(57)【要約】【課題】電圧の上昇を抑制しながら選択酸化層とスペーサ層との界面での剥離を防止することができ、信頼性の向上を図ることが可能となる垂直共振器型面発光レーザを提供する。【解決手段】基板上に、ｎ型半導体ブラッグ反射鏡と、ｐ型半導体ブラッグ反射鏡と、これらの間に設けられた活性層と、が積層され、  前記ｐ型半導体ブラッグ反射鏡は、前記活性層上に、ｐ型スペーサ層、選択酸化層を介して設けられ、該選択酸化層を酸化させて電流狭窄構造を形成した垂直共振器型面発光レーザであって、  前記選択酸化層に隣接して設けられた、該選択酸化層を酸化させる際に酸化の進行しない材料で構成された第１中間層と、  前記ｐ型スペーサ層とのバンドギャップを調整するための、該第１中間層に隣接して設けられた第２中間層及び該第２中間層に隣接して設けられた第３中間層とが、前記選択酸化層と前記ｐ型スペーサ層との間に配されている。【選択図】            図１
2011249557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、ｎ型半導体ブラッグ反射鏡と、ｐ型半導体ブラッグ反射鏡と、これらの間に設けられた活性層と、が積層され、
前記ｐ型半導体ブラッグ反射鏡は、前記活性層上に、ｐ型スペーサ層、選択酸化層を介して設けられ、該選択酸化層を酸化させて電流狭窄構造を形成した垂直共振器型面発光レーザであって、
前記選択酸化層に隣接して設けられた、該選択酸化層を酸化させる際に酸化の進行しない材料で構成された第１中間層と、
前記ｐ型スペーサ層とのバンドギャップを調整するための、該第１中間層に隣接して設けられた第２中間層及び該第２中間層に隣接して設けられた第３中間層とが、
前記選択酸化層と前記ｐ型スペーサ層との間に配されていることを特徴とする垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項２】
ｐ型半導体ブラッグ反射鏡はＡｌＧａＡｓ系材料で、前記活性層はＡｌＧａＩｎＰ系材料で、前記ｐ型スペーサ層はＡｌＩｎＰで、前記選択酸化層はＡｌzＧａ1-zＡｓの材料で構成されると共に、
前記第１中間層はＡｌxＧａ1-xＡｓで、前記第２中間層はＡｌyＧａ1-yＡｓで、前記第３中間層はＡｌＧａＩｎＰによって構成され、
前記材料の組成ｚ、ｙ、ｘがｚ＞ｙ＞ｘの関係をみたし、且つ、価電子帯の頂上の位置が前記第２中間層、前記第３中間層、前記ｐ型スペーサ層の順に低くなっていることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項３】
前記第２中間層及び前記第１中間層の厚さが、発振する光の波長に対して、１／４波長の光学的厚さであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の垂直共振器型面発光レーザと、
前記垂直共振器型面発光レーザから出力されるレーザ光を反射して走査するための光偏向器と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
前記光偏向器により偏向された光により静電潜像を形成するための感光体と、帯電器と、現像器と、定着器とを有することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【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に関し、特に、酸化による電流狭窄構造を備えた垂直共振器型面発光レーザ、及びそれを用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直共振器型面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ：以下ＶＣＳＥＬと記述）は、半導体基板の面内方向に対して垂直にレーザ光を出射するものである。
このＶＣＳＥＬは、一般的に基板上に、積層された１対の分布型ブラッグ反射鏡（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：以下ＤＢＲと記述）に挟まれた領域に活性領域を有する構成となっている。
特に、赤色の光（６２０〜７００ｎｍ）を出射する面発光レーザでは、一般的に活性領域にＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いて作製される。
例えば、特許文献１では、活性領域にＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰの材料からなる量子井戸を用いた活性層を、ＡｌＩｎＰスペーサ層で挟んだ構成が挙げられている。
ここでは、スペーサ層としてＡｌＩｎＰを用いることで電子のオーバーフローを効果的に抑制することが記載されている。また、ＤＢＲにはＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓの多層膜構造を用いている。
【０００３】
また、別の例として非特許文献１に代表される赤色発光のＶＣＳＥＬが挙げられ。
この例では、ＤＢＲとしてＡｌ組成９５％とＡｌ組成５０％のＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓの多層膜構造を用いている。
特許文献１と異なる構造として、高温・水蒸気雰囲気中において酸化が可能な高Ａｌ組成（一般的に９８％以上）のＡｌＧａＡｓ層を、ＤＢＲの高Ａｌ組成の層の一つと置き換えている。以下では、この層を選択酸化層と呼ぶことにする。
この選択酸化層を高温・水蒸気雰囲気中に曝すことで、ＡｌＯｘへと変質させ電気的絶縁を行い、狭い領域で電流注入する領域を制限することで、高品質な電流狭窄構造を有する赤色ＶＣＳＥＬを作製することが出来る。
そして、この電流狭窄構造を活性層に近づけることで、電流が拡散する前に活性層へ到達することが可能となり、電流狭窄構造の利点を最大限に活用可能なことは、一般的に良く知られたことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許５３５１２５６号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“Ｒｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ  （ＶＣＳＥＬｓ）  ｆｏｒ  ｃｏｎｓｕｍｅｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”  （Ｆｉｒｅｃｏｍｍｓ  Ｌｔｄ，Ｐｒｏｃ．ｏｆ  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．６９０８  ６９０８０Ｇ−１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来例の構成を組み合わせた例として、つぎのような従来例による一般的な構成例を挙げることができる。
例えば、ｎ型ＤＢＲ、ｎ型スペーサ層、ｐ型スペーサ層、ｐ型ＤＢＲを、つぎのように構成することができる。ＡｌＧａＩｎＰ系活性層はｎ型スペーサ層とｐ型スペーサ層に挟まれた位置に配置される。
ｎ型スペーサ層は、Ｓｉ、Ｓｅなどのドナーとなる不純物原子を含んだｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系材料で構成される。
また、ｎ型ＤＢＲは、ｎ型ＡｌＧａＡｓ系で構成される。
ｐ型スペーサ層は、Ｚｎ、Ｍｇなどのアクセプターとなる不純物原子を含んだｐ型ＡｌＩｎＰで構成される。
また、ｐ型ＤＢＲは、Ｃ、Ｚｎ、Ｍｇなどのアクセプターとなる不純物原子を含んだｐ型ＡｌＧａＡｓ系で構成される。
ｐ型スペーサ層には電子のオーバーフローを効率的に抑制できるＡｌＩｎＰが用いられる。
Ａｌ組成が０．９８であるＡｌＧａＡｓによって構成された選択酸化層は、ｐ型スペーサ層に隣接して配置される。
これにより、上記したように電流狭窄後の電流を拡散させずに活性層に到達させるため、極力活性層へ近づけることが可能となる。
【０００７】
ここで、ｐ型ＤＢＲのＡｌＧａＡｓ系ＤＢＲには、選択酸化層の酸化を選択的に行うために選択酸化層の酸化レートと比較し、大きく酸化レートの異なる材料を用いる必要がある。
具体的には、低屈折率層としてＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ、高屈折率層としてＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓの材料を用いることができる。
