(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第１多層膜反射鏡、活性層および第２多層膜反射鏡を前記基板側からこの順に含む積層構造を備え、
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、電流注入領域と、前記電流注入領域を積層面内方向から囲む環状の電流狭窄領域とを含む電流狭窄層を有し、
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、前記電流狭窄領域との対向領域のうち１カ所の領域にだけ、多層膜からなる酸化部を有する
面発光型半導体レーザ。
【請求項２】
前記積層構造は、前記電流狭窄層および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
請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項３】
前記多層膜は、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
請求項２に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項４】
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
請求項２に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項５】
前記多層膜は、前記溝部のうち幅が広い部分に対応して形成されている
請求項４に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項６】
前記溝部のうち深さが深い部分に対応する部分の幅は、１μｍ以上３μｍ以下である
請求項２に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項７】
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
請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項８】
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
請求項７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９】
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
請求項７に記載の面発光型半導体レーザ。
１≧ｘ６＞（ｘ５，ｘ３）＞０．８＞（ｘ２，ｘ４）≧０…（２）
【請求項１０】
前記第２屈折率層は、前記積層構造内で生じる定在波の腹に対応する部分またはその近傍に形成され、
前記酸化部は、前記第２屈折率層内に形成されている
請求項９に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１１】
前記電流狭窄層は、前記積層構造内で生じる定在波の節に対応する部分またはその近傍に形成されている
請求項９に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１２】
前記積層構造の上面のうち前記酸化部との対向領域側の一の領域に、前記積層構造の上面と電気的に接続されたコンタクト層および電極を前記積層構造側からこの順に備える
請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１３】
前記積層構造の上面のうち前記電流注入領域との対向領域に、積層面内に高反射率領域と低反射率領域とを含む横モード調整層をさらに備え、
前記高反射率領域が前記電流注入領域の中央から前記酸化部側にずれて設けられている
請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１４】
前記高反射率領域は、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を有し、
前記横モード調整部のうち反射率の低い領域は、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調整層を有する
請求項１３に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１５】
前記第１調整層および第２調整層は互いに種類の異なる誘電体からなる
請求項１４に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１６】
前記第１調整層は酸化物からなり、
前記第２調整層および第３調整層は窒化物からなる
請求項１４に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１７】
基板上に、第１多層膜反射鏡、活性層および第２多層膜反射鏡を前記基板側からこの順に含む積層構造を形成する工程と、
前記積層構造の上面に、一カ所だけ幅の広い環状の開口部を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、前記積層構造に、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、多層膜からなる酸化部を形成する工程と
を含む
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、上面からレーザ光を射出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。
【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、活性層および第２多層膜反射鏡を基板側からこの順に含む積層構造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、電流注入領域と、電流注入領域を積層面内方向から囲む環状の電流狭窄領域とを含む電流狭窄層を有している。また、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、電流狭窄領域との対向領域のうち１カ所の領域にだけ、多層膜からなる酸化部を有している。
【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において、電流狭窄領域との対向領域のうち１カ所の領域にだけ、多層膜からなる酸化部が設けられている。これにより、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。これにより、レーザ光の偏光成分が一方向に固定される。さらに、基本横モードの光場強度分布が酸化部の方向に引き寄せられ、基本横モードの光場強度分布のピーク位置が電流注入領域の端縁の位置、ひいてはキャリア密度分布のピーク位置に近づくので、基本横モードのゲインを増大させることができる。
