特開 2023-127163 垂直共振器型発光素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023127163

(43)【公開日】2023-09-13

(54)【発明の名称】垂直共振器型発光素子

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/183 20060101AFI20230906BHJP

【ＦＩ】

H01S5/183

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022030773

(22)【出願日】2022-03-01

(71)【出願人】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001025

【氏名又は名称】弁理士法人レクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】倉本 大

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173AC03

5F173AC04

5F173AC14

5F173AC26

5F173AC35

5F173AC42

5F173AC53

5F173AH22

5F173AP05

5F173AP33

5F173AP42

5F173AR26

5F173AR33

5F173MF02

5F173MF28

(57)【要約】      （修正有）

【課題】高い発光効率及び出力を有し、安定してシングルモードの光を出射することが可能な垂直共振器型発光素子を提供する。
【解決手段】垂直共振器型発光素子１０は、窒化ガリウム系半導体基板と、窒化ガリウム系半導体基板上に形成された窒化物半導体よりなる第１の多層膜反射鏡１３と、第１の多層膜反射鏡上に形成された窒化物半導体よりなる活性層１９を含む半導体構造層１５と、半導体構造層上に形成され、第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡３１と、第１の多層膜反射鏡と第２の多層膜反射鏡との間に形成され、活性層の１の領域に電流を集中させる電流狭窄構造と、を有し、窒化ガリウム系半導体基板の下面または下面より下方の領域に配され、窒化ガリウム系半導体基板の上面に垂直な方向から見た上面視において１の領域よりも外側まで延在しかつ第１の多層膜反射鏡に対向する凹状反射面を有する凹状反射構造１２Ｒを有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

窒化ガリウム系半導体基板と、
前記基板上に形成された窒化物半導体よりなる第１の多層膜反射鏡と、
前記第１の多層膜反射鏡上に形成された第１の導電型を有する窒化物半導体よりなる第１の半導体層、前記第１の半導体層上に形成された窒化物半導体よりなる活性層、及び前記活性層上に形成されかつ前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する窒化物半導体よりなる第２の半導体層を含む半導体構造層と、
前記半導体構造層上に形成され、前記第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡と、
前記第１の多層膜反射鏡と前記第２の多層膜反射鏡との間に形成され、前記活性層の１の領域に電流を集中させる電流狭窄構造と、を有し、
前記窒化ガリウム系半導体基板の下面または当該下面より下方の領域に配され、前記窒化ガリウム系半導体基板の上面に垂直な方向から見た上面視において前記１の領域よりも外側まで延在しかつ前記第１の多層膜反射鏡に対向する凹状反射面を有する凹状反射構造を有することを特徴とする垂直共振器型発光素子。

【請求項2】

前記凹状反射構造は、前記窒化ガリウム系半導体基板の下面に形成されかつ前記上面視において前記１の領域よりも外側まで延在する凸部及び前記凸部の表面を覆って前記凹状反射面を形成する第３の多層膜反射鏡からなることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項3】

前記凹状反射構造は、前記窒化ガリウム系半導体基板の下面に形成されかつ前記上面視において前記１の領域よりも外側まで延在する凸部及び前記凸部の表面に互いに平行に形成された複数のスリット溝からなり前記凹状反射面を形成する回折格子からなることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項4】

前記凹状反射構造は、前記窒化ガリウム系半導体基板の下方に離隔して配されかつ前記凹状反射面を有する部材であることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項5】

前記窒化ガリウム系半導体基板の下面の前記上面視において前記凹状反射構造よりも外側の領域に形成された第１の電極と前記半導体構造層の上面に形成された第２の電極とを有し、窒化ガリウム系半導体基板はｎ型ドーパントでドーピングされていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項6】

前記ｎ型ドーパントはＳｉであることを特徴とする請求項５に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項7】

前記窒化ガリウム系半導体基板の前記第１の電極に接する領域において、他の領域よりもドーパント濃度が高くなっていることを特徴とする請求項５または６に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項8】

前記窒化ガリウム系半導体基板の上面は、Ｃ面からＭ面またはＡ面のいずれかの結晶面にオフセットした面であり、前記凹状反射面は、前記上面がＭ面にオフセットしている場合にはｍ軸方向に長手方向を有し、前記上面がＡ面にオフセットしている場合にはａ軸方向に長手方向を有することを特徴とする請求項２に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項9】

前記窒化ガリウム系半導体基板の上面は、Ｃ面からＭ面またはＡ面のいずれかの結晶面にオフセットした面であり、前記複数のスリットの各々は、前記上面がＭ面にオフセットしている場合にはｍ軸方向に伸張し、前記上面がＡ面にオフセットしている場合にはａ軸方向に伸張することを特徴とする請求項３に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項10】

前記窒化ガリウム系半導体基板の前記上面は、前記上面がＭ面にオフセットしている場合にはｃ面からＭ面に０．８°以下の角度だけオフセットした面であり、前記上面がＡ面にオフセットしている場合にはｃ面からＡ面に０．８°以下の角度だけオフセットした面であることを特徴とする請求項８または９に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項11】

前記凹状反射構造の前記凹状反射面の曲率半径Rは、前記凹状反射面と前記活性層との距離をＺ、前記凹状反射面と第２の多層膜反射鏡との間の等価屈折率をｎ_ｅｑ、前記活性層からの出射光の波長をλ_{ｌａｓｉｎｇ}λとした際に以下の式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。

【数1】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、垂直共振器型面発光レーザ（VCSEL:vertical cavity surface emitting laser）などの垂直共振器型発光素子に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、半導体レーザの１つとして、電圧の印加によって光を放出する半導体層と、当該半導体層を挟んで互いに対向する多層膜反射鏡と、を有する垂直共振器型の半導体面発光レーザ（以下、単に面発光レーザとも称する）が知られている。例えば、特許文献１には、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層にそれぞれ接続されたｎ電極及びｐ電極を有する垂直共振器型の半導体レーザが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開2017-98328号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、面発光レーザなどの垂直共振器型発光素子には、対向する反射鏡によって光共振器が形成されている。例えば、面発光レーザ内においては、電極を介して半導体層に電圧が印加されることで、当該半導体層から放出された光が当該光共振器内で共振し、レーザ光が生成される。

【0005】

しかし、垂直共振器型の半導体レーザ素子には、例えば、活性層を含む半導体層の面内方向に共振器を有する水平共振器型の半導体レーザに比べ発光効率が低いということが課題の一例として挙げられる。

【0006】

また垂直共振器型の半導体レーザ素子にから出射される光は、横モードがシングルモードではなくマルチモードになりやすい。そのため、横モードが安定したシングルモードの光を得るのが困難であった。

