JP2001156397A

JP2001156397A - 面発光型半導体レーザおよび面発光型半導体レーザアレイ

Info

Publication number: JP2001156397A
Application number: JP33968599A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Nishida; 哲朗西田; Takayuki Kondo; 貴幸近藤; Takeshi Kaneko; 剛金子
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2001-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ光の偏光方向の制御が可能である面発
光型半導体レーザおよび面発光型半導体レーザアレイを
提供する。【解決手段】面発光レーザ１００は、共振器１２０に
形成された柱状部１１０上面の中心１３０を通り互いに
直交する軸をｘ軸としたとき、中心１３０から、ｘ軸と
半導体基板１０１の側面との第１の交点Ｐ_aまでの距離
Ｌ_aが、中心１３０から、ｘ軸と半導体基板１０１の側
面との第２の交点Ｐ_bまでの距離Ｌ_bよりも小さい。以上
により、上記目的を達成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板に対し
て垂直にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザに関
する。

【０００２】

【背景技術】面発光型半導体レーザは、半導体基板に対
して垂直にレーザ光を出射する半導体レーザであり、半
導体基板上に垂直方向に共振器が設けられている。この
共振器は、レーザ光を発振させた後出射させるものであ
り、反射層、活性層、反射層が順に堆層されて構成され
る。

【０００３】面発光型半導体レーザは、アレイ化（同一
半導体基板上に多数のレーザを配置すること）が容易、
しきい値電流が小さい、発振波長が安定、端面レーザに
比べてレーザ放射角が等方的で、かつ小さい等の優れた
特徴を有する。よって、面発光型半導体レーザは、２次
元集積化が可能な半導体レーザとして、光並列通信や光
並列演算、レーザビームプリンタ等のへの応用が期待さ
れている。

【０００４】一方、半導体レーザを用いて光学装置を構
築する場合、偏光子やビームスプリッタなどの機器を使
用することが多い。偏光子やビームスプリッタなどの機
器は、反射率が偏光方向に依存する。このため、半導体
レーザを光学装置に組み込んで使用する場合、レーザ光
の偏光方向の制御が不十分であると、方向により光の強
度が変化する等の問題が発生するため、レーザ光の偏光
方向を制御することが重要である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、面発光
型半導体レーザは、共振器が等方的な構造を有すること
から、共振器から出射されるレーザ光の放射角が等方的
であるため、レーザ光の偏光方向の制御が困難であっ
た。このため、面発光型半導体レーザにおいて、レーザ
光の偏光方向を制御しようとする試みがなされており、
例えば、特開平８−１１６１３０号公報や、特開平６−
２２４５１５号公報に面発光型半導体レーザの偏光方向
の制御に関する技術が開示されている。

【０００６】本発明の目的は、レーザ光の偏光方向が制
御された面発光型半導体レーザおよび面発光型半導体レ
ーザアレイを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（１）本発明にかかる面
発光型半導体レーザは、共振器が半導体基板上に垂直方
向に形成され、該共振器より該半導体基板に垂直な方向
へレーザ光を出射する面発光型半導体レーザであって、
少なくとも前記共振器の一部を含む柱状の半導体堆積体
を有し、前記半導体堆積体上面の中心を通る軸をｘ軸と
したとき、前記中心から、前記ｘ軸と前記半導体基板の
側面との第１の交点までの距離Ｌ _aが、該中心から、該
ｘ軸と該半導体基板の側面との第２の交点までの距離Ｌ
_bよりも小さい面発光型半導体レーザである。

【０００８】ここで、前記中心から、前記ｘ軸と前記半
導体基板の側面との第２の交点までの距離Ｌ_bとは、該
ｘ軸と該半導体基板の側面との交点のうち、前記第１の
交点とは異なる交点をいう。

【０００９】上記の構成を有する面発光型半導体レーザ
に電流を流入して駆動させた場合、面発光型半導体レー
ザ自体が発熱することにより、面発光型半導体レーザが
熱膨張するために、面発光型半導体レーザ内に応力が発
生し、かかる応力による歪みが面発光型半導体レーザ内
に生じる。面発光型半導体レーザに作用する応力のう
ち、前記半導体堆積体上面の中心から前記第１の交点ま
での距離Ｌ_aは、該中心から第２の交点までの距離Ｌ_bよ
りも小さいことから、前記中心から前記第１の交点に向
かう方向への熱の拡散は、前記中心から前記第２の交点
に向かう方向への熱の拡散と比較して小さいため、前記
中心から前記第１の交点に向かう方向への応力は、前記
中心から前記第２の交点に向かう方向への応力より大き
くなる。この結果、前記中心から前記第１の交点に向か
う方向への歪みが、面発光型半導体レーザ中に生じる。
したがって、かかる歪みは、面発光型半導体レーザ中に
含まれる活性層にも生じるため、活性層においてレーザ
光の光学利得の異方性が発現し、レーザ光の利得が前記
中心から前記第１の交点に向かう方向に垂直な方向すな
わち前記ｘ軸に垂直な方向に優位となる。この結果、前
記ｘ軸に垂直な方向に偏光したレーザ光を得ることがで
きる。以上により、レーザ光の偏光方向の制御を行うこ
とができる。

