半导体激光器及其制造方法.pdf

一种半导体激光器及其制造方法。该半导体激光器可将激光的偏振方向稳定在一个方向上。该半导体激光器包括层叠结构，该层叠结构包括从衬底侧依次设置的下多层反射镜、有源层和上多层反射镜，其中，层叠结构包括柱形台面部，该柱形台面部包含下多层反射镜的上部、有源层和上多层反射镜，且下多层反射镜包括多对低折射率层和高折射率层以及多个氧化层，该多个氧化层在除了一个或多个低折射率层的中心区域之外的区域中非均匀地分布在围绕台面部的中心轴旋转的方向上。

1.  一种半导体激光器，包括：
层叠结构，包括从衬底侧依次设置的下多层反射镜、有源层和上多层反射镜；
其中所述层叠结构包括柱形台面部，所述柱形台面部包含所述下多层反射镜的上部、所述有源层和所述上多层反射镜；且
所述下多层反射镜包括多对低折射率层和高折射率层以及多个氧化层，所述多个氧化层在除了一个或多个所述低折射率层的中心区域之外的区域中不均匀地分布在围绕所述台面部的中心轴旋转的方向上。

2.  根据权利要求1所述的半导体激光器，其中
所述多个氧化层中的一个或多个包括设置得彼此面对的第一氧化部和第二氧化部，所述台面部的中心轴在所述第一氧化部和第二氧化部之间。

3.  根据权利要求1所述的半导体激光器，其中
在包括所述氧化层的所述低折射率层的厚度方向上的光学距离L₁满足L₁≥λ/4，其中λ表示从所述有源层发射的光的波长。

4.  根据权利要求3所述的半导体激光器，其中
所述光学距离L₁满足λ/4≤L₁≤1.4×(λ/4)，且
在邻近包含所述氧化层的所述低折射率层的一个高折射率层的厚度方向上的光学距离L₂满足0.6×(λ/4)≤L₂≤λ/4。

5.  根据权利要求4所述的半导体激光器，其中
所述光学距离L₁满足λ/4≤L₁≤1.2×(λ/4)，且
所述光学厚度L₂满足0.8×(λ/4)≤L₂≤λ/4。

6.  根据权利要求1所述的半导体激光器，其中
所述下多层反射镜包括从所述衬底侧依次设置的相对抗氧化的第一多层膜、相对易于氧化的第二多层膜和相对抗氧化的第三多层膜，且
所述氧化层形成在所述第二多层膜中。

7.  根据权利要求6所述的半导体激光器，其中
所述第一多层膜包括多对包含Al_x1Ga_1-x1As的低折射率层和包含Al_x2Ga_1-x2As的高折射率层，
所述第二多层膜包括多对低折射率层和包含Al_x8Ga_1-x8As的高折射率层，所述第二多层膜的低折射率层由包含Al_x3Ga_1-x3As的第一折射率层、包含Al_x4Ga_1-x4As的第二折射率层、包含Al_x5Ga_1-x5As的第三折射率层、包含Al_x6Ga_1-x6As的第四折射率层和包含Al_x7Ga_1-x7As的第五折射率层构成；
所述第三多层膜包括多对包含Al_x9Ga_1-x9As的低折射率层和包含Al_x10Ga_1-x10As的高折射率层；且
x1至x10满足由式(1)表示的数学式：
1≥(x4，x6)＞(x1，x3，x5，x7，x9)＞0.8＞(x2，x8，x10)≥0…(1)

8.  根据权利要求1所述的半导体激光器，其中
所述下多层反射镜包括从所述衬底侧依次设置的相对易于氧化的第二多层膜和相对抗氧化的第三多层膜；且
所述氧化层形成在该第二多层膜中。

9.  根据权利要求8所述的半导体激光器，其中
所述第二多层膜包括多对低折射率层和包含Al_x8Ga_1-x8As的高折射率层，所述低折射率层由包含Al_x3Ga_1-x3As的第一折射率层、包含Al_x4Ga_1-x4As的第二折射率层、包含Al_x5Ga_1-x5As的第三折射率层、包含Al_x6Ga_1-x6As的第四折射率层和包含Al_x7Ga_1-x7As的第五折射率层构成；
所述第三多层膜包括多对包含Al_x9Ga_1-x9As的低折射率层和包含Al_x10Ga_1-x10As的高折射率层；且
x3至x10满足由式(2)表示的数学式：
1≥(x4，x6)＞(x3，x5，x7，x9)＞0.8＞(x8，x10)≥0…(2)

10.  根据权利要求1所述的半导体激光器，其中
所述下多层反射镜包括包含不同数目的所述氧化层的低折射率层。

11.  根据权利要求10所述的半导体激光器，其中
在所述下多层反射镜中，在包含不同数目的氧化层的所述低折射率层之中具有较大数目的氧化层的低折射率层被设置在靠近所述有源层的一侧。

12.  根据权利要求1所述的半导体激光器，其中
所述台面部包括电流窄化层，所述电流窄化层包括在面内的中心区域中的未氧化区域和围绕所述未氧化区域的环状氧化区域；且
所述氧化层的厚度小于所述电流窄化层的厚度。

13.  根据权利要求1所述的半导体激光器，其中
所述层叠结构包括围绕所述台面部的凹槽部；且
所述凹槽部对应于所述氧化层的分布而具有不均匀的深度。

14.  根据权利要求13所述的半导体激光器，其中
所述多个氧化层中的一个或多个包括设置为彼此面对的第一氧化部和第二氧化部，所述台面部的中心轴在所述第一氧化部和第二氧化部之间；且
所述第一氧化部和所述第二氧化部对应于所述凹槽部的具有大的深度的部分形成。

15.  根据权利要求13所述的半导体激光器，其中
所述凹槽部对应于所述氧化层的分布而具有不均匀宽度。

16.  根据权利要求13所述的半导体激光器，其中
对应于所述凹槽部的小的深度的部分的宽度在从1μm至3μm的范围内，且包括两端值。

17.  一种半导体激光器的制造方法，包括步骤：
在衬底上形成下多层反射镜，所述下多层反射镜包括多对低折射率层和高折射率层，并在一个或多个所述低折射率层中设置相对抗氧化的折射率层和多个相对易于氧化的折射率层；
在所述下多层反射镜的顶表面上依次形成有源层和上多层反射镜；
在所述上多层反射镜的顶表面上形成包括一个或多个环形开口的覆盖层，所述环形开口具有不均匀的宽度；
采用所述覆盖层作为掩模通过干刻蚀形成凹槽部，所述凹槽部对应于所述开口的宽度而具有不均匀的深度；以及
通过氧化所述凹槽部的侧表面而在所述下多层反射镜中形成氧化部，所述氧化部对应于所述凹槽部的深度不均匀地分布。

