JP2013175712A - 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】基本横モードの高出力化および長寿命化を図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とを有する。下部ＤＢＲ１０２内には、活性領域で発生された光を閉じ込める第１の酸化狭窄層１１０が形成され、上部ＤＢＲ１０６内には、活性領域１０４に流れる電流を狭窄する第２の酸化狭窄層１２０が形成され、上部ＤＢＲ１０６の光出射口には、周辺部の反射率を中心部よりも小さくした反射率調整部材１５０が形成される。第１の酸化狭窄層１１０の非酸化領域１１０Ｂの径Ｄｏ、第２の酸化狭窄層１２０の非酸化領域１２０Ｂの径幅Ｄｏ２、反射率調整部材１５０の中心部の径Ｄｎとしたとき、Ｄｏ１＜Ｄ０２、かつ、Ｄｎ＜Ｄｏ２の関係である。
【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、単一モードであり、高出力、長寿命であることが求められている。高出力化および長寿命化を図るための手法の１つに、複数の酸化狭窄層を形成する構造が提案されている（特許文献１、２）。また、他の手法として、面発光型半導体レーザの出射面の周辺領域における反射率を中央領域の反射率よりも低くする反射率変調構造が提案されている（特許文献３）。例えばＳｉＮなどの絶縁膜を用いて、中央領域の反射率をその周辺領域の反射率よりも高くし、高次横モード発振を抑制し単一モードを可能にしている。

特開２００３−６９１５１号 特開２００４−２５３４０８号 特開２００６−２１０４２９号

本発明は、基本横モードの高出力化および長寿命化を図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は、基板と、前記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、前記第１の半導体多層膜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の半導体多層膜反射鏡と、前記活性領域に流れる電流を狭窄する狭窄手段と、前記活性領域で発生された光を閉じ込める光閉じ込め手段と、前記狭窄手段および前記光閉じ込め手段とは別に、任意に定められた方向に中心部とその周辺部とを含み、前記中心部よりも前記周辺部に大きな光学的損失を与える光学的損失手段とを有し、前記光閉じ込め手段は、光を閉じ込める領域の任意に定められた方向の幅Ｄｏ１を有し、前記狭窄手段は、電流を狭窄する領域の任意に定められた方向の幅Ｄｏ２を有し、前記光学的損失手段は、前記中心部の任意に定められた方向の幅Ｄｎを有し、Ｄｏ１＜Ｄ０２、かつ、Ｄｎ＜Ｄｏ２である、面発光型半導体レーザ。
請求項２は、Ｄｏ１≦Ｄｎ＜Ｄｏ２である、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項３は、前記光学的損失手段は、前記第２の半導体多層膜反射鏡上の光出射領域に形成される、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項４は、前記狭窄手段および前記光閉じ込め手段は、それぞれ半導体層を選択酸化することにより構成される、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。
請求項５は、前記狭窄手段は、半導体層にイオンを注入することにより構成され、前記光閉じ込め手段は、半導体層を選択酸化することにより構成される、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。
請求項６は、前記狭窄手段は、トンネル接合領域を含んで構成され、前記光閉じ込め手段は、半導体層を選択酸化することにより構成される、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。
請求項７は、前記光学的損失手段は、前記中心部よりも前記周辺部における反射率を低下させる、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。
請求項８は、前記光学的損失手段は、前記第２の半導体多層膜反射鏡上に形成される少なくとも１つの誘電体膜を有する、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。
請求項９は、前記光学的損失手段は、前記第２の半導体多層膜反射鏡の少なくとも最上層をエッチングすることにより構成される、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。
請求項１０は、前記光学的損失手段は、前記第２の半導体多層膜反射鏡上に形成された金属膜を含む、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。
請求項１１は、前記基板上に柱状構造が形成され、前記狭窄手段および前記光閉じ込め手段は、前記柱状構造内に形成され、前記光学的損失手段は、前記柱状構造の頂部に形成される、請求項１ないし１０いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
請求項１２は、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複数の穴が形成され、前記狭窄手段および前記光閉じ込め手段は、前記穴を介して選択的に酸化された酸化領域を含んで構成される、請求項１ないし１０いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
請求項１３は、前記基板上に、前記第２の半導体多層膜反射鏡を除去することにより柱状構造が形成され、さらに前記柱状構造によって露出された前記第１の半導体多層膜反射鏡には複数の穴が形成され、前記狭窄手段は、前記柱状構造により露出された側面から選択的に酸化された酸化領域を含み、前記光閉じ込め手段は、前記穴を介して選択的に酸化された酸化領域を含む、請求項１ないし１０いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
請求項１４は、前記光閉じ込め手段は、前記第１の半導体多層膜反射鏡内に形成され、前記狭窄手段は、前記第２の半導体多層膜反射鏡内に形成され、前記活性領域からの前記光閉じ込め手段までの距離は、前記活性領域からの前記狭窄手段までの距離よりも大きい、請求項１ないし１３いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
請求項１５は、前記光閉じ込め手段の幅Ｄｏ１は、基本横モード発振させるための大きさである、請求項１ないし１４いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
請求項１６は、請求項１ないし１５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、を備えた面発光型半導体レーザ装置。
請求項１７は、請求項１６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。
請求項１８は、請求項１ないし１５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。
請求項１９は、基板と、前記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、前記第１の半導体多層膜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の半導体多層膜反射鏡とを含む面発光型半導体レーザの製造方法であって、前記第２の半導体多層膜反射鏡上に環状の電極を形成する工程と、前記電極の開口部を覆う第１の誘電体膜を形成する工程と、前記第１の誘電体膜を覆う第２の誘電体膜を形成する工程と、前記第２の誘電体膜をエッチングし、前記第２の半導体多層膜反射鏡を露出する第１の開口と前記第１の誘電体膜を露出する第２の開口とを前記第２の誘電体膜に形成する工程と、少なくとも前記第１の開口を規定する前記第２の誘電体膜をマスクに用いて少なくとも前記第２の半導体多層膜反射鏡をエッチングし、前記基板上に柱状構造を形成する工程と、前記第２の半導体多層膜反射鏡の半導体層を前記柱状構造の側面から選択的に酸化し、前記活性領域に流れる電流を狭窄する電流狭窄層を形成する工程と、前記第１の半導体多層膜反射鏡内に前記活性領域で発生された光を閉じ込める光閉じ込め層を形成する工程とを有し、前記光閉じ込め層は、閉じ込め領域の任意に定められた方向の幅Ｄｏ１を有し、前記電流狭窄層は、狭窄領域の任意に定められた方向の幅Ｄｏ２を有し、第１の誘電体膜が第２の誘電体膜によって覆われた領域の反射率は、第１の誘電体膜が第２の誘電体膜によって覆われていない領域の反射率よりも低く、かつ前記第２の開口の任意に定められた方向の幅Ｄｎを有し、Ｄｏ１＜Ｄ０２、かつ、Ｄｎ＜Ｄｏ２である、面発光型半導体レーザの製造方法。
請求項２０は、前記光閉じ込め層を形成する工程は、前記第１の半導体多層膜反射鏡に複数の穴を形成する工程と、前記複数の穴を介して前記第１の半導体多層膜反射鏡内に選択的に酸化された前記光閉じ込め層を形成する工程とを含み、前記光閉じ込め層と前記電流狭窄層とは同時に形成される、請求項１９に記載の製造方法。

