JP2023022627A - 垂直共振器型発光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】安定して特定の偏光方向の光を出射することが可能な垂直共振器型発光素子を提供する。【解決手段】本発明の垂直共振器型発光素子は、窒化ガリウム系半導体基板と、前記基板上に形成された第１の多層膜反射鏡と、前記第１の多層膜反射鏡上に形成された第１の導電型を有する１の半導体層、前記第１の半導体層上に形成された活性層、及び前記活性層上に形成されかつ前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する第２の半導体層を含む半導体構造層と、前記半導体構造層上に形成され、前記第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡と、前記第１の多層膜反射鏡と前記第２の多層膜反射鏡との間に形成され、前記活性層の１の領域に電流を集中させる電流狭窄構造と、を有し、前記体基板の上面の法線方向から見て前記１の領域と重なる領域に、互いに平行な複数のスリット構造からなる回折格子が形成されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、垂直共振器型面発光レーザ（VCSEL:vertical cavity surface emitting laser）などの垂直共振器型発光素子に関する。
従来から、半導体レーザの１つとして、電圧の印加によって光を放出する半導体層と、当該半導体層を挟んで互いに対向する多層膜反射鏡と、を有する垂直共振器型の半導体面発光レーザ（以下、単に面発光レーザとも称する）が知られている。例えば、特許文献１には、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層にそれぞれ接続されたｎ電極及びｐ電極を有する垂直共振器型の半導体レーザが開示されている。
特開2017-98328号公報
例えば、面発光レーザなどの垂直共振器型発光素子には、対向する反射鏡によって光共振器が形成されている。例えば、面発光レーザ内においては、電極を介して半導体層に電圧が印加されることで、当該半導体層から放出された光が当該光共振器内で共振し、レーザ光が生成される。
しかし、垂直共振器型の半導体レーザ素子には、例えば、活性層を含む半導体層の面内方向に共振器を有する水平共振器型の半導体レーザに比べ発光効率が低いということが課題の一例として挙げられる。
また、ＧａＮ系の基板を用いた垂直共振器型の半導体レーザ素子にから出射される光は、楕円偏光であったり、偏光方向がまちまちな直線偏光であることが多かった。また、駆動電流や動作温度の変化に依って偏光方向が変わってしまう等、動作中に偏光方向を安定させることが困難であった。
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、高い発光効率を有し、安定して特定の偏光方向の光を出射することが可能な垂直共振器型発光素子を提供することを目的としている。
本発明による垂直共振器型発光素子は、窒化ガリウム系半導体基板と、前記基板上に形成された窒化物半導体よりなる第１の多層膜反射鏡と、前記第１の多層膜反射鏡上に形成された第１の導電型を有する窒化物半導体よりなる第１の半導体層、前記第１の半導体層上に形成された窒化物半導体よりなる活性層、及び前記活性層上に形成されかつ前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する窒化物半導体よりなる第２の半導体層を含む半導体構造層と、前記半導体構造層上に形成され、前記第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡と、前記第１の多層膜反射鏡と前記第２の多層膜反射鏡との間に形成され、前記活性層の１の領域に電流を集中させる電流狭窄構造と、を有し、前記窒化ガリウム系半導体基板の上面の法線方向から見て前記１の領域と重なる領域に、互いに平行な複数のスリット構造からなる回折格子が形成されていることを特徴とする。
実施例１の面発光レーザの斜視図である 実施例１の面発光レーザの上面図である。 実施例１の面発光レーザの断面図である。 実施例２の面発光レーザの断面図である。 実施例３の面発光レーザの断面図である。 実施例４の面発光レーザの断面図である。 実施例５の面発光レーザの断面図である。 変形例の面発光レーザの断面図である。
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。以下の説明においては、半導体面発光レーザ素子を例に説明するが、本発明は、面発光レーザのみならず、垂直共振器型発光ダイオードなど、種々の垂直共振器型発光素子に適用することができる。
図１は、実施例１に係る垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser、以下、単に面発光レーザとも称する）１０の斜視図である。
基板１１は、窒化ガリウム系半導体基板、例えばＧａＮ基板である。基板１１は、例えば、上面形状が矩形の基板である。基板１１は、転位を全体に均一に分布させ、転位欠陥の集合体であるコアが形成されないように製造されたコアレス型の基板である。
基板１１の上面は、Ｃ面からＭ面方向に０．５°オフした面である。また、基板１１の上面は、Ｃ面からＡ面方向にはほとんどオフしておらず、Ｃ面からＡ面方向へのオフ角は０±０．０１°である。
基板１１の上面の中央部を含む領域には、各々がｍ軸に沿った方向に伸張しかつ格子状に配列された複数のスリット構造としてのスリット溝ＧＶ１が形成されている。
第１の多層膜反射鏡１３は、基板１１の上に成長させられた半導体層からなる半導体多層膜反射鏡である。第１の多層膜反射鏡１３は、ＡｌＩｎＮの組成を有する低屈折率半導体膜と、ＧａＮ組成を有し低屈折率半導体膜よりも屈折率が高い高屈折率半導体膜とが交互に積層されることで形成されている。言い換えれば、第１の多層膜反射鏡１３は、半導体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）である。
第１の多層膜反射鏡１３は、例えば、基板１１の上面に、ＧａＮ組成を有するバッファ層を設け、当該バッファ層上に上記高屈折率半導体膜と低屈折率半導体膜とを交互に成膜させることで形成される。
