JP2003332685A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 面発光型半導体レーザから出射されるレーザ
光の偏光面を特定の方位へ制御することが困難で、光出
力や環境温度に依存して偏光面が変動したり、スイッチ
ングを起こす問題点があった。 【解決手段】 共振器１０Bに隣接して歪み付加部１９
を配置した構造を有する。歪み付加部１９は共振器１０
Bに異方的な応力をあたえ、歪ませることによって、複
屈折、利得の偏光依存性を共振器１０A内に生じさせ
る。これによって、安定した偏光面制御が可能になる。

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
するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザは、へき開面からレーザ光
を出射する端面型半導体レーザと、半導体基板に垂直に
レーザ光を出射する面発光型半導体レーザとに大別され
る。半導体レーザはミラーに挟まれた共振器中に、光に
対して利得を有する活性層を配置することによって、共
振器内を往復する光が増幅されて発振にいたる。従来よ
り広く利用されているのは端面型半導体レーザであり、
へき界面をミラーとする簡便な構造を有し、大きな出力
のレーザ光を得やすい特徴を持っている。一方、面発光
型半導体レーザはミラーを半導体多層膜ミラーや誘電体
ミラーで構成する。そのため構造が複雑であるが、
（１）しきい値が低い、（２）半導体基板上にアレイ化
が可能、（３）縦モードがシングルモードで発振する、
（４）発振波長が安定である、（５）円形（円錐形）状
のビームが得られる、などの特徴を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、面発光
型半導体レーザは偏光面の制御が困難であるという問題
点を有している。端面発光型半導体レーザは、共振器が
導波路から構成されるため、導波路端面の反射率がＴＭ
波よりＴＥ波のほうが大きく、電界ベクトルが半導体基
板に水平な方向のＴＥ波で発振する。つまり、端面型半
導体レーザから出射される光は偏光面が安定で、変動す
ることがない。一方、面発光型半導体レーザの場合、特
定の方位の偏光に対してミラーの反射率を高くしたり、
活性層の利得を大きくすることが困難である。つまり、
面発光型半導体レーザの構造は偏光に関して等方的であ
るために、偏光の方位がばらついたり、不安定になる問
題点を有していた。ほとんどのビームスプリッタや回折
格子は反射率が偏光方位に依存するため、半導体レーザ
を光学装置に組み込んで利用する際、偏光方位がばらつ
くことは利用の支障となる。また、偏光面が不安定であ
ると、偏光面は直交する偏光方位を不規則に遷移するた
め、これがノイズの原因になる。

【０００４】この問題を解決するため従来行われている
手法を以下に紹介する。まず、特定の方位の偏光に対し
て鏡の反射率を高くするために、半導体多層膜ミラー上
に金属細線を一定方向に配列させる方法がある。金属細
線に平行な偏光方位の光に対して反射率が高くなるため
偏光面を安定化させるのに一定の効果があるが、この金
属細線は光の波長以下の大きさで形成する必要があるた
め、製造が難しい。あるいは、ある方位の偏光に対して
活性層の利得を大きくするために（３１１）Ａ面、（３
１１）Ｂ面などの高指数方位結晶面上に活性層を形成し
て、利得が結晶方位に依存することを利用する方法が試
みられている。しかしながら、この方法では結晶成長が
困難、高出力が得られにくいなどの問題点がある。

