JPH09260763A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】発振横モードを安定的に制御できないととも
に、その切り替えができず、また偏波面の制御が任意の
電流値で、かつ、任意の共振器（導波路）断面形状で行
なうことができないこと。 【解決手段】半導体基板(1) 上に、下部分布ブラッグ反
射器(2) 、Ｎ形下部半導体クラッド層(3) 、活性層(4)
、Ｐ形半導体クラッド層(5) 、Ｐ型上部半導体多層膜
からなる上部分布ブラッグ反射器(6) を順次積層し、こ
れらの一部を基板面に垂直な軸を有する柱状に形成した
導波路(8) を有し、前記上部分布ブラッグ反射器(6) 上
に設けられ、前記活性層(4) に電流を注入するＰ型金属
電極(11)を有する半導体レーザ装置において、前記上部
分布ブラッグ反射器(6) と前記Ｐ型金属電極(11)との接
触部分は、前記導波路(8) を基板面と垂直に上部に延長
した領域より面積が小さく、かつ前記領域の内側に配置
されていることを特徴とする半導体レーザ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、垂直共振器型面
発光レーザに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図１３に示すように基板と垂直方
向に共振器構造を持つ垂直共振器型面発光レーザが知ら
れている（例えば、ＵＳ００５３４３４８７Ａ（Ｅlect
ricalＰumping Ｓcheme for Ｖertical-Ｃavity Ｓurf
ace- Ｅmitting Ｌasers ）：従来技術１）。従来技術
１には、発光部の中心に電流を注入し、横モードのレー
ザ発振を制御する方法が開示されている。これは、図示
しない基板上に第１ミラー層（図示せず）、第１コンタ
クト層61、活性層62を介して電流ブロック層63を複数層
重ねて電流注入プロファイルが発光部の中心付近で大き
くなるように構成したものである。なお、図中の符番64
は第２コンタクト層、符番65は第２ミラー層である。

【０００３】また、従来例えば垂直共振器型面発光レー
ザの偏波方向を安定化させる方法が、特開平４−１４４
１８３（従来技術２）に示されている。図１４（Ａ），
（Ｂ）はその一例を示す。ここで、図１４（Ａ）は面発
光半導体レーザの構造断面図、図１４（Ｂ）はレーザ出
射面側から見た光共振器の透過断面図を示す。このレー
ザにおいて、ｎ型のＧａＡｓ基板71上には、Ｎ型下部反
射鏡72、Ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層73、ＧａＡｓ活性
層74、Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層75、Ｐ型ＡｌＧａＡ
ｓ電流通路層76及びＰ型ＡｌＧａＡｓコンタクト層77が
順次形成されている。埋め込み層は、Ｐ型Ａｌ_0.5 Ｇａ
_0.5 Ａｓ埋め込み層78とＮ型Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓ埋め
込み層79で構成されており、前記活性層74の周りを完全
に埋め込んでいる。なお、図中の符番80は上部反射鏡、
符番81はｎ側電極、符番82はｐ側電極、符番83はレーザ
光、符番84は電流ブロック層、符番85，86は対称面を示
す。

【０００４】更に、従来例えば垂直共振器型面発光レー
ザの偏波方向を切り変える方法が、特開平４−２４２９
８９（従来技術３）に示されている。この装置は、図１
５に示すように、活性層を含むメサ領域がＬ字をしてお
り、片面に一部に電極の欠如部を有する電極91と欠如部
を有しない電極92とが独立に形成され、電極92に加える
電圧をオン・オフすることにより偏波面を制御するもの
である。なお、図中の符番93は基板、符番94は出力窓、
符番95は電極欠如部分を示す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術は以下に述べる課題を有する。 従来技術１：異なる開口部を有する電流ブロック層63を
何層も重ねており、プロセスが複雑で実用的でない。ま
た、電極自体は共振器の外周部に設けており外周の電流
密度が高いので、ブロック層だけで中心付近の電流密度
を大きくできるかどうかは疑問である。更に、キャリア
プロファイルを切り替えて、発光パターンや横モードを
切り替えることについては、全く記載されていない。

【０００６】従来技術２：偏波は共振器の断面形状に依
存するため、共振器の断面形状は必ず長軸と短軸を有し
ており、円形などの対称形の共振器では偏波面の制御が
できない。

【０００７】従来技術３：常に電極91に通電した状態で
電極92に通電して、偏波を切り換えるために、任意の電
流値での偏波方向は決まってしまい、広い電流領域で自
由に偏波を切り換えることができない。

【０００８】この発明は、上記課題を解決し、発振横モ
ードを安定的に制御するとともに、その切り替えが可能
であり、また、偏波面の制御が任意の電流値で、かつ、
任意の共振器（導波路）断面形状で行なうことができる
半導体レーザ装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】 請求項１：半導体基板上に、少なくとも、下部半導体多
層ミラー層、下部半導体クラッド層、化合物半導体より
なる活性層、上部半導体クラッド層、半導体多層膜又は
誘電体多層膜又は金属膜あるいはこれらの複合膜よりな
る上部ミラー層を順次積層し、これらの一部又は全部
を、基板面に垂直な軸を有する柱状に形成した導波路を
有し、前記活性層又は前記上部半導体クラッド層又は前
記上部ミラー層上に設けられ、前記活性層に電流を注入
する第１の電極を有する半導体レーザ装置において、前
記活性層又は前記上部半導体クラッド層又は前記上部ミ
ラー層と前記第１の電極との接触部分は、前記導波路を
基板面と垂直に上部に延長した領域より面積が小さく、
かつ前記領域の内側に配置されていることを特徴とする
半導体レーザ装置。

