(57)【要約】【課題】発光効率が高く、従来より低い消費電力及びしきい値電流を有する面発光レーザ素子を提供する。【解決手段】面発光レーザ素子５０では、コンタクト層６４、上部ＤＢＲ共振器６２、上部クラッド層６０、活性層５８、下部クラッド層５６、及び下部ＤＢＲ共振器５４の上部は、エッチングされて、直径３０μｍ程度の円形断面を有する、円柱状のメサポスト７０に加工されている。メサポスト７０の上面、側面及び両脇の下部ＤＢＲ共振器５４上には、高反射率膜を構成する、膜厚１４０ｎｍのＳｉＯ２膜と膜厚９０ｎｍのＴｉＯ２膜とが交互に４ペア積層した誘電体多層膜７２が成膜されている。【選択図】        図１
2004228282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、順次、積層された下部反射鏡、活性層、及び上部反射鏡を有し、少なくとも前記上部反射鏡及び前記活性層がメサポスト内に形成され、電流注入により前記基板と垂直にレーザ光を放射する面発光レーザ素子において、
前記メサポストの側面が、レーザ光の発振波長に対して３０％以上の反射率を有する高反射率膜で被覆されていることを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項２】
前記高反射率膜が、２種以上の屈折率の異なる化合物半導体膜を交互に積層した半導体多層膜であり、
前記化合物半導体膜の膜厚ｔが、レーザ発振波長λに対する前記化合物半導体膜の屈折率をｎλ、Ｎを自然数として、ｔ・ｎλ＝Ｎ・λ／４となる膜厚であることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項３】
前記基板がＧａＡｓ基板であり、前記２種以上の屈折率の異なる化合物半導体膜がそれぞれ、半絶縁化された、基板に格子整合する化合物半導体からなる膜であることを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザ素子。
【請求項４】
前記高反射率膜が、２種以上の屈折率の異なる誘電体膜を交互に積層した誘電体多層膜であり、
前記誘電体膜の膜厚ｔが、レーザ発振波長λに対する前記誘電体膜の屈折率をｎλ、Ｎを自然数として、ｔ・ｎλ＝Ｎ・λ／４となる膜厚であることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項５】
前記２種以上の屈折率の異なる誘電体膜がそれぞれ、スパッタ法、ＣＶＤ法、及び蒸着法のうちの何れかの成膜法で成膜できる誘電体からなる膜であることを特徴とする請求項４に記載の面発光レーザ素子。
【請求項６】
前記高反射率膜が、単層の誘電体膜上に金属多層膜を積層した複合多層膜であることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項７】
前記誘電体膜が、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＮ、ＭｇＦ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ、ＴｉＮ、ＡｌＮのうちの何れかからなる膜であり、前記金属多層膜を構成する金属膜がそれぞれ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｔのうちの何れかからなる膜、又はＡｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｔのうちの２以上を組み合わせた合金膜からなることを特徴とする請求項６に記載の面発光レーザ素子。
【請求項８】
前記メサポストの基板に平行な断面が円形であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面発光レーザ素子に関し、更に詳細には、高い発光効率を有する面発光レーザ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
面発光レーザ素子は、半導体基板上に形成された、相互に屈折率が異なる化合物半導体のペア層からなる一対のＤＢＲ（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）共振器と、その一対のＤＢＲ共振器の間に設けられ、発光領域となる活性層とを有し、基板面に対して直交方向にレーザ光を出射する半導体レーザ素子である。
【０００３】
ここで、従来の面発光レーザ素子の一例として、図４を参照して特開２００１−２１０９０８号公報に記載の面発光レーザ素子の構成を説明する。図４は前掲公報に開示されている面発光レーザ素子の構成を示す断面図である。
