(57)【要約】      （修正有）【課題】活性層内においてキャリアが高効率で再結合し、低い発振閾値を有する垂直共振器型発光素子を提供する。【解決手段】第１の導電型を有する第１の半導体層１３Ａと、活性層１３Ｂと、第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する第２の半導体層１３Ｄとを含む半導体構造層１３と、半導体構造層１３を介して互いに対向する第１及び第２の反射鏡と、を有し、活性層１３Ｂは、複数の井戸層Ｗ１〜Ｗ４及び複数の障壁層Ｂ１〜Ｂ４からなる多重量子井戸構造を有し、複数の障壁層Ｂ１〜Ｂ４のうちの少なくとも１つの障壁層は、第１の副障壁層ＢＡと、第１の副障壁層上に形成されて第１の副障壁層ＢＡよりも小さなバンドギャップを有する第２の副障壁層ＢＢと、第２の副障壁層ＢＢ上に形成されて第２の副障壁層ＢＢよりも大きなバンドギャップを有する第３の副障壁層ＢＣと、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型を有する第１の半導体層と、活性層と、前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する第２の半導体層とを含む半導体構造層と、
前記半導体構造層を介して互いに対向する第１及び第２の反射鏡と、を有し、
前記活性層は、複数の井戸層及び複数の障壁層からなる多重量子井戸構造を有し、
前記複数の障壁層のうちの少なくとも１つの障壁層は、第１の副障壁層と、前記第１の副障壁層上に形成されて前記第１の副障壁層よりも小さなバンドギャップを有する第２の副障壁層と、前記第２の副障壁層上に形成されて前記第２の副障壁層よりも大きなバンドギャップを有する第３の副障壁層と、を有することを特徴とする垂直共振器型発光素子。
【請求項２】
前記第１及び第２の半導体層は、それぞれｎ型半導体層及びｐ型半導体層であり、
前記第３の副障壁層は、前記第２の副障壁層よりも前記ｐ型半導体層側に位置し、
前記第３の副障壁層は、前記第１の副障壁層よりも大きなバンドギャップを有することを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。
【請求項３】
前記第３の副障壁層は、前記ｎ型半導体層よりも大きなバンドギャップを有することを特徴とする請求項２に記載の垂直共振器型発光素子。
【請求項４】
前記半導体構造層は、前記活性層と前記ｐ型半導体層との間に前記ｐ型半導体層よりも大きなバンドギャップを有する電子ブロック層を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の垂直共振器型発光素子。
【請求項５】
前記ｎ型半導体層及びｐ型半導体層は、ＧａＮ層からなり、
前記複数の井戸層の各々は、ＩｎＧａＮ層からなり、
前記第２の副障壁層は、前記複数の井戸層の各々よりもＩｎ組成が小さいＩｎＧａＮ層からなり、
前記第１及び第３の副障壁層の各々は、ＧａＮ層からなることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。
【請求項６】
前記ｎ型半導体層及びｐ型半導体層は、ＧａＮ層からなり、
前記複数の井戸層の各々は、ＩｎＧａＮ層からなり、
前記第２の副障壁層は、前記複数の井戸層の各々よりもＩｎ組成が小さいＩｎＧａＮ層からなり、
前記第３の副障壁層は、ＡｌＧａＮ層からなることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。
【請求項７】
前記複数の障壁層のうち、最も前記第２の半導体層側に位置する最終障壁層は単層構造を有し、
