JPH08116125A - 面発光レーザ - Google Patents

面発光レーザ

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JPH08116125A JP6247926A JP24792694A JPH08116125A JP H08116125 A JPH08116125 A JP H08116125A JP 6247926 A JP6247926 A JP 6247926A JP 24792694 A JP24792694 A JP 24792694A JP H08116125 A JPH08116125 A JP H08116125A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 垂直共振器型面発光レーザの偏光の向きを制
御して揃える。 【構成】 ポスト形状陽極側半導体多層反射膜2を傾斜
させる。側面での反射に偏光依存性があり、傾斜面に平
行な偏波の反射率が高いために、傾斜面に平行な偏光が
得られる。さらに断面形状を矩形にすると、長辺側での
長辺に垂直な偏波のロスが大きいため、結果として長辺
に垂直な偏光が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザデバイスに
おける面発光レーザに関するものである。
【0002】
【従来の技術】垂直共振器型の面発光レーザは、特願平
3−34754号にあるように上下2組の半導体多層反
射膜で共振器を形成し、基板に対して垂直方向に光を出
射するレーザである。主な構成を図5に示す。InGa
As活性層3とGaAsクラッド層5からなる中間層を
GaAs/AlAsの18組で構成される陰極側半導体
多層反射膜6とGaAs/AlAs15組で構成される
陽極側多層膜2ではさみ共振器を構成する。陽極側半導
体多層反射膜2はエッチングによりポスト形状に加工さ
れ、ポスト直下以外の活性層はイオン注入により不活性
化される。陽極と陰極の間に電流を流し発振させ、レー
ザ光は基板側から取り出す。この構成は屈折率導波型の
一例であるが、他に利得導波型もあり、出射光の取り出
し方、電流注入の方法など多くの方式が存在する。
【0003】一般にストライプ型のレーザに較べて、出
射角が狭い、縦モード間隔が大きい、アレーにしやすい
等の特徴を持つ。一方、偏波に対しては、ストライプ型
レーザにおけるTE、TMモードの導波損及び反射率の
差のような偏波決定要因が無いため、その向きは不確定
である。現在、半導体レーザを光源とする光通信等のシ
ステムでは、偏波の方向に依存するビームスプリッタや
偏光子などの使用が不可欠なので、面発光レーザにおい
ても偏波を制御することが応用上極めて重要である。
【0004】垂直共振器型面発光レーザにおいて偏波を
制御しようとする試みはいくつか報告があるが大きく分
けて2種類ある。ひとつは多層反射膜の反射率に異方性
を持たせようという試みでジャパニーズ ジャーナル
オブ アプライド フィジックス 30巻 L1015
−L1017ページ(Japanese Journa
l of Applied Physics Vol.
30 PP.L1015−1017,1991)に示さ
れている。上部の半導体多層膜の側面のうち向かいあう
2面のみを高反射率の金属で覆った例があるが完全な制
御に至っていない。
【0005】もうひとつの方法は、活性層に異方的なス
トレスを与える方法でジャパニーズジャーナル オブ
アプライド フィジックス 31巻 1389−139
0ページ(Japanese Journal of
Applied Physics,31,pp1389
−1390,1992)に示されている。基板を楕円に
掘りこんで異方的なストレスを与えることで長軸に平行
な偏光を得る。
【0006】またフォトニクス テクノロジー レター
ズ(IEEE PhotonicsLetters)6
巻 40−42ページに示された方法も、電極のAuと
その下のSiO2 を異方的な形状とすることで、異方的
なストレスが与えられ長軸に平行な偏光が得られたもの
と考えられる。
【0007】その他では特開平1−265584号公報
にあるような、光出射部に矩形の高屈折率導波部を設
