JP2009193979A - 面発光型半導体レーザ、光学装置、光照射装置、情報処理装置、光送信装置、光空間伝送装置および光伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】電気抵抗の低減を図りつつ横モード制御が可能な面発光型半導体レーザを提供する。
【解決手段】ＶＣＳＥＬ１０、基板１２上に形成され、Ａｌを構成元素とする電流狭窄層３２を含む下部ＤＢＲ１４と、活性領域１６と、ポストＰに加工された上部ＤＢＲ１８とを備える。下部ＤＢＲ１４には、ポストＰの外側において、活性領域１６から電流狭窄層３２に到達する複数の孔３０が形成されている。電流狭窄層３２には、ｙ方向に延在する導電領域３８が形成され、上部ＤＢＲ１８の電流狭窄層４０には、ｘ方向に延在する導電領域４４が形成されている。これらの導電領域３８、４４を組み合わせることで、光のｘｙ方向を制御し、横モード制御を可能にしている。また、各導電領域３８、４４は、従来の横モード制御層の導電領域に比べ、その面積を広くすることができ、電気抵抗の低減を図っている。
【選択図】図１

Description

本発明は、面発光型半導体レーザ、光学装置、光照射装置、情報処理装置、光送信装置、光空間伝送装置および光伝送システムに関する。

光ファイバ等を用いたデータ通信、あるいは複写機等の情報処理装置の光源として、２次元アレイ化が容易でありかつ消費電力が小さい面発光型半導体レーザ（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode：以下、ＶＣＳＥＬと呼ぶ）が利用されている。

典型的な酸化型ＶＣＳＥＬは、Ａｌを構成元素として含む半導体層を選択酸化し、これにより電流狭窄および光閉じ込めを同時に行う。このようなＶＣＳＥＬにおいて、レーザ光の基本横モードを制御しようとする場合、被酸化領域の大きさを約５μｍ以下にしればならない。しかし、Ａｌを含む半導体層の酸化距離を制御することは難しく、また、高抵抗による発熱のため特性が劣化する。

このような欠点を解決する方法として、横モード制御層および電流狭窄層を別々に形成することが特許文献１および特許文献２に提案されている。これにより、素子抵抗が低く、かつ高出力の単一基本横モード発振を可能にしている。

また特許文献３は、上部ＤＢＲに散乱損失構造部又は低屈折率領域、空孔を設けることにより、電流密度の均一化を図り、単一基本横モード発振を可能にしている。さらに特許文献４は、上部ＤＢＲに２つの酸化層を形成し、一方の非酸化領域の形状に異方性を持たせることによって、偏光制御を行っている。

特開２００４−２５３４０８号 特開２００５−２５９９５１号 特開２００６−４１１８１号 特開２００５−８６１７０号

上記したいずれの特許文献の場合も、基板上にポストを形成した後、ポスト側面から酸化された酸化領域により導電経路を規定する構造である。基本横モード制御のためには、導電経路の径を少なくとも５μｍよりも小さくしなければならず、この結果、ポスト内の電流経路の抵抗が高くなり、光出力の低下を招いてしまう。さらに、ポスト側面からの酸化を制御し、微細な導電領域を形成することは、再現性も困難であった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、複数の電流狭窄層を組み合わせることで、素子抵抗の低減を図りつつ、基本横モード制御が可能な面発光型半導体レーザを提供することを目的とする。

本発明に係る面発光型半導体レーザは、基板と、前記基板上に形成され、第１導電型の第１の分布型ブラッグ反射鏡と、前記第１の分布型ブラッグ反射鏡上に形成された活性領域と、前記活性領域上に形成された第２導電型の第２の分布型ブラッグ反射鏡と、光軸と直交するｘ−ｙ平面を含み、第１または第２の分布型ブラッグ反射鏡に流れる電流を狭窄する第１の電流狭窄層と、光軸と直交するｘ−ｙ平面を含み、第１または第２の分布型ブラッグ反射鏡に流れる電流を狭窄する第２の電流狭窄層とを有し、前記第１の電流狭窄層には、ｘ方向よりもｙ方向に相対的に大きく延在する第１の導電領域が形成され、前記第２の電流狭窄層には、ｙ方向よりもｘ方向に相対的に大きく延在する第２の導電領域が形成されている。