前掲公報によれば、面発光レーザ素子１０は、図４に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に、順次、形成されたｎ型半導体多層膜からなる下部ＤＢＲ共振器（下部反射鏡層構造）１４、ノンドープＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１６、活性層１８、ノンドープＡｌＧａＡｓ上部クラッド層２０、ｐ型半導体多層膜からなる上部ＤＢＲ共振器（上部反射鏡層構造）２２、及びｐ型ＧａＡｓキャップ層２４からなる積層構造を備えている。
【０００４】
下部ＤＢＲ共振器１４は、膜厚４０ｎｍのｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層と膜厚５０ｎｍのｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とを、ヘテロ界面に膜厚２０ｎｍの組成傾斜層を介在させ積層した３０．５ペアの半導体多層膜として構成されている。
上部ＤＢＲ共振器２２は、膜厚４０ｎｍのｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層と膜厚５０ｎｍのｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とを、ヘテロ界面に膜厚２０ｎｍの組成傾斜層を介在させ積層した２５ペアの半導体多層膜として構成されている。
【０００５】
面発光レーザ素子１０では、発光効率を高め、しきい値電流を低くするために、上部ＤＢＲ共振器２２を構成する半導体多層膜中に高Ａｌ含有層を介在させ、高Ａｌ含有層の一部領域のみを選択的に酸化させることにより電流狭窄領域を形成し、活性層に注入される電流の電流経路の断面積を限定している。
即ち、上部ＤＢＲ共振器２２の活性層１８に最も近い構成層は、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層に代えて、膜厚５０ｎｍのｐ型ＡｌＡｓ層２６が形成され、中央の円形領域を除いて、その周囲のＡｌＡｓ層はＡｌが選択的に酸化されてＡｌ酸化層２８に転化している。
Ａｌ酸化層２８は電気抵抗の高い酸化狭窄型の電流狭窄領域として機能する。一方、中央の円形領域は、元のｐ型ＡｌＡｓ層２６のままであって、電流注入領域として機能する。
【０００６】
そして、キャップ層２４、上部ＤＢＲ共振器２２、上部クラッド層２０、活性層２０、下部クラッド層１８、及び下部ＤＢＲ共振器１６の上部は、エッチングされて、円柱状のメサポスト（柱状構造）３０に加工されている。
メサポスト３０の上面、側面及び両脇の下部ＤＢＲ共振器１４上には、ＳｉＮｘ膜３２が成膜されている。
【０００７】
メサポスト３０の上面のＳｉＮｘ膜３２は、直径２５μｍの円形状に除去されてｐ型ＧａＡｓキャップ層２４を露出させている。そこに、内径１５μｍで外径２５μｍの円環状のＡｕＺｎ電極がｐ側電極３４として形成されている。
また、電極引き出し用のパッドとして金属膜３８が、ｐ側電極３４を被覆して、ＳｉＮｘ膜３２上に成膜されている。
また、ｎ型ＧａＡｓ基板１２の裏面には、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ膜がｎ側電極３６として形成されている。
【０００８】
同公報によれば、Ａｌ酸化層２８で活性層１８に注入される電流の電流経路の断面積を限定しつつ、面発光レーザ素子１０の素子抵抗の増大を抑制するために、電流注入経路の口径Ｄ１を１０μｍより大きくすることにより、低い動作電圧でのレーザ発振が得られるものとしている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−２１０９０８号公報（図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、面発光レーザ素子を光通信、光配線などの分野に応用するためには、面発光レーザ素子の発光効率が高く、より一層低い消費電力及びしきい値電流を有する面発光レーザ素子を実現することが必要であった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、発光効率が高く、従来より低い消費電力及びしきい値電流を有する面発光レーザ素子を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題の解決に際し、従来の面発光レーザ素子では、活性層で発生した光の一部は、レーザ発振に対して有効に利用されていないことに着目し、以下のように考察した。
