JPH0918084A - Surface light emitting semiconductor laser and manufacture thereof - Google Patents

Surface light emitting semiconductor laser and manufacture thereof

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JPH0918084A
JPH0918084A JP18216395A JP18216395A JPH0918084A JP H0918084 A JPH0918084 A JP H0918084A JP 18216395 A JP18216395 A JP 18216395A JP 18216395 A JP18216395 A JP 18216395A JP H0918084 A JPH0918084 A JP H0918084A
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JP
Japan
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layer
forming
light
laser
semiconductor laser
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Withdrawn
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JP18216395A
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Japanese (ja)
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Katsumi Mori
克己 森
Takayuki Kondo
貴幸 近藤
Takeo Kaneko
丈夫 金子
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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    • H01S2301/00Functional characteristics
    • H01S2301/18Semiconductor lasers with special structural design for influencing the near- or far-field
    • HELECTRICITY
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    • H01S5/18391Aperiodic structuring to influence the near- or far-field distribution

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

PURPOSE: To enable an energy peak space in a far field pattern to be optionally changed corresponding to a space between two luminous spots in a near field pattern. CONSTITUTION: A first and a second reflecting mirror, 103 and 111, and an optical resonator composed of semiconductor layers 104, 105, 106, and 109 provided between the mirrors 103 and 111 are provided onto a semiconductor substrate 102. The second clad layer 106 and the contact layer 109 out of the layers are formed into columnar parts 114a and 114b. A phase shifter layer 115 formed of material different from air in refractive index is provided to a region on the surface of the second reflecting mirror 111 confronting the columnar part 114b.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は複数の発光スポットを有
する面発光型半導体レーザに関し、特に、超解像を利用
して小さなビームスポットを結像するのに最適なレーザ
光を出射できる面発光型半導体レーザに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface emitting semiconductor laser having a plurality of light emitting spots, and more particularly to a surface emitting semiconductor laser capable of emitting a laser beam most suitable for forming a small beam spot by utilizing super resolution. Type semiconductor laser.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】光読み
取り装置、光計測装置などの半導体レーザ応用機器で
は、投射面上に小さなビームスポットのレーザ光を結像
することが望まれている。特開平2−12622号公報
には、超解像を利用して投射面上に小さなビームスポッ
トのレーザ光を結像する技術が開示されている。この超
解像の原理について、図9及び図10を参照して説明す
る。
2. Description of the Related Art In semiconductor laser application equipment such as an optical reading device and an optical measuring device, it is desired to image a laser beam having a small beam spot on a projection surface. Japanese Patent Laid-Open No. 12622/1990 discloses a technique of forming a laser beam having a small beam spot on a projection surface by utilizing super-resolution. The principle of this super-resolution will be described with reference to FIGS. 9 and 10.

【0003】図9において、半導体レーザ10からは、
単一の発光スポットから所定放射角のレーザ光が出射さ
れ、このレーザ光が、円形孔を有するアパーチャ12を
通過することで、エネルギー強度の高い所定放射角の範
囲内のレーザ光のみが抜き出される。その後、このレー
ザ光は第1のレンズ14を介して平行光1とされ、第2
のレンズ18により投斜面20上に結像されることにな
る。
In FIG. 9, from the semiconductor laser 10,
Laser light with a predetermined emission angle is emitted from a single emission spot, and this laser light passes through an aperture 12 having a circular hole, so that only laser light within a predetermined emission angle range with high energy intensity is extracted. Be done. Thereafter, this laser light is converted into parallel light 1 through the first lens 14 and
The lens 18 forms an image on the inclined surface 20.

【0004】ここで、第1,第2のレンズ14,18の
間の光軸上には遮光体16が配置されている。この遮光
体16を通過する以前の平行光1は、図9の断面A−A
を示す図10(A)の通り、円形断面のレーザ光であ
る。平行光1が遮光体16を通過すると、図9のB−B
断面図である図10(B)に示す通り、この平行光1は
遮光体16により2つに分割されることになる。
Here, a light shield 16 is arranged on the optical axis between the first and second lenses 14 and 18. The parallel light 1 before passing through the light shield 16 has a cross section AA in FIG.
As shown in FIG. 10A, the laser light has a circular cross section. When the parallel light 1 passes through the light shield 16, the BB line in FIG.
As shown in FIG. 10B, which is a sectional view, the parallel light 1 is divided into two by the light shield 16.

【0005】上述した超解像とは、位相同期の取れたレ
ーザ光であって、相近接する2つのレーザ光同士の干渉
効果により、ビームスポットの小さなレーザ光が投斜面
20上に結像されることをいう。
The above-mentioned super-resolution is a phase-synchronized laser beam, and a laser beam with a small beam spot is imaged on the projection surface 20 due to the interference effect of two laser beams that are close to each other. Say that.

【0006】ここで、遮光体16を通過した以降の平行
光のエネルギー強度は、図9のC−C断面でのビーム強
度分布を示す図10(C)の通り、2つのエネルギーピ
ークを有するレーザ光に分割されている。これに対し
て、投斜面20に結像されるレーザ光は、図10(D)
に示すように、中心にエネルギーピークを持ち、かつ、
ビームスポットの小さなレーザ光である。
Here, the energy intensity of the parallel light after passing through the light shield 16 has two energy peaks as shown in FIG. 10C showing the beam intensity distribution in the CC cross section of FIG. It is divided into light. On the other hand, the laser light imaged on the projection surface 20 is shown in FIG.
Has an energy peak in the center, and
It is a laser beam with a small beam spot.

【0007】ところが、上述したように、単一の発光ス
ポットからのレーザ光を、遮光体16を用いて2つに分
割した場合には、図10(C)に示す通り、最もエネル
ギー強度の高い中央領域の光が遮られ、光利用率が低下
してしまうことがわかる。上述の特開平2−12622
号公報に開示されているとおり、超解像の効果を高める
ためには、遮光体16による遮光幅を広げなければなら
ず、それに応じて光利用率がさらに低下してしまう。
However, as described above, when the laser light from a single light emission spot is divided into two using the light shield 16, as shown in FIG. 10C, the energy intensity is the highest. It can be seen that the light in the central area is blocked and the light utilization rate decreases. Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-162222
As disclosed in the publication, in order to enhance the super-resolution effect, the light-shielding width of the light-shielding body 16 must be widened, and the light utilization rate further decreases accordingly.

【0008】特開平2−12622号公報では光利用率
の低下を従来の課題として指摘した上で、図9に示す遮
光体16に代えて、ビームスプリッタを配置し、エネル
ギー強度の高い中央領域の光を利用しながら、2つのレ
ーザ光に分割する発明を開示している。
In JP-A-2-12622, it is pointed out that the reduction of the light utilization rate is a conventional problem. Then, instead of the light shield 16 shown in FIG. 9, a beam splitter is arranged and a central region of high energy intensity is provided. The invention of splitting into two laser beams while utilizing light is disclosed.

【0009】しかしながら、この技術はビームスプリッ
タが不可欠であることに加えて、超解像の効果を高める
ために分割された2つのレーザ光の間隔(好ましくは2
〜3cm)を確保するための光学系が不可欠であり、光
学系の構造が複雑化するという問題を内在していた。
However, in this technique, in addition to the fact that a beam splitter is indispensable, an interval (preferably 2) between two laser beams divided for enhancing the effect of super-resolution is provided.
(3 cm) is essential, and there is an inherent problem that the structure of the optical system becomes complicated.

【0010】一方、本願出願人は、特開平4−3630
81号に開示されているとおり、光共振器の少なくとも
クラッド層を複数本の柱状部分として形成し、各柱状部
分の端面から位相同期のとれた複数のレーザ光を出射す
る技術を開示している。
On the other hand, the applicant of the present application has filed Japanese Patent Laid-Open No. 4-3630.
As disclosed in Japanese Patent No. 81, there is disclosed a technique in which at least a cladding layer of an optical resonator is formed as a plurality of columnar portions and a plurality of phase-synchronized laser beams are emitted from the end faces of the respective columnar portions. .

【0011】図11は、特開平4−363081号の半
導体レーザの複数の発光スポット22、24から出射さ
れたレーザ光の遠視野像(ファ・フィールド・パター
ン、以下FFPとも称する)におけるビーム強度分布を
示している。図11の通り、2つの位相が一致したレー
ザビーム同士の干渉効果により、放射角0度にエネルギ
ーピークを有する比較的大口径のビーム26が得られ、
このままでは小径ビームを必要とする光読み取り装置な
どに適用できない。なお、FFPでは所定放射角の範囲
にサブピーク28が生じている。
FIG. 11 is a beam intensity distribution in a far-field pattern (far field pattern, hereinafter also referred to as FFP) of laser light emitted from a plurality of light emission spots 22 and 24 of a semiconductor laser disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-363081. Is shown. As shown in FIG. 11, a beam 26 having a relatively large diameter having an energy peak at a radiation angle of 0 degree is obtained due to the interference effect between the two laser beams having the same phase.
As it is, it cannot be applied to an optical reader or the like that requires a small-diameter beam. It should be noted that in the FFP, the sub-peak 28 occurs in the range of the predetermined radiation angle.

【0012】また、この技術によれば、1つの面発光型
半導体レーザの光出射面上の発光スポット22、24の
間隔(柱状部分の中心間距離)は、位相同期をとる必要
上20μm以下に設定しなければならない。従って、こ
の面発光型半導体レーザを用いて、上述の超解像の効果
を利用したビームスポットの小さな光を結像する場合に
も、近視野像(ニア・フィールド・パターン、以下NF
Pとも称する)での2つのエネルギーピークの間隔を、
光学系を用いて広げなければならず、同様に光学系が複
雑化するという問題があった。
Further, according to this technique, the distance between the light emission spots 22 and 24 on the light emitting surface of one surface-emitting type semiconductor laser (center-to-center distance between columnar portions) is 20 μm or less because of phase synchronization. Must be set. Therefore, even when the surface emitting semiconductor laser is used to form light with a small beam spot utilizing the above-mentioned super-resolution effect, a near-field image (near field pattern, hereinafter referred to as NF) is formed.
The distance between the two energy peaks in (also referred to as P) is
There is a problem that the optical system must be expanded by using the optical system, and the optical system is similarly complicated.

【0013】そこで、本発明の目的とするところは、複
数の発光スポットから出射されたレーザ光の光利用率を
低下させずに、しかも、光学系を複雑化することなく、
近視野像での2点の発光スポット間隔に対して、遠視野
像でのエネルギーピーク間隔を任意に変更することがで
きる面発光型半導体レーザ及びその製造方法を提供する
ことにある。
Therefore, an object of the present invention is to reduce the light utilization rate of the laser light emitted from a plurality of light emission spots, and without complicating the optical system.
An object of the present invention is to provide a surface-emitting type semiconductor laser capable of arbitrarily changing the energy peak interval in a far-field image with respect to the interval between two emission spots in a near-field image, and a method for manufacturing the same.

