(57)【要約】【課題】少ない試作回数で面発光レーザを正確に所望の厚さで作製することで、所望の波長関係を有する面発光レーザを効率的に製造する方法を提供する。【解決手段】本発明の面発光レーザの製造方法は，第１基板上に下部ミラー、活性層、上部ミラーと各々同じ層構成の第１半導体層、第２半導体層、第３半導体層を成膜する工程と、反射率検査を行い、第１、第３半導体層の反射帯域の中心波長と、第１〜３半導体層を有する第１光共振器の共振波長を測定する工程と、下部、上部ミラー成膜時間を算出し、第１、第２計算値を算出する工程と、活性層の厚さと、下部、上部ミラーと活性層を有する第２光共振器の共振波長との関係から第２計算値における活性層の厚さと、第２光共振器の所望の共振波長における活性層の厚さを求める工程と、活性層成膜時間を算出する工程と、第２基板上に下部、上部ミラーと活性層を成膜する工程と、第１、２電極を形成する工程と，を含む。【選択図】図１２
2009152296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板の上方に下部ミラーと同じ層構成を有する第１半導体層を成膜時間（ｔ１０）で成膜する工程と、
前記第１半導体層の上方に活性層と同じ層構成を有する第２半導体層を成膜時間（ｔ２０）で成膜する工程と、
前記第２半導体層の上方に上部ミラーと同じ層構成を有する第３半導体層を成膜時間（ｔ３０）で成膜する工程と、
前記第１半導体層、前記第２半導体層、および前記第３半導体層を有する半導体多層膜に対して反射率検査を行い、前記第１半導体層および前記第３半導体層の反射帯域の中心波長（λＳ０）、並びに、前記第１半導体層、前記第２半導体層、および前記第３半導体層を有する第１光共振器の共振波長（λＤ０）を測定する工程と、
前記下部ミラーおよび前記上部ミラーの所望の反射帯域の中心波長をλＳとして、下部ミラー成膜時間（ｔ１１）および上部ミラー成膜時間（ｔ３１）を下記式（１）および式（２）から算出し、活性層成膜時間（ｔ２２）を算出するための第１計算値（ｔ２１）および第２計算値（λ１）を下記式（３）および式（４）から算出する工程と、
前記下部ミラーおよび前記上部ミラーを所望の厚さに固定した時の、前記活性層の一部または全部の厚さ（ｘ）と、前記下部ミラー、前記活性層、および前記上部ミラーを有する第２光共振器の共振波長（λ）との関係から、前記第２計算値（λ１）における前記活性層の一部または全部の厚さ（ｘλ１）、および、前記第２光共振器の所望の共振波長をλＤとして、前記λＤにおける前記活性層の一部または全部の厚さ（ｘλＤ）を求める工程と、
前記活性層成膜時間（ｔ２２）を下記式（５）から算出する工程と、
第２基板の上方に前記下部ミラー成膜時間（ｔ１１）で下部ミラーを成膜する工程と、
前記下部ミラーの上方に前記活性層成膜時間（ｔ２２）で活性層を成膜する工程と、
前記活性層の上方に前記上部ミラー成膜時間（ｔ３１）で上部ミラーを成膜する工程と、
前記下部ミラーに電気的に接続される第１電極、および、前記上部ミラーに電気的に接続される第２電極を形成する工程と、を含む、面発光型半導体レーザの製造方法。
ｔ１１＝ｔ１０×（λＳ／λＳ０）      …（１）
ｔ３１＝ｔ３０×（λＳ／λＳ０）      …（２）
ｔ２１＝ｔ２０×（λＳ／λＳ０）      …（３）
λ１＝λＤ０×（λＳ／λＳ０）      …（４）
ｔ２２＝ｔ２１×（ｘλＤ／ｘλ１）      …（５）
【請求項２】
請求項１において、
前記活性層の一部または全部の厚さ（ｘ）と、前記下部ミラー、前記活性層、および前記上部ミラーを有する第２光共振器の共振波長（λ）との関係から、前記活性層の一部または全部の厚さ（ｘ）に対する前記第２光共振器の共振波長（λ）の変化率（ｆ）を求める計算工程を有し、
前記変化率（ｆ）は、下記式（６）で表され、
前記活性層成膜時間（ｔ２２）は、上記式（５）を変形した下記式（５−２）から算出される、面発光型半導体レーザの製造方法。
ｆ＝（λＤ−λ１）／（ｘλＤ−ｘλ１）      …（６）
【数１】
2009152296.tif 000013
【請求項３】
請求項１において、
前記活性層の一部または全部の厚さ（ｘ）と、前記下部ミラー、前記活性層、および前記上部ミラーを有する第２光共振器の共振波長（λ）との関係から、前記活性層の一部または全部の厚さ（ｘ）に対する前記第２光共振器の共振波長（λ）の変化率（ｆ）を求める計算工程を有し、
前記変化率（ｆ）は、前記活性層の一部または全部の厚さ（ｘ）と、前記下部ミラー、前記活性層、および前記上部ミラーを有する第２光共振器の共振波長（λ）との関係における、λＤとλ１の中間波長（λＤ＋λ１）／２における微分値の下記式（７）で表され、
前記活性層成膜時間（ｔ２２）は、上記式（５）を変形した下記式（５−２）から算出される、面発光型半導体レーザの製造方法。
【数２】
2009152296.tif 000014
【数１】
2009152296.tif 000015
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記下部ミラーおよび前記上部ミラーの所望の反射帯域の中心波長（λＳ）と、前記第２光共振器の所望の共振波長（λＤ）とは、異なる波長である、面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記下部ミラーおよび前記上部ミラーの所望の反射帯域の中心波長（λＳ）と、前記第２光共振器の所望の共振波長（λＤ）とは、同じ波長である、面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項６】
請求項４において、
前記下部ミラーおよび前記上部ミラーは、複数の単位多層膜を積層した多層膜ミラーからなるように形成され、
前記単位多層膜は、上下方向に積層された１組の低屈折率層と高屈折率層を有するように形成され、
前記単位多層膜は、下記式（Ｉ）を満たすように形成され、
前記活性層は、下記式（II）を満たすように形成される、面発光型半導体レーザの製造方法。
ｘＤ ＜ λＤ／２ｎＤ      …（Ｉ）
ｘＡ ＞ ｍλＤ／２ｎＡ      …（II）
但し、
ｍは、正の整数であり、
ｘＤは、前記単位多層膜の厚さであり、
ｎＤは、前記単位多層膜の平均屈折率であり、
ｘＡは、前記活性層の厚さであり、
ｎＡは、前記活性層の平均屈折率である。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記計算工程における前記活性層の一部として、該活性層が有するコンファインメント層を用いる、面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項８】
請求項２乃至４および請求項６乃至７のいずれかにおいて、
前記変化率（ｆ）は、０．４６より大きく、０．９２より小さい、面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかにおいて、
前記計算工程は、時間領域差分法を用いて行われる、面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかにおいて、
前記計算工程は、１次元時間領域差分法を用いて行われる、面発光型半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光型半導体レーザの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザの分野において、安価で高性能な光源として、垂直共振器面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）などの面発光型半導体レーザ（以下「面発光レーザ」ともいう）は大変注目されている。一般に、面発光レーザは、分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ミラーの各層の厚さがλＤ／４ｎであり、活性層の厚さがｍλＤ／２ｎである構造を有している（例えば下記非特許文献１参照）。但し、λＤは設計共振波長であり、ｎは各層の屈折率であり、ｍは正の整数である。
