WO2007142184A1 - 面発光型半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

面発光型半導体レーザおよびその製造方法 Download PDF

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Masaki Shiozaki
Norihiko Yamaguchi
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    • H01S5/423—Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity

Definitions

  • the present invention relates to a surface emitting semiconductor laser having an emission region of a laser beam on an upper surface and a method for manufacturing the same, and in particular, can be suitably applied to an application that requires a light output with a stable polarization direction.
  • the present invention relates to a surface emitting semiconductor laser and a manufacturing method thereof.
  • a surface emitting semiconductor laser emits light in a direction perpendicular to a substrate, unlike a conventional edge emitting type laser, and a large number of elements are arranged in a two-dimensional array on the same substrate. In recent years, it has attracted attention as a light source for digital copiers and printers.
  • this type of surface-emitting type semiconductor laser has a pair of multilayer reflectors formed on a semiconductor substrate, and has an active layer serving as a light emitting region between the pair of multilayer reflectors. ing.
  • One multilayer reflector is provided with a current confinement layer having a structure in which the current injection region is narrowed in order to increase the current injection efficiency into the active layer and lower the threshold current.
  • an n-side electrode is provided on the lower surface side
  • a p-side electrode is provided on the upper surface side
  • a light emission port is provided on the p-side electrode for emitting laser light.
  • the current is confined by the current confinement layer and then injected into the active layer, where it emits light, which is repeatedly reflected by a pair of multilayer reflectors as laser light as a laser beam.
  • Light emission loca In this surface-emitting semiconductor laser, the current is confined by the current confinement layer and then injected into the active layer, where it emits light, which is repeatedly reflected by a pair of multilayer reflectors as laser light as a laser beam.
  • the surface-emitting type semiconductor laser described above generally has non-uniformity in which the polarization direction varies due to variations in elements, and instability in which the polarization direction changes depending on the output and environmental temperature. Yes. Therefore, when such a surface emitting semiconductor laser is applied to a polarization-dependent optical element such as a mirror or a beam splitter, for example, when used as a light source for a digital copying machine or a printer, There is a problem that the variation in the polarization direction causes a difference in the image formation position and output, and blurring and color unevenness occur. [0005] Therefore, with respect to such problems, several technical capabilities have been reported that provide a polarization control function inside a surface emitting semiconductor laser and stabilize the polarization direction in one direction.
  • Patent Document 1 discloses a technique for controlling polarization by making the size of the post cross section smaller than the mode size of light.
  • a discontinuous portion is formed in a part of the metal contact layer that does not affect the characteristics of the laser light emitted by the light emission locusr, and is formed at the boundary of the discontinuous portion.
  • a technique for obtaining polarized light that is parallel to the direction is disclosed.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 2891133
  • Patent Document 2 JP 2001-525995 gazette
  • the above-mentioned inclined substrate is a special substrate having the (311) plane as a normal line, it is very expensive compared to a standard substrate (001) plane or the like. It is a thing.
  • the epitaxial growth conditions such as the growth temperature, doping conditions and gas flow rate are completely different from those of the (001) plane substrate, so that it is difficult to manufacture easily. It is.
  • the post cross-sectional size is made smaller than the light mode size, so that the optical output becomes as low as lmW, which is a light source for a digital copier or printer. It is not suitable for applications that require high output.
  • Patent Document 2 as an example, a groove (discontinuous portion) having a depth of 4.0 to 4.5 m is formed at a position 7 ⁇ m away from the edge of the light exit port. It is said that polarized light in a direction parallel to the groove was obtained. However, if the distance on the short side of the resonance region is not reduced to such an extent that the diffraction loss effect occurs, the polarization direction is unidirectional. It is considered that the discontinuity formed in the range where the diffraction loss effect cannot be obtained (the distance on the short side is 7 m) cannot be stabilized.
  • the present invention has been made in view of a serious problem, and an object of the present invention is to be able to manufacture easily and inexpensively, to stabilize the polarization direction of laser light in one direction and to increase the output. It is an object of the present invention to provide a surface emitting semiconductor laser and a method of manufacturing the same.
  • a surface-emitting type semiconductor laser includes a light emitting section in which a first multilayer reflector, an active layer having one or a plurality of light emitting regions, and a second multilayer reflector are stacked in this order on a substrate. It is provided. At least one of the first multilayer-film reflective mirror and the second multilayer-film reflective mirror has an ridge that is non-uniformly distributed in the direction of rotation about the light-emitting area around the area corresponding to the light-emitting area. ing. Note that some layer may be inserted between the first multilayer mirror and the active layer, or between the active layer and the second multilayer mirror.
  • the oxide layer is unevenly distributed, so that stress due to the oxidized portion is generated unevenly in the active layer.
  • the uneven distribution of the acid ridge has anisotropy, anisotropic stress due to the acid ridge is generated in the active layer, so the direction parallel to the direction of the stress.
  • One of the polarization component and the polarization component in the direction orthogonal to the direction of the stress are strengthened, and the other polarization components are suppressed. As a result, the polarization component of the laser light is fixed in the negative direction.
  • a method of manufacturing a surface emitting semiconductor laser according to the present invention includes the following steps (A) to (D).
  • a groove having a non-uniform depth corresponding to the width of the opening is formed by dry etching, and the depth of the groove is accommodated by subsequent oxidation.
  • an unevenly distributed oxidized portion is formed.
  • the uneven depth of the groove has anisotropy
  • the distribution of the acid ridge has anisotropy similar to that of the groove, and anisotropic stress due to the oxidized portion is applied to the active layer. Therefore, one of the polarization component in the direction parallel to the direction of the stress and the polarization component in the direction orthogonal to the direction of the stress is intensified, and the other polarization components are suppressed. Thereby, the polarization component of the laser beam is fixed in one direction.
  • At least one of the first multilayer reflector and the second multilayer reflector is around the region corresponding to the light emitting region, with the light emitting region as the center. Since the acid pot portion that is unevenly distributed in the rotating direction is provided, the polarization direction of the laser light can be stabilized in one direction.
  • a groove having a non-uniform depth corresponding to the width of the opening is formed by dry etching, and the depth of the groove is formed by subsequent oxidation.
  • an unevenly distributed acid ridge is formed, so that the polarization direction of the laser light can be stabilized in one direction.
  • the substrate does not need to be a special substrate such as a (ni l) plane substrate (n is an integer), and even a (100) plane substrate does not work, and can be manufactured easily and inexpensively.
  • a (ni l) plane substrate n is an integer
  • a (100) plane substrate does not work, and can be manufactured easily and inexpensively.
  • it is not necessary to provide the oxide portion in the region corresponding to the light emitting region it is possible to emit almost all of the high-power laser light when the light output is reduced.
  • the surface emitting semiconductor laser and the manufacturing method thereof of the present invention can be manufactured easily and inexpensively, the polarization direction of the laser light is stabilized in one direction and the output is increased. Can do.
  • FIG. 1 is a top view of a surface emitting semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the laser of FIG. 1 in the direction of arrows AA.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the laser in FIG. 1 in the direction of arrows BB.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the laser in FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged view showing an example of a cross-sectional configuration of the lower DBR mirror layer in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a planar configuration of the oxide layer and the current confinement layer in FIG.
  • FIG. 7 is an enlarged view showing another example of the cross-sectional configuration of the lower DBR mirror layer of FIG.
  • FIG. 8 is an enlarged view showing another example of the cross-sectional configuration of the lower DBR mirror layer in FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view and a top view for explaining the manufacturing process of the laser shown in FIG. 1.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the process following FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining the process following FIG.
  • FIG. 13 is a relationship diagram illustrating a comparative example of the relationship between the extinction ratio between orthogonal polarizations and the supplied power.
  • FIG. 14 is a relationship diagram showing an example of the relationship between the orthogonal polarization extinction ratio and the depth of the groove 22A.
  • 15 A diagram showing a cross-sectional configuration in one direction of a surface emitting semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram showing a cross-sectional configuration in another direction of the surface emitting semiconductor laser according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a cross sectional view for illustrating the manufacturing process for the laser shown in FIG. 15.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view for explaining the process following FIG.
  • FIG. 19 is a top view of a surface emitting semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is an enlarged view of a cross-sectional configuration in one direction of the transverse mode adjustment layer in FIG.
  • FIG. 21 is an enlarged view showing a cross-sectional configuration in another direction of the transverse mode adjustment layer of FIG.
  • FIG. 22 is a top view of a surface emitting semiconductor laser according to another modification.
  • FIG. 23 is a top view of a surface emitting semiconductor laser according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the laser of FIG. 23 in the direction of arrows AA.
  • FIG. 25 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the laser of FIG. 24 in the direction of arrows AA.
  • FIG. 26 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the laser in FIG. 24 in the direction of arrows BB.
  • FIG. 27 is a top view of a surface emitting semiconductor laser according to one modification.
  • FIG. 28 is a diagram showing a cross-sectional configuration in the direction of arrows AA of FIG.
  • FIG. 29: 1 This is a diagram showing a cross-sectional configuration of the laser of FIG.
  • FIG. 30: 1 This is a diagram showing a cross-sectional structure of the laser of FIG.
  • FIG. 31 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a surface emitting semiconductor laser according to one modification.
  • FIG. 32: 1 A diagram showing a cross-sectional configuration in a direction perpendicular to the cutting direction of the laser of FIG.
  • FIG. 33 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a modification of the laser shown in FIG.
  • FIG. 34 1
  • FIG. 35 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a modification of the laser shown in FIG.
  • FIG. 36 1
  • FIG. 37: 1 is a top view of a modification of the laser shown in FIG. 1.
  • FIG. 38 is a top view of another modification of the laser shown in FIG.
  • FIG. 39: 1 is a top view of another modification of the laser shown in FIG.
  • FIG. 40: 1 is a top view of still another modification of the laser shown in FIG. 1.
  • FIG. 41 is a top view of a modification of FIG.
  • FIG. 38 is a top view of another modification of FIG.
  • FIG. 43 is a top view of a modified example of the laser of FIG. 37.
  • FIG. 44 is a top view of another modification of FIG.
  • FIG. 45 is a top view of another modification of the same, FIG.
  • FIG. 46 is a top view of a variation of FIG.
  • FIG. 1 shows a top view of the surface emitting semiconductor laser 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • 2 shows the cross-sectional configuration of the surface-emitting semiconductor laser 1 in FIG. 1 in the direction of arrows A—A
  • FIG. 3 shows the cross-sectional configuration of the surface-emitting semiconductor laser 1 in FIG.
  • Represents the cross-sectional structure of the surface-emitting type semiconductor laser 1 in FIG. 5 shows an example of the cross-sectional configuration of the lower DBR mirror layer 11 (described later) in FIG.
  • FIG. 3 shows modifications of the cross-sectional configuration of the lower DBR mirror layer 11 in FIG.
  • FIG. 6 shows the distribution (shape) of the upper surface force of the current confinement layer 17 and the oxidized portion 11 A (described later) through the surface emitting semiconductor laser 1 of FIG.
  • the surface emitting semiconductor laser 1 includes a light emitting unit 20 on one surface side of a substrate 10.
  • the light emitting unit 20 includes a lower DBR mirror layer 11 (first multilayer reflector), a lower spacer layer 14, an active layer 15, an upper spacer layer 16, a current confinement layer 17, and an upper portion from the substrate 10 side.
  • a DBR mirror layer 18 (second multilayer mirror) and a contact layer 19 are laminated in this order.
  • a part of the lower DBR mirror layer 11, the lower spacer layer 14, the active layer 15, the upper spacer layer 16, the current confinement layer 17, the upper DBR mirror layer 18 and the contact layer 19 For example, a cylindrical mesa portion 21 having a width of about 10 m to 30 m and a groove portion 22 surrounding the mesa portion 21 are formed.
  • the groove portion 22 is an annular groove having a non-uniform width, and has a non-uniform depth corresponding to (proportional to) the width of the groove. Specifically, in the portion corresponding to one axis (A-A line in FIG. 1) that is parallel to the laminated surface and passes through the central portion of the mesa portion 21, the radial width is Ly and the circumferential direction is A pair of grooves 22A having a width Lx is provided, and a pair of grooves 22B having a radial width AR is provided in communication therewith.
  • the groove 22A has a depth D1 that reaches the lower first DBR mirror layer 12 (described later) of the lower DBR mirror layer 11.
  • the groove 22B has a depth D2 that does not reach the lower first DBR mirror layer 12. That is, the depth D2 of the groove 22B is shallower than the depth D1 of the groove 22A, and accordingly, the height of the mesa portion 21 is not uniform corresponding to the depth of the groove portion 22, The layer structure exposed on the side surface of the mesa portion 21 differs depending on the depth of the groove portion 22.
  • FIG. 3 illustrates the case where the groove 22B reaches the lower second DBR mirror layer 13 (described later) of the lower DBR mirror layer 11.
  • Lx and Ly are about 5 m or more, preferably about a magnitude so that the etching rate described later is not slow.
  • AR is smaller than Lx and Ly, and it is preferable that the etching rate of groove 22B is slower than that of groove 22A due to the loading effect described later. It is more preferable that it is 2 ⁇ m.
  • the substrate 10 is, for example, an n-type GaAs substrate, and this GaAs substrate is, for example, a (100) plane substrate. However, it may be a special substrate such as (nl 1) plane substrate (n is an integer)! / ,.
  • the lower DBR mirror layer 11 has a structure in which a lower first DBR mirror layer 12 (third multilayer reflector) and a lower second DBR mirror layer 13 (fourth multilayer reflector) are laminated in this order also on the substrate 10 side force. have.
  • the lower first DBR mirror layer 12 is formed by laminating a plurality of sets of a low refractive index layer 12A and a high refractive index layer 12B.
  • the low refractive index layer 12A is, for example, ⁇ -type Al Ga As with an optical thickness of ⁇ Z4 (where ⁇ is the oscillation wavelength).
  • the high refractive index layer 12B is made of n-type AlGaAs having an optical thickness of ⁇ ⁇ 4, for example. Bottom ⁇ 2 1 - ⁇ 2
  • the second DBR mirror layer 13 is formed by laminating a plurality of pairs of the low refractive index layer 13A and the high refractive index layer 13B.
  • the low refractive index layer 13A is made of, for example, n-type AlGaAs with an optical thickness of Z4, and the high refractive index layer 13B is made of, for example, n ⁇ 3 1 - ⁇ 3 with an optical thickness of ⁇ Z4.