【００１０】（２）また、上記面発光型半導体レーザに
おいて、前記中心から前記第１の交点までの距離Ｌ_aが
８０μｍ以下であることが望ましい。

【００１１】前記中心から前記第１の交点までの距離Ｌ
_aが８０μｍを超えると、前記中心から前記第１の交点
に向かう方向への熱の拡散と、前記中心から前記第２の
交点に向かう方向への熱の拡散との差が小さくなること
から、前記中心から前記第１の交点に向かう方向への歪
みが小さくなり、前記中心から前記第１の交点に向かう
方向への活性層における歪みも小さくなるため、活性層
においてレーザ光の光学利得の異方性が発現しにくくな
り、結果としてレーザ光の偏光方向の制御が困難とな
る。しかしながら、本発明の面発光型半導体レーザにお
いて、前記中心から第１の交点までの距離Ｌ_aを８０μ
ｍ以下にすることにより、前記中心から前記第１の交点
に向かう方向への熱の拡散が、前記中心から前記第２の
交点に向かう方向への熱の拡散と比較して小さくなるた
め、前記中心から前記第１の交点に向かう方向への歪み
が活性層を含む面発光型半導体レーザ中に生じ、活性層
においてレーザ光の光学利得の異方性が発現し、結果と
してレーザ光の偏光方向の制御をすることができるた
め、レーザ光の偏光方向を確実に制御することができ
る。

【００１２】（３）さらにこの場合、より確実にレーザ
光の偏光方向を制御するためには、前記中心から前記第
１の交点までの距離Ｌ_aを７０μｍ以下にすることがよ
り望ましい。

【００１３】（４）さらに、上記面発光型半導体レーザ
において、前記半導体基板の側面のうち少なくとも１の
側面が劈開面であり、かつ前記第１の交点が該劈開面上
の所定の位置に形成され得る。

【００１４】（５）さらに、上記面発光型半導体レーザ
において、前記中心を通り前記ｘ軸に直交する軸をｙ軸
としたとき、前記中心から、前記ｙ軸と前記半導体基板
の側面との第１の交点までの距離Ｌ _c、および該中心か
ら、該ｙ軸と該半導体基板の側面との第２の交点までの
距離Ｌ_dが、いずれも該中心から、前記ｘ軸と該半導体
基板の側面との前記第１の交点までの距離Ｌ_aより大き
いことが望ましい。

【００１５】本発明の面発光型半導体レーザが上記構成
を有することにより、前記中心から該ｘ軸と該半導体基
板の側面との第１の交点に向かう方向への応力は、前記
中心から該ｘ軸と該半導体基板の側面との第２の交点に
向かう方向への応力のみならず、前記中心から該ｙ軸と
該半導体基板の側面との第１の交点に向かう方向への応
力、および前記中心から該ｙ軸と該半導体基板の側面と
の第２の交点に向かう方向への応力より大きくなる。こ
れにより、前記中心から該ｘ軸と該半導体基板の側面と
の第１の交点に向かう方向への歪みが相対的に大きくな
る。これにより、レーザ光の利得が、前記ｘ軸と垂直な
方向の偏光に対してさらに優位となる。この結果、前記
ｘ軸と垂直な方向により偏光したレーザ光を得ることが
できる。

【００１６】（６）また、上記面発光型半導体レーザに
おいて、前記半導体基板の平面形状が矩形であり、かつ
該矩形の各辺の長さが２００μｍ以上であることが望ま
しい。本発明の面発光型半導体レーザにおいて、前記半
導体基板の平面形状が矩形であり、かつ該矩形の各辺の
長さが２００μｍ以上であることにより、前記中心から
前記第１の交点までの距離Ｌ_aと、前記中心から前記第
２の交点までの距離Ｌ_bとの差を確保することができる
ため、活性層を含む面発光型半導体レーザ中に前記中心
から前記第１の交点に向かう方向への歪みが確実に生じ
る。これにより、活性層においてレーザ光の光学利得の
異方性が発現し、結果としてレーザ光の偏光方向の制御
をすることができるため、レーザ光の偏光方向を確実に
制御することができる。

【００１７】（７）さらに、上記面発光型半導体レーザ
において、前記半導体堆積体の平面形状が円形であるこ
とが望ましい。

【００１８】（８）前記面発光型半導体レーザの好まし
い態様としては、共振器が半導体基板上に垂直方向に形
成され、該共振器より該半導体基板に垂直な方向へレー
ザ光を出射する面発光型半導体レーザであって、前記半
導体基板の平面形状が矩形であり、かつ該矩形の各辺の
長さが２００μｍ以上であって、少なくとも前記共振器
の一部を含む柱状の半導体堆積体を有し、前記半導体堆
積体の平面形状が円形であって、前記半導体堆積体上面
の中心を通る軸をｘ軸としたとき、前記中心から、前記
ｘ軸と前記半導体基板の側面との第１の交点までの距離
Ｌ _aが８０μｍ以下であり、前記中心から、前記ｘ軸と
前記半導体基板の側面との第２の交点までの距離Ｌ
_bが、該中心から前記第１の交点までの距離Ｌ_aよりも大
きい面発光型半導体レーザがある。

