(57)【要約】      （修正有）【課題】安定した横モード制御が可能な面発光レーザを実現する。【解決手段】面発光レーザにおいて、光の取り出し口を有する基板と、基板上に形成された第１の分布反射層と、第１の分布反射層上に形成された第１のスペーサ層と、第１のスペーサ層上に形成された活性層と、活性層上に形成され中央部分と周辺部分との間に段差を有する第２及び第３のスペーサ層と、中央部分と周辺部分との間に段差を有し第３のスペーサ層上にトンネル接合を形成するトンネル接合層と、トンネル接合層上に形成された第４のスペーサ層と、第４のスペーサ層上に形成されたコンタクト層及び第１の電極と、基板の裏面であって前記光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、コンタクト層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層とを備え、トンネル接合層の中央部分には定在波の節が、周辺部分には定在波の節以外と成るようにスペーサ層の膜厚を調整する。【選択図】図１
2005197426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
光の取り出し口を有する基板と、
この基板上に形成された第１の分布反射層と、
この第１の分布反射層上に形成された第１のスペーサ層と、
この第１のスペーサ層上に形成された活性層と、
この活性層上に形成され中央部分と周辺部分との間に段差を有する第２及び第３のスペーサ層と、
前記第２のスペーサ層の周辺部分であって少なくとも前記第２のスペーサ層の途中まで元素をイオン注入して高抵抗化させたイオン注入領域と、
中央部分と周辺部分との間に段差を有し前記第３のスペーサ層上にトンネル接合を形成するトンネル接合層と、
このトンネル接合層上に形成された第４のスペーサ層と、
この第４のスペーサ層上に形成されたコンタクト層と、
このコンタクト層上に形成される第１の電極と、
前記基板の裏面であって前記光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、
前記コンタクト層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層とを備え、
前記トンネル接合層の中央部分には定在波の節が、前記トンネル接合層の周辺部分には定在波の節以外がくるようにスペーサ層の膜厚を調整したことを特徴とする面発光レーザ。
【請求項２】
前記トンネル接合層が、
前記中央部分が凸になる段差を有することを特徴とする
請求項１記載の面発光レーザ。
【請求項３】
前記トンネル接合層が、
前記中央部分が凹になる段差を有することを特徴とする
請求項１記載の面発光レーザ。
【請求項４】
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
光の取り出し口を有する基板と、
この基板上に形成された第１の分布反射層と、
第１及び第２のスペーサ層により上下方向から挟まれると共に前記第１の分布反射層上に形成された活性層と、
上部の前記第２のスペーサ層上にトンネル接合を形成するトンネル接合層と、
このトンネル接合層上に形成され中央部分と周辺部分との間に段差を有する第３及び第４のスペーサ層と、
前記第３のスペーサ層の周辺部分であって少なくとも前記第２のスペーサ層の途中まで元素をイオン注入して高抵抗化させたイオン注入領域と、
中央部分と周辺部分との間に段差を有し前記第４のスペーサ層上に形成される光吸収層と、
この光吸収層上に形成された第５のスペーサ層と、
この第５のスペーサ層上に形成されたコンタクト層と、
このコンタクト層上に形成される第１の電極と、
前記基板の裏面であって前記光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、
前記コンタクト層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層とを備え、
