(57)【要約】【課題】信頼性に優れた、Ａｌを含む化合物とその酸化絶縁物とを有する電流狭窄層を備える面発光レーザを提供する。【解決手段】電流注入部１１０ａと電流狭窄部１１０ｂとを有する電流狭窄層１１０の両側に擬似的組成傾斜層１０９、１１１を設ける。擬似的組成傾斜層を形成する半導体層１７１、１７２、１７４、１７５の各層をＧａＡｓ層１７１ａ、１７２ａ、１７４ａ、１７５ａとＡｌＧａＡｓ層１７１ｂ、１７２ｂ、１７４ｂ、１７５ｂとでそれぞれ形成し、ＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層の膜厚比を変化させることによって、平均的Ａｌ組成が変化する擬似的組成傾斜層を構成し、擬似的組成傾斜層１０９、１１１内に設けたＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層１７３によって、電流狭窄部１１０ｂを形成する際の酸化を停止する。【選択図】図３
2012019041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ−Ｖ化合物基板上に形成された、
活性層、およびＡｌ含有酸化狭窄層を含む共振器領域と、
前記共振器領域を挟むように対抗する一対のＤＢＲミラーとを備えた面発光レーザにおいて、
前記Ａｌ含有酸化狭窄層の両側に、Ａｌ含有量が前記Ａｌ含有酸化狭窄層から離れるにつれて単調に減少し、かつ、Ａｌ組成が０．８から０．４の間で不連続点あるいは変曲点を持ち酸化を停止させるための酸化停止層が挿入された組成傾斜層が形成され、さらに、
前記組成傾斜層は前記Ａｌ含有酸化狭窄層と隣接する界面から前記酸化停止層の少なくとも一部までが酸化されていること特徴とする面発光レーザ。
【請求項２】
前記組成傾斜層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．８５≦ｘ≦１）とＧａＡｓとのペアからなり、それぞれの膜厚を変化させることによって擬似的なＡｌ組成を形成した１以上の層からなる第１の領域と、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０．４≦ｘ≦０．６５）からなる前記酸化停止層と、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（ｚ≦ｙ）とＧａＡｓとのペアからなり、それぞれの膜厚を変化させることによって擬似的なＡｌ組成を形成した１以上の層からなる第２の領域とからなることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ。
【請求項３】
０.９３≦ｘ≦１、かつｚ＝ｙ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。
【請求項４】
前記組成傾斜層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．８５≦ｘ≦１）からＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ(０．４≦ｙ≦０．６５)の間で連続的に組成の変化した第１の領域と、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０．４≦ｙ≦０．６５）からなる前記酸化停止層と、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０．４≦ｙ≦０．６５）からＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ≦０．１）の間で連続的に組成の変化した第２の領域とからなることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ。
【請求項５】
０．９３≦ｘ≦１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。
【請求項６】
前記酸化停止層は１．５ｎｍ〜４．５ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一記載の面発光レーザ。
【請求項７】
前記組成傾斜層の前記酸化停止層近傍の界面の酸化部と非酸化部との界面の凹凸は２ｎｍ以下である請求項１〜６のいずれか一記載の面発光レーザ。
【請求項８】
ＩＩＩ−Ｖ化合物基板上に形成された、
活性層を含む共振器領域と、
前記共振器領域を挟むように対抗する一対のＤＢＲミラーとを備えた面発光レーザにおいて、
少なくとも一方の前記ＤＢＲミラーの一部にＡｌ含有酸化狭窄層が含まれ、
前記Ａｌ含有酸化狭窄層の両側に、Ａｌ含有量が前記Ａｌ含有酸化狭窄層から離れるにつれて単調に減少し、かつ、酸化を停止させるための酸化停止層が挿入された組成傾斜層が形成され、さらに、
前記組成傾斜層は前記Ａｌ含有酸化狭窄層と隣接する界面から前記酸化停止層までが酸化されていること特徴とする面発光レーザ。
【請求項９】
前記第１の領域の膜厚が前記面発光レーザの発振波長の１／４以下である請求項１〜８のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の面発光レーザを複数備えるレーザ素子アレイ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の面発光レーザを備える光学機器。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の面発光レーザを備える通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザに関し、特に、電極から注入された電流経路を狭窄する電流狭窄層を備えた面発光レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
当該電流狭窄層は、ＡｌＡｓ等のアルミニウムを含む化合物半導体等を酸化させた酸化絶縁物層と、当該酸化絶縁物層により電流（キャリア）が集中されるＡｌＡｓ等のアルミニウムを含む化合物半導体等からなる開口部とにより構成されている。
【０００３】
このような半導体レーザ素子では、電流注入効率の観点から、電流狭窄層の両側には、電流狭窄層に接している面から遠ざかるに従ってアルミニウムの組成比率が徐々に減少するＡｌＧａＡｓからなる組成傾斜層を設けることが提案されている。
【０００４】
例えば特許文献１には、ＡｌＡｓよりなる層の両側に、ＡｌＡｓ共振器スペーサ層の材料であるＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓに至るまでアルミニウムの組成を連続的に変化させた、ＡｌＧａＡｓ組成傾斜層を設けた面発光レーザ素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５９４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者達は、このような技術を用いて、電流狭窄層の両側にＡｌＧａＡｓ組成傾斜層を有する半導体レーザ素子を作成したが、そのような素子は電流狭窄層の酸化領域とＡｌＧａＡｓ組成傾斜層との界面近傍での酸化領域の制御性が悪く、デバイスの製造段階で酸化部近傍で層の剥離が生じて歩留まりが悪い、またさらに、電流狭窄層が活性層に近い場合に、酸化領域層と非酸化層との界面の酸化侵入深度の凹凸の影響が活性層に生じて均一な特性が得られない、さらには歪に起因する転位が活性層に生じて歩留まりが悪い、あるいは、製造時に問題がなくてもレーザを長期間にわたって駆動した際に信頼性に欠けるといった問題を見い出した。
【０００７】
本発明の主な目的は、歩留まりを改善し、信頼性に優れた、Ａｌを含む化合物とその酸化絶縁物とを有する電流狭窄層を備える面発光レーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、
ＩＩＩ−Ｖ化合物基板上に形成された、
活性層、およびＡｌ含有酸化狭窄層を含む共振器領域と、
前記共振器領域を挟むように対抗する一対のＤＢＲミラーとを備えた面発光レーザにおいて、
前記Ａｌ含有酸化狭窄層の両側に、Ａｌ含有量が前記Ａｌ含有酸化狭窄層から離れるにつれて単調に減少し、かつ、Ａｌ組成が０．８から０．４の間で不連続点あるいは変曲点を持ち酸化を停止させるための酸化停止層が挿入された組成傾斜層が形成され、さらに、
前記組成傾斜層は前記Ａｌ含有酸化狭窄層と隣接する界面から前記酸化停止層の少なくとも一部までが酸化されていること特徴とする面発光レーザが提供される。
【０００９】
好ましくは、前記組成傾斜層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．８５≦ｘ≦１）とＧａＡｓとのペアからなり、それぞれの膜厚を変化させることによって擬似的なＡｌ組成を形成した１以上の層からなる第１の領域と、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０．４≦ｘ≦０．６５）からなる前記酸化停止層と、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（ｚ≦ｙ）とＧａＡｓとのペアからなり、それぞれの膜厚を変化させることによって擬似的なＡｌ組成を形成した１以上の層からなる第２の領域とからなる。
【００１０】
さらに好ましくは、０.９３≦ｘ≦１、かつｚ＝ｙである。
【００１１】
好ましくは、前記組成傾斜層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．８５≦ｘ≦１）からＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ(０．４≦ｙ≦０．６５)の間で連続的に組成の変化した第１の領域と、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０．４≦ｙ≦０．６５）からなる前記酸化停止層と、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０．４≦ｙ≦０．６５）からＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ≦０．１）の間で連続的に組成の変化した第２の領域とからなる。
【００１２】
