面発光レーザ素子、それを備えた面発光レーザアレイ、面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えた電子写真システムおよび面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えた光通信システム
【課題】単一基本横モードの出力を容易に向上可能な面発光レーザ素子を提供する。
【解決手段】 面発光レーザ素子は、活性層１０５、共振器スペーサー層１０４，１０６、反射層１０３，１０７、並びに酸化領域１０８ｂが電流狭窄層及び抑制層として機能する選択酸化層１０８を備える。共振器スペーサー層１０４，１０６は、活性層１０５の両側に設けられる。反射層１０３，１０７は、共振器スペーサー層１０４，１０６の両側に設けられ、活性層１０５において発振した発振光を反射する。電流狭窄層は、活性層１０５へ電流を注入するときの反射層１０３，１０７の領域を制限する。抑制層は、活性層１０５において発振した高次モード成分を抑制する。
【解決手段】 面発光レーザ素子は、活性層１０５、共振器スペーサー層１０４，１０６、反射層１０３，１０７、並びに酸化領域１０８ｂが電流狭窄層及び抑制層として機能する選択酸化層１０８を備える。共振器スペーサー層１０４，１０６は、活性層１０５の両側に設けられる。反射層１０３，１０７は、共振器スペーサー層１０４，１０６の両側に設けられ、活性層１０５において発振した発振光を反射する。電流狭窄層は、活性層１０５へ電流を注入するときの反射層１０３，１０７の領域を制限する。抑制層は、活性層１０５において発振した高次モード成分を抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、面発光レーザ素子、それを備えた面発光レーザアレイ、面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えた電子写真システムおよび面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えた光通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板と垂直方向にレーザ発振を生じる面発光レーザ素子（面発光型半導体レーザ素子）が、精力的に研究されている。面発光レーザ素子では、端面発光型レーザ素子に比べて発振閾値電流が低く、円形の出射ビーム形状を得る事が可能である。
【０００３】
また、面発光レーザ素子は、基板に垂直な方向にレーザ出力が取り出せる事から、高密度２次元アレイ集積が容易であり、並列光インターコネクション用光源、高速高精彩電子写真システム等への応用が検討されている。
【０００４】
面発光レーザ素子の電流狭窄構造として、選択酸化を用いた構造が広く知られている（非特許文献１，２）。非特許文献１，２では、ＩｎＧａＡｓを活性層とした０．９８μｍ帯の面発光レーザ素子が示されている。これらの非特許文献１，２における面発光レーザ素子では、活性層の上部に設けたｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓからなる上部分布ブラッグ反射器中にＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓからなる被選択酸化層が設けられている。
【０００５】
この面発光レーザ素子は、結晶成長の後、被選択酸化層の側面が露出するように、上部分布ブラッグ反射器をメサ形状にエッチング加工し、８５℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした雰囲気中において４２５℃に加熱して、エッチング側面からメサの中央に向かってＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓからなる被選択酸化層を選択酸化することによって作製される。
【０００６】
選択酸化によってメサの周辺には、ＡｌＯｘからなる絶縁領域が形成されており、メサの中央には、非酸化領域による導通領域が形成される。ＡｌＯｘは、非常に良好な絶縁体であり、正孔の注入領域をメサの中央部に限定する事が可能であり、１ｍＡ以下の発振閾値電流を得ることができる。
【０００７】
また、選択酸化型面発光レーザ素子では、ＡｌＯｘの屈折率が１．６程度と他の半導体層に比べて小さいため、酸化層による横方向の光閉じ込めが生じて光の回折損失が低減し、効率の高い素子を得ることができる。
【０００８】
更に、素子の効率を向上させる為には、低屈折率を有する酸化層による光の散乱損失を低減することが有効であり、酸化層の位置を電界における定在波分布の節の位置に設ける構成がとられている（非特許文献３）。
【０００９】
非特許文献３では、選択酸化層の位置を定在波分布の節の位置とした場合と、腹の位置とした場合の閾値電流等について比較がなされており、節の位置に設けた場合の方が、光の散乱損失が低く抑えられ、低閾値電流を得られることが示されている。
【００１０】
また、面発光レーザ素子の多くの用途では、低閾値特性以外にも、高出力での単峰性のビーム形状が強く要求されている。しかし、選択酸化型面発光レーザ素子では、選択酸化層による横方向の屈折率差が大きい為に、高次横モードまでもが容易に閉じ込められ、発振するという問題があり、単一横モード制御は非常に重要な課題として挙げられる。高次モードの横方向における光閉じ込めを低減するには、横方向の有効屈折率差を小さくするか、又は、非酸化領域の面積を小さく設定する方法などが有効である。
【００１１】
非特許文献３の様に選択酸化層の位置を電界の定在波分布の節に設けると、酸化層による電界分布への影響が小さくなり、有効屈折率差を低減できる。また、非酸化領域の面積を小さくすると、モード分布が広い高次横モードは、次第に非酸化領域から漏れだし、閉じ込め作用を低下させることが可能である。波長帯にもよるが、従来の素子では酸化狭窄径を発振波長の３〜４倍程度に設定することによって、単一基本モード発振を得る事ができる。
【００１２】
しかしながら、上記の方法で単一基本横モード制御が可能なのは、比較的低注入レベルでの動作時のみであって、注入レベルを高くした場合には、発熱によるサーマルレンズ効果や、キャリアの空間的ホールバーニングにより高次横モードが発振してしまうという問題がある。また、非酸化領域の面積を小さく設定する方法では、発振領域の面積が小さくなるので高出力を得る事が難しく、また素子の抵抗も大きくなるという問題がある。
【００１３】
そこで、以上の単一基本横モード発振における高出力化という課題に対し、面発光レーザ素子に選択酸化層以外の、他のモード制御機構を装荷する方法がいくつか提案されている。例えば、特許文献１では、電極による高次横モードのフィルタリング作用を利用して、高次横モードの発振を抑制する方法が開示されている。この従来技術では酸化狭窄径に対して電極開口径の大きさを最適に選ぶ事により、単一基本横モード出力の向上を実現している。
【００１４】
また、特許文献２では、素子上部の半導体多層膜反射鏡表面における高次横モード分布に対応した領域にリリーフ状の加工を施す事により、高次横モードに対する多層膜反射鏡の反射率を低下させて発振を抑制し、単一基本横モード出力の向上を実現している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、例えば、特許文献１に開示された方法では、横モード特性および出力等は、電極開口の面積や、電極開口と選択酸化構造との位置ずれ等に対し非常に敏感であるという問題がある。この為、高い位置あわせ精度、加工形状の制御性が必要であり、ウェハ面内に渡って、均一性良く素子を製造することが難しい。また、電極開口を形成する工程において、開口寸法、位置ずれに対して厳しい工程管理が必要であり、製造コストを増加させる原因となる。
【００１６】
また、特許文献２の誘電体層による反射率の変化を用いる方法においても、誘電体膜を形成する工程と、これを部分的に除去する工程が必要となり、製造コストが増えてしまうという問題がある。また、同様に、素子特性は誘電体膜と電流注入領域との位置あわせ精度に対して敏感であり、ウェハ面内に渡って、均一性良く素子を製造することが難しい。
【００１７】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、単一基本横モードの出力を容易に向上可能な面発光レーザ素子を提供することである。
【００１８】
また、この発明の別の目的は、単一基本横モードの出力を容易に向上可能な面発光レーザ素子を備える面発光レーザアレイを提供することである。
【００１９】
さらに、この発明の別の目的は、単一基本横モードの出力を容易に向上可能な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える電子写真システムを提供することである。
【００２０】
さらに、この発明の別の目的は、単一基本横モードの出力を容易に向上可能な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える光通信システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この発明によれば、面発光レーザ素子は、活性層と、共振器スペーサー層と、反射層と、電流狭窄層と、抑制層とを備える。共振器スペーサー層は、活性層の両側に設けられる。反射層は、共振器スペーサー層の両側に設けられ、活性層において発振した発振光を反射する。電流狭窄層は、活性層へ電流を注入するときの反射層の領域を制限する。抑制層は、活性層において発振した高次モード成分を抑制する。
【００２２】
好ましくは、電流狭窄層および抑制層は、反射層中に設けられる。そして、活性層と抑制層との距離は、活性層と電流狭窄層との距離に等しい。
【００２３】
好ましくは、抑制層は、発振光の電界の定在波分布の節に対応する反射層中の第１の位置と、活性層側と反対方向において、定在波分布の節に対応した第１の位置に隣接し、定在波分布の腹に対応する反射層中の第２の位置との間に設けられた第１の選択酸化層からなる。電流狭窄層は、第１の選択酸化層と異なる第２の選択酸化層からなる。そして、活性層と第１の選択酸化層との距離は、活性層と第２の選択酸化層との距離よりも大きい。
【００２４】
好ましくは、第２の選択酸化層は、発振光の電界の定在波分布の節に対応する位置に設けられる。
【００２５】
好ましくは、反射層は、第１および第２の反射層を含む。第１の反射層は、活性層の一方側に配置され、ｎ型の半導体からなる。第２の反射層は、活性層に対して第１の反射層と反対側に配置され、ｐ型の半導体からなる。そして、第１の選択酸化層は、第１の反射層中に配置され、第２の選択酸化層は、第２の反射層中に配置される。
【００２６】
好ましくは、面発光レーザ素子は、抑制層と電流狭窄層との間に設けられ、活性層に電流を注入するための半導体層をさらに備える。抑制層は、発振光の電界の定在波分布の節に対応する反射層中の第１の位置と、活性層側と反対方向において、定在波分布の節に対応した第１の位置に隣接し、定在波分布の腹に対応する反射層中の第２の位置との間に設けられた第１の選択酸化層からなる。電流狭窄層は、第１の選択酸化層と異なる第２の選択酸化層からなる。第１および第２の選択酸化層は、活性層に対して基板と反対側に設けられる。第２の選択酸化層は、半導体層からの電流を制限して活性層に注入する。活性層と第１の選択酸化層との距離は、活性層と第２の選択酸化層との距離よりも大きい。
【００２７】
好ましくは、第２の選択酸化層の非酸化領域の面積は、第１の選択酸化層の非酸化領域の面積よりも大きい。
【００２８】
好ましくは、抑制層は、発振光の電界の定在波分布の節に対応する反射層中の第１の位置と、活性層側と反対方向において、定在波分布の節に対応した第１の位置に隣接し、定在波分布の腹に対応する反射層中の第２の位置との間に設けられた選択酸化層からなる。電流狭窄層は、イオン注入され、活性層へ注入される電流が通過する領域よりも高い抵抗を有する高抵抗領域からなる。活性層と抑制層との距離は、活性層と電流狭窄層との距離よりも大きい。
【００２９】
好ましくは、反射層は、第１および第２の反射層を含む。第１の反射層は、活性層に対して基板と反対側に設けられ、半導体からなる。第２の反射層は、第１の反射層上に設けられ、誘電体からなる。電流狭窄層は、第１の反射層中に設けられる。抑制層は、発振光の電界の定在波分布の節に対応する第２の反射層中の第１の位置と、活性層側と反対方向において、定在波分布の節に対応した第１の位置に隣接し、定在波分布の腹に対応する第２の反射層中の第２の位置との間に設けられるとともに、第２の反射層の積層方向において隣接する誘電体と異なる屈折率を有する誘電体層からなる。
【００３０】
好ましくは、面発光レーザ素子は、正極電極をさらに備える。電流狭窄層は、非酸化領域と基板の面内方向において非酸化領域の周囲に設けられる。そして、正極電極は、第１の反射層の上部に設けられたコンタクト層の表面において酸化領域に対応する位置に設けられる。
【００３１】
さらに、この発明によれば、面発光レーザアレイは、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子を備える。
【００３２】
さらに、この発明によれば、電子写真システムは、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子、または請求項１１に記載の面発光レーザアレイを備える。
【００３３】
さらに、この発明によれば、光通信システムは、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子、または請求項１１に記載の面発光レーザアレイを備える。
【発明の効果】
【００３４】
この発明によれば、単一基本横モードの出力を容易に向上できる。
【００３５】
さらに、この発明による面発光レーザアレイは、この発明による面発光レーザ素子を備えるので、高次横モード成分を抑制し、単一基本横モード成分からなる発振光を出射する。
【００３６】
したがって、この発明によれば、面発光レーザアレイにおいても、単一基本横モードの出力を容易に向上できる。
【００３７】
さらに、この発明による電子写真システムは、この発明による面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えるので、単一基本横モードで発振したレーザ光を用いて感光ドラム上に潜像を形成する。
【００３８】
したがって、この発明によれば、電子写真システムにおいて高速書き込みが可能である。
【００３９】
さらに、この発明による光通信システムは、この発明による面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えるので、単一基本横モードで発振したレーザ光を用いて信号を送信する。
【００４０】
したがって、この発明によれば、伝送誤りを少なくして信号を送信できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の実施の形態１による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図２】図１に示す反射層の一部の断面図である。
【図３】図１に示す面発光レーザ素子の共振領域の近傍を示す図である。
【図４】図１に示す面発光レーザ素子の共振領域の近傍を示す他の図である。
【図５】図１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第１の工程図である。
【図６】図１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第２の工程図である。
【図７】図１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第３の工程図である。
【図８】選択酸化層を反射層中の高屈折率層中に配置した場合における有効屈折率差Δｎｅｆｆ）および発振閾値利得と選択酸化層の位置との関係を示す図である。
【図９】高屈折率層中における選択酸化層の位置を説明するための図である。
【図１０】選択酸化層を反射層中の低屈折率層中に配置した場合における有効屈折率差（Δｎｅｆｆ）および発振閾値利得と選択酸化層の位置との関係を示す図である。
【図１１】低屈折率層中における選択酸化層の位置を説明するための図である。
【図１２】図１に示す面発光レーザ素子の電流−光出力特性を示す図である。
【図１３】従来の面発光レーザ素子の電流−光出力特性を示す図である。
【図１４】図１に示す面発光レーザ素子における基本横モード出力とピーク出力との比を非酸化領域の面積に対してプロットした図である。
【図１５】従来の面発光レーザ素子における基本横モード出力とピーク出力との比を非酸化領域の面積に対してプロットした図である。
【図１６】図１に示す面発光レーザ素子の共振領域の近傍を示すさらに他の図である。
【図１７】図１に示す面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイの平面図である。
【図１８】図１に示す面発光レーザ素子または図１６に示す面発光レーザアレイを用いた電子写真システムの概略図である。
【図１９】図１に示す面発光レーザ素子を用いた光通信システムの概略図である。
【図２０】実施の形態２による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図２１】図２０に示す面発光レーザ素子の共振領域の近傍を示す図である。
【図２２】図２０に示す面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイの平面図である。
【図２３】図２０に示す面発光レーザ素子または図２２に示す面発光レーザアレイを用いた電子写真システムの概略図である。
【図２４】図２０に示す面発光レーザ素子を用いた光通信システムの概略図である。
【図２５】実施の形態３による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図２６】図２５に示す面発光レーザ素子の共振領域の近傍を示す図である。
【図２７】抑制層として機能する選択酸化層を低屈折率層中に配置した場合における選択酸化層の位置と、利得比および有効屈折率差との関係を示す図である。
【図２８】抑制層として機能する選択酸化層を低屈折率層中に配置した場合における選択酸化層の位置と、発振閾値利得との関係を示す図である。
【図２９】実施の形態４による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図３０】図２９に示す面発光レーザ素子の共振領域（＝共振器スペーサー層および活性層からなる）の近傍を示す図である。
【図３１】図２９に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第１の工程図である。
【図３２】図２９に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第２の工程図である。
【図３３】図２９に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第３の工程図である。
【図３４】図２９に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第４の工程図である。
【図３５】実施の形態５による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図３６】図３５に示す面発光レーザ素子の共振領域の近傍を示す図である。
【図３７】図３５に示す面発光レーザ素子の作製方法を説明する第１の工程図である。
【図３８】図３５に示す面発光レーザ素子の作製方法を説明する第２の工程図である。
【図３９】図３５に示す面発光レーザ素子の作製方法を説明する第３の工程図である。
【図４０】図３５に示す面発光レーザ素子の作製方法を説明する第４の工程図である。
【図４１】実施の形態６による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図４２】図４１に示す面発光レーザ素子の共振領域の近傍を示す図である。
【図４３】図４１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第１の工程図である。
【図４４】図４１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第２の工程図である。
【図４５】図４１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第３の工程図である。
【図４６】実施の形態７による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図４７】図４６に示す面発光レーザ素子の共振領域の近傍を示す図である。
【図４８】図４６に示す面発光レーザ素子の作製方法を説明する第１の工程図である。
【図４９】図４６に示す面発光レーザ素子の作製方法を説明する第２の工程図である。
【図５０】図４６に示す面発光レーザ素子の作製方法を説明する第３の工程図である。
【図５１】図４６に示す面発光レーザ素子の作製方法を説明する第４の工程図である。
【図５２】図４６に示す面発光レーザ素子の共振領域の近傍を示す他の図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明の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。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００４３】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による面発光レーザ素子の概略断面図である。図１を参照して、この発明による実施の形態１による面発光レーザ素子１００は、基板１０１と、バッファ層１０２と、反射層１０３，１０７と、共振器スペーサー層１０４，１０６と、活性層１０５と、選択酸化層１０８と、コンタクト層１０９と、ＳｉＯ２層１１０と、絶縁性樹脂１１１と、ｐ側電極１１２と、ｎ側電極１１３とを備える。なお、面発光レーザ素子１００は、７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
【００４４】
基板１０１は、ｎ型ガリウム砒素（ｎ−ＧａＡｓ）からなる。バッファ層１０２は、ｎ−ＧａＡｓからなり、基板１０１の一主面に形成される。反射層１０３は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、４０．５周期の［ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、バッファ層１０２上に形成される。
【００４５】
共振器スペーサー層１０４は、ノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなり、反射層１０３上に形成される。活性層１０５は、ＡｌＧａＡｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓの対を一周期とした場合、３周期の［ＡｌＧａＡｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ］からなる多重量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層１０４上に形成される。そして、ＡｌＧａＡｓは、５．６ｎｍの膜厚を有し、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓは、７．８ｎｍの膜厚を有する。
【００４６】
共振器スペーサー層１０６は、ノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなり、活性層１０５上に形成される。反射層１０７は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、２６周期の［ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、共振器スペーサー層１０６上に形成される。
【００４７】
選択酸化層１０８は、ｐ−ＡｌＡｓからなり、反射層１０７中に設けられる。そして、選択酸化層１０８は、非酸化領域１０８ａと酸化領域１０８ｂとからなり、２０ｎｍの膜厚を有する。
【００４８】
コンタクト層１０９は、ｐ−ＧａＡｓからなり、反射層１０７上に形成される。ＳｉＯ２層１１０は、反射層１０３の一部の一主面と、共振器スペーサー層１０４、活性層１０５、共振器スペーサー層１０６、反射層１０７、選択酸化層１０８およびコンタクト層１０９の端面とを覆うように形成される。
【００４９】
絶縁性樹脂１１１は、ＳｉＯ２層１１０に接して形成される。ｐ側電極１１２は、コンタクト層１０９の一部および絶縁性樹脂１１１上に形成される。ｎ側電極１１３は、基板１０１の裏面に形成される。
【００５０】
そして、反射層１０３，１０７の各々は、活性層１０５で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層１０５に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。
【００５１】
図２は、図１に示す反射層１０３の一部の断面図である。図２を参照して、反射層１０３は、高屈折率層１０３１と、低屈折率層１０３２と、組成傾斜層１０３３とを含む。高屈折率層１０３１は、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、低屈折率層１０３２は、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層１０３３は、低屈折率層１０３１および高屈折率層１０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたＡｌＧａＡｓからなる。
【００５２】
組成傾斜層１０３３が設けられるのは、低屈折率層１０３１と高屈折率層１０３２との間の電気抵抗を低減するためである。
【００５３】
高屈折率層１０３１は、ｄ１の膜厚を有し、低屈折率層１０３２は、ｄ２の膜厚を有し、組成傾斜層１０３３は、ｄ３の膜厚を有する。
【００５４】
組成傾斜層１０３３を含まない急峻な界面を備えた反射層の場合には、反射層を構成する低屈折率層と高屈折率層の膜厚は、ブラッグの多重反射の位相条件を満たす様に、レーザ発振波長（λ＝７８０ｎｍ）に対してλ／４ｎ（ｎは各半導体層の屈折率）に設定される。
【００５５】
このλ／４ｎの膜厚は、各半導体層中における発振光の位相変化量がπ／２となる膜厚である。実施の形態１のように、組成傾斜層１０３３を含む場合では、各半導体層と組成傾斜層１０３３を含めた厚さが、ブラッグの多重反射の条件を満たすように設定される。
【００５６】
そして、膜厚ｄ３は、たとえば、２０ｎｍに設定され、ｄ１＋ｄ３およびｄ２＋ｄ３がブラッグの多重反射の条件を満たすように、膜厚ｄ１，ｄ２の各々が設定される。すなわち、反射層１０３中における発振光の位相変化量がπ／２となるように、ｄ１＋ｄ３およびｄ２＋ｄ３の各々が設定される。
【００５７】
なお、反射層１０７は、反射層１０３と同じ構造からなる。
【００５８】
図３は、図１に示す面発光レーザ素子１００の共振領域の近傍を示す図である。なお、図３においては、面発光レーザ素子１００の発振状態における発振光の電界の強度分布も模式的に示している。
【００５９】
図３を参照して、面発光レーザ素子１００の共振領域は、共振器スペーサー層１０４，１０６と、活性層１０５とから構成される領域と定義される。振器スペーサー層１０４，１０６と、活性層１０５とからなる共振領域は、これらの半導体層中における発振光の位相変化量が２πとなるように設定されており、一波長共振器構造を形成する。
【００６０】
また、誘導放出確率を高めるために、活性層１０５は、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）内における中央部に位置し、かつ、発振光の定在波分布における腹に対応する位置に設けられる。
【００６１】
反射層１０３，１０７は、低屈折率層１０３２側がそれぞれ共振器スペーサー層１０４，１０６に接するように構成されており、低屈折率層１０３２と共振器スペーサー層１０４，１０６との界面（実施の形態１においては組成傾斜層１０３３）が発振光の電界の定在波分布における腹となっている。
【００６２】
また、上述したように、ｄ１＋ｄ３またはｄ２＋ｄ３は、発振光の位相変化量がπ／２になるように設定されるので、高屈折率層１０３１と低屈折率層１０３２との間の組成傾斜膜１０３３が配置された位置では、腹と節とが交互に現れる。
【００６３】
選択酸化層１０８は、反射層１０７において、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の低屈折率層１０３２中に設けられる。より具体的には、選択酸化層１０８は、発振波の電界の定在波分布における節の位置から活性層１０５と反対側に発振光の位相変化量がπ／４となる距離（すなわち、低屈折率層１０３２の屈折率をｎとしてλ／８ｎとなる距離）だけずらせた位置に設けられる。
【００６４】
そして、選択酸化層１０８を設けた低屈折率層１０３２の膜厚は、組成傾斜層１０３３の一部を含めた発振波長に対する位相変化量が３π／２となる膜厚に設定される。このように、反射層１０７の構成層における発振光の位相変化量がπ／２の奇数倍になる場合、多重反射の位相条件を満たすことができる。
【００６５】
図４は、図１に示す面発光レーザ素子１００の共振領域の近傍を示す他の図である。なお、図４においても、面発光レーザ素子１００の発振状態における発振光の電界の強度分布も模式的に示している。
【００６６】
図４を参照して、選択酸化層１０８は、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の高屈折率層１０３１中に設けられる。より具体的には、選択酸化層１０８は、発振波の電界の定在波分布における４周期目の節と、活性層１０５から遠ざかる方向において４周期目の節に隣接する腹との間に設けられる。その他は、図３における説明と同じである。
【００６７】
このように、この発明よる面発光レーザ素子１００においては、選択酸化層１０８は、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の高屈折率層１０３１中、または共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の低屈折率層１０３２中に設けられる。
【００６８】
図５、図６および図７は、それぞれ、図１に示す面発光レーザ素子１００の作製方法を示す第１から第３の工程図である。図５を参照して、一連の動作が開始されると、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、バッファ層１０２、反射層１０３、共振器スペーサー層１０４、活性層１０５、共振器スペーサー層１０６、反射層１０７、選択酸化層１０８、およびコンタクト層１０９を基板１０１上に順次積層する（図５の工程（ａ）参照）。
【００６９】
この場合、バッファ層１０２のｎ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成し、反射層１０３のｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓおよびｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【００７０】
また、共振器スペーサー層１０４のノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、活性層１０５のＡｌＧａＡｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成する。
【００７１】
さらに、共振器スペーサー層１０６のノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、反射層１０７のｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【００７２】
さらに、選択酸化層１０８のｐ−ＡｌＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、コンタクト層１０９のｐ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【００７３】
その後、コンタクト層１０９の上にレジストを塗布し、写真製版技術を用いて、コンタクト層１０９上にレジストパターン１２０を形成する（図５の工程（ｂ）参照）。この場合、レジストパターン１２０は、１辺が２０μｍである正方形の形状を有する。
【００７４】
レジストパターン１２０を形成すると、その形成したレジストパターン１２０をマスクとして用いて、共振器スペーサー層１０４、活性層１０５、共振器スペーサー層１０６、反射層１０７、選択酸化層１０８およびコンタクト層１０９の周辺部をドライエッチングにより除去し、さらに、レジストパターン１２０を除去する（図５の工程（ｃ）参照）。
【００７５】
次に、図６を参照して、図５に示す工程（ｃ）の後、８５℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした雰囲気中において、試料を４２５℃に加熱して、選択酸化層１０８の周囲を外周部から中央部に向けて酸化し、選択酸化層１０８中に非酸化領域１０８ａと酸化領域１０８ｂとを形成する（図６の工程（ｄ）参照）。この場合、非酸化領域１０８ａは、１辺が４μｍである正方形からなる。
【００７６】
その後、気相化学堆積法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、試料の全面にＳｉＯ２層１１０を形成し、写真製版技術を用いて光出射部となる領域およびその周辺領域のＳｉＯ２層１１０を除去する（図６の工程（ｅ）参照）。
【００７７】
次に、試料の全体に絶縁性樹脂１１１をスピンコートにより塗布し、光出射部となる領域上の絶縁性樹脂１１１を除去する（図６の工程（ｆ）参照）。
【００７８】
図７を参照して、絶縁性樹脂１１１を形成した後、光出射部となる領域上に１辺が８μｍであるレジストパターンを形成し、試料の全面にｐ側電極材料を蒸着により形成し、レジストパターン上のｐ側電極材料をリフトオフにより除去してｐ側電極１１２を形成する（図７の工程（ｇ）参照）。そして、基板１０１の裏面を研磨し、基板１０１の裏面にｎ側電極１１３を形成し、さらに、アニールしてｐ側電極１１２およびｎ側電極１１３のオーミック導通を取る（図７の工程（ｈ）参照）。これによって、面発光レーザ素子１００が作製される。
【００７９】
図８は、選択酸化層１０８を反射層１０７中の高屈折率層１０３１中に配置した場合における有効屈折率差（Δｎｅｆｆ）および発振閾値利得と選択酸化層１０８の位置との関係を示す図である。
【００８０】
図８において、縦軸は、非酸化領域１０８ａと酸化領域１０８ｂとの有効屈折率差（Δｎｅｆｆ）を非酸化領域１０８ａにおける有効屈折率ｎｅｆｆで規格化した値および発振閾値利得を表し、横軸は、選択酸化層１０８の位置を表す。
【００８１】
また、曲線ｋ１は、Δｎｅｆｆ／ｎｅｆｆと選択酸化層１０８の位置との関係を示し、曲線ｋ２は、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得を示し、曲線ｋ３は、酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得を示す。
【００８２】
なお、発振閾値利得は、共振器損失（ミラーの反射損失）に相当するものであり、発振閾値利得が大きい程、共振器損失（ミラーの反射損失）が大きいことを意味する。
【００８３】
図９は、高屈折率層１０３１中における選択酸化層１０８の位置を説明するための図である。図９を参照して、選択酸化層１０８は、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の高屈折率層１０３１中に設けられる。そして、選択酸化層１０８の位置が“０”である場合、選択酸化層１０８は、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の低屈折率層１０３２と高屈折率層１０３１との界面（＝発振光の電界の定在波分布において共振領域から４周期目の節）に配置される。
【００８４】
また、選択酸化層１０８の位置が“０．２５”である場合、選択酸化層１０８は、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の高屈折率層１０３１と５周期目の低屈折率層１０３２との界面（＝発振光の電界の定在波分布において共振領域から５周期目の腹）に配置される。
【００８５】
さらに、選択酸化層１０８の位置が“０．５”である場合、選択酸化層１０８は、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から５周期目の低屈折率層１０３２と５周期目の高屈折率層１０３１との界面（＝発振光の電界の定在波分布において共振領域から５周期目の節）に配置される。
【００８６】
さらに、選択酸化層１０８の位置が“−０．２５”である場合、選択酸化層１０８は、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から３周期目の高屈折率層１０３１と４周期目の低屈折率層１０３２との界面（＝発振光の電界の定在波分布において共振領域から４周期目の腹）に配置される。
【００８７】
したがって、選択酸化層１０８の位置が正であることは、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の高屈折率層１０３１と低屈折率層１０３２との界面からさらに活性層１０５の方向と反対方向へ行くことを意味し、選択酸化層１０８の位置が負であることは、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の高屈折率層１０３１と低屈折率層１０３２との界面から活性層１０５へ近づくことを意味する。
【００８８】
また、 “−０．２５”の位置および“０．２５”の位置は、発振光の電界の定在波分布の腹に相当する位置である。
【００８９】
再び、図８を参照して、Δｎｅｆｆ／ｎｅｆｆは、選択酸化層１０８の位置が“０”から正の方向へ移動するに伴って大きくなり、選択酸化層１０８の位置が約０．２５の位置で、極大になる。そして、Δｎｅｆｆ／ｎｅｆｆは、選択酸化層１０８の位置が０．２５から０．５の方向へ移動するに伴って減少する（曲線ｋ１参照）。
【００９０】
また、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得は、選択酸化層１０８の位置が“０”から正の方向へ移動すると、若干、大きくなり、選択酸化層１０８の位置が“０．１２５”になると極大になる。そして、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得は、選択酸化層１０８の位置が“０．１２５”から“０．２５”へ移動するに伴って小さくなる（曲線ｋ２参照）。
【００９１】
一方、酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得は、選択酸化層１０８の位置が“０”から正の方向へ移動すると、急激に大きくなり、選択酸化層１０８の位置が“０．１２５”付近になると、極大になる。そして、酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得は、選択酸化層１０８の位置が“０．１２５”から“０．２５”へ移動するに伴って小さくなる（曲線ｋ３参照）。
【００９２】
