(57)【要約】【課題】機械的強度の安定した、電流を閉じ込めるための狭窄構造を有する垂直共振器型面発光レーザを提供する。【解決手段】１対の反射ミラー１０２、１０７と、これらの反射ミラー間に設けられた活性層１０４を含む媒質層とを、基板上に有する垂直共振器型面発光レーザにおいて、  前記１対の反射ミラーの一方と隣接する前記媒質層１０６内に、空孔によって構成された電流を閉じ込めるための狭窄構造１０５を有する構成とする。  その際、前記活性層を含む媒質層を、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮあるいはこれらの混晶による構成とすることができる。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の反射ミラーと、これらの反射ミラー間に設けられた活性層を含む媒質層とを、基板上に有する垂直共振器型面発光レーザにおいて、
前記１対の反射ミラーの一方と隣接する前記媒質層内に、空孔によって構成された電流を閉じ込めるための狭窄構造を有することを特徴とする垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項２】
前記活性層を含む媒質層が、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮあるいはこれらの混晶で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項３】
前記活性層を含む媒質層が、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、あるいはこれらの混晶で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項４】
前記１対の反射ミラーの少なくとも一方が、光の共振方向と垂直な方向に対して屈折率の周期構造を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項５】
前記空孔は、前記基板と平行な平面内で薄いリング形状を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項６】
前記空孔は、前記薄いリング形状に異方性を持たせた形状を有することを特徴とする請求項５に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項７】
前記空孔は、光の共振方向に広がりのある立体的な形状を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項８】
前記空孔が、活性層を含む媒質層に対し超短パルスレーザによる内部加工によって形成された空孔であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直共振器型面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
垂直共振器型面発光レーザは、低閾値、低消費電力、スポット形状が円形で光学素子とのカップリングが容易、アレイ化が可能などの様々な利点を持ち、１９８０年代後半から盛んに研究されてきている。
この垂直共振器型面発光レーザには、注入する電流を利得媒質の狭範囲に集中させ、閾値を下げるための電流狭窄構造が一般的に設けられる。
また、この狭窄構造は、電流と同時に共振光も狭窄構造内部に閉じこめる、いわゆる光導波路のような役割も同時に果たす場合が多い。
従って、それら光閉じ込め効果によっても閾値が下がり、また発振光のモード制御なども行うことができる。
【０００３】
このような垂直共振器型面発光レーザの狭窄構造では、従来よりＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の材料において、素子中にＡｌ2Ｏ3などの絶縁性の酸化物層による狭窄層を設ける技術が知られている。
しかしながら、上記の狭窄層は、結晶成長の際あらかじめＡｌＡｓ層など素子を構成する他の材料よりもＡｌ組成の高い層をはさみ、それらを選択酸化することにより形成される。
このため、他のＡｌＧａＮ層とＡｌ2Ｏ3の格子不整合によるひずみや、Ａｌ2Ｏ3となったことによる体積の収縮などにより、素子に欠陥が発生したり、酸化後の工程で素子が壊れるなど信頼性が低下するという課題を有していた。
【０００４】
このようなことから、例えば、特許文献１ではエアーギャップを用いた狭窄構造を有する面発光レーザが提案されている。
