JPWO2019107273A1 - 面発光半導体レーザ - Google Patents

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Abstract

基板と、前記基板に接して設けられた第１電極と、前記基板上に設けられた第１光反射層と、前記第１光反射層を間にして前記基板上に設けられた第２光反射層と、前記第２光反射層と前記第１光反射層との間の活性層と、前記活性層と前記第２光反射層との間に設けられ、電流注入領域を有する電流狭窄層と、前記第２光反射層を間にして前記基板上に設けられ、少なくとも一部が前記電流注入領域に重なる位置に配置された第２電極と、前記第２電極と前記第２光反射層との間に設けられ、前記第２電極が接するコンタクト領域を有するコンタクト層とを備え、前記コンタクト領域は、前記電流注入領域の面積よりも小さい面積を有する面発光半導体レーザ。

Description

本技術は、電流狭窄層を有する面発光半導体レーザに関する。
面発光半導体レーザは、端面発光型の半導体レーザと比較して、優れた点が多い。このため、面発光半導体レーザの開発が進められている（例えば、特許文献１）。面発光半導体レーザは、例えばＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）である。
特開２００６−１１４９１５号公報
面発光半導体レーザでは、ビームの放射特性を向上させることが望まれている。高い放射特性を有するビームとは、例えば単峰の強度分布形状を有するビームである。
したがって、ビームの放射特性を向上させることが可能な面発光半導体レーザを提供することが望ましい。
本技術の一実施の形態に係る面発光半導体レーザは、基板と、基板に接して設けられた第１電極と、基板上に設けられた第１光反射層と、第１光反射層を間にして基板上に設けられた第２光反射層と、第２光反射層と第１光反射層との間の活性層と、活性層と第２光反射層との間に設けられ、電流注入領域を有する電流狭窄層と、第２光反射層を間にして基板上に設けられ、少なくとも一部が電流注入領域に重なる位置に配置された第２電極と、第２電極と第２光反射層との間に設けられ、第２電極が接するコンタクト領域を有するコンタクト層とを備え、コンタクト領域は、電流注入領域の面積よりも小さい面積を有するものである。
本技術の一実施の形態に係る面発光半導体レーザでは、コンタクト領域の面積が電流注入領域の面積よりも小さくなっているので、電流注入領域の中心近傍の電流密度が高くなり、低次横モードの発振が生じやすくなる。
本技術の一実施の形態に係る面発光半導体レーザによれば、コンタクト領域の面積が電流注入領域の面積よりも小さくなるようにしたので、単峰の強度分布形状を有するビームが得られやすくなる。よって、ビームの放射特性を向上させることが可能となる。
尚、上記内容は本開示の一例である。本開示の効果は、上述したものに限らず、他の異なる効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。
本技術の一実施の形態に係る半導体レーザの概略構成を表す片側断面斜視図である。 図１に示した半導体レーザの断面構成を模式的に表す図である。 図２に示した電流注入領域およびコンタクト領域の構成を模式的に表す平面図である。 図３に示した電流注入領域およびコンタクト領域の構成の他の例（１）を模式的に表す平面図である。 図３に示した電流注入領域およびコンタクト領域の構成の他の例（２）を模式的に表す平面図である。 図３に示した電流注入領域およびコンタクト領域の構成の他の例（３）を模式的に表す平面図である。 比較例に係る半導体レーザの概略構成を表す片側断面斜視図である。 図７に示した半導体レーザの第２電極から注入される電流を模式的に表す図である。 図８に示した電流注入領域内の位置と電流密度との関係を表す図である。 図７に示した半導体レーザから出射される光の放射特性を表す図である。 図１に示した半導体レーザの第２電極から注入される電流を模式的に表す図である。 図１１に示した電流注入領域内の位置と電流密度との関係を表す図である。 図１に示した半導体レーザから出射される光の放射特性を表す図である。 コンタクト領域の面積とＦＦＰ（Far Field Pattern）の出射角との関係（１）を表す図である。 コンタクト領域の面積とＦＦＰの出射角との関係（２）を表す図である。 図１，７に示した各々の半導体レーザについて、注入電流と光出力との関係を表す図である。 変形例に係る半導体レーザの断面構成を模式的に表す図である。 図２等に示した半導体レーザの断面構成の他の例を模式的に表す図である。