高Ａｌ組成の材料は酸化レートが速いが、図３にも在るように選択酸化層として用いているＡｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓの酸化レートよりも一桁程度Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓは遅いため、選択酸化層のみを選択的に酸化することが可能となる。
【０００８】
図２には、従来例による赤色面発光レーザの構成例として、このような構成例において課題が生じる特徴的な個所である活性層及びｐ型半導体部分を図示している。
図２のように、ｐ型ＡｌＩｎＰスペーサ層２０２と選択酸化層２０３が隣接している場合に、面発光レーザの信頼性に関わる大きな問題点があることを、本発明者らは鋭意検討した結果、以下のとおり見出した。
ｐ型スペーサＡｌＩｎＰ層２０２上に選択酸化層２０３を構成するＡｌＧａＡｓを成長する際に、５族材料がリン（Ｐ）から砒素（Ａｓ）へ１００％切り替わる界面では、欠陥が生じやすく結晶性が悪化することが知られている。
この原因は、ＡｓとＰとで化学的性質（飽和蒸気圧、結合エネルギー、格子定数など）の差が大きいためとされている。これが界面品質を劣化させ、最終的には素子寿命を短縮することに繋がる。
また、選択酸化層２０３を高温・水蒸気雰囲気内において酸化し電流狭窄構造を形成すると、当然ながらＡｌＧａＡｓの酸化物（主にＡｌ酸化物：ＡｌＯｘ）へと選択酸化層２０３は変質する。
選択酸化層２０３を酸化することにより、材料が変質し、膜の体積が縮小することによって、選択酸化層２０３およびその周囲へ応力が発生することが知られている。
【０００９】
ここで挙げている従来例による赤色面発光レーザの構成例では、選択酸化層２０３に隣接してｐ型スペーサ層のＡｌＩｎＰが存在している。
そのため、結晶成長当初から欠陥の存在しやすいリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）界面へ、選択酸化層が隣接しているため酸化による応力が強く影響を与えてしまう。本発明者らは、これらが原因となり、欠陥の存在しやすいＰ／Ａｓ界面において層間剥離が起こり易いということを見出した。
このような層間剥離が起こることは、活性領域にＡｌＧａＩｎＰ系を、ＤＢＲにＡｌＧａＡｓ系の材料を用い、選択酸化による電流狭窄構造を有した赤色面発光レーザ特有の課題である。
酸化プロセスによって選択酸化層の材料が変質し、膜の体積が変化することによって、結晶性が悪いｐ型スペーサ層ＡｌＩｎＰと選択酸化層ＡｌＧａＡｓの界面に大きい応力が生じることから、この界面において層間が剥離することがある。特に、面発光レーザ作製後にデバイス電極の半導体−金属界面のコンタクト抵抗を低下させるために、一般的に行われる熱処理（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ：ＲＴＡ）を行うときにおいて、
図１１のように顕著にＡｌＩｎＰと酸化した選択酸化層の間にて剥離がおこり、面発光レーザが完全に破壊される。
また、実際にデバイスを使用し通電し続けることによっても、電流狭窄部で局所的な発熱が生じ界面での剥離を引き起こすことがある。
このようなデバイスでは、良品の作製歩留まりが悪いだけでなく、使用中に上記界面剥離が起こり、デバイスが壊れてしまう可能性がある。
特に、内部が破壊してしまうことから、外観検査では判別することができないため、良品デバイスの判断が困難であり、デバイス、及び、それを組み込んだ画像表示装置等のシステム全体の信頼性が悪化する。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み、電圧の上昇を抑制しながら選択酸化層とスペーサ層との界面での剥離を防止することができ、信頼性の向上を図ることが可能となる垂直共振器型面発光レーザ、それを用いた画像表示装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の垂直共振器型面発光レーザは、基板上に、ｎ型半導体ブラッグ反射鏡と、ｐ型半導体ブラッグ反射鏡と、これらの間に設けられた活性層と、が積層され、
前記ｐ型半導体ブラッグ反射鏡は、前記活性層上に、ｐ型スペーサ層、選択酸化層を介して設けられ、該選択酸化層を酸化させて電流狭窄構造を形成した垂直共振器型面発光レーザであって、
前記選択酸化層に隣接して設けられた、該選択酸化層を酸化させる際に酸化が進行しない材料で構成された第１中間層と、
前記ｐ型スペーサ層とのバンドギャップを調整するための、該第１中間層に隣接して設けられた第２中間層及び該第２中間層に隣接して設けられた第３中間層とが、
前記選択酸化層と前記ｐ型スペーサ層との間に配されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電圧の上昇を抑制しながら選択酸化層とスペーサ層との界面での剥離を防止することができ、信頼性の向上を図ることが可能となる垂直共振器型面発光レーザ、それを用いた画像表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例における赤色垂直共振器型面発光レーザを構成する半導体積層構造を示す図。
【図２】従来例による一般的な赤色垂直共振器型面発光レーザを構成する半導体積層構造を示す図。
【図３】酸化レートとＡｌ組成比率を表すグラフ。
【図４】本発明の実施形態における赤色垂直共振器型面発光レーザの半導体積層構造の模式的断面を示す図。
【図５】本発明の実施例１における共振器構成と光の定在波の相関関係を示す模式図。
【図６】実施例１における赤色垂直共振器型面発光レーザの模式的断面を示す図。
【図７】本発明の実施例２における赤色垂直共振器型面発光レーザの模式的断面を示す図。
【図８】本発明の実施例２における共振器構成と光の定在波の相関関係を示す模式図。
【図９】本発明の実施例３における垂直共振器型面発光レーザアレイを用いた画像形成装置を示す図。
【図１０】図１の構造の価電子帯頂上のバンドラインナップを示す図。
【図１１】Ｐ／Ａｓ界面での層間剥離の様子を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態における、基板上に、ｎ型半導体ブラッグ反射鏡（ｎ型ＤＢＲ）と、ｐ型半導体ブラッグ反射鏡（ｐ型ＤＢＲ）と、これらの間に設けられた活性層と、が積層された赤色垂直共振器型面発光レーザの構成例を、図１を用いて説明する。
図１は本実施形態の赤色垂直共振器型面発光レーザにおける半導体積層構造を構成する、活性層１０１、ｐ型スペーサ層１０２、ｐ型選択酸化層１０３、ｐ型ＤＢＲ１０４（ｐ型ＤＢＲ−高屈折率層）、１０５（ｐ型ＤＢＲ−低屈折率層）と、
本実施形態における特徴的構成である第１ｐ型中間層１０６、第２ｐ型中間層１０７、第３ｐ型中間層１０８を示す図である。
また、図２は従来例による一般的な赤色垂直共振器型面発光レーザにおける半導体積層構造を構成する、活性層２０１、ｐ型スペーサ層２０２、選択酸化層２０３、ｐ型ＤＢＲ２０４、２０５を示す図である。
図１０は、図１の価電子帯頂上のバンドラインナップを示す図である。
図１０のバンドダイアグラムでは量子井戸として用いているＧａＩｎＰを“０”として、ＧａＩｎＰからの差分、すなわちΔＥｖで表示している。
ここで、本来ｐ型にドーピングを行うとフェルミレベルが価電子帯近傍に存在し、材料間で価電子帯頂上が略一致する。
しかしながら、フェルミレベルを揃えたバンドラインナップを作成してもスパイクやノッチという形で材料間のΔＥｖは残存する。このΔＥｖが本発明において、非常に大きな意味をなすため、図１０のバンドラインナップでは簡便のため、ΔＥｖが判断し易いアンドープ時のフラットバンドラインナップで示している。本実施形態における半導体積層構造の特徴的構成は、選択酸化層と活性層上に形成されたｐ型ＡｌＩｎＰスペーサ層の間に、
酸化プロセスによって酸化が進行しないＡｌＧａＡｓで構成された第１ｐ型中間層１０６と、バンドギャップを調整するためのＡｌＧａＡｓの第２ｐ型中間層、ＡｌＧａＩｎＰの第３ｐ型中間層の３つの層が配されていることである。
すなわち、従来例による一般的な赤色垂直共振器型面発光レーザにおける半導体積層構造に対し、上記第１〜第３ｐ型中間層による３つの層が加えられたことである。
具体的には、ｐ型半導体ブラッグ反射鏡はＡｌＧａＡｓ系材料で、活性層はＡｌＧａＩｎＰ系材料で、ｐ型スペーサ層はＡｌＩｎＰで、選択酸化層はＡｌzＧａ1-zＡｓの材料で構成される。