これはメサに加工した通常の垂直共振器型面発光レーザに、ＡｌＡｓ層を選択サイドエッチングしエアーギャップの狭窄構造を形成するというものである。
【特許文献１】特開２００５−９３７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、素子のサイドエッチングによるエアーギャップ狭窄構造は、狭窄構造の中心数μｍΦの領域のみで素子を支えていることから、狭窄部分の機械的強度の点で必ずしも満足の得られるものではなく、さらなる向上が望まれる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、機械的強度の安定した、電流を閉じ込めるための狭窄構造を有する垂直共振器型面発光レーザを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記課題を解決するため、次のように構成した垂直共振器型面発光レーザを提供するものである。
本発明の垂直共振器型面発光レーザは、１対の反射ミラーと、これらの反射ミラー間に設けられた活性層を含む媒質層とを、基板上に有する垂直共振器型面発光レーザにおいて、
前記１対の反射ミラーの一方と隣接する前記媒質層内に、空孔によって構成された電流を閉じ込めるための狭窄構造を有することを特徴とする。
また、本発明の垂直共振器型面発光レーザは、前記活性層を含む媒質層が、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮあるいはこれらの混晶で構成されていることを特徴とする。また、本発明の垂直共振器型面発光レーザは、前記活性層を含む媒質層が、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰあるいはこれらの混晶で構成されていることを特徴とする。
また、本発明の垂直共振器型面発光レーザは、前記１対の反射ミラーの少なくとも一方が、光の共振方向と垂直な方向に対して屈折率の周期構造を有していることを特徴とする。
また、本発明の垂直共振器型面発光レーザは、前記空孔が前記基板と平行な平面内で薄いリング形状を有することを特徴とする。
また、本発明の垂直共振器型面発光レーザは、前記空孔が前記薄いリング形状に異方性を持たせた形状を有することを特徴とする。
また、本発明の垂直共振器型面発光レーザは、前記空孔が光の共振方向に広がりのある立体的な形状を有することを特徴とする。
また、本発明の垂直共振器型面発光レーザは、前記空孔が活性層を含む媒質層に対し超短パルスレーザによる内部加工によって形成された空孔であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、機械的強度の安定した、電流を閉じ込めるための狭窄構造を有する垂直共振器型面発光レーザを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施の形態によれば、面発光レーザ素子において、電流狭窄および光閉じ込め構造をエアーギャップにより構成し、該エアーギャップ構造を１対の反射ミラーの一方と隣接する媒質層内に空孔によって形成する構造（中空構造）を採ることができる。
【００１０】
つぎに、本発明の実施の形態における垂直共振器型面発光レーザについて説明する。図１に、その基本構成を説明する模式的断面図を示す。
図１において、１０１は基板、１０２、１０７はそれぞれ下部、上部共振器ミラー、１０３、１０６はそれぞれ下部、上部クラッド層、１０４は活性層、１０５はエアーギャップ電流狭窄構造である。
本実施の形態における垂直共振器型面発光レーザの基本的な構造は、通常の垂直共振器型面発光レーザと同様の構造を採る。
まず、１対の共振器ミラーとその内部の利得領域により構成される共振器を基板上に有し、電流注入のための電極（不図示）を有している。
そして、ミラー部を含めた共振器内のいずれかの位置に、注入電流を利得領域の狭範囲に閉じ込めるための電流狭窄構造を有している。
その際、本実施の形態においては、前記１対の反射ミラーの一方と隣接する媒質層内に、空孔によって構成された電流および光を閉じ込める狭窄構造が形成される。
【００１１】
つぎに、本実施の形態のエアーギャップ型狭窄構造について説明する。
本実施の形態のエアーギャップ型狭窄構造は、電流を利得領域の狭い範囲に集中させ電流狭窄を行うと同時に、共振器中に屈折率差による導波路構造を形成し、共振光を閉じ込める光狭窄の役割も果たしている。
このエアーギャップ構造の好ましい様態に関して、さらに説明する。