  • n-type impurities for example, silicon (Si) or selenium x4 1— x4
  • A1 composition values xl to x4 in the lower DBR mirror layer 11 satisfy the following formula.
  • the low refractive index layer 12A of the lower first DBR mirror layer 12 has the property of being easily oxidized or less oxidized than the current confinement layer 17 that is more easily oxidized than the low refractive index layer 13A of the lower second DBR mirror layer 13. is doing.
  • (x3, xlO) means x3 or xlO
  • (x2, x4) means x2 or x4.
  • X9 is the value of the A1 composition contained in the material constituting the current confinement layer 17
  • xlO is the value of the A1 composition contained in the material constituting the low refractive index layer of the upper DBR mirror layer 18.
  • 0.8 corresponds to the boundary between the refractive index of the low refractive index layer and the refractive index of the high refractive index layer.
  • An oxidized portion 30 is formed by oxidizing a part of the low refractive index layer 12A in a region surrounding a region corresponding to (a light emitting region 15A described later) and surrounding the groove 22A.
  • the oxidized portion 30 becomes a pair of oxide layers 31 A and 32 A, and the pair of oxide layers 31 A and 32 A corresponds to the light emitting region 15 A of the lower first DBR mirror layer 12 (this region is a current injection described later). It is also an area corresponding to area 17B).
  • the grooves 22 are formed so as to correspond to the deeper grooves 22A of the grooves 22. That is, the oxide layer 30 is non-uniformly distributed in the direction of rotation about the light emitting region 15A, and non-uniform stress corresponding to the distribution is generated in the active layer 15.
  • the distance Doxl is preferably larger than Dox2, and if it is desired to suppress higher-order transverse mode oscillation, DOX2 + 1 / Z m or more and 15 m or less are preferable. Furthermore, when it is desired to further suppress higher-order transverse mode oscillation, it is preferably Dox2 +: m or more and 10 / z m or less. Further, when it is desired to suppress the loss of luminous efficiency due to the oxide layers 31A and 32A, the distance Doxl is preferably larger than Dox2, more preferably 1.1 X DOX2 or more.
  • the oxide layers 31A and 32A include Al 2 O (acid aluminum) and will be described later.
  • each of the oxide layers 31 A constitutes a multilayer film 31 (first multilayer film) that is laminated in the lower DBR mirror layer 11 via the high refractive index layer 12B, and each of the oxide layers 32A.
  • a multilayer film 32 (second multilayer film) arranged in a stack via the high refractive index layer 12B is formed.
  • the lower first DBR mirror layer 12 should be exposed at the portion of the side surface of the mesa portion 21 facing the groove 22B. Therefore, the portion other than the portion adjacent to the groove 22A is excluded from that portion.
  • the acid layers 31A and 32A are distributed.
  • the low refractive index layer 12A of the lower first DBR mirror layer 12 is not limited to the above-mentioned configuration.
  • the optical thickness is kept at ⁇ ⁇ 4, as shown in FIG. 7 or FIG. It is also possible to make such a configuration.
  • the first refractive index layer 12C made of Al Ga As x5 1—x5 and the second refractive index layer 12D made of Al Ga As are placed on the substrate 10 side or x6 1—
  • the A1 composition values x2 to x6 are set to satisfy the following formula (2), and as shown in FIG. 8, the third refraction made of Al Ga As Index layer 12E, Al ⁇ 7 1 - ⁇ 7 x
  • First refractive index layer 12C made of Ga As and second refractive index layer 12 made of Al Ga As 12
  • the Al composition values x2 to x7 are set to satisfy the following formula (3).
  • I ⁇ x5 x9> (x6, x3, ⁇ )> 0.8. ( ⁇ 2, ⁇ 4) ⁇ 0 ... (2)
  • the lower spacer layer 14 also has, for example, an Al Ga As (0 ⁇ 8> 1) force.
  • Active layer 15 is ⁇ 8 1 - ⁇ 8
  • GaAs material GaAs material.
  • a region facing a current injection region 17B which will be described later, becomes a light emitting region 15A
  • the central region (light emitting center region) of the light emitting region 15A mainly becomes a region where fundamental transverse mode oscillation occurs, and the light emitting region 15A Of these, the outer edge region surrounding the emission center region is the region where high-order transverse mode oscillation occurs mainly.
  • the upper spacer layer 16 also has, for example, an Al Ga As (0 to xl2 to 1) force.
  • the upper spacer layer 16 preferably does not contain impurities, but may contain p-type or n-type impurities.
  • p-type impurities include zinc (Zn), magnesium (Mg), and beryllium (Be).
  • the current confinement layer 17 has a current confinement region 17A in its outer peripheral region, and a current injection region 17B in its central region.
  • the current injection region 17B also has, for example, p-type Al Ga As (0 ⁇ 9 1 - ⁇ 9 and x9 ⁇ l) force.
  • Current confinement region 17A contains Al ⁇ (acid ⁇ aluminum)
  • the lateral side force of the mesa portion 21 is also included in the Al Ga As layer 17D.
  • the current confinement layer 17 has a function of confining current.
  • the current injection region 17B has a quadrilateral (for example, rhombus) shape having diagonal lines in the [Oil] direction and the [01-1] direction, and has in-plane anisotropy.
  • the current confinement region 17 A thus becomes a quadrilateral having diagonal lines in the [Oi l] direction and [01-1] direction because the oxidation rate of Al G x9 a As is in the [Oi l] direction and [011] — 1] direction and these directions and 45 °
  • the length Dox2 of the diagonal line of the current injection region 17B is preferably 8 m or less in order to suppress high-order transverse mode oscillation. Furthermore, when it is desired to further suppress higher-order transverse mode oscillation, it is preferably 3 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less.
  • the upper DBR mirror layer 18 is formed by laminating a plurality of pairs of a low refractive index layer and a high refractive index layer.
  • the low refractive index layer is, for example, ⁇ -type A with an optical thickness of ⁇ ⁇ 4 1 Ga As (0 xlO 1) force
  • the high refractive index layer is, for example, p-type xlO 1 -xlO with optical thickness ⁇ ⁇ 4
  • the contact layer 19 is made of, for example, p-type GaAs xll 1 -xll
  • a protective film 23 is also provided on the outer edge portion of the upper surface of the mesa portion 21, the inner surface of the groove portion 22, and the contact layer 19 on the surface other than the mesa portion 21. Is formed.
  • an annular upper electrode 24 having a light emission port 24A is formed in a region corresponding to the above current injection region 17B.
  • An upper electrode pad 25 is formed on the upper surface.
  • a connection portion 26 is formed on the surface of the protective film 23 including the groove 22B. Through the connection portion 26, the upper electrode 24 and the upper electrode are formed. Pad 25 is electrically connected to each other.
  • a lower electrode 27 is formed on the back surface of the substrate 10.
  • the protective film 23 is formed of an insulating material such as an oxide or nitride, for example, and is formed so that the peripheral portion force of the contact layer 19 covers the inner surface of the groove portion 22 and the vicinity thereof.
  • the upper electrode 24 and the upper electrode pad 25 are formed by laminating, for example, a titanium (Ti) layer, a platinum (Pt) layer, and a gold (Au) layer in this order, and are electrically connected to the contact layer 19. ing.
  • the connection portion 26 is formed by forming a plating layer on a laminated structure in which, for example, a Ti layer, a Pt layer, and an Au layer are laminated in this order.
  • the lower electrode 27 has, for example, a structure in which an alloy layer of gold (Au) and germanium (Ge), a nickel (Ni) layer, and a gold (Au) layer are sequentially stacked from the substrate 10 side. It is electrically connected to the substrate 10.
  • the surface emitting semiconductor laser 1 according to the present embodiment can be manufactured, for example, as follows.
  • FIGS. 9A and 9B to 11A and 11B show the manufacturing method in the order of steps.
  • 9 (A), 10 (A), and 11 (A) show the cross-sectional configuration of the device in the manufacturing process cut in the same direction as the direction of arrows A—A in FIG.
  • Fig. 9 (A) shows the top configuration of Fig. 9 (A)
  • Fig. 10 (B) and Fig. 11 (B) show the cross-sectional configuration of the device in the manufacturing process cut in the same direction as the direction of arrows B-B in Fig. 1. Represents each.
  • the compound semiconductor layer on the substrate 10 made of GaAs is formed by, for example, the MOCVD (Meta 1 Organic Chemical Vapor Deposition) method.
  • MOCVD Metal 1 Organic Chemical Vapor Deposition
  • TM trimethylaluminum
  • TMG trimethylgallium
  • TMIn trimethylindium
  • AsH3 arsine
  • H2 Se is used as a source of donor impurities
  • DMZ dimethylzinc
  • a resist layer R having an annular opening W having a non-uniform width is formed on the surface of the contact layer 19 (FIGS. 9A and 9B).
  • the opening W is connected to a pair of circular openings W1 having a radial width Ly and a circumferential width Lx, and a pair of circles having a radial width AR. It consists of an arcuate opening W2.
  • etching is performed from the contact layer 19 side by, for example, reactive ion etching (RIE). Then, the non-uniform width of the opening W causes a loading effect, and the etching rate in the narrow opening W2 is slower than that in the wide opening W1. As a result, a groove 22A having a depth D1 is formed corresponding to the opening W1, and a groove 22B having a depth D2 is formed corresponding to the opening W2 (FIGS. 10A and 10B). Thus, by forming the groove 22A and the groove 22B, the mesa portion 21 is formed in the portion surrounded by the groove 22A and the groove 22B.
  • RIE reactive ion etching
  • oxidation treatment is performed at a high temperature in a water vapor atmosphere, and the inner force of the groove 22 selectively oxidizes Al in the low refractive index layer 12A and the AlGaAs layer 17D. This reduces the low ⁇ 9 1- ⁇ 9
  • the peripheral region of the groove 22 is an insulating layer (acid ⁇ 9 1- ⁇ 9
  • each of the low refractive index layers 12A the region around the region corresponding to the light emitting region 15A of the active layer 15 and surrounding the groove 22A is opposed to each other with the region corresponding to the light emitting region 15A in between.
  • a pair of multilayer films 31, 32 are formed, and a current confinement region 17A having an opening corresponding to the light emitting region 15A is formed, and the opening becomes a current injection region 17B (FIGS. 11A and 11B). ).
  • the non-uniform depth can be obtained by a single etching process.
  • the groove portion 22 can be formed. Further, by performing the oxidation treatment using the grooves 22 having the uneven depth, the oxidized portions 30 that are unevenly distributed in the direction of rotation about the light emitting region 15A can be easily formed. be able to.
  • the insulating material is deposited by etching after depositing the insulating material over the entire surface around the mesa portion 21, the groove portion 22, and the groove portion 22 by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • the portion corresponding to the upper surface of the mesa portion 21 is selectively removed to expose the contact layer 19 (FIGS. 2A and 2B).
  • the light emission port 24A is formed on the upper surface of the mesa portion 21 (the portion where the contact layer 19 is exposed) by, for example, selective etching.
  • the upper electrode pad 25 is formed at a location away from the mesa portion 21. Further, the connection part 26 is formed by plating to electrically connect the upper electrode 24 and the upper electrode pad 25, and the back surface of the substrate 10 is appropriately polished to adjust its thickness, and then the back surface of the substrate 10 is adjusted. A lower electrode 27 is formed. Finally, the substrate 10 is divided into small chips by dicing. In this way, the surface emitting semiconductor laser 1 is manufactured.
  • the depth D 1 of the groove 22A when the depth D 1 of the groove 22A is changed by changing the etching time, the number of the low refractive index layers 12A exposed on the inner surface of the groove 22A changes. Therefore, if the etching time is lengthened and the depth D1 of the groove 22A is increased, the number of exposed low refractive index layers 12A increases, and conversely, if the etching time is shortened and the depth D1 of the groove 22A is decreased. The number of exposed low refractive index layers 12A is reduced. At this time, the depth D2 of the groove 22B also changes according to the etching time, but when it is changed within the above range, the low refractive index layer 12A is not exposed on the inner surface of the groove 22B.
  • the stress in the direction in which the grooves 22B facing the grooves 22B of the low refractive index layer 12A are almost oxidized is not generated in the active layer 15. Therefore, even if the depth D1 of the groove 22A is shallow, it is possible to generate a stress in the active layer 15 in the direction in which the grooves 22A face each other, and in proportion to the depth D1 of the groove 22A (in proportion to ), The stress in the direction in which the grooves 22A face each other can be increased. That is, it is possible to freely set the magnitude of the anisotropic stress generated in the active layer 15.
  • the low refractive index layer 12A is divided into a layer having a high A1 composition and a low layer.
  • the acidity rate of the low refractive index layer 12A can be freely controlled by changing the thickness of these layers while keeping the A1 composition of these layers constant. be able to. For example, since it is possible to achieve an oxidation rate equivalent to that when the low-refractive index layer 12A is a single layer, the lower DB R is reduced when the low-refractive index layer 12A is a single layer.
  • the low refractive index layer 12A is more easily oxidized than the low refractive index layer 13A and is equivalent to the current confinement layer 17? It is more resistant to acidification and can be a property.
  • the A1 composition value x9 of the current confinement layer 17 and the A1 composition value x5 of the first refractive index layer 12C are each set to 1, and the second refractive index layer 12D A1 composition value x6, third refractive index layer 12E A1 composition value x7, low refractive index layer 13A A1 composition value x3 and upper DBR mirror layer 18 low refractive index layer A1 composition value xlO, respectively
  • the distance Doxl can be set to Dox2 + 1 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less.
  • the A1 composition of the low refractive index layer 12A is high, the A1 composition value of the layer is made the same as the A1 composition value of the current confinement layer 17, and the A1 composition of the low refractive index layer 12A is further It is also possible to make the A1 composition value of the lower layer the same as the A1 composition value of the low refractive index layer of the upper DBR mirror layer 18. In such a case, when the low refractive index layer 12A is formed, the doping conditions used in manufacturing the current confinement layer 17 and the upper DBR mirror layer 18 and the epitaxial growth conditions such as the gas flow rate are used. Therefore, the low refractive index layer 12A can be easily manufactured.
  • the active layer 15 is passed through the current injection region 17B in the current confinement layer 17.
  • a current is injected, which causes light emission due to recombination of electrons and holes.
