JP2010040605A5 - 面発光レーザおよびその製造方法、面発光レーザアレイの製造方法、および面発光レーザアレイを備えている光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、面発光レーザおよびその製造方法、面発光レーザアレイの製造方法、および面発光レーザアレイを備えている光学機器に関する。

本発明は、高精度な層厚制御を行うことができ、再現性かつ均一性良くシングルモード動作することが可能となる凹型の表面レリーフ構造を備えた面発光レーザおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、上記面発光レーザの製造方法による面発光レーザで構成される面発光レーザアレイの製造方法、および面発光レーザアレイを備えている光学機器を提供することを目的とする。

本発明は、つぎのように構成した面発光レーザおよびその製造方法、面発光レーザアレイの製造方法、および面発光レーザアレイを備えている光学機器を提供するものである。
本発明の面発光レーザは、基板上に、下部反射ミラー、活性層、上部反射ミラーが積層されており、
前記上部反射ミラーの光出射部に、反射率の低い領域と該反射率の低い領域の中央部に形成された凹形状の反射率の高い領域とからなる反射率を制御するための構造を備え、波長λで発振する面発光レーザであって、
前記上部反射ミラーが複数の層を積層した積層構造体による多層膜反射鏡で構成され、前記多層膜反射鏡は、該多層膜反射鏡上の光出射周辺部に、λ／８以上３λ／８以下の光学的厚さを持つ位相調整層を備え、
前記位相調整層内にバンド間吸収を生じる吸収層が設けられていることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザは、基板上に、下部反射ミラー、活性層、上部反射ミラーが積層されてなり、
前記上部反射ミラーの光出射部に、反射率の低い領域と該反射率の低い領域の中央部に形成された凹形状の反射率の高い領域とからなる反射率を制御するための構造を備え、波長λで発振する面発光レーザであって、
前記上部反射ミラーが複数の層を積層した積層構造体による多層膜反射鏡で構成され、前記多層膜反射鏡は、該多層膜反射鏡上の光出射周辺部に、λ／８以上３λ／８以下の光学的厚さを持つ位相調整層を備え、
前記多層膜反射鏡を構成する前記積層構造体において真ん中に積層されている層よりも表面側に、バンド間吸収を生じる吸収層が設けられていることを特徴とする。
また、本発明の光学機器は、上記した面発光レーザアレイを複数個配置して構成されている面発光レーザアレイを光源として備えていることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、基板上に、下部反射ミラー、活性層、上部反射ミラーが順次積層され、
前記上部反射ミラーの光出射部に、反射率の低い領域と該反射率の低い領域の中央部に凹形状の反射率の高い領域からなる反射率を制御するための構造を形成し、波長λで発振する面発光レーザを製造する面発光レーザの製造方法であって、
前記上部反射ミラーとして、複数の層を積層した積層構造体による多層膜反射鏡を形成する工程と、
バンド間吸収を生じる吸収層を有する反射率を下げるための位相調整層を、前記多層膜反射鏡上に形成する工程と、
前記位相調整層を形成する工程の後に、前記位相調整層の表面に光を照射することによって反射スペクトルを測定する工程と、
前記反射スペクトルを測定する工程において得られたブロードなディップ波長を測定する工程と、
前記ディップ波長に基づいて、前記位相調整層の厚さを調整する工程と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、基板上に、下部反射ミラー、活性層、上部反射ミラーが順次積層され、
前記上部反射ミラーの光出射部に、反射率の低い領域と該反射率の低い領域の中央部に凹形状の反射率の高い領域からなる反射率を制御するための構造を形成し、波長λで発振する面発光レーザを製造する面発光レーザの製造方法であって、
前記上部反射ミラーとして、複数の層を積層した積層構造体による多層膜反射鏡を形成する際に、前記積層構造体において真ん中に積層されている層よりも表面側に、バンド間吸収を生じる吸収層を、前記積層構造体中に形成する工程と、 前記積層構造体に光を照射することによって反射スペクトルを測定する工程と、

前記反射スペクトルを測定する工程において得られたブロードなディップ波長を測定する工程と、
前記上部反射ミラーである多層膜反射鏡を形成した後に、該多層膜反射鏡上に反射率を下げるための位相調整層を形成する工程と、
前記ディップ波長に基づいて、前記位相調整層の厚さを調整する工程と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイの製造方法は、上記したいずれかに記載の面発光レーザの製造方法による面発光レーザを複数個配置する面発光レーザアレイの製造方法を構成することができる。

本発明によれば、高精度な層厚制御を行うことができ、再現性かつ均一性良くシングルモード動作することが可能となる凹型の表面レリーフ構造を備えた面発光レーザおよびその製造方法を実現することができる。
また、本発明によれば、上記面発光レーザの製造方法による面発光レーザで構成される面発光レーザアレイの製造方法、および面発光レーザアレイを備えている光学機器を実現することができる。

Claims (21)

