(57)【要約】【課題】応答が高速な面発光レーザ素子を提供する。【解決手段】面発光レーザ素子は、低高屈折率層の組が積層され光共振器を構成する第１、第２反射鏡と、その間の活性層と、光共振方向で活性層を挟んで第１反射鏡側の第１電極、第２反射鏡側の第２電極と、活性層−第２反射鏡の最外表面間の、電流注入部と、その外周に形成され電流注入部より電気伝導率が低い電流狭窄部と、を有する１以上の電流狭窄層と、活性層−第２反射鏡の最外表面間の１以上の電流拡散層と、を備え、第２電極は第２反射鏡の最外表面より活性層側に配置され、第１、第２反射鏡は活性層−電極間の組が１０以下とされ、電流拡散層はドーピング濃度が活性層−第２反射鏡間の他の層の１０倍以上とされ層厚が１０ｎｍ以上であり、電流狭窄部の少なくとも１つの内径の積層方向での極小位置と、電流拡散層の少なくとも１つの積層方向での中心と、の距離が光路長としてλ／４以下とされている。【選択図】図１
2016004944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低屈折率層と高屈折率層との組が１組以上積層され、光共振器を構成する第１反射鏡および第２反射鏡と、
前記第１反射鏡と前記第２反射鏡との間に配置された活性層と、
前記光共振器の光共振方向において前記活性層を挟んで前記第１反射鏡側に配置される第１電極および前記第２反射鏡側に配置される第２電極と、
前記活性層と前記第２反射鏡の前記活性層から最も離れた最外表面との間に配置され、電流注入部と、前記電流注入部の外周に形成され前記電流注入部より電気伝導率が低い電流狭窄部と、を有する１層以上の電流狭窄層と、
前記活性層と前記第２反射鏡の前記最外表面との間に配置された１層以上の電流拡散層と、を備え、
前記第２電極は、前記第２反射鏡の前記最外表面より前記活性層に近い位置に配置され、
前記第１反射鏡および前記第２反射鏡は、前記活性層と前記電極との間に配置される前記組が１０組以下とされており、
前記電流拡散層は、ドーピング濃度が前記活性層と前記第２反射鏡との間に位置する他の半導体層のドーピング濃度の１０倍以上とされ、層厚が１０ｎｍ以上であり、
前記電流狭窄部の少なくとも１つにおける内径が積層方向において極小となる位置と、前記電流拡散層の少なくとも１つにおける前記積層方向での中心と、の距離が光路長としてλ／４以下とされていることを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項２】
前記活性層に最も近い前記電流狭窄層よりも、前記活性層に最も近い前記電流拡散層が、前記活性層から離れて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項３】
前記光共振器内に生じる光の定在波の所定の隣接する腹の間に、前記電流狭窄部の少なくとも１つにおける内径が前記積層方向において極小となる位置と、前記電流拡散層の少なくとも１つにおける前記積層方向での中心と、の両方が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の面発光レーザ素子。
【請求項４】
前記電流狭窄部の少なくとも１つにおける内径が前記積層方向において極小となる位置と、前記電流拡散層の少なくとも１つにおける前記積層方向での中心と、の距離が光路長として０．２λ以下とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項５】
前記電流狭窄部の内径が前記積層方向において極小となる位置と、前記電流拡散層の前記積層方向の中心とのうち、少なくともいずれか一方が、前記定在波の節から光路長として０．１λ以内の位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項６】
前記電流狭窄部の少なくとも１つにおける内径が前記積層方向において極小となる位置と、前記電流拡散層の少なくとも１つにおける前記積層方向での中心と、の距離が光路長として０．１λ以下とされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項７】
前記電流狭窄部の内径が前記積層方向において極小となる位置と、前記電流拡散層の前記積層方向の中心とのうち、少なくともいずれか一方が、前記定在波の節から光路長として０．０７５λ以内の位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項８】
前記電流拡散層のドーピング濃度が１×１０１９ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項９】
前記電流拡散層のドーピング濃度が１×１０２０ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１０】
前記電流狭窄層の層厚は、５０ｎｍ以下であり、
前記電流拡散層の層厚は、５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１１】
少なくとも１カ所以上で前記電流拡散層と前記電流狭窄部とが接していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１２】
前記第２反射鏡は、誘電体多層膜からなる外側反射部と、該外側反射部と前記活性層との間に配置された導電性多層膜からなる中間反射部とを含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信における信号光源として面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）が使用される場合がある。近年、信号光源には、たとえば変調速度２０Ｇｂｐｓを超える高速変調が求められている。そのため、面発光レーザ素子には、注入された変調電流に対する応答速度が高速であることが求められている。
【０００３】
面発光レーザ素子の応答速度を高速にする方法として、電流狭窄層を形成して活性層に注入される電流密度を高めることや、電流拡散層を形成して低抵抗化することが開示されている（たとえば特許文献１参照）。また、電流狭窄層は素子の寄生容量に寄与するので、電流狭窄層および電流拡散層を複数層形成して多段化することによって、さらに応答速度を高速にすることができる。
【０００４】