【0014】本発明の他の目的は、複数の発光スポット
の位置及びそれより出射されるレーザ光の位相を任意に
設定することで、レーザ光の干渉する位置を制御するこ
とができる面発光型半導体レーザ及びその製造方法を提
供することにある。
Another object of the present invention is to provide a surface-emitting type device capable of controlling the position of interference of laser light by arbitrarily setting the positions of a plurality of light emission spots and the phase of laser light emitted therefrom. A semiconductor laser and a method for manufacturing the same are provided.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段及び作用】請求項1の発明
は、一対の第1、第2の反射ミラー及びその間の多層の
半導体層から成る光共振器を有し、半導体基板と垂直な
方向に向けて、光出射側の第2の反射ミラーを介して、
複数発光スポットよりレーザ光を発振させる面発光型半
導体レーザにおいて、前記第2の反射ミラー上の少なく
とも一つの発光スポットと対向する一部領域に、空気と
屈折率が異なる材質にて形成された位相シフタ層を設け
たことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical resonator including a pair of first and second reflecting mirrors and a plurality of semiconductor layers between them, and a direction perpendicular to the semiconductor substrate. Via the second reflecting mirror on the light emitting side,
In a surface emitting semiconductor laser that oscillates laser light from a plurality of light emission spots, a phase formed of a material having a refractive index different from that of air in a partial region facing at least one light emission spot on the second reflection mirror. A shifter layer is provided.

【0016】この請求項1の発明において、複数の発光
スポットからのレーザ光の干渉する位置、換言すればレ
ーザ光の遠視野像における複数のビームスポット間隔を
任意に制御できる原理について、図5を参照して説明す
る。
FIG. 5 shows the principle of arbitrarily controlling the positions of interference of laser beams from a plurality of emission spots, in other words, the intervals of a plurality of beam spots in the far-field pattern of the laser beams in the invention of claim 1. It will be described with reference to FIG.

【0017】同図において、面発光型半導体レーザの発
光面上の例えば2つの発光スポット30,32からは、
それぞれ位相の異なるレーザビームが出射される。例え
ば、発光スポット32と対向する位置にて、光出射側の
第2の電極上に位相シフト層を配置しておくと、発光ス
ポット30からのレーザ光の位相に対して、発光スポッ
ト32からのレーザ光の位相を例えば(−λ/2)だけ
位相シフトすることができる。
In the figure, from, for example, two emission spots 30 and 32 on the emission surface of the surface emitting semiconductor laser,
Laser beams having different phases are emitted. For example, if a phase shift layer is arranged on the second electrode on the light emission side at a position facing the light emission spot 32, the phase of the laser light from the light emission spot 30 with respect to the phase of the laser light from the light emission spot 32 is emitted. The phase of the laser light can be phase-shifted by (-λ / 2), for example.

【0018】発光スポット30より図5中で見かけ上直
進するレーザビーム30aの位相に対して、発光スポッ
ト32より図5中で見かけ上直進するレーザビーム32
aの位相は、(−λ/2)だけずれている。一方、発光
スポット30より図5中で見かけ上斜め上方に向けて出
射されるレーザビーム30bは、レーザビーム30aと
比べて光路長が異なるため、レーザビーム32aと同様
に位相差(−λ/2)が生じている。この同一の位相差
分だけずれた2つのレーザビーム30b,32aは互い
に干渉し、遠視野像において中心からの放射角+θの位
置にてエネルギーピークを有することになる。
The phase of the laser beam 30a that apparently goes straight in FIG. 5 from the light emission spot 30 is compared with the phase of the laser beam 30a that apparently goes straight in FIG.
The phase of a is shifted by (−λ / 2). On the other hand, the laser beam 30b emitted from the light emission spot 30 in an apparently obliquely upward direction in FIG. 5 has a different optical path length from the laser beam 30a, and thus has the same phase difference (−λ / 2) as the laser beam 32a. ) Has occurred. The two laser beams 30b and 32a deviated by the same phase difference interfere with each other and have an energy peak at the position of the radiation angle + θ from the center in the far field image.

【0019】また、発光スポット32より図5中で見か
け上斜め上方に向かうレーザビーム32bは、レーザビ
ーム30aに対して、位相差が−λ/2−λ/2=0と
なり、2つのレーザビーム30a,32bには位相差が
生じず、互いに干渉する結果として、遠視野像において
放射角−θにエネルギーピークを有することになる。す
なわち、エネルギーピークを有する放射角を、レーザ光
の位相差により変更することが可能となる。
Further, the laser beam 32b, which is apparently directed obliquely upward in FIG. 5 from the light emission spot 32, has a phase difference of −λ / 2−λ / 2 = 0 with respect to the laser beam 30a. There is no phase difference between 30a and 32b and they interfere with each other, and as a result, there is an energy peak at the radiation angle -θ in the far field image. That is, the radiation angle having the energy peak can be changed by the phase difference of the laser light.

【0020】発光スポット30,32から遠視野像まで
の距離をLとし、遠視野像における放射角(±θ)にて
エネルギーピークとなる2つのビーム間の距離Wは、 W=2L×tanθ……(1) となる。
Letting L be the distance from the emission spots 30 and 32 to the far-field image, the distance W between the two beams which has an energy peak at the radiation angle (± θ) in the far-field image is W = 2L × tan θ. … (1)

【0021】さらに、発光スポット30、32間の距離
をPとし、発光スポット30からのレーザビーム30a
の波長をλとし、各発光スポット30,32からのレー
ザビーム30a,32aの位相差をαとしたとき、放射
角(±θ)にてエネルギーピークとなるためには、 [(L・tanθ+P/2)2+L21/2 =[(L・tanθ−P/2)2+L21/2+α+m・λ……(2) の条件が成立する。
Further, the distance between the light emitting spots 30 and 32 is P, and the laser beam 30a from the light emitting spot 30 is used.
, And the phase difference between the laser beams 30a and 32a from the respective emission spots 30 and 32 is α, in order to reach the energy peak at the emission angle (± θ), [(L · tan θ + P / 2) 2 + L 2 ] 1/2 = [(L · tan θ−P / 2) 2 + L 2 ] 1/2 + α + m · λ (2) is satisfied.

【0022】ここで、係数mは、各発光スポット30,
32から遠視野像での放射角(±θ)の位置までの光路
長の差が、位相差αに加えて、波長λの整数倍となるこ
とを意味し、m=0,±1,±2などの値をとり得る
が、図5はm=±1の場合を示している。m=±2、±
3などの絶対値の大きい値を採用すると、遠視野像での
エネルギーピークは小さくなる。
Here, the coefficient m is defined by the respective emission spots 30,
It means that the difference in optical path length from 32 to the position of the radiation angle (± θ) in the far-field image is an integer multiple of the wavelength λ in addition to the phase difference α, and m = 0, ± 1, ± Although it can take values such as 2, FIG. 5 shows a case where m = ± 1. m = ± 2, ±
When a large absolute value such as 3 is adopted, the energy peak in the far-field image becomes small.

【0023】式(1),(2)から明らかなように、発
光スポット間隔P及び位相差αを任意に設定すること
で、レーザ光の干渉する位置又は方向、換言すれば遠視
野像におけるビーム間隔Wを任意に変更することが可能
となる。
As is apparent from the equations (1) and (2), by arbitrarily setting the light emission spot interval P and the phase difference α, the position or direction where the laser light interferes, in other words, the beam in the far field image. It is possible to change the interval W arbitrarily.

【0024】ところで、遠視野像における2つのエネル
ギーピークは、図5に示す場合には、位相差(−λ/
2)だけずれたものとなるが、超解像により結像させる
場合には、いずれか一方のエネルギーピークを有するレ
ーザ光の位相を光路途中で調整することで、同一位相の
2つのレーザ光を得ることができ、2つのレーザ光の干
渉効果により、効果的な超解像による結像を実現するこ
とができる。
By the way, the two energy peaks in the far-field pattern have a phase difference (-λ /
Although it is shifted by 2), when forming by super-resolution, by adjusting the phase of the laser light having one of the energy peaks in the middle of the optical path, two laser lights of the same phase are This can be obtained, and effective super-resolution imaging can be realized by the interference effect of the two laser beams.

【0025】ここで、面発光型半導体レーザ中の共振器
内において導波される2つのレーザ光間に所望の位相差
を設けてもよいが、このような光共振器を製造すること
は極めて困難である。これに対して、請求項1の発明に
よれば、光出射側の第2の反射ミラー上に局所的に位相
シフタ層を設けることで、共振器内を導波されるレーザ
光の位相は揃えた状態のまま、位相シフタ層を介するこ
とで任意の位相差を付けることが可能となる。また、半
導体レーザ上の同一平面に発光部があるため、光学系の
調整が容易となる。
Here, a desired phase difference may be provided between the two laser beams guided in the resonator in the surface-emitting type semiconductor laser, but it is extremely difficult to manufacture such an optical resonator. Have difficulty. On the other hand, according to the invention of claim 1, the phase shifter layer is locally provided on the second reflection mirror on the light emitting side, so that the phases of the laser light guided in the resonator are aligned. It is possible to give an arbitrary phase difference by interposing the phase shifter layer in the above state. Further, since the light emitting portion is on the same plane on the semiconductor laser, the adjustment of the optical system becomes easy.

【0026】請求項2の発明は、第2の反射ミラー上に
局所的に位相シフタ層を有する点において、請求項1の
発明と共通している。請求項2の発明では、一対の第
1,第2の反射ミラー間に形成される多層の半導体層の
うち、少なくともクラッド層を複数本の柱状にエッチン
グすることで、複数本の柱状部分を形成している。さら
に、この複数本の柱状部分の周囲に絶縁性の埋込み層を
埋込み形成している。
The invention of claim 2 is in common with the invention of claim 1 in that a phase shifter layer is locally provided on the second reflecting mirror. In the invention of claim 2, among the multi-layered semiconductor layers formed between the pair of first and second reflection mirrors, at least the cladding layer is etched into a plurality of pillars to form a plurality of pillars. doing. Further, an insulating burying layer is buried around the plurality of columnar portions.

