(57)【要約】【課題】  特に短波長域において、優れた光学特性（反射率），優れた電気特性（低抵抗の電気特性）を備えた、信頼性の高いｐ型半導体分布ブラッグ反射器を提供する。【解決手段】  高屈折率層がＡｌＧａＩｎＰ層で構成され、低屈折率層がＡｌＧａＡｓ層で構成され、前記２種の層がｐ型不純物元素を含むｐ型半導体分布ブラッグ反射器において、前記２種の層のうち少なくともＡｌＧａＩｎＰ層におけるｐ型不純物元素はＭｇである事を特徴としている。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高屈折率層がＡｌＧａＩｎＰ層で構成され、低屈折率層がＡｌＧａＡｓ層で構成され、前記２種の層がｐ型不純物元素を含むｐ型半導体分布ブラッグ反射器において、前記２種の層のうち少なくともＡｌＧａＩｎＰ層におけるｐ型不純物元素はＭｇである事を特徴とするｐ型半導体分布ブラッグ反射器。
【請求項２】
（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ層による高屈折率層と、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層による低屈折率層とから構成され、前記２種の層がｐ型不純物元素を含むｐ型半導体分布ブラッグ反射器において、該ｐ型半導体分布ブラッグ反射器の反射波長は６３５ｎｍよりも短波長であり、更に前記Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層の組成は０．９５≦ｘ１≦１の範囲であり、且つ前記（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ層は、ＧａＡｓ基板に格子整合し、組成がｘ２≧０．３５、０＜ｙ２＜１の範囲である事を特徴とするｐ型半導体分布ブラッグ反射器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のｐ型半導体分布ブラッグ反射器を具備している事を特徴とする面発光素子。
【請求項４】
請求項３記載の面発光素子において、該面発光素子は、（００１）面方向から傾斜したＧａＡｓ基板上に作製されている事を特徴とする面発光素子。
【請求項５】
請求項３または請求項４記載の面発光素子において、該面発光素子は面発光レーザ素子であることを特徴とする面発光素子。
【請求項６】
請求項３または請求項４記載の面発光素子において、該面発光素子は共振器共鳴型面発光ダイオード素子であることを特徴とする面発光素子。
【請求項７】
請求項５または請求項６記載の面発光素子により形成されている事を特徴とする面発光モノリシックアレイ。
【請求項８】
請求項５記載の面発光素子、または、請求項７記載の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする電子写真システム。
【請求項９】
請求項５または請求項６記載の面発光素子、または、請求項７記載の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする光通信システム。
【請求項１０】
請求項５または請求項６記載の面発光素子、または、請求項７記載の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする光インターコネクションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｐ型半導体分布ブラッグ反射器および面発光素子および面発光モノリシックアレイおよび電子写真システムおよび光通信システムおよび光インターコネクションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板面に対して垂直な方向に出力が得られる面発光型半導体素子（面発光素子）として、面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）や共振器共鳴型面発光ダイオード素子（ＲＣＬＥＤ）が知られている。これらの面発光素子は、例えば（多重）量子井戸構造等からなる活性層と、この活性層の両側に設けられた共振器スペーサー層と、共振器スペーサー層の両側に設けられた一対の半導体多層膜反射鏡（半導体分布ブラッグ反射器）とから構成され、一対の半導体分布ブラッグ反射器は、夫々がｐ型，ｎ型に不純物ドーピングされており、半導体分布ブラッグ反射器の更に外側に設けられた電極に電圧を印加する事によって、キャリア（正孔、電子）が活性層へ注入され発光再結合によりレーザ発振や発光を生じる。
【０００３】
ここで、特に面発光レーザ素子は、レーザ発振方向における利得領域（活性層）の厚さが薄い事から、発振を得る為には、９９％以上の高い反射率を有する共振器ミラーが必要であり、その様なミラーとしては上記の半導体分布ブラッグ反射器が好適である。半導体分布ブラッグ反射器は、屈折率の異なる２種の半導体層を、対象とする波長（λ）に対し、λ／４ｎ（ｎは波長λにおける半導体層の屈折率）に厚さに交互に積層して構成されており、光波の多重反射によって高い反射率を得る事が可能である。この際、２種の半導体層の屈折率差が大きく、またその積層数が多い程、高反射率を得る事が可能である。
【０００４】
半導体分布ブラッグ反射器の構成としては、ＡｌＧａＡｓ系材料を用いたものが広く知られており、発振光の吸収を防ぐ為に発振波長に応じて透明となる半導体材料を用いて構成される。例えば非特許文献１には、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ／ＧａＡｓを活性層とし、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓを分布ブラッグ反射鏡材料とした９８０ｎｍ帯面発光レーザ素子の例が示されている。
【０００５】
半導体分布ブラッグ反射器において高い反射率を得るには、半導体分布ブラッグ反射器を構成する２種の半導体層の屈折率差が大きい事が望ましく、上記の非特許文献１の例は、ＡｌＧａＡｓ系材料による組み合わせとして最も高反射率を得る事ができる望ましい組み合わせである。
【０００６】
しかし、一般に同種の半導体材料において、その屈折率は、直接遷移におけるバンドギャップエネルギーと対応関係にあり、屈折率差が大きくなる組み合わせ程、バンドギャップエネルギー差が大きくなる傾向がある。バンドギャップエネルギーの異なる２種の半導体層の界面（ヘテロ構造）では、各バンド（伝導帯、価電子帯）のバンド不連続に起因したポテンシャル障壁が形成され、キャリアの導通が妨げられるので、高抵抗となる問題がある。特にｐ型半導体材料では、抵抗の増加が顕著であり、ｐ型半導体分布ブラッグ反射器における直列抵抗によって素子が高抵抗となる問題がある。
【０００７】
この高抵抗化を抑制する方法として、ｐ型半導体分布ブラッグ反射器を構成する２種の半導体層の界面に、中間層や組成傾斜層等のヘテロスパイク緩衝層を設ける事が知られている。ここで、中間層とは、ｐ型半導体分布ブラッグ反射器を構成する２種の半導体層の間の組成を有する層である。また、組成傾斜層とは、２種の半導体層のうち一方から他方へ半導体層の組成を次第に変化させた層であり、これらを設ける事で、ヘテロ界面におけるポテンシャル障壁の発生を抑制できる事が知られている。上述の非特許文献１の素子では、ｐ型半導体分布ブラッグ反射器の低抵抗化の為に上記のヘテロスパイク緩衝層を設ける構成が取られている。
【０００８】
しかし、高い反射率を得る為には、ｐ型半導体分布ブラッグ反射器を構成する２層の界面が急峻である方が望ましく、上述の例では、組成傾斜層により電気抵抗は低減されるものの、同時に反射率も低下してしまう。
【０００９】
一方、短波長帯では、半導体分布ブラッグ反射器を構成する材料による光吸収が生じるため、半導体分布ブラッグ反射器に用いる事ができる材料が制限されてしまう。例えば、ＧａＡｓは、長波長帯における半導体分布ブラッグ反射器の高屈折率材料として用いられているが、バンドギャップエネルギーに対応する８７０ｎｍよりも短波長帯では入射光を吸収するため、短波長帯における半導体分布ブラッグ反射器の材料として用いる事はできない。
【００１０】
この様な場合には、高屈折率層として、反射波長（発振波長）に対して十分透明で、出来るだけＡｌ組成の小さなＡｌＧａＡｓ混晶を使う必要がある。
【００１１】
