(57)【要約】【課題】変調帯域幅を改善した面発光レーザを提供する。【解決手段】面発光レーザ１Ｃは、ＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ）構造６０を備える。ＶＣＳＥＬ構造６０は、電流狭窄構造によるアパーチャ８０を有する。ＶＣＳＥＬ構造６０の上部ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）内には、アパーチャ８０と離間した領域に光学的不連続部材８２が形成されている。【選択図】図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流狭窄構造によるアパーチャを有するＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ）構造と、
前記ＶＣＳＥＬ構造の上部ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）内のアパーチャと離間した領域に形成される光学的不連続部材と、
を備えることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項２】
前記アパーチャの辺と、前記光学的不連続部材の辺の距離は、３μｍより短いことを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ。
【請求項３】
前記アパーチャの辺と、前記光学的不連続部材の辺の距離は、２μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ。
【請求項４】
前記光学的不連続部材は、前記電流狭窄構造におけるアパーチャの外周に沿って、酸化領域とオーバーラップして形成された誘電体を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項５】
前記上部ＤＢＲは、半導体ＤＢＲを含み、前記半導体ＤＢＲの前記電流狭窄構造によるアパーチャの部分の厚さが、それ以外の部分より薄いことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項６】
前記光学的不連続部材は、金属であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項７】
前記光学的不連続部材は、前記ＶＣＳＥＬ構造に電流を注入するためのｐ電極であることを特徴とする請求項４に記載の面発光レーザ。
【請求項８】
前記光学的不連続部材は、誘電体であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項９】
前記誘電体は、Ｔａ２Ｏ５であることを特徴とする請求項６に記載の面発光レーザ。
【請求項１０】
前光学的不連続部材域は、半導体であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項１１】
前記半導体は、ＧａＡｓまたはＳｉであることを特徴とする請求項８に記載の面発光レーザ。
【請求項１２】
前記上部ＤＢＲは、半導体ＤＢＲと誘電体ＤＢＲの積層構造を有し、
前記光学的不連続部材は、前記半導体ＤＢＲと前記誘電体ＤＢＲの境界に形成されることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項１３】
前記光学的不連続部材は、酸化層であることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ。
【請求項１４】
前記ＶＣＳＥＬ構造は、前記アパーチャを形成するための第１酸化狭窄層に加えて、前記第１酸化狭窄層より上側に形成される第２酸化狭窄層を含み、
前記光学的不連続部材は、前記第２酸化狭窄層に形成されることを特徴とする請求項１１に記載の面発光レーザ。
【請求項１５】
前記光学的不連続部材は、前記アパーチャに対して異なる方向に複数、形成されることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の面発光レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光型半導体レーザに関し、特にその高速化あるいは高出力化に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、面発光レーザの単一波長出力は、ｍＷレベルに制限されてきた。ワット級高出力動作が可能になれば、光断層像（OCT：Optical Coherence Tomography）用の波長掃引用光源、中長距離光通信用光源、自動車、ドローン、ロボットなどに搭載されるレーザレーダー（LIDAR）用光源、監視システム、製造現場での自動検査装置、プリンタのレーザ乾燥器など様々な応用展開が可能になる。
【０００３】
特許文献１には、横方向に結合されたメイン共振器と外部共振器を備える垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ: Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser Diode）が開示される。この技術において、メイン共振器と外部共振器は、同一の断面構造を有しており、したがってそれらの共振器長、すなわち共振波長は等しい。
【０００４】
特許文献１のＶＣＳＥＬによれば、外部共振器からメイン共振器へと光をフィードバックすることにより、高速変調が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第６２４０４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らは、特許文献１に記載のＶＣＳＥＬについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。
【０００７】
特許文献１のＶＣＳＥＬは、外部共振器が無い場合に比べて帯域を広げることができ、高速変調が可能となるが、メイン共振器と外部共振器の共振波長が実質的に等しく（具体的には波長差Δλが１ｎｍ程度）であることから、単一モード発振が不安定であり、また雑音レベルに改善の余地があった。さらに、単一モード発振のためには、酸化狭窄の開口を数μｍ程度まで微小化する必要があり、電流密度が大きくなることで信頼性に大きな問題があった。
【０００８】