【0027】この半導体レーザによれば、複数本の柱状
部分の端面よりそれぞれレーザ光が出射されることで、
複数の発光スポットを有することができる。光共振器の
うちの複数本の柱状部分は、絶縁性の埋込み層により埋
込み形成されているため、光共振器中に注入される電流
及びそれにより生ずる光が外部に拡散することが防止さ
れ、高効率にてレーザ光を出射できると共に、しきい値
電流を低下させることができる。
According to this semiconductor laser, the laser light is emitted from each of the end faces of the plurality of columnar portions,
It can have a plurality of emission spots. Since the plurality of columnar portions of the optical resonator are embedded by the insulating burying layer, the current injected into the optical resonator and the light generated thereby are prevented from diffusing to the outside. Laser light can be emitted with high efficiency, and the threshold current can be reduced.

【0028】請求項3の発明では、第2の反射ミラー
が、第1層と第2層とを交互に複数層成形してなる誘電
体ミラーで構成されている。この場合に、位相シフタ層
を、第1層または第2層と同一の材質からなる単一膜層
にて成形することで、同一チャンバ内にて第2の反射ミ
ラー及び位相シフタ層を連続して形成することができ
る。
In the third aspect of the present invention, the second reflecting mirror is composed of a dielectric mirror formed by alternately forming a plurality of layers of the first layer and the second layer. In this case, by forming the phase shifter layer with a single film layer made of the same material as the first layer or the second layer, the second reflection mirror and the phase shifter layer are continuously formed in the same chamber. Can be formed.

【0029】請求項4の発明は、位相シフタ層のレーザ
光の波長に対する吸収係数が、100cm-1以下に設定
されている。こうすると、位相シフタ層を介して出射さ
れる側のレーザ光のエネルギーピークのみが低下するこ
とを低減できる。
According to the invention of claim 4, the absorption coefficient of the phase shifter layer with respect to the wavelength of the laser light is set to 100 cm -1 or less. With this, it is possible to reduce a decrease in only the energy peak of the laser light on the side emitted through the phase shifter layer.

【0030】請求項5及び請求項6はそれぞれ、請求項
1及び請求項2の各発明に係るレーザの製造方法を定義
している。
Claims 5 and 6 respectively define a laser manufacturing method according to each of the inventions of claims 1 and 2.

【0031】これら各発明によれば、一対の第1,第2
の反射ミラー及びその間に形成される多層の半導体層を
形成した後に、第2の反射ミラー上に局所的に位相シフ
タ層を形成している。これにより、光共振器の製造プロ
セスに何ら変更を伴うことなく、位相シフタ層の材質及
び膜厚を変更することで、複数の発光スポットから出射
されるレーザビームに任意の位相差を設定することが可
能となる。
According to each of these inventions, the pair of first and second pairs
After forming the reflection mirror and the multi-layered semiconductor layer formed therebetween, the phase shifter layer is locally formed on the second reflection mirror. As a result, by changing the material and film thickness of the phase shifter layer without changing the manufacturing process of the optical resonator, an arbitrary phase difference can be set for the laser beams emitted from the plurality of light emission spots. Is possible.

【0032】請求項7の発明は、請求項3にて定義され
た構造に適した製造プロセスを定義している。この発明
によれば、第2の反射ミラーとしての誘電体ミラーを構
成する第1層,第2層の内のいずれか一層の材質と同一
の材質からなる単一膜層を成膜させ、その後局所的にこ
の単一膜層をエッチングすることで、第2の反射ミラー
上に局所的に位相シフタ層を成形することができる。
The invention of claim 7 defines a manufacturing process suitable for the structure defined in claim 3. According to the present invention, a single film layer made of the same material as any one of the first layer and the second layer forming the dielectric mirror as the second reflection mirror is formed, and then the single film layer is formed. By locally etching this single film layer, the phase shifter layer can be locally formed on the second reflecting mirror.

【0033】請求項8の発明では、前記成膜工程では、
所定の位相シフタ量を得るための設計値上の膜厚以上に
前記単一膜層を成膜し、その後の前記除去工程で、前記
局所エッチングの前に、前記単一膜層を全面エッチング
することで、前記設計値上の膜厚に設定することができ
る。
In the invention of claim 8, in the film forming step,
The single film layer is formed to a thickness equal to or larger than a design value for obtaining a predetermined phase shifter amount, and then, in the subsequent removing step, the single film layer is entirely etched before the local etching. Thus, the film thickness can be set to the above design value.

【0034】請求項9の発明では、請求項7又は8の除
去工程を行うにあたり、エッチング時に所定波長の光を
前記単一膜層に照射してその反射スペクトルを検出して
いる。そして、その反射率プロファイルを測定すること
により、前記単一膜層のエッチング量を正確に制御する
ことができる。
According to the ninth aspect of the invention, in performing the removing step of the seventh or eighth aspect, the single film layer is irradiated with light having a predetermined wavelength at the time of etching to detect the reflection spectrum thereof. Then, by measuring the reflectance profile, the etching amount of the single film layer can be accurately controlled.

【0035】[0035]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0036】(レーザ構造)図1は、本発明の一実施例
における面発光型半導体レーザ装置の発光部の断面を模
式的に示す斜視図である。
(Laser Structure) FIG. 1 is a perspective view schematically showing a cross section of a light emitting portion of a surface emitting semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention.

【0037】図1に示す半導体レーザ装置100は、n
型GaAs基板102上に、n型Al0.8Ga0.2As層
とn型Al0.15Ga0.85As層を交互に積層し、波長8
00nm付近の光に対し99.5%以上の反射率を持つ
40ペアの分布反射型多層膜ミラー(以下これを「DB
Rミラー」とも表記する)103、n型Al0.7Ga0.3
As層からなる第1クラッド層104、 n型GaAs
ウエル層とn型Al0.3Ga0.7Asバリア層から成り
該ウエル層が21層で構成される量子井戸活性層105
(本実施例の場合は、多重量子井戸構造(MQW)の活
性層となっている)、p型Al0.7Ga0.3As層からな
る第2クラッド層106およびp+型Al0.15Ga0.85
As層からなるコンタクト層109が、順次積層して成
る。そして、第2クラッド層106の途中まで、半導体
の積層体の上面からみて円形形状にエッチングされて、
複数本例えば2本の第1、第2の柱状部分114a、1
14bが形成される。この第1、第2の柱状部分114
a、114bの基板102と平行な横断面を共に、長辺
及び短辺から成る矩形とすると、各柱状部分の発振領域
より出射されるレーザ光の偏波面の方向を、短辺方向に
揃えることができる。
The semiconductor laser device 100 shown in FIG.
An n-type Al 0.8 Ga 0.2 As layer and an n-type Al 0.15 Ga 0.85 As layer are alternately laminated on the n-type GaAs substrate 102 to obtain a wavelength of 8
40 pairs of distributed reflection multilayer mirrors (hereinafter referred to as "DB") having a reflectance of 99.5% or more for light near 00 nm.
(Also referred to as "R mirror") 103, n-type Al 0.7 Ga 0.3
First cladding layer 104 made of As layer, n - type GaAs
Quantum well active layer 105 comprising a well layer and an n - type Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer, the well layer comprising 21 layers
(In the case of the present embodiment, it is an active layer of a multi-quantum well structure (MQW)), a second cladding layer 106 made of a p-type Al 0.7 Ga 0.3 As layer and a p + -type Al 0.15 Ga 0.85.
A contact layer 109 made of an As layer is sequentially laminated. Then, a part of the second cladding layer 106 is etched into a circular shape as viewed from the top surface of the semiconductor laminate,
A plurality of, for example, two first and second columnar portions 114a, 1
14b is formed. The first and second columnar portions 114
If the cross sections of a and 114b parallel to the substrate 102 are both rectangular with long sides and short sides, the direction of the polarization plane of the laser light emitted from the oscillation region of each columnar portion is aligned with the short side direction. You can

【0038】この第1,第2の柱状部分114a,11
4bの間には、上述のエッチングにより分離溝110が
形成される。この分離溝110を含む領域であって、第
1、第2の柱状部分114a、114bの周囲領域が、
熱CVD法により形成されたSiO2等のシリコン酸化
膜(SiOx膜)からなる第1絶縁層107と、ポリイ
ミド等の耐熱性樹脂等からなる第2絶縁層108で埋め
込まれている。
The first and second columnar portions 114a, 11
The separation groove 110 is formed between 4b by the above-described etching. In the region including the separation groove 110, the peripheral regions of the first and second columnar portions 114a and 114b are
A first insulating layer 107 made of a silicon oxide film (SiO x film) such as SiO 2 formed by a thermal CVD method and a second insulating layer 108 made of a heat resistant resin such as polyimide are embedded.

【0039】第1絶縁層107は、第2クラッド層10
6およびコンタクト層109の表面に沿って連続して形
成され、第2絶縁層108は、この第1絶縁層107の
周囲を埋め込む状態で形成されている。
The first insulating layer 107 is the second cladding layer 10
6 and the contact layer 109, the second insulating layer 108 is continuously formed along the surface of the contact layer 109 and the first insulating layer 107.

【0040】第2絶縁層108としては、前述のポリイ
ミド等の耐熱性樹脂の他に、SiO2等のシリコン酸化
膜(SiOX膜)、Si34等のシリコン窒化膜(Si
X膜)、SiC等のシリコン炭化膜(SiCX膜)、S
OG(スピンオングラス法によるSiO2等のSiOX
膜などの絶縁性シリコン化合物膜、あるいは多結晶のI
I−VI族化合物半導体膜(例えばZnSeなど)でも
よい。これら、絶縁膜の中でも、低温で形成可能である
SiO2等のシリコン酸化膜、ポリイミドまたはSOG
膜を用いるのが好ましい。さらには、形成が簡単であ
り、容易に表面が平坦となることからSOG膜を用いる
のが好ましい。
As the second insulating layer 108, in addition to the above-mentioned heat-resistant resin such as polyimide, a silicon oxide film (SiO x film) such as SiO 2 or a silicon nitride film (Si such as Si 3 N 4 ) is used.
N X film), silicon carbide film such as SiC (SiC X film), S
OG (SiO x such as SiO 2 by spin-on-glass method)
Insulating silicon compound film such as film, or polycrystalline I
It may be a group I-VI compound semiconductor film (for example, ZnSe). Among these insulating films, a silicon oxide film such as SiO 2 which can be formed at a low temperature, polyimide or SOG
It is preferable to use a membrane. Furthermore, it is preferable to use the SOG film because it is easy to form and the surface becomes flat easily.