したがって、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得と酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得との差は、選択酸化層１０８の位置が“０”および“０．２５”である場合、最小になり、選択酸化層１０８の位置が“０”から“０．１２５”へ移動するに伴って大きくなる。そして、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得と酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得との差は、選択酸化層１０８の位置が“０．１２５”から“０．２５”へ移動するに伴って小さくなる（曲線ｋ２，ｋ３参照）。
【００９３】
そして、上述したように、発振閾値利得が大きい程、共振器損失（ミラーの反射損失）が大きいことを意味するので、選択酸化層１０８が“０”と“０．１２５”との間に存在する場合、酸化領域１０８ｂは、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）における損失を非酸化領域１０８ａよりも大きくする。
【００９４】
ここで、高次横モードは、基本横モードに比べて、横方向のモード分布が広く、酸化領域１０８ｂとの空間的な重なりが大きいので、酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得は、高次横モードの発振閾値利得に対応し、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得は、基本横モードの発振閾値利得に対応している。
【００９５】
そうすると、選択酸化層１０８が“０”と“０．１２５”との間に存在する場合、酸化領域１０８ｂの発振閾値利得が非酸化領域１０８ａの発振閾値利得よりも大きいことは、高次横モードの損失を基本横モードの損失よりも大きくする、すなわち、高次横モードを抑制することを意味する。
【００９６】
したがって、選択酸化層１０８を“０”と“０．１２５”との間に配置することによって、選択酸化層１０８の酸化領域１０８ｂは、高次横モードを抑制する抑制層および活性層１０５へ電流を注入するときの電流狭窄層として機能する。
【００９７】
図１０は、選択酸化層１０８を反射層１０７中の低屈折率層１０３２中に配置した場合における有効屈折率差（Δｎｅｆｆ）および発振閾値利得と選択酸化層１０８の位置との関係を示す図である。
【００９８】
図１０において、縦軸は、非酸化領域１０８ａと酸化領域１０８ｂとの有効屈折率差（Δｎｅｆｆ）を非酸化領域１０８ａにおける有効屈折率ｎｅｆｆで規格化した値および発振閾値利得を表し、横軸は、選択酸化層１０８の位置を表す。
【００９９】
また、曲線ｋ４は、Δｎｅｆｆ／ｎｅｆｆと選択酸化層１０８の位置との関係を示し、曲線ｋ５は、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得を示し、曲線ｋ６は、酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得を示す。
【０１００】
なお、図１０における曲線ｋ１，ｋ２，ｋ３は、図８に示す曲線ｋ１，ｋ２，ｋ３と同じである。
【０１０１】
図１１は、低屈折率層１０３２中における選択酸化層１０８の位置を説明するための図である。図１１を参照して、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の低屈折率層１０３２の膜厚は、この領域における共振光の位相変化量が３π／２となる膜厚（すなわち、３λ／４になる膜厚：λは共振波長、ｎは低屈折率層１０３２の屈折率）に設定している。そして、選択酸化層１０８を高屈折率層１０３１ではなく、低屈折率層１０３２中に設けている。
【０１０２】
この場合、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から３周期目の高屈折率層１０３１と４周期目の低屈折率層１０３２との界面が選択酸化層１０８の位置“０”になり、その位置“０”から活性層１０５と反対方向が正の方向であり、その位置“０”から活性層１０５に近づく方向が負の方向である。
【０１０３】
再び、図１０を参照して、Δｎｅｆｆ／ｎｅｆｆは、選択酸化層１０８の位置が“０”から正の方向へ移動するに伴って大きくなり、選択酸化層１０８の位置が約０．２５の位置で最大になる。そして、Δｎｅｆｆ／ｎｅｆｆは、選択酸化層１０８の位置が０．２５から０．５の方向へ移動するに伴って減少する（曲線ｋ４参照）。
【０１０４】
また、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得は、選択酸化層１０８の位置が“０”から正の方向および負の方向へ移動しても、殆ど変化しない（曲線ｋ５参照）。
【０１０５】
一方、酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得は、選択酸化層１０８の位置が“０”から正の方向へ移動すると、急激に大きくなり、選択酸化層１０８の位置が“０．１２５”付近になると、極大になる。そして、酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得は、選択酸化層１０８の位置が“０．１２５”から“０．２５”へ移動するに伴って小さくなる（曲線ｋ６参照）。
【０１０６】
したがって、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得と酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得との差は、選択酸化層１０８の位置が“０”および“０．２５”である場合、最小になり、選択酸化層１０８の位置が“０”から“０．１２５”へ移動するに伴って大きくなる。そして、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得と酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得との差は、選択酸化層１０８の位置が“０．１２５”から“０．２５”へ移動するに伴って小さくなる（曲線ｋ５，ｋ６参照）。
【０１０７】
その結果、図８において説明したように、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の低屈折率層１０３２中に配置された選択酸化層１０８は、高次横モードを抑制する。なお、選択酸化層１０８は、共振領域から４周期目以外の低屈折率層１０３２中に配置された場合も高次横モードを抑制する。
【０１０８】
そして、選択酸化層１０８を共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の低屈折率層１０３２中に配置した場合における非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得と酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得との差は、選択酸化層１０８を共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の高屈折率層１０３１中に配置した場合における非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得と酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得との差よりも大きいので（曲線ｋ２，ｋ３，ｋ５，ｋ６参照）、低屈折率層１０３２中に配置された選択酸化層１０８は、高屈折率層１０３１中に配置された選択酸化層１０８よりも効果的に高次横モードを抑制する。
【０１０９】
なお、選択酸化層１０８の位置が“０．１２５”である場合、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得と酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得との差が最大になるので、好ましくは、選択酸化層１０８は、位置“０”と位置“０．２５”との中間点、すなわち、発振光の電界の定在波分布の節に相当する位置と、活性層１０５と反対方向において、その節に隣接する腹に相当する位置との中間点に配置される。また、低屈折率層１０３２中に設けた場合の方が、選択酸化層１０８とのバンド不連続量も小さくできるので、電気抵抗を小さくできる。
【０１１０】
図１２は、図１に示す面発光レーザ素子１００の電流−光出力特性を示す図である。また、図１３は、従来の面発光レーザ素子の電流−光出力特性を示す図である。なお、従来の面発光レーザ素子においては、選択酸化層は、発振光の電界の定在波分布における節の位置に形成された。また、面発光レーザ素子１００および従来の面発光レーザ素子においては、非酸化領域の一辺の長さを４μｍに設定した。
【０１１１】
図１２および図１３において、縦軸は、光出力を表し、横軸は、電流を表す。従来の面発光レーザ素子においては、４ｍＡ程度の注入電流において、高次横モードの発振が開始されており、電流−光出力特性にキンクが現れている（図１３参照）。
【０１１２】
一方、面発光レーザ素子１００においては、高次横モードが効果的に抑制され、ほぼピーク出力まで、単一基本横モード発振が得られている（図１２参照）。
【０１１３】
したがって、選択酸化層１０８の位置を発振光の電界の定在波分布における節と腹との間に設けることによって、ぼぼピーク出力まで高次横モード発振を抑制しながら単一基本モード発振を実現できる。
【０１１４】
図１４は、図１に示す面発光レーザ素子１００における基本横モード出力とピーク出力との比を非酸化領域１０８ａの面積に対してプロットした図である。また、図１５は、従来の面発光レーザ素子における基本横モード出力とピーク出力との比を非酸化領域の面積に対してプロットした図である。
【０１１５】
図１４および図１５において、縦軸は、基本横モード出力／ピーク出力を表し、横軸は、非酸化領域の面積を表す。なお、図１４および図１５における基本横モード出力とは、高次横モード抑圧比（ＳＭＳＲ）が２０ｄＢとなる時の出力と定義している。すなわち、ピーク出力において、単一基本横モード発振（ＳＭＳＲ＞２０ｄＢ）である場合、縦軸の基本横モード出力／ピーク出力は“１”となる。
【０１１６】
従来の面発光レーザ素子においては、非選択領域の面積が大きくなるに従って、基本横モード出力／ピーク出力は、急激に低下する。そして、ピーク出力まで単一基本横モード発振が可能な非酸化領域の面積は４μｍ２程度までであった（図１５参照）。
【０１１７】
一方、面発光レーザ素子１００においては、基本横モード出力／ピーク出力は、非酸化領域１０８ａの面積が４〜１８．５μｍ２の範囲では“１”であり、非酸化領域１０８ａの面積が４〜２０μｍ２の範囲において単一基本横モード発振（ＳＭＳＲ＞２０ｄＢ）が可能である（図１４参照）。
【０１１８】
このように、より大きな非酸化領域１０８ａの面積においても、単一基本横モード発振を得ることができ、従来の面発光レーザ素子における非酸化領域の面積を飛躍的に大きくできた。その結果、面発光レーザ素子１００の発光強度を強くできる。
【０１１９】
図１６は、図１に示す面発光レーザ素子１００の共振領域の近傍を示すさらに他の図である。図１６を参照して、選択酸化層１０８は、反射層１０７中において、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５からなる）から２周期目の低屈折率層１０３２中に設けられてもよい。すなわち、選択酸化層１０８は、発振光の電界の定在波分布における活性層１０５から２周期目の節に相当する位置から、活性層１０５と反対方向において、発振光の位相変化量がπ／８（＝λ／１６ｎ）となる距離だけ移動した位置に配置されてもよい。
【０１２０】
選択酸化層１０８が図１６に示す配置位置に配置された面発光レーザ素子１００も、選択酸化層１０８が図３に示す配置位置に配置された面発光レーザ素子１００と同様に、非酸化領域１０８ａの面積を大きくできるとともに、単一基本横モード発振を得ることができる。また、選択酸化層１０８の位置の調整は、制御性に優れたＭＯＣＶＤ成長によって、非常に容易に行うことができる。
【０１２１】
図１７は、図１に示す面発光レーザ素子１００を用いた面発光レーザアレイの平面図である。図１７を参照して、面発光レーザアレイ３００は、２４個の面発光レーザ素子１００を所定の間隔で略菱形に配列した構造からなる。
【０１２２】
上述したように、面発光レーザ素子１００は、高次横モード発振を抑制して単一基本横モード発振をほぼピーク出力まで得ることができるので、面発光レーザアレイ３００も、ほぼピーク出力まで単一基本横モード発振による発振光を出射できる。
【０１２３】
また、面発光レーザ素子１００は、非酸化領域１０８ａの面積を約２０μｍ２まで大きくできるので、面発光レーザアレイ３００は、より高出力の発振光を出射できる。
【０１２４】
図１８は、図１に示す面発光レーザ素子１００または図１７に示す面発光レーザアレイ３００を用いた電子写真システムの概略図である。図１８を参照して、電子写真システム４００は、感光ドラム４０１と、光学走査系４０２と、書き込み光源４０３と、同期制御回路４０４とを備える。
【０１２５】
感光ドラム４０１は、同期制御回路４０４からの制御に従って、光学走査系４０２からの成形ビームによって潜像を形成する。光学走査系４０２は、ポリゴンミラーおよびレンズ収束系からなり、同期制御回路４０４からの制御に従って、書き込み光源４０３からのレーザ光を感光ドラム４０１上に集光する。
【０１２６】
書き込み光源４０３は、面発光レーザ素子１００または面発光レーザアレイ３００からなり、同期制御回路４０４からの制御に従って単一基本横モードのレーザ光を発振し、その発振したレーザ光を光学走査系４０２へ出射する。同期制御回路４０４は、感光ドラム４０１、光学走査系４０２および書き込み光源４０３を制御する。
【０１２７】
上述したように、面発光レーザ素子１００および面発光レーザアレイ３００は、単一基本横モードのレーザ光を高出力で発振可能であるので、電子写真システム４００においては、高速書き込みが可能であり、さらに、高精細な画像を得ることができる。
【０１２８】
図１９は、図１に示す面発光レーザ素子１００を用いた光通信システムの概略図である。図１９を参照して、光通信システム５００は、機器５１０，５２０と、光ファイバアレイ５３０とを備える。
【０１２９】
機器５１０は、駆動回路５１１と、レーザアレイモジュール５１２とを含む。駆動回路５１１は、レーザアレイモジュール５１２を駆動する。レーザアレイモジュール５１２は、面発光レーザ素子１００を１次元に配列したアレイモジュールからなる。そして、１次元に配列された複数の面発光レーザ素子１００は、光ファイバアレイ５３０の各光ファイバに連結されている。
【０１３０】
レーザアレイモジュール５１２は、駆動回路５１１によって駆動されると、単一基本横モード成分からなるレーザ光を発振し、送信信号を光信号に変換して光ファイバアレイ５３０を介して機器５２０へ送信する。なお、光通信システム５００においては、１次元に配列された複数の面発光レーザ素子１００は、「面発光レーザアレイ」を構成する。
【０１３１】
機器５２０は、フォトダイオードアレイモジュール５２１と、信号検出回路５２２とを含む。フォトダイオードアレイモジュール５２１は、１次元に配列された複数のフォトダイオードからなる。そして、複数のフォトダイオードは、光ファイバアレイ５３０の各ファイバに連結されている。したがって、フォトダイオードアレイモジュール５２１の各フォトダイオードは、各光ファイバを介してレーザアレイモジュール５１２の各面発光レーザ素子１００に接続されている。
【０１３２】
フォトダイオードアレイモジュール５２１は、光ファイバアレイ５３０から光信号を受信し、その受信した光信号を電気信号に変換する。そして、フォトダイオードアレイモジュール５２１は、その変換した電気信号を受信信号として信号検出回路５２２へ出力する。信号検出回路５２２は、フォトダイオードアレイモジュール５２１から受信信号を受け、その受けた受信信号を検出する。
【０１３３】
光ファイバアレイ５３０は、機器５１０のレーザアレイモジュール５１２を機器５２０のフォトダイオードアレイモジュール５２１に連結する。
【０１３４】
上述したように、面発光レーザ素子１００は、単一基本横モードで高出力なレーザ光を出射できるので、機器５１０は、伝送誤りを少なくして信号を機器５２０へ送信できる。その結果、光通信システム５００の信頼性を向上できる。
【０１３５】
なお、光通信システム５００においては、並列光インターコネクションシステムを例に説明したが、この発明による光通信システムは、これに限られず、単一の面発光レーザ素子１００を用いたシリアル伝送システムであってもよい。
【０１３６】
また、機器間の他にも、ボード間、チップ間およびチップ内インターコネクション等に応用してもよい。
【０１３７】
なお、選択酸化層１０８の酸化領域１０８ｂは、「電流狭窄層」および「抑制層」を構成する。
【０１３８】
［実施の形態２］
図２０は、実施の形態２による面発光レーザ素子の概略断面図である。図２０を参照して、実施の形態２による面発光レーザ素子２００は、基板２０１と、バッファ層２０２と、反射層２０３，２０７と、共振器スペーサー層２０４，２０６と、活性層２０５と、選択酸化層２０８と、コンタクト層２０９と、ＳｉＯ２層２１０と、絶縁性樹脂２１１と、ｐ側電極２１２と、ｎ側電極２１３とを備える。なお、面発光レーザ素子２００は、９８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
【０１３９】
基板２０１は、ｎ−ＧａＡｓからなる。バッファ層２０２は、ｎ−ＧａＡｓからなり、基板２０１の一主面に形成される。反射層２０３は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓの対を一周期とした場合、３５．５周期の［ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓ］からなり、バッファ層２０２上に形成される。
【０１４０】
共振器スペーサー層２０４は、ノンドープＧａＡｓからなり、反射層２０３上に形成される。活性層２０５は、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓを一対とした多重量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層２０４上に形成される。
【０１４１】
共振器スペーサー層２０６は、ノンドープＧａＡｓからなり、活性層２０５上に形成される。反射層２０７は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓの対を一周期とした場合、２４周期の［ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓ］からなり、共振器スペーサー層２０６上に形成される。
【０１４２】
選択酸化層２０８は、ｐ−ＡｌＡｓからなり、反射層２０７中に設けられる。そして、選択酸化層２０８は、非酸化領域２０８ａと酸化領域２０８ｂとからなる。
【０１４３】
コンタクト層２０９は、ｐ−ＧａＡｓからなり、反射層２０７上に形成される。ＳｉＯ２層２１０は、反射層２０３の一部の一主面と、共振器スペーサー層２０４、活性層２０５、共振器スペーサー層２０６、反射層２０７、選択酸化層２０８およびコンタクト層２０９の端面とを覆うように形成される。
【０１４４】
絶縁性樹脂２１１は、ＳｉＯ２層２１０に接して形成される。ｐ側電極２１２は、コンタクト層２０９の一部および絶縁性樹脂２１１上に形成される。ｎ側電極２１３は、基板２０１の裏面に形成される。
【０１４５】
そして、反射層２０３，２０７の各々は、活性層２０５で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層２０５に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。
【０１４６】
面発光レーザ素子２００においても、反射層２０３，２０７の各々は、反射層２０３，２０７中における低屈折率層（Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ）および高屈折率層（ＧａＡｓ）の一方の組成から他方の組成へ向かって組成が変化したＡｌＧａＡｓからなる組成傾斜層を含む。そして、組成傾斜層は、２０ｎｍの膜厚を有し、この膜厚は、低屈折率層（Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ）および高屈折率層（ＧａＡｓ）のそれぞれと、組成傾斜層の一部とを合わせた領域における発振光の位相変化量がπ／２となる膜厚に設定されており、発振光に対するブラッグの多重反射の位相条件を満たしている。
【０１４７】
図２１は、図２０に示す面発光レーザ素子２００の共振領域の近傍を示す図である。なお、図２１においては、面発光レーザ素子２００の発振状態における発振光の電界の強度分布も模式的に示している。
【０１４８】
図２１を参照して、面発光レーザ素子２００の共振領域は、共振器スペーサー層２０４，２０６と、活性層２０５とから構成される領域と定義される。振器スペーサー層２０４，２０６と、活性層２０５とからなる共振領域は、これらの半導体層中における発振光の位相変化量が２πとなるように設定されており、一波長共振器構造を形成する。
【０１４９】
また、誘導放出確率を高めるために、活性層２０５は、共振領域（＝共振器スペーサー層２０４，２０６および活性層２０５）内における中央部に位置し、かつ、発振光の定在波分布における腹に対応する位置に設けられる。
【０１５０】
反射層２０３，２０７は、低屈折率層２０３２側がそれぞれ共振器スペーサー層２０４，２０６に接するように構成されており、低屈折率層２０３２と共振器スペーサー層２０４，２０６との界面（実施の形態２においては組成傾斜層２０３３）が発振光の電界の定在波分布における腹となっている。
【０１５１】
また、実施の形態１と同じように、高屈折率層２０３１と低屈折率層２０３２との間の組成傾斜膜２０３３が配置された位置では、腹と節とが交互に現れる。
【０１５２】
選択酸化層２０８は、反射層２０７において、共振領域（＝共振器スペーサー層２０４，２０６および活性層２０５）から１周期目の高屈折率層２０３２中に設けられる。より具体的には、選択酸化層２０８は、発振波の電界の定在波分布における節の位置から活性層２０５と反対側に発振光の位相変化量が３π／１０となる距離（すなわち、高屈折率層２０３２の屈折率をｎとして３λ／２０ｎとなる距離）だけずらせた位置に設けられる。この選択酸化層２０８の位置は、高屈折率層２０３１の中央（節からの発振光の位相変化量がπ／４となる位置）よりも定在波分布の腹側に変位させた位置である。
【０１５３】
図２０に示す面発光レーザ素子１００は、図５、図６および図７に示す工程（ａ）〜工程（ｈ）に従って作製される。この場合、基板１０１、バッファ層１０２、反射層１０３，１０７、共振器スペーサー層１０４，１０６、活性層１０５、選択酸化層１０８、コンタクト層１０９、ＳｉＯ２層１１０、絶縁性樹脂１１１、ｐ側電極１１２、およびｎ側電極１１３をそれぞれ基板２０１、バッファ層２０２、反射層２０３，２０７、共振器スペーサー層２０４，２０６、活性層２０５、選択酸化層２０８、コンタクト層２０９、ＳｉＯ２層２１０、絶縁性樹脂２１１、ｐ側電極２１２、およびｎ側電極２１３に読み替えればよい。
【０１５４】
また、図５に示す工程（ａ）においては、バッファ層２０２のｎ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成し、反射層２０３のｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成し、反射層２０３のｎ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【０１５５】
また、共振器スペーサー層２０４のノンドープＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、活性層２０５のＩｎＧａＡｓをトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、活性層２０５のＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成する。
【０１５６】
さらに、共振器スペーサー層２０６のノンドープＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、反射層１０７のｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、反射層１０８のｐ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０１５７】
さらに、選択酸化層２０８のｐ−ＡｌＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、コンタクト層２０９のｐ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０１５８】
さらに、面発光レーザ素子２００の作製においては、光出射部に相当する領域は、一辺が２５μｍの正方形の形状からなり、選択酸化層２０８の非酸化領域２０８ａは、一辺の長さが５μｍに設定された。
【０１５９】
その他は、図５、図６および図７に示す作製方法において説明したとおりである。
【０１６０】
面発光レーザ素子２００は、面発光レーザ素子１００と同じように、ピーク出力まで単一基本横モードで発振でき、従来の面発光レーザ素子の単一基本横モードの出力に比べて高い出力を得ることができる。
【０１６１】
図２２は、図２０に示す面発光レーザ素子２００を用いた面発光レーザアレイの平面図である。図２２を参照して、面発光レーザアレイ３００Ａは、２４個の面発光レーザ素子２００を所定の間隔で略菱形に配列した構造からなる。
【０１６２】
上述したように、面発光レーザ素子２００は、高次横モード発振を抑制して単一基本横モード発振をほぼピーク出力まで得ることができるので、面発光レーザアレイ３００Ａも、ほぼピーク出力まで単一基本横モード発振による発振光を出射できる。
【０１６３】
また、面発光レーザ素子２００は、非酸化領域２０８ａの面積を面発光レーザ素子１００の非酸化領域１０８ａと同じように大きくできるので、面発光レーザアレイ３００Ａは、より高出力の発振光を出射できる。
【０１６４】
図２３は、図２０に示す面発光レーザ素子２００または図２２に示す面発光レーザアレイ３００Ａを用いた電子写真システムの概略図である。図２３を参照して、電子写真システム４００Ａは、図１８に示す電子写真システム４００の書き込み光源４０３を書き込み光源４０３Ａに代えたものであり、その他は、電子写真システム４００と同じである。
【０１６５】
書き込み光源４０３Ａは、面発光レーザ素子２００または面発光レーザアレイ３００Ａからなり、同期制御回路４０４からの制御に従って単一基本横モードのレーザ光を発振し、その発振したレーザ光を光学走査系４０２へ出射する。
【０１６６】
上述したように、面発光レーザ素子２００および面発光レーザアレイ３００Ａは、単一基本横モードのレーザ光を高出力で発振可能であるので、電子写真システム４００Ａにおいては、高速書き込みが可能であり、さらに、高精細な画像を得ることができる。
【０１６７】
その他は、電子写真システム４００と同じである。
【０１６８】
図２４は、図２０に示す面発光レーザ素子２００を用いた光通信システムの概略図である。図２４を参照して、光通信システム５００Ａは、図１９に示す光通信システム５００のレーザアレイモジュール５１２をレーザアレイモジュール５１２Ａに代えたものであり、その他は、光通信システム５００と同じである。
【０１６９】
レーザアレイモジュール５１２Ａは、面発光レーザ素子２００を１次元に配列したアレイモジュールからなる。そして、１次元に配列された複数の面発光レーザ素子２００は、光ファイバアレイ５３０の各光ファイバに連結されている。
【０１７０】
レーザアレイモジュール５１２Ａは、駆動回路５１１によって駆動されると、単一基本横モード成分からなるレーザ光を発振し、送信信号を光信号に変換して光ファイバアレイ５３０を介して機器５２０へ送信する。なお、光通信システム５００Ａにおいては、１次元に配列された複数の面発光レーザ素子２００は、「面発光レーザアレイ」を構成する。
【０１７１】
上述したように、面発光レーザ素子２００は、単一基本横モードで高出力なレーザ光を出射できるので、機器５１０は、伝送誤りを少なくして信号を機器５２０へ送信できる。その結果、光通信システム５００Ａの信頼性を向上できる。
【０１７２】
なお、選択酸化層２０８の酸化領域２０８ｂは、「電流狭窄層」および「抑制層」を構成する。
【０１７３】
その他は、光通信システム５００と同じである。
【０１７４】
［実施の形態３］
図２５は、実施の形態３による面発光レーザ素子の概略断面図である。図２５を参照して、実施の形態３による面発光レーザ素子６００は、基板６０１と、バッファ層６０２と、反射層６０３，６０７と、共振器スペーサー層６０４，６０６と、活性層６０５と、選択酸化層６０８，６０９と、コンタクト層６１０と、ＳｉＯ２層６１１と、絶縁性樹脂６１２と、ｐ側電極６１３と、ｎ側電極６１４とを備える。なお、面発光レーザ素子６００は、７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
【０１７５】
基板６０１は、ｎ−ＧａＡｓからなる。バッファ層６０２は、ｎ−ＧａＡｓからなり、基板６０１の一主面に形成される。反射層６０３は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、４１．５周期の［ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、バッファ層６０２上に形成される。
【０１７６】
共振器スペーサー層６０４は、ノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなり、反射層６０３上に形成される。活性層６０５は、ＡｌＧａＡｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓの対を一周期とした場合、３周期の［ＡｌＧａＡｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ］からなる多重量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層６０４上に形成される。
【０１７７】
共振器スペーサー層６０６は、ノンドープＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなり、活性層６０５上に形成される。反射層６０７は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、２４周期の［ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、共振器スペーサー層６０６上に形成される。
【０１７８】
選択酸化層６０８は、ｐ−ＡｌＡｓからなり、反射層６０７中に設けられる。そして、選択酸化層６０８は、非酸化領域６０８ａと酸化領域６０８ｂとからなり、２０ｎｍの膜厚を有する。選択酸化層６０９は、ｐ−ＡｌＡｓからなり、反射層６０７中に設けられる。そして、選択酸化層６０９は、非酸化領域６０９ａと酸化領域６０９ｂとからなり、２０ｎｍの膜厚を有する。非酸化領域６０８ａ，６０９ａの各々は、一辺が４μｍである略正方形からなる。そして、選択酸化層６０９は、選択酸化層６０８よりも活性層６０５から遠い位置に配置される。
【０１７９】
コンタクト層６１０は、ｐ−ＧａＡｓからなり、反射層６０７上に形成される。ＳｉＯ２層６１１は、反射層６０３の一部の一主面と、共振器スペーサー層６０４、活性層６０５、共振器スペーサー層６０６、反射層６０７、選択酸化層６０８，６０９およびコンタクト層６１０の端面とを覆うように形成される。この場合、ＳｉＯ２層６１１が形成されていない開口部は、一辺が８μｍである略正方形からなる。
【０１８０】
絶縁性樹脂６１２は、ＳｉＯ２層６１１に接して形成される。ｐ側電極６１３は、コンタクト層６１０の一部および絶縁性樹脂６１２上に形成される。ｎ側電極６１４は、基板６０１の裏面に形成される。
【０１８１】
そして、反射層６０３，６０７の各々は、活性層６０５で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層６０５に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。
【０１８２】
図２６は、図２５に示す面発光レーザ素子６００の共振領域の近傍を示す図である。なお、図２６においては、面発光レーザ素子６００の発振状態における発振光の電界の強度分布も模式的に示している。また、図２６における黒丸は、反射層６０７を構成する多層膜の周期的繰り返しを表すものであり、以下の図においても、同様の意味を有する。
【０１８３】
図２６を参照して、反射層６０３，６０７の各々は、高屈折率層６０３１と、低屈折率層６０３２と、組成傾斜層６０３３とを含む。反射層６０３において、高屈折率層６０３１は、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、低屈折率層６０３２は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層６０３３は、低屈折率層６０３１および高屈折率層６０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｎ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０１８４】
また、反射層６０７において、高屈折率層６０３１は、ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、低屈折率層６０３２は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層６０３３は、低屈折率層６０３１および高屈折率層６０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｐ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０１８５】
面発光レーザ素子６００の共振領域は、共振器スペーサー層６０４，６０６と、活性層６０５とから構成される領域と定義される。共振器スペーサー層６０４，６０６と、活性層６０５とからなる共振領域は、これらの半導体層中における発振光の位相変化量が２πとなるように設けられており、一波長共振器構造を形成する。
【０１８６】
また、誘導放出確率を高めるために、活性層６０５は、共振領域（共振器スペーサー層６０４，６０６および活性層６０５）内における中央部に位置し、かつ、発振光の定在波分布における腹に対応する位置に設けられる。
【０１８７】
反射層６０３，６０７は、低屈折率層６０３２側がそれぞれ共振器スペーサー層６０４，６０６に接するように構成されており、低屈折率層６０３２と共振器スペーサー層６０４，６０６との界面（実施の形態３においては組成傾斜層６０３３）が発振光の定在波分布における腹となっている。
【０１８８】
また、実施の形態１と同じように、高屈折率層６０３１と低屈折率層６０３２との間の組成傾斜膜６０３３が配置された位置では、腹と節とが交互に現れる。
【０１８９】
選択酸化層６０８は、共振領域（＝共振器スペーサー層６０４，６０６および活性層６０５）から２周期目の低屈折率層６０３２中に設けられる。より具体的には、選択酸化層６０８は、発振光の電界の定在波分布における２周期目の節に対応する位置に設けられる。選択酸化層６０８が設けられた低屈折率層６０３２の厚さは、低屈折率層６０３２の一方側に接する組成傾斜層６０３３の中央部から低屈折率層６０３２の他方側に接する組成傾斜層６０３３の中央部までの領域（図２に示す膜厚ｄ２の領域）における発振光の位相変化量が３π／２になるように設定される。そして、選択酸化層６０８は、活性層６０５へ注入する電流を制限する電流狭窄層として機能する。
【０１９０】
選択酸化層６０９は、共振領域（＝共振器スペーサー層６０４，６０６および活性層６０５）から１５周期目の低屈折率層６０３２中に設けられる。より具体的には、選択酸化層６０９は、発振光の電界の定在波分布における１５周期目の節に対応する位置から、活性層６０５と反対側となる方向に発振光の位相変化量がπ／４となる距離（低屈折率層６０３２の屈折率をｎとしてλ／８ｎとなる距離）だけずらせた位置に設けられる。選択酸化層６０９が設けられた低屈折率層６０３２の厚さは、選択酸化層６０８が設けられた低屈折率層６０３２の厚さと同じ厚さに設定される。そして、選択酸化層６０９は、実施の形態１における選択酸化層１０８と同じように、発振光の高次横モードを抑制する抑制層として機能する。
【０１９１】
このように、面発光レーザ素子６００においては、２つの選択酸化層６０８，６０９が設けられ、高次横モードを抑制する抑制層として機能する選択酸化層６０９は、電流狭窄層として機能する選択酸化層６０８よりも活性層６０５から遠い位置に設けられる。
【０１９２】
図２７は、抑制層として機能する選択酸化層６０９を低屈折率層６０３２中に配置した場合における選択酸化層６０９の位置と、利得比および有効屈折率差との関係を示す図である。また、図２８は、抑制層として機能する選択酸化層６０９を低屈折率層６０３２中に配置した場合における選択酸化層６０９の位置と、発振閾値利得との関係を示す図である。
【０１９３】
図２７において、縦軸は、選択酸化層６０９における非酸化領域６０９ａの発振閾値利得Ｇｎｏｎｏｘに対する酸化領域６０９ｂの発振閾値利得Ｇｏｘの利得比と、有効屈折率差とを表し、横軸は、抑制層（＝選択酸化層６０９）の反射層６０７中の位置（周期）を表し、周期数が大きい程、抑制層（＝選択酸化層６０９）が活性層６０５から離れた位置に配置されることを表す。また、曲線ｋ７は、選択酸化層６０９の位置と利得比との関係を示し、曲線ｋ８は、選択酸化層６０９の位置と有効屈折率差との関係を示す。
【０１９４】
図２８において、縦軸は、発振閾値利得を表し、横軸は、抑制層（＝選択酸化層６０９）の反射層６０７中の位置（周期）を表す。また、曲線ｋ９は、選択酸化層６０９の非酸化領域６０９ａにおける発振閾値利得を示し、曲線ｋ１０は、選択酸化層６０９の酸化領域６０９ｂにおける発振閾値利得を示す。
【０１９５】
図２７を参照して、有効屈折率差は、抑制層（＝選択酸化層６０９）が配置される反射層６０７の周期数が大きくなるに従って大きく低下する（曲線ｋ８参照）。そして、有効屈折率差が小さくなると、抑制層（＝選択酸化層６０９）による回折損失が小さくなる。
【０１９６】
一方、利得比は、抑制層（＝選択酸化層６０９）の位置が変化しても殆ど変化せず、約１．３７倍程度の利得比が得られる（曲線ｋ７参照）。また、図２８に示すように、非酸化領域６０９ａおよび酸化領域６０９ｂの発振閾値利得の絶対値自体も殆ど変化しない（曲線ｋ９，ｋ１０参照）。
【０１９７】
図２７に示す利得比（曲線ｋ７）が約１．３７倍になるのは、図２８に示すように酸化領域６０９ｂの発振閾値利得（曲線ｋ１０）が非酸化領域６０９ａの発振閾値利得（曲線ｋ９）よりも大きいためである。そして、発振閾値利得が大きい程、回折損失が大きくなる。また、高次横モードは、基本横モードに比べて横方向のモード分布が広く、酸化領域６０９ｂとの空間的な重なりが大きいので、酸化領域６０９ｂにおける発振閾値利得は、高次横モードの発振閾値利得に対応し、非酸化領域６０９ａにおける発振閾値利得は、基本横モードの発振閾値利得に対応している。
【０１９８】
