JP5006242B2

JP5006242B2 - 面発光半導体レーザ素子

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Publication number: JP5006242B2
Application number: JP2008092181A
Authority: JP
Inventors: 智文喜瀬; 順自吉田
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP2009246194A

Description

本発明は、面発光半導体レーザ素子に関し、更に詳しくは、基本横モード発振を実現する面発光半導体レーザ素子に関する。

垂直共振器型面発光半導体レーザ素子（ＶＣＳＥＬ：Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser、以下、単に面発光レーザと称する）は、その名の通り、光の共振方向が基板面に対して垂直であり、光インターコネクションをはじめ、通信用光源として、また、センサー用途などの様々なアプリケーション用デバイスとして注目されている。

その理由として、面発光レーザは、従来の端面発光型の半導体レーザ素子と比較して、素子の２次元配列を容易に形成できること、ミラーを設けるために劈開する必要がないのでウエハレベルでテストできること、活性層体積が格段に小さいので低しきい値で発振でき、消費電力が小さいことなどの利点を有していることが挙げられる。

特に、面発光レーザでは、共振器長が極端に短いことから、発振スペクトルの縦モードで容易に基本モード発振が得られる利点がある。その一方で、横モードに関しては制御機構を有していないため、複数の高次モードが発振しやすい。この複数の高次横モードによって発振したレーザ光は、光伝送時に、特に高速変調時には、伝送距離に比例して著しい劣化を引き起こす原因となる。そこで、面発光レーザでは、基本横モードでのレーザ発振を実現するさまざまな構造が提案されている。

基本横モードを得るための最も単純な方法は、発光領域の面積を、基本モードのみが発振できる程度に小さくした構造を採用することである。例えば、発振波長が１３００ｎｍ帯の、ＡｌＡｓ層選択酸化閉じ込め型（酸化狭窄型）の面発光レーザの場合、ＡｌＡｓ層と酸化層（Ａｌ_２Ｏ_３）との屈折率差が大きいため、基本横モードを得るためには発光領域のサイズを３０μｍ^２程度にする必要がある。ここで、酸化狭窄型の面発光レーザでは、発光領域の面積の大きさを制御する電流狭窄幅は、一般にＡｌＡｓ層の外縁部を選択的に酸化した酸化層によって決定される。ところが、電流開口の面積が３０μｍ^２程度となるように酸化層の内径を得るには、精密な酸化プロセス制御が要求されることになり、結果的に製品歩留まりが低くなる。また、選択酸化によって応力歪みが発生し、その応力歪みによってレーザ素子が発振中に破壊するなど、素子信頼性を損なうという重大な欠点もある。

一方、信頼性の高い電流狭窄の手法として、端面出射型半導体レーザ素子で採用される埋め込み型が知られている（特許文献１）。これは、例えば、活性層を含む積層の一部を、エッチングによりメサストライプに加工した後、そのメサストライプの側面をｎ型電流ブロック層及びｐ型電流ブロック層により埋め込む手法である。この手法は、光通信波長帯における端面出射型半導体レーザにおいて広く採用されている。

また、面発光レーザにおいて、発光面積を広くし、かつ基本横モード発振を得るための手段としては、例えば、特許文献２に示されるような構造が提案されている。この構造では、上部ＤＢＲミラー内に、点欠陥領域を中央部に有する周期的な２次元空孔配列を形成する。二次元空孔配列は、光が感じる屈折率を僅かに低下させ、中央の点欠陥領域に対してクラッドとして働き、弱い屈折率閉じ込めによる横モード制御を実現する。この横モード制御は、基本横モードのみを発振させる際に発光領域の面積を大きくすることができる。なお、この構造の面発光レーザは、フォトニック結晶面発光レーザと呼ばれる。
特開平８−１９５５２３号公報特表２００７−５０２０２９号公報

