(57)【要約】【課題】大口径化による高出力で横モードを安定な単一モードとでき、かつ、効率的な発振を可能とする面発光レーザ、その面発光レーザを備える電子機器及びその面発光レーザの製造方法を提供すること。【解決手段】光の発振領域となる第１の領域を光の共振方向に沿って取り囲み、その第１の領域の屈折率と実効的な屈折率との差が僅かな第２の領域の近傍に電流狭窄層を設けたので、その電流狭窄層によって屈折率差を大きく変えることなしに第１の領域に効率良く電流を導くことができ、閾値電流の低減化を図ることができると共に、高次の横モードの光は第１の領域を導波されずに単一モードの光は第１の領域に閉じ込められ導波し、レーザ光として出射される横モードは大口径による高出力にもかかわらず、単一化されることとなる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の屈折率を有する第１の領域と、光の共振方向に沿って前記第１の領域を取り囲み、前記第１の屈折率とは実効的な屈折率が異なり、かつその差が僅かな第２の屈折率を有する第２の領域とを有する活性層と、
前記第２の領域の近傍に形成され前記第１の領域を取り囲み前記第１の領域に電流を集中させる電流狭窄層と
を具備することを特徴とする面発光レーザ。
【請求項２】
請求項１に記載の面発光レーザにおいて、
前記電流狭窄層は、選択酸化層により形成されていることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項３】
請求項２に記載の面発光レーザにおいて、
前記選択酸化層は、前記活性層に対し前記第１の領域で発振されたレーザ光が出射される出射口側と反対側近傍に形成されていることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項４】
請求項３に記載の面発光レーザにおいて、
前記選択酸化層は、前記活性層で発生した光を反射する反射層に形成されていることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項５】
請求項４に記載の面発光レーザにおいて、
前記選択酸化層は、その端面が前記第１の領域及び第２の領域を含むメサ構造の側面を構成することを特徴とする面発光レーザ。
【請求項６】
請求項５に記載の面発光レーザにおいて、
前記第２の領域は、第１の領域の部材に複数の空孔が形成されたものであることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項７】
請求項６に記載の面発光レーザにおいて、
前記空孔は、前記共振方向に前記活性層を貫通して形成するものであることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項８】
請求項７に記載の面発光レーザにおいて、
前記空孔は、密閉されていることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項９】
請求項８に記載の面発光レーザにおいて、
前記空孔は、前記第１の屈折率及び第２の屈折率と前記第１の領域により発振されたレーザ光の発振波長及びその第１の領域の共振方向に直交する断面を円形断面としたときの半径とをパラメータとして求められる規格化周波数が０．６より大きくかつ、２．４０５より小さくなるように形成されていることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項１０】
請求項９に記載の面発光レーザにおいて、
前記第１の領域に最も近接して取り囲む複数の空孔は、夫々の空孔同士の空孔中心間距離の平均値Λａｖｅと前記発振波長λとの比Λａｖｅ／λが２より大きいことを特徴とする面発光レーザ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の面発光レーザにおいて、
前記空孔は、前記第１の領域に最も近接して取り囲む複数の空孔が、その複数の空孔の夫々の面積に相当する円の直径の平均値ｄａｖｅと前記空孔中心間距離の平均値Λａｖｅとの比ｄａｖｅ／Λａｖｅが０．０１６より大きくかつ、０．２より小さいことを特徴とする面発光レーザ。
【請求項１２】
請求項９に記載の面発光レーザにおいて、
前記空孔は、最隣接する空孔中心同士が正三角形となるように三角格子状に配列され、夫々の空孔同士の空孔中心間距離Λと前記発振波長λとの比Λ／λが２より大きいことを特徴とする面発光レーザ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の面発光レーザにおいて、
前記空孔は、最隣接する空孔中心同士が正三角形となるように三角格子状に配列され、その空孔の面積に相当する円の直径ｄと前記空孔中心間距離Λとの比ｄ／Λが０．０１６より大きくかつ、０．２より小さいことを特徴とする面発光レーザ。
【請求項１４】
第１の屈折率を有する第１の領域と、光の共振方向に沿って前記第１の領域を取り囲み、前記第１の屈折率とは実効的な屈折率が異なり、かつその差が僅かな第２の屈折率を有する第２の領域を有する活性層と、
前記第２の領域の近傍に形成され前記第１の領域を取り囲み前記第１の領域に電流を集中させる電流狭窄層と
を具備する面発光レーザ
を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１５】
光を発する活性層を形成する工程と、
前記活性層を形成する工程により形成された活性層に、第１の屈折率を有する第１の領域と、光の共振方向に沿って前記第１の領域を取り囲み、前記第１の屈折率とは実効的な屈折率が異なり、かつ、その差が僅かな第２の屈折率を有するように前記共振方向に空孔を貫通させた第２の領域とを形成する工程と、
前記第１の領域と第２の領域とを形成する工程の終了直後に、前記空孔の開口部を密閉部材で覆う工程と、
前記第２の領域の近傍に形成され前記第１の領域を取り囲み前記第１の領域に電流を集中させる電流狭窄層を形成する工程と
を具備することを特徴とする面発光レーザの製造方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の面発光レーザの製造方法において、
電流狭窄層を形成する工程は、前記第１の領域及び第２の領域を含むメサ構造を形成し、そのメサ構造の側面から選択的に酸化させて電流狭窄層を形成することを特徴とする面発光レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば垂直共振器型として用いられる面発光レーザ、その面発光レーザを備える電子機器及びその面発光レーザの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、面発光レーザ例えば垂直共振器型面発光半導体レーザ（以下「ＶＣＳＥＬ」（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）という。）では、酸化狭窄方式等により電流をうまく絞り込んで活性層に注入することによってそのレーザ発振の閾値電流を低減化し、高効率化することが行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明の発明者が提案する活性層等に、発振領域を取り囲みその発振領域の屈折率より僅かに小さい屈折率を有する領域を設けることによって、大口径化による大出力でありながら出射されるレーザ光の横モードを単一化するＶＣＳＥＬでは、その発振領域の屈折率より僅かに小さい屈折率を有する領域に閾値電流低減化のための例えば選択酸化層を形成すると、その領域の屈折率が大きく変化するため、大口径化による大出力で出射されるレーザ光の横モードを、単一化することができなくなるという問題がある。
【０００４】
本発明は、このような課題を解決するためになされるもので、大口径化による高出力で横モードを安定な単一モードとでき、かつ、効率的な発振を可能とする面発光レーザ、その面発光レーザを備える電子機器及びその面発光レーザの製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の主たる観点に係る面発光レーザは、第１の屈折率を有する第１の領域と、光の共振方向に沿って前記第１の領域を取り囲み、前記第１の屈折率とは実効的な屈折率が異なり、かつその差が僅かな第２の屈折率を有する第２の領域とを有する活性層と、前記第２の領域の近傍に形成され前記第１の領域を取り囲み前記第１の領域に電流を集中させる電流狭窄層とを具備することを特徴とする。
【０００６】
ここで、実効的な屈折率（又は実効屈折率）とは不均一な屈折率を持つ領域を屈折率が均一な領域で置換して光学特性を近似した場合の均一な屈折率のことであり、例えば活性層に空孔が設けられた領域のその領域としての屈折率を言う。
【０００７】
本発明では、光の発振領域となる第１の領域を光の共振方向に沿って取り囲み、その第１の領域の屈折率と実効的な屈折率との差が僅かな第２の領域の近傍に電流狭窄層を設けたので、その電流狭窄層によって屈折率差を大きく変えることなしに第１の領域に効率良く電流を導くことができ、閾値電流の低減化を図ることができると共に、高次の横モードの光は第１の領域を導波されずに単一モードの光は第１の領域に閉じ込められ導波し、レーザ光として出射される横モードは大口径による高出力にもかかわらず、単一化されることとなる。
【０００８】
本発明の一の形態によれば、前記電流狭窄層は、選択酸化層により形成されていることを特徴とする。これにより、例えば酸化させる条件を適切に選ぶことにより目的の領域のみ酸化させ、他の領域を酸化させることを防げるので確実に屈折率差の変動を防げ、レーザ発振の高効率化を図りながら大口径かつ横モードの単一化を図れる。
【０００９】
本発明の一の形態によれば、前記選択酸化層は、前記活性層に対し前記第１の領域で発振されたレーザ光が出射される出射口側と反対側近傍に形成されていることを特徴とする。これにより、例えばキャップ層から活性層付近まで空孔を形成して第１の領域より僅かに実効的な屈折率を低くし、大口径で横モードの単一化を図る場合も、その空孔が形成された第２の領域部分に選択酸化層がかからずに第１の領域に効率的に電流を導くことができる。
【００１０】
また、選択酸化層を活性層の近くに形成するのでより電流を効率的に発振領域でもある第１の領域に導くことができる。
【００１１】
本発明の一の形態によれば、前記選択酸化層は、前記活性層で発生した光を反射する反射層に形成されていることを特徴とする。これにより、例えば反射層を半導体多層膜ＤＢＲミラーにより形成するとその多層膜の１層のみを選択的に酸化でき、確実に第２の領域を避けて電流狭窄層を形成できる。
