JP2002359432A - 表面発光型半導体レーザ及び表面発光型半導体レーザの製造方法 - Google Patents
表面発光型半導体レーザ及び表面発光型半導体レーザの製造方法Info
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- H01S5/18338—Non-circular shape of the structure
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- H01S5/1835—Non-circular mesa
Abstract
(57)【要約】
【課題】 横モードを安定化させるという要件を満足し
ながら、高出力、低抵抗、高効率、かつ高速応答という
特性を有する表面発光型半導体レーザ及び表面発光型半
導体レーザの製造方法を提供する。 【解決手段】 ポスト状に加工した上部多層反射膜２２
の上面に形成された電極開口部４０内に集束イオンビー
ム（ＦＩＢ）加工装置を用いて、５つの丸い孔５０ａ〜
５０ｅを形成する。１つの孔５０ａは、約８μｍの矩形
電流注入領域の中心位置に相当する上方の多層反射膜表
面に形成し、残りの４つの孔５０ｂ〜５０ｅは矩形電流
注入領域のコーナー部、例えば、約２μｍ角程度離れた
位置に形成して、４つの発光スポット６０ａ〜６０ｄを
得る。
ながら、高出力、低抵抗、高効率、かつ高速応答という
特性を有する表面発光型半導体レーザ及び表面発光型半
導体レーザの製造方法を提供する。 【解決手段】 ポスト状に加工した上部多層反射膜２２
の上面に形成された電極開口部４０内に集束イオンビー
ム（ＦＩＢ）加工装置を用いて、５つの丸い孔５０ａ〜
５０ｅを形成する。１つの孔５０ａは、約８μｍの矩形
電流注入領域の中心位置に相当する上方の多層反射膜表
面に形成し、残りの４つの孔５０ｂ〜５０ｅは矩形電流
注入領域のコーナー部、例えば、約２μｍ角程度離れた
位置に形成して、４つの発光スポット６０ａ〜６０ｄを
得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面発光型半導体
レーザ及び表面発光型半導体レーザの製造方法に係り、
特に、光情報処理や光通信用の光源、または光を使用し
てなされるデータ記憶装置の光源として用いられる表面
発光型半導体レーザ及び表面発光型半導体レーザの製造
方法に関する。
レーザ及び表面発光型半導体レーザの製造方法に係り、
特に、光情報処理や光通信用の光源、または光を使用し
てなされるデータ記憶装置の光源として用いられる表面
発光型半導体レーザ及び表面発光型半導体レーザの製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光通信や光記録等の技術分野にお
いて、光源の２次元アレイ化が容易な表面発光型半導体
レーザ（垂直共振器型表面発光レーザ；Ｖｅｒｔｉｃａ
ｌ−Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ
Ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ（以下、ＶＣＳＥＬと称す
る。））への要求が高まっている。
いて、光源の２次元アレイ化が容易な表面発光型半導体
レーザ（垂直共振器型表面発光レーザ；Ｖｅｒｔｉｃａ
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Ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ（以下、ＶＣＳＥＬと称す
る。））への要求が高まっている。
【０００３】表面発光レーザは、しきい値電流が低く消
費電力が小さい、円形の光スポットが容易に得られる、
ウエハ状態で評価が可能なことから生産性に優れる、と
いった利点がある。その反面、低しきい値の理由でもあ
る「活性領域の体積が小さい」という原理から、素子抵
抗が数十から数百Ωと高く、光出力を数から数十ｍＷま
で高めるのに困難が伴うことが知られている。
費電力が小さい、円形の光スポットが容易に得られる、
ウエハ状態で評価が可能なことから生産性に優れる、と
いった利点がある。その反面、低しきい値の理由でもあ
る「活性領域の体積が小さい」という原理から、素子抵
抗が数十から数百Ωと高く、光出力を数から数十ｍＷま
で高めるのに困難が伴うことが知られている。
【０００４】昨今、プラスティック・オプティカル・フ
ァイバ（ＰＯＦ）に代表されるコストの安いマルチモー
ド型光ファイバを用いた、短距離（数から数百メータ
ー）の光通信が注目を集めている。長距離の光通信には
シングルモード型光ファイバと１．３若しくは１．５５
μｍといった比較的長い波長のレーザとの組合せが用い
られるが、これらは共に高価で、低コスト化が求められ
る民生用途には向かない。一方、マルチモード型光ファ
イバに使用される光源は、素子それ自体が安価であると
同時に、特別な光学系や駆動系を必要としない、小型・
軽量である、といった点を満足する必要があり、これら
の特徴を兼ね備えた面発光レーザは有力な選択肢のひと
つとなっている。
ァイバ（ＰＯＦ）に代表されるコストの安いマルチモー
ド型光ファイバを用いた、短距離（数から数百メータ
ー）の光通信が注目を集めている。長距離の光通信には
シングルモード型光ファイバと１．３若しくは１．５５
μｍといった比較的長い波長のレーザとの組合せが用い
られるが、これらは共に高価で、低コスト化が求められ
る民生用途には向かない。一方、マルチモード型光ファ
イバに使用される光源は、素子それ自体が安価であると
同時に、特別な光学系や駆動系を必要としない、小型・
軽量である、といった点を満足する必要があり、これら
の特徴を兼ね備えた面発光レーザは有力な選択肢のひと
つとなっている。
【０００５】現在主に市場に流通している代表的な表面
発光レーザはプロトン注入型ＶＣＳＥＬで、サーマルレ
ンズ効果によって電流通過領域とその周囲の領域との間
に熱に基因する僅かな屈折率差が生じ、弱い光閉じ込め
状態が作られる。この原理に従い、非プロトン注入領域
（電流通路）の径を十から数十μｍとしてレーザ発振を
得る。ただし、光閉じ込めが弱いため発光効率が低く、
また熱の発生も大きいことから、しきい値電流は高く、
さらにバイアス電圧をかけない状態においては応答特性
が悪いことも知られている。
発光レーザはプロトン注入型ＶＣＳＥＬで、サーマルレ
ンズ効果によって電流通過領域とその周囲の領域との間
に熱に基因する僅かな屈折率差が生じ、弱い光閉じ込め
状態が作られる。この原理に従い、非プロトン注入領域
（電流通路）の径を十から数十μｍとしてレーザ発振を
得る。ただし、光閉じ込めが弱いため発光効率が低く、
また熱の発生も大きいことから、しきい値電流は高く、
さらにバイアス電圧をかけない状態においては応答特性
が悪いことも知られている。
【０００６】構造分類的に利得導波構造と呼ばれるプロ
トン注入型ＶＣＳＥＬに対し、光閉じ込めのための屈折
率分布を意識的に形成したものが屈折率導波構造に分類
される選択酸化型のＶＣＳＥＬである。この型のＶＣＳ
ＥＬは、活性領域近傍の半導体多層反射膜の一部を選択
的に酸化し、屈折率導波路を形成するものであり、強い
光閉じ込め効果を有するので、しきい値電流が低く、し
かも応答特性が速い。
トン注入型ＶＣＳＥＬに対し、光閉じ込めのための屈折
率分布を意識的に形成したものが屈折率導波構造に分類
される選択酸化型のＶＣＳＥＬである。この型のＶＣＳ
ＥＬは、活性領域近傍の半導体多層反射膜の一部を選択
的に酸化し、屈折率導波路を形成するものであり、強い
光閉じ込め効果を有するので、しきい値電流が低く、し
かも応答特性が速い。
【０００７】ところが、このように良好な特性を示す選
択酸化型ＶＣＳＥＬも、出力を増大させる目的で発光領
域の径（ほぼ非選択酸化領域の径に相当）を大きくする
と様々な次数での発振が許容されるようになり、いわゆ
るマルチモード発振となる。マルチモード発振ではスペ
クトル線幅が広がり、光ファイバの有するモード分散特
性のためファイバ中での信号の減衰が増加する。あるい
はモード状態が不安定になり、注入電流量や周囲温度の
変化によって発振の主たるモードの次数が容易に変化し
てしまう。モード次数の動的な変化はファイバへの結合
効率の変化をもたらし好ましくない。
択酸化型ＶＣＳＥＬも、出力を増大させる目的で発光領
域の径（ほぼ非選択酸化領域の径に相当）を大きくする
と様々な次数での発振が許容されるようになり、いわゆ
るマルチモード発振となる。マルチモード発振ではスペ
クトル線幅が広がり、光ファイバの有するモード分散特
性のためファイバ中での信号の減衰が増加する。あるい
はモード状態が不安定になり、注入電流量や周囲温度の
変化によって発振の主たるモードの次数が容易に変化し
てしまう。モード次数の動的な変化はファイバへの結合
効率の変化をもたらし好ましくない。
【０００８】この問題を回避するのに発光領域の径を狭
くして、最も次数の低い基本（０次）モードのみで発振
するよう発振横モードを制御する方法がある。
くして、最も次数の低い基本（０次）モードのみで発振
するよう発振横モードを制御する方法がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のＶＣＳＥＬは、典型的には発光領域の径を４μｍ以下
と、上述のプロトン注入型に比べて狭くする必要があ
り、このため素子抵抗が高い上に高出力化が望めないと
いう欠点があった。横モードの安定化は光ファイバとの
光学的結合時に減衰を生じないための必須要件であり、
その上で電気・光学特性を向上させる必要がある。
のＶＣＳＥＬは、典型的には発光領域の径を４μｍ以下
と、上述のプロトン注入型に比べて狭くする必要があ
り、このため素子抵抗が高い上に高出力化が望めないと
いう欠点があった。横モードの安定化は光ファイバとの
光学的結合時に減衰を生じないための必須要件であり、
その上で電気・光学特性を向上させる必要がある。
【００１０】発光効率、応答特性に優れた選択酸化型Ｖ
ＣＳＥＬにおける横モードの安定性と低抵抗化・高出力
化、という対立した課題を両立するアイデアとして、ア
イイーイーイー・フォトニクス・テクノロジー・レター
ズ ヴォリューム１１、ナンバー１２、１５３６−１５
３８ページに示される構造のＶＣＳＥＬがある（図１５
参照）。この例においては発光領域の径は２０μｍと大
きいが、レーザ光が出射する電極開口の内側を、開口の
中心から半径７．７５μｍの領域を残して深さ４０ｎｍ
までエッチング除去している。
ＣＳＥＬにおける横モードの安定性と低抵抗化・高出力
化、という対立した課題を両立するアイデアとして、ア
イイーイーイー・フォトニクス・テクノロジー・レター
ズ ヴォリューム１１、ナンバー１２、１５３６−１５
３８ページに示される構造のＶＣＳＥＬがある（図１５
参照）。この例においては発光領域の径は２０μｍと大
きいが、レーザ光が出射する電極開口の内側を、開口の
中心から半径７．７５μｍの領域を残して深さ４０ｎｍ
までエッチング除去している。
【００１１】発光領域の径が２０μｍと大きいため、こ
の表面加工がない場合は注入電流量に応じて発振モード
の次数が変化し、遠視野像の移り変わりが観察される。
これに対して孔有り表面発光型半導体レーザでは光出力
０．７ｍＷまでは基本モードでの発振が得られたが、そ
れ以上の電流注入時にはモードの分裂が生じ、遠視野像
は徐々に広がっていったと記されている。
の表面加工がない場合は注入電流量に応じて発振モード
の次数が変化し、遠視野像の移り変わりが観察される。
これに対して孔有り表面発光型半導体レーザでは光出力
０．７ｍＷまでは基本モードでの発振が得られたが、そ
れ以上の電流注入時にはモードの分裂が生じ、遠視野像
は徐々に広がっていったと記されている。
【００１２】上記のＶＣＳＥＬの狙いは基本モード光出
力の向上にあるが、孔有り表面発光型半導体レーザにお
ける最大光出力は１０．４ｍＷであるのに対して、基本
モードでの出力はわずか０．７ｍＷにとどまっている。
表面加工を行なわなかった場合の最大光出力が１７．９
ｍＷであったとのことであるから、横モードを安定化さ
せた上で大きな光出力を得ることがいかに困難であるか
を端的に示す結果である。
力の向上にあるが、孔有り表面発光型半導体レーザにお
ける最大光出力は１０．４ｍＷであるのに対して、基本
モードでの出力はわずか０．７ｍＷにとどまっている。
表面加工を行なわなかった場合の最大光出力が１７．９
ｍＷであったとのことであるから、横モードを安定化さ
せた上で大きな光出力を得ることがいかに困難であるか
を端的に示す結果である。
【００１３】なお、この他にもモード制御を目的とする
様々なＶＣＳＥＬ構造が提案されている。例えば、米国
特許５，９４０，４２２号公報（（Ｆｉｌｅｄ：Ｊｕ
ｎ．２８． １９９６）Ａｓｓｉｇｎｅｅ： Ｈｏｎｅｙ
ｗｅｌｌ Ｉｎｃ．）には、膜厚の異なる２つの領域を
形成することでモード制御を行なうＶＣＳＥＬが示され
ている。ここでは、付加的は膜を着膜した領域のみが発
光領域になるとしているが、人為的に発光スポットの位
置を決めることが狙いであり、ＶＣＳＥＬで生じ得る特
定の発振を意識して位置を定めているわけではないと考
えられる（例えば、実施例の一つとして示されている発
光スポットが５個現れる発振モードは自然界には存在し
ない）。
様々なＶＣＳＥＬ構造が提案されている。例えば、米国
特許５，９４０，４２２号公報（（Ｆｉｌｅｄ：Ｊｕ
ｎ．２８． １９９６）Ａｓｓｉｇｎｅｅ： Ｈｏｎｅｙ
ｗｅｌｌ Ｉｎｃ．）には、膜厚の異なる２つの領域を
形成することでモード制御を行なうＶＣＳＥＬが示され
ている。ここでは、付加的は膜を着膜した領域のみが発
光領域になるとしているが、人為的に発光スポットの位
置を決めることが狙いであり、ＶＣＳＥＬで生じ得る特
定の発振を意識して位置を定めているわけではないと考
えられる（例えば、実施例の一つとして示されている発
光スポットが５個現れる発振モードは自然界には存在し
ない）。
【００１４】また、米国特許５，９６３，５７６号公報
（（Ｆｉｌｅｄ： Ａｕｇｕｓｔ．４．１９９７）Ａｓ
ｓｉｇｎｅｅ：ＭｏｔｏｒｏｌａＩｎｃ．）には、環状
の導波路を有するＶＣＳＥＬが示されている。ここで
は、超解像スポットを得るため、環状の領域に発光スポ
ットが規則正しく並ぶモードを生じさせることが狙いで
あり、必ずしも次数の定まった特定の発振モードを得る
ことを目的としていないと考えられる。
（（Ｆｉｌｅｄ： Ａｕｇｕｓｔ．４．１９９７）Ａｓ
ｓｉｇｎｅｅ：ＭｏｔｏｒｏｌａＩｎｃ．）には、環状
の導波路を有するＶＣＳＥＬが示されている。ここで
は、超解像スポットを得るため、環状の領域に発光スポ
ットが規則正しく並ぶモードを生じさせることが狙いで
あり、必ずしも次数の定まった特定の発振モードを得る
ことを目的としていないと考えられる。
【００１５】アイイーイーイー・フォトニクス・テクノ
ロジー・レターズ ヴォリューム９、ナンバー９、１１
９３−１１９５ページ（ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ（文献名；Ｐ
ｕｂｌｉｓｈｅｄ：ＳＥＰＴＥＭＢＥＲ，１９９７）Ａ
ｕｔｈｏｒｓ：Ｕｎｉｖ．Ｂｒｉｓｔｏｌ／Ｈｅｗｌｅ
ｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ Ｌａｂｓ．）には、ポスト上面部
にエッチングによって円形の窪みを形成し、ミラー反射
率に局所的な変調を加えた構成のＶＣＳＥＬが示されて
いる。この素子の発振スペクトル幅は窪みのない素子に
比べ半減し、モード抑制の効果があったとしている。た
だし、注入電流量の増加と共にこの発振スペクトルにつ
いても変化が見られ、このことは特定の発振モードが常
に支配的でないことを端的に示すものであるから、モー
ドが安定していないことは明らかである。
ロジー・レターズ ヴォリューム９、ナンバー９、１１
９３−１１９５ページ（ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ（文献名；Ｐ
ｕｂｌｉｓｈｅｄ：ＳＥＰＴＥＭＢＥＲ，１９９７）Ａ
ｕｔｈｏｒｓ：Ｕｎｉｖ．Ｂｒｉｓｔｏｌ／Ｈｅｗｌｅ
ｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ Ｌａｂｓ．）には、ポスト上面部
にエッチングによって円形の窪みを形成し、ミラー反射
率に局所的な変調を加えた構成のＶＣＳＥＬが示されて
いる。この素子の発振スペクトル幅は窪みのない素子に
比べ半減し、モード抑制の効果があったとしている。た
だし、注入電流量の増加と共にこの発振スペクトルにつ
いても変化が見られ、このことは特定の発振モードが常
に支配的でないことを端的に示すものであるから、モー
ドが安定していないことは明らかである。
【００１６】さらに、エレクトロニクス・レターズ・ヴ
ォリューム３４、ナンバー７、６８１−６８２ページ
