JP2022181353A - 垂直共振型面発光レーザ - Google Patents

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Abstract

【課題】小さい近視野像を有するレーザ光を出射できる垂直共振型面発光レーザを提供する。【解決手段】本開示の一側面に係る垂直共振型面発光レーザは、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む主面を有する基板と、主面上に設けられたポストを有する半導体構造物と、を備える。主面は、（１００）面に対して２°よりも大きいオフ角を有する。ポストは、主面に交差する第１方向に配列された活性層及び電流狭窄層を含む。電流狭窄層は、アパーチャー部と、アパーチャー部を取り囲む絶縁部と、を含む。電流狭窄層は、第１方向に直交する断面において一軸対称形状又は非対称形状を有する。【選択図】図２

Description

本開示は、垂直共振型面発光レーザに関する。
特許文献１は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む主面を有する基板と、主面上に設けられたポストを有する半導体構造物とを備える垂直共振型面発光レーザを開示する。ポストは、主面に直交する方向に配列された活性層及び電流狭窄層を含む。垂直共振型面発光レーザは、複数のモードを含むレーザ光を出射する。
特開２０１９－２１２６６９号公報
本発明者は、基板の主面が小さいオフ角を有する場合、低次モードではなく高次モードが支配的になることを見出した。低次モードは、レーザ光の横断面の中心において大きい光出力を有する。高次モードは、レーザ光の横断面の外側において大きい光出力を有する。高次モードが支配的になると、近視野像（ＮＦＰ：Near Field Pattern）が広がる傾向にある。
本開示は、小さい近視野像を有するレーザ光を出射できる垂直共振型面発光レーザを提供する。
本開示の一側面に係る垂直共振型面発光レーザは、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む主面を有する基板と、前記主面上に設けられたポストを有する半導体構造物と、を備え、前記主面は、（１００）面に対して２°よりも大きいオフ角を有し、前記ポストは、前記主面に交差する第１方向に配列された活性層及び電流狭窄層を含み、前記電流狭窄層は、アパーチャー部と、前記アパーチャー部を取り囲む絶縁部と、を含み、前記電流狭窄層は、前記第１方向に直交する断面において一軸対称形状又は非対称形状を有する。
本開示によれば、小さい近視野像を有するレーザ光を出射できる垂直共振型面発光レーザが提供される。
図１は、一実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを模式的に示す平面図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。 図３は、一実施形態に係る垂直共振型面発光レーザの電流狭窄層の断面図である。 図４は、第１変形例に係る電流狭窄層の断面図である。 図５は、第２変形例に係る電流狭窄層の断面図である。 図６は、他の実施形態に係る垂直共振型面発光レーザの電流狭窄層の断面図である。 図７は、他の実施形態に係る垂直共振型面発光レーザの電流狭窄層の断面図である。 図８は、第１実験例、第２実験例及び第３実験例の垂直共振型面発光レーザから出射されるレーザ光の光出力分布を示す図である。 図９は、第１実験例の垂直共振型面発光レーザにおいて、バイアス電流とレーザ光の各モードの光出力との関係を示すグラフである。 図１０は、第２実験例の垂直共振型面発光レーザにおいて、バイアス電流とレーザ光の各モードの光出力との関係を示すグラフである。 図１１は、第３実験例の垂直共振型面発光レーザにおいて、バイアス電流とレーザ光の各モードの光出力との関係を示すグラフである。
