ホーム > 特許ランキング > スタンレー電気株式会社
(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】
(24)【登録日】2023-12-19
(45)【発行日】2023-12-27
(54)【発明の名称】垂直共振器型発光素子
(51)【国際特許分類】
H01S 5/183 20060101AFI20231220BHJP
【ＦＩ】
H01S5/183
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2019228959
(22)【出願日】2019-12-19
(65)【公開番号】P2021097183
(43)【公開日】2021-06-24
【審査請求日】2022-11-04
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 令和１年７月２２日に、倉本大、小林静一郎、田澤耕明、田中和史、赤木孝信、及び斎藤竜舞が、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ １１５， ０４１１０１（２０１９）にて、倉本大及び小林静一郎が発明した、Ｉｎ－ｐｈａｓｅ ｓｕｐｅｒｍｏｄｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ＧａＮ－ｂａｓｅｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ－ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒについて公開した。
(73)【特許権者】
【識別番号】000002303
【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001025
【氏名又は名称】弁理士法人レクスト国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】倉本 大
(72)【発明者】
【氏名】小林 静一郎
【審査官】高椋 健司
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－２０８００４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２１６８８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１７５７１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３５９４３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０７１０４３６３（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２０１３－００８８７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－０９８２３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００３／００９６４３９（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、前記基板上に設けられた第１の多層膜反射鏡と、
前記第１の多層膜反射鏡上に形成された第１の半導体層、前記第１の半導体層上に形成された活性層、及び前記活性層上に形成され前記第１の半導体層とは反対の導電型を有する第２の半導体層を含む発光構造層と、
前記発光構造層上に、前記第１の多層膜反射鏡に対向して設けられている第２の多層膜反射鏡と、を有し、
前記第２の半導体層は、上面視において一定の幅を有する１の環が当該１の環の周方向に配列されている複数の切り欠きによって切り欠かれた形状を有する領域であって、隣接する領域よりも電気抵抗値が低い低抵抗領域を有し、
前記低抵抗領域は、前記切り欠きを挟んで前記周方向に配列されているＮ個の区画領域を有し、
前記区画領域の個数Ｎは、前記１の環の前記幅方向の中心を結んだ前記周方向に伸長する線である中間線の長さをＣとし、前記幅をＷとすると、次式
【数1】
によって表されることを特徴とする垂直共振器型発光素子。
【請求項2】
前記１の環は円環であり、前記円環の外径をΦout、前記円環の内径をΦinとしたとき、
前記区画領域の個数Ｎは次式
【数2】
によって表されることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。
【請求項3】
前記１の環は長方形の環であり、前記環の外側の長辺をＴ、外側の短辺をＬ、内側の長辺をｔ、内側の短辺をｌとしたとき、
前記区画領域の個数Ｎは次式
【数3】
又は次式
【数4】
によって表されることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。
【請求項4】
前記１の環は、同じ長さの対向する一組の直線と、前記一組の直線の両端において前記一組の直線間の距離を直径とする半円の円弧を繋ぎ合わせた形状に沿って延びる環であり、前記一組の直線の長さをＬ、前記環の前記半円同士を繋ぎ合わせた円の外径をΦout、内径をΦinとしたとき、
前記区画領域の個数Ｎは次式
【数5】
によって表されることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。
【請求項5】
前記複数の切り欠きの各々は、前記１の環の外周から内周に向かって伸長し、前記幅方向において前記幅Ｗよりも短いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。
【請求項6】
前記複数の切り欠きの各々は、前記１の環の内周から外周に向かって伸長し、前記幅方向において前記幅Ｗよりも短いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。
【請求項7】
前記複数の切り欠きは、前記１の環の周方向において等間隔に配列されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。
【請求項8】
前記第２の半導体層は、前記低抵抗領域以外の領域に、前記低抵抗領域よりも電気抵抗値が高い高抵抗領域を有する、請求項１乃至７のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。
【請求項9】
前記高抵抗領域は、前記第２の半導体層よりも低い屈折率を有しかつ非導電性である絶縁層に覆われていることを特徴とする請求項８に記載の垂直共振器型発光素子。
【請求項10】
前記高抵抗領域は、前記反対の導電型の不純物が不活性化された不活性化領域であることを特徴とする請求項８又は９に記載の垂直共振器型発光素子。
【請求項11】
前記不活性化領域は、前記第２の半導体層の上面がエッチングされた領域であることを特徴とする請求項１０に記載の垂直共振器型発光素子。
【請求項12】
前記不活性化領域は、前記第２の半導体層の上面にイオン注入がなされた領域であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の垂直共振器型発光素子。
【請求項13】
前記第２の半導体層は、上面視における前記低抵抗領域において、他の領域よりも層厚が大きいことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子 。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、垂直共振器型面発光レーザなどの垂直共振器型発光素子に関する。
【背景技術】
【0002】
垂直共振器型面発光レーザ（以下、単に面発光レーザと称する）は、基板上に積層された多層膜からなる反射鏡を有し、当該基板の表面に垂直な方向に沿って光を出射する半導体レーザである。例えば、特許文献１には、窒化物半導体を用いた面発光レーザが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第5707742号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
例えば、面発光レーザなどの垂直共振器型発光素子においては、発光パターンが安定していること、例えば遠視野像が安定していることが好ましい。このためには、例えば、垂直共振器型発光素子内には、所望の横モードの光を生成できる共振器が構成されていることが好ましい。例えば、基本固有モードのレーザ光を生成することで、放射角が狭く、単峰性の高出力のレーザ光の遠視野像を得ることができる。
【0005】
また、放射角が狭く、単峰性で高出力のレーザ光が安定して得られることが望ましい。
