特許 5839852 垂直型発光素子及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5839852

(24)【登録日】2015年11月20日

(45)【発行日】2016年1月6日

(54)【発明の名称】垂直型発光素子及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/183 20060101AFI20151210BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/183

【請求項の数】10

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2011-141074(P2011-141074)

(22)【出願日】2011年6月24日

(65)【公開番号】特開2013-8872(P2013-8872A)

(43)【公開日】2013年1月10日

【審査請求日】2014年5月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 理仁

(72)【発明者】

【氏名】高木 啓史

(72)【発明者】

【氏名】今井 英

(72)【発明者】

【氏名】川北 泰雅

【審査官】 吉野 三寛

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１８３０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０６７８４５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１１−３０７８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５１７１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

垂直型発光素子であって、
互いに対向して形成され、光を共振させる下側多層反射膜および上側多層反射膜と、
前記上側多層反射膜の下に形成され、前記上側多層反射膜と異なる組成の層を含み、傾斜した側面を有する中間層と、
前記光の共振方向と平行な断面において前記中間層を挟み、前記中間層の前記側面に沿って形成され、且つ、上端が前記中間層の上面よりも上側となるように形成された電極部と
を備え、
前記上側多層反射膜における各層は、前記中間層の上面と対向する位置に設けられた略平坦な平坦部と、前記平坦部を囲む突出部とを有し、
それぞれの前記平坦部の面積は、前記中間層からの距離に応じて減少し、
前記突出部の頂点を結んだ２つの線が、前記上側多層反射膜の下層から上層に向かって互いに近づくように傾斜しており、
前記中間層は、
前記上側多層反射膜と異なる組成の下側層と、
前記下側層の上に形成され、前記上側多層反射膜と同じ組成の上側層とを有し、
前記傾斜した側面は、前記下側層と、前記上側層の一部とに形成される
垂直型発光素子。

【請求項2】

前記上側多層反射膜は、前記中間層を挟んで前記電極部を形成した後に、前記中間層上に積層して形成された
請求項１に記載の垂直型発光素子。

【請求項3】

前記中間層、前記電極部および前記上側多層反射膜が形成されたメサポスト部を更に備え、
前記電極部の前記中間層側の端部が、前記メサポスト部の周縁側の端部よりも上方に延伸した
請求項１または２に記載の垂直型発光素子。

【請求項4】

前記電極部の前記中間層側の端部は垂直方向を向いている側面を有し、
前記２つの線は前記電極部の前記垂直方向を向いている側面の頂点を通る
請求項１から３のいずれか一項に記載の垂直型発光素子。

【請求項5】

前記中間層および前記下側多層反射膜の間に形成され、光を生成する活性層を更に備え、
前記電極部の前記中間層側の端部と前記活性層との距離が、前記メサポスト部の周縁側の端部と前記活性層との距離より大きい
請求項３に記載の垂直型発光素子。

【請求項6】

前記電極部は、前記中間層と接して形成される
請求項１から５のいずれか一項に記載の垂直型発光素子。

【請求項7】

前記中間層は、誘電体層を含む
請求項１から６のいずれか一項に記載の垂直型発光素子。

【請求項8】

垂直型発光素子を製造する製造方法であって、
互いに対向して形成され、光を共振させる下側多層反射膜および上側多層反射膜を形成する段階と、
前記上側多層反射膜の下に形成され、前記上側多層反射膜と異なる組成の層を含み、傾斜した側面を有する中間層を形成する段階と、
前記光の共振方向と平行な断面において前記中間層を挟み、前記中間層の前記側面に沿って形成され、且つ、上端が前記中間層の上面よりも上側となるように形成された電極部を形成する段階と
を備え、
前記電極部を形成した後に前記上側多層反射膜を前記中間層および前記電極部上に形成することで、前記中間層の上面と対向する位置に設けられた略平坦な平坦部と、前記平坦部を囲む突出部とを有する前記上側多層反射膜を形成し、
それぞれの前記平坦部の面積は、前記中間層からの距離に応じて減少し、
前記突出部の頂点を結んだ２つの線が、前記上側多層反射膜の下層から上層に向かって互いに近づくように傾斜しており、
前記中間層は、
前記上側多層反射膜と異なる組成の下側層と、
前記下側層の上に形成され、前記上側多層反射膜と同じ組成の上側層とを有し、
前記傾斜した側面を、前記下側層と、前記上側層の一部とに形成する製造方法。