［本開示の実施形態の説明］
一実施形態に係る垂直共振型面発光レーザは、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む主面を有する基板と、前記主面上に設けられたポストを有する半導体構造物と、を備え、前記主面は、（１００）面に対して２°よりも大きいオフ角を有し、前記ポストは、前記主面に交差する第１方向に配列された活性層及び電流狭窄層を含み、前記電流狭窄層は、アパーチャー部と、前記アパーチャー部を取り囲む絶縁部と、を含み、前記電流狭窄層は、前記第１方向に直交する断面において一軸対称形状又は非対称形状を有する。
上記垂直共振型面発光レーザでは、基板の主面が比較的大きいオフ角を有する。この場合、出射されるレーザ光において、低次モードが支配的となる。よって、小さい近視野像を有するレーザ光を出射できる。低次モードが支配的となる理由は、電流狭窄層のアパーチャー部の断面における電流分布の偏りが緩和されるからと推測される。
さらに、電流狭窄層の断面は、一軸対称形状又は非対称形状を有する。この場合、電流狭窄層の断面が２つ以上の軸に対して対称な形状を有する場合に比べて、活性層に供給される電流の値が変化しても支配的なモードが変化し難い。その結果、電流の値の変化に応じたレーザ光の光出力分布の変化を小さくすることができる。
前記オフ角は６°以上であってもよい。
前記アパーチャー部は、前記断面において非対称形状を有してもよい。
前記アパーチャー部は、ＩＩＩ族元素としてアルミニウムを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含み、前記絶縁部は、アルミニウム酸化物を含んでもよい。この場合、アルミニウムを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を酸化させることによって絶縁部を形成できる。
前記半導体構造物は、第１分布ブラッグ反射器及び第２分布ブラッグ反射器を含み、前記第１方向において、前記活性層は、前記第１分布ブラッグ反射器と前記第２分布ブラッグ反射器との間に配置されてもよい。この場合、第１分布ブラッグ反射器と第２分布ブラッグ反射器との間において共振器が形成される。
前記垂直共振型面発光レーザは、前記電流狭窄層を通って前記活性層に電流が供給されることによって、複数のモードを含むレーザ光を出射するように構成され、前記複数のモードは、最大波長を有する０次モードと、２番目に大きい波長を有する１次モードと、３番目に大きい波長を有する２次モードと、を含み、前記電流の値が１．５ｍＡ以上１０ｍＡ以下の範囲において、前記複数のモードの光出力のうち前記２次モードの光出力が最大であってもよい。この場合、上記範囲にわたって電流の値が変化しても、レーザ光の光出力分布の変化が小さい。
［本開示の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照しながら本開示の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。図において必要に応じてＸＹＺ座標軸が示される。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は互いに交差（例えば直交）する。
図１は、一実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを模式的に示す平面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。図１及び図２に示される垂直共振型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）１０は、基板１２と半導体構造物ＳＴとを備える。
