知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
特開2023-138125発光素子、光源装置、表示装置、ヘッドマウントディスプレイ及び生体情報取得装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023138125
(43)【公開日】2023-09-29
(54)【発明の名称】発光素子、光源装置、表示装置、ヘッドマウントディスプレイ及び生体情報取得装置
(51)【国際特許分類】
H01S 5/183 20060101AFI20230922BHJP
【ＦＩ】
H01S5/183
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022044645
(22)【出願日】2022-03-18
(71)【出願人】
【識別番号】000006747
【氏名又は名称】株式会社リコー
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】川島 毅士
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 俊一
(72)【発明者】
【氏名】上西 盛聖
【テーマコード（参考）】
5F173
【Ｆターム（参考）】
5F173AC03
5F173AC14
5F173AC26
5F173AC35
5F173AC42
5F173AC53
5F173AC61
5F173AG01
5F173AH22
5F173AP05
5F173AP33
5F173AP45
5F173AR33
5F173AR99
(57)【要約】
【課題】低出力の発光素子、光源装置、表示装置、ヘッドマウントディスプレイ及び生体情報取得装置を提供する。
【解決手段】発光素子は、第１反射鏡と、活性層と、を有し、前記第１反射鏡は、第１屈折率を備えた第１屈折率層と、前記第１屈折率より高い第２屈折率層とが交互に積層された多層膜反射鏡と、前記多層膜反射鏡の前記活性層とは反対側の第１面に設けられた第１層と、を有し、前記第１面は、前記活性層で発生した光が出射される出射領域を有し、前記第１層は、前記第１面に垂直な方向からの平面視で、出射中心を含む領域に設けられ、前記活性層で発生した光の一部を吸収し、前記活性層で発生し前記第１層を透過した光を出射する。
【選択図】図１
【解決手段】発光素子は、第１反射鏡と、活性層と、を有し、前記第１反射鏡は、第１屈折率を備えた第１屈折率層と、前記第１屈折率より高い第２屈折率層とが交互に積層された多層膜反射鏡と、前記多層膜反射鏡の前記活性層とは反対側の第１面に設けられた第１層と、を有し、前記第１面は、前記活性層で発生した光が出射される出射領域を有し、前記第１層は、前記第１面に垂直な方向からの平面視で、出射中心を含む領域に設けられ、前記活性層で発生した光の一部を吸収し、前記活性層で発生し前記第１層を透過した光を出射する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１反射鏡と、
活性層と、
を有し、
前記第１反射鏡は、
第１屈折率を備えた第１屈折率層と、前記第１屈折率より高い第２屈折率層とが交互に積層された多層膜反射鏡と、
前記多層膜反射鏡の前記活性層とは反対側の第１面に設けられた第１層と、
を有し、
前記第１面は、前記活性層で発生した光が出射される出射領域を有し、
前記第１層は、前記第１面に垂直な方向からの平面視で、出射中心を含む領域に設けられ、前記活性層で発生した光の一部を吸収し、
前記活性層で発生し前記第１層を透過した光を出射することを特徴とする発光素子。
活性層と、
を有し、
前記第１反射鏡は、
第１屈折率を備えた第１屈折率層と、前記第１屈折率より高い第２屈折率層とが交互に積層された多層膜反射鏡と、
前記多層膜反射鏡の前記活性層とは反対側の第１面に設けられた第１層と、
を有し、
前記第１面は、前記活性層で発生した光が出射される出射領域を有し、
前記第１層は、前記第１面に垂直な方向からの平面視で、出射中心を含む領域に設けられ、前記活性層で発生した光の一部を吸収し、
前記活性層で発生し前記第１層を透過した光を出射することを特徴とする発光素子。
【請求項2】
面発光レーザであって、
前記活性層を含む共振器と、
第２反射鏡と、
をさらに有し、
前記共振器は前記第１反射鏡と前記第２反射鏡の間に設けられ、
前記出射領域は、
前記第１面に垂直な方向からの平面視で、出射中心を含む第１領域と、
前記第１領域の周囲に位置する第２領域と、
を有し、
前記第１層は、前記第１領域に設けられ、
前記第１反射鏡の前記平面視で前記第１領域に重なる部分の前記活性層側からみた反射率は、前記第１反射鏡の前記平面視で前記第２領域に重なる部分の前記活性層側からみた反射率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
前記活性層を含む共振器と、
第２反射鏡と、
をさらに有し、
前記共振器は前記第１反射鏡と前記第２反射鏡の間に設けられ、
前記出射領域は、
前記第１面に垂直な方向からの平面視で、出射中心を含む第１領域と、
前記第１領域の周囲に位置する第２領域と、
を有し、
前記第１層は、前記第１領域に設けられ、
前記第１反射鏡の前記平面視で前記第１領域に重なる部分の前記活性層側からみた反射率は、前記第１反射鏡の前記平面視で前記第２領域に重なる部分の前記活性層側からみた反射率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項3】
前記第２領域における前記多層膜反射鏡の前記第１面に、前記活性層で発生した光に含まれる縦モードの定在波の節があることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
【請求項4】
前記第２領域における前記多層膜反射鏡の前記第１面に、前記活性層で発生した光に含まれる縦モードの定在波の腹があることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
【請求項5】
前記第１領域における前記多層膜反射鏡の前記第１面に、前記定在波の節があることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
【請求項6】
前記第１領域と前記第２領域との間で前記定在波の位相が相違する請求項３乃至５のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項7】
前記第２領域に設けられた第２層を有し、
前記第１層と前記第２層との間で、膜厚又は材料の少なくとも一方が相違することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の発光素子。
前記第１層と前記第２層との間で、膜厚又は材料の少なくとも一方が相違することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項8】
前記第１層が前記第２層よりも厚いことを特徴とする請求項７に記載の発光素子。
【請求項9】
前記第１層の複素屈折率の実部が、前記第２層の複素屈折率の実部より低いことを特徴とする請求項７又は８に記載の発光素子。
【請求項10】
前記多層膜反射鏡上に空気があると仮定したときの、前記活性層で発生した光が前記多層膜反射鏡と空気の境界面に前記多層膜反射鏡側から入射するときの反射率をＲ０とし、
前記活性層で発生した光が前記多層膜反射鏡と前記第１層の境界面に前記多層膜反射鏡側から入射するときの反射率をＲ１として、
前記第１層の厚さが、反射率比Ｒ１／Ｒ０が１以上となる厚さであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の発光素子。
前記活性層で発生した光が前記多層膜反射鏡と前記第１層の境界面に前記多層膜反射鏡側から入射するときの反射率をＲ１として、
前記第１層の厚さが、反射率比Ｒ１／Ｒ０が１以上となる厚さであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項11】
前記多層膜反射鏡上に空気があると仮定したときの、前記活性層で発生した光が前記多層膜反射鏡から空気へ透過する際の透過率をＩ０とし、
前記活性層で発生した光が前記第１層が形成された前記多層膜反射鏡から空気へ透過するときの透過率をＩ１として、
前記第１層の厚さが、透過率比Ｉ１／Ｉ０が０より大きく０．１以下となる厚さであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の発光素子。
前記活性層で発生した光が前記第１層が形成された前記多層膜反射鏡から空気へ透過するときの透過率をＩ１として、
前記第１層の厚さが、透過率比Ｉ１／Ｉ０が０より大きく０．１以下となる厚さであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項12】
光出力が０．０１μＷ以上１００μＷ以下であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項13】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の発光素子を備えることを特徴とする光源装置。
【請求項14】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の発光素子を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項15】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の発光素子を備えることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
【請求項16】
生体に光を照射する光源装置と、
前記生体からの反射光を受光する受光装置と、
前記受光装置の出力に基づき前記生体の情報を取得する情報取得部と、
を有し、
前記光源装置は、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の発光素子を備えることを特徴とする生体情報取得装置。
前記生体からの反射光を受光する受光装置と、
前記受光装置の出力に基づき前記生体の情報を取得する情報取得部と、
を有し、
前記光源装置は、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の発光素子を備えることを特徴とする生体情報取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発光素子、光源装置、表示装置、ヘッドマウントディスプレイ及び生体情報取得装置に関する。
【背景技術】
【0002】
垂直方向に共振器を形成した面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER；ＶＣＳＥＬ）が知られている（特許文献１）。面発光レーザは活性層体積が小さく、低閾値、低消費電力である。素子の出力が数百μＷ～数ｍＷ程度で、アレイ化することで大出力にすることもできる。低出力、低消費電力なデバイスの特徴を生かして、ウェアラブルデバイスの光源として網膜走査型ディスプレイ用の光源や、低出力を生かして虹彩情報を取得するためのバイオメトリック用光源として期待されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
網膜の最大被爆限界は、波長にもよるが数十μＷ～数百μＷである。網膜ディスプレイやバイオメトリック用の光源としてＶＣＳＥＬが使用される時には、さらに光出力を落とし、例えば０．０５～０．２μＷ程度にされる。従来のＶＣＳＥＬの光出力は数百μＷ～数ｍＷ程度であり、従来のＶＣＳＥＬをそのままアイセーフな光源として用いることはできない。例えば、アイセーフな光源としてＶＣＳＥＬを用いるためには、従来よりも数桁以上光出力を抑えることが望まれる。