半导体激光器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种半导体激光器及其制造方法，该半导体激光器适用于需要具有稳定的偏振方向的光输出的应用。
背景技术
半导体激光器的种类包括边发射半导体激光器、面发射半导体激光器等。面发射半导体激光器在与衬底正交的方向上发射光，且允许以二维阵列在单个衬底上设置大量器件。因此，面发射半导体激光器作为数字复印机或打印机的光源受到关注。
在面发射半导体激光器中，例如，成对的多层反射镜形成在半导体衬底上，包括光发射区域的有源层被包含在该成对的多层反射镜之间。电流窄化层设置在一个多层反射镜上以提高电流注入到有源层中的效率并降低阈值电流。在面发射半导体激光器中，电流通过电流窄化层被限制，然后电流被注入到有源层中，由此光从有源层发射；当光被成对的多层反射镜反复反射时，光作为激光从一个电极(p侧电极)的光发射开口被发射。
这样的面发射半导体激光器典型地具有这样的不均匀性，即偏振方向由于器件变化而变化，或具有这样的不稳定性，即偏振方向由于输出或环境温度而改变。因此，在面发射半导体激光器被应用到诸如镜或光束分离器的依赖偏振的光学器件的情况下出现了问题。例如，在面发射半导体激光器被用作数字复印机或打印机的光源情况下，偏振方向的变化引起成像位置或输出的差异，从而产生模糊或色彩不均匀。
因此，为解决此问题，已报道了一些技术，通过在面发射半导体激光器中设置偏振可控性功能，将偏振方向稳定在一个方向上。
例如，已知采用特殊倾斜衬底的技术，该衬底具有作为法线的(311)面并由砷化镓(GaAs)制成。在采用这种特殊的倾斜衬底形成面发射半导体激光器的情况下，增强了相对于[-233]方向的增益特性，且激光的偏振方向可控制到此方向。此外，激光的偏振比非常高，因此该技术可将面发射半导体激光器的偏振方向有效地稳定在一个方向上。
此外，在日本特许第2891133号公报中，公开了通过将柱结构的截面尺寸降低到小于光的振荡模尺寸来控制偏振的技术。
此外，在PCT国际申请的日本特表2001-525995号公报中，公开了一种技术：在金属接触层的部分中形成不连续部，该不连续部不影响从光发射开口发射的激光的特性，由此获得在平行于不连续部的边界的方向上的偏振。
此外，在日本特开2008-016824号公报中，公开了一种技术，设置彼此面对的成对的氧化区域，光发射区域在该成对的氧化区域之间，从而获得在与成对的氧化区域彼此面对的方向正交的方向上的偏振。
然而，上述倾斜衬底是具有(311)面作为法线的特殊衬底，所以该倾斜衬底比作为典型衬底的(001)面衬底贵很多。此外，在采用这种特殊衬底的情况下，诸如掺杂条件、气流速率等的外延生长条件与采用(001)面衬底的情况下的外延生长条件完全不同，所以难以容易地制造该倾斜衬底。
此外，在日本特许第2891133号公报中，柱结构的截面尺寸小于光的振荡模尺寸，所以光输出低至约1mW。因此，面发射半导体激光器不适合于诸如数字复印机或打印机的光源的需要高输出的应用。
此外，在PCT国际申请的日本特表2001-525995号公报中，作为实例，公开了一种面发射半导体激光器，其中，具有4.0至4.5μm深度的凹槽(不连续部)形成在离光发射开口的边缘7μm的位置处，从而获得在平行于凹槽的方向上的偏振。然而，除非共振区域的短侧的距离被减小到产生衍射损失效应的程度，否则偏振方向不会稳定在一个方向上。因此，认为不能通过在没有获得衍射损失效应的范围内(短侧的距离是7μm)形成的不连续体来稳定偏振方向。
此外，在特开2008-016824号公报中，激光的偏振方向以预定光输出稳定在一个方向上，但是难以获得充分的稳定性，且面发射半导体激光器之间容易发生偏振方向的稳定性的变化。
从而，在相关领域的技术中，难以以低成本容易地制造允许将激光的偏振方向稳定在一个方向上的高功率面发射半导体激光器。
发明内容
希望提供一种半导体激光器及其制造方法，该半导体激光器可以低成本被容易地制造，且允许将激光的偏振方向稳定在一个方向上，以及实现较高的输出。
根据本发明的实施例，提供了一种包括层叠结构的半导体激光器，该层叠结构包括从衬底侧依次设置的下多层反射镜、有源层和上多层反射镜。层叠结构包括柱形台面部，该柱形台面部包含下多层反射镜的上部、有源层和上多层反射镜。下多层反射镜包括多对低折射率层和高折射率层和多个氧化层，多个氧化层在除了一个或多个低折射率层的中心区域之外的区域中非均匀地分布在围绕台面部的中心轴旋转的方向上。
在根据本发明的实施例的半导体激光器中，下多层反射镜包括在一个或多个低折射率层中的多个氧化层，且这些氧化层在除了低折射率层的中心区域之外的区域中不均匀地分布在围绕台面部的中心轴旋转的方向上。从而，相比于一个或多个低折射率层中仅包含以相同的方式不均匀分布的一个氧化层的情况，由多个氧化层产生的应力不均匀地且大量地产生在有源层中。此时，在多个氧化层的不均匀分布具有各向异性的情况下，由于多个氧化层的各向异性应力产生在有源层中，所以虽然在与应力方向正交的方向上的偏振光成分被增强，但是平行于应力方向的方向上的偏振光成分被抑制。从而，激光的偏振方向被稳定在一个方向上。
根据本发明的实施例，提出一种半导体激光器的制造方法，包括下面的步骤(A)至(E)：
(A)在衬底上形成下多层反射镜，该下多层反射镜包括多对低折射率层和高折射率层，并在一个或多个低折射率层中设置相对抗氧化的折射率层和多个相对易于氧化的折射率层；
(B)在下多层反射镜的顶表面上依次形成有源层和上多层反射镜；
(C)在上多层反射镜的顶表面上形成包括一个或多个环形开口的覆盖层，该环形开口具有不均匀的宽度；
(D)采用覆盖层作为掩模通过干刻蚀形成凹槽部，该凹槽部对应于开口宽度而具有不均匀的深度；
(E)通过氧化凹槽部的侧表面而在下多层反射镜中形成氧化部，该氧化部对应于凹槽部的深度不均匀地分布。
在根据本发明的实施例的半导体激光器的制造方法中，对应于开口宽度而具有不均匀的深度的凹槽部通过干刻蚀形成在包含下多层反射镜、有源层和上多层反射镜的叠层结构中。接着，低折射率层的相对易于氧化的多个折射率层从凹槽部的侧表面被氧化以形成对应于凹槽部的深度的不均匀地分布的氧化部。此时，在凹槽部的不均匀深度具有各向异性的情况下，氧化部的分布具有与凹槽部的各向异性相同的各向异性。在此情况下，相比于低折射率层仅包括一个相对易于氧化的折射率层的情况，由于氧化部在有源层中强烈地产生各向异性应力。从而，虽然在与应力方向正交的方向上的偏振光成分被增强，但是平行于应力方向的方向上的偏振光成分被抑制。因此，激光的偏振方向被稳定在一个方向上。
在根据本发明的实施例的半导体激光器中，下多层发射镜包括多个氧化层，在一个或多个低折射率层中的除了中心区域之外的区域中不均匀地分布在围绕台面部的中心轴旋转的方向上。从而，激光的偏振方向允许被稳定在一个方向上。
在根据本发明的实施例的半导体激光器的制造方法中，通过干刻蚀形成对应于开口宽度具有不均匀深度的凹槽部，且随后通过氧化形成对应于凹槽部的深度不均匀分布的氧化部。从而，激光的偏振方向允许被稳定在一个方向上。
此外，衬底不一定是诸如(n11)面衬底的特殊衬底，而可以是典型的(100)衬底，所以半导体激光器可以低成本容易地制造。此外，在低折射率层中必须将氧化层扩大到对应于有源层的光发射区域的区域，所以几乎不存在光输出下降的可能性，且允许发射高功率激光。
因此，在根据本发明的实施例的半导体激光器及其制造方法中，可以低成本容易地制造半导体激光器，且激光的偏振方向允许被稳定在一个方向上，且高输出是可实现的。
本发明的其它和进一步的目的、特性和优势将从下面的描述中更充分地显现。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的半导体激光器的俯视图；
图2是沿图1的箭头方向A-A的半导体激光器的截面结构；
图3是沿图1的箭头方向B-B的半导体激光器的截面结构；
图4是沿图1的箭头方向C-C的半导体激光器的截面结构；
图5是图2中下DBR镜层的实例的放大截面结构；
图6是图2中氧化区域和电流窄化区域的平面图；
图7A和7B分别是描述图1中半导体激光器的制造步骤的截面结构和俯视图；
图8A和图8B是描述在图7A和7B之后的步骤的截面结构；
图9A和图9B是描述在图8A和8B之后的步骤的截面结构；
图10是图2中下DBR镜层的另一个实例的放大截面结构；
图11是图2中下DBR镜层的又另一个实例的放大截面结构；
图12是根据本发明第二实施例的半导体激光器的一个方向上的截面结构；
图13是根据本发明第二实施例的半导体激光器的另一个方向上的截面结构；
图14A和14B是描述图12中半导体激光器的制造步骤的截面结构；
图15A和图15B是描述在图14A和14B之后的步骤的截面结构；
图16是根据本发明第三实施例的半导体激光器的一个方向上的截面结构；
图17是根据本发明第三实施例的半导体激光器的另一个方向上的截面结构；
图18A和18B是描述图16中半导体激光器的制造步骤的截面结构；
图19A和图19B是描述在图18A和18B之后的步骤的截面结构；
图20是根据本发明的第四实施例的半导体激光器的俯视图；
图21是图20中的横向模式调整层的一个方向的放大截面结构；
图22是图20中的横向模式调整层的另一个方向的放大截面结构；
图23是图20中的半导体激光器的变型的俯视图；
图24是根据本发明第五实施例的面发射半导体激光器的俯视图；
图25是沿图24的箭头方向A-A的半导体激光器的截面结构；
图26是沿图25的箭头方向A-A的半导体激光器的截面结构；
图27是沿图25的箭头方向B-B的半导体激光器的截面结构；
图28是图24中的半导体激光器的变型的俯视图；
图29是沿图28的箭头方向A-A的半导体激光器的截面结构；
图30是沿图28的箭头方向C-C的半导体激光器的截面结构；
图31是沿图29的箭头方向A-A的半导体激光器的截面结构；
图32A和32B分别是实例中从氧化部和电流窄化层的光发射开口侧的红外显微镜照片和示意图；
图33A和33B是施加到实例中的有源层的应力分布的图；
图34A和34B分别是表示实例中激光的偏振方向的位移量的图和表示注入电流与光输出之间的关系以及光输出的改变量相对于注入电流的改变量的关系的图；
图35A和35B分别是表示对比实例中激光的偏振方向的位移量的图，和表示对比实例中注入电流与光输出之间的关系以及光输出的改变量相对于注入电流的改变量的关系的图；
图36是图2的半导体激光器的变型的截面结构；
图37是图36中与半导体激光器的切割方向正交的方向上的截面结构；
图38是图2中半导体激光器的另一个变型的的截面结构；
图39是图38中与半导体激光器的切割方向正交的方向上的截面结构；
图40是图1中的半导体激光器的变型的俯视图；
图41是图1中的半导体激光器的另一个变型的俯视图；
图42是图1中的半导体激光器的再一个变型的俯视图；
图43是图1中的半导体激光器的进一步变型的俯视图；
图44是图41中的半导体激光器的变型的俯视图；
图45是图41中的半导体激光器的另一个变型的俯视图；
图46是图40中的半导体激光器的变型的俯视图；
图47是图40中的半导体激光器的另一个变型的俯视图；
图48是图40中的半导体激光器的再一个变型的俯视图；
图49是图42中的半导体激光器的变型的俯视图；
具体实施方式
以下将参考附图具体描述优选是实例。描述将以下面的顺序给出。
1.第一实施例(面发射半导体激光器的制造方法和结构的实例)
2.第一实施例的变型(下DBR镜层的其它结构实例)
3.第二实施例(包含另一个下DBR镜层的面发射半导体激光器的实例)
4.第三实施例(包含再一个下DBR镜层的面发射半导体激光器的实例)
5.第四实施例(包含横向模式调整层的面发射半导体激光器的实例)
6.第五实施例(另一个面发射半导体激光器的实例)
7.第五实施例的变型(另一个面发射半导体激光器的实例)
1.第一实施例
半导体激光器1的结构(面发射型)
