JP3949062B2

JP3949062B2 - 面発光型半導体レーザ素子

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Publication number: JP3949062B2
Application number: JP2003025612A
Authority: JP
Inventors: 浩司冨永; 和思森; 敦志田尻; 康彦野村; 良治廣山
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2023-02-03
Also published as: JP2003309326A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面発光型半導体レーザ素子に関し、特に、多層反射膜を備えた面発光型半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、垂直共振型の面発光型半導体レーザ素子の開発が盛んに行われている。この面発光型半導体レーザ素子は、低しきい値電流、高速応答、２次元アレイ化の容易さおよび低コストなどの優れた特長を有するので、光通信、光記録および光計測などの分野において様々な応用が期待されている。
【０００３】
しかしながら、従来の面発光型半導体レーザ素子は、共振器がレーザ光の進行方向に対して同心円状になっているため、偏波面を所定の方向に制御するのは困難であった。このため、偏波面が、発光層の結晶方位に対して＜１１０＞または＜１−１０＞に沿った２つの偏波面を不安定にスイッチングするなどの現象が生じる。その結果、従来の面発光型半導体レーザ素子は、偏波面を安定して制御することが困難であるという不都合があった。このように、偏波面を安定して制御するのが困難な面発光型半導体レーザ素子は、偏光ビームスプリッタや偏光子などの光部品と組み合わせることが困難であるという問題点があった。さらに、光通信においても、偏波面のスイッチングは高速変調の妨げになるという問題点があった。
【０００４】
そこで、面発光型半導体レーザ素子の偏波面を安定して制御するため、種々の方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１には、半導体基板の面方位が特定方向に傾いた基板（傾斜基板）を用いることによって、面発光型半導体レーザ素子の偏波面を制御する方法が開示されている。この方法では、レーザ光の出射方向に対する発光層の結晶方位の異方性により、特定方向の偏波に対して高い光学利得を与えることによって偏波面を制御している。
【０００５】
【特許文献１参照】
特許第３１２３１３６号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した特許文献１に開示された方法では、所定の一方の方向の偏波に対する光学利得を高めることができる一方で、他方の方向の偏波に対する光学利得は０にならないため、偏波面制御が不十分になるという問題点があった。また、基板全体の面方位を特定方向に傾斜させるため、同一の基板上に形成される個々の面発光型半導体レーザ素子の偏波面を独立して制御することが困難であるという問題点もあった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、
この発明の１つの目的は、実質的に完全な偏波面制御を行うことが可能な面発光型半導体レーザ素子を提供することである。
【０００７】
この発明のもう１つの目的は、上記の面発光型半導体レーザ素子において、同一の基板上に形成される個々の面発光型半導体レーザ素子の偏波面を独立して制御することを可能にすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による面発光型半導体レーザ素子は、第１多層反射膜と、第１多層反射膜上に形成された発光層と、発光層上に形成された第２多層反射膜とを備え、第１多層反射膜および第２多層反射膜の少なくとも一方は、所定の周期でストライプ形状に加工されたストライプ部を含む。なお、本発明におけるストライプ形状は、細長形状を意味する。
【０００９】
この一の局面による面発光型半導体レーザ素子では、上記のように、第１多層反射膜および第２多層反射膜の少なくとも一方を、所定の周期でストライプ形状に加工されたストライプ部を含むように構成することによって、ストライプ部に平行な方向の偏波に対する反射率をストライプ部に垂直な方向の偏波に対する反射率よりも大きくすることができる。この場合に、ストライプ部を含む多層反射膜を構成する各材料層の周期と幅との比を調整すれば、ストライプ部に垂直な方向の偏波に対する各材料層の屈折率差を実質的に０にすることができるので、ストライプ部を含む多層反射膜をストライプ部に平行な方向の偏波に対してのみ反射膜として機能させることができる。これにより、ストライプ部に平行な方向の偏波でのみ発振させることができるので、実質的に完全な偏波面制御を行うことができる。また、この一の局面では、同一の基板上に形成される複数の面発光型半導体レーザ素子のストライプ部の方向を別々に制御すれば、同一の基板上に形成される個々の面発光型半導体レーザ素子の偏波面を独立して制御することができる。
【００１０】
