JPH0983066A - 面発光半導体レーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】出力を上げると、基本モードから高次モードへ
変換されて安定な光出力が得られない。 【解決手段】半導体基板(1) 上に上部分布反射ミラー層
(6) と下部分布反射ミラー層(2) 間に発光領域を挟んだ
層を形成して共振器を構成する面発光半導体レーザにお
いて、前記発光領域の前記半導体基板主面に対して平行
な断面形状が長軸および短軸を有するとともに、前記発
光領域の側面に設けられた、電流ブロックと光の閉じ込
めを行う反射層(7) と、前記上部分布反射ミラー層(6)
上に設けられたｐ型電極(8) と、前記下部分布反射ミラ
ー層(2) 上でかつ前記反射層(7) の外側に前記共振器は
挟むように互いに対向して設けられたｎ型電極(11a，11
b)とを具備することを特徴とする面発光半導体レーザ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光情報処理，光セ
ンサー，並列光通信等に利用される面発光半導体レーザ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、垂直共振器型面発光レーザは、
レーザ発振波長の１〜３倍程度の短共振器を屈折率が異
なる薄膜を交互に２〜３μｍ積んだ反射率９８％以上の
分布反射器で上下から覆い、光帰還を繰り返してレーザ
発振している。この面発光半導体レーザは、基板主面に
対して垂直方向ばかりでなく、平行方向にも２次元に光
の分布を制御する必要がある。従来、レーザ光の偏光方
向を任意の１方向に決定できる面発光半導体レーザとし
て、特開平４−１４４１８３のセイコーエプソン（株）
の島田氏より提案された“面発光型半導体レーザ”が知
られている。この構造を図６（Ａ）、（Ｂ）を用いて以
下で説明する。

【０００３】図６（Ａ）は面発光型半導体レーザの斜視
図、図６（Ｂ）はレーザ出射面側からみた光共振器の透
過断面図である。図中の符号61はｎ型ＧａＡｓ基板であ
る。この基板61上にはｎ型下部反射鏡62、ｎ型Ａｌ_0.4
Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド層63、ＧａＡｓ活性層64、ｐ型Ａ
ｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド層65、ｐ型Ａｌ_0.1 Ｇａ
_0.9 Ａｓコンタクト層66が順次形成されている。前記コ
ンタクト層66の周囲の前記クラッド層65上には、埋め込
み層としてのＺｎＳ_x Ｓｅ_1-x 層67が形成されている。
前記コンタクト層66上には、誘電体多層膜で形成された
上部反射器68が形成されている。前記ＺｎＳ_x Ｓｅ_1-x
層67上には、ｐ側電極69が形成されている。前記基板61
の裏面には、ｎ側電極70が形成されている。なお、図中
の符号71は、上部反射鏡68から前記基板61の主面に対し
て垂直方向に出射されるレーザ光である。

【０００４】ｎ型下部反射鏡62は、ｎ型Ａｌ_0.1 Ｇａ
_0.9 Ａｓ層とｎ型Ａｌ_0.7 Ｇａ_0.3 Ａｓ層を１ペアと
し、その多層膜で形成されており、それぞれの層の屈折
率をｎ₁，ｎ₂ とすると一層分の膜厚はそれぞれ、λ／
（４・ｎ₁ ）、λ／（４・ｎ₂ ）となっている。ここ
で、λは高反射率にしたい光の波長、且つ活性層の発光
波長である８８０ｎｍとし、多層膜のペア数は反射率９
８％以上が得られるよう３０ペアとした。

【０００５】光共振器の断面形状は長方形をしており、
点線で示すように２枚の対称面72，73を持っている。垂
直光共振器構造を有する面発光レーザのレーザ光は直線
偏光であることは知られているが、光共振器の断面形状
が正方形や真円であると、安定な偏光方向が定まらな
い。しかし、２枚の対称面を持たせることにより、対称
面72に平行な方向に直線偏光したレーザ光を出射するこ
とができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この従来技術は、２枚
の対称面のうち長手方向に直線偏光するため、出力を上
げるとモードが基本モードから高次モードへ変換され
て、安定な出力が得られないという問題点がある。本発
明はこうした事情を考慮してなされたもので、安定な直
線偏光で、基本モード発振する垂直共振器型面発光半導
体レーザを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

１．本願第１の発明は、半導体基板上に上部分布反射ミ
ラー層と下部分布反射ミラー層間に発光領域を挟んだ層
を形成して共振器を構成する面発光半導体レーザにおい
て、前記発光領域の前記半導体基板主面に対して平行な
断面形状が長軸および短軸を有するとともに、前記発光
領域の側面に設けられた、電流ブロックと光の閉じ込め
を行う反射層と、前記上部分布反射ミラー層上に設けら
れた上部電極と、前記下部分布反射ミラー層上でかつ前
記反射層の外側に前記共振器は挟むように互いに対向し
て設けられた下部電極とを具備することを特徴とする面
発光半導体レーザである。