【０００５】あるいは、共振器の形状で偏光を制御する
ことも試みられている。共振器を長方形にすることによ
って偏光の方位が短辺方向あるいは長辺方向を向きやす
いことが見出されていて、簡便に偏光が制御できる可能
性を示している。しかしながら、その原因については不
明確で、再現性にも乏しいのが問題である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の面発光
型半導体レーザは、共振器に隣接して１つ以上の歪み付
加部を有することを特徴とする。共振器の中心を通る直
線上に２つの歪み付加部が共振器を挟んだ位置に設けら
れる構造が有効である。また、共振器の境界と、歪み付
加部の境界との距離が１００ミクロン以下、０ミクロン
以上であると偏光面を制御するのに有効である。この０
ミクロンの意味するところは、両者が接している構成も
可能であることを示している。これらの歪み付加部は共
振器から連続した半導体上に密着して形成された金属、
または、誘電体、または、半導体から構成される。ある
いは、共振器から連続した半導体中に形成された誘電
体、または、半導体から構成される。この半導体中に形
成された誘電体の主たる組成はAlの酸化物であることが
より望ましい。また、本発明の別の形態は歪み付加部が
共振器から連続した半導体に設けられた窪みであること
を特徴とする。また、単一の半導体小片上に歪み付加部
が隣接した共振器を複数個有して、それぞれの共振器と
歪み付加部との配列の方位が異なった組み合わせを有す
ることを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】[実施例１]本発明の面発光型半導
体レーザについて図に基づいて説明する。図１は本発明
の面発光型半導体レーザの構成図、断面図を示す。面発
光型半導体レーザは上部半導体多層膜ミラー１１と下部
半導体多層膜ミラー１２に挟まれた活性層１３を含む共
振器１０Aから構成される。共振器という場合、正確に
は下部半導体多層膜ミラー１２の上面と、上部半導体多
層膜ミラー１１の下面とに挟まれた１０Aの斜線の施さ
れた領域を意味する。ただし、本願では、特に断らない
限り、この領域１０Aに上部半導体多層膜ミラー１１、
下部半導体多層膜ミラー１２の一部を含めた領域１０B
を共振器１０Bと称するものとする。また１０Cで示され
る凸部１０Cのことを便宜的に共振器１０Cと称すること
がある。しかし、これは共振器径、共振器形状と言う場
合、共振器１０Aをｘｙ平面へ投影した図形の径、形状
を意味していて、これが凸部１０Cの形状（ｘｙ平面へ
投影した図形形状）によって決まるためである。本明細
書ではこの凸部を、共振器柱１０Cと呼ぶ。

【０００８】上部電極１４はコンタクト層１５に接して
いて、ここから電流が活性層１３へと注入される。電流
が注入された活性層１３は光に対して利得を有するた
め、上部半導体多層膜ミラー１１と下部半導体多層膜ミ
ラー１２との間を光が往復する際に誘導放出によって光
が増幅されレーザ発振にいたる。共振器１０A（本来の
意味の共振器）内に閉じ込められた光の一部は上部半導
体多層膜ミラー１１を通過して、開口部１６から外部に
レーザ光として出射することになる。

【０００９】１ミクロン以下の波長を出射する面発光型
半導体レーザの場合、GaAs基板１７上に有機金属気相成
長法、あるいは、分子線エピタキシー法でGaAs、AlGaA
s、InGaAsなどの化合物半導体層を組成を変調して下部
半導体多層膜ミラー１２からコンタクト層１５までを成
長させる。その後、フォトリソグラフィ、反応性イオン
エッチングを用いて共振器柱１０Cを形成して、フォト
リソグラフィ、金属蒸着法を用いて上部電極１４、下部
電極１８を形成する。これらの作製方法は周知の内容で
ある。なお、実際の面発光型半導体レーザでは、上部電
極１４がコンタクト層１５に接してる領域以外から電流
が注入されないように絶縁層を設けるが図１では省略さ
れている。また、後述する実施例３のような共振器柱１
０Cを持たない面発光型半導体レーザであってもよい。
ここまでは一般的な面発光型半導体レーザの説明であ
る。

