(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンクに接続された基板と、
半導体分布ブラッグ反射器からなり、前記基板上に形成された第１の反射層と、
前記第１の反射層に接して形成された第１の共振器スペーサー層と、
前記第１の共振器スペーサー層に接して形成された活性層と、
前記活性層に接して形成された第２の共振器スペーサー層と、
前記半導体分布ブラッグ反射器からなり、前記第２の共振器スペーサー層に接して形成された第２の反射層とを備え、
前記第２の反射層を構成する低屈折率層のうちで前記活性層に最も近い位置に配置された低屈折率層は、（ＡｌｅＧａ１−ｅ）ｆＩｎ１−ｆＰ（０＜ｅ≦１，０≦ｆ≦１）からなり、前記第１の反射層を構成する低屈折率層のうちで前記活性層に最も近い位置に配置された低屈折率層は、熱伝導率が前記（ＡｌｅＧａ１−ｅ）ｆＩｎ１−ｆＰよりも大きいＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなる、面発光レーザ素子。
【請求項２】
前記第２の共振器スペーサー層は、前記第２の反射層を構成する低屈折率層のうちで前記活性層に最も近い位置に配置された低屈折率層よりもＡｌの組成が小さい材料からなる、請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項３】
前記ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓは、ＡｌＡｓである、請求項１または２に記載の面発光レーザ素子。
【請求項４】
前記第１および／または第２の共振器スペーサー層の一部は、ＡｌＧａＩｎＰからなる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子。
【請求項５】
前記第１の反射層に含まれる低屈折率層の全ては、ＡｌＡｓからなる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子。
【請求項６】
複数の面発光レーザ素子を備え、
前記複数の面発光レーザ素子の各々は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子からなる、面発光レーザアレイ。
【請求項７】
請求項６に記載の面発光レーザアレイを書き込み光源として備える画像形成装置。
【請求項８】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子または請求項６に記載の面発光レーザアレイを光源として備える光ピックアップ装置。
【請求項９】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子または請求項６に記載の面発光レーザアレイを光源として備える光送信モジュール。
【請求項１０】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子または請求項６に記載の面発光レーザアレイを光源として備える光送受信モジュール。
【請求項１１】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子または請求項６に記載の面発光レーザアレイを光源として備える光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、面発光レーザ素子、それを備えた面発光レーザアレイ、面発光レーザアレイを備えた画像形成装置、面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えた光ピックアップ装置、面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えた光送信モジュール、面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えた光送受信モジュールおよび面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えた光通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザ素子（面発光型半導体レーザ素子）は、基板に対して垂直方向に光を出射する半導体レーザであり、端面発光型に比べて低コストで高性能な特性が得られることから、光インターコネクションなどの光通信の光源、光ピックアップ用の光源、および画像形成装置の光源等、民生用途で用いられている。
【０００３】
特に、８５０ｎｍ帯および９８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子は、活性層へのキャリア閉じ込めが良好である。より具体的には、８５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子においては、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）からなる量子井戸活性層と、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）からなる障壁層およびスペーサー（クラッド層）とが用いられている。
【０００４】
また、８５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子においては、高性能なＡｌＧａＡｓ系の反射鏡（半導体多層膜反射鏡、半導体分布ブラッグ反射鏡、および半導体ＤＢＲ）と、Ａｌ酸化膜を利用した電流狭窄構造とを採用できるので、実用レベルの性能を実現している。
【０００５】
しかし、面発光レーザ素子は、活性層の体積が小さいため、端面発光レーザと比較して光出力が小さく、出力の増大が求められる場合が多い。特に、波長が短くなる程、活性層へのキャリア閉じ込めが悪くなり、高出力が得られなくなるとともに、温度特性が悪くなる等の問題がある。
【０００６】
発振波長が７８０ｎｍ帯である波長の短い面発光レーザ素子は、ＡｌＡｓ層を選択酸化した電流狭窄構造を採用している（非特許文献１）。非特許文献１に開示された面発光レーザ素子は、活性層と活性層を挟むスペーサー層とからなる共振器を下部反射鏡および上部反射鏡で挟んだ構造からなる。
【０００７】
そして、共振器の厚さは、発振波長の１波長分である。活性層は、Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓからなる井戸層と、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる障壁層とを交互に積層した量子井戸構造からなる。また、スペーサー層は、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなる。さらに、下部反射鏡は、ｎ型のＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層と、ｎ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層とを４０．５ペア積層した構造からなる。この場合、高屈折率層および低屈折率層の１層当りの膜厚は、面発光レーザ素子の発振波長をλとすると、λ／４である。
【０００８】
さらに、上部反射鏡は、ｐ型のＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層と、ｐ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層とを２４ペア積層した構造からなる。この場合も、高屈折率層および低屈折率層の１層当りの膜厚は、λ／４である。
【０００９】
さらに、ＡｌＡｓ選択酸化層が共振器からλ／４だけ離れて上部反射鏡中に設けられている。なお、反射鏡の各層の間には、抵抗を低減させるために、組成が徐々に変わる組成傾斜層が設けられている。
【００１０】
上述した活性層およびスペーサー層等は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法またはＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法によって形成される。
【００１１】
非特許文献１に開示された面発光レーザ素子は、メサ形状を採用している。このメサ形状は、下部反射鏡、スペーサー層、活性層、スペーサー層および上部反射鏡を基板上に順次積層した後に、下部反射鏡に達するように上部反射鏡、スペーサー層、活性層およびスペーサー層をドライエッチング法によってエッチングすることにより形成される。
【００１２】
メサ形状が形成されると、ＡｌＡｓ選択酸化層の端面は、露出するので、ＡｌＡｓ選択酸化層を水蒸気中で熱処理してＡｌＡｓをＡｌｘＡｓｙの絶縁物に変え、素子駆動電流の経路を中心部の酸化されていないＡｌＡｓ領域だけに制限する電流狭窄構造（酸化アパーチャー）を形成する。
【００１３】
その後、メサ上部の光出射部（メタルアパーチャー）を除いた箇所にｐ側電極を形成し、基板裏面にｎ側電極を形成して面発光レーザ素子を作製する。
【００１４】
非特許文献１においては、酸化アパーチャーとメタルアパーチャーとの最適化によって、７８０ｎｍ帯でシングルモードの最高出力となる３．４ｍＷを得ている。
【００１５】
しかし、８５０ｎｍ帯および９８０ｎｍ帯では、７ｍＷの出力が報告されており、７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子は、出力の点では劣っている。この光出力を増大させる一つの方法は、発光部の温度上昇を少なくする対策を行なうことである。
【００１６】
発光部の温度上昇を抑制する方法として、発振波長が８５０ｎｍである面発光レーザ素子において熱抵抗を小さくする構成が提案されている（特許文献１）。そして、この構成は、下部反射鏡の下側に配置された低屈折率層の大部分にＡｌＧａＡｓよりも熱伝導率が高いＡｌＡｓを用いた構成からなる。
【００１７】
なお、下部反射鏡の上側の低屈折率層には、従来のＡｌＧａＡｓが用いられている。この理由は、メサ形状を形成するときのエッチング面が下側のＡｌＡｓを用いた反射鏡中に達すると、そのエッチングの後工程であるＡｌＡｓ選択酸化層を酸化するときに、露出した反射鏡中のＡｌＡｓも酸化され、素子が絶縁化または高抵抗化するので、これを回避するためである。
【００１８】
すなわち、ＡｌＡｓよりもエッチング速度が遅いＡｌＧａＡｓを下部反射鏡の上側に設けるとことによって、エッチング面が下部反射鏡の上側のＡｌＧａＡｓ中に位置するようにするためである。
【００１９】
また、７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子においては、活性なアルミニウム（Ａｌ）が活性層に添加されているので、成長中または加工中等に酸素が取り込まれてしまい、非発光再結合センタが活性層に形成される。その結果、発光効率および信頼性が低下する。
【００２０】
そこで、８５０ｎｍよりも短波長帯の面発光レーザ素子において、非発光再結合センタの形成を抑制する目的で、Ａｌフリー活性領域（量子井戸活性層およびそれに隣接する層）を採用する７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子が提案されている（特許文献２）。具体的には、量子井戸活性層には、引っ張り歪を有するＧａＡｓＰが用いられ、障壁層には、圧縮歪を有するＧａＩｎＰが用いられ、スペーサー層（クラッド層と、第１および第３量子井戸活性層との間）には、格子整合するＧａＩｎＰが用いられ、クラッド層には、ＡｌＧａＩｎＰが用いられる。このような構成を採用することにより、面発光レーザ素子の信頼性が改善される。
【００２１】
さらに、活性領域のＡｌフリーによる効果に加え、活性層の利得を大きくするために、圧縮歪を有するＧａＩｎＰＡｓを量子井戸層に用い、格子整合または引っ張り歪を有するＧａＩｎＰを障壁層に用い、スペーサー層よりもＡｌ組成が多いＡｌＧａＩｎＰをクラッド層に用いた７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子が提案されている（非特許文献２）。この面発光レーザ素子は、特許文献１に開示された面発光レーザ素子の構造に比べ、障壁層が格子整合であり、圧縮歪組成よりもバンドギャップが大きいので、キャリア閉じ込めが良好になっている。
【特許文献１】特開２００２−１６４６２１号公報
【特許文献２】特開平９−１０７１５３号公報
【非特許文献１】IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL.11, NO.12, 1999, pp.1539-1541.