【非特許文献１】「面発光レーザ」伊賀  健一，小山  二三夫，オーム社，（１９９０／０９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、実際にＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）装置などの成膜装置を用いて面発光レーザを作製した場合、必ずしも正確に所望の厚さとはならない場合がある。また、実際の共振波長は、ＤＢＲミラーの周期性（ＤＢＲミラー部分における多重反射による電磁界プロファイル）の影響を受けており、活性層の厚さのみでは決定されない。即ち、例えば、成膜時にＤＢＲミラーの厚さがλＤ／４ｎよりも厚くなってしまったとしたら、活性層の厚さが正確にｍλＤ／２ｎであったとしても、実際の共振波長は、設計共振波長（λＤ）よりも長波長となってしまう。
【０００４】
本発明の目的の１つは、少ない試作回数で面発光型半導体レーザを正確に所望の厚さで作製することで、所望の波長関係を有する面発光型半導体レーザを効率的に製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法は、
第１基板の上方に下部ミラーと同じ層構成を有する第１半導体層を成膜時間（ｔ１０）で成膜する工程と、
前記第１半導体層の上方に活性層と同じ層構成を有する第２半導体層を成膜時間（ｔ２０）で成膜する工程と、
前記第２半導体層の上方に上部ミラーと同じ層構成を有する第３半導体層を成膜時間（ｔ３０）で成膜する工程と、
前記第１半導体層、前記第２半導体層、および前記第３半導体層を有する半導体多層膜に対して反射率検査を行い、前記第１半導体層および前記第３半導体層の反射帯域の中心波長（λＳ０）、並びに、前記第１半導体層、前記第２半導体層、および前記第３半導体層を有する第１光共振器の共振波長（λＤ０）を測定する工程と、
前記下部ミラーおよび前記上部ミラーの所望の反射帯域の中心波長をλＳとして、下部ミラー成膜時間（ｔ１１）および上部ミラー成膜時間（ｔ３１）を下記式（１）および式（２）から算出し、活性層成膜時間（ｔ２２）を算出するための第１計算値（ｔ２１）および第２計算値（λ１）を下記式（３）および式（４）から算出する工程と、
前記下部ミラーおよび前記上部ミラーを所望の厚さに固定した時の、前記活性層の一部または全部の厚さ（ｘ）と、前記下部ミラー、前記活性層、および前記上部ミラーを有する第２光共振器の共振波長（λ）との関係から、前記第２計算値（λ１）における前記活性層の一部または全部の厚さ（ｘλ１）、および、前記第２光共振器の所望の共振波長をλＤとして、前記λＤにおける前記活性層の一部または全部の厚さ（ｘλＤ）を求める工程と、
前記活性層成膜時間（ｔ２２）を下記式（５）から算出する工程と、
第２基板の上方に前記下部ミラー成膜時間（ｔ１１）で下部ミラーを成膜する工程と、
前記下部ミラーの上方に前記活性層成膜時間（ｔ２２）で活性層を成膜する工程と、
前記活性層の上方に前記上部ミラー成膜時間（ｔ３１）で上部ミラーを成膜する工程と、
前記下部ミラーに電気的に接続される第１電極、および、前記上部ミラーに電気的に接続される第２電極を形成する工程と、を含む。
【０００６】
ｔ１１＝ｔ１０×（λＳ／λＳ０）      …（１）
ｔ３１＝ｔ３０×（λＳ／λＳ０）      …（２）
ｔ２１＝ｔ２０×（λＳ／λＳ０）      …（３）
λ１＝λＤ０×（λＳ／λＳ０）      …（４）
ｔ２２＝ｔ２１×（ｘλＤ／ｘλ１）      …（５）
本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法によれば、前記下部ミラー成膜時間（ｔ１１）、前記活性層成膜時間（ｔ２２）、及び前記上部ミラー成膜時間（ｔ３１）の正確な値を予め算出することができる。即ち、前記下部ミラーおよび前記上部ミラーの所望の反射帯域の中心波長λＳと、前記第２光共振器の所望の共振波長λＤとを、二度の試作を繰り返して個別に合わせこむ必要がない。従って、余分な試作を行うことなく、一度の補正で正確に所望の厚さで作製することが可能となり、資源の節約や製造コストの削減に繋がる。
【０００７】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定の部材（以下「Ａ部材」という）の「上方」に他の特定の部材（以下「Ｂ部材」という）を成膜する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ部材上に直接Ｂ部材を成膜するような場合と、Ａ部材上に他のものを介してＢ部材を成膜するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【０００８】
本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記活性層の一部または全部の厚さ（ｘ）と、前記下部ミラー、前記活性層、および前記上部ミラーを有する第２光共振器の共振波長（λ）との関係から、前記活性層の一部または全部の厚さ（ｘ）に対する前記第２光共振器の共振波長（λ）の変化率（ｆ）を求める計算工程を有し、
前記変化率（ｆ）は、下記式（６）で表され、
前記活性層成膜時間（ｔ２２）は、上記式（５）を変形した下記式（５−２）から算出されることができる。
【０００９】
ｆ＝（λＤ−λ１）／（ｘλＤ−ｘλ１）      …（６）
【００１０】
【数１】
2009152296.tif 000003
本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記活性層の一部または全部の厚さ（ｘ）と、前記下部ミラー、前記活性層、および前記上部ミラーを有する第２光共振器の共振波長（λ）との関係から、前記活性層の一部または全部の厚さ（ｘ）に対する前記第２光共振器の共振波長（λ）の変化率（ｆ）を求める計算工程を有し、
前記変化率（ｆ）は、前記活性層の一部または全部の厚さ（ｘ）と、前記下部ミラー、前記活性層、および前記上部ミラーを有する第２光共振器の共振波長（λ）との関係における、λＤとλ１の中間波長（λＤ＋λ１）／２における微分値の下記式（７）で表され、
前記活性層成膜時間（ｔ２２）は、上記式（５）を変形した下記式（５−２）から算出されることができる。
【００１１】
【数２】
2009152296.tif 000004
【００１２】
【数１】
2009152296.tif 000005
本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記下部ミラーおよび前記上部ミラーの所望の反射帯域の中心波長（λＳ）と、前記第２光共振器の所望の共振波長（λＤ）とは、異なる波長であることができる。
【００１３】
本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記下部ミラーおよび前記上部ミラーの所望の反射帯域の中心波長（λＳ）と、前記第２光共振器の所望の共振波長（λＤ）とは、同じ波長であることができる。
【００１４】
本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記下部ミラーおよび前記上部ミラーは、複数の単位多層膜を積層した多層膜ミラーからなるように形成され、
