JP2009259857A - 面発光レーザ素子および面発光レーザ素子アレイ - Google Patents

Abstract

【課題】所望の方向に偏波したレーザ光を射出できること。
【解決手段】本発明にかかる面発光レーザ素子１００は、活性層４を含む複数の半導体層が積層される積層体と、活性層４上に形成されたＰ電極８とを有し、活性層４と垂直方向にレーザ光を射出する面発光レーザ素子であって、Ｐ電極８の少なくとも一部は、このＰ電極８の他の部分と異なる厚さを有するように形成されることによって、活性層４に部分的に歪を生じさせることとなり、この結果、所望の方向に偏波したレーザ光を射出することができる。
【選択図】 図３

Description

この発明は、活性層を含む複数の半導体層が積層される積層体と前記活性層上に形成された電極層とを有し、前記活性層と垂直方向にレーザ光を射出する面発光レーザ素子および面発光レーザ素子アレイに関する。

垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser：以下、面発光レーザ素子と称す。）は、基板上に積層された活性層を含む複数の半導体層の積層面に対して垂直方向に光を共振させてレーザ光を射出する。このような面発光レーザ素子は、従来の端面発光型レーザ素子と異なり、共振器としてのミラーを設けるために劈開を必要としないため、同一基板上に多数の素子を１次元または２次元的に容易に配列可能である。また、活性層体積が非常に小さく、極低閾値電流でレーザ発振が可能であるとともに低消費電力で発振可能であるなど、多くの利点を有している。このため、面発光レーザ素子は、光インターコネクションをはじめとする種々の光通信用光源、あるいはその他の様々なアプリケーション用デバイスとして注目されている。

一般に、面発光レーザ素子は、基板上に積層された活性層を含む複数の半導体層がエッチング等によって柱状形成されたメサポストを有し、このメサポスト上に設けられたアパーチャからレーザ光を射出する。通常、メサポストは、光の共振方向に立設する円柱状あるいは切頭円錐状（円錐台状）に形成され、アパーチャは円形とされる（例えば、特許文献１参照）。このため、面発光レーザ素子では、射出するレーザ光の偏光方向が所定方向に定まらず、動作電流を変化させた場合に容易に偏波スイッチングが生じてしまうという問題があった。これは、例えば光通信システムにおいて、過剰な雑音を発生させ、動作を不安定にさせるばかりか、通信速度の高速化を困難にさせる原因となる。

そこで、近年では、傾斜基板を用いる方法や活性層に歪を持たせる方法などを用いて、所定方向に偏波したレーザ光を射出させるようにした面発光レーザ素子が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。たとえば、活性層に歪を持たせる方法は、アパーチャが設けられたメサポストの左右および上下の直交する２方向にそれぞれ異なる温度で絶縁膜（ＳｉＮ_ｘ膜、ＳｉＯ₂ 膜等）を成膜し、その２方向の熱膨張差に応じて生じる応力差により、活性層に対して２方向に異なるストレスを与え、活性層に歪を持たせるようにしている。

特開２００４−３１９６４３号公報 特開平６−２２４５１５号公報

しかしながら、傾斜基板を用いる方法を用いた場合には、傾斜基板上に半導体プロセスを行なわなければならず高度な技術を必要とするため、生産性の向上および歩留まりの向上を達成できないという問題があった。また、メサポストの直交する２方向にそれぞれ異なる温度で絶縁膜を成膜する方法を用いた場合には、半導体ウェハプロセスにおいて多大な手間と時間を要するばかりか、結晶成長における製造条件の自由度が狭いという問題や素子の生産性が損なわれるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易なプロセスで製作可能であるとともに所望の方向に偏波したレーザ光を射出することができる面発光レーザ素子および面発光レーザ素子アレイを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる面発光レーザ素子は、活性層を含む複数の半導体層が積層される積層体と前記活性層上に形成された電極層と該電極層上に形成された反射鏡とを有し、前記活性層と垂直方向にレーザ光を射出する面発光レーザ素子において、前記電極層の少なくとも一部は、該電極層の他の部分と異なる厚さを有することを特徴とする。