【請求項9】

前記中間層を形成した後に前記電極部を形成する
請求項８に記載の製造方法。

【請求項10】

前記電極部の前記中間層側の端部は垂直方向を向いている側面を有し、
前記２つの線は前記電極部の前記垂直方向を向いている側面の頂点を通る
請求項８または９に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、垂直型発光素子及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、垂直共振器型の面発光レーザ素子において、上部多層膜反射鏡の直下に、位相調整層等の誘電体層を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。上部多層膜反射鏡は、当該誘電体層上に積層する。
特許文献１ 特開２００３−３３２６８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

当該誘電体層を設けることで、上部多層膜反射鏡を積層する面に段差が生じる。このため、上部多層膜反射鏡の各膜には、当該段差に応じた傾斜が形成される。つまり、上部多層膜反射鏡の各膜は、中央部が突出した形状を有する。このような膜を順次積層すると、上側の膜ほど、傾斜の位置が外側に広がる。この場合、出力するレーザ光において、予定していない高次の横モードが生じてしまう。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の第１の態様においては、互いに対向して形成され、光を共振させる下側多層反射膜および上側多層反射膜と、上側多層反射膜の下に形成され、上側多層反射膜と異なる組成の層を含み、傾斜した側面を有する中間層と、光の共振方向と平行な断面において中間層を挟み、中間層の側面に沿って形成され、且つ、上端が中間層の上面よりも上側となるように形成された電極部とを備え、上側多層反射膜における各層は、中間層の上面と対向する位置に設けられた略平坦な平坦部と、平坦部を囲む突出部とを有し、それぞれの平坦部の面積は、中間層からの距離に応じて減少し、突出部の頂点を結んだ２つの線が、上側多層反射膜の下層から上層に向かって互いに近づくように傾斜しており、中間層は、上側多層反射膜と異なる組成の下側層と、下側層の上に形成され、上側多層反射膜と同じ組成の上側層とを有し、傾斜した側面は、下側層と、上側層の一部とに形成される垂直型発光素子が提供される。

【0005】

本発明の第２の態様においては、互いに対向して形成され、光を共振させる下側多層反射膜および上側多層反射膜を形成する段階と、上側多層反射膜の下に形成され、上側多層反射膜と異なる組成の層を含み、傾斜した側面を有する中間層を形成する段階と、光の共振方向と平行な断面において中間層を挟み、中間層の側面に沿って形成され、且つ、上端が中間層の上面よりも上側となるように形成された電極部を形成する段階とを備え、電極部を形成した後に上側多層反射膜を中間層および電極部上に形成することで、中間層の上面と対向する位置に設けられた略平坦な平坦部と、平坦部を囲む突出部とを有する上側多層反射膜を形成し、それぞれの平坦部の面積は、中間層からの距離に応じて減少し、突出部の頂点を結んだ２つの線が、上側多層反射膜の下層から上層に向かって互いに近づくように傾斜しており、中間層は、上側多層反射膜と異なる組成の下側層と、下側層の上に形成され、上側多層反射膜と同じ組成の上側層とを有し、傾斜した側面を、下側層と、上側層の一部とに形成する、垂直型発光素子を製造する製造方法が提供される。

