本発明は、VCSELが有していた上記課題を� �決するものであり、大面積での基本横モー� �発振が可能で、かつ、偏波モードが安定化� �れた、しかも作製が容易なVCSELを提供するこ とを目的とする。

 本発明は、その第1の態様において、基板 と、前記基板上に順次に積層された第1の反� �鏡、発光層、及び、第2の反射鏡を含んでな� ��積層部と、前記積層部の積層面内における� ��定の領域を除く領域に、前記積層面内にお� ��て周期的に二次元配列され、積層方向に設� ��られた複数の空孔とを有し、前記所定の領� ��を挟んで対向する一対の空孔の大きさ又は� ��状が、他の空孔の大きさ又は形状と異なる� ��とを特徴とする垂直共振器型面発光レーザ( VCSEL)を提供する。

 ここにおいて、上記所定の領域は、周期� ��に二次元配列された空孔が存在しない、点� ��陥領域である。

 本発明は、その第2の態様において、基板 と、前記基板上に順次に積層された第1の反� �鏡、発光層、及び、第2の反射鏡を含んでな� ��積層部と、前記積層部の積層面内における� ��定の領域を除く領域に、前記積層面内にお� ��て周期的に二次元配列され、積層方向に設� ��られた複数の空孔とを有し、前記所定の領� ��の中心を通り前記積層面内に伸びる一の直� ��上に中心が位置する空孔の大きさ又は形状� ��、他の空孔の大きさ又は形状と異なってい� ��ことを特徴とするVCSELを提供する。

 本発明は、その第3の態様において、基板 と、前記基板上に順次に積層された第1の反� �鏡、発光層、及び、第2の反射鏡を含んでな� ��積層部と、前記積層部の積層面内における� ��定の領域を除く領域に、前記積層面内にお� ��て周期的に二次元配列され、積層方向に設� ��られた複数の空孔とを有し、前記所定の領� ��の中心を一端として前記積層面内に伸びる� ��の半直線と、中心と前記所定の領域の中心� ��結ぶ線分のなす角度が所定範囲内にある空� ��の大きさ又は形状が、他の空孔の大きさ又� ��形状と異なることを特徴とするVCSELを提供� �る。

 第3の態様において、前記複数の空孔が前 記積層面内において三角格子状に配列されて いる場合には、前記一の半直線と、中心と前 記所定の領域の中心を結ぶ線分のなす角度が 60度以上120度以下の範囲内にある空孔の大き� ��又は形状が、他の空孔の大きさ又は形状と� ��なるようにするのが好ましい。

 また、第3の態様において、前記複数の空 孔が前記積層面内において正方格子状に配列 されている場合には、前記一の半直線と、中 心と前記所定の領域の中心を結ぶ線分のなす 角度が45度以上135度以下の範囲内にある空孔� ��大きさ又は形状が、他の空孔の大きさ又は� ��状と異なるようにするのが好ましい。

 本発明は、その第4の態様において、基板 と、前記基板上に順次に積層された第1の反� �鏡、発光層、及び、第2の反射鏡を含んでな� ��積層部と、前記積層部の積層面内における� ��定の領域を除く領域に、前記積層面内にお� ��て周期的に二次元配列され、積層方向に設� ��られた複数の空孔とを有し、前記所定の領� ��を挟んで対向する一対の空孔内に、発振す� ��レーザ光に対して損失を与える損失媒体が� ��填されていることを特徴とするVCSELを提供� �る。

 本発明は、その第5の態様において、基板 と、前記基板上に順次に積層された第1の反� �鏡、発光層、及び、第2の反射鏡を含んでな� ��積層部と、前記積層部の積層面内における� ��定の領域を除く領域に、前記積層面内にお� ��て周期的に二次元配列され、積層方向に設� ��られた複数の空孔とを有し、前記所定の領� ��の中心を通り前記積層面内に伸びる一の直� ��上に中心が位置する空孔内に、発振するレ� ��ザ光に対して損失を与える損失媒体が充填� ��れていることを特徴とするVCSELを提供する� �

 本発明は、その第6の態様において、基板 と、前記基板上に順次に積層された第1の反� �鏡、発光層、及び、第2の反射鏡を含んでな� ��積層部と、前記積層部の積層面内における� ��定の領域を除く領域に、前記積層面内にお� ��て周期的に二次元配列され、積層方向に設� ��られた複数の空孔とを有し、前記所定の領� ��の中心を一端として前記積層面内に伸びる� ��の半直線と、中心と前記所定の領域の中心� ��結ぶ線分のなす角度が所定範囲内にある空� ��内に、発振するレーザ光に対して損失を与� ��る損失媒体が充填されていることを特徴と� ��るVCSELを提供する。