（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．（Ｐｕｂｌｉｓｈｅ
ｄ： Ａｐｒｉｌ．１９９８）Ａｕｔｈｏｒｓ：Ｍｏｔ
ｏｒｏｌａ Ｉｎｃ．）には、ポスト上面部にエッチン
グによって円形の窪みを形成し、この窪みの外周部に円
環状の発光領域を設けた構成のＶＣＳＥＬが提案されて
いる。環状の領域に非常に次数の高い（＞３０次）モー
ドが生じていることがニアフィールドパターンからわか
るが、同時に発光スポットの強度に大きなばらつきがあ
ることがわかる。これは、内径が３０μｍにも達する環
状領域に均一な電流注入を行なうことが難しいことを示
しており、したがって実用のため安定した高次モードの
発振を得るにはまだ改善の余地がある。
ォリューム３４、ナンバー７、６８１−６８２ページ
（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．（Ｐｕｂｌｉｓｈｅ
ｄ： Ａｐｒｉｌ．１９９８）Ａｕｔｈｏｒｓ：Ｍｏｔ
ｏｒｏｌａ Ｉｎｃ．）には、ポスト上面部にエッチン
グによって円形の窪みを形成し、この窪みの外周部に円
環状の発光領域を設けた構成のＶＣＳＥＬが提案されて
いる。環状の領域に非常に次数の高い（＞３０次）モー
ドが生じていることがニアフィールドパターンからわか
るが、同時に発光スポットの強度に大きなばらつきがあ
ることがわかる。これは、内径が３０μｍにも達する環
状領域に均一な電流注入を行なうことが難しいことを示
しており、したがって実用のため安定した高次モードの
発振を得るにはまだ改善の余地がある。
【００１７】以上述べてきたようにマルチモード型光フ
ァイバ用の光源として期待されるＶＣＳＥＬについて
は、横モードを安定化させるという要件を満足しなが
ら、高出力、低抵抗、高効率、かつ高速応答の素子が現
状では得られていない。
ァイバ用の光源として期待されるＶＣＳＥＬについて
は、横モードを安定化させるという要件を満足しなが
ら、高出力、低抵抗、高効率、かつ高速応答の素子が現
状では得られていない。
【００１８】従って本発明の目的は、横モードを安定化
させるという要件を満足しながら、高出力、低抵抗、高
効率、かつ高速応答という特性を有する表面発光型半導
体レーザ及び表面発光型半導体レーザの製造方法を提供
することを目的とする。また、前記特性を有する表面発
光型半導体レーザを容易な製造方法で、かつ再現性高く
製造できる表面発光型半導体レーザの製造方法を提供す
ることを目的とする。
させるという要件を満足しながら、高出力、低抵抗、高
効率、かつ高速応答という特性を有する表面発光型半導
体レーザ及び表面発光型半導体レーザの製造方法を提供
することを目的とする。また、前記特性を有する表面発
光型半導体レーザを容易な製造方法で、かつ再現性高く
製造できる表面発光型半導体レーザの製造方法を提供す
ることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、発光領域が形成される
第１の反射層と、活性層と、該第１の反射層との間で前
記活性層を挟むように設けられる第２の反射層とを含む
共振器を備えた面発光レーザにおいて、前記発光領域
に、特定の発振モードを除く発振モードの発光を抑制す
る境界領域と、前記境界領域によって実質的に分割さ
れ、かつ、前記特定の発振モードに対応した発光スポッ
トを得る複数の分割領域と、を備えたことを特徴として
いる。
め、請求項１に記載の発明では、発光領域が形成される
第１の反射層と、活性層と、該第１の反射層との間で前
記活性層を挟むように設けられる第２の反射層とを含む
共振器を備えた面発光レーザにおいて、前記発光領域
に、特定の発振モードを除く発振モードの発光を抑制す
る境界領域と、前記境界領域によって実質的に分割さ
れ、かつ、前記特定の発振モードに対応した発光スポッ
トを得る複数の分割領域と、を備えたことを特徴として
いる。
【００２０】請求項１に記載の発明では、境界領域が特
定の発振モードを除く発振モードの発光を抑制するよう
に、例えば、分割領域により共振器の周回損失が相対的
に大きくなるように、形成され、分割領域に特定の発振
モードに対応した発光スポットを形成させるように働
く。
定の発振モードを除く発振モードの発光を抑制するよう
に、例えば、分割領域により共振器の周回損失が相対的
に大きくなるように、形成され、分割領域に特定の発振
モードに対応した発光スポットを形成させるように働
く。
【００２１】このような境界領域は、発光に関係する第
１の反射層又は第２の反射層との少なくとも一方に設け
ればよいが、好ましくは、光出射側となる反射層に形成
するとよい。
１の反射層又は第２の反射層との少なくとも一方に設け
ればよいが、好ましくは、光出射側となる反射層に形成
するとよい。
【００２２】また、境界領域はこれら反射層の最上層に
限らず、共振に関係する反射層の上層、反射層の内部の
層又は最下層に設けるようにすることもできる。この構
成は、例えば、結晶成長などの方法により発光領域を構
成する各層の少なくとも１つ層の形成時に、境界領域に
対応する発光領域の一部分の光の反射状態が変わるよう
に選択成長させる、すなわち、分割領域より周回損失を
おおきくすることにより実現できる。なお、境界領域は
０次モードを抑制するために中央領域を含むように形成
する。
限らず、共振に関係する反射層の上層、反射層の内部の
層又は最下層に設けるようにすることもできる。この構
成は、例えば、結晶成長などの方法により発光領域を構
成する各層の少なくとも１つ層の形成時に、境界領域に
対応する発光領域の一部分の光の反射状態が変わるよう
に選択成長させる、すなわち、分割領域より周回損失を
おおきくすることにより実現できる。なお、境界領域は
０次モードを抑制するために中央領域を含むように形成
する。
【００２３】また、発光領域の径が大きいと光スポット
がさらに分割され、より高次のモードへとホッピングす
ることがある。そのため、境界領域により区分けされた
各領域の大きさを適当に選び、モードホッピングを生じ
にくくして、発振モードを固定化することも有効であ
る。例えば、境界領域により区分けされる各領域に生ず
る発光スポットの径を約３μｍ程度となる分け方とする
と安定性が増すので好ましい。
がさらに分割され、より高次のモードへとホッピングす
ることがある。そのため、境界領域により区分けされた
各領域の大きさを適当に選び、モードホッピングを生じ
にくくして、発振モードを固定化することも有効であ
る。例えば、境界領域により区分けされる各領域に生ず
る発光スポットの径を約３μｍ程度となる分け方とする
と安定性が増すので好ましい。
【００２４】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の表面発光型半導体レーザにおいて、前記境界領
域は、前記発光領域の発光面となる表面層の一部に形成
された凹部であることを特徴とする。請求項２に記載の
発明では、境界領域を凹部とすることにより、凹部の底
面部分が他の領域（分割領域）よりも周回損失が大きい
領域となるので、この部分が境界領域として働くことと
なる。
に記載の表面発光型半導体レーザにおいて、前記境界領
域は、前記発光領域の発光面となる表面層の一部に形成
された凹部であることを特徴とする。請求項２に記載の
発明では、境界領域を凹部とすることにより、凹部の底
面部分が他の領域（分割領域）よりも周回損失が大きい
領域となるので、この部分が境界領域として働くことと
なる。
【００２５】このような凹部としては、例えば、請求項
４に記載したように１つ以上の孔としたり、請求項５に
記載したように溝とすることができる。もちろん、孔と
溝とを組み合わせたものとしてもよく、必要とするモー
ドに応じて凹部の数や形状を適宜選択できる。
４に記載したように１つ以上の孔としたり、請求項５に
記載したように溝とすることができる。もちろん、孔と
溝とを組み合わせたものとしてもよく、必要とするモー
ドに応じて凹部の数や形状を適宜選択できる。
【００２６】また、境界領域としては上述した凹部以外
に、請求項３に記載したように凸部として構成すること
も可能である。すなわち、請求項３に記載の発明は、請
求項１に記載の表面発光型半導体レーザにおいて、前記
境界領域は、前記発光領域の発光面となる表面層の一部
に形成された凸部であることを特徴とする。請求項３に
記載の発明では、前記境界領域を凸部とすることによ
り、凸部の底面部分が他の領域（分割領域）とは反射率
が異なる領域となるので、この部分が境界領域として働
くこととなる。
に、請求項３に記載したように凸部として構成すること
も可能である。すなわち、請求項３に記載の発明は、請
求項１に記載の表面発光型半導体レーザにおいて、前記
境界領域は、前記発光領域の発光面となる表面層の一部
に形成された凸部であることを特徴とする。請求項３に
記載の発明では、前記境界領域を凸部とすることによ
り、凸部の底面部分が他の領域（分割領域）とは反射率
が異なる領域となるので、この部分が境界領域として働
くこととなる。
【００２７】また、請求項６に記載したように、請求項
１から請求項５のいずれか１項に記載の表面発光型半導
体レーザにおいて、前記発光領域の大きさは、前記特定
の発振モードの発光を許容する大きさとすることが好ま
しい。
１から請求項５のいずれか１項に記載の表面発光型半導
体レーザにおいて、前記発光領域の大きさは、前記特定
の発振モードの発光を許容する大きさとすることが好ま
しい。
【００２８】さらに、請求項７に記載したように、請求
項１から請求項６のいずれか１項に記載の表面発光型半
導体レーザにおいて、前記境界領域における共振器とし
ての反射率が、前記分割領域における共振器としての反
射率より小さくすることが好ましい。
項１から請求項６のいずれか１項に記載の表面発光型半
導体レーザにおいて、前記境界領域における共振器とし
ての反射率が、前記分割領域における共振器としての反
射率より小さくすることが好ましい。
【００２９】すなわち、請求項７では、境界領域は、前
記分割領域の反射率よりも小さい反射率を持つ領域とし
ている。この境界領域において、共振器としての反射状
態が部分的に小さくなるので、発光領域が分割されて全
体として特定の発振モードに対応した発光スポットが形
成されることになる。
記分割領域の反射率よりも小さい反射率を持つ領域とし
ている。この境界領域において、共振器としての反射状
態が部分的に小さくなるので、発光領域が分割されて全
体として特定の発振モードに対応した発光スポットが形
成されることになる。
【００３０】また、請求項８に記載したように、請求項
１から請求項７のいずれか１項に記載の表面発光型半導
体レーザが、前記第１の反射層と前記活性層との間に、
前記特定の発振モードの発光に必要な電流の注入量に対
応した非酸化領域を持つように酸化された電流狭窄層を
備える構成とすると好ましい。
１から請求項７のいずれか１項に記載の表面発光型半導
体レーザが、前記第１の反射層と前記活性層との間に、
前記特定の発振モードの発光に必要な電流の注入量に対
応した非酸化領域を持つように酸化された電流狭窄層を
備える構成とすると好ましい。
【００３１】さらに、請求項１から請求項８のいずれか
１項に記載の表面発光型半導体レーザにおいて、請求項
９に記載したように、前記発振モードが直線偏光モード
であり、前記特定の発振モードが直線偏光モードの１次
以上のモードであるように構成すると好ましい。
１項に記載の表面発光型半導体レーザにおいて、請求項
９に記載したように、前記発振モードが直線偏光モード
であり、前記特定の発振モードが直線偏光モードの１次
以上のモードであるように構成すると好ましい。
【００３２】また、エッチングにより形成される凹部の
深さは、深ければその分活性層の損失が大きくなり、境
界領域が明確になるが、レーザとしての出力も下がるた
め、ある程度の深さとするのが好ましい。そのため、請
求項１０に記載したように、前記表面層に隣接する層
は、エッチングを阻止する材料よりなるエッチング阻止
層とすると好ましい。この場合、例えば、複数の凹部を
形成する場合、精密な制御を行わなくても全ての凹部を
同じ深さに形成できるので特に有効である。
深さは、深ければその分活性層の損失が大きくなり、境
界領域が明確になるが、レーザとしての出力も下がるた
め、ある程度の深さとするのが好ましい。そのため、請
求項１０に記載したように、前記表面層に隣接する層
は、エッチングを阻止する材料よりなるエッチング阻止
層とすると好ましい。この場合、例えば、複数の凹部を
形成する場合、精密な制御を行わなくても全ての凹部を
同じ深さに形成できるので特に有効である。
【００３３】以上説明してきたように、本発明の表面発
光レーザによれば、選択酸化型ＶＣＳＥＬの高効率、高
速応答性を維持しながら発振モードを安定化させ、さら
に高出力、低抵抗の特性を初めて実現できる。
光レーザによれば、選択酸化型ＶＣＳＥＬの高効率、高
速応答性を維持しながら発振モードを安定化させ、さら
に高出力、低抵抗の特性を初めて実現できる。
【００３４】また、請求項１１に記載の発明は、表面発
光型半導体レーザの製造方法であって、半導体基板の主
面上に、下方の反射層、量子井戸が形成された活性層、
及び内層側又は上層側に発光領域の発光面となる表面層
を含む上方の反射層を順に設ける積層工程と、少なくと
も前記上方の反射層を部分的に残して柱状のポスト部を
形成するポスト部形成工程と、前記ポスト部の表面に露
出する前記上方の反射層の表面の一部領域を加工して、
特定の発振モードを除いて発振モードの発光を抑制し、
かつ、前記特定の発振モードに対応した発光スポットを
実質的に形成させる境界領域を形成する境界領域形成工
程と、を含むことを特徴とする。
光型半導体レーザの製造方法であって、半導体基板の主
面上に、下方の反射層、量子井戸が形成された活性層、
及び内層側又は上層側に発光領域の発光面となる表面層
を含む上方の反射層を順に設ける積層工程と、少なくと
も前記上方の反射層を部分的に残して柱状のポスト部を
形成するポスト部形成工程と、前記ポスト部の表面に露
出する前記上方の反射層の表面の一部領域を加工して、
特定の発振モードを除いて発振モードの発光を抑制し、
かつ、前記特定の発振モードに対応した発光スポットを
実質的に形成させる境界領域を形成する境界領域形成工
程と、を含むことを特徴とする。
【００３５】請求項１１に記載の発明では、積層工程に
おいて、半導体基板の主面上に、下方の反射層、量子井
戸が形成された活性層、及び内層側又は上層側に発光領
域の発光面となる表面層を含む上方の反射層を順に設け
た後、少なくとも前記上方の反射層を部分的に残して柱
状のポスト部を形成し、表面発光型半導体レーザを構成
する共振器を形成した後、さらに、前記ポスト部の表面
に露出する前記上方の反射層の表面の一部領域を加工す
ることにより、特定の発振モードを除いて発振モードの
発光を抑制し、かつ、前記特定の発振モードに対応した
発光スポットを実質的に形成させる境界領域を形成して
いる。
おいて、半導体基板の主面上に、下方の反射層、量子井
戸が形成された活性層、及び内層側又は上層側に発光領
域の発光面となる表面層を含む上方の反射層を順に設け
た後、少なくとも前記上方の反射層を部分的に残して柱
状のポスト部を形成し、表面発光型半導体レーザを構成
する共振器を形成した後、さらに、前記ポスト部の表面
に露出する前記上方の反射層の表面の一部領域を加工す
ることにより、特定の発振モードを除いて発振モードの
発光を抑制し、かつ、前記特定の発振モードに対応した
発光スポットを実質的に形成させる境界領域を形成して
いる。
【００３６】境界領域は、特定の発振モードを除いて発
振モードの発光を抑制し、かつ、前記特定の発振モード
に対応した発光スポットを実質的に形成させる領域であ
り、このような領域は、例えば、共振器としての反射率
を他の領域と異ならせることにより形成できる。
振モードの発光を抑制し、かつ、前記特定の発振モード
に対応した発光スポットを実質的に形成させる領域であ
り、このような領域は、例えば、共振器としての反射率
を他の領域と異ならせることにより形成できる。
【００３７】共振器としての反射率を他の領域と異なら
せるためには、前記上方の反射層の表面の一部領域を加
工して他の部分に対する厚さや屈折率を変えることによ
り実現できる。加工方法としては、境界領域に対応する
領域の上層を部分的に削除したり、境界領域に対応する
領域の以外の領域にさらに層を積層して付加することに
より形成できる。
せるためには、前記上方の反射層の表面の一部領域を加
工して他の部分に対する厚さや屈折率を変えることによ
り実現できる。加工方法としては、境界領域に対応する
領域の上層を部分的に削除したり、境界領域に対応する
領域の以外の領域にさらに層を積層して付加することに
より形成できる。
【００３８】また、境界領域としてエッチング等を用い
て部分的に層の一部を除去することにより凹部及び凸部
