(57)【要約】【課題】閾値が低く、光吸収が少なくて高効率な半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】第１の電極１３４と、第２の電極１３１と、第１の反射鏡１０２と、第２の反射鏡１４０と、共振器１１０とを備え、共振器１１０は、活性層１０５と、電流が流れる第１の領域１０７ｂと、電流の流れを制限する第２の領域１０７ａとを有する電流経路制限層１０７と、第１の半導体層１１１、１１２とを備え、第１の半導体層１１１、１１２は、第２の半導体層１２１と、第３の半導体層１２２とを備え、第２の半導体層１２１は第３の半導体層１２２よりも第２の電極１３１に近く設けられ、第２の半導体層１２１と第３の半導体層１２２は第１の半導体層１１１、１１２よりもドーピング濃度が高く、第２の半導体層１２２の導電率と膜厚の積が第３の半導体層１２１の導電率と膜厚の積よりも高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、
第２の電極と、
第１の反射鏡と、
第２の反射鏡と、
前記第１の反射鏡および前記第２の反射鏡との間に設けられた共振器と、を備え、
前記共振器は、活性層と、前記第１の電極と前記第２の電極間に流れる電流の経路を制限する電流経路制限層と、第１の半導体層と、を前記第１の電極から前記第２の電極に向かってこの順に備え、
前記第１の半導体層は、前記第１の半導体層よりもドーピング濃度が高い第２の半導体層と第３の半導体層を備え、前記第２の半導体層は前記第３の半導体層よりも前記第２の電極に近く設けられ、
前記第２の半導体層の導電率と膜厚の積が前記第３の半導体層の導電率と膜厚の積よりも高い半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第２の半導体層の導電率と膜厚の積が前記第３の半導体層の導電率と膜厚の積よりも２０％以上高い請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第２の半導体層の導電率と膜厚の積が前記第３の半導体層の導電率と膜厚の積よりも５０％以上高い請求項２記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第２の半導体層の導電率が前記第３の半導体層の導電率よりも高い請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第２の半導体層の膜厚が前記第３の半導体層の膜厚よりも大きい請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第２の半導体層および前記第３の半導体層のドーピング濃度は、１×１０１９ｃｍ−３以上２×１０２０ｃｍ−３以下である請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記第１の半導体層のドーピング濃度は、５×１０18ｃｍ−３以下である請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記第２の半導体層は、前記第２の電極との間のコンタクト層である請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記第２の半導体層は、前記第２の電極と離間して設けられている請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記共振器内に形成される光の定在波の節が前記第２の半導体層と前記第３の半導体層内にある請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記第１の半導体層が、前記第２の半導体層と前記第３の半導体層との間に、前記第１の半導体層よりもドーピング濃度が高い第４の半導体層をさらに備え、
前記第２の半導体層の導電率と膜厚の積が前記第４の半導体層の導電率と膜厚の積よりも高い請求項１〜１０のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１２】
前記第４の半導体層の導電率と膜厚の積が前記第３の半導体層の導電率と膜厚の積よりも高い請求項１１記載の半導体レーザ素子。
【請求項１３】
前記第４の半導体層の導電率と膜厚の積が前記第３の半導体層の導電率と膜厚の積と同じである請求項１１記載の半導体レーザ素子。
【請求項１４】
前記第２の半導体層の導電率と膜厚の積が前記第４の半導体層の導電率と膜厚の積よりも２０％以上高い請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１５】
前記第２の半導体層の導電率と膜厚の積が前記第４の半導体層の導電率と膜厚の積よりも５０％以上高い請求項１４記載の半導体レーザ素子。
【請求項１６】
前記第２の半導体層の導電率が前記第３の半導体層および前記第４の半導体層の導電率よりも高い請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１７】
前記第２の半導体層の膜厚が前記第３の半導体層および前記第４の半導体層の膜厚よりも大きい請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１８】
前記第２の半導体層、前記第３の半導体層および前記第４の半導体層のドーピング濃度は、１×１０１９ｃｍ−３以上２×１０２０ｃｍ−３以下である請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１９】
前記共振器内に形成される光の定在波の節が前記第２の半導体層と前記第３の半導体層と前記第４の半導体層内にある請求項１１〜１８のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項２０】
請求項１乃至１９のいずれかに記載の半導体レーザ素子を複数備えるレーザアレイ。
【請求項２１】
請求項１乃至１９のいずれかに記載の半導体レーザ素子を備える光学機器。
【請求項２２】
請求項１乃至１９のいずれかに記載の半導体レーザ素子を備える通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子に関し、特に、垂直共振器型の面発光型半導体レーザ（VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting LASER）素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の面発光型半導体レーザ素子として、ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）ミラーである上部および下部多層膜反射鏡の間に活性層を含む複数の半導体層を積層した垂直共振器型の面発光型半導体レーザ素子が開示されている（特許文献１参照）。また、この米国特許に開示される面発光型半導体レーザ素子は、メサポスト構造を有するとともに、電流経路を制限して電流注入効率を上げるための電流狭窄層を備えている。この電流狭窄層は、外周に位置する電流狭窄部と、電流狭窄部の中心に位置する電流注入部とを有するものである。この電流注入部は、面発光型半導体レーザ素子に電流を注入した際の電流経路になる。
【０００３】
さらに、上記米国特許に開示される面発光型半導体レーザ素子は、ｐ側円環電極からの電流注入を効率よく行なうために、ｐ側円環電極と活性層との間の複数の半導体層の所定位置に、ｐ型ドーパント濃度を高めたｐ型高濃度半導体からなる低抵抗のコンタクト層を備えている。ｐ側円環電極から注入された電流は、コンタクト層を電流経路として、電流狭窄層を経由して効率よく活性層まで注入される。その結果、面発光型半導体レーザ素子の発振しきい値電流は低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５２４５６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体レーザ素子においては、より閾値が低く、光吸収がより少なくてより高効率なものが求められている。
【０００６】
本発明は、閾値が低く、光吸収が少なくて高効率な半導体レーザ素子を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、
第１の電極と、
第２の電極と、
第１の反射鏡と、
第２の反射鏡と、
前記第１の反射鏡および前記第２の反射鏡との間に設けられた共振器と、を備え、