 第6の態様において、前記複数の空孔が前 記積層面内において三角格子状に配列されて いる場合には、前記一の半直線と、中心と前 記所定の領域の中心を結ぶ線分のなす角度が 60度以上120度以下の範囲内にある空孔内に、� ��振するレーザ光に対して損失を与える損失� ��体が充填されていることが好ましい。

 第6の態様において、前記複数の空孔が前 記積層面内において正方格子状に配列されて いる場合には、前記一の半直線と、中心と前 記所定の領域の中心を結ぶ線分のなす角度が 45度以上135度以下の範囲内にある空孔内に、� ��振するレーザ光に対して損失を与える損失� ��体が充填されていることが好ましい。

 上記第4乃至第6の態様において、発振す� �レーザ光に対して損失を与える損失媒体と� �ては、ポリイミドを用いることが好ましい� �

 前記第1乃至第6の態様において、前記複� �の空孔は円孔であることが好ましい。また� �前記複数の空孔を正方形の空孔とする場合� �は、一つの正方形の対向する2辺が他の空孔� ��対応する対向する2辺と平行となるように、 すなわち、すべての正方形の方位が揃うよう に配列されることが好ましい。

 上記第1乃至第6の各態様の本発明におい� �は、前記所定の領域、すなわち複数の空孔� �周期的に二次元的に配置されてなる空孔配� �の点欠陥領域の中心を通り、前記積層部の� �層方向に伸びる軸を中心軸とする空孔配列� �ターンの回転対称性によって決まる存在可� �な複数の偏波モードのうち、一つの偏波モ� �ドの損失が他の偏波モードの損失よりも小� �くなる。このため、当該一つの偏波モード� �みが選択的に発振し、偏波モード間の競合� �防止され、発振する偏波モードが安定化す� �。したがって、偏波モード間のスイッチン� �による雑音の発生が防止され、伝送媒体の� �波モード分散により、伝送帯域が制限され� �ことが防止される。

 本発明の上記目的、他の目的、構成、及� ��、利点は、添付の図面を参照した以下の記� ��によって明らかになる。

(第1の実施形態例)
以下、図面に基づいて本発明の第1の実施形� �例について説明する。図1は、本発明の第1の 実施形態例によるVCSELの上面図、図2は断面斜 視図である。

本発明の第1の実施形態例に係るVCSEL100は、発 振波長850nmで使用されるフォトニック結晶VCSE Lであり、p型GaAs基板101の(100)面上に下部反射� ��102、Al _0.3 Ga _0.7 Asからなる下部クラッド層、4ペアのGaAs/Al _0.2 Ga _0.8 Asからなる多重量子井戸、Al _0.3 Ga _0.7 Asからなる上部クラッド層からなる発光層103� ��上部反射鏡104を順次積層し、この上部反射� ��104の最上層の表面に、n型のGaAs層コンタク� �層が形成され、全体の積層部を構成してい� �。なお、上記積層部には、電流狭窄構造を� �成するため、たとえばp型のAlAs層107が介挿さ れている。

下部反射鏡102は、それぞれ厚みλ/4n(nは屈折� �、λは動作波長)のp型AlAsとp型GaAsを交互に積� ��してなる20ペアの半導体多層膜と、その上� �それぞれ厚みλ/4n(nは屈折率、λは動作波長)� ��p型Al _0.9 Ga _0.1 Asとp型Al _0.2 Ga _0.8 Asを交互に積層してなる15ペアの半導体多層� �とからなる。また、上部反射鏡104は、それ� �れ厚みλ/4nのn型Al _0.9 Ga _0.1 Asとn型Al _0.2 Ga _0.8 Asとを交互に積層してなる25ペアの半導体多� �膜からなっている。

上記積層部の上部から下部反射鏡102のうちの 少なくとも上面に至るまでの部分は、周辺部 がエッチング除去されて、柱状層構造120が形 成されている。かかる柱状層構造120のうち、 発光層103に近い場所に積層されたp型のAlAs層1 07は、柱状層構造120の側面に露出する部分か� ��内部に向かって一部が酸化され、Al ₂ O ₃ からなる絶縁領域107aを形成している。この� �縁領域107aが、発光層103に注入される電流に� ��して電流狭窄構造として働く。