【００１０】（対応する発明の実施の形態）請求項１記
載の発明は、実施例１が対応する。前記半導体基板は、
実施例１中のＮ型半導体基板が該当する。前記下部半導
体多層ミラー層はＮ型半導体多層膜からなる下部分布ブ
ラッグ反射器２、下部半導体クラッド層はＮ型下部半導
体クラッド層３、化合物半導体よりなる活性層は活性層
４、上部半導体クラッド層はＰ型上部半導体クラッド層
５、上部ミラー層はＰ型半導体膜からなる上部分布ブラ
ッグ反射器６、導波路は導波路８、第１の電極はＰ型金
属電極11、接触部分は開口部10が該当する。

【００１１】（作用効果）この発明の作用を説明する。
前記活性層又は前記上部半導体クラッド層又は前記上部
ミラー層と前記第１の電極との接触部分からキャリアが
注入され、活性層で発生した光は導波路を通って下部分
布ブラッグ反射器と上部分布ブラッグ反射器の間で増幅
し、レーザ光として出射する。第１の電極との接触部分
は導波路を基板面と垂直に上部に延長した領域より面積
が小さくかつ内部に配置するが、注入されるキャリアは
接触部分の直下が最も多くなる。そのため、電極を前記
領域の中心よりに配置すれば、キャリア密度は導波路の
周辺部より接触部直下が大きく、発光も周辺部より接触
直下の方が大きくなる。

【００１２】従って、この実施の形態には次のような特
有な効果がある。導波路の周辺部はエッチングや埋込み
のダメージによる欠陥が多いためにキャリアが損失し、
これが発光効率の低下に繋がるが、本構成では欠陥が多
い周辺部はキャリア密度が低いので、全体として発光効
率が高くなる。また、導波路は必ずしも垂直にエッチン
グされていないことが多く、このため周辺部では光の散
乱や吸収が起こりやすいが、本構成ではこれらも防止で
きる。以上により、発振モードが安定的に制御できる。

【００１３】請求項２：半導体基板上に、少なくとも、
下部半導体多層ミラー層、下部半導体クラッド層、化合
物半導体よりなる活性層、上部半導体クラッド層、半導
体多層膜又は誘電体多層膜又は金属膜あるいはこれらの
複合膜よりなる上部ミラー層を順次積層し、これらの一
部又は全部を、基板面に垂直な軸を有する柱状に形成し
た導波路を有し、前記活性層又は前記上部半導体クラッ
ド層又は前記上部ミラー層上に設けられ、前記活性層に
電流を注入する第１の電極を有する半導体レーザ装置に
おいて、前記活性層又は前記上部半導体クラッド層又は
前記上部ミラー層と前記第１の電極との接触部分は、前
記導波路を基板面と垂直に上部に延長した領域より面積
が小さく、かつ前記接触部分の形状が長軸を有すること
を特徴とする半導体レーザ装置。

【００１４】（対応する発明の実施の形態）請求項２記
載の発明は、実施例２が対応する。前記半導体基板は、
実施例２中のＮ型半導体基板１が該当する。前記下部半
導体多層ミラー層はＮ型半導体多層膜からなる下部分布
ブラッグ反射器２、下部半導体クラッド層はＮ型下部半
導体クラッド層３、化合物半導体よりなる活性層は活性
層４、上部半導体クラッド層はＰ型上部半導体クラッド
層５、上部ミラー層はＰ型半導体膜からなる上部分布ブ
ラッグ反射器６、導波路は導波路８、第１の電極はＰ型
金属電極24、接触部分は開口部23が該当する。

【００１５】（作用効果）第１の電極から電流が流れる
と、ある電流値以下ではキャリア密度は電極の接触部分
の直下が大きく、そこから遠ざかるにつれて密度が小さ
くなる。従って、活性層における発光も接触部分の直下
が大きく遠ざかるにつれて小さくなる。

【００１６】従って、この発明には次のような特有な効
果がある。導波路が円形など対称形の場合にも、導波路
の形状に関わらず第１の電極の接触部分の長軸方向に応
じて偏波方向を安定させることができる。また、導波路
も長方形等の長軸方向を持つ形状にし、導波路の断面形
状の効果による偏波方向と、第１の電極の接触部分の形
状の効果による偏波方向を一致させれば、さらに偏波が
安定する。逆に、導波路の断面形状の効果による偏波方
向と第１の電極の接触部分の形状の効果による偏波方向
を異なる方向に形成すれば、電流量が小さい時には第１
の電極の接触部分の形状へ、大きい時には導波路の断面
形状に依存した偏波方向に切り替えられる。

【００１７】請求項３：前記第１の電極と互いに独立に
注入電極を制御できる第２の電極を備えていることを特
徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。 （対応する発明の実施の形態）この発明に関する実施の
形態は、実施例３が対応する。請求項３中の第１の電極
は第１のＰ型金属電極34、第２の電極は第２のＰ型金属
電極35が該当する。

【００１８】（作用効果）次に、この発明の作用を説明
する。前記第１の電極の接触部分から電流を流すと、あ
る電流値以下では、キャリア密度は電極の接触部分の直
下が大きく、そこから遠ざかるにつれて密度が小さくな
る。そのため、活性層における発光も接触部分の直下が
大きく遠ざかるにつれて小さくなる。一方、第２の電極
から電流を注入すると、その接触部分の直下のキャリア
密度が大きくなり、発光も直下が大きくなる。