上記一の局面による面発光型半導体レーザ素子において、好ましくは、第１多層反射膜および第２多層反射膜のうちのストライプ部を含む少なくとも一方は、第１材料層と第２材料層とを含み、ストライプ部に垂直な方向の偏波に対する第１材料層の屈折率と第２材料層の屈折率とは、実質的に等しい。このように構成すれば、容易に、ストライプ部を含む多層反射膜をストライプ部に平行な方向の偏波に対してのみ高反射率の反射膜として機能させることができる。
【００１１】
上記第１材料層と第２材料層とを有する面発光型半導体レーザ素子において、
好ましくは、第１材料層のストライプ部の幅と周期との比をＷａとし、第２材料層のストライプ部の幅と周期との比をＷｂとした場合に、ストライプ部に垂直な方向の偏波に対する第１材料層の屈折率と第２材料層の屈折率とが実質的に等しくなるように、ＷａとＷｂとが設定されている。このように構成すれば、容易に、ストライプ部を含む多層反射膜をストライプ部に平行な方向の偏波に対してのみ高反射率の反射膜として機能させることができる。
【００１２】
上記の場合、ストライプ部の周期は、発光層の発光波長よりも短いのが好ましい。このように構成すれば、容易に、ストライプ部での回折を防ぎ、ストライプ部を含む多層反射膜をストライプ部に平行な方向の偏波に対してのみ高反射率の反射膜として機能させることができる。
【００１３】
なお、上記一の局面による面発光型半導体レーザ素子において、第２多層反射膜のみが、ストライプ部を含むようにしてもよい。この場合、ストライプ部は、第２多層反射膜に、第２多層反射膜の底部に達しない所定の深さで形成されていてもよい。
【００１４】
また、上記ストライプ部に垂直な方向の偏波に対する第１材料層の屈折率と第２材料層の屈折率とが実質的に等しくなるように、ＷａとＷｂとが設定されている構成において、ストライプ部に平行な方向の偏波に対する第１材料層の屈折率と第２材料層の屈折率とが異なるように、ＷａとＷｂとが設定されているのが好ましい。このように構成すれば、容易に、ストライプ部を含む多層反射膜をストライプ部に平行な方向の偏波に対して反射膜として機能させることができる。
【００１５】
また、上記第１材料層と第２材料層とを有する面発光型半導体レーザ素子において、ストライプ部に平行な方向の偏波に対する第１材料層の屈折率および第２材料層の屈折率は、ストライプ部に垂直な方向の偏波に対する第１材料層の屈折率および第２材料層の屈折率よりも大きくてもよい。
【００１６】
上記第１材料層と第２材料層とを有する面発光型半導体レーザ素子において、第１材料層および第２材料層は、互いに異なるＡｌ組成を有するＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）からなる。このような材料を用いれば、第１材料層のストライプ部の幅と周期との比Ｗａと、第２材料層のストライプ部の幅と周期との比Ｗｂとを制御することにより、容易に、ストライプ部に垂直な方向の偏波に対する第１材料層の屈折率と第２材料層の屈折率とを実質的に等しくすることができる。この場合、発光層は、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ（０≦ｙ≦１）を含んでいてもよい。また、発光層は、ＡｌＧａＩｎＰ層、ＩｎＧａＡｓ層、ＧａＩｎＮＡｓ層、ＩｎＧａＡｓＰ、および、窒化物系半導体層からなるグループより選択される１つの層を含んでいてもよい。
【００１７】
上記第１材料層と第２材料層とを有する面発光型半導体レーザ素子において、好ましくは、第１材料層および第２材料層の屈折率をそれぞれｎ１およびｎ２、発光層の発振波長をλとした場合に、第１材料層および第２材料層のそれぞれの厚みｔ１およびｔ２は、ｔ１（ｔ２）＝λ／４／ｎ１（ｎ２）を満たすように設定されている。このように構成すれば、ストライプ部に平行な方向の偏波に対して高い反射率を有する多層反射膜を得ることができる。
【００１８】
上記一の局面による面発光型半導体レーザ素子において、好ましくは、第１多層反射膜、発光層および第２多層反射膜は、ｎ型ＧａＡｓ（１００）基板上に形成されており、ストライプ部は、ｎ型ＧａＡｓ（１００）基板の＜０１１＞方向に沿って延びるように形成されている。このように構成すれば、ｎ型ＧａＡｓ（１００）基板の＜０１１＞方向に平行な方向の偏波に対してのみ反射膜として機能する多層反射膜を得ることができる。
【００１９】
上記一の局面による面発光型半導体レーザ素子において、好ましくは、第１多層反射膜、発光層および第２多層反射膜を含む複数の面発光型半導体レーザ素子が、ｎ型ＧａＡｓ（１００）基板上に形成されており、複数の面発光型半導体レーザ素子のストライプ部は、ｎ型ＧａＡｓ（１００）基板の異なる結晶軸の方向に沿って延びるように形成されている。このように構成すれば、同一のｎ型ＧａＡｓ（１００）基板上に形成される個々の面発光型半導体レーザ素子の偏波面制御を独立して行うことができる。
【００２０】
