧａＡｓコンタクト
層２０４の層厚を５ｎｍと薄く形成した。

【００４０】発光層２０２に用いているＧａ_0.6Ｉｎ_0.4
Ｎ_0.005Ｐ_0.995の発光波長は６５０ｎｍとなっている。
そして、Ｇａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｎ_0.005Ｐ_0.995発光層２０２
は、窒素を導入することによって、伝導帯下端が７５ｍ
ｅＶ程度低下している。従って、Ｇａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｎ
_0.005Ｐ_0.995発光層２０２は、窒素を導入しない場合に
比べて、ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド
層１０６の伝導帯バンド不連続が大きくなり、半導体レ
ーザ素子の高温、高出力動作を改善することができる。

【００４１】また、第１実施形態と同様に、Ｇａ_0.6Ｉ
ｎ_0.4Ｎ_0.005Ｐ_0.995活性層２０２と（Ａｌ_0.7Ｇ
ａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１０３、１０６との間
に、構成元素としてＡｌと窒素を含まないＧａ_0.6Ｉｎ
_0.4Ｐ中間層１０４ａ、１０４ｂをそれぞれ設けてい
る。これにより、Ｇａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｎ_0.005Ｐ_0.995活性層
２０２の表面荒れや発光効率の低下を抑制している。

【００４２】共振器構造の途中で、成長層表面を大気に
さらすと、成長層表面に酸化膜が形成されて屈折率が変
動し、共振器構造の共振条件がずれてしまうおそれがあ
る。第２実施形態では、活性層２０２を挟んで下部半導
体多層膜反射鏡２０１と上部半導体多層膜反射鏡２０５
を、連続した１回の結晶成長で作製できるので、共振器
の設計、製作が容易になる。

【００４３】このように、第２実施形態は、請求項２に
係る発明の一実施形態であり、ＧａＡｓ基板１０１上
に、（Ａｌ_aＧａ_1-a）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層（ｂ＜ａ≦１）と
（Ａｌ_bＧａ_1-b）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層（０≦ｂ＜ａ）を交互
に積層して形成した下部多層膜反射鏡２０１と、発光層
２０２と、（Ａｌ_aＧａ_1-a）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層（ｂ＜ａ≦
１）と（Ａｌ_bＧａ_1-b）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層（０≦ｂ＜ａ）
を交互に積層して形成した上部多層膜反射鏡２０５とを
積層し、前記ＧａＡｓ基板１０１に対して垂直な方向に
光を放射する面発光型半導体レーザ素子において、前記
発光層２０２に、構成元素として窒素を含むＧａ_xＩｎ
_1-xＮ_yＰ_1-y混晶半導体を用いたので、上記第１実施形
態と同様な効果を奏するだけでなく、活性層の下部と上
部に形成する半導体多層膜反射鏡を１回の結晶成長で作
製することができ、共振器の設計、製作が容易で安定に
動作する。

【００４４】次に、請求項３に係る発明の実施形態につ
いて説明する。この実施形態の面発光型半導体レーザ素
子は、請求項２に係る発明の実施形態の面発光型半導体
レーザ素子において、構成元素として窒素を含むＧａ_x
Ｉｎ_1-xＮ_yＰ_1-y発光層と、（Ａｌ_wＧａ_1-w）_zＩｎ_1-z
Ｐからなる障壁層もしくは光導波層もしくはクラッド層
との間に、構成元素としてＡｌと窒素を含まないIII〜
Ｖ族半導体材料からなる中間層を設けたことを特徴とし
ている。

