WO2023167076A1 - 垂直共振器型発光素子 - Google Patents

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WO2023167076A1
WO2023167076A1 PCT/JP2023/006504 JP2023006504W WO2023167076A1 WO 2023167076 A1 WO2023167076 A1 WO 2023167076A1 JP 2023006504 W JP2023006504 W JP 2023006504W WO 2023167076 A1 WO2023167076 A1 WO 2023167076A1
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WO
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plane
layer
multilayer
vertical cavity
concave reflecting
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PCT/JP2023/006504
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English (en)
French (fr)
Inventor
大 倉本
Original Assignee
スタンレー電気株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]

Definitions

  • the present invention relates to a vertical cavity light emitting device such as a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL).
  • VCSEL vertical cavity surface emitting laser
  • Patent Document 1 discloses a vertical cavity semiconductor laser having an n-electrode and a p-electrode connected to an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer, respectively.
  • an optical cavity is formed by opposing reflecting mirrors.
  • a voltage is applied to a semiconductor layer through an electrode, and light emitted from the semiconductor layer resonates in the optical resonator to generate laser light.
  • vertical cavity semiconductor laser devices have lower luminous efficiency than, for example, horizontal cavity semiconductor lasers having a cavity in the in-plane direction of a semiconductor layer including an active layer. mentioned.
  • the transverse mode of light emitted from a vertical cavity semiconductor laser element tends to be multimode rather than single mode. Therefore, it has been difficult to obtain single-mode light with a stable transverse mode.
  • a vertical cavity light emitting device comprises a gallium nitride based semiconductor substrate, a first multilayer reflector made of a nitride semiconductor and formed on the substrate, and formed on the first multilayer reflector.
  • the reflecting structure is characterized by having a reflecting structure extending to the outside of the region 1 and having a concave reflecting surface facing the first multilayer film reflecting mirror.
  • FIG. 1 is a perspective view of a surface emitting laser of Example 1.
  • FIG. 1 is a top view of a surface emitting laser of Example 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a surface emitting laser of Example 1.
  • FIG. 10 is a top view of a surface-emitting laser of Modification 1;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a surface-emitting laser of Modification 2;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a surface-emitting laser according to Modification 3;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a surface-emitting laser of a modified example;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a surface-emitting laser of Example 2;
  • FIG. 1 is a perspective view of a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser, hereinafter also simply referred to as a surface emitting laser) 10 according to Example 1.
  • VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser
  • the substrate 11 is a gallium nitride semiconductor substrate, such as an undoped GaN substrate.
  • the substrate 11 is, for example, a substrate having a rectangular top surface shape.
  • the upper surface of the substrate 11 is a plane that is 0.5° off from the C plane in the M plane direction. Further, the upper surface of the substrate 11 is hardly turned off from the C plane to the A plane direction, and the off angle from the C plane to the A plane direction is 0 ⁇ 0.01°.
  • the axis that passes through the center of the top surface of the substrate 11 and is perpendicular to the top surface will be referred to as a central axis AX1.
  • the substrate 11 is also arranged in the resonator, so it is preferable that the substrate 11 has high light transmittance. Therefore, the substrate 11 is preferably undoped.
  • the convex portion 11P is a convex portion formed in a circular region centered on the central axis AX1 on the lower surface of the substrate 11 and having a downwardly convex curved surface.
  • the convex portion 11P has a plano-convex lens shape.
  • the optical axis of the lens shape formed by the convex portion 11P coincides with the central axis AX1.
  • the back surface multilayer film reflector 12 (indicated by a two-dot chain line in the figure) is a dielectric multilayer film reflector made of a dielectric film formed on the surface of the convex portion 11P.
  • the rear multilayer film reflector 12 is formed by alternately laminating a low refractive index dielectric film made of SiO 2 and a high refractive index dielectric film made of Nb 2 O 5 and having a higher refractive index than the low refractive index dielectric film. It is a dielectric multilayer reflector.
  • the rear multilayer reflector 12 is a distributed Bragg reflector (DBR) made of a dielectric material.
  • the rear multilayer reflector 12 is composed of four pairs of Nb 2 O 5 /SiO 2 layers formed on the surface of the convex portion 11P.
  • a concave reflection structure 12R having an upward concave reflection surface 12RS is formed by the rear multilayer film reflector 12 and the convex portion 11P.
  • the upper surface of the rear multilayer film reflector 12 is the concave reflecting surface 12RS.
  • the first multilayer reflector 13 is a semiconductor multilayer reflector composed of semiconductor layers grown on the substrate 11 .
  • a low refractive index semiconductor film having a composition of AlInN and a high refractive index semiconductor film having a GaN composition and having a higher refractive index than the low refractive index semiconductor film are alternately laminated. It is formed by In other words, the first multilayer reflector 13 is a distributed Bragg reflector (DBR) made of semiconductor material.
  • DBR distributed Bragg reflector
  • the first multilayer reflector 13 for example, a buffer layer having a GaN composition is provided on the upper surface of the substrate 11, and the high refractive index semiconductor film and the low refractive index semiconductor film are alternately formed on the buffer layer. formed by letting In this embodiment, the first multilayer reflector 13 consists of 35 pairs of GaN/AlInN layers laminated on a 1 ⁇ m thick GaN underlayer formed on the upper surface of the substrate 11 .
  • the first multilayer film reflector 13 having such a structure has a reflectance of about 80% with respect to light emitted from the active layer 19 .
  • the semiconductor structure layer 15 is a laminated structure composed of a plurality of semiconductor layers formed on the first multilayer reflector 13 .
  • the semiconductor structure layer 15 includes an n-type semiconductor layer (first semiconductor layer) 17 formed on the first multilayer reflector 13 and a light-emitting layer (or active layer) formed on the n-type semiconductor layer 17. 19 and a p-type semiconductor layer (second semiconductor layer) 21 formed on the active layer 19 .
  • the n-type semiconductor layer 17 as the first conductivity type semiconductor layer is a semiconductor layer formed on the first multilayer film reflector 13 .
  • the n-type semiconductor layer 17 is a semiconductor layer having a GaN composition and being doped with Si as an n-type impurity.
  • the n-type semiconductor layer 17 has a prismatic lower portion 17A and a cylindrical upper portion 17B disposed thereon.
  • the n-type semiconductor layer 17 has a columnar upper portion 17B protruding from an upper surface 17S of a prismatic lower portion 17A.
  • the n-type semiconductor layer 17 has a mesa-shaped structure including the upper portion 17B.
  • the active layer 19 is formed on the upper portion 17B of the n-type semiconductor layer 17, and is a layer having a quantum well structure including well layers having an InGaN composition and barrier layers having a GaN composition. Light is generated in the active layer 19 in the surface emitting laser 10 .
  • the active layer 19 is formed so that its emission center is brought on the central axis AX1.
  • the p-type semiconductor layer 21 as the second conductivity type semiconductor layer is a semiconductor layer having a GaN composition formed on the active layer 19 .
  • the p-type semiconductor layer 21 is doped with Mg as a p-type impurity.
  • the n-electrode 23 is a metal electrode provided on the upper surface 17S of the lower portion 17A of the n-type semiconductor layer 17 and electrically connected to the n-type semiconductor layer 17.
  • N-electrode 23 is formed in an annular shape so as to surround upper portion 17B of n-type semiconductor layer 17 .
  • the n-electrode 23 is in electrical contact with the n-type semiconductor layer 17 and forms a first electrode layer that supplies current to the semiconductor structure layer 15 from the outside.
  • the insulating layer 25 is a layer made of an insulator formed on the p-type semiconductor layer 21 .
  • the insulating layer 25 is made of a material, such as SiO 2 , having a lower refractive index than the material forming the p-type semiconductor layer 21 .
  • the insulating layer 25 is annularly formed on the p-type semiconductor layer 21 and has an opening (not shown) exposing the p-type semiconductor layer 21 in the central portion.
  • the transparent electrode 27 is a transparent metal oxide film formed on the upper surface of the insulating layer 25 .
  • the transparent electrode 27 covers the entire upper surface of the insulating layer 25 and the entire upper surface of the p-type semiconductor layer 21 exposed through the opening formed in the central portion of the insulating layer 25 .
  • the metal oxide film that forms the transparent electrode 27 for example, ITO or IZO, which is transparent to the light emitted from the active layer 19, can be used.
  • the p-electrode 29 is a metal electrode formed on the transparent electrode 27 .
  • the p-electrode 29 is electrically connected via the transparent electrode 27 to the upper surface of the p-type semiconductor layer 21 exposed from the opening of the insulating layer 25 .
  • the transparent electrode 27 and the p-electrode 29 form a second electrode layer that is in electrical contact with the p-type semiconductor layer 21 and supplies current to the semiconductor structure layer 15 from the outside.
  • the p-electrode 29 is annularly formed on the upper surface of the transparent electrode 27 along the outer edge of the upper surface.
  • the second multilayer reflector 31 is a cylindrical multilayer reflector formed in a region surrounded by the p-electrode 29 on the upper surface of the transparent electrode 27 .
  • the second multilayer film reflector 31 is composed of a low refractive index dielectric film made of SiO2 and a high refractive index dielectric film made of Nb2O5 and having a higher refractive index than the low refractive index dielectric film . It is a laminated dielectric multilayer reflector.
  • the second multilayer reflector 31 is a distributed Bragg reflector (DBR) made of dielectric material.
  • DBR distributed Bragg reflector
  • the second multilayer reflector 31 comprises a spacer layer of Nb 2 O 5 formed on the upper surface of the transparent electrode 27, and 10.5 pairs of Nb 2 O deposited on the spacer layer. 5 /SiO 2 layers.
  • the second multilayer film reflector 31 having such a configuration has a reflectance of 99% or more with respect to light emitted from the active layer 19 .
  • the reflectance of the second multilayer film reflector 31 is higher than the reflectance of the first multilayer film reflector 13 .
  • FIG. 2 is a top view of the surface emitting laser 10.
  • the axis along the m-axis direction in the same plane as the upper surface of the substrate 11 is defined as a lateral axis AX2.
  • the surface-emitting laser 10 includes a semiconductor structure layer 15 including an n-type semiconductor layer 17 formed on a substrate 11 having a rectangular top surface, an active layer 19 having a circular top surface, and a p-type semiconductor layer 21 . (see FIG. 1).
  • An insulating layer 25 and a transparent electrode 27 are formed on the p-type semiconductor layer 21 .
  • a p-electrode 29 and a second multilayer film reflector 31 are formed on the transparent electrode 27 .
  • the insulating layer 25 has an opening 25H which is a circular opening exposing the p-type semiconductor layer 21 of the insulating layer 25 described above. As shown in FIG. 2, the opening 25H is formed in the central portion of the insulating layer 25 when viewed from above the surface emitting laser 10, and is covered by the second multilayer reflector 31 when viewed from above the surface emitting laser 10. It is In other words, the opening 25 ⁇ /b>H is formed in a region of the insulating layer 25 facing the lower surface of the multilayer film reflector 31 . In this embodiment, the opening 25H has a diameter of 10 ⁇ m.
  • the opening 25H has a circular shape centered on the central axis AX1. Therefore, the p-type semiconductor layer 21 is electrically connected to the transparent electrode 27 via the electrical contact surface 21S in the circular area exposed from the opening 25H on the upper surface of the p-type semiconductor layer 21.
  • the convex portion 11P (thick dashed line in the figure) has a circular shape centered on the central axis AX1 when viewed from above.
  • the convex portion 11P is formed over a region facing the electrical contact surface 21S on the lower surface of the substrate 11.
  • the convex portion 11P is formed to overlap the electrical contact surface 21S when viewed from above, that is, in the normal direction of the upper surface of the substrate 11, and extends to the outside of the outer edge of the electrical contact surface 21S, ie, the outline.
  • the convex portion 11P extends to the outside of the p-electrode 29, that is, to the outside of the upper portion 17B of the n-type semiconductor layer 17 when viewed from above.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the surface emitting laser 10 taken along line 3-3 in FIG.
  • the surface emitting laser 10 has the substrate 11 which is a GaN substrate, and the first multilayer reflector 13 is formed on the substrate 11 .