【0007】

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、高い発光効率及び出力を有し、安定してシングルモードの光を出射することが可能な垂直共振器型発光素子を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明による垂直共振器型発光素子は、窒化ガリウム系半導体基板と、前記基板上に形成された窒化物半導体よりなる第１の多層膜反射鏡と、前記第１の多層膜反射鏡上に形成された第１の導電型を有する窒化物半導体よりなる第１の半導体層、前記第１の半導体層上に形成された窒化物半導体よりなる活性層、及び前記活性層上に形成されかつ前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する窒化物半導体よりなる第２の半導体層を含む半導体構造層と、前記半導体構造層上に形成され、前記第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡と、前記第１の多層膜反射鏡と前記第２の多層膜反射鏡との間に形成され、前記活性層の１の領域に電流を集中させる電流狭窄構造と、を有し、前記窒化ガリウム系半導体基板の下面または当該下面より下方の領域に配され、前記窒化ガリウム系半導体基板の上面に垂直な方向から見た上面視において前記１の領域よりも外側まで延在しかつ前記第１の多層膜反射鏡に対向する凹状反射面を有する反射構造を有することを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施例１の面発光レーザの斜視図である

【図2】実施例１の面発光レーザの上面図である。

【図3】実施例１の面発光レーザの断面図である。

【図4】変形例１の面発光レーザの上面図である。

【図5】変形例２の面発光レーザの断面図である。

【図6】変形例３の面発光レーザの断面図である。

【図7】変形例の面発光レーザの断面図である。

【図8】実施例２の面発光レーザの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。以下の説明においては、半導体面発光レーザ素子を例に説明するが、本発明は、面発光レーザのみならず、垂直共振器型発光ダイオードなど、種々の垂直共振器型発光素子に適用することができる。

【実施例0011】

図１は、実施例１に係る垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser、以下、単に面発光レーザとも称する）１０の斜視図である。

【0012】

基板１１は、窒化ガリウム系半導体基板、例えばアンドープのＧａＮ基板である。基板１１は、例えば、上面形状が矩形の基板である。基板１１の上面は、Ｃ面からＭ面方向に０．５°オフした面である。また、基板１１の上面は、Ｃ面からＡ面方向にはほとんどオフしておらず、Ｃ面からＡ面方向へのオフ角は０±０．０１°である。以下の説明において、基板１１の上面の中心を通りかつ当該上面に垂直な軸を中心軸ＡＸ１として説明する。

【0013】

なお、面発光レーザ１０においては、基板１１も共振器内に配されることになるので、光の透過性が高いことが好ましい。そのため、基板１１は、アンドープであることが好ましい。

【0014】

凸部１１Ｐは、基板１１の下面の中心軸ＡＸ１を中心とした円状の領域に形成された、下方に凸の曲面からなる凸部である。本実施例では、凸部１１Ｐは平凸レンズ形状を有している。また、本実施例では凸部１１Ｐが形成するレンズ形状の光軸が中心軸ＡＸ１と一致している。

【0015】

裏面多層膜反射鏡１２（図中二点鎖線）は、凸部１１Ｐの表面に形成された誘電体膜からなる誘電体多層膜反射鏡である。裏面多層膜反射鏡１２は、ＳｉＯ_２からなる低屈折率誘電体膜と、Ｎｂ_２Ｏ_５からなり低屈折率誘電体膜よりも屈折率が高い高屈折率誘電体膜とが交互に積層された誘電体多層膜反射鏡である。

【0016】

言い換えれば、裏面多層膜反射鏡１２は、誘電体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）である。本実施例において、裏面多層膜反射鏡１２は、凸部１１Ｐの表面に形成された４ペアのＮｂ_２Ｏ_５／ＳｉＯ_２層からなる。この裏面多層膜反射鏡１２と凸部１１Ｐとで上方に凹の凹状反射面１２ＲＳを有する凹状反射構造１２Ｒが形成されている。言い換えれば、裏面多層膜反射鏡１２の上面が凹状反射面１２ＲＳになっている。

【0017】

第１の多層膜反射鏡１３は、基板１１の上に成長させられた半導体層からなる半導体多層膜反射鏡である。第１の多層膜反射鏡１３は、ＡｌＩｎＮの組成を有する低屈折率半導体膜と、ＧａＮ組成を有し低屈折率半導体膜よりも屈折率が高い高屈折率半導体膜とが交互に積層されることで形成されている。言い換えれば、第１の多層膜反射鏡１３は、半導体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）である。

【0018】

第１の多層膜反射鏡１３は、例えば、基板１１の上面に、ＧａＮ組成を有するバッファ層を設け、当該バッファ層上に上記高屈折率半導体膜と低屈折率半導体膜とを交互に成膜させることで形成される。本実施例では、第１の多層膜反射鏡１３は、基板１１上面に形成された１μｍのＧａＮ下地層の上に積層された３５ペアのＧａＮ／ＡｌＩｎＮ層からなる。このような構成の第１の多層膜反射鏡１３は、活性層１９からの出射光に対し、８０％程度の反射率を有する。

【0019】

半導体構造層１５は、第１の多層膜反射鏡１３上に形成された複数の半導体層からなる積層構造体である。半導体構造層１５は、第１の多層膜反射鏡１３上に形成されたｎ型半導体層（第１の半導体層）１７と、ｎ型半導体層１７上に形成された発光層（または活性層）１９と、活性層１９上に形成されたｐ型半導体層（第２の半導体層）２１と、を有する。

【0020】

第１の導電型の半導体層としてのｎ型半導体層１７は、第１の多層膜反射鏡１３上に形成された半導体層である。ｎ型半導体層１７は、ＧａＮ組成を有し、ｎ型不純物としてＳｉがドーピングされている半導体層である。ｎ型半導体層１７は、角柱状の下部１７Ａとその上に配された円柱状の上部１７Ｂとを有する。具体的には、例えば、ｎ型半導体層１７は、角柱状の下部１７Ａの上面１７Ｓから突出した円柱状の上部１７Ｂを有している。言い換えれば、ｎ型半導体層１７は、上部１７Ｂを含むメサ形状の構造を有する。

【0021】

活性層１９は、ｎ型半導体層１７の上部１７Ｂ上に形成されており、ＩｎＧａＮ組成を有する井戸層及びＧａＮ組成を有する障壁層を含む量子井戸構造を有する層である。面発光レーザ１０においては、活性層１９において光が発生する。本実施例において、活性層１９は、その発光中心が中心軸ＡＸ１上に持ち来されるように形成されている。

【0022】

第２の導電型の半導体層としてのｐ型半導体層２１は、活性層１９上に形成されたＧａＮ組成を有する半導体層である。ｐ型半導体層２１には、ｐ型の不純物としてＭｇがドーピングされている。

【0023】

ｎ電極２３は、ｎ型半導体層１７の下部１７Ａの上面１７Ｓに設けられ、ｎ型半導体層１７と電気的に接続されている金属電極である。ｎ電極２３は、ｎ型半導体層１７の上部１７Ｂを囲繞するように環状に形成されている。ｎ電極２３は、ｎ型半導体層１７と電気的に接触し、半導体構造層１５に外部からの電流を供給する第１の電極層を形成している。

【0024】

絶縁層２５は、ｐ型半導体層２１上に形成されている絶縁体からなる層である。絶縁層２５は、例えばＳｉＯ_２等のｐ型半導体層２１を形成する材料よりも低い屈折率を有する物質によって形成されている。絶縁層２５は、ｐ型半導体層２１上において環状に形成されており、中央部分にｐ型半導体層２１を露出する開口部（図示せず）を有している。

