(57)【要約】【課題】簡易かつ安価に製造可能であり、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化すると共に高出力化することの可能な面発光型半導体レーザを提供する。【解決手段】基板１０上に、下部第１ＤＢＲミラー層１２、下部第２ＤＢＲミラー層１３、下部クラッド層１４、発光領域１５Ａを有する活性層１５、上部クラッド層１６、電流狭窄層１７、上部ＤＢＲミラー層１８およびコンタクト層１９がこの順に積層された発光部２０を備える。下部第１ＤＢＲミラー層１２は、発光領域１５Ａと対応する領域の周辺に、発光領域１５Ａを中心にして回転する方向に不均一に分布する酸化層３０を有する。酸化層３０は一対の多層膜３１，３２からなり、低屈折率層１２Ａを酸化することにより形成される。これにより、多層膜３１，３２の不均一な分布に対応した異方的な応力が活性層１５に発生する。【選択図】図２
2008016824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第１多層膜反射鏡、１または複数の発光領域を有する活性層および第２多層膜反射鏡がこの順に積層された発光部を備え、
前記第１多層膜反射鏡および前記第２多層膜反射鏡の少なくとも一方は、前記発光領域と対応する領域の周辺に、前記発光領域を中心にして回転する方向に不均一に分布する酸化部を有する
ことを特徴とする面発光型半導体レーザ。
【請求項２】
前記酸化部は、厚さに異方性を有する環状の多層膜からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項３】
前記酸化部は、前記発光領域を間にして互いに対向配置された第１多層膜および第２多層膜からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項４】
前記発光部は、前記酸化部を取り囲む溝部を有し、
前記溝部は、前記酸化部の分布に対応して不均一な深さを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項５】
前記酸化部は、厚さに異方性を有する環状の多層膜からなり、
前記多層膜のうち厚さの厚い部分が、前記溝部のうち深さが深い部分に対応して形成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項６】
前記酸化部は、前記発光領域を間にして互いに対向配置された第１多層膜および第２多層膜からなり、
前記第１多層膜および前記第２多層膜は、前記溝部のうち深さが深い部分に対応して形成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項７】
前記溝部は、前記酸化部の分布に対応して不均一な幅を有する
ことを特徴とする請求項４に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項８】
前記溝部のうち深さが浅い部分に対応する部分の幅は、１μｍ以上３μｍ以下である
ことを特徴とする請求項４に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項９】
前記第１多層膜反射鏡および前記第２多層膜反射鏡のうち前記酸化部を有する反射鏡は、相対的に酸化され易い第３多層膜反射鏡および相対的に酸化されにくい第４多層膜反射鏡を前記基板側からこの順に積層した構造を有し、
前記酸化部は前記第３多層膜反射鏡内に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１０】
前記第１多層膜反射鏡および前記第２多層膜反射鏡のうち前記酸化部を有する反射鏡は、相対的に酸化されにくい第４多層膜反射鏡と、前記第４多層膜反射鏡の中途に挿入されると共に相対的に酸化され易い第３多層膜反射鏡とを有し、
前記酸化部は前記第３多層膜反射鏡内に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１１】
前記第３多層膜反射鏡は、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓからなる低屈折率層およびＡｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓからなる高屈折率層を１組として、それを複数組分積層して構成され、
前記第４多層膜反射鏡は、Ａｌｘ３Ｇａ１−ｘ３Ａｓからなる低屈折率層およびＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓからなる高屈折率層を１組として、それを複数組分積層して構成され、
前記ｘ１〜ｘ４は以下の式を満たす
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の面発光型半導体レーザ。
１≧ｘ１＞ｘ３＞０．８＞（ｘ２，ｘ４）≧０…（１）
【請求項１２】
前記第３多層膜反射鏡は、Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓからなる第１屈折率層およびＡｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ａｓからなる第２屈折率層を有する低屈折率層ならびにＡｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓからなる高屈折率層を１組として、それを複数組分積層して構成され、
前記第４多層膜反射鏡は、Ａｌｘ３Ｇａ１−ｘ３Ａｓからなる低屈折率層およびＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓからなる高屈折率層を１組として、それを複数組分積層して構成され、
前記ｘ２〜ｘ６は以下の式を満たす
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の面発光型半導体レーザ。
１≧ｘ５＞（ｘ６，ｘ３）＞０．８＞（ｘ２，ｘ４）≧０…（２）
【請求項１３】
前記第３多層膜反射鏡は、Ａｌｘ７Ｇａ１−ｘ７Ａｓからなる第３屈折率層、Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓからなる第１屈折率層およびＡｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ａｓからなる第２屈折率層をこの順に有する低屈折率層ならびにＡｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓからなる高屈折率層を１組として、それを複数組分積層して構成され、
前記第４多層膜反射鏡は、Ａｌｘ３Ｇａ１−ｘ３Ａｓからなる低屈折率層およびＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓからなる高屈折率層を１組として、それを複数組分積層して構成され、
前記ｘ２〜ｘ７は以下の式を満たす
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の面発光型半導体レーザ。
１≧ｘ５＞（ｘ６，ｘ７，ｘ３）＞０．８＞（ｘ２，ｘ４）≧０…（３）
【請求項１４】
前記第２多層膜反射鏡上に横モード調整層をさらに備え、
前記第１多層膜反射鏡および第２多層膜反射鏡のいずれか一方は、対角線の交点が前記発光領域に対応する四辺形状の電流注入領域を有し、
前記第２多層膜反射鏡は、前記電流注入領域のうち一方の対角線に対応する領域に設けられた光射出口を有し、
前記横モード調整層は、前記光射出口に対応して設けられると共に、前記光射出口のうち前記発光領域に対応する中央領域を除く周辺領域の反射率が前記中央領域のそれよりも低くなっている
ことを特徴とする請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１５】
前記横モード調整層のうち前記中央領域に対応する部分は、膜厚が（２ａ−１）λ／４ｎ１（ａは１以上の整数，λは発光波長，ｎ１は屈折率）、屈折率ｎ１が前記第１多層膜反射鏡の表面のそれよりも低い値を有する第１調整層と、膜厚が（２ｂ−１）λ／４ｎ２（ｂは１以上の整数，ｎ２は屈折率）、屈折率ｎ２が前記第１調整層のそれよりも高い値を有する第２調整層とをこの順に積層した構造であり、
前記横モード調整層のうち前記周辺領域に対応する部分は、膜厚が（２ｃ−１）λ／４ｎ３（ｃは１以上の整数，ｎ３は屈折率）、屈折率ｎ３が前記第１調整層のそれよりも高い値を有する第３調整層である
ことを特徴とする請求項１４に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１６】
基板上に、第１多層膜反射鏡、活性層および第２多層膜反射鏡をこの順に積層する工程と、
前記第２多層膜反射鏡の上面側に、不均一な幅を有する環状の開口部を１または複数有する被覆層を形成する工程と、
前記被覆層をマスクとしてドライエッチングすることにより前記開口部の幅に応じた不均一な深さの溝部を形成する工程と、
前記溝部の側面を酸化することにより前記第１多層膜反射鏡および前記第２多層膜反射鏡の少なくとも一方に、前記溝部の深さに対応して不均一に分布する酸化部を形成する工程と