【００１０】本発明の面発光型半導体レーザは共振器１
０Bに隣接して歪み付加部１９を設けた構造を有する。
図１では共振器１０Bの中心を通ってy軸に平行な直線上
に共振器１０Bを挟んで２つの歪み付加部を設けた。歪
み付加部１９は共振器から続く半導体層上に密着してい
て、半導体層に応力を及ぼしている。ここでいう半導体
層とは、活性層１３、下部半導体多層膜ミラー１２、上
部半導体多層膜ミラー１１、および、これらを繋ぐ中間
層など、半導体で形成された領域を意味している。この
ような歪み付加部１９は真空蒸着法または、スパッタ
法、あるいは化学気相成長法を用いて所定の厚さの金属
や誘電体、半導体の薄膜を形成して、フォトリソグラフ
ィ法と反応性イオンエッチング法とを組み合わせてパタ
ーニングすることによって作製した。基板上に異種の材
料の薄膜を形成すると必ず、基板−薄膜境界、あるい
は、薄膜内部には材料、条件に応じて引っ張り応力や圧
縮応力が発生する。この薄膜を一部だけ残して、他の部
分を除去すれば、その一部だけに応力を及ぼし、歪みを
発生させる歪み付加部１９となる。一般的に応力の大き
さは薄膜の膜厚が増大するにつれて大きくなるが、これ
が基板と薄膜との密着力を超えると薄膜は基板から剥離
してしまう。つまり、ここでいう所定の厚さとは半導体
層に十分な応力を付与して、かつ、剥離しない厚さであ
る。

【００１１】このように形成した歪み付加部１９が半導
体層、共振器１０Bに及ぼす応力の状態を概念的に示し
たのが図２である。図２中の点線は応力の大きさ（絶対
値）の等高線２０であり、歪み付加部１９の近くほど大
きく、遠ざかるにつれて小さくなっていく。歪み付加部
１９を共振器１０Bに近接して配置した場合、共振器１
０Bにも応力が及んでいて、共振器１０Bに歪みを発生さ
せる。

【００１２】共振器１０Bが歪むと２つの作用が生じ
る。まず、第一に複屈折が発生して、共振器１０Bはｘ
ｙ面内において、光学的に等方的ではなくなる。図２の
場合、大まかに言ってx軸、y軸方向に偏光した光に対し
て屈折率差が生じるため、この二方向がこの共振器にお
いて固有モードを発生させる方向となる。そのため、レ
ーザ発振によって得られるレーザ光はx軸、または、ｙ
軸に偏光した光となって偏光方向を安定化させることが
できる。x軸、y軸以外の方位、例えば、x軸から３０度
回転した方位に偏光した光は発生しなくなる。

【００１３】そして、二つ目の作用として、活性層１３
が歪んで、特定の方位に偏光した光に対して優位的な利
得を有するようになる。これは応力によって歪みが生じ
て、原子の間隔が微妙に変化した場合、原子間隔の変化
に対応してバンド構造が変化して利得が増減する現象に
因るものである。歪みが異方的な場合、特定の方向の偏
光に対してだけ利得が優位的になるわけである。図２の
場合、x軸、または、ｙ軸がその優位方向になる。その
いずれかは、半導体に及ぶ応力が引っ張り応力か、圧縮
応力かに、あるいは、活性層を形成する半導体の種類に
依存することになる。

【００１４】このような２つの作用により、歪み付加部
１９を設けた面発光型半導体レーザは、特定の方向に偏
光したレーザ光を出射することができた。注入電流を変
化させて光出力を増減させても偏光の方位が変化した
り、スイッチングする現象は起こらなかった。このよう
に、歪み付加部１９を共振器１０Bに隣接させて設ける
ことによって、偏光の制御が可能になった。

【００１５】次に、共振器１０Bと歪み付加部１９との
距離と偏光制御性との関係を調べるために、この距離を
変化させた面発光型半導体レーザを作製して偏光の方位
を測定した。その結果を図３に示す。図３の横軸は共振
器１０Bの境界と歪み付加部１９との境界との距離を示
し、縦軸は、偏光方向がx軸から±２度の範囲に入った
面発光型半導体レーザの割合を示している。５０％以上
の素子が上記の範囲に入っているのは距離が１００ミク
ロンの時であり、距離が１００ミクロン以下であれば偏
光制御の効果があるといえる。８０％以上の割合を得る
ためには４０ミクロン以下にする必要があり、９５％以
上では２０ミクロン以下が必要な距離である。距離を１
０ミクロン以下にすると１００％の面発光型半導体レー
ザがｘ軸の方向の偏光を出射するので、もっとも望まし
い距離である。

【００１６】[実施例２]実施例１では歪み付加部１９と
して、半導体層上に密着した薄膜によって構成した例を
示したが、ここでは、半導体中に設けた誘電体層、また
は、半導体層で歪みを発生させる例について説明する。