【0041】ここで、図1のシリコン酸化膜(SiOx
膜)からなる第1絶縁層107は、膜厚が500〜2000オ
ングストロームで、常圧の熱CVD法により形成された
ものである。耐熱性樹脂等からなる第2絶縁層108は
素子の表面を平坦化するために必要なものである。たと
えば、耐熱性樹脂には高抵抗を有するものの、膜中に水
分の残留が発生しやすく、直接、半導体層と接触させる
と、素子に長時間通電した場合に半導体との界面に於て
ボイドが発生し素子の特性を劣化させる。そこで、本実
施例の様に、第1絶縁層107のような薄膜を半導体層
との境界に挿入すると、第1絶縁層107が保護膜とな
り前述の劣化が生じない。第1絶縁層を構成するシリコ
ン酸化膜(SiOx膜)の形成方法には、プラズマCV
D法、反応性蒸着法など種類があるが、SiH4(モノ
シラン)ガスとO2(酸素)ガスを用い、N2(窒素)ガ
スをキャリアガスとする常圧熱CVD法による成膜方法
が最も適している。その理由は、反応を大気圧で行い、
更にO2が過剰な条件下で成膜するのでSiOx膜中の酸
素欠損が少なく緻密な膜となること、および、ステップ
・カバーレッジが良く、柱状部分114a,114bの
側面および段差部も平坦部と同じ膜厚が得られることで
ある。
Here, the silicon oxide film (SiO x
The first insulating layer 107 made of a film has a film thickness of 500 to 2000 angstroms and is formed by a thermal CVD method under normal pressure. The second insulating layer 108 made of a heat resistant resin or the like is necessary for flattening the surface of the element. For example, a heat-resistant resin has a high resistance, but moisture is likely to remain in the film, and if it is brought into direct contact with the semiconductor layer, voids may form at the interface with the semiconductor when the device is energized for a long time. Occurs and deteriorates the characteristics of the element. Therefore, when a thin film such as the first insulating layer 107 is inserted at the boundary with the semiconductor layer as in this embodiment, the first insulating layer 107 serves as a protective film and the above-mentioned deterioration does not occur. For forming the silicon oxide film (SiO x film) forming the first insulating layer, plasma CV is used.
Although there are various methods such as D method and reactive vapor deposition method, a film formation method by atmospheric pressure thermal CVD method using SiH 4 (monosilane) gas and O 2 (oxygen) gas and N 2 (nitrogen) gas as a carrier gas is available. Most suitable. The reason is that the reaction is carried out at atmospheric pressure,
Further, since the film is formed under the condition that the amount of O 2 is excessive, the SiO x film has a small oxygen deficiency and becomes a dense film, and the step coverage is good, and the side surfaces and the stepped portions of the columnar portions 114a and 114b are flat. That is, the same film thickness as the part can be obtained.

【0042】なお、第1,第2絶縁層107,108で
埋込層を形成するものに限らず、例えばII−VI族化合物
半導体エピタキシャル層にて形成することもできる。
The buried layer is not limited to the first and second insulating layers 107 and 108, and the buried layer may be formed of, for example, a II-VI group compound semiconductor epitaxial layer.

【0043】また、例えばCrとAu−Zn合金で構成
されるコンタクト金属層(上側電極)112が、コンタ
クト層109とリング状に接触して形成され、電流注入
のための電極となる。このコンタクト層109の上側電
極112で覆われていない部分は、円形に露出してい
る。そして、そのコンタクト層109の露出面(以後、
この部分を「開口部113」と記す)を充分に覆う面積
で、第1層例えばSiO 2等のSiOx層と、第2層例え
ばTa25層とを交互に積層し、波長800nm付近の
光に対し98.5〜99.5%の反射率を持つ7ペアの
誘電体多層膜ミラー111が形成されている。これら第
1層及び2層のそれぞれの厚さは、光共振器内部を導波
されるレーザ光の波長をλとし、各層での波長λの屈折
率をnとしたとき、λ/4nに設定されている。また、
n型GaAs基板102の下には、例えばNiとAu−
Ge合金から成る電極用金属層(下側電極)101が形
成されている。
Further, it is composed of, for example, Cr and an Au--Zn alloy.
The contact metal layer (upper electrode) 112 is
Current contact layer 109 is formed in contact with
Will be the electrode for. The upper electrode of this contact layer 109
The part not covered by the pole 112 is exposed in a circular shape.
You. Then, the exposed surface of the contact layer 109 (hereinafter,
This area is referred to as "opening 113")
Then, the first layer such as SiO TwoSiO such asxLayer and second layer
If TaTwoOFiveLayers are laminated alternately, and the wavelength around 800 nm
7 pairs of light with a reflectance of 98.5-99.5%
A dielectric multilayer film mirror 111 is formed. These first
The thickness of each of the 1st and 2nd layers is guided inside the optical resonator.
Refraction of wavelength λ in each layer
When the rate is n, it is set to λ / 4n. Also,
Under the n-type GaAs substrate 102, for example, Ni and Au-
The metal layer for electrodes (lower electrode) 101 made of Ge alloy is formed
Has been established.

【0044】本実施例の半導体レーザの特徴的な構成
は、上側の誘電体多層膜ミラー111の上面に、局所的
に位相シフタ層115を形成している点である。本実施
例では、この位相シフタ層115が、第2の柱状部分1
14bの端面と対向する位置にのみ設けられている。こ
の位相シフタ層115は、下層に形成されている誘電体
多層膜ミラー111を構成する第1層または第2層のい
ずれかの層と同一材料にて形成すると、後述の通り誘電
体多層膜ミラー111と位相シフタ層115とを同一チ
ャンバー内にて形成できる。
A characteristic structure of the semiconductor laser of this embodiment is that the phase shifter layer 115 is locally formed on the upper surface of the upper dielectric multilayer mirror 111. In the present embodiment, the phase shifter layer 115 is the second columnar portion 1
It is provided only at a position facing the end face of 14b. When the phase shifter layer 115 is formed of the same material as either the first layer or the second layer constituting the dielectric multilayer film mirror 111 formed below, the phase shifter layer 115 will be described later. 111 and the phase shifter layer 115 can be formed in the same chamber.

【0045】ここで、発振波長をλとし、空気の屈折率
をn1とし、位相シフタ層115の屈折率をn2としたと
き、位相シフタ層115にて位相差αだけシフトするた
めに必要な位相シフタ層115の厚さdは、下記の式を
満足する。
Here, when the oscillation wavelength is λ, the refractive index of air is n 1 and the refractive index of the phase shifter layer 115 is n 2 , it is necessary for the phase shifter layer 115 to shift by the phase difference α. The thickness d of the phase shifter layer 115 satisfies the following formula.

【0046】n1×d−n2×d=α 従って、本実施例のように、この位相シフタ層115に
て(−λ/2)の位相差を設定する場合には、 2n1×d+λ=2n2×d の条件を満足すればよい。
N 1 × d−n 2 × d = α Therefore, when setting the phase difference of (−λ / 2) in the phase shifter layer 115 as in the present embodiment, 2n 1 × d + λ. = 2n 2 × d.

【0047】空気の屈折率n1=1であるから、n2=1
の位相シフタ層115としたとき、その厚さd=λ/2
とすれば良く、n2=3の場合には、d=λ/4とな
る。
Since the refractive index of air n 1 = 1, n 2 = 1
When the phase shifter layer 115 of No. 1 is used, its thickness d = λ / 2
If n 2 = 3, then d = λ / 4.

【0048】また、位相シフタ層115は、レーザ光の
波長に対する吸収係数が、100cm-1以下であること
が好ましく、こうすると位相シフタ層115にて吸収さ
れるエネルギーをほとんど無視することができる。
Further, the phase shifter layer 115 preferably has an absorption coefficient with respect to the wavelength of the laser light of 100 cm −1 or less, and by doing so, the energy absorbed in the phase shifter layer 115 can be almost ignored.

【0049】(光共振器でのレーザ発振動作)上側電極
112と下側電極101との間に順方向電圧が印加され
て(本実施例の場合は、上側電極112から下側電極1
01への方向に電圧が印加される)電流注入が行なわれ
る。注入された電流は、量子井戸活性層105で光に変
換され、DBRミラー103と誘電体多層膜ミラー11
1とで構成される反射鏡の間をその光が往復することに
より増幅される。しかも、光共振器中に注入された電流
及び生成されかつ増幅された光は、第1,第2の柱状部
分114a,114bの周囲に埋め込まれた第1,第2
の絶縁層107,108により閉じこめられ、効率よく
レーザ発振動作を行うことができる。
(Laser Oscillation Operation in Optical Resonator) A forward voltage is applied between the upper electrode 112 and the lower electrode 101 (in the case of the present embodiment, from the upper electrode 112 to the lower electrode 1).
Current is applied (voltage is applied in the direction of 01). The injected current is converted into light in the quantum well active layer 105, and the DBR mirror 103 and the dielectric multilayer film mirror 11 are converted.
The light is amplified as it reciprocates between the reflecting mirrors composed of 1 and 1. Moreover, the current injected into the optical resonator and the generated and amplified light are first and second embedded in the periphery of the first and second columnar portions 114a and 114b.
It is confined by the insulating layers 107 and 108, and the laser oscillation operation can be efficiently performed.

【0050】そして、開口部113(コンタクト層10
9の露出面)及び誘電体多層膜ミラー111を介して、
基板102に対して垂直方向にレーザ光が放射される。
Then, the opening 113 (contact layer 10
9 exposed surface) and the dielectric multilayer mirror 111,
Laser light is emitted in a direction perpendicular to the substrate 102.

【0051】ここで、第1,第2の柱状部分114a,
114bより、誘電体多層膜ミラー111を介して出射
される2本のレーザビームは、共にその位相が一致して
いる。この理由は、第1に、活性層105が第1,第2
の柱状部分114a,114bの下方にて横方向に連続
し、各発振領域にて互いに光の影響を受けるからであ
る。第2に、各柱状部分114a,114bの中心間距
離P(図1参照)が、例えば3〜20μmと近接配置し
ており、この各柱状部分114a,114bにて生ずる
光が互いに影響してその位相が同期するのである。
Here, the first and second columnar portions 114a,
Two laser beams emitted from 114b via the dielectric multilayer mirror 111 have the same phase. The reason for this is that, firstly, the active layer 105 is
This is because they are continuous in the lateral direction below the columnar portions 114a and 114b and are influenced by light in each oscillation region. Secondly, the center-to-center distance P (see FIG. 1) of each columnar portion 114a, 114b is arranged close to, for example, 3 to 20 μm, and the light generated in each columnar portion 114a, 114b affects each other and The phases are synchronized.