また、この発明にかかる面発光レーザ素子は、前記電極層は、前記活性層上に形成される活性層上電極層と、パッド領域と前記活性層上電極層とを接続する接続層と、を備え、
前記接続層と前記活性層上電極層との接合領域は、前記接続層が前記活性層上電極層上面に接触するように形成されることで、前記電極層の接合領域以外の領域の膜厚よりも膜厚が厚くなることを特徴とする。

また、この発明にかかる面発光レーザ素子は、少なくとも前記電極層における厚膜領域上に設けられるとともに、前記活性層に対して該活性層を含む積層体の積層面と水平な方向に応力を加える応力付加膜をさらに備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる面発光レーザ素子は、前記応力付加膜は、前記活性層が発した光を反射させる誘電体反射鏡であることを特徴とする。

また、この発明にかかる面発光レーザ素子アレイは、請求項１〜４のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子を同一基板上に複数備えたことを特徴とする。

本発明によれば、簡易なプロセスで製作可能であるとともに所望の方向に偏波したレーザ光を射出することができる面発光レーザ素子および面発光レーザ素子アレイを提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明にかかる面発光レーザ素子および面発光レーザ素子アレイの好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。

（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１にかかる面発光レーザ素子および面発光レーザ素子アレイについて説明する。図１〜図３は、本実施の形態１にかかる面発光レーザ素子１００の要部構成を示す図である。図１は平面図であり、図２および図３は、それぞれ図１中に示したII−II断面におけるメサポスト１０より内側の部分を示す断面図およびIII−III断面を示す断面図である。

これらの図に示すように、面発光レーザ素子１００は、半絶縁性またはｎ型半導体の基板１上に積層された下部ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）ミラー２、Ｎクラッド層３、活性層４、電流狭窄層５、Ｐクラッド層６、上部ＤＢＲミラー７、Ｐ電極８およびＮ電極９を備える。このうち、Ｎクラッド層３上に積層された活性層４、電流狭窄層５およびＰクラッド層６は、エッチング処理等によって柱状形成されたメサポスト１０として構成されている。

下部ＤＢＲミラー２は、例えばＡｌＡｓ／ＧａＡｓからなる複合層が複数積層された半導体多層膜ミラーとして形成され、この複合層を構成する各層の厚さは、λ／４ｎ（λ：発振波長、ｎ：屈折率）とされている。一方、上部ＤＢＲミラー７は、例えば誘電体膜としてのＳｉＯ₂ およびＳｉＮ_x 等が複数積層され、全体として所定透過率の光透過性を有した誘電体多層膜ミラーとして形成されている。

電流狭窄層５は、開口部５ａと選択酸化層５ｂとから構成されている。電流狭窄層５は、例えばＡｌＡｓからなるＡｌ含有層によって形成され、選択酸化層５ｂは、このＡｌ含有層が外周部から積層面に沿って所定範囲だけ酸化され、輪帯状に形成されている。選択酸化層５ｂは、絶縁性を有し、Ｐ電極８から注入される電流を狭窄して開口部５ａ内に集中させ、開口部５ａ内の電流密度を高めている。

活性層４は、例えば３層のＧａＩｎＮＡｓからなる井戸層とＧａＡｓからなるバリア層の量子井戸構造を有し、Ｐ電極８から注入されて電流狭窄層５によって狭窄された電流に応じて自然放出光を発生する。発生した自然放出光は、下部ＤＢＲミラー２と上部ＤＢＲミラー７との間の活性層４を含む各層に対して垂直方向に共振されて増幅された後、上部ＤＢＲミラー７の上面部に設けられた射出窓（透過窓）としてのアパーチャ７ａからレーザ光として射出される。ここで、アパーチャ７ａは、上部ＤＢＲミラー７の上面部における開口部５ａ直上の円形領域である。

Ｐ電極８は、活性層４上に位置するＰクラッド層６上に積層され、アパーチャ７ａを取り囲むように、リング状に形成される。Ｐ電極８と、外部回路（電流供給回路）に電気的に接続可能であるＰパッド領域１３とは、Ｐ接続電極１１（図１参照）によって接続されている。なお、Ｐ接続電極１１とＮクラッド層３とは、絶縁層１５で絶縁されている。

Ｎ電極９は、メサポスト１０を積層面に沿って取り囲むように、Ｃ字状にしてＮクラッド層３上に積層されている。Ｎ電極９と、外部回路（電流供給回路）に電気的に接続可能であるＮパッド領域１４とは、Ｎ接続電極１２（図１参照）によって接続されている。