【００１７】図４は本実施例の面発光型半導体レーザの
構成図、断面図を示すものである。下部半導体多層膜ミ
ラー１２、上部半導体多層膜ミラー１１、活性層１３か
ら構成される共振器、上部電極１４からコンタクト層１
５を介して活性層１３に電流が注入される構造は実施例
１と同様である。共振器１０Bにおいて実施例1の図１と
異なっているのは電流狭窄部４０を有する点である。電
流狭窄部４０は上部電極から注入された電流を、活性層
の中心部に集中的に流すことができるように、電流狭窄
部の周辺部４０Aが絶縁体（誘電体）になっていて、中
心部４０Bは半導体から成っている。

【００１８】このような二次元的構造を有する電流狭窄
部４０を作製するには、AlAs層の選択酸化という手法を
用いる。これはAlAs層が高温の水蒸気雰囲気において酸
化されやすい特性を利用したものである。半導体多層膜
ミラーや活性層などの半導体層の成長時に、電流狭窄部
２０を設けようとする位置にAlAs層を作製しておく。そ
して、フォトリソグラフィ法、反応性イオンエッチング
法で共振器柱１０C以外の領域をエッチングする際に、
エッチング深さがAlAs層に到達して、共振器柱１０Cの
側面にAlAs層の断面が現れるように調整する。エッチン
グが済んだら、これを４００℃前後の水蒸気雰囲気に１
分から３０分晒すと、AlAs層だけが水蒸気と反応して酸
化アルミニウムへと変化する。ただし、酸化アルミニウ
ムに変化する領域は水蒸気に晒す時間に依存していて、
断面から酸化が始まって次第に内側へと侵入していく。
そのため、水蒸気に晒す時間を調整することによって、
共振器の中心付近に電気伝導性のAlAs層を、共振器の周
辺付近に電気絶縁性の酸化アルミニウム層を有する電流
狭窄部２０を形成することができる。AlAsのAlをGaで置
換するとAl:Ga＝98:2程度までは側面から酸化が侵入す
るが、これ以上Gaを増やすと酸化が進行しなくなる。そ
のため電流狭窄部２０の組成は上記のGa量を超えてはな
らないし、電流狭窄部以外の酸化させたくない領域の組
成は、上記Ga量を超える比率の組成である必要がある。

【００１９】このような電流狭窄部４０を設けることに
よって、電流を有効に光へと変換することができるた
め、しきい値電流を低減して、さらに、外部微分量子効
率を向上させることができる。

【００２０】以上は、一般的な電流狭窄部４０を有する
面発光型半導体レーザの説明である。本発明の面発光型
半導体レーザは、電流狭窄のために形成した酸化アルミ
ニウムを歪み付加部の歪み発生源として利用する点が特
徴である。

【００２１】AlAsが水蒸気と反応するとAsH₃を放出して
酸化アルミニウムが生成される。このとき、体積が変化
するため生成された酸化アルミニウム層と半導体層の界
面には応力が発生して、半導体層を歪ませることにな
る。電流狭窄部の周辺部４０Aはこのような応力を共振
器に及ぼすが、その影響は等方的なため、偏光を安定化
させない。一方、この酸化アルミニウムから成る誘電体
層４２を有する歪み付加部４１を共振器に隣接させるこ
とによって、共振器１０Bに特定の方位への歪み（異方
的な歪み）を付与することができる結果、実施例１で説
明した光学的な作用を得て、偏光面を安定化させること
が可能になる。

【００２２】AlAs層の選択酸化によって酸化アルミニウ
ム層４２を共振器１０Bから続く半導体中に形成する工
程は以下のように行うと効率的である。共振器柱１０C
をフォトリソグラフィ法、反応性イオンエッチング法で
形成する際に、歪み付加部の凸部４１も同時に形成が可
能である。この歪み付加部の凸部４１の高さは共振器柱
１０Cのそれと同じになるため、歪み付加部４１中のAlA
s層の断面を露出させることができる。これを、400℃前
後の水蒸気雰囲気中に晒すことによって酸化アルミニウ
ム層を形成することができる。酸化アルミニウム層の形
成幅は、共振器１０Bにおいて効果的に電流が狭窄され
る幅に調整される。この幅が小さすぎると、電流を共振
器中心に集めて流すことができないし、この幅が大きす
ぎると抵抗が大きくなって発熱の悪影響を受けるように
なる。