また、第１中間層はＡｌxＧａ1-xＡｓで、第２中間層ＡｌyＧａ1-yＡｓで、第３中間層はＡｌＧａＩｎＰによって構成される。
そして、前記材料の組成ｚ、ｙ、ｘがｚ＞ｙ＞ｘの関係をみたし、且つ、価電子帯の頂上の位置が前記第２中間層、前記第３中間層、前記ｐ型スペーサ層の順に低くなっている。これらの詳細については、以下において説明する。
【００１５】
つぎに、本実施形態における特徴的構成である各層の構成例について説明する。
第１ｐ型中間層１０６は、電流狭窄構造を形成するため選択酸化層１０３を選択酸化する際に、同時に隣接する層を酸化することのないようにするための層である。
この第１ｐ型中間層１０６は、選択酸化層１０３と比較して、非常に遅い酸化レートとなる材料によって構成されていることが要件となる。
ＡｌＧａＡｓの酸化レートの詳細については、非特許文献「Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｗｅｔ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＡｌＧａＡｓ  Ａｌｌｏｙｓ，ＩＥＥＥ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＳＥＬＥＣＴＥＤ  ＴＯＰＩＣＳ  ＩＮ  ＱＵＡＮＴＵＭ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，ＶＯＬ．３，ＮＯ．３，ＪＵＮＥ  １９９７」に記載されている。
図３にはその値が示されている。
【００１６】
具体的には、ＡｌＧａＡｓ材料において酸化レートが酸化層よりも１桁以上小さく、Ａｌ組成によって酸化レートがほとんど変化しないＡｌ組成の範囲のＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＜０．８）を用いる。
好ましくは、発振波長である赤色帯に対して吸収が少なく且つ、低いＡｌ組成である０．５≦ｘ≦０．６の範囲にあるＡｌ組成のＡｌＧａＡｓであることが好ましい。より好ましくは、上記範囲の中で最も酸化レートが遅いＡｌ0.5０Ｇａ0.5Ａｓを用いる。
その理由は、単独ではほとんど酸化がされない材料であるＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ（Ａｌ組成＜０．８と比較すると酸化レートは速い）であっても、Ａｌ組成が０．９８以上の選択酸化層に隣接して配置すると、選択酸化時に酸化されてしまうからである。
【００１７】
第２ｐ型中間層１０７、及び第３ｐ型中間層１０８は、図１０のバンドラインナップに示した第１ｐ型中間層１０６とｐ型ＡｌＩｎＰスペーサ層１０２の間の大きな価電子帯頂上のエネルギー値の差（ΔＥｖ：図１０を参照）の開きΔＥｖ１を、中間の値に価電子帯の頂上を有する２層を用いて埋めるための層である。特に、ｐ型中間層１にはＡｌ組成の低いＡｌＧａＡｓが要求されており、必然的に価電子帯の頂上は高くなるため、ｐ型ＡｌＩｎＰスペーサ層とのΔＥｖは大きいことが望ましい形態となる。
このΔＥｖが大きいと、ｐ型のキャリアであるホールにとって障壁が大きくなり駆動電圧の上昇を引き起こし、発熱量を増大させ、光出力低下を招いてしまう。そこで、このΔＥｖを埋めるために、第２ｐ型中間層１０７としてＡｌＧａＡｓ系材料において最も価電子帯の頂上が低いＡｌＡｓを用いたいところだが、
選択酸化を行うことから、選択酸化層１０３に用いているＡｌ組成よりも低く且つ、ほとんど酸化がされない組成のＡｌＧａＡｓを用いる必要がある。
具体的には、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．８５＜ｘ＜０．９５）を用いる。好ましくは、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓを用いる。
しかしながら、第２ｐ型中間層１０７に上記範囲において最も価電子帯の頂上が低いＡｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓを用いても、ｐ型ＡｌＩｎＰスペーサ層１０２とのΔＥｖは７０ｍｅＶと残ってしまう。
特に、５族材料が異なるＰ／Ａｓ界面では、結晶性が悪化してしまうため、同種材料のヘテロ界面のΔＥｖと同じΔＥｖであっても、その影響は大きくなる傾向にある。
そこで、第２ｐ型中間層１０７とｐ型ＡｌＩｎＰスペーサ層１０２の間のΔＥｖを埋めるために第３ｐ型中間層１０８として、ＡｌＧａＩｎＰ系材料の層を導入する。
その際、その価電子帯の頂上が第２ｐ型中間層とｐ型ＡｌＩｎＰスペーサ層の中間ではなく、極力Ｐ／Ａｓ界面でのΔＥｖ（図１０中に図示）が小さくなるような材料を選ぶことが望ましい。
具体的には、たとえば、第２ｐ型中間層１０７としてＡｌ0.95Ｇａ0.05ＩｎＰを用いた場合、（Ａｌ0.8Ｇａ0.2）ＩｎＰを用いる。このときのΔＥｖは、１４ｍｅＶ程度となりＡｌ0.8Ｇａ0.2ＩｎＰ側の価電子帯の頂上が低くなる。
この第２ｐ型中間層と第３ｐ型中間層の間のΔＥｖは、本発明者らが鋭意検討を重ねた実験の結果、概ね２０ｍｅＶ以下であれば、駆動電圧の大きな上昇を伴わないことがわかっている。
【００１８】
更に、５族元素が同一の材料系のヘテロ界面にＡｌ組成を傾斜させた組成傾斜層を用いることで、より駆動電圧の上昇を抑えることができる。
具体的には、第１ｐ型中間層１０６と第２ｐ型中間層１０７の間にＡｌ組成を傾斜させた組成傾斜層を設ける。
より具体的には、第１ｐ型中間層にＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ、第２ｐ型中間層１０７にＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓを用いた場合、両者の間にＡｌ組成が第１ｐ型中間層からＡｌ組成が０．５から０．９へとなだらかに変化する組成傾斜層を設ける。
また、別の具体例として、第３ｐ型中間層１０８とｐ型ＡｌＩｎＰスペーサ層１０２の間にＡｌ組成を傾斜させた組成傾斜層を設けても良い。
より具体的には、第３ｐ型中間層としてＡｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐを用いた場合、第３ｐ型中間層からＡｌ組成が０．３５から０．５へとなだらかに変化する組成傾斜層を設けても良い。
【００１９】
上記構成を用いることにより、上述の界面におけるヘテロ障壁は全て非常に小さくすることができ、駆動電圧の上昇を抑制することが可能となり、且つ、剥離の問題も生じない。
また、第１ｐ型中間層１０６、及び第２ｐ型中間層１０７の厚さが各々、発振波長λに対してのλ／４ｎ（ｎ：媒質屈折率）の厚さであってもよい。
これにより、第１ｐ型中間層、第２ｐ型中間層がｐ型ＤＢＲの一部として機能を果たすことが可能となり、ｐ型ＤＢＲの反射率の低下を防止できる。
以上において、本実施形態の特徴的な構造である第１ｐ型中間層１０６、第２ｐ型中間層１０７、第３ｐ型中間層１０８について説明した。
しかし、この説明において使用した材料のＡｌ組成や値はその一例であって、上記に記載した値の範囲を逸脱しない限り、本発明の効果を得ることができる。
また、上記で使用したΔＥｖの値は「Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｆｏｒ  ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｌＰ    ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｓ  ｂｙ  ｔｈｅ  ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ−ｖｏｌｔａｇｅ  ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ５０，  ９０６  （１９８７）」の値を元に算出した値であり、他の文献値を用いた値とは異なる可能性がある。
【００２０】
つぎに、本実施形態の赤色垂直共振器型面発光レーザにおける特徴的な構造について、図４を用いて説明する。
本実施形態の赤色垂直共振器型面発光レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板４０１、ｎ型ＤＢＲ４０２、ｎ型スペーサ層４０３、活性層４０５、の順に積層された構造の上に、つぎの層が順に積層される。
すなわち、上記したｐ型ＡｌＩｎＰスペーサ層４０７、第３ｐ型中間層４０８、第２ｐ型中間層４０９、第１ｐ型中間層４１０、ｐ型選択酸化層４１１が順に積層され、その上にｐ型ＤＢＲ４１２、ｐ型コンタクト層４１３が積層された構成からなる。