フォトニック結晶面発光レーザにおける電流狭窄構造としては、これまでＡｌＡｓ選択酸化閉じ込め型と、イオン注入型とが知られている。ＡｌＡｓ選択酸化閉じ込め型では、ＡｌＡｓとＡｌＡｓを酸化したＡｌＯｘとの間で屈折率差が大きいため、フォトニック結晶による弱い屈折率閉じ込めモードに影響を与え、高電流の注入時や高速変調時に不安定になることがあった。また，先に述べたように、応力歪みによって素子の信頼性を損なうという欠点があった。一方、イオン注入型においては、電流狭窄構造による屈折率差はほとんどないため、フォトニック結晶による屈折率閉じ込めモードに影響を与えない反面、イオン注入による絶縁層の厚さが選択酸化閉じ込め型に比べて厚いために、素子抵抗が高くなるという問題があった。

本発明は、上記に鑑み、従来の面発光レーザにおける電流狭窄構造及び光閉じ込め構造を改良し、単一横モードで発振し、且つ、素子抵抗の増大を抑えつつ、レーザ素子の信頼性を向上した面発光レーザを提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するため、埋め込み型狭窄構造の面発光レーザにおいて、メサ部の屈折率と同等の屈折率を有する電流ブロック層でメサ部の周囲を埋め込むことによって、積層面内において屈折率分布のない積層構造を形成し、その上部にフォトニック結晶構造による光閉じ込め構造を形成する面発光レーザに想到した。

すなわち、本発明は、第一の態様において、半導体基板上に順次に形成された、多層膜からなる第１の反射鏡、第１導電型の第１のクラッド層、活性層、第２導電型の第２のクラッド層、及び、多層膜からなる第２の反射鏡を含む積層構造を有する面発光半導体レーザ素子において、
前記第２のクラッド層は、一様な厚みを有する平坦部と該平坦部の中央部分において該平坦部から上方に突出するメサ部とを有し、該メサ部の側面が、前記平坦部に順次に積層された第１導電型の第１の電流ブロック層及び第２導電型の第２の電流ブロック層によって埋め込まれており、
前記メサ部の屈折率と、前記第１及び第２の電流ブロック層の等価屈折率とがほぼ等しく、
前記上部反射鏡構造には、空孔が存在しない点欠陥を前記メサ部上方の中央部に有する２次元空孔配列が形成されていることを特徴とする面発光半導体レーザ素子、を提供する。

また、本発明は、第２の態様において、半導体基板上に順次に形成された、多層膜からなる第１の反射鏡、第１導電型の第１のコンタクト層、活性層、第２導電型の第２のコンタクト層、及び、誘電体多層膜からなる第２の反射鏡を含む積層構造を有する面発光半導体レーザ素子において、
前記第２のコンタクト層は、一様な厚みを有する平坦部と該平坦部の中央部分において該平坦部から上方に突出するメサ部とを有し、該メサ部の側面が、前記平坦部に順次に積層された第１導電型の第１の電流ブロック層及び第２導電型の第２の電流ブロック層によって埋め込まれており、
前記メサ部の屈折率と、前記第１及び第２の電流ブロック層の等価屈折率とがほぼ等しく、
前記誘電体多層膜には、積層面内における前記メサ部上方の所定の領域を除き、前記積層面内において周期的な屈折率の二次元分布が形成され、該屈折率の二次元分布は、前記所定の領域を除く領域に周期的に空孔を形成した前記誘電体多層膜の一つの層上に、誘電体多層膜の他の層を複数形成することにより形成されていることを特徴とする面発光半導体レーザ素子、を提供する。

上記第１及び第２の態様の面発光レーザ素子では、前記基板の主面が（１００）面であり、前記メサ部の横断面が、＜０１１＞方向又は＜０１-１＞方向との間でなす角度が４５度である４辺を有する略正方形構造であることが好ましい。

本発明の面発光レーザでは、電流狭窄構造として、ＡｌＡｓ選択酸化閉じ込め型に見られるような電流狭窄構造に付随する屈折率分布を有しない埋め込み構造を採用し、且つ、光閉じ込め構造として、フォトニック結晶構造、又は、フォトニック結晶構造に類似の構造を有する二次元周期的構造（以下、疑似フォトニック結晶構造と呼ぶ）を採用する。このため、電流狭窄構造は光閉じ込め機能を有しないので、フォトニック結晶構造、又は、疑似フォトニック結晶構造のみによる光閉じ込め機能を実現する。従って、高電流注入時や高速変調時であっても安定した単一横モード発振が可能である。また、埋め込み構造を採用するため、電流狭窄構造の厚みがイオン注入型よりも薄くでき、素子抵抗の低い面発光レーザが得られる。更に、酸化狭窄構造を採用しないので、酸化歪みに起因して素子の信頼性が低下することもない。