【0025】

透明電極２７は、絶縁層２５の上面に形成された透光性を有する金属酸化膜である。透明電極２７は、絶縁層２５の上面全体及び絶縁層２５の中央部分に形成された開口から露出するｐ型半導体層２１の上面の全体を覆っている。透明電極２７を形成する金属酸化膜としては、例えば、活性層１９からの出射光に対して透光性を有するＩＴＯやＩＺＯを用いることができる。

【0026】

ｐ電極２９は、透明電極２７上に形成された金属電極である。ｐ電極２９は、絶縁層２５の上記開口部から露出したｐ型半導体層２１の上面と、透明電極２７を介して電気的に接続されている。透明電極２７とｐ電極２９とで、ｐ型半導体層２１に電気的に接触しかつ半導体構造層１５に外部からの電流を供給する第２の電極層が形成されている。本実施例において、ｐ電極２９は、透明電極２７の上面に当該上面の外縁に沿って環状に形成されている。

【0027】

第２の多層膜反射鏡３１は、透明電極２７の上面のｐ電極２９に囲まれた領域に形成された円柱上の多層膜反射鏡である。第２の多層膜反射鏡３１は、ＳｉＯ_２からなる低屈折率誘電体膜と、Ｎｂ_２Ｏ_５からなり低屈折率誘電体膜よりも屈折率が高い高屈折率誘電体膜とが交互に積層された誘電体多層膜反射鏡である。言い換えれば、第２の多層膜反射鏡３１は、誘電体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）である。

【0028】

本実施例において、第２の多層膜反射鏡３１は、透明電極２７の上面に形成されたＮｂ_２Ｏ_５のスペーサー層、及び当該スペーサー層上に成膜された１０．５ペアのＮｂ_２Ｏ_５／ＳｉＯ_２層からなる。このような構成の第２の多層膜反射鏡３１は、活性層１９からの出射光に対し、９９％以上の反射率を有する。この第２の多層膜反射鏡３１の反射率は、第１の多層膜反射鏡１３の反射率よりも高くなっている。

【0029】

図２は、面発光レーザ１０の上面図である。図２において、基板１１の上面と同一面内においてｍ軸方向に沿っている軸を横方向軸ＡＸ２とする。上述したように、面発光レーザ１０は、矩形の上面形状を有する基板１１上に形成されたｎ型半導体層１７、上面形状が円形の活性層１９及びｐ型半導体層２１を含む半導体構造層１５を有している（図１参照）。ｐ型半導体層２１上には、絶縁層２５及び透明電極２７が形成されている。透明電極２７上には、ｐ電極２９及び第２の多層膜反射鏡３１が形成されている。

【0030】

絶縁層２５は、上述した絶縁層２５のｐ型半導体層２１を露出する円形の開口部である開口部２５Ｈを有している。図２に示すように、開口部２５Ｈは、面発光レーザ１０の上方からみて絶縁層２５の中央部に形成されており、面発光レーザ１０の上方からみて第２の多層膜反射鏡３１に覆われている。言い換えれば、開口部２５Ｈは、絶縁層２５の多層膜反射鏡３１の下面と対向する領域に形成されている。本実施例において、開口部２５Ｈは直径１０μｍである。

【0031】

開口部２５Ｈは、中心軸ＡＸ１上に中心を有する円形である。従って、ｐ型半導体層２１は、ｐ型半導体層２１の上面の開口部２５Ｈから露出している円形の領域にある電気的接触面２１Ｓを介して透明電極２７と電気的に接続されている。

【0032】

図２に示すように、凸部１１Ｐ（図中太い破線）は、上面視において、中心軸ＡＸ１上に中心を有する円形である。凸部１１Ｐは、基板１１の下面の電気的接触面２１Ｓと対向する領域に亘って形成されている。凸部１１Ｐは上面視、すなわち基板１１の上面の法線方向からみて電気的接触面２１Ｓと重なるように形成され、かつ電気的接触面２１Ｓの外縁すなわち輪郭よりも外側まで延在している。本実施例においては、凸部１１Ｐは、上面視においてｐ電極２９の外側、すなわちｎ型半導体層１７の上部１７Ｂの外側にまで延在している。

【0033】

図３は、面発光レーザ１０の図２の３－３線に沿った断面図である。上述のように、面発光レーザ１０は、ＧａＮ基板である基板１１を有し、基板１１上に第１の多層膜反射鏡１３が形成されている。

【0034】

また、上述したように、基板１１の下面の凸部１１Ｐの表面には、第３の多層膜反射鏡としての裏面多層膜反射鏡１２が形成されている。従って、凸部１１Ｐ及び裏面多層膜反射鏡１２によって、活性層１９及び第２の多層膜反射鏡３１に対向する上方に凹の反射面を有する凹状反射構造１２Ｒが形成されている。

【0035】

この上方に凹の反射面によって、活性層１９の方向から第１の多層膜反射鏡１３を下方に通過してきた光が、上方にかつ中心軸ＡＸ１に向かって絞られながら反射される。すなわち、裏面多層膜反射鏡１２は、第１の多層膜反射鏡１３を通過して裏面多層膜反射鏡１２に到達した光を、中心軸ＡＸ１に沿った領域に集める機能を有する。

【0036】

図１について上述したように、第１の多層膜反射鏡１３上には、半導体構造層１５が形成されている。半導体構造層１５は、ｎ型半導体層１７、活性層１９及びｐ型半導体層２１がこの順に形成されてなる積層体である。ｐ型半導体層２１の上面の中央部には、上方に突出している突出部２１Ｐが形成されている。

【0037】

本実施例においては、ｎ型半導体層１７は、Ｓｉがドープされた３５０ｎｍの層厚のｎ－ＧａＮ層である。活性層１９は、３ｎｍのＧａＩｎＮ層及び４ｎｍのＧａＮ層が４ペア積層された多重量子井戸構造の活性層である。活性層１９上には、１２０ｎｍのアンドープのＧａＮ層、１０ｎｍのＭｇドープされたＡｌＧａＮ（Ａｌ組成３０％）の電子障壁層が形成され、その上に突出部２１Ｐが形成されている部分において８３ｎｍの層厚を有するｐ－ＧａＮ層からなるｐ型半導体層２１が形成されている。

【0038】

絶縁層２５は、ｐ型半導体層２１の上面の突出部２１Ｐ以外の領域を覆うように形成されている。絶縁層２５は、上述のようにｐ型半導体層２１よりも低い屈折率を有している材料からなっている。絶縁層２５は、突出部２１Ｐを露出せしめる開口部２５Ｈを有している。例えば、開口部２５Ｈと突出部２１Ｐとは同様の形状を有しており、開口部２５Ｈの内側面と突出部２１Ｐの外側面は接している。