さらに好ましくは、０．９３≦ｘ≦１である。
【００１３】
好ましくは、前記酸化停止層は１．５ｎｍ〜４．５ｎｍである。
【００１４】
好ましくは、前記組成傾斜層の前記酸化停止層近傍の界面の酸化部と非酸化部との界面の凹凸は２ｎｍ以下である。
【００１５】
また、本発明によれば、
ＩＩＩ−Ｖ化合物基板上に形成された、
活性層を含む共振器領域と、
前記共振器領域を挟むように対抗する一対のＤＢＲミラーとを備えた面発光レーザにおいて、
少なくとも一方の前記ＤＢＲミラーの一部にＡｌ含有酸化狭窄層が含まれ、
前記Ａｌ含有酸化狭窄層の両側に、Ａｌ含有量が前記Ａｌ含有酸化狭窄層から離れるにつれて単調に減少し、かつ、酸化を停止させるための酸化停止層が挿入された組成傾斜層が形成され、さらに、
前記組成傾斜層は前記Ａｌ含有酸化狭窄層と隣接する界面から前記酸化停止層までが酸化されていること特徴とする面発光レーザが提供される。
【００１６】
好ましくは、前記第１の領域の膜厚が前記面発光レーザの発振波長の１／４以下である。
【００１７】
また、本発明によれば、上記いずれかの面発光レーザを複数備えるレーザ素子アレイが提供される。
【００１８】
また、本発明によれば、上記いずれかの面発光レーザを備える光学機器が提供される。
【００１９】
また、本発明によれば、上記いずれかの面発光レーザを備える通信システムが提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、信頼性に優れた、Ａｌを含む化合物とその酸化絶縁物とを有する電流狭窄層を備える半導体レーザ素子およびその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を説明するための概略縦断面図である。
【図２】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を説明するための図１のＡ部の部分拡大概略縦断面図である。
【図３】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を説明するための、図２のＢ部およびＣ部の部分拡大概略縦断面図である。
【図４】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子の製造方法を説明するための、図１のＡ部に相当する部分の部分拡大概略縦断面図である。
【図５】本発明の好ましい第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子の製造方法を説明するための、図４のＢ部およびＣ部の部分拡大概略縦断面図である。
【図６】本発明の好ましい第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を説明するための、図２のＢ部およびＣ部の部分拡大概略縦断面図である。
【図７】本発明の好ましい第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子の製造方法を説明するための、図４のＢ部およびＣ部の部分拡大概略縦断面図である。
【図８】本発明の好ましい第２の実施の形態の面発光型半導体レーザ素子の酸化停止層を説明するための部分拡大概略縦断面図である。
【図９】第１の比較例を説明するための図１のＡ部に相当する部分の部分拡大概略縦断面図である。
【図１０】図９のＢ部およびＣ部を説明するための部分拡大概略縦断面図である。
【図１１】第１および第２の比較例の面発光型半導体レーザ素子の製造方法を説明するための、図１のＡ部に相当する部分の部分拡大概略縦断面図である。
【図１２】第１の比較例の面発光型半導体レーザ素子の製造方法を説明するための、図１１のＢ部およびＣ部の部分拡大概略縦断面図である。
【図１３】第２の比較例の面発光型半導体レーザ素子の製造方法を説明するための、図１１のＢ部およびＣ部に相当する部分の部分拡大概略縦断面図である。
【図１４】本発明の好ましい第１および第２の実施の形態、第１の比較例および第２の比較例の面発光型半導体レーザ素子の熱衝撃試験温度とメサ破壊発生率との関係を示す図である。
【図１５】ＡｌＧａＡｓのＡｌ組成とＡｌＧａＡｓの酸化率との関係を示す図である。
【図１６】電流注入部のＡｌ組成比（％）と電流注入部の酸化レートの１／５００の酸化レートとなるＡｌ組成比（％）との関係を示す図である。
【図１７】本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイを説明するための概略斜視図である。
【図１８】本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイチップを説明するための概略平面図である。
【図１９】本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を用いた面発光レーザパッケージを説明するための概略縦断面図である。
【図２０】本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を用いた光ディスク用ピックアップを説明するための概略縦断面図である。
【図２１】本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を用いた光送受信モジュールを説明するための概略平面図である。
【図２２】本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子と光導波路との光結合構造、または本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイと光導波路との光結合構造を説明するための概略縦断面図である。
【図２３】本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子と光導波路との光結合構造、または本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイと光導波路との光結合構造を説明するための概略縦断面図である。
【図２４】本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子と光導波路との光結合構造、または本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイと光導波路との光結合構造を説明するための概略縦断面図である。
【図２５】本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を用いた通信システム、または本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子を複数用いた面発光レーザアレイを用いた通信システムを説明するための概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態に係る垂直共振器型面発光型半導体レーザ素子（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）およびその製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００２３】
図１を参照すれば、本発明の好ましい第１および第２の実施の形態の面発光レーザ１００は、基板１０１と、基板１０１上に順次に形成された、下部ＤＢＲ１０２、バッファ層１０３、ｎ＋型コンタクト層１０４、ｎ型スペーサ層１０５、活性層１０６、第１のｐ型スペーサ層１０７、下部組成傾斜層１０９、電流狭窄層１１０、上部組成傾斜層１１１、第２のｐ型スペーサ層１１２、及び、ｐ＋型コンタクト層１１５を含む積層構造とを有する。
【００２４】
積層構造のうちで、少なくともｎ型スペーサ層１０５からｐ＋型コンタクト層１１２までが、円柱状のメサポスト１３０を構成している。電流狭窄層１１０は、メサポスト１３０の外周側に位置する電流狭窄部１１０ｂと、電流狭窄部１１０ｂの内側に位置する円形の電流注入部１１０ａとを有する。電流注入部１１０ａの直径は４〜１０μｍで、例えば、６μｍである。電流狭窄部１１０ｂによって、ｐ側円環電極１２１とｎ側電極１３１との間に流れる電流の経路を制限して、電流注入部１１０ａに電流の流れを集中させており、電流狭窄層１１０は、電流経路制限層として機能している。
【００２５】
基板１０１は、アンドープのＧａＡｓからなる。下部ＤＢＲ１０２は、ＧａＡｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層の３４ペアからなる。バッファ層１０３は、ｎ型ＧａＡｓからなる。ｎ＋型コンタクト層１０４は、セレン（Ｓｅ）、シリコン（Ｓｉ）などのｎ型ドーパントをドープした、ｎ＋型のＧａＡｓからなる。ｎ型スペーサ層１０５はｎ型ドーパントをドープしたｎ型ＧａＡｓからなる。活性層１０６は、層数が３のＧａＩｎＮＡｓ井戸層と、層数が４のＧａＡｓ障壁層とをそれぞれ交互に積層した多重量子井戸構造を有する。最上層と最下層はＧａＡｓ障壁層となっている。最下層のＧａＡｓ障壁層はｎ型クラッド層としても機能する。
【００２６】
第１のｐ型スペーサ層１０８、第２のｐ型スペーサ層１１２、ｐ＋型コンタクト層１１５は、それぞれ炭素（Ｃ）、亜鉛（Ｚｎ）あるいはベリリウム（Ｂｅ）などのｐ型ドーパントをドープしたｐ型、ｐ＋型のＧａＡｓからなる。各ｐ型又はｎ型層のアクセプタ又はドナー濃度は、例えば１×１０１８ｃｍ−３程度であり、各ｐ＋型又はｎ＋型層のアクセプタまたはドナー濃度は、例えば３×１０１９ｃｍ−３以上である。
【００２７】
ｐ＋型コンタクト層１１５上には、ｐ側円環状電極１２１が形成されている。ｐ側円環状電極１２１は、Ｐｔ／Ｔｉ層（下側がＴｉ層１２２、上側がＰｔ層１２３）からなる。ｐ側円環状電極１２１は、中心にレーザー光を通過させるための開口１２５を有し、円筒状のメサポスト１３０の外周とほぼ一致する外周を有する。ｐ側円環状電極１２１の外径は、例えば３０μｍである。
【００２８】
ｐ側円環状電極１２１の開口１２５内には、ｐ側円環状電極１２１のＰｔと反応性が低い材料、ここでは窒化珪素（ＳｉＮｘ）からなる円板状の誘電体層１４１が形成されている。
【００２９】
本発明の好ましい第１および第２の実施の形態では、ｐ側円環状電極１２１の開口１２５内のｐ＋型コンタクト層１１５上に、誘電体層１４１が形成されている。誘電体層１４１は、ｐ＋型コンタクト層１１５と上部ＤＢＲミラー１５０との間に形成される。この誘電体層１４１の上面からバッファ層１０３の底面までの部分が共振器１２０を構成している。