【０００８】［構成］ 本発明は、実施例１、２、３、
５に対応し、上部・下部分布反射ミラー層は、光学的屈
折率の異なる誘電体薄膜を発振波長の１／４の厚さで交
互に複数周期繰り返した誘電体ミラー層である。前記半
導体基板は、高抵抗の半絶縁性基板、または下部分布反
射ミラー層と逆導電性の層が基板上に付いている導電性
基板である。

【０００９】［作用］ 図１を用いて説明する。垂直共
振器は、上部クラッド層、下部クラッド層およびそれら
に挟まれた活性層で構成される。この共振器は数波長の
短共振器で、共振器方向は９８％以上の高反射率の上部
・下部分布反射ミラー層で囲まれている。

【００１０】ｐ型電極より注入された電流は上部分布反
射ミラー層を通り、共振器内で光を発生させた後、下部
分布反射ミラー層へ流れ込む。この時、一方のｎ型電極
は、共振器の短軸または長軸方向に対をなしているた
め、電流の共振器内は電極方向に局在して流れる。した
がって、共振器内を移動するキャリアは、電極方向に局
在する。そこで、発生した光も、局在したキャリアの流
れに対応して、光の分布が一方向に偏る直線偏光が得ら
れる。また、キャリアの再結合で発生した自然放出光を
効率よくレーザモードに変換させるために、共振器側面
は分布反射ミラー層（反射層）で覆い素子の動作電流低
減および発光効率を上げている。

【００１１】［効果］ 電極対方向に対応した安定な直
線偏光で、基本モード発振する高効率の面発光半導体レ
ーザを提供することができる。 ２．上記１．の面発光半導体レーザにおいて、前記下部
電極は、前記反射層の外側に互いに前記短軸方向、長軸
方向に２組対向して分離配置されていることを特徴とす
る。

【００１２】［構成］ 本発明は、実施例２に対応し、
上部・下部分布反射ミラー層は、光学的屈折率の異なる
誘電体薄膜を発振波長の１／４の厚さで交互に複数周期
繰り返した誘電体ミラー層である。半導体基板は、高抵
抗の半絶縁基板、または下部分布反射ミラーと逆導電性
の層が基板上に付いている導電性基板である。

【００１３】［作用］ 図２を用いて説明する。垂直共
振器は、上部クラッド層、下部クラッド層およびそれら
に挟まれた活性層で構成される。この共振器は数波長の
短共振器で、共振器方向は９８％以上の高反射率の上部
・下部分布反射ミラー層で囲まれている。

【００１４】ｐ型電極より注入された電流は上部分布反
射ミラー層を通り、共振器内で光を発生させた後、下部
分布反射ミラー層へ流れ込む。この時、一方のｎ型電極
11ａ，11ｂおよび11ｃ，11ｄは、共振器の長軸または短
軸方向に対をなしているため、一方の対に電流を流す
と、電流は、共振器内で、電極方向に局在して流れる。
したがって、共振器内を移動するキャリアは、電極方向
に局在する。そこで、発生した光も、局在したキャリア
の流れに対応して、光の分布が、一方向に偏る直線偏光
が得られる。そこで、電極対を電気的に切り替えること
により、光偏向面を９０度回転させることができる。ま
た、キャリアの再結合で発生した自然放出光を効率よく
レーザモードに変換させるために、共振器側面は分布反
射ミラー層（反射層）で被い素子の動作電流低減および
発光効率を上げている。

【００１５】［効果］ 電気的に電極対を切り替えるこ
とにより、安定な直線偏光で、基本モード発振する偏向
面を９０度回転可能な面発光半導体レーザを提供するこ
とができる。

【００１６】３．本願第２の発明は、半導体基板上に上
部分布反射ミラー層と下部分布反射ミラー層間に発光領
域を挟んだ層を形成して共振器を構成するとともに、前
記発光領域が上部クラッド層と下部クラッド層と両クラ
ッド層間に配置された活性層から構成される面発光半導
体レーザにおいて、前記発光領域の前記半導体基板主面
に対して平行な断面形状が長軸および短軸を有するとと
もに、前記活性層の側面に設けられた、電流ブロックと
光の閉じ込めを行う反射層と、前記上部クラッド層上に
設けられた上部電極と、前記下部分布反射ミラー層上で
かつ前記反射層の外側に前記共振器は挟むように互いに
対向して設けられた下部電極とを具備することを特徴と
する面発光半導体レーザである。

【００１７】［構成］ 第２の発明は、実施例４に対応
し、上部・下部分布反射ミラー層は、光学的屈折率の異
なる誘電体薄膜を発振波長の１／４の厚さで交互に複数
周期繰り返した誘電体ミラー層である。前記半導体基板
は、高抵抗の半絶縁性基板、または下部分布反射ミラー
層と逆導電性の層が基板上に付いている導電性基板であ
る。

【００１８】［作用］ 図４を用いて説明する。垂直共
振器は、上部クラッド層、下部クラッド層およびそれら
に挟まれた活性層で構成される。この共振器は数波長の
短共振器で、共振器方向は９８％以上の高反射率の上部
・下部分布反射ミラー層で囲まれている。