  • the rear multilayer film reflector 12 is formed as the third multilayer film reflector. Therefore, the convex portion 11P and the rear multilayer reflector 12 form a concave reflection structure 12R having a concave reflecting surface facing the active layer 19 and the second multilayer reflector 31. As shown in FIG.
  • the rear multilayer film reflector 12 has a function of concentrating the light that has passed through the first multilayer film reflector 13 and reached the rear multilayer film reflector 12 in a region along the central axis AX1.
  • the semiconductor structural layer 15 is formed on the first multilayer reflector 13 .
  • the semiconductor structure layer 15 is a laminate in which an n-type semiconductor layer 17, an active layer 19 and a p-type semiconductor layer 21 are formed in this order. At the center of the upper surface of the p-type semiconductor layer 21, a protruding portion 21P protruding upward is formed.
  • the n-type semiconductor layer 17 is a 350 nm-thick n-GaN layer doped with Si.
  • the active layer 19 has a multiple quantum well structure in which four pairs of 3 nm GaInN layers and 4 nm GaN layers are laminated.
  • an undoped GaN layer with a thickness of 120 nm and an electron barrier layer of Mg-doped AlGaN (Al composition: 30%) with a thickness of 10 nm are formed.
  • a p-type semiconductor layer 21 made of a p-GaN layer having a thickness is formed.
  • the insulating layer 25 is formed so as to cover the region other than the protruding portion 21P on the upper surface of the p-type semiconductor layer 21 .
  • the insulating layer 25 is made of a material having a lower refractive index than the p-type semiconductor layer 21 as described above.
  • the insulating layer 25 has an opening 25H that exposes the protrusion 21P.
  • the opening 25H and the protrusion 21P have the same shape, and the inner surface of the opening 25H and the outer surface of the protrusion 21P are in contact with each other.
  • the insulating layer 25 is a layer of 20 nm SiO 2 .
  • the upper surface of the insulating layer 25 is arranged at the same level as the upper surface of the protruding portion 21P of the p-type semiconductor layer 21 .
  • the protruding portion 21P on the upper surface of the p-type semiconductor layer 21 protrudes from the surrounding area of the protruding portion 21P on the upper surface of the p-type semiconductor layer 21 by 20 nm. Therefore, the p-type semiconductor layer 21 has a layer thickness of 83 nm in the projecting portion 21P and a layer thickness of 63 nm in other regions.
  • the transparent electrode 27 is formed so as to cover the upper surface of the insulating layer 25 and the protruding portion 21P exposed from the opening 25H of the insulating layer 25 . That is, the transparent electrode 27 is in electrical contact with the p-type semiconductor layer 21 in the region exposed through the opening 25H on the upper surface of the p-type semiconductor layer 21 . In other words, the region exposed through the opening 25H on the upper surface of the p-type semiconductor layer 21 serves as an electrical contact surface 21S that provides electrical contact between the p-type semiconductor layer 21 and the transparent electrode 27.
  • the p-electrode 29 is a metal electrode as described above, and is formed along the outer edge of the top surface of the transparent electrode 27 . That is, the p-electrode 29 is in electrical contact with the transparent electrode 27 . Therefore, the p-electrode 29 is in electrical contact or connection with the p-type semiconductor layer 21 through the transparent electrode 27 at the electrical contact surface 21S exposed through the opening 25H on the upper surface of the p-type semiconductor layer 21.
  • the second multilayer reflector 31 is located on the upper surface of the transparent electrode 27 and in the area above the opening 25H of the insulating layer 25, in other words, the area on the electrical contact surface 21S, that is, the central portion of the upper surface of the transparent electrode 27. formed.
  • the lower surface of the second multilayer reflector 31 faces the upper surface of the first multilayer reflector 13 and the upper surface of the rear multilayer reflector 12 with the transparent electrode 27 and the semiconductor structure layer 15 interposed therebetween.
  • a first resonator OC1 is formed between the first multilayer reflector 13 and the second multilayer reflector 31, and between the rear multilayer reflector 12 and the second multilayer reflector 31.
  • a second resonator OC2 is formed.
  • the resonator OC that resonates the light emitted from the active layer 19 includes the first resonator OC1 and the second resonator OC2.
  • the reflectance of the second multilayer reflector 31 is slightly higher than the reflectance of the reflection structure composed of the back multilayer reflector 12 and the first multilayer reflector 13 . Therefore, part of the light resonating between the rear multilayer reflector 12 and the first multilayer reflector 13 and the second multilayer reflector 31 is transmitted through the first multilayer reflector 13 and the substrate 11 . and the rear multilayer film reflecting mirror 12, and taken out to the outside.
  • the operation of the surface emitting laser 10 will be described.
  • the surface-emitting laser 10 when a voltage is applied between the n-electrode 23 and the p-electrode 29, a current flows in the semiconductor structure layer 15 as indicated by the bold dashed-dotted arrow in the figure, and light is emitted from the active layer 19. is emitted.
  • the light emitted from the active layer 19 is repeatedly reflected between the first multilayer reflector 13, the back multilayer reflector 12, and the second multilayer reflector 31, and reaches a resonance state (i.e., laser oscillation). do).
  • the opening 25H has a current confinement structure that limits the current supply range in the active layer 19.
  • FIG. That is, in the surface emitting laser, the p-type semiconductor layer 21 and the insulating layer 25 form a current confinement structure.
  • a columnar region having the electrical contact surface 21S as a bottom surface is formed in the active layer 19 between the first multilayer reflector 13 and the second multilayer reflector 31.
  • a current confinement structure is formed in which the current is confined to one region of the active layer so that the current flows only in the central region CA.
  • a central region CA which includes a region through which current flows within the active layer 19, is defined by an electrical contact surface 21S.
  • the first multilayer reflector 13 has a lower reflectance than the second multilayer reflector 31 . Therefore, part of the light coming from the second multilayer reflecting mirror 31 and the active layer 19 and reaching the first multilayer reflecting mirror 13 is transmitted to the rear multilayer reflecting mirror 12, and is transmitted to the second multilayer reflecting mirror 12. Resonance also occurs between the film reflecting mirror 31 and the rear multilayer film reflecting mirror 12 . A part of the resonated light is transmitted through the first multilayer film reflector 13, the back multilayer film reflector 12, and the substrate 11 and extracted to the outside.
  • the surface emitting laser 10 emits light from the bottom surface of the substrate 11 in a direction perpendicular to the in-plane directions of the bottom surface of the substrate 11 excluding the protrusions 11P and the in-plane direction of each layer of the semiconductor structure layer 15 .
  • the lower surface of the substrate 11 serves as the light emitting surface of the surface emitting laser 10 .
  • the electrical contact surface 21S of the p-type semiconductor layer 21 of the semiconductor structure layer 15 and the opening 25H of the insulating layer 25 define the light emission center, which is the center of the light emission region in the active layer 19, and the central axis of the resonator OC. (luminescence central axis) is defined.
  • the center axis of the resonator OC passes through the center of the electrical contact surface 21S of the p-type semiconductor layer 21 and extends along the direction perpendicular to the in-plane direction of the semiconductor structure layer 15 .
  • the light emission central axis of the resonator OC is the same as the central axis AX1.
  • the central axis AX1 is also referred to as the light emitting central axis AX1.
  • the light emitting region of the active layer 19 is, for example, a region having a predetermined width from which light having a predetermined intensity or more is emitted in the active layer 19, the center of which is the light emitting center. Further, for example, the light emitting region of the active layer 19 is a region into which a current having a predetermined density or more is injected in the active layer 19, and the center thereof is the light emitting center. A straight line perpendicular to the in-plane direction of the upper surface of the substrate 11 or each layer of the semiconductor structure layer 15 passing through the center of light emission is the center axis of light emission AX1.
  • the light emission central axis AX1 is a straight line extending along the cavity length direction of the cavity OC constituted by the first multilayer reflector 13, the back multilayer reflector 12, and the second multilayer reflector 31. . Also, the emission center axis AX1 corresponds to the optical axis of the laser light emitted from the surface emitting laser 10 .
  • the insulating layer 25 has a lower refractive index than the p-type semiconductor layer 21 .
  • the layer thicknesses of the active layer 19 and the n-type semiconductor layer 17 are set to any in-plane thickness. The locations are the same as long as they are in the same layer.
  • the equivalent refractive index (back surface is the optical distance between the multilayer reflector 12 and the first multilayer reflector 13 and the second multilayer reflector 31 and corresponds to the resonance wavelength) is the p-type semiconductor layer 21 and the insulating layer 25 , the cylindrical central region CA having the electrical contact surface 21S as the bottom surface and the cylindrical peripheral region PA surrounding it.
  • the equivalent refractive index of the peripheral area PA is lower than that of the central area CA. is also lower, ie the equivalent resonant wavelength in the central area CA is smaller than the equivalent resonant wavelength in the peripheral area PA.
  • the light-emitting region from which light is emitted in the active layer 19 is the portion of the active layer 19 that overlaps with the central region CA, in other words, the region that overlaps with the electrical contact surface 21S when viewed from above.
  • the central region CA including the light emitting region of the active layer 19 and the central region CA surrounding and surrounding the central region CA are formed by the p-type semiconductor layer 21 and the insulating layer 25 forming the current confining structure.
  • a peripheral area PA having a lower refractive index than CA is formed.
  • the p-type semiconductor layer 21 and the insulating layer 25 forming the current confinement structure also form a light confinement structure that confines light in the central region.
  • the light that has passed through the first multilayer reflector 13 and reaches the rear multilayer reflector 12 is reflected by the concave reflecting structure 12 R formed by the rear multilayer reflector 12 . It is converged in the central area CA by the surface 12RS. That is, the light is confined in the central area CA also by the rear multilayer film reflecting mirror 12 .
  • the resonator OC is formed by the rear multilayer reflector 12, the first multilayer reflector 13, and the second multilayer reflector 31, as described above.
  • the rear multilayer reflector 12 is removed from the surface-emitting laser 10 of the present application, and the reflectances of the first multilayer reflector 13 and the second multilayer reflector 31 are made close to form a resonator alone.
  • a configuration hereinafter also referred to as a comparative configuration.
  • the diameter of the opening 25H that forms the current confining structure that limits the flow of current into the active layer 19 and defines the light emitting region is about 5.5 .mu.m or less, the extracted light is unlikely to be single mode. It has been found by the inventors of the present application.
  • the current injection region had to be kept small in the case of a comparative configuration in which light was confined simply by a structure forming a current confinement structure and the transverse mode was controlled to a single mode. This is because when the current injection region of the active layer is increased to increase the optical output, spatial hole burning occurs near the emission center of the active layer, resulting in a decrease in optical gain near the emission center.
  • This spatial hole burning is a phenomenon in which the light density is excessively increased in a specific region of the active layer, resulting in a large amount of stimulated emission, and the injected carriers are consumed in the region where the light density is high, resulting in a decrease in carrier density. is.
  • the opening 25H is made larger than 5.5 ⁇ m in order to increase the light output
  • the light confinement effect caused by the current confinement structure causes the light to concentrate too much around the emission center of the active layer.
  • the light density becomes excessively high, and hole burning occurs.
  • the optical gain of the cavity in the width direction will have a plurality of peaks, and the transverse modes of the extracted light will be multiple modes.
  • the rear multilayer reflecting mirror 12 and the first multilayer reflecting mirror 13 form a reflecting structure for reflecting light upward
  • the second multilayer reflecting mirror 31 form a reflecting structure that reflects light downward, and these form a resonator.
  • part of the light from the first resonator OC1 composed of the first multilayer reflector 13 and the second multilayer reflector 31 is transmitted to the first multilayer reflector. 13 and directed downward.
  • a second resonator OC2 is also formed between the second multilayer reflector 31 and the rear multilayer reflector 12 having the concave reflecting surface 12RS that reflects while converging toward the central axis AX1.
  • the luminous center It is possible to reduce the light density in the region around the axis AX1 and suppress the occurrence of spatial hole burning.
  • the surface emitting laser 10 not only the light confining structure formed between the first multilayer reflector 13 and the second multilayer reflector 31 but also the rear multilayer reflector 12 It has another lateral light confinement structure that concentrates light in the central area CA. Moreover, since the reflectance of the first multilayer film reflector 13 is low as described above, the first resonator between the first multilayer film reflector 13 and the second multilayer film reflector 31 The light confinement effect by the current confinement structure, which is strongly generated in OC1, becomes milder than in the conventional case.
