JP4366598B2

JP4366598B2 - 面発光型半導体レーザおよびその製造方法、光モジュール、並びに、光伝達装置

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Publication date: 2009-11-18
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Description

本発明は、面発光型半導体レーザおよびその製造方法、光モジュール、並びに、光伝達装置に関する。

光通信の分野において、面発光型半導体レーザは、安価で高機能な光源として注目されている。面発光型半導体レーザを光通信に用いるときには、放射角の狭い放射パターンのレーザ光を得ることが望ましい場合がある。

例えば、特開２０００−６７４４９号公報には、面発光型半導体レーザのレーザ光の出射面に、インクジェット法によりマイクロレンズを作製し、放射角を狭くする方法が提案されている。この場合、酸化狭窄層により横モードが確定するため、狭窄径を広げて大電流を注入しようとすると、光学的なモードの数が増えることになる。
特開２０００−６７４４９号公報

本発明の目的は、高出力であって、放射角の狭いレーザ光を出射することが可能な面発光型半導体レーザおよびその製造方法を提供することにある。また、本発明の目的は、前記面発光型半導体レーザを含む光モジュールおよび光伝達装置を提供することにある。

本発明に係る面発光型半導体レーザは、
基板と、
前記基板の上方に形成された第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、
前記第２ミラーの上方に形成されたレンズ部と、を含み、
前記レンズ部は、前記第２ミラーの上面から出射する光の経路を変化させる機能を有し、
前記第２ミラーは、該第２ミラーの面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域を有し、
前記フォトニック結晶領域は、欠陥領域を有し、かつ、該欠陥領域に光を閉じ込める機能を有する。

この面発光型半導体レーザによれば、低しきい値でレーザ光を発振させることができ、かつ、高出力なレーザ光を得ることができ、さらに、放射角を狭くすることができる。

なお、本発明において、特定のもの（以下、「Ａ」という）の上方に形成された他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）とは、Ａ上に直接形成されたＢと、Ａ上に、Ａ上の他のものを介して形成されたＢと、を含む。また、本発明において、Ａの上方にＢを形成するとは、Ａ上に直接Ｂを形成する場合と、Ａ上に、Ａ上の他のものを介してＢを形成する場合と、を含む。

また、本発明において、「周期的」とは、「擬周期的」を含む概念である。即ち、本発明のフォトニック結晶領域には、周期的なフォトニック結晶構造を有するものと、擬周期的なフォトニック結晶構造を有するものと、を含む。擬周期的なフォトニック結晶構造としては、例えば、フォトニック準結晶構造（例えば、M. Notomi, H. Suzuki, T. Tamamura, K. Edagawa, Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 123906. 参照）または円座標フォトニック結晶構造（例えば、特開２００４−１０９７３７号公報参照）などが挙げられる。

本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、
前記欠陥領域以外の前記フォトニック結晶領域には、前記第２ミラーの厚み方向に延伸する複数の空孔が形成されていることができる。

本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、
平面視における前記欠陥領域の中心は、前記第２ミラーの上面から出射する光の中心と同一または略同一であり、
前記複数の空孔は、前記欠陥領域の中心に対して回転対称となる位置に配列されていることができる。

本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、
前記レンズ部の形成領域における前記空孔内は、前記レンズ部の材料によって満たされていることができる。

本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、
前記レンズ部は、少なくとも前記欠陥領域の上方に形成されていることができる。

本発明に係る面発光型半導体レーザにおいて、
前記第２ミラーの上方に形成された電極を有し、
前記レンズ部は、前記電極によって堰き止められて形成されていることができる。

本発明に係る光モジュールは、上述の面発光型半導体レーザと、
光導波路と、を含むことができる。

本発明に係る光伝達装置は、上述の光モジュールを含むことができる。

本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法は、
基板の上方に、少なくとも、第１ミラー、活性層、および、第２ミラーを構成するための半導体層を積層する工程と、
前記半導体層をパターニングすることにより、少なくとも前記第２ミラーの一部を含む柱状部を形成する工程と、
前記第２ミラー内に、該第２ミラーの面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域を形成する工程と、
前記柱状部の上方にレンズ部を形成する工程と、を含み、
前記レンズ部は、前記第２ミラーの上面から出射する光の経路を変化させる機能を有するように形成され、かつ、該レンズ部の材料を含む液滴を吐出する液滴吐出法によって形成され、
前記フォトニック結晶領域は、欠陥領域を有するように形成され、かつ、該欠陥領域に光を閉じ込める機能を有するように形成される。