【0006】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、安定した横モードの光を出射することが可能な垂直共振器型発光素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明による垂直共振器型発光素子は、基板と、前記基板上に設けられた第１の多層膜反射鏡と、前記第１の反射鏡上に形成された第１の半導体層、前記第１の半導体層上に形成された活性層、及び前記活性層上に形成され前記第１の半導体層とは反対の導電型を有する第２の半導体層を含む発光構造層と、前記発光構造層上に、前記第１の反射鏡に対向して設けられている第２の多層膜反射鏡と、を有し、前記第２の半導体層は、上面視において一定の幅を有する１の環が当該１の環の周方向に配列されている複数の切り欠きによって切り欠かれた形状を有する領域であって、隣接する領域よりも電気抵抗値が低い低抵抗領域を有し、前記低抵抗領域は、前記切り欠きを挟んで前記周方向に配列されている区画領域を有し、前記区画領域の個数Ｎは、前記１の環の前記幅方向の中心を結んだ前記周方向に伸長する線である中間線の長さをＣとし、前記幅をＷとすると、次式で表される
【0008】
【数1】
【0009】
ことを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】実施例１に係る面発光レーザの模式的な上面図である。
【図2】実施例１に係る面発光レーザの断面図である。
【図3】実施例１に係る面発光レーザにおける高抵抗領域及び低抵抗領域の上面図である。
【図4】実施例１に係る面発光レーザの光学的特性を模式的に示す図である。
【図5】実施例１に係る面発光レーザの電気的特性を模式的に示す図である。
【図6】実施例１に係る面発光レーザから出射される光の態様を模式的に示す図である。
【図7A】実施例１に係る面発光レーザの近視野像を示す図である。
【図7B】実施例１に係る面発光レーザの遠視野像を示す図である。
【図7C】実施例１に係る面発光レーザの波長特性を示す図である。
【図8】実施例１に係る面発光レーザにおける低抵抗領域の上面図である。
【図9】実施例１の変形例１に係る面発光レーザにおける高抵抗領域及び低抵抗領域の上面図である。
【図10】実施例１の変形例２に係る面発光レーザにおける高抵抗領域及び低抵抗領域の上面図である。
【図11】実施例１の変形例３に係る面発光レーザにおける高抵抗領域及び低抵抗領域の上面図である。
【図12】実施例１の変形例４に係る面発光レーザにおける低抵抗領域の上面図である。
【図13】実施例１の変形例５に係る面発光レーザにおける低抵抗領域の上面図である。である。
【図14】実施例２に係る面発光レーザの断面図である。
【図15】実施例２の変形例に係る面発光レーザの断面図である。
【図16】実施例３に係る面発光レーザの断面図である。
【図17】実施例４に係る面発光レーザの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。また、以下の実施例においては、本発明が面発光レーザ（半導体レーザ）として実施される場合について説明する。しかし、本発明は、面発光レーザに限定されず、垂直共振器型発光ダイオードなど、種々の垂直共振器型発光素子に適用することができる。
【実施例1】
【0012】
図１は、実施例１に係る垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser、以下、面発光レーザと称する）の模式的な上面図である。また、図２は、面発光レーザ１０の断面図である。図２は、図１の２－２線に沿った断面図である。図１及び図２を用いて、面発光レーザ１０の構成について説明する。
【0013】
面発光レーザ１０は、基板１１と、基板１１上に形成された第１の多層膜反射鏡（以下、単に第１の反射鏡と称する）１２と、を有する。本実施例においては、第１の反射鏡１２は、基板１１上に形成され、第１の半導体膜（以下、高屈折率半導体膜と称する）Ｈ１と高屈折率半導体膜Ｈ１よりも低い屈折率を有する第２の半導体膜（以下、低屈折率半導体膜と称する）Ｌ１とが交互に積層された構造を有する。本実施例においては、第１の反射鏡１２は、半導体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）を構成する。
【0014】
本実施例においては、基板１１は、ＧａＮの組成を有する。また、基板１１は、第１の反射鏡１２の結晶成長に用いられる成長用基板である。また、第１の反射鏡１２における高屈折率半導体膜Ｈ１はＧａＮの組成を有し、低屈折率半導体膜Ｌ１はＡｌＩｎＮの組成を有する。なお、本実施例においては、基板１１と第１の反射鏡１２との間にはＧａＮの組成を有するバッファ層（図示せず）が設けられている。
【0015】
面発光レーザ１０は、第１の反射鏡１２上に形成され、発光層１４を含む発光構造層ＥＭ１を有する。本実施例においては、発光構造層ＥＭ１は、窒化物系半導体からなる複数の半導体層を含む。発光構造層ＥＭ１は、第１の反射鏡１２上に形成されたｎ型半導体層（第１の半導体層）１３と、ｎ型半導体層１３上に形成された発光層（活性層）１４と、発光層１４上に形成されたｐ型半導体層（第２の半導体層）１５と、を有する。
【0016】
本実施例においては、ｎ型半導体層１３は、ＧａＮの組成を有し、Ｓｉをｎ型不純物として含む。発光層１４は、ＩｎＧａＮの組成を有する井戸層及びＧａＮの組成を有する障壁層を含む量子井戸構造を有する。また、ｐ型半導体層１５は、ＧａＮ系の組成を有し、Ｍｇをｐ型不純物として含む。
【0017】
なお、発光構造層ＥＭ１の構成はこれに限定されない。例えば、ｎ型半導体層１３は、互いに組成が異なる複数のｎ型の半導体層を有していてもよい。また、ｐ型半導体層１５は、互いに組成が異なる複数のｐ型の半導体層を有していてもよい。
【0018】
例えば、ｐ型半導体層１５は、発光層１４との界面に、発光層１４に注入された電子のｐ型半導体層１５へのオーバーフローを防止する電子ブロック層（図示せず）として、例えばＡｌＧａＮ層を有していてもよい。また、ｐ型半導体層１５は、電極とのオーミックコンタクトを形成するためのコンタクト層（図示せず）を有していてもよい。この場合、例えば、ｐ型半導体層１５は、当該電子ブロック層及びコンタクト層間に、クラッド層としてのＧａＮ層を有していればよい。
【0019】
また、本実施例においては、ｐ型半導体層１５は、上面１５Ａ及び上面１５Ａから突出した凸部１５Ｂを有する。本実施例においては、凸部１５Ｂは、上面１５Ａに垂直な方向から見たときに放射状の突起を含む側面を有するような略円環形状を有する。
【0020】
面発光レーザ１０は、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂを除いた上面１５Ａ上に形成された絶縁層（第１の絶縁層）１６を有する。本実施例においては、絶縁層１６は、ｐ型半導体層１５の上面１５Ａと、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂの側面と、に接している。絶縁層１６は、発光層１４から放出された光に対して透光性を有し、ｐ型半導体層１５（凹部１５Ｂ）よりも低い屈折率を有する材料、例えば、ＳｉＯ２などの酸化物からなる。ｐ型半導体層１５の発光層１４とは反対側の表面は、凸部１５Ｂの上端面において絶縁層１６から露出している。
【0021】
面発光レーザ１０は、絶縁層１６上に形成され、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂにおいてｐ型半導体層１５に接続された透光電極層１７を有する。透光電極層１７は、発光層１４から放出された光に対して透光性を有する導電性の膜である。透光電極層１７は、絶縁層１６の上面及びｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂの上端面に接触している。例えば、透光電極層１７は、ＩＴＯ又はＩＺＯなどの金属酸化膜からなる。
【0022】
絶縁層１６は、透光電極層１７を介して発光構造層ＥＭ１に注入される電流を狭窄する電流狭窄層として機能する。まず、ｐ型半導体層１５における凸部１５Ｂの外側の領域（上面１５Ａの領域）は、絶縁層１６に覆われることで、高い電気抵抗を有する高抵抗領域Ａ１として機能する。また、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂは、絶縁層１６から露出し、透光電極層１７（電極）に接触することで、発光構造層ＥＭ１における高抵抗領域Ａ１よりも低い電気抵抗を有する低抵抗領域Ａ２として機能する。
【0023】
ｐ型半導体層１５の上面１５Ａの領域は、発光層１４への電流の注入が抑制される非電流注入領域として機能する。そして、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂが設けられた領域は、狭窄された電流が発光層１４に注入される電流注入領域として機能する。
【0024】
面発光レーザ１０は、透光電極層１７上に形成された絶縁層（第２の絶縁層）１８を有する。例えば、絶縁層１８は、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２などの絶縁性の金属酸化物からなる。また、絶縁層１８は、発光層１４から放出された光に対して透光性を有する。
【0025】
面発光レーザ１０は、絶縁層１８上に形成された第２の多層膜反射鏡（以下、単に第２の反射鏡と称する）１９を有する。第２の反射鏡１９は、発光構造層ＥＭ１を挟んで第１の反射膜１２に対向する位置に配置されている。第２の反射鏡１９は、第１の反射鏡１２との間で、発光構造層ＥＭ１に垂直な方向（基板１１に垂直な方向）を共振器長方向とする共振器ＯＣ１を構成する。
