(57)【要約】【課題】高速動作が可能であって、かつ、狭放射角の面発光レーザを提供すること。【解決手段】本発明に係る面発光レーザは、第１の反射鏡１１１と、第２の反射鏡１０２と、第１の反射鏡１１１及び第２の反射鏡１０２の間に形成された活性層１０４及び電流狭窄構造１０６と、第１の反射鏡１１１と活性層１０４との間に形成され、透明性を有する電極１１０とを備え、電極１１０は、形成された面方向に屈折率の周期性を有するものである。【選択図】図１
2009094317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反射鏡と、
第２の反射鏡と、
前記第１及び第２の反射鏡の間に形成された活性層及び電流狭窄構造と、
前記第１の反射鏡と前記活性層との間に形成され、透明性を有する電極とを備え、
前記電極は、形成された面方向に屈折率の周期性を有する面発光レーザ。
【請求項２】
イントラキャビティ型であることを特長とする請求項１に記載の面発光レーザ。
【請求項３】
前記電極が、前記第１の反射鏡の前記活性層側の面から０．５μｍ以内の距離に形成されていることを特長とする請求項１又は２に記載の面発光レーザ。
【請求項４】
前記電極が、間欠的に形成されていることにより前記周期性有することを特長とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項５】
前記電極が、レーザ出射方向から見て、前記電流狭窄構造の中心を中心として同心円状に形成されていることを特長とする請求項４に記載の面発光レーザ。
【請求項６】
前記電極が、ＩＴＯを含むことを特長とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項７】
前記電流狭窄構造が、酸化狭窄により形成されていることを特長とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項８】
前記電流狭窄構造が、トンネル接合により形成されていることを特長とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項９】
前記第１の反射鏡が、誘電体分布ブラッグ反射鏡であることを特長とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項１０】
前記誘電体分布ブラッグ反射鏡が、Ｓｉ層とＳｉＯ２層とからなる多層構造を有することを特長とする請求項９に記載の面発光レーザ。
【請求項１１】
前記電流狭窄構造の電流通路の直径が４μｍ以上あり、かつ、シングルモードの光出力が得られることを特長とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信は長距離、大容量伝送が可能であるため、特に長距離通信では早くから広く実用に供されてきた。一般に、光通信の送信装置には光源として半導体レーザが用いられている。短距離通信用の光源としては、小型、低消費電力などの利点を有する面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）が利用されている。面発光レーザの電流狭窄機構としては、エアポスト型、プロトン注入型、酸化狭窄型などがある。その中で、酸化狭窄型は、側面の表面再結合の影響を受けないこと、酸化層と半導体層との屈折率差に起因する集光のために回折損失が大幅に低減することなどの利点を有し、主流となっている。
【０００３】
図６に、酸化狭窄型面発光レーザの構造図を示す。半導体基板１、下部ＤＢＲ（分布ブラッグ反射鏡：Distributed Bragg reflector）２、活性層３、酸化層４、上部ＤＢＲ５、上部電極６及び下部電極７が順次積層された構造となっている。酸化層４は、ＡｌＡｓからなる半導体層が一部酸化されることにより形成される。これにより、電流狭窄構造が形成される。酸化層４は絶縁体であるため、半導体層の非酸化領域８とほぼ同程度の径の活性層３の領域に、集中的に電流を流すことができる。図６の構造では、電流狭窄部の径により活性層体積が規定され、また横モードの制御がなされる。このレーザの変調帯域を上げるためには、素子の抵抗及び容量の低減（ＣＲ制限律速緩和）とともに、上記電流狭窄部の開口径を小さくすることにより電流密度を増大させることが多い。一般的には、変調帯域１０Ｇｂｐｓを得るためには、開口径を１５μｍ程度以下に狭小化する必要がある。
