WO2023022005A1 - 垂直共振器型発光素子 - Google Patents

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WO2023022005A1
WO2023022005A1 PCT/JP2022/029935 JP2022029935W WO2023022005A1 WO 2023022005 A1 WO2023022005 A1 WO 2023022005A1 JP 2022029935 W JP2022029935 W JP 2022029935W WO 2023022005 A1 WO2023022005 A1 WO 2023022005A1
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plane
layer
region
semiconductor
axis
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PCT/JP2022/029935
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English (en)
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Inventor
哲也 竹内
大 倉本
Original Assignee
学校法人 名城大学
スタンレー電気株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser

Definitions

  • the present invention relates to a vertical cavity light emitting device such as a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL).
  • VCSEL vertical cavity surface emitting laser
  • Patent Document 1 discloses a vertical cavity semiconductor laser having an n-electrode and a p-electrode connected to an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer, respectively.
  • an optical cavity is formed by opposing reflecting mirrors.
  • a voltage is applied to a semiconductor layer through an electrode, and light emitted from the semiconductor layer resonates in the optical resonator to generate laser light.
  • vertical cavity semiconductor laser devices have lower luminous efficiency than, for example, horizontal cavity semiconductor lasers having a cavity in the in-plane direction of a semiconductor layer including an active layer. mentioned.
  • the light emitted from a vertical cavity semiconductor laser device using a GaN-based substrate is often elliptically polarized or linearly polarized with different polarization directions.
  • it is difficult to stabilize the polarization direction during operation because the polarization direction changes depending on changes in drive current and operating temperature.
  • a vertical cavity light emitting device comprises a gallium nitride based semiconductor substrate, a first multilayer reflector made of a nitride semiconductor and formed on the substrate, and formed on the first multilayer reflector.
  • a first semiconductor layer made of a nitride semiconductor having a first conductivity type, an active layer made of a nitride semiconductor formed on the first semiconductor layer;
  • a semiconductor structure layer including a second semiconductor layer made of a nitride semiconductor having a second conductivity type opposite to the first conductivity type; and a semiconductor structure layer in electrical contact with the first semiconductor layer.
  • the upper surface of the semiconductor substrate is a plane offset from the c-plane to either the M-plane or the A-plane, and the region 1 is in the m-axis direction when the upper surface is offset to the M-plane It is characterized by having a shape having a longitudinal direction, and having a shape having a longitudinal direction in the a-axis direction when the upper surface is offset from the A plane.
  • FIG. 1 is a perspective view of a surface emitting laser of Example 1.
  • FIG. 1 is a top view of a surface emitting laser of Example 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a surface emitting laser of Example 1.
  • FIG. 10 is a bottom view of the surface emitting laser of Example 2;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a surface-emitting laser of Example 2;
  • FIG. 11 is a bottom view of the surface emitting laser of Example 3;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a surface-emitting laser of Example 3;
  • It is a top view of the surface emitting laser of a modification.
  • It is a top view of the surface emitting laser of a modification.
  • It is a top view of the surface emitting laser of a modification.
  • It is a top view of the surface emitting laser of a modification.
  • It is a top view of the surface emitting laser of a modification.
  • It is a
  • FIG. 1 is a perspective view of a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser, hereinafter also simply referred to as a surface emitting laser) 10 according to Example 1.
  • VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser
  • the substrate 11 is a gallium nitride semiconductor substrate, such as a GaN substrate.
  • the substrate 11 is, for example, a substrate having a rectangular top surface shape.
  • the substrate 11 is a coreless substrate manufactured so that dislocations are uniformly distributed over the entire surface and cores, which are aggregates of dislocation defects, are not formed.
  • the upper surface of the substrate 11 is a plane that is 0.5° off from the C plane in the M plane direction. Further, the upper surface of the substrate 11 is hardly turned off from the C plane to the A plane direction, and the off angle from the C plane to the A plane direction is 0 ⁇ 0.1°.
  • the first multilayer reflector 13 is a semiconductor multilayer reflector composed of semiconductor layers grown on the substrate 11 .
  • a low refractive index semiconductor film having a composition of AlInN and a high refractive index semiconductor film having a GaN composition and having a higher refractive index than the low refractive index semiconductor film are alternately laminated. It is formed by In other words, the first multilayer reflector 13 is a distributed Bragg reflector (DBR) made of a semiconductor material.
  • DBR distributed Bragg reflector
  • a buffer layer having a GaN composition is provided on the upper surface of the substrate 11, and the high refractive index semiconductor film and the low refractive index semiconductor film are alternately formed on the buffer layer. formed by letting
  • the semiconductor structure layer 15 is a laminated structure composed of a plurality of semiconductor layers formed on the first multilayer reflector 13 .
  • the semiconductor structure layer 15 includes an n-type semiconductor layer (first semiconductor layer) 17 formed on the first multilayer reflector 13 and a light-emitting layer (or active layer) formed on the n-type semiconductor layer 17. 19 and a p-type semiconductor layer (second semiconductor layer) 21 formed on the active layer 19 .
  • the n-type semiconductor layer 17 as the first conductivity type semiconductor layer is a semiconductor layer formed on the first multilayer film reflector 13 .
  • the n-type semiconductor layer 17 is a semiconductor layer having a GaN composition and being doped with Si as an n-type impurity.
  • the n-type semiconductor layer 17 has a prismatic lower portion 17A and a cylindrical upper portion 17B disposed thereon.
  • the n-type semiconductor layer 17 has a columnar upper portion 17B protruding from an upper surface 17S of a prismatic lower portion 17A.
  • the n-type semiconductor layer 17 has a mesa-shaped structure including the upper portion 17B.
  • the active layer 19 is formed on the upper portion 17B of the n-type semiconductor layer 17, and is a layer having a quantum well structure including well layers having an InGaN composition and barrier layers having a GaN composition. Light is generated in the active layer 19 in the surface emitting laser 10 .
  • the p-type semiconductor layer 21 as the second conductivity type semiconductor layer is a semiconductor layer having a GaN composition formed on the active layer 19 .
  • the p-type semiconductor layer 21 is doped with Mg as a p-type impurity.
  • the n-electrode 23 is a metal electrode provided on the upper surface 17S of the lower portion 17A of the n-type semiconductor layer 17 and electrically connected to the n-type semiconductor layer 17.
  • N-electrode 23 is formed in an annular shape so as to surround upper portion 17B of n-type semiconductor layer 17 .
  • the n-electrode 23 is in electrical contact with the n-type semiconductor layer 17 and forms a first electrode layer that supplies current to the semiconductor structure layer 15 from the outside.
  • the insulating layer 25 is a layer made of an insulator formed on the p-type semiconductor layer 21 .
  • the insulating layer 25 is made of a material, such as SiO 2 , having a lower refractive index than the material forming the p-type semiconductor layer 21 .
  • the insulating layer 25 is annularly formed on the p-type semiconductor layer 21 and has an opening (not shown) exposing the p-type semiconductor layer 21 in the central portion.
  • the transparent electrode 27 is a transparent metal oxide film formed on the upper surface of the insulating layer 25 .
  • the transparent electrode 27 covers the entire upper surface of the insulating layer 25 and the entire upper surface of the p-type semiconductor layer 21 exposed through the opening formed in the central portion of the insulating layer 25 .
  • the metal oxide film that forms the transparent electrode 27 for example, ITO or IZO, which is transparent to the light emitted from the active layer 19, can be used.
  • the p-electrode 29 is a metal electrode formed on the transparent electrode 27 .
  • the p-electrode 29 is electrically connected via the transparent electrode 27 to the upper surface of the p-type semiconductor layer 21 exposed from the opening of the insulating layer 25 .
  • the transparent electrode 27 and the p-electrode 29 form a second electrode layer that is in electrical contact with the p-type semiconductor layer 21 and supplies current to the semiconductor structure layer 15 from the outside.
  • the p-electrode 29 is annularly formed on the upper surface of the transparent electrode 27 along the outer edge of the upper surface.
  • the second multilayer reflector 31 is a cylindrical multilayer reflector formed in a region surrounded by the p-electrode 29 on the upper surface of the transparent electrode 27 .
  • the second multilayer film reflector 31 is composed of a low refractive index dielectric film made of Al 2 O 3 and a high refractive index dielectric film made of Ta 2 O 5 and having a higher refractive index than the low refractive index dielectric film. It is a dielectric multilayer reflector that is laminated alternately. In other words, the second multilayer reflector 31 is a distributed Bragg reflector (DBR) made of dielectric material.
  • DBR distributed Bragg reflector
  • FIG. 2 is a top view of the surface emitting laser 10.
  • the surface-emitting laser 10 includes semiconductor structure layers including the n-type semiconductor layer 17 formed on the substrate 11 having a rectangular top surface shape, the active layer 19 having an elliptical top surface shape, and the p-type semiconductor layer 21 . 15 (see FIG. 1).
  • An insulating layer 25 and a transparent electrode 27 are formed on the p-type semiconductor layer 21 .
  • a p-electrode 29 and a second multilayer film reflector 31 are formed on the transparent electrode 27 . 2, the direction along the axis AX1 is the m-axis direction of the substrate 11. As shown in FIG.
  • the insulating layer 25 has an elliptical opening 25H that exposes the p-type semiconductor layer 21 of the insulating layer 25 described above. As shown in FIG. 2, the opening 25H is formed in the central portion of the insulating layer 25 when viewed from above the surface emitting laser 10, and is covered by the second multilayer reflector 31 when viewed from above the surface emitting laser 10. It is In other words, the opening 25 ⁇ /b>H is formed in a region of the insulating layer 25 facing the lower surface of the second multilayer film reflector 31 .