そうすると、抑制層（＝選択酸化層６０９）を活性層６０５から相対的に遠い位置に配置することにより、高次横モードの抑圧比を高く保持したまま、抑制層（＝選択酸化層６０９）による回折損失を大幅に小さくできる。
【０１９９】
上述したように、高次横モードを抑制する抑制層として機能する選択酸化層６０９は、電流狭窄層として機能する選択酸化層６０８よりも活性層６０５から遠い位置に設けられるが、これにより、面発光レーザ素子６００における閾値電流を低くできる。
【０２００】
抑制層と電流狭窄層とを１つの選択酸化層で兼用した場合、抑制層（＝電流狭窄層）を活性層６０５から遠ざけることにより、抑制層（＝電流狭窄層）を通過した後のキャリアの再拡散等の影響によって、閾値電流が増加する。これを防止するためには、電流狭窄層を活性層６０５の近くに配置する必要がある。
【０２０１】
したがって、実施の形態３においては、電流狭窄層および抑制層を異なる選択酸化層６０８，６０９で形成し、電流狭窄層として機能する選択酸化層６０８を活性層６０５から近い位置（共振領域から２周期目の低屈折率層６０３２中）に配置し、抑制層として機能する選択酸化層６０９を活性層６０５から遠い位置（共振領域から１５周期目の低屈折率層６０３２中）に配置することにしたものである。
【０２０２】
このように、面発光レーザ素子６００においては、抑制層（＝選択酸化層６０９）と活性層６０５との距離は、電流狭窄層（＝選択酸化層６０８）と活性層６０５との距離よりも大きいことを特徴とする。
【０２０３】
そして、この特徴により、面発光レーザ素子６００において、低閾値電流を保ち、かつ、回折損失が小さく（＝スロープ効率が高く）、高出力な単一基本モード発振を実現できる。
【０２０４】
また、面発光レーザ素子６００においては、選択酸化層６０８は、発振光の電界の定在波分布の節に対応する位置に設けられることを特徴とする。
【０２０５】
この特徴により、選択酸化層６０８による発振光の回折損失を低く抑えることができる。その結果、面発光レーザ素子６００における出力を高くできる。
【０２０６】
面発光レーザ素子６００は、図５、図６および図７に示す工程（ａ）〜工程（ｈ）に従って作製される。この場合、基板１０１、バッファ層１０２、反射層１０３，１０７、共振器スペーサー層１０４，１０６、活性層１０５、選択酸化層１０８、コンタクト層１０９、ＳｉＯ２層１１０、絶縁性樹脂１１１、ｐ側電極１１２、およびｎ側電極１１３をそれぞれ基板６０１、バッファ層６０２、反射層６０３，６０７、共振器スペーサー層６０４，６０６、活性層６０５、選択酸化層６０８，６０９、コンタクト層６１０、ＳｉＯ２層６１１、絶縁性樹脂６１２、ｐ側電極６１３、およびｎ側電極６１４に読み替えればよい。
【０２０７】
上記においては、選択酸化層６０８の非酸化領域６０８ａの面積は、選択酸化領域６０９の非酸化領域６０９ａの面積と同じであると説明したが、この発明においては、これに限らず、選択酸化層６０８の非酸化領域６０８ａの面積が選択酸化領域６０９の非酸化領域６０９ａの面積と異なるようにしてもよい。
【０２０８】
高次横モードの抑制効果は、抑制層（＝選択酸化層６０９）の非酸化領域６０９ａの面積によって略決定される。したがって、電流狭窄層（＝選択酸化層６０８）の非酸化領域６０８ａの面積を抑制層（＝選択酸化層６０９）の非酸化領域６０９ａの面積よりも大きく設定すると、活性層６０５への電流注入領域（発振領域）の面積が大きくなるので、高次横モードを抑制したまま、更に高出力な発振光を得ることができる。
【０２０９】
この場合、選択酸化層６０８，６０９は、Ａｌ組成の大きなＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．９≦ｘ≦１）によって形成することができる。ＡｌＧａＡｓおよびＡｌＡｓからなる選択酸化層は、膜厚が厚い程、またはＡｌ組成が大きい程、大きな酸化速度を有するので、Ａｌ組成または膜厚を調整することにより、一度の酸化によって非酸化領域の面積が異なる２つの選択酸化層６０８，６０９を形成することができる。
【０２１０】
面発光レーザ素子６００は、図１７に示す面発光レーザアレイ３００に用いられる。また、面発光レーザ素子６００および面発光レーザ素子６００を用いた面発光レーザアレイ３００は、図１８に示す電子写真システム４００および図１９に示す光通信システム５００に用いられる。
【０２１１】
［実施の形態４］
図２９は、実施の形態４による面発光レーザ素子の概略断面図である。図２９を参照して、実施の形態４による面発光レーザ素子７００は、基板７０１と、バッファ層７０２と、反射層７０３，７０７と、共振器スペーサー層７０４，７０６と、活性層７０５と、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂと、選択酸化層７０９と、コンタクト層７１０と、ＳｉＯ２層７１１と、絶縁性樹脂７１２と、ｐ側電極７１３と、ｎ側電極７１４とを備える。なお、面発光レーザ素子７００は、７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
【０２１２】
面発光レーザ素子７００は、図２５に示す面発光レーザ素子６００の選択酸化層６０８を高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂに代えたものであり、基板７０１、バッファ層７０２、反射層７０３，７０７、共振器スペーサー層７０４，７０６、活性層７０５、選択酸化層７０９、コンタクト層７１０、ＳｉＯ２層７１１、絶縁性樹脂７１２、ｐ側電極７１３およびｎ側電極７１４は、それぞれ、基板６０１、バッファ層６０２、反射層６０３，６０７、共振器スペーサー層６０４，６０６と、活性層６０５、選択酸化層６０９、コンタクト層６１０、ＳｉＯ２層６１１、絶縁性樹脂６１２、ｐ側電極６１３およびｎ側電極６１４と同じである。
【０２１３】
したがって、反射層７０３，７０７の各々は、活性層７０５で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層７０５に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。また、選択酸化層７０９は、発振光の高次横モードを抑制する抑制層として機能する。
【０２１４】
また、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂは、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂ間の半導体層（＝反射層７０３，７０７、共振器スペーサー層７０４，７０６および活性層７０５）の抵抗よりも高い抵抗を有する。
【０２１５】
図３０は、図２９に示す面発光レーザ素子７００の共振領域（＝共振器スペーサー層７０４，７０６および活性層７０５からなる）の近傍を示す図である。なお、図３０においては、面発光レーザ素子７００の発振状態における発振光の電界の強度分布も模式的に示している。
【０２１６】
図３０を参照して、反射層７０３，７０７の各々は、高屈折率層７０３１と、低屈折率層７０３２と、組成傾斜層７０３３とを含む。反射層７０３において、高屈折率層７０３１は、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、低屈折率層７０３２は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層７０３３は、低屈折率層７０３１および高屈折率層７０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｎ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０２１７】
また、反射層７０７において、高屈折率層７０３１は、ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、低屈折率層７０３２は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層７０３３は、低屈折率層７０３１および高屈折率層７０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｐ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０２１８】
面発光レーザ素子７００の共振領域は、共振器スペーサー層７０４，７０６と、活性層７０５とから構成される領域と定義される。共振器スペーサー層７０４，７０６と、活性層７０５とからなる共振領域は、これらの半導体層中における発振光の位相変化量が２πとなるように設けられており、一波長共振器構造を形成する。
【０２１９】
また、誘導放出確率を高めるために、活性層７０５は、共振領域（共振器スペーサー層７０４，７０６および活性層７０５）内における中央部に位置し、かつ、発振光の定在波分布における腹に対応する位置に設けられる。
【０２２０】
反射層７０３，７０７は、低屈折率層７０３２側がそれぞれ共振器スペーサー層７０４，７０６に接するように構成されており、低屈折率層７０３２と共振器スペーサー層７０４，７０６との界面（実施の形態４においては組成傾斜層７０３３）が発振光の定在波分布における腹となっている。
【０２２１】
また、実施の形態１と同じように、高屈折率層７０３１と低屈折率層７０３２との間の組成傾斜膜７０３３が配置された位置では、腹と節とが交互に現れる。
【０２２２】
選択酸化層７０９は、共振領域（＝共振器スペーサー層７０４，７０６および活性層７０５）から１５周期目の低屈折率層７０３２中に設けられる。より具体的には、選択酸化層７０９は、発振光の電界の定在波分布における１５周期目の節に対応する位置から、活性層７０５と反対側となる方向に発振光の位相変化量がπ／５となる距離（低屈折率層７０３２の屈折率をｎとしてλ／１０ｎとなる距離）だけずらせた位置に設けられる。
【０２２３】
選択酸化層７０９が設けられた低屈折率層７０３２の厚さは、低屈折率層７０３２の一方側に接する組成傾斜層７０３３の中央部から低屈折率層７０３２の他方側に接する組成傾斜層７０３３の中央部までの領域（図２に示す膜厚ｄ２の領域）における発振光の位相変化量が３π／２になるように設定される。そして、選択酸化層７０９は、発振光の高次横モードを抑制する抑制層として機能する。
【０２２４】
面発光レーザ素子７００においては、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂによって活性層７０５へ注入する電流を制限する。すなわち、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂは、電流狭窄層として機能する。そして、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂは、水素イオンを反射層７０３，７０７、共振器スペーサー層７０４，７０６および活性層７０５の一部に注入することによって形成される。
【０２２５】
水素イオンの注入によって形成された高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂは、水素イオンが注入されていない領域に対して屈折率差を殆ど生じないので、電流狭窄層（＝高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂ）による回折損失等の影響を除去できる。
【０２２６】
また、面発光レーザ素子７００においては、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂは、反射層７０３，７０７、共振器スペーサー層７０４，７０６および活性層７０５の一部に水素イオンを注入することによって形成されるので、抑制層（＝選択酸化層７０９）は、電流狭窄層（＝高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂ）よりも活性層７０５から遠い位置に設けられる。
【０２２７】
その結果、面発光レーザ素子７００において、低閾値電流を保ち、かつ、回折損失が小さく（スロープ効率が高く）、高出力な単一基本モード発振を実現できる。
【０２２８】
なお、面発光レーザ素子７００においては、反射層７０７、選択酸化層７０９およびコンタクト層７１０の周辺部をエッチングしてメサ構造体を形成するので、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂは、活性層７０５を面発光レーザ素子７００に隣接する面発光レーザ素子の活性層と分離する機能も果たす。
【０２２９】
面発光レーザ素子７００を用いた面発光レーザアレイを形成する場合、複数の面発光レーザ素子７００を同時に基板７０１に形成する。このため、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂが存在しない場合、複数の面発光レーザ素子７００の活性層７０５は、相互に繋がった状態となるが、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂを形成することにより、複数の面発光レーザ素子７００の活性層７０５を相互に分離できる。
【０２３０】
図３１、図３２、図３３および図３４は、それぞれ、図２９に示す面発光レーザ素子７００の作製方法を示す第１から第４の工程図である。図３１を参照して、一連の動作が開始されると、ＭＯＣＶＤ法を用いて、バッファ層７０２、反射層７０３、共振器スペーサー層７０４、活性層７０５、共振器スペーサー層７０６、反射層７０７、選択酸化層７０９、およびコンタクト層７１０を基板７０１上に順次積層する（図３１の工程（ａ１）参照）。
【０２３１】
この場合、バッファ層７０２のｎ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成し、反射層７０３のｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓおよびｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【０２３２】
また、共振器スペーサー層７０４のノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、活性層７０５のＡｌＧａＡｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成する。
【０２３３】
さらに、共振器スペーサー層７０６のノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、反射層７０７のｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０２３４】
さらに、選択酸化層７０９のｐ−ＡｌＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、コンタクト層７１０のｐ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０２３５】
その後、コンタクト層７１０の上にレジストを塗布し、写真製版技術を用いて、コンタクト層７１０上にレジストパターン１３０を形成する（図３１の工程（ｂ１）参照）。この場合、レジストパターン１３０は、１辺が４μｍである正方形の形状を有する。
【０２３６】
レジストパターン１３０を形成すると、その形成したレジストパターン１３０をマスクとして水素イオン（Ｈ＋）を反射層７０３，７０７、共振器スペーサー層７０４，７０６および活性層７０５の一部にイオン注入し、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂを形成する。そして、レジストパターン１３０を除去する（図３１の（ｃ１）参照）。
【０２３７】
引き続いて、図３２を参照して、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂを形成すると、コンタクト層７１０の上にレジストを塗布し、写真製版技術を用いて、コンタクト層７１０上にレジストパターン１２０を形成する（図３２の工程（ｄ１）参照）。この場合、レジストパターン１２０は、１辺が２０μｍである正方形の形状を有する。
【０２３８】
レジストパターン１２０を形成すると、その形成したレジストパターン１２０をマスクとして用いて、反射層７０７、選択酸化層７０９およびコンタクト層７１０の周辺部をドライエッチングにより除去し、さらに、レジストパターン１２０を除去する（図３２の工程（ｅ１）参照）。
【０２３９】
その後、８５℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした雰囲気中において、試料を４２５℃に加熱して、選択酸化層７０９の周囲を外周部から中央部に向けて酸化し、選択酸化層７０９中に非酸化領域７０９ａと酸化領域７０９ｂとを形成する（図３２の工程（ｆ１）参照）。この場合、非酸化領域７０９ａは、１辺が４μｍである正方形からなる。
【０２４０】
図３３を参照して、非酸化領域７０９ａと酸化領域７０９ｂとを形成した後、ＣＶＤ法を用いて、試料の全面にＳｉＯ２層７１１を形成し、写真製版技術を用いて光出射部となる領域およびその周辺領域のＳｉＯ２層７１１を除去する（図３３の工程（ｇ１）参照）。
【０２４１】
次に、試料の全体に絶縁性樹脂７１２をスピンコートにより塗布し、光出射部となる領域上の絶縁性樹脂７１２を除去する（図３３の工程（ｈ１）参照）。
【０２４２】
図３４を参照して、絶縁性樹脂７１２を形成した後、光出射部となる領域上に１辺が８μｍであるレジストパターンを形成し、試料の全面にｐ側電極材料を蒸着により形成し、レジストパターン上のｐ側電極材料をリフトオフにより除去してｐ側電極７１３を形成する（図３４の工程（ｉ１）参照）。そして、基板７０１の裏面を研磨し、基板７０１の裏面にｎ側電極７１４を形成し、さらに、アニールしてｐ側電極７１３およびｎ側電極７１４のオーミック導通を取る（図３４の工程（ｊ１）参照）。これによって、面発光レーザ素子７００が作製される。
【０２４３】
面発光レーザ素子７００は、図１７に示す面発光レーザアレイ３００に用いられる。また、面発光レーザ素子７００および面発光レーザ素子７００を用いた面発光レーザアレイ３００は、図１８に示す電子写真システム４００および図１９に示す光通信システム５００に用いられる。
【０２４４】
［実施の形態５］
図３５は、実施の形態５による面発光レーザ素子の概略断面図である。図３５を参照して、実施の形態５による面発光レーザ素子８００は、基板８０１と、バッファ層８０２と、反射層８０３，８０７と、共振器スペーサー層８０４，８０６と、活性層８０５と、選択酸化層８０８，８１４と、コンタクト層８０９と、エッチングストップ層８１０と、ＳｉＯ２層８１１と、絶縁性樹脂８１２と、ｐ側電極８１３と、ｎ側電極８１５とを備える。なお、面発光レーザ素子８００は、９８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
【０２４５】
基板８０１は、ｎ−ＧａＡｓからなる。バッファ層８０２は、ｎ−ＧａＡｓからなり、基板８０１の一主面に形成される。反射層８０３は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓの対を一周期とした場合、３５．５周期の［ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓ］からなり、バッファ層８０２上に形成される。
【０２４６】
共振器スペーサー層８０４は、ノンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなり、反射層８０３上に形成される。活性層８０５は、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓを一対とした多重量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層８０４上に形成される。
【０２４７】
共振器スペーサー層８０６は、ノンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなり、活性層８０５上に形成される。反射層８０７は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓの対を一周期とした場合、２４周期の［ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓ］からなり、共振器スペーサー層８０６上に形成される。この場合、反射層８０７は、サイズが異なる２つの反射層８０７Ａ，８０７Ｂからなる。そして、反射層８０７Ａは、反射層８０７Ｂよりもサイズが大きく、共振器スペーサー層８０６に接して形成され、反射層８０７Ｂは、コンタクト層８０９およびエッチングストップ層８１０を介して反射層８０７Ａ上に形成される。
【０２４８】
選択酸化層８０８は、膜厚２０ｎｍのｐ−ＡｌＡｓからなり、反射層８０７（８０７Ａ）中に設けられる。そして、選択酸化層８０８は、非酸化領域８０８ａと酸化領域８０８ｂとからなる。この場合、非酸化領域８０８ａは、一辺が６μｍである正方形からなる。
【０２４９】
選択酸化層８１４は、膜厚２０ｎｍのｐ−ＡｌＧａＡｓからなり、反射層８０７（８０７Ｂ）中に設けられる。そして、選択酸化層８１４は、非酸化領域８１４ａと酸化領域８１４ｂとからなる。この場合、非酸化領域８１４ａは、一辺が５μｍである正方形からなる。
【０２５０】
このように、選択酸化層８０８の非酸化領域８０８ａは、選択酸化層８１４の非酸化領域８１４ａよりも大きい面積を有する。
【０２５１】
コンタクト層８０９は、２０ｎｍの膜厚を有するｐ−ＧａＡｓからなり、反射層８０７（８０７Ａ）上に形成される。そして、ｐ−ＧａＡｓにおけるカーボン（Ｃ）のドーピング量は、１×１０１９ｃｍ−３程度である。エッチングストップ層８１０は、２０ｎｍの膜厚を有するｐ−ＧａＩｎＰからなり、コンタクト層８０９の一部の上に形成される。そして、エッチングストップ層８１０は、反射層８０７（８０７Ｂ）および選択酸化層８１４からなるメサ構造体をエッチングによって形成するときのエッチングを停止する機能を果たす。
【０２５２】
ＳｉＯ２層８１１は、反射層８０３の一部の一主面と、共振器スペーサー層８０４、活性層８０５、共振器スペーサー層８０６、反射層８０７（８０７Ａ）および選択酸化層８０８の端面と、コンタクト層８０９の一部とを覆うように形成される。
【０２５３】
絶縁性樹脂８１２は、ＳｉＯ２層８１１に接して形成される。ｐ側電極８１３は、コンタクト層８０９の一部および絶縁性樹脂８１２上に形成される。ｎ側電極８１５は、基板８０１の裏面に形成される。
【０２５４】
そして、反射層８０３，８０７の各々は、活性層８０５で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層８０５に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。
【０２５５】
図３６は、図３５に示す面発光レーザ素子８００の共振領域の近傍を示す図である。なお、図３６においては、面発光レーザ素子８００の発振状態における発振光の電界の強度分布も模式的に示している。
【０２５６】
図３６を参照して、反射層８０３，８０７の各々は、高屈折率層８０３１と、低屈折率層８０３２と、組成傾斜層８０３３とを含む。反射層８０３において、高屈折率層８０３１は、ｎ−ＧａＡｓからなり、低屈折率層８０３２は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層８０３３は、低屈折率層８０３１および高屈折率層８０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｎ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０２５７】
また、反射層８０７において、高屈折率層８０３１は、ｐ−ＧａＡｓからなり、低屈折率層８０３２は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層８０３３は、低屈折率層８０３１および高屈折率層８０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｐ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０２５８】
面発光レーザ素子８００の共振領域は、共振器スペーサー層８０４，８０６と、活性層８０５とから構成される領域と定義される。共振器スペーサー層８０４，８０６と、活性層８０５とからなる共振領域は、これらの半導体層中における発振光の位相変化量が２πとなるように設けられており、一波長共振器構造を形成する。
【０２５９】
また、誘導放出確率を高めるために、活性層８０５は、共振領域（共振器スペーサー層８０４，８０６および活性層８０５）内における中央部に位置し、かつ、発振光の定在波分布における腹に対応する位置に設けられる。
【０２６０】
反射層８０３，８０７は、低屈折率層８０３２側がそれぞれ共振器スペーサー層８０４，８０６に接するように構成されており、低屈折率層８０３２と共振器スペーサー層８０４，８０６との界面（実施の形態５においては組成傾斜層８０３３）が発振光の定在波分布における腹となっている。
【０２６１】
また、実施の形態１と同じように、高屈折率層８０３１と低屈折率層８０３２との間の組成傾斜膜８０３３が配置された位置では、腹と節とが交互に現れる。
【０２６２】
選択酸化層８０８は、共振領域（＝共振器スペーサー層８０４，８０６および活性層８０５）から３周期目の低屈折率層８０３２中に設けられる。より具体的には、選択酸化層８０８は、発振光の電界の定在波分布における３周期目の節に対応する位置に設けられる。選択酸化層８０８が設けられた低屈折率層８０３２の厚さは、低屈折率層８０３２の一方側に接する組成傾斜層８０３３の中央部から低屈折率層８０３２の他方側に接する組成傾斜層８０３３の中央部までの領域（図２に示す膜厚ｄ２の領域）における発振光の位相変化量が３π／２になるように設定される。そして、選択酸化層８０８は、活性層８０５へ注入する電流を制限する電流狭窄層として機能する。
【０２６３】
選択酸化層８１４は、共振領域（＝共振器スペーサー層８０４，８０６および活性層８０５）から１８周期目の低屈折率層８０３２中に設けられる。より具体的には、選択酸化層８１４は、発振光の電界の定在波分布における１８周期目の節に対応する位置から、活性層８０５と反対側となる方向に発振光の位相変化量がπ／５となる距離（低屈折率層８０３２の屈折率をｎとしてλ／１０ｎとなる距離）だけずらせた位置に設けられる。選択酸化層８１４が設けられた低屈折率層８０３２の厚さは、選択酸化層８０８が設けられた低屈折率層８０３２の厚さと同じ厚さに設定される。そして、選択酸化層８１４は、実施の形態１における選択酸化層１０８と同じように、発振光の高次横モードを抑制する抑制層として機能する。
【０２６４】
このように、面発光レーザ素子８００においては、２つの選択酸化層８０８，８１４が設けられ、高次横モードを抑制する抑制層として機能する選択酸化層８１４は、電流狭窄層として機能する選択酸化層８０８よりも活性層８０５から遠い位置に設けられる。
【０２６５】
面発光レーザ素子８００においては、コンタクト層８０９は、反射層８０７において、活性層８０５から４周期目の高屈折率層８０３１中に設けられる。そして、コンタクト層８０９、エッチングストップ層８１０および高屈折率層８０３１からなる領域の発振光に対する位相変化量が３π／２となるように、コンタクト層８０９、エッチングストップ層８１０および高屈折率層８０３１が形成される。
【０２６６】
図３７から図４０は、それぞれ、図３５に示す面発光レーザ素子８００の作製方法を説明する第１から第４の工程図である。図３７を参照して、一連の動作が開始されると、ＭＯＣＶＤ法を用いて、バッファ層８０２、反射層８０３、共振器スペーサー層８０４、活性層８０５、共振器スペーサー層８０６、反射層８０７、選択酸化層８０８、コンタクト層８０９、エッチングストップ層８１０および選択酸化層８１４を基板８０１上に順次積層する（図３７の工程（ａ２）参照）。
【０２６７】
この場合、バッファ層８０２のｎ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成し、反射層８０３のｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓおよびｎ−ＧａＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【０２６８】
また、共振器スペーサー層８０４のノンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、活性層８０５のＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓをトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成する。
【０２６９】
さらに、共振器スペーサー層８０６のノンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、反射層８０７のｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０２７０】
さらに、選択酸化層８０８のｐ−ＡｌＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、コンタクト層８０９のｐ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０２７１】
さらに、エッチングストップ層８１０のｐ−ＧａＩｎＰをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ホスフィン（ＰＨ３）およびシクロジフェニルマグネシウム（ＣＰＭｇ２）を原料として形成する。
【０２７２】
さらに、選択酸化層８１４のｐ−ＡｌＧａＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０２７３】
その後、反射層８０７の上にレジストを塗布し、写真製版技術を用いて、反射層８０７上にレジストパターン１２０を形成する（図３７の工程（ｂ２）参照）。この場合、レジストパターン１２０は、１辺が２０μｍである正方形の形状を有する。
【０２７４】
レジストパターン１２０を形成すると、その形成したレジストパターン１２０をマスクとして用いて、反射層８０７および選択酸化層８１４の周辺部をドライエッチングによって除去する。この場合、エッチングは、エッチング深さがエッチングストップ層８１０に達する前に停止される。そして、その後、硫酸系のエッチャント（Ｈ２ＳＯ４＋Ｈ２＋Ｈ２Ｏ）を用いてエッチングストップ層８１０までの各層をウエットエッチングにより除去する。エッチング後、レジストパターン１２０を除去すると、選択酸化層８１４の端面が露出した１段目のメサ構造体が形成される（図３７の（ｃ２）参照）。
【０２７５】
引き続いて、図３８を参照して、１段目のメサ構造体が形成されると、その形成されたメサ構造体およびエッチングストップ層８１０の上にレジストを塗布し、写真製版技術を用いて、メサ構造体およびエッチングストップ層８１０上にレジストパターン１４０を形成する（図３８の工程（ｄ２）参照）。この場合、レジストパターン１４０は、１辺が５０μｍである正方形の形状を有する。
【０２７６】
レジストパターン１４０を形成すると、その形成したレジストパターン１４０をマスクとして用いて、エッチングストップ層８１０、コンタクト層８０９、反射層８０７、選択酸化層８０８、共振器スペーサー層８０６、活性層８０５および共振器スペーサー層８０４の周辺部と、反射層８０３の一部とをドライエッチングにより除去し、さらに、レジストパターン１４０を除去する（図３８の工程（ｅ２）参照）。これによって、２段目のメサ構造体が形成される。
【０２７７】
その後、８５℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした雰囲気中において、試料を４２５℃に加熱して、選択酸化層８０８，８１４の周囲を外周部から中央部に向けて酸化し、選択酸化層８０８中に非酸化領域８０８ａと酸化領域８０８ｂとを形成し、選択酸化層８１４中に非酸化領域８１４ａと酸化領域８１４ｂとを形成する（図３８の工程（ｆ２）参照）。この場合、選択酸化層８０８を構成するｐ−ＡｌＡｓと、選択酸化層８１４を構成するｐ−ＡｌＧａＡｓとのＡｌ組成を調整することにより、１辺が６μｍである正方形からなる非酸化領域８０８ａと、１辺が５μｍである正方形からなる非酸化領域８１４ａとを同時に形成できる。
【０２７８】
図３９を参照して、非酸化領域８０８ａ，８１４ａと酸化領域８０８ｂ，８１４ｂとを形成した後、ＣＶＤ法を用いて、試料の全面にＳｉＯ２層８１１を形成し、写真製版技術を用いて光出射部となる領域およびその周辺領域のＳｉＯ２層８１１を除去する。その後、試料の全体に絶縁性樹脂８１２をスピンコートにより塗布し、光出射部となる領域上の絶縁性樹脂８１２を除去する（図３９の工程（ｇ２）参照）。
【０２７９】
引き続いて、絶縁性樹脂８１２をマスクとして２段目のメサ構造体の最表面層となっているエッチングストップ層８１０の一部を塩酸系のエッチャント（ＨＣｌ＋Ｈ２Ｏ）によりエッチングする（図３９の工程（ｈ２）参照）。
【０２８０】
図４０を参照して、エッチングストップ層８１０の一部を除去した後、光出射部となる領域上にレジストパターンを形成し、試料の全面にｐ側電極材料を蒸着により形成し、レジストパターン上のｐ側電極材料をリフトオフにより除去してｐ側電極８１３を形成する（図４０の工程（ｉ２）参照）。そして、基板８０１の裏面を研磨し、基板８０１の裏面にｎ側電極８１５を形成し、さらに、アニールしてｐ側電極８１３およびｎ側電極８１５のオーミック導通を取る（図４０の工程（ｊ２）参照）。これによって、面発光レーザ素子８００が作製される。
【０２８１】
面発光レーザ素子８００においては、キャリアは、コンタクト８０９から選択酸化層８０８の非酸化領域８０８ａを通って活性層８０５へ注入され、選択酸化層８１４の非酸化領域８１４ａを通って活性層８０５へ注入されることはない。したがって、面発光レーザ素子８００においては、キャリアが２つの選択酸化層の非酸化領域を通って活性層へ注入される場合よりも素子抵抗が低くなる。その結果、面発光レーザ素子８００における発熱が低く抑えられ、熱による出力の飽和点も向上でき、高出力な発振光を得ることができる。
【０２８２】
また、面発光レーザ素子８００においては、電流狭窄層として機能する選択酸化層８０８が共振領域（＝共振器スペーサー層８０４，８０６および活性層８０５）から３周期目の低屈折率層８０３２中に設けられるので、閾値電流が低く保たれ、回折損失が低く（スロープ効率が高く）、高出力な単一基本モード発振を得ることができる。
【０２８３】
なお、上記においては、電流狭窄層は、選択酸化層８０８からなると説明したが、この発明においては、これに限らず、電流狭窄層は、実施の形態４において説明した高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂにより構成されていてもよい。
【０２８４】
面発光レーザ素子８００は、図２２に示す面発光レーザアレイ３００Ａに用いられる。また、面発光レーザ素子８００および面発光レーザ素子８００を用いた面発光レーザアレイ３００Ａは、図２３に示す電子写真システム４００Ａおよび図２４に示す光通信システム５００Ａに用いられる。
【０２８５】
［実施の形態６］
図４１は、実施の形態６による面発光レーザ素子の概略断面図である。図４１を参照して、実施の形態６による面発光レーザ素子９００は、基板９０１と、バッファ層９０２と、反射層９０３，９０７と、共振器スペーサー層９０４，９０６と、活性層９０５と、選択酸化層９０８，９０９と、コンタクト層９１０と、ＳｉＯ２層９１１と、絶縁性樹脂９１２と、ｎ側電極９１３と、ｐ側電極９１４とを備える。なお、面発光レーザ素子９００は、７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
【０２８６】
基板９０１は、ｐ−ＧａＡｓからなる。バッファ層９０２は、ｐ−ＧａＡｓからなり、基板９０１の一主面に形成される。反射層９０３は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、４１．５周期の［ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、バッファ層９０２上に形成される。
【０２８７】
共振器スペーサー層９０４は、ノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなり、反射層９０３上に形成される。活性層９０５は、ＡｌＧａＡｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓの対を一周期とした場合、３周期の［ＡｌＧａＡｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ］からなる多重量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層９０４上に形成される。
【０２８８】
共振器スペーサー層９０６は、ノンドープＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなり、活性層９０５上に形成される。反射層９０７は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、２４周期の［ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、共振器スペーサー層９０６上に形成される。
【０２８９】
選択酸化層９０８は、ｐ−ＡｌＧａＡｓからなり、反射層９０３中に設けられる。そして、選択酸化層９０８は、非酸化領域９０８ａと酸化領域９０８ｂとからなり、２０ｎｍの膜厚を有する。選択酸化層９０９は、ｎ−ＡｌＡｓからなり、反射層９０７中に設けられる。そして、選択酸化層９０９は、非酸化領域９０９ａと酸化領域９０９ｂとからなり、２０ｎｍの膜厚を有する。非酸化領域９０８ａは、一辺が５μｍである略正方形からなり、非酸化領域９０９ａは、一辺が４μｍである略正方形からなる。そして、選択酸化層９０９は、選択酸化層９０８よりも活性層９０５から遠い位置に配置される。
【０２９０】
コンタクト層９１０は、ｎ−ＧａＡｓからなり、反射層９０７上に形成される。ＳｉＯ２層９１１は、反射層９０３の一部の一主面と、共振器スペーサー層９０４、活性層９０５、共振器スペーサー層９０６、反射層９０７、選択酸化層９０８，９０９およびコンタクト層９１０の端面とを覆うように形成される。
【０２９１】
絶縁性樹脂９１２は、ＳｉＯ２層９１１に接して形成される。ｎ側電極９１３は、コンタクト層９１０の一部および絶縁性樹脂９１２上に形成される。この場合、ｎ側電極９１３が形成されていない開口部は、一辺が８μｍである略正方形からなる。ｐ側電極９１４は、基板９０１の裏面に形成される。
【０２９２】
そして、反射層９０３，９０７の各々は、活性層９０５で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層９０５に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。
【０２９３】
図４２は、図４１に示す面発光レーザ素子９００の共振領域の近傍を示す図である。なお、図４２においては、面発光レーザ素子９００の発振状態における発振光の電界の強度分布も模式的に示している。
【０２９４】
