JP2011134746A - 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高次横モード発振を抑制し高出力の基本横モード発振を得ることができる面発光型半導体レーザを提供する。
【解決手段】面発光型半導体レーザ１０は、基板１００と、ｎ型の下部ＤＢＲ１０２と、活性領域１０４と、ｐ型の上部ＤＢＲ１０６と、基板上に形成されたメサＭと、メサＭ内に形成され、選択的に酸化された酸化領域１０８Ａによって囲まれた導電領域１０８Ｂを有する電流狭窄層１０８と、メサＭの頂部に形成され、光出射口１１０Ａを規定する環状のｐ側電極１１０と、光出射口１１０Ａを覆う第１の絶縁膜１１２と、第１の絶縁膜の屈折率よりも大きい屈折率を有する環状の第２の絶縁膜１１４とを有する。光出射口１１０Ａの第２の絶縁膜１１４が存在する領域の反射率は、第１の絶縁膜１１２のみが存在する領域の反射率よりも小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置に関する。

面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）は、通信装置や画像形成装置の光源に利用されている。このような光源に利用される面発光型半導体レーザとっては、単一横モードでありかつ大きな光出力が要求される。一般に、面発光型半導体レーザでは、電流狭窄領域を小さくすることで単一横モード発振するように設計されるが、電流狭窄領域を小さくすると光出力も小さくなる。そこで、面発光型半導体レーザにおける、出射領域の中央領域では主に基本横モードで、周辺領域では主に高次横モードで発振するという性質を利用して、出射領域内に新たに絶縁膜を形成したり（特許文献１、２）、出射領域内の最上層をエッチングするなどして、出射領域内の反射率を制御し、光出力を低下させることなく単一横モード発振させる技術（特許文献３）が報告されている。

特開２００１−１５６３９５号公報 特表２００４−５２９４８７号公報 特開２００３−１１５６３４号公報

本発明は、高次横モード発振を抑制し高出力の基本横モード発振を得ることができる面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置
を提供することを目的とする。

請求項１に係る面発光型半導体レーザは、基板と、基板上に形成された第１導電型の第１の半導体多層膜反射鏡と、第１の半導体多層膜反射鏡上に形成された活性領域と、活性領域上に形成された第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡と、前記基板上に形成され、前記第２の半導体多層膜反射鏡から前記第１の半導体多層膜反射鏡に至る柱状構造と、前記柱状構造内に形成され、選択的に酸化された酸化領域によって囲まれた導電領域を有する電流狭窄層と、前記柱状構造の頂部に形成され、前記第２の半導体多層膜反射鏡と電気的に接続され、かつ光出射口を規定する環状の第１の電極と、発振波長を透過可能な第１の屈折率を有する材料から構成され、前記第１の電極の光出射口によって露出された第２の半導体多層膜反射鏡を覆う第１の絶縁膜と、発振波長を透過可能でありかつ第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率を有する材料から構成され、前記光出射口内の中央部の第１の絶縁膜が露出されるように第１の絶縁膜上に形成される第２の絶縁膜とを有し、第２の絶縁膜が形成された第２の領域の第２の半導体多層膜反射鏡の反射率は、第１の絶縁膜のみが形成された第１の領域の反射率よりも低く、第２の絶縁膜の第１の絶縁膜を露出させる開口の径は、前記導電領域の径よりも小さい。
請求項２において、面発光型半導体レーザはさらに、前記柱状構造の少なくとも側部を覆う第３の絶縁膜を有し、第３の絶縁膜は、第２の絶縁膜と同一材料によって構成される。
請求項３において、第１の絶縁膜の膜厚は、（２ａ−１）λ／２ｎ_１（ａは、整数、λは発光波長、ｎ_１は屈折率）、第２の絶縁膜の膜厚は、（２ｂ−１）λ／４ｎ_２（ｂは、整数、ｎ_２は、屈折率）である。
請求項４において、第１の絶縁膜は、酸窒化珪素（ＳｉＯＮ）から構成され、第２の絶縁膜は、窒化珪素（ＳｉＮ）から構成される。
請求項５に係る基板上に柱状構造を有する面発光型半導体レーザの製造方法は、基板上に、第１導電型の第１の半導体多層膜反射鏡、活性領域、導電性の電流狭窄層、第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡を含む半導体層を積層し、光出射口を規定する環状の第１の電極を前記第２の半導体多層膜反射鏡上に形成し、発振波長に対して第１の屈折率を有する材料から構成され、前記第１の電極の光出射口を覆う第１の絶縁膜を形成し、第２の半導体多層膜反射鏡から第１の半導体多層膜反射鏡に至る前記半導体層をエッチングし、前記第１の電極および第１の絶縁膜を頂部に含む前記柱状構造を前記基板上に形成し、前記柱状構造内の電流狭窄層を選択的に酸化し、電流狭窄層内に酸化領域と当該酸化領域によって囲まれた導電領域を形成し、前記柱状構造を含む基板全体に、前記第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率を有する材料から構成される第２の絶縁膜を形成し、前記柱状構造の頂部の第２の絶縁膜を選択的に除去することで、前記第１の絶縁膜上に前記導電領域の径よりも小さい径を有する環状の第２の絶縁膜を形成し、第２の絶縁膜が形成された第２の領域の第２の半導体多層膜反射鏡の反射率は、第１の絶縁膜のみが形成された第１の領域の反射率よりも低い。
請求項６において、第１の絶縁膜の膜厚は、（２ａ−１）λ／２ｎ_１（ａは、整数、λは発光波長、ｎ_１は屈折率）、第２の絶縁膜の膜厚は、（２ｂ−１）λ／４ｎ_２（ｂは、整数、ｎ_２は、屈折率）である。
請求項７に係る面発光型半導体レーザ装置は、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と、前記面発光型半導体レーザからの光を入射する光学部材とを実装する。
請求項８に係る光伝送装置は、請求項７に記載された面発光型半導体レーザ装置と、前記面発光型半導体レーザ装置から発せられたレーザ光を光媒体を介して伝送する伝送手段とを備える。
請求項９に係る情報処理装置は、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と、前記面発光型半導体レーザから出射されるレーザ光を記録媒体に集光する集光手段と、前記集光手段により集光されたレーザ光を前記記録媒体上で走査する機構とを有する。