の少なくとも一方を形成してもよいし、リソグラフィ技
術を用いて前記境界領域が形成されていない層を付加す
ることにより凹部を形成してもよいし、前記境界領域の
部分のみを付加することにより、凸部を形成するように
してもよい。
て部分的に層の一部を除去することにより凹部及び凸部
の少なくとも一方を形成してもよいし、リソグラフィ技
術を用いて前記境界領域が形成されていない層を付加す
ることにより凹部を形成してもよいし、前記境界領域の
部分のみを付加することにより、凸部を形成するように
してもよい。
【００３９】また、境界領域に対応する領域の上層を部
分的に削除する加工方法としては、エッチングが好適で
ある。境界領域を複数の凹部により形成する場合、全て
の凹部の反射率が揃うようにすることが好ましく、これ
を実現するためには、全ての凹部の深さが揃うようにエ
ッチング加工する必要がある。このためには、エッチン
グ条件を精密に制御することとなるが、エッチング条件
を精密に制御するだけでは精度よく全ての凹部の深さが
揃うよう凹部を形成するのは難しい。
分的に削除する加工方法としては、エッチングが好適で
ある。境界領域を複数の凹部により形成する場合、全て
の凹部の反射率が揃うようにすることが好ましく、これ
を実現するためには、全ての凹部の深さが揃うようにエ
ッチング加工する必要がある。このためには、エッチン
グ条件を精密に制御することとなるが、エッチング条件
を精密に制御するだけでは精度よく全ての凹部の深さが
揃うよう凹部を形成するのは難しい。
【００４０】すなわち、表面加工によって共振器平面内
に反射率分布が生じ、光導波特性に影響を与えるが、そ
の際例えばエッチングによってこれを行なう場合、エッ
チング深さが重要なパラメータとなる。ＶＣＳＥＬの共
振器を構成する分布反射ミラー（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅ
ｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ Ｍｉｒｒｏｒ）の
特性は材料固有の屈折率とその膜厚に依存して周期的に
変化するから、エッチングの深さによって膜厚が変わる
とミラー反射率もそれに応じて周期的に変化するからで
ある。すなわち深さの絶対値も重要だが、エッチングす
る複数箇所の深さが揃っていないと所望の反射率分布が
得られないからである。したがって一意的にエッチング
深さを決める手段が必要となる。
に反射率分布が生じ、光導波特性に影響を与えるが、そ
の際例えばエッチングによってこれを行なう場合、エッ
チング深さが重要なパラメータとなる。ＶＣＳＥＬの共
振器を構成する分布反射ミラー（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅ
ｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ Ｍｉｒｒｏｒ）の
特性は材料固有の屈折率とその膜厚に依存して周期的に
変化するから、エッチングの深さによって膜厚が変わる
とミラー反射率もそれに応じて周期的に変化するからで
ある。すなわち深さの絶対値も重要だが、エッチングす
る複数箇所の深さが揃っていないと所望の反射率分布が
得られないからである。したがって一意的にエッチング
深さを決める手段が必要となる。
【００４１】そのため、請求項１２に記載の発明は、請
求項１１に記載の表面発光型半導体レーザの製造方法に
おいて、前記積層工程において、前記表面層の下層側に
エッチングの進行を阻止する材料よりなるエッチング阻
止層を形成することを特徴としている。
求項１１に記載の表面発光型半導体レーザの製造方法に
おいて、前記積層工程において、前記表面層の下層側に
エッチングの進行を阻止する材料よりなるエッチング阻
止層を形成することを特徴としている。
【００４２】このようなエッチング阻止層を形成するこ
とにより、エッチング条件を精密に制御せずとも、精度
よく全ての凹部の深さ揃うようにエッチング加工でき
る。そのため、製造効率、及び製造コスト、さらに、製
造歩留まりも向上するので好ましい。
とにより、エッチング条件を精密に制御せずとも、精度
よく全ての凹部の深さ揃うようにエッチング加工でき
る。そのため、製造効率、及び製造コスト、さらに、製
造歩留まりも向上するので好ましい。
【００４３】以上の発明では、隣合う分割領域の発光ス
ポット間の位相差がπ（１８０°）あり、そのためファ
ーフィールドパターン（ＦＦＰ）は双峰性となり、光フ
ァイバとの結合性は、位相差のない単峰性のものより低
い。そこで、この位相差を解消して単峰性のＦＦＰを得
るために、位相シフトを生じさせる構造を設けるのが好
ましい。このため、請求項１３の発明では、請求項１の
発明において、隣合う分割領域から発光する発光スポッ
トが同相となるように当該隣合う分割領域の発光面とな
る表面層の媒質が異なる屈折率を持つものである。即
ち、光路長Ｌはλ／ｎ（但し、λは波長、屈折率はｎ）
であるので、隣合う分割領域の発光面となる表面層の媒
質を異なる屈折率とすることにより、位相シフトさせ、
同相とする事が可能である。この結果、広がり角が小さ
くなると共にＦＦＰが単峰性となり、光ファイバー等と
の結合効率を飛躍的に向上させることができる。従っ
て、半導体レーザを更に高出力、高速化することができ
る。なお、本明細書において、「同相」とは、好ましく
は、位相差０であるが、広がり角が小さくなることが目
的であるので、完全に０でなく不完全でも位相シフト構
造を設けないものより広がり角が小さくなる場合も「同
相」に含むものとする。請求項１４の発明では、前記複
数の分割領域に対して、一つおきに分割領域の断面形状
が凹部形状又は凸部形状に形成されるものである。即
ち、凹部形状の分割領域（又は凸部形状の分割領域に隣
接する分割領域）の媒質の屈折率ｎと、凹部形状の分割
領域の隣接する分割領域（又は凸部形状の分割領域）の
媒質の屈折率ｎとは異なり、例えば、前者は空気でｎは
１であり、後者は半導体でｎは３程度であり、光路長Ｌ
を制御して位相を同相にする事ができる。請求項１５の
発明では、請求項１４の発明において、前記断面形状が
凹部形状であるときは、凹部形状がエッチングで形成さ
れるのが好ましく、前記断面形状が凸部形状であるとき
は、凸部形状が誘導体膜、半導体膜、及び透光性の金属
膜のうち少なくとも一つを積層して形成されるのが好ま
しい。
ポット間の位相差がπ（１８０°）あり、そのためファ
ーフィールドパターン（ＦＦＰ）は双峰性となり、光フ
ァイバとの結合性は、位相差のない単峰性のものより低
い。そこで、この位相差を解消して単峰性のＦＦＰを得
るために、位相シフトを生じさせる構造を設けるのが好
ましい。このため、請求項１３の発明では、請求項１の
発明において、隣合う分割領域から発光する発光スポッ
トが同相となるように当該隣合う分割領域の発光面とな
る表面層の媒質が異なる屈折率を持つものである。即
ち、光路長Ｌはλ／ｎ（但し、λは波長、屈折率はｎ）
であるので、隣合う分割領域の発光面となる表面層の媒
質を異なる屈折率とすることにより、位相シフトさせ、
同相とする事が可能である。この結果、広がり角が小さ
くなると共にＦＦＰが単峰性となり、光ファイバー等と
の結合効率を飛躍的に向上させることができる。従っ
て、半導体レーザを更に高出力、高速化することができ
る。なお、本明細書において、「同相」とは、好ましく
は、位相差０であるが、広がり角が小さくなることが目
的であるので、完全に０でなく不完全でも位相シフト構
造を設けないものより広がり角が小さくなる場合も「同
相」に含むものとする。請求項１４の発明では、前記複
数の分割領域に対して、一つおきに分割領域の断面形状
が凹部形状又は凸部形状に形成されるものである。即
ち、凹部形状の分割領域（又は凸部形状の分割領域に隣
接する分割領域）の媒質の屈折率ｎと、凹部形状の分割
領域の隣接する分割領域（又は凸部形状の分割領域）の
媒質の屈折率ｎとは異なり、例えば、前者は空気でｎは
１であり、後者は半導体でｎは３程度であり、光路長Ｌ
を制御して位相を同相にする事ができる。請求項１５の
発明では、請求項１４の発明において、前記断面形状が
凹部形状であるときは、凹部形状がエッチングで形成さ
れるのが好ましく、前記断面形状が凸部形状であるとき
は、凸部形状が誘導体膜、半導体膜、及び透光性の金属
膜のうち少なくとも一つを積層して形成されるのが好ま
しい。
【００４４】請求項１の発明のように、特別に境界領域
を設けることなく、結果として、特定の発振モード以外
の発振モードが制御でき、かつ隣合う分割領域の発光ス
ポット間に生じる位相差πを解消するため、位相シフト
を生じる構造を設けるようにしてもよい。このため請求
項１６の発明では、発光領域が形成される第１の反射層
と、活性層と、該第１の反射層との間で前記活性層を挟
むように設けられる第２の反射層とを含む共振器を備え
た面発光レーザにおいて、前記発光領域に、特定の発振
モードに対応した発光スポットを得る複数の分割領域を
設け、隣合う分割領域から発光する発光スポットが同相
となるように当該隣合う分割領域の発光面となる表面層
の媒質が異なる屈折率を持つものである。この構成によ
り、請求項１３の発明と同様に、隣合う分割領域の発光
スポット間に生じる位相差πを解消できると共に、請求
項１７に記載のように、前記複数の分割領域のうち隣接
する分割領域間の境界領域が前記特定の発振モードを除
く発振モードの発光を制御するように働くので、請求項
１３の発明と同様に結合効率を飛躍的に向上させること
ができると共に、半導体レーザを高出力、高速化でき、
しかも、構成が簡単なため半導体レーザを低コストかつ
歩留まり良く製造する事が可能となる。好ましくは、前
記複数の分割領域に対して、一つおきに分割領域の断面
形状が凹部形状又は凸部形状に形成され、更に好ましく
は、前記断面形状が凹部形状であるときは、凹部形状が
エッチングで形成されるのが好ましく、前記断面図形状
が凸部形状であるときは、凸部形状が誘導体膜、半導体
膜、及び透光性の金属膜のうち少なくとも一つを積層し
て形成されるのが好ましい。請求項２０の発明では、前
記複数の分割領域に対して、一つおきに分割領域の断面
形状が凹部形状又は凸部形状に形成されたときの段差で
あることが好ましい。従って、結果としてできた段差
が、特定の発振モード以外の発振モードを制御する境界
領域であるので、半導体レーザの低コスト、高歩留まり
化を達成することを可能とする。この段差部分は、特別
に設けた溝等の境界領域より、反射率を低下させること
ができないので、好ましくは、反射率を低下させるため
に、前記段差にテーパを持たせるのがよい。別の好適な
実施態様では、隣合う分割領域の境界領域にある段差部
分を強調するように段差から深さ方向に延びる窪みを設
けて反射率を低下させるのがよい。この場合、前記断面
形状が凹部形状であるとき、当該凹部形状をエッチング
で形成したときに、前記窪みが当該凹部形状と同時に形
成されるようにするのが更に好ましい。
を設けることなく、結果として、特定の発振モード以外
の発振モードが制御でき、かつ隣合う分割領域の発光ス
ポット間に生じる位相差πを解消するため、位相シフト
を生じる構造を設けるようにしてもよい。このため請求
項１６の発明では、発光領域が形成される第１の反射層
と、活性層と、該第１の反射層との間で前記活性層を挟
むように設けられる第２の反射層とを含む共振器を備え
た面発光レーザにおいて、前記発光領域に、特定の発振
モードに対応した発光スポットを得る複数の分割領域を
設け、隣合う分割領域から発光する発光スポットが同相
となるように当該隣合う分割領域の発光面となる表面層
の媒質が異なる屈折率を持つものである。この構成によ
り、請求項１３の発明と同様に、隣合う分割領域の発光
スポット間に生じる位相差πを解消できると共に、請求
項１７に記載のように、前記複数の分割領域のうち隣接
する分割領域間の境界領域が前記特定の発振モードを除
く発振モードの発光を制御するように働くので、請求項
１３の発明と同様に結合効率を飛躍的に向上させること
ができると共に、半導体レーザを高出力、高速化でき、
しかも、構成が簡単なため半導体レーザを低コストかつ
歩留まり良く製造する事が可能となる。好ましくは、前
記複数の分割領域に対して、一つおきに分割領域の断面
形状が凹部形状又は凸部形状に形成され、更に好ましく
は、前記断面形状が凹部形状であるときは、凹部形状が
エッチングで形成されるのが好ましく、前記断面図形状
が凸部形状であるときは、凸部形状が誘導体膜、半導体
膜、及び透光性の金属膜のうち少なくとも一つを積層し
て形成されるのが好ましい。請求項２０の発明では、前
記複数の分割領域に対して、一つおきに分割領域の断面
形状が凹部形状又は凸部形状に形成されたときの段差で
あることが好ましい。従って、結果としてできた段差
が、特定の発振モード以外の発振モードを制御する境界
領域であるので、半導体レーザの低コスト、高歩留まり
化を達成することを可能とする。この段差部分は、特別
に設けた溝等の境界領域より、反射率を低下させること
ができないので、好ましくは、反射率を低下させるため
に、前記段差にテーパを持たせるのがよい。別の好適な
実施態様では、隣合う分割領域の境界領域にある段差部
分を強調するように段差から深さ方向に延びる窪みを設
けて反射率を低下させるのがよい。この場合、前記断面
形状が凹部形状であるとき、当該凹部形状をエッチング
で形成したときに、前記窪みが当該凹部形状と同時に形
成されるようにするのが更に好ましい。
【００４５】
【発明の実施の形態】まず、シングル高次モード発振を
得るための原理について説明する。ＶＣＳＥＬの発光領
域内に生ずる光学モードは、光ファイバ中での光の伝搬
特性に関して分散方程式を解いた結果から類推可能であ
る。例えば、通常ＬＰ01の基本モードに始まり、分裂を
繰り返してＬＰ11、ＬＰ21と次数を高めつつ、光学的に
許容される最大次数のモードまで、キャリア分布といっ
た外的因子に影響を受けながら変化する。したがって所
望のモードの形状に応じ、そのモードでは光強度（電界
分布の２乗に対応）が弱い領域の反射率のみを意図的に
下げれば、所望のモードで選択的に発振が生じ易くな
る。
得るための原理について説明する。ＶＣＳＥＬの発光領
域内に生ずる光学モードは、光ファイバ中での光の伝搬
特性に関して分散方程式を解いた結果から類推可能であ
る。例えば、通常ＬＰ01の基本モードに始まり、分裂を
繰り返してＬＰ11、ＬＰ21と次数を高めつつ、光学的に
許容される最大次数のモードまで、キャリア分布といっ
た外的因子に影響を受けながら変化する。したがって所
望のモードの形状に応じ、そのモードでは光強度（電界
分布の２乗に対応）が弱い領域の反射率のみを意図的に
下げれば、所望のモードで選択的に発振が生じ易くな
る。
【００４６】また、モードに対して求められるモードパ
ターン（電界強度分布）が報告されており、アプライド
・オプティクス ヴォリューム１５、ナンバー１、２３
９−２４３ページには、ＬＰnm（Ｌｉｎｅａｒｌｙ Ｐ
ｏｌａｒｉｚｅｄ）モードに対して求められるモードパ
ターン（電界強度分布）が報告されている。
ターン（電界強度分布）が報告されており、アプライド
・オプティクス ヴォリューム１５、ナンバー１、２３
９−２４３ページには、ＬＰnm（Ｌｉｎｅａｒｌｙ Ｐ
ｏｌａｒｉｚｅｄ）モードに対して求められるモードパ
ターン（電界強度分布）が報告されている。
【００４７】例えば、図１に、ＬＰ01モード（基本モー
ド）に対して、発光スポットを２分割したＬＰ11モー
ド、発光スポットを４分割したＬＰ21モード、発光スポ
ットを６分割したＬＰ31モード、発光スポットを８分割
したＬＰ41モード、及び、発光スポットを１０分割した
ＬＰ51モードを示す。なお、図１の発光スポットの模式
図においてスポット間に記載した破線はモードの境界を
模式的に示す仮想線である。
ド）に対して、発光スポットを２分割したＬＰ11モー
ド、発光スポットを４分割したＬＰ21モード、発光スポ
ットを６分割したＬＰ31モード、発光スポットを８分割
したＬＰ41モード、及び、発光スポットを１０分割した
ＬＰ51モードを示す。なお、図１の発光スポットの模式
図においてスポット間に記載した破線はモードの境界を
模式的に示す仮想線である。
【００４８】ＬＰ11モードは、境界領域を孔で構成する
場合は、発光スポットの中央に相当する領域に１つの孔
または境界線（仮想線）に沿って複数の孔を設けること
により得られ、境界領域を溝で構成する場合は、発光ス
ポットの中央に相当する領域を通る長溝を設けることに
より得られる。
場合は、発光スポットの中央に相当する領域に１つの孔
または境界線（仮想線）に沿って複数の孔を設けること
により得られ、境界領域を溝で構成する場合は、発光ス
ポットの中央に相当する領域を通る長溝を設けることに
より得られる。
【００４９】ＬＰ21モードは、境界領域を孔で構成する
場合は、発光スポットの中央に相当する領域に１つの