  • the optical confinement effect by the current confinement structure causes resonance only in the first resonator OC1 between the first multilayer reflector 13 and the second multilayer reflector 31. It becomes looser than the comparative configuration. Instead, the rear multilayer reflector 12 having a concave reflecting surface 12RS that reflects the light passing through the first multilayer reflector 13 and directed downward while converging upward toward the central axis AX1, It is in the form of compensating for the light confinement effect by the current confinement structure that has become moderate.
  • the surface-emitting laser 10 hole burning does not occur even if the current injection region of the active layer 19 is enlarged by enlarging the opening 25H, and the light intensity distribution of the emitted light can easily maintain the Gaussian distribution. . That is, in the surface-emitting laser 10, the transverse mode of the emitted light is likely to be maintained in a single mode.
  • the curvature radius R of the concave reflecting surface 12RS of the concave reflecting structure 12R preferably satisfies the following formula (1).
  • Z is originally the distance between the reflecting surface of the concave reflecting structure and the active layer 19, but since the distance between the active layer 19 and the lower surface of the second multilayer film reflecting mirror 31 is small enough to approximate, It is the distance between the reflecting surface of the reflecting structure 12R and the lower surface of the second multilayer film reflecting mirror 31 (see FIG. 3).
  • n eq is the equivalent refractive index of the semiconductor between the reflecting surface of the concave reflecting structure 12R and the lower surface of the second multilayer reflector 31;
  • This relationship is derived from the position of 1/e of the light intensity at the peak from the position of the peak in the light intensity distribution in the plane perpendicular to the emission direction of the light emitted from the surface-emitting laser 10 in the first cavity OC1.
  • ⁇ 0 which is the distance to , i.e., 1/2 of the beam spot diameter, and Eq. (2) below.
  • the above formula (1) is derived from the above formula (2) showing the relationship between ⁇ 0 and R. Specifically, the condition is that the spot diameter ⁇ 0 of the light output from the first resonator OC1 is 1.65 ⁇ m at maximum, and the spot diameter of the light output from the second resonator OC2 is less than this. It is derived by introducing the condition that it is preferable to be large into the above formula (1).
  • the upper surface of the substrate 11 is a plane that is 0.5° off from the C-plane in the M-plane direction.
  • the optical gain of the light having the polarization direction in the m-axis direction is changed to the other direction.
  • the laser light having the polarization direction in the m-axis direction easily oscillates. Therefore, most of the light emitted from the central region CA of the surface emitting laser 10 has the polarization direction in the m-axis direction. That is, the surface-emitting laser 10 emits more light that has a polarization direction along the horizontal axis AX2.
  • the surface emitting laser of the present invention it becomes easy to increase the emission output while maintaining the transverse mode of the emitted light in the single mode. In addition, it has high luminous efficiency, and it is possible to stably obtain emitted light in a specific polarization direction. This is very effective when the light emitted from the surface emitting laser is used in a device having an optical system using liquid crystals or polarizers.
  • a GaN substrate whose upper surface is a crystal plane inclined from the C plane to the M plane is prepared as described above.
  • a GaN layer (thickness: 1 ⁇ m) is formed as a base layer on the upper surface of the substrate 11 by metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE). After that, 35 pairs of n-GaN/AlInN layers are formed on the underlying layer to form the first multilayer reflector 13 .
  • MOVPE metal-organic vapor phase epitaxy
  • Si-doped n-GaN (layer thickness: 350 nm) is formed on the first multilayer reflector 13 to form an n-type semiconductor layer 17, and GaInN (layer thickness: 3 nm) and GaN (layer thickness: 3 nm) are formed thereon.
  • the active layer 19 is formed by laminating four pairs of layers each having a layer thickness of 4 nm).
  • the surrounding portions of the p-type semiconductor layer 21, the active layer 19 and the n-type semiconductor layer 17 are etched to form a mesa shape in which the upper surface 17S of the n-type semiconductor layer 17 is exposed in the surrounding portions.
  • the semiconductor structure layer 15 having a columnar portion composed of the n-type semiconductor layer 17, the active layer 19 and the p-type semiconductor layer 21 shown in FIG. 1 is completed.
  • the periphery of the central portion of the upper surface of the p-type semiconductor layer 21 is etched to form a protruding portion 21P.
  • an insulating layer 25 is formed by forming a film of SiO 2 to a thickness of 20 nm on the semiconductor structure layer 15 and partially removing it to form an opening 25H. In other words, SiO 2 is buried in the etched away portion of the upper surface of the p-type semiconductor layer 21 .
  • an ITO film having a thickness of 20 nm is formed on the insulating layer 25 to form a transparent electrode 27, and an Au film is formed on the upper surface of the transparent electrode 27 and the upper surface 17S of the n-type semiconductor layer 17 to form a p-electrode 29 and an n-electrode. 23 is formed.
  • a 38 nm Nb 2 O 5 film is formed on the transparent electrode 27 as a spacer layer (not shown).
  • a pair of films are formed to form the second multilayer film reflector 31 .
  • the convex portion 11P is formed on the back surface of the substrate 11 .
  • the convex portion 11P is formed by a reflow process such that the center axis of the lens shape coincides with the light emission center axis AX1. Note that the convex portion 11P may be formed using exposure patterning and dry etching.
  • a resist is deposited on the back surface of the substrate 11 in the same shape as the projections 11P, the entire back surface of the substrate 11 is dry-etched, and the shape of the resist is transferred to the back surface of the substrate 11. You may form the convex part 11P by this.
  • Modification 1 A surface-emitting laser 40, which is a first modification of the surface-emitting laser 10 according to the first embodiment of the present invention, will be described below. Modification 1 differs from the surface emitting laser 10 in that the convex portion 11P is not circular, that is, the concave reflecting surface formed by the concave reflecting structure 12R is not circular.
  • FIG. 4 is a top view of the surface-emitting laser 40 of Modification 1.
  • the top surface shape of the convex portion 11P has an elliptical shape whose major axis is in the same direction as the lateral axis AX2. That is, the convex portion 11P has an elliptical upper surface shape having a major axis along the m-axis direction when viewed from above.
  • the convex portion 11P has an elliptical shape with a long axis in the m-axis direction
  • the reflecting surface of the concave reflecting structure 12R has an elliptical upper surface shape with a long axis in the m-axis direction. Then, in the central area CA of the light polarized along the m-axis, the optical gain of the light polarized along the m-axis increases and the loss in the m-axis decreases. , was discovered by the inventor of the present invention.
  • the surface-emitting laser 40 a large amount of light having a polarization direction along the m-axis can be extracted from the lower surface of the substrate 11, which is the light emitting surface of the surface-emitting laser 10, and Emission of light having a polarization direction other than the parallel direction can be suppressed. Therefore, according to the surface emitting laser 40, it is possible to further suppress variations in the polarization direction of the light extracted from the light emitting surface in the in-plane direction of the light emitting surface.
  • the shape of the convex portion 11P for further suppressing the variation in the polarization direction in other words, the shape of the upper surface of the reflecting surface of the concave reflecting structure 12R may be any shape as long as the direction along the lateral axis AX2 is the longitudinal direction. may be in the shape of In other words, the shape of the upper surface of the convex portion 11P may be any shape other than an ellipse as long as it has a longitudinal direction along the horizontal axis AX2.
  • the shape of the upper surface of the convex portion 11P may be rectangular or rectangular with the longitudinal direction along the lateral axis AX2. Further, for example, the shape of the upper surface of the convex portion 11P may be an elliptical shape having the same contour as that of a land track whose longitudinal direction is along the direction of the lateral axis AX2. Further, for example, the shape of the upper surface of the convex portion 11P may be a diamond shape whose longitudinal direction is along the direction of the axis AX2.
  • a surface-emitting laser 50 which is a modification 2 of the surface-emitting laser 10 of the first embodiment of the present invention, will be described below with reference to FIG.
  • the surface-emitting laser 50 of Modification 2 differs from the surface-emitting laser 10 of Example 1 in that the rear multilayer reflector 12 is not formed.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a cut surface when the surface-emitting laser 50 is cut along the same cutting line as shown in FIG. 2, that is, a cut surface corresponding to FIG.
  • the surface-emitting laser 50 does not have the rear multilayer film reflector 12, but has a diffraction grating 53 (inside the dashed line in the figure) made up of a plurality of slit grooves 51 on the surface of the convex portion 11P. formed. That is, the convex portion 11P and the diffraction grating 53 form a concave reflecting structure 55R having a concave reflecting surface 55RS.
  • the slit groove 51 has its longitudinal direction in the same direction as the lateral axis AX2 (see FIG. 2), which is the axis along the direction perpendicular to the paper surface of FIG. That is, the slit groove 51 has a longitudinal direction along the m-axis direction when viewed from above.
  • the diffraction grating 53 formed by the slit grooves 51 provides a high reflectance for light whose polarization direction is the extension direction of each of the slit grooves 51 forming the diffraction grating, that is, the m-axis direction. That is, since the diffraction grating 53 made up of the slit grooves 51 is formed, the reflectance of the light whose polarization direction is the m-axis direction is higher than that of light having other polarization directions, and the m-axis direction is the polarization direction.
  • the light that is set to is preferentially easier to oscillate.
  • the diffraction grating 53 made up of the slit grooves 51 is formed on the lower surface of the substrate 11 to form the concave reflection structure 55R, thereby further controlling the polarization of the emitted light. It is possible to stably obtain emitted light in which directional light is dominant.
  • the slit grooves 51 can be formed by performing an etching process such as dry etching on the lower surface of the substrate 11 in the final step of manufacturing the surface emitting laser 10 of the first embodiment described above.
  • a surface-emitting laser 60 that is a third modification of the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
  • the surface emitting laser 60 differs from the surface emitting laser 10 of Example 1 in that a tunnel junction structure is formed in the semiconductor structure layer 15 instead of the insulating layer 25 in order to form the above-described current confinement structure.
  • the surface emitting laser 60 differs from the surface emitting laser 10 in the structure above the p-type semiconductor layer 21 .
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a cut surface when the surface-emitting laser 60 is cut along the same cutting line as shown in FIG. 2, that is, a cut surface corresponding to FIG.
  • a tunnel junction layer 61 is formed on the projecting portion 21P of the p-type semiconductor layer 21.
  • a tunnel junction layer 61 is formed in the central region CA within the semiconductor structure layer 15 .
  • the tunnel junction layer 61 is formed on the p-type semiconductor layer 21 and includes a highly doped p-type semiconductor layer 61A, which is a p-type semiconductor layer having an impurity concentration higher than that of the p-type semiconductor layer 21, and on the highly doped p-type semiconductor layer 61A. and a highly doped n-type semiconductor layer 61 ⁇ /b>B, which is an n-type semiconductor layer having an impurity concentration higher than that of the n-type semiconductor layer 17 .
  • the n-type semiconductor layer 63 is formed on the p-type semiconductor layer 21 and the tunnel junction layer 61 .
  • the n-type semiconductor layer 63 is formed to bury the tunnel junction layer 61 on the upper surface of the p-type semiconductor layer 21 .
  • the n-type semiconductor layer 63 is formed to cover the side surfaces of the protruding portion 21 ⁇ /b>P and the side surfaces and upper surface of the tunnel junction layer 61 .
  • the second multilayer reflector 65 is formed on the upper surface of the n-type semiconductor layer 63 and is an n-type semiconductor layer having the same doping concentration as the n-type semiconductor layer 17 . That is, the n-type semiconductor layer 63 has a doping concentration lower than that of the highly doped n-type semiconductor layer 61B.
  • the tunnel junction layer 61 and the n-type semiconductor layer 63 Due to such a laminated structure of the p-type semiconductor layer 21, the tunnel junction layer 61 and the n-type semiconductor layer 63, a tunnel effect occurs in the tunnel junction layer 61 portion. As a result, in the surface-emitting laser 60, between the p-type semiconductor layer 21 and the n-type semiconductor layer 63, a current flows only through the tunnel junction layer 61, and a current is confined in the central region CA. It is formed.