【００１９】この面発光型半導体レーザによれば、前述
した効果を奏することができる。

【００２０】（９）本発明の面発光型半導体レーザアレ
イは、前述した本発明の面発光型半導体レーザを複数個
並べることにより形成される。

【００２１】この面発光型半導体レーザアレイによれ
ば、面発光型半導体レーザを複数個並べることにより形
成されるため、面発光型半導体レーザを所定数、所定の
配列にて形成することにより、用途や目的に応じて最適
な面発光レーザアレイを得ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照しながら説明する。

【００２３】（第１の実施の形態）（デバイスの構造）図１は、本実施の形態にかかる面発
光型半導体レーザ１００（以下、「面発光レーザ」とい
う）を、図２のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図であ
る。図２は、図１に示される面発光レーザ１００を、レ
ーザ光の出射口に対向する側から見た平面の要部を模式
的に示す図である。

【００２４】まず、図１および図２に示す面発光レーザ
１００の構造について説明する。面発光レーザ１００
は、半導体基板１０１および半導体基板１０１上に形成
された垂直共振器（以下、「共振器」とする）１２０を
含み構成される。

【００２５】共振器１２０は、ｎ型ＧａＡｓからなるバ
ッファ層１０２、ｎ型ＡｌＡｓ層とｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ
_0.85Ａｓ層とを交互に積層した３０．５ペアの分布反射
型多層膜ミラー（以下、「下部ミラー」という）１０
３、ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなるｎ型クラッド層１
０４、ＧａＡｓウエル層とＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓバリア層
からなり、ウエル層が３層で構成される多重井戸構造の
活性層１０５、Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなるｐ型クラッ
ド層１０６、ｐ型ＡｌＡｓからなる電流狭窄部層１０７
ならびに電流狭窄部層１０７の周囲に形成された誘電体
層１１１、ｐ型Ａｌ_0.89Ｇａ_0.11Ａｓ層とｐ型Ａｌ_0.15
Ｇａ_0.85Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの分布反射
型多層膜ミラー（以下、「上部ミラー」という）１０
８、およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０９が
半導体基板１０１上に順次積層されて構成される。

【００２６】上部ミラー１０８は、Ｚｎがドーピングさ
れることによりｐ型にされ、下部ミラー１０３は、Ｓｅ
がドーピングされることによりｎ型にされている。した
がって、上部ミラー１０８、不純物がドーピングされて
いない活性層１０５、および下部ミラー１０３により、
ｐｉｎダイオードが形成される。

【００２７】また、共振器１２０のうち面発光レーザ１
００のレーザ光出射側からｎ型クラッド層１０４にかけ
ての部分が、レーザ光出射側からから見て円形の形状に
エッチングされて柱状部１１０が形成されている。ここ
で、柱状部１１０とは、共振器１２０の一部であって、
柱状の半導体堆積体のことをいう。なお、本実施の形態
では、柱状部１１０の平面形状を円形としたが、この形
状は任意の形状をとることが可能である。

【００２８】また、柱状部１１０の平面形状が円形とす
ることが好ましい。この円の直径は、例えば加工プロセ
スの精度、条件によって調整されるが、例えば５〜５０
μｍの範囲にする。

【００２９】本実施の形態にかかる面発光レーザ１００
は、共振器１２０に形成された柱状部１１０上面の中心
１３０を通る軸をｘ軸としたとき、中心１３０から、ｘ
軸と半導体基板１０１の側面との第１の交点Ｐ_aまでの
距離Ｌ_aが、中心１３０から、ｘ軸と半導体基板１０１
の側面との第２の交点Ｐ_bまでの距離Ｌ_bよりも小さいこ
とを特徴とする。

【００３０】本実施の形態にかかる面発光レーザ１００
において、ｘ軸と半導体基板１０１の側面との第２の交
点Ｐ_bとは、ｘ軸と半導体基板１０１の側面との交点の
うち、第１の交点Ｐ_aと異なる交点をいう。

【００３１】図１に示される面発光レーザ１００におい
ては、中心１３０から、ｘ軸と半導体基板１０１の側面
との第１の交点Ｐ_aまでの距離Ｌ_aが、中心１３０から、
ｘ軸と半導体基板１０１の側面との第２の交点Ｐ_bまで
の距離Ｌ_bより小さくなるように柱状部１１０が形成さ
れていることにより、後述する作用により、レーザ光の
偏光方向を制御することができる。