【００１２】
本発明の一の形態によれば、前記選択酸化層は、その端面が前記第１の領域及び第２の領域を含むメサ構造の側面を構成することを特徴とする。これにより、メサ構造を例えばポリイミドやフォトレジストで埋め込む前に容易にその端面から酸化させることができ製造コストの低減が図れると共に、未酸化領域を計画的に形成できる。
【００１３】
本発明の一の形態によれば、前記第２の領域は、第１の領域の部材に複数の空孔が形成されたものであることを特徴とする。これにより、選択酸化層により第１の領域に効率的に電流を導くことができ閾値電流の低減化を図りながら、例えば第１の領域の媒質に屈折率１の空気の空孔の大きさや数量等を調節して、容易に第１の屈折率より僅かに小さい所望の実効的な屈折率を得ることができる。
【００１４】
本発明の一の形態によれば、前記空孔は、前記共振方向に前記活性層を貫通して形成するものであることを特徴とする。これにより、選択酸化層により第１の領域に効率的に電流を導くことができ閾値電流の低減化を図りながら、第１の領域の屈折率とは実効的な屈折率が僅かに異なる第２の領域を、例えばエッチング等により容易に形成することができ製造コストの軽減等を図ることができる。
【００１５】
本発明の一の形態によれば、前記空孔は、密閉されていることを特徴とする。これにより、空孔の内壁にゴミ等の不純物が付くことを防止でき、面発光レーザの劣化を防ぐことができる。
【００１６】
本発明の一の形態によれば、前記空孔は、前記第１の屈折率及び第２の屈折率と前記第１の領域により発振されたレーザ光の発振波長及びその第１の領域の共振方向に直交する断面を円形断面としたときの半径とをパラメータとして求められる規格化周波数が０．６より大きくかつ、２．４０５より小さくなるように形成されていることを特徴とする。これにより、選択酸化層により第１の領域に効率的に電流を導くことができ閾値電流の低減化を図りながら、発振領域である第１の領域にレーザ光を閉じ込めると共に、出射されるレーザ光の横モードを単一化できることとなる。
【００１７】
ここで、規格化周波数（ｖ）とは例えば第１の屈折率をｎ１、第２の屈折率をｎ２、光の発振波長λ、第１の領域の共振方向に直交する断面を円形断面としたときの半径をａとした各パラメータからなるｖ＝（２πａ／λ）・（ｎ１２−ｎ２２）１／２  をいう。
【００１８】
本発明の一の形態によれば、前記第１の領域に最も近接して取り囲む複数の空孔は、夫々の空孔同士の空孔中心間距離の平均値Λａｖｅと前記発振波長λとの比Λａｖｅ／λが２より大きいことを特徴とする。これにより、選択酸化層により第１の領域に効率的に電流を導くことができ閾値電流の低減化を図りながら、最も導波される光への作用が大きい最内周の空孔列で、Λａｖｅ／λが２より大きいとしたので、例えば従来のＶＣＳＥＬでは出射されるレーザ光の横モードが単一化できないような光の共振方向から見た第１の領域の径がλの４倍以上となる高出力のものでも、出射されるレーザ光の横モードを単一化できることとなる。
【００１９】
本発明の一の形態によれば、前記空孔は、前記第１の領域に最も近接して取り囲む複数の空孔が、その複数の空孔の夫々の面積に相当する円の直径の平均値ｄａｖｅと前記空孔中心間距離の平均値Λａｖｅとの比ｄａｖｅ／Λａｖｅが０．０１６より大きくかつ、０．２より小さいことを特徴とする。これにより、選択酸化層により第１の領域に効率的に電流を導くことができ閾値電流の低減化を図りながら、最も導波される光への作用が大きい最内周の空孔列で、比ｄａｖｅ／Λａｖｅが０．０１６より大きく０．２より小さいものとしたので、例えばＡｌＧａＡｓ系やＩｎＧａＡｓＰ系のＶＣＳＥＬで発振領域となる第１の領域にレーザ光を閉じ込めると共に、出射されるレーザ光の横モードを単一化できることとなる。
【００２０】
本発明の一の形態によれば、前記空孔は、最隣接する空孔中心同士が正三角形となるように三角格子状に配列され、夫々の空孔同士の空孔中心間距離Λと前記発振波長λとの比Λ／λが２より大きいことを特徴とする。これにより、選択酸化層により第１の領域に効率的に電流を導くことができ閾値電流の低減化を図りながら、Λ／λが２より大きいとしたので、例えば従来の酸化狭窄型のＶＣＳＥＬでは出射されるレーザ光の横モードが単一化できないような光の共振方向から見た第１の領域の径がλの４倍以上となる高出力のものでも、第２の領域全体で導波される光へ作用できるので、より出射されるレーザ光の横モードを単一化できることとなる。
【００２１】
本発明の一の形態によれば、前記空孔は、最隣接する空孔中心同士が正三角形となるように三角格子状に配列され、その空孔の面積に相当する円の直径ｄと前記空孔中心間距離Λとの比ｄ／Λが０．０１６より大きくかつ、０．２より小さいことを特徴とする。これにより、選択酸化層により第１の領域に効率的に電流を導くことができ閾値電流の低減化を図りながら、ｄ／Λが０．０１６より大きく０．２より小さいという条件を満たす複数の空孔を規則的に形成すれば、第２の領域全体で導波される光へ作用できるので、例えばＡｌＧａＡｓ系やＩｎＧａＡｓＰ系のＶＣＳＥＬでより発振領域となる第１の領域にレーザ光を閉じ込めると共に、更に出射されるレーザ光の横モードを単一化できる。
【００２２】
本発明の他の観点にかかる電子機器は、第１の屈折率を有する第１の領域と、光の共振方向に沿って前記第１の領域を取り囲み、前記第１の屈折率とは実効的な屈折率が異なり、かつその差が僅かな第２の屈折率を有する第２の領域を有する活性層と、前記第２の領域の近傍に形成され前記第１の領域を取り囲み前記第１の領域に電流を集中させる電流狭窄層とを具備する面発光レーザを備えることを特徴とする。
【００２３】
本発明では、光の発振領域となる第１の領域を光の共振方向に沿って取り囲み、その第１の領域の屈折率と実効的な屈折率との差が僅かな第２の領域の近傍に電流狭窄層を具備する面発光レーザを備えるので、その電流狭窄層によって屈折率差を大きく変えることなしに第１の領域に効率良く電流を導くことができ、閾値電流の低減化を図ることができると共に、大口径による高出力レーザ光で横モードを単一化でき、例えば光ディスクの高回転・高転送速度での書き込み等が可能となる。
【００２４】
本発明の他の観点にかかる面発光レーザの製造方法は、光を発する活性層を形成する工程と、前記活性層を形成する工程により形成された活性層に、第１の屈折率を有する第１の領域と、光の共振方向に沿って前記第１の領域を取り囲み、前記第１の屈折率とは実効的な屈折率が異なり、かつ、その差が僅かな第２の屈折率を有するように前記共振方向に空孔を貫通させた第２の領域とを形成する工程と、前記第１の領域と第２の領域とを形成する工程の終了直後に、前記空孔の開口部を密閉部材で覆う工程と、前記第２の領域の近傍に形成され前記第１の領域を取り囲み前記第１の領域に電流を集中させる電流狭窄層を形成する工程と
を具備することを特徴とする。
【００２５】
本発明では、光の発振領域となる第１の領域を光の共振方向に沿って取り囲み、その第１の領域の屈折率と実効的な屈折率との差が僅かな第２の領域の近傍に電流狭窄層を形成する工程を有するので、その電流狭窄層によって屈折率差を大きく変えることなしに第１の領域に効率良く電流を導くことができ、閾値電流の低減化を図ることができると共に、高次の横モードの光は第１の領域を導波されずに単一モードの光は第１の領域に閉じ込められ導波し、レーザ光として出射される横モードは大口径による高出力にもかかわらず、単一化できる面発光レーザを簡単に製造できる。
【００２６】
また、第１の領域と第２の領域とを形成する工程によって空孔を形成した直後に、その空孔の開口部を密閉部材で覆う工程を具備するので、空孔内にゴミ等の不純物が付着するのを防止でき、面発光レーザの劣化を防ぐことができる。
【００２７】
本発明の一の形態によれば、電流狭窄層を形成する工程は、前記第１の領域及び第２の領域を含むメサ構造を形成し、そのメサ構造の側面から選択的に酸化させて電流狭窄層を形成することを特徴とする。これにより、メサ構造を例えばポリイミドやフォトレジストで埋め込む前に容易にその端面から酸化させることができ製造コストの低減が図れると共に、未酸化領域を確実に形成できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。尚、以下に実施形態を説明するにあたっては、面発光レーザの例として発振波長８５０ｎｍのＶＣＳＥＬ（垂直共振器型面発光半導体レーザ）で用いられるＡｌＧａＡｓ系を中心に説明するが、これに限られるものではない。
【００２９】
また、以下の図面の各部のサイズや空孔及び層の数等はその説明の都合上現したもので実際の寸法や数を表すわけでは無く、かつ各図面相互で必ずしも一致しないものとする。
【００３０】
図１は本発明の第１の実施形態に係るＶＣＳＥＬの概略斜視図、図２は図１のＡＡ´方向の断面図、図３は選択酸化層の説明図、図４は空孔の配列を説明する図であって例えば活性層を上方から見た説明図、図５はＶＣＳＥＬのメサ構造の概略斜視図及び図６は単一モードと高次モードとの境界条件を説明するグラフである。
【００３１】
図１及び図２に示すように、ＶＣＳＥＬ１は、結晶成長の種結晶である例えばＧａＡｓから形成される基板２、その基板２に結晶成長され活性層等を挟んで光のフィードバックのための半導体多層膜ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）ミラー３の内の基板側の例えば（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）Ａｓ層と（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）Ａｓ層との組み合わせにより形成される下部ＤＢＲミラー３ａ、また下部ＤＢＲミラー３ａに結晶成長され活性層を挟む一対の例えば（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）Ａｓから形成されるクラッド層４の内の基板側の下部クラッド層４ａ、そのクラッド層４に挟まれ光を発生する例えば（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）Ａｓ層とＧａＡｓ層との組み合わせにより形成される活性層５、その活性層５に結晶成長される上部クラッド層４ｂ、その上部クラッド層４ｂに結晶成長される例えば（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）Ａｓ層と（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）Ａｓ層との組み合わせにより形成される上部ＤＢＲミラー３ｂ、更に上部ＤＢＲミラー３ｂに結晶成長され後述する上部電極と半導体とのコンタクト抵抗を下げる等のキャップ層６、その上部電極が効率良く電流をキャップ層６に注入できるようにキャップ層６の一部を覆う絶縁層７、そしてその絶縁層７及び一部のキャップ層６に蒸着等により形成された上部電極８、更に基板２のクラッド層４と反対側に蒸着等により形成された下部電極９及び上部ＤＢＲミラー３ｂからレーザ光を出射するためのキャップ層６、絶縁層７及び上部電極８に開けられた出射口１０等を具備する。