半導体構造層１５は、第１の多層膜反射鏡１３上に形成された複数の半導体層からなる積層構造体である。半導体構造層１５は、第１の多層膜反射鏡１３上に形成されたｎ型半導体層（第１の半導体層）１７と、ｎ型半導体層１７上に形成された発光層（または活性層）１９と、活性層１９上に形成されたｐ型半導体層（第２の半導体層）２１と、を有する。
第１の導電型の半導体層としてのｎ型半導体層１７は、第１の多層膜反射鏡１３上に形成された半導体層である。ｎ型半導体層１７は、ＧａＮ組成を有し、ｎ型不純物としてＳｉがドーピングされている半導体層である。ｎ型半導体層１７は、角柱状の下部１７Ａとその上に配された円柱状の上部１７Ｂとを有する。具体的には、例えば、ｎ型半導体層１７は、角柱状の下部１７Ａの上面１７Ｓから突出した円柱状の上部１７Ｂを有している。言い換えれば、ｎ型半導体層１７は、上部１７Ｂを含むメサ形状の構造を有する。
活性層１９は、ｎ型半導体層１７の上部１７Ｂ上に形成されており、ＩｎＧａＮ組成を有する井戸層及びＧａＮ組成を有する障壁層を含む量子井戸構造を有する層である。面発光レーザ１０においては、活性層１９において光が発生する。
第２の導電型の半導体層としてのｐ型半導体層２１は、活性層１９上に形成されたＧａＮ組成を有する半導体層である。ｐ型半導体層２１には、ｐ型の不純物としてＭｇがドーピングされている。
ｎ電極２３は、ｎ型半導体層１７の下部１７Ａの上面１７Ｓに設けられ、ｎ型半導体層１７と電気的に接続されている金属電極である。ｎ電極２３は、ｎ型半導体層１７の上部１７Ｂを囲繞するように環状に形成されている。ｎ電極２３は、ｎ型半導体層１７と電気的に接触し、半導体構造層１５に外部からの電流を供給する第１の電極層を形成している。
絶縁層２５は、ｐ型半導体層２１上に形成されている絶縁体からなる層である。絶縁層２５は、例えばＳｉＯ２等のｐ型半導体層２１を形成する材料よりも低い屈折率を有する物質によって形成されている。絶縁層２５は、ｐ型半導体層２１上において環状に形成されており、中央部分にｐ型半導体層２１を露出する開口部（図示せず）を有している。
透明電極２７は、絶縁層２５の上面に形成された透光性を有する金属酸化膜である。透明電極２７は、絶縁層２５の上面全体及び絶縁層２５の中央部分に形成された開口から露出するｐ型半導体層２１の上面の全体を覆っている。透明電極２７を形成する金属酸化膜としては、例えば、活性層１９からの出射光に対して透光性を有するＩＴＯやＩＺＯを用いることができる。
ｐ電極２９は、透明電極２７上に形成された金属電極である。ｐ電極２９は、絶縁層２５の上記開口部から露出したｐ型半導体層２１の上面と、透明電極２７を介して電気的に接続されている。透明電極２７とｐ電極２９とで、ｐ型半導体層２１に電気的に接触しかつ半導体構造層１５に外部からの電流を供給する第２の電極層が形成されている。本実施例において、ｐ電極２９は、透明電極２７の上面に当該上面の外縁に沿って環状に形成されている。
第２の多層膜反射鏡３１は、透明電極２７の上面のｐ電極２９に囲まれた領域に形成された円柱上の多層膜反射鏡である。第２の多層膜反射鏡３１は、Ａｌ２Ｏ３からなる低屈折率誘電体膜と、Ｔａ２Ｏ５からなり低屈折率誘電体膜よりも屈折率が高い高屈折率誘電体膜とが交互に積層された誘電体多層膜反射鏡である。言い換えれば、第２の多層膜反射鏡３１は、誘電体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）である。
図２は、面発光レーザ１０の上面図である。上述したように、面発光レーザ１０は、矩形の上面形状を有する基板１１上に形成されたｎ型半導体層１７、上面形状が円形の活性層１９及びｐ型半導体層２１を含む半導体構造層１５を有している（図１参照）。ｐ型半導体層２１上には、絶縁層２５及び透明電極２７が形成されている。透明電極２７上には、ｐ電極２９及び第２の多層膜反射鏡３１が形成されている。
なお、図２において、面発光レーザ１０の中心を通りかつ基板１１のｍ軸方向、すなわち、基板１１の上面に形成されているスリット溝ＧＶ１が伸張している方向に沿った軸が軸ＡＸ１である。
絶縁層２５は、上述した絶縁層２５のｐ型半導体層２１を露出する円形の開口部である開口部２５Ｈを有している。図２に示すように、開口部２５Ｈは、面発光レーザ１０の上方からみて絶縁層２５の中央部に形成されており、面発光レーザ１０の上方からみて第２の多層膜反射鏡３１に覆われている。言い換えれば、開口部２５Ｈは、絶縁層２５の多層膜反射鏡３１の下面と対向する領域に形成されている。
開口部２５Ｈは、軸ＡＸ１上にある中心を有する円形である。従って、ｐ型半導体層２１は、ｐ型半導体層２１の上面の開口部２５Ｈから露出している円形の領域にある電気的接触面２１Ｓを介して透明電極２７と電気的に接続されている。
図２に示すように、スリット溝ＧＶ１は、互いに平行に伸張しており、半導体構造層１５及び多層膜反射鏡１３を挟んで電気的接触面２１Ｓと対向する領域に亘って形成されている。言い換えれば、スリット溝ＧＶ１は上面視、すなわち基板１１の上面の法線方向において電気的接触面２１Ｓと重なるように形成されている。
図３は、面発光レーザ１０の図２の３－３線に沿った断面図である。上述のように、面発光レーザ１０は、ＧａＮ基板である基板１１を有し、基板１１上に第１の多層膜反射鏡１３が形成されている。なお、基板１１の下面には、ＡＲコートが施されていてもよい。
基板１１の上面に形成されているスリット溝ＧＶ１の各々は、第１の多層膜反射鏡１３の下面と共に空隙を形成している。言い換えれば、第１の多層膜反射鏡１３は、スリット溝ＧＶ１に蓋をするように形成されており、第１の多層膜反射鏡１３を形成する半導体材料はスリット溝ＧＶ１に充填されていない。すなわち、第１の多層膜反射鏡１３と基板１１との間には、軸ＡＸ１方向（図３中紙面垂直方向）に伸張する複数の空隙からなる回折格子構造が形成されている。
第１の多層膜反射鏡１３上には、半導体構造層１５が形成されている。半導体構造層１５は、ｎ型半導体層１７、活性層１９及びｐ型半導体層２１がこの順に形成されてなる積層体である。ｐ型半導体層２１の上面の中央部には、上方に突出している突出部２１Ｐが形成されている。