【非特許文献２】IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Vol.12, No.6, pp.603-605.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかし、発振波長が短い面発光レーザ素子では、出力が低いという問題がある。
【００２３】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、高出力化が可能な面発光レーザ素子を提供することである。
【００２４】
また、この発明の別の目的は、高出力化が可能な面発光レーザ素子を備える面発光レーザアレイを提供することである。
【００２５】
さらに、この発明の別の目的は、高出力化が可能な面発光レーザ素子を備える画像形成装置を提供することである。
【００２６】
さらに、この発明の別の目的は、高出力化が可能な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える光ピックアップ装置を提供することである。
【００２７】
さらに、この発明の別の目的は、高出力化が可能な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える光送信モジュールを提供することである。
【００２８】
さらに、この発明の別の目的は、高出力化が可能な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える光送受信モジュールを提供することである。
【００２９】
さらに、この発明の別の目的は、高出力化が可能な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える光通信システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
この発明によれば、面発光レーザ素子は、基板と、第１および第２の反射層と、第１および第２の共振器スペーサー層と、活性層とを備える。基板は、ヒートシンクに接続される。第１の反射層は、半導体分布ブラッグ反射器からなり、基板上に形成される。第１の共振器スペーサー層は、第１の反射層に接して形成される。活性層は、第１の共振器スペーサー層に接して形成される。第２の共振器スペーサー層は、活性層に接して形成される。第２の反射層は、半導体分布ブラッグ反射器からなり、第２の共振器スペーサー層に接して形成される。そして、第２の反射層を構成する低屈折率層のうちで活性層に最も近い位置に配置された低屈折率層は、（ＡｌｅＧａ１−ｅ）ｆＩｎ１−ｆＰ（０＜ｅ≦１，０≦ｆ≦１）からなる。また、第１の反射層を構成する低屈折率層のうちで活性層に最も近い位置に配置された低屈折率層は、熱伝導率が（ＡｌｅＧａ１−ｅ）ｆＩｎ１−ｆＰよりも大きいＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなる。
好ましくは、第２の共振器スペーサー層は、第２の反射層を構成する低屈折率層のうちで活性層に最も近い位置に配置された低屈折率層よりもＡｌの組成が小さい材料からなる。
好ましくは、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓは、ＡｌＡｓである。
好ましくは、第１および／または第２の共振器スペーサー層の一部は、ＡｌＧａＩｎＰからなる。
好ましくは、第１の反射層に含まれる低屈折率層の全ては、ＡｌＡｓからなる。
【００４８】
さらに、この発明によれば、面発光レーザアレイは、複数の面発光レーザ素子を備える。複数の面発光レーザ素子の各々は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子からなる。
【００４９】
さらに、この発明によれば、画像形成装置は、請求項６に記載の面発光レーザアレイを書き込み光源として備える。
【００５０】
さらに、この発明によれば、光ピックアップ装置は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子または請求項６に記載の面発光レーザアレイを光源として備える。
【００５１】
さらに、この発明によれば、光送信モジュールは、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子または請求項６に記載の面発光レーザアレイを光源として備える。
【００５２】
さらに、この発明によれば、光送受信モジュールは、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子または請求項６に記載の面発光レーザアレイを光源として備える。
【００５３】
さらに、この発明によれば、光通信システムは、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子または請求項６に記載の面発光レーザアレイを光源として備える。
【発明の効果】
【００５５】
この発明によれば、面発光レーザ素子の温度特性を改善して出力を高くできる。
【００５６】
また、この発明による面発光レーザアレイは、この発明による面発光レーザ素子を備えるので、配置間隔を小さくして面発光レーザ素子の配置密度を高密度にできる。
【００５７】
さらに、この発明による画像形成装置は、この発明による面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを光源として備えるので、面発光レーザ素子の個数を多くして感光体に書き込みができる。すなわち、ドット密度を高くして感光体に書き込みができる。
【００５８】
さらに、この発明による光ピックアップ装置は、この発明による面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを光源として備えるので、複数のレーザ光によって光ディスクに記録および／または再生できる。
【００５９】
さらに、この発明による光送信モジュールは、この発明による面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを光源として備えるので、複数のレーザ光によって信号を送信できる。すなわち、信号の送信送速度を高くできる。
【００６０】
さらに、この発明による光送受信モジュールは、この発明による面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを光源として備えるので、複数のレーザ光によって信号を伝送できる。すなわち、信号の伝送速度を高くできる。
【００６１】
さらに、この発明による光通信システムは、この発明による面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを光源として備えるので、システム全体を高速化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００６３】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による面発光レーザ素子の概略断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１による面発光レーザ素子１００は、基板１０１と、反射層１０２，１０６と、共振器スペーサー層１０３，１０５と、活性層１０４と、選択酸化層１０７と、コンタクト層１０８と、ＳｉＯ２層１０９と、絶縁性樹脂１１０と、ｐ側電極１１１と、ｎ側電極１１２とを備える。なお、面発光レーザ素子１００は、７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
【００６４】
基板１０１は、面方位が（１１１）Ａ面方向に傾斜角１５度で傾斜した（１００）ｎ型ガリウム砒素（ｎ−ＧａＡｓ）からなる。反射層１０２は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、３５．５周期の［ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、基板１０１の一主面に形成される。そして、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓおよびｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの各々の膜厚は、面発光レーザ素子１００の発振波長をλとした場合、λ／４である。
【００６５】
共振器スペーサー層１０３は、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、反射層１０２上に形成される。活性層１０４は、圧縮歪組成の量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層１０３上に形成される。
【００６６】
共振器スペーサー層１０５は、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、活性層１０４上に形成される。反射層１０６は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、２４周期の［ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、共振器スペーサー層１０５上に形成される。そして、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１ＡｓおよびＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの各々の膜厚は、λ／４である。
【００６７】
選択酸化層１０７は、ｐ−ＡｌＡｓからなり、反射層１０６中に設けられる。そして、選択酸化層１０７は、非酸化領域１０７ａと酸化領域１０７ｂとからなり、２０ｎｍの膜厚を有する。
【００６８】
コンタクト層１０８は、ｐ−ＧａＡｓからなり、反射層１０６上に形成される。ＳｉＯ２層１０９は、反射層１０２の一部の一主面と、共振器スペーサー層１０３、活性層１０４、共振器スペーサー層１０５、反射層１０６、選択酸化層１０７およびコンタクト層１０８の端面とを覆うように形成される。
【００６９】
絶縁性樹脂１１０は、ＳｉＯ２層１０９に接して形成される。ｐ側電極１１１は、コンタクト層１０８の一部および絶縁性樹脂１１０上に形成される。ｎ側電極１１２は、基版１０１の裏面に形成される。
【００７０】
なお、面発光レーザ素子１００においては、基板１０１は、ｎ側電極１１２を介してヒートシンク１１３に接続される。
【００７１】
そして、反射層１０２，１０６の各々は、活性層１０４で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層１０４に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。
【００７２】
また、酸化領域１０７ｂは、非酸化領域１０７ａよりも小さい屈折率を有する。そして、酸化領域１０７ｂは、ｐ側電極１１１から注入された電流が活性層１０４へ流れる経路を非酸化領域１０７ａに制限する電流狭窄部を構成するとともに、活性層１０４で発振した発振光を非酸化領域１０７ａに閉じ込める。これによって、面発光レーザ素子１００は、低閾値電流での発振が可能となる。
【００７３】
図２は、図１に示す２つの反射層１０２，１０６の一部、２つの共振器スペーサー層１０３，１０５および活性層１０４の断面図である。図２を参照して、活性層１０４は、障壁層１０４Ａ，１０４Ｃ，１０４Ｅ，１０４Ｇと、井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆとからなる。障壁層１０４Ａ，１０４Ｃ，１０４Ｅ，１０４Ｇの各々は、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆの各々は、ＧａＩｎＰＡｓからなる。このように、活性層１０４は、３層の井戸層と、４層の障壁層とからなる。そして、障壁層１０４Ａは、共振器スペーサー層１０３に接し、障壁層１０４Ｇは、共振器スペーサー層１０５に接している。
【００７４】
図３は、図１に示す一方の反射層１０２の構成を示す概略断面図である。図３を参照して、反射層１０２は、低屈折率層１０２１と、高屈折率層１０２２とを交互に積層した構造からなる。低屈折率層１０２１は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、高屈折率層１０２２は、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、組成傾斜層１０２３は、低屈折率層１０２１および高屈折率層１０２２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたＡｌＧａＡｓからなる。
【００７５】
組成傾斜層１０２３が設けられるのは、低屈折率層１０２１と高屈折率層１０２２との間の電気抵抗を低減するためである。
【００７６】
低屈折率層１０２１は、ｄ１の膜厚を有し、高屈折率層１０２２は、ｄ２の膜厚を有し、組成傾斜層１０２３は、ｄ３の膜厚を有する。
【００７７】
組成傾斜層１０２３を含まない急峻な界面を備えた反射層の場合には、反射層を構成する低屈折率層と高屈折率層の膜厚は、ブラッグの多重反射の位相条件を満たす様に、レーザ発振波長（λ＝７８０ｎｍ）に対してλ／４ｎ（ｎは各半導体層の屈折率）に設定される。
【００７８】
このλ／４ｎの膜厚は、各半導体層中における発振光の位相変化量がπ／２となる膜厚である。面発光レーザ素子１００のように、組成傾斜層１０２３を含む場合では、各半導体層と組成傾斜層１０２３を含めた厚さが、ブラッグの多重反射の条件を満たすように設定される。
【００７９】
そして、膜厚ｄ３は、たとえば、２０ｎｍに設定され、ｄ１＋ｄ３およびｄ２＋ｄ３がブラッグの多重反射の条件を満たすように、膜厚ｄ１，ｄ２の各々が設定される。すなわち、反射層１０２中における発振光の位相変化量がπ／２となるように、ｄ１＋ｄ３およびｄ２＋ｄ３の各々が設定される。
【００８０】
なお、図３において、最も下側の低屈折率層１０２１が基板１０１に接し、最も上側の低屈折率層１０２１が共振器スペーサー層１０３に接する。
【００８１】
図４は、図１に示す他方の反射層１０６の構成を示す概略断面図である。図４を参照して、反射層１０６は、低屈折率層１０６１と、高屈折率層１０６２と、組成傾斜層１０６３とを含む。低屈折率層１０６１は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、高屈折率層１０６２は、ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、組成傾斜層１０６３は、低屈折率層１０６１および高屈折率層１０６２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたＡｌＧａＡｓからなる。
【００８２】
組成傾斜層１０６３が設けられるのは、低屈折率層１０６１と高屈折率層１０６２との間の電気抵抗を低減するためである。
【００８３】
低屈折率層１０６１は、ｄ４の膜厚を有し、高屈折率層１０６２は、ｄ５の膜厚を有し、組成傾斜層１０６３は、ｄ６の膜厚を有する。
【００８４】
組成傾斜層１０６３を含まない急峻な界面を備えた反射層の場合には、反射層を構成する低屈折率層と高屈折率層の膜厚は、ブラッグの多重反射の位相条件を満たす様に、レーザ発振波長（λ＝７８０ｎｍ）に対してλ／４ｎ（ｎは各半導体層の屈折率）に設定される。
【００８５】
このλ／４ｎの膜厚は、各半導体層中における発振光の位相変化量がπ／２となる膜厚である。面発光レーザ素子１００のように、組成傾斜層１０６３を含む場合では、各半導体層と組成傾斜層１０６３を含めた厚さが、ブラッグの多重反射の条件を満たすように設定される。
【００８６】
そして、膜厚ｄ６は、たとえば、２０ｎｍに設定され、ｄ４＋ｄ６およびｄ５＋ｄ６がブラッグの多重反射の条件を満たすように、膜厚ｄ４，ｄ５の各々が設定される。すなわち、反射層１０６中における発振光の位相変化量がπ／２となるように、ｄ４＋ｄ６およびｄ５＋ｄ６の各々が設定される。
【００８７】
なお、図４において、最も下側の低屈折率層１０６１が共振器スペーサー層１０５に接し、最も上側の高屈折率層１０６２がコンタクト層１０８に接する。
【００８８】
図５、図６および図７は、それぞれ、図１に示す面発光レーザ素子１００の作製方法を示す第１から第３の工程図である。図５を参照して、一連の動作が開始されると、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、反射層１０２、共振器スペーサー層１０３、活性層１０４、共振器スペーサー層１０５、反射層１０６、選択酸化層１０７、およびコンタクト層１０８を基板１０１上に順次積層する（図５の工程（ａ）参照）。
【００８９】
この場合、反射層１０２のｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓおよびｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成し、共振器スペーサー層１０３のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）およびホスフィン（ＰＨ３）を原料として形成する。
【００９０】
また、活性層１０５のＧａＩｎＰＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ホスフィン（ＰＨ３）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、活性層１０５のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）およびホスフィン（ＰＨ３）を原料として形成する。
【００９１】
さらに、共振器スペーサー層１０５の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、およびホスフィン（ＰＨ３）を原料として形成する。
【００９２】
さらに、反射層１０６のｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。なお、四臭化炭素（ＣＢｒ４）に代えて、ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）を用いてもよい。
【００９３】
さらに、選択酸化層１０７のｐ−ＡｌＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、コンタクト層１０８のｐ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。この場合も、四臭化炭素（ＣＢｒ４）に代えて、ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）を用いてもよい。
【００９４】
その後、コンタクト層１０８の上にレジストを塗布し、写真製版技術を用いて、コンタクト層１０８上にレジストパターン１２０を形成する（図５の工程（ｂ）参照）。
【００９５】
レジストパターン１２０を形成すると、その形成したレジストパターン１２０をマスクとして用いて、共振器スペーサー層１０３、活性層１０４、共振器スペーサー層１０５、反射層１０６、選択酸化層１０７およびコンタクト層１０８の周辺部をドライエッチングにより除去し、さらに、レジストパターン１２０を除去する（図５の工程（ｃ）参照）。
【００９６】
なお、ドライエッチングは、Ｃｌ２，ＢＣｌ３，ＳｉＣｌ４等のハロゲン系のガスを導入し、反応性イオンビームエッチング法（ＲＩＢＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｅｃｈｔｉｎｇ）、誘導結合プラズマエッチング法（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）法および反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｃｈｔｉｎｇ）法等のプラズマを用いて行なわれる。
【００９７】
次に、図６を参照して、図５に示す工程（ｃ）の後、８５℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした雰囲気中において、試料を３５０℃に加熱して、選択酸化層１０７の周囲を外周部から中央部に向けて酸化し、選択酸化層１０７中に非酸化領域１０７ａと酸化領域１０７ｂとを形成する（図６の工程（ｄ）参照）。この場合、非酸化領域１０７ａは、１辺が４μｍである正方形からなる。
【００９８】
その後、気相化学堆積法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、試料の全面にＳｉＯ２層１０９を形成し、写真製版技術を用いて光出射部となる領域およびその周辺領域のＳｉＯ２層１０９を除去する（図６の工程（ｅ）参照）。
【００９９】
次に、試料の全体に絶縁性樹脂１１０をスピンコートにより塗布し、光出射部となる領域上の絶縁性樹脂１１０を除去する（図６の工程（ｆ）参照）。
【０１００】
図７を参照して、絶縁性樹脂１１０を形成した後、光出射部となる領域上に所定のサイズを有するレジストパターンを形成し、試料の全面にｐ側電極材料を蒸着により形成し、レジストパターン上のｐ側電極材料をリフトオフにより除去してｐ側電極１１１を形成する（図７の工程（ｇ）参照）。そして、基板１０１の裏面を研磨し、基板１０１の裏面にｎ側電極１１２を形成し、さらに、アニールしてｐ側電極１１１およびｎ側電極１１２のオーミック導通を取る（図７の工程（ｈ）参照）。これによって、面発光レーザ素子１００が作製される。
【０１０１】
面発光レーザ素子１００においては、活性層１０４の井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆは、ＧａＩｎＰＡｓからなり、活性層１０４に接する共振器スペーサー層１０５は、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる。そして、この（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐは、井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆを構成するＧａＩｎＰＡｓよりもバンドギャップが大きい。
【０１０２】
したがって、面発光レーザ素子１００においては、共振器スペーサー層１０５をＡｌＧａＡｓ系の半導体材料によって構成した場合よりも活性層１０４の井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆと、共振器スペーサー層１０５とのバンドギャップの差を大きくできる。その結果、井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆへのキャリア閉じ込め率が向上し、面発光レーザ素子１００の出力が向上する。
【０１０３】
表１は、共振器スペーサー層１０３，１０５／活性層１０４の井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆが、それぞれ、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓから形成された場合およびＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰＡｓから形成された場合における共振器スペーサー層１０３，１０５と井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆとのバンドギャップの差および障壁層１０４Ａ，１０４Ｃ，１０４Ｅ，１０４Ｇと井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆとのバンドギャップの差を示す。
【０１０４】
【表１】
0005224155.tif 000002
【０１０５】
共振器スペーサー層１０３，１０５／活性層１０４の井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４ＦにＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓを用いた場合、発振波長が７８０ｎｍである面発光レーザ素子における共振器スペーサー層１０３，１０５と井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆとのバンドギャップの差は、４６５．９ｍｅＶであり、障壁層１０４Ａ，１０４Ｃ，１０４Ｅ，１０４Ｇと井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆとのバンドギャップの差は、２２８．８ｍｅＶである。
【０１０６】