【００２３】ここで、歪み付加部４１の形状（ｘｙ平面
への投影形状）を上記の酸化アルミニウムの形成幅にお
いて、AlAs層が残らないで全て酸化アルミニウムに変換
されるように設計しておく。例えば、図４において歪み
付加部４１の形状は長方形を用いているが、この長方形
の短辺の長さ（ｘ軸方向の辺の長さ）が酸化アルミニウ
ムの形成幅の倍の長さより小さいために、電流狭窄部４
０を形成する目的で酸化アルミニウムを形成すれば、歪
み付加部のAlAs層はすべて酸化アルミニウムからなる誘
電多層４２に変化することになる。その結果、大きな歪
みを付加することが可能になるだけでなく、余分な電流
が流れることを防ぐことができる。上述したように、歪
み付加部を共振器と同時に作製した場合、歪み付加部上
部にはコンタクト層１５Aが上部電極１４Aと接触するこ
とになる。この電極から電流が注入されると、レーザ発
振に寄与しない余計な電流が流れて、発熱、消費電力の
点で望ましくない。しかし、AlAs層をすべて酸化アルミ
ニウム層４２に変化させれば、電流の経路が絶たれたこ
とになり、この余計な電流は流れなくなる。ただし、Al
As層を9平方ミクロン以下にしておけば、余計な電流の
影響は軽微であり、必ずしも皆無にする必要もない。む
しろ、素子の信頼性の観点からは歪み付加部４１のAlAs
層が残っているほうが良好な結果が得られている。

【００２４】また、酸化アルミニウムのような誘電体の
代わりに、半導体を用いることも可能である。半導体層
を成長させる際に、格子不整合があって、歪みが導入で
きるような半導体層を挿入しておく。そして、図４のよ
うな歪み付加部２１を形成すれば、酸化アルミニウムの
場合と同様な異方的な歪みを活性層に印加することが可
能である。

【００２５】歪み発生部４１と共振器１０Bとの距離
と、偏光制御性との関係を調べたところ、実施例１で得
られた結果と差はなかった。ただし、本実施例の構造で
は歪み発生部と共振器１０Bとの距離がゼロ、つまり、
連続している構造が特に有利である。その一例を図５に
示す。共振器１０Bから連続した歪み付加部５０が形成
されている。このような共振器１０Bと一体化した歪み
付加部５０を有する構造は、共振器１０Bにもっとも効
果的に歪みを加えることのできる構造である。しかも、
技術的な支障、コストアップの要因がないため、もっと
も実用的な構造である。

【００２６】このように、半導体中に誘電体あるいは異
種の半導体を埋め込むことによって、歪みを発生させ
て、偏光を制御、安定化させることが可能である。

【００２７】[実施例３]実施例１、２ではいずれも、歪
み付加部が凸状に形成されていたが、ここでは、凹状の
歪み発生部６０も有効であることを説明する。

【００２８】図６は本発明の一実施形態を示すものであ
る。これまでの実施例では、共振器柱１０Cを有する例
を説明したが、ここでは、共振器柱はなく、プロトン打
ち込みによって半導体層を絶縁化することによって共振
器１０Bを形成した例を示している。上部電極１４から
注入した電流は、プトロン打ち込みで絶縁化した領域６
１は伝導できないので、共振器１０B内の活性層１３に
注入される。放出された光が上部半導体多層膜ミラー１
１、下部半導体多層膜ミラー１２で往復するうちに活性
層１３で増幅されて、レーザ発振にいたる仕組みはこれ
までの実施例で説明した面発光型半導体レーザと変わら
ない。