  • the second multilayer reflector 65 is a semiconductor multilayer reflector comprising a semiconductor layer formed on the n-type semiconductor layer 63 .
  • a low refractive index semiconductor film having a composition of AlInN and a high refractive index semiconductor film having a GaN composition and having a higher refractive index than the low refractive index semiconductor film are alternately laminated. and has the characteristics of an n-type semiconductor.
  • the second multilayer reflector 65 is a distributed Bragg reflector (DBR) made of semiconductor material.
  • DBR distributed Bragg reflector
  • the p-side electrode 67 is a metal electrode formed along the periphery of the top surface of the second multilayer film reflector 65 .
  • the second multilayer reflector 65 is conductive, from the p-side electrode 67, the second multilayer reflector 65, the n-type semiconductor layer 63, the tunnel junction layer 61, the p-type semiconductor A current flows through layer 21 , active layer 19 and n-type semiconductor layer 17 to n-electrode 23 .
  • the tunnel junction layer 61 that forms a tunnel junction in the same region as the electrical contact surface 21S when viewed from above, the same current constriction effect as the electrical contact surface 21S is formed. , a light confinement effect can be obtained.
  • the n-electrode 23 is formed on the n-type semiconductor layer 17 in the first embodiment and modified examples 1 to 3 above, the n-side electrode may be formed on the rear surface of the substrate 11 instead.
  • FIG. 7 shows a case where an n-side electrode 68 is formed in the region around the convex portion 11P, that is, in the region outside the concave reflecting structure 12R, instead of the n-electrode 23 in the surface emitting laser 10 of the first embodiment.
  • a cross-sectional view is shown.
  • the substrate 11 must be doped because the substrate 11 serves as a current path.
  • the substrate 11 is also arranged in the resonator, so it is preferable that the substrate 11 has high light transmittance. Therefore, the n-type dopant with which the substrate 11 is doped is preferably Si rather than oxygen, and the dopant concentration is preferably low.
  • the n-type dopant with which the substrate 11 is doped is preferably Si rather than oxygen, and the dopant concentration is preferably low.
  • the substrate 11 it is preferable that 80% of the regions in the first resonator OC1 and the second resonator OC2 have a Si dopant concentration of 2 ⁇ 10 18 /cm 3 or less.
  • the area of 1 ⁇ 10 18 /cm 3 or less occupies 80%.
  • the portion where the n-side electrode is formed needs to have a high dopant concentration.
  • the substrate 11 satisfying the above dopant concentration condition is formed.
  • oxygen may be used as the dopant for the portion where the n-side electrode is to be formed, since it is a region outside the resonator OC.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a cut surface when the surface-emitting laser 79 is cut along the same cutting line as shown in FIG. 2, that is, a cut surface corresponding to FIG.
  • a concave reflecting structure 71R having a concave reflecting surface 71RS is provided below the substrate 11.
  • the forming output coupler 71 is arranged. In other words, the output coupler 71 is spaced below the substrate 11 .
  • the output coupler 71 consists of a transparent substrate 72 having a concave surface 72S facing the lower surface of the substrate 11 and an external multilayer reflector 73 which is a dielectric DBR covering the concave surface 72S.
  • a concave reflecting structure 71 R corresponding to the concave reflecting structure 12 R of the surface emitting laser 10 is formed by the transparent substrate 72 and the external multilayer film reflector 73 .
  • a second resonator OC2 is formed between the second multilayer reflector 31 and the external multilayer reflector 73. As shown in FIG.
  • the rear surface of the substrate 11 is formed with, for example, four pairs of AR coats of Nb 2 O 5 /SiO 2 so that the rear surface of the substrate 11 does not reflect light.
  • Such a configuration using the output coupler 71 instead of the concave reflecting structure 12R formed by the convex portion 11P formed on the lower surface of the substrate 11 is used when the concave reflecting structure 12R has to be enlarged in the surface emitting laser 10 from the design point of view.
  • This configuration is advantageous for
  • the concave reflection structure 12R when a large number of surface-emitting lasers 10 are formed on a wafer and separated into individual pieces, if the concave reflection structure 12R must be enlarged, the number of surface-emitting lasers 10 to be manufactured per wafer is reduced to the convex portion. It may be limited by the size of 11P. In such a case, by replacing the concave reflecting structure 12R with the concave reflecting structure 71R of the external output coupler 71, it is possible to increase the size of the concave reflecting structure without reducing the number of surface emitting lasers manufactured per wafer. can.
  • the upper surface of the substrate 11 is 0.5° off from the C plane in the direction of the M plane, that is, when the off angle from the C plane to the direction of the M plane is 0.5°.
  • the off angle is not limited to this angle. If the off angle is, for example, about 0.3° to 0.8°, the above-described polarization control effect can be sufficiently obtained. Further, when the off-angle of the upper surface of the substrate 11 is 0.8° or less, the semiconductor multilayer film constituting the first multilayer reflector 13 can be stably formed to have a sufficient reflectance. .
  • the upper surface of the substrate 11 is turned off in the direction of the M plane from the C plane. It does not have to be almost off in the direction.
  • the off angle from the C plane to the A plane direction is about 0.3° to 0.8° for the same reason as the explanation about the range of the off angle of the C plane. and the off angle from the C plane to the M plane is preferably 0 ⁇ 0.1°.