【００３０】
ｐ＋型コンタクト層１１５が定在波の節に位置するように設計されるので、誘電体層１４１は、誘電体層１４１の上面、すなわち、上部ＤＢＲミラー１５０の最下面が定在波の腹に位置するように、その光学厚さがλ／４程度に調整される。ここで、ある層の光学厚さは、その層厚とその層の屈折率との積で示される。λは、発光レーザの発振波長である。
【００３１】
ｐ側円環状電極１２１及び誘電体層１４１の上から、メサポスト１３０の側面及びその周囲にわたって、誘電体多層膜からなる上部ＤＢＲ１５０が形成されている。上部ＤＢＲ１５０は、例えばＳｉＮｘ／ＳｉＯ２の１０〜１２ペアからなる。また、表面保護のためにＳｉＯ２１４３とその上のＳｉＮｘ１４４からなるパッシベーション膜１４５が全面に形成されている。このパッシベーション膜１４５のＳｉＯ２１４３とＳｉＮｘ１４４は、ＤＢＲミラー１５０の最下層のＳｉＯ２とＳｉＮｘを兼ねている。従って、ＳｉＮｘ／ＳｉＯ２からなる上部ＤＢＲミラー１５０は、その最下層は、パッシベーション膜１４５のＳｉＯ２であり、その上に、パッシベーション膜１４５のＳｉＮｘがあり、その上にＳｉＯ２とＳｉＮｘが交互に積層され、最上層がＳｉＮｘである構造となっている。
【００３２】
ｎ＋型コンタクト層１０４は、メサポスト１３０の下部から半径方向外側に延びており、そのメサポスト１３０の基部の周囲の表面上には、例えばＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ（下層がＡｕＧｅＮｉ、上層がＡｕ）からなる半円環状のｎ側電極１３１が形成されている。ｎ側電極１３１は、例えば外径が９０μｍ、内径が５０μｍである。
【００３３】
ｎ側電極１３１上には、パッシベーション膜１４５に形成された開口（図示せず）を介してｎ側電極１３１に接触する、Ａｕからなるｎ側引出し電極（図示せず）が形成されている。一方、ｐ側円環状電極１２１上にも、パッシベーション膜１４５に形成された開口（図示せず）を介してｐ側円環状電極１２１に接触する、Ａｕからなるｐ側引出し電極（図示せず）が形成されている。さらに、ｎ側引出し電極及びｐ側引出し電極は、ｎ側電極１３１およびｐ側円環状電極１２１を、外部に設けた電流供給回路（図示せず）にそれぞれ接続している。
【００３４】
上記構成の面発光レーザ１００では、電流供給回路（図示せず）からそれぞれｎ側引出し電極（図示せず）及びｐ側引出し電極（図示せず）を介して、ｎ側電極１３１及びｐ側円環状電極１２１間に電圧を印加し、駆動電流が注入される。注入された駆動電流は、主に低抵抗のｐ＋型コンタクト層１１５とｐ＋型電流経路層１１３とを流れ、さらに電流経路が電流狭窄層１１０によって電流注入部１１０ｂ内に狭窄されて、高い電流密度で活性層１０６に供給される。この電流注入により、活性層１０６は自然放出光を発光する。自然放出光のうち、レーザ発振波長である波長λの光は、下部ＤＢＲミラー１０２と上部ＤＢＲミラー１５０との間の共振器１２０内で定在波を形成し、活性層１０６によって増幅される。注入電流がしきい値を越えると、定在波を形成する光がレーザ発振し、ｐ側円環状電極１２１の開口１２５から上方に向って、１３００ｎｍ帯のレーザ光が出力する。
【００３５】
次に、本発明の好ましい第１および第２の実施形態の面発光レーザ１００の製造方法について説明する。
【００３６】
まず、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法またはＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法によって、基板１０１上に、下部ＤＢＲミラー１０２、バッファ層１０３、ｎ＋型コンタクト層１０４、ｎ型スペーサ層１０５活性層１０６、ｐ型スペーサ層１０８、下部組成傾斜層１０９、後述するＡｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓ層１１０’、上部組成傾斜層１１１、ｐ型スペーサ層１１２、及びｐ＋型コンタクト層１１５を順次に積層する。
【００３７】
次に、ＣＶＤ法及びフォトリソグラフィー法を用い、ｐ＋型コンタクト層１１５の一部領域に、ＳｉＮｘからなる円板状の誘電体層１４１を選択的に形成する。
【００３８】
次に、リフトオフ法を用いて、ｐ＋型コンタクト層１１５上に、ｐ側円環状電極１２１を選択的に形成する。
【００３９】
次に、ｐ側円環状電極１２１を金属マスクとして、酸エッチング液等を用いてｎ型コンタクト層１０４に到る深さまでの半導体積層をエッチングして、円柱状のメサポスト１３０を形成する。次に、別のマスクを形成し、バッファ層１０３に到る深さまでｎ型コンタクト層１０４をエッチングする。その結果、図１に示す形状のメサポスト１３０が得られる。メサポスト１３０をｐ側円環状電極１２１と自己整合的に形成しているので、メサポスト１３０が寸法精度高く形成できる。
【００４０】
次に、水蒸気雰囲気中において約４００℃で約１時間の熱処理を行うと、Ａｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓ層１１０’がメサポスト１３０の側面１３２から選択的に酸化されてＡｌ２Ｏ３を主成分とする酸化物膜に変化し、電流狭窄部１１０ｂが形成される。化学反応は、Ａｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓ層１１０’の外周側から均一に進行し、中心部にはＡｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓからなる電流注入部１１０ａが残される。選択酸化における処理時間などを調整し、電流注入部１１０ａの直径を６μｍにする。この選択酸化により、メサポスト１３０の中心と、電流注入部１１０ｂの中心と、ｐ側円環状電極１２１の開口１２５の中心とを、精度高く一致させることが出来る。
【００４１】
その後、図１に示すように、メサポスト１３０の外周側のｎ型コンタクト層１０４の表面に、半円環状のｎ側電極１３１を形成する。次いで、ＣＶＤ法により全面にパッシベーション膜１４５を形成した後、ｎ側電極１３１及びｐ側円環状電極１２１上のパッシベーション膜１４５に開口（図示せず）を形成する。更に、これら開口（図示せず）を介して、ｎ側電極１３１に接触するｎ側引出し電極（図示せず）と、ｐ側円環状電極１２１に接触するｐ側引出し電極（図示せず）とを形成する。
【００４２】
つぎに、ＣＶＤ法を用いて誘電体から成る上部ＤＢＲ１５０を形成した後に、基板１０１の裏面を研磨し、基板１０１の厚さを例えば１５０μｍに調整する。その後、素子分離を行い、図１に示す面発光レーザ１００が完成する。
【００４３】
本発明の好ましい第１の実施の形態は、ＭＢＥ法によって製造するのに好適な面発光半導体レーザ素子とその製造方法に関するものである。
【００４４】
ＭＢＥによる結晶成長では、アルミニウムの組成が連続的に変化したＡｌＧａＡｓ組成傾斜層は、原料源（セル）の温度を徐々に変化させながら結晶成長させることによって実現できるが、フラックスの制御性，組成プロファイルの再現性が問題となり、アルミニウムの組成を連続的に変化させたＡｌＧａＡｓ組成傾斜層の成長は非常に困難であり、短周期超格子を利用したデジタルアロイ技術が用いられる。デジタルアロイとは、例えば、２種類の薄い化合物半導体結晶を組み合わせて擬似的に組成の異なる化合物半導体結晶を作製する技術である。本発明の第１の実施の形態では、ＡｌＧａＡｓとＧａＡｓとを組み合わせて擬似的に組成の異なるＡｌＧａＡｓを作成する。そして、ＡｌＧａＡｓとＧａＡｓの膜厚の比を変化させながら交互に積層することにより、擬似的にＡｌ組成の変化するＡｌＧａＡｓを作成して、平均的Ａｌ組成に傾斜を設けて、擬似的にＡｌ組成が変化する擬似的ＡｌＧａＡｓ組成傾斜層を作成する。このようにして、下部組成傾斜層１０９を下部擬似的組成傾斜層１０９’で構成し、上部組成傾斜層１１１を上部擬似的組成傾斜層１１１’で構成する。
【００４５】
次に、図２〜図５を参照して、本発明の好ましい第１の実施の形態の下部擬似的組成傾斜層１０９’、電流狭窄層１１０、上部擬似的組成傾斜層１１１’についてより詳細に説明する。
【００４６】
図２に示すように、電流狭窄層１１０は、中央の電流注入部１１０ａとその周囲の電流狭窄部１１０ｂとからなっている。電流注入部１１０ａは中央の領域１６１内にあり、電流狭窄部１１０ｂは周囲の領域１６２内にある。電流注入部１１０ａはＡｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓからなり、電流狭窄部１１０ｂはＡｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓを酸化したＡｌ酸化物を主成分とする酸化物からなる。
【００４７】
上部擬似的組成傾斜層１１１’は、中央の領域１６１内にあり、電流注入部１１０ａと対向する位置にある半導体領域１１１ａと、周囲の領域１６２内にあり、電流狭窄部１１０ｂと対向する位置にある酸化物領域１１１ｂおよび半導体領域１１１ｃとを備えている。
【００４８】
半導体領域１１１ａは電流注入部１１０ａおよびｐ型スペーサ層１１２と接している。酸化物領域１１１ｂは電流狭窄部１１０ｂと接し、半導体領域１１１ｃは酸化物領域１１１ｂとｐ型スペーサ層１１２と接している。半導体領域１１１ｃはｐ型スペーサ層１１２との界面から電流狭窄層１１０に向かうにつれて、半導体領域１１１ａがｐ型スペーサ層１１２との界面から電流狭窄層１１０に向かうにつれて有する構造と同じ構造を有している。ｐ型スペーサ層１１２はｐ型ＧａＡｓからなる。なお、ｐ型スペーサ層１１２は、例えば、ｐ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ａｓ等のｐ型ＡｌＧａＡｓからなっていてもよい。
【００４９】
下部擬似的組成傾斜層１０９’は、中央の領域１６１内にあり、電流注入部１１０ａと対向する位置にある半導体領域１０９ａと、周囲の領域１６２内にあり、電流狭窄部１１０ｂと対向する位置にある酸化物領域１０９ｂおよび半導体領域１０９ｃとを備えている。
【００５０】