【0006】

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態にかかる面発光レーザ素子の断面図である。

【図2】比較例にかかる面発光レーザ素子の断面図である。

【図3】図１に示す面発光レーザ素子の部分拡大図である。

【図4】図３の一部を拡大した断面ＳＥＭ写真である。

【図5】図２に示す面発光レーザ素子の部分拡大図である。

【図6】図５の一部を拡大した断面ＳＥＭ写真である。

【図7】図１に示す面発光レーザ素子と図２に示す面発光レーザ素子とでランダムジッタを測定した実験結果を示すグラフである。

【図8】図１に示す面発光レーザ素子と図２に示す面発光レーザ素子とでシグマ値に対するＳＭＳＲ値の変化を測定した実験結果を示すグラフである。

【図9】図２に示す面発光レーザ素子の周波数に対するＲＩＮの変化を測定した実験結果を示すグラフである。

【図10】図１に示す面発光レーザ素子の周波数に対するＲＩＮの変化を測定した実験結果を示すグラフである。

【図11】面発光レーザ素子の変形例の部分拡大図である。

【図12】面発光レーザ素子の他の変形例の部分拡大図である。

【図13】面発光レーザ素子の他の変形例の部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0009】

図１は、本発明の第１実施形態にかかる垂直型発光素子の断面を示す。以下、垂直型発光素子を面発光レーザ素子として説明するが、垂直型発光素子は面発光レーザ素子に限定されない。垂直型発光素子は、上側多層反射膜の直下に中間層を有することで、上側多層反射膜を積層する面に段差が生じるものであればよい。なお、各図は各層の形状の概略を示すものであり、中間層７０、ｐ型電極部９０および上側多層反射膜８０の形状は、各図に示される形状に限定されない。

【0010】

面発光レーザ素子１００は、基板１０、下側多層反射膜２０、ｎ型クラッド層３０、メサポスト部６２、中間層７０、上側多層反射膜８０、ｐ型電極部９０およびｎ型電極部９２を備える。基板１０は、アンドープのＧａＡｓ基板であってよい。

【0011】

下側多層反射膜２０は、基板１０上に半導体の多層膜をエピタキシャル成長して形成される。ここで、「上」とは、基板１０の表面に垂直で、且つ、基板１０の表面から離れる方向を指す。また。「下」とは、「上」と逆方向を指す。つまり、「上」及び「下」は、面発光レーザ素子１００を実装した場合における上下方向を指すものではない。下側多層反射膜２０は、例えばＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓを含む複合半導体層が複数積層された半導体多層膜ミラーである。

【0012】

ｎ型クラッド層３０は、下側多層反射膜２０上に形成される。ｎ型クラッド層３０は、例えばシリコン（Ｓｉ）などのｎ型ドーパントをドープしたｎ型ＧａＡｓを含む。ｎ型クラッド層３０の上面の一部は、メサポスト部６２に含まれてよい。つまり、ｎ型クラッド層３０の上面には、メサポスト部６２と接する領域に、メサの基部が形成されてよい。

【0013】

ｎ型電極部９２は、ｎ型クラッド層３０上においてメサポスト部６２を取り囲むように形成される。ｎ型電極部９２は、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕの多層構造により形成されてよい。ｎ型電極部９２はｎ型引出電極によって外部回路に接続される。ｎ型電極部９２は、ｎ型クラッド層３０に接して形成されなくともよい。ｎ型電極部９２とｎ型クラッド層３０との間にｎ型コンタクト層が介在してもよい。

【0014】

メサポスト部６２は、ｎ型クラッド層３０上に形成される。メサポスト部６２には、活性層４０、電流狭窄層５０及びｐ型クラッド層６０が含まれる。メサポスト部６２は円柱状に成形されてよい。

【0015】

活性層４０は、後述する中間層７０および下側多層反射膜２０の間に形成され、光を生成する。本例の活性層４０は、ｎ型クラッド層３０上に形成される。活性層４０は、例えば、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層と、ＧａＡｓ障壁層とを交互に積層した多重量子井戸構造を有する。活性層４０は、ｐ型電極部９０から注入される電流によって光を発する。

【0016】

電流狭窄層５０は、活性層４０上に形成される。電流狭窄層５０は、開口部５４及び選択酸化層５２を有する。電流狭窄層５０は、ｐ型電極部９０から注入される電流を狭窄して開口部５４内に集中させることにより、活性層４０に注入される電流密度を高める。電流狭窄層５０は、例えばＡｌＡｓ等のＡｌ含有層を含む。

【0017】

選択酸化層５２は、メサポスト部６２の周縁側から酸化されて形成されたＡｌ_２Ｏ_３を含む円環状の絶縁層であってよい。開口部５４は、選択酸化層５２と同心円状に形成される。開口部５４は導電性を有するＡｌＡｓを含んでよい。ｐ型クラッド層６０は、電流狭窄層５０上に形成される。ｐ型クラッド層６０は、例えば炭素（Ｃ）などのｐ型ドーパントをドープしたｐ型ＧａＡｓを含む。