【００３２】この場合、中心１３０から、ｘ軸と半導体
基板１０１の側面との第１の交点Ｐ _aまでの距離Ｌ_aは、
８０μｍ以下であることが望ましく、７０μｍ以下であ
ることがより望ましい。その理由は後述する。また、こ
の場合において、ｘ軸と半導体基板１０１の側面との第
１の交点Ｐ_aまでの距離Ｌ_aは、前述した柱状部１１０の
平面形状を考慮して設定する必要がある。例えば、図１
に示されるように、柱状部１１０の平面形状が円形の場
合、ｘ軸と半導体基板１０１の側面との第１の交点Ｐ_a
までの距離Ｌ_aは、少なくとも該円の半径より大きくな
るように形成される。

【００３３】また、図１に示される面発光レーザ１００
においては、半導体基板１０１の側面のうち、第１の交
点Ｐ_aが形成されている面が劈開面である。すなわち、
第１の交点Ｐ_aは半導体基板１０１の劈開面上に形成さ
れている。

【００３４】また、この場合、中心１３０を通りｘ軸に
直交する軸をｙ軸としたとき、中心１３０から、ｙ軸と
半導体基板１０１の側面との第１の交点Ｐ_cまでの距離
Ｌ_c、および、中心１３０から、ｙ軸と半導体基板１０
１の側面との第２の交点Ｐ_dまでの距離Ｌ_dが、いずれも
中心１３０から第１の交点Ｐ_aまでの距離Ｌ_aより大き
い。これにより、後述する効果を奏する。

【００３５】さらに、柱状部１１０の側面の一部分およ
び下部ミラー１０３の上面を覆うようにして、シリコン
酸化膜（ＳｉＯ₂膜）からなる絶縁層１１２が形成され
ている。また、絶縁層１１２の上面、および柱状部１１
０の側面であって絶縁層１１２が形成されていない部分
の上面には、上部電極１１３が形成されている。

【００３６】また、本実施の形態にかかる面発光レーザ
１００においては、図２に示されるように、上部電極１
１３の平面形状が矩形である場合を示したが、半導体基
板１０１の平面形状が矩形である場合、該矩形の各辺の
長さは２００μｍ以上であることが望ましい。その理由
は後述する。

【００３７】さらに、柱状部１１０上面の中央部には、
レーザ光の出射口となる開口部１１６が形成されてい
る。また、半導体基板１０１の裏面には、下部電極１１
５が形成されている。ここで、半導体基板１０１の裏面
とは、半導体基板１０１において共振器１２０が形成さ
れている面と反対側の面をいう。

【００３８】そして、上部電極１１３からの電流を柱状
部１１０の中央部分に集中させるために、電流狭窄部層
１０７の周囲から数μｍ程度の領域に、酸化アルミニウ
ムからなる誘電体層１１１が形成されている。

【００３９】（デバイスの製造プロセス）次に、本実施
の形態にかかる面発光レーザ１００の製造方法につい
て、図３〜５を用いて説明する。図３〜５は、本実施の
形態にかかる面発光レーザ１００の製造方法の工程を模
式的に示す断面図である。

【００４０】本実施の形態にかかる面発光レーザ１００
の製造方法は、以下の工程（ａ）および（ｂ）からな
る。工程（ａ）は、半導体基板１０１の表面に、活性層
１０５を含む半導体堆積層１５０を形成し、半導体堆積
層１５０から、半導体基板１０１と垂直な方向にレーザ
光を出射する柱状部１１０を含む共振器１２０を形成す
る工程である。工程（ｂ）は、共振器１２０に上部電極
１１３および下部電極１１５を設置する工程である。

【００４１】まず、工程（ａ）について説明する。

【００４２】（ａ）ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板１
０１の表面に、組成を変調させながらエピタキシャル成
長させることにより、図３に示される半導体堆積層１５
０を形成する。ここで、半導体堆積層１５０とは、ｎ型
ＧａＡｓからなるバッファ層１０２、ｎ型ＡｌＡｓ層と
ｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓ層とを交互に積層した下部ミ
ラー１０３、ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなるｎ型クラ
ッド層１０４、ＧａＡｓウエル層とＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ
バリア層からなり、ウエル層が３層で構成される多重井
戸構造の活性層１０５、Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなるｐ
型クラッド層１０６、ｐ型ＡｌＡｓからなる電流狭窄部
層１０７、ｐ型Ａｌ_0.89Ｇａ_0.11Ａｓ層とｐ型Ａｌ_0.15
Ｇａ_0.85Ａｓ層とを交互に積層した上部ミラー１０８、
およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０９をい
う。これらの層を順に半導体基板１０１の表面に堆層さ
せて、半導体堆積層１５０を形成する。ここで、半導体
基板１０１の表面とは、半導体基板１０１において、後
の工程において共振器１２０を形成する側の面をいう。

【００４３】エピタキシャル成長を行う際の温度は、半
導体基板１０１の種類、あるいは形成する半導体堆積層
１５０の種類や厚さによって適宜決定されるが、一般
に、７００℃〜８００℃であるのが好ましい。また、エ
ピタキシャル成長を行う際の所要時間も、温度と同様に
適宜決定される。また、エピタキシャル成長させる方法
としては、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ
−ＯｒｇａｎｉｃＶａｐｏｒＰｈａｓｅＥｐｉｔ
ａｘｙ）法や、ＭＢＥ法（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍ
Ｅｐｉｔａｘｙ）法、あるいはＬＰＥ法（Ｌｉｑｕｉ
ｄＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ）を用いることができ
る。