【００３２】
ここで、基板２は半導体多層膜ＤＢＲミラー３やクラッド層４等を結晶成長させるためのものであり、規則正しい格子をきれいに保ち原子同士をしっかり形成しながら積み重ねるためのものである。
【００３３】
また、下部ＤＢＲミラー３ａは屈折率の異なる膜を交互に積み重ねて反射鏡ができる性質を半導体に応用したもので、上述のように例えば（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）Ａｓ層と低屈折率層である（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）Ａｓ層とを交互に３２周期に積層し、活性層５で発生した光を反射するものである。
【００３４】
その反射率が最大となる膜厚は、波長λと屈折率ｎとの関係がλ／４ｎであり、その全体の厚さは例えば略３．９μｍになるように形成されている。
【００３５】
更に下部ＤＢＲミラー３ａには、後述する空孔の達していない領域で空孔近傍の一つ例えば下部クラッド層４ａとの境界から３周期目の低屈折率層の（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）Ａｓ層の代りにＡｌ０．５Ａｓ０．５層を結晶成長させ、図３に示すように後述するメサの側面から酸化させて、中央部に例えば直径Ｍが略１４μｍの円形状の未酸化領域を残して、外円直径が略１５０μｍの円環状の選択酸化層１５が形成されている。これにより、中央部の未酸化領域は周りの酸化領域である選択酸化層１５より、電気伝導率の高い領域となりこの領域に電流が効率的に集中することとなる。
【００３６】
同様に、上部ＤＢＲミラー３ｂも例えば（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）Ａｓ層と低屈折率層の（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）Ａｓ層とを交互に２４周期に積層し、活性層５で発生した光を反射するものであるが、下部ＤＢＲミラー３ａと違ってその全体の厚さは例えば略２．６μｍに形成されており、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）Ａｓ層と（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）Ａｓ層とのペア数を下部ＤＢＲミラー３ａより少なくして、上部ＤＢＲミラー３ｂ側に設けられた出射口１０よりレーザ光を出射できるようになっている。
【００３７】
更にクラッド層４は、例えば（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）Ａｓから形成されておりその下部クラッド層４ａと上部クラッド層４ｂとで図２に示すように、活性層５を挟むように積層されておりキャリア等を閉じ込めるものである。
【００３８】
また、活性層５は例えば（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）Ａｓ層とＧａＡｓ層との組み合わせにより多重量子井戸構造を形成しており、活性層５と下部クラッド層４ａ及び上部クラッド層４ｂとでその厚さが全体で略０．３μｍに形成されている。
【００３９】
ここで、例えば図２に示すようにキャップ層６から基板２に向かってキャップ層６、上部ＤＢＲミラー３ｂ、上部クラッド層４ｂ、活性層５及び下部クラッド層４ａにかけて空孔１１が光の共振方向に沿って貫通して形成されており、下部クラッド層４ａ側である下部ＤＢＲミラー３ａの上方（図２のＹ方向）領域で、選択酸化層１５の下部クラッド層４ａ側上方（図２のＹ方向）の近傍にも、選択酸化層１５に達しない程度に、その空孔１１が光の共振方向に沿って続けて形成されている。
【００４０】
これにより、発生した光は反射により何度も空孔１１からの作用を受け、更により長い距離で空孔１１による高次モードの抑制効果を十分に得ることができると共に、空孔１１が形成された領域と選択酸化層１５とが明確に区分けされているため、酸化による大きな屈折率変化が高次モードの抑制効果に影響することを防ぐことができる。
【００４１】
また、キャップ層６と光が反射され共振し増幅され発振される上部ＤＢＲミラー３ｂから下部ＤＢＲミラー３ａまでとの領域を第１領域とし、その第１の領域を光の共振方向に沿って取り囲み、空孔１１が形成された領域を第２の領域とすると、その第２領域は図２及び例えば活性層５を上方から見た説明図である図４に示すように光の共振方向に沿ってその第１領域を取り囲むように貫通された空孔１１が形成されている。
【００４２】
更に空孔１１の配列は、例えば図４に示すように上方から見たときに最隣接する空孔中心同士が正三角形となるように三角格子状に規則的に配列されており、その夫々の空孔１１の形状は同じ大きさの円形に形成されている。
【００４３】
また、図４に示すように三角格子から一点だけ空孔を抜いた領域が第１の領域となり、その領域からレーザ光が発振することとなる。尚第１の領域を円とするとその直径は空孔１１を円としたときの直径ｄとして、図４より分かるように略２Λ（正確には２Λ−ｄ）となる。
【００４４】
空孔１１は、空孔同士の空孔中心間距離Λと発振波長λとの比Λ／λが２より大きくなるように形成されており、更に空孔１１の円の直径ｄと夫々の空孔同士の空孔中心間距離Λとの比ｄ／Λが０．０１６より大きくかつ０．２より小さくなるように形成されている。これにより、従来の酸化狭窄型のＶＣＳＥＬでは出射されるレーザ光の横モードが単一化できないような、第１の領域の直径がλの４倍以上となる高出力のものでも、出射されるレーザ光の横モードを単一化できる。
【００４５】
例えば活性層５にＧａＡｓを使った発振波長８５０ｎｍのＶＣＳＥＬ１で、第１の領域の直径が発振波長の１０倍以上ある１７．１μｍとなるようにΛ／λを１０．５８とし、ｄ／Λが０．１となるよう全ての空孔１１の直径ｄを０．９μｍ、全ての空孔中心間距離Λを９μｍとする。これにより、レーザ光は発振領域となる第１の領域に閉じ込められると共に、高出力でありながら横モードを単一化できることとなる。
【００４６】
また、空孔１１の直径ｄである０．９μｍは量産性に優れる紫外線露光装置でも十分パターニング可能な寸法であり、実効屈折率法から求まる単一横モードの上限であるｄ／Λの値より多少小さい値を選んでいるため空孔形成時の寸法変動をある程度吸収可能である。
【００４７】
なお、空孔１１の形状は円形に限られるものではなく例えば円形以外の菱形等であってもよい。この場合はその菱形の面積に相当する円の直径をｄとする。また、空孔１１には例えば空気が充填されている。
【００４８】
また、例えば図５に示すように後述するポリイミド或いはフォトレジスト１３ａ、キャップ層６、上部ＤＢＲミラー３ｂ、上部クラッド層４ｂ、活性層５、下部クラッド層４ａ及び下部ＤＢＲミラー３ａの選択酸化層１５にかけて、空孔１１が形成された第２の領域及びその第２の領域によって囲まれる第１の領域を含むように、直径が略１５０μｍのメサ１２が形成されている。
【００４９】
更に絶縁層７は、ポリイミド或いはフォトレジストにより図１及び図２に示すように出射口１０及び上部電極８がキャップ層６に接触する部分を残し、空孔１１の上部開口部を塞ぐようにキャップ層上面と、メサ１２の周辺を埋め込んで上面をやや平坦化するように形成されている。これにより、効率良く電流を閉じ込めることが可能となる他、空孔１１の内壁にゴミ等の不純物が着くことを防止できる。
【００５０】
また、上部電極８及び下部電極９はＧａＡｓ等との合金化が容易なＡｕを中心にした材料を用いており、上部電極８は図２に示すように絶縁層７の上面全面と、絶縁層７の上部に開けられた開口部の内側で例えば外側直径が略１４μｍ、内側直径が略１０μｍのリング状にキャップ層６上面とに一体的に形成されており、その厚さは略１μｍとされている。
【００５１】
更に出射口１０は、キャップ層６も除去し直径１０μｍで形成されており、ＶＣＳＥＬ１に上部電極８及び下部電極９を介して所定の電流が注入されると、その出射口１０からレーザ光が出射されることとなる。
【００５２】
ここで、空孔１１を例えばその円の直径ｄと夫々の空孔同士の空孔中心間距離Λとの比ｄ／Λが０．０１６より大きくかつ０．２より小さくなるように形成したが、発振波長８５０ｎｍのＶＣＳＥＬで用いられる材料系であるＡｌＧａＡｓ以外の発振波長１５５０ｎｍのＶＣＳＥＬで用いられる材料系であるＩｎＧａＡｓＰ系等でも同様である。
【００５３】
次に、このように構成されたＶＣＳＥＬ１の動作について簡単に説明する。
【００５４】
まず、所定の電流が上部電極８に注入されると電流は絶縁層７により規制され、第１の領域上のリング状に形成されたキャップ層６との接触領域からのみキャップ層６等に進入する。
【００５５】
ここで、図２及び図３に示すように光の共振方向に直交する面内方向（横方向、図２及び図３のＸＺ面方向）で電流狭窄層である選択酸化層１５によって囲まれる発振領域は、未酸化領域となり酸化領域である選択酸化層１５より電気伝導率の高い領域となる。これにより、キャップ層６等に進入した電流は効率的に発振領域である第１の領域に導かれることとなり、ＶＣＳＥＬ１の閾値電流をより低減化できる。
【００５６】
効率的に発振領域に導かれた電流により活性層５で光が発生するが、その光の共振方向に直交する面内方向（横方向、図１及び図２のＸＺ面方向）では、空孔が形成されていない領域である第１の領域とその外側で空孔が形成されている領域の第２の領域とで僅かに第２の領域の実効的な屈折率のほうが小さいので、第１の領域内にレーザ光が閉じ込められることとなる。
【００５７】
すなわち、第２の領域は中に空気が充填された空孔をまばらに配置することによってその第２の領域の実効的な屈折率が僅かに第１の領域より低くなり、面内方向（図１及び図２のＸＺ面方向）のいわばクラッド層として機能することになる。
【００５８】