以下、図面を参照し、本発明の例示的な実施の形態について説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る面発光レーザの一部断面斜視図である。本面発光レーザは、発振波長が１３００ｎｍとなるように設計されている。面発光レーザ１００は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に形成されており、下部ＤＢＲミラー１０２と、ｎ型の下部クラッド層１０３と、ｐ型の上部クラッド層１０５と、下部クラッド層１０３と上部クラッド層１０５との間に形成された活性層１０４と、上部ＤＢＲミラー１０９と、上部ＤＢＲミラー上に形成された上部電極１１１と、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の裏面に形成された下部電極１１２とを有する。本面発光レーザは、上記構成により、下部クラッド層１０３、活性層１０４、上部クラッド層がレーザ共振部を構成し、このレーザ共振部が、下部ＤＢＲミラー１０２と上部ＤＢＲミラー１０９との間に挟まれた構造を有する。

上部クラッド層１０５は、一様な厚みを有する平坦部と、平坦部の中央部分において平坦部から上方に突出するメサ部１０６とを有する。このメサ部１０６の側面が、平坦部の表面に順次に積層されたｎ導電型の第１の電流ブロック層（ｎ型電流ブロック層）１０７、及び、ｐ導電型の第２の電流ブロック層（ｐ型電流ブロック層）１０８によって埋め込まれている。メサ部１０６の頂面は、ｐ型電流ブロック層１０８の表面と同一平面内にある。ｐ型の上部クラッド層１０５、ｎ型電流ブロック層１０７、及び、ｐ型電流ブロック層１０８のｐ−ｎ−ｐ接合により、電流狭窄構造が実現される。また、上部ＤＢＲミラー１０９の内部には、フォトニック結晶構造が形成されており、メサ部１０６の上方でフォトニック結晶構造を構成する２次元空孔配列１１０の中央部分には、空孔が存在しない点欠陥が形成されている。フォトニック結晶構造により、光閉じ込め構造が形成される。

本実施形態では、メサ部の屈折率と第１及び第２の電流ブロック層の等価屈折率とがほぼ等しいため、電流狭窄構造は光閉じ込め機能を有しない。従って、光閉じ込め機能は、上部ＤＢＲミラー１０９に形成されたフォトニック結晶構造によってのみ得られる。従って、高電流注入時や高速変調時であっても安定した単一横モード発振が可能であり、また、電流狭窄構造の厚みがイオン注入型よりも薄くできるため、素子抵抗の低い面発光レーザが得られる。更に、酸化狭窄構造を採用しないので、酸化歪みに起因して素子の信頼性が低下することもない。

上記実施形態の構造は、例えば以下の製造プロセスにより得られる。まず（１００）面を主面とするｎ型ＧａＡｓ基板１０１の表面に、ＭＢＥ法またはＭＯＣＶＤ法で、それぞれの厚みがλ／４ｎ（但し、λは発振波長、ｎは屈折率）であるｎ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓ層とＡｌＡｓ層とを交互に積層して、３５．５ペアの多層膜からなる下部ＤＢＲミラー１０２を形成する。各層のキャリア密度は、例えば１×１０^１８ｃｍ^−３とする。次に、その積層上に、ｎ型ＧａＡｓからなる下部クラッド層１０３、３層のＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造の活性層１０４、ｐ型ＧａＡｓからなる上部クラッド層１０５を順次に積層する（図２）。

次に、上記積層構造の表面に、プラズマＣＶＤ法を用いＳｉＮｘ膜を成膜したのち、その上に通常のフォトレジストを用いたフォトリソグラフィーにより、ＳｉＮｘ膜を一辺の長さが１０μｍの略正方形状に加工する。正方形状は、各辺が＜０１１＞方向又は＜０１-１＞方向となす角度が４５度となるように形成する。このＳｉＮｘ膜をマスクとするウェットエッチングにより、上部クラッド層１０５について、その底部を残し、その表面部分のみをエッチングし、平坦部と平坦部から上方に突出するメサ部１０６とを有する膜形状に加工する（図３）。形成されるメサ部１０６は、その頂面がほぼ正方形の角錐台形状を有する。