【0004】
ＶＣＳＥＬの光出力を抑える方法はいくつかある。
【0005】
最もシンプルであると考えられる方法は、光路の途中に光出力を落とすためのＮＤ（Neutral Density）フィルター等の部品を設ける方法である。しかし、この方法では、部品の欠落等の故障時に網膜に被爆限界を超えた光が入るおそれがある。
【0006】
他の方法として、ＶＣＳＥＬの閾値電流付近の出力が弱いところで電流を細かく制御する方法が挙げられる。この方法によれば極低出力の光を出力できる可能性があるが、微小電流の制御が難しく素子を安定動作させることが難しい。
【0007】
さらに他の方法として、素子設計で、光を取り出す側の反射鏡の反射率を９９．９９％以上まで高める方法が挙げられる。この方法によれば理論的には光出力を数十μＷ程度まで出力を下げられる。しかし、さらに光出力を１～２桁出力を落とすためには、反射鏡の反射率をさらに高めなければならず、反射率をこのレベルまで高めることが極めて難しい。
【0008】
本発明は、低出力の発光素子、光源装置、表示装置、ヘッドマウントディスプレイ及び生体情報取得装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
開示の技術の一態様によれば、発光素子は、第１反射鏡と、活性層と、を有し、前記第１反射鏡は、第１屈折率を備えた第１屈折率層と、前記第１屈折率より高い第２屈折率層とが交互に積層された多層膜反射鏡と、前記多層膜反射鏡の前記活性層とは反対側の第１面に設けられた第１層と、を有し、前記第１面は、前記活性層で発生した光が出射される出射領域を有し、前記第１層は、前記第１面に垂直な方向からの平面視で、出射中心を含む領域に設けられ、前記活性層で発生した光の一部を吸収し、前記活性層で発生し前記第１層を透過した光を出射する。
【発明の効果】
【0010】
開示の技術によれば、低出力の光源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】第１実施形態に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
【図2】第１領域及び金属層の一例を示す平面図である。
【図3】第２実施形態に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
【図4】第３実施形態に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
【図5】第４実施形態に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
【図6】第４実施形態に関する第１計算例の結果を示す図である。
【図7】第４実施形態に関する第２計算例の結果を示す図である。
【図8】第４実施形態に関する第３計算例の結果を示す図である。
【図9】第４実施形態の第１変形例に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
【図10】第４実施形態の第２変形例に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
【図11】第４実施形態の第３変形例に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
【図12】第５実施形態に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
【図13】第５実施形態に関する第４計算例の結果を示す図である。
【図14】第５実施形態の変形例に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
【図15】第６実施形態に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
【図16】第６実施形態に関する第５計算例の結果を示す図である。
【図17】第６実施形態の変形例に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
【図18】第７実施形態に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
【図19】第７実施形態に関する第６計算例の結果を示す図である。
【図20】第８実施形態に係る投影装置の構成例を示す図である。
【図21】第９実施形態に係るＨＭＤの構成例の斜視図である。
【図22】第９実施形態に係るＨＭＤの構成例の断面図である。
【図23】第１０実施形態に係るバイオメトリック認証装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を適宜省略する。
【0013】
また以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光素子の一例である面発光レーザ、光源装置、表示装置、ヘッドマウントディスプレイ及び生体情報取得装置を例示するものであって、本発明を以下に示す実施形態に限定するものではない。
【0014】
（第１実施形態）
まず、第１実施形態について説明する。第１実施形態は面発光レーザに関する。図１は、第１実施形態に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
まず、第１実施形態について説明する。第１実施形態は面発光レーザに関する。図１は、第１実施形態に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
【0015】
図１に示すように、第１実施形態に係る面発光レーザ１は、基板１０１と、下部反射鏡１０２（第２反射鏡）と、下部スペーサ層１０３と、活性層１０４と、上部スペーサ層１０５と、上部反射鏡１０８（第１反射鏡）とを有する。上部反射鏡１０８は、多層膜反射鏡１０７と、金属層１０９とを有する。金属層１０９は第１層の一例である。下部反射鏡１０２が基板１０１の上に設けられ、下部スペーサ層１０３が下部反射鏡１０２の上に設けられ、活性層１０４が下部スペーサ層１０３の上に設けられている。上部スペーサ層１０５が活性層１０４の上に設けられ、多層膜反射鏡１０７が上部スペーサ層１０５の上に設けられ、金属層１０９が多層膜反射鏡１０７の上に設けられている。多層膜反射鏡１０７は、低屈折率層１０７Ａと、高屈折率層１０７Ｂとを有し、低屈折率層１０７Ａ及び高屈折率層１０７Ｂが交互に積層されている。低屈折率層１０７Ａは第１屈折率を備え、高屈折率層１０７Ｂは第１屈折率よりも高い第２屈折率を備える。また、下部スペーサ層１０３、活性層１０４及び上部スペーサ層１０５から共振器１０６が構成される。金属層１０９は、多層膜反射鏡１０７の共振器１０６とは反対側の出射面１１０に設けられている。
【0016】
上部スペーサ層１０５が電流狭窄層１２３を含む。電流狭窄層１２３は、導電領域１２１と、絶縁領域１２２とを含む。導電領域１２１は絶縁領域１２２により囲まれている。電流狭窄層１２３により、活性層１０４中で電流が流れる領域が限定される。活性層１０４にキャリアが注入されると、共振器１０６で規定される波長で基板１０１の基板面（主面）に対して垂直方向に光の定在波１３２が発生する。導電領域１２１は、例えば、多層膜反射鏡１０７の出射面１１０に垂直な方向からの平面視で、円形状の平面形状を有する。第１実施形態では、平面視で活性層１０４の導電領域１２１と重なる領域の中心を出射中心１２０として、光が多層膜反射鏡１０７側に出射される。
【0017】
図１では、定在波１３２の腹及び節の位置を模式的に示している。共振器１０６で規定される定在波１３２の波長をλとすると、低屈折率層１０７Ａ及び高屈折率層１０７Ｂの１周期（１ペア）の総膜厚はλ／２の光学的厚さに相当する。例えば、低屈折率層１０７Ａ及び高屈折率層１０７Ｂの各々の光学的厚さはλ／４である。また、第１実施形態では、定在波１３２の節が多層膜反射鏡１０７の出射面１１０にある。例えば、光学的厚さがλ／４の低屈折率層１０７Ａが出射面１１０を構成する。つまり、光の出射方向において、多層膜反射鏡１０７が低屈折率層１０７Ａで終端されている。例えば、多層膜反射鏡１０７は、Ｎ個の高屈折率層１０７Ｂと、Ｎ＋１個の低屈折率層１０７Ａとを含む（Ｎは自然数）。
【0018】
多層膜反射鏡１０７の出射面１１０は、活性層１０４で発生した光が出射される出射領域１１３を有する。また、出射領域１１３は、平面視で出射中心１２０を含む第１領域１１１と、第１領域１１１の周囲に位置する第２領域１１２とを有する。第２領域１１２は、例えば第１領域１１１を包囲する。例えば、第１領域１１１は円形状の領域であり、第２領域１１２は円環状の領域である。第１領域１１１は、出射中心１２０を含む横方向の基本モード１３１の光強度（電界強度）が高い領域である。
【0019】
金属層１０９は第１領域１１１に設けられており、活性層１０４で発生した光の一部を吸収する。金属層１０９の材料は限定されず、例えば、所望の膜厚で光を吸収できる材料が用いられる。金属層１０９の材料は、Ａｌ及びＡｇ等の可視域全般で反射率の高い金属であってもよく、Ｃｒ等の反射率が低い金属であってもよい。上部反射鏡１０８が金属層１０９を有することにより、面発光レーザ１の出力を０．０１μＷ以上１００μＷ未満、より好適には０．０１μＷ以上５０μＷ未満、さらに好適には０．０１μＷ以上１μＷ未満とすることができる。
【0020】
ところで、光を走査して像を制御して作るためには、シングルモード動作であることが好ましい。第１実施形態では、上部反射鏡１０８の平面視で第１領域１１１に重なる部分の活性層１０４側からみた反射率は、上部反射鏡１０８の平面視で第２領域１１２に重なる部分の活性層１０４側からみた反射率よりも高い。このため、面内横方向のシングルモードの発振閾値より高次モードの発振閾値が高くなり、面発光レーザ１がシングルモード動作する。また、金属層１０９が光の一部を吸収するため、面発光レーザ１の光出力を抑制することができる。例えば、面発光レーザ１の光出力を、アイセーフに好適なサブμＷ～数十μＷ程度とすることができる。つまり、第１実施形態によれば、低出力化によるアイセーフ及びシングルモード動作を両立することができる。
【0021】
なお、第１領域１１１及び金属層１０９の平面形状は円形状でなくてもよい。図２は、第１領域１１１及び金属層１０９の一例を示す平面図である。図２に示す例のように、第１領域１１１及び金属層１０９の平面形状を楕円形状としてもよい。このように、第１領域１１１及び金属層１０９の平面形状が面内方向で互いに直交する２方向で異方性を有することで、偏光を制御することができる。第１領域１１１及び金属層１０９の平面形状は、長方形状であってもよく、より複雑な形状であってもよい。金属層１０９は、このような面内異方性を持たせた高次モードフィルターとして機能する。高次モードフィルターとして機能する金属層１０９が設けられていることで、高次モードフィルターがない場合と比べて、第１領域１１１の面積を大きくすることができ、素子の抵抗を下げることができる。以降の実施形態及び変形例についても同様である。
【0022】
多層膜反射鏡１０７の出射面１１０に定在波１３２の節があればよく、光の出射方向において、多層膜反射鏡１０７が低屈折率層１０７Ａで終端されている必要はない。例えば、光学的厚さがλ／２の高屈折率層で多層膜反射鏡１０７が終端されていてもよい。
【0023】
電流狭窄層１２３が、上部スペーサ層１０５内ではなく、多層膜反射鏡１０７内に設けられていてもよい。以降の実施形態及び変形例についても同様である。
【0024】
金属層１０９の周辺に、金属層１０９よりも薄い金属層があってもよい。