 図1に示すように、柱状層構造120には,電� �ビーム露光あるいはフォトリソグラフィ、� �よびドライエッチングにより、複数の円孔10 8が積層面内において正三角形の三角格子状� �二次元的に配列形成されている。この円孔� �列は、その中央に円孔がない点欠陥領域109� �有している。これらの複数の円孔108の配列� �期は5μm(中心間の距離)であり、柱状層構造12 0の上面から上部反射鏡104の17ペア分に相当す る深さにまで設けられている。このような円 孔配列により、円孔108が形成された部分の平 均屈折率は、円孔がない点欠陥領域109の平均 屈折率よりも小さくなるので、円孔108が形成 された部分は、点欠陥領域109を伝搬する光に 対してクラッドとして働く。円孔108の配列周 期、孔径、深さなどは、円孔108が形成された 部分の平均屈折率と円孔がない点欠陥領域109 の平均屈折率との差により、積層面方向にお いて基本横モード発振が得られるよう、適宜 調整される。

柱状の層構造120における円孔が配列された 部分の周辺部には、例えばAuGeNi/Auからなる上 部電極105が形成されている。また、p型GaAs基� ��101の裏面にはTi/Pt/Auからなる下部電極106が� �成されている。

第1の実施形態例では、図1に示すように、中� ��の点欠陥領域109を挟んで対向する中央部近� ��の一対の円孔の径d ₂ は、それ以外の円孔の径d ₁ よりも大きくなっている。本実施形態例では 、円孔径d ₁ は例えば2μm、d ₂ は3μmである。このように、異なった径の円� �を配置することによって、円孔の配列パタ� �ンは図1に符号I、IIで示したように、点欠陥� ��域109の中心を通り積層面に垂直な中心軸Cの 周りに、2回の回転対称性を有するものとな� �ている。すなわち、中心軸を含む半平面内� �おけるVCSELの光電磁界分布は、該中心軸を中 心として180度回転したときと同等である。

 上記円孔配列パターンの対称性に対応し� ��このVCSEL100の偏波モードとしては、2つの偏� ��モードが存在しうるところ、各偏波モード� ��受ける損失は異なるものとなる。本実施形� ��例では、図1中に示したx方向(孔径の大きな� ��孔の中心を結んだ方向と平行な方向)に平行 な電界成分を有する偏波モードに対する損失 がy方向(積層面内でx方向に垂直な方向)に平� �な偏波モードに対する損失より大きくなる� �で、y方向の偏波モードでの発振が支配的と� ��る。

 したがって、電極105、106を介して電流を� ��入した場合、これら2つの偏波モードのうち 、損失の小さいy方向の偏波モードのみにお� �て選択的にレーザ発振が起こることになる� �このため、環境温度や駆動電流などの変動� �どによって偏波モードのスイッチングが起� �らない、安定した発振が起こる。

 第1の実施形態例に関し、上記パラメータ を用いて計算を行ったところ、y方向の偏波� �ードでの発振が支配的に起こることが確認� �れ、x方向及びy方向の各偏波モード間の発振 強度の比(直交偏波抑圧比)は30dB以上であった 。なお、横モードについては、基本横モード 発振が確認されている。

 なお、第1の実施形態例では、図1に示すよ� �に、中央の点欠陥領域109を挟んで対向して� �る円孔のうち、最も近接している一対の円� �の径d ₂ を、それ以外の円孔の径d ₁ よりも大きくした。この例では、点欠陥領域 109に最も近い一対の円孔のみの径が他の円孔 の径と異なっているため、点欠陥領域109に存 在する発振レーザ光の電界に対してより効果 的に空孔の径を変化させたことの効果を及ぼ すことができる点で有利である。しかも、点 欠陥領域109の近傍を除く周辺部では、同一径 の円孔が均一に二次元的に分布しており、積 層面内における屈折率の分布に与える擾乱も 少なくて済む。すなわち、発振レーザ光の形 状に対する影響も少なくて済む。

もっとも、各偏波モードの損失を相違させ るためには、上記のように点欠陥領域109に最 も近接する一対の空孔の径を変化させるので はなく、適宜、中央の点欠陥領域に最近接し ない一対の円孔の径を変更させても構わない 。

 さらに、図3のように、点欠陥領域109の中心 を通る積層面に平行な一の直線上に中心を有 する円孔の径を、他の円孔の径と異ならしめ てもよい。図3に示した変形例では、点欠陥� �域109の中心を通過するx軸に平行な直線L1上� �中心が存在する円孔の径d ₁ を、直線L1上に中心がない他の円孔の径d ₂ よりも小さくしている。このため、図3のx軸� ��向の偏波モードに対する損失がy軸方向の偏 波モードに対する損失よりも小さい。従って 、x軸方向の偏波モードにおいて選択的に発� �が起こり、偏波モード間のスイッチングが� �止される。このように、点欠陥領域109の中� �を通る積層面に平行な一の直線L1上に中心を 有するすべての円孔の径を、この一の直線L1� ��にない他の円孔の径と異ならしめることに� ��って、中心軸Cの周りの回転非対称性の程度 をさらに強めることができるので、発振する 偏波モードの安定性がさらに高まる。