【００４５】本発明の発明者による実験において、Ｇａ
_xＩｎ_1-xＮ_yＰ_1-y発光層をその構成元素としてＡｌを含
む（Ａｌ_wＧａ_1-w）_zＩｎ_1-zＰ層の上に直接形成する
と、表面モフォロジーがラフになり、室温フォトルミネ
ッセンス強度が低下することが見出された。そこで、請
求項３に係る発明の実施形態では、Ｇａ_xＩｎ_1-xＮ_yＰ₁
_-y発光層と、（Ａｌ_wＧａ_1-w）_zＩｎ_1-zＰからなる障壁
層もしくは光導波層もしくはクラッド層との間に、構成
元素としてＡｌと窒素を含まないIII〜Ｖ族半導体材料
からなる中間層を設けている。これにより、Ｇａ_xＩｎ
_1-xＮ_yＰ_1-y発光層の表面荒れや発光効率の低下を抑制
することができる。

【００４６】次に、請求項４に係る発明の実施形態につ
いて説明する。この実施形態の面発光型半導体レーザ素
子は、請求項２または３に係る発明の実施形態の面発光
型半導体レーザ素子において、発光層とコンタクト層を
除く半導体層構造を、ＡｌＩｎＰ、ＧＡＩｎＰまたはＡ
ｌＩｎＰとＧａＩｎＰを周期的に積層した超格子構造で
構成したことを特徴としている。

【００４７】通常のＡｌＧａＩｎＰ系面発光型半導体レ
ーザ素子は、半導体多層膜反射鏡の高屈折率層、低屈折
率層及びクラッド層、障壁層等が（Ａｌ_wＧａ_1-w）_zＩ
ｎ_1-zＰ（０＜ｗ≦１）の４元結晶から構成される。こ
の結晶組成比ｗ、ｚは必ずしも各層で一定とはなってい
ない。（Ａｌ_wＧａ_1-w）_zＩｎ_1-zＰの４元結晶の組成
は、ＡｌとＧａとＩｎの原料の成長室への供給比率を変
えることによって制御される。

【００４８】例えば、有機金属気相成長法の場合、Ｇａ
原料であるＴＭＧ、Ａｌ原料であるＴＭＡ、Ｉｎ原料で
あるＴＭＩの各シリンダーに流すキャリア水素ガスの流
量をマスフローコントローラによって制御している。ま
た、分子線エピタキシ法の場合には、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ
の各原料セルの温度を変えることによってＧａ、Ａｌ、
Ｉｎの供給量を制御している。このため、組成の異なる
（Ａｌ_wＧａ_1-w）_zＩｎ₁ _-zＰの４元結晶を連続して成長
させる場合には、成長中断時間を入れてマスフローコン
トローラの流量やセルの温度を変更しなければならな
い。

【００４９】請求項４に係る発明の実施形態において
は、（Ａｌ_wＧａ_1-w）_zＩｎ_1-zＰの４元結晶を、同等の
禁制帯幅を有するＡｌＩｎＰ／ＧａＩｎＰ３元混晶の超
格子構造に置き換えている。従って、実効的に組成の異
なる（Ａｌ_wＧａ_1-w）_zＩｎ_1-zＰ層をバルブの切り換
え、またはシャッターの開閉のみで制御して形成するこ
とが可能となる。そのため、結晶成長工程が簡単にな
り、また４元結晶の組成ばらつきを小さくすることがで
きる。

【００５０】図３は本発明の第３実施形態の面発光型半
導体レーザ素子の構造断面を示す。この面発光型半導体
レーザ素子は、請求項３に係る発明の一実施形態及び請
求項４に係る発明の一実施形態であり、上記第２実施形
態の面発光型半導体レーザ素子と積層構造を除いて同様
な構造となっている。

【００５１】この第３実施形態の面発光型半導体レーザ
素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の上に、ｎ型半導体多
層膜反射鏡３０１、ｎ型Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層３
０２、多重量子井戸発光部３０３、ｐ型Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐクラッド層３０４、ｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層１０７、
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０４、ノンドープ半導体多
層膜反射鏡３０５が順にエピタキシャル成長されてい
る。ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０４上にはリング状の
ｐ側電極１１１を形成し、基板１０１の裏面にｎ側電極
１１２を蒸着して形成した。