上記一の局面による面発光型半導体レーザ素子において、ストライプ部は、平面的に見て四角形状の領域に形成されていてもよいし、ストライプ部は、平面的に見て円形状の領域に形成されていてもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態による面発光型半導体レーザ素子を示した断面図である。図２は、図１に示した一実施形態による面発光型半導体レーザ素子を示した平面図である。図３は、図１に示した一実施形態による面発光型半導体レーザ素子のｐ型多層反射膜のストライプ部を示した拡大断面図である。図４は、図１に示した一実施形態による面発光型半導体レーザ素子のストライプ部分の幅と周期との比率とｐ型多層反射膜の屈折率との関係を示した特性図である。なお、図面の簡略化のため、ｐ型多層反射膜のストライプ部分については、ストライプ部の一部（２本）のみを示している。
【００２３】
まず、図１〜図４を参照して、本実施形態の面発光型半導体レーザ素子の構造について説明する。本実施形態の面発光型半導体レーザ素子では、図１および図２に示すように、ｎ型（１００）ＧａＡｓ基板１上に、約１００ｎｍの厚みを有するｎ型ＧａＡｓバッファ層２が形成されている。このｎ型ＧａＡｓバッファ層２上には、約５９ｎｍの厚みを有するｎ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層と、約７０ｎｍの厚みを有するｎ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層とが交互に３２組積層されたｎ型多層反射膜３が形成されている。なお、ｎ型多層反射膜３は、本発明の「第１多層反射膜」の一例である。ｎ型多層反射膜３の上面には、約３０μｍ四方の大きさの四角柱形状からなる凸部が形成されている。このｎ型多層反射膜３の凸部上には、約６ｎｍの厚みを有するＧａＡｓ層と、約８ｎｍの厚みを有するＡｌ_0.3ＧａＡｓ層とが交互に積層されたＭＱＷ発光層４が形成されている。ＭＱＷ発光層４上の中心付近の約３μｍ四方の領域には、ＡｌＧａＡｓ層からなる低抵抗領域５ａが形成されているとともに、その低抵抗領域５ａを除く領域には、Ａｌ酸化膜からなる高抵抗領域により構成された電流狭窄層５が形成されている。この電流狭窄層５および低抵抗領域５ａは、約３０ｎｍの厚みを有する。
【００２４】
また、電流狭窄層５および低抵抗領域５ａ上には、約６１ｎｍの厚みを有するｐ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層６ａと、約７４ｎｍの厚みを有するｐ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層６ｂとが交互に２０組積層されたｐ型多層反射膜６が形成されている。なお、ｐ型多層反射膜６の領域６ｃにおいても、図示しないが、ｐ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層６ａとｐ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層６ｂとが交互に積層されている。このｐ型多層反射膜６は、本発明の「第２多層反射膜」の一例である。
【００２５】
本実施形態では、ｐ型多層反射膜６に、ストライプ部７が約０．４μｍの周期で１０本（図示は２本）形成されている。なお、このストライプ部７については、後に詳細に説明する。また、ｐ型多層反射膜６の上面上には、約１０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＡｓコンタクト層８が形成されている。さらに、ストライプ部７の上面を除くｐ型ＧａＡｓコンタクト層８の上面上に、ｐ側オーミック電極９が形成されている。また、ｎ型ＧａＡｓ（１００）基板１の裏面上には、ｎ側オーミック電極１０が形成されている。ｎ型多層反射膜３の凸部と、ＭＱＷ発光層４と、電流狭窄層５および低抵抗領域５ａと、ｐ型多層反射膜６と、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８とによって、本実施形態の面発光型半導体レーザ素子の四角柱形状のポスト部１１が構成されている。
【００２６】
ここで、本実施形態のストライプ部７は、図１および図２に示すように、ｐ型多層反射膜６の中心付近の約４μｍ四方の四角形（正方形）領域に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８の上面から領域６ｃの上面までの深さを有するとともに、ｎ型ＧａＡｓ（１００）基板１の＜０１１＞方向に沿った方向に延びるように形成されている。また、図３に示すように、ストライプ部７は、Ｗ１の周期で１０本（図示は２本）形成されている。このストライプ部７の周期Ｗ１は、光の回折現象などを防止するために、ＭＱＷ発光層４の発振波長よりも短く形成するのが好ましい。本実施形態では、ＭＱＷ発光層４の発振波長が８５０ｎｍであることを考慮して、周期Ｗ１を約４００ｎｍ（約０．４μｍ）に設定している。
【００２７】
また、本実施形態のストライプ部７は、ストライプパターンに平行な電場成分を有する偏波に対しては多層反射膜として機能する一方、ストライプパターンに垂直な電場成分を有する偏波に対しては多層反射膜として機能しないように形成されている。このような機能を有するストライプ部７を得るために、本実施形態では、ｐ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層６ａのストライプ幅Ｗ２と周期Ｗ１との比率Ｗａ（＝Ｗ２／Ｗ１）、および、ｐ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層６ｂのストライプ幅Ｗ３と周期Ｗ１との比率Ｗｂ（＝Ｗ３／Ｗ１）を以下のように設定する。