基板１２は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む主面１２ａを有する。基板１２は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板であってもよいし、主面１２ａに設けられたＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層を支持するベース基板とを備えてもよい。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体は、例えばＧａＡｓを含む。
基板１２の主面１２ａは、（１００）面に対して２°よりも大きいオフ角を有する。オフ角は６°以上であってもよい。オフ角は２５°以下であってもよい。主面１２ａの法線ベクトル（Ｚ軸方向の正方向）は、例えば（１００）面の法線ベクトルである＜１００＞方向から＜１－１－１＞方向にオフ角だけ傾斜した方向である。Ｘ軸方向の正方向は、例えば＜０１－１＞方向からオフ角だけ傾斜した方向となる。Ｙ軸方向の正方向は、例えば＜０－１－１＞方向からオフ角だけ傾斜した方向となる。
半導体構造物ＳＴは、主面１２ａ上に設けられたポストＰＳを有する。ポストＰＳの周囲には例えばトレンチＴＲが設けられる。半導体構造物ＳＴは、主面１２ａとポストＰＳとの間に配置された第１下部分布ブラッグ反射器１４を有してもよい。第１下部分布ブラッグ反射器１４は、第１導電型（例えばｎ型）の半導体積層構造を有する。半導体積層構造は、Ｚ軸方向に交互に配列された第１半導体層及び第２半導体層を含む。第１半導体層及び第２半導体層は、互いに異なる屈折率を有する。
ポストＰＳは、主面１２ａに交差（例えば直交）する第１方向（Ｚ軸方向）に配列された活性層２０及び電流狭窄層２６を含む。活性層２０は例えば量子井戸構造を有する。電流狭窄層２６は、アパーチャー部２６ａと、アパーチャー部２６ａを取り囲む絶縁部２６ｂとを含む。Ｚ軸方向に沿った第１軸線Ａｘ１はアパーチャー部２６ａを通る。アパーチャー部２６ａは、ＩＩＩ族元素としてアルミニウムを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含んでもよい。アパーチャー部２６ａは、例えばＡｌＧａＡｓを含む。絶縁部２６ｂは、例えばアルミニウム酸化物を含む。この場合、例えば水等を用いて、アルミニウムを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を酸化させることによって絶縁部２６ｂを形成できる。
ポストＰＳは、活性層２０と第１下部分布ブラッグ反射器１４との間に配置された第２下部分布ブラッグ反射器１６を含んでもよい。第２下部分布ブラッグ反射器１６は、第１導電型（例えばｎ型）の半導体積層構造を有する。半導体積層構造は、Ｚ軸方向に交互に配列された第３半導体層及び第４半導体層を含む。第３半導体層及び第４半導体層は、互いに異なる屈折率を有する。第１下部分布ブラッグ反射器１４及び第２下部分布ブラッグ反射器１６は、第１分布ブラッグ反射器に含まれる。活性層２０は、電流狭窄層２６と第２下部分布ブラッグ反射器１６との間に配置され得る。活性層２０と第２下部分布ブラッグ反射器１６との間にスペーサ層１８が配置されてもよい。活性層２０と電流狭窄層２６との間にスペーサ層２２が配置されてもよい。