エアーギャップ構造は、酸化狭窄構造に対して屈折率が低いため、体積が大きいと発振が多モード化しやすい。従って、体積は大きすぎない方が好ましい。
また、狭窄構造を活性層から離すことで、光閉じ込めの効果を減らすことができるため、ある程度活性層からも離れていることが好ましい。
しかし、狭窄構造が活性層から離れるほど、本来の電流狭窄効果が失われるため、離す距離に関しては、電流拡散長から決まる電流閉じ込めの効果との兼ね合いで考える必要がある。
【００１２】
電流拡散長が小さな材料ほど、狭窄構造が活性層と離れていても、電流狭窄の効果が損なわれないため好ましい。
電流拡散長が短い材料には、例えば半導体のＧａＮ（＜１μｍ／μｍ、ｐ型）がある。数値は、（拡散長）／（電流の流れる距離）を意味する。
狭窄構造設計指針としては、可能な限り狭窄構造の厚さ（光の共振方向）を小さくし、その上で、電流狭窄効果を損なわない程度に狭窄構造を活性層と離して設置するという方法をとる。
また、エアーギャップの形状を制御することで、電流および光狭窄以外の機能を付加することもできる。
例えば、ギャップの形状を基板に平行な面内で異方的な形状にすることで、偏波の制御を行う方法や、あるいは層状ではなく立体的な形状とすることで電流注入効率を向上させるなどの方法を採ることができる。これらの詳細は、後の実施例において説明する。
【００１３】
本発明の実施の形態の面発光レーザにおける共振器を構成する活性層としては、通常の垂直共振器型面発光レーザで用いられている、ダブルへテロ構造、多重量子井戸構造、量子ドット構造、等を直接適用することができる。
さらに、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ、ＹＡＧ（Ｙｉｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）などの固体利得媒質をそのまま用いることができる。
また、Ｌ＝活性層厚＋クラッド層厚の共振器長＋ミラーによる位相シフト×λ／２π（実効的共振器長、λは共振光の波長）は、ＮＬ＝（ｎ／２）λとなるように設計する。Ｎは共振器の平均屈折率、nは任意の正の整数である。
また、活性層の位置がそれぞれの共振器において、定在波の腹の位置に来るように設計することが好ましい。
【００１４】
また、本発明の実施の形態の面発光レーザにおける共振器を構成するミラーは、いくつかの種類のものの中から適用することが可能である。
例えば、通常の垂直共振器型面発光レーザに使用されることの多いＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）ミラー、または共振器内の共振光に垂直な方向に屈折率の周期構造が設けられたミラー、等の適用が可能である。
後者の屈折率周期構造は、１次元または２次元的なもののどちらでもよい。このような屈折率周期構造に、面と垂直な方向から光を入射させることによりミラーとして機能することが知られている。
本発明の実施の形態においては、上記のミラーのいずれか一方を二枚、またはそれらを一枚ずつなど任意の組み合わせを採ることができる。
【００１５】
つぎに、本発明の実施の形態の垂直共振器型面発光レーザを構成する材料について説明する。
まず、共振器内部の材料（クラッド層＋活性層）であるが、様々な種類の半導体および誘電体を用いることが可能である。
半導体では、例えば以下の材料が適用できる。
ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮなどのＩＩＩ−Ｖ族半導体である。さらに、これらの材料を構成する元素の任意の割合で含む混晶が適用できる。さらに、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯなどのＩＩ−ＶＩ族半導体およびそれらを構成する元素の任意の割合の混晶なども適用できる。
また、誘電体では、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ、ＹＡＧ（Ｙｉｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）などの固体レーザ媒質なども用いることができる。
クラッドおよび活性層には、以上の媒質を任意に組み合わせることが可能である。
ただし、電流注入により動作させるためには、共振器内部構造を構成する媒質は半導体であることが好ましい。
半導体の場合には、通常クラッド層には＋極側がｐ型半導体、−極側がｎ型半導体、活性層がノンドープ半導体が用いられる。