【００２８】
以下、図３および図４を参照して、比率Ｗａおよび比率Ｗｂの設定方法の原理について説明する。屈折率ｎ１のｐ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層６ａと屈折率ｎ１よりも小さい屈折率ｎ２を有するｐ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層６ｂとを積層する場合、ｐ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層６ａの屈折率ｎ１およびｐ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層６ｂの屈折率ｎ２は、図４に示すように、それぞれ、比率Ｗａおよび比率Ｗｂ（Ｗｂ＞Ｗａ）とともに変化する。この場合、ストライプ部７のストライプパターンが有する異方性のため、ストライプパターンに平行な偏波に対する屈折率がストライプパターンに垂直な偏波に対する屈折率よりも大きくなる。図４において、実線は、ストライプパターンに対して平行な偏波に対するｐ型多層反射膜６の有効屈折率の変化を示し、破線は、ストライプ方向に対して垂直な偏波に対するｐ型多層反射膜６の有効屈折率の変化を示している。比率ＷａおよびＷｂにおける、ストライプパターンに平行な偏波に対するｐ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層６ａの屈折率はｎ１ａ（点Ａ）、ストライプパターンに垂直な偏波に対するｐ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層６ａの屈折率はｎ１ｂ（点Ｃ）、ストライプパターンに平行な偏波に対するｐ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層６ｂの屈折率はｎ２ａ（点Ｂ）、ストライプパターンに垂直な偏波に対するｐ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層６ｂの屈折率はｎ２ｂ（点Ｄ）となる。このとき、点Ｃでの屈折率（ｎ１ｂ）と点Ｄでの屈折率（ｎ２ｂ）とが同じ値になるように比率ＷａおよびＷｂを設定する。
【００２９】
このように、比率ＷａおよびＷｂを設定すると、図４に示す点Ａおよび点Ｂで決まる屈折率差（ｎ１ａ−ｎ２ａ）を有するｐ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層６ａとｐ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層６ｂとが積層されていることになるため、ｐ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層６ａとｐ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層６ｂの厚みを適当な厚みに設定することにより、ストライプ部７のストライプパターンに平行な偏波に対しては反射膜として機能する一方、ストライプパターンに垂直な偏波に対しては反射膜として機能しないようにすることができる。
【００３０】
上記の原理にしたがって、本実施形態では、ｐ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層６ａの比率Ｗａを０．４５にするとともに、ｐ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層６ｂの比率Ｗｂを０．５にしている。これにより、ストライプ部７のストライプパターンに平行な偏波に対しては、ｐ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層６ａの有効屈折率ｎ１ａは３．５１になるとともに、ｐ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層６ｂの有効屈折率ｎ２ａは２．８８になる。この場合、ｐ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層６ａとｐ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層６ｂとの間に有効な屈折率差が生じるので、ｐ型多層反射膜６は、ストライプ部７のストライプパターンに対して平行な偏波に対して、反射膜として機能する。その一方、ストライプ部７のストライプパターンに垂直な偏波に対しては、ｐ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層６ａの有効屈折率ｎ１ｂは１．７となるとともに、ｐ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層６ｂの有効屈折率ｎ２ｂも１．７となる。この場合、ｐ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層６ａとｐ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層６ｂとの間に屈折率差がないため、ｐ型多層反射膜６は、ストライプ部７のストライプパターンに対して垂直な偏波に対しては、反射膜として機能しない。