を含むことを特徴とする面発光型半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上面にレーザ光の射出領域を有する面発光型半導体レーザおよびその製造方法に係り、特に、偏光方向の安定した光出力が要求される用途に好適に適用可能な面発光型半導体レーザおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光型半導体レーザは、従来の端面射出型のものとは異なり、基板に対して直交する方向に光を射出するものであり、同じ基板上に２次元アレイ状に多数の素子を配列することが可能であることから、近年、デジタルコピー機やプリンタ機用の光源として注目されている。
【０００３】
従来、この種の面発光型半導体レーザは、半導体基板上に一対の多層膜反射鏡が形成されており、その対の多層膜反射鏡の間に発光領域となる活性層を有している。そして、一方の多層膜反射鏡には、活性層への電流注入効率を高め、しきい値電流を下げるために、電流注入領域を狭めた構造を有する電流狭窄層が設けられている。また、下面側にはｎ側電極、上面側にはｐ側電極がそれぞれ設けられ、ｐ側電極にはレーザ光を射出するために光射出口が設けられている。この面発光型半導体レーザでは、電流は電流狭窄層により狭窄されたのち活性層に注入され、ここで発光し、これが一対の多層膜反射鏡で反射を繰り返しながらレーザ光としてｐ側電極の光射出口から射出される。
【０００４】
ところで、上記した面発光型半導体レーザは、一般に、素子のばらつきにより偏光方向がばらついてしまう不均一性や、出力や環境温度により偏光方向が変化してしまう不安定性を有している。そのため、このような面発光型半導体レーザをミラーやビームスプリッタといった偏波依存のある光学素子に対して適用する場合、例えば、デジタルコピー機やプリンタ機用の光源として用いる場合には、偏光方向のばらつきが像の結像位置や出力に差異を生じさせ、にじみや色むらが発生してしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、このような問題に対して、面発光型半導体レーザの内部に偏光制御機能を設け、偏光方向を一方向に安定化させる技術がいくつか報告されている。
【０００６】
例えば、そのような技術の１つとして、（３１１）面を法線とし、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）からなる特殊な傾斜基板を用いるものがある。このように特殊な傾斜基板を用いて面発光型半導体レーザを構成した場合、［−２３３］方向に対する利得特性が高くなり、レーザ光の偏光方向をこの方向に制御することが可能となる。また、レーザ光の偏光比も非常に高いものであり、面発光型半導体レーザの偏光方向を一方向に安定化させるために有効な技術である。
【０００７】
また、特許文献１には、ポスト断面のサイズを光のモードサイズよりも小さくすることにより偏光を制御する技術が開示されている。
【０００８】
また、特許文献２には、光射出口から射出されるレーザ光の特性に影響の及ばないような金属コンタクト層の一部に不連続部を形成し、不連続部の境界に対して平行方向をなす偏光を得る技術が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特許第２８９１１３３号公報
【特許文献２】特表２００１−５２５９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記した傾斜基板は、（３１１）面を法線とする特殊な基板であるため、標準的な基板である（００１）面基板などと比較して非常に高額なものである。また、このように特殊な傾斜基板を用いた場合、成長温度、ドーピング条件およびガス流量などのエピタキシャル成長条件も、（００１）面基板の場合と全く異なるため、簡易に製造するのが困難である。
【００１１】
また、上記特許文献１では、ポスト断面のサイズを光のモードサイズよりも小さくしているので、光出力が１ｍＷ程度と低くなってしまい、デジタルコピー機やプリンタ機用の光源のような高出力の要求される用途には適さない。
【００１２】
また、上記特許文献２では、実施例として、光射出口の縁部から７μｍ離れた位置に４．０〜４．５μｍの深さの溝（不連続部）を形成したものが記載されており、これにより溝に対して平行方向をなす偏光が得られたとしている。しかしながら、共振領域の短辺側の距離を回折損失効果が生じる程度まで小さくしなければ偏光方向を一方向に安定化させることができないため、回折損失効果が得られないような範囲（短辺側の距離が７μｍ）で形成された不連続部によっては、安定化させることができないと思われる。
【００１３】
このように、従来の技術では、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化することが可能な高出力の面発光型半導体レーザを、簡易かつ安価に製造するのが困難であった。
【００１４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易かつ安価に製造可能であり、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化すると共に高出力化することの可能な面発光型半導体レーザおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の面発光型半導体レーザは、基板上に、第１多層膜反射鏡、１または複数の発光領域を有する活性層および第２多層膜反射鏡がこの順に積層された発光部を備えたものである。第１多層膜反射鏡および第２多層膜反射鏡の少なくとも一方は、発光領域と対応する領域の周辺に、発光領域を中心にして回転する方向に不均一に分布する酸化部を有している。なお、第１多層膜反射鏡と活性層との間や、活性層と第２多層膜反射鏡との間に何らかの層が挿入されていてもよい。
【００１６】
本発明の面発光型半導体レーザでは、第１多層膜反射鏡および第２多層膜反射鏡の少なくとも一方の、発光領域と対応する領域の周辺に、発光領域を中心にして回転する方向に不均一に分布する酸化部が設けられているので、酸化部による応力が活性層に不均一に発生する。このとき、酸化部の不均一な分布が異方性を有している場合には、酸化部による異方的な応力が活性層に発生するので、応力の向きと平行な方向の偏光成分および応力の向きと直交する方向の偏光成分のいずれか一方が強められ、それ以外の偏光成分が抑制される。これにより、レーザ光の偏光成分が一方向に固定される。
【００１７】
本発明の面発光型半導体レーザの製造方法は、以下の（Ａ）〜（Ｄ）の工程を含むものである。
（Ａ）基板上に、第１多層膜反射鏡、活性層および第２多層膜反射鏡をこの順に積層する工程
（Ｂ）第２多層膜反射鏡の上面側に、不均一な幅を有する環状の開口部を１または複数有する被覆層を形成する工程
（Ｃ）被覆層をマスクとしてドライエッチングすることにより開口部の幅に応じた不均一な深さの溝部を形成する工程
（Ｄ）溝部の側面を酸化することにより第１多層膜反射鏡および第２多層膜反射鏡の少なくとも一方に、溝部の深さに対応して不均一に分布する酸化部を形成する工程
【００１８】
本発明の面発光型半導体レーザの製造方法では、ドライエッチングにより開口部の幅に応じた不均一な深さの溝部が形成され、その後の酸化により溝部の深さに対応して不均一に分布する酸化部が形成される。このとき、溝部の不均一な深さが異方性を有する場合には、酸化部の分布も溝部と同様の異方性を有し、酸化部による異方的な応力が活性層に発生するので、応力の向きと平行な方向の偏光成分および応力の向きと直交する方向の偏光成分のいずれか一方が強められ、それ以外の偏光成分が抑制される。これにより、レーザ光の偏光成分が一方向に固定される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の面発光型半導体レーザによれば、第１多層膜反射鏡および第２多層膜反射鏡の少なくとも一方の、発光領域と対応する領域の周辺に、発光領域を中心にして回転する方向に不均一に分布する酸化部を設けるようにしたので、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化することが可能となる。
【００２０】
本発明の面発光型半導体レーザの製造方法によれば、ドライエッチングにより開口部の幅に応じた不均一な深さの溝部を形成し、その後の酸化により溝部の深さに対応して不均一に分布する酸化部を形成するようにしたので、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化することが可能となる。
【００２１】
また、基板は（ｎ１１）面基板（ｎは整数）などの特殊な基板である必要はなく、（１００）面基板でもかまわないので、簡易かつ安価に製造することができる。また、発光領域と対応する領域にまで酸化部を設ける必要はないので、光出力が低下する虞はほとんどなく、高出力のレーザ光を射出することができる。
【００２２】