短波長帯における半導体分布ブラッグ反射器の例として、例えば、非特許文献２には、Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓを活性層の材料とし、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓを分布ブラッグ反射器の材料とする７８０ｎｍ帯面発光レーザ素子の例が示されており、また、非特許文献３には、Ｇａ０．５４Ｉｎ０．４６Ｐ／（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐを活性層の材料とし、ＡｌＡｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓを分布ブラッグ反射器の材料とする６７０ｎｍ帯面発光レーザ素子の例が示されている。
【００１２】
また、特に可視帯においては、半導体分布ブラッグ反射器の材料として上記のＡｌＧａＡｓ系材料の他にも、ＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いる事が知られており、例えば、特許文献１には、発光波長６１０ｎｍの共振器共鳴型面発光ダイオード素子において、基板側の分布ブラッグ反射器をＡｌＧａＩｎＰ材料で構成し、光出射側の分布ブラッグ反射器をＡｌＧａＡｓ系材料で構成した例について開示されている。
【００１３】
短波長帯では、この様にバンド不連続量は逆に小さくなる傾向であり、電気抵抗に関する問題は緩和されるが、逆に、十分な屈折率差を得る事が難しくなり、光学的（反射）特性が低下するという問題がある。また、短波長化に伴い、分布ブラッグ反射器の構成層の厚さも薄くなるので、組成傾斜層による反射率への影響も長波長帯に比べ大きくなってしまっている。
【００１４】
これらの課題に対して、非特許文献４では、短波長域において急峻なヘテロ界面を備えていながら、電気抵抗が低く、且つ光学的特性に優れた分布ブラッグ反射器を構成した例が示されている。
【００１５】
すなわち、この非特許文献４では、ＡｌＧａＩｎＰ材料とＡｌＧａＡｓ材料の価電子帯エネルギーに注目し、２種の混晶から価電子帯エネルギー差が小さくなる組成を組み合わせ、急峻なヘテロ界面を有し、更に電気抵抗の低いｐ型半導体分布ブラッグ反射器を得た事が報告されている。
【００１６】
具体的に、非特許文献４では、ガスソース分子線エピタキシー（ＧＳＭＢＥ）法を用いて、Ｂｅをｐ型不純物元素としたｐ−ＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＡｓ分布ブラッグ反射器の作製を行なっている。ここで、反射波長（反射率が最も高くなる波長）としては、プラスティック  オプティカル  ファイバー（ＰＯＦ）における吸収損失が最も低くなる波長である６５０ｎｍに設定し、実際には６３８ｎｍにピーク反射波長を有する分布ブラッグ反射器を作製している。また具体的な分布ブラッグ反射器の組成は、（Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３）０．５２Ｉｎ０．４８Ｐ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓとしている。非特許文献４の例では、以上の構成によって、短波長帯において急峻なヘテロ界面でありながら、極めて低抵抗なｐ型半導体分布ブラッグ反射器を実現している。
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ｌｅｔｔ  Ｖｏｌ．７，  Ｎｏ．１１，  １９９５，  ｐ．ｐ．１２３４
【非特許文献２】ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ｌｅｔｔ．  Ｖｏｌ．１１，  Ｎｏ．１２，  １９９９，  ｐ．ｐ．１５３９
【非特許文献３】ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ｌｅｔｔ．  Ｖｏｌ．６，  Ｎｏ．３，  １９９４，  ｐ．ｐ．３１３
【特許文献１】特開２００２−２０４０２６号公報
【非特許文献４】Ａｐｐｌｉｅｄ  ｐｈｙｓｉｃｓ  ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖｏｌ．７４，  ｐ．ｐ．３７５８，  １９９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
以上の様に、非特許文献４では、半導体分布ブラッグ反射器の材料に、ＡｌＧａＩｎＰ系材料とＡｌＧａＡｓ系材料を組み合わせて用いる事によって、電気抵抗が低く反射率の高い半導体分布ブラッグ反射器を実現しているが、波長に対する特性（最適な組成範囲）については言及されておらず、単に反射波長を６５０ｎｍ帯に設定して作製を行なっているだけであり、他の波長域における詳細な検討は行なわれていない。
【００１８】
また、ＭＢＥ法を結晶成長法とした場合の例について示されており、スループット等の量産性に優れたＭＯＣＶＤ法により結晶成長を行なった場合の課題等についても言及がなされていない。
【００１９】
この様に、他に多くの検討すべき項目が多数あり、非特許文献４をも含めて従来技術のみからでは、特性の優れたｐ型半導体分布ブラッグ反射器を作製する事は困難である。
【００２０】
本発明は、特に短波長域において、優れた光学特性（反射率），優れた電気特性（低抵抗の電気特性）を備えた、信頼性の高いｐ型半導体分布ブラッグ反射器を提供する事を目的としている。
【００２１】
また、本発明は、特に短波長帯において駆動電圧が低く、高出力動作が可能な面発光素子および面発光モノリシックアレイおよび電子写真システムおよび光通信システムおよび光インターコネクションシステムを提供する事を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、高屈折率層がＡｌＧａＩｎＰ層で構成され、低屈折率層がＡｌＧａＡｓ層で構成され、前記２種の層がｐ型不純物元素を含むｐ型半導体分布ブラッグ反射器において、前記２種の層のうち少なくともＡｌＧａＩｎＰ層におけるｐ型不純物元素はＭｇである事を特徴としている。
【００２３】
また、請求項２記載の発明は、（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ層による高屈折率層と、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層による低屈折率層とから構成され、前記２種の層がｐ型不純物元素を含むｐ型半導体分布ブラッグ反射器において、該ｐ型半導体分布ブラッグ反射器の反射波長は６３５ｎｍよりも短波長であり、更に前記Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層の組成は０．９５≦ｘ１≦１の範囲であり、且つ前記（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ層は、ＧａＡｓ基板に格子整合し、組成がｘ２≧０．３５、０＜ｙ２＜１の範囲である事を特徴としている。
【００２４】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のｐ型半導体分布ブラッグ反射器を具備している事を特徴とする面発光素子である。
【００２５】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の面発光素子において、該面発光素子は、（００１）面方向から傾斜したＧａＡｓ基板上に作製されている事を特徴としている。
【００２６】
また、請求項５記載の発明は、請求項３または請求項４記載の面発光素子において、該面発光素子は面発光レーザ素子であることを特徴としている。
【００２７】
また、請求項６記載の発明は、請求項３または請求項４記載の面発光素子において、該面発光素子は共振器共鳴型面発光ダイオード素子であることを特徴としている。
【００２８】
また、請求項７記載の発明は、請求項５または請求項６記載の面発光素子により形成されている事を特徴とする面発光モノリシックアレイである。
【００２９】
また、請求項８記載の発明は、請求項５記載の面発光素子、または、請求項７記載の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする電子写真システムである。
【００３０】
また、請求項９記載の発明は、請求項５または請求項６記載の面発光素子、または、請求項７記載の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする光通信システムである。
【００３１】