【００３１】
また、ｐ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層６ａの厚みｔ１およびｐ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層６ｂの厚みｔ２について、次の式（１）を用いることによって、高反射率特性を得ることが可能な膜厚を算出することができる。
【００３２】
ｔ１（ｔ２）＝λ／４／ｎ・・・（１）
なお、式（１）中のλは、面発光型半導体レーザ素子の発振波長である。本実施形態の面発光型半導体レーザ素子の発振波長λは、８５０ｎｍである。また、ｎは、ｐ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層６ａおよびｐ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層６ｂの有効屈折率ｎ１ａ、ｎ１ｂ、ｎ２ａおよびｎ２ｂである。
【００３３】
上記式（１）を用いて計算すると、ｐ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層６ａの厚みｔ１は、約６１ｎｍになるとともに、ｐ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層６ｂの厚みｔ２は、約７４ｎｍになる。これにより、ｐ型多層反射膜６の反射率は９８％〜９９％になる。
【００３４】
本実施形態の面発光型半導体レーザ素子は、上記したように、ｐ型多層反射膜６を、ストライプ形状に加工されたストライプ部７を含むように構成するとともに、ｐ型多層反射膜６を構成するｐ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層６ａとｐ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層６ｂとにおける、ストライプ部７の周期Ｗ１とストライプ部７の幅との比率ＷａおよびＷｂを調節することによって、ｐ型多層反射膜６をストライプパターンに平行な方向の偏波に対してのみ反射膜として機能させることができる。その結果、ストライプ部７のストライプパターンに平行な偏波のみ発振させることができるので、実質的に完全な偏波面制御を行うことができる。
【００３５】
また、本実施形態の面発光型半導体レーザ素子では、同一のｎ型ＧａＡｓ（１００）基板１上に複数の面発光型半導体レーザ素子を形成する場合に、ストライプ部７のストライプパターンの延びる方向を別々の方向に形成することによって、同一のｎ型ＧａＡｓ（１００）基板１上に形成される個々の面発光型半導体レーザ素子の偏波面制御を独立して行うことができるという利点もある。
【００３６】
図５〜図８、図１０および図１１は、図１に示した本発明の一実施形態による、面発光型半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。図９は、図８に示した製造プロセスにおける平面図である。次に、図１および図５〜図１０を参照して、本実施形態による面発光型半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【００３７】
まず、図５に示すように、ｎ型ＧａＡｓ（１００）基板１上に、約１００ｎｍの厚みを有するｎ型ＧａＡｓバッファ層２を形成する。そして、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２上に、約５９ｎｍの厚みを有するｎ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層と約７０ｎｍの厚みを有するｎ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層とを３２組積層することによって、ｎ型多層反射膜３を形成する。その後、ｎ型多層反射膜３上に、約６ｎｍの厚みを有するＧａＡｓ層と約８ｎｍの厚みを有するＡｌ_0.3ＧａＡｓ層とを積層することによってＭＱＷ発光層４を形成する。そして、ＭＱＷ発光層４上に、約３０ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＡｓ層５ｂを形成する。その後、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層５ｂ上に、約６１ｎｍの厚みを有するｐ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層６ａと約７４ｎｍの厚みを有するｐ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層６ｂとを２０組積層することによってｐ型多層反射膜６を形成する。さらに、ｐ型多層反射膜６上に、約１０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＡｓコンタクト層８を形成する。
【００３８】