このように、本発明の面発光型半導体レーザおよびその製造方法によれば、簡易かつ安価に製造可能であり、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化すると共に高出力化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ１の上面図を表すものである。図２は図１の面発光型半導体レーザ１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図３は図１の面発光型半導体レーザ１のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成を、図４は図１の面発光型半導体レーザ１のＣ−Ｃ矢視方向の断面構成をそれぞれ表すものである。図５は図２の下部ＤＢＲミラー層１１（後述）の断面構成の一例を、図７および図８は図２の下部ＤＢＲミラー層１１の断面構成の変形例をそれぞれ表すものである。図６は図１の面発光型半導体レーザ１を透かして、電流狭窄層１７および酸化部１１Ａ（後述）の上面からの分布（形状）を表すものである。
【００２５】
面発光型半導体レーザ１は、基板１０の一面側に発光部２０を備えたものである。この発光部２０は、基板１０側から、下部ＤＢＲミラー層１１（第１多層膜反射鏡）、下部スペーサ層１４、活性層１５、上部スペーサ層１６、電流狭窄層１７、上部ＤＢＲミラー層１８（第２多層膜反射鏡）およびコンタクト層１９をこの順に積層して構成されている。発光部２０のうち、下部ＤＢＲミラー層１１の一部、下部スペーサ層１４、活性層１５、上部スペーサ層１６、電流狭窄層１７、上部ＤＢＲミラー層１８およびコンタクト層１９には、例えば幅１０μｍ〜３０μｍ程度の円柱状のメサ部２１と、そのメサ部２１を取り囲む溝部２２とがそれぞれ形成されている。
【００２６】
溝部２２は不均一な幅を有する環状の溝であり、その溝の幅に応じた（比例した）不均一な深さを有している。具体的には、積層面と平行であって、かつメサ部２１の中央部分を通る一の軸（図１のＡ−Ａ線）に対応する部分に、径方向の幅がＬｙ、周回方向の幅がＬｘの一対の溝２２Ａが設けられており、これらに連通して、径方向の幅がΔＲの一対の溝２２Ｂが設けられている。溝２２Ａは下部ＤＢＲミラー層１１の下部第１ＤＢＲミラー層１２（後述）にまで達する深さＤ１を有している。他方、溝２２Ｂは下部第１ＤＢＲミラー層１２にまで達しない深さＤ２を有している。すなわち、溝２２Ｂの深さＤ２は溝２２Ａの深さＤ１よりも浅くなっており、それに伴い、メサ部２１の高さが溝部２２の深さに対応して不均一となっており、メサ部２１の側面に露出する層構成が溝部２２の深さに対応して相違している。なお、図３には、溝２２Ｂが下部ＤＢＲミラー層１１の下部第２ＤＢＲミラー層１３（後述）にまで達している場合が例示されている。
【００２７】
ここで、ＬｘおよびＬｙは、後述のエッチング速度が遅くならない程度の大きさであることが好ましく、５μｍ以上であることが好ましい。また、ΔＲはＬｘおよびＬｙより小さく、後述のローディング効果により溝２２Ｂのエッチング速度が溝２２Ａのそれよりも遅くなる程度の大きさであることが好ましく、１μｍ以上３μｍ以下であることが好ましく、２μｍであることがより好ましい。
【００２８】
基板１０は、例えばｎ型ＧａＡｓ基板であり、このＧａＡｓ基板は、例えば（１００）面基板であることが好ましいが、（ｎ１１）面基板（ｎは整数）などの特殊な基板であってもよい。
【００２９】
下部ＤＢＲミラー層１１は、下部第１ＤＢＲミラー層１２（第３多層膜反射鏡）および下部第２ＤＢＲミラー層１３（第４多層膜反射鏡）を基板１０側からこの順に積層した構造を有している。下部第１ＤＢＲミラー層１２は、図５に示したように、低屈折率層１２Ａおよび高屈折率層１２Ｂを１組として、それを複数組分積層して構成されたものである。低屈折率層１２Ａは例えば光学厚さがλ／４（λは発振波長）のｎ型Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓからなり、高屈折率層１２Ｂは例えば光学厚さがλ／４のｎ型Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓからなる。下部第２ＤＢＲミラー層１３は、低屈折率層１３Ａおよび高屈折率層１３Ｂを１組として、それを複数組分積層して構成されたものである。低屈折率層１３Ａは例えば光学厚さがλ／４のｎ型Ａｌｘ３Ｇａ１−ｘ３Ａｓからなり、高屈折率層１３Ｂは例えば光学厚さがλ／４のｎ型Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓからなる。なお、ｎ型不純物としては、例えばケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられる。
【００３０】
ここで、下部ＤＢＲミラー層１１内のＡｌ組成の値ｘ１〜ｘ４は以下の式を満たす。これにより、下部第１ＤＢＲミラー層１２の低屈折率層１２Ａは下部第２ＤＢＲミラー層１３の低屈折率層１３Ａよりも酸化され易く、電流狭窄層１７と同等かそれよりも酸化されにくい性質を有している。
【００３１】
１≧ｘ９≧ｘ１＞（ｘ３，ｘ１０）＞０．８＞（ｘ２，ｘ４）≧０…（１）
【００３２】
式（１）中の（ｘ３，ｘ１０）はｘ３またはｘ１０を意味し、（ｘ２，ｘ４）はｘ２またはｘ４を意味する。また、ｘ９は電流狭窄層１７を構成する材料に含まれるＡｌ組成の値であり、ｘ１０は上部ＤＢＲミラー層１８の低屈折率層を構成する材料に含まれるＡｌ組成の値である。また、０．８は低屈折率層の屈折率と高屈折率層の屈折率との境界に対応するものである。
【００３３】
ただし、下部第１ＤＢＲミラー層１２の各低屈折率層１２Ａのうちメサ部２１の中央領域（後述の発光領域１５Ａ）に対応する領域の周辺であって、かつ溝２２Ａを取り囲む領域には、低屈折率層１２Ａの一部を酸化することにより酸化部３０が形成されている。この酸化部３０は一対の酸化層３１Ａ，３２Ａからなり、これら一対の酸化層３１Ａ，３２Ａは、下部第１ＤＢＲミラー層１２のうち発光領域１５Ａに対応する領域（この領域は後述の電流注入領域１７Ｂに対応する領域でもある）を間にして距離Ｄｏｘ１で互いに対向配置されると共に、溝部２２のうち深さが深い方の溝２２Ａに対応して形成されている。つまり、酸化部３０は発光領域１５Ａを中心にして回転する方向に不均一に分布しており、その分布に応じた不均一な応力を活性層１５に発生させるようになっている。
【００３４】
ここで、距離Ｄｏｘ１は、電流注入領域１７Ｂの径方向の長さをＤｏｘ２とすると、Ｄｏｘ２よりも大きいことが好ましく、高次横モード発振を抑制したい場合には、Ｄｏｘ２＋１μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。さらに、より一層高次横モード発振を抑制したい場合には、Ｄｏｘ２＋１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。また、酸化層３１Ａ，３２Ａによる発光効率のロスを抑制したい場合には、距離Ｄｏｘ１は、Ｄｏｘ２よりも大きいことが好ましく、１．１×Ｄｏｘ２以上となっていることがより好ましい。
【００３５】
酸化層３１Ａ，３２Ａは、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）を含んで構成され、後述するように、メサ部２１および溝部２２の側面側から低屈折率層１２Ａに含まれる高濃度のＡｌを酸化することにより得られるものである。従って、各酸化層３１Ａは下部ＤＢＲミラー層１１内において高屈折率層１２Ｂを介して積層配置された多層膜３１（第１多層膜）を構成し、各酸化層３２Ａは下部ＤＢＲミラー層１１内において高屈折率層１２Ｂを介して積層配置された多層膜３２（第２多層膜）を構成する。なお、メサ部２１の側面のうち溝２２Ｂと対向する部分には下部第１ＤＢＲミラー層１２が露出していないので、その部分のうち溝２２Ａと隣接する部分を除いた部分には酸化層３１Ａ，３２Ａは分布していない。
【００３６】
ところで、下部第１ＤＢＲミラー層１２の低屈折率層１２Ａは上記の構成に限られるものではなく、例えば、その光学厚さをλ／４に保った上で、図７または図８に示したような構成にすることも可能である。例えば、図７に示したように、Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓからなる第１屈折率層１２ＣおよびＡｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ａｓからなる第２屈折率層１２Ｄを基板１０側からこの順に積層して構成した場合には、Ａｌ組成の値ｘ２〜ｘ６は以下の式（２）を満たす値に設定され、図８に示したように、Ａｌｘ７Ｇａ１−ｘ７Ａｓからなる第３屈折率層１２Ｅ、Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓからなる第１屈折率層１２ＣおよびＡｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ａｓからなる第２屈折率層１２Ｄを基板１０側からこの順に積層して構成した場合には、Ａｌ組成の値ｘ２〜ｘ７は以下の式（３）を満たす値に設定される。
【００３７】