前記共振器は、活性層と、前記第１の電極と前記第２の電極間に流れる電流の経路を制限する電流経路制限層と、第１の半導体層と、を前記第１の電極から前記第２の電極に向かってこの順に備え、
前記第１の半導体層は、前記第１の半導体層よりもドーピング濃度が高い第２の半導体層と第３の半導体層を備え、前記第２の半導体層は前記第３の半導体層よりも前記第２の電極に近く設けられ、
前記第２の半導体層の導電率と膜厚の積が前記第３の半導体層の導電率と膜厚の積よりも高い半導体レーザ素子が提供される。
【０００８】
好ましくは、前記第２の半導体層の導電率と膜厚の積が前記第３の半導体層の導電率と膜厚の積よりも２０％以上高い。
【０００９】
より好ましくは、前記第２の半導体層の導電率と膜厚の積が前記第３の半導体層の導電率と膜厚の積よりも５０％以上高い。
【００１０】
また、好ましくは、前記第２の半導体層の導電率が前記第３の半導体層の導電率よりも高い。
【００１１】
また、好ましくは、前記第２の半導体層の膜厚が前記第３の半導体層の膜厚よりも大きい。
【００１２】
また、好ましくは、前記第２の半導体層および前記第３の半導体層のドーピング濃度は、１×１０１９ｃｍ−３以上２×１０２０ｃｍ−３以下である。
【００１３】
また、好ましくは、前記第１の半導体層のドーピング濃度は、５×１０18ｃｍ−３以下である。
【００１４】
また、好ましくは、前記第２の半導体層は、前記第２の電極との間のコンタクト層である。
【００１５】
また、好ましくは、前記第２の半導体層は、前記第２の電極と離間して設けられている。
【００１６】
また、好ましくは、前記共振器内に形成される光の定在波の節が前記第２の半導体層と前記第３の半導体層内にある。
【００１７】
また、好ましくは、前記第１の半導体層が、前記第２の半導体層と前記第３の半導体層との間に、前記第１の半導体層よりもドーピング濃度が高い第４の半導体層をさらに備え、
前記第２の半導体層の導電率と膜厚の積が前記第４の半導体層の導電率と膜厚の積よりも高い。
【００１８】
また、好ましくは、前記第４の半導体層の導電率と膜厚の積が前記第３の半導体層の導電率と膜厚の積よりも高い。
【００１９】
また、好ましくは、前記第４の半導体層の導電率と膜厚の積が前記第３の半導体層の導電率と膜厚の積と同じである。
【００２０】
また、好ましくは、前記第２の半導体層の導電率と膜厚の積が前記第４の半導体層の導電率と膜厚の積よりも２０％以上高い。
【００２１】
より好ましくは、前記第２の半導体層の導電率と膜厚の積が前記第４の半導体層の導電率と膜厚の積よりも５０％以上高い。
【００２２】
また、好ましくは、前記第２の半導体層の導電率が前記第３の半導体層および前記第４の半導体層の導電率よりも高い。
【００２３】
また、好ましくは、前記第２の半導体層の膜厚が前記第３の半導体層および前記第４の半導体層の膜厚よりも大きい。
【００２４】
また、好ましくは、前記第２の半導体層、前記第３の半導体層および前記第４の半導体層のドーピング濃度は、１×１０１９ｃｍ−３以上２×１０２０ｃｍ−３以下である。
【００２５】
また、好ましくは、前記共振器内に形成される光の定在波の節が前記第２の半導体層と前記第３の半導体層と前記第４の半導体層内にある。
【００２６】
また、本発明によれば、上記いずれかの半導体レーザ素子を複数備えるレーザアレイが提供される。
【００２７】
また、本発明によれば、上記いずれかの半導体レーザ素子を備える光学機器が提供される。
【００２８】
また、本発明によれば、上記いずれかの半導体レーザ素子を備える通信システムが提供される。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、閾値が低く、光吸収が少なくて高効率な半導体レーザ素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の好ましい第１の実施の形態の半導体レーザ素子を説明するための概略縦断面図である。
【図２】本発明の好ましい第２の実施の形態の半導体レーザ素子を説明するための概略縦断面図である。
【図３】本発明の好ましい第３の実施の形態の半導体レーザ素子を説明するための概略縦断面図である。
【図４】本発明の好ましい第４の実施の形態の半導体レーザ素子を説明するための概略縦断面図である。
【図５】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の半導体レーザ素子の構造における好ましい実施例を説明するための表である。
【図６】本発明の好ましい第１〜第４の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイを説明するための概略斜視図である。
【図７】本発明の好ましい第１〜第４の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイチップを説明するための概略平面図である。
【図８】本発明の好ましい第１〜第４の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を用いた面発光レーザパッケージを説明するための概略縦断面図である。
【図９】本発明の好ましい第１〜第４の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を用いた光ディスク用ピックアップを説明するための概略縦断面図である。
【図１０】本発明の好ましい第１〜第４の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を用いた光送受信モジュールを説明するための概略平面図である。
【図１１】本発明の好ましい第１〜第４の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子と光導波路との光結合構造、または本発明の好ましい第１〜第４の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイと光導波路との光結合構造を説明するための概略縦断面図である。
【図１２】本発明の好ましい第１〜第４の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子と光導波路との光結合構造、または本発明の好ましい第１〜第４の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイと光導波路との光結合構造を説明するための概略縦断面図である。
【図１３】本発明の好ましい第１〜第４の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子と光導波路との光結合構造、または本発明の好ましい第１〜第４の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイと光導波路との光結合構造を説明するための概略縦断面図である。
【図１４】本発明の好ましい第１〜第４の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を用いた通信システム、または本発明の好ましい第１〜第４の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイを用いた通信システムを説明するための概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態に係る面発光型半導体レーザ素子構造および製造方法を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００３２】
（第１の実施の形態）
まず、図１を参照して、本発明の好ましい第１の実施の形態の半導体レーザ素子１００を説明する。本実施の形態に係る面発光型半導体レーザ素子のレーザ発振波長は、１１００ｎｍ帯である。
【００３３】
図１に示すように、この面発光型半導体レーザ素子１００は、基板１０１と、基板１０１上に形成された下部半導体多層膜反射鏡である下部ＤＢＲミラー１０２と、バッファ層１０３と、ｎ型コンタクト層１０４と、多重量子井戸構造を有する活性層１０５と、外周に位置する電流狭窄部１０７ａと電流狭窄部１０７ａの中心に位置する円形の電流注入部１０７ｂとを有する電流狭窄層１０７と、ｐ型スペーサ層１１１と、ｐ型高濃度半導体層１２２と、ｐ型スペーサ層１１２と、ｐ型コンタクト層１２１とが順次積層した構造を有する。そして、活性層１０５からｐ型コンタクト層１２１までが円柱状のメサポスト１３０を構成している。ｐ型コンタクト層１２１上にはｐ側円環電極１３１が形成され、メサポスト１３０の外側のｎ型コンタクト層１０４上にはｎ側電極１３４が形成されている。