【０００４】
しかしながら、この電流狭窄部開口径の狭小化により、素子抵抗が増加するため、自己発熱により高速性が飽和する。そのため、高速性の指標である緩和振動周波数は、最大でも１６ＧＨｚ程度に留まっている。さらに、マルチモード発振の面発光レーザでは、上記電流狭窄部開口径の狭小化は、出射光の放射角を増大させ、光ファイバとの結合効率を低下させることにもなる。
【０００５】
上記課題を解決するため、発明者らは、非特許文献１に開示された埋込みトンネル接合型面発光レーザを開発した。この面発光レーザでは、酸化層による電流狭窄ではなく、トンネル接合による電流狭窄であることを特長としている。トンネル接合部の抵抗を小さくできることに加え、素子構造内で抵抗の高いｐ型領域を少なくできる。そのため、素子抵抗を大幅に低減することができ、高速性に優れる。
【０００６】
非特許文献１に開示された埋込みトンネル接合型面発光レーザは、図７に示すように、ｎ型半導体基板１１上に下部ＤＢＲ１２、活性層１３、ｐ型スペーサ層１４、トンネル接合層１５、ｎ型スペーサ層１６、上部ＤＢＲ１７、上部電極１８及び下部電極１９を備える。当該構成より、閾値電流１ｍＡ、波長１０９０ｎｍで発振し、素子抵抗５０Ωの低抵抗な面発光レーザが得られる。
【０００７】
ここで、高速性の一指針である緩和振動周波数ｆｒは下記の式で与えられる。
【数１】
2009094317.tif 000003
ただし、ｄｇ／ｄｎが微分利得、Ｖｐがモード体積である。上述の素子抵抗低減による自己発熱抑制は、この微分利得の増大を利用した解決方法である。一方、式からモード体積Ｖｐの低減も有効であることが分かる。
【０００８】
このモード体積の低減には、素子内の光の実効共振長を短くすることが重要である。発明者らは、上部ＤＢＲを半導体多層ＤＢＲから誘電体多層ＤＢＲに置換することで、実効共振長が大幅に短くなることを見出した。誘電体多層ＤＢＲは、大きな屈折率差を有するため、数ペアの積層により反射率９９％以上を得ることができる。そのため、誘電体多層ＤＢＲ側への光のしみ出しを抑制することができ、結果として、実効共振器長を短くすることができる。
【０００９】
この誘電体多層ＤＢＲは、酸化狭窄型面発光レーザに適用することもできる。しかしながら、この場合、電流経路は上部ＤＢＲを迂回する、いわゆるイントラキャビティ構造となる。ここで、上部電極と電流狭窄構造の開口部との距離が離れ、かつ、その間の領域が比較的高抵抗のｐ型半導体層であるために、素子抵抗が増大する。さらに、電子より質量の重い正孔が走行するため、この開口部の周辺部に電流経路が集中する不均一注入が生じ、出射光のモード不安定性や放射角の増大が誘発されるなどの問題がある。
【００１０】
一方、埋込み型トンネル接合面発光レーザでは、もともとイントラキャビティ構造であり、上部電極から電子が走行しトンネル部で正孔に変換して活性領域に注入される。よって、電子走行領域をｎ型半導体層とすることができ、酸化狭窄構造と比較して素子抵抗の課題は大幅に低減できる。
【００１１】
しかしながら、埋込みトンネル接合型面発光レーザでは、トンネル接合部を埋め込むため、図７に示すように、酸化狭窄型と異なりｎ型スペーサ層１６上に凸部２０が形成される。すなわち、ｎ型スペーサ層１６の厚さにより、共振波長に差が生じる。この結果、等価屈折率の差による光閉じ込めが生じる。一般に、凹凸が大きいほど、等価屈折率差が大きくなる。中央部の等価屈折率の方が小さい場合、いわゆる逆導波構造となり、閾値電流の増大、ひいては発振不能などの問題が生じる。逆に中央部の等価屈折率の方が大きい場合、光閉じ込めが強くなる。この場合、高次モードが発生し易くなり、シングルモードが必要な用途には使用できないなどの問題がある。
【００１２】
このように、光閉じ込めが強くなり、発振モードの安定性が失われると、放射角が拡大あるいは不安定となり、光ファイバや光導波路との結合効率が低下する。これに対し、レンズを用いることも考えられるが、高密度集積や低コスト化の観点から好ましくない。
【００１３】
また、埋め込み層を十分に厚くすれば、図８（ａ）のように表面を平坦化することや図８（ｂ）のように凹凸がある部分を光が届かない領域まで遠ざけることが可能となる。そのため、上記凹凸による問題を回避することができる。しかしながら、埋め込み層を厚くするほど、レーザの共振器長が長くなり、モード体積が大きくなるため、高速性が犠牲となる。