その後、先のＳｉＮｘ膜を選択成長マスクとして、ＭＯＣＶＤ法により、メサ部１０６の周囲にｎ型ＧａＡｓからなる電流ブロック層１０７と、ｐ型ＧａＡｓからなる電流ブロック層１０８とを順次に積層する（図４）。ここで、双方の電流ブロック層として、上部クラッド層１０５と同じ材料であるＧａＡｓを用いて平坦に埋め込むことにより、メサ部１０６と埋め込み部との間に、積層方向において等価屈折率差がほとんど生じない構造が得られる。このため、埋め込み構造自体は光閉じ込め機能を発揮することはなく、後述するフォトニック結晶構造による屈折率分布のみが光閉じ込め機能を持つ面発光レーザが実現できる。なお、このような光閉じ込め構造が実現できれば、メサ部１０６は略正方形状に限ることはない。

その後、ＳｉＮｘ膜を除去し、各層の厚みがλ／４ｎのｐ型Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ層と、ｐ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓ層とを交互に積層して、３０ペアからなる上部ＤＢＲミラー１０９を形成する。各層のキャリア濃度は、例えば１×１０^１８ｃｍ^−３とする。

次に、上記積層構造の表面に、プラズマＣＶＤ法を用いて、新たにＳｉＮｘ膜を成膜する。得られたＳｉＮｘ膜を、通常のフォトレジストを用いたフォトリソグラフィーとＲＩＥ（反応性イオンエッチング）とを用いてエッチングし、２次元の周期的な空孔配列用ハードマスクを形成する。

次いで、ＳｉＮｘ膜に形成された二次元空孔配列構造をマスクとして、Ｃｌ_２を用いたＩＣＰ（誘導結合プラズマ）ドライエッチングにより、ＳｉＮｘ膜の下層のＤＢＲミラー１０９の積層構造に、深さ４μｍ程度の空孔配列構造を形成する。２次元空孔配列は、中央部に空孔（円孔）が存在しない点欠陥（点欠陥領域）を有し、空孔の配列周期が５μｍ、各空孔の直径が３μｍの三角格子状の２次元空孔配列構造とする。なお、点欠陥は、本実施形態のように、２次元空孔配列から１つの空孔を除いたものに限らず、複数（例えば７つ）の空孔を除いたものでもよい。

次に、上記積層構造の表面に、プラズマＣＶＤ法を用いて、新たにＳｉＮｘ膜を成膜し、通常のフォトレジストを用いたフォトリソグラフィーとＲＩＥとにより、このＳｉＮｘ膜を選択的に除去してリング形状の開口を形成する。ＳｉＮｘ膜を除去した開口部に、例えばＡｕＺｎを蒸着して、リング形状をした上部電極１１１を形成する。その後、基板厚さが２００μｍ程度となるように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１を裏面から研磨し、その研磨した裏面に、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着して、下部電極１１２を形成する。以上により本実施形態の面発光レーザが得られる。

（実施形態例２）
次に、本発明の第２の実施形態に係る面発光レーザ素子について説明する。本実施形態の面発光レーザ素子は、上部ＤＢＲミラーが誘電体多層膜ミラーである点、イントラキャビティ・コンタクト構造を採用する点、活性層、電流ブロック層、及び、ｐ型コンタクト層を含む積層がメサポストを形成する点、及び、上部誘電体多層膜ミラー内に疑似フォトニック結晶構造の２次元屈折率分布が形成されている点において、第１の実施形態と異なっている。以下、詳細に説明する。

図５及び図６は、本発明の第２の実施形態に係る面発光レーザの構成を示す図である。図５は平面図であり、図６は、図５中に示したＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。これらの図に示すように、面発光レーザ２００は、例えば半絶縁性のＧａＡｓ基板２０１上に積層された半導体下部ＤＢＲミラー２０２、ｎ型コンタクト層２０３、活性層２０４、電流ブロック層２０７及び２０８、ｐ型コンタクト層２０５、２次元周期配列の起点となる最下層２１０を含む誘電体からなる上部ＤＢＲミラー２０９、ｐ側電極２１１及びｎ側電極２１２を備える。このうちｎ型コンタクト層２０３上に積層された活性層２０４、電流ブロック層２０７及び２０８、ｐ型コンタクト層２０５は、エッチング処理等によって円柱状に形成されたメサポスト２１３を構成する。