図４２を参照して、反射層９０３，９０７の各々は、高屈折率層９０３１と、低屈折率層９０３２と、組成傾斜層９０３３とを含む。反射層９０３において、高屈折率層９０３１は、ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、低屈折率層９０３２は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層９０３３は、高屈折率層９０３１および低屈折率層９０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｐ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０２９５】
また、反射層９０７において、高屈折率層９０３１は、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、低屈折率層９０３２は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層９０３３は、低屈折率層９０３１および高屈折率層９０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｎ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０２９６】
面発光レーザ素子９００の共振領域は、共振器スペーサー層９０４，９０６と、活性層９０５とから構成される領域と定義される。共振器スペーサー層９０４，９０６と、活性層９０５とからなる共振領域は、これらの半導体層中における発振光の位相変化量が２πとなるように設けられており、一波長共振器構造を形成する。
【０２９７】
また、誘導放出確率を高めるために、活性層９０５は、共振領域（共振器スペーサー層９０４，９０６および活性層９０５）内における中央部に位置し、かつ、発振光の定在波分布における腹に対応する位置に設けられる。
【０２９８】
反射層９０３，９０７は、低屈折率層９０３２側がそれぞれ共振器スペーサー層９０４，９０６に接するように構成されており、低屈折率層９０３２と共振器スペーサー層９０４，９０６との界面（実施の形態６においては組成傾斜層９０３３）が発振光の定在波分布における腹となっている。
【０２９９】
また、実施の形態１と同じように、高屈折率層９０３１と低屈折率層９０３２との間の組成傾斜膜９０３３が配置された位置では、腹と節とが交互に現れる。
【０３００】
選択酸化層９０８は、共振領域（＝共振器スペーサー層９０４，９０６および活性層９０５）から２周期目の低屈折率層９０３２（ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ）中に設けられる。より具体的には、選択酸化層９０８は、発振光の電界の定在波分布における２周期目の節に対応する位置に設けられる。選択酸化層９０８が設けられた低屈折率層９０３２の厚さは、低屈折率層９０３２の一方側に接する組成傾斜層９０３３の中央部から低屈折率層９０３２の他方側に接する組成傾斜層９０３３の中央部までの領域（図２に示す膜厚ｄ２の領域）における発振光の位相変化量が３π／２になるように設定される。そして、選択酸化層９０８は、活性層９０５へ注入する電流を制限する電流狭窄層として機能する。
【０３０１】
選択酸化層９０９は、共振領域（＝共振器スペーサー層９０４，９０６および活性層９０５）から２０周期目の低屈折率層９０３２中に設けられる。より具体的には、選択酸化層９０９は、発振光の電界の定在波分布における２０周期目の節に対応する位置から、活性層９０５と反対側となる方向に発振光の位相変化量がπ／４となる距離（低屈折率層９０３２の屈折率をｎとしてλ／８ｎとなる距離）だけずらせた位置に設けられる。選択酸化層９０９が設けられた低屈折率層９０３２の厚さは、選択酸化層９０８が設けられた低屈折率層９０３２の厚さと同じ厚さに設定される。そして、選択酸化層９０９は、実施の形態１における選択酸化層１０８と同じように、発振光の高次横モードを抑制する抑制層として機能する。
【０３０２】
このように、面発光レーザ素子９００においては、２つの選択酸化層９０８，９０９が設けられ、電流狭窄層として機能する選択酸化層９０８は、活性層９０５よりも基板９０１側に設けられた反射層９０３中に配置され、高次横モードを抑制する抑制層として機能する選択酸化層９０９は、活性層９０５に対して基板９０１と反対側に設けられた反射層９０７中に配置される。すなわち、選択酸化層９０８，９０９は、活性層９０５に対して互いに反対側に配置される。
【０３０３】
また、面発光レーザ素子９００においても、高次横モードを抑制する抑制層として機能する選択酸化層９０９は、電流狭窄層として機能する選択酸化層９０８よりも活性層９０５から遠い位置に設けられる。
【０３０４】
図４３、図４４および図４５は、それぞれ、図４１に示す面発光レーザ素子９００の作製方法を示す第１から第３の工程図である。図４３を参照して、一連の動作が開始されると、ＭＯＣＶＤ法を用いて、バッファ層９０２、反射層９０３、選択酸化層９０８、共振器スペーサー層９０４、活性層９０５、共振器スペーサー層９０６、反射層９０７、選択酸化層９０９、およびコンタクト層９１０を基板９０１上に順次積層する（図４３の工程（ａ３）参照）。
【０３０５】
この場合、バッファ層９０２のｐ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、反射層９０３のｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓおよびｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０３０６】
また、共振器スペーサー層９０４のノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、活性層１０５のＡｌＧａＡｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成する。
【０３０７】
さらに、共振器スペーサー層９０６のノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、反射層９０７のｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【０３０８】
さらに、選択酸化層９０８のｐ−ＡｌＧａＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、選択酸化層９０９のｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓのｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓおよびｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【０３０９】
コンタクト層９１０のｎ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【０３１０】
その後、コンタクト層９１０の上にレジストを塗布し、写真製版技術を用いて、コンタクト層９１０上にレジストパターン１２０を形成する（図４３の工程（ｂ３）参照）。この場合、レジストパターン１２０は、１辺が２０μｍである正方形の形状を有する。
【０３１１】
レジストパターン１２０を形成すると、その形成したレジストパターン１２０をマスクとして用いて、反射層９０３の一部と、共振器スペーサー層９０４、活性層９０５、共振器スペーサー層９０６、反射層９０７、選択酸化層９０８，９０９およびコンタクト層９１０の周辺部とをドライエッチングにより除去し、さらに、レジストパターン１２０を除去する（図４３の工程（ｃ３）参照）。
【０３１２】
次に、図４４を参照して、図４３に示す工程（ｃ３）の後、８５℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした雰囲気中において、試料を４２５℃に加熱して、選択酸化層９０８，９０９の周囲を外周部から中央部に向けて酸化し、選択酸化層９０８中に非酸化領域９０８ａと酸化領域９０８ｂとを形成し、選択酸化層９０９中に非酸化領域９０９ａと酸化領域９０９ｂとを形成する（図４４の工程（ｄ３）参照）。
【０３１３】
この場合、選択酸化層９０８を構成するｐ−ＡｌＧａＡｓと、選択酸化層９０９を構成するｎ−ＡｌＡｓとのＡｌ組成を調整することにより、１辺が５μｍである正方形からなる非酸化領域９０８ａと、１辺が４μｍである正方形からなる非酸化領域９０９ａとを同時に形成できる。
【０３１４】
その後、ＣＶＤ法を用いて、試料の全面にＳｉＯ２層９１１を形成し、写真製版技術を用いて光出射部となる領域およびその周辺領域のＳｉＯ２層９１１を除去する（図４４の工程（ｅ３）参照）。
【０３１５】
次に、試料の全体に絶縁性樹脂９１２をスピンコートにより塗布し、光出射部となる領域上の絶縁性樹脂９１２を除去する（図４４の工程（ｆ３）参照）。
【０３１６】
図４５を参照して、絶縁性樹脂９１２を形成した後、光出射部となる領域上に１辺が８μｍであるレジストパターンを形成し、試料の全面にｎ側電極材料を蒸着により形成し、レジストパターン上のｎ側電極材料をリフトオフにより除去してｎ側電極９１３を形成する（図４５の工程（ｇ３）参照）。そして、基板９０１の裏面を研磨し、基板９０１の裏面にｐ側電極９１４を形成し、さらに、アニールしてｎ側電極９１３およびｐ側電極９１４のオーミック導通を取る（図４５の工程（ｈ３）参照）。これによって、面発光レーザ素子９００が作製される。
【０３１７】
面発光レーザ素子９００においては、高次横モードを抑制する抑制層（＝選択酸化層９０９をｎ型の半導体（ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ）からなる反射層９０７中に設け、活性層９０５へ注入する電流を制限する電流狭窄層（＝選択酸化層９０８）をｐ型の半導体（ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ）からなる反射層９０３中に設ける構成が採用されている。
【０３１８】
移動度が低い正孔の方が電子よりも再拡散し難くなるため、電流狭窄層によるキャリアの狭窄効率は高くなることが一般に知られている。したがって、電流狭窄層をｐ型の半導体からなる反射層中に設けることが好適である。しかし、移動度が低いことに起因して、正孔が多数キャリアとなるｐ型半導体は高抵抗になるという問題がある。また、高次横モードを抑制する抑制層は、発振光に対して作用を及ぼすものであり、活性層９０５の両側に配置された反射層９０３，９０７のいずれに設けても同じ作用・効果を得ることができる。
【０３１９】
そこで、実施の形態６による面発光レーザ素子９００においては、ｐ型の半導体（ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ）からなる反射層９０３に電流狭窄層として機能する選択酸化層９０８を設け、高次横モードを抑制する抑制層として機能する選択酸化層９０９をｎ型の半導体（ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ）からなる反射層９０７に設けることにより、２つの選択酸化層を１つの反射層中に設けた場合の抵抗の増加を抑制することにしたものである。
【０３２０】
このように、面発光レーザ素子９００においては、ｐ型の半導体（ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ）からなる反射層９０３に、１つの選択酸化層９０８を設けたので、低い素子抵抗を得ることができる。また、閾値電流が低く保たれ、回折損失が小さく（＝スロープ効率が高く）、高出力な単一基本モード発振を実現できる。
【０３２１】
面発光レーザ素子９００は、図１７に示す面発光レーザアレイ３００に用いられる。また、面発光レーザ素子９００および面発光レーザ素子９００を用いた面発光レーザアレイ３００は、図１８に示す電子写真システム４００および図１９に示す光通信システム５００に用いられる。
【０３２２】
［実施の形態７］
図４６は、実施の形態７による面発光レーザ素子の概略断面図である。図４６を参照して、実施の形態７による面発光レーザ素子１０００は、基板１００１と、バッファ層１００２と、反射層１００３，１００７，１０２０と、共振器スペーサー層１００４，１００６と、活性層１００５と、選択酸化層１００８と、コンタクト層１００９と、ＳｉＯ２層１０１１と、絶縁性樹脂１０１２と、ｐ側電極１０１３と、抑制層１０１７と、ｎ側電極１０１８とを備える。なお、面発光レーザ素子１０００は、７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
【０３２３】
基板１００１は、ｎ−ＧａＡｓからなる。バッファ層１００２は、ｎ−ＧａＡｓからなり、基板１００１の一主面に形成される。反射層１００３は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、４０．５周期の［ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、バッファ層１００２上に形成される。
【０３２４】
共振器スペーサー層１００４は、ノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなり、反射層１００３上に形成される。活性層１００５は、Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓを一対とした多重量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層１００４上に形成される。
【０３２５】
共振器スペーサー層１００６は、ノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなり、活性層１００５上に形成される。反射層１００７は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、２６周期の［ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、共振器スペーサー層１００６上に形成される。
【０３２６】
選択酸化層１００８は、膜厚２０ｎｍのｐ−ＡｌＡｓからなり、反射層１００７中に設けられる。そして、選択酸化層１００８は、非酸化領域１００８ａと酸化領域１００８ｂとからなる。この場合、非酸化領域１００８ａは、一辺が６μｍである正方形からなる。
【０３２７】
コンタクト層１００９は、２０ｎｍの膜厚を有するｐ−ＧａＡｓからなり、反射層１００７上に形成される。ＳｉＯ２層１０１１は、反射層１００３の一部の一主面と、共振器スペーサー層１００４、活性層１００５、共振器スペーサー層１００６、反射層１００７および選択酸化層１００８の端面と、コンタクト層１００９の一部とを覆うように形成される。
【０３２８】
絶縁性樹脂１０１２は、ＳｉＯ２層１０１１に接して形成される。ｐ側電極１０１３は、コンタクト層１００９の一部および絶縁性樹脂１０１２上に形成される。
【０３２９】
反射層１０２０は、低屈折率層１０１４と、高屈折率層１０１５とからなる。低屈折率層１０１４は、たとえば、ＳｉＯ２からなり、高屈折率層１０１５は、たとえば、ＴｉＯｘからなる。そして、ＳｉＯ２は、１．６の屈折率ｎを有し、ＴｉＯｘは、３．０の屈折率を有する。
【０３３０】
抑制層１０１７は、反射層１０２０の高屈折率層１０１５中に設けられる。そして、抑制層１０１７は、２０ｎｍのＳｉＯ２からなり、その中央部に開口部１０１７ａを有する。この開口部１０１７ａは、一辺が４μｍである正方形からなる。
【０３３１】
このように、選択酸化層１００８の非酸化領域１００８ａは、抑制層１０１７の開口部１０１７ａよりも大きい面積を有する。ｎ側電極１０１８は、基板８０１の裏面に形成される。
【０３３２】
そして、反射層１００３，１００７，１０２０の各々は、活性層１００５で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層１００５に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。
【０３３３】
図４７は、図４６に示す面発光レーザ素子１０００の共振領域の近傍を示す図である。なお、図４７においては、面発光レーザ素子１０００の発振状態における発振光の電界の強度分布も模式的に示している。
【０３３４】
図４７を参照して、反射層１００３，１００７の各々は、高屈折率層１０３１と、低屈折率層１０３２と、組成傾斜層１０３３とを含む。反射層１００３において、高屈折率層１０３１は、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、低屈折率層１０３２は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層１０３３は、低屈折率層１０３１および高屈折率層１０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｎ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０３３５】
また、反射層１００７において、高屈折率層１０３１は、ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、低屈折率層１０３２は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層１０３３は、低屈折率層１０３１および高屈折率層１０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｐ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０３３６】
面発光レーザ素子１０００の共振領域は、共振器スペーサー層１００４，１００６と、活性層１００５とから構成される領域と定義される。共振器スペーサー層１００４，１００６と、活性層１００５とからなる共振領域は、これらの半導体層中における発振光の位相変化量が２πとなるように設けられており、一波長共振器構造を形成する。
【０３３７】
また、誘導放出確率を高めるために、活性層１００５は、共振領域（共振器スペーサー層１００４，１００６および活性層１００５）内における中央部に位置し、かつ、発振光の定在波分布における腹に対応する位置に設けられる。
【０３３８】
反射層１００３，１００７は、低屈折率層１０３２側がそれぞれ共振器スペーサー層１００４，１００６に接するように構成されており、低屈折率層１０３２と共振器スペーサー層１００４，１００６との界面（実施の形態７においては組成傾斜層１０３３）が発振光の定在波分布における腹となっている。
【０３３９】
また、実施の形態１と同じように、高屈折率層１０３１と低屈折率層１０３２との間の組成傾斜膜１０３３が配置された位置では、腹と節とが交互に現れる。
【０３４０】
選択酸化層１００８は、共振領域（＝共振器スペーサー層１００４，１００６および活性層１００５）から４周期目の低屈折率層１０３２中に設けられる。選択酸化層１００８が設けられた低屈折率層１０３２の厚さは、低屈折率層１０３２の一方側に接する組成傾斜層１０３３の中央部から低屈折率層１０３２の他方側に接する組成傾斜層１０３３の中央部までの領域（図２に示す膜厚ｄ２の領域）における発振光の位相変化量が３π／２になるように設定される。このように、反射層１００７中の構成層における位相変化量がπ／２の奇数倍となる場合には、多重反射の位相条件を同様に満たすことができる。そして、選択酸化層１００８は、活性層１００５へ注入する電流を制限する電流狭窄層として機能する。
【０３４１】
反射層１０２０の低屈折率層１０１４は、λ／４ｎ（ｎは、ＳｉＯ２の屈折率）の膜厚を有し、高屈折率層１０１５は、３λ／８ｎ（ｎは、ＴｉＯｘの屈折率）の膜厚を有する。なお、高屈折率層１０１５は、λ／４の奇数倍の膜厚を有していればよい。
【０３４２】
抑制層１０１７は、反射層１０２０の高屈折率層１０１５中に設けられる。より具体的には、抑制層１０１７は、高屈折率層１０１５中において、発振光の定在波分布の節の位置から発振光の位相に換算してπ／４（厚さにしてλ／８ｎ（ｎは、ＴｉＯｘの屈折率））だけ変位させた位置に設けられる。このように抑制層１０１７を配置することによって、抑制層１０１７は、高次横モードを抑制することができる。
【０３４３】
このように、面発光レーザ素子１０００においては、ｐ型半導体からなる反射層１００７および誘電体からなる反射層１０２０が活性層１００５に対して基板１００１と反対側に設けられ、選択酸化層１００８は、反射層１００７中に配置され、抑制層１０１７は、反射層１０２０中に配置される。そして、抑制層１０１７は、反射層１０２０の積層方向において接する誘電体（＝高屈折率層１０１５）と異なる屈折率を有する。
【０３４４】
図４８から図５１は、それぞれ、図４６に示す面発光レーザ素子１０００の作製方法を説明する第１から第４の工程図である。図４８を参照して、一連の動作が開始されると、ＭＯＣＶＤ法を用いて、バッファ層１００２、反射層１００３、共振器スペーサー層１００４、活性層１００５、共振器スペーサー層１００６、反射層１００７、選択酸化層１００８およびコンタクト層１００９を基板１００１上に順次積層する（図４８の工程（ａ４）参照）。
【０３４５】
この場合、バッファ層１００２のｎ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成し、反射層１００３のｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓおよびｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【０３４６】
また、共振器スペーサー層１００４のノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、活性層１００５のＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成する。
【０３４７】
さらに、共振器スペーサー層１００６のノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、反射層１００７のｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０３４８】
さらに、選択酸化層１００８のｐ−ＡｌＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、コンタクト層１００９のｐ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０３４９】
その後、コンタクト層１００９の上にレジストを塗布し、写真製版技術を用いて、コンタクト層１００９上にレジストパターン１２０を形成する（図４８の工程（ｂ４）参照）。この場合、レジストパターン１２０は、１辺が２０μｍである正方形の形状を有する。
【０３５０】
レジストパターン１２０を形成すると、その形成したレジストパターン１２０をマスクとして用いて、コンタクト層１００９、選択酸化層１００８、反射層１００７、共振器スペーサー層１００６、活性層１００５、共振器スペーサー層１００４、および反射層１００３の一部の周辺部をドライエッチングによって除去する。エッチング後、レジストパターン１２０を除去すると、選択酸化層１００８の端面が露出したメサ構造体が形成される。
【０３５１】
その後、８５℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした雰囲気中において、試料を４２５℃に加熱して、選択酸化層１００８の周囲を外周部から中央部に向けて酸化し、選択酸化層１００８中に非酸化領域１００８ａと酸化領域１００８ｂとを形成する（図４８の（ｃ４）参照）。
【０３５２】
図４９を参照して、非酸化領域１００８ａと酸化領域１００８ｂとを形成した後、ＣＶＤ法を用いて、試料の全面にＳｉＯ２層１０１１を形成し、写真製版技術を用いて光出射部となる領域およびその周辺領域のＳｉＯ２層１０１１を除去する。その後、試料の全体に絶縁性樹脂１０１２をスピンコートにより塗布し、光出射部となる領域上の絶縁性樹脂１０１２を除去する（図４９の工程（ｄ４）参照）。
【０３５３】
引き続いて、光出射部となる領域上に８μｍ角のレジストパターンを形成し、試料の全面にｐ側電極材料を蒸着により形成し、レジストパターン上のｐ側電極材料をリフトオフにより除去してｐ側電極１０１３を形成する。そして、基板１００１の裏面を研磨し、基板１００１の裏面にｎ側電極１０１８を形成し、さらに、アニールしてｐ側電極１０１３およびｎ側電極１０１８のオーミック導通を取る（図４９の工程（ｅ４）参照）。
【０３５４】
その後、電子ビーム蒸着によって、ＳｉＯ２からなる低屈折率層１０１４およびＴｉＯｘからなる高屈折率層１０１５を、順次、試料の全面に形成する（図４９の（ｆ４）参照）。
【０３５５】
図５０を参照して、低屈折率層１０１４および高屈折率層１０１５を形成した後、電子ビーム蒸着によって、２０ｎｍのＳｉＯ２層１０３０を試料の全面に形成する（図５０の（ｇ４）参照）。その後、４μｍ角の開口部を有するレジストパターンをＳｉＯ２層１０３０上に形成し、開口部の領域のＳｉＯ２層１０３０をバッファード弗酸（ＢＨＦ）によって除去する。ＴｉＯｘは、バッファード弗酸（ＢＨＦ）によって侵食されないので、開口部の領域のＳｉＯ２層１０３０のみを除去できる。これによって、抑制層１０１７が形成される（図５０の（ｈ４）参照）。
【０３５６】
図５１を参照して、抑制層１０１７を形成した後、電子ビーム蒸着によってＴｉＯｘからなる高屈折率層１０１５を抑制層１０１７上に形成する。これによって、面発光レーザ素子１０００が完成する（図５１の（ｉ４）参照）。
【０３５７】
面発光レーザ素子１０００においては、ｐ型半導体からなる反射層１００７および誘電体（ＳｉＯ２およびＴｉＯｘ）からなる反射層１０２０が活性層１００５に対して基板１００１と反対側に設けられる。そして、活性層１００５へ注入する電流を制限する選択酸化層１００８が反射層１００７中に設けられ、高次横モードを抑制する抑制層１０１７が反射層１０２０中に設けられる。その結果、選択酸化層１００８は、横モード特性を考慮して設ける必要がない。したがって、活性層１００５へ電流を注入するときの電気抵抗および発振閾値を低減するように選択酸化層１００８を形成することができる。
【０３５８】
特に、従来の面発光レーザ素子においては、単一基本横モード発振を得るために、高抵抗になる問題があったが、面発光レーザ素子１０００では、上述したように、導通領域の面積を広く設定でき、単一基本横モード発振を保ったまま、抵抗を容易に低減できる。
【０３５９】
図５２は、図４６に示す面発光レーザ素子１０００の共振領域の近傍を示す他の図である。面発光レーザ素子１０００は、反射層１０２０に代えて反射層１０２０Ａを備えていてもよい。反射層１０２０Ａは、反射層１０２０の高屈折率層１０１５を高屈折率層１０１５Ａに代えたものであり、その他は、反射層１０２０と同じである。
【０３６０】
高屈折率層１０１５Ａは、ＴｉＯｘからなり、λ／４ｎ（ｎは、ＴｉＯｘの屈折率）の膜厚を有する。そして、抑制層１０１７は、発振光の定在波分布の節の位置から、活性層１００５と反対側に発振光の位相変化がπ／４となる距離だけずらせて配置される。
【０３６１】
抑制層１０１７を高屈折率層１０１５Ａ中に配置する場合、低屈折率層１０１４上にλ／１０ｎ（ｎは、ＴｉＯｘの屈折率）の膜厚を有するＴｉＯｘを電子ビーム蒸着によって形成し、その後、２０ｎｍのＳｉＯ２層を電子ビーム蒸着によって形成し、２０ｎｍのＳｉＯ２層のうち、中央部の４．５μｍ角の大きさを有する領域をバッファード弗酸（ＢＨＦ）によって除去して開口部１０１７ａを作成する。そして、３λ／２０ｎ（ｎは、ＴｉＯｘの屈折率）の膜厚を有するＴｉＯｘを電子ビーム蒸着によって形成する。これによって、λ／４ｎ（ｎは、ＴｉＯｘの屈折率）の膜厚を有する高屈折率層１０１５Ａが形成される。
【０３６２】
上記においては、抑制層１０１７の開口部１０１７ａの大きさは、選択酸化層１００８の非酸化領域１００８ａの大きさよりも小さい４μｍであると説明したが、この発明においては、これに限らず、抑制層１０１７の開口部１０１７ａの大きさは、選択酸化層１００８の非酸化領域１００８ａの大きさより大きくしてもよい。
【０３６３】
また、面発光レーザ素子１０００においては、ｐ側電極１０１３は、好ましくは、選択酸化層１００８の酸化領域１００８ｂの面積と同じ大きさを有する。すなわち、ｐ側電極１０１３は、酸化領域１００８ｂに対応する位置に設けられる。
【０３６４】
さらに、抑制層１０１７は、発振光の定在波分布の節の位置から、活性層１００５と反対側に発振光の位相変化がπ／４となる距離だけずらせて配置されたが、この発明においては、これに限らず、抑制層１０１７は、発振光の定在波分布の節の位置と、活性層１００５と反対側に隣接する腹の位置との間であれば、任意の位置に設けられる。
【０３６５】
さらに、上記においては、電流狭窄層は、選択酸化層１００８からなると説明したが、この発明においては、これに限らず、電流狭窄層は、実施の形態４において説明した高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂにより構成されていてもよい。
【０３６６】
さらに、上記においては、反射層１０２０は、ＳｉＯ２およびＴｉＯｘからなると説明したが、実施の形態７においては、これに限らず、エッチング耐性が大きく異なる２つの誘電体であれば、ＳｉＯ２およびＴｉＯｘ以外の誘電体からなっていてもよい。
【０３６７】
面発光レーザ素子１０００は、図２２に示す面発光レーザアレイ３００Ａに用いられる。また、面発光レーザ素子１０００および面発光レーザ素子１０００を用いた面発光レーザアレイ３００Ａは、図２３に示す電子写真システム４００Ａおよび図２４に示す光通信システム５００Ａに用いられる。
【０３６８】
実施の形態７においては、反射層１００７は、「第１の反射層」を構成し、反射層１０２０は、「第２の反射層」を構成する。
【０３６９】
さらに、上記においては、面発光レーザ素子１００，２００，６００，７００，８００，９００，１０００を構成する各半導体層の形成方法としてＭＯＣＶＤ法を用いると説明したが、この発明においては、これに限らず、分子線結晶成長法（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）等のその他の結晶成長法を用いてもよい。
【０３７０】
さらに、面発光レーザ素子１００，２００，６００，７００，８００，９００，１０００の発振波長は、７８０ｎｍおよび９８０ｎｍ以外の波長であってもよい。たとえば、ＡｌＧａＩｎＰ系材料を活性層１０５，２０５，６０５，７０５，８０５，９０５，１００５に用いることによって、６８０ｎｍ帯よりも短波長の発光を得ることができる。また、ＡｌＧａＡｓ系材料を活性層１０５，２０５，６０５，７０５，８０５，９０５，１００５に用いることによって、７８０ｎｍ帯の他に８５０ｎｍ帯の発光を得ることができる。さらに、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ系材料を活性層１０５，２０５，６０５，７０５，８０５，９０５，１００５に用いることによって、１．１μｍ帯よりも長波長帯の発光を得ることができる。この場合、各波長帯に応じて、反射層１０３，１０７；２０３，２０７；６０３，６０７；７０３，７０７；８０３，８０７；９０３，９０７，１００７の材料および積層周期数を適切に選択することにより、高次横モード発振を抑制し、ほぼピーク出力まで単一基本横モード発振が可能な面発光レーザ素子を作製することができる。
【０３７１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０３７２】
１００，２００，６００，７００，８００，９００，１０００…面発光レーザ素子、１０１，２０１，６０１，７０１，８０１，９０１，１００１…基板、１０２，２０２，６０２，７０２，８０２，９０２，１００２…バッファ層、１０３，１０７，２０３，２０７，６０３，６０７，７０３，７０７，８０３，８０７，９０３，９０７，１００３，１００７，１０２０…反射層、１０４，１０６，２０４，２０６，６０４，６０６，７０４，７０６，８０４，８０６，９０４，９０６，１００４，１００６…共振器スペーサー層、１０５，２０５，６０５，７０５，８０５，９０５，１００５…活性層、１０８，２０８，６０８，６０９，７０９，８０８，８１４，９０８，９０９，１００８…選択酸化層、１０８ａ，６０８ａ，６０９ａ，７０９ａ，８０８ａ，８１４ａ，９０８ａ，９０９ａ，１００８ａ…非酸化領域、１０８ｂ，６０８ｂ，６０９ｂ，７０９ｂ，８０８ｂ，８１４ｂ，９０８ｂ，９０９ｂ，１００８ｂ…酸化領域、１０９、２０９，６１０，７１０，８０９，９１０，１００９…コンタクト層、１１０，２１０，６１１，７１１，８１１，９１１，１０１１…ＳｉＯ２層、１１１，２１１，６１２，７１２，８１２，９１２，１０１２…絶縁性樹脂、１１２，２１２，６１３，７１３，８１３，９１４，１０１３…ｐ側電極、１１３，２１３，６１４，７１４，８１５，９１３，１０１８…ｎ側電極、１２０，１３０，１４０…レジストパターン、３００，３００Ａ…面発光レーザアレイ、４００，４００Ａ…電子写真システム、４０１…感光ドラム、４０２…光学走査系、４０３，４０３Ａ…書き込み光源、４０４…同期制御装置、５００，５００Ａ…光通信システム、５１０，５２０…機器、５１１…駆動回路、５１２，５１２Ａ…レーザアレイモジュール、５２１…フォトダイオードアレイモジュール、５２２…信号検出回路、５３０…光ファイバアレイ、７０８ａ，７０８ｂ…高抵抗領域、８１０…エッチングストップ層、１０３１，２０３１，６０３１，７０３１，８０３１，９０３１…高屈折率層、１０３２，２０３２，６０３２，７０３２，８０３２，９０３２…低屈折率層、１０３３，２０３３，６０３３，７０３３，８０３３，９０３３…組成傾斜層。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０３７３】
【特許文献１】特開２００２−２０８７５５号公報
【特許文献２】特開２００３−１１５６３４号公報
【非特許文献】
【０３７４】
【非特許文献１】Applied Physics Letters vol. 66, No. 25, pp.3413-3415, 1995．
【非特許文献２】Electronics Letters No.24, Vol. 30, pp.2043-2044, 1994．
【非特許文献３】IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, vol.5, No. 3,p.p. 574-581, 1999．
【技術分野】
【０００１】
この発明は、面発光レーザ素子、それを備えた面発光レーザアレイ、面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えた電子写真システムおよび面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えた光通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板と垂直方向にレーザ発振を生じる面発光レーザ素子（面発光型半導体レーザ素子）が、精力的に研究されている。面発光レーザ素子では、端面発光型レーザ素子に比べて発振閾値電流が低く、円形の出射ビーム形状を得る事が可能である。
【０００３】
また、面発光レーザ素子は、基板に垂直な方向にレーザ出力が取り出せる事から、高密度２次元アレイ集積が容易であり、並列光インターコネクション用光源、高速高精彩電子写真システム等への応用が検討されている。
【０００４】
面発光レーザ素子の電流狭窄構造として、選択酸化を用いた構造が広く知られている（非特許文献１，２）。非特許文献１，２では、ＩｎＧａＡｓを活性層とした０．９８μｍ帯の面発光レーザ素子が示されている。これらの非特許文献１，２における面発光レーザ素子では、活性層の上部に設けたｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓからなる上部分布ブラッグ反射器中にＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓからなる被選択酸化層が設けられている。
【０００５】
この面発光レーザ素子は、結晶成長の後、被選択酸化層の側面が露出するように、上部分布ブラッグ反射器をメサ形状にエッチング加工し、８５℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした雰囲気中において４２５℃に加熱して、エッチング側面からメサの中央に向かってＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓからなる被選択酸化層を選択酸化することによって作製される。
【０００６】
選択酸化によってメサの周辺には、ＡｌＯｘからなる絶縁領域が形成されており、メサの中央には、非酸化領域による導通領域が形成される。ＡｌＯｘは、非常に良好な絶縁体であり、正孔の注入領域をメサの中央部に限定する事が可能であり、１ｍＡ以下の発振閾値電流を得ることができる。
【０００７】
また、選択酸化型面発光レーザ素子では、ＡｌＯｘの屈折率が１．６程度と他の半導体層に比べて小さいため、酸化層による横方向の光閉じ込めが生じて光の回折損失が低減し、効率の高い素子を得ることができる。
【０００８】
更に、素子の効率を向上させる為には、低屈折率を有する酸化層による光の散乱損失を低減することが有効であり、酸化層の位置を電界における定在波分布の節の位置に設ける構成がとられている（非特許文献３）。
【０００９】
非特許文献３では、選択酸化層の位置を定在波分布の節の位置とした場合と、腹の位置とした場合の閾値電流等について比較がなされており、節の位置に設けた場合の方が、光の散乱損失が低く抑えられ、低閾値電流を得られることが示されている。
【００１０】
また、面発光レーザ素子の多くの用途では、低閾値特性以外にも、高出力での単峰性のビーム形状が強く要求されている。しかし、選択酸化型面発光レーザ素子では、選択酸化層による横方向の屈折率差が大きい為に、高次横モードまでもが容易に閉じ込められ、発振するという問題があり、単一横モード制御は非常に重要な課題として挙げられる。高次モードの横方向における光閉じ込めを低減するには、横方向の有効屈折率差を小さくするか、又は、非酸化領域の面積を小さく設定する方法などが有効である。
【００１１】
非特許文献３の様に選択酸化層の位置を電界の定在波分布の節に設けると、酸化層による電界分布への影響が小さくなり、有効屈折率差を低減できる。また、非酸化領域の面積を小さくすると、モード分布が広い高次横モードは、次第に非酸化領域から漏れだし、閉じ込め作用を低下させることが可能である。波長帯にもよるが、従来の素子では酸化狭窄径を発振波長の３〜４倍程度に設定することによって、単一基本モード発振を得る事ができる。
【００１２】
しかしながら、上記の方法で単一基本横モード制御が可能なのは、比較的低注入レベルでの動作時のみであって、注入レベルを高くした場合には、発熱によるサーマルレンズ効果や、キャリアの空間的ホールバーニングにより高次横モードが発振してしまうという問題がある。また、非酸化領域の面積を小さく設定する方法では、発振領域の面積が小さくなるので高出力を得る事が難しく、また素子の抵抗も大きくなるという問題がある。
【００１３】
そこで、以上の単一基本横モード発振における高出力化という課題に対し、面発光レーザ素子に選択酸化層以外の、他のモード制御機構を装荷する方法がいくつか提案されている。例えば、特許文献１では、電極による高次横モードのフィルタリング作用を利用して、高次横モードの発振を抑制する方法が開示されている。この従来技術では酸化狭窄径に対して電極開口径の大きさを最適に選ぶ事により、単一基本横モード出力の向上を実現している。
【００１４】