以下、本技術の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態
電流注入領域の面積よりも小さい面積のコンタクト領域を有する半導体レーザ
２．変形例
第２光反射層に拡散領域を設けた例
〔実施の形態〕
図１および図２は、本技術の一実施の形態に係る面発光半導体レーザ（半導体レーザ１）の模式的な構成を表したものである。図１は、半導体レーザ１を斜め上方向から見た構成を、一部の断面構成とともに表している。図２は、この図１に表した一部の断面構成を拡大して表したものである。半導体レーザ１は、基板１１の一方の面（表面）上に半導体の積層構造１０を有しており、基板１１の他方の面（裏面）に反射防止膜２３を有している。積層構造１０は、基板１１のメサ領域１１Ｍに設けられており、基板１１側から順に、第１光反射層１２、活性層１３、電流狭窄層１４、第２光反射層１５およびコンタクト層１６を含んでいる。半導体レーザ１は、基板１１に接する第１電極２１と、コンタクト層１６に接する第２電極２２とを含んでいる。この半導体レーザ１では、基板１１の表面側に設けられた積層構造１０で発生した光が、基板１１の裏面側から取り出されるようになっている。即ち、半導体レーザ１は、いわゆる裏面出射型のＶＣＳＥＬである。
基板１１は、例えばガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板により構成されている。基板１１は、積層構造１０（より具体的には、活性層１３）で発生した光に対して高い透過性を有する材料により構成されている。基板１１は、インジウムリン（ＩｎＰ），窒化ガリウム（ＧａＮ），窒化ガリウムインジウム（ＩｎＧａＮ），サファイア，シリコン（Ｓｉ）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等により構成するようにしてもよい。
メサ領域１１Ｍは、基板１１の選択的な領域に設けられている。このメサ領域１１Ｍに、所定の形状にエッチングされた積層構造１０が設けられている。メサ領域１１Ｍの平面（図１のＸＹ平面）形状は、例えば円状であり、このメサ領域１１Ｍに略円柱状の積層構造１０が配置されている。基板１１には複数のメサ領域１１Ｍが設けられていてもよい。複数のメサ領域１１Ｍ各々に配置された積層構造１０は、互いに分離されている。
基板１１の表面に設けられた第１光反射層１２は、基板１１と活性層１３との間に配置されたＤＢＲ(Distributed Bragg Reflector)層である。第１光反射層１２は、活性層１３を間にして第２光反射層１５と対向している。この第１光反射層１２は、活性層１３で発生した光を、第２光反射層１５との間で共振させるようになっている。
第１光反射層１２は、低屈折率層および高屈折率層を交互に重ねた積層構造を有している。この低屈折率層は、例えば光学膜厚がλ/４のｎ型のＡｌX1Ｇａ(1-X1)Ａｓ（０＜Ｘ１＜１）である。λは、半導体レーザ１の発振波長を表す。高屈折率層は、例えば光学膜厚がλ/４のｎ型のＡｌX2Ｇａ(1-X2)Ａｓ（０≦Ｘ２＜Ｘ１）である。
第１光反射層１２と第２光反射層１５との間に設けられた活性層１３は、例えばアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）系の半導体材料により構成されている。この活性層１３では、第２電極２２から電流狭窄層１４（具体的には、後述の電流注入領域１４Ａ）を介して注入された電子を受けて誘電放出光を発生するようになっている。活性層１３には、例えばアンドープのＡｌX4Ｇａ(1-X4)Ａｓ（０≦Ｘ４＜１）を用いることができる。活性層１３は、例えばＧａＡｓとＡｌＧａＡｓとの多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi Quantum Well）構造を有していてもよい。ＩｎＧａＡｓとＡｌＧａＡｓとの多重量子井戸構造により活性層１３を構成するようにしてもよい。
第１光反射層１２と活性層１３との間に第１スペーサ層１３ａを設けるようにしてもよい（図２）。第１スペーサ層１３ａは、例えばｎ型のＡｌX3Ｇａ(1-X3)Ａｓ（０≦Ｘ３＜１）により構成されている。ｎ型不純物としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられる。
活性層１３と電流狭窄層１４との間に第２スペーサ層１３ｂを設けるようにしてもよい（図２）。第２スペーサ層１３ｂは、例えばｐ型のＡｌX5Ｇａ(1-X5)Ａｓ（０≦Ｘ５＜１）により構成されている。ｐ型不純物としては、例えば、炭素（Ｃ），亜鉛（Ｚｎ），マグネシウム（Ｍｇ），ベリリウム（Ｂｅ）などが挙げられる。