【００２９】本発明の面発光型半導体レーザは、共振器
１０Bの周りの半導体層の一部を図６に示すように一部
だけ矩形形状でエッチングしてある。このエッチングに
よって形成された凹部が歪み付加部６０である。この歪
み付加部６０はイオン打込み用加速器を用いて、プロト
ンを打ち込んだ後、フォトリソグラフィ法と、反応性イ
オンエッチング法で形成した。そして、その後、保護膜
のSiO₂や上部電極１４を真空蒸着法、スパッタ法、CVD
法で形成した。

【００３０】このような、凹型歪み付加部６０を形成し
た場合でも、偏光の制御が可能であることが確かめられ
た。なぜ、窪みを形成しただけで偏光の制御が可能にな
ったか、十分解明できていないが、次のような要因が考
えられる。

【００３１】元々の半導体層に内部応力が存在すること
が考えられる。GaAsとAlAsとは格子がよく整合して歪み
は生じないとされているが、厳密には差がある。そのた
め、AlGaAsのAlとGaの比率を変化させて、半導体多層膜
ミラー１１，１２や活性層１３、コンタクト層１５を形
成した場合、若干、内部応力が発生する。ただし、面内
には等方的な応力であるので大きな歪みを生じることが
ない。ここに、部分的に半導体層を除去した歪み付加部
６０を設けると、応力の一部が開放されて、応力分布に
異方性が生じ、これが共振器を歪ませると考えられる。

【００３２】プロトンの注入も内部応力を大きくする要
因である。プロトンの打ち込みは、共振器１０Bの中心
に対して軸対称になるようにおこなわれるので、偏光を
制御できるような歪みには繋がらない。プトロンが打ち
込まれた半導体層の一部をエッチングで除去することに
よってよって、応力の分布に異方性が生じ、これが共振
器１０Bを歪ませると考えられる。

【００３３】これらの原因によって、共振器１０Bが歪
むと、前述したように、複屈折の発生、活性層利得の偏
光依存性が生じる結果、偏光を安定化させる。

【００３４】また、歪み以外にも、光学的な寄与が考え
られる。歪み付加部６０と半導体層との境界で光が反射
して、直行した偏光のモード間の損失に差を生じている
可能性がある。

【００３５】凹部型歪み付加部６０の深さは、深いほど
効果的であるが、プロトンが打ち込まれている深さより
浅くするほうが、レーザの効率は良好であった。

【００３６】[実施例４]面発光型半導体レーザは同一の
半導体基板上に複数の発光部を有する構造、いわゆる、
半導体レーザアレイを作製することができる。本発明の
面発光レーザを用いて、図７に示したように、歪み発生
部の配列方位を直交させた面発光レーザを組み合わせて
配列することによって、一つの半導体小片７０上から偏
光方向が直交したレーザ光を出射させることが可能であ
る。x軸方向に共振器７１と歪み付加部７２を配列した
面発光型半導体レーザ７３、そして、ｙ軸方向に共振器
７４と歪み付加部７５を配列した面発光型半導体レーザ
７６を同一半導体上にフォトリソグラフィ法によって形
成した。電極７７Ａに電流を流せば、ｘ方向に歪み付加
部７２を配列した面発光型半導体レーザ７３を駆動でき
る。電極７７Ｂに電流を流せば、ｙ方向に歪み付加部７
５を配列した面発光型半導体レーザ７６を駆動できる。
電極７７Ａ，７７Ｂを介して、それぞれの面発光型半導
体レーザを駆動すると、お互いに直交した偏光方向を有
するレーザ光を出力することができた。x軸方向に配列
した歪み付加部７２の影響は、隣接したｙ軸方向に歪み
付加部７５を配列した共振器７４に及ぶはずだが、隣接
した共振器７１，７４との距離が３０ミクロン以上離れ
ていて、かつ、この距離が隣接共振器自身の歪み付加部
との距離より大きい場合には、偏光制御において相互干
渉は認められなかった。偏光の方位は共振器との距離が
もっとも小さい歪み付加部の方位によって支配される。

【００３７】さらに、歪み発生部の配列方位を任意の方
向に設計することによって、それぞれの配列方位に対応
した偏光面を有するレーザ光が得られるので、偏光を変
調する目的に有用である。