絶縁層２５は、ｐ型半導体層２１の上面の突出部２１Ｐ以外の領域を覆うように形成されている。絶縁層２５は、上述のようにｐ型半導体層２１よりも低い屈折率を有している材料からなっている。絶縁層２５は、突出部２１Ｐを露出せしめる開口部２５Ｈを有している。例えば、開口部２５Ｈと突出部２１Ｐとは同様の形状を有しており、開口部２５Ｈの内側面と突出部２１Ｐの外側面は接している。
透明電極２７は、絶縁層２５及び絶縁層２５の開口部２５Ｈから露出している突出部２１Ｐの上面を覆うように形成されている。すなわち、透明電極２７は、ｐ型半導体層２１の上面の開口部２５Ｈによって露出している領域において、ｐ型半導体層２１と電気的に接触している。言い換えれば、ｐ型半導体層２１の上面の開口部２５Ｈを介して露出している領域が、ｐ型半導体層２１と透明電極２７との電気的接触をもたらす電気的接触面２１Ｓとなっている。
ｐ電極２９は、上述したように金属電極であり、透明電極２７の上面の外縁に沿って形成されている。すなわち、ｐ電極２９は、透明電極２７と電気的に接触している。従って、ｐ電極２９は、ｐ型半導体層２１の上面の開口部２５Ｈによって露出している電気的接触面２１Ｓにおいて、透明電極２７を介してｐ型半導体層２１と電気的に接触または接続している。
第２の多層膜反射鏡３１は、透明電極２７の上面であって、絶縁層２５の開口部２５Ｈ上の領域、言い換えれば電気的接触面２１Ｓ上の領域すなわち透明電極２７の上面の中央部分に形成されている。第２の多層膜反射鏡３１の下面は、透明電極２７及び半導体構造層１５を挟んで第１の多層膜反射鏡１３の上面と対向している。この第１の多層膜反射鏡１３及び第２の多層膜反射鏡３１の配置により、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１とで、活性層１９から出射した光を共振させる共振器ＯＣが形成される。
面発光レーザ１０において、第１の多層膜反射鏡１３は、第２の多層膜反射鏡３１よりもわずかに低い反射率を有する。従って、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間で共振した光は、その一部が第１の多層膜反射鏡１３及び基板１１を透過し、外部に取り出される。
ここで、面発光レーザ１０の動作について説明する。面発光レーザ１０において、ｎ電極２３及びｐ電極２９との間に電圧が印加されると、図中太線一点鎖線に示す様に、半導体構造層１５内に電流が流れ、活性層１９から光が放出される。活性層１９から放出された光は、第１の多層膜反射鏡１３及びスリット溝ＧＶ１と第２の多層膜反射鏡３１との間において反射を繰り返し、共振状態に至る（すなわちレーザ発振する）。
面発光レーザ１０においては、ｐ型半導体層２１には、開口部２５Ｈによって露出している部分、すなわち電気的接触面２１Ｓのみから電流が注入される。また、ｐ型半導体層２１は非常に薄いため、ｐ型半導体層２１内では面内方向、すなわち半導体構造層１５の面内に沿った方向には電流は拡散しない。
従って、面発光レーザ１０においては、活性層１９のうち、開口部２５Ｈによって画定される電気的接触面２１Ｓの直下の領域にのみ電流が供給されて、当該領域からのみ光が放出される。すなわち、面発光レーザ１０において、開口部２５Ｈが活性層１９における電流の供給範囲を制限する電流狭窄構造となっている。
言い換えれば、面発光レーザ１０においては、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間に、活性層１９のうち、電気的接触面２１Ｓを底面とする柱状の領域である中央領域ＣＡのみに電流が流れるように電流を狭窄する、すなわち、活性層の１の領域に電流を集中させる電流狭窄構造が形成されている。活性層１９内の電流が流れる領域を含む中央領域ＣＡは、電気的接触面２１Ｓによって画定される。
上述のように、本実施例においては、第１の多層膜反射鏡１３は、第２の多層膜反射鏡３１よりもわずかに低い反射率を有する。従って、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間で共振した光は、その一部がスリット溝ＧＶ１へ透過し、第２の多層反射鏡３１とスリット溝ＧＶ１との間でも共振する。これら共振した光の一部は、第１の多層膜反射鏡１３、スリット溝ＧＶ１及び基板１１を透過し、外部に取り出される。このようにして、面発光レーザ１０は、基板１１の下面から、基板１１の下面及び半導体構造層１５の各層の面内方向に対して垂直な方向に光を出射する。言い換えれば、基板１１の下面が、面発光レーザ１０の光出射面となっている。
なお、半導体構造層１５のｐ型半導体層２１の電気的接触面２１Ｓ及び絶縁層２５の開口部２５Ｈは、活性層１９における発光領域の中心である発光中心を画定し、共振器ＯＣの中心軸（発光中心軸）ＡＸ２を画定する。共振器ＯＣの中心軸ＡＸ２は、ｐ型半導体層２１の電気的接触面２１Ｓの中心を通り、半導体構造層１５の面内方向に対して垂直な方向に沿って延びる。
活性層１９の発光領域とは、例えば、活性層１９内における所定の強度以上の光が放出される所定の幅を有する領域であり、その中心が発光中心である。また、例えば、活性層１９の発光領域とは、活性層１９内において所定の密度以上の電流が注入される領域であり、その中心が発光中心である。また、当該発光中心を通る基板１１の上面または半導体構造層１５の各層の面内方向に対して垂直な直線が中心軸ＡＸ２である。
発光中心軸ＡＸ２は、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１とによって構成される共振器ＯＣの共振器長方向に沿って延びる直線である。また、中心軸ＡＸ２は、面発光レーザ１０から出射されるレーザ光の光軸に対応する。
ここで、面発光レーザ１０における第１の多層膜反射鏡１３、半導体構造層１５及び第２の多層膜反射鏡３１各層の例示的な構成について説明する。本実施例においては、第１の多層膜反射鏡１３は、基板１１の上面に形成された１μｍのＧａＮ下地層、及び４２ペアのｎ－ＧａＮ層及びＡｌＩｎＮ層からなる。
ｎ型半導体層１７は、１５８０ｎｍの層厚のｎ－ＧａＮ層である。活性層１９は、４ｎｍのＧａＩｎＮ層及び５ｎｍのＧａＮ層が４ペア積層された多重量子井戸構造の活性層からなる。活性層１９上には、ＭｇドープされたＡｌＧａＮの電子障壁層が形成され、その上に５０ｎｍのｐ－ＧａＮ層からなるｐ型半導体層２１が形成されている。第２の多層膜反射鏡３１は、Ｎｂ２Ｏ５及びＳｉＯ２を１０．５ペア積層したものである。この場合の共振波長は、４４０ｎｍであった。