け、その長辺に平行な偏光を通す試みがあるが、高屈折
率導波部へ有効に光が閉じ込められるかは疑問で、それ
を用いた偏光制御効果もあまり強くないと考えられる。
【0008】また特開平4−242989号公報にある
ように、異方形状を有する電極により、異方的な利得を
与える利得閉じこめ型レーザの一種の例があるが、利得
導波型において、電極形状の変化により与えられる利得
の異方性はあまり強くなく、それを利用した偏波制御効
果も小さいと思われる。
【0009】また特開平4−144183号公報にある
垂直共振器部分を異方的な形状にする試みも、共振器の
断面形状を異方的にしただけで、偏光に対して何らかの
影響があるとは考えられず、公報中でも偏光制御の物理
的な根拠に関しては何も触れずに、ただ長軸に平行な偏
波が得られるとしている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来例は、完全
に偏光を制御しきれていないこと以外にも、以下の2点
について問題がある。ひとつは素子の、光の導波方向に
垂直な断面の径が大きく、横モードが単一ではない。多
モードの場合、偏波は各モードで同じ向きとは限らない
ので、その偏波を正確に扱うのは困難であり、偏光の制
御は単一モードが得られる程度の小さい素子で実現させ
る必要がある。
【0011】またこれらの例では数個の素子についての
データしか示されていないが実際は同一基板上でも素子
ごとにばらつきがあるので、少なくとも50素子程度に
ついてその偏波の方向を調べる必要がある。
【0012】本発明は以上に述べた問題を解決するもの
で、偏光が正確に取り扱える単一横モードで発振する素
子について、少なくとも50以上の素子の偏波方向を、
ある一方向に揃えることがその課題である。
【0013】ただし評価は単一モードの素子で行う必要
があるが、実際の本発明の効果は多モードの素子におい
ても作用を有するものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明では以下の手段に
より上記の課題を解決する。 (1)ポスト構造を有する垂直共振器型面発光レーザに
おいて、ポストを活性層を含む面に対して傾斜させる。 (2)上記(1)においてさらに、ポストの断面形状が
180°未満の回転に関して対称でない形状とする。
【0015】
【作用】ポストを傾斜させると、共振器内を往復する光
のポスト側面での反射が重要となる。この側面での反射
は偏光の向きに依存しフレネルの公式に従う。フレネル
の公式については、例えばマックス ボルンとエミル
ウォルフ著、草川徹と横田英司訳の光学の原理I(東海
大学出版会、1988年第6刷)61〜73ページにあ
るように入射面に対して平行な偏波の方が入射面に垂直
な偏波より反射率が高い。ただし屈折率3程度の半導体
多層反射膜から屈折率1の空気への入射の場合傾斜角が
小さいと全反射であるが、実際の側面は作製プロセスの
途中で、例えばAlAs/GaAs層でのAlAs層の
サイドエッチのような細かい凹凸があるので、完全な全
反射とはならずに上記の偏波依存性が現れるものと考え
られる。結果として傾斜した側面に平行な方向の偏光が
得られる。
【0016】さらにポストの断面形状が180°未満の
回転に対して非対称な形状の場合、ポストが傾斜したこ
とによる側面からの光の逃げは長軸側で大きい。その結
果長軸側で逃げ易い、長軸に平行な側面に垂直な偏波が
減り、長軸に平行な偏光が現れる。
【0017】
【実施例】以下実施例を挙げて本発明の面発光レーザを
説明する。
【0018】(実施例1)請求項1の発明の実施例を示
す。
【0019】図1に本発明の面発光レーザを示す。構造
は上下2組の半導体多層反射膜で共振器を形成し、基板
に対して垂直方向に光を出射するレーザである。上側
の、陽極側半導体多層反射膜2は反応性イオンビームエ
ッチングにより、ポスト形状に加工される。ポストの断
面形状は6μm ×6μm の正方形である。このポストエ
ッチングの際に基板を20°傾斜させておくことで図1
のような傾斜ポスト構造が作製される。
【0020】陽極1と陰極7から電流注入され活性層で
発光した光は上下の半導体多層反射膜の間を往復し発振
