JP4334845B2 - 面発光レーザ及び面発光レーザアレイ及び光送信モジュール及び光送受信モジュール及び光通信システム及びレーザプリンター及び光ピックアップシステム - Google Patents
面発光レーザ及び面発光レーザアレイ及び光送信モジュール及び光送受信モジュール及び光通信システム及びレーザプリンター及び光ピックアップシステム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面発光レーザ及び面発光レーザアレイ及び光送信モジュール及び光送受信モジュール及び光通信システム及びレーザプリンター及び光ピックアップシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットの爆発的普及に見られるように、扱われる情報量が飛躍的に増大しており、今後さらに加速すると考えられる。このため、幹線系のみならず、各家庭やオフィスといった加入者系やＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのユーザに近い伝送路、さらには各機器間や機器内の配線へも光ファイバーが導入され、光による大容量情報伝送技術が極めて重要となる。
【０００３】
そして、安価で、距離を気にしないで光ネットワーク、光配線の大容量化を図るためには、光源としてシリカファイバーの伝送ロスが小さく整合性の良い１．３μｍ帯，１．５５μｍ帯の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ： Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：垂直空洞面発光型半導体レーザ素子）は極めて有望である。面発光レーザは、基板に対して垂直方向に光を出射する半導体レーザであり、活性層体積が小さいために低消費電力であり、また、へき開による共振器面形成がなく基板に対して垂直方向に光を出射するのでアレイ化が容易で検査も容易であり、また、共振器長を小さくできるので縦モードシングル化が容易であり、小型，低価格等、端面発光型レーザに比べて、メリットが多い。実際に、ＧａＡｓ基板上に形成できる０．８５μｍ帯では、すでに高速ＬＡＮである１Ｇｂｉｔ／ｓのイーサネットなどで実用化されている。
【０００４】
１．３μｍ，１．５５μｍ等の長波長帯では、ＩｎＰ基板上の材料系が一般的であり、端面発光型レーザでは実績がある。しかし、この従来の長波長帯半導体レーザでは、環境温度が室温から８０℃になると動作電流が３倍にも増加するという大きな欠点を持っている。また、面発光型半導体レーザ素子においては反射鏡に適した材料がないため高性能化は困難であり、実用レベルの特性が得られていないのが現状である。このため、ＩｎＰ基板上の活性層とＧａＡｓ基板上のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ反射鏡を直接接合で貼り合わせた構造が提案されており（例えば、特許文献１参照。）、実際に多くの実験報告がある。しかし、この方法は、格子定数が違う材料が直接接合しているため、そこで大きなストレスが発生し、電流通電等により結晶欠陥が発生し、劣化を招くなどの問題があった。
【０００５】
また、上記光通信システム用はもとより、０．６５μｍ帯，０．７８μｍ帯等の短波長面発光レーザは、レーザプリンター，光ピックアップシステム用光源などの応用において、高出力が求められている。しかしながら、面発光レーザは、活性層体積が小さいため、端面型に比べて出力が小さいという欠点を持っている。そして、最大出力は電流注入による発熱によって出力飽和することで決定されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−３３５９６７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、反射鏡と活性層との接着において格子歪に伴う欠陥発生を抑えた実用レベルの面発光レーザ及び面発光レーザアレイ及び光送信モジュール及び光送受信モジュール及び光通信システム及びレーザプリンター及び光ピックアップシステムを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、基板上に、少なくとも１層の活性層を含む活性領域と、活性層の上部および下部に設けられた第１反射鏡および第２反射鏡を含む共振器構造とを有する面発光レーザにおいて、少なくとも反射鏡の一部を含んだ領域と、少なくとも活性層を含んだ領域とが、金属を介して接着されており、前記少なくとも活性層を含んだ領域は、活性層の上部及び下部に半導体からなる反射鏡の少なくとも一部を含むことを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の面発光レーザにおいて、前記金属を介して接着された接着層には、光を通す金属アパーチャー部が形成され、金属アパーチャー部には、接着層の厚さを固定する接着層厚さ制御層が形成されていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の面発光レーザにおいて、前記金属は、Ａｕ−Ｓｎ合金であることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、前記少なくとも反射鏡の一部を含んだ領域は、ＧａＰ基板とＡｌｘＧａ１−ｘＰ（０≦ｘ≦１）系材料からなる半導体分布ブラッグ反射鏡とを少なくとも含むことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザがアレイ状に配列されて構成されていることを特徴とする面発光レーザアレイである。
【００１４】
また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光送信モジュールである。
【００１５】
また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光送受信モジュールである。
【００１６】
また、請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光通信システムである。
【００１７】
また、請求項９記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とするレーザプリンターである。
【００１８】
また、請求項１０記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光ピックアップシステムである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態の面発光レーザ（面発光型半導体レーザ）は、基板上に、少なくとも１層の活性層を含む活性領域と、活性層の上部および下部に設けられた第１反射鏡および第２反射鏡を含む共振器構造とを有し、少なくとも反射鏡の一部を含んだ領域と、少なくとも活性層を含んだ領域とが、金属を介して接着されていることを特徴としている。
【００２１】
この第１の実施形態では、活性領域と反射鏡とを金属を用いて接着しており、格子定数の違う材料が直接結合していないので、格子歪に伴う欠陥の発生が抑えられ、信頼性の高い面発光レーザを得ることができる。また、ＩｎＰ格子整合系の長波長活性層と、ＧａＡｓ格子整合系材料であり高性能の得られるＡｌＧａＡｓ系反射鏡とを接着することで、信頼性が高く実用レベルの１．３μｍ帯，１．５５μｍ帯等の長波長帯の面発光レーザを得ることができる。
【００２２】
（第２の実施形態）
本発明の第２実施形態の面発光レーザは、上述した第１の実施形態の面発光レーザにおいて、金属を介して接着された接着層には、光を通す金属アパーチャー部が形成され、金属アパーチャー部には、接着層の厚さを固定する接着層厚さ制御層が形成されていることを特徴としている。
【００２３】
面発光レーザは、少なくとも１層の活性層を含む活性領域と、活性層の上部および下部に設けられた第１反射鏡および第２反射鏡を含む共振器構造からなり、その共振器構造中に、光を通さない金属、または、光吸収の大きい金属を設けることはできない。しかし、光を通す金属アパーチャー部を設けることで、共振器構造を形成できる。
【００２４】
また、面発光レーザは、反射鏡の反射帯域と共振器長とを厳密に合わせる必要があり、膜厚制御が重要である。金属接着は、接着させたい２枚の基板の接着面の少なくともいずれか一方に金属膜を形成して、金属の融点以上に温度を上げて溶かして２枚の基板を接着することができる。しかし、最終的な金属接着層の厚さは、接着条件等で変わってしまうが、この第２の実施形態では、熱処理等の接着工程で厚さが変わらず、厚さの制御された接着層厚さ制御層を設けているので、接着層の厚さを厳密に制御できる。
【００２５】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態の面発光レーザは、第１または第２の実施形態の面発光レーザにおいて、前記金属がＡｕ−Ｓｎ合金であることを特徴としている。
【００２６】
金属としては、はんだ材料等の融点の低い金属が好ましい。ただし、面発光レーザの使用環境温度範囲よりは融点が高いことが好ましく、融点が２００℃〜３００℃程度であるＡｕ−Ｓｎ合金が好ましい。
【００２７】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態の面発光レーザは、第１乃至第３のいずれかの実施形態の面発光レーザにおいて、前記少なくとも活性層を含んだ領域は、活性層の上部及び下部に半導体からなる反射鏡の一部を含むことを特徴としている。
【００２８】
本発明の面発光レーザは、少なくとも反射鏡の一部を含んだ領域と、少なくとも活性層を含んだ領域とを、別々の半導体基板上に結晶成長し、金属により両方のエピ基板を接合する構造となっている。面発光レーザは、共振器長を厳密に制御する必要があるが、反射鏡の膜厚揺らぎにも影響を受け、上記少なくとも活性層を含んだ領域として、クラッド（スペーサ）層と活性層とを含んだ共振器のみとしてはずれる場合もあり得る。また、反射鏡を含まない構造で、光学的厚さを厳密に測定することは困難である。これに対し、第４の実施形態では、共振器の上下に反射鏡の一部を含むことで、エピ後に光学的共振器長を測定可能となり、少なくとも反射鏡の一部を含んだ領域と、少なくとも活性層を含んだ領域とを貼り合わせて形成した共振器構造においても、制御性を向上させることができる。
【００２９】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態の面発光レーザは、第１乃至第４のいずれかの実施形態の面発光レーザにおいて、前記少なくとも反射鏡の一部を含んだ領域は、ＧａＰ基板とＡｌｘＧａ１−ｘＰ（０≦ｘ≦１）系材料からなる半導体分布ブラッグ反射鏡とを少なくとも含むことを特徴としている。
【００３０】
ＡｌＰ，ＧａＰを終端物質としたＡｌＧａＰ系材料は、ＡｌＡｓ，ＧａＡｓを終端物質としたＡｌＧａＡｓ系材料と同様に、屈折率差が大きく、しかもＡｌ組成によらず格子定数が近く、ＧａＰ基板上に結晶成長できる。具体的に、格子定数は、ＧａＰが５．４４９５オングストローム、ＡｌＰが５．４６２５オングストロームであり、ＧａＡｓが５．６５３２５オングストローム、ＡｌＡｓが５．６６１１オングストロームである。屈折率（バンドギャップ波長における）は、ＧａＰが３．４５２、ＡｌＰが３．０３であり、ＧａＡｓが３．６５５、ＡｌＡｓが３．１７８である。よって、ＡｌＧａＰ系材料は、ＡｌＧａＡｓ系材料と同様に、半導体分布ブラッグ反射鏡の材料として適していると考えられる。
【００３１】
また、ＡｌＧａＰ系材料は、ＡｌＧａＡｓ系材料に比べてバンドギャップエネルギーが大きいことから、およそ０．５５μｍよりも長波長の光を透過する。また、ＡｌＧａＡｓ系材料と同様、屈折率差を大きく取れるので、容易に９９％以上の高反射率が得られ、積層数を低減できる。特に０．９μｍよりも短波長帯において、ＡｌＧａＡｓ系材料よりも積層数を少なくでき、適した半導体分布ブラッグ反射鏡が形成できる。
【００３２】