また、特許文献２では、素子上部の半導体多層膜反射鏡表面における高次横モード分布に対応した領域にリリーフ状の加工を施す事により、高次横モードに対する多層膜反射鏡の反射率を低下させて発振を抑制し、単一基本横モード出力の向上を実現している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、例えば、特許文献１に開示された方法では、横モード特性および出力等は、電極開口の面積や、電極開口と選択酸化構造との位置ずれ等に対し非常に敏感であるという問題がある。この為、高い位置あわせ精度、加工形状の制御性が必要であり、ウェハ面内に渡って、均一性良く素子を製造することが難しい。また、電極開口を形成する工程において、開口寸法、位置ずれに対して厳しい工程管理が必要であり、製造コストを増加させる原因となる。
【００１６】
また、特許文献２の誘電体層による反射率の変化を用いる方法においても、誘電体膜を形成する工程と、これを部分的に除去する工程が必要となり、製造コストが増えてしまうという問題がある。また、同様に、素子特性は誘電体膜と電流注入領域との位置あわせ精度に対して敏感であり、ウェハ面内に渡って、均一性良く素子を製造することが難しい。
【００１７】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、単一基本横モードの出力を容易に向上可能な面発光レーザ素子を提供することである。
【００１８】
また、この発明の別の目的は、単一基本横モードの出力を容易に向上可能な面発光レーザ素子を備える面発光レーザアレイを提供することである。
【００１９】
さらに、この発明の別の目的は、単一基本横モードの出力を容易に向上可能な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える電子写真システムを提供することである。
【００２０】
さらに、この発明の別の目的は、単一基本横モードの出力を容易に向上可能な面発光レーザ素子、またはその面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイを備える光通信システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この発明によれば、面発光レーザ素子は、活性層と、共振器スペーサー層と、反射層と、電流狭窄層と、抑制層とを備える。共振器スペーサー層は、活性層の両側に設けられる。反射層は、共振器スペーサー層の両側に設けられ、活性層において発振した発振光を反射する。電流狭窄層は、活性層へ電流を注入するときの反射層の領域を制限する。抑制層は、活性層において発振した高次モード成分を抑制する。
【００２２】
好ましくは、電流狭窄層および抑制層は、反射層中に設けられる。そして、活性層と抑制層との距離は、活性層と電流狭窄層との距離に等しい。
【００２３】
好ましくは、抑制層は、発振光の電界の定在波分布の節に対応する反射層中の第１の位置と、活性層側と反対方向において、定在波分布の節に対応した第１の位置に隣接し、定在波分布の腹に対応する反射層中の第２の位置との間に設けられた第１の選択酸化層からなる。電流狭窄層は、第１の選択酸化層と異なる第２の選択酸化層からなる。そして、活性層と第１の選択酸化層との距離は、活性層と第２の選択酸化層との距離よりも大きい。
【００２４】
好ましくは、第２の選択酸化層は、発振光の電界の定在波分布の節に対応する位置に設けられる。
【００２５】
好ましくは、反射層は、第１および第２の反射層を含む。第１の反射層は、活性層の一方側に配置され、ｎ型の半導体からなる。第２の反射層は、活性層に対して第１の反射層と反対側に配置され、ｐ型の半導体からなる。そして、第１の選択酸化層は、第１の反射層中に配置され、第２の選択酸化層は、第２の反射層中に配置される。
【００２６】
好ましくは、面発光レーザ素子は、抑制層と電流狭窄層との間に設けられ、活性層に電流を注入するための半導体層をさらに備える。抑制層は、発振光の電界の定在波分布の節に対応する反射層中の第１の位置と、活性層側と反対方向において、定在波分布の節に対応した第１の位置に隣接し、定在波分布の腹に対応する反射層中の第２の位置との間に設けられた第１の選択酸化層からなる。電流狭窄層は、第１の選択酸化層と異なる第２の選択酸化層からなる。第１および第２の選択酸化層は、活性層に対して基板と反対側に設けられる。第２の選択酸化層は、半導体層からの電流を制限して活性層に注入する。活性層と第１の選択酸化層との距離は、活性層と第２の選択酸化層との距離よりも大きい。
【００２７】
好ましくは、第２の選択酸化層の非酸化領域の面積は、第１の選択酸化層の非酸化領域の面積よりも大きい。
【００２８】
好ましくは、抑制層は、発振光の電界の定在波分布の節に対応する反射層中の第１の位置と、活性層側と反対方向において、定在波分布の節に対応した第１の位置に隣接し、定在波分布の腹に対応する反射層中の第２の位置との間に設けられた選択酸化層からなる。電流狭窄層は、イオン注入され、活性層へ注入される電流が通過する領域よりも高い抵抗を有する高抵抗領域からなる。活性層と抑制層との距離は、活性層と電流狭窄層との距離よりも大きい。
【００２９】
好ましくは、反射層は、第１および第２の反射層を含む。第１の反射層は、活性層に対して基板と反対側に設けられ、半導体からなる。第２の反射層は、第１の反射層上に設けられ、誘電体からなる。電流狭窄層は、第１の反射層中に設けられる。抑制層は、発振光の電界の定在波分布の節に対応する第２の反射層中の第１の位置と、活性層側と反対方向において、定在波分布の節に対応した第１の位置に隣接し、定在波分布の腹に対応する第２の反射層中の第２の位置との間に設けられるとともに、第２の反射層の積層方向において隣接する誘電体と異なる屈折率を有する誘電体層からなる。
【００３０】
好ましくは、面発光レーザ素子は、正極電極をさらに備える。電流狭窄層は、非酸化領域と基板の面内方向において非酸化領域の周囲に設けられる。そして、正極電極は、第１の反射層の上部に設けられたコンタクト層の表面において酸化領域に対応する位置に設けられる。
【００３１】
さらに、この発明によれば、面発光レーザアレイは、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子を備える。
【００３２】
さらに、この発明によれば、電子写真システムは、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子、または請求項１１に記載の面発光レーザアレイを備える。
【００３３】
さらに、この発明によれば、光通信システムは、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子、または請求項１１に記載の面発光レーザアレイを備える。
【発明の効果】
【００３４】
この発明によれば、単一基本横モードの出力を容易に向上できる。
【００３５】
さらに、この発明による面発光レーザアレイは、この発明による面発光レーザ素子を備えるので、高次横モード成分を抑制し、単一基本横モード成分からなる発振光を出射する。
【００３６】
したがって、この発明によれば、面発光レーザアレイにおいても、単一基本横モードの出力を容易に向上できる。
【００３７】
さらに、この発明による電子写真システムは、この発明による面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えるので、単一基本横モードで発振したレーザ光を用いて感光ドラム上に潜像を形成する。
【００３８】
したがって、この発明によれば、電子写真システムにおいて高速書き込みが可能である。
【００３９】
さらに、この発明による光通信システムは、この発明による面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えるので、単一基本横モードで発振したレーザ光を用いて信号を送信する。
【００４０】
したがって、この発明によれば、伝送誤りを少なくして信号を送信できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の実施の形態１による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図２】図１に示す反射層の一部の断面図である。
【図３】図１に示す面発光レーザ素子の共振領域の近傍を示す図である。
【図４】図１に示す面発光レーザ素子の共振領域の近傍を示す他の図である。
【図５】図１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第１の工程図である。
【図６】図１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第２の工程図である。
【図７】図１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第３の工程図である。
【図８】選択酸化層を反射層中の高屈折率層中に配置した場合における有効屈折率差Δｎｅｆｆ）および発振閾値利得と選択酸化層の位置との関係を示す図である。
【図９】高屈折率層中における選択酸化層の位置を説明するための図である。
【図１０】選択酸化層を反射層中の低屈折率層中に配置した場合における有効屈折率差（Δｎｅｆｆ）および発振閾値利得と選択酸化層の位置との関係を示す図である。
【図１１】低屈折率層中における選択酸化層の位置を説明するための図である。
【図１２】図１に示す面発光レーザ素子の電流−光出力特性を示す図である。
【図１３】従来の面発光レーザ素子の電流−光出力特性を示す図である。
【図１４】図１に示す面発光レーザ素子における基本横モード出力とピーク出力との比を非酸化領域の面積に対してプロットした図である。
【図１５】従来の面発光レーザ素子における基本横モード出力とピーク出力との比を非酸化領域の面積に対してプロットした図である。
【図１６】図１に示す面発光レーザ素子の共振領域の近傍を示すさらに他の図である。
【図１７】図１に示す面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイの平面図である。
【図１８】図１に示す面発光レーザ素子または図１６に示す面発光レーザアレイを用いた電子写真システムの概略図である。
【図１９】図１に示す面発光レーザ素子を用いた光通信システムの概略図である。
【図２０】実施の形態２による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図２１】図２０に示す面発光レーザ素子の共振領域の近傍を示す図である。
【図２２】図２０に示す面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイの平面図である。
【図２３】図２０に示す面発光レーザ素子または図２２に示す面発光レーザアレイを用いた電子写真システムの概略図である。
【図２４】図２０に示す面発光レーザ素子を用いた光通信システムの概略図である。
【図２５】実施の形態３による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図２６】図２５に示す面発光レーザ素子の共振領域の近傍を示す図である。
【図２７】抑制層として機能する選択酸化層を低屈折率層中に配置した場合における選択酸化層の位置と、利得比および有効屈折率差との関係を示す図である。
【図２８】抑制層として機能する選択酸化層を低屈折率層中に配置した場合における選択酸化層の位置と、発振閾値利得との関係を示す図である。
【図２９】実施の形態４による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図３０】図２９に示す面発光レーザ素子の共振領域（＝共振器スペーサー層および活性層からなる）の近傍を示す図である。
【図３１】図２９に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第１の工程図である。
【図３２】図２９に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第２の工程図である。
【図３３】図２９に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第３の工程図である。
【図３４】図２９に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第４の工程図である。
【図３５】実施の形態５による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図３６】図３５に示す面発光レーザ素子の共振領域の近傍を示す図である。
【図３７】図３５に示す面発光レーザ素子の作製方法を説明する第１の工程図である。
【図３８】図３５に示す面発光レーザ素子の作製方法を説明する第２の工程図である。
【図３９】図３５に示す面発光レーザ素子の作製方法を説明する第３の工程図である。
【図４０】図３５に示す面発光レーザ素子の作製方法を説明する第４の工程図である。
【図４１】実施の形態６による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図４２】図４１に示す面発光レーザ素子の共振領域の近傍を示す図である。
【図４３】図４１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第１の工程図である。
【図４４】図４１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第２の工程図である。
【図４５】図４１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第３の工程図である。
【図４６】実施の形態７による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図４７】図４６に示す面発光レーザ素子の共振領域の近傍を示す図である。
【図４８】図４６に示す面発光レーザ素子の作製方法を説明する第１の工程図である。
【図４９】図４６に示す面発光レーザ素子の作製方法を説明する第２の工程図である。
【図５０】図４６に示す面発光レーザ素子の作製方法を説明する第３の工程図である。
【図５１】図４６に示す面発光レーザ素子の作製方法を説明する第４の工程図である。
【図５２】図４６に示す面発光レーザ素子の共振領域の近傍を示す他の図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明の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。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００４３】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による面発光レーザ素子の概略断面図である。図１を参照して、この発明による実施の形態１による面発光レーザ素子１００は、基板１０１と、バッファ層１０２と、反射層１０３，１０７と、共振器スペーサー層１０４，１０６と、活性層１０５と、選択酸化層１０８と、コンタクト層１０９と、ＳｉＯ２層１１０と、絶縁性樹脂１１１と、ｐ側電極１１２と、ｎ側電極１１３とを備える。なお、面発光レーザ素子１００は、７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
【００４４】
基板１０１は、ｎ型ガリウム砒素（ｎ−ＧａＡｓ）からなる。バッファ層１０２は、ｎ−ＧａＡｓからなり、基板１０１の一主面に形成される。反射層１０３は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、４０．５周期の［ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、バッファ層１０２上に形成される。
【００４５】
共振器スペーサー層１０４は、ノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなり、反射層１０３上に形成される。活性層１０５は、ＡｌＧａＡｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓの対を一周期とした場合、３周期の［ＡｌＧａＡｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ］からなる多重量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層１０４上に形成される。そして、ＡｌＧａＡｓは、５．６ｎｍの膜厚を有し、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓは、７．８ｎｍの膜厚を有する。
【００４６】
共振器スペーサー層１０６は、ノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなり、活性層１０５上に形成される。反射層１０７は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、２６周期の［ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、共振器スペーサー層１０６上に形成される。
【００４７】
選択酸化層１０８は、ｐ−ＡｌＡｓからなり、反射層１０７中に設けられる。そして、選択酸化層１０８は、非酸化領域１０８ａと酸化領域１０８ｂとからなり、２０ｎｍの膜厚を有する。
【００４８】
コンタクト層１０９は、ｐ−ＧａＡｓからなり、反射層１０７上に形成される。ＳｉＯ２層１１０は、反射層１０３の一部の一主面と、共振器スペーサー層１０４、活性層１０５、共振器スペーサー層１０６、反射層１０７、選択酸化層１０８およびコンタクト層１０９の端面とを覆うように形成される。
【００４９】
絶縁性樹脂１１１は、ＳｉＯ２層１１０に接して形成される。ｐ側電極１１２は、コンタクト層１０９の一部および絶縁性樹脂１１１上に形成される。ｎ側電極１１３は、基板１０１の裏面に形成される。
【００５０】
そして、反射層１０３，１０７の各々は、活性層１０５で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層１０５に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。
【００５１】
図２は、図１に示す反射層１０３の一部の断面図である。図２を参照して、反射層１０３は、高屈折率層１０３１と、低屈折率層１０３２と、組成傾斜層１０３３とを含む。高屈折率層１０３１は、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、低屈折率層１０３２は、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層１０３３は、低屈折率層１０３１および高屈折率層１０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたＡｌＧａＡｓからなる。
【００５２】
組成傾斜層１０３３が設けられるのは、低屈折率層１０３１と高屈折率層１０３２との間の電気抵抗を低減するためである。
【００５３】
高屈折率層１０３１は、ｄ１の膜厚を有し、低屈折率層１０３２は、ｄ２の膜厚を有し、組成傾斜層１０３３は、ｄ３の膜厚を有する。
【００５４】
組成傾斜層１０３３を含まない急峻な界面を備えた反射層の場合には、反射層を構成する低屈折率層と高屈折率層の膜厚は、ブラッグの多重反射の位相条件を満たす様に、レーザ発振波長（λ＝７８０ｎｍ）に対してλ／４ｎ（ｎは各半導体層の屈折率）に設定される。
【００５５】
このλ／４ｎの膜厚は、各半導体層中における発振光の位相変化量がπ／２となる膜厚である。実施の形態１のように、組成傾斜層１０３３を含む場合では、各半導体層と組成傾斜層１０３３を含めた厚さが、ブラッグの多重反射の条件を満たすように設定される。
【００５６】
そして、膜厚ｄ３は、たとえば、２０ｎｍに設定され、ｄ１＋ｄ３およびｄ２＋ｄ３がブラッグの多重反射の条件を満たすように、膜厚ｄ１，ｄ２の各々が設定される。すなわち、反射層１０３中における発振光の位相変化量がπ／２となるように、ｄ１＋ｄ３およびｄ２＋ｄ３の各々が設定される。
【００５７】
なお、反射層１０７は、反射層１０３と同じ構造からなる。
【００５８】
図３は、図１に示す面発光レーザ素子１００の共振領域の近傍を示す図である。なお、図３においては、面発光レーザ素子１００の発振状態における発振光の電界の強度分布も模式的に示している。
【００５９】
図３を参照して、面発光レーザ素子１００の共振領域は、共振器スペーサー層１０４，１０６と、活性層１０５とから構成される領域と定義される。振器スペーサー層１０４，１０６と、活性層１０５とからなる共振領域は、これらの半導体層中における発振光の位相変化量が２πとなるように設定されており、一波長共振器構造を形成する。
【００６０】
また、誘導放出確率を高めるために、活性層１０５は、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）内における中央部に位置し、かつ、発振光の定在波分布における腹に対応する位置に設けられる。
【００６１】
反射層１０３，１０７は、低屈折率層１０３２側がそれぞれ共振器スペーサー層１０４，１０６に接するように構成されており、低屈折率層１０３２と共振器スペーサー層１０４，１０６との界面（実施の形態１においては組成傾斜層１０３３）が発振光の電界の定在波分布における腹となっている。
【００６２】
また、上述したように、ｄ１＋ｄ３またはｄ２＋ｄ３は、発振光の位相変化量がπ／２になるように設定されるので、高屈折率層１０３１と低屈折率層１０３２との間の組成傾斜膜１０３３が配置された位置では、腹と節とが交互に現れる。
【００６３】
選択酸化層１０８は、反射層１０７において、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の低屈折率層１０３２中に設けられる。より具体的には、選択酸化層１０８は、発振波の電界の定在波分布における節の位置から活性層１０５と反対側に発振光の位相変化量がπ／４となる距離（すなわち、低屈折率層１０３２の屈折率をｎとしてλ／８ｎとなる距離）だけずらせた位置に設けられる。
【００６４】
そして、選択酸化層１０８を設けた低屈折率層１０３２の膜厚は、組成傾斜層１０３３の一部を含めた発振波長に対する位相変化量が３π／２となる膜厚に設定される。このように、反射層１０７の構成層における発振光の位相変化量がπ／２の奇数倍になる場合、多重反射の位相条件を満たすことができる。
【００６５】
図４は、図１に示す面発光レーザ素子１００の共振領域の近傍を示す他の図である。なお、図４においても、面発光レーザ素子１００の発振状態における発振光の電界の強度分布も模式的に示している。
【００６６】
図４を参照して、選択酸化層１０８は、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の高屈折率層１０３１中に設けられる。より具体的には、選択酸化層１０８は、発振波の電界の定在波分布における４周期目の節と、活性層１０５から遠ざかる方向において４周期目の節に隣接する腹との間に設けられる。その他は、図３における説明と同じである。
【００６７】
このように、この発明よる面発光レーザ素子１００においては、選択酸化層１０８は、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の高屈折率層１０３１中、または共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の低屈折率層１０３２中に設けられる。
【００６８】
図５、図６および図７は、それぞれ、図１に示す面発光レーザ素子１００の作製方法を示す第１から第３の工程図である。図５を参照して、一連の動作が開始されると、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、バッファ層１０２、反射層１０３、共振器スペーサー層１０４、活性層１０５、共振器スペーサー層１０６、反射層１０７、選択酸化層１０８、およびコンタクト層１０９を基板１０１上に順次積層する（図５の工程（ａ）参照）。
【００６９】
この場合、バッファ層１０２のｎ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成し、反射層１０３のｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓおよびｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【００７０】
また、共振器スペーサー層１０４のノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、活性層１０５のＡｌＧａＡｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成する。
【００７１】
さらに、共振器スペーサー層１０６のノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、反射層１０７のｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【００７２】
さらに、選択酸化層１０８のｐ−ＡｌＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、コンタクト層１０９のｐ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【００７３】
その後、コンタクト層１０９の上にレジストを塗布し、写真製版技術を用いて、コンタクト層１０９上にレジストパターン１２０を形成する（図５の工程（ｂ）参照）。この場合、レジストパターン１２０は、１辺が２０μｍである正方形の形状を有する。
【００７４】
レジストパターン１２０を形成すると、その形成したレジストパターン１２０をマスクとして用いて、共振器スペーサー層１０４、活性層１０５、共振器スペーサー層１０６、反射層１０７、選択酸化層１０８およびコンタクト層１０９の周辺部をドライエッチングにより除去し、さらに、レジストパターン１２０を除去する（図５の工程（ｃ）参照）。
【００７５】
次に、図６を参照して、図５に示す工程（ｃ）の後、８５℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした雰囲気中において、試料を４２５℃に加熱して、選択酸化層１０８の周囲を外周部から中央部に向けて酸化し、選択酸化層１０８中に非酸化領域１０８ａと酸化領域１０８ｂとを形成する（図６の工程（ｄ）参照）。この場合、非酸化領域１０８ａは、１辺が４μｍである正方形からなる。
【００７６】
その後、気相化学堆積法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、試料の全面にＳｉＯ２層１１０を形成し、写真製版技術を用いて光出射部となる領域およびその周辺領域のＳｉＯ２層１１０を除去する（図６の工程（ｅ）参照）。
【００７７】
次に、試料の全体に絶縁性樹脂１１１をスピンコートにより塗布し、光出射部となる領域上の絶縁性樹脂１１１を除去する（図６の工程（ｆ）参照）。
【００７８】
図７を参照して、絶縁性樹脂１１１を形成した後、光出射部となる領域上に１辺が８μｍであるレジストパターンを形成し、試料の全面にｐ側電極材料を蒸着により形成し、レジストパターン上のｐ側電極材料をリフトオフにより除去してｐ側電極１１２を形成する（図７の工程（ｇ）参照）。そして、基板１０１の裏面を研磨し、基板１０１の裏面にｎ側電極１１３を形成し、さらに、アニールしてｐ側電極１１２およびｎ側電極１１３のオーミック導通を取る（図７の工程（ｈ）参照）。これによって、面発光レーザ素子１００が作製される。
【００７９】
図８は、選択酸化層１０８を反射層１０７中の高屈折率層１０３１中に配置した場合における有効屈折率差（Δｎｅｆｆ）および発振閾値利得と選択酸化層１０８の位置との関係を示す図である。
【００８０】
図８において、縦軸は、非酸化領域１０８ａと酸化領域１０８ｂとの有効屈折率差（Δｎｅｆｆ）を非酸化領域１０８ａにおける有効屈折率ｎｅｆｆで規格化した値および発振閾値利得を表し、横軸は、選択酸化層１０８の位置を表す。
【００８１】
また、曲線ｋ１は、Δｎｅｆｆ／ｎｅｆｆと選択酸化層１０８の位置との関係を示し、曲線ｋ２は、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得を示し、曲線ｋ３は、酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得を示す。
【００８２】
なお、発振閾値利得は、共振器損失（ミラーの反射損失）に相当するものであり、発振閾値利得が大きい程、共振器損失（ミラーの反射損失）が大きいことを意味する。
【００８３】
図９は、高屈折率層１０３１中における選択酸化層１０８の位置を説明するための図である。図９を参照して、選択酸化層１０８は、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の高屈折率層１０３１中に設けられる。そして、選択酸化層１０８の位置が“０”である場合、選択酸化層１０８は、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の低屈折率層１０３２と高屈折率層１０３１との界面（＝発振光の電界の定在波分布において共振領域から４周期目の節）に配置される。
【００８４】
また、選択酸化層１０８の位置が“０．２５”である場合、選択酸化層１０８は、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の高屈折率層１０３１と５周期目の低屈折率層１０３２との界面（＝発振光の電界の定在波分布において共振領域から５周期目の腹）に配置される。
【００８５】
さらに、選択酸化層１０８の位置が“０．５”である場合、選択酸化層１０８は、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から５周期目の低屈折率層１０３２と５周期目の高屈折率層１０３１との界面（＝発振光の電界の定在波分布において共振領域から５周期目の節）に配置される。
【００８６】
さらに、選択酸化層１０８の位置が“−０．２５”である場合、選択酸化層１０８は、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から３周期目の高屈折率層１０３１と４周期目の低屈折率層１０３２との界面（＝発振光の電界の定在波分布において共振領域から４周期目の腹）に配置される。
【００８７】
したがって、選択酸化層１０８の位置が正であることは、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の高屈折率層１０３１と低屈折率層１０３２との界面からさらに活性層１０５の方向と反対方向へ行くことを意味し、選択酸化層１０８の位置が負であることは、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の高屈折率層１０３１と低屈折率層１０３２との界面から活性層１０５へ近づくことを意味する。
【００８８】
また、 “−０．２５”の位置および“０．２５”の位置は、発振光の電界の定在波分布の腹に相当する位置である。
【００８９】
再び、図８を参照して、Δｎｅｆｆ／ｎｅｆｆは、選択酸化層１０８の位置が“０”から正の方向へ移動するに伴って大きくなり、選択酸化層１０８の位置が約０．２５の位置で、極大になる。そして、Δｎｅｆｆ／ｎｅｆｆは、選択酸化層１０８の位置が０．２５から０．５の方向へ移動するに伴って減少する（曲線ｋ１参照）。
【００９０】
また、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得は、選択酸化層１０８の位置が“０”から正の方向へ移動すると、若干、大きくなり、選択酸化層１０８の位置が“０．１２５”になると極大になる。そして、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得は、選択酸化層１０８の位置が“０．１２５”から“０．２５”へ移動するに伴って小さくなる（曲線ｋ２参照）。
【００９１】
一方、酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得は、選択酸化層１０８の位置が“０”から正の方向へ移動すると、急激に大きくなり、選択酸化層１０８の位置が“０．１２５”付近になると、極大になる。そして、酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得は、選択酸化層１０８の位置が“０．１２５”から“０．２５”へ移動するに伴って小さくなる（曲線ｋ３参照）。
【００９２】
したがって、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得と酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得との差は、選択酸化層１０８の位置が“０”および“０．２５”である場合、最小になり、選択酸化層１０８の位置が“０”から“０．１２５”へ移動するに伴って大きくなる。そして、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得と酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得との差は、選択酸化層１０８の位置が“０．１２５”から“０．２５”へ移動するに伴って小さくなる（曲線ｋ２，ｋ３参照）。
【００９３】
そして、上述したように、発振閾値利得が大きい程、共振器損失（ミラーの反射損失）が大きいことを意味するので、選択酸化層１０８が“０”と“０．１２５”との間に存在する場合、酸化領域１０８ｂは、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）における損失を非酸化領域１０８ａよりも大きくする。
【００９４】
ここで、高次横モードは、基本横モードに比べて、横方向のモード分布が広く、酸化領域１０８ｂとの空間的な重なりが大きいので、酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得は、高次横モードの発振閾値利得に対応し、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得は、基本横モードの発振閾値利得に対応している。
【００９５】
そうすると、選択酸化層１０８が“０”と“０．１２５”との間に存在する場合、酸化領域１０８ｂの発振閾値利得が非酸化領域１０８ａの発振閾値利得よりも大きいことは、高次横モードの損失を基本横モードの損失よりも大きくする、すなわち、高次横モードを抑制することを意味する。
【００９６】
したがって、選択酸化層１０８を“０”と“０．１２５”との間に配置することによって、選択酸化層１０８の酸化領域１０８ｂは、高次横モードを抑制する抑制層および活性層１０５へ電流を注入するときの電流狭窄層として機能する。
【００９７】
図１０は、選択酸化層１０８を反射層１０７中の低屈折率層１０３２中に配置した場合における有効屈折率差（Δｎｅｆｆ）および発振閾値利得と選択酸化層１０８の位置との関係を示す図である。
【００９８】
図１０において、縦軸は、非酸化領域１０８ａと酸化領域１０８ｂとの有効屈折率差（Δｎｅｆｆ）を非酸化領域１０８ａにおける有効屈折率ｎｅｆｆで規格化した値および発振閾値利得を表し、横軸は、選択酸化層１０８の位置を表す。
【００９９】
また、曲線ｋ４は、Δｎｅｆｆ／ｎｅｆｆと選択酸化層１０８の位置との関係を示し、曲線ｋ５は、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得を示し、曲線ｋ６は、酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得を示す。
【０１００】
なお、図１０における曲線ｋ１，ｋ２，ｋ３は、図８に示す曲線ｋ１，ｋ２，ｋ３と同じである。
【０１０１】
図１１は、低屈折率層１０３２中における選択酸化層１０８の位置を説明するための図である。図１１を参照して、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の低屈折率層１０３２の膜厚は、この領域における共振光の位相変化量が３π／２となる膜厚（すなわち、３λ／４になる膜厚：λは共振波長、ｎは低屈折率層１０３２の屈折率）に設定している。そして、選択酸化層１０８を高屈折率層１０３１ではなく、低屈折率層１０３２中に設けている。
【０１０２】
この場合、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から３周期目の高屈折率層１０３１と４周期目の低屈折率層１０３２との界面が選択酸化層１０８の位置“０”になり、その位置“０”から活性層１０５と反対方向が正の方向であり、その位置“０”から活性層１０５に近づく方向が負の方向である。
【０１０３】
再び、図１０を参照して、Δｎｅｆｆ／ｎｅｆｆは、選択酸化層１０８の位置が“０”から正の方向へ移動するに伴って大きくなり、選択酸化層１０８の位置が約０．２５の位置で最大になる。そして、Δｎｅｆｆ／ｎｅｆｆは、選択酸化層１０８の位置が０．２５から０．５の方向へ移動するに伴って減少する（曲線ｋ４参照）。
【０１０４】
また、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得は、選択酸化層１０８の位置が“０”から正の方向および負の方向へ移動しても、殆ど変化しない（曲線ｋ５参照）。
【０１０５】
一方、酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得は、選択酸化層１０８の位置が“０”から正の方向へ移動すると、急激に大きくなり、選択酸化層１０８の位置が“０．１２５”付近になると、極大になる。そして、酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得は、選択酸化層１０８の位置が“０．１２５”から“０．２５”へ移動するに伴って小さくなる（曲線ｋ６参照）。
【０１０６】
したがって、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得と酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得との差は、選択酸化層１０８の位置が“０”および“０．２５”である場合、最小になり、選択酸化層１０８の位置が“０”から“０．１２５”へ移動するに伴って大きくなる。そして、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得と酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得との差は、選択酸化層１０８の位置が“０．１２５”から“０．２５”へ移動するに伴って小さくなる（曲線ｋ５，ｋ６参照）。
【０１０７】
その結果、図８において説明したように、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の低屈折率層１０３２中に配置された選択酸化層１０８は、高次横モードを抑制する。なお、選択酸化層１０８は、共振領域から４周期目以外の低屈折率層１０３２中に配置された場合も高次横モードを抑制する。
【０１０８】