【００３８】以上の実施例で説明したように、共振器に
隣接して歪み付加部を設けることによって、偏光の制御
が可能になり、偏光の変動、スイッチングが発生しなく
なった。これにともなって、ノイズも低下したので、光
ディスク用ヘッド、通信用素子として利用することが可
能になった。以上の実施例では、共振器形状（ｘｙ平面
への投影図形）を円形、歪み付加部形状を長方形とした
例を示したが、本発明の主旨はこの形状に限定されるも
のではない。共振器形状が正方形、長方形、歪み付加部
形状が円形、楕円形、ひし形、三角形などでも偏光面の
制御は可能である。また、共振器の作製方法として、反
応性イオンエッチング法による半導体層の除去、あるい
は、プロトンの打ち込みを実施例として用いたが、これ
らも、本発明を限定するものではない。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の面発光型
半導体レーザによれば、共振器に隣接して１つ以上の歪
み付加部を有するようにしたので、共振器の開口部から
出射してくる光の偏光面の方位を特定の方向に制御する
ことが可能で、光出力を変化させたり、使用環境が変化
しても、偏光の方位が変化することがなく安定で、さら
に、不規則に偏光の方位がスイッチングすることがない
のでノイズを発生させないという特徴を有する。そし
て、共振器の中心を通る直線上に２つの歪み付加部が共
振器を挟んだ位置に設けられる構造によって、この直線
方向に平行な、または、垂直な方向に偏光面を安定化さ
せることが可能になる。これらの歪み付加部はその境界
と共振器の境界との距離が１００ミクロン以下、０ミク
ロン以上になるように配置すると偏光面を制御するのに
有効である。また、これらの歪み付加部は共振器から連
続した半導体上に密着して形成された金属、または、誘
電体、または、半導体から構成することによって、製造
工程を複雑にすることなく、偏光面の制御を可能とす
る。あるいは、共振器から連続した半導体中に形成され
た誘電体、または、半導体から構成した場合も、共振器
の形成と同じ工程で歪み付加部を形成できるので、製造
コストを増加させないで効果的な偏光面制御を可能とす
る効果がある。この半導体中に形成された誘電体の主た
る組成はAlの酸化物であると、AlAs層の選択酸化で容易
に形成できるだけでなく、歪み付加部に余計な電流が流
れることを阻止できるため、素子の発熱を抑え、消費電
力を最小限に留めることが可能になる。AlAs層を9平方
ミクロン以下にしておけば、余計な電流の影響は軽微で
あり、必ずしも皆無にする必要もない。むしろ、素子の
信頼性の観点からは歪み付加部のAlAs層が残っているほ
うが良好な結果が得られている。また、歪み付加部が共
振器から連続した半導体に設けられた窪みであるように
したので、プロトン打ち込みで共振器を形成した場合の
ように、半導体層の表面と活性層との距離が比較的大き
い場合も、効果的に偏光の制御が可能である。さらに、
単一の半導体小片上に歪み付加部が隣接した共振器を複
数個有して、それぞれの共振器と歪み付加部との配列の
方位が異なった組み合わせを有することによって、一つ
の半導体小片上から偏光方向が異なったレーザ光を出射
させることが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係る面発光型半導体レ
ーザの構成(a)、断面(b)の第一の例を示す図である。