前記光吸収層の中央部分には定在波の節が、前記光吸収層の周辺部分には定在波の節以外がくるようにスペーサ層の膜厚を調整したたことを特徴とする面発光レーザ。
【請求項５】
前記光吸収層が、
前記中央部分が凸になる段差を有することを特徴とする
請求項４記載の面発光レーザ。
【請求項６】
前記光吸収層が、
前記中央部分が凹になる段差を有することを特徴とする
請求項４記載の面発光レーザ。
【請求項７】
前記第２の分布反射膜は半導体微細加工技術によって形成され可動にしたことを特徴とする
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の面発光レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザに関し、特に高出力まで安定した横モード制御が可能な面発光レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）は活性層とクラッド層を多層膜等で形成された反射層で挟み込んだ構造を有するものであり、光通信用光源や光計測用光源として用いられ、特にＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重）等に適用することが可能な面発光レーザに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−２１３７０２号公報
【特許文献２】特開２０００−２７７８５３号公報
【特許文献３】特開２００２−１３４８３５号公報
【特許文献４】特開２００３−３３２６８４号公報
【非特許文献１】M.Ortsiefer et.al., Appl.Phys.Lett vol.76 pp.2179-2181(2000)
【０００４】
図５はこのような従来の面発光レーザの一例を示す構成断面図であり、「M.Ortsiefer et.al., Appl.Phys.Lett vol.76 pp.2179-2181(2000)」に記載されたものである。
【０００５】
図５において１はＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓで形成されたｎ型の分布反射層（Distributed Bragg Reflector：以下、ＤＢＲ層と呼ぶ。）、２及び４はスペーサ層、３は量子井戸（Quantum Well）等を用いた活性層、５はｐ型不純物が高濃度にドーピングされたｐ型のトンネル接合層、６はｎ型不純物が高濃度にドーピングされたｎ型のトンネル接合層、７はｎ型のＩｎＰ等の低屈折率層、８はミラー層、９はコンタクト層、１０は電極、１１はヒートシンク、１２はもう一つの電極である。
【０００６】
ＤＢＲ層１の上（実際の図５では下であるが以下の形成過程の説明に際しては上下逆転して説明する。）には下部のスペーサ層２、活性層３及び上部のスペーサ層４が順次形成され、上部のスペーサ層４の上にはｐ型のトンネル接合層５及びｎ型のトンネル接合層６が順次形成され、トンネル接合が形成される。
【０００７】
このようなトンネル接合がｎ型のＤＢＲ層１の上であって中央部にのみ形成されるようにｐ型のトンネル接合層５の一部及びｎ型のトンネル接合層６であって図５中”ＣＩ０１”及び図５中”ＣＩ０２”に示すような周囲の部分がエッチングにより取り除かれる。
【０００８】
その後、ｎ型のトンネル接合層６及び前記エッチングの工程で表面に現れたｐ型のトンネル接合層５の上にはＩｎＰ等の低屈折率層７が形成される。
【０００９】
そして、低屈折率層７の上であって中央部には上部ミラーを構成するミラー層８が形成され、当該ミラー層８の周囲にはコンタクト層９が形成される。また、トンネル接合層５と低屈折率層７との側面には絶縁膜が形成される。
【００１０】
コンタクト層９に接続するように上部の電極１０が形成され、電極１０の上面及び側面にはヒートシンク１１が形成される。さらに、ＤＢＲ層１の裏面には下部の電極１２が形成される。
【００１１】
ここで、図５に示す従来例の動作を図６を用いて説明する。但し、図６を用いた動作説明に際してはＤＢＲ層１を上部として説明する。また、図６は注入電流の流れの一例を示す説明図である。