１≧ｘ５＝ｘ９＞（ｘ６，ｘ３，ｘ１０）＞０．８＞（ｘ２，ｘ４）≧０…（２）
１≧ｘ５＝ｘ９＞（ｘ６，ｘ７，ｘ３，ｘ１０）＞０．８＞（ｘ２，ｘ４）≧０…（３）
【００３８】
式（２）中の（ｘ６，ｘ３，ｘ１０）はｘ６、ｘ３またはｘ１０を意味し、式（２）および（３）中の（ｘ２，ｘ４）はｘ２またはｘ４を意味し、式（３）中の（ｘ６，ｘ７，ｘ３，ｘ１０）はｘ６，ｘ７、ｘ３またはｘ１０を意味する。
【００３９】
下部スペーサ層１４は、例えばＡｌｘ８Ｇａ１−ｘ８Ａｓ（０＜ｘ８＜１）からなる。活性層１５は、例えばＧａＡｓ系材料からなる。この活性層１５では、後述の電流注入領域１７Ｂと対向する領域が発光領域１５Ａとなり、その発光領域１５Ａの中心領域（発光中心領域）が主に基本横モード発振が生じる領域となり、発光領域１５Ａのうち発光中心領域を囲む外縁領域が主に高次横モード発振が生じる領域となる。上部スペーサ層１６は、例えばＡｌｘ１２Ｇａ１−ｘ１２Ａｓ（０＜ｘ１２＜１）からなる。これら下部スペーサ層１４、活性層１５および上部スペーサ層１６は、不純物が含まれていないことが望ましいが、ｐ型またはｎ型不純物が含まれていてもよい。ｐ型不純物としては、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）などが挙げられる。
【００４０】
電流狭窄層１７は、その外縁領域に電流狭窄領域１７Ａを有し、その中央領域に電流注入領域１７Ｂを有している。電流注入領域１７Ｂは、例えばｐ型Ａｌｘ９Ｇａ１−ｘ９Ａｓ（０＜ｘ９≦１）からなる。電流狭窄領域１７Ａは、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）を含んで構成され、後述するように、メサ部２１の側面側からＡｌｘ９Ｇａ１−ｘ９Ａｓ層１７Ｄに含まれる高濃度のＡｌを酸化することにより得られるものである。つまり、電流狭窄層１７は電流を狭窄する機能を有している。
【００４１】
電流注入領域１７Ａは、［０１１］方向および［０１−１］方向に、対角線を有する四辺形（例えば菱形）状となっており、面内異方性を有している。このように電流狭窄領域１７Ａが［０１１］方向および［０１−１］方向に対角線を有する四辺形となるのは、Ａｌｘ９Ｇａ１−ｘ９Ａｓの酸化速度が、［０１１］方向および［０１−１］方向と、これらの方向と４５°の角度をなす［００１］方向および［０１０］方向とで異なるからである。ここで、電流注入領域１７Ａの対角線の長さＤｏｘ２は、高次横モード発振を抑制したい場合には、３μｍ以上８μｍ以下であることが好ましい。さらに、より一層高次横モード発振を抑制したい場合には、３μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。
【００４２】
上部ＤＢＲミラー層１８は、低屈折率層および高屈折率層を１組として、それを複数組分積層して構成されたものである。低屈折率層は例えば光学厚さがλ／４のｐ型Ａｌｘ１０Ｇａ１−ｘ１０Ａｓ（０＜ｘ１０＜１）からなり、高屈折率層は例えば光学厚さがλ／４のｐ型Ａｌｘ１１Ｇａ１−ｘ１１Ａｓ（０＜ｘ１１＜１）からなる。コンタクト層１９は、例えばｐ型ＧａＡｓにより構成されている。
【００４３】
本実施の形態の面発光型半導体レーザ１にはまた、メサ部２１の上面の外縁部、溝部２２の内面および、コンタクト層１９のうちメサ部２１以外の表面に保護膜２３が形成されている。コンタクト層１９の表面には上記の電流注入領域１７Ａに対応する領域に光射出口２４Ａを有する環状の上部電極２４が形成されており、保護膜２３のうちメサ部２１から離れた部分の表面には上部電極パッド２５が形成されている。そして、図１，図４に示したように、保護膜２３のうち溝部２０Ｂを含む部分の表面には接続部２６が形成されており、この接続部２６を介して上部電極２４と上部電極パッド２５とが互いに電気的に接続されている。また、基板１０の裏面には下部電極２７が形成されている。
【００４４】
保護膜２３は、例えば酸化物または窒化物などの絶縁材料により形成されたもので、コンタクト層１９の周縁部から溝部２２の内面、更にその近傍を覆うように形成されている。上部電極２４および上部電極パッド２５は、例えばチタン（Ｔｉ）層，白金（Ｐｔ）層および金（Ａｕ）層をこの順に積層して構成されたものであり、コンタクト層１９と電気的に接続されている。接続部２６は、例えばＴｉ層，Ｐｔ層およびＡｕ層をこの順に積層してなる積層構造上にめっき層が形成されたものである。下部電極２７は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金層，ニッケル（Ｎｉ）層および金（Ａｕ）層とを基板１０の側から順に積層した構造を有しており、基板１０と電気的に接続されている。
【００４５】
本実施の形態に係る面発光型半導体レーザ１は、例えば次のようにして製造することができる。
【００４６】
図９（Ａ），（Ｂ）〜図１１（Ａ），（Ｂ）は、その製造方法を工程順に表すものである。なお、図９（Ａ）、図１０（Ａ）および図１１（Ａ）は製造過程の素子を図１のＡ−Ａ矢視方向と同一の方向で切断した断面の構成を、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の上面構成を、図１０（Ｂ）、図１１（Ｂ）は製造過程の素子を図１のＢ−Ｂ矢視方向と同一の方向で切断した断面の構成をそれぞれ表すものである。
【００４７】
ここでは、ＧａＡｓからなる基板１０上の化合物半導体層を、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により形成する。この際、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の原料としては、例えば、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（ＴＭＩｎ）、アルシン (ＡｓＨ3)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、Ｈ2 Ｓｅを用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えば、ジメチルジンク（ＤＭＺ）を用いる。
【００４８】
まず、基板１０上に、下部第１ＤＢＲミラー層１２，下部第２ＤＢＲミラー層１３，下部スペーサ層１４，活性層１５，上部スペーサ層１６，Ａｌｘ９Ｇａ１−ｘ９Ａｓ層１７Ｄ，上部ＤＢＲミラー層１８およびコンタクト層１９をこの順に積層したのち、コンタクト層１９の表面に、不均一な幅を有する環状の開口Ｗを有するレジスト層Ｒを形成する（図９（Ａ），（Ｂ））。この開口Ｗは、具体的には、径方向の幅がＬｙ、周回方向の幅がＬｘの一対の円弧状の開口Ｗ１と、これらに連通して、径方向の幅がΔＲの一対の円弧状の開口Ｗ２とからなる。
【００４９】
次に、例えば反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）法により、コンタクト層１９側からエッチングする。すると、開口Ｗの不均一な幅によってローディング効果が発生し、幅の狭い開口Ｗ２におけるエッチング速度が幅の広い開口Ｗ１におけるそれよりも遅くなる。その結果、開口Ｗ１に対応して深さＤ１の溝２２Ａが形成され、開口Ｗ２に対応して深さＤ２の溝２２Ｂが形成される（図１０（Ａ），（Ｂ））。このようにして、溝２２Ａおよび溝２２Ｂを形成することにより、これらの溝２２Ａおよび溝２２Ｂに囲まれた部分にメサ部２１が形成される。
【００５０】
次に、水蒸気雰囲気中において、高温で酸化処理を行い、溝部２２の内側から低屈折率層１２ＡおよびＡｌｘ９Ｇａ１−ｘ９Ａｓ層１７ＤのＡｌを選択的に酸化する。これにより低屈折率層１２ＡおよびＡｌｘ９Ｇａ１−ｘ９Ａｓ層１７Ｄのうち溝部２２の周辺領域が絶縁層（酸化アルミニウム）となる。すなわち、各低屈折率層１２Ａのうち活性層１５の発光領域１５Ａに対応する領域の周辺であって、かつ溝２２Ａを取り囲む領域に、発光領域１５Ａに対応する領域を間にして互いに対向する一対の多層膜３１，３２が形成され、さらに、発光領域１５Ａに対応して開口を有する電流狭窄領域１７Ａが形成され、その開口が電流注入領域１７Ｂとなる（図１１（Ａ），（Ｂ））。
【００５１】
このように、不均一な幅を有する環状の開口Ｗを有するレジスト層Ｒを利用してローディング効果を発生させることにより、一度のエッチングプロセスにより不均一な深さの溝部２２を形成することができる。また、この不均一な深さの溝部２２を利用して酸化処理を行うことにより、発光領域１５Ａを中心にして回転する方向に不均一に分布する酸化部３０を容易に形成することができる。
【００５２】
次に、例えばＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 法により、メサ部２１、溝部２２および溝部２２の周辺の表面全体に渡って絶縁材料を堆積させたのち、エッチングにより堆積させた絶縁材料のうちメサ部２１の上面に対応する部分を選択的に除去して、コンタクト層１９を露出させる（図２（Ａ），（Ｂ））。続いて、例えば真空蒸着法により、表面全体に渡って金属材料を積層させたのち、例えば選択エッチングにより、メサ部２１の上面（コンタクト層１９の露出している部分）に、光射出口２４Ａを有する上部電極２４を形成すると共に、メサ部２１から離れた場所に上部電極パッド２５を形成する。さらに、めっきにより接続部２６を形成して上部電極２４および上部電極パッド２５を電気的に接続すると共に、基板１０の裏面を適宜研磨してその厚さを調整した後、この基板１０の裏面に下部電極２７を形成する。最後に、ダイシングにより基板１０を小さく分割してチップ状にする。このようにして面発光型半導体レーザ１が製造される。