ここで、電流狭窄層および電流拡散層は、面発光レーザ素子の光共振器内に発生する光の定在波の節の位置に配置されることが好ましい。これは、電流狭窄層および電流拡散層の光散乱や光吸収による損失を低減するためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１７４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電流狭窄層および電流拡散層を多段化すると、面発光レーザ素子のモード体積が増大し、かえって応答速度が遅くなる場合があるという課題がある。ここで、モード体積とは、光共振器内に発生した光の定在波の存在する体積に、その電界強度で重みをつけた体積であって、実効的な光共振器長を決定する特性値である。したがって、モード体積の増大は、実効的に光共振器長が長くなることに相当し、注入電流に対する面発光レーザ素子の応答速度を遅くする。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、変調電流に対する応答速度が高速な面発光レーザ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る面発光レーザ素子は、低屈折率層と高屈折率層との組が１組以上積層され、光共振器を構成する第１反射鏡および第２反射鏡と、前記第１反射鏡と前記第２反射鏡との間に配置された活性層と、前記光共振器の光共振方向において前記活性層を挟んで前記第１反射鏡側に配置される第１電極および前記第２反射鏡側に配置される第２電極と、前記活性層と前記第２反射鏡の前記活性層から最も離れた最外表面との間に配置され、電流注入部と、前記電流注入部の外周に形成され前記電流注入部より電気伝導率が低い電流狭窄部と、を有する１層以上の電流狭窄層と、前記活性層と前記第２反射鏡の前記最外表面との間に配置された１層以上の電流拡散層と、を備え、前記第２電極は、前記第２反射鏡の前記最外表面より前記活性層に近い位置に配置され、前記第１反射鏡および前記第２反射鏡は、前記活性層と前記電極との間に配置される前記組が１０組以下とされており、前記電流拡散層は、ドーピング濃度が前記活性層と前記第２反射鏡との間に位置する他の半導体層のドーピング濃度の１０倍以上とされ、層厚が１０ｎｍ以上であり、前記電流狭窄部の少なくとも１つにおける内径が積層方向において極小となる位置と、前記電流拡散層の少なくとも１つにおける前記積層方向での中心と、の距離が光路長としてλ／４以下とされていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記活性層に最も近い前記電流狭窄層よりも、前記活性層に最も近い前記電流拡散層が、前記活性層から離れて配置されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記光共振器内に生じる光の定在波の所定の隣接する腹の間に、前記電流狭窄部の少なくとも１つにおける内径が前記積層方向において極小となる位置と、前記電流拡散層の少なくとも１つにおける前記積層方向での中心と、の両方が配置されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記電流狭窄部の少なくとも１つにおける内径が前記積層方向において極小となる位置と、前記電流拡散層の少なくとも１つにおける前記積層方向での中心と、の距離が光路長として０．２λ以下とされていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記電流狭窄部の内径が前記積層方向において極小となる位置と、前記電流拡散層の前記積層方向の中心とのうち、少なくともいずれか一方が、前記定在波の節から光路長として０．１λ以内の位置に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記電流狭窄部の少なくとも１つにおける内径が前記積層方向において極小となる位置と、前記電流拡散層の少なくとも１つにおける前記積層方向での中心と、の距離が光路長として０．１λ以下とされていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記電流狭窄部の内径が前記積層方向において極小となる位置と、前記電流拡散層の前記積層方向の中心とのうち、少なくともいずれか一方が、前記定在波の節から光路長として０．０７５λ以内の位置に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記電流拡散層のドーピング濃度が１×１０１９ｃｍ−３以上であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記電流拡散層のドーピング濃度が１×１０２０ｃｍ−３以上であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記電流狭窄層の層厚は、５０ｎｍ以下であり、前記電流拡散層の層厚は、５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、少なくとも１カ所以上で前記電流拡散層と前記電流狭窄部とが接していることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記第２反射鏡は、誘電体多層膜からなる外側反射部と、該外側反射部と前記活性層との間に配置された導電性多層膜からなる中間反射部とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、変調電流に対する応答速度が高速な面発光レーザ素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、実施の形態に係る面発光レーザ素子の模式的な断面図である。
【図２】図２は、図１に示す半導体層の一部の模式的な断面図である。
【図３】図３は、変形例１に係る面発光レーザ素子の一部の模式的な断面図である。
【図４】図４は、変形例２に係る面発光レーザ素子の一部の模式的な断面図である。
【図５】図５は、変形例３に係る面発光レーザ素子の一部の模式的な断面図である。
【図６】図６は、変形例４に係る面発光レーザ素子の一部の模式的な断面図である。
【図７】図７は、変形例５に係る面発光レーザ素子の一部の模式的な断面図である。
【図８】図８は、変形例６に係る面発光レーザ素子の一部の模式的な断面図である。
【図９】図９は、変形例７に係る面発光レーザ素子の一部の模式的な断面図である。
【図１０】図１０は、変形例８に係る面発光レーザ素子の一部の模式的な断面図である。
【図１１】図１１は、電流拡散層を多段化した面発光レーザ素子の一部の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、図面を参照して本発明に係る面発光レーザ素子の実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００２３】
（実施の形態）
図１は、実施の形態に係る面発光レーザ素子の模式的な断面図である。図１に示すように、面発光レーザ素子１００は、面方位（００１）のｎ型ＧａＡｓからなる基板１上に積層された、第１反射鏡として機能するアンドープの下部ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）ミラー２、ｎ型コンタクト層３、第１電極としてのｎ側電極４、ｎ型クラッド層５、活性層６、ｐ型クラッド層７、電流狭窄層８、電流拡散層９、ｐ型スペ−サ層１０、ｐ型コンタクト層１１、第２電極としてのｐ側電極１２、位相調整層１３、および第２反射鏡として機能する上部誘電体ＤＢＲミラー１４を備える。
【００２４】