【００１２】
上部の電極１２と下部の電極１０との間に電圧が印加されると、下部の電極１０から上部の電極１２へ図６中”ＣＲ１１”及び図６中”ＣＲ１２”に示すように電流が中央部に形成されたトンネル接合を通じて流れて電流狭窄される。
【００１３】
このとき、バンドギャップの最も狭い活性層３において正孔と電子の結合が生じて光が発光し、ＤＢＲ層１とミラー層８との間に形成される光共振器で光増幅されて、ＤＢＲ層１側であって上部の電極１２が無い部分から図６中”ＬＲ１１”に示すようにレーザ光として出力される。
【００１４】
一方、トンネル接合部分は高屈折率材料を用いており、周囲には低屈折率層７が形成されているので、両者の間で等価屈折率差”Δｎeff”が生じる。
【００１５】
このような、等価屈折率差”Δｎeff”は、トンネル接合部分での共振波長を”λ”、トンネル接合部分と周辺部分との共振波長の差を”Δλ”、等価屈折率を”ｎeff”とした場合、
Δｎeff／ｎeff＝Δλ／λ      （１）
で表される。
【００１６】
すなわち、この等価屈折率差”Δｎeff”により、トンネル接合部分に前述の光共振器で共振するレーザ光が閉じ込められ、面発光レーザのレーザ光の光強度分布が中央部分（トンネル接合部分）で最大となるため横モード制御が可能になる。
【００１７】
また、図７は従来の面発光レーザの他の一例を示す構成断面図であり、本願出願人の出願に係る「特願２００３−１７４６３３号」に記載されたものである。
【００１８】
図７において１３はｎ型のＩｎＰ等の基板、１４はｎ型のＩｎＧａＡｓＰとｎ型のＩｎＰ等から構成されるＤＢＲ層、１５はｎ型のＩｎＰ等のスペーサ層、１６はＩｎＧａＡｓＰの歪多重量子井戸等を用いた活性層、１７はｐ型のＩｎＰ等のスペーサ層、１８は高濃度のｐ型のＩｎＧａＡｓＰ若しくはＩｎＧａＡｌＡｓ等のトンネル接合層、１９は高濃度のｎ型のＩｎＧａＡｓ等のトンネル接合層、２０はｎ型のＩｎＰ等のスペーサ層、２１はｎ型のＩｎＧａＡｓＰ等のコンタクト層、２２及び２５は電極、２３はＤＢＲ層、２４はＳｉで形成されたメンブレン、２６は高抵抗化されたイオン注入領域である。
【００１９】
基板１３上には下部のＤＢＲ層１４が形成され、ＤＢＲ層１４の上には下部のスペーサ層１５、活性層１６及び上部のスペーサ層１７が順次形成される。上部のスペーサ層１７の上にはｐ型のトンネル接合層１８及びｎ型のトンネル接合層１９が順次形成されてトンネル接合を形成する。
【００２０】
この状態で、発光領域（中心部分）をマスキングしてその他の領域（周辺部分）に酸素等の重い元素を上部のスペーサ層１７に達するまでイオン注入して高抵抗化されたイオン注入領域２６を形成する。
【００２１】
その後、ｎ型のトンネル接合層１９の上にはスペーサ層２０及びコンタクト層２１が順次形成され、コンタクト層２１上であって周辺部分には電極２２が形成される。
【００２２】
そして、コンタクト層２１の上方にはコンタクト層２１に接しない状態でメンブレン２４が形成され、メンブレン２４の下、言い換えれば、コンタクト層２１に対向する面にはＤＢＲ層２３が形成されて、図７中”ＡＧ２１”に示すようなエアギャップを形成する。
【００２３】
一方、基板１３は裏面であって図７中”ＡＲ２１”に示す部分が光の取り出し口としてエッチングによりＤＢＲ層１４表面まで取り除かれ、残った基板１３の裏面には電極２５が形成される。
【００２４】
ここで，図７に示す従来例の動作を図８を用いて説明する。図８は注入電流の流れの一例を示す説明図である。
【００２５】
上部の電極２２と下部の電極２５との間に電圧が印加されると、上部の電極２２から図８中”ＣＲ３１”及び図８中”ＣＲ３２”に示すように電流が高抵抗化されたイオン注入領域２６を避け中央部分（低抵抗部分）を通じて流れて電流狭窄され、活性層１６を介して下部の電極２５に流れる。
【００２６】