【0026】
本実施例においては、第２の反射鏡１９は、第１の誘電体膜（以下、高屈折率誘電体膜と称する）Ｈ２と高屈折率誘電体膜Ｈ２よりも低い屈折率を有する第２の誘電体膜（以下、低屈折率誘電体膜と称する）Ｌ２とが交互に積層された構造を有する。
【0027】
すなわち、本実施例においては、第２の反射鏡１９は、誘電体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）を構成する。例えば、本実施例においては、高屈折率誘電体膜Ｈ２はＴａ２Ｏ５層からなり、低屈折率誘電体膜Ｌ２はＡｌ２Ｏ３層からなる。
【0028】
また、本実施例においては、図１に示すように、第２の反射鏡１９は、円柱状の形状を有する。従って、本実施例においては、面発光レーザ１０は、円柱状の共振器ＯＣ１を有する。
【0029】
面発光レーザ１０は、発光構造層ＥＭ１に電流を印加する第１及び第２の電極Ｅ１及びＥ２を有する。第１の電極Ｅ１は、ｎ型半導体層１３上に形成されている。また、第２の電極Ｅ２は、透光電極層１７上に形成されている。
【0030】
第１及び第２の電極Ｅ１及びＥ２間に電圧が印加されると、発光構造層ＥＭ１の発光層１４から光が放出される。発光層１４から放出された光は、第１及び第２の反射鏡１２及び１９間において反射を繰り返し、共振状態に至る（レーザ発振を行う）。
【0031】
また、本実施例においては、第１の反射鏡１２は、第２の反射鏡１９よりもわずかに低い反射率を有する。従って、第１及び第２の反射鏡１２及び１９間で共振した光は、その一部が第１の反射鏡１２及び基板１１を透過し、外部に取り出される。このようにして、面発光レーザ１０は、基板１１に及び発光構造層ＥＭ１に垂直な方向に光を出射する。
【0032】
なお、発光構造層ＥＭ１におけるｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂは、発光層１４における発光領域の中心である発光中心を画定し、共振器ＯＣ１の中心軸（発光中心軸）ＣＡを画定する。共振器ＯＣ１の中心軸ＣＡは、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂの中心を通り、ｐ型半導体層１５（発光構造層ＥＭ１）に垂直な方向に沿って延びる。
【0033】
なお、発光層１４の発光領域とは、例えば、発光層１４内における所定の強度以上の光が放出される所定の幅の領域であり、その中心が発光中心である。また、例えば、発光層１４の発光領域とは、発光層１４内において所定の密度以上の電流が注入される領域であり、その中心が発光中心である。また、当該発光中心を通る基板１１に垂直な直線が中心軸ＣＡである。発光中心軸ＣＡは、第１及び第２の反射鏡１２及び１９によって構成される共振器ＯＣ１の共振器長方向に沿って延びる直線である。また、中心軸ＣＡは、面発光レーザ１０から出射されるレーザ光の光軸に対応する。
【0034】
ここで、面発光レーザ１０における各層の例示的な構成について説明する。本実施例においては、第１の反射鏡１２は、４４ペアのＧａＮ層及びＡｌＩｎＮ層からなる。ｎ型半導体層１３は、６５０ｎｍの層厚を有する。発光層１４は、４ｎｍのＩｎＧａＮ層及び５ｎｍのＧａＮ層が３回積層された多重量子井戸構造の活性層からなる。第２の反射鏡１９は、１０ペアのＴａ２Ｏ５層及びＡｌ２Ｏ３層からなる。
【0035】
また、ｐ型半導体層１５は、凸部１５Ｂの領域において５０ｎｍの層厚を有する。ｐ型半導体層１５は、上面１５Ａの領域において３０ｎｍの層厚を有する。凸部１５Ｂは、１０μｍの外径を有する。また、絶縁層１６は、２０ｎｍの層厚を有する。絶縁層１６の上面は、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂの上端面と同一の高さ位置に配置されるように構成されている。なお、これらは一例に過ぎない。
【0036】
図３は、半導体構造層ＥＭ１内における高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２の詳細な構成を示す図である。図３は、図１における共振器ＯＣ１の近傍の領域を拡大して模式的に示す図である。図３を用いて、発光構造層ＥＭ１の構成の詳細について説明する。
【0037】
発光構造層ＥＭ１においては、高抵抗領域Ａ１は、発光構造層ＥＭ１に垂直な方向から見たときに（発光構造層ＥＭ１の面内において）環状に設けられて発光構造層ＥＭ１及び共振器ＯＣ１の外周部を構成する外周領域（高抵抗外周領域）Ａ１０と、外周領域Ａ１０の内側に設けられて互いに離間して環状に設けられた複数の部分領域（高抵抗部分領域）Ａ１１と、部分領域Ａ１１の内側に部分領域Ａ１１から離間して柱状に設けられた内側領域（高抵抗内側領域）Ａ１２と、を有する。
【0038】
本実施例においては、高抵抗領域Ａ１の外周領域Ａ１０は、円環状に設けられている。また、部分領域Ａ１１の各々は、外周領域Ａ１０の内側面から外周領域Ａ１０の内側に向かって伸張する高抵抗部分である。また、内側領域Ａ１２は、発光中心軸ＣＡを含む共振器ＯＣ１の中心に設けられた円柱状の高抵抗部分である。
【0039】
また、本実施例においては、部分領域Ａ１１の各々は、外周領域Ａ１０の中心に向かって互いに同一の長さで伸張し、かつ外周領域Ａ１０の中心を基準として回転対称に配置されている。例えば、本実施例においては、部分領域Ａ１１の各々は、外周領域Ａ１０から櫛歯状にかつ錐状に伸張するように設けられている。
【0040】
低抵抗領域Ａ２は、高抵抗領域Ａ１の外周領域Ａ１０の内側に設けられている。低抵抗領域Ａ２は、外周領域Ａ１０の内側に環状に設けられた内側領域（低抵抗内側領域）Ａ２０と、各々が内側領域Ａ２０の外側に環状に設けられかつ高抵抗領域Ａ１の部分領域Ａ１１間に設けられた複数の部分領域（低抵抗部分領域）Ａ２１と、を有する。なお、低抵抗領域Ａ２における内側領域Ａ２０の内側には、高抵抗領域Ａ１の内側領域Ａ１２が設けられている。
【0041】
本実施例においては、低抵抗領域Ａ２の内側領域Ａ２０は、円環形状を有し、その中心が高抵抗領域Ａ１の外周領域Ａ１０の中心に配置されるように形成されている。また、部分領域Ａ２１の各々は、内側領域Ａ２０の外側面から内側領域Ａ２０の外側に向かってかつ高抵抗領域Ａ１の部分領域Ａ１１の各々の間に入り込むように伸張する低抵抗部分である。
【0042】
また、本実施例においては、部分領域Ａ２１の各々は、内側領域Ａ２０から互いに同一の長さで放射状に伸張し、かつ内側領域Ａ２０の中心を基準として発光構造層ＥＭ１の面内において回転対称に配置されている。例えば、本実施例においては、部分領域Ａ２１の各々は、内側領域Ａ２０から櫛歯状にかつ柱状に伸張するように設けられている。例えば、低抵抗領域Ａ２の部分領域Ａ２１の各々は、発光中心軸ＣＡを中心とした周方向において、約２～３μｍの幅で、内側領域Ａ２０から伸張している。
【0043】
また、発光構造層ＥＭ１の低抵抗領域Ａ２であるｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂは、第１の反射鏡１２と第２の反射鏡１９との間の領域に設けられている。従って、本実施例においては、共振器ＯＣ１は、第１及び第２の反射鏡１２及び１９間に設けられ、発光中心軸ＣＡに同軸の４つの領域を有する。
【0044】
具体的には、共振器ＯＣ１は、第１及び第２の反射鏡間に筒状（本実施例においては円筒状）に延びかつ高抵抗領域Ａ１のみを含み、共振器ＯＣ１の外周領域を構成する第１の領域Ｒ１と、第１の領域Ｒ１の内側に筒状（本実施例においては円筒状）に設けられかつその周方向において交互に配置された高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２を含む第２の領域Ｒ２と、を有する。
【0045】
また、共振器ＯＣ１は、第２の領域Ｒ２の内側に筒状（本実施例においては円筒状）に設けられかつ低抵抗領域Ａ２のみを含む第３の領域Ｒ３と、第３の領域Ｒ３の内側に柱状（本実施例においては円柱状）に設けられかつ高抵抗領域Ａ１のみを含む第４の領域Ｒ４と、を有する。
【0046】
図４は、面発光レーザ１０の共振器ＯＣ１内の光学的な特性を模式的に示す図である。図４は、図２と同様の断面図である。本実施例においては、絶縁層１６は、ｐ型半導体層１５よりも低い屈折率を有し、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂの上端面と同一の高さで形成されている。また、第１及び第２の反射鏡１２及び１９間における他の層の層厚は、第１から第４の領域Ｒ１からＲ４のそれぞれで同一である。
【0047】
従って、共振器ＯＣ１内における等価的な屈折率（第１及び第２の反射鏡１２及び１９間の光学距離であり、共振波長に対応する）は、ｐ型半導体層１５及び絶縁層１６間の屈折率の差によって、高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２間で異なる。
【0048】
具体的には、図４に示すように、例えば、第２及び第３の領域Ｒ２及びＲ３の低抵抗領域Ａ２に対応する領域の第１及び第２の反射鏡１２及び１９間の等価屈折率を屈折率Ｎ１とし、第１、第２及び第４の領域Ｒ１、Ｒ２及びＲ４の高抵抗領域Ａ１に対応する領域における第１及び第２の反射鏡１２及び１９間の等価屈折率を屈折率Ｎ２とする。この場合、屈折率Ｎ２は、屈折率Ｎ１よりも小さい。すなわち、低抵抗領域Ａ２における等価的な共振波長は、高抵抗領域Ａ１における等価的な共振波長よりも大きい（長い）。