1. 基板上に、下部反射ミラー、活性層、上部反射ミラーが積層されており、
   前記上部反射ミラーの光出射部に、反射率の低い領域と該反射率の低い領域の中央部に形成された凹形状の反射率の高い領域とからなる反射率を制御するための構造を備え、波長λで発振する面発光レーザであって、
   前記上部反射ミラーが複数の層を積層した積層構造体による多層膜反射鏡で構成され、前記多層膜反射鏡は、該多層膜反射鏡上の光出射周辺部に、λ／８以上３λ／８以下の光学的厚さを持つ位相調整層を備え、
   前記位相調整層内にバンド間吸収を生じる吸収層が設けられていることを特徴とする面発光レーザ。
2. 前記吸収層の吸収係数は、前記波長λに対して５０００ｃｍ ^−１ 以上であることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ。
3. 前記吸収層は、前記位相調整層の厚さ方向の真ん中に位置する層あるいは該真ん中に位置する層より表面側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ。
4. 前記吸収層は、厚さが１０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ。
5. 基板上に、下部反射ミラー、活性層、上部反射ミラーが積層されてなり、
   前記上部反射ミラーの光出射部に、反射率の低い領域と該反射率の低い領域の中央部に形成された凹形状の反射率の高い領域とからなる反射率を制御するための構造を備え、波長λで発振する面発光レーザであって、
   前記上部反射ミラーが複数の層を積層した積層構造体による多層膜反射鏡で構成され、前記多層膜反射鏡は、該多層膜反射鏡上の光出射周辺部に、λ／８以上３λ／８以下の光学的厚さを持つ位相調整層を備え、
   前記多層膜反射鏡を構成する前記積層構造体において真ん中に積層されている層よりも表面側に、バンド間吸収を生じる吸収層が設けられていることを特徴とする面発光レーザ。
6. 前記吸収層の吸収係数は、前記波長λに対して５０００ｃｍ ^−１ 以上であることを特徴とする請求項５に記載の面発光レーザ。
7. 前記吸収層が、前記積層構造体の表面側から５ペア以内に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の面発光レーザ。
8. 前記吸収層は、前記多層膜反射鏡の表面側からみて、前記多層膜反射鏡における高屈折率層から低屈折率層へ移る界面に、該吸収層の一部が含まれるように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の面発光レーザ。
9. 前記吸収層は、厚さが２ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の面発光レーザ。
10. 前記位相調整層は、前記多層膜反射鏡に対して選択エッチングすることによって構成されていることを特徴とする請求項５に記載の面発光レーザ。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の面発光レーザを複数個配置して構成されている面発光レーザアレイを光源として備えていることを特徴とする光学機器。
12. 基板上に、下部反射ミラー、活性層、上部反射ミラーが順次積層され、
    前記上部反射ミラーの光出射部に、反射率の低い領域と該反射率の低い領域の中央部に凹形状の反射率の高い領域からなる反射率を制御するための構造を形成し、波長λで発振する面発光レーザを製造する面発光レーザの製造方法であって、
    前記上部反射ミラーとして、複数の層を積層した積層構造体による多層膜反射鏡を形成する工程と、
    バンド間吸収を生じる吸収層を有する反射率を下げるための位相調整層を、前記多層膜反射鏡上に形成する工程と、
    前記位相調整層を形成する工程の後に、前記位相調整層の表面に光を照射することによって反射スペクトルを測定する工程と、
    前記反射スペクトルを測定する工程において得られたブロードなディップ波長を測定する工程と、
    前記ディップ波長に基づいて、前記位相調整層の厚さを調整する工程と、
    を有することを特徴とする面発光レーザの製造方法。
13. 前記吸収層の吸収係数は、前記波長λに対して５０００ｃｍ ^−１ 以上であることを特徴とする請求項１２に記載の面発光レーザの製造方法。
14. 前記吸収層を形成するに際し、該吸収層を前記位相調整層の厚さ方向の真ん中に位置する層あるいは該真ん中に位置する層より表面側に形成する工程を有することを特徴とする請求項１２に記載の面発光レーザの製造方法。
15. 基板上に、下部反射ミラー、活性層、上部反射ミラーが順次積層され、
    前記上部反射ミラーの光出射部に、反射率の低い領域と該反射率の低い領域の中央部に凹形状の反射率の高い領域からなる反射率を制御するための構造を形成し、波長λで発振する面発光レーザを製造する面発光レーザの製造方法であって、
    前記上部反射ミラーとして、複数の層を積層した積層構造体による多層膜反射鏡を形成する際に、前記積層構造体において真ん中に積層されている層よりも表面側に、バンド間吸収を生じる吸収層を、前記積層構造体中に形成する工程と、 前記積層構造体に光を照射することによって反射スペクトルを測定する工程と、
    
    前記反射スペクトルを測定する工程において得られたブロードなディップ波長を測定する工程と、
    前記上部反射ミラーである多層膜反射鏡を形成した後に、該多層膜反射鏡上に反射率を下げるための位相調整層を形成する工程と、
    前記ディップ波長に基づいて、前記位相調整層の厚さを調整する工程と、
    を有することを特徴とする面発光レーザの製造方法。
16. 前記吸収層の吸収係数は、前記波長λに対して５０００ｃｍ ^−１ 以上であることを特徴とする請求項１５に記載の面発光レーザの製造方法。
17. 前記吸収層を形成するに際し、該吸収層を前記積層構造体の表面側から５ペア以内に形成する工程を有することを特徴とする請求項１５に記載の面発光レーザの製造方法。
18. 前記吸収層を形成するに際し、前記多層膜反射鏡の表面側からみて、前記多層膜反射鏡における高屈折率層から低屈折率層へ移る界面に、
    前記吸収層の一部が含まれるように形成する工程を有することを特徴とする請求項１５に記載の面発光レーザの製造方法。
19. 前記吸収層を形成するに際し、該吸収層の厚さが２ｎｍ以上３０ｎｍ以下になるように形成する工程を有することを特徴とする請求項１５に記載の面発光レーザの製造方法。
20. 前記上部反射ミラーの光出射部における前記凹形状を形成するに際し、前記位相調整層を前記多層膜反射鏡に対して選択エッチングすることによって形成する工程を有することを特徴とする請求項１５に記載の面発光レーザの製造方法。
21. 請求項１２または請求項１５に記載の面発光レーザの製造方法による面発光レーザを複数個配置することを特徴とする面発光レーザアレイの製造方法。