さらに、関連材料の熱伝導率は、それぞれ、ＧａＡｓが０．５４Ｗｃｍ−１Ｋ−１ 、ＡｌＡｓが０．９１Ｗｃｍ−１Ｋ−１ 、ＧａＰが１．１Ｗｃｍ−１Ｋ−１ 、ＡｌＰが０．９Ｗｃｍ−１Ｋ−１ である。また、二元化合物に比べて混晶半導体においては、他の元素がわずかに加わっただけで急激に熱抵抗が高くなり、混晶組成が中心付近の材料で最も熱抵抗率が高くなる。例えばＡｌＧａＡｓ混晶半導体の熱低効率の組成依存性が、文献「Ｍ． Ａ． Ａｆｒｏｍｏｗｉｔｚ， Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， ４４ （１９７３） ｐ．１２９２」に記載されている。ＡｌＧａＡｓ系の場合、低屈折率層としてＡｌＡｓ、高屈折率層としてＧａＡｓを用いるのが好ましいが、ＧａＡｓはおよそ０．９μｍよりも短波長を吸収するので、これらの波長の面発光レーザでは、Ａｌを加えて吸収のない組成としたＡｌＧａＡｓを用いなければならない。更に、面発光レーザの電流狭窄方法のブレークスルーとなったＡｌＡｓ選択酸化狭窄技術を用いる場合、酸化するために少なくともＡｌＡｓ被選択酸化層側面があらわれるまでエピ構造をメサエッチングするが、少なくとも側面のあらわれる反射鏡には酸化を避けるためにＡｌＡｓを用いることはできない。このため低屈折率層としてＧａを数％加えたＡｌＧａＡｓを用いるなどの制限が生じてしまい、熱抵抗が大きくなる。一方、本願の発明者の実験から、ＡｌＰはＡｌＡｓに比べて酸化速度が極めて遅いことがわかっており、また、ＡｌＧａＰ系材料の熱伝導率はＡｌＧａＡｓ系材料よりも大きく、更に全組成範囲において０．５５μｍよりも長波長の光を透過するので、０．５５μｍから０．９μｍの範囲においても特に熱抵抗の小さい二元化合物であるＡｌＰとＧａＰを用いることができる。よって、放熱が極めて良くなり、動作時の温度上昇を抑制でき、低しきい値，高出力化ができ、更に温度特性が向上する。
【００３３】
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態の面発光レーザアレイ（面発光型半導体レーザアレイ）は、第１乃至第５のいずれかの実施形態の面発光レーザがアレイ状に配列されて構成されていることを特徴としている。
【００３４】
本発明の面発光レーザでは、放熱が改善されるので、アレイとした場合、他の素子で発生した熱の干渉による特性劣化（しきい値上昇，出力低下など）が低減し、高性能の面発光レーザアレイを実現できる。さらに他の素子への熱の影響を低減できることから、素子間の間隔を狭くできるなどのメリットがある。
【００３５】
（第７の実施形態）
本発明の第７の実施形態の光送信モジュールは、第１乃至第５のいずれかの実施形態の面発光レーザ、または、第６の実施形態の面発光レーザアレイを光源として用いたことを特徴としている。
【００３６】
本発明では、低消費電力であり光ファイバーの伝送損失の小さい長波長帯面発光レーザの信頼性が改善されたので、これを用いた光送信モジュールの信頼性を向上させることができる。
【００３７】
（第８の実施形態）
本発明の第８の実施形態の光送受信モジュールは、第１乃至第５のいずれかの実施形態の面発光レーザ、または、第６の実施形態の面発光レーザアレイを光源として用いたことを特徴としている。
【００３８】
本発明では、低消費電力であり光ファイバーの伝送損失の小さい長波長帯面発光レーザの信頼性が改善されたので、これを用いた光送受信モジュールの信頼性を向上させることができる。
【００３９】
（第９の実施形態）
本発明の第９の実施形態の光通信システムは、第１乃至第５のいずれかの実施形態の面発光レーザ、または、第６の実施形態の面発光レーザアレイを光源として用いたことを特徴としている。
【００４０】
本発明では、低消費電力であり光ファイバーの伝送損失の小さい長波長帯面発光レーザの信頼性が改善されたので、これを用いた光通信システムの信頼性を向上させることができる。
【００４１】
また、ＰＯＦ（プラスチックオプティカルファイバー）を用いることで、安い光源である面発光レーザ、安い光ファイバーであるＰＯＦを用いた経済的な光通信システムを実現できる。また、面発光レーザを用いていることから、高速伝送可能であり、かつ極めて経済的であることから、特に一般家庭やオフィスの室内，機器内などの光通信システムに用いることが効果的である。
【００４２】
（第１０の実施形態）
本発明の第１０の実施形態のレーザプリンターは、第１乃至第５のいずれかの実施形態の面発光レーザ、または、第６の実施形態の面発光レーザアレイを光源として用いたことを特徴としている。
【００４３】
面発光レーザは、低消費電力動作に有利であり、プリンターのような箱の中の温度上昇を低減できる。また、面発光型なので、アレイ化が容易でしかも通常の半導体プロセスで形成するので、素子の位置制度が高く、同時にマルチビームでの書きこみが容易となり、書きこみ速度が格段に向上し、書きこみドット密度が上昇しても印刷速度を落とすことなく印刷できる。また、同じ書きこみドット密度の場合は印刷速度を早くできる。また、特にＡｌＧａＰ系反射鏡を用いた場合、放熱性が改善されるので、低消費電力で容易に書きこみに必要な出力が得られる。
【００４４】
（第１１の実施形態）
本発明の第１１の実施形態の光ピックアップシステムは、第１乃至第５のいずれかの実施形態の面発光レーザ、または、第６の実施形態の面発光レーザアレイを光源として用いたことを特徴としている。
【００４５】
記録媒体（メディア）への光書き込み，再生用光源である半導体レーザの波長は、ＣＤでは０．７８μｍ、ＤＶＤでは０．６５μｍが用いられている。面発光レーザは、端面型半導体レーザに比べて１桁程度消費電力が小さく、電力が長持ちすることから、通常の光ピックアップシステムはもちろん、ハンディータイプの光ピックアップシステムを実現できる。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。
【００４７】
（第１の実施例）
図１は本発明の第１の実施例の面発光レーザを示す図である。この第１の実施例の面発光レーザは、ＧａＡｓ基板上に結晶成長した反射鏡と、ＩｎＰ基板上に結晶成長した活性領域とを接着した、長波長帯面発光レーザとなっている。
【００４８】
より詳細に、図１に示すように、この第１の実施例の面発光レーザでは、ＧａＡｓ基板上に、媒質内における設計波長の１／４倍の厚さであるＡｌＧａＡｓとＧａＡｓとを交互に例えば３５周期積層した周期構造と１／４の厚さのＧａＩｎＰ層とからなる半導体分布ブラッグ反射鏡（第１反射鏡）が形成されている。そして、その上に、ＩｎＰからなる上下クラッド層（スペーサ層）と、活性領域（１．３μｍ組成波長のＧａＩｎＰＡｓ井戸層と１．０μｍ組成波長のＧａＩｎＰＡｓ障壁層とからなる多重量子井戸活性層）と、ｐ−ＧａＩｎＰＡｓコンタクト層とが形成されている。そして、その上には、８ペアのＴｉＯ２／ＳｉＯ２からなる誘電体反射鏡（第２反射鏡）が形成されている。
【００４９】
この第１の実施例の半導体レーザが従来の半導体レーザと異なる点は、ＧａＡｓに格子整合する第１反射鏡と、ＩｎＰに格子整合する活性領域を含むエピ構造とが、金属によって接着されていることである。ここで、金属には、Ａｕ−Ｓｎ合金を用いた。ただし、面発光レーザとして機能させるために、共振器構造を形成する部分として上記金属の無い金属アパーチャー部が形成されている。その部分には第１反射鏡を形成しているＧａＩｎＰが媒質内における設計波長の１／４倍の厚さで形成されている。このＧａＩｎＰ層は、接着層の厚さを固定する接着層厚さ制御層として機能する。
【００５０】
この第１の実施例の面発光レーザのウエハは、次のように作製される。
【００５１】
すなわち、図２の下部に示すように、ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＡｓとＧａＡｓとを積層した周期構造とＧａＩｎＰ接着層厚さ制御層からなる第１反射鏡を形成する。そして、共振器構造を形成する部分を残して、ＧａＩｎＰ接着層厚さ制御層をエッチング除去する。そして、残されたＧａＩｎＰ接着層厚さ制御層上に、レジストをパターニングし、Ａｕ−Ｓｎを接着層厚さ制御層より厚めに蒸着し、リフトオフ法により、ＧａＩｎＰ接着層厚さ制御層以外の部分にＡｕ−Ｓｎからなる金属接着層を形成する。
【００５２】
また、図２の上部に示すように、ＩｎＰ基板上に、ＧａＩｎＡｓエッチングストップ層、ｐ−ＧａＩｎＰＡｓコンタクト層、ｐ−ＩｎＰクラッド層（スペーサ層）、７層の１．３μｍ組成波長のＧａＩｎＰＡｓ井戸層と８層の１．０μｍ組成波長のＧａＩｎＰＡｓ障壁層とからなる多重量子井戸活性層、ｎ−ＩｎＰクラッド層（スペーサ層）を形成する。
【００５３】
ここで、結晶成長はＭＯＣＶＤ法により行なった。また、原料には、ＴＭＧ（トリメチルガリウム），ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム），ＴＭＩ（トリメチルインジウム），ＰＨ３（フォスフィン），ＡｓＨ３（アルシン），ｎ型のドーパントとしてＨ２Ｓｅ（セレン化水素），ｐ型のドーパントとしてＣＢｒ４を用いた。また、キャリアガスにはＨ２を用いた。ＭＯＣＶＤ法は、ＭＢＥ法のような高真空を必要とせず、原料ガスの供給流量や供給時間を制御すれば良いので、量産性に優れている。
【００５４】
そして、２枚の成長基板の結晶成長面（具体的には、ＧａＩｎＰ接着層厚さ制御層とｎ−ＩｎＰクラッド層）を密着させ、重りを載せて高温（例えば４００℃）でＮ２雰囲気で熱処理して接着する。この時、Ａｕ−Ｓｎは溶けるので厚さを制御するのが困難となるが、厚さの制御された接着層厚さ制御層を設けているので、Ａｕ−Ｓｎがこの厚さを越えることは無い。Ａｕ−ＳｎはＧａＩｎＰ接着層厚さ制御層より厚めに成膜しておくと良く、更に、つぶれて余ったＡｕ−Ｓｎが移動できるように隙間を設けておくと良い。
【００５５】
この第１の実施例では、金属として、Ａｕ−Ｓｎを用いたが、融点が面発光レーザの使用環境温度よりも高ければ他の材料でもかまわない。ただし、熱処理時の活性層の劣化や不純物の拡散等、結晶へのダメージを避けるために熱処理温度はできるだけ低い方が好ましく、低融点金属が良い。
【００５６】
その後、ＩｎＰ基板をＧａＩｎＡｓエッチングストップ層まで化学的，選択的にエッチング除去する。このエッチングには例えば塩酸を用いることができる。更に今度はＧａＩｎＡｓエッチングストップ層を選択的にエッチングする。これにより、ｐ−ＧａＩｎＰＡｓコンタクト層表面が現れる。そして、電流経路外の部分をプロトン（Ｈ＋）照射によって絶縁層（高抵抗部）にして、電流狭さく部を形成する。そして、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２からなる誘電体反射鏡を電子ビーム蒸着法で形成し、必要部分を残してエッチング除去する。更に、ｎ−ＩｎＰクラッド層に達するまでエッチングしてｎ側電極を形成し、ｐ−ＧａＩｎＰＡｓコンタクト層上にｐ側電極を形成し、素子が完成する。ＡｌＧａＡｓ系反射鏡はＧａＩｎＰＡｓ系反射鏡より熱抵抗が小さく、放熱性は良い。
【００５７】
この第１の実施例のように格子定数の異なる材料を直接接合することなく１．３μｍ帯面発光レーザを形成することができた。更に格子定数の異なる材料を直接接合していないので、格子緩和に伴う結晶欠陥が発生して素子の信頼性を悪くする事を防ぐことができた。
【００５８】
なお、二種の基板を金属を用いて貼り合わせた長波長面発光レーザの例は米国特許Ｎｏ．５，５１３，２０４や米国特許Ｎｏ．６，２５２，８９６（特開２０００−２６１０９６）に記載されている。しかし、これらはＧａＡｓ格子整合系材料による短波長面発光レーザとＩｎＰ格子整合系活性層を用いた長波長面発光レーザ構造とを接合して、短波長面発光レーザを励起光源として長波長面発光レーザを発振させるものであり、短波長，長波長のそれぞれに共振器構造を有している。また、長波長面発光レーザ部の反射鏡には、ＩｎＰ格子整合系材料、誘電体、または、ＧａＡｓ格子整合系材料が用いられている。ＧａＡｓ格子整合系材料の場合は直接接合となっており、本発明とは構造が異なる。これらの構造では、２素子で１素子となるので、コストが高くなる。
【００５９】
（第２の実施例）
図３は本発明の第２の実施例の面発光レーザを示す図である。この第２の実施例の面発光レーザは、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ系材料を活性層とした６５０ｎｍ帯赤色面発光レーザとなっている。
【００６０】
より詳細に、図３に示すように、この第２の実施例の面発光レーザでは、ＧａＰ基板上に、媒質内における設計波長の１／４倍の厚さであるＡｌＰとＧａＰとを交互に例えば２５周期積層した周期構造からなる半導体分布ブラッグ反射鏡（第１反射鏡（Ａ））が形成されている。そして、その上に、ｎ−ＡｌＧａＡｓ系材料からなる第１反射鏡（Ｂ）が形成されており、第１反射鏡（Ａ）と第１反射鏡（Ｂ）とで第１反射鏡を構成している。なお、この第２の実施例では、ＡｌＧａＡｓ系第１反射鏡（Ｂ）は５ペアとした。また、ＡｌＧａＡｓ系第１反射鏡（Ｂ）はｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９５）とｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．５）とを交互に積層した構造とし、第１反射鏡（Ａ）と接する最上層（高屈折率層）はＧａｘＩｎ１−ｘＰ（ｘ＝０．６）キャップ層とした。この際、ＧａＰ基板上の最上層であるＧａＰ接着厚さ制御層とＧａＡｓ基板最上層であるＧａＩｎＰキャップ層の厚さは、合計でλ／４の奇数倍とした。
【００６１】