【００１６】
また、ミラーを構成する材料は、上に挙げた半導体、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒなどの金属、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＨｆＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＣｅＯ2などの誘電体を用いることが可能である。または、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）  、ＳｎＯ2、Ｉｎ2Ｏ3などの導電性酸化物などあらゆる材料を任意に組み合わせて使用することができる。
しかし、ミラーを通じ電流注入により発振させる場合には、半導体、金属または導電性の酸化物であることが好ましい。
また、上に挙げた以外のレーザの構成材料に関しても、金属、半導体、誘電体、導電性酸化物のあらゆるものを用いることができるが、前述したような電流注入により発振する素子とするには半導体、金属または導電性酸化物であることが好ましい。
【００１７】
また、活性層１０４へのキャリア注入手段としては、例えば、アノード、カソード一対の電極を有し、該電極からの電流注入により、活性層へのキャリア注入を行う方法を採ることができる。
電極については、通常のＶＣＳＥＬにおいて用いられているようなリング電極を用いたり、円形、矩形など様々な形状の電極を用いることができる。
電極の材質については、電極を形成する部位のレーザ素子材料に依存する。
例えば、ｎ型ＧａＡｓにはＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ、Ａｕ−Ｓｎ、ｐ型ＧａＡｓにはＡｕ−Ｚｎ、Ｉｎ−Ｚｎなどの材料を使用することができる。
また、ＩＴＯなどの透明電極を用いることもできる。特に、素子の発光面上にリング電極以外の電極を形成する場合には、発振波長に対して透明な電極を用いることが望ましい。
【００１８】
本発明の実施の形態の垂直共振器型面発光レーザは、つぎのような作製プロセスを用いて作製することができる。
すなわち、本発明の実施の形態の垂直共振器型面発光レーザは、大部分を公知の垂直共振器型面発光レーザの作製プロセスを用いて作製することができる。
その中で、エアーギャップの狭窄構造に関して、素子内部に中空構造を形成するため、通常の垂直共振器型面発光レーザとは異なった作製法を用いることになる。
そうした技術として、例えば、フェムト秒レーザ等の超短パルスレーザによる、透明体の内部加工などを用いることができる。
この技術によれば、レーザ光に対して透明な媒質中に中空構造を制御性よく作製することができるため、サイドエッチングの技術を用いずに、エアーギャップの狭窄構造を作製することができる。
本実施の形態においては、このような技術を用い、上部クラッド層１０６にエアーギャップ電流狭窄構造１０５が形成されている。
【実施例】
【００１９】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用して構成した垂直共振器型面発光レーザについて説明する。
図２に、本実施例における垂直共振器型面発光レーザの中心部を通り基板に対して垂直方向の模式的断面図を示す。
図２において、２０１は基板、２０２は下部共振器ミラー、２０３は下部共振器クラッド層、２０４は活性層、２０５は狭窄構造、２０６は上部共振器クラッド層、２０７は上部共振器ミラー、２０８はｎ側電極、２０９はｐ側電極である。２０１の基板はＧａＡｓ基板であり、共振器は以下のように構成されている。２０２、２０７の下部、上部共振器ミラーは、それぞれ、ｎ型、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ／Ａｌ0.93Ｇａ0.07Ａｓ  ＤＢＲミラー、２０４の活性層はＡｌＩｎＧａＰ／ＧａＩｎＰの多重量子井戸構造である。
また、２０５の狭窄構造は、埋め込みエアーギャップ狭窄構造層、２０３、２０６の下部、上部クラッド層は、それぞれｎ型、ｐ型（Ａｌ0.5Ｉｎ0.5）0.5Ｇａ0.5Ｐである。
２０８、２０９のｎ側、ｐ側電極はそれぞれＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ、Ａｕ−Ｚｎである。
【００２０】
本実施例における面発光レーザは、６７０ｎｍの赤色で発光する半導体レーザである。以下に、各部位に関して詳しく説明する。