好ましくは、前記第１の電流狭窄層は、前記第１導電型を有し、前記第１の分布型ブラッグ反射鏡内に形成され、前記第２の電流狭窄層は、前記第２導電型を有し、前記第２の分布型ブラッグ反射鏡内に形成される。また、前記第１の導電領域は、楕円形状または長方形状であり、長手方向がｙ方向に一致し、前記第２の導電領域は、楕円形状または長方形状であり、長手方向がｘ方向に一致する。

好ましくは、前記第１の分布型ブラッグ反射鏡は、少なくとも１つの溝を含み、前記溝は、前記第１の電流狭窄層の側面を露出させ、露出した側面から酸化させた酸化領域に囲まれた前記第１の導電領域を形成する。一方、前記第２の分布型ブラッグ反射鏡は、柱状構造を含み、前記柱状構造は、前記第２の電流狭窄層の側面を露出させ、露出した側面はから酸化させた酸化領域に囲まれた前記第２の導電領域を形成する。

好ましくは、前記第１および第２の電流狭窄層は、イオン注入により形成された絶縁領域と、前記絶縁層に囲まれた第１または第２の導電領域とを含む。さらに、前記第１および第２の導電領域は、レーザ光の基本横モード発振を制御する。例えば、レーザ光の発振波長が９８０ｎｍより短い場合、前記第１の導電領域のｘ方向が３μｍ以下であり、前記第２の導電領域のｙ方向が３μｍ以下である。また、レーザ光の発振波長が１３００ｎｍより長い場合、前記第１の導電領域のｘ方向が５μｍ以下であり、前記第２の導電領域のｙ方向が５μｍ以下である。

本発明によれば、第１および第２の電流狭窄層を組み合わせることで、従来の横モード制御層の導電領域よりも面積が大きい導電領域を形成することができ、素子抵抗を低減することができる。また、第１および第２の電流狭窄層の第１および第２の導電領域の指向性を異ならせることで、レーザ光の基本横モード制御をも可能にしている。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１（ａ）は、本発明の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線で切断したときの概略断面図である。なお、これらの図は、ＶＣＳＥＬの主要な構成を説明するものであり、必ずしもＶＣＳＥＬの最終形態を示すものではない。

同図に示すように、本実施例に係るＶＣＳＥＬ１０は、Ｎ型の基板１２と、基板１２上に形成されたＮ型の分布型ブラッグ反射鏡（Distributed Bragg Reflector:以下、ＤＢＲという）１４と、下部ＤＢＲ１４上に形成された活性領域１６と、活性領域１６上に形成されたＰ型の上部ＤＢＲ１８と、上部ＤＢＲ１８上に形成された環状のｐ側電極２０と、基板１２の裏面に形成されたｎ側電極２２とを含んで構成される。なお、図１（ａ）において、ｐ側電極２０はハッチングで表されている。

基板１２は、好ましくは、ＧａＡｓ等のＮ型の半導体基板から構成され、半導体基板上にエピタキシャル成長により複数の半導体層を積層することで、下部ＤＢＲ１４、活性領域１６および上部ＤＢＲ１８を構成している。好ましくは、下部ＤＢＲ１４および上部ＤＢＲ１８は、Ａｌ組成の異なる１組のＡｌＧａＡｓ半導体層を複数組積層したものであり、各層の膜厚は、１／４λ（λは、発振波長）である。また、上部ＤＢＲ１８は、半導体層をエッチングすることにより楕円柱状のポストＰに加工されている。ここで、ポストＰは、図１（ａ）の平面形状に示すように、ｘ軸上に長軸、ｙ軸上に短軸を有する楕円形状を有している。

ＶＣＳＥＬ１０は、下部ＤＢＲ１４と上部ＤＢＲ１８により垂直共振器を構成する。ｐ側電極２０およびｎ側電極２２からのキャリアの注入により活性領域１６において発生した光は、垂直共振器により増幅され、ｐ側電極２０の中央に形成された楕円状の開口２４からレーザ光として出射される。

従来の典型的なＶＣＳＥＬは、ポスト内の上部ＤＢＲに選択酸化された電流狭窄層により電流狭窄および光閉じ込めを行っているが、本実施例のＶＣＳＥＬ１０は、下部ＤＢＲ１４と上部ＤＢＲ１８のそれぞれに電流狭窄および光閉じ込めを行うための電流狭窄層を形成する。