【００５２】ｎ型半導体多層膜反射鏡３０１は、図４
［ａ］に示すように低屈折率層４０１と高屈折率層４０
２が発光波長の１／４光学波長厚で交互に２５対積層し
て形成されている。低屈折率層４０１は、ＳｅドープＡ
ｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなっており、高屈折率層４０２は層
厚４．５ｎｍのＳｅドープＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐと層厚１．
５ｎｍのＳｅドープＡｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐの超格子構造から
構成されている。この超格子構造の禁制帯幅は、（Ａｌ
_0.1Ｇａ_0.9）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐとほぼ一致するようになって
いる。同様に、ノンドープ半導体多層膜反射鏡３０５
は、ノンドープＡｌ_0. ₅Ｉｎ_0.5ＰとノンドープＧａ_0.5
Ｉｎ_0.5Ｐ／ノンドープＡｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐの超格子構造
が交互に２０対積層されて形成されている。

【００５３】また、図４［ｂ］は多重量子井戸発光部３
０３の構造を示す。多重量子井戸発光部３０３は、層厚
３ｎｍのＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｎ_0.005Ｐ_0.995を井戸層４０４
とし、層厚３ｎｍのＡｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐを障壁層４０５と
している。井戸層４０４の数は５個とした。Ｇａ_0.5Ｉ
ｎ_0.5Ｎ_0.005Ｐ_0.995井戸層４０４の発光波長は６５０
ｎｍとなっている。そして、Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｎ_0.005Ｐ
_0.995井戸層４０４は、窒素を導入したことによって、
ｐ型Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層３０４との伝導帯バン
ド不連続が大きくなるため、レーザ素子の高温、高出力
動作を改善することができる。

【００５４】Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｎ_0.005Ｐ_0.995井戸層４０
４と、ｎ型Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層３０２またはＡ
ｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ障壁層４０５またはｐ型Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐクラッド層３０４との間には、それぞれＧａ_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐ中間層４０３を２分子挿入している。これによ
り、Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｎ_0.005Ｐ_0.995井戸層４０４の表面
荒れや発光効率の低下を抑制している。

【００５５】また、第３実施形態の面発光型半導体レー
ザ素子においては、Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｎ_0.005Ｐ_0.995井戸
層４０４とｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０４を除いて、
積層構造がＧａＡｓ基板１０１に格子整合するＡｌ_0.5
Ｉｎ_0.5ＰとＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐの３元結晶のみで構成さ
れている。従って、積層構造は、結晶成長させる時にバ
ルブの切り換え、またはシャッターの開閉のみで制御し
て形成することが可能となる。そのため、結晶成長工程
が簡単になっている。更に、ＡｌＧａＩｎＰの４元結晶
を、同等の禁制帯幅を有するＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ／Ａｌ
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐの超格子構造に置き換えている。従って、
４元結晶の組成ばらつきを小さくすることができる。

【００５６】このように、第３実施形態は、請求項３に
係る発明の一実施形態であり、請求項２記載の面発光型
半導体レーザ素子において、構成元素として窒素を含む
Ｇａ_xＩｎ_1-xＮ_yＰ_1-y発光層としての井戸層４０４と、
（Ａｌ_wＧａ_1-w）_zＩｎ_1-zＰからなる障壁層もしくは光
導波層もしくはクラッド層としてのＡｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐク
ラッド層３０２、３０４との間に、構成元素としてＡｌ
と窒素を含まないＩＩＩ〜Ｖ族半導体材料からなる中間
層としてのＧａ_０．５Ｉｎ_0.5Ｐ中間層４０３を設けた
ので、上記第３実施形態と同様な効果を奏するだけでな
く、Ｇａ_xＩｎ_1-xＮ_yＰ_1-y発光層の結晶性を向上させる
ことができ、レーザ素子の発光特性を改善することがで
きる。