孔、及び、該孔を中心に４つの孔を設けることにより得
られ、境界領域を溝で構成する場合は、発光スポットの
中央に相当する領域を中心にして互いに９０度となるよ
うに配置された４本の長溝を設けることにより得られ
る。
場合は、発光スポットの中央に相当する領域に１つの
孔、及び、該孔を中心に４つの孔を設けることにより得
られ、境界領域を溝で構成する場合は、発光スポットの
中央に相当する領域を中心にして互いに９０度となるよ
うに配置された４本の長溝を設けることにより得られ
る。
【００５０】ＬＰ31モードは、境界領域を孔で構成する
場合は、発光スポットの中央に相当する領域に１つの
孔、及び、該孔を中心に６つの孔を設けることにより得
られ、境界領域を溝で構成する場合は、発光スポットの
中央に相当する領域を中心にして互いに６０度となるよ
うに配置された６本の長溝を設けることにより得られ
る。
場合は、発光スポットの中央に相当する領域に１つの
孔、及び、該孔を中心に６つの孔を設けることにより得
られ、境界領域を溝で構成する場合は、発光スポットの
中央に相当する領域を中心にして互いに６０度となるよ
うに配置された６本の長溝を設けることにより得られ
る。
【００５１】また、ＬＰ41モードは、境界領域を孔で構
成する場合は、発光スポットの中央に相当する領域に１
つの孔、及び、該孔を中心に８つの孔を設けることによ
り得られ、境界領域を溝で構成する場合は、発光スポッ
トの中央に相当する領域を中心にして互いに４５度とな
るように配置された８本の長溝を設けることにより得ら
れる。
成する場合は、発光スポットの中央に相当する領域に１
つの孔、及び、該孔を中心に８つの孔を設けることによ
り得られ、境界領域を溝で構成する場合は、発光スポッ
トの中央に相当する領域を中心にして互いに４５度とな
るように配置された８本の長溝を設けることにより得ら
れる。
【００５２】さらに、ＬＰ51モードは、境界領域を孔で
構成する場合は、発光スポットの中央に相当する領域に
１つの孔、及び、該孔を中心に１０の孔を設けることに
より得られ、境界領域を溝で構成する場合は、発光スポ
ットの中央に相当する領域を中心にして互いに３６度と
なるように配置された１０本の長溝を設けることにより
得られる。
構成する場合は、発光スポットの中央に相当する領域に
１つの孔、及び、該孔を中心に１０の孔を設けることに
より得られ、境界領域を溝で構成する場合は、発光スポ
ットの中央に相当する領域を中心にして互いに３６度と
なるように配置された１０本の長溝を設けることにより
得られる。
【００５３】なお、図１において孔及び溝は本発明の境
界領域に相当し、得られる発光スポットは、それぞれ孔
又は溝により分割された領域に形成されていることがわ
かる。
界領域に相当し、得られる発光スポットは、それぞれ孔
又は溝により分割された領域に形成されていることがわ
かる。
【００５４】本発明をさらに詳細に説明するため、以
下、図面を参照して本発明の表面発光型半導体レーザ及
び表面発光型半導体レーザの製造方法を適用した実施の
形態の例を詳細に説明する。
下、図面を参照して本発明の表面発光型半導体レーザ及
び表面発光型半導体レーザの製造方法を適用した実施の
形態の例を詳細に説明する。
【００５５】（第１の実施の形態）第１の実施形態で
は、スポットエッチング型の境界領域を備えた表面発光
型半導体レーザ、及びその製造方法について説明する。
本実施の形態の方法は、請求項１１の表面発光型半導体
レーザの製造方法に相当する。
は、スポットエッチング型の境界領域を備えた表面発光
型半導体レーザ、及びその製造方法について説明する。
本実施の形態の方法は、請求項１１の表面発光型半導体
レーザの製造方法に相当する。
【００５６】まず、図２（Ａ）に示すように、有機金属
気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、ｎ型のＧａＡｓ基
板１０の（１００）面上に、ｎ型のＡｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａ
ｓ層とｎ型のＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ層との複数層積層体
よりなる下部多層反射膜１２と、アンドープのＡｌ0.4
Ｇａ0.6 Ａｓ層よりなる下部スペーサ層１４と、アンド
ープのＧａＡｓ層よりなる量子井戸層とアンドープのＡ
ｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層よりなる障壁層との積層体よりな
る量子井戸活性層（図示せず）と、アンドープのＡｌ
0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層よりなる上部スペーサ層１８と、ｐ
型のＡｌＡｓ層２０と、ｐ型のＡｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ層
とｐ型のＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ層との複数層積層体より
なる上部多層反射膜２２と、ｐ型のＧａＡｓ層よりなる
コンタクト層２４とを、順次積層形成する。
気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、ｎ型のＧａＡｓ基
板１０の（１００）面上に、ｎ型のＡｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａ
ｓ層とｎ型のＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ層との複数層積層体
よりなる下部多層反射膜１２と、アンドープのＡｌ0.4
Ｇａ0.6 Ａｓ層よりなる下部スペーサ層１４と、アンド
ープのＧａＡｓ層よりなる量子井戸層とアンドープのＡ
ｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層よりなる障壁層との積層体よりな
る量子井戸活性層（図示せず）と、アンドープのＡｌ
0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層よりなる上部スペーサ層１８と、ｐ
型のＡｌＡｓ層２０と、ｐ型のＡｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ層
とｐ型のＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ層との複数層積層体より
なる上部多層反射膜２２と、ｐ型のＧａＡｓ層よりなる
コンタクト層２４とを、順次積層形成する。
【００５７】下部多層反射膜１２は、ｎ型のＡｌ0.8 Ｇ
ａ0.2 Ａｓ層とｎ型のＡｌ0.1 Ｇａ 0.9 Ａｓ層との複数
層積層体よりなるが、各層の厚さはλ／４ｎr（但し、
λは発振波長であり、ｎrは媒質の屈折率である。）で
あり、混晶比の異なる層を交互に３６．５周期積層して
ある。ｎ型不純物であるシリコンのキャリア濃度は３×
１０18ｃｍ-3である。
ａ0.2 Ａｓ層とｎ型のＡｌ0.1 Ｇａ 0.9 Ａｓ層との複数
層積層体よりなるが、各層の厚さはλ／４ｎr（但し、
λは発振波長であり、ｎrは媒質の屈折率である。）で
あり、混晶比の異なる層を交互に３６．５周期積層して
ある。ｎ型不純物であるシリコンのキャリア濃度は３×
１０18ｃｍ-3である。
【００５８】また、量子井戸活性層（図示せず）は、厚
さが８ｎｍであるアンドープのＧａＡｓ層よりなる量子
井戸層と厚さが５ｎｍであるアンドープのＡｌ0.8 Ｇａ
0.8Ａｓ層よりなる障壁層とを交互に積層した積層体の
３組（但し、外層はいずれもアンドープのＡｌ0.2 Ｇａ
0.8 Ａｓ層よりなる障壁層とするため、障壁層の数は４
層である）よりなり、波長８５０ｎｍ帯の発振を得る。
さが８ｎｍであるアンドープのＧａＡｓ層よりなる量子
井戸層と厚さが５ｎｍであるアンドープのＡｌ0.8 Ｇａ
0.8Ａｓ層よりなる障壁層とを交互に積層した積層体の
３組（但し、外層はいずれもアンドープのＡｌ0.2 Ｇａ
0.8 Ａｓ層よりなる障壁層とするため、障壁層の数は４
層である）よりなり、波長８５０ｎｍ帯の発振を得る。
【００５９】上部多層反射膜２２は、ｐ型のＡｌ0.8 Ｇ
ａ0.2 Ａｓ層とｐ型のＡｌ0.1 Ｇａ 0.9 Ａｓ層よりなる
複数積層体である。各層の厚さはλ／４ｎrであり、混
晶比の異なる層を交互に２２周期積層してあるが、この
周期数は下層に設けたＡｌＡｓ層２０、および上層に設
けたコンタクト層２４を加えた数である。ただし、Ａｌ
Ａｓ層２０に関してはλ／４ｎr膜を構成する材料がす
べてＡｌＡｓからなる必然性はなく、反対にＡｌＡｓ層
が必要以上に厚いと光学的散乱損失が増えるといった問
題が生じる場合があるので、ここではＡｌＡｓ層は厚さ
２０ｎｍとして、残りの部分はＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとし
た。ｐ型不純物である炭素のキャリア濃度は５×１０18
ｃｍ-3である。
ａ0.2 Ａｓ層とｐ型のＡｌ0.1 Ｇａ 0.9 Ａｓ層よりなる
複数積層体である。各層の厚さはλ／４ｎrであり、混
晶比の異なる層を交互に２２周期積層してあるが、この
周期数は下層に設けたＡｌＡｓ層２０、および上層に設
けたコンタクト層２４を加えた数である。ただし、Ａｌ
Ａｓ層２０に関してはλ／４ｎr膜を構成する材料がす
べてＡｌＡｓからなる必然性はなく、反対にＡｌＡｓ層
が必要以上に厚いと光学的散乱損失が増えるといった問
題が生じる場合があるので、ここではＡｌＡｓ層は厚さ
２０ｎｍとして、残りの部分はＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとし
た。ｐ型不純物である炭素のキャリア濃度は５×１０18
ｃｍ-3である。
【００６０】上部多層反射膜２２の周期数（層数）を下
部多層反射膜１２のそれよりも少なくしてある理由は、
反射率に差をつけて出射光を基板上面より取り出すため
である。また、詳しくは述べないが、素子の直列抵抗を
下げるために、上部多層反射膜２２中には、Ａｌ0.8 Ｇ
ａ0.2 Ａｓ層とＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ層との間に、その
中間のアルミニウム混晶比を有する所謂中間層が介在し
ている。
部多層反射膜１２のそれよりも少なくしてある理由は、
反射率に差をつけて出射光を基板上面より取り出すため
である。また、詳しくは述べないが、素子の直列抵抗を
下げるために、上部多層反射膜２２中には、Ａｌ0.8 Ｇ
ａ0.2 Ａｓ層とＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ層との間に、その
中間のアルミニウム混晶比を有する所謂中間層が介在し
ている。
【００６１】下部スペーサ層１４の下面から上部スペー
サ層１８の上面までの膜厚は全体でλ／ｎrの整数倍と
してその間に定在波が立つようにし、光強度の最も強い
所謂「腹」の部分が量子井戸活性層の位置に来るように
設けられている。
サ層１８の上面までの膜厚は全体でλ／ｎrの整数倍と
してその間に定在波が立つようにし、光強度の最も強い
所謂「腹」の部分が量子井戸活性層の位置に来るように
設けられている。
【００６２】ｐ型のＧａＡｓ層よるなるコンタクト層２
４は厚さが２０乃至５０ｎｍ、ｐ型不純物である亜鉛の
キャリア濃度は１×１０20ｃｍ-3である。
４は厚さが２０乃至５０ｎｍ、ｐ型不純物である亜鉛の
キャリア濃度は１×１０20ｃｍ-3である。
【００６３】次に、レーザ基板を成長室から取り出し、
基板上面にエッチング時のマスク材料となるＳｉＯＮ２
６を堆積した後、図２（Ｂ）に示すように、正方形のレ
ジストマスク２８を形成し、露出したＳｉＯＮ２６の部
分をバッファードＨＦで除去する。これをエッチングマ
スクとしてＢＣｌ3：Ｃｌ2を原料ガスとする反応性イオ
ンエッチングを行い、少なくともＡｌＡｓ層２０が露出
するまで掘り下げ、図２（Ｃ）に示すように、３０μｍ
径の角柱状のポスト部３０を形成する。ただしエッチン
グの深さは下部多層反射膜１２に到達するまで、あるい
はＧａＡｓ基板１０に到達するまでとしても良く、その
深さは本案特許の内容とは直接関係がない。
基板上面にエッチング時のマスク材料となるＳｉＯＮ２
６を堆積した後、図２（Ｂ）に示すように、正方形のレ
ジストマスク２８を形成し、露出したＳｉＯＮ２６の部
分をバッファードＨＦで除去する。これをエッチングマ
スクとしてＢＣｌ3：Ｃｌ2を原料ガスとする反応性イオ
ンエッチングを行い、少なくともＡｌＡｓ層２０が露出
するまで掘り下げ、図２（Ｃ）に示すように、３０μｍ
径の角柱状のポスト部３０を形成する。ただしエッチン
グの深さは下部多層反射膜１２に到達するまで、あるい
はＧａＡｓ基板１０に到達するまでとしても良く、その
深さは本案特許の内容とは直接関係がない。
【００６４】このようにして少なくとも上部多層反射膜
２２をメサ（ポスト）状に加工した後、窒素をキャリア
ガス（流量：２リットル／分）とする３６０℃の水蒸気
雰囲気に４０分間晒す。この工程において、上部多層反
射膜の一部を構成するＡｌＡｓ層２０はＡｌ0.8 Ｇａ
0.2 Ａｓ層やＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ層に比べ酸化速度が
著しく速いから、外周部から酸化される。そしてポスト
内の一部、活性領域の直上部分にポスト形状を反映した
絶縁領域（電流狭窄部）３２が形成され、一方酸化され
ずに残った非酸化領域３４が電流注入領域となる。上記
条件での実験では一辺８μｍの矩形電流注入領域が形成
された。
２２をメサ（ポスト）状に加工した後、窒素をキャリア
ガス（流量：２リットル／分）とする３６０℃の水蒸気
雰囲気に４０分間晒す。この工程において、上部多層反
射膜の一部を構成するＡｌＡｓ層２０はＡｌ0.8 Ｇａ
0.2 Ａｓ層やＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ層に比べ酸化速度が
著しく速いから、外周部から酸化される。そしてポスト
内の一部、活性領域の直上部分にポスト形状を反映した
絶縁領域（電流狭窄部）３２が形成され、一方酸化され
ずに残った非酸化領域３４が電流注入領域となる。上記
条件での実験では一辺８μｍの矩形電流注入領域が形成
された。
【００６５】その後、露出したポスト側面を含む基板上
面に感光性ポリイミド３６を堆積した後、フォトリソグ
ラフィによりポスト部３０の頂部に堆積した感光性ポリ
イミド３６のみ除去したのち、さらに、ポスト形成時に
使用したＳｉＯＮ２６を除去して、図３（Ａ）に示すよ
うに、ポスト部３０の頂部にコンタクト層２４を露出さ
せる。
面に感光性ポリイミド３６を堆積した後、フォトリソグ
ラフィによりポスト部３０の頂部に堆積した感光性ポリ
イミド３６のみ除去したのち、さらに、ポスト形成時に
使用したＳｉＯＮ２６を除去して、図３（Ａ）に示すよ
うに、ポスト部３０の頂部にコンタクト層２４を露出さ
せる。
【００６６】次に、ポスト頂部の中央領域に、一辺約１
０μｍの矩形のレジスト構造物３８を形成した後、上方
から電子ビーム蒸着によりＡｕ、Ｚｎ、Ａｕを連続的に
堆積する（図３（Ｂ）参照）。その後、レジスト構造物
３８を除去するとレジスト構造物３８の上面に堆積して
いたＡｕ、Ｚｎ、Ａｕ１１ａが共に取り除かれて（リフ
トオフ）、図３（Ｃ）に示すように、ポスト頂部にはｐ
側電極１１と共に電極開口部４０が形成される。
０μｍの矩形のレジスト構造物３８を形成した後、上方
から電子ビーム蒸着によりＡｕ、Ｚｎ、Ａｕを連続的に
堆積する（図３（Ｂ）参照）。その後、レジスト構造物
３８を除去するとレジスト構造物３８の上面に堆積して
いたＡｕ、Ｚｎ、Ａｕ１１ａが共に取り除かれて（リフ
トオフ）、図３（Ｃ）に示すように、ポスト頂部にはｐ
側電極１１と共に電極開口部４０が形成される。
【００６７】次にこの電極開口部４０内に集束イオンビ
ーム（ＦＩＢ）加工装置を用いて、図４（Ａ）に示すよ
うに、５つの丸い孔５０ａ〜５０ｅを形成する。なお、
これら５つの丸い孔５０ａ〜５０ｅは請求項１の境界領
域、請求項２の凹部、及び請求項４の孔に相当する。１
つの孔５０ａは、例えば、図４（Ｃ）に示すように、約
８μｍの矩形電流注入領域の中心位置に相当する上方の
多層反射膜表面に形成し、残りの４つの孔５０ｂ〜５０
ｅは矩形電流注入領域のコーナー部、例えば、約２μｍ
角程度離れた位置に形成した。ここでは、各孔５０ａ〜
５０ｅの径は例えば、約０．５μｍ、深さは上部多層反
射膜２２に達する深さ、例えば、約０．５μｍとしてい
る。勿論、本発明はこれらの数値に限定されない。な
お、これら５つの丸い孔５０ａ〜５０ｅを形成した場
合、図４（Ｂ）に示すように４つの発光スポット６０ａ
〜６０ｄが得られる。
ーム（ＦＩＢ）加工装置を用いて、図４（Ａ）に示すよ