【0018】

中間層７０は、上側多層反射膜８０の下に形成される。本例の中間層７０は、ｐ型クラッド層６０および上側多層反射膜８０の間に形成される。中間層７０は、メサポスト部６２の上面のうち周縁部分以外に形成される。周縁部分とは、メサポスト部６２の端部に沿った所定の幅の領域であってよい。つまり、中間層７０は、メサポスト部６２の上面において、端部から中心に向かう途中に、メサポスト部６２の上面から上方に延伸する段差を生じさせる。

【0019】

中間層７０は、上側多層反射膜８０と異なる組成の層７２を含む。層７２は、例えば、位相調整層、保護層、非線形層または吸収層である。位相調整層は、例えばメサポスト部６２とは屈折率の異なる誘電体材料で形成され、誘電体で形成され、面発光レーザ素子１００が出力するレーザ光の位相を調整する。保護層は、例えば誘電体で形成され、メサポスト部６２の上面を保護する。非線形層は、例えば窒化シリコンで形成され、面発光レーザ素子１００が出力するレーザ光に対して非線形光学効果を生じさせ、高次高調波を生じさせる。吸収層は、例えば高次高調波を吸収する。

【0020】

中間層７０は、層７２上に誘電体からなる層７４を含んでよい。層７４は、上述した位相調整層、保護層、非線形層または吸収層等であってよく、上側多層反射膜８０の一部であってもよい。つまり、中間層７０は、上側多層反射膜８０との境界において、上側多層反射膜８０と同じ組成の層を有してもよい。この場合、層７４は、上側多層反射膜８０の最下層を兼ねる。

【0021】

また、層７４が上側多層反射膜８０の一部である場合、中間層７０を形成して、ｐ型電極部９０を形成した後に、上側多層反射膜８０を積層する。中間層７０と、上側多層反射膜８０との境界は、再積層の境界であってよい。

【0022】

ｐ型クラッド層６０上には光の共振方向と平行な断面において中間層７０を挟むように、ｐ型電極部９０が形成されている。ここで、中間層７０を挟むとは、中間層７０の外周部がｐ型電極部９０によって包囲されることを指してよい。また中間層７０を挟むとは、ｐ型電極部９０により中間層７０の端部が終端されることを指してよい。また中間層７０は、端部が上側多層反射膜８０の端部よりも内側に形成された領域を指してよい。

【0023】

例えば、ｐ型電極部９０は、ｐ型クラッド層６０上において、中間層７０を取り囲むように円環状に形成される。中間層７０とｐ型電極部９０は接していても、接していなくてもよい。ｐ型電極部９０は、メサポスト部６２の外周と略一致する外周を有してよい。

【0024】

ｐ型電極部９０は、上端が中間層７０の上面よりも上側となるように形成される。つまり、ｐ型電極部９０は、上側多層反射膜８０の積層面の中央部分に窪みを形成する。ｐ型電極部９０の中間層７０側の端部は、中間層７０少なくとも一部を覆うように延伸してよい。ｐ型電極部９０は、Ｐｔ／Ｔｉの多層構造により形成されてよい。ｐ型電極部９０はｐ型引出電極によって外部回路に接続される。ｐ型電極部９０及び中間層７０は、ｐ型クラッド層６０に接して形成されなくともよい。ｐ型電極部９０及び中間層７０と、ｐ型クラッド層６０との間にｐ型コンタクト層が介在してもよい。

【0025】

上側多層反射膜８０は、中間層７０及びｐ型電極部９０上に形成される。また、中間層７０およびｐ型電極部９０が離間している場合、上側多層反射膜８０は、中間層７０およびｐ型電極部９０の間のメサポスト部６２の上面にも形成されてよい。下側多層反射膜２０および上側多層反射膜８０は、互いに対向して形成され、活性層４０において生じた光を共振させる。上側多層反射膜８０は、最上層の射出面８６からレーザ光を射出する。上側多層反射膜８０は、ＳｉＮ／ＳｉＯ２を含む複合誘電体層が複数積層された誘電体多層膜ミラーであってよい。

【0026】

本例の上側多層反射膜８０は、中間層７０を挟んでｐ型電極部９０を形成した後に、中間層７０上およびｐ型電極部９０上に積層して形成される。ｐ型電極部９０および中間層７０により形成された窪みに起因して、上側多層反射膜８０の各層は、上側に突出した同心円状の突出部８２を有する。本例の上側多層反射膜８０は、窪み上に順次積層するので、上側多層反射膜８０の下層から上層に向かって、突出部８２の位置が内側に移動する。