これによって、第１の領域で発生した光は導波路の幅が広いにもかかわらずその僅かな屈折率差により、単一横モードの光が第１の領域と第２の領域との境界付近で全反射され、全体として光の共振方向（図１及び図２のＹ方向）に光が導波され、活性層５等を上下に挟む半導体多層膜ＤＢＲミラー３により反射されて共振し、更に増幅されてレーザ光として発振し、出射口１０より出射することとなる。
【００５９】
また、上述のように空孔の配列により実現する第２の領域の屈折率である実効的な屈折率と第１の領域の屈折率との差は非常に小さく、この構造によって弱い閉じ込め力が安定して得られるので、屈折率差の大きい酸化狭窄等の手段では不可能な共振方向から見た第１の領域の径が大きい場合でも、単一横モードのレーザ光の発振が可能となる。
【００６０】
次に、具体的に所定の発振波長λで空孔の円の直径ｄと夫々の空孔同士の空孔中心間距離Λとの寸法は、どのように決められるかについてＶＣＳＥＬ１の動作に基づき説明する。
【００６１】
第１の領域の屈折率と第２の実効的な屈折率との差が小さい場合の光の動作については、同じように第１の領域の屈折率と第２の屈折率との差が小さいステップインデックス型光ファイバーのコア中への光の閉じ込めにおける光の動作を利用することができる。
【００６２】
ステップインデックス型光ファイバーの構造特性を代表する値として、規格化周波数ｖ＝（２πａ／λ）・（ｎｃｏｒｅ２−ｎｃｌａｄ２）１／２  （λ：波長、ａ：コア半径、ｎｃｏｒｅ  ：コア屈折率、ｎｃｌａｄ  ：クラッド屈折率）があり、コアへの光の閉じ込め効率はこの規格化周波数ｖに依存し、ｖが０．６のときに光の閉じ込め効率は略ゼロになり、クラッドとしての機能が消滅する。
【００６３】
また、ステップインデックス型光ファイバーの横モードの単一化は規格化周波数ｖが２．４０５より小さいことが条件であり、以上の点はＶＣＳＥＬ１でも適用可能である。
【００６４】
従って、ＶＣＳＥＬ１の規格化周波数ｖが０．６より大きくかつ２．４０５より小さいことが、発振領域である第１の領域にレーザ光を閉じ込めると共に、出射されるレーザ光の横モードを単一化できる条件となる。
【００６５】
なお、ＶＣＳＥＬ１の規格化周波数ｖはステップインデックス型光ファイバーの規格化周波数ｖの式のうちコア半径を第１の領域の光の共振方向に直交する面を円形としたときのその円の半径と、コア屈折率を第１の領域の屈折率と、クラッド屈折率を第２の領域の実効的な屈折率として導き出すことができる。
【００６６】
更に上述の規格化周波数ｖの条件を満たす発振波長λ、空孔の円の直径ｄ及び夫々の空孔同士の空孔中心間距離Λの組み合わせは、実効屈折率法によって具体的には図６に示すように求められる。
【００６７】
図６に示す上の曲線群Ｂが異なるＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓについてｖ＝２．４０５を与える線であり、この線より下の所定の発振波長λ、直径ｄ及び空孔中心間距離Λの寸法で横モードの単一化が図れることとなる。
【００６８】
また、同図６の下の曲線群Ｃが異なるＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓについてｖ＝０．６を与える線であり、この線より上の所定の発振波長λ、直径ｄ及び空孔中心間距離Λの寸法で第１の領域へのレーザ光の閉じ込めが図れることとなる。
【００６９】
ここで、曲線群Ｂ、Ｃの夫々の曲線はＡｌＸＧａ１−ＸＡｓのｘを１、０．５、０としたときの曲線であり、縦軸は空孔１１の直径ｄと空孔中心間距離Λとの比ｄ／Λで横軸が空孔中心間距離Λと発振波長λとの比Λ／λである。
【００７０】
従って、空孔１１を第２領域に形成しなければレーザ光の横モード単一化ができない大口径となる発振波長λと空孔中心間距離Λとの比Λ／λが２より大きい全域で、第１の領域へのレーザ光の閉じ込めとレーザ光の横モード単一化との条件の両方を満たすには、空孔の円の直径ｄ及び夫々の空孔同士の空孔中心間距離Λとの比ｄ／Λが０．０１６より大きくてかつ０．２より小さいことが必要であることとなる。
【００７１】
なお、図６の曲線群Ｂ、Ｃは上述の通り発振波長８５０ｎｍのＶＣＳＥＬで用いられる材料系であるＡｌＧａＡｓの屈折率（組成に応じ３．０〜３．６の間の値を持つ）を元に計算をした結果であるが、発振波長１５５０ｎｍのＶＣＳＥＬで用いられる材料系であるＩｎＧａＡｓＰ系（屈折率３．０〜３．４）等でも同様である。
【００７２】
次に、このように構成されたＶＣＳＥＬ１の製造方法について説明する。
【００７３】
図７は本実施形態に係るＶＣＳＥＬの製造方法のフローチャート図、図８は本実施形態に係るＶＣＳＥＬの製造プロセスのうち結晶成長工程の説明図、図９は図８の次の工程である空孔の形成工程の説明図、図１０は図９の次の工程である空孔の閉じ込め工程の説明図、図１１は図１０の次の工程であるメサの形成工程の説明図、図１２は図１１の次の工程である選択酸化層の形成工程の説明図、図１３は図１２の次の工程である絶縁層の形成工程の説明図、図１４は図１３の次の工程である上部電極の形成工程の説明図、図１５は図１４の次の工程である出射口の形成工程の説明図及び図１６は図１５の次の工程である下部電極の形成工程である。
【００７４】
まず、図８に示すように例えば十分に洗浄した種結晶である厚さＬが略５２５μｍのＧａＡｓ基板２を用意し、この上に（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）Ａｓ層と（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）Ａｓ層との組み合わせにより形成される下部ＤＢＲミラー３ａを、例えば化学的反応を利用した成長法であるＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により結晶成長させ、その厚さＫを略３．９μｍに形成する。以下同様に、例えば下部ＤＢＲミラー３ａの上に（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）Ａｓから形成される下部クラッド層４ａ、その上に（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）Ａｓ層とＧａＡｓ層とから形成される活性層５、更にその上に（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）Ａｓから形成される上部クラッド層４ｂ、その上に（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）Ａｓ層と（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）Ａｓ層との組み合わせにより形成される厚さＩが略２．６μｍの上部ＤＢＲミラー３ｂ、更にその上に厚さＨが略０．２μｍのキャップ層６を結晶成長させる（ＳＴ１０１）。なお、下部クラッド層４ａ、活性層５及び上部クラッド層４ｂの全体の厚さＪは例えば略０．３μｍとし、下部ＤＢＲミラー３ａの下部クラッド層４ａとの境界から３周期目の低屈折率層の（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）Ａｓ層は、（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）Ａｓ層の代りにＡｌ０．５Ａｓ０．５層を結晶成長させる。
【００７５】
次に、図４及び図９に示すように例えばフォトレジストでパターニングしキャップ層６から下部ＤＢＲミラー３ａの上方（図２のＹ方向）領域で、Ａｌ０．５Ａｓ０．５層の下部クラッド層４ａ側上方（図２のＹ方向）の近傍にかけて、Ａｌ０．５Ａｓ０．５層に達しない程度に、直径ｄが略０．９μｍで空孔中心間距離Λが略９μｍである円形の空孔１１が、最隣接する空孔中心同士が正三角形となるように三角格子状に規則的に片側８列配した空孔列（図４では４列に表示されているが）をＣｌ系ガスを用いる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）の手法により形成される（ＳＴ１０２）。
【００７６】
また、空孔１１を形成した後直ちに、図１０に示すように例えば空孔１１が形成されたキャップ層６の上面にポリイミド或いはフォトレジスト１３ａを略０．５μｍの厚さにスピンコーティングし、空孔１１によりキャップ層６上面に形成された開口部を塞ぎ、そのポリイミド或いはフォトレジスト１３ａのハードキュアを行い硬化させて、以後の工程でも空孔１１を塞いでいるポリイミド或いはフォトレジスト１３ａは除去しない（ＳＴ１０３）。
【００７７】
これにより、ＲＩＥにより形成された空孔１１が直ちに塞がれるので、空孔１１の内壁にゴミ等の不純物が付くことを防止でき、ＶＣＳＥＬ１の劣化を防ぐことができる。なお、フォトレジスト等の粘度やスピンコート条件は、空孔１１にフォトレジスト等がなるべく入り込まないものが選択される。
【００７８】
次に、再び例えばフォトレジストでパターニングし、空孔１１が形成された第２の領域の外周部をポリイミド或いはフォトレジスト１３ａからＳＴ１０１で積層したＡｌ０．５Ａｓ０．５層までＣｌ系ガスＲＩＥにより図１１に示すようにエッチングし、メサ１２を形成する（ＳＴ１０４）。このエッチング深さは、例えばＡｌ０．５Ａｓ０．５層の端面（光の共振方向に直交する方向の）がメサ１２の側面に現れる程度であり、エッチングにより形成されるメサ１２の直径は例えば略１５０μｍである。
【００７９】
また、ＳＴ１０４でメサ１２を形成した後、例えば４００℃の水蒸気雰囲気中に所定の時間置かれることによりＡｌ０．５Ａｓ０．５層が選択的に端面から酸化されて図１２に示すように選択酸化層１５が形成され（ＳＴ１０５）、更に通常雰囲気中に戻すことによって図３に示すように中央部分に直径略１４μｍの円形の未酸化領域が形成される。
【００８０】
ここで、所定の時間は例えば酸化条件（温度や時間）を変え、それに応じてＡｌ０．５Ａｓ０．５層の中央部に形成される未酸化領域の寸法を断面観察や赤外線顕微鏡等で測定し、直径略１４μｍ程度になる時間を定めることができる。
【００８１】
再び、ＳＴ１０４で形成されたメサ１２を覆い、かつメサ１２の周辺を埋め込むようにポリイミド或いはフォトレジスト１３ｂをスピンコーティングし、メサ１２の段差を略平坦化させ、その後ハードキュアを行いポリイミド或いはフォトレジスト１３ｂを硬化させる。
【００８２】
更に例えばフォトレジストでパターニングしエッチングを行い、キャップ層６の上面のポリイミド或いはフォトレジスト１３ａ及び１３ｂに、第１の領域内で例えば直径（以下「狭窄直径」という。）が１４μｍとなるように円形の開口部を図１３に示すように形成する。
【００８３】