まず、下部ＤＢＲ１４に形成された電流狭窄層について説明する。ポストＰの中心軸（または光軸）Ｃにおいて、下部ＤＢＲ１４には左右対称となる位置に２つの角柱状の孔３０が形成されている。すなわち、孔３０は、中心軸Ｃから等しい距離にあり、下部ＤＢＲ１４の側面一部を露出させている。また、下部ＤＢＲ１４内に形成された電流狭窄層３２には、電流狭窄および光閉じ込めを行うための酸化領域３４と酸化領域３４によって囲まれた導電領域３８を含む。例えば、下部ＤＢＲ１４がＮ型の1組のＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層およびＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ層（Ｘ＞Ｙ）を含むとき、電流狭窄層３２は、Ｎ型のＡｌＡｓ層またはＡｌ_zＧａ_1-zＡｓ層（Ｚ＞Ｘ）である。このＡｌ_zＧａ_1-zＡｓ層は、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層を置換して形成される。２つの孔３０は、露出する活性領域１６の表面から、下部ＤＢＲ１４内の電流狭窄層３２に至るかあるいはそれを幾分だけ越える深さを有する。

電流狭窄層３２は、孔３０によって露出された側面を有し、この側面から一定の距離だけ酸化される。孔３０が角柱形状である場合、電流狭窄層３２の酸化は、孔３０を中心に等方的に広がり、その停止位置は、酸化時間を制御することにより決定される。図１（ａ）に示すように、１つの孔３０の側面から進行した酸化領域３４の停止位置３６は、近似的に孔３０と同心の角状となる。これにより、中心軸Ｃにおいて、酸化領域３４に両側を挟まれた導電領域３８が形成される。酸化領域３４は、電気的に絶縁された領域であるが、導電領域３８は、電気的に導電性のある領域であり、キャリアを通過させることができる。

導電領域３８は、図１（ａ）に示すように、２つの酸化領域３４の停止位置３６によって規定され、中心軸Ｃに関して、ｘ軸方向よりもｙ軸方向に相対的に大きい長方形状を形成する。停止位置３６よって規定された導電領域３８のｘ方向の幅、すなわち、導電領域３８の短辺ａは、制御する基本横モードに応じて、適宜決定される。導電領域３８の短辺ａは、レーザ光の基本横モードのｘ方向を制御するため、発振波長が１３００ｎｍより長い場合、好ましくは５μｍ以下であり、発振波長が９８０ｎｍよりも短い場合、好ましくは３μｍ以下である。従来のＶＣＳＥＬとは異なり、本実施例の導電領域３８は、酸化領域３４により閉じられた閉面ではないため、ｎ側電極２２から活性領域１６への電流経路が必要以上に絞り込まれることなく、光出力の低下が抑制され、かつ低抵抗化を図ることができる。

次に、上部ＤＢＲ１８に形成された電流狭窄層について説明する。上部ＤＢＲ１８がＰ型のＡｌＧａＡｓ層であるとき、その一部がＰ型のＡｌＡｓ層またはＡｌ組成の高いＡｌＧａＡｓ層に置換される。ここで、電流狭窄層４０の酸化領域４２の酸化距離は、電流狭窄層３２の酸化領域３４の酸化距離よりも短い。酸化距離または酸化速度は、Ａｌの組成に比例し、Ａｌの組成が大きいほど酸化速度または酸化距離が大きくなる。また、電流狭窄層４０の酸化距離を小さくするために電流狭窄層４０の膜厚を電流狭窄層３２の膜厚よりも大きくしても良い。

基板上にポストＰを形成した後に、ポストＰの側面から電流狭窄層４０を一定時間酸化することで、電流狭窄層４０には、酸化領域４２と、酸化領域４２によって囲まれた導電領域４４が形成される。電流狭窄層４０の酸化は、ポストＰの側面からほぼ等方的に内側に向けて進行するため、導電領域４４は、ポストＰの外形を反映した楕円状となる。ここで、導電領域４４は、ポストＰと同様に、その上面がｘ軸上に長軸、ｙ軸上に短軸を有する。導電領域４４の短軸ｂは、レーザ光の基本横モードのｙ方向を制御するため、発振波長が１３００ｎｍより長い場合、好ましくは５μｍ以下、発振波長が９８０ｎｍより短い場合、好ましくは３μｍ以下である。

