(57)【要約】【課題】温度特性に優れた最適なディチューニング量で設計された、波長１２６０ｎｍ以上の長波長帯の面発光レーザ素子を提供する。【解決手段】１３００ｎｍ帯の面発光レーザ素子において、ディチューニング量を１４〜２０ｎｍの範囲内に設定するか、またはマッチング温度を６０〜７５℃の範囲内に設定する。また、１５５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子において、ディチューニング量を１６〜２５ｎｍの範囲内に設定するか、またはマッチング温度を６０〜８５℃の範囲内に設定する。【選択図】      図１
2004319643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡とで共振器を構成するとともに、該下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡の間に活性層が配置された１３００ｎｍ帯の面発光レーザ素子において、
前記共振器の長さで定まる発振波長と前記活性層の組成で定まる利得ピーク波長との差分が第１の温度で１４〜２０ｎｍであり、前記第１の温度よりも高い第２の温度で前記発振波長と前記利得ピーク波長が一致することを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項２】
下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡とで共振器を構成するとともに、該下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡の間に活性層が配置された１３００ｎｍ帯の面発光レーザ素子において、
前記共振器の長さで定まる発振波長と前記活性層の組成で定まる利得ピーク波長との差分が所定温度で所定量あり、前記所定温度よりも高い６０〜７５℃の範囲内で前記発振波長と前記利得ピーク波長が一致することを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項３】
下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡とで共振器を構成するとともに、該下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡の間に活性層が配置された１５５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子において、
前記共振器の長さで定まる発振波長と前記活性層の組成で定まる利得ピーク波長との差分が第１の温度で１６〜２５ｎｍであり、前記第１の温度よりも高い第２の温度で前記発振波長と前記利得ピーク波長が一致することを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項４】
下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡とで共振器を構成するとともに、該下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡の間に活性層が配置された１５５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子において、
前記共振器の長さで定まる発振波長と前記活性層の組成で定まる利得ピーク波長との差分が所定温度で所定量あり、前記所定温度よりも高い６０〜８５℃の範囲内で前記発振波長と前記利得ピーク波長が一致することを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項５】
ＧａＡｓ基板上に形成されるとともに、前記活性層がＧａＩｎＮＡｓ井戸層を有する単一または多重量子井戸構造であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項６】
ＧａＡｓ基板上に形成されるとともに、前記活性層がＧａＩｎＮＡｓＳｂ井戸層を有する単一または多重量子井戸構造であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項７】
ＧａＡｓ基板上に形成されるとともに、前記活性層がＧａＡｓＳｂ井戸層を有する単一または多重量子井戸構造であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項８】
ＧａＡｓ基板上に形成されるとともに、前記活性層がＩｎＡｓ単一または多重量子ドット構造であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つ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、波長１２６０ｎｍ以上の長波長帯の面発光レーザ素子に関し、特に温度特性に優れた面発光レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ    Ｅｍｉｔｔｉｎｇ    Ｌａｓｅｒ  以下、単に面発光レーザ素子と称する。）は、その名の示す通り、光の共振する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、その他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。従来の端面発光型レーザ素子と比較して、素子の２次元配列が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、活性層の体積が小さく極低閾値で発振できるために消費電力が小さいこと等がその理由である。