ｐ型コンタクト層１１およびｎ型コンタクト層３は、下部ＤＢＲミラー２と上部誘電体ＤＢＲミラー１４との間に配置されている。活性層６は、下部ＤＢＲミラー２と上部誘電体ＤＢＲミラー１４との間に配置されている。電流狭窄層８および電流拡散層９は、活性層６と上部誘電体ＤＢＲミラー１４との間に配置されている。ｐ側電極１２はｐ型コンタクト層１１上に形成され、ｎ側電極４はｎ型コンタクト層３上に形成されている。
【００２５】
ｎ型クラッド層５からｐ型コンタクト層１１までの積層構造は、エッチング処理等によって柱状に成形されたメサポストとして形成されている。メサポスト径はたとえば直径３０μｍである。また、ｎ型コンタクト層３はメサポストの外周側に延在している。また、下部ＤＢＲミラー２と上部誘電体ＤＢＲミラー１４とは光共振器を構成している。
【００２６】
下部ＤＢＲミラー２は、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１上に積層されたアンドープＧａＡｓバッファ層（不図示）上に形成される。下部ＤＢＲミラー２は、低屈折率層として機能するＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層と、高屈折率層として機能するＧａＡｓ層とを１組とする複合半導体層がたとえば４０．５組積層された、周期構造を有する半導体多層膜ミラーとして形成されている。下部ＤＢＲミラー２の複合半導体層を構成する各層の層厚は、λ／４ｎ（λ：レーザ発振波長、ｎ：屈折率、すなわち光路長としてはλ／４）の奇数倍である。たとえば、λが１０６０ｎｍで層厚がλ／４ｎの場合、ＡｌＧａＡｓ層の層厚は約８８ｎｍであり、ＧａＡｓ層の層厚は約７６ｎｍである。
【００２７】
ｎ型コンタクト層３およびｎ型クラッド層５は、ｎ型ＧａＡｓやＡｌＧａＡｓを材料として形成される。
【００２８】
ｐ型クラッド層７およびｐ型スペ−サ層１０は、ｐ型ＧａＡｓやＡｌＧａＡｓを材料として形成される。
【００２９】
電流拡散層９およびｐ型コンタクト層１１は、ｐ型ＧａＡｓやＡｌＧａＡｓを材料として形成される。
【００３０】
ｐ型クラッド層７およびｐ型スペ−サ層１０のドーピング濃度は、ｐ型ドーパントによる吸収損失の増加を防ぐため、たとえば３×１０１７ｃｍ−３程度となっている。また、電流拡散層９およびｐ型コンタクト層１１のドーピング濃度は、活性層６と上部誘電体ＤＢＲミラー１４との間に位置する他の半導体層のドーピング濃度の１０倍以上とされていることが好ましく、低抵抗化の観点では、１×１０１９ｃｍ−３以上であることが好ましく、１×１０２０ｃｍ−３以上であることがさらに好ましい。
【００３１】
電流狭窄層８は、電流注入部８ａと電流狭窄部８ｂとから構成されている。電流注入部８ａはＡｌ１−ｘＧａｘＡｓ（０≦ｘ＜０．１）からなり、電流注入部８ａより電気伝導率が低い電流狭窄部８ｂは（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２Ｏ３からなる。
【００３２】
電流狭窄層８は、Ａｌ１−ｘＧａｘＡｓからなるＡｌ含有半導体層を選択酸化熱処理することによって形成される。すなわち、電流狭窄部８ｂは、このＡｌ含有半導体層がメサポストの外周部から積層面に沿って所定範囲だけ酸化されることで、電流注入部８ａの外周にリング状に形成されている。電流狭窄部８ｂは、絶縁性を有し、ｐ側電極１２から注入される電流を狭窄して電流注入部８ａ内に集中させることで、活性層６における電流注入部８ａの直下の領域に注入される電流密度を高める機能を有する。電流狭窄部８ｂの内径（図２における内径Ｄ）は、高速動作と信頼性の観点では、たとえば４μｍ〜１５μｍが好ましい。さらに、高次の横モード発振を抑制するためには、たとえば４μｍ〜８μｍがさらに好ましい。
【００３３】
活性層６は、井戸層と障壁層とが交互に積層した多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）層の両側を分離閉じ込め（ＳＣＨ：Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層で挟んだＭＱＷ−ＳＣＨ構造を有する。この活性層６は、ｐ側電極１２から注入されて電流狭窄層８によって狭窄された電流により、電流注入部８ａの直下付近の発光領域において自然放出光を発光する。活性層６は、たとえば１．０μｍ〜１．１μｍ（１．０μｍ帯とする）の波長の光を含む自然放出光を発するようにその半導体材料の組成および層厚が設定されている。たとえば、井戸層は所望の波長帯域の光を放出するように選択される材料であるＧａＩｎＡｓ系の半導体材料からなる。障壁層は井戸層に対して障壁となるように、たとえばＧａＡｓからなる。
【００３４】
ｐ側電極１２は、ｐ型コンタクト層１１上に開口部を有するリング状に形成されている。一方、ｎ側電極４は、メサポストの外周側に延在したｎ型コンタクト層３の延在部分の表面に形成され、メサポストの周囲を取り囲むように開口部を有するＣ字状に形成されている。
【００３５】
ｐ側電極１２の開口部内には、たとえば誘電体である窒化珪素（ＳｉＮｘ）からなる円板状の位相調整層１３が形成されている。この位相調整層１３は、光共振器を構成する下部ＤＢＲミラー２と上部誘電体ＤＢＲミラー１４との間に形成される光の定在波の節や腹の位置を適正に調整する機能を有する。
【００３６】
さらに、位相調整層１３上には、誘電体からなる上部誘電体ＤＢＲミラー１４が形成されている。上部誘電体ＤＢＲミラー１４は、低屈折率層として機能するＳｉＯ２層と、高屈折率層として機能するＳｉＮｘ層とを１組とする複合誘電体層がたとえば１０組積層された、周期構造を有する誘電体多層膜ミラーとして形成されており、下部ＤＢＲミラー２と同様に各低屈折率層および各高屈折率層の層厚が光路長としてλ／４の奇数倍とされている。
【００３７】
また、半導体層表面には、保護膜としてのパッシベーション膜（不図示）が形成される。このパッシベーション膜はｎ側電極４上に乗り上げるように形成されてもよい。
【００３８】
つぎに、この面発光レーザ素子１００の動作について説明する。はじめに、不図示のレーザ制御器が、ｐ側電極１２とｎ側電極４との間に電圧を印加し電流を注入する。ｐ側のキャリア（ホール）は、ｐ型コンタクト層１１とｐ型スペ−サ層１０と電流拡散層９とを流れる。このとき、キャリアはｐ型コンタクト層１１および電流拡散層９では層内を紙面横方向に流れる。さらに、キャリアは電流狭窄層８の電流注入部８ａ内に集中して密度が高められた状態で、活性層６の発光領域に注入される。一方、ｎ側のキャリア（電子）については、ｎ側電極４からｎ型コンタクト層３、ｎ型クラッド層５を通過して、活性層６に注入される。
【００３９】
このように、本実施の形態に係る面発光レーザ素子１００において、ｐ側電極１２は、光共振器の光共振方向（積層方向）において、上部誘電体ＤＢＲミラー１４の活性層６から最も離れた最外表面より活性層６に近い位置に配置され、ｎ側電極４は、光共振器の光共振方向（積層方向）において、下部ＤＢＲミラー２の活性層６から最も離れた最外表面より活性層６に近い位置に配置されている。すなわち、面発光レーザ素子１００は、ｐ側のキャリアおよびｎ側のキャリアのいずれもが、ＤＢＲミラーを経由しないで活性層６に注入される、いわゆるダブルイントラキャビティ構造を有する。
