(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、光を発生する活性層領域と、この活性層領域を挟んで前記半導体基板と逆側に配置された電流狭窄領域と、当該半導体層の積層方向において、前記活性層領域と前記電流狭窄領域とを上下で反射鏡で挟んだ光共振器と、前記電流狭窄領域を挟んで、前記半導体基板側に設けられた第１の電極と、前記半導体基板と反対側に設けられた第２の電極とを少なくとも有し、前記電流狭窄領域と前記第２の電極の間に２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する半導体層領域を有することを特徴とする面発光型レーザ装置。
【請求項２】
半導体基板上に、光を発生する活性層領域と、この活性層領域を挟んで前記半導体基板と逆側に配置された電流狭窄領域と、当該半導体層の積層方向において、前記活性層領域と前記電流狭窄領域とを上下で反射鏡で挟んだ光共振器と、前記電流狭窄領域を挟んで、前記半導体基板側に設けられた第１の電極と、前記半導体基板と反対側に設けられた第２の電極とを少なくとも有し、前記電流狭窄領域と前記第２の電極の間の少なくとも一部に２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する半導体層領域を有し、且つ前記２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する半導体層領域が、高濃度に不純物を含有し且つ広い禁制帯幅を有する第１の半導体層と、前記第１の半導体層より低い濃度で不純物を含有するかあるいは実質的に不純物を含有せず且つ前記第１の半導体層より狭い禁制帯幅を有する第２の半導体層とを少なくとも有してなることを特徴とする面発光型レーザ装置。
【請求項３】
半導体基板上に、光を発生する活性層領域と、この活性層領域を挟んで前記半導体基板と逆側に配置された電流狭窄領域と、当該半導体層の積層方向において、前記活性層領域と前記電流狭窄領域とを上下で反射鏡で挟んだ光共振器と、前記電流狭窄領域を挟んで、前記半導体基板側に設けられた第１の電極と、前記半導体基板と反対側に設けられた第２の電極とを少なくとも有し、前記電流狭窄領域と前記第２の電極の間に２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する半導体層領域を有し、且つ当該２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する半導体層領域の少なくとも一部が前記光共振器内に含まれることを特徴とする面発光型レーザ装置。
【請求項４】
半導体基板上に、光を発生する活性層領域と、この活性層領域を挟んで前記半導体基板と逆側に配置された電流狭窄領域と、当該半導体層の積層方向において、前記活性層領域と前記電流狭窄領域とを上下で反射鏡で挟んだ光共振器と、前記電流狭窄領域を挟んで、前記半導体基板側に設けられた第１の電極と、前記半導体基板と反対側に設けられた第２の電極とを少なくとも有し、前記電流狭窄領域と前記第２の電極の間の少なくとも一部に２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する半導体層領域を有し、当該２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する半導体層領域の少なくとも一部が前記光共振器内に含まれ、且つ前記２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する半導体層領域が、高濃度に不純物を含有し且つ広い禁制帯幅を有する第１の半導体層と、前記第１の半導体層より低い濃度で不純物を含有するかあるいは実質的に不純物を含有せず且つ前記第１の半導体層より狭い禁制帯幅を有する第２の半導体層とを少なくとも有してなることを特徴とする面発光型レーザ装置。
【請求項５】
前記２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する半導体層領域の当該レーザ光の吸収が１％未満であることを特徴とする請求項３及び請求項４のいずれかに記載の面発光型レーザ装置。
【請求項６】
半導体基板上に、光を発生する活性層領域と、この活性層領域を挟んで前記半導体基板と逆側に配置された電流狭窄領域と、当該半導体層の積層方向において、前記活性層領域と前記電流狭窄領域とを上下で反射鏡で挟んだ光共振器と、前記電流狭窄領域を挟んで、前記半導体基板側に設けられた第１の電極と、前記半導体基板と反対側に設けられた第２の電極とを少なくとも有し、前記電流狭窄領域と前記第２の電極の間に２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する半導体層領域を有し、且つ当該２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する半導体層領域が前記光共振器の外部にあることを特徴とする面発光型レーザ装置。
【請求項７】
半導体基板上に、光を発生する活性層領域と、この活性層領域を挟んで前記半導体基板と逆側に配置された電流狭窄領域と、当該半導体層の積層方向において、前記活性層領域と前記電流狭窄領域とを上下で反射鏡で挟んだ光共振器と、前記電流狭窄領域を挟んで、前記半導体基板側に設けられた第１の電極と、前記半導体基板と反対側に設けられた第２の電極とを少なくとも有し、前記電流狭窄領域と前記第２の電極の間の少なくとも一部に２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する半導体層領域を有し、当該２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する半導体層領域が前記光共振器外にあり、且つ前記２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する半導体層領域が、高濃度に不純物を含有し且つ広い禁制帯幅を有する第１の半導体層と、前記第１の半導体層より低い濃度で不純物を含有するかあるいは実質的に不純物を含有せず且つ前記第１の半導体層より狭い禁制帯幅を有する第２の半導体層とを少なくとも有してなることを特徴とする面発光型レーザ装置。
【請求項８】
前記高濃度に不純物を含有する第１の半導体層がｐ導電型を有し、当該２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する半導体層領域におけるキャリアが正孔であることを特徴とする請求項２より請求項７のいずれかに記載の面発光型レーザ装置。
【請求項９】
所定の枠体に、請求項１より請求項８のいずれかに記載の面発光型レーザ装置を光源として有することを特徴とする光モジュール。
【請求項１０】