このｎ型ＤＢＲ４０２は、２種類の異なるＡｌ組成（屈折率）のＡｌＧａＡｓの２層を繰り返し単位とする組を複数回積層することにより構成される。
特に、熱の影響を強く受ける赤色垂直共振器型面発光レーザでは、熱伝導率のよいＡｌＡｓを高いＡｌ組成の層（低屈折率材料）として用いると、放熱性が向上し、高出力化が可能となる。
【００２１】
ｐ型ＤＢＲ４１２もまた、２種類の異なるＡｌ組成のＡｌＧａＡｓの２層を繰り返し単位とする組を複数回積層することにより構成される。
そのうちＡｌ組成の高い層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．７≦ｘ≦０．９５、好ましくは、０．８≦ｘ≦０．９）から適宜選択される。選択酸化層と比較し大きく酸化レートが低いことがデバイス作製上望まれるため、上記範囲となる。
また、Ａｌ組成の低い層はｎ型、ｐ型ともに、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．４＜ｘ＜０．７、好ましくは、０．４５＜ｘ＜０．６）から適宜選択される。
活性層からの波長にもよるが、当該波長が吸収されないように、ｘは０．４以上とし、且つ、ＤＢＲを構成する他方の層と十分な屈折率差を確保するということから適宜定めることができる。例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓにおいて、ｘ＝０．５とするのは好ましい形態である。
ｐ型スペーサ層４０７には、電子のオーバーフローを抑制するために最も効果の高いＡｌＩｎＰを用いる。
ｐ型コンタクト層４１３として、ＧａＡｓをｐ型ＤＢＲの上部に形成する。このＧａＡｓはｐ型にドーピングされており、そのドーピング濃度は５×１０18ｃｍ-3以上とする。好ましくは、５×１０19ｃｍ-3以上、より好ましくは１×１０20ｃｍ-3とする。ドーピング濃度が多いと、その後金属材料を電極として形成した際に、コンタクト抵抗を小さくすることが可能となる。
【実施例】
【００２２】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用した赤色垂直共振器型面発光レーザの半導体積層構造の構成例を、図４、図５を用いて説明する。
本実施例におけるＶＣＳＥＬ構造は、以下の各層によって構成されている。
すなわち、ｎ型ＧａＡｓ基板４０１、
ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓの繰り返し構成によるｎ型ＤＢＲ４０２、
ｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐによるスペーサ層４０３、
アンドープＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐによるバリア層４０４、
Ｇａ0.56Ｉｎ0.44Ｐ／Ａｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐによる量子井戸活性層４０５、
アンドープＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐによるバリア層４０６、
ｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐによるスペーサ層４０７、
ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐによる第３ｐ型中間層４０８、
ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓによる第２ｐ型中間層４０９、
ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓによる第１ｐ型中間層４１０、
ｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.20Ａｓによる選択酸化層４１１、
ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層４１４、
ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓの繰り返し構成によるｐ型ＤＢＲ４１２、
ｐ型ＧａＡｓによるコンタクト層４１３、の各層によって構成される。
【００２３】
ここでは、６８０ｎｍの波長で発振する赤色垂直共振器型面発光レーザが形成される。
まず、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.5Ｇａ0.5ＡｓによるＤＢＲ４０２と、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ／Ａｌ0.5Ｇａ0.5ＡｓによるＤＢＲ４１２について説明する。
それぞれＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層の厚さは、１／４波長の光学的厚さになるように形成される。
実際には、電気抵抗を下げるために、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層の間に２０ｎｍ程度の組成傾斜層を設けている。
この場合、組成傾斜層を含めて１／４波長の光学的厚さになるように形成される。
電流が流れるように、ｐ型ＤＢＲ４１２には、アクセプタとなる不純物、例えば、ＣやＺｎをドーピングする。
ｎ型ＤＢＲ４０２にはドナーとなる不純物、例えばＳｉやＳｅをドーピングする。
そして、ＤＢＲ内での光吸収を極力下げるために、ＤＢＲ内に存在する内部電界強度分布の定在波の腹ではドーピング量を低く、節ではドーピング量を増やす変調ドーピングを行ってもよい。
【００２４】
本実施例では、基板表面から、すなわちｐ型層側から光を取り出す素子構造を採用しているため、ｐ型ＤＢＲ４１２は、繰り返しを３４ペア程度にして、光取り出し効率の最適な反射鏡を形成する。
一方、ｎ側では光を取り出す必要がないため、６０ペア程度繰り返して可能な限り反射率を高め、しきい値電流の低下を図る。
ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓによる第２ｐ型中間層４０９は、１／４波長の光学的厚さとする。
また、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.1Ａｓによる第１ｐ型中間層４１０は、８４．８ｎｍの厚さとし、光学的には１／４波長以上の厚さとする。
第１ｐ型中間層４１０の上層にｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓによる選択酸化層４１１を３０ｎｍの厚さで配置する。
その後、更にｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層４１４を３５．７ｎｍの厚さで配置した。
この第１ｐ型中間層４１０、ｐ型選択酸化層４１１、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層４１４の屈折率はそれぞれ、３．４６、３．１０、３．４６であり、合計厚さが光学的な厚さとして３λ／４となる５１０ｎｍとした。
また、ｐ型選択酸化層４１１の中心が、定在波の節の位置になるように第１ｐ型中間層の厚さを選定した。
ここで、第１ｐ型中間層、ｐ型選択酸化層、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層の合計、及び第２ｐ型中間層の光学的厚さがλ／４の整数倍となっており、これらの層もｐ型ＤＢＲの一部として機能している。
この４つの層の各界面にＤＢＲと同じく組成傾斜層を設けてもよい。
その場合は、例えばｐ型選択酸化層の３０ｎｍを維持したまま、各界面に２０ｎｍ程度の組成傾斜層を設けるとよい。この場合、組成傾斜層も含めて光学的厚さとするように形成される。
【００２５】
つぎに、共振器の形成について説明する。
本実施例では、ＶＣＳＥＬに通常用いられる構成の１波長共振器を採用する。発振波長６８０ｎｍでの１波長共振器では光学厚さが６８０ｎｍとなる
共振器は、２つのＤＢＲで囲まれた領域を指し、ｎ型スペーサ層、活性層、バリア層、ｐ型スペーサ層、第３ｐ型中間層、で構成される。
また、光とキャリアの相互作用を最大にするためには、活性層を定在波の腹に配置する必要がある。この場合、共振器の中央の位置に活性層を配置する。