【００１３】
図５（ａ）に、図４に示した面発光レーザ素子１０の活性層１８の近傍を、図５（ｂ）に図４に示した面発光レーザ素子１０のＩ−Ｉ断面を示す。
従来の面発光レーザ素子では、図５（ａ）に示すように、下部ＤＢＲ共振器１４の最上層をなす低屈折率層であるＡｌＡｓ層１５、下部クラッド層１６、活性層１８、上部クラッド層２０、及び上部ＤＢＲ共振器２２の最下層をなす低屈折率層であるＡｌＡｓ層２１は、各層の屈折率が活性層１８から離れるに従って小さくなる光導波路構造４０を構成している。光導波路構造４０は、活性層１８をピークとする電界分布４２で、活性層１８内に２次元的に光を閉じ込める構造であり、光は活性層１８内を基板に平行な方向に伝播できる。
【００１４】
従来の面発光レーザ素子では、電流注入すると、活性層１８で基板に垂直な方向にレーザ共振が発生し、出射窓３９よりレーザ光が取り出される。しかし、活性層１８で発生した光の一部は、基板に垂直な方向のレーザ発振に寄与せず、光導波路構造４０を介して、活性層１８を基板に平行な方向にメサポスト３０の側面に向かって放射状に導波する。
メサポスト３０の側面に向かって活性層１８を導波した光は、図５（ｂ）に示すように、メサポスト３０の側面を通過し、メサポスト３０の周囲に形成されている、ＳｉＮｘ膜３２などの絶縁膜により吸収、散乱され、或いは電極引き出し用パッドを構成する金属膜３８により面発光レーザ素子１０の外部に向かって散乱される。
つまり、従来の面発光レーザ素子では、活性層１８をメサポスト３０の側面に向かって導波する光は、レーザ発振に対して完全な損失となっており、無駄に消費されている。
【００１５】
本発明者は、上述の考察に基づいて、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、メサポスト３０の側面に、高反射率膜４４を形成すれば、活性層１８をメサポスト３０の側面に向かって導波する光を、高反射率膜４４で活性層１８の内部に反射させ、基板に垂直な方向のレーザ発振に寄与させることができることを見出した。
本発明者は、このようにして、発光効率が高く、従来より低い消費電力及びしきい値電流を有する面発光レーザ素子を得ることに着想し、種々の実験を経て、本発明を発明するに到った。
【００１６】
なお、図６（ｂ）に示すように、メサポスト３０の側面に高反射率膜４４を形成し、かつメサポスト３０の基板に平行な断面を真円形状に形成すれば、活性層１８に、メサポスト３０の側面を反射鏡として、全ての光がメサポスト３０の中心を指向する安定共振器を形成することができる。
従って、この安定共振器で基板に平行な方向にレーザ共振を発生させれば、更に発光効率が高い面発光レーザ素子を得ることができる。
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明に係る面発光レーザ素子は、基板上に、順次、積層された下部反射鏡、活性層、及び上部反射鏡を有し、少なくとも上部反射鏡及び活性層がメサポスト内に形成され、電流注入により基板と垂直にレーザ光を放射する面発光レーザ素子において、
メサポストの側面が、レーザ光の発振波長に対して３０％以上の反射率を有する高反射率膜で被覆されていることを特徴としている。
【００１８】
メサポストの側面が、レーザ光の発振波長に対して３０％以上の反射率を有する高反射率膜で被覆されていることにより、活性層をメサポストの側面に向かって導波する光を、高反射率膜で活性層の内部に高い反射率で反射させ、レーザ発振に寄与させることができる。
従って、発光効率が高く、従来より低い消費電力及びしきい値電流を有する面発光レーザ素子を得ることができる。
【００１９】
本発明の好適な実施態様では、高反射率膜が、２種以上の屈折率の異なる化合物半導体膜を交互に積層した半導体多層膜であり、
化合物半導体膜の膜厚ｔが、レーザ発振波長λに対する化合物半導体膜の屈折率をｎλ、Ｎを自然数として、ｔ・ｎλ＝Ｎ・λ／４となる膜厚である。
これにより、レーザ発振波長と同じ波長の光に対して高い反射率を有する高反射率膜を得ることができる。
【００２０】
本発明は、好適には、前記基板がＧａＡｓ基板であり、前記２種以上の屈折率の異なる化合物半導体膜がそれぞれ、半絶縁化された、基板に格子整合する化合物半導体からなる膜である。
つまり、化合物半導体膜は、電気的絶縁性が高く、かつ基板材料との格子整合性が高い材料からなる膜で構成されることが好ましい。このような化合物半導体膜としては、基板がＧａＡｓ基板の場合、例えば、半絶縁化された、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰなどからなる膜が挙げられる。