 上記では、複数の空孔(円孔)のうち、特� �の位置にあるものの径を他の円孔の径と異� �らせることとしたが、当該特定の位置の空� �の形状を他の空孔の形状と異なるもの、た� �えば、正方形の孔など円孔以外の形状とし� �もよい。

(第2の実施形態例)
図4は、本発明の第2の実施形態例によるVCSEL� �上面図、図5は断面斜視図である。

 本発明の第2の実施形態例に係るVCSEL200は� ��発振波長1300nmで使用されるフォトニック結� ��VCSELであり、n型GaAs基板201の(100)面上に下部� ��射鏡202をMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposit ion)法により積層し、しかる後にMBE(Molecular Be am Epitaxy)法によって、GaAsからなる下部クラ� �ド層、4ペアのGaInNAsSb/GaNAsからなる多重量子� ��戸層、GaAsからなる上部クラッド層からなる 発光層203を順次積層し、さらにその後再度MOC VD法によって、上部反射鏡204を順次積層し、� ��体の積層部を構成している。

 下部反射鏡202は、それぞれ厚みλ/4n(nは屈折 率、λは動作波長)のn型AlAsとn型GaAsを交互に� �層してなる35ペアの半導体多層膜からなる。 また、上部反射鏡204は、それぞれ厚みλ/4nのp 型Al _0.9 Ga _0.1 Asとp型GaAsとを交互に積層してなる22ペアの半 導体多層膜からなっている。

 上記積層部の上部から下部反射鏡202のう� ��の少なくとも上面に至るまでの部分は、周� ��部がエッチング除去されて、柱状の層構造2 20が形成されている。かかる柱状層構造220の� ��面には、例えばAu/AuZnからなるリング状の上 部電極205が形成され、また、n型GaAs基板201の� ��面にはTi/Pt/Auからなる下部電極206が形成さ� �る。

 第2の実施形態のVCSELにおける電流狭窄構� ��は、フォトリソグラフィー法を用いてフォ� ��レジストマスク(不図示)を形成し、上部反� �鏡204の最下部付近が平均飛程となるような� �速電圧で水素イオンを適切な量だけ注入し� �高抵抗領域207aに変質させることによって形� ��される。

 電流狭窄構造の形成後、図4に示すように 、柱状層構造220には、電子ビーム露光あるい はフォトリソグラフィ、およびドライエッチ ングにより、複数の円孔208が積層面内におい て三角格子状に二次元的に配列形成される。 この円孔配列は、その中央に円孔がない点欠 陥領域209を有している。これらの複数の円孔 208の配列周期は5μm(中心間の距離)であり、柱 状層構造220の上面から上部反射鏡204の15ペア� ��に相当する深さにまで設けられている。こ� ��ような円孔配列により、円孔208が形成され� ��部分の平均屈折率は、円孔がない点欠陥領� ��209の平均屈折率よりも小さくなるので、円� ��208が形成された部分は、点欠陥領域209を伝� ��する光に対してクラッドとして働く。円孔2 08の配列周期、孔径、深さなどは、円孔208が� ��成された部分の平均屈折率と円孔がない点� ��陥領域209の平均屈折率との差により、積層� ��方向において基本横モード発振が得られる� ��う、適宜調整される。

 第2の実施形態例では、点欠陥領域の中心を 一端として積層面内に伸びる一の半直線との 間で、中心と点欠陥領域の中心とを結ぶ線分 のなす角度が所定範囲内である円孔の径を、 他の円孔の径と異ならせている。すなわち、 図4において、中心と点欠陥領域209の中心を� �ぶ線分liと、点欠陥領域209の中心を一端とし て積層面内に伸びるx軸に平行な一の半直線L0 とのなす角度α _i が60°以上120°以下である円孔208iは、なす角� �が60°未満又は120°より大きい円孔よりも、� �が大きい。図4に示した例では、半直線L0と� �間で60°の角度をなす半直線L60と120°の角度� �なす半直線L120との間に中心が存在する円孔( 各半直線上に中心が存在する円孔を含む)の� �d ₂ を、2.5μmとし、他の円孔の径d ₁ を1.5μmとしている。

 第2の実施形態例では、このように異なっ た孔径の円孔を配置することによって、円孔 の配列パターンは図4に符号I、IIで示したよ� �に、点欠陥領域209の中心を通り積層面に垂� �な中心軸Cの周りに、2回の回転対称性を有す るものとなっている。すなわち、中心軸を含 む半平面内におけるVCSELの光電磁界分布は、� ��中心軸を中心として180度回転したときと同� ��である。