【００１９】従って、この実施の形態には次のような特
有な効果がある。第１の電極のみに通電した場合と、第
２の電極のみに通電した場合と、あるいは両方に通電し
た場合とで、発振横モードを変化させて、レーザ光の出
射パターンを変えることができる。つまり、通電量を制
御することにより、レーザ光のファーフィールドパター
ンを変化させたり、レンズなどで集光する場合はその焦
点距離を変えることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を図面を
参照して説明する。 （実施例１）図１〜図３を参照する。ここで、図１は半
導体レーザ装置の断面図、図２は平面図、図３は図２の
Ｘ−Ｘ線に沿う断面図である。

【００２１】図中の符番１は、Ｎ型半導体基板である。
この基板１上には、Ｎ型半導体多層膜からなる下部分布
ブラッグ反射器２、Ｎ型下部半導体クラッド層３、活性
層４、Ｐ型上部半導体クラッド層５、Ｐ型半導体多層膜
からなる上部分布ブラッグ反射器６が順次積層されてい
る。これらの一部の領域を残して上部分布ブラッグ反射
器６からＮ型下部半導体クラッド層３まで柱状にエッチ
ングし、周辺を柱状部分より屈折率が低い半導体層７で
埋め込み、柱状の部分を導波路８とし、表面を絶縁膜９
で被覆している。この絶縁膜９は、上から見て導波路８
の存在する領域の中心部分に、この領域よりも小さい開
口部10を有する。前記絶縁膜９上にＰ型金属電極11が形
成され、これは開口部10で上部分布ブラッグ反射器６と
接触している。Ｐ型金属電極11は、導波路領域の外部に
形成されたボンディングパッド12と一体になっている。
前記基板１の裏には、出射窓13を有するＮ型金属電極14
が形成されている。

【００２２】次に、上記構成の半導体レーザ装置の作用
を説明する。Ｐ型金属電極11をプラス極とし、Ｎ型金属
電極14をマイナス極として一定以上の電圧を印加する
と、Ｐ型金属電極11からＮ型金属電極14に電流が流れキ
ャリアが注入される。これにより、活性層４で発生した
光が下部分布ブラッグ反射器２と上部ブラッグ反射器６
の間で増幅し、レーザ光としてＮ型金属電極14間の出射
窓13から出射する。一方、絶縁膜９の開口部10でＰ型電
極11から上部分布ブラッグ反射器６へ注入されるキャリ
アは開口部10の直下が最も多くなり、開口部10は導波路
８領域の中心付近に位置するため、キャリア密度15は導
波路８の周辺部より中心部が大きく、そのため活性層４
における発光強度も周辺部より中心部の方が大きくな
る。

【００２３】従って、実施例１によれば、以下に述べる
効果を有する。導波路８の周辺部はエッチングや埋め込
みのダメージによる欠陥が多いためにキャリアが損失
し、これが発光効率の低下につながるが、本構成では欠
陥が少ない中心部のキャリア密度が高いので、全体とし
て発光効率が高くなる。また、導波路８は必ずしも垂直
にエッチングされていないことが多く、このため周辺部
では光の散乱や吸収が起こりやすいが、本構成では中心
部で発生する光が大きいためにこれらが防止できる。更
に、０次モードのプロファイル16と１次モードのプロフ
ァイル17を比べた場合、中心部が大きいキャリア密度分
布は０次モードと近似であるため、０次モードの光が安
定して発生し、出射するレーザ光は０次のシングルモー
ドになりやすい。以上により、発振モードが安定的に制
御できる。

【００２４】なお、上記実施例１の各構成は、当然、各
種の変形、変更が可能である。例えば、次に述べる通り
である。 (1) 導波路は上部分布ブラッグ反射器からはＮ型下部半
導体クラッド層まで通して柱状にするのではなく、活性
層のみや上部分布ブラッグ反射器など、一部の層を柱状
にして導波路としてもよい。また、エッチング後に埋め
込む材料も半導体ではなく、ポリイミドなどでよく、さ
らに埋め込みなしのエアポスト状でもよい。更に、導波
路の断面形状も円形だけではなく、四角形や菱形を始め
として十字やＴ字など多角形、楕円やダンベル、リング
状など何でもよい。

【００２５】(2) Ｐ型金属電極が接触する開口部10は、
導波路８の内側に位置するように導波路の形状に従って
位置や形状を変形させてもよい。例えば、開口部10の形
状としては、例えば導波路８の中心軸を含む場合（図１
６（Ａ），（Ｂ）参照）、または導波路８の中心軸に対
称な場合（図１７（Ａ），（Ｂ）参照）、または導波路
８の中心軸が明確でないかあるいは導波路８の中心軸と
は無関係である場合（図１８（Ａ），（Ｂ）参照）が挙
げられる。

【００２６】(3) キャリアを注入するためのＰ型金属電
極の接触部分は上部分布ブラッグ反射器の上ではなく、
Ｐ型上部半導体クラッド層あるいは活性層の上でもよ
い。その場合、接触部分以外のＰ型金属電極の下には絶
縁膜が設けられる。また、このようにＰ型金属電極の位
置が上部反射器の下に来る場合は、上部反射器の種類も
半導体多層膜だけではなく、誘電体多層膜や金属膜ある
いはこれらの組み合わせで上部反射器としてもよい。