絶縁層２５は、２０ｎｍのＳｉＯ２からなる層である。言い換えれば、ｐ型半導体層２１の上面の突出部２１Ｐは、周囲から２０ｎｍ突出している。すなわち、ｐ型半導体層２１は、突出部２１Ｐにおいて５０ｎｍの層厚を有し、それ以外の領域において３０ｎｍの層厚を有する。また、絶縁層２５の上面は、ｐ型半導体層２１の突出部２１Ｐの上面と同一の高さ位置に配置されるように構成されている。なお、これらの構成は一例に過ぎない。
以下、面発光レーザ１０内部の光学的な特性について説明する。上述のように、面発光レーザ１０において、絶縁層２５は、ｐ型半導体層２１よりも低い屈折率を有する。また、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間において、活性層１９及びｎ型半導体層１７の層厚は、面内のいずれの箇所においても同じ層内であれば同一である。
従って、面発光レーザ１０の第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間で形成される共振器ＯＣ内における等価的な屈折率（第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間の光学的距離であり、共振波長に対応する）は、ｐ型半導体層２１と絶縁層２５との屈折率の差によって、電気的接触面２１Ｓを底面とする円柱状の中央領域ＣＡとその周りの筒状の周辺領域ＰＡとで異なる。
具体的には、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間において、周辺領域ＰＡの等価屈折率は中央領域ＣＡの等価屈折率よりも低い、すなわち、中央領域ＣＡにおける等価的な共振波長は、周辺領域ＰＡ等価的な共振波長よりも小さい。なお、活性層１９において光が放出されるのは、開口部２５Ｈ及び電気的接触面２１Ｓの直下の領域である。すなわち、活性層１９において光が放出される発光領域は、活性層１９のうち中央領域ＣＡと重なる部分、言い換えれば上面視において電気的接触面２１Ｓと重なる領域である。
このように、面発光レーザ１０においては、活性層１９の発光領域を含む中央領域ＣＡと、中央領域ＣＡを囲繞しかつ中央領域ＣＡよりも屈折率が低い周辺領域ＰＡとが形成されている。これによって、中央領域ＣＡ内の定在波が周辺領域ＰＡに発散（放射）することによる光損失が抑制される。すなわち、中央領域ＣＡに多くの光が留まり、またその状態でレーザ光が外部に取り出される。従って、多くの光が共振器ＯＣの発光中心軸ＡＸ２の周辺の中央領域ＣＡに集中し、高出力かつ高密度なレーザ光を生成及び出射することができる。
上述のように、本実施例の面発光レーザ１０では、基板１１の上面がＣ面からＭ面方向に０．５°オフした面となっている。本実施例の面発光レーザ１０のように、基板１１のＭ面にオフセットした成長面に半導体層を成長させた場合、ｍ軸方向に偏光方向を有する光の光学利得が他の方向に偏光方向を有する光よりも大きくなるため、ｍ軸方向に偏光方向を有するレーザ光が発振しやすい。そのため、面発光レーザ１０の中央領域ＣＡから出射される光は、ｍ軸方向に偏光方向を有する光が多くなる。
また、面発光レーザ１０では、基板１１の上面の中央部を含む領域に、各々がｍ軸に沿った方向に伸張しかつ格子状に配列された複数の溝ＧＶ１によって形成される中空空間からなる回折格子が形成されている。
このスリット溝４１によって形成される回折格子は、第１の多層膜反射鏡１３によって形成される反射構造の中央領域ＣＡにおいて、回折格子を形成するスリット溝ＧＶ１の各々の伸長方向、すなわちｍ軸方向が偏光方向となっている光に対する高い反射率をもたらす。
すなわち、スリット溝ＧＶ１が形成されていることで、他の偏光方向を有する光よりもｍ軸方向が偏光方向になっている光の反射率が高まり、ｍ軸方向が偏光方向になっている光が優先的に発振しやすくなる。すなわち、スリット溝ＧＶ１によって、面発光レーザ１０のｍ軸方向に沿った偏光方向を有する光の損失が低くなる。
従って、面発光レーザ１０においては、基板１１の上面をＣ面からＭ面にオフセットした面としてその上に半導体構造層１５を成長させ、かつ基板１１の上面にｍ軸に沿って伸張するスリット溝ＧＶ１からなる回折格子構造を形成する。このような構成とすることで、面発光レーザ１０によれば、１の偏光方向、具体的にはｍ軸方向に沿った偏光方向を有する光が支配的な出射光を安定して得ることが可能となる。
なお、上述したスリット溝ＧＶ１によって形成される回折格子構造に、ｍ軸方向が偏光方向となっている光に対して高い反射率を持たせることに鑑みて、スリット溝ＧＶ１は、活性層１９から出射される光の波長と同程度の幅を有しているのが好ましい。また、スリット溝ＧＶ１は、活性層１９から出射される光の波長と同程度の間隔で配されているのが好ましい。
また、スリット溝ＧＶ１は、開口部２５Ｈと対向する領域、すなわち中央領域ＣＡよりもさらに外側に延伸していてもよい。また、スリット溝ＧＶ１は、中央領域ＣＡの外側にまで配列されていてもよい。
なお、実施例１の面発光レーザ１０を実際に駆動して出射光の偏光方向を確認したところ、３ｍＡ～１３ｍＡの駆動電流で駆動した場合に、装置温度が２０℃～８０℃の温度という条件下で安定してｍ軸方向に偏光方向を有する光が支配的な出射光が得られることが確認された。
上述のように、本発明の面発光レーザによれば、高い発光効率を有し、安定して特定の偏光方向の出射光を得ることが可能となる。これは、面発光レーザの出射光を、液晶や偏光子を用いた光学系を有する装置に用いる場合に非常に有効である。
［製造方法］
以下に、面発光レーザ１０の製造方法の一例について説明する。まず、基板１１として、上述のように上面がＣ面からＭ面に傾斜した結晶面となっているｎ－ＧａＮ基板を用意し、上面に露光パターニング及びドライエッチングを用いてスリット溝ＧＶ１を形成する。次に、当該基板１１の上面に、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により、下地層としてｎ－ＧａＮ（層厚１μｍ）層を形成する。その後、当該下地層上にｎ－ＧａＮ／ＡｌＩｎＮの層を４２ペア成膜し、第１の多層膜反射鏡１３を形成する。
次に、第１の多層膜反射鏡１３上に、Ｓｉドープｎ－ＧａＮ（層厚１５８０ｎｍ）を形成してｎ型半導体層１７を形成し、その上に、ＧａＩｎＮ（層厚４ｎｍ）及びＧａＮ（層厚５ｎｍ）からなる層を４ペア積層することで、活性層１９を形成する。