【００４０】
キャリアが注入された活性層６は、自然放出光を発生する。発生した自然放出光は、活性層６の光増幅作用と光共振器の作用とによって、１．０μｍ波長帯のいずれかの波長においてレーザ発振する。その結果、この面発光レーザ素子１００は、上部誘電体ＤＢＲミラー１４上からレーザ光Ｌ１を出力する。レーザ発振時には光共振器内にレーザ光Ｌ１の定在波が形成されている。このため、レーザ光Ｌ１の波長は光共振器長に依存する値である。
【００４１】
ここで、レーザ光Ｌ１の定在波の腹および節の位置と、面発光レーザ素子１００の各層との位置関係について説明する。図２は、図１に示す半導体層の一部の模式的な断面図である。図２の右側には、光共振器内におけるレーザ光Ｌ１の定在波Ｗ１の電界強度の分布を模式的に図示している。定在波Ｗ１は、腹ＡＮ１、ＡＮ２と節Ｎ１、Ｎ２とを有する。
【００４２】
まず、発光領域である活性層６は、定在波Ｗ１の腹ＡＮ１の位置になるように配置されている。そして、電流狭窄層８および電流拡散層９は、節Ｎ１の位置の近傍に配置され、ｐ型コンタクト層１１は、節Ｎ２の位置の近傍に配置されている。そのため、電流狭窄層８、電流拡散層９、ｐ型コンタクト層１１の光散乱や光吸収による損失が低減されている。
【００４３】
このとき、電流狭窄層８と電流拡散層９とは、定在波Ｗ１の同一の節Ｎ１の位置の近傍に配置されている。そのため、電流狭窄層と電流拡散層とをそれぞれ定在波の異なる節の位置の近傍に配置させる場合に比べ、小さいモード体積で電流狭窄層８と電流拡散層９とを配置することができる。その結果、面発光レーザ素子１００の変調電流に対する応答速度を速くすることができる。そして、電流狭窄層８は、活性層６に注入される電流密度を高め、面発光レーザ素子１００の応答速度を高速にする。さらに、電流拡散層９は、注入されるホールに対して面発光レーザ素子１００を低抵抗化し、面発光レーザ素子１００の応答速度を高速にする。したがって、本実施の形態に係る面発光レーザ素子１００は、変調電流に対する応答速度が高速になる。
【００４４】
これに対して、たとえば電流狭窄層８と電流拡散層９とをそれぞれ定在波Ｗ１の異なる節の位置の近傍に配置する場合は、図２に示す場合よりも定在波Ｗ１がさらに一つ以上の節を持つように半導体層をより多く積層しなければならないので、モード体積が増大する。
【００４５】
なお、電流狭窄層８と電流拡散層９とは、たとえば、電流狭窄部８ｂの内径Ｄが積層方向において極小となる位置（図２における位置Ｐ１）と、電流拡散層９の積層方向での中心（図２における位置Ｐ２）と、の距離ｄが光路長としてλ／４以下となるように配置されていることが好ましい。その結果、電流狭窄層８と電流拡散層９との両方を定在波の節近傍に配置し、かつモード体積を小さくすることができ、面発光レーザ素子１００は、変調電流に対する応答速度が高速になる。さらに好適な例として、上記距離ｄが光路長として０．２λ以下であれば好ましく、０．１λ以下であればより好ましい。
【００４６】
また、光共振器内に生じる光の定在波Ｗ１の隣接する腹ＡＮ１、ＡＮ２の間に、電流狭窄部８ｂの内径Ｄが積層方向において極小となる位置（位置Ｐ１）と、電流拡散層９の積層方向での中心（位置Ｐ２）と、の両方が配置されていることが好ましい。その結果、電流狭窄層８と電流拡散層９とが離れて配置されることによりモード体積が増大することが抑制される。
【００４７】
また、電流狭窄層８と電流拡散層９とは、たとえば、電流狭窄層８の電流狭窄部８ｂの内径Ｄが積層方向において極小となる位置（位置Ｐ１）と、電流拡散層９の積層方向での中心（位置Ｐ２）とのうち、少なくともいずれか一方が、節Ｎ１から光路長として０．１λ以内の位置に配置されていることが好ましい。この範囲内において定在波Ｗ１の電界強度は、最大値から１／３以下となるため、電流狭窄層８および電流拡散層９の少なくともいずれか一方の光散乱や光吸収による損失がいっそう抑制される。また、位置Ｐ１および位置Ｐ２の両方が、節Ｎ１から光路長として０．１λ以内の位置に配置されているとより好ましい。
【００４８】
さらに、電流狭窄層８と電流拡散層９とは、たとえば、電流狭窄層８の電流狭窄部８ｂの内径Ｄが積層方向において極小となる位置（位置Ｐ１）と、電流拡散層９の積層方向での中心（位置Ｐ２）とのうち、少なくともいずれか一方が、節Ｎ１から光路長として０．０７５λ以内の位置に配置されていることがより好ましい。この範囲内において定在波Ｗ１の電界強度は、最大値から１／５以下となるため、電流狭窄層８および電流拡散層９の少なくともいずれか一方の光散乱や光吸収による損失がよりいっそう抑制される。また、位置Ｐ１および位置Ｐ２の両方が、節Ｎ１から光路長として０．０７５λ以内の位置に配置されているとより好ましい。
【００４９】
また、電流狭窄層８の層厚は、たとえば５０ｎｍ以下であり、電流拡散層９の層厚は、たとえば５０ｎｍ以下であることが好ましい。電流狭窄層８および電流拡散層９が十分に薄くされていると、定在波Ｗ１の電界強度が十分弱い領域に電流狭窄層８および電流拡散層９を配置することができるためである。また、電流拡散層９の層厚は、キャリアが面内方向へ十分に拡散するために、たとえば１０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００５０】
また、電流狭窄層８と電流拡散層９とが接するように配置されていることが好ましい。電流狭窄層８および電流拡散層９を、空間効率良く定在波Ｗ１の電界強度が十分弱い領域に配置するためである。
【００５１】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、変調電流に対する応答速度が高速な面発光レーザ素子を提供することができる。
【００５２】
（変形例１）
つぎに、本発明の変形例１に係る面発光レーザ素子について説明する。図３は、変形例１に係る面発光レーザ素子の一部の模式的な断面図である。図３に示すように、本変形例１に係る面発光レーザ素子は、ｎ型クラッド層２０５と、活性層２０６と、ｐ型クラッド層２０７と、電流注入部２０８ａと電流狭窄部２０８ｂとを有する電流狭窄層２０８と、電流拡散層２０９−１と、ｐ型スペ−サ層２１０−１と、電流拡散層２０９−２と、ｐ型スペ−サ層２１０−２と、ｐ型コンタクト層２１１と、ｐ側電極２１２とを備える。本変形例１に係る面発光レーザ素子の基板、下部ＤＢＲミラー、ｎ型コンタクト層、ｎ側電極、位相調整層、上部誘電体ＤＢＲミラー、およびパッシベーション膜は、実施の形態と同一であるため図３への図示を省略した。また、図３の右側に示した光共振器内におけるレーザ光の定在波Ｗ２は、腹ＡＮ２１、ＡＮ２２、ＡＮ２３と節Ｎ２１、Ｎ２２、Ｎ２３とを有する。
【００５３】