ポストＰＳは、上部分布ブラッグ反射器２４（第２分布ブラッグ反射器）を含んでもよい。第１下部分布ブラッグ反射器１４及び第２下部分布ブラッグ反射器１６と上部分布ブラッグ反射器２４との間には、共振器が形成される。上部分布ブラッグ反射器２４は、第２導電型（例えばｐ型）の半導体積層構造を有する。半導体積層構造は、Ｚ軸方向に交互に配列された第５半導体層及び第６半導体層を含む。第５半導体層及び第６半導体層は、互いに異なる屈折率を有する。上部分布ブラッグ反射器２４は、電流狭窄層２６を含んでもよい。この場合、電流狭窄層２６は、上部分布ブラッグ反射器２４の上部と下部との間に配置される。電流狭窄層２６は、上部分布ブラッグ反射器２４と活性層２０との間に配置されてもよい。
ポストＰＳの上面及び側面上には、絶縁層５０が設けられてもよい。ポストＰＳの上面において絶縁層５０は開口５０ａを有する。開口５０ａ内には、ポストＰＳの上面に電気的に接続された第１電極３０が設けられてもよい。第１電極３０は、第１軸線Ａｘ１を取り囲むリング形状を有する。第１電極３０は、配線導体３２によりパッド電極３４に接続される。トレンチＴＲの底において、第１下部分布ブラッグ反射器１４に電気的に接続された第２電極４０が設けられてもよい。第２電極４０は、配線導体４２によりパッド電極４４に接続される。第１電極３０及び第２電極４０には、バイアス電源６０が電気的に接続され得る。具体的には、バイアス電源６０は、配線によってパッド電極３４及びパッド電極４４に接続される。バイアス電源６０は、第１電極３０と第２電極４０との間に電圧を印加することができる。
第１電極３０と第２電極４０との間に電圧が印加されると、電流狭窄層２６を通って活性層２０にバイアス電流が供給される。これにより、複数のモード（横モード）を含むレーザ光ＬがＺ軸方向に出射される。垂直共振型面発光レーザ１０は、電流狭窄層２６を通って活性層２０にバイアス電流が供給されることによって、複数のモードを含むレーザ光Ｌを出射するように構成される。レーザ光Ｌは、第１軸線Ａｘ１に沿って出射される。複数のモードは、０次モード、１次モード、２次モード、・・・ｎ次モードを含む。ｎは例えば５以上の整数である。０次モードは最大波長を有する。次数が大きくなるに連れて波長は小さくなるとすると、１次モードは２番目に大きい波長を有する。２次モードは、３番目に大きい波長を有する。ｎ次モードはｎ＋１番目に大きい波長を有する。垂直共振型面発光レーザ１０では、バイアス電流の値が１．５ｍＡ以上１０ｍＡ以下の範囲又は４ｍＡ以上８ｍＡ以下の範囲において、複数のモードの光出力のうち２次モードの光出力が最大であってもよい。
図３は、電流狭窄層２６の断面図である。図３に示されるように、電流狭窄層２６は、Ｚ軸方向に直交する断面（ＸＹ断面）において一軸対称形状を有する。一軸対称形状は、単一軸に対して対称な形状である。電流狭窄層２６は、Ｘ軸方向に沿った第２軸線Ａｘ２のみに対して対称な形状を有する。電流狭窄層２６は、ＸＹ断面において、第２軸線Ａｘ２以外の全ての軸に対して非対称な形状を有する。第２軸線Ａｘ２上において、第１軸線Ａｘ１から一方の縁までの距離は、第１軸線Ａｘ１から他方の縁までの距離よりも大きい。電流狭窄層２６は、ＸＹ断面において、例えば第１軸線Ａｘ１を中心とする円弧部分と、Ｙ軸方向に延在する直線部分とを含む形状を有する。円弧部分の中心角は例えば１８０°より大きい。直線部分の長さは、例えば円弧部分の直径よりも短く、円弧部分の半径よりも大きい。ポストＰＳもＸＹ断面において電流狭窄層２６と同じ形状を有する。
アパーチャー部２６ａは、ＸＹ断面において基板１２の主面１２ａと同じオフ角を有する。アパーチャー部２６ａは、ＸＹ断面において非対称形状を有する。アパーチャー部２６ａは、ＸＹ断面において全ての軸に対して非対称な形状を有する。アパーチャー部２６ａのＹ軸方向における最大長さは、Ｘ軸方向における最大長さよりも大きい。アパーチャー部２６ａは、例えば互いに異なる長さの三辺を有する三角形の形状を有する。最も長い辺は、Ｙ軸方向に沿って延在する。三角形の各頂点は丸められてもよい。