つづいて、活性層４上に位置するＰクラッド層６上に形成されたＰ電極８について詳細に説明する。Ｐ電極８は、図２および図３に示すように、活性層４上に形成される。この活性層４上に形成されたＰ電極８は、領域によって膜厚が異なっており、Ｐ電極８の少なくとも一部は、このＰ電極８の他の部分と異なる厚さを有している。

具体的には、Ｐ電極８は、図２および図３に示すように、たとえば図１に示す領域８ａの膜厚Ｔ１２が、他の領域の膜厚Ｔ１１と比較して厚くなるように形成されている。これによって、Ｐ電極８における領域８ａでは、他の領域よりも、Ｐ電極８の膜厚が厚くなった分、活性層４に対して該活性層４を含む積層体の積層方向に加える応力が大きくなる。すなわち、活性層４のうちＰ電極８の領域８ａ直下の領域には、活性層４の他の領域よりも大きな応力が加えられる。したがって、Ｐ電極８の膜厚が領域によって異なり非対称となるため、これにともない、活性層４に対して、異方的な応力が与えられる。

このように、活性層４に対して加えられる応力であって、活性層４を含む積層体の積層方向に加えられる応力が、領域によって異なることに起因して、活性層４に部分的に歪が発生する。図４は面発光レーザ素子の面内のひずみの大きさを示すものである。図４下部に示すように色の濃い部分が歪の大きい部分となっている。また図４において、Ｘは図１におけるII−II方向、Ｙは図１におけるIII−III方向を示す。図４は、活性層４の図中下方領域に対応してＰ電極８の膜厚が厚く形成されていた場合には、この活性層４の図中下方領域で、他の領域と比較して大きな歪が発生することを示している。

そして、活性層４内に加えられる応力に領域で差があることに起因して活性層４に歪が生じることによって、メサポスト１０内の電場分布に異方性が生じ、射出されるレーザ光の偏光面が特定の方向に揃う。すなわち、面発光レーザ素子１００では、活性層４を介して共振されるレーザ光が活性層４に生じた歪方向に対応した所定の方向に偏波された直線偏光として射出される。

ここで、活性層４内に加えられる応力は、Ｐ電極８の部分的な厚膜化に起因するものであり、活性層４に対して該活性層４を含む積層体の積層方向に活性層４上部から加えられるものである。このため、活性層４内に加えられる応力は、活性層４を圧縮する方向となる。このように、活性層４内に加えられる応力は圧縮応力であるため、面発光レーザ素子１００が射出するレーザ光は、この応力方向と垂直な方向に偏波される。

そして、面発光レーザ素子１００においては、活性層４内に加えられる応力を調整して、活性層４に生じる歪を制御することによって、レーザ光の偏波方向を制御することができる。すなわち、領域８ａに例示するＰ電極８の厚膜化領域の大きさ、領域８ａに例示する厚膜化領域の膜厚、Ｐ電極８全体の大きさ、および、活性層４とＰ電極８との距離を調整することによって、レーザ光の偏波方向を所望の方向に制御することができる。その際、Ｐ接続電極１１およびＮ接続電極１３の引出し方向も、領域８ａに例示する厚膜化領域の大きさ、領域８ａの膜厚、Ｐ電極８全体の大きさ、および、活性層４とＰ電極８との距離に合わせて適宜設定することができる。

つぎに、この面発光レーザ素子１００の製造方法について説明する。まず、図５−１に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）または分子線エピタキシ（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）等を用いて、基板１上に順次、下部ＤＢＲミラー２、Ｎクラッド層３、量子井戸層を有する活性層４、電流狭窄層５を構成するＡｌ含有層、Ｐクラッド層６を構成するｐ−ＧａＡｓ層を積層する。

そして、図１および図５−１に示すように、ＴｉおよびＰｔの２層構造の環状形状のＰ電極８を、電子ビーム蒸着法などを用いて形成する。この場合、Ｐ電極８の一部、たとえば図１に示す領域８ａに、さらにＴｉおよびＡｕを成膜して、Ｐ電極の領域８ａの部分の膜厚Ｔ１２を、他の領域の膜厚Ｔ１１よりも厚くする。領域８ａに例示する厚膜化領域の大きさおよび膜厚は、Ｐ電極８全体の大きさ、および、活性層４とＰ電極８との距離を勘案して、レーザ光の偏波面を一方向に制御できるように設定する。