【０００３】
また、面発光レーザ素子は、半導体基板と、一対の半導体多層膜反射鏡と、その一対の半導体多層膜反射鏡の間に位置する活性層とを基本的な構成要素とするが、近年では、半導体基板をＧａＡｓで形成し、半導体多層膜反射鏡をＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓのペアで形成して、さらに活性層をＧａｘＩｎ１‐ｘＮｙＡｓ１‐ｙ量子井戸構造または量子ドット構造とすることで、１２００ｎｍ〜１３００ｎｍ帯の長波長発振が実現されている。特にこの長波長発振を可能にした面発光レーザ素子は、データ通信分野で使用する光通信装置の光源に有用であるとして注目されている。
【０００４】
このような面発光レーザ素子は、端面発光型の分布帰還型（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ｆｅｅｄｂａｃｋ  ）レーザ素子や分布反射型（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザ素子と同様に、電流対光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）が共振器長（前記ＤＦＢレーザおよび前記ＤＢＲレーザにおいてはブラッグ波長）で定まる発振波長λｃと活性層材料やその組成によって定まる利得ピーク波長λｇとの差分に応じて決まる。ここで、発振波長λｃと利得ピーク波長λｇはそれぞれ異なる温度依存性を有しているため、上記Ｉ−Ｌ特性は、環境温度や高出力時の発熱状態に応じて変化する。
【０００５】
図４は、発振波長と利得ピーク波長との関係を説明するための説明図である。図４において、Ｇ１は、温度２５℃における利得カーブであり、その利得ピーク波長は、λ１である。また、Ｇ２は、温度８５℃における利得カーブであり、その利得ピーク波長はλ２である。また、Ｃ１は、温度２５℃における発振波長λ３を示し、Ｃ２は、温度８５℃における発振波長λ２を示している。
【０００６】
図４によれば、温度２５℃での面発光レーザ素子の発振波長λ３は、利得カーブＧ１の利得ピーク波長λ１よりも長いため、利得ピークであるＡ１よりも小さい利得Ａ３でレーザ光発振が起こることになる。これに対して、温度４５℃では、面発光レーザ素子の発振波長となる発振波長と利得カーブＧ２の利得ピーク波長とが波長λ２で一致しているため、利得カーブＧ２の利得ピークＡ２のレーザ光発振が起こる。このように、レーザ発振が起こる利得が温度に応じて変化することは、しきい値電流や量子効率等もまた温度依存性を有することを意味する。換言すれば、発振波長λｃと利得ピーク波長λｇを一致させる温度をどの温度に設定するかによって、レーザ発振特性の温度依存の度合いを決定することができる。
【０００７】
例えば、８５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子を例にとって説明する。ここで、２５℃における利得ピーク波長λｇが８４２．２５ｎｍに設定され、発振波長λｃが８４７ｎｍに設定されて、さらにその場合の利得ピーク波長λｇの温度依存性が０．３ｎｍ／℃であり、発振波長λｃの温度依存性が０．０６ｎｍ／℃で表わされるとする。これら条件によると、この面発光レーザ素子は、４５℃において利得ピーク波長λｇと発振波長λｃが８４８．２０ｎｍでマッチングすることになる。
【０００８】
また、図４に示す利得カーブＧ１とＧ２を比較してもわかるように、温度に応じて決まる各利得カーブの利得の値は、温度上昇とともに全体的に小さくなる。よって、図４に示した例とは逆に、低温側でマッチングさせるように利得ピーク波長λｇと発振波長λｃを設定した場合、高温側では、利得カーブ自体の利得が低下するだけでなく、利得ピーク波長λｇと発振波長λｃとのミスマッチングによる利得の低下も加わることになる。すなわち、この場合、しきい値電流の増大など、高温時の発振特性が悪くなる。
【０００９】
そこで、通常は、図４に示したように、低温側で意図的にマッチングをずらすことにより発振特性を悪くさせ、温度上昇とともにマッチングが合うようにすることで、高温時の利得カーブ自体の利得の低下を補っている。これにより、面発光レーザ素子の発振特性の温度依存性を、見かけ上小さくすることができる。これは、利得ピーク波長λｇが温度に対して約０．３〜０．５ｎｍ／℃でシフトするのに対し、発振波長λｃは温度に対して約０．０６〜０．１ｎｍ／℃でシフトする現象を利用したものである。
【００１０】
このような波長のマッチングを考慮した設計においては、上記した低温時での利得ピーク波長λｇと発振波長λｃの差分をどのような値に設定するかが重要となる。この差分は、ディチューニング量と呼ばれており、その値を適宜設定することで、所望の温度範囲（例えば０〜８５℃とか、−４０〜８５℃）における発振特性の温度依存性を小さくすることができる。なお、上記した低温時の低温として、例えば、平均的な室温である２５℃が採用される。また、利得ピーク波長の測定には、同じ活性層構造を有するファブリペロー型レーザの発振波長が用いられる。
【００１１】