ここで、上述したように、面発光レーザ素子の高速化のため、電流狭窄層、および電流拡散層を多段化して素子のＣＲ時定数を小さくし、変調電流に対する応答速度をさらに高速にする技術が知られている。図１１は、電流拡散層を多段化した面発光レーザ素子の一部の模式的な断面図である。図１１に示す面発光レーザ素子は、電流注入部１００８ａと電流狭窄部１００８ｂとを有する電流狭窄層１００８と、電流拡散層１００９−１と、電流拡散層１００９−２とを備える。その他の構成は実施の形態と同一であるため図１１への図示を省略した。図１１の右側に示した光共振器内におけるレーザ光の定在波Ｗ１０は、腹ＡＮ１０１、ＡＮ１０２、ＡＮ１０３、ＡＮ１０４、と節Ｎ１０１、Ｎ１０２、Ｎ１０３、Ｎ１０４とを有する。
【００５４】
図１１に示すように、イントラキャビティ構造の面発光レーザ素子において、電流狭窄層、および電流拡散層を多段化する場合、光の定在波の節の位置にそれぞれ一つの電流狭窄層、または電流拡散層を配置すると、モード体積が大きくなってしまい、応答速度が遅くなる、または高速化が制限されてしまうという課題があった。
【００５５】
一方、本変形例１に係る面発光レーザ素子においては、図３に示すように、電流狭窄層２０８および電流拡散層２０９−１は、隣接して１つの節Ｎ２１の位置の近傍に配置されている。さらに、その節Ｎ２１の位置より活性層２０６から離れた異なる節Ｎ２２の位置の近傍に電流拡散層２０９−２が配置されている。その結果、変形例１に係る面発光レーザ素子は、電流拡散層を多段化しているにもかかわらず、モード体積の増加を抑え、面発光レーザ素子の応答速度を高速とすることができる。このモード体積の増加を抑える効果は、電流狭窄層、および電流拡散層を多段にするほど大きい。そして、電流狭窄部の内径が積層方向において極小となる位置と、電流拡散層の積層方向での中心と、の距離を、たとえば光路長としてλ／４以下とする構成を複数（多段）に設けることで、さらなる高速化が実現できる。
【００５６】
以上のように、本変形例１に係る面発光レーザ素子は、電流狭窄層２０８により活性層２０６に注入される電流密度を高め、多段化した電流拡散層２０９−１、２０９−２により低抵抗化を実現すると同時に、モード体積の増大を抑制している。したがって、本変形例１に係る面発光レーザ素子は、変調電流に対する応答速度が高速な面発光レーザ素子である。
【００５７】
このように、隣接して１つの節の位置の近傍に配置された電流狭窄層および電流拡散層の他に、さらに電流拡散層を配置してもよい。このとき、多段化された電流拡散層によって、さらなる低抵抗化を実現し、面発光レーザ素子の変調電流に対する応答速度を高速とすることができる。
【００５８】
（変形例２）
つぎに、本発明の変形例２に係る面発光レーザ素子について説明する。図４は、変形例２に係る面発光レーザ素子の一部の模式的な断面図である。図４に示すように、本変形例２に係る面発光レーザ素子は、ｎ型クラッド層３０５と、活性層３０６と、ｐ型クラッド層３０７と、電流注入部３０８−１ａと電流狭窄部３０８−１ｂとを有する電流狭窄層３０８−１と、電流拡散層３０９−１と、ｐ型スペ−サ層３１０−１と、電流注入部３０８−２ａと電流狭窄部３０８−２ｂとを有する電流狭窄層３０８−２と、電流拡散層３０９−２と、ｐ型スペ−サ層３１０−２と、電流拡散層３０９−３と、ｐ型スペ−サ層３１０−３と、ｐ型コンタクト層３１１と、ｐ側電極３１２とを備える。本変形例２に係る面発光レーザ素子の基板、下部ＤＢＲミラー、ｎ型コンタクト層、ｎ側電極、位相調整層、上部誘電体ＤＢＲミラー、およびパッシベーション膜は、実施の形態と同一であるため図４への図示を省略した。また、図４の右側に示した光共振器内におけるレーザ光の定在波Ｗ３は、腹ＡＮ３１、ＡＮ３２、ＡＮ３３、ＡＮ３４と節Ｎ３１、Ｎ３２、Ｎ３３、Ｎ３４とを有する。
【００５９】
ここで、図４に示すように、電流狭窄層３０８−１および電流拡散層３０９−１は、隣接して１つの節Ｎ３１の位置の近傍に配置されている。さらに、電流狭窄層３０８−２および電流拡散層３０９−２は、その節Ｎ３１の位置より活性層３０６から離れた異なる節Ｎ３２の位置の近傍に隣接して配置されている。そして、その節Ｎ３２の位置より活性層３０６から離れた異なる節Ｎ３３の位置の近傍に電流拡散層３０９−３が配置されている。その結果、多段化した電流狭窄層３０８−１、３０８−２により活性層３０６に注入される電流密度を高め、多段化した電流拡散層３０９−１、３０９−２、３０９−３により低抵抗化を実現すると同時に、モード体積の増大を抑制している。したがって、本変形例２に係る面発光レーザ素子は、変調電流に対する応答速度が高速な面発光レーザ素子である。
【００６０】
このように、隣接して１つの節の位置の近傍に配置された電流狭窄層と電流拡散層との組を複数組配置してもよい。電流狭窄層を多段化することは、面発光レーザ素子に含まれるキャパシタを複数に分割して直列に接続する構造とすることに相当し、素子容量を小さくできるため、面発光レーザ素子の変調電流に対する応答速度を高速とすることができる。
【００６１】
また、図４に示すように、電流狭窄層３０８−１の電流狭窄部３０８−１ｂの内径に対して、電流狭窄層３０８−２の電流狭窄部３０８−２ｂの内径を大きくしてもよい。その結果、ｐ側電極３１２から活性層３０６に到る電流経路において複数の電流狭窄層によって徐々に電流が狭窄されることとなるので、素子抵抗の増大を抑制することができる。
【００６２】
（変形例３）
つぎに、本発明の変形例３に係る面発光レーザ素子について説明する。図５は、変形例３に係る面発光レーザ素子の一部の模式的な断面図である。図５に示すように、本変形例３に係る面発光レーザ素子は、ｎ型クラッド層４０５と、活性層４０６と、ｐ型クラッド層４０７と、電流注入部４０８−１ａと電流狭窄部４０８−１ｂとを有する電流狭窄層４０８−１と、ｐ型スペ−サ層４１０−１と、電流注入部４０８−２ａと電流狭窄部４０８−２ｂとを有する電流狭窄層４０８−２と、電流拡散層４０９−１と、ｐ型スペ−サ層４１０−２と、電流拡散層４０９−２と、ｐ型スペ−サ層４１０−３と、ｐ型コンタクト層４１１と、ｐ側電極４１２とを備える。本変形例３に係る面発光レーザ素子の基板、下部ＤＢＲミラー、ｎ型コンタクト層、ｎ側電極、位相調整層、上部誘電体ＤＢＲミラー、およびパッシベーション膜は、実施の形態と同一であるため図５への図示を省略した。また、図５の右側に示した光共振器内におけるレーザ光の定在波Ｗ４は、腹ＡＮ４１、ＡＮ４２、ＡＮ４３、ＡＮ４４と節Ｎ４１、Ｎ４２、Ｎ４３、Ｎ４４とを有する。
【００６３】
ここで、図５に示すように、活性層４０６に最も近い節Ｎ４１の位置の近傍に電流狭窄層４０８−１が配置されている。さらに、その節Ｎ４１の位置より活性層４０６から離れた異なる１つの節Ｎ４２の位置の近傍に隣接して電流狭窄層４０８−２および電流拡散層４０９−１が配置されている。そして、その節Ｎ４２の位置より活性層４０６から離れた異なる節Ｎ４３の位置の近傍に電流拡散層４０９−２が配置されている。その結果、多段化した電流狭窄層４０８−１、４０８−２により活性層４０６に注入される電流密度を高め、多段化した電流拡散層４０９−１、４０９−２により低抵抗化を実現すると同時に、モード体積の増大を抑制している。したがって、本変形例３に係る面発光レーザ素子は、変調電流に対する応答速度が高速な面発光レーザ素子である。