前記単位多層膜は、上下方向に積層された１組の低屈折率層と高屈折率層を有するように形成され、
前記単位多層膜は、下記式（Ｉ）を満たすように形成され、
前記活性層は、下記式（II）を満たすように形成されることができる。
【００１５】
ｘＤ ＜ λＤ／２ｎＤ      …（Ｉ）
ｘＡ ＞ ｍλＤ／２ｎＡ      …（II）
但し、
ｍは、正の整数であり、
ｘＤは、前記単位多層膜の厚さであり、
ｎＤは、前記単位多層膜の平均屈折率であり、
ｘＡは、前記活性層の厚さであり、
ｎＡは、前記活性層の平均屈折率である。
【００１６】
なお、本発明において、「上下方向に積層された１組の低屈折率層と高屈折率層」という場合には、低屈折率層と高屈折率層との間に他の層が積層されるような場合が含まれるものとする。
【００１７】
本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記計算工程における前記活性層の一部として、該活性層が有するコンファインメント層を用いることができる。
【００１８】
なお、本発明において、「コンファインメント層」とは、量子井戸に効率的に電子を注入し閉じ込める構造をいう。
【００１９】
本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記変化率（ｆ）は、０．４６より大きく、０．９２より小さいことができる。
【００２０】
本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記計算工程は、時間領域差分法を用いて行われることができる。
【００２１】
本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記計算工程は、１次元時間領域差分法を用いて行われることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
１．  まず、本実施形態に係る面発光レーザ１００について説明する。
【００２４】
図１は、面発光レーザ１００を概略的に示す断面図であり、図２は、図１の領域Ｖを拡大して示す概略図である。
【００２５】
面発光レーザ１００は、図１に示すように、基板１０１と、下部ミラー１０と、活性層１０３と、上部ミラー２０と、絶縁層１１０と、第１電極１０７と、第２電極１０９と、を含むことができる。
【００２６】
基板１０１としては、例えば第１導電型（例えばｎ型）ＧａＡｓ基板などを用いることができる。
【００２７】
基板１０１上には、例えば第１導電型の下部ミラー１０が形成されている。下部ミラー１０は、単位多層膜１０ｐを複数積層した多層膜ミラーである。単位多層膜１０ｐは、図２に示すように、例えば、低屈折率層１０Ｌと、低屈折率層１０Ｌの下に形成された高屈折率層１０Ｈと、からなることができる。即ち、下部ミラー１０は、例えば、低屈折率層１０Ｌと高屈折率層１０Ｈとを交互に積層した分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ミラーであることができる。低屈折率層１０Ｌは、例えば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層（屈折率３．０４９）からなることができる。高屈折率層１０Ｈは、例えば、ｎ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ層（屈折率３．５４４）からなることができる。単位多層膜１０ｐの積層数（ペア数）は、例えば３５．５ペア〜４３．５ペアなどとすることができる。なお、下部ミラー１０の単位多層膜１０ｐとしては、単位多層膜１０ｐの層構成が繰り返されて、下部ミラー１０が構成されるものであれば良い。例えば、単位多層膜１０ｐは、低屈折率層１０Ｌと、低屈折率層１０Ｌの上に形成された高屈折率層１０Ｈとからなることができる。
【００２８】
下部ミラー１０の上には、活性層１０３が形成されている。活性層１０３は、例えば、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ（graded-index separate-confinement heterostructure）構造を有する。活性層１０３の構造としては、例えば、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造３０４を、その上下に形成されたグレーデッドインデックス（Graded Index）層であるコンファインメント層３０２，３０６で挟み込むものが挙げられる。ＭＱＷ構造３０４としては、例えば、図３に示すように、ＧａＡｓウェル層３０３とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層３０５とからなる量子井戸構造を３つ重ねたものが挙げられる。なお、図３は、活性層１０３及びその付近におけるＡｌＧａＡｓ層のアルミニウム（Ａｌ）組成を概略的に示す図である。ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成とは、III族源（Ａｌ及びＧａ）に対するＡｌの組成である。Ａｌ組成は、０から１までとする。即ち、ＡｌＧａＡｓ層には、ＧａＡｓ層（Ａｌ組成が０の場合）及びＡｌＡｓ層（Ａｌ組成が１の場合）が含まれるものとする。
【００２９】
また、ＭＱＷ構造３０４の下に形成された下部コンファインメント層３０２としては、例えば、図３に示すように、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成を０．９から０．３まで上方向に連続的に減少させたものが挙げられる。ＭＱＷ構造３０４の上に形成された上部コンファインメント層３０６としては、例えば、図３に示すように、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成を０．３から０．６まで上方向に連続的に増加させたものが挙げられる。
【００３０】
活性層１０３の上には、例えば第２導電型（例えばｐ型）の上部ミラー２０が形成されている。上部ミラー２０は、単位多層膜２０ｐを複数積層した多層膜ミラーである。単位多層膜２０ｐは、図２に示すように、例えば、低屈折率層２０Ｌと、低屈折率層２０Ｌの下に形成された高屈折率層２０Ｈと、からなることができる。即ち、上部ミラー２０は、例えば、低屈折率層２０Ｌと高屈折率層２０Ｈとを交互に積層したＤＢＲミラーであることができる。低屈折率層２０Ｌは、例えば、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層（屈折率３．０４９）からなることができる。高屈折率層２０Ｈは、例えば、ｐ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ層（屈折率３．５４４）からなることができる。単位多層膜２０ｐの積層数（ペア数）は、例えば１９ペア〜３１ペアなどとすることができる。なお、上部ミラー２０の単位多層膜２０ｐとしては、単位多層膜２０ｐの層構成が繰り返されて、上部ミラー２０が構成されるものであれば良い。例えば、単位多層膜２０ｐは、低屈折率層２０Ｌと、低屈折率層２０Ｌの上に形成された高屈折率層２０Ｈとからなることができる。
【００３１】
本実施形態では、例えば、上述した複数の単位多層膜１０ｐ，２０ｐのうちの全てに対して、下記式（Ｉ）が満たされることができる。また、本実施形態では、活性層１０３は、下記式（II）を満たすことができる。
【００３２】
ｘＤ ＜ λＤ／２ｎＤ      …（Ｉ）
ｘＡ ＞ ｍλＤ／２ｎＡ      …（II）
但し、
λＤは、面発光レーザ１００の設計共振波長であり、
ｍは、正の整数であり、
