特許 6561373 波長可変型面発光レーザ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6561373

(24)【登録日】2019年8月2日

(45)【発行日】2019年8月21日

(54)【発明の名称】波長可変型面発光レーザ

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/183 20060101AFI20190808BHJP

   H01S 5/14 20060101ALI20190808BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/183

   H01S5/14

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-22313(P2015-22313)

(22)【出願日】2015年2月6日

(65)【公開番号】特開2016-146399(P2016-146399A)

(43)【公開日】2016年8月12日

【審査請求日】2018年1月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】591102693

【氏名又は名称】サンテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】特許業務法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】諫本 圭史

(72)【発明者】

【氏名】山下 清隆

(72)【発明者】

【氏名】西山 伸彦

【審査官】 百瀬 正之

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０６２６６３５７（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１１−１４２２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／００３０２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−２７８８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０２６６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２５１０１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０６３９６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０３５９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１５５０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２９４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 MACDOUGAL et al.，Electrically-Pumped Vertical-Cavity Lasers with AlxOy-GaAs Reflectors，IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS，米国，IEEE，１９９６年 ３月，VOL.8, NO.3，pp.310-312

【文献】 MACDOUGAL et al.，Design and Fabrication of VCSEL's with AlxOy-GaAs DBR's，IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS，米国，IEEE，１９９７年 ６月，VOL.3, NO.3，pp.905-915

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定基板と、
該固定基板の上面に順次成膜された下部ＤＢＲ層、下部コンタクト層、活性層、上部コンタクト層と、
上記固定基板の上側に対向配置されると共に該固定基板に対して上下方向に変位することができるよう配置された上部ＤＢＲ層と、を有し、
上記下部ＤＢＲ層は、酸化物からなる複数の低屈折率層と、該低屈折率層よりも屈折率の高い複数の高屈折率層とを交互に積層してなり、
上記下部ＤＢＲ層には、上下方向の全体に形成されると共に上方に開口した開口穴が、上記下部ＤＢＲ層の広がり方向の全域にわたって分散配置されており、
上記下部コンタクト層と上記活性層と上記上部コンタクト層とからなる積層部には、広がり方向において他の部位と隔離された状態で立設された柱状部が形成されており、該柱状部の一部には、酸化物からなるアパーチャが、外周面から中心側へ向かって環状に形成されており、
上記柱状部の周囲には、上記上部コンタクト層から上記下部コンタクト層までの深さ分、環状の溝部が形成されていることを特徴とする波長可変型面発光レーザ。

【請求項2】

上記アパーチャは、上記低屈折率層よりも厚みが小さいことを特徴とする請求項１に記載の波長可変型面発光レーザ。

【請求項3】

上記柱状部の直径をＬｍ、上記アパーチャの内径をＤｍ、上記下部ＤＢＲ層の広がり方向における任意の点から最寄りの上記開口穴又は最寄りの上記下部ＤＢＲ層の端縁までの距離をＬｘ、としたとき、Ｌｘ／（Ｌｍ−Ｄｍ）≦５が満たされることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長可変型面発光レーザ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、波長可変型面発光レーザに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、面発光半導体レーザは、活性層の上部と下部とに、それぞれ分散ブラッグ反射層（ＤＢＲ層）を備え、一対のＤＢＲ層の間で光を共振させることにより、活性層の法線方向にレーザ光を発振させるよう構成されている。
そして、面発光レーザの中でも、発振させる光の波長を変動させることができる、波長可変型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が種々開発されている。特許文献１に開示された可変波長型面発光レーザは、活性層の下方に下部ＤＢＲ層を配置してなる下側積層部と、下側積層部の上側にギャップを介して対向配置された上部ＤＢＲ層を備えた上側ミラー部と、を有する。そして、下側積層部に対して、上側ミラー部を上下動できるよう構成することで、上部ＤＢＲ層と下部ＤＢＲ層との間のキャビティ長を変化させることができるように構成されている。これにより、上部ＤＢＲ層と下部ＤＢＲ層との間で共振させる光の波長を変化させ、発振させるレーザ光の波長を変化させながら出力することができる。