図５は、８５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子におけるしきい値電流の温度依存性を示すグラフ図である。なお、図５に示すグラフ図を得た条件として、室温（２５℃付近）での利得ピーク波長λｇを８４２．２ｎｍに設定し、発振波長λｃを８４７ｎｍに設定し、ディチューニング量を４．８ｎｍに設定している。また、この場合の利得ピーク波長λｇの温度依存性は０．３ｎｍ／℃であり、発振波長λｃの温度依存性は０．０７ｎｍ／℃である。図５では、複数の任意のサンプル（面発光レーザ素子）についてのグラフが異なる線種で示されているが、いずれのサンプルにおいても、０〜８５℃の温度範囲での発振特性の温度依存性は比較的小さい。
【００１２】
このように、８５０ｎｍ帯や９８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子では、適切なディチューニング量がほぼ確立されており、ほぼ意図したとおりの発振特性が得られている（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
【特許文献１】
米国５２７４６５５号特許公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記した８５０ｎｍ帯で得られる利得ピーク波長λｇ、発振波長λｃ、利得ピーク波長λｇの温度依存性、発振波長λｃの温度依存性およびディチューニング量の相互の関係から、長波長帯である１３００ｎｍ帯と１５５０ｎｍ帯のディチューニング量を見積もることを考える。表１は、上記した８５０ｎｍ帯での利得ピーク波長λｇ、発振波長λｃ、利得ピーク波長λｇの温度依存性、発振波長λｃの温度依存性およびディチューニング量と、１３００ｎｍ帯および１５５０ｎｍ帯での上記各値の見積もりを示す表である。
【００１５】
【表１】
2004319643.tif 000003
【００１６】
なお、この表１では、４５℃で発振波長λｃと利得ピーク波長λｇがマッチングするようにディチューニング量を設定している。また、表１に示すように、ディチューニング量が波長帯によって異なるのは、発振波長λｃの温度係数が波長帯によって変化が小さいのに対し、利得ピーク波長λｇの温度係数は波長帯によって大きく変化するためである。
【００１７】
ところが、本発明者らが、上記表１に示す各値に従って、１３００ｎｍ帯および１５５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子を試作して、それらのしきい値電流の温度依存性を測定したところ、図５に示したような広い温度範囲に亘った良好な発振特性を得ることができなかった。この理由として、１２００ｎｍ、特に１２６０ｎｍ以上の長波長帯では、オージェ再結合や価電子帯間吸収により利得自体の温度依存性（劣化）が顕著となり、特にその劣化が高温側で大きくなるためであると考えられる。すなわち、１２６０ｎｍ以上の長波長帯の面発光レーザ素子では、利得自体の温度依存性が８５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子と異なるため、最適なディチューニング量を新たに見出す必要がある。
【００１８】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、温度特性に優れた最適なディチューニング量で設計された、波長１２６０ｎｍ以上の長波長帯の面発光レーザ素子を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１にかかる面発光レーザ素子は、下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡とで共振器を構成するとともに、該下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡の間に活性層が配置された１３００ｎｍ帯の面発光レーザ素子において、前記共振器の長さで定まる発振波長と前記活性層の組成で定まる利得ピーク波長との差分が第１の温度で１４〜２０ｎｍであり、前記第１の温度よりも高い第２の温度で前記発振波長と前記利得ピーク波長が一致することを特徴としている。
【００２０】
この発明によれば、１３００ｎｍ帯の面発光レーザ素子において、いわゆるディチューニング量を１４〜２０ｎｍの範囲内に設定することにより、０〜８５℃の実用的な温度範囲で、変化の小さいしきい値電流などの良好な発振特性を得ることができる。
【００２１】
また、請求項２にかかる面発光レーザ素子は、下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡とで共振器を構成するとともに、該下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡の間に活性層が配置された１３００ｎｍ帯の面発光レーザ素子において、前記共振器の長さで定まる発振波長と前記活性層の組成で定まる利得ピーク波長との差分が所定温度で所定量あり、前記所定温度よりも高い６０〜７５℃の範囲内で前記発振波長と前記利得ピーク波長が一致することを特徴としている。
【００２２】
この発明によれば、１３００ｎｍ帯の面発光レーザ素子において、いわゆるマッチング温度を６０〜７５℃の範囲内に設定することにより、０〜８５℃の実用的な温度範囲で、変化の小さいしきい値電流などの良好な発振特性を得ることができる。
【００２３】
また、請求項３にかかる面発光レーザ素子は、下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡とで共振器を構成するとともに、該下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡の間に活性層が配置された１５５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子において、前記共振器の長さで定まる発振波長と前記活性層の組成で定まる利得ピーク波長との差分が第１の温度で１６〜２５ｎｍであり、前記第１の温度よりも高い第２の温度で前記発振波長と前記利得ピーク波長が一致することを特徴としている。