【0039】

絶縁層２５は、２０ｎｍのＳｉＯ_２からなる層である。絶縁層２５の上面は、ｐ型半導体層２１の突出部２１Ｐの上面と同一の高さ位置に配置されるように構成されている。言い換えれば、ｐ型半導体層２１の上面の突出部２１Ｐは、ｐ型半導体層２１の上面の突出部２１Ｐの周囲の領域から２０ｎｍ突出している。従って、ｐ型半導体層２１は、突出部２１Ｐにおいて８３ｎｍの層厚を有し、それ以外の領域において６３ｎｍの層厚を有する。

【0040】

透明電極２７は、絶縁層２５及び絶縁層２５の開口部２５Ｈから露出している突出部２１Ｐの上面を覆うように形成されている。すなわち、透明電極２７は、ｐ型半導体層２１の上面の開口部２５Ｈによって露出している領域において、ｐ型半導体層２１と電気的に接触している。言い換えれば、ｐ型半導体層２１の上面の開口部２５Ｈを介して露出している領域が、ｐ型半導体層２１と透明電極２７との電気的接触をもたらす電気的接触面２１Ｓとなっている。

【0041】

ｐ電極２９は、上述したように金属電極であり、透明電極２７の上面の外縁に沿って形成されている。すなわち、ｐ電極２９は、透明電極２７と電気的に接触している。従って、ｐ電極２９は、ｐ型半導体層２１の上面の開口部２５Ｈによって露出している電気的接触面２１Ｓにおいて、透明電極２７を介してｐ型半導体層２１と電気的に接触または接続している。

【0042】

第２の多層膜反射鏡３１は、透明電極２７の上面であって、絶縁層２５の開口部２５Ｈ上の領域、言い換えれば電気的接触面２１Ｓ上の領域すなわち透明電極２７の上面の中央部分に形成されている。第２の多層膜反射鏡３１の下面は、透明電極２７及び半導体構造層１５を挟んで第１の多層膜反射鏡１３の上面及び裏面多層膜反射鏡１２の上面と対向している。第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間に第１の共振器ＯＣ１、が形成され裏面多層膜反射鏡１２と第２の多層膜反射鏡３１との間に第２の共振器ＯＣ２が形成される。活性層１９から出射した光を共振させる共振器ＯＣは、この第１の共振器ＯＣ１及び第２の共振器ＯＣ２を含む。

【0043】

面発光レーザ１０において、第２の多層膜反射鏡３１の反射率は、裏面多層膜反射鏡１２及び第１の多層膜反射鏡１３からなる反射構造の反射率よりもわずかに高くなっている。従って、裏面多層膜反射鏡１２及び第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間で共振した光は、その一部が第１の多層膜反射鏡１３、基板１１及び裏面多層膜反射鏡１２を透過し、外部に取り出される。

【0044】

ここで、面発光レーザ１０の動作について説明する。面発光レーザ１０において、ｎ電極２３及びｐ電極２９との間に電圧が印加されると、図中太線一点鎖線矢印に示す様に、半導体構造層１５内に電流が流れ、活性層１９から光が放出される。活性層１９から放出された光は、第１の多層膜反射鏡１３及び裏面多層膜反射鏡１２と第２の多層膜反射鏡３１との間において反射を繰り返し、共振状態に至る（すなわちレーザ発振する）。

【0045】

面発光レーザ１０においては、ｐ型半導体層２１には、開口部２５Ｈによって露出している部分、すなわち電気的接触面２１Ｓのみから電流が注入される。また、ｐ型半導体層２１は非常に薄いため、ｐ型半導体層２１内では面内方向、すなわち半導体構造層１５の面内に沿った方向には電流は拡散しない。

【0046】

従って、面発光レーザ１０においては、活性層１９のうち、開口部２５Ｈによって画定される電気的接触面２１Ｓの直下の領域にのみ電流が供給されて、当該領域からのみ光が放出される。すなわち、面発光レーザ１０において、開口部２５Ｈが活性層１９における電流の供給範囲を制限する電流狭窄構造となっている。すなわち、面発光レーザにおいては、ｐ型半導体層２１及び絶縁層２５によって電流狭窄構造が形成されている。

【0047】

言い換えれば、面発光レーザ１０においては、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間に、活性層１９のうち、電気的接触面２１Ｓを底面とする柱状の領域である中央領域ＣＡのみに電流が流れるように電流を狭窄する、すなわち、活性層の１の領域に電流を集中させる電流狭窄構造が形成されている。活性層１９内の電流が流れる領域を含む中央領域ＣＡは、電気的接触面２１Ｓによって画定される。

【0048】

上述のように、本実施例においては、第１の多層膜反射鏡１３は、第２の多層膜反射鏡３１よりも低い反射率を有する。従って、第２の多層膜反射鏡３１及び活性層１９から到来して第１の多層膜反射鏡１３に至った光は、その一部が裏面多層膜反射鏡１２へ透過し、第２の多層膜反射鏡３１と裏面多層膜反射鏡１２との間でも共振が発生する。これら共振した光の一部は、第１の多層膜反射鏡１３、裏面多層膜反射鏡１２及び基板１１を透過し、外部に取り出される。

【0049】

このようにして、面発光レーザ１０は、基板１１の下面から、基板１１の凸部１１Ｐを除く下面及び半導体構造層１５の各層の面内方向に対して垂直な方向に光を出射する。言い換えれば、基板１１の下面が、面発光レーザ１０の光出射面となっている。

【0050】

なお、半導体構造層１５のｐ型半導体層２１の電気的接触面２１Ｓ及び絶縁層２５の開口部２５Ｈは、活性層１９における発光領域の中心である発光中心を画定し、共振器ＯＣの中心軸（発光中心軸）を画定する。共振器ＯＣの中心軸は、ｐ型半導体層２１の電気的接触面２１Ｓの中心を通り、半導体構造層１５の面内方向に対して垂直な方向に沿って延びる。本実施例においては、共振器ＯＣの発光中心軸と中心軸ＡＸ１とが同一であるとして説明する。以下の説明においては、中心軸ＡＸ１を発光中心軸ＡＸ１とも称する。

【0051】

活性層１９の発光領域とは、例えば、活性層１９内における所定の強度以上の光が放出される所定の幅を有する領域であり、その中心が発光中心である。また、例えば、活性層１９の発光領域とは、活性層１９内において所定の密度以上の電流が注入される領域であり、その中心が発光中心である。また、当該発光中心を通る基板１１の上面または半導体構造層１５の各層の面内方向に対して垂直な直線が発光中心軸ＡＸ１である。

【0052】

発光中心軸ＡＸ１は、第１の多層膜反射鏡１３及び裏面多層膜反射鏡１２と第２の多層膜反射鏡３１とによって構成される共振器ＯＣの共振器長方向に沿って延びる直線である。また、発光中心軸ＡＸ１は、面発光レーザ１０から出射されるレーザ光の光軸に対応する。

【0053】

以下、面発光レーザ１０内部の光学的な特性について説明する。上述のように、面発光レーザ１０において、絶縁層２５は、ｐ型半導体層２１よりも低い屈折率を有する。また、裏面多層膜反射鏡１２及び第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間において、活性層１９及びｎ型半導体層１７の層厚は、面内のいずれの箇所においても同じ層内であれば同一である。