【0003】

このような波長可変型面発光レーザは、特許文献１に開示されているように、例えば、波長走査型光源タイプの光断層画像表示システム（ＳＳ−ＯＣＴ）の光源として用いることが検討されている。この場合、ＯＣＴによる深さ方向の分解能を向上させるべく、発振させるレーザ光の波長帯域を広くすることが望まれる。ＯＣＴに限らず、例えば、ガスセンシング、光学デバイスの評価等、種々の用途において、波長可変型面発光レーザが発振するレーザ光の波長帯域の拡大、すなわち、高強度のレーザ光を放出することができる波長帯域の拡大が、要望されている。

【0004】

しかしながら、波長可変型面発光レーザにおいて、レーザ光の波長帯域を拡げるためには、上部ＤＢＲ層及び下部ＤＢＲ層の反射波長帯域（高い反射率を得ることができる波長帯域）を拡げる必要があるが、下部ＤＢＲ層は、製造上の観点から、反射波長帯域を拡げることが困難である。すなわち、下部ＤＢＲ層は、半導体基板上に活性層等と共に成膜されるため、下部ＤＢＲ層の材料等には制約が生じる。そのため、従来の成膜方法では、下部ＤＢＲ層の反射波長帯域を拡げることは困難である。

【0005】

また、ＤＢＲ層の形成方法として、低屈折率層を酸化層とすることで、高屈折率層と低屈折率層との間の屈折率の差を大きくして、反射波長帯域を拡げることが検討されている。このような酸化ＤＢＲ層を製造するにあたっては、例えば、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）からなる層とアルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）からなる層とを交互に成膜（結晶成長）し、その上に活性層等を形成した後、アルミニウム砒素の層を酸化させることで、酸化アルミニウム（Ａｌ_xＯ_y）の層とガリウム砒素の層とを積層してなるＤＢＲ層を形成する手法がある。このような、ＤＢＲ層を形成する方法として、酸化処理前のＤＢＲ層におけるＡｌＡｓ層を、その端面から酸化ガス（水蒸気）を供給することで酸化して、Ａｌ_xＯ_y層とする手法が開示されている（非特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００７−２７８８６８号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】伊賀健一、小山二三夫著 「面発光レーザの基礎と応用」、共立出版、１９９９年６月２５日、ｐ．１０５〜ｐ．１０８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、後の酸化処理によって低屈折率層とするＡｌＡｓは、端面から順に酸化されていくが、層全体を酸化させることができないと、酸化した領域と、酸化していない領域とが形成されることとなり、両者の境界部に応力が生じることとなる。その結果、場合によっては、境界部を起点として、下部ＤＢＲ層にクラックが生じるなどの不具合を招く原因となりうる。

【0009】

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、下部ＤＢＲ層における内部応力の発生を抑制しつつ、発振するレーザ光を広い波長帯域にわたって変化させることができる波長可変型面発光レーザを提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一態様は、固定基板と、
該固定基板の上面に順次成膜された下部ＤＢＲ層、下部コンタクト層、活性層、上部コンタクト層と、
上記固定基板の上側に対向配置されると共に該固定基板に対して上下方向に変位することができるよう配置された上部ＤＢＲ層と、を有し、
上記下部ＤＢＲ層は、酸化物からなる複数の低屈折率層と、該低屈折率層よりも屈折率の高い複数の高屈折率層とを交互に積層してなり、
上記下部ＤＢＲ層には、上下方向の全体に形成されると共に上方に開口した開口穴が、上記下部ＤＢＲ層の広がり方向の全域にわたって分散配置されており、
上記下部コンタクト層と上記活性層と上記上部コンタクト層とからなる積層部には、広がり方向において他の部位と隔離された状態で立設された柱状部が形成されており、該柱状部の一部には、酸化物からなるアパーチャが、外周面から中心側へ向かって環状に形成されており、
上記柱状部の周囲には、上記上部コンタクト層から上記下部コンタクト層までの深さ分、環状の溝部が形成されていることを特徴とする波長可変型面発光レーザにある。

【発明の効果】

【0011】

上記波長可変型面発光レーザにおいて、下部ＤＢＲ層における低屈折率層を、酸化物からなる層としている。これにより、高屈折率層と低屈折率層との間の屈折率差を容易に大きくすることができる。その結果、下部ＤＢＲ層の反射波長帯域を拡げることができ、発振するレーザ光を広い波長帯域にわたって変化させることができる波長可変型面発光レーザを得ることが可能となる。