次いで、図５−２に示すように、エッチング処理などを行なうことによって、Ｎクラッド層３上の活性層４からＰ電極８までの各層を円柱状のメサポスト１０を形成する。なお、ここで、選択酸化層５ｂ形成のため、Ａｌ含有層５ｃの積層後に、外周部から積層面に沿って所定範囲だけ酸化される酸化処理が行なわれる。その後、Ｎ電極９および上部ＤＢＲミラー７を形成することによって、図１〜図３に示す面発光レーザ素子１００を得ることができる。

したがって、面発光レーザ素子１００は、Ｐ電極８の一部分のみを厚膜化するという簡易なプロセスで製造することができるため、面発光レーザ素子１００における素子製作の効率およびスループットは大幅に向上される。

（実施の形態２）
つぎに、実施の形態２について説明する。図６〜図８は、本実施の形態２にかかる面発光レーザ素子２００の要部構成を示す図である。図６は平面図であり、図７および図８は、それぞれ図６中に示したIV−IV断面およびＶ−Ｖ断面におけるメサポスト１０より内側の部分を示す断面図を示す断面図である。

これらの図に示すように、面発光レーザ素子２００は、実施の形態１における厚膜化領域を有するＰ電極８に代えて、膜厚が均一であるＰ電極２０８を有するとともに、Ｐ接続電極１１に代えて、Ｐ電極２０８上面でＰ電極２０８と接合するＰ接続電極２１１を有する。実施の形態２では、Ｐ接続電極２１１を、Ｐ電極２０８の側面ではなく、Ｐ電極２０８上面で接合することによって、Ｐ接続電極２１１とＰ電極２０８との接合領域２０８ａの膜厚Ｔ２２を、接合領域２０８ａ以外の他の領域の膜厚Ｔ２１よりも厚くして、活性層４のうち接合領域２０８ａ直下の活性層４に応力を加えている。

面発光レーザ素子２００においても、実施の形態１と同様に、活性層４のうち接合領域２０８ａ直下の領域に加わる応力は、活性層４のうち接合領域２０８ａ直下の領域以外の領域に加わる応力よりも大きくなるため、活性層４に部分的に歪が発生する。また、活性層４のうち接合領域２０８ａ直下の領域に加わる応力は、該活性層４を含む積層体の積層方向に加わる圧縮応力である。

したがって、面発光レーザ素子２００においても、実施の形態１と同様に、活性層４内に加えられる応力を調整して活性層４に生じる歪を制御することによって、レーザ光の偏波方向を制御することができる。すなわち、面発光レーザ素子２００においては、Ｐ電極２０８全体の大きさ、および、活性層４とＰ電極２０８との距離とともに、接合領域２０８ａに対応する厚膜化領域の大きさ、Ｐ接続電極２１１の膜厚とＰ電極２０８の膜厚との合計膜厚である接合領域２０８ａの電極層全体の膜厚を調整することによって、レーザ光の偏波方向を所望の方向に制御することができる。

つぎに、この面発光レーザ素子２００の製造方法について説明する。まず、図５−１と同様に、基板１上に順次、下部ＤＢＲミラー２、Ｎクラッド層３、量子井戸層を有する活性層４、電流狭窄層５を構成するＡｌ含有層、Ｐクラッド層６を構成するｐ−ＧａＡｓ層を積層し、さらに、ＴｉおよびＰｔの２層構造の環状形状のＰ電極２０８を形成する。このＰ電極２０８は、膜厚Ｔ２１の均一な厚さで形成される。そして、図９−１に示すように、エッチング処理などを行なうことによって、Ｎクラッド層３上の活性層４からＰ電極２０８までの各層を円柱状のメサポスト１０を形成する。