  • This light is reflected by the pair of lower DBR mirror layer 11 and upper DBR mirror layer 18, generates laser oscillation at a predetermined wavelength, and is emitted to the outside as a laser beam.
  • the oxidized portions 30 that are unevenly distributed around the region corresponding to the light emitting region 15A in the direction of rotation about the light emitting region 15A. Therefore, the tensile stress due to the oxidized portion 30 is generated non-uniformly in the active layer 15.
  • the oxidation parts 30 face each other with a region including the light emitting region 15A in between.
  • the grooves 22A have an anisotropic distribution in a direction facing each other. Therefore, an anisotropic tensile stress corresponding to the distribution is generated in the active layer 15.
  • FIGS. 12 (A), (B), and FIGS. 13 (A), (B) represent examples of the extinction ratio between orthogonal polarizations of the surface-emitting type semiconductor laser 1 of the present embodiment. 12 (A), (B), and Fig. 13 (A), (B) in the order of lmW (milliwatt), 2 mW, 3 mW, and 4 mW.
  • the depth D1 of the groove 22A is fixed to 4.65 m (the number of layers of the multilayer films 31 and 32 is 4).
  • the horizontal axis represents the extinction ratio between orthogonal polarizations
  • the vertical axis represents the number of samples.
  • the depth D1 of the groove 22A is 4.65 m (the number of layers of the multilayer films 31 and 32 is 4). ), The polarization component is fixed in one direction when the supplied power is 1 or 2 mW. Further, from the result illustrated in FIG. 14, when the depth D1 of the groove 22A is set to 4.7 m or more (when the number of layers of the multilayer films 31 and 32 is set to 7 or more), the polarization component is fixed in one direction. You can see that Such a tendency does not occur only when the layer structure of the lower DBR mirror layer 11 illustrated in FIGS. 5, 7, and 8 is used, but when the layer structure in other embodiments described later is used. Also occurs.
  • the extinction ratio between orthogonal polarizations also changes by changing the distance Doxl between the pair of oxide layers 31A and 32A, it is within a preferable range for suppressing high-order transverse mode oscillation.
  • the polarization component having a sufficiently large extinction ratio between orthogonal polarizations is fixed in one direction.
  • the pair of multilayer films 31 and 32 that are arranged to face each other with the light emitting region 15A interposed therebetween are formed into the lower first DBR mirror layer 12 Since the polarization component of the laser light can be fixed in one direction, the polarization direction of the laser light can be stabilized in one direction.
  • a general (100) plane substrate which does not need to be a special substrate such as a (ni l) plane substrate (n is an integer) can be used. Therefore, general (100) plane substrate doping conditions and epitaxial growth conditions such as gas flow rate can be used. Thereby, it can manufacture simply and cheaply.
  • the lower DBR mirror layer 11 has a structure in which the lower first DBR mirror layer 12 and the lower second DBR mirror layer 13 are stacked in this order also on the substrate 10 side force.
  • the depth D1 of 22A is increased, the number of layers (thickness) of the pair of multilayer films 31 and 32 included in the lower first DBR mirror layer 12 can be increased.
  • the anisotropic stress can be increased according to the number of layers (thickness) of the pair of multilayer films 31 and 32, and the polarization controllability can be improved.
  • the lower DBR mirror layer 11 has the structure as described above! /, So the bottom of the shallower groove 22B is somewhere in the lower second DBR mirror layer 13. If formed, there is no possibility of affecting the polarization controllability. In other words, it is not necessary to precisely control the depth of the groove 22B in the manufacturing process. Even if the depth of the groove 22B varies, the polarization of each surface-emitting type semiconductor laser 1 can be reduced. There should be no variation in controllability.
  • the force that the value xl of the A 1 composition of the low refractive index layer 12A in the lower first DBR mirror layer 12 is equal to the value x9 of the A1 composition of the current confinement layer 17, or In the case of almost equality! /,
  • the reflectance in the low refractive index layer 12A is higher than that in the low refractive index layer 13A in the lower second DBR mirror layer 13.
  • the side force of the upper DBR mirror layer 18 can also increase the output of light emitted to the outside.
  • the low refractive index layer 12A includes AlGaAs
  • the thermal conductivity of the low refractive index layer 12A increases when the Al1 composition value is increased. The heat dissipation can be improved.
  • the anisotropic stress can be increased as the number of layers (thickness) of the pair of multilayer films 31 and 32 is increased. Therefore, it is not necessary to provide the oxidized portion 30 even in the region corresponding to the light emitting region 15A. This In addition, almost no high power laser light can be emitted when the light output is lowered by the acid bath 30.
  • the surface emitting semiconductor laser 1 can be manufactured easily and inexpensively, the polarization direction of the laser light can be stabilized in one direction, and the output can be increased.
  • the groove 22 formed around the mesa portion 21 has a depth at least enough to penetrate the active layer 15. Therefore, the current path from the upper electrode 24, the upper electrode pad 25, and the connection portion 26 to the active layer 15 exists only inside the mesa portion 21. Thereby, there is no possibility that the current injection efficiency is lowered by forming the groove 22 around the mesa 21.
  • the lower DBR mirror layer 11 has a structure in which the lower first DBR mirror layer 12 and the lower second DBR mirror layer 13 are stacked in this order from the substrate 10 side.
  • the lower second DBR mirror layer 13 is omitted from the mirror layer 11, and the lower DBR mirror layer 11 has the same configuration as the lower second DBR mirror layer 13.
  • the low refractive index layer 12A in the lower DBR mirror layer 11 is formed only in the groove 22A. It will also be exposed inside. Therefore, as shown in FIGS. 18 (A) and 18 (B), a portion facing the groove 22B is formed just by forming the acid ridge portion 40 in a portion facing the groove 22A in the low refractive index layer 12A. Will also be formed. However, since the depth D1 of the groove 22A is larger than the depth D2 of the groove 22B, the number of layers on the groove 22A side is larger than the number of layers on the groove 22B side of the oxidized portion 40.
  • the lower DBR mirror layer 11 is unevenly distributed around the region corresponding to the light emitting region 15A in the direction of rotation around the light emitting region 15A. Since the oxide layer portion 40 is provided, the stress due to the oxidized portion 40 is generated non-uniformly in the active layer 15.
  • the oxidized portion 40 is formed of an annular multilayer film having an anisotropic thickness with the number of layers on the groove 22A side being larger than the number of layers on the groove 22B side, and the grooves 22A are different in directions facing each other. Therefore, anisotropic stress corresponding to the distribution is generated in the active layer 15.
  • the direction of the stress generated in the active layer 15 coincides with the direction in which the grooves 22A face each other, as in the above embodiment. As a result, the polarization component in the direction orthogonal to the direction of the stress is strengthened, while the polarization component in the direction parallel to the direction of the stress is suppressed.
  • the number of layers on the groove 22A side is larger than the number of layers on the groove 22B side, and the annular multilayer film having anisotropy in thickness Since the oxide part 40 made of is provided in the lower DBR mirror layer 11, the polarization component of the laser beam can be fixed in one direction, and as a result, the polarization direction of the laser beam can be stabilized in one direction. Can be converted.
  • the substrate does not need to be a special substrate such as a (ni l) plane substrate (n is an integer), and a general (100) plane substrate does not work.
  • General (100) plane substrate doping conditions and epitaxial growth conditions such as gas flow rates can be used. Thereby, it can manufacture simply and cheaply.
  • the anisotropic stress can be increased, so that the region corresponding to the light emitting region 15A is oxidized. It is not necessary to provide the buttock 40. As a result, it is possible to emit a laser beam with a high output almost without the light output of the acid bottle 40 being lowered.
  • the surface-emitting type semiconductor laser 2 can be manufactured easily and inexpensively, and the polarization direction of the laser light is stabilized in one direction. Can be output.
  • FIG. 19 shows a top surface configuration of the surface emitting semiconductor laser 3 according to the third embodiment.
  • 20 shows an enlarged view of the vicinity of the light exit 24A in the cross-sectional configuration in the direction of arrows A—A in FIG. 19.
  • FIG. 21 shows the light emission in the cross-sectional configuration in the direction of arrows B—B in FIG.
  • This surface emitting semiconductor laser 3 is connected to the light exit 24A.
  • it is different from the configuration of the above embodiment in that it includes a transverse mode adjustment layer 50.
  • the transverse mode adjustment layer 50 includes a first adjustment layer 51, a second adjustment layer 52, and a third adjustment layer 53.
  • the first adjustment layer 51 and the second adjustment layer 52 are the central region of the light exit 24A. That is, the layers are stacked in this order mainly in the region where the fundamental transverse mode oscillation occurs.
  • the third adjustment layer 53 is formed in an outer peripheral region surrounding the central region, that is, a region where high-order transverse mode oscillation mainly occurs.
  • the first adjustment layer 51 and the second adjustment layer 52 are arranged in order to further reduce higher-order transverse mode oscillation in the direction in which the grooves 22B face each other.
  • the direction width is a rectangular shape narrower than the width in the direction in which the grooves 22A face each other, other shapes, for example, as shown in FIG. 22, may be a circular shape.
  • the first adjustment layer 51 has a thickness of (2a-1) ⁇ ⁇ 4 ⁇ (a is an integer of 1 or more, n is a refractive index), and the refractive index is provided on the surface of the upper DBR mirror layer 18 It is made of a material having a refractive index lower than that of the high refractive index layer, for example, a dielectric such as SiO (acid silicon).
  • First adjustment layer 51 has a thickness of (2a-1) ⁇ ⁇ 4 ⁇ (a is an integer of 1 or more, n is a refractive index), and the refractive index is provided on the surface of the upper DBR mirror layer 18 It is made of a material having a refractive index lower than that of the high refractive index layer, for example, a dielectric such as SiO (acid silicon).
  • the width in the direction in which the grooves 22B face each other is substantially the same as the region where the fundamental transverse mode oscillation mainly occurs, and is preferably 3 or more and 5.0 m or less.
  • the second adjustment layer 52 has a thickness of (2b-l) ⁇ ⁇ 4 ⁇ (b is an integer of 1 or more, n is a refractive index),
  • a material with a refractive index n higher than that of the first adjustment layer 51 for example, dielectric such as SiN (silicon nitride)
  • the third adjustment layer 53 has a thickness of (2c-1) ⁇ ⁇ 4 ⁇ (where c is an integer of 1 or more and ⁇ is the refractive index).
  • a material whose refractive index ⁇ is lower than that of the first adjustment layer 51 for example, dielectric such as SiN (silicon nitride)
  • the second adjustment layer 52 and the third adjustment layer 53 are preferably made of the same film thickness and material. As a result, these layers can be collectively formed, and the manufacturing process can be simplified.
  • the reflectance of the central region of the light exit port 24A is R
  • the reflectance of the outer edge region surrounding the central region is R
  • the reflectance when these adjustment layers are not provided in the light exit port 24A is Let R
  • each refractive index so as to satisfy the relationship between 2 3 and the following formula. As a result, it is possible to suppress only higher-order transverse mode oscillation without reducing the optical output of the fundamental transverse mode.
  • the light output in the fundamental transverse mode tends to decrease as the central portion force of the light exit opening that is the largest in the center portion of the light exit opening is also separated. For this reason, when a surface emitting semiconductor laser is used for high-power applications, it is preferable to enlarge the light exit so that a large amount of fundamental transverse mode laser light can be extracted.
  • the light output of the high-order transverse mode generally tends to decrease as it goes to the center portion of the light exit port that is the largest in a region away from the center portion of the light exit port. If the light exit is made too large, even high-order transverse mode laser light may be output at a high output.
  • the first adjustment layer 51 and the second adjustment layer 52 are stacked in this order in the central region of the light emission port 24A, and the third adjustment layer 53 is provided in the light emission port 24A. It is provided in the peripheral area of the central area. As a result, the reflectance of the peripheral region is lower than that of the central region. As a result, the polarization direction of the laser light can be stabilized in one direction, and only higher-order transverse mode oscillation can be suppressed without reducing the light output of the fundamental transverse mode.
  • the first adjustment layer 51 is provided on the contact layer 19 that also has a semiconductor material force, it is very easy to selectively etch the first adjustment layer 51.
  • the first adjustment layer 51, the second adjustment layer 52, and the third adjustment layer 53 need to have complicated shapes, the surface emitting semiconductor laser 3 can be easily manufactured.
  • FIG. 23 shows a top surface configuration of the surface emitting semiconductor laser 4 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 24 shows a cross-sectional configuration of the surface-emitting type semiconductor laser 4 in FIG.
  • Fig. 25 shows the cross-sectional structure of the surface-emitting type semiconductor laser 4 shown in Fig.
  • FIG. 26 shows a cross-sectional configuration of the surface-emitting type semiconductor laser 4 in FIG. Note that the cross-sectional configuration in the direction of arrows BB and CC in FIG. 23 is the same as that of the surface-emitting type semiconductor laser 1 of the first embodiment.
  • the surface emitting semiconductor laser 4 includes a semiconductor layer 28 formed on the inner wall of the groove 22A including the side wall of the mesa portion 21, and a surface of the semiconductor layer 28. Of these, it differs from the configuration of the above embodiment in that it includes a pair of electrodes 29A and 29B formed on a part of the portion corresponding to the bottom surface of the groove 22A.
  • the semiconductor layer 28 has, for example, an NPN structure in which an n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer are sequentially stacked from the inner wall side of the trench 22A by epitaxial crystal growth (regrowth). Yes.
  • the electrodes 29A and 29B have a structure in which, for example, an AuGe alloy layer, a Ni layer, and an Au layer are stacked in order on the bottom side force of the groove 22A, and are electrically connected to the surface of the semiconductor layer 28.
  • the electrodes 29A and 29B also expose the opening force formed at the bottom of the groove 22A in the protective film 23.
  • the electrodes 29A and 29B are connected to the inner wall of the groove 22A including the mesa portion 21 via the semiconductor layer 28 having the NPN structure. Even if a DC voltage (bias) is applied between electrodes 29A and 29B, current does not flow inside mesa 21. Also, when current is passed between upper electrode 24 and lower electrode 27 for laser drive. In addition, the current does not flow to the electrodes 29A and 29B. Therefore, when a DC voltage (bias) is applied between the electrodes 29A and 29B, an electric field can be formed in the mesa portion 21.