【００２４】
この発明によれば、１５５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子において、いわゆるディチューニング量を１６〜２５ｎｍの範囲内に設定することにより、０〜８５℃の実用的な温度範囲で、変化の小さいしきい値電流などの良好な発振特性を得ることができる。
【００２５】
また、請求項４にかかる面発光レーザ素子は、下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡とで共振器を構成するとともに、該下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡の間に活性層が配置された１５５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子において、前記共振器の長さで定まる発振波長と前記活性層の組成で定まる利得ピーク波長との差分が所定温度で所定量あり、前記所定温度よりも高い６０〜８５℃の範囲内で前記発振波長と前記利得ピーク波長が一致することを特徴としている。
【００２６】
この発明によれば、１５５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子において、いわゆるマッチング温度を６０〜８５℃の範囲内に設定することにより、０〜８５℃の実用的な温度範囲で、変化の小さいしきい値電流などの良好な発振特性を得ることができる。
【００２７】
また、請求項５にかかる面発光レーザ素子は、上記発明において、ＧａＡｓ基板上に形成されるとともに、前記活性層がＧａＩｎＮＡｓ井戸層を有する単一または多重量子井戸構造であることを特徴としている。
【００２８】
また、請求項６にかかる面発光レーザ素子は、上記発明において、ＧａＡｓ基板上に形成されるとともに、前記活性層がＧａＩｎＮＡｓＳｂ井戸層を有する単一または多重量子井戸構造であることを特徴としている。
【００２９】
また、請求項７にかかる面発光レーザ素子は、上記発明において、ＧａＡｓ基板上に形成されるとともに、前記活性層がＧａＡｓＳｂ井戸層を有する単一または多重量子井戸構造であることを特徴としている。
【００３０】
また、請求項８にかかる面発光レーザ素子は、上記発明において、ＧａＡｓ基板上に形成されるとともに、前記活性層がＩｎＡｓ単一または多重量子ドット構造であることを特徴としている。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる面発光レーザ素子の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。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。また、ここでは、１２６０ｎｍ以上の長波長発振を実現させるために、活性層をＧａｘＩｎ１‐ｘＮｙＡｓ１‐ｙ量子井戸構造とした場合を例に挙げる。
【００３２】
図１は、実施の形態にかかる面発光レーザ素子の断面斜視図である。図１において、面発光レーザ素子１００は、ｐ−ＧａＡｓ基板１１上に、順に、下部半導体多層膜反射鏡（以下、下部ＤＢＲミラーと称す。）１２と、電流・光閉込め層１３と、ｐ−ＧａＡｓクラッド層１４（下部クラッド層）と、発振波長１２６０ｎｍ以上のＧａｘＩｎ１‐ｘＮｙＡｓ１‐ｙ井戸層を有する単一または多重量子井戸構造の活性層１５と、ｎ−ＧａＡｓクラッド層１６（上部クラッド層）と、上部半導体多層膜反射鏡（以下、上部ＤＢＲミラーと称す。）１７と、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層１８とが積層された構造のメサポスト２０を有している。
【００３３】
ここで、下部ＤＢＲミラー１２は、例えばｐ−ＧａＡｓ／ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓを１ペアとして、それを３５ペア分積層した構造である。また、上部ＤＢＲミラー１７は、例えばｎ−ＧａＡｓ／ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓを１ペアとして、それを２５ペア分積層した構造である。なお、下部ＤＢＲミラー１２および上部ＤＢＲミラー１７を形成する各半導体層の厚さはλ／４ｎ（λ：発振波長、ｎ：屈折率）である。また、電流・光閉込め層１３は、メサポスト中央部に位置するとともに電流注入領域として機能するＡｌＡｓ層２１と、その電流注入領域の外側に電流狭窄領域として機能するＡｌ酸化層２２とを有している。
【００３４】
また、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層１８上には、そのｎ−ＧａＡｓコンタクト層１８と電気的接続を果たすリング状のｎ側電極２４が形成され、ｎ側電極２４に対向するｐ−ＧａＡｓ基板１１の裏面にはｐ側電極２６が形成されている。さらに、メサポスト２０のｎ側電極２４を除いた表面には、図示するように、保護膜として機能するＳｉＮ膜２３が形成されており、このＳｉＮ膜２３とｎ側電極２４の表面には、ｎ側電極２４の引き出し線として機能する配線層２５が形成されている。