【００５３】
ところで、上記の製造工程において、エッチング時間を変化させて溝２２Ａの深さＤ１を変化させると、溝２２Ａの内面に露出する低屈折率層１２Ａの層数が変化する。従って、エッチング時間を長くして溝２２Ａの深さＤ１を深くすると、露出する低屈折率層１２Ａの層数が多くなり、逆にエッチング時間を短くして溝２２Ａの深さＤ１を浅くすると、露出する低屈折率層１２Ａの層数が少なくなる。このとき、溝２２Ｂの深さＤ２もエッチング時間に応じて変化するが、上記した範囲内で変化させた場合には、溝２２Ｂの内面には低屈折率層１２Ａが露出することはないので、低屈折率層１２Ａのうち溝２２Ｂと対向する部分はほとんど酸化される虞はなく、溝２２Ｂ同士が互いに対向する方向の応力が活性層１５に発生する虞はない。従って、溝２２Ａの深さＤ１が浅くても溝２２Ａ同士が互いに対向する方向の応力を活性層１５に発生させることが可能であり、また、溝２２Ａの深さＤ１に応じて（比例して）、溝２２Ａ同士が互いに対向する方向の応力を大きくすることができる。つまり、活性層１５に発生させる異方的な応力の大きさを自由に設定することが可能である。
【００５４】
また、図７および図８に例示したように、低屈折率層１２ＡをＡｌ組成の高い層と低い層との積層構造とした場合には、これらの層のＡｌ組成を一定にした状態でこれらの層の厚さを変化させることにより、低屈折率層１２Ａの酸化速度を自由に制御することができる。そして、例えば、低屈折率層１２Ａを単一の層とした場合と同等の酸化速度にすることも可能であることから、低屈折率層１２Ａを単一の層とした場合に、下部ＤＢＲミラー層１１内のＡｌ組成の値ｘ１〜ｘ４を式（１）を満たすようにしたときと同様、低屈折率層１２Ａを低屈折率層１３Ａよりも酸化され易く、電流狭窄層１７と同等かそれよりも酸化されにくい性質にすることができる。
【００５５】
なお、酸化条件にもよるが、例えば、電流狭窄層１７のＡｌ組成の値ｘ９および第１屈折率層１２ＣのＡｌ組成の値ｘ５をそれぞれ１にし、第２屈折率層１２ＤのＡｌ組成の値ｘ６、第３屈折率層のＡｌ組成の値ｘ７、低屈折率層１３ＡのＡｌ組成の値ｘ３および上部ＤＢＲミラー層１８の低屈折率層のＡｌ組成の値ｘ１０をそれぞれ０．９にした場合には、距離Ｄｏｘ１を、Ｄｏｘ２＋１μｍ以上１５μｍ以下とすることができる。
【００５６】
さらに、例えば、低屈折率層１２ＡのうちＡｌ組成の高い層のＡｌ組成の値を電流狭窄層１７のＡｌ組成の値と同じにし、さらに低屈折率層１２ＡのうちＡｌ組成の低い層のＡｌ組成の値を上部ＤＢＲミラー層１８の低屈折率層のＡｌ組成の値と同じにすることも可能である。そして、そのようにした場合には、低屈折率層１２Ａを形成する際に、電流狭窄層１７や上部ＤＢＲミラー層１８を製造する際に用いるドーピング条件およびガス流量などのエピタキシャル成長条件を利用することができるので、低屈折率層１２Ａを簡易に製造することができる。
【００５７】
本実施の形態の面発光型半導体レーザ１では、下部電極２７と上部電極２４との間に所定の電圧が印加されると、電流狭窄層１７における電流注入領域１７Ｂを通して活性層１５に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の下部ＤＢＲミラー層１１および上部ＤＢＲミラー層１８により反射され、所定の波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。
【００５８】
また、下部ＤＢＲミラー層１１の下部第１ＤＢＲミラー層１２のうち発光領域１５Ａと対応する領域の周辺に、発光領域１５Ａを中心にして回転する方向に不均一に分布する酸化部３０が設けられているので、酸化部３０による引張り応力が活性層１５に不均一に発生する。ここで、酸化部３０は、発光領域１５Ａを含む領域を間にして互いに対向する一対の多層膜３１，３２からなり、溝２２Ａ同士が互いに対向する方向に異方的な分布を有している。そのため、その分布に応じた異方的な引張り応力が活性層１５に発生する。なお、上記したように、溝２２Ｂの内面では低屈折率層１２Ａが酸化される虞はなく、溝２２Ｂ同士が互いに対向する方向の応力が活性層１５に発生する虞はない。これにより、引張り応力の向きと直交する方向の偏光成分が強められる一方、引張り応力の向きと平行な方向の偏光成分が抑制される。
【００５９】
図１２（Ａ），（Ｂ）、図１３（Ａ），（Ｂ）は、本実施の形態の面発光型半導体レーザ１の直交偏波間消光比の一例を表すものであり、図１２（Ａ），（Ｂ）、図１３（Ａ），（Ｂ）の順に１ｍＷ（ミリワット）、２ｍＷ、３ｍＷ、４ｍＷと供給電力を変化させたときの直交偏波間消光比を示している。なお、溝２２Ａの深さＤ１は４．６５μｍ（多層膜３１，３２の層数は４）に固定されている。これらの図の横軸は直交偏波間消光比を、縦軸はサンプル数をそれぞれ表している。また、図１４は、供給電力を４ｍＷとした場合に、溝２２Ａの深さＤ１を４．４μｍから０．１μｍ刻みで５．０μｍまで変化させたとき（多層膜３１，３２の層数を増加する方向へ変化させたとき）の直交偏波間消光比を表すものである。一般に、直交偏波間消光比が１５ｄＢ以上の値のとき、レーザ光の偏光成分が十分に抑制されており、偏光成分が一方向に固定されていると言える。
【００６０】
図１２（Ａ），（Ｂ）、図１３（Ａ），（Ｂ）に例示した結果から、溝２２Ａの深さＤ１が４．６５μｍ（多層膜３１，３２の層数が４）の場合には、供給電力を１または２ｍＷにしたときに偏光成分が一方向に固定されていることがわかる。また、図１４に例示した結果から、溝２２Ａの深さＤ１を４．７μｍ以上としたとき（多層膜３１，３２の層数を７以上としたとき）に偏光成分が一方向に固定されていることがわかる。そして、このような傾向は、図５、図７および図８に例示した下部ＤＢＲミラー層１１の層構造としたときだけに生じるものではなく、後述の他の実施の形態における層構造としたときにも生じるものである。
【００６１】
なお、一対の酸化層３１Ａ，３２Ａの距離Ｄｏｘ１を変化させることによっても、直交偏波間消光比は変化するが、高次横モード発振を抑制するのに好ましい範囲内においては、直交偏波間消光比は十分に大きく、偏光成分は一方向に固定されている。
【００６２】
以上のことから、本実施の形態の面発光型半導体レーザ１では、発光領域１５Ａを間にして互いに対向配置された一対の多層膜３１，３２を、下部第１ＤＢＲミラー層１２内に設けるようにしたので、レーザ光の偏光成分を一方向に固定することができ、その結果、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化することができる。
【００６３】
ところで、本実施の形態では、上記したように、基板は（ｎ１１）面基板（ｎは整数）などの特殊な基板である必要はなく、一般的な（１００）面基板でもかまわないので、一般的な（１００）面基板のドーピング条件およびガス流量などのエピタキシャル成長条件を用いることができる。これにより、簡易かつ安価に製造することができる。
【００６４】
また、本実施の形態では、下部ＤＢＲミラー層１１が、下部第１ＤＢＲミラー層１２および下部第２ＤＢＲミラー層１３を基板１０側からこの順に積層した構造となっているので、溝部２０Ａの深さＤ１を深くする程、下部第１ＤＢＲミラー層１２に含まれる一対の多層膜３１，３２の層数（厚さ）を増やすことができる。これにより、一対の多層膜３１，３２の層数（厚さ）に応じて異方的な応力を大きくすることができ、偏光制御性を向上させることができる。
【００６５】
また、本実施の形態では、下部ＤＢＲミラー層１１が上記したような構造となっているので、浅い方の溝部２０Ｂの底面は下部第２ＤＢＲミラー層１３内のどこかに形成されていれば偏光制御性に影響を及ぼす虞はない。つまり、溝部２０Ｂの深さを製造工程において精密に制御する必要はなく、また、溝部２０Ｂの深さがバラついた場合であっても、個々の面発光型半導体レーザ１において偏光制御性にバラつきが生じる虞はない。
【００６６】
また、本実施の形態において、下部第１ＤＢＲミラー層１２内の低屈折率層１２ＡのＡｌ組成の値ｘ１が電流狭窄層１７のＡｌ組成の値ｘ９と等しくなっているか、またはほぼ等しくなっている場合には、低屈折率層１２Ａにおける反射率が下部第２ＤＢＲミラー層１３内の低屈折率層１３Ａのそれよりも高くなる。これにより、基板１０への光の漏れを低減することができるので、上部ＤＢＲミラー層１８側から外部に射出される光の出力を大きくすることができる。また、低屈折率層１２Ａを、ＡｌＧａＡｓを含んで構成した場合に、ＡｌＧａＡｓのＡｌ組成の値を大きくしたときには、低屈折率層１２Ａの熱伝導率が大きくなるので、面発光型半導体レーザ１の放熱性を向上させることができる。
【００６７】