【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多層膜反射鏡を基板側からこの順に含む積層構造を形成する工程
（Ｂ）積層構造の上面に、一カ所だけ幅の広い環状の開口部を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、積層構造に、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、多層膜からな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。これにより、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。これにより、レーザ光の偏光成分が一方向に固定される。さらに、基本横モードの光場強度分布が酸化部の方向に引き寄せられ、基本横モードの光場強度分布のピーク位置がキャリア密度分布のピーク位置に近づくので、基本横モードのゲインを増大させることができる。
【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において、電流狭窄領域との対向領域のうち１カ所の領域にだけ、多層膜からな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と共に高出力化することができる。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。
【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と共に高出力化することができる。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。
【００２１】
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】
【００２２】
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。
【００２３】
図１は、本発明の一実施の形態に係る面発光型の半導体レーザ１の上面図を表したものである。図２は図１の半導体レーザ１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図３は図１の半導体レーザ１のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成をそれぞれ表したものである。図４は下部ＤＢＲ層１１（後述）の断面構成の一例を表したものである。図５は図１の半導体レーザ１を上面から透かして見たときの、電流狭窄層１７および酸化部３０（後述）の平面構成を表したものである。なお、図１ないし図４は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。
【００２４】
本実施の形態の半導体レーザ１は、基板１０の一面側に、下部ＤＢＲ層１１、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層１８およびコンタクト層１９をこの順に積層してなる積層構造２０（垂直共振器）を備えている。この積層構造２０の上部、具体的には、下部ＤＢＲ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層１８およびコンタクト層１９には、例えば幅２０μｍ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。
【００２５】
なお、本実施の形態では、下部ＤＢＲ層１１が本発明の「第１多層膜反射鏡」の一具体例に相当し、電流狭窄層１７および上部ＤＢＲ層１８が本発明の「第２多層膜反射鏡」の一具体例に相当する。
【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、図１に示したように、溝部２２は、径方向の幅がＬｙ、周回方向の幅がＬｘの溝２２Ａと、この溝２２Ａに連通し、かつ径方向の幅がΔＲの溝２２Ｂとを有している。つまり、溝部２２は、一カ所だけ幅の広い箇所を有している。
【００２７】
溝２２Ａは下部ＤＢＲ層１１の下部第１ＤＢＲ層１２（後述）にまで達する深さＤ１（図２参照）を有している。他方、溝２２Ｂは下部第１ＤＢＲ層１２の内部にまで達しない深さＤ２（図３参照）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、その結果、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層１１の下部第２ＤＢＲ層１３（後述）にまで達している場合が例示されている。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
下部ＤＢＲ層１１は、下部第１ＤＢＲ層１２および下部第２ＤＢＲ層１３を基板１０側からこの順に積層した構造を有している。なお、本実施の形態では、下部第１ＤＢＲ層１２が本発明の「第３多層膜反射鏡」の一具体例に相当し、下部第２ＤＢＲ層１３が本発明の「第４多層膜反射鏡」の一具体例に相当する。
【００３１】
下部第１ＤＢＲ層１２は、例えば、図４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は例えば厚さがλ／４ｎａ（λは発振波長、ｎａは屈折率）のｎ型Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓからなり、高屈折率層１２Ｂは例えば厚さがλ／４ｎｂ（ｎｂは屈折率）のｎ型Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓからなる。下部第２ＤＢＲ層１３は、例えば、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は例えば厚さがλ／４ｎｃ（ｎｃは屈折率）のｎ型Ａｌｘ３Ｇａ１−ｘ３Ａｓからなり、高屈折率層１２Ｂは例えば厚さがλ／４ｎｄ（ｎｄは屈折率）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。
【００３２】
ここで、下部ＤＢＲ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層１２の低屈折率層１２Ａは下部第２ＤＢＲ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。
【００３３】
１≧ｘ９≧ｘ１＞（ｘ３，ｘ１０）＞０．８＞（ｘ２，ｘ４）≧０…（１）
【００３４】
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。
【００３５】