また、請求項１０記載の発明は、請求項５または請求項６記載の面発光素子、または、請求項７記載の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする光インターコネクションシステムである。
【発明の効果】
【００３２】
請求項１記載の発明によれば、高屈折率層がＡｌＧａＩｎＰ層で構成され、低屈折率層がＡｌＧａＡｓ層で構成され、前記２種の層がｐ型不純物元素を含むｐ型半導体分布ブラッグ反射器において、前記２種の層のうち少なくともＡｌＧａＩｎＰ層は、ｐ型不純物元素をＭｇとしているので、不純物元素の拡散を防止することができ、より電気抵抗が小さく（低抵抗で）、且つ吸収損失が小さく、且つ長期信頼性の高いｐ型半導体分布ブラッグ反射器を得る事ができる。
【００３３】
また、請求項２記載の発明によれば、（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ層による高屈折率層と、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層による低屈折率層とから構成され、前記２種の層がｐ型不純物元素を含むｐ型半導体分布ブラッグ反射器において、該ｐ型半導体分布ブラッグ反射器の反射波長は６３５ｎｍよりも短波長であり、更に前記Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層の組成は０．９５≦ｘ１≦１の範囲であり、且つ前記（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ層は、ＧａＡｓ基板に格子整合し、組成がｘ２≧０．３５、０＜ｙ２＜１の範囲であるので、６３５ｎｍ帯よりも短波長領域において、電気抵抗が極めて低く、且つ反射特性に優れた（反射率の高い）ｐ型半導体分布ブラッグ反射器を得る事ができる。
【００３４】
また、請求項３記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載のｐ型半導体分布ブラッグ反射器を具備している事を特徴とする面発光素子であるので、特に６３５ｎｍ帯よりも短波長域において、駆動電圧が低く、高出力動作が可能な面発光素子を提供できる。
【００３５】
また、請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の面発光素子において、該面発光素子は、（００１）面方向から傾斜したＧａＡｓ基板上に作製されているので、丘状欠陥の発生を低減し、高品質に結晶成長を行う事が可能になり（結晶性が良くなり）、ウエハ面内の歩留まりが高く且つ信頼性の高い面発光素子を得る事ができる。
【００３６】
また、請求項５記載の発明によれば、請求項３または請求項４記載の面発光素子において、該面発光素子は面発光レーザ素子であるので、特に６３５ｎｍ帯よりも短波長域において、駆動電圧が低く、高出力動作が可能な面発光レーザ素子を提供できる。
【００３７】
また、請求項６記載の発明によれば、請求項３または請求項４記載の面発光素子において、該面発光素子は共振器共鳴型面発光ダイオード素子であるので、特に６３５ｎｍ帯よりも短波長域において、駆動電圧が低く、高出力動作が可能な共振器共鳴型面発光ダイオード素子を得ることができる。
【００３８】
また、請求項７記載の発明によれば、請求項５または請求項６記載の面発光素子により形成されている事を特徴とする面発光モノリシックアレイであるので、特に６３５ｎｍ帯よりも短波長域において、駆動電圧が低く、高出力動作が可能な面発光モノリシックアレイを提供できる。
【００３９】
また、請求項８記載の発明によれば、請求項５記載の面発光素子、または、請求項７記載の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする電子写真システムであるので、信頼性が高く、高精細な電子写真システムを得る事ができる。
【００４０】
また、請求項９記載の発明によれば、請求項５または請求項６記載の面発光素子、または、請求項７記載の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする光通信システムであるので、信頼性の高い光通信システムを得る事ができる。
【００４１】
また、請求項１０記載の発明によれば、請求項５または請求項６記載の面発光素子、または、請求項７記載の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする光インターコネクションシステムであるので、信頼性の高い光インターコネクションシステムを得る事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００４３】
（第１の形態）
本発明の第１の形態は、高屈折率層がＡｌＧａＩｎＰ層で構成され、低屈折率層がＡｌＧａＡｓ層で構成され、前記２種の層がｐ型不純物元素を含むｐ型半導体分布ブラッグ反射器において、前記２種の層のうち少なくともＡｌＧａＩｎＰ層におけるｐ型不純物元素はＭｇである事を特徴としている。
【００４４】
この第１の形態では、高屈折率層がＡｌＧａＩｎＰ層で構成され、低屈折率層がＡｌＧａＡｓ層で構成され、前記２種の層がｐ型不純物元素を含むｐ型半導体分布ブラッグ反射器において、前記２種の層のうち少なくともＡｌＧａＩｎＰ層はｐ型不純物元素をＭｇとしているので、不純物元素の拡散を防止することができ、より電気抵抗が小さく（低抵抗で）、且つ吸収損失が小さく、且つ長期信頼性の高いｐ型半導体分布ブラッグ反射器を得る事ができる。
【００４５】
この第１の形態について、以下により詳細に説明する。
【００４６】
混晶半導体の結晶成長法の中で、ＭＯＣＶＤ法は、比較的大きな成長レートが得られ、また、スループット等の量産性に優れた量産に好適な成長法である。従来、ＭＯＣＶＤ法を成長方法としたＡｌＧａＩｎＰ混晶の結晶成長では、ｐ型不純物元素としてＺｎが広く用いられている。ところが、Ｚｎは非常に拡散しやすく、結晶成長時の熱により拡散してしまうという問題がある。また、一般に、拡散速度は、半導体材料の種類，組成によって異なるので、特に拡散速度が大きな不純物元素の場合は、種類，組成の異なる半導体界面において偏析してしまったり、拡散速度の大きな半導体層中の不純物元素濃度が低下してしまったりするという問題がある。
【００４７】
半導体へテロ構造において、価電子帯のバンド端エネルギーは不純物元素のドーピング濃度に依存し、熱平衡状態では、全ての材料においてフェルミ準位が等しくなる様に、バンド端のエネルギーが決まる。つまり、同じ価電子帯エネルギーを有した材料であっても、不純物元素のドーピング濃度の差によって価電子帯エネルギーに差が生じてしまい、キャリアの導通の妨げとなる。
【００４８】
また、分布ブラッグ反射器を共振器ミラーとした発光素子（例えば、面発光レーザ素子や共振器共鳴型ＬＥＤ）では、素子の動作中にｐ型不純物元素であるＺｎが活性層まで拡散し、発光効率等を低下させてしまう等の長期信頼性に対する問題がある。
【００４９】
また、分布ブラッグ反射器内では、反射波長に対応した光が入射し反射される際に、ヘテロ界面位置が電界の定在波の節と腹に対応しており、不純物元素がヘテロ界面に偏析してしまった場合には、腹の位置で自由キャリアによる光吸収が生じ、反射率を低下させてしまうという問題が生じる。
【００５０】
ところが、ＭｇはＺｎに比べて拡散係数が小さく拡散の影響を小さく留める事ができる。よって、ｐ型不純物元素としてＭｇを用いると、不純物元素の拡散を防止し、上述した問題を解決する事が可能であり、低抵抗で吸収損失の少ない半導体分布ブラッグ反射器を得ることができる。ここで、ＭＯＣＶＤ法におけるＭｇのドーピング原料としてはＣｐ２Ｍｇ等を用いる事ができる。また、ＡｌＧａＡｓ層のｐ型不純物元素としては、Ｃ（炭素）を用いる事もできる。炭素はＣＢｒ４等をドーピング原料としてドーピングできるほか、Ｖ／III比、温度等の成長条件の調整によって、ドーピング原料を用いずにオートドーピングする事もできる。
【００５１】
このように、本発明の第１の形態では、ＡｌＧａＩｎＰを高屈折率層材料、ＡｌＧａＡｓを低屈折率材料とする信頼性の優れた分布ブラッグ反射器を得る為に、ＡｌＧａＩｎＰ材料のｐ型不純物元素Ｍｇを用いている。
【００５２】
（第２の形態）