【0027】

図１における線分Ｌは、上側多層反射膜８０の各層の突出部８２の頂点を結んだ線を示す。図１に示すように、２本の線分Ｌは上側多層反射膜８０の下層から上層に向かって互いに近づくように傾斜している。ここで、２本の線分Ｌが下から上に向かって互いに近づく方向を内向きといい、それとは逆に互いに遠ざかる方向を外向きと定義する。

【0028】

なお図１においては、線分Ｌを直線として示したが、線分Ｌが曲線となるように上側多層反射膜８０が形成されていてもよい。上側多層反射膜８０における各層は中間層７０の上面と対向する位置に略平坦な平坦部８４を有する。平坦部８４は、突出部８２により囲まれた領域を指す。上側多層反射膜８０の各層の平坦部８４は、互いに略平行で、かつ、同心円状に形成されている。つまり、各層の平坦部８４は、直下の層の平坦部８４よりも内側に形成される。上側多層反射膜８０の各層における平坦部８４の面積は、中間層７０からの距離に応じて減少する。つまり、平坦部８４の直径は、上側多層反射膜８０の下層から上層に向かって徐々に減少する。このため、面発光レーザ素子１００が出力するレーザ光における高次横モードを抑制することができる。

【0029】

なお、ｎ型クラッド層３０の上面の一部、活性層４０、電流狭窄層５０、ｐ型クラッド層６０、中間層７０、ｐ型電極部９０及び上側多層反射膜８０が円柱状に成形されメサポスト部６２を形成してもよい。

【0030】

図２は、比較例にかかる面発光レーザ素子５００の断面を示す。面発光レーザ素子５００は、ｐ型電極部９１および上側多層反射膜８０が、第１実施形態の面発光レーザ素子１００のｐ型電極部９０および上側多層反射膜８０と異なる。他の構造は、面発光レーザ素子１００と同一である。

【0031】

ｐ型電極部９１は、上端が中間層７０の上面よりも下側に位置している。つまり、ｐ型電極部９１および中間層７０によって、上側多層反射膜８０の直下には、中央部が上側に突出した段差が形成される。中間層７０上に積層される上側多層反射膜８０の各層は、この段差に起因して形成される同心円状の突出部８２を有する。本例では、各層の突出部８２の頂点を結ぶ２本の線分Ｌは外向きに延びている。つまり、各層の平坦部８４の面積は、下層から上層に向かって徐々に増加している。係る場合には、面発光レーザ素子５００が出力するレーザ光における高次横モードを制御することが難しい。

【0032】

図３は、図１に示す面発光レーザ素子１００の断面の一部を拡大して示す。ｐ型電極部９０は、メサポスト部６２の周縁側の端部９３及び中間層７０側の端部９４を有する。端部９４の上端９５は、中間層７０の上面７５よりも上側に位置する。そのため、ｐ型電極部９０および中間層７０により、上側多層反射膜８０が形成される面の中央部分に窪みが形成されている。

【0033】

なお、ｐ型電極部９０の中間層７０側の端部９４は、メサポスト部６２の周縁側の端部９３よりも上方に延伸していてよい。また、端部９３はｐ型クラッド層６０（図１参照）に接して形成され、端部９４はｐ型クラッド層６０から離間して形成されてよい。この場合、端部９４および端部９３におけるｐ型電極部９０の厚さは略同一であってよい。

【0034】

ｐ型電極部９０とｐ型クラッド層６０との界面において、ｐ型電極部９０を構成するＴｉなどの物質が反応することにより局所的な歪みが発生しやすい。この歪みが半導体積層構造内に転位を生じさせる。この転位が活性層４０の開口部５４直下の発光部付近に生じるとレーザ特性が劣化する。そのため、ｐ型電極部９０の中間層７０側の端部９４と活性層４０との距離が、メサポスト部６２の周縁側の端部９３と活性層４０との距離より大きくなるようにｐ型電極部９０を形成する。こうすることにより、歪みの発生を抑制して、活性層４０での転位の発生を防止することができる。

