(57)【要約】【課題】  安定な偏波面を得ることが可能な面発光レーザを実現する。【解決手段】  成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、光の取り出し口を有する基板と、この基板上に形成された第１の分布反射層と、第１及び第２のスペーサ層により上下方向から挟まれると共に第１の分布反射層上に形成された活性層と、上部の第１のスペーサ層上の中央部に形成されたトンネル接合と、このトンネル接合の周辺及び上部に形成された第３のスペーサ層と、この第３のスペーサ層上に形成され表面に回折格子状の凹凸を有するコンタクト層と、このコンタクト層上の周辺部に形成される第１の電極と、基板の裏面であって光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、コンタクト層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層とを設ける。【選択図】                    図１
2005039102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
光の取り出し口を有する基板と、
この基板上に形成された第１の分布反射層と、
第１及び第２のスペーサ層により上下方向から挟まれると共に前記第１の分布反射層上に形成された活性層と、
上部の前記第１のスペーサ層上の中央部に形成されたトンネル接合と、
このトンネル接合の周辺及び上部に形成された第３のスペーサ層と、
この第３のスペーサ層上に形成され表面に回折格子状の凹凸を有するコンタクト層と、
このコンタクト層上の周辺部に形成される第１の電極と、
前記基板の裏面であって前記光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、
前記コンタクト層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層と
を備えたことを特徴とする面発光レーザ。
【請求項２】
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
光の取り出し口を有する基板と、
この基板上に形成された第１の分布反射層と、
第１及び第２のスペーサ層により上下方向から挟まれると共に前記第１の分布反射層上に形成された活性層と、
上部の前記第１のスペーサ層上に形成され周辺部分が選択酸化された選択酸化層と、
この選択酸化層上に形成された第３のスペーサ層と、
この第３のスペーサ層上に形成され表面に回折格子状の凹凸を有するコンタクト層と、
このコンタクト層上の周辺部に形成される第１の電極と、
前記基板の裏面であって前記光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、
前記コンタクト層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層と
を備えたことを特徴とする面発光レーザ。
【請求項３】
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
光の取り出し口を有する基板と、
この基板上に形成された第１の分布反射層と、
第１及び第２のスペーサ層により上下方向から挟まれると共に前記第１の分布反射層上に形成された活性層と、
上部の前記第１のスペーサ層上に形成され周辺部分が元素をイオン注入して高抵抗化させたイオン注入層と、
このイオン注入層上に形成された第３のスペーサ層と、
この第３のスペーサ層上に形成され表面に回折格子状の凹凸を有するコンタクト層と、
このコンタクト層上の周辺部に形成される第１の電極と、
前記基板の裏面であって前記光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、
前記コンタクト層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層と
を備えたことを特徴とする面発光レーザ。
【請求項４】
前記コンタクト層の表面に回折格子状の凹凸を有する光吸収層を形成したことを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項５】
前記コンタクト層の表面に一方向に縞模様が形成された金属膜を形成したことを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項６】
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
光の取り出し口を有する基板と、
この基板上に形成された第１の分布反射層と、
第１及び第２のスペーサ層により上下方向から挟まれると共に前記第１の分布反射層上に形成された活性層と、
上部の前記第１のスペーサ層上の中央部に形成されたトンネル接合と、
このトンネル接合の周辺及び上部に形成された第３のスペーサ層と、
この第３のスペーサ層上に形成され表面に偏波面に対して非対称性を有する形状の凹凸を有するコンタクト層と、
このコンタクト層上の周辺部に形成される第１の電極と、
