(57)【要約】【課題】複数の面発光レーザからの射出光の合成の効率を向上させることができる面発光レーザアレイを提供する。【解決手段】  ２次元配列された複数の面発光レーザ１０ａを含む面発光レーザアレイ１０であって、複数の面発光レーザ１０ａそれぞれの共振器は、隣り合う少なくとも１つの面発光レーザ１０ａの共振器と少なくとも一部が連続している。この場合、複数の面発光レーザ１０ａからの射出光の合成の効率を向上させることができる。【選択図】図２
2014199923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元配列された複数の面発光レーザを含む面発光レーザアレイであって、
前記複数の面発光レーザそれぞれの共振器は、隣り合う少なくとも１つの前記面発光レーザの共振器と少なくとも一部が連続している面発光レーザアレイ。
【請求項２】
前記複数の面発光レーザそれぞれは、偏光方向を制御するための誘電体膜を射出領域に有することを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザアレイ。
【請求項３】
前記誘電体膜には、一方向に延びる切れ目が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザアレイ。
【請求項４】
前記誘電体膜は、前記射出領域の中央部を囲む形状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の面発光レーザアレイ。
【請求項５】
前記複数の面発光レーザそれぞれの共振器は、隣り合う少なくとも１つの前記面発光レーザの共振器と連続部を介して連続していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイ。
【請求項６】
前記複数の面発光レーザは、複数の半導体層を含む積層体がエッチングされて形成され、
前記連続部は、前記積層体の一部であることを特徴とする請求項５に記載の面発光レーザアレイ。
【請求項７】
前記連続部は、前記面発光レーザの発振波長に対して透明であることを特徴とする請求項５又は６に記載の面発光レーザアレイ。
【請求項８】
前記連続部は、該連続部を介して連続する２つの前記共振器の、前記面発光レーザの射出方向に直交する断面内における中心からずれた位置に位置していることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の面発光レーザアレイと、
前記面発光レーザアレイの複数の面発光レーザからの複数のレーザ光を合成する光合成手段と、を備える光源装置。
【請求項１０】
２次元配列された複数の面発光レーザを含む面発光レーザアレイの製造方法であって、
基板上に複数の半導体層を積層して積層体を作成する工程と、
前記積層体をエッチングし、前記複数の面発光レーザを形成する工程と、を含み、
前記形成する工程では、前記複数の面発光レーザそれぞれの共振器が、隣り合う少なくとも１つの前記面発光レーザの共振器と少なくとも一部が連続するように前記積層体がエッチングされる面発光レーザアレイの製造方法。
【請求項１１】
前記形成する工程では、前記複数の面発光レーザそれぞれの射出領域に偏光方向を制御するための誘電体膜が形成されるように前記積層体がエッチングされることを特徴とする請求項１０に記載の面発光レーザアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザアレイ、光源装置、及び面発光レーザアレイの製造方法に係り、更に詳しくは、２次元配列された複数の面発光レーザを含む面発光レーザアレイ、該面発光レーザアレイを備える光源装置、及び前記面発光レーザアレイの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、面発光レーザアレイの複数の面発光レーザからの射出光を合成する技術が開示されている（例えば非特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
非特許文献１に開示されている技術では、複数の面発光レーザからの射出光の合成の効率を向上させることが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、２次元配列された複数の面発光レーザを含む面発光レーザアレイであって、前記複数の面発光レーザそれぞれの共振器は、隣り合う少なくとも１つの前記面発光レーザの共振器と少なくとも一部が連続している面発光レーザアレイである。
【発明の効果】
【０００５】
これによれば、複数の面発光レーザからの射出光の合成の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の一実施形態に係る光源装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図２（Ａ）は、光源装置が有する面発光レーザアレイのＸＹ断面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、それぞれ波の合成のシミュレーション結果（その１〜その３）を示す図である。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、それぞれ波の合成のシミュレーション結果（その４及びその５）を示す図である。
【図５】図５（Ａ）は、比較例の面発光レーザアレイのＸＹ断面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＡ´−Ａ´線断面図である。
【図６】図６（Ａ）は、本発明の変形例１の面発光レーザアレイのＸＹ断面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図であり、図６（Ｃ）は、図６（Ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】図７（Ａ）は、本発明の変形例２の面発光レーザアレイのＸＹ断面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＥ−Ｅ線断面図であり、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。
