JP2005086170A - 面発光型半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

面発光型半導体レーザおよびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 エネルギーの利用効率を低下させることなく、レーザ光の偏波面の制御が可能であり、信頼性の良好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。
【解決手段】 本発明にかかる面発光型半導体レーザは，基板１０１の上方に形成された第１ミラー１０２と、活性層１０３と、第２ミラー１０４と、を有する面発光型半導体レーザにおいて、活性層１０３の近傍に形成された、開口部１１０を有する絶縁層１０５を含む第１柱状部１３０と、第１柱状部１３０の上方に形成された第２柱状部１３２と、を含み、第２柱状部１３２の平面形状は異方性を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、面発光型半導体レーザおよびその製造方法に関する。
面発光型半導体レーザは、半導体基板に垂直にレーザ光を出射する半導体レーザであり、従来の端面型半導体レーザに比べて、扱いが容易で、しかもしきい値電流が低いなどの優れた特徴を有するため、各種センサや光通信の光源として期待されている。しかし、面発光型半導体レーザは、その平面構造の対称性から、偏波面の制御が難しい。そのため、面発光型半導体レーザを偏波依存性のある光学系などに用いると、偏波面が不安定であることがノイズの原因となる。そこで、以下のような様々な偏波面制御方法が提案されている。
特開平８−１１６１３０号公報、あるいは特開平１０−２７９３８号公報などには、共振器の平面形状を、たとえば長方形や楕円形などの異方形状とすることで、偏波面を制御する方法が提案されている。この場合、電流密度分布に異方性があるので、特定のモードのみが発振する。しかしながらこの方法では、電流密度分布が不均一であるため、エネルギーの利用効率が低くなる場合がある。
特開平６−２２４５１５号公報には、活性層に異方的な歪を加えることで、偏波面を制御する方法が提案されている。この場合、利得に異方性が現れるので、特定のモードのみが発振する。しかしながらこの方法では、異方的な歪を活性層に加えるために、共振器の側壁にＳｉＮを異なる温度で形成するので、工程が複雑となる。また、この方法では、共振器の平面形状が円形では偏波面制御効果が現れにくいため、十分な偏波面制御効果を得るための平面形状としては、実質的には四角形に限定される。
特開平１１−３０７８８２号公報には、活性層近傍に電流狭窄用の酸化層と、ストレス付加用の酸化層（異方的形状）とを設け、エネルギー利用効率を維持しつつ、強いストレスを活性層に加えることで、偏波面を制御する方法が提案されている。この場合、活性層近傍の酸化層構造および酸化工程が複雑であり、素子寿命に悪影響を与える場合がある。
特開平８−１１６１３０号公報 特開平１０−２７９３８号公報 特開平６−２２４５１５号公報 特開平１１−３０７８８２号公報
本発明の目的は、エネルギーの利用効率を低下させることなく、レーザ光の偏波面の制御が可能であり、信頼性の良好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。
本発明にかかる面発光型半導体レーザは、
基板の上方に形成された第１ミラーと、活性層と、第２ミラーと、を有する面発光型半導体レーザにおいて、
前記活性層の近傍に形成された、開口部を有する絶縁層を含む第１柱状部と、
前記第１柱状部の上方に形成された第２柱状部と、を含み、
前記第２柱状部の平面形状は異方性を有する。
この面発光型半導体レーザによれば、前記第２柱状部の平面形状は異方性を有する。そのため、前記第２柱状部において、光閉じ込めの異方性を得ることができる。すなわち、前記第２柱状部の平面形状の異方性によって、出射されるレーザの偏光方向を制御することが可能となる。
また、この面発光型半導体レーザによれば、前記第１柱状部において、特に前記活性層の近傍において、電流はほぼ均一に流れる。すなわち、前記第１柱状部における電流密度分布に偏りがほとんど生じないため、エネルギー利用効率は高い。
したがって、この面発光型半導体レーザによれば、エネルギー利用効率を維持しつつ、レーザ光の偏光方向を制御することが可能である。
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、前記第１柱状部の平面形状は異方性を有しないことができる。
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、前記第２柱状部は、前記絶縁層の垂直上方の領域内に、少なくとも１つの孔部を有することができる。
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、前記孔部の平面形状は異方性を有することができる。
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、前記孔部は、前記絶縁層の開口部を中心にして対称的に配置されていることができる。
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、前記孔部は、前記第２ミラーを構成する物質とは熱膨張係数の異なる物質にて埋め込まれていることができる。
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、前記第２柱状部は、少なくとも１つの他の絶縁層を含み、前記他の絶縁層は、前記絶縁層の垂直上方の領域内にのみ存在することができる。
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、前記他の絶縁層は、前記第２柱状部の周縁に沿ってリング状に形成されていることができる。
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、前記他の絶縁層は、さらに前記孔部の周囲に形成されていることができる。
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、前記絶縁層および前記他の絶縁層は、ＡｌＧａＡｓ層を側面から酸化したものであることができる。
本発明にかかる面発光型半導体レーザにおいて、前記絶縁層を形成するためのＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、前記他の絶縁層を形成するためのＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成よりも高いことができる。
本発明にかかる面発光型半導体レーザの製造方法は、
第１ミラーと、活性層と、第２ミラーと、を有する面発光型半導体レーザの製造方法において、
基板の上方に半導体層を積層する工程と、
第１マスク層を用いて、前記半導体層をエッチングすることにより柱状部を形成する工程と、
平面形状が異方性を有する第２マスク層を用いて、前記半導体層および前記柱状部をエッチングすることにより、第１柱状部および該第１柱状部の上方に平面形状が異方性を有する第２柱状部を形成する工程と、
前記第１柱状部内の前記活性層近傍に、開口部を有する絶縁層を形成する工程と、を含む。