また、共振器スペーサー層１０３，１０５／活性層１０４の井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４ＦにＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓを用いた場合、発振波長が８５０ｎｍである面発光レーザ素子における共振器スペーサー層１０３，１０５と井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆとのバンドギャップの差は、６０２．６ｍｅＶであり、障壁層１０４Ａ，１０４Ｃ，１０４Ｅ，１０４Ｇと井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆとのバンドギャップの差は、３６５．５ｍｅＶである。
【０１０７】
一方、共振器スペーサー層１０３，１０５／活性層１０４の井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４ＦにＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰＡｓを用いた場合、発振波長が７８０ｎｍである面発光レーザ素子１００における共振器スペーサー層１０３，１０５と井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆとのバンドギャップの差は、７６７．３ｍｅＶであり、障壁層１０４Ａ，１０４Ｃ，１０４Ｅ，１０４Ｇと井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆとのバンドギャップの差は、３１３．３ｍｅＶである。
【０１０８】
このように、共振器スペーサー層１０３，１０５／活性層１０４の井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４ＦをそれぞれＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰＡｓによって構成することにより、共振器スペーサー層１０３，１０５と井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆとのバンドギャップの差および障壁層１０４Ａ，１０４Ｃ，１０４Ｅ，１０４Ｇと井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆとのバンドギャップの差を従来よりも格段に大きくできる。その結果、井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆへのキャリアの閉じ込め効果が格段に大きくなり、面発光レーザ素子１００は、低閾値で発振するとともに、より高出力の発振光を放射する。なお、この効果は、ＧａＡｓ基板とほぼ同じ格子定数を有するＡｌＧａＡｓ系で作製した７８０ｎｍまたは８５０ｎｍの面発光レーザ素子では得られない。
【０１０９】
また、面発光レーザ素子１００においては、活性層１０４よりも基板１０１側に配置される共振器スペーサー層１０３は、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、活性層１０４を中心にした基板１０１の反対側に配置される共振器スペーサー層１０５は、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる。
【０１１０】
図８は、熱伝導率と、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓまたは（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５ＰにおけるＡｌモル量ｘとの関係を示す図である。図８において、縦軸は、熱伝導率を表し、横軸は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）または（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（０≦ｘ≦１）におけるＡｌモル量ｘを表す。そして、曲線ｋ１は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓにおけるＡｌモル量ｘと熱抵抗率との関係を示し、曲線ｋ２は、ＧａＡｓに格子整合する（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５ＰにおけるＡｌモル量ｘと、熱抵抗率との関係を示す。
【０１１１】
Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ（図８におけるｘ＝０）の熱伝導率は、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（図８におけるｘ＝０．７）の熱伝導率よりも大きい。より具体的には、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ（図８におけるｘ＝０）の熱伝導率は、０．１５７Ｗ／Ｋｃｍであり、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（図８におけるｘ＝０．７）の熱伝導率は、０．０５６Ｗ／Ｋｃｍであり、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ（図８におけるｘ＝０）の熱伝導率は、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（図８におけるｘ＝０．７）の熱伝導率の約３倍である（曲線ｋ２参照）。
【０１１２】
したがって、面発光レーザ素子１００においては、熱伝導率が高い半導体材料を活性層１０４よりも基板１０１側に配置する。
【０１１３】
これによって、面発光レーザ素子１００の活性層１０４においてレーザ光が発振し、活性層１０４において熱が発生しても、その発生した熱は、熱伝導率が大きい共振器スペーサー層１０３を放熱ルートとして基板１０１へ伝搬し、基板１０１からヒートシンク１１１へ放射される。
【０１１４】
その結果、活性層１０４の温度上昇を抑制でき、高出力で高性能な特性を得ることができる。
【０１１５】
このように、面発光レーザ素子１００は、上述したキャリア閉じ込めの効果と、活性層１０４で発生した熱の放熱特性の向上とにより、より高出力の発振光を放射できる。
【０１１６】
また、面発光レーザ素子１００は、Ａｌを含んでいない活性層１０４を備えるので、酸素の取り込みを抑制して活性層１０４における非発光再結合センタの形成を抑制でき、面発光レーザ素子１００の寿命を長くできる。
【０１１７】
なお、共振器スペーサー層１０３は、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、共振器スペーサー層１０５は、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるので、面発光レーザ素子１００は、活性層１０４を中心として半導体材料が非対称に配置された面発光レーザ素子である。
【０１１８】
また、面発光レーザ素子１００においては、共振器スペーサー層１０３は、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、共振器スペーサー層１０５は、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐは、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりも熱伝導率が大きい（図８の曲線ｋ２参照）ので、面発光レーザ素子１００は、共振器スペーサー層１０５の一部が（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、共振器スペーサー層１０３は、共振器スペーサー層１０５が（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐを含む位置と活性層１０４を中心にして対称な位置に（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりも熱伝導率が大きい半導体材料（Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ）を含む面発光レーザ素子である。
【０１１９】
上記においては、活性層１０４の井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆは、ＧａＩｎＰＡｓからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆは、一般的には、ＧａａＩｎ１−ａＰｂＡｓ１−ｂ（０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１）から構成されていればよい。
【０１２０】
また、上記においては、活性層１０４の障壁層１０４Ａ，１０４Ｃ，１０４Ｅ，１０４Ｇは、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、障壁層１０４Ａ，１０４Ｃ，１０４Ｅ，１０４Ｇは、一般的には、ＧａｃＩｎ１−ｃＰ（０＜ｃ＜１）から構成されていればよい。
【０１２１】
さらに、活性層１０４の障壁層１０４Ａ，１０４Ｃ，１０４Ｅ，１０４Ｇは、引っ張り歪を有する半導体材料から構成されていてもよい。この場合、障壁層１０４Ａ，１０４Ｃ，１０４Ｅ，１０４Ｇは、一般的には、井戸層よりもバンドギャップが大きいＧａｃＩｎ１−ｃＰｅＡｓ１−ｅ（０≦ｃ≦１，０≦ｅ≦１）からなる。さらに、量子井戸活性層が圧縮歪を有する場合、障壁層が引っ張り歪を有するので、歪補償効果があり、信頼性が向上する効果、または、より大きな歪を有する量子井戸活性層を採用でき、大きな歪効果が得られる。
【０１２２】
障壁層がＡｌフリーとなるＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄからなる場合、格子定数が同じであると、ＧａＩｎＰのバンドギャップが最も大きい。また、格子定数が小さい半導体材料の方がバンドギャップが大きくなる。したがって、障壁層１０４Ａ，１０４Ｃ，１０４Ｅ，１０４ＧをＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄによって構成することにより、障壁層１０４Ａ，１０４Ｃ，１０４Ｅ，１０４Ｇと、井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆとのバンド不連続を大きくでき、利得が大きくなるので、低閾値動作、高出力動作が可能となる。たとえば、Ｇａ０．６Ｉｎ０．４Ｐからなる引っ張り歪層は、２．０２ｅＶのバンドギャップを有し、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる格子整合層は、１．８７ｅＶのバンドギャップを有する。したがって、引っ張り歪層は、バンドギャップが１５０ｍｅＶだけ大きい。
【０１２３】
さらに、上記においては、共振器スペーサー層１０５は、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、共振器スペーサー層１０５は、一般的には、（ＡｌｄＧａ１−ｄ）ｆＩｎ１−ｆＰ（０＜ｄ≦１，０≦ｆ≦１）から構成されていればよい。そして、共振器スペーサー層１０５を構成する（ＡｌｄＧａ１−ｄ）ｆＩｎ１−ｆＰは、複数の半導体層によって形成されていてもよいし、微量に他の元素を含んでいてもよい。
【０１２４】
さらに、上記においては、共振器スペーサー層１０３は、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、共振器スペーサー層１０３は、（ＡｌｇＧａ１−ｇ）ｈＩｎ１−ｈＰ（０≦ｇ≦１，０≦ｈ≦１）から構成されていればよく、共振器スペーサー層１０５を構成する（ＡｌｄＧａ１−ｄ）ｆＩｎ１−ｆＰ（０＜ｄ≦１，０≦ｆ≦１）よりも熱伝導率が大きい半導体材料により構成されていればよい。また、共振器スペーサー層１０３は、共振器スペーサー層１０５よりも熱伝導率が大きいＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ≦１）から構成されていてもよい。
【０１２５】
さらに、上記においては、面発光レーザ素子１００を構成する各半導体層の形成方法としてＭＯＣＶＤ法を用いると説明したが、この発明においては、これに限らず、分子線結晶成長法（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）等のその他の結晶成長法を用いてもよい。