ｘＤは、単位多層膜１０ｐ，２０ｐの厚さであり、
ｎＤは、単位多層膜１０ｐ，２０ｐの平均屈折率であり、
ｘＡは、活性層１０３の厚さであり、
ｎＡは、活性層１０３の平均屈折率である。
【００３３】
なお、ｘＤの下限値、及び、ｘＡの上限値は、λＤが多層膜ミラー（下部ミラー１０及び上部ミラー２０）の反射帯域に入るか否かで決定されることができる。ｘＤの下限値は、例えば、λＤ＝８５０ｎｍのＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．１２、０．９０）からなる多層膜ミラーでは、例えばλＤ／２ｎＤに対して５％程度小さくした値とすることができる。また、ｘＡの上限値は、設計共振波長λＤに応じて適宜決定されるが、例えばｍλＤ／２ｎＡに対して２０％程度大きくした値とすることができる。
【００３４】
また、上述した式（Ｉ）及び（II）は、下記式（Ａ）に書き換えられることができる。
【００３５】
２ｎＤ・ｘＤ ＜ λ ＜ （２ｎＡ・ｘＡ）／ｍ      …（Ａ）
また、上述した式（Ｉ）及び（II）から、活性層１０３の厚さｘＡと単位多層膜１０ｐ，２０ｐの厚さｘＤとの比（ｘＡ／ｘＤ）は、下記式（Ｂ）を満たすことができる。
【００３６】
ｘＡ／ｘＤ ＞ ｍｎＤ／ｎＡ      …（Ｂ）
設計波長λＤは、例えば、７８０ｎｍ、８５０ｎｍ、１３００ｎｍなどであるが、特に限定されない。また、ｍが例えば２である場合には、１λ共振器が構成される。
【００３７】
本実施形態では、例えば図２に示すように、下部ミラー１０における複数の単位多層膜１０ｐのそれぞれの厚さ、及び、上部ミラー２０における複数の単位多層膜２０ｐのそれぞれの厚さは、同じｘＤであることができる。また、本実施形態では、例えば、下部ミラー１０における複数の単位多層膜１０ｐのそれぞれの平均屈折率、及び、上部ミラー２０における複数の単位多層膜２０ｐのそれぞれの平均屈折率は、同じｎＤであることができる。
【００３８】
また、例えば、下部ミラー１０における複数の単位多層膜１０ｐのうち、２種類以上の単位多層膜１０ｐの厚さがあって、それらが互いに異なる値であることもできる。また、例えば、下部ミラー１０における複数の単位多層膜１０ｐのうち、２種類以上の異なる厚さの単位多層膜１０ｐに対して、平均屈折率が、互いに異なる値であることもできる。同様に、例えば、上部ミラー２０における複数の単位多層膜２０ｐのうち、２種類以上の単位多層膜２０ｐの厚さがあって、その厚さ及び平均屈折率の値が、互いに異なる値であることもできる。上述した式（Ｉ）は、下部ミラー１０及び上部ミラー２０における複数の種類の単位多層膜１０ｐ、２０ｐのうちの少なくとも１つに対して満たされれば良い。例えば、上述した式（Ｉ）を満たしていない単位多層膜１０ｐ，２０ｐに対しては、下記式（III）が満たされることができる。
【００３９】
ｘＤ ＝ λＤ／２ｎＤ      …（III）
また、例えば図２に示すように、下部ミラー１０の単位多層膜１０ｐが低屈折率層１０Ｌと高屈折率層１０Ｈからなり、上部ミラー２０の単位多層膜２０ｐが低屈折率層２０Ｌと高屈折率層２０Ｈからなる場合には、上述した式（Ｉ）は、下記式（IV）に書き換えられることができる。
【００４０】
ｘＨ＋ｘＬ ＜ λＤ／４ｎＬ＋λＤ／４ｎＨ      …（IV）
但し、
ｘＨは、前記低屈折率層の厚さであり、
ｘＬは、前記高屈折率層の厚さであり、
ｎＬは、前記低屈折率層の屈折率であり、
ｎＨは、前記高屈折率層の屈折率である。
【００４１】
また、上述した下部ミラー１０における単位多層膜１０ｐの積層数、及び、上部ミラー２０における単位多層膜２０ｐの積層数を適宜調整することにより、面発光レーザ１００のしきい値を調整することができる。
【００４２】
なお、本実施形態に係る面発光レーザ１００では、上記式（Ｉ）及び（II）に替えて、下記式（Ｖ）及び（V I）を満たすことも可能である。
【００４３】
ｘＤ ≧ λ／２ｎＤ      ・・・（Ｖ）
ｘＡ ≦ ｍλ／２ｎＡ      ・・・（VI）
下部ミラー１０、活性層１０３、及び上部ミラー２０は、垂直共振器を構成することができる。下部ミラー１０、活性層１０３、及び上部ミラー２０を構成する各層の組成及び層数は、必要に応じて適宜調整されることができる。なお、ｘＤの上限値、及び、ｘＡの下限値も、λＤが多層膜ミラー（下部ミラー１０及び上部ミラー２０）の反射帯域に入るか否かで決定されることができる。ｐ型の上部ミラー２０、不純物がドーピングされていない活性層１０３、及びｎ型の下部ミラー１０により、ｐｉｎダイオードが構成される。上部ミラー２０、活性層１０３、及び下部ミラー１０の一部は、柱状の半導体堆積体（以下「柱状部」という）３０を構成することができる。柱状部３０の平面形状は、例えば円形などである。
【００４４】
また、図１に示すように、例えば、上部ミラー２０を構成する層のうちの少なくとも１層またはその一部を電流狭窄層１０５とすることができる。電流狭窄層１０５は、例えば活性層１０３に近い領域に形成されている。電流狭窄層１０５としては、例えば、ＡｌＧａＡｓ層を酸化したものや、プロトンを打ち込んだものなどを用いることができる。電流狭窄層１０５は、開口部を有する絶縁層である。電流狭窄層１０５はリング状に形成されていることができる。
【００４５】
基板１０１の裏面（下部ミラー１０側とは逆側の面）には、第１電極１０７が形成されている。第１電極１０７は、基板１０１を介して、下部ミラー１０と電気的に接続されている。第１電極１０７は、例えば、下部ミラー１０の上面側（柱状部の周辺）に形成されることもできる。
【００４６】
上部ミラー２０及び絶縁層１１０の上には、第２電極１０９が形成されている。第２電極１０９は、上部ミラー２０と電気的に接続されている。第２電極１０９は、柱状部３０上に開口部を有する。該開口部によって、上部ミラー２０の上面上に第２電極１０９の設けられていない領域が形成される。この領域が、レーザ光の出射面１０８である。出射面１０８の平面形状は、例えば円形などである。
【００４７】
絶縁層１１０は、下部ミラー１０の上に形成されている。絶縁層１１０は、柱状部３０を取り囲むように形成されている。絶縁層１１０は、第２電極１０９と下部ミラー１０を電気的に分離させることができる。
【００４８】
２．  次に、本実施形態に係る面発光レーザ１００の製造方法の一例について、図面を参照しながら説明する。
【００４９】
図４、図５、図１３、及び図１４は、図１に示す本実施形態の面発光レーザ１００の一製造工程を概略的に示す断面図である。
【００５０】
（１）まず、図４に示すように、第１基板２０１の上に下部ミラー１０と同じ層構成を有する第１半導体層２１０を成膜時間ｔ１０で成膜する。第１基板２０１としては、上述した基板（第２基板）１０１と同じ材質の基板を用いる。第１基板２０１としては、例えばｎ型ＧａＡｓ基板などを用いることができる。第１半導体層２１０の例示としては、上述した下部ミラー１０の例示と同じものとなる。第１半導体層２１０の成膜は、例えば、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などを用いて、組成を変調させながら行われる。
【００５１】
（２）次に、図４に示すように、第１半導体層２１０の上に活性層１０３と同じ層構成を有する第２半導体層２０３を成膜時間ｔ２０で成膜する。例えば、ＭＱＷ構造３０４と同じ層構成を有する層を成膜時間ｔＭ０で成膜し、下部及び上部コンファインメント層３０２，３０６と同じ層構成を有する層を成膜時間ｔＣ０（２つの層の合計時間）で成膜することができる。第２半導体層２０３の例示としては、上述した活性層１０３の例示と同じものとなる。第２半導体層２０３の成膜は、例えば、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などを用いて、組成を変調させながら行われる。