【００６４】
このように、隣接して１つの節の位置の近傍に配置された電流狭窄層および電流拡散層の他に、さらに電流狭窄層および電流拡散層を配置してもよい。
【００６５】
（変形例４）
つぎに、本発明の変形例４に係る面発光レーザ素子について説明する。図６は、変形例４に係る面発光レーザ素子の一部の模式的な断面図である。図６に示すように、本変形例４に係る面発光レーザ素子は、ｎ型クラッド層５０５と、活性層５０６と、ｐ型クラッド層５０７と、電流注入部５０８ａと電流狭窄部５０８ｂとを有する電流狭窄層５０８と、ｐ型スペ−サ層５１０−１と、電流拡散層５０９−１と、ｐ型スペ−サ層５１０−２と、電流拡散層５０９−２と、ｐ型スペ−サ層５１０−３と、ｐ型コンタクト層５１１と、ｐ側電極５１２とを備える。本変形例４に係る面発光レーザ素子の基板、下部ＤＢＲミラー、ｎ型コンタクト層、ｎ側電極、位相調整層、上部誘電体ＤＢＲミラー、およびパッシベーション膜は、実施の形態と同一であるため図６への図示を省略した。また、図６の右側に示した光共振器内におけるレーザ光の定在波Ｗ５は、腹ＡＮ５１、ＡＮ５２、ＡＮ５３と節Ｎ５１、Ｎ５２、Ｎ５３とを有する。
【００６６】
ここで、図６に示すように、電流狭窄層５０８と、電流拡散層５０９−１とは、ｐ型スペ−サ層５１０−１を介して１つの節Ｎ５１の位置の近傍に配置されているが、互いに接してはおらず、離間している。電流狭窄層５０８と、電流拡散層５０９−１との間には、ｐ型スペ−サ層５１０−１が介在している。さらに、その節Ｎ５１の位置より活性層５０６から離れた異なる節Ｎ５２の位置の近傍に電流拡散層５０９−２が配置されている。その結果、電流狭窄層５０８により活性層５０６に注入される電流密度を高め、多段化した電流拡散層５０９−１、５０９−２により低抵抗化を実現すると同時に、モード体積の増大を抑制している。したがって、本変形例４に係る面発光レーザ素子は、変調電流に対する応答速度が高速な面発光レーザ素子である。
【００６７】
このように、電流狭窄層と、電流拡散層とは必ずしも接している必要はなく、１つの節の位置の近傍に近づけて配置されていれば、実施の形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
（変形例５）
つぎに、本発明の変形例５に係る面発光レーザ素子について説明する。図７は、変形例５に係る面発光レーザ素子の一部の模式的な断面図である。図７に示すように、本変形例５に係る面発光レーザ素子は、ｎ型クラッド層６０５と、活性層６０６と、ｐ型クラッド層６０７と、電流注入部６０８−１ａと電流狭窄部６０８−１ｂとを有する電流狭窄層６０８−１と、ｐ型スペ−サ層６１０−１と、電流拡散層６０９−１と、電流注入部６０８−２ａと電流狭窄部６０８−２ｂとを有する電流狭窄層６０８−２と、ｐ型スペ−サ層６１０−２と、電流拡散層６０９−２と、ｐ型スペ−サ層６１０−３と、ｐ型コンタクト層６１１と、ｐ側電極６１２とを備える。本変形例５に係る面発光レーザ素子の基板、下部ＤＢＲミラー、ｎ型コンタクト層、ｎ側電極、位相調整層、上部誘電体ＤＢＲミラー、およびパッシベーション膜は、実施の形態と同一であるため図７への図示を省略した。また、図７の右側に示した光共振器内におけるレーザ光の定在波Ｗ６は、腹ＡＮ６１、ＡＮ６２、ＡＮ６３、ＡＮ６４と節Ｎ６１、Ｎ６２、Ｎ６３、Ｎ６４とを有する。
【００６９】
ここで、図７に示すように、活性層６０６に最も近い節Ｎ６１の位置の近傍に電流狭窄層６０８−１が配置されている。さらに、その節Ｎ６１の位置より活性層６０６から離れた異なる１つの節Ｎ６２の位置の近傍に隣接して電流拡散層６０９−１および電流狭窄層６０８−２が配置されている。そして、その節Ｎ６２の位置より活性層６０６から離れた異なる節Ｎ６３の位置の近傍に電流拡散層６０９−２が配置されている。その結果、多段化した電流狭窄層６０８−１、６０８−２により活性層６０６に注入される電流密度を高め、多段化した電流拡散層６０９−１、６０９−２により低抵抗化を実現すると同時に、モード体積の増大を抑制している。したがって、本変形例５に係る面発光レーザ素子は、変調電流に対する応答速度が高速な面発光レーザ素子である。
【００７０】
このように、隣接して１つの節の位置の近傍に配置された電流狭窄層および電流拡散層において、電流拡散層が電流狭窄層より活性層に近い位置に配置されていてもよい。ただし、このとき、より活性層に近い節の位置の近傍に別の電流狭窄層が配置されていることが好ましい。これは、電流狭窄層によって一度狭窄された電流が電流拡散層により再び拡散することを抑制するためである。したがって、活性層に最も近い電流狭窄層よりも、活性層に最も近い電流拡散層が、活性層から離れて配置されていることが好ましい。
【００７１】
（変形例６）
つぎに、本発明の変形例６に係る面発光レーザ素子について説明する。図８は、変形例６に係る面発光レーザ素子の一部の模式的な断面図である。図８に示すように、本変形例６に係る面発光レーザ素子は、ｎ型クラッド層７０５と、活性層７０６と、ｐ型クラッド層７０７と、電流注入部７０８ａと第１領域７０８ｂａおよび第２領域７０８ｂｂを有する電流狭窄部７０８ｂとを有する電流狭窄層７０８と、電流拡散層７０９−１と、ｐ型スペ−サ層７１０−１と、電流拡散層７０９−２と、ｐ型スペ−サ層７１０−２と、ｐ型コンタクト層７１１と、ｐ側電極７１２とを備える。本変形例６に係る面発光レーザ素子の基板、下部ＤＢＲミラー、ｎ型コンタクト層、ｎ側電極、位相調整層、上部誘電体ＤＢＲミラー、およびパッシベーション膜は、実施の形態と同一であるため図８への図示を省略している。また、図８の右側に示した光共振器内におけるレーザ光の定在波Ｗ７は、腹ＡＮ７１、ＡＮ７２、ＡＮ７３、ＡＮ７４と節Ｎ７１、Ｎ７２、Ｎ７３、Ｎ７４とを有する。
【００７２】
ここで、図８に示すように、電流狭窄部７０８ｂにおいて、活性層７０６に２番目に近い節Ｎ７２の位置の近傍に第１領域７０８ｂａが配置され、第１領域７０８ｂａより活性層７０６側に第２領域７０８ｂｂが配置されている。また、第１領域７０８ｂａの内径よりも第２領域７０８ｂｂの内径が大きい。さらに、節Ｎ７２の位置の近傍に電流拡散層７０９−１が配置されている。すなわち、第１領域７０８ｂａにおいて電流狭窄層７０８の電流狭窄部７０８ｂの内径が積層方向において極小となる位置（図８の位置Ｐ７１）と、電流拡散層７０９−１の積層方向での中心（図８の位置Ｐ７２）とが、１つの節Ｎ７２の位置の近傍に配置されている。また、その節Ｎ７２の位置より活性層７０６から離れた異なる節Ｎ７３の位置の近傍に電流拡散層７０９−２が配置されている。その結果、電流狭窄層７０８により活性層７０６に注入される電流密度を高め、多段化した電流拡散層７０９−１、７０９−２により低抵抗化を実現すると同時に、モード体積の増大を抑制している。したがって、本変形例６に係る面発光レーザ素子は、変調電流に対する応答速度が高速な面発光レーザ素子である。