導電領域４４の中心は、ポストＰの中心軸Ｃにほぼ一致し、さらには下部ＤＢＲ１４内の導電領域３８の中心線上にほぼ一致する。また、酸化領域４２は、電気的に絶縁であり、導電領域４４は、電気的に導電性であり、ｐ側電極２０から注入された電流を狭窄する。

図２（ａ）は、ＶＣＳＥＬ１０に形成された２つの導電領域３８、４４の平面的な模式図である。下部ＤＢＲ１４に形成された導電領域３８と上部ＤＢＲ１８に形成された導電領域４４は、中心軸または光軸Ｃを基準として、長手方向が９０°で交差する関係にある。すなわち、導電領域３８の長辺は、導電領域４４の長軸と直交する。

下部ＤＢＲ１４に形成された導電領域３８の短辺ａは、ｘ方向の電流および光閉じ込めを制御し、上部ＤＢＲ１８に形成された導電領域４４の短軸ｂは、ｙ方向の電流および光閉じ込めを制御する。ｘ方向およびｙ方向の電流および光閉じ込めを制御する導電領域３８、４４を組み合わせることで、図２（ａ）に示すような導電領域３８、４４の重複領域５０（ハッチングで示す）が形成され、当該重複領域５０は、ｘｙ方向の電流および光閉じ込めを制御し、基本横モード発振を可能にする。レーザ光の発振波長が１３００ｎｍよりも大きいとき、重複領域５０の大きさは、好ましくは、５μｍ×５μｍ以下であり、これは、１つの電流狭窄層に５μｍ×５μｍの導電領域を形成するのと等価である。また、レーザ光の発振波長が９８０ｎｍより短い場合、重複領域５０は、３μｍ×３μｍ以下である。

また、図２(ａ)に示す以外にも、導電領域の平面形状を変更しても良い。例えば、ポストＰを、ｘ軸方向に長辺を有する長方形の角柱状にすることで、図２（ｂ）に示すように、電流狭窄層４０の導電領域４４を長方形状にしてもよい。また、ポストＰの外周を覆うような楕円形状の溝を形成することで、図２（ｃ）に示すように、ｘ軸方向よりもｙ軸方向に相対的に大きく延在する楕円形状の導電領域３８を形成してもよい。

ここで、電流狭窄層４０に酸化領域を形成する場合、電流狭窄層４０の酸化速度を、電流狭窄層３２よりも遅くし、電流狭窄層３２と電流狭窄層４０を同時に酸化することによって、大きさと形状の異なる導電領域３８、４４を同時に形成することができる。具体的には、電流狭窄層３２のＡｌの組成や膜厚に対して、電流狭窄層４０のＡｌ組成を低くする、もしくは膜厚を薄くする。例えば、電流狭窄層３２をＡｌＡｓで形成し、電流狭窄層４０をＡｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓで形成することにより、電流狭窄層３２の酸化速度を遅くする。

電流狭窄層４０は、ｙ方向の横モード制御および電流狭窄を行うため、上部ＤＢＲ１８内の活性領域１６直近もしくは１〜４対（pair）離れた場所に位置される。一方、電流狭窄層３２は、基本横モード発振におけるｘ方向の制御をするとともに、抵抗値を低減するため、電流狭窄層４０よりも活性領域１６から離れた下部ＤＢＲ１４内に位置される。例えば活性領域から１〜１５対（pair）離れた場所に位置される。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すＶＣＳＥＬ１０を駆動するとき、下部ＤＢＲ１４および上部ＤＢＲ１８が順方向バイアスとなるようにｐ側電極２０およびｎ側電極２２に電流が印加され、ｐ側電極２０から正孔が注入され、ｎ側電極２２から電子が注入される。

このとき、ｎ側電極２２から活性領域１６へ向かう電流経路は、酸化領域３４によって挟まれた、ｘ方向の制御をする導電領域３８を通過する経路Ｋ１である。導電領域３８は、ｙ軸方向に相対的に大きく延在するため、従来の導電領域を持つ単一の電流狭窄層と比較し、その導電面積が広くなり、電流抵抗の低減を図ることができる。これにより、光出力の低下や抵抗による発熱のための特性劣化を抑制することができる。

また、ｐ側電極２０から活性領域１６へ向かう電流経路Ｋ２は、電流狭窄層４０の導電領域４４を通過するように絞られ、活性領域１６における正孔と電子の結合効率が増加し、発光効率が向上される。その一方で、導電領域４４は、ｘ軸方向に延在するため、従来の導電領域を持つ単一の電流狭窄層と比較し、その面積が広く、抵抗の低減が図られる。