半導体領域１０９ａは電流注入部１１０ａおよびｐ型スペーサ層１０８と接している。酸化物領域１０９ｂは電流狭窄部１１０ｂと接し、半導体領域１０９ｃは酸化物領域１０９ｂとｐ型スペーサ層１０８と接している。半導体領域１０９ｃはｐ型スペーサ層１０８との界面から電流狭窄層１１０に向かうにつれて、半導体領域１０９ａがｐ型スペーサ層１０８との界面から電流狭窄層１１０に向かうにつれて有する構造と同じ構造を有している。ｐ型スペーサ層１０８の最上層はＧａＡｓからなる。なお、ｐ型スペーサ層１０８の最上層は、例えば、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ａｓ等のＡｌＧａＡｓからなっていてもよい。
【００５１】
次に、上部擬似的組成傾斜層１１１’について、さらに詳細に説明する。なお、下部擬似的組成傾斜層１０９’は、下部擬似的組成傾斜層１０９’が電流狭窄層１１０との界面からｐ型スペーサ層１０８に向かうにつれて、上部擬似的組成傾斜層１１１’が電流狭窄層１１０と界面からｐ型スペーサ層１１２に向かうにつれて有する構造と同じ構造を有しているので、下部擬似的組成傾斜層１０９’についての説明は省略する。なお、下側はホールに対して下り方向となるために、ステップの段差はそれほど重要ではない。したがって、上側のステップよりも下側のステップの数を少なく設計し、積層工程を簡略化しても良い。ステップ数は上側のステップは３〜１５、下側のステップは２〜１０であると積層工程の観点から都合がよい。電気抵抗の観点から、隣接するステップ（組成傾斜層に隣接する層を含む）との見かけ上の組成差は０．５以下であるように設計されると都合がよい。
【００５２】
図３に示すように、上部擬似的組成傾斜層１１１’の半導体領域１１１ａは、４層の擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７１、１７２、１７４、１７５と、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層１７３とを有している。上部擬似的組成傾斜層１１１’の膜厚は１０ｎｍであり、擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７１、１７２、１７４、１７５の膜厚はそれぞれ２ｎｍであり、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層１７３の膜厚は２ｎｍである。なお、ＡｌＧａＡｓ層１１０（電流注入部１１０ａ）の膜厚は２０ｎｍである。
【００５３】
擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７１はＧａＡｓ層１７１ａとＡｌＧａＡｓ層１７１ｂとからなる。ＡｌＧａＡｓ層１７１ｂはＡｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓからなり、電流注入部１１０ａと同じ組成である。ＧａＡｓ層１７１ａの膜厚は約０．２１ｎｍであり、ＡｌＧａＡｓ層１７１ｂの膜厚は約１．７９ｎｍであり、ＧａＡｓ層１７１ａとＡｌＧａＡｓ層１７１ｂとで平均的なＡｌ組成が０．９である擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７１を構成している。
【００５４】
擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７２はＧａＡｓ層１７２ａとＡｌＧａＡｓ層１７２ｂとからなる。ＡｌＧａＡｓ層１７２ｂはＡｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓからなる。ＧａＡｓ層１７２ａの膜厚は約０．４２ｎｍであり、ＡｌＧａＡｓ層１７２ｂの膜厚は約１．５８ｎｍであり、ＧａＡｓ層１７２ａとＡｌＧａＡｓ層１７２ｂとで平均的なＡｌ組成が０．８である擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７２を構成している。
【００５５】
また、擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７２と擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７４との間には、Ａｌ組成が０．６であるＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層１７３が設けられている。
【００５６】
擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７４はＧａＡｓ層１７４ａとＡｌＧａＡｓ層１７４ｂとからなる。ＡｌＧａＡｓ層１７４ｂはＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなる。ＧａＡｓ層１７４ａの膜厚は約０．６７ｎｍであり、ＡｌＧａＡｓ層１７４ｂの膜厚は約１．３３ｎｍであり、ＧａＡｓ層１７４ａとＡｌＧａＡｓ層１７４ｂとで平均的なＡｌ組成が０．４である擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７４を構成している。
【００５７】
擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７５はＧａＡｓ層１７５ａとＡｌＧａＡｓ層１７５ｂとからなる。ＡｌＧａＡｓ層１７５ｂはＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなる。ＧａＡｓ層１７５ａの膜厚は約１．３３ｎｍであり、ＡｌＧａＡｓ層１７５ｂの膜厚は約０．６７ｎｍであり、ＧａＡｓ層１７５ａとＡｌＧａＡｓ層１７５ｂとで平均的なＡｌ組成が０．２である擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７５を構成している。
【００５８】
このように、上部擬似的組成傾斜層１１１’の半導体領域１１１ａは、ＡｌＧａＡｓ層１７１ｂ、１７２ｂ、１７４ｂ、１７５ｂの膜厚ａと、ＧａＡｓ層１７１ａ、１７２ａ、１７４ａ、１７５ａの膜厚ｂとの比（ａ／ｂ）をＡｌＧａＡｓ層１１０（電流注入部１１０ａ）からｐ型スペーサ層１１２向かって小さくすることにより、擬似的にＡｌ組成が、０．９、０．８、０．４、０．２と小さくなるように変化する擬似的ＡｌＧａＡｓ組成傾斜層であり、平均的なＡｌ組成が０．８である擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７２と平均的なＡｌ組成が０．４である擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７４との間にＡｌ組成が０．６であるＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層１７３を設けているので、電流が流れやすくなり、電流注入効率をよくすることができる。
【００５９】
また、組成が同じＧａＡｓであるＧａＡｓ層１７１ａ、１７２ａと組成が同じＡｌ０．９７Ｇａ０．０３ＡｓであるＡｌＧａＡｓ層１７１ｂ、１７２ｂとを膜厚を変化させながら交互に積層して、擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７１と擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７２とを形成し、その後、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層１７３を設け、その後は、組成が同じＧａＡｓであるＧａＡｓ層１７４ａ、１７５ａと組成が同じＡｌ０．６Ｇａ０．４ＡｓであるＡｌＧａＡｓ層１７４ｂ、１７５ｂとを膜厚を変化させながら交互に積層して、擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７４と擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７５とを形成する構造なので、ＭＢＥ法で結晶成長する場合に、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層１７３を形成する前は原料源（セル）の温度は同じに保ったままでよく、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層１７３を形成する際に一度セルの温度を変えるだけで、その後はセルの温度は同じに保ったままでいいので、フラックスの制御性や組成プロファイルの再現性に優れる。
【００６０】
なお、擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７４と擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７５を、組成がＧａＡｓであるＧａＡｓ層１７４ａ、１７５ａと組成がＡｌ０．９７Ｇａ０．０３ＡｓであるＡｌＧａＡｓ層１７４ｂ、１７５ｂとをそれぞれ組み合わせて作成することもでき、その際には、ＧａＡｓ層１７４ａの膜厚を約１．２８ｎｍとし、ＡｌＧａＡｓ層１７４ｂの膜厚を約０．７２ｎｍとして、ＧａＡｓ層１７４ａとＡｌＧａＡｓ層１７４ｂとで平均的なＡｌ組成が０．４である擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７４を構成し、ＧａＡｓ層１７５ａの膜厚を約１．７ｎｍとし、ＡｌＧａＡｓ層１７５ｂの膜厚を約０．３ｎｍとして、ＧａＡｓ層１７５ａとＡｌＧａＡｓ層１７５ｂとで平均的なＡｌ組成が０．２である擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７５を構成する。
【００６１】
酸化物領域１１１ｂは、ＧａＡｓ層１７１ａ、ＡｌＧａＡｓ層１７１ｂ、ＧａＡｓ層１７２ａ、ＡｌＧａＡｓ層１７２ｂ、およびＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層１７３が酸化されたＡｌ酸化物を主成分とする酸化物からなる。
【００６２】
半導体領域１１１ｃは、ｐ型スペーサ層１１２との界面から電流狭窄層１１０に向かうにつれて、半導体領域１１１ａがｐ型スペーサ層１１２との界面から電流狭窄層１１０に向かうにつれて有する構造と同じ構造を有している。すなわち、ｐ型スペーサ層１１２との界面から電流狭窄層１１０に向かうにつれて、ＡｌＧａＡｓ層１７５ｂ、ＧａＡｓ層１７５ａ、ＡｌＧａＡｓ層１７４ｂ、ＧａＡｓ層１７４ａ、およびＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層１７３の一部を有している。