【００１９】ｐ型電極より注入された電流は、共振器側
面の反射層が、ｎｐｎの逆バイアスであるため、上部ク
ラッド層より活性層へ流れ込み、共振器内で光を発生さ
せた後、下部分布反射ミラーへ流れ込む。この時、対と
なった対向するｎ型電極は、共振器の短軸または長軸方
向に対をなしているため、電流の共振器内は、電極方向
に局在して流れる。したがって、共振器内を移動するキ
ャリアは、電極方向に局在する。そこで、発生した光
も、局在したキャリアの流れに対応して、光の分布が、
一方向に偏る直線偏光が得られる。

【００２０】本構造では、上部分布反射ミラー層の上部
表面から電流を注入しないため、多数のヘテロバリアを
越えるのに電流降下が生じない分、素子電圧を低減で
き、かつドーピングによる光散乱損失も低減される。さ
らに、キャリアの再結合で発生した自然放出光を効率良
くレーザモードに変換させるために、共振器側面は分布
反射ミラー（反射層）で覆い素子の動作電流低減および
発光効率を上げている。［効果］ 安定な直線偏光で、
基本モード発振する高効率な面発光半導体レーザを提供
することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】

［実施例１］図１（Ａ）、（Ｂ）を参照する。ここで、
図１（Ａ）は実施例１に係る面発光半導体レーザの断面
図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の平面図である。

【００２２】図中の符号１は、Ｃｒドープの半絶縁性
〈１００〉ＧａＡｓ基板である。このＧａＡｓ基板１上
には、ｎ型ＧａＡｓとｎ型Ａｌ_0.7 Ｇａ_0.3 Ａｓの光学
的１／４波長のペアを３０．５周期形成した下部分布反
射ミラー層２、この上にＩｎＧａＡｓの歪多重量子井戸
構造の活性層３を挟むｎ型Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓクラッ
ド層４、ｐ型Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓクラッド層５で２波
長分の短共振器を構成している。この上には、ｐ型のＧ
ａＡｓとｐ型のＡｌ_0.7 Ｇａ_0.3 Ａｓの光学的１／４波
長のペアが２６周期の上部分布反射ミラー層６が構成さ
れ、９９％以上の高反射を実現している。

【００２３】前記上部分布反射ミラー層６，ｐ型クラッ
ド層５，活性層３，及びｎ型クラッド層４は、ドライエ
ッチングにより、長軸９μｍ、短軸７μｍの寸法でエッ
チング除去されている。このエッチング部分には、再成
長により、ｎｐｎの順に分布反射ミラー層（反射層）７
が１０周期（１．５μｍ厚）形成されている。ここで、
前記反射層７は、電流ブロックと共振器からの横方向の
光の狹窄を行なう機能を有する。光出射表面の端から３
μｍおよび再成長側面並びに底面の端から３μｍの範囲
には、上部電極としてのｐ型電極８が設けられている。

【００２４】したがって、ｐ型電極８の光出射窓９は、
長軸方向に６μｍ、短軸方向に４μｍとなる。この寸法
は、基本モード発振を高出力まで保てる。前記ｐ型電極
８の外側には、３μｍ幅の絶縁膜10が設けられ、下部電
極としてのｎ型電極11ａ，11ｂと絶縁されている。ｎ型
電極11ａ，11ｂは、下部分布反射ミラー層２上に、長軸
方向または短軸方向に１対設けられている。

【００２５】このように、実施例１に係る面発光半導体
レーザは、活性層３をクラッド層４，５で挟んでなる発
光領域は前記基板１主面に対して平行な断面形状が長軸
および短軸を有するとともに、前記発光領域の側面には
反射層７が設けられ、前記上部分布反射ミラー層６上に
はｐ型電極８が設けられ、前記下部分布反射ミラー層２
上でかつ前記反射層７の外側には前記共振器は挟むよう
に互いに対向してｎ型電極11ａ，11ｂが設けられた構成
になっている。しかるに、こうした構成にすることによ
り、偏光面の安定な基本モード発振が、室温で光出力１
ｍＷ以上のＣＷ動作が動作電流数ｍＡで期待できる。

【００２６】［実施例２］図２（Ａ）、（Ｂ）を参照す
る。ここで、図２（Ａ）は実施例２に係る面発光半導体
レーザの断面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の平面図であ
る。

【００２７】ＧａＡｓ基板１上には、ｎ型ＧａＡｓとｎ
型Ａｌ_0.7 Ｇａ_0.3 Ａｓの光学的１／４波長のペアを３
０．５周期形成した下部分布反射ミラー層２、この上に
ＩｎＧａＡｓの歪多重量子井戸構造の活性層３を挟むｎ
型Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓクラッド層４、ｐ型Ａｌ_0.2 Ｇ
ａ_0.8 Ａｓクラッド層５で２波長分の短共振器を構成し
ている。この上には、ｐ型のＧａＡｓとｐ型のＡｌ_0.7
Ｇａ_0.3 Ａｓの光学的１／４波長のペアが２６周期の上
部分布反射ミラー層６が構成され、９９％以上の高反射
を実現している。