 上記円孔配列パターンの対称性に対応し� ��このVCSEL200の偏波モードとしては、2つの偏� ��モードが存在しうるところ、各偏波モード� ��受ける損失は異なるものとなる。第2の実施 形態例では、図4中に示したx方向に平行な電� ��成分を有する偏波モードに対する損失がy方 向に平行な偏波モードに対する損失より小さ くなるので、x方向の偏波モードでの発振が� �配的となる。

 したがって、電極205、206を介して電流を� ��入した場合、これら2つの偏波モードのうち 、損失の小さいx方向の偏波モードのみにお� �て選択的にレーザ発振が起こることになる� �このため、環境温度や駆動電流などの変動� �どによって偏波モードのスイッチングが起� �らない、安定した発振が起こる。

 第2の実施形態例に関し、上記パラメータ を用いて計算を行ったところ、x方向の偏波� �ードでの発振が支配的に起こることが確認� �れ、x方向及びy方向の各偏波モード間の発振 強度の比(直交偏波抑圧比)は、30dB以上の値が 得られた。横モードについては、基本横モー ド発振が確認されている。

 なお、第2の実施形態例では、点欠陥領域 209の中心を一端として積層面内に伸びるx軸� �平行な一の半直線L0と60°の角度をなす半直� �L60と、120°の角度をなす半直線L120との間に� �心が存在する円孔(各半直線上に中心が存在� ��る円孔を含む)の径を、他の円孔の径よりも 大きくしたが、半直線L0と任意の範囲内の角� ��をなす半直線上に中心が存在する円孔の径� ��、他の円孔の径と異ならせても、各偏波モ� ��ド間で損失を異ならせることが可能である� ��

 換言すれば、第2の実施形態例では、点欠陥 領域209の中心を通る一の半直線L0と、中心と� ��欠陥領域の中心を結ぶ線分l _i とのなす角度α _i が所定範囲内にある複数の円孔の径を他の円 孔の径と異ならしめている。このため、中心 軸Cの周りの回転非対称性の程度をさらに強� �ることができるので、発振する偏波モード� �安定性がさらに高まる。

 上記では、複数の空孔(円孔)のうち、特� �の位置にあるものの径を他の円孔の径と異� �らせることとしたが、当該特定の位置の空� �の形状を他の空孔の形状と異なるもの、た� �えば、正方形の孔など円孔以外の形状とし� �もよい。

(第3の実施形態例)
 図6は、本発明の第3の実施形態例によるVCSEL の上面図、図7は断面斜視図である。第3の実� ��形態例は、第1の実施形態例と同様、発振波 長850nmで使用されるフォトニック結晶VCSELで� �り、円孔の配列が異なる点を除き、構成及� �製造方法は同じである。

 第3の実施形態例では、複数の円孔は、中央 部の点欠陥領域309を除いて、周期5μmの正方� �子状に配列されている。点欠陥領域309近傍� �一対の円孔の径d ₂ は、それ以外の円孔の径d ₁ よりも大きくなっている。ここにおいてd ₂ は、3μm、d ₁ は2μmである。円孔の深さは、積層部上面か� �上部反射鏡304の17ペア分に相当する程度であ る。なお、円孔の周期、径、深さは、点欠陥 領域309の光が基本横モードで存在するもので あれば、上記のものに限られない。

第3の実施形態例でも、異なった径の円孔� �配置することによって、円孔の配列パター� �は図6に符号I、IIで示したように、点欠陥領� ��309の中心を通り積層面に垂直な中心軸Cの周 りに、2回の回転対称性を有するものとなっ� �いる。すなわち、中心軸を含む半平面内に� �けるVCSELの光電磁界分布は、該中心軸を中心 として180度回転したときと同等である。

 上記円孔配列パターンの回転対称性に対� ��し、このVCSEL300の偏波モードとしては、2つ� ��偏波モードが存在しうるところ、各偏波モ� ��ドが受ける損失は異なるものとなる。第3の 実施形態例では、図6中に示したx方向(孔径の 大きな円孔の中心を結んだ方向と平行な方向 )に平行な電界成分を有する偏波モードに対� �る損失がy方向(積層面内でx方向に垂直な方� �)に平行な偏波モードに対する損失より大き� ��なるので、y方向の偏波モードでの発振が支 配的となる。

 したがって、電極305、306を介して電流を� ��入した場合、これら2つの偏波モードのうち 、損失の小さいy方向の偏波モードのみにお� �て選択的にレーザ発振が起こることになる� �このため、環境温度や駆動電流などの変動� �どによって偏波モードのスイッチングが起� �らない、安定した発振が起こる。