上記実施形態の面発光レーザ２００は、例えば以下の製造プロセスにより製造される。まず（１００）面を主面とする半絶縁性ＧａＡｓ基板２０１上に、ＭＢＥ法又はＭＯＣＶＤ法で、それぞれの層の厚みがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）である、例えばＧａＡｓ／ＡｌＡｓペア層からなる複合半導体層を複数ペア積層して、半導体多層膜反射鏡からなる下部ＤＢＲミラー２０２を形成する。次に、その下部ＤＢＲミラー２０２上に、例えばｎ−ＧａＡｓからなるｎ型コンタクト層２０３、例えばＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓからなる複合半導体層が３層積層された多重量子井戸構造を有する活性層２０４、及び、例えばｐ−ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層２０５の一部を順次に積層する。

次に、上記積層構造の表面に、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮｘ膜を成膜したのち、フォトレジストを用いたリソグラフィー技術とＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により、ＳｉＮｘ膜を所定の大きさを有する正方形に加工する。この正方形は、各辺が＜０１１＞方向又は＜０１−１＞方向となす角が４５度となるように形成する。その後、正方形状のＳｉＮｘ膜をマスクとして、ウェットエッチングによりｐ型コンタクト層２０５の一部を正方形メサ部２０６に加工する。続いて、先の正方形状のＳｉＮｘ膜を選択成長マスクとして、ＭＯＣＶＤ法により、正方形メサ部２０６の周囲に、ｎ型ＧａＡｓからなる電流ブロック層２０７とｐ型ＧａＡｓからなる電流ブロック層２０８を積層する。その後、ＳｉＮｘ膜を除去したのち、さらにＭＯＣＶＤ法によりｐ型コンタクト層２０５の残りを積層する。このように、電流ブロック層として、ｐ型コンタクト層２０５と同じ材料であるＧａＡｓを用いて平坦に埋め込むことにより、メサ部と埋め込み部との間に、積層方向において等価屈折率差がほとんど生じないようにしている。なお、以上のような埋め込み形状が実現できれば、メサ部２０６は平面形状が略正方形に限ることはない。

次に、積層構造の表面に、プラズマＣＶＤ法を用いて新たにＳｉＮｘ膜を成膜したのち、通常のフォトレジストを用いたリソグラフィー技術とＲＩＥとにより、ＳｉＮｘ膜をエッチングし、２次元空孔配列を有する空孔形成層２１０を形成する。２次元空孔配列は、中央部に空孔が存在しない点欠陥を有し、空孔の２次元周期が５μｍ、各空孔の直径が３μｍの三角格子状の２次元空孔配列とする。またエッチングする深さは、最下層の膜厚より小さな深さ、例えば５０ｎｍとする。なお、空孔の配列周期、孔径、深さなどは、空孔が形成された部分の平均屈折率と空孔がない点欠陥の平均屈折率との差により、基本横モード発振が得られるように、適宜調整される。

本実施形態例では、誘電体多層膜の内の１層における５０ｎｍ深さのエッチングによる二次元屈折率分布を、その上層の誘電体多層膜に及ぼした構造の疑似フォトニック結晶構造を採用した。この構成により、半導体多層膜反射鏡の大部分に空孔を深く形成するフォトニック結晶構造を有する第１の実施例と比べて、深さ制御性に優れ、かつ光の散乱損失を生じにくい効果が得られる。

続いて、通常のフォトレジストを用いたフォトリソグラフィーとＲＩＥとにより、ＳｉＮｘを除去してリング形状の開口を形成する。ＳｉＮｘ膜を除去した部分に、例えばＡｕＺｎを蒸着して、リング形状をしたｐ側電極２１１を形成する。このように、ｐ側電極２１１は、ｐ型コンタクト層２０５上に積層され、電流注入領域２０４ａの直上部における上部ＤＢＲミラー２０９の一部を、その積層面に沿って取り囲むようにしてリング状に形成される。その後、ｐ型コンタクト層２０５、電流ブロック層２０７及び２０８、活性層２０４の周縁部をｎ型コンタクト層に達するまでエッチングし、円形状のメサポスト２１３に加工する。