本発明はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、変調帯域幅を改善した面発光レーザの提供にあり、また例示的な目的の別のひとつは、比較的な大きな酸化狭窄の開口に対してもマルチモード発振を抑制して単一モードを実現し、および／または、雑音特性が改善された面発光レーザの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示のある態様は、面発光レーザに関する。面発光レーザは、電流狭窄構造によるアパーチャを有するＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ）構造と、ＶＣＳＥＬ構造の上部ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）内のアパーチャと離間した領域に形成される光学的不連続部材と、を備える。
【００１０】
なお、本明細書における上下、横方向、水平方向、垂直方向は、実動作時における方向とは無関係な便宜的なものである。
【００１１】
なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、あるいは本発明の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のある態様によれば、面発光レーザの変調帯域幅を改善できる。またある態様によれば、マルチモード発振を抑制し、および／または、雑音特性を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１に係る面発光レーザを模式的に示す図である。
【図２】面発光レーザの動作を説明する図である。
【図３】面発光レーザの変調帯域幅（シミュレーション結果）を示す図である。
【図４】面発光レーザの相対強度雑音（シミュレーション結果）を示す図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、ＤＴＣＣの変調帯域幅（シミュレーション結果）を示す図である。
【図６】ＳＴＣＣの変調帯域幅（シミュレーション結果）を示す図である。
【図７】図７（ａ）、（ｂ）は、ＤＴＣＣおよびＳＴＣＣのサンプルの変調帯域幅の測定結果を示す図である。
【図８】図８（ａ）、（ｂ）は、一実施例に係る面発光レーザの斜視図および平面図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、変形例に係る面発光レーザの平面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｄ）は、変形例に係る面発光レーザ１Ａの平面図である。
【図１１】実施形態２に係る面発光レーザの断面図である。
【図１２】図１１の面発光レーザの、メイン共振器および外部共振器それぞれの発振スペクトル（測定結果）を示す図である。
【図１３】面発光レーザの出力ビームのスペクトルを示す図である。
【図１４】面発光レーザの出力の遠視野像と近視野像を示す図である。
【図１５】図１５（ａ）、（ｂ）は、実施形態３に係る面発光レーザを断面図と平面図を模式的に示す図である。
【図１６】実施形態３に係る面発光レーザの光の導波を説明する図である。
【図１７】図１７（ａ）〜（ｃ）は、実施形態３の変形例に係る面発光レーザの平面図である。
【図１８】図１８（ａ）は、図１７（ａ）の構造を有する面発光レーザの変調帯域幅の測定結果を示す図であり、図１８（ｂ）は、図１７（ａ）の構造を有する面発光レーザの発振スペクトルの測定結果を示す図である。
【図１９】実施形態３の実施例１に係る面発光レーザの断面図である。
【図２０】実施形態３の実施例２に係る面発光レーザの断面図である。
【図２１】実施形態３の実施例３に係る面発光レーザの断面図である。
【図２２】実施形態３の実施例４に係る面発光レーザの断面図である。
【図２３】実施形態３の実施例５に係る面発光レーザの平面図および断面図である。
【図２４】実施形態３の実施例６に係る面発光レーザの断面図である。
【図２５】誘電体の厚さと酸化領域の等価屈折率の関係を示す図である。
【図２６】酸化領域に誘電体として低屈折率層ＳｉＯ２を挿入しない場合と厚さ（１／４）光学波長Ｌ×０.３倍の低屈折率層ＳｉＯ２を挿入した場合の電磁界分布を示す図である。
【図２７】実施形態３の実施例７に係る面発光レーザの断面図である。
【図２８】実施形態３の実施例８に係る面発光レーザの断面図である。
【図２９】図２８の構造を有する面発光レーザの変調帯域幅の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。
【００１５】
一実施形態に係る面発光レーザは、電流狭窄構造によるアパーチャを有するＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ）構造と、ＶＣＳＥＬ構造の上部ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）内のアパーチャと離間した領域に形成される光学的不連続部材と、を備える。
【００１６】
アパーチャとオーバーラップする部分がメイン共振器となり、アパーチャと光学的不連続部材に挟まれる領域が、外部共振器（サブ共振器）となる。光学的不連続部材の辺における不連続により、外部共振器内の光が、メイン共振器の方向に折り返される。その結果、外部共振器からメイン共振器にスローライト光がフィードバックされるため、変調帯域幅を拡大でき、変調周波数を高くできる。
【００１７】
横方向伝搬を考えると、電流狭窄構造の影響で、光は伝搬せず、エバネッセント波として染み出す。そこで、一実施形態において、アパーチャの辺と、光学的不連続部材の辺の距離は、３μｍより短くてもよい。一実施形態において、アパーチャの辺と、光学的不連続部材の辺の距離は、２μｍ以下であってもよい。これにより、外部共振器からメイン共振器に光を効率的にフィードバックすることができる。
【００１８】
一実施形態において、光学的不連続部材は、金属であってもよい。金属の境界における光学的特性の不連続を利用することで、光をメイン共振器の方に折り返すことができる。
【００１９】
一実施形態において、光学的不連続部材は、ＶＣＳＥＬ構造に電流を注入するためのｐ電極であってもよい。この場合、一般的な面発光レーザと基本構造を同じくしつつ、ｐ電極の形状と形成位置を工夫することで、高速化が可能となる。
【００２０】