請求項１によれば、第２の絶縁膜を持たない構成の面発光型半導体レーザと比較して、第２の領域における高次横モード発振を抑制し、第１の領域における基本横モード発振を促進することができる。
請求項２によれば、第２の絶縁膜を構成する材料と第３の絶縁膜を構成する材料が異なる場合に比べて面発光型半導体レーザの構成を簡易にすることができる。
請求項３によれば、第２の領域の反射率を第１の領域の反射率よりも効果的に小さくすることができる。
請求項４によれば、高次横モードの発振を効果的に抑制することができる。
請求項５によれば、面発光型半導体レーザの製造を容易にすることができる。
請求項６によれば、第２の領域の反射率を第１の領域の反射率よりも効果的に小さくすることができる。
請求項７ないし９によれば、高出力の基本横モード発振された面発光型半導体レーザを利用した面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置を提供することができる。

本発明の第１の実施例に係る面発光型半導体レーザの平面図とそのＡ−Ａ線断面図である。 図１に示す面発光型半導体レーザのメサ頂部の平面図である。 本実施例と比較構造における、光出射口の領域１と領域２の反射率を示す表である。 図４Ａは、本実施例の領域１の反射率のシミュレーション結果を示す図、図４Ｂは、本実施例の領域２の反射率のシミュレーション結果を示す図である。 図５Ａは、比較構造１の領域２の反射率のシミュレーション結果を示す図、図５Ｂは、比較構造２の領域２の反射率のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る面発光型半導体レーザの製造工程を説明する断面図である。 本発明の第２の実施例に係る面発光型半導体レーザの製造工程を説明する断面図である。 本実施例の面発光型半導体レーザに光学部材を実装した面発光型半導体レーザ装置の構成を示す概略断面図である。 本実施例の面発光型半導体レーザを使用した光源装置の構成例を示す図である。 図８Ａに示す面発光型半導体レーザ装置を用いた光伝送装置の構成を示す概略断面図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明では、選択酸化型の面発光型半導体レーザを例示し、面発光型半導体レーザをＶＣＳＥＬと称する。なお、図面のスケールは、発明の特徴を分かり易くするために強調しており、必ずしも実際のデバイスのスケールと同一ではないことに留意すべきである。