 第3の実施形態例に関しても、上記パラメ ータを用いて計算を行ったところ、y方向の� �波モードでの発振が支配的に起こることが� �認され、x方向及びy方向の各偏波モード間の 発振強度の比(直交偏波抑圧比)は30dB以上であ った。なお、横モードについては、基本横モ ード発振が確認されている。

 なお、第3の実施形態例では、図6に示すよ� �に、中央の点欠陥領域309を挟んで対向して� �る円孔のうち、最も近接している一対の円� �の径d ₂ を、それ以外の円孔の径d ₁ よりも大きくした。この例では、点欠陥領域 309に最も近い一対の円孔のみの径が他の円孔 の径と異なっているため、点欠陥領域309に存 在する発振レーザ光の電界に対してより効果 的に円孔の径を変化させたことの効果を及ぼ すことができる点で有利である。しかも、点 欠陥領域309の近傍を除く周辺部には、同一径 の円孔が均一に二次元的に分布しており、積 層面内における屈折率の分布に与える擾乱も 少なくて済む。すなわち、発振レーザ光の形 状に対する影響も少なくて済む。

 もっとも、各偏波モードの損失を相違さ� ��るためには、上記のように点欠陥領域309に� ��も近接する一対の空孔の径を変化させるの� ��はなく、点欠陥領域309に最近接しない一対� ��円孔の径を変更させても構わない。

 さらに、図8のように、点欠陥領域309の中心 を通る積層面に平行な一の直線上に中心を有 するすべての円孔の径を、他の円孔の径と異 ならしめてもよい。図8に示した変形例では� �点欠陥領域309の中心を通過するx軸に平行な� ��線L1上に中心が存在する円孔の径d ₁ を、直線L1上に中心がない他の円孔の径d ₂ よりも小さくしているので、図8のx軸方向の� ��波モードに対する損失がy軸方向の偏波モー ドに対する損失よりも小さい。このため、x� �方向の偏波モードにおいて選択的に発振が� �こり、偏波モード間のスイッチングが防止� �れる。このように、点欠陥領域の中心を通� �積層面に平行な一の直線上に中心を有する� �べての円孔の径を、この一の直線上にない� �の円孔の径と異ならしめることによって、� �心軸Cの周りの回転非対称性の程度をさらに� ��めることができるので、発振する偏波モー� ��の安定性がさらに高まる。

 上記では、複数の空孔(円孔)のうち、特� �の位置にあるものの径を他の円孔の径と異� �らせることとしたが、当該特定の位置の空� �の形状を他の空孔の形状と異なるもの、た� �えば、正方形の孔など円孔以外の形状とし� �もよい。

(第4の実施形態例)
 図9は、本発明の第4の実施形態例によるVCSEL の上面図、図10は断面斜視図である。第4の実 施形態例は、第2の実施形態例と同様、発振� �長1300nmで使用されるフォトニック結晶VCSELで あり、円孔の配列が異なる点を除き、構成及 び製造方法は同じである。

 第4の実施形態例では、図9に示すように、� �欠陥領域409の中心を通り積層面内に伸びた� �の半直線との間で、中心と点欠陥領域の中� �とを結ぶ線分のなす角度が所定範囲内であ� �円孔の径を、他の円孔の径と異ならせてい� �。すなわち、図9において、中心と点欠陥領� ��409の中心を結ぶ線分liと、点欠陥領域409の� �心を一端として積層面内に伸びるx軸に平行� ��一の半直線L0とのなす角度α _i が45°以上135°以下である円孔408iは、なす角� �が45°未満又は135°より大きい円孔よりも、� �が大きい。図9に示した例では、半直線L0と45 °の角度をなす半直線L45と、135°の角度をな� �半直線L135との間に中心が存在する円孔(各半 直線上に中心が存在する円孔を含む)の径d ₂ を2.5μm、他の円孔の径d ₁ を1.5μmとしている。

 第4の実施形態例では、このように異なっ た径の円孔を配置することによって、円孔の 配列パターンは図9に符号I、IIで示したよう� �、点欠陥領域409の中心を通り積層面に垂直� �中心軸Cの周りに、2回の回転対称性を有する ものとなっている。すなわち、中心軸を含む 半平面内におけるVCSELの光電磁界分布は、該� ��心軸を中心として180度回転したときと同等� ��ある。