【００６３】
次に、酸化によって電流注入部１１０ｂを形成する方法と、その際に形成される酸化物領域１１１ｂ、１０９ｂについて説明する。
【００６４】
図４、５に示すように、Ａｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓ層１１０’上に、ＧａＡｓ層１７１ａ、ＡｌＧａＡｓ層１７１ｂ、ＧａＡｓ層１７２ａ、ＡｌＧａＡｓ層１７２ｂ、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層１７３、ＧａＡｓ層１７４ａ、ＡｌＧａＡｓ層１７４ｂ、ＧａＡｓ層１７５ａ、ＡｌＧａＡｓ層１７５ｂを有する上部擬似的組成傾斜層１１１’を形成する。なお、Ａｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓ層１１０’の下側にも同様の構造を有する下部擬似的組成傾斜層１０９’が形成されている。
【００６５】
次に、水蒸気雰囲気中において約４５０℃で約１時間の熱処理を行うと、図２に示すように、Ａｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓ層１１０’がメサポスト１３０の側面１３２から酸化方向１６５に沿って酸化されてＡｌ２Ｏ３を主成分とする酸化物膜に変化し、電流狭窄部１１０ｂが形成される。化学反応は、Ａｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓ層１１０’の外周側から均一に進行し、中心部にはＡｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓからなる電流注入部１１０ａが残される。この際、酸化方向１６６にも酸化が進み、ＧａＡｓ層１７１ａ、ＡｌＧａＡｓ層１７１ｂ、ＧａＡｓ層１７２ａ、ＡｌＧａＡｓ層１７２ｂ、およびＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層１７３の一部（Ａｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓ層１１０’側）が酸化されて酸化物領域１１１ｂが形成され、同様に、酸化物領域１０９ｂが形成される。
【００６６】
本発明の好ましい第２の実施の形態は、ＭＯＣＶＤ法によって製造するのに好適な面発光半導体レーザ素子とその製造方法に関するものである。
【００６７】
ＭＯＣＶＤ法は、ＭＢＥ法とは異なり、原料ガスの流量を制御することによりＡｌＧａＡｓの組成を変えられるので、アルミニウムの組成が連続的に変化したＡｌＧａＡｓ組成傾斜層の作成は容易である。従って、本発明の好ましい第２の実施の形態では、電流狭窄層１１０の電流注入部１１０ａからｐ型スペーサ層１１２に向かって直線的に連続してＡｌ組成比が減少する上部組成傾斜層１１１と、電流狭窄層１１０の電流注入部１１０ａから活性層１０６の最上層に向かって直線的に連続してＡｌ組成比が減少する下部組成傾斜層１０９とを用いる。
【００６８】
次に、図２、図６を参照して、本発明の好ましい第２の実施の形態の下部組成傾斜層１０９および上部組成傾斜層１１１についてより詳細に説明する。
【００６９】
電流狭窄層１１０は第１の実施の形態と同じであるので、説明は省略する。
【００７０】
上部組成傾斜層１１１は、中央の領域１６１内にあり、電流注入部１１０ａと対向する位置にある半導体領域１１１ａと、周囲の領域１６２内にあり、電流狭窄部１１０ｂと対向する位置にある酸化物領域１１１ｂおよび半導体領域１１１ｃとを備えている。
【００７１】
半導体領域１１１ａは電流注入部１１０ａおよびｐ型スペーサ層１１２と接している。酸化物領域１１１ｂは電流狭窄部１１０ｂと接し、半導体領域１１１ｃは酸化物領域１１１ｂとｐ型スペーサ層１１２と接している。半導体領域１１１ｃはｐ型スペーサ層１１２との界面から電流狭窄層１１０に向かうにつれて、半導体領域１１１ａがｐ型スペーサ層１１２との界面から電流狭窄層１１０に向かうにつれて有する構造と同じ構造を有している。ｐ型スペーサ層１１２はｐ型ＧａＡｓからなる
【００７２】
下部組成傾斜層１０９は、中央の領域１６１内にあり、電流注入部１１０ａと対向する位置にある半導体領域１０９ａと、周囲の領域１６２内にあり、電流狭窄部１１０ｂと対向する位置にある酸化物領域１０９ｂおよび半導体領域１０９ｃとを備えている。
【００７３】
半導体領域１０９ａは電流注入部１１０ａおよびｐ型スペーサ層１０８と接している。酸化物領域１０９ｂは電流狭窄部１１０ｂと接し、半導体領域１０９ｃは酸化物領域１０９ｂとｐ型スペーサ層１０８と接している。半導体領域１０９ｃはｐ型スペーサ層１０８との界面から電流狭窄層１１０に向かうにつれて、半導体領域１０９ａがｐ型スペーサ層１０８との界面から電流狭窄層１１０に向かうにつれて有する構造と同じ構造を有している。ｐ型スペーサ層１０８の最上層はＧａＡｓからなる。
【００７４】
次に、上部組成傾斜層１１１について、さらに詳細に説明する。なお、下部組成傾斜層１０９は、下部組成傾斜層１０９が電流狭窄層１１０との界面からｐ型スペーサ層１０８に向かうにつれて、上部組成傾斜層１１１が電流狭窄層１１０と界面からｐ型スペーサ層１１２に向かうにつれて有する構造と同じ構造を有しているので、下部組成傾斜層１０９についての説明は省略する。また、下部組成傾斜層については同じ構造を有する必要はなく、異なっていてもよい。
【００７５】
図６に示すように、上部組成傾斜層１１１の半導体領域１１１ａは、組成傾斜層１７６と、酸化停止層１７３’と、組成傾斜層１７７とを有している。上部組成傾斜層１１１の膜厚は１０ｎｍであり、組成傾斜層１７６の膜厚は７．２ｎｍであり、酸化停止層１７３’の膜厚は２ｎｍであり、組成傾斜層１７６の膜厚は１０．８ｎｍである。なお、ＡｌＧａＡｓ層１１０（電流注入部１１０ａ）の膜厚は２０ｎｍである。
【００７６】
組成傾斜層１７６では、電流注入部１１０ａからＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層１７３に向かうにつれて、Ａｌ組成比が電流注入部１１０ａのＡｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓと同じ０．９７から酸化停止層１７３’の上限と同じ０．６５まで直線的に連続して減少する。酸化停止層１７３’ではＡｌ組成比が上限の０．６５から０．４まで直線的に連続して減少する。組成傾斜層１７７では、酸化停止層１７３’からｐ型スペーサ層１１２に向かうにつれて、Ａｌ組成比が酸化停止層１７３’の下限と同じ０．４からｐ型スペーサ層１１２のＧａＡｓと同じ０まで直線的に連続して減少する。
【００７７】
なお、組成傾斜層１７６では、電流注入部１１０ａから酸化停止層１７３’に向かうにつれて、Ａｌ組成比が電流注入部１１０ａのＡｌ０．９７Ｇａ０．０３ＡｓのＡｌ組成比０．９７より多少小さい、例えば、０．９５から酸化停止層１７３’のＡｌ組成比０．６５より多少大きい、例えば、０．７まで直線的に連続して減少するようにしてもよい。また、Ａｌ組成比の減少は必ずしも直線線的でなくてもよい。また、組成傾斜層１７７では、酸化停止層１７３’からｐ型スペーサ層１１２に向かうにつれて、Ａｌ組成比が酸化停止層１７３’のＡｌ組成比０．４からより多少小さい、例えば、０．３５からｐ型スペーサ層１１２のＧａＡｓのＡｌ組成比０より多少大きい、例えば、０．１まで直線的に連続して減少するようにしてもよい。また、Ａｌ組成比の減少は必ずしも直線線的でなくてもよい。
【００７８】
このように、Ａｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓからなる電流注入部１１０ａからｐ型ＧａＡｓからなるｐ型スペーサ層１１２までの間に、Ａｌ組成比が電流注入部１１０ａのＡｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓと同じ０．９７から０．６５まで直線的に連続して減少する組成傾斜層１７６と、Ａｌ組成比が０．６５から０．４まで直線的に連続して減少する酸化停止層１７３’と、Ａｌ組成比が０．４からｐ型スペーサ層１１２と同じ０まで直線的に連続して減少する組成傾斜層１７７とを設けているので、電流が流れやすくなり、電流注入効率をよくすることができる。
【００７９】
酸化物領域１１１ｂは、組成傾斜層１７６および酸化停止層１７３’の一部が酸化されたＡｌ酸化物を主成分とする酸化物からなる。
【００８０】
半導体領域１１１ｃは、ｐ型スペーサ層１１２との界面から電流狭窄層１１０に向かうにつれて、半導体領域１１１ａがｐ型スペーサ層１１２との界面から電流狭窄層１１０に向かうにつれて有する構造と同じ構造を有している。すなわち、ｐ型スペーサ層１１２との界面から電流狭窄層１１０に向かうにつれて、組成傾斜層１７７、および酸化停止層１７３’の一部を有している。
【００８１】
次に、酸化によって電流注入部１１０ｂを形成する方法と、その際に形成される酸化物領域１１１ｂ、１０９ｂについて説明する。
【００８２】
図４、７に示すように、Ａｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓ層１１０’上に、組成傾斜層１７６、酸化停止層１７３’および組成傾斜層１７７を有する上部組成傾斜層１１１を形成する。なお、Ａｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓ層１１０’の下側にも同様の構造を有する上部組成傾斜層１０９が形成されている。
【００８３】
次に、水蒸気雰囲気中において約４５０℃で約１時間の熱処理を行うと、図２に示すように、Ａｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓ層１１０’がメサポスト１３０の側面１３２から酸化方向１６５に沿って酸化されてＡｌ酸化物を主成分とする酸化物膜に変化し、電流狭窄部１１０ｂが形成される。化学反応は、Ａｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓ層１１０’の外周側からほぼ均一に進行し、中心部にはＡｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓからなる電流注入部１１０ａが残される。この際、酸化方向１６６にも酸化が進み、組成傾斜層１７６、および酸化停止層１７３’の一部（Ａｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓ層１１０’側）が酸化されて酸化物領域１１１ｂが形成され、同様に、酸化物領域１０９ｂが形成される。