【００３４】
基板１０１は、アンドープのＧａＡｓからなる。下部ＤＢＲミラー１０２は、ＧａＡｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層の３４ペアからなる。バッファ層１０３は、アンドープＧａＡｓからなる。ｎ型コンタクト層１０４は、ｎ＋型ＧａＡｓからなる。活性層１０５は、層数が３のＧａＩｎＡｓ井戸層と層数が４のＧａＡｓ障壁層が交互に積層した構造を有しており、最下層のＧａＡｓ障壁層はｎ型クラッド層としても機能する。ｎ型ＧａＡｓ層は例えばノンドープであり、ｎ＋型ＧａＡｓ層のドーパント濃度は例えば１×１０１９ｃｍ−３程度である。
【００３５】
電流狭窄層１０７については、電流狭窄部１０７ａはＡｌ酸化物を含み、電流注入部１０７ｂは、直径が５〜７μｍであり、ＡｌＡｓからなる。電流狭窄部１０７ａによって、ｐ側円環電極１３１とｎ側電極１３４との間に流れる電流の経路を制限して、電流注入部１０７ｂに電流の流れを集中させており、電流狭窄層１０７は、電流経路制限層として機能している。
【００３６】
ｐ型スペーサ層１１１、１１２は炭素をドーピングしたｐ型のＧａＡｓからなり、ｐ型コンタクト層１２１、ｐ型高濃度半導体層１２２は炭素をドープしたｐ＋型のＧａＡｓからなる。ｐ型スペーサ層１１１、１１２のアクセプタ濃度（ドーピング濃度という）は、１×１０１６ｃｍ−３〜５×１０１８ｃｍ−３の範囲の、例えば、１×１０１８ｃｍ−３である。ドーピング濃度が１×１０１６ｃｍ−３より低いと低濃度層の縦方向の注入抵抗により注入効率が下がってしまうので好ましくなく、５×１０１８ｃｍ−３より高いと光損失に影響が生じ、高濃度層のそれに対し半分以上の割合で増えてくるので好ましくない。ｐ型コンタクト層１２１、ｐ型高濃度半導体層１２２のドーピング濃度については後述する。
【００３７】
ｐ型コンタクト層１２１およびｐ型高濃度半導体層１２２は、ｐ側円環電極１３１から導入された電流を、電流狭窄層１０７の中央の電流注入部１０７ｂに横方向に導く電流経路層として機能する。
【００３８】
なお、本実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００では設けていないが、電流狭窄層１０７を挟むように下部傾斜組成層及び上部傾斜組成層を設けることが好ましい。この場合、下部傾斜組成層および上部傾斜組成層は、例えば、ＡｌｘＧａ1-ｘＡｓからなり、厚さ方向において電流狭窄層１０７に近づくにつれてそのＡｌ組成が徐々に増加するように構成される。
【００３９】
ｐ型コンタクト層１２１上に、Ｔｉ／Ｐｔ（下層がＴｉでその上にＰｔが形成された構造）からなり、中心に開口１３２を有するとともに、メサポスト１３０の外周と一致する外周を有するｐ側円環電極１３１が形成されている。ｐ側円環電極１３１の外径は、たとえば３０μｍであり、開口部１１３ａの内径は、たとえば１１〜１４μｍである。ｐ側円環電極１３１はｐ型コンタクト層１２１と直接接して設けられている。
【００４０】
ｐ側円環電極１３１の開口部１３２内には、誘電体材料からなる円板状の誘電体層１４１が形成されている。誘電体層１４１の上面１４２からバッファ層１０３の底面までの部分が共振器１１０を構成している。
【００４１】
本実施の形態では、ｐ型コンタクト層１２１の厚さの中央が、半導体レーザ素子１００のレーザ発振時の定在波の光強度の節であって共振器の上端から数えて１番目の節に位置している。ｐ型高濃度半導体層１２２も、半導体レーザ素子１００のレーザ発振時の定在波の光強度の節に位置しており、共振器の上面１４２から数えてｎ（ｎは整数）番目の節に位置しており、例えば、２番目の節に位置している。ｐ型コンタクト層１２１やｐ型高濃度半導体層１２２を半導体レーザ素子１００のレーザ発振時の定在波の光強度の節の位置に設けるのは、ｐ型コンタクト層１２１やｐ型高濃度半導体層１２２による光損失を少なくするためである。
【００４２】
ｐ側円環電極１３１および誘電体層１４１上に誘電体からなる上部多層膜反射鏡である上部ＤＢＲミラー１４０が形成されている。上部ＤＢＲミラー１４０は、たとえばＳｉＮｘ／ＳｉＯ２の１０〜１２ペアからなる。また、表面保護のためにＳｉＯ２１４３とその上のＳｉＮｘ１４４からなるパッシベーション膜１４５が全面に形成されている。このパッシベーション膜１４５のＳｉＯ２１４３とＳｉＮｘ１４４は、ＤＢＲミラー１４０の最下層のＳｉＯ２とＳｉＮｘを兼ねている。従って、ＳｉＮｘ／ＳｉＯ２からなる上部ＤＢＲミラー１４０は、その最下層は、パッシベーション膜１４５のＳｉＯ２であり、その上に、パッシベーション膜１４５のＳｉＮｘがあり、その上にＳｉＯ２とＳｉＮｘが交互に積層され、最上層がＳｉＮｘである構造となっている。なお、パッシベーション膜１４５は、たとえばα−Ｓｉ／ＳｉＯ２またはα−Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３のペアを、その材料の屈折率に応じて９９％程度の適切な反射率が得られるようなペア数にしたものでもよい。
【００４３】
ｎ型コンタクト層１０４は、メサポスト１３０の下部から半径方向外側に延びており、その表面にたとえばＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ（下側がＡｕＧｅＮｉ、上側Ａｕ）からなる半円環状のｎ側電極１３４が形成されている。ｎ側電極１３４は、たとえば外径が８０μｍ、内径が４０μｍである。
【００４４】
ｎ側電極１１７に対して、パッシベーション膜１４５に形成された開口部１４７を介して接触するように、Ａｕからなるｎ側引き出し電極１３６が形成されている。一方、ｐ側円環電極１３１に対しても、パッシベーション膜１４５に形成された開口部１４６を介して接触するように、Ａｕからなるｐ側引き出し電極１３５が形成されている。そして、ｎ側電極１３４およびｐ側円環電極１３１は、それぞれｎ側引き出し電極１３６およびｐ側引き出し電極１３５によって、外部に設けた電流供給回路(図示せず）に電気的に接続している。
【００４５】
面発光型半導体レーザ素子１００は、外部に設けた電流供給回路(図示せず）からそれぞれｎ側引き出し電極１３６およびｐ側引き出し電極１３５を介してｎ側電極１３４およびｐ側円環電極１３１間に電圧を印加し、電流を注入すると、電流は主に低抵抗のｐ型コンタクト層１２１およびｐ型高濃度半導体層１２２を流れ、さらに電流経路が電流狭窄層１０７によって電流注入部１０７ｂ内に狭窄されて、高い電流密度で活性層１０５に供給される。その結果、活性層１０５はキャリア注入されて自然放出光を発光する。自然放出光のうち、レーザ発振波長である波長λの光は、下部ＤＢＲミラー１０２と上部ＤＢＲミラー１４０との間で定在波を形成し、活性層１０５によって増幅される。そして、注入電流がしきい値以上になると、定在波を形成する光がレーザ発振し、ｐ側円環電極１３１の開口部１３２から１１００ｎｍ帯のレーザ光が出力する。
【００４６】
次に、面発光型半導体レーザ素子１００の製造方法について説明する。
【００４７】
はじめに、エピタキシャル成長法によって、基板１０１上に下部ＤＢＲミラー１０２、バッファ層１０３、ｎ型コンタクト層１０４、活性層１０５、ＡｌＡｓからなる被酸化層、ｐ型スペーサ層１１１、ｐ型高濃度半導体層１２２、ｐ型スペーサ層１１２、ｐ型コンタクト層１２１を順次積層し、さらにプラズマＣＶＤ（化学気相成長：Chemical Vapor Deposition)法およびフォトリソグラフィ技術によって、後に述べるｐ型円環電極１３１とコンタクト層との段差を緩和させるために、ＳｉＮｘからなる円板状の誘電体層１４１をｐ型コンタクト層１２１上に選択的に形成する。
【００４８】
次に、リフトオフ法を用いて、誘電体層１４１の周囲のｐ型コンタクト層１２１上に、Ｔｉ／Ｐｔ層からなるｐ側円環電極１３１を選択的に形成する。
【００４９】
次に、ｐ側円環電極１３１を金属マスクとして、酸エッチング液等を用いてｎ型コンタクト層１０４に到る深さまで半導体層をエッチングして円柱状のメサポスト１３０をｐ側円環電極１３１に対して自己整合的に形成し、さらに別のマスクを形成し、バッファ層１０３に到る深さまでｎ型コンタクト層１０４をエッチングする。
【００５０】