上記の条件を考慮しながら実際の例について下記に記す。
活性層４０５は、４個の６ｎｍ  ＧａＩｎＰ量子井戸と３個の６ｎｍ  Ａｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐによるバリア層で形成され、実際の層厚は４２ｎｍとなる。
発光波長６８０ｎｍでのＧａＩｎＰ層とＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐ層の屈折率はそれぞれ３．５６、３．３７であるため、この活性層４０５での光学的厚さは１４６ｎｍとなる。
【００２６】
この活性層４０５の半分の長さである７３ｎｍとアンドープＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐによるバリア層４０４、
およびｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐによるスペーサ層４０３により、光学的厚さが６８０ｎｍの１／２の３４０ｎｍになればよい。
アンドープＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐによるバリア層４０３の層厚を２０ｎｍ、ｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐスペーサ層４０４の層厚を６０．５ｎｍとする。
屈折率はそれぞれ３．３７、３．３０であるので、この二つの層の光学的厚さは２６７ｎｍとなる。
すなわち、活性層４０５の半分である７３ｎｍとの合計は光学的厚さとして３４０ｎｍになり、図５に示すように活性層４０５の中央が定在波の腹５０１に位置することになる。
ｐ側は、活性層の半分の光学的厚さである７３ｎｍとやはりアンドープＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐによるバリア層４０６、
およびｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐによるスペーサ層４０７、ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐによる第３中間層４０８により光学的厚さが残りの３４０ｎｍになればよい。
【００２７】
ｎ側ではＡｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐを用いたが、ｐ側ではできるだけヘテロ障壁を大きくし、電子のオーバーフローを極力抑えるためにＡｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐを使用し、１×１０18ｃｍ-3程度までドーピングを行う。ドーパントとしてはＺｎやＭｇが用いられる。
【００２８】
バリア層４０６として２０ｎｍ、ｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐスペーサ層４０７として３１ｎｍ、ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐによる第３中間層４０８として３０．２ｎｍとする。
屈折率はそれぞれ３．３７、３．２２、３．３０であるので、この３つの層の光学的厚さは２６７ｎｍとなり、活性層４０５の半分の光学的厚さである７３ｎｍとの合計は光学的厚さとして３４０ｎｍになる。
【００２９】
第３ｐ型中間層４０８と第２ｐ型中間層４０９とのΔＥｖを２０ｍｅＶより小さくするために、第２ｐ型中間層４０９にＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓを用いる場合には、第３ｐ型中間層４０８にはＡｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐを用いる。
これによりΔＥｖは約１８ｍｅＶとなり駆動電圧の上昇を抑えることができる。以上、アンドープバリア層を含むｎ層、活性層、アンドープバリア層を含むｐ層の光学的厚さはそれぞれ２６７ｎｍ、１４６ｎｍ、２６７ｎｍ、（合計６８０ｎｍ）となり、１波長共振器の場合の光学的厚さに合致する。
【００３０】
この共振器の両側に多層膜反射鏡を形成する。共振器と多層膜反射鏡の界面では定在波の腹になるように多層膜反射鏡はｎ側もｐ側も構成される。
具体的には、低屈折率材料、ここではｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層５０３が共振器に隣接し、さらにその隣に高屈折率材料、ここではＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層４０１が並ぶように形成する。
ｐ型は、第２ｐ型中間層４０９からｐ型ＤＢＲの一部となっているため、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層４１４の次の層から、低屈折率材料であるｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層が配置され、更にその隣に高屈折率材料、ここではＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓが並ぶように形成する。
ｐ型、ｎ型ともにそれぞれ必要な数（ｐ側３４ペア、ｎ側６０ペア）を繰り返す。
【００３１】
実際の素子作製には、まず上記の層厚をもつようなウエハを結晶成長技術によって形成する。
例えば、有機金属化合物成長装置や分子線エピタキシー装置にて層構造を形成する。ウエハ構造形成後、通常の半導体プロセス技術により、図６に示すようなレーザ素子６００を完成させる。
なお、図６において、図４において説明した層と同じ機能を有する層については、同一の番号を付している。
フォトリソグラフィーと半導体エッチングによりポストを形成し、選択酸化により電流狭窄層６０２を形成する。
その後、絶縁体膜６０３を堆積し、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４１３とコンタクトをとる領域のみ開口して、ｐ側電極６０４を形成する。最後にウエハ裏面にｎ側電極６０１を形成して素子が完成する。
このように本発明に基づいて作製された素子は、ｐ型ＡｌＩｎＰスペーサ層と選択酸化を行うＡｌＧａＡｓとのＰ／Ａｓ界面が存在しない。
したがって、前記界面での層間剥離を引き起こすことなく、且つ、大きなヘテロ障壁（ΔＥｖ）が存在しないため駆動電圧の上昇を抑えることができる。
そのため、発熱量の増大を防ぎ高出力動作が可能になり赤色垂直共振器型面発光レーザの応用先が大きく拡がり、その波及効果は非常に大きい。
【００３２】
以上は単一素子の作製方法である。
アレイ状に集積させた複数の素子を作製する場合は、例えば４×８の３２個の素子を５０ｕｍピッチ間隔でアレイ状に並べるには、所望の素子配置になるようなフォトマスクを最初から使用する。
そして、上記と同じエピウエハを用いて、同じ素子形成工程を踏めば、アレイ状になった複数素子が同時に形成できる。
つまり、必要なパターンを持ったマスクを使用することで赤色垂直共振器型面発光レーザアレイが容易に得られる。
なお、ここではｎ型ＧａＡｓ基板を使用して、ｐ型層が上部に存在する素子構造としたが、ｐ型ＧａＡｓ基板を用いて、ｎ型層が上部に存在する素子構造としても良い。
【００３３】
［実施例２］
以下に、本発明の実施例２について説明する。
図７に、本発明に係る赤色垂直共振器型面発光レーザ７００の層構成の断面模式図を示す。
本実施例におけるＶＣＳＥＬ構造は、以下の各層によって構成されている。
すなわち、ｎ型ＧａＡｓ基板４０１、
ｎ型ＡｌＡｓ／Ａｌ0.5Ｇａ0.5ＡｓによるＤＢＲ４０２、
ｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐによるスペーサ層４０３、
アンドープＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐによるバリア層４０４、
Ｇａ0.56Ｉｎ0.44Ｐ／Ａｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐによる量子井戸活性層４０５、
アンドープＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐによるバリア層４０６、
ｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐによるスペーサ層４０７、
ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.1Ｉｎ0.5Ｐによる第３ｐ型中間層４０８、
ｐ型Ａｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓによる第２ｐ型中間層４０９、
ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓによる第１ｐ型中間層４１０、
ｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓによる選択酸化層４１１、
ｐ型Ａｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓ／Ａｌ0.5Ｇａ0.5ＡｓによるＤＢＲ４１２、
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層４１３、の各層によって構成される。
【００３４】
ここでは、６８０ｎｍで発振する赤色垂直共振器型面発光レーザが形成される。
ｎ型ＤＢＲ４０２では、素子の熱抵抗を下げるために反射鏡を構成する層として、実施例１に用いているＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓの代わりに熱抵抗が小さい材料であるＡｌＡｓを用いる。
ｐ型ＤＢＲ４１２では、屈折率差をより大きくし反射率を高くするために、ｐ型Ａｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓ／Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ多層膜反射鏡とする。
第３ｐ型中間層４０８と第２ｐ型中間層４０９とのΔＥｖを２０ｍｅＶより小さくするために、第２ｐ型中間層４０９にＡｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓを用いる場合には、第３ｐ型中間層層４０８にはＡｌ0.4Ｇａ0.1Ｉｎ0.5Ｐを用いる。これにより、ΔＥｖは約１３ｍｅＶとなり駆動電圧の上昇を抑えることができる。
【００３５】
また、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓによる第１ｐ型中間層４１０、ｐ型Ａｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓによる第２ｐ型中間層４０９の厚さは、各層λ／４ｎ（ｎ：媒質屈折率）の厚さとする。
これにより、第１ｐ型中間層４１０、第２ｐ型中間層４０９の両者がｐ型ＤＢＲとして適した厚さとなりｐ型ＤＢＲの一部として、反射率を高めることが可能となる。
具体的には、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓによる第１ｐ型中間層４１０では、４９．１ｎｍ、ｐ型Ａｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓによる第２ｐ型中間層４０９は５４．５ｎｍの厚さとする。
この２層の屈折率はそれぞれ、３．４６、３．１２であるので、各々の光学厚さは６８０ｎｍの１／４である１７０ｎｍとなる。
本実施例では、ＶＣＳＥＬに通常用いられる１波長共振器を採用する。発振波長６８０ｎｍでの１波長共振器では光学厚さが６８０ｎｍとなる。
共振器は、ｎ型ＤＢＲ４０２、ｐ型ＤＢＲ４１２で挟まれた領域を指し、ｎ型スペーサ層、活性層、ｐ型スペーサ層、第３ｐ型中間層で構成される。
また、光とキャリアの相互作用を最大にするために、活性層を定在波の腹に配置する必要がある。この場合、６８０ｎｍ内の中心位置のｎ型側から１／２の位置に活性層を配置する。
【００３６】
上記条件を考慮しながら実際の例について下記に記す。
活性層は、実施例１と同様に構成し、光学的厚さは１４６ｎｍとなる。
この活性層領域の半分の長さである７３ｎｍとアンドープＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐによるバリア層４０４、
およびｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐによるスペーサ層４０３により、光学的厚さが６８０ｎｍの１／２の３４０ｎｍになればよく、実施例１と同様の構成となる。
ｐ側は、活性層４０５の半分の光学的厚さである７３ｎｍとやはりアンドープＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐバリア層４０６およびｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐによるスペーサ層４０７、ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.1Ｉｎ0.5Ｐによる第３ｐ型中間層層４０８により光学的厚さが残りの３４０ｎｍになればよい。
アンドープＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐによるバリア層４０６およびｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐによるスペーサ層４０７を、実施例１と同様の層厚で構成する。そして、残りのｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.1Ｉｎ0.5Ｐによる第３ｐ型中間層層４０８は、３０．５ｎｍとする。
この屈折率は、３．２７であるので、この３つの層の光学的厚さは２６７ｎｍとなり、活性層４０５の半分の光学的厚さである７３ｎｍとの合計は光学的厚さとして３４０ｎｍになる。これにより図８に示すように、活性層の中心が定在波の腹５０１に位置する。
【００３７】
以上、アンドープバリア層を含むｎ層、活性層、アンドープバリア層を含むｐ層、の光学的厚さはそれぞれ２６７ｎｍ、１４６ｎｍ、２６７ｎｍ（合計６８０ｎｍ）となり、１波長共振器の場合の光学的厚さに合致する。
この共振器の両側に多層膜反射鏡を形成する。共振器と多層膜反射鏡の界面では定在波の腹になるように多層膜反射鏡はｎ側もｐ側も構成される。
具体的には、低屈折率材料、ここではｎ型ＡｌＡｓ層、が共振器に隣接し、さらにその隣に高屈折率材料、ここではＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層４０１が並ぶように形成する。
ｐ型は、ｐ型Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓによる選択酸化層が低屈折率材料として１／４波長の厚さで第１ｐ型中間層に隣接し、さらにその隣に高屈折率材料、ここではＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層４０１が並ぶように形成する。
ｐ型、ｎ型ともに、それぞれ必要な数（ｐ側３２ペア、ｎ側６０ペア）を繰り返す。ｐ型選択酸化層は、実施例１と異なり図８に示すように定在波の腹と節の中間の位置８０１に配置されている。
【００３８】
以上、第１ｐ型中間層、及び第２ｐ型中間層を発振波長λに対してλ／４ｎ（ｎ：媒質屈折率）の厚さとすることで、ｐ型ＤＢＲの一部が第１ｐ型中間層、第２ｐ型中間層の役割を果たすことになり、ＤＢＲの反射率を高いまま維持することができる。
以下、実施例１に示したように素子作製、あるいはアレイ化を行えばよい。
なお、上記実施例１および実施例２では、多重量子井戸構造を１つ用いた例を示したが、多重量子井戸構造を２つ以上設ける周期利得構造を採用してもよい。その場合、複数の多重量子井戸構造がともに定在波の腹の位置となるように配置するために、２波長共振器としてもよい。２波長共振器とすることにより、共振器内の定在波には２つの腹が形成され各々の位置に多重量子井戸構造が配置できることになる。
【００３９】
［実施例３］
実施例３においては、本発明による面発光レーザアレイを用いた応用例の一形態として、画像形成装置を構成例について説明する。
図９に、本発明による垂直共振器型面発光レーザアレイを実装した電子写真記録方式の画像形成装置の構造図を示す。
図９（ａ）は画像形成装置の平面図であり、図９（ｂ）は同装置の側面図である。
図９において、１１００は感光ドラム（感光体）、１１０２は帯電器、１１０４は現像器、１１０６は転写帯電器、１１０８は定着器、１１１０は回転多面鏡（光偏向器）、１１１２はモータである。