【０１２６】
さらに、上記においては、共振器スペーサー層１０３，１０５は、活性層１０４を中心にして非対称な半導体材料からなると説明したが、この発明においては、共振器スペーサー層１０３，１０５の両側に配置された反射層１０２，１０６が活性層１０４を中心にして非対称な半導体材料からなっていてもよい。
【０１２７】
さらに、実施の形態１においては、ＡｌＧａＩｎＰ材料を共振器スペーサー層１０３，１０５に用い、ＧａＩｎＰＡｓを活性層１０４の障壁層１０４Ａ，１０４Ｃ，１０４Ｅ，１０４Ｇおよび井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆに用いている。面方位が（１１１）Ａ面方向に１５度傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板上に形成したので、自然超格子の形成によるバンドギャップの低下およびヒロック（丘状欠陥）発生による表面性の悪化および非発光再結合センタの影響を低減できる。
【０１２８】
さらに、活性層１０４が圧縮歪を有しているので、ヘビーホールとライトホールとのバンド分離により利得の増加が大きくなった。これらにより、面発光レーザ素子１００の利得が高利得となるので、発振の閾値が低閾値で、面発光レーザ素子１００の出力が高出力であった。なお、この効果は、ＧａＡｓ基板とほぼ同じ格子定数を有するＡｌＧａＡｓ系で作成した７８０ｎｍまたは８５０ｎｍの面発光レーザ素子では得られない。
【０１２９】
さらに、実施の形態１においては、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐを共振器スペーサー層１０５に用いているのに対し、共振器スペーサー層１０３としてＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐを用いている。電子は、正孔（ホール）に対して軽いので、キャリア閉じ込めで主に問題となるのは、ｐ側である。一方、ｎ側であるＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐのバンドギャップは、１．９１ｅＶ程度であり、７８０ｎｍである活性層１０４のバンドギャップに対してホールの閉じ込めは十分である。
【０１３０】
さらに、ＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１，０≦ｄ≦１）からなる量子井戸活性層（＝活性層１０４）を用いる場合、組成を変えることで６５０ｎｍ帯などの波長の短い赤色面発光型半導体レーザの作製が可能となる。この場合、障壁層にＡｌを含ませる必要があるので、Ａｌフリーの効果は得られないが、上述した放熱の効果は得られる。また、８５０ｎｍ、９８０ｎｍ、および１．２μｍ帯など、７８０ｎｍよりも波長が長い面発光レーザも作製が可能であり、この場合は、キャリア閉じ込めも含めて効果が得られる。さらに、（Ｇａ）ＩｎＡｓ等を用いた量子ドットを井戸層の代わりに活性層とすることができる。
【０１３１】
さらに、実施の形態１のように、光出射方向を基板１０１と反対側として、基板１０１側をＣＡＮおよびパッケージ等に実装する場合が多い。この場合、基板１０１側が主な放熱ルートとなる。また、ジャンクションダウン実装して基板側を光出射方向とした場合、上側の反射層１０６側が主な放熱ルートとなる。ここで、ヒートシンクとは、実装される側に接するものを指し、直接パッケージに導電性樹脂等で実装される場合、または導電性が高いＣｕＷ等の金属とＡｕＳｎを介して実装される場合もある。
【０１３２】
なお、反射層１０２は、「第１の反射層」を構成し、反射層１０６は、「第２の反射層」を構成する。
【０１３３】
また、共振器スペーサー層１０３は、「第１の共振器スペーサー層」を構成し、共振器スペーサー層１０５は、「第２の共振器スペーサー層」を構成する。
【０１３４】
［実施の形態２］
図９は、実施の形態２による面発光レーザ素子の概略断面図である。図９を参照して、実施の形態２による面発光レーザ素子１００Ａは、図１に示す面発光レーザ素子１００の共振器スペーサー層１０３を共振器スペーサー層１０３Ａに代えたものであり、その他は、面発光レーザ素子１００と同じである。
【０１３５】
共振器スペーサー層１０３Ａは、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる。面発光レーザ素子１００Ａにおいては、共振器スペーサー層１０５は、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるので、共振器スペーサー層１０３Ａは、共振器スペーサー層１０５よりも熱伝導率が大きい（図８の曲線ｋ１，ｋ２参照）。このように、面発光レーザ素子１００Ａは、２つの共振器スペーサー層１０３Ａ，１０５を活性層１０４を中心にして非対称な半導体材料により構成し、活性層１０４よりも基板１０１側に配置された共振器スペーサー層１０３Ａを活性層１０４に対して基板１０１と反対側に配置された共振器スペーサー層１０５よりも熱伝導率が大きい半導体材料によって構成した構造からなる。これによって、活性層１０４で発生した熱を基板１０１側へ放熱することができ、面発光レーザ素子１００Ａの出力特性が向上する。
【０１３６】
なお、面発光レーザ素子１００Ａは、図５、図６および図７に示す工程（ａ）〜（ｈ）に従って作製される。この場合、共振器スペーサー層１０３を共振器スペーサー層１０３Ａに読み替えればよい。
【０１３７】
その他は、実施の形態１と同じである。
【０１３８】
［実施の形態３］
図１０は、実施の形態３による面発光レーザ素子の概略断面図である。図１０を参照して、実施の形態３による面発光レーザ素子１００Ｂは、図１に示す面発光レーザ素子１００の共振器スペーサー層１０３を共振器スペーサー層１０３Ｂに代えたものであり、その他は、面発光レーザ素子１００と同じである。
【０１３９】
図１１は、図１０に示す２つの反射層１０２，１０６の一部、２つの共振器スペーサー層１０３Ｂ，１０５および活性層１０４の断面図である。図１１を参照して、共振器スペーサー層１０３Ｂは、スペーサー層１０３１，１０３２からなる。スペーサー層１０３１は、反射層１０２に接して形成され、スペーサー層１０３２は、スペーサー層１０３１および活性層１０４に接して形成される。
【０１４０】
そして、スペーサー層１０３１は、格子整合するＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、スペーサー層１０３２は、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる。
【０１４１】
面発光レーザ素子１００Ｂにおいては、共振器スペーサー層１０３Ｂのうち、活性層１０４に接するスペーサー層１０３２が（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるので、面発光レーザ素子１００Ｂにおけるキャリア閉じ込めの度合いが面発光レーザ素子１００におけるキャリア閉じ込めの度合いよりも高くなり、面発光レーザ素子１００Ｂの出力を高くできる。
【０１４２】
なお、面発光レーザ素子１００Ｂは、図５、図６および図８に示す工程（ａ）〜（ｈ）に従って作製される。この場合、共振器スペーサー層１０３を共振器スペーサー層１０３Ｂに読み替えればよい。
【０１４３】
また、実施の形態３においては、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐおよび（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐは、実施の形態１において説明したように他の材料に変えてもよい。さらに、共振器スペーサー層１０３Ｂは、３層以上の層から構成されていてもよい。
【０１４４】
その他は、実施の形態１と同じである。
【０１４５】
［実施の形態４］
図１２は、実施の形態４による面発光レーザ素子の概略断面図である。図１２を参照して、実施の形態４による面発光レーザ素子１００Ｃは、図１に示す面発光レーザ素子１００の共振器スペーサー層１０３を共振器スペーサー層１０３Ｃに代え、活性層１０４を活性層１０４Ａに代え、共振器スペーサー層１０５を共振器スペーサー層１０５Ａに代え、反射層１０６を反射層１０６Ａに代えたものであり、その他は、面発光レーザ素子１００と同じである。
【０１４６】
図１３は、図１２に示す一方の反射層１０６Ａの構成を示す断面図である。図１３を参照して、反射層１０６Ａは、図４に示す反射層１０６のうち、最も下側の低屈折率層１０６１を低屈折率層１０６１Ａに代えたものであり、その他は、反射層１０６と同じである。
【０１４７】
低屈折率層１０６１Ａは、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、共振器スペーサー層１０５Ａに接する。そして、低屈折率層１０６１Ａは、ｄ４の膜厚を有し、反射層１０６Ａ中における発振光の位相変化量がπ／２となるように、ｄ４＋ｄ６およびｄ５＋ｄ６の各々が設定される。
【０１４８】
図１４は、図１２に示す２つの反射層１０２，１０６の一部、２つの共振器スペーサー層１０３Ｂ，１０５Ａおよび活性層１０４Ａの断面図である。図１４を参照して、共振器スペーサー層１０３Ｃは、格子整合する（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる。また、活性層１０４Ａは、引っ張り歪を有するＧａ０．６Ｉｎ０．４Ｐからなる障壁層１０４Ａ’，１０４Ｃ’， １０４Ｅ’， １０４Ｇ’と、実施の形態１において説明した井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆとからなる。さらに、共振器スペーサー層１０５Ａは、（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる。
【０１４９】
上述したように、活性層１０４の井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆは、ＧａＩｎＰＡｓからなり、共振器スペーサー層１０５Ａは、（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、反射層１０６Ａのうちで共振器スペーサー層１０５Ａに接する低屈折率層１０６１Ａは、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるので、低屈折率層１０６１Ａは、キャリアを活性層１０４Ａに閉じ込める。その結果、面発光レーザ素子１００Ｂの出力を高くできる。
【０１５０】
また、反射層１０２のうちで共振器スペーサー層１０３Ｃに接する低屈折率層１０２１は、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる。そして、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの熱伝導率は、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐの熱伝導率よりも大きい（図８の曲線ｋ１，ｋ２参照）。より具体的には、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ（図８においてｘ＝０．９）は、０．２５５Ｗ／Ｋｃｍの熱伝導率を有し（図８の曲線ｋ１参照）、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（図８においてｘ＝０．７）は、０．０５６Ｗ／Ｋｃｍの熱伝導率を有する。その結果、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓは、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりも５倍大きい熱伝導率を有する。
【０１５１】
そうすると、面発光レーザ素子１００Ｃの活性層１０４Ａで発生した熱は、基板１０１側に配置された反射層１０２を放熱ルートして基板１０１へ放出され、活性層１０４Ａの温度上昇が抑制される。
【０１５２】
したがって、面発光レーザ素子１００Ｃにおいては、上述したキャリア閉じ込めの効果と相俟って、出力を高くできる。
【０１５３】