次に、水蒸気雰囲気中において熱酸化処理を行って、ＡｌＡｓからなる被酸化層（電流狭窄層１０７に相当する層）をメサポスト１３０の外周側から選択酸化する。このとき、ＡｌＡｓからなる被酸化層の外周部において酸化反応が起こり、Ａｌ酸化物を含む電流狭窄部１０７ａが形成される。上記化学反応はＡｌＡｓからなる被酸化層の外周側から均一に進行するので、中心にはＡｌＡｓからなる電流注入部１０７ｂが形成される。ここでは、熱処理時間等を調整して、電流注入部１０７ｂの直径が５〜７μｍになるようにする。このように電流注入部１０７ｂを形成するので、メサポスト１３０の中心と、電流注入部１０７ｂの中心と、さらにｐ側円環電極１１３の開口部１１３ａの中心とを高精度に一致させることができる。その結果、面発光型半導体レーザ素子１００を発振時の横モード数が安定している再現性の良いマルチモード発振モードレーザとすることができる。
【００５１】
次に、メサポスト１３０の外周側のｎ型コンタクト層１０４の表面に、半円環状のｎ側電極１３４を形成する。
【００５２】
次に、プラズマＣＶＤ法を用いて全面にＳｉＯ２膜１４３およびＳｉＮｘ膜１４４からなるパッシベーション膜１４５を形成した後、ｎ側電極１３４およびｐ側円環電極１３１上においてパッシベーション膜１４５に開口部１４７、１４６をそれぞれ形成し、これらの開口部１４７、１４６を介してｎ側電極１３４に接触するｎ側引き出し電極１３６と、ｐ側円環電極１３１に接触するｐ側引き出し電極１３５をそれぞれ形成する。
【００５３】
つぎに、プラズマＣＶＤ法を用いて上部ＤＢＲミラー１４０６を形成した後に、基板１０１の裏面を研磨し、基板１０１の厚さをたとえば１５０μｍに調整する。その後、素子分離を行い、図１に示す面発光型半導体レーザ素子１００が完成する。
【００５４】
（第２の実施の形態）
次に、図２を参照して、本発明の好ましい第２の実施の形態の半導体レーザ素子１００を説明する。
【００５５】
第１の実施の形態では、電流狭窄層１０７とｐ側円環電極１３１との間に、電流狭窄層１０７からｐ側円環電極１３１に向かって、ｐ型スペーサ層１１１と、ｐ型高濃度半導体層１２２と、ｐ型スペーサ層１１２と、ｐ型コンタクト層１２１とを順次積層して設け、ｐ側円環電極１３１をｐ型コンタクト層１２１と直接接して設けているが、本実施の形態では、電流狭窄層１０７とｐ側円環電極１３１との間に、電流狭窄層１０７からｐ側円環電極１３１に向かって、ｐ型スペーサ層１１１と、ｐ型高濃度半導体層１２２と、ｐ型スペーサ層１１３と、ｐ型高濃度半導体層１２３と、ｐ型スペーサ層１１４とを順次積層して設けており、ｐ側円環電極１３１をｐ型スペーサ層１１４と直接接して設けている点が第１の実施の形態と異なるが、他の点は同様である。ｐ型高濃度半導体層１２２、１２３は、ｐ側円環電極１３１から導入された電流を、電流狭窄層１０７の中央の電流注入部１０７ｂに横方向に導く電流経路層として機能する点においても、本実施の形態は第１の実施の形態と同様である。製造方法も同様である。
【００５６】
ｐ型スペーサ層１１１、１１３、１１４は炭素をドーピングしたｐ型のＧａＡｓからなり、ｐ型高濃度半導体層１２２、１２３は炭素をドープしたｐ＋型のＧａＡｓからなる。ｐ型スペーサ層１１１、１１３、１１４のアクセプタ濃度（ドーピング濃度）は、１×１０１６ｃｍ−３〜５×１０１８ｃｍ−３の範囲の、例えば、１×１０１８ｃｍ−３である。ドーピング濃度が１×１０１６ｃｍ−３より低いと低濃度層の縦方向の注入抵抗により注入効率が下がってしまうので好ましくなく、５×１０１８ｃｍ−３より高いと光損失に影響が、高濃度層のそれに対し半分以上の割合で増えてくるので好ましくない。ｐ型高濃度半導体層１２２、１２３のドーピング濃度については後述する。
【００５７】
（第３の実施の形態）
次に、図３を参照して、本発明の好ましい第３の実施の形態の半導体レーザ素子１００を説明する。
【００５８】
第１の実施の形態では、電流狭窄層１０７とｐ側円環電極１３１との間に、電流狭窄層１０７からｐ側円環電極１３１に向かって、ｐ型スペーサ層１１１と、ｐ型高濃度半導体層１２２と、ｐ型スペーサ層１１２と、ｐ型コンタクト層１２１とを順次積層して設けたが、本実施の形態では、電流狭窄層１０７とｐ側円環電極１３１との間に、電流狭窄層１０７からｐ側円環電極１３１に向かって、ｐ型スペーサ層１１１と、ｐ型高濃度半導体層１２２と、ｐ型スペーサ層１１５と、ｐ型高濃度半導体層１２４と、ｐ型スペーサ層１１６と、ｐ型コンタクト層１２１とを順次積層して設けている点が第１の実施の形態と異なるが、他の点は同様である。ｐ型コンタクト層１２１およびｐ型高濃度半導体層１２２、１２４は、ｐ側円環電極１３１から導入された電流を、電流狭窄層１０７の中央の電流注入部１０７ｂに横方向に導く電流経路層として機能する点においても、本実施の形態は第１の実施の形態と同様である。製造方法も同様である。
【００５９】
ｐ型スペーサ層１１１、１１５、１１６は炭素をドーピングしたｐ型のＧａＡｓからなり、ｐ型コンタクト層１２１およびｐ型高濃度半導体層１２２、１２４は炭素をドープしたｐ＋型のＧａＡｓからなる。ｐ型スペーサ層１１１、１１５、１１６のアクセプタ濃度（ドーピング濃度）は、１×１０１６ｃｍ−３〜５×１０１８ｃｍ−３の範囲の、例えば、１×１０１８ｃｍ−３である。ドーピング濃度が１×１０１６ｃｍ−３より低いと低濃度層の縦方向の注入抵抗により注入効率が下がってしまうので好ましくなく、５×１０１８ｃｍ−３より高いと光損失に影響が、高濃度層のそれに対し半分以上の割合で増えてくるので好ましくない。ｐ型コンタクト層１２１およびｐ型高濃度半導体層１２２、１２３のドーピング濃度については後述する。
【００６０】
（第４の実施の形態）
次に、図４を参照して、本発明の好ましい第３の実施の形態の半導体レーザ素子１００を説明する。
【００６１】
第１の実施の形態では、電流狭窄層１０７とｐ側円環電極１３１との間に、電流狭窄層１０７からｐ側円環電極１３１に向かって、ｐ型スペーサ層１１１と、ｐ型高濃度半導体層１２２と、ｐ型スペーサ層１１２と、ｐ型コンタクト層１２１とを順次積層して設け、ｐ側円環電極１３１をｐ型コンタクト層１２１と直接接して設けているが、本実施の形態では、電流狭窄層１０７とｐ側円環電極１３１との間に、電流狭窄層１０７からｐ側円環電極１３１に向かって、ｐ型スペーサ層１１１と、ｐ型高濃度半導体層１２２と、ｐ型スペーサ層１１５と、ｐ型高濃度半導体層１２４と、ｐ型スペーサ層１１７と、ｐ型高濃度半導体層１２５と、ｐ型スペーサ層１１８とを順次積層して設け、ｐ側円環電極１３１をｐ型スペーサ層１１８と直接接して設けている点が第１の実施の形態と異なるが、他の点は同様である。ｐ型高濃度半導体層１２２、１２４、１２５は、ｐ側円環電極１３１から導入された電流を、電流狭窄層１０７の中央の電流注入部１０７ｂに横方向に導く電流経路層として機能する点においても、本実施の形態は第１の実施の形態と同様である。製造方法も同様である。
【００６２】
ｐ型スペーサ層１１１、１１５、１１７、１１８は炭素をドーピングしたｐ型のＧａＡｓからなり、ｐ型高濃度半導体層１２２、１２４、１２５は炭素をドープしたｐ＋型のＧａＡｓからなる。ｐ型スペーサ層１１１、１１５、１１７、１１８のアクセプタ濃度（ドーピング濃度）は、１×１０１６ｃｍ−３〜５×１０１８ｃｍ−３の範囲の、例えば、１×１０１８ｃｍ−３である。ドーピング濃度が１×１０１６ｃｍ−３より低いと低濃度層の縦方向の注入抵抗により注入効率が下がってしまうので好ましくなく、５×１０１８ｃｍ−３より高いと光損失に影響が、高濃度層のそれに対し半分以上の割合で増えてくるので好ましくない。ｐ型高濃度半導体層１２２、１２４、１２５のドーピング濃度については後述する。
【００６３】
次に、ｐ型コンタクト層１２１およびｐ型高濃度半導体層１２２、１２３、１２４、１２５の膜厚およびドーピング濃度について説明する。
【００６４】
まず、図５を参照して、第１の実施の形態のｐ型コンタクト層１２１およびｐ型高濃度半導体層１２２のドーピング濃度および膜厚の関係、並びに第２の実施の形態のｐ型高濃度半導体層１２２、１２３のドーピング濃度および膜厚の関係について説明する。
【００６５】