図１は、本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略断面図である。同図に示すように、本実施例のＶＣＳＥＬ１０は、ｎ型のＧａＡｓ基板１００上に、Ａｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｎ型の下部分布ブラック型反射鏡（Distributed Bragg Reflector：以下、ＤＢＲという）１０２、下部ＤＢＲ１０２上に形成された、上部および下部スペーサ層に挟まれた量子井戸層を含む活性領域１０４、活性領域１０４上に形成されたＡｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｐ型の上部ＤＢＲ１０６を積層している。

ｎ型の下部ＤＢＲ１０２は、例えば、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層とのペアの複数層積層体で、各層の厚さはλ／４ｎ_ｒ（但し、λは発振波長、ｎ_ｒは媒質の屈折率）であり、これらを交互に４０周期で積層している。ｎ型不純物であるシリコンをドーピングした後のキャリア濃度は、例えば、３×１０¹⁸ｃｍ^-3である。

活性領域１０４の下部スペーサ層は、アンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓ層であり、量子井戸活性層は、アンドープＡｌ_0.１１Ｇａ_0.８９Ａｓ量子井戸層およびアンドープのＡｌ_0.３Ｇａ_0.７Ａｓ障壁層であり、上部スペーサ層は、アンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓ層である。

ｐ型の上部ＤＢＲ１０６は、例えば、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層とのペアの複数層積層体で、各層の厚さはλ／４ｎ_ｒであり、これらを交互に２４周期積層してある。ｐ型不純物であるカーボンをドーピングした後のキャリア濃度は、例えば、３×１０¹⁸ｃｍ^-3である。また、上部ＤＢＲ１０６の最上層には、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０６Ａが形成され、上部ＤＢＲ１０６の内部には、ｐ型ＡｌＡｓからなる電流狭窄層１０８が形成される。電流狭窄層１０８は、活性領域１０４に近接することが好ましく、上部ＤＢＲ１０６の最下層に形成されるようにしてもよい。

上部ＤＢＲ１０６から下部ＤＢＲ１０２の一部に至る半導体層をエッチングすることにより、基板１００上に円筒状のメサ（柱状構造）Ｍが形成される。電流狭窄層１０８は、メサＭの側面で露出され、当該側面から選択的に酸化された酸化領域１０８Ａと酸化領域１０８Ａによって囲まれた導電領域（酸化アパーチャ）１０８Ｂとを有する。電流狭窄層１０８の酸化工程において、ＡｌＡｓ層の酸化速度は、ＡｌＧａＡｓ層よりも速く、メサＭの側面から内部に向けてほぼ一定の速度で酸化が進行する。このため、導電領域１０８Ｂの基板１００の主面と平行な面内の平面形状は、メサＭの外形を反映した円形状となり、その中心は、メサＭの軸方向の中心、すなわち光軸と一致する。導電領域１０８Ｂの径は、高次横モード発振が生じさせる大きさであることができ、例えば、７８０ｎｍの波長帯で、５ミクロンまたはそれ以上とすることができる。

メサＭの頂部には、金属製の環状のｐ側電極１１０が形成される。ｐ側電極１１０は、例えば、ＡｕまたはＴｉ／Ａｕなどを積層した金属から構成され、上部ＤＢＲ１０６のコンタクト層１０６Ａにオーミック接続される。ｐ側電極１１０の中央には、円形状の開口が形成され、当該開口は、光出射口１１０Ａを規定する。光出射口１１０Ａの径は、導電領域１０８Ｂの径よりも幾分大きく、光出射口１１０Ａの中心は、導電領域１１０Ｂの中心とほぼ一致する。

ｐ側電極１１０の光出射口１１０Ａによって露出された領域は、円形状の第１の絶縁膜１１２によって覆われる。第１の絶縁膜１１２は、発振波長の光を透過可能な材料から構成され、かつ上部ＤＢＲ１０６の半導体層の屈折率よりも小さい屈折率を有する。さらに第１の絶縁膜１１２の膜厚は、発振波長の１／２の奇数倍、つまり（２ａ−１）λ／２ｎ_１（ａは、整数、λは発光波長、ｎ_１は屈折率）である。第１の絶縁膜１１２は、例えば、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＴｉＯ_２などの材料から構成される。図示する例では、第１の絶縁膜１１２の外径は、光出射口１１０Ａと同一であるが、第１の絶縁膜１１２の外径は、その端部がｐ側電極１１０上に延在するように光出射口１１０Ａよりも大きくても良い。