このように、面発光レーザ素子１００Ｃにおいては、反射層１０６Ａを構成する低屈折率層１０６１，１０６１Ａのうちで活性層１０４Ａに最も近い位置に配置された低屈折率層１０６１Ａは、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、反射層１０２を構成する低屈折率層１０２１のうちで活性層１０４Ａに最も近い位置に配置された低屈折率層１０２１は、熱伝導率が（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりも大きいＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる。
【０１５４】
なお、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐは、一般的には、（ＡｌｅＧａ１−ｅ）ｆＩｎ１−ｆＰ（０＜ｅ≦１，０≦ｆ≦１）であればよく、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓは、一般的には、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）であればよい。
【０１５５】
面発光レーザ素子１００Ｃにおいては、反射層１０２のうち活性層１０４Ａに最も近い位置に配置された低屈折率層１０２１は、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、反射層１０６Ａのうちで活性層１０４Ａに最も近い位置に配置された低屈折率層１０６１Ａは、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるので、面発光レーザ素子１００Ｃは、活性層１０４Ａを中心にして半導体材料が非対称に配置された面発光レーザ素子である。
【０１５６】
上記においては、活性層１０４Ａの井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆは、ＧａＩｎＰＡｓからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、活性層１０４Ａの井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆは、一般的には、ＧａＰを除く（ＧａａＩｎ１−ａ）ｂＰ１−ｂＡｓ（０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１）により構成されていればよい。
【０１５７】
また、上記においては、活性層１０４Ａの障壁層１０４Ａ’，１０４Ｃ’，１０４Ｅ’，１０４Ｆ’は、Ｇａ０．６Ｉｎ０．４Ｐからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、活性層１０４Ａの障壁層１０４Ａ’，１０４Ｃ’，１０４Ｅ’，１０４Ｆ’は、一般的には、井戸層１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆよりもバンドギャップが大きい（ＧａｃＩｎ１−ｃ）ｄＰ１−ｄＡｓ（０≦ｃ≦１，０≦ｄ≦１）により構成されていればよい。
【０１５８】
さらに、面発光レーザ素子１００Ｃにおいては、反射層１０６Ａの低屈折率層１０６１Ａと、低屈折率層１０６１Ａに隣接する高屈折率層１０６２との間に（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる中間層を設けることが好ましい。
【０１５９】
ＡｌＧａＡｓ系材料とＡｌＧａＩｎＰ系材料とのヘテロ接合では、ＡｌＧａＩｎＰ系材料のＡｌ組成が大きい場合、価電子帯のバンド不連続が大きくなるが、Ａｌ組成が小さい中間層を挿入することにより、価電子帯のバンド不連続を小さくでき、反射層１０６Ａの抵抗を小さくできる。なお、中間層は、Ａｓを含んでいてもよい。
【０１６０】
共振器スペーサー層１００Ｃは、「第１の共振器スペーサー層」を構成し、共振器スペーサー層１０５Ａは、「第２の共振器スペーサー層」を構成する。
【０１６１】
また、反射層１０５Ａは、「第２の反射層」を構成する。
【０１６２】
なお、面発光レーザ素子１００Ｃは、図５、図６および図８に示す工程（ａ）〜（ｈ）に従って作製される。この場合、共振器スペーサー層１０３、活性層１０４、共振器スペーサー層１０５および反射層１０６をそれぞれ共振器スペーサー層１０３Ｃ、活性層１０４Ａ、共振器スペーサー層１０５Ａおよび反射層１０６Ａに読み替えればよい。
【０１６３】
また、実施の形態４においては、共振器領域に最も近いｐ側の反射層１０６Ａの低屈折率層１０６１Ａとして（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐを用いているのに対して、ｎ側の反射層１０２の低屈折率層１０２１は、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓが用いられている。電子の閉じ込めに有効なワイドギャップである（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐをドーピングしている場合があり、その場合、Ｚｎ，Ｍｇ等がドーパントとして用いられるが、ＡｌＧａＡｓ等のドーパントに用いられるＣに対して拡散速度が大きく、仮に、実施の形態１のように共振器領域に（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層を設け、ドーピングした場合、活性層１０４に拡散して悪影響を与える可能性がある。しかし、実施の形態４においては、共振器領域よりも遠い反射層１０６Ａ中に設けたので、拡散の悪影響が低減される。
【０１６４】
ＡｌＧａＩｎＰ系材料とＡｌＧａＡｓ系材料との共振器領域上部の界面は、従来、共振器領域と反射鏡との界面が電界強度分布の腹の位置となる構成であって、かつ、共振器領域の最上部にＡｌ，Ｉｎ，Ｐを主成分として含む半導体層が設けられている。したがって、Ａｌ，Ｇａ，Ａｓを主成分として含む半導体層からなる上部反射鏡との界面は、電界強度分布の腹の位置であり、光学的吸収の影響が大きい場所であった。ところが、Ａｌ，Ｉｎ，Ｐを主成分として含む半導体層上にＡｌ，Ｇａ，Ａｓを主成分として含む半導体層を結晶成長する場合、Ｉｎのキャリーオーバーなど、Ｉｎの分離が生じやすく、これを抑制する必要がある。なお、この問題は、Ａｌ，Ｉｎ，Ｐを主成分として含む半導体層上にＡｌ，Ｇａ，Ａｓを主成分として含む半導体層を結晶成長する場合に顕著である。
【０１６５】
これに対し、実施の形態４による面発光レーザ素子１００Ｃにおいては、共振器領域に最も近い低屈折率層を（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐとしており、Ａｌ，Ｉｎ，Ｐを主成分として含む半導体層と、Ａｌ，Ｇａ，Ａｓを主成分として含む半導体層（上部反射鏡の一部）との界面を電界強度分布の節の位置とすることで、界面における光学的吸収の影響が大幅に低減するように設計しているので、Ｉｎの分離がある程度生じていても、閾値増加への悪影響を大幅に抑制できる。
【０１６６】
なお、Ａｌ，Ｉｎ，Ｐを主成分として含む半導体層と、Ａｌ，Ｇａ，Ａｓを主成分として含む半導体層（上部反射鏡の一部）との間に薄いＩｎ分離抑制層を設け、Ｉｎの分離を低減するとさらに良い。ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）による高屈折率層と、（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１，０≦ｂ≦１）による低屈折率層とが積層される場合、その界面に（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１，０≦ｂ≦１）よりもＡｌ組成の小さい（Ａｌａ１Ｇａ１−ａ１）ｂ１Ｉｎ１−ｂ１Ｐ（０≦ａ１＜ａ≦１，０≦ｂ１≦１）からなる中間層（Ｉｎ分離抑制層）を設けることができる。
【０１６７】
Ａｌ組成の小さい中間層が挿入されることで、（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１，０≦ｂ≦１）からなる低屈折率層上にＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ≦１）からなる高屈折率層を積層する場合に、その界面でのＡｌ組成が小さくなり、（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１，０≦ｂ≦１）からなる低屈折率層上にＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなる高屈折率層を広い条件範囲で容易に形成できる。
【０１６８】
さらに、ＡｌＧａＡｓ系材料とＡｌＧａＩｎＰ系材料とのヘテロ接合では、ＡｌＧａＩｎＰ系材料のＡｌ組成が大きい場合、価電子帯のバンド不連続が大きくなってしまうが、Ａｌ組成の小さい中間層を挿入しているので、価電子帯のバンド不連続を小さくでき、積層方向に電流を流す場合、抵抗を小さくできる。
【０１６９】
その他は、実施の形態１と同じである。
【０１７０】
［実施の形態５］
図１５は、実施の形態５による面発光レーザ素子の概略断面図である。図１５を参照して、実施の形態５による面発光レーザ素子１００Ｄは、図１に示す面発光レーザ素子１００の反射層１０２を反射層１０２Ａに代えたものであり、その他は、面発光レーザ素子１００と同じである。反射層１０２Ａは、基板１０１および共振器スペーサー層１０３に接して形成される。なお、実施の形態５においては、メサのエッチング底面は、選択酸化層１０７よりも深く、反射層１０２Ａに至らないように形成される。
【０１７１】
図１６は、図１５に示す一方の反射層１０２Ａの構成を示す断面図である。図１６を参照して、反射層１０２Ａは、図３に示す反射層１０２の低屈折率層１０２１を低屈折率層１０２１Ａに代えたものであり、その他は、反射層１０２と同じである。低屈折率層１０２１Ａは、ＡｌＡｓからなる。
【０１７２】
ＡｌＡｓは、ＡｌＧａＡｓ系において最も大きい熱伝導率（＝０．９１Ｗ／Ｋｃｍ）を有（図８の曲線ｋ１参照）し、ＡｌＡｓの熱伝導率は、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの熱伝導率よりも３．５倍以上大きい。
【０１７３】
したがって、活性層１０４よりも基板１０１側に配置された反射層１０２の低屈折率層１０２１ＡをＡｌＡｓによって構成することにより、活性層１０４で発生した熱を反射層１０２Ａを介して基板１０１へ放出し、活性層１０４の温度上昇を抑制できる。その結果、面発光レーザ素子１００Ｃの温度特性が良好で、かつ、出力が高くなった。
【０１７４】
なお、面発光レーザ素子１００Ｄは、図５、図６および図７に示す工程（ａ）〜（ｈ）に従って作製される。この場合、反射層１０２を反射層１０２Ａに読み替えればよい。
【０１７５】
ただし、面発光レーザ素子１００Ｄは、ＡｌＡｓからなる低屈折率層１０２１Ａを備えるので、ドライエッチングによりメサ形状を作製するときに、エッチング深さが反射層１０２Ａの低屈折率層１０２１Ａ（＝ＡｌＡｓ）まで至り、低屈折率層１０２１Ａの端部が露出することが懸念される。
【０１７６】
しかし、面発光レーザ素子１００Ｄの共振器スペーサー層１０３，１０５および活性層１０４の領域においては、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料が用いられており、Ｉｎを含んだ材料のドライエッチングは、Ｉｎの塩化物の蒸気圧が低いので、ＡｌＧａＡｓ系材料からなる半導体分布ブラッグ反射器（反射層１０２Ａ，１０６）に対してエッチング速度を小さくできる。すなわち、エッチング条件により共振器スペーサー層１０３，１０５および活性層１０４からなる共振器領域をエッチングをストップする層として利用できるので、エッチング速度のロット間のばらつきおよび面内分布を吸収することができ、選択酸化層１０７をエッチングし、かつ、エッチング深さが反射層１０２Ａに至らないようにすることができる。このような、理由により、ハロゲン系のガスを用いて活性層１０４、共振器スペーサー層１０５、反射層１０６、選択酸化層１０７およびコンタクト層１０８の周辺部をドライエッチングする。
【０１７７】
したがって、ハロゲン系のガスを用いてドライエッチングを行なうことにより、共振器スペーサー層１０３、活性層１０４および共振器スペーサー層１０５の領域におけるエッチング速度を遅くすることが可能であり、反射層１０２Ａよりも上側に形成された共振器スペーサー層１０３、活性層１０４および共振器スペーサー層１０５の領域でエッチングを停止できる。
【０１７８】
また、エッチング時、プラズマ発光分光器でＩｎの発光（４５１ｎｍ）とＡｌの発光（３９６ｎｍ）との比を取り、その時間変化をモニタしてエッチングを反射層１０２Ａよりも上側に形成された共振器スペーサー層１０３，１０５および活性層１０４の領域で停止するようにしてもよい。