  • This electric field is formed in a direction opposite to the electrodes 29A and 29B (the direction in which the grooves 22A face each other) and in a direction substantially parallel to the in-plane direction of the mesa portion 21, and the presence of this electric field Absorption loss increases in the direction in which the grooves 22A face each other.
  • the polarization component whose polarization direction is orthogonal to the direction in which the grooves 22A face each other is strengthened, while the polarization component in the direction in which the grooves 22A face each other is suppressed. Therefore, the polarization component of the laser beam can be fixed in one direction, and as a result, the polarization direction of the laser beam can be stabilized in one direction.
  • a part of the mesa portion 21 (side wall on the groove 22A side) is covered with the semiconductor layer 28. Therefore, the heat of the mesa portion 21 can be dissipated to the outside through the semiconductor layer 28, and the heat dissipation is superior to those in the above embodiments.
  • the semiconductor layer 28 and the electrodes 29A and 29B have a simple structure, and the semiconductor layer 28 can be easily formed by regrowth.
  • the surface emitting semiconductor laser 4 can be easily manufactured.
  • the semiconductor layer 28 is formed in the groove 22A. As shown in the surface emitting semiconductor laser 5 in FIGS. 27 to 30, the semiconductor layer 28 is formed even in the groove 22B. It is also possible to fill the groove 22B with the semiconductor layer. In this case, since most of the mesa portion 21 (side walls on the side of the grooves 22A and 22B) is covered with the semiconductor layer 28, the portion of the semiconductor layer 28 embedded in the groove 22B is interposed. The heat of the mesa unit 21 can be effectively dissipated, and the heat dissipation is superior to the case of the fourth embodiment.
  • FIG. 27 is a top view of the surface emitting semiconductor laser 5 according to this modification
  • FIG. 28 is a cross-sectional configuration in the direction of arrows BB in FIG. 27
  • FIG. 29 is a CC arrow in FIG.
  • the cross-sectional configuration diagrams in the viewing direction are respectively shown.
  • the cross-sectional configuration in the direction of arrows AA in FIG. 27 is the same as that in FIG. 24, and FIG. 30 shows the cross-sectional configuration in the direction of arrows AA in FIG.
  • the lower DBR mirror layer 11 has a structure in which the lower first DBR mirror layer 12 and the lower second DBR mirror layer 13 are stacked in this order from the substrate 10 side.
  • FIG. 32 the lower first DBR mirror layer 13 is inserted in the middle of the lower second DBR mirror layer 13, and the lowermost layer of the oxide layers 31, 32 is sufficiently higher than the bottom surface of the groove 22A.
  • the lower first DBR mirror layer 12 may be arranged so as to be positioned.
  • FIG. 31 shows a cross-sectional configuration in the direction corresponding to the direction of arrows A—A in FIG. 1
  • FIG. 32 shows a cross-sectional configuration in the direction corresponding to the direction of arrows BB in FIG. It is.
  • the lower DBR mirror layer 11 has a structure in which the lower first DBR mirror layer 12 is inserted in the middle of the lower second DBR mirror layer 13, and the lowermost layers of the oxide layers 31 and 32 are formed from the bottom surface of the groove 22A. If the lower first DBR mirror layer 12 is arranged so that it is sufficiently high, even if the tapered shape and the depth of the groove 22A vary, Variations in the magnitude of the stress applied to the active layer 15 in the semiconductor laser 1 can be prevented.
  • the shape of the groove 22A in view of the upper surface side force is substantially a quadrilateral shape.
  • the groove 22A has a fan shape as shown in FIG.
  • it can be shaped like a nail cross section.
  • the case where only one mesa portion 21 is provided is described.
  • a plurality of mesa portions 21 are arranged in an array,
  • the groove portions 22 around each mesa portion 21 may be formed in communication with each other.
  • the shape of the groove 22 may be a shape like a cross section of a nail as shown in FIGS.
  • the groove portions 22 around the respective mesa portions 21 are formed so as to communicate with each other, in the wafer before the surface emitting semiconductor laser 1 is diced into a chip, the wafer generated by the epitaxial crystal growth. Overall warpage can be reduced. As a result, the amount of warpage remaining on each individual chip after dicing can be reduced, and each chip can be reduced. The variation in the warp amount of the head can be reduced.
  • the groove portion 22 has a fan shape
  • the groove 22A and the groove 22A have the same facing direction as shown in Figs. 43 and 44
  • the light exit ports 24A of the respective mesa portions 21 The polarization component of the laser beam emitted from the laser beam can be fixed in one direction.
  • the polarization direction of the laser beam can be stabilized in one direction while increasing the output.
  • FIG. 45 when the direction in which the grooves 22A face each other is staggered, a voltage is applied to each mesa part 21 surrounded by the groove part 22 in the direction in which the grooves 22A face each other.
  • the surface emitting semiconductor laser is configured so that the period in which the voltage is applied and the period in which the voltage is applied to each mesa part 21 surrounded by the groove part 22 in the other direction is opposite to each other. By driving, it is possible to stabilize the polarization direction of the laser light in one direction and switch the polarization direction as necessary.
  • the plurality of mesa units 21 included in one column and the plurality of mesa units 21 included in the other column may be arranged differently.
  • the present invention has been described by taking an AlGaAs compound semiconductor laser as an example.
  • other compound semiconductor lasers such as GalnP, AlGalnP, InGaAs, GalnP, It can also be applied to compound semiconductor lasers such as InP, GaN, GalnN, and GalnNAs.

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Abstract

　簡易かつ安価に製造可能であり、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化すると共に高出力化することの可能な面発光型半導体レーザを提供する。基板１０上に、下部第１ＤＢＲミラー層１２、下部第２ＤＢＲミラー層１３、下部スペーサ層１４、発光領域１５Ａを有する活性層１５、上部スペーサ層１６、電流狭窄層１７、上部ＤＢＲミラー層１８およびコンタクト層１９がこの順に積層された発光部２０を備える。下部第１ＤＢＲミラー層１２は、発光領域１５Ａと対応する領域の周辺に、発光領域１５Ａを中心にして回転する方向に不均一に分布する酸化部３０を有する。酸化部３０は一対の多層膜３１，３２からなり、低屈折率層１２Ａを酸化することにより形成される。これにより、多層膜３１，３２の不均一な分布に対応した異方的な応力が活性層１５に発生する。

Description

明 細 書
面発光型半導体レーザおよびその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、上面にレーザ光の射出領域を有する面発光型半導体レーザおよびそ の製造方法に係り、特に、偏光方向の安定した光出力が要求される用途に好適に適 用可能な面発光型半導体レーザおよびその製造方法に関する。
背景技術
[0002] 面発光型半導体レーザは、従来の端面射出型のものとは異なり、基板に対して直 交する方向に光を射出するものであり、同じ基板上に 2次元アレイ状に多数の素子を 配列することが可能であることから、近年、デジタルコピー機やプリンタ機用の光源と して注目されている。
[0003] 従来、この種の面発光型半導体レーザは、半導体基板上に一対の多層膜反射鏡 が形成されており、その対の多層膜反射鏡の間に発光領域となる活性層を有してい る。そして、一方の多層膜反射鏡には、活性層への電流注入効率を高め、しきい値 電流を下げるために、電流注入領域を狭めた構造を有する電流狭窄層が設けられ ている。また、下面側には n側電極、上面側には p側電極がそれぞれ設けられ、 p側 電極にはレーザ光を射出するために光射出口が設けられている。この面発光型半導 体レーザでは、電流は電流狭窄層により狭窄されたのち活性層に注入され、ここで 発光し、これが一対の多層膜反射鏡で反射を繰り返しながらレーザ光として p側電極 の光射出ロカ 射出される。