にいたる。その際、ポスト形状陽極側半導体多層反射膜
2では側面から光が逃げる。特に傾斜側面ではその垂直
方向の偏波の逃げが大きいため、発振するモードの偏光
方向は傾斜面に平行、すなわち<110>軸に平行とな
る。偏光がこの傾斜面の方向にそろう主要因はこの側面
での反射と考えられるが、多層膜中を斜めに進むことに
よる偏光、傾斜ポストによるストレスなども一因となっ
ていいると考えられるが原因の切り分け、特定は困難で
ある。
【0021】図2に62個の素子について偏光の方向を
測定した結果をまとめたものを示す。全素子が直線偏光
を示し、そのうち95%の素子が傾斜面に平行な方向に
偏光しておりこれと異なる方向への偏光は5%で、ほぼ
完全な偏光制御が実現した。
【0022】この実施例において断面は正方形であった
が、円、六角形等でもかまわない。大きさも、正確な偏
光評価ができるという意味では単一モードが得られる程
度に小さい方が望ましいが、ただ偏光が揃うかどうかと
いう点では多モードでもかまわず、従って大きさも限定
されない。また、傾斜角度についても、発振効率との間
で最適値が存在するが、偏光制御という点では特に制限
はない。
【0023】(実施例2)請求項2の発明の実施例を示
す。
【0024】本発明を図3に示す。実施例1と異なると
ころはポストの断面形状が6μm ×5μm の矩形である
ところである。長辺が傾斜面となるように傾斜させた場
合と短辺が傾斜面となるように傾斜させた場合の2方向
の傾斜があるが、どちらの場合も長辺に平行な偏光が多
く得られる。これは、偏光決定要因として長辺側で長辺
に垂直な偏波の逃げが大きく結果として長辺に平行な偏
光が得られるためと考えられる。図4に長辺が傾斜面と
なるように傾斜させた場合の64素子の偏光方向につい
てまとめたものを示す。長辺に垂直な偏光を示す素子は
ひとつもなく偏光制御が行えた。45°方向の偏光を示
す素子があるのは、矩形のエッチングマスク作製時の光
学露光で、矩形の角がとれてまるくなってしまったため
と考えられる。
【0025】この実施例において断面形状は矩形であっ
たが、楕円、ひし形、その他180°未満の回転に対し
て非対称であればかまわない。また大きさも実施例1同
様、偏光評価の点では単一モードが得られる程度に小さ
いことが望ましいが、偏光制御という点では、特に大き
さに制限は無い。
【0026】本実施例では単体の面発光レーザ構造を示
したが、面発光レーザアレイ・マトリクス等の光集積素
子に本発明を適用すれば、偏光のそろった集積素子が得
られる。
【0027】
【発明の効果】偏光が制御された面発光レーザが歩留り
良く得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】傾斜ポストを有する面発光レーザの構造を示す
図。
【図2】傾斜ポスト面発光レーザにおける偏光の割合を
示す図。
【図3】矩形断面傾斜ポスト面発光レーザの構造を示す
図。
【図4】矩形断面傾斜ポスト面発光レーザにおける偏光
の割合を示す図。
【図5】従来例の面発光レーザの構造を示す図。
【符号の説明】
1 陽極 2 ポスト形状陽極側半導体多層反射膜 3 活性層 4 イオン注入による不活性化領域 5 クラッド層 6 陰極側半導体多層反射膜 7 陰極 8 <110>軸 9 <−110>軸 10 長辺 11 短辺

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポスト構造を有する垂直共振器型面発光レ
    ーザにおいて、ポストが活性層を含む面に対して傾斜し
    ていることを特徴とする面発光レーザ。
  2. 【請求項2】上記請求項1におけるレーザで、ポストの
    断面形状が180°未満の回転について非対称であるこ
    とを特徴とする面発光レーザ。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006013366A (ja) * 2004-06-29 2006-01-12 Fuji Xerox Co Ltd 面発光型半導体レーザ装置およびその製造方法
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