【００７３】
ここで、第１領域７０８ｂａは、活性層７０６に注入される電流密度を高めるとともに、節Ｎ７２の位置に配置されているため第１領域７０８ｂａによる光散乱や光吸収による損失が抑制されている。さらに、第２領域７０８ｂｂは、第１領域７０８ｂａによって狭窄された電流が拡がることを抑制するとともに、内径が広く定在波Ｗ７との重なりが十分小さいため第２領域７０８ｂｂによる光散乱や光吸収による損失が抑制されている。また、第２領域７０８ｂｂにより電流狭窄層７０８を厚く形成できるので、素子の容量を低減することができる。
【００７４】
このように、電流狭窄部は、内径の異なる複数の領域を有していてもよい。このとき、電流狭窄層の電流狭窄部の内径が積層方向において極小となる位置と、電流拡散層の積層方向での中心とが、１つの節の位置の近傍に配置されていれば、実施の形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【００７５】
なお、内径の異なる複数の領域を有する電流狭窄部を形成することは、選択酸化熱処理するＡｌ１−ｘＧａｘＡｓからなるＡｌ含有半導体層のＡｌ組成を厚さ方向で領域毎に変えることにより実現することができる。すなわち、領域ごとにＡｌ含有半導体層のＡｌ組成を変えることにより、領域ごとの酸化の速度を異ならせることができる。そして、酸化時間を調整することにより、領域ごとに所望の内径を有する電流狭窄部を形成することができる。
【００７６】
（変形例７）
つぎに、本発明の変形例７に係る面発光レーザ素子について説明する。図９は、変形例７に係る面発光レーザ素子の一部の模式的な断面図である。図９に示すように、本変形例７に係る面発光レーザ素子は、ｎ型クラッド層８０５と、活性層８０６と、ｐ型クラッド層８０７と、電流注入部８０８ａと第１領域８０８ｂａ、第２領域８０８ｂｂおよび第３領域８０８ｂｃを有する電流狭窄部８０８ｂとを有する電流狭窄層８０８と、電流拡散層８０９−１と、ｐ型スペ−サ層８１０−１と、電流拡散層８０９−２と、ｐ型スペ−サ層８１０−２と、ｐ型コンタクト層８１１と、ｐ側電極８１２とを備える。本変形例７に係る面発光レーザ素子の基板、下部ＤＢＲミラー、ｎ型コンタクト層、ｎ側電極、位相調整層、上部誘電体ＤＢＲミラー、およびパッシベーション膜は、実施の形態と同一であるため図９への図示を省略した。また、図９の右側に示した光共振器内におけるレーザ光の定在波Ｗ８は、腹ＡＮ８１、ＡＮ８２、ＡＮ８３、ＡＮ８４と節Ｎ８１、Ｎ８２、Ｎ８３、Ｎ８４とを有する。
【００７７】
ここで、図９に示すように、電流狭窄部８０８ｂにおいて、活性層８０６に２番目に近い節Ｎ８２の位置の近傍に第１領域８０８ｂａが配置され、第１領域８０８ｂａより活性層８０６側に第２領域８０８ｂｂが配置され、活性層８０６に最も近い節Ｎ８１の位置の近傍に第３領域８０８ｂｃが配置されている。また、第１領域８０８ｂａおよび第３領域８０８ｂｃの内径よりも第２領域８０８ｂｂの内径が大きい。さらに、節Ｎ８２の位置の近傍に電流拡散層８０９−１が配置されている。すなわち、第１領域８０８ｂａにおいて電流狭窄層８０８の電流狭窄部８０８ｂの内径が積層方向において極小となる位置（図９の位置Ｐ８１）と、電流拡散層８０９−１の積層方向での中心（図９の位置Ｐ８２）とが、１つの節Ｎ８２の位置の近傍に配置されている。一方、第３領域８０８ｂｃにおいて電流狭窄層８０８の電流狭窄部８０８ｂの内径が積層方向において極小となる位置（図９の位置Ｐ８３）は、いずれの電流拡散層とも近接して配置されていない。また、節Ｎ８２の位置より活性層８０６から離れた異なる節Ｎ８３の位置の近傍に電流拡散層８０９−２が配置されている。その結果、電流狭窄層８０８により活性層８０６に注入される電流密度を高め、多段化した電流拡散層８０９−１、８０９−２により低抵抗化を実現すると同時に、モード体積の増大を抑制している。したがって、本変形例７に係る面発光レーザ素子は、変調電流に対する応答速度が高速な面発光レーザ素子である。
【００７８】
ここで、第１領域８０８ｂａおよび第３領域８０８ｂｃは、活性層８０６に注入される電流密度を高めるとともに、節Ｎ８１、Ｎ８２の位置に配置されているため第１領域８０８ｂａおよび第３領域８０８ｂｃによる光散乱や光吸収による損失が抑制されている。さらに、第２領域８０８ｂｂは、第１領域８０８ｂａによって狭窄された電流が拡がることを抑制するとともに、内径が広く定在波Ｗ８との重なりが十分小さいため第２領域８０８ｂｂによる光散乱や光吸収による損失が抑制されている。また、第２領域８０８ｂｂにより電流狭窄層８０８を厚く形成できるので、素子の容量を低減することができる。
【００７９】
このように、電流狭窄部は、内径の異なる複数の領域を有していてもよく、内径が極小となる位置が複数であってもよい。このとき、電流狭窄層の電流狭窄部の少なくとも１つの内径が積層方向において極小となる位置と、電流拡散層の少なくとも１つの積層方向での中心とが、１つの節の位置の近傍に配置されていれば、実施の形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【００８０】
（変形例８）
つぎに、本発明の変形例８に係る面発光レーザ素子について説明する。図１０は、変形例８に係る面発光レーザ素子の一部の模式的な断面図である。図１０に示すように、本変形例８に係る面発光レーザ素子は、ｎ型クラッド層９０５と、活性層９０６と、ｐ型クラッド層９０７と、電流注入部９０８−１ａと電流狭窄部９０８−１ｂとを有する電流狭窄層９０８−１と、電流拡散層９０９と、ｐ型スペ−サ層９１０−１と、電流注入部９０８−２ａと電流狭窄部９０８−２ｂとを有する電流狭窄層９０８−２と、ｐ型スペ−サ層９１０−２と、中間反射部９２０と、ｐ側電極９１２とを備える。さらに、中間反射部９２０上に、外側反射部として機能する上部誘電体ＤＢＲミラー９１４を備える。本変形例８に係る面発光レーザ素子の基板、下部ＤＢＲミラー、ｎ型コンタクト層、ｎ側電極、およびパッシベーション膜は、実施の形態と同一であるため図１０への図示を省略した。また、図１０の右側に示した光共振器内におけるレーザ光の定在波Ｗ９は、腹ＡＮ９１、ＡＮ９２と節Ｎ９１、Ｎ９２とを有する。
【００８１】
中間反射部９２０は、たとえば低屈折率層として機能するｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層と、高屈折率層として機能するｐ型ＧａＡｓ層とを１組とする複合半導体層が数組積層された、周期構造を有する半導体多層膜ミラーとして形成されており、下部ＤＢＲミラー２と同様に各層の層厚が光路長としてλ／４の奇数倍とされている。中間反射部９２０の最上層のｐ型ＧａＡｓ層はｐ側電極９１２に対してコンタクト層として機能するようにキャリア濃度が設定されている。上部誘電体ＤＢＲミラー９１４は、実施の形態と同一であってよい。そして、誘電体多層膜からなる上部誘電体ＤＢＲミラー９１４と、上部誘電体ＤＢＲミラー９１４と活性層９０６との間に配置された導電性多層膜からなる中間反射部９２０とが第２反射鏡として機能する。