本発明にかかる面発光型半導体レーザの製造方法において、前記第２柱状部は、前記絶縁層の垂直上方の領域内に、少なくとも１つの孔部を有するように形成されることができる。
本発明にかかる面発光型半導体レーザの製造方法において、前記絶縁層は、前記第１柱状部を構成する層の一部を酸化して形成されることができる。
本発明にかかる面発光型半導体レーザの製造方法において、前記第２柱状部内における前記絶縁層の垂直上方の領域内にのみ、少なくとも１つの他の絶縁層を形成する工程を含むことができる。
本発明にかかる面発光型半導体レーザの製造方法において、前記絶縁層を形成する工程と、前記他の絶縁層を形成する工程とは、同一のプロセスで行われることができる。
本発明にかかる面発光型半導体レーザの製造方法において、前記他の絶縁層は、前記第２柱状部を構成する層の一部を酸化して形成されることができる。
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。
１．第１の実施の形態
１−１．デバイスの構造
図１は、本発明を適用した第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ（以下、「面発光レーザ」ともいう）１００を模式的に示す断面図および面発光レーザ１００の要部を模式的に示す平面図である。図２〜図４は、第１の実施の形態に係る面発光レーザ１００の要部を模式的に示す平面図である。
本実施の形態の面発光レーザ１００は、図１に示すように、半導体基板（本実施形態ではＧａＡｓ基板）１０１と、半導体基板１０１上に形成された垂直共振器（以下「共振器」という）と、第１電極１０７と、第２電極１０９と、を含む。共振器は、第１ミラー１０２と、活性層１０３と、第２ミラー１０４と、を含む。
次に、この面発光レーザ１００の各構成要素について説明する。
共振器は、たとえば、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの分布反射型多層膜ミラーである第１ミラー１０２、ＧａＡｓウエル層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層１０３、およびｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ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である第２ミラー１０４が順次積層されて構成されている。なお、第１ミラー１０２、活性層１０３、および第２ミラー１０４を構成する各層の組成および層数はこれに限定されるわけではない。
第２ミラー１０４は、たとえば、Ｃ、Ｚｎ、あるいはＭｇなどがドーピングされることによりｐ型にされ、第１ミラー１０２は、たとえば、Ｓｉ、あるいはＳｅなど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、第２ミラー１０４、不純物がドーピングされていない活性層１０３、および第１ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
第２ミラー１０４は、柱状の第１半導体堆積体（以下「第１柱状部」という）１３０の一部と、第１柱状部１３０上に位置する柱状の第２半導体堆積体（以下「第２柱状部」という）１３２と、を含む。第１柱状部１３０および第２柱状部１３２の側面は絶縁層１０６で覆われている。
第１柱状部１３０は、レーザ光出射側から見て異方性を有しない平面形状に形成されている。第１柱状部１３０の平面形状が異方性を有しないとは、第２ミラー１０４の上面の中心で直交し、第２ミラー１０４の上面に平行な軸をＸ軸およびＹ軸とし、Ｘ軸およびＹ軸に直交する軸をＺ軸としたとき、第１柱状部１３０のＸ−Ｚ断面の形状と、Ｙ−Ｚ断面の形状とが、いかなるＸ軸およびＹ軸を選択しても同一、もしくはほぼ同一となることをいう。言い換えるならば、第１柱状部１３０のＸ−Ｚ断面の形状と、Ｙ−Ｚ断面の形状とが異なるようなＸ軸およびＹ軸が存在しないことをいう。このことは以下の実施の形態においても同様である。具体的に、異方性を有しない平面形状とは、たとえば、円形や正方形などである。図示の例では、第１柱状部１３０の平面形状は円形に形成されている。
第１柱状部１３０を構成する層のうち活性層１０３に近い領域に、電流狭窄層として機能する絶縁層（以下、「第１絶縁層」という）１０５が形成されている。この第１絶縁層１０５は、図１におけるＸ−Ｙ平面に平行な面で切断した場合における断面が、第１柱状部１３０の周縁に沿ったリング形状を有する。第１絶縁層１０５は開口部１１０を有する。第１絶縁層１０５は、たとえば酸化アルミニウムからなる。
第２柱状部１３２は、レーザ光出射側から見て異方性を有する平面形状に形成されている。異方性を有する平面形状とは、第２ミラー１０４の上面の中心で直交し、第２ミラー１０４の上面に平行な軸をＸ軸およびＹ軸とし、Ｘ軸およびＹ軸に直交する軸をＺ軸としたとき、第１柱状部１３０のＸ−Ｚ断面の形状と、Ｙ−Ｚ断面の形状とが異なるようなＸ軸およびＹ軸を選択することができることをいう。言い換えるならば、第１柱状部１３０のＸ−Ｚ断面の形状と、Ｙ−Ｚ断面の形状とが異なるようなＸ軸およびＹ軸が存在することをいう。このことは以下の実施の形態においても同様である。具体的に、異方性を有する平面形状とは、たとえば楕円形や長方形などである。図示の例では、第２柱状部１３２の平面形状は長方形に形成されている。
第２柱状部１３２は、その周縁に沿って絶縁層（以下、「第２絶縁層」という）１１５を有する。この第２絶縁層１１５は、図１におけるＸ−Ｙ平面に平行な面で切断した場合における断面において、長方形の第２柱状部１３２と同心状の長方形のリング形状を有する。
第２絶縁層１１５は、第１絶縁層１０５の形成されている領域の鉛直上方の領域内にのみ形成される。すなわち、第１絶縁層１０５の開口部１１０の鉛直上方には、第２絶縁層１１５は存在しないように形成されている。このことによって、活性層１０３近傍の電流密度分布は、電流狭窄層として機能する第１絶縁層１０５によって主として決定され、第２絶縁層１１５は活性層１０３近傍の電流密度分布には影響を与えないことができる。第２絶縁層１１５は、たとえば酸化アルミニウムからなる。
第１柱状部１３０の平面形状と第２柱状部１３２の平面形状の組み合わせは、様々な組み合わせを選択することができる。たとえば、以下の例を挙げることができる。図２に示すように、第１柱状部１３０の平面形状を円形とし、第２柱状部１３２の平面形状を楕円形とすることができる。図３に示すように、第１柱状部１３０の平面形状を正方形とし、第２柱状部１３２の平面形状を長方形とすることができる。図４に示すように、第１柱状部１３０の平面形状を円形とし、第２柱状部１３２の平面形状を、第１円１０から、第２円２０と重なり合う部分および第３円３０と重なり合う部分を除去したような形状とすることができる。第１円１０、第２円２０、および第３円３０のそれぞれの中心は、一直線上に並ぶことができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ１００においては、第２ミラー１０４、活性層１０３および第１ミラー１０２の側面ならびに第１ミラー１０２の上面を覆うようにして、絶縁層１０６が形成されている。絶縁層１０６を構成する樹脂は、たとえば、ポリイミド樹脂、フッ素系樹脂、アクリル樹脂、またはエポキシ樹脂などを用いることができ、特に、加工の容易性や絶縁性の観点から、ポリイミド樹脂またはフッ素系樹脂であるのが望ましい。