【００４４】続いて、コンタクト層１０９上に、フォト
レジスト（図示しない）を塗布した後フォトリソグラフ
ィーにより該フォトレジストをパターニングすることに
より、所定のパターンのレジスト層（図示しない）を形
成する。ついで、このレジスト層をマスクとして反応性
イオンエッチングにより、コンタクト層１０９、上部ミ
ラー１０８、電流狭窄部層１０７、ｐ型クラッド層１０
６、活性層１０５、およびｎ型クラッド層１０４をエッ
チングして、図４に示されるように、柱状の半導体堆積
体である柱状部１１０を設ける。

【００４５】この場合、柱状部１１０の上面の中心を通
り互いに直交する軸をｘ軸としたとき、柱状部１１０の
中心１３０から、ｘ軸と半導体基板１０１の側面との第
１の交点までの距離が、中心１３０から、ｘ軸と半導体
基板１０１の側面との第２の交点までの距離と、中心１
３０から、ｙ軸と半導体基板１０１の側面との第１の交
点までの距離と、中心１３０から、ｙ軸と半導体基板１
０１の側面との第２の交点までの距離とを比較して最も
小さくなるような位置に、柱状部１１０を形成する。す
なわち、本工程に引き続き後述する工程を経て最終的に
得られる面発光レーザ１００において、図２に示される
ように、中心１３０から、ｘ軸と半導体基板１０１の側
面との第１の交点Ｐ_aまでの距離Ｌ_aが、中心１３０か
ら、ｘ軸と半導体基板１０１の側面との第２の交点Ｐ_b
までの距離Ｌ_b、中心１３０から、ｙ軸と半導体基板１
０１の側面との第１の交点Ｐ_cまでの距離Ｌ_c、および中
心１３０から、ｙ軸と半導体基板１０１の側面との第２
の交点Ｐ_dまでの距離Ｌ_dのいずれよりも小さくなるよう
に、柱状部１１０を形成する。

【００４６】次いで、ｐ型ＡｌＡｓ層からなる電流狭窄
部層１０７を、４００℃程度の水蒸気雰囲気下に例えば
２０〜９０分程度の適切な時間さらす。この工程によ
り、ＡｌＡｓ層がその露出面から内側へと酸化されてい
き、絶縁体である酸化アルミニウムが形成される。すな
わち、電流狭窄部層１０７の外周部が酸化されて、図５
に示されるように、酸化アルミニウムからなる誘電体層
１１１が形成される。以上により、半導体基板１０１上
に共振器１２０が形成される。

【００４７】続いて、工程（ｂ）について説明する。

【００４８】（ｂ）まず、上部ミラー１０３上面および
柱状部１１０の側面の一部に、上部電極１１３と半導体
基板１０１上に形成された上部ミラー１０３等の半導体
層とを絶縁するための絶縁層１１２を形成する。次に、
真空蒸着法により、絶縁層１１２の上面および柱状部１
１０の側面であって絶縁層１１２が形成されていない部
分に、金および亜鉛からなる合金層（図示しない）を形
成した後、フォトリソグラフィ法を用いて前記合金層を
パターニングすることにより、開口部１１６を形成す
る。以上の工程により上部電極１１３が形成される。続
いて、半導体基板１０１の裏面に、真空蒸着法により、
金およびゲルマニウムから構成される合金層からなる下
部電極１１５を形成する。以上のプロセスを経て、図１
〜図３に示される面発光レーザ１００が得られる。

【００４９】（デバイスの動作、作用および効果）第１
の形態にかかる面発光レーザ１００の一般的な動作を以
下に示す。

【００５０】上部電極１１３と下部電極１１５とで、ｐ
ｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、活性層１
０５において、電子と正孔との再結合が起こり、前記再
結合による発光が生じる。そこで生じた光が上部ミラー
１０８と下部ミラー１０３との間を往復する際に誘導放
出が起こり、光の強度が増幅される。光利得が光損失を
上まわると、レーザ発振が起こり、上部電極１１３の開
口部から半導体基板１０１に対して垂直方向にレーザ光
が出射される。