このとき、バンドギャップの最も狭い活性層１６において正孔と電子の結合が生じて光が発光し、ＤＢＲ層１４とＤＢＲ層２３の間に形成される光共振器で光増幅されて、ＤＢＲ層１４側であって基板１３が取り除かれた光の取り出し口から図８中”ＬＲ３１”に示すようにレーザ光として出力される。
【００２７】
そして、上部のスペーサ層１７と下部のスペーサ層１５の膜厚は活性層１６に定在波の腹が、トンネル接合部分に定在波の節がくるように調整され、また、スペーサ層２０及びコンタクト層２１の膜厚はエアギャップとの境界面に定在波の腹がくるように調整される。
【００２８】
また、メンブレン２４をＭＥＭＳ（micro electro-mechanical systems：可動部品と電子回路を半導体微細加工技術によって集積した微小な機械システム）で可動にして、コンタクト層２１とＤＢＲ層２３との間隔（図７中”ＡＧ２１”に示すエアギャップの間隔に相当）を調整することにより、レーザ光の発振波長を可変にしている。
【００２９】
このような構成では、電流狭窄を酸素等の重い元素のイオン注入により行うため水素イオンをイオン注入して形成した高抵抗領域と比較して熱処理工程による低抵抗化を抑制することができる。
【００３０】
また、全ての結晶成長が終了した後に水素イオンを深くイオン注入するのではなく、活性層１６近傍で結晶成長を一時中断し酸素等の重い元素をイオン注入するため、イオン注入エネルギーが低くできると共に射程飛影が短いためパターン形成精度が良くなる。さらに、電極２２を形成するコンタクト層２１にイオン注入による損傷が生じない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
しかし、図５に示す従来の面発光レーザでは、トンネル接合が形成されており、当該トンネル接合を形成する層は高濃度にドーピングされているため光吸収が大きいことが知られている。
【００３２】
特に、図５に示す従来の面発光レーザでは、中央部分に電流を流すために周辺部分のトンネル接合層をエッチングにより除去している構造であるため、中央部分が周辺部分と比較して大きな光吸収を有するため高次モードが基本モードよりも発振し易くなる要因となってしまうと言った問題点があった。
【００３３】
一方、図７に示す従来の面発光レーザでは、横モード制御を行う構造を有しておらず、横モード制御機構を取り入れなければならないと言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、高出力まで安定した横モード制御が可能な面発光レーザを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
光の取り出し口を有する基板と、この基板上に形成された第１の分布反射層と、この第１の分布反射層上に形成された第１のスペーサ層と、この第１のスペーサ層上に形成された活性層と、この活性層上に形成され中央部分と周辺部分との間に段差を有する第２及び第３のスペーサ層と、前記第２のスペーサ層の周辺部分であって少なくとも前記第２のスペーサ層の途中まで元素をイオン注入して高抵抗化させたイオン注入領域と、中央部分と周辺部分との間に段差を有し前記第３のスペーサ層上にトンネル接合を形成するトンネル接合層と、このトンネル接合層上に形成された第４のスペーサ層と、この第４のスペーサ層上に形成されたコンタクト層と、このコンタクト層上に形成される第１の電極と、前記基板の裏面であって前記光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、前記コンタクト層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層とを備え、
前記トンネル接合層の中央部分には定在波の節が、前記トンネル接合層の周辺部分には定在波の節以外がくるようにスペーサ層の膜厚を調整したことにより、高出力まで安定した横モード制御が可能になる。
【００３５】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明である面発光レーザにおいて、
前記トンネル接合層が、
前記中央部分が凸になる段差を有することにより、高出力まで安定した横モード制御が可能になる。