第１の絶縁膜１１２上には、幅Ｗを有する環状の第２の絶縁膜１１４が形成される。第２の絶縁膜１１４は、発振波長の光を透過可能な材料から構成され、第１の絶縁膜１１２の屈折率よりも大きな屈折率を有する。さらに第２の絶縁膜１１４の膜厚は、発振波長の１／４の奇数倍、つまり（２ｂ−１）λ／４ｎ_２（ｂは、整数、ｎ_２は、屈折率、ｎ_２＞ｎ_１）である。第２の絶縁膜１１４は、例えば、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＴｉＯ_２などの材料から構成される。第２の絶縁膜１１４の中心は、導電領域１０８Ｂの中心にほぼ一致し、かつ第２の絶縁膜１１４の開口部の径（第１の絶縁膜を露出する径）は、導電領域１０８Ｂの径よりも小さい。好ましくは第２の絶縁膜１１４の幅Ｗは、高次横モードが生成される領域に対応する。図示する例では、第２の絶縁膜１１４の外径は、第１の絶縁膜１１２の外径と一致しているが、これに限らず、第２の絶縁膜１１４の端部は、ｐ側電極１１０上に延在してもよい。

メサＭの頂部において、ｐ側電極１１０よりも外側の部分は、層間絶縁膜１１６によって覆われ、この層間絶縁膜１１６は、メサＭの側面および底面を覆うように延在する。後述するように、好ましくは、層間絶縁膜１１６は、第２の絶縁膜１１４と同一材料で構成され、第２の絶縁膜１１４と層間絶縁膜１１６とは同時にパターン形成することができる。基板１００の裏面には、下部ＤＢＲ１０２と電気的に接続されるｎ側電極１１８が形成される。

図２は、図１のＶＣＳＥＬのメサ頂部の平面図を示している。本実施例のＶＣＳＥＬ１０では、図１に示したように、光出射口１１０Ａ内の構造が中央部と周縁部で異なっている。図２に示す中央の円形状の領域１は、第１の絶縁膜１１２のみが存在する領域、すなわち第２の絶縁膜１１４によって第１の絶縁膜１１２が露出された領域である。環状の領域２（分かり易くするためハッチングで表示）は、第１の絶縁膜１１２上に第２の絶縁膜１１４が積層された領域である。

領域２は、第１の絶縁膜１１２よりも屈折率の高い第２の絶縁膜１１４を有しかつ第１の絶縁膜１１２の膜厚をλ／２、第２の絶縁膜１１４の膜厚をλ／４とすることで、領域２における上部ＤＢＲ１０６の反射率を、領域１における上部ＤＢＲ１０６の反射率よりも低くしている。これにより、光軸近傍で生成される基本横モードの発振が領域１で促進され、他方、光軸から離れた部分で生成される高次横モードの発振が領域２で抑制される。その結果、導電領域１０８Ｂの径を大きくしても、高次横モード発振が抑制されるので、高出力の基本横モード発振を得ることが可能になる。

図３は、本実施例と比較構造における光出射口の領域１、２の反射率を例示する表、図４および図５は、上部ＤＢＲがＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層の２４周期からなるときの反射率を求めたシミュレーション結果である。本実施例の好ましい例では、第１の絶縁膜１１２が、膜厚λ／２のＳｉＯＮ（屈折率＝１．５７）から構成され、第２の絶縁膜１１４が、膜厚λ／４のＳｉＮ（屈折率＝１．９２）から構成される。このとき、上部ＤＢＲの領域１の反射率は、９９．６７７％であり、領域２の反射率は、９８．８１７％である。領域１と領域２の反射率差は、０．８６９％である。図４Ａは、領域１の上部ＤＢＲの反射率のプロファイルを示し、図４Ｂは、領域２の上部ＤＢＲの反射率のプロファイルを示している。

比較構造１は、第１の絶縁膜１１２が、膜厚λ／２のＳｉＯＮから構成され、第２の絶縁膜１１４が、膜厚λ／２のＳｉＮから構成される。このとき、領域２の上部ＤＢＲの反射率は、９９．６７７％であり、反射率差は、０％である。図５Ａは、領域２の反射率のプロファイルを示している。