【0025】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、主として上部反射鏡の構成の点で第１実施形態と相違する。図３は、第２実施形態に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、主として上部反射鏡の構成の点で第１実施形態と相違する。図３は、第２実施形態に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
【0026】
図３に示すように、第２実施形態に係る面発光レーザ２は、上部反射鏡１０８に代えて上部反射鏡２０８（第１反射鏡）を有する。上部反射鏡２０８は、多層膜反射鏡２０７と、金属層２０９ａと、金属層２０９ｂとを有する。金属層２０９ａは第１層の一例であり、金属層２０９ｂは第２層の一例である。多層膜反射鏡２０７が上部スペーサ層１０５の上に設けられ、金属層２０９ａ及び２０９ｂが多層膜反射鏡２０７の上に設けられている。金属層２０９ａ及び２０９ｂは、多層膜反射鏡２０７の共振器１０６とは反対側の出射面２１０に設けられている。
【0027】
図３では、定在波１３２の腹及び節の位置を模式的に示している。第２実施形態では、定在波１３２の腹が多層膜反射鏡２０７の出射面２１０にある。例えば、光学的厚さがλ／４の高屈折率層１０７Ｂが出射面２１０を構成する。つまり、光の出射方向において、多層膜反射鏡２０７が高屈折率層１０７Ｂで終端されている。例えば、多層膜反射鏡２０７は、Ｎ個の高屈折率層１０７Ｂと、Ｎ個の低屈折率層１０７Ａとを含む。
【0028】
多層膜反射鏡２０７の出射面２１０は、第１実施形態と同様に、出射領域１１３を有し、出射領域１１３は、第１領域１１１及び第２領域１１２を有する。金属層２０９ａは第１領域１１１に設けられており、活性層１０４で発生した光の一部を吸収する。金属層２０９ｂは第２領域１１２に設けられており、活性層１０４で発生した光の一部を吸収する。金属層２０９ａの屈折率は、金属層２０９ｂの屈折率よりも低い。金属層２０９ａの屈折率が金属層２０９ｂの屈折率よりも低ければ、金属層２０９ａ及び２０９ｂの材料は限定されない。金属層２０９ｂが平面視で出射領域１１３の外側にも設けられていてよい。
【0029】
他の構成は第１実施形態と同様である。
【0030】
第２実施形態では、上部反射鏡２０８の平面視で第１領域１１１に重なる部分の活性層１０４側からみた反射率は、上部反射鏡２０８の平面視で第２領域１１２に重なる部分の活性層１０４側からみた反射率よりも高い。このため、第１実施形態と同様に、面内横方向のシングルモードの発振閾値より高次モードの発振閾値が高くなり、面発光レーザ２がシングルモード動作する。また、金属層２０９ａ及び２０９ｂが光の一部を吸収するため、面発光レーザ２の光出力を抑制することができる。例えば、面発光レーザ２の光出力を、アイセーフに好適なサブμＷ～数十μＷ程度とすることができる。つまり、第２実施形態によっても、アイセーフ及びシングルモード動作を両立することができる。
【0031】
なお、上部反射鏡２０８の平面視で第１領域１１１に重なる部分の活性層１０４側からみた反射率が、上部反射鏡２０８の平面視で第２領域１１２に重なる部分の活性層１０４側からみた反射率よりも高ければ、金属層２０９ａ及び２０９ｂの材料が同種であってもよい。例えば、金属層２０９ａが金属層２０９ｂよりも厚ければ、上部反射鏡２０８の平面視で第１領域１１１に重なる部分の活性層１０４側からみた反射率が、上部反射鏡２０８の平面視で第２領域１１２に重なる部分の活性層１０４側からみた反射率よりも高くなる。また、金属層２０９ａ及び２０９ｂの間の屈折率の差が小さい場合、金属層２０９ａが金属層２０９ｂよりも厚ければ、反射率の差を大きくできる。金属層２０９ａ及び２０９ｂの間の屈折率の差が大きい場合に、金属層２０９ａが金属層２０９ｂよりも厚くてもよい。
【0032】
多層膜反射鏡２０７の出射面２１０に定在波１３２の腹があればよく、光の出射方向において、多層膜反射鏡２０７が高屈折率層１０７Ｂで終端されている必要はない。例えば、光学的厚さがλ／２の低屈折率層で多層膜反射鏡２０７が終端されていてもよい。
【0033】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態は、主として上部反射鏡の構成の点で第１実施形態等と相違する。図４は、第３実施形態に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態は、主として上部反射鏡の構成の点で第１実施形態等と相違する。図４は、第３実施形態に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
【0034】
図４に示すように、第３実施形態に係る面発光レーザ３は、上部反射鏡１０８に代えて上部反射鏡３０８（第１反射鏡）を有する。上部反射鏡３０８は、多層膜反射鏡３０７と、金属層３０９とを有する。多層膜反射鏡３０７が上部スペーサ層１０５の上に設けられ、金属層３０９が多層膜反射鏡３０７の上に設けられている。金属層３０９は、多層膜反射鏡３０７の共振器１０６とは反対側の出射面３１０に設けられている。
【0035】
図４では、定在波１３２の腹及び節の位置を模式的に示している。多層膜反射鏡３０７の出射面３１０は、第１実施形態と同様に、出射領域１１３を有し、出射領域１１３は、第１領域１１１及び第２領域１１２を有する。第３実施形態では、多層膜反射鏡３０７の出射面３１０において、第１領域１１１に定在波１３２の節があり、第２領域１１２に定在波１３２の腹がある。例えば、第１領域１１１では光学的厚さがλ／４の低屈折率層１０７Ａが出射面３１０を構成し、第２領域１１２では光学的厚さがλ／４の高屈折率層１０７Ｂが出射面３１０を構成する。つまり、光の出射方向において、多層膜反射鏡３０７が、第１領域１１１では低屈折率層１０７Ａで終端され、第２領域１１２では高屈折率層１０７Ｂで終端されている。例えば、多層膜反射鏡３０７は、第１領域１１１に重なる部分では、Ｎ個の高屈折率層１０７Ｂと、Ｎ－１個の低屈折率層１０７Ａとを含み、第２領域１１２に重なる部分では、Ｎ個の高屈折率層１０７Ｂと、Ｎ個の低屈折率層１０７Ａとを含む。
【0036】
金属層３０９は第１領域１１１及び第２領域１１２に設けられており、活性層１０４で発生した光の一部を吸収する。金属層３０９が平面視で出射領域１１３の外側にも設けられていてよい。
【0037】
第３実施形態では、上部反射鏡３０８の平面視で第１領域１１１に重なる部分の活性層１０４側からみた反射率は、上部反射鏡３０８の平面視で第２領域１１２に重なる部分の活性層１０４側からみた反射率よりも高い。このため、面内横方向のシングルモードの発振閾値より高次モードの発振閾値が高くなり、面発光レーザ３がシングルモード動作する。また、金属層３０９が光の一部を吸収するため、面発光レーザ３の光出力を抑制することができる。例えば、面発光レーザ３の光出力を、アイセーフに好適なサブμＷ～数十μＷ程度とすることができる。つまり、第３実施形態によれば、アイセーフ及びシングルモード動作を両立することができる。
【0038】
なお、多層膜反射鏡３０７が、第１領域１１１に重なる部分では、Ｎ個の高屈折率層１０７Ｂと、Ｎ＋１個の低屈折率層１０７Ａとを含み、第２領域１１２に重なる部分では、Ｎ個の高屈折率層１０７Ｂと、Ｎ個の低屈折率層１０７Ａとを含んでもよい。この構成でも、多層膜反射鏡３０７の出射面３１０において、第１領域１１１に定在波１３２の節があり、第２領域１１２に定在波１３２の腹がある。
【0039】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態は面発光レーザに関する。図５は、第４実施形態に係る面発光レーザを示す断面模式図である。第４実施形態は、第１実施形態の具体例に該当する。
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態は面発光レーザに関する。図５は、第４実施形態に係る面発光レーザを示す断面模式図である。第４実施形態は、第１実施形態の具体例に該当する。
【0040】
第４実施形態に係る面発光レーザ４は、ＧａＮを用いた波長λが４４５ｎｍの面発光レーザである。図５に示すように、面発光レーザ４は、基板４０１と、下部反射鏡４０２（第２反射鏡）と、下部スペーサ層４０３と、活性層４０４と、上部スペーサ層４０５と、上部反射鏡４０８（第１反射鏡）とを有する。上部反射鏡４０８は、多層膜反射鏡４０７と、金属層４０９とを有する。面発光レーザ４は、更に、電流狭窄層４２３と、透明導電層４４３と、下部電極４４１と、上部電極４４２とを有する。下部反射鏡４０２が基板４０１の上に設けられ、下部スペーサ層４０３が下部反射鏡４０２の上に設けられ、活性層４０４が下部スペーサ層４０３の上に設けられている。上部スペーサ層４０５が活性層４０４の上に設けられ、電流狭窄層４２３が上部スペーサ層４０５の上に設けられ、透明導電層４４３が電流狭窄層４２３の上に設けられている。多層膜反射鏡４０７が透明導電層４４３の上に設けられ、金属層４０９が多層膜反射鏡４０７の上に設けられている。下部スペーサ層４０３、活性層４０４及び上部スペーサ層４０５から共振器４０６が構成される。金属層４０９は、多層膜反射鏡４０７の共振器４０６とは反対側の出射面４１０に設けられている。
【0041】
基板４０１は、例えばＧａＮ基板である。
【0042】
下部反射鏡４０２は、例えば、４５周期の高屈折率層及び低屈折率層を含む半導体から構成された多層膜反射鏡である。例えば、高屈折率層はＩｎＧａＮ層であり、低屈折率層は複数のＡｌＧａＮ層及びＧａＮ層から構成された超格子層である。１周期の高屈折率層及び低屈折率層の光学的厚さはλ／２である。
【0043】
多層膜反射鏡４０７は、多層膜反射鏡１０７と同様の構成を備える。つまり、多層膜反射鏡４０７は、低屈折率層及び高屈折率層を有し、低屈折率層及び高屈折率層が交互に積層されている。低屈折率層は第１屈折率を備え、高屈折率層は第１屈折率よりも高い第２屈折率を備える。多層膜反射鏡４０７は、例えば、８．５周期の高屈折率層及び低屈折率層を含む誘電体から構成された多層膜反射鏡である。例えば、高屈折率層はＴａ２Ｏ５層であり、低屈折率層はＳｉＯ２層である。１周期の高屈折率層及び低屈折率層の光学的厚さはλ／２である。例えば、多層膜反射鏡４０７は、８個のＴａ２Ｏ５層と、９個のＳｉＯ２層とを含む。
【0044】
活性層４０４は複数のＩｎＧａＮ層及びＧａＮ層を含む多重量子井戸構造を有する。下部スペーサ層４０３はｎ型ＧａＮ層であり、上部スペーサ層４０５はｐ型ＧａＮ層である。上部スペーサ層４０５と、活性層４０４と、下部スペーサ層４０３の一部とがエッチングされてメサ構造が形成されている。
【0045】
電流狭窄層４２３は、導電領域４２１と、絶縁領域４２２とを含む。導電領域４２１は絶縁領域４２２により囲まれている。例えば、導電領域４２１は、上部スペーサ層４０５の一部であってｐ型ＧａＮから構成され、絶縁領域４２２はＳｉＯ２層である。電流狭窄層４２３により、活性層４０４中で電流が流れる領域が限定される。活性層４０４にキャリアが注入されると、共振器４０６で規定される波長λ（４４５ｎｍ）で基板４０１の基板面（主面）に対して垂直方向に光の定在波４３２が発生する。第４実施形態では、平面視で活性層４０４の導電領域４２１と重なる領域の中心を出射中心４２０として、光が多層膜反射鏡４０７側に出射される。
【0046】
図５では、定在波４３２の腹及び節の位置を模式的に示している。第４実施形態では、共振器４０６は４４５ｎｍの波長λで定在波４３２が生じるような厚さで構成されている。高いゲインを得るために、活性層４０４は光強度が強い定在波４３２の腹にある。光吸収を抑制するために、透明導電層４４３は定在波４３２の節にある。また、多層膜反射鏡４０７の出射面４１０に定在波４３２の節がある。例えば、光学的厚さがλ／４の低屈折率層が出射面４１０を構成する。つまり、光の出射方向において、多層膜反射鏡４０７が低屈折率層（ＳｉＯ２層）で終端されている。
【0047】