【０１７９】
なお、実施の形態５による面発光レーザ素子１００Ｄは、反射層１０２Ａを面発光レーザ素子１００Ａまたは面発光レーザ素子１００Ｂまたは面発光レーザ素子１００Ｃに適用したものであってもよい。そして、反射層１０２Ａは、「第１の反射層」を構成する。
【０１８０】
その他は、実施の形態１から実施の形態４と同じである。
【０１８１】
［実施の形態６］
図１７は、実施の形態６による面発光レーザ素子の概略断面図である。図１７を参照して、実施の形態６による面発光レーザ素子１００Ｅは、図１２に示す面発光レーザ素子１００Ｃの反射層１０２を反射層１０２Ａに代えたものであり、その他は、面発光レーザ素子１００Ｃと同じである。反射層１０２Ａは、図１６に示すとおりである。
【０１８２】
面発光レーザ素子１００Ｅにおいては、共振器領域（共振器スペーサー層１０３Ｃ、活性層１０４Ａおよび共振器スペーサー層１０５Ａからなる領域）に最も近いｐ側の反射層１０６Ａの低屈折率層１０６１Ａは、ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるのに対して、ｎ側の反射層１０２Ａの低屈折率層１０２１Ａは、ｎ−ＡｌＡｓからなる。この（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐは、電子の閉じ込めに有効なワイドギャップな半導体材料であり、ドーピングされている場合がある。この場合、Ｚｎ，Ｍｇ等がドーパントとして用いられるが、ＡｌＧａＡｓ等のドーパントとして用いられるＣに対して拡散速度が大きく、仮に、実施の形態１による面発光レーザ素子１００のように、共振器領域（共振器スペーサー層１０３、活性層１０４および共振器スペーサー層１０５からなる領域）に（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層を設け、その層にＺｎ，Ｍｇ等をドーピングした場合、Ｚｎ，Ｍｇが活性層１０４へ拡散して悪影響を与える可能性がある。しかし、実施の形態６においては、共振器領域（共振器スペーサー層１０３Ｃ、活性層１０４Ａおよび共振器スペーサー層１０５Ａからなる領域）よりも遠い反射層１０６Ａ中にＺｎ，Ｍｇ等をドーピングしたｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層１０６１Ａ（図１３参照）を設けたので、Ｚｎ，Ｍｇ等の活性層１０４Ａへの拡散による悪影響が低減される。
【０１８３】
また、ＡｌＡｓは、ＡｌＧａＡｓ系において最も大きい熱伝導率（＝０．９１Ｗ／Ｋｃｍ）を有し（図８の曲線ｋ１参照）、ＡｌＡｓの熱伝導率は、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの熱伝導率よりも３．５倍以上大きい。したがって、活性層１０４Ａよりも基板１０１側に配置された反射層１０２Ａの低屈折率層１０２１ＡをＡｌＡｓによって構成することにより、活性層１０４Ａで発生した熱を反射層１０２Ａを介して基板１０１へ効率良く放出でき、活性層１０４Ａの温度上昇を抑制できる。その結果、面発光レーザ素子１００Ｅの温度特性が良好になり、出力が高くなった。
【０１８４】
［実施の形態７］
図１８は、実施の形態７による面発光レーザ素子の概略断面図である。図１８を参照して、実施の形態７による面発光レーザ素子１００Ｆは、図１に示す面発光レーザ素子１００の反射層１０２を反射層１０２Ｂに代えたものであり、その他は、面発光レーザ素子１００と同じである。
【０１８５】
反射層１０２Ｂは、反射部１０２Ｂ１，１０２Ｂ２からなる。そして、反射部１０２Ｂ１は、基板１０１に接して形成され、反射部１０２Ｂ２は、反射部１０２Ｂ１および共振器スペーサー層１０３に接して形成される。
【０１８６】
図１９は、図１８に示す一方の反射層１０２Ｂの構成を示す断面図である。図１９を参照して、反射部１０２Ｂ１は、低屈折率層１０２１Ａと、高屈折率層１０２２と、組成傾斜層１０２３とを３１周期積層した構造からなる。
【０１８７】
低屈折率層１０２１Ａ、高屈折率層１０２２および組成傾斜層１０２３については、上述したとおりである。すなわち、反射部１０２Ｂ１は、実施の形態５において説明した反射層１０２Ａと同じ組成からなり、積層数が異なるだけである。
【０１８８】
反射部１０２Ｂ２は、低屈折率層１０２１と、高屈折率層１０２２と、組成傾斜層１０２３とを９．５周期積層した構造からなる。
【０１８９】
低屈折率層１０２１、高屈折率層１０２２および組成傾斜層１０２３については、上述したとおりである。すなわち、反射部１０２Ｂ２は、実施の形態１において説明した反射層１０２と同じ組成からなり、積層数が異なるだけである。
【０１９０】
面発光レーザ素子１００Ｆにおいては、熱伝導率が高いＡｌＡｓからなる低屈折率層１０２１Ａを備える反射部１０２Ｂ１は、基板１０１に接して設けられ、エッチング速度がＡｌＡｓよりも遅いＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓを備える反射部１０２Ｂ２は、反射部１０２Ｂ１よりも上側に設けられる。
【０１９１】
したがって、面発光レーザ素子１００Ｆの作製過程において、メサ形状を作製するときにエッチング深さが反射部１０２Ｂ１に到達するのを抑制でき、面発光レーザ素子１００Ｄよりも容易に作製できる。
【０１９２】
また、活性層１０４で発生した熱を反射部１０２Ｂ１を介して基板１０１へ放出でき、活性層１０４の温度上昇を抑制して面発光レーザ素子１００Ｆの出力を高くできる。
【０１９３】
なお、面発光レーザ素子１００Ｆは、図５、図６および図７に示す工程（ａ）〜（ｈ）に従って作製される。この場合、反射層１０２を反射層１０２Ｂに読み替えればよい。
【０１９４】
実施の形態７による面発光レーザ素子１００Ｆは、反射層１０２Ｂを面発光レーザ素子１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅに適用したものであってもよい。そして、反射層１０２Ｂは、「第１の反射層」を構成する。
【０１９５】
その他は、実施の形態１から実施の形態６と同じである。
【０１９６】
［応用例］
図２０は、図１に示す面発光レーザ素子１００を用いた面発光レーザアレイの平面図である。図２０を参照して、面発光レーザアレイ２００は、面発光レーザ素子２０１〜２１０と、電極パッド２１１〜２２０とを備える。
【０１９７】
面発光レーザ素子２０１〜２１０の各々は、図１に示す面発光レーザ素子１００からなり、一次元に配置される。電極パッド２１１〜２２０は、それぞれ、面発光レーザ素子２０１〜２１０に対応して設けられる。
【０１９８】
面発光レーザ素子１００は、面発光型であるのでアレイが容易であり、素子の位置精度も高い。また、面発光レーザ素子１００は、上述したように、放熱特性を改善した構造からなる。したがって、面発光レーザアレイ２００は、従来の面発光レーザアレイよりも素子間の間隔を小さくして高密度化できる。これにより、チップの取れ数が増加し、コストを低減できる。
【０１９９】
また、高出力動作が可能な面発光レーザ素子１００を同一基板上に多数集積することで、書込み光学系に応用した場合、同時にマルチビームでの書込みが容易となり、書込み速度が格段に向上し、書込みドット密度が上昇しても印刷速度を落とすことなく印刷できる。そして、同じ書込みドット密度の場合は、印刷速度を早くできる。さらに、通信に応用した場合、同時に多数ビームによるデータ伝送が可能となるので、高速通信ができる。さらに、面発光レーザ素子１００は、低消費電力で動作し、特に、機器の中に組み込んで利用した場合、温度上昇を低減できる。
【０２００】
なお、面発光レーザアレイ２００においては、面発光レーザ素子２０１〜２１０の各々は、面発光レーザ素子１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆのいずれかにより構成されていてもよい。
【０２０１】
また、面発光レーザアレイ２００においては、複数の面発光レーザ素子が２次元に配列されていてもよい。
【０２０２】
図２１は、画像形成装置の概略図である。図２１を参照して、画像形成装置３００は、面発光レーザアレイ３０１と、レンズ３０２，３０４と、ポリゴンミラー３０３と、感光体３０５とを備える。
【０２０３】
面発光レーザアレイ３０１は、複数のビームを放射する。レンズ３０２は、面発光レーザアレイ３０１から放射された複数のビームをポリゴンミラー３０３へ導く。
【０２０４】
ポリゴンミラー３０３は、所定の速度で時計方向に回転し、レンズ３０２から受けた複数のビームを主走査方向および副走査方向に走査させてレンズ３０４へ導く。レンズ３０４は、ポリゴンミラー３０３によって走査された複数のビームを感光体３０５に導く。
【０２０５】
このように、画像形成装置３００は、面発光レーザアレイ３０１からの複数のビームをレンズ３０２，３０４およびポリゴンミラー３０３等からなる同じ光学系を用い、ポリゴンミラー３０３を高速回転させるとともに、ドット位置を点灯のタイミングを調整して副走査方向に分離した複数の光スポットとして被走査面である感光体３０５上に集光する。
【０２０６】
図２２は、図２１に示す面発光レーザアレイ３０１の平面図である。図２２を参照して、面発光レーザアレイ３０１は、ｍ×ｎ個の面発光レーザ素子３０１１が略菱形に配列された構造からなる。より具体的には、面発光レーザアレイ３０１は、縦方向に４列、横方向に１０列、配列された４０個の面発光レーザ素子３０１１からなる。そして、面発光レーザ素子３０１１は、面発光レーザ素子１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆのいずれかからなる。
【０２０７】
縦方向において、隣接する２つの面発光レーザ素子３０１１の間隔をｄとすると、ｄ／ｎによって記録密度が決定される。したがって、面発光レーザアレイ３０１は、記録密度を考慮して間隔ｄおよび主走査方向の配列数ｎを決定する。
【０２０８】
図２２においては、４０個の面発光レーザ素子３０１１は、副走査方向に４０μｍの間隔ｄで、主走査方向に４０μｍの間隔で、主走査方向に行くに従って副走査方向に１０μｍづつずれるように配列される。
【０２０９】
そして、４０個の面発光レーザ素子３０１１の点灯のタイミングを調整することによって、感光体３０５上に４０のドットを副走査方向に一定間隔で書込むことができる。
【０２１０】
光学系の倍率が同じである場合、面発光レーザアレイ３０１の副走査方向の間隔ｄが狭い程、高密度に書込みをできる。面発光レーザ素子３０１１は、面発光レーザ素子１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆのいずれかからなるので、面発光レーザアレイ３０１においては、面発光レーザ素子３０１１の配列密度を高密度化できる。その結果、画像形成装置３００においては、高密度な書き込みができる。
【０２１１】
また、４０ドットを同時に書込み可能であり、高速印刷が可能である。そして、アレイ数を増加させることでさらに高速印刷が可能である。
【０２１２】
さらに、面発光レーザ素子３０１１は、従来の面発光レーザ素子よりも高出力化されているので、仮に従来の面発光レーザ素子を用いて同じ素子数のアレイを形成した場合よりも印刷速度を従来よりも速くできる。
【０２１３】
なお、面発光レーザアレイ２００，３０１または面発光レーザ素子１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆは、光ピックアップ装置に搭載されてもよい。これによって、光ディスクへの記録および／または再生用の光源として面発光レーザアレイ２００，３０１または面発光レーザ素子１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆを用いることができる。
【０２１４】
図２３は、光送信モジュールの概略図である。図２３を参照して、光送信モジュール４００は、面発光レーザアレイ４０１と、光ファイバー４０２とを備える。面発光レーザアレイ４０１は、複数の面発光レーザ素子１００，１００Ａを一次元に配列した構造からなる。光ファイバー４０２は、複数のプラスチック光ファイバー（ＰＯＦ）からなる。そして、複数のプラスチック光ファイバーは、面発光レーザアレイ４０１の複数の面発光レーザ素子１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆに対応して配置される。
【０２１５】