なお、ポリイミド或いはフォトレジスト１３ａ及び１３ｂにより形成された部分は、次の工程で形成される上部電極８からの電流を絞り込み、効率良く発振領域である第１の領域に電流を注入できる絶縁層７となる（ＳＴ１０６）。
【００８４】
次に、ＳＴ１０６で形成された絶縁層７及び一部キャップ層６の上面全面に電極材料、例えばＧａＡｓとの合金化が容易なＡｕを中心にした材料を成膜し、その上にフォトレジストでパターニングし絶縁層７の上部開口部内に例えば直径が１０μｍの円形の窓を形成する。
【００８５】
その後、図１４に示すようにイオンビームエッチング等によりフォトレジスト外（直径１０μｍの円形窓の部分）電極材を除去し、フォトレジストを剥離して、絶縁層７の上部開口部内に直径が１０μｍの円形の窓が形成され、厚さが１μｍ程度となるように上部電極８を形成する（ＳＴ１０７）。
【００８６】
ここで、上述の上部電極８の形成はエッチング法によったがリフトオフ法でも良い。リフトオフ法とは、例えばフォトレジストで所望する形状の反転パターンを形成し電極材を成膜し、フォトレジスト及びフォトレジスト上の電極を溶剤で除去することで所望のパターンを得る方法で、エッチング法に比べ工程が簡単である。
【００８７】
次に、図１５に示すようにＳＴ１０７で形成された上部電極８をマスクとして、ウエットエッチングによりキャップ層６を上部電極８の円形窓に合わせて一部除去し、レーザ光の出射口１０を形成する（ＳＴ１０８）。なお、そのウエットエッチングにより除去された後のキャップ層６の開口部直径は例えば１０μｍでその深さが０．２μｍ程度となるものとし、エッチング液としてはアンモニア過水を用いる。
【００８８】
また、基板２を下部ＤＢＲミラー３ａ側と反対側（図１６中の下方の側）の面より研磨し厚さを１００μｍ程度にし、研磨表面をエッチング等で綺麗に整え電極層を厚さ１μｍ程度に蒸着して図１６に示すように下部電極９を形成する（ＳＴ１０９）。
【００８９】
以上で半導体レーザとしての積層構造は略できあがったが、ＶＣＳＥＬとして製品化するためには、例えば素子ごとのチップにへき開する工程やステム（足つきのマウント）にダイ・ボンドする工程、更に表面の電極とステムをワイヤーボンドする工程及び外気と遮断するキャップ・シール等の工程が必要である。
【００９０】
このように本実施形態によれば、光の発振領域となる第１の領域を光の共振方向に沿って取り囲み、その第１の領域の屈折率と実効的な屈折率との差が僅かな第２の領域の近傍に電流狭窄層を設けたので、その電流狭窄層によって屈折率差を大きく変えることなしに第１の領域に効率良く電流を導くことができ、閾値電流の低減化を図ることができると共に、高次の横モードの光は第１の領域を導波されずに単一モードの光は第１の領域に閉じ込められ導波し、レーザ光として出射される横モードは大口径による高出力にもかかわらず、単一化されることとなる。
【００９１】
具体的には、電流狭窄層として下部ＤＢＲミラー３ａの低屈折率層の（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）Ａｓ層をＡｌ０．５Ａｓ０．５層で積層し、そのＡｌ０．５Ａｓ０．５層の端面が現れるようにメサ構造を形成して酸化させることとしたので、Ａｌ０．５Ａｓ０．５層の方が他の層より格段に酸化速度が速く、確実に第２の領域を避け電流狭窄層としての選択酸化層１５を形成することができ、第２の領域の実効的な屈折率の大きな変動を抑えることができる。これにより、選択酸化層１５により効率的に発振領域に電流を導き、閾値電流の低減化を図ることができ、かつ第１の領域の屈折率より僅かに小さい所望の実効的な屈折率を得ることができて、横モードは大口径による高出力にもかかわらず単一化できることとなる。
【００９２】
また、電流狭窄層として下部ＤＢＲミラー３ａの下部クラッド層４ａとの境界から例えば３周期目の低屈折率層の（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）Ａｓ層をＡｌ０．５Ａｓ０．５層で積層し、そのＡｌ０．５Ａｓ０．５層を選択酸化層１５としたので、活性層５により近いところで確実に第２の領域を避け、電流狭窄層としての選択酸化層１５を形成でき、より効率的に発振領域に電流を導き閾値電流の低減化を更に図ることができる。
【００９３】
更にキャップ層６と上部ＤＢＲミラー３ｂから下部ＤＢＲミラー３ａの選択酸化層１５上方近傍まで、光の共振方向に沿って第１領域を取り囲むように貫通された空気が充填された複数の空孔１１を形成したので、エッチング等により空孔１１の大きさや数量等を調節して容易に、第１の領域の屈折率より僅かに小さい所望の実効的な屈折率を得ることができ、レーザ光として出射される横モードは大口径による高出力にもかかわらず単一化され、かつ選択酸化層１５により効率的に発振領域に電流を導くことができ、閾値電流の低減化を図ることができる。
【００９４】
また、形成された空孔１１は直ちにフォトレジスト等により塞ぐこととしたので、空孔１１の内壁にゴミ等の不純物が付くことを防止でき、ＶＣＳＥＬ１の劣化を防ぐことができる。
【００９５】
更に第１の領域の屈折率及び第２の領域の実効的な屈折率と第１の領域により発振されたレーザ光の発振波長及びその第１の領域の共振方向に直交する断面を円形断面としたときの半径とをパラメータとして求められる規格化周波数ｖが０．６より大きくかつ、２．４０５より小さくなるように形成したので、選択酸化層１５により効率的に発振領域に電流を導くことができ、閾値電流の低減化を図りながら発振領域である第１の領域にレーザ光を閉じ込めると共に、出射されるレーザ光の横モードを単一化できることとなる。
【００９６】
また、最隣接する空孔中心同士が正三角形となるように三角格子状に規則的に配列し、夫々の空孔同士の空孔中心間距離Λと発振波長λとの比Λ／λが２より大きいことを条件としたので、選択酸化層１５により効率的に発振領域に電流を導くことができ、閾値電流の低減化を図りながら、例えば従来の酸化狭窄型のＶＣＳＥＬでは出射されるレーザ光の横モードが単一化できないような光の共振方向から見た第１の領域の径がλの４倍以上となる高出力のものでも、出射されるレーザ光の横モードを単一化できることとなる。
【００９７】
更に最隣接する空孔中心同士が正三角形となるように三角格子状に規則的に配列し、その空孔の面積に相当する円の直径ｄと夫々の空孔同士の空孔中心間距離Λとの比ｄ／Λが０．０１６より大きくかつ、０．２より小さくなるように複数の空孔１１を形成したので、選択酸化層１５により効率的に発振領域に電流を導くことができ、閾値電流の低減化を図りながら、例えばＡｌＧａＡｓ系やＩｎＧａＡｓＰ系のＶＣＳＥＬ１でより発振領域となる第１の領域にレーザ光を閉じ込めると共に、更に出射されるレーザ光の横モードを単一化できる。
【００９８】
また、電流狭窄層を形成する工程は、第１の領域及び第２の領域を含むメサ構造を形成し、そのメサ構造の側面から選択的に酸化させて電流狭窄層を形成することとしたので、メサ構造を例えばポリイミドやフォトレジストで埋め込む前に容易にその端面から酸化させることができ製造コストの低減が図れると共に、未酸化領域を確実に形成できる。
【００９９】
次に、本発明の第２の実施形態に係るＶＣＳＥＬについて説明する。
【０１００】
図１７は本発明の第２の実施形態に係るＶＣＳＥＬの空孔の配列を説明する図であって例えば活性層を上方から見た説明図である。
【０１０１】
尚、第２の実施形態に係るＶＣＳＥＬ１０１の構成は、第１の実施形態のＶＣＳＥＬ１の構成で複数の空孔が同じサイズで規則的に配列されているのに対し、第１の領域に最も近接して取り囲む複数の空孔が一定の条件で配列されているだけで、それ以外の空孔がサイズ及び配列もばらばらである点を除けば同様であるので、第１の実施形態の構成と同様である点の説明は省略し、第１の実施形態の構成と異なる空孔のサイズ及び配列に関して以下に説明する。また以下の説明で、第１の実施形態で示した構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付するものとし、その説明を省略する。
【０１０２】
すなわち、図１及び図２に示すように、ＶＣＳＥＬ１０１は結晶成長の種結晶である例えばＧａＡｓから形成される基板２、その基板２に結晶成長され活性層等を挟んで光のフィードバックのための半導体多層膜ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）ミラー３の内の基板側の例えば（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）Ａｓ層と（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）Ａｓ層との組み合わせにより形成される下部ＤＢＲミラー３ａ、また下部ＤＢＲミラー３ａに結晶成長され活性層を挟む一対の例えば（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）Ａｓから形成されるクラッド層４の内の基板側の下部クラッド層４ａ、そのクラッド層４に挟まれ光を発生する例えば（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）Ａｓ層とＧａＡｓ層との組み合わせにより形成される活性層５、その活性層５に結晶成長される上部クラッド層４ｂ、その上部クラッド層４ｂに結晶成長される例えば（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）Ａｓ層と（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）Ａｓ層との組み合わせにより形成される上部ＤＢＲミラー３ｂ、更に上部ＤＢＲミラー３ｂに結晶成長され後述する上部電極と半導体とのコンタクト抵抗を下げる等のキャップ層６、その上部電極が効率良く電流をキャップ層６に注入できるようにキャップ層６の一部を覆う絶縁層７、そしてその絶縁層７及び一部のキャップ層６に蒸着等により形成された上部電極８、更に基板２のクラッド層４と反対側に蒸着等により形成された下部電極９及び上部ＤＢＲミラー３ｂからレーザ光を出射するためのキャップ層６、絶縁層７及び上部電極８に開けられた出射口１０等を具備する。
【０１０３】
ここで、キャップ層６と光が反射され共振し増幅され発振される上部ＤＢＲミラー３ｂから下部ＤＢＲミラー３ａまでとの領域を第１領域とし、その第１の領域を光の共振方向に沿って取り囲み、空孔１１が形成された領域を第２の領域とすると、その第２領域は図２及び例えば活性層５を上方から見た説明図である図１７に示すように光の共振方向に沿ってその第１領域を取り囲むように貫通された空孔１１が形成されている。
【０１０４】