多層膜反射鏡４０７の出射面４１０は、活性層４０４で発生した光が出射される出射領域４１３を有する。また、出射領域４１３は、平面視で出射中心４２０を含む第１領域４１１と、第１領域４１１の周囲に位置する第２領域４１２とを有する。第２領域４１２は、例えば第１領域４１１を包囲する。例えば、第１領域４１１は円形状の領域であり、第２領域４１２は円環状の領域である。第１領域４１１は、出射中心４２０を含む横方向の基本モード４３１の光強度が高い領域である。
【0048】
金属層４０９は第１領域４１１に設けられており、活性層４０４で発生した光の一部を吸収する。金属層４０９は、例えばＣｒ層である。金属層４０９の膜厚は、例えば２０ｎｍである。
【0049】
透明導電層４４３の材料は、例えば酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide；ＩＴＯ）である。下部電極４４１は、メサ構造の周囲で下部スペーサ層４０３の上に設けられている。下部電極４４１は、下部スペーサ層４０３の上に形成されたＴｉ層と、このＴｉ層の上のＡｌ層とを有する。上部電極４４２は、透明導電層４４３の上に形成されたＴｉ層と、このＴｉ層の上のＡｕ層とを有する。下部電極４４１と上部電極４４２との間に電圧が印加されると、活性層４０４に電流が流れる。
【0050】
第４実施形態では、上部反射鏡４０８の平面視で第１領域４１１に重なる部分の活性層４０４側からみた反射率は、上部反射鏡４０８の平面視で第２領域４１２に重なる部分の活性層４０４側からみた反射率よりも高い。例えば、上部反射鏡４０８の平面視で第１領域４１１に重なる部分の活性層４０４側からみた反射率は０．９９９１になり、上部反射鏡４０８の平面視で第２領域４１２に重なる部分の活性層４０４側からみた反射率は０．９９５４になる。このため、面内横方向のシングルモードの発振閾値より高次モードの発振閾値が高くなり、面発光レーザ４がシングルモード動作する。また、金属層４０９が光の一部を吸収するため、面発光レーザ４の光出力を抑制することができる。例えば、面発光レーザ４の光出力を、アイセーフに好適なサブμＷ～数十μＷ程度とすることができる。つまり、第４実施形態によれば、アイセーフ及びシングルモード動作を両立することができる。
【0051】
次に、第４実施形態に係る面発光レーザ４の製造方法について説明する。
【0052】
まず、有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）装置を用いて基板４０１上に下部反射鏡４０２、下部スペーサ層４０３、活性層４０４及び上部スペーサ層４０５を形成する。次に、熱処理により上部スペーサ層４０５に含まれる不純物を活性化させる。例えば熱処理では基板４０１を加熱する。
【0053】
次に、フォトリソグラフィー及びドライエッチングを用いて、厚さ方向で下部スペーサ層４０３の一部が残存するように、上部スペーサ層４０５と、活性層４０４と、下部スペーサ層４０３の一部とにメサ構造を形成する。
【0054】
次に、フォトリソグラフィー及びドライエッチングを用いて、上部スペーサ層４０５の周縁部を、２０ｎｍ程度の深さで除去する。そして、ドライエッチングで用いたマスクを使ってセルフアラインでＳｉＯ２層を絶縁領域４２２として形成する。ＳｉＯ２層は、例えば電子線（Electron Beam：ＥＢ）蒸着により形成できる。このようにして、電流狭窄層４２３が形成される。
【0055】
次に、電流狭窄層４２３の上に透明導電層４４３を形成し、下部スペーサ層４０３の上に下部電極４４１を形成し、絶縁領域４２２及び透明導電層４４３の上に上部電極４４２を形成する。
【0056】
次に、透明導電層４４３の上に多層膜反射鏡４０７を形成する。多層膜反射鏡４０７の形成では、透明導電層４４３の位置を定在波４３２の節にするために、まず、位相調整用のＴａ２Ｏ５層を形成し、その後に、λ／４の光学的厚さでＳｉＯ２層とＴａ２Ｏ５層と交互に８．５周期積層する。光の出射方向において、多層膜反射鏡４０７を光学的厚さがλ／４のＳｉＯ２層（低屈折率層）で終端することで、出射面４１０に定在波４３２の節が位置するようになる。
【0057】
次に、横方向の基本モード４３１の光強度の強い領域、つまり第１領域４１１に金属層４０９を形成する。
【0058】
このようにして、第４実施形態に係る面発光レーザ４を製造することができる。
【0059】
本開示においては、第１層の厚さが０ｎｍ、つまり、多層膜反射鏡上に空気があると仮定したときに活性層で発生した光が多層膜反射鏡と空気の境界面に多層膜反射鏡側から入射する際の反射率をＲ０とし、活性層で発生した光が多層膜反射鏡と第１層の境界面に多層膜反射鏡側から入射する際の反射率をＲ１として、Ｒ１／Ｒ０を反射比と呼ぶ。
【0060】
また、第１層の厚さが０ｎｍ、つまり、多層膜反射鏡上に空気があると仮定したときに活性層で発生した光が多層膜反射鏡から空気へ透過する際の透過率をＩ０とし、活性層で発生した光が第１面に第１金属層が形成された多層膜反射鏡から空気へ透過する際の前記光の透過率をＩ１として、Ｉ１／Ｉ０を透過比と呼ぶ。
【0061】
［第１計算例］
次に、第４実施形態に関して行った計算例（第１計算例）について説明する。第１計算例では、第４実施形態の下部反射鏡４０２、共振器４０６、多層膜反射鏡４０７及び金属層５０９から構成された積層体をモデルとして用いた。また、各層は、ベタで形成されていることとした。多層膜反射鏡４０７は、８．５周期の誘電体の多層膜反射鏡であり、出射面４１０が低屈折率層で終端され、定在波４３２の節になっている。そして、金属層４０９であるＣｒ層の膜厚を変化させた場合の、活性層４０４からみた上部反射鏡４０８の反射率及び上部反射鏡４０８の透過率を計算した。この結果を図６に示す。図６（ａ）には、Ｃｒ層の膜厚と上部反射鏡４０８の反射率及び透過率との関係を示す。図６（ｂ）には、図６（ａ）から導き出される、Ｃｒ層の膜厚と上部反射鏡４０８の透過比との関係を示す。
次に、第４実施形態に関して行った計算例（第１計算例）について説明する。第１計算例では、第４実施形態の下部反射鏡４０２、共振器４０６、多層膜反射鏡４０７及び金属層５０９から構成された積層体をモデルとして用いた。また、各層は、ベタで形成されていることとした。多層膜反射鏡４０７は、８．５周期の誘電体の多層膜反射鏡であり、出射面４１０が低屈折率層で終端され、定在波４３２の節になっている。そして、金属層４０９であるＣｒ層の膜厚を変化させた場合の、活性層４０４からみた上部反射鏡４０８の反射率及び上部反射鏡４０８の透過率を計算した。この結果を図６に示す。図６（ａ）には、Ｃｒ層の膜厚と上部反射鏡４０８の反射率及び透過率との関係を示す。図６（ｂ）には、図６（ａ）から導き出される、Ｃｒ層の膜厚と上部反射鏡４０８の透過比との関係を示す。
【0062】
ここでは、Ｔａ２Ｏ５の屈折率を２．２１、ＳｉＯ２の屈折率を１．４６、Ｃｒの複素屈折率を２．２７＋３．１０ｉとして計算した。図６に示すように、Ｃｒ層の膜厚が増加すると反射率が増加し、ある程度の膜厚になると反射率がほぼ一定になる。逆に、Ｃｒ層の膜厚が増加すると透過率及び透過比が減少し、ある程度の膜厚になると透過率及び透過比がほぼ一定になる。厚さが２０ｎｍのＣｒ層の場合、反射比は１．００３６８、透過比は０．０３２６であった。このように、Ｃｒ層を用いることで上部反射鏡の反射率を高くし、且つＣｒ層の吸収によって光出力を弱めることができる。Ｃｒ層が厚いほど反射率が高くなるため、第２領域４１２に第１領域４１１よりも薄いＣｒ層を形成しても反射率の分布を設けることができる。例えば、第１領域１１１のＣｒ層の膜厚を、光出力を十分に弱くできる２０～４０ｎｍにし、第２領域１１２に膜厚が１～５ｎｍ程度のＣｒ層が形成されてもよい。この場合、面内で反射率分布を設けて面発光レーザ４をシングルモード動作させ、第２領域１１２でも光出力を弱めることができる。このような面発光レーザ４によれば、遠視野像の単峰性を向上できる。
【0063】
［第２計算例］
次に、第４実施形態に関して行った他の計算例（第２計算例）について説明する。第２計算例では、第１計算例と同様のモデルを用い、多層膜反射鏡４０７の最表層の低屈折率層（ＳｉＯ２層）の光学的厚さをλ／４から減少させた場合の、活性層４０４からみた上部反射鏡４０８の反射率を計算した。この結果を図７に示す。図７中の凡例中の周期は、多層膜反射鏡４０７の周期である。
次に、第４実施形態に関して行った他の計算例（第２計算例）について説明する。第２計算例では、第１計算例と同様のモデルを用い、多層膜反射鏡４０７の最表層の低屈折率層（ＳｉＯ２層）の光学的厚さをλ／４から減少させた場合の、活性層４０４からみた上部反射鏡４０８の反射率を計算した。この結果を図７に示す。図７中の凡例中の周期は、多層膜反射鏡４０７の周期である。
【0064】
第４実施形態における第２領域１１２は、図７中の８．５周期でＣｒ層の膜厚が０ｎｍの点Ａに該当する。第１領域１１１の最表層（ＳｉＯ２層）の光学的厚さをλ／４（＝０．２５λ）からλ／４－０．２０λまで減らしても反射率は若干低下する程度で（図中Ｂの範囲）、点Ａよりは反射率が高い。多層膜反射鏡４０７の最表層が、光学的厚さがλ／４の低屈折率層であること、言い換えると出射面４１０において定在波が節になっていることが最も好ましいが、図７は、第１領域１１１において多層膜反射鏡４０７の最表層の光学的厚さがλ／４からλ／４－０．２０λ程度まで減らされていても、アイセーフ及びシングルモード動作を両立できることを示す。
【0065】
［第３計算例］
次に、第４実施形態に関して行った他の計算例（第３計算例）について説明する。第３計算例では、第１計算例と同様のモデルを用い、多層膜反射鏡４０７の最表層の低屈折率層（ＳｉＯ２層）の光学的厚さをλ／４から増加させた場合の、活性層４０４からみた上部反射鏡４０８の反射率を計算した。この結果を図８に示す。図８中の凡例中の周期は、多層膜反射鏡４０７の周期である。
次に、第４実施形態に関して行った他の計算例（第３計算例）について説明する。第３計算例では、第１計算例と同様のモデルを用い、多層膜反射鏡４０７の最表層の低屈折率層（ＳｉＯ２層）の光学的厚さをλ／４から増加させた場合の、活性層４０４からみた上部反射鏡４０８の反射率を計算した。この結果を図８に示す。図８中の凡例中の周期は、多層膜反射鏡４０７の周期である。
【0066】
第４実施形態における第２領域１１２は、図８中の８．５周期でＣｒ層の膜厚が０ｎｍの点Ａに該当する。第１領域１１１の最表層（ＳｉＯ２層）の光学的厚さをλ／４（＝０．２５λ）からλ／４＋０．１４０λまで増やしても反射率は若干低下する程度で（図中Ｃの範囲）、点Ａよりは反射率が高い。多層膜反射鏡４０７の最表層が、光学的厚さがλ／４の低屈折率層であること、言い換えると出射面４１０において定在波が節になっていることが最も好ましいが、図８は、第１領域１１１において多層膜反射鏡４０７の最表層の光学的厚さがλ／４からλ／４＋０．１４０λ程度まで増やされていても、アイセーフ及びシングルモード動作を両立できることを示す。
【0067】
（第４実施形態の第１変形例）
次に、第４実施形態の第１変形例について説明する。第１変形例は、主として、金属層の構成の点で第４実施形態と相違する。図９は、第４実施形態の第１変形例に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
次に、第４実施形態の第１変形例について説明する。第１変形例は、主として、金属層の構成の点で第４実施形態と相違する。図９は、第４実施形態の第１変形例に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
【0068】
図９に示すように、第４実施形態の第１変形例に係る面発光レーザ４Ａでは、上部反射鏡４０８が、多層膜反射鏡４０７及び金属層４０９に加えて、金属層４０９ｂを有する。金属層４０９ｂは第２領域４１２に設けられており、活性層４０４で発生した光の一部を吸収する。金属層４０９ｂは、金属層４０９と同種の金属から構成され、例えばＣｒ層である。金属層４０９ｂは金属層４０９よりも薄い。
【0069】