そして、第１反射鏡（Ｂ）上には、ｎ−ＧａｘＩｎ１−ｘＰ（ｘ＝０．６）コンタクト層、（Ａｌ０．７Ｇａ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ下部クラッド層（スペーサ層）、４層のＧａ０．４Ｉｎ０．６Ｐ量子井戸層と５層の（Ａｌ０．５Ｇａ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ障壁層からなる多重量子井戸活性層、（Ａｌ０．７Ｇａ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ上部クラッド層（スペーサ層）、ｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９５）とｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．５）とを交互に積層した第２反射鏡、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層が形成されている。そして、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層上にｐ側電極、ｎ−ＧａＩｎＰコンタクト層上にｎ側電極が形成されている。なお、第１反射鏡（Ｂ）と第２反射鏡とで挟まれた領域（共振器）の厚さは、媒質内における設計波長（λ）の厚さ（ラムダキャビティー）とした。
【００６２】
この第２の実施例では、第１反射鏡（Ａ）がｎ−ＧａＰ基板上に形成され、第１反射鏡（Ｂ）、量子井戸活性層とＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層（スペーサ層）、第２反射鏡、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層がＧａＡｓ基板上に形成されている。そこで、第１の実施例と同様に、Ａｕ−Ｓｎにより２種の基板を接着し、ＧａＡｓ基板をエッチング除去した。なお、ＧａＡｓ基板の除去は、第１の実施例と同様に、エッチングストップ層を設け、選択的エッチングにより行うことができる。
【００６３】
面発光レーザは共振器長を厳密に制御する必要があるが、厳密には反射鏡の膜厚揺らぎにも影響を受け、クラッド（スペーサ）層と活性層とを含んだ共振器のみで決まるものではない。また、反射鏡を含まない構造で、光学的厚さを厳密に測定することは困難である。この第２の実施例のように、ＧａＡｓ基板上の共振器の上下に反射鏡の一部を含む（この第２の実施例では、第１反射鏡（Ｂ）と第２反射鏡）ことで、エピ後に光学的共振器長を測定可能となり、二種のエピ基板を貼り合わせた時の共振器構造の制御性を向上させることができる。
【００６４】
また、この第２の実施例では、電流狭窄構造の形成をプロトン照射ではなく、ＡｌＡｓ層の選択酸化で行った。すなわち、ｐ側反射鏡（第２反射鏡）の活性層に近い低屈折率層の一部をＡｌＡｓ層とし、所定の大きさのメサを少なくともｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層の側面を露出させて形成し、側面の現れたＡｌＡｓを水蒸気で側面から酸化してＡｌｘＯｙ電流狭さく部を形成した。酸化速度はＡｌ組成がわずかに小さくなると遅くなるので、反射鏡の低屈折率層としてはわずかにＧａを含んだｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９５）を用いた。
【００６５】
ＡｌＧａＰ系反射鏡はＡｌＧａＡｓ系反射鏡に比べて材料のバンドギャップが大きく、短波長帯においては少ない積層数で吸収が少なくかつ高い反射率を得ることができる。ＡｌＧａＡｓ系反射鏡において、ＡｌＡｓとＧａＡｓは屈折率差が大きく反射鏡に適した材料といえるが、レーザの波長が短くなるに従い吸収を避けるため高屈折率層のＡｌ組成を大きくする必要がある。このため例えば波長６５０ｎｍでは高屈折率層にＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓがよく用いられる。よって低屈折率層との屈折率差がＡｌＡｓ／ＧａＡｓとの組み合わせに比べて約半分になり、必要な反射率を得るために積層数は２倍程度に増加してしまう。さらに実際には積層数が増えると膜厚の揺らぎがあり、また、完全には吸収を抑えたＤＢＲ組成ではないので、吸収のため高い反射率を得るのが困難になってしまい、面発光レーザの特性を悪化させてしまうという問題がある。一方、反射鏡にＡｌＧａＰ系材料を用いると５５０ｎｍよりも長い波長に対して透明となり、これらの波長においてＧａＰとＡｌＰとの間のどの組成をも用いることが可能となる。これにより、屈折率差が大きく取れ、積層数を増加させることなく結晶成長は容易であり、高反射率を容易に得ることができる。
【００６６】
また、ＧａＰ基板はＧａＡｓ基板よりも熱伝導率が大きいことと、ＡｌＧａＰ系反射鏡はＡｌＧａＡｓ系反射鏡に比べて熱伝導率が大きいことにより、放熱が改善される。二元化合物に比べて他の元素がわずかに加わっただけで急激に熱抵抗が高くなり、混晶組成が中心付近の材料で最も熱抵効率が高くなる。６５０ｎｍ帯の場合、反射鏡の高屈折率層材料として、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．５）が良く用いられており、ＧａＡｓやＡｌＡｓに比べても極めて熱抵抗が高いので、本発明の効果が高い。よってＧａＡｓ基板上に形成した素子に比べてしきい値が低く、出力が高く、高温まで連続動作が可能であった。
【００６７】
また、格子定数の異なる材料を用いているが、この第２の実施例のように結晶同士を直接接合していないので、格子緩和に伴う結晶欠陥が発生して素子の信頼性を悪くする事を防ぐことができた。
【００６８】
また、ＡｌとＡｓを主成分とした被選択酸化層の選択酸化により電流狭さくを行ったので、しきい値電流は低かった。被選択酸化層を選択酸化したＡｌ酸化膜からなる電流狭さく層を用いた電流狭さく構造によると、電流狭さく層を活性層に近づけて形成することで電流の広がりを抑えられ、大気に触れない微小領域に効率良くキャリアを閉じ込めることができる。さらに酸化してＡｌ酸化膜となることで屈折率が小さくなり凸レンズの効果でキャリアの閉じ込められた微小領域に効率良く光を閉じ込めることができ、極めて効率が良くなり、しきい値電流は低減される。また、容易に電流狭さく構造を形成できることから、製造コストを低減できる。
【００６９】
（第３の実施例）
図４は本発明の第３の実施例の面発光レーザを示す図である。この第３の実施例の面発光レーザは、ＡｌＧａＡｓ系材料を活性層とした７８０ｎｍ帯面発光レーザとなっている。
【００７０】
この第３の実施例では、第２の実施例よりも波長が長く、吸収しない組成範囲が広くなり、低Ａｌ組成を高屈折率層に用いることができる。具体的には、ＡｌＧａＡｓ系反射鏡をｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．３）とを交互に積層した構造とした。また、クラッド層をＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．６）とし、３層のＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．１）量子井戸層と２層のＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．３）障壁層とからなる多重量子井戸構造とした。またｎ側電極を形成するためのコンタクト層をＧａＩｎＰＡｓ層とした。
【００７１】
他は、第２の実施例と同様である。
【００７２】
ＧａＰ基板はＧａＡｓ基板よりも熱伝導率が大きいことと、ＡｌＧａＰ系反射鏡はＡｌＧａＡｓ系反射鏡に比べて熱伝導率が大きいことにより、放熱が改善される。特に混晶組成が中心付近の材料は熱抵効率が高くなる。７８０ｎｍ帯の場合、反射鏡の高屈折率層材料としてＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．３）が良く用いられており、熱抵抗が高いので、本発明の効果が高い。ＧａＡｓ基板上に形成した素子に比べて、しきい値が低く、出力が高く、高温まで連続動作が可能であった。
【００７３】
なお、共振器構造ごと熱伝導性の良い基板に貼り合わせた従来例がある。例えば文献「Ｔ． Ｏｕｃｈｉ ｅｔ ａｌ． Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ， Ｖｏｌ．７７， ｐｐ１６０２ − １６０４ （２０００）」では、ＧａＡｓ基板上に形成した通常の構造からなる８３０ｎｍ帯面発光レーザの二つの反射鏡と活性層からなる共振器構造部分のみをＡｌＮ基板に接着したものである。ＡｌＮの熱伝導率は、１．７Ｗｃｍ−１Ｋ−１と記載されており、高い。しかしながら、主に発熱する活性層とＡｌＮ基板との間は、従来のＡｌＧａＡｓ系混晶半導体を用いた反射鏡であり、この第３の実施例のＡｌＧａＰ系反射鏡に比べて熱抵抗が高く、活性層の熱が基板まで逃げにくい。この第３の実施例のように反射鏡の熱抵抗も低い方が好ましい。
【００７４】
（第４の実施例）
図５は本発明の第４の実施例の面発光レーザを示す図である。この第４の実施例の面発光レーザは、ＧａＡｓ基板上のＧａＩｎＮＡｓ系材料を活性層とした１．３μｍ帯面発光レーザとなっている。
【００７５】
この第４の実施例では、第３の実施例よりも波長が長く、吸収しない組成範囲が広くなり、低Ａｌ組成を高屈折率層に用いることができる。具体的には、ＡｌＧａＡｓ系反射鏡をｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０）とを交互に積層した構造とした。また、クラッド層をＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．３）とＧａＡｓとの２層構造とした。ここで、活性層側をＧａＡｓとした。また、活性層は、３層のＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層と２層のＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０）障壁層とからなる多重量子井戸構造とした。また、ｎ側電極を形成するためのコンタクト層をＧａＡｓ層とした。
【００７６】
他は、第２の実施例と同様である。
【００７７】
最近、長波長帯面発光レーザの活性層材料として、ＧａＡｓ基板上に１．３μｍ帯等の長波長を形成できる材料系が注目され、（Ｇａ）ＩｎＡｓ量子ドット、ＧａＡｓＳｂやＧａＩｎＮＡｓ（例えば、特開平６−３７３５５号公報参照）が研究されている。特に、新材料であるＧａＩｎＮＡｓは、レーザ特性の温度依存性を極めて小さくすることができる材料として注目されている。しかし、ＧａＡｓ基板上に形成されるＧａＩｎＮＡｓ系半導体レーザは、窒素添加によりバンドギャップが小さくなり添加量に応じて長波長化するが、窒素組成増加に伴って結晶性が劣化し、ＧａＡｓ量子井戸活性層を用いた０．８５μｍ帯面発光レーザや、ＧａＩｎＡｓ量子井戸活性層を用いた０．９８μｍ帯面発光レーザに比べて高出力を得るのが困難であった。
【００７８】
これに対し，ＧａＰ基板はＧａＡｓ基板よりも熱伝導率が大きいことと、ＡｌＧａＰ系反射鏡はＡｌＧａＡｓ系反射鏡に比べて熱伝導率が大きいことにより、放熱が改善される。この第４の実施例では、ＡｌＧａＰ系反射鏡を用いＧａＰ基板上に形成したので、ＧａＡｓ基板上に形成した従来の素子に比べて、しきい値が低く、出力が高く、高温まで連続動作が可能であった。
【００７９】
（第５の実施例）
図６は本発明の第５の実施例の面発光レーザアレイ（面発光レーザアレイチップ）を示す図（上面図）である。
【００８０】
この第５の実施例の面発光レーザアレイは、第４の実施例の面発光レーザが８素子、１次元に並んだものとなっている。なお、面発光レーザアレイは、１次元に限らず、２次元に集積させてもかまわない。また、図６の面発光レーザアレイでは、上面にｐ側個別電極とｎ側共通電極とが形成されている。この面発光レーザアレイでは、発熱を低減し放熱を良好にしたので、隣りの素子へ悪影響は及ぼさなかった。
【００８１】
（第６の実施例）
図７は第６の実施例の光送信モジュールの概要図であり、第５の実施例の面発光レーザアレイチップとシリカファイバーとを組み合わせたものとなっている。この第６の実施例では、面発光レーザからのレーザ光が光ファイバーに入力されて伝送されるシングルモードファイバーを用いており、同時により多くのデータを伝送するために、複数の面発光レーザが集積した面発光レーザアレイを用いた並列伝送が可能となっている。このように、シングルモード高出力面発光レーザを用いているので、高速な並列伝送が可能となり、従来よりも多くのデータを同時に伝送できるようになった。
【００８２】
この第６の実施例では、面発光レーザ素子と光ファイバーは１対１に対応させたが、発振波長の異なる複数の面発光レーザ素子を１次元または２次元にアレイ状に配置して、波長多重送信することにより伝送速度を更に増大することが可能となる。
【００８３】
（第７の実施例）
図８は本発明の第７の実施例の光送受信モジュールの概要図であり、第４の実施例の面発光レーザと、受信用フォトダイオードと、アクリル系ＰＯＦとを組み合わせたものとなっている。