【００８２】
ここで、図１０に示すように、電流狭窄層９０８−１および電流拡散層９０９は、隣接して１つの節Ｎ９１の位置の近傍に配置されている。さらに、その節Ｎ９１の位置より活性層９０６から離れた異なる節Ｎ９２の位置の近傍に電流狭窄層９０８−２が配置されている。その結果、多段化した電流狭窄層９０８−１、９０８−２により活性層９０６に注入される電流密度を高め、電流拡散層９０９により低抵抗化を実現すると同時に、モード体積の増大を抑制している。したがって、本変形例８に係る面発光レーザ素子は、変調電流に対する応答速度が高速な面発光レーザ素子である。
【００８３】
このように、第２反射鏡の一部が半導体ＤＢＲミラーで構成されていてもよい。また、中間反射部９２０は、上部誘電体ＤＢＲミラー９１４と隣接して形成される場合に限られない。上部誘電体ＤＢＲミラー９１４と活性層９０６との間に配置されることで、モード体積を低減できるため、活性層９０６と電流狭窄層９０８−１との間、電流拡散層９０９と電流狭窄層９０８−２との間など、上部誘電体ＤＢＲミラー９１４と活性層９０６との間の任意の場所に配置することができる。また、中間反射部９２０は、電流拡散層９０９、電流狭窄層９０８−１、９０８−２を内包するように形成してもよい。
【００８４】
なお、中間反射部９２０は、電流経路に含まれるヘテロ界面の数を抑制するためには、高屈折率層と低屈折率層との組が１０組以下とされていることが好ましい。また、誘電体ＤＢＲミラーの方が半導体ＤＢＲミラーに比べて１ペア当たりの反射率が高いので、中間反射部９２０が半導体からなり、上部誘電体ＤＢＲミラー９１４が誘電体からなる場合は、必要な反射率を実現しつつモード体積の増大を抑制する観点からも、中間反射部９２０の高屈折率層と低屈折率層との組を１０組以下とすることが好ましい。
【００８５】
以上、説明したように、各変形例によれば、変調電流に対する応答速度が高速な面発光レーザ素子を提供することができる。
【００８６】
なお、本発明に対して使用できる面発光レ−ザ素子は、図１に示す構成のものに限定されない。たとえば、本発明は、イントラキャビティ構造でない面発光レーザ素子にも適用できる。すなわち、活性層に注入されるキャリアが、導電性の下部ＤＢＲミラーおよび／または上部ＤＢＲミラーのそれぞれを経由して活性層に注入される構造の面発光レーザ素子にも本発明は適用できる。
【００８７】
また、上記実施の形態では、活性層の下部にｎ型半導体層が配置され、活性層の上部にｐ型半導体層が配置されているが、活性層の上部にｎ型半導体層が配置され、活性層の下部にｐ型半導体層が配置されていてもよい。このとき、キャリアとしてホールが注入されるｐ側に電流拡散層が形成され、さらに活性層の下部において少なくとも１つの電流拡散層と少なくとも１つの電流狭窄層とが１つの節の位置の近傍に隣接して配置されていることにより、本発明の効果を得ることができる。
【００８８】
また、上記実施の形態では、１．０μｍ波長帯用にその化合物半導体の材料、サイズ等が設定されている。しかしながら、各材料やサイズ等は、所望のレーザ光の発振波長に応じて適宜設定されるものであり、特に限定はされない。たとえば、各半導体層を構成する半導体材料としてＩｎＰ系やＧａＮ系の材料を用いてもよい。
【００８９】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１００  面発光レーザ素子
１  基板
２  下部ＤＢＲミラー
３  ｎ型コンタクト層
４  ｎ側電極
５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５、７０５、８０５、９０５  ｎ型クラッド層
６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６、７０６、８０６、９０６  活性層
７、２０７、３０７、４０７、５０７、６０７、７０７、８０７、９０７  ｐ型クラッド層
８、２０８、３０８−１、３０８−２、４０８−１、４０８−２、５０８、６０８−１、６０８−２、７０８、８０８、９０８−１、９０８−２  電流狭窄層
８ａ、２０８ａ、３０８−１ａ、３０８−２ａ、４０８−１ａ、４０８−２ａ、５０８ａ、６０８−１ａ、６０８−２ａ、７０８ａ、８０８ａ、９０８−１ａ、９０８−２ａ  電流注入部
８ｂ、２０８ｂ、３０８−１ｂ、３０８−２ｂ、４０８−１ｂ、４０８−２ｂ、５０８ｂ、６０８−１ｂ、６０８−２ｂ、７０８ｂ、８０８ｂ、９０８−１ｂ、９０８−２ｂ  電流狭窄部
９、２０９−１、２０９−２、３０９−１、３０９−２、３０９−３、４０９−１、４０９−２、５０９−１、５０９−２、６０９−１、６０９−２、７０９−１、７０９−２、８０９−１、８０９−２、９０９  電流拡散層
１０、２１０−１、２１０−２、３１０−１、３１０−２、３１０−３、４１０−１、４１０−２、４１０−３、５１０−１、５１０−２、５１０−３、６１０−１、６１０−２、６１０−３、７１０−１、７１０−２、８１０−１、８１０−２、９１０−１、９１０−２  ｐ型スペ−サ層
１１、２１１、３１１、４１１、５１１、６１１、７１１、８１１  ｐ型コンタクト層
１２、２１２、３１２、４１２、５１２、６１２、７１２、８１２、９１２  ｐ側電極
１３  位相調整層
１４、９１４  上部誘電体ＤＢＲミラー
７０８ｂａ、８０８ｂａ  第１領域
７０８ｂｂ、８０８ｂｂ  第２領域
８０８ｂｃ  第３領域
９２０  中間反射部
ＡＮ１、ＡＮ２、ＡＮ２１、ＡＮ２２、ＡＮ２３、ＡＮ３１、ＡＮ３２、ＡＮ３３、ＡＮ３４、ＡＮ４１、ＡＮ４２、ＡＮ４３、ＡＮ４４、ＡＮ５１、ＡＮ５２、ＡＮ５３、ＡＮ６１、ＡＮ６２、ＡＮ６３、ＡＮ６４、ＡＮ７１、ＡＮ７２、ＡＮ７３、ＡＮ７４、ＡＮ８１、ＡＮ８２、ＡＮ８３、ＡＮ８４、ＡＮ９１、ＡＮ９２  腹
Ｄ  内径
ｄ  距離
Ｌ１  レーザ光
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ２１、Ｎ２２、Ｎ２３、Ｎ３１、Ｎ３２、Ｎ３３、Ｎ３４、Ｎ４１、Ｎ４２、Ｎ４３、Ｎ４４、Ｎ５１、Ｎ５２、Ｎ５３、Ｎ６１、Ｎ６２、Ｎ６３、Ｎ６４、Ｎ７１、Ｎ７２、Ｎ７３、Ｎ７４、Ｎ８１、Ｎ８２、Ｎ８３、Ｎ８４、Ｎ９１、Ｎ９２  節
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ７１、Ｐ７２、Ｐ８１、Ｐ８２、Ｐ８３  位置
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６、Ｗ７、Ｗ８、Ｗ９  定在波
【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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【図１０】
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【図１１】
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