次いで、Ｎ電極９およびＰ接続電極２１１を電子ビーム蒸着法などで形成する。この場合、Ｐ接続電極２１１を、図６に示すように、引出領域からＰ電極２０８の接合領域２０８ａに延長させて形成する。このため、図９−２に示すように、Ｐ接続電極２１１は、接合領域２０８ａにおいて、Ｐ電極２０８の上面で接合することとなる。したがって、接合領域２０８ａではＰ接続電極２１１とＰ電極２０８との双方が重なり合って電極層を形成することとなるため、この接合領域２０８ａの全膜厚Ｔ２２は、接合領域２０８ａ以外の領域の膜厚Ｔ２１よりも厚くなる。なお、接合領域２０８ａに例示する厚膜化領域の大きさおよび膜厚は、Ｐ電極２０８全体の大きさ、および、活性層４とＰ電極２０８との距離を勘案して、レーザ光の偏波面を一方向に制御できるように設定する。また、Ｐ接続電極２１１は、たとえばＴｉおよびＡｕの２層構造で形成される。その後、上部ＤＢＲミラー７を形成することによって、図６〜図８に示す面発光レーザ素子２００を得ることができる。

したがって、面発光レーザ素子２００は、Ｐ接続電極２１１が接合領域２０８ａにおけるＰ電極２０８上面で接触するように、Ｐ接続電極２１１の形状をＰ電極２０８における接合領域２０８ａまで延伸させるだけで、接合領域２０８ａにおける電極層のみを簡易に厚膜化することができるため、面発光レーザ素子２００における素子製作の効率およびスループットは大幅に向上される。

（実施の形態３）
つぎに、実施の形態３について説明する。図１０〜図１２は、本実施の形態３にかかる面発光レーザ素子３００の要部構成を示す図である。図１０は平面図であり、図１１および図１２は、それぞれ図１０中に示したVII−VII断面におけるメサポスト１０より内側の部分を示す断面図およびVI−VI断面を示す断面図である。

これらの図に示すように、面発光レーザ素子３００は、実施の形態１における上部ＤＢＲミラー７に代えて、図１０に示す領域３０７ａの膜厚Ｔ３２が他の領域の膜厚Ｔ３１よりも厚くなるように形成された上部ＤＢＲミラー３０７を有する。たとえば、上部ＤＢＲミラー３０７の領域３０７ａのＡｌＡｓ／ＧａＡｓからなる複合層の積層数は、上部ＤＢＲミラー３０７の他の領域における積層数よりも多くなるように設定されている。そして、この領域３０７ａは、Ｐ電極８における領域８ａを少なくとも含むように設定されており、たとえばアパーチャ７ａおよび領域８ａを含む所定範囲内でたとえば長円状に設定されている。

このように、上部ＤＢＲミラー３０７の厚膜領域は、図１０に示す領域３０７ａのように少なくともＰ電極８における厚膜領域上に設けられる。このため、上部ＤＢＲミラー３０７の厚膜領域部分、すなわち領域３０７ａに対応する部分は、活性層４に対し、該活性層４を含む積層体の積層方向に応力を加える機能を有する。

この、上部ＤＢＲミラー３０７の領域３０７ａに対応する部分が活性層４に対して所定方向に加える応力とは、上部ＤＢＲミラー７が活性層４に対して積層面方向に及ぼす非対称な応力における最大応力を意味し、具体的には、上部ＤＢＲミラー３０７の領域３０７ａに対応する部分がその成膜範囲内で最も広く（長く）成膜された方向に及ぼす応力に相当する。つまり、長円状に成膜された上部ＤＢＲミラー３０７の領域３０７ａに対応する部分は、活性層４に対し、その長円状の長軸方向に最大応力を加えるため、この長軸方向に偏った歪を活性層４に生じさせている。すなわち、上部ＤＢＲミラー３０７の領域３０７ａに対応する部分は、Ｐ電極８の厚膜領域である領域８ａに対応する部分と同様に、活性層４に歪を生じさせている。これによって、面発光レーザ素子３００では、活性層４を介して共振されるレーザ光が、活性層４に生じた歪方向に偏波された直線偏光、もしくは歪方向に対して垂直方向に偏波された直線偏光として射出される。