【００８４】
次に、第１の比較例の半導体レーザ素子の構造および製造方法について説明する。上記好ましい第１の実施の形態では、上部擬似的組成傾斜層１１１’の半導体領域１１１ａを、ＧａＡｓ層１７１ａ、１７２ａ、１７４ａ、１７５ａとＡｌＧａＡｓ層１７１ｂ、１７２ｂ、１７４ｂ、１７５ｂとを膜厚を変化させながら交互に積層して構成した擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７１、１７２、１７４、１７５とＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層１７３とで構成したが、図９、図１０に示すように、第１の比較例では、上部擬似的組成傾斜層１１１’の半導体領域１１１ａを、組成が同じＧａＡｓ層１８１ａ、１８２ａ、１８３ａ、１８４ａ、１８５ａと組成が同じＡｌＡｓ層１８１ｂ、１８２ｂ、１８３ｂ、１８４ｂ、１８５ｂとを膜厚を変化させながら交互に積層して構成し、その際には、膜厚０．２５ｎｍのＧａＡｓ層１８１ａと膜厚２．２５ｎｍのＡｌＡｓ層１８１ｂとで平均的なＡｌ組成が０．９である擬似的ＡｌＧａＡｓ層１８１を構成し、膜厚０．５ｎｍのＧａＡｓ層１８２ａと膜厚２ｎｍのＡｌＡｓ層１８２ｂとで平均的なＡｌ組成が０．８である擬似的ＡｌＧａＡｓ層１８２を構成し、膜厚１ｎｍのＧａＡｓ層１８３ａと膜厚１．５ｎｍのＡｌＡｓ層１８３ｂとで平均的なＡｌ組成が０．６である擬似的ＡｌＧａＡｓ層１８３を構成し、膜厚１．５ｎｍのＧａＡｓ層１８４ａと膜厚１ｎｍのＡｌＡｓ層１８４ｂとで平均的なＡｌ組成が０．４である擬似的ＡｌＧａＡｓ層１８４を構成し、膜厚２ｎｍのＧａＡｓ層１８５ａと膜厚０．５ｎｍのＡｌＡｓ層１８５ｂとで平均的なＡｌ組成が０．２である擬似的ＡｌＧａＡｓ層１８５を構成し、下部擬似的組成傾斜層１０９の半導体領域１０９ａも、上部擬似的組成傾斜層１１１の半導体領域１１１ａと同じように構成した点が、上記好ましい第１の実施の形態と異なるが、他の点は同様である。
【００８５】
第１の比較例においても、図１１、図１２に示すように、Ａｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓ層１１０’上に、ＧａＡｓ層１８１ａ、ＡｌＡｓ層１８１ｂ、ＧａＡｓ層１８２ａ、ＡｌＡｓ層１８２ｂ、ＧａＡｓ層１８３ａ、ＡｌＡｓ層１８３ｂ、ＧａＡｓ層１８４ａ、ＡｌＡｓ層１８４ｂ、ＧａＡｓ層１８５ａ、ＡｌＡｓ層１８５ｂを有する上部擬似的組成傾斜層１１１’を形成する。なお、Ａｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓ層１１０’の下側にも同様の構造を有する下部擬似的組成傾斜層１０９が形成されている。
【００８６】
次に、水蒸気雰囲気中において約４５０℃で約１時間の熱処理を行うと、図９、図１０に示すように、Ａｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓ層１１０’がメサポスト１３０の側面１３２から酸化方向１６５に沿って酸化されてＡｌ２Ｏ３を主成分とする酸化物膜に変化し、電流狭窄部１１０ｂが形成される。この際、酸化方向１６６にも酸化が進み、ＧａＡｓ層１８１ａ、ＡｌＡｓ層１８１ｂ、ＧａＡｓ層１８２ａ、ＡｌＡｓ層１８２ｂ、ＧａＡｓ層１８３ａおよびＡｌＡｓ層１８３ｂが酸化されて酸化物領域１１１ｂが形成され、同様に、酸化物領域１０９ｂが形成される。
【００８７】
この比較例では、薄いＧａＡｓ層１８１ａ、１８２ａ等が酸化障壁として機能している。薄いＧａＡｓ層１８１ａが酸化されると、ＡｌＡｓ層１８１ｂは酸化速度が大きいので、すぐに酸化され、次のＧａＡｓ層１８２ａに達する。次に、次の薄いＧａＡｓ層１８２ａが酸化されると、ＡｌＡｓ層１８２ｂは酸化速度が大きいので、すぐに酸化され、次のＧａＡｓ層１８３ａに達する。その結果、薄いＧａＡｓ層１８１ａ、１８２ａ等の膜厚のバラツキによって、膜厚方向の酸化速度が影響され、図６に示すように、酸化物領域１１１ｂと酸化されていない半導体領域１１１ｃとの境界のばらつきｔ２が大きくなり、この境界が大きく蛇行し、局所歪が発生しやすくなる。また、ＡｌＡｓは材料的に脆弱で，酸化された場合には体積収縮も大きく応力歪が発生する。これは、素子の長期通電中に結晶中に転位を導入し増殖させるため、素子の信頼性を著しく低下させるものとなる。このように、脆弱なＡｌＡｓに歪が発生しやすくなり、電流狭窄部１１０ｂ等が剥がれて、メサポスト１３０が破壊されやすくなる。
【００８８】
これに対して、本発明の好ましい第１の実施の形態で使用しているＡｌＧａＡｓはＡｌＡｓに比べ結晶強度が強く、ＡｌＡｓにＧａが少し入るだけでも劇的に強度が上がる。また、ＡｌＧａＡｓはＡｌ組成が１％変わるだけで、酸化レートが約３割下がる材料である。従って、本発明の好ましい第１の実施の形態のように、ＡｌＧａＡｓとＧａＡｓとの組み合わせにより、上部擬似的組成傾斜層１１１’および下部擬似的組成傾斜層１０９’を構成することにより、ＡｌＧａＡｓ層１７１ｂ、１７２ｂ等は酸化速度が小さいので、すぐには酸化されず、薄いＧａＡｓ層１７１ａ、１７２ａ等の膜厚のバラツキによる膜厚方向の酸化速度の影響が緩和される。さらに、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層１７３を設けているので、酸化はこのＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層１７３で停止される。従って、図２に示すように、酸化物領域１１１ｂと酸化されていない半導体領域１１１ｃとの境界のばらつきｔ１が小さく、この境界の蛇行も小さくなり、局所歪が発生しにくくなる。また、ＡｌＧａＡｓはＡｌＡｓに比べ結晶強度が強いので、機械的強度にも優れた構造となり、優れた信頼性の素子が得られる。さらに、本実施の形態によれば、酸化部分の境界部を制御性良く（２ｎｍ以下）この停止層とＡｌＧａＡｓ層との界面近傍で制御できるので、ＡｌＧａＡｓ層も酸化狭窄層の一部として設計することもできる。この場合、酸化狭窄層を２〜８ｎｍに設定することもできる。
【００８９】
次に、第２の比較例の構造について説明する。上記好ましい第２の実施の形態では、上部組成傾斜層１１１の半導体領域１１１ａを、Ａｌ組成比が電流注入部１１０ａのＡｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓと同じ０．９７から０．６５まで直線的に連続して減少する組成傾斜層１７６と、Ａｌ組成比が０．６５から０．４である酸化停止層１７３’と、Ａｌ組成比が０．４からｐ型スペーサ層１１２と同じ０まで直線的に連続して減少する組成傾斜層１７７とで構成したが、図１３に示すように、第２の比較例では、上部組成傾斜層１１１を、Ａｌ組成比が電流注入部１１０ａのＡｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓと同じ０．９７からｐ型スペーサ層１１２と同じ０まで直線的に連続して減少する組成傾斜層１７８で構成し、下部組成傾斜層１０９も、上部組成傾斜層１１１と同じように構成した点が、上記好ましい第２の実施の形態と異なるが、他の点は同様である。
【００９０】
第２の比較例においても、水蒸気雰囲気中において約４５０℃で約１時間の熱処理を行い、Ａｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓ層１１０’をメサポスト１３０の側面１３２から酸化してＡｌ酸化物を主成分とする酸化物膜に変化し、電流狭窄部１１０ｂを形成する。この際、膜厚方向にも酸化が進み、組成傾斜層１７８が途中まで酸化されて酸化物領域１１１ｂが形成され、同様に、酸化物領域１０９ｂが形成される。
【００９１】
これに対して、本発明の好ましい第２の実施の形態では、Ａｌ組成比が電流注入部１１０ａのＡｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓと同じ０．９７から０．６５まで直線的に連続して減少する組成傾斜層１７６と、Ａｌ組成比が０．４からｐ型スペーサ層１１２と同じ０まで直線的に連続して減少する組成傾斜層１７７との間に、Ａｌ組成比が０．６５から０．４まで組成が急峻に変化する酸化停止層１７３’を設けているので、酸化がこの酸化停止層１７３’で停止し、図２に示すように、酸化物領域１１１ｂと酸化されていない半導体領域１１１ｃとの境界のばらつきｔ１が小さく、この境界の蛇行も小さくなり、局所歪が発生しにくくなる。本実施の形態では酸化停止層として、Ａｌ組成がもっとも好ましい例として０．６５から０．４の組成比としたが、酸化停止層としては０．８から０．４の中で選択することによってｔ１を小さくすることができる。この場合でも、上限あるいは下限が０．６５から０．４の間に入るとよい。なお、酸化停止層での組成変化は０．３以下で、厚みは組成傾斜層の１／３以下であると都合がよい。また、１７６層は組成傾斜層の１／３〜１／５であると都合がよい。
【００９２】
図８に酸化停止層１７３’を含めた組成変化の例をしめした。図８（ａ）は第２の実施の形態の組成傾斜プロファイルを示した。図８（ｂ）では０．６５から０．４まで急激に低下させた例を示した。図８（ｃ）は０．６５から０．４の間で変曲点を持つ曲線によって変化させた例を示した。曲率については必要とされるｔ１および電気的な障壁としての観点から決定される。
【００９３】
図１４は、本発明の好ましい第１および第２の実施の形態のレーザ素子、第１の比較例のレーザ素子、および第２の比較例のレーザ素子に熱衝撃試験を行った結果の、熱衝撃試験温度とメサポスト破壊の発生率との関係を示した図である。第１の比較例のレーザ素子では、２５０℃付近でメサポスト破壊が生じるものが出始め、３００℃付近で殆どの試料にメサポスト破壊が生じた。第２の比較例のレーザ素子では、４００℃付近でメサポスト破壊が生じる試料が出始め、４１０℃付近で殆どの試料にメサポスト破壊が生じた。これらに対して、本発明の好ましい第１および第２の実施の形態のレーザ素子では、４２０℃においても、メサポスト破壊が生じる試料はなかった。４２０℃においても、メサポスト破壊が生じなければ、パッシベーション膜１４５や上部ＤＢＲミラー１５０形成のＣＶＤ工程や、素子の長期通電中においても、メサポスト破壊が生じないと考えられ、本発明の好ましい第１および第２の実施の形態のレーザ素子は、非常に信頼性の高いものであることがわかる。また、活性層から２００ｎｍ以内に本願の組成傾斜層を伴う酸化狭窄層を形成したほかの構造においても同様の結果が得られた。また、この際に、酸化狭窄層の形成による素子特性の変化は観測されなかった。