前記複数の障壁層のうちの前記最終障壁層以外の他の障壁層の各々は前記第１、第２及び第３の副障壁層を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直共振器型面発光レーザ（VCSEL：vertical cavity surface emitting laser）などの垂直共振器型発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直共振器型面発光レーザ（以下、単に面発光レーザと称する）は、基板面に対して垂直に光を共振させ、当該基板面に垂直な方向に光を出射させる構造を有する半導体レーザである。例えば、特許文献１には、窒化物半導体層と誘電体材料からなる反射鏡とを有する面発光レーザが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第5707742号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、面発光レーザなどの垂直共振器型発光素子は、活性層を挟んで互いに対向する反射鏡を有し、当該反射鏡は共振器を構成する。そして、活性層から放出された光を共振器内で共振（レーザ発振）させ、当該共振した光を外部に取り出す。面発光レーザの発振閾値を下げるためには、素子内に注入されたキャリアが活性層内において高効率で再結合することが好ましい。
【０００５】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、活性層内においてキャリアが高効率で再結合し、低い発振閾値を有する垂直共振器型発光素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による垂直共振器型発光素子は、第１の導電型を有する第１の半導体層と、活性層と、第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する第２の半導体層とを含む半導体構造層と、半導体構造層を介して互いに対向する第１及び第２の反射鏡と、を有し、活性層は、複数の井戸層及び複数の障壁層からなる多重量子井戸構造を有し、複数の障壁層のうちの少なくとも１つの障壁層は、第１の副障壁層と、第１の副障壁層上に形成されて第１の副障壁層よりも小さなバンドギャップを有する第２の副障壁層と、第２の副障壁層上に形成されて第２の副障壁層よりも大きなバンドギャップを有する第３の副障壁層と、を有することを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１に係る面発光レーザの断面図である。
【図２】（ａ）は、実施例１に係る面発光レーザの活性層の断面図であり、（ｂ）は、実施例１に係る面発光レーザの半導体構造層のバンド図である。
【図３】実施例１に係る面発光レーザの各井戸層からの光出力を示す図である。
【図４】実施例２に係る面発光レーザの断面図である。
【図５】（ａ）は、実施例２に係る面発光レーザの活性層の断面図であり、（ｂ）は、実施例２に係る面発光レーザの半導体構造層のバンド図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。なお、以下の実施例においては、面発光レーザ（半導体レーザ）について説明する。しかし、本発明は、面発光レーザのみならず、垂直共振器型発光素子に適用することができる。
【実施例１】
【０００９】
図１は、実施例１に係る垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser、以下、面発光レーザと称する）である。面発光レーザ１０は、活性層１３Ｂを含む半導体構造層１３を介して互いに対向して配置された第１及び第２の反射鏡１２及び１４を有する。
【００１０】