  • the longitudinal direction of the upper surface shape of the protrusion 11P in Modification 1 and the longitudinal direction of the slit groove 51 in Modification 2 are described in the lateral direction. It should be understood by rereading that the axis AX2 corresponds to the a axis.
  • the upper surface of the substrate 11 When the upper surface of the substrate 11 is turned off from the C plane to the A plane direction, a large amount of light having a polarization direction along the a-axis direction can be extracted, and light having a polarization direction other than the direction along the a-axis can be extracted. emission can be suppressed. Therefore, according to the surface emitting laser 10, it is possible to suppress variations in the polarization direction of the light extracted from the light emitting surface in the in-plane direction of the light emitting surface.
  • the substrate 11 may be a C-plane substrate in which the C-plane is exposed on the upper surface.

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Abstract

［課題］　高い発光効率及び出力を有し、安定してシングルモードの光を出射することが可能な垂直共振器型発光素子を提供することを目的とする。 ［解決手段］　本発明の垂直共振器型発光素子は、基板上に形成された窒化物半導体よりなる第１の多層膜反射鏡と、前記第１の多層膜反射鏡上に形成された第１の導電型を有する窒化物半導体よりなり活性層を含む半導体構造層と、前記半導体構造層上に形成され、前記第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡と、前記第１の多層膜反射鏡と前記第２の多層膜反射鏡との間に形成され、前記活性層の１の領域に電流を集中させる電流狭窄構造と、を有し、前記窒化ガリウム系半導体基板の下面または当該下面より下方の領域に配され、前記窒化ガリウム系半導体基板の上面に垂直な方向から見た上面視において前記１の領域よりも外側まで延在しかつ前記第１の多層膜反射鏡に対向する凹状反射面を有する凹状反射構造を有する。

Description

垂直共振器型発光素子
　本発明は、垂直共振器型面発光レーザ（VCSEL:vertical cavity surface emitting laser）などの垂直共振器型発光素子に関する。
　従来から、半導体レーザの１つとして、電圧の印加によって光を放出する半導体層と、当該半導体層を挟んで互いに対向する多層膜反射鏡と、を有する垂直共振器型の半導体面発光レーザ（以下、単に面発光レーザとも称する）が知られている。例えば、特許文献１には、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層にそれぞれ接続されたｎ電極及びｐ電極を有する垂直共振器型の半導体レーザが開示されている。
特開2017-98328号公報
　例えば、面発光レーザなどの垂直共振器型発光素子には、対向する反射鏡によって光共振器が形成されている。例えば、面発光レーザ内においては、電極を介して半導体層に電圧が印加されることで、当該半導体層から放出された光が当該光共振器内で共振し、レーザ光が生成される。
　しかし、垂直共振器型の半導体レーザ素子には、例えば、活性層を含む半導体層の面内方向に共振器を有する水平共振器型の半導体レーザに比べ発光効率が低いということが課題の一例として挙げられる。
　また垂直共振器型の半導体レーザ素子にから出射される光は、横モードがシングルモードではなくマルチモードになりやすい。そのため、横モードが安定したシングルモードの光を得るのが困難であった。
　本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、高い発光効率及び出力を有し、安定してシングルモードの光を出射することが可能な垂直共振器型発光素子を提供することを目的としている。
　本発明による垂直共振器型発光素子は、窒化ガリウム系半導体基板と、前記基板上に形成された窒化物半導体よりなる第１の多層膜反射鏡と、前記第１の多層膜反射鏡上に形成された第１の導電型を有する窒化物半導体よりなる第１の半導体層、前記第１の半導体層上に形成された窒化物半導体よりなる活性層、及び前記活性層上に形成されかつ前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する窒化物半導体よりなる第２の半導体層を含む半導体構造層と、前記半導体構造層上に形成され、前記第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡と、前記第１の多層膜反射鏡と前記第２の多層膜反射鏡との間に形成され、前記活性層の１の領域に電流を集中させる電流狭窄構造と、を有し、前記窒化ガリウム系半導体基板の下面または当該下面より下方の領域に配され、前記窒化ガリウム系半導体基板の上面に垂直な方向から見た上面視において前記１の領域よりも外側まで延在しかつ前記第１の多層膜反射鏡に対向する凹状反射面を有する反射構造を有することを特徴とする。
実施例１の面発光レーザの斜視図である 実施例１の面発光レーザの上面図である。 実施例１の面発光レーザの断面図である。 変形例１の面発光レーザの上面図である。 変形例２の面発光レーザの断面図である。 変形例３の面発光レーザの断面図である。 変形例の面発光レーザの断面図である。 実施例２の面発光レーザの断面図である。
　以下、本発明の実施例について詳細に説明する。以下の説明においては、半導体面発光レーザ素子を例に説明するが、本発明は、面発光レーザのみならず、垂直共振器型発光ダイオードなど、種々の垂直共振器型発光素子に適用することができる。
　図１は、実施例１に係る垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser、以下、単に面発光レーザとも称する）１０の斜視図である。
　基板１１は、窒化ガリウム系半導体基板、例えばアンドープのＧａＮ基板である。基板１１は、例えば、上面形状が矩形の基板である。基板１１の上面は、Ｃ面からＭ面方向に０．５°オフした面である。また、基板１１の上面は、Ｃ面からＡ面方向にはほとんどオフしておらず、Ｃ面からＡ面方向へのオフ角は０±０．０１°である。以下の説明において、基板１１の上面の中心を通りかつ当該上面に垂直な軸を中心軸ＡＸ１として説明する。
　なお、面発光レーザ１０においては、基板１１も共振器内に配されることになるので、光の透過性が高いことが好ましい。そのため、基板１１は、アンドープであることが好ましい。
　凸部１１Ｐは、基板１１の下面の中心軸ＡＸ１を中心とした円状の領域に形成された、下方に凸の曲面からなる凸部である。本実施例では、凸部１１Ｐは平凸レンズ形状を有している。また、本実施例では凸部１１Ｐが形成するレンズ形状の光軸が中心軸ＡＸ１と一致している。
　裏面多層膜反射鏡１２（図中二点鎖線）は、凸部１１Ｐの表面に形成された誘電体膜からなる誘電体多層膜反射鏡である。裏面多層膜反射鏡１２は、ＳｉＯ２からなる低屈折率誘電体膜と、Ｎｂ２Ｏ５からなり低屈折率誘電体膜よりも屈折率が高い高屈折率誘電体膜とが交互に積層された誘電体多層膜反射鏡である。
　言い換えれば、裏面多層膜反射鏡１２は、誘電体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）である。本実施例において、裏面多層膜反射鏡１２は、凸部１１Ｐの表面に形成された４ペアのＮｂ２Ｏ５／ＳｉＯ２層からなる。この裏面多層膜反射鏡１２と凸部１１Ｐとで上方に凹の凹状反射面１２ＲＳを有する凹状反射構造１２Ｒが形成されている。言い換えれば、裏面多層膜反射鏡１２の上面が凹状反射面１２ＲＳになっている。
　第１の多層膜反射鏡１３は、基板１１の上に成長させられた半導体層からなる半導体多層膜反射鏡である。第１の多層膜反射鏡１３は、ＡｌＩｎＮの組成を有する低屈折率半導体膜と、ＧａＮ組成を有し低屈折率半導体膜よりも屈折率が高い高屈折率半導体膜とが交互に積層されることで形成されている。言い換えれば、第１の多層膜反射鏡１３は、半導体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）である。
　第１の多層膜反射鏡１３は、例えば、基板１１の上面に、ＧａＮ組成を有するバッファ層を設け、当該バッファ層上に上記高屈折率半導体膜と低屈折率半導体膜とを交互に成膜させることで形成される。本実施例では、第１の多層膜反射鏡１３は、基板１１上面に形成された１μｍのＧａＮ下地層の上に積層された３５ペアのＧａＮ／ＡｌＩｎＮ層からなる。このような構成の第１の多層膜反射鏡１３は、活性層１９からの出射光に対し、８０％程度の反射率を有する。
　半導体構造層１５は、第１の多層膜反射鏡１３上に形成された複数の半導体層からなる積層構造体である。半導体構造層１５は、第１の多層膜反射鏡１３上に形成されたｎ型半導体層（第１の半導体層）１７と、ｎ型半導体層１７上に形成された発光層（または活性層）１９と、活性層１９上に形成されたｐ型半導体層（第２の半導体層）２１と、を有する。
　第１の導電型の半導体層としてのｎ型半導体層１７は、第１の多層膜反射鏡１３上に形成された半導体層である。ｎ型半導体層１７は、ＧａＮ組成を有し、ｎ型不純物としてＳｉがドーピングされている半導体層である。ｎ型半導体層１７は、角柱状の下部１７Ａとその上に配された円柱状の上部１７Ｂとを有する。具体的には、例えば、ｎ型半導体層１７は、角柱状の下部１７Ａの上面１７Ｓから突出した円柱状の上部１７Ｂを有している。言い換えれば、ｎ型半導体層１７は、上部１７Ｂを含むメサ形状の構造を有する。
　活性層１９は、ｎ型半導体層１７の上部１７Ｂ上に形成されており、ＩｎＧａＮ組成を有する井戸層及びＧａＮ組成を有する障壁層を含む量子井戸構造を有する層である。面発光レーザ１０においては、活性層１９において光が発生する。本実施例において、活性層１９は、その発光中心が中心軸ＡＸ１上に持ち来されるように形成されている。
　第２の導電型の半導体層としてのｐ型半導体層２１は、活性層１９上に形成されたＧａＮ組成を有する半導体層である。ｐ型半導体層２１には、ｐ型の不純物としてＭｇがドーピングされている。
　ｎ電極２３は、ｎ型半導体層１７の下部１７Ａの上面１７Ｓに設けられ、ｎ型半導体層１７と電気的に接続されている金属電極である。ｎ電極２３は、ｎ型半導体層１７の上部１７Ｂを囲繞するように環状に形成されている。ｎ電極２３は、ｎ型半導体層１７と電気的に接触し、半導体構造層１５に外部からの電流を供給する第１の電極層を形成している。
　絶縁層２５は、ｐ型半導体層２１上に形成されている絶縁体からなる層である。絶縁層２５は、例えばＳｉＯ２等のｐ型半導体層２１を形成する材料よりも低い屈折率を有する物質によって形成されている。絶縁層２５は、ｐ型半導体層２１上において環状に形成されており、中央部分にｐ型半導体層２１を露出する開口部（図示せず）を有している。
　透明電極２７は、絶縁層２５の上面に形成された透光性を有する金属酸化膜である。透明電極２７は、絶縁層２５の上面全体及び絶縁層２５の中央部分に形成された開口から露出するｐ型半導体層２１の上面の全体を覆っている。透明電極２７を形成する金属酸化膜としては、例えば、活性層１９からの出射光に対して透光性を有するＩＴＯやＩＺＯを用いることができる。
　ｐ電極２９は、透明電極２７上に形成された金属電極である。ｐ電極２９は、絶縁層２５の上記開口部から露出したｐ型半導体層２１の上面と、透明電極２７を介して電気的に接続されている。透明電極２７とｐ電極２９とで、ｐ型半導体層２１に電気的に接触しかつ半導体構造層１５に外部からの電流を供給する第２の電極層が形成されている。本実施例において、ｐ電極２９は、透明電極２７の上面に当該上面の外縁に沿って環状に形成されている。
　第２の多層膜反射鏡３１は、透明電極２７の上面のｐ電極２９に囲まれた領域に形成された円柱上の多層膜反射鏡である。第２の多層膜反射鏡３１は、ＳｉＯ２からなる低屈折率誘電体膜と、Ｎｂ２Ｏ５からなり低屈折率誘電体膜よりも屈折率が高い高屈折率誘電体膜とが交互に積層された誘電体多層膜反射鏡である。言い換えれば、第２の多層膜反射鏡３１は、誘電体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）である。
　本実施例において、第２の多層膜反射鏡３１は、透明電極２７の上面に形成されたＮｂ２Ｏ５のスペーサー層、及び当該スペーサー層上に成膜された１０．５ペアのＮｂ２Ｏ５／ＳｉＯ２層からなる。このような構成の第２の多層膜反射鏡３１は、活性層１９からの出射光に対し、９９％以上の反射率を有する。この第２の多層膜反射鏡３１の反射率は、第１の多層膜反射鏡１３の反射率よりも高くなっている。