図４は、第１変形例に係る電流狭窄層の断面図である。本変形例では、アパーチャー部２６ａは、ＸＹ断面において非対称形状を有する。アパーチャー部２６ａは、例えば互いに異なる長さの五辺を有する五角形の形状を有する。最も長い辺は、Ｙ軸方向に沿って延在する。他の四辺は、Ｙ軸方向において、最も長い辺の両端間に位置する。五角形の各頂点は丸められてもよい。
図５は、第２変形例に係る電流狭窄層の断面図である。本変形例では、アパーチャー部２６ａは、ＸＹ断面において非対称形状を有する。アパーチャー部２６ａは、例えば互いに異なる長さの六辺を有する六角形の形状を有する。最も長い辺は、Ｙ軸方向に沿って延在する。他の五辺は、Ｙ軸方向において、最も長い辺の両端間に位置する。六角形の各頂点は丸められてもよい。
アパーチャー部２６ａの形状及び面積は、例えばＸＹ断面における電流狭窄層２６の面積、絶縁部２６ｂを形成する際の酸化時間、基板１２の主面１２ａのオフ角等により調整可能である。ＸＹ断面における電流狭窄層２６の面積が小さいと、アパーチャー部２６ａの形状は、図３の三角形の形状に近づく。ＸＹ断面における電流狭窄層２６の面積が大きいと、アパーチャー部２６ａの形状は、図４の五角形の形状に近づく。ＸＹ断面における電流狭窄層２６の面積が更に大きいと、アパーチャー部２６ａの形状は、図５の六角形の形状に近づく。アパーチャー部２６ａの形状は、他の多角形の形状であってもよいし、曲線を含む形状であってもよい。アパーチャー部２６ａの面積は、例えば絶縁部２６ｂを形成する際の酸化時間を短くすると、小さくなる。ＸＹ断面におけるアパーチャー部２６ａの面積は、例えば７μｍ２以上１００μｍ２以下又は１２μｍ２以上１００μｍ２以下である。アパーチャー部２６ａの面積が７μｍ２より小さいと、バイアス電流を増加させても単一横モード（０次モードのみ）のレーザ発振が維持され、レーザ光Ｌの中に複数のモードが含まれにくい。アパーチャー部２６ａの面積が１２μｍ２より小さいと、バイアス電流が小さいときに、レーザ光Ｌの中に複数のモードが含まれにくい。
図５のＸＹ断面において、電流狭窄層２６は、電流狭窄層２６の縁とアパーチャー部２６ａの縁との間の第１距離Ｄ１から第５距離Ｄ５を有する。第１距離Ｄ１から第５距離Ｄ５は、ＸＹ断面において、時計回りに４５°ずつ回転した５つの方向に順に延在する。第１距離Ｄ１及び第５距離Ｄ５はＹ軸方向に沿って延在する。第５距離Ｄ５は、第２軸線Ａｘ２に対して第１距離Ｄ１と反対側に位置する。第２距離Ｄ２及び第４距離Ｄ４はＹ軸方向に対して４５°傾斜した方向に沿って延在する。第４距離Ｄ４は、第２軸線Ａｘ２に対して第２距離Ｄ２と反対側に位置する。第３距離Ｄ３は、Ｘ軸方向に沿って延在する。
第３距離Ｄ３におけるＩＩＩ族元素（例えばアルミニウム）の結合手は１本である。一方、第２距離Ｄ２及び第４距離Ｄ４のそれぞれにおけるＩＩＩ族元素の結合手は２本である。よって、第３距離Ｄ３における酸化プロセスの進行は、第２距離Ｄ２及び第４距離Ｄ４のそれぞれにおける酸化プロセスの進行よりも遅くなる。したがって、第３距離Ｄ３は、第２距離Ｄ２及び第４距離Ｄ４よりも小さい。
第１距離Ｄ１及び第５距離Ｄ５のそれぞれにおけるＩＩＩ族元素の結合手は、オフ角が０°である場合に１本である。第１距離Ｄ１では、オフ角を大きくするとステップ密度が増加するので、ＩＩＩ族元素の結合手は増加する。一方、第５距離Ｄ５では、オフ角を大きくしてもＩＩＩ族元素の結合手は増加しない。よって、第５距離Ｄ５における酸化プロセスの進行は、第１距離Ｄ１における酸化プロセスの進行よりも遅くなる。したがって、第５距離Ｄ５は、第１距離Ｄ１よりも小さい。
酸化プロセスは三次元的に進行するので、第３距離Ｄ３と第５距離Ｄ５との間の第４距離Ｄ４における酸化プロセスの進行は、第３距離Ｄ３と第１距離Ｄ１との間の第２距離Ｄ２における酸化プロセスの進行よりも遅くなる。したがって、第４距離Ｄ４は、第２距離Ｄ２よりも小さい。