前記基板の裏面であって前記光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、
前記コンタクト層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層と
を備えたことを特徴とする面発光レーザ。
【請求項７】
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
光の取り出し口を有する基板と、
この基板上に形成された第１の分布反射層と、
第１及び第２のスペーサ層により上下方向から挟まれると共に前記第１の分布反射層上に形成された活性層と、
上部の前記第１のスペーサ層上に形成され周辺部分が選択酸化された選択酸化層と、
この選択酸化層上に形成された第３のスペーサ層と、
この第３のスペーサ層上に形成され表面に偏波面に対して非対称性を有する形状の凹凸を有するコンタクト層と、
このコンタクト層上の周辺部に形成される第１の電極と、
前記基板の裏面であって前記光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、
前記コンタクト層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層と
を備えたことを特徴とする面発光レーザ。
【請求項８】
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
光の取り出し口を有する基板と、
この基板上に形成された第１の分布反射層と、
第１及び第２のスペーサ層により上下方向から挟まれると共に前記第１の分布反射層上に形成された活性層と、
上部の前記第１のスペーサ層上に形成され周辺部分が元素をイオン注入して高抵抗化させたイオン注入層と、
このイオン注入層上に形成された第３のスペーサ層と、
この第３のスペーサ層上に形成され表面に偏波面に対して非対称性を有する形状の凹凸を有するコンタクト層と、
このコンタクト層上の周辺部に形成される第１の電極と、
前記基板の裏面であって前記光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、
前記コンタクト層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層と
を備えたことを特徴とする面発光レーザ。
【請求項９】
前記コンタクト層上にであって、
表面に偏波面に対して非対称性を有する形状の位相調整層が形成されたことを特徴とする
請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項１０】
前記トンネル接合層が偏波面に対して非対称性を有する形状であることを特徴とする
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項１１】
前記選択酸化層における選択酸化をさせる形状が偏波面に対して非対称性を有する形状であることを特徴とする
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項１２】
前記イオン注入層における高抵抗化をさせる形状が偏波面に対して非対称性を有する形状であることを特徴とする
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項１３】
前記非対称性を有する形状が楕円形状であることを特徴とする
請求項６乃至請求項１２のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項１４】
前記コンタクト層の凸部分、前記光吸収層、前記金属膜、若しくは、前記位相調整層と前記エアギャップの境界面に定在波の腹が位置するように前記第３のスペーサ層及び前記コンタクト、前記光吸収層、若しくは、前記位相調整層の膜厚を調整したことを特徴とする
請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項１５】
前記第２の分布反射膜は半導体微細加工技術によって形成され可動にしたことを特徴とする
請求項１乃至請求項１４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、成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザに関し、特に安定な偏波面を得ることが可能な面発光レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）は活性層とクラッド層を多層膜等で形成された反射層で挟み込んだ構造を有するものであり、光通信用光源や光計測用光源として用いられ、特にＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重）等の波長多重通信に適用することが可能な面発光レーザに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開平０４−２２６０９３号公報
【特許文献２】特開平０６−３０２９１１号公報
【特許文献３】特開平０８−０５６０４９号公報
【特許文献４】特開平０８−１１６１３０号公報