偏波方向が歪方向となるか、歪方向に対して垂直方向となるかは、上部ＤＢＲミラー３０７の領域３０７ａに対応する部分が活性層４に加える応力が引張応力であるか圧縮応力であるかによって決定される。一般に、レーザ光は、活性層に生じた歪による圧縮方向に対して垂直方向に偏波する。したがって、面発光レーザ素子３００が射出するレーザ光は、上部ＤＢＲミラー３０７の領域３０７ａに対応する部分から活性層４に加わる応力が圧縮応力である場合、その応力方向と垂直な方向に偏波され、引張応力である場合、その応力方向に偏波される。この活性層４に加わる応力は、上部ＤＢＲミラー３０７の領域３０７ａに対応する部分の成膜材料、成膜温度等、各種成膜条件によって圧縮応力と引張応力とのいずれにも制御することができる。つまり、面発光レーザ素子３００では、上部ＤＢＲミラー３０７の領域３０７ａに対応する部分の成膜条件によってレーザ光の偏波方向を制御することができる。また、面発光レーザ素子３００では、領域８ａに例示するＰ電極８の厚膜化領域の大きさ、領域８ａの膜厚、Ｐ電極８全体の大きさ、および、活性層４とＰ電極８との距離を調整するとともに、長円状の領域３０７ａに対応する部分の長軸方向を、基板１に対してその積層面に沿った所望の方向に設定することによって、レーザ光の偏波方向を所望の方向に設定することができる。

このような領域３０７ａの領域の膜厚が他の領域よりも厚くなる上部ＤＢＲミラー３０７は、例えば、Ｎクラッド層３上に活性層４からＰ電極８までの各層をメサポスト１０として積層形成した後、その上からＳｉＯ₂ およびＳｉＮ_x を複数積層形成し、図１０に示した長円状の部分を残して、積層したＳｉＯ₂ およびＳｉＮ_x の複数の層うち所定の一部の層をエッチング処理することで形成されることから、簡易なプロセスで面発光レーザ素子３００を製造することができる。

（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４にかかる面発光レーザ素子および面発光レーザ素子アレイについて説明する。図１３および図１４は、本実施の形態４にかかる面発光レーザ素子４００の要部構成を示す図である。図１３は平面図であり、図１４は、図１３中に示したVIII−VIII断面を示す断面図である。

この図に示すように、面発光レーザ素子４００は、面発光レーザ素子１００の構成に比して、上部ＤＢＲミラー７の一部を覆うように形成される誘電体膜である保護膜４１３をさらに備える。保護膜４１３は、上部ＤＢＲミラー７上に積層され、図１３に示すように、Ｐ電極８の厚膜化領域である領域８ａを含むように長円状に成膜されている。なお、図１３の保護膜４１３形成領域以外の領域の断面は、実施の形態１における図２と同様の構成を有する。

保護膜４１３は、全体として積層面方向の断面が円形のメサポスト１０に対し、Ｐ電極８における領域８ａを少なくとも含むように設定されており、たとえばアパーチャ７ａおよび領域８ａを含む所定範囲内で一体に長円状に成膜されて積層される。このため、保護膜４１３は、活性層４に対し、該活性層４を含む積層体の積層方向に応力を加える機能を有する。

この結果、面発光レーザ素子４００では、面発光レーザ素子３００と同様に、保護膜４１３の長軸方向、もしくは長軸方向と垂直な方向に偏波された直線偏光がレーザ光として射出される。射出されるレーザ光の偏波方向がどちらの方向になるかは、保護膜４１３の成膜材料、成膜温度等の成膜条件によって決定されるものであって、言い換えると、その成膜条件によって制御されるものである。また、保護膜４１３の長軸方向は、積層面に沿った所望の方向に設定することが可能であり、これによってレーザ光の偏波方向を所望の方向に設定することができる。

さらに、応力付加膜としての保護膜４１３は、成膜とエッチングとを組み合わせた一連の膜形成工程を１回行うことで形成可能であることから、簡易なプロセスで製作することが可能である。

なお、実施の形態１〜４においては、面発光レーザ素子１００，２００，３００，４００について説明したが、これらの各面発光レーザ素子１００，２００，３００，４００を同一基板上に複数備えることによって、面発光レーザ素子アレイを製造することももちろん可能である。たとえば、図１５を参照して、本実施の形態１にかかる面発光レーザ素子１００をもとに面発光レーザ素子アレイを形成する場合を例に説明する。図１５に示すように、面発光レーザ素子１００をもとに形成した面発光レーザ素子アレイ５００は、基板１を共通にして面発光レーザ素子１００が複数配列され、一体に形成されている。各面発光レーザ素子１００のＰ接続電極１１およびＮ接続電極１２は、それぞれ個別あるいは共通に図示しない外部の電流供給回路に電気的に接続され、その電流供給回路からの注入電流に応じて個別あるいは同時に発光制御される。