また、本実施の形態では、一対の多層膜３１，３２の層数（厚さ）を増やせば増やす程、異方的な応力を大きくすることができるので、活性層１５に大きな応力を与えるために発光領域１５Ａと対応する領域にまで酸化部３０を設ける必要はない。これにより、酸化部３０によって光出力が低下する虞はほとんどなく、高出力のレーザ光を射出することができる。
【００６８】
従って、本実施の形態では、面発光型半導体レーザ１を簡易かつ安価に製造可能であり、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化すると共に高出力化することができる。
【００６９】
また、本実施の形態では、図１ないし図４に示したように、メサ部２１の周囲に形成された溝部２０は少なくとも活性層１５を貫通する程度の深さを有していることから、上部電極２４、上部電極パッド２５および接続部２６から活性層１５へ通じる電流経路はメサ部２１の内部にしか存在していない。これにより、メサ部２１の周囲に溝部２０を形成したことによって電流注入効率が低下する虞がない。
【００７０】
［第２の実施の形態］
図１５、図１６は、第２の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ２の断面構成を表すものである。上記実施の形態では、下部ＤＢＲミラー層１１は下部第１ＤＢＲミラー層１２および下部第２ＤＢＲミラー層１３を基板１０側からこの順に積層した構造を有していたが、本実施の形態では、下部ＤＢＲミラー層１１から下部第２ＤＢＲミラー層１３をなくして、下部ＤＢＲミラー層１１を下部第２ＤＢＲミラー層１３と同様の構成としたものである。
【００７１】
従って、図１７（Ａ），（Ｂ）に示したように、エッチングにより溝部２２を形成すると、下部ＤＢＲミラー層１１内の低屈折率層１２Ａが溝２２Ａ内だけでなく、溝２２Ｂ内にも露出することとなる。そのため、図１８（Ａ），（Ｂ）に示したように、酸化層４０が、低屈折率層１２Ａのうち溝２２Ａと対向する部分に形成されるだけでなく、溝２２Ｂと対向する部分にも形成されることとなる。もっとも、溝２２Ａの深さＤ１は溝２２Ｂの深さＤ２よりも深く、酸化層４０のうち溝２２Ａ側の層数が溝２２Ｂ側の層数よりも多くなっているので、酸化層４０は厚さに異方性を有する環状の多層膜となっており、発光領域１５Ａを中心にして回転する方向に不均一に分布している。これにより、酸化層４０は、その分布に応じた不均一な応力を活性層１５に発生させるようになっている。
【００７２】
このように、本実施の形態では、下部ＤＢＲミラー層１１のうち発光領域１５Ａと対応する領域の周辺に、発光領域１５Ａを中心にして回転する方向に不均一に分布する酸化部４０が設けられているので、酸化部４０による応力が活性層１５に不均一に発生する。ここで、酸化部４０は、溝２２Ａ側の層数が溝２２Ｂ側の層数よりも多い、厚さに異方性を有する環状の多層膜からなり、溝２２Ａ同士が互いに対向する方向に異方的な分布を有しているので、その分布に応じた異方的な応力が活性層１５に発生する。そして、活性層１５に発生する応力の向きが、上記実施の形態と同様、溝２２Ａ同士が互いに対向する方向と一致する。これにより、応力の向きと直交する方向の偏光成分が強められる一方、応力の向きと平行な方向の偏光成分が抑制される。
【００７３】
以上のことから、本実施の形態の面発光型半導体レーザ２では、溝２２Ａ側の層数が溝２２Ｂ側の層数よりも多い、厚さに異方性を有する環状の多層膜からなる酸化部４０を、下部ＤＢＲミラー層１１内に設けるようにしたので、レーザ光の偏光成分を一方向に固定することができ、その結果、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化することができる。
【００７４】
また、上記の実施の形態と同様、基板は（ｎ１１）面基板（ｎは整数）などの特殊な基板である必要はなく、一般的な（１００）面基板でもかまわないので、一般的な（１００）面基板のドーピング条件およびガス流量などのエピタキシャル成長条件を用いることができる。これにより、簡易かつ安価に製造することができる。また、溝２２Ａ側の層数と溝２２Ｂ側の層数との差を大きくすればする程、異方的な応力を大きくすることができるので、発光領域１５Ａと対応する領域にまで酸化部４０を設ける必要はない。これにより、酸化部４０によって光出力が低下する虞はほとんどなく、高出力のレーザ光を射出することができる。
【００７５】
従って、本実施の形態では、上記の実施の形態と同様、面発光型半導体レーザ２を簡易かつ安価に製造可能であり、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化すると共に高出力化することができる。
【００７６】
［第３の実施の形態］
図１９は第３の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ３の上面構成を表すものである。図２０は図１９のＡ−Ａ矢視方向の断面構成のうち光射出口２４Ａ近傍を拡大して表すものであり、図２１は図１９のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成のうち光射出口２４Ａ近傍を拡大して表すものである。この面発光型半導体レーザ３は、光射出口２４Ａに対応して横モード調整層５０を備えている点で、上記実施の形態の構成と相違する。
【００７７】
この横モード調整層５０は、第１調整層５１、第２調整層５２および第３調整層５３からなり、第１調整層５１および第２調整層５２は光射出口２４Ａの中央領域、すなわち主に基本横モード発振が生じる領域に、この順に積層されている。第３調整層５３は、中央領域を囲む外縁領域、すなわち主に高次横モード発振が生じる領域に形成されている。
【００７８】
なお、図１９〜図２１では、第１調整層５１および第２調整層５２は、溝２２Ｂ同士が互いに対向する方向の高次横モード発振をより一層低減するために、その方向の幅が溝２２Ａ同士が互いに対向する方向の幅よりも狭い長方形状となっているが、他の形状、例えば、図２２に示したように、円形状となっていてもよい。
【００７９】
第１調整層５１は、膜厚が（２ａ−１）λ／４ｎ１（ａは１以上の整数，ｎ１は屈折率）で、屈折率ｎ１が上部ＤＢＲミラー層１８の表面に設けられた高屈折率層の屈折率より低い物質、例えばＳｉＯ２（酸化シリコン）などの誘電体により構成されている。第１調整層５１の、溝２２Ｂ同士が互いに対向する方向の幅は、主に基本横モード発振が生じる領域とほぼ等しい幅であり、３．０μｍ以上５．０μｍ以下であることが好ましい。
【００８０】
第２調整層５２は、膜厚が（２ｂ−１）λ／４ｎ２（ｂは１以上の整数，ｎ２は屈折率）で、屈折率ｎ２が第１調整層５１のそれより高い材料、例えばＳｉＮ（窒化シリコン）などの誘電体により構成されている。
【００８１】
第３調整層５３は、膜厚が（２ｃ−１）λ／４ｎ3 （ｃは１以上の整数，ｎ3 は屈折率）で屈折率ｎ3 が第１調整層５１のそれより低い材料、例えばＳｉＮ（窒化シリコン）などの誘電体により構成されている。なお、第２調整層５２および第３調整層５３は、同一の膜厚および材料により構成されていることが好ましい。これにより、これらの層を一括形成することができ、製造工程を簡略化することができる。
【００８２】
ここで、光射出口２４Ａの中央領域の反射率をＲ１、中央領域を囲む外縁領域の反射率をＲ２、光射出口２４Ａにこれらの調整層を設けなかった場合の反射率をＲ３とすると、以下の式の関係を満たすようにそれぞれの屈折率を調節することが好ましい。これにより、基本横モードの光出力を低減することなく、高次横モード発振のみを抑制することができる。
【００８３】
Ｒ１≧Ｒ３＞Ｒ２…（４）
【００８４】
一般に、面発光型半導体レーザでは、基本横モードの光出力は、光射出口の中心部分で最も大きく、光射出口の中心部分から離れるにつれて小さくなる傾向がある。このため、面発光型半導体レーザを高出力の用途に用いる場合には、基本横モードのレーザ光をなるべく沢山取り出せるように光射出口を大きくすることが好ましい。しかしながら、高次横モードの光出力は、一般的に、光射出口の中心部分から所定の距離離れた領域において最も大きく、光射出口の中心部分に向かうにつれて小さくなる傾向があるため、光射出口をあまり大きくすると高次横モードのレーザ光までもが高出力で出力されてしまう虞がある。
【００８５】
このため、従来の面発光型半導体レーザでは、光射出口を小さくしたり、光射出口内に複雑な形状の構造物を設けるなどの対策を施して、高次横モードのレーザ光が出射されるのを抑制していた。また、面発光型半導体レーザを低出力の用途に用いる場合であっても、高次横モードのレーザ光を極力排除しようとすると、上記と同様の対策を施すことが必要であった。
【００８６】
一方、本実施の形態では、第１調整層５１および第２調整層５２が光射出口２４Ａの中央領域にこの順に積層して設けられると共に、第３調整層５３が光射出口２４Ａの中央領域の周辺領域に設けられている。これにより、周辺領域の反射率が中央領域のそれより低くなる。これにより、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化すると共に、基本横モードの光出力を低減することなく高次横モード発振のみを抑制することが可能となる。
【００８７】