【００５７】また、第３実施形態は、請求項４に係る発
明の一実施形態であり、請求項２または３記載の面発光
型半導体レーザ素子において、発光層としての井戸層４
０４とコンタクト層としてのｐ型ＧａＡｓコンタクト層
２０４を除く半導体層構造を、ＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰ
またはＡｌＩｎＰとＧａＩｎＰを周期的に積層した超格
子構造で構成したので、上記第２実施形態と同様な効果
を奏するだけでなく、各結晶成長層をバルブの切り換
え、またはシャッターの開閉のみで制御して形成するこ
とが可能となり、結晶成長工程が簡単になってより製作
が容易になり、結晶の組成ばらつきを小さくすることが
できて特性ばらつきを少なくすることができる。

【００５８】次に、請求項５に係る発明の実施形態につ
いて説明する。この実施形態の光ディスク記録再生装置
は、請求項１〜４のいずれかに記載の面発光型半導体レ
ーザ素子を光源として備えたことを特徴とする。光ディ
スク記録再生装置においては、記録密度を向上させるた
めに、記録再生用光源である半導体レーザの発光波長と
して、より短波長の光源が求められている。現在、ＤＶ
Ｄ等の光ディスク記録再生装置の光源として、６５０ｎ
ｍ帯の面発光型半導体レーザ素子が用いられている。

【００５９】一般に、面発光型半導体レーザ素子は、近
視野像が楕円形になり、レーザスポット径を波長の回折
限界まで絞ることができない。しかし、光ディスク記録
再生装置の光源として面発光型半導体レーザ素子を用い
ると、真円に近いスポット形状が得られるため、レーザ
光をより微細なスポットに絞ることが可能となる。光デ
ィスク記録再生装置の光源としてＧａ_xＩｎ_1-xＮ_yＰ_1-y
材料を発光層に用いた０．６μｍ帯の面発光型半導体レ
ーザ素子を用いることによって、より高密度の記録が可
能となり、また温度特性が良好な光ディスク記録再生装
置を実現することができる。

【００６０】図５は本発明の第４実施形態の光ディスク
記録再生装置を示す。この第４実施形態の光ディスク記
録再生装置は、請求項５に係る発明の一実施形態であ
る。上記第１実施形態〜第３実施形態のいずれかの面発
光型半導体レーザ素子５０１から放射されたレーザ光
は、レンズ５０２で集光され、ビームスプリッタ５０３
を通って追従鏡５０４で反射され、絞り込みレンズ５０
５で集光されて光ディスク５０８の記録面に導かれる。
光ディスク５０８に情報を記録する場合には、入力情報
に応じて面発光型半導体レーザ素子５０１が駆動回路に
て情報により変調駆動されてレーザ光強度が入力情報に
応じて変調され、光ディスク５０８の記録面に情報が記
録される。

【００６１】また、情報再生時には、光ディスク５０８
で反射されたレーザ光は、絞り込みレンズ５０５、追従
鏡５０４を通り、ビームスプリッタ５０３で一部が反射
されてレンズ５０６により集光され、光検出器５０７に
導かれて検出される。光ディスク５０８からの反射光は
光ディスク５０８の記録面の情報に応じて変調されるた
め、光検出器５０７で情報が電気信号として再生され
る。

【００６２】この第４実施形態の光ディスク記録再生装
置においては、発光層として発光波長６５０ｎｍのＧａ
ＩｎＮＰ混晶材料を用いた面発光型半導体レーザ素子を
光源に組み込んでおり、その発光波長が６５０ｎｍであ
り、レーザスポット形状が真円に近いため、レーザ光を
微小なスポットに絞ることができる。そのため、より高
密度の情報記録が可能である。さらに、ＧａＩｎＮＰ系
レーザは高温高出力動作が改善されるため、光ディスク
記録再生装置の温度特性が良好となる。

【００６３】このように、第４実施形態は、請求項５に
係る発明の一実施形態であり、請求項１〜４のいずれか
に記載の面発光型半導体レーザ素子５０１を光源として
備えたので、より高密度の記録が可能となり、また温度
特性が良好となる。