一実施形態において、光学的不連続部材は、誘電体であってもよい。誘電体の境界における光学的特性の不連続を利用することで、光をメイン共振器の方に反射することができる。誘電体は光を透過させるため、光学的不連続部材を誘電体で形成すると、金属の場合に比べて、より多くの光を上方に取り出すことができる。
【００２１】
一実施形態において、誘電体は、Ｔａ２Ｏ５またはＳｉｘＮｙあってもよい。
【００２２】
一実施形態において、光学的不連続部材は、半導体であってもよい。半導体の境界における光学的特性の不連続を利用することで、光をメイン共振器の方に折り返すことができる。半導体は光を透過させるため、光学的不連続部材を半導体で形成すると、金属の場合に比べて、より多くの光を取り出すことができる。
【００２３】
一実施形態において、半導体は、ＧａＡｓまたはＳｉであってもよい。
【００２４】
一実施形態において、上部ＤＢＲは、半導体ＤＢＲと誘電体ＤＢＲの積層構造を有してもよい。光学的不連続部材は、半導体ＤＢＲと誘電体ＤＢＲの境界に形成されてもよい。
【００２５】
一実施形態において、光学的不連続部材は、酸化層であってもよい。酸化層の境界における光学的特性の不連続を利用することで、光をメイン共振器の方に折り返すことができる。
【００２６】
一実施形態において、ＶＣＳＥＬ構造は、アパーチャを形成するための第１酸化狭窄層に加えて、第１酸化狭窄層より上側に形成される第２酸化狭窄層を含んでもよい。光学的不連続部材は、第２酸化狭窄層に形成されてもよい。これにより、酸化狭窄を利用して、外部共振器を形成できる。
【００２７】
一実施形態において、光学的不連続部材は、アパーチャに対して異なる方向に複数、形成されてもよい。この場合、複数の光学的不連続部材に対応して、複数の外部共振器が形成されることになり、複数の外部共振器からメイン共振器にスローライト光がフィードバックされるため、１個の外部共振器を設けた場合に比べて、変調帯域幅をさらに拡大できる。
【００２８】
複数の外部共振器のサイズは異なっていてもよい。これにより、外部共振器ごとに、フィードバックされるスローライト光の位相を、外部共振器のサイズをパラメータとして最適化できる。外部共振器が矩形の場合には、そのサイズは、スローライト光の伝搬方向の共振器長およびそれと垂直な幅として把握できる。外部共振器が円形の場合、そのサイズは、その半径として把握できる。外部共振器が、スローライト光の伝搬方向に対角線を有する四角形の場合、そのサイズは、対角線の長さとして把握できる。メイン共振器や外部共振器が酸化狭窄構造を有する場合、そのサイズは、酸化開口径にもとづいて規定される。
【００２９】
複数の外部共振器は、メイン共振器との結合係数が互いに異なっていてもよい。これにより、外部共振器ごとに、フィードバックされるスローライト光の強度（すなわち帰還率）を、結合係数をパラメータとして最適化できる。
【００３０】
複数の外部共振器とメイン共振器は、横方向の大きさが異なっていてもよい。これにより、メイン共振器の大きさが大きくても、安定な単一モード発振が実現でき、ひいては高出力動作、高信頼性、低雑音特性が実現できる。
【００３１】
（実施形態）
以下、本発明を好適な実施形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００３２】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る面発光レーザ１Ａを模式的に示す図である。面発光レーザ１Ａは、メイン共振器１０と、複数の外部共振器３０と、を備える。図１には、外部共振器３０が２個の場合が例示的に示されており、それぞれを３０＿１，３０＿２と表記する。
【００３３】
メイン共振器１０は、ＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ）構造１２を有し、また変調用電極（不図示）およびレーザビームＬＢを外部に取り出すための出射窓２０を有する。ＶＣＳＥＬ構造１２は、活性層１４、下部分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）層１６、上部ＤＢＲ１８を備える。
【００３４】
外部共振器３０＿１，３０＿２はそれぞれ、ＶＣＳＥＬ構造３２を有する。ＶＣＳＥＬ構造３２は、活性層３４、下部ＤＢＲ３６、上部ＤＢＲ３８を含む。ＶＣＳＥＬ構造３２の活性層３４は、ＶＣＳＥＬ構造１２の活性層１４と連続して形成されており、外部共振器３０＿１，３０＿２はそれぞれ、メイン共振器１０に対して横方向に結合されている。
【００３５】
メイン共振器１０と外部共振器３０＿１の結合係数をη１、メイン共振器１０と外部共振器３０＿２の結合係数をη２と表記する。またメイン共振器１０の共振波長をλ１、外部共振器３０＿１，３０＿２それぞれの共振波長をλ２＿１、λ２＿２と表記する。またメイン共振器１０のサイズをＷ、外部共振器３０＿１，３０＿２それぞれのサイズをＬｃ１，Ｌｃ２と表記する。
【００３６】
一実施例において、少なくともひとつの外部共振器３０＿１，３０＿２の共振波長λ２＿１、λ２＿２は、メイン共振器１０の共振波長λ１と異なっており、好ましくはλ２＿１、λ２＿２＞λ１の関係が成り立つ。より好ましくは、λ２＿１とλ１の差分Δλ１およびλ２＿２とλ１の差分Δλ２は、３ｎｍより大きく、５ｎｍ程度、もしくはそれより大きくてもよい。図１に示すように、２個、あるいはそれより多い外部共振器３０を設ける場合、λ２＿１≠λ２＿１≠λ１としてもよい。
【００３７】
一実施例において、少なくともひとつの外部共振器３０＿１，３０＿２のサイズＬｃ１，Ｌｃ２は、メイン共振器１０のサイズＷと異なっている（Ｌｃ１≠Ｗ，Ｌｃ２≠Ｗ）。また２個の（あるいはそれより多い）外部共振器３０＿１，３０＿２を設ける場合、Ｌｃ１≠Ｌｃ２としてもよい。
【００３８】
また２個、あるいはそれより多い外部共振器３０を設ける場合、外部共振器３０ごとに、メイン共振器１０との結合係数を個別に最適化するとよく、η１≠η２としてもよい。
【００３９】
以上が面発光レーザ１Ａの基本構成である。続いてその動作を説明する。はじめに、外部共振器による変調帯域の拡張の原理を説明する。
【００４０】
図２は、面発光レーザ１Ａの動作を説明する図である。ここでは説明の簡潔化のために、１個の外部共振器３０のみに着目する。
【００４１】
メイン共振器１０の変調用電極には、変調信号が印加される。また外部共振器３０の制御電極には、駆動信号を印加してもよい。
【００４２】
メイン共振器１０は、通常のＶＣＳＥＬとして動作し、レーザ光は、下部ＤＢＲ１６と上部ＤＢＲ１８の間を往復する間に、活性層３４において増幅され、出射窓２０から外部に取り出される。