そして、選択酸化層１０８を共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の低屈折率層１０３２中に配置した場合における非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得と酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得との差は、選択酸化層１０８を共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の高屈折率層１０３１中に配置した場合における非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得と酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得との差よりも大きいので（曲線ｋ２，ｋ３，ｋ５，ｋ６参照）、低屈折率層１０３２中に配置された選択酸化層１０８は、高屈折率層１０３１中に配置された選択酸化層１０８よりも効果的に高次横モードを抑制する。
【０１０９】
なお、選択酸化層１０８の位置が“０．１２５”である場合、非酸化領域１０８ａにおける発振閾値利得と酸化領域１０８ｂにおける発振閾値利得との差が最大になるので、好ましくは、選択酸化層１０８は、位置“０”と位置“０．２５”との中間点、すなわち、発振光の電界の定在波分布の節に相当する位置と、活性層１０５と反対方向において、その節に隣接する腹に相当する位置との中間点に配置される。また、低屈折率層１０３２中に設けた場合の方が、選択酸化層１０８とのバンド不連続量も小さくできるので、電気抵抗を小さくできる。
【０１１０】
図１２は、図１に示す面発光レーザ素子１００の電流−光出力特性を示す図である。また、図１３は、従来の面発光レーザ素子の電流−光出力特性を示す図である。なお、従来の面発光レーザ素子においては、選択酸化層は、発振光の電界の定在波分布における節の位置に形成された。また、面発光レーザ素子１００および従来の面発光レーザ素子においては、非酸化領域の一辺の長さを４μｍに設定した。
【０１１１】
図１２および図１３において、縦軸は、光出力を表し、横軸は、電流を表す。従来の面発光レーザ素子においては、４ｍＡ程度の注入電流において、高次横モードの発振が開始されており、電流−光出力特性にキンクが現れている（図１３参照）。
【０１１２】
一方、面発光レーザ素子１００においては、高次横モードが効果的に抑制され、ほぼピーク出力まで、単一基本横モード発振が得られている（図１２参照）。
【０１１３】
したがって、選択酸化層１０８の位置を発振光の電界の定在波分布における節と腹との間に設けることによって、ぼぼピーク出力まで高次横モード発振を抑制しながら単一基本モード発振を実現できる。
【０１１４】
図１４は、図１に示す面発光レーザ素子１００における基本横モード出力とピーク出力との比を非酸化領域１０８ａの面積に対してプロットした図である。また、図１５は、従来の面発光レーザ素子における基本横モード出力とピーク出力との比を非酸化領域の面積に対してプロットした図である。
【０１１５】
図１４および図１５において、縦軸は、基本横モード出力／ピーク出力を表し、横軸は、非酸化領域の面積を表す。なお、図１４および図１５における基本横モード出力とは、高次横モード抑圧比（ＳＭＳＲ）が２０ｄＢとなる時の出力と定義している。すなわち、ピーク出力において、単一基本横モード発振（ＳＭＳＲ＞２０ｄＢ）である場合、縦軸の基本横モード出力／ピーク出力は“１”となる。
【０１１６】
従来の面発光レーザ素子においては、非選択領域の面積が大きくなるに従って、基本横モード出力／ピーク出力は、急激に低下する。そして、ピーク出力まで単一基本横モード発振が可能な非酸化領域の面積は４μｍ２程度までであった（図１５参照）。
【０１１７】
一方、面発光レーザ素子１００においては、基本横モード出力／ピーク出力は、非酸化領域１０８ａの面積が４〜１８．５μｍ２の範囲では“１”であり、非酸化領域１０８ａの面積が４〜２０μｍ２の範囲において単一基本横モード発振（ＳＭＳＲ＞２０ｄＢ）が可能である（図１４参照）。
【０１１８】
このように、より大きな非酸化領域１０８ａの面積においても、単一基本横モード発振を得ることができ、従来の面発光レーザ素子における非酸化領域の面積を飛躍的に大きくできた。その結果、面発光レーザ素子１００の発光強度を強くできる。
【０１１９】
図１６は、図１に示す面発光レーザ素子１００の共振領域の近傍を示すさらに他の図である。図１６を参照して、選択酸化層１０８は、反射層１０７中において、共振領域（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５からなる）から２周期目の低屈折率層１０３２中に設けられてもよい。すなわち、選択酸化層１０８は、発振光の電界の定在波分布における活性層１０５から２周期目の節に相当する位置から、活性層１０５と反対方向において、発振光の位相変化量がπ／８（＝λ／１６ｎ）となる距離だけ移動した位置に配置されてもよい。
【０１２０】
選択酸化層１０８が図１６に示す配置位置に配置された面発光レーザ素子１００も、選択酸化層１０８が図３に示す配置位置に配置された面発光レーザ素子１００と同様に、非酸化領域１０８ａの面積を大きくできるとともに、単一基本横モード発振を得ることができる。また、選択酸化層１０８の位置の調整は、制御性に優れたＭＯＣＶＤ成長によって、非常に容易に行うことができる。
【０１２１】
図１７は、図１に示す面発光レーザ素子１００を用いた面発光レーザアレイの平面図である。図１７を参照して、面発光レーザアレイ３００は、２４個の面発光レーザ素子１００を所定の間隔で略菱形に配列した構造からなる。
【０１２２】
上述したように、面発光レーザ素子１００は、高次横モード発振を抑制して単一基本横モード発振をほぼピーク出力まで得ることができるので、面発光レーザアレイ３００も、ほぼピーク出力まで単一基本横モード発振による発振光を出射できる。
【０１２３】
また、面発光レーザ素子１００は、非酸化領域１０８ａの面積を約２０μｍ２まで大きくできるので、面発光レーザアレイ３００は、より高出力の発振光を出射できる。
【０１２４】
図１８は、図１に示す面発光レーザ素子１００または図１７に示す面発光レーザアレイ３００を用いた電子写真システムの概略図である。図１８を参照して、電子写真システム４００は、感光ドラム４０１と、光学走査系４０２と、書き込み光源４０３と、同期制御回路４０４とを備える。
【０１２５】
感光ドラム４０１は、同期制御回路４０４からの制御に従って、光学走査系４０２からの成形ビームによって潜像を形成する。光学走査系４０２は、ポリゴンミラーおよびレンズ収束系からなり、同期制御回路４０４からの制御に従って、書き込み光源４０３からのレーザ光を感光ドラム４０１上に集光する。
【０１２６】
書き込み光源４０３は、面発光レーザ素子１００または面発光レーザアレイ３００からなり、同期制御回路４０４からの制御に従って単一基本横モードのレーザ光を発振し、その発振したレーザ光を光学走査系４０２へ出射する。同期制御回路４０４は、感光ドラム４０１、光学走査系４０２および書き込み光源４０３を制御する。
【０１２７】
上述したように、面発光レーザ素子１００および面発光レーザアレイ３００は、単一基本横モードのレーザ光を高出力で発振可能であるので、電子写真システム４００においては、高速書き込みが可能であり、さらに、高精細な画像を得ることができる。
【０１２８】
図１９は、図１に示す面発光レーザ素子１００を用いた光通信システムの概略図である。図１９を参照して、光通信システム５００は、機器５１０，５２０と、光ファイバアレイ５３０とを備える。
【０１２９】
機器５１０は、駆動回路５１１と、レーザアレイモジュール５１２とを含む。駆動回路５１１は、レーザアレイモジュール５１２を駆動する。レーザアレイモジュール５１２は、面発光レーザ素子１００を１次元に配列したアレイモジュールからなる。そして、１次元に配列された複数の面発光レーザ素子１００は、光ファイバアレイ５３０の各光ファイバに連結されている。
【０１３０】
レーザアレイモジュール５１２は、駆動回路５１１によって駆動されると、単一基本横モード成分からなるレーザ光を発振し、送信信号を光信号に変換して光ファイバアレイ５３０を介して機器５２０へ送信する。なお、光通信システム５００においては、１次元に配列された複数の面発光レーザ素子１００は、「面発光レーザアレイ」を構成する。
【０１３１】
機器５２０は、フォトダイオードアレイモジュール５２１と、信号検出回路５２２とを含む。フォトダイオードアレイモジュール５２１は、１次元に配列された複数のフォトダイオードからなる。そして、複数のフォトダイオードは、光ファイバアレイ５３０の各ファイバに連結されている。したがって、フォトダイオードアレイモジュール５２１の各フォトダイオードは、各光ファイバを介してレーザアレイモジュール５１２の各面発光レーザ素子１００に接続されている。
【０１３２】
フォトダイオードアレイモジュール５２１は、光ファイバアレイ５３０から光信号を受信し、その受信した光信号を電気信号に変換する。そして、フォトダイオードアレイモジュール５２１は、その変換した電気信号を受信信号として信号検出回路５２２へ出力する。信号検出回路５２２は、フォトダイオードアレイモジュール５２１から受信信号を受け、その受けた受信信号を検出する。
【０１３３】
光ファイバアレイ５３０は、機器５１０のレーザアレイモジュール５１２を機器５２０のフォトダイオードアレイモジュール５２１に連結する。
【０１３４】
上述したように、面発光レーザ素子１００は、単一基本横モードで高出力なレーザ光を出射できるので、機器５１０は、伝送誤りを少なくして信号を機器５２０へ送信できる。その結果、光通信システム５００の信頼性を向上できる。
【０１３５】
なお、光通信システム５００においては、並列光インターコネクションシステムを例に説明したが、この発明による光通信システムは、これに限られず、単一の面発光レーザ素子１００を用いたシリアル伝送システムであってもよい。
【０１３６】
また、機器間の他にも、ボード間、チップ間およびチップ内インターコネクション等に応用してもよい。
【０１３７】
なお、選択酸化層１０８の酸化領域１０８ｂは、「電流狭窄層」および「抑制層」を構成する。
【０１３８】
［実施の形態２］
図２０は、実施の形態２による面発光レーザ素子の概略断面図である。図２０を参照して、実施の形態２による面発光レーザ素子２００は、基板２０１と、バッファ層２０２と、反射層２０３，２０７と、共振器スペーサー層２０４，２０６と、活性層２０５と、選択酸化層２０８と、コンタクト層２０９と、ＳｉＯ２層２１０と、絶縁性樹脂２１１と、ｐ側電極２１２と、ｎ側電極２１３とを備える。なお、面発光レーザ素子２００は、９８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
【０１３９】
基板２０１は、ｎ−ＧａＡｓからなる。バッファ層２０２は、ｎ−ＧａＡｓからなり、基板２０１の一主面に形成される。反射層２０３は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓの対を一周期とした場合、３５．５周期の［ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓ］からなり、バッファ層２０２上に形成される。
【０１４０】
共振器スペーサー層２０４は、ノンドープＧａＡｓからなり、反射層２０３上に形成される。活性層２０５は、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓを一対とした多重量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層２０４上に形成される。
【０１４１】
共振器スペーサー層２０６は、ノンドープＧａＡｓからなり、活性層２０５上に形成される。反射層２０７は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓの対を一周期とした場合、２４周期の［ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓ］からなり、共振器スペーサー層２０６上に形成される。
【０１４２】
選択酸化層２０８は、ｐ−ＡｌＡｓからなり、反射層２０７中に設けられる。そして、選択酸化層２０８は、非酸化領域２０８ａと酸化領域２０８ｂとからなる。
【０１４３】
コンタクト層２０９は、ｐ−ＧａＡｓからなり、反射層２０７上に形成される。ＳｉＯ２層２１０は、反射層２０３の一部の一主面と、共振器スペーサー層２０４、活性層２０５、共振器スペーサー層２０６、反射層２０７、選択酸化層２０８およびコンタクト層２０９の端面とを覆うように形成される。
【０１４４】
絶縁性樹脂２１１は、ＳｉＯ２層２１０に接して形成される。ｐ側電極２１２は、コンタクト層２０９の一部および絶縁性樹脂２１１上に形成される。ｎ側電極２１３は、基板２０１の裏面に形成される。
【０１４５】
そして、反射層２０３，２０７の各々は、活性層２０５で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層２０５に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。
【０１４６】
面発光レーザ素子２００においても、反射層２０３，２０７の各々は、反射層２０３，２０７中における低屈折率層（Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ）および高屈折率層（ＧａＡｓ）の一方の組成から他方の組成へ向かって組成が変化したＡｌＧａＡｓからなる組成傾斜層を含む。そして、組成傾斜層は、２０ｎｍの膜厚を有し、この膜厚は、低屈折率層（Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ）および高屈折率層（ＧａＡｓ）のそれぞれと、組成傾斜層の一部とを合わせた領域における発振光の位相変化量がπ／２となる膜厚に設定されており、発振光に対するブラッグの多重反射の位相条件を満たしている。
【０１４７】
図２１は、図２０に示す面発光レーザ素子２００の共振領域の近傍を示す図である。なお、図２１においては、面発光レーザ素子２００の発振状態における発振光の電界の強度分布も模式的に示している。
【０１４８】
図２１を参照して、面発光レーザ素子２００の共振領域は、共振器スペーサー層２０４，２０６と、活性層２０５とから構成される領域と定義される。振器スペーサー層２０４，２０６と、活性層２０５とからなる共振領域は、これらの半導体層中における発振光の位相変化量が２πとなるように設定されており、一波長共振器構造を形成する。
【０１４９】
また、誘導放出確率を高めるために、活性層２０５は、共振領域（＝共振器スペーサー層２０４，２０６および活性層２０５）内における中央部に位置し、かつ、発振光の定在波分布における腹に対応する位置に設けられる。
【０１５０】
反射層２０３，２０７は、低屈折率層２０３２側がそれぞれ共振器スペーサー層２０４，２０６に接するように構成されており、低屈折率層２０３２と共振器スペーサー層２０４，２０６との界面（実施の形態２においては組成傾斜層２０３３）が発振光の電界の定在波分布における腹となっている。
【０１５１】
また、実施の形態１と同じように、高屈折率層２０３１と低屈折率層２０３２との間の組成傾斜膜２０３３が配置された位置では、腹と節とが交互に現れる。
【０１５２】
選択酸化層２０８は、反射層２０７において、共振領域（＝共振器スペーサー層２０４，２０６および活性層２０５）から１周期目の高屈折率層２０３２中に設けられる。より具体的には、選択酸化層２０８は、発振波の電界の定在波分布における節の位置から活性層２０５と反対側に発振光の位相変化量が３π／１０となる距離（すなわち、高屈折率層２０３２の屈折率をｎとして３λ／２０ｎとなる距離）だけずらせた位置に設けられる。この選択酸化層２０８の位置は、高屈折率層２０３１の中央（節からの発振光の位相変化量がπ／４となる位置）よりも定在波分布の腹側に変位させた位置である。
【０１５３】
図２０に示す面発光レーザ素子１００は、図５、図６および図７に示す工程（ａ）〜工程（ｈ）に従って作製される。この場合、基板１０１、バッファ層１０２、反射層１０３，１０７、共振器スペーサー層１０４，１０６、活性層１０５、選択酸化層１０８、コンタクト層１０９、ＳｉＯ２層１１０、絶縁性樹脂１１１、ｐ側電極１１２、およびｎ側電極１１３をそれぞれ基板２０１、バッファ層２０２、反射層２０３，２０７、共振器スペーサー層２０４，２０６、活性層２０５、選択酸化層２０８、コンタクト層２０９、ＳｉＯ２層２１０、絶縁性樹脂２１１、ｐ側電極２１２、およびｎ側電極２１３に読み替えればよい。
【０１５４】
また、図５に示す工程（ａ）においては、バッファ層２０２のｎ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成し、反射層２０３のｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成し、反射層２０３のｎ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【０１５５】
また、共振器スペーサー層２０４のノンドープＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、活性層２０５のＩｎＧａＡｓをトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、活性層２０５のＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成する。
【０１５６】
さらに、共振器スペーサー層２０６のノンドープＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、反射層１０７のｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、反射層１０８のｐ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０１５７】
さらに、選択酸化層２０８のｐ−ＡｌＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、コンタクト層２０９のｐ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０１５８】
さらに、面発光レーザ素子２００の作製においては、光出射部に相当する領域は、一辺が２５μｍの正方形の形状からなり、選択酸化層２０８の非酸化領域２０８ａは、一辺の長さが５μｍに設定された。
【０１５９】
その他は、図５、図６および図７に示す作製方法において説明したとおりである。
【０１６０】
面発光レーザ素子２００は、面発光レーザ素子１００と同じように、ピーク出力まで単一基本横モードで発振でき、従来の面発光レーザ素子の単一基本横モードの出力に比べて高い出力を得ることができる。
【０１６１】
図２２は、図２０に示す面発光レーザ素子２００を用いた面発光レーザアレイの平面図である。図２２を参照して、面発光レーザアレイ３００Ａは、２４個の面発光レーザ素子２００を所定の間隔で略菱形に配列した構造からなる。
【０１６２】
上述したように、面発光レーザ素子２００は、高次横モード発振を抑制して単一基本横モード発振をほぼピーク出力まで得ることができるので、面発光レーザアレイ３００Ａも、ほぼピーク出力まで単一基本横モード発振による発振光を出射できる。
【０１６３】
また、面発光レーザ素子２００は、非酸化領域２０８ａの面積を面発光レーザ素子１００の非酸化領域１０８ａと同じように大きくできるので、面発光レーザアレイ３００Ａは、より高出力の発振光を出射できる。
【０１６４】
図２３は、図２０に示す面発光レーザ素子２００または図２２に示す面発光レーザアレイ３００Ａを用いた電子写真システムの概略図である。図２３を参照して、電子写真システム４００Ａは、図１８に示す電子写真システム４００の書き込み光源４０３を書き込み光源４０３Ａに代えたものであり、その他は、電子写真システム４００と同じである。
【０１６５】
書き込み光源４０３Ａは、面発光レーザ素子２００または面発光レーザアレイ３００Ａからなり、同期制御回路４０４からの制御に従って単一基本横モードのレーザ光を発振し、その発振したレーザ光を光学走査系４０２へ出射する。
【０１６６】
上述したように、面発光レーザ素子２００および面発光レーザアレイ３００Ａは、単一基本横モードのレーザ光を高出力で発振可能であるので、電子写真システム４００Ａにおいては、高速書き込みが可能であり、さらに、高精細な画像を得ることができる。
【０１６７】
その他は、電子写真システム４００と同じである。
【０１６８】
図２４は、図２０に示す面発光レーザ素子２００を用いた光通信システムの概略図である。図２４を参照して、光通信システム５００Ａは、図１９に示す光通信システム５００のレーザアレイモジュール５１２をレーザアレイモジュール５１２Ａに代えたものであり、その他は、光通信システム５００と同じである。
【０１６９】
レーザアレイモジュール５１２Ａは、面発光レーザ素子２００を１次元に配列したアレイモジュールからなる。そして、１次元に配列された複数の面発光レーザ素子２００は、光ファイバアレイ５３０の各光ファイバに連結されている。
【０１７０】
レーザアレイモジュール５１２Ａは、駆動回路５１１によって駆動されると、単一基本横モード成分からなるレーザ光を発振し、送信信号を光信号に変換して光ファイバアレイ５３０を介して機器５２０へ送信する。なお、光通信システム５００Ａにおいては、１次元に配列された複数の面発光レーザ素子２００は、「面発光レーザアレイ」を構成する。
【０１７１】
上述したように、面発光レーザ素子２００は、単一基本横モードで高出力なレーザ光を出射できるので、機器５１０は、伝送誤りを少なくして信号を機器５２０へ送信できる。その結果、光通信システム５００Ａの信頼性を向上できる。
【０１７２】
なお、選択酸化層２０８の酸化領域２０８ｂは、「電流狭窄層」および「抑制層」を構成する。
【０１７３】
その他は、光通信システム５００と同じである。
【０１７４】
［実施の形態３］
図２５は、実施の形態３による面発光レーザ素子の概略断面図である。図２５を参照して、実施の形態３による面発光レーザ素子６００は、基板６０１と、バッファ層６０２と、反射層６０３，６０７と、共振器スペーサー層６０４，６０６と、活性層６０５と、選択酸化層６０８，６０９と、コンタクト層６１０と、ＳｉＯ２層６１１と、絶縁性樹脂６１２と、ｐ側電極６１３と、ｎ側電極６１４とを備える。なお、面発光レーザ素子６００は、７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
【０１７５】
基板６０１は、ｎ−ＧａＡｓからなる。バッファ層６０２は、ｎ−ＧａＡｓからなり、基板６０１の一主面に形成される。反射層６０３は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、４１．５周期の［ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、バッファ層６０２上に形成される。
【０１７６】
共振器スペーサー層６０４は、ノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなり、反射層６０３上に形成される。活性層６０５は、ＡｌＧａＡｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓの対を一周期とした場合、３周期の［ＡｌＧａＡｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ］からなる多重量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層６０４上に形成される。
【０１７７】
共振器スペーサー層６０６は、ノンドープＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなり、活性層６０５上に形成される。反射層６０７は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、２４周期の［ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、共振器スペーサー層６０６上に形成される。
【０１７８】
選択酸化層６０８は、ｐ−ＡｌＡｓからなり、反射層６０７中に設けられる。そして、選択酸化層６０８は、非酸化領域６０８ａと酸化領域６０８ｂとからなり、２０ｎｍの膜厚を有する。選択酸化層６０９は、ｐ−ＡｌＡｓからなり、反射層６０７中に設けられる。そして、選択酸化層６０９は、非酸化領域６０９ａと酸化領域６０９ｂとからなり、２０ｎｍの膜厚を有する。非酸化領域６０８ａ，６０９ａの各々は、一辺が４μｍである略正方形からなる。そして、選択酸化層６０９は、選択酸化層６０８よりも活性層６０５から遠い位置に配置される。
【０１７９】
コンタクト層６１０は、ｐ−ＧａＡｓからなり、反射層６０７上に形成される。ＳｉＯ２層６１１は、反射層６０３の一部の一主面と、共振器スペーサー層６０４、活性層６０５、共振器スペーサー層６０６、反射層６０７、選択酸化層６０８，６０９およびコンタクト層６１０の端面とを覆うように形成される。この場合、ＳｉＯ２層６１１が形成されていない開口部は、一辺が８μｍである略正方形からなる。
【０１８０】
絶縁性樹脂６１２は、ＳｉＯ２層６１１に接して形成される。ｐ側電極６１３は、コンタクト層６１０の一部および絶縁性樹脂６１２上に形成される。ｎ側電極６１４は、基板６０１の裏面に形成される。
【０１８１】
そして、反射層６０３，６０７の各々は、活性層６０５で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層６０５に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。
【０１８２】
図２６は、図２５に示す面発光レーザ素子６００の共振領域の近傍を示す図である。なお、図２６においては、面発光レーザ素子６００の発振状態における発振光の電界の強度分布も模式的に示している。また、図２６における黒丸は、反射層６０７を構成する多層膜の周期的繰り返しを表すものであり、以下の図においても、同様の意味を有する。
【０１８３】
図２６を参照して、反射層６０３，６０７の各々は、高屈折率層６０３１と、低屈折率層６０３２と、組成傾斜層６０３３とを含む。反射層６０３において、高屈折率層６０３１は、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、低屈折率層６０３２は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層６０３３は、低屈折率層６０３１および高屈折率層６０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｎ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０１８４】
また、反射層６０７において、高屈折率層６０３１は、ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、低屈折率層６０３２は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層６０３３は、低屈折率層６０３１および高屈折率層６０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｐ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０１８５】
面発光レーザ素子６００の共振領域は、共振器スペーサー層６０４，６０６と、活性層６０５とから構成される領域と定義される。共振器スペーサー層６０４，６０６と、活性層６０５とからなる共振領域は、これらの半導体層中における発振光の位相変化量が２πとなるように設けられており、一波長共振器構造を形成する。
【０１８６】
また、誘導放出確率を高めるために、活性層６０５は、共振領域（共振器スペーサー層６０４，６０６および活性層６０５）内における中央部に位置し、かつ、発振光の定在波分布における腹に対応する位置に設けられる。
【０１８７】
反射層６０３，６０７は、低屈折率層６０３２側がそれぞれ共振器スペーサー層６０４，６０６に接するように構成されており、低屈折率層６０３２と共振器スペーサー層６０４，６０６との界面（実施の形態３においては組成傾斜層６０３３）が発振光の定在波分布における腹となっている。
【０１８８】
また、実施の形態１と同じように、高屈折率層６０３１と低屈折率層６０３２との間の組成傾斜膜６０３３が配置された位置では、腹と節とが交互に現れる。
【０１８９】
選択酸化層６０８は、共振領域（＝共振器スペーサー層６０４，６０６および活性層６０５）から２周期目の低屈折率層６０３２中に設けられる。より具体的には、選択酸化層６０８は、発振光の電界の定在波分布における２周期目の節に対応する位置に設けられる。選択酸化層６０８が設けられた低屈折率層６０３２の厚さは、低屈折率層６０３２の一方側に接する組成傾斜層６０３３の中央部から低屈折率層６０３２の他方側に接する組成傾斜層６０３３の中央部までの領域（図２に示す膜厚ｄ２の領域）における発振光の位相変化量が３π／２になるように設定される。そして、選択酸化層６０８は、活性層６０５へ注入する電流を制限する電流狭窄層として機能する。
【０１９０】
選択酸化層６０９は、共振領域（＝共振器スペーサー層６０４，６０６および活性層６０５）から１５周期目の低屈折率層６０３２中に設けられる。より具体的には、選択酸化層６０９は、発振光の電界の定在波分布における１５周期目の節に対応する位置から、活性層６０５と反対側となる方向に発振光の位相変化量がπ／４となる距離（低屈折率層６０３２の屈折率をｎとしてλ／８ｎとなる距離）だけずらせた位置に設けられる。選択酸化層６０９が設けられた低屈折率層６０３２の厚さは、選択酸化層６０８が設けられた低屈折率層６０３２の厚さと同じ厚さに設定される。そして、選択酸化層６０９は、実施の形態１における選択酸化層１０８と同じように、発振光の高次横モードを抑制する抑制層として機能する。
【０１９１】
このように、面発光レーザ素子６００においては、２つの選択酸化層６０８，６０９が設けられ、高次横モードを抑制する抑制層として機能する選択酸化層６０９は、電流狭窄層として機能する選択酸化層６０８よりも活性層６０５から遠い位置に設けられる。
【０１９２】
図２７は、抑制層として機能する選択酸化層６０９を低屈折率層６０３２中に配置した場合における選択酸化層６０９の位置と、利得比および有効屈折率差との関係を示す図である。また、図２８は、抑制層として機能する選択酸化層６０９を低屈折率層６０３２中に配置した場合における選択酸化層６０９の位置と、発振閾値利得との関係を示す図である。
【０１９３】
図２７において、縦軸は、選択酸化層６０９における非酸化領域６０９ａの発振閾値利得Ｇｎｏｎｏｘに対する酸化領域６０９ｂの発振閾値利得Ｇｏｘの利得比と、有効屈折率差とを表し、横軸は、抑制層（＝選択酸化層６０９）の反射層６０７中の位置（周期）を表し、周期数が大きい程、抑制層（＝選択酸化層６０９）が活性層６０５から離れた位置に配置されることを表す。また、曲線ｋ７は、選択酸化層６０９の位置と利得比との関係を示し、曲線ｋ８は、選択酸化層６０９の位置と有効屈折率差との関係を示す。
【０１９４】
図２８において、縦軸は、発振閾値利得を表し、横軸は、抑制層（＝選択酸化層６０９）の反射層６０７中の位置（周期）を表す。また、曲線ｋ９は、選択酸化層６０９の非酸化領域６０９ａにおける発振閾値利得を示し、曲線ｋ１０は、選択酸化層６０９の酸化領域６０９ｂにおける発振閾値利得を示す。
【０１９５】
図２７を参照して、有効屈折率差は、抑制層（＝選択酸化層６０９）が配置される反射層６０７の周期数が大きくなるに従って大きく低下する（曲線ｋ８参照）。そして、有効屈折率差が小さくなると、抑制層（＝選択酸化層６０９）による回折損失が小さくなる。
【０１９６】
一方、利得比は、抑制層（＝選択酸化層６０９）の位置が変化しても殆ど変化せず、約１．３７倍程度の利得比が得られる（曲線ｋ７参照）。また、図２８に示すように、非酸化領域６０９ａおよび酸化領域６０９ｂの発振閾値利得の絶対値自体も殆ど変化しない（曲線ｋ９，ｋ１０参照）。
【０１９７】
図２７に示す利得比（曲線ｋ７）が約１．３７倍になるのは、図２８に示すように酸化領域６０９ｂの発振閾値利得（曲線ｋ１０）が非酸化領域６０９ａの発振閾値利得（曲線ｋ９）よりも大きいためである。そして、発振閾値利得が大きい程、回折損失が大きくなる。また、高次横モードは、基本横モードに比べて横方向のモード分布が広く、酸化領域６０９ｂとの空間的な重なりが大きいので、酸化領域６０９ｂにおける発振閾値利得は、高次横モードの発振閾値利得に対応し、非酸化領域６０９ａにおける発振閾値利得は、基本横モードの発振閾値利得に対応している。
【０１９８】
そうすると、抑制層（＝選択酸化層６０９）を活性層６０５から相対的に遠い位置に配置することにより、高次横モードの抑圧比を高く保持したまま、抑制層（＝選択酸化層６０９）による回折損失を大幅に小さくできる。
【０１９９】
上述したように、高次横モードを抑制する抑制層として機能する選択酸化層６０９は、電流狭窄層として機能する選択酸化層６０８よりも活性層６０５から遠い位置に設けられるが、これにより、面発光レーザ素子６００における閾値電流を低くできる。
【０２００】
抑制層と電流狭窄層とを１つの選択酸化層で兼用した場合、抑制層（＝電流狭窄層）を活性層６０５から遠ざけることにより、抑制層（＝電流狭窄層）を通過した後のキャリアの再拡散等の影響によって、閾値電流が増加する。これを防止するためには、電流狭窄層を活性層６０５の近くに配置する必要がある。
【０２０１】
したがって、実施の形態３においては、電流狭窄層および抑制層を異なる選択酸化層６０８，６０９で形成し、電流狭窄層として機能する選択酸化層６０８を活性層６０５から近い位置（共振領域から２周期目の低屈折率層６０３２中）に配置し、抑制層として機能する選択酸化層６０９を活性層６０５から遠い位置（共振領域から１５周期目の低屈折率層６０３２中）に配置することにしたものである。
【０２０２】
このように、面発光レーザ素子６００においては、抑制層（＝選択酸化層６０９）と活性層６０５との距離は、電流狭窄層（＝選択酸化層６０８）と活性層６０５との距離よりも大きいことを特徴とする。
【０２０３】
そして、この特徴により、面発光レーザ素子６００において、低閾値電流を保ち、かつ、回折損失が小さく（＝スロープ効率が高く）、高出力な単一基本モード発振を実現できる。
【０２０４】
また、面発光レーザ素子６００においては、選択酸化層６０８は、発振光の電界の定在波分布の節に対応する位置に設けられることを特徴とする。
【０２０５】
この特徴により、選択酸化層６０８による発振光の回折損失を低く抑えることができる。その結果、面発光レーザ素子６００における出力を高くできる。
【０２０６】
面発光レーザ素子６００は、図５、図６および図７に示す工程（ａ）〜工程（ｈ）に従って作製される。この場合、基板１０１、バッファ層１０２、反射層１０３，１０７、共振器スペーサー層１０４，１０６、活性層１０５、選択酸化層１０８、コンタクト層１０９、ＳｉＯ２層１１０、絶縁性樹脂１１１、ｐ側電極１１２、およびｎ側電極１１３をそれぞれ基板６０１、バッファ層６０２、反射層６０３，６０７、共振器スペーサー層６０４，６０６、活性層６０５、選択酸化層６０８，６０９、コンタクト層６１０、ＳｉＯ２層６１１、絶縁性樹脂６１２、ｐ側電極６１３、およびｎ側電極６１４に読み替えればよい。
【０２０７】
上記においては、選択酸化層６０８の非酸化領域６０８ａの面積は、選択酸化領域６０９の非酸化領域６０９ａの面積と同じであると説明したが、この発明においては、これに限らず、選択酸化層６０８の非酸化領域６０８ａの面積が選択酸化領域６０９の非酸化領域６０９ａの面積と異なるようにしてもよい。
【０２０８】
高次横モードの抑制効果は、抑制層（＝選択酸化層６０９）の非酸化領域６０９ａの面積によって略決定される。したがって、電流狭窄層（＝選択酸化層６０８）の非酸化領域６０８ａの面積を抑制層（＝選択酸化層６０９）の非酸化領域６０９ａの面積よりも大きく設定すると、活性層６０５への電流注入領域（発振領域）の面積が大きくなるので、高次横モードを抑制したまま、更に高出力な発振光を得ることができる。
【０２０９】
この場合、選択酸化層６０８，６０９は、Ａｌ組成の大きなＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．９≦ｘ≦１）によって形成することができる。ＡｌＧａＡｓおよびＡｌＡｓからなる選択酸化層は、膜厚が厚い程、またはＡｌ組成が大きい程、大きな酸化速度を有するので、Ａｌ組成または膜厚を調整することにより、一度の酸化によって非酸化領域の面積が異なる２つの選択酸化層６０８，６０９を形成することができる。
【０２１０】
面発光レーザ素子６００は、図１７に示す面発光レーザアレイ３００に用いられる。また、面発光レーザ素子６００および面発光レーザ素子６００を用いた面発光レーザアレイ３００は、図１８に示す電子写真システム４００および図１９に示す光通信システム５００に用いられる。
【０２１１】
［実施の形態４］
図２９は、実施の形態４による面発光レーザ素子の概略断面図である。図２９を参照して、実施の形態４による面発光レーザ素子７００は、基板７０１と、バッファ層７０２と、反射層７０３，７０７と、共振器スペーサー層７０４，７０６と、活性層７０５と、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂと、選択酸化層７０９と、コンタクト層７１０と、ＳｉＯ２層７１１と、絶縁性樹脂７１２と、ｐ側電極７１３と、ｎ側電極７１４とを備える。なお、面発光レーザ素子７００は、７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
【０２１２】
面発光レーザ素子７００は、図２５に示す面発光レーザ素子６００の選択酸化層６０８を高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂに代えたものであり、基板７０１、バッファ層７０２、反射層７０３，７０７、共振器スペーサー層７０４，７０６、活性層７０５、選択酸化層７０９、コンタクト層７１０、ＳｉＯ２層７１１、絶縁性樹脂７１２、ｐ側電極７１３およびｎ側電極７１４は、それぞれ、基板６０１、バッファ層６０２、反射層６０３，６０７、共振器スペーサー層６０４，６０６と、活性層６０５、選択酸化層６０９、コンタクト層６１０、ＳｉＯ２層６１１、絶縁性樹脂６１２、ｐ側電極６１３およびｎ側電極６１４と同じである。
【０２１３】
したがって、反射層７０３，７０７の各々は、活性層７０５で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層７０５に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。また、選択酸化層７０９は、発振光の高次横モードを抑制する抑制層として機能する。
【０２１４】
また、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂは、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂ間の半導体層（＝反射層７０３，７０７、共振器スペーサー層７０４，７０６および活性層７０５）の抵抗よりも高い抵抗を有する。
【０２１５】
図３０は、図２９に示す面発光レーザ素子７００の共振領域（＝共振器スペーサー層７０４，７０６および活性層７０５からなる）の近傍を示す図である。なお、図３０においては、面発光レーザ素子７００の発振状態における発振光の電界の強度分布も模式的に示している。
【０２１６】