【特許文献５】特開平１１−２７４６３８号公報
【非特許文献１】T.Mukaihara et. al., IEEE J. Selected Topics in Quantum Electronics 1 (1995) pp.667-673
【非特許文献２】T.Mukaihara et. al,.Jpn. J. Appl. Phys. 33(1994) pp.L227-L229
【非特許文献３】K. D. Choquette et. al,. IEEE Photonics Tech. Lett. 6(1994) pp.40-42
【０００４】
従来の面発光レーザでは、用いられる化合物半導体結晶の対称性を反映して＜１１０＞及び＜１−１０＞面に沿った直交する２つの偏波モードが同等の閾値になってしまうため、偏波面の不安定性が問題となっていた。
【０００５】
このような問題点を解決するために非対称性を導入して２つの偏波のうちどちらか一方の偏波が優先して発振するような手法が試みられている。
【０００６】
図９は”特許文献３（非特許文献３）”に記載された従来の面発光レーザの上部の分布反射層（Distributed Bragg Reflector：以下、ＤＢＲ層と呼ぶ。）部分の一例を示す平面図及び正面図である。
【０００７】
図９において（Ａ）は平面図を、（Ｂ）は正面図を示しており、図９において１はＧａＡｓ／ＡｌＡｓ等で形成された上部のＤＢＲ層、２はＧａＡｓ等で形成されたキャップ層、３はＳｉＯ２ 等の誘電体、４はＡｕ等の金属である。また、誘電体３及び金属４は偏光子を構成している。
【０００８】
ＤＢＲ層１上にはキャップ層２が形成され、キャップ層２の上には誘電体３及び金属４が図面奥手方向に向かって交互に直線状に形成されて偏光子を構成する。さらに、当該偏光子の上には全体に金属４が形成される。
【０００９】
ここで、図９に示す従来例の動作を説明する。誘電体３及び金属４が図面奥手方向に向かって交互に直線状に形成された偏光子により、当該直線に平行な方向と垂直な方向とでは等価的に屈折率或いは吸収係数が非対称になり、結果として、非対称性が導入され２つの偏波のうちどちらか一方の偏波が優先して発振することになる。
【００１０】
また、図１０は”非特許文献１”に記載された従来の面発光レーザの上部のＤＢＲ層の部分の一例を示す平面図及び正面図である。
【００１１】
図１０において（Ａ）は平面図を、（Ｂ）は正面図を示しており、図１０において５はＤＢＲ層である。図１０に示す従来例は上部のＤＢＲ層５をエアポストにした一般的な面発光レーザの構成であるが、上部のＤＢＲ層５を加工する際に円筒形（真上から見た形状が円）ではなく楕円形にしている。
【００１２】
このため、図１０に示す従来例では、結果として、非対称性が導入され２つの偏波のうちどちらか一方の偏波が優先して発振することになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、図９に示す従来例では複雑なプロセスの導入が必要であったり、結晶成長が難しい等の原因によって高い信頼性が得にくいと言った問題点があった。
【００１４】
また、図９に示す従来例では高反射率の上部のＤＢＲ層上に偏光子を構成する構成であるため偏光子の効果が限定的になってしまう恐れがあり、逆に、偏光子の効果を強めるために上部のＤＢＲ層の層数を減らして反射効率を下げた場合には、発振閾値が高くなってしまうと言った問題点があった。さらに、エアギャップと可動ミラーを有する波長可変レーザに適用することが困難であると言った問題点があった。
【００１５】
一方、図１０に示す従来例では図９に示す従来例と同様に、複雑なプロセスの導入が必要であったり、結晶成長が難しい等の原因によって高い信頼性が得にくいと言った問題点があった。また、エアギャップと可動ミラーを有する波長可変レーザに適用することが困難であると言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、安定な偏波面を得ることが可能な面発光レーザを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
光の取り出し口を有する基板と、この基板上に形成された第１の分布反射層と、第１及び第２のスペーサ層により上下方向から挟まれると共に前記第１の分布反射層上に形成された活性層と、上部の前記第１のスペーサ層上の中央部に形成されたトンネル接合と、このトンネル接合の周辺及び上部に形成された第３のスペーサ層と、この第３のスペーサ層上に形成され表面に回折格子状の凹凸を有するコンタクト層と、このコンタクト層上の周辺部に形成される第１の電極と、前記基板の裏面であって前記光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、前記コンタクト層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層とを備えたことにより、安定な偏波面を得ることが可能になる。
【００１７】
請求項２記載の発明は、
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