面発光レーザ１０は、基板１１上に第１の反射鏡１２、半導体構造層１３及び第２の反射鏡１４が積層された構造を有している。具体的には、基板１１上に下地層（図示せず）が形成され、当該下地層上に第１の反射鏡１２が形成されている。また、第１の反射鏡１２上には半導体構造層１３が、半導体構造層１３上には第２の反射鏡１４が形成されている。本実施例においては、基板１１はＧａＮ基板である。また、下地層はＧａＮの組成を有する。
【００１１】
まず、第１及び第２の反射鏡１２及び１４について説明する。本実施例においては、第１の反射鏡１２は、低屈折率半導体層Ｌ１及び低屈折率半導体層Ｌ１よりも大きな屈折率を有する高屈折率半導体層Ｈ１が交互に複数回積層された半導体多層膜反射鏡である。本実施例においては、低屈折率半導体層Ｌ１は、ＩｎＡｌＮ層である。また、高屈折率半導体層Ｈ１は、ＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層及びＧａＮ層が積層された構造を有する。
【００１２】
また、本実施例においては、第２の反射鏡１４は、低屈折誘電体層Ｌ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２よりも大きな屈折率を有する高屈折率誘電体層Ｈ２が交互に複数回積層された誘電体多層膜反射鏡である。本実施例においては、低屈折率誘電体層Ｌ２はＳｉＯ２層からなり、高屈折率誘電体層Ｈ２はＮｂ２Ｏ５層からなる。
【００１３】
換言すれば、本実施例においては、第１の反射鏡１２は半導体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）であり、第２の反射鏡１４は誘電体材料からなる分布ブラッグ反射器である。
【００１４】
次に、半導体構造層１３について説明する。本実施例においては、半導体構造層１３は、ｎ型半導体層（第１の導電型を有する第１の半導体層）１３Ａと、活性層１３Ｂと、電子ブロック層１３Ｃと、ｐ型半導体層（第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する第２の半導体層）１３Ｄとが積層された構造を有する。本実施例においては、半導体構造層１３は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成を有する。
【００１５】
面発光レーザ１０は、半導体構造層１３のｎ型半導体層１３Ａに接続されたｎ電極（第１の電極）１５と、ｐ型半導体層１３Ｄに接続されたｐ電極（第２の電極）１６とを有する。ｎ電極１６は、ｎ型半導体層１３Ａ上に形成されている。また、ｐ電極１６は、ｐ型半導体層１３Ｄ上に形成されている。
【００１６】
具体的には、本実施例においては、半導体構造層１３は、ｐ型半導体層１３Ｄ、電子ブロック層１３Ｃ及び活性層１３Ｂが部分的に除去された部分を有し、当該除去部において露出したｎ型半導体層１３Ａの上面上にはｎ電極１５が形成されている。
【００１７】
また、半導体構造層１３上には、半導体構造層１３の側面及び上面を覆い、ｐ型半導体層１３Ｄの一部を露出させる開口部（第１の開口部）を有する絶縁膜１７が形成されている。なお、絶縁膜１７は、電流狭窄層として機能する。
【００１８】
ｐ電極１６は、絶縁膜１７の開口部を埋め込んで絶縁膜１７上に形成され、当該開口部から露出したｐ型半導体層１３Ｄに接触された透光電極１６Ａを有する。また、ｐ電極１６は、透光電極１６Ａ上に形成され、絶縁膜１７の開口部（第１の開口部）に対応する領域に開口部（第２の開口部）を有する接続電極１６Ｂを有する。
【００１９】
また、本実施例においては、第２の反射鏡１４は、ｐ電極１６の透光電極１６Ａ上における接続電極１６Ｂの開口部（第２の開口部）上の領域に形成されている。従って、接続電極１６Ｂは、透光電極１６Ａ上において第２の反射鏡１４を取り囲むように形成されている。第２の反射鏡１４は、透光電極１６Ａ及び半導体構造層１３を介して第１の反射鏡１２に対向している。
【００２０】