【００８４】
本発明による面発光レーザを光通信システムに用いる場合、面発光レーザとＰＯＦは低コストであるので、図８に示すように、送信用の面発光レーザ素子と受信用フォトダイオードとＰＯＦとを組み合わせた光送受信モジュールを用いた低コストの光通信システムを実現できる。また、ＰＯＦはファイバの径が大きくてファイバとのカップリングが容易で実装コストを低減できることから、極めて低コストのモジュールを実現できる。また、本発明の面発光レーザ素子の場合、温度特性が良いこと、及び、低しきい値であることにより、発熱が少なく、高温まで冷却なしで使えることにより、低コストのシステムを実現できる。
【００８５】
本発明の面発光レーザ素子を用いた光通信システムとしては、光ファイバーを用いたＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのコンピュータ等の機器間伝送、さらには機器内のボード間データ伝送、ボード内のＬＳＩ間、ＬＳＩ内の素子間等の、光インターコネクションとして特に短距離通信に用いることができる。
【００８６】
近年、ＬＳＩ等の処理性能は向上しているが、これらを接続する部分の伝送速度が今後ボトルネックとなる。システム内の信号接続を従来の電気接続から光インターコネクトに変えると、例えばコンピュータシステムのボード間、ボード内のＬＳＩ間、ＬＳＩ内の素子間等を本発明に係る光送信モジュールや光送受信モジュールを用いて接続すると、超高速コンピュータシステムが可能となる。
【００８７】
また、複数のコンピュータシステム等を本発明に係る光送信モジュールや光送受信モジュールを用いて接続した場合、超高速ネットワークシステムが構築できる。特に、面発光レーザ素子は、端面発光型レーザに比べて、桁違いに低消費電力化でき、２次元アレイ化が容易なので、並列伝送型の光通信システムに適している。
【００８８】
（第８の実施例）
図９は本発明の第８の実施例のレーザプリンターの光走査部分の概要図であり、波長７８０ｎｍである４×４の二次元に配置された本発明の第３の実施例に係わる面発光レーザアレイチップと、感光帯ドラムとを組み合わせたものとなっている。図１０は図９の面発光レーザアレイチップの概略構成を示す図（上面図）である。この面発光レーザアレイチップの点灯のタイミングを調整することで、感光帯上では図１０のように副走査方向に２０μｍ間隔で光源が並んでいる場合と同様な構成と捉えることができる。この第８の実施例では、面発光レーザアレイからの複数のビームを、同じ光学系を用い走査用ポリゴンミラーを高速回転させてドット位置を点灯のタイミングを調整して副走査方向に分離した複数の光スポットとして被走査面である感光帯上に集光して、一度に複数のビームを走査している。
【００８９】
この第８の実施例によると、副走査方向に２０μｍ間隔で感光帯上に書き込み可能であり、１２００ＤＰＩ（ドット／インチ）に相当する。主走査方向の書き込み間隔は、光源の点灯のタイミングで容易に制御できる。この第８の実施例では、１６ドットを同時に書き込み可能であり、高速印刷できた。アレイ数を増加させることで、更に高速印刷が可能である。また、面発光レーザ素子の間隔を調整することで副走査方向の間隔を調整でき、１２００ＤＰＩよりも高密度にすることができ、より高品質の印刷が可能となる。高密度化するためにはレンズ系を用いてビーム径をより絞る必要があるが、波長による限界があり、光源の波長は短い方が好ましい。また高出力が必要である。面発光レーザは活性層堆積が小さく端面発光型に比べて高出力化が難しいが、この第８の実施例に用いた面発光レーザアレイでは、放熱を良好にしたので、高出力が得られるようになり、かつ周辺の素子への熱干渉が小さく、書き込み光源に用いることができるようになった。
【００９０】
なお、この第８の実施例では、本発明の面発光レーザアレイのレーザプリンターへの応用例を示したが、本発明の面発光レーザアレイをＣＤ等の記録，再生用光源としても用いることができる。
【００９１】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１乃至請求項４記載の発明によれば、基板上に、少なくとも１層の活性層を含む活性領域と、活性層の上部および下部に設けられた第１反射鏡および第２反射鏡を含む共振器構造とを有する面発光レーザにおいて、少なくとも反射鏡の一部を含んだ領域と、少なくとも活性層を含んだ領域とが、金属を介して接着されており（活性領域と反射鏡とを金属を用いて接着しており）、格子定数の違う材料が直接結合していないので、格子歪に伴う欠陥の発生が抑えられ、信頼性の高い面発光レーザを得ることができる。また、ＩｎＰ格子整合系の長波長活性層とＧａＡｓ格子整合系材料であり高性能の得られるＡｌＧａＡｓ系反射鏡とを接着することで、信頼性が高く実用レベルの１．３μｍ帯，１．５５μｍ帯等の長波長帯の面発光レーザを得ることができる。また、請求項１記載の発明では、前記少なくとも活性層を含んだ領域は、活性層の上部及び下部に半導体からなる反射鏡の少なくとも一部を含んでおり、共振器の上下に反射鏡の一部を含むことで、エピ後に光学的共振器長を測定可能となり、少なくとも反射鏡の一部を含んだ領域と少なくとも活性層を含んだ領域とを貼り合わせて形成した共振器構造においても、反射鏡の反射帯域と共振器長とのマッチングの制御性を向上させることができる。
【００９２】
特に、請求項２記載の発明では、請求項１記載の面発光レーザにおいて、前記金属を介して接着された接着層には、光を通す金属アパーチャー部が形成され、金属アパーチャー部には、接着層の厚さを固定する接着層厚さ制御層が形成されているので（熱処理等の接着工程で厚さが変わらず、厚さの制御された接着層厚さ制御層を設けているので）、接着層の厚さを厳密に制御でき、ウエハ貼り合わせ面発光レーザにおいて共振器構造を容易に形成できる。すなわち、面発光レーザは反射鏡や共振器長を厳密に合わせる必要があり膜厚制御が重要であり、これを達成できる。
【００９３】
また、請求項３記載の発明では、請求項１または請求項２記載の面発光レーザにおいて、前記金属はＡｕ−Ｓｎ合金であり、Ａｕ−Ｓｎ合金の融点は低いが、面発光レーザの使用環境温度範囲よりは高く、適度な融点を持っているので、扱いやすく、素子へのダメージは少なく好ましい。
【００９５】
また、請求項４記載の発明では、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、前記少なくとも反射鏡の一部を含んだ領域は、ＧａＰ基板とＡｌｘＧａ１−ｘＰ（０≦ｘ≦１）系材料からなる半導体分布ブラッグ反射鏡とを少なくとも含むので、容易に９９％以上の高反射率が得られ、積層数を低減できる。すなわち、ＡｌＰ，ＧａＰを終端物質としたＡｌＧａＰ系材料は、ＡｌＡｓ，ＧａＡｓを終端物質としたＡｌＧａＡｓ系材料と同様に屈折率差が大きく、しかもＡｌ組成によらず格子定数が近く、ＧａＰ基板上に結晶成長できる。また、ＡｌＧａＡｓ系材料に比べてバンドギャップエネルギーが大きいことから、およそ０．５５μｍより長波長の光を透過する。よって容易に９９％以上の高反射率が得られ、積層数を低減できる。特に０．９μｍより短波長帯においてＡｌＧａＡｓ系材料よりも積層数を少なくでき、適した半導体分布ブラッグ反射鏡が形成できる。さらに、ＡｌＧａＰ系材料の熱伝導率はＡｌＧａＡｓ系材料よりも大きいので、放熱が良くなり、動作時の温度上昇を抑制でき、低しきい値，高出力化が可能となり、更に温度特性が向上する。
【００９６】
また、請求項５記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザがアレイ状に配列されて構成されていることを特徴とする面発光レーザアレイであるので、高性能の面発光レーザアレイを実現できる。すなわち、本発明の面発光レーザは、放熱が改善されたので、これをアレイとした場合、他の素子で発生した熱の干渉による特性劣化（しきい値上昇，出力低下など）が低減し、高性能の面発光レーザアレイを実現できる。さらに他の素子への熱の影響を低減できることから、素子間の間隔を狭くできるなどのメリットがある。
【００９７】
また、請求項６記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光送信モジュールであるので、光送信モジュールの信頼性を向上させることができる。すなわち、本発明では、低消費電力であり光ファイバーの伝送損失の小さい長波長帯面発光レーザの信頼性が改善されたので、光送信モジュールの信頼性を向上させることができる。
【００９８】
また、請求項７記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光送受信モジュールであるので、光送受信モジュールの信頼性を向上させることができる。すなわち、本発明では、低消費電力であり光ファイバーの伝送損失の小さい長波長帯面発光レーザの信頼性が改善されたので、光送受信モジュールの信頼性を向上させることができる。
【００９９】
また、請求項８記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光通信システムであるので、光通信システムの信頼性を向上させることができる。すなわち、本発明では、低消費電力であり光ファイバーの伝送損失の小さい長波長帯面発光レーザの信頼性が改善されたので、光通信システムの信頼性を向上させることができる。また、ＰＯＦを用いることで、安い光源である面発光レーザ、安い光ファイバーであるＰＯＦを用いた経済的な光通信システムを実現できる。面発光レーザを用いていることから高速伝送可能であり、かつ極めて経済的であることから特に一般家庭やオフィスの室内、機器内などの光通信システムに用いることが効果的である。
【０１００】
また、請求項９記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とするレーザプリンターであるので、温度上昇を低減でき、また、書き込み速度が格段に向上し、書き込みドット密度が上昇しても印刷速度を落とすことなく印刷できる。すなわち、本発明の面発光レーザは、低消費電力動作をするので、プリンターのような箱の中の温度上昇を低減できる。また、面発光型なのでアレイ化が容易でしかも通常の半導体プロセスで形成するので、素子の位置制度が高く、同時にマルチビームでの書き込みが容易となり、書き込み速度が格段に向上し、書き込みドット密度が上昇しても印刷速度を落とすことなく印刷できる。また同じ書き込みドット密度の場合は印刷速度を早くできる。また、ＡｌＧａＰ系反射鏡を用いた場合、放熱性が改善されるので低消費電力で容易に書き込みに必要な出力が得られる。
【０１０１】
また、請求項１０記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光ピックアップシステムであるので、通常の光ピックアップシステムはもちろん、ハンディータイプの光ピックアップシステムを実現できる。すなわち、本発明の面発光レーザは、端面発光型半導体レーザに比べて１桁程度消費電力が小さく電力が長持ちすることから、通常の光ピックアップシステムはもちろん、ハンディータイプの光ピックアップシステムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の面発光レーザを示す図である。
【図２】第１の実施例の面発光レーザの作製例を説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施例の面発光レーザを示す図である。
【図４】本発明の第３の実施例の面発光レーザを示す図である。
【図５】本発明の第４の実施例の面発光レーザを示す図である。
【図６】本発明の第５の実施例の面発光レーザアレイを示す図である。
【図７】本発明の光送信モジュールの一例を示す図である。
【図８】本発明の光送受信モジュールの一例を示す図である。
【図９】本発明のレーザプリンターの一例を示す図である。
【図１０】図９のレーザプリンターの動作を説明するための図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、面発光レーザ及び面発光レーザアレイ及び光送信モジュール及び光送受信モジュール及び光通信システム及びレーザプリンター及び光ピックアップシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットの爆発的普及に見られるように、扱われる情報量が飛躍的に増大しており、今後さらに加速すると考えられる。このため、幹線系のみならず、各家庭やオフィスといった加入者系やＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのユーザに近い伝送路、さらには各機器間や機器内の配線へも光ファイバーが導入され、光による大容量情報伝送技術が極めて重要となる。
【０００３】