图1表示根据本发明的第一实施例的半导体激光器1的俯视图。图2、3和4分别表示沿图1的箭头方向A-A、B-B和C-C的截面结构。图5表示图2中下DBR镜层11(其在后面被描述)的截面结构。图6表示当透过图1的面发射半导体激光器1观看时，电流窄化层17和氧化部30(其在后面被描述)的分布(形状)的俯视图。
半导体激光器1是面发射类型的，且包括在衬底10的一个表面上的层叠结构20。层叠结构20包括从靠近衬底10的一侧依次设置的下DBR镜层11(下多层反射镜)、下间隔层15A、有源层16、上间隔层15B、电流窄化层17、上DBR镜层18(上多层反射镜)以及接触层19。在层叠结构20中，例如，台面部21和围绕台面部21的凹槽部22形成在下DBR镜层11的上部、下间隔层15A、有源层16、上间隔层15B、电流窄化层17、上DBR镜层18以及接触层19中。台面部21具有例如宽度为约10μm到30μm的柱形形状。
保护膜23形成在台面部21的顶表面的边缘部分、凹槽部22的内表面以及除了形成在台面部21上的部分之外的接触层19的表面上。环形上电极24形成在接触层19的表面上。上电极24包括在对应于电流注入区域17B的区域中的光发射开口24A。上电极焊垫25形成在保护膜23的远离台面部21的部分的表面上。此外，如图1和4所示，连接部26形成在保护膜23的包含凹槽22B的部分的表面上。上电极24和上电极焊垫25通过连接部26互相电连接。此外，下电极27形成在衬底10的背表面上。
凹槽部22是具有非均匀宽度的环形凹槽，且具有根据(成比例于)凹槽的宽度的非均匀深度。更具体地，具有在径向上的宽度Ly和在圆周方向上的宽度Lx的成对的凹槽22A设置在对应于一个轴(图1中的线A-A)的部分中，该轴平行于层叠表面且通过台面部21的中心部分；具有在径向上的宽度ΔR的成对的凹槽22B设置来与凹槽22A连通。凹槽22A每个具有到达下DBR镜层11中的第二下DBR镜层13(其在后面被描述)而没有到达第一下DBR镜层12(其在后面被描述)的深度D1。另一方面，凹槽22B每个具有未到达第二下DBR镜层13的深度D2。换句话说，凹槽22B的深度D2小于凹槽22A的深度D1，且因此台面部21的高度对应于凹槽部22的深度是不均匀的，且暴露于台面部21的侧表面的层结构对应于凹槽部22的深度变化。此外，在图3中，其中凹槽22B到下DBR镜层11中的第三下DBR镜层13(其在后面被描述)的情况被作为示例。
凹槽22A的宽度Lx和Ly优选足够大以防止后面要描述的刻蚀速率被减慢，且优选5μm或以上。此外，凹槽22B的宽度ΔR优选小于宽度Lx和Ly，且优选对于凹槽22B的刻蚀速率足够大，以通过后面要描述的负载效应变得比凹槽22A的刻蚀速率慢。凹槽22B的宽度ΔR优选在1μm以上3μm以下(包括两个端值)，且更优选在1μm以上2μm以下(包括两个端值)。
衬底10例如是n型GaAs衬底，且GaAs衬底优选为例如(100)面衬底，但是GaAs衬底可为诸如(n11)面衬底(n为整数)的特殊衬底。
下DBR镜层11通过层叠多个成对的低折射率层和高折射率形成。低折射率层和高折射率层每个包括例如n型杂质、铝(Al)、镓(Ga)和砷(As)。n型杂质的实例包括硅(Si)、硒(Se)等。此外，如图2至5所示，下DBR镜层11具有其中从靠近衬底10的一侧被依次层叠第一下DBR镜层12(第一多层膜)、第二下DBR镜层13(第二多层膜)和第三下DBR镜层(第三多层膜)的结构。
第一下DBR镜层12也通过层叠多个成对的低折射率层12A和高折射率层12B形成。低折射率层12A由例如具有λ/4(λ是振荡波长)的光学厚度(在厚度方向上的光学距离)的n型Al_x1Ga_1-x1As制成，且高折射率层12B由例如具有λ/4的光学厚度的n型Al_x2Ga_1-x2As制成。
第二下DBR镜层13通过层叠多个成对的低折射率层13A和高折射率层13B形成。低折射率层13A具有例如λ/4或以上的光学厚度L₁(L₁≥λ/4)，且具有包括相对抗氧化的折射率层和多个易氧化的折射率层的多层结构。更具体地，低折射率层13A包括从靠近衬底10的一侧依次设置的由n型Al_x3Ga_1-x3As制成的第一折射率层13C、由n型Al_x4Ga_1-x4As制成的第二折射率层13D、由n型Al_x5Ga_1-x5As制成的第三折射率层13E、由n型Al_x6Ga_1-x6As制成的第四折射率层13F以及由n型Al_x7Ga_1-x7As制成的第五折射率层13G。在这种情况下，第二折射率层13D和第四折射率层13F对应于相对易于氧化的折射率层。高折射率层13B具有例如λ/4或更小的光学厚度且由n型Al_x8Ga_1-x8As制成。
第三下DBR镜层14通过层叠多个成对的低折射率层14A和高折射率层14B形成。低折射率层14A例如由具有λ/4的光学厚度的n型Al_x9Ga_1-x9As制成，且高折射率层14B由具有λ/4的光学厚度的n型Al_x10Ga_1-x10As制成。
下DBR镜层11中的Al组成的值x1至x10满足由式(1)表示的数学式。从而，第二下DBR镜层13的低折射率层13A比第一下DBR镜层12的低折射率层12A、第三下DBR镜层14的低折射率层14A更易于氧化，且与后面要描述的电流窄化层17一样抗氧化或比电流窄化层17更加抗氧化。
1≥(x4，x6，x13)＞(x1，x3，x5，x7，x9，x14)＞0.8＞(x2，x8，x10)≥0…(1)
在式(1)中，x13是包含在形成电流窄化层17的材料中的Al组成的值，且x13是包含在形成上DBR镜层18的低折射率层的材料中的Al组成的值。此外，(x4，x6，x13)是指x4、x6或x13，且(x1，x3，x5，x7，x9，x14)是指x1、x3、x5、x7、x9或x14。此外，(x2，x8，x10)是指x2、x8或x10。此外，0.8对应于低折射率层的折射率与高折射率层的折射率之间的分界。
在第二低DBR镜层13中，低折射率层13A的光学厚度L₁可大于λ/4。换句话说，低折射率层13A的光学厚度L₁可满足λ/4≤L₁。在这种情况下，光学厚度L₁满足λ/4≤L₁≤1.4×(λ/4)，且邻近低折射率层13A的一个高折射率层13B的光学厚度L₂优选满足0.6×(λ/4)≤L₂≤λ/4，因为当低折射率层13A的光学厚度L₁为1.4×(λ/4)或更小时，阈值电流的增加限制在小于10％。更具体地，当低折射率层13A的光学厚度L₁大于1.4×(λ/4)时，阈值电流容易增加10％或更多，且当光学厚度L₁为1.5×(λ/4)或以上时，低折射率层13为抗振荡的。此外，邻近低折射率层13A的一个高折射率层13B的光学厚度L₂优选在上述范围内，因为可通过增加低折射率层13A的光学厚度L₁减小与低折射率层13A成对的高折射率层13B的光学厚度L₂，从而每一对的光学厚度保持为λ/2。此外，低折射率层13A的光学厚度L₁优选满足λ/4≤L₁≤1.2×(λ/4)，且邻近低折射率层13A的一个高折射率层13B的光学厚度L₂优选满足0.8×(λ/4)≤L₂≤λ/4，因为大约三个相对易于氧化的折射率层可形成在低折射率层13A中。此外，当光学厚度L₁和L₂分别在上述范围内时，光学厚度L₁和L₂的总光学厚度L₁+L₂优选为λ/2。此外，低折射率层13A的光学厚度L₁在上述范围内优选大于λ/4。从而，允许增加低折射率层13A的物理厚度，且通过加厚低折射率层13，允许增加包括高浓度的Al且相对易于氧化的折射率层的数目，或允许增加各个折射率层的厚度。因此，下DBR镜层11的热传导性被改善，且半导体激光器1的热辐射被改善。此外，也是在第一下DBR镜层12中，例如，只要每对低折射率层12A和高折射率层12B的光学厚度为λ/2，则各个低折射率层12A和高折射率层12B的光学厚度不一定为λ/4。第三下DBR镜层14中也一样适用。
因此，在下DBR镜层11中，为满足由式(1)表示的数学式，第一下DBR镜层12和第三下DBR镜层14为相对抗氧化的，而第二下DBR镜层13为相对易于氧化的。氧化部30形成在围绕对应于台面部21的中心区域(后面要描述的光发射区域16A)的区域和围绕第二下DBR镜层13的各个低折射率层13A中的凹槽22的区域中。通过氧化低折射率层13A的除了中心区域(对应于光发射区域16A的区域)之外的区域的一部分形成氧化部30。氧化部30包括成对的氧化部31和32(第一氧化部和第二氧化部)。这些氧化部31和32设置为彼此分开距离Dox1，使得以对应于第二下DBR镜层13的光发射区域16A的区域彼此面对，且对应于凹槽部22中的具有较大深度的凹槽22A形成。对应于光发射区域16A的区域也是对应于后面要描述的电流注入区域17B的区域。换句话说，在第二下DBR镜层13的对应于电流注入区域17B的区域周围的区域中，在围绕台面21的中心轴旋转的方向上，氧化部30(31和32)被不均匀地分布，并根据有源层16中的分布产生不均匀的应力。
电流注入区域17B的径向上的长度为Dox2，且距离Dox1优选大于Dox2，且为了减小高次横向模式(high-order traverse mode)振荡，距离Dox1优选在Dox2+1μm至15μm的包含两端值的范围内。此外，为了进一步减小高次横向模式振荡，距离Dox1优选在Dox2+1μm至10μm的包含两端值的范围内。此外，为通过氧化部31和32降低光发射效率的损耗，距离Dox1优选大于Dox2，且更优选等于或大于1.1×Dox2。
各个低折射率层13A的氧化部31包括多个氧化层31A(在此情况下，两个氧化层31A)，且各个低折射率层13A的氧化部32包括多个氧化层32A(在此情况下，两个氧化层32A)。换句话说，第二下DBR镜层13包括多对低折射率层13A和高折射率层13B，且多个氧化层31A和32A在除了各个低折射率层13A的中心区域(对应电流注入区域17B的区域)之外的区域中非均匀地分布。因为低折射率层13A每个包括多个氧化层31A和32A，所以在有源层16中允许更强烈地产生不均匀的应力。此外，第二下DBR镜层13的低折射率层13A不暴露于台面部21的侧表面面对凹槽22B的部分。因此，氧化层31A和32A不在除了邻近凹槽22B的部分之外的部分中分布，该部分在台面部21的侧表面面对凹槽22B的部分中。
氧化层31A和32A每个包括Al₂O₃(氧化铝)。如后面要描述的，通过从台面部21和凹槽部22的侧表面氧化包含在低折射率层13A的第二折射率层13D和第四折射率层13F中的高浓度的Al获得氧化层31A和32A。每个氧化层31A和32A的厚度优选小于后面要描述的电流窄化层17的厚度，因为即使低折射率层13A中的相对易于氧化的折射率层的Al组成的值基本等于电流窄化层17的Al组成的值，当各个氧化层31A和32A的厚度小于电流窄化层17时，容易保证距离Dox1的上述优选范围。
此外，下DBR镜层11中成对的低折射率层和高折射率层的总数优选为40对或以上，因为高面反射率由此获得。在其中对数为40对或以上的情况下，优选第一下DBR镜层12中的低折射率层12A和高折射率层12B的对数为36对或以上，第二下DBR镜层13中的低折射率层13A和高折射率层13B的对数为2对或以上，且第三下DBR镜层14中的低折射率层14A和高折射率层14B的对数为2对或以上。从而，在第三下DBR镜层14中，折射率顺利的被调整，且分布在第二下DBR镜层13中的氧化部30被允许顺利地在有源层16中产生不均匀的应力。特别地，成对的低折射率层和高折射率层的总数优选为45对或以上，且在此情况下，优选第一下DBR镜层12中的对数为39对或以上，第二下DBR镜层13中的对数为3对或以上，第三下DBR镜层14中的对数为3对或以上。从而，整体上获得高面反射率，且氧化部30被允许在有源层16中更强烈地产生不均匀的应力。此外，第三下DBR镜层14中的对数为3对或以上，所以折射率被更顺利的调整，且即使在各半导体激光器1之间凹槽22A和22B的深度变化，有源层16中产生的应力的变化(强度和分布)也得以降低。此外，第三下DBR镜层14中的低折射率层14A和高折射率层14B的对数在上述范围内优选更小，因为氧化部30的分布区域越靠近有源层16，有源层16中允许产生的不均匀应力就更强烈。