第２柱状部１３２および絶縁層１０６の上には、第１電極１０７が形成されている。さらに、第２柱状部１３２上面の中央部には、第１電極１０７が形成されていない部分（開口部）が設けられている。この部分が出射面１０８である。この出射面１０８がレーザ光の出射口となる。第１電極１０７は、たとえばＡｕとＺｎの合金とＡｕとの積層膜からなる。さらに、第１ミラー１０２の上面には、第２電極１０９が形成されている。第２電極１０９は、たとえばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜からなる。すなわち、図１に示す面発光レーザ１００では、第２柱状部１３２上で第１電極１０７は第２ミラー１０４と接合し、かつ、第２電極１０９は第１ミラー１０２と接合している。この第１電極１０７および第２電極１０９によって活性層１０３に電流が注入される。
第１および第２電極１０７，１０９を形成するための材料は、前述したものに限定されるわけではなく、密着性強化、拡散防止、あるいは酸化防止などのために必要に応じて、たとえばＣｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、あるいはＰｔなどの金属やこれらの合金などが利用可能である。
なお、図１の例においては、第２柱状部１３２は第２絶縁層１１５を有する例について述べたが、図５に示すように、第２柱状部１３２は第２絶縁層１１５を有しないこともできる。
１−２．デバイスの動作
本実施の形態の面発光型半導体レーザ１００の一般的な動作を以下に示す。なお、下記の面発光型半導体レーザ１００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。
まず、第１電極１０７と第２電極１０９とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、活性層１０３において、電子と正孔との再結合が起こり、かかる再結合による発光が生じる。そこで生じた光が第２ミラー１０４と第１ミラー１０２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、第２柱状部１３２上面にある出射面１０８から、半導体基板１０１に対して垂直方向（図１に示すＺ方向）にレーザ光が出射される。ここで、「半導体基板１０１に対して垂直方向」とは、半導体基板１０１の表面１０１ａ（図１ではＸ−Ｙ平面と平行な面）に対して垂直な方向（図１ではＺ方向）をいう。
本実施の形態の面発光型半導体レーザ１００では、第２柱状部１３２の平面形状は異方性を有する。そのため、第２柱状部１３２において、光閉じ込めの異方性を得ることができる。この光閉じ込めの異方性によって、出射されるレーザ光は偏波面が揃うことになる。すなわち、第２柱状部１３２の平面形状の異方性によって、レーザ光は偏光方向を制御されて出射される。具体的には、偏波面は長軸方向に揃い、たとえば図１の例では、偏波面はＹ方向に揃う。
また、本実施の形態の面発光型半導体レーザ１００では、第２柱状部１３２は第２絶縁層１１５を有し、この第２絶縁層１１５の平面形状は異方性を有する。そのため、第２柱状部１３２の平面形状による光閉じ込めの異方性に加えて、第２絶縁層１１５の平面形状の異方性によって、さらに高い光閉じ込めの異方性を得ることができる。また、第２絶縁層１１５によって、少なくとも第２柱状部１３２に異方的な歪が付加される。したがって、第２柱状部１３２の平面形状の異方性による光閉じ込めの異方性に加えて、第２絶縁層１１５による光閉じ込めの異方性および異方的な歪によって、さらに確実にレーザ光は偏光方向を制御されて出射される。
また、本実施の形態の面発光型半導体レーザ１００では、電流狭窄層として機能する第１絶縁層１０５を備えており、駆動する際に、電流狭窄層が形成されていない部分（酸化されていない部分）、すなわち第１絶縁層１０５の開口部１１０のみに電流が流れる。同様に、第２絶縁層１１５の開口部１１２のみに電流が流れる。ここで、第１絶縁層１０５の開口部１１０は、第２絶縁層１１５の開口部１１２よりも狭いため、活性層１０３近傍の電流密度分布は、第１絶縁層１０５の開口部１１０の大きさによって制御することができる。
１−３．デバイスの製造方法
次に、本発明を適用した第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ１００の製造方法の一例について、図６〜図１３を用いて説明する。図６〜図１３は、図１に示す本実施の形態の面発光型半導体レーザ１００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図１に示す断面に対応している。
（１）まず、ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板１０１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６に示すように、半導体多層膜１５０を形成する。ここで、半導体多層膜１５０は、たとえばｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの第１ミラー１０２、ＧａＡｓウエル層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層１０３、およびｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの第２ミラー１０４とからなる。これらの層を順に半導体基板１０１上に積層させることにより、半導体多層膜１５０が形成される。
なお、第２ミラー１０４を成長させる際に、活性層１０３近傍の少なくとも１層を、後に酸化され第１絶縁層１０５（図１参照）となるＡｌＡｓ層またはＡｌＧａＡｓ層に形成する。ここで、活性層１０３近傍とは、活性層１０３の上方であって、活性層１０３に近い位置でありながら、活性層１０３の信頼性に影響を与えにくい位置であり、たとえば、活性層１０３より上方約１００ｎｍ〜５００ｎｍの位置である。
また、第２ミラー１０４を成長させる際に、前記第１絶縁層１０５となるＡｌＡｓ層またはＡｌＧａＡｓ層の上方の少なくとも１層を、後に酸化され第２絶縁層１１５（図１参照）となるＡｌＧａＡｓ層に形成することができる。第１絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層（以下、「第１ＡｌＧａＡｓ層」ともいう）のＡｌ組成と、第２絶縁層１１５となるＡｌＧａＡｓ層（以下、「第２ＡｌＧａＡｓ層」ともいう）のＡｌ組成は、それぞれ０．８５以上であって、第１ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、第２ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成よりも高くなるように形成する。第１ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成を第２ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成よりも高くすることの理由については後述する。なお、第２ＡｌＧａＡｓ層としては、第２ミラー１０４を構成する層のうち、Ａｌ組成の高い層を用いることもできる。たとえば、本実施の形態の例では、第２ミラー１０４を構成するｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの層のうち、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層を用いることができる。また、第２ミラー１０４の最表面の層は、キャリア密度を高くし、電極（第１電極１０７）とのオーミック接触をとりやすくしておくのが望ましい。