図１を参照し、面発光レーザ１０の発光動作の概略について説明する。まず、面発光レーザ１０においては、互いに対向する第１及び第２の反射鏡１２及び１４が共振器を構成する。半導体構造層１３（活性層１３Ｂ）から放出された光は、第１及び第２の反射鏡１２及び１４間において反射を繰り返し、共振状態に至る（レーザ発振を行う）。また、当該共振光は、その一部が第２の反射鏡１４を透過し、外部に取出される。このようにして、面発光レーザ１０は、基板１１に垂直な方向に光を出射する。
【００２１】
図２（ａ）は、面発光レーザ１０の活性層１３Ｂの構造を示す断面図である。活性層１３Ｂは、複数の量子井戸層（以下、単に井戸層と称する）Ｗ１〜Ｗ４と、井戸層Ｗ１〜Ｗ４よりも大きなバンドギャップを有する複数の障壁層Ｂ１〜Ｂ５からなる。
【００２２】
本実施例においては、ｎ型半導体層１３Ａ上に障壁層Ｂ１〜Ｂ４及び井戸層Ｗ１〜Ｗ４がそれぞれ交互に積層され、井戸層Ｗ４上には障壁層Ｂ５が形成されている。また、障壁層Ｂ５上には電子ブロック層１３Ｃが形成されている。換言すれば、本実施例においては、活性層１３Ｂは、４つの井戸層Ｗ１〜Ｗ４を有する多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。
【００２３】
また、本実施例においては、障壁層Ｂ１〜Ｂ４の各々は、第１の副障壁層ＢＡと、第１の障壁層ＢＡ上に形成されて第１の障壁層ＢＡよりも小さなバンドギャップを有する第２の副障壁層ＢＢと、第２の副障壁層ＢＢ上に形成されて第２の副障壁層ＢＢよりも大きなバンドギャップを有する第３の副障壁層ＢＣとを有する。第１の副障壁層ＢＡは第２の副障壁層ＢＢよりもｎ型半導体層１３Ａ側の副障壁層であり、第３の副障壁層ＢＣは第２の副障壁層ＢＢよりも電子ブロック層１３Ｃ側の副障壁層である。
【００２４】
図２（ｂ）は、半導体構造層１３のバンド図である。本実施例においては、ｎ型半導体層１３Ａ及びｐ型半導体層１３Ｄは、ＧａＮ層からなる。また、電子ブロック層１３Ｃは、ＡｌＧａＮ層からなる。
【００２５】
また、本実施例においては、井戸層Ｗ１〜Ｗ４の各々は、ＩｎＧａＮ層からなる。第１及び第３の副障壁層ＢＡ及びＢＣは、ＧａＮ層からなる。また、第２の副障壁層ＢＢは、井戸層Ｗ１〜Ｗ４よりもＩｎ組成が小さいＩｎＧａＮ層からなる。また、障壁層Ｂ５は、ＧａＮ層からなる。
【００２６】
従って、半導体構造層１３の各層は、図２（ｂ）に示すようなバンドギャップを有する。なお、本実施例においては、第１及び第３の副障壁層ＢＡ及びＢＣは、１ｎｍの層厚を有する。第２の副障壁層ＢＢは、４ｎｍの層厚を有する。なお、井戸層Ｗ１〜Ｗ４の各々は３ｎｍの層厚を有する。
【００２７】
ここで、障壁層Ｂ１〜Ｂ５について説明する。活性層１３Ｂが障壁層Ｂ１〜Ｂ５を有することで、活性層１３Ｂ内の各井戸層Ｗ１〜Ｗ４間でのフェルミ準位が均一化される。これによって、各井戸層Ｗ１〜Ｗ４から放出される光の出力が均一化される。また、井戸層Ｗ１〜Ｗ４に注入されたキャリア（電子及びホール）が高効率で再結合し、それぞれから高い効率で光が放出される。
【００２８】
具体的には、障壁層Ｂ１〜Ｂ４の各々は、相対的にバンドギャップの小さな第２の副障壁層ＢＢがこれよりも大きなバンドギャップを有する第１及び第３の副障壁層ＢＡ及びＢＣに挟まれた構造を有する。従って、一定量のキャリア（電子又はホール）が第２の副障壁層ＢＢに捕捉される。これによって、キャリアが活性層１３Ｂ内に留まる可能性が高い。
【００２９】
また、障壁層Ｂ１〜Ｂ４の各々（第１〜第３の副障壁層ＢＡ〜ＢＣ）は、活性層１３Ｂ内に注入されたキャリアにトンネル効果を生じさせる障壁層（トンネル障壁層）として機能する。すなわち、井戸層Ｗ１〜Ｗ４の各々に注入された（到達した）キャリアの一部は、障壁層Ｂ１〜Ｂ４を越えて他の井戸層に到達することができる。従って、各井戸層Ｗ１〜Ｗ４間でキャリアの再結合の程度（光強度）が均一化される。