請求項１、２によれば、高光出力の単一モード発振を得ることができる。
請求項３によれば、高次モード発振を抑制することができる。
請求項４によれば、長寿命化の面発光型半導体レーザを提供することができる。
請求項５、６によれば、狭窄手段および光閉じ込め手段の形成を容易化することができる。
請求項７によれば、周辺部における高次モード発振を抑制することができる。
請求項８、９、１０によれば、光学的損失の形成を容易化することができる。
請求項１１、１２、１３によれば、生産性に優れた面発光型半導体レーザを提供することができる。
請求項１４によれば、低抵抗化を図ることができる。
請求項１５によれば、高次モードを抑制した単一モード発振を得ることができる。
請求項１６ないし１８によれば、高光出力および長寿命化の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。
請求項１９、２０によれば、高光出力の面発光型半導体レーザ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概略平面図とその断面図である。 本発明の第２の実施例に係る面発光型半導体レーザの概略平面図とその断面図である。 本発明の面発光型半導体レーザに適用可能な反射率変調構造の例を示す図である。 図４（Ａ）は、本発明の第３の実施例に係る面発光型半導体レーザの概略断面図、図４（Ｂ）は、本発明の第４の実施例に係る面発光型半導体レーザの概略断面図である。 図５（Ａ）は、本発明の第５の実施例に係る面発光型半導体レーザの概略断面図、図５（Ｂ）は、本発明の第６の実施例に係る面発光型半導体レーザの概略断面図である。 本発明の第７の実施例に係る面発光型半導体レーザの概略断面図である。 本発明の第８の実施例に係る面発光型半導体レーザの概略断面図である。 本発明の第９の実施例に係る面発光型半導体レーザの概略断面図である。 本発明の第１０の実施例に係る面発光型半導体レーザの概略断面図である。 本発明の第１１の実施例に係る面発光型半導体レーザの概略平面図とその断面図である。 本発明の第１２の実施例に係る面発光型半導体レーザの概略平面図とその断面図である。 本発明の第１３の実施例に係る面発光型半導体レーザの概略平面図とその断面図である。 本発明の第１４の実施例に係る面発光型半導体レーザの概略断面図である。 反射率調整部材を持たない２層選択酸化構造の面発光型半導体レーザの高次モード発振を説明する図である。 本発明の第１３の実施例に係る面発光型半導体レーザの製造工程を示す概略断面図である。 本発明の第１３の実施例に係る面発光型半導体レーザの製造工程を示す概略断面図である。 本発明の第１３の実施例に係る面発光型半導体レーザの製造工程を示す概略断面図である。 本発明の第１３の実施例に係る面発光型半導体レーザの製造工程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１９（Ａ）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、面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）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の実施例に係る選択酸化型のＶＣＳＥＬの概略平面図とその断面図である。同図に示すように、本実施例のＶＣＳＥＬ１０は、ｎ型のＧａＡｓ基板１００上に、高屈折率層と低屈折率層としての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を含んで構成される。

ｎ型の下部ＤＢＲ１０２は、例えば、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層との対の複数層積層体で、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周期で積層してある。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、例えば、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層との対の複数層積層体で、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。

下部ＤＢＲ１０２の最上層もしくは活性領域１０４と近接した位置に、第１の酸化狭窄層１１０が形成される。第１の酸化狭窄層１１０は、選択的に酸化された酸化領域１１０Ａと、酸化領域１１０Ａによって囲まれた導電性の非酸化領域１１０Ｂとを有する。好ましい態様では、第１の酸化狭窄層１１０は、ｎ型のＡｌＡｓから構成されるが、Ａｌ組成を、例えば９９％程度に高くしたＡｌＧａＡｓから構成されてもよい。第１の酸化狭窄層１１０は、主に、活性領域１０４で発生された光を、酸化領域１１０Ａよりも屈折率が高い非酸化領域１１０Ｂ内に光を閉じ込め、基本横モードを発生させる役割を担う。勿論、第１の酸化狭窄層１１０は、活性領域１０４に注入される電子の密度を高める役割も同時に担うことも可能である。

上部ＤＢＲ１０６の最上層には、ｐ型の不純物濃度が高いＧａＡｓからなるコンタクト層１０６Ａが形成される。また、上部ＤＢＲ１０６の最下層もしくは活性領域１０４と近接する位置には、ｐ型のＡｌＡｓからなる第２の酸化狭窄層１２０が形成される。第２の酸化狭窄層１２０は、選択的に酸化された酸化領域１２０Ａと、酸化領域１２０Ａによって囲まれた導電性の非酸化領域１２０Ｂとを有する。好ましい態様では、第２の酸化狭窄層１１０は、ｐ型のＡｌＡｓから構成されるが、Ａｌ組成を、例えば９９％程度に高くしたＡｌＧａＡｓから構成されてもよい。第２の酸化狭窄層１２０は、主に、活性領域１０４へ注入されるキャリア（正孔）の注入密度が高くなるようにキャリアを狭窄する。勿論、第２の酸化狭窄層１２０の非酸化領域１２０Ｂの屈折率は酸化領域１２０Ａの屈折率より高いので光閉じ込め機能を備えることも可能である。

上部ＤＢＲ１０６から下部ＤＢＲ１０２に至るまで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。メサＭのエッチングは、少なくとも第１の酸化狭窄層１１０を側面に露出させる深さであればよい。第１および第２の酸化狭窄層１１０、１２０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１１０Ａ、１２０Ａが形成される。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、非酸化領域１１０Ｂ、１２０Ｂ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。