 上記円孔配列パターンの回転対称性に対� ��し、このVCSEL400の偏波モードとしては、2つ� ��偏波モードが存在しうるところ、各偏波モ� ��ドが受ける損失は異なるものとなる。本実� ��形態例では、図9中に示したx方向に平行な� �界成分を有する偏波モードに対する損失がy� ��向に平行な偏波モードに対する損失より小� ��くなるので、x方向の偏波モードでの発振が 支配的となる。

 したがって、電極405、406を介して電流を� ��入した場合、これら2つの偏波モードのうち 、損失の小さいx方向の偏波モードのみにお� �て選択的にレーザ発振が起こることになる� �このため、環境温度や駆動電流などの変動� �どによって偏波モードのスイッチングが起� �らない、安定した発振が起こる。

 第4の実施形態例に関し、上記パラメータ を用いて計算を行ったところ、x方向の偏波� �ードでの発振が支配的に起こることが確認� �れ、x方向及びy方向の各偏波モード間の発振 強度の比(直交偏波抑圧比)は、30dB以上の値が 得られた。横モードについては、基本横モー ド発振が確認されている。

 なお、第4の実施形態例では、点欠陥領域 の中心を一端として積層面内に伸びるx軸に� �行な一の直線L0と45°の角度をなす半直線L45� �、135°の角度をなす半直線L135との間に中心� �存在する円孔(各半直線上に中心が存在する� ��孔を含む)の径を、他の円孔の径よりも大き くしたが、半直線L0と任意の範囲内の角度を� ��す半直線上に中心が存在する円孔の径を、� ��の円孔の径と異ならせても、各偏波モード� ��で損失を異ならせることが可能である。

 換言すれば、図9に示した第4の実施形態例� �は、点欠陥領域409の中心を一端とする一の� �直線L0と、中心と点欠陥領域の中心を結ぶ線 分l _i とのなす角度α _i が所定範囲内にある複数の円孔の径を他の円 孔の径と異ならしめている。このため、中心 軸Cの周りの回転非対称性の程度をさらに強� �ることができるので、発振する偏波モード� �安定性がさらに高まる。

 上記では、複数の空孔(円孔)のうち、特� �の位置にあるものの径を他の円孔の径と異� �らせることとしたが、当該特定の位置の空� �の形状を他の空孔の形状と異なるもの、た� �えば、正方形の孔など円孔以外の形状とし� �もよい。

(第5の実施形態例)
 上記第1乃至第4の実施形態例においては、2� ��元的に周期配列された複数の円孔のうち、� ��定の位置にある円孔の径を他の円孔の径と� ��ならしめることによって、存在可能な偏波� ��ードを2つとし、かつ、この2つのうちの一� �の偏波モードの受ける損失が他の偏波モー� �のうける損失よりも小さくなるようにした� �

 これに対し、第5の実施形態例では、上記 第1乃至第4の実施形態例における場合と同様� ��して特定される円孔内に、発振するレーザ� ��に対して損失を与える損失媒体が充填され� ��いる。第5の実施形態例では、二次元的に配 列した複数の円孔のうち、所定の位置のもの の径が他の円孔の径と異なっていることは、 必ずしも要するものではない。

 図11は、第5の実施形態例に係るVCSELの上面� �、図12は、断面斜視図を示したものである。 第5の実施形態例では、点欠陥領域509以外の� �分に二次元的に周期的に配列された円孔の� �d ₁ は、すべて2μmであり、点欠陥領域を挟んで� �向する一対の円孔の内部にのみ、発振レー� �光に対する損失媒体として、ポリイミド511� �充填されている。これにより、図11のx方向� �偏波モードが受ける損失がy方向の偏波モー� ��が受ける損失よりも大きくなるので、電極5 06、507を介して電流を注入した場合、比較的� ��失の小さいy方向の偏波モードのみにおいて 選択的にレーザ発振が起こることになる。こ のため、環境温度や駆動電流などの変動など によって偏波モードのスイッチングが起こら ない、安定した発振が起こる。

 第5の実施形態例においては、点欠陥領域 を挟んで対向する一対の円孔内に損失媒体を 充填する場合を挙げたが、これに限られるも のではない。第5の実施形態例の変形例とし� �は、点欠陥領域の中心を通り積層面内に伸� �る一の直線上に中心が位置する円孔内に損� �媒体を充填するものであってもよい。

 また、他の変形例としては、点欠陥領域� ��中心を一端として積層面内に伸びる一の半� ��線と、中心と点欠陥領域の中心を結ぶ線分� ��のなす角度が所定範囲内にある円孔内に損� ��媒体を充填してもよい。たとえば、複数の� ��孔が三角格子状に配列された場合において� ��点欠陥領域の中心を一端として積層面内に� ��びる一の半直線と、中心と点欠陥領域の中� ��を結ぶ線分とのなす角度が60度以上120度以� �の範囲内にある円孔内に損失媒体を充填し� �もよいし、複数の円孔が正方格子状に配列� �れた場合において、点欠陥領域の中心を一� �として積層面内に伸びる一の半直線と、中� �と点欠陥領域の中心を結ぶ線分とのなす角� �が45度以上135度以下の範囲内にある円孔内に 、損失媒体を充填してもよい。