活性層１３、第１スペーサ層１３ａおよび第２スペーサ層１３ｂは、例えば、基板１１の構成材料に応じて、アルミニウムインジウムガリウム砒素（ＡｌＩｎＧａＡｓ）系，アルミニウムガリウムインジウムリン（ＡｌＧａＩｎＰ）系または窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）系等の半導体材料により構成するようにしてもよい。
活性層１３と第２光反射層１５との間に設けられた電流狭窄層１４は、メサ領域１１Ｍの中央部に、例えば平面（図１のＸＹ平面）視で、略円状の電流注入領域１４Ａを有している（図１および後述の図３）。電流狭窄層１４では、メサ領域１１Ｍの周縁側の一部が高抵抗化されており、電流狭窄領域となっている。例えば、電流狭窄層１４の周縁側の一部を酸化させることにより、高抵抗化することができる。この電流狭窄領域に囲まれるように、電流注入領域１４Ａが設けられている。このような電流狭窄層１４を設けることにより、第２電極２２から活性層１３に注入される電流の電流狭窄がなされ、電流注入効率が高めることができる。よって、しきい値電流を下げることができる。略円状の電流注入領域１４Ａの半径Ｒ１４（図３）は、例えば、２０μｍ〜５０μｍである。
電流狭窄層１４は、例えば、ｐ型のＡｌX6Ｇａ(1-X6)Ａｓ（０≦Ｘ６＜１）により構成されており、メサ領域１１Ｍの周縁からこのＡｌX6Ｇａ(1-X6)Ａｓが酸化されて電流狭窄領域が形成されている。電流狭窄領域は、例えば、酸化アルミニウム（ＡｌＯX）を含んでいる。第２スペーサ層１３ｂと電流狭窄層１４との間に、第２光反射層１５の一部が設けられていてもよい。
第２光反射層１５は、電流狭窄層１４とコンタクト層１６との間に配置されたＤＢＲ層である。この第２光反射層１５は、活性層１３および電流狭窄層１４を間にして、第１光反射層１２に対向している。第２光反射層１５は、低屈折率層および高屈折率層を交互に重ねた積層構造を有している。この低屈折率層は、例えば光学膜厚がλ/４のｐ型のＡｌX1Ｇａ(1-X1)Ａｓ（０＜Ｘ７＜１）である。高屈折率層は、例えば光学膜厚がλ/４のｐ型のＡｌX8Ｇａ(1-X8)Ａｓ（０≦Ｘ８＜Ｘ７）である。
第２光反射層１５と第２電極２２との間に、コンタクト層１６が設けられている。このコンタクト層１６は、平面（図２のＸＹ平面）視で電流注入領域１４Ａに重なる領域に、コンタクト領域１６Ａを有している。コンタクト領域１６Ａは、例えば、平面視でコンタクト層１６の中央部に配置されている。このコンタクト層１６のコンタクト領域１６Ａに、第２電極２２が接している。換言すれば、第２電極２２が接する積層構造１０の領域が、コンタクト領域１６Ａである。
図３は、平面（ＸＹ平面）視でのコンタクト領域１６Ａの形状を、電流注入領域１４Ａとともに表したものである。コンタクト領域１６Ａは、例えば、平面視で略円状の形状を有しており、例えば、コンタクト領域１６Ａの全域が、電流注入領域１４Ａに重なるように配置されている。平面視で、コンタクト領域１６Ａの中心（中心Ｃ１６）が、電流注入領域１４Ａの中心（中心Ｃ１４）と重なる位置に配置されていることが好ましい。即ち、コンタクト領域１６Ａは、電流注入領域１４Ａと同心円であることが好ましい。
本実施の形態では、このコンタクト領域１６Ａの面積が、電流注入領域１４Ａの面積よりも小さくなっている。詳細は後述するが、これにより、第２電極２２から注入される電流の電流密度が、電流注入領域１４Ａの中心近傍で高くなり、低次横モードの発振が生じやすくなる。略円状のコンタクト領域１６Ａの半径Ｒ１６は、例えば、半径５μｍ〜１５μｍである。コンタクト領域１６Ａの面積は、電流注入領域１４Ａの面積の半分以下であることが好ましい。
図４は、コンタクト領域１６Ａおよび電流注入領域１４Ａの配置の他の例を表している。平面視で、コンタクト領域１６Ａの中心Ｃ１６は、電流注入領域１４Ａの中心Ｃ１４に近い位置に配置されていることが好ましいが、ずれて配置されていてもよい。
図５および図６に示したように、平面視でのコンタクト領域１６Ａの形状および電流注入領域１４Ａの形状が、略四角形状であってもよい。このとき、例えば、コンタクト領域１６Ａの全ての辺の長さが、電流注入領域１４Ａの辺の長さよりも短くなっている。平面視でのコンタクト領域１６Ａの形状および電流注入領域１４Ａの形状は、三角形状であってもよく、五角形以上の多角形であってもよい。即ち、平面視でのコンタクト領域１６Ａの形状および電流注入領域１４Ａの形状は、略円状であってもよく、多角形であってもよい。