【００２８】前記上部分布反射ミラー層６，ｐ型クラッ
ド層５，活性層３，及びｎ型クラッド層４は、ドライエ
ッチングにより、長軸９μｍ、短軸７μｍの寸法でエッ
チング除去されている。このエッチング部分には、再成
長により、ｎｐｎの順に分布反射ミラー層（反射層）７
が１０周期（１．５μｍ厚）形成されている。光出射表
面の端から３μｍおよび再成長側面並びに底面の端から
３μｍの範囲には、ｐ型電極８が設けられている。

【００２９】したがって、ｐ型電極８の光出射窓９は、
長軸方向に６μｍ、短軸方向に４μｍとなる。この寸法
は、基本モード発振を高出力まで保てる。前記ｐ型電極
８の外側には３μｍ幅の絶縁膜10が設けられ、ｎ型電極
11ａ〜11ｄと絶縁されている。ここで、ｎ型電極11ａ，
11ｂは下部分布反射ミラー層２上で長軸方向に互いに対
向して形成され、ｎ型電極11ｃ，11ｄは下部分布反射ミ
ラー層２上で短軸方向に互いに対向して形成されてい
る。

【００３０】このように、実施例２に係る面発光半導体
レーザは、ｎ型電極11ａ，11ｂは下部分布反射ミラー層
２上で長軸方向に互いに対向して形成され、ｎ型電極11
ｃ，11ｄは下部分布反射ミラー層２上で短軸方向に互い
に対向して形成された構成になっている。こうした構成
にすることにより、偏光面の安定な基本モード発振が、
室温で出力１ｍＷ以上のＣＷ動作が動作電流数ｍＡで期
待できる。電気的にｎ形電極対を切り替えると９０度異
なる偏光面となる。例えば、この光源を光エンコーダの
光源に用いると、スケールの進行方向の情報の他に垂直
方向の情報も得られ、方向検出ばかりでなく、２次元の
情報も光軸を変えることなく、偏光板をいれるのみで得
られる。また、偏光面が異なると、発振波長がわずかに
異なるため、２波長を用いた通信もできる。

【００３１】［実施例３］図３（Ａ）、（Ｂ）を参照す
る。ここで、図３（Ａ）は実施例３に係る面発光半導体
レーザの断面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の平面図であ
る。

【００３２】ＧａＡｓ基板１上には、ｎ型ＧａＡｓとｎ
型Ａｌ_0.7 Ｇａ_0.3 Ａｓの光学的１／４波長のペアを３
０．５周期形成した下部分布反射ミラー層２、この上に
ＩｎＧａＡｓの歪多重量子井戸構造の活性層３を挟むｎ
型Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓクラッド層４、ｐ型Ａｌ_0.2 Ｇ
ａ_0.8 Ａｓクラッド層５で２波長分の短共振器を構成し
ている。この上には、ｐ型のＧａＡｓとｐ型のＡｌ_0.7
Ｇａ_0.3 Ａｓの光学的１／４波長のペアが２６周期の上
部分布反射ミラー層６が構成され、９９％以上の高反射
を実現している。

【００３３】前記上部分布反射ミラー層６，ｐ型クラッ
ド層５，活性層３，及びｎ型クラッド層４は、ドライエ
ッチングにより、長軸９μｍ、短軸７μｍの寸法でエッ
チング除去されている。このエッチング部分には、再成
長により、ｎｐｎの順に分布反射ミラー層（反射層）７
が１０周期（１．５μｍ厚）形成されている。光出射表
面の端から３μｍおよび再成長側面並びに底面の端から
３μｍの範囲には、ｐ型電極８が設けられている。

【００３４】したがって、ｐ型電極８の光出射窓９は、
長軸方向に６μｍ、短軸方向に４μｍとなる。この寸法
は、基本モード発振を高出力まで保てる。前記ｐ型電極
８の外側には３μｍ幅の絶縁膜10が設けられ、ｎ型電極
11ａ，11ｂと絶縁されている。ここで、ｎ型電極11ａ，
11ｂは下部分布反射ミラー層２上で長径方向に互いに対
向して形成されている。なお、ｐ型電極は長径方向の代
わりに短径方向に設けられていてもよい。

【００３５】このように、実施例２に係る面発光半導体
レーザは、ｎ型電極11ａ，11ｂが下部分布反射ミラー層
２上で長径方向に互いに対向して形成された構成になっ
ている。こうした構成にすることにより、偏光面の安定
な基本モード発振が、室温で光出力１ｍＷ以上のＣＷ動
作が動作電流数ｍＡで期待できる。

【００３６】［実施例４］図４を参照する。ＧａＡｓ基
板１上には、ｎ型ＧａＡｓとｎ型Ａｌ_0.7 Ｇａ_0.3 Ａｓ
の光学的１／４波長のペアを３０．５周期形成した下部
分布反射ミラー層２、この上にＩｎＧａＡｓの歪多重量
子井戸構造の活性層４を挟むｎ型Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ
クラッド層３、ｐ型ＩｎＧａＰクラッド層41で２波長分
の短共振器を構成している。この上には、ノンドープの
ＧａＡｓとノンドープのＡｌ_0.7 Ｇａ_0.3 Ａｓの光学的
１／４波長のペアが２６周期の上部分布反射ミラー層42
が形成され、９９％以上の高反射を実現している。