うに、５つの丸い孔５０ａ〜５０ｅを形成する。なお、
これら５つの丸い孔５０ａ〜５０ｅは請求項１の境界領
域、請求項２の凹部、及び請求項４の孔に相当する。１
つの孔５０ａは、例えば、図４（Ｃ）に示すように、約
８μｍの矩形電流注入領域の中心位置に相当する上方の
多層反射膜表面に形成し、残りの４つの孔５０ｂ〜５０
ｅは矩形電流注入領域のコーナー部、例えば、約２μｍ
角程度離れた位置に形成した。ここでは、各孔５０ａ〜
５０ｅの径は例えば、約０．５μｍ、深さは上部多層反
射膜２２に達する深さ、例えば、約０．５μｍとしてい
る。勿論、本発明はこれらの数値に限定されない。な
お、これら５つの丸い孔５０ａ〜５０ｅを形成した場
合、図４（Ｂ）に示すように４つの発光スポット６０ａ
〜６０ｄが得られる。
【００６８】最後に、基板裏面側に、ｎ側電極１３とし
てＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕを蒸着し、３５０℃の窒素雰
囲気下で熱処理を１０分間行い、図３（Ｄ）に示すよう
な構成の表面発光型半導体レーザを得る。
てＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕを蒸着し、３５０℃の窒素雰
囲気下で熱処理を１０分間行い、図３（Ｄ）に示すよう
な構成の表面発光型半導体レーザを得る。
【００６９】ここで、得られた表面発光型半導体レーザ
による光出力−注入電流（Ｌ−Ｉ）特性および近視野像
を図５に示す。すべての電流注入域で安定なＬＰ21モー
ドの発振が得られ、光出力は最大で３．５ｍＷ、直列抵
抗も光出力３ｍＷ時に８０Ωという値が得られた。な
お、図５において、光出力は直線、直列抵抗は一点鎖
線、注入電流は破線で各々表されている。
による光出力−注入電流（Ｌ−Ｉ）特性および近視野像
を図５に示す。すべての電流注入域で安定なＬＰ21モー
ドの発振が得られ、光出力は最大で３．５ｍＷ、直列抵
抗も光出力３ｍＷ時に８０Ωという値が得られた。な
お、図５において、光出力は直線、直列抵抗は一点鎖
線、注入電流は破線で各々表されている。
【００７０】また、図６は同一の非酸化領域３４の径を
有し、表面加工を行なわないで５つの丸い孔５０ａ〜５
０ｅを形成しなかった表面発光型半導体レーザ（以下、
孔なし表面発光型半導体レーザと称する。）と表面加工
を行って５つの丸い孔５０ａ〜５０ｅを形成した表面発
光型半導体レーザ（以下、孔有り表面発光型半導体レー
ザと称する。）との間でＬ−Ｉ特性を比較したものであ
る。図６に示されているように、表面加工によって共振
器損失が増え、しきい値電流が上昇すると共に光出力も
半分近くまで低下していることがわかる。
有し、表面加工を行なわないで５つの丸い孔５０ａ〜５
０ｅを形成しなかった表面発光型半導体レーザ（以下、
孔なし表面発光型半導体レーザと称する。）と表面加工
を行って５つの丸い孔５０ａ〜５０ｅを形成した表面発
光型半導体レーザ（以下、孔有り表面発光型半導体レー
ザと称する。）との間でＬ−Ｉ特性を比較したものであ
る。図６に示されているように、表面加工によって共振
器損失が増え、しきい値電流が上昇すると共に光出力も
半分近くまで低下していることがわかる。
【００７１】さらに、図７に、孔なし表面発光型半導体
レーザと孔有り表面発光型半導体レーザとのそれぞれに
対して、注入電流３ｍＡ、７ｍＡ、１０ｍＡのときのそ
れぞれ発振スペクトルのグラフを示す。
レーザと孔有り表面発光型半導体レーザとのそれぞれに
対して、注入電流３ｍＡ、７ｍＡ、１０ｍＡのときのそ
れぞれ発振スペクトルのグラフを示す。
【００７２】図７のグラフから、孔なし表面発光型半導
体レーザでは注入電流３ｍＡで既にＬＰ01、ＬＰ11、Ｌ
Ｐ21の各モードに対応したスペクトルが観察され、マル
チモード発振していることが確認できる。これに対して
孔有り表面発光型半導体レーザでは注入電流１０ｍＡで
もＬＰ11とＬＰ21のモード間でのスペクトル強度比は３
０ｄＢを超え、ＬＰ21モードによる発振が維持されてい
ることがわかる。
体レーザでは注入電流３ｍＡで既にＬＰ01、ＬＰ11、Ｌ
Ｐ21の各モードに対応したスペクトルが観察され、マル
チモード発振していることが確認できる。これに対して
孔有り表面発光型半導体レーザでは注入電流１０ｍＡで
もＬＰ11とＬＰ21のモード間でのスペクトル強度比は３
０ｄＢを超え、ＬＰ21モードによる発振が維持されてい
ることがわかる。
【００７３】以上示した例では５つの孔を開けてＬＰ21
モードを得たが、これ以外にも他の高次モードを得るこ
とが可能である。例えば、図８（Ａ）に示すように、９
つの孔５１ａ〜５１ｉを設けることにより、図８（Ｂ）
に示すようなスポット６１ａ〜６１ｈのＬＰ41モードを
得ることができる。
モードを得たが、これ以外にも他の高次モードを得るこ
とが可能である。例えば、図８（Ａ）に示すように、９
つの孔５１ａ〜５１ｉを設けることにより、図８（Ｂ）
に示すようなスポット６１ａ〜６１ｈのＬＰ41モードを
得ることができる。
【００７４】なお、上述した第１の実施の形態では、孔
の深さを例えば、約０．５μｍとした場合について述べ
たが、実験では孔の深さは約０．２μｍから約１．０μ
ｍまで変化させて、特性の推移を調べている。その結
果、孔の深さが深い方がミラー反射率が確実に低下する
のでモードの選択度は向上し、シングルモードになりや
すくなった。また、深さに対する変化もクリティカルで
なくなるが、全体としてミラー反射率が低下した分、光
出力が下がった。これに対し、浅い場合は深さに対する
変化の割合が増大し、ＤＢＲミラーの設計に合わせて正
確に深さを制御しないと、他のモードが現れやすいこと
が判明した。
の深さを例えば、約０．５μｍとした場合について述べ
たが、実験では孔の深さは約０．２μｍから約１．０μ
ｍまで変化させて、特性の推移を調べている。その結
果、孔の深さが深い方がミラー反射率が確実に低下する
のでモードの選択度は向上し、シングルモードになりや
すくなった。また、深さに対する変化もクリティカルで
なくなるが、全体としてミラー反射率が低下した分、光
出力が下がった。これに対し、浅い場合は深さに対する
変化の割合が増大し、ＤＢＲミラーの設計に合わせて正
確に深さを制御しないと、他のモードが現れやすいこと
が判明した。
【００７５】以上のことから本第１の実施の形態によれ
ば、横モードを安定化させるという要件を満足しなが
ら、高出力、低抵抗、高効率、かつ高速応答という特性
を有する表面発光型半導体レーザとなる。また、このよ
うな表面発光型半導体レーザを容易な製造方法で、かつ
再現性高く製造できる。
ば、横モードを安定化させるという要件を満足しなが
ら、高出力、低抵抗、高効率、かつ高速応答という特性
を有する表面発光型半導体レーザとなる。また、このよ
うな表面発光型半導体レーザを容易な製造方法で、かつ
再現性高く製造できる。
【００７６】（第２の実施の形態）上述した第１の実施
の形態においては多層反射膜表面に特定の発振モードを
除いて発振モードの発光を抑制するための凹部を形成す
る際、小径の丸い孔を凹部として形成するスポットエッ
チングであるのに対して、本第２の実施の形態では幅の
狭い溝を凹部として形成して同様な効果を得るストライ
プエッチングである。なお、第２の実施の形態では、基
板の縦（積層）構造、および表面加工以外の製造工程は
第１の実施の形態と同一なので説明は省略し、異なる個
所だけ説明する。また、本第２の実施の形態の方法は、
請求項１２の表面発光型半導体レーザの製造方法に相当
する。
の形態においては多層反射膜表面に特定の発振モードを
除いて発振モードの発光を抑制するための凹部を形成す
る際、小径の丸い孔を凹部として形成するスポットエッ
チングであるのに対して、本第２の実施の形態では幅の
狭い溝を凹部として形成して同様な効果を得るストライ
プエッチングである。なお、第２の実施の形態では、基
板の縦（積層）構造、および表面加工以外の製造工程は
第１の実施の形態と同一なので説明は省略し、異なる個
所だけ説明する。また、本第２の実施の形態の方法は、
請求項１２の表面発光型半導体レーザの製造方法に相当
する。
【００７７】第１の実施の形態における図３（Ｂ）のあ
と、電極開口部４０内にＦＩＢ加工装置を用いて表面加
工を行なうが、ここでは、例えば、図９（Ａ）に示すよ
うに、電極開口部４０の中心部で互いに交錯する８本の
ストライプ溝５２ａ〜５２ｈを形成する。なお、これら
８本のストライプ溝５２ａ〜５２ｈは請求項１の境界領
域、請求項２の凹部、及び請求項５の溝に相当する。
と、電極開口部４０内にＦＩＢ加工装置を用いて表面加
工を行なうが、ここでは、例えば、図９（Ａ）に示すよ
うに、電極開口部４０の中心部で互いに交錯する８本の
ストライプ溝５２ａ〜５２ｈを形成する。なお、これら
８本のストライプ溝５２ａ〜５２ｈは請求項１の境界領
域、請求項２の凹部、及び請求項５の溝に相当する。
【００７８】８本のストライプ溝５２ａ〜５２ｈのそれ
ぞれの幅は、例えば、約０．５μｍ、長さは、例えば、
約１４μｍとした。各溝の深さはコンタクト層８が除去
される深さ、この場合では約５０ｎｍである。なお、こ
れらの数値は一例であり、本発明はこれらの数値に限定
されるものではない。このような溝が形成された表面発
光型半導体レーザによるスポット６２ａ〜６２ｈの近視
野像を図９（Ｂ）に示す。
ぞれの幅は、例えば、約０．５μｍ、長さは、例えば、
約１４μｍとした。各溝の深さはコンタクト層８が除去
される深さ、この場合では約５０ｎｍである。なお、こ
れらの数値は一例であり、本発明はこれらの数値に限定
されるものではない。このような溝が形成された表面発
光型半導体レーザによるスポット６２ａ〜６２ｈの近視
野像を図９（Ｂ）に示す。
【００７９】また、図１０に第２の実施の形態の表面発
光型半導体レーザのＬ−Ｉ特性を示す。なお、本実験で
は酸化工程の後、赤外線顕微鏡にて、一辺９μｍの矩形
電流注入領域が形成されていることを確認した。表面加
工によって抑制したいモードに対して過度の反射損失を
与えたことで、すべての電流注入域で安定なＬＰ41モー
ドの発振が得られた。この発振モードは溝の位置に定在
波の節に相当する箇所が来るため、反射損失も小さく、
選択的に発振することになる。光出力は最大で３．５ｍ
Ｗ、直列抵抗も発振領域ではすべての電流注入域に渡っ
て５０Ω前後という低い値となった。
光型半導体レーザのＬ−Ｉ特性を示す。なお、本実験で
は酸化工程の後、赤外線顕微鏡にて、一辺９μｍの矩形
電流注入領域が形成されていることを確認した。表面加
工によって抑制したいモードに対して過度の反射損失を
与えたことで、すべての電流注入域で安定なＬＰ41モー
ドの発振が得られた。この発振モードは溝の位置に定在
波の節に相当する箇所が来るため、反射損失も小さく、
選択的に発振することになる。光出力は最大で３．５ｍ
Ｗ、直列抵抗も発振領域ではすべての電流注入域に渡っ
て５０Ω前後という低い値となった。
【００８０】図１１は連続注入時の発振スペクトル、お
よびバイアス電流４ｍＡ時に２．５ギガビット／秒のノ
ン・リターン・トゥー・ゼロ、擬似ランダム・ビットシ
ーケンス変調を行なった際の発振スペクトルを示したも
のである。高速直接変調下でも副モード抑圧比３０ｄＢ
を保っていることがわかる。
よびバイアス電流４ｍＡ時に２．５ギガビット／秒のノ
ン・リターン・トゥー・ゼロ、擬似ランダム・ビットシ
ーケンス変調を行なった際の発振スペクトルを示したも
のである。高速直接変調下でも副モード抑圧比３０ｄＢ
を保っていることがわかる。
【００８１】なお、本実施の形態では、電流注入領域の
径および形状を一辺９μｍの矩形とした場合について述
べたが、実験では径が１５μｍの円形の場合について、
モード特性を調べている。上述の矩形電流注入領域の例
と同様、電極開口部の中心部で互いに交錯する８本のス
トライプ溝を形成した。その結果、発振しきい値付近で
はＬＰ41モードの発振が得られたものの、注入電流量を
増加させるとさらに高次のモードが現れた。
径および形状を一辺９μｍの矩形とした場合について述
べたが、実験では径が１５μｍの円形の場合について、
モード特性を調べている。上述の矩形電流注入領域の例
と同様、電極開口部の中心部で互いに交錯する８本のス
トライプ溝を形成した。その結果、発振しきい値付近で
はＬＰ41モードの発振が得られたものの、注入電流量を
増加させるとさらに高次のモードが現れた。
【００８２】そこで、図１２に示すように電極開口部の
内側に９μｍ径の円環状の境界領域（損失領域）５２ｉ
を設けたところ、境界領域の内側・外側で１６個のスポ
ットが生ずるモード６３で安定することを確認した。な
お、図１２に示すスポットは模式的なものであり、その
形状は必ずしも丸くなるわけではなく、扇形となる場合
もある。
内側に９μｍ径の円環状の境界領域（損失領域）５２ｉ
を設けたところ、境界領域の内側・外側で１６個のスポ
ットが生ずるモード６３で安定することを確認した。な
お、図１２に示すスポットは模式的なものであり、その
形状は必ずしも丸くなるわけではなく、扇形となる場合
もある。
【００８３】（第３の実施の形態）本第３の実施の形態
は、上記第１の実施の形態、および第２の実施の形態の
応用例であり、異なる点は基板の縦（積層）構造に関す
るものである。すなわち、上部多層反射膜の最上層がＡ
ｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ層に替えてＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層３３
となっている。これ以外の部分はほぼ共通であるから、
第１の実施の形態と同様な個所は同様な符号を付して説
明は省略する。なお、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層３３は本発明
のエッチング阻止層に相当し、本実施の形態の方法は、
請求項１２の表面発光型半導体レーザの製造方法に相当
する。
は、上記第１の実施の形態、および第２の実施の形態の
応用例であり、異なる点は基板の縦（積層）構造に関す
るものである。すなわち、上部多層反射膜の最上層がＡ
ｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ層に替えてＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層３３
となっている。これ以外の部分はほぼ共通であるから、
第１の実施の形態と同様な個所は同様な符号を付して説
明は省略する。なお、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層３３は本発明
のエッチング阻止層に相当し、本実施の形態の方法は、
請求項１２の表面発光型半導体レーザの製造方法に相当
する。
【００８４】図１３（Ａ）において、有機金属気相成長
法（ＭＯＣＶＤ法）により、ｎ型のＧａＡｓ基板１０の
（１００）面上に、ｎ型のＡｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ層とｎ
型のＡｌ0.1 Ｇａ0.8 Ａｓ層との複数層積層体よりなる
下部多層反射膜１２と、アンドープのＡｌ0.4 Ｇａ0.6
Ａｓ層よりなる下部スペーサ層１４と、アンドープのＧ
ａＡｓ層よりなる量子井戸層とアンドープのＡｌ0.2 Ｇ
ａ0.8 Ａｓ層よりなる障壁層との積層体よりなる量子井
戸活性層（図示せず）と、アンドープのＡｌ0. 4 Ｇａ
0.6 Ａｓ層よりなる上部スペーサ層１８と、ｐ型のＡｌ
Ａｓ層２０と、最上層にｐ型のＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層３
３が形成され、かつ、ｐ型のＡｌ0.8 Ｇａ 0.2 Ａｓ層と
ｐ型のＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ層との複数層積層体よりな
る上部多層反射膜２７と、ｐ型のＧａＡｓ層よりなるコ
ンタクト層２５とを、順次積層形成する。
法（ＭＯＣＶＤ法）により、ｎ型のＧａＡｓ基板１０の
（１００）面上に、ｎ型のＡｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ層とｎ
型のＡｌ0.1 Ｇａ0.8 Ａｓ層との複数層積層体よりなる
下部多層反射膜１２と、アンドープのＡｌ0.4 Ｇａ0.6
Ａｓ層よりなる下部スペーサ層１４と、アンドープのＧ
ａＡｓ層よりなる量子井戸層とアンドープのＡｌ0.2 Ｇ
ａ0.8 Ａｓ層よりなる障壁層との積層体よりなる量子井
戸活性層（図示せず）と、アンドープのＡｌ0. 4 Ｇａ
0.6 Ａｓ層よりなる上部スペーサ層１８と、ｐ型のＡｌ
Ａｓ層２０と、最上層にｐ型のＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層３
３が形成され、かつ、ｐ型のＡｌ0.8 Ｇａ 0.2 Ａｓ層と