ここで、面発光レーザ素子アレイ５００における各面発光レーザ素子１００のＰ電極厚膜領域である領域８ａは、それぞれ面発光レーザ素子１００の所定位置に位置するように揃えて配列されている。これによって、各面発光レーザ素子１００では、活性層４に対し、その積層面内の同一方向に応力が加えられ、その方向に偏波した直線偏光であるレーザ光が基板１に対して垂直方向に射出される。なお、面発光レーザ素子アレイ５００における各面発光レーザ素子１００の偏波方向、つまり領域８ａの各位置は、必ずしも同一位置に揃える必要はなく、個別に任意の方向に設定することもできる。

ここまで、本発明を実施する最良の形態を実施の形態１〜４として説明したが、本発明は、上述した実施の形態１〜４に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。

例えば、上述した実施の形態１〜４では、上部ＤＢＲミラー７，３０７をメサポスト１０の上面部から側面を介して底面部（Ｎクラッド層３）まで成膜するものとして説明したが、必ずしも成膜範囲を底面部まで広げる必要はなく、活性層４に対して所定方向に十分な応力を加えられるものであれば、メサポスト側面部まで、あるいはメサポスト上面部だけに成膜するものであってもよい。同様に、上述した実施の形態４では、保護膜４１３をメサポスト１０上面部にのみ成膜するものとして説明したが、もちろんメサポスト側面部まで成膜するものであってもよい。

また、上述した実施の形態４では、保護膜４１３をアパーチャ７ａ上に成膜するものとして説明したが、必ずしもアパーチャ７ａ上に成膜する必要はなく、例えば、膜全体を一体に成膜するものであれば、アパーチャ７ａ上の領域をエッチング処理等によって後から取り除いてもよい。さらに、保護膜４１３は、全体として活性層４に対し、所定方向に十分な応力を加えられるものであれば、長円状の成膜範囲内の所望の箇所をエッチング処理等によって取り除くこともできる。これによって、保護膜４１３から活性層４に加える応力の大きさを制御することができる。これについては、実施の形態３における上部ＤＢＲミラー３０７の厚膜領域である領域３０７ａにおいても同様にすることができる。すなわち、活性層４に対して所定方向に十分な応力を加えられるものであれば、長円状の成膜範囲内のアパーチャ７ａ部分以外の領域について、上部ＤＢＲミラー３０７の膜厚を膜厚Ｔ３２とすることができる。なお、上部ＤＢＲミラー３０７の領域３０７ａおよび保護膜４１３の成膜範囲は、長円状に限定されず、例えば矩形状であってもよく、その他の形状であってもよい。

また、上述した実施の形態１〜４では、上部ＤＢＲミラー７および保護膜４１３を構成する誘電体膜が、例えばＳｉＯ₂ 、ＳｉＮ_x 等を用いて形成されるものとして説明したが、膜材料をこの２つに限定する必要はなく、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ａ−Ｓｉ、ＡｌＯ、ＭｇＦ、ＩＴＯまたはＴｉＯの少なくとも１つを用いて形成される膜を単層あるいは多層に適宜組み合わせて用いることができる。さらに、下部ＤＢＲミラー２を構成する半導体の複合層がＡｌＡｓ／ＧａＡｓで示される半導体複合層をもとに形成されるものとして説明したが、一般にＡｌ_xＧａ_x-1Ａｓ／Ａｌ_yＧａ_y-1Ａｓ（０≦ｘ，ｙ≦１）で示される半導体複合層であればよい。

また、上述した実施の形態１〜４では、活性層はGaInNAsSb，InGaAs，GaAs，AlGaAs，AlGaInPなどの材料や３層の井戸層以外のものを用いることもでき、また、量子井戸構造だけでなく量子ドット構造でもよい。さらに、面発光レーザ素子１００，２００，３００，４００では、活性層４に対して上部側にＰ電極８を備え、下部側にＮ電極９を備えるものとして説明したが、これら上部側および下部側の電極の極性を入れ換えてもよい。この場合、下部ＤＢＲミラーには、ｐ型の不純物が適宜ドープされる。