上部、下部共振器ミラーとなっているＤＢＲミラーであるが、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ（低屈折率層）／Ａｌ0.93Ｇａ0.07Ａｓ（高屈折率層）が、上部、下部それぞれ３８ペア、７０ペアずつで構成されている。
各層の厚さは、光路長にして発振波長のλ／４となる。本実施例では、それぞれ４８ｎｍ、５０ｎｍである。
活性層の量子井戸構造は、３層の量子井戸層から成り、厚さが６ｎｍである。上部クラッド層、下部クラッド層の厚さはそれぞれ５００ｎｍである。
ＤＢＲミラー間の距離（＝共振器長）は、１０５０ｎｍであり、発振波長に対して５．５波長共振器となっている。
【００２１】
つぎに、本実施例における狭窄構造について説明する。
図３に、本実施例における面発光レーザを示す図２のａ−ｂ線に沿って基板と平行方向に切った時の断面図を示す。
図３において、３０１は狭窄部の中心構造、３０２はエアーギャップ狭窄層、３０３は狭窄構造外部分である。
本実施例のエアーギャップ狭窄構造において、電流は主に３０１の狭窄構造中心を流れる。
また、上述したように、共振光に対して導波路として働く。本実施例では、共振光がシングルモードで発振するよう、断面積は３μｍΦと小さくしてある。
また、狭窄構造の外周部の径は１８μｍΦ、メサの径は２０μｍΦである。
さらに、エアーギャップ狭窄構造の、素子における光共振に対して平行方向の厚さおよび、活性層からの位置について説明する。上述したような理由から、エアーギャップ構造の厚さ（光の共振方向）と、活性層からの距離は２つを同時に考え最適化する必要がある。
本実施例においては、エアーギャップの厚さは４０ｎｍ、またｐ型（Ａｌ0.5Ｉｎ0.5）0.5Ｇａ0.5Ｐの電流拡散長は〜１μｍ／μｍと短いことから、活性層からの距離は４００ｎｍと遠ざけている。
【００２２】
本実施例における面発光レーザはつぎのようにして作製される。
まず、ＧａＡｓ基板上に通常の結晶成長により、下部ＤＢＲミラーから上部ＤＢＲミラーまでの共振器構造を一括して作製する。これは通常のＶＣＳＥＬ素子の作製工程と同様のものを用いることができる。
エアーギャップの狭窄構造については、超短パルスレーザを用いた透明体の内部加工技術により作製することができる。
本実施例においては、フェムト秒Ｔｉ：Ｓａｐｐｉｒｅレーザを再生増幅したパルスレーザを用いる。
それを集光レンズで集光し、集光点での光密度を高くして所望の領域に中空構造を形成する。
サンプルの移動は、ステージ上に素子を乗せ、ピエゾアクチュエータによる制御で行い、サンプルの移動によりレーザ光を走査することで任意の形状の中空構造を形成することができる。
本実施例においては、図３に示すような、厚さが非常に薄いリング状の中空構造を形成する。最後に、ｐ電極Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉは蒸着により、ｎ電極Ａｕ−Ｚｎはスパッタにより形成する。
【００２３】
また、中空構造を形成する際、基板の裏面につながる微小径の円柱状の空洞構造を形成する（図２には不図示）ようにしてもよい。
この空洞構造が、素子内部への空洞形成の際排出される不要物質（いわゆる削りかす）の排気口として機能する。
この空洞は、素子の基板裏面にレーザ光を集光させレーザの活性層方向に走査し、中空構造を形成する領域に到達するまで操作することで形成することができる。
本実施例におけるレーザ素子に通電すると、発振して赤色光を放射する。
設けられたエアーギャップ狭窄構造により、注入電流を活性層の狭範囲に集中させることができるとともに、機械的強度に優れたレーザ素子を得ることができる。
【００２４】
［実施例２］
実施例２においては、上部共振器ミラーに２次元のフォトニック結晶を用いた構成例について説明する。
図４に、本実施例の構成例を説明する図を示す。
図４（ａ）は本実施例における垂直共振器型面発光レーザの中心部を通り基板に対して垂直方向の模式的断面図である。
また、図４（ｂ）は上部共振器ミラーを面に垂直方向より見た図である。図４において、４０１は基板、４０２は下部共振器ミラー、４０３は下部共振器クラッド層、４０４は活性層である。
また、４０５は狭窄構造、４０６は上部共振器クラッド層、４０７は上部共振器ミラー高屈折率層、４０８は上部共振器ミラー低屈折率媒質、４０９はｎ側電極、４１０はｐ側電極である。
本実施例においては、上部共振器ミラー、ｐ側電極以外の素子構造および材料はすべて実施例１と同様であるため、それら２つに関してのみ説明する。
【００２５】