【００２１】
本発明で、半絶縁化された半導体とは、真性の半導体に少量の不純物がドープされることにより絶縁性が高められた半導体を言い、例えば半絶縁化されたＧａＡｓは、真性のＧａＡｓにドープ量１×１０１９ｃｍ−３のＢをドープすることにより形成できる。
２種以上の屈折率の異なる化合物半導体膜は、基板がＧａＡｓ基板以外のＩｎＰ基板、ＧａＮ基板などの場合、それぞれの基板との格子整合性が高い材料が選定されることが好ましい。
化合物半導体多層膜の形成には、液相エピタキシャル成長法、ＣＶＤ法、分子線エピタキシャル成長法などの成膜法を用いることができる。
【００２２】
本発明の好適な実施態様では、高反射率膜が、２種以上の屈折率の異なる誘電体膜を交互に積層した誘電体多層膜であり、
誘電体膜の膜厚ｔが、レーザ発振波長λに対する誘電体膜の屈折率をｎλ、Ｎを自然数として、ｔ・ｎλ＝Ｎ・λ／４となる膜厚である。
これにより、レーザ発振波長と同じ波長の光に対して高い反射率を有する高反射率膜を得ることができる。
【００２３】
本発明は、好適には、２種以上の屈折率の異なる誘電体膜がそれぞれ、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法、及び蒸着法のうちの何れかの成膜法で成膜できる誘電体からなる膜である。また、電気的絶縁性が高い材料であって、光学部品やレーザ素子の端面コートなどに使用される材料からなる膜で構成されることが好ましい。このような誘電体膜としては、例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＮ、ＭｇＦ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ、ＴｉＮ、ＡｌＮなどからなる膜が挙げられる。
【００２４】
本発明の好適な実施態様では、高反射率膜が、単層の誘電体膜上に金属多層膜を積層した複合多層膜である。
これにより、良好な反射特性を有する高反射率膜を得ることができると共に、金属多層膜を面発光レーザ素子の電極として用いることができる。
本発明は、好適には、誘電体膜が、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＮ、ＭｇＦ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ、ＴｉＮ、ＡｌＮのうちの何れかからなる膜であり、金属多層膜を構成する金属膜がそれぞれ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｔのうちの何れかからなる膜、又はＡｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｔのうちの２以上を組み合わせた合金膜からなる。
【００２５】
単層の誘電体膜の膜厚ｔは、レーザ発振波長λに対する単層の誘電体膜の屈折率をｎλとして、ｔ・ｎλ＝λ／４となる膜厚が、レーザ発振波長と同じ波長の光に対して反射効率が良いので好ましいが、特に限定は無い。
金属多層膜の厚さは、好ましくは、活性層で発生した光が金属多層膜を通過せず、全て反射される厚さである。
誘電体膜及び金属多層膜の形成には、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などの成膜法を用いることができる。
【００２６】
本発明の好適な実施態様では、メサポストの基板に平行な断面が円形である。
これにより、活性層の基板に平行な方向に、メサポストの側面を反射鏡として、全ての光がメサポストの中心を通過する安定共振器を形成する。従って、安定共振器でレーザ発振を発生させれば、更に発光効率が高い面発光レーザ素子を得ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照し、実施形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。尚、以下の実施形態例で示した導電型、膜種、膜厚、成膜方法、その他寸法等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、本発明はこれら例示に限定されるものではない。
実施形態例１
本実施形態例は、本発明に係る面発光レーザ素子の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の面発光レーザ素子の構成を示す断面図である。