そして、安価で、距離を気にしないで光ネットワーク、光配線の大容量化を図るためには、光源としてシリカファイバーの伝送ロスが小さく整合性の良い１．３μｍ帯，１．５５μｍ帯の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ： Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：垂直空洞面発光型半導体レーザ素子）は極めて有望である。面発光レーザは、基板に対して垂直方向に光を出射する半導体レーザであり、活性層体積が小さいために低消費電力であり、また、へき開による共振器面形成がなく基板に対して垂直方向に光を出射するのでアレイ化が容易で検査も容易であり、また、共振器長を小さくできるので縦モードシングル化が容易であり、小型，低価格等、端面発光型レーザに比べて、メリットが多い。実際に、ＧａＡｓ基板上に形成できる０．８５μｍ帯では、すでに高速ＬＡＮである１Ｇｂｉｔ／ｓのイーサネットなどで実用化されている。
【０００４】
１．３μｍ，１．５５μｍ等の長波長帯では、ＩｎＰ基板上の材料系が一般的であり、端面発光型レーザでは実績がある。しかし、この従来の長波長帯半導体レーザでは、環境温度が室温から８０℃になると動作電流が３倍にも増加するという大きな欠点を持っている。また、面発光型半導体レーザ素子においては反射鏡に適した材料がないため高性能化は困難であり、実用レベルの特性が得られていないのが現状である。このため、ＩｎＰ基板上の活性層とＧａＡｓ基板上のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ反射鏡を直接接合で貼り合わせた構造が提案されており（例えば、特許文献１参照。）、実際に多くの実験報告がある。しかし、この方法は、格子定数が違う材料が直接接合しているため、そこで大きなストレスが発生し、電流通電等により結晶欠陥が発生し、劣化を招くなどの問題があった。
【０００５】
また、上記光通信システム用はもとより、０．６５μｍ帯，０．７８μｍ帯等の短波長面発光レーザは、レーザプリンター，光ピックアップシステム用光源などの応用において、高出力が求められている。しかしながら、面発光レーザは、活性層体積が小さいため、端面型に比べて出力が小さいという欠点を持っている。そして、最大出力は電流注入による発熱によって出力飽和することで決定されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−３３５９６７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、反射鏡と活性層との接着において格子歪に伴う欠陥発生を抑えた実用レベルの面発光レーザ及び面発光レーザアレイ及び光送信モジュール及び光送受信モジュール及び光通信システム及びレーザプリンター及び光ピックアップシステムを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、基板上に、少なくとも１層の活性層を含む活性領域と、活性層の上部および下部に設けられた第１反射鏡および第２反射鏡を含む共振器構造とを有する面発光レーザにおいて、少なくとも反射鏡の一部を含んだ領域と、少なくとも活性層を含んだ領域とが、金属を介して接着されており、前記少なくとも活性層を含んだ領域は、活性層の上部及び下部に半導体からなる反射鏡の少なくとも一部を含むことを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の面発光レーザにおいて、前記金属を介して接着された接着層には、光を通す金属アパーチャー部が形成され、金属アパーチャー部には、接着層の厚さを固定する接着層厚さ制御層が形成されていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の面発光レーザにおいて、前記金属は、Ａｕ−Ｓｎ合金であることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、前記少なくとも反射鏡の一部を含んだ領域は、ＧａＰ基板とＡｌｘＧａ１−ｘＰ（０≦ｘ≦１）系材料からなる半導体分布ブラッグ反射鏡とを少なくとも含むことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザがアレイ状に配列されて構成されていることを特徴とする面発光レーザアレイである。
【００１４】
また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光送信モジュールである。
【００１５】
また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光送受信モジュールである。
【００１６】
また、請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光通信システムである。
【００１７】
また、請求項９記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とするレーザプリンターである。
【００１８】
また、請求項１０記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光ピックアップシステムである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態の面発光レーザ（面発光型半導体レーザ）は、基板上に、少なくとも１層の活性層を含む活性領域と、活性層の上部および下部に設けられた第１反射鏡および第２反射鏡を含む共振器構造とを有し、少なくとも反射鏡の一部を含んだ領域と、少なくとも活性層を含んだ領域とが、金属を介して接着されていることを特徴としている。
【００２１】
この第１の実施形態では、活性領域と反射鏡とを金属を用いて接着しており、格子定数の違う材料が直接結合していないので、格子歪に伴う欠陥の発生が抑えられ、信頼性の高い面発光レーザを得ることができる。また、ＩｎＰ格子整合系の長波長活性層と、ＧａＡｓ格子整合系材料であり高性能の得られるＡｌＧａＡｓ系反射鏡とを接着することで、信頼性が高く実用レベルの１．３μｍ帯，１．５５μｍ帯等の長波長帯の面発光レーザを得ることができる。
【００２２】
（第２の実施形態）
本発明の第２実施形態の面発光レーザは、上述した第１の実施形態の面発光レーザにおいて、金属を介して接着された接着層には、光を通す金属アパーチャー部が形成され、金属アパーチャー部には、接着層の厚さを固定する接着層厚さ制御層が形成されていることを特徴としている。
【００２３】
面発光レーザは、少なくとも１層の活性層を含む活性領域と、活性層の上部および下部に設けられた第１反射鏡および第２反射鏡を含む共振器構造からなり、その共振器構造中に、光を通さない金属、または、光吸収の大きい金属を設けることはできない。しかし、光を通す金属アパーチャー部を設けることで、共振器構造を形成できる。
【００２４】
また、面発光レーザは、反射鏡の反射帯域と共振器長とを厳密に合わせる必要があり、膜厚制御が重要である。金属接着は、接着させたい２枚の基板の接着面の少なくともいずれか一方に金属膜を形成して、金属の融点以上に温度を上げて溶かして２枚の基板を接着することができる。しかし、最終的な金属接着層の厚さは、接着条件等で変わってしまうが、この第２の実施形態では、熱処理等の接着工程で厚さが変わらず、厚さの制御された接着層厚さ制御層を設けているので、接着層の厚さを厳密に制御できる。
【００２５】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態の面発光レーザは、第１または第２の実施形態の面発光レーザにおいて、前記金属がＡｕ−Ｓｎ合金であることを特徴としている。
【００２６】
金属としては、はんだ材料等の融点の低い金属が好ましい。ただし、面発光レーザの使用環境温度範囲よりは融点が高いことが好ましく、融点が２００℃〜３００℃程度であるＡｕ−Ｓｎ合金が好ましい。
【００２７】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態の面発光レーザは、第１乃至第３のいずれかの実施形態の面発光レーザにおいて、前記少なくとも活性層を含んだ領域は、活性層の上部及び下部に半導体からなる反射鏡の一部を含むことを特徴としている。
【００２８】
本発明の面発光レーザは、少なくとも反射鏡の一部を含んだ領域と、少なくとも活性層を含んだ領域とを、別々の半導体基板上に結晶成長し、金属により両方のエピ基板を接合する構造となっている。面発光レーザは、共振器長を厳密に制御する必要があるが、反射鏡の膜厚揺らぎにも影響を受け、上記少なくとも活性層を含んだ領域として、クラッド（スペーサ）層と活性層とを含んだ共振器のみとしてはずれる場合もあり得る。また、反射鏡を含まない構造で、光学的厚さを厳密に測定することは困難である。これに対し、第４の実施形態では、共振器の上下に反射鏡の一部を含むことで、エピ後に光学的共振器長を測定可能となり、少なくとも反射鏡の一部を含んだ領域と、少なくとも活性層を含んだ領域とを貼り合わせて形成した共振器構造においても、制御性を向上させることができる。
【００２９】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態の面発光レーザは、第１乃至第４のいずれかの実施形態の面発光レーザにおいて、前記少なくとも反射鏡の一部を含んだ領域は、ＧａＰ基板とＡｌｘＧａ１−ｘＰ（０≦ｘ≦１）系材料からなる半導体分布ブラッグ反射鏡とを少なくとも含むことを特徴としている。
【００３０】
ＡｌＰ，ＧａＰを終端物質としたＡｌＧａＰ系材料は、ＡｌＡｓ，ＧａＡｓを終端物質としたＡｌＧａＡｓ系材料と同様に、屈折率差が大きく、しかもＡｌ組成によらず格子定数が近く、ＧａＰ基板上に結晶成長できる。具体的に、格子定数は、ＧａＰが５．４４９５オングストローム、ＡｌＰが５．４６２５オングストロームであり、ＧａＡｓが５．６５３２５オングストローム、ＡｌＡｓが５．６６１１オングストロームである。屈折率（バンドギャップ波長における）は、ＧａＰが３．４５２、ＡｌＰが３．０３であり、ＧａＡｓが３．６５５、ＡｌＡｓが３．１７８である。よって、ＡｌＧａＰ系材料は、ＡｌＧａＡｓ系材料と同様に、半導体分布ブラッグ反射鏡の材料として適していると考えられる。
【００３１】
また、ＡｌＧａＰ系材料は、ＡｌＧａＡｓ系材料に比べてバンドギャップエネルギーが大きいことから、およそ０．５５μｍよりも長波長の光を透過する。また、ＡｌＧａＡｓ系材料と同様、屈折率差を大きく取れるので、容易に９９％以上の高反射率が得られ、積層数を低減できる。特に０．９μｍよりも短波長帯において、ＡｌＧａＡｓ系材料よりも積層数を少なくでき、適した半導体分布ブラッグ反射鏡が形成できる。
【００３２】
さらに、関連材料の熱伝導率は、それぞれ、ＧａＡｓが０．５４Ｗｃｍ−１Ｋ−１ 、ＡｌＡｓが０．９１Ｗｃｍ−１Ｋ−１ 、ＧａＰが１．１Ｗｃｍ−１Ｋ−１ 、ＡｌＰが０．９Ｗｃｍ−１Ｋ−１ である。また、二元化合物に比べて混晶半導体においては、他の元素がわずかに加わっただけで急激に熱抵抗が高くなり、混晶組成が中心付近の材料で最も熱抵抗率が高くなる。例えばＡｌＧａＡｓ混晶半導体の熱低効率の組成依存性が、文献「Ｍ． Ａ． Ａｆｒｏｍｏｗｉｔｚ， Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， ４４ （１９７３） ｐ．１２９２」に記載されている。ＡｌＧａＡｓ系の場合、低屈折率層としてＡｌＡｓ、高屈折率層としてＧａＡｓを用いるのが好ましいが、ＧａＡｓはおよそ０．９μｍよりも短波長を吸収するので、これらの波長の面発光レーザでは、Ａｌを加えて吸収のない組成としたＡｌＧａＡｓを用いなければならない。更に、面発光レーザの電流狭窄方法のブレークスルーとなったＡｌＡｓ選択酸化狭窄技術を用いる場合、酸化するために少なくともＡｌＡｓ被選択酸化層側面があらわれるまでエピ構造をメサエッチングするが、少なくとも側面のあらわれる反射鏡には酸化を避けるためにＡｌＡｓを用いることはできない。このため低屈折率層としてＧａを数％加えたＡｌＧａＡｓを用いるなどの制限が生じてしまい、熱抵抗が大きくなる。一方、本願の発明者の実験から、ＡｌＰはＡｌＡｓに比べて酸化速度が極めて遅いことがわかっており、また、ＡｌＧａＰ系材料の熱伝導率はＡｌＧａＡｓ系材料よりも大きく、更に全組成範囲において０．５５μｍよりも長波長の光を透過するので、０．５５μｍから０．９μｍの範囲においても特に熱抵抗の小さい二元化合物であるＡｌＰとＧａＰを用いることができる。よって、放熱が極めて良くなり、動作時の温度上昇を抑制でき、低しきい値，高出力化ができ、更に温度特性が向上する。
【００３３】
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態の面発光レーザアレイ（面発光型半導体レーザアレイ）は、第１乃至第５のいずれかの実施形態の面発光レーザがアレイ状に配列されて構成されていることを特徴としている。
【００３４】