本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記欠陥領域以外の前記フォトニック結晶領域に、前記第２ミラーの厚み方向に延伸する複数の空孔を形成することができる。

本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法において、
前記レンズ部を形成する工程の前に、前記柱状部の上方に電極を形成する工程を含み、
前記レンズ部を形成する工程において、前記液滴は、前記電極によって堰き止められることができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１．第１の実施形態
１−１．面発光型半導体レーザの構造
図１は、本発明を適用した第１の実施形態に係る面発光型半導体レーザ（以下、「面発光レーザ」ともいう）１００を模式的に示す断面図である。また、図２は、図１に示す面発光型半導体レーザ１００を模式的に示す平面図である。なお、図１は、図２のＩ−Ｉ線における断面を示す図である。

本実施形態の面発光レーザ１００は、図１および図２に示すように、基板（本実施形態では、半導体基板であるｎ型ＧａＡｓ基板）１０１と、基板１０１上に形成された垂直共振器（以下「共振器」という）１４０と、第１電極１０７と、第２電極１０９と、レンズ部１９０と、を含む。共振器１４０は、第１ミラー１０２と、活性層１０３と、第２ミラー１０４と、を含む。

次に、この面発光レーザ１００の各構成要素について述べる。

共振器１４０は、例えば、ｎ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下、「第１ミラー」という）１０２と、ＧａＡｓウェル層とＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓバリア層からなり、ウェル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層１０３と、ｐ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下、「第２ミラー」という）１０４と、が順次積層されて構成されている。なお、第１ミラー１０２、活性層１０３、および第２ミラー１０４を構成する各層の組成および層数は特に限定されるわけではない。

第２ミラー１０４は、例えば炭素（Ｃ）、亜鉛（Ｚｎ）、またはマグネシウム（Ｍｇ）などがドーピングされることによりｐ型にされ、第１ミラー１０２は、例えばケイ素（Ｓｉ）、またはセレン（Ｓｅ）などがドーピングされることによりｎ型にされている。従って、ｐ型の第２ミラー１０４、不純物がドーピングされていない活性層１０３、およびｎ型の第１ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。

また、共振器１４０のうち、第２ミラー１０４から第１ミラー１０２の途中にかけての部分が、第２ミラー１０４の上面１０４ａからみて円形の形状にエッチングされて柱状の半導体堆積体（以下「柱状部」という）１３０が形成されている。柱状部１３０の平面形状である円形の直径は適宜設定されるが、例えば５０μｍ程度とすることができる。なお、本実施形態では、柱状部１３０の平面形状を円形としたが、この形状は任意の形状をとることができる。

さらに、第２ミラー１０４を構成する層のうち活性層１０３に近い領域に、ＡｌＧａＡｓ層を側面から酸化することにより得られる酸化狭窄層１０５が形成されている。この酸化狭窄層１０５はリング状に形成されている。すなわち、この酸化狭窄層１０５は、図１に示す基板１０１の表面１０１ａと平行な面で切断した場合における断面形状が、柱状部１３０の平面形状の円形と同心の円のリング状である。

第２ミラー１０４は、第２ミラー１０４の面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域１２２を有する。図示の例では、フォトニック結晶領域１２２には、第２ミラー１０４の厚み方向に延伸する複数の空孔１２０が形成されている。フォトニック結晶領域１２２は、図１および図２に示すように、空孔１２０の形成されていない領域、即ち、欠陥領域１２４を有する。言い換えるならば、図示の例では、空孔１２０は、欠陥領域１２４の周囲に、三角格子状に同ピッチ間隔で複数配列されている。図示の例では、空孔１２０の数は、１２６個であるが、その数は適宜増減可能である。また、空孔１２０の配列は、何らかの回転対称性と周期性を有すれば、三角格子状に限定されず、例えば、正方格子状などにすることもできる。また、空孔１２０は、平面視における欠陥領域１２４の中心に対して、２回以上の回転対称となる位置に形成されることができる。例えば、図２に示す三角格子状に配列された空孔１２０は、６回の回転対称性を有する。また、空孔１２０の深さは、特に限定されず、例えば、第２ミラー１０４を貫通することもできる。

平面視において、欠陥領域１２４の中心は、第２ミラーの上面１０４ａから出射する光の中心と同一または略同一とすることができる。上述したようなフォトニック結晶領域１２２によって、欠陥領域１２４に光を閉じ込めることができる。