ところで、本実施の形態では、下部第１ＤＢＲ層１２の各低屈折率層１２Ａのうち電流狭窄領域１７Ａ（後述）との対向領域の一の領域に酸化部３０が形成されている。この酸化部３０は、図２、図４に示したように、複数の酸化層３０Ａの積層構造となっており、メサ部２１の側面から、電流注入領域１７Ｂ（後述）の端縁との対向領域にまで達しない範囲内に形成されると共に、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は電流狭窄領域１７Ａとの対向領域内の一カ所に偏在して分布しており、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。
【００３６】
酸化層３０Ａは、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）を含んで構成されており、後述するように、メサ部２１（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３０Ａは下部ＤＢＲ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３０Ａは分布していない。
【００３７】
ところで、下部第１ＤＢＲ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６（Ｂ）に示したような構成をとることも可能である。図６（Ｂ）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る。また、このようにした場合には、酸化層３０Ａは、積層構造２０内で生じる定在波の腹Ｐ１（図６（Ａ）参照）に対応する部分またはその近傍に位置する第２屈折率層１２Ｄ内に形成されることになる。
【００３８】
１≧ｘ６＝ｘ９＞（ｘ５，ｘ３，ｘ１０）＞０．８＞（ｘ２，ｘ４）≧０…（２）
【００３９】
なお、式（２）中の（ｘ６，ｘ３，ｘ１０）はｘ６、ｘ３またはｘ１０を意味する。
【００４０】
下部スペーサ層１４は、例えばＡｌｘ７Ｇａ１−ｘ７Ａｓ（０＜ｘ７＜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（電流注入領域１７Ｂ）の端縁またはその近傍がキャリア密度分布のピークと対応している。上部スペーサ層１６は、例えばＡｌｘ８Ｇａ１−ｘ８Ａｓ（０＜ｘ８＜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。
【００４１】
電流狭窄層１７は、メサ部２１の側面から所定の深さまでの領域に電流狭窄領域１７Ａを有し、それ以外の領域（メサ部２１の中央領域）が電流注入領域１７Ｂとなっている。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、例えば、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）を含んで構成され、後述するように、側面から被酸化層１７Ｄに含まれる高濃度のＡｌを酸化することにより形成されるものである。従って、電流狭窄層１７は電流を狭窄する機能を有している。
【００４２】
また、電流注入領域１７Ａは、例えば、［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。このように電流注入領域１５Ｂ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、例えば、Ａｌｘ７Ｇａ１−ｘ７Ａｓ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度の角度をなす［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の幅（対角線の長さ）Ｄｏｘ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。なお、電流注入領域１７Ｂは、円形状となっていてもよい。また、電流狭窄層１７は、積層構造２０内で生じる定在波の節Ｐ２（図６参照）に対応する部分またはその近傍に形成されていることが好ましい。
【００４３】
上部ＤＢＲ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厚さがλ／４ｎｅ（ｎｅは屈折率）のｐ型Ａｌｘ１０Ｇａ１−ｘ１０Ａｓ（０＜ｘ１０＜１）からなり、高屈折率層は例えば厚さがλ／４ｎｆ（ｎｆは屈折率）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からなる。
【００４４】
メサ部２１の上面（コンタクト層１９の上面）には、電流注入領域１７Ｂとの対向領域に開口（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、メサ部２１の側面および周辺の表面には、保護膜２３が形成されている。保護膜２３の表面上には、ワイヤ（図示せず）をボンディングするための上部電極パッド２５と、接続部２６とが設けられており、この上部電極パッド２５と上部電極２４とが、溝２２Ｂ内に形成された接続部２６を介して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が設けられている。
【００４５】
ここで、保護膜２３は、例えば酸化物または窒化物などの絶縁材料からなる。上部電極２４および上部電極パッド２５は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をこの順に積層して構成されたものであり、メサ部２１上部のコンタクト層１９と電気的に接続されている。接続部２６は、例えばめっきにより形成されている。下部電極２７は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とを基板１０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。
【００４６】
また、本実施の形態では、上部電極２４の開口内、すなわち、光射出口２４Ａに、横モード調整部５０が設けられている。この横モード調整部５０は、積層構造２０の上面（コンタクト層１９の上面）に接して設けられており、第１調整層５１と、第２調整層５２と、第３調整層５３とを含んで構成されている。
【００４７】
ここで、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が積層構造２０の最上層（例えばコンタクト層１９）の屈折率より低い物質、例えばＳｉＯ２（酸化シリコン）などの誘電体からなる。第２調整層５２は、具体的には、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の屈折率ｎ１より高い材料、例えばＳｉＮ（窒化シリコン）などの誘電体からなる。従って、第１調整層５１および第２調整層５２からなる積層構造は、活性層１５からの光を高反射率で反射する機能を有しており、横モード調整部５０における高反射率領域に対応している。
【００４８】
また、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の屈折率ｎ１より高い材料、例えばＳｉＮ（窒化シリコン）などの誘電体からなる。従って、第３調整層５３は、活性層１５からの光を、第１調整層５１および第２調整層５２からなる積層構造よりも低い反射率で反射する機能を有しており、横モード調整部５０における低反射率領域に対応している。