他の構成は第４実施形態と同様である。
【0070】
第１変形例によっても第４実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１計算例にて説明したように、面発光レーザ４Ａをシングルモード動作させつつ、第２領域１１２でも光出力を弱めることができるため、遠視野像の単峰性を向上できる。
【0071】
（第４実施形態の第２変形例）
次に、第４実施形態の第２変形例について説明する。第２変形例は、主として、多層膜反射鏡の構成の点で第４実施形態と相違する。図１０は、第４実施形態の第２変形例に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
次に、第４実施形態の第２変形例について説明する。第２変形例は、主として、多層膜反射鏡の構成の点で第４実施形態と相違する。図１０は、第４実施形態の第２変形例に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
【0072】
図１０に示すように、第４実施形態の第２変形例に係る面発光レーザ４Ｂでは、上部反射鏡４０８が、多層膜反射鏡４０７に代えて多層膜反射鏡４０７Ｂを有する。多層膜反射鏡４０７Ｂでは、平面視で第１領域４１１と重なる部分において、最表層の低屈折率層（ＳｉＯ２層）が多層膜反射鏡４０７での厚さよりも薄い。例えば、多層膜反射鏡４０７での最表層の低屈折率層（ＳｉＯ２層）の光学的厚さはλ／４であるのに対し、多層膜反射鏡４０７Ｂでの光学的厚さはλ／４－０．２０λ以上λ／４未満である。従って、第１領域４１１では、定在波４３２の節が多層膜反射鏡４０７の出射面４１０Ｂからずれている。
【0073】
他の構成は第４実施形態と同様である。
【0074】
第２計算例にて説明したように、第２変形例によってもアイセーフ及びシングルモード動作を両立することができる。
【0075】
（第４実施形態の第３変形例）
次に、第４実施形態の第３変形例について説明する。第３変形例は、主として、多層膜反射鏡の構成の点で第４実施形態と相違する。図１１は、第４実施形態の第３変形例に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
次に、第４実施形態の第３変形例について説明する。第３変形例は、主として、多層膜反射鏡の構成の点で第４実施形態と相違する。図１１は、第４実施形態の第３変形例に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
【0076】
図１１に示すように、第４実施形態の第３変形例に係る面発光レーザ４Ｃでは、上部反射鏡４０８が、多層膜反射鏡４０７に代えて多層膜反射鏡４０７Ｃを有する。多層膜反射鏡４０７Ｃでは、平面視で第１領域４１１と重なる部分において、最表層の低屈折率層（ＳｉＯ２層）が多層膜反射鏡４０７での厚さよりも厚い。例えば、多層膜反射鏡４０７での最表層の低屈折率層（ＳｉＯ２層）の光学的厚さはλ／４であるのに対し、多層膜反射鏡４０７Ｂでの光学的厚さはλ／４超λ／４＋０．１４０λ以下である。従って、第１領域４１１では、定在波４３２の節が多層膜反射鏡４０７の出射面４１０Ｃからずれている。
【0077】
他の構成は第４実施形態と同様である。
【0078】
第３計算例にて説明したように、第３変形例によってもアイセーフ及びシングルモード動作を両立することができる。
【0079】
（第５実施形態）
次に、第５実施形態について説明する。第５実施形態は、主として上部反射鏡の構成の点で第４実施形態と相違する。図１２は、第５実施形態に係る面発光レーザを示す断面模式図である。第５実施形態は、第２実施形態の具体例に該当する。
次に、第５実施形態について説明する。第５実施形態は、主として上部反射鏡の構成の点で第４実施形態と相違する。図１２は、第５実施形態に係る面発光レーザを示す断面模式図である。第５実施形態は、第２実施形態の具体例に該当する。
【0080】
第５実施形態に係る面発光レーザ５は、ＧａＮを用いた波長λが５１５ｎｍの面発光レーザである。図１２に示すように、第５実施形態に係る面発光レーザ５は、上部反射鏡４０８に代えて上部反射鏡５０８（第１反射鏡）を有する。上部反射鏡５０８は、多層膜反射鏡５０７と、金属層５０９ａと、金属層５０９ｂとを有する。多層膜反射鏡５０７が透明導電層４４３の上に設けられ、金属層５０９ａ及び５０９ｂが多層膜反射鏡５０７の上に設けられている。金属層５０９ａ及び５０９ｂは、多層膜反射鏡５０７の共振器４０６とは反対側の出射面５１０に設けられている。
【0081】
下部反射鏡４０２は、例えば、５０周期の高屈折率層及び低屈折率層を含む半導体から構成された多層膜反射鏡である。例えば、高屈折率層はＧａＮ層であり、低屈折率層はＡｌＩｎＮ層である。１周期の高屈折率層及び低屈折率層の光学的厚さはλ／２である。
【0082】
多層膜反射鏡５０７は、多層膜反射鏡２０７と同様の構成を備える。つまり、多層膜反射鏡５０７は、低屈折率層及び高屈折率層を有し、低屈折率層及び高屈折率層が交互に積層されている。低屈折率層は第１屈折率を備え、高屈折率層は第１屈折率よりも高い第２屈折率を備える。多層膜反射鏡５０７は、例えば、８周期の高屈折率層及び低屈折率層を含む誘電体から構成された多層膜反射鏡である。例えば、高屈折率層はＴａ２Ｏ５層であり、低屈折率層はＳｉＯ２層である。１周期の高屈折率層及び低屈折率層の光学的厚さはλ／２である。例えば、多層膜反射鏡５０７は、８個のＴａ２Ｏ５層と、８個のＳｉＯ２層とを含む。
【0083】
図１２では、定在波５３２の腹及び節の位置を模式的に示している。第５実施形態では、共振器４０６は５１５ｎｍの波長λで定在波５３２が生じるような厚さで構成されている。高いゲインを得るために、活性層４０４は光強度が強い定在波５３２の腹にある。光吸収を抑制するために、透明導電層４４３は定在波５３２の節にある。また、多層膜反射鏡５０７の出射面５１０に定在波５３２の腹がある。例えば、光学的厚さがλ／４の高屈折率層が出射面５１０を構成する。つまり、光の出射方向において、多層膜反射鏡５０７が高屈折率層（Ｔａ２Ｏ５層）で終端されている。
【0084】
多層膜反射鏡５０７の出射面５１０は、第４実施形態と同様に、出射領域４１３を有し、出射領域４１３は、第１領域４１１及び第２領域４１２を有する。金属層５０９ａは第１領域４１１に設けられており、活性層４０４で発生した光の一部を吸収する。金属層５０９ｂは第２領域４１２に設けられており、活性層４０４で発生した光の一部を吸収する。金属層５０９ａの屈折率は、金属層５０９ｂの屈折率よりも低い。例えば、金属層５０９ａはＡｌ層であり、金属層５０９ｂはＣｒ層である。金属層５０９ａ及び５０９ｂの膜厚は、例えば３０ｎｍである。金属層５０９ｂが平面視で出射領域４１３の外側にも設けられていてよい。
【0085】
他の構成は第４実施形態と同様である。
【0086】
第５実施形態では、上部反射鏡５０８の平面視で第１領域４１１に重なる部分の活性層４０４側からみた反射率は、上部反射鏡５０８の平面視で第２領域４１２に重なる部分の活性層４０４側からみた反射率よりも高い。例えば、上部反射鏡５０８の平面視で第１領域４１１に重なる部分の活性層４０４側からみた反射率は０．９９８０になり、上部反射鏡４０８の平面視で第２領域４１２に重なる部分の活性層４０４側からみた反射率は０．９９２６になる。このため、第４実施形態と同様に、面内横方向のシングルモードの発振閾値より高次モードの発振閾値が高くなり、面発光レーザ５がシングルモード動作する。また、金属層５０９ａ及び５０９ｂが光の一部を吸収するため、面発光レーザ５の光出力を抑制することができる。例えば、面発光レーザ５の光出力を、アイセーフに好適なサブμＷ～数十μＷ程度とすることができる。つまり、第５実施形態によっても、アイセーフ及びシングルモード動作を両立することができる。
【0087】
次に、第５実施形態に係る面発光レーザ５の製造方法について説明する。
【0088】
まず、第４実施形態と同様にして、下部電極４４１及び上部電極４４２の形成までの処理を行う。次に、透明導電層４４３の上に多層膜反射鏡５０７を形成する。多層膜反射鏡５０７の形成では、透明導電層４４３の位置を定在波５３２の節にするために、まず、位相調整用のＴａ２Ｏ５層を形成し、その後に、λ／４の光学的厚さでＳｉＯ２層とＴａ２Ｏ５層と交互に８周期積層する。光の出射方向において、多層膜反射鏡５０７を光学的厚さがλ／４のＴａ２Ｏ５層（高屈折率層）で終端することで、出射面５１０に定在波５３２の腹が位置するようになる。
【0089】
次に、横方向の基本モード４３１の光強度の強い領域、つまり第１領域４１１に金属層５０９ａを形成する。次に、金属層５０９ａの周囲に金属層５０９ｂを形成する。金属層５０９ｂの形成では、例えば、金属層５０９ａをフォトマスクにして、基板４０１の裏面から露光してレジストを形成することで、セルフアラインで金属層５０９ｂを形成することができる。
【0090】
このようにして、第５実施形態に係る面発光レーザ５を製造することができる。
【0091】
なお、金属層５０９ａとしてＡｌ層を用い、金属層５０９ｂとしてＣｒ層を用い、金属層５０９ｂを金属層５０９ａよりも厚くしてもよい。この場合、金属層５０９ａの前に金属層５０９ｂを形成し、第１領域４１１上及び第２領域４１２上に金属層５０９ａを形成してもよい。金属層５０９ｂが厚く形成された場合、多層膜反射鏡５０７を透過した光は金属層５０９ｂにより吸収され、多層膜反射鏡５０７へ反射されにくい。このため、その上方に金属層５０９ａが形成されても、反射率には影響がないからである。
【0092】
［第４計算例］
次に、第５実施形態に関して行った計算例（第４計算例）について説明する。第４計算例では、第５実施形態の下部反射鏡４０２、共振器４０６、多層膜反射鏡５０７及び金属層５０９ａ又は５０９ｂから構成された積層体をモデルとして用いた。また、各層は、ベタで形成されていることとした。多層膜反射鏡５０７は、８周期の誘電体の多層膜反射鏡であり、出射面５１０が高屈折率層で終端され、定在波５３２の腹になっている。そして、金属層５０９ａ又は５０９ｂであるＡｌ層又はＣｒ層の膜厚を変化させた場合の、活性層４０４からみた上部反射鏡５０８の反射率及び上部反射鏡５０８の透過率を計算した。この結果を図１３に示す。図１３（ａ）には、金属層（Ａｌ層又はＣｒ層）の膜厚と上部反射鏡５０８の反射率及び透過率との関係を示す。図１３（ｂ）には、図１３（ａ）から導き出される、金属層の膜厚と上部反射鏡５０８の透過比との関係を示す。
次に、第５実施形態に関して行った計算例（第４計算例）について説明する。第４計算例では、第５実施形態の下部反射鏡４０２、共振器４０６、多層膜反射鏡５０７及び金属層５０９ａ又は５０９ｂから構成された積層体をモデルとして用いた。また、各層は、ベタで形成されていることとした。多層膜反射鏡５０７は、８周期の誘電体の多層膜反射鏡であり、出射面５１０が高屈折率層で終端され、定在波５３２の腹になっている。そして、金属層５０９ａ又は５０９ｂであるＡｌ層又はＣｒ層の膜厚を変化させた場合の、活性層４０４からみた上部反射鏡５０８の反射率及び上部反射鏡５０８の透過率を計算した。この結果を図１３に示す。図１３（ａ）には、金属層（Ａｌ層又はＣｒ層）の膜厚と上部反射鏡５０８の反射率及び透過率との関係を示す。図１３（ｂ）には、図１３（ａ）から導き出される、金属層の膜厚と上部反射鏡５０８の透過比との関係を示す。
【0093】
ここでは、Ｔａ２Ｏ５の屈折率を２．２０、ＳｉＯ２の屈折率を１．４５、Ｃｒの複素屈折率２．９１＋３．３３ｉ、Ａｌの複素屈折率を０．８２６＋６．２８ｉとして計算した。図１３に示すように、金属層の膜厚が増加すると一旦反射率が下がり、その後、反射率は上昇し、ほぼ一定になる。金属の種類によって、屈折率が低下する量や一定値になった時の値が異なる。具体的には、屈折率が低いＡｌにおいて、Ｃｒよりも反射率が高くなる。通常の誘電体又は半導体の多層膜反射鏡では、光学的厚さがλ／４の高屈折率層上に低屈折率層が１層形成されると反射率が下がる。これに対し、Ａｌ等の低屈折率の金属の層が形成された場合は、反射率がほとんど下がらず、十分な膜厚で形成されると反射率が高くなる。厚さが３０ｎｍのＡｌ層の場合、反射比は１．０００１９、透過比は０．０３７４であった。