【００５１】次に、第１の実施の形態にかかる面発光レ
ーザ１００における作用および効果を説明する。

【００５２】（１）本実施の形態にかかる面発光レーザ
１００においては、中心１３０から、ｘ軸と半導体基板
１０１の側面との第１の交点Ｐ_aまでの距離Ｌ_aが、中心
１３０から、ｘ軸と半導体基板１０１の側面との第２の
交点Ｐ_bまでの距離Ｌ_bよりも小さいことを特徴とする。
かかる面発光レーザ１００を駆動させるために電流を注
入すると、面発光レーザ１００自体が発熱し、面発光レ
ーザ１００自体が熱膨張することにより面発光レーザ１
００に応力が発生し、かかる応力による歪みが面発光レ
ーザ１００中に生じる。ここで、面発光レーザ１００に
作用する応力のうち、＋ｘ軸方向の応力をｔ_a、−ｘ軸
方向の応力をｔ_b、＋ｙ軸方向の応力をｔ _c、および−ｙ
軸方向の応力をｔ_dとすると、中心１３０から第１の交
点Ｐ_aまでの距離Ｌ_aは、前記距離Ｌ_bよりも小さいこと
から、＋ｘ軸方向すなわち中心１３０から第１の交点Ｐ
_aへと向かう方向への熱の拡散は、−ｘ軸方向すなわち
中心１３０から第２の交点Ｐ_bへと向かう方向への熱の
拡散と比較して小さい。このため、＋ｘ軸方向の応力は
−ｘ軸方向への応力より大きくなる。すなわち、ｔ_aは
ｔ_bより大きくなる。この結果、＋ｘ軸方向への歪みが
面発光レーザ１００に生じる。かかる歪みは、面発光レ
ーザ１００中の他の層と同様に活性層１０５にも生じる
ため、活性層１０５においてレーザ光の光学利得の異方
性が発現し、レーザ光の利得がｘ軸に垂直な方向に優位
となる。この結果、ｘ軸に垂直な方向に偏光したレーザ
光を得ることができる。

【００５３】（２）中心１３０から第１の交点Ｐ_aまで
の距離Ｌ_aを８０μｍ以下にすることにより、＋ｘ軸方
向への熱の拡散が十分に小さくなるため、＋ｘ軸方向へ
の歪みが生じるため、レーザ光の偏光方向を確実に制御
することができる。より確実にレーザ光の偏光方向を制
御するためには、中心１３０から第１の交点Ｐ_aまでの
距離Ｌ_aを７０μｍ以下にすることがより望ましい。

【００５４】（３）第１の実施の形態にかかる面発光レ
ーザ１００において、半導体基板１０１の側面のうち少
なくとも１の側面が劈開面であり、かつ第１の交点Ｐ_a
が該劈開面上に形成されている。

【００５５】（４）中心１３０から、ｙ軸と半導体基板
１０１の側面との第１の交点Ｐ_cまでの距離Ｌ_c、およ
び、中心１３０から、ｙ軸と半導体基板１０１の側面と
の第２の交点Ｐ_dまでの距離Ｌ_dが、ともに中心１３０か
ら第１の交点Ｐ_aまでの距離Ｌ_aよりも大きいことによ
り、面発光レーザ１００に発生する応力のうち、＋ｘ軸
方向すなわち中心１３０から第１の交点Ｐ_aへと向かう
方向への熱の拡散が、＋ｙ軸方向すなわち中心１３０か
ら第１の交点Ｐ_cへと向かう方向への熱の拡散、ならび
に−ｙ軸方向すなわち中心１３０から第２の交点Ｐ_dへ
と向かう方向への熱の拡散のいずれよりも小さくなる。
このため、＋ｘ軸方向の応力は、前述した−ｘ軸方向の
みならず、＋ｙ軸方向および−ｙ軸方向への応力より大
きくなる。すなわち、ｔ_aはｔ_b、ｔ_c、およびｔ_dのいず
れよりも大きくなるため、＋ｘ軸方向への歪みが相対的
に大きくなる。これにより、レーザ光の利得がｘ軸に垂
直な方向の偏光に対してより優位となる。この結果、ｘ
軸に垂直な方向へとより偏光したレーザ光を得ることが
できる。

【００５６】（５）半導体基板１０１の平面形状が矩形
であり、かつ該矩形の各辺の長さが２００μｍ以上であ
ることにより、＋ｘ軸方向への熱の拡散と他の方向への
熱の拡散との間に十分な差が生じるため、＋ｘ軸方向へ
の歪みが、活性層１０５を含む面発光レーザ１００内に
確実に生じる。これにより、レーザ光の偏光方向を安定
して制御することができる。

【００５７】（第２の実施の形態）（デバイスの構造）図６は、本発明の第２の実施の形態
にかかる面発光型半導体レーザアレイ３００（以下、
「面発光レーザアレイ」という）を、レーザ光の出射口
に対向する側から見た平面の要部を模式的に示す図であ
る。

【００５８】第２の実施の形態にかかる面発光レーザア
レイ３００は、図６に示されるように、面発光レーザ２
００を複数個並べることによりアレイ化されて形成され
ている。ここで、面発光レーザ２００は、上部電極２１
３の形状が、図１に示される第１の実施の形態にかかる
面発光レーザ１００に設置された上部電極１１３の形状
と異なることを除いて、面発光レーザ１００とほぼ同様
の構成を有する。すなわち、本実施の形態にかかる面発
光レーザアレイ３００に含まれる面発光レーザ２００に
おいても、面発光レーザ１００と同様に、中心１３０か
ら、ｘ軸と半導体基板１０１（図示しない）の側面との
第１の交点Ｐ_a'までの距離Ｌ_a'が、中心１３０から、ｘ
軸と半導体基板１０１の側面との第２の交点Ｐ_b'までの
距離Ｌ_b'よりも小さいことを特徴とする。