【００３７】前記上部分布反射ミラー層42，ｐ型クラッ
ド層41，活性層３，及びｎ型クラッド層４は、ドライエ
ッチングにより、長径９μｍ、短径７μｍの寸法でエッ
チング除去されている。このエッチング部分、特にｎ型
クラッド層４及び活性層３の側面には、再成長により、
ｎｐｎの順に分布反射ミラー層（反射層）43が１０周期
（１．５μｍ厚）形成されている。また、ホトリソグラ
フィ技術と化学エッチングにより、上部分布反射ミラー
層42の端部が１．５μｍ全体に除去されている。前記ｐ
型クラッド層41全体を包み、再成長底面の端から３μｎ
の範囲にｐ型電極44が設けられている。

【００３８】したがって、光出射窓９は、長軸方向に６
μｍ、短軸方向に４μｍとなる。この寸法は、基本モー
ド発振を高出力まで保てる。さて、ｐ型電極44の外側に
は、３μｍ幅の絶縁膜10が設けられ、ｎ型電極11ａ，11
ｂと絶縁している。ｎ型電極11ａ，11ｂは、下部分布反
射ミラー層２上に、長軸方向または短軸方向に１対設け
られている。上部分布反射ミラー層42はノンドープであ
るため、導波路の吸収散乱損失を小さく抑えられるうえ
に、共振器内で発生した自然放出光を側面の反射層43で
閉じこめ、発振モードへの係数を高めている。

【００３９】したがって、この様な構造で偏光面の安定
な基本モード発振が、室温で光出力１ｍＷ以上のＣＷ動
作が動作電流数ｍＡで期待できる。 ［実施例５］図５を参照する。

【００４０】ＧａＡｓ基板１上には、ｎ型ＧａＡｓとｎ
型Ａｌ_0.7 Ｇａ_0.3 Ａｓの光学的１／４波長のペアを３
０．５周期形成した下部分布反射ミラー層２、この上に
ＩｎＧａＡｓの歪多重量子井戸構造の活性層３を挟むｎ
型Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓクラッド層４、ｐ型Ａｌ_0.2 Ｇ
ａ_0.8 Ａｓクラッド層５で２波長分の短共振器を構成し
ている。この上には、ｐ型のＧａＡｓとｐ型のＡｌ_0.7
Ｇａ_0.3 Ａｓの光学的１／４波長のペアが２６周期の上
部分布反射ミラー層６が構成され、９９％以上の高反射
を実現している。

【００４１】前記上部分布反射ミラー層６，ｐ型クラッ
ド層５，活性層３，及びｎ型クラッド層４は、ドライエ
ッチングにより長軸９μｍ、短軸７μｍの寸法でエッチ
ング除去され、更に燐酸系の化学エッチング（ＧａＡｓ
とＡｌＧａＡｓのエッチング速度が、１：１．５）で出
射表面を除き、ＧａＡｓを０．１μｍ表面全体をエッチ
ングされている。上部分布反射ミラー層６の側面には、
エッチング速度の差から、５０ｎｍの高さのＤＢＲミラ
ー層（分布ブラッグ反射ミラー層）ができる。再成長に
より、ｎｐｎの順に分布反射ミラー層（反射層）51が１
０周期（１．５μｍ厚）形成されている。光出射表面の
端から３μｍおよび再成長側面並びに底面の端から３μ
ｍの範囲には、ｐ型電極８が設けられている。

【００４２】したがって、光出射窓９は、長軸方向に６
μｍ、短軸方向に４μｍとなる。この寸法は、基本モー
ド発振を高出力まで保てる。前記ｐ型電極８の外側には
３μｍ幅の絶縁膜10が設けられ、ｎ型電極11ａ，11ｂと
絶縁されている。ここで、ｎ型電極11ａ，11ｂは、下部
分布反射ミラー層２上に長軸方向または短軸方向に１対
設けられている。この様な構造で偏光面の安定な基本モ
ード発振が、室温で光出力１ｍＷ以上のＣＷ動作が動作
電流数ｍＡで期待でき、端面発光のＤＢＲレーザと同程
度の高コヒーレンスの優れた素子を実現できる。

【００４３】以上、実施例に基づいて説明してきたが、
本明細書には以下の発明が含まれる。 １．半導体基板上に上部分布反射ミラー層と下部分布反
射ミラー層間に発光領域を挟んだ層を形成して共振器を
構成する面発光半導体レーザにおいて、前記発光領域の
前記半導体基板主面に対して平行な断面形状が長軸およ
び短軸を有するとともに、前記発光領域の側面に設けら
れた、電流ブロックと光の閉じ込めを行う反射層と、前
記上部分布反射ミラー層上に設けられた上部電極と、前
記下部分布反射ミラー層上でかつ前記反射層の外側に前
記共振器は挟むように互いに対向して設けられた下部電
極とを具備することを特徴とする面発光半導体レーザ。