エピタキシャル成長を行う際の温度は、成長方法や原料、半導体基板１０１の種類、あるいは形成する半導体多層膜１５０の種類、厚さ、およびキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、４５０℃〜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−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、あるいはＬＰＥ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法などを用いることができる。
続いて、半導体多層膜１５０上に、レジストを塗布した後リソグラフィ法により該レジストをパターニングすることにより、図６に示すように、所定のパターンの第１マスク層Ｒ１００を形成する。第１マスク層Ｒ１００は、第１柱状部１３０（図１参照）の形成予定領域の上方に形成する。第１マスク層Ｒ１００は、平面形状が異方性を有しないように形成する。これにより、第１柱状部１３０は、平面形状が異方性を有しないように形成される。次いで、この第１マスク層Ｒ１００をマスクとして、たとえばドライエッチング法により、第２ミラー１０４の一部をエッチングして、図７に示すように、柱状の半導体堆積体（柱状部）１２８を形成する。その後、第１マスク層Ｒ１００を除去する。
次に、図８に示すように、柱状部１２８上にリソグラフィ法により、所定のパターンの第２マスク層Ｒ２００を形成する。第２マスク層Ｒ２００は、第２柱状部１３２（図１参照）の形成予定領域の上部に形成される。第２マスク層Ｒ２００は、平面形状が異方性を有するように形成される。これにより、第２柱状部１３２は、平面形状が異方性を有するように形成されることができる。次いで、この第２マスク層Ｒ２００をマスクとして、たとえばドライエッチング法により、第２ミラー１０４、活性層１０３および第１ミラー１０２の一部をエッチングして、図９に示すように、第１柱状部１３０および第２柱状部１３２を形成する。その後、第２マスク層Ｒ２００を除去する。
以上の工程により、図９に示すように、半導体基板１０１上に、第１柱状部１３０および第２柱状部１３２を含む共振器が形成される。
続いて、図１０に示すように、たとえば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって共振器が形成された半導体基板１０１を投入することにより、前述の第２ミラー１０４中のＡｌ組成が高い層（Ａｌ組成が０．８５以上の層）を側面から酸化して、第１絶縁層１０５および第２絶縁層１１５を同時に形成する。すなわち、第１絶縁層１０５および第２絶縁層１１５を同じプロセスで形成することができる。酸化レートは、炉の温度、水蒸気の供給量、酸化すべき層のＡｌ組成および膜厚に依存する。
第１絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層（第１ＡｌＧａＡｓ層）のＡｌ組成は、第２絶縁層１１５となるＡｌＧａＡｓ層（第２ＡｌＧａＡｓ層）のＡｌ組成よりも高くなるように形成されているため、第１ＡｌＧａＡｓ層の方が、第２ＡｌＧａＡｓ層よりも酸化されやすい。したがって、第１絶縁層１０５を、第２絶縁層１１５に比べ、第２ミラー１０４の中心に向かって深く入り込むように形成することができる。すなわち、第１絶縁層１０５の開口部を第２絶縁層１１５の開口部よりも狭くすることができる。このことによって、活性層１０３近傍の電流密度の制御を主として第１絶縁層１０５によって行うことができる。すなわち、酸化によって第１絶縁層１０５および第２絶縁層１１５を形成する工程において、形成する第１絶縁層１０５および第２絶縁層１１５の範囲を制御することにより、活性層１０３近傍の電流密度の制御が可能となり、第２絶縁層１１５の範囲は活性層１０３近傍の電流密度に影響を与えないことが可能となる。
以上の工程により、面発光レーザ１００のうち、発光素子として機能する部分（出射面１０８および電極１０７，１０９を除く）が形成される。
（２）次いで、第１ミラー１０２の一部、活性層１０３、および第２ミラー１０４を取り囲む絶縁層１０６を形成する（図１参照）。
ここでは、絶縁層１０６を形成するための材料として、ポリイミド樹脂を用いた場合について説明する。まず、たとえばスピンコート法を用いて、樹脂前駆体（ポリイミド前駆体）を共振器上に塗布して、樹脂前駆体層を形成する。この際、前記樹脂前駆体層の膜厚が第２柱状部１３２の高さより大きくなるように形成する。なお、前記樹脂前駆体層の形成方法としては、前述したスピンコート法のほか、ディッピング法、スプレーコート法、インクジェット法等の公知技術が利用できる。
次いで、この基板を、たとえばホットプレート等を用いて加熱して溶媒を除去した後、図１１に示すように、第２柱状部１３２の上面１３２ａを露出させる。第２柱状部１３２の上面１３２ａを露出させる方法としては、樹脂前駆体層１０６ａを半硬化、あるいは、ほぼ完全に硬化させた後に、ＣＭＰ法、ドライエッチング法、ウエットエッチング法などが利用できる。図１２に示すように、樹脂前駆体層１０６ａを半硬化させる場合、半硬化樹脂層１０６ｂが形成される。ここで、半硬化とは、熱または光などのエネルギー線を付与することにより、続く工程におけるウエットエッチングに用いるエッチャントに対する溶解性を変化させることをいう。
次いで、第２ミラー１０４の側方に存在する樹脂を除去して、第１ミラー１０２を露出させる（図１３参照）。第２ミラー１０４の側方に存在する樹脂を除去する方法としては、（ｉ）ウエットエッチングにより第２ミラー１０４の側方に存在する半硬化した樹脂前駆体層１０６ｂを除去する方法、（ii）ドライエッチングにより第２ミラー１０４の側方に存在するほぼ完全に硬化した樹脂前駆体層を除去する方法などが例示できる。本実施の形態においては、前記（ｉ）の方法を用いた場合について説明する。
前記（ｉ）の方法では、まず、図１２に示すように、リソグラフィ法により、半硬化樹脂層１０６ｂおよび第２柱状部１３２において、第２電極１０９（図１参照）を形成する予定の領域以外の領域上にレジスト層Ｒ３００を形成する。
次いで、ウエットエッチング法を用いてこの半導体基板１０１を処理することにより、図１３に示すように、第２ミラー１０４の側方に形成されていた半硬化樹脂層１０６ｂを除去して、第１ミラー１０２を露出させる。必要に応じて、第１ミラー１０２の露出面をエッチングしてもよい。その後、レジスト層Ｒ３００を除去する。続いて、この半導体基板１０１を、たとえば３５０℃程度の炉に入れて、半硬化樹脂層１０６ｂをイミド化させることにより、ほぼ完全に硬化した絶縁層１０６が得られる。