【0054】

従って、面発光レーザ１０の裏面多層膜反射鏡１２及び第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間で形成される共振器ＯＣ内における等価的な屈折率（裏面多層膜反射鏡１２及び第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間の光学的距離であり、共振波長に対応する）は、ｐ型半導体層２１と絶縁層２５との屈折率の差によって、電気的接触面２１Ｓを底面とする円柱状の中央領域ＣＡとその周りの筒状の周辺領域ＰＡとで異なる。

【0055】

具体的には、裏面多層膜反射鏡１２及び第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間において、周辺領域ＰＡの等価屈折率は中央領域ＣＡの等価屈折率よりも低い、すなわち、中央領域ＣＡにおける等価的な共振波長は、周辺領域ＰＡの等価的な共振波長よりも小さい。なお、活性層１９において光が放出されるのは、開口部２５Ｈ及び電気的接触面２１Ｓの直下の領域である。すなわち、活性層１９において光が放出される発光領域は、活性層１９のうち中央領域ＣＡと重なる部分、言い換えれば上面視において電気的接触面２１Ｓと重なる領域である。

【0056】

このように、面発光レーザ１０においては、電流狭窄構造を形成するｐ型半導体層２１及び絶縁層２５によって、活性層１９の発光領域を含む中央領域ＣＡと、中央領域ＣＡを囲繞しかつ中央領域ＣＡよりも屈折率が低い周辺領域ＰＡとが形成されている。

【0057】

これによって、中央領域ＣＡ内の定在波が周辺領域ＰＡに発散（放射）することによる光損失が抑制される。すなわち、中央領域ＣＡに多くの光が留まり、またその状態でレーザ光が外部に取り出される。

【0058】

つまり、面発光レーザ１０においては、電流狭窄構造を形成するｐ型半導体層２１及び絶縁層２５によって、光を中央領域に留める、すなわち閉じ込める光閉じ込め構造も形成されている。

【0059】

また、面発光レーザ１０においては、第１の多層膜反射鏡１３を通過して裏面多層膜反射鏡１２に達した光が、裏面多層膜反射鏡１２によって形成される凹状反射構造１２Ｒの凹状反射面１２ＲＳによって中央領域ＣＡに集められる。すなわち、裏面多層膜反射鏡１２によっても中央領域ＣＡに光が留められる。

【0060】

従って、上記電流狭窄構造及び裏面多層膜反射鏡１２によって、多くの光が共振器ＯＣの発光中心軸ＡＸ１の周辺の中央領域ＣＡに集中し、高出力かつ高密度なレーザ光を生成及び出射することができる。

【0061】

また、面発光レーザ１０においては、上述のように共振器ＯＣを裏面多層膜反射鏡１２及び第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１とで形成している。このことで、面発光レーザ１０からの出射光をシングルモードに維持しつつ活性層１９の電流の流れる領域、いわゆる電流注入領域を大きくして発光領域を大きくし、光出力を高めることが容易になっている。

【0062】

例えば、本願の面発光レーザ１０から裏面多層膜反射鏡１２を除き、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との反射率を近づけてこれらのみで共振器を形成する構成（以下、比較構成とも称する）を考える。この場合、活性層１９への電流の流れ込みを制限して発光領域を画定する電流狭窄構造を形成する開口部２５Ｈの径を約５．５μｍ以下にしなければ、取り出す光がシングルモードになりにくいということが、本願発明者らによって見出されていた。

【0063】

言い換えれば、単に、電流狭窄構造を形成する構造で光閉じ込めを行って横モードをシングルモードに制御する比較構成の場合、電流注入領域を小さく収めなければならないことが見出されていた。これは、活性層の電流注入領域を大きくして光出力を上げると、活性層の発光中心付近で空間的ホールバーニングが発生し、当該発光中心付近における光利得が小さくなってしまう故である。

【0064】

この空間的ホールバーニングは、活性層の特定の領域で光密度が過度に高まることで、誘導放出が多くなり、当該光密度が高い領域で注入キャリアが消費されてキャリア密度が低くなってしまう現象である。

【0065】

上記した比較構成では、光出力を上げようとした際、５．５μｍを超えて開口部２５Ｈを大きくすると、電流狭窄構造によって生ずる光閉じ込め効果により、活性層の発光中心周辺に光が集中しすぎて光密度が過度に高まってしまい、ホールバーニングが発生する。面発光レーザにおいて、このホールバーニングが発生すると、幅方向における共振器の光利得が複数のピークを持つようになり、取り出される光の横モードが多モードになってしまう。

【0066】

本実施例の面発光レーザ１０では、上述のように、裏面多層膜反射鏡１２及び第１の多層膜反射鏡１３で上方に光反射する反射構造を形成し、第２の多層膜反射鏡３１で下方に光を反射する反射構造を形成し、これらによって共振器を形成している。

【0067】

このように、面発光レーザ１０では、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１とからなる第１の共振器ＯＣ１から、一部の光を第１の多層膜反射鏡１３を通過させて下方に向かわせる。それにより、中心軸ＡＸ１に向かって絞りながら反射する凹状反射面１２ＲＳを有する裏面多層膜反射鏡１２と第２の多層膜反射鏡３１との間でも第２の共振器ＯＣ２が形成される。

【0068】

このようにすることで、活性層１９において、単に第１の多層膜反射鏡１３及び第２の多層膜反射鏡３１との間のみで第１の共振器ＯＣ１を形成する場合よりも、発光中心軸ＡＸ１の周辺の領域における光密度を低下させることが出来、空間的ホールバーニングの発生を抑えることが可能である。

【0069】

具体的には、面発光レーザ１０においては、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間に形成された光閉じ込め構造だけでなく、裏面多層膜反射鏡１２によって光を中央領域ＣＡに集めるもう一つの横方向光閉じ込め構造をとっている。また、上述のように第１の多層膜反射鏡１３の反射率を低くしているので、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間の第１の共振器ＯＣ１において強く生ずる上記電流狭窄構造による光閉じ込め効果が、従来よりも緩やかなものになる。

【0070】

面発光レーザ１０においては、上記電流狭窄構造による光閉じ込め効果が、上記第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間の第１の共振器ＯＣ１でのみ共振が起きる比較構成に比べて緩やかになる。その代わりに、第１の多層膜反射鏡１３を通過して下方に向かった光を上方に、かつ中心軸ＡＸ１に向かって絞りながら反射する凹状反射面１２ＲＳを有する裏面多層膜反射鏡１２が、緩やかになった電流狭窄構造による光閉じ込め効果の補填をする形になる。

【0071】

このように、光閉じ込めを上記した電流狭窄構造とで裏面多層膜反射鏡１２との組み合わせで行うことで、中央領域ＣＡには十分に光が閉じ込められるものの、活性層１９の中心軸ＡＸ１近傍の領域に光が過度に集中せず、光密度が過度に高くならなくなる。これによって、活性層１９の電流注入領域を大きくしても、光密度が過度に高くなることによるホールバーニングが発生しにくくなる。