このようなコンタクト領域１６Ａが設けられたコンタクト層１６は、例えば、ｐ型のＡｌX6Ｇａ(1-X9)Ａｓ（０≦Ｘ９＜１）により構成されている。コンタクト層１６は、第２光反射層１５の一部であってもよい。この第２光反射層１５の一部は、最も第２電極２２に近い部分である。
積層構造１０上に設けられた第２電極２２は、平面視で少なくとも一部が電流注入領域１４Ａに重なる領域に配置されている。この第２電極２２は、例えば、平面視でコンタクト領域１６Ａの形状と略同じ形状を有している。第２電極２２は、例えば、平面視でコンタクト領域１６Ａの半径と略同じ半径の略円状であり、コンタクト領域１６Ａに設けられている。第２電極２２は、例えば金（Ａｕ），ゲルマニウム（Ｇｅ），銀（Ａｇ），パラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ），ニッケル（Ｎｉ），チタン（Ｔｉ），バナジウム（Ｖ），タングステン（Ｗ），クロム（Ｃｒ），アルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），スズ（Ｓｎ）およびインジウム（Ｉｎ）等の金属膜により構成されている。第２電極２２は、単層の金属膜により構成するようにしてもよく、あるいは、積層構造の金属膜により構成するようにしてもよい。
第１電極２１は、例えば、基板１１の表面に接して設けられている。第１電極２１は、例えば、メサ領域１１Ｍの外側に、メサ領域１１Ｍを囲むように設けられている。第１電極２１は、例えば環状電極である。第１電極２１は、基板１１の裏面に接して設けるようにしてもよい。第１電極２１は、例えば金（Ａｕ），ゲルマニウム（Ｇｅ），銀（Ａｇ），パラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ），ニッケル（Ｎｉ），チタン（Ｔｉ），バナジウム（Ｖ），タングステン（Ｗ），クロム（Ｃｒ），アルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），スズ（Ｓｎ）およびインジウム（Ｉｎ）等の金属膜により構成されている。第１電極２１は、単層の金属膜により構成するようにしてもよく、あるいは、積層構造の金属膜により構成するようにしてもよい。
基板１１の裏面に貼り合わされた反射防止膜２３は、積層構造１０に対向して設けられている。この反射防止膜２３は、基板１１の裏面での光の反射を抑え、基板１１の裏面から効率よく光を取り出すためのものである。反射防止膜２３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）または窒化シリコン（ＳｉＮ）等により構成されている。
このような半導体レーザ１は、例えば、以下のように製造することができる。
まず、基板１１上に、第１光反射層１２、第１スペーサ層１３ａ、活性層１３、第２スペーサ層１３ｂ、電流狭窄層１４、第２光反射層１５およびコンタクト層１６をこの順に積層する。この積層体の形成は、例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法または有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法などの方法を用いたエピタキシャル結晶成長により行う。
次に、コンタクト層１６上に、例えば円形の平面形状のレジスト膜を形成する。このレジスト膜をマスクとし、コンタクト層１６から第１光反射層１２までをエッチングする。エッチングは、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）法を用いて行う。これにより、基板１１に設けられたメサ領域１１Ｍに、略円柱状の積層構造１０が形成される。エッチングを行った後、レジスト膜を除去する。
続いて、水蒸気雰囲気中、高温で電流狭窄層１４の酸化処理を行う。この酸化処理により、メサ領域１１Ｍの周縁から一定の領域にわたって、電流狭窄領域が形成されるとともに、メサ領域１１Ｍの中央部に電流注入領域１４Ａが形成される。この後、コンタクト層１６のコンタクト領域１６Ａに第２電極２２を、基板１１の表面に第１電極２１を各々形成する。最後に、基板１１を薄膜化して、半導体レーザ１を完成させる。
（動作）
この半導体レーザ１では、第１電極２１と第２電極２２との間に所定の電圧が印可されると、電流狭窄層１４により電流狭窄された電流が、電流注入領域１４Ａを介して活性層１３に注入される。これにより、電子―正孔再結合により発光が生じる。この光は、第１光反射層１２と第２光反射層１５との間で反射され、これらの間を往復して所定の波長でレーザ発振を生じ、レーザ光として第１光反射層１２（基板１１）側から取り出される。半導体レーザ１では、例えば、複数のメサ領域１１Ｍ各々から出射された光が、互いに重ね合わされて、取り出される。