光の取り出し口を有する基板と、この基板上に形成された第１の分布反射層と、第１及び第２のスペーサ層により上下方向から挟まれると共に前記第１の分布反射層上に形成された活性層と、上部の前記第１のスペーサ層上に形成され周辺部分が選択酸化された選択酸化層と、この選択酸化層上に形成された第３のスペーサ層と、この第３のスペーサ層上に形成され表面に回折格子状の凹凸を有するコンタクト層と、このコンタクト層上の周辺部に形成される第１の電極と、前記基板の裏面であって前記光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、前記コンタクト層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層とを備えたことにより、安定な偏波面を得ることが可能になる。
【００１８】
請求項３記載の発明は、
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
光の取り出し口を有する基板と、この基板上に形成された第１の分布反射層と、第１及び第２のスペーサ層により上下方向から挟まれると共に前記第１の分布反射層上に形成された活性層と、上部の前記第１のスペーサ層上に形成され周辺部分が元素をイオン注入して高抵抗化させたイオン注入層と、このイオン注入層上に形成された第３のスペーサ層と、この第３のスペーサ層上に形成され表面に回折格子状の凹凸を有するコンタクト層と、このコンタクト層上の周辺部に形成される第１の電極と、前記基板の裏面であって前記光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、前記コンタクト層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層とを備えたことにより、安定な偏波面を得ることが可能になる。
【００１９】
請求項４記載の発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明である面発光レーザにおいて、
前記コンタクト層の表面に回折格子状の凹凸を有する光吸収層を形成したことにより、安定な偏波面を得ることが可能になる。
【００２０】
請求項５記載の発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明である面発光レーザにおいて、
前記コンタクト層の表面に一方向に縞模様が形成された金属膜を形成したことにより、安定な偏波面を得ることが可能になる。
【００２１】
請求項６記載の発明は、
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
光の取り出し口を有する基板と、この基板上に形成された第１の分布反射層と、第１及び第２のスペーサ層により上下方向から挟まれると共に前記第１の分布反射層上に形成された活性層と、上部の前記第１のスペーサ層上の中央部に形成されたトンネル接合と、このトンネル接合の周辺及び上部に形成された第３のスペーサ層と、この第３のスペーサ層上に形成され表面に偏波面に対して非対称性を有する形状の凹凸を有するコンタクト層と、このコンタクト層上の周辺部に形成される第１の電極と、前記基板の裏面であって前記光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、前記コンタクト層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層とを備えたことにより、安定な偏波面を得ることが可能になる。
【００２２】
請求項７記載の発明は、
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
光の取り出し口を有する基板と、この基板上に形成された第１の分布反射層と、第１及び第２のスペーサ層により上下方向から挟まれると共に前記第１の分布反射層上に形成された活性層と、上部の前記第１のスペーサ層上に形成され周辺部分が選択酸化された選択酸化層と、この選択酸化層上に形成された第３のスペーサ層と、この第３のスペーサ層上に形成され表面に偏波面に対して非対称性を有する形状の凹凸を有するコンタクト層と、このコンタクト層上の周辺部に形成される第１の電極と、前記基板の裏面であって前記光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、前記コンタクト層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層とを備えたことにより、安定な偏波面を得ることが可能になる。
【００２３】
請求項８記載の発明は、
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
