(57)【要約】【課題】偏波を制御可能な外部共振器型面発光レーザを提供することを目的とする。【解決手段】ミラー層が形成された第１半導体基板と、外部共振器として機能する光学薄膜が形成された第２半導体基板を備えた外部共振器型面発光レーザにおいて、前記光学薄膜又は前記ミラー層が形成された側のいずれか一方の面にレーザスポットに近接して、若しくはレーザスポットの一部を遮って金属膜を形成した。【選択図】図１
2010161253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラー層が形成された第１半導体基板と、外部共振器として機能する光学薄膜が形成された第２半導体基板を備えた外部共振器型面発光レーザにおいて、前記光学薄膜又は前記ミラー層が形成された側のいずれか一方の面にレーザスポットに近接して、若しくはレーザスポットの一部を遮って金属膜を形成したことを特徴とする外部共振器型面発光レーザ。
【請求項２】
前記ミラー層と前記光学薄膜の距離を可変としたことを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項３】
前記金属膜はレーザスポットの片側若しくは対向する両側に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項４】
前記金属膜は直線状とされレーザスポットの片側若しくは対向する両側に形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項５】
前記金属膜は前記光学薄膜又は前記ミラー層が形成された側のいずれか一方の面を覆って形成され、前記金属膜がレーザスポットに近接して、若しくはレーザスポットの一部を遮るように直線若しくは曲線状に除去したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項６】
前記光学薄膜が形成された面は凹面としたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項７】
前記光学薄膜が形成された面は楕円かつ凹面とされ、楕円のいずれかの軸に沿って前記金属膜を形成したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項８】
前記金属膜は金もしくは金合金であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項９】
前記金属膜の厚さをレーザの波長の１／４の整数倍とし、金属膜からの反射波と前記誘電体多層膜の反射波の位相差が１／２波長の整数倍になるようにしたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項１０】
前記金属膜の厚さを金属膜からの反射波の位相変化を考慮して、金属膜からの反射波と前記誘電体多層膜の反射波の位相差が１／２波長の整数倍になるようにしたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の外部共振器型面発光レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏波の安定性を向上させた外部共振器型面発光レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は特開２００５−２２３１１１号公報に記載された従来の波長可変外部共振器型面発光レーザの要部構成断面図である。
図において、第１電極１１は、ＩｎＰ基板１２の一面に形成されている。
ＩｎＰ化合物からなるミラー層１３は、ＩｎＰ基板１２の他面に平行に形成され、ＩｎＰ基板１２の一面には底部がミラー層１３の一面に接する凹形状の出射孔１２１が形成されている。ミラー層１３の他面には活性層１４が形成されている。
【０００３】
活性層１４の表面には第２電極１５が形成され中央部に光共振ギャップを構成する空隙部１６が形成されている。
ＳＯＩ基板１７は、第２電極１５の表面に固定され、凹面部１８は、ＳＯＩ基板１７の一面に、空隙部１６に対向して形成されている。
【０００４】
凹面部１８の中には誘電体多層膜からなる光学薄膜１９が形成されている。光学薄膜１９とミラー層１３は活性層１４を介して光共振器を構成する。
静電駆動ギャップ部２１は、ＳＯＩ基板１７の酸化膜層に凹面部１８に対向して形成されており、ＳＯＩ基板のシリコン膜層はダイアフラム２２を構成する。
第３電極２３は、ＳＯＩ基板１７の他面に形成されている。
【０００５】
以上の構成において、第１、第２電極を介してＩｎＰの活性層１４に電流を注入し、その電流により発光した光がミラー層１３と光学薄膜１９の間で反射してレーザ発振を行うものである。
【０００６】
この場合、発振波長は光共振器の長さに依存する。従って、ＳＯＩ基板１７に形成したダイアフラム２１上の第２電極１５とＳＯＩ基板１７の他方の面に形成した第３電極２３の間に電圧を印加することによりダイアフラム部２１は第３電極２３側に動く、その結果、光共振器の長さが長くなりレーザの発振波長が長波長側にシフトする。
このような動作で波長可変レーザが構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−１４４１８３号公報
【特許文献２】特開平８−１８１３９１号公報
【特許文献３】特開２００５−２２３１１１号公報
【非特許文献１】Jpn.J.Appl.Phys.Vol.33(1944)pp.L227-L229            Part2,No.2B.15  February  1994            A  Nobel  Birefringent  Distributed  Bragg  Reflector  Using            a  Metal/Dielectric  Polarizer  for  Polarization  Control  of            Surface-Emitting  Lasers