また、空孔１１の配列及び形状は、例えば図１７に示すように上方から見たときにレーザ光が発振され、空孔１１が形成されていない第１の領域に最も近接して取り囲む複数の空孔１１の配列（以下「最内周空孔列」と言う。）では、一定の条件で配列及び形状で形成されており、その他の空孔１１はその空孔１１の形状や配列はばらばらに形成されている。
【０１０５】
ただし、最内周空孔列以外の空孔１１を含め第２の領域に形成された全ての空孔１１による第２の領域の実効的な屈折率で、ＶＣＳＥＬ１の第１の実施形態で説明した規格化周波数ｖが０．６より大きくかつ２．４０５より小さくなるように、最内周空孔列以外の空孔１１も形成されていなければならない。
【０１０６】
尚、第１の領域を上から見て円とすると、その直径は最内周空孔列で空孔１１を円としたときの平均直径をｄａｖｅとして、図１７より分かるように略空孔同士の平均空孔中心間距離Λａｖｅの２倍（正確には２Λａｖｅ−ｄａｖｅ）となる。
【０１０７】
上述した最内周空孔列の配列及び形状の一定の条件とは、最内周空孔列の空孔１１が空孔同士の平均空孔中心間距離Λａｖｅと発振波長λとの比Λａｖｅ／λが２より大きくなるように形成されており、更に空孔１１の円の平均直径ｄａｖｅと夫々の空孔同士の平均空孔中心間距離Λａｖｅとの比ｄａｖｅ／Λａｖｅが０．０１６より大きくかつ０．２より小さくなるように形成されていることである。これにより、従来の酸化狭窄型のＶＣＳＥＬでは出射されるレーザ光の横モードが単一化できないような、第１の領域の直径がλの４倍以上となる高出力のものでも出射されるレーザ光の横モードを単一化できる。
【０１０８】
例えば活性層５にＧａＡｓを使った発振波長８５０ｎｍのＶＣＳＥＬ１０１で、第１の領域の直径が発振波長の１０倍以上ある１７．１μｍとなるように、最内周空孔列の平均空孔中心間距離Λａｖｅと発振波長λとの比Λａｖｅ／λを１０．５８とし、同じく最内周空孔列の平均直径ｄａｖｅと夫々の空孔同士の平均空孔中心間距離Λａｖｅとの比ｄａｖｅ／Λａｖｅが０．１となるように、最内周空孔列の空孔１１の平均直径ｄａｖｅを０．９μｍ、平均空孔中心間距離Λａｖｅを９μｍとする。
【０１０９】
これにより、レーザ光は発振領域となる第１の領域に閉じ込められると共に、高出力でありながら横モードを単一化できることとなる。勿論、最内周空孔列以外の空孔の大きさや配列がばらばらな空孔１１も、全体としての第２の領域の実効的屈折率等により求められる規格化周波数ｖが０．６より大きくかつ２．４０５より小さくなるように、形成されているものとする。
【０１１０】
また、最内周空孔列の空孔１１の平均直径ｄａｖｅである０．９μｍは量産性に優れる紫外線露光装置でも十分パターニング可能な寸法であり、実効屈折率法から求まる単一横モードの上限であるｄａｖｅ／Λａｖｅの値より多少小さい値を選んでいるため空孔形成時の寸法変動をある程度吸収可能である。
【０１１１】
なお、最内周空孔列の空孔１１は夫々の空孔直径ｄや空孔同士の空孔中心間距離Λが必ずしも同一である必要は無く、それらの平均値ｄａｖｅ及びΛａｖｅが上述の条件、ｄａｖｅ／Λａｖｅが０．０１６より大きくかつ０．２より小さくなるように形成されていれば良い。また、空孔１１の形状は円形に限られるものではなく例えば円形以外の菱形等であってもよい。この場合はその菱形の面積に相当する円の直径でｄとする。更に空孔１１には例えば空気が充填されている。
【０１１２】
また、最内周空孔列の空孔１１を例えばその円の平均直径ｄａｖｅと夫々の空孔同士の平均空孔中心間距離Λａｖｅとの比ｄａｖｅ／Λａｖｅが０．０１６より大きくかつ０．２より小さくなるように形成したが、発振波長８５０ｎｍのＶＣＳＥＬで用いられる材料系であるＡｌＧａＡｓ以外の発振波長１５５０ｎｍのＶＣＳＥＬで用いられる材料系であるＩｎＧａＡｓＰ系等でも同様である。
【０１１３】
次に、このように構成されたＶＣＳＥＬ１０１の動作について簡単に説明する。
【０１１４】
まず、所定の電流が上部電極８に注入されると電流は絶縁層７により規制され、第１の領域上のリング状に形成されたキャップ層６との接触領域からのみキャップ層６等に進入する。
【０１１５】
ここで、図２及び図３に示すように光の共振方向に直交する面内方向（横方向、図２及び図３のＸＺ面方向）で電流狭窄層である選択酸化層１５によって囲まれる発振領域は、未酸化領域となり酸化領域である選択酸化層１５より電気伝導率の高い領域となる。これにより、キャップ層６等に進入した電流は効率的に発振領域である第１の領域に導かれることとなり、ＶＣＳＥＬ１０１の閾値電流をより低減化できる。
【０１１６】
効率的に発振領域に導かれた電流により活性層５で光が発生するが、その光の共振方向に直交する面内方向（横方向、図１及び図２のＸＺ面方向）では、空孔が形成されていない領域である第１の領域とその外側で空孔が形成されている領域の第２の領域とで僅かに第２の領域の実効的な屈折率のほうが小さいので、第１の領域内にレーザ光が閉じ込められることとなる。
【０１１７】
すなわち、第２の領域は中に空気が充填された空孔をまばらに配置することによってその第２の領域の実効的な屈折率が僅かに第１の領域より低くなり、面内方向（図１及び図２のＸＺ面方向）のいわばクラッド層として機能することになる。
【０１１８】
これによって、第１の領域で発生した光は導波路の幅が広いにもかかわらずその僅かな屈折率差により、図１７に示す最内周空孔列の空孔１１の作用を最も大きく受けながら単一横モードの光が、第１の領域と第２の領域との境界付近で全反射され、全体として光の共振方向（図１及び図２のＹ方向）に光が導波され、活性層５等を上下に挟む半導体多層膜ＤＢＲミラー３により反射されて共振し、更に増幅されてレーザ光として発振し、出射口１０より出射することとなる。
【０１１９】
また、上述のように空孔の形成により実現する第２の領域の屈折率である実効的な屈折率と第１の領域の屈折率との差は非常に小さく、この構造によって弱い閉じ込め力が安定して得られるので、屈折率差の大きい酸化狭窄等の手段では不可能な共振方向から見た第１の領域の径が大きい場合でも、単一横モードのレーザ光の発振が可能となる。
【０１２０】
次に、第１の領域を導波する光への作用が最も大きい最内周空孔列の空孔１１では一定の条件を満たすことが必要となる。具体的には、所定の発振波長λで空孔の円の平均直径ｄａｖｅ、夫々の空孔同士の平均空孔中心間距離ΛａｖｅのΛａｖｅ／λ及びｄａｖｅ／Λａｖｅは、一定の条件があり、以下に説明する。尚、その一定の条件がＶＣＳＥＬ１０１の動作に基づきどのように決められるかについては、第１の実施形態の説明と同様なので省略する。
【０１２１】
まず、ＶＣＳＥＬ１０１の規格化周波数ｖが０．６より大きくかつ２．４０５より小さいことが、発振領域である第１の領域にレーザ光を閉じ込めると共に、出射されるレーザ光の横モードを単一化できる条件となる。
【０１２２】
なお、ＶＣＳＥＬ１０１の規格化周波数ｖはステップインデックス型光ファイバーの規格化周波数ｖの式のうちコア半径を第１の領域の光の共振方向に直交する面を円形としたときのその円の半径と、コア屈折率を第１の領域の屈折率と、クラッド屈折率を第２の領域の実効的な屈折率として導き出すことができる。
【０１２３】
更に上述の規格化周波数の条件を満たす発振波長λ、最内周空孔列の空孔１１の平均直径ｄａｖｅ及び夫々の空孔同士の平均空孔中心間距離Λａｖｅの組み合わせは、実効屈折率法によって具体的には図６に示すように求められる。
【０１２４】
図６に示す上の曲線群Ｂが異なるＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓについてｖ＝２．４０５を与える線であり、この線より下の所定の発振波長λ、最内周空孔列の空孔１１の平均直径ｄａｖｅ及び平均空孔中心間距離Λａｖｅの寸法で、横モードの単一化がより図れることとなる。
【０１２５】
また、同図６の下の曲線群Ｃが異なるＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓについてｖ＝０．６を与える線であり、この線より上の所定の発振波長λ、最内周空孔列の空孔１１の平均直径ｄａｖｅ及び平均空孔中心間距離Λａｖｅの寸法で第１の領域への光の閉じ込めがより図れることとなる。
【０１２６】
ここで、曲線群Ｂ、Ｃの夫々の曲線はＡｌＸＧａ１−ＸＡｓのｘを１、０．５、０としたときの曲線であり、縦軸は空孔１１の直径ｄと空孔中心間距離Λとの比ｄ／Λで横軸が空孔中心間距離Λと発振波長λとの比Λ／λである。
【０１２７】
従って、空孔１１を第２領域に形成しなければレーザ光の横モード単一化ができない大口径となる発振波長λと平均空孔中心間距離Λａｖｅとの比Λａｖｅ／λが２より大きい全域で、第１の領域へのレーザ光の閉じ込めとレーザ光の横モード単一化との条件の両方を満たすには、最内周空孔列の空孔１１の円の平均直径ｄａｖｅ及び夫々の空孔同士の平均空孔中心間距離Λａｖｅとの比ｄａｖｅ／Λａｖｅが０．０１６より大きくてかつ０．２より小さいことが必要であることとなる。
【０１２８】
なお、図６の曲線群Ｂ、Ｃは上述の通り発振波長８５０ｎｍのＶＣＳＥＬで用いられる材料系であるＡｌＧａＡｓの屈折率（組成に応じ３．０〜３．６の間の値を持つ）を元に計算をした結果であるが、発振波長１５５０ｎｍのＶＣＳＥＬで用いられる材料系であるＩｎＧａＡｓＰ系（屈折率３．０〜３．４）等でも同様である。
【０１２９】
次に、このように構成されたＶＣＳＥＬ１０１の製造方法について説明する。
【０１３０】
尚、第２の実施形態に係るＶＣＳＥＬ１０１の製造方法は、第１の実施形態でのＶＣＳＥＬ１の製造方法の内、ＳＴ１０２の工程のみ異なるだけで他の工程は第１の実施形態の製造方法と同様であるのでＳＴ１０２の工程のみ説明し、他は省略する。また以下の説明で、第１の実施形態で示した構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付するものとし、その説明を省略する。
【０１３１】
すなわち、ＳＴ１０１でキャップ層６まで結晶成長させた後、図９及び図１７に示すように例えばフォトレジストでパターニングし、キャップ層６から下部ＤＢＲミラー３ａの上方（図２のＹ方向）領域で、Ａｌ０．５Ａｓ０．５層の下部クラッド層４ａ側上方（図２のＹ方向）の近傍にかけて、Ａｌ０．５Ａｓ０．５層に達しない程度に、最内周空孔列の空孔１１をその平均直径ｄａｖｅを０．９μｍ、平均空孔中心間距離Λａｖｅを９μｍとし、最内周空孔列以外の空孔１１は空孔の大きさやその配列がばらばらでも良いが、全体としての第２の領域の実効的な屈折率等により求められる規格化周波数ｖが、０．６より大きくかつ２．４０５より小さくなるように、Ｃｌ系ガスを用いる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）の手法により、全部の空孔１１を形成する（ＳＴ１０２）。