光の取り出し口を有する基板と、この基板上に形成された第１の分布反射層と、第１及び第２のスペーサ層により上下方向から挟まれると共に前記第１の分布反射層上に形成された活性層と、上部の前記第１のスペーサ層上に形成され周辺部分が元素をイオン注入して高抵抗化させたイオン注入層と、このイオン注入層上に形成された第３のスペーサ層と、この第３のスペーサ層上に形成され表面に偏波面に対して非対称性を有する形状の凹凸を有するコンタクト層と、このコンタクト層上の周辺部に形成される第１の電極と、前記基板の裏面であって前記光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、前記コンタクト層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層とを備えたことにより、安定な偏波面を得ることが可能になる。
【００２４】
請求項９記載の発明は、
請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の発明である面発光レーザにおいて、
前記コンタクト層上にであって、
表面に偏波面に対して非対称性を有する形状の位相調整層が形成されたことにより、安定な偏波面を得ることが可能になる。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の発明である面発光レーザにおいて、
前記トンネル接合層が偏波面に対して非対称性を有する形状であることにより、安定な偏波面を得ることが可能になる。
【００２６】
請求項１１記載の発明は、
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の発明である面発光レーザにおいて、
前記選択酸化層における選択酸化をさせる形状が偏波面に対して非対称性を有する形状であることにより、安定な偏波面を得ることが可能になる。
【００２７】
請求項１２記載の発明は、
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の発明である面発光レーザにおいて、
前記イオン注入層における高抵抗化をさせる形状が偏波面に対して非対称性を有する形状であることにより、安定な偏波面を得ることが可能になる。
【００２８】
請求項１３記載の発明は、
請求項６乃至請求項１２のいずれかに記載の発明である面発光レーザにおいて、
前記非対称性を有する形状が楕円形状であることにより、安定な偏波面を得ることが可能になる。
【００２９】
請求項１４記載の発明は、
請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の発明である面発光レーザにおいて、
前記コンタクト層の凸部分、前記光吸収層、前記金属膜、若しくは、前記位相調整層と前記エアギャップの境界面に定在波の腹が位置するように前記第３のスペーサ層及び前記コンタクト、前記光吸収層、若しくは、前記位相調整層の膜厚を調整したことにより、安定な偏波面を得ることが可能になる。
【００３０】
請求項１５記載の発明は、
請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の発明である面発光レーザにおいて、
前記第２の分布反射膜は半導体微細加工技術によって形成され可動にしたことにより、レーザ光の発振波長を可変にすることが可能になる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３及び請求項１４の発明によれば、コンタクト層（半導体層）の表面に回折格子状の凹凸、若しくは、偏波面に対して非対称性を有する形状の凹凸を設けたり、或いは、コンタクト層（半導体層）の表面に一方向に縞模様が形成された金属膜を形成等することにより、安定な偏波面を得ることが可能になる。
【００３２】
また、請求項１５の発明によれば、上部のＤＢＲ層であるＤＢＲ層１６をＭＥＭＳによって可動にすることにより、レーザ光の発振波長を可変にすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１及び図２は本発明に係る面発光レーザの第１の実施例を示す構成断面図及びエアギャップから基板方向を見た場合の平面図である。
【００３４】
図１において６はｎ型のＩｎＰ等の基板、７はｎ型のＩｎＧａＡｓＰとｎ型のＩｎＰ等から構成される下部のＤＢＲ層、８はｎ型のＩｎＰ等のスペーサ層、９はＩｎＧａＡｓＰの歪多重量子井戸等を用いた活性層、１０はｐ型のＩｎＰ等のスペーサ層、１１は高濃度のｐ型及びｎ型のＩｎＧａＡｓＰで構成されるトンネル接合層、１２はｎ型のＩｎＰ等のスペーサ層、１３はｎ型のＩｎＧａＡｓＰ等のコンタクト層、１４及び１７は電極、１５はＳｉで形成されたメンブレン、１６は誘電体多層膜等から構成される上部のＤＢＲ層である。また、図２において１３及び１４は図１と同一符号を付してある。
【００３５】
基板６上には下部のＤＢＲ層７が形成され、ＤＢＲ層７の上には下部のスペーサ層８、活性層９及び上部のスペーサ層１０が順次形成される。
【００３６】
上部のスペーサ層１０の上には高濃度のｐ型のＩｎＧａＡｓＰ及びｎ型のＩｎＧａＡｓＰが順次結晶成長されてトンネル接合層１１を構成し、中央の円形部分を残してエッチングにより周辺部分が除去される。
【００３７】
トンネル接合層１１及びエッチングにより除去されて現れたスペーサ層１０の上にはスペーサ層１２が再形成され、スペーサ層１２の上にはコンタクト層１３が形成される。
【００３８】