【００４４】［構成］ 本発明は、実施例１、２、３、
５に対応し、上部・下部分布反射ミラー層は、光学的屈
折率の異なる誘電体薄膜を発振波長の１／４の厚さで交
互に複数周期繰り返した誘電体ミラー層である。半導体
基板は、高抵抗の半絶縁性基板、または下部分布反射ミ
ラー層と逆導電性の層が基板上に付いている導電性基板
である。

【００４５】［作用］ 図１を用いて説明する。垂直共
振器は、上部クラッド層５、下部クラッド層３およびそ
れらに挟まれた活性層４で構成される。この共振器は、
数波長の短共振器で共振器方向は、９８％以上の高反射
率の上部分布反射ミラー層６，下部分布反射ミラー層２
で囲まれている。

【００４６】ｐ型電極８より注入された電流は、上部分
布反射ミラー層を通り、共振器内で光を発生させた後、
下部分布反射ミラー層へ流れ込む。この時、一方のｎ型
電極11ａ，11ｂは、共振器の短軸または長軸方向に対を
なしているため、電流の共振器内は、電極方向に局在し
て流れる。したがって、共振器内を移動するキャリア
は、電極方向に局在する。そこで、発生した光も、局在
したキャリアの流れに対応して、光の分布が、一方向に
偏る直線偏光が得られる。また、キャリアの再結合で発
生した自然放出光を効率よくレーザモードに変換させる
ために、共振器側面は、分布反射ミラー層（反射層）で
覆い素子の動作電流低減および発光効率を上げている。

【００４７】［効果］ 電極対方向に対応した安定な直
線偏光で、基本モード発振する高効率の面発光半導体レ
ーザを提供することができる。 ２．前記下部電極は、前記反射層の外側に互いに前記短
軸方向、長軸方向に２組対向して分離配置されているこ
とを特徴とする前記１．記載の面発光半導体レーザ。

【００４８】［構成］ 本発明は、実施例２に対応し、
分布反射ミラー層は、光学的屈折率の異なる誘電体薄膜
を発振波長の１／４の厚さで交互に複数周期繰り返した
誘電体ミラー層である。半導体基板は、高抵抗の半絶縁
基板、または下部分布反射ミラー層と逆導電性の層が基
板上に付いている導電性基板である。

【００４９】［作用］ 図２を用いて説明する。垂直共
振器は、上部クラッド層５、下部クラッド層３およびそ
れらに挟まれた活性層４で構成される。この共振器は数
波長の短共振器で、共振器方向は９８％以上の高反射率
の上部分布反射ミラー層６，下部分布反射ミラー層２で
囲まれている。

【００５０】ｐ型電極９より注入された電流は、上部分
布反射ミラーを通り、共振器内で光を発生させた後、下
部分布反射ミラーへ流れ込む。この時、一方のｎ型電極
11ａ，11ｂおよび11ｃ，11ｄは、共振器の長軸または短
軸方向に対をなしているため、一方の対に電流を流す
と、電流は、共振器内で、電極方向に局在して流れる。
したがって、共振器内を移動するキャリアは、電極方向
に局在する。そこで、発生した光も、局在したキャリア
の流れに対応して、光の分布が、一方向に偏る直線偏光
が得られる。そこで、電極対を電気的に切り替えること
により、光偏向面を９０度回転させることができる。ま
た、キャリアの再結合で発生した自然放出光を効率よく
レーザモードに変換させるために、共振器側面は、分布
反射ミラー層で覆い素子の動作電流低減および発光効率
を上げている。

【００５１】［効果］ 電気的に電極対を切り替えるこ
とにより、安定な直線偏光で、基本モード発振する偏光
面を９０度回転可能な面発光半導体レーザを提供するこ
とができる。

【００５２】３．半導体基板に対して垂直方向から見た
ときの前記垂直型光共振器の断面形状の短軸の寸法Ｌ
₁ 、長軸の寸法Ｌ₂ が、以下の条件を満たすことを特徴
とする前記１．記載の面発光半導体レーザ。

【００５３】３μｍ＜Ｌ₁ ＜Ｌ₂ ＜１０μｍ ［構成］ 本発明は、実施例３に対応し、上部・下部分
布反射ミラー層は、光学的屈折率の異なる誘電体薄膜を
発振波長の１／４の厚さで交互に複数周期繰り返した誘
電体ミラー層である。半導体基板は、高抵抗の半絶縁基
板、または下部分布反射ミラーと逆導電性の層が基板上
に付いている導電性基板である。

【００５４】［作用］ 図３を用いて説明する。垂直共
振器は、上部クラッド層５、下部クラッド層３およびそ
れらに挟まれた活性層４で構成される。この共振器は数
波長の短共振器で、共振器方向は９８％以上の高反射率
の上部分布反射ミラー層６，下部分布反射ミラー層２で
囲まれている。