また、本実施の形態では、第１調整層５１は半導体材料からなる上部ＤＢＲミラー層１８１７Ａ上に設けられているので、第１調整層５１を選択的にエッチングすることが非常に容易であり、かつ第１調整層５１、第２調整層５２、第３調整層５３を複雑な形状とする必要がないことから、面発光型半導体レーザ１を容易に製造することができる。
【００８８】
［第４の実施の形態］
図２３は第４の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ４の上面構成を表すものである。図２４は図２３の面発光型半導体レーザ４のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表すものである。図２５は図２４の面発光型半導体レーザ４のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図２６は図２４の面発光型半導体レーザ４のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成をそれぞれ表すものである。なお、図２３のＢ−Ｂ，Ｃ−Ｃ矢視方向の断面構成については上記第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ１の場合と同様である。
【００８９】
この面発光型半導体レーザ４は、図２３〜図２６に示したように、メサ部２１の側壁を含む溝部２０Ａの内壁に形成された半導体層２８と、この半導体層２８の表面のうち溝部２０Ａの底面に対応する部分の一部に形成された一対の電極２９Ａ，２９Ｂとを備えている点で、上記実施の形態の構成と相違する。
【００９０】
半導体層２８は、例えば、エピタキシャル結晶成長（再成長）により、溝部２０Ａの内壁側から、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層およびｎ型半導体層を順に積層したＮＰＮ構造となっている。
【００９１】
電極２９Ａ，２９Ｂは、例えばＡｕＧｅ合金層，Ｎｉ層およびＡｕ層とを溝部２０Ａの底部側から順に積層した構造となっており、半導体層２８の表面と電気的に接続されている。この電極２９Ａ，２９Ｂは、保護膜２３のうち溝部２０Ａの底部に形成された開口部から露出している。
【００９２】
本実施の形態の面発光型半導体レーザ４では、電極２９Ａ，２９Ｂは、ＮＰＮ構造を有する半導体層２８を介してメサ部２１を含む溝部２０Ａの内壁と接続されているので、電極２９Ａ，２９Ｂ間に直流電圧（バイアス）を印加しても、メサ部２１内部に電流が流れることはなく、また、レーザ駆動のために上部電極２４および下部電極２７間に電流を流したときに、その電流が電極２９Ａ，２９Ｂへ流れることもない。従って、電極２９Ａ，２９Ｂ間に直流電圧（バイアス）を印加すると、メサ部２１内部に電場を形成することができる。この電場は、電極２９Ａ，２９Ｂ対向方向（溝２２Ａ同士が互いに対向する方向）であって、かつメサ部２１の積層面内方向とほぼ平行な方向に形成されるので、この電場の存在によって、溝２２Ａ同士が互いに対向する方向の吸収損失が増大する。
【００９３】
これにより、本実施の形態では、偏光方向が溝２２Ａ同士が互いに対向する方向と直交する方向の偏光成分が強められる一方、溝２２Ａ同士が互いに対向する方向の偏光成分が抑制されるので、レーザ光の偏光成分を一方向に固定することができ、その結果、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化することができる。
【００９４】
また、本実施の形態では、メサ部２１の一部（溝２０Ａ側の側壁）が半導体層２８で覆われているので、メサ部２１の熱を半導体層２８を介して外部に放散することが可能となり、上記各実施の形態の場合よりも放熱性に優れている。
【００９５】
また、本実施の形態では、半導体層２８および電極２９Ａ，２９Ｂは簡易な構造となっており、かつ半導体層２８は再成長により容易に形成することが可能なものであることから、面発光型半導体レーザ４を容易に製造することができる。
【００９６】
［第４の実施の形態の変形例］
上記実施の形態では、半導体層２８は溝２２Ａ内部に形成されていたが、図２７〜図３０の面発光型半導体レーザ５に示したように、半導体層２８を溝２０Ｂ内部にまで形成し、半導体層２８によって溝２０Ｂを埋め込むことも可能である。このようにした場合には、メサ部２１の大部分（溝２０Ａ，２０Ｂ側の側壁）が半導体層２８で覆われているので、半導体層２８のうち溝２０Ｂに埋め込まれた部分を介してメサ部２１の熱を効果的に放散することが可能となり、上記第４の実施の形態の場合よりも放熱性に優れている。
【００９７】
なお、図２７は本変形例に係る面発光型半導体レーザ５の上面構成を、図２８は図２７のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成を、図２９は図２７のＣ−Ｃ矢視方向の断面構成図をそれぞれ表すものである。また、図２７のＡ−Ａ矢視方向の断面構成は図２４と同様であり、図３０は図２８のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表すものである。
【００９８】
以上、実施の形態およびその変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形可能である。
【００９９】
例えば、上記各実施の形態では、下部ＤＢＲミラー層１１を、下部第１ＤＢＲミラー層１２および下部第２ＤＢＲミラー層１３を基板１０側からこの順に積層した構造としていたが、例えば、図３１，３２に示したように、下部第２ＤＢＲミラー層１３の中途に下部第１ＤＢＲミラー層１２を挿入した構造とし、さらに、酸化層３１，３２の最下層が溝２２Ａの底面よりも十分に高い位置となるように下部第１ＤＢＲミラー層１２を配置した構造としてもよい。なお、図３１は図１のＡ−Ａ矢視方向と対応する方向の断面構成を表すものであり、図３２は図１のＢ−Ｂ矢視方向と対応する方向の断面構成を表すものである。上記各実施の形態では、例えば図３３，図３４に示したように溝２２Ａの底部がテーパー形状となったときに、個々の面発光型半導体レーザ１においてテーパー形状がバラつく可能性がある。また、個々の面発光型半導体レーザ１において溝２２Ａの深さがバラついたときには、個々の面発光型半導体レーザ１において酸化層３１Ａ，３２Ａの数が異なる可能性がる。そのため、テーパー形状や溝２２Ａの深さがバラついた場合には、個々の面発光型半導体レーザ１における活性層１５へ印加される応力の大きさにバラつきが生じる可能性がある。一方、下部ＤＢＲミラー層１１が図３１，図３２に示したような構造となっている場合には、仮に図３５，図３６に示したように溝２２Ａの底部がテーパー形状となったとしても、底部のテーパーが酸化層３１Ａ，３２Ａに到達しないので、テーパー形状のバラつきによる悪影響が酸化層３１Ａ，３２Ａに及ぶ虞はない。また、個々の面発光型半導体レーザ１において溝２２Ａの深さがバラついたとしても、溝２２Ａの底面の直下には酸化層３１Ａ，３２Ａが存在しないので、溝２２Ａの深さのバラつきによる悪影響が酸化層３１Ａ，３２Ａに及ぶ虞はない。これらのことから、下部ＤＢＲミラー層１１を、下部第２ＤＢＲミラー層１３の中途に下部第１ＤＢＲミラー層１２を挿入した構造とし、さらに、酸化層３１，３２の最下層が溝２２Ａの底面よりも十分に高い位置となるように下部第１ＤＢＲミラー層１２を配置した構造とした場合には、テーパー形状や溝２２Ａの深さがバラついた場合であっても、個々の面発光型半導体レーザ１における活性層１５へ印加される応力の大きさにバラつきが生じるのを防止することができる。
【０１００】
また、上記各実施の形態では、上面側から見た溝２２Ａの形状がほぼ四辺形状となっていたが、例えば、図３７に示したように扇形状としたり、図３８に示したように釘の断面のような形状とすることも可能である。
【０１０１】
また、上記各実施の形態では、メサ部２１を１つだけ設けた場合について説明したが、図３９，図４０に示したように、複数のメサ部２１をアレイ状に配置すると共に、各メサ部２１の周辺の溝部２２を互いに連通して形成するようにしてもよい。このとき、溝部２２の形状を図４１，図４２に示したように釘の断面のような形状とすることも可能である。このように、各メサ部２１の周辺の溝部２２を互いに連通して形成した場合には、面発光型半導体レーザ１をチップ状にダイシングする前のウェハにおいて、エピタキシャル結晶成長により生じたウェハ全体の反りを緩和することができる。これにより、ダイシング後の個々のチップに残留する反り量を小さくすることができ、また、個々のチップの反り量のバラつきを低減することができる。
【０１０２】