図５は、電流狭窄層１０７とｐ側円環電極１３１との間に、高濃度半導体層が２層（第１の実施の形態ではｐ型コンタクト層１２１とｐ型高濃度半導体層１２２、第２の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２３とｐ型高濃度半導体層１２２）ある場合に、各層の膜厚およびドーピング濃度と、面発光半導体レーザ素子１００の閾値（Ｉｔｈ）、スロープ効率（ＳＥ）および微分抵抗（Ｒｄ）との関係を実験により求めたものである。閾値（Ｉｔｈ）は面発光半導体レーザ素子１００レーザがレーザ光を発生する閾値電流をいい、単位はｍＡである。スロープ効率（ＳＥ）は、面発光半導体レーザ素子１００のｐ側円環電極１３１とｎ側電極１３４との間の電流を横軸にし、レーザ光の強度を縦軸にしたときの電流光強度直線の傾きをいい、単位はＷ／Ａである。微分抵抗（Ｒｄ）は、面発光半導体レーザ素子１００のｐ側円環電極１３１とｎ側電極１３４との間の電流を横軸にし、電圧を縦軸にしたときの電流電圧直線の傾きをいい、単位はΩである。ドーピング濃度で、例えば、５．０Ｅ１９とあるのは、５．０×１０１９ｃｍ−３をいい、他の濃度も同様である。
【００６６】
実験の結果、活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層（第１の実施の形態、第２の実施の形態共にｐ型高濃度半導体層１２２）とｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第１の実施の形態ではｐ型コンタクト層１２１、第２の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２３）の膜厚を共に３０ｎｍとし、ドーピング濃度を共に１．７×１０２０ｃｍ−３とした場合（例４）には、ｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層が、第１の実施の形態のようにｐ側円環電極１３１と直接接触するｐ型コンタクト層１２１である場合も、第２の実施の形態のようにｐ側円環電極１３１と離間したｐ型高濃度半導体層１２３である場合も、活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層（第１の実施の形態、第２の実施の形態共にｐ型高濃度半導体層１２２）の方がｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第１の実施の形態ではｐ型コンタクト層１２１、第２の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２３）よりも、約２：１の割合で、電流密度が高いことが判明した。また、高濃度半導体層が３層以上ある場合には、活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）に一番近い高濃度半導体層の電流密度が他の高濃度半導体層よりも高いことが判明した。
【００６７】
以上の実験の結果に基づいて、活性層１０５側の高濃度半導体層とｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層の膜厚を共に３０ｎｍとし、活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層（第１の実施の形態、第２の実施の形態共にｐ型高濃度半導体層１２２）のドーピング濃度を１．７×１０２０ｃｍ−３としたまま、ｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第１の実施の形態ではｐ型コンタクト層１２１、第２の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２３）のドーピング濃度を５．０×１０１９ｃｍ−３とした場合（例１）と、活性層１０５側の高濃度半導体層とｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層の膜厚を共に３０ｎｍとし、活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層（第１の実施の形態、第２の実施の形態共にｐ型高濃度半導体層１２２）のドーピング濃度を１．０×１０２０ｃｍ−３とし、ｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第１の実施の形態ではｐ型コンタクト層１２１、第２の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２３）のドーピング濃度を５．０×１０１９ｃｍ−３とした場合（例２）について、実験を行った。
【００６８】
その結果、例１の場合は、例４と比較して、閾値が０．５２ｍＡから０．３５ｍＡに減少し、スロープ効率が０．３９Ｗ／Ａから０．５Ｗ／Ａと３０％近く改善する一方で、微分抵抗の上昇は非常に小さく５０Ωから５５Ωと上昇しただけであった。また、例２の場合は、例４と比較して、閾値が０．５２ｍＡから０．２７ｍＡへとさらに減少し、スロープ効率が０．３９Ｗ／Ａから０．５７Ｗ／Ａ４６％改善する一方で、微分抵抗は５０Ωから６５Ωに上昇しただけであった。
【００６９】
次に、活性層１０５側の高濃度半導体層とｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層のドーピング濃度を１．７×１０２０ｃｍ−３としたまま、活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層（第１の実施の形態、第２の実施の形態共にｐ型高濃度半導体層１２２）の膜厚を２７ｎｍとし、ｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第１の実施の形態ではｐ型コンタクト層１２１、第２の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２３）の膜厚を２４ｎｍとした場合（例３）について、シミュレーションを行った。その結果、例４と比較して、閾値が０．５２ｍＡから０．３６ｍＡに減少し、スロープ効率が０．３９Ｗ／Ａから０．４８Ｗ／Ａと３０％以上改善する一方で、微分抵抗の上昇は非常に小さく５０Ωから５５Ωと上昇しただけであった。
【００７０】
このように、活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層（第１の実施の形態、第２の実施の形態共にｐ型高濃度半導体層１２２）のドーピング濃度を、ｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第１の実施の形態ではｐ型コンタクト層１２１、第２の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２３）のドーピング濃度よりも大きくするか、活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層（第１の実施の形態、第２の実施の形態共にｐ型高濃度半導体層１２２）の膜厚を、ｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第１の実施の形態ではｐ型コンタクト層１２１、第２の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２３）の膜厚よりも大きくすると、閾値が減少し、スロープ効率が改善する一方で、微分抵抗の上昇も上昇するがその値は非常に小さい。
【００７１】
また、活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層（第１の実施の形態、第２の実施の形態共にｐ型高濃度半導体層１２２）の導電率と膜厚の積を、ｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第１の実施の形態ではｐ型コンタクト層１２１、第２の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２３）の導電率と膜厚の積よりも大きくすると、閾値が減少し、スロープ効率が改善する一方で、微分抵抗の上昇も上昇するがその値は非常に小さかった。
【００７２】