図１に示すように、レンズ部１９０の形成されている領域における空孔１２０内は、レンズ部１９０の材料によって満たされていることができる。これにより、空孔１２０内がレンズ部１９０の材料によって満たされていない場合に比べ、フォトニック結晶領域１２２の屈折率分布における屈折率の変化幅が小さくなる。従って、第２ミラー１０４の面方向において、全反射条件を満たす光のモード数が減少する。その結果、共振器１４０から出射されるレーザ光のモード数を減らすことができ、例えば、共振器１４０から出射されるレーザ光をシングルモードとすることができる。

また、空孔１２０内がレンズ部１９０の材料によって満たされていない場合に比べ、欠陥領域１２４の平面視における面積を大きくしても、共振器１４０から出射されるレーザ光のモード数を増えにくくすることができる。欠陥領域１２４の平面視における面積が大きくなると、共振器１４０から出射されるレーザ光の放射角は狭くなる。従って、空孔１２０内が、レンズ部１９０の材料によって満たされていると、モード数が少なく、かつ、放射角の狭いレーザ光を共振器１４０から出射することができる。

なお、空孔１２０内を満たす材料としては、レンズ部１９０の材料に限定されず、適宜材料を選択することができる。

また、図示はしないが、レンズ部１９０の形成されている領域における空孔１２０内の一部を、レンズ部１９０の材料によって満たすこともできる。あるいは、レンズ部１９０の形成されている領域における空孔１２０内には、レンズ部１９０の材料が存在しないようにすることもできる。これにより、空孔１２０内がレンズ部１９０の材料によって満たされている場合に比べ、フォトニック結晶領域１２２の屈折率分布における屈折率の変化幅が大きくなる。従って、第２ミラー１０４の面方向において、光は全反射条件を満たしやすくなり、光の閉じ込め効果を大きくすることができる。空孔１２０内にレンズ部１９０の材料が入る度合は、例えば、レンズ部１９０の材料の粘度等を調整することによって制御することができる。

本実施形態に係る面発光レーザ１００においては、柱状部１３０の側面を覆うようにして、埋め込み絶縁層１０６が形成されている。埋め込み絶縁層１０６を構成する樹脂は、例えば、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、またはエポキシ系樹脂などを用いることができ、特に、加工の容易性や絶縁性の観点から、ポリイミド系樹脂またはフッ素系樹脂であるのが望ましい。

柱状部１３０および埋め込み絶縁層１０６の上には、第１電極１０７が形成されている。第１電極１０７は、柱状部１３０上に開口部１８０を有する。第１電極１０７の開口部１８０の平面形状は、第２ミラー１０４の上面１０４ａ上に形成されるレンズ部１９０の機能や用途によって定められる。例えば、第１電極１０７の開口部１８０の平面形状を円にすることができる。これにより、レンズ部１９０の立体形状を、球状、または球の一部を切り取った形状（図１および図２参照）に形成することができる。また、例えば、第１電極１０７の開口部１８０の平面形状を矩形にすることもできる。

第１電極１０７は、例えば金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）との合金と、金（Ａｕ）との積層膜からなる。さらに、第２電極１０９は、基板１０１の裏面１０１ｂ上に設けられている。第２電極１０９は、例えば金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金と、ニッケル（Ｎｉ）と、金（Ａｕ）との積層膜からなる。すなわち、図１および図２に示す面発光レーザ１００では、柱状部１３０上で第１電極１０７は第２ミラー１０４と接合し、かつ、第２電極１０９は基板１０１と接合している。この第１電極１０７および第２電極１０９によって活性層１０３に電流が注入される。

なお、第１電極１０７および第２電極１０９を形成するための材料は、前述したものに限定されるわけではなく、密着性強化、拡散防止、あるいは酸化防止などのために必要に応じて、例えばＣｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、またはＰｔなどの金属やこれらの合金などが利用可能である。

また、本実施形態では、第２電極１０９が基板１０１の裏面１０１ｂ上に設けられている場合について示したが、第２電極１０９を第１ミラー１０２の上面１０２ａ上に設けてもよい。