下间隔层15A例如由n型Al_x11Ga_1-x11As(0＜x11＜1)制成。有源层16例如由GaAs基材料制成。在有源层16中，面对后面要描述的电流注入区域17B的区域为光发射区域16A，且光发射区域16A的中心区域(光发射中心区域)是基本横向模式振荡的主要发生区域，且围绕光发射区域16A的光发射中心区域的边缘区域是其中高次横向振荡的主要发生区域。上间隔层15B例如由n型Al_x12Ga_1-x12As(0＜x12＜1)制成。下间隔层15A、有源层16以及上间隔层15B优选不包括任何杂质，但是也可包括p型或n型杂质。p型杂质的实例包括碳(C)、锌(Zn)、镁(Mg)、铍(Be)等。
电流窄化层17包括在其边缘区域中的电流窄化区域17A和在其中心区域中的电流注入区域17B。电流注入区域17B例如由p型Al_x13Ga_1-x13As(0＜x13≤1)制成。电流窄化区域17A包括Al₂O₃(氧化铝)，且如将要在后面描述的，电流窄化区域17A通过从台面部21的侧表面氧化包含在Al_x13Ga_1-x13As层17D中的高浓度的Al被获得。
电流注入区域17B具有对角线在[011]方向和[01-1]方向上四边形(例如，菱形)形状，且具有面内各向异性。电流窄化区域17A具有对角线在[011]方向和[01-1]方向上的四边形形状，因为Al_x13Ga_1-x13As的在[011]方向和[01-1]方向上的氧化率不同于与这些方向成45°的[001]方向和[010]方向上的氧化率。在此情况下，如期望抑制高次横向模式振荡，电流注入区域17B的对角线的长度Dox2优选在包含两端值的从3μm至8μm范围内。此外，在其中高次横向模式振荡期望被进一步抑制的情况下，长度Dox2优选在包括两端值的从3μm至5μm范围内。
上DBR镜层18通过层叠多对低折射率层和高折射率层形成。低折射率层由具有λ/4的光学厚度的p型Al_x14Ga_1-x14As(0＜x14＜1)制成，且高折射率层由具有λ/4的光学厚度的p型Al_x15Ga_1-x15As(0＜x15＜1)制成。接触层19例如由p型GaAs制成。
保护膜23例如由诸如氧化物或氮化物的绝缘材料形成。保护膜23被形成以设置在从接触层19的边缘部分到凹槽部22的内表面的区域以及与该区域的邻近区域的上方。上电极24和上电极焊垫25各通过依次层叠例如钛(Ti)层、铂(Pt)层和金(Au)层形成，并电连接到接触层19。连接部26是其中镀层形成在通过依次层叠例如Ti层、Pt层和Au层形成的层叠结构上的部分。下电极27具有其中从靠近衬底10的一侧依次层叠金(Au)-锗(Ge)合金层、镍(Ni)层和金(Au)层的结构，且电连接到衬底10。
半导体激光器1的制造方法
下面，将参考图7A和7B至图9A和9B描述半导体激光器1的制造方法。图7A和7B至图9A和9B示出了半导体激光器1的制造方法的依次步骤。图7A、8A和9A示出了制造工艺中的器件沿与图1中箭头方向A-A相同的方向的截面结构，且图8B和9B示出了制造工艺中的器件沿与图1中箭头方向B-B相同的方向的截面结构。半导体激光器1例如通过下列步骤被制造。
在此情况下，GaAs制成的衬底10上的化合物半导体层例如由MOCVD(金属有机化学气相沉积)法形成。此时，例如三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMIn)以及三氢化砷(AsH₃)被用作III-V族化合物半导体的材料，且例如H₂Se被用作施主杂质的材料，且例如二甲基锌(DMZ)被用作受主杂质的材料。
首先，第一下DBR镜层12、第二下DBR镜层13和第三下DBR镜层14依次层叠在衬底10上以形成具有上述结构的下DBR镜层11。接着，下间隔层15A、有源层16、上间隔层15B、Al_x13Ga_1-x13As层17D、上DBR镜层18以及接触层19依次层叠在下DBR镜层11上。从而，形成层叠结构20。此后，具有环形开口W的抗蚀剂层R形成在接触层19(参照图7A和7B)的表面上，该环形开口W具有不均匀宽度。更具体地，开口W包括具有成对的在径向上的宽度Ly和在圆周方向上的宽度Lx的弧形开口W1和具有成对的在径向上的宽度ΔR的弧形开口W2，该成对的弧形开口W2与成对的弧形开口W1连通。
接着，从接触层19例如通过反应离子刻蚀(RIE)法采用抗蚀剂层R作为掩模执行刻蚀。然后，负载效应由于开口W的不均匀宽度产生，从而具有小的宽度的开口W2中的刻蚀速率慢于具有大的宽度的开口W1中的刻蚀速率。结果，具有深度D1的凹槽22A对应于开口W1被形成，且具有深度D2的凹槽22B对应于开口W2被形成(参照图8A和8B)。当凹槽22A和凹槽22B以这样的方式形成时，台面部21形成在被凹槽22A和凹槽22B包围的部分中。
接着，在高温下的水蒸气气氛中执行氧化工艺，从凹槽部22的内侧选择性地氧化低折射率层13A中的第二折射率层13D和第四折射率层13F的Al以及的Al_x13Ga_1-x13As层17D的Al。从而，低折射率层13A和Al_x13Ga_1-x13As层17D的围绕凹槽部22的区域变成绝缘层(氧化铝)，从而形成多个氧化层31A和32A以及电流窄化层17A。换句话说，彼此面对的成对的氧化部31和32形成在对应于有源层16的光发射区域16A的区域周围的区域中和各低折射率层13A中围绕凹槽22A的区域中，对应于光发射区域16A的区域在成对的氧化部31和32之间。此外，具有对应于光发射区域16A的开口的电流窄化区域17A被形成，且开口变为电流注入区域17B(参照图9A和9B)。此时，通过氧化形成的氧化部30(氧化部31和32)的收缩在有源层16中产生根据氧化部30的分布的应力。
当负载效应以这种方式通过使用具有非均匀宽度的环形开口W的抗蚀剂层R被产生时，具有非均匀宽度的凹槽部22可通过一次刻蚀工艺形成。此外，当氧化工艺通过使用具有非均匀深度的凹槽部22执行时，在围绕台面部21的中心轴旋转的方向上不均匀地分布的氧化部30可容易地形成。
接着，绝缘材料例如通过CVD(化学气相沉积)法被沉积在台面部21、凹槽部22和围绕凹槽部22的区域的所有表面上，且随后沉积的绝缘材料对应于台面部21的顶表面的部分通过刻蚀被选择性地移除。从而，台面部21的顶表面上的接触层19被暴露。然后，通过例如真空沉积法在所有表面上层叠金属材料。此后，例如层叠的金属材料被选择性的刻蚀以形成在台面部21的顶表面上具有光发射开口24A(其中接触层19被暴露的部分)的上电极24和在远离台面部21的位置上的上电极焊垫25。此外，通过镀覆形成连接部26以将上电极24和上电极焊垫25彼此电连接。此外，必要地抛光衬底10的背表面以调整衬底10的厚度，且然后在衬底10的背表面上形成下电极27。最后，衬底10通过分割被分成小的芯片。从而，制造了面发射半导体激光器1。
在上述制造步骤中，当凹槽22A的深度D1通过改变刻蚀时间被改变时，暴露于下DBR镜层11中的凹槽22A的内表面的低折射率层的数目被改变。更具体地，当凹槽22A的深度D1随着刻蚀时间的增加而增加时，凹槽22A到达第一下DBR镜层12，使得除了第二下DBR镜层13的低折射率层13A之外，低折射率层12A也被暴露。然而，各低折射率层12A的Al组成满足由式(1)表示的数学式，所以低折射率层12A通过其后的氧化步骤变成抗氧化的。此外，在此情况下，凹槽22B的深度D2根据刻蚀时间被改变，但是在深度D2在上述范围被改变的情况下，低折射率层13A不暴露于凹槽22B的内表面，所以面对低折射率层13A的凹槽22B的部分难以被氧化。因此，有源层16中在凹槽22B彼此面对的方向上不产生应力。另一方面，当凹槽22A的深度D1随着蚀刻时间减少而减少时，暴露的低折射率层13A的数量减少，但是之后多个氧化层31A和32A通过氧化步骤形成在暴露的低折射率层13A中。所以，即使凹槽22A的深度D1比较小，在有源层16中在凹槽22B彼此面对的方向上也会产生应力。当凹槽22A的深度D1在第二下DBR镜层13的厚度范围内时，在凹槽22A彼此面对的方向上应力被允许根据凹槽22A的深度D1任意设置。因此，有源层16中产生的各向异性应力的大小被允许自由设置。
此外，低折射率层13A中的各个具有高Al组成的层(第二折射率层13D和第二折射率层13F)和具有低A1组成的层(第一折射率层13C、第三折射率层13E和第五折射率层13G)的厚度在其中这些层的Al组成为均匀的状态下可被改变。从而，低折射率层13A(第二折射率层13D和第二折射率层13F)的氧化速率是自由可控的。在这种情况下，即使具有高Al组成的层的厚度被增加，例如，下DBR镜层11中的Al组成的值x1至x10也满足由式(1)表示的数学式。因此，低折射率层13A的具有高Al组成的层比低折射率层12A和14A更易于氧化，且与电流窄化层17一样易于氧化或抗氧，或者比电流窄化层17更易于氧化或抗氧化。
此外，取决于氧化条件，例如，在其中电流窄化层17的Al组成的值x13和第二折射率层13D和第四折射率层13F的Al组成的值x4和x6各为1的情况下，且在第一折射率层13C、第三折射率层13E和第五折射率层13G的Al组成的值x3、x5、x7和上DBR镜层18的低折射率层的Al组成的值x14各为0.9的情况下，距离Dox1可在从Dox2+1μm至15μm的包括两端值的范围内。
此外，例如，低折射率层13A中的具有高Al组成的层的Al组成的值可等于电流窄化层17的Al组成的值，且低折射率层13A中的具有低Al组成的层的Al组成的值可等于上DBR镜层18的低折射率层的Al组成的值。在这种情况下，当形成低折射率层13A时，可使用诸如在制造电流窄化层17或上DBR层18时的掺杂条件和气流速率的外延生长条件，所以低折射率层13A可被容易地制造。
功能和效果
在半导体激光器1中，当预定电压被施加到下电极27和上电极24之间时，电流通过电流窄化层17中的电流注入区域17B被注入有源层16中，从而通过电子-空穴复合发射光。光被成对的下DBR镜层11和上DBR镜层18反射以引起具有预定波长的激光振荡，且被发射到外面的光作为激光束。
在根据本实施例的半导体激光器1中，氧化部30形成在下DBR镜层11中的第二下DBR镜层13对应于电流注入区域17B的区域周围的区域中，且氧化部30在围绕台面部21的中心轴旋转的方向上非均匀地分布。然后，氧化部30包括成对的氧化部31和32，该氧化部31和32彼此面对，面对电流注入区域17B的区域在它们之间，且在凹槽22A彼此面对的方向上具有各向异性分布。氧化部31和32由设置在低折射率层13A中的多个氧化层31A和32A构成。换句话说，通过多个氧化层31A和32A在有源层16中产生充足的张力，且在此情况下，在其中凹槽22A彼此面对的方向上根据多个氧化层31A和32A的分布产生各向异性拉伸应力。如上所述，低折射率层13A在凹槽22A的内表面中不被氧化，且在有源层16中在凹槽22B彼此面对的方向上不产生应力。从而，尽管在与拉伸应力方向正交的方向上的偏振光成分被增强时，但是在平行于拉伸应力方向的方向上的偏振光成分被抑制。
如上所述，在根据本发明的半导体激光器1中，第二下DBR镜层13包括不均匀地分布在除了低折射率层13A的中心区域之外的区域(对应于电流注入区域17B的区域周围的区域)中的多个氧化层31A和32A。多个氧化层31A和32A彼此面对，对应于电流注入区域17B的区域在它们之间。从而，激光的偏振方向在一个方向上固定和稳定。
在相关技术的面发射半导体激光器中，下DBR镜层的氧化区域不均匀地分布。氧化区域通过氧化部分下DBR镜层的低折射率层形成，且氧化区域作为单个氧化层被包含在各低折射率层中。因此，由氧化区域导致的拉伸应力在有源层中被不均匀地产生，但是拉伸应力不充分，所以难以在一个方向上固定激光的偏振光成分。更具体地，在单个面发射半导体激光器之间由于氧化区域导致的在有源层中不均匀产生的拉伸应力容易发生变化，使得一些面发射半导体激光器具有高的拉伸应力，另一些具有低的拉伸应力。换句话说，通过氧化区域的偏振控制是不充分的，所以可能形成激光的偏振方向不稳定的面发射半导体激光器。因此，难以获得具有高产出的半导体激光器，其中激光的偏振方向稳定在一个方向上。