【0052】従って、この半導体レーザ100の二つの
発光スポットより出射されるレーザ光の近視野像(NF
P)での発光スポット間隔は、上述した中心間距離Pと
ほぼ一致しており、3〜20μmと近接した距離となっ
ている。また、2つの発光スポットより出射されるレー
ザ光の偏波面の方向も、柱状部分114a,114bの
矩形横断面の短辺の方向に揃っている。なお、レーザ光
の偏波面の方向は、柱状部分の横断面を矩形以外の例え
ば円形としても、上側電極112の開口113を矩形と
すれば、その短辺の方向に揃えることができる。
Therefore, a near-field image (NF) of the laser light emitted from the two light emission spots of the semiconductor laser 100 is obtained.
The interval between the light emission spots in P) is almost the same as the center-to-center distance P described above, and is a distance as close as 3 to 20 μm. The polarization planes of the laser light emitted from the two emission spots are also aligned with the short sides of the rectangular cross sections of the columnar portions 114a and 114b. The direction of the plane of polarization of the laser light can be aligned in the direction of its short side even if the cross section of the columnar portion is not circular but is circular, for example, if the opening 113 of the upper electrode 112 is rectangular.

【0053】本実施例では、効果的な超解像を利用して
ビームスポット径の小さなレーザ光を投斜面に結像させ
るために、複雑な光学系を用いることなく、遠視野像
(FFP)のビームスポット間隔を任意に設定するため
に、誘電体多層膜ミラー111の上面に、局所的に位相
シフタ層115を設けている。以下、FFPでのビーム
スポット間隔を拡大できる原理について、図5を参照し
て説明する。
In this embodiment, since the laser beam having a small beam spot diameter is formed on the projection surface by utilizing the effective super-resolution, a far field image (FFP) is used without using a complicated optical system. In order to arbitrarily set the beam spot interval of, the phase shifter layer 115 is locally provided on the upper surface of the dielectric multilayer mirror 111. Hereinafter, the principle of expanding the beam spot interval in FFP will be described with reference to FIG.

【0054】(FFPでの発光スポット間隔について)
図5に示す二つの発光スポット30,32はそれぞれ、
図1に示す位相シフタ層115の表面と同一の仮想発光
面上の二つの発光スポットを示している。従って、この
二つの発光スポット30,32の間隔は、第1,第2の
柱状部分114a,114bの中心間距離P=3〜20
μmに一致している。
(Regarding the light emission spot interval in FFP)
The two emission spots 30 and 32 shown in FIG.
Two emission spots on the same virtual emission surface as the surface of the phase shifter layer 115 shown in FIG. 1 are shown. Therefore, the distance between the two emission spots 30 and 32 is such that the center-to-center distance P of the first and second columnar portions 114a and 114b is P = 3 to 20.
μm.

【0055】既に説明したとおり、第1の発光スポット
30からのレーザ光30aと、第2の発光スポット32
からのレーザ光32bとは、共に位相が一致しており、
これらの干渉効果により、仮想発光面上より距離Lだけ
離れた位置でのFFPとして、放射角(−θ)にエネル
ギーピークを有するビームスポットを得ることができ
る。
As described above, the laser light 30a from the first light emission spot 30 and the second light emission spot 32 are used.
And the laser beam 32b from
Due to these interference effects, a beam spot having an energy peak at the emission angle (-θ) can be obtained as an FFP at a position separated by a distance L from the virtual light emitting surface.

【0056】同様に、第2の発光スポット32からのレ
ーザ光32aと、第1の発光スポット30からのレーザ
光30bとは、上述のレーザ光30a,32bに対し
て、位相差(−λ/2)が生じており、この同一位相差
を有するレーザ光30b,32aの干渉効果により、F
FPとして放射角(+θ)にエネルギーピークを有する
レーザ光を得ることができる。
Similarly, the laser light 32a from the second light emission spot 32 and the laser light 30b from the first light emission spot 30 have a phase difference (-λ /) with respect to the laser light 30a and 32b. 2) has occurred, and due to the interference effect of the laser beams 30b and 32a having the same phase difference, F
Laser light having an energy peak at the emission angle (+ θ) can be obtained as FP.

【0057】この図5において、NFPでの横軸は発光
スポット間の距離を示しているのに対し、FFPでの横
軸は放射角を示している。このFFPにおける2つのエ
ネルギーピーク間の距離Wは、上述した通り、半導体レ
ーザ100より出射されるレーザ光の位相差及び発光ス
ポット間距離Pに依存することになり、この二つのパラ
メータを任意に設定することで、FFP上でのビームス
ポット間隔Wを任意に変更することができる。
In FIG. 5, the horizontal axis of NFP shows the distance between the light emission spots, while the horizontal axis of FFP shows the emission angle. As described above, the distance W between the two energy peaks in the FFP depends on the phase difference of the laser light emitted from the semiconductor laser 100 and the distance P between the light emission spots, and these two parameters are set arbitrarily. By doing so, the beam spot interval W on the FFP can be arbitrarily changed.

【0058】超解像を実現するには、上記距離Wは大き
いほど効果があるが、この半導体レーザ100を用いて
超解像を利用した光読み取り装置などを構成する場合、
光学系の実用上の大きさを考慮すると、距離Wを例えば
2〜3cmに設定するとよい。 (超解像を利用した結
像動作)次に、この半導体レーザ100を例えば光読み
取り装置に応用し、光学系を用いて、超解像を利用して
ビームスポット径の小さなレーザ光を放射面上に結像す
るための動作について、図6及び図7を参照して説明す
る。
In order to realize super resolution, the larger the distance W is, the more effective it is. However, when the semiconductor laser 100 is used to construct an optical reading apparatus utilizing super resolution,
Considering the practical size of the optical system, the distance W may be set to, for example, 2 to 3 cm. (Imaging Operation Using Super-Resolution) Next, the semiconductor laser 100 is applied to, for example, an optical reading device, and an optical system is used to emit laser light having a small beam spot diameter by utilizing super-resolution. The operation for forming an image on the upper surface will be described with reference to FIGS. 6 and 7.

【0059】図6は、本実施例の半導体レーザ100と
投斜面120との間に配置される光学系を模式的に示し
ている。半導体レーザ100と投斜面120を結ぶ光軸
上には、第1,第2のレンズ122,124が配置され
ている。さらに、この二つのレンズ122,124の間
には、位相調整板126が配置されている。
FIG. 6 schematically shows an optical system arranged between the semiconductor laser 100 and the projection surface 120 of this embodiment. First and second lenses 122 and 124 are arranged on the optical axis connecting the semiconductor laser 100 and the projection surface 120. Further, a phase adjusting plate 126 is arranged between the two lenses 122 and 124.

【0060】第1のレンズ122は、半導体レーザ10
0より距離Lだけ離れた位置に配置され、半導体レーザ
100より出射されるレーザ光を平行光に変換するため
のレンズである。なお、図6に示す上側の破線は、第1
のレンズ122が配置された位置でのFFP上の放射角
(−θ)にエネルギーピークを有するレーザ光の光路を
示している。同様に、図6中の下側の破線は、放射角
(+θ)にエネルギーピークを有するレーザ光の光路を
示している。
The first lens 122 is used for the semiconductor laser 10
The lens is arranged at a position separated by a distance L from 0, and is a lens for converting laser light emitted from the semiconductor laser 100 into parallel light. In addition, the upper broken line shown in FIG.
Shows the optical path of the laser light having an energy peak at the radiation angle (-θ) on the FFP at the position where the lens 122 is arranged. Similarly, the lower broken line in FIG. 6 indicates the optical path of laser light having an energy peak at the emission angle (+ θ).

【0061】図6の第1のレンズ122の位置でのA−
A断面におけるレーザ光の強度分布が、図7(A)に示
されている。同図に示すとおり、放射角(±θ)にそれ
ぞれエネルギーピークを有する光強度分布となってい
る。但し、放射角(+θ)でのレーザ光は、放射角(−
θ)でのレーザ光に対し、位相差(−λ/2)が生じて
いる。
A- at the position of the first lens 122 in FIG.
The intensity distribution of the laser light in the A section is shown in FIG. As shown in the figure, the light intensity distribution has an energy peak at each radiation angle (± θ). However, the laser beam at the emission angle (+ θ) is
There is a phase difference (−λ / 2) with respect to the laser light at θ).

【0062】位相調整板126は、放射角(+θ)にエ
ネルギーピークを有するレーザ光の位相と、放射角(−
θ)にエネルギーピークを有するレーザ光の位相とを一
致させるためのものであり、本実施例では(−λ/2)
だけ位相シフトさせている。これにより、図6のB−B
断面である図7(B)に示すとおり、放射角(±θ)に
それぞれエネルギーピークを有するレーザ光の位相が一
致される。
The phase adjusting plate 126 has a phase of laser light having an energy peak at a radiation angle (+ θ) and a radiation angle (−).
This is for matching the phase of the laser light having an energy peak in (θ), and in this embodiment, (−λ / 2)
Only the phase is shifted. As a result, BB of FIG.
As shown in FIG. 7B, which is a cross section, the phases of laser light having energy peaks are matched with the emission angle (± θ).

【0063】このように、位相が一致し、かつ、エネル
ギーピーク間隔が例えば2〜3cmに設定された二つの
レーザ光は、互いに干渉し合い、第2のレンズ124を
通過した後に投斜面120上に結像されるビームスポッ
トは、超解像の原理によりそのスポット径を小さくする
ことができる。
As described above, the two laser beams having the same phase and the energy peak interval set to, for example, 2 to 3 cm interfere with each other and pass through the second lens 124, and then on the projection surface 120. The beam spot imaged on can be made smaller in diameter due to the principle of super-resolution.

【0064】このように本実施例によれば、従来のよう
に単一のレーザビームを遮光体を用いて分割したり、あ
るいはビームスプリッタを用いて分割する必要がないの
で、半導体レーザ100より出射されたレーザ光の光利
用率を低下することなく、しかも光学系を複雑化するこ
となく、投斜面120上に超解像を得ることが可能とな
る。
As described above, according to the present embodiment, since it is not necessary to divide a single laser beam by using a light shield or a beam splitter as in the conventional case, the laser beam is emitted from the semiconductor laser 100. A super-resolution can be obtained on the projection surface 120 without lowering the light utilization rate of the generated laser light and without complicating the optical system.

【0065】なお、位相調整板126は、必ずしも放射
角(+θ)にエネルギーピークを有するレーザ光の光路
途中に設けるものに限らず、放射角(−θ)にエネルギ
ーピークを有するレーザ光の光路途中に設けることもで
きる。換言すれば、位相シフタ層115を通過しない側
のレーザ光の光路途中に位相調整板126を設けること
ができる。こうすると、位相シフタ層115,位相調整
板126にて吸収される光エネルギーをほぼ同一に設定
すれば、放射角(±θ)でのエネルギー強度をほぼ同一
に維持することができる。なお、位相シフタ層115及
び位相調整板126は、レーザ光の波長に対する吸収係
数が共に100cm-1以下であれば、それらにて吸収さ
れるエネルギーを無視することができる。
The phase adjusting plate 126 is not necessarily provided in the middle of the optical path of the laser light having the energy peak at the emission angle (+ θ), but in the middle of the optical path of the laser light having the energy peak at the emission angle (−θ). Can also be provided. In other words, the phase adjusting plate 126 can be provided in the optical path of the laser light on the side that does not pass through the phase shifter layer 115. In this way, if the light energies absorbed by the phase shifter layer 115 and the phase adjusting plate 126 are set to be substantially the same, the energy intensity at the emission angle (± θ) can be maintained substantially the same. If the absorption coefficient of the phase shifter layer 115 and the phase adjusting plate 126 are both 100 cm −1 or less for the wavelength of the laser light, the energy absorbed by them can be ignored.