次に、活性層１９上に、ＭｇドープＡｌＧａＮからなる電子障壁層を形成し（図示せず）、当該電子障壁層上にｐ－ＧａＮ層（層厚５０ｎｍ）を成膜してｐ型半導体層２１を形成する。
次に、ｐ型半導体層２１、活性層１９及びｎ型半導体層１７の周囲の部分をエッチングして、当該周囲の部分においてｎ型半導体層１７の上面１７Ｓが露出するようなメサ形状を形成する。言い換えれば、この工程で、図１のｎ型半導体層１７、活性層１９及びｐ型半導体層２１からなる円柱上の部分を有する半導体構造層１５が完成する。
次に、ｐ型半導体層２１の上面の中央部の周囲をエッチングして、突出部２１Ｐを形成する。その後、半導体構造層１５上に、ＳｉＯ２を成膜して、その一部を除去して開口部２５Ｈを形成することで絶縁層２５を形成する。言い換えれば、ｐ型半導体層２１の上面のエッチング除去された部分に、ＳｉＯ２を埋め込む。
次に、絶縁層２５上にＩＴＯを２０ｎｍ成膜して透明電極２７を形成し、透明電極２７の上面及びｎ型半導体層１７の上面１７ＳにそれぞれＡｕを成膜してｐ電極２９及びｎ電極２３を形成する。
次に、透明電極２７上にＮｂ２Ｏ５を４０ｎｍ、スペーサー層（図示せず）として成膜し、当該スペーサー層上に、１ペアがＮｂ2Ｏ5／ＳｉＯ2からなる層を１０．５ペア成膜して、第２の多層膜反射鏡３１を形成する。
基板１１の裏面にＡＲコートを施す場合、最後に基板１１の裏面を研磨し、当該研磨面にＮｂ2Ｏ5／ＳｉＯ2からなるＡＲコートを形成することで、面発光レーザ１０が完成する。
以下、本発明の実施例２である面発光レーザ４０について説明する。面発光レーザ４０は、スリット溝ＧＶ１の代わりに、基板１１の下面、すなわち面発光レーザ４０の光出射面にスリット溝ＧＶ２が形成されている点において、面発光レーザ１０とは異なる。
図４は、図２に示したのと同様の切断線で面発光レーザ４０を切断した際の切断面、すなわち図３に対応した切断面を示す断面図である。
図４に示すように、面発光レーザ４０においては、基板１１の下面の中央領域ＣＡ内の領域に複数のスリット溝ＧＶ２が形成されている。言い換えれば基板１１の下面基板１１の下面の開口部２５Ｈ及び電気的接触面２１Ｓと対向する領域、すなわち出射光が出射する領域に、複数のスリット溝ＧＶ２が形成されている。
さらに言い換えれば、面発光レーザ４０では、基板１１の下面に複数のスリット溝ＧＶ２が形成されており、その形成領域は、上面視において実施例１の面発光レーザ１０のスリット溝ＧＶ１が形成されている領域と重なっている。
面発光レーザ４０のスリット溝ＧＶ２は、各々が基板１１の下面において軸ＡＸ１と平行に伸張しており、かつ軸ＡＸ１と垂直な方向に配列されている溝、すなわちスリット状の凹部である。すなわちスリット溝ＧＶ２は、基板１１の下面において、ｍ軸方向に沿って互いに平行に伸張している溝である。
スリット溝ＧＶ２は、上述の実施例１におけるスリット溝ＧＶ１と同様の効果をもたらす。すなわち、スリット溝ＧＶ２によって形成される回折格子は、第１の多層膜反射鏡１３及び基板１１によって形成される反射構造の中央領域ＣＡにおいて、回折格子を形成するスリット溝ＧＶ２の各々の伸長方向が偏光方向となっている光に対する高い反射率をもたらす。
言い換えれば、スリット溝ＧＶ２によって形成される回折格子は、多層膜反射鏡１３及び基板ｎ１１によって形成される反射構造に、ｍ軸方向が偏光方向となっている光に対する高い反射率をもたらす。
従って、スリット溝ＧＶ２が形成されていることで、他の偏光方向を有する光よりもｍ軸方向が偏光方向になっている光の反射率が高まり、面発光レーザ４０において、ｍ軸方向が偏光方向になっている光が優先的に発振しやすくなる。
よって、面発光レーザ４０によれば、基板１１の下面にスリット溝ＧＶ２からなる回折格子構造を形成することで、出射光の更なる偏光制御を行い、実施例１の面発光レーザ１０と同様に、ｍ軸方向を偏光方向とする光が支配的な出射光を安定して得ることが可能となる。
なお、スリット溝ＧＶ２は、上記説明した実施例１の面発光レーザ１０の製法の最後の工程において、基板１１の下面を研磨した後に、例えば、基板１１の下面にドライエッチング等のエッチング処理をすることで形成することが可能である。
また、スリット溝ＧＶ２は、開口部２５Ｈと対向する領域、すなわち中央領域ＣＡよりもさらに外側に延伸していてもよい。また、スリット溝ＧＶ２は、中央領域ＣＡの外側にまで配列されていてもよい。
以下、本発明の実施例３である面発光レーザ５０について説明する。面発光レーザ５０は、基板１１の下面、すなわち面発光レーザ５０の光出射面に凸部が形成され、当該凸部の表面に実施例２において説明したスリット溝ＧＶ２が形成されている点において、面発光レーザ４０とは異なる。
図５は、図２に示したのと同様の切断線で面発光レーザ５０を切断した際の切断面、すなわち図３に対応した切断面を示す断面図である。図５に示すように、面発光レーザ５０においては、基板１１の下面の開口部２５Ｈ及び電気的接触面２１Ｓと対向する領域を含む領域、すなわち中央領域ＣＡに、下向きに凸の凸型レンズ状の凸部５１が形成されている。
凸部５１は、実施例１において説明した中心軸ＡＸ２を頂点とする凸レンズ形状を有している。複数のスリット溝ＧＶ２は、当該凸部５１の表面に形成され、実施例２の面発光レーザ４０と同様に各々がｍ軸方向に伸張している。
実施例３の面発光レーザ５０によれば、凸部５１が設けられるにより、第１の多層膜反射鏡１３及び基板１１によって形成される反射構造によって中央領域ＣＡに向かって反射される光の量を増加させることができる。これにより、面発光レーザ５０によれば、出射光の主たる部分を生み出す中央領域ＣＡにおいて光の発振効率をさらに高めることが可能となる。
なお、例えば、凸部５１は、基板１１の裏面に凸部５１の同様の形状にレジストを堆積させ、基板１１の裏面全体をドライエッチングすることで、レジストの形状を基板１１の裏面に転写することで形成することが可能である。
上記説明においては、凸部５１は凸レンズ状であるとしたが、凸部５１の形状は、第１の多層膜反射鏡１３と基板１１からなる反射構造によって反射される光が中央領域ＣＡに集められる形状であれば他の形状でも構わない。例えば、凸部５１は、下方に凸のパラボラ形状であってもよい。
また、スリット溝ＧＶ２は、開口部２５Ｈと対向する領域、すなわち中央領域ＣＡよりもさらに外側に伸張していてもよい。スリット溝ＧＶ２は、中央領域ＣＡの外側にまで配列されていてもよい。また、スリット溝ＧＶ２は、凸部５１の外側にまで伸張していてもよい。また、スリット溝ＧＶ２は、凸部５１の外側にまで配列されていてもよい。