本発明の第２の形態は、（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ層による高屈折率層と、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層による低屈折率層とから構成され、前記２種の層がｐ型不純物元素を含むｐ型半導体分布ブラッグ反射器において、該ｐ型半導体分布ブラッグ反射器の反射波長は６３５ｎｍよりも短波長であり、更に前記Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層の組成は０．９５≦ｘ１≦１の範囲であり、且つ前記（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ層は、ＧａＡｓ基板に格子整合し、組成がｘ２≧０．３５、０＜ｙ２＜１の範囲である事を特徴としている。
【００５３】
この第２の形態では、（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ層による高屈折率層と、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層による低屈折率層とから構成され、前記２種の層がｐ型不純物元素を含むｐ型半導体分布ブラッグ反射器において、該ｐ型半導体分布ブラッグ反射器の反射波長は６３５ｎｍよりも短波長であり、更に前記Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ層の組成は０．９５≦ｘ１≦１の範囲であり、且つ前記（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ層は、ＧａＡｓ基板に格子整合し、組成がｘ２≧０．３５、０＜ｙ２＜１の範囲であるので、６３５ｎｍ帯よりも短波長領域において、電気抵抗が極めて低く、且つ反射特性に優れた（反射率の高い）ｐ型半導体分布ブラッグ反射器を得る事ができる。
【００５４】
この第２の形態について、以下により詳細に説明する。
【００５５】
図１は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ混晶材料とＧａＡｓ基板に格子整合する（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ混晶の伝導帯と価電子帯のバンド端エネルギーを示した図である。なお、ＡｌＧａＩｎＰ混晶のバンドエネルギーについては、例えば文献「Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  Ｖｏｌ．５０，  Ｎｏ．  １４，  １９８７，  ｐ．ｐ．９０６」において記述がなされている。
【００５６】
ＡｌＧａＩｎＰ混晶は、III族元素中におけるＡｌとＧａの割合ｙが凡そ０．５１となる組成において、ＧａＡｓ基板との格子整合が得られる。また、ＡｌＧａＡｓ混晶は、Ａｌ組成に関わらずＧａＡｓ基板に略格子整合して結晶成長が可能である。よって、図に示す範囲の混晶材料は、全てＧａＡｓ基板上に結晶成長が可能な組成である。以後の説明では、ＡｌＧａＩｎＰの組成は全てＧａＡｓに格子整合する組成（ｙ２＝０．５１）とする。
【００５７】
ここで、図１から分かる様に、それぞれの混晶では、Ａｌ組成の増加に伴い価電子帯のエネルギーが次第に低下する傾向があり、また、全般的に、ＡｌＧａＩｎＰ混晶材料の方が価電子帯エネルギーが低い。また、Ａｌ組成の大きなＡｌＧａＡｓとＡｌ組成の小さなＡｌＧａＩｎＰの価電子帯エネルギーを比べると、おおよそ同程度である事が分かる。
【００５８】
また、図２は波長６３５ｎｍにおけるそれぞれの混晶の屈折率をＡｌ組成に対して示した図であり、波長６３５ｎｍに対して十分透明となる組成の範囲について屈折率を示している。
【００５９】
図２では、ＡｌＧａＡｓの組成は、Ａｌ０．６７Ｇａ０．３３ＡｓよりもＡｌ組成ｘの大きなものについて示している。具体的には、波長６３５ｎｍのフォトンエネルギーは１．９５２ｅＶであり、これよりも０．０９ｅＶ程度バンドギャップエネルギーの大きな組成となっている。
【００６０】
また、ＡｌＧａＩｎＰの組成は、（Ａｌ０．４１Ｇａ０．５９）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２ＰよりもＡｌ組成ｘの大きなものについて示している。この組成は、フォトンエネルギーに対して約０．２ｅＶバンドギャップエネルギーの大きな組成である。ここで、上記の組成のＡｌＧａＩｎＰ混晶は直接遷移であり、間接遷移型半導体に比べて光吸収が生じ易いので、フォトンエネルギーよりも十分大きなバンドギャップエネルギーとなる組成を選んでいる。この様に、間接遷移型半導体に比べバンドギャップエネルギーのやや大きな組成を用いる事で、吸収による損失を低減する事ができる。
【００６１】
図１，図２から定性的に分かる様に、従来技術の様に低屈折率層にＡｌＧａＡｓ混晶を用い、高屈折率層にＡｌＧａＩｎＰ混晶を用いる事によって、ＡｌＧａＡｓ混晶、又はＡｌＧａＩｎＰ混晶のみから構成した場合に比べ、屈折率差が大きく、且つ価電子帯エネルギー差の小さな分布ブラッグ反射器を得る事が可能である。
【００６２】
従来技術では、反射波長を上記の６５０ｎｍに設定し、屈折率差を大きく取るために反射波長６５０ｎｍに対して（Ａｌ０．２７Ｇａ）０．５２Ｉｎ０．４８ＰとＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓとを組み合わせて分布ブラッグ反射器を構成しているが、本願の発明者らは、２混晶の屈折率差に注目し、これが大きく取れる組み合わせとして材料を選んでおり、電気抵抗（価電子帯エネルギー差）については検討がなされていない。実際に、これら２混晶の価電子帯エネルギー差は０ではない。電気的，光学的に優れた分布ブラッグ反射器を得るには、更に詳細な検討が必要である。
【００６３】
そこで、本願の発明者らは、ＡｌＧａＩｎＰ混晶，ＡｌＧａＡｓ混晶のバンド端エネルギー、分布ブラッグ反射器の波長帯等について検討を行い、分布ブラッグ反射器の波長を６３５ｎｍよりも短波長領域に設定する事によって、従来に比べて特性の優れた分布ブラッグ反射器が得られる波長帯及び組成範囲を見出した。
【００６４】
表１及び表２は、各波長に対して十分に透明となるＡｌＧａＩｎＰの組成と、その価電子帯エネルギーを示したものである。（価電子帯エネルギーの基準は、図１の様にＧａＡｓの伝導帯エネルギーを基準にして示している。）
【００６５】
【表１】
2007027364.tif 000003
【００６６】
【表２】
2007027364.tif 000004
【００６７】
上述の様に、直接遷移となる組成では、光の吸収損失を低減する為に、フォトンエネルギー（Ｅｐ）よりも十分にバンドギャップエネルギーの大きな組成を用いる事が望ましい。この目安としては、凡そ０．１５ｅＶ〜０．２ｅＶ程度バンドギャップエネルギーの大きな組成を用いる事が望ましい。表１，表２では、この例として、それぞれフォトンエネルギーよりも０．１５ｅＶ及び０．２ｅＶバンドギャップエネルギーが大きくなる組成を示している。
【００６８】
また、表３は、低屈折率層であるＡｌＡｓ層のバンドギャップエネルギーと、その価電子帯エネルギーとを示した表である。
【００６９】
【表３】
2007027364.tif 000005
【００７０】
低屈折率層として用いるＡｌＧａＡｓ混晶は、屈折率が最も小さくなるＡｌＡｓが望ましいが、面発光レーザの反射鏡等への応用を考えた場合に、電流狭窄構造を形成する選択酸化工程において、酸化狭窄層以外のＡｌＧａＡｓ層の酸化を防止する為に、Ｇａを僅かに組成に含んでいる必要がある。長波長帯においては、０．１程度の比較的大きなＧａ組成の混晶が用いられる場合があるが、大きな屈折率差を得る事が難しい短波長帯では実用的に０．９５以上のＡｌ組成を用いる事が望ましい。ここで、Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ、及びＡｌＡｓの価電子帯エネルギーは、表３の様に、それぞれ凡そ−１．８４、−１．８６［ｅＶ］である。また、Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓのバンドギャップエネルギーは２．１６５ｅＶであり、波長６１０ｎｍのフォトンエネルギー２．０３２５ｅＶよりもエネルギーが大きく透明である。
【００７１】
次に、ＡｌＧａＩｎＰ混晶の価電子帯エネルギーに注目すると、価電子帯エネルギーがＡｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓの−１．８４ｅＶと等しくなる（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２ＰのＡｌ組成：ｘ２は０．３７である。また、Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓとの価電子帯バンド不連続量が０．０１ｅＶ程度となる組成までを含めると、Ａｌ組成０．３４を低Ａｌ組成側の許容の組成と見る事ができる。