また、溝部２２の形状を扇形状とした場合に、図４３，図４４に示したように溝２２Ａ同士が互いに対向する方向を等しくしたときには、各メサ部２１の光射出口２４Ａから射出されるレーザ光の偏光成分を一方向に固定することができ、その結果、高出力化しつつ、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化することができる。もっとも、図４５に示したように、溝２２Ａ同士が互いに対向する方向を互い違いにしたときには、溝２２Ａ同士が互いに対向する方向が一の方向の溝部２２に囲まれた各メサ部２１に電圧を印加する期間と、溝２２Ａ同士が互いに対向する方向が他の方向の溝部２２に囲まれた各メサ部２１に電圧を印加する期間とが互いに重なり合わないように面発光型半導体レーザを駆動することにより、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化しつつ、必要に応じて偏光方向を切り換えることも可能となる。また、図４６に示したように、一方の列に含まれる複数のメサ部２１と、他方の列に含まれる複数のメサ部２１とを互い違いに配置してもよい。
【０１０３】
また、上記各実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体レーザを例にして本発明を説明したが、他の化合物半導体レーザ、例えばＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＩｎＰ系、ＩｎＰ系、ＧａＮ系、ＧａＩｎＮ系、ＧａＩｎＮＡｓ系などのなど化合物半導体レーザにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの上面図である。
【図２】図１のレーザのＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表す図である。
【図３】図１のレーザのＢ−Ｂ矢視方向の断面構成を表す図である。
【図４】図１のレーザのＣ−Ｃ矢視方向の断面構成を表す図である。
【図５】図２の下部ＤＢＲミラー層の断面構成の一例を拡大して表す図である。
【図６】図２の酸化部および電流狭窄層の平面構成を表す図である。
【図７】図２の下部ＤＢＲミラー層の断面構成の他の例を拡大して表す図である。
【図８】図２の下部ＤＢＲミラー層の断面構成の他の例を拡大して表す図である。
【図９】図１のレーザの製造過程を説明するための断面図および上面図である。
【図１０】図９に続く過程を説明するための断面図である。
【図１１】図１０に続く過程を説明するための断面図である。
【図１２】直交偏波間消光比と供給電力との関係の一例を表す関係図である。
【図１３】直交偏波間消光比と供給電力との関係の比較例を表す関係図である。
【図１４】直交偏波間消光比と溝２２Ａの深さとの関係の一例を表す関係図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの一の方向の断面構成を表す図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの他の方向の断面構成を表す図である。
【図１７】図１５のレーザの製造過程を説明するための断面図である。
【図１８】図１７に続く過程を説明するための断面図である。
【図１９】本発明の第３の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの上面図である。
【図２０】図１９の横モード調整層の一の方向の断面構成を拡大して表す図である。
【図２１】図１９の横モード調整層の他の方向の断面構成を拡大して表す図である。
【図２２】他の変形例に係る面発光型半導体レーザの上面図である。
【図２３】本発明の第４の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの上面図である。
【図２４】図２３のレーザのＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表す図である。
【図２５】図２４のレーザのＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表す図である。
【図２６】図２４のレーザのＢ−Ｂ矢視方向の断面構成を表す図である。
【図２７】一変形例に係る面発光型半導体レーザの上面図である。
【図２８】図２７のレーザのＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表す図である。
【図２９】図２７のレーザのＣ−Ｃ矢視方向の断面構成を表す図である。
【図３０】図２８のレーザのＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表す図である。
【図３１】一変形例に係る面発光型半導体レーザの断面構成を表す図である。
【図３２】図３１のレーザの切断方向と直交する方向の断面構成を表す図である。
【図３３】図２のレーザの一変形例の断面構成を表す図である。
【図３４】図３３のレーザの切断方向と直交する方向の断面構成を表す図である。
【図３５】図３１のレーザの一変形例の断面構成を表す図である。
【図３６】図３５のレーザの切断方向と直交する方向の断面構成を表す図である。
【図３７】図１のレーザの一変形例の上面図である。
【図３８】図１のレーザの他の変形例の上面図である。
【図３９】図１のレーザのその他の変形例の上面図である。
【図４０】図１のレーザの更にその他の変形例の上面図である。
【図４１】図３８のレーザの一変形例の上面図である。
【図４２】図３８のレーザの他の変形例の上面図である。
【図４３】図３７のレーザの一変形例の上面図である。
【図４４】図３７のレーザの他の変形例の上面図である。
【図４５】図３７のレーザのその他の変形例の上面図である。
【図４６】図３９のレーザの一変形例の上面図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１，２，３…面発光型半導体レーザ、１０…基板、１１…下部ＤＢＲミラー層、１２…下部第１ＤＢＲミラー層、１２Ａ，１３Ａ…低屈折率層、１２Ｂ，１３Ｂ…高屈折率層、１３…下部第２ＤＢＲミラー層、１４…下部クラッド層、１５…活性層、１５Ａ…発光領域、１６…上部クラッド層、１７…電流狭窄層、１７Ａ…電流狭窄領域、１７Ｂ…電流注入領域、１７Ｄ…Ａｌｘ９Ｇａ１−ｘ９Ａｓ層、１８…上部ＤＢＲミラー層、１９…コンタクト層、２０…発光部、２１…メサ部、２２…溝２２Ａ，２２Ｂ…溝，２３…保護膜、２４…上部電極、２４Ａ…光射出口、２５…上部電極パッド、２６…接続部、２７…下部電極、３０，４０…酸化部、３１，３２…多層膜、３１Ａ，３２Ａ…酸化層、５０…横モード調整層、５１…第１調整層、５２…第２調整層、５３…第３調整層、Ｌｘ，Ｌｙ，ΔＲ…幅、Ｄ１，Ｄ２…深さ、Ｄｏｘ１…酸化層の間隙の距離、Ｄｏｘ２…電流注入領域の径方向の長さ、Ｗ，Ｗ１，Ｗ２…開口。
【図１】
2008016824.tif 000003
【図２】
2008016824.tif 000004
【図３】
2008016824.tif 000005
【図４】
2008016824.tif 000006
【図５】
2008016824.tif 000007
【図６】
2008016824.tif 000008
【図７】
2008016824.tif 000009
【図８】
2008016824.tif 000010
【図９】
2008016824.tif 000011
【図１０】
2008016824.tif 000012
【図１１】
2008016824.tif 000013
【図１２】
2008016824.tif 000014
【図１３】
2008016824.tif 000015
【図１４】
2008016824.tif 000016
【図１５】
2008016824.tif 000017
【図１６】
2008016824.tif 000018
【図１７】
2008016824.tif 000019
【図１８】
2008016824.tif 000020
【図１９】
2008016824.tif 000021
【図２０】
2008016824.tif 000022
【図２１】
2008016824.tif 000023
【図２２】
2008016824.tif 000024
【図２３】
2008016824.tif 000025
【図２４】
2008016824.tif 000026
【図２５】
2008016824.tif 000027
【図２６】
2008016824.tif 000028
【図２７】
2008016824.tif 000029
【図２８】
2008016824.tif 000030
【図２９】
2008016824.tif 000031
【図３０】
2008016824.tif 000032
【図３１】
2008016824.tif 000033
【図３２】
2008016824.tif 000034
【図３３】
2008016824.tif 000035
【図３４】
2008016824.tif 000036
【図３５】
2008016824.tif 000037
【図３６】
2008016824.tif 000038
【図３７】
2008016824.tif 000039
【図３８】
2008016824.tif 000040
【図３９】
2008016824.tif 000041
【図４０】
2008016824.tif 000042
【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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