【0094】
また、Ｃｒ層に着目すると、概ね、Ｃｒ層の膜厚が１０ｎｍ～３０ｎｍの範囲での反射率は、Ｃｒ層の膜厚が１ｎｍ以上１０ｎｍ未満の範囲又は４０ｎｍ以上の範囲での反射率よりも小さい。従って、金属層５０９ａ及び５０９ｂとして膜厚が相違するＣｒ層を用いることで、上部反射鏡５０８の平面視で第１領域４１１に重なる部分の活性層４０４側からみた反射率を、上部反射鏡５０８の平面視で第２領域４１２に重なる部分の活性層４０４側からみた反射率よりも高くすることができる。
【0095】
（第５実施形態の変形例）
次に、第５実施形態の変形例について説明する。変形例は、主として、金属層の構成の点で第５実施形態と相違する。図１４は、第５実施形態の変形例に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
次に、第５実施形態の変形例について説明する。変形例は、主として、金属層の構成の点で第５実施形態と相違する。図１４は、第５実施形態の変形例に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
【0096】
図１４に示すように、第５実施形態の変形例に係る面発光レーザ５Ａでは、上部反射鏡５０８が、金属層５０９ａに代えて金属層５０９ｃを有し、金属層５０９ｂに代えて金属層５０９ｄを有する。金属層５０９ｃ及び５０９ｄはいずれもＣｒ層である。金属層４０９ｃの膜厚は４０ｎｍ以上であり、金属層４０９ｄの膜厚は１０ｎｍ～３０ｎｍ程度である。
【0097】
他の構成は第５実施形態と同様である。
【0098】
第４計算例にて説明したように、第５実施形態の変形例においても、上部反射鏡５０８の平面視で第１領域４１１に重なる部分の活性層４０４側からみた反射率は、上部反射鏡５０８の平面視で第２領域４１２に重なる部分の活性層４０４側からみた反射率よりも高い。従って、第５実施形態と同様に、アイセーフ及びシングルモード動作を両立することができる。
【0099】
なお、金属層５０９ｃの膜厚が１ｎｍ以上１０ｎｍ未満であってもよい。また、Ｃｒ層ほどの大きな反射率の差は得にくいが、金属層５０９ｃ及び５０９ｄとして膜厚が相違するＡｌ層が用いられてもよい。
【0100】
（第６実施形態）
次に、第６実施形態について説明する。第６実施形態は、主として上部反射鏡の構成の点で第４実施形態等と相違する。図１５は、第６実施形態に係る面発光レーザを示す断面模式図である。第６実施形態は、第３実施形態の具体例に該当する。
次に、第６実施形態について説明する。第６実施形態は、主として上部反射鏡の構成の点で第４実施形態等と相違する。図１５は、第６実施形態に係る面発光レーザを示す断面模式図である。第６実施形態は、第３実施形態の具体例に該当する。
【0101】
第６実施形態に係る面発光レーザ６は、ＧａＮを用いた波長λが４４５ｎｍの面発光レーザである。図１５に示すように、第６実施形態に係る面発光レーザ６は、上部反射鏡４０８に代えて上部反射鏡６０８（第１反射鏡）を有する。上部反射鏡６０８は、多層膜反射鏡６０７と、金属層６０９とを有する。多層膜反射鏡６０７が透明導電層４４３の上に設けられ、金属層６０９が多層膜反射鏡６０７の上に設けられている。金属層６０９は、多層膜反射鏡６０７の共振器４０６とは反対側の出射面６１０に設けられている。
【0102】
図１５では、定在波４３２の腹及び節の位置を模式的に示している。多層膜反射鏡６０７の出射面６１０は、第４実施形態と同様に、出射領域４１３を有し、出射領域４１３は、第１領域４１１及び第２領域４１２を有する。第６実施形態では、多層膜反射鏡６０７の出射面６１０において、第１領域４１１に定在波４３２の節があり、第２領域４１２に定在波４３２の腹がある。例えば、第１領域４１１では光学的厚さがλ／４の低屈折率層が出射面６１０を構成し、第２領域４１２では光学的厚さがλ／４の高屈折率層が出射面６１０を構成する。つまり、光の出射方向において、多層膜反射鏡６０７が、第１領域４１１では低屈折率層で終端され、第２領域４１２では高屈折率層で終端されている。例えば、高屈折率層はＴａ２Ｏ５層であり、低屈折率層はＳｉＯ２層である。１周期の高屈折率層及び低屈折率層の光学的厚さはλ／２である。例えば、多層膜反射鏡６０７は、第１領域４１１に重なる部分では、１１個の高屈折率層と、１０個の低屈折率層とを含み、第２領域４１２に重なる部分では、１１個の高屈折率層と、１１個の低屈折率層とを含む。つまり、多層膜反射鏡６０７は、第１領域４１１に重なる部分では、１０．５周期の高屈折率層及び低屈折率層を含む誘電体から構成され、第２領域４１２に重なる部分では、１１周期の高屈折率層及び低屈折率層を含む誘電体から構成されている。
【0103】
金属層６０９は第１領域４１１及び第２領域４１２に設けられており、活性層４０４で発生した光の一部を吸収する。例えば、金属層６０９はＣｒ層であり、金属層６０９の膜厚は２０ｎｍである。金属層６０９が平面視で出射領域４１３の外側にも設けられていてよい。
【0104】
他の構成は第４実施形態と同様である。
【0105】
第６実施形態では、上部反射鏡６０８の平面視で第１領域４１１に重なる部分の活性層４０４側からみた反射率は、上部反射鏡６０８の平面視で第２領域４１２に重なる部分の活性層４０４側からみた反射率よりも高い。例えば、上部反射鏡６０８の平面視で第１領域４１１に重なる部分の活性層４０４側からみた反射率は０．９９９９になり、上部反射鏡６０８の平面視で第２領域４１２に重なる部分の活性層４０４側からみた反射率は０．９９９４になる。このため、面内横方向のシングルモードの発振閾値より高次モードの発振閾値が高くなり、面発光レーザ６がシングルモード動作する。また、金属層６０９が光の一部を吸収するため、面発光レーザ６の光出力を抑制することができる。例えば、面発光レーザ６の光出力を、アイセーフに好適なサブμＷ～数十μＷ程度とすることができる。つまり、第６実施形態によれば、アイセーフ及びシングルモード動作を両立することができる。
【0106】
次に、第６実施形態に係る面発光レーザ６の製造方法について説明する。
【0107】
まず、第４実施形態と同様にして、下部電極４４１及び上部電極４４２の形成までの処理を行う。次に、透明導電層４４３の上に多層膜反射鏡６０７を形成する。多層膜反射鏡６０７の形成では、透明導電層４４３の位置を定在波４３２の節にするために、まず、位相調整用のＴａ２Ｏ５層を形成し、その後に、λ／４の光学的厚さでＳｉＯ２層とＴａ２Ｏ５層と交互に１０．５周期積層する。更に、第１領域４１１となる領域にレジストを形成し、このレジストをマスクとして最表層のＳｉＯ２層の上に光学的厚さがλ／４のＴａ２Ｏ５層を形成する。このようにして多層膜反射鏡６０７が形成される。
【0108】
次に、多層膜反射鏡６０７の上に金属層６０９を形成する。
【0109】
このようにして、第６実施形態に係る面発光レーザ６を製造することができる。
【0110】
［第５計算例］
次に、第６実施形態に関して行った計算例（第５計算例）について説明する。第５計算例では、第６実施形態の下部反射鏡４０２、共振器４０６、多層膜反射鏡６０７及び金属層６０９から構成された積層体をモデルとして用いた。また、各層は、ベタで形成されていることとした。多層膜反射鏡６０７は、第１領域４１１に重なる部分における周期が１０．５周期、第２領域４１２に重なる部分における周期が１１周期の多層膜反射鏡である。そして、金属層６０９であるＣｒ層の膜厚を変化させた場合の、活性層４０４からみた上部反射鏡６０８の反射率を計算した。また、第１領域４１１に重なる部分における多層膜反射鏡６０７の周期を１０．５周期、第２領域４１２に重なる部分における周期を１０．５周期又は１０周期としたモデルについても計算を行った。この結果を図１６に示す。
次に、第６実施形態に関して行った計算例（第５計算例）について説明する。第５計算例では、第６実施形態の下部反射鏡４０２、共振器４０６、多層膜反射鏡６０７及び金属層６０９から構成された積層体をモデルとして用いた。また、各層は、ベタで形成されていることとした。多層膜反射鏡６０７は、第１領域４１１に重なる部分における周期が１０．５周期、第２領域４１２に重なる部分における周期が１１周期の多層膜反射鏡である。そして、金属層６０９であるＣｒ層の膜厚を変化させた場合の、活性層４０４からみた上部反射鏡６０８の反射率を計算した。また、第１領域４１１に重なる部分における多層膜反射鏡６０７の周期を１０．５周期、第２領域４１２に重なる部分における周期を１０．５周期又は１０周期としたモデルについても計算を行った。この結果を図１６に示す。
【0111】
Ｃｒ層の膜厚が２０ｎｍの場合、第２領域４１２に重なる部分における周期が１１周期のモデル（図１６中の点Ａ、第６実施形態に対応）だけでなく、１０周期のモデル（図１６中の点Ｂ）においても、１０．５周期のモデル（図１６中の点Ｃ）よりも反射率が低くなった。つまり、第２領域４１２に重なる部分における高屈折率層の数を、第１領域４１１に重なる部分よりも１層増やしたモデルだけでなく、１層減らしたモデルにおいても、第２領域４１２に重なる部分における反射率を下げることができる。
【0112】
（第６実施形態の変形例）
次に、第６実施形態の変形例について説明する。変形例は、主として、多層膜反射鏡の構成の点で第６実施形態と相違する。図１７は、第６実施形態の変形例に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
次に、第６実施形態の変形例について説明する。変形例は、主として、多層膜反射鏡の構成の点で第６実施形態と相違する。図１７は、第６実施形態の変形例に係る面発光レーザを示す断面模式図である。
【0113】
図１７に示すように、第６実施形態の変形例に係る面発光レーザ６Ａでは、上部反射鏡６０８が、多層膜反射鏡６０７に代えて多層膜反射鏡６０７Ａを有する。多層膜反射鏡６０７Ａの出射面６１０Ａにおいて、第６実施形態と同様に、第１領域４１１に定在波４３２の節があり、第２領域４１２に定在波４３２の腹がある。例えば、多層膜反射鏡６０７Ａは、第１領域４１１に重なる部分では、１１個の高屈折率層と、１０個の低屈折率層とを含み、第２領域４１２に重なる部分では、１０個の高屈折率層と、１０個の低屈折率層とを含む。つまり、多層膜反射鏡６０７は、第１領域４１１に重なる部分では、１０．５周期の高屈折率層及び低屈折率層を含む誘電体から構成され、第２領域４１２に重なる部分では、１０周期の高屈折率層及び低屈折率層を含む誘電体から構成されている。
【0114】
他の構成は第６実施形態と同様である。
【0115】
第５計算例にて説明したように、第６実施形態の変形例においても、上部反射鏡６０８の平面視で第１領域４１１に重なる部分の活性層４０４側からみた反射率は、上部反射鏡６０８の平面視で第２領域４１２に重なる部分の活性層４０４側からみた反射率よりも高い。従って、第６実施形態と同様に、アイセーフ及びシングルモード動作を両立することができる。
【0116】
（第７実施形態）
次に、第７実施形態について説明する。第７実施形態は面発光レーザに関する。図１８は、第７実施形態に係る面発光レーザを示す断面模式図である。第７実施形態は、第１実施形態の他の具体例に該当する。
次に、第７実施形態について説明する。第７実施形態は面発光レーザに関する。図１８は、第７実施形態に係る面発光レーザを示す断面模式図である。第７実施形態は、第１実施形態の他の具体例に該当する。
【0117】