請求項１より請求項８のいずれかに記載の面発光型レーザ装置あるいは請求項９に記載の光モジュールの少なくとも一者を有することを特徴とする光システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、垂直共振器を有する面発光型レーザ装置とそれを用いた光モジュール、及び、光システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のインターネット人口の爆発的増大により、オフィス等のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）においては情報伝送の急速な高速化が求められている。
５〜１０年後には、末端ユーザにおいてはＧｂ／ｓレベル、ＨＵＢ（中継器）間を結ぶバック・ボーン（ｂａｃｋｂｏｎｅ）においては １０Ｇｂ／ｓレベルを超える伝送速度が必要になると予測されている。そのため近い将来には、末端ユーザーまで光ファイバーを用いた光通信の全面的導入が必須であると考えられる。通常、光通信には、半導体レーザ、受光素子、及び、それらの駆動回路等を組み込んだ光モジュールが用いられる。将来のＬＡＮで用いられる光モジュールにおいては、１０Ｇｂ／ｓを超える高速伝送が可能であるという性能面での要求に加えて、莫大な数の一般ユーザが使用することを念頭におき、低コストで提供することが必須となる。
【０００３】
図１に、これまでに知られている１０Ｇｂ／ｓを超える高速光モジュールの概略図を示す。
【０００４】
ここで、４０１は半導体レーザ装置、４０２はレーザ駆動回路、４０３は半導体レーザ装置よりの光出力のモニター用の受光素子、４０４は素子の温度安定化のためのぺルチェ素子、４０５は受光素子、４０６は受光素子駆動回路、４０７は光モジュールパッケージ全体、４０８は光モジュールを動作させる外部回路、４０９は光ファイバーである。光モジュールは、外部回路４０８に従って、半導体レーザ装置４０１からレーザ光を発生する。ここで、１０Ｇｂ／ｓを越える高速変調光は、外部変調器４０３を通して送信される。また、相手の光モジュールから送信された光信号を、受光素子４０５によって受信する。全ての光信号は、光ファイバー４０９を通して高速でやり取りされる。ここで、半導体レーザ装置としては、ガリウムインジウム燐砒素（ＧａＩｎＰＡｓ）系の半導体材料を活性層に用いた端面発光型のレーザが主として用いられている。発振波長は、長距離、高速伝送が可能なシングルモードファイバーへ適用できる１.３μｍ、あるいは１.５５μｍである。
【０００５】
一般に、ＧａＩｎＰＡｓ系レーザは、素子温度が上昇した時に、しきい値電流が大きく増大するという欠点を有している。そのため、温度安定用のぺルチェ素子４０４を組み込む必要があった。以上により、光モジュールを構成する部品数が多く、その為モジュールサイズも大型であり、光モジュール自体のコストが高かった。これは、従来１０Ｇｂ／ｓという伝送速度のレベルが、主としてコストよりも性能が重視される幹線系伝送網に用いられていたことと大きく関連している。こうした観点から、従来の１０Ｇｂ／ｓ光モジュールは、低コスト化が必須の将来のＬＡＮへの適用において本質的に不向きである。尚、図中の点線は、半導体レーザ設置の光送信側と、受光素子設置の光受信側との区切りを示すが、それぞれの部分が独立して、光送信モジュール、及び、光受信モジュールとして構成される場合もある。また、図では、光出力モニター用の受光素子等は省略して示してある。
【０００６】
それに対して、将来的にＬＡＮで使用される高速光モジュールに適した光源として、面発光レーザーが注目を集めている。面発光レーザーは、その共振器長が僅か数μｍであり、端面発光レーザの共振器長（数１００μｍ）に比べてはるかに短く、基本的に高速特性に優れる。さらに、（１）ビーム形状が円形に近く光ファイバとの結合が容易であること、（２）製造工程中では、へき開工程が不要でウエハ単位の素子検査が可能であること、（３）低しきい値電流でレーザ発振し低消費電力といった低コスト化においても優れた特徴を有する。また、レーザの発振波長に関しても、近年、ガリウムインジウム窒素砒素（ＧａＩｎＮＡｓ）、ガリウム砒素アンチモン（ＧａＡｓＳｂ）といったガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板上に形成可能な新しい半導体材料による１.３μｍ帯の面発光レーザの発振が相次いで報告されている。
【０００７】
これらの半導体レーザ装置は、長距離、高速伝送が可能なシングルモードファイバーに適合する長波長帯面発光レーザ実用化の期待が非常に高まっている。特に、ＧａＩｎＮＡｓを活性層に用いた場合には、伝導帯における深いポテンシャル井戸で電子を閉じ込めることができ、温度に対する特性の安定性も大幅に改善できると予測されている。ＧａＩｎＮＡｓを活性層に用いた長波長帯面発光レーザ装置は、こうした利点により、高性能、且つ低コストで、ＬＡＮでの使用に適した光モジュールを提供することが、可能であると期待されている。
【０００８】
面発光レーザーの基本構成は、光を発生する活性層と、活性層の微少領域に電流を注入するための電流狭窄層、及び、当前記活性層を上下に挟むように配置された１組の反射鏡からなる光共振器をもって構成されている。通例、前記反射鏡は半導体多層膜反射鏡（ＤＢＲ）が用いられ、電流は、この反射鏡の半導体多層膜を介して、活性層に注入される。
【０００９】
一方、半導体多層膜反射鏡は抵抗が高いので、上部の例えば、半導体多層膜になる反射鏡を介さず電流を注入する別構造の面発光レーザも検討されている。一例として、日本国公開公報、特開平１１-２０４８７５号公報（１９９９／７／３０公開）に記載の面発光レーザがある。図２にその素子構造図を示す。ここで、５０１は下部電極、５０２は半導体基板、５０３は下部多層膜反射鏡、５０４は第１スペーサー層、５０５は活性層、５０６は第２スペーサー層、５０７は電流狭窄層、５０８は電流導入層、５０９は第３スペーサー層、５１０は上部電極、５１１は上部の多層膜反射鏡である。上部電極５１０を、上部多層膜反射鏡５１１の横に配置しているため、上方からの注入電流は、第３スペーサー層５０９から電流導入層５０８を通して、電流狭窄層５０７で限定されたアパーチャーに導かれ、活性層５０５に導入される。即ち、注入される電流は、上部多層膜反射鏡５１１を介さないので、素子抵抗の低減が図れる。さらに本構造においては、ドーピング濃度を高くした電流導入層５０８を導入し、電極とアパーチャー間の基板面に対して水平方向の抵抗成分（以下、横方向抵抗と記述する。）の低減を試みている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、高速動作が可能な面発光半導体レーザ装置を提供せんとするものである。本願発明は、例えば、１０Ｇｂ／ｓ以上の高速動作を達成せんとする。
【００１１】
本願発明の別な目的は、高速動作が可能で且つ安価な面発光半導体レーザ装置を提供せんとするものである。
【００１２】
本願発明の更に別な目的は、より高速動作が可能な面発光半導体レーザ装置搭載の光モジュールを提供せんとするものである。
【００１３】