なお、本実施例は、基板上に単一のポストＰが形成されたシングルスポットタイプのＶＣＳＥＬを例示したが、基板上に複数のポストＰを形成し、複数のポスト構造Ｐからレーザ光を出射するマルチビームまたはマルチスポットのＶＣＳＥＬであってもよい。さらに、ＡｌＧａＡｓ系の半導体層を用いたＶＣＳＥＬを例示したが、他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いたＶＣＳＥＬであってもよい。さらに、ポストＰの形状は、円柱状の他、角柱状であってもよいし、下部ＤＢＲに形成する孔および溝の形状や数も適宜変更することが可能である。

次に、本発明の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法について図３および図４を参照して説明する。まず、図３（ａ）に示すように、有機金属気相成長(ＭＯＣＶＤ)法により、ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1ＡｓとＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓとをそれぞれの膜厚が媒質内波長の１／４となるように交互に４０．５周期積層した、キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のＮ型の下部ＤＢＲ１４、アンドープ下部Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓスぺーサー層とアンドープ量子井戸活性層(膜厚７０ｎｍＧａＡｓ量子井戸層３層と膜厚５０ｎｍＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層４層とで構成されている)とアンドープ上部Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓスぺーサー層とで構成された膜厚が媒質内波長となる活性領域１６、その上にＡｌ_0.9Ｇａ_0.1ＡｓとＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓとをそれぞれの膜厚が媒質内波長の１／４となるように交互に３０周期積層したキャリア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3のＰ型の上部ＤＢＲ１８を順次積層する。

下部ＤＢＲ１４には、ｘ方向の電流および光を閉じ込めるためのＮ型のＡｌＡｓからなる電流狭窄層３２が形成されている。また、上部ＤＢＲ１８には、ｙ方向の電流および光を閉じ込めるためのＰ型のＡｌＡｓからなる電流狭窄層４０が形成されている。さらに、基板１２と下部ＤＢＲ１４との間に、キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のＮ型ＧａＡｓバッファ層を形成することができ、上部ＤＢＲ１８の最上層には、キャリア濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3となる膜厚２０ｎｍ程のＰ型ＧａＡｓコンタクト層を形成することができる。

次に、図３（ｂ）に示すように、フォトリソ工程により上部ＤＢＲ１８上にマスクＭ１を形成し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により活性領域１６に到達するまでエッチングする。これにより、活性領域１６上に、楕円状のポストＰが形成される。なお、このエッチングは、必ずしも活性領域１６の表面で停止することなく下部ＤＢＲ１４の一部がエッチングされてもよい。

次に、マスクＭ１を除去し、図３（ｃ）に示すように、下部ＤＢＲ１４に形成すべき孔３０を除く領域にマスクＭ２を形成する。マスクＭ２には、孔３０に対応する開口が形成されている。マスクＭ２を用いて反応性イオンエッチングを行い、少なくとも電流狭窄層３２に到達する深さの孔３０を下部ＤＢＲ１４に形成する。

次に、マスクＭ２を除去した後に、図４（ｄ）に示すように基板の酸化処理を行う。ポストＰ内の電流狭窄層４０は、ポストＰの側面から酸化され、また、下部ＤＢＲ１４内の電流狭窄層３２は、孔３０の側面から酸化される。これにより、ポストＰには、電流狭窄層４０の酸化領域４２によって囲まれた導電領域４４が形成され、下部ＤＢＲ１４には、電流狭窄層３２の酸化領域３４によって挟まれた導電領域３８が形成される。

上記したように、電流狭窄層３２の酸化速度は電流狭窄層４０の酸化速度よりも大きい。このため、電流狭窄層４０の膜厚を、電流狭窄層３２よりも薄くするか、電流狭窄層４０のＡｌの組成を電流狭窄層３２のＡｌ組成よりも小さくする。後者の場合、電流狭窄層は、ＡｌＡｓではなく、ＡｌＧａＡｓ層とすることができる。