【００５２】
（３）次に、図４に示すように、第２半導体層２０３の上に上部ミラー２０と同じ層構成を有する第３半導体層２２０を成膜時間ｔ３０で成膜する。第３半導体層２２０の例示としては、上述した上部ミラー２０の例示と同じものとなる。第３半導体層２２０の成膜は、例えば、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などを用いて、組成を変調させながら行われる。なお、第３半導体層２２０を成膜する際に、第２半導体層２０３近傍のミラーの少なくとも１層またはその一部を、後述する電流狭窄層１０５となる層と同じ層構成を有する層とすることができる。
【００５３】
（４）以上の工程により、図４に示すように、下部ミラー１０、活性層１０３、及び上部ミラー２０のそれぞれと同じ層構成を有する第１半導体層２１０、第２半導体層２０３、及び第３半導体層２２０を順に積層した第１半導体多層膜２５０が形成される。
【００５４】
（５）次に、図５に示すように、第１半導体層２１０、第２半導体層２０３、及び第３半導体層２２０を有する第１半導体多層膜（第１光共振器ともいう）２５０に対して反射率検査を行う。反射率検査は、例えば、図５に示すように、白色光を発する光源３１０から回折格子（図示せず）とハーフミラー３１４を介して光３１１を第１半導体多層膜２５０の表面側から垂直に照射し、反射された光３１３を、ハーフミラー３１４を介してＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の受光素子３１２に入射させることにより行われる。
【００５５】
図６は、本工程で得られる反射率プロファイルＰ０の一例を概略的に示す図である。本実施形態では、例えば、反射率が最大値の半分となるときの波長間の領域をＤＢＲミラーの反射帯域とすることができる。本工程では、図６に示すように、第１半導体層２１０及び第３半導体層２２０を構成するＤＢＲミラーの反射帯域Ｗ０の中心の波長λＳ０を測定することができる。λＳ０は、例えば８３５．０ｎｍである（第１の例）。また、λＳ０は、例えば８３０．０ｎｍである（第２の例）。
【００５６】
また、本工程で得られる反射率プロファイルＰ０では、図６に示すように、窪み（ｄｉｐ）が観測される。このｄｉｐの最下点における波長は、第１〜第３半導体層２１０，２０３，２２０を有する第１光共振器２５０の共振波長λＤ０である。即ち、本工程では、第１光共振器２５０の共振波長λＤ０を測定することができる。λＤ０は、例えば８４６．０ｎｍである（第１の例）。また、λＤ０は、例えば８４９．０ｎｍである（第２の例）。
【００５７】
（６）次に、第１算出工程を行う。第１算出工程では、後述する下部ミラー１０の成膜工程における下部ミラー成膜時間ｔ１１を下記式（１）から算出する。
【００５８】
ｔ１１＝ｔ１０×（λＳ／λＳ０）      …（１）
なお、λＳは、下部ミラー１０及び上部ミラー２０の所望の反射帯域ＷＳの中心波長（設計値）である。λＳは、第１及び第２の例では、例えば８２９．３６ｎｍである。
【００５９】
同様に、後述する上部ミラー２０の成膜工程における上部ミラー成膜時間ｔ３１を下記式（２）から算出する。
【００６０】
ｔ３１＝ｔ３０×（λＳ／λＳ０）      …（２）
また、後述する活性層１０３の成膜工程における活性層成膜時間ｔ２２を算出するための第１計算値ｔ２１及び第２計算値λ１を下記式（３）及び式（４）から算出する。
【００６１】
ｔ２１＝ｔ２０×（λＳ／λＳ０）      …（３）
λ１＝λＤ０×（λＳ／λＳ０）      …（４）
例えば、第１の例では、λ１は、式（４）により、８４６．０×（８２９．３６／８３５．０）＝８４０．３ｎｍと算出される。また、第２の例では、λ１は、８４９．０×（８２９．３６／８３０．０）＝８４８．３ｎｍと算出される。
【００６２】
第１算出工程では、第１〜第３半導体層２１０，２０３，２２０（下部ミラー１０、活性層１０３、上部ミラー２０に対応）のそれぞれの厚さが、同じ比率（ｓ＝λＳ／λＳ０）で変動するように計算を行っている。各層の厚さと成膜時間、並びに、各層の厚さと共振波長及び反射波長帯域は、それぞれ比例関係にあることを利用している。図７は、本工程の計算を説明するための仮想的な反射率プロファイルＰ１を示す図である。図７に示すように、本工程の計算により、上述した反射率プロファイルＰ０は、例えば矢印Ａ１の方向にシフトして、反射率プロファイルＰ１となる。計算後の反射率プロファイルＰ１の反射帯域ＷＳの中心波長λＳ１は、下記式（ａ）からも分かるように、下部ミラー１０及び上部ミラー２０の所望の反射帯域ＷＳの中心波長λＳと同じになる。
【００６３】
λＳ１＝λＳ０×ｓ＝λＳ０×（λＳ／λＳ０）＝λＳ      …（ａ）
また、本工程では、第２半導体層２０３（活性層１０３に対応）の一部（例えばコンファインメント層３０２，３０６に対応）のみの厚さが変動するように計算を行うこともできる。この場合でも、本工程後の第２半導体層２０３の全体の厚さが上述した場合と同じになるように計算を行えば、ＭＱＷ構造３０４に対応する層が薄いため、光路長はほとんど変化しない。即ち、例えば、第２半導体層２０３の一部として、コンファインメント層３０２，３０６に対応する層を用いる場合には、下記式（ｂ）を満たせば良い。
【００６４】
（ｘＭ＋ｘＣ）×ｓ＝ｘＭ＋ｘＣ’      …（ｂ）
但し、ｘＭは、本工程後のＭＱＷ構造３０４に対応する層の厚さであり、ｓ倍することで、活性層１０３に対応する層の全部の厚さを変動させた場合における第１算出工程後のＭＱＷ構造３０４に対応する層の厚さとなる。ｘＣは、本工程後のコンファインメント層３０２，３０６に対応する層の厚さであり、ｓ倍することで、活性層１０３に対応する層の全部の厚さを変動させた場合における第１算出工程後のコンファインメント層３０２，３０６に対応する層の厚さとなる。ｘＣ’は、コンファインメント層３０２，３０６に対応する層のみの厚さを変動させた場合における第１算出工程後のコンファインメント層３０２，３０６に対応する層の厚さである。
【００６５】
従って、活性層１０３に対応する層の全部の厚さを変動させた場合における第１計算値ｔ２１は、単純にｓ×（ｔＣ０＋ｔＭ０）となるが、コンファインメント層３０２，３０６に対応する層のみの厚さを変動させた場合における第１計算値ｔ２１は、上記式（ｂ）から、下記式（ｃ）で表される。
【００６６】
ｔ２１＝ｔＣ０×｛ｘＣ×ｓ＋（ｓ−１）×ｘＭ｝／ｘＣ＋ｔＭ０      …（ｃ）
（７）次に、下部ミラー１０及び上部ミラー２０を所望の厚さに固定して、活性層１０３の一部または全部の厚さｘと、下部ミラー１０、活性層１０３、及び上部ミラー２０を有する第２光共振器１５０の共振波長λとの関係を計算する工程を行う。本計算工程は、例えば時間領域差分（ＦＤＴＤ）法を用いて行われる。
【００６７】
図８は、１次元のＦＤＴＤ法を用いて、本実施形態の面発光レーザ１００について光学シミュレーションを行い、活性層１０３の一部であるコンファインメント層３０２，３０６の厚さｘと、共振波長λとの関係を計算した結果である。図９は、同様に、１次元のＦＤＴＤ法を用いて、活性層１０３の全部の厚さｘと、共振波長λとの関係を計算した結果である。本シミュレーションでは、４つの条件１〜４の面発光レーザに対して行った。数値計算を適用したサンプルの構造は、以下の通りである。
【００６８】
基板１０１：ｎ型ＧａＡｓ基板（屈折率３．６２）
下部ミラー１０の単位多層膜１０ｐ：ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層（屈折率３．０４９）とｎ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ層（屈折率３．５４４）からなる２層構造