【００３５】
このような構造において、面発光レーザ素子１００は、配線層２５とｐ側電極２６との間に適当な電圧が印加されることにより、ｎ側電極２４のリング中央部からメサポスト２０の上方に向けて発振波長１２６０ｎｍ以上のレーザを出射することができる。
【００３６】
この実施の形態１にかかる面発光レーザ素子１００において、従来と異なるところは、そのディチューニング量が従前の１２６０ｎｍ未満で設定されていたディチューニング量からは推測できない値で設計されている点である。換言すれば、そのような特別なディチューニング量を実現するような組成で活性層１５が設計されている。以下においては、１２６０ｎｍの長波長帯の例として、１３００ｎｍ帯と１５５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子について順に説明する。
【００３７】
まず、本実施の形態にかかる１３００ｎｍ帯の面発光レーザ素子の特徴は、室温時（ここでは２５℃とする。）での発振波長λｇが１３１０ｎｍとなる共振器長を有し、かつその室温を基準としてディチューニング量が１４〜２０ｎｍとなる活性層１５を有していることである。すなわち、活性層１５は、利得ピーク波長λｇが１２９０〜１２９６ｎｍとなる組成比のＧａｘＩｎ１‐ｘＮｙＡｓ１‐ｙ井戸層を有している。
【００３８】
本発明者らは、上記ディチューニング量を見出すにあたり、２５℃における発振波長λｃを１３１０ｎｍに設定し、ディチューニング量をそれぞれ約１０ｎｍ、約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、約２５ｎｍとした４つの面発光レーザ素子のサンプルについて、しきい値電流の温度依存性を測定した。なお、各サンプルの利得ピーク波長λｇの温度依存性は０．４５ｎｍ／℃であり、発振波長λｃの温度依存性は０．０８ｎｍ／℃である。
【００３９】
図２は、１３００ｎｍ帯の面発光レーザ素子におけるしきい値電流の温度依存性を示すグラフである。図２をみてわかるように、実用的な温度範囲である０〜８５℃においては、ディチューニング量１５ｎｍ、２０ｎｍの各サンプルの温度依存性が小さい。ディチューニング量１５ｎｍ、２０ｎｍは、マッチングする温度に換算すると、それぞれ約６４℃、約７８℃である。
【００４０】
この結果から、発明者らは、１３００ｎｍ帯の面発光レーザ素子は、ディチューニング量を１４〜２０ｎｍの範囲で設計することが、広い温度範囲において安定した発振特性を有するということと結論付けた。また、マッチングする温度で表わした場合にも、マッチング温度６０〜７５℃の温度範囲で設計すれば、広い温度範囲において安定した発振特性を有する１３００ｎｍ帯の面発光レーザ素子を得ることができることも見出した。特に、ディチューニング量では１７ｎｍ程度、マッチング温度では７０℃程度が最適値であることがわかった。
【００４１】
これらディチューニング量やマッチング温度は、表１に示したような既知の８５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子の設計パラメータからは推測できるものではなく、実用的な１３００ｎｍ帯の面発光レーザ素子を提供するに際して重要なものである。
【００４２】
つぎに、本実施の形態にかかる１５５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子について説明する。本実施の形態にかかる１５５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子の特徴は、室温時（ここでは２５℃とする。）での発振波長λｇが１５５０ｎｍとなる共振器長を有し、かつその室温を基準としてディチューニング量が１６〜２５ｎｍとなる活性層１５を有していることである。すなわち、活性層１５は、利得ピーク波長λｇが１５２５〜１５３４ｎｍとなる組成比のＧａｘＩｎ１‐ｘＮｙＡｓ１‐ｙ井戸層を有している。
【００４３】
本発明者らは、上記ディチューニング量を見出すにあたり、２５℃における発振波長λｇを１５５０ｎｍに設定し、ディチューニング量をそれぞれ約１０ｎｍ、約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、約２５ｎｍ、約３０ｎｍとした５つの面発光レーザ素子のサンプルについて、しきい値電流の温度依存性を測定した。なお、各サンプルの利得ピーク波長λｇの温度依存性は０．５ｎｍ／℃であり、発振波長λｃの温度依存性は０．０８ｎｍ／℃である。
【００４４】
図３は、１５５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子におけるしきい値電流の温度依存性を示すグラフである。図３をみてわかるように、実用的な温度範囲である０〜８５℃においては、ディチューニング量１５ｎｍ、２０ｎｍ、２５ｎｍの各サンプルの温度依存性が小さい。ディチューニング量１５ｎｍ、２０ｎｍ、２５ｎｍは、マッチングする温度に換算すると、それぞれ約６０℃、約７２℃、約８３℃である。
【００４５】
この結果から、発明者らは、１５５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子は、ディチューニング量を１６〜２５ｎｍの範囲で設計することが、広い温度範囲において安定した発振特性を有するということと結論付けた。また、マッチングする温度で表わした場合にも、マッチング温度６０〜８５℃の温度範囲で設計すれば、広い温度範囲において安定した発振特性を有する１５５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子を得ることができることも見出した。特に、ディチューニング量では１９ｎｍ程度、マッチング温度では７５℃程度が最適値であることがわかった。