本発明の面発光レーザでは、放熱が改善されるので、アレイとした場合、他の素子で発生した熱の干渉による特性劣化（しきい値上昇，出力低下など）が低減し、高性能の面発光レーザアレイを実現できる。さらに他の素子への熱の影響を低減できることから、素子間の間隔を狭くできるなどのメリットがある。
【００３５】
（第７の実施形態）
本発明の第７の実施形態の光送信モジュールは、第１乃至第５のいずれかの実施形態の面発光レーザ、または、第６の実施形態の面発光レーザアレイを光源として用いたことを特徴としている。
【００３６】
本発明では、低消費電力であり光ファイバーの伝送損失の小さい長波長帯面発光レーザの信頼性が改善されたので、これを用いた光送信モジュールの信頼性を向上させることができる。
【００３７】
（第８の実施形態）
本発明の第８の実施形態の光送受信モジュールは、第１乃至第５のいずれかの実施形態の面発光レーザ、または、第６の実施形態の面発光レーザアレイを光源として用いたことを特徴としている。
【００３８】
本発明では、低消費電力であり光ファイバーの伝送損失の小さい長波長帯面発光レーザの信頼性が改善されたので、これを用いた光送受信モジュールの信頼性を向上させることができる。
【００３９】
（第９の実施形態）
本発明の第９の実施形態の光通信システムは、第１乃至第５のいずれかの実施形態の面発光レーザ、または、第６の実施形態の面発光レーザアレイを光源として用いたことを特徴としている。
【００４０】
本発明では、低消費電力であり光ファイバーの伝送損失の小さい長波長帯面発光レーザの信頼性が改善されたので、これを用いた光通信システムの信頼性を向上させることができる。
【００４１】
また、ＰＯＦ（プラスチックオプティカルファイバー）を用いることで、安い光源である面発光レーザ、安い光ファイバーであるＰＯＦを用いた経済的な光通信システムを実現できる。また、面発光レーザを用いていることから、高速伝送可能であり、かつ極めて経済的であることから、特に一般家庭やオフィスの室内，機器内などの光通信システムに用いることが効果的である。
【００４２】
（第１０の実施形態）
本発明の第１０の実施形態のレーザプリンターは、第１乃至第５のいずれかの実施形態の面発光レーザ、または、第６の実施形態の面発光レーザアレイを光源として用いたことを特徴としている。
【００４３】
面発光レーザは、低消費電力動作に有利であり、プリンターのような箱の中の温度上昇を低減できる。また、面発光型なので、アレイ化が容易でしかも通常の半導体プロセスで形成するので、素子の位置制度が高く、同時にマルチビームでの書きこみが容易となり、書きこみ速度が格段に向上し、書きこみドット密度が上昇しても印刷速度を落とすことなく印刷できる。また、同じ書きこみドット密度の場合は印刷速度を早くできる。また、特にＡｌＧａＰ系反射鏡を用いた場合、放熱性が改善されるので、低消費電力で容易に書きこみに必要な出力が得られる。
【００４４】
（第１１の実施形態）
本発明の第１１の実施形態の光ピックアップシステムは、第１乃至第５のいずれかの実施形態の面発光レーザ、または、第６の実施形態の面発光レーザアレイを光源として用いたことを特徴としている。
【００４５】
記録媒体（メディア）への光書き込み，再生用光源である半導体レーザの波長は、ＣＤでは０．７８μｍ、ＤＶＤでは０．６５μｍが用いられている。面発光レーザは、端面型半導体レーザに比べて１桁程度消費電力が小さく、電力が長持ちすることから、通常の光ピックアップシステムはもちろん、ハンディータイプの光ピックアップシステムを実現できる。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。
【００４７】
（第１の実施例）
図１は本発明の第１の実施例の面発光レーザを示す図である。この第１の実施例の面発光レーザは、ＧａＡｓ基板上に結晶成長した反射鏡と、ＩｎＰ基板上に結晶成長した活性領域とを接着した、長波長帯面発光レーザとなっている。
【００４８】
より詳細に、図１に示すように、この第１の実施例の面発光レーザでは、ＧａＡｓ基板上に、媒質内における設計波長の１／４倍の厚さであるＡｌＧａＡｓとＧａＡｓとを交互に例えば３５周期積層した周期構造と１／４の厚さのＧａＩｎＰ層とからなる半導体分布ブラッグ反射鏡（第１反射鏡）が形成されている。そして、その上に、ＩｎＰからなる上下クラッド層（スペーサ層）と、活性領域（１．３μｍ組成波長のＧａＩｎＰＡｓ井戸層と１．０μｍ組成波長のＧａＩｎＰＡｓ障壁層とからなる多重量子井戸活性層）と、ｐ−ＧａＩｎＰＡｓコンタクト層とが形成されている。そして、その上には、８ペアのＴｉＯ２／ＳｉＯ２からなる誘電体反射鏡（第２反射鏡）が形成されている。
【００４９】
この第１の実施例の半導体レーザが従来の半導体レーザと異なる点は、ＧａＡｓに格子整合する第１反射鏡と、ＩｎＰに格子整合する活性領域を含むエピ構造とが、金属によって接着されていることである。ここで、金属には、Ａｕ−Ｓｎ合金を用いた。ただし、面発光レーザとして機能させるために、共振器構造を形成する部分として上記金属の無い金属アパーチャー部が形成されている。その部分には第１反射鏡を形成しているＧａＩｎＰが媒質内における設計波長の１／４倍の厚さで形成されている。このＧａＩｎＰ層は、接着層の厚さを固定する接着層厚さ制御層として機能する。
【００５０】
この第１の実施例の面発光レーザのウエハは、次のように作製される。
【００５１】
すなわち、図２の下部に示すように、ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＡｓとＧａＡｓとを積層した周期構造とＧａＩｎＰ接着層厚さ制御層からなる第１反射鏡を形成する。そして、共振器構造を形成する部分を残して、ＧａＩｎＰ接着層厚さ制御層をエッチング除去する。そして、残されたＧａＩｎＰ接着層厚さ制御層上に、レジストをパターニングし、Ａｕ−Ｓｎを接着層厚さ制御層より厚めに蒸着し、リフトオフ法により、ＧａＩｎＰ接着層厚さ制御層以外の部分にＡｕ−Ｓｎからなる金属接着層を形成する。
【００５２】
また、図２の上部に示すように、ＩｎＰ基板上に、ＧａＩｎＡｓエッチングストップ層、ｐ−ＧａＩｎＰＡｓコンタクト層、ｐ−ＩｎＰクラッド層（スペーサ層）、７層の１．３μｍ組成波長のＧａＩｎＰＡｓ井戸層と８層の１．０μｍ組成波長のＧａＩｎＰＡｓ障壁層とからなる多重量子井戸活性層、ｎ−ＩｎＰクラッド層（スペーサ層）を形成する。
【００５３】
ここで、結晶成長はＭＯＣＶＤ法により行なった。また、原料には、ＴＭＧ（トリメチルガリウム），ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム），ＴＭＩ（トリメチルインジウム），ＰＨ３（フォスフィン），ＡｓＨ３（アルシン），ｎ型のドーパントとしてＨ２Ｓｅ（セレン化水素），ｐ型のドーパントとしてＣＢｒ４を用いた。また、キャリアガスにはＨ２を用いた。ＭＯＣＶＤ法は、ＭＢＥ法のような高真空を必要とせず、原料ガスの供給流量や供給時間を制御すれば良いので、量産性に優れている。
【００５４】
そして、２枚の成長基板の結晶成長面（具体的には、ＧａＩｎＰ接着層厚さ制御層とｎ−ＩｎＰクラッド層）を密着させ、重りを載せて高温（例えば４００℃）でＮ２雰囲気で熱処理して接着する。この時、Ａｕ−Ｓｎは溶けるので厚さを制御するのが困難となるが、厚さの制御された接着層厚さ制御層を設けているので、Ａｕ−Ｓｎがこの厚さを越えることは無い。Ａｕ−ＳｎはＧａＩｎＰ接着層厚さ制御層より厚めに成膜しておくと良く、更に、つぶれて余ったＡｕ−Ｓｎが移動できるように隙間を設けておくと良い。
【００５５】
この第１の実施例では、金属として、Ａｕ−Ｓｎを用いたが、融点が面発光レーザの使用環境温度よりも高ければ他の材料でもかまわない。ただし、熱処理時の活性層の劣化や不純物の拡散等、結晶へのダメージを避けるために熱処理温度はできるだけ低い方が好ましく、低融点金属が良い。
【００５６】
その後、ＩｎＰ基板をＧａＩｎＡｓエッチングストップ層まで化学的，選択的にエッチング除去する。このエッチングには例えば塩酸を用いることができる。更に今度はＧａＩｎＡｓエッチングストップ層を選択的にエッチングする。これにより、ｐ−ＧａＩｎＰＡｓコンタクト層表面が現れる。そして、電流経路外の部分をプロトン（Ｈ＋）照射によって絶縁層（高抵抗部）にして、電流狭さく部を形成する。そして、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２からなる誘電体反射鏡を電子ビーム蒸着法で形成し、必要部分を残してエッチング除去する。更に、ｎ−ＩｎＰクラッド層に達するまでエッチングしてｎ側電極を形成し、ｐ−ＧａＩｎＰＡｓコンタクト層上にｐ側電極を形成し、素子が完成する。ＡｌＧａＡｓ系反射鏡はＧａＩｎＰＡｓ系反射鏡より熱抵抗が小さく、放熱性は良い。
【００５７】
この第１の実施例のように格子定数の異なる材料を直接接合することなく１．３μｍ帯面発光レーザを形成することができた。更に格子定数の異なる材料を直接接合していないので、格子緩和に伴う結晶欠陥が発生して素子の信頼性を悪くする事を防ぐことができた。
【００５８】
なお、二種の基板を金属を用いて貼り合わせた長波長面発光レーザの例は米国特許Ｎｏ．５，５１３，２０４や米国特許Ｎｏ．６，２５２，８９６（特開２０００−２６１０９６）に記載されている。しかし、これらはＧａＡｓ格子整合系材料による短波長面発光レーザとＩｎＰ格子整合系活性層を用いた長波長面発光レーザ構造とを接合して、短波長面発光レーザを励起光源として長波長面発光レーザを発振させるものであり、短波長，長波長のそれぞれに共振器構造を有している。また、長波長面発光レーザ部の反射鏡には、ＩｎＰ格子整合系材料、誘電体、または、ＧａＡｓ格子整合系材料が用いられている。ＧａＡｓ格子整合系材料の場合は直接接合となっており、本発明とは構造が異なる。これらの構造では、２素子で１素子となるので、コストが高くなる。
【００５９】
（第２の実施例）
図３は本発明の第２の実施例の面発光レーザを示す図である。この第２の実施例の面発光レーザは、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ系材料を活性層とした６５０ｎｍ帯赤色面発光レーザとなっている。
【００６０】
より詳細に、図３に示すように、この第２の実施例の面発光レーザでは、ＧａＰ基板上に、媒質内における設計波長の１／４倍の厚さであるＡｌＰとＧａＰとを交互に例えば２５周期積層した周期構造からなる半導体分布ブラッグ反射鏡（第１反射鏡（Ａ））が形成されている。そして、その上に、ｎ−ＡｌＧａＡｓ系材料からなる第１反射鏡（Ｂ）が形成されており、第１反射鏡（Ａ）と第１反射鏡（Ｂ）とで第１反射鏡を構成している。なお、この第２の実施例では、ＡｌＧａＡｓ系第１反射鏡（Ｂ）は５ペアとした。また、ＡｌＧａＡｓ系第１反射鏡（Ｂ）はｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９５）とｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．５）とを交互に積層した構造とし、第１反射鏡（Ａ）と接する最上層（高屈折率層）はＧａｘＩｎ１−ｘＰ（ｘ＝０．６）キャップ層とした。この際、ＧａＰ基板上の最上層であるＧａＰ接着厚さ制御層とＧａＡｓ基板最上層であるＧａＩｎＰキャップ層の厚さは、合計でλ／４の奇数倍とした。
【００６１】
そして、第１反射鏡（Ｂ）上には、ｎ−ＧａｘＩｎ１−ｘＰ（ｘ＝０．６）コンタクト層、（Ａｌ０．７Ｇａ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ下部クラッド層（スペーサ層）、４層のＧａ０．４Ｉｎ０．６Ｐ量子井戸層と５層の（Ａｌ０．５Ｇａ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ障壁層からなる多重量子井戸活性層、（Ａｌ０．７Ｇａ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ上部クラッド層（スペーサ層）、ｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９５）とｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．５）とを交互に積層した第２反射鏡、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層が形成されている。そして、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層上にｐ側電極、ｎ−ＧａＩｎＰコンタクト層上にｎ側電極が形成されている。なお、第１反射鏡（Ｂ）と第２反射鏡とで挟まれた領域（共振器）の厚さは、媒質内における設計波長（λ）の厚さ（ラムダキャビティー）とした。
【００６２】