【００２７】(4) Ｐ型金属電極の形状も自由であり、上
部から光を取り出さないのであれば、導波路領域を全面
覆っていてもよい。また、本実施例１では外部への配線
としてワイヤボンディングを仮定し、電極ボンディング
パッドを設けたが、電極を直接接合する、表面に配線を
とる、プローブで通電するなどの方法で通電する場合は
配線方法に合わせた電極形状にしてもよい。

【００２８】(5) Ｐ側、Ｎ側の電極材料も通電できれば
なんでもよく、金属でなく、ＩＴＯなどの透明電極でも
よい。また、光取り出し方向も基板側でなく、両側取り
出しにしたり、逆に基板側を全面電極にして、基板と反
対側から取り出してもよい。更に、本実施例１では、活
性層との距離が近い上部電極の接触部のみを工夫した
が、基板側の下部電極も同様な考え方で、開口部を有す
る絶縁膜の上に形成してもよい。

【００２９】(6) 構成全体において、Ｐ型とＮ型を逆転
させてもよい。その場合、印加する電圧の極性も逆にす
る。また、本実施例１では導波路の中心付近にのみ絶縁
膜の開口部が設けられているが、開口部を広げたり、絶
縁膜を省略して配線部分が半導体と接触する場合も、効
果は減るが全面に電極を設けるよりは効果があるので許
容される。

【００３０】（実施例２）図４〜図６を参照する。ここ
で、図４は半導体レーザ装置の断面図、図５は平面図、
図６は図５のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。本実施例２
は、絶縁膜21とＰ型金属電極24を除き実施例１と同じで
あるので共通部分の説明を省略する。

【００３１】絶縁膜21は、上から見て導波路が存在する
領域より面積が小さく、かつ長手方向が半導体レーザを
構成する半導体の結晶軸22と平行する長方形の開口部23
を有する。前記絶縁膜21の開口部23上にはＰ型金属電極
24が形成され、開口部23で上部分布ブラッグ反射器６と
接触している。

【００３２】次に、こうした構成の半導体レーザ装置の
作用を説明する。実施例１と同様に、Ｐ型金属電極24を
プラス極とし、Ｎ型金属電極14をマイナス極として一定
以上の電圧を印加すると、Ｐ型金属電極24からＮ型金属
電極14に電流が流れ、キャリアが注入される。ある電流
値以下では、キャリア密度は結晶軸22と平行する方向に
長手方向を有する開口部23、即ちＰ型金属電極24の接触
部分の長軸方向の直下が大きく、遠ざかるにつれて密度
が小さくなる。そのため、活性層４における発光も開口
部23の直下が大きく遠ざかるにつれて小さくなる。従っ
て、出射窓13の方向からレーザ出射光を見ると、結晶軸
22と平行する方向に応じた偏波面を有する出射光とな
る。

【００３３】従って、実施例２によれば、次の効果があ
る。即ち、導波路が対称形の場合にも、導波路の形状に
関わらず、電極の接触部分の長軸方向に応じて偏波方向
を安定させることができる。また、導波路の断面形状を
長方形などの長軸方向をもつ形状にし、導波路の断面形
状の効果による偏波方向と、電極の接触部分の形状の効
果による偏波方向を一致させれば、さらに偏波方向が安
定する。

【００３４】逆に、導波路の断面形状の効果による偏波
方向と電極の接触部分の形状の効果による偏波方向を異
なる方向になるように形成すれば、電流値が小さい時に
は電極の接触部分の直下にキャリアが集中するため、接
触部分の形状に依存した偏波方向となり、また、電流値
が大きい時はキャリアが導波路全体に広がるために導波
路の断面形状に依存した偏波方向となる。即ち、電流値
の大きさで偏波方向が切り替えられる。

【００３５】なお、この発明の実施例２の各構成は、当
然、各種の変形、変更が可能である。変形、変更の内容
は実施例１に記載したものと同じである。 （実施例３）図７〜図９を参照する。図７はこの発明の
実施例３に係る半導体レーザ装置の断面図、図８は図７
の平面図、図９は図８のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
本実施例３は、絶縁膜31とＰ型金属電極34，35を除き実
施例１と同じであるので、共通部分の説明を省略する。
絶縁膜31は、上から見て導波路８の存在する領域の中心
部分に、この領域よりも小さい第１の開口部32を有し、
さらにその外側に導波路８の内周に沿って第２の開口部
33を有している。第１の開口部32上には、第１のＰ型金
属電極34が形成され、第２の開口部33上には第２のＰ型
金属電極35が形成され、それぞれの開口部で上部分布ブ
ラッグ反射器６と接している。第１，第２のＰ型金属電
極34，35は互いに分離しており、導波路８領域の外部に
形成されたボンディングパッド36，37と各々一体になっ
ている。

【００３６】次に、こうした構成の半導体レーザ装置の
作用を説明する。第１のＰ型金属電極34とＮ型金属電極
14の間に電圧を印加すると、第１のＰ型金属電極34と上
部分布ブラッグ反射器６が接触する第１の開口部32は導
波路８領域の中心付近に位置するため、キャリア密度は
導波路８の周辺部より中心部が大きく、そのため活性層
４における発光も周辺部よりも中心部の方が大きくな
る。一方、第２のＰ型金属電極35とＮ型金属電極14の間
に電圧を印加すると、第２のＰ型金属電極35と上部分布
ブラッグ反射器６が接触する開口部33は導波路８領域の
外周付近に位置するため、キャリア密度は導波路８の中
心部より周辺部が大きく、そのため活性層における発光
も中心部より外周部の方が大きくなる。また、第１，第
２のＰ型金属電極の両方に通電すると、導波路８領域全
体の活性層４が発光する。