次に、図４（ｅ）に示すように、ポストＰの頂部には、Ａｕからなるｐ側電極２０が形成され、基板裏面にはＡｕ／Ｇｅからなるｎ側電極２２が形成される。

こうして、下部ＤＢＲ１４と上部ＤＢＲ１８にそれぞれ酸化領域３４、４２を含む電流狭窄層３２、４０が形成され、レーザ光の横モード制御が行われる。

次に、本実施例の変形例について説明する。上記実施例では、下部ＤＢＲ１４と上部ＤＢＲ１８のそれぞれに電流狭窄層を形成したが、例えば、図５（ａ）に示すＶＣＳＥＬ６０は、ｘ方向の電流および光閉じ込めを制御する酸化領域６２と、ｙ方向の電流および光閉じ込めを制御する酸化領域６４とを上部ＤＢＲ１８に形成してもよい。酸化領域６２、６４に囲まれた２つの導電領域を組み合わせることで、従来の単一の電流狭窄層と同様に、光のｘｙ方向の電流および光閉じ込めを制御することができ、基本横モード発振を可能にする。

また、図５（ｂ）に示すＶＣＳＥＬ８０は、ｘ方向の電流および光閉じ込めを制御する酸化領域８２と、ｙ方向の電流および光閉じ込めを制御する酸化領域８４を下部ＤＢＲ１４に形成している。酸化領域８２、８４に囲まれた２つの導電領域を組み合わせることで、従来の単一の電流狭窄層と同様に、ｘｙ方向の電流および光閉じ込めを制御することができ、基本横モード発振を可能にする。

次に、本実施例のＶＣＳＥＬを利用した光学装置（モジュール）、光照射装置、光送信装置、伝送システム、光伝送装置等について図面を参照して説明する。図６（ａ）は、ＶＣＳＥＬを実装した光学装置の構成を示す断面図である。光学装置３００は、ＶＣＳＥＬが形成されたチップ３１０を、導電性接着剤３２０を介して円盤状の金属ステム３３０上に固定する。導電性のリード３４０、３４２は、ステム３３０に形成された貫通孔（図示省略）内に挿入され、一方のリード３４０は、ＶＣＳＥＬのｎ側電極に電気的に接続され、他方のリード３４２は、ｐ側電極に電気的に接続される。

チップ３１０を含むステム３３０上に矩形状の中空のキャップ３５０が固定され、キャップ３５０の中央の開口内にボールレンズ３６０が固定されている。ボールレンズ３６０の光軸は、チップ３１０のほぼ中心と一致するように位置決めされる。リード３４０、３４２間に順方向の電圧が印加されると、チップ３１０から垂直方向にレーザ光が出射される。チップ３１０とボールレンズ３６０との距離は、チップ３１０からのレーザ光の広がり角θ内にボールレンズ３６０が含まれるように調整される。また、キャップ内に、ＶＣＳＥＬの発光状態をモニターするための受光素子や温度センサを含ませるようにしてもよい。

図６（ｂ）は、他の光学装置の構成を示す図であり、同図に示す光学装置３０２は、ボールレンズ３６０を用いる代わりに、キャップ３５０の中央の開口内に平板ガラス３６２を固定している。平板ガラス３６２の中心は、チップ３１０のほぼ中心と一致するように位置決めされる。チップ３１０と平板ガラス３６２との距離は、平板ガラス３６２の開口径がチップ３１０からのレーザ光の広がり角度θ以上になるように調整される。

図７は、ＶＣＳＥＬを光源として適用した光照射装置の例を示す図である。光照射装置３７０は、図６（ａ）または図６（ｂ）のようにＶＣＳＥＬを実装した光学装置３００または３０２、光学装置３００または３０２からのマルチビームのレーザ光を入射するコリメータレンズ３７２、一定の速度で回転し、コリメータレンズ３７２からの光線束を一定の広がり角で反射するポリゴンミラー３７４、ポリゴンミラー３７４からのレーザ光を入射し反射ミラー３７８を照射するｆθレンズ３７６、ライン状の反射ミラー３７８、反射ミラー３７８からの反射光に基づき潜像を形成する感光体ドラム３８０を備えている。このように、ＶＣＳＥＬからのレーザ光を感光体ドラム上に集光する光学系と、集光されたレーザ光を光体ドラム上で走査する機構とを備えた複写機やプリンタなど、光情報処理装置の光源として利用することができる。