また、前記（ｉ）の方法において、感光性を有する樹脂で絶縁層１０６を形成する場合は、樹脂前駆体（感光していない状態）の上にレジスト層を形成せずに、一般的なレジストのパターニングと同様の方法で直接パターニングすることが可能である。
なお、上記の説明においては、前記（ｉ）の方法について説明したが、第２ミラー１０４の側方に存在する樹脂を除去する方法は、前記（ｉ）の方法に限定されるわけではなく、たとえば前記（ii）の方法などを用いることもできる。
（３）次に、活性層１０３に電流を注入するための第１電極１０７、第２電極１０９、およびレーザ光の出射面１０８（図１参照）を形成する工程について説明する。
まず、第１電極１０７および第２電極１０９を形成する前に、必要に応じて、プラズマ処理法等を用いて、第２柱状部１３２および第１ミラー１０２の露出している上面を洗浄する。これにより、より安定した特性の素子を形成することができる。つづいて、たとえば真空蒸着法により絶縁層１０６および第２柱状部１３２の上面に、たとえばＡｕとＺｎの合金とＡｕとの積層膜を形成した後、リフトオフ法により、第２柱状部１３２の上面に、前記積層膜が形成されていない部分を形成する。この部分が出射面１０８となる。なお、前記工程において、リフトオフ法のかわりに、ドライエッチング法あるいはウェットエッチング法を用いることもできる。
また、第１ミラー１０２の露出している上面に、たとえば真空蒸着法により、たとえばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜を形成する。次いで、アニール処理する。アニール処理の温度は電極材料に依存する。本実施の形態で用いた電極材料の場合は、通常４００℃前後で行う。以上の工程により、第１電極１０７および第２電極１０９が形成される。
以上のプロセスにより、図１に示す面発光型半導体レーザ１００が得られる。
なお、上述の工程（１）において、第２ミラー１０４を成長させる際に、第１絶縁層１０５となるＡｌＡｓ層またはＡｌＧａＡｓ層（第１ＡｌＧａＡｓ層）の上方の少なくとも１層を、後に酸化され第２絶縁層１１５（図１参照）となるＡｌＧａＡｓ層（第２ＡｌＧａＡｓ層）に形成する例について述べたが、前記第２ＡｌＧａＡｓ層を形成しないことによって、図５に示すような、第２柱状部１３２が第２絶縁層を有しない面発光型半導体レーザ１００を得ることもできる。
１−４．作用および効果
本実施の形態に係る面発光型半導体レーザ１００の主な作用および効果を以下に示す。
（１）本実施の形態の面発光型半導体レーザ１００によれば、第１柱状部１３０および電流狭窄層として機能する第１絶縁層１０５の平面形状は異方性を有しない。そのため、第１柱状部１３０において、特に活性層１０３の近傍において、電流はほぼ均一に流れる。すなわち、このような第１柱状部１３０および第１絶縁層１０５では、第１柱状部１３０における電流密度分布に偏りが生じないため、エネルギー利用効率は、第１柱状部および第１絶縁層の平面形状が異方性を有する場合に比べ高くなる。
また、本実施の形態の面発光型半導体レーザ１００によれば、第２柱状部１３２の平面形状は異方性を有する。そのため、第２柱状部１３２において、光閉じ込めの異方性を得ることができる。すなわち、第２柱状部１３２の平面形状の異方性によって、出射されるレーザの偏光方向を制御することが可能となる。
したがって、本実施の形態の面発光型半導体レーザ１００によれば、エネルギー利用効率を維持しつつ、レーザ光の偏光方向を制御することが可能である。
（２）本実施の形態の面発光型半導体レーザ１００によれば、第２柱状部１３２は、第２絶縁層１１５を有することができる。この第２絶縁層１１５の平面形状は異方性を有する。そのため、第２柱状部１３２の平面形状による光閉じ込めの異方性に加えて、さらに第２絶縁層１１５の平面形状によって光閉じ込めの異方性を得ることができる。また、第２絶縁層１１５によって、異方的な歪が少なくとも第２柱状部１３２に付加されて、さらに容易に偏光方向の制御が可能となる。この第２絶縁層１１５は、活性層１０３から十分に離れた位置に形成されており、活性層１０３の信頼性には影響を与えることなく、上述の作用・効果を達成することができる。
２．第２の実施の形態
２−１．デバイスの構造
図１４は、本発明を適用した第２の実施の形態に係る面発光レーザ２００を模式的に示す断面図および面発光レーザ２００の要部を模式的に示す平面図である。図１５〜図１７は、第２の実施の形態に係る面発光レーザ２００の要部を模式的に示す平面図である。第１の実施の形態に係る面発光レーザ１００と実質的に同じ機能を有する構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
本実施の形態の面発光レーザ２００は、図１４に示すように、半導体基板（本実施形態ではＧａＡｓ基板）１０１と、半導体基板１０１上に形成された共振器と、第１電極１０７と、第２電極１０９と、を含む。共振器は、第１ミラー１０２と、活性層１０３と、第２ミラー１０４と、を含む。
第２ミラー１０４は、第１柱状部１３０の一部と、第１柱状部１３０上に位置する第２柱状部１３２と、を含む。第１柱状部１３０および第２柱状部１３２の側面は絶縁層１０６で覆われている。
第１柱状部１３０は、レーザ光出射側から見て異方性を有しない平面形状に形成されている。図示の例では、第１柱状部１３０の平面形状は、円形に形成されている。
第１柱状部１３０を構成する層のうち活性層１０３に近い領域に、電流狭窄層として機能する第１絶縁層１０５が形成されている。この第１絶縁層１０５は、図１４におけるＸ−Ｙ平面に平行な面で切断した場合における断面がリング形状を有する。
第２柱状部１３２は、レーザ光出射側から見て異方性を有する平面形状に形成されている。すなわち、第２柱状部１３２は、図１４に示すように、Ｘ軸方向に原点対称の２つの孔部４０を有している。孔部４０の平面形状は異方性を有する。平面形状が異方性を有するとは、孔部４０の底面の中心で直交し、孔部４０の底面に平行な軸をＸ軸およびＹ軸とし、Ｘ軸およびＹ軸に直交する軸をＺ軸としたとき、孔部４０のＸ−Ｚ断面の形状と、Ｙ−Ｚ断面の形状とが異なるようなＸ軸およびＹ軸を選択することができることをいう。言い換えるならば、孔部４０のＸ−Ｚ断面の形状と、Ｙ−Ｚ断面の形状とが異なるようなＸ軸およびＹ軸が存在することをいう。
具体的には、たとえば図１４に示すように、孔部４０の平面形状が楕円形の場合である。孔部４０の平面形状としては、たとえば以下のものを挙げることができる。図１５に示すように、孔部４０の平面形状が長方形の場合、図１６に示すように、孔部４０の平面形状が、２つの同心円５０，５２で形成されるリング部５４を切り出した形状の場合などである。
また、図１４の例においては、孔部４０の平面形状は異方性を有する例について述べたが、孔部４０の平面形状は異方性を有しないこともできる。孔部４０の平面形状が異方性を有しないとは、孔部４０の底面の中心で直交し、孔部４０の底面に平行な軸をＸ軸およびＹ軸とし、Ｘ軸およびＹ軸に直交する軸をＺ軸としたとき、孔部４０のＸ−Ｚ断面の形状と、Ｙ−Ｚ断面の形状とが、いかなるＸ軸およびＹ軸を選択しても同一、もしくはほぼ同一となることをいう。言い換えるならば、孔部４０のＸ−Ｚ断面の形状と、Ｙ−Ｚ断面の形状とが異なるようなＸ軸およびＹ軸が存在しないことをいう。具体的には、孔部４０の平面形状がたとえば円形や正方形の場合などである。