【００４６】
これらディチューニング量やマッチング温度についてもまた、表１に示したような既知の８５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子の設計パラメータからは推測できるものではなく、実用的な１５５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子を提供するに際して重要なものである。
【００４７】
なお、以上に示した１３００ｎｍ帯と１５５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子についてのディチューニング量やマッチング温度はそれぞれ端面発光型のブロードエリアレーザ素子（共振器長６００μｍ）と面発光レーザ素子の発振波長から見積もった値であり、測定に用いるサンプルの状態や評価の条件により変動することから、最適なディチューニング量も若干の誤差範囲をもつ。また、マッチング温度は面発光レーザのしきい値電流の温度依存性を測定することでも求めることができる。また、所望の動作温度範囲により、設定値も若干の変動がある。
【００４８】
以上に説明したとおり、実施の形態にかかる面発光レーザ素子によれば、１３００ｎｍ帯の面発光レーザ素子において、ディチューニング量を１４〜２０ｎｍの範囲内に設定するか、またはマッチング温度を６０〜７５℃の範囲内に設定することによって、０〜８５℃の実用的な温度範囲において発振特性を良好にすることができる。
【００４９】
また、実施の形態にかかる面発光レーザ素子によれば、１５５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子において、ディチューニング量を１６〜２５ｎｍの範囲内に設定するか、またはマッチング温度を６０〜８５℃の範囲内に設定することによって、０〜８５℃の実用的な温度範囲において発振特性を良好にすることができる。
【００５０】
なお、以上に説明した実施の形態において、活性層１５をＧａＩｎＮＡｓ系の材料で形成するとしたが、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ系の井戸層を有する単一または多重量子井戸構造、ＧａＡｓＳｂ井戸層を有する単一または多重量子井戸構造、ＩｎＡｓ単一または多重量子ドット構造などであってもよい。
【００５１】
また、１５５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子の場合、ＩｎＰ基板上に形成したＡｌＧａＩｎＡｓやＧａＩｎＡｓ（Ｐ）系半導体材料によって構成される量子井戸活性層を有する面発光レーザ素子に適用することも可能である。また、他の方法により作製した面発光レーザ素子にも適用可能である。
【００５２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明にかかる面発光レーザ素子によれば、１３００ｎｍ帯の面発光レーザ素子において、ディチューニング量を１４〜２０ｎｍの範囲内に設定するか、またはマッチング温度を６０〜７５℃の範囲内に設定することによって、０〜８５℃の実用的な温度範囲で良好な発振特性を得ることができるという効果を奏する。
【００５３】
また、本発明にかかる面発光レーザ素子によれば、１５５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子において、ディチューニング量を１６〜２５ｎｍの範囲内に設定するか、またはマッチング温度を６０〜８５℃の範囲内に設定することによって、０〜８５℃の実用的な温度範囲で良好な発振特性を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態にかかる面発光レーザ素子の断面斜視図である。
【図２】１３００ｎｍ帯の面発光レーザ素子におけるしきい値電流の温度依存性を示すグラフである。
【図３】１５５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子におけるしきい値電流の温度依存性を示すグラフである。
【図４】発振波長と利得ピーク波長との関係を説明するための説明図である。
【図５】８５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子におけるしきい値電流の温度依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１１  ｐ−ＧａＡｓ基板
１２  下部半導体多層膜反射鏡
１３  電流・光閉込め層
１４  ｐ−ＧａＡｓクラッド層
１５  活性層
１６  ｎ−ＧａＡｓクラッド層
１７  上部半導体多層膜反射鏡
１８  ｎ−ＧａＡｓコンタクト層
２０  メサポスト
２１  ＡｌＡｓ層
２２  Ａｌ酸化層
２４  ｎ側電極
２５  配線層
２６  ｐ側電極
２７  円筒状溝
３０  自然酸化膜
３１  酸化膜
１００  面発光半導体レーザ素子
【図１】
2004319643.tif 000004
【図２】
2004319643.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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