【００３６】
請求項３記載の発明は、
請求項１記載の発明である面発光レーザにおいて、
前記トンネル接合層が、
前記中央部分が凹になる段差を有することにより、高出力まで安定した横モード制御が可能になる。
【００３７】
請求項４記載の発明は、
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
光の取り出し口を有する基板と、この基板上に形成された第１の分布反射層と、第１及び第２のスペーサ層により上下方向から挟まれると共に前記第１の分布反射層上に形成された活性層と、上部の前記第２のスペーサ層上にトンネル接合を形成するトンネル接合層と、このトンネル接合層上に形成され中央部分と周辺部分との間に段差を有する第３及び第４のスペーサ層と、前記第３のスペーサ層の周辺部分であって少なくとも前記第２のスペーサ層の途中まで元素をイオン注入して高抵抗化させたイオン注入領域と、中央部分と周辺部分との間に段差を有し前記第４のスペーサ層上に形成される光吸収層と、この光吸収層上に形成された第５のスペーサ層と、この第５のスペーサ層上に形成されたコンタクト層と、このコンタクト層上に形成される第１の電極と、前記基板の裏面であって前記光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、前記コンタクト層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層とを備え、
前記光吸収層の中央部分には定在波の節が、前記光吸収層の周辺部分には定在波の節以外がくるようにスペーサ層の膜厚を調整したたことにより、高出力まで安定した横モード制御が可能になる。
【００３８】
請求項５記載の発明は、
請求項４記載の発明である面発光レーザにおいて、
前記光吸収層が、
前記中央部分が凸になる段差を有することにより、高出力まで安定した横モード制御が可能になる。
【００３９】
請求項６記載の発明は、
請求項４記載の発明である面発光レーザにおいて、
前記光吸収層が、
前記中央部分が凹になる段差を有することにより、高出力まで安定した横モード制御が可能になる。
【００４０】
請求項７記載の発明は、
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発明である面発光レーザにおいて、
前記第２の分布反射膜は半導体微細加工技術によって形成され可動にしたことにより、レーザ光の発振波長を可変にすることが可能になる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，３，４，５及び請求項６の発明によれば、トンネル接合層、若しくは、光吸収層の中央部分が凸若しくは凹となるような段差（”λ／４ｎ”等）を設けると共に、トンネル接合層、若しくは、光吸収層の中央部分には定在波の節が、トンネル接合層、若しくは、光吸収層の周辺部分には定在波の腹（若しくは、定在波の節以外）がくるようにスペーサ層の膜厚を調整することにより、高出力まで安定した横モード制御が可能になる。
【００４２】
また、請求項７の発明によれば、メンブレンをＭＥＭＳで可動にして、コンタクト層とＤＢＲ層との間隔を調整することにより、レーザ光の発振波長を可変にすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る面発光レーザの一実施例を示す構成断面図である。
【００４４】
図１において２７はｎ型のＩｎＰ等の基板、２８はｎ型のＩｎＧａＡｌＡｓとｎ型のＩｎＡｌＡｓから構成されるＤＢＲ層、２９はｎ型のＩｎＰ等のスペーサ層、３０はＩｎＧａＡｌＡｓの歪多重量子井戸等を用いた活性層、３１及び３２はｐ型のＩｎＰ等のスペーサ層、３３は高濃度のｐ型のＩｎＧａＡｌＡｓ等のトンネル接合層、３４は高濃度のｎ型のＩｎＧａＡｓのトンネル接合層、３５はｎ型のＩｎＰ等のスペーサ層、３６はｎ型のＩｎＧａＡｓＰのコンタクト層、３７及び４０は電極、３８はＤＢＲ層、３９はＳｉで形成されたメンブレン、４１は高抵抗化されたイオン注入領域である。