  • the opening 25H has an elliptical shape with a long axis in the direction along the axis AX1. Therefore, the p-type semiconductor layer 21 is connected to the transparent electrode 27 via an electrical contact surface 21S in an elliptical region having a long axis in the m-axis direction exposed from the opening 25H on the upper surface of the p-type semiconductor layer 21. is electrically connected to In other words, the opening 25H and the electrical contact surface 21S defining the outline of the opening 25H have a shape having a longitudinal direction in the m-axis direction.
  • the electrical contact surface 21S is located within a straight line passing through the center of the electrical contact surface 21S on the upper surface of the p-type semiconductor layer 21.
  • the extending direction of the straight line having the longest passing portion coincides with the m-axis direction.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the surface emitting laser 10 taken along line 3-3 in FIG.
  • the surface emitting laser 10 has the substrate 11 which is a GaN substrate, and the first multilayer reflector 13 is formed on the substrate 11 .
  • the lower surface of the substrate 11 may be AR coated.
  • a semiconductor structure layer 15 is formed on the first multilayer film reflector 13 .
  • the semiconductor structure layer 15 is a laminate in which an n-type semiconductor layer 17, an active layer 19 and a p-type semiconductor layer 21 are formed in this order. At the center of the upper surface of the p-type semiconductor layer 21, a protruding portion 21P protruding upward is formed.
  • the insulating layer 25 is formed so as to cover the region other than the protruding portion 21P on the upper surface of the p-type semiconductor layer 21 .
  • the insulating layer 25 is made of a material having a lower refractive index than the p-type semiconductor layer 21 as described above.
  • the insulating layer 25 has an opening 25H that exposes the protrusion 21P.
  • opening 25H is oval.
  • the opening 25H and the protrusion 21P have the same shape, and the inner surface of the opening 25H and the outer surface of the protrusion 21P are in contact with each other.
  • the protruding portion 21P also has an elliptical top surface shape.
  • the transparent electrode 27 is formed so as to cover the upper surface of the insulating layer 25 and the protruding portion 21P exposed from the opening 25H of the insulating layer 25 . That is, the transparent electrode 27 is in electrical contact with the p-type semiconductor layer 21 in the region exposed through the opening 25H on the upper surface of the p-type semiconductor layer 21 . In other words, the region exposed through the opening 25H on the upper surface of the p-type semiconductor layer 21 serves as an electrical contact surface 21S that provides electrical contact between the p-type semiconductor layer 21 and the transparent electrode 27.
  • the p-electrode 29 is a metal electrode as described above, and is formed along the outer edge of the top surface of the transparent electrode 27 . That is, the p-electrode 29 is in electrical contact with the transparent electrode 27 . Therefore, the p-electrode 29 is in electrical contact or connection with the p-type semiconductor layer 21 through the transparent electrode 27 at the electrical contact surface 21S exposed through the opening 25H on the upper surface of the p-type semiconductor layer 21.
  • the second multilayer reflector 31 is located on the upper surface of the transparent electrode 27 and in the area above the opening 25H of the insulating layer 25, in other words, the area on the electrical contact surface 21S, that is, the central portion of the upper surface of the transparent electrode 27. formed.
  • the lower surface of the second multilayer reflector 31 faces the upper surface of the first multilayer reflector 13 with the transparent electrode 27 and the semiconductor structure layer 15 interposed therebetween. Due to the arrangement of the first multilayer reflecting mirror 13 and the second multilayer reflecting mirror 31, the first multilayer reflecting mirror 13 and the second multilayer reflecting mirror 31 reflect light emitted from the active layer 19. A resonating resonator is formed.
  • the first multilayer reflector 13 has a slightly lower reflectance than the second multilayer reflector 31 . Therefore, part of the light resonating between the first multilayer reflecting mirror 13 and the second multilayer reflecting mirror 31 is transmitted through the first multilayer reflecting mirror 13 and the substrate 11 and extracted to the outside.
  • the operation of the surface emitting laser 10 will be described.
  • the surface-emitting laser 10 when a voltage is applied between the n-electrode 23 and the p-electrode 29, current flows in the semiconductor structure layer 15 and light is emitted from the active layer 19, as indicated by the thick dashed line in the figure. released.
  • the light emitted from the active layer 19 is repeatedly reflected between the first multilayer reflector 13 and the second multilayer reflector 31 to reach a resonant state (that is, laser oscillation).
  • the opening 25H has a current confinement structure that limits the current supply range in the active layer 19.
  • FIG. In other words, in the surface-emitting laser 10, a current confinement structure is formed in which the current is confined so that the current flows only in the central region CA, which is a columnar region having the electrical contact surface 21S as the bottom surface, in the active layer 19. It is In other words, the central region CA, which includes the current-flowing region in the active layer 19, is defined by the electrical contact surface 21S.
  • the first multilayer reflector 13 has a slightly lower reflectance than the second multilayer reflector 31 . Therefore, part of the light resonating between the first multilayer reflecting mirror 13 and the second multilayer reflecting mirror 31 is transmitted through the first multilayer reflecting mirror 13 and the substrate 11 and extracted to the outside. be In this manner, the surface emitting laser 10 emits light from the bottom surface of the substrate 11 in a direction perpendicular to the in-plane directions of the bottom surface of the substrate 11 and each layer of the semiconductor structure layer 15 . In other words, the lower surface of the substrate 11 serves as the light emitting surface of the surface emitting laser 10 .
  • the electrical contact surface 21S of the p-type semiconductor layer 21 of the semiconductor structure layer 15 and the opening 25H of the insulating layer 25 define the light emission center, which is the center of the light emission region in the active layer 19, and the central axis of the resonator OC. (Light emission center axis) AX2 is defined.
  • a central axis AX2 of the resonator OC passes through the center of the electrical contact surface 21S of the p-type semiconductor layer 21 and extends along a direction perpendicular to the in-plane direction of the semiconductor structure layer 15.
  • the light emitting region of the active layer 19 is, for example, a region having a predetermined width from which light having a predetermined intensity or more is emitted in the active layer 19, and the center thereof is the light emitting center. Further, for example, the light emitting region of the active layer 19 is a region into which a current having a predetermined density or more is injected in the active layer 19, and the center thereof is the light emitting center.
  • a straight line perpendicular to the in-plane direction of the upper surface of the substrate 11 or each layer of the semiconductor structure layer 15 passing through the emission center is the central axis AX2.
  • the light emission central axis AX2 is a straight line extending along the cavity length direction of the cavity OC formed by the first multilayer reflector 13 and the second multilayer reflector 31 . Further, the central axis AX2 corresponds to the optical axis of the laser light emitted from the surface emitting laser 10. As shown in FIG.
  • the first multilayer reflector 13 consists of a 1 ⁇ m GaN underlayer formed on the upper surface of the substrate 11 and 42 pairs of n-GaN and AlInN layers.
  • the n-type semiconductor layer 17 is an n-GaN layer with a layer thickness of 1580 nm.
  • the active layer 19 is composed of a multi-quantum well structure active layer in which four pairs of GaInN layers of 4 nm and GaN layers of 5 nm are laminated.
  • An Mg-doped AlGaN electron barrier layer is formed on the active layer 19, and a p-type semiconductor layer 21 made of a 50 nm p-GaN layer is formed thereon.
  • the second multilayer reflector 31 is formed by stacking 10.5 pairs of Nb 2 O 5 and SiO 2 .
  • the resonance wavelength in this case was 440 nm.
  • the insulating layer 25 is a layer of 20 nm SiO 2 .
  • the protruding portion 21P on the upper surface of the p-type semiconductor layer 21 protrudes from the surroundings by 20 nm. That is, the p-type semiconductor layer 21 has a layer thickness of 50 nm at the projecting portion 21P and a layer thickness of 30 nm in other regions.
  • the upper surface of the insulating layer 25 is arranged at the same height as the upper surface of the projecting portion 21P of the p-type semiconductor layer 21 . Note that these configurations are merely examples.
  • the insulating layer 25 has a lower refractive index than the p-type semiconductor layer 21 .
  • the active layer 19 and the n-type semiconductor layer 17 have a layer thickness of If so, they are identical.
  • the equivalent refractive index (the first multilayer reflector 13 and the second multilayer reflector 31, corresponding to the resonance wavelength) is the optical distance along the m-axis due to the difference in refractive index between the p-type semiconductor layer 21 and the insulating layer 25.
  • the central region CA has an elliptical cylindrical shape with an elliptical electrical contact surface 21S having a long axis at the bottom, and the peripheral region PA has a cylindrical shape around it.
  • the equivalent refractive index of the peripheral area PA is lower than that of the central area, that is, the central area CA is smaller than the equivalent resonant wavelength in the surrounding area PA.
  • the light-emitting region from which light is emitted in the active layer 19 is the portion of the active layer 19 that overlaps with the central region CA, in other words, the region that overlaps with the electrical contact surface 21S when viewed from above.
  • the central area CA including the light emitting area of the active layer 19 and the peripheral area PA surrounding the central area CA and having a lower refractive index than the central area CA are formed.
  • the upper surface of the substrate 11 is a plane that is 0.5° off from the C-plane in the M-plane direction.
  • the optical gain of the light having the polarization direction in the m-axis direction is changed to the other direction.
  • the laser light having the polarization direction in the m-axis direction easily oscillates. Therefore, most of the light emitted from the central region CA of the surface emitting laser 10 has the polarization direction in the m-axis direction.
  • the top surface shape of the electrical contact surface 21S is an elliptical shape having a long axis along the m-axis. That is, the shape of the electrical contact surface 21S has a longitudinal direction along the m-axis.
  • the central region CA has an elliptical cylindrical shape with an elliptical base having a long axis along the m-axis.
  • the shape of the central region CA is an asymmetrical shape in which the diameter of the central region CA differs between the m-axis direction and the other axis directions. Also, the diameter of the central region CA is maximized in the m-axis direction.
  • the electrical contact surface 21S has an elliptical shape with a long axis in the m-axis direction, that is, the central region CA has an elliptical cylindrical shape with an elliptical bottom surface with a long axis in the m-axis direction as described above.