【００５９】（デバイスの製造プロセス）第２の実施の
形態にかかる面発光レーザアレイ３００の製造方法は、
第１の実施の形態にかかる面発光レーザ１００の製造方
法と基本的には同じであり、面発光レーザ１００とほぼ
同様の構成を有する面発光レーザ２００を複数個並べて
形成されたものである。よって、その説明を省略する。

【００６０】（デバイスの動作、作用および効果）第２
の形態にかかる面発光レーザアレイ３００の動作は、第
１の実施の形態にかかる面発光レーザ１００の動作と同
様である。よって、その説明を省略する。

【００６１】また、第２の実施の形態にかかる面発光レ
ーザアレイ３００の作用および効果は、第１の実施の形
態にかかる面発光レーザ１００の作用および効果とほぼ
同様であり、さらに、以下の効果を有する。

【００６２】面発光レーザアレイ３００を形成する際に
は、一度に複数個の面発光レーザ２００を同一工程によ
って設置することができる。さらに、面発光レーザ２０
０を所定数、所定の配列にて形成することにより、用途
や目的に応じた面発光レーザアレイ３００を得ることが
できる。

【００６３】なお、上記の実施の形態において、各半導
体層におけるｐ型とｎ型とを入れ替えても本発明の趣旨
を逸脱するものではない。上記の実施の形態では、Ａｌ
ＧａＡｓ系のものについて説明したが、発振波長に応じ
てその他の材料系、例えば、ＧａＩｎＰ系、ＺｎＳＳｅ
系、ＩｎＧａＮ系の半導体材料を用いることも可能であ
る。

【００６４】また、上記の実施の形態における面発光レ
ーザの駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しな
い限り、種々の変更が可能である。また、上記の実施の
形態では、柱状部が一つである面発光レーザを示してい
るが、基板面内で柱状部が複数個あっても本発明の形態
は損なわれない。

【００６５】次に、本発明の一実施例を以下に示す。

【００６６】

【実施例】各辺が４００×４００μｍの矩形状の平面形
状を有する半導体基板上に、前述した本発明の第１の実
施の形態にかかる面発光レーザの製造方法により、前述
した本発明の第１の実施の形態にかかる面発光レーザと
ほぼ同様の構成を有する面発光レーザを製造した。製造
した面発光レーザをサンプル１〜４とする。また、サン
プル１〜４にかかる面発光レーザにおいて、柱状部の平
面形状は円形であり、該円の直径は、１５μｍであっ
た。

【００６７】サンプル１〜４にかかる面発光レーザを図
２における平面図に示した場合において、柱状部１１０
上面の中心を通り互いに直交する軸をｘ軸およびｙ軸と
したとき、柱状部１１０の中心１３０からｘ軸と半導体
基板１０１との第１の交点Ｐ _aまでの距離Ｌ_a、中心１３
０から第２の交点Ｐ_bまでの距離Ｌ_b、中心１３０から第
１の交点Ｐ_cまでの距離Ｌ_c、および中心１３０から第２
の交点Ｐ_dまでの距離Ｌ_dを変化させ、表１に示される値
を有するようにした。サンプル１〜４にかかる面発光レ
ーザについて、偏波消光比（ｄＢ）を以下の方法により
測定した。なお、偏波消光比（ｄＢ）とは、直交する２
方向の光強度を測定し、その強度比をデシベル（表示）
としたものである。したがって、偏波消光比の値が大き
いということは、レーザ光の偏光方向が制御されている
ことを示しており、一方、偏波消光比の値が小さけれ
ば、レーザ光の偏光方向の制御が十分になされていない
といえる。

【００６８】

【表１】偏波消光比については、市販の偏波消光比測定機を用
い、面発光レーザのサンプルから出射されるレーザ光を
偏光子を通してパワーメータにて光強度測定を行い、次
に、偏光子を９０°回転させて同様に光強度の測定を行
い、これを２つの光強度から求めた。

【００６９】以上の測定結果により得られたサンプル１
〜４にかかる面発光レーザの偏波消光比（ｄＢ）と、サ
ンプル１〜４にかかる面発光レーザを図２に示される平
面図に表した場合に、柱状部１１０上面の中心１３０か
らｘ軸と半導体基板１０１との第１の交点Ｐ_aまでの距
離Ｌ_aとの関係を図７に示す。

【００７０】図７を参照すると、サンプル４にかかる面
発光レーザにおいては、柱状部１１０の中心１３０から
第１の交点Ｐ_aまでの距離Ｌ_aが１００μｍであるが、こ
の場合、偏波消光比の値が４．８ｄＢと小さく、レーザ
光の偏光方向の制御が十分に達成されていないことがわ
かった。この結果より、サンプル４は比較例とみなすこ
ととする。