【００４３】
メイン共振器１０と外部共振器３０は結合しているため、メイン共振器１０において生成されるレーザ光の一部は、外部共振器３０に染み出す。外部共振器３０の内部では、メイン共振器１０から注入された光が、下部ＤＢＲ３６と上部ＤＢＲ３８の間を一点鎖線（i）で示すように多重反射しながら、実線（ii）で示す方向にゆっくりと伝搬し（スローライト伝搬という）、外部共振器３０の端部において反射し（iii）、メイン共振器１０に戻ってくる（iv）。そして戻ってきたスローライト光の一部は、メイン共振器１０にフィードバックされる。
【００４４】
メイン共振器１０から外部共振器３０に注入される電界をＥ（ｔ）とするとき、外部共振器３０からメイン共振器１０に再注入される電界は、Ｅ（ｔ−τ）と表記できる。τは、外部共振器３０に注入された光が、スローライト伝搬して戻ってくる遅延時間であり、
τ＝２・Ｌｃ（ｎｇ／ｃ）
で表される。ｎｇは、真空中の光速ｃに対する、媒体中のスローライト光の群屈折率であり、典型的にはｎｇ＞３０である。
【００４５】
スローライトのフィードバック光Ｅ（ｔ−τ）を、メイン共振器１０の内部の電界Ｅ（ｔ）と逆相としてメイン共振器１０にフィードバックすることにより、面発光レーザ１Ａ全体の実効的な微分利得が増大するため、その緩和振動周波数が増大し、帯域を広げることが可能となる。ここで、上述の結合係数ηおよび共振器のサイズＬｃは、フィードバック量およびフィードバックの位相の設計パラメータとなる。したがって、複数の外部共振器３０について、結合係数ηおよび／またはサイズＬｃを個別に最適化することにより、面発光レーザ１Ａ全体としての変調帯域幅を拡大することができる。また、外部共振器３０での横方向の共振にともなう光子共鳴（Photon-Photon resonance）効果に起因するピークが発生するため、高周波数領域の変調感度が増大し、緩和振動周波数の増大とともに、変調帯域を拡大できる。
【００４６】
図３は、面発光レーザ１Ａの変調帯域幅（シミュレーション結果）を示す図である。横軸は変調用電極に与える変調信号の周波数（変調周波数）であり、縦軸は応答ゲインを示し、外部共振器３０の個数Ｎを、０個、１個、２個と変化させたときの変調帯域が示される。Ｎ＝１の面発光レーザをＳＴＣＣ（Single Transverse Coupled Cavity）、Ｎ＝２の面発光レーザをＤＴＣＣ（Double Transverse Coupled Cavity）とも称する。
【００４７】
Ｎ＝１のＳＴＣＣのパラメータは、λ１＝〜８５０ｎｍ、Ｗ＝４μｍ、Ｌｃ１＝１０μｍ、η１＝０．９６である。Ｎ＝２のＤＴＣＣのパラメータは、λ１＝〜８５０ｎｍ、Ｗ＝４μｍ、Ｌｃ１＝７μｍ、η１＝０．９、Ｌｃ２＝８μｍ、η２＝０．７である。
【００４８】
Ｎ＝１の場合、３ｄＢ帯域は４０ＧＨｚ程度であるのに対して、Ｎ＝２とすることで、３ｄＢ帯域をさらに９０ＧＨｚまで拡張することができる。なお外部共振器３０の数を増やすことで、周波数帯域が改善されることは、当業者にとって自明ではなく、本発明者が独自に見いだしたものであることに留意されたい。
【００４９】
図４は、面発光レーザ１Ａの相対強度雑音（シミュレーション結果）を示す図である。横軸はバイアス電流Ｉｂを示す。Ｎ＝１のＳＴＣＣのパラメータは、λ１＝８５０ｎｍ、Ｗ＝４μｍ、Ｌｃ１＝１５μｍ、η１＝０．６である。Ｎ＝２のＤＴＣＣのパラメータは、λ１＝８５０ｎｍ、Ｗ＝４μｍ、Ｌｃ１＝１５μｍ、η１＝０．６、Ｌｃ２＝２５μｍ、η２＝０．９である。Ｎ＝０の従来の面発光レーザの雑音特性が最も優れており、Ｎ＝１のＳＴＣＣでは、それに比べて雑音特性が大きく劣化する。Ｎ＝２のＤＴＣＣでは、従来の面発光レーザと遜色がない雑音特性を実現できる。
【００５０】
図５（ａ）、（ｂ）は、ＤＴＣＣの変調帯域幅（シミュレーション結果）を示す図である。図５（ａ）は、外部共振器３０＿１とメイン共振器１０との結合係数η１の依存性を、図５（ｂ）は、外部共振器３０＿２とメイン共振器１０との結合係数η２の依存性を示す。パラメータは、λ１＝８５０ｎｍ、Ｗ＝４μｍ、Ｌｃ１＝７μｍ、Ｌｃ２＝８μｍである。
【００５１】
図５（ａ）、（ｂ）から分かるように、複数の外部共振器３０の結合係数η１、η２を個別に最適化することにより、変調帯域幅を拡張することができる。
【００５２】
図６は、ＳＴＣＣの変調帯域幅（シミュレーション結果）を示す図である。図６には、外部共振器３０とメイン共振器１０の結合係数ηの依存性が示される。パラメータは、λ１＝８５０ｎｍ、Ｗ＝４μｍ、Ｌｃ＝１０μｍとしている。ＳＴＣＣでは、結合係数ηを変化させると、ある特定の周波数に、光子共鳴（Photon-Photon resonance）効果に起因するピークが発生するが、このピークは３ｄＢ帯域の改善にはそれほど寄与していない。このシミュレーション結果は、変調帯域幅の改善に関して、ＳＴＣＣには限界があり、ＤＴＣＣが有利であることを裏付ける。
【００５３】
図７（ａ）、（ｂ）は、ＤＴＣＣおよびＳＴＣＣのサンプルの変調帯域幅の測定結果を示す図である。ＤＴＣＣおよびＳＴＣＣの設計パラメータは以下の通りである。
・ＤＴＣＣ
λ１＝８５０ｎｍ
Ｗ＝４μｍ、Ｌｃ１＝１０μｍ、Ｌｃ２＝９μｍ、
η１＝０．２５、η２＝０．２５
【００５４】
・ＳＴＣＣ
λ１＝８５０ｎｍ
Ｗ＝４μｍ、Ｌｃ１＝４μｍ、
η１＝０．２５
【００５５】
この測定結果は、シミュレーション結果と同様の傾向を示しており、複数の外部共振器３０を接続することで、変調帯域幅を拡大できることが確認できる。
【００５６】
続いて面発光レーザ１Ａの断面形状について説明する。図８（ａ）、（ｂ）は、一実施例に係る面発光レーザ１Ａの斜視図および平面図である。
【００５７】
この実施例において、メイン共振器１０および外部共振器３０＿１，３０＿２は、矩形であり、それらは一辺において結合されている。上述の結合係数η１，η２は、結合部分４０における活性層の形状、幅、長さ、等価屈折率などをパラメータとして調整することができる。等価屈折率は、不純物のドープ量や材料によって制御してもよい。またフィードバック光の位相τは、外部共振器３０＿１，３０＿２それぞれの長さＬｃ１，Ｌｃ２にもとづいて設計することができる。
【００５８】