本実施形態例の面発光レーザ素子５０は、発振波長８５０ｎｍの面発光レーザ素子であって、図１に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板５２上に、順次、形成されたｎ型半導体多層膜からなる下部ＤＢＲ共振器５４、ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５６、活性層５８、ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層６０、ｐ型半導体多層膜からなる上部ＤＢＲ共振器６２、及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層６４からなる積層構造を備えている。
【００２８】
下部ＤＢＲ共振器５４は、ｎ型ＧａＡｓ層とｎ型ＡｌＡｓ層とを交互に積層した半導体多層膜として構成され、上部ＤＢＲ共振器６２は、ｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とを交互に積層した半導体多層膜として構成されている。
下部ＤＢＲ共振器５４及び上部ＤＢＲ共振器６２を構成する各層の膜厚は、それぞれ、発振波長λに対する各層の屈折率をｎλとして、λ／４ｎλに相当する厚さに設定されている。
【００２９】
また、上部ＤＢＲ共振器６２の活性層５８に最も近い構成層は、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層に代えて、ｐ型ＡｌＡｓ層６６が形成され、中央の円形領域を除いて、その周囲のＡｌＡｓ層はＡｌが選択的に酸化されてＡｌ酸化層６８に転化している。
Ａｌ酸化層６８は電気抵抗の高い酸化狭窄型の電流狭窄領域として機能する。一方、中央の円形領域は、元のｐ型ＡｌＡｓ層６６のままであって、電流注入領域として機能する。
【００３０】
そして、コンタクト層６４、上部ＤＢＲ共振器６２、上部クラッド層６０、活性層２０、下部クラッド層１８、及び下部ＤＢＲ共振器１６の上部は、エッチングされて、直径３０μｍ程度の円形断面を有する、円柱状のメサポスト７０に加工されている。
【００３１】
メサポスト７０の側面及び両脇の下部ＤＢＲ共振器５４上には、高反射率膜を構成する、膜厚１４０ｎｍのＳｉＯ２膜と膜厚９０ｎｍのＴｉＯ２膜とを交互に４ペア積層した誘電体多層膜７２が成膜されている。レーザ発振波長である８５０ｎｍの光に対して、ＳｉＯ２膜の屈折率は１．５であり、ＴｉＯ２膜の屈折率は２．３である。
ＳｉＯ２膜の膜厚及びＴｉＯ２膜の膜厚は、それぞれ、レーザ発振波長λに対する各層の屈折率をｎλとして、λ／４ｎλに相当する厚さであり、誘電体多層膜７２はレーザ発振波長である８５０ｎｍの光に対して９０％以上の反射率を有する。
【００３２】
メサポスト７０の上面には、円環状のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極がｐ側電極７４として形成されている。
ｎ型ＧａＡｓ基板５２の裏面には、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ膜がｎ側電極７６として形成されている。
【００３３】
面発光レーザ素子５０を製造する際には、先ず、ｎ型ＧａＡｓ基板５２上に、ＭＯＣＶＤ法等により、順次、下部ＤＢＲ共振器５４、下部クラッド層５６、活性層５８、上部クラッド層６０、上部ＤＢＲ共振器６２、及びコンタクト層６４の積層構造を形成する。
【００３４】
次いで、ドライエッチング法により、下部ＤＢＲ共振器５４の上面近傍に到達するまで、コンタクト層６４、上部ＤＢＲ共振器６２、上部クラッド層６０、活性層５８、下部クラッド層５６をエッチングして、直径３０μｍ程度の円柱状のメサポスト７０を形成する。
塩素系ガスをエッチングガスとするドライエッチング法により、制御性の高いエッチングが可能となり、側面が急峻なメサポスト７０を形成することができる。エッチングガスとして、塩素系ガス、例えばＣｌ２、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４などを使用する。
【００３５】
次に、メサポスト７０を有する積層構造を、水蒸気雰囲気中で温度４００℃で約２５分間加熱する。
これにより、上部ＤＢＲ共振器６２中のｐ型ＡｌＡｓ層６６のメサポスト７０外周部のＡｌが選択的に酸化され、Ａｌ酸化層６８を生成すると共にメサポスト７０の中央領域は元のｐ型ＡｌＡｓ層６６のままで残る。
【００３６】