　図２は、面発光レーザ１０の上面図である。図２において、基板１１の上面と同一面内においてｍ軸方向に沿っている軸を横方向軸ＡＸ２とする。上述したように、面発光レーザ１０は、矩形の上面形状を有する基板１１上に形成されたｎ型半導体層１７、上面形状が円形の活性層１９及びｐ型半導体層２１を含む半導体構造層１５を有している（図１参照）。ｐ型半導体層２１上には、絶縁層２５及び透明電極２７が形成されている。透明電極２７上には、ｐ電極２９及び第２の多層膜反射鏡３１が形成されている。
　絶縁層２５は、上述した絶縁層２５のｐ型半導体層２１を露出する円形の開口部である開口部２５Ｈを有している。図２に示すように、開口部２５Ｈは、面発光レーザ１０の上方からみて絶縁層２５の中央部に形成されており、面発光レーザ１０の上方からみて第２の多層膜反射鏡３１に覆われている。言い換えれば、開口部２５Ｈは、絶縁層２５の多層膜反射鏡３１の下面と対向する領域に形成されている。本実施例において、開口部２５Ｈは直径１０μｍである。
　開口部２５Ｈは、中心軸ＡＸ１上に中心を有する円形である。従って、ｐ型半導体層２１は、ｐ型半導体層２１の上面の開口部２５Ｈから露出している円形の領域にある電気的接触面２１Ｓを介して透明電極２７と電気的に接続されている。
　図２に示すように、凸部１１Ｐ（図中太い破線）は、上面視において、中心軸ＡＸ１上に中心を有する円形である。凸部１１Ｐは、基板１１の下面の電気的接触面２１Ｓと対向する領域に亘って形成されている。凸部１１Ｐは上面視、すなわち基板１１の上面の法線方向からみて電気的接触面２１Ｓと重なるように形成され、かつ電気的接触面２１Ｓの外縁すなわち輪郭よりも外側まで延在している。本実施例においては、凸部１１Ｐは、上面視においてｐ電極２９の外側、すなわちｎ型半導体層１７の上部１７Ｂの外側にまで延在している。
　図３は、面発光レーザ１０の図２の３－３線に沿った断面図である。上述のように、面発光レーザ１０は、ＧａＮ基板である基板１１を有し、基板１１上に第１の多層膜反射鏡１３が形成されている。
　また、上述したように、基板１１の下面の凸部１１Ｐの表面には、第３の多層膜反射鏡としての裏面多層膜反射鏡１２が形成されている。従って、凸部１１Ｐ及び裏面多層膜反射鏡１２によって、活性層１９及び第２の多層膜反射鏡３１に対向する上方に凹の反射面を有する凹状反射構造１２Ｒが形成されている。
　この上方に凹の反射面によって、活性層１９の方向から第１の多層膜反射鏡１３を下方に通過してきた光が、上方にかつ中心軸ＡＸ１に向かって絞られながら反射される。すなわち、裏面多層膜反射鏡１２は、第１の多層膜反射鏡１３を通過して裏面多層膜反射鏡１２に到達した光を、中心軸ＡＸ１に沿った領域に集める機能を有する。
　図１について上述したように、第１の多層膜反射鏡１３上には、半導体構造層１５が形成されている。半導体構造層１５は、ｎ型半導体層１７、活性層１９及びｐ型半導体層２１がこの順に形成されてなる積層体である。ｐ型半導体層２１の上面の中央部には、上方に突出している突出部２１Ｐが形成されている。
　本実施例においては、ｎ型半導体層１７は、Ｓｉがドープされた３５０ｎｍの層厚のｎ－ＧａＮ層である。活性層１９は、３ｎｍのＧａＩｎＮ層及び４ｎｍのＧａＮ層が４ペア積層された多重量子井戸構造の活性層である。活性層１９上には、１２０ｎｍのアンドープのＧａＮ層、１０ｎｍのＭｇドープされたＡｌＧａＮ（Ａｌ組成３０％）の電子障壁層が形成され、その上に突出部２１Ｐが形成されている部分において８３ｎｍの層厚を有するｐ－ＧａＮ層からなるｐ型半導体層２１が形成されている。
　絶縁層２５は、ｐ型半導体層２１の上面の突出部２１Ｐ以外の領域を覆うように形成されている。絶縁層２５は、上述のようにｐ型半導体層２１よりも低い屈折率を有している材料からなっている。絶縁層２５は、突出部２１Ｐを露出せしめる開口部２５Ｈを有している。例えば、開口部２５Ｈと突出部２１Ｐとは同様の形状を有しており、開口部２５Ｈの内側面と突出部２１Ｐの外側面は接している。
　絶縁層２５は、２０ｎｍのＳｉＯ２からなる層である。絶縁層２５の上面は、ｐ型半導体層２１の突出部２１Ｐの上面と同一の高さ位置に配置されるように構成されている。言い換えれば、ｐ型半導体層２１の上面の突出部２１Ｐは、ｐ型半導体層２１の上面の突出部２１Ｐの周囲の領域から２０ｎｍ突出している。従って、ｐ型半導体層２１は、突出部２１Ｐにおいて８３ｎｍの層厚を有し、それ以外の領域において６３ｎｍの層厚を有する。
　透明電極２７は、絶縁層２５及び絶縁層２５の開口部２５Ｈから露出している突出部２１Ｐの上面を覆うように形成されている。すなわち、透明電極２７は、ｐ型半導体層２１の上面の開口部２５Ｈによって露出している領域において、ｐ型半導体層２１と電気的に接触している。言い換えれば、ｐ型半導体層２１の上面の開口部２５Ｈを介して露出している領域が、ｐ型半導体層２１と透明電極２７との電気的接触をもたらす電気的接触面２１Ｓとなっている。
　ｐ電極２９は、上述したように金属電極であり、透明電極２７の上面の外縁に沿って形成されている。すなわち、ｐ電極２９は、透明電極２７と電気的に接触している。従って、ｐ電極２９は、ｐ型半導体層２１の上面の開口部２５Ｈによって露出している電気的接触面２１Ｓにおいて、透明電極２７を介してｐ型半導体層２１と電気的に接触または接続している。
　第２の多層膜反射鏡３１は、透明電極２７の上面であって、絶縁層２５の開口部２５Ｈ上の領域、言い換えれば電気的接触面２１Ｓ上の領域すなわち透明電極２７の上面の中央部分に形成されている。第２の多層膜反射鏡３１の下面は、透明電極２７及び半導体構造層１５を挟んで第１の多層膜反射鏡１３の上面及び裏面多層膜反射鏡１２の上面と対向している。第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間に第１の共振器ＯＣ１、が形成され裏面多層膜反射鏡１２と第２の多層膜反射鏡３１との間に第２の共振器ＯＣ２が形成される。活性層１９から出射した光を共振させる共振器ＯＣは、この第１の共振器ＯＣ１及び第２の共振器ＯＣ２を含む。
　面発光レーザ１０において、第２の多層膜反射鏡３１の反射率は、裏面多層膜反射鏡１２及び第１の多層膜反射鏡１３からなる反射構造の反射率よりもわずかに高くなっている。従って、裏面多層膜反射鏡１２及び第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間で共振した光は、その一部が第１の多層膜反射鏡１３、基板１１及び裏面多層膜反射鏡１２を透過し、外部に取り出される。
　ここで、面発光レーザ１０の動作について説明する。面発光レーザ１０において、ｎ電極２３及びｐ電極２９との間に電圧が印加されると、図中太線一点鎖線矢印に示す様に、半導体構造層１５内に電流が流れ、活性層１９から光が放出される。活性層１９から放出された光は、第１の多層膜反射鏡１３及び裏面多層膜反射鏡１２と第２の多層膜反射鏡３１との間において反射を繰り返し、共振状態に至る（すなわちレーザ発振する）。
　面発光レーザ１０においては、ｐ型半導体層２１には、開口部２５Ｈによって露出している部分、すなわち電気的接触面２１Ｓのみから電流が注入される。また、ｐ型半導体層２１は非常に薄いため、ｐ型半導体層２１内では面内方向、すなわち半導体構造層１５の面内に沿った方向には電流は拡散しない。
　従って、面発光レーザ１０においては、活性層１９のうち、開口部２５Ｈによって画定される電気的接触面２１Ｓの直下の領域にのみ電流が供給されて、当該領域からのみ光が放出される。すなわち、面発光レーザ１０において、開口部２５Ｈが活性層１９における電流の供給範囲を制限する電流狭窄構造となっている。すなわち、面発光レーザにおいては、ｐ型半導体層２１及び絶縁層２５によって電流狭窄構造が形成されている。
　言い換えれば、面発光レーザ１０においては、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間に、活性層１９のうち、電気的接触面２１Ｓを底面とする柱状の領域である中央領域ＣＡのみに電流が流れるように電流を狭窄する、すなわち、活性層の１の領域に電流を集中させる電流狭窄構造が形成されている。活性層１９内の電流が流れる領域を含む中央領域ＣＡは、電気的接触面２１Ｓによって画定される。
　上述のように、本実施例においては、第１の多層膜反射鏡１３は、第２の多層膜反射鏡３１よりも低い反射率を有する。従って、第２の多層膜反射鏡３１及び活性層１９から到来して第１の多層膜反射鏡１３に至った光は、その一部が裏面多層膜反射鏡１２へ透過し、第２の多層膜反射鏡３１と裏面多層膜反射鏡１２との間でも共振が発生する。これら共振した光の一部は、第１の多層膜反射鏡１３、裏面多層膜反射鏡１２及び基板１１を透過し、外部に取り出される。
　このようにして、面発光レーザ１０は、基板１１の下面から、基板１１の凸部１１Ｐを除く下面及び半導体構造層１５の各層の面内方向に対して垂直な方向に光を出射する。言い換えれば、基板１１の下面が、面発光レーザ１０の光出射面となっている。
　なお、半導体構造層１５のｐ型半導体層２１の電気的接触面２１Ｓ及び絶縁層２５の開口部２５Ｈは、活性層１９における発光領域の中心である発光中心を画定し、共振器ＯＣの中心軸（発光中心軸）を画定する。共振器ＯＣの中心軸は、ｐ型半導体層２１の電気的接触面２１Ｓの中心を通り、半導体構造層１５の面内方向に対して垂直な方向に沿って延びる。本実施例においては、共振器ＯＣの発光中心軸と中心軸ＡＸ１とが同一であるとして説明する。以下の説明においては、中心軸ＡＸ１を発光中心軸ＡＸ１とも称する。
　活性層１９の発光領域とは、例えば、活性層１９内における所定の強度以上の光が放出される所定の幅を有する領域であり、その中心が発光中心である。また、例えば、活性層１９の発光領域とは、活性層１９内において所定の密度以上の電流が注入される領域であり、その中心が発光中心である。また、当該発光中心を通る基板１１の上面または半導体構造層１５の各層の面内方向に対して垂直な直線が発光中心軸ＡＸ１である。
　発光中心軸ＡＸ１は、第１の多層膜反射鏡１３及び裏面多層膜反射鏡１２と第２の多層膜反射鏡３１とによって構成される共振器ＯＣの共振器長方向に沿って延びる直線である。また、発光中心軸ＡＸ１は、面発光レーザ１０から出射されるレーザ光の光軸に対応する。
　以下、面発光レーザ１０内部の光学的な特性について説明する。上述のように、面発光レーザ１０において、絶縁層２５は、ｐ型半導体層２１よりも低い屈折率を有する。また、裏面多層膜反射鏡１２及び第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間において、活性層１９及びｎ型半導体層１７の層厚は、面内のいずれの箇所においても同じ層内であれば同一である。
　従って、面発光レーザ１０の裏面多層膜反射鏡１２及び第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間で形成される共振器ＯＣ内における等価的な屈折率（裏面多層膜反射鏡１２及び第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間の光学的距離であり、共振波長に対応する）は、ｐ型半導体層２１と絶縁層２５との屈折率の差によって、電気的接触面２１Ｓを底面とする円柱状の中央領域ＣＡとその周りの筒状の周辺領域ＰＡとで異なる。
　具体的には、裏面多層膜反射鏡１２及び第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間において、周辺領域ＰＡの等価屈折率は中央領域ＣＡの等価屈折率よりも低い、すなわち、中央領域ＣＡにおける等価的な共振波長は、周辺領域ＰＡの等価的な共振波長よりも小さい。なお、活性層１９において光が放出されるのは、開口部２５Ｈ及び電気的接触面２１Ｓの直下の領域である。すなわち、活性層１９において光が放出される発光領域は、活性層１９のうち中央領域ＣＡと重なる部分、言い換えれば上面視において電気的接触面２１Ｓと重なる領域である。
　このように、面発光レーザ１０においては、電流狭窄構造を形成するｐ型半導体層２１及び絶縁層２５によって、活性層１９の発光領域を含む中央領域ＣＡと、中央領域ＣＡを囲繞しかつ中央領域ＣＡよりも屈折率が低い周辺領域ＰＡとが形成されている。
　これによって、中央領域ＣＡ内の定在波が周辺領域ＰＡに発散（放射）することによる光損失が抑制される。すなわち、中央領域ＣＡに多くの光が留まり、またその状態でレーザ光が外部に取り出される。
　つまり、面発光レーザ１０においては、電流狭窄構造を形成するｐ型半導体層２１及び絶縁層２５によって、光を中央領域に留める、すなわち閉じ込める光閉じ込め構造も形成されている。
　また、面発光レーザ１０においては、第１の多層膜反射鏡１３を通過して裏面多層膜反射鏡１２に達した光が、裏面多層膜反射鏡１２によって形成される凹状反射構造１２Ｒの凹状反射面１２ＲＳによって中央領域ＣＡに集められる。すなわち、裏面多層膜反射鏡１２によっても中央領域ＣＡに光が留められる。
　従って、上記電流狭窄構造及び裏面多層膜反射鏡１２によって、多くの光が共振器ＯＣの発光中心軸ＡＸ１の周辺の中央領域ＣＡに集中し、高出力かつ高密度なレーザ光を生成及び出射することができる。
　また、面発光レーザ１０においては、上述のように共振器ＯＣを裏面多層膜反射鏡１２及び第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１とで形成している。このことで、面発光レーザ１０からの出射光をシングルモードに維持しつつ活性層１９の電流の流れる領域、いわゆる電流注入領域を大きくして発光領域を大きくし、光出力を高めることが容易になっている。