【００１４】
ところで、特許文献１及び２では、面発光レーザに透明電極が用いられている。
【特許文献１】特開２００６−２１６８１６
【特許文献２】特開２０００−１９６１８９
【非特許文献１】Yashiki他５名、「1.1um-Range Low-Resistance InGaAs Quantum-Well Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers with a Buried Type-II Tunnel Junction」、Jpn. J. Appl. Phys.、２００７年、ｐｐ．Ｌ５１２−５１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、高速動作が可能であって、かつ、狭放射角の面発光レーザを提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る面発光レーザは、第１の反射鏡と、第２の反射鏡と、前記第１及び第２の反射鏡の間に形成された活性層及び電流狭窄構造と、前記第１の反射鏡と前記活性層との間に形成され、透明性を有する電極とを備え、前記電極は、形成された面方向に屈折率の周期性を有するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高速動作が可能であって、かつ、狭放射角の面発光レーザを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１９】
第１の実施の形態
本発明の第１の実施の形態に係る面発光レーザの構成について図１を参照して説明する。ここでは、発振波長１．１μｍの酸化狭窄型面発光レーザに本発明を適用した例を挙げる。
【００２０】
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る面発光レーザ素子の断面図である。この面発光レーザは、ｎ型半導体基板１０１上に、下部ＤＢＲ１０２、ｎ型クラッド層１０３、活性層１０４、ｐ型クラッド層１０５、酸化層１０６、ｐ型半導体層１０７、ｐ＋型半導体層１０８、透明電極１１０及び上部ＤＢＲ１１１を有する。図１（ｂ）は、透明電極１１０の平面図である。また、図１（ａ）は図１（ｂ）のＩＡ−ＩＡ断面図である。
【００２１】
下部ＤＢＲ１０２は、例えば、ＧａＡｓからなるｎ型半導体基板１０１上に形成されている。この下部ＤＢＲ１０２は、例えば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層とｎ型ＧａＡｓからなる高屈折率層とが順に積層された構造を有する。また、各層の光学膜厚はいずれもλ／４（λは各媒質内の発振波長）とするのが好ましい。
【００２２】
ｎ型クラッド層１０３は、下部ＤＢＲ１０２上に形成され、例えば、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる。
活性層１０４は、ｎ型クラッド層１０３上に形成され、例えば、ノンドープＧａ０．７Ｉｎ０．３Ａｓ量子井戸とＧａＡｓ障壁層からなる。活性層１０４全体の光学膜厚は１λ（媒質内波長の１波長分）とするのが好ましい。
ｐ型クラッド層１０５は、活性層１０４上に形成され、例えば、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる。
酸化層１０６は、ｐ型クラッド層１０５上に形成され、例えば、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし０＜ｘ＜１）を酸化することにより形成される。この酸化層１０６により、電流狭窄部が形成される。電流狭窄部の電流通路の直径は４〜１５μｍであることが好ましい。
【００２３】
ｐ型半導体層１０７は、酸化層１０６上に形成され、例えば、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる。また、ｐ＋型半導体層１０８は、ｐ型半導体層１０７上に形成され、例えば、ＧａＡｓからなる。ｐ＋型半導体層１０８上面には、フレンネルレンズの設計に基づき、周期的かつ微細な凹凸が形成されている。この凹部にＩＴＯなどからなる透明電極１１０が形成されている。具体的には、図１（ｂ）に示すように、レーザ出射方向から見て、電流狭窄構造の中心を中心として同心円状に間欠的に、透明電極１１０が形成されている。そして、十字形状にすべての円状の透明電極が連結して形成されている。また、本実施の形態では、透明電極１１０は上部ＤＢＲ１１１に接触して形成されている。ここで、必ずしも接触している必要はないが、透明電極１１０は、上部ＤＢＲ１１１の下面から０．５μｍ以内の距離に形成されていることが好ましい。