【0012】

そして、上記波長可変型面発光レーザは、開口穴が、下部ＤＢＲ層の広がり方向の全域にわたって分散配置されている。そのため、下部ＤＢＲ層を形成するにあたり、低屈折率層を、その広がり方向の全体にわたって確実に酸化させることができる。

【0013】

すなわち、低屈折率層の酸化処理は、固定基板上に、酸化前の下部ＤＢＲ層と、下部コンタクト層と、活性層と、上部コンタクト層とを成膜した後に行うことができる。ここで、上方に開口した開口穴が下部ＤＢＲ層に形成されていることにより、開口穴を通じて、酸化ガス（例えば水蒸気）を酸化前の各低屈折率層に供給することができる。そして、開口穴が、下部ＤＢＲ層の広がり方向の全域にわたって分散配置されていることにより、低屈折率層を、その広がり方向の全体にわたって確実に酸化させやすくなる。その結果、低屈折率層に酸化部と未酸化部とが存在する状態が形成されることを防ぎ、内部応力が生じることを防ぐことができる。そのため、下部ＤＢＲ層に、酸化部と未酸化部との間の境界部を起点としたクラックが生じるなどの不具合を防ぐことができる。

【0014】

以上のごとく、本発明によれば、下部ＤＢＲ層における内部応力の発生を抑制しつつ、発振するレーザ光を広い波長帯域にわたって変化させることができる波長可変型面発光レーザを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態１における、波長可変型面発光レーザの断面説明図。

【図2】実施形態１における、可動基板の平面説明図。

【図3】実施形態１における、下部ＤＢＲ層の拡大断面説明図。

【図4】実施形態１における、固定基板周辺の波長可変型面発光レーザの一部の断面説明図。

【図5】実施形態１における、上部コンタクト層側から見た開口穴の配置の平面説明図。

【図6】実施形態１における、成膜基板の断面説明図。

【図7】実施形態１における、未酸化基板の断面説明図。

【図8】比較例１における、固定基板周辺の波長可変型面発光レーザの一部の断面説明図。

【図9】比較例１における、上部コンタクト層側から見た開口穴の配置の平面説明

【発明を実施するための形態】

【0016】

（実施形態１）
波長可変型面発光レーザの実施形態につき、図１〜図７を用いて説明する。
波長可変型面発光レーザ１は、図１に示すごとく、固定基板２と、固定基板２の上面に順次成膜された下部ＤＢＲ層３、下部コンタクト層４、活性層５、上部コンタクト層６と、固定基板２の上側に対向配置されると共に該固定基板２に対して上下方向に変位することができるよう配置された上部ＤＢＲ層７と、を有する。

【0017】

図３に示すごとく、下部ＤＢＲ層３は、酸化物からなる複数の低屈折率層３１と、低屈折率層３１よりも屈折率の高い複数の高屈折率層３２とを交互に積層してなる。
図４、図５に示すごとく、下部ＤＢＲ層３には、上下方向の全体に形成されると共に上方に開口した開口穴３３が、下部ＤＢＲ層３の広がり方向の全域にわたって分散配置されている。

【0018】

本明細書において、上下は、便宜的な表現であり、固定基板２に対して活性層５等が積層された側を上方とし、その反対側を下方として説明する。
また、本実施形態において、下部コンタクト層４はｎコンタクト層であり、上部コンタクト層６はｐコンタクト層である。ただし、下部コンタクト層４と上部コンタクト層６の極性は逆にすることもできる。

【0019】

下部ＤＢＲ層３は、低屈折率層３１と高屈折率層３２とを複数ペア積層してなり、例えば、２ペア〜８ペア積層してなることが好ましい。ただし、本実施形態においては、低屈折率層３１と高屈折率層３２との積層数は、６ペアである。

【0020】

低屈折率層３１は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ_xＯ_y）、又は、酸化アルミニウム（Ａｌ_xＯ_y）とガリウム砒素（ＧａＡｓ）との合金からなり、高屈折率層３２は、例えばガリウム砒素（ＧａＡｓ）からなる。また、低屈折率層３１及び高屈折率層３２は、それぞれ、発振させるレーザ光の波長の１／４程度の光学厚みを有するよう構成されている。