この第２の実施例では、第１反射鏡（Ａ）がｎ−ＧａＰ基板上に形成され、第１反射鏡（Ｂ）、量子井戸活性層とＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層（スペーサ層）、第２反射鏡、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層がＧａＡｓ基板上に形成されている。そこで、第１の実施例と同様に、Ａｕ−Ｓｎにより２種の基板を接着し、ＧａＡｓ基板をエッチング除去した。なお、ＧａＡｓ基板の除去は、第１の実施例と同様に、エッチングストップ層を設け、選択的エッチングにより行うことができる。
【００６３】
面発光レーザは共振器長を厳密に制御する必要があるが、厳密には反射鏡の膜厚揺らぎにも影響を受け、クラッド（スペーサ）層と活性層とを含んだ共振器のみで決まるものではない。また、反射鏡を含まない構造で、光学的厚さを厳密に測定することは困難である。この第２の実施例のように、ＧａＡｓ基板上の共振器の上下に反射鏡の一部を含む（この第２の実施例では、第１反射鏡（Ｂ）と第２反射鏡）ことで、エピ後に光学的共振器長を測定可能となり、二種のエピ基板を貼り合わせた時の共振器構造の制御性を向上させることができる。
【００６４】
また、この第２の実施例では、電流狭窄構造の形成をプロトン照射ではなく、ＡｌＡｓ層の選択酸化で行った。すなわち、ｐ側反射鏡（第２反射鏡）の活性層に近い低屈折率層の一部をＡｌＡｓ層とし、所定の大きさのメサを少なくともｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層の側面を露出させて形成し、側面の現れたＡｌＡｓを水蒸気で側面から酸化してＡｌｘＯｙ電流狭さく部を形成した。酸化速度はＡｌ組成がわずかに小さくなると遅くなるので、反射鏡の低屈折率層としてはわずかにＧａを含んだｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９５）を用いた。
【００６５】
ＡｌＧａＰ系反射鏡はＡｌＧａＡｓ系反射鏡に比べて材料のバンドギャップが大きく、短波長帯においては少ない積層数で吸収が少なくかつ高い反射率を得ることができる。ＡｌＧａＡｓ系反射鏡において、ＡｌＡｓとＧａＡｓは屈折率差が大きく反射鏡に適した材料といえるが、レーザの波長が短くなるに従い吸収を避けるため高屈折率層のＡｌ組成を大きくする必要がある。このため例えば波長６５０ｎｍでは高屈折率層にＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓがよく用いられる。よって低屈折率層との屈折率差がＡｌＡｓ／ＧａＡｓとの組み合わせに比べて約半分になり、必要な反射率を得るために積層数は２倍程度に増加してしまう。さらに実際には積層数が増えると膜厚の揺らぎがあり、また、完全には吸収を抑えたＤＢＲ組成ではないので、吸収のため高い反射率を得るのが困難になってしまい、面発光レーザの特性を悪化させてしまうという問題がある。一方、反射鏡にＡｌＧａＰ系材料を用いると５５０ｎｍよりも長い波長に対して透明となり、これらの波長においてＧａＰとＡｌＰとの間のどの組成をも用いることが可能となる。これにより、屈折率差が大きく取れ、積層数を増加させることなく結晶成長は容易であり、高反射率を容易に得ることができる。
【００６６】
また、ＧａＰ基板はＧａＡｓ基板よりも熱伝導率が大きいことと、ＡｌＧａＰ系反射鏡はＡｌＧａＡｓ系反射鏡に比べて熱伝導率が大きいことにより、放熱が改善される。二元化合物に比べて他の元素がわずかに加わっただけで急激に熱抵抗が高くなり、混晶組成が中心付近の材料で最も熱抵効率が高くなる。６５０ｎｍ帯の場合、反射鏡の高屈折率層材料として、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．５）が良く用いられており、ＧａＡｓやＡｌＡｓに比べても極めて熱抵抗が高いので、本発明の効果が高い。よってＧａＡｓ基板上に形成した素子に比べてしきい値が低く、出力が高く、高温まで連続動作が可能であった。
【００６７】
また、格子定数の異なる材料を用いているが、この第２の実施例のように結晶同士を直接接合していないので、格子緩和に伴う結晶欠陥が発生して素子の信頼性を悪くする事を防ぐことができた。
【００６８】
また、ＡｌとＡｓを主成分とした被選択酸化層の選択酸化により電流狭さくを行ったので、しきい値電流は低かった。被選択酸化層を選択酸化したＡｌ酸化膜からなる電流狭さく層を用いた電流狭さく構造によると、電流狭さく層を活性層に近づけて形成することで電流の広がりを抑えられ、大気に触れない微小領域に効率良くキャリアを閉じ込めることができる。さらに酸化してＡｌ酸化膜となることで屈折率が小さくなり凸レンズの効果でキャリアの閉じ込められた微小領域に効率良く光を閉じ込めることができ、極めて効率が良くなり、しきい値電流は低減される。また、容易に電流狭さく構造を形成できることから、製造コストを低減できる。
【００６９】
（第３の実施例）
図４は本発明の第３の実施例の面発光レーザを示す図である。この第３の実施例の面発光レーザは、ＡｌＧａＡｓ系材料を活性層とした７８０ｎｍ帯面発光レーザとなっている。
【００７０】
この第３の実施例では、第２の実施例よりも波長が長く、吸収しない組成範囲が広くなり、低Ａｌ組成を高屈折率層に用いることができる。具体的には、ＡｌＧａＡｓ系反射鏡をｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．３）とを交互に積層した構造とした。また、クラッド層をＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．６）とし、３層のＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．１）量子井戸層と２層のＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．３）障壁層とからなる多重量子井戸構造とした。またｎ側電極を形成するためのコンタクト層をＧａＩｎＰＡｓ層とした。
【００７１】
他は、第２の実施例と同様である。
【００７２】
ＧａＰ基板はＧａＡｓ基板よりも熱伝導率が大きいことと、ＡｌＧａＰ系反射鏡はＡｌＧａＡｓ系反射鏡に比べて熱伝導率が大きいことにより、放熱が改善される。特に混晶組成が中心付近の材料は熱抵効率が高くなる。７８０ｎｍ帯の場合、反射鏡の高屈折率層材料としてＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．３）が良く用いられており、熱抵抗が高いので、本発明の効果が高い。ＧａＡｓ基板上に形成した素子に比べて、しきい値が低く、出力が高く、高温まで連続動作が可能であった。
【００７３】
なお、共振器構造ごと熱伝導性の良い基板に貼り合わせた従来例がある。例えば文献「Ｔ． Ｏｕｃｈｉ ｅｔ ａｌ． Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ， Ｖｏｌ．７７， ｐｐ１６０２ − １６０４ （２０００）」では、ＧａＡｓ基板上に形成した通常の構造からなる８３０ｎｍ帯面発光レーザの二つの反射鏡と活性層からなる共振器構造部分のみをＡｌＮ基板に接着したものである。ＡｌＮの熱伝導率は、１．７Ｗｃｍ−１Ｋ−１と記載されており、高い。しかしながら、主に発熱する活性層とＡｌＮ基板との間は、従来のＡｌＧａＡｓ系混晶半導体を用いた反射鏡であり、この第３の実施例のＡｌＧａＰ系反射鏡に比べて熱抵抗が高く、活性層の熱が基板まで逃げにくい。この第３の実施例のように反射鏡の熱抵抗も低い方が好ましい。
【００７４】
（第４の実施例）
図５は本発明の第４の実施例の面発光レーザを示す図である。この第４の実施例の面発光レーザは、ＧａＡｓ基板上のＧａＩｎＮＡｓ系材料を活性層とした１．３μｍ帯面発光レーザとなっている。
【００７５】
この第４の実施例では、第３の実施例よりも波長が長く、吸収しない組成範囲が広くなり、低Ａｌ組成を高屈折率層に用いることができる。具体的には、ＡｌＧａＡｓ系反射鏡をｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０）とを交互に積層した構造とした。また、クラッド層をＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．３）とＧａＡｓとの２層構造とした。ここで、活性層側をＧａＡｓとした。また、活性層は、３層のＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層と２層のＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０）障壁層とからなる多重量子井戸構造とした。また、ｎ側電極を形成するためのコンタクト層をＧａＡｓ層とした。
【００７６】
他は、第２の実施例と同様である。
【００７７】
最近、長波長帯面発光レーザの活性層材料として、ＧａＡｓ基板上に１．３μｍ帯等の長波長を形成できる材料系が注目され、（Ｇａ）ＩｎＡｓ量子ドット、ＧａＡｓＳｂやＧａＩｎＮＡｓ（例えば、特開平６−３７３５５号公報参照）が研究されている。特に、新材料であるＧａＩｎＮＡｓは、レーザ特性の温度依存性を極めて小さくすることができる材料として注目されている。しかし、ＧａＡｓ基板上に形成されるＧａＩｎＮＡｓ系半導体レーザは、窒素添加によりバンドギャップが小さくなり添加量に応じて長波長化するが、窒素組成増加に伴って結晶性が劣化し、ＧａＡｓ量子井戸活性層を用いた０．８５μｍ帯面発光レーザや、ＧａＩｎＡｓ量子井戸活性層を用いた０．９８μｍ帯面発光レーザに比べて高出力を得るのが困難であった。
【００７８】
これに対し，ＧａＰ基板はＧａＡｓ基板よりも熱伝導率が大きいことと、ＡｌＧａＰ系反射鏡はＡｌＧａＡｓ系反射鏡に比べて熱伝導率が大きいことにより、放熱が改善される。この第４の実施例では、ＡｌＧａＰ系反射鏡を用いＧａＰ基板上に形成したので、ＧａＡｓ基板上に形成した従来の素子に比べて、しきい値が低く、出力が高く、高温まで連続動作が可能であった。
【００７９】
（第５の実施例）
図６は本発明の第５の実施例の面発光レーザアレイ（面発光レーザアレイチップ）を示す図（上面図）である。
【００８０】
この第５の実施例の面発光レーザアレイは、第４の実施例の面発光レーザが８素子、１次元に並んだものとなっている。なお、面発光レーザアレイは、１次元に限らず、２次元に集積させてもかまわない。また、図６の面発光レーザアレイでは、上面にｐ側個別電極とｎ側共通電極とが形成されている。この面発光レーザアレイでは、発熱を低減し放熱を良好にしたので、隣りの素子へ悪影響は及ぼさなかった。
【００８１】
（第６の実施例）
図７は第６の実施例の光送信モジュールの概要図であり、第５の実施例の面発光レーザアレイチップとシリカファイバーとを組み合わせたものとなっている。この第６の実施例では、面発光レーザからのレーザ光が光ファイバーに入力されて伝送されるシングルモードファイバーを用いており、同時により多くのデータを伝送するために、複数の面発光レーザが集積した面発光レーザアレイを用いた並列伝送が可能となっている。このように、シングルモード高出力面発光レーザを用いているので、高速な並列伝送が可能となり、従来よりも多くのデータを同時に伝送できるようになった。
【００８２】
この第６の実施例では、面発光レーザ素子と光ファイバーは１対１に対応させたが、発振波長の異なる複数の面発光レーザ素子を１次元または２次元にアレイ状に配置して、波長多重送信することにより伝送速度を更に増大することが可能となる。
【００８３】
（第７の実施例）
図８は本発明の第７の実施例の光送受信モジュールの概要図であり、第４の実施例の面発光レーザと、受信用フォトダイオードと、アクリル系ＰＯＦとを組み合わせたものとなっている。
【００８４】
本発明による面発光レーザを光通信システムに用いる場合、面発光レーザとＰＯＦは低コストであるので、図８に示すように、送信用の面発光レーザ素子と受信用フォトダイオードとＰＯＦとを組み合わせた光送受信モジュールを用いた低コストの光通信システムを実現できる。また、ＰＯＦはファイバの径が大きくてファイバとのカップリングが容易で実装コストを低減できることから、極めて低コストのモジュールを実現できる。また、本発明の面発光レーザ素子の場合、温度特性が良いこと、及び、低しきい値であることにより、発熱が少なく、高温まで冷却なしで使えることにより、低コストのシステムを実現できる。
【００８５】
本発明の面発光レーザ素子を用いた光通信システムとしては、光ファイバーを用いたＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのコンピュータ等の機器間伝送、さらには機器内のボード間データ伝送、ボード内のＬＳＩ間、ＬＳＩ内の素子間等の、光インターコネクションとして特に短距離通信に用いることができる。
【００８６】
近年、ＬＳＩ等の処理性能は向上しているが、これらを接続する部分の伝送速度が今後ボトルネックとなる。システム内の信号接続を従来の電気接続から光インターコネクトに変えると、例えばコンピュータシステムのボード間、ボード内のＬＳＩ間、ＬＳＩ内の素子間等を本発明に係る光送信モジュールや光送受信モジュールを用いて接続すると、超高速コンピュータシステムが可能となる。