【００７２】
同様に、ＡｌＡｓの価電子帯エネルギー−１．８６２ｅＶと等しくなるＡｌ組成：ｘは、０．４４であり、同様に０．０１ｅＶまでのバンド不連続量差を含めるとＡｌ組成０．４８を高Ａｌ組成側の許容値として見る事ができる。
【００７３】
つまり、ＡｌＧａＩｎＰ混晶のＡｌ組成を０．３４から０．４８までの範囲に選ぶ事によって、Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５ＡｓからＡｌＡｓまでの組成を有するＡｌＧａＡｓ混晶に対して、価電子帯エネルギー差を０、又はその差が０．０１ｅＶ以下とできる組み合わせがある事が分かる。
【００７４】
ここで、再び表１を見ると、透明な組成をＥｐ＋０．２ｅＶとした場合には、６３５ｎｍが上記のＡｌ組成の範囲０．３４〜０．４８に含まれている事が分かる。また、表２において透明な組成をＥｐ＋０．１５ｅＶとした場合には、６１０ｎｍ〜６３０ｎｍ帯において、同様に上記の条件を満たす組み合わせがある事が分かる。
【００７５】
以上の様に、６３５ｎｍよりも短波長帯において、ＡｌＧａＡｓ混晶のＡｌ組成を０．９５以上とし、更にＡｌＧａＩｎＰ混晶のＡｌ組成を概ね０．３５以上の範囲とし、この中から最適な組成を選ぶ事により、透明な範囲の組成の中で屈折率差が大きく（反射率が高く）、電気抵抗の小さな（価電子帯バンド不連続量が０か若しくは非常に小さな）分布ブラッグ反射器を得る事ができる。
【００７６】
このように、本発明の第２の形態では、反射波長を６３５ｎｍよりも短波長とし、低屈折率層に用いるＡｌＧａＡｓ混晶、及び高屈折率層に用いるＡｌＧａＩｎＰ混晶の組成を特定の組成に限定する事によって、反射率が高く、電気抵抗が低いｐ型半導体分布ブラッグ反射器を得ることができる。
【００７７】
（第３の形態）
本発明の第３の形態は、第１または第２の形態のｐ型半導体分布ブラッグ反射器を具備している事を特徴とする面発光素子である。
【００７８】
この第３の形態では、第１または第２の形態のｐ型半導体分布ブラッグ反射器を具備している事を特徴とする面発光素子であるので、特に６３５ｎｍ帯よりも短波長域において、駆動電圧が低く、高出力動作が可能な面発光素子を提供できる。
【００７９】
このように、本発明の第３の形態では、６３５ｎｍよりも短波長帯において特性の優れた面発光素子（面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）素子、または、共振器共鳴型発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ））を得る為に、上記の分布ブラッグ反射器を共振器ミラーとして用いている。
【００８０】
（第４の形態）
本発明の第４の形態は、第３の形態の面発光素子において、該面発光素子は、（００１）面方向から傾斜したＧａＡｓ基板上に作製されている事を特徴としている。
【００８１】
すなわち、第４の形態では、第３の形態の面発光素子を（００１）面方位から傾斜したＧａＡｓ基板上に形成する構成としている。
【００８２】
この第４の形態では、第３の形態の面発光素子において、該面発光素子は、（００１）面方向から傾斜したＧａＡｓ基板上に作製されているので、丘状欠陥の発生を低減し、高品質に結晶成長を行う事が可能になり（結晶性が良くなり）、ウエハ面内の歩留まりが高く且つ信頼性の高い面発光素子を得る事ができる。
【００８３】
この第４の形態について、以下に詳細に説明する。
【００８４】
（Ａｌ）ＧａＩｎＰ混晶は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等によって結晶成長を行った場合に、丘状欠陥等の発生が顕著になる事が知られている。丘状欠陥は、素子の歩留まり、信頼性を低下させる原因となる。この様な問題は、（００１）面方位を有するＧａＡｓ基板に結晶成長を行った場合において顕著であり、丘状欠陥の発生によって素子の歩留まりが顕著に低下してしまうという問題がある。
【００８５】
これらの問題は、基板の面方位が（００１）面から（１１１）Ａ面方向または（１１１）Ｂ面方向へ傾斜した基板を用いる事により改善する事が可能となる。この様に、傾斜基板を用いる事によって、丘状欠陥の発生を低減し、高品質に結晶成長を行う事が可能になり（結晶性が良くなり）、ウエハ面内の歩留まりが高く且つ信頼性の高い面発光素子を得る事ができる。
【００８６】
（第５の形態）
本発明の第５の形態は、第３または第４の形態の面発光素子において、該面発光素子は面発光レーザ素子であることを特徴としている。
【００８７】
この第５の形態では、第３または第４の形態の面発光素子において、該面発光素子は面発光レーザ素子であるので、特に６３５ｎｍ帯よりも短波長域において、駆動電圧が低く、高出力動作が可能な面発光レーザ素子を提供できる。
【００８８】
すなわち、第５の形態では、第１または第２の形態のｐ型半導体分布ブラッグ反射器を、面発光レーザ素子の反射鏡として用いる構成としている。特に、第２の形態の半導体分布ブラッグ反射器では、６３５ｎｍ帯よりも短波長側において、光学的（反射特性），電気抵抗的にも非常に良好なｐ型半導体分布ブラッグ反射器を得る事が可能であり、６３５ｎｍ帯よりも短波長における可視面発光レーザ素子の特性を大幅に向上させる事が可能である。
【００８９】
可視面発光レーザ素子は、活性層材料としてＡｌＧａＩｎＰ材料系が用いられるが、同材料では活性層とバリア層との間の伝導帯バンド不連続量が少ない為に注入電子のオーバーフローが大きく、環境温度や、レーザ動作時における発熱の影響を大きく受け易い。つまり、通電による温度上昇によって発振が妨げられたり、また発振した場合でも注入電流を増加させると容易に発振が停止してしまうという問題がある。この傾向は、発振波長が短波長なる程（活性層とバリア層との伝導帯バンド不連続量が小さくなる程）、顕著になる。
【００９０】
これに対し、第２の形態のｐ型半導体分布ブラッグ反射器は低抵抗である事から、通電による発熱が小さく、容易に発振を得る事が可能である。また、高注入流域まで安定に発振を得る事が可能である。
【００９１】
以上の様に、本発明のｐ型半導体分布ブラッグ反射器を用いた（可視帯域の）面発光レーザ素子は、特に６３５ｎｍ帯よりも短波長域において、駆動電圧が低く、高出力動作が可能となる。
【００９２】
（第６の形態）
本発明の第６の形態は、第３または第４の形態の面発光素子において、該面発光素子は共振器共鳴型面発光ダイオード素子であることを特徴としている。
【００９３】
この第６の形態では、第３または第４の形態の面発光素子において、該面発光素子は共振器共鳴型面発光ダイオード素子であるので、特に６３５ｎｍ帯よりも短波長域において、駆動電圧が低く、高出力動作が可能な共振器共鳴型面発光ダイオード素子を得ることができる。
【００９４】
すなわち、第６の形態では、第１または第２の形態のｐ型半導体分布ブラッグ反射器を、６３５ｎｍよりも発光波長の短い共振器共鳴型面発光ダイオード素子の反射鏡として用いる構成としている。
【００９５】
この様な構成とする事により、第５の形態と同様に、特に６３５ｎｍ帯よりも短波長域において、駆動電圧が低く、高出力動作が可能な共振器共鳴型面発光ダイオード素子を得ることができる。
【００９６】
（第７の形態）
本発明の第７の形態は、第５または第６の形態の面発光素子により形成されている事を特徴とする面発光モノリシックアレイである。
【００９７】
この第７の形態では、第５または第６の形態の面発光素子により形成されている事を特徴とする面発光モノリシックアレイであるので、特に６３５ｎｍ帯よりも短波長域において、駆動電圧が低く、高出力動作が可能な面発光モノリシックアレイを提供できる。
【００９８】
すなわち、第７の形態では、第５または第６の形態の面発光素子を用いて、面発光モノリシックアレイを構成している。本発明における面発光素子（面発光レーザ素子、または、共振器共鳴型面発光ダイオード素子）は、素子の駆動電圧が低く、また高出力動作が可能である。よって、本発明の面発光素子（面発光レーザ素子、または、共振器共鳴型面発光ダイオード素子）を用いて構成された面発光モノリシックアレイも、駆動電圧が低く、高出力動作が可能である。
【００９９】
このように、第７の形態では、駆動電圧が低く、高出力動作が可能な面発光モノリシックアレイ（面発光レーザアレイ、共振器共鳴型面発光ダイオードアレイ）を得ることができる。
【０１００】
（第８の形態）