こうした課題に対応する為に技術的には、面発光レーザにおける以下の課題を解決することを要する。即ち、第１点は、抵抗の高い上部の半導体多層膜反射鏡を介さずに電流を活性層領域に注入できる面発光型レーザ装置構造を採用することである。この為には、電極からアパーチャーを通過し、活性層領域に注入される電流の横方向抵抗を低減できる新たな手法を提供し、１０Ω前後の大幅な素子抵抗の低減を達成することが必要となる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本願発明の代表的な形態は、半導体基板上に、光を発生する活性層領域と、この活性層領域を挟んで前記半導体基板と逆側に配置された電流狭窄領域と、当該半導体層の積層方向において、前記活性層領域と前記電流狭窄領域とを上下で反射鏡で挟んだ光共振器と、前記電流狭窄領域を挟んで、前記半導体基板側に設けられた第１の電極と、前記半導体基板と反対側に設けられた第２の電極とを少なくとも有し、前記電流狭窄領域と前記第２の電極の間に２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する半導体層領域を有することを特徴とする面発光型レーザ装置である。
【００１５】
前記２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する半導体層領域は、本願発明の目的に、わけても、いわゆる変調ドープがなされていることが好ましい。即ち、本願発明の第２の形態は、半導体基板上に、光を発生する活性層領域と、この活性層領域を挟んで前記半導体基板と逆側に配置された電流狭窄領域と、当該半導体層の積層方向において、前記活性層領域と前記電流狭窄領域とを上下で反射鏡で挟んだ光共振器と、前記電流狭窄領域を挟んで、前記半導体基板側に設けられた第１の電極と、前記半導体基板と反対側に設けられた第２の電極とを少なくとも有し、前記電流狭窄領域と前記第２の電極の間の少なくとも一部に２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する半導体層領域を有し、且つ前記２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する半導体層領域が、高濃度に不純物を含有し且つ広い禁制帯幅を有する第１の半導体層と、前記第１の半導体層より低い濃度で不純物を含有するかあるいは実質的に不純物を含有せず且つ前記第１の半導体層より狭い禁制帯幅を有する第２の半導体層とを少なくとも有してなることを特徴とする面発光型レーザ装置である。
【００１６】
前記２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する半導体層領域は、前記電流狭窄領域と前記第２の電極の間の少なくとも一部に存在すれば、その効果を発揮する。後述する実施例では、当該２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する半導体層領域は基板面に対してほぼ全面に形成されている。実際の製造において、より現実的な形態が説明されているが、本願発明の目的である、前記電流狭窄領域と前記第２の電極の間の電流通路に２次元キャリアの生成が可能な積層構造が存在することが重要なのである。あるいは、逆な見方をすれば、２次元キャリアの生成が可能な積層構造を有する領域が電流通路の主要部分を構成するのである。従って、基板面に平行な面に対して全面に２次元キャリアの生成が可能な積層構造を形成することは、必ずしも必要ではない。また、２次元キャリアの生成が可能な積層構造と電流狭窄領域の間に、更に半導体層が挿入されることも有り得る。この場合も、２次元キャリアの生成が可能な積層構造を設けることによる効果は発揮される。
【００１７】
このように、本願発明の基本構成は、電流狭窄領域を挟んで基板と逆側に配置された電極から前記電流狭窄領域へ流れる電流が、基板面に対して水平方向の成分を有する面発光レーザにおいて、前記水平方向の電流成分を、主として２次元キャリアガスのチャンネルを介して伝導させるものである。具体的には、前記２次元キャリアガスのチャンネルが、前記電極と電流狭窄領域間の少なくとも一部に、少なくとも１種類の禁制帯幅の広い半導体からなる高濃度ドーピング層と、少なくとも１種類のそれより禁制帯幅の狭い半導体からなる低濃度ドーピング層（この低濃度ドーピング層にはドーピングを施さない場合も含んで考えて十分である）とを積層した変調ドープ構造によって形成されることにより達成される。
【００１８】
こうして、本願発明の主目的の達成に、ｐ型伝導に起因する面発光レーザ装置の抵抗低減を図り、そのために、主として正孔をキャリアにした２次元正孔ガスを用いる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本願発明の基本構成を上述したが、次に、本願発明の主な実施の形態を列挙する。
【００２０】
本願発明の第１の形態は、半導体基板上に、光を発生する活性層領域と、この活性層領域を挟んで基板と逆側に配置された電流狭窄領域と、前記活性層領域と前記電流狭窄領域の上下を反射鏡で挟んだ光共振器とを有し、前記電流狭窄領域を挟んで前記半導体基板と逆側に配置された電極から前記電流狭窄領域へ流れる電流が、基板面に対して水平方向の成分を有し、前記水平方向の電流成分が、主として２次元キャリアガスのチャンネルを介して流れる面発光型レーザ装置である。
【００２１】
本願発明の第２の形態は、前記第１の形態における２次元キャリアガスのチャンネルが、前記電極と電流狭窄領域間の少なくとも一部において、少なくとも１種類の禁制帯幅の広い半導体からなる高濃度ドーピング層と、少なくとも１種類のそれより禁制帯幅の狭い半導体からなる低濃度ドーピング層(ドーピングを施さない場合も含む)とを積層した変調ドープ構造によって形成されている面発光型レーザ装置である。
【００２２】
本願発明の第３の形態は、前記第２の形態における変調ドープ構造によるレーザ波長光の吸収が１％未満であり、前記変調ドープ構造が、光の導波する共振器内を含んで設けられる面発光型レーザ装置である。変調ドープ構造が光共振器の内部に組み込まれていても、この構造におけるレーザ光の吸収が１％未満であれば、十分通例の面発光型レーザ装置と同様に駆動することが出来る。勿論、次に例示するように、変調ドープ構造を光共振器の外部に設けると、こうしたレーザ光の吸収の問題は回避される。
【００２３】
本願発明の第４の形態は、前記第２の形態における変調ドープ構造が、光の導波する共振器外に設けられることを特徴とする面発光型レーザ装置。
【００２４】
本願発明の第５の形態は、前記第１より第４の形態における変調ドープ構造における高濃度ドーピング層がｐ型であり、２次元キャリアガスが正孔である面発光型レーザ装置である。
【００２５】