次に、ＣＶＤ法により、全面にＳｉＯ２膜とＴｉＯ２膜とを４回交互に成膜して、膜厚１４０ｎｍのＳｉＯ２膜と膜厚９０ｎｍのＴｉＯ２膜とが交互に４ペア積層した誘電体多層膜７２を成膜する。
【００３７】
次いで、メサポスト７０の上面の誘電体多層膜７２を除去し、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極からなる円環状のｐ側電極７４を形成する。
続いて、ｎ型ＧａＡｓ基板５２の裏面を研磨して、面発光レーザ素子１０の厚みを調整した後、ｎ型ＧａＡｓ基板５２の裏面にＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ膜からなるｎ側電極７６を蒸着する等の工程を経ることにより、面発光レーザ素子５０を完成する。
【００３８】
本実施形態例の面発光レーザ素子５０によれば、メサポスト７０の側面に誘電体多層膜７２が形成されていることにより、活性層５８をメサポスト７０の側面に向かって導波する光を、誘電体多層膜７２で活性層５８の内部に高い反射率で反射させる、レーザ発振に寄与させることができる。従って、面発光レーザ素子の発光効率を高め、低いしきい値電流及び消費電力を得ることができる。
本実施形態例の面発光レーザ素子５０の製造方法によれば、従来の面発光レーザ素子の製造方法と比較して、誘電体多層膜７２の形成のみの変更で製造が可能なため、簡易な製造方法を実現している。
【００３９】
実施形態例２
本実施形態例は、本発明に係る面発光レーザ素子の実施形態の別の一例である。図２は本実施形態例の面発光レーザ素子の構成を示す断面図である。同図中、実施形態例１の面発光レーザ素子５０と同様の構成を有する部分については、同じ符号を付した。
本実施形態例の面発光レーザ素子７８は、高反射率層として、誘電体多層膜７２に代えて、膜厚６０ｎｍのＧａＡｓ膜と、膜厚７０ｎｍのＡｌＡｓ膜とを交互に１０ペア積層した化合物半導体多層膜８０が形成されていることを除いては、実施形態例１の面発光レーザ素子５０と同じ構成を有している。
レーザ発振波長である８５０ｎｍの光に対して、ＧａＡｓ膜の屈折率は３．６５であり、ＡｌＡｓ膜の屈折率は３．０である。
ＧａＡｓ膜の膜厚及びＡｌＡｓ膜の膜厚は、それぞれ、レーザ発振波長λに対する各層の屈折率をｎλとして、λ／４ｎλに相当する厚さであり、化合物半導体多層膜８０はレーザ発振波長である８５０ｎｍの光に対して９０％以上の反射率を有する。
【００４０】
本実施形態例の面発光レーザ素子７８の製造方法は、誘電体多層膜７２の形成に代えて、液相エピタキシャル成長法により、全面にＧａＡｓ膜とＡｌＡｓ膜とを１０回交互に成膜し、膜厚６０ｎｍのＧａＡｓ膜と、膜厚７０ｎｍのＡｌＡｓ膜とが交互に１０ペア積層した化合物半導体多層膜８０を形成することを除いては、実施形態例１の面発光レーザ素子５０の製造方法と同じである。
【００４１】
本実施形態例の面発光レーザ素子７８によれば、メサポスト７０の側面に化合物半導体多層膜８０が形成されていることにより、活性層５８をメサポスト７０の側面に向かって導波する光を、化合物半導体多層膜８０で活性層５８の内部に高い反射率で反射させ、レーザ発振に寄与させることができる。従って、面発光レーザ素子の発光効率を高め、低いしきい値電流密度及び消費電力を得ることができる。
また、本実施形態例の面発光レーザ素子７８の製造方法によれば、従来の面発光レーザ素子の製造方法と比較して、化合物半導体多層膜８０の形成のみの変更で製造が可能なため、簡易な製造方法を実現している。
【００４２】
実施形態例３
本実施形態例は、本発明に係る面発光レーザ素子の実施形態の別の一例である。図３は本実施形態例の面発光レーザ素子の構成を示す断面図である。同図中、実施形態例１の面発光レーザ素子５０と同様の構成を有する部分については、同じ符号を付した。
本実施形態例の面発光レーザ素子８２は、誘電体多層膜７２に代えて、膜厚１４０ｎｍのＳｉＯ２からなる単層の誘電体膜８４が成膜され、メサポスト７０上に円環状に、かつ誘電体膜８４上をメサ全体を覆うように、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜、膜厚５０ｎｍのＰｔ膜、膜厚１０００ｎｍのＡｕ膜を順次積層した金属多層膜８６が形成されていることを除いては、実施形態例１の面発光レーザ素子５０と同じ構成を有している。
【００４３】
本実施形態例では、単層の誘電体膜８４は、主としてメサポスト７０と金属多層膜８６との絶縁層として機能する。金属多層膜８６は、主として高反射率層として機能すると共に、ｐ側電極としても機能する。
単層の誘電体膜８４の膜厚１４０ｎｍは、レーザ発振波長λに対する誘電体膜８４の屈折率をｎλとして、λ／４ｎλに相当する厚さである。