【0066】(製造プロセス)次に、図1に示す面発光
型半導体レーザ100の製造プロセスについて説明す
る。図2(A)〜(C)、図3(A)〜(C)及び図4
(A)、(B)は、面発光型半導体レ−ザ装置の製造工
程を示したものである。
(Manufacturing Process) Next, a manufacturing process of the surface-emitting type semiconductor laser 100 shown in FIG. 1 will be described. 2A to 2C, 3A to 3C, and 4
(A) and (B) show the manufacturing process of the surface emitting semiconductor laser device.

【0067】n型GaAs基板102に、n型Al0.15
Ga0.85As層とn型Al0.8Ga0.2As層とを交互に
積層して波長800nm付近の光に対し99.5%以上
の反射率を持つ40ペアのDBRミラー103を下部ミ
ラーとして形成する。さらに、n型Al0.7Ga0.3As
層(第1クラッド層)104を形成した後、n-型Ga
Asウエル層とn-型Al0.3Ga0.7Asバリア層とを
交互に積層した量子井戸構造(MQW)の活性層105
を形成する。その後、p型Al0.7Ga0.3As層(第2
クラッド層)106、およびp型Al0.15Ga0.85As
層(コンタクト層)109を順次積層する(図2(A)
参照)。
On the n-type GaAs substrate 102, n-type Al 0.15
A Ga 0.85 As layer and an n-type Al 0.8 Ga 0.2 As layer are alternately laminated to form 40 pairs of DBR mirrors 103 having a reflectance of 99.5% or more for light near a wavelength of 800 nm as a lower mirror. Furthermore, n-type Al 0.7 Ga 0.3 As
After forming the layer (first clad layer) 104, n type Ga
Active layer 105 having a quantum well structure (MQW) in which As well layers and n -type Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layers are alternately laminated.
To form Then, a p-type Al 0.7 Ga 0.3 As layer (second
Clad layer) 106, and p-type Al 0.15 Ga 0.85 As
Layers (contact layers) 109 are sequentially stacked (FIG. 2A).
reference).

【0068】上記の各層は、有機金属気相成長(MOV
PE:Metal−OrganicVapor Pha
se Epitaxy)法でエピタキシャル成長させ
た。この時、例えば、成長温度は750℃、成長圧力は
150Torrで、III族原料にTMGa(トリメチ
ル亜鉛)、TMAl(トリメチルアルミニウム)の有機
金属を用い、V族原料にAsH3 、n型ドーパントにH
2Se 、p型ドーパントにDEZn(ジエチルジンク)
を用いた。
Each of the above layers is formed by metalorganic vapor phase epitaxy (MOV).
PE: Metal-Organic Vapor Pha
It was epitaxially grown by the se epitaxy method. At this time, for example, the growth temperature is 750 ° C., the growth pressure is 150 Torr, the organic metal of TMGa (trimethylzinc) and TMAl (trimethylaluminum) is used as the group III source, AsH 3 is used as the group V source, and H is used as the n-type dopant.
2 Se , P-type dopant as DEZn (diethyl zinc)
Was used.

【0069】各層の形成後、エピタキシャル層上に常圧
熱CVD法を用いて、250オングストローム程度のS
iO2 層からなる保護層Iを形成する。この保護層Iが
積層された半導体層を覆うことにより、プロセス中の表
面汚染を防いでいる。
After the formation of each layer, the S layer of about 250 angstrom is formed on the epitaxial layer by using the atmospheric pressure thermal CVD method.
A protective layer I composed of an iO 2 layer is formed. By covering the semiconductor layer on which the protective layer I is laminated, surface contamination during the process is prevented.

【0070】次に、反応性イオンビームエッチング(R
IBE)法により、レジストパターンR1で覆われた柱
状の部分114a,114bを残し、その間に分離溝1
10を形成しながら、第2クラッド層106の途中まで
エッチングする。このエッチングプロセスの実施によ
り、柱状部分114a,114bは、その上のレジスト
パターンR1の輪郭形状と同じ断面を持つ(図2(B)
参照)。また、RIBE法を用いるため、前記柱状部分
114a,114bの側面はほぼ垂直であり、またエピ
タキシャル層へのダメージもほとんどない。RIBEの
条件としては、例えば、圧力60mPa、入力マイクロ
波のパワー150W、引出し電圧350Vとし、エッチ
ングガスには塩素およびアルゴンの混合ガスを使用し
た。
Next, reactive ion beam etching (R
The columnar portions 114a and 114b covered with the resist pattern R1 are left by the IBE) method, and the separation groove 1 is provided between them.
While forming 10, the second clad layer 106 is partially etched. By performing this etching process, the columnar portions 114a and 114b have the same cross section as the contour shape of the resist pattern R1 thereon (FIG. 2B).
reference). Further, since the RIBE method is used, the side surfaces of the columnar portions 114a and 114b are substantially vertical, and there is almost no damage to the epitaxial layer. The RIBE conditions were, for example, a pressure of 60 mPa, an input microwave power of 150 W, an extraction voltage of 350 V, and a mixed gas of chlorine and argon was used as an etching gas.

【0071】この後、レジストパターンR1を取り除
き、常圧熱CVD法で、表面に1000オングストロー
ム程度のSiO2 層(第1絶縁膜)107を形成する。
この際のプロセス条件としては、例えば、基板温度45
0℃、原料としてSiH4 (モノシラン)と酸素を使用
し、キャリアガスには窒素を用いた。さらにこの上にス
ピンコート法を用いてSOG(Spin on Gra
ss)膜108Lを塗布し、その後例えば、80℃で1
分間、150℃で2分間、さらに300℃で30分間、
窒素中でベーキングする(図2(C)参照)。
After that, the resist pattern R1 is removed, and a SiO 2 layer (first insulating film) 107 of about 1000 Å is formed on the surface by atmospheric pressure thermal CVD.
The process conditions at this time are, for example, a substrate temperature of 45.
SiH 4 (monosilane) and oxygen were used as raw materials at 0 ° C., and nitrogen was used as a carrier gas. Furthermore, SOG (Spin on Gra
ss) film 108L, and then, for example, at 80 ° C. for 1
Minutes, 150 ° C for 2 minutes, 300 ° C for 30 minutes,
Baking in nitrogen (see FIG. 2C).

【0072】次にSOG膜108LとSiO2 膜10
7をエッチバックして、露出したコンタクト層109の
表面と面一になるように平坦化させた(図3(A)参
照)。エッチングには平行平板電極を用いた反応性イオ
ンエッチング(RIE)法を採用し、反応ガスとして、
SF6 、CHF3 およびArを組み合わせて使用した。
Next, the SOG film 108L and the SiO 2 film 10
7 was etched back and flattened so as to be flush with the exposed surface of the contact layer 109 (see FIG. 3A). A reactive ion etching (RIE) method using a parallel plate electrode is adopted for etching, and as a reaction gas,
SF 6 , CHF 3 and Ar were used in combination.

【0073】次に、コンタクト層109とリング状に接
触する上側電極112を公知のリフトオフ法により形成
した(図3(B)参照)。コンタクト層109は上側電
極112の円形開口を介して露出しており、この露出面
を充分に覆うように誘電体多層膜ミラー(上部ミラー)
111を公知のリフトオフ方法により形成する(図3
(C)参照)。上部ミラー111は、電子ビーム蒸着法
を用いて、SiO2 層とTa25層を交互に例えば7ペ
ア積層して形成され、波長800nm付近の光に対して
98.5〜99.5%の反射率を持つ。この時の蒸着ス
ピードは、例えばSiO2 が5オングストローム/分、
Ta25層が2オングストローム/分とした。
Next, the upper electrode 112, which contacts the contact layer 109 in a ring shape, was formed by a known lift-off method (see FIG. 3B). The contact layer 109 is exposed through the circular opening of the upper electrode 112, and a dielectric multilayer mirror (upper mirror) is provided so as to sufficiently cover this exposed surface.
111 is formed by a known lift-off method (FIG. 3).
(C)). The upper mirror 111 is formed by alternately stacking, for example, 7 pairs of SiO 2 layers and Ta 2 O 5 layers by using an electron beam evaporation method, and is 98.5 to 99.5% for light near a wavelength of 800 nm. Has a reflectance of. The vapor deposition speed at this time is, for example, 5 angstrom / min for SiO 2 .
The Ta 2 O 5 layer was 2 Å / min.

【0074】この上部ミラー111の上に、図1に示す
位相シフタ層115が局所的に形成される。この位相シ
フタ層115を形成するために、図4(A)に示すよう
に、空気と屈折率が異なる材質の単一膜層116が所定
の厚さにて上部ミラー111の全面に形成される。
The phase shifter layer 115 shown in FIG. 1 is locally formed on the upper mirror 111. In order to form the phase shifter layer 115, as shown in FIG. 4A, a single film layer 116 made of a material having a refractive index different from that of air is formed on the entire surface of the upper mirror 111 with a predetermined thickness. .

【0075】位相シフタ層115となる単一膜層116
としては、上部ミラー111を構成する第1層(例えば
SiO2)または第2層(Ta25)の何れかと同一の
層にて形成することが好ましい。こうすると、上部ミラ
ー111に引き続いて、同一チャンバー内にて単一膜層
116を電子ビーム蒸着法により形成できるからであ
る。この単一膜層116の膜厚として、レーザ光の位相
を例えば(−λ/2)だけシフトさせることができる設
計値通りの膜厚を得るために、成膜工程時に膜厚測定し
ながら形成することもできる。その他、単一膜層116
を設計値の膜厚以上の厚さに形成し、全面エッチング時
にエッチング量をコントロールして、設計値に設定する
こともできる。
Single film layer 116 to be the phase shifter layer 115
It is preferable that the upper mirror 111 is formed of the same layer as either the first layer (for example, SiO 2 ) or the second layer (Ta 2 O 5 ) constituting the upper mirror 111. This is because the single film layer 116 can be formed in the same chamber subsequent to the upper mirror 111 by the electron beam evaporation method. As the film thickness of this single film layer 116, in order to obtain a film thickness as designed so that the phase of the laser light can be shifted by, for example, (−λ / 2), the film thickness is formed during the film forming process. You can also do it. Others, single film layer 116
Can be formed to a thickness equal to or larger than the designed value, and the etching amount can be controlled during the entire surface etching to set the designed value.