孔部４０の位置は、Ｘ軸方向に限定されず、第１絶縁層１０５の垂直上方の領域内であって、第２柱状部１３２の平面形状が異方性を有するならば特に限定されない。たとえば孔部４０は、図１７に示すように、Ｘ軸方向とＹ軸方向に位置することができる。孔部４０は第１絶縁層１０５の垂直上方の領域内にあり、すなわち、第１絶縁層１０５の開口部１１０の垂直上方の領域内には孔部４０は存在しない。このことによって、レーザ発光効率の低減が防止され、特定の放射モードのみが孔部４０の影響を受けるようにすることができる。孔部４０は少なくとも１つ以上形成することができる。図示の例では、孔部４０は第２柱状部１３２を貫通しているが、貫通しないこともできる。
孔部４０は、第２ミラー１０４を構成する物質とは熱膨張係数の異なる物質で埋め込むことも可能である。熱膨張係数の異なる物質とは、たとえば、ポリイミド樹脂、フッ素系樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、あるいは金属などである。金属などのような熱伝導度の高いもので埋め込むことによって、第２柱状部１３２の放熱性を向上させることができる。
第２柱状部１３２は、その周縁および孔部４０の周囲に第２絶縁層１１５を有することができる。この第２絶縁層１１５は、図１４におけるＸ−Ｙ平面に平行な面で切断した場合における断面において、第２柱状部１３２と同心状の円形であるリング形状部１２０および孔部４０の周囲に形成された楕円形であるリング形状部１２２を有する。第２絶縁層１１５は、第１の実施の形態と同様に、第１絶縁層１０５の形成されている領域の鉛直上方の領域内にのみ形成される。
図１４の例においては、第１柱状部１３０の平面形状を円形とし、第２柱状部１３２の外形の平面形状も円形としたが、第１柱状部１３０の平面形状と第２柱状部１３２の外形の平面形状の組み合わせは、様々な組み合わせを選択することができる。なお、第２柱状部１３２の外形とは、第２柱状部１３２が孔部４０を有しないものと仮定した場合における第２柱状部１３２の形状をいう。第１柱状部１３０の平面形状と第２柱状部１３２の外形の平面形状の組み合わせは、たとえば第１柱状部１３０の平面形状も第２柱状部１３２の外形の平面形状も異方性を有しない場合である。具体的には、たとえば第１柱状部１３０の平面形状も第２柱状部１３２の外形の平面形状も、円形（図１４参照）や正方形とする場合などである。あるいは、第１柱状部１３０の平面形状は異方性を有しないで、第２柱状部１３２の外形の平面形状は異方性を有する場合などである。具体的には、たとえば、第１柱状部１３０の平面形状を円形や正方形などとし、第２柱状部１３２の外形の平面形状を楕円形や長方形などとする場合である。
本実施の形態に係る面発光レーザ２００においては、第２ミラー１０４および活性層１０３の側面ならびに第１ミラー１０２の上面を覆うようにして、絶縁層１０６が形成されている。
第２柱状部１３２および絶縁層１０６の上には、第１電極１０７が形成されている。さらに、第２柱状部１３２上面の中央部には、第１電極１０７が形成されていない部分（開口部）が設けられている。この部分が出射面１０８である。この出射面１０８がレーザ光の出射口となる。さらに、第１ミラー１０２の上面には、第２電極１０９が形成されている。
なお、本実施の形態においては、第２柱状部１３２は第２絶縁層１１５を有する例について述べたが、第２柱状部１３２は第２絶縁層１１５を有しないこともできる。
２−２．デバイスの動作
本実施の形態の面発光型半導体レーザ２００の一般的な動作を以下に示す。なお、下記の面発光型半導体レーザ２００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。第１の実施の形態と実質的に同じ動作についてはその詳細な説明を省略する。
本実施の形態の面発光型半導体レーザ２００では、第２柱状部１３２は孔部４０を有し、異方性を有する。そのため、第２柱状部１３２において、異方的な歪および光閉じ込めの異方性を得ることができる。この異方的な歪および光閉じ込めの異方性によって、出射されるレーザ光は偏波面が揃うことになる。すなわち、第２柱状部１３２が孔部４０を有することによって、レーザ光は偏光方向を制御されて出射される。具体的には、偏波面は孔部４０の存在しない方向に揃い、たとえば図１４の例では、偏波面はＹ方向に揃う。
また、本実施の形態の面発光型半導体レーザ２００では、第２柱状部１３２の孔部４０が、第２ミラー１０４を構成する物質とは熱膨張係数の異なる物質によって埋め込まれることができる。そのため、第２柱状部１３２の孔部４０による異方的な歪および光閉じ込めの異方性に加えて、孔部４０に埋め込まれた熱膨張係数の異なる物質によって、さらに異方的な歪を得ることができる。その結果、確実にレーザ光は偏光方向を制御されて出射される。
２−３．デバイスの製造プロセス
次に、本発明を適用した第２の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ２００の製造方法の一例について、図６、図７、図１８〜図２３を用いて説明する。図６、図７、図１８〜図２３は、図１４に示す本実施の形態の面発光型半導体レーザ２００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図１４に示す断面に対応している。第１の実施の形態と実質的に同じ工程については、その詳細な説明を省略する。
（１）まず、ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板１０１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６に示すように、半導体多層膜１５０を形成する。ここで、半導体多層膜１５０は、第１ミラー１０２、活性層１０３、および第２ミラー１０４とからなる。
なお、第２ミラー１０４を成長させる際に、活性層１０３近傍の少なくとも１層を、後に酸化され第１絶縁層１０５となるＡｌＡｓ層またはＡｌＧａＡｓ層に形成する。ここで、活性層１０３近傍とは、活性層１０３の上方であって、活性層１０３に近い位置でありながら、活性層１０３の信頼性に影響を与えにくい位置であり、たとえば活性層１０３より上方約１００ｎｍ〜５００ｎｍの位置である。
また、第２ミラー１０４を成長させる際に、前記第１絶縁層１０５となるＡｌＡｓ層またはＡｌＧａＡｓ層の上方の少なくとも１層を、後に酸化され第２絶縁層１１５となるＡｌＧａＡｓ層に形成する。第1絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層（第１ＡｌＧａＡｓ層）のＡｌ組成と、第２絶縁層１１５となるＡｌＧａＡｓ層（第２ＡｌＧａＡｓ層）のＡｌ組成は、それぞれ０．８５以上であって、第１ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、第２ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成よりも高くなるように形成する。第１ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成を第２ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成よりも高くすることの理由は、第１の実施の形態で述べた理由と同じである。