以下、本発明の実施例４である面発光レーザ６０について説明する。面発光レーザ６０は、スリット溝ＧＶ１の代わりに、第１の多層膜反射鏡１３の上面にスリット溝ＧＶ３が形成されている点において、面発光レーザ１０とは異なる。すなわち、面発光レーザ６０においては、第１の多層膜反射鏡１３と半導体構造層１５との界面に沿って、中空のスリット溝ＧＶ３が形成されている。
言い換えれば、面発光レーザ６０においては、第１の多層膜反射鏡１３と半導体構造層１５との界面に沿って、スリット溝ＧＶ３からなる中空の回折格子構造が形成されている。
図６は、図２に示したのと同様の切断線で面発光レーザ６０を切断した際の切断面、すなわち図３に対応した切断面を示す断面図である。図６に示すように、面発光レーザ６０においては、ｎ型半導体層１７の下面の開口部２５Ｈ及び電気的接触面２１Ｓと対向する領域、すなわち中央領域ＣＡに、複数のスリット溝ＧＶ３が形成されている。言い換えれば、面発光レーザ６０では、ｎ型半導体層１７の下面に複数のスリット溝ＧＶ３が形成されており、その形成領域は、上面視において実施例１の面発光レーザ１０のスリット溝ＧＶ１が形成されている領域と重なっている。
面発光レーザ６０のスリット溝ＧＶ３は、各々が多層膜反射鏡１３の上面において軸ＡＸ１（図２参照）と平行に伸張しており、かつ軸ＡＸ１と垂直な方向に配列されている溝、すなわちスリット状の凹部である。すなわちスリット溝ＧＶ３は、多層膜反射鏡１３と半導体構造層１５との界面において、ｍ軸方向に沿って互いに平行に伸張している溝であり、ｍ軸方向に沿って伸張するスリットからなる回折格子構造を形成する。
スリット溝ＧＶ３は、上述の実施例１におけるスリット溝ＧＶ１と同様の効果をもたらす。すなわち、スリット溝ＧＶ３によって形成される回折格子は、第１の多層膜反射鏡１３及び基板１１によって形成される反射構造の中央領域ＣＡにおいて、スリット溝ＧＶ３の各々の伸長方向、すなわちｍ軸方向が偏光方向となっている光に対する高い反射率をもたらす。従って、スリット溝ＧＶ３が形成されていることで、他の偏光方向を有する光よりもｍ軸方向が偏光方向になっている光の反射率が高まり、ｍ軸方向が偏光方向になっている光が優先的に発振しやすくなる。
よって、面発光レーザ６０によれば、第１の多層膜反射鏡１３と半導体構造層１５との界面に、スリット溝ＧＶ３からなる回折格子構造を形成することで、出射光の偏光制御を行い、実施例１の面発光レーザ１０と同様に１の偏光方向を有する光が支配的な出射光を安定して得ることが可能となる。
なお、面発光レーザ６０においては、スリット溝ＧＶ３からなる回折格子構造が第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間の領域に形成されている。すなわち、面発光レーザ６０においては、上記実施例１乃至３の面発光レーザ１０、４０、５０と比べて、回折格子構造を形成するスリット溝ＧＶ３が活性層１９に近いところに設けられている。
従って、面発光レーザ６０では、他の実施例の面発光レーザ１０、４０、５０と比べてスリット溝ＧＶ３が形成されている領域における活性層１９からの出射光の強度が大きい。よって、スリット溝ＧＶ３によって形成される回折格子構造によってより多くの光を反射することができ、上記した偏光制御効果が他の実施例の面発光レーザよりも高い。従って、面発光レーザ６０では、上記他の実施例の面発光レーザに比べて、１の偏光方向を有する光がより支配的な出射光を安定して得ることが可能となる。
なお、スリット溝ＧＶ３は、第１の多層膜反射鏡１３の最上層をＧａＮ層とし、当該最上層のＧａＮ層をエッチングして溝ＧＶ３を形成した後に、当該ＧａＮを除去した部分に蓋をするように、すなわちスリット溝ＧＶ３内に充填されないようにＧａＮ層を成長させて平坦化した後、当該平坦化された面上にｎ－ＧａＮ層を成長させてｎ型半導体層１７を形成することで形成可能である。
また、スリット溝ＧＶ３は、開口部２５Ｈと対向する領域、すなわち中央領域ＣＡよりもさらに外側に延伸していてもよい。また、スリット溝ＧＶ３は、中央領域ＣＡの外側にまで配列されていてもよい。
なお、スリット溝ＧＶ３によって形成される回折格子構造は、中空の構造で無くともよい。すなわち、スリット溝ＧＶ３が半導体材料によって充填されてなる埋め込み型(埋め込み構造)の回折格子構造が設けられてもよい。
この埋め込み型の回折格子構造を設ける場合、面発光レーザ６０の製造において、第１の多層膜反射鏡１３の最上層をＡｌＩｎＮ層とし、当該最上層のＡｌＩｎＮ層にエッチングでスリット溝ＧＶ３を形成した後に、当該スリット溝ＧＶ３内に充填されるようにＧａＮ層を成長させて平坦化し、当該平坦化された面上にｎ－ＧａＮ層を成長させてｎ型半導体層１７を形成する。
なお、スリット溝ＧＶ３上にＧａＮ層を成長する際の成長条件によって、スリット溝ＧＶ３をＧａＮによって充填することも中空のままとすることも自在である。従って、スリット溝ＧＶ３によって形成される回折格子構造を埋め込み構造とすることも中空構造にすることも自在である。
もちろん、スリット溝ＧＶ３によって形成される回折格子構造を埋め込み構造としても、中空構造の回折格子構造と同様の偏光制御効果が奏される。
以下、本発明の実施例５である面発光レーザ７０について説明する。面発光レーザ７０は、上述した電流狭窄構造を形成するために、絶縁層２５の代わりに半導体構造層１５内にトンネル接合構造を形成する点で、実施例１の面発光レーザ１０とは異なる。具体的には、面発光レーザ７０は、ｐ型半導体層２１より上の構造が面発光レーザ１０と異なる。
また、面発光レーザ７０は、回折格子構造を形成するために、スリット溝ＧＶ１の代わりに、半導体構造層１５と第２の多層膜反射鏡７５との界面に沿って形成される溝ＧＶ４を用いる点において、面発光レーザ１０とは異なる。
図７は、図２に示したのと同様の切断線で面発光レーザ７０を切断した際の切断面、すなわち図３に対応した切断面を示す断面図である。図７に示すように、面発光レーザ７０においては、ｐ型半導体層２１の突出部２１Ｐ上に、トンネル接合層７１が形成されている。すなわち、面発光レーザ７０においては、半導体構造層１５内の中央領域ＣＡにトンネル接合層７１が形成されている。