光送信モジュール４００においては、各面発光レーザ素子１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆから放射されたレーザ光は、対応するプラスチック光ファイバーに伝送される。そして、アクリル系のプラスチック光ファイバーは、６５０ｎｍに吸収損失のボトムがあり、６５０ｎｍの面発光レーザ素子が検討されているが、高温特性が悪く、実用化されていない。
【０２１６】
光源としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）が用いられているが、高速変調が困難であり、１Ｇｂｐｓを超えた高速伝送の実現のためには、半導体レーザが必要である。
【０２１７】
上述した面発光レーザ素子１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆの発振波長は、７８０ｎｍであるが、放熱特性が改善され、高出力であるとともに、高温特性にも優れており、光ファイバーの吸収損失は大きくなるが、短距離であれば、伝送可能である
。
【０２１８】
光通信の分野では、同時により多くのデータを伝送するために、複数の半導体レーザを集積したレーザアレイを用いた並列伝送が試みられている。これにより、高速な並列伝送が可能となり、従来よりも多くのデータを同時に伝送できるようになった。
【０２１９】
光送信モジュール４００では、面発光レーザ素子１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆと、光ファイバーとを１対１に対応させたが、発振波長の異なる複数の面発光レーザ素子を１次元または２次元にアレイ状に配置して、波長多重送信することにより、伝送速度をさらに増大させることができる。
【０２２０】
さらに、面発光レーザ素子１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆを用いた面発光レーザアレイと、安価なＰＯＦとを組み合わせた光送信モジュール４００を光通信システムに用いると、低コストな光送信モジュールを実現できる他、これを用いた低コストな光通信システムを実現できる。そして、極めて低コストであるので、家庭用、オフィスの室内用、および機器内等の短距離のデータ通信に有効である。
【０２２１】
図２４は、光送受信モジュールの概略図である。図２４を参照して、光送受信モジュール５００は、面発光レーザ素子５０１と、光ファイバー５０２と、受光素子５０３とを備える。
【０２２２】
面発光レーザ素子５０１は、面発光レーザ素子１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆのいずれかからなり、７８０ｎｍのレーザ光ＬＢ１を光ファイバー５０２へ放射する。光ファイバー５０２は、プラスチック光ファイバーからなる。そして、光ファイバー５０２は、面発光レーザ素子５０１からのレーザ光ＬＢ１を受け、その受けたレーザ光ＬＢ１を受信モジュール（図示せず）へ伝送するとともに、他の送信モジュール（図示せず）から受けたレーザ光を伝送してレーザ光ＬＢ２を受光素子５０３へ放射する。受光素子５０３は、光ファイバー５０２からレーザ光ＬＢ２を受け、その受けたレーザ光ＬＢ２を電気信号に変換する。
【０２２３】
このように、送受信モジュール５００は、レーザ光ＬＢ１を放射して光ファイバー５０２によって伝送するとともに、他の送信モジュールからのレーザ光ＬＢ２を受光して電気信号に変換する。
【０２２４】
送受信モジュール５００は、面発光レーザ素子１００，１００Ａと、安価なプラスチック光ファイバーとを用いて作製されるので、低コストな光通信システムを実現できる。また、光ファイバー５０２の口径が大きいので、面発光レーザ素子５０１と光ファイバー５０２とのカップリングが容易で実装コストを低減できる。その結果、極めて低コストな光送受信モジュールを実現できる。
【０２２５】
さらに、面発光レーザ素子５０１（＝面発光レーザ素子１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ）は、放熱特性が改善され、高出力であるとともに高温特性に優れているので、高温まで冷却なして使用可能であり、かつ、より低コストな光送受信モジュールを実現できる。
【０２２６】
上述した面発光レーザ素子１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆを用いた光通信システムとしては、光ファイバーを用いたＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのコンピュータ等の機器間伝送、さらに、機器内のボード間のデータ伝送、ボード内のＬＳＩ間、ＬＳＩ内の素子間等、光インターコネクションとして、特に短距離通信に用いることができる。
【０２２７】
近年、ＬＳＩ等の処理性能は向上しているが、これらを接続する部分の伝送速度が、今後、律則する。システム内の信号接続を従来の電気接続から光インターコネクションに変えると、たとえば、コンピュータシステムのボード間、ボード内のＬＳＩ間、およびＬＳＩ内の素子間等を光送信モジュール４００または光送受信モジュール５００を用いて接続すると、超高速コンピュータシステムが可能となる。
【０２２８】
また、複数のコンピュータシステム等を光送信モジュール４００または光送受信モジュール５００を用いて接続した場合、超高速ネットワークシステムを構築できる。特に、面発光レーザは、端面発光型レーザに比べて、桁違いに低消費電力化でき、２次元アレイ化が容易であるので、並列伝送型の光通信システムに適している。
【０２２９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０２３０】
この発明は、高出力化が可能な面発光レーザ素子に適用される。また、この発明は、高出力化が可能な面発光レーザ素子を備える面発光レーザアレイに適用される。さらに、この発明は、高出力化が可能な面発光レーザ素子を備える画像形成装置に適用される。さらに、この発明は、高出力化が可能な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える光ピックアップ装置に適用される。さらに、この発明は、高出力化が可能な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える光送信モジュールに適用される。さらに、この発明は、高出力化が可能な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える光送受信モジュールに適用される。さらに、この発明は、高出力化が可能な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える光通信システムに適用される。
【図面の簡単な説明】
【０２３１】
【図１】この発明の実施の形態１による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図２】図１に示す２つの反射層の一部、２つの共振器スペーサー層および活性層の断面図である。
【図３】図１に示す一方の反射層の構成を示す概略断面図である。
【図４】図１に示す他方の反射層の構成を示す概略断面図である。
【図５】図１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第１の工程図である。
【図６】図１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第２の工程図である。
【図７】図１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第３の工程図である。
【図８】熱伝導率と、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓまたは（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５ＰにおけるＡｌモル量ｘとの関係を示す図である。
【図９】実施の形態２による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図１０】実施の形態３による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図１１】図１０に示す２つの反射層の一部、２つの共振器スペーサー層および活性層の断面図である。
【図１２】実施の形態４による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図１３】図１２に示す一方の反射層の構成を示す断面図である。
【図１４】図１２に示す２つの反射層の一部、２つの共振器スペーサー層および活性層の断面図である。
【図１５】実施の形態５による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図１６】図１５に示す一方の反射層の構成を示す断面図である。
【図１７】実施の形態６による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図１８】実施の形態７による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図１９】図１８に示す一方の反射層の構成を示す断面図である。
【図２０】図１に示す面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイの平面図である。
【図２１】画像形成装置の概略図である。
【図２２】図２１に示す面発光レーザアレイの平面図である。
【図２３】光送信モジュールの概略図である。
【図２４】光送受信モジュールの概略図である。
【符号の説明】
【０２３２】
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ，２０２，５０１，３０１１  面発光レーザ素子、１０１  基板、１０２，１０２Ａ，１０２Ｂ，１０６，１０６Ａ  反射層、１０３，１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０５，１０５Ａ  共振器スペーサー層、１０４，１０４Ａ  活性層、１０７  選択酸化層、１０７ａ  非酸化領域、１０７ｂ  酸化領域、１０８  コンタクト層、１０９  ＳｉＯ２層、１１０  絶縁性樹脂、１１１  ｐ側電極、１１２  ｎ側電極、１１３  ヒートシンク、１２０  レジストパターン、２００，３０１，４０１  面発光レーザアレイ、３００  画像形成装置、３０２，３０４  レンズ、３０３  ポリゴンミラー、３０５  感光体、４００  光送信モジュール、４０２，５０２  光ファイバー、５００  光送受信モジュール、５０３  受光素子、１０２１，１０２１Ａ，１０６１，１０６１Ａ  低屈折率層、１０２２，１０６２  高屈折率層、１０２３，１０６３  組成傾斜層、１０４Ｂ，１０４Ｄ，１０４Ｆ  井戸層、１０４Ａ，１０４Ｃ，１０４Ｅ，１０４Ｇ，１０４Ａ’，１０４Ｃ’，１０４Ｅ’，１０４Ｇ’  障壁層、１０２Ｂ１，１０２Ｂ２  反射部。
【図１】
0005224155.tif 000003
【図２】
0005224155.tif 000004
【図３】
0005224155.tif 000005
【図４】
0005224155.tif 000006
【図５】
0005224155.tif 000007
【図６】
0005224155.tif 000008
【図７】
0005224155.tif 000009
【図８】
0005224155.tif 000010
【図９】
0005224155.tif 000011
【図１０】
0005224155.tif 000012
【図１１】
0005224155.tif 000013
【図１２】
0005224155.tif 000014
【図１３】
0005224155.tif 000015
【図１４】
0005224155.tif 000016
【図１５】
0005224155.tif 000017
【図１６】
0005224155.tif 000018
【図１７】
0005224155.tif 000019
【図１８】
0005224155.tif 000020
【図１９】
0005224155.tif 000021
【図２０】
0005224155.tif 000022
【図２１】
0005224155.tif 000023
【図２２】
0005224155.tif 000024
【図２３】
0005224155.tif 000025
【図２４】
0005224155.tif 000026