まず、上部共振器ミラーについて説明する。
本実施例ではＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓの上部共振器ミラー高屈折率層４０７に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ  ）による円柱状の上部共振器ミラー低屈折率媒質４０８を周期的に導入した２次元のフォトニック結晶を用いている。該低屈折率媒質は四角格子状に配列している。図には模式的に十数周期のフォトニック結晶が描かれているが、実際にはおよそ８０周期のフォトニック結晶が形成されている。
２次元のフォトニック結晶は、その面に対して垂直に入射した光に対して、ある波長では１００％のミラーとして振舞うことが知られており、本実施例ではこの性質を利用している。以下、この上部共振器ミラーのことをフォトニック結晶ミラーと呼ぶことにする。
【００２６】
上記フォトニック結晶ミラーの格子パラメータは、周期２５０ｎｍ、空孔半径４０ｎｍ、厚さ２５０ｎｍである。
また、本実施例においては、上部共振器ミラーがフォトニック結晶ミラーになったことから、電極から狭窄構造までの距離が約３５０ｎｍと、実施例１に比べ非常に薄くなっている。
従って、電流が狭窄構造中心部へ十分に供給されない可能性があるため、本実施例ではリング電極ではなく、ＩＴＯによる透明電極をミラー全面に形成している。
【００２７】
本実施例では、フォトニック結晶ミラーの付近に狭窄構造を設けたことで、フォトニック結晶に対して上部クラッド層の屈折率差を、狭窄構造がない場合よりも大きくすることができる。
フォトニック結晶ミラーの反射特性は、一般にミラーと隣接する層との屈折率差が大きい方が安定であり、反射率も高くなる傾向がある。従って、この狭窄構造を設けることにより、ミラーの反射特性を向上させることができる。
フォトニック結晶ミラーの反射特性は、狭窄構造がミラーに近くなる程向上するが、先述したとおり、狭窄構造が活性層から離れる程、すなわちミラーに近くなる程電流狭窄の効果は低くなるため、両者の性能を合わせて考える必要がある。
【００２８】
本実施例におけるレーザ素子の製造方法は、フォトニック結晶ミラーおよび電極を形成する工程以外は、実施例１と同様である。
まず、上部クラッド層を形成するまでは、実施例１と同様に形成する。
その上にフォトニック結晶層を形成し、ＥＢリソグラフィーとＣｌ2系ガスを用いたＩＣＰドライエッチングにより空孔の周期パターンを形成する。
さらにその上より、ＩＴＯ透明電極膜をスパッタリングする。
この際、ＩＴＯはフォトニック結晶ミラーの空孔に侵入し、上部共振器ミラー低屈折率媒質となる。
この後、電流狭窄構造形成およびｎ電極スパッタのプロセスは実施例１と同様である。
【００２９】
［実施例３］
実施例３においては、狭窄構造が上記各実施例と異なる形態を適用した構成例について説明する。
図５に、本実施例の構成例を説明する図を示す。
本実施例において、狭窄構造以外の素子構成、材料に関しては、実施例１と同様のため、狭窄構造についてのみ説明する。従って、レーザ素子の中心部を通り基板に対して垂直方向の断面構成も、実施例１と同様であるため省略する。
図５に、本実施例を説明するためのデバイスの狭窄構造の位置における基板に平行な模式的断面図を示す。
図５において、５０１は狭窄部の中心構造、５０２はエアーギャップ狭窄構造、５０３は狭窄構造突出部、５０４は狭窄構造外部分である。
【００３０】
本実施例におけるエアーギャップ狭窄構造は、実施例１の狭窄構造の外側をさらに中空加工し、形状に異方性を持たせたものになっている。
ただし、狭窄構造５０２の外周部は実施例１より２μｍ小さく１６μｍである。光の共振方向の厚さは、実施例１と同様となっている。
また、５０３狭窄構造突出部の曲率半径は５μｍであり、突出部の最外部がメサの外壁から１μｍの位置に来るように作製されている。
【００３１】
本実施例のように、エアーギャップ構造を基板に平行な面内方向に関して異方的に形成することにより、共振光の感じる屈折率差に異方性を持たせることができる。
このような場合、ある一方向の直線偏光のみが安定となり発振する。従って、本実施例のような構成をとることにより、発振光の偏光を制御できる。
ただし、エアーギャップ構造に持たせる異方性は、基板に平行な面内において、互いに直交する２方向間の屈折率の差が最も大きくなるように採ることが好ましい。
従って上の条件を満たしていれば、本実施例において採ることのできるエアーギャップ構造の異方性としては、他にもいくつか考えられる。