トンネル接合層７１は、ｐ型半導体層２１上に形成され、ｐ型半導体層２１よりも高い不純物濃度を有するｐ型半導体層であるハイドープｐ型半導体層７１Ａと、ハイドープｐ型半導体層７１Ａ上に形成され、ｎ型半導体層１７よりも高い不純物濃度を有するｎ型半導体層であるハイドープｎ型半導体層７１Ｂと、を含んでいる。
ｎ型半導体層７３は、ｐ型半導体層２１及びトンネル接合層７１上に形成されている。ｎ型半導体層７３は、ｐ型半導体層２１の上面においてトンネル接合層７１を埋め込むように形成されている。言い換えれば、ｎ型半導体層７３は、突出部２１Ｐの側面並びにトンネル接合層７１の側面及び上面を覆うように形成されている。
第２の多層膜反射鏡７５は、ｎ型半導体層７３の上面に形成されており、ｎ型半導体層１７と同様のドーピング濃度を有するｎ型半導体層である。すなわち、ｎ型半導体層７３は、ハイドープｎ型半導体層７１Ｂよりも低いドーピング濃度を有している。
このような、ｐ型半導体層２１、トンネル接合層７１及びｎ型半導体層７３の積層構造により、トンネル接合層７１部分でトンネル効果が生ずる。これにより、面発光レーザ７０においては、p型半導体層２１とｎ型半導体層７３との間において、トンネル接合層７１の部分にのみ電流が流れ、電流が中央領域ＣＡに狭窄される電流狭窄構造が形成される。
第２の多層膜反射鏡７５は、ｎ型半導体層７３上に形成された半導体層からなる半導体多層膜反射鏡である。第２の多層膜反射鏡７５は、ＡｌＩｎＮの組成を有する低屈折率半導体膜と、ＧａＮ組成を有し低屈折率半導体膜よりも屈折率が高い高屈折率半導体膜とが交互に積層されることで形成されており、ｎ型半導体の特性を有している。言い換えれば、第２の多層膜反射鏡７５は、半導体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）である。
第二のｎ電極７７は、第２の多層膜反射鏡７５の上面の周縁部に沿って形成された金属電極である。面発光レーザ７０においては、第２の多層膜反射鏡７５が導電性を有するので、第二のｎ電極７７から第２の多層膜反射鏡７５、ｎ型半導体層７３、トンネル接合層７１、ｐ型半導体層２１、活性層１９、ｎ型半導体層１７を通ってｎ電極２３まで電流が流れる。
面発光レーザ７０においては、スリット溝ＧＶ４は、ｎ型半導体層７３の上面のトンネル接合層７１の直上の領域に形成されており、かつｍ軸方向に伸張している溝である。また、スリット溝ＧＶ４上の第２の多層膜反射鏡７５は、スリット溝ＧＶ４に蓋をするように積層されている。すなわち、スリット溝ＧＶ４内は中空になっており、スリット溝ＧＶ４によって中空空間からなる回折格子構造が形成されている。
スリット溝ＧＶ４は、上述の実施例１におけるスリット溝ＧＶ１と同様の効果をもたらす。すなわち、スリット溝ＧＶ４によって形成される回折格子は、第２の多層膜反射鏡７５によって形成される反射構造の中央領域ＣＡにおいて、回折格子を形成するスリット溝ＧＶ４の各々の伸長方向、すなわちｍ軸方向が偏光方向となっている光に対する高い反射率をもたらす。従って、スリット溝ＧＶ４が形成されていることで、他の偏光方向を有する光よりもｍ軸方向が偏光方向になっている光の反射率が高まり、ｍ軸方向が偏光方向になっている光が優先的に発振しやすくなる。
よって、面発光レーザ７０によれば、ｎ型半導体層７３の上面にスリット溝ＧＶ４からなる回折格子構造を形成することで、出射光の偏光制御を行い、実施例１の面発光レーザ１０と同様に１の偏光方向を有する光が支配的な出射光を安定して得ることが可能となる。
なお、面発光レーザ６０においては、スリット溝ＧＶ４が半導体構造層１５と第２の多層膜反射鏡７５との界面に沿って形成されている。すなわち、面発光レーザ７０においては、上記実施例１乃至３の面発光レーザ１０、４０、５０と比べて、回折格子構造を形成するスリット溝ＧＶ４が活性層１９に近いところに設けられている。
従って、面発光レーザ７０では、実施例１乃至３の面発光レーザ１０、４０、５０と比べてスリット溝ＧＶ４が形成されている領域における活性層１９からの出射光の強度が大きい。よって、スリット溝ＧＶ４によって形成される回折格子構造によってより多くの光を反射することができ、上記した偏光制御効果が他の実施例の面発光レーザよりも高い。従って、面発光レーザ７０では、上記実施例１乃至３の面発光レーザに比べて、１の偏光方向を有する光がより支配的な出射光を安定して得ることが可能となる。
なお、スリット溝ＧＶ４は、ｎ型半導体層７３の上面にエッチングでスリット溝ＧＶ４を形成した後に、スリット溝ＧＶ４に蓋をするようにｎ型半導体層７３の一部でもあるｎ－ＧａＮ層を形成して平坦化し、その後に多層膜反射鏡７５を形成することで形成可能である。
また、スリット溝ＧＶ４は、中央領域ＣＡ領域のみならず、さらに外側に延伸していてもよい。また、スリット溝ＧＶ４は、中央領域ＣＡの外側にまで配列されていてもよい。
なお、図８に示すように、スリット溝ＧＶ４は、多層膜反射鏡７５の下面に形成されてもよい。この場合、多層膜反射鏡７５の一層目のｎ－ＡｌＩｎＮ層をエッチングしてスリット溝を形成する溝を形成し、その上から当該溝に蓋をするようにｎ－ＧａＮ層を形成して平坦化し、さらに多層膜反射鏡７５の薄膜層を形成することでスリット溝ＧＶ４を形成することができる。
上述の実施例１乃至４においては、ｐ型半導体層２１の上面に電気的接触面２１Ｓ及びその周囲の絶縁領域を形成して電流狭窄を生じさせかつ屈折率が低い領域を形成するために、絶縁層２５を設けることとしたが、絶縁層２５を設ける代わりに他の方法で電流狭窄を生じさせかつ屈折率の低い領域を生じさせてもよい。
例えば、上記実施例で絶縁層２５が設けられているｐ型半導体層２１の上面をエッチングすることによって、絶縁領域及び屈折率の低い領域並びに電気的接触面２１Ｓを形成してもよい。また、絶縁層２５が設けられているｐ型半導体層２１の上面に、イオン注入をすることによって、絶縁領域及び屈折率の低い領域並びに電気的接触面２１Ｓを形成して、上記実施例における絶縁層２５を形成したのと同様の電流狭窄効果を生じさせることとしてもよい。イオン注入をする場合、例えば、ｐ型半導体層２１に、Ｂイオン、Ａｌイオン、又は酸素イオンを注入する。