一方、形成されたコンタクト層１３の表面には回折格子状の凹凸が形成され、当該コンタクト層１３の上には中央の円形部分を残して周辺部分に電極１４が形成される。また、基板６は裏面であって図１中”ＡＲ０１”に示す部分が光の取り出し口としてエッチングによりＤＢＲ層７表面まで取り除かれ、残った基板６の裏面には電極１７が形成される。
【００３９】
そして、コンタクト層１３（電極１４が形成されていない部分）の上方にはコンタクト層１３に接しない状態でメンブレン１５が形成され、メンブレン１５の下、言い換えれば、コンタクト層１３に対向する面にはＤＢＲ層１６が形成されて、図１中”ＡＧ０１”に示すようなエアギャップを形成する。
【００４０】
ここで，図１及び図２に示す実施例の動作を説明する。上部の電極１４と下部の電極１７との間に電圧が印加されると電流が上部の電極１４から中央に円形状に形成されたトンネル接合層１１を流れて（電流狭窄になる）活性層９に注入され、電極１７に流れ込む。
【００４１】
このとき、バンドギャップの最も狭い活性層９において正孔と電子の結合が生じて光が発光し、ＤＢＲ層７とＤＢＲ層１６の間に形成される光共振器で光増幅されて、ＤＢＲ層７側であって基板６が取り除かれた光の取り出し口からレーザ光として出力される。
【００４２】
そして、上部のスペーサ層１０と下部のスペーサ層８の膜厚は活性層９に定在波の腹が、トンネル接合部分に定在波の節がくるように調整され、また、スペーサ層１２及びコンタクト層１３の膜厚はエアギャップとの境界面に定在波の腹がくるように調整される。
【００４３】
また、メンブレン１５をＭＥＭＳ（micro electro-mechanical systems：可動部品と電子回路を半導体微細加工技術によって集積した微小な機械システム）で可動にして、コンタクト層１３とＤＢＲ層１６との間隔を調整することにより、レーザ光の発振波長を可変にしている。
【００４４】
さらに、コンタクト層１３の表面には回折格子状の凹凸が形成されており、当該凹凸が形成する直線に平行な方向の電界と、垂直な方向の電界とに対する等価的な誘電率”εｐ”及び”εｖ”は、回折格子状の凹凸の部分のエアギャップ（凹部）の誘電率及び幅を”ε１”及び”ｔ１”、回折格子状の凹凸の部分のコンタクト層１３（凸部）の誘電率及び幅を”ε２”及び”ｔ２”とした場合、
εｐ＝(ｔ１ε１＋ｔ２ε２)／(ｔ１＋ｔ２)      （１）
εｖ＝(ｔ１＋ｔ２)ε１ε２／(ｔ１ε２＋ｔ２ε１)      （２）
と表され、回折格子状の凹凸の等価的な厚さは偏波方向で異なることになる。
【００４５】
すなわち、エアギャップの境界面での定在波の位置関係が２つの偏波によって異なることになり、活性層９への光閉じ込め係数、言い換えれば、利得に差が生じて２つの偏波のうちどちらか一方の偏波が優先して発振することになる。
【００４６】
また、図３及び図４は本発明に係る面発光レーザの第２の実施例を示す構成断面図及びエアギャップから基板方向を見た場合の平面図である。
【００４７】
図３において６，７，８，９，１０，１１，１２，１５，１６及び１７は図１と同一符号を付してあり、１８はｎ型のＩｎＧａＡｓＰ等のコンタクト層、１９は電極である。また、図４において１２，１８及び１９は図３と同一符号を付してある。
【００４８】
基板６上には下部のＤＢＲ層７が形成され、ＤＢＲ層７の上には下部のスペーサ層８、活性層９及び上部のスペーサ層１０が順次形成される。
【００４９】
上部のスペーサ層１０の上には高濃度のｐ型のＩｎＧａＡｓＰ及びｎ型のＩｎＧａＡｓＰが順次結晶成長されてトンネル接合層１１を構成し、中央の円形部分を残してエッチングにより周辺部分が除去される。
【００５０】
トンネル接合層１１及びエッチングにより除去されて現れたスペーサ層１０の上にはスペーサ層１２が再形成され、スペーサ層１２の上にはコンタクト層１８が形成される。
【００５１】
一方、形成されたコンタクト層１８の表面にはエッチングによって楕円形状の凹凸が形成され、具体的には、中央部分に楕円形状の凸部分を残してその周囲にエッチングにより楕円形状の凹部分を設ける。当該コンタクト層１８の上には中央の楕円形状の凹凸部分を残して周辺部分に電極１９が形成される。
【００５２】
また、基板６は裏面であって図３中”ＡＲ１１”に示す部分が光の取り出し口としてエッチングによりＤＢＲ層７表面まで基板６が取り除かれ、残った基板６の裏面には電極１７が形成される。
【００５３】
そして、コンタクト層１８（電極１９が形成されていない部分）の上方にはコンタクト層１８に接しない状態でメンブレン１５が形成され、メンブレン１５の下、言い換えれば、コンタクト層１８に対向する面にはＤＢＲ層１６が形成されて、図３中”ＡＧ１１”に示すようなエアギャップを形成する。
【００５４】
ここで，図３及び図４に示す第２の実施例の動作を図５及び図６を用いて説明する。図５はコンタクト層１８の表面とエアギャップの境界面に定在波の節が位置する場合のレーザ光の光強度分布の一例を示す特性曲線図、図６はコンタクト層１８の表面とエアギャップの境界面に定在波の腹が位置する場合のレーザ光の光強度分布の一例を示す特性曲線図である。
【００５５】
上部の電極１９と下部の電極１７との間に電圧が印加されると電流が上部の電極１９から中央に円形状に形成されたトンネル接合層１１を流れて活性層９に注入され、電極１７に流れ込む。