[0004] ところで、上記した面発光型半導体レーザは、一般に、素子のばらつきにより偏光 方向がばらついてしまう不均一性や、出力や環境温度により偏光方向が変化してし まう不安定性を有している。そのため、このような面発光型半導体レーザをミラーゃビ 一ムスプリッタといった偏波依存のある光学素子に対して適用する場合、例えば、デ ジタルコピー機やプリンタ機用の光源として用いる場合には、偏光方向のばらつきが 像の結像位置や出力に差異を生じさせ、にじみや色むらが発生してしまうという問題 がある。 [0005] そこで、このような問題に対して、面発光型半導体レーザの内部に偏光制御機能を 設け、偏光方向を一方向に安定化させる技術力^、くつか報告されている。
[0006] 例えば、そのような技術の 1つとして、（311)面を法線とし、ガリウムヒ素（GaAs)か らなる特殊な傾斜基板を用いるものがある。このように特殊な傾斜基板を用いて面発 光型半導体レーザを構成した場合、 [ 233]方向に対する利得特性が高くなり、レ 一ザ光の偏光方向をこの方向に制御することが可能となる。また、レーザ光の偏光比 も非常に高いものであり、面発光型半導体レーザの偏光方向を一方向に安定化させ るために有効な技術である。
[0007] また、特許文献 1には、ポスト断面のサイズを光のモードサイズよりも小さくすること により偏光を制御する技術が開示されている。
[0008] また、特許文献 2には、光射出ロカも射出されるレーザ光の特性に影響の及ばな いような金属コンタクト層の一部に不連続部を形成し、不連続部の境界に対して平行 方向をなす偏光を得る技術が開示されて 、る。
[0009] 特許文献 1 :特許第 2891133号公報
特許文献 2：特表 2001— 525995号公報
発明の開示
[0010] しカゝしながら、上記した傾斜基板は、 (311)面を法線とする特殊な基板であるため 、標準的な基板である（001)面基板などと比較して非常に高額なものである。また、 このように特殊な傾斜基板を用いた場合、成長温度、ドーピング条件およびガス流量 などのェピタキシャル成長条件も、（001)面基板の場合と全く異なるため、簡易に製 造するのが困難である。
[0011] また、上記特許文献 1では、ポスト断面のサイズを光のモードサイズよりも小さくして いるので、光出力が lmW程度と低くなつてしまい、デジタルコピー機やプリンタ機用 の光源のような高出力の要求される用途には適さない。
[0012] また、上記特許文献 2では、実施例として、光射出口の縁部から 7 μ m離れた位置 に 4. 0〜4. 5 mの深さの溝 (不連続部）を形成したものが記載されており、これによ り溝に対して平行方向をなす偏光が得られたとしている。し力しながら、共振領域の 短辺側の距離を回折損失効果が生じる程度まで小さくしなければ偏光方向を一方向 に安定化させることができないため、回折損失効果が得られないような範囲 (短辺側 の距離が 7 m)で形成された不連続部によっては、安定ィ匕させることができないと思 われる。
[0013] このように、従来の技術では、レーザ光の偏光方向を一方向に安定ィ匕することが可 能な高出力の面発光型半導体レーザを、簡易かつ安価に製造するのが困難であつ た。
[0014] 本発明は力かる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易かつ安価に製 造可能であり、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化すると共に高出力化すること の可能な面発光型半導体レーザおよびその製造方法を提供することにある。
[0015] 本発明の面発光型半導体レーザは、基板上に、第 1多層膜反射鏡、 1または複数 の発光領域を有する活性層および第 2多層膜反射鏡がこの順に積層された発光部 を備えたものである。第 1多層膜反射鏡および第 2多層膜反射鏡の少なくとも一方は 、発光領域と対応する領域の周辺に、発光領域を中心にして回転する方向に不均一 に分布する酸ィ匕部を有している。なお、第 1多層膜反射鏡と活性層との間や、活性層 と第 2多層膜反射鏡との間に何らかの層が挿入されていてもよい。
[0016] 本発明の面発光型半導体レーザでは、第 1多層膜反射鏡および第 2多層膜反射 鏡の少なくとも一方の、発光領域と対応する領域の周辺に、発光領域を中心にして 回転する方向に不均一に分布する酸ィ匕部が設けられているので、酸化部による応力 が活性層に不均一に発生する。このとき、酸ィ匕部の不均一な分布が異方性を有して いる場合には、酸ィ匕部による異方的な応力が活性層に発生するので、応力の向きと 平行な方向の偏光成分および応力の向きと直交する方向の偏光成分のいずれか一 方が強められ、それ以外の偏光成分が抑制される。これにより、レーザ光の偏光成分 がー方向に固定される。
[0017] 本発明の面発光型半導体レーザの製造方法は、以下の (A)〜（D)の工程を含む ものである。
(A)基板上に、第 1多層膜反射鏡、活性層および第 2多層膜反射鏡をこの順に積層 する工程
(B)第 2多層膜反射鏡の上面側に、不均一な幅を有する環状の開口部を 1または複 数有する被覆層を形成する工程
(C)被覆層をマスクとしてドライエッチングすることにより開口部の幅に応じた不均一 な深さの溝部を形成する工程
(D)溝部の側面を酸ィ匕することにより第 1多層膜反射鏡および第 2多層膜反射鏡の 少なくとも一方に、溝部の深さに対応して不均一に分布する酸ィ匕部を形成する工程
[0018] 本発明の面発光型半導体レーザの製造方法では、ドライエッチングにより開口部の 幅に応じた不均一な深さの溝部が形成され、その後の酸ィ匕により溝部の深さに対応 して不均一に分布する酸化部が形成される。このとき、溝部の不均一な深さが異方 性を有する場合には、酸ィ匕部の分布も溝部と同様の異方性を有し、酸化部による異 方的な応力が活性層に発生するので、応力の向きと平行な方向の偏光成分および 応力の向きと直交する方向の偏光成分のいずれか一方が強められ、それ以外の偏 光成分が抑制される。これにより、レーザ光の偏光成分が一方向に固定される。
[0019] 本発明の面発光型半導体レーザによれば、第 1多層膜反射鏡および第 2多層膜反 射鏡の少なくとも一方の、発光領域と対応する領域の周辺に、発光領域を中心にし て回転する方向に不均一に分布する酸ィ匕部を設けるようにしたので、レーザ光の偏 光方向を一方向に安定化することが可能となる。
[0020] 本発明の面発光型半導体レーザの製造方法によれば、ドライエッチングにより開口 部の幅に応じた不均一な深さの溝部を形成し、その後の酸ィ匕により溝部の深さに対 応して不均一に分布する酸ィ匕部を形成するようにしたので、レーザ光の偏光方向を 一方向に安定化することが可能となる。
[0021] また、基板は (ni l)面基板 (nは整数)などの特殊な基板である必要はなぐ (100) 面基板でも力まわないので、簡易かつ安価に製造することができる。また、発光領域 と対応する領域にまで酸ィ匕部を設ける必要はないので、光出力が低下する虡はほと んどなぐ高出力のレーザ光を射出することができる。
[0022] このように、本発明の面発光型半導体レーザおよびその製造方法によれば、簡易 かつ安価に製造可能であり、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化すると共に高 出力化することができる。
図面の簡単な説明 [図 1]本発明の第 1の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの上面図である。
[図 2]図 1のレーザの A— A矢視方向の断面構成を表す図である。
[図 3]図 1のレーザの B— B矢視方向の断面構成を表す図である。
[図 4]図 1のレーザの C C矢視方向の断面構成を表す図である。
[図 5]図 2の下部 DBRミラー層の断面構成の一例を拡大して表す図である。
[図 6]図 2の酸ィ匕部および電流狭窄層の平面構成を表す図である。
[図 7]図 2の下部 DBRミラー層の断面構成の他の例を拡大して表す図である。
[図 8]図 2の下部 DBRミラー層の断面構成の他の例を拡大して表す図である。
[図 9]図 1のレーザの製造過程を説明するための断面図および上面図である。 圆 10]図 9に続く過程を説明するための断面図である。
圆 11]図 10に続く過程を説明するための断面図である。
圆 12]直交偏波間消光比と供給電力との関係の一例を表す関係図である。
圆 13]直交偏波間消光比と供給電力との関係の比較例を表す関係図である。 圆 14]直交偏波間消光比と溝 22Aの深さとの関係の一例を表す関係図である。 圆 15]本発明の第 2の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの一の方向の断面 構成を表す図である。
圆 16]本発明の第 2の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの他の方向の断面 構成を表す図である。
[図 17]図 15のレーザの製造過程を説明するための断面図である。
圆 18]図 17に続く過程を説明するための断面図である。
圆 19]本発明の第 3の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの上面図である。
[図 20]図 19の横モード調整層の一の方向の断面構成を拡大して表す図である。
[図 21]図 19の横モード調整層の他の方向の断面構成を拡大して表す図である。
[図 22]他の変形例に係る面発光型半導体レーザの上面図である。
[図 23]本発明の第 4の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの上面図である。
[図 24]図 23のレーザの A— A矢視方向の断面構成を表す図である。
[図 25]図 24のレーザの A— A矢視方向の断面構成を表す図である。
[図 26]図 24のレーザの B— B矢視方向の断面構成を表す図である。 [図 27: 1一変形例に係る面発光型半導体レーザの上面図である。
[図 28: 1図 27のレ、一ザの A— A矢視方向の断面構成を表す図である。
[図 29: 1図 27のレ、一ザの C C矢視方向の断面構成を表す図である。
[図 30: 1図 28のレ、一ザの A— A矢視方向の断面構成を表す図である。
[図 31: 1一変形例に係る面発光型半導体レーザの断面構成を表す図である。
[図 32: 1図 31のレ、一ザの切断方向と直交する方向の断面構成を表す図である。
[図 33: 1図 2のレー -ザの一変形例の断面構成を表す図である。
[図 34: 1図 33のレ、一ザの切断方向と直交する方向の断面構成を表す図である。
[図 35: 1図 31のレ、一ザの一変形例の断面構成を表す図である。
[図 36: 1図 35のレ、一ザの切断方向と直交する方向の断面構成を表す図である。
[図 37: 1図 1のレー -ザの一変形例の上面図である。
[図 38: 1図 1のレー -ザの他の変形例の上面図である。
[図 39: 1図 1のレー -ザのその他の変形例の上面図である。
[図 40: 1図 1のレー -ザの更にその他の変形例の上面図である。
[図 41: 1図 38のレ、一ザの一変形例の上面図である。
[図 42: 1図 38のレ、一ザの他の変形例の上面図である。
[図 43: 1図 37のレ、一ザの一変形例の上面図である。
[図 44: 1図 37のレ、一ザの他の変形例の上面図である。
[図 45: 1図 37のレ、一ザのその他の変形例の上面図である。
[図 46: 1図 39のレ、一ザの一変形例の上面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0024] 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
[0025] [第 1の実施の形態]
図 1は、本発明の第 1の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ 1の上面図を表 すものである。図 2は図 1の面発光型半導体レーザ 1の A— A矢視方向の断面構成を 、図 3は図 1の面発光型半導体レーザ 1の B— B矢視方向の断面構成を、図 4は図 1 の面発光型半導体レーザ 1の C C矢視方向の断面構成をそれぞれ表すものである 。図 5は図 2の下部 DBRミラー層 11 (後述）の断面構成の一例を、図 7および図 8は 図 2の下部 DBRミラー層 11の断面構成の変形例をそれぞれ表すものである。図 6は 図 1の面発光型半導体レーザ 1を透かして、電流狭窄層 17および酸化部 11 A (後述 )の上面力もの分布 (形状)を表すものである。
[0026] 面発光型半導体レーザ 1は、基板 10の一面側に発光部 20を備えたものである。こ の発光部 20は、基板 10側から、下部 DBRミラー層 11 (第 1多層膜反射鏡)、下部ス ぺーサ層 14、活性層 15、上部スぺーサ層 16、電流狭窄層 17、上部 DBRミラー層 1 8 (第 2多層膜反射鏡)およびコンタクト層 19をこの順に積層して構成されている。発 光部 20のうち、下部 DBRミラー層 11の一部、下部スぺーサ層 14、活性層 15、上部 スぺーサ層 16、電流狭窄層 17、上部 DBRミラー層 18およびコンタクト層 19には、例 えば幅 10 m〜30 m程度の円柱状のメサ部 21と、そのメサ部 21を取り囲む溝部 22とがそれぞれ形成されて ヽる。
[0027] 溝部 22は不均一な幅を有する環状の溝であり、その溝の幅に応じた (比例した)不 均一な深さを有している。具体的には、積層面と平行であって、かつメサ部 21の中央 部分を通る一の軸（図 1の A— A線）に対応する部分に、径方向の幅が Ly、周回方向 の幅が Lxの一対の溝 22Aが設けられており、これらに連通して、径方向の幅が AR の一対の溝 22Bが設けられて 、る。溝 22Aは下部 DBRミラー層 11の下部第 1DBR ミラー層 12 (後述）にまで達する深さ D1を有している。他方、溝 22Bは下部第 1DBR ミラー層 12にまで達しない深さ D2を有している。すなわち、溝 22Bの深さ D2は溝 22 Aの深さ D1よりも浅くなつており、それに伴い、メサ部 21の高さが溝部 22の深さに対 応して不均一となっており、メサ部 21の側面に露出する層構成が溝部 22の深さに対 応して相違している。なお、図 3には、溝 22Bが下部 DBRミラー層 11の下部第 2DB Rミラー層 13 (後述）にまで達して 、る場合が例示されて 、る。
[0028] ここで、 Lxおよび Lyは、後述のエッチング速度が遅くならな 、程度の大きさである ことが好ましぐ 5 m以上であることが好ましい。また、 ARは Lxおよび Lyより小さく、 後述のローデイング効果により溝 22Bのエッチング速度が溝 22Aのそれよりも遅くな る程度の大きさであることが好ましぐ 1 μ m以上 3 μ m以下であることが好ましぐ 2 μ mであることがより好ましい。
[0029] 基板 10は、例えば n型 GaAs基板であり、この GaAs基板は、例えば（100)面基板 であることが好ま 、が、 (nl 1)面基板 (nは整数)などの特殊な基板であってもよ!/、。
[0030] 下部 DBRミラー層 11は、下部第 1DBRミラー層 12 (第 3多層膜反射鏡)および下 部第 2DBRミラー層 13 (第 4多層膜反射鏡)を基板 10側力もこの順に積層した構造 を有している。下部第 1DBRミラー層 12は、図 5に示したように、低屈折率層 12Aお よび高屈折率層 12Bを 1組として、それを複数組分積層して構成されたものである。 低屈折率層 12Aは例えば光学厚さが λ Z4 ( λは発振波長）の η型 Al Ga Asか
xl 1 -xl らなり、高屈折率層 12Bは例えば光学厚さが λ Ζ4の n型 Al Ga Asからなる。下 χ2 1 -χ2
部第 2DBRミラー層 13は、低屈折率層 13Aおよび高屈折率層 13Bを 1組として、そ れを複数組分積層して構成されたものである。低屈折率層 13Aは例えば光学厚さが え Z4の n型 Al Ga Asからなり、高屈折率層 13Bは例えば光学厚さが λ Z4の n χ3 1 -χ3
型 Al Ga Asからなる。なお、 n型不純物としては、例えばケィ素（Si)またはセレ x4 1— x4
ン（Se)などが挙げられる。
[0031] ここで、下部 DBRミラー層 11内の A1組成の値 xl〜x4は以下の式を満たす。これ により、下部第 1DBRミラー層 12の低屈折率層 12Aは下部第 2DBRミラー層 13の低 屈折率層 13Aよりも酸化され易ぐ電流狭窄層 17と同等かそれよりも酸化されにくい 性質を有している。