【００５５】ｐ型電極８より注入された電流は、上部分
布反射ミラー層を通り、共振器内で光を発生させた後、
下部分布反射ミラー層へ流れ込む。この時、一方のｐ型
電極11ａ，11ｂは、共振器の短軸または長軸方向に対を
なしているため、電流の共振器内は、電極方向に局在し
て流れる。したがって、共振器内を移動するキャリア
は、電極方向に局在する。そこで、発生した光も、局在
したキャリアの流れに対応して、光の分布が一方向に偏
る直線偏光が得られる。

【００５６】Ｒ．Ｓ．ギールスらの米国電気電子技術者
協会発行の量子エレクトロニクス誌の１９９３年１２月
号２９７７ページに掲載された“ＩｎＧａＡｓ多重量子
井戸垂直共振器面発光レーザの設計および特性”（Ｒ．
Ｓ．Ｇｅｅｌｓ ｅｔ ａｌ：“Ｄesign and Ｃharact
erization of ＩｎＧａＡｓ ＭＯＷ Ｖertical Ｃav
ity Ｓurface Ｅmitting Ｌasers ”IEEE．Ｊ．Ｑuant
um Ｅlectronics，vol ．29．no．12．pp．2977−298
7）によれば、偏光特性を別にして単一基本モード発振
は、出射径１０μｍで可能であるが、低出力０．２ｍＷ
迄である。この事実を踏まえて、光のモード制御のため
に、長軸の長さを１０μｍ以下に抑制する必要がある。
長軸および短軸の寸法の下限については、光出力および
サイズ効果による素子抵抗を考慮して３μｍ以上が望ま
しい。また、キャリアの再結合で発生した自然放出光を
効率よくレーザモードに変換させるために、共振器側面
は、分布反射ミラー層で覆い素子の動作電流低減および
発光効率を上げている。

【００５７】［効果］ 安定な直線偏光で、基本モード
発振する面発光半導体レーザを提供することができる。 ４．半導体基板上に上部分布反射ミラー層と下部分布反
射ミラー層間に発光領域を挟んだ層を形成して共振器を
構成するとともに、前記発光領域が上部クラッド層と下
部クラッド層と両クラッド層間に配置された活性層から
構成される面発光半導体レーザにおいて、前記発光領域
の前記半導体基板主面に対して平行な断面形状が長軸お
よび短軸を有するとともに、前記活性層の側面に設けら
れた、電流ブロックと光の閉じ込めを行う反射層と、前
記上部クラッド層上に設けられた上部電極と、前記下部
分布反射ミラー層上でかつ前記反射層の外側に前記共振
器は挟むように互いに対向して設けられた下部電極とを
具備することを特徴とする面発光半導体レーザ。

【００５８】［構成］ 本発明は、実施例４に対応し、
上部・下部分布反射ミラー層は、光学的屈折率の異なる
誘電体薄膜を発振波長の１／４の厚さで交互に複数周期
繰り返した誘電体ミラー層である。半導体基板は、高抵
抗の半絶縁基板、または下部分布反射ミラーと逆導電性
の層が基板上に付いている導電性基板である。

【００５９】［作用］ 図４を用いて説明する。垂直共
振器は、上部クラッド層５、下部クラッド層３およびそ
れらに挟まれた活性層４で構成される。この共振器は数
波長の短共振器で、共振器方向は９８％以上の高反射率
の上部分布反射ミラー層42，下部分布反射ミラー層２で
囲まれている。

【００６０】ｐ型電極44より注入された電流は、共振器
側面の反射層43がｎｐｎの逆バイアスであるため、上部
クラッド層41より活性層３へ流れ込み、共振器内で光を
発生させた後、下部分布反射ミラー層２へ流れ込む。こ
の時、一方の電極11ａ，11ｂは、共振器の短軸または長
軸方向に対をなしているため、電流の共振器内は、電極
方向に局在して流れる。したがって、共振器内を移動す
るキャリアは、電極方向に局在する。そこで、発生した
光も、局在したキャリアの流れに対応して、光の分布
が、一方向に偏る直線偏光が得られる。

【００６１】本構造では、上部分布反射ミラー層の上部
表面から電流を注入しないため、多数のヘテロバリアを
越えるのに電流降下が生じない分、素子電圧を低減で
き、かつドーピングによる光散乱損失も低減される。さ
らに、キャリアの再結合で発生した自然放出光を効率良
くレーザモードに変換させるために、共振器内は、逆バ
イアスの分布反射ミラー層で覆い素子の動作電流低減お
よび発光効率を上げている。

【００６２】［効果］ 安定な直線偏光で、基本モード
発振する高効率な面発光半導体レーザを提供することが
できる。 ５．上部分布反射ミラー層の側面に分布ブラッグ反射器
（反射層）を形成し、上部分布反射ミラー層を含む短共
振器が再成長で完全に囲まれていることを特徴とする前
記１．の面発光半導体レーザ。

【００６３】［構成］ 本発明は、実施例５に対応し、
上部・下部分布反射ミラー層は、光学的屈折率の異なる
誘電体薄膜を発振波長の１／４の厚さで交互に複数周期
繰り返した誘電体ミラー層である。半導体基板は、高抵
抗の半絶縁基板、または下部分布反射ミラーと逆導電性
の層が基板上に付いている導電性基板である。