図８は、図６（ｂ）に示す光学装置を光送信装置に適用したときの構成を示す断面図である。光送信装置４００は、ステム３３０に固定された円筒状の筐体４１０、筐体４１０の端面に一体に形成されたスリーブ４２０、スリーブ４２０の開口４２２内に保持されるフェルール４３０、およびフェルール４３０によって保持される光ファイバ４４０を含んで構成される。ステム３３０の円周方向に形成されたフランジ３３２には、筐体４１０の端部が固定される。フェルール４３０は、スリーブ４２０の開口４２２に正確に位置決めされ、光ファイバ４４０の光軸がボールレンズ３６０の光軸に整合される。フェルール４３０の貫通孔４３２内に光ファイバ４４０の芯線が保持されている。

チップ３１０の表面から出射されたレーザ光は、ボールレンズ３６０によって集光され、集光された光は、光ファイバ４４０の芯線に入射され、送信される。上記例ではボールレンズ３６０を用いているが、これ以外にも両凸レンズや平凸レンズ等の他のレンズを用いることができる。さらに、光送信装置４００は、リード３４０、３４２に電気信号を印加するための駆動回路を含むものであってもよい。さらに、光送信装置４００は、光ファイバ４４０を介して光信号を受信するための受信機能を含むものであってもよい。

図９は、図６（ａ）に示す光学装置を空間伝送システムに用いたときの構成を示す図である。空間伝送システム５００は、光学装置３００と、集光レンズ５１０と、拡散板５２０と、反射ミラー５３０とを含んでいる。集光レンズ５１０によって集光された光は、反射ミラー５３０の開口５３２を介して拡散板５２０で反射され、その反射光が反射ミラー５３０へ向けて反射される。反射ミラー５３０は、その反射光を所定の方向へ向けて反射させ、光伝送を行う。

図１０（ａ）は、ＶＣＳＥＬを光源に利用した光伝送システムの一構成例を示す図である。光伝送システム６００は、ＶＣＳＥＬが形成されたチップ３１０を含む光源６１０と、光源６１０から放出されたレーザ光の集光などを行う光学系６２０と、光学系６２０から出力されたレーザ光を受光する受光部６３０と、光源６１０の駆動を制御する制御部６４０とを有する。制御部６４０は、ＶＣＳＥＬを駆動するための駆動パルス信号を光源６１０に供給する。光源６１０から放出された光は、光学系６２０を介し、光ファイバや空間伝送用の反射ミラーなどにより受光部６３０へ伝送される。受光部６３０は、受光した光をフォトディテクターなどによって検出する。受光部６３０は、制御信号６５０により制御部６４０の動作（例えば光伝送の開始タイミング）を制御することができる。

図１０（ｂ）は、光伝送システムに利用される光伝送装置の概観構成を示す図である。光伝送装置７００は、ケース７１０、光信号送信／受信コネクタ接合部７２０、発光／受光素子７３０、電気信号ケーブル接合部７４０、電源入力部７５０、動作中を示すＬＥＤ７６０、異常発生を示すＬＥＤ７７０、ＤＶＩコネクタ７８０を含み、内部に送信回路基板／受信回路基板を有している。

光伝送装置７００を用いた映像伝送システムを図１１に示す。映像伝送システム８００は、映像信号発生装置８１０で発生された映像信号を、液晶ディスプレイなどの画像表示装置８２０に伝送するため、図１０（ｂ）に示す光伝送装置を利用している。すなわち、映像伝送システム８００は、映像信号発生装置８１０、画像表示装置８２０、ＤＶＩ用電気ケーブル８３０、送信モジュール８４０、受信モジュール８５０、映像信号伝送光信号用コネクタ８６０、光ファイバ８７０、制御信号用電気ケーブルコネクタ８８０、電源アダプタ８９０、ＤＶＩ用電気ケーブル９００を含んでいる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本発明に係るＶＣＳＥＬは、光情報処理や光高速データ通信の分野で利用することができる。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略平面図、図１（ｂ）は、そのＡ−Ａ線概略断面図である。 ２つの導電領域の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施例に係るＶＣＳＥＬの変形例を示す図である。 本発明の実施例に係るＶＣＳＥＬに光学部品を実装したモジュールの構成を示す概略断面図である。 ＶＣＳＥＬを使用した光源装置の構成例を示す図である。 図６に示す光学装置を用いた光送信装置の構成を示す概略断面図である。 図６に示す光学装置を伝送システムに用いたときの構成を示す図である。 図１０（ａ）は、光伝送システムの構成を示すブロック図、図１０（ｂ）は、光伝送装置の外観構成を示す図である。 図１０（ｂ）の光伝送装置を利用した映像伝送システムを示す図である。