另一方面，在根据本实施例的半导体激光器1中，氧化部31和32形成在第二下DBR镜层13的各低折射率层13A中作为多个氧化层31A和31B。从而，在单个半导体激光器1中偏振可控性被改善，所以难以引起激光的偏振方向的稳定性的变化，且产率得以提高。
此外，在实施例中，衬底不必要是诸如(n11)面衬底(n为整数)的特殊衬底，且可为典型的(100)面衬底，所以典型的(100)面衬底的诸如掺杂条件和气流速率的外延生长条件是可用的。从而，半导体激光器1可以以低成本被制造。
此外，在实施例中，下DBR镜层11具有其中第一下DBR镜层12、第二下DBR镜层13和第三下DBR镜层14从靠近衬底10的一侧依次层叠的结构。从而，即使凹槽22A的深度D1被增加，包含在第二下DBR镜层13中的氧化层31A和32A也没有改变。因此，无需精确控制凹槽22A的深度D1，预定氧化部30被允许容易地形成，且偏振可得到顺利控制。另一方面，当凹槽22A的深度D1被减小时，氧化层31A和32A的数目通过深度D1是可容易控制的。因此，取决于氧化层31A和32B的数目调整各向异性应力，从而偏振是可有效控制的。
此外，在实施例中，下DBR镜层11具有上述结构，所以只要在第三下DBR镜层14中的某处形成具有小深度的凹槽22B底表面，几乎不对偏振可控性施加影响。因此，不需要在制造步骤中精确控制凹槽22B的深度，且即使凹槽22B的深度变化，单个半导体激光器1之间的偏振可控性不会改变。
此外，在实施例中，第二下DBR镜层13中的低折射率层13A(第二折射率层13D和第二折射率层13F)的Al组成的值x4和x6优选等于或基本等于电流窄化层17的Al组成的值x13。从而，低折射率层13A中的反射率高于第一下DBR镜层12和第三下DBR镜层14中的低折射率层12A和14A中的反射率。因此，对衬底10的漏光可被减小，所以从上DBR镜层18发射到外面的光的输出可得到增加。此外，当低折射率层13中的AlGaAs的Al组成增加时，低折射率层13A的热传导性增加，所以半导体激光器1的热辐射被允许改善。
此外，在实施例中，第二下DBR镜层13中的低折射率层13A和高折射率层13B的对数增加以允许氧化层31A和32A的数目(厚度)增加，所以各向异性应力被允许增加。于是，不必将氧化部30扩展到对应于光发射区域16A的区域以对有源层16施加大的应力。因此，几乎不存在由于氧化部30使光输出下降的可能性，且允许发射高功率激光。
换句话说，在实施例中，其中激光的偏振方向被稳定的半导体激光器1容易以低成本制造，且较高输出是可实现的。
此外，在实施例中，如图1至4所示，围绕台面部21形成的凹槽部22具有到其中凹槽部22至少穿透有源层16的程度的深度，所以经过上电极24、上电极焊垫25和连接部26到有源层16的电流通路仅存在与台面部21中。从而，通过形成围绕台面部21的凹槽部22使电流注入效率不下降。
2.第一实施例的变型
半导体激光器1的变型
在第一实施例中，描述了其中第二下DBR镜层13中的各低折射率层13A包括两个氧化层31A和两个氧化层32A的情况，但是下DBR镜层13不限于此，例如可具有如图10所示的结构。图10示出图5所示的下DBR镜层11的变型的截面结构。
更具体地，如图10所示，各低折射率层13A例如包括从靠近衬底10的一侧依次设置的由n型Al_x3Ga_1-x3As制成的第一折射率层13C、由n型Al_x4Ga_1-x4As制成的第二折射率层13D、由n型Al_x5Ga_1-x5As制成的第三折射率层13E、由n型Al_x6Ga_1-x6As制成的第四折射率层13F、由n型Al_x7Ga_1-x7As制成的第五折射率层13G、由n型Al_x16Ga_1-x16As制成的第六折射率层13H和由n型Al_x17Ga_1-x17As制成的第七折射率层13G。在这种情况下，第二折射率层13D、第四折射率层13F和第六折射率层13H对应于相对易于氧化的折射率层，且氧化部31和32在这些层中被形成以在各低折射率层13A中包括三个氧化层31A和三个氧化层32A。Al组成的值x1至x10、x13、x14、x16和x17满足由式(2)表示的数学式。即使在其中下DBR镜层11具有如图10所示的结构的情况下，效应也可获得与第一实施例的相同的效果，且与两个氧化层31A和两个氧化层32A被设置在各个低折射率层13的情况相比，允许在有源层16中产生较大的各向异性拉伸应力。因此，激光的偏振光成分被允许更稳固地固定，结果，激光的偏振方向被允许进一步固定在一个方向上。具体地，在此情况下，各低折射率层13A的光学厚度L₁可容易地增加到大于λ/4，所以包含在每个低折射率层13中的Al含量通过增加每个低折射率层13A的厚度而增加。因此，半导体激光器1的热辐射被改善。1≥(x4，x6，x13，x16)＞(x1，x3，x5，x7，x9，x14，x17)＞0.8＞(x2，x8，x10)≥0…(2)
在式(2)中，(x4，x6，x13，x16)是指x4、x6、x13或x16，且(x1，x3，x5，x7，x9，x14，x17)是指x1、x3、x5、x7、x9、x14或x17。此外，(x2，x8，x10)是指x2、x8或x10。
此外，例如，可设置包括不同数目的氧化层31A和32A的低折射率层13A。更具体地，在多个低折射率层13A之间，一些低折射率层13A具有图5所示的低折射率层13A的结构，而其它低折射率层13A具有图10所示的低折射率层13A的结构。从而，三个氧化层31A和三个氧化层32A被包含在一个低折射率层13A中，且三个氧化层31A和三个氧化层32A被包含在其它低折射率层13A中。此情况下，Al组成的值x1至x16满足式(2)表示的数学式。而且在此情况下，可获得与第一实施例的相同的效果。在包含不同数目的氧化层31A和32A的低折射率层13A被设置时，如图11所示，包含较大数目的氧化层31A和32A的低折射率层13A被优选设置在靠近有源层16的一侧，因此，相比于其中包含较小数目的氧化层31A和32A的低折射率层13A被设置在靠近有源层16的一侧的情况，在有源层16中允许更强烈地产生各向异性拉伸应力。图11示出图5中所示的下DBR镜层11的另一个变型的截面结构。
此外，图10和11分别表示其中第二下DBR镜层13包括每个包含三个氧化层31A和三个氧化层32A的低折射率层13A的情况，和其中第二下DBR镜层13包括包含三个氧化层31A和三个氧化层32A的低折射率层13A和包含两个氧化层31A和两个氧化层32A的低折射率层13A的情况。然而，只要下DBR镜层11中的一个或多个折射率层包括多个氧化层，这些多个氧化层在对应于电流注入区域17B的区域周围的区域中在围绕台面部21的中心轴旋转的方向上非均匀地分布，但是第二下DBR镜层13不限于这些情况。例如，低折射率层13A可包括四个或更多个氧化层31A和四个或更多个氧化层32A，或可包括包含两个氧化层31A和两个氧化层32A的低折射率层13A和包含一个氧化层31A和一个氧化层32A的低折射率层13A。而且在此情况下，对比形成有一个氧化部的每个低折射率层都包括一个氧化层的情况，偏振可控性被改善，且各向异性拉伸应力被允许更强烈地产生在有源层16中。后面要描述的实施例中一样适用。
3.第二实施例
半导体激光器2的结构(面发射型)
图12和13示出根据第二实施例的面发射半导体激光器2的截面结构。在第一实施例及其变型中，下DBR镜层11具有其中第一下DBR镜层12、第二下DBR镜层13和第三下DBR镜层14从靠近衬底10的一侧依次层叠的结构。另一方面，在该实施例中，半导体激光器2具有与根据第一实施例的半导体激光器1相同的结构，除了在下DBR镜层11中第二下DBR镜层13取代第一下DBR镜层12被形成之外。换句话说，在该实施例中，下DBR镜层11通过从靠近衬底10的一侧依次层叠第二下DBR镜层13和第三下DBR镜层14而构成。下DBR镜层11中的Al组成的值x3至x10满足由式(3)表示的数学式。
1≥(x4，x6，x13)＞(x3，x5，x7，x9，x14)＞0.8＞(x8，x10)≥0…(3)
在半导体激光器2中，在制造步骤中，如图14A和14B所示，当通过刻蚀形成凹槽部22时，根据凹槽22A的深度D1，低折射率层13A被暴露于凹槽22A的内表面。此外，也在此情况下，凹槽22B的深度没有到达第二下DBR镜层13，所以下折射率层13A没有暴露于凹槽22B的内表面。因此，如图15A和15B所示，氧化部31和32形成在低折射率层13A中面对凹槽22A的部分中。
功能和效果
因此，同样在根据实施例的半导体激光器2中，在下DBR镜层11中的第二下DBR镜层13中，氧化部30形成在对应于电流注入区域17B的区域周围的区域中，且氧化部30在围绕台面部21的中心轴旋转的方向上被不均匀地分布。然后，氧化部30包括成对的彼此面对的氧化部31和32，对应于电流注入区域17B的区域在它们之间，且在凹槽22A彼此面对的方向上具有各向异性分布。氧化部31和32包括多个氧化层31A和32A，其设置在当形成凹槽部22时暴露于凹槽22A的低折射率层13A中。换句话说，通过多个氧化层31A和32A在有源层16中不均匀地产生充足的拉伸应力，且也在此情况下，在凹槽22A彼此面对的方向上根据多个氧化层31A和32A的分布强烈地产生各向异性拉伸应力。此外，也在该实施例中，在凹槽22B的内表面中低折射率层13A没有被氧化，且在有源层16中在凹槽22B彼此面对的方向上不产生应力。从而，尽管在与拉伸应力的方向正交的方向上的偏振光成分被加强，但是在与拉伸应力的方向平行的方向上的偏振光成分被抑制。
如上所述，在根据该实施例的半导体激光器中2，第二下DBR镜层13包括不均匀地分布在低折射率层13A中的多个氧化层31A和32A，且该多个氧化层31A和32A被设置得彼此面对，对应于电流窄化区域17B的区域在它们之间。从而，激光的偏振方向在一个方向上被固定和稳定。
特别地，在该实施例中，当通过改变刻蚀时间改变凹槽22A的深度D1时，暴露于凹槽22A的内表面的低折射率层13A的数目改变。因此，当凹槽22A的深度D1随着刻蚀时间的增加而增加时，暴露的低折射率层13A的数目增加，且另一方面，当凹槽22A的深度D1随着刻蚀时间的减少而减小时，暴露的低折射率层13A的数目减小。换句话说，即使凹槽22A的深度D1较小，有源层16中在凹槽22A彼此面对的方向上允许产生应力，且在凹槽22A彼此面对的方向上的应力允许根据(成比例于)凹槽22A的深度D1被增加。因此，有源层16中产生的各向异性应力的大小可被自由设置，且偏振可控性允许被改善。
此外，如在上述实施例的情况中，包括氧化部31和32的每个低折射率层13A包括多个氧化层31A和32A，所以相比于仅一个氧化层被设置在每个低折射率层13A的情况，单个半导体激光器2的偏振可控性被改善。从而，难于对激光的偏振方向的稳定性引起变化，且激光的偏振方向允许被顺利地稳定。此外，衬底不必要是诸如(n11)面衬底(n是整数)的特殊衬底，而可以是典型的(100)衬底，所以典型的(100)面衬底的诸如掺杂条件和气流速率的外延生长条件是可用的。从而，半导体激光器2可在低成本下容易地制造。此外，氧化层31A和32A的数目(厚度)增加得越多，各向异性应力允许被增加得越多，所以将氧化部延伸到对应于光发射区域16A的区域以施加大的应力到有源层16不是必需的。从而，几乎不存在由于氧化部30导致光输出下降的可能性，且高功率激光允许被发射。
换句话说，在该实施例中，如上述实施例的情况中一样，可以低成本容易地制造半导体激光器2，其中激光的偏振方向稳定在一个方向上，且允许实现较高的输出。其它功能和效果与第一实施例等中的效果一样。
4.第三实施例
半导体激光器3的结构(面发射型)
图16和17示出根据第三实施例的面发射半导体激光器3的截面结构。
根据此实施例的半导体激光器3具有与根据第一实施例的半导体激光器1相同的结构，除了形成第二下DBR镜层13以取代下DBR镜层11的第一下DBR镜层12以及第三下DBR镜层14之外。换句话说，半导体激光器3的下DBR镜层11具有与第二下DBR镜层13相同的结构。