レンズ部１９０は、少なくとも欠陥領域１２４の上に形成されている。レンズ部１９０は、フォトニック結晶領域１２２の上に形成されることができる。レンズ部１９０は、第１電極１０７によって堰き止められて形成されることができる。即ち、第１電極１０７の開口部１８０の平面形状を制御することによって、レンズ部１９０の形状を制御することができる。例えば、図３に示すように、欠陥領域１２４と、第１電極１０７の開口部１８０とを一致させて、欠陥領域１２４の上にのみレンズ部１９０を形成することもできる。この場合、例えば図１に示す例などに比べ、レンズ部１９０の体積を小さくすることができるので、デバイスを小型化することができる。また、レンズ部１９０の形成時間を短縮することができる。また、レンズ部１９０の材料費を削減できるので経済的である。

平面視において、レンズ部１９０の中心は、第２ミラー１０４の上面１０４ａから出射する光の中心と同一または略同一となるように形成されることができる。

レンズ部１９０は、第２ミラー１０４の上面１０４ａから出射する光の光路を変化させる機能を有する。具体的には、レンズ部１９０は、例えば、第２ミラー１０４の上面１０４ａから出射する光を集光、偏光、または分光する機能を有することができる。レンズ部１９０は、その用途および機能に応じた立体形状を有する。例えば、レンズ部１９０の形状は、凸状の形状であることができる。より具体的には、レンズ部１９０の形状は、例えば、図１および図２に示すように、１つの球の一部を切り取った形状とすることができる。

１−２．面発光型半導体レーザの製造方法
次に、本発明を適用した第１の実施形態に係る面発光レーザ１００の製造方法の一例について、図１、図２、図４〜図１０を用いて述べる。図４〜図１０は、図１および図２に示す本実施形態の面発光レーザ１００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図１に示す断面図に対応している。

（１）まず、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０１の上に、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、図４に示すように、半導体多層膜１５０を形成する。ここで、半導体多層膜１５０は、例えばｎ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの第１ミラー１０２と、ＧａＡｓウェル層とＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓバリア層からなり、ウェル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層１０３と、ｐ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの第２ミラー１０４とからなる。これらの層を順に基板１０１上に積層させることにより、半導体多層膜１５０が形成される。

なお、第２ミラー１０４を成長させる際に、活性層１０３近傍の少なくとも１層を、後に酸化されて酸化狭窄層１０５となるＡｌＡｓ層またはＡｌＧａＡｓ層に形成することができる。この酸化狭窄層１０５となるＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、例えば０．９５以上である。本実施形態において、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成とは、III族元素に対するアルミニウム（Ａｌ）の組成である。また、第２ミラー１０４の最表面の層は、キャリア密度を高くし、電極（第１電極１０７）とのオーミック接触をとりやすくしておくのが望ましい。

エピタキシャル成長を行う際の温度は、成長方法や原料、基板１０１の種類、あるいは形成する半導体多層膜１５０の種類、厚さ、およびキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、４５０℃〜８００℃であるのが好ましい。また、エピタキシャル成長を行う際の所要時間も、温度と同様に適宜決定される。また、エピタキシャル成長させる方法としては、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ−ＯｒｇａｎｉｃＶａｐｏｒＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ）法や、ＭＢＥ（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ）法、あるいはＬＰＥ（ＬｉｑｕｉｄＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ）法などを用いることができる。

次に、半導体多層膜１５０上に、レジストを塗布した後リソグラフィ法により該レジストをパターニングすることにより、図４に示すように、所定のパターンのレジスト層Ｒ１を形成する。レジスト層Ｒ１は、柱状部１３０（図１および図２参照）の形成予定領域の上方に形成する。

（２）次に、レジスト層Ｒ１をマスクとして、例えばドライエッチング法により、第２ミラー１０４、活性層１０３、および第１ミラー１０２の一部をエッチングして、図５に示すように、柱状の半導体堆積体（柱状部）１３０を形成する。その後、レジスト層Ｒ１を除去する。

（３）次に、図６に示すように、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって柱状部１３０が形成された基板１０１を投入することにより、前述の第２ミラー１０４中のＡｌ組成が高い層（Ａｌ組成が例えば０．９５以上の層）を側面から酸化して、酸化狭窄層１０５を形成する。酸化レートは、炉の温度、水蒸気の供給量、酸化すべき層のＡｌ組成および膜厚に依存する。酸化により形成される酸化狭窄層１０５を備えた共振器１４０では、駆動する際に、酸化狭窄層１０５が形成されていない部分（酸化されていない部分）のみに電流が流れる。従って、酸化によって酸化狭窄層１０５を形成する工程において、形成する酸化狭窄層１０５の範囲を制御することにより、電流密度の制御が可能となる。酸化狭窄層１０５が形成されていない部分の円形の直径は、適宜設定することができるが、例えば８μｍ程度とすることができる。