【図８】面発光レーザアレイの製造手順を説明するための図（その１）である。
【図９】図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザアレイの製造手順を説明するための図（その２−１及びその２−２）である。
【図１０】図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザアレイの製造手順を説明するための図（その３−１及びその３−２）である。
【図１１】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザアレイの製造手順を説明するための図（その４−１及びその４−２）である。
【図１２】図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザアレイの製造手順を説明するための図（その５−１及びその５−２）である。
【図１３】図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、それぞれ面発光レーザアレイの製造手順を説明するための図（その６−１及びその６−２）である。
【図１４】図１４は、本発明の変形例３の面発光レーザアレイの上面図である。
【図１５】図１５（Ａ）は、図１４のＧ−Ｇ線断面図であり、図１５（Ｂ）は、図１４のＨ−Ｈ線断面図である。
【図１６】変形例３の面発光レーザアレイの製造手順について説明するための図（その１）である。
【図１７】変形例３の面発光レーザアレイの製造手順について説明するための図（その２）である。
【図１８】図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、変形例３の面発光レーザアレイの製造手順について説明するための図（その３−１及びその３−２）である。
【図１９】図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）は、変形例３の面発光レーザアレイの製造手順について説明するための図（その４−１及びその４−２）である。
【図２０】図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）は、変形例３の面発光レーザアレイの製造手順について説明するための図（その５−１及びその５−２）である。
【図２１】図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）は、変形例３の面発光レーザアレイの製造手順について説明するための図（その６−１及びその６−２）である。
【図２２】図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）は、変形例３の面発光レーザアレイの製造手順について説明するための図（その７−１及びその７−２）である。
【図２３】図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）は、変形例３の面発光レーザアレイの製造手順について説明するための図（その８−１及びその８−２）である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１３（Ｂ）に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る光源装置１００が概略的に示されている。
【０００８】
光源装置１００は、例えばレーザ加工機等の光源として用いられる。光源装置１００は、一例として、図１に示されるように、面発光レーザアレイ１０、サブマウント１２、マイクロレンズアレイ１４、集光レンズ１６、光ファイバ１８などを備えている。
【０００９】
なお、本明細書では、面発光レーザアレイ１０の発振方向をＺ軸方向、該Ｚ軸方向に直交する平面内で互いに直交する方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として説明する。ここでは、面発光レーザアレイ１０の射出方向は、＋Ｚ方向である。
【００１０】
面発光レーザアレイ１０は、一例として、ＸＹ平面に平行に２次元配列された複数の発光部１０ａ、該複数の発光部１０ａの周囲に配置された複数の電極パッド（不図示）などを有する。ここでは、複数の発光部１０ａは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にマトリクス状に配列されている。複数の発光部１０ａは、ワイヤボンディングによって、対応する複数の電極パッドと電気的に接続されている。面発光レーザアレイ１０は、サブマウント１２の＋Ｚ側の面に実装されている。
【００１１】
ここでは、各発光部１０ａは、発振波長が７８０ｎｍ帯の垂直共振器型の面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）である。以下では、発光部１０ａを、面発光レーザ１０ａとも称する。
【００１２】
マイクロレンズアレイ１４は、一例として、面発光レーザアレイ１０の＋Ｚ側に配置され、ＸＹ平面に平行に２次元配列された複数のマイクロレンズ１４ａを含む。ここでは、複数のマイクロレンズ１４ａは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にマトリクス状に配列されている。複数のマイクロレンズ１４ａは、複数の発光部１０ａからの複数のレーザ光の光路上に個別に配置され、対応するレーザ光を平行光にする。
【００１３】
集光レンズ１６は、一例として、光軸がＺ軸に平行になるようにマイクロレンズアレイ１４の＋Ｚ側に配置され、該マイクロレンズアレイ１４からの複数のレーザ光を集光（合成）する。
【００１４】