第７実施形態に係る面発光レーザ７は、ＧａＡｓを用いた波長λが６５０ｎｍの面発光レーザである。図１８に示すように、面発光レーザ７は、基板７０１と、下部反射鏡７０２（第２反射鏡）と、下部スペーサ層７０３と、活性層７０４と、上部スペーサ層７０５と、上部反射鏡７０８（第１反射鏡）とを有する。上部反射鏡７０８は、多層膜反射鏡７０７と、金属層７０９とを有する。面発光レーザ７は、更に、電流狭窄層７２３と、下部電極７４１と、上部電極７４２と、コンタクト層７４３と、エッチングストップ層７４４とを有する。下部反射鏡７０２が基板７０１の上に設けられ、下部スペーサ層７０３が下部反射鏡７０２の上に設けられ、活性層７０４が下部スペーサ層７０３の上に設けられている。上部スペーサ層７０５が活性層７０４の上に設けられ、多層膜反射鏡７０７が上部スペーサ層７０５の上に設けられ、エッチングストップ層７４４が多層膜反射鏡７０７の上に設けられている。下部スペーサ層７０３、活性層７０４及び上部スペーサ層７０５から共振器７０６が構成される。金属層７０９は、多層膜反射鏡７０７の共振器７０６とは反対側の出射面７１０にエッチングストップ層７４４を介して設けられている。
【0118】
基板７０１は、例えばＧａＡｓ基板である。
【0119】
下部反射鏡７０２は、例えば、５５．５周期の高屈折率層及び低屈折率層を含む半導体から構成された多層膜反射鏡である。例えば、高屈折率層はＡｌ０．５０Ｇａ０．５０Ａｓ層であり、低屈折率層はＡｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ層である。１周期の高屈折率層及び低屈折率層の光学的厚さはλ／２である。
【0120】
多層膜反射鏡７０７は、多層膜反射鏡１０７と同様の構成を備える。つまり、多層膜反射鏡７０７は、低屈折率層及び高屈折率層を有し、低屈折率層及び高屈折率層が交互に積層されている。低屈折率層は第１屈折率を備え、高屈折率層は第１屈折率よりも高い第２屈折率を備える。多層膜反射鏡７０７は、例えば、３４．５周期の高屈折率層及び低屈折率層を含む半導体から構成された多層膜反射鏡である。例えば、高屈折率層はＡｌ０．５０Ｇａ０．５０Ａｓ層であり、低屈折率層はＡｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ層である。１周期の高屈折率層及び低屈折率層の光学的厚さはλ／２である。例えば、多層膜反射鏡７０７は、３４個のＡｌ０．５０Ｇａ０．５０Ａｓ層と、３５個のＡｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ層とを含む。
【0121】
活性層７０４は複数のＧａＩｎＰ層及びＡｌＧａＩｎＰ層を含む多重量子井戸構造を有する。下部スペーサ層７０３はｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層であり、上部スペーサ層７０５はｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層である。エッチングストップ層７４４はｐ型ＧａＩｎＰ層であり、コンタクト層７４３はｐ型ＧａＡｓ層である。コンタクト層７４３、エッチングストップ層７４４、多層膜反射鏡７０７、上部スペーサ層７０５と、活性層７０４と、下部スペーサ層７０３の一部とがエッチングされてメサ構造が形成されている。エッチングストップ層７４４の膜厚は１０ｎｍ程度であり、これは０．０５λ程度の光学的厚さに相当する。
【0122】
電流狭窄層７２３は、導電領域７２１と、絶縁領域７２２とを含む。導電領域７２１は絶縁領域７２２により囲まれている。例えば、電流狭窄層７２３は、多層膜反射鏡７０７の活性層７０４側から３周期目の低屈折率層をＡｌＡｓ層とし、このＡｌＡｓ層を水蒸気酸化することで形成されている。つまり、例えば、導電領域７２１はＡｌＡｓ層（低屈折率層）であり、絶縁領域７２２はＡｌｘＯｙ層である。電流狭窄層７２３により、活性層７０４中で電流が流れる領域が限定される。活性層７０４にキャリアが注入されると、共振器７０６で規定される波長λ（６５０ｎｍ）で基板７０１の基板面（主面）に対して垂直方向に光の定在波７３２が発生する。第７実施形態では、平面視で活性層７０４の導電領域７２１と重なる領域の中心を出射中心７２０として、光が多層膜反射鏡７０７側に出射される。
【0123】
図１８では、定在波７３２の腹及び節の位置を模式的に示している。第７実施形態では、共振器７０６は６５０ｎｍの波長λで定在波７３２が生じるような厚さで構成されている。高いゲインを得るために、活性層７０４は光強度が強い定在波７３２の腹にある。また、多層膜反射鏡７０７の出射面７１０に定在波７３２の節がある。例えば、光学的厚さがλ／４の低屈折率層が出射面７１０を構成する。つまり、光の出射方向において、多層膜反射鏡７０７が低屈折率層（Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ層）で終端されている。
【0124】
多層膜反射鏡７０７の出射面７１０は、活性層７０４で発生した光が出射される出射領域７１３を有する。また、出射領域７１３は、平面視で出射中心７２０を含む第１領域７１１と、第１領域７１１の周囲に位置する第２領域７１２とを有する。第２領域７１２は、例えば第１領域７１１を包囲する。例えば、第１領域７１１は円形状の領域であり、第２領域７１２は円環状の領域である。第１領域７１１は、出射中心７２０を含む横方向の基本モード７３１の光強度が高い領域である。
【0125】
金属層７０９はエッチングストップ層７４４を介して第１領域７１１に設けられており、活性層７０４で発生した光の一部を吸収する。金属層７０９は、例えばＣｒ層である。金属層７０９の膜厚は、例えば４０ｎｍである。
【0126】
下部電極７４１は、基板７０１に直接接するＡｕＧｅ合金層と、このＡｕＧｅ合金層の下のＮｉ層と、このＮｉ層の下のＡｕ層とを有する。上部電極７４２は、コンタクト層７４３の上に形成されたＡｕＺｎ合金層と、このＡｕＺｎ合金層の上のＡｕ層とを有する。下部電極７４１と上部電極７４２との間に電圧が印加されると、活性層７０４に電流が流れる。
【0127】
第７実施形態では、上部反射鏡７０８の平面視で第１領域７１１に重なる部分の活性層７０４側からみた反射率は、上部反射鏡７０８の平面視で第２領域７１２に重なる部分の活性層７０４側からみた反射率よりも高い。例えば、上部反射鏡７０８の平面視で第１領域７１１に重なる部分の活性層７０４側からみた反射率は０．９９２９になり、上部反射鏡７０８の平面視で第２領域７１２に重なる部分の活性層７０４側からみた反射率は０．９８３７になる。このため、面内横方向のシングルモードの発振閾値より高次モードの発振閾値が高くなり、面発光レーザ７がシングルモード動作する。また、金属層７０９が光の一部を吸収するため、面発光レーザ７の光出力を抑制することができる。例えば、面発光レーザ７の光出力を、アイセーフに好適なサブμＷ～数十μＷ程度とすることができる。つまり、第７実施形態によれば、アイセーフ及びシングルモード動作を両立することができる。
【0128】
次に、第７実施形態に係る面発光レーザ７の製造方法について説明する。
【0129】
まず、ＭＯＣＶＤ装置を用いて基板７０１上に下部反射鏡７０２、下部スペーサ層７０３、活性層７０４、上部スペーサ層７０５、上部反射鏡７０８、エッチングストップ層７４４及びコンタクト層７４３を形成する。
【0130】
次に、フォトリソグラフィー及びドライエッチングを用いて、厚さ方向で下部スペーサ層７０３の一部が残存するように、コンタクト層７４３、エッチングストップ層７４４、上部反射鏡７０８、上部スペーサ層７０５と、活性層７０４と、下部スペーサ層７０３の一部とにメサ構造を形成する。
【0131】
次に、水蒸気酸化により、上部反射鏡７０８内のＡｌＡｓ層を選択的に酸化し、電流狭窄層７２３を形成する。
【0132】
次に、ウェハ全体を絶縁膜（図示せず）でパッシベーションし、メサ構造の上部の絶縁膜を除去する。その後、エッチングストップ層７４４が露出するまでコンタクト層７４３をエッチングし、コンタクト層７４３に開口部を形成する。次に、開口部内で、横方向の基本モード７３１の光強度の強い領域、つまり第１領域７１１に金属層７０９をエッチングストップ層７４４の上に形成する。また、基板７０１の裏面に下部電極７４１を形成し、コンタクト層７４３の上に上部電極７４２を形成する。
【0133】
このようにして、第７実施形態に係る面発光レーザ７を製造することができる。
【0134】
なお、金属層７０９をオーミック接触が得られる他の金属から構成し、第２領域７１２に反射率が高くなりすぎてない程度の膜厚で金属層を形成してもよい。この場合、金属層７０９と、第２領域７１２に形成する金属層と上部電極の機能を持たせることができる。この構造によれば、従来の出射領域の外側に上部電極を形成した構造と比べて、金属層によって出射領域に均一に電流が注入されやすくなり、横方向をシングルモード動作させやすくなる。
【0135】
［第６計算例］
次に、第７実施形態に関して行った計算例（第６計算例）について説明する。第６計算例では、第７実施形態の下部反射鏡７０２、共振器７０６、多層膜反射鏡７０７及び金属層７０９から構成された積層体をモデルとして用いた。また、各層は、ベタで形成されていることとした。多層膜反射鏡７０７は、３４．５周期の誘電体の多層膜反射鏡であり、出射面７１０が低屈折率層で終端され、定在波７３２の節になっている。そして、金属層７０９であるＣｒ層の膜厚を変化させた場合の、活性層７０４からみた上部反射鏡７０８の反射率及び上部反射鏡７０８の透過率を計算した。この結果を図１９に示す。図１９（ａ）には、Ｃｒ層の膜厚と上部反射鏡７０８の反射率及び透過率との関係を示す。図１９（ｂ）には、図１９（ａ）から導き出される、Ｃｒ層の膜厚と上部反射鏡７０８の透過比との関係を示す。
次に、第７実施形態に関して行った計算例（第６計算例）について説明する。第６計算例では、第７実施形態の下部反射鏡７０２、共振器７０６、多層膜反射鏡７０７及び金属層７０９から構成された積層体をモデルとして用いた。また、各層は、ベタで形成されていることとした。多層膜反射鏡７０７は、３４．５周期の誘電体の多層膜反射鏡であり、出射面７１０が低屈折率層で終端され、定在波７３２の節になっている。そして、金属層７０９であるＣｒ層の膜厚を変化させた場合の、活性層７０４からみた上部反射鏡７０８の反射率及び上部反射鏡７０８の透過率を計算した。この結果を図１９に示す。図１９（ａ）には、Ｃｒ層の膜厚と上部反射鏡７０８の反射率及び透過率との関係を示す。図１９（ｂ）には、図１９（ａ）から導き出される、Ｃｒ層の膜厚と上部反射鏡７０８の透過比との関係を示す。
【0136】
ここでは、Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０Ａｓの屈折率膜を３．３２、Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓの屈折率を３．０５、ＧａＩｎＰの屈折率を３．３５、Ｃｒの複素屈折率を３．１＋３．３３ｉとして計算した。図１９に示すように、Ｃｒ層の膜厚が０ｎｍから１～２ｎｍまでの範囲では、Ｃｒ層の膜厚が増加するにつれて若干反射率が低下するが、Ｃｒ層の膜厚がそれ以上の範囲では、Ｃｒ層が厚くなるにつれて反射率が増加する。このように、膜厚が２ｎｍ以上のＣｒ層が形成されることで反射率を高くし、Ｃｒ層による吸収によって光出力を弱めることができる。Ｃｒ層の膜厚が４０ｎｍの場合、反射比は１．００９３１、透過比は０．０３０３であった。
【0137】
反射比は、多層膜反射鏡のペア数や第１層の屈折率、反射率、厚さ等によって変化し、反射比が１未満になる第１層の厚さが存在する場合がある（図７、８、１３、１６、１９等）。このような場合にも、反射比が１以上となるよう第１層の厚さを調整することが好ましい。また、第１層が設けられた第１領域の周囲に反射率の小さい第２領域を設ける場合には、反射率比が１以上となるような第１層の厚さにすることで、第１領域と第２領域との反射率差をより大きくすることができる。
【0138】
透過比は、第１層の厚さを厚くするほど小さくなる。本開示では、第１層として１０ｎｍ～２０ｎｍ程度の厚さのＣｒ層や２０ｎｍ～３０ｎｍ程度の厚さのＡｌを形成することで透過比を０．１以下にでき、より低出力の発光素子を実現することができる。