（４）次に、図７に示すように、柱状部１３０、すなわち第１ミラー１０２の一部、活性層１０３、および第２ミラー１０４を取り囲む埋め込み絶縁層１０６を形成する。

ここでは、埋め込み絶縁層１０６を形成するための材料として、ポリイミド系樹脂を用いた場合について述べる。まず、例えばスピンコート法を用いて前駆体（ポリイミド前駆体）を、柱状部１３０を有する基板１０１上に塗布して、前駆体層を形成する。この際、前記前駆体層の膜厚が柱状部１３０の高さより大きくなるように形成する。なお、前記前駆体層の形成方法としては、前述したスピンコート法のほか、ディッピング法、スプレーコート法、液滴吐出法等の公知技術が利用できる。

次に、この基板１０１を、例えばホットプレート等を用いて加熱して溶媒を除去した後、例えば３５０℃程度の炉に入れて、前駆体層をイミド化させることにより、ほぼ完全に硬化したポリイミド系樹脂層を形成する。次に、図７に示すように、柱状部１３０の上面１３０ａを露出させて、埋め込み絶縁層１０６を形成する。柱状部１３０の上面１３０ａを露出させる方法としては、ＣＭＰ法、ドライエッチング法、またはウェットエッチング法などが利用できる。また、感光性を有する樹脂で埋め込み絶縁層１０６を形成することもできる。埋め込み絶縁層１０６は、必要に応じてリソグラフィ技術などによってパターニングすることができる。

（５）次に、図８に示すように、第２ミラー１０４の上部にフォトニック結晶領域１２２を形成する。具体的には、第２ミラー１０４の上部に、周期的に配列された空孔１２０を形成する。但し、欠陥領域１２４には、空孔１２０を形成しない。空孔１２０は、リソグラフィ技術およびエッチング技術、または、ＥＢ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍ）加工技術などを用いて形成することができる。

（６）次に、活性層１０３に電流を注入するための第１電極１０７、第２電極１０９（図１および図２参照）を形成する工程について述べる。

まず、第１電極１０７および第２電極１０９を形成する前に、必要に応じて、プラズマ処理法等を用いて、柱状部１３０および基板１０１の裏面１０１ｂを洗浄する。これにより、より安定した特性の素子を形成することができる。

次に、図９に示すように、例えば真空蒸着法により、柱状部１３０および埋め込み絶縁層１０６の上面に、例えば金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）の合金、および金（Ａｕ）の積層膜（図示せず）を形成する。次に、リフトオフ法により、柱状部１３０の上面に、前記積層膜が形成されていない部分を形成する。この部分が開口部１８０となり、上述したように、開口部１８０の平面形状を制御することによって、レンズ部１９０の形状を制御することができる。

次に、例えば真空蒸着法により、基板１０１の裏面１０１ｂ上に、例えば金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金、ニッケル（Ｎｉ）、および金（Ａｕ）の積層膜（図示せず）を形成する。

次に、例えば窒素雰囲気中において、アニール処理を行う。アニール処理の温度は、例えば４００℃前後で行う。アニール処理の時間は、例えば３分程度行う。

以上の工程により、図９に示すように、第１電極１０７および第２電極１０９が形成される。なお、上記工程において、リフトオフ法のかわりにドライエッチング法またはウェットエッチング法を用いることもできる。また、上記工程において、真空蒸着法のかわりにスパッタ法を用いることもできる。また、第１電極１０７および第２電極１０９を形成する順番は、特に限定されない。

（７）次に、レンズ部前駆体１９０ａを形成する。具体的には、図１０に示すように、第２ミラー１０４の上面１０４ａに対して、レンズ部１９０を形成するための液体材料の液滴１９０ｂを吐出して、レンズ部前駆体１９０ａを形成する。前記液体材料は、エネルギー（光または熱など）を付加することによって硬化可能な性質を有する。前記液体材料としては、例えば、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂の前駆体が挙げられる。紫外線硬化型樹脂としては、例えば紫外線硬化型のアクリル系樹脂およびエポキシ系樹脂が挙げられる。また、熱硬化型樹脂としては、熱硬化型のポリイミド系樹脂が例示できる。