例えば、エアーギャップ構造全体を楕円にする、またエアーギャップ構造断面を長方形とするなどの形状も可能である。
また、実施例１のエアーギャップ構造に対して、別の微小な中空構造を狭窄構造外部分に形成するようにしてもよい。
本実施例におけるレーザ素子の製造方法は、実施例１と同様であり、狭窄構造はレーザによる描画パターンを調整することで形成する。
【００３２】
［実施例４］
実施例４においては、狭窄構造に上記各実施例と異なる形態を適用した構成例について説明する。
本実施例において、狭窄構造以外の素子構成、材料に関しては、実施例１と同様のため、狭窄構造についてのみ説明する。
図６に、本実施例の構成例を説明する図を示す。
図６において、６０１は基板、６０２は下部共振器反射ミラー、６０３は下部共振器クラッド層、６０４は活性層である。
また、６０５は狭窄構造、６０６は上部共振器クラッド層、６０７は上部共振器反射ミラー、６０８はｎ側電極、６０９はｐ側電極である。
図６のａ−ｂ線における基板と平行な方向の断面図に関しては、狭窄構造の内径が異なるのみで、構成は図３と同様である。
【００３３】
本実施例におけるレーザ素子においても、狭窄構造を除いたデバイス構成、材料は実施例１と同様であるため、狭窄構造についてのみ説明する。
本実施例では、狭窄構造は薄い平面ではなく図のようにデバイスの共振方向にも広がりのある立体的な形状をしている。
具体的には図６にあるように、狭窄構造の断面積がｐ側電極に近づくにつれて漸減している。
このため、注入電流をより効率よく捕らえることができ、活性層へ供給できるようになっている。
ただし、本実施例においては、狭窄構造の体積が実施例１、２に比べて大きいため、共振光に対する実効的な屈折率差も大きくなる。このため、シングルモードで発振させるためには、より狭窄構造の中心系を小さくする必要がある。
本実施例では、狭窄構造の中心径（一番径が狭まっている部位）１．５μｍである。
本実施例の素子の製造方法に関しては、実施例１と同様であり、狭窄構造はレーザによる描画パターンを調整することで形成する。
【００３４】
以上の実施例１〜４の構成は例示的なものであり、本発明の垂直共振器型面発光レーザにおける構造材料、大きさ、形状などの諸条件は、以上の実施例によって何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態における垂直共振器型面発光レーザの基本構成を説明するための模式的断面図。
【図２】本発明の実施例１における垂直共振器型面発光レーザの構成例を示す模式的断面図。
【図３】本発明の実施例１における垂直共振器型面発光レーザの狭窄構造部分を示す模式的断面図。
【図４】本発明の実施例２における上部共振器ミラーに２次元のフォトニック結晶を用いた垂直共振器型面発光レーザの構成例を説明する図。（ａ）は基板に対して垂直方向の模式的断面図、（ｂ）は上部共振器ミラーを面に垂直方向より見た図。
【図５】本発明の実施例３におけるデバイスの狭窄構造の構成例を説明するための模式的断面図。
【図６】本発明の実施例４におけるデバイスの狭窄構造の構成例を説明するための模式的断面図。
【符号の説明】
【００３６】
１０１：基板
１０２：下部共振器ミラー
１０３：下部クラッド層
１０４：活性層
１０５：エアーギャップ電流狭窄構造
１０６：上部クラッド層
１０７：上部共振器ミラー
２０１：基板
２０２：下部共振器ミラー
２０３：下部共振器クラッド層
２０４：活性層
２０５：狭窄構造
２０６：上部共振器クラッド層
２０７：上部共振器ミラー
２０８：ｎ側電極
２０９：ｐ側電極
３０１：狭窄部の中心構造
３０２：エアーギャップ狭窄層
３０３：狭窄構造外部分
４０１：基板
４０２：下部共振器ミラー
４０３：下部共振器クラッド層
４０４：活性層
４０５：狭窄構造
４０６：上部共振器クラッド層
４０７：上部共振器ミラー高屈折率層
４０８：上部共振器ミラー低屈折率媒質
４０９：ｎ側電極
４１０：ｐ側電極
５０１：狭窄部の中心構造
５０２：エアーギャップ狭窄構造
５０３：狭窄構造突出部
５０４：狭窄構造外部分
６０１：基板
６０２：下部共振器反射ミラー
６０３：下部共振器クラッド層
６０４：活性層
６０５：狭窄構造
６０６：上部共振器クラッド層
６０７：上部共振器反射ミラー
６０８：ｎ側電極
６０９：ｐ側電極
【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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