【００９４】
なお、本発明の好ましい第１および第２の実施の形態では、電流注入部１１０ａはＡｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓで構成したが、ＡｌＡｓで構成することもできる。この場合は、電流狭窄部１１０ｂはＡｌＡｓを酸化したＡｌ酸化物である。
【００９５】
図１５は、ＡｌＡｓの酸化速度を１としたときの、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓのＡｌ組成ｘ（％）と酸化速度の関係を示した図であり、この図からＡｌ組成比ｘ（％）が９３％において変曲点が存在することがわかる。従って、電流注入部１１０ａはＡｌＡｓまたはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．９３≦ｘ＜１）で構成することが好ましく、電流狭窄部１１０ｂはＡｌＡｓまたはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．９３≦ｘ＜１）を酸化したＡｌ酸化物を主成分とする酸化物で構成することが好ましい。
【００９６】
図１５で、Ａｌ組成比Ｘ（％）が９３％以上の場合の近似線Ａは、規格化酸化率をＹとし、Ａｌ組成をＸ（％）とすると、Ｙ＝６．７５０×１０−８４Ｘ４．１５９×１０となり、Ａｌ組成比Ｘ（％）が９３％以下の場合の近似線Ｂは、Ｙ＝１．７９３×１０−２６Ｘ１．２４２×１０となり、近似線ＡからＡｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ（０．９３≦Ｘ１≦１）で構成される電流注入部１１０ａの酸化レートを算出し、それに１／５００を掛けた値＝近似線ＢとしたときのＡｌ組成比Ｘ２（％）を計算すると、Ｘ２は、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ（０．９３≦Ｘ１≦１）で構成される電流注入部１１０ａのＡｌ組成比Ｘ１（％）に対して、図１６に示すように、Ｘ２＝２．２・Ｘ１−１４４．８となる。
【００９７】
従って、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ（０．９３≦Ｘ１≦１）で構成される電流注入部１１０ａのＡｌ組成比Ｘ１（％）に対してＸ２＝２．２・Ｘ１−１４４．８で表されるＡｌ組成比Ｘ２（％）以下のＡｌ組成比を持つＡｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓ層を、上記本発明の好ましい第１および第２の実施の形態のＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層１７３に代えて使用すれば、酸化をそのＡｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓ層で確実に停止することができる。なお、上記本発明の好ましい第１および第２の実施の形態では、電流注入部１１０ａのＡｌ組成比Ｘ１は９７％なので、Ｘ２＝２．２・Ｘ１−１４４．８なる式に当てはめると、Ｘ２＝２．２・９７−１４４．８＝６８．６（％）となり、上記本発明の好ましい第１および第２の実施の形態ではＸ２＝６０％のＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層１７３を使用しているので、この層１７３で酸化を確実に止めることができる。
【００９８】
なお、このように酸化を停止する層として使用する層のＡｌ組成比は０．４０以上、０．６５以下であることが好ましい。これは、０．４０以下であると、停止層に至るまでに酸化が停止してしまうことがあること、０．６５以下であるのは、Ａｌ組成０．８５以上の電流狭窄層に用いられるＡｓ化合物よりも１００分の１以下の酸化速度しかないためである。  また、このように酸化を停止する層として使用する層の膜厚は１．５ｎｍ以上、４．５ｎｍ以下であることが好ましい。これは前述の組成範囲で上記膜厚があれば確実に酸化を停止することができ、抵抗の上昇も抑えられる。
【００９９】
上記本発明の好ましい実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ層１７１ｂ、１７２ｂ、の組成を電流狭窄層１１０の電流注入部１１０ａと同じＡｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓとしたが、電流注入部１１０ａよりもＡｌ含有量の少ないＡｌＧａＡｓとしてもよい。
【０１００】
また、上記本発明の好ましい実施の形態では、擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７１、１７２、１７４、１７５を  ＡｌＧａＡｓ層１７１ｂ、１７２ｂ、１７４ｂ、１７５ｂおよびＧａＡｓ層１７１ａ、１７２ａ、１７４ａ、１７５ａで構成したが、擬似的ＡｌＧａＡｓ層１７１、１７２、１７４、１７５の各層を第１のＡｌＧａＡｓと、それよりもＡｌ含量が少ない第２のＡｌＧａＡｓであって、第１のＡｌＧａＡｓよりも電流狭窄層側の第２のＡｌＧａＡｓとで構成してもよい。
【０１０１】
酸化物領域１１１ｂと酸化されていない半導体領域１１１ｃとの境界のばらつきｔ１、および酸化物領域１０９ｂと酸化されていない半導体領域１０９ｃとの境界のばらつきｔ１、すなわち、酸化物領域１１１ｂと酸化されていない半導体領域１１１ｃとの境界の凹凸ｔ１、および酸化物領域１０９ｂと酸化されていない半導体領域１０９ｃとの境界の凹凸ｔ１は好ましくは、２ｎｍ以下である。
【０１０２】
また、好ましくは、電流注入部１１０ａの膜厚は、半導体レーザ素子１００の発振波長の１／４以下であり、より好ましくは、１０ｎｍ以上、４０ｎｍ以下である。これは電流狭窄効果を確実にし、かつ、散乱の効果を最小にするためである。ただし、上述したように、組成傾斜層を酸化狭窄部の一部として設計することもできる。
【０１０３】
上記本発明の好ましい実施の形態の半導体レーザ素子は、面発光レーザ素子であったが、上記本発明の好ましい実施の形態の半導体レーザ素子の構造や製造方法は、端面発光型半導体レーザ素子にも適用でき、その場合には、電流狭窄層１１０は、中央の電流注入部１１０ａとその両側の電流狭窄部１１０ｂとから構成される。
【０１０４】
本願において、凹凸はＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で測定された。また、メサポストに形成される酸化狭窄層の場合、メサポストの外周側、つまり、酸化部分の基部と、メサポストの中心側、つまり、酸化部分の面内での先端部の積層方向において凹凸が大きくなるため、本願では、基部や先端部での大きな凹凸を避けるために、酸化部分の酸化方向の中央部付近の凹凸の比較的均一な部分で測定を行った。
【０１０５】
本願の実施の形態においては、酸化狭窄層を、発振光の回折を最小にするように、共振器内の光の定在波の節の位置（電流の広がりを考慮して、活性層から見て１番目、あるいは２番目が都合がよい）に設定したが、閾値を下げるために、さらに活性層に接近させて形成してもよい。さらに、電流狭窄層を活性層の上下に形成して電流狭窄効果を高めることもできる。
【０１０６】
上述の実施の形態は共振器内に酸化狭窄層を設けた場合について説明してきたが、ＡｌＧａＡｓ/ＧａＡｓのペアからなる半導体ＤＢＲミラーに酸化狭窄層を含む面発光レーザに適用し、ミラーの剥離を抑制することもできる。
【０１０７】
上述の実施の形態においては、ＧａＡｓ基板上に形成したＡｌからなる酸化狭窄層とその周囲に設けられた組成傾斜層について説明してきたが、ＩｎＧａＡｓからなる基板上にＩｎＧａＡｓ歪み量子井戸構造からなる活性層、活性層上にＩｎＡｌＡｓからなる酸化狭窄層を設け、さらにその酸化狭窄層の両側に組成傾斜層を設けるなど、基板やその他の層について他のＩＩＩ−Ｖ族化合物を用いても良い。
【０１０８】
なお、実施の形態では、活性層がＩｎＧａＡｓ系材料で形成された発振波長が１．１μｍ帯である面発光レーザ素子を例にとって説明したが、面発光レーザ素子の発振波長帯や活性層等を構成する材料は、適宜選択可能である。例えば、発振波長が８５０ｎｍであればＡｌＧａＡｓ系材料、また発振波長が１．３〜１．６μｍ帯である面発光レーザ素子は、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料及びＧａＩｎＮＡｓ系材料及びＧａＩｎＮＡｓＳｂ系材料を選択することが可能である。
【０１０９】
次に、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００を複数用いた面発光レーザアレイの例を図１７、１８を参照して説明する。一例として、図１７に示したように、面発光レーザアレイチップ７００がＣＬＣＣ（Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｌｅａｄｅｄ  ｃｈｉｐ  ｃａｒｒｉｅｒ）と呼ばれる周知のフラットパッケージ７１０に実装されたものを用いている。図では煩雑さを避けるために、金属キャスター（電極）７１４と面発光レーザアレイチップ７００との接続は省略してある。面発光レーザアレイチップ７００は図１８に示したように、中央部に設けられた複数の面発光型半導体レーザ素子１００からなる素子部７０２、及び周囲に設けられ、素子部７０２の複数の発光部と接続（図示せず）された複数の電極パッド７０６を有している。さらに、各電極パッド７０６はフラットパッケージ７１２の金属キャスター７１４と接続（図示せず）されている。各発光部は、フラットパッケージ７１２と接続された（図示しない）外部制御回路によって発光制御され、所定の波長のレーザ光を射出する。
【０１１０】