上述したように、活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層（第１の実施の形態、第２の実施の形態共にｐ型高濃度半導体層１２２）の方がｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第１の実施の形態ではｐ型コンタクト層１２１、第２の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２３）よりも電流密度が高いので、電流密度の高い活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層の導電率と膜厚の積をｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第１の実施の形態ではｐ型コンタクト層１２１、第２の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２３）の導電率と膜厚の積よりも高くすることにより、電流密度が低いｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第１の実施の形態ではｐ型コンタクト層１２１、第２の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２３）では微分抵抗は上昇するものの、電流密度が高い活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層（第１の実施の形態、第２の実施の形態共にｐ型高濃度半導体層１２２）では、微分抵抗の上昇が抑えられ、あるいは微分抵抗が減少するので、全体として、微分抵抗の上昇は抑えられる。一方、ｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第１の実施の形態ではｐ型コンタクト層１２１、第２の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２３）では、不純物による光の吸収が少なくなるので、閾値が減少し、スロープ効率が改善する。
【００７３】
この不純物による光の吸収の影響は、活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層（第１の実施の形態、第２の実施の形態共にｐ型高濃度半導体層１２２）と、ｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第１の実施の形態ではｐ型コンタクト層１２１、第２の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２３）とで同じであるが、電流密度は、活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層（第１の実施の形態、第２の実施の形態共にｐ型高濃度半導体層１２２）の方がｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第１の実施の形態ではｐ型コンタクト層１２１、第２の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２３）よりも高いので、導電率と膜厚の積を、電流密度の高い方を電流密度の低い方よりも高くすることにより、全体としては、微分抵抗の上昇を抑えつつ、閾値を減少させ、スロープ効率を改善することができる。
【００７４】
また、活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層（第１の実施の形態、第２の実施の形態共にｐ型高濃度半導体層１２２）の導電率と膜厚の積をｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第１の実施の形態ではｐ型コンタクト層１２１、第２の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２３）の導電率と膜厚の積よりも２０％以上高くすることが好ましいことがわかった。１０％の閾値電流の低減効果が見込まれるからである。また、５０％以上高くすることがよい好ましいことがわかった。２０％の閾値電流の低減効果が見込まれるからである。これらの効果は、例えば１０Ｇｂｐｓのデータレートでの送信を試みた場合、駆動電流を２０％ないし４０％低減させることができる。
【００７５】
なお、活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層（第１の実施の形態、第２の実施の形態共にｐ型高濃度半導体層１２２）およびｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第１の実施の形態ではｐ型コンタクト層１２１、第２の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２３）のドーピング濃度は、電極材料との接触抵抗の関係で１×１０１９ｃｍ−３以上、光損失の関係で２×１０２０ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００７６】
なお、活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層（第１の実施の形態、第２の実施の形態共にｐ型高濃度半導体層１２２）の厚さは２０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲にあることが好ましい。２０ｎｍより薄いと、ドーピング濃度を極端に上げる必要があるが、その場合導電率の改善よりも光損失の上昇の方が大きな影響を与えるからである。４０ｎｍを超えると光損失が大きくなりすぎるからである。ｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第１の実施の形態のｐ型コンタクト層１２１）の厚さは１５ｎｍ〜４０ｎｍの範囲にあることが好ましい。１５ｎｍより薄いと素子作製工程での熱履歴等による電極・半導体の混晶化で設計膜厚以上に拡散し、接触が取れなくなる可能性があるからである。４０ｎｍを超えると光損失が大きくなりすぎるからである。ｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第２の実施の形態のｐ型高濃度半導体層１２３）の厚さは２０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲にあることが好ましい。２０ｎｍより薄いと、ドーピング濃度を極端に上げる必要があるが、その場合導電率の改善よりも光損失の上昇の方が大きな影響を与えること、あるいは、電極層１３１とｐ型高濃度半導体層１２３の間に介在する１１４層の膜厚の製造誤差により、２０ｎｍより薄いと電極１３１との良好な接続ができないことがあるからである。４０ｎｍを超えると光損失が大きくなりすぎるからである。
【００７７】
また、第３の実施の形態、第４の実施の形態のように、電流狭窄層１０７とｐ側円環電極１３１側との間に、高濃度半導体層が３層ある場合には、活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層（第３の実施の形態、第４の実施の形態共にｐ型高濃度半導体層１２２）の導電率と膜厚の積を、ｐ側円環電極１３１側の２層の高濃度半導体層（第３の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２４およびｐ型コンタクト層１２１、第４の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２４、１２５）の導電率と膜厚の積よりも大きくする、例えば、活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層（第３の実施の形態、第４の実施の形態共にｐ型高濃度半導体層１２２）のドーピング濃度を、ｐ側円環電極１３１側の２層の高濃度半導体層（第３の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２４およびｐ型コンタクト層１２１、第４の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２４、１２５）のドーピング濃度よりも大きくするか、活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層（第３の実施の形態、第４の実施の形態共にｐ型高濃度半導体層１２２）の膜厚を、ｐ側円環電極１３１側の２層の高濃度半導体層（第３の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２４およびｐ型コンタクト層１２１、第４の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２４、１２５）の膜厚よりも大きくすることにより、閾値が減少し、スロープ効率が改善する一方で、微分抵抗の上昇も上昇するがその値は非常に小さかった。
【００７８】