【0049】
換言すれば、共振器ＯＣ１は、発光構造層ＥＭ１の高抵抗領域Ａ１に対応して第１及び第２の反射鏡１２及び１９間に延びる低屈折率領域（第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２の一部及び第４の領域Ｒ４）と、低抵抗領域Ａ２に対応して第１及び第２の反射鏡１２及び１９間に延びかつ当該低屈折率領域よりも大きな等価屈折率を有する高屈折率領域（第２の領域Ｒ２の一部及び第３の領域Ｒ３）と、を有する。上面視において、当該高屈折率領域は、低抵抗領域Ａ２に対応している（図３参照）。
【0050】
図５は、面発光レーザ１０の共振器ＯＣ１内（発光構造層ＥＭ１内）における電気的な特性を模式的に示す図である。図５は、発光構造層ＥＭ１内を流れる電流ＣＲを模式的に示す図である。図５は、図２と同様の断面図である。
【0051】
本実施例においては、高抵抗領域Ａ１は、絶縁層１６に覆われることで、高抵抗化されている。従って、電流ＣＲは、低抵抗領域Ａ２を介してのみ発光構造層ＥＭ１内に注入される。また、絶縁層１６による電流狭窄構造が発光層１４のごく近傍に設けられているため、電流ＣＲは、発光層１４の面内方向には広がりにくい。
【0052】
従って、図５に示すように、電流ＣＲは、低抵抗領域Ａ２の内側領域Ａ２０及び部分領域Ａ２１に対応する第２及び第３の領域Ｒ２及びＲ３内の発光層１４とその近傍の領域のみに流れる。また、第１及び第４の領域Ｒ１及びＲ４内の発光層１４の領域にはほとんど電流が注入されない。従って、第２及び第３の領域Ｒ２及びＲ３において光が生成される（利得が生ずる）一方で、第１及び第４の領域Ｒ１及びＲ４においては光が生成されない。
【0053】
このように、大きな等価屈折率を有する高屈折率領域と、電流が流れ易く光が生成され易い領域と、が上面視において一致している。
【0054】
図６は、面発光レーザ１０から出射されるレーザ光ＬＢを模式的に示す図である。本実施例においては、面発光レーザ１０内の定在波は、第１の反射鏡１２から外部に取り出される。また、レーザ光ＬＢは、図６に示すように、第１の領域Ｒ１に収束しつつ外部に取り出される。なお、図６には、面発光レーザ１０から出射されるレーザ光ＬＢの形状の外縁を破線で模式的に示している。
【0055】
具体的には、まず、本実施例においては、上記したように、絶縁層１６の屈折率は、ｐ型半導体層１５（凸部１５Ｂ）の屈折率よりも小さい。従って、共振器ＯＣ１内において第１～第４の領域Ｒ１～Ｒ４間で等価屈折率の差が設けられている。また、本実施例においては、第１の領域Ｒ１における共振器ＯＣ１（レーザ媒質）の等価屈折率Ｎ２は、第２及び第３の領域Ｒ２及びＲ３における共振器ＯＣ１の等価屈折率Ｎ１よりも小さい。
【0056】
また、本実施例においては、高抵抗領域Ａ１は、低抵抗領域Ａ２を取り囲む外周領域Ａ１０を有する。従って、共振器ＯＣ１は、発光構造層ＥＭ１の高抵抗領域Ａ１の外周領域Ａ１０に対応して第１及び第２の反射鏡１２及び１９間に延びる低屈折率領域（第１の領域Ｒ１）と、低抵抗領域Ａ２に対応して当該低屈折率領域の内側に設けられかつ当該低屈折率領域よりも大きな等価屈折率を有する高屈折率領域（第２及び第３の領域Ｒ２及びＲ３）と、を有する。
【0057】
これによって、共振器ＯＣ１内の定在波が第２及び第３の領域Ｒ２及びＲ３から外側に発散（放射）することによる光損失が抑制される。すなわち、第２の領域Ｒ２の内側に多くの光が留まり、またその状態でレーザ光ＬＢが外部に取り出される。従って、多くの光が共振器ＯＣ１の発光中心軸ＣＡに集中し、高出力なレーザ光ＬＢを生成及び出射することができる。
【0058】
また、本実施例においては、屈折率の差を設けることによる光ガイド構造（光閉じ込め構造）が共振器ＯＣ１内に形成されている。従って、ほぼ全ての光が損失されずに共振器ＯＣ１内でレーザ光ＬＢとなる。従って、高効率で高出力なレーザ光ＬＢを生成及び出射することができる。
【0059】
次に、図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃを用いて、レーザ光ＬＢの発振モードについて説明する。図７Ａは、レーザ光ＬＢの近視野像を示す図である。図７Ｂは、レーザ光ＬＢの遠視野像を示す図である。また、図７Ｃは、レーザ光ＬＢの波長特性を示す図である。
【0060】
上記したように、本実施例においては、発光構造層ＥＭ１内には、高抵抗領域Ａ１の部分領域Ａ１１及び低抵抗領域Ａ２の部分領域Ａ２１が環状にかつ互い違いに配列された領域が設けられている。すなわち、共振器ＯＣ１内には、第２の領域Ｒ２として、発光層１４に電流が注入される領域が環状に点在するような領域が設けられている。これによって、レーザ光ＬＢの固有モードが非常に安定する。
【0061】
具体的には、第２の領域Ｒ２においては、低抵抗領域Ａ２の部分領域Ａ２１にレーザ光ＬＢを構成する定在波の発現位置を固定することができる。従って、この第２の領域Ｒ２において点在して発現する定在波を理想的に（設計通りに）干渉させることができる。そして、当該干渉し合った定在波は、設計通りの固有モードのレーザ光ＬＢとして出射される。
【0062】
例えば、図７Ａに示すように、近視野像においては、低抵抗領域Ａ２の部分領域Ａ２１に対応する位置に強度ピークを有する発光パターンが形成される。これは、共振器ＯＣ１内の定在波が部分領域Ａ２１内に閉じ込められ、発光中心軸ＣＡの周方向における定在波の位置が固定されることに起因する。換言すれば、部分領域Ａ２１を設けることで、面発光レーザ１０の発光パターンをその光軸の周方向においても制御することができる。
【0063】
また、図７Ｂに示すように、遠視野像においては、発光中心軸ＣＡ上の１点に強度ピークを有する単峰性のビームパターンが形成される。このように、設計通りの発光パターンの近視野像を生成することで、設計通りに光の干渉現象が生じ、設計通りの遠視野像が生成される。すなわち、非常に安定した固有モードのレーザ光ＬＢが出射される。
【0064】
また、部分領域Ａ２１を設けることによって、安定した遠視野像を生成できる印加電流の範囲が大幅に拡大される。例えば、車両用灯具のように高出力な光が求められる場合など、大光量のレーザ光ＬＢを得るために大電流を印加した場合でも、発現するモードが不安定になりにくい。従って、例えば、安定した高出力のレーザ光ＬＢが要求される用途に好適な光源となる。
【0065】
なお、部分領域Ａ２１を設けない場合、発光中心軸ＣＡの周囲における定在波の位置、すなわち発光パターンの発光中心軸ＣＡの周方向の位置が特定されない。この場合、印加電流を大きくするにつれて、安定した単峰性のレーザ光ＬＢを得ることができなくなる場合や、レーザ光ＬＢがマルチモード化する場合がある。
【0066】
これは、発光中心軸ＣＡの周囲の定在波の位置が不安定になることに起因している。そして、例えば、共振器ＯＣ１内の定在波が不安定な干渉を起こし、レーザ光のモードが不安定になる。不安定な遠視野像の例としては、環状に複数の強度ピークを有するビームパターンが生成されることが挙げられる。
【0067】
これに対し、本実施例においては、低抵抗領域Ａ２が環状の部分領域Ａ２１を有することで、定在波の位置が固定される。従って、印加電流を変化させることで共振器ＯＣ１内の光（定在波）の強度を上げた場合でも、その強度の空間的な大小関係が安定する。従って、光の干渉条件が安定し、安定したパターンのレーザ光ＬＢを得ることができる。
【0068】
なお、例えば、低抵抗領域Ａ２の部分領域Ａ２１の位置、個数、形状及びサイズなどを調節することによって、定在波の干渉条件、すなわちレーザ光ＬＢのビームパターンを調節することができる。
【0069】
これは、例えば、光学スリットによる光の干渉縞の生成条件に対応する。例えば、部分領域Ａ２１の周方向におけるサイズ（幅）は、スリット幅に対応する。また、隣接する部分領域Ａ２１間の間隔は、スリット間隔に対応する。そして、例えば、発光層１４から放出される光の波長を考慮してこれらの構成を設計することで、設計通りの横モードのレーザ光ＬＢを安定して得ることができる。
【0070】
図７Ｃは、レーザ光ＬＢの波長特性を示す図である。図７Ｃに示すように、レーザ光ＬＢは、ほぼ単一の波長の光であることがわかる。このレーザ光ＬＢの波長は、共振器ＯＣ１における第３の領域Ｒ３の共振波長（すなわち光学距離）に対応する。このように、レーザ光ＬＢは、単一の波長（縦モード）で単峰性の強度分布を有する光であることがわかる。面発光レーザ１０は、このようなレーザ光ＬＢを安定して出射することが可能な高性能かつ高出力な発光素子となる。
【0071】
発明者らは、面発光レーザ１０が上記のような単一の波長（縦モード）で単峰性の強度分布を有するレーザ光ＬＢを安定して出射することをさらに確実にするための理論を見出した。所定の条件を満たすように導波路を規定することで、面発光レーザ１０が単峰性の強度分布を有するレーザ光ＬＢを必ず出射するようにできる。これによって、ロバスト性の高い設計を実現し、製造における歩留まりをも高めることができる。当該導波路の規定の仕方について、以下に説明する。