[0032] I≥x9≥xl > (x3, χΐθ) >0. 8 > (χ2, χ4)≥0· ·· (1)
[0033] 式（1)中の（x3, xlO)は x3または xlOを意味し、 (x2, x4)は x2または x4を意味す る。また、 x9は電流狭窄層 17を構成する材料に含まれる A1組成の値であり、 xlOは 上部 DBRミラー層 18の低屈折率層を構成する材料に含まれる A1組成の値である。 また、 0. 8は低屈折率層の屈折率と高屈折率層の屈折率との境界に対応するもので ある。
[0034] ただし、下部第 1DBRミラー層 12の各低屈折率層 12Aのうちメサ部 21の中央領域
(後述の発光領域 15A)に対応する領域の周辺であって、かつ溝 22Aを取り囲む領 域には、低屈折率層 12Aの一部を酸化することにより酸化部 30が形成されている。 この酸化部 30は一対の酸化層 31 A, 32A力 なり、これら一対の酸化層 31 A, 32A は、下部第 1DBRミラー層 12のうち発光領域 15Aに対応する領域 (この領域は後述 の電流注入領域 17Bに対応する領域でもある）を間にして距離 Doxlで互いに対向 配置されると共に、溝部 22のうち深さが深い方の溝 22Aに対応して形成されている。 つまり、酸ィ匕部 30は発光領域 15Aを中心にして回転する方向に不均一に分布して おり、その分布に応じた不均一な応力を活性層 15に発生させるようになって 、る。
[0035] ここで、距離 Doxlは、電流注入領域 17Bの径方向の長さを Dox2とすると、 Dox2 よりも大きいことが好ましぐ高次横モード発振を抑制したい場合には、 DOX2 + 1 /Z m以上 15 m以下であることが好ましい。さらに、より一層高次横モード発振を抑制 したい場合には、 Dox2+ : m以上 10 /z m以下であることが好ましい。また、酸化 層 31A, 32Aによる発光効率のロスを抑制したい場合には、距離 Doxlは、 Dox2よ りも大きいことが好ましぐ 1. 1 X DOX2以上となっていることがより好ましい。
[0036] 酸化層 31A, 32Aは、 Al O (酸ィ匕アルミニウム）を含んで構成され、後述するよう
2 3
に、メサ部 21および溝部 22の側面側から低屈折率層 12Aに含まれる高濃度の A1を 酸化すること〖こより得られるものである。従って、各酸ィ匕層 31 Aは下部 DBRミラー層 1 1内において高屈折率層 12Bを介して積層配置された多層膜 31 (第 1多層膜)を構 成し、各酸ィ匕層 32Aは下部 DBRミラー層 11内にお 、て高屈折率層 12Bを介して積 層配置された多層膜 32 (第 2多層膜)を構成する。なお、メサ部 21の側面のうち溝 22 Bと対向する部分には下部第 1DBRミラー層 12が露出して ヽな 、ので、その部分の うち溝 22Aと隣接する部分を除 、た部分には酸ィ匕層 31A, 32Aは分布して 、な 、。
[0037] ところで、下部第 1DBRミラー層 12の低屈折率層 12Aは上記の構成に限られるも のではなぐ例えば、その光学厚さを λ Ζ4に保った上で、図 7または図 8に示したよ うな構成にすることも可能である。例えば、図 7に示したように、 Al Ga Asからな x5 1— x5 る第 1屈折率層 12Cおよび Al Ga Asからなる第 2屈折率層 12Dを基板 10側か x6 1—
らこの順に積層して構成した場合には、 A1組成の値 x2〜x6は以下の式（2)を満た す値に設定され、図 8に示したように、 Al Ga Asからなる第 3屈折率層 12E、 Al χ7 1 -χ7 x
Ga Asからなる第 1屈折率層 12Cおよび Al Ga Asからなる第 2屈折率層 12
5 1— x5 1—
Dを基板 10側カゝらこの順に積層して構成した場合には、 Al組成の値 x2〜x7は以下 の式 (3)を満たす値に設定される。
[0038] I≥x5=x9 > (x6, x3, χΐθ) >0. 8 > (χ2, χ4)≥0· ·· (2)
1≥χ5=χ9 > (χ6, χ7, χ3, χΐθ) >0. 8 > (χ2, χ4)≥0· ·· (3) [0039] 式（2)中の（x6, x3, xlO)は x6、 x3または xlOを意味し、式（2)および（3)中の（x 2, x4)は x2または x4を意味し、式（3)中の（x6, x7, x3, xlO)は x6, x7、 x3または xlOを意味する。
[0040] 下部スぺーサ層 14は、例えば Al Ga As (0く x8く 1)力もなる。活性層 15は、 χ8 1 -χ8
例えば GaAs系材料カゝらなる。この活性層 15では、後述の電流注入領域 17Bと対向 する領域が発光領域 15Aとなり、その発光領域 15Aの中心領域 (発光中心領域)が 主に基本横モード発振が生じる領域となり、発光領域 15Aのうち発光中心領域を囲 む外縁領域が主に高次横モード発振が生じる領域となる。上部スぺーサ層 16は、例 えば Al Ga As (0く xl2く 1)力もなる。これら下部スぺーサ層 14、活性層 15 xl2 1-X12
および上部スぺーサ層 16は、不純物が含まれていないことが望ましいが、 p型または n型不純物が含まれていてもよい。 p型不純物としては、亜鉛 (Zn)、マグネシウム（M g)、ベリリウム (Be)などが挙げられる。
[0041] 電流狭窄層 17は、その外縁領域に電流狭窄領域 17Aを有し、その中央領域に電 流注入領域 17Bを有している。電流注入領域 17Bは、例えば p型 Al Ga As (0 χ9 1 -χ9 く x9≤l)力もなる。電流狭窄領域 17Aは、 Al Ο (酸ィ匕アルミニウム）を含んで構成
2 3
され、後述するように、メサ部 21の側面側力も Al Ga As層 17Dに含まれる高濃 x9 1 -x9
度の Alを酸ィ匕することにより得られるものである。つまり、電流狭窄層 17は電流を狭 窄する機能を有している。
[0042] 電流注入領域 17Bは、 [Oi l]方向および [01— 1]方向に、対角線を有する四辺 形 (例えば菱形)状となっており、面内異方性を有している。このように電流狭窄領域 17 Aが [Oi l]方向および [01— 1]方向に対角線を有する四辺形となるのは、 Al G x9 a Asの酸化速度が、 [Oi l]方向および [01— 1]方向と、これらの方向と 45° の
1 -χ9
角度をなす [001]方向および [010]方向とで異なるからである。ここで、電流注入領 域 17Bの対角線の長さ Dox2は、高次横モード発振を抑制したい場合には、 以上 8 m以下であることが好ましい。さらに、より一層高次横モード発振を抑制した い場合には、 3 μ m以上 5 μ m以下であることが好ましい。
[0043] 上部 DBRミラー層 18は、低屈折率層および高屈折率層を 1組として、それを複数 組分積層して構成されたものである。低屈折率層は例えば光学厚さが λ Ζ4の ρ型 A 1 Ga As (0く xlOく 1)力もなり、高屈折率層は例えば光学厚さが λ Ζ4の p型 xlO 1 -xlO
Al Ga As (0く xl lく 1)力らなる。コンタクト層 19は、例えば p型 GaAsにより xll 1 -xll
構成されている。
[0044] 本実施の形態の面発光型半導体レーザ 1にはまた、メサ部 21の上面の外縁部、溝 部 22の内面および、コンタクト層 19のうちメサ部 21以外の表面に保護膜 23が形成さ れている。コンタクト層 19の表面には上記の電流注入領域 17Bに対応する領域に光 射出口 24Aを有する環状の上部電極 24が形成されており、保護膜 23のうちメサ部 2 1力も離れた部分の表面には上部電極パッド 25が形成されている。そして、図 1,図 4 に示したように、保護膜 23のうち溝 22Bを含む部分の表面には接続部 26が形成さ れており、この接続部 26を介して上部電極 24と上部電極パッド 25とが互いに電気的 に接続されている。また、基板 10の裏面には下部電極 27が形成されている。
[0045] 保護膜 23は、例えば酸ィ匕物または窒化物などの絶縁材料により形成されたもので 、コンタクト層 19の周縁部力も溝部 22の内面、更にその近傍を覆うように形成されて いる。上部電極 24および上部電極パッド 25は、例えばチタン (Ti)層， 白金 (Pt)層 および金 (Au)層をこの順に積層して構成されたものであり、コンタクト層 19と電気的 に接続されている。接続部 26は、例えば Ti層， Pt層および Au層をこの順に積層して なる積層構造上にめっき層が形成されたものである。下部電極 27は、例えば、金 (A u)とゲルマニウム（Ge)との合金層，ニッケル (Ni)層および金 (Au)層とを基板 10の 側から順に積層した構造を有しており、基板 10と電気的に接続されている。
[0046] 本実施の形態に係る面発光型半導体レーザ 1は、例えば次のようにして製造するこ とがでさる。
[0047] 図 9 (A) , (B)〜図 11 (A) , (B)は、その製造方法を工程順に表すものである。な お、図 9 (A)、図 10 (A)および図 11 (A)は製造過程の素子を図 1の A— A矢視方向 と同一の方向で切断した断面の構成を、図 9 (B)は図 9 (A)の上面構成を、図 10 (B) 、図 11 (B)は製造過程の素子を図 1の B— B矢視方向と同一の方向で切断した断面 の構成をそれぞれ表すものである。
[0048] ここでは、 GaAsからなる基板 10上の化合物半導体層を、例えば、 MOCVD (Meta 1 Organic Chemical Vapor Deposition；有機金属化学気相成長）法により开成する。 この際、 m— v族化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム (TM
A)、トリメチルガリウム（TMG)、トリメチルインジウム（TMIn)、アルシン（AsH3)を用 い、ドナー不純物の原料としては、例えば、 H2 Seを用い、ァクセプタ不純物の原料 としては、例えば、ジメチルジンク（DMZ)を用いる。
[0049] まず、基板 10上に、下部第 1DBRミラー層 12,下部第 2DBRミラー層 13,下部ス ぺーサ層 14,活性層 15,上部スぺーサ層 16, Al Ga As層 17D,上部 DBRミラ χ9 1-χ9
一層 18およびコンタクト層 19をこの順に積層したのち、コンタクト層 19の表面に、不 均一な幅を有する環状の開口 Wを有するレジスト層 Rを形成する（図 9 (A) , (B) )。こ の開口 Wは、具体的には、径方向の幅が Ly、周回方向の幅が Lxの一対の円弧状の 開口 W1と、これらに連通して、径方向の幅が ARの一対の円弧状の開口 W2とから なる。
[0050] 次に、例えば反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching ;RIE)法により、コンタ タト層 19側からエッチングする。すると、開口 Wの不均一な幅によってローデイング効 果が発生し、幅の狭い開口 W2におけるエッチング速度が幅の広い開口 W1におけ るそれよりも遅くなる。その結果、開口 W1に対応して深さ D1の溝 22Aが形成され、 開口 W2に対応して深さ D2の溝 22Bが形成される（図 10 (A) , (B) )。このようにして 、溝 22Aおよび溝 22Bを形成することにより、これらの溝 22Aおよび溝 22Bに囲まれ た部分にメサ部 21が形成される。
[0051] 次に、水蒸気雰囲気中において、高温で酸化処理を行い、溝部 22の内側力も低 屈折率層 12Aおよび Al Ga As層 17Dの Alを選択的に酸ィ匕する。これにより低 χ9 1-χ9
屈折率層 12Aおよび Al Ga As層 17Dのうち溝部 22の周辺領域が絶縁層（酸 χ9 1-χ9
化アルミニウム）となる。すなわち、各低屈折率層 12Aのうち活性層 15の発光領域 1 5Aに対応する領域の周辺であって、かつ溝 22Aを取り囲む領域に、発光領域 15A に対応する領域を間にして互いに対向する一対の多層膜 31, 32が形成され、さらに 、発光領域 15Aに対応して開口を有する電流狭窄領域 17Aが形成され、その開口 が電流注入領域 17Bとなる（図 11 (A) , (B) )。
[0052] このように、不均一な幅を有する環状の開口 Wを有するレジスト層 Rを利用してロー デイング効果を発生させることにより、一度のエッチングプロセスにより不均一な深さ の溝部 22を形成することができる。また、この不均一な深さの溝部 22を利用して酸ィ匕 処理を行うことにより、発光領域 15 Aを中心にして回転する方向に不均一に分布す る酸化部 30を容易に形成することができる。
[0053] 次に、例えば CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、メサ部 21、溝部 22およ び溝部 22の周辺の表面全体に渡って絶縁材料を堆積させたのち、エッチングにより 堆積させた絶縁材料のうちメサ部 21の上面に対応する部分を選択的に除去して、コ ンタクト層 19を露出させる（図 2 (A) , (B) )。続いて、例えば真空蒸着法により、表面 全体に渡って金属材料を積層させたのち、例えば選択エッチングにより、メサ部 21の 上面 (コンタクト層 19の露出して 、る部分）に、光射出口 24Aを有する上部電極 24を 形成すると共に、メサ部 21から離れた場所に上部電極パッド 25を形成する。さらに、 めっきにより接続部 26を形成して上部電極 24および上部電極パッド 25を電気的に 接続すると共に、基板 10の裏面を適宜研磨してその厚さを調整した後、この基板 10 の裏面に下部電極 27を形成する。最後に、ダイシングにより基板 10を小さく分割して チップ状にする。このようにして面発光型半導体レーザ 1が製造される。
[0054] ところで、上記の製造工程において、エッチング時間を変化させて溝 22Aの深さ D 1を変化させると、溝 22Aの内面に露出する低屈折率層 12Aの層数が変化する。従 つて、エッチング時間を長くして溝 22Aの深さ D1を深くすると、露出する低屈折率層 12Aの層数が多くなり、逆にエッチング時間を短くして溝 22Aの深さ D1を浅くすると 、露出する低屈折率層 12Aの層数が少なくなる。このとき、溝 22Bの深さ D2もエッチ ング時間に応じて変化するが、上記した範囲内で変化させた場合には、溝 22Bの内 面には低屈折率層 12Aが露出することはないので、低屈折率層 12Aのうち溝 22Bと 対向する部分はほとんど酸ィ匕される虡はなぐ溝 22B同士が互いに対向する方向の 応力が活性層 15に発生する虡はない。従って、溝 22Aの深さ D1が浅くても溝 22A 同士が互いに対向する方向の応力を活性層 15に発生させることが可能であり、また 、溝 22Aの深さ D1に応じて (比例して）、溝 22A同士が互いに対向する方向の応力 を大きくすることができる。つまり、活性層 15に発生させる異方的な応力の大きさを自 由に設定することが可能である。
[0055] また、図 7および図 8に例示したように、低屈折率層 12Aを A1組成の高い層と低い 層との積層構造とした場合には、これらの層の A1組成を一定にした状態でこれらの 層の厚さを変化させることにより、低屈折率層 12Aの酸ィ匕速度を自由に制御すること ができる。そして、例えば、低屈折率層 12Aを単一の層とした場合と同等の酸化速度 にすることも可能であることから、低屈折率層 12Aを単一の層とした場合に、下部 DB Rミラー層 11内の A1組成の値 xl〜x4を式（1)を満たすようにしたときと同様、低屈折 率層 12Aを低屈折率層 13Aよりも酸化され易く、電流狭窄層 17と同等かそれよりも 酸ィ匕されにく 、性質にすることができる。
[0056] なお、酸化条件にもよるが、例えば、電流狭窄層 17の A1組成の値 x9および第 1屈 折率層 12Cの A1組成の値 x5をそれぞれ 1にし、第 2屈折率層 12Dの A1組成の値 x6 、第 3屈折率層 12Eの A1組成の値 x7、低屈折率層 13Aの A1組成の値 x3および上 部 DBRミラー層 18の低屈折率層の A1組成の値 xlOをそれぞれ 0. 9にした場合には 、距離 Doxlを、 Dox2+ 1 μ m以上 15 μ m以下とすることができる。