図８（ａ）に示すように、メイン共振器１０、外部共振器３０＿１，３０＿２はそれぞれ、活性層が連続するＶＣＳＥＬ構造１２，３２＿１，３２＿２を備える。ＶＣＳＥＬ構造および材料は公知技術を用いればよく、特に限定されないが、一例を説明する。たとえば半導体基板５０は、III-V族半導体でありＧａＡｓ基板であってもよい。半導体基板５０の裏面には電極（不図示）が形成されてもよい。下部ＤＢＲ１６（３６）は、ｎ型不純物であるシリコンがドープされたＡｌ０．９２Ｇａ０．０８Ａｓ層とＡｌ０．１６Ｇａ０．８４Ａｓ層（ＡｌＧａＡｓ＝アルミニウムガリウムヒ素）の積層構造となっており、１００％近い反射率を有する。
【００５９】
活性層１４（３４）は、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ／ＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素／ガリウムヒ素）の多重量子井戸構造を有する。たとえば活性層１４（３４）は、３層量子井戸構造を有してもよい。多重量子井戸構造の両側には、必要に応じてアンドープのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層である下部スペーサ層および上部スペーサ層が形成される。
【００６０】
上部ＤＢＲ１８（３８）は、半導体層、誘電体多層膜あるいはそれらの組み合わせで形成することができる。たとえば上部ＤＢＲ１８（３８）は、炭素がドープされたＡｌ０．９２Ｇａ０．０８Ａｓ層とＡｌ０．１６Ｇａ０．８４Ａｓ層（ＡｌＧａＡｓ＝アルミニウムガリウムヒ素）の積層構造であってもよい。メイン共振器１０の上部ＤＢＲ１８は、外部にレーザビームを取り出す必要があることから、反射率が１００％未満となるように層数が定められる。一方、外部共振器３０＿１，３０＿２においては、外部にレーザビームが漏れないように、上部ＤＢＲ３８の反射率は実質的に１００％となるように設計される。なお、外部共振器３０＿１，３０＿２の上面を、金属の配線層で覆ってもよい。
【００６１】
メイン共振器１０の上面には変調用電極４２が形成され、外部共振器３０＿１，３０＿２の上面には制御電極４４，４６が形成される。メイン共振器１０、外部共振器３０＿１，３０＿２には、電流狭窄層（酸化層）４８が設けられる。電流狭窄層４８は、選択的な酸化によって形成することができ、外周に沿った酸化領域４８ｂと、酸化領域４８ｂに囲まれる非酸化領域（導電領域、酸化アパーチャともいう）４８ａを含む。電流狭窄層４８の形状によっても、メイン共振器１０および外部共振器３０＿１，３０＿２の実効的なサイズを制御することができ、また結合効率η１，η２を制御できる。
【００６２】
図９（ａ）〜（ｃ）は、変形例に係る面発光レーザ１Ａの平面図である。図９（ａ）に示すように、メイン共振器１０および外部共振器３０は矩形（四角形）であり、それらは、対角線がスローライト光の伝搬方向となるように配置され、頂点において結合されている。図９（ｂ）では、図９（ａ）と同様に、矩形あるいは菱形のメイン共振器１０および外部共振器３０を、頂点で結合したものであるが、メイン共振器１０と外部共振器３０の間には、接続部５２が設けられている。接続部５２も、メイン共振器１０や外部共振器３０と同様にＶＣＳＥＬ構造を有する。
【００６３】
図９（ｃ）では、メイン共振器１０および外部共振器３０は円形あるいは楕円形であり、一部において結合される。
【００６４】
外部共振器３０の個数Ｎは２に限定されず、３あるいは４、あるいはそれ以上とすることができる。図１０（ａ）〜（ｄ）は、変形例に係る面発光レーザ１Ａの平面図である。図１０（ａ）では、メイン共振器１０の３辺に、３個の外部共振器３０＿１，３０＿２，３０＿３が接続される。図１０（ｂ）では、メイン共振器１０の４辺に、４個の外部共振器３０＿１〜３０＿４が接続される。図１０（ａ）、（ｂ）の外部共振器３０は矩形であり、スローライト光の伝搬方向およびそれと垂直方向に辺を有する。図１０（ｃ）では、メイン共振器１０の４つの頂点に、４個の外部共振器３０＿１〜３０＿４が接続される。外部共振器３０は、スローライト光の伝搬方向が対角線となる四角形である。図１０（ｄ）では、円形のメイン共振器１０に、３個の円形の外部共振器３０＿１〜３０＿３が接続される。
【００６５】
（実施形態２）
図１１は、実施形態２に係る面発光レーザ１Ｂの断面図である。面発光レーザ１Ｂは、メイン共振器１０と、ひとつ、または複数の外部共振器３０を備える。図１１では、Ｎ＝１の場合が示される。
【００６６】
メイン共振器１０は、活性層１４、下部ＤＢＲ１６、上部ＤＢＲ１８を含むＶＣＳＥＬ構造１２を有する。メイン共振器１０の上部には、上部ＤＢＲ１８の反射率を１００％未満とすることにより、レーザビームを取り出すための出射窓２０が設けられる。また出射窓２０の周囲には、変調用電極２２が形成される。
【００６７】
外部共振器３０は、メイン共振器１０と同様にＶＣＳＥＬ構造３２を有しており、ＶＣＳＥＬ構造３２は、活性層３４、下部ＤＢＲ３６、上部ＤＢＲ３８を含む。ＶＣＳＥＬ構造３２の活性層３４は、メイン共振器１０のＶＣＳＥＬ構造１２の活性層１４と連続である。
【００６８】
外部共振器３０からはレーザビームを取り出す必要がないため、出射窓は設けられず、上部ＤＢＲ３８の反射率は１００％としてもよい。上部ＤＢＲ３８の上面には金属膜などの遮蔽部を形成してもよい。
【００６９】
メイン共振器１０と外部共振器３０は、共通の活性層を介して横方向に光学的に結合されている。
【００７０】
実施形態２においては、メイン共振器１０と外部共振器３０は、共振波長が異なるように構成される。具体的には、メイン共振器１０と外部共振器３０は、縦方向（深さ方向）の実効的な光路長（共振器長）が異なっている。実効的な光路長は、物理的な深さ（長さ）と、屈折率によって制御することができる。
【００７１】
図１１においてはλ１＜λ２であり、外部共振器３０の共振器長は、メイン共振器１０の共振器長よりも長く設計される。そのために外部共振器３０には、位相調整層３９が設けられる。位相調整層３９は、半導体層であってもよいし、誘電体層であってもよい。
【００７２】
位相調整層３９の形成方法の一例を説明する。ＶＣＳＥＬ構造１２（３２）は、half-VCSEL構造であり、の上部ＤＢＲ１８（３８）は、半導体層１８ａ（３８ａ）と、誘電体多層膜層１８ｂ（３８ｂ）を含む。一実施例において、半導体層１８ａ（３８ａ）の上面全体に、位相調整層３９を形成する。続くウェットエッチ工程において、位相調整層３９の半導体層１８ａとオーバーラップする部分が除去される。続いて、誘電体多層膜層１８ｂおよび３８ｂが形成される。
【００７３】
位相調整層３９を半導体材料で形成する場合、ＧａＡｓ、ＳｉやＧａＡｌＡｓ，ＩｎＰ，ＧａＩｎＡｓＰ，ＧａＡｌＩｎＰ，ＧａＮ，ＧａＡｌＮなどを用いることができる。