比較構造２は、第１の絶縁膜１１２が、膜厚λ／２のＳｉＯＮから構成され、第２の絶縁膜１１４が、膜厚λ／４のＳｉＯＮから構成される。このとき、領域２の上部ＤＢＲの反射率は、９９．２０６％であり、反射率差は、０．４７１％である。領域２の反射率のプロファイルは、図５Ｂに示す通りである。

比較構造３は、第１の絶縁膜１１２が、膜厚λ／４のＳｉＯＮと膜厚λ／４のＳｉＮの積層から構成され、第２の絶縁膜１１４が、膜厚λ／４のＳｉＯＮから構成される。このとき、領域１の反射率は、９９．７８３％であり、領域２の反射率は、９９．２０６％であり、反射率差は、０．５７７％である。

このように、λ／２の奇数倍の膜厚をもつ第１の絶縁膜１１２上に、λ／４の奇数倍の膜厚をもち第１の絶縁膜１１２の屈折率よりも小さい屈折率をもつ第２の絶縁膜１１４を形成することで、領域２の反射率を、領域１の反射率よりも低減させることができる。上部ＤＢＲ１０６の反射率が、おおよそ９９％以下になると、レーザ発振することが難しくなることが知られている。

第１の絶縁膜１１２と第２の絶縁膜１１４の屈折率の差が大きくなるような組合せを選択することが望ましい。これにより、領域１と領域２の反射率差を大きくすることができ、言い換えれば、領域２の反射率を領域１よりも効果的に小さくすることができる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。第２の実施例は、ＶＣＳＥＬの好ましい製造方法に関し、その製造方法について図６および図７を参照して説明する。先ず、図６Ａに示すように有機金属気相成長(ＭＯＣＶＤ)法により、ｎ型ＧａＡｓ基板１００上に、キャリア濃度２×１０¹⁸ｃｍ^-3のＡｌ_0.9Ｇａ_0.1ＡｓとＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ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周期積層したｎ型の下部ＤＢＲ１０２、アンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓの下部スペーサ層、アンドープＡｌ_0.１１Ｇａ_0.８９Ａｓ量子井戸層およびアンドープのＡｌ_0.３Ｇａ_0.７Ａｓ障壁層、アンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓの上部スペーサ層で構成された活性領域１０４、キャリア濃度が３×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型のＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層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２４周期積層したｐ型の上部ＤＢＲ１０６が積層される。上部ＤＢＲ１０６の最上層には、キャリア濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3のｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０６Ａが形成され、上部ＤＢＲ１０６の最下層もしくはその内部には、ｐ型ＡｌＡｓ層１０８が形成される。ここでは例示しないが、基板１００と下部ＤＢＲ１０２の間に、バッファ層などを介在させてもよい。

次に、公知のフォトリソ工程を用いて、コンタクト層１０６Ａ上にレジストパターンが形成され、リフトオフ工程により、コンタクト層１０６Ａ上にＡｕ／Ｔｉからなる環状のｐ側電極１１０が形成される。次に、ＣＶＤにより基板全面にＳｉＯＮが被着され、ＳｉＯＮをパターンニングすることで、ｐ側電極１１０の開口部である光出射口１１０Ａを覆う円形状の第１の絶縁膜１１２が形成される。第１の絶縁膜１１２は、光出射口１１０Ａを被覆することによって、以降のプロセスにおいて生じる汚染やパーティクルから光出射口１１０Ａを保護する。

次に、図６Ｂに示すように、ｐ側電極１１０および第１の絶縁膜１１２を含む領域上にフォトリソ工程を用いて円形状のマスクが形成される。次に、例えば三塩化ホウ素をエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチングにより上部ＤＢＲ１０６から下部ＤＢＲ１０２の一部に至る半導体層をエッチングし、円筒状のメサＭが形成される。これにより、メサＭの側面には、ＡｌＡｓ層１０８が露出される。次に、例えば３４０℃の水蒸気雰囲気に基板を一定時間晒し酸化処理を行い、メサＭの側面から一定距離だけ酸化された酸化領域１０８ＡがＡｌＡｓ層１０８内に形成される。酸化領域１０８Ａによって囲まれた導電領域１０８Ｂの平面視野の径は、従来の単一横モードに必要とされた径（例えば、３ミクロン）よりも大きく、高次横モードを生じさせる大きさ、例えば５ミクロンになるように酸化制御される。