垂直共振型面発光レーザ１０では、基板１２の主面１２ａが比較的大きいオフ角を有する。この場合、出射されるレーザ光Ｌにおいて、低次モード（例えば２次モード）が支配的となる。低次モードは、レーザ光Ｌの横断面の中心において大きい光出力を有する。高次モードは、レーザ光Ｌの横断面の外側において大きい光出力を有する。よって、小さい近視野像を有するレーザ光Ｌを出射できる。低次モードが支配的となる理由は、電流狭窄層２６のアパーチャー部２６ａのＸＹ断面における電流分布の偏りが緩和されるからと推測される。
電流狭窄層２６のＸＹ断面は、一軸対称形状を有する。この場合、電流狭窄層のＸＹ断面が２つ以上の軸に対して対称な形状を有する場合（例えば電流狭窄層のＸＹ断面が円形又は矩形の場合）に比べて、活性層２０に供給されるバイアス電流の値が変化しても支配的なモードが変化し難い。例えば、バイアス電流の値が１．５ｍＡ以上１０ｍＡ以下の範囲において、低次モード（例えば２次モード）の光出力が最大となる。その結果、バイアス電流の値の変化に応じたレーザ光Ｌの光出力分布の変化を小さくすることができる。
主面１２ａのオフ角が６°以上であると、より低い次数のモードが支配的となる。そのため、バイアス電流の値の変化に応じたレーザ光Ｌの光出力分布の変化を更に小さくすることができる。
図６は、他の実施形態に係る垂直共振型面発光レーザの電流狭窄層の断面図である。本実施形態に係る垂直共振型面発光レーザは、電流狭窄層２６に代えて電流狭窄層１２６を備えること以外は垂直共振型面発光レーザ１０と同じ構成を備える。電流狭窄層１２６は、ＸＹ断面における形状が異なること以外は電流狭窄層２６と同じ構成を備える。電流狭窄層１２６は、ＸＹ断面において一軸対称形状を有する。電流狭窄層１２６は、例えば第１軸線Ａｘ１を中心とする半円部分と、Ｙ軸方向に延在する第１直線部分と、半円部分の一端と第１直線部分の一端とを繋ぐ第２直線部分と、半円部分の他端と第１直線部分の他端とを繋ぐ第３直線部分とを含む形状を有する。
電流狭窄層１２６は、アパーチャー部１２６ａと、アパーチャー部１２６ａを取り囲む絶縁部１２６ｂとを含む。Ｚ軸方向に沿った第１軸線Ａｘ１はアパーチャー部１２６ａを通る。
図７は、他の実施形態に係る垂直共振型面発光レーザの電流狭窄層の断面図である。本実施形態に係る垂直共振型面発光レーザは、電流狭窄層２６に代えて電流狭窄層２２６を備えること以外は垂直共振型面発光レーザ１０と同じ構成を備える。電流狭窄層２２６は、ＸＹ断面における形状が異なること以外は電流狭窄層２６と同じ構成を備える。電流狭窄層２２６は、ＸＹ断面において非対称形状を有する。電流狭窄層２２６は、ＸＹ断面において全ての軸に対して非対称な形状を有する。電流狭窄層２２６は、例えば第１軸線Ａｘ１を中心とする半円部分と、Ｙ軸方向に延在する第１直線部分と、半円部分の一端と直線部分の一端とを繋ぐ第２直線部分と、半円部分の他端と直線部分の他端とを繋ぎ第１軸線Ａｘ１を中心とする円弧部分とを含む形状を有する。
電流狭窄層２２６は、アパーチャー部２２６ａと、アパーチャー部２２６ａを取り囲む絶縁部２２６ｂとを含む。Ｚ軸方向に沿った第１軸線Ａｘ１はアパーチャー部２２６ａを通る。
図６及び図７に示される実施形態においても垂直共振型面発光レーザ１０と同じ作用効果が得られる。
以上、本開示の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本開示は上記実施形態に限定されない。例えば、ＸＹ断面における電流狭窄層２６の形状は、多角形であってもよいし、円弧以外の曲線を含む形状であってもよい。ＸＹ断面におけるアパーチャー部２６ａの形状は、円弧等の曲線を含形状であってもよい。
以下、第１実験例、第２実験例及び第３実験例の垂直共振型面発光レーザについて説明するが、本開示は以下の例に限定されない。
（第１実験例）