【0072】
図８は、本実施例における半導体構造層ＥＭ１内における低抵抗領域Ａ２を示す上面図である。すなわち、図８は、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂの上面図である。図８に示すように、凸部１５Ｂは、上面視において、円環形状の領域ＡＲ１に配されている。円環形状の領域ＡＲ１（以下、環ＡＲ１とも称する）の寸法及び形状は、導波路を規定するための基準となる。
【0073】
図８に示すように、円環形状の領域ＡＲ１（環ＡＲ１）は、一定の幅Ｗを有している。また、環ＡＲ１の外径をΦout,内径をΦinとする。また、幅Ｗの１／２の位置を結んだ線であり、環ＡＲ１の周方向に伸長する線を中間線Ｍとする。当該中間線Ｍの長さをＣとし、中間線Ｍによって形成される円の直径を中間径ΦＭと称する。
【0074】
上述したように、低抵抗領域Ａ２は、円環形状の内側領域Ａ２０及び当該内側領域Ａ２０から櫛歯状にかつ柱状に伸張する部分領域Ａ２１を有している。換言すれば、低抵抗領域Ａ２は、上面視において、一定の幅を有する１の環（すなわち環ＡＲ１）が当該１の環の周方向に配列された複数の切欠きＶによって切り欠かれた形状を有する領域である。低抵抗領域Ａ２は、当該切欠きＶを挟んで周方向に配列されている区画領域ＤＲを有している。
【0075】
区画領域ＤＲの各々について、直径２ａの導波路Ｇを形成すると考える。例えば、図７Ａに示したような、面発光レーザ１０の近視野像において、光の強度は、導波路Ｇの各々の中心付近に対応する位置で光の強度が最大となるように分布する。ここで、導波路Ｇにおける光の強度分布のうち、最大強度の１／ｅ2以上の強度を有する範囲を当該導波路Ｇにおける光のスポットＳＰと称し、当該スポットＳＰの直径を２Ｗ０とする。
【0076】
発明者らは、隣り合うスポットＳＰの中心同士の距離が、スポットＳＰの直径２Ｗ０の０．５倍から１．１倍の範囲である場合に、面発光レーザ１０が同位相モードで動作することを実験によって見出した。同位相モードとは、環状に配された複数の導波路Ｇにおけるレーザ光ＬＢの位相が揃った状態である。面発光レーザ１０が同位相モードで動作すると、図７Ｂに示したように、遠視野像において単峰性のビームパターンが形成される。また、放射角が狭く、サイドローブが殆ど生じないレーザ光ＬＢが得られる。
【0077】
なお、スポットＳＰの中心同士の距離がスポットの直径２Ｗ０の０．５倍～１倍である場合には、隣り合うスポットＳＰが互いに重なり合う。スポットＳＰの中心同士の距離がスポットの直径２Ｗ０の１倍より大きい場合には、隣り合うスポットＳＰ同士は重ならない。スポットＳＰの中心同士の距離は、スポットＳＰ同士の重なり具合を表わしているといえる。
【0078】
環ＡＲ１上にスポットＳＰを等間隔に配置することを前提とすると、導波路の個数によって、スポットＳＰの中心同士の距離が決定される。スポットＳＰの中心同士の距離がスポットＳＰの直径２Ｗ０の０．５倍から１．１倍の範囲内となるように、低抵抗領域Ａ２の形状及びサイズに応じて区画領域ＤＲの個数Ｎを規定することで、面発光レーザ１０を同位相モードで動作させることができる。図８に示す低抵抗領域Ａ２について、区画領域ＤＲの個数Ｎは、以下の式によって規定される。
【0079】
【数2】
【0080】
式（１）は、以下のようにして導かれる。まず、中間線Ｍの長さは、以下の式で表される。
【0081】
【数3】
【0082】
上記の式（３）より、中間線Ｍ上に等間隔でスポットＳＰが並ぶ際の中心同士の距離がスポットＳＰの直径２Ｗ０の０．５倍から１．１倍の範囲となるように、領域ＤＲの個数Ｎを算出する。中間線Ｍ上の当該スポットＳＰの中心同士の距離は、中間線Ｍが切り欠きＶによって区切られたピッチＰであるといえる。例えば、ピッチＰは、図８に示すように、切り欠きＶの先端を領域ＡＲ１の中心に向かって延長した際の中間線Ｍとの交点によって区切られた区間の中間線Ｍの長さである。
【0083】
中間線Ｍの長さを、ピッチＰの最小である２Ｗ０の０．５倍、ピッチＰの最大である２Ｗ０の１．１倍でそれぞれ除することで、区画領域ＤＲの個数Ｎは、以下のように表される。
【0084】
【数4】
【0085】
導波路半径をａとすると、スポットＳＰの半径Ｗ０について、波長λ、コアの屈折率ｎｃ、屈折率段差Δとの間で、以下の関係が成立する。
【0086】
【数5】
【0087】
また、基本モードの条件から、以下の関係が成立する。
【0088】
【数6】
【0089】
なお、導波路の直径２ａは、以下の式で表される。
【0090】
【数7】
【0091】
式（５）、（６）及び（７）より、以下の式が成立する。
【0092】
【数8】
【0093】
式（４）及び（８）より、式（２）が成立する。つまり、中間線Ｍ上に等間隔でスポットＳＰが並ぶ際のスポットＳＰの中心同士の距離（ピッチＰ）をスポットＳＰの直径２Ｗ０の０．５倍から１．１倍の範囲にすることで、同位相モードで動作するように凸部１５Ｂを設けて低抵抗領域Ａ２とすることができる。
【0094】
また、上記の区画領域ＤＲの個数Ｎの範囲を次のように表すこともできる。中間線Ｍの長さをＣとすると、上記の式（３）より、以下の式が成立する。
【0095】
【数9】
【0096】
また、上記の式（７）より、環ＡＲ１の幅ＷとスポットＳＰの半径Ｗ０との関係は以下のようになる。
【0097】
【数10】
【0098】
式（９）及び式（１０）を上記の式（４）に代入すると、区画領域ＤＲの個数Ｎは上記の式（１）で表される。
【0099】
上記の式（１）又は（２）を満たす個数Ｎとなるように、例えば等間隔に切欠きＶを配置することで、Ｎ個の導波路Ｇを環ＡＲ１に沿って定義することができる。例えば、切欠きＶの配置は、各々の導波路Ｇに対応する中間線Ｍの長さが等しくなるようにしてもよい。例えば、スポットＳＰの中心同士の距離が直線距離で等しくなるように、切欠きＶの間隔を決定してもよい。
【0100】
このように、区画領域ＤＲの個数Ｎを規定することによって、導波路Ｇの個数Ｎを規定することができる。導波路Ｇの個数Ｎが式（１）又は（２）の条件を満たすように、面発光レーザ１０を構成することで、面発光レーザ１０を確実に同位相モードで動作させることができる。従って、低放射角で単峰性のビームパターンのレーザ光ＬＢを安定して得られる。
【0101】
例えば、製造による低抵抗領域Ａ２の寸法のばらつきを考慮し、スポットＳＰの中心同士の距離がスポットＳＰの直径２Ｗ０の０．５倍から１．１倍という条件を満たすように、導波路Ｇの個数Ｎを規定して、面発光レーザ１０を設計することができる。従って、歩留まりの高い安定なシングルモードのレーザ光ＬＢを得ることができる。
【0102】
また、例えば面発光レーザ１０の設計変更により低抵抗領域Ａ２の幅Ｗ等の寸法を変更する際にも、上記の関係式を用いて導波路Ｇの個数Ｎを規定することで、所望の発光特性の面発光レーザを効率良く設計し、安定して供給することができる。
【0103】
図９は、本実施例の変形例１に係る面発光レーザ１０Ａの共振器ＯＣ１２の模式的な上面図である。面発光レーザ１０Ａは、ｐ型半導体層１５の構成及び共振器ＯＣ１２の構成を除いては、面発光レーザ１０と同様の構成を有する。共振器ＯＣ１２は、第３の領域Ｒ３に高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２の混在する領域が設けられている点を除いては、共振器ＯＣ１と同様の構成を有する。
【0104】
本変形例においては、ｐ型半導体層１５は、凸部１５Ｂに代えて、内側に放射部分を有する略円環状の凸部１５Ｆを有する。具体的には、ｐ型半導体層１５は、上面１５Ｅと、上面１５Ｅから環状に突出し、その内側においてその中心に向かう複数の放射部分を有する側面を有するような凸部１５Ｆと、を有する。なお、絶縁層１６及び透光電極層１７の構成は上記と同様である。
【0105】
本変形例においては、低抵抗領域Ａ２は、高抵抗領域Ａ１の外周領域Ａ１０の内側に接しかつ環状に設けられた内側領域Ａ２０と、内側領域Ａ２０の内側において環状に設けられかつ互いに離間した複数の部分領域Ａ２１と、を有する。本変形例においては、部分領域Ａ２１の各々は、内側領域Ａ２０の内側面から内側領域Ａ２０の中心に向かって錐状に伸張する低抵抗部分である。
【0106】
また、本変形例においては、高抵抗領域Ａ１は、外周領域Ａ１０及び内側領域Ａ１２と、各々が内側領域Ａ１２に接しかつ低抵抗領域Ａ２の部分領域Ａ２１間に入り込むように環状に設けられた複数の部分領域Ａ１１と、を有する。
【0107】
本変形例は、低抵抗領域Ａ２が内側領域Ａ２０の内側に部分領域Ａ２１を有する。従って、共振器ＯＣ１２においては、第２の領域Ｒ２ではなく第３の領域Ｒ３に高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２が交互に配列された領域を有する。
【0108】
本変形例のように、低抵抗領域Ａ２の部分領域Ａ２１は、種々の位置に設けられることができる。この場合でも、部分領域Ａ２１によってレーザ光ＬＢのモードが安定し、例えば単峰性のレーザ光ＬＢを安定して出射することができる。
【0109】
換言すれば、本変形例において、低抵抗領域Ａ２（１５Ｆ）は、上面視において一定の幅を有する１の環（Ａ２とＡ１１を合わせた部分）が当該１の環の周方向に配列されている複数の切欠きによって切り欠かれた形状を有している。低抵抗領域Ａ２は、当該切欠きを挟んで当該周方向に配列されている区画領域を有している。