【００６４】次に、請求項６に係る発明の実施形態につ
いて説明する。この実施形態のプラスティック光ファイ
バ用光送信装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の面
発光型半導体レーザ素子を光源として備えたことを特徴
とする。プラスティック光ファイバは、石英光ファイバ
に比べて伝送損失は大きいが、価格が安価であり、曲げ
特性が良好であるという特徴を有している。

【００６５】従って、プラスティック光ファイバは、一
般家庭で用いる近距離の光ファイバ通信用途への応用が
検討されている。プラスティック光ファイバは、赤色領
域で吸収損失が低くなる特性を有しており、０．６μｍ
帯の半導体レーザ素子がプラスティック光ファイバ用光
送信装置の光源として適切である。また、面発光型半導
体レーザ素子は、放射角が約１０度と狭いため、光ファ
イバとの光結合効率が高くなる。

【００６６】プラスティック光ファイバ用光送信装置の
光源として、Ｇａ_xＩｎ_1-xＮ_yＰ_1-y材料を発光層に用い
た０．６μｍ帯の面発光型半導体レーザ素子を用いるこ
とによって、光結合効率が高く、温度特性が良好なプラ
スティック光ファイバ用光送信装置を実現できる。

【００６７】図６は本発明の第５実施形態のプラスティ
ック光ファイバ用光送信装置を示す。この第５実施形態
のプラスティック光ファイバ用光送信装置は、請求項６
に係る発明の一実施形態であり、請求項１〜４のいずれ
かに記載の面発光型半導体レーザ素子６０３を光源とし
て備えたことを特徴とする。この第５実施形態のプラス
ティック光ファイバ用光送信装置６０１は、電気信号が
入力されると、この入力信号を光信号に変換して、接続
されているプラスティック光ファイバ６０４に送信す
る。光送信装置６０１内の駆動回路６０２は光送信装置
６０１に入力された電気信号に応じて面発光型半導体レ
ーザ素子６０３の動作電圧を変調することにより、面発
光型半導体レーザ素子６０３から出力されるレーザ光の
強度を変調する。

【００６８】プラスティック光ファイバ用光送信装置６
０１の光源として用いた面発光型半導体レーザ素子６０
３の発光層にはＧａＩｎＮＰが用いられており、その発
光波長が６８０ｎｍであり、プラスティック光ファイバ
６０４中での光の吸収損失を抑制することができる。そ
して、ＧａＩｎＮＰ系レーザは高温高出力動作が改善さ
れているため、プラスティック光ファイバ用光送信装置
６０１の温度特性が良好となる。また、面発光型半導体
レーザ素子においては放射角が約１０度と狭いため、プ
ラスティック光ファイバとの光結合効率を高くすること
ができる。

【００６９】このように、第５実施形態は、請求項６に
係る発明の一実施形態であり、請求項１〜４のいずれか
に記載の面発光型半導体レーザ素子６０３を光源として
備えたので、プラスチック光ファイバとの光結合効率が
高く、温度特性が良好となる。

【００７０】

【発明の効果】以上のように請求項１に係る発明によれ
ば、上記構成により、発光層は窒素の導入により障壁層
と伝導帯バンド不連続が大きくなり、電子の障壁層側へ
のオーバーフローが小さくなる。従って、０．６μｍ帯
の可視域において高温高出力動作を改善することができ
る。

【００７１】請求項２に係る発明によれば、上記構成に
より、請求項１記載の面発光型半導体レーザ素子と同様
な効果を奏するだけでなく、活性層の下部と上部に形成
する多層膜反射鏡を１回の結晶成長で作製することがで
き、共振器の設計、製作が容易で安定に動作する。

【００７２】請求項３に係る発明によれば、上記構成に
より、請求項２記載の面発光型半導体レーザ素子と同様
な効果を奏するだけでなく、発光層の結晶性を向上させ
ることができ、レーザ素子の発光特性を改善することが
できる。

【００７３】請求項４に係る発明によれば、上記構成に
より、請求項２または３記載の面発光型半導体レーザ素
子と同様な効果を奏するだけでなく、結晶成長工程が簡
単になってより製作が容易になり、結晶の組成ばらつき
を小さくすることができて特性ばらつきを少なくするこ
とができる。