因此，如图18A和18B所示，当通过刻蚀形成凹槽部22时，下DBR镜层11中的低折射率层13A不仅暴露于凹槽22A而且暴露于凹槽22B。因此，而如图19A和19B所示，氧化部40不仅形成在低折射率层13A中面对凹槽22A的部分中而且形成在面对凹槽22B的部分中。凹槽22A的深度D1大于凹槽22B的深度D2，且在凹槽部22A侧暴露于凹槽部22的低折射率层13A的数目大于在凹槽部22B侧暴露于凹槽部22的低折射率层的数目。因此，氧化部40包括形成在低折射率层13A中的环形形状的氧化部41(氧化层41A)以及形成在低折射率层13A中的氧化部42和43(氧化层42A和43A)，氧化部41暴露于凹槽22A和22B的内表面，氧化部42和43仅暴露于凹槽22A的内表面。设置氧化部42和43它们使得彼此面对，下DBR镜层11的对应于电流注入区域17B(或光发射区域16A)的区域在它们之间。因此，下DBR镜层11包括多个氧化层42A和43A，它们在围绕台面部21的中心轴旋转的方向上不均匀地分布在一个或多个低折射率层13A中对应于电流注入区域17B的区域周围的区域中。从而，氧化部40根据有源层16中的分布产生不均匀的应力。
功能和效果
从而，根据本实施例的半导体激光器3，在下DBR镜层11中，氧化部40形成在围绕对应于电流注入区域17B的区域的区域中，且氧化部40不均匀地分布在围绕台面部21的中心轴旋转的方向上。然后，氧化部40包括包围对应于电流注入区域17B的区域的环形形状的氧化部41以及包括对应于电流注入区域17B的区域彼此面对的氧化部42和43，且在凹槽22A彼此面对的方向上具有各向异性分布。氧化部41包括设置在低折射率层13A中的多个氧化层41A，该氧化层41A当形成凹槽部22时暴露于凹槽22A和22B的内表面，且氧化部42和43包括仅暴露于凹槽22A的设置在低折射率层13A中的多个氧化层42A和43A。换句话说，虽然在有源层16中通过各向同性分布的氧化层41A产生各向同性应力，但是通过各向异性分布的多个氧化层42A和43A产生各向异性力。因此，如在上述实施例的情况中，有源层16中产生应力的方向与凹槽22A彼此面对的方向一致。从而，尽管在与应力方向正交的方向上的偏振光成分被增强，但是在平行于应力方向的方向上的偏振光成分被抑制。
如上所述，在根据实施例的半导体激光器3中，下DBR镜层11包括在低折射率层13A中不均匀分布的多个氧化层42A和43A，且多个氧化层42A和43A被设置来彼此面对，对应于电流窄化区域17A的区域在它们之间。从而，激光的偏振方向被固定和稳定在一个方向上。
此外，如上述实施例的情况中，每个包含氧化部40的低折射率层13A包括多个氧化层41A、42A和43A，所以相比于仅一个氧化层被设置在各低折射率层13A中的情况，单个半导体激光器3中的偏振可控性被改善。从而，难以引起激光的偏振方向的稳定性的变化，从而激光的偏振方向允许被更顺利地稳定。此外，衬底不一定是诸如(n11)面衬底的特殊衬底，也可以是典型地(100)面衬底，所以典型的(100)面衬底的诸如的掺杂条件和气流速率外延生长条件是可用的。从而，半导体激光器3可在低成本下容易地制造。此外，氧化层41A的数目和氧化层42A和43A的数目之间的差别增长得越多，各向异性应力也允许被增加得越多，所以将氧化部40延伸到对应于光发射区域16A的区域不是必需的。从而，几乎不存在由于氧化部40使光输出下降的可能性，且高功率激光允许被发射。
换句话说，在该实施例中，如在上述实施例的情况中，可在低成本下容易地制造激光的偏振方向被稳定在一个方向上的半导体激光器3，且允许实现较高输出。其他功能和效果与上述实施例中的相同。
5.第四实施例
半导体激光器4的结构
图20示出根据第四实施例的面发射半导体激光器4的俯视图。图21示出沿图20的箭头方向A-A的接近光发射开口24A的区域的放大截面结构，图22是沿图20的箭头方向B-B的接近光发射开口24A的区域的放大截面结构。半导体激光器4具有与上述诸实施例的结构相同的结构，除了反转模式调整层50对应于光发射开口24A被设置之外。
反转模式调整层50包括第一调整层51、第二调整层52和第三调整层53，且第一调整层51和第二调整层52在光发射开口24A的中心区域中依次层叠，即，基本反转模式振荡主要发生的区域。第三调整层53形成在围绕中心区域的边缘区域中，即，高次反转模式振荡主要发生的区域。
此外，在图20至22中，为进一步降低在凹槽22B彼此面对的方向上的高次反转模式振荡，第一调整层51和第二调整层50各具有矩形形状，并且上述方向上的宽度小于凹槽22A彼此面对的方向上的宽度，但是第一调整层51和第二调整层52可具有任何形状，例如，图23所示的环形形状。
第一调整层51具有(2a-1)λ/4n₁的膜厚(a是大于或等于1的整数，且n₁是折射率)，且由折射率n₁小于设置在上DBR镜层18的表面上的高折射率层的折射率的材料制成，例如，诸如SiO₂(氧化硅)的电介质材料。第一调整层51在凹槽22B彼此面对的方向上的宽度基本等于基本反转模式振荡主要发生的区域的宽度，且优选在从3.0μm到5.0μm的范围内，包括两端值。
第二调整层52具有(2b-1)λ/4n₂的膜厚(b是大于或等于1的整数，且n₂是折射率)，且由其中折射率n₂高于第一调整层51的折射率的材料制成，例如，诸如SiN(氮化硅)的电介质材料。
第三调整层53具有(2c-1)λ/4n₃的膜厚(c是大于或等于1的整数，且n₃是折射率)，且由其中折射率n₃低于第一调整层51的折射率的材料制成，例如，诸如SiN(氮化硅)的电介质材料。此外，第二调整层52和第三调整层53优选由具有相同膜厚的相同材料制成。从而，这些层允许被共同形成，因此制造过程允许被简化。
在此情况下，当光发射开口24A的中心区域的折射率是R₁时，且围绕中心区域的边缘区域的折射率是R₂时，且这些调整层没有设置在光发射开口24A中的情况下的折射率是R₃时，各折射率优选被调整以满足由式(4)表示的数学式的关系。从而，仅高次反转模式振荡允许被抑制，不降低基本反转模式光输出。
R₁≥R₃≥R₂…(4)
典型地，在面发射半导体激光器中，存在一种趋势：基本反转模式光输出在光发射开口的中心部分中最大，且随着离开光发射开口的中心部分的距离而减小。因此，在面发射半导体激光器被用于要求高输出的应用的情况下，光发射开口优选被扩大以尽可能多地取出基本反转模式激光。然而，典型地，存在一种趋势：高次反转模式光输出在离激光发射口的中心部分预定距离的区域中最大，且朝着光发射开口的中心部分被降低，所以当光发射开口太大时，高功率高次反转模式激光也可被输出。因此，在相关技术的面发射半导体激光器中，通过诸如减小光发射开口的尺寸或在光发射开口中设置具有复杂形状的结构的手段，防止输出高次反转模式激光。此外，即使在面发射半导体激光器被用于需要低输出的应用的情况下，为将高次反转模式激光降到最小，必需采用与上述手段相同的手段。
功能和效果
另一方面，在该实施例中，第一调整层51和第二调整层52在光发射开口24A的中心区域中依次层叠，且第三调整层53设置在接近光发射开口24A的中心区域的区域中。从而，光发射开口24A的中心区域的邻近区域的折射率低于中心区域的折射率。因此，激光的偏振方向被稳定在一个方向上，且仅高次反转模式振荡可被抑制，而基本反转模式光输出不被降低。
此外，在该实施例中，第一调整层51被设置在由半导体材料制成的接触层19上，所以非常容易选择性刻蚀第一调整层51，且第一调整层51、第二调整层52和第三调整层53不必具有复杂形状，所以半导体激光器4可被容易地制造。
6.第五实施例
半导体激光器5的结构(面发射型)
图24示出根据第五实施例的面发射半导体激光器5的俯视图。图25示出沿图24的箭头方向A-A的半导体激光器5的截面结构，图26示出沿图25的箭头方向A-A的半导体激光器5的截面结构，图27示出沿图25的箭头方向B-B的半导体激光器5的截面结构。此外，沿图24的箭头方向B-B和C-C的截面结构与上述第一实施例的半导体激光器1的情况相同。
如图24至27所示，半导体激光器5具有与上述实施例等相同的结构，除了形成在包含台面部21的侧壁的凹槽22A的内壁上的半导体层28，以及形成在半导体层28的表面中对应于凹槽22A的底表面的部分的一部分上成对的电极29A和29B。
半导体层28具有例如n型半导体层、p型半导体层以及n型半导体层通过外延晶体生长(再生长)从凹槽22A的内侧依次层叠的NPN结构。
电极29A和29B每个具有例如AuGe合金层、Ni层和Au层从凹槽22A的底侧依次层叠的结构，且被电连接到半导体层28的表面。电极29A和29B从在保护膜23在凹槽22A的底部上形成的开口被暴露。
功能和效果
在根据实施例的半导体激光器5中，电极29A和29B，经具有NPN结构的半导体层28被连接到包括台面部21的凹槽22A的内壁，所以即使DC电压(偏压)被施加到电极29A和29B之间，电流不流入台面部21，且当电流在激光器件的上电极24和下电极27之间流动用于激光驱动时，电流并不流入电极29A和29B。因此，当DC电压(偏压)被施加到电极29A和29B之间时，在台面部21中形成电场。在电极29A和29B彼此面对的方向(凹槽22A彼此面对的方向)上以及在基本平行于台面部21的面内层叠方向的方向上形成电场，所以在凹槽22A彼此面对的方向上的吸收损失由于电场的出现而被增加。
从而，在该实施例中，当在与凹槽22A彼此面对的方向正交的方向上的偏振光成分被增强时，在凹槽22A彼此面对的方向上的偏振光成分被抑制，所以激光的偏振光成分被允许固定在一个方向上，结果，激光的偏振方向被允许稳定在一个方向上。
此外，在该实施例中，台面部21的一部分(凹槽22A侧上的侧壁)被半导体层28覆盖，所以台面部21的热量可穿过半导体层28被辐射到外部，且热辐射相比于上述实施例的情况更高。
此外，在该实施例中，半导体层28和电极29A和29B每个具有简单结构，且通过再生长半导体层28允许被更容易地形成，所以半导体激光器5可容易地制造。
7.第五实施例的变型
半导体激光器6的结构(面发射型)(半导体激光器5的变型)
在以上实施例中，半导体层28形成在凹槽22A中，但是如图28至31中的面发射半导体激光器6所示，半导体层28也形成在凹槽22B中使得凹槽22B可被半导体层28覆盖。在这种情况下，台面部21的大部分(靠近凹槽22A和22B侧上的侧壁)被半导体层28覆盖，所以台面部21的热量可穿过凹槽22B由半导体层28填充的部分被有效地的辐射，且热辐射相比于上述第五实施例的情况更高。
此外，图28示出根据半导体激光器6的变型的俯视图，图29示出沿图28中箭头方向B-B的截面结构，图30示出沿图28的箭头方向C-C的截面结构。此外，沿图28的箭头方向A-A的截面结构与图25中的截面结构相同，且图31示出沿图29的箭头方向A-A的截面结构。
实例
以下将具体描述本发明的实例
实例1
图1所示的半导体激光器1被认作一个沟道，且包括40个沟道的激光器阵列被形成。
第一，层叠结构20通过MOCVD法形成在衬底10上。此时，例如三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMIn)以及三氢化砷(AsH₃)被用作III-V族化合物半导体的材料，且例如硅的施主杂质材料被采用，且例如碳的受主杂质材料被采用。
更具体地，如表1所示，第一下DBR镜层12、第二下DBR镜层13和第三下DBR镜层14依次被层叠在由n型GaAs制成的衬底10上，以形成下DBR镜层11。此外，表1中所示的各层的厚度是约数值。接着，n型下间隔层15A、由两至四对量子阱层构成的有源层16、p型上间隔层15B依次层叠在下DBR镜层11上，以形成1λ空腔。在此情况下的振荡波长λ，例如，大约785nm。接着，A1_x13Ga_1-x13As层17D(1≤x13＜0.9)形成在上间隔层15B上，且随后具有包含低折射率层和高折射率层的多层结构的上DBR镜层18形成在Al_x13Ga_1-x13As层17D上。最后，由p型GaAs制成的接触层19层叠在上DBR镜层18上。
表1