光ファイバ１８は、入射端が集光レンズ１６の焦点位置近傍に配置され、集光レンズ１６で合成された複数のレーザ光を導波させる。導波されたレーザ光（合成光）は、光ファイバ１８の射出端で取り出されて、例えばレーザ加工等に用いられる。
【００１５】
図２（Ａ）には、面発光レーザアレイ１０のＸＹ断面図が示されている。図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）には、それぞれ図２（Ａ）のＡ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図が示されている。なお、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）では、便宜上、Ｘ軸方向に隣り合う２つの発光部１０ａのみが図示されている。
【００１６】
面発光レーザアレイ１０は、一例として、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示されるように、基板１０１、バッファ層１０２、下部半導体ＤＢＲ１０３、下部スペーサ層１０４、活性層１０５、上部スペーサ層１０６、上部半導体ＤＢＲ１０７、コンタクト層１０９などを有している。
【００１７】
基板１０１は、一例として、表面が鏡面研磨面であるｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。
【００１８】
バッファ層１０２は、基板１０１の＋Ｚ側の面上に積層され、ｎ−ＧａＡｓからなる層である。
【００１９】
下部半導体ＤＢＲ１０３は、バッファ層１０２の＋Ｚ側に積層され、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層と、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを４０．５ペア有している。各屈折率層の間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成へ向かって組成を徐々に変化させた厚さ２０ｎｍの組成傾斜層が設けられている。そして、各屈折率層はいずれも、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、発振波長をλとするとλ／４の光学的厚さとなるように設定されている。なお、光学的厚さがλ／４のとき、その層の実際の厚さＤは、Ｄ＝λ／４ｎ（但し、ｎはその層の媒質の屈折率）である。
【００２０】
下部スペーサ層１０４は、下部半導体ＤＢＲ１０３の＋Ｚ側に積層され、ノンドープの（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層である。
【００２１】
活性層１０５は、下部スペーサ層１０４の＋Ｚ側に積層され、３層の量子井戸層と４層の障壁層とを有する３重量子井戸構造の活性層である。各量子井戸層はＧａＩｎＡｓＰからなり、バンドギャップ波長が約７８０ｎｍである。また、各障壁層はＧａＩｎＰからなる。
【００２２】
上部スペーサ層１０６は、活性層１０５の＋Ｚ側に積層され、ノンドープの（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層である。
【００２３】
下部スペーサ層１０４と活性層１０５と上部スペーサ層１０６とからなる部分は、共振器とも呼ばれており、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、その厚さが１波長（λ）の光学的厚さとなるように設定されている。なお、活性層１０５は、高い誘導放出確率が得られるように、電界の定在波分布における腹に対応する位置である共振器の中央に設けられている。なお、各発光部１０ａは、共振器を１つずつ有している。
【００２４】
上部半導体ＤＢＲ１０７は、上部スペーサ層１０６の＋Ｚ側に積層され、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層とｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを２３ペア有している。
【００２５】
上部半導体ＤＢＲ１０７における各屈折率層の間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成へ向かって組成を徐々に変化させた組成傾斜層が設けられている。そして、各屈折率層はいずれも、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、λ／４の光学的厚さとなるように設定されている。
【００２６】
上部半導体ＤＢＲ１０７における低屈折率層の１つには、ｐ−ＡｌＡｓからなる被選択酸化層１０８が挿入されている。
【００２７】
コンタクト層１０９は、上部半導体ＤＢＲ１０７の＋Ｚ側に積層され、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。
【００２８】
コンタクト層１０９からは、上記電極パッド（不図示）に延伸する、ｐ−ＳｉＮからなる光学的に透明な誘電体層である保護層１１１によって絶縁された金属配線（リード配線）が形成されている。金属配線及び電極パッドは、オーミック材料のＡｕＺｎと配線材としてのＡｕがリフトオフ法により形成される。
【００２９】
ところで、従来、面発光レーザアレイの複数の発光部（面発光レーザ）からの射出光を合成してより強力な光ビームを得るための様々な試みがなされてきた。
【００３０】
しかしながら、射出光を単純に合成させようとすると、通常、合成の効率は非常に低くなる。すなわち、強力な光ビーム（合成光）を得ることが困難となる。
【００３１】
この根拠を説明するために、以下のシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、単純な三角関数の合成による方法が用いられている。
・三角関数の基本波を１００波まで合成する。（三角関数は電場、及び、磁場に相当する）。