  • the reflectance in the central region CA of the light polarized along the m-axis increases, the optical gain of the light polarized along the m-axis increases, and the loss in the m-axis direction increases. was found by the inventors of the present invention to be lower.
  • the surface-emitting laser 10 a large amount of light having a polarization direction along the m-axis direction can be extracted from the lower surface of the substrate 11, which is the light emitting surface of the surface-emitting laser 10, and Emission of light having a polarization direction other than the parallel direction can be suppressed. Therefore, according to the surface emitting laser 10, it is possible to suppress variations in the polarization direction of the light extracted from the light emitting surface in the in-plane direction of the light emitting surface.
  • the device temperature was 20° C. to 80° C. when driven with a drive current of 3 mA to 13 mA. It was confirmed that emitted light in which the light having the polarization direction in the m-axis direction is dominant can be stably obtained under the condition.
  • the surface emitting laser of the present invention has high luminous efficiency and can stably obtain emitted light in a specific polarization direction. This is very effective when the light emitted from the surface emitting laser is used in a device having an optical system using a liquid crystal or a polarizer [Manufacturing method]
  • An example of a method for manufacturing the surface emitting laser 10 will be described below.
  • the substrate 11 an n-GaN substrate which is 0.5° off from the c-plane in the direction of the M-plane is prepared. layer thickness 1 ⁇ m). After that, 42 pairs of n-GaN/AlInN layers are formed on the underlying layer to form the first multilayer reflector 13 .
  • Si-doped n-GaN (layer thickness: 1580 nm) is formed on the first multilayer reflector 13 to form an n-type semiconductor layer 17, and GaInN (layer thickness: 4 nm) and GaN (layer thickness: 4 nm) are formed thereon.
  • the active layer 19 is formed by stacking four pairs of layers each having a layer thickness of 5 nm).
  • an electron barrier layer made of Mg-doped AlGaN is formed on the active layer 19 (not shown), and a p-GaN layer (layer thickness: 50 nm) is formed on the electron barrier layer to form a p-type semiconductor layer. 21 is formed.
  • the surrounding portions of the p-type semiconductor layer 21, the active layer 19 and the n-type semiconductor layer 17 are etched to form a mesa shape in which the upper surface 17S of the n-type semiconductor layer 17 is exposed in the surrounding portions.
  • the semiconductor structure layer 15 having an elliptical cylindrical portion composed of the n-type semiconductor layer 17, the active layer 19 and the p-type semiconductor layer 21 of FIG. 1 is completed.
  • the periphery of the central portion of the upper surface of the p-type semiconductor layer 21 is etched to form a protruding portion 21P.
  • an insulating layer 25 is formed by forming a film of SiO 2 on the semiconductor structure layer 15 and partially removing it to form an opening 25H. In other words, SiO 2 is buried in the etched away portion of the upper surface of the p-type semiconductor layer 21 .
  • an ITO film having a thickness of 20 nm is formed on the insulating layer 25 to form a transparent electrode 27, and an Au film is formed on the transparent electrode 27 and on the upper surface 17S of the n-type semiconductor layer 17 to form a p-electrode 29 and an n-electrode 23, respectively.
  • a 40 nm Nb 2 O 5 film is formed on the transparent electrode 27 as a spacer layer (not shown), and a 10.5 nm thick layer of Nb 2 O 5 /SiO 2 is formed on the spacer layer.
  • a pair of films are formed to form the second multilayer film reflector 31 .
  • the surface emitting laser 10 is completed by polishing the back surface of the substrate 11 and forming an AR coat made of Nb 2 O 5 /SiO 2 on the polished surface.
  • a surface-emitting laser 40 that is a second embodiment of the present invention will be described below.
  • the surface-emitting laser 40 differs from the surface-emitting laser 10 in that slit grooves 41 are formed on the lower surface of the substrate 11 , that is, the light emitting surface of the surface-emitting laser 40 .
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of the surface emitting laser 40 taken along line 5--5, which is the same cutting line as shown in FIG. 2 of the first embodiment.
  • a plurality of slit grooves 41 are formed in a region facing the opening 25H and the electrical contact surface 21S on the lower surface of the substrate 11, that is, in a region where emitted light is emitted. is formed.
  • the slit grooves 41 are grooves extending parallel to the axis AX1 on the lower surface of the substrate 11 and arranged in a direction perpendicular to the axis AX1, that is, slit-shaped recesses. That is, the slit groove 41 is a groove extending along the m-axis direction on the bottom surface of the substrate 11 .
  • the diffraction grating formed by the slit grooves 41 extends in the central region CA of the reflection structure formed by the first multilayer film reflecting mirror 13 and the substrate 11 in the extending direction of each of the slit grooves 41 forming the diffraction grating, that is, It provides high reflectance for light whose polarization direction is the m-axis direction. That is, since the slit groove 41 is formed, the reflectance of the light whose polarization direction is the m-axis direction is higher than that of the light having other polarization directions, and the light whose polarization direction is the m-axis direction is higher. tends to oscillate preferentially.
  • the surface emitting laser 40 by forming a diffraction grating structure composed of slit grooves 41 on the lower surface of the substrate 11, further polarization control of emitted light is performed, and light having one polarization direction is dominant. It becomes possible to stably obtain emitted light.
  • the slit grooves 41 are formed by subjecting the lower surface of the substrate 11 to etching such as dry etching after polishing the lower surface of the substrate 11 in the final step of manufacturing the surface emitting laser 10 of the first embodiment described above. It is possible to form with
  • the slit groove 41 is formed only in the region facing the opening 25H, but the slit groove 41 may extend outward beyond the region facing the opening 25H. .
  • a surface-emitting laser 50 that is a third embodiment of the present invention will be described below.
  • the surface emitting laser 50 has a convex portion formed on the lower surface of the substrate 11, that is, the light emitting surface of the surface emitting laser 50, and the slit groove 41 described in the second embodiment is formed on the surface of the convex lens structure. , different from the surface emitting laser 40 .
  • FIG. 7 shows a cross-sectional view of the surface-emitting laser 50 taken along line 7-7, which is the same cutting line as shown in FIG. 2 of the first embodiment.
  • a downwardly convex lens-like projection is provided in a region including a region facing the opening 25H and the electrical contact surface 21S on the lower surface of the substrate 11. A portion 51 is formed.
  • the convex portion 51 has a convex lens shape with the central axis AX2 described in the first embodiment as the apex.
  • a plurality of slit grooves 41 are formed on the surface of the convex portion 51 .
  • the reflection structure formed by the first multilayer reflector 13 and the substrate 11 by the convex portion 51 increases the amount of light reflected to the central area CA. can be done.
  • the surface emitting laser 50 it is possible to further increase the light oscillation efficiency in the central region CA that produces the main part of the emitted light.
  • the protrusions 51 are formed by depositing a resist in the same shape as the protrusions 51 on the back surface of the substrate 11 and dry-etching the entire back surface of the substrate 11, thereby transferring the shape of the resist to the back surface of the substrate 11. It is possible to form
  • the convex portion 51 has a convex lens shape. Any other shape may be used as long as it is a shape that can be used.
  • the protrusion 51 may have a parabolic shape that protrudes downward.
  • the slit groove 41 is formed only in the region facing the opening 25H, but the slit groove 41 may extend outward beyond the region facing the opening 25H. .
  • the electrical contact surface 21S defined by the opening 25H is elliptical.
  • the central region CA may be a columnar portion such as a prism having a bottom surface with a shape other than an ellipse as long as the shape has a longitudinal direction along the axis AX1.
  • the electrical contact surface 21S may be rectangular or rectangular with its longitudinal direction along the axis AX1. That is, the central area CA may be a columnar area having a rectangular bottom surface whose longitudinal direction is the direction along the axis AX1.
  • the electrical contact surface 21S may be an elliptical surface having the same outline as a land track whose longitudinal direction is along the direction of the axis AX1. That is, the central area CA may be an area that overlaps with an oval pillar whose bottom surface has the same outer shape as the track on land and whose longitudinal direction is along the axis AX1.
  • the electrical contact surface 21S may be a diamond-shaped surface whose longitudinal direction is along the direction of the axis AX1.
  • the electrical contact surface 21S may have an elliptical ring shape, a rectangular frame shape, a ring shape such as a land track shape, or a frame shape.
  • the polarization control in the surface-emitting laser of the present invention is such that the electrical contact surface 21S has a 2-fold symmetrical shape with the axis AX1 as its longitudinal direction, such as an ellipse, a rectangle, or an ellipse having the same outline as the land track shape. I explained the case where .
  • the polarization control in the surface-emitting laser of the present invention can be realized even if the electrical contact surface 21S has a figure of 2n-fold symmetry (n>1) such as 4-fold symmetry or 6-fold symmetry.
  • the electrical contact surface 21S may be an eight-fold symmetric figure.
  • the longest axis that overlaps with the figure and in the case shown in FIG. If the X1 and the axis AX1 coincide, the same polarization control effect as that of the surface emitting lasers of the first to third embodiments can be obtained.
  • the shape of the electrical contact surface 21S shown in FIG. 10 is a shape in which a notch portion NO extending radially from the outer edge of the circle toward the center is formed in the circle. That is, the electrical contact surface 21S shown in FIG. 10 has a partitioned area that is partitioned to some extent in the circumferential direction by the notches, in other words, it is sandwiched between the notches NO.
  • the position of the standing wave is fixed in direction. Thereby, it becomes easy to control the light emission pattern of the surface emitting laser in the circumferential direction of the light emission center axis AX2.
  • the shape of the electrical contact surface 21S is a shape as shown in FIG. 10
  • a near-field image of the light emitted from the light emitting surface on the lower surface of the substrate 11, that is, the emitted light corresponds to the above-described divided regions.
  • An emission pattern with intensity peaks at the positions is identified.
  • a unimodal beam pattern having an intensity peak at one point on the emission central axis AX2 is confirmed.