【００３７】従って、上記実施例３によれば、次のよう
な特有な効果がある。第１のＰ型金属電極34に通電した
場合と、第２のＰ型金属電極35に通電した場合と、ある
いは両方に通電した場合とで、レーザの出射パターンを
変えることができる。また、これらの通電量を制御する
ことにより、レーザ光のファーフィールドパターンを変
化させたり、レンズ等で集光する場合はその焦点距離を
変えることができる。更に、第１のＰ型金属電極34に通
電した場合、中心部が大きいキャリア密度分布が導波路
の０次モードのプロファイルと一致するため、０次モー
ドの光が安定して発生する。一方、第２のＰ型金属電極
35に通電した場合は、キャリア密度分布が導波路の１次
モードのプロファイルと一致するため、１次モードの光
が安定して発生する。

【００３８】以上、これらの電極を切り替えたり、同時
に通電することにより、レーザ発振の横モードを自由に
制御できる。なお、本発明の実施例３の各構成は、当
然、各種の変形、変更が可能である。変形、変更の内容
は実施例１に記載したものと同じである。また、複数の
電極は本実施例３では２つであるが、特に数の制限はな
い。

【００３９】（実施例４）図10〜図12を参照する。図10
はこの発明の実施例４に係る半導体レーザ装置の断面
図、図11は図10の平面図、図12は図11のＸ−Ｘ線に沿う
断面図である。本実施例４は、絶縁膜41とＰ型金属電極
44，45を除き実施例１と同じであるので、共通部分の説
明を省略する。絶縁膜41は上から見て導波路８の存在す
る領域より面積が小さく、かつ長手方向が半導体の結晶
軸42と平行する長方形の第１の開口部43を有する。前記
絶縁膜41の第１の開口部43上に第１のＰ型金属電極44が
形成され、開口部43で上部分布ブラッグ反射器６と接触
している。

【００４０】前記第１のＰ型金属電極44と直交する方向
には第２のＰ型金属電極45が形成され、その下に絶縁膜
41の第２の開口部46が形成されている。第２のＰ型金属
電極45は第１のＰ型金属電極44と分離させるために、第
１のＰ型金属電極44と交わるところで分断されている
が、第２の開口部46の長手方向を示す軸47は、第１の開
口部43の長手方向、即ち半導体の結晶軸42と直交してい
る。第１，第２のＰ型金属電極は、導波路領域の外部に
形成されたボンディングパッド48，49と各々一体になっ
ている。

【００４１】次に、こうした構成の半導体レーザ装置の
作用を説明する。第１のＰ型金属電極44とＮ型金属電極
14の間に電圧を印加すると、ある電流値以下では、キャ
リア密度は結晶軸42と平行する方向に長手方向を有する
第１の開口部43、即ち第１のＰ型金属電極44の接触部分
の長軸方向の直下が大きく、そこから遠ざかるに連れて
密度が小さくなる。そのため、活性層４における発光も
第１の開口部43の直下が大きく遠ざかるにつれて小さく
なる。従って、出射窓13の方向からレーザ出射光を見る
と、結晶軸42と平行する方向に応じた偏波面を有する出
射光となる。一方、第２のＰ型金属電極45とＮ型金属電
極14の間に電圧を印加すると、第２の開口部46の直下即
ち第２のＰ型金属電極45の接触部分の長軸方向のキャリ
ア密度が高くなるため、出射窓13から出射するレーザ光
は前記結晶軸42と直交する方向に応じた偏波面を有する
出射光となる。

【００４２】従って、上記実施例４によれば、次のよう
な特有な効果がある。導波路８の形状に関わらず電極の
接触部分の長軸方向に応じて偏波方向を安定させること
ができるため、第１のＰ型金属電極44と第２のＰ型金属
電極45を切り換えることで、偏波方向を任意に切り換え
ることができる。また、電流値の大きさで偏波方向が決
まってしまうことがなく、通電する電極を選択するだけ
で、広い電流領域で任意の偏波方向が得られる。

【００４３】なお、本発明の実施例４の各構成は、当
然、各種の変形、変更が可能である。変形、変更の内容
は実施例１に記載したものと同じである。電極の数や開
口部の数等も、変更が可能である。例えば、本実施例４
では第２の開口部のみ分断されているが、第１の開口部
も同様に分断してよい。また、２つの電極の開口部の軸
が交わる角度も直交していなくてもよい。更に、電極も
必ずしも交わっていなくてもよく、例えば複数の電極を
放射状に配置しそれぞれ独立に制御してもよい。

【００４４】なお、本発明は上述した実施例に限らず、
以下に述べる発明を含む。 １．半導体基板上に、少なくとも、下部半導体多層ミラ
ー層、下部半導体クラッド層、化合物半導体よりなる活
性層、上部半導体クラッド層、半導体多層膜又は誘電体
多層膜又は金属膜あるいはこれらの複合膜よりなる上部
ミラー層を順次積層し、これらの一部又は全部を、基板
面に垂直な軸を有する柱状に形成した導波路を有し、前
記活性層又は前記上部半導体クラッド層又は前記上部ミ
ラー層上に設けられ、前記活性層に電流を注入する第１
の電極を有する半導体レーザ装置において、前記活性層
又は前記上部半導体クラッド層又は前記上部ミラー層と
前記第１の電極との接触部分は、前記導波路を基板面と
垂直に上部に延長した領域より面積が小さく、かつ前記
領域の内側に配置されていることを特徴とする半導体レ
ーザ装置。