之后，对于40个沟道的包含具有不均匀宽度的环形形状开口W的抗蚀剂层R形成在接触层19上。此时，各个开口W包括成对的具有5μm的在径向上的宽度Ly和5μm的圆周方向上的宽度Lx的弧形形状的开口W1和成对的与开口W1连通的具有2μm的径向上的宽度ΔR的弧形形状开口W2。
接着，采用抗蚀剂层R作为掩模通过反应离子刻蚀(RIE)法从接触层19执行刻蚀。从而，凹槽22A对应于开口W1形成，且凹槽22B对应于开口W2形成，且台面部21形成在凹槽22A和22B围绕的部分中。
接着，在水蒸气气氛中在高温下执行氧化工艺，且低折射率层13A中的第二折射率层13D和第四折射率层13F的Al和Al_x13Ga_1-x13As层17D的Al选择性地从凹槽22的内侧被氧化，以形成氧化部31和32以及电流窄化区域17A。
接着，通过CVD法在台面部21、凹槽部22和围绕凹槽部22的区域的全部表面上沉积氧化硅之后，该沉积的氧化硅对应于台面21的顶表面的部分通过刻蚀被选择性的移除以暴露接触层19。接着，金属材料通过真空沉积法被层叠在全部表面上，且随后例如通过选择性刻蚀，具有光发射开口24A的上电极24形成在台面部21的顶表面上，且上电极焊垫25形成在远离台面部21的位置处。此外，通过镀覆形成连接部26以彼此电连接上电极24和上电极焊垫25，且在研磨衬底10的被表面以调整衬底10的厚度之后，下电极27形成在衬底10的背表面上。从而，完成了包括半导体激光器1的激光器阵列。
在每个半导体激光器1中，通过红外显微镜从光发射开口24A侧观察氧化部30和电流窄化区域17A。图32A和32B示出这些结果的代表性实例的照片。图32A是从光发射开口24A侧的红外显微镜照片，且图32B是图32A的照片的示意图。从而，氧化部31和32(氧化层31A和32A)设置在对应于电流注入区域17B的区域中，从而与对应于电流注入区域17B的区域彼此面对。此外，氧化部31和32之间的距离Dox1大于电流注入区域17B的直径Dox2。
此外，当模拟有源层16中产生的应力时，获得了如图33A和33B所示的结果。图33A示出半导体激光器1中的基本反转模式输出分布，图33B示出应力模拟结果(应变率(strain rate)分布)。此外，在图33A和33B中，凹槽22A彼此面对的方向是x轴方向，凹槽22B彼此面对的方向是y轴方向，且垂直于有源层16的方向是x轴方向。此外，在图33B的应变速率中，正值和负值分别表示拉伸应变和压应变。如图33B中所示，在有源层16中，具有强压应力的区域(具有负值的区域)设置在x轴方向上以彼此面对，对应于电流注入区域17B(光发射区域16A)的区域在它们之间。因此，图33B示出了有源层16中通过从X轴方向上的拉伸应变减去Y轴方向上的拉伸应变获得的值(X轴方向上的拉伸应变-Y轴方向上的拉伸应变)的分布。然后，有源层16对应于电流注入区域17B的区域中的应变速率为正值。因此，在光发射区域16A中，X轴方向上的拉伸应变强，所以建议激光的偏振沿Y轴方向布置。
对比实例1
通过与实例1中的步骤相同的步骤形成透镜阵列，除了下DBR镜层11的第二下DBR镜层13如表2所示被形成。
表2