  • FIG. 11 shows a top view of the surface-emitting laser 10 in which the shape of the electrical contact surface 21S is obtained by hollowing out the center of the shape of the electrical contact surface 21S shown in FIG.
  • the central circular hollowed-out portion is a non-conducting region where there is no electrical contact between the electrode and the p-type semiconductor layer 21 . That is, the electrical contact surface 21S shown in FIG. 11 has a shape in which a notch portion NO extending radially from the outer edge of the ring toward the center is formed in the ring.
  • FIG. 12 shows a surface-emitting laser 10 in which the electrical contact surface 21S has a shape in which a notch portion NO extending radially outward from the inner edge of the ring is formed in the ring.
  • Fig. 3 shows a top view; A central area of the ring including the cut portion NO is a non-conducting area where there is no electrical contact between the electrode and the p-type semiconductor layer 21 .
  • the electrical contact surface 21S shown in FIG. 12 is partitioned to some extent in the circumferential direction by the notches NO, in other words, it has partitioned areas sandwiched between the notches NO.
  • the insulating layer 25 is used to form the electrical contact surface 21S on the upper surface of the p-type semiconductor layer 21 and the surrounding insulating region to cause current confinement and to form a region with a low refractive index.
  • another method may be used to cause current confinement and to produce a region with a low refractive index.
  • the insulating region, the low refractive index region, and the electrical contact surface 21S may be formed by etching the upper surface of the p-type semiconductor layer 21 provided with the insulating layer 25 in the above embodiment. Further, by ion implantation on the upper surface of the p-type semiconductor layer 21 on which the insulating layer 25 is provided, an insulating region, a region with a low refractive index, and an electrical contact surface 21S are formed. An effect similar to that of forming the layer 25 may be produced. When ion implantation is performed, for example, B ions, Al ions, or oxygen ions are implanted into the p-type semiconductor layer 21 .
  • the semiconductor structure layer 15 is formed by stacking a p-GaN layer, an active layer similar to that of the above embodiment, and an n-GaN layer in this order on the n-type semiconductor layer 17. You can do it.
  • a tunnel junction layer composed of an n + -GaN layer and p + -GaN is formed in a region of the p-GaN layer in contact with the n-type semiconductor layer 17, which overlaps with the central region CA of the above embodiment when viewed from above. It is also possible to
  • the upper surface of the substrate 11 is 0.5° off from the C plane in the direction of the M plane, that is, when the off angle from the C plane to the direction of the M plane is 0.5°.
  • the off angle is not limited to this angle. If the off angle is, for example, about 0.3° to 0.8°, the above-described polarization control effect can be sufficiently obtained. Further, when the off-angle of the upper surface of the substrate 11 is 0.8° or less, the semiconductor multilayer film constituting the first multilayer reflector 13 can be formed so as to stably have a sufficient reflectance. .
  • a coreless type substrate is used as the substrate 11, but a striped core type substrate may be used.
  • the direction of the stripes of the core of the substrate 11 and the tilt direction of the crystal plane of the upper surface of the substrate 11 are made parallel or perpendicular. That is, in the above-described embodiments, the m-axis direction of the substrate 11 and the direction of the stripes of the cores of the substrate 11 are either parallel or perpendicular.
  • the upper surface of the substrate 11 is turned off in the direction of the M plane from the C plane. It does not have to be almost off in the direction.
  • the off angle from the C plane to the A plane direction is about 0.3° to 0.8° for the same reason as the explanation about the range of the off angle of the C plane. and the off angle from the C plane to the M plane is preferably 0 ⁇ 0.1°.
  • the description of the shape of the electrical contact surface 21S in the above embodiment should be understood by rereading AX1 as corresponding to the a axis.
  • the upper surface of the substrate 11 When the upper surface of the substrate 11 is turned off from the C plane to the A plane direction, a large amount of light having a polarization direction along the a-axis direction can be extracted, and light having a polarization direction other than the direction along the a-axis can be extracted. emission can be suppressed. Therefore, according to the surface emitting laser 10, it is possible to suppress variations in the polarization direction of the light extracted from the light emitting surface in the in-plane direction of the light emitting surface.