【0035】

中間層７０は傾斜した側面７６を有してよい。ここで、傾斜した側面７６とは、直線状に傾斜した側面及び曲線状に傾斜した側面のいずれか又は両方を含む。ｐ型電極部９０は、中間層７０の側面７６に沿って形成される。ここで、側面７６に沿って形成されるとは、端部９４の底面９６が傾斜した側面７６に接して形成されることを指す。つまり、ｐ型電極部９０の端部９４は、中間層７０の傾斜した側面７６を覆っている。

【0036】

図４は、図３の領域１１０における面発光レーザ素子１００の断面ＳＥＭ写真である。図４において水平方向に伸びる点線は、ｐ型電極部９０の上端９５の位置を示す。また、図４における矢印は、突出部８２の頂点を結ぶ直線の方向を示す。

【0037】

図４に示すように、ｐ型電極部９０の上端９５が中間層７０の上面より上側に位置している。それによって、上側多層反射膜８０の各層の突出部８２が、内向きに形成されている。その結果、各層の平坦部８４の面積が下層から上層に向かって徐々に減少している。

【0038】

図５は、図２に示す面発光レーザ素子５００の断面の一部を拡大して示す。ｐ型電極部９１の中間層７０側の端部９４の上端９５は、中間層７０の上面７５よりも下側に位置している。

【0039】

図６は、図５の領域５１０における面発光レーザ素子５００の断面ＳＥＭ写真である。図５において水平方向に伸びる点線は、中間層７０の上面の位置を示す。また、図５における矢印は、突出部８２の頂点を結ぶ直線の方向を示す。

【0040】

ｐ型電極部９１の上端９５が中間層７０の上面より下側に位置している。それによって、上側多層反射膜８０の各層の突出部８２が、外向きに形成されている。その結果、各層の平坦部８４の面積が下層から上層に向かって徐々に増加している。

【0041】

図７は、実施例および比較例にかかる面発光レーザ素子が出力するレーザ光におけるランダムジッタ成分を測定した測定結果を示す。実施例の面発光レーザ素子１００として、図４に示した構造と同様の構造を有する３つのサンプル（Ａ、Ｂ、Ｃ）を使用した。また、比較例の面発光レーザ素子５００として、図６に示した構造と同様の構造を有する３つのサンプル（Ｄ、Ｅ、Ｆ）を使用した。なお、図７におけるジッタ値は相対値を示す。

【0042】

グラフより、いずれのサンプルにおいても、突出部８２が外向きに形成された面発光レーザ素子５００に比べ、突出部８２が内向きに形成された面発光レーザ素子１００の方がランダムジッタを小さくすることができることがわかる。これは、上側多層反射膜８０の各層の突出部８２により光のロスが生じるためであると考えられる。突出部８２を内向きに形成することにより開口部５４の外側に染み出した高次横モードの光のロスを大きくすることができる。その結果、高次横モードの発振は抑制されランダムジッタを低減できる。

【0043】

図８は、実施例の面発光レーザ素子１００と比較例の面発光レーザ素子５００について、サイドモード抑制比（ＳＭＳＲ）の測定結果を示す。図８の縦軸は、ＳＭＳＲをデシベル単位であらわした場合の相対値を示す。また図８は、複数の面発光レーザ素子５００について測定したＳＭＳＲの累積度数分布において正規分布を仮定して、度数を（平均値からのずれ）／（標準偏差）に変換した値を横軸（Sigma）とする。当該変換により、測定値の度数分布が正規分布に近ければ図８のグラフは直線的になる。

【0044】

図８に示すように、すべてのシグマ値にわたって、突出部８２が外向きに形成された面発光レーザ素子５００に比べ、突出部８２が内向きに形成された面発光レーザ素子１００の方がＳＭＳＲ値が高いことがわかる。この実験結果からも、面発光レーザ素子１００は、高次横モードの光が抑制されていることがわかる。

【0045】

図９は、面発光レーザ素子５００について、相対強度ノイズ（ＲＩＮ）と周波数との関係を測定した実験結果を示す。図１０は、面発光レーザ素子１００について、相対強度ノイズ（ＲＩＮ）と周波数との関係を測定した実験結果示す。図９および図１０の縦軸は、ＲＩＮをｄＢ／Ｈｚであらわした場合の相対値を示す。０ＧＨｚから１６ＧＨｚ付近までの周波数帯域において、面発光レーザ素子５００に比べ面発光レーザ素子１００の方がＲＩＮが小さいことがわかる。この実験結果からも、面発光レーザ素子１００は、高次横モードの光が抑制されていることがわかる。