本発明の第８の形態は、第５の形態の面発光素子、または、第７の形態の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする電子写真システムである。
【０１０１】
この第８の形態では、第５の形態の面発光素子、または、第７の形態の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする電子写真システムであるので、信頼性が高く、高精細な電子写真システムを得る事ができる。
【０１０２】
すなわち、第８の形態では、第５の形態の面発光素子（面発光レーザ素子）、または、第７の形態の面発光モノリシックアレイ（例えば、面発光レーザアレイ）を書き込み光源として用いて電子写真システムを構成している。
【０１０３】
第５の形態の面発光素子（面発光レーザ素子），または、第７の形態の面発光モノリシックアレイ（例えば、面発光レーザアレイ）は、駆動駆動電圧および消費電力が低く、更に高出力を得る事が可能である。また特に，面発光モノリシックアレイを光源に用いると、面発光モノリシックアレイを構成する個々の素子はアレイ内において高い位置精度を有していることから、同一のレンズで複数のビームを再現性良く容易に集光でき、光学系が簡単で済み、低コストな電子写真システムを得ることができる。また、特に可視帯（赤色帯）の面発光レーザ素子を書き込み光源として用いると、波長が短波長である事から、感光ドラム上に収束させるビームスポット径を小さくする事が可能となり、高精細な電子写真システムを得る事ができる。
【０１０４】
（第９の形態）
本発明の第９の形態は、第５または第６の形態の面発光素子、または、第７の形態の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする光通信システムである。
【０１０５】
この第９の形態では、第５または第６の形態の面発光素子、または、第７の形態の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする光通信システムであるので、信頼性の高い光通信システムを得る事ができる。
【０１０６】
すなわち、第９の形態では、第５または第６の形態の面発光素子、又は、第７の形態の面発光モノリシックアレイを光源として用い、光通信システムを構成している。
【０１０７】
第５または第６の形態の面発光素子は、動作電圧が低く且つ高出力動作が可能である。よって、大きな信号強度が得られるので、高速且つ通信誤りの少ない信頼性の高い通信システムを得る事ができる。また、従来に比べ、高出力が得られるので、長距離の通信が可能である。よって、これらを光源として用いる事により、信頼性の高い光通信システムを得る事ができる。特に、可視帯（赤色帯）面発光レーザ素子、共振器共鳴型面発光ダイオード素子は、プラスティックファイバ（ＰＯＦ）を用いた通信システムの光源として好適であり、本発明における可視帯面発光レーザ素子，共振器共鳴型面発光ダイオード素子を光源に用いる事により、信頼性の高い通信システムが得られる。
【０１０８】
（第１０の形態）
本発明の第１０の形態は、第５または第６の形態の面発光素子、または、第７の形態の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする光インターコネクションシステムである。
【０１０９】
この第１０の形態では、第５または第６の形態の面発光素子、または、第７の形態の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする光インターコネクションシステムであるので、信頼性の高い光インターコネクションシステムを得る事ができる。
【０１１０】
すなわち、第１０の形態では、第５または第６の形態の面発光素子、又は、第７の形態の面発光モノリシックアレイを光源として用い、光インタコネクションシステムを構成している。
【０１１１】
第５または第６の形態の面発光素子は、動作電圧が低く、且つ高出力動作が可能である。よって、大きな信号強度が得られるので、高速且つ通信誤りの少ない信頼性の高い通信インターコネクションシステムを得る事ができる。また、従来に比べ、高出力が得られるので、長距離の光伝送が可能である。よって、これらを光源として用いる事により、信頼性の高い光インターコネクションシステムを得る事ができる。特に、可視帯（赤色帯）面発光レーザ素子、共振器共鳴型面発光ダイオード素子は、プラスティックファイバ（ＰＯＦ）を用いた光インターコネクションシステムの光源として好適であり、本発明における可視帯面発光レーザ素子、共振器共鳴型面発光ダイオード素子を光源に用いる事により、信頼性の高い光インターコネクションシステムが得られる。
【実施例１】
【０１１２】
図３は実施例１の面発光レーザ素子を示す図である。図３の面発光レーザ素子は、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸構造を活性層とする６３５ｎｍ帯面発光レーザ素子である。
【０１１３】
以下、図３の面発光レーザ素子の構造を作製工程に従い説明する。
【０１１４】
図３の面発光レーザ素子の作製では、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により結晶成長を行なっており、III族原料に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）を用い、Ｖ族原料にフォスフィン（ＰＨ３）ガス，アルシン（ＡｓＨ３）ガスを用いている。また、ＡｌＧａＡｓ層のｐ型不純物元素のドーピング原料には四臭化炭素（ＣＢｒ４）を用い、ＡｌＧａＩｎＰ層のｐ型不純物元素のドーピング原料にはシクロペンタジフェニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いている。また、ｎ型不純物元素のドーピング原料にはセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いている。
【０１１５】
具体的に、図３の素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファー層１０２、ｎ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／（Ａｌ０．４１Ｇａ０．５９）０．５Ｉｎ０．５Ｐの対を１周期とした６０．５周期のｎ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／（Ａｌ０．４１Ｇａ０．５９）０．５Ｉｎ０．５Ｐ下部半導体分布ブラッグ反射器１０３、ノンドープ（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ共振器スペーサー１０４、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層１０５、ノンドープ（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ共振器スペーサー１０６、３５周期のｐ−Ａｌ０．５９Ｇａ０．０５Ａｓ／（Ａｌ０．４１Ｇａ０．５９）０．５Ｉｎ０．５Ｐ上部半導体分布ブラッグ反射器１０７の結晶成長が行われている。ここで、上部半導体分布ブラッグ反射器１０７の途中には、ｐ−ＡｌＡｓ選択酸化層１０８を設けている。また、素子の最表面には、ＧａＡｓコンタクト層（図示せず）を設けている。
【０１１６】
また、ここで、ＧａＡｓ基板１０１には、（００１）面方位から（１１１）Ａ方向に面方位が１５°傾斜した傾斜基板を用いている。この様な基板１０１を用いる事により、丘状欠陥の発生無く、良好な表面性を得る事が可能であった。
【０１１７】
また更に、本実施例の素子は、ＡｓをＶ族元素とした半導体層からＰをＶ族元素とした半導体層へ供給原料雰囲気を切り替える界面において、十分に成長条件を最適化する事によって、非常に良好な表面性（鏡面）を得る事が可能であった。
【０１１８】
ここで、半導体分布ブラッグ反射器を構成する各半導体層の厚さは、半導体分布ブラッグ反射器の多重反射の位相条件を満たす様に、レーザ発振波長（λ＝６３５ｎｍ）に対しλ／４ｎ（ｎは、レーザ発振波長に対する各半導体層の屈折率、以下の実施例においても同じ）となる厚さとしている。
【０１１９】
図４は、図３の面発光レーザ素子の光出射側に当たるｐ型半導体分布ブラッグ反射器１０７の一部の構成を示す図である。図４の様に、ｐ型半導体分布ブラッグ反射器１０７は、ＡｌＧａＡｓ混晶からなる低屈折率層とＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる高屈折率層とを交互に積層して構成されている。