  • first multilayer reflector 15 semiconductor structure layer 17 n-type semiconductor layer 19 active layer 21 p-type semiconductor layer 23 n-electrode 25 insulating layer 27 transparent electrode 29 p-electrode 31 second multilayer reflector

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Abstract

高い発光効率を有する垂直共振器型発光素子を提供する。本発明の面発光レーザは、窒化ガリウム系半導体基板と、前記基板上に形成された第１の多層膜反射鏡と、前記第１の多層膜反射鏡上に形成された活性層を含む半導体構造層と、前記半導体構造層の前記第１の半導体層に電気的に接触している第１の電極層と、前記半導体構造層の上面に形成され前記上面の１の領域において前記半導体構造層の前記第２の半導体層に電気的に接触している第２の電極層と、前記第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡と、を有し、前記半導体基板の上面は、ｃ面からＭ面またはＡ面のいずれかの結晶面にオフセットした面であり、前記１の領域は前記上面が前記Ｍ面にオフセットしている場合にはｍ軸方向に長手方向を有する形状を有し、前記上面がＡ面にオフセットしている場合にはａ軸方向に長手方向を有する形状を有する。

Description

垂直共振器型発光素子
　本発明は、垂直共振器型面発光レーザ（VCSEL:vertical cavity surface emitting laser）などの垂直共振器型発光素子に関する。
　従来から、半導体レーザの１つとして、電圧の印加によって光を放出する半導体層と、当該半導体層を挟んで互いに対向する多層膜反射鏡と、を有する垂直共振器型の半導体面発光レーザ（以下、単に面発光レーザとも称する）が知られている。例えば、特許文献１には、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層にそれぞれ接続されたｎ電極及びｐ電極を有する垂直共振器型の半導体レーザが開示されている。
特開2017-98328号公報
　例えば、面発光レーザなどの垂直共振器型発光素子には、対向する反射鏡によって光共振器が形成されている。例えば、面発光レーザ内においては、電極を介して半導体層に電圧が印加されることで、当該半導体層から放出された光が当該光共振器内で共振し、レーザ光が生成される。
　しかし、垂直共振器型の半導体レーザ素子には、例えば、活性層を含む半導体層の面内方向に共振器を有する水平共振器型の半導体レーザに比べ発光効率が低いということが課題の一例として挙げられる。
　また、ＧａＮ系の基板を用いた垂直共振器型の半導体レーザ素子にから出射される光は、楕円偏光であったり、偏光方向がまちまちな直線偏光であることが多かった。また、駆動電流や動作温度の変化に依って偏光方向が変わってしまう等、動作中に偏光方向を安定させることが困難であった。
　本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、高い発光効率を有し、安定して特定の偏光方向の光を出射することが可能な垂直共振器型発光素子を提供することを目的としている。
　本発明による垂直共振器型発光素子は、窒化ガリウム系半導体基板と、前記基板上に形成された窒化物半導体よりなる第１の多層膜反射鏡と、前記第１の多層膜反射鏡上に形成された第１の導電型を有する窒化物半導体よりなる第１の半導体層、前記第１の半導体層上に形成された窒化物半導体よりなる活性層、及び前記活性層上に形成されかつ前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する窒化物半導体よりなる第２の半導体層を含む半導体構造層と、前記半導体構造層の前記第１の半導体層に電気的に接触している第１の電極層と、前記半導体構造層の上面に形成され前記上面の１の領域において前記半導体構造層の前記第２の半導体層に電気的に接触している第２の電極層と、前記電極層上に前記１の領域を覆うように形成され、前記第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡と、を有し、前記窒化ガリウム系半導体基板の上面は、ｃ面からＭ面またはＡ面のいずれかの結晶面にオフセットした面であり、前記１の領域は前記上面が前記Ｍ面にオフセットしている場合にはｍ軸方向に長手方向を有する形状を有しており、前記上面がＡ面にオフセットしている場合にはａ軸方向に長手方向を有する形状を有していることを特徴とする。
実施例１の面発光レーザの斜視図である 実施例１の面発光レーザの上面図である。 実施例１の面発光レーザの断面図である。 実施例２の面発光レーザの底面図である。 実施例２の面発光レーザの断面図である。 実施例３の面発光レーザの底面図である。 実施例３の面発光レーザの断面図である。 変形例の面発光レーザの上面図である。 変形例の面発光レーザの上面図である。 変形例の面発光レーザの上面図である。 変形例の面発光レーザの上面図である。 変形例の面発光レーザの上面図である。
　以下、本発明の実施例について詳細に説明する。以下の説明においては、半導体面発光レーザ素子を例に説明するが、本発明は、面発光レーザのみならず、垂直共振器型発光ダイオードなど、種々の垂直共振器型発光素子に適用することができる。
　図１は、実施例１に係る垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser、以下、単に面発光レーザとも称する）１０の斜視図である。
　基板１１は、窒化ガリウム系半導体基板、例えばＧａＮ基板である。基板１１は、例えば、上面形状が矩形の基板である。基板１１は、転位を全体に均一に分布させ、転位欠陥の集合体であるコアが形成されないように製造されたコアレス型の基板である。
　基板１１の上面は、Ｃ面からＭ面方向に０．５°オフした面である。また、基板１１の上面は、Ｃ面からＡ面方向にはほとんどオフしておらず、Ｃ面からＡ面方向へのオフ角は０±０．１°である。
　第１の多層膜反射鏡１３は、基板１１の上に成長させられた半導体層からなる半導体多層膜反射鏡である。第１の多層膜反射鏡１３は、ＡｌＩｎＮの組成を有する低屈折率半導体膜と、ＧａＮ組成を有し低屈折率半導体膜よりも屈折率が高い高屈折率半導体膜とが交互に積層されることで形成されている。言い換えれば、第１の多層膜反射鏡１３は、半導体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）である。
　第１の多層膜反射鏡１３は、例えば、基板１１の上面に、ＧａＮ組成を有するバッファ層を設け、当該バッファ層上に上記高屈折率半導体膜と低屈折率半導体膜とを交互に成膜させることで形成される。
　半導体構造層１５は、第１の多層膜反射鏡１３上に形成された複数の半導体層からなる積層構造体である。半導体構造層１５は、第１の多層膜反射鏡１３上に形成されたｎ型半導体層（第１の半導体層）１７と、ｎ型半導体層１７上に形成された発光層（または活性層）１９と、活性層１９上に形成されたｐ型半導体層（第２の半導体層）２１と、を有する。
　第１の導電型の半導体層としてのｎ型半導体層１７は、第１の多層膜反射鏡１３上に形成された半導体層である。ｎ型半導体層１７は、ＧａＮ組成を有し、ｎ型不純物としてＳｉがドーピングされている半導体層である。ｎ型半導体層１７は、角柱状の下部１７Ａとその上に配された円柱状の上部１７Ｂとを有する。具体的には、例えば、ｎ型半導体層１７は、角柱状の下部１７Ａの上面１７Ｓから突出した円柱状の上部１７Ｂを有している。言い換えれば、ｎ型半導体層１７は、上部１７Ｂを含むメサ形状の構造を有する。
　活性層１９は、ｎ型半導体層１７の上部１７Ｂ上に形成されており、ＩｎＧａＮ組成を有する井戸層及びＧａＮ組成を有する障壁層を含む量子井戸構造を有する層である。面発光レーザ１０においては、活性層１９において光が発生する。
　第２の導電型の半導体層としてのｐ型半導体層２１は、活性層１９上に形成されたＧａＮ組成を有する半導体層である。ｐ型半導体層２１には、ｐ型の不純物としてＭｇがドーピングされている。
　ｎ電極２３は、ｎ型半導体層１７の下部１７Ａの上面１７Ｓに設けられ、ｎ型半導体層１７と電気的に接続されている金属電極である。ｎ電極２３は、ｎ型半導体層１７の上部１７Ｂを囲繞するように環状に形成されている。ｎ電極２３は、ｎ型半導体層１７と電気的に接触し、半導体構造層１５に外部からの電流を供給する第１の電極層を形成している。
　絶縁層２５は、ｐ型半導体層２１上に形成されている絶縁体からなる層である。絶縁層２５は、例えばＳｉＯ２等のｐ型半導体層２１を形成する材料よりも低い屈折率を有する物質によって形成されている。絶縁層２５は、ｐ型半導体層２１上において環状に形成されており、中央部分にｐ型半導体層２１を露出する開口部（図示せず）を有している。
　透明電極２７は、絶縁層２５の上面に形成された透光性を有する金属酸化膜である。透明電極２７は、絶縁層２５の上面全体及び絶縁層２５の中央部分に形成された開口から露出するｐ型半導体層２１の上面の全体を覆っている。透明電極２７を形成する金属酸化膜としては、例えば、活性層１９からの出射光に対して透光性を有するＩＴＯやＩＺＯを用いることができる。
　ｐ電極２９は、透明電極２７上に形成された金属電極である。ｐ電極２９は、絶縁層２５の上記開口部から露出したｐ型半導体層２１の上面と、透明電極２７を介して電気的に接続されている。透明電極２７とｐ電極２９とで、ｐ型半導体層２１に電気的に接触しかつ半導体構造層１５に外部からの電流を供給する第２の電極層が形成されている。本実施例において、ｐ電極２９は、透明電極２７の上面に当該上面の外縁に沿って環状に形成されている。
　第２の多層膜反射鏡３１は、透明電極２７の上面のｐ電極２９に囲まれた領域に形成された円柱上の多層膜反射鏡である。第２の多層膜反射鏡３１は、Ａｌ２Ｏ３からなる低屈折率誘電体膜と、Ｔａ２Ｏ５からなり低屈折率誘電体膜よりも屈折率が高い高屈折率誘電体膜とが交互に積層された誘電体多層膜反射鏡である。言い換えれば、第２の多層膜反射鏡３１は、誘電体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）である。
　図２は、面発光レーザ１０の上面図である。上述したように、面発光レーザ１０は、矩形の上面形状を有する基板１１上に形成されたｎ型半導体層１７、上面形状が楕円形の活性層１９及びｐ型半導体層２１を含む半導体構造層１５を有している（図１参照）。ｐ型半導体層２１上には、絶縁層２５及び透明電極２７が形成されている。透明電極２７上には、ｐ電極２９及び第２の多層膜反射鏡３１が形成されている。なお、図２において、軸ＡＸ１に沿った方向が基板１１のｍ軸方向である。