（作用・効果）
本実施の形態の半導体レーザ１では、第２電極２２が積層構造１０に接する領域、即ち、コンタクト領域１６Ａの面積が、電流注入領域１４Ａの面積よりも小さくなっている。これにより、電流注入領域１４Ａの中心近傍の電流密度が高くなり、低次横モードの発振が生じやすくなる。以下、この作用・効果について、比較例を用いて説明する。
図７および図８は、比較例にかかる半導体レーザ（半導体レーザ１００）の構成を模式的に表したものである。この半導体レーザ１００では、活性層１３で発生した光が基板１１側から取り出されるようになっている。即ち、半導体レーザ１００は、裏面出射型の半導体レーザである。この半導体レーザ１００では、コンタクト層１６の全面に第２電極（第２電極１２２）が接しており、コンタクト領域（コンタクト領域１１６Ａ）がコンタクト層１６の全域にわたっている。このコンタクト領域１１６Ａの面積は、電流注入領域１４Ａの面積よりも大きくなっている。半導体レーザ１００は、この点で、半導体レーザ１と異なっている。
この半導体レーザ１００では、第２電極１２２の周縁近傍から注入された電流Ｉ（図８）が、電流注入領域１４Ａの周縁近傍に集中するので、電流注入領域１４Ａの電流密度は、中心よりも周縁近傍で高くなりやすい。
図９は、半導体レーザ１００において、電流注入領域１４Ａ内の位置と電流密度との関係を計算により求めた結果である。このように、半導体レーザ１００では、電流注入領域１４Ａの中心よりも、電流注入領域１４Ａの周縁近傍で電流密度が高くなることが確認された。
電流注入領域１４Ａの周縁近傍の電流密度が高くなると、低次横モードの発振よりも高次横モードの発振の方が有利となり、高次横モードの発振に由来するビームが発生する。横モードは、例えば、ＬＰモード（Linearly Polarized Mode）である。高次横モードの発振に由来するビームは、例えば、複数のピークを有する強度分布の形状を有し、あるいは、広範囲にわたる放射角度を有する。特に、電流注入領域１４Ａの面積を大きくすると、多数の高次横モードが許容されるので、高次横モードの発振に由来するビームが発生しやすくなる。
図１０は、半導体レーザ１００から出射されるビームの光強度分布の一例を表したものである。半導体レーザ１００から出射されるビームは、このように複数のピークを有する強度分布の形状を有している。また、ビームの放射角度の広がりが大きい。
電流注入領域１４Ａの面積を小さくした場合には、低次横モードの発振が有利になりやすい。このため、小さい面積の電流注入領域１４Ａを有する積層構造１０を複数、並列に接続して、規定の光出力を実現する方法も考え得る。例えば、半径４μｍ以下の略円状の電流注入領域１４Ａを有する積層構造１０を、数百個から千個程度、並列に接続する。この方法では、全ての積層構造１０を同時に発光させるため、各々の積層構造１０の間で光出力特性を揃えるとともに、複数の積層構造１０を確実に接続する必要がある。
しかしながら、電流注入領域１４Ａの半径が４μｍ程度と非常に小さいので、酸化プロセスの特性上、ウェハ面内で複数の電流注入領域１４Ａの大きさをそろえることは困難である。このため、上記のように数百個から千個程度の積層構造１０を並列に接続すると、歩留まりが低下するおそれがある。また、積層構造１０の高さは、例えば数μｍ程度であり、この高さの埋め込み構造を全ての積層構造１０で揃えて形成することは困難である。また、第１電極２１および第２電極１２２を接続するための開口を、全ての積層構造１０で揃えて形成することも困難である。更に、段差に起因した断線を完全になくすことも困難である。このように、数百個以上の積層構造１０を確実に接続することは困難であり、歩留まりが低下するおそれがある。
これに対し、本実施の形態の半導体レーザ１では、図１１に示したように、コンタクト領域１６Ａの面積が電流注入領域１４Ａの面積よりも小さくなっているので、第２電極２２から注入された電流Ｉは、電流注入領域１４Ａの中心近傍に集中する。
図１２は、半導体レーザ１において、電流注入領域１４Ａ内の位置と電流密度との関係を計算により求めた結果を表している。図１２には、半導体レーザ１の結果とともに、図９に示した半導体レーザ１００の結果を表す。コンタクト領域１６Ａを小さくした半導体レーザ１では、電流注入領域１４Ａの周縁に比べて、電流注入領域１４Ａの中心近傍の電流密度が高くなる。