【００７１】一方、柱状部１１０の中心１３０から第１
の交点Ｐ_aまでの距離Ｌ_aが８０μｍ以下である場合に
は、レーザ光の偏光方向の制御が十分なされており、偏
波消光比が大きな値を有することが明らかになった。特
に、柱状部１１０の中心１３０から第１の交点Ｐ_aまで
の距離Ｌ_aが７０μｍ以下である場合には、偏波消光比
（ｄＢ）が２０ｄＢ前後の値を示すことが確認された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる面発光型半
導体レーザの断面を模式的に示す図である。

【図２】図１に示す面発光型半導体レーザを、レーザ光
の出射口に対向する側から見た平面の要部を模式的に示
す図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態にかかる面発光型半
導体レーザの製造方法の第１の工程を模式的に示す斜視
図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態にかかる面発光型半
導体レーザの製造方法の第２の工程を模式的に示す断面
図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態にかかる面発光型半
導体レーザの製造方法の第３の工程を模式的に示す断面
図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態にかかる面発光型半
導体レーザアレイの断面を模式的に示す図である。

【図７】本発明の一実施例にかかる面発光型半導体レー
ザにかかる面発光レーザを図２に示される平面図に示し
た場合における柱状部上面の中心からｘ軸と半導体基板
の側面との第１の交点Ｐ_aまでの距離Ｌ_aと、前記面発光
型半導体レーザについて測定された偏波消光比（ｄＢ）
との関係を示す図である。

【符号の説明】

１００、２００面発光型半導体レーザ１０１半導体基板１０２バッファ層１０３下部ミラー１０４ｎ型クラッド層１０５活性層１０６ｐ型クラッド層１０７電流狭窄部層１０８上部ミラー１０９コンタクト層１１０柱状部１１１誘電体層１１２絶縁層１１３、２１３上部電極１１５下部電極１１６開口部１２０共振器１３０中心１５０半導体堆積層３００面発光型半導体レーザアレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金子剛長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内Ｆターム(参考） 5F073 AA51 AA65 AA74 AA89 AB05 AB17 CA04 DA27 EA22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】共振器が半導体基板上に垂直方向に形成
され、該共振器より該半導体基板に垂直な方向へレーザ
光を出射する面発光型半導体レーザであって、少なくとも前記共振器の一部を含む柱状の半導体堆積体
を有し、前記半導体堆積体上面の中心を通る軸をｘ軸としたと
き、前記中心から、前記ｘ軸と前記半導体基板の側面との第
１の交点までの距離Ｌ _aが、該中心から、該ｘ軸と該半
導体基板の側面との第２の交点までの距離Ｌ_bよりも小
さい、面発光型半導体レーザ。
【請求項２】請求項１において、前記中心から前記第１の交点までの距離Ｌ_aが８０μｍ
以下である、面発光型半導体レーザ。
【請求項３】請求項１または請求項２において、前記中心から前記第１の交点までの距離Ｌ_aが７０μｍ
以下である、面発光型半導体レーザ。
【請求項４】請求項１〜請求項３のいずれかにおい
て、前記半導体基板の側面のうち少なくとも１の側面が劈開
面であり、かつ前記第１の交点が該劈開面上の所定の位
置に形成される、面発光型半導体レーザ。
【請求項５】請求項１〜請求項４のいずれかにおい
て、前記中心を通り前記ｘ軸に直交する軸をｙ軸としたと
き、前記中心から、前記ｙ軸と前記半導体基板の側面との第
１の交点までの距離Ｌ _c、および該中心から、該ｙ軸と
該半導体基板の側面との第２の交点までの距離Ｌ_dが、
いずれも該中心から、前記ｘ軸と該半導体基板の側面と
の前記第１の交点までの距離Ｌ_aより大きい、面発光型
半導体レーザ。
【請求項６】請求項１〜請求項５のいずれかにおい
て、前記半導体基板の平面形状が矩形であり、かつ該矩形の
各辺の長さが２００μｍ以上である、面発光型半導体レ
ーザ。
【請求項７】請求項１〜請求項６のいずれかにおい
て、前記半導体堆積体の平面形状が円形である、面発光型半
導体レーザ。
【請求項８】共振器が半導体基板上に垂直方向に形成
され、該共振器より該半導体基板に垂直な方向へレーザ
光を出射する面発光型半導体レーザであって、前記半導体基板の平面形状が矩形であり、かつ該矩形の
各辺の長さが２００μｍ以上であって、少なくとも前記共振器の一部を含む柱状の半導体堆積体
を有し、前記半導体堆積体の平面形状が円形であって、前記半導体堆積体上面の中心を通る軸をｘ軸としたと
き、前記中心から、前記ｘ軸と前記半導体基板の側面との第
１の交点までの距離Ｌ _aが８０μｍ以下であって、かつ
前記中心から、前記ｘ軸と前記半導体基板の側面との第
２の交点までの距離Ｌ _bが、前記中心から前記第１の交
点までの距離Ｌ_aよりも大きい、面発光型半導体レー
ザ。
【請求項９】請求項１〜８のいずれかに記載の面発光
型半導体レーザを複数個並べることにより形成された、
面発光型半導体レーザアレイ。