次に、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００を光学機器に適用した例について図面を参照して説明する。図１９は、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００を発光素子のパッケージに適応したときの構成を示す概略縦断面図である。面発光レーザパッケージ３００は、面発光型半導体レーザ素子１００、基板３０４および電極３０６からなる面発光レーザモジュール、レンズ３１６、ハウジング３１０、光ファイバマウント３１２、光ファイバ３１４とからなる。電極３０６は、外部の制御回路（図示せず）に電気的に接続され、面発光レーザパッケージの発光が制御されている。面発光型半導体レーザ素子１００から出射したレーザ光はレンズ３１６で集光され光ファイバ３１４に結合される。
【０１１１】
図２０は、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００を光記憶媒体への書き込み／読み出し装置のピックアップに適応したときの構成を示す概略縦断面図である。ピックアップ３５０は、面発光型半導体レーザ素子１００、基板３５４、電極３５６、駆動ＩＣ３５８、およびこれらの要素を封止する樹脂３６０からなる面発光レーザモジュールと、レンズ３７６、ハーフミラー３７０、回折格子３７４、光センサー３８０、光記憶媒体３７２とからなる。樹脂３６０の出射面は凸状に加工されレンズ３６２を構成している。電極３５４６は、外部の制御回路（図示せず）に電気的に接続され、レーザピックアップの発光が制御されている。面発光型半導体レーザ素子１００から出射したレーザ光は、レンズ３６２で平行光とされ、ハーフミラー３７０で反射された後、レンズ３７６によって集光され光記憶媒体３７２の所定の箇所に集光される。また、光媒体で反射された光は光センサー３８０に入射される。ここでは、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光型半導体レーザ素子１００を複数有する面発光レーザ素子アレイを通信用の発光素子パッケージ、あるいは光ディスク用ピックアップに適用した例を示したがこれに限られず、測量機器、レーザーポインター、光学マウス、あるいは、プリンタ、フォトレジストの走査露光用光源、レーザポンピング用光源や、加工用ファイバレーザの光源等の光学機器として用いることもできる。
【０１１２】
図２１は、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００を適用した光送受信モジュールの概略構成図である。図２１に示すように、光送受信モジュール４００は、保持部材４０２、光導波路（光ファイバ）４１２と、保持部材４０２上で光導波路（光ファイバ）４１２の位置決め用のスペーサ４１０、光導波路（光ファイバ）４１２を介して光信号を送信する面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光型半導体レーザ素子１００を複数有する面発光レーザ素子アレイ及び光信号を受信する受光素子４０４、面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイの発光状態を制御する駆動回路４０６、受光素子４０４で受信された信号を増幅する増幅回路４０８とで構成されている。面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイは外部の制御部（図示せず）からの制御信号によって駆動回路４０６を介して発光制御され、受光素子４０４で受信された信号が増幅回路４０８を介して制御部へ送信される。煩雑さを避けるために、駆動回路４０６と面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイおよび増幅回路４０８と受光素子４０４のワイヤボンディングは省略している。
【０１１３】
図２２〜図２４は図２１における面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイと、光導波路４１２との光結合部分の概略構成図であり、基板５００、面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイ、光導波路４１２は図２２〜図２４で共通している。図２２では、導波路４１２の端面が光軸に対してほぼ４５度に傾斜するように加工されており、さらにこの傾斜面が反射面５０４として、反射膜のコーティング等による鏡面加工が施され、面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイから出射した光は、導波路４１２の下面から導波路に入射され、傾斜面５０４で反射されて光導波路４１２内を伝播する。図２３では、面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイ上、光導波路４１２の端面側方に内部に反射面５０４の設けられたミラーアセンブリ５０６が設置されて、面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイから出射した光は、ミラーアセンブリ５０６の下面から入射され、反射面５０４で反射され、ミラーアセンブリ５０６から出射された光が光導波路４１２に結合されて光導波路４１２内を伝播する。ミラーアセンブリ５０６の入射面あるいは／および出射面にはマイクロレンズ（アレイ）が設けられてもよい。図２４は、コネクタハウジング５１２内に光ファイバ４１２が配置され、さらに光ファイバ心線の曲部５１４の端部が面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイに対向するように配置され、面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイから出射した光が光ファイバ４１２に結合される。
【０１１４】
次に、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光型半導体レーザ素子１００を複数有する面発光レーザ素子アレイを通信システムに適用した例を示す。図２５には、面発光型半導体レーザ素子１００あるいは面発光レーザ素子アレイを用いた波長多重伝送システムの構成例が示されている。図２５の波長多重伝送システムはコンピュータ、ボードあるいはチップ６０２、通信制御回路（ＣＰＵ，ＭＰＵ、光―電気変換回路、電気―光変換回路、波長制御回路）６０４、面発光型半導体レーザ素子１００を複数有する面発光レーザ素子アレイ６０６、受光素子集積部６０８、合波器６１０、分波器６１２、電気配線６１６、光ファイバ６１７、６１８、通信対象のネットワーク、ＰＣ、ボード、チップなど６１４からなる。図２５の波長多重伝送システムでは、発振波長の異なる複数の面発光レーザ素子を配列して面発光レーザアレイ６０６を構成し、面発光レーザアレイ６０６の各面発光レーザ素子からの各発振光を合波器を通して１本の光ファイバに結合させるように構成されている。このような構成では、１本のファイバで、高スループットに大容量の信号伝送ができる。このように、本発明の好ましい実施の形態の面発光レーザアレイは、モードが安定しており、且つ、各発振波長が安定しているので、高い信頼性で高密度大容量の波長多重伝送が可能になる。なお、本実施形態では各面発光レーザアレイ６０６あるいは受光素子集積部６０８からの出力用光ファイバあるいは入力用光ファイバは合波器６１０あるいは分波器６１２を用いて1本の光ファイバに結合されているが、用途に応じては出力用光ファイバあるいは入力用光ファイバをそのまま通信対象のネットワーク、ＰＣ、ボード、チップなど６１４に接続して並列伝送システムとすることもできる。この場合、本発明の好ましい実施の形態の面発光レーザアレイは、モードが安定しており、且つ、各波長が安定しているので、複数の光源をもつ信頼性の高い並列伝送システムの構築が容易になる。
【０１１５】
以上、本発明の種々の典型的な実施の形態を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【０１１６】
１００  面発光型半導体レーザ素子
１０１  基板
１０２  下部ＤＢＲミラー
１０３  バッファ層
１０４  ｎ＋型コンタクト層
１０５  ｎ型スペーサ層
１０６  活性層
１０８  第１のｐ型スペーサ層
１０９  下部組成傾斜層
１０９’  下部擬似的組成傾斜層
１０９ａ  半導体領域
１０９ｂ  酸化物領域
１０９ｃ  半導体領域
１１０  電流狭窄層
１１０ａ  電流注入部
１１０ｂ  電流狭窄部
１１０’  Ａｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓ層
１１１  上部組成傾斜層
１１１’  上部擬似的組成傾斜層
１１１ａ  半導体領域
１１１ｂ  酸化物領域
１１１ｃ  半導体領域
１１２  第２のｐ型スペーサ層
１１５  ｐ＋型コンタクト層
１２０  共振器
１２１  ｐ側円環状電極
１２５  開口
１３０  メサポスト
１３１  ｎ側電極
１３２  側面
１４１  誘電体層
１４３  ＳｉＯ２膜
１４４  ＳｉＮｘ膜
１４５  パッシベーション膜
１５０  上部ＤＢＲミラー
１６１、１６２  領域
１６５、１６６  酸化方向
１７１、１７２、１７４、１７５  擬似的ＡｌＧａＡｓ層
１７１ａ、１７２ａ、１７４ａ、１７５ａ  ＧａＡｓ層
１７１ｂ、１７２ｂ、１７４ｂ、１７５ｂ  ＡｌＧａＡｓ層
１７３  Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層
１７３’  酸化停止層
１７６、１７７、１７８  組成傾斜層
１８１〜１８５  擬似的ＡｌＧａＡｓ層
１８１ａ〜１８５ａ  ＧａＡｓ層
１８１ｂ〜１８５ｂ  ＡｌＡｓ層
【図１】
2012019041.tif 000003
【図２】
2012019041.tif 000004
【図３】
2012019041.tif 000005
【図４】
2012019041.tif 000006
【図５】
2012019041.tif 000007
【図６】
2012019041.tif 000008
【図７】
2012019041.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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