【0110】
このように、低抵抗領域Ａ２は、当該１の環の内周から外周に向かって伸長する切欠きによって区切られた区画領域を有していても良い。また、当該切欠きの形状は、本変形例のような楔型の形状に限られず、矩形等の任意の形状とすることができる。
【0111】
さらに、上記の式（１）又は（２）を用いて区画領域の個数を規定することで、放射角度が低く単峰性のレーザ光ＬＢを確実に安定して出射させることができる。
【0112】
図１０は、本実施例の変形例２に係る面発光レーザ１０Ｂの共振器ＯＣ２の模式的な上面図である。面発光レーザ１０Ｂは、発光構造層ＥＭ２の構成及び共振器ＯＣ２の構成を除いては、面発光レーザ１０と同様の構成を有する。また、共振器ＯＣ２は、第４の領域Ｒ４の内側に低抵抗領域に対応する第５の領域Ｒ５を有する点を除いては、共振器ＯＣ１と同様の構成を有する。
【0113】
本実施例においては、発光構造層ＥＭ２は、ｐ型半導体層１５に代えてｐ型半導体層２１を有する。ｐ型半導体層２１は、上面２１Ａと、上面２１Ａから略環状に突出する環状部及び当該環状部の内側において柱状に突出する柱状部を有する凸部２１Ｂと、を有する。本実施例においては、ｎ型半導体層１３、発光層１４及びｐ型半導体層２１の全体を発光構造層ＥＭ２と称する。なお、絶縁層１６及び透光電極層１７は、面発光レーザ１０と同様の構成を有する。
【0114】
従って、本実施例においては、高抵抗領域Ａ１の内側領域Ａ１２は、環状（本実施例においては円環状）に設けられている。また、低抵抗領域Ａ２は、高抵抗領域Ａ１の内側領域Ａ１２の内側に設けられた中心領域Ａ２２を有する。また、本実施例においては、低抵抗領域Ａ２の中心領域Ａ２２は、円柱形状を有する。
【0115】
本実施例においては、低抵抗領域Ａ２が発光中心軸ＣＡ上の領域において高抵抗領域Ａ１に囲まれた中心領域Ａ２２を有する。これによって、発光中心軸ＣＡの周囲の発光パターンを制御するのみならず、発光中心軸ＣＡ上の発光パターンを安定させることができる。
【0116】
本実施例においては、部分領域Ａ２１内に定在波を発現させるのに加え、中心領域Ａ２２内にも定在波を安定して発現させることができる。これによって、発光領域全体の定在波の干渉条件を安定させ、発光領域全体の安定した横モード制御を行うことができる。
【0117】
従って、例えば、中心領域Ａ２２のサイズ及び部分領域Ａ２１との位置関係を調節することで、ほとんどサイドローブを生じさせないビームパターンのレーザ光ＬＢ（すなわち遠視野像）を生成することができる。また、実施例１と同様に、印加電流の大きさに関わらず、ビームパターンが安定する。従って、高出力かつ高安定性の面発光レーザ１０Ｂを提供することができる。
【0118】
図１１は、本実施例の変形例３に係る面発光レーザ１０Ｃの共振器ＯＣ１３の模式的な上面図である。面発光レーザ１０Ｃは、ｐ型半導体層１５の構成及び共振器ＯＣ１３の構成を除いては、面発光レーザ１０と同様の構成を有する。共振器ＯＣ１３は、矩形の第２～第４の領域Ｒ２～Ｒ４を有する点を除いては、共振器ＯＣ１と同様の構成を有する。
【0119】
本変形例においては、ｐ型半導体層１５は、上面１５Ｇと、上面１５Ｇから略矩形状に突出する点を除いては凸部１５Ｂと同様の構成を有する凸部１５Ｈと、を有する。本変形例においては、高抵抗領域Ａ１は、外周領域Ａ１０の内側において矩形環状に配置された複数の部分領域Ａ１１と、矩形の内側領域Ａ１２と、を有する。また、低抵抗領域Ａ２は、矩形環状の内側領域Ａ２０と、内側領域Ａ２０の外側に矩形環状に設けられた複数の部分領域Ａ２１と、を有する。
【0120】
本変形例のように、例えば、第２の領域Ｒ２は、環状に設けられていれば、矩形の形状を有していてもよい。この場合でも、部分領域Ａ２１によってレーザ光ＬＢのモードが安定し、例えば単峰性のレーザ光ＬＢを安定して出射することができる。
【0121】
図１２は、本実施例の変形例４に係る面発光レーザ１０Ｄを示す上面図である。図１２において、面発光レーザ１０Ｄのｐ型半導体層１５の凸部１５Ｊ、すなわち低抵抗領域Ａ２の形状を示しており、その他の構成については省略している。図１２に示すように、凸部１５Ｊは、上面視において、矩形（長方形）の環状の領域ＡＲ２に配されている。長方形の環状の領域ＡＲ２（以下、環ＡＲ２とも称する）の寸法及び形状は、本変形例における導波路を規定するための基準となる。
【0122】
図１２に示すように、長方形の環状の領域ＡＲ２（環ＡＲ２）は、一定の幅Ｗを有している。また、環ＡＲ２の外側の長辺の長さをＴ、外側の短辺の長さをＬ、内側の長辺の長さをｔ、内側の短辺の長さをｌとする。また、幅Ｗの１／２の位置を結んだ線であり、環ＡＲ２の周方向に伸長する線を中間線Ｍとする。当該中間線Ｍの長さをＣとする。
【0123】
図１２に示すように、低抵抗領域Ａ２は、上面視において、一定の幅を有する１の環（すなわち長方形の環ＡＲ２）が当該１の環の周方向に配列された複数の切欠きＶによって切り欠かれた形状を有する領域である。また、低抵抗領域Ａ２は、当該切欠きを挟んで周方向に配列されている区画領域ＤＲを有している。切欠きＶは、環ＡＲ２の内周から外周に向かって伸長している。また、切欠きＶは、環ＡＲ２の幅方向において、幅Ｗよりも短い。
【0124】
図８の場合と同様に、区画領域ＤＲの各々について、直径２ａの導波路Ｇが形成されると考える。導波路Ｇ内の光の強度分布のうち、最大強度の１／ｅ2以上の強度を有する範囲を当該導波路Ｇにおける光のスポットＳＰと称し、当該スポットＳＰの直径を２Ｗ０とする。
【0125】
上述したように、隣り合うスポットＳＰ同士の中心同士の距離が、スポットＳＰの直径２Ｗ０の０．５倍から１．１倍の範囲である場合に、面発光レーザが同位相モードで動作する。同位相モードとは、環状に配された複数の導波路Ｇにおけるレーザ光ＬＢの位相が揃った状態である。従って、スポットＳＰ同士の中心同士の距離がスポットＳＰの直径の２Ｗ０の０．５倍から１．１倍の範囲内となるように、低抵抗領域Ａ２の形状及びサイズに応じて区画領域ＤＲの個数Ｎを規定することで、面発光レーザ１０を同位相モードで動作させることができる。
【0126】
図１２に示す低抵抗領域Ａ２について、区画領域ＤＲの数Ｎは、以下のように規定される。
【0127】
【数11】
【0128】
【数12】
【0129】
区画領域ＤＲの数Ｎは、上記の式（１１）又は式（１２）によって規定される。これらの式は、以下のようにして導かれる。中間線Ｍの長さをＣとすると、以下の式が成立する。
【0130】
【数13】
【0131】
長方形の環状の領域ＡＲ２が一定の幅を有することから、以下の関係が成立する。
【0132】
【数14】
【0133】
式（１３）より、以下の式が成立する。
【0134】
【数15】
【0135】
また、導波路Ｇの半径ａは以下のように表される。
【0136】
【数16】
【0137】
上述した式（８）に、式（１６）を代入すると以下のようになる。
【0138】
【数17】
【0139】
上述したように、区画領域ＤＲの数Ｎは、中間線Ｍ上に等間隔でスポットＳＰが並ぶ際のスポットＳＰの中心同士の距離がスポットＳＰの直径２Ｗ０の０．５倍から１．１倍の範囲となるように規定することができる。区画領域ＤＲの数Ｎは、中間線の長さＣをスポットＳＰの中心同士の距離（或いはピッチＰ）の最大値（２Ｗ０の１．１倍）及び最小値（２Ｗ０の０．５倍）でそれぞれ除することによって、上記の式（１１）又は式（１２）のように表される。また、幅Ｗは以下のように表される。
【0140】
【数18】
【0141】
式（１８）より、上記式（１１）又は（１２）を中間線Ｍの長さＣ及び領域ＡＲ２の幅Ｗを用いた式で表すと、上記した式（１）となる。
【0142】
このように、低抵抗領域Ａ２の上面視における形状の基準となる形状が長方形の環である場合にも、スポットＳＰの中心同士の距離がスポットＳＰの直径２Ｗ０の０．５倍から１．１倍の範囲となるように、区画領域ＤＲの個数を規定することができる。従って、面発光レーザ１０Ｄが同位相モードで動作する条件で、長方形の環に沿って、導波路Ｇを規定することができる。これによって、放射角が狭く、単峰性のビームパターンを確実に形成することができる。
【0143】
図１３は、本実施例の変形例５に係る面発光レーザの１０Ｅを示す上面図である。図１３において、面発光レーザ１０Ｅのｐ型半導体層１５の凸部１５Ｋ、すなわち低抵抗領域Ａ２の形状を示しており、その他の構成については省略している。
図１３に示すように、低抵抗領域Ａ２は、トラック型の環状の領域ＡＲ３に配されている。トラック型の環状の領域ＡＲ３（以下、環ＡＲ３とも称する）の寸法及び形状は、本実施例における導波路を規定するための基準となる。
図１３に示すように、低抵抗領域Ａ２は、トラック型の環状の領域ＡＲ３に配されている。トラック型の環状の領域ＡＲ３（以下、環ＡＲ３とも称する）の寸法及び形状は、本実施例における導波路を規定するための基準となる。
【0144】