【００４５】（対応する発明の実施の形態） 前記１．記載の発明は、実施例１が対応する。前記半導
体基板は、実施例１中のＮ型半導体基板が該当する。前
記下部半導体多層ミラー層はＮ型半導体多層膜からなる
下部分布ブラッグ反射器２、下部半導体クラッド層はＮ
型下部半導体クラッド層３、化合物半導体よりなる活性
層は活性層４、上部半導体クラッド層はＰ型上部半導体
クラッド層５、上部ミラー層はＰ型半導体膜からなる上
部分布ブラッグ反射器６、導波路は導波路８、第１の電
極はＰ型金属電極11、接触部分は開口部10が該当する。

【００４６】（作用効果）この発明の作用を説明する。
前記活性層又は前記上部半導体クラッド層又は前記上部
ミラー層と前記第１の電極との接触部分からキャリアが
注入され、活性層で発生した光は導波路を通って下部分
布ブラッグ反射器と上部分布ブラッグ反射器の間で増幅
し、レーザ光として出射する。第１の電極との接触部分
は導波路を基板面と垂直に上部に延長した領域より面積
が小さくかつ内部に配置するが、注入されるキャリアは
接触部分の直下が最も多くなる。そのため、電極を前記
領域の中心よりに配置すれば、キャリア密度は導波路の
周辺部より接触部直下が大きく、発光も周辺部より接触
直下の方が大きくなる。

【００４７】従って、この実施の形態には次のような特
有な効果がある。導波路の周辺部はエッチングや埋込み
のダメージによる欠陥が多いためにキャリアが損失し、
これが発光効率の低下に繋がるが、本構成では欠陥が多
い周辺部はキャリア密度が低いので、全体として発光効
率が高くなる。また、導波路は必ずしも垂直にエッチン
グされていないことが多く、このため周辺部では光の散
乱や吸収が起こりやすいが、本構成ではこれらも防止で
きる。以上により、発振モードが安定的に制御できる。

【００４８】２．前記接触部分が前記導波路の中心軸を
含むことを特徴とする前記１．記載の半導体レーザ装
置。 （対応する発明の実施の形態） 前記２．記載の発明は、実施例１が対応する。他は上記
１．の場合と同様である。

【００４９】（作用効果） 前記２．記載の発明の作用効果は上記１．の場合と同様
である。 ３．前記接触部分が前記導波路の中心軸を挟んで対称で
あることを特徴とする前記１．記載の半導体レーザ装
置。

【００５０】（対応する発明の実施の形態） 前記３．記載の発明は、実施例１が対応する。他は上記
１．の場合と同様である。

【００５１】（作用効果） 前記３．記載の発明の作用効果は上記１．の場合と同様
である。 ４．半導体基板上に、少なくとも、下部半導体多層ミラ
ー層、下部半導体クラッド層、化合物半導体よりなる活
性層、上部半導体クラッド層、半導体多層膜又は誘電体
多層膜又は金属膜あるいはこれらの複合膜よりなる上部
ミラー層を順次積層し、これらの一部又は全部を、基板
面に垂直な軸を有する柱状に形成した導波路を有し、前
記活性層又は前記上部半導体クラッド層又は前記上部ミ
ラー層上に設けられ、前記活性層に電流を注入する第１
の電極を有する半導体レーザ装置において、前記活性層
又は前記上部半導体クラッド層又は前記上部ミラー層と
前記第１の電極との接触部分は、前記導波路を基板面と
垂直に上部に延長した領域より面積が小さく、かつ前記
接触部分の形状が長軸を有することを特徴とする半導体
レーザ装置。

【００５２】（対応する発明の実施の形態） 前記４．記載の発明は、実施例２が対応する。前記半導
体基板は、実施例２中のＮ型半導体基板１が該当する。
前記下部半導体多層ミラー層はＮ型半導体多層膜からな
る下部分布ブラッグ反射器２、下部半導体クラッド層は
Ｎ型下部半導体クラッド層３、化合物半導体よりなる活
性層は活性層４、上部半導体クラッド層はＰ型上部半導
体クラッド層５、上部ミラー層はＰ型半導体膜からなる
上部分布ブラッグ反射器６、導波路は導波路８、第１の
電極はＰ型金属電極24、接触部分は開口部23が該当す
る。

【００５３】（作用効果）第１の電極から電流が流れる
と、ある電流値以下では、キャリア密度は電極の接触部
分の直下が大きく、そこから遠ざかるにつれて密度が小
さくなる。そのため、活性層における発光も接触部分の
直下が大きく、遠ざかるにつれて小さくなる。

【００５４】従って、この発明には次のような特有な効
果がある。導波路が円形など対称形の場合にも、導波路
の形状に関わらず第１の電極の接触部分の長軸方向に応
じて偏波方向を安定させることができる。また、導波路
も長方形等の長軸方向を持つ形状にし、導波路の断面形
状の効果による偏波方向と、第１の電極の接触部分の形
状の効果による偏波方向を一致させれば、さらに偏波が
安定する。逆に、導波路の形状の効果による偏波方向と
第１の電極の接触部分の形状の効果による偏波方向を異
なる方向に形成すれば、電流量が小さい時には第１の電
極の接触部分の形状へ、大きい時には導波路の断面形状
に依存した偏波方向に切り替えられる。