　絶縁層２５は、上述した絶縁層２５のｐ型半導体層２１を露出する楕円形の開口部である開口部２５Ｈを有している。図２に示すように、開口部２５Ｈは、面発光レーザ１０の上方からみて絶縁層２５の中央部に形成されており、面発光レーザ１０の上方からみて第２の多層膜反射鏡３１に覆われている。言い換えれば、開口部２５Ｈは、絶縁層２５の第２の多層膜反射鏡３１の下面と対向する領域に形成されている。
　開口部２５Ｈは、軸ＡＸ１に沿った方向に長軸を有する楕円形状を有している。従って、ｐ型半導体層２１は、ｐ型半導体層２１の上面の開口部２５Ｈから露出しているｍ軸方向に長軸を有する楕円状の領域にある電気的接触面２１Ｓを介して透明電極２７と電気的に接続されている。言い換えれば、開口部２５Ｈ及び開口部２５Ｈその輪郭が画定される電気的接触面２１Ｓは、ｍ軸方向に長手方向を有する形状を有している。
　さらに言えば、上面視において、すなわち基板１１の上面と垂直な法線方向から見て、ｐ型半導体層２１の上面の電気的接触面２１Ｓの中心を通る直線の内、電気的接触面２１Ｓを通っている部分が一番長い直線の延伸方向とｍ軸方向が一致している。
　図３は、面発光レーザ１０の図２の３－３線に沿った断面図である。上述のように、面発光レーザ１０は、ＧａＮ基板である基板１１を有し、基板１１上に第１の多層膜反射鏡１３が形成されている。なお、基板１１の下面には、ＡＲコートが施されていてもよい。
　第１の多層膜反射鏡１３上には、半導体構造層１５が形成されている。半導体構造層１５は、ｎ型半導体層１７、活性層１９及びｐ型半導体層２１がこの順に形成されてなる積層体である。ｐ型半導体層２１の上面の中央部には、上方に突出している突出部２１Ｐが形成されている。
　絶縁層２５は、ｐ型半導体層２１の上面の突出部２１Ｐ以外の領域を覆うように形成されている。絶縁層２５は、上述のようにｐ型半導体層２１よりも低い屈折率を有している材料からなっている。絶縁層２５は、突出部２１Ｐを露出せしめる開口部２５Ｈを有している。例えば、図２に示すように開口部２５Ｈは楕円形である。例えば、開口部２５Ｈと突出部２１Ｐとは同様の形状を有しており、開口部２５Ｈの内側面と突出部２１Ｐの外側面は接している。言い換えれば、突出部２１Ｐも楕円形の上面形状を有している。
　透明電極２７は、絶縁層２５及び絶縁層２５の開口部２５Ｈから露出している突出部２１Ｐの上面を覆うように形成されている。すなわち、透明電極２７は、ｐ型半導体層２１の上面の開口部２５Ｈによって露出している領域において、ｐ型半導体層２１と電気的に接触している。言い換えれば、ｐ型半導体層２１の上面の開口部２５Ｈを介して露出している領域が、ｐ型半導体層２１と透明電極２７との電気的接触をもたらす電気的接触面２１Ｓとなっている。
　ｐ電極２９は、上述したように金属電極であり、透明電極２７の上面の外縁に沿って形成されている。すなわち、ｐ電極２９は、透明電極２７と電気的に接触している。従って、ｐ電極２９は、ｐ型半導体層２１の上面の開口部２５Ｈによって露出している電気的接触面２１Ｓにおいて、透明電極２７を介してｐ型半導体層２１と電気的に接触または接続している。
　第２の多層膜反射鏡３１は、透明電極２７の上面であって、絶縁層２５の開口部２５Ｈ上の領域、言い換えれば電気的接触面２１Ｓ上の領域すなわち透明電極２７の上面の中央部分に形成されている。第２の多層膜反射鏡３１の下面は、透明電極２７及び半導体構造層１５を挟んで第１の多層膜反射鏡１３の上面と対向している。この第１の多層膜反射鏡１３及び第２の多層膜反射鏡３１の配置により、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１とで、活性層１９から出射した光を共振させる共振器が形成される。
　面発光レーザ１０において、第１の多層膜反射鏡１３は、第２の多層膜反射鏡３１よりもわずかに低い反射率を有する。従って、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間で共振した光は、その一部が第１の多層膜反射鏡１３及び基板１１を透過し、外部に取り出される。
　ここで、面発光レーザ１０の動作について説明する。面発光レーザ１０において、ｎ電極２３及びｐ電極２９との間に電圧が印加されると、図中太線一点鎖線に示す様に、半導体構造層１５内に電流が流れ、活性層１９から光が放出される。活性層１９から放出された光は、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間において反射を繰り返し、共振状態に至る（すなわちレーザ発振する）。
　面発光レーザ１０においては、ｐ型半導体層２１には、開口部２５Ｈによって露出している部分、すなわち電気的接触面２１Ｓのみから電流が注入される。また、ｐ型半導体層２１は非常に薄いため、ｐ型半導体層２１内では面内方向、すなわち半導体構造層１５の面内に沿った方向には電流は拡散しない。
　従って、面発光レーザ１０においては、活性層１９のうち、開口部２５Ｈによって画定される電気的接触面２１Ｓの直下の領域にのみ電流が供給されて、当該領域からのみ光が放出される。すなわち、面発光レーザ１０において、開口部２５Ｈが活性層１９における電流の供給範囲を制限する電流狭窄構造となっている。言い換えれば、面発光レーザ１０においては、活性層１９のうち、電気的接触面２１Ｓを底面とする柱状の領域である中央領域ＣＡのみに電流が流れるように電流が狭窄される電流狭窄構造が形成されている。言い換えれば、活性層１９内の電流が流れる領域を含む中央領域ＣＡは、電気的接触面２１Ｓによって画定される。
　上述のように、本実施例においては、第１の多層膜反射鏡１３は、第２の多層膜反射鏡３１よりもわずかに低い反射率を有する。従って、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間で共振した光は、その一部が第１の多層膜反射鏡１３及び基板１１を透過し、外部に取り出される。このようにして、面発光レーザ１０は、基板１１の下面から、基板１１の下面及び半導体構造層１５の各層の面内方向に対して垂直な方向に光を出射する。言い換えれば、基板１１の下面が、面発光レーザ１０の光出射面となっている。
　なお、半導体構造層１５のｐ型半導体層２１の電気的接触面２１Ｓ及び絶縁層２５の開口部２５Ｈは、活性層１９における発光領域の中心である発光中心を画定し、共振器ＯＣの中心軸（発光中心軸）ＡＸ２を画定する。共振器ＯＣの中心軸ＡＸ２は、ｐ型半導体層２１の電気的接触面２１Ｓの中心を通り、半導体構造層１５の面内方向に対して垂直な方向に沿って延びる。
　なお、活性層１９の発光領域とは、例えば、活性層１９内における所定の強度以上の光が放出される所定の幅を有する領域であり、その中心が発光中心である。また、例えば、活性層１９の発光領域とは、活性層１９内において所定の密度以上の電流が注入される領域であり、その中心が発光中心である。また、当該発光中心を通る基板１１の上面または半導体構造層１５の各層の面内方向に対して垂直な直線が中心軸ＡＸ２である。発光中心軸ＡＸ２は、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１とによって構成される共振器ＯＣの共振器長方向に沿って延びる直線である。また、中心軸ＡＸ２は、面発光レーザ１０から出射されるレーザ光の光軸に対応する。
　ここで、面発光レーザ１０における第１の多層膜反射鏡１３、半導体構造層１５及び第２の多層膜反射鏡３１各層の例示的な構成について説明する。本実施例においては、第１の多層膜反射鏡１３は、基板１１の上面に形成された１μｍのＧａＮ下地層、及び４２ペアのｎ－ＧａＮ層及びＡｌＩｎＮ層からなる。
　ｎ型半導体層１７は、１５８０ｎｍの層厚のｎ－ＧａＮ層である。活性層１９は、４ｎｍのＧａＩｎＮ層及び５ｎｍのＧａＮ層が４ペア積層された多重量子井戸構造の活性層からなる。活性層１９上には、ＭｇドープされたＡｌＧａＮの電子障壁層が形成され、その上に５０ｎｍのｐ－ＧａＮ層からなるｐ型半導体層２１が形成されている。第２の多層膜反射鏡３１は、Ｎｂ２Ｏ５及びＳｉＯ２を１０．５ペア積層したものである。この場合の共振波長は、４４０ｎｍであった。
　絶縁層２５は、２０ｎｍのＳｉＯ２からなる層である。言い換えれば、ｐ型半導体層２１の上面の突出部２１Ｐは、周囲から２０ｎｍ突出している。すなわち、ｐ型半導体層２１は、突出部２１Ｐにおいて５０ｎｍの層厚を有し、それ以外の領域において３０ｎｍの層厚を有する。また、絶縁層２５の上面は、ｐ型半導体層２１の突出部２１Ｐの上面と同一の高さ位置に配置されるように構成されている。なお、これらの構成は一例に過ぎない。
　以下、面発光レーザ１０内部の光学的な特性について説明する。上述のように、面発光レーザ１０において、絶縁層２５は、ｐ型半導体層２１よりも低い屈折率を有する。また、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間において、活性層１９及びｎ型半導体層１７の層厚は、面内のいずれの箇所においても同じ層内であれば同一である。
　従って、面発光レーザ１０の第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間で形成される共振器ＯＣ内における等価的な屈折率（第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間の光学的距離であり、共振波長に対応する）は、ｐ型半導体層２１と絶縁層２５との屈折率の差によって、ｍ軸に沿った方向に長軸を有する楕円形状の電気的接触面２１Ｓを底面とする楕円柱状の中央領域ＣＡとその周りの筒状の周辺領域ＰＡとで異なる。
　具体的には、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡３１との間において、周辺領域ＰＡの等価屈折率は中央領域の等価屈折率よりも低い、すなわち、中央領域ＣＡにおける等価的な共振波長は、周辺領域ＰＡ等価的な共振波長よりも小さい。なお、上述のように、活性層１９において光が放出されるのは、開口部２５Ｈ及び電気的接触面２１Ｓの直下の領域である。すなわち、活性層１９において光が放出される発光領域は、活性層１９のうち中央領域ＣＡと重なる部分、言い換えれば上面視において電気的接触面２１Ｓと重なる領域である。
　このように、面発光レーザ１０においては、活性層１９の発光領域を含む中央領域ＣＡと、中央領域ＣＡを囲繞しかつ中央領域ＣＡよりも屈折率が低い周辺領域ＰＡとが形成されている。これによって、中央領域ＣＡ内の定在波が周辺領域ＰＡに発散（放射）することによる光損失が抑制される。すなわち、中央領域ＣＡに多くの光が留まり、またその状態でレーザ光が外部に取り出される。従って、多くの光が共振器ＯＣの発光中心軸ＡＸ２の周辺の中央領域ＣＡに集中し、高出力かつ高密度なレーザ光を生成及び出射することができる。
　上述のように、本実施例の面発光レーザ１０では、基板１１の上面がＣ面からＭ面方向に０．５°オフした面となっている。本実施例の面発光レーザ１０のように、基板１１のＭ面にオフセットした成長面に半導体層を成長させた場合、ｍ軸方向に偏光方向を有する光の光学利得が他の方向に偏光方向を有する光よりも大きくなるため、ｍ軸方向に偏光方向を有するレーザ光が発振しやすい。そのため、面発光レーザ１０の中央領域ＣＡから出射される光は、ｍ軸方向に偏光方向を有する光が多くなる。