また、１１１４は垂直共振器型面発光レーザアレイ、１１１６は反射鏡、１１２０はコリメータレンズ及び１１２２はｆ−θレンズである。
【００４０】
本実施例における回転多面鏡１１１０は、６つの反射面を備えている。
垂直共振器型面発光レーザアレイ１１１４は、記録用光源となるものであり、画像信号に応じて点灯または消灯するように構成されている。
こうして光変調されたレーザ光は、垂直共振器型面発光レーザアレイ１１１４からコリメータレンズ１１２０を介し回転多面鏡１１１０に向けて照射される。
回転多面鏡１１１０は矢印方向に回転していて、垂直共振器型面発光レーザアレイ１１１４から出力されたレーザ光は、回転多面鏡１１１０の回転に伴い、その反射面で連続的に出射角度を変える偏向ビームとして反射される。
この反射光は、ｆ−θレンズ１１２２により歪曲収差の補正等を受け、反射鏡１１１６を経て感光ドラム１１００に照射され、感光ドラム１１００上で主走査方向に走査される。
このとき、回転多面鏡１１１０の１面を介したビーム光の反射により、感光ドラム１１００の主走査方向に垂直共振器型面発光レーザアレイ１１１４に対応した複数のライン分の画像が形成される。
【００４１】
感光ドラム１１００は、予め帯電器１１０２により帯電されており、レーザ光の走査により順次露光され、静電潜像が形成される。
また、感光ドラム１１００は矢印方向に回転していて、形成された静電潜像は、現像器１１０４により現像され、現像された可視像は転写帯電器１１０６により、転写紙（図示せず）に転写される。
可視像が転写された転写紙は、定着器１１０８に搬送され、定着を行った後に機外に排出される。
【００４２】
以上説明したように、本発明による垂直共振器型面発光レーザアレイを電子写真記録方式の画像形成装置に用いることにより、高速・高精細印刷を可能とする画像形成装置を得ることが可能となる。
また、信頼性の高い面発光レーザアレイを用いることにより、画像形成装置自体の信頼性も向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１０１：活性層
１０２：ｐ型スペーサ層
１０３：ｐ型選択酸化層
１０４：ｐ型ＤＢＲ−高屈折率層
１０５：ｐ型ＤＢＲ−低屈折率層
１０６：第１ｐ型中間層
１０７：第２ｐ型中間層
１０８：第３ｐ型中間層
【図１】
2011249557.tif 000003
【図２】
2011249557.tif 000004
【図３】
2011249557.tif 000005
【図４】
2011249557.tif 000006
【図５】
2011249557.tif 000007
【図６】
2011249557.tif 000008
【図７】
2011249557.tif 000009
【図８】
2011249557.tif 000010
【図９】
2011249557.tif 000011
【図１０】
2011249557.tif 000012
【図１１】
2011249557.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月10日(2011.3.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直共振器型面発光レーザであって、
基板上に設けられたｎ型半導体ブラッグ反射鏡と、
前記ｎ型半導体ブラッグ反射鏡の上に形成され、ＡｌＧａＩｎＰで構成された活性層と、
前記活性層の上に形成され、ＡｌＩｎＰで構成されたｐ型スペーサ層と、
前記ｐ型スペーサ層の上に形成され、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓで構成された選択酸化層と、
前記選択酸化層の上に形成され、ＡｌＧａＡｓで構成されたｐ型半導体ブラッグ反射鏡と、
前記選択酸化層と前記ｐ型スペーサ層との間であって、該選択酸化層に隣接して設けられた、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓで構成された第１中間層と、
前記選択酸化層と前記ｐ型スペーサ層との間であって、前記第１中間層に隣接して設けられた、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓで構成された第２中間層と、
前記選択酸化層と前記ｐ型スペーサ層との間であって、前記第２中間層に隣接して設けられた、ＡｌＧａＩｎＰで構成された第３中間層と、を有し、
前記材料の組成ｚ、ｙ、ｘがｚ＞ｙ＞ｘの関係をみたすことを特徴とする垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項２】
前記第２中間層及び前記第１中間層の厚さが、発振する光の波長に対して、１／４波長の光学的厚さであることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項３】
請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザを複数配置した垂直共振器型面発光レーザアレイと、該垂直共振器型面発光レーザアレイからの光により静電潜像を形成する感光体と、該感光体を帯電する帯電器と、該静電潜像を現像する現像器と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の垂直共振器型面発光レーザは、
基板上に設けられたｎ型半導体ブラッグ反射鏡と、
前記ｎ型半導体ブラッグ反射鏡の上に形成され、ＡｌＧａＩｎＰで構成された活性層と、
前記活性層の上に形成され、ＡｌＩｎＰで構成されたｐ型スペーサ層と、
前記ｐ型スペーサ層の上に形成され、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓで構成された選択酸化層と、
前記選択酸化層の上に形成され、ＡｌＧａＡｓで構成されたｐ型半導体ブラッグ反射鏡と、
前記選択酸化層と前記ｐ型スペーサ層との間であって、該選択酸化層に隣接して設けられた、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓで構成された第１中間層と、
前記選択酸化層と前記ｐ型スペーサ層との間であって、前記第１中間層に隣接して設けられた、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓで構成された第２中間層と、
前記選択酸化層と前記ｐ型スペーサ層との間であって、前記第２中間層に隣接して設けられた、ＡｌＧａＩｎＰで構成された第３中間層と、を有し、
前記材料の組成ｚ、ｙ、ｘがｚ＞ｙ＞ｘの関係をみたすことを特徴とする。
【手続補正書】
【提出日】平成23年5月17日(2011.5.17)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、垂直共振器型面発光レーザに関し、特に、酸化による電流狭窄構造を備えた垂直共振器型面発光レーザ、及びそれを用いた画像形成装置に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
ここで挙げている従来例による赤色面発光レーザの構成例では、選択酸化層２０３に隣接してｐ型スペーサ層のＡｌＩｎＰが存在している。
そのため、結晶成長当初から欠陥の存在しやすいリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）界面へ、選択酸化層が隣接しているため酸化による応力が強く影響を与えてしまう。本発明者らは、これらが原因となり、欠陥の存在しやすいＰ／Ａｓ界面において層間剥離が起こり易いということを見出した。
このような層間剥離が起こることは、活性領域にＡｌＧａＩｎＰ系を、ＤＢＲにＡｌＧａＡｓ系の材料を用い、選択酸化による電流狭窄構造を有した赤色面発光レーザ特有の課題である。
酸化プロセスによって選択酸化層の材料が変質し、膜の体積が変化することによって、結晶性が悪いｐ型スペーサ層ＡｌＩｎＰと選択酸化層ＡｌＧａＡｓの界面に大きい応力が生じることから、この界面において層間が剥離することがある。特に、面発光レーザ作製後にデバイス電極の半導体−金属界面のコンタクト抵抗を低下させるために、一般的に行われる熱処理（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ：ＲＴＡ）を行うときにおいて、
図１１のように顕著にＡｌＩｎＰと酸化した選択酸化層の間にて剥離がおこり、面発光レーザが完全に破壊される。
また、実際にデバイスを使用し通電し続けることによっても、電流狭窄部で局所的な発熱が生じ界面での剥離を引き起こすことがある。