液滴１９０ｂを吐出する方法としては、例えば、ディスペンサ法または液滴吐出法が挙げられる。ディスペンサ法は、液滴を吐出する方法として一般的な方法であり、比較的広い領域に液滴１９０ｂを吐出する場合に有効である。また、液滴吐出法は、液滴吐出用のヘッドを用いて液滴を吐出する方法であり、液滴を吐出する位置についてμｍオーダーの単位で制御が可能である。また、吐出する液滴の量を、ピコリットルオーダーの単位で制御することができるため、微細な構造のレンズ部１９０を作製することができる。

液滴吐出法としては、例えば、（I）熱により液体中の気泡の大きさを変化させることで圧力を生じさせ、液体をインクジェットノズルから吐出させる方法や、（II）圧電素子により生じた圧力によって液体をインクジェットノズルから吐出させる方法などがある。圧力の制御性の観点からは、前記（II）の方法が望ましい。

インクジェットヘッド１１４のノズル１１２の位置と、液滴１９０ｂの吐出位置とのアライメントは、一般的な半導体集積回路の製造工程における露光工程や検査工程で用いられる公知の画像認識技術を用いて行なわれる。例えば、図１０に示すように、インクジェットヘッド１１４のノズル１１２の位置と、第１電極１０７の開口部１８０とのアライメントを画像認識により行う。アライメント後、インクジェットヘッド１１４に印加する電圧を制御した後、液滴１９０ｂを吐出する。

この場合、ノズル１１２から吐出される液滴１９０ｂの吐出角度にはある程度のばらつきがあるが、液滴１９０ｂが着弾した位置が開口部１８０の内側であれば、第１電極１０７で囲まれた領域にレンズ部前駆体１９０ａが濡れ広がり、自動的に位置の補正がなされる。

（８）次に、レンズ部前駆体１９０ａを硬化させて、レンズ部１９０を形成する。具体的には、レンズ部前駆体１９０ａに対して、熱または光などのエネルギーを付与する。レンズ部前駆体１９０ａを硬化する際は、レンズ部前駆体１９０ａの材料の種類により適切な方法を用いる。具体的には、例えば、熱エネルギーの付加、あるいは紫外線またはレーザ光等の光照射が挙げられる。

以上の工程により、図１および図２に示すように、本実施形態の面発光レーザ１００が得られる。

１−４．作用・効果
本実施形態の面発光レーザ１００は、フォトニック結晶領域１２２と、レンズ部１９０と、を含む。フォトニック結晶領域１２２は、欠陥領域１２４に光を良好に閉じ込めることができる。また、レンズ部１９０は、光の経路を変化させることができる。

本実施形態の面発光レーザ１００は、フォトニック結晶領域１２２を有するため、レンズ部１９０およびフォトニック結晶領域１２２を有しない面発光レーザ（以下、「通常の面発光レーザ」とも言う。）に比べ、低しきい値でレーザ光を発振させることができる。また、本実施形態の面発光レーザ１００では、フォトニック結晶領域１２２を有するため、酸化狭窄層１０５は、主として電流の閉じ込めを行うことになる。従って、光学的なモードの数を増加させることなく、通常の面発光レーザに比べ、酸化狭窄層１０５の開口部の径（狭窄径）を大きくすることができる。その結果、活性層１０３に大電流を注入することができるため、高出力なレーザ光を得ることができる。

また、本実施形態の面発光レーザ１００は、レンズ部１９０を有するため、光の経路を模式的に示すと、例えば、図１に示す矢印Ａのようになる。例えば、フォトニック結晶領域１２２を有し、かつ、レンズ部１９０を有しない面発光レーザ（以下、「ＰＣ面発光レーザ」とも言う。）は、フォトニック結晶領域１２２が良好な光閉じ込め効果を有するため、通常の面発光レーザに比べ、共振器径（モード径）が小さくなり、共振器１４０から出射されるレーザ光の放射角は広くなる。即ち、通常の面発光レーザの光の経路を模式的に示すと、例えば、矢印Ｎのようになり、ＰＣ面発光レーザの光の経路を模式的に示すと、例えば、矢印Ｐのようになる。図１に示すように、本実施形態の面発光レーザ１００によれば、レンズ部１９０を有するため、ＰＣ面発光レーザに比べ、放射角を狭くすることができる。

即ち、本実施形態の面発光レーザ１００によれば、通常の面発光レーザに比べ、低しきい値でレーザ光を発振させることができ、かつ、高出力なレーザ光を得ることができ、さらに、ＰＣ面発光レーザに比べ、放射角を狭くすることができる。