また、ｐ側円環電極１３１側の２層の高濃度半導体層（第３の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２４およびｐ型コンタクト層１２１、第４の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２４、１２５）のうち、第３の実施の形態においては、より活性層１０５に近い（電流狭窄層１０７に近い）ｐ型高濃度半導体層１２４の導電率と膜厚の積を、ｐ型コンタクト層１２１の導電率と膜厚の積よりも大きくすることが好ましく、第４の実施の形態においては、より活性層１０５に近い（電流狭窄層１０７に近い）ｐ型高濃度半導体層１２４の導電率と膜厚の積を、ｐ型高濃度半導体層１２５の導電率と膜厚の積よりも大きくすることが好ましい。横方向の電流密度に関して、活性層側の方が高いからである。
【００７９】
なお、ｐ側円環電極１３１側の２層の高濃度半導体層（第３の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２４およびｐ型コンタクト層１２１、第４の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２４、１２５）のうち、第３の実施の形態においては、より活性層１０５に近い（電流狭窄層１０７に近い）ｐ型高濃度半導体層１２４の導電率と膜厚の積を、ｐ型コンタクト層１２１の導電率と膜厚の積とほぼ同じにし、第４の実施の形態においては、より活性層１０５に近い（電流狭窄層１０７に近い）ｐ型高濃度半導体層１２４の導電率と膜厚の積を、ｐ型高濃度半導体層１２５の導電率と膜厚の積とほぼ同じにしてもよい。最も活性層に近い部分の電流密度が高いからである。
【００８０】
また、活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層（第３の実施の形態、第４の実施の形態共にｐ型高濃度半導体層１２２）の導電率と膜厚の積をｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第３の実施の形態ではｐ型コンタクト層１２１、第４の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２５）の導電率と膜厚の積よりも２０％以上高くすることが好ましいことがわかった。１０％の閾値電流の低減効果が見込まれるからである。また、５０％以上高くすることがよい好ましいことがわかった。２０％の閾値電流の低減効果が見込まれるからである。これらの効果は、例えば１０Ｇｂｐｓのデータレートでの送信を試みた場合、駆動電流を２０％ないし４０％低減させることができる。
【００８１】
なお、活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層（第１の実施の形態、第２の実施の形態共にｐ型高濃度半導体層１２２）およびｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第３の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２４およびｐ型コンタクト層１２１、第４の実施の形態ではｐ型高濃度半導体層１２４、１２５）のドーピング濃度は、接触抵抗と光損失の観点から、１×１０１９ｃｍ−３以上２×１０２０ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００８２】
なお、活性層１０５側（電流狭窄層１０７側）の高濃度半導体層（第３の実施の形態、第４の実施の形態共にｐ型高濃度半導体層１２２）の厚さは２０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲にあることが好ましい。２０ｎｍより薄いと、ドーピング濃度を極端に上げる必要があるが、その場合導電率の改善よりも光損失の上昇の方が大きな影響を与えるからである。４０ｎｍを超えると光損失が大きくなりすぎるからである。ｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第３の実施の形態のｐ型コンタクト層１２１）の厚さは１５ｎｍ〜４０ｎｍの範囲にあることが好ましい。１５ｎｍより薄いと素子作製工程での熱履歴等による電極・半導体の混晶化で設計膜厚以上に拡散し、接触が取れなくなる可能性があるからである。４０ｎｍを超えると光損失が大きくなりすぎるからである。また、ｐ側円環電極１３１側の高濃度半導体層（第３の実施の形態のｐ型高濃度半導体層１２４、第４の実施の形態のｐ型高濃度半導体層１２４、１２５）の厚さは２０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲にあることが好ましい。２０ｎｍより薄いと、ドーピング濃度を極端に上げる必要があるが、その場合導電率の改善よりも光損失の上昇の方が大きな影響を与えること、あるいは、電極層１３１とｐ型高濃度半導体層１２５の間に介在する１１８層の膜厚の製造誤差により、２０ｎｍより薄いと電極１３１との良好な接続ができないことがあるからである。４０ｎｍを超えると光損失が大きくなりすぎるからである。
【００８３】
上記実施の形態では、被酸化層はＡｌＡｓからなるものであったが、Ａｌ１−ｘＧａｘＡｓ（０＜ｘ＜１）からなるものでもよい。
【００８４】
以上の実施の形態では、１１００ｎｍ帯のレーザの活性層１０５を構成する井戸層／障壁層の組み合わせとして、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓとしたが、上記本発明の好ましい実施の形態は、波長に応じて（基板やその他の層構成はこれらの井戸層と障壁層の組み合わせに応じて適宜選択され）、１３００ｎｍ帯のレーザの場合は、ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）／ＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）／ＧａＮＡｓ（Ｓｂ）、９８０ｎｍ帯のレーザの場合はＩｎＧａＡｓ/ＧａＡｓＰ、８５０ｎｍ帯のレーザの場合ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓなど（井戸層と障壁層の組み合わせについてはこれらに限られない）を選択することができる。量子井戸層及びバリア層は、発振させたい所望の波長に合わせてその量子井戸幅などを任意に設計作成することができる。
【００８５】
なお、本願のＶＣＳＥＬは、１×Ｎ分岐などの光源としての光源として用いると都合がよい。
【００８６】
次に、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００を複数用いた面発光レーザアレイの例を図６、７を参照して説明する。一例として、図６に示したように、面発光レーザアレイチップ７００がＣＬＣＣ（Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｌｅａｄｅｄ  ｃｈｉｐ  ｃａｒｒｉｅｒ）と呼ばれる周知のフラットパッケージ７１０に実装されたものを用いている。図では煩雑さを避けるために、金属キャスター（電極）７１４と面発光レーザアレイチップ７００との接続は省略してある。面発光レーザアレイチップ７００は図７に示したように、中央部に設けられた複数の面発光型半導体レーザ素子１００からなる素子部７０２、及び周囲に設けられ、素子部７０２の複数の発光部と接続（図示せず）された複数の電極パッド７０６を有している。さらに、各電極パッド７０６はフラットパッケージ７１２の金属キャスター７１４と接続（図示せず）されている。各発光部は、フラットパッケージ７１２と接続された（図示しない）外部制御回路によって発光制御され、所定の波長のレーザ光を射出する。
【００８７】
次に、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００を光学機器に適用した例について図面を参照して説明する。図８は、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００を発光素子のパッケージに適応したときの構成を示す概略縦断面図である。面発光レーザパッケージ３００は、面発光型半導体レーザ素子１００、基板３０４および電極３０６からなる面発光レーザモジュール、レンズ３１６、ハウジング３１０、光ファイバマウント３１２、光ファイバ３１４とからなる。電極３０６は、外部の制御回路（図示せず）に電気的に接続され、面発光レーザパッケージの発光が制御されている。面発光型半導体レーザ素子１００から出射したレーザ光はレンズ３１６で集光され光ファイバ３１４に結合される。