　例えば、本願の面発光レーザ１０から裏面多層膜反射鏡１２を除き、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との反射率を近づけてこれらのみで共振器を形成する構成（以下、比較構成とも称する）を考える。この場合、活性層１９への電流の流れ込みを制限して発光領域を画定する電流狭窄構造を形成する開口部２５Ｈの径を約５．５μｍ以下にしなければ、取り出す光がシングルモードになりにくいということが、本願発明者らによって見出されていた。
　言い換えれば、単に、電流狭窄構造を形成する構造で光閉じ込めを行って横モードをシングルモードに制御する比較構成の場合、電流注入領域を小さく収めなければならないことが見出されていた。これは、活性層の電流注入領域を大きくして光出力を上げると、活性層の発光中心付近で空間的ホールバーニングが発生し、当該発光中心付近における光利得が小さくなってしまう故である。
　この空間的ホールバーニングは、活性層の特定の領域で光密度が過度に高まることで、誘導放出が多くなり、当該光密度が高い領域で注入キャリアが消費されてキャリア密度が低くなってしまう現象である。
　上記した比較構成では、光出力を上げようとした際、５．５μｍを超えて開口部２５Ｈを大きくすると、電流狭窄構造によって生ずる光閉じ込め効果により、活性層の発光中心周辺に光が集中しすぎて光密度が過度に高まってしまい、ホールバーニングが発生する。面発光レーザにおいて、このホールバーニングが発生すると、幅方向における共振器の光利得が複数のピークを持つようになり、取り出される光の横モードが多モードになってしまう。
　本実施例の面発光レーザ１０では、上述のように、裏面多層膜反射鏡１２及び第１の多層膜反射鏡１３で上方に光反射する反射構造を形成し、第２の多層膜反射鏡３１で下方に光を反射する反射構造を形成し、これらによって共振器を形成している。
　このように、面発光レーザ１０では、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１とからなる第１の共振器ＯＣ１から、一部の光を第１の多層膜反射鏡１３を通過させて下方に向かわせる。それにより、中心軸ＡＸ１に向かって絞りながら反射する凹状反射面１２ＲＳを有する裏面多層膜反射鏡１２と第２の多層膜反射鏡３１との間でも第２の共振器ＯＣ２が形成される。
　このようにすることで、活性層１９において、単に第１の多層膜反射鏡１３及び第２の多層膜反射鏡３１との間のみで第１の共振器ＯＣ１を形成する場合よりも、発光中心軸ＡＸ１の周辺の領域における光密度を低下させることが出来、空間的ホールバーニングの発生を抑えることが可能である。
　具体的には、面発光レーザ１０においては、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間に形成された光閉じ込め構造だけでなく、裏面多層膜反射鏡１２によって光を中央領域ＣＡに集めるもう一つの横方向光閉じ込め構造をとっている。また、上述のように第１の多層膜反射鏡１３の反射率を低くしているので、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間の第１の共振器ＯＣ１において強く生ずる上記電流狭窄構造による光閉じ込め効果が、従来よりも緩やかなものになる。
　面発光レーザ１０においては、上記電流狭窄構造による光閉じ込め効果が、上記第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間の第１の共振器ＯＣ１でのみ共振が起きる比較構成に比べて緩やかになる。その代わりに、第１の多層膜反射鏡１３を通過して下方に向かった光を上方に、かつ中心軸ＡＸ１に向かって絞りながら反射する凹状反射面１２ＲＳを有する裏面多層膜反射鏡１２が、緩やかになった電流狭窄構造による光閉じ込め効果の補填をする形になる。
　このように、光閉じ込めを上記した電流狭窄構造とで裏面多層膜反射鏡１２との組み合わせで行うことで、中央領域ＣＡには十分に光が閉じ込められるものの、活性層１９の中心軸ＡＸ１近傍の領域に光が過度に集中せず、光密度が過度に高くならなくなる。これによって、活性層１９の電流注入領域を大きくしても、光密度が過度に高くなることによるホールバーニングが発生しにくくなる。
　このように、面発光レーザ１０では、開口部２５Ｈを大きくして活性層１９の電流注入領域を大きくしてもホールバーニングが発生せず、出射光の光強度分布がガウシアン分布を維持しやすくなる。すなわち、面発光レーザ１０では、出射光の横モードがシングルモードに保たれやすくなる。
　なお、凹状反射構造１２Ｒの凹状反射面１２ＲＳの曲率半径Ｒは、以下の式（１）を満たすことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　　　　　　　　　　　　　　　
　ここで、Ｚは、本来では凹状反射構造の反射面と活性層１９との距離であるが、活性層１９と第２の多層膜反射鏡３１の下面との距離が近似できるほど小さいので、凹状反射構造１２Ｒの反射面と第２の多層膜反射鏡３１の下面との距離とする（図３参照）。
　また、ｎｅｑは凹状反射構造１２Ｒの反射面と第２の多層膜反射鏡３１の下面との間半導体による等価屈折率、λｌａｓｉｎｇは活性層１９から出射される光の波長である。
　この関係性は、第１の共振器ＯＣ１での面発光レーザ１０からの出射光の出射方向と垂直な面内の光強度分布において、ピークの位置からピークにおける光強度の１／ｅになる位置までの距離、すなわちビームスポット径の１／２であるω０及び以下の式（２）に基づいて導出された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　なお、上記式（１）は、ω０とＲとの関係を示す上記式（２）から導き出されている。具体的には、第１の共振器ＯＣ１によって出力される光のスポット径ω０が最大で１．６５μｍであると言う条件、第２の共振器ＯＣ２によって出力される光のスポット径がこれより大きくなる事が好ましいと言う条件を上記式（１）に導入することで導き出されている。
　また、上述のように、本実施例の面発光レーザ１０では、基板１１の上面がＣ面からＭ面方向に０．５°オフした面となっている。本実施例の面発光レーザ１０のように、基板１１のＭ面にオフセットした成長面に半導体層を成長させた場合、ｍ軸方向に偏光方向を有する光の光学利得が他の方向に偏光方向を有する光よりも大きくなるため、ｍ軸方向に偏光方向を有するレーザ光が発振しやすい。そのため、面発光レーザ１０の中央領域ＣＡから出射される光は、ｍ軸方向に偏光方向を有する光が多くなる。すなわち、面発光レーザ１０は、横方向軸ＡＸ２に沿った方向に偏光方向を有する光が多くなる。
　上述のように、本発明の面発光レーザによれば、出射光の横モードをシングルモードに維持しつつ発光出力を上げることが容易になる。また、高い発光効率を有し、安定して特定の偏光方向の出射光を得ることが可能となる。これは、面発光レーザの出射光を、液晶や偏光子を用いた光学系を有する装置に用いる場合に非常に有効である。
［製造方法］
　以下に、面発光レーザ１０の製造方法の一例について説明する。まず、基板１１として、上述のように上面がＣ面からＭ面に傾斜した結晶面となっているＧａＮ基板を用意する。
　次に、当該基板１１の上面に、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により、下地層としてＧａＮ（層厚１μｍ）層を形成する。その後、当該下地層上にｎ－ＧａＮ／ＡｌＩｎＮの層を３５ペア成膜し、第１の多層膜反射鏡１３を形成する。
　次に、第１の多層膜反射鏡１３上に、Ｓｉドープｎ－ＧａＮ（層厚３５０ｎｍ）を形成してｎ型半導体層１７を形成し、その上に、ＧａＩｎＮ（層厚３ｎｍ）及びＧａＮ（層厚４ｎｍ）からなる層を４ペア積層することで、活性層１９を形成する。
　次に、活性層１９上に、ＭｇドープＡｌＧａＮ（Ａｌ組成３０％）からなる電子障壁層（１０ｎｍ）を形成し（図示せず）、当該電子障壁層上にｐ－ＧａＮ層（層厚８３ｎｍ）を成膜してｐ型半導体層２１を形成する。
　次に、ｐ型半導体層２１、活性層１９及びｎ型半導体層１７の周囲の部分をエッチングして、当該周囲の部分においてｎ型半導体層１７の上面１７Ｓが露出するようなメサ形状を形成する。言い換えれば、この工程で、図１のｎ型半導体層１７、活性層１９及びｐ型半導体層２１からなる円柱上の部分を有する半導体構造層１５が完成する。
　次に、ｐ型半導体層２１の上面の中央部の周囲をエッチングして、突出部２１Ｐを形成する。その後、半導体構造層１５上に、ＳｉＯ２を２０ｎｍ成膜して、その一部を除去して開口部２５Ｈを形成することで絶縁層２５を形成する。言い換えれば、ｐ型半導体層２１の上面のエッチング除去された部分に、ＳｉＯ２を埋め込む。
　次に、絶縁層２５上にＩＴＯを２０ｎｍ成膜して透明電極２７を形成し、透明電極２７の上面及びｎ型半導体層１７の上面１７ＳにそれぞれＡｕを成膜してｐ電極２９及びｎ電極２３を形成する。
　次に、透明電極２７上にＮｂ２Ｏ５を３８ｎｍ、スペーサー層（図示せず）として成膜し、当該スペーサー層上に、１ペアがＮｂ2Ｏ5／ＳｉＯ2からなる層を１０．５ペア成膜して、第２の多層膜反射鏡３１を形成する。
　次に、基板１１の裏面を研磨して厚さを２００μｍ以下にした後、基板１１の裏面に凸部１１Ｐを形成する。凸部１１Ｐはリフロープロセスによって、そのレンズ形状の中心軸が、発光中心軸ＡＸ１と一致するように形成される。なお、凸部１１Ｐは、露光パターニング及びドライエッチングを用いて形成されてもよい。
　具体的には、例えば、基板１１の裏面に凸部１１Ｐと同様の形状にレジストを堆積させ、基板１１の裏面全体をドライエッチングし、レジストの形状を基板１１の裏面に転写することで形成することで凸部１１Ｐを形成してもよい。
　［変形例１］
　以下、本発明の実施例１の面発光レーザ１０の変形例１である面発光レーザ４０について説明する。変形例１は、凸部１１Ｐが円形では無い点、すなわち凹状反射構造１２Ｒが形成する凹状反射面が円形では無い点で面発光レーザ１０と異なる。
　図４は、変形例１の面発光レーザ４０の上面図である。図４に示すように、面発光レーザ４０において、凸部１１Ｐの上面形状は横方向軸ＡＸ２と同じ方向の軸を長軸とする楕円形を有している。すなわち、凸部１１Ｐが、上面視においてｍ軸方向沿ったに長軸を有する楕円状の上面形状を有している。
　面発光レーザ４０において、凸部１１Ｐをｍ軸方向に長軸を有する楕円形状とすると、すなわち凹状反射構造１２Ｒの反射面を、ｍ軸方向に長軸を有する楕円形の上面形状を有する反射面とすると、ｍ軸方向に沿った偏光方向を有する光の中央領域ＣＡ内での、ｍ軸方向に沿った偏光方向を有する光の光利得が高くなり、かつｍ軸方向損失が低くなることが、本願発明の発明者によって見出された。
　従って、面発光レーザ４０によれば、面発光レーザ１０の光出射面となっている基板１１の下面から、ｍ軸方向に沿った偏光方向を有する光を多く取り出すことができ、かつｍ軸に沿った方向以外の偏光方向を有する光の出射を抑制することができる。よって、面発光レーザ４０によれば、光出射面から取り出される光の、光出射面の面内方向における偏光方向バラツキをさらに抑制することが可能となる。
　なお、偏光方向のバラツキをさらに抑制するための凸部１１Ｐの形状、言い換えれば凹状反射構造１２Ｒの反射面の上面形状は、横方向軸ＡＸ２に沿った方向を長手方向とする形状であれば他の形状であってもよい。言い換えれば、凸部１１Ｐの上面形状は、横方向軸ＡＸ２に沿った方向を長手方向とする形状であれば楕円以外の他の形状であってもよい。
　例えば、凸部１１Ｐの上面形状は、横方向軸ＡＸ２に沿った方向を長手方向とする長方形または矩形状であってもよい。また、例えば、凸部１１Ｐの上面形状は、横方向軸ＡＸ２方向に沿った方向を長手方向とする陸上トラックと同一の輪郭を有する長円状であってもよい。また、例えば、凸部１１Ｐの上面形状は、軸ＡＸ２方向に沿った方向を長手方向とする菱形状であってもよい。
　［変形例２］
　以下、本発明の実施例１の面発光レーザ１０の変形例２である面発光レーザ５０について、図５を参照して説明する。変形例２の面発光レーザ５０は、裏面多層膜反射鏡１２が形成されていない点で実施例１の面発光レーザ１０とは異なる。
　図５は、図２に示したのと同様の切断線で面発光レーザ５０を切断した際の切断面、すなわち図３に対応した切断面を示す断面図である。図５に示すように、面発光レーザ５０は、裏面多層膜反射鏡１２が形成されていない代わりに、凸部１１Ｐの表面に複数のスリット溝５１からなる回折格子５３（図中破線内）が形成されている。すなわち、凸部１１Ｐと回折格子５３とで凹状反射面得５５ＲＳを有する凹状反射構造５５Ｒが形成されている。このスリット溝５１は、図５の紙面に垂直な方向に沿った軸である横方向軸ＡＸ２（図２参照）と同じ方向に長手方向を有している。すなわちスリット溝５１は、上面視においてｍ軸方向に沿った方向に長手方向を有している。
　このスリット溝５１によって形成される回折格子５３は、回折格子を形成するスリット溝５１の各々の伸長方向、すなわちｍ軸方向が偏光方向となっている光に対する高い反射率をもたらす。すなわち、スリット溝５１からなる回折格子５３が形成されていることで、他の偏光方向を有する光よりもｍ軸方向が偏光方向になっている光の反射率が高まり、ｍ軸方向が偏光方向になっている光が優先的に発振しやすくなる。
　従って、面発光レーザ５０によれば、基板１１の下面にスリット溝５１からなる回折格子５３を形成して凹状反射構造５５Ｒを形成することで、出射光の更なる偏光制御を行い、１の偏光方向を有する光が支配的な出射光を安定して得ることが可能となる。
　なお、スリット溝５１は、上記説明した実施例１の面発光レーザ１０の製法の最後の工程において、基板１１の下面にドライエッチング等のエッチング処理をすることで形成することが可能である。
　［変形例３］
　以下、本発明の実施例１の変形例３である面発光レーザ６０について、図６を参照して説明する。面発光レーザ６０は、上述した電流狭窄構造を形成するために、絶縁層２５の代わりに半導体構造層１５内にトンネル接合構造を形成する点で、実施例１の面発光レーザ１０とは異なる。具体的には、面発光レーザ６０は、ｐ型半導体層２１より上の構造が面発光レーザ１０と異なる。