 上記いずれの場合においても、円孔配列� ��、点欠陥領域の中心を通り積層面に垂直な� ��向に伸びる軸Cを中心軸とする円孔配列パタ ーンの回転対称性によって決まる存在可能な 複数の偏波モードのうち、一つの偏波モード において選択的にレーザ発振が起こることに なる。このため、環境温度や駆動電流などの 変動などによって偏波モードのスイッチング が起こらない、安定したレーザ発振が実現で きる。

 また、第5の実施形態例において所定の位 置にある円孔に損失媒体を充填させることに 加え、第1乃至第4の実施形態例に述べたよう� ��所定の位置にある円孔の径を他の円孔の径� ��異ならせることを併用してもよい。

(第6の実施形態例)
 図13は、第6の実施形態例に係るVCSELの上面� �である。上記第1乃至第5の実施形態例では、 複数の空孔は、円孔であった。これに対し、 第6の実施形態例では、図13に示すように、正 方形の複数の空孔が、x軸及びy軸の方向に正� ��格子配列されている。そして、本実施形態� ��では、正方形の空孔の各辺が、x軸又はy軸� �平行である。任意の一の空孔608iの対向する2 辺(a _i ,c _i )及び(b _i ,d _i )が他の空孔608jの対応する対向する2辺(a _j ,c _j )及び(b _j ,d _j )と平行となるように配列されている。そし� �、点欠陥領域609を挟んで対向する一対の空� �の大きさが、他の空孔の大きさよりも大き� �なっている。

 第6の実施形態例では、図13に示すように、� ��央の点欠陥領域609を挟んで対向する中央部� ��傍の一対の空孔の大きさd ₂ (正方形の一辺の長さ)は、それ以外の空孔の� ��きさd ₁ よりも大きくなっている。本実施形態例では 、空孔の大きさd ₁ は例えば2μm、d ₂ は3μmである。このように、異なった大きさ� �正方形の孔を配置することによって、空孔� �配列パターンは図13に符号I、IIで示したよう に、点欠陥領域609の中心を通り積層面に垂直 な中心軸Cの周りに、2回の回転対称性を有す� ��ものとなっている(すなわち、中心軸を含む 半平面内におけるVCSELの光電磁界分布は、該� ��心軸を中心として180度回転したときと同等� ��ある。)。

 上記空孔配列パターンの対称性に対応し� ��このVCSEL600の偏波モードとしては、2つの偏� ��モードが存在しうるところ、各偏波モード� ��受ける損失は異なるものとなる。本実施形� ��例では、図13中に示したx方向に平行な電界� ��分を有する偏波モードに対する損失がy方向 に平行な偏波モードに対する損失より大きく なるので、y方向の偏波モードでの発振が支� �的となる。

 したがって、上部電極605、下部電極(不図 示)を介して電流を注入した場合、これら2つ� ��偏波モードのうち、損失の小さいy方向の偏 波モードのみにおいて選択的にレーザ発振が 起こることになる。このため、環境温度や駆 動電流などの変動などによって偏波モードの スイッチングが起こらない、安定した発振が 起こる。

 なお、第6の実施形態例では、第1の実施� �態例に倣い、点欠陥領域609を挟んで対向す� �一対の空孔の大きさを、他の空孔の大きさ� �りも大きくしたが、第2乃至第4の実施形態例 の各々にならい、所定の位置にある空孔の大 きさを他の空孔の大きさと異ならせることが できる。

 また、所定の位置のある空孔の大きさを� ��えることに代えて、空孔の形状を変えても� ��いし、またはこれと併用して、第5の実施形 態例のように、所定の位置にある空孔に、発 振するレーザ光に対して損失を与える、ポリ イミドなどの損失媒体を充填してもよい。

 また、第6の実施形態例では、正方形の空 孔はx軸及びy軸の方向に正方格子配列されて� ��たが、図14のように、x軸及びy軸の方向に正 三角形状に三角格子配列され、正方形の空孔 の各辺が、x軸又はy軸と平行であってもよい� ��

以上、本発明をその好適な実施形態に基づ いて説明したが、本発明のVCSELは、上記実施� ��態にのみ限定されるものではなく、上記実� ��形態の構成から種々の修正及び変更を施し� ��ものも、本発明の範囲に含まれる。