【0021】

また、上部ＤＢＲ層７も、下部ＤＢＲ層３と同様に、低屈折率層と高屈折率層とを複数ペア積層してなる。
図１に示すごとく、上部ＤＢＲ層７は、固定基板２に対して、上下方向に変位可能に配された可動基板１１に設けられている。本実施形態においては、上部ＤＢＲ層７は、可動基板１１の下面に設けられている。また、可動基板１１の上面には、ＡＲ層（反射防止膜）１２が形成されている。

【0022】

可動基板１１は、例えばＳｉ（シリコン）からなると共に、図１、図２に示すごとく、固定基板２に対してスペーサ１３を介して固定される外周部１１１と、外周部１１１の内側において上下方向に振動する振動部１１２とを有する。振動部１１２と外周部１１１とは、複数のヒンジ部１１３によって部分的に連結されている。そして、振動部１１２に、上部ＤＢＲ層７及びＡＲ層１２が配設されている。図２は、上部ＤＢＲ層７を設けた可動基板１１を下側から見た平面図である。

【0023】

可動基板１１の上方には、絶縁層１４を介してハンドル基板１５が配設されている。絶縁層１４は、例えばＳｉＯ₂（酸化珪素）からなり、ハンドル基板１５は、例えばＳｉからなる。ハンドル基板１５は、上部ＤＢＲ層７の上方となる位置に開口部を備えている。そして、可動基板１１とハンドル基板１５との間に電圧源１６が接続されている。この電圧源１６の電圧は、振動部１１２を静電引力によって上下に変位させることができる程度とされる。このように、ハンドル基板１５と可動基板１１と電圧源１６とによって構成されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）によって、上部ＤＢＲ層７が活性層５及び下部ＤＢＲ層３に対して上下に振動するよう構成されている。

【0024】

なお、固定基板２と上部コンタクト層６との間には、電流源１７が接続されている。そして活性層５に電流源１７より電流を注入することによって、上部ＤＢＲ層７と下部ＤＢＲ層３との間のキャビティで、キャビティ長の整数分の一と一致した波長でレーザ発振する。このレーザ光がハンドル基板１５の中央の開口部より上方に向けて出力される。

【0025】

ここで、波長可変型面発光レーザ１は、上述のような構成を備えるため、下部コンタクト層４、活性層５、上部コンタクト層６を挟んで、上下方向に対向配置された下部ＤＢＲ層３と上部ＤＢＲ層７との間のキャビティ長を変動させることができる。すなわち、ハンドル基板１５と可動基板１１との間に印加する電圧を変化させることによって、静電引力により振動部１１２の位置を上下方向に変化させる。これにより、下部ＤＢＲ層７に対する上部ＤＢＲ層７の位置を変動させ、キャビティ長を変化させる。その結果、下部ＤＢＲ層３と上部ＤＢＲ層７との間において共振する光の波長を変動させることができ、発振させるレーザ光の波長を変化させることができる。

【0026】

本実施形態においては、固定基板２の上面において、その全面にわたって、下部ＤＢＲ層３、下部コンタクト層４、活性層５、上部コンタクト層６が形成されている。すなわち、下部ＤＢＲ層７の全面にわたって、下部コンタクト層４、活性層５、上部コンタクト層６が形成されている。それゆえ、上述したように、図４、図５に示すごとく、下部ＤＢＲ層７に形成された開口穴３３は、下部コンタクト層４、活性層５、上部コンタクト層６にも、連続して形成されている。つまり、下部ＤＢＲ層３、下部コンタクト層４、活性層５、上部コンタクト層６からなる積層体に、その厚み方向の全体にわたって貫通するように、開口穴３３が形成されている。

【0027】

開口穴３３は、図５に示すごとく、固定基板２（下部ＤＢＲ層３）の広がり方向の全体にわたって、万遍なく形成されている。すなわち、複数の開口穴３３は、等間隔に配設されている。ただし、複数の開口穴３３の配置は、等間隔であることが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。

【0028】

図４、図５に示すごとく、下部コンタクト層４と活性層５と上部コンタクト層６とからなる積層部には、広がり方向において他の部位と隔離された状態で立設された柱状部８（メサ構造部）が形成されている。柱状部８の一部には、酸化物からなるアパーチャ８１が、外周面から中心側へ向かって環状に形成されている。