【0072】

このように、面発光レーザ１０では、開口部２５Ｈを大きくして活性層１９の電流注入領域を大きくしてもホールバーニングが発生せず、出射光の光強度分布がガウシアン分布を維持しやすくなる。すなわち、面発光レーザ１０では、出射光の横モードがシングルモードに保たれやすくなる。

【0073】

なお、凹状反射構造１２Ｒの凹状反射面１２ＲＳの曲率半径Ｒは、以下の式（１）を満たすことが好ましい。

【0074】

【数1】

【0075】

ここで、Ｚは、本来では凹状反射構造の反射面と活性層１９との距離であるが、活性層１９と第２の多層膜反射鏡３１の下面との距離が近似できるほど小さいので、凹状反射構造１２Ｒの反射面と第２の多層膜反射鏡３１の下面との距離とする（図３参照）。

【0076】

また、ｎ_ｅｑは凹状反射構造１２Ｒの反射面と第２の多層膜反射鏡３１の下面との間半導体による等価屈折率、λ_{ｌａｓｉｎｇ}は活性層１９から出射される光の波長である。

【0077】

この関係性は、第１の共振器ＯＣ１での面発光レーザ１０からの出射光の出射方向と垂直な面内の光強度分布において、ピークの位置からピークにおける光強度の１／ｅになる位置までの距離、すなわちビームスポット径の１／２であるω_０及び以下の式（２）に基づいて導出された。

【0078】

【数2】

【0079】

なお、上記式（１）は、ω_０とＲとの関係を示す上記式（２）から導き出されている。具体的には、第１の共振器ＯＣ１によって出力される光のスポット径ω_０が最大で１．６５μｍであると言う条件、第２の共振器ＯＣ２によって出力される光のスポット径がこれより大きくなる事が好ましいと言う条件を上記式（１）に導入することで導き出されている。

【0080】

また、上述のように、本実施例の面発光レーザ１０では、基板１１の上面がＣ面からＭ面方向に０．５°オフした面となっている。本実施例の面発光レーザ１０のように、基板１１のＭ面にオフセットした成長面に半導体層を成長させた場合、ｍ軸方向に偏光方向を有する光の光学利得が他の方向に偏光方向を有する光よりも大きくなるため、ｍ軸方向に偏光方向を有するレーザ光が発振しやすい。そのため、面発光レーザ１０の中央領域ＣＡから出射される光は、ｍ軸方向に偏光方向を有する光が多くなる。すなわち、面発光レーザ１０は、横方向軸ＡＸ２に沿った方向に偏光方向を有する光が多くなる。

【0081】

上述のように、本発明の面発光レーザによれば、出射光の横モードをシングルモードに維持しつつ発光出力を上げることが容易になる。また、高い発光効率を有し、安定して特定の偏光方向の出射光を得ることが可能となる。これは、面発光レーザの出射光を、液晶や偏光子を用いた光学系を有する装置に用いる場合に非常に有効である。
［製造方法］
以下に、面発光レーザ１０の製造方法の一例について説明する。まず、基板１１として、上述のように上面がＣ面からＭ面に傾斜した結晶面となっているＧａＮ基板を用意する。

【0082】

次に、当該基板１１の上面に、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により、下地層としてＧａＮ（層厚１μｍ）層を形成する。その後、当該下地層上にｎ－ＧａＮ／ＡｌＩｎＮの層を３５ペア成膜し、第１の多層膜反射鏡１３を形成する。

【0083】

次に、第１の多層膜反射鏡１３上に、Ｓｉドープｎ－ＧａＮ（層厚３５０ｎｍ）を形成してｎ型半導体層１７を形成し、その上に、ＧａＩｎＮ（層厚３ｎｍ）及びＧａＮ（層厚４ｎｍ）からなる層を４ペア積層することで、活性層１９を形成する。

【0084】

次に、活性層１９上に、ＭｇドープＡｌＧａＮ（Ａｌ組成３０％）からなる電子障壁層（１０ｎｍ）を形成し（図示せず）、当該電子障壁層上にｐ－ＧａＮ層（層厚８３ｎｍ）を成膜してｐ型半導体層２１を形成する。

【0085】

次に、ｐ型半導体層２１、活性層１９及びｎ型半導体層１７の周囲の部分をエッチングして、当該周囲の部分においてｎ型半導体層１７の上面１７Ｓが露出するようなメサ形状を形成する。言い換えれば、この工程で、図１のｎ型半導体層１７、活性層１９及びｐ型半導体層２１からなる円柱上の部分を有する半導体構造層１５が完成する。

【0086】

次に、ｐ型半導体層２１の上面の中央部の周囲をエッチングして、突出部２１Ｐを形成する。その後、半導体構造層１５上に、ＳｉＯ_２を２０ｎｍ成膜して、その一部を除去して開口部２５Ｈを形成することで絶縁層２５を形成する。言い換えれば、ｐ型半導体層２１の上面のエッチング除去された部分に、ＳｉＯ_２を埋め込む。

【0087】

次に、絶縁層２５上にＩＴＯを２０ｎｍ成膜して透明電極２７を形成し、透明電極２７の上面及びｎ型半導体層１７の上面１７ＳにそれぞれＡｕを成膜してｐ電極２９及びｎ電極２３を形成する。

【0088】

次に、透明電極２７上にＮｂ_２Ｏ_５を３８ｎｍ、スペーサー層（図示せず）として成膜し、当該スペーサー層上に、１ペアがＮｂ₂Ｏ₅／ＳｉＯ₂からなる層を１０．５ペア成膜して、第２の多層膜反射鏡３１を形成する。

【0089】

次に、基板１１の裏面を研磨して厚さを２００μｍ以下にした後、基板１１の裏面に凸部１１Ｐを形成する。凸部１１Ｐはリフロープロセスによって、そのレンズ形状の中心軸が、発光中心軸ＡＸ１と一致するように形成される。なお、凸部１１Ｐは、露光パターニング及びドライエッチングを用いて形成されてもよい。

【0090】

具体的には、例えば、基板１１の裏面に凸部１１Ｐと同様の形状にレジストを堆積させ、基板１１の裏面全体をドライエッチングし、レジストの形状を基板１１の裏面に転写することで形成することで凸部１１Ｐを形成してもよい。

【0091】

［変形例１］
以下、本発明の実施例１の面発光レーザ１０の変形例１である面発光レーザ４０について説明する。変形例１は、凸部１１Ｐが円形では無い点、すなわち凹状反射構造１２Ｒが形成する凹状反射面が円形では無い点で面発光レーザ１０と異なる。

【0092】

図４は、変形例１の面発光レーザ４０の上面図である。図４に示すように、面発光レーザ４０において、凸部１１Ｐの上面形状は横方向軸ＡＸ２と同じ方向の軸を長軸とする楕円形を有している。すなわち、凸部１１Ｐが、上面視においてｍ軸方向沿ったに長軸を有する楕円状の上面形状を有している。