【0046】

以上の実験結果より、上側多層反射膜８０の各層の突出部８２を内向きに形成し、平坦部８４の面積が下層側から上層側に向かって徐々に減少するように上側多層反射膜８０を構成することにより、面発光レーザ素子の高次横モードの発生が抑制されることがわかる。

【0047】

次に、面発光レーザ素子１００の製造方法を説明する。面発光レーザ素子１００の製造方法は、例えば、ＭＯＣＶＤ法によりＧａＡｓ基板１０上に、下側多層反射膜２０、ｎ型クラッド層３０、活性層４０、電流狭窄層５０、ｐ型クラッド層６０を順次エピタキシャル成長する半導体層形成段階と、中間層７０を堆積する中間層形成段階と、ｐ型電極部９０を形成するｐ型電極形成段階と、メサポスト部６２を形成するメサポスト形成段階と、ｎ型電極部９２を形成するｎ型電極形成段階と、上側多層反射膜８０を堆積させる上側多層反射膜形成段階とを備える。

【0048】

半導体層形成段階は、ＧａＡｓ基板１０の表面に下側多層反射膜２０を成長させる段階を有する。下側多層反射膜２０は、例えばＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓを含む複合半導体層を３４ペア積層することによって形成される。複合半導体層の各層はλ／４ｎ（λは発振波長。ｎは屈折率）の厚さを有する。次に、下側多層反射膜２０の最上層の表面に例えばシリコンなどのｎ型ドーパントをドープしたｎ型ＧａＡｓを含むｎ型クラッド層３０を成長させる。続いて、ｎ型クラッド層３０の表面に、例えば、層数が３のＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層と、層数が４のＧａＡｓ障壁層とを交互に積層した多重量子井戸構造の活性層４０を成長させる。次に、活性層４０の表面に、例えばＡｌＡｓのようなＡｌ含有層を含む電流狭窄層５０を成長させる。次に、電流狭窄層５０の表面に、例えば炭素のようなｐ型ドーパントをドープしたｐ型ＧａＡｓを含むｐ型クラッド層６０を成長させる。

【0049】

中間層形成段階は、ｐ型クラッド層６０の表面に例えば位相調整層などの上側多層反射膜８０と組成の異なる層７２を堆積する。中間層形成段階は、層７２の表面に上側多層反射膜８０と同じ組成の誘電体を含む層７４を更に堆積してもよい。層７２および層７４を堆積した後、フォトリソグラフィー技術によりレジストをパターニングしてマスクを形成する。次に、ドライエッチングによりエッチングして中間層７０を形成する。

【0050】

ｐ型電極形成段階は、フォトリソグラフィーによりレジストをパターニングしてマスクを形成する段階と、例えばＰｔ／Ｔｉなどの多層金属膜をスパッタ蒸着する段階と、マスクをリフトオフして円環形状のｐ型電極部９０を形成する段階とを有する。リフトオフ法により、中間層７０の傾斜した側面に沿ってｐ型電極部９０が形成される。

【0051】

メサポスト形成段階は、ｐ型電極部９０をマスクとして、異方性エッチングによりｎ型クラッド層３０に至るまで半導体層をエッチングして、円柱状のメサポスト部６２を形成する段階を含む。また、メサポスト形成段階は、水蒸気雰囲気中で所定時間加熱することにより、電流狭窄層５０に選択酸化層５２を形成する段階を含む。選択酸化層５２は、メサポスト部６２の周縁側からＡｌが酸化してＡｌ_２Ｏ_３に変化することにより形成される。

【0052】

ｎ型電極形成段階は、露出したｎ型クラッド層３０の表面において、メサポスト部６２を取り囲むようにＣ字形状のｎ型電極部９２を形成する段階を含む。ｎ型電極部９２は、リフトオフ法により、例えば、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕの多層金属構造で形成する。