【０１２０】
また、本実施例において、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ共振器スペーサー１０４、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層１０５、ノンドープ（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ共振器スペーサー１０６からなる共振領域は、これらの半導体層における光の位相変化が２πとなる様にしており、一波長共振器構造を形成している。また、高い誘導放出確率を得る為に、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層１０５は、上記共振器内における中央部の、発振光の定在波の腹に対応する位置に設けている。
【０１２１】
以上の様に、本実施例では、ＡｌＧａＩｎＰ混晶材料及びＡｌＧａＡｓ混晶材料を組み合わせた半導体分布ブラッグ反射器を用いている。
【０１２２】
次に、公知の写真製版技術を用いて、図３の面発光レーザ素子の中央部に直径３０μｍの円形レジストパターンを形成した後、公知のドライエッチング技術を用いて、表面のＧａＡｓコンタクト層からｎ側分布ブラッグ反射器１０３までの各層のエッチング除去を行ってメサを形成している。次に、加熱水蒸気雰囲気中において、メサ側壁からｐ−ＡｌＡｓ選択酸化層１０８の酸化を行い電流狭窄層を形成している。図３では、ｐ−ＡｌＡｓ選択酸化層１０８において酸化された領域が黒く示されている。ここで、素子中央部の非酸化領域の直径を３μｍとしている。
【０１２３】
次に、公知の気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ウエハ全面にＳｉＯ２層１０９を形成した後、エッチング除去部にアラインして、光出射部となる領域とその周辺のＳｉＯ２層１０９の除去を行っている。次に、絶縁性樹脂１１０のスピンコートを行い、図３の様にメサ上面の絶縁性樹脂の除去を行っている。次に、光出射部となる領域に直径５μｍの円形レジストパターンを形成し、ｐ側電極材料の蒸着を行なった後、リフトオフによって光出射部の電極材料を除去してｐ側電極１１１を形成している。次に、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１の裏面を研磨した後、基板１０１の裏面に蒸着によってｎ側電極１１２を形成し、アニールによって、両電極のオーミック導通を取っている。
【０１２４】
本実施例の面発光レーザ素子では、ｐ型半導体分布ブラッグ反射器をＡｌＧａＡｓ混晶材料とＡｌＧａＩｎＰ混晶材料を用いて構成しており、特にｐ型半導体分布ブラッグ反射器の組成を波長６３５ｎｍにおいて上記の様に選んだ事により、高い反射率と低い抵抗（小さな価電子帯バンド不連続量）とを同時に実現する事ができた。
【０１２５】
この様に、本発明のｐ型半導体分布ブラッグ反射器を備えた実施例１の面発光レーザ素子は、従来の素子に比べて、駆動電圧，発振閾値電流が低く、より高出力動作が可能であった。
【０１２６】
また、この実施例１では、電流狭窄構造として、選択酸化による酸化狭窄構造を用いているが、この他にも実施例２の様に（水素）イオン注入による高抵抗層を電流狭窄構造として用いる事もできる。
【実施例２】
【０１２７】
図５は実施例２の面発光レーザ素子を示す図である。実施例２の面発光レーザ素子では、電流狭窄構造として、水素イオン注入により設けた高抵抗層を用いている。その他の点では、実施例２の面発光レーザ素子は、実施例１と同様に、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸構造を活性層とした６３５ｎｍ帯面発光レーザ素子であり、実施例１と同様の結晶成長方法及び手段によって成長が行われている。
【０１２８】
以下、図５の面発光レーザ素子の構造を製造工程に従い説明する。
【０１２９】
具体的に、図５の面発光レーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファー層２０２、ｎ−ＡｌＡｓ／（Ａｌ０．４１Ｇａ０．５９）０．５Ｉｎ０．５Ｐの対を１周期とした６０．５周期のｎ−ＡｌＡｓ／（Ａｌ０．４１Ｇａ０．５９）０．５Ｉｎ０．５Ｐ下部半導体分布ブラッグ反射器２０３、ノンドープ（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ共振器スペーサー２０４、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層２０５、ノンドープ（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ共振器スペーサー２０６、３５周期のｐ−ＡｌＡｓ／（Ａｌ０．４１Ｇａ０．５９）０．５Ｉｎ０．５Ｐ上部半導体分布ブラッグ反射器２０７の結晶成長が行われている。ここで、素子の最表面には、ＧａＡｓコンタクト層（図示せず）を設けている。
【０１３０】
次に、公知の写真製版技術を用いて、素子の光出射部となる領域に５μｍの円形レジストパターンを形成した後、公知のイオン注入技術を用いて、水素イオン注入を行い、高抵抗領域２０８を設けている。次に、レジストの除去を行った後、公知のＣＶＤ技術によりＳｉＯ２層２０９を素子全面に形成し、写真製版技術とウエットエッチング技術により光出射部周辺のＳｉＯ２層２０９の除去を行っている。次に、実施例１と同様に、ｐ側電極２１０を形成し、基板２０１の裏面を研磨した後、基板２０１の裏面へのｎ側電極２１１の形成と熱アニール処理を行って、図５の面発光レーザ素子を作製した。
【０１３１】
実施例２の面発光レーザ素子も、実施例１と同様に、ｐ型半導体分布ブラッグ反射器をＡｌＧａＡｓ混晶材料とＡｌＧａＩｎＰ混晶材料を用いて構成しており、特にｐ型半導体分布ブラッグ反射器の組成を波長６３５ｎｍにおいて上記の様に選んだ事により、高い反射率と低い抵抗（小さな価電子帯バンド不連続量）とを同時に実現する事ができた。
【０１３２】
この様に、本発明のｐ型半導体分布ブラッグ反射器を備えた実施例２の面発光レーザ素子は、従来の素子に比べて、駆動電圧，発振閾値電流が低く、より高出力動作が可能であった。
【実施例３】
【０１３３】
図６は実施例３の共振器共鳴型発光ダイオード素子を示す図である。実施例３の共振器共鳴型発光ダイオード素子は、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸構造を活性層とし６１０ｎｍ帯に発光波長を有する発光ダイオード素子であり、実施例１，実施例２と同様の結晶成長方法及び手段によって成長が行われている。
【０１３４】
以下、図６の共振器共鳴型発光ダイオード素子の構造を製造工程に従い説明する。
【０１３５】
具体的に、図６の共振器共鳴型発光ダイオード素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板３０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファー層３０２、ｎ−ＡｌＡｓ／（Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５）０．５Ｉｎ０．５Ｐの対を１周期とした６０．５周期のｎ−ＡｌＡｓ／（Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ下部半導体分布ブラッグ反射器３０３、ノンドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ共振器スペーサー３０４、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層３０５、ノンドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ共振器スペーサー３０６、５周期のｐ−ＡｌＡｓ／（Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ上部半導体分布ブラッグ反射器３０７の結晶成長が行われている。また、素子の最表面には、ＧａＡｓコンタクト層（図示せず）を設けている。
【０１３６】