【0029】

アパーチャ８１は、活性層５と上部コンタクト層６との間に形成されている。また、環状のアパーチャ８１の内周側に、酸化されていない導電性の非酸化部８１１が形成されている。アパーチャ８１は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_xＯ_y）とガリウム砒素（ＧａＡｓ）との合金からなる。また、非酸化部８１１は、Ａｌ_yＧａ_1‐yＡｓからなる（ｙは０．６〜０．９９程度）。

【0030】

柱状部８の周囲には、上部コンタクト層６から下部コンタクト層４までの深さ分、環状の溝部８３が形成されている。
本実施形態において、柱状部８は略円柱形状を有し、アパーチャ８１は略円環状に形成されている。開口穴３３は、柱状部８が形成された部分とは異なる領域において、固定基板２の広がり方向に、多数、分散配置されている。

【0031】

そして、柱状部８の直径をＬｍ、アパーチャ８１の内径をＤｍ、下部ＤＢＲ層３における任意の点から最寄りの開口穴３３又は下部ＤＢＲ層３の端縁３５までの距離をＬｘ、としたとき、Ｌｘ／（Ｌｍ−Ｄｍ）≦５が満たされる。すなわち、開口穴３３は、この条件が満たされるように、互いの間隔や端縁３５との位置関係を考慮して、分散配置されている。より好ましくは、Ｌｘ／（Ｌｍ−Ｄｍ）≦２．５が満たされるようにする。

【0032】

ここで、距離Ｌｘは、下部ＤＢＲ層３の法線方向から見たとき、下部ＤＢＲ層３において任意に選んだ点から、複数の開口穴３３及び下部ＤＢＲ層３の端縁３５のうち最も近い部位までの距離を意味する。したがって、上記条件が満たされる下部ＤＢＲ層３の構成としては、下部ＤＢＲ層３上の何れの点を選んでも、Ｌｘ／（Ｌｍ−Ｄｍ）≦５が満たされるように、開口穴３３が分散配置された構成である。
また、柱状部８の形状が円柱形状でない場合には、「柱状部の直径Ｌｍ」とは、柱状部８の外形の内接円を意味する。同様に、アパーチャ８１の内周輪郭の形状が円形でない場合には、「アパーチャの内径Ｄｍ」とは、アパーチャ８１の内接円を意味する。

【0033】

次に、本実施形態の波長可変型面発光レーザ１の製造方法につき、説明する。
まず、図６に示すごとく、例えばＧａＡｓからなる固定基板２の上面に、酸化処理前の状態の下部ＤＢＲ層３を形成する。酸化処理前の状態の下部ＤＢＲ層３とは、低屈折率層３１を酸化させる前の状態の下部ＤＢＲ層３であり、以下において、適宜「未酸化ＤＢＲ層３０」という。すなわち、例えば、固定基板２の上面に、アルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）からなる層とガリウム砒素（ＧａＡｓ）からなる層とを交互に成膜（結晶成長）することにより、未酸化ＤＢＲ層３０を形成する。ＡｌＡｓからなる層（低屈折率層３１とする層）については、ＡｌＡｓにＧａをドープしたＡｌ_xＧａ_1-xＡｓを用いることもできる（ｘは０．８〜１．０程度）。

【0034】

次いで、例えばｎドープされたガリウム砒素からなる下部コンタクト層４と、例えばガリウム砒素およびインジウムガリウム砒素からなる活性層５とを、順次成膜する。次いで、アパーチャ８１を形成するためのアパーチャ前駆体層８１０を形成する。ここで、アパーチャ前駆体層８１０とは、後の工程において部分的に酸化させることによって一部をアパーチャ８１とするための層を意味する。アパーチャ前駆体層８１０は、例えば、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓを用いることができる。

【0035】

次いで、例えばｐドープされたガリウム砒素からなる上部コンタクト層６を成膜する。
以上により得られたもの（図６）を、便宜的に、成膜基板１０１という。
本実施形態においては、固定基板２の全面にわたって、酸化処理前の状態の下部ＤＢＲ層３、下部コンタクト層４、活性層５、アパーチャ前駆体層８１０、上部コンタクト層６を形成する。