[0057] さらに、例えば、低屈折率層 12Aのうち A1組成の高 、層の A1組成の値を電流狭窄 層 17の A1組成の値と同じにし、さらに低屈折率層 12Aのうち A1組成の低い層の A1 組成の値を上部 DBRミラー層 18の低屈折率層の A1組成の値と同じにすることも可 能である。そして、そのようにした場合には、低屈折率層 12Aを形成する際に、電流 狭窄層 17や上部 DBRミラー層 18を製造する際に用いるドーピング条件およびガス 流量などのェピタキシャル成長条件を利用することができるので、低屈折率層 12Aを 簡易に製造することができる。
[0058] 本実施の形態の面発光型半導体レーザ 1では、下部電極 27と上部電極 24との間 に所定の電圧が印加されると、電流狭窄層 17における電流注入領域 17Bを通して 活性層 15に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。こ の光は、一対の下部 DBRミラー層 11および上部 DBRミラー層 18により反射され、所 定の波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。
[0059] また、下部 DBRミラー層 11の下部第 1DBRミラー層 12のうち発光領域 15Aと対応 する領域の周辺に、発光領域 15Aを中心にして回転する方向に不均一に分布する 酸化部 30が設けられて ヽるので、酸化部 30による引張り応力が活性層 15に不均一 に発生する。ここで、酸化部 30は、発光領域 15Aを含む領域を間にして互いに対向 する一対の多層膜 31, 32からなり、溝 22A同士が互いに対向する方向に異方的な 分布を有している。そのため、その分布に応じた異方的な引張り応力が活性層 15に 発生する。なお、上記したように、溝 22Bの内面では低屈折率層 12Aが酸ィ匕される 虡はなぐ溝 22B同士が互いに対向する方向の応力が活性層 15に発生する虡はな い。これにより、引張り応力の向きと直交する方向の偏光成分が強められる一方、引 張り応力の向きと平行な方向の偏光成分が抑制される。
[0060] 図 12 (A) , (B)、図 13 (A) , (B)は、本実施の形態の面発光型半導体レーザ 1の 直交偏波間消光比の一例を表すものであり、図 12 (A) , (B)、図 13 (A) , (B)の順 に lmW (ミリワット）、 2mW、 3mW、 4mWと供給電力を変化させたときの直交偏波間 消光比を示している。なお、溝 22Aの深さ D1は 4. 65 m (多層膜 31, 32の層数は 4)に固定されている。これらの図の横軸は直交偏波間消光比を、縦軸はサンプル数 をそれぞれ表している。また、図 14は、供給電力を 4mWとした場合に、溝 22Aの深 さ D1を 4. 4 m力ら 0. 1 m刻みで 5. 0 mまで変ィ匕させたとき（多層膜 31, 32の 層数を増加する方向へ変化させたとき）の直交偏波間消光比を表すものである。一 般に、直交偏波間消光比が 15dB以上の値のとき、レーザ光の偏光成分が十分に抑 制されており、偏光成分が一方向に固定されて!、ると言える。
[0061] 図 12 (A) , (B)、図 13 (A) , (B)に例示した結果から、溝 22Aの深さ D1が 4. 65 m (多層膜 31, 32の層数が 4)の場合には、供給電力を 1または 2mWにしたときに偏 光成分が一方向に固定されていることがわかる。また、図 14に例示した結果から、溝 22Aの深さ D1を 4. 7 m以上としたとき（多層膜 31, 32の層数を 7以上としたとき） に偏光成分が一方向に固定されていることがわかる。そして、このような傾向は、図 5 、図 7および図 8に例示した下部 DBRミラー層 11の層構造としたときだけに生じるも のではなぐ後述の他の実施の形態における層構造としたときにも生じるものである。
[0062] なお、一対の酸化層 31A, 32Aの距離 Doxlを変化させることによつても、直交偏 波間消光比は変化するが、高次横モード発振を抑制するのに好ましい範囲内にお いては、直交偏波間消光比は十分に大きぐ偏光成分は一方向に固定されている。
[0063] 以上のことから、本実施の形態の面発光型半導体レーザ 1では、発光領域 15Aを 間にして互いに対向配置された一対の多層膜 31, 32を、下部第 1DBRミラー層 12 内に設けるようにしたので、レーザ光の偏光成分を一方向に固定することができ、そ の結果、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化することができる。
[0064] ところで、本実施の形態では、上記したように、基板は (ni l)面基板 (nは整数)など の特殊な基板である必要はなぐ一般的な（100)面基板でも力まわないので、一般 的な（100)面基板のドーピング条件およびガス流量などのェピタキシャル成長条件 を用いることができる。これにより、簡易かつ安価に製造することができる。
[0065] また、本実施の形態では、下部 DBRミラー層 11が、下部第 1DBRミラー層 12およ び下部第 2DBRミラー層 13を基板 10側力もこの順に積層した構造となっているので 、溝 22Aの深さ D1を深くする程、下部第 1DBRミラー層 12に含まれる一対の多層膜 31, 32の層数 (厚さ）を増やすことができる。これにより、一対の多層膜 31, 32の層 数 (厚さ）に応じて異方的な応力を大きくすることができ、偏光制御性を向上させるこ とがでさる。
[0066] また、本実施の形態では、下部 DBRミラー層 11が上記したような構造となって!/、る ので、浅 、方の溝 22Bの底面は下部第 2DBRミラー層 13内のどこかに形成されて ヽ れば偏光制御性に影響を及ぼす虞はない。つまり、溝 22Bの深さを製造工程におい て精密に制御する必要はなぐまた、溝 22Bの深さがバラついた場合であっても、個 々の面発光型半導体レーザ 1にお 、て偏光制御性にバラつきが生じる虡はな 、。
[0067] また、本実施の形態において、下部第 1DBRミラー層 12内の低屈折率層 12Aの A 1組成の値 xlが電流狭窄層 17の A1組成の値 x9と等しくなつている力、またはほぼ等 しくなつて!/、る場合には、低屈折率層 12Aにおける反射率が下部第 2DBRミラー層 1 3内の低屈折率層 13Aのそれよりも高くなる。これにより、基板 10への光の漏れを低 減することができるので、上部 DBRミラー層 18側力も外部に射出される光の出力を 大きくすることができる。また、低屈折率層 12Aを、 AlGaAsを含んで構成した場合に 、 AlGaAsの A1組成の値を大きくしたときには、低屈折率層 12Aの熱伝導率が大きく なるので、面発光型半導体レーザ 1の放熱性を向上させることができる。
[0068] また、本実施の形態では、一対の多層膜 31, 32の層数 (厚さ）を増やせば増やす 程、異方的な応力を大きくすることができるので、活性層 15に大きな応力を与えるた めに発光領域 15Aと対応する領域にまで酸化部 30を設ける必要はない。これにより 、酸ィ匕部 30によって光出力が低下する虡はほとんどなぐ高出力のレーザ光を射出 することができる。
[0069] 従って、本実施の形態では、面発光型半導体レーザ 1を簡易かつ安価に製造可能 であり、レーザ光の偏光方向を一方向に安定ィヒすると共に高出力化することができる
[0070] また、本実施の形態では、図 1ないし図 4に示したように、メサ部 21の周囲に形成さ れた溝部 22は少なくとも活性層 15を貫通する程度の深さを有していることから、上部 電極 24、上部電極パッド 25および接続部 26から活性層 15へ通じる電流経路はメサ 部 21の内部にしか存在していない。これにより、メサ部 21の周囲に溝部 22を形成し たことによって電流注入効率が低下する虞がない。
[0071] [第 2の実施の形態]
図 15、図 16は、第 2の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ 2の断面構成を表 すものである。上記実施の形態では、下部 DBRミラー層 11は下部第 1DBRミラー層 12および下部第 2DBRミラー層 13を基板 10側からこの順に積層した構造を有して いたが、本実施の形態では、下部 DBRミラー層 11から下部第 2DBRミラー層 13をな くして、下部 DBRミラー層 11を下部第 2DBRミラー層 13と同様の構成としたものであ る。
[0072] 従って、図 17 (A) , (B)に示したように、エッチングにより溝部 22を形成すると、下 部 DBRミラー層 11内の低屈折率層 12Aが溝 22A内だけでなぐ溝 22B内にも露出 することとなる。そのため、図 18 (A) , (B)に示したように、酸ィ匕部 40が、低屈折率層 12Aのうち溝 22Aと対向する部分に形成されるだけでなぐ溝 22Bと対向する部分に も形成されることとなる。もっとも、溝 22Aの深さ D1は溝 22Bの深さ D2よりも深ぐ酸 化部 40のうち溝 22A側の層数が溝 22B側の層数よりも多くなつているので、酸化部 40は厚さに異方性を有する環状の多層膜となっており、発光領域 15 Aを中心にして 回転する方向に不均一に分布している。これにより、酸化部 40は、その分布に応じた 不均一な応力を活性層 15に発生させるようになつている。
[0073] このように、本実施の形態では、下部 DBRミラー層 11のうち発光領域 15Aと対応 する領域の周辺に、発光領域 15Aを中心にして回転する方向に不均一に分布する 酸ィ匕部 40が設けられて ヽるので、酸化部 40による応力が活性層 15に不均一に発生 する。ここで、酸化部 40は、溝 22A側の層数が溝 22B側の層数よりも多い、厚さに異 方性を有する環状の多層膜からなり、溝 22A同士が互いに対向する方向に異方的 な分布を有して ヽるので、その分布に応じた異方的な応力が活性層 15に発生する。 そして、活性層 15に発生する応力の向きが、上記実施の形態と同様、溝 22A同士が 互いに対向する方向と一致する。これにより、応力の向きと直交する方向の偏光成分 が強められる一方、応力の向きと平行な方向の偏光成分が抑制される。
[0074] 以上のことから、本実施の形態の面発光型半導体レーザ 2では、溝 22A側の層数 が溝 22B側の層数よりも多い、厚さに異方性を有する環状の多層膜からなる酸ィ匕部 40を、下部 DBRミラー層 11内に設けるようにしたので、レーザ光の偏光成分を一方 向に固定することができ、その結果、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化すること ができる。
[0075] また、上記の実施の形態と同様、基板は (ni l)面基板 (nは整数)などの特殊な基 板である必要はなぐ一般的な（100)面基板でも力まわないので、一般的な（100) 面基板のドーピング条件およびガス流量などのェピタキシャル成長条件を用いること ができる。これにより、簡易かつ安価に製造することができる。また、溝 22A側の層数 と溝 22B側の層数との差を大きくすればする程、異方的な応力を大きくすることがで きるので、発光領域 15Aと対応する領域にまで酸ィ匕部 40を設ける必要はない。これ により、酸ィ匕部 40によって光出力が低下する虡はほとんどなぐ高出力のレーザ光を 射出することができる。
[0076] 従って、本実施の形態では、上記の実施の形態と同様、面発光型半導体レーザ 2 を簡易かつ安価に製造可能であり、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化すると共 に高出力化することができる。
[0077] [第 3の実施の形態]
図 19は第 3の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ 3の上面構成を表すもの である。図 20は図 19の A— A矢視方向の断面構成のうち光射出口 24A近傍を拡大 して表すものであり、図 21は図 19の B— B矢視方向の断面構成のうち光射出口 24A 近傍を拡大して表すものである。この面発光型半導体レーザ 3は、光射出口 24Aに 対応して横モード調整層 50を備えている点で、上記実施の形態の構成と相違する。
[0078] この横モード調整層 50は、第 1調整層 51、第 2調整層 52および第 3調整層 53から なり、第 1調整層 51および第 2調整層 52は光射出口 24Aの中央領域、すなわち主 に基本横モード発振が生じる領域に、この順に積層されている。第 3調整層 53は、中 央領域を囲む外縁領域、すなわち主に高次横モード発振が生じる領域に形成され ている。
[0079] なお、図 19〜図 21では、第 1調整層 51および第 2調整層 52は、溝 22B同士が互 いに対向する方向の高次横モード発振をより一層低減するために、その方向の幅が 溝 22A同士が互いに対向する方向の幅よりも狭い長方形状となっているが、他の形 状、例えば、図 22に示したように、円形状となっていてもよい。
[0080] 第 1調整層 51は、膜厚が（2a— 1) λ Ζ4η (aは 1以上の整数， nは屈折率)で、屈 折率 が上部 DBRミラー層 18の表面に設けられた高屈折率層の屈折率より低い物 質、例えば SiO (酸ィ匕シリコン)などの誘電体により構成されている。第 1調整層 51の
2
、溝 22B同士が互いに対向する方向の幅は、主に基本横モード発振が生じる領域と ほぼ等しい幅であり、 3. 以上 5. 0 m以下であることが好ましい。
[0081] 第 2調整層 52は、膜厚が（2b— l) λ Ζ4η (bは 1以上の整数， nは屈折率)で、屈
2 2
折率 nが第 1調整層 51のそれより高い材料、例えば SiN (窒化シリコン)などの誘電
2
体により構成されている。
[0082] 第 3調整層 53は、膜厚が（2c— 1) λ Ζ4η (cは 1以上の整数， η は屈折率)で屈
3 3
折率 ηが第 1調整層 51のそれより低い材料、例えば SiN (窒化シリコン)などの誘電
3
体により構成されている。なお、第 2調整層 52および第 3調整層 53は、同一の膜厚 および材料により構成されていることが好ましい。これにより、これらの層を一括形成 することができ、製造工程を簡略ィ匕することができる。
[0083] ここで、光射出口 24Aの中央領域の反射率を R、中央領域を囲む外縁領域の反 射率を R、光射出口 24Aにこれらの調整層を設けなかった場合の反射率を Rとする
2 3 と、以下の式の関係を満たすようにそれぞれの屈折率を調節することが好ましい。こ れにより、基本横モードの光出力を低減することなぐ高次横モード発振のみを抑制 することができる。 [0084] R≥R >R - -- (4)
1 3 2
[0085] 一般に、面発光型半導体レーザでは、基本横モードの光出力は、光射出口の中心 部分で最も大きぐ光射出口の中心部分力も離れるにつれて小さくなる傾向がある。 このため、面発光型半導体レーザを高出力の用途に用いる場合には、基本横モード のレーザ光をなるベく沢山取り出せるように光射出口を大きくすることが好ま 、。し 力しながら、高次横モードの光出力は、一般的に、光射出口の中心部分から所定の 距離離れた領域において最も大きぐ光射出口の中心部分に向かうにつれて小さく なる傾向があるため、光射出口をあまり大きくすると高次横モードのレーザ光までもが 高出力で出力されてしまう虞がある。
[0086] このため、従来の面発光型半導体レーザでは、光射出口を小さくしたり、光射出口 内に複雑な形状の構造物を設けるなどの対策を施して、高次横モードのレーザ光が 出射されるのを抑制していた。また、面発光型半導体レーザを低出力の用途に用い る場合であっても、高次横モードのレーザ光を極力排除しょうとすると、上記と同様の 対策を施すことが必要であった。
[0087] 一方、本実施の形態では、第 1調整層 51および第 2調整層 52が光射出口 24Aの 中央領域にこの順に積層して設けられると共に、第 3調整層 53が光射出口 24Aの中 央領域の周辺領域に設けられている。これにより、周辺領域の反射率が中央領域の それより低くなる。これにより、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化すると共に、基 本横モードの光出力を低減することなく高次横モード発振のみを抑制することが可能 となる。
[0088] また、本実施の形態では、第 1調整層 51は半導体材料力もなるコンタクト層 19上に 設けられているので、第 1調整層 51を選択的にエッチングすることが非常に容易であ り、かつ第 1調整層 51、第 2調整層 52、第 3調整層 53を複雑な形状とする必要がな V、ことから、面発光型半導体レーザ 3を容易に製造することができる。
[0089] [第 4の実施の形態]