・三角関数の基本波の振幅は“１”とする。
・強度は、直交する三角関数成分の二乗和とする（通常の光の強度の定義と同じである）。
・各三角関数の周波数は、０．１％の範囲でランダムとする。
・各三角関数の位相差は、シミュレーション条件となる指定範囲内でランダムとする。
・以上の条件で、合成波の“強度”と合成の“効率”（合成波と基本波の強度の比）を求めた。ここで、“強度”とは、合成波の振幅の２乗のことである。
【００３２】
図３（Ａ）には、各波の位相差の範囲が２πの場合、すなわち各波の位相差が完全にランダムな場合のシミュレーション結果が示されている。横軸は合成した波の数、縦軸は合成波の強度と合成の効率を示している。この場合、合成の効率は１％以下であった。このシミュレーションから分かるように、位相がランダムなレーザ光の合成の効率は非常に低い。
【００３３】
図３（Ｂ）には、各波の位相差の範囲を３π／２にした場合のシミュレーション結果が示されている。この場合、合成の効率は１０％程度となった。さらに、各波の位相差の範囲を５π／４、π、π／２としたときのシミュレーション結果が、図３（Ｃ）、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示さている。これらの場合の合成の効率は、それぞれ、約２０％、約４０％、約８０％となった。
【００３４】
以上の一連のシミュレーション結果から、複数の基本波を合成する際に、基本波同士の位相差が完全にランダムのときには合成の効率は非常に低くなり、狭い範囲にバンチされている（揃えられている）ほど、合成の効率が高くなることが分かった。以上のシミュレーションは単純な三角関数を使ったシミュレーションであるが、光の電場、磁場の関係を模しておこなった合成のシミュレーションなので、レーザ光を合成する際にも同様の現象が現れると考えられる。
【００３５】
次に、面発光レーザアレイの各発光部（面発光レーザ）からの射出光の位相について説明する。図５（Ａ）には、比較例の面発光レーザアレイのＸＹ断面図（但し、Ｘ軸方向に隣り合う２つの発光部のみを図示）が示されており、図５（Ｂ）には、図５（Ａ）のＡ´−Ａ´断面図が示されている。
【００３６】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）から分かるように、比較例の面発光レーザアレイでは、共振器層における隣り合う２つの発光部間の部分は全て除去され、隣り合う２つの発光部の共振器は互いに分離されている。この場合、複数の発光部から射出される複数のレーザ光の間に位相的な関係（制約）はない（位相差が完全にランダムである）。この結果、比較例の面発光レーザアレイの複数の発光部からのレーザ光を合成しても合成の効率は非常に低いものとなる。
【００３７】
そこで、本実施形態では、各発光部１０ａからのレーザ光の位相を揃えるために、複数の面発光レーザ１０ａそれぞれの共振器を、隣り合う少なくとも１つの面発光レーザ１０ａの共振器と部分的に連続させている（図２（Ａ）及び図２（Ｃ）参照）。
【００３８】
また、比較例の面発光レーザアレイにおいて、各発光部の共振器が分離されている理由の１つは、各発光部で、安定した横モードのレーザ光を生成させるためである。このため、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示される本発明の変形例１のように、共振器層を全て残留させると、面発光レーザアレイの各発光部から射出されるレーザ光の位相が揃う効果が得られるものの、各発光部の横モードのレーザ光を安定して生成することができないおそれがある。なお、図６（Ａ）は、変形例１の面発光レーザアレイのＸＹ断面図（但し、Ｘ軸方向に隣り合う２つの発光部のみを図示）を示し、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図を示し、図６（Ｃ）は、図６（Ａ）のＤ−Ｄ線断面図を示している。
【００３９】
ここで、「各発光部の横モードのレーザ光を安定して生成する」という点について考察する。
【００４０】
レーザ光の横モードは、低次の対称性を有する単峰性の強度分布を有する基本モード（以下では、低次の基本モードとも称する）、双峰性の基本モード及び高次の対称性を有する基本モード（以下では、高次の基本モードとも称する）の各基本モードの合成により構成されている。横モードの構成が低次の基本モード成分が多い場合にレーザ発振の効率が良く、高次の基本モード成分が多い場合に通常光との差が小さくなり、レーザ発振の効率が悪くなると考えられる。レーザ発振の効率が悪くなると、投入したパワー（電力）に対して取り出せる光出力は小さくなってしまう。
【００４１】
変形例１のように、共振器層を全て残留させると、レーザ発振する際に許される横モードに対する制約（境界条件）がなくなり、低次の基本モードから高次の基本モードまで許されることになり、高次の基本モード成分を多く含んだ横モードのレーザ発振となってしまう。
【００４２】
以上の説明から分かるように、共振器層を全て残留させると、面発光レーザアレイの各発光部から射出されるレーザ光の位相が揃う効果が得られるものの、各発光部から強いレーザ光が得られなくなるおそれがある。
【００４３】
そこで、本実施形態では、レーザ発振する際に許される横モードに対する制約（境界条件）を設けるために、複数の面発光レーザ１０ａそれぞれの共振器を、隣り合う少なくとも１つの面発光レーザ１０ａの共振器と、連続部を介して連続させている（図２（Ａ）〜図２（Ｃ）参照）。ここでは、共振器層（図８参照）におけるＸ軸方向に隣り合う２つの発光部間の一部を連続部として残留させることで、Ｘ軸方向に隣り合う２つの発光部１０ａの共振器を部分的に連続させている。
【００４４】
この場合、Ｘ軸方向に隣り合う２つの発光部１０ａは、連続部以外は分離されているので、分離されている部分（方向）に対しては、横モードに対する制約（境界条件）があることになる。
【００４５】