【００８８】
図９は、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００を光記憶媒体への書き込み／読み出し装置のピックアップに適応したときの構成を示す概略縦断面図である。ピックアップ３５０は、面発光型半導体レーザ素子１００、基板３５４、電極３５６、駆動ＩＣ３５８、およびこれらの要素を封止する樹脂３６０からなる面発光レーザモジュールと、レンズ３７６、ハーフミラー３７０、回折格子３７４、光センサー３８０、光記憶媒体３７２とからなる。樹脂３６０の出射面は凸状に加工されレンズ３６２を構成している。電極３５４は、外部の制御回路（図示せず）に電気的に接続され、レーザピックアップの発光が制御されている。面発光型半導体レーザ素子１００から出射したレーザ光は、レンズ３６２で平行光とされ、ハーフミラー３７０で反射された後、レンズ３７６によって集光され光記憶媒体３７２の所定の箇所に集光される。また、光媒体で反射された光は光センサー３８０に入射される。ここでは、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光型半導体レーザ素子１００を複数有する面発光レーザ素子アレイを通信用の発光素子パッケージ、あるいは光ディスク用ピックアップに適用した例を示したがこれに限られず、測量機器、レーザーポインター、光学マウス、あるいは、プリンタ、フォトレジストの走査露光用光源、レーザポンピング用光源や、加工用ファイバレーザの光源等の光学機器として用いることもできる。
【００８９】
図１０は、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００を適用した光送受信モジュールの概略構成図である。図１０に示すように、光送受信モジュール４００は、保持部材４０２、光導波路（光ファイバ）４１２と、保持部材４０２上で光導波路（光ファイバ）４１２の位置決め用のスペーサ４１０、光導波路（光ファイバ）４１２を介して光信号を送信する面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光型半導体レーザ素子１００を複数有する面発光レーザ素子アレイ及び光信号を受信する受光素子４０４、面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイの発光状態を制御する駆動回路４０６、受光素子４０４で受信された信号を増幅する増幅回路４０８とで構成されている。面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイは外部の制御部（図示せず）からの制御信号によって駆動回路４０６を介して発光制御され、受光素子４０４で受信された信号が増幅回路４０８を介して制御部へ送信される。煩雑さを避けるために、駆動回路４０６と面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイおよび増幅回路４０８と受光素子４０４のワイヤボンディングは省略している。
【００９０】
図１１〜図１３は図１０における面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイと、光導波路４１２との光結合部分の概略構成図であり、基板５００、面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイ、光導波路４１２は図１１〜図１３で共通している。図１１では、導波路４１２の端面が光軸に対してほぼ４５度に傾斜するように加工されており、さらにこの傾斜面が反射面５０４として、反射膜のコーティング等による鏡面加工が施され、面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイから出射した光は、導波路４１２の下面から導波路に入射され、傾斜面５０４で反射されて光導波路４１２内を伝播する。図１２では、面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイ上、光導波路４１２の端面側方に内部に反射面５０４の設けられたミラーアセンブリ５０６が設置されて、面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイから出射した光は、ミラーアセンブリ５０６の下面から入射され、反射面５０４で反射され、ミラーアセンブリ５０６から出射された光が光導波路４１２に結合されて光導波路４１２内を伝播する。ミラーアセンブリ５０６の入射面あるいは／および出射面にはマイクロレンズ（アレイ）が設けられてもよい。図１３は、コネクタハウジング５１２内に光ファイバ４１２が配置され、さらに光ファイバ心線の曲部５１４の端部が面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイに対向するように配置され、面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイから出射した光が光ファイバ４１２に結合される。
【００９１】
次に、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光型半導体レーザ素子１００を複数有する面発光レーザ素子アレイを通信システムに適用した例を示す。図１４には、面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイを用いた波長多重伝送システムの構成例が示されている。図１４の波長多重伝送システムはコンピュータ、ボードあるいはチップ６０２、通信制御回路（ＣＰＵ，ＭＰＵ、光―電気変換回路、電気―光変換回路、波長制御回路）６０４、面発光型半導体レーザ素子１００を複数有する面発光レーザ素子アレイ６０６、受光素子集積部６０８、合波器６１０、分波器６１２、電気配線６１６、光ファイバ６１７、６１８、通信対象のネットワーク、ＰＣ、ボード、チップなど６１４からなる。図１４の波長多重伝送システムでは、発振波長の異なる複数の面発光レーザ素子を配列して面発光レーザアレイ６０６を構成し、面発光レーザアレイ６０６の各面発光レーザ素子からの各発振光を合波器を通して１本の光ファイバに結合させるように構成されている。このような構成では、１本のファイバで、高スループットに大容量の信号伝送ができる。このように、本発明の好ましい実施の形態の面発光レーザアレイは、モードが安定しており、且つ、各発振波長が安定しているので、高い信頼性で高密度大容量の波長多重伝送が可能になる。なお、本実施形態では各面発光レーザアレイ６０６あるいは受光素子集積部６０８からの出力用光ファイバあるいは入力用光ファイバは合波器６１０あるいは分波器６１２を用いて1本の光ファイバに結合されているが、用途に応じては出力用光ファイバあるいは入力用光ファイバをそのまま通信対象のネットワーク、ＰＣ、ボード、チップなど６１４に接続して並列伝送システムとすることもできる。この場合、本発明の好ましい実施の形態の面発光レーザアレイは、モードが安定しており、且つ、各波長が安定しているので、複数の光源をもつ信頼性の高い並列伝送システムの構築が容易になる。
【００９２】
以上、本発明の種々の典型的な実施の形態を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００９３】
１００  面発光型半導体レーザ素子
１０１  基板
１０２  下部ＤＢＲミラー
１０３  バッファ層
１０４  ｎ型コンタクト層
１０５  活性層
１０７  電流狭窄層
１０７ａ  電流狭窄部
１０７ｂ  電流注入部
１１０  共振器
１１１〜１１８  ｐ型スペーサ層
１２１  ｐ型コンタクト層
１２２〜１２５  ｐ型高濃度半導体層
１３０  メサポスト
１３１  ｐ側円環電極
１３２  開口
１３４  ｎ側電極
１３５  ｐ側引き出し電極
１３６  ｎ側引き出し電極
１４０  上部ＤＢＲミラー
１４１  誘電体層
１４３  ＳｉＯ２膜
１４４  ＳｉＮｘ膜
１４５  パッシベーション膜
１４６、１４７  開口
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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