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、このような構成の波長可変外部共振器型面発光レーザ結晶方位および共振器が対称性を有するために、直交する２つの偏波に優先性がなく安定していなかった。
図５はＭＥＭＳ技術により作製した波長可変外部共振器型面発光レーザ（波長可変ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬ）の発振波長変化時の偏光子の透過出力が極小になる角度を示すもので、縦軸は偏光子角度（ｄｅｇ）、横軸は波長（ｎｍ）である。
【０００９】
この場合、レーザの駆動電流は一定とし、偏光子の角度は波長１５５０ｎｍで発振させたとき、出力が最小になる角度を０度とした。
図５によれば、波長１５２５〜１５５０ｎｍの間では偏波の方向は同じであるが、波長１５５５〜１５６０ｎｍで角度が９０度変化し、１５６５ｎｍでまた元に戻る。この例以外にもレーザの駆動電流の変化や温度変化などの要因によっても偏波の方向は変化してしまうという問題があった。
【００１０】
従って、本発明は、レーザの偏波を制御可能な波長可変外部共振器型面発光レーザを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の外部共振器型面発光レーザにおいては、
ミラー層が形成された第１半導体基板と、外部共振器として機能する光学薄膜が形成された第２半導体基板を備えた外部共振器型面発光レーザにおいて、前記光学薄膜又は前記ミラー層が形成された側のいずれか一方の面にレーザスポットに近接して、若しくはレーザスポットの一部を遮って金属膜を形成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項２においては、請求項１に記載の外部共振器型面発光レーザの発明において、
前記ミラー層と前記光学薄膜の距離を可変としたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３においては、請求項１または２に記載の外部共振器型面発光レーザの発明において、
前記金属膜はレーザスポットの片側若しくは対向する両側に形成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項４においては、請求項１乃至３のいずれかに記載の外部共振器型面発光レーザの発明において、
前記金属膜は直線状とされレーザスポットの片側若しくは対向する両側に形成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項５においては、請求項１乃至４のいずれかに記載の外部共振器型面発光レーザの発明において、
前記金属膜は前記光学薄膜又は前記ミラー層が形成された側のいずれか一方の面を覆って形成され、前記金属膜がレーザスポットに近接して、若しくはレーザスポットの一部を遮るように直線若しくは曲線状に除去したことを特徴とする。
【００１６】
請求項６においては、請求項１乃至５のいずれかに記載の面発光レーザの発明において、
前記光学薄膜が形成された面は凹面としたことを特徴とする。
【００１７】
請求項７においては、請求項１乃至６のいずれかに記載の外部共振器型面発光レーザの発明において、
前記光学薄膜が形成された面は楕円かつ凹面とされ、楕円のいずれかの軸に沿って前記金属膜を形成したことを特徴とする。
【００１８】
請求項８においては、請求項１乃至８のいずれかに記載の外部共振器型面発光レーザの発明において、
前記金属膜は金もしくは金合金であることを特徴とする。
請求項９においては、請求項１乃至７のいずれかに記載の外部共振器型面発光レーザの発明において、
前記金属膜の厚さをレーザの波長の１／４の整数倍とし、金属膜からの反射波と前記誘電体多層膜の反射波の位相差が１／２波長の整数倍になるようにしたことを特徴とする。
請求項１０においては、請求項１乃至９のいずれかに記載の外部共振器型面発光レーザの発明において、
前記金属膜の厚さを金属膜からの反射波の位相変化を考慮して、金属膜からの反射波と前記誘電体多層膜の反射波の位相差が１／２波長の整数倍になるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したことから明らかなように本発明の請求項１〜５によれば、光学薄膜又はミラー層が形成された側のいずれか一方の面にレーザスポットに近接して、若しくはレーザスポットの一部を遮って金属膜を形成したので、金属膜が形成された側の偏波間での反射率を異ならせることができ、一方の偏波で安定に発振することができる。
【００２０】
請求項６においては、光学薄膜が形成された面を凹面としたので、回折損失を減らし光共振器の安定性を向上させることができる。
請求項７においては、光学薄膜が形成された面を楕円かつ凹面としたので、偏光方向を任意の一方向、即ち楕円のいずれかの軸に沿って直線偏光したレーザを出射することができる。また、そのレーザは注入電流などに対して偏光の変化がない。
【００２１】
請求項８においては、金属膜の材質を金を含む金合金としたので、信頼性の高い金属膜を得ることができる。
請求項９においては、金属膜の厚さをレーザの波長の１／４の整数倍としたので、金属膜からの反射波と誘電体多層膜の反射波の位相差が１／２波長の整数倍になり、偏波の安定性が向上する。
【００２２】
請求項１０においては、金属膜の厚さを金属膜からの反射波の位相変化を考慮して、金属膜からの反射波と前記誘電体多層膜の反射波の位相差が１／２波長の整数倍になるようにしたので、１８０度の整数倍から外れた位相のずれを補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の波長可変外部共振器型面発光レーザの実施形態の一例を示す要部構成断面図（ａ）及び図（ａ）のＡ部拡大平面図（ｂ）である。
【図２】本発明の波長可変外部共振器型面発光レーザによる偏光子角度と波長の関係を示す図である。