これにより、低次横モード、具体的には０次モード（ＬＰ０１モード）の発振が有利となり、半導体レーザ１からは、この０次モードの発振に由来するビームが出射される。
図１３は、半導体レーザ１から出射されるビームの光強度分布を表したものである。半導体レーザ１から出射されるビームは、このように単峰の強度分布の形状を有している。また、ビームの放射角度の広がりが小さい。電流注入領域１４Ａの大きさは、例えば、半導体レーザ１（図１３）と半導体レーザ１００（図１０）とで同じである。したがって、半導体レーザ１では、電流注入領域１４Ａの面積が大きい場合であっても、単峰の強度分布の形状を有するビームが出射される。
図１４Ａおよび図１４Ｂは、電流注入領域１４Ａの面積が各々Ａ１，Ａ２（Ａ１，Ａ２は、電流注入領域１４Ａの面積の値であり、Ａ１＜Ａ２の関係にある）であるときの、コンタクト領域１６Ａの面積の大きさと、ＦＦＰの出射角度との関係を表したものである。このように、コンタクト領域１６Ａの面積が電流注入領域１４Ａの面積よりも小さくなると、ＦＦＰの出射角度が小さくなることが確認されている。
図１５は、半導体レーザ１，１００の注入電流と光出力との関係を計算により求めた結果である。半導体レーザ１は、半導体レーザ１００と同程度の出力を得ることができる。
このように半導体レーザ１では、コンタクト領域１６Ａの面積が電流注入領域１４Ａの面積よりも小さくなっているので、電流注入領域１４Ａの面積を大きくした場合にも、低次横モードの発振が有利となる。したがって、電流注入領域１４Ａの面積を大きくすることにより高出力化を実現しつつ、低次横モードの発振に由来する単峰の強度分布形状を有するビームを出射させることができる。また、電流注入領域１４Ａの面積を大きくすることにより、互いに接続される積層構造１０の数を大幅に減らすことが可能である。このため、各々の積層構造１０の間で光出力特性を揃えやすくなり、また、歩留まりを向上させることができる。
以上説明したように、本実施の形態では、コンタクト領域１６Ａの面積が電流注入領域１４Ａの面積よりも小さくなるようにしたので、単峰の強度分布形状を有するビームが得られやすくなる。よって、ビームの放射特性を向上させることが可能となる。また、電流注入領域１４Ａの面積を大きくした場合にも、低次横モードの発振が有利となるので、高出力化と放射特性の向上とを両立することができる。更に、複数の積層構造１０を並列に接続する際には、互いの積層構造１０の間で光出力特性を均一に揃えやすくなる。また、歩留まりを向上させることも可能である。
また、半導体レーザ１では、複数の積層構造１０を別々に発光させ、例えば、照射光のパターンを時間経過とともに変化させる用途も考え得る。この個別駆動の用途では、配線の構造等が複雑になる。しかし、高出力かつ単一横モード発振の半導体レーザ１は、例えば半導体レーザ１００に比べて、同じ光出力を達成するために必要な積層構造１０の数を少なくすることができる。したがって、個別駆動する際にも、余裕をもった配線設計が可能となる。
更に、電流注入領域１４Ａの面積を大きくすることにより、各々の積層構造１０の光出力が増加するので、例えば、個別駆動のパターンに合わせた積層構造１０の数の調整がし易くなる。よって、半導体レーザ１では、より自由な設計が可能となる。
加えて、半導体レーザ１では、半導体レーザ１００に比べて、電流注入領域１４Ａの周縁近傍への電流の集中が抑えられる。これにより、電流集中に起因した電流注入領域１４Ａの周縁近傍の劣化が抑えられ、信頼性を向上させることができる。
また、半導体レーザ１の製造工程は、半導体レーザ１００の製造工程と略同じであり、例えば、半導体レーザ１００の第２電極１２２に変えて、より小さい第２電極２２を形成すればよい。即ち、製造工程の追加および特別な変更等が不要であり、半導体レーザ１は、簡便に製造することができる。
また、裏面出射型の半導体レーザ１は、積層構造１０が設けられた基板１１の表面側がハンダにより、サブマウントに実装されるので、発光部から短い距離で直接放熱される。更に、環状電極が配置される表面出射型の半導体レーザに比べて、第２電極２２が配置される半導体レーザ１では、電流密度の分布が均一になりやすい。また、電流注入領域１４Ａの面積も大きくしやすい。よって、裏面出射型の半導体レーザ１は、表面出射型の半導体レーザに比べて、高出力化に適している。
このような高出力化と放射特性の向上とを両立可能な半導体レーザ１は、例えば、センシング用光源およびレーザプリンタ等に好適に用いることができる。特に、メサ領域１１Ｍおよび電流注入領域１４Ａの大きな半導体レーザ１において、高い効果が得られる。