下部ミラー１０の単位多層膜１０ｐの平均屈折率ｎＤ：２ｎＨｎＬ／（ｎＨ＋ｎＬ）＝３．２７８
活性層１０３：ＧａＡｓ層（屈折率３．６２０１）とＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層（屈折率３．４２９７）とからなる量子井戸構造を３層重ねたＭＱＷ構造３０４を、ＡｌＧａＡｓからなるコンファインメント層（グレーデッドインデックス層）３０２，３０６で挟み込むＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造
活性層１０３の平均屈折率ｎＡ：３．３８３８
上部ミラー２０の単位多層膜２０ｐ：ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層（屈折率３．０４９）とｐ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ層（屈折率３．５４４）からなる２層構造
上部ミラー２０の単位多層膜２０ｐの平均屈折率ｎＤ：２ｎＨｎＬ／（ｎＨ＋ｎＬ）＝３．２７８
面発光レーザ１００の外部空間４０：空気（屈折率１．００）
後に電流狭窄層１０５となるＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層の屈折率：２．９９８
後に電流狭窄層となるＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層の厚さ：１２ｎｍ
共振波長（設計値）λＤ：８５０ｎｍ
条件１のサンプルの活性層１０３の厚さｘＡと単位多層膜１０ｐ、２０ｐの厚さｘＤの比ｘＡ／ｘＤは、設計値通りの共振波長のときに２ｎＤ／ｎＡに等しく、ｘＤ＝λ／４ｎＨ＋λ／４ｎＬ＝λ／２ｎＤ（＝129.66ｎｍ）、及び、ｘＡ＝ｍλ／２ｎＡ（＝253.77ｎｍ）である。他の条件のサンプルのｘＡ／ｘＤは、設計値通りの共振波長のときに、条件２では、２ｎＤ／ｎＡ（＝ｒ０＝１．９６）の１．０５倍、条件３では、１．１０倍、条件４では、１．１５倍となる。
【００６９】
各サンプル（条件１〜４）における、設計値どおりの共振波長を実現する単位多層膜１０ｐ，２０ｐの全体の厚さｘＤ、該ｘＤの内訳（即ち、高屈折率層１０Ｈ，２０Ｈの厚さｘＤＨ及び低屈折率層１０Ｌ，２０Ｌの厚さｘＤＬ）、活性層１０３の厚さｘＡ、上部コンファインメント層３０６の厚さｘＣＰ、下部コンファインメント層３０２の厚さｘＣＮ、並びに、ｘＡのｘＤに対する比ｘＡ／ｘＤを表１に示す。なお、ＡｌＧａＡｓの格子周期を上回る有効桁となっているが、あくまで計算上用いた値であり、現実に即した値のものを用いれば特に問題はない。また、上部コンファインメント層３０６の厚さと下部コンファインメント層３０２の厚さとは、光路長が同じになるように設計されている。また、各サンプル（条件１〜４）における反射帯域の中心波長λＳ、下部ミラー１０のペア数、及び上部ミラー２０のペア数を表２に示す。なお、条件２〜４のサンプルにおける厚さｘＤ及びｘＡは、上述した下記式（Ｉ）及び（II）を満たしている。
【００７０】
ｘＤ ＜ λＤ／２ｎＤ      …（Ｉ）
ｘＡ ＞ ｍλＤ／２ｎＡ      …（II）
但し、本数値計算例では、ｍ＝２である。
【００７１】
【表１】
2009152296.tif 000006
【００７２】
【表２】
2009152296.tif 000007
次に、表１の設計値から膜厚がずれた場合を想定して、活性層１０３全体の膜厚を変化させながら共振波長の計算を行い、活性層１０３の総厚さｘと共振波長λとの関係（図８）を得る。図８から、上述した第２計算値λ１における活性層１０３の総厚さｘλ１、及び、第２光共振器１５０の所望の共振波長λＤにおける活性層１０３の総厚さｘλＤを求めることができる。図８に示す関係から、第１の例（条件４に相当）では、ｘλ１は、例えば２６４．８３ｎｍであり、ｘλＤは、例えば２８２．７０ｎｍであることが分かる。なお、図８における条件１〜４の近似曲線は、下記式でそれぞれ表される。
【００７３】
条件１：ｙ＝−５．６８２６ｘ２＋３．７５７２ｘ＋０．２６５３
条件２：ｙ＝−５．７７２３ｘ２＋３．７５７２ｘ＋０．２６１２
条件３：ｙ＝−５．８２０６ｘ２＋３．７５７２ｘ＋０．２５９０
条件４：ｙ＝−５．８６９２ｘ２＋３．７５７２ｘ＋０．２５６９
また、活性層１０３の総厚さｘと共振波長λとの関係から、活性層１０３の総厚さｘに対する第２光共振器１５０の共振波長λの変化率ｆを求めることができる。変化率ｆは、共振波長λが例えばλ１からλＤまでの範囲の一部または全部において求められることができる。
【００７４】
変化率ｆは、例えば下記式（６）で表されることができる。
【００７５】
ｆ＝（λＤ−λ１）／（ｘλＤ−ｘλ１）      …（６）
なお、λＤは、第２光共振器１５０の所望の共振波長、即ち、本実施形態の面発光レーザ１００の所望の共振波長（設計値）である。本シミュレーションでは、λＤ＝８５０ｎｍである。第２光共振器１５０の所望の共振波長（λＤ）は、下部ミラー１０及び上部ミラー２０の所望の反射帯域の中心波長（λＳ）とは異なっていても良く、同じであっても良い。
【００７６】
また、変化率ｆは、例えば下記式（７）で表されることもできる。
【００７７】
【数２】
2009152296.tif 000008
また、図８を得るのと同様にコンファインメント層３０２，３０６の膜厚を変化させながら共振波長の計算を行う、または図８の活性層１０３全体の膜厚に上記関係式（ｂ）を適用することで、コンファインメント層３０２，３０６の厚さｘと共振波長λとの関係（図９）を導出することもできる。図９から、第２計算値λ１におけるコンファインメント層３０２，３０６の厚さｘλ１、及び、第２光共振器１５０の所望の共振波長λＤにおけるコンファインメント層３０２，３０６の厚さｘλＤを求めることができる。図９に示す関係から、第１の例では、ｘλ１は、例えば１８２．７３ｎｍであり、ｘλＤは、例えば２００．６０ｎｍであることが分かる。また、コンファインメント層３０２，３０６の厚さｘと共振波長λとの関係から、コンファインメント層３０２，３０６の厚さｘに対する第２光共振器１５０の共振波長λの変化率ｆを求めることができる。変化率ｆは、例えば、上記式（６）、式（７）などで表されることができる。
【００７８】
なお、図１０及び図１１は、λＤを７８０ｎｍに変えて行ったシミュレーションの結果であり、それぞれ図８及び図９に対応している。
【００７９】
（８）次に、後述する活性層１０３の成膜工程における活性層成膜時間ｔ２２を下記式（５）または（５−２）から算出する（第２算出工程）。
【００８０】
ｔ２２＝ｔ２１×（ｘλＤ／ｘλ１）      …（５）
【００８１】
【数１】
2009152296.tif 000009
なお、上記式（５）において、ｘλＤの代わりにｘＦを用いることができる。ｘＦは、本算出工程後の第２半導体層２０３（活性層１０３に対応）の一部または全部の最終的な厚さを表している。ｘＦを用いる場合、ｔ２２及びｔ２１において、ｔ２０と膜厚及び時間を変更しない部分、例えばＭＱＷ部分についてはｔ２０に含まれるｔＭ０などと同じ値を用い、膜厚及び時間を変更する部分、例えばコンファインメント層部分についてのみ式（５）を適用する。具体的には、コンファインメント層３０２，３０６部分のみを変更する場合は、上記関係式（ｃ）において、コンファインメント層に相当する部分ｔＣ０×｛ｘＣ×ｓ＋（ｓ−１）×ｘＭ｝／ｘＣのみをｔ２１として扱って（ｘＦ／ｘλ１）倍し、変更しない部分ｔＭ０はそのままの時間を用い、
ｔ２２＝ｔＣ０×｛ｘＣ×ｓ＋（ｓ−１）×ｘＭ｝／ｘＣ×（ｘＦ／ｘλ１）＋ｔＭ０