次いで、空孔を形成した上部多層膜反射鏡２０９の最下層２１０の上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、例えばＳｉＯ_２／ＳｉＮｘペア層からなる誘電体層を１２ペア積層して、誘電体多層膜からなる上部ＤＢＲミラー２０９を積層形成する。この工程により、ＳｉＮｘ膜からなる最下層２１０に形成された２次元空孔配列は、その最下層２１０を起点として、空孔配列の形状を少なくとも部分的に保持しながら、上部積層に伝達される。このようにして、上部ＤＢＲミラー２０９には、フォトニック結晶構造と類似の機能を有する、積層内の全体に屈折率の２次元配列構造が形成される。なお、２次元屈折率分布の起点となる空孔形成層は、必ずしも上部多層膜反射鏡２０９の最下層２１０に限定されない。また、１層には限定されず、例えば２ペア程度の層を空孔形成層としてもよい。

ＳｉＯ_２／ＳｉＮｘペア層からなる誘電体多層膜の上部ＤＢＲミラー２０９は、全体として所定透過率の光透過性を有している。面発光レーザ２００では、このように上部多層膜反射鏡として誘電体多層膜を用いることで、半導体多層膜を用いる場合に比べて、上部ＤＢＲミラー２０９における光の吸収損失を大幅に低減させている。

次いで、メサポスト２１３上に形成された上部ＤＢＲミラー２０９について説明する。上部ＤＢＲミラー２０９は、図５及び図６に示したように、メサポスト２１３を含む範囲に成膜され、メサポスト２１３を覆うようにこれと一体形成されている。上部ＤＢＲミラー２０９は、大別して出射窓部２０９ａと、この出射窓部２０９ａに比べて積層数が少ない低層部２０９ｂとによって構成されている。

出射窓部２０９ａは、活性層２０４内に設けられた電流注入領域２０４ａの直上部に位置し、電流注入領域２０４ａから発せられた自然放出光を下部ＤＢＲミラー２０２と協働して共振させ、その一部をレーザ光として出射させる。すなわち、出射窓部２０９ａは、上部ＤＢＲミラー２０９の中でＤＢＲミラーとして実際に機能する部分として設けられている。一方、低層部２０９ｂは、メサポスト２１３の側面２１３ａを含む領域であって電流注入領域２０４ａの直上部以外の周囲領域に形成され、側面部２１３ａを外気から保護する保護膜として機能する。

上記構成を有する上部ＤＢＲミラー２０９は、例えば、メサポスト２１３を含む範囲に所定層数の誘電体多層膜を成膜し、この誘電体多層膜のうち電流注入領域２０４ａの直上部以外の周囲領域をエッチングすることで形成される。具体的には、図６に破線で示すように、成膜された誘電体多層膜のうち環状のエッチング部２０９ｃをエッチングよって取り除くことで形成される。

誘電体多層膜としては、例えば、ＳｉＯ_２／ＳｉＮｘペア層からなる複合誘電体層が１２層積層され、その１２層のうち８層の複合誘電体層が、エッチング部２０９ｃとしてエッチングされる。本構成によって、出射窓部２０９ａは、１２層の複合誘電体層で形成され、低層部２０９ｂは、４層の複合誘電体層で構成される。なお、出射窓部２０９ａおよび低層部２０９ｂの積層数は、この例に限定されるものではなく、様々な積層構成が適用可能である。

その後、ｎ型コンタクト層２０３上に、例えばＴｉ／Ａｕからなるｎ側電極２１２を形成する。ｎ側電極２１２は、ｎ型コンタクト層２０３上に積層され、メサポスト２１３の底面部を積層面に沿って取り囲むようにして、コの字状又はＣ字状に形成されている。なお、ｐ側電極２１１及びｎ側電極２１２は、それぞれｐ側引出し電極２１４及びｎ側引出し電極２１５によって、図示しない外部回路（電流供給回路）に電気的に接続される。以上により本実施形態の面発光レーザが得られる。