ｐ型のＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ層との複数層積層体よりな
る上部多層反射膜２７と、ｐ型のＧａＡｓ層よりなるコ
ンタクト層２５とを、順次積層形成する。
【００８５】本第３の実施の形態の上部多層反射膜２７
は、上層にＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層３３が設けられたｐ型
のＡｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ層とｐ型のＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａ
ｓ層よりなる複数積層体である。各層の厚さはλ／４ｎ
rであり、混晶比の異なる層を交互に２２周期積層して
あるが、この周期数は下層に設けたＡｌＡｓ層２０、お
よび上層に設けたＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層３３を加えた数
である。
は、上層にＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層３３が設けられたｐ型
のＡｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ層とｐ型のＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａ
ｓ層よりなる複数積層体である。各層の厚さはλ／４ｎ
rであり、混晶比の異なる層を交互に２２周期積層して
あるが、この周期数は下層に設けたＡｌＡｓ層２０、お
よび上層に設けたＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層３３を加えた数
である。
【００８６】本第３の実施の形態では、上記第１、およ
び第２の実施の形態の場合と同様に、リフトオフにより
ポスト頂部に電極開口部４０を形成した後、反応性イオ
ンビームエッチング（ＲＩＢＥ）法を用いて所望の発振
モードに応じて必要箇所に孔、あるいは溝を形成する。
ここでは、ＧａＡｓコンタクト層２５とＧａ0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐ層３３との間で高いエッチング選択比（＞１０：
１）が取れるため、孔、あるいは溝の深さを精密に制御
することが可能となる。
び第２の実施の形態の場合と同様に、リフトオフにより
ポスト頂部に電極開口部４０を形成した後、反応性イオ
ンビームエッチング（ＲＩＢＥ）法を用いて所望の発振
モードに応じて必要箇所に孔、あるいは溝を形成する。
ここでは、ＧａＡｓコンタクト層２５とＧａ0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐ層３３との間で高いエッチング選択比（＞１０：
１）が取れるため、孔、あるいは溝の深さを精密に制御
することが可能となる。
【００８７】前述の第１の実施の形態及び第２の実施の
形態ではＧａＡｓコンタクト層のみを除去するにあた
り、Ａｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ層との界面で加工を阻止させ
る必要があったが、打ち込むイオン（Ｇａ+等）のドー
ズ量、あるいは加速電圧といった条件次第では深さにば
らつきが生じることがあった。
形態ではＧａＡｓコンタクト層のみを除去するにあた
り、Ａｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ層との界面で加工を阻止させ
る必要があったが、打ち込むイオン（Ｇａ+等）のドー
ズ量、あるいは加速電圧といった条件次第では深さにば
らつきが生じることがあった。
【００８８】第３の実施の形態では反応性のイオンビー
ムエッチング法を用いており、ＧａＡｓとＧａ0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐは格子定数は近いが材料組成は大きく異なるので
エッチング選択比は十分大きく、Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層
３３との界面で容易にエッチングの進行を阻止すること
ができる。特に溝状にエッチングする場合、溝が交錯す
る箇所は複数回の工程を経るため深さの制御が困難にな
るが、選択性エッチングであるのでこの問題も解消され
ている。
ムエッチング法を用いており、ＧａＡｓとＧａ0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐは格子定数は近いが材料組成は大きく異なるので
エッチング選択比は十分大きく、Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層
３３との界面で容易にエッチングの進行を阻止すること
ができる。特に溝状にエッチングする場合、溝が交錯す
る箇所は複数回の工程を経るため深さの制御が困難にな
るが、選択性エッチングであるのでこの問題も解消され
ている。
【００８９】前記３つの実施の形態においては、表面加
工の方法としてＦＩＢ、若しくはＲＩＢＥといった切削
加工を前提とする装置を利用した例を述べたが、これに
限定されることなく、例えば表面に誘電体膜、あるいは
金属膜を形成して、損失領域を作ることも可能である。
工の方法としてＦＩＢ、若しくはＲＩＢＥといった切削
加工を前提とする装置を利用した例を述べたが、これに
限定されることなく、例えば表面に誘電体膜、あるいは
金属膜を形成して、損失領域を作ることも可能である。
【００９０】なお、前記第３の実施の形態においては、
上部多層反射膜の最上層にエッチング阻止層としてＧａ
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐを設けたが、このエッチング阻止層はエ
ッチングを阻止させる材料より形成されていればよく、
この材料に限定されるものではない。すなわち、エッチ
ング阻止層は、エッチング阻止層の上方に配置されるコ
ンタクト層２５との間でエッチング選択比が大きい、典
型的には１０：１を超える程度の物性を有し、使用する
半導体基板に格子整合する材料であれば良い。上記の実
施例の場合、例えば、（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5
Ｐ、あるいはＺｎＳＳｅ系材料等がその要件を満たす。
ＡｌＩｎＰ組成比を大きくした材料、あるいはＺｎＳＳ
ｅはＧａＩｎＰよりも大きなエネルギーバンドギャップ
を有するから、活性層からの光に対して透明性が高ま
り、エネルギー変換効率の見地からすれば好ましい。た
だし（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの場合、ｘの値
が１に近づくにつれて大気中に晒された際、酸化して特
性劣化に繋がる可能性があるので、できるだけ小さい
値、典型的には０．１以下で用いるのが望ましい。
上部多層反射膜の最上層にエッチング阻止層としてＧａ
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐを設けたが、このエッチング阻止層はエ
ッチングを阻止させる材料より形成されていればよく、
この材料に限定されるものではない。すなわち、エッチ
ング阻止層は、エッチング阻止層の上方に配置されるコ
ンタクト層２５との間でエッチング選択比が大きい、典
型的には１０：１を超える程度の物性を有し、使用する
半導体基板に格子整合する材料であれば良い。上記の実
施例の場合、例えば、（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5
Ｐ、あるいはＺｎＳＳｅ系材料等がその要件を満たす。
ＡｌＩｎＰ組成比を大きくした材料、あるいはＺｎＳＳ
ｅはＧａＩｎＰよりも大きなエネルギーバンドギャップ
を有するから、活性層からの光に対して透明性が高ま
り、エネルギー変換効率の見地からすれば好ましい。た
だし（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの場合、ｘの値
が１に近づくにつれて大気中に晒された際、酸化して特
性劣化に繋がる可能性があるので、できるだけ小さい
値、典型的には０．１以下で用いるのが望ましい。
【００９１】上記第１の実施の形態から第３の実施の形
態においては、いずれも上部多層反射膜２２（または２
７）をｐ型とし、下部多層反射膜１２をｎ型としたが、
これに限定されることなく、導電型を反対にすること、
あるいはいわゆるイントラキャビティ型ＶＣＳＥＬを想
定し、片側の導電型は導電性の低い真性とすることなど
が考えられる。一般にｐ型層はｎ型層に比べエネルギー
バンド不連続性に起因する素子抵抗の増大が懸念される
から、層数が増えることはレーザ特性を劣化させる要因
となり好ましくない。このため出射光を基板上面から取
り出す関係上、下部多層反射膜１２よりも上部多層反射
膜２２（または２７）の層数を減らす目的で上部多層反
射膜２２（または２７）の導電型をｐ型とした。しかし
別の視点から考えると素子抵抗は面積に反比例するの
で、上部多層反射膜２２（または２７）をポスト状に加
工することは素子抵抗を増大させる要因となる。したが
って、同じ面積ならｐ型層よりもｎ型層を上部多層反射
膜２２とすることは好ましいという考え方もできる。結
局、光の取り出し方向や導電型による素子抵抗の違い、
あるいは駆動回路側との相性を勘案しながら、総合的な
見地から導電型を適宜選択すればよい。
態においては、いずれも上部多層反射膜２２（または２
７）をｐ型とし、下部多層反射膜１２をｎ型としたが、
これに限定されることなく、導電型を反対にすること、
あるいはいわゆるイントラキャビティ型ＶＣＳＥＬを想
定し、片側の導電型は導電性の低い真性とすることなど
が考えられる。一般にｐ型層はｎ型層に比べエネルギー
バンド不連続性に起因する素子抵抗の増大が懸念される
から、層数が増えることはレーザ特性を劣化させる要因
となり好ましくない。このため出射光を基板上面から取
り出す関係上、下部多層反射膜１２よりも上部多層反射
膜２２（または２７）の層数を減らす目的で上部多層反
射膜２２（または２７）の導電型をｐ型とした。しかし
別の視点から考えると素子抵抗は面積に反比例するの
で、上部多層反射膜２２（または２７）をポスト状に加
工することは素子抵抗を増大させる要因となる。したが
って、同じ面積ならｐ型層よりもｎ型層を上部多層反射
膜２２とすることは好ましいという考え方もできる。結
局、光の取り出し方向や導電型による素子抵抗の違い、
あるいは駆動回路側との相性を勘案しながら、総合的な
見地から導電型を適宜選択すればよい。
【００９２】また、上記第１の実施の形態から第３の実
施の形態において、量子井戸層を構成する材料として、
ＧａＡｓを用いたが、本発明はこの材料に限定されるも
のではなく、例えば、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、あ
るいはＧａＩｎＮＡｓ等のたの材料を用いることも可能
である。
施の形態において、量子井戸層を構成する材料として、
ＧａＡｓを用いたが、本発明はこの材料に限定されるも
のではなく、例えば、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、あ
るいはＧａＩｎＮＡｓ等のたの材料を用いることも可能
である。
【００９３】さらに、上記第１の実施の形態から第３の
実施の形態においては、結晶成長方法としてＭＯＣＶＤ
法を用いる場合について述べたが、本発明はこの方法に
限定されることなく、同様な積層膜が得られる方法であ
れば適用できる。そのような方法としては、例えば、分
子線ビームエピタキシー（ＭＢＥ）法等が挙げられる。
実施の形態においては、結晶成長方法としてＭＯＣＶＤ
法を用いる場合について述べたが、本発明はこの方法に
限定されることなく、同様な積層膜が得られる方法であ
れば適用できる。そのような方法としては、例えば、分
子線ビームエピタキシー（ＭＢＥ）法等が挙げられる。
【００９４】上記第１の実施の形態から第３の実施の形
態においては、いずれも上部多層反射膜の上層を発光層
としたが、本発明はこの構成に限定されるものではな
く、例えば、上部多層反射膜の形成時に膜形成条件を制
御するなどにより、境界領域を組み込んだ発光層を下層
又は内層に組み込むように構成することも可能である。
態においては、いずれも上部多層反射膜の上層を発光層
としたが、本発明はこの構成に限定されるものではな
く、例えば、上部多層反射膜の形成時に膜形成条件を制
御するなどにより、境界領域を組み込んだ発光層を下層
又は内層に組み込むように構成することも可能である。
【００９５】また、上記第１の実施の形態から第３の実
施の形態においては、いずれもエッチングにより表面層
を削って境界領域として凹部を形成する場合について述
べたが、例えば、境界領域上にレジストパターンを形成
した状態で複数の膜を形成した後、レジストパターンを
取除くなどのように、境界領域以外の領域に膜を付加す
ることにより境界領域を形成するようにも構成できる。
施の形態においては、いずれもエッチングにより表面層
を削って境界領域として凹部を形成する場合について述
べたが、例えば、境界領域上にレジストパターンを形成
した状態で複数の膜を形成した後、レジストパターンを
取除くなどのように、境界領域以外の領域に膜を付加す
ることにより境界領域を形成するようにも構成できる。
【００９６】（第４の実施の形態）次に、上記の実施の
形態で説明した表面に境界領域としての溝形状を有する
ＶＣＳＥＬにおいて、フェーズロック機構を別途設ける
ことでファーフィールドパターン（ＦＦＰ）を単峰化し
て、光ファイバへの高次横モードの結合効率を飛躍的に
改善した第４の実施の形態について説明する。
形態で説明した表面に境界領域としての溝形状を有する
ＶＣＳＥＬにおいて、フェーズロック機構を別途設ける
ことでファーフィールドパターン（ＦＦＰ）を単峰化し
て、光ファイバへの高次横モードの結合効率を飛躍的に
改善した第４の実施の形態について説明する。
【００９７】まず、はじめにフェーズロックの原理につ
いて図２１を参照して説明する。伊賀健一編著「半導体
レーザ」（オーム社）によれば、「同一基板上に複数の
発光導波路を形成し、隣合う導波路間の光電界位相を同
期させて、時間的、空間的に一定の位相関係を保つよう
にすれば、大出力の単峰性ビームが得られることが期待
される。そのような素子を位相同期レーザアレイと呼
ぶ。」との記述がある。また、「Ｎ個の導波路からなる
アレイの場合、結合が弱い場合にはＮ個のアレイモード
（スーパーモードとも呼ばれる）が存在し、結合が強い
場合には、各導波路が基本モード条件を満たしていて
も、１次モードが許容されるために２Ｎ個のアレイモー
ドが存在することが理論的に示されている。Ｎ個のモー
ドのうち、導波路間の位相がそろった状態のモードを０
度位相モードと呼び、ほぼ単峰性の遠視野象が得られ、
実用上望ましい。また隣合う導波路間の位相が１８０°
異なるものを１８０度位相モードと呼び、遠視野像は双
峰となる。」、「導波路間での光電界振幅は１８０度位
相モードの場合０となるのに対し、０度位相モードの場
合には０でなく、導波路間領域における損失のため、し
きい値利得が大きくなる。したがって１８０度位相モー
ドのほうが発振しやすい。」との説明が加えられてい
る。
いて図２１を参照して説明する。伊賀健一編著「半導体
レーザ」（オーム社）によれば、「同一基板上に複数の
発光導波路を形成し、隣合う導波路間の光電界位相を同
期させて、時間的、空間的に一定の位相関係を保つよう
にすれば、大出力の単峰性ビームが得られることが期待
される。そのような素子を位相同期レーザアレイと呼
ぶ。」との記述がある。また、「Ｎ個の導波路からなる
アレイの場合、結合が弱い場合にはＮ個のアレイモード
（スーパーモードとも呼ばれる）が存在し、結合が強い
場合には、各導波路が基本モード条件を満たしていて
も、１次モードが許容されるために２Ｎ個のアレイモー
ドが存在することが理論的に示されている。Ｎ個のモー
ドのうち、導波路間の位相がそろった状態のモードを０
度位相モードと呼び、ほぼ単峰性の遠視野象が得られ、
実用上望ましい。また隣合う導波路間の位相が１８０°
異なるものを１８０度位相モードと呼び、遠視野像は双
峰となる。」、「導波路間での光電界振幅は１８０度位
相モードの場合０となるのに対し、０度位相モードの場
合には０でなく、導波路間領域における損失のため、し
きい値利得が大きくなる。したがって１８０度位相モー
ドのほうが発振しやすい。」との説明が加えられてい
る。
【００９８】高次モード発振を生じているＶＣＳＥＬの
発光は、発光スポットの光電界位相間で１８０度位相が
ずれているものと考えられ、このためＦＦＰは双峰性を