垂直共振型面発光レーザ１０と同じ構造を有する第１実験例の垂直共振型面発光レーザを作製した。基板１２として、ＧａＡｓ基板を用いた。基板１２の主面１２ａは、（１００）面に対して１５°のオフ角を有していた。水によりＡｌＧａＡｓ層を酸化することによって、ＡｌＧａＡｓを含むアパーチャー部２６ａと、アルミニウム酸化物を含む絶縁部２６ｂとを有する電流狭窄層２６を形成した。アパーチャー部２６ａは、ＸＹ断面において図５の六角形の形状を有していた。ＸＹ断面におけるアパーチャー部２６ａの面積は、３８μｍ２であった。
（第２実験例）
基板１２の主面１２ａのオフ角を２°としたこと以外は第１実験例と同様にして、第２実験例の垂直共振型面発光レーザを作製した。
（第３実験例）
ＸＹ断面における電流狭窄層２６及びアパーチャー部２６ａの各形状を円形としたこと以外は第１実験例と同様にして、第３実験例の垂直共振型面発光レーザを作製した。
（評価）
第１実験例、第２実験例及び第３実験例の垂直共振型面発光レーザについて、バイアス電流を４ｍＡ、６ｍＡ又は８ｍＡと変化させて、Ｚ軸方向から見たレーザ光Ｌの光出力分布を得た。光出力分布は、レーザ光Ｌに含まれる全てのモードの光出力を積算することによって得られる。結果を図８に示す。
図８は、第１実験例、第２実験例及び第３実験例の垂直共振型面発光レーザから出射されるレーザ光の光出力分布を示す図である。図８において、Ｅ１の行は実験例１の光出力分布を示す。Ｅ２の行は実験例２の光出力分布を示す。Ｅ３の行は実験例３の光出力分布を示す。図８の各光出力分布において、白色部分は、大きい光出力が得られる部分を示す。図８に示されるように、第３実験例では、バイアス電流が変化するに連れてレーザ光Ｌの光出力分布が大きく変化した。第１実験例及び第２実験例では、バイアス電流が変化しても、第３実験例に比べてレーザ光Ｌの光出力分布の変化は小さかった。また、第１実験例では、第２実験例に比べて光出力分布の広がりが小さかった。よって、第１実験例では、第２実験例に比べて小さい近視野像が得られた。
図９は、第１実験例の垂直共振型面発光レーザにおいて、バイアス電流とレーザ光の各モードの光出力との関係を示すグラフである。横軸はバイアス電流（ｍＡ）を示す。縦軸は光出力（ｍＷ）を示す。図９に示されるように、第１実験例では、バイアス電流の値が１．５ｍＡ以上１０ｍＡ以下の範囲において、２次モードＭ１２の光出力が最大であった。具体的には、２次モードＭ１２の光出力は、０次モードＭ１０、１次モードＭ１１、３次モードＭ１３、４次モードＭ１４及び５次モードＭ１５の各光出力よりも大きかった。よって、第１実験例では２次モードＭ１２が支配的であることが分かる。
図１０は、第２実験例の垂直共振型面発光レーザにおいて、バイアス電流とレーザ光の各モードの光出力との関係を示すグラフである。横軸はバイアス電流（ｍＡ）を示す。縦軸は光出力（ｍＷ）を示す。図１０に示されるように、第２実験例では、３次モードＭ２３及び５次モードＭ２５の各光出力が比較的大きかった。０次モードＭ２０、１次モードＭ２１、２次モードＭ２２、４次モードＭ２４及び６次モードＭ２６の各光出力は比較的小さかった。よって、第２実験例では３次モードＭ２３及び５次モードＭ２５が支配的であることが分かる。
図１１は、第３実験例の垂直共振型面発光レーザにおいて、バイアス電流とレーザ光の各モードの光出力との関係を示すグラフである。横軸はバイアス電流（ｍＡ）を示す。縦軸は光出力（ｍＷ）を示す。図１１に示されるように、第３実験例では、３次モードＭ３３又は４次モードＭ３４の各光出力が比較的大きかった。０次モードＭ３０、１次モードＭ３１、２次モードＭ３２及び６次モードＭ３６の各光出力は比較的小さかった。よって、第３実験例では３次モードＭ３３又は４次モードＭ３４が支配的であることが分かる。また、バイアス電流を変化させると、支配的なモードが変化することも分かる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１０…垂直共振型面発光レーザ