【００５５】５．前記第１の電極と互いに独立に注入電
流を制御できる第２の電極を備えていることを特徴とす
る前記１．記載の半導体レーザ装置。 （対応する発明の実施の形態）前記５．記載の発明は、
実施例３が対応する。前記５．中の第１の電極は第１の
Ｐ型金属電極34、第２の電極は第２のＰ型金属電極35が
該当する。

【００５６】（作用効果）次に、この発明の作用を説明
する。前記第１の電極の接触部分から電流を流すと、あ
る電流値以下では、キャリア密度は電極の接触部分の直
下が大きく、そこから遠ざかるにつれて密度が小さくな
る。そのため、活性層における発光も接触部分の直下が
大きく遠ざかるにつれて小さくなる。一方、第２の電極
から電流を注入すると、その接触部分の直下のキャリア
密度が大きくなり、発光も直下が大きくなる。

【００５７】従って、この実施の形態には次のような特
有な効果がある。第１の電極のみに通電した場合と、第
２の電極のみに通電した場合と、あるいは両方に通電し
た場合とで、発振横モードを変化させて、レーザ光の出
射パターンを変えることができる。つまり、通電量を制
御することにより、レーザ光のファーフィールドパター
ンを変化させたり、レンズなどで集光する場合はその焦
点距離を変えることができる。

【００５８】６．前記１．記載の半導体レーザ装置にお
いて、前記第１の電極と互いに独立に注入電流を制御で
きる第２の電極を有し、前記導波路を基板面と垂直に上
部に延長した領域の中央に前記第１の電極との接触部分
を配置し、前記領域の周辺に前記第２の電極との接触部
分を配置することを特徴とする半導体レーザ装置。

【００５９】（対応する発明の実施の形態） 前記６．記載の発明は、実施例３の形態が対応する。前
記６．項中の第１の電極は第１のＰ型金属電極34、第２
の電極は第２のＰ型金属電極35、導波路は導波路８、第
１の電極の接触部分は第１の開口部32、第２の電極の接
触部分は第２の開口部33が該当する。

【００６０】（作用効果）第１の電極の接触部分は導波
路を基板面と垂直に上部に延長した領域より面積が小さ
くかつ中央に配置するが、注入されるキャリアは接触部
分の直下が最も多くなるため、キャリア密度は導波路の
周辺より中央が大きく、発光も周辺より中央の方が大き
くなる。一方、領域の周辺に位置する第２の電極に電圧
を印加すると、その接触部分の直下のキャリア密度が大
きくなるため、周辺の発光が大きくなる。

【００６１】従って、この実施の形態には次のような特
有な効果がある。第１の電極に通電した場合は中心部が
大きいキャリア密度分布と、導波路の０次モードとが一
致するため、０次モードの光が安定して発生する。第２
の電極に通電した場合は周辺部が大きいキャリア密度分
布と、導波路の１次モードとが一致するため、導波路の
１次モードの光が安定して発生する。これらは独立に制
御できるため、レーザ光のモード制御ができる。

【００６２】７．前記４．記載の半導体レーザ装置にお
いて、前記第１の電極と互いに独立に注入電流を制御で
きる第２の電極を備えたことをことを特徴とする半導体
レーザ装置。

【００６３】（対応する発明の実施の形態） 前記７．記載の発明は、実施例４の形態が対応する。前
記７．中の第１の電極は第１のＰ型金属電極44、第２の
電極は第２のＰ型金属電極45が該当する。

【００６４】（作用効果）前記第１の電極の接触部分は
電極から電流を流すと、ある電流値以下では、キャリア
密度は電極の接触部分の直下が大きく、そこから遠ざか
るにつれて密度が小さくなる。そのため、活性層におけ
る発光も接触部分の直下が大きく遠ざかるにつれて小さ
くなる。一方、第２の電極から電流を注入すると、その
接触部分の直下のキャリア密度が大きくなり、発光も直
下が大きくなる。

【００６５】従って、この実施の形態には次のような特
有な効果がある。即ち、導波路の形状に関わらず電極の
接触部分の長軸方向に応じて偏波方向を安定させること
ができるため、複数の電極を切り換えることで、偏波方
向を任意に切り替えることができる。また、電流値の大
きさで偏波方向が決まってしまうことなく、通電する電
極を選択するだけで、広い電流領域で任意の偏波方向が
得られる。

【００６６】８．前記４．記載の半導体レーザ装置にお
いて、前記接触部分の形状が長軸を有し、前記長軸が半
導体基板の結晶軸と平行であることをことを特徴とする
半導体レーザ装置。

【００６７】（対応する発明の実施の形態） 前記８．記載の発明は、実施例２の形態が対応する。前
記８．項中の接触部分は開口部23が該当する。

【００６８】（作用効果）第１の電極から電流が流れる
と、ある電流値以下では、キャリア密度は結晶軸と平行
する方向に長手方向を有する第１の電極の接触部分の直
下が大きく、そこから遠ざかるにつれて密度が小さくな
る。そのため、活性層における発光も接触部分の直下が
大きく遠ざかるにつれて小さくなる。

【００６９】従って、この実施の形態には次のような特
有な効果がある。導波路が円形など対称形の場合にも、
導波路の断面形状に関わらず電極の接触部分の長軸方向
に応じて偏波方向を安定させることができる。また、半
導体レーザ装置は、元々結晶軸の方向に偏波しやすい性
質があるため、第１の電極の接触部分の長軸方向と結晶
軸の方向とが平行であれば、さらに偏波が安定しやす
い。