【０１３２】
以降のＶＣＳＥＬ１０１の製造方法は上述の通り第１の実施形態と同様なので省略するが、最終的にＶＣＳＥＬとして製品化するために、例えば素子ごとのチップにへき開する工程やステム（足つきのマウント）にダイ・ボンドする工程、更に表面の電極とステムをワイヤーボンドする工程及び外気と遮断するキャップ・シール等の工程が必要である。
【０１３３】
このように本実施形態によれば、光の発振領域となる第１の領域を光の共振方向に沿って取り囲み、その第１の領域の屈折率と実効的な屈折率との差が僅かな第２の領域の近傍に電流狭窄層を設けたので、その電流狭窄層によって屈折率差を大きく変えることなしに第１の領域に効率良く電流を導くことができ、閾値電流の低減化を図ることができると共に、高次の横モードの光は第１の領域を導波されずに単一モードの光は第１の領域に閉じ込められ導波し、レーザ光として出射される横モードは大口径による高出力にもかかわらず、単一化されることとなる。
【０１３４】
具体的には、電流狭窄層として下部ＤＢＲミラー３ａの低屈折率層の（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）Ａｓ層をＡｌ０．５Ａｓ０．５層で積層し、そのＡｌ０．５Ａｓ０．５層の端面が現れるようにメサ構造を形成して酸化させることとしたので、Ａｌ０．５Ａｓ０．５層の方が他の層より格段に酸化速度が速く、確実に第２の領域を避け電流狭窄層としての選択酸化層１５を形成することができ、第２の領域の実効的な屈折率の大きな変動を抑えることができる。これにより、選択酸化層１５により効率的に発振領域に電流を導き、閾値電流の低減化を図ることができ、かつ第１の領域の屈折率より僅かに小さい所望の実効的な屈折率を得ることができて、横モードは大口径による高出力にもかかわらず単一化できることとなる。
【０１３５】
また、電流狭窄層として下部ＤＢＲミラー３ａの下部クラッド層４ａとの境界から例えば３周期目の低屈折率層の（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）Ａｓ層をＡｌ０．５Ａｓ０．５層で積層し、そのＡｌ０．５Ａｓ０．５層を選択酸化層１５としたので、活性層５により近いところで確実に第２の領域を避け、電流狭窄層としての選択酸化層１５を形成でき、より効率的に発振領域に電流を導き閾値電流の低減化を更に図ることができる。
【０１３６】
更にキャップ層６と上部ＤＢＲミラー３ｂから下部ＤＢＲミラー３ａの選択酸化層１５上方近傍まで、光の共振方向に沿って第１領域を取り囲むように貫通された空気が充填された複数の空孔１１を形成したので、エッチング等により空孔１１の大きさや数量等を調節して容易に、第１の領域の屈折率より僅かに小さい所望の実効的な屈折率を得ることができ、レーザ光として出射される横モードは大口径による高出力にもかかわらず単一化され、かつ選択酸化層１５により効率的に発振領域に電流を導くことができ、閾値電流の低減化を図ることができる。
【０１３７】
また、形成された空孔１１は直ちにフォトレジスト等により塞ぐこととしたので、空孔１１の内壁にゴミ等の不純物が付くことを防止でき、ＶＣＳＥＬ１０１の劣化を防ぐことができる。
【０１３８】
更に第１の領域の屈折率及び第２の領域の実効的な屈折率と第１の領域により発振されたレーザ光の発振波長及びその第１の領域の共振方向に直交する断面を円形断面としたときの半径とをパラメータとして求められる規格化周波数ｖが０．６より大きくかつ、２．４０５より小さくなるように形成したので、選択酸化層１５により効率的に発振領域に電流を導くことができ、閾値電流の低減化を図りながら発振領域である第１の領域にレーザ光を閉じ込めると共に、出射されるレーザ光の横モードを単一化できることとなる。
【０１３９】
また、最内周空孔列の夫々の空孔同士の平均空孔中心間距離Λａｖｅと発振波長λとの比Λａｖｅ／λが２より大きいことを条件としたので、選択酸化層１５により効率的に発振領域に電流を導くことができ、閾値電流の低減化を図りながら、従来のＶＣＳＥＬでは出射されるレーザ光の横モードが単一化できないような光の共振方向から見た第１の領域の径がλの４倍以上となる高出力のものでも、出射されるレーザ光の横モードを単一化できることとなる。
【０１４０】
更に最内周空孔列の空孔１１の面積に相当する円の平均直径ｄａｖｅと夫々の空孔同士の平均空孔中心間距離Λａｖｅとの比ｄａｖｅ／Λａｖｅが０．０１６より大きくかつ、０．２より小さくなるように最内周空孔列の複数の空孔１１を形成したので、選択酸化層１５により効率的に発振領域に電流を導くことができ、閾値電流の低減化を図りながら、例えばＡｌＧａＡｓ系やＩｎＧａＡｓＰ系のＶＣＳＥＬ１０１でより発振領域となる第１の領域にレーザ光を閉じ込めると共に、更に出射されるレーザ光の横モードを単一化できる。
【０１４１】
また、電流狭窄層を形成する工程は、第１の領域及び第２の領域を含むメサ構造を形成し、そのメサ構造の側面から選択的に酸化させて電流狭窄層を形成することとしたので、メサ構造を例えばポリイミドやフォトレジストで埋め込む前に容易にその端部から酸化させることができ製造コストの低減が図れると共に、未酸化領域を確実に形成できる。
【０１４２】
更に第２の領域に形成する空孔１１のうち最内周空孔列の空孔１１以外の空孔１１については、全体としての第２の領域の実効的な屈折率等により求められる規格化周波数ｖが、０．６より大きくかつ２．４０５より小さくなるように形成すれば、空孔１１の大きさやその配列はばらばらでも良いので製造上のコストの低減を図ることができる。
【０１４３】
また、最内周空孔列の空孔１１自体も、平均直径ｄａｖｅ及び平均空孔中心間距離Λａｖｅが一定の条件を満たせば、夫々の空孔１１の直径ｄ及び空孔中心間距離Λが同一である必要はないので、厳格な精度が要求されず製造コストの軽減を図ることができる。
【０１４４】
次に、本発明の第３の実施形態に係るＶＣＳＥＬを備えた電子機器について、その例として光磁気記録再生装置について説明する。尚、この光磁気記録再生装置に備えられたＶＣＳＥＬはＶＣＳＥＬ１で説明するが、これに限られるものではなくＶＣＳＥＬ１０１であっても良い。また、第１の実施形態に係るＶＣＳＥＬ１の構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付すものとし、その説明を省略する。
【０１４５】
図１８は本発明の第３の実施形態に係る電子機器の例である光磁気記録再生装置の概略構成図である。
【０１４６】
光磁気記録再生装置２０１は、図１８に示すように例えばＣＤ−Ｒ（ＣＤ−Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）やＣＤ−ＲＷ（ＣＤ−ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）等の光ディスクを回転させるスピンドルモータ２０２、光ディスクから情報を読込んだり書き込んだりするピックアップユニット２０３、外部の情報を取り入れたり逆に外部に情報を出力するインターフェース部２０４及びこれらを制御する制御部２０５等から構成されている。
【０１４７】
ここで、ピックアップユニット２０３は図１８に示すように、横モードが単一であるレーザ光を出射するＶＣＳＥＬ１、そのＶＣＳＥＬ１から出射されたレーザ光をトラッキング・サーボに必要な３スポットを生じさせるグレーティング２０６、往路のレーザ光を略１００％透過させる偏光ＢＳ（ＰＢＳ：ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｂｅａｍ  ｓｐｌｉｔｔｅｒ）２０７、偏光ＢＳ２０７を透過したレーザ光を平行光にするコリメータ・レンズ（ＣＬ：ｃｏｌｉｉｍａｔｏｒ  ｌｅｎｓ）２０８、コリメータ・レンズ２０８により平行光にされたレーザ光を円偏光に変換するλ／４板２０９、λ／４板２０９により円偏光にされたレーザ光をＣＤ−ＲＷ等の光ディスク２１０に焦点を結ぶ対物レンズ２１１、復路で偏光ＢＳ２０７によって反射されたレーザ光に焦点サーボに必要な非点収差を発生させるシリンドリカル・レンズ２１２及びピット信号等を受け取るパターン分割ＰＤ（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）２１３等により構成される。
【０１４８】
次に、このように構成されたＶＣＳＥＬ１を備えた電子機器の例である光磁気記録再生装置２０１の動作について、光学的動作を中心に簡単に説明する。
【０１４９】
まず、光磁気記録再生装置２０１の電源が投入されると制御部２０５の指示によりスピンドルモータ２０２が所定の回転数で回転し、同時にスレッドモータ（図示しない）を駆動させ、所定の光ディスク２１０の位置にピックアップユニット２０３を移動させる。
【０１５０】
また、制御部２０５の制御下所定の電流が上部電極８に注入されると電流は絶縁層７により規制され、第１の領域上のリング状に形成されたキャップ層６との接触領域からのみキャップ層６等に進入する。
【０１５１】
ここで、図２及び図３に示すように光の共振方向に直交する面内方向（横方向、図２及び図３のＸＺ面方向）で電流狭窄層である選択酸化層１５によってかこまれる発振領域は、未酸化領域となり酸化領域である選択酸化層１５より電気伝導率の高い領域となる。これにより、キャップ層６等に進入した電流は効率的に発振領域である第１の領域に導かれることとなり、ＶＣＳＥＬ１の閾値電流をより低減化できる。
【０１５２】
更に効率的に発振領域に導かれた電流により活性層５で光が発生するが、その光の共振方向に直交する面内方向（横方向、図１及び図２のＸＺ面方向）では、空孔が形成されていない領域である第１の領域とその外側で空孔が形成されている領域の第２の領域とで僅かに第２の領域の実効的な屈折率のほうが小さいので、いわばクラッド層として機能し第１の領域で発生した光は、導波路の幅が広いにもかかわらずその僅かな屈折率差により、単一横モードの光が第１の領域と第２の領域との境界付近で全反射され、全体として光の共振方向（図１及び図２のＹ方向）に光が導波され、活性層５等を上下に挟む半導体多層膜ＤＢＲミラー３により反射されて共振し、更に増幅されてレーザ光として発振し、出射口１０より出射することとなる。
【０１５３】
また、ＶＣＳＥＬ１から出射されたレーザ光はグレーティング２０６を通り、偏光ＢＳ２０７を透過しコリメータ・レンズ２０８により平行光にされ、λ／４板２０９で円偏光になり、対物レンズ２１１により光ディスク２１０例えばＣＤ−ＲＷ等の所定位置に、高出力レーザ光の焦点が結ばれ必要な情報が書き込まれることとなる。