とする。活性層１０３全体の膜厚を変更する場合は、
ｔ２２＝ｓ×（ｔＣ０＋ｔＭ０）×（ｘＦ／ｘλ１）
である。
【００８２】
また、例えば、第２の例のように、λ１とλＤが近い値である場合（第２の例では、λ１＝８４８．３ｎｍ、λＤ＝８５０．０ｎｍ）には、変化率ｆとして、上記式（７）で表されるものを用いることができる。第２の例の場合には、上記式（７）で表されるように、変化率ｆは、λ１とλＤの平均値である８４９．１５ｎｍにおける微分値となる。この場合の具体的な変化率ｆの値を表３及び表４に示す。
【００８３】
【表３】
2009152296.tif 000010
【００８４】
【表４】
2009152296.tif 000011
なお、表３は、上述した第１算出工程において、第１計算値ｔ２１を第２半導体層２０３（活性層１０３に対応）の全部の厚さが変動するようにして求めた場合を示している。また、表４は、上述した第１算出工程において、第１計算値ｔ２１を第２半導体層２０３（活性層１０３に対応）の一部（コンファインメント層３０２，３０６に対応）のみの厚さが変動するようにして求めた場合を示している。また、表３及び表４には、それぞれの場合におけるλＳ、ｘλ１、及びｘＦの値も併せて示してある。表３及び表４に示すように、活性層１０３またはコンファインメント層３０２，３０６の厚さｘに対する、波長λの変化率ｆは、０．４６より大きく、０．９２より小さな値となっている。即ち、面発光レーザ１００が、上述した下記式（Ｉ）及び（II）を満たすような構造である場合、例えば条件２〜４の場合は、条件１と比較して変化率ｆの値が小さい。従って、波長ずれ量が同程度の場合、より大きな補正が必要となることが分かる。
【００８５】
ｘＤ ＜ λ／２ｎＤ      ・・・（Ｉ）
ｘＡ ＞ ｍλ／２ｎＡ      ・・・（II）
具体的には、表３及び表４に示すように、λＳが８５６．６ｎｍの場合（条件１）の変化率ｆは、λＳが８２９．４ｎｍの場合（条件４）の変化率ｆの約２倍になっている。即ち、条件４の場合は条件１と比較して約２倍の成膜時間の補正が必要となる。
【００８６】
図１２は、本工程を説明するための仮想的な反射率プロファイルＰ２を示す図である。図１２に示すように、本工程により、上述した反射率プロファイルＰ１におけるｄｉｐのみが、例えば矢印Ａ２の方向にシフトして、反射率プロファイルＰ２のｄｉｐとなる。本工程後の反射率プロファイルＰ２のｄｉｐの最下点における波長λ２は、面発光レーザ１００の所望の共振波長λＤとなる。
【００８７】
（９）次に、図１３に示すように、第２基板１０１の上に、上述した下部ミラー成膜時間ｔ１１で下部ミラー１０を成膜する。下部ミラー１０の成膜は、上述した第１半導体層２１０の成膜と同様にして行われることができる。
【００８８】
（１０）次に、図１３に示すように、下部ミラー１０の上に、上述した活性層成膜時間ｔ２２で活性層１０３を成膜する。活性層１０３の成膜は、上述した第２半導体層２０３の成膜と同様にして行われることができる。
【００８９】
（１１）次に、図１３に示すように、活性層１０３の上に、上述した上部ミラー成膜時間ｔ３１で上部ミラー２０を成膜する。上部ミラー２０の成膜は、上述した第３半導体層２２０の成膜と同様にして行われることができる。なお、上部ミラー２０を成膜する際に、活性層１０３近傍のミラーの少なくとも１層またはその一部を、後に酸化されて電流狭窄層１０５となる層とすることができる。電流狭窄層１０５となる層としては、例えば、Ａｌ組成が０．９５以上のＡｌＧａＡｓ層などを用いることができる。活性層近傍のミラーの１層の一部を電流狭窄層１０５となる層とする場合に、当該１層の残りの部分として、例えば、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層などを用いることができる。
【００９０】
（１２）以上の工程により、図１３に示すように、下部ミラー１０、活性層１０３、及び上部ミラー２０を構成する半導体層を順に積層した第２半導体多層膜１５０が形成される。
【００９１】
（１３）次に、図１４に示すように、第２半導体多層膜１５０をパターニングし、所望の形状の下部ミラー１０、活性層１０３、及び上部ミラー２０を形成することができる。これにより、柱状部３０が形成される。第２半導体多層膜１５０のパターニングは、例えばリソグラフィ技術及びエッチング技術等を用いて行われることができる。
【００９２】
次に、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に基板１０１を含む全体を投入することにより、前述の電流狭窄層１０５となる層を側面から酸化して、電流狭窄層１０５を形成する。なお、電流狭窄層１０５をプロトン打ち込みにより形成する場合などは、第２半導体多層膜１５０をパターニングしないこともできる。
【００９３】
（１４）次に、図１に示すように、下部ミラー１０上に、柱状部３０を取り囲むように絶縁層１１０を形成する。まず、例えばスピンコート法等を用いて全面にポリイミド樹脂等からなる絶縁層を形成する。次に、例えば化学的機械的研磨（ＣＭＰ）等を用いて柱状部３０の上面を露出させる。次に、例えばリソグラフィ技術及びエッチング技術等を用いて絶縁層をパターニングする。このようにして所望の形状の絶縁層１１０を形成することができる。
【００９４】
（１５）次に、図１に示すように、下部ミラー１０に電気的に接続される第１電極１０７及び上部ミラー２０に電気的に接続される第２電極１０９を形成する。これらの電極は、例えば、真空蒸着法及びリフトオフ法の組み合わせ等により、所望の形状に形成されることができる。なお、各電極を形成する順番は、特に限定されない。
【００９５】
（１６）以上の工程により、図１に示すように、本実施形態の面発光レーザ１００が得られる。
【００９６】
５．  次に、本実施形態に係る面発光レーザの変形例について説明する。なお、上述した図１に示す面発光レーザ１００（以下「面発光レーザ１００の例」という）と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【００９７】
（１）まず、第１の変形例について説明する。
【００９８】
図１５は、本変形例に係る面発光レーザの一部を概略的に示す断面図である。下部ミラー１０の単位多層膜１０ｐは、例えば、低屈折率層１０Ｌと、低屈折率層１０Ｌの下に形成された第１グレーデッドインデックス層（以下「第１ＧＩ層」という）１２と、第１ＧＩ層１２の下に形成された高屈折率層１０Ｈと、高屈折率層１０Ｈの下に形成された第２グレーデッドインデックス層（以下「第２ＧＩ層」という）１４と、からなることができる。第１ＧＩ層１２としては、例えば、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成を０．１２から０．９まで下方向に連続的に増加させたもの等を用いることができる。また、第２ＧＩ層１４としては、例えば、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成を０．９から０．１２まで下方向に連続的に減少させたもの等を用いることができる。なお、同様に、上部ミラー２０の単位多層膜２０ｐは、例えば、低屈折率層２０Ｌと、低屈折率層２０Ｌの下に形成された第１ＧＩ層２２と、第１ＧＩ層２２の下に形成された高屈折率層２０Ｈと、高屈折率層２０Ｈの下に形成された第２ＧＩ層２４と、からなることができる。
【００９９】
（２）次に、第２の変形例について説明する。
【０１００】
本変形例では、図示しないが、例えば、エピタキシャルリフトオフ（ＥＬＯ）法などを用いて、面発光レーザ１００の例の基板１０１を切り離すことができる。即ち、面発光レーザ１００は、基板１０１を有しないことができる。