【００４５】
基板２７上には下部のＤＢＲ層２８が形成され、ＤＢＲ層２８の上には下部のスペーサ層２９、活性層３０及び上部のスペーサ層３１が順次形成される。
【００４６】
この状態で、スペーサ層３１の周辺部分をエッチングにより除去して中央部分が凸となるような段差を設ける。図１中”ＳＴ４１”に示す段差の長さはレーザ光の発振波長を”λ”、半導体の屈折率を”ｎ”とした場合、”λ／４ｎ”若しくは”λ／４ｎ＋ｍ・（λ／２ｎ）”程度（ｍは整数）にする。
【００４７】
続いて、スペーサ層３１の発光領域（中心部分）をマスキングしてその他の領域（周辺部分）に酸素等の重い元素をスペーサ層３１の途中までイオン注入して高抵抗化されたイオン注入領域４１を形成する。
【００４８】
その後、図１中”ＳＴ４１”に示すような段差を有するスペーサ層３１の上にはスペーサ層３２が形成され、スペーサ層３２の上にはｐ型のトンネル接合層３３及びｎ型のトンネル接合層３４が順次形成されてトンネル接合を形成する。
【００４９】
このため、スペーサ層３２、ｐ型のトンネル接合層３３及びｎ型のトンネル接合層３４はスペーサ層３１の上の段差により同様の段差をもって形成される。
【００５０】
また、ｎ型のトンネル接合層３４の上にはスペーサ層３５及びコンタクト層３６が順次形成され、コンタクト層３６上であって周辺部分には電極３７が形成される。
【００５１】
勿論、厳密には段差を有するｎ型のトンネル接合層３４の上に形成されるスペーサ層３５及びコンタクト層３６においても段差は生じているが、当該段差と比べてスペーサ層３５及びコンタクト層３６の膜厚は非常に厚いので図面上では無視して記載している。
【００５２】
そして、コンタクト層３６の上方にはコンタクト層３６に接しない状態でメンブレン３９が形成され、メンブレン３９の下、言い換えれば、コンタクト層３６に対向する面にはＤＢＲ層３８が形成されて、図１中”ＡＧ４１”に示すようなエアギャップを形成する。
【００５３】
一方、基板２７は裏面であって図１中”ＡＲ４１”に示す部分が光の取り出し口としてエッチングによりＤＢＲ層２８表面まで取り除かれ、残った基板２７の裏面には電極４０が形成される。
【００５４】
ここで、図１に示す実施例の動作を図２を用いて説明する。図２は注入電流の流れの一例を示す説明図である。
【００５５】
上部の電極３７と下部の電極４０との間に電圧が印加されると、上部の電極３７から図２中”ＣＲ５１”及び図２中”ＣＲ５２”に示すように電流がトンネル接合層３４及び３３を通過し、高抵抗化されたイオン注入領域４１を避け中央部分（低抵抗部分）を通じて流れて電流狭窄され、活性層３０に注入され下部の電極４０に流れる。
【００５６】
このとき、バンドギャップの最も狭い活性層３０において正孔と電子の結合が生じて光が発光し、ＤＢＲ層２８とＤＢＲ層３８の間に形成される光共振器で光増幅されて、ＤＢＲ層２８側であって基板２７が取り除かれた光の取り出し口から図２中”ＬＲ５１”に示すようにレーザ光として出力される。
【００５７】
そして、スペーサ層３１とスペーサ層３２の膜厚は、トンネル接合層３３及び３４の中央部分には定在波の節が、トンネル接合層３３及び３４の周辺部分には定在波の腹（若しくは、定在波の節以外）がくるように調整される。
【００５８】
また、メンブレン３９をＭＥＭＳで可動にして、コンタクト層３６とＤＢＲ層３８との間隔（図１中”ＡＧ４１”に示すエアギャップの間隔に相当）を調整することにより、レーザ光の発振波長を可変にしている。
【００５９】
このような構成では、トンネル接合層３３及び３４は光吸収層として機能することなり、一方、発振により生じる定在波の節がトンネル接合層３３及び３４の中央部分に、定在波の腹がトンネル接合層３３及び３４の周辺部分になり、両者の光吸収量に差異が生じることになる。
【００６０】
言い換えれば、トンネル接合層３３及び３４の周辺部分はトンネル接合層３３及び３４の中央部分と比較して光吸収が大きくなるので、基本モードの方が高次モードよりも発振し易くなり、安定した横モード制御が可能になる。