【0076】次に、図4(B)に示すとおり、フォトリ
ソグラフィ工程により形成されたレジスト膜117を用
いて、一方の柱状部分114bと対向する領域の単一膜
層116のみを残して、他の領域を局所的にエッチング
する。この前に、上述の設計値の膜厚に設定するための
全面エッチングを行うこともできる。この単一膜層11
6のエッチング方法としては、RIE法またはRIBE
法を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 4B, a resist film 117 formed by a photolithography process is used to leave only a single film layer 116 in a region facing one columnar portion 114b and leave the other. Regions are locally etched. Prior to this, it is also possible to perform the entire surface etching to set the film thickness to the above-mentioned design value. This single film layer 11
As the etching method of 6, the RIE method or the RIBE is used.
Method can be used.

【0077】しかる後、基板102の下面に、NiとA
uGe合金とからなる下側電極101が形成されて、面
発光型半導体レ−ザ装置が完成する。
Then, Ni and A are formed on the lower surface of the substrate 102.
The lower electrode 101 made of a uGe alloy is formed to complete the surface emitting semiconductor laser device.

【0078】ここで、単一膜層116を上部ミラー11
1を構成する第1層例えばSiO2で形成した場合に
は、上述の局所エッチング及び全面エッチングの双方に
おいて、SiO2層のエッチング量の管理が重要であ
る。そこで、本実施例ではSiO2層のエッチングに使
用するRIE装置に、エッチング中にSiO2層の反射
率を測定できる方法を導入し、エッチング量を測定する
こととした。
Here, the single film layer 116 is applied to the upper mirror 11.
When the first layer constituting No. 1 is formed of, for example, SiO 2, it is important to control the etching amount of the SiO 2 layer in both the above local etching and the entire surface etching. Accordingly, the RIE apparatus used in the etching of the SiO 2 layers in this embodiment, to introduce a method that can measure the reflectance of the SiO 2 layer during etching, it was decided to measure the amount of etching.

【0079】図8に反射率測定手段を導入した平行平板
型RIE装置の概略図を示す。このRIE装置において
は、エッチング室160内に、RF発振器161に接続
された電極162とメッシュ状の対向電極164とが対
向して設けられている。エッチング室160には、ガス
供給部170と排気用の真空ポンプ166とが接続され
ている。そして、エッチング室160の、前記電極16
2と対向する壁面には、観測窓168が設けられてお
り、この観測窓168の外方には光源172と光検出器
174とが設置されている。そして、光源172から照
射された光は観測窓168を介して基板Sに到達し、そ
の反射光は観測窓168を介して光検出器174に至
る。このRIE装置においては、通常のメカニズムによ
ってSiO2層がエッチングされるとともに、光源17
2からの光を検出することによってエッチング面の反射
率をモニタすることができる。
FIG. 8 shows a schematic diagram of a parallel plate type RIE apparatus incorporating a reflectance measuring means. In this RIE apparatus, an electrode 162 connected to an RF oscillator 161 and a mesh-shaped counter electrode 164 are provided in the etching chamber 160 so as to face each other. A gas supply unit 170 and a vacuum pump 166 for exhaust are connected to the etching chamber 160. Then, the electrode 16 in the etching chamber 160
An observation window 168 is provided on the wall surface facing 2 and a light source 172 and a photodetector 174 are installed outside the observation window 168. Then, the light emitted from the light source 172 reaches the substrate S through the observation window 168, and the reflected light reaches the photodetector 174 through the observation window 168. In this RIE apparatus, the SiO 2 layer is etched by a normal mechanism and the light source 17
The reflectance of the etching surface can be monitored by detecting the light from the light source 2.

【0080】反射率はSiO2 層の残り膜厚によって変
化し、測定光源172の波長λに対して、残り膜厚が
(λ/4n)になるごとに極大値と極小値をとり、Si
2 層が完全にエッチングされると反射率変化はなくな
る。ここで、nはSiO2層の屈折率である。従って、
RIEによるエッチング中に反射率を測定し、反射率曲
線の極値をモニタすることにより、SiO2 層のエッチ
ング量をコントロールすることができる。
The reflectivity changes depending on the remaining film thickness of the SiO 2 layer. With respect to the wavelength λ of the measurement light source 172, the reflectance takes a maximum value and a minimum value each time the remaining film thickness becomes (λ / 4n).
When the O 2 layer is completely etched, there is no change in reflectance. Here, n is the refractive index of the SiO 2 layer. Therefore,
By measuring the reflectance during etching by RIE and monitoring the extreme value of the reflectance curve, the etching amount of the SiO 2 layer can be controlled.

【0081】このように、反射率をモニタしたエッチン
グを用いることにより、位相シフタ層115を精度良く
作ることができる。
As described above, the phase shifter layer 115 can be accurately formed by using the etching whose reflectance is monitored.

【0082】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が
可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention.

【0083】上記実施例は、光共振器に2本の柱状部分
を形成したが、この本数は2本に限らず、3本、4本な
ど複数本であればよい。この場合、1本以上の柱状部分
と対向する位置に位相シフタ層を設けても良い。また、
光共振器に1本の柱状部分を形成した場合には、光出射
側の第2の電極に、1本の柱状部分の端面と対向する領
域に臨んで複数の開口部を形成してもよい。これにより
複数の発光スポットを得る面発光型半導体レーザにも、
本発明を適用することができる。さらに、光共振器は必
ずしも柱状部分を有するものに限らず、光出射側の第2
の電極の複数の開口部を光共振器と対向する領域に形成
して複数の発光スポットを得る面発光型半導体レーザに
も、本発明を適用することができる。
In the above-mentioned embodiment, the two columnar portions are formed in the optical resonator, but the number is not limited to two and may be three or four. In this case, the phase shifter layer may be provided at a position facing one or more columnar portions. Also,
When one columnar portion is formed in the optical resonator, a plurality of openings may be formed in the second electrode on the light emitting side so as to face the region facing the end face of the one columnar portion. . As a result, even for surface emitting semiconductor lasers that obtain multiple emission spots,
The present invention can be applied. Furthermore, the optical resonator is not necessarily limited to one having a columnar portion, and the second resonator on the light emission side
The present invention can be applied to a surface emitting semiconductor laser in which a plurality of openings of the electrode are formed in a region facing the optical resonator to obtain a plurality of light emission spots.

【0084】[0084]

【発明の効果】請求項1〜5に記載の面発光型半導体レ
ーザによれば、光共振器内部を導波されるレーザ光の位
相を一致させながらも、光出射側に局所的に設けた位相
シフタ層により、位相差をつけることができ、複数のレ
ーザ光が干渉する位置又は方向を制御して、遠視野像で
のエネルギーピーク間隔を、レーザ光の位相差及び発光
スポット間隔に基づいて任意に変更することができる。
従って、遠視野像でのエネルギーピーク間隔を任意に設
定することが可能となり、光読み取り装置、光計測装置
等のレーザ応用機器に適した面発光型半導体レーザを提
供できる。
According to the surface emitting semiconductor lasers of the first to fifth aspects, the laser light guided inside the optical resonator is locally provided on the light emitting side while the phases thereof are matched. With the phase shifter layer, a phase difference can be provided, and the position or direction in which a plurality of laser lights interfere is controlled, and the energy peak interval in the far-field image is based on the phase difference of the laser light and the emission spot interval. It can be changed arbitrarily.
Therefore, the energy peak interval in the far-field image can be set arbitrarily, and a surface-emitting type semiconductor laser suitable for laser application equipment such as an optical reading device and an optical measuring device can be provided.

【0085】請求項4〜9に記載の面発光型半導体レー
ザの製造方法によれば、複数の発振領域でのレーザ光の
位相が一致する位相同期型の光共振器の製造プロセスに
変更を必ずしも伴うことなく、しかも、この光共振器の
製造後に形成される位相シフタ層の材質及び膜厚を任意
に設定することで、遠視野像でのエネルギーピーク間隔
を任意に変更することが可能となる。
According to the method of manufacturing a surface-emitting type semiconductor laser described in claims 4 to 9, it is not always necessary to change the manufacturing process of the phase-locking type optical resonator in which the phases of the laser beams in a plurality of oscillation regions match each other. It is possible to arbitrarily change the energy peak interval in the far-field pattern, without being accompanied by it, and by arbitrarily setting the material and the film thickness of the phase shifter layer formed after the manufacture of this optical resonator. .

【0086】[0086]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例に係る面発光型半導体レーザの
断面を示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a cross section of a surface-emitting type semiconductor laser according to an example of the present invention.

【図2】(A)〜(C)は、それぞれ図1に示す面発光
型半導体レーザの製造プロセスを示す断面図である。
2A to 2C are cross-sectional views showing a manufacturing process of the surface-emitting type semiconductor laser shown in FIG.

【図3】(A)〜(C)は、それぞれ図2に示すプロセ
スに引き続き行われる製造プロセスを示す概略断面図で
ある。
3A to 3C are schematic cross-sectional views showing a manufacturing process performed subsequent to the process shown in FIG.

【図4】(A),(B)は、それぞれ図3のプロセスに
引き続き行われる製造プロセスを示す概略断面図であ
る。
4A and 4B are schematic cross-sectional views showing a manufacturing process performed subsequent to the process of FIG.

【図5】遠視野像でのエネルギーピーク間隔が広がるこ
とを説明する原理説明図である。
FIG. 5 is a principle explanatory diagram for explaining that the energy peak interval in a far-field image widens.

【図6】図1に示す面発光型半導体レーザを利用した光
読み取り装置の光学系を示す概略説明図である。
6 is a schematic explanatory view showing an optical system of an optical reading device using the surface-emitting type semiconductor laser shown in FIG.

【図7】(A),(B)は、それぞれ図6の断面A−
A,B−Bにおけるレーザ光の強度分布を示す特性図で
ある。
7A and 7B are cross-sectional views taken along line A- of FIG.
It is a characteristic view which shows the intensity distribution of the laser beam in A and BB.

【図8】図1に示す面発光型半導体レーザの位相シフタ
層形成のためのエッチングプロセスにおいて用いられる
RIE装置を模式的に示す断面図である。
8 is a cross-sectional view schematically showing an RIE device used in an etching process for forming a phase shifter layer of the surface-emitting type semiconductor laser shown in FIG.

【図9】超解像を利用した結像の原理を説明するための
概略説明図である。
FIG. 9 is a schematic explanatory diagram for explaining the principle of image formation using super-resolution.