次に、マスクを除去し、図７Ａに示すように基板全面にＳｉＮからなる層間絶縁膜１１６が形成される。層間絶縁膜１１６は、メサＭの頂部の膜厚が媒質内波長の１／４となるように調整される。次に、図７Ｂに示すようにフォトリソ工程を用いてマスクが形成され、マスクによって露出された層間絶縁膜１１６がエッチングにより除去される。好ましくは、層間絶縁膜１１６と第１の絶縁膜１１２の選択比がとれるエッチング条件で層間絶縁膜１１６がエッチングされ、例えば、ＳＦ_６＋Ｏ_２のエッチャントを用いた反応性イオンエッチングが実施される。これにより、メサＭの頂部には、ｐ側電極１１０へのコンタクトホール１２０が形成されるとともに、第１の絶縁膜１１２上に環状の第２の絶縁膜１１４が形成される。その後、コンタクトホール１２０を介してｐ側電極１１０に接続される金属配線が形成され、また基板裏面にｎ側電極１１８が形成される。

本実施例の製造方法によれば、第２の絶縁膜１１４を層間絶縁膜１１６と同時に形成することで、マスクパターンを変更するだけで第２の絶縁膜１１４を形成することができ、低コストでの量産が可能になる。また、第１の絶縁膜１１２によって光出射口１１０Ａを保護した状態でプロセスが進められるため、ＶＣＳＥＬの信頼性にも有利に働く。また、特許文献３に示されるように、コンタクト層をエッチングしその層内に絶縁層を形成する場合には、エッチングの停止を精度良く行うことが困難であり、エッチングされた層の膜厚が一定でなくなると反射率が変動するおそれがあり、再現性のある構成を得ることが難しくなるが、本実施例では、そのようなことはない。

上記実施例では、ＡｌＡｓから構成された電流狭窄層を例示したが、電流狭窄層は、Ａｌ組成を他のＤＢＲの高Ａｌ組成よりも高いＡｌＧａＡｓ層であってもよい。さらに、電流狭窄層の導電領域（酸化アパーチャ）の径は、要求される光出力などに応じて適宜変更することができる。さらに上記実施例では、ＧａＡｓ系のＶＣＳＥＬを例示したが、本発明は、他のＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体を用いたＶＣＳＥＬにも適用することができる。さらに上記実施例では、シングルスポットのＶＣＳＥＬを例示したが、基板上に多数のメサ（発光部）が形成されたマルチスポットのＶＣＳＥＬあるいはＶＣＳＥＬアレイであってもよい。

次に、本実施例のＶＣＳＥＬを利用した面発光型半導体レーザ装置、光情報処理装置および光伝送装置について図面を参照して説明する。図８Ａは、ＶＣＳＥＬと光学部材を実装（パッケージ）した面発光型半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。面発光型半導体レーザ装置３００は、長共振器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３５２内に光学部材のボールレンズ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８Ｂは、他の面発光型半導体レーザ装置の構成を示す図であり、同図に示す面発光型半導体レーザ装置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３５２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９は、ＶＣＳＥＬを光情報処理装置の光源に適用した例を示す図である。光情報処理装置３７０は、図８Ａまたは図８Ｂのように長共振器ＶＣＳＥＬを実装した面発光型半導体レーザ装置３００または３０２から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(記録媒体)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１０は、図８Ａに示す面発光型半導体レーザ装置を光伝送装置に適用したときの構成を示す断面図である。光伝送装置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、光伝送装置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、光伝送装置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。

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。

１０、１０Ａ：長共振器ＶＣＳＥＬ
１００：基板
１０２：下部ＤＢＲ
１０４：活性領域
１０６：上部ＤＢＲ
１０６Ａ：コンタクト層
１０８：電流狭窄層
１０８Ａ：酸化領域
１０８Ｂ：導電領域
１１０：ｐ側電極
１１０Ａ：光出射口
１１２：第１の絶縁膜
１１４：第２の絶縁膜
１１６：層間絶縁膜
１１８：ｎ側電極
１２０：コンタクトホール

Claims (9)