続いて、半導体多層膜１５０上に、レジストを塗布した後リソグラフィ法により該レジストをパターニングすることにより、図６に示すように、所定のパターンの第１マスク層Ｒ１００を形成する。第１マスク層Ｒ１００は、第１柱状部１３０（図１４参照）の形成予定領域の上方に形成する。第１マスク層Ｒ１００は、平面形状が異方性を有しないように形成する。これにより、第１柱状部１３０は、平面形状が異方性を有しないように形成されることができる。次いで、この第１マスク層Ｒ１００をマスクとして、たとえばドライエッチング法により、第２ミラー１０４の一部をエッチングして、図７に示すように、柱状の半導体堆積体（柱状部）１２８を形成する。その後、第１マスク層Ｒ１００を除去する。
次に、図１８に示すように、柱状部１２８上にリソグラフィ法により、所定のパターンの第２マスク層Ｒ２００を形成する。第２マスク層Ｒ２００は、第２柱状部１３２が有する孔部４０（図１４参照）の形成予定領域の上部以外の領域に形成する。第２マスク層Ｒ２００は、平面形状が異方性を有するように形成する。これにより、第２柱状部１３２は、平面形状が異方性を有するように形成されることができる。次いで、この第２マスク層Ｒ２００をマスクとして、たとえばドライエッチング法により、第２ミラー１０４、活性層１０３および第１ミラー１０２の一部をエッチングして、図１９に示すように、第１柱状部１３０および第２柱状部１３２を形成する。その後、第２マスク層Ｒ２００を除去する。
以上の工程により、半導体基板１０１上に、第１柱状部１３０および第２柱状部１３２を含む共振器が形成される。
続いて、図２０に示すように、たとえば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって共振器が形成された半導体基板１０１を投入することにより、前述の第２ミラー１０４中のＡｌ組成が高い層を側面から酸化して、第１絶縁層１０５および第２絶縁層１１５を同時に形成する。すなわち、第１絶縁層１０５および第２絶縁層１１５を同じプロセスで形成することができる。酸化レートは、炉の温度、水蒸気の供給量、酸化すべき層のＡｌ組成および膜厚に依存する。
以上の工程により、面発光レーザ２００のうち、発光素子として機能する部分（出射面１０８および電極１０７，１０９を除く）が形成される。
（２）次いで、第１ミラー１０２の一部、活性層１０３、および第２ミラー１０４を取り囲む絶縁層１０６を形成する（図１４参照）
ここでは、絶縁層１０６を形成するための材料として、ポリイミド樹脂を用いた場合について説明する。まず、たとえばスピンコート法を用いて、樹脂前駆体（ポリイミド前駆体）を共振器上に塗布して、樹脂前駆体層を形成する。このとき、孔部４０に樹脂前駆体を埋め込むことができる。あるいは、孔部４０に樹脂前駆体を埋め込まないこともできる。
次いで、この基板を、たとえばホットプレート等を用いて加熱して溶媒を除去した後、図２１に示すように、第２柱状部１３２の上面１３２ａを露出させる。
次いで、第２ミラー１０４の側方に存在する樹脂を除去して、第１ミラー１０２を露出させる（図２３参照）。第２ミラー１０４の側方に存在する樹脂を除去する方法としては、まず、図２２に示すように、樹脂前駆体層１０６ａを半硬化させることにより、半硬化樹脂層１０６ｂを形成する。次に、リソグラフィ法により、半硬化樹脂層１０６ｂおよび第２柱状部１３２において、下方に第２電極１０９を形成する予定の領域以外の領域上にレジスト層Ｒ３００を形成する。
次いで、ウエットエッチング法を用いてこの半導体基板１０１を処理することにより、図２３に示すように、第２ミラー１０４の側方に形成されていた半硬化樹脂層１０６ｂを除去して、第１ミラー１０２を露出させる。その後、レジスト層Ｒ３００を除去する。続いて、この半導体基板１０１を、たとえば３５０℃程度の炉に入れて、半硬化樹脂層１０６ｂをイミド化させることにより、ほぼ完全に硬化した絶縁層１０６が得られる。なお、図示の例においては、孔部４０に絶縁層１０６と同じ材質の物質を埋め込む例について述べたが、孔部４０には絶縁層１０６とは異なる材質の物質を埋め込むこともできる。
（３）次に、活性層１０３に電流を注入するための第１電極１０７、第２電極１０９、およびレーザ光の出射面１０８（図１４参照）を形成する工程について説明する。
まず、たとえば真空蒸着法により絶縁層１０６および第２柱状部１３２の上面に、たとえばＡｕとＺｎの合金とＡｕとの積層膜を形成した後、リフトオフ法により、第２柱状部１３２の上面に、前記積層膜が形成されていない部分を形成する。この部分が出射面１０８となる。
また、第１ミラー１０２の露出している上面に、たとえば真空蒸着法により、たとえばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜を形成する。次いで、アニール処理する。アニール処理の温度は電極材料に依存する。以上の工程により、第１電極１０７および第２電極１０９が形成される。
以上のプロセスにより、図１４に示す面発光型半導体レーザ２００が得られる。
２−４．作用および効果
本実施の形態に係る面発光型半導体レーザ２００の主な作用および効果を以下に示す。
（１）本実施の形態の面発光型半導体レーザ２００によれば、第１柱状部１３０および電流狭窄層として機能する第１絶縁層１０５の平面形状は異方性を有しない。そのため、第１柱状部１３０において、特に活性層１０３の近傍において、電流は均一に流れる。すなわち、このような第１柱状部１３０および第１絶縁層１０５では、第１柱状部１３０における電流密度分布に偏りが生じないため、エネルギー利用効率は、第１柱状部および第１絶縁層の平面形状が異方性を有する場合に比べ高くなる。
また、本実施の形態の面発光型半導体レーザ２００によれば、第２柱状部１３２の平面形状は異方性を有する。すなわち、第２柱状部１３２は孔部４０を有する。そのため、第２柱状部１３２において、異方的な歪および光閉じ込めの異方性を得ることができる。したがって、第２柱状部１３２によって、出射されるレーザの偏光方向を制御することが可能となる。
したがって、本実施の形態の面発光型半導体レーザ１００によれば、エネルギー利用効率を維持しつつ、レーザ光の偏光方向を制御することが可能である。
（２）本実施の形態の面発光型半導体レーザ２００によれば、第２柱状部１３２は、第２絶縁層１１５を有することができる。この第２絶縁層１１５によって、異方的な歪が少なくとも第２柱状部１３２に付加されて、さらに容易に偏光方向の制御が可能となる。また、この第２絶縁層１１５の平面形状は異方性を有することができる。そのため、第２柱状部１３２の平面形状による光閉じ込めの異方性に加えて、さらに第２絶縁層１１５の平面形状によって光閉じ込めの異方性を得ることができる。この第２絶縁層１１５は、活性層１０３から十分に離れた位置に形成されており、活性層１０３の信頼性には影響を与えることなく、上述の作用・効果を達成することができる。
（３）本実施の形態の面発光型半導体レーザ２００によれば、第２柱状部１３２の孔部４０が第１絶縁層１０５の垂直上方の領域内にあることによって、すなわち、第１絶縁層１０５の開口部の上方には、孔部４０が存在しないことによって、レーザ発光効率の低減が防止され、特定の放射モードのみが孔部４０の影響を受けるようにすることができる。