２．第２の実施形態
図１１は、本発明を適用した第２の実施形態に係る光モジュール５００を模式的に示す断面図である。本実施形態の光モジュール５００は、第１の実施形態の面発光レーザ１００を含む。

光モジュール５００は、面発光レーザ１００から出射したレーザ光を光ファイバ３０内に導入し伝搬させる光送信モジュールである。光モジュール５００は、図１１に示すように、面発光レーザ１００と、光ファイバ（光導波路）３０と、ハウジング３１と、を含む。ハウジング３１は、ベース３６と、ファイバフォルダ３４と、を含む。面発光レーザ１００は、ベース３６上に形成されている。即ち、面発光レーザ１００は、ベース３６上に固定されている。より具体的には、面発光レーザ１００の第２電極１０９側がベース３６に面するように、面発光レーザ１００は、ベース３６上に固定されている。これにより、面発光レーザ１００の第２ミラー１０４の上面１０４ａが、光ファイバ３０の端面３０ａと対向するように設置される。

光ファイバ３０の端部３０ｂおよび面発光レーザ１００は、ファイバフォルダ３４内に形成されている。より具体的には、光ファイバ３０の端部３０ｂは、フェルール３２内に設けられ、フェルール３２は、ファイバフォルダ３４内に取り付けられている。

光モジュール５００は、光ファイバ３０の端部３０ｂをフェルール３２内に挿入し、フェルール３２をファイバフォルダ３４に取り付けた後、ファイバフォルダ３４を、面発光レーザ１００が取り付けられたベース３６と結合することによって組み立てられる。なお、図示の例では、光モジュール５００は、面発光レーザ１００と、光ファイバ３０との間に、光学部品（例えばレンズ）を介さずに形成されているが、面発光レーザ１００と、光ファイバ３０との間に光学部品を設けることもできる。

３．第３の実施形態
図１２は、本発明を適用した第３の実施形態の光伝達装置を示す図である。光伝達装置９０は、コンピュータ、ディスプレイ、記憶装置、プリンタ等の電子機器９２を相互に接続するものである。電子機器９２は、情報通信機器であることができる。光伝達装置９０は、ケーブル９４の両端にプラグ９６が設けられたものであることができる。ケーブル９４は、光モジュール５００（図１１参照）のうちの光ファイバ３０を含む。プラグ９６は、光モジュール５００のうちの光ファイバ３０と、面発光レーザ１００との光結合部位を内蔵する。なお、光ファイバ３０は、ケーブル９４に内蔵され、面発光レーザ１００は、プラグ９６に内蔵されているため、図１２には図示されていない。光ファイバ３０と面発光レーザ１００との取り付け状態は、第２の実施形態にて説明した通りである。

光ファイバ３０の一方の端部には、第１の実施形態の面発光レーザ１００が設けられており、光ファイバ３０の他方の端部には、受光素子（図示せず）が設けられている。この受光素子は入力された光信号を電気信号に変換した後、この電気信号を一方の電子機器９２に入力する。一方、電子機器９２から出力された電気信号は、面発光レーザ１００によって光信号に変換される。この光信号は光ファイバ３０を伝わり、受光素子に入力される。

以上説明したように、本実施形態の光伝達装置９０によれば、光信号によって、電子機器９２間の情報伝達を行うことができる。

４．第４の実施形態
図１３は、本発明を適用した第４の実施形態の光伝達装置の使用形態を示す図である。光伝達装置９０は、電子機器８０間に接続されている。電子機器８０としては、液晶表示モニタまたはデジタル対応のＣＲＴ（金融、通信販売、医療、教育の分野で使用されることがある。）、液晶プロジェクタ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、デジタルＴＶ、小売店のレジ（ＰＯＳ（Point of Sale Scanning）用）、ビデオ、チューナー、ゲーム装置、あるいは、プリンタなどが挙げられる。

上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

例えば、上述した実施形態の面発光レーザ１００では、共振器１４０に柱状部１３０が一つ設けられている場合について説明したが、共振器１４０に柱状部１３０が複数個設けられている場合、あるいは、柱状部１３０が設けられていない場合においても本発明の形態は損なわれない。また、複数の面発光レーザ１００がアレイ化されている場合でも、同様の作用および効果を奏する。