次に、図６に示すように、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術とを用いて、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８からｎ型多層反射膜３までの領域の一部を除去することによって、四角柱形状を有するポスト部１１を形成する。そして、約４５０℃の水蒸気雰囲気下で数分間の熱処理を行うことによって、ＡｌＧａＡｓ層５ｂの周辺部のみを酸化する。これにより、ＡｌＧａＡｓ層５ｂの周辺部にのみ、図７に示すような高抵抗化された電流狭窄層５が形成される。そして、ＡｌＧａＡｓ層５ｂの中心部付近の約３μｍ四方の領域には、電流通路を構成する低抵抗領域５ａが形成される。
【００３９】
次に、図８に示すように、ポスト部１１のｐ型ＧａＡｓコンタクト層８の上面上およびｎ型多層反射膜３の露出された上面上に、Ｎｉからなる微細加工用のマスク層１２を形成する。このマスク層１２には、図８および図９に示すように、ポスト部１１の上面の中心付近の４μｍ四方の領域に、約０．４μｍ周期のストライプ形状と、約０．２μｍの幅とを有する溝部１２ａが、ｎ型ＧａＡｓ（１００）基板１の＜０１１＞方向に沿って形成されている。
【００４０】
そして、図１０に示すように、マスク層１２をマスクとして、ＲＩＢＥ法を用いてエッチングを行う。これにより、電流狭窄層５にまでは達しない深さを有する微細格子からなるストライプ部７を形成する。
【００４１】
この後、アンモニア系または酒石酸などのエッチャントにより、ストライプ部７を構成するＡｌ_0.12ＧａＡｓ層６ａのみを所定量だけ選択的にエッチングする。これにより、図１１に示すように、ｐ型Ａｌ_0.12ＧａＡｓ層６ａの幅Ｗ２（図３参照）が約０．１８μｍになるように形成する。この場合、ｐ型Ａｌ_0.9ＧａＡｓ層６ｂの幅Ｗ３（図３参照）は、約０．２μｍになるように形成される。
【００４２】
最後に、図１に示したように、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８上のストライプ部７を除く領域に、ｐ側オーミック電極９を形成するとともに、ｎ型ＧａＡｓ（１００）基板１の裏面上に、ｎ側オーミック電極１０を形成する。このようにして、本実施形態の面発光型半導体レーザ素子が形成される。
【００４３】
なお、今回開示された本実施形態は、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、上記した本実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。
【００４４】
たとえば、上記実施形態では、発光層の発振波長が８５０ｎｍの場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他の発振波長を有する発光層であってもよい。たとえば、７５０ｎｍ〜８７０ｎｍの範囲の発振波長を有する発光層であっても同様の効果が得られる。この場合、上記した原理にしたがって各多層反射膜の厚みとポスト部に形成するストライプ部の微細格子の周期と幅とを調整する必要がある。
【００４５】
また、上記実施形態では、ＧａＡｓ基板上に、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓからなる発光層を形成したが、本発明はこれに限らず、ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光層を形成してもよい。これにより、６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の波長を有する赤色領域の発振波長を実現することができる。この場合、たとえば、発振波長６５０ｎｍに対して、約４９ｎｍの厚みを有するＡｌ_0.5ＧａＡｓ層と約５４ｎｍの厚みを有するＡｌ_0.95ＧａＡｓ層とを交互に３０組程度積層することにより、多層反射膜を形成すればよい。
【００４６】
また、ＧａＡｓ基板上に、ＩｎＧａＡｓからなる発光層を形成してもよい。これにより、８５０ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲の波長を有する発振波長を実現することができる。この場合、たとえば、発振波長９８０ｎｍに対して、約６９ｎｍの厚みを有するＡｌ_0.12ＧａＡｓ層と約８０ｎｍの厚みを有するＡｌ_0.9ＧａＡｓ層とを交互に３０組程度積層することにより、多層反射膜を形成してもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、ＧａＡｓ基板上に、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓからなる発光層を形成したが、本発明はこれに限らず、ＧａＩｎＮＡｓからなる発光層を形成してもよい。これにより、８５０ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲の波長を有する発振波長を得ることができる。
【００４８】