１２…基板
１２ａ…主面
１４…第１下部分布ブラッグ反射器
１６…第２下部分布ブラッグ反射器
１８…スペーサ層
２０…活性層
２２…スペーサ層
２４…上部分布ブラッグ反射器
２６…電流狭窄層
２６ａ…アパーチャー部
２６ｂ…絶縁部
３０…第１電極
３２…配線導体
３４…パッド電極
４０…第２電極
４２…配線導体
４４…パッド電極
５０…絶縁層
５０ａ…開口
６０…バイアス電源
１２６…電流狭窄層
１２６ａ…アパーチャー部
１２６ｂ…絶縁部
２２６…電流狭窄層
２２６ａ…アパーチャー部
２２６ｂ…絶縁部
Ａｘ１…第１軸線
Ａｘ２…第２軸線
Ｄ１…第１距離
Ｄ２…第２距離
Ｄ３…第３距離
Ｄ４…第４距離
Ｄ５…第５距離
Ｌ…レーザ光
Ｍ１０…０次モード
Ｍ１１…１次モード
Ｍ１２…２次モード
Ｍ１３…３次モード
Ｍ１４…４次モード
Ｍ１５…５次モード
Ｍ２０…０次モード
Ｍ２１…１次モード
Ｍ２２…２次モード
Ｍ２３…３次モード
Ｍ２４…４次モード
Ｍ２５…５次モード
Ｍ２６…６次モード
Ｍ３０…０次モード
Ｍ３１…１次モード
Ｍ３２…２次モード
Ｍ３３…３次モード
Ｍ３４…４次モード
Ｍ３６…６次モード
ＰＳ…ポスト
ＳＴ…半導体構造物
ＴＲ…トレンチ

Claims (6)

  1. ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む主面を有する基板と、
    前記主面上に設けられたポストを有する半導体構造物と、
    を備え、
    前記主面は、（１００）面に対して２°よりも大きいオフ角を有し、
    前記ポストは、前記主面に交差する第１方向に配列された活性層及び電流狭窄層を含み、
    前記電流狭窄層は、アパーチャー部と、前記アパーチャー部を取り囲む絶縁部と、を含み、
    前記電流狭窄層は、前記第１方向に直交する断面において一軸対称形状又は非対称形状を有する、垂直共振型面発光レーザ。
  2. 前記オフ角は６°以上である、請求項１に記載の垂直共振型面発光レーザ。
  3. 前記アパーチャー部は、前記断面において非対称形状を有する、請求項１又は請求項２に記載の垂直共振型面発光レーザ。
  4. 前記アパーチャー部は、ＩＩＩ族元素としてアルミニウムを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含み、前記絶縁部は、アルミニウム酸化物を含む、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の垂直共振型面発光レーザ。
  5. 前記半導体構造物は、第１分布ブラッグ反射器及び第２分布ブラッグ反射器を含み、
    前記第１方向において、前記活性層は、前記第１分布ブラッグ反射器と前記第２分布ブラッグ反射器との間に配置される、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の垂直共振型面発光レーザ。
  6. 前記垂直共振型面発光レーザは、前記電流狭窄層を通って前記活性層に電流が供給されることによって、複数のモードを含むレーザ光を出射するように構成され、
    前記複数のモードは、最大波長を有する０次モードと、２番目に大きい波長を有する１次モードと、３番目に大きい波長を有する２次モードと、を含み、
    前記電流の値が１．５ｍＡ以上１０ｍＡ以下の範囲において、前記複数のモードの光出力のうち前記２次モードの光出力が最大である、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の垂直共振型面発光レーザ。

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