【図10】(A)、(B)は、それぞれ図9中のA−
A,B−B断面におけるビーム形状を示し、(C)は図
9のC−C断面でのビーム強度分布を示し、(D)は放
射面上でのビーム強度分布を示す図である。
10 (A) and (B) are respectively A- in FIG.
10A and 10B show beam shapes in A and BB cross sections, FIG. 9C shows a beam intensity distribution in a CC cross section of FIG. 9, and FIG. 9D is a diagram showing a beam intensity distribution on a radiation surface.

【図11】複数発光スポットからのレーザ光の遠視野像
におけるビーム強度の分布図である。
FIG. 11 is a distribution diagram of beam intensities in a far-field image of laser light from a plurality of light emission spots.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 半導体レーザ 101 第1の電極 102 半導体基板 103 第1の反射ミラー 104,105,106,109 多層の半導体層 107,108 埋込層 111 第2の反射ミラー 112 第2の電極 113 開口部 114a,114b 第1,第2の柱状部分 115 位相シフタ層 100 semiconductor laser 101 first electrode 102 semiconductor substrate 103 first reflection mirror 104, 105, 106, 109 multi-layered semiconductor layer 107, 108 buried layer 111 second reflection mirror 112 second electrode 113 opening 114a, 114b First and second columnar portions 115 Phase shifter layer

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一対の第1、第2の反射ミラー及びその
間の多層の半導体層から成る光共振器を有し、半導体基
板と垂直な方向に向けて、光出射側の第2の反射ミラー
を介して、複数発光スポットよりレーザ光を発振させる
面発光型半導体レーザにおいて、 前記第2の反射ミラー上の少なくとも一つの発光スポッ
トと対向する一部領域に、空気と屈折率が異なる材質に
て形成された位相シフタ層を設けたことを特徴とする面
発光型半導体レーザ。
1. A second reflection mirror on the light emitting side, which has an optical resonator composed of a pair of first and second reflection mirrors and a multi-layered semiconductor layer between the reflection mirrors, and which is oriented toward the direction perpendicular to the semiconductor substrate. In a surface-emitting type semiconductor laser that oscillates laser light from a plurality of light emission spots via, through a material having a refractive index different from that of air in a partial region facing at least one light emission spot on the second reflection mirror. A surface-emitting type semiconductor laser comprising the formed phase shifter layer.
【請求項2】 半導体基板と垂直な方向にレーザ光を発
振する面発光型半導体レーザにおいて、 前記半導体基板の下側に形成された第1の電極と、 前記半導体基板上に形成された第1の反射ミラーと、 前記前記第1の反射ミラー上に形成され、少なくとも活
性層及びクラッド層を含む多層の半導体層と、 前記多層の半導体層のうち、少なくとも前記クラッド層
が複数本の柱状にエッチングされた複数本の柱状部分
と、 前記複数本の柱状部分の周囲に埋め込まれた絶縁性の埋
込層と、 複数本の柱状部分と対向する位置に光出射孔が形成され
た第2の電極と、 前記光出射孔を覆って形成された第2の反射ミラーと、 前記第2の反射ミラーの上であって、かつ、少なくとも
1本の前記柱状部分と対向する一部領域に、空気と屈折
率が異なる材質にて形成された位相シフタ層と、 を有することを特徴とする面発光型半導体レーザ。
2. A surface-emitting type semiconductor laser that oscillates a laser beam in a direction perpendicular to a semiconductor substrate, wherein a first electrode formed on the lower side of the semiconductor substrate and a first electrode formed on the semiconductor substrate. And a multi-layered semiconductor layer formed on the first reflection mirror and including at least an active layer and a clad layer, and at least the clad layer of the multi-layered semiconductor layer is etched into a plurality of pillars. A plurality of columnar portions, an insulating burying layer embedded around the plurality of columnar portions, and a second electrode having a light emitting hole formed at a position facing the plurality of columnar portions. A second reflecting mirror formed to cover the light emitting hole, and air on a part of the second reflecting mirror facing the at least one columnar portion. Material with different refractive index Surface-emitting type semiconductor laser and having a phase shifter layer formed Te.
【請求項3】 請求項1又は2において、 前記第2の反射ミラーは、第1層と第2層とを交互に複
数層形成して成る誘電体ミラーであり、 前記位相シフタ層は、前記第1層又は第2層と同一の材
質から成る単一膜層が所定の厚さで形成されていること
を特徴とする面発光型半導体レーザ。
3. The first reflection mirror according to claim 1, wherein the second reflection mirror is a dielectric mirror formed by alternately forming a plurality of first layers and a plurality of second layers, and the phase shifter layer includes the phase shifter layer. A surface-emitting type semiconductor laser, wherein a single film layer made of the same material as the first layer or the second layer is formed with a predetermined thickness.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかにおいて、 前記位相シフタ層は、レーザ光の波長に対する吸収係数
が、100cm-1以下であることを特徴とする面発光型
半導体レーザ。
4. The surface emitting semiconductor laser according to claim 1, wherein the phase shifter layer has an absorption coefficient of 100 cm −1 or less for a wavelength of laser light.
【請求項5】 一対の第1、第2の反射ミラー及びその
間の多層の半導体層から成る光共振器を有し、半導体基
板と垂直な方向に向けて、光出射側の第2の反射ミラー
を介して、複数発光スポットよりレーザ光を発振させる
面発光型半導体レーザを製造する方法において、 前記第2の反射ミラーを形成した後に、前記第2の反射
ミラー上の少なくとも一つの発光スポットと対向する一
部領域に、空気と屈折率が異なる材質にて形成された位
相シフタ層を形成する工程を設けたことを特徴とする面
発光型半導体レーザの製造方法。
5. A second reflection mirror on the light emission side, which has an optical resonator composed of a pair of first and second reflection mirrors and a multi-layered semiconductor layer between them, and which faces the light emitting side in a direction perpendicular to the semiconductor substrate. A method of manufacturing a surface-emitting type semiconductor laser in which laser light is oscillated from a plurality of light emission spots via, through which at least one light emission spot on the second reflection mirror is opposed after forming the second reflection mirror. And a step of forming a phase shifter layer formed of a material having a refractive index different from that of air in a partial area of the surface emitting semiconductor laser.
【請求項6】 半導体基板と垂直な方向にレーザ光を発
振する面発光型半導体レーザの製造方法において、 前記半導体基板の下側に第1の電極を形成する工程と、 前記半導体基板上に第1の反射ミラーを形成する工程
と、 前記前記第1の反射ミラー上に、少なくとも活性層及び
クラッド層を含む多層の半導体層を形成する工程と、 前記多層の半導体層のうち、少なくとも前記クラッド層
を複数本の柱状にエッチングして、複数本の柱状部分を
形成する工程と、 前記複数本の柱状部分の周囲に絶縁性の埋込層を形成す
る工程と、 複数本の柱状部分と対向する位置に光出射孔を有する第
2の電極を形成する工程と、 前記光出射孔を覆って第2の反射ミラーを形成する工程
と、 前記第2の反射ミラーの上であって、かつ、少なくとも
1本の前記柱状部分と対向する一部領域に、空気と屈折
率が異なる材質の位相シフタ層を形成する工程と、 を有することを特徴とする面発光型半導体レーザの製造
方法。
6. A method of manufacturing a surface-emitting type semiconductor laser that oscillates laser light in a direction perpendicular to a semiconductor substrate, comprising the steps of forming a first electrode on the lower side of the semiconductor substrate, and forming a first electrode on the semiconductor substrate. Forming a reflection mirror of No. 1, a step of forming a multi-layer semiconductor layer including at least an active layer and a clad layer on the first reflection mirror, and at least the clad layer of the multi-layer semiconductor layer. To form a plurality of columnar parts by etching into a plurality of columnar parts, a step of forming an insulating burying layer around the plurality of columnar parts, and a step of facing the plurality of columnar parts. Forming a second electrode having a light emitting hole at a position, forming a second reflecting mirror covering the light emitting hole, and at least on the second reflecting mirror, and at least 1 of the above Some regions of Jo portion facing, surface-emitting type semiconductor laser manufacturing method characterized in that it comprises a step of forming a phase shifter layer of material that the air and the refractive index are different, the.
【請求項7】 請求項5又は6において、 前記第2の反射ミラーを形成する工程は、第1層と第2
層とを交互に複数層形成して、誘電体ミラーを形成する
ものであり、 前記位相シフタ層を形成する工程は、 前記第1層又は第2層と同一の材質から成る単一膜層
を、前記第2の反射ミラー上に所定の厚さ成膜する成膜
工程と、 前記第2の反射ミラー上の前記一部領域にのみに前記単
一膜層を残して、他の領域の前記単一膜層を局所エッチ
ングして除去する除去工程と、 を含むことを特徴とする面発光型半導体レーザの製造方
法。
7. The method according to claim 5 or 6, wherein the step of forming the second reflecting mirror includes the steps of forming a first layer and a second layer.
A plurality of layers are alternately formed to form a dielectric mirror, and the step of forming the phase shifter layer includes forming a single film layer made of the same material as the first layer or the second layer. A film forming step of forming a film having a predetermined thickness on the second reflecting mirror, and leaving the single film layer only in the partial area on the second reflecting mirror, A method of manufacturing a surface-emitting type semiconductor laser, comprising: a step of locally etching and removing the single film layer.
【請求項8】 請求項7において、 前記成膜工程では、所定の位相シフタ量を得るための設
計値上の膜厚以上に前記単一膜層を成膜し、 前記除去工程では、前記局所エッチングの前に、前記単
一膜層を全面エッチングして、前記設計値上の膜厚に設
定する工程を含むことを特徴とする面発光型半導体レー
ザの製造方法。
8. The film forming step according to claim 7, wherein the single film layer is formed to have a film thickness equal to or larger than a film thickness on a design value for obtaining a predetermined phase shifter amount, and in the removing step, the local film is formed. A method for manufacturing a surface-emitting type semiconductor laser, comprising the step of etching the entire single film layer to set the film thickness on the design value before the etching.
【請求項9】 請求項7又は8において、 前記除去工程は、エッチング時に所定波長の光を前記単
一膜層に照射してその反射スペクトルを検出し、その反
射率プロファイルを測定することにより、前記単一膜層
のエッチング量を制御する工程を含むことを特徴とする
面発光型半導体レーザの製造方法。
9. The removing step according to claim 7, wherein the single film layer is irradiated with light having a predetermined wavelength during etching, the reflection spectrum of the single film layer is detected, and the reflectance profile is measured. A method of manufacturing a surface-emitting type semiconductor laser, comprising a step of controlling an etching amount of the single film layer.
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