本願発明の第６の形態は、前記第２より第５の形態における変調ドープ構造における高濃度ドーピング層にＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、或いは、それらの積層構造、そして、低濃度ドーピング層にＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、或いは、それらの積層構造が用いられている面発光型レーザ装置である。ここに列挙したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料は、本願発明の実施に極めて好都合な材料である。これらの材料は、面発光型レーザ装置の各種特性の観点から優れた特性を得ることが容易であるＧａＡｓ基板上に良好な膜が形成し易いのである。従って、当該面発光型レーザ装置においても、より良好な特性を容易に得ることが出来る。
【００２６】
次に、具体的な実施の形態を説明するに先立って、本願発明の基本思想の詳細を追加説明する。
【００２７】
１０Ｇｂ／ｓを超える高速の動作特性を有する光モジュール実現に対しては、当然のことながら、光源として用いる面発光レーザにおいて１０Ｇｂ／ｓを超える高速特性を達成する必要がある。そのためには、面発光レーザ装置の抵抗（Ｒ）、及び、容量（Ｃ）の低減が不可欠である。
【００２８】
一般に、半導体レーザ装置の基礎的な変調特性は、素子の光出力が３ｄＢ低下する変調周波数（ｆ３ｄＢと略記する）で評価される。ここで、ｆ３ｄＢは、ＲとＣを用いて以下の式（１）で表される。
ｆ３ｄＢ＝１／(２πＲ・Ｃ)      ・  ・  ・  ・(１)
こうした事実は、例えば、先端光エレクトロニクスシリーズ「面発光レーザの基礎と応用」  共立出版発行、伊賀健一、小山二三夫共著、の第１８４頁に説明されている。
【００２９】
上記式（１）から、素子のｆ３ｄＢとして、数１０Ｇｂ／ｓを達成するには、素子抵抗を１０Ω前後まで低減する必要があることが理解される。ここで、面発光レーザ装置の容量は、一般的な値として５００ｆＦと仮定した。素子容量をさらに低減できれば、素子抵抗の許容量は、例えば１０Ωより大きくできるが、その場合にも、低抵抗化が重要であることは言うまでもない。更に、約１０Ωの素子抵抗は端面発光型のレーザに匹敵する低い値であり、これが実現できれば、従来、端面発光型レーザに用いてきたレーザの駆動回路等を流用できる可能性がある。その場合、新たな開発コストなどが不要になり、本願発明による面発光レーザ装置を用いた光モジュールの低コスト化において有利である。
＜従来技術との比較考察＞
面発光レーザには、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ系の半導体多層膜になる反射鏡が主として用いられていることは、既に述べた。従来素子では、上部にｐ型のＡｌＡｓ／ＧａＡｓ系の半導体多層膜になる反射鏡の上に電極が配置され、この半導体多層膜反射鏡を通して活性層に電流が注入されていた。その際、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ系半導体のヘテロ界面におけるエネルギー差は、有効質量の重い正孔にとって大きな抵抗成分になり、素子抵抗を増大させてしまうことが問題である。その対策として、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓヘテロ界面に組成を徐々に変化させたＡｌＧａＡｓ半導体層を導入し、かつ、そのＡｌＡｓ側のみにｐ型ドーピングを施して、ヘテロ界面の抵抗成分を低減する等の試みがなされている。しかしながら、本質的にｐ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ系半導体多層膜反射鏡の抵抗が高く、大幅な素子抵抗の低減を達成することは困難である。
【００３０】
一方、前述の特開平１１-２０４８７５（１９９９／７／３０公開）に記載の面発光レーザについて検討してみる。この例は、抵抗の高い上部ｐ型半導体多層膜反射鏡を介さず電流を注入する構造を有している。
【００３１】
横方向抵抗は、シート抵抗（Ｒｃ）に比例する。ここで、Ｒｃは以下の式（２）で表される。
Ｒｃ＝１／(Ｎｓ・ｅ・μ)        ・  ・  ・  ・(２)
ここで、Ｎｓは層のシート・キャリア濃度、ｅは電気素量、μは層の移動度、ｔは層の膜厚である。Ｎｓは、キャリア濃度（ｐ）と層の移動度（μ）の積（Ｎｓ＝ｐμ）で表される。
【００３２】
前述の図２に示す従来素子では、電流導入層５０８には通常の半導体膜が用いられる。半導体膜においては、キャリア濃度ｐ（即ち、シート・キャリア濃度Ｎｓ）を増大させれば、ドーピング材料等による散乱要因が増大し、μが低下するというトレードオフの関係が存在する。そのため、図２に示した従来構造では、１×１０20ｃｍ-3以上の高濃度ドーピングを施さなくては大幅な素子抵抗の低減を達成できない。また、電流狭窄層５０７、電流導入層５０８を素子内部に埋め込むため、再成長工程が余分に必要となる。ここで、第３スペーサー層５０９を再成長する際に、電流狭窄層５０７、電流導入層５０８を除去した後のアパーチャー部の段差が大きいと、段差部にファセットが生じ、僅か数μｍ径のアパーチャー部へせり出す等の悪影響を及ぼす。見積によれば、本構造において１０Ω前後の素子抵抗を達成する際には３００ ｎｍ以上の膜厚段差が生じる。よって、既に記述した様な結晶成長上の観点から、目標の素子抵抗値の達成は非常に困難であると考えられる。
＜本願発明の代表形態＞
次に、これらの例に見られる難点を回避した本願発明の形態を詳細に説明する。図３に本願発明による素子構造の断面図を示す。ここで、いわゆる変調ドープ層１１１は図の左側に拡大して詳細を示した。図４はこの上面図である。
【００３３】
図３において、符号１０１は下部電極、１０２は半導体基板、１０３は下部の多層膜反射鏡、１０４は第１のスペーサー層、１０５は活性層領域、１０６は第２のスペーサー層、１０７は電流狭窄層、１０８は第３のスペーサー層、１０９は上部電極、１１０は上部の多層膜反射鏡、１１１は変調ドープ層、１１２は高濃度ドーピング層、１１３は低濃度ドーピング層である。この層１１３にはドーピングを施さない場合もあり、符号１１３はこうした層も含むものとする。電流狭窄層１０７の形成方法は通例の方法に従って十分である。その一例は後述される。
【００３４】
前記変調ドーピング層は、当該技術分野で用いられる構成を用いて十分である。層の具体的仕様は、材料、例えばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料の選択やレーザの特性に対する要求仕様によって選択されるが、その代表的な例を例示すれば、次の通りである。例えば、ＧａＡｓを基板とする面発光レーザ装置では、高濃度ドーピング層は、例えば、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、あるいはこれらの積層構造体などが代表的な例である。高濃度ドーピング層の厚さは、５０ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以下、ドープ量は例えば５×１０18ｃｍ-3以上が多用される。一方、低濃度ドーピング層は、例えば、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、あるいはこれらの積層構造体などが代表的な例である。低濃度ドーピング層の厚さは、１００ｎｍ以下、ドープ量は例えば５×１０17ｃｍ-3以下が多用される。