【００３０】
図３は、活性層１３Ｂ及び各井戸層Ｗ１〜Ｗ４からの光出力を示す図である。図３の横軸は波長を示し、縦軸は光出力を示す。図３においては、曲線Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ１ｃ及びＣ１ｄの４つが井戸層Ｗ１〜Ｗ４の各々からの光出力（光学利得）を示す。また、曲線Ｃ２は活性層１３Ｂの全体からの光出力（光学利得）を示す。また、曲線Ｃ３は、面発光レーザ１０からの光出力を示す。
【００３１】
図３の曲線Ｃ１ａ〜Ｃ１ｄに示すように、井戸層Ｗ１〜Ｗ４の各々からの放出光の強度及び波長帯域はほぼ同一である。これは、障壁層Ｂ１〜Ｂ４によって井戸層Ｗ１〜Ｗ４のフェルミ準位が均一化されることに起因すると考えられる。
【００３２】
従って、曲線Ｃ２に示すように、活性層１３Ｂの全体から放出される光は、所定の波長帯域（図３の例では約４４５ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲）で最大化される。面発光レーザ１０が活性層１３Ｂを有することで、放出された光の多くがレーザ発振を行うこととなる。従って、発振閾値を小さくすることができる。従って、活性層１３Ｂ内においてキャリアが高効率で再結合し、低い発振閾値を有する面発光レーザ１０を提供することができる。
【００３３】
なお、上記した面発光レーザ１０の各層の組成は一例に過ぎない。例えば、本実施例においては、第１及び第３の副障壁層ＢＡ及びＢＣがＧａＮ層からなり、互いに同一のバンドギャップを有する場合について説明した。しかし、第１及び第３の副障壁層ＢＡ及びＢＣは、第２の副障壁層ＢＢよりも大きなバンドギャップを有していればよい。例えば、第１の副障壁層ＢＡ又は第３の副障壁層ＢＣは、第２の副障壁層ＢＢよりも小さなＩｎ組成を有するＩｎＧａＮ層からなっていてもよい。また、第１及び第３の副障壁層ＢＡ及びＢＣは、互いに異なるバンドギャップを有していてもよい。
【００３４】
また、本実施例においては、活性層１３Ｂが４つの井戸層Ｗ１〜Ｗ４を有する場合について説明したが、井戸層の層数はこれに限定されない。また、井戸層Ｗ１〜Ｗ４の組成はＩｎＧａＮに限定されない。また、井戸層Ｗ１〜Ｗ４は互いに異なるバンドギャップ及び組成を有していてもよい。
【００３５】
また、活性層１３Ｂが最もｐ型半導体層１３Ｄ側に位置する井戸層（最終井戸層）Ｗ４上に障壁層（最終障壁層）Ｂ５を有し、障壁層Ｂ５がＧａＮ層からなる場合について説明した。すなわち、本実施例においては、障壁層Ｂ１〜Ｂ５のうちの最もｐ型半導体層１３Ｄ側に位置する最終障壁層Ｂ５は単層構造を有し、最終障壁層Ｂ５以外の他の障壁層Ｂ１〜Ｂ４の各々は第１〜第３の副障壁層ＢＡ〜ＢＣを有する。
【００３６】
しかし、最終障壁層Ｂ５は単層構造を有する場合に限定されず、また、他の障壁層Ｂ１〜Ｂ４の各々は第１〜第３の副障壁層ＢＡ〜ＢＣを有する場合に限定されない。活性層１３は、複数の障壁層Ｂ１〜Ｂ５のうちの少なくとも１つの障壁層が第１〜第３の副障壁層ＢＡ〜ＢＣを有していればよい。
【００３７】
また、本実施例においては、半導体構造層１３が最終障壁層Ｂ５とｐ型半導体層１３Ｄとの間に電子ブロック層１３Ｃを有する場合について説明した。しかし、半導体構造層１３は電子ブロック層１３Ｃを有していなくてもよい。
【００３８】
なお、井戸層Ｗ１〜Ｗ４の各々間で光出力を安定して均一化することを考慮すると、障壁層Ｂ１〜Ｂ４の各々が第１〜第３の副障壁層ＢＡ〜ＢＣを有することが好ましい。また、電子ブロック層１３Ｃ（ＡｌＧａＮ層）を井戸層Ｗ４（ＩｎＧａＮ層）上に設ける場合、井戸層Ｗ４の保護のために、最終障壁層Ｂ５としてＧａＮ層を設けることが好ましい。すなわち、井戸層Ｗ１〜Ｗ４を挟む障壁層Ｂ１〜Ｂ４のうち、最もｐ型半導体層１３Ｄ側の最終障壁層Ｂ５のみが単層構造を有することが好ましい。