示す。従って、図２１に示したように、位相シフト素子
を使用して片方の発光スポットに位相シフトを生じさ
せ、１８０度位相を反転させれば、０度位相モードと同
様に単峰性のＦＦＰが得られると考えられる。
発光は、発光スポットの光電界位相間で１８０度位相が
ずれているものと考えられ、このためＦＦＰは双峰性を
示す。従って、図２１に示したように、位相シフト素子
を使用して片方の発光スポットに位相シフトを生じさ
せ、１８０度位相を反転させれば、０度位相モードと同
様に単峰性のＦＦＰが得られると考えられる。
【００９９】上記第１の実施の形態から第３の実施の形
態によって作製された素子は高次横モード発振でありな
がら通常見られるマルチモードではなく単一モードでの
発振特性を示すが、ＦＦＰが双峰性になりやすく、光フ
ァイバとの結合効率はあまり高くなかった。そこで、本
実施の形態では、上記の素子表面を、一定膜厚だけ部分
的にエッチング除去し、エッチング除去した部分とこの
部分に隣接するエッチング除去しない部分の発光スポッ
トの間に、１８０度（π）の位相シフトを生じさせた。
態によって作製された素子は高次横モード発振でありな
がら通常見られるマルチモードではなく単一モードでの
発振特性を示すが、ＦＦＰが双峰性になりやすく、光フ
ァイバとの結合効率はあまり高くなかった。そこで、本
実施の形態では、上記の素子表面を、一定膜厚だけ部分
的にエッチング除去し、エッチング除去した部分とこの
部分に隣接するエッチング除去しない部分の発光スポッ
トの間に、１８０度（π）の位相シフトを生じさせた。
【０１００】図１６（Ａ）は本実施の形態の素子の概観
図を示し、図１６（Ｂ）はＦＩＢによるエッチングによ
って深さΔだけエッチング除去した部位の断面模式図を
表し、図１６（Ｃ）は発光部の平面図を表している。な
お、図１６（Ａ）〜（Ｃ）において、図２及び図３と対
応する部分には同一符号を付して説明を省略する。
図を示し、図１６（Ｂ）はＦＩＢによるエッチングによ
って深さΔだけエッチング除去した部位の断面模式図を
表し、図１６（Ｃ）は発光部の平面図を表している。な
お、図１６（Ａ）〜（Ｃ）において、図２及び図３と対
応する部分には同一符号を付して説明を省略する。
【０１０１】本実施の形態では、複数本のストライプ溝
５２ａ〜５２ｈによって区画されて円周方向に配置され
た分割領域を交互、すなわち一つ置きにエッチングによ
って削ることにより、削った部分の間に残存している部
分に深さΔの位相シフト領域として凹部５３を形成して
いる。
５２ａ〜５２ｈによって区画されて円周方向に配置され
た分割領域を交互、すなわち一つ置きにエッチングによ
って削ることにより、削った部分の間に残存している部
分に深さΔの位相シフト領域として凹部５３を形成して
いる。
【０１０２】この図１６（Ａ）〜（Ｃ）で示した素子は
ＬＰ41モードで発振するが、他のモードで発振する素子
でも以下に述べる原理は同じである。ＬＰ41モードの発
振では発光スポット領域が複数本のストライプ溝５２ａ
〜５２ｈによって８個に分割されて複数の分割領域が形
成されているが、円周方向に隣り合う２つの発光スポッ
トを生じさせる分割領域間では位相がπずれて安定す
る。
ＬＰ41モードで発振するが、他のモードで発振する素子
でも以下に述べる原理は同じである。ＬＰ41モードの発
振では発光スポット領域が複数本のストライプ溝５２ａ
〜５２ｈによって８個に分割されて複数の分割領域が形
成されているが、円周方向に隣り合う２つの発光スポッ
トを生じさせる分割領域間では位相がπずれて安定す
る。
【０１０３】本実施の形態では、発光スポットを生じさ
せる扇形の分割領域表面を１つ置きにＦＩＢによるエッ
チングを使って上部多層反射膜２２の途中まで、深さ約
０．２μｍ削っている。深さΔは、削った領域の発光ス
ポットの位相が、削らずに残存している領域の発光スポ
ットに対してπだけずれるよう光路長を計算して決定し
ている。ここでは、膜厚４０ｎｍのコンタクト層２４お
よび上部多層反射膜２２の最上層の１ペアを除去する深
さとした。
せる扇形の分割領域表面を１つ置きにＦＩＢによるエッ
チングを使って上部多層反射膜２２の途中まで、深さ約
０．２μｍ削っている。深さΔは、削った領域の発光ス
ポットの位相が、削らずに残存している領域の発光スポ
ットに対してπだけずれるよう光路長を計算して決定し
ている。ここでは、膜厚４０ｎｍのコンタクト層２４お
よび上部多層反射膜２２の最上層の１ペアを除去する深
さとした。
【０１０４】この時得られたＬ−Ｉ−Ｖ特性を図１７に
示す。グラフはシングル高次モードを得るためモードの
境界領域に放射状に広がる８本の溝を形成しただけの素
子のＩ−Ｌ特性Ｄ１と、これに加えてさらに上述のエッ
チングを施して位相をπシフトさせ、フェーズロックし
た場合の素子のＩ−Ｌ特性Ｄ２の２つについて示してい
る。フェーズロックした場合の素子の光出力は略半減し
ているが、Ｖ−Ｉ特性Ｄ３についてはほとんど変化がな
く、低抵抗性を保っていることがわかる。また、Ｉ−Ｒ
特性Ｄ４についてもほとんど変化がない。光出力の低下
についてもＦＩＢによるエッチングで削ったために表面
の平坦性が損なわれたことに起因するもので、選択性エ
ッチングといった表面の平坦性を維持できる方法を用い
れば改善できる。
示す。グラフはシングル高次モードを得るためモードの
境界領域に放射状に広がる８本の溝を形成しただけの素
子のＩ−Ｌ特性Ｄ１と、これに加えてさらに上述のエッ
チングを施して位相をπシフトさせ、フェーズロックし
た場合の素子のＩ−Ｌ特性Ｄ２の２つについて示してい
る。フェーズロックした場合の素子の光出力は略半減し
ているが、Ｖ−Ｉ特性Ｄ３についてはほとんど変化がな
く、低抵抗性を保っていることがわかる。また、Ｉ−Ｒ
特性Ｄ４についてもほとんど変化がない。光出力の低下
についてもＦＩＢによるエッチングで削ったために表面
の平坦性が損なわれたことに起因するもので、選択性エ
ッチングといった表面の平坦性を維持できる方法を用い
れば改善できる。
【０１０５】続いて、両素子のＦＦＰの結果を図１８に
示す。ストライプ溝を形成しただけの素子は上述の通り
双峰性のＦＦＰを示したが、位相をπシフトさせること
によるフェーズロックを行った素子では主ピークの近傍
に副ピークが見られるものの、強度比は高く、半値全幅
で示される広がり角は５ｄｅｇ．程度と著しく改善され
ていることが分かる。これにより光ファイバへの結合効
率は飛躍的に向上する。
示す。ストライプ溝を形成しただけの素子は上述の通り
双峰性のＦＦＰを示したが、位相をπシフトさせること
によるフェーズロックを行った素子では主ピークの近傍
に副ピークが見られるものの、強度比は高く、半値全幅
で示される広がり角は５ｄｅｇ．程度と著しく改善され
ていることが分かる。これにより光ファイバへの結合効
率は飛躍的に向上する。
【０１０６】上記第４の実施の形態においては、位相シ
フトを生じさせるために半導体多層膜をエッチング除去
する方法を示したが、本発明はこの方法に限定されるこ
となく、例えば表面に誘電体膜、あるいは金属膜を積層
して位相シフト層を形成して、同様の効果を得ることも
可能である。 （第５の実施の形態）上記第４の実施の形態では、特定
の高次発振モードを得るため表面に形成されたストライ
プ溝を有するＶＣＳＥＬにおいて、特定領域に位相シフ
ト領域（凹部）設けることによりＦＦＰを擬似単峰化
し、光ファイバへの結合効率を飛躍的に高める例につい
て述べた。
フトを生じさせるために半導体多層膜をエッチング除去
する方法を示したが、本発明はこの方法に限定されるこ
となく、例えば表面に誘電体膜、あるいは金属膜を積層
して位相シフト層を形成して、同様の効果を得ることも
可能である。 （第５の実施の形態）上記第４の実施の形態では、特定
の高次発振モードを得るため表面に形成されたストライ
プ溝を有するＶＣＳＥＬにおいて、特定領域に位相シフ
ト領域（凹部）設けることによりＦＦＰを擬似単峰化
し、光ファイバへの結合効率を飛躍的に高める例につい
て述べた。
【０１０７】ところがこの方法は特に溝形状を有しない
素子においてもある程度高次モードを単一化し、かつＦ
ＦＰを擬似単峰化する効果を有することが判明したの
で、次は溝形状を有しない素子に本発明を適用した第５
の実施の形態について述べる。
素子においてもある程度高次モードを単一化し、かつＦ
ＦＰを擬似単峰化する効果を有することが判明したの
で、次は溝形状を有しない素子に本発明を適用した第５
の実施の形態について述べる。
【０１０８】第５の実施の形態の素子製造方法は、上記
第１の実施の形態から第４の実施の形態で行った溝等の
境界領域形成工程用いることなく、第４の実施の形態と
同様に、扇形の分割領域について、素子表面を一定膜厚
だけ部分的にエッチング除去してπ位相シフトさせるも
のである。
第１の実施の形態から第４の実施の形態で行った溝等の
境界領域形成工程用いることなく、第４の実施の形態と
同様に、扇形の分割領域について、素子表面を一定膜厚
だけ部分的にエッチング除去してπ位相シフトさせるも
のである。
【０１０９】図１９（Ａ）は素子の平面を模式的に示す
平面図を表し、図１９（Ｂ）はエッチング除去した部位
の断面模式図を表している。図１９（Ａ）において、７
は電流狭窄領域を示し、８はその開口部で発光領域を示
す。
平面図を表し、図１９（Ｂ）はエッチング除去した部位
の断面模式図を表している。図１９（Ａ）において、７
は電流狭窄領域を示し、８はその開口部で発光領域を示
す。
【０１１０】本実施の形態では、上記第４の実施の形態
と同様にＬＰ41モードでの発振を想定して位相シフト層
の平面形状を決定したが、他のモードでも以下に述べる
原理は同じである。発光領域８は、特定の発振モードに
対応して複数の分割領域に分割され、図１９の例では、
８個の分割領域に分割され、この分割領域としての扇形
のスポット領域８ａ，８ｂをＲＩＥを使ってコンタクト
層、および上部ＤＢＲ層の一部を、発光スポットの位相
がπだけシフトする深さΔまで１つ置きのスポット領域
８ｂを削って凹部を設け、スポット領域８ａとの間に段
差形状を形成した。
と同様にＬＰ41モードでの発振を想定して位相シフト層
の平面形状を決定したが、他のモードでも以下に述べる
原理は同じである。発光領域８は、特定の発振モードに
対応して複数の分割領域に分割され、図１９の例では、
８個の分割領域に分割され、この分割領域としての扇形
のスポット領域８ａ，８ｂをＲＩＥを使ってコンタクト
層、および上部ＤＢＲ層の一部を、発光スポットの位相
がπだけシフトする深さΔまで１つ置きのスポット領域
８ｂを削って凹部を設け、スポット領域８ａとの間に段
差形状を形成した。
【０１１１】このような段差形状が形成された場合、平
坦部での反射率は初期状態を略維持していることから高
い反射率（高反射率領域Ｐ１）のままで発振特性への影
響はほとんどない。しかし、段差に相当する界面部分
（境界領域）は高反射率領域Ｐ１からそれと同等の高反
射率領域Ｐ２への遷移領域となる関係から反射率の低下
を生じ、また界面近傍での回折、散乱による光損失も避
けられないから、この部分に溝形状を形成した上記第１
の実施の形態から第４の実施の形態の場合と同様に機能
し、この部分を節とする定在波が立ちやすくなる。
坦部での反射率は初期状態を略維持していることから高
い反射率（高反射率領域Ｐ１）のままで発振特性への影
響はほとんどない。しかし、段差に相当する界面部分
（境界領域）は高反射率領域Ｐ１からそれと同等の高反
射率領域Ｐ２への遷移領域となる関係から反射率の低下
を生じ、また界面近傍での回折、散乱による光損失も避
けられないから、この部分に溝形状を形成した上記第１
の実施の形態から第４の実施の形態の場合と同様に機能
し、この部分を節とする定在波が立ちやすくなる。
【０１１２】したがってフェーズロック動作と共にモー
ド選択性も生じて高次シングルモードが得られる。ただ
し溝形状を形成した場合に比べると他のモードを抑制す
る効果は弱い。
ド選択性も生じて高次シングルモードが得られる。ただ
し溝形状を形成した場合に比べると他のモードを抑制す
る効果は弱い。
【０１１３】それでも、π位相シフトによるフェーズロ
ックの結果、ＦＦＰの広がり角は５ｄｅｇ．程度と狭
く、光ファイバへの結合効率は充分高くなるが、さらに
モード選択性を改善する施策として高反射率領域Ｐ１か
ら高反射率領域Ｐ２への遷移領域の反射率低下を促進す
る、あるいはこの領域の幅を広げる方法が考えられる。
この目的のため図２２に示すように、段差部分を順テー
パ、あるいは逆テーパ形状に加工する方法が有効であ
る。
ックの結果、ＦＦＰの広がり角は５ｄｅｇ．程度と狭
く、光ファイバへの結合効率は充分高くなるが、さらに
モード選択性を改善する施策として高反射率領域Ｐ１か
ら高反射率領域Ｐ２への遷移領域の反射率低下を促進す
る、あるいはこの領域の幅を広げる方法が考えられる。
この目的のため図２２に示すように、段差部分を順テー
パ、あるいは逆テーパ形状に加工する方法が有効であ
る。
【０１１４】段差に相当する界面部分（境界領域）は高
反射率領域Ｐ１からそれと同等の高反射率領域Ｐ２への
遷移領域となる関係から高い反射率を保つための膜厚条
件からはずれた特異点とみなせる。テーパ形状はこれを
強調する役割を果たし、入射した光の回折、あるいは散
乱が生じ易く、反射率の低下は避けられない。
反射率領域Ｐ１からそれと同等の高反射率領域Ｐ２への
遷移領域となる関係から高い反射率を保つための膜厚条
件からはずれた特異点とみなせる。テーパ形状はこれを
強調する役割を果たし、入射した光の回折、あるいは散
乱が生じ易く、反射率の低下は避けられない。
【０１１５】エッチングプロセス、特にドライ加工技術
（反応性イオンエッチング等）においても、このような
段差の根元部分は特異点領域であり、プロセス条件次第
では反跳イオンの影響で深くえぐれる現象がしばしば観
察される。図２２（ｄ）はこのような現象を利用したも
ので、段差から深さ方向に延びる窪みである、えぐれた
ディップ部分で反射率低下が著しいことを用いて横モー
ド制御に資することを狙いとしたものである。
（反応性イオンエッチング等）においても、このような
段差の根元部分は特異点領域であり、プロセス条件次第
では反跳イオンの影響で深くえぐれる現象がしばしば観
察される。図２２（ｄ）はこのような現象を利用したも
ので、段差から深さ方向に延びる窪みである、えぐれた
ディップ部分で反射率低下が著しいことを用いて横モー
ド制御に資することを狙いとしたものである。
【０１１６】上記第５の実施の形態においては位相シフ
トを生じさせるために半導体多層膜をエッチング除去し
て凹部を形成する方法を示したが、本発明はこの方法に
限定されることなく、例えば表面に誘電体膜、半導体
膜、あるいは透光性の金属膜の少なくとも１つを形成し
て、凸部を形成することにより同様の効果を得ることも
可能である。図２０はコンタクト層上に位相シフト層５
０を半導体連続成長にて積層した後、両者の間で選択性
エッチングを行って位相シフト効果を有する領域を形成
した素子の例である。ここでは、コンタクト層２４がＧ
ａＩｎＰ、位相シフト層５０がＧａＡｓの組み合わせが
考えられる。また、積層タイプの位相シフト層は単層で
ある必要はなく、ＤＢＲミラー同様ＧａＡｓとＡｌＧａ
Ａｓの多層膜を用いてもよい。誘電体膜、半導体膜、あ
るいは透光性の金属膜を用いる場合も同様である。以上
の実施の形態の説明では、基板上のポストの上部から発
光する例を示したが、例えば、基板をリフトオフ等によ
り除去し、除去した側から発光するようにしてもよいこ
とは明らかである。
トを生じさせるために半導体多層膜をエッチング除去し
て凹部を形成する方法を示したが、本発明はこの方法に
限定されることなく、例えば表面に誘電体膜、半導体
膜、あるいは透光性の金属膜の少なくとも１つを形成し
て、凸部を形成することにより同様の効果を得ることも
可能である。図２０はコンタクト層上に位相シフト層５
０を半導体連続成長にて積層した後、両者の間で選択性
エッチングを行って位相シフト効果を有する領域を形成
した素子の例である。ここでは、コンタクト層２４がＧ
ａＩｎＰ、位相シフト層５０がＧａＡｓの組み合わせが
考えられる。また、積層タイプの位相シフト層は単層で
ある必要はなく、ＤＢＲミラー同様ＧａＡｓとＡｌＧａ
Ａｓの多層膜を用いてもよい。誘電体膜、半導体膜、あ
るいは透光性の金属膜を用いる場合も同様である。以上
の実施の形態の説明では、基板上のポストの上部から発
光する例を示したが、例えば、基板をリフトオフ等によ
り除去し、除去した側から発光するようにしてもよいこ
とは明らかである。
【０１１７】以上の工程を使用して製造した表面発光型
半導体レーザは、電流、および光閉じ込め機能は選択的
に酸化された領域によって分担され、一方、発振モード
の制御は電極開口部に形成された表面加工パターンによ
って分担されることになり、低しきい値電流で、かつ高
効率、高速応答性を有する屈折率導波型ＶＣＳＥＬであ
りながら、高出力、低抵抗の優れた特性を有し、しか