当检查实例1的与对比实例1的激光器阵列的在60℃大气气氛下改变注入电流时偏振光成分的角度改变量和I-L特性时，获得图34A、34B、35A和35B所示的结果。图34A和34B示出实例1的结果，图35A和35B示出对比实例1的结果。图34A和35A分别示出当注入电流在60℃、大气气氛下被改变时具有2.5mW的偏振光成分的角度改变量(PoLD：°)，设置在纵向5个分区乘以横8个分区的图案中的分区代表沟道。此外，图34B和35B表示光输出(Po)关于注入电流(If)(I-L特性：曲线C 11和C21)的关系，以及光输出的改变量(SE)相对于各个注入电流值的注入电流的改变量的关系(曲线C12和C22)
如图34A和34B所示，在包括不均匀地分布在各个低折射率层13A中多个氧化层31A和32A的实例1中，在所有40个沟道中，半导体激光器的偏振方向固定在一个方向上(参考图34A)。实例1的I-L特性结果表示基本反转模式振荡在1mA或以上的注入电流时发生，且随后高次反转模式振荡在6mA或以上的注入电流处发生(参考图34B)。从结果中明显的是，在实例1中，激光可以高输出振荡，且表示偏振方向被旋转的拐点在基本反转模式振荡和高次反转模式振荡期间未被观察到(参考曲线C11和C12)。另一方面，如图35A和35B所示，在具有在各个低折射率层中不均匀分布的一个氧化层的对比实例1中，偏振方向在11个沟道中(图35A中由红色表示的沟道(图35A在附图中以黑白图片示出，其中较浅的颜色对应于红色))被旋转约90°。在对比实例1中偏振方向被旋转约90°的沟道中，表示在基本反转模式振荡和高次反转模式振荡期间偏振光成分的方向被旋转的多个拐点被观察到(参考图35B中的曲线C21和C22)。
因此，在面发射半导体激光器中，以彼此面对的成对的氧化部31和32在凹槽22A彼此面对的方向上具有各向异性分布，并且第二下DBR镜层13中对应于电流注入区17B的区域在它们之间，在这样的面发射半导体激光器中以下被确认。即，氧化部31和32形成在低折射率层13A中作为多个氧化部31A和32A，从而在有源层16中强烈地产生在氧化部31和32彼此面对的方向上的拉伸应力。因此，单个半导体激光器之间的变化不发生，且激光的偏振方向被固定且稳定在一个方向上。
尽管参考实施例、其变型和实例描述了本发明，但是本发明并不限于这些实施例，且可被多方面地修改。
例如，如图36和37所示，凹槽部22(凹槽22A和22B)的底部可具有锥形形状。在此情况下，上述面发射半导体激光器1至3中，存在在单个面发射半导体激光器之间锥形形状变化的可能性，从而以引起单个面发射半导体激光器之间氧化层31A和32A的分布或数目发生变化。当凹槽22A的深度或锥形形状变化时，施加到有源层16的应力大小可以在单个半导体激光器之间变化。在这种情况下，叠层结构20具有与半导体激光器1的叠层结构相同的结构，且如图38和39所示，凹槽22A被形成以到达第一下DBR镜层12的中点，且凹槽22B被形成而不到达第二下DBR镜层13。从而，即使凹槽部22的底部具有锥形形状，底部的锥形形状也没有到达第二下DBR镜层13，所以由于锥形形状的变化的不利影响不会施加到氧化层31A和32A的分布。从而，单个半导体激光器之间施加到有源层16的应力大小的变化是可防止的。
此外，在上述实施例等中，从顶面侧看的凹槽22A的形状基本是四边形形状，但是，例如凹槽22A的形状可以是图40中所示的扇形形状或图41中所示的钉形截面形状。
在上述实施例等中，描述了仅设置一个台面部21的情况。然而，如图42和43中所示，多个台面部21可设置成阵列形式，且围绕台面部21的凹槽部22彼此连通形成。此时，凹槽22可具有如图44和45所示的钉形截面形状。从而，在围绕台面部21的凹槽部22彼此连通形成的情况下，在将面发射半导体激光器切成芯片之前的晶片中，由外延晶体生长引起的整个晶片的热变形允许被降低，且芯片之间的热变形的变化可被降低。
此外，在每个凹槽部22具有扇形形状的情况中，如图46和47所示，当凹槽部22的凹槽22A彼此面对的方向相同时，从各个台面部21的光发射开口24A发射的激光的偏振光成分被固定在一个方向上时，且作为结果，尽管实现了高输出，但是激光的偏振方向允许被稳定在一个方向上。然而，如图48所示，在凹槽部22的凹槽22A彼此面对的方向是交替地不同的情况下，驱动面发射半导体激光器，使得施加电压到由其中凹槽22A彼此面对的方向被固定在一个方向上的凹槽部22围绕的各个台面部21的周期和与施加电压到由其中凹槽22A彼此面对的方向被固定在另一个方向上的凹槽部22围绕的各个台面部21的周期彼此互不重叠，从而尽管激光的偏振方向被稳定在一个方向上，但是偏振方向是根据需要可转换的。此外，如图49所示，包含在一个阵列中的多个台面部21和包含在另一个阵列中的多个台面部21可被交替地设置。
在上述实施例等中，本发明参考AlGaAs基化合物半导体作为实例被描述。然而，本发明可应用于任何化合物半导体激光器，例如，GaInP基、AlGaInP基、InGaAs基、GaInP基、InP基、GaN基、GaInN基或GaInNAs基化合物半导体半导体激光器。
在上述实施例等中，描述了在有源层16中产生不均匀的应力的氧化部形成在下DBR镜层11的情况。然而，氧化部可形成在上DBR镜层18中。也是在此情况下，半导体激光器包括作为多个氧化层的氧化部，该多个氧化层在上DBR镜层18中的一个或多个低折射率层中，并在对应于电流注入区域17B的区域周围的区域中在围绕台面部21的中心轴旋转的方向上非均匀地分布，该半导体激光器作为上述实施例中的半导体激光器，并获得与上述实施例等中的效果相同的效果。
在上述实施例等中，层叠结构20被描述为第一下DBR镜层11等被层叠的叠层，但是“叠层”不排除包括除第一下DBR镜层等之外的任何其它层的层叠结构20。换句话说，层叠结构20可包括除第一下DBR镜层11等之外的其它层。此外，例如在第一下DBR镜层11等被层叠的结构中也一样适用。
在上述实施例等中，给出了关于形成有氧化部的低折射率层的Al组成、光学厚度等的合适范围，但是该描述并不完全排除其中形成氧化部的低折射率层的Al组成、光学厚度等不在合适范围内的可能性。更具体地，上述合适范围是为获得本发明效果的具体的优选范围，而且只要可以获得本发明的效果，则其中形成氧化部的低折射率层的Al组成、光学厚度等在某种程度上也可不在此范围内。
本申请包含涉及2009年3月9日提交至日本专利局的日本专利申请JP2009-054677公开的主题，其全部内容引用结合于此。
本领域技术人员应理解可以根据设计需求和其他因素进行各种修改、组合、部分组合和替换，只要它们在权利要求或其等同特征的范围内。