以下、上記実施の形態の変形例について説明するが、以降の説明において上記実施の形態と同一構成部分については同一符号を付してその説明は適宜省略する。
〔変形例〕
図１６は、上記実施の形態の変形例に係る半導体レーザ（半導体レーザ１Ａ）の断面構成を模式的に表したものである。この半導体レーザ１Ａでは、平面視でコンタクト領域１６Ａに重なる領域に拡散領域Ｒ（電気伝導領域）が設けられている。この点を除き、半導体レーザ１Ａは、半導体レーザ１と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
拡散領域Ｒは、例えば、亜鉛（Ｚｎ）などの不純物が拡散された領域である。不純物の拡散は、例えば、熱拡散などの方法を用いて行われる。この拡散領域Ｒは、例えば、コンタクト層１６および第２光反射層１５のうち、平面視でコンタクト領域１６Ａに重なる領域に選択的に設けられており、他のコンタクト層１６および第２光反射層１５の部分よりも不純物濃度が高くなっている。これにより、拡散領域Ｒのコンタクト層１６および第２光反射層１５では、他の部分よりも電気伝導性が高くなる。したがって、電流注入領域１４Ａの中心近傍への電流集中効果がより高まる。第２光反射層１５の厚み方向（図１６のＺ方向）の一部（電流狭窄層１４側の一部）には、拡散領域Ｒが広がっていなくてもよい。
拡散領域Ｒは、活性層１３に達していないことが好ましい。最も光強度の強い活性層１３に、不純物濃度の高い拡散領域Ｒが設けられていると、この不純物により光が吸収され、ビームプロファイルおよび発熱量に影響を及ぼすおそれがある。
本変形例の半導体レーザ１Ａも、上記半導体レーザ１Ａと同様に、コンタクト領域１６Ａの面積が電流注入領域１４Ａの面積よりも小さくなるようにしたので、単峰の強度分布形状を有するビームが得られやすくなる。よって、ビームの放射特性を向上させることが可能となる。また、コンタクト領域１６Ａに重なる領域に、他の部分よりも電気伝導性の高い拡散領域Ｒが設けられているので、より電流注入領域１４Ａの中心近傍の電流密度が高くなる。したがって、より効果的にビームの放射特性を向上させることができる。更に、駆動電圧を下げることができるので、発光効率を向上させることも可能である。
以上、実施の形態および変形例を挙げて本技術を説明したが、本技術は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態等において例示した半導体レーザ１，１Ａの構成要素、配置および数等は、あくまで一例であり、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。例えば、上記実施の形態等では、第１電極２１を基板１１の表面に設けた場合について説明したが、第１電極２１は基板１１に接していればよく、基板１１の裏面に設けるようにしてもよい。
また、上記実施の形態等では、第２電極２２の全面がコンタクト層１６に接する場合について説明したが、第２電極２２の一部がコンタクト層１６に接するようにしてもよい。即ち、平面視での第２電極２２の面積と、コンタクト領域１６Ａの面積とが異なっていてもよい。例えば、図１７に示したように、コンタクト層１６上に、コンタクト領域１６Ａに開口を有する絶縁層２４を設けるようにしてもよい。このとき、平面視で、第２電極２２の面積が、電流注入領域１４Ａの面積よりも大きくなっていてもよい。
更に、図３〜図６では、平面視でのコンタクト領域１６Ａの形状が、電流注入領域１４Ａの形状と略相似の関係にある場合について説明したが、平面視でのコンタクト領域１６Ａの形状が、電流注入領域１４Ａの形状と異なっていてもよい。例えば、平面視でのコンタクト領域１６Ａの形状が円状であり、平面視での電流注入領域１４Ａの形状が多角形であってもよい。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であってこれに限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
なお、本技術は、以下のような構成も可能である。
（１）
基板と、
前記基板に接して設けられた第１電極と、
前記基板上に設けられた第１光反射層と、
前記第１光反射層を間にして前記基板上に設けられた第２光反射層と、
前記第２光反射層と前記第１光反射層との間の活性層と、
前記活性層と前記第２光反射層との間に設けられ、電流注入領域を有する電流狭窄層と、
前記第２光反射層を間にして前記基板上に設けられ、少なくとも一部が前記電流注入領域に重なる位置に配置された第２電極と、