【００７４】
位相調整層３９を誘電体材料で形成する場合、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２，Ｔａ２Ｏ５などを用いることができる。
【００７５】
また、位相調整層３９を、異なる半導体材料の積層構造としてもよいし、異なる誘電体材料の積層構造としてもよい。あるいは半導体と誘電体の積層構造としてもよい。
【００７６】
続いて面発光レーザ１Ｂの利点を説明する。図１２は、図１１の面発光レーザ１Ｂの、メイン共振器１０および外部共振器３０それぞれの発振スペクトル（測定結果）を示す図である。位相調整層３９を追加したことにより、λ１とλ２を大きく分離することができ、この例ではΔλ＝λ２−λ１＝５ｎｍもの波長差が得られている。
【００７７】
図１３は、面発光レーザ１Ｂの出力ビームのスペクトルを示す図である。特許文献１に開示されるような、共振波長が近接したメイン共振器と単一の外部共振器の結合では、バイアス電流を増加させると、単一モード発振が不安定となり、複数の波長で発振する。これに対して、図１１の面発光レーザ１Ｂでは、バイアス電流Ｉｂを増やしてもマルチモード発振を抑制でき、単一モード発振を維持できる。
【００７８】
図１４は、メイン共振器と２つの外部共振器を備える面発光レーザ１Ｂの出力の遠視野像と近視野像の測定結果を示す図である。ビームプロファイルは、バイアス電流Ｉｂ＝６．５ｍＡ，１０ｍＡ，１２．５ｍＡについて測定したものである。酸化開口径は７μｍ×８μｍである。通常の酸化狭窄構造では、酸化開口径３μｍ以下でないと、単峰性の近視野像を得ることは難しいが、実施形態２に係る面発光レーザ１Ｂによれば、７μｍ×８μｍの大きな酸化開口径でも、単一モード動作を実現できる。
【００７９】
実施形態２の技術は、実施形態１の技術と組み合わせてもよい。たとえば図８の面発光レーザ１Ａにおいて、外部共振器３０＿１，３０＿２の少なくとも一方の共振波長を、メイン共振器１０の共振波長より長く、あるいは短くしてもよい。具体的には、外部共振器３０＿１，３０＿２のＶＣＳＥＬ構造３２＿１，３２＿２の少なくとも一方に、位相調整層３９を挿入してもよい。
【００８０】
（実施形態３）
図１５（ａ）、（ｂ）は、実施形態３に係る面発光レーザ１Ｃの断面図および平面図である。面発光レーザ１Ｃは、メイン共振器１０と、ひとつ、または複数の外部共振器３０を備える。図１５（ａ）、（ｂ）には、Ｎ＝２の場合が示される。
【００８１】
メイン共振器１０および外部共振器３０は、ＶＣＳＥＬ構造６０を有し、対応する層同士が連続して形成される。ＶＣＳＥＬ構造６０は、下部ＤＢＲ６６、活性層６４、酸化層６５、上部ＤＢＲ６８を備える。上部ＤＢＲ６８は、半導体ＤＢＲ６８ａと、誘電体ＤＢＲ６８ｂを含む。
【００８２】
酸化層６５は電流狭窄構造であり、図１５（ｂ）に示すように、外側の酸化領域６５ｂと、酸化領域６５ｂに囲まれる非酸化領域６５ａを含む。非酸化領域６５ａが、メイン共振器１０に対応する。
【００８３】
また、面発光レーザ１Ｃのメイン共振器１０と紙面横方向に隣接する領域において、半導体ＤＢＲ６８ａと誘電体ＤＢＲ６８ｂの間には、電極７０＿１，７０＿２が形成されている。２つの電極７０＿１，７０＿２に挟まれる領域をメタルアパーチャと称し、非酸化領域６５ａに対応する領域を酸化アパーチャと称し、必要に応じてそれらを区別してもよい。これらの電極７０＿１，７０＿２は、駆動電流を注入するためのｐ電極である。紙面横方向に伝播するスローライト光は、２つの電極７０＿１，７０＿２の辺（電極境界）Ｅ１，Ｅ２において反射される。この電極境界における反射を利用して、外部共振器３０は構成されている。
【００８４】
この構成では、非酸化領域６５ａの酸化境界Ｆ１，Ｆ２に挟まれる領域がメイン共振器１０であり、非酸化領域６５ａの酸化境界Ｆ１と電極７０＿１の辺Ｅ１に挟まれる領域が外部共振器３０＿１であり、非酸化領域６５ａの酸化境界Ｆ２と電極７０＿２の辺Ｅ２に挟まれる領域が外部共振器３０＿２となる。
【００８５】
実施形態３においては、メイン共振器１０と外部共振器３０は、共振波長が同一になるように構成してもよい。具体的には、メイン共振器１０と外部共振器３０は、縦方向（深さ方向）の層構造は、電極、酸化層を除いて同じでもよい。
【００８６】
図１５（ａ）、（ｂ）に示す面発光レーザ１Ｃにおいて、電極７０＿１，７０＿２は、それぞれの辺Ｅ１，Ｅ２において、光学的特性の不連続性によって、スローライト波を反射させる。これらの電極７０＿１，７０＿２は、光学的不連続部材と把握することができる。
【００８７】
面発光レーザ１Ｃは、電流狭窄構造（たとえば選択的な酸化層６５）によるアパーチャ８０を有するＶＣＳＥＬ構造６０を有する。このＶＣＳＥＬ構造６０の上部ＤＢＲ６８内のアパーチャ８０と離間した領域には、光学的不連続部材８２が形成される。一実施例では、光学的不連続部材８２は、金属であり、より具体的には、ＶＣＳＥＬ構造６０に電流を注入するためのｐ電極でありうる。別の実施例では、光学的不連続部材８２は、ｐ電極とは別に形成された金属膜であってもよい。なお、電流狭窄構造は、選択的酸化技術にもとづくものに限定されず、埋め込み再成長技術を利用して形成してもよいし、プロトン打ち込みによって形成してもよい。
【００８８】
図１６は、実施形態３に係る面発光レーザ１Ｃの光の導波を説明する図である。図１６には、面発光レーザ１Ｃを上から見た図が示される。メイン共振器１０において横方向に伝搬する光Ｌ１は、アパーチャ８０の端部において反射する。またアパーチャ８０より外側（外部共振器３０）に染み出した光Ｌ２は、光学的不連続部材８２の端部において反射し、アパーチャ８０より内側（メイン共振器１０）にフィードバックされる。また、アパーチャの形状は、円形であってもよく、アパーチャ８０を取り囲む形で、外側（外部共振器３０）が形成されてもよい。
【００８９】
メイン共振器１０から横方向に伝搬する光が反射するように、電極７０＿１（７０＿２）の境界Ｅ１（Ｅ２）とメイン共振器１０の酸化境界Ｆ１（Ｆ２）の距離Ｌｃ１（Ｌｃ２）は、３μｍ程度、またはそれより小さく設計するとよい。横方向伝搬を考えると、酸化狭窄層の影響で、光は伝搬できないから、ここでの反射とは、エバネッセント波としての染み出しと把握できる。たとえば、距離Ｌｃ１（Ｌｃ２）は、２μｍ以下で設計してもよく、これにより、外部共振器３０からメイン共振器１０に光を効率的にフィードバックすることができる。
【００９０】