【0139】
（第８実施形態）
次に、第８実施形態に係る投影装置を、図２０を参照して説明する。図２０は、本実施形態に係る投影装置１０００の構成の一例を説明する図である。投影装置１０００は、レーザ光を走査して画像を描画することができる。
次に、第８実施形態に係る投影装置を、図２０を参照して説明する。図２０は、本実施形態に係る投影装置１０００の構成の一例を説明する図である。投影装置１０００は、レーザ光を走査して画像を描画することができる。
【0140】
図２０に示すように、投影装置１０００は、光源１００１と、光走査部１００２とを備えている。光源１００１は、第１～第７実施形態又はこれらの変形例のいずれかに係る面発光レーザを、１又は２以上備えている。
【0141】
光源１００１に含まれる面発光レーザが１つの場合には、投影装置１０００は単色の画像を対象物１００３に投影する。光源１００１に含まれる面発光レーザが２以上の場合には、投影装置１０００は、各面発光レーザの光軸を同軸上に揃えて出射面から出射し、面発光レーザ毎に発振波長を変えることで、複数の色の画像を対象物１００３に投影できる。
【0142】
光走査部１００２は光源１００１から出射されたレーザ光を走査し対象物１００３へ投影するための素子を含む。このような素子として、２軸方向に可動するＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）ミラーや１軸方向に可動するＭＥＭＳミラーを２個組み合わせた素子等を用いることができる。光走査部１００２は、光源１００１から出射されたレーザ光の進行方向を調整する光学素子の一例である。
【0143】
画像の生成の際には、光走査部１００２の走査に合わせて、レーザ光の強度を変調して対象物１００３上にレーザ光を照射する。このようにして、対象物１００３上に直接画像を生成することができる。
【0144】
（第９実施形態）
次に、第９実施形態に係るヘッドマウントディスプレイを、図２１及び図２２を参照して説明する。図２１は、本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ６０の構成の一例を説明する斜視図である。また図２２はヘッドマウントディスプレイ６０の構成の一例を説明する断面図である。
次に、第９実施形態に係るヘッドマウントディスプレイを、図２１及び図２２を参照して説明する。図２１は、本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ６０の構成の一例を説明する斜視図である。また図２２はヘッドマウントディスプレイ６０の構成の一例を説明する断面図である。
【0145】
ヘッドマウントディスプレイ６０は、人間の頭部に装着可能な頭部装着型の表示装置の一例であり、例えば眼鏡に類する形状とすることができる。なお、ヘッドマウントディスプレイ（Head Mount Display）を以降ではＨＭＤと省略して表記する。
【0146】
図２１において、ＨＭＤ６０は、左右に１組ずつ略対称に設けられたフロント６０ａ及びテンプル６０ｂにより構成されている。フロント６０ａは、例えば、導光板６１により構成することができ、光学系や制御装置等は、テンプル６０ｂに内蔵することができる。
【0147】
【0148】
ＨＭＤ６０は、制御装置１１と、光源ユニット９３０と、光量調整部９０７と、反射面１４を有する可動装置１３と、導光板６１と、ハーフミラー６２とを備えている。ＨＭＤ６０は表示装置の一例である。
【0149】
光源ユニット９３０は、赤色レーザ光源、緑色レーザ光源及び青色レーザ光源と、複数のコリメートレンズと、複数のダイクロイックミラーとを、光学ハウジングによってユニット化したものである。光源ユニット９３０において、赤色レーザ光源、緑色レーザ光源及び青色レーザ光源からの三色のレーザ光は、合成部となるダイクロイックミラーで合成される。光源ユニット９３０からは、合成された平行光が発せられる。光源ユニット９３０は光源装置の一例である。
【0150】
赤色レーザ光源は、第１～第７実施形態又はこれらの変形例のいずれかに係る面発光レーザを１又は２以上備え、赤色のレーザ光を照射する。緑色レーザ光源は、第１～第７実施形態又はこれらの変形例のいずれかに係る面発光レーザを１又は２以上備え、緑色のレーザ光を照射する。青色レーザ光源は、第１～第７実施形態又はこれらの変形例のいずれかに係る面発光レーザを１又は２以上備え、青色のレーザ光を照射する。なお、第４～第７実施形態又はこれらの変形例のいずれかでは、発振波長が特定されているが、半導体層の材料及び光学的厚さを選択することで発振波長を変更することができる。
【0151】
光源ユニット９３０からの光は、光量調整部９０７により光量調整された後、可動装置１３に入射する。可動装置１３は、制御装置１１からの信号に基づき、反射面１４をＸＹ方向に可動し、光源ユニット９３０からの光を二次元走査する。可動装置１３の駆動制御は、赤色レーザ光源、緑色レーザ光源及び青色レーザ光源の発光タイミングに同期して行われる。
【0152】
可動装置１３による走査光は、導光板６１に入射する。導光板６１は、走査光を内壁面で反射させながらハーフミラー６２に導光する。導光板６１は、走査光の波長に対して透過性を有する樹脂等により形成されている。
【0153】
ハーフミラー６２は、導光板６１からの光をＨＭＤ６０の背面側に反射し、ＨＭＤ６０の装着者６３の眼の方向に出射する。ハーフミラー６２は、例えば、自由曲面形状を有している。走査光による画像は、ハーフミラー６２での反射により、装着者６３の網膜に結像する。或いは、ハーフミラー６２での反射と眼球における水晶体のレンズ効果とにより、装着者６３の網膜に結像する。またハーフミラー６２での反射により、画像は空間歪が補正される。装着者６３は、ＸＹ方向に走査される光で形成される画像を視認することができる。
【0154】
ハーフミラー６２が用いられているため、装着者６３には、外界からの光による像と走査光による画像が重畳して視認される。ハーフミラー６２に代えてミラーを設けることで、外界からの光をなくし、走査光による画像のみを視認できる構成にしてもよい。
【0155】
本実施形態では、光源に端面発光型レーザを用いた場合と比べて、ＮＤフィルター等の部品点数が減り消費電力も少ない小型で軽量なＨＭＤが実現できる。
【0156】
（第１０実施形態）
次に、第１０実施形態に係る人の瞳孔応答を利用したバイオメトリック認証装置を、図２３を参照して説明する。図２３は、本実施形態に係るバイオメトリック認証装置の構成の一例を説明する図である。バイオメトリック認証装置２０は、光源２１と、光走査部２２と、第１の光学素子２３と、第２の光学素子２４と、撮像素子２５と、制御装置２７とを備える。光源２１は、第１～第７実施形態又はこれらの変形例のいずれかに係る面発光レーザを１又は２以上備え、光源２１から出射された光は、光走査部２２に入射する。光走査部２２は、制御装置２７からの信号に基づき、反射面を可動し、光源２１からの光を走査する。光走査部２２による走査光は、第１の光学素子２３と第２の光学素子２４を経て瞳２６へ照射される。瞳２６へ照射した光の強度で瞳孔の大きさを制御して、虹彩情報を撮像素子２５で取得する。そして、制御装置２７が撮像素子２５の出力に基づき、人（生体）の瞳２６の情報を取得する。バイオメトリック認証装置２０は生体情報取得装置の一例であり、光源２１は光源装置の一例であり、撮像素子２５は受光装置の一例であり、制御装置２７は情報取得部の一例である。
次に、第１０実施形態に係る人の瞳孔応答を利用したバイオメトリック認証装置を、図２３を参照して説明する。図２３は、本実施形態に係るバイオメトリック認証装置の構成の一例を説明する図である。バイオメトリック認証装置２０は、光源２１と、光走査部２２と、第１の光学素子２３と、第２の光学素子２４と、撮像素子２５と、制御装置２７とを備える。光源２１は、第１～第７実施形態又はこれらの変形例のいずれかに係る面発光レーザを１又は２以上備え、光源２１から出射された光は、光走査部２２に入射する。光走査部２２は、制御装置２７からの信号に基づき、反射面を可動し、光源２１からの光を走査する。光走査部２２による走査光は、第１の光学素子２３と第２の光学素子２４を経て瞳２６へ照射される。瞳２６へ照射した光の強度で瞳孔の大きさを制御して、虹彩情報を撮像素子２５で取得する。そして、制御装置２７が撮像素子２５の出力に基づき、人（生体）の瞳２６の情報を取得する。バイオメトリック認証装置２０は生体情報取得装置の一例であり、光源２１は光源装置の一例であり、撮像素子２５は受光装置の一例であり、制御装置２７は情報取得部の一例である。
【0157】
例えば、第１の光学素子２３は光走査部２２で走査された光を第２の光学素子２４へ導波させる導波路であり、第２の光学素子２４は、第１の光学素子２３から出射された光を瞳２６へ経路を変えるためのミラーである。本実施形態では二つの光学素子に分けて記載したが、走査された光を瞳２６へ出射する光学素子であれば他の手法を用いることもできる。
【0158】
光源２１は複数の素子を備えることができ、例えば、赤、青、緑、赤外の４波長のレーザが同軸上に出射されるように実装されたモジュールである。青や緑の波長は、瞳孔反応が他の波長より敏感であるため、瞳孔より狭めて精細な虹彩情報を得ることができる。また、多波長を用いることで、虹彩の波長ごとの生体情報が得られ認証精度がより高くなる。
【0159】
第１～第７実施形態又はこれらの変形例のいずれかに係る面発光レーザを用いることで、光出力を弱くするためのフィルターが不要でアイセーフかつ高精度なバイオメトリック認証装置２０が実現できる。
【0160】
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【0161】
１、２、３、４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、５、５Ａ、６、６Ａ、７ 面発光レーザ
１０１、４０１、７０１ 基板
１０２、４０２、７０２ 下部反射鏡
１０３、４０３、７０３ 下部スペーサ層
１０４、４０４、７０４ 活性層
１０５、４０５、７０５ 上部スペーサ層
１０６、４０６、７０６ 共振器
１０７、２０７、３０７、４０７、４０７Ｂ、４０７Ｃ、５０７、６０７、６０７ａ、７０７ 多層膜反射鏡
１０８、２０８、３０８、４０８、５０８、６０８、７０８ 上部反射鏡
１０９、２０９ａ、２０９ｂ、３０９、４０９、４０９ｂ、４０９ｃ、４０９ｄ、５０９、５０９ａ、５０９ｂ、５０９ｃ、５０９ｄ、６０９、７０９ 金属層
１１０、２１０、３１０、４１０、４１０Ｂ、４１０Ｃ、５１０、６１０、６１０Ａ、７１０ 出射面
１１１、４１１、７１１ 第１領域
１１２、４１２、７１２ 第２領域
１１３、４１３、７１３ 出射領域
１２０、４２０、７２０ 出射中心
１０１、４０１、７０１ 基板
１０２、４０２、７０２ 下部反射鏡
１０３、４０３、７０３ 下部スペーサ層
１０４、４０４、７０４ 活性層
１０５、４０５、７０５ 上部スペーサ層
１０６、４０６、７０６ 共振器
１０７、２０７、３０７、４０７、４０７Ｂ、４０７Ｃ、５０７、６０７、６０７ａ、７０７ 多層膜反射鏡
１０８、２０８、３０８、４０８、５０８、６０８、７０８ 上部反射鏡
１０９、２０９ａ、２０９ｂ、３０９、４０９、４０９ｂ、４０９ｃ、４０９ｄ、５０９、５０９ａ、５０９ｂ、５０９ｃ、５０９ｄ、６０９、７０９ 金属層
１１０、２１０、３１０、４１０、４１０Ｂ、４１０Ｃ、５１０、６１０、６１０Ａ、７１０ 出射面
１１１、４１１、７１１ 第１領域
１１２、４１２、７１２ 第２領域
１１３、４１３、７１３ 出射領域
１２０、４２０、７２０ 出射中心
【先行技術文献】
【特許文献】
【0162】
【特許文献1】特開２０１９－１５３７７９号公報
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】