符号の説明

１０：ＶＣＳＥＬ １２：基板
１４：下部ＤＢＲ １６：活性領域
１８：上部ＤＢＲ ２０：ｐ側電極
２２：ｎ側電極 ２４：開口
３０：孔 ３２：電流狭窄層
３４：酸化領域 ３６：酸化領域の停止位置
３８：導電領域 ４０：電流狭窄層
４２：酸化領域 ４４：導電領域
５０：導電領域の重複領域 ６０：ＶＣＳＥＬ
６２、６４：酸化領域 ８０：ＶＣＳＥＬ
８２、８４：酸化領域

Claims (15)

1. 基板と、
   前記基板上に形成され、第１導電型の第１の分布型ブラッグ反射鏡と、
   前記第１の分布型ブラッグ反射鏡上に形成された活性領域と、
   前記活性領域上に形成された第２導電型の第２の分布型ブラッグ反射鏡と、
   光軸と直交するｘ−ｙ平面を含み、第１または第２の分布型ブラッグ反射鏡に流れる電流を狭窄する第１の電流狭窄層と、
   光軸と直交するｘ−ｙ平面を含み、第１または第２の分布型ブラッグ反射鏡に流れる電流を狭窄する第２の電流狭窄層とを有し、
   前記第１の電流狭窄層には、ｘ方向よりもｙ方向に相対的に大きく延在する第１の導電領域が形成され、前記第２の電流狭窄層には、ｙ方向よりもｘ方向に相対的に大きく延在する第２の導電領域が形成された、面発光型半導体レーザ。
2. 前記第１の電流狭窄層は、前記第１導電型を有し、前記第１の分布型ブラッグ反射鏡内に形成され、前記第２の電流狭窄層は、前記第２導電型を有し、前記第２の分布型ブラッグ反射鏡内に形成される、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
3. 前記第１の導電領域は、楕円形状または長方形状であり、長手方向がｙ方向に一致し、前記第２の導電領域は、楕円形状または長方形状であり、長手方向がｘ方向に一致する、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ。
4. 前記第１の分布型ブラッグ反射鏡は、少なくとも１つの溝を含み、前記少なくとも１つの溝は、前記第１の電流狭窄層の側面を露出させ、露出した側面から酸化された酸化領域は前記第１の導電領域を包囲する、請求項１ないし３いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
5. 前記第２の分布型ブラッグ反射鏡は、柱状構造を含み、前記柱状構造は、前記第２の電流狭窄層の側面を露出させ、露出した側面から酸化された酸化領域は前記第２の導電領域を包囲する、請求項１ないし４いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
6. 前記第１または第２の電流狭窄層は、イオン注入により形成された絶縁領域を含み、前記絶縁領域は第１または第２の導電領域を包囲する、請求項１ないし５いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
7. 前記第１および第２の電流狭窄層は、レーザ光の基本横モード発振を制御する、請求項１ないし６いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
8. レーザ光の発振波長が９８０ｎｍより短い場合、前記第１の導電領域のｘ方向が３μｍ以下であり、前記第２の導電領域のｙ方向が３μｍ以下である、請求項１ないし７いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
9. レーザ光の発振波長が１３００ｎｍより長い場合、前記第１の導電領域のｘ方向が５μｍ以下であり、前記第２の導電領域のｙ方向が５μｍ以下である、請求項１ないし７いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
10. 請求項１ないし９いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザと、面発光型半導体レーザに電気的に接続された電気接続端子と、面発光型半導体レーザから出射された光を入射する光学部品とを備えた光学装置。
11. 請求項１ないし９いずれか１つに記載された面発光型半導体レーザと、面発光型半導体レーザから発せられた光をレンズおよびミラーの少なくとも１つを含む光学部品を介して照射する照射手段と備えた、光照射装置。
12. 請求項１０に記載された光学装置と、面発光型半導体レーザから発せられた光を送信する送信手段とを備えた、情報処理装置。
13. 請求項１０に記載された光学装置と、面発光型半導体レーザから発せられた光を送信する送信手段とを備えた、光送信装置。
14. 請求項１０に記載された光学装置と、面発光型半導体レーザから発せられた光を空間伝送する伝送手段とを備えた、光空間伝送装置。
15. 請求項１０に記載された光学装置と、面発光型半導体レーザから発せられた光を伝送する伝送手段とを備えた、光伝送システム。

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