【図２】 本発明の面発光型半導体レーザの動作をを示
す説明図である。

【図３】 歪み付加部の境界と共振器の境界との距離と
偏光面の制御性との関係を示す図である。

【図４】 本発明の実施の形態に係る面発光型半導体レ
ーザの構成(a)、断面(b)の第二の例を示す図である。

【図５】 本発明の実施の形態に係る面発光型半導体レ
ーザの構成(a)、断面(b)の第三の例を示す図である。

【図６】 本発明の実施の形態に係る面発光型半導体レ
ーザの構成(a)、断面(b)の第四の例を示す図である。

【図７】本発明の実施の形態に係る面発光型半導体レー
ザの構成の第五の例を示す図である。

【符号の説明】

１０A ・・共振器（本来の意味） １０B ・・共振器 １０C ・・共振器柱 １１・・・上部半導体多層膜ミラー １２・・・下部半導体多層膜ミラー １３・・・活性層 １４・・・上部電極 １５・・・コンタクト層 １６・・・開口部 １７・・・基板 １８・・・下部電極 １９・・・歪み付加部 ２０・・・応力の大きさ（絶対値）の等高線 ４０・・・電流狭窄部 ４０A ・・電流狭窄部の周辺部 ４０B ・・電流狭窄部の中央部 ４１・・・歪み付加部 ４２・・・誘電体層（酸化アルミニウム層） ５０・・・歪み付加部 ６０・・・歪み付加部 ６１・・・プロトンの打込まれた境域 ７０・・・半導体小片 ７１・・・ｘ軸方向に歪み付加部を有する共振器 ７２・・・ｘ軸方向に配置した歪み付加部 ７３・・・ｘ軸方向に共振器と歪み付加部を配列した面
発光型半導体レーザ ７４・・・ｙ軸方向に歪み付加部を有する共振器 ７５・・・ｙ軸方向に配置した歪み付加部 ７６・・・ｙ軸方向に共振器と歪み付加部を配列した面
発光型半導体レーザ ７７Ａ・・ｘ軸方向に歪み付加部を配列した面発光型半
導体レーザの電極 ７７Ｂ・・ｙ軸方向に歪み付加部を配列した面発光型半
導体レーザの電極

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【手続補正書】

【提出日】平成１５年６月９日（２００３．６．９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】 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

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の面発光
型半導体レーザは、共振器に隣接して１つ以上の歪み付
加部を有し、共振器の中心を通る直線上に２つの歪み付
加部が共振器を挟んだ位置に設けられることを特徴とす
る。また、共振器の境界と、歪み付加部の境界との距離
が１００ミクロン以下、０ミクロン以上であると偏光面
を制御するのに有効である。この０ミクロンの意味する
ところは、両者が接している構成も可能であることを示
している。これらの歪み付加部は共振器から連続した半
導体上に密着して形成された誘電体、または、半導体か
ら構成される。あるいは、共振器から連続した半導体中
に形成された誘電体、または、半導体から構成される。
また、本発明の別の形態は歪み付加部が共振器から連続
した半導体に設けられた窪みであることを特徴とする。
また、単一の半導体小片上に歪み付加部が隣接した共振
器を複数個有して、それぞれの共振器と歪み付加部との
配列の方位が異なった組み合わせを有することを特徴と
する。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に垂直方向の共振器を有
   し、前記共振器より前記半導体基板に対して垂直方向に
   レーザ光を出射する面発光型半導体レーザにおいて、前
   記共振器に隣接して１つ以上の歪み付加部を有すること
   を特徴とする面発光型半導体レーザ。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記共振器の中心を
   通る直線上に２つの前記歪み付加部が前記共振器を挟ん
   だ位置に設けられたことを特徴とする面発光型半導体レ
   ーザ。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記共振器
   の境界と、前記歪み付加部の境界との距離が１００ミク
   ロン以下、０ミクロン以上であることを特徴とする面発
   光型半導体レーザ。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３において、前記歪み付加
   部が前記共振器から連続した半導体上に密着して形成さ
   れた金属、または、誘電体、または、半導体から構成さ
   れることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
5. 【請求項５】 請求項１乃至３において、前記歪み付加
   部が前記共振器から連続した半導体中に形成された誘電
   体、または、半導体から構成されることを特徴とする面
   発光型半導体レーザ。
6. 【請求項６】 請求項１乃至３において、前記歪み付加
   部が前記共振器から連続した半導体に設けられた窪みで
   あることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
7. 【請求項７】 請求項５において、前記歪み付加部が前
   記共振器から連続した半導体中に形成された誘電体の主
   たる組成がAlの酸化物であることを特徴とする面発光型
   半導体レーザ。
8. 【請求項８】 請求項１乃至３において、単一の半導体
   小片上に前記歪み付加部が隣接した前記共振器を複数個
   有して、それぞれの前記共振器と前記歪み付加部との配
   列の方位が異なった組み合わせを有することを特徴とす
   る面発光型半導体レーザ。