【００２４】
この透明電極１１０により、従来のイントラキャビティ型の素子抵抗が２５０Ωであったのに対し、約１／３の８０Ωまで低減できる。また、透明電極１１０の回折効果により、ＦＦＰを従来の３０度から１５度まで狭小化できる。さらに、酸化狭窄部の開口径６μｍの素子において、その回折格子の厚みを０．３μｍ、周期０．４μｍとし、中心からその幅のみを均等減少させることにより、シングルモード化できる。
【００２５】
上部ＤＢＲ１１１は、透明電極１１０上に形成されている。上部ＤＢＲ１１１は、例えば、光学膜厚λ／４のＳｉＯ２低屈折率層と光学膜厚λ／４のアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）高屈折率層とが順に積層された構造を有する。
【００２６】
次に、第１の実施の形態に係る面発光レーザの製造方法について図４を参照して説明する。まず、図４（ａ）に示すように、ｎ型半導体基板１０１上に、一対のｎ型ＧａＡｓ層とｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とを複数積層した下部ＤＢＲ１０２、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなるｎ型クラッド層１０３、ノンドープＧａ０．７Ｉｎ０．３Ａｓ量子井戸とＧａＡｓ障壁層からなる活性層１０４、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなるｐ型クラッド層１０５、酸化層１０６形成用のｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０＜ｘ＜１）層１０６ａ、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなるｐ型半導体層１０７、ＧａＡｓからなるｐ＋型半導体層１０８を有機金属気相化学堆積（ＭＯＶＰＥ：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法にて順次積層する。もちろん、分子線エピタキシー成長（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法など他の結晶成長方法を用いてもよい。
【００２７】
次に、図４（ｂ）に示すように、フォトレジストを、ｐ＋型半導体層１０８上へ塗布し、直径約３０μｍの円形のレジストマスクを形成する。次に、ドライエッチングにより、下部ＤＢＲ１０２の表面が露出するまでエッチングを行い、直径約３０μｍのメサ（円柱状構造）１０９を形成する。
【００２８】
そして、水蒸気雰囲気中の炉内において温度約４００℃で約１０分間加熱を行う。これにより、図４（ｃ）に示すように、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０＜ｘ＜１）層１０６ａが円環状に選択的に酸化され、酸化層１０６が形成される。これにより、中心部の非酸化領域には、電流通路（開口部）が形成される。
【００２９】
さらに、ｐ＋型半導体層１０８にフレンネルレンズの設計に基づき周期的な凹凸を形成する。この凹部にＩＴＯなどからなる透明導電膜を形成し、図４（ｄ）に示すように、水平方向に周期的な屈折率変化を有する透明電極１１０を形成する。具体的には、フォトレジストを、ｐ＋型半導体層１０８上へ塗布し、フォトリソグラフィ技術により、周期的な凹凸を形成するためのレジストマスクを形成する。ここで、凹部となる領域はこのレジストマスクに被覆されておらず、当該領域のｐ＋型半導体層１０８をエッチングにより除去し、凹部を形成する。さらに、このレジストマスクを利用して、凹部を埋め込むように透明導電膜を形成する。そして、このレジストマスクを除去することにより、周期的な屈折率変化を有する透明電極１１０を形成する。
【００３０】