【００５６】
このとき、バンドギャップの最も狭い活性層９において正孔と電子の結合が生じて光が発光し、ＤＢＲ層７とＤＢＲ層１６の間に形成される光共振器で光増幅されて、ＤＢＲ層７側であって基板６が取り除かれた光の取り出し口からレーザ光として出力される。
【００５７】
そして、上部のスペーサ層１０と下部のスペーサ層８の膜厚は活性層９に定在波の腹が、トンネル接合部分に定在波の節がくるように調整される。
【００５８】
また、スペーサ層１２及びコンタクト層１８の膜厚はコンタクト層１８の表面の中心の楕円形状の凸部分とエアギャップとの境界面に定在波の腹がくるように調整され、コンタクト層１８の表面の楕円形状の凸部分の周辺の凹部分とエアギャップとの境界面に定在波の腹以外（定在波の節が望ましい）がくるように調整される。
【００５９】
また、メンブレン１５をＭＥＭＳで可動にして、コンタクト層１８とＤＢＲ層１６との間隔を調整することにより、レーザ光の発振波長を可変にしている。
【００６０】
さらに、例えば、図５中”ＣＨ２１”に示す特性曲線から分かるように、コンタクト層１８の表面とエアギャップの境界面に定在波の節が位置する場合には、図５中”ＤＢ２１”に示す下部のＤＢＲ層７及び図５中”ＱＷ２１”に示す活性層９を含むスペーサ層８〜コンタクト層１８の半導体層における光強度が小さく、逆に、エアギャップにおける光強度が大きくなり、活性層９における発振するレーザ光の閉じ込めが少なくなる。
【００６１】
一方、例えば、図６中”ＣＨ３１”に示す特性曲線から分かるように、コンタクト層１８の表面とエアギャップの境界面に定在波の腹が位置する場合には、図６中”ＡＧ３１”に示すエアギャップにおける光強度が小さく、逆に、図６中”ＱＷ３１”に示す活性層９を含むスペーサ層８〜コンタクト層１８の半導体層における光強度が大きくなり、活性層９における発振するレーザ光の閉じ込めが多くなる。
【００６２】
また、コンタクト層１８の表面の凹凸部分が真円ではなく楕円形状であり、非対称性が導入され２つの偏波のうちどちらか一方の偏波が優先して発振することになる。
【００６３】
なお、図１及び図２に示す第１の実施例ではコンタクト層１３（半導体層）に回折格子状の凹凸を形成して屈折率実部の非対称性を利用したものを例示しているが、屈折率虚部、すなわち、光吸収を有する（禁制帯間吸収やフリーキャリア吸収等）材料を用いて偏波による光吸収の非対称性を利用しても構わない。
【００６４】
具体的には、平面（凹凸を有しない）であるコンタクト層１３（半導体層）の表面に回折格子状の凹凸を有する光吸収層を形成する。
【００６５】
また、図１及び図２に示す第１の実施例ではコンタクト層１３（半導体層）に回折格子状の凹凸を形成しているが、コンタクト層１３（半導体層）の代わりに金属膜によって回折格子状のストライプ（縞模様）を形成しても構わない。
【００６６】
図７はこのような本発明に係る面発光レーザの第３の実施例を示す構成断面図及びエアギャップから基板方向を見た場合の平面図である。図７において６，７，８，９，１０，１１，１２，１５，１６及び１７は図３と同一符号を付してあり、２０はｎ型のＩｎＧａＡｓＰ等のコンタクト層、２１は電極、２２は一方向にストライプ（縞模様）が形成された円形の金属膜である。また、図８において２１及び２２は図７と同一符号を付してある。
【００６７】
基板６上には下部のＤＢＲ層７が形成され、ＤＢＲ層７の上には下部のスペーサ層８、活性層９及び上部のスペーサ層１０が順次形成される。
【００６８】
上部のスペーサ層１０の上には高濃度のｐ型のＩｎＧａＡｓＰ及びｎ型のＩｎＧａＡｓＰが順次結晶成長されてトンネル接合層１１を構成し、中央の円形部分を残してエッチングにより周辺部分が除去される。
【００６９】
トンネル接合層１１及びエッチングにより除去されて現れたスペーサ層１０の上にはスペーサ層１２が再形成され、スペーサ層１２の上にはコンタクト層２０が形成される。
【００７０】
一方、形成されたコンタクト層２０の表面の中央部分には一方向にストライプ（縞模様）が形成された円形の金属膜２２が形成され、当該コンタクト層２０の上であって中央の円形の金属膜２２以外の周辺部分には電極２１が形成される。
【００７１】
また、基板６は裏面であって図７中”ＡＲ４１”に示す部分が光の取り出し口としてエッチングによりＤＢＲ層７表面まで取り除かれ、残った基板６の裏面には電極１７が形成される。
【００７２】
そして、金属膜２２（電極２１が形成されていない部分）の上方には金属膜２２に接しない状態でメンブレン１５が形成され、メンブレン１５の下、言い換えれば、金属膜２２に対向する面にはＤＢＲ層１６が形成されて、図７中”ＡＧ４１”に示すようなエアギャップを形成する。
【００７３】
ここで，図７及び図８に示す第３の実施例の動作を説明する。但し、基本的な動作に関しては図１に示す第１の実施例と同様であるので説明は省略する。
【００７４】
コンタクト層２０の表面には一方向にストライプ（縞模様）が形成された円形の金属膜２２が形成されているので、電界がストライプ（縞模様）に垂直な場合には光吸収は小さいが、電界がストライプ（縞模様）に水平な場合には光吸収が大きくなり、光吸収が偏波方向で異なることになる。
【００７５】