結果として、面発光レーザアレイ１０では、横モードに対する制約（境界条件）を付与しつつ、各発光部からのレーザ光の位相を揃えることができ、該レーザ光を効率良く合成することができる。
【００４６】
また、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示される本発明の変形例２では、Ｘ軸方向に隣り合う２つの発光部１０ａの共振器を連続させる連続部は、該２つの発光部１０ａの中心（低次の基本モードが発生する位置）を通る直線（以下では、中心通過線とも称する）上に設けられている。このように、中心通過線上に共振器の連続部が設けられると、該連続部は、低次の基本モードの強度が強い方向と一致するため、低次の基本モードに対する制約（境界条件）が弱くなってしまう。このため、低次の基本モード成分が小さな横モードとなってしまい、強いレーザ光が得られなくなるおそれがある。なお、図７（Ａ）は、変形例２の面発光レーザアレイのＸＹ断面図（但し、Ｘ軸方向に隣り合う２つの発光部のみを図示）を示し、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＥ−Ｅ線断面図を示し、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）のＦ−Ｆ線断面図を示している。
【００４７】
そこで、本実施形態では、Ｘ軸方向に隣り合う２つの発光部１０ａの共振器を連続させる連続部は、中心通過線から外れた位置に設けられている（図２（Ａ）参照）。この場合、低次の基本モードに対する制約（境界条件）を付与することができ、変形例２の面発光レーザアレイよりも低次の基本モード成分が大きい横モードを有する強いレーザ光を得ることが可能になる。
【００４８】
以下に、面発光レーザアレイ１０の製造方法について説明する。面発光レーザアレイ１０は、半導体製造工程によって、同時に複数個が一体的に形成された後、複数のチップ状の面発光レーザアレイ１０に分割される。なお、上記のように、基板１０１上に複数の半導体層が積層されたものを、以下では、「積層体」ともいう。
【００４９】
（１）上記積層体を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）あるいは分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）による結晶成長によって作成する。この結晶成長は、不図示の結晶成長装置の反応管内において行われる。
【００５０】
ここでは、ＭＯＣＶＤ法を例に説明する。ＭＯＣＶＤ法では、ＩＩＩ族の原料に、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用い、Ｖ族の原料に、フォスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）を用いている。また、ｐ型ドーパントの原料には四臭化炭素（ＣＢｒ４）、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用い、ｎ型ドーパントの原料にはセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いている。
【００５１】
具体的には、基板１０１上に、バッファ層１０２、下部半導体ＤＢＲ１０３、下部スペーサ層１０４、活性層１０５、上部スペーサ層１０６、被選択酸化層１０８を含む上部半導体ＤＢＲ１０７及びコンタクト層１０９を、この順に成長させて積層体を作成する（図８参照）。なお、積層体における下部スペーサ層１０４、活性層１０５及び上部スペーサ層１０６を併せて「共振器層」とも称する。
【００５２】
（２）積層体の表面に一辺が２５μｍの正方形状のレジストパターンを形成する。
【００５３】
（３）Ｃｌ２ガスを用いるＥＣＲエッチング法で、上記レジストパターンをフォトマスクとしてメサを形成する。ここで、エッチングを、上部半導体ＤＢＲ１０７と上部スペーサ層１０６の境界にて一旦停止させる。そして、共振器層における隣り合う２つのメサ間の部分の一部上にレジストパターンを形成した後、再度エッチングを行い、共振器層における該レジストパターンが形成されていない部分を除去する。ここでは、エッチングを、下部スペーサ層１０４と下部半導体ＤＢＲ１０３との境界で停止させる。結果として、上記連続部（共振器層の一部）が残留する（図９（Ａ）及び図９（Ｂ）参照）。
【００５４】
（４）フォトマスクを除去する。
【００５５】
（５）積層体を水蒸気中で熱処理することにより、被選択酸化層１０８中のＡｌ（アルミニウム）をメサの外周部から選択的に酸化し、メサの中央部に、Ａｌの酸化層１０８ａによって囲まれた酸化されていない領域１０８ｂを形成する（図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）参照）。酸化層１０８ａにより発光部の駆動電流の経路がメサの中央部だけに制限される。そこで、領域１０８ｂは、電流通過領域（電流注入領域）とも呼ばれる。このようにして、例えば幅４μｍから６μｍ程度の略正方形状の電流通過領域が形成される。
【００５６】
（６）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ＳｉＮからなる保護層１１１を形成する（図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）参照）。
【００５７】
（７）次に、光射出部となるメサ上部にＰ側電極コンタクトの窓開けを行うためのエッチングマスクを作成する。
【００５８】
（８）ＢＨＦにて保護層１１１をエッチングし、Ｐ側電極コンタクトの窓開けを行う。
【００５９】
（９）エッチングマスクを除去する（図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）参照）。
【００６０】