上記各実施形態では、基板にＧａＡｓ基板を用いる例を示したが、基板にはＩｎＰなど、他の基板を採用することが出来る。上部クラッド層または上部（ｐ型）コンタクト層内に正方形状のメサ部を形成する例を示したが、適当な成長法を採用することにより、他の形状のメサ部が形成できれば、そのようなメサ部で足りる。上部クラッド層や、コンタクト層と電流ブロック層とを同じ材料で形成する例を示したが、双方の屈折率差が小さければ、別の材料を採用することも可能である。

以上、本発明をその好適な実施態様に基づいて説明したが、本発明の面発光レーザは、上記実施態様の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施態様の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

本発明の第１の実施形態に係る面発光レーザ素子の一部断面斜視図。図１の面発光レーザ素子について、その製造プロセス中の一工程段階を示す一部断面斜視図。図１の面発光レーザ素子について、その製造プロセス中の一工程段階を示す一部断面斜視図。図１の面発光レーザ素子について、その製造プロセス中の一工程段階を示す一部断面斜視図。本発明の第２の実施形態に係る面発光レーザ素子の平面図。本発明の第２の実施形態に係る面発光レーザ素子の断面図。

符号の説明

１０１：基板
１０２：下部ＤＢＲミラー
１０３：下部クラッド層
１０４：活性層
１０５：上部クラッド層
１０６：メサ部
１０７：電流ブロック層
１０８：電流ブロック層
１０９：上部ＤＢＲミラー
１１０：２次元空孔配列
１１１：上部電極
１１２：下部電極
２０１：基板
２０２：下部ＤＢＲミラー
２０３：ｎ型コンタクト層
２０４：活性層
２０５：ｐ型コンタクト層
２０６：メサ部
２０７：電流ブロック層
２０８：電流ブロック層
２０９：上部ＤＢＲミラー
２１０：２次元空孔配列
２１１：ｐ側電極
２１２：ｎ側電極
２１３：メサポスト
２１４：ｐ側引出し電極
２１５：ｎ側引出し電極

Claims

半導体基板上に順次に形成された、多層膜からなる第１の反射鏡、第１導電型の第１のクラッド層、活性層、第２導電型の第２のクラッド層、及び、多層膜からなる第２の反射鏡を含む積層構造を有する面発光半導体レーザ素子において、
前記第２のクラッド層は、一様な厚みを有する平坦部と該平坦部の中央部分において該平坦部から上方に突出するメサ部とを有し、該メサ部の側面が、前記平坦部に順次に積層された第１導電型の第１の電流ブロック層及び第２導電型の第２の電流ブロック層によって埋め込まれており、
前記メサ部の屈折率と、前記第１及び第２の電流ブロック層の等価屈折率とがほぼ等しく、
前記上部反射鏡構造には、空孔が存在しない点欠陥を前記メサ部上方の中央部に有する２次元空孔配列が形成されていることを特徴とする面発光半導体レーザ素子。
半導体基板上に順次に形成された、多層膜からなる第１の反射鏡、第１導電型の第１のコンタクト層、活性層、第２導電型の第２のコンタクト層、及び、誘電体多層膜からなる第２の反射鏡を含む積層構造を有する面発光半導体レーザ素子において、
前記第２のコンタクト層は、一様な厚みを有する平坦部と該平坦部の中央部分において該平坦部から上方に突出するメサ部とを有し、該メサ部の側面が、前記平坦部に順次に積層された第１導電型の第１の電流ブロック層及び第２導電型の第２の電流ブロック層によって埋め込まれており、
前記メサ部の屈折率と、前記第１及び第２の電流ブロック層の等価屈折率とがほぼ等しく、
前記誘電体多層膜には、積層面内における前記メサ部上方の所定の領域を除き、前記積層面内において周期的な屈折率の二次元分布が形成され、該屈折率の二次元分布は、前記所定の領域を除く領域に周期的に空孔を形成した前記誘電体多層膜の一つの層上に、誘電体多層膜の他の層を複数形成することにより形成されていることを特徴とする面発光半導体レーザ素子。
前記基板の主面が（１００）面であり、前記メサ部の横断面が、＜０１１＞方向又は＜０１-１＞方向との間でなす角度がそれぞれ４５度である４辺を有する略正方形構造である、請求項１又は２に記載の面発光半導体レーザ素子。