【００３５】
変調ドープ層１１１においては、高濃度ドーピング層１１２から供給されたキャリアが、高濃度ドーピング層１１２と低濃度ドーピング層１１３の界面の低濃度ドーピング層側に形成された移動度の高い２次元キャリアのチャンネルを流れる。そのため、高濃度ドーピング層におけるドープ量を増大させる事で、キャリア濃度ｐを増大でき、その時、移動度μは低下することが殆ど無い。よって、キャリア濃度ｐと移動度μの各値をそれぞれ独立に高い値に設定できる。よって、前記（２）式から判るように、Ｒｃの大幅な低減が可能となる。
【００３６】
図２に示す従来素子では、電流導入層の膜厚を２倍すれば、単純に２倍の抵抗低減効果しか得られない。しかし、本願発明では、変調ドープ構造を２周期繰り返せば、ヘテロ界面に形成される２次元キャリアのチャンネルは３つとなるため、単純に２倍する以上の効果が得られる。変調ドープ構造の繰り返し周期数（ｓ）に対し、形成されるチャンネル数は２ｓ-１であり、変調ドープ構造の繰り返し周期数sを多くすればするほど、得られる効果は大きくなる。以上の効果により、本願発明構造を用いることで、面発光レーザ装置の横方向抵抗を、大幅に低減できる。尚、変調ドープ構造の繰り返し周波数ｓは、ドーピング濃度に依存し、且つＤＢＲの反射率の低下の程度等を参酌して決められる。
【００３７】
本願発明の素子構造において上部電極１０９から注入された電流は、電流狭窄層１０７により形成されたアパーチャーを通過して活性層領域に注入される。その際の電流は基板面に対して水平方向の成分を有する。ここで、前記水平方向の電流成分は、変調ドープ層により形成された低抵抗な２次元キャリア・チャンネルを介して流れる。アパーチャー上部に達成したキャリアが活性層領域に注入されるために、最終的には、基板面に対して垂直方向にキャリアが伝導する必要性が多少生じる。しかし、本願発明においては、キャリアに対する障壁となる禁制帯幅の大きい高濃度ドーピング層の膜厚は、５０ｎｍ以下と非常に薄いこと、そして、上部、下部電極間には電圧差による電界が印加されていること等から、それによって、特に大きな抵抗分が付加される可能性は殆ど無い。
【００３８】
図６に、本願発明によって達成できる素子の横方向抵抗の例を示す。尚、本素子構造の抵抗は、横方向抵抗によって支配されていると考えてよい。図６では、横軸は変調ドープ層の膜厚、縦軸はこの層の横方向の抵抗値である。変調ドープ層の構造は、高濃度ドープ層としてｐ型のアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ、膜厚５ｎｍ）、低濃度ドーピング層としてノンドープのＧａＡｓ（膜厚２５ｎｍ）とした。よって、一つのチャンネルを形成する最低単位構造の膜厚は３０ｎｍである。ここでは、高濃度ドープ層のｐ型ドーピング濃度として１×１０19ｃｍ-3と１×１０20ｃｍ-3の２種類の場合の計算例である。そのときの正孔のシート・キャリア濃度は、それぞれ１×１０13ｃｍ-2と１×１０14ｃｍ-2、２次元チャンネルにおける正孔の移動度は、５００ｃｍ2／Ｖｓｅｃと見積もられる。図６より、高濃度ドーピング層のキャリア濃度が１×１０19ｃｍ-3の場合、変調ドープ層の膜厚が約３００ｎｍ以上あれば、１０Ω以下の横方向抵抗が実現できる事が判る。一方、高濃度ドーピング層のキャリア濃度が１×１０20ｃｍ-3の場合には、更なる低抵抗化が可能となり、５０ｎｍ程度の膜厚で、１０Ω以下の横方向抵抗が実現できる。
【００３９】
次に、反射鏡と電流狭窄層の構成について追加説明する。本願発明においても、これらの技術は、これまで用いてきた一般的な技術を用いて十分である。
【００４０】
前述のように、面発光レーザの光共振器の長さは著しく短く、レーザー発振時の閾値電流値を低減するためには、上下の反射鏡の反射率を極めて高くすることが必要である。実用に供する閾値電流値を得るに概ね９９.５％以上の反射率を必要とする。
【００４１】
反射鏡としては、屈折率の異なる２種類の半導体を１／４波長厚（λ／４n：ここで、λは波長、nは半導体材料の屈折率）で交互に積み重ねることにより形成した多層膜反射鏡が、主として使用されている。多層膜反射鏡に用いられる２種類の半導体材料には、少ない積層数で高反射率を得るため、両者の屈折率差ができるだけ大きいことが望まれる。また、材料が半導体結晶の場合、格子不整合転位の抑制のため、基板材料と格子整合していることが好まれる。現状では、ＧａＡｓ／アルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）系半導体材料、あるいは、二酸化珪素（ＳｉＯ２）／二酸化チタン（ＴｉＯ２）等の誘電体材料から構成した多層膜反射鏡が主として用いられている。また、電流狭窄層は、素子の低しきい値電流化、単一モード化のために必須であり、活性層と電流を注入する電極の間の任意の位置に配置され、活性層に注入される電流を数μｍ〜数１０μｍの微少領域（以下アパーチャーと記述する。）に限定する役割を果たす。具体的には、素子構造内に導入したＡｌＡｓ層を横方向から選択的に酸化し、酸化アルミニウム（ＡｌxＯy）絶縁層に変化させることで、中央に残った微小なＡｌＡｓ領域のみで電流を狭窄する方法や、バンドギャップの大きい半導体材料や、素子内の導電型とは逆の導電型にドーピングを施した材料を素子内に埋込むことにより電流を狭窄する方法等が現在主流である。
【００４２】
次に、レーザ光の発振波長が１.３μｍであることを考慮し、変調ドープ層による波長１.３μｍ光の吸収について検討した。図７に、変調ドープ層の膜厚とそれによる反射鏡の反射率の変化の例について示す。ここでは、変調ドープ層として、図６の例と同様の構造の例である。横軸は変調ドープ層の膜厚、縦軸はＤＢＲ反射膜の反射率である。波長１.３μｍ光の吸収は、主としてｐ型高濃度ドーピング層で起る。ここでは、ｐ型ドープ濃度が１×１０19ｃｍ-3、５×１０19ｃｍ-3、１×１０20ｃｍ-3の場合についてそれぞれ算定した。各条件における吸収係数の値は、それぞれ１００ｃｍ-1、５００ｃｍ-1、１０００ｃｍ-1である。既に述べたように、面発光レーザにおいて高性能なレーザ特性を確保するためには、９９.５％以上の反射率が必要である。
【００４３】
図７より、本反射率を確保するためには、ｐ型ドーピング濃度が１×１０19ｃｍ-3の場合には約６００ｎｍ、１×１０20ｃｍ-3の場合には、約１５０ｎｍが限界膜厚となることが判る。
【００４４】
従って、図６及び図７の結果と考え併せると、本願発明においては、１０Ω前後の素子抵抗を実現する際に、変調ドープ層を共振器内に配置しても、レーザ光の吸収の観点からは何ら問題にならないことが判明した。
【００４５】
このことは、本願発明の構造においては、例えば図２に示す従来構造では必須であった再成長工程が不要となり、一度の結晶成長で全素子構造を得ることができる。従って、本願発明の構造を用いると、素子作製時の歩留まりが高いため、大幅な低コスト化を実現できる。