図 23は第 4の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ 4の上面構成を表すもの である。図 24は図 23の面発光型半導体レーザ 4の A— A矢視方向の断面構成を表 すものである。図 25は図 24の面発光型半導体レーザ 4の A— A矢視方向の断面構 成を、図 26は図 24の面発光型半導体レーザ 4の B— B矢視方向の断面構成をそれ ぞれ表すものである。なお、図 23の B— B, C— C矢視方向の断面構成については 上記第 1の実施の形態の面発光型半導体レーザ 1の場合と同様である。
[0090] この面発光型半導体レーザ 4は、図 23〜図 26に示したように、メサ部 21の側壁を 含む溝 22Aの内壁に形成された半導体層 28と、この半導体層 28の表面のうち溝 22 Aの底面に対応する部分の一部に形成された一対の電極 29A, 29Bとを備えている 点で、上記実施の形態の構成と相違する。
[0091] 半導体層 28は、例えば、ェピタキシャル結晶成長（再成長）により、溝 22Aの内壁 側から、 n型半導体層、 p型半導体層および n型半導体層を順に積層した NPN構造 となっている。
[0092] 電極 29A, 29Bは、例えば AuGe合金層， Ni層および Au層とを溝 22Aの底部側 力も順に積層した構造となっており、半導体層 28の表面と電気的に接続されている。 この電極 29A, 29Bは、保護膜 23のうち溝 22Aの底部に形成された開口部力も露 出している。
[0093] 本実施の形態の面発光型半導体レーザ 4では、電極 29A, 29Bは、 NPN構造を 有する半導体層 28を介してメサ部 21を含む溝 22Aの内壁と接続されて!ヽるので、電 極 29A, 29B間に直流電圧 (バイアス）を印加しても、メサ部 21内部に電流が流れる ことはなぐまた、レーザ駆動のために上部電極 24および下部電極 27間に電流を流 したときに、その電流が電極 29A, 29Bへ流れることもない。従って、電極 29A, 29B 間に直流電圧 (バイアス）を印加すると、メサ部 21内部に電場を形成することができる 。この電場は、電極 29A, 29B対向方向（溝 22A同士が互いに対向する方向）であ つて、かつメサ部 21の積層面内方向とほぼ平行な方向に形成されるので、この電場 の存在によって、溝 22A同士が互いに対向する方向の吸収損失が増大する。
[0094] これにより、本実施の形態では、偏光方向が溝 22A同士が互いに対向する方向と 直交する方向の偏光成分が強められる一方、溝 22A同士が互いに対向する方向の 偏光成分が抑制されるので、レーザ光の偏光成分を一方向に固定することができ、 その結果、レーザ光の偏光方向を一方向に安定ィ匕することができる。
[0095] また、本実施の形態では、メサ部 21の一部 (溝 22A側の側壁）が半導体層 28で覆 われているので、メサ部 21の熱を半導体層 28を介して外部に放散することが可能と なり、上記各実施の形態の場合よりも放熱性に優れている。
[0096] また、本実施の形態では、半導体層 28および電極 29A, 29Bは簡易な構造となつ ており、かつ半導体層 28は再成長により容易に形成することが可能なものであること から、面発光型半導体レーザ 4を容易に製造することができる。
[0097] [第 4の実施の形態の変形例]
上記実施の形態では、半導体層 28は溝 22A内部に形成されていた力 図 27〜図 30の面発光型半導体レーザ 5に示したように、半導体層 28を溝 22B内部にまで形 成し、半導体層 28によって溝 22Bを埋め込むことも可能である。このようにした場合 には、メサ部 21の大部分 (溝 22A, 22B側の側壁）が半導体層 28で覆われているの で、半導体層 28のうち溝 22Bに埋め込まれた部分を介してメサ部 21の熱を効果的 に放散することが可能となり、上記第 4の実施の形態の場合よりも放熱性に優れてい る。
[0098] なお、図 27は本変形例に係る面発光型半導体レーザ 5の上面構成を、図 28は図 2 7の B— B矢視方向の断面構成を、図 29は図 27の C C矢視方向の断面構成図を それぞれ表すものである。また、図 27の A— A矢視方向の断面構成は図 24と同様で あり、図 30は図 28の A— A矢視方向の断面構成を表すものである。
[0099] 以上、実施の形態およびその変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記 実施の形態等に限定されるものではなぐ種々変形可能である。
[0100] 例えば、上記各実施の形態では、下部 DBRミラー層 11を、下部第 1DBRミラー層 12および下部第 2DBRミラー層 13を基板 10側からこの順に積層した構造としていた 力 例えば、図 31, 32に示したように、下部第 2DBRミラー層 13の中途に下部第 1D BRミラー層 12を挿入した構造とし、さらに、酸化層 31, 32の最下層が溝 22Aの底面 よりも十分に高 、位置となるように下部第 1DBRミラー層 12を配置した構造としてもよ い。なお、図 31は図 1の A— A矢視方向と対応する方向の断面構成を表すものであ り、図 32は図 1の B—B矢視方向と対応する方向の断面構成を表すものである。上記 各実施の形態では、例えば図 33,図 34に示したように溝 22Aの底部がテーパー形 状となったときに、個々の面発光型半導体レーザ 1においてテーパー形状がバラつく 可能性がある。また、個々の面発光型半導体レーザ 1において溝 22Aの深さがバラ ついたときには、個々の面発光型半導体レーザ 1において酸化層 31 A, 32Aの数が 異なる可能性がる。そのため、テーパー形状や溝 22Aの深さがバラついた場合には 、個々の面発光型半導体レーザ 1における活性層 15へ印加される応力の大きさにバ ラつきが生じる可能性がある。一方、下部 DBRミラー層 11が図 31,図 32に示したよ うな構造となっている場合には、仮に図 35,図 36に示したように溝 22Aの底部がテ 一パー形状となったとしても、底部のテーパーが酸化層 31A, 32Aに到達しないの で、テーパー形状のバラつきによる悪影響が酸ィ匕層 31 A, 32Aに及ぶ虡はない。ま た、個々の面発光型半導体レーザ 1において溝 22Aの深さがバラついたとしても、溝 22Aの底面の直下には酸化層 31A, 32Aが存在しないので、溝 22 Aの深さのバラ つきによる悪影響が酸ィ匕層 31 A, 32Aに及ぶ虡はない。これらのこと力 、下部 DB Rミラー層 11を、下部第 2DBRミラー層 13の中途に下部第 1DBRミラー層 12を挿入 した構造とし、さらに、酸化層 31, 32の最下層が溝 22Aの底面よりも十分に高い位 置となるように下部第 1DBRミラー層 12を配置した構造とした場合には、テーパー形 状や溝 22Aの深さがバラついた場合であっても、個々の面発光型半導体レーザ 1に おける活性層 15へ印加される応力の大きさにバラつきが生じるのを防止することがで きる。
[0101] また、上記各実施の形態では、上面側力も見た溝 22Aの形状がほぼ四辺形状とな つていたが、例えば、図 37に示したように扇形状としたり、図 38に示したように釘の断 面のような形状とすることも可能である。
[0102] また、上記各実施の形態では、メサ部 21を 1つだけ設けた場合について説明した 力 図 39,図 40に示したように、複数のメサ部 21をアレイ状に配置すると共に、各メ サ部 21の周辺の溝部 22を互いに連通して形成するようにしてもよい。このとき、溝部 22の形状を図 41,図 42に示したように釘の断面のような形状とすることも可能である 。このように、各メサ部 21の周辺の溝部 22を互いに連通して形成した場合には、面 発光型半導体レーザ 1をチップ状にダイシングする前のウェハにおいて、ェピタキシ ャル結晶成長により生じたウェハ全体の反りを緩和することができる。これにより、ダイ シング後の個々のチップに残留する反り量を小さくすることができ、また、個々のチッ プの反り量のバラつきを低減することができる。
[0103] また、溝部 22の形状を扇形状とした場合に、図 43,図 44に示したように溝 22A同 士が互いに対向する方向を等しくしたときには、各メサ部 21の光射出口 24Aから射 出されるレーザ光の偏光成分を一方向に固定することができ、その結果、高出力化 しつつ、レーザ光の偏光方向を一方向に安定ィ匕することができる。もっとも、図 45に 示したように、溝 22A同士が互いに対向する方向を互い違いにしたときには、溝 22A 同士が互いに対向する方向が一の方向の溝部 22に囲まれた各メサ部 21に電圧を 印加する期間と、溝 22A同士が互いに対向する方向が他の方向の溝部 22に囲まれ た各メサ部 21に電圧を印加する期間とが互いに重なり合わな 、ように面発光型半導 体レーザを駆動することにより、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化しつつ、必要 に応じて偏光方向を切り換えることも可能となる。また、図 46に示したように、一方の 列に含まれる複数のメサ部 21と、他方の列に含まれる複数のメサ部 21とを互 、違 ヽ に配置してもよい。
[0104] また、上記各実施の形態では、 AlGaAs系の化合物半導体レーザを例にして本発 明を説明したが、他の化合物半導体レーザ、例えば GalnP系、 AlGalnP系、 InGaA s系、 GalnP系、 InP系、 GaN系、 GalnN系、 GalnNAs系などのなど化合物半導体 レーザにも適用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 基板上に、第 1多層膜反射鏡、 1または複数の発光領域を有する活性層および第 2 多層膜反射鏡がこの順に積層された発光部を備え、
前記第 1多層膜反射鏡および前記第 2多層膜反射鏡の少なくとも一方は、前記発 光領域と対応する領域の周辺に、前記発光領域を中心にして回転する方向に不均 一に分布する酸化部を有する
ことを特徴とする面発光型半導体レーザ。
[2] 前記酸化部は、厚さに異方性を有する環状の多層膜からなる
ことを特徴とする請求項 1に記載の面発光型半導体レーザ。
[3] 前記酸化部は、前記発光領域を間にして互いに対向配置された第 1多層膜および 第 2多層膜からなる
ことを特徴とする請求項 1に記載の面発光型半導体レーザ。
[4] 前記発光部は、前記酸ィ匕部を取り囲む溝部を有し、
前記溝部は、前記酸ィヒ部の分布に対応して不均一な深さを有する
ことを特徴とする請求項 1に記載の面発光型半導体レーザ。
[5] 前記酸化部は、厚さに異方性を有する環状の多層膜からなり、
前記多層膜のうち厚さの厚い部分が、前記溝部のうち深さが深い部分に対応して 形成されている
ことを特徴とする請求項 4に記載の面発光型半導体レーザ。
[6] 前記酸化部は、前記発光領域を間にして互いに対向配置された第 1多層膜および 第 2多層膜からなり、
前記第 1多層膜および前記第 2多層膜は、前記溝部のうち深さが深い部分に対応 して形成されている
ことを特徴とする請求項 4に記載の面発光型半導体レーザ。
[7] 前記溝部は、前記酸ィ匕部の分布に対応して不均一な幅を有する
ことを特徴とする請求項 4に記載の面発光型半導体レーザ。
[8] 前記溝部のうち深さが浅い部分に対応する部分の幅は、 1 μ m以上 3 μ m以下であ る ことを特徴とする請求項 4に記載の面発光型半導体レーザ。
[9] 前記第 1多層膜反射鏡および前記第 2多層膜反射鏡のうち前記酸化部を有する反 射鏡は、相対的に酸化され易い第 3多層膜反射鏡および相対的に酸化されにくい第 4多層膜反射鏡を前記基板側からこの順に積層した構造を有し、
前記酸ィ匕部は前記第 3多層膜反射鏡内に形成されている
ことを特徴とする請求項 1に記載の面発光型半導体レーザ。
[10] 前記第 1多層膜反射鏡および前記第 2多層膜反射鏡のうち前記酸化部を有する反 射鏡は、相対的に酸化されにくい第 4多層膜反射鏡と、前記第 4多層膜反射鏡の中 途に挿入されると共に相対的に酸化され易い第 3多層膜反射鏡とを有し、
前記酸ィ匕部は前記第 3多層膜反射鏡内に形成されている
ことを特徴とする請求項 1に記載の面発光型半導体レーザ。
[11] 前記第 3多層膜反射鏡は、 Al Ga Asからなる低屈折率層および Al Ga A xl 1 -xl x2 1 -χ2 sからなる高屈折率層を 1組として、それを複数組分積層して構成され、
前記第 4多層膜反射鏡は、 Al Ga Asからなる低屈折率層および Al Ga A x3 1 -x3 x4 l -x4 sからなる高屈折率層を 1組として、それを複数組分積層して構成され、
前記 xl〜x4は以下の式を満たす
ことを特徴とする請求項 9または請求項 10に記載の面発光型半導体レーザ。 1≥χ1 >χ3 >0. 8 > (χ2, χ4)≥0· ·· (1)
[12] 前記第 3多層膜反射鏡は、 Al Ga Asからなる第 1屈折率層および Al G x5 1— x5 x6 al— x6
Asからなる第 2屈折率層を有する低屈折率層ならびに Al Ga Asからなる高屈 χ2 1 -χ2
折率層を 1組として、それを複数組分積層して構成され、
前記第 4多層膜反射鏡は、 Al Ga Asからなる低屈折率層および Al Ga A x3 1 -x3 x4 l -x4 sからなる高屈折率層を 1組として、それを複数組分積層して構成され、
前記 x2〜x6は以下の式を満たす
ことを特徴とする請求項 9または請求項 10に記載の面発光型半導体レーザ。 1≥χ5 > (χ6, χ3) >0. 8 > (χ2, χ4)≥0· ·· (2)
[13] 前記第 3多層膜反射鏡は、 Al Ga Asからなる第 3屈折率層、 Al Ga Asか χ7 1 -χ7 x5 1 -χ5 らなる第 1屈折率層および Al Ga Asからなる第 2屈折率層をこの順に有する低
1— 屈折率層ならびに Al Ga Asからなる高屈折率層を 1組として、それを複数組分 x2 1 -x2
積層して構成され、
前記第 4多層膜反射鏡は、 Al Ga Asからなる低屈折率層および Al Ga A x3 1 -x3 x4 l -x4 sからなる高屈折率層を 1組として、それを複数組分積層して構成され、
前記 x2〜x7は以下の式を満たす
ことを特徴とする請求項 9または請求項 10に記載の面発光型半導体レーザ。 1≥χ5 > (χ6, χ7, χ3) >0. 8 > (χ2, χ4)≥0· · · (3)
[14] 前記第 2多層膜反射鏡上に横モード調整層をさらに備え、
前記第 1多層膜反射鏡および前記第 2多層膜反射鏡のいずれか一方は、対角線 の交点が前記発光領域に対応する四辺形状の電流注入領域を有し、
前記第 2多層膜反射鏡は、前記電流注入領域のうち一方の対角線に対応する領 域に設けられた光射出口を有し、
前記横モード調整層は、前記光射出口に対応して設けられると共に、前記光射出 口のうち前記発光領域に対応する中央領域を除く周辺領域の反射率が前記中央領 域のそれよりも低くなつている
ことを特徴とする請求項 1に記載の面発光型半導体レーザ。
[15] 前記横モード調整層のうち前記中央領域に対応する部分は、膜厚が（2a— 1) λ / 4n (aは 1以上の整数， λは発光波長， ηは屈折率)、屈折率 ηが前記第 1多層膜 反射鏡の表面のそれよりも低い値を有する第 1調整層と、膜厚が（2b— 1) λ Ζ4η (
2 bは 1以上の整数， nは屈折率)、屈折率 nが前記第 1調整層のそれよりも高い値を
2 2
有する第 2調整層とをこの順に積層した構造であり、
前記横モード調整層のうち前記周辺領域に対応する部分は、膜厚が（2c— 1) λ Ζ 4n (cは 1以上の整数， nは屈折率)、屈折率 nが前記第 1調整層のそれよりも高い
3 3 3
値を有する第 3調整層である
ことを特徴とする請求項 14に記載の面発光型半導体レーザ。
[16] 基板上に、第 1多層膜反射鏡、活性層および第 2多層膜反射鏡をこの順に積層す る工程と、
前記第 2多層膜反射鏡の上面側に、不均一な幅を有する環状の開口部を 1または 複数有する被覆層を形成する工程と、
前記被覆層をマスクとしてドライエッチングすることにより前記開口部の幅に応じた 不均一な深さの溝部を形成する工程と、
前記溝部の側面を酸化することにより前記第 1多層膜反射鏡および前記第 2多層 膜反射鏡の少なくとも一方に、前記溝部の深さに対応して不均一に分布する酸化部 を形成する工程と
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。
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