このため、偏波方向により光吸収に差が生じて２つの偏波のうちどちらか一方の偏波が優先して発振することになる。
【００７６】
また、図７及び図８に示す第３の実施例のように金属膜、或いは、高濃度の半導体層を用いた場合には、中央部分への電流注入経路としても活用することができるので、素子抵抗を下げて発熱を抑制することも可能である。
【００７７】
また、図３及び図４に示す第２の実施例では、コンタクト層１８の表面にはエッチングによって楕円形状の凹凸が形成されているが、凹凸の形状に関しては偏波面に対して非対称性を有する形状であれば、何ら楕円形状の限定されるものではなく、任意の形状にしても構わない。
【００７８】
また、図３及び図４に示す第２の実施例では、コンタクト層１８の表面にはエッチングによって楕円形状の凹凸が形成されているが、楕円形状の凸部分の代わりに誘電体膜等により位相調整膜を形成しても構わない。
【００７９】
また、図１乃至図４に示す第１及び第２の実施例では、電流狭窄にトンネル接合層１１を用いているが、電流狭窄を行わない構造であっても勿論構わない。
【００８０】
また、図１乃至図４に示す第１及び第２の実施例では、電流狭窄にトンネル接合層１１を用いているが、トンネル接合層１１の形状を楕円形状等の偏波面に対して非対称性を有する形状にしても構わない。
【００８１】
また、図１乃至図４に示す第１及び第２の実施例では、電流狭窄にトンネル接合層１１を用いているが、選択酸化によって電流狭窄を行わせる構造であっても構わない。
【００８２】
具体的には、トンネル接合層１１の代わりに、スペーサ層１０上に周辺部分が選択酸化された選択酸化層を形成して、当該選択酸化層上にさらにスペーサ層１２を形成する構成にすれば良い。
【００８３】
また、選択酸化層によって電流狭窄を行わせる場合にも、トンネル接合層による電流狭窄の場合と同様に、選択酸化層における選択酸化をさせる形状を楕円形状等の偏波面に対して非対称性を有する形状にしても構わない。
【００８４】
また、図１乃至図４に示す第１及び第２の実施例では、電流狭窄にトンネル接合層１１を用いているが、元素をイオン注入して周囲を高抵抗化させたイオン注入層によって電流狭窄を行わせる構造であっても構わない。
【００８５】
具体的には、トンネル接合層１１の代わりに、スペーサ層１０上に周辺部分が元素のイオン注入によって高抵抗化されたイオン注入層を形成して、当該イオン注入層上にさらにスペーサ層１２を形成する構成にすれば良い。
【００８６】
また、イオン注入層によって電流狭窄を行わせる場合にも、トンネル接合層による電流狭窄の場合と同様に、イオン注入層における高抵抗化をさせる形状を楕円形状等の偏波面に対して非対称性を有する形状にしても構わない。
【００８７】
また、図７及び図８に示す第３の実施例では、コンタクト層２０の表面に一方向にストライプ（縞模様）が形成された円形の金属膜２２が形成しているが、金属膜２２の形状に関しては円形に限定されるものではなく、任意の形状であっても勿論構わない。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明に係る面発光レーザの第１の実施例を示す構成断面図である。
【図２】本発明に係る面発光レーザの第１の実施例を示すエアギャップから基板方向を見た場合の平面図である。
【図３】本発明に係る面発光レーザの第２の実施例を示す構成断面図である。
【図４】本発明に係る面発光レーザの第２の実施例を示すエアギャップから基板方向を見た場合の平面図である。
【図５】コンタクト層の表面とエアギャップの境界面に定在波の節が位置する場合のレーザ光の光強度分布の一例を示す特性曲線図である。
【図６】コンタクト層の表面とエアギャップの境界面に定在波の腹が位置する場合のレーザ光の光強度分布の一例を示す特性曲線図である。
【図７】本発明に係る面発光レーザの第３の実施例を示す構成断面図である。
【図８】本発明に係る面発光レーザの第３の実施例を示すエアギャップから基板方向を見た場合の平面図である。
【図９】従来の面発光レーザの上部の分布反射層（ＤＢＲ層）部分の一例を示す平面図及び正面図である。
【図１０】従来の面発光レーザの上部のＤＢＲ層の部分の一例を示す平面図及び正面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１，５，７，１６  ＤＢＲ層
２  キャップ層
３  誘電体
４  金属
６  基板
８，１０，１２  スペーサ層
９  活性層
１１  トンネル接合層
１３，１８，２０  コンタクト層
１４，１７，１９，２１  電極
１５  メンブレン
２２  金属膜
【図１】
2005039102.tif 000003
【図２】
2005039102.tif 000004
【図３】
2005039102.tif 000005
【図４】
2005039102.tif 000006
【図５】
2005039102.tif 000007
【図６】
2005039102.tif 000008
【図７】
2005039102.tif 000009
【図８】
2005039102.tif 000010
【図９】
2005039102.tif 000011
【図１０】
2005039102.tif 000012