また、例えば、上述した実施形態において、各半導体層におけるｐ型とｎ型とを入れ替えても本発明の趣旨を逸脱するものではない。また、上述した実施形態の面発光レーザ１００では、ＡｌＧａＡｓ系のものについて説明したが、発振波長に応じてその他の材料系、例えば、ＡｌＧａＰ系、ＧａＩｎＰ系、ＺｎＳＳｅ系、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＧａＡｓＳｂ系などの半導体材料を用いることも可能である。

第１の実施形態に係る面発光レーザを模式的に示す断面図。第１の実施形態に係る面発光レーザを模式的に示す平面図。第１の実施形態に係る面発光レーザを模式的に示す断面図。第１の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を模式的に示す断面図。第１の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を模式的に示す断面図。第１の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を模式的に示す断面図。第１の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を模式的に示す断面図。第１の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を模式的に示す断面図。第１の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を模式的に示す断面図。第１の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を模式的に示す断面図。第２の実施形態に係る光モジュールを模式的に示す図。第３の実施形態に係る光伝達装置を模式的に示す図。第４の実施形態に係る光伝達装置の使用形態を模式的に示す図。

符号の説明

３０光ファイバ、３１ハウジング、３２フェルール、３４ファイバフォルダ、３６ベース、８０電子機器、９０光伝達装置、９２電子機器、９４ケーブル、９６プラグ、１００面発光レーザ、１０１基板、１０２第１ミラー、１０３活性層、１０４第２ミラー、１０５酸化狭窄層、１０６埋め込み絶縁層、１０７第１電極、１０９第２電極、１１２ノズル、１１４インクジェットヘッド、１２０空孔、１２２フォトニック結晶領域、１２４欠陥領域、１３０柱状部、１４０共振器、１５０半導体多層膜、１８０開口部、１９０レンズ部、５００光モジュール

Claims

基板と、
前記基板の上方に形成された第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、
前記第２ミラーの上方に形成されたレンズ部と、
前記第２ミラーの上方に形成された電極と、を含み、
前記レンズ部は、前記第２ミラーの上面から出射する光の経路を変化させる機能を有し、
前記第２ミラーは、該第２ミラーの面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域を有し、
前記フォトニック結晶領域は、欠陥領域を有し、かつ、該欠陥領域に光を閉じ込める機能を有し、
前記電極は、平面的に見て、前記欠陥領域と一致する開口部を有し、
前記レンズ部は、前記電極によって堰き止められて、前記欠陥領域上にのみ形成されている、面発光型半導体レーザ。
請求項１において、
前記欠陥領域以外の前記フォトニック結晶領域には、前記第２ミラーの厚み方向に延伸する複数の空孔が形成されている、面発光型半導体レーザ。
請求項２において、
平面視における前記欠陥領域の中心は、前記第２ミラーの上面から出射する光の中心と同一または略同一であり、
前記複数の空孔は、前記欠陥領域の中心に対して回転対称となる位置に配列されている、面発光型半導体レーザ。
請求項１〜３のいずれかに記載の面発光型半導体レーザと、
光導波路と、を含む、光モジュール。
請求項４に記載の光モジュールを含む、光伝達装置。
基板の上方に、少なくとも、第１ミラー、活性層、および、第２ミラーを構成するための半導体層を積層する工程と、
前記半導体層をパターニングすることにより、少なくとも前記第２ミラーの一部を含む柱状部を形成する工程と、
前記第２ミラー内に、該第２ミラーの面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域を形成する工程と、
前記柱状部の上方に電極を形成する工程と、
前記柱状部の上方にレンズ部を形成する工程と、を含み、
前記レンズ部は、前記第２ミラーの上面から出射する光の経路を変化させる機能を有するように形成され、かつ、該レンズ部の材料を含む液滴を吐出する液滴吐出法によって形成され、
前記フォトニック結晶領域は、欠陥領域を有するように形成され、かつ、該欠陥領域に光を閉じ込める機能を有するように形成され、
前記電極は、前記欠陥領域と一致する開口部を有するように形成され、
前記レンズ部を形成する工程において、前記液滴は、前記電極によって堰き止められ、前記レンズ部は、前記欠陥領域上にのみ形成される、面発光型半導体レーザの製造方法。
請求項６において、
前記欠陥領域以外の前記フォトニック結晶領域に、前記第２ミラーの厚み方向に延伸する複数の空孔を形成する、面発光型半導体レーザの製造方法。