図１７（ａ）〜（ｃ）は、実施形態３の変形例に係る面発光レーザ１Ｃの平面図である。図１７（ａ）では、非酸化領域６５ａを取り囲むように、電極７０が形成される。酸化境界Ｆ１〜Ｆ４に囲まれる領域が、メイン共振器１０として機能する。また、酸化境界Ｆ１と電極境界Ｅ１の間の領域、酸化境界Ｆ２と電極境界Ｅ２の間の領域、酸化境界Ｆ３と電極境界Ｅ３の間の領域、酸化境界Ｆ４と電極境界Ｅ４の間の領域が、４個の外部共振器３０として機能する。
【００９１】
図１７（ｂ）の面発光レーザ１Ｃは、実施形態３と実施形態２との組み合わせである。上下方向に関しては、実施形態３で説明したように、メイン共振器１０の上下に隣接する箇所に電極７０＿１，７０＿２が形成され、電極７０＿１，７０＿２の境界からの反射を利用した２個の外部共振器３０＿１〜３０＿２が設けられる。また横方向に関して、実施形態２の様態を用いて、縦方向の共振波長の異なる外部共振器３０＿３が接続される（λ１≠λ２）。
【００９２】
図１７（ｃ）の面発光レーザ１Ｃも、実施形態３と実施形態２の組み合わせであり、メイン共振器１０の上下に隣接する箇所に電極７０＿１，７０＿２が形成され、電極７０＿１，７０＿２の境界からの反射を利用した２個の外部共振器３０＿１〜３０＿２が設けられる。また横方向に関して、実施形態２の様態を用いて、メイン共振器１０の右側に隣接する領域に、縦方向の共振波長の異なる外部共振器３０＿３が接続される（λ１≠λ２）。またメイン共振器１０の左側に隣接する領域に、縦方向の共振波長の異なる外部共振器３０＿４が接続される（λ１≠λ３）。
【００９３】
図１８（ａ）は、図１７（ａ）の構造を有するデバイスの変調帯域幅の測定結果を示す図である。作製したデバイスの酸化開口（非酸化領域）の大きさは、８μｍ×８μｍであり、その外周に開口１２μｍ×１２μｍの電極が形成されている。電極開口が大きい通常の面発光レーザと比べて、変調帯域幅が約2倍の２０ＧＨｚが得られている。
【００９４】
図１８（ｂ）は、図１７（ａ）の構造を有するデバイスの発振スペクトルの測定結果を示す図である。電極開口が大きい通常の面発光レーザでは多モード発振が観測されるのに対して、全電流範囲で単一モード動作が得られている。
【００９５】
以下に、実施形態３の面発光レーザ１Ｃのいくつかの実施例を説明する。
【００９６】
図１９は、実施形態３の一実施例（実施例１）に係る面発光レーザ１Ｃの断面図である。Ｗは、酸化アパーチャの幅を、ｄはメタルアパーチャの幅を示す。この実施例１は、図１５（ａ）と同様に、光学的不連続部材８２が金属であり、より具体的には、電流注入のためのｐ電極７２が、光学的不連続部材８２を兼ねている。ｐ電極７２は、半導体ＤＢＲ６８ａと上部ＤＢＲ６８ｂの間に挿入される。ＶＣＳＥＬ構造６０は、メサ構造を有しており、その端部には、ポリイミドなどの樹脂８４が充填される。ｐ電極７２を、光学的不連続部材８２として機能させるためには、ｐ電極７２を、酸化アパーチャ８０に対して、３μｍ以下、より好ましくは２μｍ以下の距離まで近接させる必要がある。
【００９７】
図２０は、実施形態３の一実施例（実施例２）に係る面発光レーザ１Ｃの断面図である。この実施例２では、ｐ電極７２と酸化アパーチャの距離は、３μｍ以上離れており、したがってｐ電極７２は、光学的不連続部材８２として機能せず、光学的不連続部材８２が誘電体８６で形成される。誘電体８６は、ｐ電極７２の上側にも形成されてもよい。図中、ｄは、誘電体８６により形成されるアパーチャ（誘電体アパーチャ）の幅を表す。誘電体８６の材料は特に限定されないが、面発光レーザ１Ｃの製造プロセスとの親和性を考慮すると、ＳｉｘＮｙあるいはＴａ２Ｏ５が好適である。
【００９８】
この実施例２によれば、誘電体８６の端部において、光の反射が発生し、メイン共振器１０にフィードバックされる。誘電体８６は光を透過させるため、光学的不連続部材８２を金属で形成する場合に比べて、より多くの光を取り出すことができる。
【００９９】
図２１は、実施形態３の一実施例（実施例３）に係る面発光レーザ１Ｃの断面図である。この実施例３では、ｐ電極７２と酸化アパーチャの距離は、３μｍ以上離れており、したがってｐ電極７２は、光学的不連続部材８２として機能しない。光学的不連続部材８２は、半導体８８で形成される。半導体８８は、ｐ電極７２の上側に形成される。図中、ｄは、半導体８８により形成されるアパーチャ（半導体アパーチャ）の幅を表す。半導体８８の材料は特に限定されないが、面発光レーザ１Ｃの製造プロセスとの親和性を考慮すると、Ｓｉが好適である。
【０１００】
この実施例３によれば、半導体８８の端部において、光の反射が発生し、メイン共振器１０にフィードバックされる。半導体８８は光を透過させるため、光学的不連続部材８２を金属で形成する場合に比べて、より多くの光を取り出すことができる。
【０１０１】
図２２は、実施形態３の一実施例（実施例４）に係る面発光レーザ１Ｃの断面図である。この実施例４では、ｐ電極７２と酸化アパーチャの距離は、３μｍ以上離れており、したがってｐ電極７２は、光学的不連続部材８２として機能しない。光学的不連続部材８２は、酸化膜９０で形成される。酸化膜９０は、半導体ＤＢＲ８４内に形成してもよい。図中、ｄは、酸化膜９０により形成されるアパーチャ（第２の酸化アパーチャ）の幅を表す。
【０１０２】
酸化膜９０の材料や形成方法は特に限定されないが、面発光レーザ１Ｃの製造プロセスとの親和性を考慮すると、選択的酸化を利用して形成するとよい。具体的には、半導体ＤＢＲ６８ａに、選択的酸化が可能な第１酸化層６５と第２酸化層６７を形成しておき、メサ側面から第１酸化層６５を深く酸化させて酸化領域６５ｂを形成し、狭い幅Ｗの非酸化領域６５ａを形成する。また、メサ側面から第２酸化層６７を浅く酸化させて、酸化膜９０を形成することができる。
【０１０３】
この実施例４によれば、酸化膜９０の端部において、光の反射が発生し、メイン共振器１０にフィードバックされる。酸化膜９０は光を透過させるため、光学的不連続部材８２を金属で形成する場合に比べて、より多くの光を取り出すことができる。
【０１０４】
図２３は、実施形態３の一実施例（実施例５）に係る面発光レーザ１Ｃの平面図および断面図である。この面発光レーザ１Ｃは円形である。メイン共振器１０において径方向（図２３では横方向の伝搬を例示的に示す）に伝搬する光Ｌ１は、円形のアパーチャ８０の端部Ｆ１，Ｆ２において反射する。またアパーチャ８０より外側（外部共振器３０）に染み出した光Ｌ２は、光学的不連続部材８２の端部Ｅ１，Ｅ２において反射し、アパーチャ８０より内側（メイン共振器１０）にフィードバックされる。
【０１０５】