【0093】

面発光レーザ４０において、凸部１１Ｐをｍ軸方向に長軸を有する楕円形状とすると、すなわち凹状反射構造１２Ｒの反射面を、ｍ軸方向に長軸を有する楕円形の上面形状を有する反射面とすると、ｍ軸方向に沿った偏光方向を有する光の中央領域ＣＡ内での、ｍ軸方向に沿った偏光方向を有する光の光利得が高くなり、かつｍ軸方向損失が低くなることが、本願発明の発明者によって見出された。

【0094】

従って、面発光レーザ４０によれば、面発光レーザ１０の光出射面となっている基板１１の下面から、ｍ軸方向に沿った偏光方向を有する光を多く取り出すことができ、かつｍ軸に沿った方向以外の偏光方向を有する光の出射を抑制することができる。よって、面発光レーザ４０によれば、光出射面から取り出される光の、光出射面の面内方向における偏光方向バラツキをさらに抑制することが可能となる。

【0095】

なお、偏光方向のバラツキをさらに抑制するための凸部１１Ｐの形状、言い換えれば凹状反射構造１２Ｒの反射面の上面形状は、横方向軸ＡＸ２に沿った方向を長手方向とする形状であれば他の形状であってもよい。言い換えれば、凸部１１Ｐの上面形状は、横方向軸ＡＸ２に沿った方向を長手方向とする形状であれば楕円以外の他の形状であってもよい。

【0096】

例えば、凸部１１Ｐの上面形状は、横方向軸ＡＸ２に沿った方向を長手方向とする長方形または矩形状であってもよい。また、例えば、凸部１１Ｐの上面形状は、横方向軸ＡＸ２方向に沿った方向を長手方向とする陸上トラックと同一の輪郭を有する長円状であってもよい。また、例えば、凸部１１Ｐの上面形状は、軸ＡＸ２方向に沿った方向を長手方向とする菱形状であってもよい。

【0097】

［変形例２］
以下、本発明の実施例１の面発光レーザ１０の変形例２である面発光レーザ５０について、図５を参照して説明する。変形例２の面発光レーザ５０は、裏面多層膜反射鏡１２が形成されていない点で実施例１の面発光レーザ１０とは異なる。

【0098】

図５は、図２に示したのと同様の切断線で面発光レーザ５０を切断した際の切断面、すなわち図３に対応した切断面を示す断面図である。図５に示すように、面発光レーザ５０は、裏面多層膜反射鏡１２が形成されていない代わりに、凸部１１Ｐの表面に複数のスリット溝５１からなる回折格子５３（図中破線内）が形成されている。すなわち、凸部１１Ｐと回折格子５３とで凹状反射面得５５ＲＳを有する凹状反射構造５５Ｒが形成されている。このスリット溝５１は、図５の紙面に垂直な方向に沿った軸である横方向軸ＡＸ２（図２参照）と同じ方向に長手方向を有している。すなわちスリット溝５１は、上面視においてｍ軸方向に沿った方向に長手方向を有している。

【0099】

このスリット溝５１によって形成される回折格子５３は、回折格子を形成するスリット溝５１の各々の伸長方向、すなわちｍ軸方向が偏光方向となっている光に対する高い反射率をもたらす。すなわち、スリット溝５１からなる回折格子５３が形成されていることで、他の偏光方向を有する光よりもｍ軸方向が偏光方向になっている光の反射率が高まり、ｍ軸方向が偏光方向になっている光が優先的に発振しやすくなる。

【0100】

従って、面発光レーザ５０によれば、基板１１の下面にスリット溝５１からなる回折格子５３を形成して凹状反射構造５５Ｒを形成することで、出射光の更なる偏光制御を行い、１の偏光方向を有する光が支配的な出射光を安定して得ることが可能となる。

【0101】

なお、スリット溝５１は、上記説明した実施例１の面発光レーザ１０の製法の最後の工程において、基板１１の下面にドライエッチング等のエッチング処理をすることで形成することが可能である。

【0102】

［変形例３］
以下、本発明の実施例１の変形例３である面発光レーザ６０について、図６を参照して説明する。面発光レーザ６０は、上述した電流狭窄構造を形成するために、絶縁層２５の代わりに半導体構造層１５内にトンネル接合構造を形成する点で、実施例１の面発光レーザ１０とは異なる。具体的には、面発光レーザ６０は、ｐ型半導体層２１より上の構造が面発光レーザ１０と異なる。

【0103】

図６は、図２に示したのと同様の切断線で面発光レーザ６０を切断した際の切断面、すなわち図３に対応した切断面を示す断面図である。図６に示すように、面発光レーザ６０においては、ｐ型半導体層２１の突出部２１Ｐ上に、トンネル接合層６１が形成されている。すなわち、面発光レーザ６０においては、半導体構造層１５内の中央領域ＣＡにトンネル接合層６１が形成されている。

【0104】

トンネル接合層６１は、ｐ型半導体層２１上に形成され、ｐ型半導体層２１よりも高い不純物濃度を有するｐ型半導体層であるハイドープｐ型半導体層６１Ａと、ハイドープｐ型半導体層６１Ａ上に形成され、ｎ型半導体層１７よりも高い不純物濃度を有するｎ型半導体層であるハイドープｎ型半導体層６１Ｂと、を含んでいる。

【0105】

ｎ型半導体層６３は、ｐ型半導体層２１及びトンネル接合層６１上に形成されている。ｎ型半導体層６３は、ｐ型半導体層２１の上面においてトンネル接合層６１を埋め込むように形成されている。言い換えれば、ｎ型半導体層６３は、突出部２１Ｐの側面並びにトンネル接合層６１の側面及び上面を覆うように形成されている。

【0106】

第２の多層膜反射鏡６５は、ｎ型半導体層６３の上面に形成されており、ｎ型半導体層１７と同様のドーピング濃度を有するｎ型半導体層である。すなわち、ｎ型半導体層６３は、ハイドープｎ型半導体層６１Ｂよりも低いドーピング濃度を有している。

【0107】

このような、ｐ型半導体層２１、トンネル接合層６１及びｎ型半導体層６３の積層構造により、トンネル接合層６１部分でトンネル効果が生ずる。これにより、面発光レーザ６０においてはｐ型半導体層２１とｎ型半導体層６３との間において、トンネル接合層６１の部分にのみ電流が流れ、電流が中央領域ＣＡに狭窄される電流狭窄構造が形成される。

【0108】

第２の多層膜反射鏡６５は、ｎ型半導体層６３上に形成された半導体層からなる半導体多層膜反射鏡である。第２の多層膜反射鏡６５は、ＡｌＩｎＮの組成を有する低屈折率半導体膜と、ＧａＮ組成を有し低屈折率半導体膜よりも屈折率が高い高屈折率半導体膜とが交互に積層されることで形成されており、ｎ型半導体の特性を有している。言い換えれば、第２の多層膜反射鏡６５は、半導体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）である。

【0109】

ｐ側電極６７は、第２の多層膜反射鏡６５の上面の周縁部に沿って形成された金属電極である。面発光レーザ６０においては、第２の多層膜反射鏡６５が導電性を有するので、ｐ側電極６７から第２の多層膜反射鏡６５、ｎ型半導体層６３、トンネル接合層６１、ｐ型半導体層２１、活性層１９、ｎ型半導体層１７を通ってｎ電極２３まで電流が流れる。