【0053】

上側多層反射膜形成段階は、中間層７０上及びｐ型電極部の表面の少なくとも一部にプラズマＣＶＤ法により、例えばＳｉＮ／ＳｉＯ２を含む複合誘電体層を１０から１２ペア積層する段階を有する。複合誘電体層の各層の厚さはλ／４ｎであってよい。上側多層反射膜形成段階は、ｐ型電極形成段階の後であってメサポスト形成段階の前であってもよい。この場合、上側多層反射膜８０の最上部にマスクを形成し、異方性エッチングによりメサポスト部を形成してよい。

【0054】

図１１は、変形例にかかる面発光レーザ素子２００の断面の一部を示す。面発光レーザ素子２００において、面発光レーザ素子１００と同じ機能を有する部材には同一の符号を付し説明を省略する。面発光レーザ素子２００は、中間層７０が垂直な側面７７を有し、ｐ型電極部９０は中間層７０よりも厚く形成される点で第１実施形態と異なる。端部９４の上端９５は、中間層７０の上面７５よりも上側に位置している。ｐ型電極部９０は、中間層７０と接して形成される。具体的には、中間層７０の垂直な側面７７は、端部９４の端面と接している。

【0055】

ｐ型電極部９０のメサポスト部６２の周縁側の端部９３の厚さは、中間層７０側の端部９４の厚さと等しくてもよいし、異なってもよい。ｐ型電極部９０と中間層７０をこのように構成しても、上側多層反射膜８０が形成される面の中央部分に窪みが形成される。したがって、上側多層反射膜８０の各層の突出部８２を内向きに形成することができる。

【0056】

図１２は、他の変形例にかかる面発光レーザ素子３００の断面の一部を示す。面発光レーザ素子３００は、ｐ型電極部９０が中間層７０から離間して形成されている点で、面発光レーザ素子２００と異なる。つまり、中間層７０の側面７７は、ｐ型電極部９０の中間層７０側の端部９４の端面と所定の距離だけ離隔されている。

【0057】

このように構成しても、上側多層反射膜８０が形成される面の中央部分に窪みが形成される。なお、上側多層反射膜８０の各層には、ｐ型電極部９０および中間層７０の離隔部分に対応して、突出部８２と平坦部８４との間に溝部８８を有してよい。ｐ型電極部９０の上端９５は、中間層７０の上面７５よりも上側に位置している。メサポスト部６２の周縁側におけるｐ型電極部９０の端部９３の厚さは、中間層７０側の端部９４の厚さと等しくてもよいし、異なってもよい。ｐ型電極部９０及び中間層７０をこのように構成しても、上側多層反射膜８０の各層の突出部８２を内向きに形成することができる。

【0058】

図１３は、他の変形例にかかる面発光レーザ素子４００の断面の一部を示す。面発光レーザ素子４００は、ｐ型電極部９０の一部が、中間層７０の上面７５に形成される点で、面発光レーザ素子１００または面発光レーザ素子２００と異なる。他の構造は、面発光レーザ素子１００または面発光レーザ素子２００と同一であってよい。

【0059】

ｐ型電極部９０の中間層７０側の端部９４は、中間層７０の側面７７から中間層７０の上面７５に沿って延伸して形成される。つまり、中間層７０の外周部はｐ型電極部９０によって覆われている。ｐ型電極部９０の上端９５は、中間層７０の上面７５よりも上側に位置している。ｐ型電極部９０の上面９７は、中間層７０の上面７５と平行でなくともよい。ｐ型電極部９０及び中間層７０をこのように構成しても、上側多層反射膜８０の各層の突出部８２を内向きに形成することができる。

【0060】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【0061】

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

【符号の説明】

【0062】

１０ 基板、２０ 下側多層反射膜、３０ ｎ型クラッド層、４０ 活性層、５０ 電流狭窄層、５２ 選択酸化層、５４ 開口部、６０ ｐ型クラッド層、６２ メサポスト部、７０ 中間層、７２、７４ 層、７５ 上面、７６、７７ 側面、８０ 上側多層反射膜、８２ 突出部、８４ 平坦部、８６ 射出面、８８ 溝部、９０、９１ ｐ型電極部、９２ ｎ型電極部、９３、９４ 端部、９５ 上端、９６ 底面、９７ 上面、１００、２００、３００、４００、５００ 面発光レーザ素子、１１０、５１０ 領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図5】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図4】

【図6】