　また、本実施例の面発光レーザ１０では、電気的接触面２１Ｓの上面形状がｍ軸に沿った長軸を有する楕円形状となっている。すなわち、電気的接触面２１Ｓの形状がｍ軸に沿った方向に長手方向を有している。それにより、中央領域ＣＡが、ｍ軸に沿った方向に長軸を有する楕円を底面とする楕円柱状になっている。言い換えれば、本実施例の面発光レーザ１０においては、中央領域ＣＡの形状がｍ軸方向と他の軸の方向で中央領域ＣＡの径が異なる非対称な形状になっている。また、ｍ軸方向において中央領域ＣＡの径が最大になっている。
　面発光レーザ１０において、電気的接触面２１Ｓをｍ軸方向に長軸を有する楕円形状とすると、すなわち中央領域ＣＡを上記したようなｍ軸方向に長軸を有する楕円形の底面を有する楕円柱状とすると、ｍ軸方向に沿った偏光方向を有する光の中央領域ＣＡ内での反射率が高まり、ｍ軸方向に沿った偏光方向を有する光の光利得が高くなり、かつm軸方向損失が低くなることが、本願発明の発明者によって見出された。
　従って、面発光レーザ１０によれば、面発光レーザ１０の光出射面となっている基板１１の下面から、ｍ軸方向に沿った偏光方向を有する光を多く取り出すことができ、かつｍ軸に沿った方向以外の偏光方向を有する光の出射を抑制することができる。よって、面発光レーザ１０によれば、光出射面から取り出される光の、光出射面の面内方向における偏光方向バラツキを抑制することが可能となる。
　なお、実施例１の面発光レーザ１０を実際に駆動して出射光の偏光方向を確認したところ、３ｍＡ～１３ｍＡの駆動電流で駆動した場合に、装置温度が２０℃～８０℃の温度という条件下で安定してｍ軸方向に偏光方向を有する光が支配的な出射光が得られることが確認された。
　また、電気的接触面２１Ｓの長軸が上面視においてｍ軸方向に対して±５°程度傾いていても、上記したｍ軸方向に沿った偏光方向を有する光の利得向上効果が充分に得られることが確認されている。
　上述のように、本発明の面発光レーザによれば、高い発光効率を有し、安定して特定の偏光方向の出射光を得ることが可能となる。これは、面発光レーザの出射光を、液晶や偏光子を用いた光学系を有する装置に用いる場合に非常に有効である
［製造方法］
　以下に、面発光レーザ１０の製造方法の一例について説明する。まず、基板１１として、ｃ面からＭ面方向に０．５°オフしたｎ－ＧａＮ基板を用意し、当該基板上に、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により、下地層としてｎ－ＧａＮ（層厚１μｍ）層を形成する。その後、当該下地層上にｎ－ＧａＮ／ＡｌＩｎＮの層を４２ペア成膜し、第１の多層膜反射鏡１３を形成する。
　次に、第１の多層膜反射鏡１３上に、Ｓｉドープｎ－ＧａＮ（層厚１５８０ｎｍ）を形成してｎ型半導体層１７を形成し、その上に、ＧａＩｎＮ（層厚４ｎｍ）及びＧａＮ（層厚５ｎｍ）からなる層を４ペア積層することで、活性層１９を形成する。
　次に、活性層１９上に、ＭｇドープＡｌＧａＮからなる電子障壁層を形成し（図示せず）、当該電子障壁層上にｐ－ＧａＮ層（層厚５０ｎｍ）を成膜してｐ型半導体層２１を形成する。
　次に、ｐ型半導体層２１、活性層１９及びｎ型半導体層１７の周囲の部分をエッチングして、当該周囲の部分においてｎ型半導体層１７の上面１７Ｓが露出するようなメサ形状を形成する。言い換えれば、この工程で、図１のｎ型半導体層１７、活性層１９及びｐ型半導体層２１からなる楕円柱上の部分を有する半導体構造層１５が完成する。
　次に、ｐ型半導体層２１の上面の中央部の周囲をエッチングして、突出部２１Ｐを形成する。その後、半導体構造層１５上に、ＳｉＯ２を成膜して、その一部を除去して開口部２５Ｈを形成することで絶縁層２５を形成する。言い換えれば、ｐ型半導体層２１の上面のエッチング除去された部分に、ＳｉＯ２を埋め込む。
　次に、絶縁層２５上にＩＴＯを２０ｎｍ成膜して透明電極２７を形成し、透明電極２７上及びｎ型半導体層１７の上面１７ＳにそれぞれＡｕを成膜してｐ電極２９及びｎ電極２３を形成する。
　次に、透明電極２７上にＮｂ２Ｏ５を４０ｎｍ、スペーサー層（図示せず）として成膜し、当該スペーサー層上に、１ペアがＮｂ2Ｏ5／ＳｉＯ2からなる層を１０．５ペア成膜して、第２の多層膜反射鏡３１を形成する。
　次に、基板１１の裏面を研磨し、当該研磨面に、Ｎｂ2Ｏ5／ＳｉＯ2からなるＡＲコートを形成することで、面発光レーザ１０が完成する。
　以下、本発明の実施例２である面発光レーザ４０について説明する。面発光レーザ４０は、基板１１の下面、すなわち面発光レーザ４０の光出射面にスリット溝４１が形成されている点において、面発光レーザ１０とは異なる。
　図４に実施例２の面発光レーザ４０の底面図を示す。また、図５に、面発光レーザ４０を、上記実施例１の図２に示したのと同様の切断線である５－５線で切断した断面図を示す。図４及び図５に示すように、面発光レーザ４０においては、基板１１の下面の開口部２５Ｈ及び電気的接触面２１Ｓと対向する領域、すなわち出射光が出射する領域に、複数のスリット溝４１が形成されている。
　スリット溝４１は、各々が基板１１の下面において軸ＡＸ１と平行に伸張しており、かつ軸ＡＸ１と垂直な方向に配列されている溝、すなわちスリット状の凹部である。すなわちスリット溝４１は、基板１１の下面において、ｍ軸方向に沿って伸張している溝である。
　このスリット溝４１によって形成される回折格子は、第１の多層膜反射鏡１３及び基板１１によって形成される反射構造の中央領域ＣＡにおいて、回折格子を形成するスリット溝４１の各々の伸長方向、すなわちｍ軸方向が偏光方向となっている光に対する高い反射率をもたらす。すなわち、スリット溝４１が形成されていることで、他の偏光方向を有する光よりもｍ軸方向が偏光方向になっている光の反射率が高まり、ｍ軸方向が偏光方向になっている光が優先的に発振しやすくなる。
　従って、面発光レーザ４０によれば、基板１１の下面にスリット溝４１からなる回折格子構造を形成することで、出射光の更なる偏光制御を行い、１の偏光方向を有する光が支配的な出射光を安定して得ることが可能となる。
　なお、スリット溝４１は、上記説明した実施例１の面発光レーザ１０の製法の最後の工程において、基板１１の下面を研磨した後に、例えば基板１１の下面にドライエッチング等のエッチング処理をすることで形成することが可能である。
　また、図４において、スリット溝４１は、開口部２５Ｈと対向する領域にのみ形成されているが、スリット溝４１は、開口部２５Ｈと対向する領域のみならずさらに外側に延伸していてもよい。
　以下、本発明の実施例３である面発光レーザ５０について説明する。面発光レーザ５０は、基板１１の下面、すなわち面発光レーザ５０の光出射面に凸部を形成し、当該凸型レンズ構造の表面に実施例２において説明したスリット溝４１が形成されている点において、面発光レーザ４０とは異なる。
　図６に実施例３の面発光レーザ５０の底面図を示す。また、図７に、面発光レーザ５０を、上記実施例１の図２に示したのと同様の切断線である７－７線で切断した断面図を示す。図６及び図７に示すように、面発光レーザ５０においては、基板１１の下面の開口部２５Ｈ及び電気的接触面２１Ｓと対向する領域を含む領域に、下向きに凸の凸型レンズ状の凸部５１が形成されている。
　凸部５１は、実施例１において説明した中心軸ＡＸ２を頂点とする凸レンズ形状を有している。複数のスリット溝４１は、当該凸部５１の表面に形成されている。
　実施例３の面発光レーザ５０によれば、凸部５１により、第１の多層膜反射鏡１３及び基板１１によって形成される反射構造によって、中央領域ＣＡに反射される光の量を増加させることができる。これにより、面発光レーザ５０によれば、出射光の主たる部分を生み出す中央領域ＣＡにおいて光の発振効率をさらに高めることが可能となる。
　なお、例えば、凸部５１は、基板１１の裏面に凸部５１の同様の形状にレジストを堆積させ、基板１１の裏面全体をドライエッチングすることで、レジストの形状を基板１１の裏面に転写することで形成することが可能である。
　上記説明においては、凸部５１は凸レンズ状であるとしたが、凸部５１の形状は、第１の多層膜反射鏡１３と基板１１からなる反射構造によって反射される光が中央領域ＣＡに集められる形状であれば他の形状でも構わない。例えば、凸部５１は、下方に凸のパラボラ形状であってもよい。
　また、図６において、スリット溝４１は、開口部２５Ｈと対向する領域にのみ形成されているが、スリット溝４１は、開口部２５Ｈと対向する領域のみならずさらに外側に延伸していてもよい。
　上記実施例１乃至３において、開口部２５Ｈによって画定される電気的接触面２１Ｓは楕円形状であるとしたが、電気的接触面２１Ｓは、軸ＡＸ１に沿った方向を長手方向とする形状であれば他の形状であってもよい。言い換えれば、中央領域ＣＡは、軸ＡＸ１に沿った方向を長手方向とする形状であれば楕円以外の他の形状の底面を有する角柱等の柱状部分であってもよい。
　例えば、図８に示すように、電気的接触面２１Ｓは、軸ＡＸ１に沿った方向を長手方向とする長方形または矩形状であってもよい。すなわち、中央領域ＣＡは、軸ＡＸ１に沿った方向を長手方向とする長方形を底面にする柱状領域であってもよい。
　また、例えば、図９に示すように、電気的接触面２１Ｓは、軸ＡＸ１方向に沿った方向を長手方向とする陸上トラックと同一の輪郭を有する長円状の面であってもよい。すなわち、中央領域ＣＡは、底面が軸ＡＸ１に沿った方向を長手方向とする陸上トラック形状と同一の外形を有する長円状である柱体と重なる領域であってもよい。
　また、例えば、電気的接触面２１Ｓは、電気的接触面２１Ｓは、軸ＡＸ１方向に沿った方向を長手方向とする菱形状の面であってもよい。
　電気的接触面２１Ｓは、楕円環状、四角枠状、陸上トラック形状等の環形状、枠形状であってもよい。
　上記した例において、本発明の面発光レーザにおける偏光制御は、電気的接触面２１Ｓが楕円、長方形、陸上トラック形状と同一の輪郭を有する長円といった軸ＡＸ１を長手方向とする２回対称の形状である場合を説明した。しかし、本発明の面発光レーザにおける上記偏光制御は、電気的接触面２１Ｓが、４回対称、６回対称等、２ｎ回対称（ｎ＞１）の図形であっても実現可能である。
　例えば、図１０に示す実施例１の面発光レーザ１０の変形例の上面図のように、電気的接触面２１Ｓを８回対称の図形としてもよい。このような場合、当該電気的接触面２１Ｓを形作る図形の線対称軸Ｘ１、Ｘ２（図中太い二点鎖線）の内、当該図形と重なる長さが最も長い軸と、図１０で示す場合はＸ１と軸ＡＸ１とが一致していれば、上記した実施例１乃至３の面発光レーザと同様の偏光制御効果を得ることができる。
　なお、図１０に示す電気的接触面２１Ｓの形状は、円に当該円の外縁から中心に向かって径方向に伸張する切れ込み部分ＮＯが形成されてなる形状となっている。すなわち、図１０に示す電気的接触面２１Ｓは、この切れ込み部分によって円周方向にある程度区切られている、言い換えれば切れ込み部分ＮＯに挟まれている区分領域を有している。
　図１０に示すような電気的接触面２１Ｓを有する面発光レーザを駆動した際に、共振器ＯＣ内の上記区分領域に対応する領域の各々に定在波が閉じ込められ、発光中心軸ＡＸ２の周方向において定在波の位置が固定される。それにより、面発光レーザの発光パターンをその発光中心軸ＡＸ２の周方向において制御することが容易となる。例えば、電気的接触面２１Ｓの形状が図１０に示すような形状である場合、基板１１の下面の光出射面から出射する光、いわゆる出射光の近視野像においては、上記区分領域に対応する位置に強度ピークを有する発光パターンが確認される。出射光の遠視野像においては、発光中心軸ＡＸ２上の一点に強度ピークを有する単峰性のビームパターンが確認される。