上述の実施例においては、基板１１の上面は、Ｃ面からＭ面方向に０．５°オフした面である場合、すなわちＣ面からＭ面方向へのオフ角が０．５°である場合を説明したが、オフ角はこの角度に限られない。オフ角が、例えば、０．３°から０．８°程度であれば充分に上記した偏光制御効果を得ることができる。また、基板１１の上面のオフ角が０．８°以下であれば、第１の多層膜反射鏡１３を構成する半導体多層膜を、安定して十分な反射率をもつように形成可能である。
また、上述の実施例においては、基板１１としてコアレス型の基板を用いることとしたが、ストライプコア型の基板用いることとしてもよい。その場合、基板１１の上面視において、基板１１のコアのストライプの方向と基板１１の上面の結晶面の傾斜方向とを平行かもしくは垂直とする。すなわち、上述の実施例においては、基板１１のｍ軸方向と基板１１のコアのストライプの方向を平行かまたは垂直とする。
また、上記実施例においては、基板１１の上面は、Ｃ面からＭ面方向にオフしている場合を説明したが、基板１１の上面がＣ面からＡ面方向にオフしており、Ｍ面方向にはほとんどオフしていなくともよい。
この場合、上記偏光制御効果を得るために、上記Ｃ面のオフ角の範囲についての説明と同様の理由で、Ｃ面からＡ面方向へのオフ角は０．３°～０．８°程度が好ましく、Ｃ面からＭ面へのオフ角は０±０．１°であるのが好ましい。なお、基板１１の上面がＣ面からＡ面にオフしている場合、上記実施例における電気的接触面２１Ｓの形状に付いて説明において、ＡＸ１がａ軸に対応するとして読み替えて理解されたい。
基板１１の上面がＣ面からＡ面方向にオフしている場合、ａ軸方向に沿った偏光方向を有する光を多く取り出すことができ、かつａ軸に沿った方向以外の偏光方向を有する光の出射を抑制することができる。よって、面発光レーザ１０によれば、光出射面から取り出される光の、光出射面の面内方向における偏光方向バラツキを抑制することが可能となる。
また、上記実施例においては、基板１１の上面がＣ面からＭ面方向またはＡ面方向にオフしている場合について説明したが、基板１１の上面はＣ面からオフしていなくともよい。その場合でも、上記したスリット溝ＧＶ１、ＧＶ２、ＧＶ３、ＧＶ４によって形成される回折格子構造によって、当該スリット溝と平行な偏光方向を有する光が優先的に発振させられ、当該スリット溝と平行な方向に偏光方向を有する光が支配的な出射光を得ることが可能となる。
実施例３において、凸部５１を形成して、当該凸部５１の下面にスリット溝ＧＶ２を形成する場合を説明した。しかし、凸部５１は、実施例３以外の他の実施例の面発光レーザの基板の下面に形成しても良い。他の実施例の面発光レーザに凸部５１を形成した場合も、凸部５１による、中央領域ＣＡに反射される光の量を増加させる効果は生ずる。すなわち、他の実施例の面発光レーザに凸部５１を形成した場合も、出射光の主たる部分を生み出す中央領域ＣＡにおいて光の発振効率をさらに高める効果を得ることが可能である。
上述した実施例における種々の数値、寸法、材料等は、例示に過ぎず、用途及び製造される面発光レーザに応じて、適宜選択することができる。
１０、４０、５０、６０、７０ 面発光レーザ
１１ 基板
１３ 第１の多層膜反射鏡
１５ 半導体構造層
１７ ｎ型半導体層
１９ 活性層
２１ ｐ型半導体層
２３ ｎ電極
２５ 絶縁層
２７ 透明電極
２９ ｐ電極
３１ 第２の多層膜反射鏡
７１ トンネル接合層
７３ ｎ型半導体層
７５ 第２の多層膜反射鏡
７７ 第２のｎ電極

Claims (7)

  1. 窒化ガリウム系半導体基板と、
    前記基板上に形成された窒化物半導体よりなる第１の多層膜反射鏡と、
    前記第１の多層膜反射鏡上に形成された第１の導電型を有する窒化物半導体よりなる第１の半導体層、前記第１の半導体層上に形成された窒化物半導体よりなる活性層、及び前記活性層上に形成されかつ前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する窒化物半導体よりなる第２の半導体層を含む半導体構造層と、
    前記半導体構造層上に形成され、前記第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡と、
    前記第１の多層膜反射鏡と前記第２の多層膜反射鏡との間に形成され、前記活性層の１の領域に電流を集中させる電流狭窄構造と、を有し、
    前記窒化ガリウム系半導体基板の上面の法線方向から見て前記１の領域と重なる領域に、互いに平行な複数のスリット構造からなる回折格子が形成されていることを特徴とする垂直共振器型発光素子。
  2. 前記複数のスリット構造は、前記第１の多層膜反射鏡と前記第２の多層膜反射鏡との間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。
  3. 前記複数のスリット構造の各々は、前記基板の裏面に形成された凹部であることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。
  4. 前記窒化ガリウム系半導体基板の上面は、Ｃ面からＭ面またはＡ面のいずれかの結晶面にオフセットした面であり、前記複数のスリット構造の各々は、前記上面がＭ面にオフセットしている場合にはｍ軸方向に伸張し、前記上面がＡ面にオフセットしている場合にはａ軸方向に伸張することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。
  5. 前記窒化ガリウム系半導体基板の前記上面は、前記上面がＭ面にオフセットしている場合にはｃ面からＭ面に０．８°以下の角度だけオフセットした面であり、前記上面がＡ面にオフセットしている場合にはｃ面からＡ面に０．８°以下の角度だけオフセットした面であることを特徴とする請求項４に記載の垂直共振器型発光素子。
  6. 前記窒化ガリウム系半導体基板は、ストライプコア型の基板であり、前記窒化ガリウム系半導体基板のコアが伸張する方向は、前記上面がＭ面にオフセットしている場合にはｍ軸に沿った方向であり、前記上面がＡ面にオフセットしている場合にはａ軸に沿った方向であることを特徴とする請求項４または５に記載の垂直共振器型発光素子。
  7. 前記窒化ガリウム系半導体基板の下面の前記窒化ガリウム系半導体基板の上面の法線方向から見て前記１の領域と重なる領域が下向きに凸な凸レンズ形状を有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。
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