【0036】

次いで、図７に示すごとく、エッチングによって、上部コンタクト層６とアパーチャ前駆体層８１０と活性層５と下部コンタクト層４とを部分的に除去して、環状の溝部８３を形成して、その内側に柱状部８を形成する。また、エッチングによって、上部コンタクト層６から下部ＤＢＲ層３までを貫通するように、開口穴３３を多数形成する。この状態のものを、便宜的に、未酸化基板１０２という。

【0037】

次いで、未酸化基板１０２を、所定の酸化雰囲気（例えば約４５０℃の水蒸気雰囲気）中に所定時間置くことにより、未酸化ＤＢＲ層３０の低屈折率層３１及びアパーチャ前駆体層８１０の一部を酸化させる。なお、未酸化ＤＢＲ層３０の低屈折率層３１は、酸化処理前の低屈折率層３１であるが、これについても適宜、単に低屈折率層３１というものとする。

【0038】

低屈折率層３１及びアパーチャ前駆体層８１０には、開口穴３３を通じて酸化ガス（水蒸気）が送り込まれる。つまり、開口穴３３の内側面に露出した低屈折率層３１及びアパーチャ前駆体層８１０の端縁に、水蒸気が接触し、低屈折率層３１及びアパーチャ前駆体層８１０の広がり方向に酸化が進む。また、溝部８３からも、同様に、水蒸気が侵入し、低屈折率層３１及びアパーチャ前駆体層８１０の端縁から酸化が進む。なお、未酸化基板１０２の端面からも、低屈折率層３１及びアパーチャ前駆体層８１０の端縁に水蒸気が接触し、同様に酸化が内側へ進む。

【0039】

ここで、アパーチャ前駆体層８１０については、柱状部８における酸化範囲が正確に行われることが重要である。つまり、柱状部８におけるアパーチャ前駆体層８１０は、図４に示すごとく、柱状部８の外周面から所定の領域までを酸化して、アパーチャ８１とし、それよりも内側の領域を酸化させずに、非酸化部８１１として残す必要がある。すなわち、アパーチャ８１の内径は、例えば５〜１０μｍとし、その内側の部分を非酸化部８１１とする。なお、柱状部８以外におけるアパーチャ前駆体層８１０についても、一部に酸化部８１２が形成され、未酸化部８１３が残る。

【0040】

一方、低屈折率層３１については、全体を酸化させる。つまり、低屈折率層３１に未酸化の状態の領域が残らないようにする。
なお、アパーチャ前駆体層８１０の一部が酸化されて形成された、酸化部８１２と未酸化部８１３との境界部においては、層の厚みが数十ｎｍ程度と十分薄いため、問題となるような内部応力は生じない。

【0041】

このような状態を得るために、開口穴３３の配設密度、柱状部８の直径、アパーチャ前駆体層８１０及び低屈折率層３１の酸化速度等を適宜調整している。
具体的には、本実施形態においては、アパーチャ前駆体層８１０と低屈折率層３１との酸化速度を異ならせるために、両者の組成を適宜調整する。具体的には、アパーチャ前駆体層８１０をＡｌ_yＧａ_1-yＡｓによって構成し、低屈折率層３１をＡｌＡｓ又はＡｌ_xＧａ_1-xＡｓとし、ｘは０．８〜１．０程度、ｙは０．６〜０．９９程度の間で、それぞれ適宜調整する。

【0042】

ただし、アパーチャ前駆体層８１０及び低屈折率層３１の組成及び膜厚の調整には限界があるため、上述のように、開口穴３３を適切な配設間隔にて形成することにより、アパーチャ８１と下部ＤＢＲ層３との酸化を適切に行えるようにする。すなわち、アパーチャ前駆体層８１０と低屈折率層３１とを一度に酸化させたときにアパーチャ８１の内径を適切な大きさに確保することができるようにすべく、開口穴３３を適切な配設間隔にて形成する。その条件として、「柱状部８の直径Ｌｍ」と、「アパーチャ８１の内径Ｄｍ」と、「下部ＤＢＲ層３における任意の点から最寄りの開口穴３３又は下部ＤＢＲ層３の端縁３５までの距離Ｌｘ」との関係を、Ｌｘ／（Ｌｍ−Ｄｍ）≦５としている。これにより、アパーチャ８１が適切な大きさとなるまでアパーチャ前駆体層８１０が酸化した時点で、確実に低屈折率層３１が全体にわたって酸化した状態とすることができる。
また、より好ましくは、Ｌｘ／（Ｌｍ−Ｄｍ）≦２．５とすることにより、一層確実に、低屈折率層３１の全体を酸化させることができる。