【００７０】９．前記４．記載の半導体レーザ装置にお
いて、前記第１の電極と互いに独立に注入電流が制御で
きる第２の電極を備え、前記第１の電極の接触部分の長
軸方向と、前記第２の電極の接触部分の長軸方向とが互
いに直交することを特徴とすることを特徴とする半導体
レーザ装置。

【００７１】（対応する発明の実施の形態） 前記９．記載の発明は、実施例４の形態が対応する。前
記９．中の第１の電極は第１のＰ型金属電極44、第２の
電極は第２のＰ型金属電極45、第１の電極の接触部分は
開口部43、第２の電極の接触部分は開口部46が該当す
る。

【００７２】（作用効果）前記第１の電極の接触部分は
電極から電流を流すと、ある電流値以下では、キャリア
密度は電極の接触部分の直下が大きく、そこから遠ざか
るにつれて密度が小さくなる。そのため、活性層におけ
る発光も接触部分の直下が大きく遠ざかるにつれて小さ
くなる。一方、第２の電極から電流を注入すると、その
接触部分の直下のキャリア密度が大きくなり発光も直下
が大きくなる。

【００７３】従って、この発明には次のような効果があ
る。導波路の断面形状に関わらず電極の接触部分の長軸
方向に応じて偏波方向を安定させることができるため、
複数の電極を切り換えることで、偏波方向を任意に切り
替えることができる。また、半導体レーザ装置は、元々
結晶軸で定まる直交する２方向のいずれかに偏波し易い
性質があるため、その方向と電極の接触部分の長軸方向
とがそれぞれ平行であれば、さらに安定した偏波切り替
えができる。

【００７４】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
発振横モードを安定的に制御するとともに、その切り替
えが可能であり、また、偏波面の制御が任意の電流値
で、かつ、任意の共振器（導波路）断面形状で行なうこ
とができる半導体レーザ装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１に係る半導体レーザ装置の
断面図。

【図２】図１の平面図。

【図３】図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図４】この発明の実施例２に係る半導体レーザ装置の
断面図。

【図５】図４の平面図。

【図６】図５のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図７】この発明の実施例３に係る半導体レーザ装置の
断面図。

【図８】図７の平面図。

【図９】図７のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図１０】この発明の実施例４に係る半導体レーザ装置
の断面図。

【図１１】図１０の平面図。

【図１２】図１０のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図１３】従来の垂直共振器型面発光レーザの断面図。

【図１４】従来の他の垂直共振器型面発光レーザの説明
図。

【図１５】従来の更に他の垂直共振器型面発光レーザの
説明図。

【図１６】この発明に係る半導体レーザ装置の導波路と
絶縁膜の開口部の形状を示す平面図。

【図１７】この発明に係る半導体レーザ装置の他の導波
路と絶縁膜の開口部の形状との関係を示す平面図。

【図１８】この発明に係る半導体レーザ装置の更に他の
導波路と絶縁膜の開口部の形状との関係を示す平面図。

【符号の説明】

１…Ｎ型半導体基板、 ２…下部分布ブラック反射器、 ３…Ｎ型下部半導体クラッド層、 ４…活性層、 ５…Ｐ型下部半導体クラッド層、 ６…上部分布ブラック反射器、 ８…導波路、 10，23，32，33，43，46…開口部、 11，24，33，34，44，45…Ｐ型金属電極、 12，36，37，48，49…ボンディングパッド、 13…出射窓、 14…Ｎ型金属電極、 22，42…結晶軸。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に、少なくとも、下部半導
   体多層ミラー層、下部半導体クラッド層、化合物半導体
   よりなる活性層、上部半導体クラッド層、半導体多層膜
   又は誘電体多層膜又は金属膜あるいはこれらの複合膜よ
   りなる上部ミラー層を順次積層し、これらの一部又は全
   部を、基板面に垂直な軸を有する柱状に形成した導波路
   を有し、前記活性層又は前記上部半導体クラッド層又は
   前記上部ミラー層上に設けられ、前記活性層に電流を注
   入する第１の電極を有する半導体レーザ装置において、 前記活性層又は前記上部半導体クラッド層又は前記上部
   ミラー層と前記第１の電極との接触部分は、前記導波路
   を基板面と垂直に上部に延長した領域より面積が小さ
   く、かつ前記領域の内側に配置されていることを特徴と
   する半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 半導体基板上に、少なくとも、下部半導
   体多層ミラー層、下部半導体クラッド層、化合物半導体
   よりなる活性層、上部半導体クラッド層、半導体多層膜
   又は誘電体多層膜又は金属膜あるいはこれらの複合膜よ
   りなる上部ミラー層を順次積層し、これらの一部又は全
   部を、基板面に垂直な軸を有する柱状に形成した導波路
   を有し、前記活性層又は前記上部半導体クラッド層又は
   前記上部ミラー層上に設けられ、前記活性層に電流を注
   入する第１の電極を有する半導体レーザ装置において、 前記活性層又は前記上部半導体クラッド層又は前記上部
   ミラー層と前記第１の電極との接触部分は、前記導波路
   を基板面と垂直に上部に延長した領域より面積が小さ
   く、かつ前記接触部分の形状が長軸を有することを特徴
   とする半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】 前記第１の電極と互いに独立に注入電流
   を制御できる第２の電極を備えていることを特徴とする
   請求項１記載の半導体レーザ装置。