（１０）メサ上部の射出口（金属層の開口部）となる領域に一辺１０μｍの正方形状のレジストパターンを形成し、ｐ側の電極材料の蒸着を行なう。ｐ側の電極材料としてはＣｒ／ＡｕＺｎ／Ａｕからなる多層膜、もしくはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる多層膜が用いられる。
【００６１】
（１１）射出口となる領域に蒸着された電極材料をリフトオフし、ｐ側の電極１１３を形成する（図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）参照）。このｐ側電極で囲まれた領域が射出領域（射出口）である。このとき、同時に電極パッド及び金属配線も形成される。
【００６２】
（１２）基板１０１の裏側を所定の厚さ（例えば、２５０μｍ程度）まで研磨した後、基板１０１の裏面（−Ｚ側の面）にｎ側電極１１４を形成する（図４参照）。ここでは、ｎ側電極はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層膜である。
【００６３】
（１３）アニールによって、ｐ側電極とｎ側電極のオーミック導通をとる。これにより、メサは発光部１０ａとなる。この結果、複数の発光部１０ａをそれぞれが含む複数の面発光レーザアレイ１０が一体的に形成される。
【００６４】
この後、例えばヘキ開工程等の幾つかの後工程を経て、複数のチップ状の面発光レーザアレイ１０が完成される。
【００６５】
以上説明した本実施形態の面発光レーザアレイ１０は、２次元配列された複数の面発光レーザ１０ａを含む面発光レーザアレイ１０であって、複数の面発光レーザ１０ａそれぞれの共振器は、隣り合う少なくとも１つの面発光レーザ１０ａの共振器と一部が連続している。
【００６６】
この場合、隣り合う２つの面発光レーザ１０ａの共振器間で相互作用をすることが可能となり、各面発光レーザ１０ａからのレーザ光の位相を狭い範囲でバンチすることができる（狭い範囲に揃えることができる）。
【００６７】
この結果、複数の面発光レーザ１０ａからの射出光の合成の効率を向上させることができる。
【００６８】
また、複数の面発光レーザ１０ａそれぞれの共振器は、隣り合う少なくとも１つの面発光レーザ１０ａの共振器と連続部を介して連続（部分的に連続）しているため、横モードに対する制約（境界条件）が付与され、各面発光レーザ１０ａで低次の基本モード成分が大きい横モードを有するレーザ光を安定して生成することができる。
【００６９】
また、複数の面発光レーザ１０ａは、複数の半導体層を含む積層体がエッチングされて形成され、前記連続部は、前記積層体の一部である。この場合、複数の面発光レーザ１０ａそれぞれの共振器が、隣り合う少なくとも１つの面発光レーザ１０ａの共振器と連続するように積層体をエッチングすれば良く、隣り合う２つの面発光レーザ１０ａを連結するための部材（層）を別途設ける必要がない。
【００７０】
また、前記連続部は、面発光レーザ１０ａの発振波長に対して透明であるため、隣り合う２つの面発光レーザ１０ａからの射出光が互いに干渉することを防止できる。
【００７１】
また、前記連続部は、該連続部を介して連続する２つの共振器の、面発光レーザ１０ａの射出方向に直交する断面内における中心からずれた位置に配置されているため、低次の基本モードに対する制約（境界条件）を付与することができ、低次の基本モード成分が大きい横モードを有する強いレーザ光を得ることが可能になる。
【００７２】
すなわち、各面発光レーザ１０ａで低次の基本モード成分が大きい横モードを有するレーザ光を安定して生成することが可能となり、隣り合う２つの面発光レーザ１０ａの共振器を連続させても、各面発光レーザ１０ａのビームプロファイルは、隣り合う２つの面発光レーザ１０ａの共振器が分離さているときとほぼ同等の品質を維持することを可能にする。結果として、各面発光レーザ１０ａからの射出光の合成光のビームプロファイルの品質も良好なものとすることができる。
【００７３】
また、光源装置１００は、面発光レーザアレイ１０と、該面発光レーザアレイ１０の複数の面発光レーザ１０ａからの複数のレーザ光を合成する、マイクロレンズアレイ１４及び集光レンズ１６を含む光合成手段と、を備えている。この場合、光合成手段で強力なビームを生成することができる。
【００７４】
以下に、本発明の変形例３の面発光レーザアレイ１０について説明する。図１４には、変形例３の面発光レーザアレイ１０において隣り合う２つの面発光レーザ１０ａを＋Ｚ方向から見た図が示されている。図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）には、それぞれ図１４のＧ−Ｇ断面図及び図１４のＨ−Ｈ断面図が示されている。
【００７５】
変形例３では、図１４に示されるように、一例として、各面発光レーザ１０ａは、偏光方向を制御するための光学的に透明な誘電体膜（例えばＳｉＮ膜）から成るモードフィルタ３００を、ｐ側電極１１３で囲まれた射出領域（射出口）に有する。変形例３の面発光レーザアレイ１０は、モードフィルタ３００を有している点を除いて、上記実施形態の面発光レーザアレイ１０と実質的に同一の構成を有している。
【００７６】
このモードフィルタ３００は、一例として、射出領域の中央部に位置する中央部分が第１のＳｉＮ層から成る１層構造であり（図１５（Ａ）参照）、射出領域の周辺部に位置する周辺部分が該第１のＳｉＮ層上に第２のＳｉＮ層が積層されて成る２層構造であり（図１５（Ａ）参照）、該周辺部分の第２のＳｉＮ層（上層）が略環状となっている（図１４参照）。そして、該周辺部分の第２のＳｉＮ層（上層）には、一方向（ここではＹ軸方向）に延びる切れ目が形成されている。
【００７７】
すなわち、モードフィルタ３００は、射出領域の中央部を囲む略環状（切れ目のある環状）に形成されている。そこで、以下では、モードフィルタ３００を「切れ目のある環状フィルタ」とも称する。
【００７８】
このモードフィルタ３００の作用により、各面発光レーザからの射出光の偏光方向は、モードフィルタ３００の切れ目が延びる方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）に制限されることになる（図１４参照）。