以上、本発明の実施の形態の例について述べたが、本発明はこれらに限定されず、その要旨の範囲内で各種の態様を取りうる。たとえば、上述した本発明の実施の形態では、第１柱状部１３０の平面形状は、異方性を有しない例について述べたが、第１柱状部１３０の平面形状は、異方性を有することもできる。第１柱状部１３０の平面形状も異方性を有することによって、より偏波面の制御が容易となる。この場合、異方性の度合いは、第１柱状部１３０の方が第２柱状部１３２よりも低くなるように設定される。ここで、異方性の度合いとは、光閉じ込めの異方性、あるいは異方的な歪による偏波面の制御効果の度合いである。第１柱状部１３０の方が第２柱状部１３２よりも異方性の度合いが低いことによって、エネルギー利用効率を維持しつつ、レーザ光の偏光方向を制御することが可能となる。
また、たとえば、本発明の実施の形態では、第２ミラー１０４が第１絶縁層１０５を有する例について述べたが、第１ミラー１０２が第１絶縁層１０５を有することもできる。
また、たとえば、本発明の実施の形態では、第１柱状部１３０は、第１ミラー１０２および活性層１０３を含む例について述べたが、第１柱状部１３０は、第１ミラー１０２を含まないこともできる。また、第１柱状部１３０は、第１ミラー１０２および活性層１０３を含まないこともできる。この場合、第２ミラー１０４は、第１柱状部１３０の全部を含む。
実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図および面発光型半導体レーザの要部を模式的に示す平面図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの要部を模式的に示す図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの要部を模式的に示す図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの要部を模式的に示す図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図および面発光型半導体レーザの要部を模式的に示す平面図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図および面発光型半導体レーザの要部を模式的に示す平面図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの要部を模式的に示す図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの要部を模式的に示す図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの要部を模式的に示す図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図。 実施の形態にかかる面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図。
符号の説明
１０ 第１円、２０ 第２円、３０ 第３円、４０ 孔部、５０，５２ 同心円、５４ リング部、１００ 面発光型半導体レーザ、１０１ 半導体基板、１０２ 第１ミラー、１０３ 活性層、１０４ 第２ミラー、１０５ 第１絶縁層、１０６ 絶縁層、１０７ 第１電極、１０８ 出射面、１０９ 第２電極、１１０，１１２ 開口部、１１５ 第２絶縁層、１２０，１２２ リング形状部、１３０ 第１柱状部、１３２ 第２柱状部、１５０ 半導体多層膜、２００ 面発光型半導体レーザ

Claims (17)

  1. 基板の上方に形成された第１ミラーと、活性層と、第２ミラーと、を有する面発光型半導体レーザにおいて、
    前記活性層の近傍に形成された、開口部を有する絶縁層を含む第１柱状部と、
    前記第１柱状部の上方に形成された第２柱状部と、を含み、
    前記第２柱状部の平面形状は異方性を有する、面発光型半導体レーザ。
  2. 請求項１において、
    前記第１柱状部の平面形状は異方性を有しない、面発光型半導体レーザ。
  3. 請求項１または２において、
    前記第２柱状部は、前記絶縁層の垂直上方の領域内に、少なくとも１つの孔部を有する、面発光型半導体レーザ。
  4. 請求項３において、
    前記孔部の平面形状は異方性を有する、面発光型半導体レーザ。
  5. 請求項３または４において、
    前記孔部は、前記絶縁層の開口部を中心にして対称的に配置されている、面発光型半導体レーザ。
  6. 請求項３〜５のいずれかにおいて、
    前記孔部は、前記第２ミラーを構成する物質とは熱膨張係数の異なる物質にて埋め込まれている、面発光型半導体レーザ。
  7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、
    前記第２柱状部は、少なくとも１つの他の絶縁層を含み、
    前記他の絶縁層は、前記絶縁層の垂直上方の領域内にのみ存在する、面発光型半導体レーザ。
  8. 請求項７において、
    前記他の絶縁層は、前記第２柱状部の周縁に沿ってリング状に形成されている、面発光型半導体レーザ。
  9. 請求項７または８において、
    前記他の絶縁層は、さらに前記孔部の周囲に形成されている、面発光型半導体レーザ。
  10. 請求項７〜９のいずれかにおいて、
    前記絶縁層および前記他の絶縁層は、ＡｌＧａＡｓ層を側面から酸化したものである、面発光型半導体レーザ。
  11. 請求項１０において、
    前記絶縁層を形成するためのＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、前記他の絶縁層を形成するためのＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成よりも高い、面発光型半導体レーザ。
  12. 第１ミラーと、活性層と、第２ミラーと、を有する面発光型半導体レーザの製造方法において、
    基板の上方に半導体層を積層する工程と、
    第１マスク層を用いて、前記半導体層をエッチングすることにより柱状部を形成する工程と、
    平面形状が異方性を有する第２マスク層を用いて、前記半導体層および前記柱状部をエッチングすることにより、第１柱状部および該第１柱状部の上方に平面形状が異方性を有する第２柱状部を形成する工程と、
    前記第１柱状部内の前記活性層近傍に、開口部を有する絶縁層を形成する工程と、を含む、面発光型半導体レーザの製造方法。
  13. 請求項１２において、
    前記第２柱状部は、前記絶縁層の垂直上方の領域内に、少なくとも１つの孔部を有するように形成される、面発光型半導体レーザの製造方法。
  14. 請求項１２または１３において、
    前記絶縁層は、前記第１柱状部を構成する層の一部を酸化して形成される、面発光型半導体レーザの製造方法。
  15. 請求項１２〜１４のいずれかにおいて、
    前記第２柱状部内における前記絶縁層の垂直上方の領域内にのみ、少なくとも１つの他の絶縁層を形成する工程を含む、面発光型半導体レーザの製造方法。
  16. 請求項１５において、
    前記絶縁層を形成する工程と、前記他の絶縁層を形成する工程とは、同一のプロセスで行われる、面発光型半導体レーザの製造方法。
  17. 請求項１５または１６において、
    前記他の絶縁層は、前記第２柱状部を構成する層の一部を酸化して形成される、面発光型半導体レーザの製造方法。
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