また、上述した実施の形態では、本発明にかかる面発光レーザ素子アレイが面発光レーザ素子１００，２００，３００，４００を１方向に複数配列して構成されるものとして説明したが、１次元配列に限定する必要はなく、２次元配列させることもできる。その際、配列する各面発光レーザ素子１００，２００，３００，４００から射出されるレーザ光の偏波方向は、領域８ａの位置、上部ＤＢＲミラー３０７の厚膜領域である領域３０７ａの長軸方向、保護膜４１３の長軸方向に応じて、同一方向に揃えることも個別に設定することもできる。

なお、上述した面発光レーザ素子１００，２００，３００，４００が基板１上に備える各層は、有機金属気相成長または分子線エピタキシ等によって形成されるものであるが、これら２つの成膜法に限定されず、種々の成膜方法を適宜選択して用いることが可能である。

実施の形態１にかかる面発光レーザ素子の構成を示す平面図である。 図１に示したII−II断面におけるメサポスト１０より内側の部分を示す断面図である。 図１に示したIII−III断面を示す断面図である。 活性層に生じる歪の分布を示す図である。 図１〜図３に示す面発光レーザ素子の製造方法を説明する断面図である。 図１〜図３に示す面発光レーザ素子の製造方法を説明する断面図である。 実施の形態２にかかる面発光レーザ素子の構成を示す平面図である。 図６に示したIV−IV断面を示す断面図である。 図６に示したＶ−Ｖ断面におけるメサポスト１０より内側の部分を示す断面図である。 図６〜図８に示す面発光レーザ素子の製造方法を説明する断面図である。 図６〜図８に示す面発光レーザ素子の製造方法を説明する断面図である。 実施の形態３にかかる面発光レーザ素子の構成を示す平面図である。 図１０に示したVII−VII断面におけるメサポスト１０より内側の部分を示す断面図である。 図１０に示したVI−VI断面を示す断面図である。 実施の形態４にかかる面発光レーザ素子の構成を示す平面図である。 図１３に示したVIII−VIII断面を示す断面図である。 実施の形態１にかかる面発光レーザ素子アレイの配列構成を示す平面図である。

符号の説明

１ 基板
２ 下部ＤＢＲミラー
３ Ｎクラッド層
４ 活性層
５ 電流狭窄層
５ａ 開口部
５ｂ 選択酸化層
６ Ｐクラッド層
７，３０７ 上部ＤＢＲミラー
７ａ アパーチャ
８，２０８ Ｐ電極
９ Ｎ電極
１０ メサポスト
１１ Ｐ接続電極
１２ Ｎ接続電極
１３ Ｐパッド領域
１４ Ｎパッド領域
１５ 絶縁層
４１３ 保護膜
１００，２００，３００，４００ 面発光レーザ素子
５００ 面発光レーザ素子アレイ

Claims (5)

1. 活性層を含む複数の半導体層が積層される積層体と前記活性層上に形成された電極層と該電極層上に形成された反射鏡とを有し、前記活性層と垂直方向にレーザ光を射出する面発光レーザ素子において、
   前記電極層の少なくとも一部は、該電極層の他の部分と異なる厚さを有することを特徴とする面発光レーザ素子。
2. 前記電極層は、
   前記活性層上に形成される活性層上電極層と、
   パッド領域と前記活性層上電極層とを接続する接続層と、
   を備え、
   前記接続層と前記活性層上電極層との接合領域は、前記接続層が前記活性層上電極層上面に接触するように形成されることで、前記電極層の接合領域以外の領域の膜厚よりも膜厚が厚くなることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ素子。
3. 少なくとも前記電極層における厚膜領域上に設けられるとともに、前記活性層に対して該活性層を含む積層体の積層面と水平な方向に応力を加える応力付加膜をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の面発光レーザ素子。
4. 前記応力付加膜は、前記活性層が発した光を反射させる誘電体反射鏡であることを特徴とする請求項３に記載の面発光レーザ素子。
5. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子を同一基板上に複数備えたことを特徴とする面発光レーザ素子アレイ。

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