【００４９】
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。後述のように、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からである。
【００５０】
ところで、本実施の形態では、第１調整層５１および第２調整層５２からなる積層構造は、例えば図１の破線で示したように、円形状となっており、電流注入領域１７Ｂの中央から酸化部３０側にずれて設けられている。ここで、電流注入領域１７Ｂが四辺形状となっている場合には、酸化部３０が、電流注入領域１７Ｂの一の対角線を延長した線上にずれて設けられていることが好ましい。第１調整層５１および第２調整層５２からなる積層構造の幅（直径）Ｈｒは、電流注入領域１７Ｂの幅（または対角線の長さ）をＤｏｘとすると、以下の式（３），（４）を満たす範囲であることが好ましい。また、第１調整層５１および第２調整層５２からなる積層構造の中心と、電流注入領域１７Ｂの中心との差分（ずれ量）は、１μｍ程度であることが好ましい。
【００５１】
３μｍ≦Ｈｒ≦５μｍ…（３）
０．４≦Ｈｒ／Ｄｏｘ≦０．７…（４）
【００５２】
本実施の形態に係る半導体レーザ１は、例えば次のようにして製造することができる。
【００５３】
図７（Ａ），（Ｂ）〜図９（Ａ），（Ｂ）は、その製造方法を工程順に表したものである。なお、図７（Ａ）、図８（Ａ）および図９（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７（Ｂ）は図７（Ａ）の上面構成を、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の上面構成を、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の上面構成をそれぞれ表したものである。
【００５４】
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、Ｈ２Ｓｅ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。
【００５５】
まず、基板１０上に、下部第１ＤＢＲ層１２、下部第２ＤＢＲ層１３、下部スペーサ層１４、活性層１５、上部スペーサ層１６、被酸化層１７Ｄ，上部ＤＢＲ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７（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の開口Ｗ１と、これに連通して、径方向の幅がΔＲの円弧状の開口Ｗ２とからなる。
【００５６】
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８（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。
【００５７】
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および被酸化層１７ＤのＡｌを選択的に酸化する。これにより被酸化層１７Ｄおよび低屈折率層１２Ａの外縁領域が絶縁層（酸化アルミニウム）となり、電流狭窄層１７および酸化部３０が形成される（図９（Ａ），（Ｂ））。
【００５８】
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電流狭窄層１７と酸化部３０とを同時かつ容易に形成することができる。
【００５９】
次に、メサ部２１の表面を含む表面全体に、例えばＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 法により前述の誘電体を堆積させたのち、メサ部２１上面のうち第１調整層５１を形成する領域に対応する部分が残るように、堆積させた誘電体をエッチングにより選択的に除去する。これにより第１調整層５１が形成される。
【００６０】
次に、上記と同様の方法を用いて、第１調整層５１上に第２調整層５２を形成したのち、メサ部２１上面のうち第１調整層５１以外の領域に第３調整層５３を形成し、さらに、メサ部２１側面と、メサ部２１周辺の表面に保護膜２３を形成する。なお、上記誘電体は積層構造２０の最上層の半導体に対して優れた選択性を有しており、さらに複雑な形状とする必要がないことから、エッチングにより第１調整層５１を容易に形成することができる。
【００６１】
なお、第２調整層５２、第３調整層５３および保護膜２３を同一の膜厚および材料により構成する場合には、製造工程の簡略化の点から、これらの層を一括形成することが好ましい。
【００６２】
次に、例えば真空蒸着法により、表面全体に前述の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上面の中央領域に開口を有する上部電極２４を形成すると共に、メサ部２１周辺の表面上に上部電極パッド２５および接続部２６を形成する。
【００６３】
次いで、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２４を形成する。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ１が製造される。
【００６４】
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。
【００６５】
また、図６（Ｂ）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。
【００６６】
また、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。
【００６７】
次に、本実施の形態の半導体レーザ１の作用および効果について説明する。
【００６８】
本実施の形態の半導体レーザ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層１１および上部ＤＢＲ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。
【００６９】
ところで、本実施の形態では、下部ＤＢＲ層１１の下部第１ＤＢＲ層１２のうち電流狭窄領域１７Ａとの対向領域のうち一の領域（一箇所）に酸化部３０が設けられている。これにより、酸化部３０による応力が活性層１５に不均一に発生するので、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。その結果、レーザ光の偏光成分が一方向に固定される。さらに、図１０（Ａ）〜（Ｅ）に示したように、基本横モードの光場強度分布が酸化部３０の方向に引き寄せられ、基本横モードの光場強度分布のピーク位置が電流注入領域１７Ｂの端縁の位置、ひいてはキャリア密度分布のピーク位置に近づくので、基本横モードのゲインを増大させることができる。なお、図１０（Ａ）〜（Ｅ）は、横モード調整層５０、電流狭窄層１７および酸化部３０と、キャリア密度分布および光場強度分布との関係を模式的に表したものである。従って、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。