次に、この円柱状構造の上に、スパッタを用いて図４（ｅ）に示すように一対のＳｉＯ２とアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）とを複数積層した上部ＤＢＲ１１１を形成する。
【００３１】
次に、メサ１０９をポリイミド１１２で埋込み、透明電極１１０を引き出すようにｐ型電極１１３を形成、そして、下部ＤＢＲ層１０２の下面にｎ型電極１１４を形成して、図１の素子が完成する。
【００３２】
第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態に係る面発光レーザの構成について図２を参照して説明する。ここでは、発振波長１．１μｍの埋込みトンネル接合型面発光レーザに、本発明に適用した例を挙げる。
【００３３】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る面発光レーザ素子の断面図である。この面発光レーザは、ｎ型半導体基板２０１上に、下部ＤＢＲ２０２、ｎ型クラッド層２０３、活性層２０４、ｐ型クラッド層２０５、ｐ型スペーサ層２０６、ｐ＋型半導体層２０７、ｎ＋型半導体層２０８、ｎ型スペーサ層２０９、透明電極２１０及び上部ＤＢＲ２１１を有する。
【００３４】
下部ＤＢＲ２０２は、例えば、ＧａＡｓからなるｎ型半導体基板２０１上に形成されている。この下部ＤＢＲ２０２は、例えば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層とｎ型ＧａＡｓからなる高屈折率層とが順に積層された構造を有する。また、各層の光学膜厚はいずれもλ／４（λは各媒質内の発振波長）とするのが好ましい。
【００３５】
ｎ型クラッド層２０３は、下部ＤＢＲ２０２上に形成され、例えば、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる。
活性層２０４は、ｎ型クラッド層２０３上に形成され、例えば、ノンドープＧａ０．７Ｉｎ０．３Ａｓ量子井戸とＧａＡｓ障壁層からなる。活性層２０４全体の光学膜厚は１λ（媒質内波長の１波長分）とするのが好ましい。
ｐ型クラッド層２０５は、活性層２０４上に形成され、例えば、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる。
ｐ型スペーサ層２０６は、ｐ型クラッド層２０５上に形成され、例えば、ＧａＡｓからなる。
【００３６】
ｐ＋型半導体層２０７は、ｐ型スペーサ層２０６上に形成され、例えば、ＧａＡｓ０．９Ｓｂ０．１からなる。一方、ｎ＋型半導体層２０８は、ｐ＋型半導体層２０７上に形成され、例えば、Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓからなる。そして、ｐ＋型半導体層２０７及びｎ＋型半導体層２０８がトンネル接合層を構成する。ここで、ｐ＋型半導体層２０７のｐ型ドーパントとしてはＣ（濃度１×１０２０ｃｍ−３）とすることができる。一方、ｎ＋型半導体層２０８のｎ型ドーパントとしてはＳｉ（濃度２×１０１９ｃｍ−３）とすることができる。また、ｐ＋型半導体層２０７は厚さ５ｎｍ、ｎ＋型半導体層２０８は厚さ１０ｎｍとすることができる。また、ｐ＋型半導体層２０７及びｎ＋型半導体層２０８からなるトンネル接合層は基板平面内において、最終的に電流注入領域となる部分のみを残し、周囲は除去されている。これにより、電流狭窄部が形成される。電流狭窄部の電流通路の直径は４〜１５μｍであることが好ましい。
【００３７】
ｎ型スペーサ層２０９は、ｐ＋型半導体層２０７及びｎ＋型半導体層２０８からなるトンネル接合層を覆うように形成されている。ｎ型スペーサ層２０９は、例えば、ＧａＡｓからなる。図２では、ｎ型スペーサ層２０９の上面は平坦に描かれているが、実際には、図７に示したのと同様に凸部が形成されている。
【００３８】
このｎ型スペーサ層２０９上面には、フレンネルレンズの設計に基づき、周期的かつ微細な凹凸が形成されている。そして、この凹部にＩＴＯなどからなる透明電極２１０が形成されている。具体的には、図１（ｂ）と同様に、レーザ出射方向から見て、電流狭窄構造の中心を中心として同心円状に間欠的に、透明電極２１０が形成されている。さらに、十字形状にすべての円状の透明電極が連結して形成されている。また、本実施の形態では、透明電極１１０は上部ＤＢＲ１１１に接触して形成されている。ここで、必ずしも接触している必要はないが、透明電極１１０は、上部ＤＢＲ１１１の下面から０．５μｍ以内の距離に形成されていることが好ましい。この透明電極２１０により、従来のイントラキャビティ型の素子抵抗が５０Ωであったのに対し、３５Ωまで低減することができる。また、透明電極２１０の回折効果により、ＦＦＰを従来の４５度から２０度まで狭小化できる。