本実施例では、図１に示すように、第１の酸化狭窄層１１０の非酸化領域１１０Ｂの直径Ｄｏ１は、第２の酸化狭窄層１２０の非酸化領域１２０Ｂの直径Ｄｏ２よりも小さくなるように構成される。第１の酸化狭窄層１１０は、基本横モード光が発生されるように光の閉じ込めを行うものであり、その直径Ｄｏ１は、例えば７８０ｎｍの波長帯で、約３μｍである。一方、第２の酸化狭窄層１２０は、活性領域１０４に注入される電流の狭窄を行うものであり、その直径Ｄｏ２は、例えば７μｍである。第１および第２の酸化狭窄層１１０、１２０は、好ましくは同時に酸化されるが、その酸化速度は、その膜厚またはＡｌ組成に依存する。例えば、ＡｌＡｓの膜厚が厚いほど、その酸化速度は速くなる。このため、第１の酸化狭窄層１１０の膜厚は、第２の酸化狭窄層１２０の膜厚よりも大きく形成される。但し、下部ＤＢＲ１０２および上部ＤＢＲ１０６の反射率に大きな影響を与えないような膜厚であることが望ましい。例えば、第１の酸化狭窄層１１０は、約３０μｍの膜厚を有するＡｌＡｓであり、第２の酸化狭窄層１２０は、約２０μｍの膜厚を有するＡｌＡｓである。これとは別に、第１の酸化狭窄層１１０のＡｌ組成を、第２の酸化狭窄層１２０のＡｌ組成よりも大きくすることで、第１および第２の酸化狭窄層１１０、１２０の酸化速度に差を持たせるようにしてもよい。

このように、光閉じ込めを第１の酸化狭窄層１１０で行い、電流の狭窄を第２の酸化狭窄層１２０で行うことで、第２の酸化狭窄層１２０の非酸化領域１２０Ｂを比較的大きな面積とすることができる。また、第１の酸化狭窄層１１０の直径Ｄｏの最適化を図ることができる。これにより、素子の低抵抗化および高出力化を図ることができる。

また、メサＭの底部、側部および頂部の周縁を覆うように層間絶縁膜１３０が形成される。層間絶縁膜１３０は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）等から構成される。層間絶縁膜１３０によって露出されたメサＭの頂部には、金属製の環状のｐ側電極１４０が形成される。ｐ側電極１４０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１４０の中央には、光出射口を規定する円形状の開口部が形成される。好ましくは、光出射口の中心は、メサＭの光軸に一致し、すなわち、非酸化領域１１０Ｂ、１２０Ｂの中心に略一致する。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１４２が形成される。

メサＭの頂部にはさらに、ｐ側電極１４０の光出射口を覆うように、発振波長に対して透過性の材料からなる反射率調整部材１５０が形成される。反射率調整部材１５０は、光出射口の光軸付近の中心部１５２よりもその周辺部の光学的損失を大きくさせるものである。好ましい態様では、反射率調整部材１５０は、中心部１５２よりも周辺部の反射率を低下させる機能を有する。中心部１５２は、後述するように、周辺部よりも膜厚が薄い領域であり、直径Ｄｎで規定される領域である。反射率調整部材１５０は、上部ＤＢＲ１０６の周辺部の反射率を低下させることで、高次の高次モード発振を抑制する。

反射率調整部材１５０は、発振波長に対して透過する材料として、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ_２などが用いられる。反射率調整部材１５０の屈折率、膜厚は、光軸近傍の中心部における上部ＤＢＲ１０６の反射率が高くなるように、その周辺部の反射率が低くなるように選択される。好ましい態様では、中心部の膜厚は、λ×x／２ｎ１であり、周辺部の膜厚は、λ×（ｙ＋１／２）／２ｎ_１である。ここで、λは発振波長、ｘ、ｙは自然数(０を含む)、ｎ_１は反射率調整材料の屈折率である。例えば、上部ＤＢＲ１０６の中心部の反射率は、９９．５％、周辺部の反射率は、９８．０％であり、反射率の差は、１．５％である。上部ＤＢＲ１０６の反射率が９９％以下になると、レーザ発振することは難しくなる。

好ましい態様では、メサＭが円筒状であるとき、ｐ側電極１４０の光出射口も円形に形成される。これに応じて、反射率調整部材１５０の中心部もまた円形に形成される。反射率調整部材１５０の中心部１５２の直径Ｄｎは、第１、第２の酸化狭窄層１１０、１２０の非酸化領域１１０Ｂ、１２０Ｂの直径Ｄｏ１、Ｄｏ２との間で、Ｄｏ１＜Ｄｎ、Ｄｎ＜Ｄｏ２である。あるいは、Ｄｏ１＜Ｄｏ２、Ｄｎ＜Ｄｏ２の関係を有する。例えば、Ｄｏ１を５μｍとした場合、Ｄｎ＝６〜８μｍ、Ｄｏ２＞９μｍである。また、Ｄｏ１を３μｍとした場合、Ｄｎ＝４〜６μｍ、Ｄｏ２＞７μｍである。Ｄｏ１の径の最適値は、酸化狭窄層の膜厚、構造、ＤＢＲ内での位置、および発振波長によって変化するため、必ずしも一義的に決定されるものではない。また、上記の関係は、Ｄｏ１≦Ｄｎ＜Ｄｏ２であってもよい。

本実施例のＶＣＳＥＬ１０によれば、反射率調整部材１５０の周辺部は、非酸化領域１１０Ｂの直径Ｄｏ１よりも半径方向に大きい位置で発生し得る高次の高次モード発振を抑制することができ、他方、反射率調整部材１５０の中心部は、非酸化領域１１０Ｂ内に閉じ込められた基本横モード発振を促進する。

図１４は、反射率調整部材を持たない２層酸化構造のＶＣＳＥＬを例示している。このＶＣＳＥＬは、第１、第２の酸化狭窄層１１０、１２０を含み、第１の酸化狭窄層１１０の非酸化領域１１０Ｂの直径Ｄｏ１は、単一横モード発振をさせる大きさであり、第２の酸化狭窄層１２０の非酸化領域１２０Ｂの直径Ｄｏ２は、直径Ｄｏ１よりも大きく設計されている（Ｄｏ１＜Ｄｏ２）が、本実施例のような反射率調整部材１５０を備えていない。このようなＶＣＳＥＬにおいては、図１４（Ｂ）に示すように、非酸化領域１１０Ｂの直径Ｄｏ１よりも大きい外縁付近では、垂直共振器の反射率が９９％以上でありかつキャリアが存在すると発振条件が満足され、酸化径Ｄｏ１の影響を受けない高次の高次モード発振Ｌｆが優先的に発生することが判明している。すなわち、基本横モードの低次の高次モードは、酸化径Ｄｏ１により効果的に抑制されるが、高次の高次モードが発振条件を満足して発振してしまう。図１４（Ａ）は、上から見たニアフィールドパターンを模式的に表している。これに対し、図１に示す本実施例のＶＣＳＥＬ１０では、反射率調整部材１５０の周辺部の反射率は９９％以下であるため、発振条件が満足されず、その結果、酸化径Ｄｏ１の外縁付近の高次モード発振Ｌｆが抑制され、他方、酸化径Ｄｏ１により閉じ込められた基本横モード発振は、反射率調整部材１５０の中心部１５２の高い反射率により促進される。