　図１１は、電気的接触面２１Ｓの形状が、図１０で示した電気的接触面２１Ｓの形状の中央を円状にくり抜いた形状を有する面発光レーザ１０の上面図を示している。中央の円状にくり抜かれた形状部分は、電極とｐ型半導体層２１との電気的な接触がない非導通の領域となっている。すなわち、図１１に示され散る電気的接触面２１Ｓは、円環に当該円環の外縁から中心に向かって径方向に伸張する切れ込み部分ＮＯが形成されてなる形状となっている。
　この場合も、電気的接触面２１Ｓの線対称軸Ｘ１を軸ＡＸ１と一致させることで、図１０に示した面発光レーザと同様の偏光制御及び発光パターン制御を実現することが可能である。
　図１２は、電気的接触面２１Ｓの形状が、円環に当該円環の内縁から外方に向かって径方向に伸張する切れ込み部分ＮＯが形成されてなる形状となっている面発光レーザ１０の上面図を示している。切れ込み部分ＮＯを含む円環の中央の領域は、電極とｐ型半導体層２１の電気的な接触がない非導通の領域となっている。すなわち、図１２に示す電気的接触面２１Ｓは、この切れ込み部分ＮＯによって円周方向にある程度区切られている、言い換えれば切れ込み部分ＮＯに挟まれている区分領域を有している。
　この場合も、電気的接触面２１Ｓの線対称軸Ｘ１を軸ＡＸ１と一致させることで、図１０に示した面発光レーザと同様の偏光制御及び発光パターン制御を実現することが可能である。
　上述の実施例においては、ｐ型半導体層２１の上面に電気的接触面２１Ｓ及びその周囲の絶縁領域を形成して電流狭窄を生じさせかつ屈折率が低い領域を形成するために、絶縁層２５を設けることとしたが、絶縁層２５を設ける代わりに他の方法で電流狭窄を生じさせかつ屈折率の低い領域を生じさせてもよい。
　例えば、上記実施例で絶縁層２５が設けられているｐ型半導体層２１の上面をエッチングすることによって、絶縁領域及び屈折率の低い領域並びに電気的接触面２１Ｓを形成してもよい。また、絶縁層２５が設けられているｐ型半導体層２１の上面に、イオン注入をすることによって、絶縁領域及び屈折率の低い領域並びに電気的接触面２１Ｓを形成して、上記実施例における絶縁層２５を形成したのと同様の効果を生じさせることとしてもよい。イオン注入をする場合、例えば、ｐ型半導体層２１に、Ｂイオン、Ａｌイオン、又は酸素イオンを注入する。
　また、上述のような面発光レーザ素子において、ｎ型半導体層１７上にｐ－ＧａＮ層、上記実施例と同様の活性層、ｎ－ＧａＮ層をこの順に積層させて半導体構造層１５を形成することとしてもよい。この場合、ｐ－ＧａＮ層のｎ型半導体層１７に接する領域の、上面視において上記実施例の中央領域ＣＡと重なる部分に、ｎ＋－ＧａＮ層及びｐ＋－ＧａＮからなるトンネル接合層を形成することとしてもよい。
　この構成を有する半導体構造層において、ｐ－ＧａＮ層からｎ型半導体層１７には、トンネル接合層の部分のみから電流が流入する。そのため、上記した絶縁層２５を形成した場合と同様な電流狭窄効果を生じさせることが可能となる。言い換えれば、上面視において、上記した電気的接触面２１Ｓと同じ領域にトンネル接合を形成するトンネル接合層を形成することで、上記した電気的接触面２１Ｓを形成したのと同様の電流狭窄効果、偏光制御効果を得ることが可能となる。
　上述の実施例においては、基板１１の上面は、Ｃ面からＭ面方向に０．５°オフした面である場合、すなわちＣ面からＭ面方向へのオフ角が０．５°である場合を説明したが、オフ角はこの角度に限られない。オフ角が、例えば、０．３°から０．８°程度であれば充分に上記した偏光制御効果を得ることができる。また、基板１１の上面のオフ角が０．８°以下であれば、第１の多層膜反射鏡１３を構成する半導体多層膜が、安定して十分な反射率をもつように形成可能である。
　また、上述の実施例においては、基板１１としてコアレス型の基板を用いることとしたが、ストライプコア型の基板用いることとしてもよい。その場合、基板１１の上面視において、基板１１のコアのストライプの方向と基板１１の上面の結晶面の傾斜方向とを平行かもしくは垂直とする。すなわち、上述の実施例においては、基板１１のｍ軸方向と基板１１のコアのストライプの方向を平行かまたは垂直とする。
　また、上記実施例においては、基板１１の上面は、Ｃ面からＭ面方向にオフしている場合を説明したが、基板１１の上面がＣ面からＡ面方向にオフしており、Ｃ面方向にはほとんどオフしていなくともよい。
　この場合、上記偏光制御効果を得るために、上記Ｃ面のオフ角の範囲についての説明と同様の理由で、Ｃ面からＡ面方向へのオフ角は０．３°～０．８°程度が好ましく、Ｃ面からＭ面へのオフ角は０±０．１°であるのが好ましい。なお、基板１１の上面がＣ面からＡ面にオフしている場合、上記実施例における電気的接触面２１Ｓの形状に付いて説明において、ＡＸ１がａ軸に対応するとして読み替えて理解されたい。
　基板１１の上面がＣ面からＡ面方向にオフしている場合、ａ軸方向に沿った偏光方向を有する光を多く取り出すことができ、かつａ軸に沿った方向以外の偏光方向を有する光の出射を抑制することができる。よって、面発光レーザ１０によれば、光出射面から取り出される光の、光出射面の面内方向における偏光方向バラツキを抑制することが可能となる。
　上述した実施例における種々の数値、寸法、材料等は、例示に過ぎず、用途及び製造される面発光レーザに応じて、適宜選択することができる。
１０、４０、５０　面発光レーザ
１１　基板
１３　第１の多層膜反射鏡
１５　半導体構造層
１７　ｎ型半導体層
１９　活性層
２１　ｐ型半導体層
２３　ｎ電極
２５　絶縁層
２７　透明電極
２９　ｐ電極
３１　第２の多層膜反射鏡

Claims (9)

  1. 　窒化ガリウム系半導体基板と、
    　前記基板上に形成された窒化物半導体よりなる第１の多層膜反射鏡と、
    　前記第１の多層膜反射鏡上に形成された第１の導電型を有する窒化物半導体よりなる第１の半導体層、前記第１の半導体層上に形成された窒化物半導体よりなる活性層、及び前記活性層上に形成されかつ前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する窒化物半導体よりなる第２の半導体層を含む半導体構造層と、
    　前記半導体構造層の前記第１の半導体層に電気的に接触している第１の電極層と、
    　前記半導体構造層の上面に形成され前記上面の１の領域において前記半導体構造層の前記第２の半導体層に電気的に接触している第２の電極層と、
    　前記電極層上に前記１の領域を覆うように形成され、前記第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡と、を有し、
    　前記窒化ガリウム系半導体基板の前記上面は、Ｃ面からＭ面またはＡ面のいずれかの結晶面にオフセットした面であり、
    　前記１の領域は前記上面がＭ面にオフセットしている場合にはｍ軸方向に長手方向を有する形状を有しており、前記上面がＡ面にオフセットしている場合にはａ軸方向に長手方向を有する形状を有していることを特徴とする垂直共振器型発光素子。
  2. 　前記窒化ガリウム系半導体基板の下面の前記窒化ガリウム系半導体基板の法線方向から見て前記１の領域と重なる領域に互いに平行な複数のスリット状の凹部が形成されており、前記スリット状の凹部の各々は、前記１の面が前記Ｍ面にオフセットしている場合にはｍ軸方向に長手方向を有し、前記１の面がＡ面にオフセットしている場合にはａ軸方向に長手方向を有することを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。
  3. 　前記窒化ガリウム系半導体基板の下面の前記窒化ガリウム系半導体基板の法線方向から見て前記１の領域と重なる領域が下向きに凸な凸レンズ形状を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の垂直共振器型発光素子。
  4. 　前記窒化ガリウム系半導体基板の前記上面は、前記上面がＭ面にオフセットしている場合にはｃ面からＭ面に０．８°以下の角度だけオフセットした面であり、前記上面がＡ面にオフセットしている場合にはｃ面からＡ面に０．８°以下の角度だけオフセットした面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の垂直共振器型発光素子。
  5. 　前記窒化ガリウム系半導体基板は、ストライプコア型の基板であり、前記窒化ガリウム系半導体基板のコアが伸張する方向は、前記上面がＭ面にオフセットしている場合にはｍ軸に沿った方向であり、前記上面がＡ面にオフセットしている場合にはａ軸に沿った方向であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の垂直共振器型発光素子。
  6. 　前記１の領域は、長円状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の垂直共振器型発光素子。
  7. 　前記１の領域は、矩形状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の垂直共振器型発光素子。
  8. 　窒化ガリウム系半導体基板と、
    　前記基板上に形成された窒化物半導体よりなる第１の多層膜反射鏡と、
    　前記第１の多層膜反射鏡上に形成された第１の導電型を有する窒化物半導体よりなる第１の半導体層、前記第１の半導体層上に形成された窒化物半導体よりなる活性層、及び前記活性層上に形成されかつ前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する窒化物半導体よりなる第２の半導体層を含む半導体構造層と、
    　前記半導体構造層の前記第１の半導体層に電気的に接触している第１の電極層と、
    　前記半導体構造層の上面に形成され前記上面の１の領域において前記半導体構造層の前記第２の半導体層に電気的に接触している第２の電極層と、
    　前記電極層上に前記１の領域を覆うように形成され、前記第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡と、を有し、
    　前記窒化ガリウム系半導体基板の前記上面は、Ｃ面からＭ面またはＡ面のいずれかの結晶面にオフセットした面であり、
    　前記１の領域は２ｎ回対称（ｎ＞１）であって第１の線対称軸および第２の線対称軸を有する形状となるように設けられ、
    　前記第１の線対称軸および前記第２の線対称軸の前記１の領域と重なる長さが最も長い軸の方向は、前記１の面が前記Ｍ面にオフセットしている場合にはｍ軸方向であり、前記１の面がＡ面にオフセットしている場合にはａ軸方向であることを特徴とする垂直共振器型発光素子。
  9. 　前記１の領域は前記第２の電極層が前記第２の半導体層に電気的に接触していない領域を囲う形状に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の垂直共振器型発光素子。
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