【００４６】
一方、高濃度ドープ層による光の吸収を完全に避ける場合には、変調ドープ構造を共振器外に設けても良い。その際には再成長工程が必要となるが、アパーチャー部に生じる膜厚段差は、図２に示す従来手法よりも低くすることができ、再成長に起因する問題は生じ難い。
【００４７】
本願発明において、さらに大きな効果を得るには、シート・キャリア濃度Ｎｓを増大させることが有効である。そのためには、変調ドープ構造を構成するＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの界面に、禁制帯幅の狭い、一例としてガリウムインジウム砒素（ＧａＩｎＡｓ）などの半導体材料を低濃度ドーピング層として挿入することは有効である。すなわち、変調ドープ構造を複数の半導体の積層構造にすることは有効である。それにより、２次元キャリアのチャンネル幅（厚み）を増大でき、シート・キャリア濃度Ｎｓを増大させることができる。図５はこの変形された変調ドープ層の断面図を例示する。１１２は高濃度ドーピング層、１１３は低濃度ドーピング層、１１４は禁制帯幅の狭い低濃度ドーピング層である。
【００４８】
これまでに述べた諸点を考慮すれば、本願発明は、波長１μｍ以下の面発光レーザ構造においても適用可能である。その際には、レーザ波長光の吸収を抑制するために、変調ドープ構造を構成する半導体材料は、レーザ波長光の光子エネルギーよりも禁制帯幅が大きいものから選ばれる必要がある。例えば、Ａｌ混晶組成の高いＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰ等が適している。
【００４９】
図８は光モジュールの斜視図を示す。図９に、本発明による面発光レーザを用いた光システムの構成図を示す。図８及び図９において、３０１は本発明による面発光型レーザ装置、３０２はレーザ駆動回路、３０３は受光素子、３０４は受光素子駆動回路、３０５は光モジュールパッケージ全体、３０６は光モジュールを動作させる外部回路、３０７は光ファイバーである。面発光型レーザ装置３０１及び受光素子３０３は、枠体３０９に保持されている。光モジュールパッケージの内の、例えば、各駆動回路などは、外部回路に接続（３０８）されている。図中の矢印３１０、３１１は、各々光の射出、入射を示している。
【００５０】
本願発明による面発光レーザは、素子抵抗が低いため素子自体の発熱が小さく、温度変動が小さい。それに加えて、面発光レーザ自体のしきい値電流値が小さいことも相まって、使用時のしきい値電流値の変化が非常に小さくなる。それにより、従来の高速光モジュールで必要であったペルチエ素子を不要とすることが出来る。更に、小型かつ単純な回路で素子を駆動することが可能となる。また、面発光レーザ装置を直接的に変調駆動するため、外部変調器も不要とすることが出来る。以上により、部品点数を大幅に少なくでき、また、駆動回路のサイズも小さく出来る。よって、光モジュール自体のサイズも小型化し、合わせて、大幅な低コスト化を実現できる。また、素子作製時の歩留まりが高いことも、低コスト化に有効である。
【００５１】
更に、本願発明の係る光モジュールは、面発光レーザの抵抗が低く、素子自体の発熱が小さいことから、活性層の劣下が生じにくいので、従来の光モジュールと比較してより長時間に渡って安定な特性を提供することができる。
【００５２】
以上の効果は、既に述べたように、活性層における深いポテンシャル井戸で電子を閉じ込めることができる温度特性に優れた活性層材料、一例としてＧａＩｎＮＡｓ等を用いた面発光レーザにおいては、さらに顕著となる。
【００５３】
尚、図９の光システムの図では、図中の点線は、半導体レーザ設置の光送信側と、受光素子設置の光受信側との区切りを示すが、それぞれの部分が独立して、光送信モジュール、及び光受信モジュールとして構成される場合などもある。また、図では、光出力モニター用の受光素子等は省略して示してある。
＜発明の実施の形態１＞
実施の形態例１として、本願発明による再成長工程が不要な面発光レーザ構造の作製について具体的に記述する。その素子構造の断面図は図３、上面図は図４に示した通りである。図１０に製造工程順に示した素子の断面図を示す。
【００５４】
面発光レーザ構造の作製においては、精密な膜厚制御や急峻なヘテロ界面作製の必要性から、材料の瞬時の切り替えが可能な分子線エピタキシー(ＭＢＥ)法や有機金属化学気相成長(ＭＯＣＶＤ)法、化学ビームエピタキシー(ＣＢＥ)法等が適している。また、活性層にＧａＩｎＮＡｓを用いる場合には、窒素（Ｎ）の導入において、非平衡状態での成長法が有利であり、その点でも、先に述べたＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法、ＣＢＥ法等が成長方法として適している。勿論、本願発明の面発光レーザ装置の製造に、上記成長手法のみに限定されるものではない。ここでは成長方法を固体ソースＭＢＥ(ＳＳ−ＭＢＥ：Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ−Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ)法とした。ＧＳ―ＭＢＥ法では、ＩＩＩ族元素の供給源として、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）を用い、Ｖ族元素の供給源として、砒素（Ａｓ）に関しては金属Ａｓを用いた。また、n型不純物としてシリコン(Ｓｉ)、高濃度にｐ型ドーピングできる不純物原料として四臭化炭素(ＣＢｒ4)用いた。なお、同様のドーピング濃度が達成できれば、ｐ型不純物としてベリリウム(Ｂｅ)や亜鉛（Ｚｎ）を用いても良い。窒素（Ｎ）についてはＮ2ガスをＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）プラズマ励起した窒素（Ｎ）ラジカルを使用した。なお、窒素プラズマの励起は、その他にＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｒｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：電子サイクロトロン共鳴）プラズマを用いても行うことができる。
【００５５】
図１０の（ａ）を参酌する。半導体基板はn型ＧａＡｓ (１００)基板１０２（ｎ型ドーピング濃度＝２×１０18ｃｍ-3）を用いた。Ａｓ雰囲気において、基板を昇温した後、基板上にn型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ（ｎ型不純物濃度＝１×１０18ｃｍ-3）による下部の半導体多層膜反射鏡１０３を３０周期積層する。尚、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓは、ＡｌＡｓ層とＧａＡｓ層との積層を意味する。以下、こうした表示は同様の積層を意味する。その膜厚は、それぞれ半導体中で１／４波長厚になるようにした。その後、１／２波長厚のノンドープＧａＡｓ層第１スぺーサー層１０４、さらに、厚さ１０ｎｍのノンドープＧａ0.7Ｉｎ0.3Ｎ0.01Ａｓ0.99の単層膜からなる活性層１０５、１／２波長厚のノンドープＧａＡｓ層第２スぺーサー層１０６、１／４波長厚のノンドープＡｌＡｓ上部電流狭窄層１０７の順に形成した。