図３０を参照して、反射層７０３，７０７の各々は、高屈折率層７０３１と、低屈折率層７０３２と、組成傾斜層７０３３とを含む。反射層７０３において、高屈折率層７０３１は、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、低屈折率層７０３２は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層７０３３は、低屈折率層７０３１および高屈折率層７０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｎ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０２１７】
また、反射層７０７において、高屈折率層７０３１は、ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、低屈折率層７０３２は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層７０３３は、低屈折率層７０３１および高屈折率層７０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｐ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０２１８】
面発光レーザ素子７００の共振領域は、共振器スペーサー層７０４，７０６と、活性層７０５とから構成される領域と定義される。共振器スペーサー層７０４，７０６と、活性層７０５とからなる共振領域は、これらの半導体層中における発振光の位相変化量が２πとなるように設けられており、一波長共振器構造を形成する。
【０２１９】
また、誘導放出確率を高めるために、活性層７０５は、共振領域（共振器スペーサー層７０４，７０６および活性層７０５）内における中央部に位置し、かつ、発振光の定在波分布における腹に対応する位置に設けられる。
【０２２０】
反射層７０３，７０７は、低屈折率層７０３２側がそれぞれ共振器スペーサー層７０４，７０６に接するように構成されており、低屈折率層７０３２と共振器スペーサー層７０４，７０６との界面（実施の形態４においては組成傾斜層７０３３）が発振光の定在波分布における腹となっている。
【０２２１】
また、実施の形態１と同じように、高屈折率層７０３１と低屈折率層７０３２との間の組成傾斜膜７０３３が配置された位置では、腹と節とが交互に現れる。
【０２２２】
選択酸化層７０９は、共振領域（＝共振器スペーサー層７０４，７０６および活性層７０５）から１５周期目の低屈折率層７０３２中に設けられる。より具体的には、選択酸化層７０９は、発振光の電界の定在波分布における１５周期目の節に対応する位置から、活性層７０５と反対側となる方向に発振光の位相変化量がπ／５となる距離（低屈折率層７０３２の屈折率をｎとしてλ／１０ｎとなる距離）だけずらせた位置に設けられる。
【０２２３】
選択酸化層７０９が設けられた低屈折率層７０３２の厚さは、低屈折率層７０３２の一方側に接する組成傾斜層７０３３の中央部から低屈折率層７０３２の他方側に接する組成傾斜層７０３３の中央部までの領域（図２に示す膜厚ｄ２の領域）における発振光の位相変化量が３π／２になるように設定される。そして、選択酸化層７０９は、発振光の高次横モードを抑制する抑制層として機能する。
【０２２４】
面発光レーザ素子７００においては、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂによって活性層７０５へ注入する電流を制限する。すなわち、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂは、電流狭窄層として機能する。そして、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂは、水素イオンを反射層７０３，７０７、共振器スペーサー層７０４，７０６および活性層７０５の一部に注入することによって形成される。
【０２２５】
水素イオンの注入によって形成された高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂは、水素イオンが注入されていない領域に対して屈折率差を殆ど生じないので、電流狭窄層（＝高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂ）による回折損失等の影響を除去できる。
【０２２６】
また、面発光レーザ素子７００においては、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂは、反射層７０３，７０７、共振器スペーサー層７０４，７０６および活性層７０５の一部に水素イオンを注入することによって形成されるので、抑制層（＝選択酸化層７０９）は、電流狭窄層（＝高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂ）よりも活性層７０５から遠い位置に設けられる。
【０２２７】
その結果、面発光レーザ素子７００において、低閾値電流を保ち、かつ、回折損失が小さく（スロープ効率が高く）、高出力な単一基本モード発振を実現できる。
【０２２８】
なお、面発光レーザ素子７００においては、反射層７０７、選択酸化層７０９およびコンタクト層７１０の周辺部をエッチングしてメサ構造体を形成するので、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂは、活性層７０５を面発光レーザ素子７００に隣接する面発光レーザ素子の活性層と分離する機能も果たす。
【０２２９】
面発光レーザ素子７００を用いた面発光レーザアレイを形成する場合、複数の面発光レーザ素子７００を同時に基板７０１に形成する。このため、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂが存在しない場合、複数の面発光レーザ素子７００の活性層７０５は、相互に繋がった状態となるが、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂを形成することにより、複数の面発光レーザ素子７００の活性層７０５を相互に分離できる。
【０２３０】
図３１、図３２、図３３および図３４は、それぞれ、図２９に示す面発光レーザ素子７００の作製方法を示す第１から第４の工程図である。図３１を参照して、一連の動作が開始されると、ＭＯＣＶＤ法を用いて、バッファ層７０２、反射層７０３、共振器スペーサー層７０４、活性層７０５、共振器スペーサー層７０６、反射層７０７、選択酸化層７０９、およびコンタクト層７１０を基板７０１上に順次積層する（図３１の工程（ａ１）参照）。
【０２３１】
この場合、バッファ層７０２のｎ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成し、反射層７０３のｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓおよびｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【０２３２】
また、共振器スペーサー層７０４のノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、活性層７０５のＡｌＧａＡｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成する。
【０２３３】
さらに、共振器スペーサー層７０６のノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、反射層７０７のｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０２３４】
さらに、選択酸化層７０９のｐ−ＡｌＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、コンタクト層７１０のｐ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０２３５】
その後、コンタクト層７１０の上にレジストを塗布し、写真製版技術を用いて、コンタクト層７１０上にレジストパターン１３０を形成する（図３１の工程（ｂ１）参照）。この場合、レジストパターン１３０は、１辺が４μｍである正方形の形状を有する。
【０２３６】
レジストパターン１３０を形成すると、その形成したレジストパターン１３０をマスクとして水素イオン（Ｈ＋）を反射層７０３，７０７、共振器スペーサー層７０４，７０６および活性層７０５の一部にイオン注入し、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂを形成する。そして、レジストパターン１３０を除去する（図３１の（ｃ１）参照）。
【０２３７】
引き続いて、図３２を参照して、高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂを形成すると、コンタクト層７１０の上にレジストを塗布し、写真製版技術を用いて、コンタクト層７１０上にレジストパターン１２０を形成する（図３２の工程（ｄ１）参照）。この場合、レジストパターン１２０は、１辺が２０μｍである正方形の形状を有する。
【０２３８】
レジストパターン１２０を形成すると、その形成したレジストパターン１２０をマスクとして用いて、反射層７０７、選択酸化層７０９およびコンタクト層７１０の周辺部をドライエッチングにより除去し、さらに、レジストパターン１２０を除去する（図３２の工程（ｅ１）参照）。
【０２３９】
その後、８５℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした雰囲気中において、試料を４２５℃に加熱して、選択酸化層７０９の周囲を外周部から中央部に向けて酸化し、選択酸化層７０９中に非酸化領域７０９ａと酸化領域７０９ｂとを形成する（図３２の工程（ｆ１）参照）。この場合、非酸化領域７０９ａは、１辺が４μｍである正方形からなる。
【０２４０】
図３３を参照して、非酸化領域７０９ａと酸化領域７０９ｂとを形成した後、ＣＶＤ法を用いて、試料の全面にＳｉＯ２層７１１を形成し、写真製版技術を用いて光出射部となる領域およびその周辺領域のＳｉＯ２層７１１を除去する（図３３の工程（ｇ１）参照）。
【０２４１】
次に、試料の全体に絶縁性樹脂７１２をスピンコートにより塗布し、光出射部となる領域上の絶縁性樹脂７１２を除去する（図３３の工程（ｈ１）参照）。
【０２４２】
図３４を参照して、絶縁性樹脂７１２を形成した後、光出射部となる領域上に１辺が８μｍであるレジストパターンを形成し、試料の全面にｐ側電極材料を蒸着により形成し、レジストパターン上のｐ側電極材料をリフトオフにより除去してｐ側電極７１３を形成する（図３４の工程（ｉ１）参照）。そして、基板７０１の裏面を研磨し、基板７０１の裏面にｎ側電極７１４を形成し、さらに、アニールしてｐ側電極７１３およびｎ側電極７１４のオーミック導通を取る（図３４の工程（ｊ１）参照）。これによって、面発光レーザ素子７００が作製される。
【０２４３】
面発光レーザ素子７００は、図１７に示す面発光レーザアレイ３００に用いられる。また、面発光レーザ素子７００および面発光レーザ素子７００を用いた面発光レーザアレイ３００は、図１８に示す電子写真システム４００および図１９に示す光通信システム５００に用いられる。
【０２４４】
［実施の形態５］
図３５は、実施の形態５による面発光レーザ素子の概略断面図である。図３５を参照して、実施の形態５による面発光レーザ素子８００は、基板８０１と、バッファ層８０２と、反射層８０３，８０７と、共振器スペーサー層８０４，８０６と、活性層８０５と、選択酸化層８０８，８１４と、コンタクト層８０９と、エッチングストップ層８１０と、ＳｉＯ２層８１１と、絶縁性樹脂８１２と、ｐ側電極８１３と、ｎ側電極８１５とを備える。なお、面発光レーザ素子８００は、９８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
【０２４５】
基板８０１は、ｎ−ＧａＡｓからなる。バッファ層８０２は、ｎ−ＧａＡｓからなり、基板８０１の一主面に形成される。反射層８０３は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓの対を一周期とした場合、３５．５周期の［ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓ］からなり、バッファ層８０２上に形成される。
【０２４６】
共振器スペーサー層８０４は、ノンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなり、反射層８０３上に形成される。活性層８０５は、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓを一対とした多重量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層８０４上に形成される。
【０２４７】
共振器スペーサー層８０６は、ノンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなり、活性層８０５上に形成される。反射層８０７は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓの対を一周期とした場合、２４周期の［ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓ］からなり、共振器スペーサー層８０６上に形成される。この場合、反射層８０７は、サイズが異なる２つの反射層８０７Ａ，８０７Ｂからなる。そして、反射層８０７Ａは、反射層８０７Ｂよりもサイズが大きく、共振器スペーサー層８０６に接して形成され、反射層８０７Ｂは、コンタクト層８０９およびエッチングストップ層８１０を介して反射層８０７Ａ上に形成される。
【０２４８】
選択酸化層８０８は、膜厚２０ｎｍのｐ−ＡｌＡｓからなり、反射層８０７（８０７Ａ）中に設けられる。そして、選択酸化層８０８は、非酸化領域８０８ａと酸化領域８０８ｂとからなる。この場合、非酸化領域８０８ａは、一辺が６μｍである正方形からなる。
【０２４９】
選択酸化層８１４は、膜厚２０ｎｍのｐ−ＡｌＧａＡｓからなり、反射層８０７（８０７Ｂ）中に設けられる。そして、選択酸化層８１４は、非酸化領域８１４ａと酸化領域８１４ｂとからなる。この場合、非酸化領域８１４ａは、一辺が５μｍである正方形からなる。
【０２５０】
このように、選択酸化層８０８の非酸化領域８０８ａは、選択酸化層８１４の非酸化領域８１４ａよりも大きい面積を有する。
【０２５１】
コンタクト層８０９は、２０ｎｍの膜厚を有するｐ−ＧａＡｓからなり、反射層８０７（８０７Ａ）上に形成される。そして、ｐ−ＧａＡｓにおけるカーボン（Ｃ）のドーピング量は、１×１０１９ｃｍ−３程度である。エッチングストップ層８１０は、２０ｎｍの膜厚を有するｐ−ＧａＩｎＰからなり、コンタクト層８０９の一部の上に形成される。そして、エッチングストップ層８１０は、反射層８０７（８０７Ｂ）および選択酸化層８１４からなるメサ構造体をエッチングによって形成するときのエッチングを停止する機能を果たす。
【０２５２】
ＳｉＯ２層８１１は、反射層８０３の一部の一主面と、共振器スペーサー層８０４、活性層８０５、共振器スペーサー層８０６、反射層８０７（８０７Ａ）および選択酸化層８０８の端面と、コンタクト層８０９の一部とを覆うように形成される。
【０２５３】
絶縁性樹脂８１２は、ＳｉＯ２層８１１に接して形成される。ｐ側電極８１３は、コンタクト層８０９の一部および絶縁性樹脂８１２上に形成される。ｎ側電極８１５は、基板８０１の裏面に形成される。
【０２５４】
そして、反射層８０３，８０７の各々は、活性層８０５で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層８０５に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。
【０２５５】
図３６は、図３５に示す面発光レーザ素子８００の共振領域の近傍を示す図である。なお、図３６においては、面発光レーザ素子８００の発振状態における発振光の電界の強度分布も模式的に示している。
【０２５６】
図３６を参照して、反射層８０３，８０７の各々は、高屈折率層８０３１と、低屈折率層８０３２と、組成傾斜層８０３３とを含む。反射層８０３において、高屈折率層８０３１は、ｎ−ＧａＡｓからなり、低屈折率層８０３２は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層８０３３は、低屈折率層８０３１および高屈折率層８０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｎ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０２５７】
また、反射層８０７において、高屈折率層８０３１は、ｐ−ＧａＡｓからなり、低屈折率層８０３２は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層８０３３は、低屈折率層８０３１および高屈折率層８０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｐ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０２５８】
面発光レーザ素子８００の共振領域は、共振器スペーサー層８０４，８０６と、活性層８０５とから構成される領域と定義される。共振器スペーサー層８０４，８０６と、活性層８０５とからなる共振領域は、これらの半導体層中における発振光の位相変化量が２πとなるように設けられており、一波長共振器構造を形成する。
【０２５９】
また、誘導放出確率を高めるために、活性層８０５は、共振領域（共振器スペーサー層８０４，８０６および活性層８０５）内における中央部に位置し、かつ、発振光の定在波分布における腹に対応する位置に設けられる。
【０２６０】
反射層８０３，８０７は、低屈折率層８０３２側がそれぞれ共振器スペーサー層８０４，８０６に接するように構成されており、低屈折率層８０３２と共振器スペーサー層８０４，８０６との界面（実施の形態５においては組成傾斜層８０３３）が発振光の定在波分布における腹となっている。
【０２６１】
また、実施の形態１と同じように、高屈折率層８０３１と低屈折率層８０３２との間の組成傾斜膜８０３３が配置された位置では、腹と節とが交互に現れる。
【０２６２】
選択酸化層８０８は、共振領域（＝共振器スペーサー層８０４，８０６および活性層８０５）から３周期目の低屈折率層８０３２中に設けられる。より具体的には、選択酸化層８０８は、発振光の電界の定在波分布における３周期目の節に対応する位置に設けられる。選択酸化層８０８が設けられた低屈折率層８０３２の厚さは、低屈折率層８０３２の一方側に接する組成傾斜層８０３３の中央部から低屈折率層８０３２の他方側に接する組成傾斜層８０３３の中央部までの領域（図２に示す膜厚ｄ２の領域）における発振光の位相変化量が３π／２になるように設定される。そして、選択酸化層８０８は、活性層８０５へ注入する電流を制限する電流狭窄層として機能する。
【０２６３】
選択酸化層８１４は、共振領域（＝共振器スペーサー層８０４，８０６および活性層８０５）から１８周期目の低屈折率層８０３２中に設けられる。より具体的には、選択酸化層８１４は、発振光の電界の定在波分布における１８周期目の節に対応する位置から、活性層８０５と反対側となる方向に発振光の位相変化量がπ／５となる距離（低屈折率層８０３２の屈折率をｎとしてλ／１０ｎとなる距離）だけずらせた位置に設けられる。選択酸化層８１４が設けられた低屈折率層８０３２の厚さは、選択酸化層８０８が設けられた低屈折率層８０３２の厚さと同じ厚さに設定される。そして、選択酸化層８１４は、実施の形態１における選択酸化層１０８と同じように、発振光の高次横モードを抑制する抑制層として機能する。
【０２６４】
このように、面発光レーザ素子８００においては、２つの選択酸化層８０８，８１４が設けられ、高次横モードを抑制する抑制層として機能する選択酸化層８１４は、電流狭窄層として機能する選択酸化層８０８よりも活性層８０５から遠い位置に設けられる。
【０２６５】
面発光レーザ素子８００においては、コンタクト層８０９は、反射層８０７において、活性層８０５から４周期目の高屈折率層８０３１中に設けられる。そして、コンタクト層８０９、エッチングストップ層８１０および高屈折率層８０３１からなる領域の発振光に対する位相変化量が３π／２となるように、コンタクト層８０９、エッチングストップ層８１０および高屈折率層８０３１が形成される。
【０２６６】
図３７から図４０は、それぞれ、図３５に示す面発光レーザ素子８００の作製方法を説明する第１から第４の工程図である。図３７を参照して、一連の動作が開始されると、ＭＯＣＶＤ法を用いて、バッファ層８０２、反射層８０３、共振器スペーサー層８０４、活性層８０５、共振器スペーサー層８０６、反射層８０７、選択酸化層８０８、コンタクト層８０９、エッチングストップ層８１０および選択酸化層８１４を基板８０１上に順次積層する（図３７の工程（ａ２）参照）。
【０２６７】
この場合、バッファ層８０２のｎ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成し、反射層８０３のｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓおよびｎ−ＧａＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【０２６８】
また、共振器スペーサー層８０４のノンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、活性層８０５のＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓをトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成する。
【０２６９】
さらに、共振器スペーサー層８０６のノンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、反射層８０７のｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０２７０】
さらに、選択酸化層８０８のｐ−ＡｌＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、コンタクト層８０９のｐ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０２７１】
さらに、エッチングストップ層８１０のｐ−ＧａＩｎＰをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ホスフィン（ＰＨ３）およびシクロジフェニルマグネシウム（ＣＰＭｇ２）を原料として形成する。
【０２７２】
さらに、選択酸化層８１４のｐ−ＡｌＧａＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０２７３】
その後、反射層８０７の上にレジストを塗布し、写真製版技術を用いて、反射層８０７上にレジストパターン１２０を形成する（図３７の工程（ｂ２）参照）。この場合、レジストパターン１２０は、１辺が２０μｍである正方形の形状を有する。
【０２７４】
レジストパターン１２０を形成すると、その形成したレジストパターン１２０をマスクとして用いて、反射層８０７および選択酸化層８１４の周辺部をドライエッチングによって除去する。この場合、エッチングは、エッチング深さがエッチングストップ層８１０に達する前に停止される。そして、その後、硫酸系のエッチャント（Ｈ２ＳＯ４＋Ｈ２＋Ｈ２Ｏ）を用いてエッチングストップ層８１０までの各層をウエットエッチングにより除去する。エッチング後、レジストパターン１２０を除去すると、選択酸化層８１４の端面が露出した１段目のメサ構造体が形成される（図３７の（ｃ２）参照）。
【０２７５】
引き続いて、図３８を参照して、１段目のメサ構造体が形成されると、その形成されたメサ構造体およびエッチングストップ層８１０の上にレジストを塗布し、写真製版技術を用いて、メサ構造体およびエッチングストップ層８１０上にレジストパターン１４０を形成する（図３８の工程（ｄ２）参照）。この場合、レジストパターン１４０は、１辺が５０μｍである正方形の形状を有する。
【０２７６】
レジストパターン１４０を形成すると、その形成したレジストパターン１４０をマスクとして用いて、エッチングストップ層８１０、コンタクト層８０９、反射層８０７、選択酸化層８０８、共振器スペーサー層８０６、活性層８０５および共振器スペーサー層８０４の周辺部と、反射層８０３の一部とをドライエッチングにより除去し、さらに、レジストパターン１４０を除去する（図３８の工程（ｅ２）参照）。これによって、２段目のメサ構造体が形成される。
【０２７７】
その後、８５℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした雰囲気中において、試料を４２５℃に加熱して、選択酸化層８０８，８１４の周囲を外周部から中央部に向けて酸化し、選択酸化層８０８中に非酸化領域８０８ａと酸化領域８０８ｂとを形成し、選択酸化層８１４中に非酸化領域８１４ａと酸化領域８１４ｂとを形成する（図３８の工程（ｆ２）参照）。この場合、選択酸化層８０８を構成するｐ−ＡｌＡｓと、選択酸化層８１４を構成するｐ−ＡｌＧａＡｓとのＡｌ組成を調整することにより、１辺が６μｍである正方形からなる非酸化領域８０８ａと、１辺が５μｍである正方形からなる非酸化領域８１４ａとを同時に形成できる。
【０２７８】
図３９を参照して、非酸化領域８０８ａ，８１４ａと酸化領域８０８ｂ，８１４ｂとを形成した後、ＣＶＤ法を用いて、試料の全面にＳｉＯ２層８１１を形成し、写真製版技術を用いて光出射部となる領域およびその周辺領域のＳｉＯ２層８１１を除去する。その後、試料の全体に絶縁性樹脂８１２をスピンコートにより塗布し、光出射部となる領域上の絶縁性樹脂８１２を除去する（図３９の工程（ｇ２）参照）。
【０２７９】
引き続いて、絶縁性樹脂８１２をマスクとして２段目のメサ構造体の最表面層となっているエッチングストップ層８１０の一部を塩酸系のエッチャント（ＨＣｌ＋Ｈ２Ｏ）によりエッチングする（図３９の工程（ｈ２）参照）。
【０２８０】
図４０を参照して、エッチングストップ層８１０の一部を除去した後、光出射部となる領域上にレジストパターンを形成し、試料の全面にｐ側電極材料を蒸着により形成し、レジストパターン上のｐ側電極材料をリフトオフにより除去してｐ側電極８１３を形成する（図４０の工程（ｉ２）参照）。そして、基板８０１の裏面を研磨し、基板８０１の裏面にｎ側電極８１５を形成し、さらに、アニールしてｐ側電極８１３およびｎ側電極８１５のオーミック導通を取る（図４０の工程（ｊ２）参照）。これによって、面発光レーザ素子８００が作製される。
【０２８１】
面発光レーザ素子８００においては、キャリアは、コンタクト８０９から選択酸化層８０８の非酸化領域８０８ａを通って活性層８０５へ注入され、選択酸化層８１４の非酸化領域８１４ａを通って活性層８０５へ注入されることはない。したがって、面発光レーザ素子８００においては、キャリアが２つの選択酸化層の非酸化領域を通って活性層へ注入される場合よりも素子抵抗が低くなる。その結果、面発光レーザ素子８００における発熱が低く抑えられ、熱による出力の飽和点も向上でき、高出力な発振光を得ることができる。
【０２８２】
また、面発光レーザ素子８００においては、電流狭窄層として機能する選択酸化層８０８が共振領域（＝共振器スペーサー層８０４，８０６および活性層８０５）から３周期目の低屈折率層８０３２中に設けられるので、閾値電流が低く保たれ、回折損失が低く（スロープ効率が高く）、高出力な単一基本モード発振を得ることができる。
【０２８３】
なお、上記においては、電流狭窄層は、選択酸化層８０８からなると説明したが、この発明においては、これに限らず、電流狭窄層は、実施の形態４において説明した高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂにより構成されていてもよい。
【０２８４】
面発光レーザ素子８００は、図２２に示す面発光レーザアレイ３００Ａに用いられる。また、面発光レーザ素子８００および面発光レーザ素子８００を用いた面発光レーザアレイ３００Ａは、図２３に示す電子写真システム４００Ａおよび図２４に示す光通信システム５００Ａに用いられる。
【０２８５】
［実施の形態６］
図４１は、実施の形態６による面発光レーザ素子の概略断面図である。図４１を参照して、実施の形態６による面発光レーザ素子９００は、基板９０１と、バッファ層９０２と、反射層９０３，９０７と、共振器スペーサー層９０４，９０６と、活性層９０５と、選択酸化層９０８，９０９と、コンタクト層９１０と、ＳｉＯ２層９１１と、絶縁性樹脂９１２と、ｎ側電極９１３と、ｐ側電極９１４とを備える。なお、面発光レーザ素子９００は、７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
【０２８６】
基板９０１は、ｐ−ＧａＡｓからなる。バッファ層９０２は、ｐ−ＧａＡｓからなり、基板９０１の一主面に形成される。反射層９０３は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、４１．５周期の［ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、バッファ層９０２上に形成される。
【０２８７】
共振器スペーサー層９０４は、ノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなり、反射層９０３上に形成される。活性層９０５は、ＡｌＧａＡｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓの対を一周期とした場合、３周期の［ＡｌＧａＡｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ］からなる多重量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層９０４上に形成される。
【０２８８】
共振器スペーサー層９０６は、ノンドープＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなり、活性層９０５上に形成される。反射層９０７は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、２４周期の［ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、共振器スペーサー層９０６上に形成される。
【０２８９】
選択酸化層９０８は、ｐ−ＡｌＧａＡｓからなり、反射層９０３中に設けられる。そして、選択酸化層９０８は、非酸化領域９０８ａと酸化領域９０８ｂとからなり、２０ｎｍの膜厚を有する。選択酸化層９０９は、ｎ−ＡｌＡｓからなり、反射層９０７中に設けられる。そして、選択酸化層９０９は、非酸化領域９０９ａと酸化領域９０９ｂとからなり、２０ｎｍの膜厚を有する。非酸化領域９０８ａは、一辺が５μｍである略正方形からなり、非酸化領域９０９ａは、一辺が４μｍである略正方形からなる。そして、選択酸化層９０９は、選択酸化層９０８よりも活性層９０５から遠い位置に配置される。
【０２９０】
コンタクト層９１０は、ｎ−ＧａＡｓからなり、反射層９０７上に形成される。ＳｉＯ２層９１１は、反射層９０３の一部の一主面と、共振器スペーサー層９０４、活性層９０５、共振器スペーサー層９０６、反射層９０７、選択酸化層９０８，９０９およびコンタクト層９１０の端面とを覆うように形成される。
【０２９１】
絶縁性樹脂９１２は、ＳｉＯ２層９１１に接して形成される。ｎ側電極９１３は、コンタクト層９１０の一部および絶縁性樹脂９１２上に形成される。この場合、ｎ側電極９１３が形成されていない開口部は、一辺が８μｍである略正方形からなる。ｐ側電極９１４は、基板９０１の裏面に形成される。
【０２９２】
そして、反射層９０３，９０７の各々は、活性層９０５で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層９０５に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。
【０２９３】
図４２は、図４１に示す面発光レーザ素子９００の共振領域の近傍を示す図である。なお、図４２においては、面発光レーザ素子９００の発振状態における発振光の電界の強度分布も模式的に示している。
【０２９４】
図４２を参照して、反射層９０３，９０７の各々は、高屈折率層９０３１と、低屈折率層９０３２と、組成傾斜層９０３３とを含む。反射層９０３において、高屈折率層９０３１は、ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、低屈折率層９０３２は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層９０３３は、高屈折率層９０３１および低屈折率層９０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｐ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０２９５】
また、反射層９０７において、高屈折率層９０３１は、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、低屈折率層９０３２は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層９０３３は、低屈折率層９０３１および高屈折率層９０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｎ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０２９６】
面発光レーザ素子９００の共振領域は、共振器スペーサー層９０４，９０６と、活性層９０５とから構成される領域と定義される。共振器スペーサー層９０４，９０６と、活性層９０５とからなる共振領域は、これらの半導体層中における発振光の位相変化量が２πとなるように設けられており、一波長共振器構造を形成する。
【０２９７】
また、誘導放出確率を高めるために、活性層９０５は、共振領域（共振器スペーサー層９０４，９０６および活性層９０５）内における中央部に位置し、かつ、発振光の定在波分布における腹に対応する位置に設けられる。
【０２９８】
反射層９０３，９０７は、低屈折率層９０３２側がそれぞれ共振器スペーサー層９０４，９０６に接するように構成されており、低屈折率層９０３２と共振器スペーサー層９０４，９０６との界面（実施の形態６においては組成傾斜層９０３３）が発振光の定在波分布における腹となっている。
【０２９９】
また、実施の形態１と同じように、高屈折率層９０３１と低屈折率層９０３２との間の組成傾斜膜９０３３が配置された位置では、腹と節とが交互に現れる。
【０３００】
選択酸化層９０８は、共振領域（＝共振器スペーサー層９０４，９０６および活性層９０５）から２周期目の低屈折率層９０３２（ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ）中に設けられる。より具体的には、選択酸化層９０８は、発振光の電界の定在波分布における２周期目の節に対応する位置に設けられる。選択酸化層９０８が設けられた低屈折率層９０３２の厚さは、低屈折率層９０３２の一方側に接する組成傾斜層９０３３の中央部から低屈折率層９０３２の他方側に接する組成傾斜層９０３３の中央部までの領域（図２に示す膜厚ｄ２の領域）における発振光の位相変化量が３π／２になるように設定される。そして、選択酸化層９０８は、活性層９０５へ注入する電流を制限する電流狭窄層として機能する。
【０３０１】
選択酸化層９０９は、共振領域（＝共振器スペーサー層９０４，９０６および活性層９０５）から２０周期目の低屈折率層９０３２中に設けられる。より具体的には、選択酸化層９０９は、発振光の電界の定在波分布における２０周期目の節に対応する位置から、活性層９０５と反対側となる方向に発振光の位相変化量がπ／４となる距離（低屈折率層９０３２の屈折率をｎとしてλ／８ｎとなる距離）だけずらせた位置に設けられる。選択酸化層９０９が設けられた低屈折率層９０３２の厚さは、選択酸化層９０８が設けられた低屈折率層９０３２の厚さと同じ厚さに設定される。そして、選択酸化層９０９は、実施の形態１における選択酸化層１０８と同じように、発振光の高次横モードを抑制する抑制層として機能する。
【０３０２】
このように、面発光レーザ素子９００においては、２つの選択酸化層９０８，９０９が設けられ、電流狭窄層として機能する選択酸化層９０８は、活性層９０５よりも基板９０１側に設けられた反射層９０３中に配置され、高次横モードを抑制する抑制層として機能する選択酸化層９０９は、活性層９０５に対して基板９０１と反対側に設けられた反射層９０７中に配置される。すなわち、選択酸化層９０８，９０９は、活性層９０５に対して互いに反対側に配置される。
【０３０３】
また、面発光レーザ素子９００においても、高次横モードを抑制する抑制層として機能する選択酸化層９０９は、電流狭窄層として機能する選択酸化層９０８よりも活性層９０５から遠い位置に設けられる。
【０３０４】
図４３、図４４および図４５は、それぞれ、図４１に示す面発光レーザ素子９００の作製方法を示す第１から第３の工程図である。図４３を参照して、一連の動作が開始されると、ＭＯＣＶＤ法を用いて、バッファ層９０２、反射層９０３、選択酸化層９０８、共振器スペーサー層９０４、活性層９０５、共振器スペーサー層９０６、反射層９０７、選択酸化層９０９、およびコンタクト層９１０を基板９０１上に順次積層する（図４３の工程（ａ３）参照）。
【０３０５】
この場合、バッファ層９０２のｐ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、反射層９０３のｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓおよびｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０３０６】
また、共振器スペーサー層９０４のノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、活性層１０５のＡｌＧａＡｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成する。
【０３０７】
さらに、共振器スペーサー層９０６のノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、反射層９０７のｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【０３０８】
さらに、選択酸化層９０８のｐ−ＡｌＧａＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、選択酸化層９０９のｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓのｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓおよびｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【０３０９】
コンタクト層９１０のｎ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【０３１０】
その後、コンタクト層９１０の上にレジストを塗布し、写真製版技術を用いて、コンタクト層９１０上にレジストパターン１２０を形成する（図４３の工程（ｂ３）参照）。この場合、レジストパターン１２０は、１辺が２０μｍである正方形の形状を有する。