【００３９】
上部ＤＢＲ２１１は、透明電極２１０上に形成されている。上部ＤＢＲ２１１は、例えば、光学膜厚λ／４のＳｉＯ２低屈折率層と光学膜厚λ／４のアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）高屈折率層とが順に積層された構造を有する。
【００４０】
次に、第２の実施の形態に係る面発光レーザの製造方法について図５を参照して説明する。まず、図５（ａ）に示すように、ＧａＡｓからなるｎ型半導体基板２０１上に、一対のｎ型ＧａＡｓ層とｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とを複数積層した下部ＤＢＲ２０２、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなるｎ型クラッド層２０３、ノンドープＧａ０．７Ｉｎ０．３Ａｓ量子井戸とＧａＡｓ障壁層からなる活性層２０４、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなるｐ型クラッド層２０５、ＧａＡｓからなるｐ型スペーサ層２０６、ＧａＡｓ０．９Ｓｂ０．１からなるｐ＋型半導体層２０７、Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓからなるｎ＋型半導体層２０８を有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法にて順次積層する。
【００４１】
次に、フォトリソグラフィ技術により直径約６μｍの円形のレジストマスクを形成した後、エッチングによりｐ＋型半導体層２０７及びｎ＋型半導体層２０８を除去する。これにより、直径約６μｍの円柱状のトンネル接合層が形成される。その後、フォトレジストを除去する。次に、図５（ｂ）に示すように、再びＭＯＣＶＤ法を用いてｎ型スペーサ層２０９を積層する。
【００４２】
本構造では、ｐ＋型半導体層２０７及びｎ＋型半導体層２０８がトンネル接合を構成している。これを一部残して除去した後、半導体により埋め込む。残存するトンネル接合部分にのみ電流が流れる構造となる。上記トンネル接合は、その界面が下部ＤＢＲ２０２と後述する上部ＤＢＲ２１１の間に立つ定在波の節に配置されており、光吸収を低減している。
【００４３】
さらに、ｎ型スペーサ層２０９上面に、フレンネルレンズの設計に基づき、周期的な凹凸を形成する。この凹部にＩＴＯなどからなる透明導電膜を形成し、図５（ｃ）に示すように、水平方向に周期的な屈折率変化を有する透明電極２１０を形成する。具体的には、フォトレジストを、ｐ＋型半導体層１０８上へ塗布し、フォトリソグラフィ技術により、周期的な凹凸を形成するためのレジストマスクを形成する。ここで、凹部となる領域はこのレジストマスクに被覆されておらず、当該領域のｐ＋型半導体層１０８をエッチングにより除去し、凹部を形成する。さらに、このレジストマスクを利用して、凹部を埋め込むように透明導電膜を形成する。そして、このレジストマスクを除去することにより、周期的な屈折率変化を有する透明電極１１０を形成する。
【００４４】
次に、このウエハ上にスパッタを用いて一対のＳｉＯ２とアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）とを複数積層した上部ＤＢＲ２１１を形成するフォトリソグラフィ技術により、上部電極２１５の内径領域を残し、それよりも外周領域の上部ＤＢＲ２１１を除去する。
【００４５】
次に、ウエハ上面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術により、直径約３０μｍの円形のレジストマスクを形成した後、下部ＤＢＲ２０２の表面が露出するまでエッチングを行い、直径約３０μｍのメサ（円柱状構造）２１２を形成する。この後、レジストを除去し、図５（ｄ）の構造となる。
【００４６】