【００７９】
すなわち、変形例３では、モードフィルタ３００の作用により、面発光レーザアレイ１０における各面発光レーザ１０ａの偏光方向が揃っている。また、変形例３の面発光レーザアレイ１０でも、Ｘ軸方向に隣り合う２つの面発光レーザ１０ａの共振器が連続部を介して連続している。結果として、変形例３では、図１に示されるような集光レンズ１６で各面発光レーザ１０ａからの射出光を集光すると、上記実施形態及び各変形例よりもより強力な合成光を得ることが可能になる。
【００８０】
次に、変形例３の面発光レーザアレイ１０の製造方法について説明する。
【００８１】
（１）上記積層体を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）あるいは分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）による結晶成長によって作成するが、以下の実施例では有機金属気相成長法の例について述べる（図１６参照）。
ここでは、ＩＩＩ族の原料には、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用い、Ｖ族の原料には、アルシン（ＡｓＨ３）を用いている。また、ｐ型ドーパントの原料には四臭化炭素（ＣＢｒ４）を用い、ｎ型ドーパントの原料にはセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いている。
【００８２】
（２）積層体の表面に気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ＳｉＮ層１１０を形成する（図１７参照）。
【００８３】
（３）次にＳｉＮ層１１０のモードフィルタ３００となる部分上に、レジストパターンＡを形成する。
【００８４】
（４）ＢＨＦ（バッファードフッ酸）を用いて、レジストパターンＡをマスクとして、ＳｉＮ層１１０をエッチングし、モードフィルタ３００の一部となるパターンを形成する（図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）参照）。なお、図１８（Ａ）は、図１４のＧ−Ｇ断面に対応する断面図であり、図１８（Ｂ）は、図１４のＨ−Ｈ断面に対応する断面図である。
【００８５】
（５）次に工程（４）で形成したモードフィルタ３００の一部となるパターン上に一辺が例えば２５μｍの正方形状のレジストパターンＢを形成する。
【００８６】
（６）Ｃｌ２ガスを用いるＥＣＲエッチング法で、レジストパターンＢをフォトマスクとしてメサを形成する（図１９（Ａ）参照）。ここで、エッチングは上部半導体ＤＢＲ１０７と上部スペーサ層１０６の境界位置にて停止する。この後、共振器層上における隣り合う２つのメサ間にレジストパターンＣを形成し、再度エッチングをおこない、共振器層の一部を除去して、連続部を形成する（図１９（Ｂ）参照）。ここでは、下部スペーサ層１０４と下部半導体ＤＢＲ１０３との境界までエッチングする。なお、図１９（Ａ）は、図１４のＧ−Ｇ断面に対応する断面図であり、図１９（Ｂ）は、図１４のＨ−Ｈ断面に対応する断面図である。
【００８７】
（７）フォトマスクを除去する。
【００８８】
（８）水蒸気中で熱処理することにより、被選択酸化層１０８中のＡｌ（アルミニウム）をメサの外周部から選択的に酸化し、メサの中央部に、Ａｌの酸化層１０８ａによって囲まれた酸化されていない領域１０８ｂを形成する（図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）参照）。なお、図２０（Ａ）は、図１４のＧ−Ｇ断面図に対応する図であり、図２０（Ｂ）は、図１４のＨ−Ｈ断面に対応する断面図である。領域１０８ａにより、駆動電流（注入電流）の経路はメサの中央部だけに制限される。このようにして、例えば幅４μｍから６μｍ程度の略正方形状の電流通過領域（電流注入領域）である領域１０８ｂがメサの中央部に形成される。
【００８９】
（９）気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、ＳｉＮ層１１１（保護層）を形成する（図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）参照）。なお、図２１（Ａ）は、図１４のＧ−Ｇ断面図に対応する図であり、図２１（Ｂ）は、図１４のＨ−Ｈ断面に対応する断面図である。
【００９０】
（１０）次に、レーザ光の射出面となるメサ上部にＰ側電極コンタクトの窓開けを行うためのエッチングマスクＭを作成する。
【００９１】
（１１）ＢＨＦにてＳｉＮ層１１１をエッチングし、Ｐ側電極コンタクトの窓開けを行う（図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）参照）。なお、図２２（Ａ）は、図１４のＧ−Ｇ断面図に対応する図であり、図２２（Ｂ）は、図１４のＨ−Ｈ断面に対応する断面図である。
【００９２】
（１２）エッチングマスクＭを除去する。
【００９３】
以上の工程で、射出領域には、ＳｉＮ層１１０とＳｉＮ層１１１により、中央部と周辺部とに光学長が異なる２つのＳｉＮの領域（モードフィルタ３００の中央部分と周辺部分）が個別に形成されることになる。すなわち、面発光レーザの偏光方向を制御するための、切れ目のある環状フィルタ（モードフィルタ３００）を形成することができる。
【００９４】
切れ目のある環状フィルタの原理と効果については、例えば特開２０１１−００９６９３号公報、特開２０１１−０１４８６９号公報、特開２０１０−１５３７６８号公報などで述べられているので、ここでは簡単に説明する。切れ目のある環状フィルタは、切れ目の存在している方向と切れ目が存在していない方向で、横方向の閉じ込め強さが異なることとなり、損失の低い偏光成分が優先的に発振することとなり、結果として特定の方向に偏光が揃うこととなる。変形例３では、切れ目がない方向（Ｘ軸方向）の光閉じ込めが強くなり、この方向（Ｘ軸方向）の偏光を有するモードが優先的に発振する（図１４中の太線矢印の方向に偏光方向が揃う。）