【００８７】
また、複数のコンピュータシステム等を本発明に係る光送信モジュールや光送受信モジュールを用いて接続した場合、超高速ネットワークシステムが構築できる。特に、面発光レーザ素子は、端面発光型レーザに比べて、桁違いに低消費電力化でき、２次元アレイ化が容易なので、並列伝送型の光通信システムに適している。
【００８８】
（第８の実施例）
図９は本発明の第８の実施例のレーザプリンターの光走査部分の概要図であり、波長７８０ｎｍである４×４の二次元に配置された本発明の第３の実施例に係わる面発光レーザアレイチップと、感光帯ドラムとを組み合わせたものとなっている。図１０は図９の面発光レーザアレイチップの概略構成を示す図（上面図）である。この面発光レーザアレイチップの点灯のタイミングを調整することで、感光帯上では図１０のように副走査方向に２０μｍ間隔で光源が並んでいる場合と同様な構成と捉えることができる。この第８の実施例では、面発光レーザアレイからの複数のビームを、同じ光学系を用い走査用ポリゴンミラーを高速回転させてドット位置を点灯のタイミングを調整して副走査方向に分離した複数の光スポットとして被走査面である感光帯上に集光して、一度に複数のビームを走査している。
【００８９】
この第８の実施例によると、副走査方向に２０μｍ間隔で感光帯上に書き込み可能であり、１２００ＤＰＩ（ドット／インチ）に相当する。主走査方向の書き込み間隔は、光源の点灯のタイミングで容易に制御できる。この第８の実施例では、１６ドットを同時に書き込み可能であり、高速印刷できた。アレイ数を増加させることで、更に高速印刷が可能である。また、面発光レーザ素子の間隔を調整することで副走査方向の間隔を調整でき、１２００ＤＰＩよりも高密度にすることができ、より高品質の印刷が可能となる。高密度化するためにはレンズ系を用いてビーム径をより絞る必要があるが、波長による限界があり、光源の波長は短い方が好ましい。また高出力が必要である。面発光レーザは活性層堆積が小さく端面発光型に比べて高出力化が難しいが、この第８の実施例に用いた面発光レーザアレイでは、放熱を良好にしたので、高出力が得られるようになり、かつ周辺の素子への熱干渉が小さく、書き込み光源に用いることができるようになった。
【００９０】
なお、この第８の実施例では、本発明の面発光レーザアレイのレーザプリンターへの応用例を示したが、本発明の面発光レーザアレイをＣＤ等の記録，再生用光源としても用いることができる。
【００９１】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１乃至請求項４記載の発明によれば、基板上に、少なくとも１層の活性層を含む活性領域と、活性層の上部および下部に設けられた第１反射鏡および第２反射鏡を含む共振器構造とを有する面発光レーザにおいて、少なくとも反射鏡の一部を含んだ領域と、少なくとも活性層を含んだ領域とが、金属を介して接着されており（活性領域と反射鏡とを金属を用いて接着しており）、格子定数の違う材料が直接結合していないので、格子歪に伴う欠陥の発生が抑えられ、信頼性の高い面発光レーザを得ることができる。また、ＩｎＰ格子整合系の長波長活性層とＧａＡｓ格子整合系材料であり高性能の得られるＡｌＧａＡｓ系反射鏡とを接着することで、信頼性が高く実用レベルの１．３μｍ帯，１．５５μｍ帯等の長波長帯の面発光レーザを得ることができる。また、請求項１記載の発明では、前記少なくとも活性層を含んだ領域は、活性層の上部及び下部に半導体からなる反射鏡の少なくとも一部を含んでおり、共振器の上下に反射鏡の一部を含むことで、エピ後に光学的共振器長を測定可能となり、少なくとも反射鏡の一部を含んだ領域と少なくとも活性層を含んだ領域とを貼り合わせて形成した共振器構造においても、反射鏡の反射帯域と共振器長とのマッチングの制御性を向上させることができる。
【００９２】
特に、請求項２記載の発明では、請求項１記載の面発光レーザにおいて、前記金属を介して接着された接着層には、光を通す金属アパーチャー部が形成され、金属アパーチャー部には、接着層の厚さを固定する接着層厚さ制御層が形成されているので（熱処理等の接着工程で厚さが変わらず、厚さの制御された接着層厚さ制御層を設けているので）、接着層の厚さを厳密に制御でき、ウエハ貼り合わせ面発光レーザにおいて共振器構造を容易に形成できる。すなわち、面発光レーザは反射鏡や共振器長を厳密に合わせる必要があり膜厚制御が重要であり、これを達成できる。
【００９３】
また、請求項３記載の発明では、請求項１または請求項２記載の面発光レーザにおいて、前記金属はＡｕ−Ｓｎ合金であり、Ａｕ−Ｓｎ合金の融点は低いが、面発光レーザの使用環境温度範囲よりは高く、適度な融点を持っているので、扱いやすく、素子へのダメージは少なく好ましい。
【００９５】
また、請求項４記載の発明では、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、前記少なくとも反射鏡の一部を含んだ領域は、ＧａＰ基板とＡｌｘＧａ１−ｘＰ（０≦ｘ≦１）系材料からなる半導体分布ブラッグ反射鏡とを少なくとも含むので、容易に９９％以上の高反射率が得られ、積層数を低減できる。すなわち、ＡｌＰ，ＧａＰを終端物質としたＡｌＧａＰ系材料は、ＡｌＡｓ，ＧａＡｓを終端物質としたＡｌＧａＡｓ系材料と同様に屈折率差が大きく、しかもＡｌ組成によらず格子定数が近く、ＧａＰ基板上に結晶成長できる。また、ＡｌＧａＡｓ系材料に比べてバンドギャップエネルギーが大きいことから、およそ０．５５μｍより長波長の光を透過する。よって容易に９９％以上の高反射率が得られ、積層数を低減できる。特に０．９μｍより短波長帯においてＡｌＧａＡｓ系材料よりも積層数を少なくでき、適した半導体分布ブラッグ反射鏡が形成できる。さらに、ＡｌＧａＰ系材料の熱伝導率はＡｌＧａＡｓ系材料よりも大きいので、放熱が良くなり、動作時の温度上昇を抑制でき、低しきい値，高出力化が可能となり、更に温度特性が向上する。
【００９６】
また、請求項５記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザがアレイ状に配列されて構成されていることを特徴とする面発光レーザアレイであるので、高性能の面発光レーザアレイを実現できる。すなわち、本発明の面発光レーザは、放熱が改善されたので、これをアレイとした場合、他の素子で発生した熱の干渉による特性劣化（しきい値上昇，出力低下など）が低減し、高性能の面発光レーザアレイを実現できる。さらに他の素子への熱の影響を低減できることから、素子間の間隔を狭くできるなどのメリットがある。
【００９７】
また、請求項６記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光送信モジュールであるので、光送信モジュールの信頼性を向上させることができる。すなわち、本発明では、低消費電力であり光ファイバーの伝送損失の小さい長波長帯面発光レーザの信頼性が改善されたので、光送信モジュールの信頼性を向上させることができる。
【００９８】
また、請求項７記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光送受信モジュールであるので、光送受信モジュールの信頼性を向上させることができる。すなわち、本発明では、低消費電力であり光ファイバーの伝送損失の小さい長波長帯面発光レーザの信頼性が改善されたので、光送受信モジュールの信頼性を向上させることができる。
【００９９】
また、請求項８記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光通信システムであるので、光通信システムの信頼性を向上させることができる。すなわち、本発明では、低消費電力であり光ファイバーの伝送損失の小さい長波長帯面発光レーザの信頼性が改善されたので、光通信システムの信頼性を向上させることができる。また、ＰＯＦを用いることで、安い光源である面発光レーザ、安い光ファイバーであるＰＯＦを用いた経済的な光通信システムを実現できる。面発光レーザを用いていることから高速伝送可能であり、かつ極めて経済的であることから特に一般家庭やオフィスの室内、機器内などの光通信システムに用いることが効果的である。
【０１００】
また、請求項９記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とするレーザプリンターであるので、温度上昇を低減でき、また、書き込み速度が格段に向上し、書き込みドット密度が上昇しても印刷速度を落とすことなく印刷できる。すなわち、本発明の面発光レーザは、低消費電力動作をするので、プリンターのような箱の中の温度上昇を低減できる。また、面発光型なのでアレイ化が容易でしかも通常の半導体プロセスで形成するので、素子の位置制度が高く、同時にマルチビームでの書き込みが容易となり、書き込み速度が格段に向上し、書き込みドット密度が上昇しても印刷速度を落とすことなく印刷できる。また同じ書き込みドット密度の場合は印刷速度を早くできる。また、ＡｌＧａＰ系反射鏡を用いた場合、放熱性が改善されるので低消費電力で容易に書き込みに必要な出力が得られる。
【０１０１】
また、請求項１０記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光ピックアップシステムであるので、通常の光ピックアップシステムはもちろん、ハンディータイプの光ピックアップシステムを実現できる。すなわち、本発明の面発光レーザは、端面発光型半導体レーザに比べて１桁程度消費電力が小さく電力が長持ちすることから、通常の光ピックアップシステムはもちろん、ハンディータイプの光ピックアップシステムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の面発光レーザを示す図である。
【図２】第１の実施例の面発光レーザの作製例を説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施例の面発光レーザを示す図である。
【図４】本発明の第３の実施例の面発光レーザを示す図である。
【図５】本発明の第４の実施例の面発光レーザを示す図である。
【図６】本発明の第５の実施例の面発光レーザアレイを示す図である。
【図７】本発明の光送信モジュールの一例を示す図である。
【図８】本発明の光送受信モジュールの一例を示す図である。
【図９】本発明のレーザプリンターの一例を示す図である。
【図１０】図９のレーザプリンターの動作を説明するための図である。
Claims (10)
- 基板上に、少なくとも１層の活性層を含む活性領域と、活性層の上部および下部に設けられた第１反射鏡および第２反射鏡を含む共振器構造とを有する面発光レーザにおいて、少なくとも反射鏡の一部を含んだ領域と、少なくとも活性層を含んだ領域とが、金属を介して接着されており、前記少なくとも活性層を含んだ領域は、活性層の上部及び下部に半導体からなる反射鏡の少なくとも一部を含むことを特徴とする面発光レーザ。
- 請求項１記載の面発光レーザにおいて、前記金属を介して接着された接着層には、光を通す金属アパーチャー部が形成され、金属アパーチャー部には、接着層の厚さを固定する接着層厚さ制御層が形成されていることを特徴とする面発光レーザ。
- 請求項１または請求項２記載の面発光レーザにおいて、前記金属は、Ａｕ−Ｓｎ合金であることを特徴とする面発光レーザ。
- 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、前記少なくとも反射鏡の一部を含んだ領域は、ＧａＰ基板とＡｌｘＧａ１−ｘＰ（０≦ｘ≦１）系材料からなる半導体分布ブラッグ反射鏡とを少なくとも含むことを特徴とする面発光レーザ。
- 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザがアレイ状に配列されて構成されていることを特徴とする面発光レーザアレイ。
- 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光送信モジュール。
- 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光送受信モジュール。
- 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光通信システム。
- 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とするレーザプリンター。
- 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項５記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光ピックアップシステム。
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