【図３】他の実施例を示す図である。
【図４】従来の波長可変外部共振器型面発光レーザの一例を示す要部構成断面図である。
【図５】従来の波長可変外部共振器型面発光レーザによる偏光子角度と波長の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１（ａ，ｂ）は本発明の波長可変外部共振器型面発光レーザの要部構成図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）図の点線で囲った部分（Ａ）の拡大平面図である。
【００２５】
これらの図において、ＩｎＰからなる第１半導体基板３２の一面には第１電極３１が形成され、他方の面にはＩｎＰ化合物からなるミラー層（多層反射膜）が形成され、その上に活性層３４が形成されている。
【００２６】
第２半導体基板を構成するＳＯＩ基板３７の一面には凹面部３８が形成されその凹面部中に誘電体薄膜からなる光学薄膜３９が形成されている。光学薄膜３９の下方には静電駆動ギャップ部４４が形成され、このギャップ部４４によりダイアフラム４２が形成されている。その結果、光学薄膜はダイアフラム４２上に形成された状態となっている。
【００２７】
ＳＯＩ基板３７の他面からは異方性エッチングによりダイアフラム４２に達する出射孔４１が形成され、この出射孔４１の部分を除いて第３電極４３が形成されている。
ＳＯＩ基板３７の一面には光学薄膜３９が形成された部分を除いて第２電極３５が形成され、光学薄膜３９が形成されている部分に対向してＩｎＰ基板３２の活性層３４を形成した面が固定されて光学薄膜３９と活性層３４の間に空隙部３６が形成されている。
【００２８】
図１（ｂ）において、第１、第２電極（３１，３５）を介してＩｎＰの活性層３４に電流を注入し、その電流により発光した光がミラー層３３と光学薄膜３９の間で反射してレーザの発振を行う。
【００２９】
図１（ｂ）において、金属膜５０は反射率の高い金や金合金で構成されており、厚さ３９０ｎｍで７μｍ幅の２本の金属線が１３μｍの間隔でレーザスポットの一部を遮るように平行に形成されている。この金属膜５０はＭＥＭＳ技術により形成される。
なお、金属膜の形状と位置は偏波の安定性と出力劣化を見ながら最適なものを決定する。
【００３０】
図３は図１（ｂ）に示す金属膜を形成した波長可変外部共振器型面発光レーザの発振波長変化時の偏光子の透過出力が極小になる角度を示すもので、縦軸は偏光子角度（ｄｅｇ）、横軸は波長（ｎｍ）である。
【００３１】
この場合、レーザの駆動電流は一定とし、レーザ光の偏波状態を見るための偏光子の角度は２本の金属線に平行な角度を０度とした。
図３によれば、波長１５２５〜１５７５ｎｍの間で偏波の方向が同じとなっており、金属膜を形成した効果が現れている。
【００３２】
図４（ａ〜ｄ）は他の実施例を示すもので、図４（ａ）は凹面部３８ａ及び光学薄膜３９ａを楕円としたものである。レーザは曲率半径の極値方向に電界ベクトルを持つ偏波が発振しやすいので、それに合せて楕円の軸に沿ってレーザスポットの一部を遮るように反射率の高い金若しくは金合金からなる金属膜５０を形成している。
【００３３】
図４（ｂ〜ｄ）は金属膜５０を形成する他の実施例を示すもので、図(ｂ)は光学薄膜全体を覆いレーザスポットの一部を遮るように中央部付近を矩形状に除去したもの、図（ｃ）は光学薄膜全体を覆いレーザスポットの一部を曲線で遮るように中央部付近を瓢箪状に除去したもの、図（ｄ）は矩形状の金属膜を形成しその一辺がレーザスポットの一部を遮るようにしたものである。このような形状においても図１（ｂ）に形成した金属膜と同様な効果を得ることができる。
【００３４】
なお、ミラー３３と光学薄膜３９で形成される共振器の中ではレーザは定在波となるため、金属膜の厚さをレーザの波長の１／４の整数倍とし、金属膜からの反射波と誘電体多層膜の反射波の位相差が１／２波長の整数倍になるように形成すれば、定在波の１／４波長の整数倍の位相変化をさせることにより偏波の安定性が向上する。
【００３５】
また、金属膜の厚さを金属膜からの反射波の位相変化を考慮して、金属膜からの反射波と前記誘電体多層膜の反射波の位相差が１／２波長の整数倍になるようにすれば、１８０度の整数倍から外れた位相のずれを補正することができる。
【００３６】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。例えば実施例では金属膜は光学薄膜上に形成したがミラー層が形成されたＩｎＰ基板（活性層）側に形成してもよい。また、実施例ではレーザスポットを遮るように金属膜を形成したが、レーザスポットに近接した状態で形成してもよく、要はレーザの偏波が安定するように形成すればよい。
【００３７】
また、実施例では第１半導体基板としてＩｎＰ基板を用いたが例えばＩｎＧａＡｓ基板を用いてもよく、レーザ発振が可能な基板であればよい。また、金属膜の材質は金または金合金としたが、他の金属であってもよい。また、実施例では波長可変外部共振器型面発光レーザについて説明したが、単に外部共振器型面発光レーザに適用してもよい。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。
【符号の説明】
【００３８】
１１，３１      第１電極
１２，３２      ＩｎＰ基板
１３，３３      ミラー層
１４，３４      活性層
１５，３５      第２電極
１６，３６      空隙部
１７，３７      ＳＯＩ基板
１８，３８      凹面部
１９，３９      光学薄膜
２１，４４      静電駆動ギャップ部
２２，４２      ダイアフラム
２３，４３      第３電極
５０            金属膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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