　図６は、図２に示したのと同様の切断線で面発光レーザ６０を切断した際の切断面、すなわち図３に対応した切断面を示す断面図である。図６に示すように、面発光レーザ６０においては、ｐ型半導体層２１の突出部２１Ｐ上に、トンネル接合層６１が形成されている。すなわち、面発光レーザ６０においては、半導体構造層１５内の中央領域ＣＡにトンネル接合層６１が形成されている。
　トンネル接合層６１は、ｐ型半導体層２１上に形成され、ｐ型半導体層２１よりも高い不純物濃度を有するｐ型半導体層であるハイドープｐ型半導体層６１Ａと、ハイドープｐ型半導体層６１Ａ上に形成され、ｎ型半導体層１７よりも高い不純物濃度を有するｎ型半導体層であるハイドープｎ型半導体層６１Ｂと、を含んでいる。
　ｎ型半導体層６３は、ｐ型半導体層２１及びトンネル接合層６１上に形成されている。ｎ型半導体層６３は、ｐ型半導体層２１の上面においてトンネル接合層６１を埋め込むように形成されている。言い換えれば、ｎ型半導体層６３は、突出部２１Ｐの側面並びにトンネル接合層６１の側面及び上面を覆うように形成されている。
　第２の多層膜反射鏡６５は、ｎ型半導体層６３の上面に形成されており、ｎ型半導体層１７と同様のドーピング濃度を有するｎ型半導体層である。すなわち、ｎ型半導体層６３は、ハイドープｎ型半導体層６１Ｂよりも低いドーピング濃度を有している。
　このような、ｐ型半導体層２１、トンネル接合層６１及びｎ型半導体層６３の積層構造により、トンネル接合層６１部分でトンネル効果が生ずる。これにより、面発光レーザ６０においてはｐ型半導体層２１とｎ型半導体層６３との間において、トンネル接合層６１の部分にのみ電流が流れ、電流が中央領域ＣＡに狭窄される電流狭窄構造が形成される。
　第２の多層膜反射鏡６５は、ｎ型半導体層６３上に形成された半導体層からなる半導体多層膜反射鏡である。第２の多層膜反射鏡６５は、ＡｌＩｎＮの組成を有する低屈折率半導体膜と、ＧａＮ組成を有し低屈折率半導体膜よりも屈折率が高い高屈折率半導体膜とが交互に積層されることで形成されており、ｎ型半導体の特性を有している。言い換えれば、第２の多層膜反射鏡６５は、半導体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）である。
　ｐ側電極６７は、第２の多層膜反射鏡６５の上面の周縁部に沿って形成された金属電極である。面発光レーザ６０においては、第２の多層膜反射鏡６５が導電性を有するので、ｐ側電極６７から第２の多層膜反射鏡６５、ｎ型半導体層６３、トンネル接合層６１、ｐ型半導体層２１、活性層１９、ｎ型半導体層１７を通ってｎ電極２３まで電流が流れる。
　この構成を有する半導体構造層において、ｐ－ＧａＮ層からｎ型半導体層１７には、トンネル接合層の部分のみから電流が流入する。そのため、上記した絶縁層２５を形成した場合と同様な電流狭窄効果を生じさせることが可能となる。また、トンネル接合層６１とその周囲の領域で屈折率が異なることにより、実施例１と同様の光閉じ込め効果も生じさせることが可能である。
　言い換えれば、上面視において、上記した電気的接触面２１Ｓと同じ領域にトンネル接合を形成するトンネル接合層６１を形成することで、上記した電気的接触面２１Ｓを形成したのと同様の電流狭窄効果、光閉じ込め効果を得ることが可能となる。
　以上の実施例１、変形例１乃至３においては、ｎ電極２３をｎ型半導体層１７に形成するとしたが、これに代えて基板１１の裏面にｎ側電極を形成しても良い。
　図７に、実施例１の面発光レーザ１０において、ｎ電極２３に代えて、凸部１１Ｐの周囲の領域、すなわち、凹状反射構造１２Ｒよりも外側の領域にｎ側電極６８を形成する場合の断面図を示す。この場合、基板１１が電流の経路となるため、基板１１にドーピングをしなければならない。
　しかしながら、上述のように面発光レーザ１０においては、基板１１も共振器内に配されることになるので、基板１１は光の透過性が高いことが好ましい。従って、基板１１にドーピングするｎ型ドーパントは酸素ではなくＳｉであるのが好ましく、ドーパント濃度は低いことが好ましい。例えば、基板１１においては、第１の共振器ＯＣ１及び第２の共振器ＯＣ２内の領域において、Ｓｉドーパントの濃度が２×１０１８／ｃｍ３以下の領域が８０％を占めることが好ましく、さらに好ましくは１×１０１８／ｃｍ３以下の領域が８０％を占めることが好ましい。
　具体的には、ｎ側電極を形成する部分において、ドーパントの濃度が高いことが必要となるため、例えば、その部分だけドーパント濃度を高くし、共振器ＯＣを含むそれ以外の領域でドーパント濃度を低くすることで、上記ドーパント濃度の条件を満たす基板１１を形成する。なお、ｎ側電極を形成する部分については、共振器ＯＣの外側の領域であるので、ドーパントは酸素でも構わない。
　上記した変形例１乃至３及びｎ側電極を基板１１の裏面に形成する例は、全て組み合わせ可能である。
　以下、本発明の実施例２である面発光レーザ７０について説明する。図８は、図２に示したのと同様の切断線で面発光レーザ７９を切断した際の切断面、すなわち図３に対応した切断面を示す断面図である。
　図８に示すように、面発光レーザ７０では、基板１１の裏面に凸部１１Ｐを設けて凹状反射構造１２Ｒを形成する代わりに、基板１１の下方に凹状反射面７１ＲＳを有する凹状反射構造７１Ｒを形成するアウトプットカプラー７１を配置する。言い換えれば、アウトプットカプラー７１は、基板１１の下方に離隔して配されている。
　アウトプットカプラー７１は、基板１１の下面に対向する凹状の表面７２Ｓを有する透明基板７２及び凹状の表面７２Ｓを覆う誘電体からなるＤＢＲである外部多層膜反射鏡７３からなる。
　面発光レーザ７０においては、面発光レーザ１０の凹状反射構造１２Ｒに対応する凹状反射構造７１Ｒが透明基板７２及び外部多層膜反射鏡７３によって形成されている。面発光レーザ７０においては、第２の共振器ＯＣ２が第２の多層膜反射鏡３１と外部多層膜反射鏡７３との間で形成されている。
　なお、面発光レーザ１０では、基板１１の裏面で光の反射が起きないように、基板１１の裏面に、例えば、４ペアのＮｂ２Ｏ５／ＳｉＯ２からなるＡＲコートを形成する。
　このような、基板１１の下面に形成された凸部１１Ｐによる凹状反射構造１２Ｒではなく、アウトプットカプラー７１を用いる構成は、面発光レーザ１０において設計上凹状反射構造１２Ｒを大きくしなければならない場合に有利な構成である。
　例えば、ウェハに多数の面発光レーザ１０を形成して個片化する場合に、凹状反射構造１２Ｒを大きくしなければならない場合には、１ウェハ当たりの面発光レーザ１０の製造個数が、凸部１１Ｐの大きさによって制限され得る。そのような場合に、凹状反射構造１２Ｒを外部のアウトプットカプラー７１の凹状反射構造７１Ｒで置換することで、面発光レーザの１ウェハ当たりの製造個数を減らすことなく凹状反射構造を大きくすることができる。
　上述の実施例においては、基板１１の上面は、Ｃ面からＭ面方向に０．５°オフした面である場合、すなわちＣ面からＭ面方向へのオフ角が０．５°である場合を説明したが、オフ角はこの角度に限られない。オフ角が、例えば、０．３°から０．８°程度であれば充分に上記した偏光制御効果を得ることができる。また、基板１１の上面のオフ角が０．８°以下であれば、第１の多層膜反射鏡１３を構成する半導体多層膜を、安定して十分な反射率をもつように形成可能である。
　また、上記実施例においては、基板１１の上面は、Ｃ面からＭ面方向にオフしている場合を説明したが、基板１１の上面がＣ面からＡ面方向にオフしており、Ｃ面方向にはほとんどオフしていなくともよい。
　この場合、上記偏光制御効果を得るために、上記Ｃ面のオフ角の範囲についての説明と同様の理由で、Ｃ面からＡ面方向へのオフ角は０．３°～０．８°程度が好ましく、Ｃ面からＭ面へのオフ角は０±０．１°であるのが好ましい。なお、基板１１の上面がＣ面からＡ面にオフしている場合、上記変形例１における凸部１１Ｐの上面形状の長手方向及び変形例２におけるスリット溝５１の長手方向について説明において、横方向軸ＡＸ２がａ軸に対応するとして読み替えて理解されたい。
　基板１１の上面がＣ面からＡ面方向にオフしている場合、ａ軸方向に沿った偏光方向を有する光を多く取り出すことができ、かつａ軸に沿った方向以外の偏光方向を有する光の出射を抑制することができる。よって、面発光レーザ１０によれば、光出射面から取り出される光の、光出射面の面内方向における偏光方向バラツキを抑制することが可能となる。
　なお、上記オフ角があることによる偏向方向のバラツキの抑制効果を必要としない場合、基板１１は上面にＣ面が露出しているＣ面基板であってもよい。
　上述した実施例における種々の数値、寸法、材料等は、例示に過ぎず、用途及び製造される面発光レーザに応じて、適宜選択することができる。
１０、４０、５０、６０、７０　面発光レーザ
１１　基板
１２　裏面多層膜反射鏡
１２Ｒ　凹状反射構造
１３　第１の多層膜反射鏡
１５　半導体構造層
１７　ｎ型半導体層
１９　活性層
２１　ｐ型半導体層
２３　ｎ電極
２５　絶縁層
２７　透明電極
２９　ｐ電極
５１　スリット溝
５３　回折格子
５５Ｒ　凹状反射構造
３１　第２の多層膜反射鏡
６１　トンネル接合層
６３　ｎ型半導体層
６５　第２の多層膜反射鏡
６７　第２のｎ電極
７１　アウトプットカプラー
７１Ｒ　凹状反射構造
７２　透明基板
７３　外部多層膜反射鏡

Claims (11)

  1. 　窒化ガリウム系半導体基板と、
    　前記基板上に形成された窒化物半導体よりなる第１の多層膜反射鏡と、
    　前記第１の多層膜反射鏡上に形成された第１の導電型を有する窒化物半導体よりなる第１の半導体層、前記第１の半導体層上に形成された窒化物半導体よりなる活性層、及び前記活性層上に形成されかつ前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する窒化物半導体よりなる第２の半導体層を含む半導体構造層と、
    　前記半導体構造層上に形成され、前記第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡と、
    　前記第１の多層膜反射鏡と前記第２の多層膜反射鏡との間に形成され、前記活性層の１の領域に電流を集中させる電流狭窄構造と、を有し、
    　前記窒化ガリウム系半導体基板の下面または当該下面より下方の領域に配され、前記窒化ガリウム系半導体基板の上面に垂直な方向から見た上面視において前記１の領域よりも外側まで延在しかつ前記第１の多層膜反射鏡に対向する凹状反射面を有する凹状反射構造を有することを特徴とする垂直共振器型発光素子。
  2. 　前記凹状反射構造は、前記窒化ガリウム系半導体基板の下面に形成されかつ前記上面視において前記１の領域よりも外側まで延在する凸部及び前記凸部の表面を覆って前記凹状反射面を形成する第３の多層膜反射鏡からなることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。
  3. 　前記凹状反射構造は、前記窒化ガリウム系半導体基板の下面に形成されかつ前記上面視において前記１の領域よりも外側まで延在する凸部及び前記凸部の表面に互いに平行に形成された複数のスリット溝からなり前記凹状反射面を形成する回折格子からなることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。
  4. 　前記凹状反射構造は、前記窒化ガリウム系半導体基板の下方に離隔して配されかつ前記凹状反射面を有する部材であることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。
  5. 　前記窒化ガリウム系半導体基板の下面の前記上面視において前記凹状反射構造よりも外側の領域に形成された第１の電極と前記半導体構造層の上面に形成された第２の電極とを有し、窒化ガリウム系半導体基板はｎ型ドーパントでドーピングされていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。
  6. 　前記ｎ型ドーパントはＳｉであることを特徴とする請求項５に記載の垂直共振器型発光素子。
  7. 　前記窒化ガリウム系半導体基板の前記第１の電極に接する領域において、他の領域よりもドーパント濃度が高くなっていることを特徴とする請求項５または６に記載の垂直共振器型発光素子。
  8. 　前記窒化ガリウム系半導体基板の上面は、Ｃ面からＭ面またはＡ面のいずれかの結晶面にオフセットした面であり、前記凹状反射面は、前記上面がＭ面にオフセットしている場合にはｍ軸方向に長手方向を有し、前記上面がＡ面にオフセットしている場合にはａ軸方向に長手方向を有することを特徴とする請求項２に記載の垂直共振器型発光素子。
  9. 　前記窒化ガリウム系半導体基板の上面は、Ｃ面からＭ面またはＡ面のいずれかの結晶面にオフセットした面であり、前記複数のスリットの各々は、前記上面がＭ面にオフセットしている場合にはｍ軸方向に伸張し、前記上面がＡ面にオフセットしている場合にはａ軸方向に伸張することを特徴とする請求項３に記載の垂直共振器型発光素子。
  10. 　前記窒化ガリウム系半導体基板の前記上面は、前記上面がＭ面にオフセットしている場合にはｃ面からＭ面に０．８°以下の角度だけオフセットした面であり、前記上面がＡ面にオフセットしている場合にはｃ面からＡ面に０．８°以下の角度だけオフセットした面であることを特徴とする請求項８または９に記載の垂直共振器型発光素子。
  11. 　前記凹状反射構造の前記凹状反射面の曲率半径Rは、前記凹状反射面と前記活性層との距離をＺ、前記凹状反射面と第２の多層膜反射鏡との間の等価屈折率をｎｅｑ、前記活性層からの出射光の波長をλｌａｓｉｎｇλとした際に以下の式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
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