図１３に示すように、トラック型の環状の領域ＡＲ３（環ＡＲ３）は、一定の幅Ｗを有している。環ＡＲ３は、長さＬの対向する一組の直線と、当該一組の直線の両端において当該一組の直線間の距離を直径とする半円の円弧を繋ぎ合わせた形状に沿って延びる環である。当該半円の円弧に沿った領域の外周の直径をΦout、内周の直径をΦinとする。換言すれば、直線に沿った領域の両端における当該半円の円弧に沿った領域２つを繋ぎ合わせて形成される円環の外径がΦoutであり、当該円環の内径がΦinである。
【0145】
図１３に示すように、低抵抗領域Ａ２は、上面視において、一定の幅を有する１の環（すなわち環ＡＲ３）が当該１の環の周方向に配列された複数の切欠きＶによって切り欠かれた形状を有する領域である。また、低抵抗領域Ａ２は、当該切欠きを挟んで周方向に配列されている区画領域ＤＲを有している。切欠きＶは、環ＡＲ３の外周から内周に向かって伸長している。また、切欠きＶは、環ＡＲ３の幅方向において、幅Ｗよりも短い。幅Ｗの１／２の位置を結んだ線であり、環ＡＲ３の周方向に伸長する線を中間線Ｍとする。当該中間線Ｍの長さをＣとする。
【0146】
図８及び図１２の場合と同様に、区画領域ＤＲの各々について、直径２ａの導波路Ｇが形成されていると考える。導波路Ｇ内の光の強度分布のうち、最大強度の１／ｅ2以上の強度を有する範囲を当該導波路Ｇにおける光のスポットＳＰと称し、スポットＳＰの直径を２Ｗ０とする。
【0147】
上述したように、隣り合うスポットＳＰの中心同士の距離が、スポットＳＰの直径２Ｗ０の０．５倍から１．１倍の範囲である場合に、面発光レーザ１０Ｅが同位相モードで動作する。同位相モードとは、環状に配された複数の導波路Ｇにおけるレーザ光ＬＢの位相が揃った状態である。従って、当該重なり具合がスポットＳＰの直径２Ｗ０の０．５倍から１．１倍の範囲内となるように、低抵抗領域Ａ２の形状及びサイズに応じて区画領域ＤＲの個数Ｎを規定することで、面発光レーザ１０を同位相モードで動作させることができる。
【0148】
図１３に示す低抵抗領域Ａ２について、区画領域ＤＲの数Ｎは、以下のように規定される。
【0149】
【数19】
【0150】
式（１９）は、以下のようにして導かれる。まず、中間線Ｍの長さＣは、以下のように表される。
【0151】
【数20】
【0152】
また、上記の式（８）よりＷ０＝（Φｏｕｔ－Φｉｎ）／２π１／２が成立する。式（２０）及び式（８）を用いて、中間線の長さＣをスポットＳＰの中心同士の距離（或いはピッチＰ）の最大値（スポットＳＰの直径２Ｗ０の０．５倍）及び最小値（２Ｗ０の０．５倍）でそれぞれ除することによって、区画領域ＤＲの数Ｎは式（１９）のように表される。
【0153】
このように、低抵抗領域Ａ２の上面視における形状の基準となる形状が上記のようなトラック型の環である場合にも、スポットＳＰの中心同士の距離がスポットＳＰの直径２Ｗ０の０．５倍から１．１倍の範囲となるように、区画領域ＤＲの個数を規定することができる。従って、面発光レーザ１０Ｄが同位相モードで動作する条件で、トラック形状の中間線Ｍに沿って並ぶように導波路Ｇを定義することができる。これによって、放射角が狭く、単峰性のビームパターンを確実に形成することができ、歩留まりの高い、安定なシングルモードのレーザ光ＬＢを得ることができる。
【0154】
上記した高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２の構成は一例に過ぎない。例えば、低抵抗領域Ａ２は、内側領域Ａ２０を有していなくてもよい。すなわち、低抵抗領域Ａ２は、環状に設けられた複数の部分領域Ａ２１を有していればよい。また、高抵抗領域Ａ１は、少なくとも低抵抗領域Ａ２の部分領域Ａ２１間に設けられた複数の部分領域Ａ１１を有していればよい。
【0155】
従って、低抵抗領域Ａ２の全体が発光構造層ＥＭ１内において点在していてもよい。なお、部分領域Ａ２１毎の発光構造層ＥＭ１内への印加電流を安定させることを考慮すると、部分領域Ａ２１同士を電気的に接続するような領域、例えば内側領域Ａ２０が設けられていることが好ましい。
【0156】
また、本実施例においては、高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２間で電気抵抗の差を設けるのみならず、これらの領域に対応して等価屈折率の差を設ける場合について説明した。しかし、レーザ光ＬＢのモード制御を考慮すると、少なくともこれらの領域間で電気抵抗の差が設けられていればよい。
【0157】
上記したように、本実施例においては、発光構造層ＥＭ１は、第１及び第２の反射鏡１２及び１９間に設けられ、各々が発光構造層ＥＭ１の面内に設けられた高抵抗領域Ａ１及び高抵抗領域Ａ１よりも低い電気抵抗を有する低抵抗領域Ａ２を有する。また、低抵抗領域Ａ２は、発光構造層ＥＭ１の面方向において高抵抗領域Ａ１によって区切られつつ環状に配列された複数の部分領域Ａ２１を有する。従って、安定した横モードの光を出射することが可能な面発光レーザ１０（垂直共振器型発光素子）を提供することができる。
【実施例2】
【0158】
図１４は、実施例２に係る面発光レーザ３０の断面図である。面発光レーザ３０は、発光構造層ＥＭ３の構成を除いては、面発光レーザ１０と同様の構成を有する。発光構造層ＥＭ３は、高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２の構成を除いては、発光構造層ＥＭ１と同様の構成を有する。
【0159】
発光構造層ＥＭ３は、高抵抗領域Ａ１に対応し、イオンが注入されたイオン注入領域３１Ａを有するｐ型半導体層（第２の半導体層）３１を有する。例えば、イオン注入領域３１Ａは、Ｂイオン、Ａｌイオン、又は酸素イオンが注入されたｐ型半導体層３１の上面の領域である。
【0160】
イオン注入領域３１Ａにおいては、ｐ型の不純物が不活性化されている。すなわち、イオン注入領域３１Ａは、高抵抗領域Ａ１として機能する。また、イオン注入領域３１Ａにおいては、イオンが注入されることで屈折率が変化する。
【0161】
また、本実施例においては、イオン注入領域３１Ａ以外のｐ型半導体層３１の領域３１Ｂは、イオン注入が行われていない非イオン注入領域である。従って、本実施例においては、非イオン注入領域３１Ｂは、低抵抗領域Ａ２として機能する。
【0162】
また、本実施例においては、イオン注入領域３１Ａは、ｐ型半導体層１５における上面１５Ａと同様の上面形状を有する。また、非イオン注入領域３１Ｂは、ｐ型半導体層１５における凸部１５Ｂと同様の上面形状を有する。
【0163】
より詳細には、低抵抗領域Ａ２として機能する非イオン注入領域３１Ｂは、一定の幅を有する１の環が当該１の環の方向に配列されている複数の切欠きによって切り欠かれた形状を有する領域である。また、低抵抗領域Ａ２は、当該切欠きを挟んで周方向に配列されている区画領域ＤＲを有している。
【0164】
また、当該環状の領域が一定の幅を有しており、区画領域ＤＲの数Ｎを上記した式（１）で表される範囲に規定することができ、歩留まりの高い、安定なシングルモードのレーザ光ＬＢを得ることができる。
【0165】
当該環状の領域は、本実施例において、図８等に示したような円環形状を一例として挙げているが、図１２に示したような矩形の環状、或いは図１３に示したようなトラック型の環状であってもよい。当該環状の領域が矩形の環状又はトラック型の環状であっても、区画領域ＤＲの数Ｎを上記した式（１）で表される範囲に規定することができる。
【0166】
本実施例のように、イオン注入の有無によっても、電気抵抗及び屈折率に差を設けることができる。従って、低抵抗領域Ａ２（例えば内側領域Ａ２０及び部分領域Ａ２１）を発光構造層ＥＭ３内に設けることができる。従って、安定した横モードの光を出射することが可能な面発光レーザ３０を提供することができる。
【0167】
なお、本実施例において、イオン注入以外にも、酸素アッシャー、逆スパッタリング等の手法を用いて、ｐ型半導体層（第２の半導体層）３１のｐ型の不純物を不活性化し、電気抵抗及び屈折率に差を設けることもできる。
【0168】
図１５は、実施例２の変形例に係る面発光レーザ３０Ａの断面図である。面発光レーザ３０Ａは、発光構造層ＥＭ３と第２の反射鏡１９との間に形成され、領域間で異なる屈折率を有する絶縁層（第２の絶縁層）３２を有する点を除いては、面発光レーザ３０と同様の構成を有する。
【0169】
面発光レーザ３０Ａにおいては、絶縁層３２は、透光電極層１７上に形成され、非イオン注入領域３１Ｂ上に凸部３３Ａを有する高屈折率絶縁層３３と、凸部３３Ａを露出させつつ高屈折率絶縁層３３上に形成され、高屈折率絶縁層３３よりも低い屈折率を有する低屈折率絶縁層３４と、を有する。高屈折率絶縁層３３は、例えば、Ｎｂ２Ｏ５からなる。また、低屈折率絶縁層３４は、例えばＳｉＯ２からなる。
【0170】
本実施例においては、発光構造層ＥＭ３内に加え、その外部に形成された絶縁層３２によって、高抵抗領域Ａ１（第１の領域Ｒ１）及び低抵抗領域Ａ２（第２及び第３の領域Ｒ３）間の屈折率差が設けられている。これによって、例えば、ｐ型半導体層３１によって高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２の電気抵抗の差を優先的かつ確実に画定し、絶縁層３２によって両者の屈折率差を補強することができる。従って、安定した横モードの光を出射することが可能な面発光レーザ３０Ａを提供することができる。
【実施例3】
【0171】