【００５６】
続いて、わけても本願発明の特徴構造をなすＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓからなる変調ドープ層１１１を積層した。変調ドープ層１１１における低濃度ドーピング層１１３として厚さ２５ｎｍのノンドープＧａＡｓ層、高濃度ドーピング層１１２として厚さ５ｎｍのｐ型ＡｌＧａＡｓ層（ｐ型ドーピング濃度＝１×１０19ｃｍ-3）を用いた。尚、ＡｌＧａＡｓ層におけるＡｌ組成は３０％とした。これによって、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ界面には、２次元正孔ガスのチャンネルが形成される。本変調ドーピングの構造を２０回繰り返して積層した。続いて、ｐ型ＧａＡｓになる第３スぺーサー層１０８（ｐ型ドーピング濃度＝１×１０18ｃｍ-3）を形成する。この第３スぺーサー層１０８の膜厚は、変調ドープ構造を含めた合計の膜厚が、１／２波長厚の整数倍になるように調整した。最後に、ノンドープＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓによる上部の半導体多層膜になる反射鏡１１０を２５周期積層し、結晶成長工程は完了した。尚、上部の半導体多層膜になる反射鏡１１０のＡｌＧａＡｓ層におけるＡｌ組成は１０％とした。また、膜厚は、それぞれ半導体中で１／４波長厚になるようにした。
【００５７】
続いて、完成した多層成長ウエハに対し、素子構造作製のためのプロセス工程を施した。最初に二酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜１２０を全面に蒸着し、ホト工程にて円形状にパターニングした。この状態が図１０の（ａ）である。
【００５８】
これをマスク領域にして、ＡｌＡｓ上部電流狭窄層１０７の直下までメサエッチングを行う（図１０の（ｂ））。
【００５９】
ここで、エッチング液としては、臭化水素（ＨＢｒ）：過酸化水素水（Ｈ2Ｏ2）：水（Ｈ2Ｏ）を混合した液を用いる。続いて、形成されたメサ構造に、電流狭窄を行うための選択酸化を施す。水蒸気雰囲気中にて、ウエハを４００℃に加熱することで、ＡｌＡｓ上部電流狭窄層１０７の側面部分１２１、１２２がＡｌｘＯｙ絶縁層に変化した。これにより、直径φが５μｍのアパーチャー部が素子中央に形成された（図１０の（ｃ））。
【００６０】
その後、ＳｉＯ2膜１２０を除去し、ホト工程を経て、上部半導体多層膜反射鏡１１０の両側を、第３スぺーサー層１０８直上までエッチングにて除去した（図１０の（ｄ））。
【００６１】
尚、本エッチング工程での分留りを向上させるため、上部半導体多層膜反射鏡１１０と第３スぺーサー層１０８の間に、１／４波長厚のアルミニウムガリウムインジウム燐（ＡｌＧａＩｎＰ）からなるエッチングに対するストップ層を導入してもよい。最後に、リング状ｐ側上部電極１０９（図１０の（ｅ））、n側下部電極１０１を形成し（図１０の（ｆ））、面発光レーザ装置として完成した。尚、図１０の例では、ウエットエッチングを用いたので、素子のメサ形状が図３に例示した断面とやや異なっている。しかし、この点は本願発明の基本には関係なく、素子特性も本質的に変わるものではない。また、ドライエッチングを用いることで、図３に例示した断面と同じものを、容易に得ることが出来る。
【００６２】
このようにして作製された面発光レーザ装置は、発振波長１.３μｍ、閾値電流０.１ｍＡで室温において連続発振し、素子抵抗は９Ωであった。本素子の変調特性は、３０ＧＨｚにおいても良好であった。
【００６３】
続いて、本素子を用いて、図８に示す光モジュールを作製した。又、図９のごとき光システムを構成することが出来た。
【００６４】
本願発明による光システムは部品点数が少なくでき、また、素子の駆動回路が単純で良いためサイズが小型である。特に、活性層材料として温度特性の良いＧａＩｎＮＡｓを用いていることも、その一因である。また、素子作製時の歩留まりも高く、大幅な低コスト化を達成できた。さらに、本光モジュールは、面発光レーザの抵抗が低く、発熱が少ないので、活性層の劣下が生じにくい。よって、従来の光モジュールと比較してより長時間に渡って安定な特性を提供することができた。
＜発明の実施の形態２＞
発明の実施の形態例２として、本発明による再成長工程を駆使した面発光レーザ構造の作製について具体的に記述する。その素子構造は、図１１に示した通りである。
【００６５】
本素子構造の作製にはＭＯＣＶＤ法を用いる。ここで、ＩＩＩ族元素であるＧａ、Ｉｎの供給源として、それぞれ有機金属のトリエチルガリウム(ＴＥＧ)、トリメチルインジウム(ＴＭＩ)を用い、Ｖ族元素であるＡｓの供給源として、ＡｓＨ3を用いた。また、ｎ型不純物としてシラン（ＳｉＨ4）、ｐ型不純物としてＣＢｒ4を用いた。Ｎの供給源としては、ジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）を使用した。
【００６６】
作製する半導体基板はn型ＧａＡｓの(１００)面の基板（ｎ型不純物濃度＝１×１０18ｃｍ-3）２０２を用いる。ＡｓＨ3の供給下のAs雰囲気において基板を昇温し、基板を昇温した後、基板上にn型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ（ｎ型不純物濃度＝１×１０18ｃｍ-3）による下部の半導体多層膜になる反射鏡２０３を３０周期積層する。その膜厚は、それぞれ半導体中で１／４波長厚になるようにした。その後、１／２波長厚のノンドープＧａＡｓ層になる第１のスぺーサー層２０４、さらに、厚さ１０ｎｍのノンドープＧａ0.7Ｉｎ0.3Ｎ0.04Ａｓ0.96の井戸層、厚さ１０ｎｍのノンドープＧａＡｓ障壁層からなる多重量井戸活性層２０５を形成した。尚、井戸層数は３とした。続いて、１／２波長厚のノンドープＧａＡｓ層第２スぺーサー層２０６、厚さ１０ｎｍのn型のＧａＩｎＰからなる電流狭窄層２０７を形成した。
【００６７】
続いて、本願発明をわけても特徴ずける構造であるＡｌＧａＡｓ／ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓからなる変調ドープ層２１１を積層した。変調ドープ層２１１における低濃度ドーピング層２１３として厚さ５ｎｍのノンドープＧａＡｓ層と厚さ５ｎｍのノンドープＧａＩｎAs層の積層構造とし、高濃度ドーピング層２１２として厚さ５ｎｍのｐ型ＡｌＧａＡｓ層（ｐ型ドーピング濃度＝１×１０20ｃｍ-3）を用いた。尚、ＡｌＧａＡｓ層におけるＡｌの組成は４０％とした。これによって、主として ＧａＩｎＡｓ層内に２次元の正孔ガスによるチャンネルが形成される。こうした変調ドーピング構造を６回繰り返して積層した。続いて、ｐ型ＧａＡｓ第３スぺーサー層２０８（ｐ型ドーピング濃度＝１×１０18ｃｍ-3）の一部を形成して、一回目の結晶成長工程を終了する。