【００３９】
上記したように、本実施例においては、面発光レーザ１０は、活性層１３Ｂを有する半導体構造層１３と、半導体構造層１３を介して互いに対向する第１及び第２の反射鏡１２及び１４を有する。また、活性層１３Ｂは、複数の井戸層Ｗ１〜Ｗ４及び障壁層Ｂ１〜Ｂ４からなる多重量子井戸構造を有する。
【００４０】
また、障壁層Ｂ１〜Ｂ４のうちの少なくとも１つの障壁層は、第１の副障壁層ＢＡと、第１の障壁層ＢＡ上に形成されて第１の障壁層ＢＡよりも小さなバンドギャップを有する第２の副障壁層ＢＢと、第２の副障壁層ＢＢ上に形成されて第２の副障壁層ＢＢよりも大きなバンドギャップを有する第３の副障壁層ＢＣとを有する。従って、活性層１３Ｂ内においてキャリアが高効率で再結合し、低い発振閾値を有する面発光レーザ１０を提供することができる。
【実施例２】
【００４１】
図４は、実施例２に係る面発光レーザ２０の断面図である。面発光レーザ２０は、半導体構造層２１の構成を除いては、面発光レーザ１０と同様の構成を有する。また、半導体構造層２１は、活性層２１Ｂの構造を除いては、半導体構造層１３と同様の構成を有する。
【００４２】
図５（ａ）は、面発光レーザ２０の活性層２１Ｂの構造を示す断面図である。活性層２１Ｂは、井戸層Ｗ１〜Ｗ４と、井戸層Ｗ１〜Ｗ４よりも大きなバンドギャップを有する障壁層Ｂ１１〜Ｂ５からなる多重量子井戸構造を有する。本実施例においては、ｎ型半導体層１３Ａ上に障壁層Ｂ１１〜Ｂ４１及び井戸層Ｗ１〜Ｗ４がそれぞれ交互に積層され、井戸層Ｗ４上には障壁層Ｂ５が形成されている。
【００４３】
本実施例は、実施例１における活性層１３Ｂの障壁層Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３及びＢ４が、それぞれ障壁層Ｂ１１、Ｂ２１、Ｂ３１及びＢ４１に置換された場合の例に相当する。また、本実施例においては、障壁層Ｂ１１〜Ｂ４１の各々は、第３の副障壁層ＢＤの構成を除いては、障壁層Ｂ１〜Ｂ４と同様の構成を有する。
【００４４】
図５（ｂ）は、半導体構造層２１Ｂのバンド図である。図５（ｂ）を用いて障壁層Ｂ１１〜Ｂ４１について説明する。第３の副障壁層ＢＤは、活性層１３Ｂにおける第３の副障壁層ＢＣと同様に、第２の副障壁層ＢＢ上に形成されて第２の副障壁層ＢＢよりも大きなバンドギャップを有する。
【００４５】
また、本実施例においては、第３の副障壁層ＢＤは、第１の副障壁層ＢＡよりも大きなバンドギャップを有する。すなわち、相対的に小さなバンドギャップの第２の副障壁層ＢＢよりもｐ型半導体層１３Ｄ側の第３の副障壁層ＢＤは、第１及び第２の副障壁層ＢＡ及びＢＢよりも大きなバンドギャップを有する。
【００４６】
また、本実施例においては、第３の副障壁層ＢＤは、ｎ型半導体層１３Ａよりも大きなバンドギャップを有する。本実施例においては、第３の副障壁層ＢＤは、電子ブロック層１３Ｃよりも小さなＡｌ組成を有するＡｌＧａＮ層からなる。従って、半導体構造層２１の各層は、図５（ｂ）に示すようなバンドギャップを有する。
【００４７】
次に、本実施例に係る障壁層Ｂ１１〜Ｂ４１について説明する。本実施例においては、障壁層Ｂ１１〜Ｂ４１の各々は、第２の副障壁層ＢＢを挟んでこれよりも大きなバンドギャップを有する第１及び第３の副障壁層ＢＡ及びＢＤが設けられた構造を有する。また、第３の副障壁層ＢＤは、第１の副障壁層ＢＡよりも大きなバンドギャップを有する。
【００４８】
第１及び第３の副障壁層ＢＡ及びＢＤは、電子及びホールの移動度（移動しやすさ）の違いを考慮した好ましいバンドギャップの関係を有する。具体的には、素子の駆動時には、電子はｎ型半導体層１３Ａから、ホールはｐ型半導体層１３Ｄからそれぞれ活性層２１Ｂに向かって移動する。ここで、電子はホールに比べて移動度が大きいため、井戸層Ｗ１〜Ｗ４における電子の量及びホールの量に偏りができる傾向にある。