また、上記実施形態では、ＧａＡｓ基板を用いたが、本発明はこれに限らず、他の基板であってもよい。たとえば、ＩｎＰ基板を用いてもよい。この場合、ＩｎＧａＡｓＰからなる発光層を用いることにより、１．２μｍ〜１．６μｍの範囲の波長を有する発振波長を実現することができる。なお、発光層として、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＢＩｎＡｌＧａＮなどからなる窒化物系半導体層やウルツ鉱構造のＺｎＯ層を用いてもよい。また、このウルツ鉱構造のＺｎＯに、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｔｅ、ＳまたはＳｅを含む混晶半導体を用いた場合であってもよい。さらに、発光層材料として、ウルツ鉱構造や閃亜鉛鉱構造の２−６族半導体であるＺｎＳＳｅまたはＣｄＳＳｅを用いてもよい。また、これらの２−６族半導体に、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｓ、ＳｅまたはＴｅを含む混晶半導体を用いた場合であっても同様の効果を得ることができる。
【００４９】
また、上記実施形態では、ＭＱＷ発光層４の上に位置するｐ型多層反射膜６にストライプ部７を形成するようにしたが、本発明はこれに限らず、ＭＱＷ発光層４の下に位置するｎ型多層反射膜３にストライプ部を形成するようにしても同様の効果を得ることができる。
【００５０】
なお、上記実施形態では、四角形状の発光部を有する面発光型半導体レーザ素子を形成したが、本発明はこれに限らず、発光部の形状は他の形状であってもよい。たとえば、図１２に示す平面図のように、円形状の発光部を有する面発光型半導体レーザ素子を形成してもよい。この場合、ｎ型多層反射膜１３の上方に、ｐ型コンタクト層１８が形成されており、ｐ型コンタクト層１８の内部には、所定の周期と幅でストライプ状に加工されたストライプ部１７が形成されている。ストライプ部１７の上面を除くｐ型コンタクト層１８上には、ｐ側オーミック電極１９が形成されている。なお、図１２に示した面発光型半導体レーザ素子のその他の構成は、上記した実施形態と同様である。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、実質的に完全な偏波面制御を行うことが可能な面発光型半導体レーザ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による面発光型半導体レーザ素子を示した断面図である。
【図２】図１に示した一実施形態による面発光型半導体レーザ素子を示した平面図である。
【図３】図１に示した一実施形態による面発光型半導体レーザ素子のｐ型多層反射膜のストライプ部を示した拡大断面図である。
【図４】図１に示した一実施形態による面発光型半導体レーザ素子のストライプ部分の幅と周期との比率とｐ型多層反射膜の屈折率との関係を示した特性図である。
【図５】本発明の一実施形態による面発光型半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６】本発明の一実施形態による面発光型半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図７】本発明の一実施形態による面発光型半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図８】本発明の一実施形態による面発光型半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図９】図８に示した製造プロセスにおける平面図である。
【図１０】本発明の一実施形態による面発光型半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態による面発光型半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１２】図１および図２に示した一実施形態の変形例による同心円状のレーザ光出射形状を有する面発光型半導体レーザ素子の構造を説明するための平面図である。
【符号の説明】
３、１３ｎ型多層反射膜（第１多層反射膜）
４ＭＱＷ発光層（発光層）
６ｐ型多層反射膜（第２多層反射膜）
７、１７ストライプ部

Claims

第１多層反射膜と、
前記第１多層反射膜上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成された第２多層反射膜とを備え、
前記第１多層反射膜および前記第２多層反射膜の少なくとも一方は、所定の周期でストライプ形状に加工されたストライプ部を含むとともに、
前記第１多層反射膜および前記第２多層反射膜のうちの前記ストライプ部を含む少なくとも一方は、第１材料層と第２材料層とを含み、
前記ストライプ部に垂直な方向の偏波に対する前記第１材料層の屈折率と前記第２材料層の屈折率とは、実質的に等しい、面発光型半導体レーザ素子。
前記第１材料層のストライプ部の幅と周期との比をＷａとし、前記第２材料層のストライプ部の幅と周期との比をＷｂとした場合に、前記ストライプ部に垂直な方向の偏波に対する前記第１材料層の屈折率と前記第２材料層の屈折率とが実質的に等しくなるように、前記Ｗａと前記Ｗｂとが設定されている、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ素子。
前記ストライプ部の周期は、前記発光層の発光波長よりも短い、請求項２に記載の面発光型半導体レーザ素子。