【0043】

一方、距離Ｌｘを小さくすればするほど、低屈折率層３１の全体を早期に酸化させることができ、未酸化部のない状態をより確実に防ぎやすいが、固定基板２に対する下部ＤＢＲ層３の密着性を考慮して、下部ＤＢＲ層３における開口穴３３の形成密度は、面積比率において、例えば３０％以下とすることが好ましい。

【0044】

本実施形態の波長可変型面発光レーザ１は、波長走査型光源タイプの光断層画像表示システム（ＳＳ−ＯＣＴ）の光源として用いることができる。また、本実施形態の波長可変型面発光レーザ１が発振するレーザ光は、赤外線レーザ光とすることができ、例えば、その波長を９８０〜１２００ｎｍの間で走査できるよう構成することができる。

【0045】

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記波長可変型面発光レーザ１において、下部ＤＢＲ層３における低屈折率層３１を、酸化物からなる層としている。これにより、高屈折率層３２と低屈折率層３１との間の屈折率差を容易に大きくすることができる。本実施形態においては、例えば、高屈折率層３２の屈折率を３．５程度、低屈折率層３１の屈折率を１．５〜１．７程度とすることができる。その結果、下部ＤＢＲ層３の反射波長帯域を拡げることができ、発振するレーザ光を広い波長帯域にわたって変化させることができる波長可変型面発光レーザ１を得ることが可能となる。

【0046】

そして、波長可変型面発光レーザ１は、開口穴３３が、下部ＤＢＲ層３の広がり方向の全域にわたって分散配置されている。そのため、下部ＤＢＲ層３を形成するにあたり、低屈折率層３１を、その広がり方向の全体にわたって確実に酸化させることができる。

【0047】

すなわち、低屈折率層３１の酸化処理は、固定基板２上に、酸化前の下部ＤＢＲ層３と、下部コンタクト層４、活性層５と、上部コンタクト層６とを成膜した後に行うことができる。ここで、上方に開口した開口穴３３が下部ＤＢＲ層３に形成されていることにより、開口穴３３を通じて、酸化ガス（水蒸気）を酸化前の各低屈折率層３１に供給することができる。そして、開口穴３３が、下部ＤＢＲ層３の広がり方向の全域にわたって分散配置されていることにより、低屈折率層３１を、その広がり方向の全体にわたって確実に酸化させることができる。その結果、低屈折率層３１に酸化部と未酸化部とが存在する状態が形成されることを防ぎ、内部応力が生じることを防ぐことができる。そのため、下部ＤＢＲ層３に、酸化部と未酸化部との間の境界部を起点としたクラックが生じるなどの不具合を防ぐことができる。

【0048】

また、下部コンタクト層４、活性層５、上部コンタクト層６からなる積層部には、柱状部８が形成されており、柱状部８の一部にアパーチャ８１が形成されている。これにより、下部コンタクト層４と上部コンタクト層６との間に流れる電流の絞込みと、光の横モードを抑制して、シングルモードのレーザ光の発振を効率的に行うことができる。そして、かかる構造において、下部ＤＢＲ層３１に開口穴３３を形成した構造を採用することにより、アパーチャ８１の酸化と下部ＤＢＲ層３における低屈折率層３１の酸化とを一つの工程にて行いやすくなる。

【0049】

特に、柱状部８の直径Ｌｍ、アパーチャ８１の内径Ｄｍとの関係において、下部ＤＢＲ層３における任意の点から最寄りの開口穴３３又は下部ＤＢＲ層３の端縁３５までの距離Ｌｘは、Ｌｘ／（Ｌｍ−Ｄｍ）≦５を満たす。これにより、アパーチャ８１を正確に形成すると共に、下部ＤＢＲ層３における低屈折率層３１の全体をより確実に酸化させることができる。