【００６４】［作用］ 図５を用いて説明する。垂直共
振器は、上部クラッド層５、下部クラッド層４およびそ
れらに挟まれた活性層３で構成される。この共振器は数
波長の短共振器で、共振器方向は９８％以上の高反射率
の分布反射ミラー２，６で囲まれている。

【００６５】ｐ型電極８より注入された電流は、上部分
布反射ミラー層を通り、共振器内で光を発生させた後、
下部分布反射ミラー層へ流れ込む。この時、一方のｎ型
電極11ａ，11ｂは共振器の短軸または長軸方向に対をな
しているため、電流の共振器内は電極方向に局在して流
れる。したがって、共振器内を移動するキャリアは、電
極方向に局在する。そこで、発生した光も、局在したキ
ャリアの流れに対応して、光の分布が一方向に偏る直線
偏光が得られる。キャリアの注入密度の上昇に伴って、
レーザ媒質の利得のピーク波長が長波長にシフトする。
このシフト量は、分布反射ミラー層の反射率の波長特性
で抑制できない。そこで、分布反射ミラー層の電極との
界面に組成選択性のあるエッチング液で分布ブラッググ
レーテングを実効的に形成している。これは、端面発光
の分布Ｂｒａｇｇ反射器レーザ（ＤＢＲレーザ）と本質
的に同じで、活性層のレーザ媒質の波長のシフトをグレ
ーテングで抑制している。また、キャリアの再結合で発
生した自然放出光を効率よくレーザモードに変換させる
ために、共振器方向は、分布反射ミラー層で覆い素子の
動作電流低減および発光効率を上げている。

【００６６】［効果］ 電極対方向に対応した安定な直
線偏光でかつ波長シフト量を端面発光ＤＢＲレーザ程度
に抑制した、基本モード発振する高効率の面発光半導体
レーザを提供することができ、並列光通信用光源として
対応できる。

【００６７】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、安定
な直線偏光で、基本モード発振する面発光半導体レーザ
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の面発光半導体レーザの説明
図で、図１（Ａ）は同面発光半導体レーザの断面図、図
１（Ｂ）は図１（Ａ）の平面図。

【図２】本発明の実施例２の面発光半導体レーザの説明
図で、図２（Ａ）は同面発光半導体レーザの断面図、図
２（Ｂ）は図２（Ａ）の平面図。

【図３】本発明の実施例３の面発光半導体レーザの説明
図で、図３（Ａ）は同面発光半導体レーザの断面図、図
３（Ｂ）は図３（Ａ）の平面図。

【図４】本発明の実施例４の面発光半導体レーザの断面
図。

【図５】本発明の実施例５の面発光半導体レーザの断面
図。

【図６】従来の面発光半導体レーザの説明図で、図６
（Ａ）は同面発光半導体レーザの斜視図、図６（Ｂ）は
レーザ出射面側から見た光共振器の透過断面図。

【符号の説明】

１…＜１００＞半絶縁性ＧａＡｓ基板、２…下部分布反
射ミラー層、３…ＩｎＧａＡｓ歪多重量子井戸活性層、
４…ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、５…ｐ型ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層、６，42…上部分布反射ミラー層、７，4
3，51…反射層、 ８，44…ｐ型電極、９…光出
射窓、 10…絶縁膜、11ａ，11ｂ，11
ｃ，11ｄ…ｎ型電極、41…ｐ型ＩｎＧａＰクラッド層。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に上部分布反射ミラー層と
   下部分布反射ミラー層間に発光領域を挟んだ層を形成し
   て共振器を構成する面発光半導体レーザにおいて、 前記発光領域の前記半導体基板主面に対して平行な断面
   形状が長軸および短軸を有するとともに、前記発光領域
   の側面に設けられた、電流ブロックと光の閉じ込めを行
   う反射層と、前記上部分布反射ミラー層上に設けられた
   上部電極と、前記下部分布反射ミラー層上でかつ前記反
   射層の外側に前記共振器は挟むように互いに対向して設
   けられた下部電極とを具備することを特徴とする面発光
   半導体レーザ。
2. 【請求項２】 前記下部電極は、前記反射層の外側に互
   いに前記短軸方向、長軸方向に２組対向して分離配置さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の面発光半導体
   レーザ。
3. 【請求項３】 半導体基板上に上部分布反射ミラー層と
   下部分布反射ミラー層間に発光領域を挟んだ層を形成し
   て共振器を構成するとともに、前記発光領域が上部クラ
   ッド層と下部クラッド層と両クラッド層間に配置された
   活性層から構成される面発光半導体レーザにおいて、 前記発光領域の前記半導体基板主面に対して平行な断面
   形状が長軸および短軸を有するとともに、前記活性層の
   側面に設けられた、電流ブロックと光の閉じ込めを行う
   反射層と、前記上部クラッド層上に設けられた上部電極
   と、前記下部分布反射ミラー層上でかつ前記反射層の外
   側に前記共振器は挟むように互いに対向して設けられた
   下部電極とを具備することを特徴とする面発光半導体レ
   ーザ。