レーザ発振波長である８５０ｎｍの光に対して、単層の誘電体膜８４及び金属積層膜８６からなる複合多層膜８８は８０％以上の反射率を有する。
【００４４】
本実施形態例の面発光レーザ素子８２の製造方法は、誘電体多層膜７２の形成に代えて、ＣＶＤ法により、全面にＳｉＯ２を成膜して、膜厚１４０ｎｍのＳｉＯ２膜からなる単層の誘電体膜８４を形成する。
続いて、蒸着法により、メサポスト７０上に円環状に、かつ誘電体膜８４上のメサ部を覆うように、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜、膜厚５０ｎｍのＰｔ膜、膜厚１０００ｎｍのＡｕ膜の金属多層膜８６を形成することを除いては、実施形態例１の面発光レーザ素子５０の製造方法と同じである。
【００４５】
本実施形態例の面発光レーザ素子８２によれば、メサポスト７０の側面に単層の誘電体膜８４及び金属多層膜８６からなる複合多層膜８８が形成されていることにより、活性層５８をメサポスト７０の側面に向かって導波する光を、複合多層膜８８で活性層５８の内部に高い反射率で反射させ、レーザ発振に寄与させることができる。従って、面発光レーザ素子の発光効率を高め、低いしきい値電流密度及び消費電力を得ることができる。
また、本実施形態例の面発光レーザ素子４８の製造方法によれば、従来の面発光レーザ素子の製造方法と比較して、誘電体膜８４及び金属多層膜８６の形成のみの変更で製造が可能なため、簡易な製造方法を実現している。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、メサポストの側面が、レーザ光の発振波長に対して３０％以上の反射率を有する高反射率膜で被覆されていることにより、活性層をメサポストの側面に向かって導波する光を、高反射率膜で活性層の内部に高い反射率で反射させ、レーザ発振に寄与させることができる。
従って、発光効率が高く、低い消費電力及びしきい値電流を有する面発光レーザ素子を実現し、光通信、光配線などの分野への応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１に係る面発光レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図２】実施形態例２に係る面発光レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図３】実施形態例３に係る面発光レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図４】特許文献１に開示の面発光レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、図４に示した面発光レーザ素子の活性層の近傍を示す断面図で、（ｂ）は、図４に示した面発光レーザ素子のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。
【図６】（ａ）は、本発明に係る面発光レーザ素子の活性層の近傍を示す断面図で、（ｂ）は、本発明に係る面発光レーザ素子の活性層の、基板に平行な断面を示す断面図である。
【符号の説明】
１０……特許文献１に開示の面発光レーザ素子、１２……ｎ型ＧａＡｓ基板、１４……下部ＤＢＲ共振器（下部反射鏡層構造）、１６……下部クラッド層、１８……活性層、２０……上部クラッド層、２２……上部ＤＢＲ共振器（下部反射鏡層構造）、２４……キャップ層、２６……ｐ型ＡｌＡｓ層、２８……Ａｌ酸化層、３０……メサポスト（柱状構造）、３２……ＳｉＮｘ膜、３４……ｐ側電極、３６……ｎ側電極、３８……金属膜、３９……出射窓、４０……光導波路構造、４２……電界分布、４４……高反射率膜、５０……実施形態例１に係る面発光レーザ素子、５２……ｎ型ＧａＡｓ基板、５４……下部ＤＢＲ共振器、５６……下部クラッド層、５８……活性層、６０……上部クラッド層、６２……上部ＤＢＲ共振器、６４……コンタクト層、６６……ｐ型ＡｌＡｓ層、６８……Ａｌ酸化層、７０……メサポスト、７２……誘電体多層膜、７４……ｐ側電極、７６……ｎ側電極、７８……実施形態例２に係る面発光レーザ素子、８０……化合物半導体多層膜、８２……実施形態例３に係る面発光レーザ素子、８４……誘電体膜、８６……金属多層膜、８８……複合多層膜。
【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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