【０３１１】
レジストパターン１２０を形成すると、その形成したレジストパターン１２０をマスクとして用いて、反射層９０３の一部と、共振器スペーサー層９０４、活性層９０５、共振器スペーサー層９０６、反射層９０７、選択酸化層９０８，９０９およびコンタクト層９１０の周辺部とをドライエッチングにより除去し、さらに、レジストパターン１２０を除去する（図４３の工程（ｃ３）参照）。
【０３１２】
次に、図４４を参照して、図４３に示す工程（ｃ３）の後、８５℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした雰囲気中において、試料を４２５℃に加熱して、選択酸化層９０８，９０９の周囲を外周部から中央部に向けて酸化し、選択酸化層９０８中に非酸化領域９０８ａと酸化領域９０８ｂとを形成し、選択酸化層９０９中に非酸化領域９０９ａと酸化領域９０９ｂとを形成する（図４４の工程（ｄ３）参照）。
【０３１３】
この場合、選択酸化層９０８を構成するｐ−ＡｌＧａＡｓと、選択酸化層９０９を構成するｎ−ＡｌＡｓとのＡｌ組成を調整することにより、１辺が５μｍである正方形からなる非酸化領域９０８ａと、１辺が４μｍである正方形からなる非酸化領域９０９ａとを同時に形成できる。
【０３１４】
その後、ＣＶＤ法を用いて、試料の全面にＳｉＯ２層９１１を形成し、写真製版技術を用いて光出射部となる領域およびその周辺領域のＳｉＯ２層９１１を除去する（図４４の工程（ｅ３）参照）。
【０３１５】
次に、試料の全体に絶縁性樹脂９１２をスピンコートにより塗布し、光出射部となる領域上の絶縁性樹脂９１２を除去する（図４４の工程（ｆ３）参照）。
【０３１６】
図４５を参照して、絶縁性樹脂９１２を形成した後、光出射部となる領域上に１辺が８μｍであるレジストパターンを形成し、試料の全面にｎ側電極材料を蒸着により形成し、レジストパターン上のｎ側電極材料をリフトオフにより除去してｎ側電極９１３を形成する（図４５の工程（ｇ３）参照）。そして、基板９０１の裏面を研磨し、基板９０１の裏面にｐ側電極９１４を形成し、さらに、アニールしてｎ側電極９１３およびｐ側電極９１４のオーミック導通を取る（図４５の工程（ｈ３）参照）。これによって、面発光レーザ素子９００が作製される。
【０３１７】
面発光レーザ素子９００においては、高次横モードを抑制する抑制層（＝選択酸化層９０９をｎ型の半導体（ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ）からなる反射層９０７中に設け、活性層９０５へ注入する電流を制限する電流狭窄層（＝選択酸化層９０８）をｐ型の半導体（ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ）からなる反射層９０３中に設ける構成が採用されている。
【０３１８】
移動度が低い正孔の方が電子よりも再拡散し難くなるため、電流狭窄層によるキャリアの狭窄効率は高くなることが一般に知られている。したがって、電流狭窄層をｐ型の半導体からなる反射層中に設けることが好適である。しかし、移動度が低いことに起因して、正孔が多数キャリアとなるｐ型半導体は高抵抗になるという問題がある。また、高次横モードを抑制する抑制層は、発振光に対して作用を及ぼすものであり、活性層９０５の両側に配置された反射層９０３，９０７のいずれに設けても同じ作用・効果を得ることができる。
【０３１９】
そこで、実施の形態６による面発光レーザ素子９００においては、ｐ型の半導体（ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ）からなる反射層９０３に電流狭窄層として機能する選択酸化層９０８を設け、高次横モードを抑制する抑制層として機能する選択酸化層９０９をｎ型の半導体（ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ）からなる反射層９０７に設けることにより、２つの選択酸化層を１つの反射層中に設けた場合の抵抗の増加を抑制することにしたものである。
【０３２０】
このように、面発光レーザ素子９００においては、ｐ型の半導体（ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ）からなる反射層９０３に、１つの選択酸化層９０８を設けたので、低い素子抵抗を得ることができる。また、閾値電流が低く保たれ、回折損失が小さく（＝スロープ効率が高く）、高出力な単一基本モード発振を実現できる。
【０３２１】
面発光レーザ素子９００は、図１７に示す面発光レーザアレイ３００に用いられる。また、面発光レーザ素子９００および面発光レーザ素子９００を用いた面発光レーザアレイ３００は、図１８に示す電子写真システム４００および図１９に示す光通信システム５００に用いられる。
【０３２２】
［実施の形態７］
図４６は、実施の形態７による面発光レーザ素子の概略断面図である。図４６を参照して、実施の形態７による面発光レーザ素子１０００は、基板１００１と、バッファ層１００２と、反射層１００３，１００７，１０２０と、共振器スペーサー層１００４，１００６と、活性層１００５と、選択酸化層１００８と、コンタクト層１００９と、ＳｉＯ２層１０１１と、絶縁性樹脂１０１２と、ｐ側電極１０１３と、抑制層１０１７と、ｎ側電極１０１８とを備える。なお、面発光レーザ素子１０００は、７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
【０３２３】
基板１００１は、ｎ−ＧａＡｓからなる。バッファ層１００２は、ｎ−ＧａＡｓからなり、基板１００１の一主面に形成される。反射層１００３は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、４０．５周期の［ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、バッファ層１００２上に形成される。
【０３２４】
共振器スペーサー層１００４は、ノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなり、反射層１００３上に形成される。活性層１００５は、Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓを一対とした多重量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層１００４上に形成される。
【０３２５】
共振器スペーサー層１００６は、ノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなり、活性層１００５上に形成される。反射層１００７は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、２６周期の［ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、共振器スペーサー層１００６上に形成される。
【０３２６】
選択酸化層１００８は、膜厚２０ｎｍのｐ−ＡｌＡｓからなり、反射層１００７中に設けられる。そして、選択酸化層１００８は、非酸化領域１００８ａと酸化領域１００８ｂとからなる。この場合、非酸化領域１００８ａは、一辺が６μｍである正方形からなる。
【０３２７】
コンタクト層１００９は、２０ｎｍの膜厚を有するｐ−ＧａＡｓからなり、反射層１００７上に形成される。ＳｉＯ２層１０１１は、反射層１００３の一部の一主面と、共振器スペーサー層１００４、活性層１００５、共振器スペーサー層１００６、反射層１００７および選択酸化層１００８の端面と、コンタクト層１００９の一部とを覆うように形成される。
【０３２８】
絶縁性樹脂１０１２は、ＳｉＯ２層１０１１に接して形成される。ｐ側電極１０１３は、コンタクト層１００９の一部および絶縁性樹脂１０１２上に形成される。
【０３２９】
反射層１０２０は、低屈折率層１０１４と、高屈折率層１０１５とからなる。低屈折率層１０１４は、たとえば、ＳｉＯ２からなり、高屈折率層１０１５は、たとえば、ＴｉＯｘからなる。そして、ＳｉＯ２は、１．６の屈折率ｎを有し、ＴｉＯｘは、３．０の屈折率を有する。
【０３３０】
抑制層１０１７は、反射層１０２０の高屈折率層１０１５中に設けられる。そして、抑制層１０１７は、２０ｎｍのＳｉＯ２からなり、その中央部に開口部１０１７ａを有する。この開口部１０１７ａは、一辺が４μｍである正方形からなる。
【０３３１】
このように、選択酸化層１００８の非酸化領域１００８ａは、抑制層１０１７の開口部１０１７ａよりも大きい面積を有する。ｎ側電極１０１８は、基板８０１の裏面に形成される。
【０３３２】
そして、反射層１００３，１００７，１０２０の各々は、活性層１００５で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層１００５に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。
【０３３３】
図４７は、図４６に示す面発光レーザ素子１０００の共振領域の近傍を示す図である。なお、図４７においては、面発光レーザ素子１０００の発振状態における発振光の電界の強度分布も模式的に示している。
【０３３４】
図４７を参照して、反射層１００３，１００７の各々は、高屈折率層１０３１と、低屈折率層１０３２と、組成傾斜層１０３３とを含む。反射層１００３において、高屈折率層１０３１は、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、低屈折率層１０３２は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層１０３３は、低屈折率層１０３１および高屈折率層１０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｎ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０３３５】
また、反射層１００７において、高屈折率層１０３１は、ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、低屈折率層１０３２は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、組成傾斜層１０３３は、低屈折率層１０３１および高屈折率層１０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｐ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０３３６】
面発光レーザ素子１０００の共振領域は、共振器スペーサー層１００４，１００６と、活性層１００５とから構成される領域と定義される。共振器スペーサー層１００４，１００６と、活性層１００５とからなる共振領域は、これらの半導体層中における発振光の位相変化量が２πとなるように設けられており、一波長共振器構造を形成する。
【０３３７】
また、誘導放出確率を高めるために、活性層１００５は、共振領域（共振器スペーサー層１００４，１００６および活性層１００５）内における中央部に位置し、かつ、発振光の定在波分布における腹に対応する位置に設けられる。
【０３３８】
反射層１００３，１００７は、低屈折率層１０３２側がそれぞれ共振器スペーサー層１００４，１００６に接するように構成されており、低屈折率層１０３２と共振器スペーサー層１００４，１００６との界面（実施の形態７においては組成傾斜層１０３３）が発振光の定在波分布における腹となっている。
【０３３９】
また、実施の形態１と同じように、高屈折率層１０３１と低屈折率層１０３２との間の組成傾斜膜１０３３が配置された位置では、腹と節とが交互に現れる。
【０３４０】
選択酸化層１００８は、共振領域（＝共振器スペーサー層１００４，１００６および活性層１００５）から４周期目の低屈折率層１０３２中に設けられる。選択酸化層１００８が設けられた低屈折率層１０３２の厚さは、低屈折率層１０３２の一方側に接する組成傾斜層１０３３の中央部から低屈折率層１０３２の他方側に接する組成傾斜層１０３３の中央部までの領域（図２に示す膜厚ｄ２の領域）における発振光の位相変化量が３π／２になるように設定される。このように、反射層１００７中の構成層における位相変化量がπ／２の奇数倍となる場合には、多重反射の位相条件を同様に満たすことができる。そして、選択酸化層１００８は、活性層１００５へ注入する電流を制限する電流狭窄層として機能する。
【０３４１】
反射層１０２０の低屈折率層１０１４は、λ／４ｎ（ｎは、ＳｉＯ２の屈折率）の膜厚を有し、高屈折率層１０１５は、３λ／８ｎ（ｎは、ＴｉＯｘの屈折率）の膜厚を有する。なお、高屈折率層１０１５は、λ／４の奇数倍の膜厚を有していればよい。
【０３４２】
抑制層１０１７は、反射層１０２０の高屈折率層１０１５中に設けられる。より具体的には、抑制層１０１７は、高屈折率層１０１５中において、発振光の定在波分布の節の位置から発振光の位相に換算してπ／４（厚さにしてλ／８ｎ（ｎは、ＴｉＯｘの屈折率））だけ変位させた位置に設けられる。このように抑制層１０１７を配置することによって、抑制層１０１７は、高次横モードを抑制することができる。
【０３４３】
このように、面発光レーザ素子１０００においては、ｐ型半導体からなる反射層１００７および誘電体からなる反射層１０２０が活性層１００５に対して基板１００１と反対側に設けられ、選択酸化層１００８は、反射層１００７中に配置され、抑制層１０１７は、反射層１０２０中に配置される。そして、抑制層１０１７は、反射層１０２０の積層方向において接する誘電体（＝高屈折率層１０１５）と異なる屈折率を有する。
【０３４４】
図４８から図５１は、それぞれ、図４６に示す面発光レーザ素子１０００の作製方法を説明する第１から第４の工程図である。図４８を参照して、一連の動作が開始されると、ＭＯＣＶＤ法を用いて、バッファ層１００２、反射層１００３、共振器スペーサー層１００４、活性層１００５、共振器スペーサー層１００６、反射層１００７、選択酸化層１００８およびコンタクト層１００９を基板１００１上に順次積層する（図４８の工程（ａ４）参照）。
【０３４５】
この場合、バッファ層１００２のｎ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成し、反射層１００３のｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓおよびｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【０３４６】
また、共振器スペーサー層１００４のノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、活性層１００５のＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ／Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成する。
【０３４７】
さらに、共振器スペーサー層１００６のノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、反射層１００７のｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０３４８】
さらに、選択酸化層１００８のｐ−ＡｌＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、コンタクト層１００９のｐ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０３４９】
その後、コンタクト層１００９の上にレジストを塗布し、写真製版技術を用いて、コンタクト層１００９上にレジストパターン１２０を形成する（図４８の工程（ｂ４）参照）。この場合、レジストパターン１２０は、１辺が２０μｍである正方形の形状を有する。
【０３５０】
レジストパターン１２０を形成すると、その形成したレジストパターン１２０をマスクとして用いて、コンタクト層１００９、選択酸化層１００８、反射層１００７、共振器スペーサー層１００６、活性層１００５、共振器スペーサー層１００４、および反射層１００３の一部の周辺部をドライエッチングによって除去する。エッチング後、レジストパターン１２０を除去すると、選択酸化層１００８の端面が露出したメサ構造体が形成される。
【０３５１】
その後、８５℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした雰囲気中において、試料を４２５℃に加熱して、選択酸化層１００８の周囲を外周部から中央部に向けて酸化し、選択酸化層１００８中に非酸化領域１００８ａと酸化領域１００８ｂとを形成する（図４８の（ｃ４）参照）。
【０３５２】
図４９を参照して、非酸化領域１００８ａと酸化領域１００８ｂとを形成した後、ＣＶＤ法を用いて、試料の全面にＳｉＯ２層１０１１を形成し、写真製版技術を用いて光出射部となる領域およびその周辺領域のＳｉＯ２層１０１１を除去する。その後、試料の全体に絶縁性樹脂１０１２をスピンコートにより塗布し、光出射部となる領域上の絶縁性樹脂１０１２を除去する（図４９の工程（ｄ４）参照）。
【０３５３】
引き続いて、光出射部となる領域上に８μｍ角のレジストパターンを形成し、試料の全面にｐ側電極材料を蒸着により形成し、レジストパターン上のｐ側電極材料をリフトオフにより除去してｐ側電極１０１３を形成する。そして、基板１００１の裏面を研磨し、基板１００１の裏面にｎ側電極１０１８を形成し、さらに、アニールしてｐ側電極１０１３およびｎ側電極１０１８のオーミック導通を取る（図４９の工程（ｅ４）参照）。
【０３５４】
その後、電子ビーム蒸着によって、ＳｉＯ２からなる低屈折率層１０１４およびＴｉＯｘからなる高屈折率層１０１５を、順次、試料の全面に形成する（図４９の（ｆ４）参照）。
【０３５５】
図５０を参照して、低屈折率層１０１４および高屈折率層１０１５を形成した後、電子ビーム蒸着によって、２０ｎｍのＳｉＯ２層１０３０を試料の全面に形成する（図５０の（ｇ４）参照）。その後、４μｍ角の開口部を有するレジストパターンをＳｉＯ２層１０３０上に形成し、開口部の領域のＳｉＯ２層１０３０をバッファード弗酸（ＢＨＦ）によって除去する。ＴｉＯｘは、バッファード弗酸（ＢＨＦ）によって侵食されないので、開口部の領域のＳｉＯ２層１０３０のみを除去できる。これによって、抑制層１０１７が形成される（図５０の（ｈ４）参照）。
【０３５６】
図５１を参照して、抑制層１０１７を形成した後、電子ビーム蒸着によってＴｉＯｘからなる高屈折率層１０１５を抑制層１０１７上に形成する。これによって、面発光レーザ素子１０００が完成する（図５１の（ｉ４）参照）。
【０３５７】
面発光レーザ素子１０００においては、ｐ型半導体からなる反射層１００７および誘電体（ＳｉＯ２およびＴｉＯｘ）からなる反射層１０２０が活性層１００５に対して基板１００１と反対側に設けられる。そして、活性層１００５へ注入する電流を制限する選択酸化層１００８が反射層１００７中に設けられ、高次横モードを抑制する抑制層１０１７が反射層１０２０中に設けられる。その結果、選択酸化層１００８は、横モード特性を考慮して設ける必要がない。したがって、活性層１００５へ電流を注入するときの電気抵抗および発振閾値を低減するように選択酸化層１００８を形成することができる。
【０３５８】
特に、従来の面発光レーザ素子においては、単一基本横モード発振を得るために、高抵抗になる問題があったが、面発光レーザ素子１０００では、上述したように、導通領域の面積を広く設定でき、単一基本横モード発振を保ったまま、抵抗を容易に低減できる。
【０３５９】
図５２は、図４６に示す面発光レーザ素子１０００の共振領域の近傍を示す他の図である。面発光レーザ素子１０００は、反射層１０２０に代えて反射層１０２０Ａを備えていてもよい。反射層１０２０Ａは、反射層１０２０の高屈折率層１０１５を高屈折率層１０１５Ａに代えたものであり、その他は、反射層１０２０と同じである。
【０３６０】
高屈折率層１０１５Ａは、ＴｉＯｘからなり、λ／４ｎ（ｎは、ＴｉＯｘの屈折率）の膜厚を有する。そして、抑制層１０１７は、発振光の定在波分布の節の位置から、活性層１００５と反対側に発振光の位相変化がπ／４となる距離だけずらせて配置される。
【０３６１】
抑制層１０１７を高屈折率層１０１５Ａ中に配置する場合、低屈折率層１０１４上にλ／１０ｎ（ｎは、ＴｉＯｘの屈折率）の膜厚を有するＴｉＯｘを電子ビーム蒸着によって形成し、その後、２０ｎｍのＳｉＯ２層を電子ビーム蒸着によって形成し、２０ｎｍのＳｉＯ２層のうち、中央部の４．５μｍ角の大きさを有する領域をバッファード弗酸（ＢＨＦ）によって除去して開口部１０１７ａを作成する。そして、３λ／２０ｎ（ｎは、ＴｉＯｘの屈折率）の膜厚を有するＴｉＯｘを電子ビーム蒸着によって形成する。これによって、λ／４ｎ（ｎは、ＴｉＯｘの屈折率）の膜厚を有する高屈折率層１０１５Ａが形成される。
【０３６２】
上記においては、抑制層１０１７の開口部１０１７ａの大きさは、選択酸化層１００８の非酸化領域１００８ａの大きさよりも小さい４μｍであると説明したが、この発明においては、これに限らず、抑制層１０１７の開口部１０１７ａの大きさは、選択酸化層１００８の非酸化領域１００８ａの大きさより大きくしてもよい。
【０３６３】
また、面発光レーザ素子１０００においては、ｐ側電極１０１３は、好ましくは、選択酸化層１００８の酸化領域１００８ｂの面積と同じ大きさを有する。すなわち、ｐ側電極１０１３は、酸化領域１００８ｂに対応する位置に設けられる。
【０３６４】
さらに、抑制層１０１７は、発振光の定在波分布の節の位置から、活性層１００５と反対側に発振光の位相変化がπ／４となる距離だけずらせて配置されたが、この発明においては、これに限らず、抑制層１０１７は、発振光の定在波分布の節の位置と、活性層１００５と反対側に隣接する腹の位置との間であれば、任意の位置に設けられる。
【０３６５】
さらに、上記においては、電流狭窄層は、選択酸化層１００８からなると説明したが、この発明においては、これに限らず、電流狭窄層は、実施の形態４において説明した高抵抗領域７０８ａ，７０８ｂにより構成されていてもよい。
【０３６６】
さらに、上記においては、反射層１０２０は、ＳｉＯ２およびＴｉＯｘからなると説明したが、実施の形態７においては、これに限らず、エッチング耐性が大きく異なる２つの誘電体であれば、ＳｉＯ２およびＴｉＯｘ以外の誘電体からなっていてもよい。
【０３６７】
面発光レーザ素子１０００は、図２２に示す面発光レーザアレイ３００Ａに用いられる。また、面発光レーザ素子１０００および面発光レーザ素子１０００を用いた面発光レーザアレイ３００Ａは、図２３に示す電子写真システム４００Ａおよび図２４に示す光通信システム５００Ａに用いられる。
【０３６８】
実施の形態７においては、反射層１００７は、「第１の反射層」を構成し、反射層１０２０は、「第２の反射層」を構成する。
【０３６９】
さらに、上記においては、面発光レーザ素子１００，２００，６００，７００，８００，９００，１０００を構成する各半導体層の形成方法としてＭＯＣＶＤ法を用いると説明したが、この発明においては、これに限らず、分子線結晶成長法（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）等のその他の結晶成長法を用いてもよい。
【０３７０】
さらに、面発光レーザ素子１００，２００，６００，７００，８００，９００，１０００の発振波長は、７８０ｎｍおよび９８０ｎｍ以外の波長であってもよい。たとえば、ＡｌＧａＩｎＰ系材料を活性層１０５，２０５，６０５，７０５，８０５，９０５，１００５に用いることによって、６８０ｎｍ帯よりも短波長の発光を得ることができる。また、ＡｌＧａＡｓ系材料を活性層１０５，２０５，６０５，７０５，８０５，９０５，１００５に用いることによって、７８０ｎｍ帯の他に８５０ｎｍ帯の発光を得ることができる。さらに、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ系材料を活性層１０５，２０５，６０５，７０５，８０５，９０５，１００５に用いることによって、１．１μｍ帯よりも長波長帯の発光を得ることができる。この場合、各波長帯に応じて、反射層１０３，１０７；２０３，２０７；６０３，６０７；７０３，７０７；８０３，８０７；９０３，９０７，１００７の材料および積層周期数を適切に選択することにより、高次横モード発振を抑制し、ほぼピーク出力まで単一基本横モード発振が可能な面発光レーザ素子を作製することができる。
【０３７１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０３７２】
１００，２００，６００，７００，８００，９００，１０００…面発光レーザ素子、１０１，２０１，６０１，７０１，８０１，９０１，１００１…基板、１０２，２０２，６０２，７０２，８０２，９０２，１００２…バッファ層、１０３，１０７，２０３，２０７，６０３，６０７，７０３，７０７，８０３，８０７，９０３，９０７，１００３，１００７，１０２０…反射層、１０４，１０６，２０４，２０６，６０４，６０６，７０４，７０６，８０４，８０６，９０４，９０６，１００４，１００６…共振器スペーサー層、１０５，２０５，６０５，７０５，８０５，９０５，１００５…活性層、１０８，２０８，６０８，６０９，７０９，８０８，８１４，９０８，９０９，１００８…選択酸化層、１０８ａ，６０８ａ，６０９ａ，７０９ａ，８０８ａ，８１４ａ，９０８ａ，９０９ａ，１００８ａ…非酸化領域、１０８ｂ，６０８ｂ，６０９ｂ，７０９ｂ，８０８ｂ，８１４ｂ，９０８ｂ，９０９ｂ，１００８ｂ…酸化領域、１０９、２０９，６１０，７１０，８０９，９１０，１００９…コンタクト層、１１０，２１０，６１１，７１１，８１１，９１１，１０１１…ＳｉＯ２層、１１１，２１１，６１２，７１２，８１２，９１２，１０１２…絶縁性樹脂、１１２，２１２，６１３，７１３，８１３，９１４，１０１３…ｐ側電極、１１３，２１３，６１４，７１４，８１５，９１３，１０１８…ｎ側電極、１２０，１３０，１４０…レジストパターン、３００，３００Ａ…面発光レーザアレイ、４００，４００Ａ…電子写真システム、４０１…感光ドラム、４０２…光学走査系、４０３，４０３Ａ…書き込み光源、４０４…同期制御装置、５００，５００Ａ…光通信システム、５１０，５２０…機器、５１１…駆動回路、５１２，５１２Ａ…レーザアレイモジュール、５２１…フォトダイオードアレイモジュール、５２２…信号検出回路、５３０…光ファイバアレイ、７０８ａ，７０８ｂ…高抵抗領域、８１０…エッチングストップ層、１０３１，２０３１，６０３１，７０３１，８０３１，９０３１…高屈折率層、１０３２，２０３２，６０３２，７０３２，８０３２，９０３２…低屈折率層、１０３３，２０３３，６０３３，７０３３，８０３３，９０３３…組成傾斜層。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０３７３】
【特許文献１】特開２００２−２０８７５５号公報
【特許文献２】特開２００３−１１５６３４号公報
【非特許文献】
【０３７４】
【非特許文献１】Applied Physics Letters vol. 66, No. 25, pp.3413-3415, 1995．
【非特許文献２】Electronics Letters No.24, Vol. 30, pp.2043-2044, 1994．
【非特許文献３】IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, vol.5, No. 3,p.p. 574-581, 1999．
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層と、
活性層の両側に設けられた共振器スペーサー層と、
共振器スペーサー層の両側に設けられ、前記活性層において発振した発振光を反射する反射層と、
前記活性層へ電流を注入するときの前記反射層の領域を制限する電流狭窄層と、
前記活性層において発振した高次モード成分を抑制する抑制層とを備える面発光レーザ素子。
【請求項２】
前記電流狭窄層および前記抑制層は、前記反射層中に設けられ、
前記活性層と前記抑制層との距離は、前記活性層と前記電流狭窄層との距離に等しい、請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項３】
前記抑制層は、前記発振光の電界の定在波分布の節に対応する前記反射層中の第１の位置と、前記活性層側と反対方向において、前記定在波分布の節に対応した第１の位置に隣接し、前記定在波分布の腹に対応する前記反射層中の第２の位置との間に設けられた第１の選択酸化層からなり、
前記電流狭窄層は、前記第１の選択酸化層と異なる第２の選択酸化層からなり、
前記活性層と前記第１の選択酸化層との距離は、前記活性層と前記第２の選択酸化層との距離よりも大きい、請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項４】
前記第２の選択酸化層は、前記発振光の電界の定在波分布の節に対応する位置に設けられる、請求項３に記載の面発光レーザ素子。
【請求項５】
前記反射層は、
前記活性層の一方側に配置され、ｎ型の半導体からなる第１の反射層と、
前記活性層に対して前記第１の反射層と反対側に配置され、ｐ型の半導体からなる第２の反射層とを含み、
前記第１の選択酸化層は、前記第１の反射層中に配置され、
前記第２の選択酸化層は、前記第２の反射層中に配置される、請求項３または請求項４に記載の面発光レーザ素子。
【請求項６】
前記抑制層と前記電流狭窄層との間に設けられ、前記活性層に前記電流を注入するための半導体層をさらに備え、
前記抑制層は、前記発振光の電界の定在波分布の節に対応する前記反射層中の第１の位置と、前記活性層側と反対方向において、前記定在波分布の節に対応した第１の位置に隣接し、前記定在波分布の腹に対応する前記反射層中の第２の位置との間に設けられた第１の選択酸化層からなり、
前記電流狭窄層は、前記第１の選択酸化層と異なる第２の選択酸化層からなり、
前記第１および第２の選択酸化層は、前記活性層に対して基板と反対側に設けられ、
前記第２の選択酸化層は、前記半導体層からの電流を制限して前記活性層に注入し、
前記活性層と前記第１の選択酸化層との距離は、前記活性層と前記第２の選択酸化層との距離よりも大きい、請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項７】
前記第２の選択酸化層の非酸化領域の面積は、前記第１の選択酸化層の非酸化領域の面積よりも大きい、請求項５または請求項６に記載の面発光レーザ素子。
【請求項８】
前記抑制層は、前記発振光の電界の定在波分布の節に対応する前記反射層中の第１の位置と、前記活性層側と反対方向において、前記定在波分布の節に対応した第１の位置に隣接し、前記定在波分布の腹に対応する前記反射層中の第２の位置との間に設けられた選択酸化層からなり、
前記電流狭窄層は、イオン注入され、前記活性層へ注入される電流が通過する領域よりも高い抵抗を有する高抵抗領域からなり、
前記活性層と前記抑制層との距離は、前記活性層と前記電流狭窄層との距離よりも大きい、請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項９】
前記反射層は、
前記活性層に対して基板と反対側に設けられ、半導体からなる第１の反射層と、
前記第１の反射層上に設けられ、誘電体からなる第２の反射層とを含み、
前記電流狭窄層は、前記第１の反射層中に設けられ、
前記抑制層は、前記発振光の電界の定在波分布の節に対応する前記第２の反射層中の第１の位置と、前記活性層側と反対方向において、前記定在波分布の節に対応した第１の位置に隣接し、前記定在波分布の腹に対応する前記第２の反射層中の第２の位置との間に設けられるとともに、前記第２の反射層の積層方向において隣接する誘電体と異なる屈折率を有する誘電体層からなる、請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項１０】
正極電極をさらに備え、
前記電流狭窄層は、非酸化領域と前記基板の面内方向において前記非酸化領域の周囲に設けられた酸化領域とを含み、
前記正極電極は、前記第１の反射層の上部に設けられたコンタクト層の表面において前記酸化領域に対応する位置に設けられる、請求項９に記載の面発光レーザ素子。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子を備える面発光レーザアレイ。
【請求項１２】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子、または請求項１１に記載の面発光レーザアレイを備える電子写真システム。
【請求項１３】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子、または請求項１１に記載の面発光レーザアレイを備える光通信システム。
【請求項１】
活性層と、
活性層の両側に設けられた共振器スペーサー層と、
共振器スペーサー層の両側に設けられ、前記活性層において発振した発振光を反射する反射層と、
前記活性層へ電流を注入するときの前記反射層の領域を制限する電流狭窄層と、
前記活性層において発振した高次モード成分を抑制する抑制層とを備える面発光レーザ素子。
【請求項２】
前記電流狭窄層および前記抑制層は、前記反射層中に設けられ、
前記活性層と前記抑制層との距離は、前記活性層と前記電流狭窄層との距離に等しい、請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項３】
前記抑制層は、前記発振光の電界の定在波分布の節に対応する前記反射層中の第１の位置と、前記活性層側と反対方向において、前記定在波分布の節に対応した第１の位置に隣接し、前記定在波分布の腹に対応する前記反射層中の第２の位置との間に設けられた第１の選択酸化層からなり、
前記電流狭窄層は、前記第１の選択酸化層と異なる第２の選択酸化層からなり、
前記活性層と前記第１の選択酸化層との距離は、前記活性層と前記第２の選択酸化層との距離よりも大きい、請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項４】
前記第２の選択酸化層は、前記発振光の電界の定在波分布の節に対応する位置に設けられる、請求項３に記載の面発光レーザ素子。
【請求項５】
前記反射層は、
前記活性層の一方側に配置され、ｎ型の半導体からなる第１の反射層と、
前記活性層に対して前記第１の反射層と反対側に配置され、ｐ型の半導体からなる第２の反射層とを含み、
前記第１の選択酸化層は、前記第１の反射層中に配置され、
前記第２の選択酸化層は、前記第２の反射層中に配置される、請求項３または請求項４に記載の面発光レーザ素子。
【請求項６】
前記抑制層と前記電流狭窄層との間に設けられ、前記活性層に前記電流を注入するための半導体層をさらに備え、
前記抑制層は、前記発振光の電界の定在波分布の節に対応する前記反射層中の第１の位置と、前記活性層側と反対方向において、前記定在波分布の節に対応した第１の位置に隣接し、前記定在波分布の腹に対応する前記反射層中の第２の位置との間に設けられた第１の選択酸化層からなり、
前記電流狭窄層は、前記第１の選択酸化層と異なる第２の選択酸化層からなり、
前記第１および第２の選択酸化層は、前記活性層に対して基板と反対側に設けられ、
前記第２の選択酸化層は、前記半導体層からの電流を制限して前記活性層に注入し、
前記活性層と前記第１の選択酸化層との距離は、前記活性層と前記第２の選択酸化層との距離よりも大きい、請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項７】
前記第２の選択酸化層の非酸化領域の面積は、前記第１の選択酸化層の非酸化領域の面積よりも大きい、請求項５または請求項６に記載の面発光レーザ素子。
【請求項８】
前記抑制層は、前記発振光の電界の定在波分布の節に対応する前記反射層中の第１の位置と、前記活性層側と反対方向において、前記定在波分布の節に対応した第１の位置に隣接し、前記定在波分布の腹に対応する前記反射層中の第２の位置との間に設けられた選択酸化層からなり、
前記電流狭窄層は、イオン注入され、前記活性層へ注入される電流が通過する領域よりも高い抵抗を有する高抵抗領域からなり、
前記活性層と前記抑制層との距離は、前記活性層と前記電流狭窄層との距離よりも大きい、請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項９】
前記反射層は、
前記活性層に対して基板と反対側に設けられ、半導体からなる第１の反射層と、
前記第１の反射層上に設けられ、誘電体からなる第２の反射層とを含み、
前記電流狭窄層は、前記第１の反射層中に設けられ、
前記抑制層は、前記発振光の電界の定在波分布の節に対応する前記第２の反射層中の第１の位置と、前記活性層側と反対方向において、前記定在波分布の節に対応した第１の位置に隣接し、前記定在波分布の腹に対応する前記第２の反射層中の第２の位置との間に設けられるとともに、前記第２の反射層の積層方向において隣接する誘電体と異なる屈折率を有する誘電体層からなる、請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項１０】
正極電極をさらに備え、
前記電流狭窄層は、非酸化領域と前記基板の面内方向において前記非酸化領域の周囲に設けられた酸化領域とを含み、
前記正極電極は、前記第１の反射層の上部に設けられたコンタクト層の表面において前記酸化領域に対応する位置に設けられる、請求項９に記載の面発光レーザ素子。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子を備える面発光レーザアレイ。
【請求項１２】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子、または請求項１１に記載の面発光レーザアレイを備える電子写真システム。
【請求項１３】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子、または請求項１１に記載の面発光レーザアレイを備える光通信システム。
【図８】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２７】
【図２８】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１６】
【図２０】
【図２１】
【図２５】
【図２６】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２７】
【図２８】
【図１】
【図２】
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【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１６】
【図２０】
【図２１】
【図２５】
【図２６】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【公開番号】特開２０１２−２３１１７８（Ｐ２０１２−２３１１７８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６８２０６（Ｐ２０１２−１６８２０６）
【出願日】平成２４年７月３０日（２０１２．７．３０）
【分割の表示】特願２００６−２９９０７４（Ｐ２００６−２９９０７４）の分割
【原出願日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月３０日（２０１２．７．３０）
【分割の表示】特願２００６−２９９０７４（Ｐ２００６−２９９０７４）の分割
【原出願日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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