また、２層酸化構造を持たず、中心部の反射率を周辺部の反射率よりも高くして単一横モード発振を可能とする反射率変調構造を有するＶＣＳＥＬでは、反射率差を大きくできないため、高電流値において低次の高次モード（基本モードの次の高次モード）が発振してしまい、高出力化には適していない。さらに、基本モードが存在する領域に段差が存在するため、プロセスのバラツキ等によって損失が発生してしまい、高しきい値電流化、光出力のバラツキが生じてしまう。これに対し、本実施例のＶＣＳＥＬでは、２層酸化構造の一方の酸化狭窄層により基本横モードの低次の高次モード発振を抑制することができ、かつ、他方の酸化狭窄層の比較的大口径の酸化径により電流狭窄を行うため低しきい値電流化を図ることができる。さらに、反射率調整部材による段差は、基本横モードから離れた高次の高次モード発振を抑制するため、基本横モードに大きな損失を与えることが防止される。

上記実施例では、メサＭは、円筒状に形成され、非酸化領域１１０Ｂ、１２０Ｂ、ｐ側電極１４０の光出射口、および反射率調整部材１５０の中心部１５０は円形状に形成される例を示したが、これは一例であって、他の形状にすることも可能である。この際、例えば、反射率調整部材１５０の中心部１５２を楕円形状にすることで、長軸方向の一部の幅が非酸化領域１２０Ｂの幅Ｄｏ２よりも大きくなり得るが、楕円形状の中心部１５２の任意の方向の幅が非酸化領域の幅Ｄｏ２よりも小さいものであれば、これは本発明の技術的範囲に属するものである。同様に、非酸化領域１１０Ｂを円形以外の形状、例えば、楕円形状としたような場合にも、非酸化領域１１０Ｂの長軸方向の一部の幅が反射率調整部材１５０の中心部１５０の幅よりも大きくなり得るが、非酸化領域１１０Ｂの任意の方向の幅が中心部１５０の幅よりも小さいのであれば、これは本発明の技術的範囲に属するものである。さらに、メサＭは、Ｘ方向とＹ方向に異方性を持たせることで偏光制御を行うような場合には、楕円状などに形成されることが可能であり、第１、第２の酸化狭窄層１１０、１２０の非酸化領域１１０Ｂ、１２０Ｂを楕円形状とすることができる。また、ｐ側電極１４０の光出射口もＸ方向とＹ方向において異方性が生じるように楕円形状やその他の異方性の形状にすることができる。

従って、本発明は、反射率調整部材１５０の中心部の任意の方向の幅Ｄｎ、光閉じ込めを行う狭窄層の導電領域１１０Ｂの任意の方向の幅Ｄｏ１、電流狭窄を行う狭窄層の導電領域１２０Ｂの任意の方向の幅Ｄｏ２が、Ｄｏ１＜Ｄｏ２、かつＤｎ＜Ｄｏ２の関係、あるいはＤｏ１≦Ｄｎ＜Ｄｏ２の関係を満足するものであればよい。

図２は、本発明の第２の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ａの概略平面図とその断面図を示す。図中、第１の実施例と同一構成については同一番号を付してある。第２の実施例に係る反射率調整部材１５０Ａは、光出射口における中心部１５２Ａの反射率を高くし、その周辺部の反射率が低くなるように構成される。但し、第１の実施例と異なり、反射率調整部材１５０Ａは、中心部１５２Ａの膜厚が周辺部の膜厚よりも厚くなるように構成される。

好ましい態様では、反射率調整部材１５０Ａは、発振波長に対して透過する材料として、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ_２などの誘電体膜が用いられる。反射率調整部材１５０Ａの膜厚は、λ×x／２ｎ１であり、周辺部の膜厚は、λ×（ｙ＋１／２）／２ｎ_１である。ここで、λは発振波長、ｘ、ｙは自然数(０を含む)、ｎ_１は反射率調整材料の屈折率である。反射率調整部材１５０Ａの屈折率および膜厚を適宜調整したとき、例えば、上部ＤＢＲ１０６の中心部の反射率は、９９．６％、周辺部の反射率は、９８．７％であり、反射率の差は、０．９％である。

次に、本実施例における反射率調整部材の他の構成例を図３を参照して説明する。第１、第２の実施例では、反射率調整部材１５０、１５０Ａは、単一の材料の膜厚を異ならせることで構成されたが、反射率調整部材は、複数の材料から構成されてもよい。図３（Ａ）、図３（Ｂ）の反射率調整部材１５０は、中心部の膜厚が周辺部の膜厚よりも薄くなる第１の実施例の変形例である。

図３（Ａ）では、反射率調整部材１５０は、第１の反射率調整材料１６０と、第２の反射率調整材料１６２から構成され、第１の反射率調整材料１６０は、ｐ側電極１４０の円形状の光出射口の全面を覆い、その中心部を露出するように環状の第２の反射率調整部材１６２が積層される。第２の反射率調整材料１６２によって露出された領域が中心部１５２を規定する。第１の反射率調整材料１６０および第２の反射率調整材料１６２の材料および膜厚を適宜選択することで、中心部の反射率を高くし、周辺部の反射率を低くすることができる。この場合、周辺部の反射率は、９９％以下であることが望ましい。好ましい態様では、第１の反射率調整材料１６０は、上部ＤＢＲ１０６の半導体層の屈折率よりも小さい屈折率を有し、その膜厚は、発振波長の１／２の奇数倍であり、例えば、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＴｉＯ_２などの材料が用いられる。第２の反射率調整材料１６２は、第１の反射率調整材料１６０の屈折率よりも大きな屈折率を有し、その膜厚は、発振波長の１／４の奇数倍であり、例えば、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＴｉＯ_２などの材料が用いられる。第１の反射率調整材料１６０が、膜厚λ／２のＳｉＯＮ（屈折率＝１．５７）、第２の反射率調整材料１６２が、膜厚λ／４のＳｉＮ（屈折率＝１．９２）であるとき、上部ＤＢＲの中心部の反射率は、９９．７％、周辺部の反射率は、９８．８％、反射率差は、０．９％であった。

図３（Ｂ）では、直径Ｄｎを規定する第１の反射率調整材料１６０が光出射口上に形成され、その周辺に環状の第２の反射率調整材料１６２が形成される。この場合にも、第１の反射率調整材料１６０の屈折率、膜厚、および第２の反射率調整材料１６２の屈折率、膜厚を適宜選択することで、中心部の反射率を周辺部の反射率よりも高くすることができる。