【０１５４】
更に再生の場合は光ディスク２１０により反射されたレーザ光が復路に入り逆コースを偏光ＢＳ２０７までたどり、偏光ＢＳ２０７で略１００％シリンドリカル・レンズ２１２方向に反射され、シリンドリカル・レンズ２１２に入射し非点収差を発生させ、パターン分割ＰＤ２１３に入射する。
【０１５５】
また、レーザ光が入射したパターン分割ＰＤ２１３は、ピット信号、トラッキング信号及びフォーカス信号等を受け取り、それらの信号情報を制御部２０５に出力する。
【０１５６】
制御部２０５は、入力された信号情報をインターフェース部２０４に出力し、外部の表示装置等の電子機器に情報が出力され、或いは光磁気記録再生装置２０１に表示装置等の出力手段があるときはこれらにより信号情報が表示情報等に変換される。
【０１５７】
このように本実施形態によれば、光の導波路となる第１の領域を取り囲む第２の領域に空孔を形成し第１の領域との屈折率差を僅かなものとすると共に、第２の領域の近傍に第１の領域に電流を集中する電流狭窄層を形成したＶＣＳＥＬ１を備えるので、出射口を１０μｍ以上に拡大し高出力としても、その電流狭窄層によって屈折率差を大きく変えることなく、横モードを単一モードとしながら効率的なレーザ発振ができ、高回転・高転送速度での書き込み（光磁気記録、相変化とも）が可能となると共に、大幅な低消費電力化が図れる。
【０１５８】
具体的には、例えば電流狭窄層として下部ＤＢＲミラー３ａの低屈折率層の（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）Ａｓ層をＡｌ０．５Ａｓ０．５層で積層し、そのＡｌ０．５Ａｓ０．５層の端面が現れるようにメサ構造を形成して酸化させ選択酸化層１５とし、更に最隣接する空孔中心同士が正三角形となるように三角格子状に規則的に配列して、その空孔の面積に相当する円の直径ｄと夫々の空孔同士の空孔中心間距離Λとの比ｄ／Λが０．０１６より大きくかつ、０．２より小さくなるように複数の空孔１１を形成したＡｌＧａＡｓ系やＩｎＧａＡｓＰ系等のＶＣＳＥＬ１を備えるので、例えば出射口を１０μｍ以上に拡大し高出力としても、選択酸化層１５により効率的に発振領域に電流を導き、閾値電流の低減化を図りながら横モードを単一モードとすることができ、高回転・高転送速度での書き込み（光磁気記録、相変化とも）が可能となると共に、大幅な低消費電力化が図れる。
【０１５９】
また、携帯用電子機器では特に部品の軽量、小型化及び低消費電力化が要望されるがＶＣＳＥＬ１を備えれば、半導体レーザを低閾値電流で高出力な横モードが単一化したレーザ光を出射できる小型軽量のチップ構造にでき、部品の軽量、小型化及び低消費電力化がより図られることとなる。
【０１６０】
なお、本発明は上述したいずれの実施形態にも限定されず、本発明の技術思想の範囲内で適宜変更して実施できる。
【０１６１】
例えば、上述した実施形態ではＶＣＳＥＬ１を備える電子機器の例として光磁気記録再生装置２０１について説明したがこれに限られるものではなく、レーザ加工装置でも光の導波路となる第１の領域を取り囲む第２の領域に空孔を形成し、第１の領域との屈折率差を僅かなものとし、第２の領域の近傍に第１の領域に電流を集中する電流狭窄層を形成したＶＣＳＥＬ１を備えることにより出射口を１０μｍ以上に拡大し高出力としても、その電流狭窄層によって屈折率差を大きく変えることなく横モードを単一モードとすることができ、集光スポット径を微細化することができるので精密な加工が可能となると共に、大幅な低消費電力化が図れる。
【０１６２】
また、レーザ・ビーム・プリンタ等の印刷装置に光の導波路となる第１の領域を取り囲む第２の領域に空孔を形成し、第１の領域との屈折率差を僅かなものとし、第２の領域の近傍に第１の領域に電流を集中する電流狭窄層を形成したＶＣＳＥＬ１を備えることによって、電流狭窄層によって屈折率差を大きく変えることなくレーザ光の光強度分布を単峰形にできるので、一様に帯電させた感光ドラムを局所的にレーザ照射して除電することによって、トナーが付着しない領域を形成し図版の作成を行う場合に、微細な画素を中抜け無く形成することができると共に、大幅な低消費電力化が図れる。
【０１６３】
更に１０ｍＷ以上の高い発光強度を有するＶＣＳＥＬ１を複数配列することにより同時に感光ドラムの複数箇所を除電することができ、しかも発光強度が高いので照射時間を短くすることも可能となる。
【０１６４】
すなわち、高効率な発振を可能とし大出力で単一横モードのレーザ光を出射できるＶＣＳＥＬ１により、大幅な低消費電力化が図れると共に高精細かつ高速で印刷が可能なレーザ・ビーム・プリンタを提供できることとなる。
【０１６５】
また、上述した実施形態では空孔１１の横モードへの作用を十分得るために、例えばとしてキャップ層６から下部ＤＢＲミラー３ａ上部まで空孔１１を貫通して形成したが、これに限られるものではなく、例えばキャップ層６から上部ＤＢＲミラー３ｂと上部クラッド層４ｂとの境界付近までに空孔１１の貫通をとどめることもできる。これによって活性層５の空孔界面で生じるキャリアの非発光再結合電流による発光効率の減少を回避することができる。活性層５を貫通するか否かは、要求される横モード単一化の度合いと発光出力との兼ね合いから判断される。
【０１６６】
更に上述した実施形態では第２の領域に形成された空孔１１に、例えばとして空気が充填された場合について説明したがこれに限られるものではなく、第１の領域の媒質より屈折率の低い材質のものを充填しても良い。これにより、更に第２の領域の実効的な屈折率を細かく調整できることとなり、第１の領域の屈折率より僅かに小さい所望の実効的な屈折率を得ることがより容易にできることとなる。
【０１６７】
また、上述した実施形態では上部電極８とキャップ層６との接触領域（電極接触領域）を例えばとしてリング状に形成したがこれに限られるものでなく、第１の領域の屈折率と第２の領域の実効的な屈折率との差が僅かなものとでき、出射するレーザ光が大出力であっても横モードを単一化できる接触領域であればどんな形状であっても良い。例えば第２の領域でキャップ層６上面の空孔１１の開口部をポリイミド或いはフォトレジストで塞ぐと共に、その第２の領域で空孔１１の開口部以外のキャップ層６上面に広く、上部電極８とキャップ層６との接触領域（電極接触領域）を形成しても良い。これによって、例えば選択酸化層１５を形成するだけで電流狭窄効果が十分であり、電極側で狭窄構造を持つ必要性がない場合や小さな接触面積による直列抵抗成分を小さくしたい場合等に、より適格に対応したＶＣＳＥＬとすることができる。
【０１６８】
更に上述した実施形態では、電流狭窄層として下部ＤＢＲミラー３ａの下部クラッド層４ａとの境界から、例えばとして３周期目の低屈折率層の（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）Ａｓ層をＡｌ０．５Ａｓ０．５層で積層し、そのＡｌ０．５Ａｓ０．５層を酸化させ選択酸化層１５としたがこれに限られるものでなく、他の周期目の低屈折率層の（Ａｌ０．９Ｇａ０．１）Ａｓ層をＡｌ０．５Ａｓ０．５層で積層し、そのＡｌ０．５Ａｓ０．５層を選択酸化層１５としてもよい。これにより、多種多様な目的に添ったＶＣＳＥＬを提供できることとなる。
【０１６９】
また、上述した実施形態では電流狭窄層として選択酸化層１５を形成したがこれに限られるものでなく、例えば埋め込み式等の方法によることも可能であり、更に例として挙げたＡｌＧａＡｓ系やＩｎＧａＡｓＰ系に限られず他の材料系で電流狭窄層を第２の領域を避け形成し、低閾値電流で効率的発振を可能として、大口径による高出力であって横モードを単一化できる多種多様な目的に添ったＶＣＳＥＬを提供できることとなる。
【０１７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では大口径化による高出力で横モードを安定な単一モードとでき、かつ高効率な発振を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＶＣＳＥＬの概略斜視図である。
【図２】図１のＡＡ´方向の断面図である。
【図３】選択酸化層の説明図である。
【図４】空孔の配列を説明する図であって例えば活性層を上方から見た説明図である。
【図５】ＶＣＳＥＬのメサ構造の概略斜視図である。
【図６】単一モードと高次モードとの境界条件を説明するグラフである。
【図７】本発明の第１の実施形態に係るＶＣＳＥＬの製造方法のフローチャート図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係るＶＣＳＥＬの製造プロセスのうち結晶成長工程の説明図である。
【図９】図８の次の工程である空孔の形成工程の説明図である。
【図１０】図９の次の工程である空孔の閉じ込め工程の説明図である。
【図１１】図１０の次の工程であるメサの形成工程の説明図である。
【図１２】図１１の次の工程である選択酸化層の形成工程の説明図である。
【図１３】図１２の次の工程である絶縁層の形成工程の説明図である。
【図１４】図１３の次の工程である上部電極の形成工程の説明図である。
【図１５】図１４の次の工程である出射口の形成工程の説明図である。
【図１６】図１５の次の工程である下部電極の形成工程の説明図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態に係るＶＣＳＥＬの空孔の配列を説明する図であって例えば活性層を上方から見た説明図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態に係る電子機器の例である光磁気記録再生装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１、１０１  ＶＣＳＥＬ
２  基板
３  半導体多層膜ＤＢＲミラー
３ａ  下部ＤＢＲミラー
３ｂ  上部ＤＢＲミラー
４  クラッド層
４ａ  下部クラッド層
４ｂ  上部クラッド層
５  活性層
６  キャップ層
７  絶縁層
８  上部電極
９  下部電極
１０  出射口
１１  空孔
１２  メサ
１３ａ、１３ｂ  ポリイミド或いはフォトレジスト
１５  選択酸化層
２０１  光磁気記録再生装置
２０２  スピンドルモータ
２０３  ピックアップユニット
２０４  インターフェース部
２０５  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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