も、本発明の本来の目的である、横モードが安定なＶＣ
ＳＥＬを実現したものとなる。
半導体レーザは、電流、および光閉じ込め機能は選択的
に酸化された領域によって分担され、一方、発振モード
の制御は電極開口部に形成された表面加工パターンによ
って分担されることになり、低しきい値電流で、かつ高
効率、高速応答性を有する屈折率導波型ＶＣＳＥＬであ
りながら、高出力、低抵抗の優れた特性を有し、しか
も、本発明の本来の目的である、横モードが安定なＶＣ
ＳＥＬを実現したものとなる。
【０１１８】最後に、前記いずれの実施の形態も限定的
に解釈されるべきものではなく、本発明の構成要件を満
足する範囲内で他の方法によっても実現可能であること
は言うまでもない。
に解釈されるべきものではなく、本発明の構成要件を満
足する範囲内で他の方法によっても実現可能であること
は言うまでもない。
【０１１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、横
モードを安定化させるという要件を満足しながら、高出
力、低抵抗、高効率、かつ高速応答という特性を有する
表面発光型半導体レーザが得られる、という効果があ
る。
モードを安定化させるという要件を満足しながら、高出
力、低抵抗、高効率、かつ高速応答という特性を有する
表面発光型半導体レーザが得られる、という効果があ
る。
【０１２０】また、前記特性を有する表面発光型半導体
レーザを容易な製造方法で、かつ再現性高く製造でき
る、という効果がある。
レーザを容易な製造方法で、かつ再現性高く製造でき
る、という効果がある。
【図１】表面加工のパターンとＬｉｎｅａｒｌｙ Ｐｏ
ｌａｒｉｚｅｄ近似に基づく電磁界モードパターンとの
対応関係を表す模式図である。
ｌａｒｉｚｅｄ近似に基づく電磁界モードパターンとの
対応関係を表す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る表面発光型半
導体レーザの製造工程の前半の工程を説明するための断
面図である。
導体レーザの製造工程の前半の工程を説明するための断
面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る表面発光型半
導体レーザの製造工程の後半の工程を説明するための断
面図である。
導体レーザの製造工程の後半の工程を説明するための断
面図である。
【図４】図４（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る
表面発光型半導体レーザの上面模式図であり、図４
（Ｂ）は図４（Ａ）の表面発光型半導体レーザによるス
ポットを示す模式図であり、図４（Ｃ）は図４（Ａ）の
Ａ−Ａ線部分断面図である。
表面発光型半導体レーザの上面模式図であり、図４
（Ｂ）は図４（Ａ）の表面発光型半導体レーザによるス
ポットを示す模式図であり、図４（Ｃ）は図４（Ａ）の
Ａ−Ａ線部分断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る表面発光型半
導体レーザの光出力−注入電流（Ｌ−Ｉ）特性を示すグ
ラフ、および近視野像の概略を示す説明図である。
導体レーザの光出力−注入電流（Ｌ−Ｉ）特性を示すグ
ラフ、および近視野像の概略を示す説明図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る表面発光型半
導体レーザのＬ−Ｉ特性の比較を行なうための特性図で
ある。
導体レーザのＬ−Ｉ特性の比較を行なうための特性図で
ある。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る表面発光型半
導体レーザの発振スペクトルの比較を行なうための特性
図である。
導体レーザの発振スペクトルの比較を行なうための特性
図である。
【図８】図８（Ａ）は本発明の第１の実施の形態の表面
発光型半導体レーザの応用例を示す上面模式図であり、
図８（Ｂ）は図８（Ａ）の表面発光型半導体レーザによ
るスポットを示す模式図である。
発光型半導体レーザの応用例を示す上面模式図であり、
図８（Ｂ）は図８（Ａ）の表面発光型半導体レーザによ
るスポットを示す模式図である。
【図９】図９（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る
表面発光型半導体レーザの上面模式図であり、図９
（Ｂ）は図９（Ａ）の表面発光型半導体レーザによるス
ポットを示す模式図である。
表面発光型半導体レーザの上面模式図であり、図９
（Ｂ）は図９（Ａ）の表面発光型半導体レーザによるス
ポットを示す模式図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る表面発光型
半導体レーザの光出力−注入電流（Ｌ−Ｉ）特性を示す
グラフである。
半導体レーザの光出力−注入電流（Ｌ−Ｉ）特性を示す
グラフである。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る表面発光型
半導体レーザの発振スペクトルを示すグラフである。
半導体レーザの発振スペクトルを示すグラフである。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る表面発光型
半導体レーザの変形の一例を示す表面加工のパターン
と、その時に得られる電磁界モードパターンを表す模式
図である。
半導体レーザの変形の一例を示す表面加工のパターン
と、その時に得られる電磁界モードパターンを表す模式
図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る表面発光型
半導体レーザの製造工程の前半の工程を説明するための
断面図である。
半導体レーザの製造工程の前半の工程を説明するための
断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態に係る表面発光型
半導体レーザの製造工程の後半の工程を説明するための
断面図である。
半導体レーザの製造工程の後半の工程を説明するための
断面図である。
【図１５】従来技術に係る表面発光型半導体レーザの断
面図である。
面図である。
【図１６】図１６（Ａ）は第４の実施の形態の素子の概
観図、図１６（Ｂ）はＦＩＢによってエッチング除去し
た部位の断面模式図、図１６（Ｃ）は発光部の平面図で
ある。
観図、図１６（Ｂ）はＦＩＢによってエッチング除去し
た部位の断面模式図、図１６（Ｃ）は発光部の平面図で
ある。
【図１７】第４の実施の形態のＬ−Ｉ−Ｖ特性を示す線
図である。
図である。
【図１８】ストライプ溝を形成しただけの素子のＦＦＰ
とフェーズロックを行った素子のＦＦＰとを比較して示
す線図である。
とフェーズロックを行った素子のＦＦＰとを比較して示
す線図である。
【図１９】図１９（Ａ）は第５の実施の形態の素子の平
面図、図１９（Ｂ）はエッチング除去した部位の断面模
式図である。
面図、図１９（Ｂ）はエッチング除去した部位の断面模
式図である。
【図２０】積層によって位相シフト層を形成した素子の
断伝図である。
断伝図である。
【図２１】フェーズロック機構を説明するための線図で
ある。
ある。
【図２２】順テーパ段差、逆テーパ段差等を説明するた
めの線図である。
めの線図である。
１０ ＧａＡｓ基板 １１ ｐ側電極 １２ 下部多層反射膜 １３ ｎ側電極 １４ 下部スペーサ層 １８ 上部スペーサ層 ２０ ｐ型のＡｌＡｓ層 ２２、２７ 上部多層反射膜 ２４、２５ コンタクト層 ２６、ＳｉＯＮ ２８ レジストマスク ３０ ポスト部 ３３ Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層 ３４ 非酸化領域 ３６ 感光性ポリイミド ３８ レジスト構造物 ４０ 電極開口部 ５０ａ〜５０ｅ、５１ａ〜５１ｉ 孔 ５２ａ〜５２ｈ ストライプ溝 ６０ａ〜６０ｄ、６１ａ〜６１ｈ、６２ａ〜６２ｈ 発
光スポット ６３ １６個のスポットが生じたモード
光スポット ６３ １６個のスポットが生じたモード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F073 AA53 AA74 AA75 AB17 CA04 CB22 DA05 DA25 DA30 EA18
Claims (23)
- 【請求項１】 発光領域が形成される第１の反射層と、
活性層と、該第１の反射層との間で前記活性層を挟むよ
うに設けられる第２の反射層とを含む共振器を備えた面
発光レーザにおいて、 前記発光領域に、 特定の発振モードを除く発振モードの発光を抑制する境
界領域と、 前記境界領域によって実質的に分割され、かつ、前記特
定の発振モードに対応した発光スポットを得る複数の分
割領域と、 を備えたことを特徴とする表面発光型半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記境界領域は、前記発光領域の発光面
となる表面層の一部に形成された凹部であることを特徴
とする請求項１に記載の表面発光型半導体レーザ。 - 【請求項３】 前記境界領域は、前記発光領域の発光面
となる表面層の一部に形成された凸部であることを特徴
とする請求項１に記載の表面発光型半導体レーザ。 - 【請求項４】 前記凹部は、１つ以上の孔であることを
特徴とする請求項２に記載の表面発光型半導体レーザ。 - 【請求項５】 前記凹部は、溝であることを特徴とする
請求項２に記載の表面発光型半導体レーザ。 - 【請求項６】 前記発光領域の大きさは前記特定の発振
モードの発光を許容する大きさであることを特徴とする
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の表面発光
型半導体レーザ。 - 【請求項７】 前記境界領域における共振器としての反
射率が、前記分割領域における共振器としての反射率よ
り小さいことを特徴とする請求項１から請求項６のいず
れか１項に記載の表面発光型半導体レーザ。 - 【請求項８】 前記第１の反射層と前記活性層との間
に、前記特定の発振モードの発光に必要な電流の注入量
に対応した非酸化領域を持つように酸化された電流狭窄
層を備えることを特徴とする請求項１から請求項７のい
ずれか１項に記載の表面発光型半導体レーザ。 - 【請求項９】 前記発振モードが直線偏光モードであ
り、前記特定の発振モードが直線偏光モードの１次以上
のモードであることを特徴とする請求項１から請求項８
のいずれか１項に記載の表面発光型半導体レーザ。 - 【請求項１０】 前記表面層に隣接する層は、エッチン
グを阻止する材料よりなるエッチング阻止層であること
を特徴とする請求項２から請求項９のいずれか１項に記
載の表面発光型半導体レーザ。 - 【請求項１１】 表面発光型半導体レーザの製造方法で
あって、 半導体基板の主面上に、下方の反射層、量子井戸が形成
された活性層、及び内層側又は上層側に発光領域の発光
面となる表面層を含む上方の反射層を順に設ける積層工
程と、 少なくとも前記上方の反射層を部分的に残して柱状のポ
スト部を形成するポスト部形成工程と、 前記ポスト部の表面に露出する前記上方の反射層の表面
の一部領域を加工して、特定の発振モードを除いて発振
モードの発光を抑制し、かつ、前記特定の発振モードに
対応した発光スポットを実質的に形成させる境界領域を
形成する境界領域形成工程と、 を含む表面発光型半導体レーザの製造方法。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載の表面発光型半導体
レーザの製造方法において、 前記積層工程において、前記表面層の下層側にエッチン
グの進行を阻止する材料よりなるエッチング阻止層を形
成することを特徴とする表面発光型半導体レーザの製造
方法。 - 【請求項１３】 隣合う分割領域から発光する発光スポ
ットが同相となるように当該隣合う分割領域の発光面と
なる表面層の媒質が異なる屈折率を持つことを特徴とす
る請求項１記載の表面発光型半導体レーザ。 - 【請求項１４】 前記複数の分割領域に対して、一つお
きに分割領域の断面形状が凹部形状または凸部形状に形
成されることを特徴とする請求項１３記載記載の表面発
光型半導体レーザ。 - 【請求項１５】 前記断面形状が凹部形状であるとき、
凹部形状がエッチングで形成され、前記断面形状が凸部
形状であるとき、凸部形状が誘電体膜、半導体膜、及び
透光性の金属膜のうち少なくとも一つを積層して形成さ
れることを特徴とする請求項１４記載の表面発光型半導
体レーザ。 - 【請求項１６】 発光領域が形成される第１の反射層
と、活性層と、該第１の反射層との間で前記活性層を挟
むように設けられる第２の反射層とを含む共振器を備え
た表面発光レーザにおいて、 前記発光領域に、特定の発振モードに対応した発光スポ
ットを得る複数の分割領域を設け、隣合う分割領域から
発光する発光スポットが同相となるように当該隣合う分
割領域の発光面となる表面層の媒質が異なる屈折率を持
つことを特徴とする表面発光型半導体レーザ。 - 【請求項１７】 前記複数の分割領域のうち隣接する分
割領域の境界領域が前記特定の発振モードを除く発振モ
ードの発光を抑制することを特徴とする請求項１６記載
の表面発光型半導体レーザ。 - 【請求項１８】 前記複数の分割領域に対して、一つお
きに分割領域の断面形状が凹部形状または凸部形状に形
成されることを特徴とする請求項１６記載記載の表面発
光型半導体レーザ。 - 【請求項１９】 前記断面形状が凹部形状であるとき、
凹部形状がエッチングで形成され、前記断面形状が凸部
形状であるとき、凸部形状が誘電体膜、半導体膜、及び
透光性の金属膜のうち少なくとも一つを積層して形成さ
れることを特徴とする請求項１８記載の表面発光型半導
体レーザ。 - 【請求項２０】 前記境界領域が、前記複数の分割領域
に対して、一つおきに分割領域の断面形状が凹部形状ま
たは凸部形状に形成されたときの段差であることを特徴
とする請求項１７記載の表面発光型半導体レーザ。 - 【請求項２１】 前記段差にテーパを持たせたことを特
徴とする請求項２０記載の表面発光型半導体レーザ。 - 【請求項２２】 隣合う分割領域の境界領域にある段差
部分を強調するように段差から深さ方向に延びる窪みを
設けたことを特徴とする請求項２１記載の表面発光型半
導体レーザ。 - 【請求項２３】 前記断面形状が凹部形状であるとき、
当該凹部形状をエッチングで形成したときに、前記窪み
が当該凹部形状と同時に形成されることを特徴とする請
求項２２記載の表面発光型半導体レーザ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001285964A JP4621393B2 (ja) | 2001-03-27 | 2001-09-19 | 表面発光型半導体レーザ及び表面発光型半導体レーザの製造方法 |
| US10/026,637 US6990128B2 (en) | 2001-03-27 | 2001-12-27 | Surface emitting semiconductor laser and manufacturing method thereof |
| US10/801,821 US7141441B2 (en) | 2001-03-27 | 2004-06-22 | Surface emitting semiconductor laser and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001091351 | 2001-03-27 | ||
| JP2001-91351 | 2001-03-27 | ||
| JP2001285964A JP4621393B2 (ja) | 2001-03-27 | 2001-09-19 | 表面発光型半導体レーザ及び表面発光型半導体レーザの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002359432A true JP2002359432A (ja) | 2002-12-13 |
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Family
ID=26612266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001285964A Expired - Fee Related JP4621393B2 (ja) | 2001-03-27 | 2001-09-19 | 表面発光型半導体レーザ及び表面発光型半導体レーザの製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6990128B2 (ja) |
| JP (1) | JP4621393B2 (ja) |
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