図３（Ｃ）、（Ｄ）は、中心部の膜厚が周辺部の膜厚よりも厚い第２の実施例の変形例である。図３（Ｃ）では、反射率調整部材１５０は、第１の反射率調整材料１６０と第２の反射率調整材料１６２から構成され、ｐ側電極１４０の円形状の光出射口を覆うように第１の反射率調整材料１６０が形成され、その上に、直径Ｄｎで規定される円形状の第２の反射率調整材料１６２が形成される。好ましい態様では、第１の反射率調整材料１６０および第２の反射率調整材料１６２のそれぞれの膜厚は、発振波長のλ／４の奇数倍であり、第１の反射率調整材料の屈折率よりも第２の反射率調整材料の屈折率が高く、第２の反射率調整材料の屈折率よりも上部ＤＢＲ１０６のコンタクト層の屈折率が高くされる。例えば、第１の反射率調整材料１６０が膜厚λ／４のＳｉＯＮであり、第２の反射率調整材料１６２が膜厚λ／４のＳｉＮであるとき、上部ＤＢＲの中心部の反射率は、９９．７％、周辺部の反射率は、９９．２％であり、反射率差は、０．５％であった。

図３（Ｄ）では、直径Ｄｎで規定される第１の反射率調整材料１６０が光出射口上に形成され、その周辺に環状の第２の反射率調整材料１６２が形成される。この場合にも、第１の反射率調整材料１６０の屈折率、膜厚、および第２の反射率調整材料１６２の屈折率、膜厚を適宜選択することで、中心部の反射率を周辺部の反射率よりも高くすることができる。

図３（Ｅ）ないし（Ｈ）は、反射率調整部材１５０が３層構造によって構成される例を示している。図３（Ｅ）は、図３（Ａ）の構成に、第３の反射率調整材料１６４を積層したものである。図３（Ｆ）は、図３（Ｂ）の構成に、第３の反射率調整材料１６４を積層したものである。図３（Ｇ）は、図３（Ｃ）の構成に、第３の反射率調整材料１６４を積層したものであり、図３（Ｈ）は、図３（Ｄ）の構成に、第３の反射率調整材料１６４を積層したものである。第３の反射率調整材料１６４は、発振波長に対し透過性のある材料から構成されるが、第１および第２の反射率調整材料１６０、１６２と同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。第３の反は率調整材料１６４の屈折率および膜厚を適宜選択することで、中心部の反射率を周辺部の反射率よりも高くすることができる。

次に、本発明の第３の実施例に係るＶＣＳＥＬを図４（Ａ）に示す。第３の実施例のＶＣＳＥＬ１０Ｂでは、反射率調整部材１５０Ｂは、内径がＤｎを有する環状の誘電体膜から構成される。反射率調整部材１５０Ｂによって被覆された周辺部の反射率は、露出された中心部の反射率よりも低くなるように、反射率調整部材１５０Ｂの屈折率、膜厚が選択される。

次に、本発明の第４の実施例に係るＶＣＳＥＬを図４（Ｂ）に示す。第４の実施例のＶＣＳＥＬ１０Ｃでは、反射率調整部材１５０Ｃは、直径がＤｎを有する円形状の誘電体膜から構成される。反射率調整部材１５０Ｃによって被覆された中心部の反射率は、反射率調整部材１５０Ｃによって露出された環状の周辺部の反射率よりも高くなるように、反射率調整部材１５０Ｃの屈折率、膜厚が選択される。

次に、本発明の第５の実施例に係るＶＣＳＥＬを図５（Ａ）に示す。第５の実施例のＶＣＳＥＬ１０Ｄでは、反射率調整部材１５０Ｄは、メサＭの半導体層の中心部に溝を形成することにより構成される。好ましい態様では、コンタクト層１０６Ａの中心部において直径Ｄｎの円形状の溝がエッチングにより除去され、コンタクト層１０６Ａが除去された中心部の反射率は、コンタクト層１０６Ａが残存する周辺部の反射率よりも高くなるようにコンタクト層１０６Ａの膜厚が選択される。

次に、本発明の第６の実施例に係るＶＣＳＥＬを図５（Ｂ）に示す。第６の実施例のＶＣＳＥＬ１０Ｅでは、反射率調整部材１５０Ｅは、メサＭの半導体層の周辺部に溝を形成することにより構成される。好ましい態様では、コンタクト層１０６Ａの周辺部において環状の溝がエッチングより形成され、中心部に直径Ｄｎの円形パターンが残存される。
中心部の反射率が周辺部の反射率よりも高くなるように、コンタクト層１０６Ａの膜厚および溝の深さが選択される。

次に、本発明の第７の実施例に係るＶＣＳＥＬを図６に示す。第７の実施例のＶＣＳＥＬ１０Ｆでは、反射率調整部材１５０Ｆは、金属材料を用いて形成される。好ましい態様では、ｐ側電極１４０は、直径Ｄｎの光出射口が形成されるようにパターニングされる。これにより、ｐ側電極１４０により露出された直径Ｄｎの中心部の反射率と比べて、ｐ側電極１４０によって被覆された周辺部の反射率が小さくされる。上記例では、ｐ側電極１４０により反射率調整部材１５０Ｆを構成したが、ｐ側電極と異なる金属を用いて反射率調整部材１５０Ｆを構成するようにしてもよい。

次に、本発明の第８の実施例に係るＶＣＳＥＬを図７に示す。第８の実施例のＶＣＳＥＬ１０Ｇでは、第１の実施例のときの第２の酸化狭窄層１２０に代えて、上部ＤＢＲ１０６には、イオン注入により高抵抗化領域１２２が形成される。好ましい態様では、プロトンを一定のエネルギーで注入することで、上部ＤＢＲ１０６内の所定の深さに環状の高抵抗化領域１２２が形成される。高抵抗化領域によって直径Ｄｏ２の導電領域が形成される。

次に、本発明の第９の実施例に係るＶＣＳＥＬを図８に示す。第９の実施例のＶＣＳＥＬ１０Ｈでは、第１の実施例のときの第２の酸化狭窄層１２０に代えて、上部ＤＢＲ１０６には、トンネル接合領域１２４が形成される。好ましい態様では、トンネル接合領域１２４は、直径Ｄｏ２で規定される、ｐ型の高不純物濃度を有するｐ型半導体層とｎ型の高不純物濃度を有するｎ型半導体層とを含み、ＶＣＳＥＬ１０Ｈに順方向バイアスが印加されたとき、ｐ型半導体層とｎ型半導体層には逆バイアスが印加され、活性領域１０４には、トンネル電流が注入される。

次に、本発明の第１０の実施例に係るＶＣＳＥＬを図９に示す。第１０の実施例のＶＣＳＥＬ１０Ｉは、ｐ型ＧａＡｓ基板を用い、下部ＤＢＲ１０２がｐ型であり、上部ＤＢＲ１０６がｎ型から構成される。メサＭの頂部には、ｎ側電極１４２が形成され、基板裏面にはｐ側電極１４０が形成される。下部ＤＢＲ１０２に形成される第１の酸化狭窄層１１０は、酸化領域１１０Ａと、直径Ｄｏ２の非酸化領域１１０Ｂとを有し、上部ＤＢＲ１０６に形成される第２の酸化狭窄層１２０は、酸化領域１１０Ａと、直径Ｄｏ１の非酸化領域１２０Ｂとを有する。