【００７４】請求項５に係る発明によれば、上記構成に
より、より高密度の記録が可能となり、また温度特性が
良好となる。

【００７５】請求項６に係る発明によれば、上記構成に
より、プラスチック光ファイバとの光結合効率が高く、
温度特性が良好となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の面発光型半導体レーザ
素子を示す断面図である。

【図２】本発明の第２実施形態の面発光型半導体レーザ
素子を示す断面図である。

【図３】本発明の第３実施形態の面発光型半導体レーザ
素子を示す断面図である。

【図４】同第３実施形態のｎ型半導体多層膜反射鏡及び
多重量子井戸発光部を説明するため図である。

【図５】本発明の第４実施形態の光ディスク記録再生装
置を示す概略図である。

【図６】本発明の第５実施形態のプラスティック光ファ
イバ用光送信装置を示す概略図である。

【図７】従来の面発光型ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ
素子を示す断面図である。

【図８】従来のＧａＩｎＮＡｓ系材料を用いた１．３μ
ｍ帯の面発光型半導体レーザ素子を示す断面図である。

【符号の説明】

１０１結晶基板１０２ｎ型半導体多層膜反射鏡１０５Ｇａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｎ_0.01Ｐ_0.99発光層１０９誘電体多層膜反射鏡２０１下部多層膜反射鏡２０２発光層２０４ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０５上部多層膜反射鏡３０２、３０４Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層４０３Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ中間層４０３４０４井戸層５０１、６０３面発光型半導体レーザ素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶基板上に下部反射鏡、発光層及び上部
反射鏡を積層し、前記結晶基板に対して垂直な方向に光
を放射する面発光型半導体レーザ素子において、前記発
光層に、構成元素として窒素を含むＧａ_xＩｎ_1-xＮ_yＰ
_1-yの混晶半導体を用いたことを特徴とする面発光型半
導体レーザ素子。
【請求項２】ＧａＡｓ基板上に、（Ａｌ_aＧａ_1-a）_0.5
Ｉｎ_0.5Ｐ層（ｂ＜ａ≦１）と（Ａｌ_bＧａ_1-b）_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐ層（０≦ｂ＜ａ）を交互に積層して形成した下部
多層膜反射鏡と、発光層と、（Ａｌ_aＧａ_1-a）_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐ層（ｂ＜ａ≦１）と（Ａｌ_bＧａ_1-b）_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐ層（０≦ｂ＜ａ）を交互に積層して形成した上部多層
膜反射鏡とを積層し、前記ＧａＡｓ基板に対して垂直な
方向に光を放射する面発光型半導体レーザ素子におい
て、前記発光層に、構成元素として窒素を含むＧａ_xＩ
ｎ_1-xＮ_yＰ_1-y混晶半導体を用いたことを特徴とする面
発光型半導体レーザ素子。
【請求項３】請求項２記載の面発光型半導体レーザ素子
において、構成元素として窒素を含むＧａ_xＩｎ_1-xＮ_y
Ｐ_1-y発光層と、（Ａｌ_wＧａ_1-w）_zＩｎ_1-zＰからなる
障壁層もしくは光導波層もしくはクラッド層との間に、
構成元素としてＡｌと窒素を含まないIII〜Ｖ族半導体
材料からなる中間層を設けたことを特徴とする面発光型
半導体レーザ素子。
【請求項４】請求項２または３記載の面発光型半導体レ
ーザ素子において、発光層とコンタクト層を除く半導体
層構造を、ＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰと
ＧａＩｎＰを周期的に積層した超格子構造で構成したこ
とを特徴とする面発光型半導体レーザ素子。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の面発光型
半導体レーザ素子を光源として備えたことを特徴とする
光ディスク記録再生装置。
【請求項６】請求項１〜４のいずれかに記載の面発光型
半導体レーザ素子を光源として備えたことを特徴とする
プラスティック光ファイバ用光送信装置。