次に、上記メサエッチングにより露出した下部ＤＢＲ２０２上に電極を形成する。まず、前面にフォトレジストを塗布した後、フォトリソグラフィにより、電極を形成する部分のフォトレジストのみ除去する。Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着した後、上記フォトレジストを除去してリフトオフすることにより、下部ＤＢＲ２０２上の一部に下部電極２１３が形成される。次に、ポリイミドによりメサ２１２を埋め込んだ後、フォトリソグラフィにより、下部電極２１３上のポリイミドを除去する。
【００４７】
最後に、電極２１５を形成する。まず、フォトレジストを塗布し、マスク露光によりパターニングした後、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着する。そして、上記フォトレジストを除去してリフトオフすることにより、ポリイミド層２１４上に上部電極２１５を形成し、図２の面発光レーザが完成する。
【００４８】
上記の通り、本発明に係る面発光レーザでは、回折格子型の透明電極が上部誘電体ＤＢＲの下に配置されている。この透明電極は、その形成面方向に周期構造を有しているため、回折格子として機能する。また、半導体層との接触面積が大きいため、素子抵抗を低減することができる。さらに、透明電極の光透過率は、波長１．１μｍにおいて９０％程度に留まるが、実施の形態に示した同心円状構造などの間欠構造とすることにより、実効的な光透過率を増大させることができる。
【００４９】
さらに、当該透明電極の回折効果により、放射角の狭小化、レーザ出射光の高次モード抑制、あるいは、シングルモード化が可能となる。この回折効果は、光の電界強度が高いほどその作用が大きい。図３には、本発明の素子の電界強度分布を示すが、上部誘電体多層ＤＢＲ直下（半導体層との界面）が最大強度領域となる。よって、この部分に当該回折格子型透明電極を配置することにより、大きな回折効果と低抵抗化の両方を実現した。
【００５０】
本発明の実施方法は上記した各種形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形が可能である。発光素子の波長、材料についても実施の形態に挙げたもの以外を選ぶことが可能である。また、回折格子型透明電極は、屈折率の周期構造が形成でき、任意波長の光に対し所望の回折効果を有する構造であれば、放射状、網目状などの各種形状が適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施の形態である面発光レーザの断面図及び平面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態である面発光レーザの断面図である。
【図３】本発明の素子内の電界強度分布を説明するグラフである。
【図４】本発明の第１の実施の形態である面発光レーザの製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態である面発光レーザの製造方法を示す断面図である。
【図６】関連する酸化狭窄型面発光レーザの断面図である。
【図７】関連するトンネル接合型面発光レーザの断面図である。
【図８】関連するトンネル接合型面発光レーザの断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０１  ｎ型半導体基板
１０２  下部ＤＢＲ
１０３  ｎ型クラッド層
１０４  活性層
１０５  ｐ型クラッド層
１０６  酸化層
１０６ａ  ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層
１０７  ｐ型半導体層
１０８  ｐ＋型半導体層
１０９  メサ
１１０  透明電極
１１１  上部ＤＢＲ
１１２  ポリイミド層
１１３  ｐ型電極
１１４  ｎ型電極
２０１  ｎ型半導体基板
２０２  第１のＤＢＲ
２０３  ｎ型クラッド層
２０４  活性層
２０５  ｐ型クラッド層
２０６  ｐ型スペーサ層
２０７  ｐ＋型半導体層
２０８  ｎ＋型半導体層
２０９  ｎ型スペーサ層
２１０  透明電極
２１１  上部ＤＢＲ
２１２  メサ
２１３  下部電極
２１４  ポリイミド層
２１５  上部電極
【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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