【００４９】
障壁層Ｂ１１〜Ｂ４１においては、第３の副障壁層ＢＤが電子の移動を制限し、活性層２１Ｂ内に電子を留める作用を有する。一方、第１の副障壁層ＢＡは、ホールの移動を制限し、活性層２１Ｂ内に留める作用を有する。そして、第３の副障壁層ＢＤのバンドギャップを第１の副障壁層ＢＡのバンドギャップよりも大きくすることで、電子の移動の制限力をホールの制限力よりも大きくする。従って、電子及びホールの活性層２１Ｂ内での移動量を合わせ、各井戸層Ｗ１〜Ｗ４への注入量を均一化することができる。
【００５０】
従って、各井戸層Ｗ１〜Ｗ４で均一化された放出光を得ることができ、低い閾値でレーザ発振させることができる。従って、活性層２１Ｂ内においてキャリアが高効率で再結合し、低い発振閾値を有する面発光レーザ２０を提供することができる。
【００５１】
また、本実施例においては、第３の副障壁層ＢＤは、ｎ型半導体層１３Ａよりも大きなバンドギャップを有する。従って、大電流駆動時や高温での駆動時などに高い発光効率を得ることができる。
【００５２】
具体的には、大電流を印加した場合には、電子の移動度も大きくなり、ｎ型半導体層１３Ａから注入された電子が活性層２１Ｂを通過する可能性が高くなる。従って、発光効率が低下する可能性がある。これに対し、本実施例においては、ｎ型半導体層１３Ａよりも大きなバンドギャップの第３の副障壁層ＢＤが活性層２１Ｂ内に設けられている。電子の移動を比較的大きく制限し、活性層２１Ｂ内に電子を留めることができる。従って、例えば大電流駆動時及び高温時であっても、活性層２１Ｂ内においてキャリアが高効率で再結合し、低い発振閾値を有する面発光レーザ２０を提供することができる。
【００５３】
また、大電流駆動時において高い発光効率を得ることを考慮すると、半導体構造層２１が、活性層２１Ｂとｐ型半導体層１３Ｄとの間にｐ型半導体層よりも大きなバンドギャップを有する電子ブロック層１３Ｃを有することが好ましい。
【００５４】
なお、本実施例においては、第３の副障壁層ＢＤがｎ型半導体層１３Ａよりも大きなバンドギャップを有する場合について説明したが、第３の副障壁層ＢＤの構成はこれに限定されない。また、第１及び第３の副障壁層ＢＡ及びＢＤの組成は上記に限定されない。第３の副障壁層ＢＤは、第１の副障壁層ＢＡよりも大きなバンドギャップを有していればよい。例えば、第１の副障壁層ＢＡはＩｎＧａＮ層からなり、第３の副障壁層ＢＤはＧａＮ層からなっていてもよい。
【００５５】
上記したように、本実施例においては、面発光レーザ２０の半導体構造層２１は、井戸層Ｗ１〜Ｗ４及び障壁層Ｂ１１〜Ｂ４１が積層された多重量子井戸構造の活性層２１Ｂを有する。また、障壁層Ｂ１１〜Ｂ４１の各々は、第１及び第２の副障壁層ＢＡ及びＢＢと、第２の副障壁層ＢＢ上に形成されて第１の副障壁層ＢＡよりも大きなバンドギャップを有する第３の副障壁層ＢＤを有する。また、半導体構造層２１はｎ型半導体層１３Ａ及びｐ型半導体層１３Ｄを有し、第３の副障壁層ＢＤは第２の副障壁層ＢＢよりもｐ型半導体層１３Ｄ側に位置する。従って、活性層２１Ｂ内においてキャリアが高効率で再結合し、低い発振閾値を有する面発光レーザ２０を提供することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０、２０  半導体レーザ（垂直共振器型発光素子）
１３Ｂ  活性層
Ｗ１〜Ｗ４  井戸層
Ｂ１〜Ｂ４、Ｂ１１〜Ｂ４１  障壁層
ＢＡ  第１の副障壁層
ＢＢ  第２の副障壁層
ＢＣ、ＢＤ  第３の副障壁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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