次に、本発明の第１１の実施例に係るＶＣＳＥＬを図１０に示す。第１１の実施例のＶＣＳＥＬ１０Ｊは、第１の実施例のメサ型とは異なり、穴あけ（トレンチ）型により構成される。好ましい態様では、上部ＤＢＲ１０６から下部ＤＢＲ１０２に至るまで４つの複数の穴１８０がエッチングにより形成される。穴１８０の平面形状は、略９０度の扇型であり、穴と穴との間には細長い連結部１８２が形成される。第１および第２の酸化狭窄層１１０、１２０は、穴１８０によって露出された側面から酸化され、第１の実施例のときと同様に、直径Ｄｏ１の非酸化領域１１０Ａ、直径Ｄｏ２の非酸化領域１２０Ｂが形成される。この酸化工程において、連結部１８０におけるｐ型のＡｌＡｓ、ｎ型のＡｌＡｓも同時に酸化される。また、連結部１８２を介して電流がリークするのを抑制するため、プロトンイオン注入により連結部１８２の上部ＤＢＲ１０６および下部ＤＢＲ１０２の一部を高抵抗化するようにしてもよい。この場合、注入エネルギーおよびドーズ量を調整することで、連結部１８２の所望の範囲（例えば、図中の破線で示す範囲）を高抵抗化することが可能である。第１１の実施例においても、第２の酸化狭窄層は、イオン注入による高抵抗化領域（第８の実施例）やトンネル接合領域（第９の実施例）に置き換えて構成することができる。

次に、本発明の第１２の実施例に係るＶＣＳＥＬを図１１に示す。第１２の実施例のＶＣＳＥＬ１０Ｋは、穴あけ（トレンチ）型により構成される。好ましい態様では、上部ＤＢＲ１０６から下部ＤＢＲ１０２に至るまで４つの複数の穴１９０がエッチングにより形成される。穴１９０の平面形状は、扇型であり、穴１９０は、おおよそ９０度の間隔で形成され、穴と穴との間には幅広の連結部１９２が形成される。また、下部ＤＢＲ１０２に形成される第１の酸化狭窄層１１０は、活性領域１０４から離れた位置に形成される。第１および第２の酸化狭窄層１１０、１２０は、穴１９０によって露出された側面から酸化され、第１の実施例のときと同様に、直径Ｄｏ１の非酸化領域１１０Ａ、直径Ｄｏ２の非酸化領域１２０Ｂが形成される。この酸化工程において、連結部１８０は、第１１の実施例と異なり、穴と穴との間に比較的大きな幅広の間隔を有しているため、連結部１８０のｐ型のＡｌＡｓ、ｎ型のＡｌＡｓの一部が酸化される。

第１２の実施例では、第１の酸化狭窄層１１０を活性領域１０４から離れた位置に形成することで、非酸化領域１１０Ｂを通る電流経路Ｐに加えて、酸化領域１１０Ａの側部を通る電流経路Ｐ１が形成され、素子の低抵抗化を図ることができる。これは、連結部１８２が幅広であり、ｎ型のＡｌＡｓの一部が酸化されるため、酸化されなかった領域が電流経路Ｐ１を提供する。また、連結部１９２を介して上部ＤＢＲ１０６側の電流がリークするのを抑制するため、プロトンイオン注入により連結部１９２の上部ＤＢＲ１０の一部を高抵抗化するようにしてもよい。この場合、注入エネルギーおよびドーズ量を調整することで、連結部１９２の所望の範囲（例えば、図中の破線で示す範囲）を高抵抗化することが可能である。さらに、第１の酸化狭窄層１１０を活性領域１０４に接近させたときと比べて、非酸化領域Ｄｏ１の径を、大きくすることができる。

次に、本発明の第１３の実施例に係るＶＣＳＥＬを図１２に示す。第１３の実施例のＶＣＳＥＬ１０Ｌは、メサ（ポスト）−穴あけ（トレンチ）型により構成される。好ましい態様では、少なくとも第２の酸化狭窄層１２０に到達する深さの円筒状のメサＭが形成され、メサＭの周囲に少なくとも第１の酸化狭窄層１１０に到達する深さの４つの穴２００が形成される。穴２００は、エッチングにより形成され、その平面形状は扇型を有する。穴と穴との間には、幅広の連結部２０２が形成される。酸化工程において、第１の酸化狭窄層１１０は、穴２００によって露出された側面から選択的に酸化され、第２の酸化狭窄層１２０は、メサＭによって露出された側面から選択的に酸化され、直径Ｄｏ１と直径Ｄｏ２の非酸化領域１１０Ｂ、１２０Ｂがそれぞれ形成される。

第１３の実施例においても、第１の酸化狭窄層１１０を活性領域１０４から離れた位置に形成することで、非酸化領域１１０Ｂを通る電流経路Ｐに加えて、酸化領域１１０Ａの側部を通る電流経路Ｐ１が形成され、素子の低抵抗化を図ることができる。また、メサ構造とすることで、第１２の実施例のように上部ＤＢＲ１０６へのイオン注入を行う必要はない。

次に、本発明の第１４の実施例に係るＶＣＳＥＬを図１３に示す。第１４の実施例のＶＣＳＥＬ１０Ｍは、ｐ側電極およびｎ側電極の双方が表面電極により構成される。図１３は、第１３の実施例によるメサ（ポスト）−穴あけ（トレンチ）型のＶＣＳＥＬを表面電極で構成した例である。同図に示すように、ＧａＡｓ基板１００上に、ｎ型のＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓからなるバッファ層１０１が形成される。この場合、ＧａＡｓ基板は、半絶縁性であってもよい。バッファ層１０１上には、前述した実施例と同様に、下部ＤＢＲ１０２、活性領域１０４および上部ＤＢＲ１０６が積層され、下部ＤＢＲ１０２内には第１の酸化狭窄層１１０が形成され、上部ＤＢＲ１０６内には第２の酸化狭窄層１２０が形成される。

また、メサＭの底部の側方には、バッファ層１０１に至る深さの溝２１０が形成される。メサＭを含む基板全面に層間絶縁膜１３０が形成され、層間絶縁膜１３０には、溝２１０を介してバッファ層１０１を露出させるようなコンタクトホールが形成され、ｎ側電極１４２が当該コンタクトホールを介してバッファ層１０１に電気的に接続される。メサＭの頂部において、層間絶縁膜１３０には、ｐ側電極１４０を露出させるような環状のコンタクトホールが形成され、上部電極１４０Ａは、当該コンタクトホールを介してｐ側電極１４０に接続される。