次に、公知の写真製版技術を用いて、素子の光出射部となる領域に５μｍの円形レジストパターンを形成した後、公知のイオン注入技術を用いて、水素イオン注入を行い、高抵抗領域３０８を設けている。次に、レジストの除去を行った後、公知のＣＶＤ技術によりＳｉＯ２層３０９を素子全面に形成し、写真製版技術とウエットエッチング技術により光出射部周辺のＳｉＯ２層３０９の除去を行っている。次に、実施例１と同様に、ｐ側電極３１０の形成、基板３０２の裏面研磨の後、基板３０２の裏面へのｎ側電極３１１の形成と熱アニール処理を行って、図６の共振器共鳴型発光ダイオード素子を作製した。
【０１３７】
実施例３の共振器共鳴型発光ダイオード素子では、実施例１，実施例２と同様に、ｐ型半導体分布ブラッグ反射器をＡｌＧａＡｓ混晶材料とＡｌＧａＩｎＰ混晶材料を用いて構成しており、特にｐ型半導体分布ブラッグ反射器の組成を波長６２０ｎｍにおいて上記の様に選んだ事により、高い反射率と低い抵抗（小さな価電子帯バンド不連続量）とを同時に実現する事ができた。
【０１３８】
以上の様に、実施例３の共振器共鳴型発光ダイオード素子は、従来の素子に比べて、駆動電圧が低く、より高出力動作が可能であった。
【０１３９】
以上の各実施例では、結晶成長方法として、ＭＯＣＶＤ法を例に挙げて説明を行なったが、この他にも、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）等のその他の結晶成長法を用いる事もできる。また、発振（発光）波長も以上で説明した６３５ｎｍ帯、６１０ｎｍ帯以外にも、６３５ｎｍより短波長の可視帯に応用する事ができる。また、素子構造は、上述の各実施例で示した以外の構造であっても良い。
【実施例４】
【０１４０】
図７は実施例４の面発光レーザアレイを示す図である。すなわち、図７は、本発明の面発光レーザ素子を２次元に４×４個集積した面発光モノリシックレーザアレイの上面図を示したものである。
【０１４１】
図７の例では、個々の素子を独立に駆動するために個別に上部電極に配線が設けられている。また、図７の面発光レーザアレイは、前述の各実施例と同様の手順・方法で作製されたものであり、面発光レーザアレイを構成する個々の素子は、高屈折率層としてＡｌＧａＩｎＰ混晶材料を用い、低屈折率層としてＡｌＧａＡｓ混晶材料を用いて構成された半導体分布ブラッグ反射器を備えている。
【０１４２】
これにより、個々の素子は、低抵抗であり、駆動電圧が低いため、従来と同じ出力を得る為に必要な消費電力は低く、更に発熱による出力飽和点も高い。
【０１４３】
以上の様に、高出力動作が可能な面発光レーザアレイが得られた。
【実施例５】
【０１４４】
図８は実施例５の電子写真システムを示す図である。図８の電子写真システムは、感光ドラムと、光学走査系（走査収束光学系）と、書き込み光源と、同期制御回路（同期制御部）とを有しており、書き込み光源には、本発明の面発光レーザ素子または面発光レーザアレイが用いられている。
【０１４５】
図８の電子写真システムは、同期制御回路によって制御され、書き込み光源（本発明の面発光レーザ素子または面発光レーザアレイ）からの光は、ポリゴンミラー，レンズ収束系からなる走査収束光学系によって感光ドラム上に集光され、潜像を形成する。
【０１４６】
本発明の面発光レーザ素子または面発光レーザアレイでは、高出力動作が可能である事から、高速書き込みが可能であり、高速な電子写真システムを得る事ができる。
【０１４７】
また、ＡｌＧａＩｎＰ系材料を活性層材料とした赤色面発光レーザ素子は、６３５ｎｍ以下の可視帯での発振が可能である。従って、高精細電子写真の書き込み光源として好適である。ところが、ＡｌＧａＩｎＰ系材料は、温度変化に対する影響を非常に受けやすく、素子発熱による温度上昇により、出力の飽和，発振の停止等が問題となっている。しかしながら、本発明を適用した赤色面発光レーザ素子は、低屈折率層をＡｌＧａＡｓ混晶材料によって構成し、高屈折率層をＡｌＧａＩｎＰ混晶材料によって構成した低抵抗な半導体分布ブラッグ反射器を備えている事により、素子の発熱が低減され、高出力動作を得る事が可能となる。
【０１４８】
以上の様に、本発明の面発光レーザ素子または面発光レーザアレイは、電子写真システムの書き込み光源として好適である。
【実施例６】
【０１４９】
図９は実施例６の光インターコネクションシステムを示す図である。図９のインターコネクションシステムは、機器１と機器２との間を、光ファイバアレイを用いて接続したものとなっている。
【０１５０】
送信側である機器１には、本発明による面発光レーザ素子又は共振器共鳴型発光ダイオード素子による１次元アレイモジュールと、これの駆動回路とが設けられている。また、受信側である機器２には、フォトダイオードアレイモジュールと、信号検出回路とが設けられている。また、この実施例６では、面発光レーザ素子又は発光ダイオード素子として、可視帯域（赤色帯）のものを用いており，このような波長帯における光ファイバとしてはプラスティックファイバ（ＰＯＦ）が好適である。
【０１５１】
また、この実施例６の光インターコネクションシステムは、本発明による面発光レーザ素子又は共振器共鳴型発光ダイオード素子からなるアレイが用いられていることで、駆動電圧が低く、また高出力動作が可能であった。また、高出力動作が可能である事から、伝送誤りが少なく信頼性の高いインターコネクションシステムを構成することができた。
【０１５２】
この実施例６では、並列光インターコネクションシステムを例に説明したが、この他にも、単一素子を用いたシリアル伝送システムを構成することもできる。また、機器間の他にも、ボード間，チップ間，チップ内インターコネクションに応用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１５３】
本発明は、電子写真システム，光通信システム，光インターコネクションシステムの他に、さらに、表示システム等にも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ混晶材料とＧａＡｓ基板に格子整合する（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｐ混晶の伝導帯と価電子帯のバンド端エネルギーを示した図である。
【図２】波長６３５ｎｍにおけるそれぞれの混晶の屈折率をＡｌ組成に対して示した図である。
【図３】実施例１の面発光レーザ素子を示す図である。
【図４】図３の面発光レーザ素子の光出射側に当たるｐ型半導体分布ブラッグ反射器１０７の一部の構成を示す図である。
【図５】実施例２の面発光レーザ素子を示す図である。
【図６】実施例３の共振器共鳴型発光ダイオード素子を示す図である。
【図７】実施例４の面発光レーザアレイを示す図である。
【図８】実施例５の電子写真システムを示す図である。
【図９】実施例６の光インターコネクションシステムを示す図である。
【符号の説明】
【０１５５】
１０１          ｎ−ＧａＡｓ基板
１０２          ｎ−ＧａＡｓバッファー層
１０３          下部半導体分布ブラッグ反射器
１０４          共振器スペーサー
１０５          多重量子井戸活性層
１０６          共振器スペーサー
１０７          上部半導体分布ブラッグ反射器
１０８          ｐ−ＡｌＡｓ選択酸化層
１０９          ＳｉＯ２層
１１０          絶縁性樹脂
１１１          ｐ側電極
１１２          ｎ側電極
２０１          ｎ−ＧａＡｓ基板
２０２          ｎ−ＧａＡｓバッファー層
２０３          下部半導体分布ブラッグ反射器
２０４          共振器スペーサー
２０５          多重量子井戸活性層
２０６          共振器スペーサー
２０７          上部半導体分布ブラッグ反射器
２０８          高抵抗領域
２０９          ＳｉＯ２層
２１０          ｐ側電極
２１１          ｎ側電極
３０１          ｎ−ＧａＡｓ基板
３０２          ｎ−ＧａＡｓバッファー層
３０３          下部半導体分布ブラッグ反射器
３０４          共振器スペーサー
３０５          多重量子井戸活性層
３０６          共振器スペーサー
３０７          上部半導体分布ブラッグ反射器
３０８          高抵抗領域
３０９          ＳｉＯ２層
３１０          ｐ側電極
３１１          ｎ側電極
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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