【００６１】
この結果、トンネル接合層の中央部分が凸となるような段差（”λ／４ｎ”等）を設けると共に、トンネル接合層の中央部分には定在波の節が、トンネル接合層の周辺部分には定在波の腹（若しくは、定在波の節以外）がくるようにスペーサ層の膜厚を調整することにより、高出力まで安定した横モード制御が可能になる。
【００６２】
なお、図１に示す実施例ではトンネル接合層を光の吸収層として用いているが、別途光吸収層を設けても勿論構わない。図３は光吸収層を別途設けた本発明に係る面発光レーザの他の実施例を示す構成断面図である。
【００６３】
図３において２７，２８，２９，３０，３６，３７，３８，３９及び４０は図１と同一符号を付してあり、４２はｐ型のＩｎＰ等のスペーサ層、４３は高濃度のｐ型のＩｎＧａＡｌＡｓ等のトンネル接合層、４４は高濃度のｎ型のＩｎＧａＡｓ等のトンネル接合層、４５、４６及び４８はｎ型のＩｎＰ等のスペーサ層、４７は光吸収層、４９は高抵抗化されたイオン注入領域である。
【００６４】
基板２７上には下部のＤＢＲ層２８が形成され、ＤＢＲ層２８の上には下部のスペーサ層２９、活性層３０及び上部のスペーサ層４２が順次形成される。また、スペーサ層４２の上にはｐ型のトンネル接合層４３及びｎ型のトンネル接合層４４が順次形成されてトンネル接合を形成する。さらに、ｎ型のトンネル接合層４４の上にはスペーサ層４５が形成される。
【００６５】
この状態で、スペーサ層４５の周辺部分をエッチングにより除去して中央部分が凸となるような段差を設ける。図３中”ＳＴ６１”に示す段差の長さはレーザ光の発振波長を”λ”、半導体の屈折率を”ｎ”とした場合、”λ／４ｎ”若しくは”λ／４ｎ＋ｍ・（λ／２ｎ）”程度（ｍは整数）にする。
【００６６】
続いて、スペーサ層４５の発光領域（中心部分）をマスキングしてその他の領域（周辺部分）に酸素等の重い元素をスペーサ層４２の途中までイオン注入して高抵抗化されたイオン注入領域４９を形成する。
【００６７】
その後、図３中”ＳＴ６１”に示すような段差を有するスペーサ層４５の上にはスペーサ層４６が形成され、スペーサ層４６の上には光吸収層４７が形成される。
【００６８】
このため、スペーサ層４６、光吸収層４７はスペーサ層４５の上の段差により同様の段差をもって形成される。
【００６９】
また、光吸収層４７の上にはスペーサ層４８及びコンタクト層３６が順次形成され、コンタクト層３６上であって周辺部分には電極３７が形成される。
【００７０】
勿論、厳密には段差を有する光吸収層４７の上に形成されるスペーサ層４８及びコンタクト層３６においても段差は生じているが、当該段差と比べてスペーサ層４８及びコンタクト層３６の膜厚は非常に厚いので図面上では無視して記載している。
【００７１】
そして、コンタクト層３６の上方にはコンタクト層３６に接しない状態でメンブレン３９が形成され、メンブレン３９の下、言い換えれば、コンタクト層３６に対向する面にはＤＢＲ層３８が形成されて、図３中”ＡＧ６１”に示すようなエアギャップを形成する。
【００７２】
一方、基板２７は裏面であって図３中”ＡＲ６１”に示す部分が光の取り出し口としてエッチングによりＤＢＲ層２８表面まで取り除かれ、残った基板２７の裏面には電極４０が形成される。
【００７３】
ここで、図３に示す実施例の動作を図４を用いて説明する。図４は注入電流の流れの一例を示す説明図である。
【００７４】
上部の電極３７と下部の電極４０との間に電圧が印加されると、上部の電極３７から図４中”ＣＲ７１”及び図４中”ＣＲ７２”に示すように電流が光吸収層４７を通過し、高抵抗化されたイオン注入領域４９を避け中央部分（低抵抗部分）を通じて流れて電流狭窄され、活性層３０に注入され下部の電極４０に流れる。
【００７５】
このとき、バンドギャップの最も狭い活性層３０において正孔と電子の結合が生じて光が発光し、ＤＢＲ層２８とＤＢＲ層３８の間に形成される光共振器で光増幅されて、ＤＢＲ層２８側であって基板２７が取り除かれた光の取り出し口から図４中”ＬＲ７１”に示すようにレーザ光として出力される。
【００７６】