次に、本発明の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法について説明する。図１５ないし図１８は、本発明の第１３の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造工程を示す概略断面図である。ここで、左半分の断面図は、穴が形成されたＢ２−Ｂ２線方向、右半分の断面図は、穴が形成されていないＣ２−Ｃ２線方向を示している。

図１５（Ａ）に示すように、ｎ型のＧａＡｓ基板１００上に、有機金属気相成長(ＭＯＣＶＤ)法により下部ＤＢＲ１０２、活性領域１０４、上部ＤＢＲ１０６を形成する。次いで、リフトオフにより上部ＤＢＲ１０６上に金を蒸着し、環状のｐ側電極１４０を形成する。

次に、図１５（Ｂ）に示すように、第１の反射率調整材料１６０としてのＳｉＯＮ膜が蒸着され、公知のフォトリソ工程を用いて、環状のｐ側電極１４０の中央部を覆うようにＳｉＯＮ膜がパターンニングされる。このＳｉＯＮ膜は、光出射口を保護すると同時に、第１の反射率調整材料１６０として機能する。次に、図１５（Ｃ）に示すように、ｐ側電極１４０およびＳｉＯＮ膜１６０を覆うように全面にＳｉＮ膜１６２が蒸着される。ＳｉＮ膜１６２は、以後の工程におけるエッチングマスクとして機能すると同時に、その一部は、第２の反射率調整材料として機能する。

次に、図１６（Ｄ）に示すように、上部ＤＢＲ１０６を露出する開口Ｈ１、ｐ側電極１４０を露出する環状の開口Ｈ２、およびＳｉＯＮ１６０を露出する開口Ｈ３が同時に形成されるように、ＳｉＮ膜１６２がエッチングされる。ＳｉＯＮ膜１６０とこの上に形成された環状のＳｉＮ膜１６２は、反射率調整部材１５０を構成する。

次に、図１６（Ｅ）に示すように、開口Ｈ２、Ｈ３を覆うように円形状にパターンニングされたレジストＲが形成される。開口Ｈ１は、露出された状態にある。次に、図１６（Ｆ）に示すように、レジストＲとレジストＲの外周に存在するＳｉＮ膜１６２をマスクに用い、開口Ｈ１を介して上部ＤＢＲ１０６が異方性エッチングされ、活性領域１０４に至るトレンチ（溝）２１０が形成される。

次に、図１７（Ｇ）に示すように、レジストＲの外周に存在するＳｉＮ膜１６２の一部がエッチングにより除去され、レジストＲの外周に環状の残存物１６２Ａが形成される。次に、図１７（Ｈ）に示すように、レジストＲおよび残存物１６２Ａをエッチング用のマスクに用い、半導体層を異方性エッチングすることで、基板上に円筒状のメサＭが形成される。エッチングは、少なくとも第２の酸化狭窄層に至る必要があるが、図示する例では、エッチングは活性領域１０４に到達するまで行われている。このエッチングと同時に、トレンチ２１０を介して下部ＤＢＲ１０２に穴２００（図１２を参照）が形成される。ここでは、穴２００は基板１００に至る深さで表されている。

次に、図１７（Ｉ）に示すように、レジストＲが除去され、次いで、酸化工程が行われる。酸化工程により、下部ＤＢＲ１０２内に第１の酸化狭窄層１１０が形成され、上部ＤＢＲ１０６内に第２の酸化狭窄層１２０が形成される。第１の酸化狭窄層１１０の非酸化領域１１０Ｂは直径Ｄｏ１であり、第２の酸化狭窄層１２０の非酸化領域１２０Ｂは直径Ｄｏ２であり、第２の反射率調整材料１６２の内径はＤｎであり、Ｄｏ１＜Ｄｏ２、Ｄｎ＜Ｄｏ２、あるいはＤｏ１≦Ｄｎ＜Ｄｏ２の関係が満足される。

次に、図１８（Ｊ）に示すように、メサＭの底部、側面および頂部を覆うように絶縁膜１３０が形成され、メサ頂部において絶縁膜１３０には、ｐ側電極１４０を露出させるコンタクトホール１３２が形成される。なお、図１３に示すＶＣＳＥＬ１０Ｍと異なり、ここでは、絶縁膜１３０は、第１の反射率調整材料１６０および第２の反射率調整材料１６２を被覆している。

次に、ｐ側電極１４０と接続される上部電極１４０Ａがリフトオフ等によりパターン形成される。次に、図１８（Ｌ）に示すように、基板１００の裏面にｎ側電極１４２が形成される。

本実施例の製造プロセス（Ｄ）〜（Ｉ）において、反射率調整部材の中心部の直径Ｄｎの位置と下部ＤＢＲ１０２内の酸化狭窄層用のトレンチの穴２００が一致するように同一プロセスにおいて加工を行っている。このため、直径Ｄｎの中心と非酸化領域の直径Ｄｏ１の中心が必ず合うように加工することが可能となり、直径Ｄｎと直径Ｄｏとがセルフアライメントされる。直径Ｄｎの中心と直径Ｄｏ１の中心がずれると光損失の原因となり、単一モード発振が阻害されてしまうので、両方を一致させることはとても重要なことである。これに対して、第１の酸化狭窄層１２０の直径Ｄｏ２は、直径Ｄｏ１、直径Ｄｎよりも大きいため、多少のずれは許容できる。

本発明は、上記の第１ないし第１４の実施例により構成することは勿論であるが、第１ないし第１４の実施例を複数適宜組み合わせたり、または置換するものであってもよい。また、本発明の実施例に係るＶＣＳＥＬは、一例として７８０ｎｍの波長帯を例示したが、発振波長は任意であり、本発明は、短波長から長波長までの発振波長において適用することが可能である。また、このようなＶＣＳＥＬは、レーザプリンター用の光源、光通信用の光源、光センシング用の光源などに幅広く利用することができる。また、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。

また、上記の第１ないし第１４の実施例では、第１の酸化狭窄層１１０が活性領域１０４を挟んで下部ＤＢＲ１０２側に設けられ、第２の酸化狭窄層１２０や第２の酸化狭窄層１２０に対応する構造（図７の高抵抗領域１２２や図８トンネル接合領域１４２等）が上部ＤＢＲ１０６側に設けられているが、第1の酸化狭窄層１１０および第２の酸化狭窄層１２０等がともに上部ＤＢＲ１０６側に設けられる構成であってもよい。この場合、非酸化領域の径が小さい第１の酸化狭窄層１１０の方が、第２の酸化狭窄層１２０等よりも光の出射面側に配置され、第２の酸化狭窄層１２０等が活性領域１０４に近い側に配置される構成が好ましい。

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１９（Ａ）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、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間に順方向の駆動電流が印加されると、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１９（Ｂ）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２０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１９（Ａ）または図１９（Ｂ）のように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ーなど、光情報処理装置の光源として利用することができる。