【0110】

この構成を有する半導体構造層において、ｐ－ＧａＮ層からｎ型半導体層１７には、トンネル接合層の部分のみから電流が流入する。そのため、上記した絶縁層２５を形成した場合と同様な電流狭窄効果を生じさせることが可能となる。また、トンネル接合層６１とその周囲の領域で屈折率が異なることにより、実施例１と同様の光閉じ込め効果も生じさせることが可能である。

【0111】

言い換えれば、上面視において、上記した電気的接触面２１Ｓと同じ領域にトンネル接合を形成するトンネル接合層６１を形成することで、上記した電気的接触面２１Ｓを形成したのと同様の電流狭窄効果、光閉じ込め効果を得ることが可能となる。

【0112】

以上の実施例１、変形例１乃至３においては、ｎ電極２３をｎ型半導体層１７に形成するとしたが、これに代えて基板１１の裏面にｎ側電極を形成しても良い。

【0113】

図７に、実施例１の面発光レーザ１０において、ｎ電極２３に代えて、凸部１１Ｐの周囲の領域、すなわち、凹状反射構造１２Ｒよりも外側の領域にｎ側電極６８を形成する場合の断面図を示す。この場合、基板１１が電流の経路となるため、基板１１にドーピングをしなければならない。

【0114】

しかしながら、上述のように面発光レーザ１０においては、基板１１も共振器内に配されることになるので、基板１１は光の透過性が高いことが好ましい。従って、基板１１にドーピングするｎ型ドーパントは酸素ではなくＳｉであるのが好ましく、ドーパント濃度は低いことが好ましい。例えば、基板１１においては、第１の共振器ＯＣ１及び第２の共振器ＯＣ２内の領域において、Ｓｉドーパントの濃度が２×１０^１８／ｃｍ^３以下の領域が８０％を占めることが好ましく、さらに好ましくは１×１０^１８／ｃｍ^３以下の領域が８０％を占めることが好ましい。

【0115】

具体的には、ｎ側電極を形成する部分において、ドーパントの濃度が高いことが必要となるため、例えば、その部分だけドーパント濃度を高くし、共振器ＯＣを含むそれ以外の領域でドーパント濃度を低くすることで、上記ドーパント濃度の条件を満たす基板１１を形成する。なお、ｎ側電極を形成する部分については、共振器ＯＣの外側の領域であるので、ドーパントは酸素でも構わない。

【0116】

上記した変形例１乃至３及びｎ側電極を基板１１の裏面に形成する例は、全て組み合わせ可能である。

【実施例0117】

以下、本発明の実施例２である面発光レーザ７０について説明する。図８は、図２に示したのと同様の切断線で面発光レーザ７９を切断した際の切断面、すなわち図３に対応した切断面を示す断面図である。

【0118】

図８に示すように、面発光レーザ７０では、基板１１の裏面に凸部１１Ｐを設けて凹状反射構造１２Ｒを形成する代わりに、基板１１の下方に凹状反射面７１ＲＳを有する凹状反射構造７１Ｒを形成するアウトプットカプラー７１を配置する。言い換えれば、アウトプットカプラー７１は、基板１１の下方に離隔して配されている。

【0119】

アウトプットカプラー７１は、基板１１の下面に対向する凹状の表面７２Ｓを有する透明基板７２及び凹状の表面７２Ｓを覆う誘電体からなるＤＢＲである外部多層膜反射鏡７３からなる。

【0120】

面発光レーザ７０においては、面発光レーザ１０の凹状反射構造１２Ｒに対応する凹状反射構造７１Ｒが透明基板７２及び外部多層膜反射鏡７３によって形成されている。面発光レーザ７０においては、第２の共振器ＯＣ２が第２の多層膜反射鏡３１と外部多層膜反射鏡７３との間で形成されている。

【0121】

なお、面発光レーザ１０では、基板１１の裏面で光の反射が起きないように、基板１１の裏面に、例えば、４ペアのＮｂ_２Ｏ_５／ＳｉＯ_２からなるＡＲコートを形成する。

【0122】

このような、基板１１の下面に形成された凸部１１Ｐによる凹状反射構造１２Ｒではなく、アウトプットカプラー７１を用いる構成は、面発光レーザ１０において設計上凹状反射構造１２Ｒを大きくしなければならない場合に有利な構成である。

【0123】

例えば、ウェハに多数の面発光レーザ１０を形成して個片化する場合に、凹状反射構造１２Ｒを大きくしなければならない場合には、１ウェハ当たりの面発光レーザ１０の製造個数が、凸部１１Ｐの大きさによって制限され得る。そのような場合に、凹状反射構造１２Ｒを外部のアウトプットカプラー７１の凹状反射構造７１Ｒで置換することで、面発光レーザの１ウェハ当たりの製造個数を減らすことなく凹状反射構造を大きくすることができる。

【0124】

上述の実施例においては、基板１１の上面は、Ｃ面からＭ面方向に０．５°オフした面である場合、すなわちＣ面からＭ面方向へのオフ角が０．５°である場合を説明したが、オフ角はこの角度に限られない。オフ角が、例えば、０．３°から０．８°程度であれば充分に上記した偏光制御効果を得ることができる。また、基板１１の上面のオフ角が０．８°以下であれば、第１の多層膜反射鏡１３を構成する半導体多層膜を、安定して十分な反射率をもつように形成可能である。

【0125】

また、上記実施例においては、基板１１の上面は、Ｃ面からＭ面方向にオフしている場合を説明したが、基板１１の上面がＣ面からＡ面方向にオフしており、Ｃ面方向にはほとんどオフしていなくともよい。

【0126】

この場合、上記偏光制御効果を得るために、上記Ｃ面のオフ角の範囲についての説明と同様の理由で、Ｃ面からＡ面方向へのオフ角は０．３°～０．８°程度が好ましく、Ｃ面からＭ面へのオフ角は０±０．１°であるのが好ましい。なお、基板１１の上面がＣ面からＡ面にオフしている場合、上記変形例１における凸部１１Ｐの上面形状の長手方向及び変形例２におけるスリット溝５１の長手方向について説明において、横方向軸ＡＸ２がａ軸に対応するとして読み替えて理解されたい。

【0127】

基板１１の上面がＣ面からＡ面方向にオフしている場合、ａ軸方向に沿った偏光方向を有する光を多く取り出すことができ、かつａ軸に沿った方向以外の偏光方向を有する光の出射を抑制することができる。よって、面発光レーザ１０によれば、光出射面から取り出される光の、光出射面の面内方向における偏光方向バラツキを抑制することが可能となる。

【0128】

なお、上記オフ角があることによる偏向方向のバラツキの抑制効果を必要としない場合、基板１１は上面にＣ面が露出しているＣ面基板であってもよい。

【0129】

上述した実施例における種々の数値、寸法、材料等は、例示に過ぎず、用途及び製造される面発光レーザに応じて、適宜選択することができる。