このようなデバイスでは、良品の作製歩留まりが悪いだけでなく、使用中に上記界面剥離が起こり、デバイスが壊れてしまう可能性がある。
特に、内部が破壊してしまうことから、外観検査では判別することができないため、良品デバイスの判断が困難であり、デバイス、及び、それを組み込んだ画像形成装置等のシステム全体の信頼性が悪化する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み、電圧の上昇を抑制しながら選択酸化層とスペーサ層との界面での剥離を防止することができ、信頼性の向上を図ることが可能となる垂直共振器型面発光レーザ、それを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明によれば、電圧の上昇を抑制しながら選択酸化層とスペーサ層との界面での剥離を防止することができ、信頼性の向上を図ることが可能となる垂直共振器型面発光レーザ、それを用いた画像形成装置を実現することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
第２ｐ型中間層１０７、及び第３ｐ型中間層１０８は、図１０のバンドラインナップに示した第１ｐ型中間層１０６とｐ型ＡｌＩｎＰスペーサ層１０２の間の大きな価電子帯頂上のエネルギー値の差（ΔＥｖ：図１０を参照）の開きΔＥｖ１を、中間の値に価電子帯の頂上を有する２層を用いて埋めるための層である。特に、ｐ型中間層１にはＡｌ組成の低いＡｌＧａＡｓが要求されており、必然的に価電子帯の頂上は高くなるため、ｐ型ＡｌＩｎＰスペーサ層とのΔＥｖは大きいことが望ましい形態となる。
このΔＥｖが大きいと、ｐ型のキャリアであるホールにとって障壁が大きくなり駆動電圧の上昇を引き起こし、発熱量を増大させ、光出力低下を招いてしまう。そこで、このΔＥｖを埋めるために、第２ｐ型中間層１０７としてＡｌＧａＡｓ系材料において最も価電子帯の頂上が低いＡｌＡｓを用いたいところだが、
選択酸化を行うことから、選択酸化層１０３に用いているＡｌ組成よりも低く且つ、ほとんど酸化がされない組成のＡｌＧａＡｓを用いる必要がある。
具体的には、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．８５＜ｘ＜０．９５）を用いる。好ましくは、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓを用いる。
しかしながら、第２ｐ型中間層１０７に上記範囲において最も価電子帯の頂上が低いＡｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓを用いても、ｐ型ＡｌＩｎＰスペーサ層１０２とのΔＥｖは７０ｍｅＶと残ってしまう。
特に、５族材料が異なるＰ／Ａｓ界面では、結晶性が悪化してしまうため、同種材料のヘテロ界面のΔＥｖと同じΔＥｖであっても、その影響は大きくなる傾向にある。
そこで、第２ｐ型中間層１０７とｐ型ＡｌＩｎＰスペーサ層１０２の間のΔＥｖを埋めるために第３ｐ型中間層１０８として、ＡｌＧａＩｎＰ系材料の層を導入する。
その際、その価電子帯の頂上が第２ｐ型中間層とｐ型ＡｌＩｎＰスペーサ層の中間ではなく、極力Ｐ／Ａｓ界面でのΔＥｖ（図１０中に図示）が小さくなるような材料を選ぶことが望ましい。
具体的には、たとえば、第２ｐ型中間層１０７としてＡｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓを用いた場合、（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）ＩｎＰを用いる。このときのΔＥｖは、１４ｍｅＶ程度となりＡｌ０．８Ｇａ０．２ＩｎＰ側の価電子帯の頂上が低くなる。
この第２ｐ型中間層と第３ｐ型中間層の間のΔＥｖは、本発明者らが鋭意検討を重ねた実験の結果、概ね２０ｍｅＶ以下であれば、駆動電圧の大きな上昇を伴わないことがわかっている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用した赤色垂直共振器型面発光レーザの半導体積層構造の構成例を、図４、図５を用いて説明する。
本実施例におけるＶＣＳＥＬ構造は、以下の各層によって構成されている。
すなわち、ｎ型ＧａＡｓ基板４０１、
ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓの繰り返し構成によるｎ型ＤＢＲ４０２、
ｎ型Ａｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐによるスペーサ層４０３、
アンドープＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐによるバリア層４０４、
Ｇａ０．５６Ｉｎ０．４４Ｐ／Ａｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐによる量子井戸活性層４０５、
アンドープＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐによるバリア層４０６、
ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐによるスペーサ層４０７、
ｐ型Ａｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐによる第３ｐ型中間層４０８、
ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓによる第２ｐ型中間層４０９、
ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓによる第１ｐ型中間層４１０、
ｐ型Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓによる選択酸化層４１１、
ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層４１４、
ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓの繰り返し構成によるｐ型ＤＢＲ４１２、
ｐ型ＧａＡｓによるコンタクト層４１３、の各層によって構成される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
本実施例では、基板表面から、すなわちｐ型層側から光を取り出す素子構造を採用しているため、ｐ型ＤＢＲ４１２は、繰り返しを３４ペア程度にして、光取り出し効率の最適な反射鏡を形成する。
一方、ｎ側では光を取り出す必要がないため、６０ペア程度繰り返して可能な限り反射率を高め、しきい値電流の低下を図る。
ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓによる第２ｐ型中間層４０９は、１／４波長の光学的厚さとする。
また、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓによる第１ｐ型中間層４１０は、８４．８ｎｍの厚さとし、光学的には１／４波長以上の厚さとする。
第１ｐ型中間層４１０の上層にｐ型Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓによる選択酸化層４１１を３０ｎｍの厚さで配置する。
その後、更にｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層４１４を３５．７ｎｍの厚さで配置した。
この第１ｐ型中間層４１０、ｐ型選択酸化層４１１、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層４１４の屈折率はそれぞれ、３．４６、３．１０、３．４６であり、合計厚さが光学的な厚さとして３λ／４となる５１０ｎｍとした。
また、ｐ型選択酸化層４１１の中心が、定在波の節の位置になるように第１ｐ型中間層の厚さを選定した。
ここで、第１ｐ型中間層、ｐ型選択酸化層、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層の合計、及び第２ｐ型中間層の光学的厚さがλ／４の整数倍となっており、これらの層もｐ型ＤＢＲの一部として機能している。
この４つの層の各界面にＤＢＲと同じく組成傾斜層を設けてもよい。
その場合は、例えばｐ型選択酸化層の３０ｎｍを維持したまま、各界面に２０ｎｍ程度の組成傾斜層を設けるとよい。この場合、組成傾斜層も含めて光学的厚さとするように形成される。