そして、スペーサ層４５とスペーサ層４６の膜厚は、光吸収層４７の中央部分には定在波の節が、光吸収層４７の周辺部分には定在波の腹（若しくは、定在波の節以外）がくるように調整される。
【００７７】
また、メンブレン３９をＭＥＭＳで可動にして、コンタクト層３６とＤＢＲ層３８との間隔（図３中”ＡＧ６１”に示すエアギャップの間隔に相当）を調整することにより、レーザ光の発振波長を可変にしている。
【００７８】
このような構成では、発振により生じる定在波の節が光吸収層４７の中央部分に、定在波の腹が光吸収層４７の周辺部分になり、両者の光吸収量に差異が生じることになる。
【００７９】
言い換えれば、光吸収層４７の周辺部分は光吸収層４７の中央部分と比較して光吸収が大きくなるので、基本モードの方が高次モードよりも発振し易くなり、安定した横モード制御が可能になる。
【００８０】
この結果、光吸収層の中央部分が凸となるような段差（”λ／４ｎ”等）を設けると共に、光吸収層の中央部分には定在波の節が、光吸収層の周辺部分には定在波の腹（若しくは、定在波の節以外）がくるようにスペーサ層の膜厚を調整することにより、高出力まで安定した横モード制御が可能になる。
【００８１】
また、図１及び図３に示す実施例ではトンネル接合層、若しくは、光吸収層の中央部分が凸となるような段差を設けると共に、トンネル接合層、若しくは、光吸収層の中央部分には定在波の節がくるようにスペーサ層の膜厚を調整しているが、勿論、トンネル接合層、若しくは、光吸収層の中央部分が凹となるような段差を設けると共に、トンネル接合層、若しくは、光吸収層の中央部分には定在波の節がくるようにスペーサ層の膜厚を調整しても構わない。
【００８２】
また、本願出願人の出願に係る「特願２００２−３３６１１３号」に記載されたように、ＤＢＲ層３８に相対するコンタクト層３６を除去したスペーサ層３５、若しくは、スペーサ層４８の表面に凹凸を形成して、半導体とエアギャップとの界面と定在波の位置関係により横モード制御を併用しても構わない。
【００８３】
また、図１及び図３に示す実施例では、イオン注入による高抵抗化により電流狭窄を実現しているが、特段、イオン注入に限定されるものではなく、拡散やプロトンの注入等によって高抵抗化して電流狭窄を実現しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明に係る面発光レーザの一実施例を示す構成断面図である。
【図２】注入電流の流れの一例を示す説明図である。
【図３】本発明に係る面発光レーザの他の実施例を示す構成断面図である。
【図４】注入電流の流れの一例を示す説明図である。
【図５】従来の面発光レーザの一例を示す構成断面図である。
【図６】注入電流の流れの一例を示す説明図である。
【図７】従来の面発光レーザの他の一例を示す構成断面図である。
【図８】注入電流の流れの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８５】
１，１４，２３，２８，３８  分布反射層
２，４，１５，１７，２０，２９，３１，３２，３５，４２，４５，４６，４８  スペーサ層
３，１６，３０  活性層
５，６，１８，１９，３３，３４，４３，４４  トンネル接合層
７  低屈折率層
８  ミラー層
９，２１，３６  コンタクト層
１０，１２，２２，２５  電極
１１  ヒートシンク
１３，２７，３７，４０  基板
２４，３９  メンブレン
２６，４１，４９  イオン注入領域
４７  光吸収層
【図１】
2005197426.tif 000003
【図２】
2005197426.tif 000004
【図３】
2005197426.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005197426.tif 000007
【図６】
2005197426.tif 000008
【図７】
2005197426.tif 000009
【図８】
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