図２１は、図１９（Ａ）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〜１０Ｍ：ＶＣＳＥＬ
１００：基板
１０１：バッファ層
１０２：下部ＤＢＲ
１０４：活性領域
１０６：上部ＤＢＲ
１０６Ａ：コンタクト層
１１０：第１の酸化狭窄層
１１０Ａ：酸化領域
１１０Ｂ：非酸化領域
１２０：第２の酸化狭窄層
１２０Ａ：酸化領域
１２０Ｂ：非酸化領域
１３０：層間絶縁膜
１４０：ｐ側電極
１４０Ａ：上部電極
１４２：ｎ側電極
１５０、１５０Ａ〜１５０Ｆ：反射率変調部材
１５２：中心部
１６０：第１の反射率調整材料
１６２：第２の反射率調整材料
１８０、１９０、２００：穴
１８２、１９２、２０２：連結部
１８４、１９４：高抵抗化領域
Ｌｆ：高次モード発振
Ｐ、Ｐ１:電流経路

Claims (20)

1. 基板と、
   前記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、
   前記第１の半導体多層膜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の半導体多層膜反射鏡と、
   前記活性領域に流れる電流を狭窄する狭窄手段と、
   前記活性領域で発生された光を閉じ込める光閉じ込め手段と、
   前記狭窄手段および前記光閉じ込め手段とは別に、任意に定められた方向に中心部とその周辺部とを含み、前記中心部よりも前記周辺部に大きな光学的損失を与える光学的損失手段とを有し、
   前記光閉じ込め手段は、光を閉じ込める領域の任意に定められた方向の幅Ｄｏ１を有し、
   前記狭窄手段は、電流を狭窄する領域の任意に定められた方向の幅Ｄｏ２を有し、
   前記光学的損失手段は、前記中心部の任意に定められた方向の幅Ｄｎを有し、
   Ｄｏ１＜Ｄ０２、かつ、Ｄｎ＜Ｄｏ２である、面発光型半導体レーザ。
2. Ｄｏ１≦Ｄｎ＜Ｄｏ２である、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
3. 前記光学的損失手段は、前記第２の半導体多層膜反射鏡上の光出射領域に形成される、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ。
4. 前記狭窄手段および前記光閉じ込め手段は、それぞれ半導体層を選択酸化することにより構成される、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. 前記狭窄手段は、半導体層にイオンを注入することにより構成され、前記光閉じ込め手段は、半導体層を選択酸化することにより構成される、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。
6. 前記狭窄手段は、トンネル接合領域を含んで構成され、前記光閉じ込め手段は、半導体層を選択酸化することにより構成される、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。
7. 前記光学的損失手段は、前記中心部よりも前記周辺部における反射率を低下させる、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. 前記光学的損失手段は、前記第２の半導体多層膜反射鏡上に形成される少なくとも１つの誘電体膜を有する、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. 前記光学的損失手段は、前記第２の半導体多層膜反射鏡の少なくとも最上層をエッチングすることにより構成される、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. 前記光学的損失手段は、前記第２の半導体多層膜反射鏡上に形成された金属膜を含む、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。
11. 前記基板上に柱状構造が形成され、前記狭窄手段および前記光閉じ込め手段は、前記柱状構造内に形成され、前記光学的損失手段は、前記柱状構造の頂部に形成される、請求項１ないし１０いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
12. 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複数の穴が形成され、前記狭窄手段および前記光閉じ込め手段は、前記穴を介して選択的に酸化された酸化領域を含んで構成される、請求項１ないし１０いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
13. 前記基板上に、前記第２の半導体多層膜反射鏡を除去することにより柱状構造が形成され、さらに前記柱状構造によって露出された前記第１の半導体多層膜反射鏡には複数の穴が形成され、
    前記狭窄手段は、前記柱状構造により露出された側面から選択的に酸化された酸化領域を含み、
    前記光閉じ込め手段は、前記穴を介して選択的に酸化された酸化領域を含む、請求項１ないし１０いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
14. 前記光閉じ込め手段は、前記第１の半導体多層膜反射鏡内に形成され、前記狭窄手段は、前記第２の半導体多層膜反射鏡内に形成され、前記活性領域からの前記光閉じ込め手段までの距離は、前記活性領域からの前記狭窄手段までの距離よりも大きい、請求項１ないし１３いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
15. 前記光閉じ込め手段の幅Ｄｏ１は、基本横モード発振させるための大きさである、請求項１ないし１４いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
16. 請求項１ないし１５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、
    を備えた面発光型半導体レーザ装置。
17. 請求項１６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。
18. 請求項１ないし１５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。
19. 基板と、前記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、前記第１の半導体多層膜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の半導体多層膜反射鏡とを含む面発光型半導体レーザの製造方法であって、
    前記第２の半導体多層膜反射鏡上に環状の電極を形成する工程と、
    前記電極の開口部を覆う第１の誘電体膜を形成する工程と、
    前記第１の誘電体膜を覆う第２の誘電体膜を形成する工程と、
    前記第２の誘電体膜をエッチングし、前記第２の半導体多層膜反射鏡を露出する第１の開口と前記第１の誘電体膜を露出する第２の開口とを前記第２の誘電体膜に形成する工程と、
    少なくとも前記第１の開口を規定する前記第２の誘電体膜をマスクに用いて少なくとも前記第２の半導体多層膜反射鏡をエッチングし、前記基板上に柱状構造を形成する工程と、
    前記第２の半導体多層膜反射鏡の半導体層を前記柱状構造の側面から選択的に酸化し、前記活性領域に流れる電流を狭窄する電流狭窄層を形成する工程と、
    前記第１の半導体多層膜反射鏡内に前記活性領域で発生された光を閉じ込める光閉じ込め層を形成する工程とを有し、
    前記光閉じ込め層は、閉じ込め領域の任意に定められた方向の幅Ｄｏ１を有し、
    前記電流狭窄層は、狭窄領域の任意に定められた方向の幅Ｄｏ２を有し、
    第１の誘電体膜が第２の誘電体膜によって覆われた領域の反射率は、第１の誘電体膜が第２の誘電体膜によって覆われていない領域の反射率よりも低く、かつ前記第２の開口の任意に定められた方向の幅Ｄｎを有し、Ｄｏ１＜Ｄ０２、かつ、Ｄｎ＜Ｄｏ２である、面発光型半導体レーザの製造方法。
20. 前記光閉じ込め層を形成する工程は、前記第１の半導体多層膜反射鏡に複数の穴を形成する工程と、前記複数の穴を介して前記第１の半導体多層膜反射鏡内に選択的に酸化された前記光閉じ込め層を形成する工程とを含み、前記光閉じ込め層と前記電流狭窄層とは同時に形成される、請求項１９に記載の製造方法。

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