【０１０１】
（３）なお、上述した変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【０１０２】
６．  本実施形態の面発光レーザ１００の製造方法によれば、上述したように、下部ミラー成膜時間ｔ１１、活性層成膜時間ｔ２２、及び上部ミラー成膜時間ｔ３１の正確な値を予め算出することができる。即ち、前記下部ミラーおよび前記上部ミラーの所望の反射帯域の中心波長λＳと、前記第２光共振器の所望の共振波長λＤとを、二度の試作を繰り返して個別に合わせこむ必要がない。従って、余分な試作を行うことなく、一度の補正で正確に所望の厚さで作製することが可能となり、資源の節約や製造コストの削減に繋がる。
【０１０３】
また、本実施形態の面発光レーザ１００の製造方法では、上述したように、活性層１０３の一部（ＭＱＷ構造３０４以外の部分であり、例えばコンファインメント層３０２，３０６）に対応する層の厚さのみを変動させて計算を行うことができる。これにより、ＭＱＷ構造３０４に対応する層の厚さは変動しないため、利得や利得帯域の変動を防ぐことができる。
【０１０４】
また、本実施形態の面発光レーザ１００は、上述した下記式（Ｉ）及び（II）を満たす新規な構造を有することができる。
【０１０５】
ｘＤ ＜ λ／２ｎＤ      ・・・（Ｉ）
ｘＡ ＞ ｍλ／２ｎＡ      ・・・（II）
本実施形態の面発光レーザ１００の製造方法は、このような経験則の存在しない新規な構造を有する面発光レーザの製造方法に好適である。
【０１０６】
本実施形態の面発光レーザ１００が上記式（Ｉ）及び（II）を満たす場合には、電流狭窄層１０５の厚さ、開口部径、ポスト（柱状部３０）の傾斜角θ、外径などによらず、低次モード成分の共振エネルギー増加率をあまり減少させずに、高次モードの共振エネルギー増加率を減少させることができる。その結果、面発光レーザ１００の出力を減少させることなく、高次モードをレーザ発振しないようにすることができる。さらには、出力を増加させたとしても、高次モードをレーザ発振しないようにすることも可能である。従って、本実施形態によれば、面発光レーザの発振モード数を削減することができ、かつ、単純に電流狭窄層の径を小さくして発振モードを削減する場合よりも高出力化の可能な面発光レーザを提供することができる。なお、上記式（Ｉ）及び（II）が満たされることにより、本実施形態の面発光レーザ１００の作用・効果が奏される理由は以下の通りである。
【０１０７】
共振器内の波数ベクトルの大きさ|ｋ|は、真空中の波数ベクトルの大きさｋ０の有効屈折率ｎｅｆｆ倍である。このことを式で表すと、次のようになる。
【０１０８】
【数３】
2009152296.tif 000012
但し、ｋｚは、共振器内の波数ベクトルの垂直方向の成分であり、ｋ//は、面方向の成分である。
【０１０９】
ｋｚ及びｋ//は、電流狭窄層１０５を含むクラッド領域と、電流狭窄層１０５を含まないコア領域との境界での全反射条件を満足する範囲で、電磁界の連続性が満足されるように決定される。面発光レーザでは、ｋｚとｎｅｆｆｋ０は近い値であるため、上述した式から分かるように、ｋ//は小さな値である。従って、上述した電磁界の連続性を満足するようなｋ//の解、即ち、式の上で許される横モードの数は限られてくる。面発光レーザでは、その中で全反射条件を満たすもののみが発振する。本発明では、ｋｚをさらに大きくすることによって、ｋ//の解を全反射条件よりもさらに制限している。ｋｚは、下部ミラー１０や上部ミラー２０の単位多層膜１０ｐ，２０ｐの厚さｘＤを薄くすることにより大きくすることができる。これによりｋ//の解を制限することで、レーザ光の発振モード数の削減が可能となる。また、活性層１０３の厚さｘＡを厚くすることにより短波長化を防ぐことができる。
【０１１０】
従って、ｘＤを小さくし、ｘＡを大きくする、即ち、厚さ比ｘＡ／ｘＤを大きくする（具体的にはｍｎＤ／ｎＡよりも大きくする）ことにより、電流狭窄層１０５の厚さ等によらず、面発光レーザの発振モード数を削減できるとともに、所望の設計波長でレーザ発振させることができる。
【０１１１】
７．  上述した本実施形態の面発光レーザ及びその製造方法は、例えば、排熱構造を有する素子、フリップチップ構造を有する素子、静電破壊（ＥＳＤ）対策構造を有する素子、モニタフォトダイオード（ＭＰＤ）を有する素子、インクジェットマイクロレンズを有する素子、誘電体ミラーを有する素子、ＣＡＮやセラミックパッケージを用いたＯＳＡ（Optical Sub-Assembly）などの光モジュール、それらを組み込んだ光伝送装置などに適用されることができる。
【０１１２】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本実施形態に係る面発光レーザを概略的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る面発光レーザの一部を概略的に示す断面図。
【図３】活性層及びその付近におけるＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成を概略的に示す図。
【図４】本実施形態の面発光レーザの一製造工程を概略的に示す断面図。
【図５】本実施形態の面発光レーザの一製造工程を概略的に示す断面図。
【図６】反射率検査工程で得られる反射率プロファイルの一例を概略的に示す図。
【図７】第１算出工程を説明するための仮想的な反射率プロファイルを示す図。
【図８】コンファインメント層の厚さｘと共振波長λとの関係を計算した結果。
【図９】活性層の全部の厚さｘと共振波長λとの関係を計算した結果。
【図１０】コンファインメント層の厚さｘと共振波長λとの関係を計算した結果。
【図１１】活性層の全部の厚さｘと共振波長λとの関係を計算した結果。
【図１２】第２算出工程を説明するための仮想的な反射率プロファイルを示す図。
【図１３】本実施形態の面発光レーザの一製造工程を概略的に示す断面図。
【図１４】本実施形態の面発光レーザの一製造工程を概略的に示す断面図。
【図１５】本実施形態の面発光レーザの変形例の一部を概略的に示す断面図。
【符号の説明】
【０１１４】
１０  下部ミラー、１２  第１ＧＩ層、１４  第２ＧＩ層、２２  第１ＧＩ層、２４  第２ＧＩ層、２０  上部ミラー、３０  柱状部、１００  面発光レーザ、１０１  第２基板、１０３  活性層、１０５  電流狭窄層、１０７  第１電極、１０８  出射面、１０９  第２電極、１１０  絶縁層、１５０  第２光共振器（第２半導体多層膜）、２０１  第１基板、２０３  第２半導体層、２１０  第１半導体層、２２０  第３半導体層、２５０  第１光共振器（第１半導体多層膜）、３０２  下部コンファインメント層、３０３  ウェル層、３０４  ＭＱＷ構造、３０５  バリア層、３０６  上部コンファインメント層、３１０  光源、３１１  光、３１２  受光素子、３１３  光，３１４  ハーフミラー
【図１】
2009152296.tif 000016
【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】
2009152296.tif 000024
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2009152296.tif 000027
【図１３】
2009152296.tif 000028
【図１４】
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【図１５】
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