【００７０】
また、図６（Ｂ）に例示したように、低屈折率層１２Ａを２層で構成し、Ａｌ組成の高い層を、積層構造２０内で生じる定在波の腹Ｐ１に対応する部分またはその近傍に設けた場合には、屈折率の非対称性が強くなり、基本横モードの光場強度分布のピーク位置がより一層キャリア密度分布のピーク位置に近づくので、基本横モードのゲインをさらに増大させることができる。これにより、基本横モードの発振強度をさらに大きくすることができる。
【００７１】
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。
【００７２】
また、本実施の形態では、酸化層３０Ａの層数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。
【００７３】
従って、本実施の形態では、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。
【００７４】
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。
【００７５】
例えば、上記実施の形態等では、上部電極２４と上部電極パッド２５とを連結する接続部２６が溝２２Ｂ内に形成されていたが、例えば図１１、図１２に示したように、溝２２Ａ内に形成されていてもよい。このとき、例えば図１１、図１２に示したように、コンタクト層１９および上部電極２４が積層構造２０の上面のうち酸化部３０との対向領域側の一の領域（例えば溝２２Ａ側の端縁）にだけ形成されていることが好ましい。このようにした場合には、図１３（Ａ）〜（Ｅ）に示したように、基本横モードの光場強度分布のピーク位置により効率的に電流を注入することができるので、基本横モードの発振強度を極めて大きくすることができる。
【００７６】
また、上記実施の形態等では、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１４に示したように扇形状としたり、図１５に示したように釘の断面のような形状としたりすることも可能である。
【００７７】
また、上記実施の形態等では、基板１０上にメサ部２１を１つだけ設けた場合について説明したが、複数のメサ部２１をアレイ状に配置してもよい。例えば、図１６（Ａ）の半導体レーザ２に示したように、複数のメサ部２１を一列に配置し、両端のメサ部２１（中央以外のメサ部２１）に対して、中央のメサ部２１側に溝２２Ａを設け、中央のメサ部２１側に酸化層３０を偏在させると共に、第１調整層５１および第２調整層５２が中央のメサ部２１側に偏在する横モード調整層５０を設け、さらに、中央のメサ部２１の周囲全体を溝２２Ｂで囲むと共に、中央のメサ部２１に対して、第１調整層５１および第２調整層５２がメサ部２１の中央に配置された横モード調整層５０を設けることが可能である。このようにした場合には、図１６（Ｂ）に例示したように、両端のメサ部２１（中央以外のメサ部２１）から射出される光の基本横モードの光場強度分布が中央のメサ部２１側に偏在するようになる。その結果、例えば、半導体レーザ２の光射出側にレンズを配置し、このレンズで、半導体レーザ２の各メサ部２１から射出される光を受ける際に、全てのメサ部２１に対して酸化層３０および横モード調整層５０を偏在させずに対称に設けた場合と比べて、カップリング効率を向上させることができる。
【００７８】
また、上記実施の形態等では、コンタクト層１９を積層構造２０の最上層としていたが、コンタクト層１９の中央領域に開口を設け、上部ＤＢＲ層１８の最上層を積層構造２０の最上層としてもよい。
【００７９】
また、上記実施の形態等では、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】
【００８０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの上面図である。
【図２】図１の半導体レーザのＡ−Ａ矢視方向の断面図である。
【図３】図１の半導体レーザのＢ−Ｂ矢視方向の断面図である。
【図４】図２の下部ＤＢＲ層の断面構成の一例の拡大図である。
【図５】図２の酸化部および電流狭窄層の平面図である。
【図６】図２の下部ＤＢＲ層の断面構成の他の例の拡大図である。
【図７】図１の半導体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８】図７に続く過程を説明するための断面図および上面図である。
【図９】図８に続く過程を説明するための断面図および上面図である。
【図１０】キャリア密度分布と光場強度分布について説明するための模式図である。
【図１１】一変形例に係る半導体レーザの上面図である。
【図１２】図１１の半導体レーザのＡ−Ａ矢視方向の断面図である。
【図１３】図１１の半導体レーザにおけるキャリア密度分布と光場強度分布について説明するための模式図である。
【図１４】他の変形例に係る半導体レーザの上面図である。
【図１５】その他の変形例に係る半導体レーザの上面図である。
【図１６】その他の変形例に係る半導体レーザの上面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１…半導体レーザ、１０…基板、１１…下部ＤＢＲ層、１２…下部第１ＤＢＲ層、１２Ａ，１３Ａ…低屈折率層、１２Ｂ，１３Ｂ…高屈折率層、１３…下部第２ＤＢＲ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…被酸化層、１８…上部ＤＢＲ層、１９…コンタクト層、２０…積層構造、２１…メサ部、２２…溝部、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…酸化部、３０Ａ…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、Ｄｏｘ…電流注入領域の幅、Ｗ，Ｗ１，Ｗ２…開口。
【図１】
0005093480.tif 000002
【図２】
0005093480.tif 000003
【図３】
0005093480.tif 000004
【図４】
0005093480.tif 000005
【図５】
0005093480.tif 000006
【図６】
0005093480.tif 000007
【図７】
0005093480.tif 000008
【図８】
0005093480.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005093480.tif 000011
【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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