【００６８】
大気中に取り出したウエハに対し、ホト工程で所望のパターンを形成し、直径φがμｍのアパーチャー部形成のため、変調ドープ層２１１と電流狭窄層２０６をエッチングにより除去した。
【００６９】
ここで、再びウエハを成長装置内に導入し、１／２波厚のｐ型ＧａＡｓ第３スぺーサー層２０８（ｐ型ドーピング濃度＝１×１０18ｃｍ-3）を形成した。尚、アパーチャー部における段差は１００ｎｍ程度であり、それによる再成長時の悪影響は観測されなかった。最後に、ノンドープＡｌＡｓ／ＧａＡｓによる上部半導体多層膜反射鏡２１０を２５周期積層し、結晶成長工程は完了した。尚、膜厚はそれぞれ半導体中で１／４波長厚になるようにした。完成した多層成長ウエハに対し、素子構造作製のためのプロセス工程を施した。最初にＳｉＯ2を全面に蒸着し、ホト工程にて円形状にパターニングした後、これをマスクにして、上部半導体多層膜反射鏡２１０の両側を、第３スぺーサー層２０８直上までエッチングにて除去した。尚、本エッチング工程での分留りを向上させるため、上部の半導体多層膜反射鏡２１０と第３スぺーサー層２０８の間に、１／４波長厚のＡｌＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層を導入してもよい。最後に、リング状ｐ側の上部電極２０９、n側の下部電極２０１を形成し、素子として完成した。
【００７０】
このようにして作製された面発光レーザ装置は、発振波長１.３オm、閾値電流０.１ｍＡで室温において連続発振し、素子抵抗は８Ωであった。本素子の変調特性は、３０ＧＨｚにおいても良好であった。
【００７１】
尚、第３スぺーサー層２０８とｐ側電極２０９間の接触抵抗を低減するために、第３スぺーサー層２０８成長後に、ＣＢｒ4による炭素（Ｃ）デルタドーピングを施すことは有効である。
【００７２】
本素子を用いて、図８に示す光モジュールを作製した。又、図９のごとき光システムを構成することが出来た。実施例１の場合と同様に、高性能、かつ、長寿命であった。さらに、モジュール自体のコストも大幅に低減できた。
【００７３】
本実施例では、活性層としてＧａＩｎＮＡｓを用いたもののみの例を説明したが、それのみに限定されものではなく、各種面発光半導体レーザ装置を提供することが出来ることは言うまでもない。例えば、ＧａＡｓＳｂなどの材料を用いても、１.３μｍ帯の面発光レーザ装置を提供することが可能である。また、前述したように、低濃度ドーピング層としてＡｌ組成の高いＡｌＧａＡｓなどを用いれば、１μｍ以下の光に対して材料自体が透明となり、波長１μｍ以下の面発光レーザに応用することも可能である。また、インジウム燐（ＩｎＰ）基板上においても、２次元キャリアが形成できる良好な半導体材料の組み合わせがあれば、同様の効果を得ることが可能となる。それによって、高性能で、かつ、低コストな光モジュールを提供することができる。
【００７４】
以上、各実施例をもって示して説明したように、本願発明によれば、面発光レーザにおける素子抵抗を格段に低下させることにより、前記面発光レーザを光源として用いる高速光モジュールの高性能化、低コスト化が図れる。懸かる低抵抗な面発光レーザは、半導体基板上に、光を発生する活性層と、活性層を挟んで基板と逆側に配置された電流狭窄領域と、前記活性層と前記電流狭窄領域の上下を反射鏡で挟んだ共振器とを有し、電流狭窄領域を挟んで基板と逆側に配置された電極から前記電流狭窄領域へ流れる電流が、基板面に対して水平方向の成分を有し、前記水平方向の電流成分を、主として２次元キャリアガスのチャンネルを介して伝導させる事により達成される。具体的には、電流狭窄層と上部電極の間に変調ドープ層を導入することによって達成される。
【００７５】
【発明の効果】
本願発明によれば、高速動作が可能な面発光半導体レーザ装置を提供することが出来る。本願発明は、例えば、１０Ｇｂ／ｓ以上の高速動作を達成が可能である。
【００７６】
本願発明によれば、より高速動作が可能な面発光半導体レーザ装置搭載の光モジュールを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来に光システムの例を示す概略説明図である。
【図２】図２は、面発光レーザ装置の従来例を示す断面図である。
【図３】図３は、本願発明の面発光レーザ装置の例を示す断面図である。
【図４】図４は、本願発明の面発光レーザ装置の例を示す上面図である。
【図５】図５は、変調ドープ層の別な形態を示す断面図である。
【図６】図６は、本願発明による変調ドープ層の膜厚とこの横方向の抵抗値の関係を示す図である。
【図７】図７は、本願発明による変調ドープ層の膜厚と反射鏡における反射率の関係を示す図である。
【図８】図８は、光モジュールの例を示す斜視図である。
【図９】図９は、光システムの例を示す概略説明図である。
【図１０】図１０は、本願発明の面発光レーザ装置の製造工程の例を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本願発明の面発光レーザ装置の別な例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０１：下部電極、１０２：半導体基板、１０３：下部の多層膜反射鏡、１０４：第１スペ：サー層、１０５：活性層領域、１０６：第２スペーサー層、１０７：電流狭窄層、１０８：第３スペーサー層、１０９：上部電極、１１０：上部の多層膜反射鏡、１１１：変調ドープ層、１１２：高濃度ドーピング層、１１３：低濃度ドーピング層、２０１：下部電極、２０２：半導体基板、２０３：下部の多層膜反射鏡、２０４：第１スペーサー層、２０５：活性層領域、２０６：第２スペーサー層、２０７：電流狭窄層、２０８：第３スペーサー層、２０９：上部電極、２１０：上部の多層膜反射鏡、２１１：変調ドープ層、２１２：高濃度ドーピング層、２１３：低濃度ドーピング層、３０１：面発光レーザ装置、３０２：レーザ駆動回路、３０３：受光素子、３０４：受光素子駆動回路、３０５：光モジュールパッケージ全体、３０６：外部回路、３０７：光ファイバー、４０１：半導体レーザ、４０２：レーザ駆動回路、４０３：外部変調器、４０４：ペルチェ素子、４０５：受光素子、４０６：受光素子駆動回路、４０７：光モジュールパッケージ全体、４０８：外部回路、４０９：光ファイバー、５０１：下部電極、５０２：半導体基板、５０３：下部の多層膜反射鏡、５０４：第１スペーサー層、５０５：活性層領域、５０６：第２スペーサー層、５０７：電流狭窄層、５０８：電流導入層、５０９：第３スペーサー層上部電極、５１０：上部電極、５１１：上部の多層膜反射鏡。
【図１】
0004034513.tif 000002
【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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