横方向伝搬を考えると、酸化狭窄層の等価屈折率を酸化アパーチャ領域の等価屈折率よりも大きくすることで、光の横方向伝搬が可能になり、光学的不連続部材８２の端部からの反射がより強く、内側（メイン共振器１０）にフィードバックされる。これにより、外部共振器３０からメイン共振器１０に光を効率的にフィードバックすることができる。
【０１０６】
図２４は、実施形態３の一実施例（実施例６）に係る面発光レーザ１Ｃの断面図である。この実施例６では、ｐ電極７２と酸化アパーチャの距離は、３μｍ以上離れており、したがってｐ電極７２は、光学的不連続部材８２として機能せず、光学的不連続部材８２が誘電体（位相シフト層）８６で形成される。この誘電体８６は、電流狭窄構造におけるアパーチャ８０の外周に沿って、酸化領域６５ｂとオーバーラップして形成されている。この誘電体８６の厚さを適切に設計することで、アパーチャ８０の内側と外側の等価屈折率差が消失もしくは両者の等価屈折率が逆転し、これにより光が強く漏れ出すこととなる。誘電体８６の厚さは、酸化領域６５ｂの等価屈折率が酸化アパーチャ領域の等価屈折率よりも大きくなるように設定される。また、図中、ｄは、誘電体８６の外周の幅を表す。誘電体８６の材料は特に限定されないが、面発光レーザ１Ｃの製造プロセスとの親和性を考慮すると、誘電体ミラーを構成するＴａ２Ｏ５やＳｉＯ２、あるいはＳｉｘＮｙが好適である。また、誘電体８６の内周と酸化アパーチャ８０の境界とは必ずしも一致していなくてもよい。
【０１０７】
図２５は、誘電体８６の厚さと酸化領域の等価屈折率の関係を示す図である。図中、破線の値が酸化アパーチャ８０の等価屈折率を表しており、この値を超えることで、エバネッセント光から伝搬光になる。図中、三角のプロット、四角のプロットがそれぞれ、高屈折率層としてＴａ２Ｏ５、低屈折率層としてＳｉＯ２を挿入した場合である。高屈折率層Ｔａ２Ｏ５を挿入した場合は厚さが（１／４）光学波長の０．１程度、低屈折率層としてＳｉＯ２を挿入した場合は、（１／４）光学波長の０．２程度で、酸化領域においてもエバネッセント光から伝搬光になる。
【０１０８】
図２６は、酸化領域に誘電体８６として低屈折率層ＳｉＯ２を挿入しない場合と厚さ（１／４）光学波長Ｌ×０.３倍の低屈折率層ＳｉＯ２を挿入した場合の電磁界分布を示す図である。誘電体８６の挿入が無いと、酸化アパーチャ８０から酸化領域への光の伝搬がほとんど起こらないことがわかる。
【０１０９】
図２７は、実施形態３の一実施例（実施例７）に係る面発光レーザ１Ｃの断面図である。この実施例７では、ｐ電極７２と酸化アパーチャの距離は、３μｍ以下に設定される。ｄはメタルアパーチャの幅を示す。ｐ電極７２の段差の影響で、誘電体多層膜６８ｂの成膜時にエッジ効果によりエッジ部分９２において、誘電体多層膜６８ｂの層厚が厚くなることが知られており、これにより酸化狭窄層の等価屈折率を酸化アパーチャ領域の等価屈折率よりも大きくすることができる。その結果、実施例６と同様な効果が得られる。ここでは、ｐ電極７２は、光学的不連続部材８２として機能する。
【０１１０】
図２８は、実施形態３の一実施例（実施例８）に係る面発光レーザ１Ｃの断面図である。この実施例８では、ｐ電極７２と酸化アパーチャの距離は、３μｍ以下に設定される。ｄはメタルアパーチャの幅を示す。酸化アパーチャ８０の領域とオーバーラップして、位相シフト層９４が形成される。たとえば位相シフト層９４は、酸化アパーチャ８０の半導体ＤＢＲ６８ａの表面層をエッチングすることにより形成することができる。エッチングの深さは、ＤＢＲの１ペア（２層分）未満の数ｎｍ程度の段差であっても効果がある。つまり半導体ＤＢＲ６８ａのアパーチャ８０の部分の厚さが、それ以外の部分より薄くなっている。実施例８によっても、実施例６や実施例７と同様な効果が得られる。すなわち、図２５において、酸化アパーチャ８０の等価屈折率を低下させることで、相対的に酸化領域の等価屈折率を上昇させて、酸化領域でエバネッセント光から伝搬光になる。ここでは、ｐ電極７２は、光学的不連続部材８２として機能する。
【０１１１】
図２９は、図２８の構造を有する面発光レーザの変調帯域幅の測定結果を示す図である。作製したデバイスの酸化開口（非酸化領域）の大きさは、直径６μｍであり、その外周に直径１０μｍの電極が形成されている。酸化開口部分をそれぞれ深さ１０ｎｍ、１５ｎｍエッチングしての位相シフト層を形成した素子をエッチングしない素子と比較している。酸化アパーチャ領域をエッチングすることで、変調帯域幅が２０ＧＨｚから２５ＧＨｚに増大している。
【０１１２】
実施形態３において、光学的不連続部材８２の数は特に限定されず、１個であってもよいし、３個以上であってもよい。
【０１１３】
実施形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
【符号の説明】
【０１１４】
１  面発光レーザ
１０  メイン共振器
１２  ＶＣＳＥＬ構造
１４  活性層
１６  下部ＤＢＲ
１８  上部ＤＢＲ
２０  出射窓
２２  変調用電極
３０  外部共振器
３２  ＶＣＳＥＬ構造
３４  活性層
３６  下部ＤＢＲ
３８  上部ＤＢＲ
３９  位相調整層
５０ 基板
６０  ＶＣＳＥＬ構造
６４  活性層
６５ 酸化層
６５ａ  非酸化領域
６５ｂ  酸化領域
６６  下部ＤＢＲ
６７  酸化層
６８  上部ＤＢＲ
６８ａ  半導体ＤＢＲ
６８ｂ  誘電体ＤＢＲ
７０  電極
７２  ｐ電極
８０  アパーチャ
８２  光学的不連続部材
８４  樹脂
８６  誘電体
８８  半導体
９０  酸化膜
９２  エッジ部分
９４  位相シフト層
【図１】
2022002299.tif 000003
【図２】
2022002299.tif 000004
【図３】
2022002299.tif 000005
【図４】
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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】
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【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２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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