前記第２電極と前記第２光反射層との間に設けられ、前記第２電極が接するコンタクト領域を有するコンタクト層とを備え、
前記コンタクト領域は、前記電流注入領域の面積よりも小さい面積を有する
面発光半導体レーザ。
（２）
前記コンタクト領域全域が、前記電流注入領域に重なる位置に配置されている
前記（１）に記載の面発光半導体レーザ。
（３）
前記コンタクト領域および前記電流注入領域は、円状の平面形状を有する
前記（１）または（２）に記載の面発光半導体レーザ。
（４）
前記コンタクト領域および前記電流注入領域は、多角形状の平面形状を有する
前記（１）または（２）に記載の面発光半導体レーザ。
（５）
前記コンタクト領域の平面形状の中心は、前記電流注入領域の平面形状の中心と重なる位置に配置されている
前記（１）ないし（４）のうちいずれか１つに記載の面発光半導体レーザ。
（６）
前記電流注入領域では、中心近傍の電流密度が周縁の電流密度よりも高くなっている
前記（１）ないし（５）のうちいずれか１つに記載の面発光半導体レーザ。
（７）
前記第２光反射層および前記コンタクト層は、前記コンタクト領域に重なる位置に配置されるとともに、他の部分よりも電気伝導性の高い電気伝導領域を有する
前記（１）ないし（６）のうちいずれか１つに記載の面発光半導体レーザ。
（８）
前記電気伝導領域の不純物濃度は、前記第２光反射層および前記コンタクト層の他の部分の不純物濃度よりも高くなっている
前記（７）に記載の面発光半導体レーザ。
（９）
前記基板は、選択的な領域にメサ領域を有し、
前記メサ領域に、前記第１光反射層、前記第２光反射層、前記活性層および前記電流狭窄層が設けられている
前記（１）ないし（８）のうちいずれか１つに記載の面発光半導体レーザ。
（１０）
前記基板は、前記活性層で発生した光に対して透過性を有している
前記（１）ないし（９）のうちいずれか１つに記載の面発光半導体レーザ。
本出願は、日本国特許庁において２０１７年１１月３０日に出願された日本特許出願番号第２０１７−２３００７１号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (10)

  1. 基板と、
    前記基板に接して設けられた第１電極と、
    前記基板上に設けられた第１光反射層と、
    前記第１光反射層を間にして前記基板上に設けられた第２光反射層と、
    前記第２光反射層と前記第１光反射層との間の活性層と、
    前記活性層と前記第２光反射層との間に設けられ、電流注入領域を有する電流狭窄層と、
    前記第２光反射層を間にして前記基板上に設けられ、少なくとも一部が前記電流注入領域に重なる位置に配置された第２電極と、
    前記第２電極と前記第２光反射層との間に設けられ、前記第２電極が接するコンタクト領域を有するコンタクト層とを備え、
    前記コンタクト領域は、前記電流注入領域の面積よりも小さい面積を有する
    面発光半導体レーザ。
  2. 前記コンタクト領域全域が、前記電流注入領域に重なる位置に配置されている
    請求項１に記載の面発光半導体レーザ。
  3. 前記コンタクト領域および前記電流注入領域は、円状の平面形状を有する
    請求項１に記載の面発光半導体レーザ。
  4. 前記コンタクト領域および前記電流注入領域は、多角形状の平面形状を有する
    請求項１に記載の面発光半導体レーザ。
  5. 前記コンタクト領域の平面形状の中心は、前記電流注入領域の平面形状の中心と重なる位置に配置されている
    請求項１に記載の面発光半導体レーザ。
  6. 前記電流注入領域では、中心近傍の電流密度が周縁の電流密度よりも高くなっている
    請求項１に記載の面発光半導体レーザ。
  7. 前記第２光反射層および前記コンタクト層は、前記コンタクト領域に重なる位置に配置されるとともに、他の部分よりも電気伝導性の高い電気伝導領域を有する
    請求項１に記載の面発光半導体レーザ。
  8. 前記電気伝導領域の不純物濃度は、前記第２光反射層および前記コンタクト層の他の部分の不純物濃度よりも高くなっている
    請求項７に記載の面発光半導体レーザ。
  9. 前記基板は、選択的な領域にメサ領域を有し、
    前記メサ領域に、前記第１光反射層、前記第２光反射層、前記活性層および前記電流狭窄層が設けられている
    請求項１に記載の面発光半導体レーザ。
  10. 前記基板は、前記活性層で発生した光に対して透過性を有している
    請求項１に記載の面発光半導体レーザ。
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