図１６は、実施例３に係る面発光レーザ４０の断面図である。面発光レーザ４０は、発光構造層ＥＭ４の構成を除いては、面発光レーザ１０と同様の構成を有する。発光構造層ＥＭ４は、高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２の構成を除いては、発光構造層ＥＭ１と同様の構成を有する。
【0172】
面発光レーザ４０においては、発光構造層ＥＭ４は、高抵抗領域Ａ１に対応し、ドライエッチングが行われたエッチング部４１Ａを有するｐ型半導体層４１を有する。ｐ型半導体層４１におけるエッチングが行われていない上面領域は、凸部４１Ｂとなる。
【0173】
ｐ型半導体層４１などの不純物を含む半導体は、ドライエッチングを行うことによって、その表面がダメージを受ける。これによって、エッチング部４１Ａにおけるｐ型の不純物が不活性化される。すなわち、ｐ型半導体層４１は、エッチング部４１Ａの領域にｐ型の不純物が不活性化された不活性化領域４１Ｃを有する。従って、不活性化領域４１Ｃは、高抵抗領域Ａ１として機能する。また、エッチングが行われていない凸部４１Ｂは、低抵抗領域Ａ２として機能する。
【0174】
また、本実施例においては、エッチング部４１Ａにおいては、ｐ型半導体層４１が部分的に除去される。従って、エッチング部４１Ａ以外の領域は、エッチング部４１Ａから突出した凸部４１Ｂとなる。また、エッチング部４１Ａにおいては、一般的に半導体層における金属との界面に設けられるコンタクト層が除去されている。従って、例えば実施例１のように絶縁層１６を設けなくても、エッチング部４１Ａは、十分に高抵抗化される。
【0175】
従って、まず、電流は凸部４１Ｂのみから発光構造層ＥＭ４に注入される。また、エッチング部４１Ａと凸部４１Ｂとの間でｐ型半導体層４１の層厚が異なる。従って、エッチングの有無によって、共振器ＯＣ１１内に等価屈折率の差を設けることができる。
【0176】
なお、低抵抗領域Ａ２を設けることを考慮すると、ｐ型半導体層４１が選択的に不活性化領域４１Ｃを有していればよい。従って、ｐ型半導体層４１は、ドライエッチングが行われたエッチング部４１Ａを有する場合に限定されない。例えば、イオン注入が行われることで不活性化領域４１Ｃが形成されてもよいし、アッシング処理が行われることで不活性化領域４１Ｃが形成されていてもよい。また、例えば、ドライエッチング後にイオン注入、アッシング処理を行ってもよい。
【0177】
本実施例においては、発光構造層ＥＭ４のｐ型半導体層（第２の半導体層）４１は、高抵抗領域Ａ１に対応し、ｐ型の不純物が不活性化された不活性化領域４１Ｃを有する。そして、ｐ型半導体層４１の不純物が不活性化されていない領域４１Ｂは、低抵抗領域Ａ２として機能する。
【0178】
このように、例えばエッチングを選択的に行ってｐ型半導体層４１を部分的に不活性化させることによっても、電気抵抗及び屈折率に差を設けることができる。従って、低抵抗領域Ａ２（例えば内側領域Ａ２０及び部分領域Ａ２１）を発光構造層ＥＭ４内に設けることができる。従って、安定した横モードの光を出射することが可能な面発光レーザ４０を提供することができる。
【0179】
また、本実施例においては、不活性化領域４１Ｃは、ｐ型半導体層１５における上面１５Ａと同様の上面形状を有する。また、不活性化されていない領域４１Ｂは、ｐ型半導体層１５における凸部１５Ｂと同様の上面形状を有する。
【0180】
より詳細には、低抵抗領域Ａ２として機能する領域４１Ｂは、環状の領域に配されており、周方向に配列された幅方向の複数の切欠きによって、当該環状が複数の区画領域ＤＲに区切られた形状を有している。
【0181】
また、当該環状の領域が一定の幅を有している場合、区画領域ＤＲの数Ｎを上記した式（１）で表される範囲に規定することができ、歩留まりの高い、安定なシングルモードのレーザ光ＬＢを得ることができる。
【0182】
当該環状の領域は、本実施例において、図８等に示したような円環形状を一例として挙げているが、図１２に示したような矩形の環状、或いは図１３に示したようなトラック型の環状であってもよい。当該環状の領域が矩形の環状又はトラック型の環状であっても、区画領域ＤＲの数Ｎを上記した式（１）で表される範囲に規定することができる。また、当該環状の領域が円環形状である場合には上述した式（２）、矩形の環状である場合には式（１１）又は式（１２）、トラック型の環状である場合には式（１９）によって、区画領域ＤＲの個数Ｎを規定することができる。
【実施例4】
【0183】
図１７は、実施例４に係る面発光レーザ５０の断面図である。面発光レーザ５０は、発光構造層ＥＭ５の構成を除いては、面発光レーザ１０と同様の構成を有する。発光構造層ＥＭ５は、高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２の構成を除いては、発光構造層ＥＭ１と同様の構成を有する。
【0184】
面発光レーザ５０においては、発光構造層ＥＭ５は、低抵抗領域Ａ２に対応し、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂ上に設けられたトンネル接合層５１と、トンネル接合層５１上に設けられたｎ型半導体層（第２のｎ型半導体層又は第３の半導体層）５２と、を有する。
【0185】
また、発光構造層ＥＭ５は、高抵抗領域Ａ１に対応し、トンネル接合層５１及びｎ型半導体層５２の側面を取り囲み、トンネル接合層５１及びｎ型半導体層５２よりも低い屈折率を有するｎ型半導体層（第３のｎ型半導体層又は第４の半導体層）５３と、を有する。
【0186】
本実施例においては、トンネル接合層５１は、ｐ型半導体層１５上に形成され、ｐ型半導体層（第２の半導体層）１５よりも高い不純物濃度を有するハイドープｐ型半導体層５１Ａと、ハイドープｐ型半導体層５１Ａ上に形成され、ｎ型半導体層（第１のｎ型半導体層又は第１の半導体層）１３よりも高い不純物濃度を有するハイドープｎ型半導体層５１Ｂと、を含む。
【0187】
また、本実施例においては、ｎ型半導体層５３は、Ｇｅをｎ型不純物として含む。これによって、ｎ型半導体層５３は、ｎ型半導体層５２、トンネル接合層５１及びｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂの平均屈折率よりも低い屈折率を有する。
【0188】
本実施例のように、トンネル接合による電流狭窄を行う場合でも、その狭窄形状を調節することで、発光構造層ＥＭ５内に低抵抗領域Ａ２（例えば内側領域Ａ２０及び部分領域Ａ２１）を形成することができる。また、低抵抗領域Ａ２以外の領域の屈折率を低くすることで、例えば第１～第４の領域Ｒ１～Ｒ４を画定することができる。従って、安定した横モードの光を出射することが可能な面発光レーザ５０を提供することができる。
【0189】
また、本実施例の低抵抗領域Ａ２において、切欠きを挟んで周方向に配列されている区画領域ＤＲの個数（図８参照）を、上述した式（１）を満たすように規定することで、面発光レーザ５０を同位相モードで動作させることができる。放射角が低く、単峰性のレーザ光を安定して出射させることができる。
【0190】
なお、上記に示した実施例は、一例に過ぎない。例えば、上記した種々の実施例は組み合わせることができる。例えば、面発光レーザ１０が面発光レーザ３０と同様の絶縁層３１を有していてもよい。また、例えば、面発光レーザ４０が不活性化領域４１Ｃ上に絶縁層１６を有していてもよい。
【0191】
上記したように、例えば、面発光レーザ１０は、発光構造層ＥＭ１が第１及び第２の反射鏡１２及び１９間において環状に配列された複数の部分領域Ａ２１を有する低抵抗領域（電流注入領域）Ａ２を有する。これによって、安定した横モードの光を出射することが可能な面発光レーザ１０（垂直共振器型発光素子）を提供することができる。
【0192】
また、低抵抗領域Ａ２は、１の環が切り欠かれた形状を有し、当該切欠きを挟んで周方向に配列された区画領域ＤＲの個数Ｎを上述した式（１）を満たすように規定することによって、面発光レーザ１０を同位相モードで動作させることができる。従って、低放射角で単峰性のレーザ光を安定して出射させることができる。
【符号の説明】
【0193】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、２０、３０、３０Ａ、４０、５０ 面発光レーザ（垂直共振器型発光素子）
ＥＭ１、ＥＭ２、ＥＭ３、ＥＭ４ 発光構造層
１３ ｎ型半導体層（第１の半導体層）
１４ 発光層
１５ ｐ型半導体層（第２の半導体層）
１５Ａ ｐ型半導体層の上面
１５Ｂ 凸部
Ａ２ 低抵抗領域
Ａ２１ 部分領域
ＡＲ１ 円環形状の領域（環）
ＤＲ 区画領域
Ｇ 導波路
２ａ 導波路の直径
ＳＰ スポット
２Ｗ０ スポットの直径
Ｍ 中間線
Φout,Φin ＡＲ１の外径、内径
ＥＭ１、ＥＭ２、ＥＭ３、ＥＭ４ 発光構造層
１３ ｎ型半導体層（第１の半導体層）
１４ 発光層
１５ ｐ型半導体層（第２の半導体層）
１５Ａ ｐ型半導体層の上面
１５Ｂ 凸部
Ａ２ 低抵抗領域
Ａ２１ 部分領域
ＡＲ１ 円環形状の領域（環）
ＤＲ 区画領域
Ｇ 導波路
２ａ 導波路の直径
ＳＰ スポット
２Ｗ０ スポットの直径
Ｍ 中間線
Φout,Φin ＡＲ１の外径、内径
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】