1. 基板と、
   基板上に形成された第１導電型の第１の半導体多層膜反射鏡と、
   第１の半導体多層膜反射鏡上に形成された活性領域と、
   活性領域上に形成された第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡と、
   前記基板上に形成され、前記第２の半導体多層膜反射鏡から前記第１の半導体多層膜反射鏡に至る柱状構造と、
   前記柱状構造内に形成され、選択的に酸化された酸化領域によって囲まれた導電領域を有する電流狭窄層と、
   前記柱状構造の頂部に形成され、前記第２の半導体多層膜反射鏡と電気的に接続され、かつ光出射口を規定する環状の第１の電極と、
   発振波長を透過可能な第１の屈折率を有する材料から構成され、前記第１の電極の光出射口によって露出された第２の半導体多層膜反射鏡を覆う第１の絶縁膜と、
   発振波長を透過可能でありかつ第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率を有する材料から構成され、前記光出射口内の中央部の第１の絶縁膜が露出されるように第１の絶縁膜上に形成される第２の絶縁膜とを有し、
   第２の絶縁膜が形成された第２の領域の第２の半導体多層膜反射鏡の反射率は、第１の絶縁膜のみが形成された第１の領域の反射率よりも低く、
   第２の絶縁膜の第１の絶縁膜を露出させる開口の径は、前記導電領域の径よりも小さい、
   面発光型半導体レーザ。
2. 面発光型半導体レーザはさらに、前記柱状構造の少なくとも側部を覆う第３の絶縁膜を有し、第３の絶縁膜は、第２の絶縁膜と同一材料によって構成される、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
3. 第１の絶縁膜の膜厚は、（２ａ−１）λ／２ｎ_１（ａは、整数、λは発光波長、ｎ_１は屈折率）、第２の絶縁膜の膜厚は、（２ｂ−１）λ／４ｎ_２（ｂは、整数、ｎ_２は、屈折率）である、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ。
4. 第１の絶縁膜は、酸窒化珪素（ＳｉＯＮ）から構成され、第２の絶縁膜は、窒化珪素（ＳｉＮ）から構成される、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. 基板上に柱状構造を有する面発光型半導体レーザの製造方法であって、
   基板上に、第１導電型の第１の半導体多層膜反射鏡、活性領域、導電性の電流狭窄層、第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡を含む半導体層を積層し、
   光出射口を規定する環状の第１の電極を前記第２の半導体多層膜反射鏡上に形成し、
   発振波長に対して第１の屈折率を有する材料から構成され、前記第１の電極の光出射口を覆う第１の絶縁膜を形成し、
   第２の半導体多層膜反射鏡から第１の半導体多層膜反射鏡に至る前記半導体層をエッチングし、前記第１の電極および第１の絶縁膜を頂部に含む前記柱状構造を前記基板上に形成し、
   前記柱状構造内の電流狭窄層を選択的に酸化し、電流狭窄層内に酸化領域と当該酸化領域によって囲まれた導電領域を形成し、
   前記柱状構造を含む基板全体に、前記第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率を有する材料から構成される第２の絶縁膜を形成し、
   前記柱状構造の頂部の第２の絶縁膜を選択的に除去することで、前記第１の絶縁膜上に前記導電領域の径よりも小さい径を有する環状の第２の絶縁膜を形成し、
   第２の絶縁膜が形成された第２の領域の第２の半導体多層膜反射鏡の反射率は、第１の絶縁膜のみが形成された第１の領域の反射率よりも低い、
   面発光型半導体レーザの製造方法。
6. 第１の絶縁膜の膜厚は、（２ａ−１）λ／２ｎ_１（ａは、整数、λは発光波長、ｎ_１は屈折率）、第２の絶縁膜の膜厚は、（２ｂ−１）λ／４ｎ_２（ｂは、整数、ｎ_２は、屈折率）である、請求項５に記載の製造方法。
7. 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と、
   前記面発光型半導体レーザからの光を入射する光学部材と、
   を実装した面発光型半導体レーザ装置。
8. 請求項７に記載された面発光型半導体レーザ装置と、
   前記面発光型半導体レーザ装置から発せられたレーザ光を光媒体を介して伝送する伝送手段と、
   を備えた光伝送装置。
9. 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と、
   前記面発光型半導体レーザから出射されるレーザ光を記録媒体に集光する集光手段と、
   前記集光手段により集光されたレーザ光を前記記録媒体上で走査する機構と、
   を有する情報処理装置。

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