【００９５】
（１３）モードフィルタ３００上に、レジストパターンＤを形成し、ｐ側の電極材料の蒸着を行なう。ｐ側の電極材料としてはＣｒ／ＡｕＺｎ／Ａｕからなる多層膜、もしくはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる多層膜が用いられる。
【００９６】
（１４）蒸着された電極材料をリフトオフし、モードフィルタ３００を取り囲むｐ側電極１１３を形成する（図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）参照）。
【００９７】
（１５）基板を裏面より適当な厚みになるまで、研磨する。研磨後、基板の裏面全体にｎ側の電極材料の蒸着を行い、ｎ側電極１１４を形成する。ｎ側の電極材料としてはＮｉ／ＡｕＧｅ／Ａｕからなる多層膜を用いた。蒸着後に熱アニールを行い、図１４、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示される面発光レーザアレイ１０が得られる。
【００９８】
なお、上記変形例３では、モードフィルタ３００は、Ｙ軸方向に延びる切れ目のある、射出領域の中心部を囲む環状に形成されているが、これに限られない。モードフィルタ３００は、要は、偏光方向を制御できる（揃えることができる）ものであれば如何なる形状及び配置であっても良い。また、モードフィルタ３００は、要は、一方向（好ましくは射出方向に直交する方向）に延びる切れ目が形成されていることが好ましく、例えばＸ軸方向に延びる切れ目が形成されていても良い。さらに、モードフィルタ３００は、要は、射出領域の中央部を囲む形状に形成されていることが好ましく、例えば切れ目のある、射出領域の中央部を囲む矩形枠状であっても良い。
【００９９】
また、上記実施形態及び各変形例では、ＡｌＧａＡｓ系の半導体ＤＢＲ、ＡｌＧａＩｎＰ系のスペーサ層、ＧａＩｎＡｓＰ系の活性層の例を示したが、この材料系に限定されるものではない。
【０１００】
また、上記実施形態及び各変形例では、連続部は、共振器層の一部とされているが、これに限られない。例えば、隣り合う２つの面発光レーザを連結する層を別途設けても良い。
【０１０１】
また、上記実施形態及び各変形例では、Ｘ軸方向に隣り合う２つの面発光レーザ１０ａの共振器が連続部を介して連続しているが、これに代えて又は加えて、Ｙ軸方向に隣り合う２つの面発光レーザ１０ａの共振器を別の連続部を介して連続させても良い。要は、複数の面発光レーザ１０ａそれぞれの共振器が、隣り合う少なくとも１つの面発光レーザ１０ａの共振器と少なくとも一部が連続していれば良い。
【０１０２】
また、上記実施形態及び各変形例では、光合成手段は、マイクロレンズアレイ１４及び集光レンズ１６を含んで構成されているが、これに限られない。例えば、マイクロレンズアレイ１４に代えて、少なくとも１つのカップリングレンズを用いても良い。
【０１０３】
また、上記実施形態及び各変形例では、発光部の発振波長が７８０ｎｍ帯の場合について説明したが、これに限定されるものではない。材料を適切に選択する事により、例えば６５０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯、１．３ｕｍ帯、１．５ｕｍ帯の波長帯の素子を同様に作成することができる。
【０１０４】
以上は、ｎ型基板上の素子について説明したものであるが、ｎ型基板上の素子に対して限定されるものではなく、ｐ型基板上の素子に対しても同様のことが言える。ｐ型基板を用いた場合には、上記の説明において、各層の導電型とキャリアの極性を入れ換えれば同様の効果が得られる。また、波長も７８０ｎｍ帯に限定されるものではなく、６５０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯、１．３μｍ及び１．５μｍ帯など、異なる活性層材料を用いた他の波長帯であっても良い。また、基板もＧａＡｓ以外の基板を用いても良い。
【０１０５】
また、上記面発光レーザアレイ１０は、レーザ加工以外の用途（例えば画像形成）にも用いることができる。その場合には、発振波長は、その用途に応じて、６５０ｎｍ帯、７８０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯、１．３μｍ帯、１．５μｍ帯等の波長帯であっても良い。この場合に、活性層を構成する半導体材料は、発振波長に応じた混晶半導体材料を用いることができる。例えば、６５０ｎｍ帯ではＡｌＧａＩｎＰ系混晶半導体材料、９８０ｎｍ帯ではＩｎＧａＡｓ系混晶半導体材料、１．３μｍ帯及び１．５μｍ帯ではＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）系混晶半導体材料を用いることができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１０…面発光レーザアレイ、１０ａ…発光部（面発光レーザ）、１４…マイクロレンズアレイ（光合成手段の一部）、１６…集光レンズ（光合成手段の一部）、１００…光源装置、３００…モードフィルタ（誘電体膜）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０１０７】
【非特許文献１】Proc.  Of  SPIE  Vol.  6876,  68760D,  (2008)、Proc.  Of  SPIE  Vol.  6908,  690808,  (2008)
【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2014199923.tif 000016
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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