【0050】

すなわち、アパーチャ８１の機能上、アパーチャ８１の内側には、非酸化部（導電部）を適切な大きさに残す必要がある。つまり、アパーチャ８１の内径Ｄｍの大きさは、その内側の非酸化部８１１からシングルモードのレーザ光を出射させるために適切な大きさ（例えば５〜１０μｍ）があり、設計上の制約がある。それゆえ、アパーチャ８１の酸化と低屈折率層３１の酸化とを一つの工程で行う場合、アパーチャ８１の内径が適切な大きさとなるまで、アパーチャ８１の酸化を進めた時点で、確実に低屈折率層３１の全体を確実に酸化させる必要がある。アパーチャ８１の酸化速度と、低屈折率層３１の酸化速度とは、材料の調整等によってある程度は調整することができるが、成膜状態等の観点から限界がある。そこで、Ｌｘ／（Ｌｍ−Ｄｍ）≦５とすることにより、アパーチャ８１の内径Ｄｍが適切な大きさとなった時点で、確実に低屈折率層３１の全体が酸化した状態とすることができる。したがって、アパーチャ８１と低屈折率層３１とを一度に、より確実に形成することができ、波長可変型面発光レーザ１の生産効率を向上させることができる。

【0051】

以上のごとく、本実施形態によれば、下部ＤＢＲ層における内部応力の発生を抑制しつつ、発振するレーザ光を広い波長帯域にわたって変化させることができる波長可変型面発光レーザを提供することができる。

【0052】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。
例えば、固定基板２、下部ＤＢＲ層３、下部コンタクト層４、活性層５、上部コンタクト層６の積層体は、その機能を阻害しない限り、各層の間に他の層を介在させていてもよい。また、上部コンタクト層６の上面には、光学膜が形成されていてもよい。

【0053】

また、波長可変型面発光レーザは、ＯＣＴ用の光源に限らず、例えば、ガスセンシング、光学デバイスの評価等、種々の用途において用いることができる。
また、固定基板に対する上部ＤＢＲ層の上下方向の変位は、実施形態に示した機構に限らず、種々の機構を採用することができる。また、上部ＤＢＲ層は、可動基板の上面に形成することもできるし、可動基板自身が上部ＤＢＲ層を構成してもよい。
また、柱状部の周囲の溝部は、開口穴と接続されていてもよい。

【0054】

（比較例１）
本比較例は、図８、図９に示すごとく、下部ＤＢＲ層３に、開口穴を設けていない例である。
ただし、柱状部８の周囲の溝部８３０が、下部ＤＢＲ層３にまで、連続形成されている。

【0055】

かかる構成の固定基板２と下部ＤＢＲ層３（未酸化ＤＢＲ層３０）と下部コンタクト層４と活性層５とアパーチャ８１（アパーチャ前駆体層８１０）と上部コンタクト層６との積層体９を、実施形態１に示した方法と同様の方法にて、酸化処理を行うと、下部ＤＢＲ層３に、未酸化部３９が残ってしまう。すなわち、柱状部８におけるアパーチャ８１の酸化と共に下部ＤＢＲ層３を酸化させる場合、アパーチャ８１についても、下部ＤＢＲ層３についても、溝部８３及び積層体９の外周端から酸化が進むこととなる。この場合、アパーチャ８１の内側に非酸化部８１１を適切な大きさで残すために、酸化処理を途中で止めることとなる。この段階で、下部ＤＢＲ層３の酸化も止まる。この時点で、下部ＤＢＲ層３の全体が酸化されている状態が得られないと、図９に示すごとく、酸化部３４と未酸化部３９との境界部３８が、下部ＤＢＲ層３（低屈折率層３１）に形成されることとなる。

【0056】

上述のごとく、アパーチャ前駆体層８１０及び未酸化ＤＢＲ層３０の材料等を調整することで、ある程度は酸化速度に差をつけることが可能であるが、それには限界がある。それゆえ、上記構成においては、適切な大きさの内径を有するアパーチャ８１と下部ＤＢＲ層３とを同一工程にて酸化させると、境界部３８が形成されやすい。その結果、境界部３８に内部応力が生じ、クラック等の要因となりうる。

【0057】

これに対し、実施形態１の波長可変型面発光レーザ１のように、下部ＤＢＲ層３に開口穴３３を設けることにより、上記のような不具合を防ぐことができる。

【符号の説明】

【0058】

１ 波長可変型面発光レーザ
２ 固定基板
３ 下部ＤＢＲ層
３１ 低屈折率層
３２ 高屈折率層
３３ 開口穴
４ 下部コンタクト層
５ 活性層
６ 上部コンタクト層
７ 上部ＤＢＲ層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】