JP4821961B2

JP4821961B2 - 面発光半導体レーザ装置およびその製造方法

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Publication number: JP4821961B2
Application number: JP2005175432A
Authority: JP
Inventors: 亮次石井; 秀生中山; 朱実村上; 尚孝向山; 靖章桑田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2005-06-15
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2025-06-15
Also published as: JP2006351797A

Description

本発明は、光インターコネクション、光メモリ、光交換、光情報処理、レーザビームプリンター、複写機等の光源などに用いられる面発光型半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。

面発光型半導体レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser diode:以下適宜ＶＣＳＥＬと称する）は、半導体基板と垂直方向に共振器を構成し、光を基板と垂直方向に出射する光デバイスであり、２次元的に高密度な集積化をすることができる並列光源として注目されている。

ＶＣＳＥＬ等の発光素子は、一般にキャン封止や樹脂封止によりパッケージ化され、実デバイスとして利用される。パッケージには、内部の発光素子と電気的に接続されたリードが外部へ延在され、このリードを介して発光素子に電力が供給される。

特許文献１は、発光素子と受光素子をシリコン系樹脂で光結合し、その周囲をモールド樹脂で封止した光半導体装置に関するものである。シリコン系樹脂とモールド樹脂との熱膨張率の差によってモールド樹脂にクラックが発生しないように、発光素子がマウントされたリードフレームと、受光素子がマウントされたリードフレームの端部に、曲げ形成された屈曲部が形成されている。屈曲部によりシリコン系樹脂が熱膨張する際の膨張力を受け止め、屈曲部が微小変形し膨張力を吸収している。

特許文献２は、特許文献１と同様に発光素子と受光素子をモールド樹脂封止したフォトカプラに関するものであり、表面実装型フォトカプラとマザーボードとの半田接続部の信頼性を改善し、小型、薄型で生産性の良い表面実装型フォトカプラの製造方法を提供している。

特許文献３は、電極上に搭載された半導体発光チップの外周を囲む貫通孔を形成したリフレクタケ−スと、貫通孔に透光性のエポキシ樹脂を充填して半導体発光チップを封止する封止体とを備えた半導体発光チップにおいて、エポキシ樹脂のガラス転移温度を６０℃以下にすることで、熱処理時にエポキシ樹脂にクラックが発生するのを防止している。

特許文献４は、図１６に示すように、面発光型半導体レーザ素子のメサポストと同じ積層構造を有する４枚のフィンを備えている。各フィンは、メサポストの延長部としてメサポストの外周面から９０°間隔でポリイミド層を貫通して放射線状に延在している。これにより、メサポストを埋め込んだポリイミド層は、４枚のフィンによって４個の区分に相互に分離され、メサポスト及びメサポストの中心線下方に位置する活性領域へ加わる応力を低減させ、寿命を改善している。

特開平１０−２９４４８７号特開平１１−１２１７８９号特開２０００−１０１１４９号特開２００３−８６８９６号

従来のＶＣＳＥＬは、図１７に示すように、基板上に円筒状のメサ１０００（またはポスト）を有し、その周囲にトレンチ溝１００２が形成されている。このトレンチ溝１００２内には、メサ１０００の頂部の出射開口１００４を覆うように光透過性のシリコン系樹脂が充填され、ＶＣＳＥＬの樹脂封止が行われている。しかしながら、ＶＣＳＥＬを樹脂封止すると、それがレーザ特性に大きな影響を及ぼすことが実験から明らかになっている。これは、トレンチ溝１００２内に充填された樹脂が、熱処理時の温度上昇により熱膨張し、その応力（ストレス）がメサ１０００へ加わり、レーザ特性が劣化すると考えられる。したがって、樹脂封止の後にレーザ特性を補償するには、樹脂の熱膨張による応力を緩和しなければならないという課題がある。

本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであり、ＶＣＳＥＬを樹脂封止する場合に、レーザ特性の劣化を防止し、高寿命の半導体レーザ装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る面発光型半導体レーザ装置は、メサと、メサの周囲に形成された溝によってメサから隔離された外周部と、溝内に充填される樹脂とを含み、樹脂の応力を緩和するための応力緩和領域を備えている。これにより、樹脂の熱膨張による応力が緩和され、メサまたはポストへの応力が低減され、レーザ特性の劣化を抑制することができる。

好ましくは、応力緩和領域は、メサと対向する外周部の側壁に形成された垂直方向（基板に対し垂直方向）に延在する少なくとも１つの溝である。好ましくは、複数の溝は、側壁に等間隔で配置される。好ましくは、応力緩和領域は、外周部の側壁に形成された水平方向に延在する少なくとも１つの空隙である。外周部は、メサ構造と同一積層構造の半導体多層膜を含み、応力緩和領域は、半導体多層膜の一部に水平方向に形成された複数の空隙である。この場合、半導体多層膜は、Ａｌの組成が相対的に高い化合物半導体膜を含み、当該Ａｌの組成が高い化合物半導体膜が水平方向の除去されている。熱膨張された樹脂が空隙内に入り込むことが可能となり、樹脂内の熱応力が緩和される。

さらに、応力緩和領域は、例えばトレンチ溝の底部に形成された凹部または凸部を含むものであってもよく、凹部または凸部は複数あってもよい。これによっても充填される樹脂の熱応力を緩和することができる。また、樹脂は、光透過性の樹脂を用いることができる。

好ましくは樹脂は、溝（例えばトレンチ溝）を充填する第１の樹脂と、第１の樹脂上に第１の樹脂よりも熱膨張率の小さい第２の樹脂とを含む。第２の樹脂の熱膨張率を小さくすることで、第１の樹脂の熱応力を吸収し、それを緩和することができる。

第２の樹脂は、少なくとも溝内のメサ構造の活性層の周囲を充填する。活性層は、レーザ特性を左右する領域であり、活性層への応力を効果的に緩和することができる。

本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、基板上に形成された複数の半導体多層膜をエッチングし、基板上に溝を形成し、メサと対向する外周部の側壁に基板と垂直方向に延在する複数の溝を形成するステップと、溝内に樹脂を充填するステップとを有する。さらに本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、基板上に形成された複数の半導体多層膜をエッチングし、基板上に溝を形成し、その後、メサと対向する外周部の側壁に水平方向に延びる空隙を形成するステップと、溝内に樹脂を充填するステップとを有する。

さらに本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、基板上に形成された複数の半導体多層膜をエッチングし、基板上にメサを形成するステップと、溝内に、真空成形により第１の樹脂を充填するステップとを有する。真空成形により第１の樹脂を充填すると、樹脂内に複数の気泡を効果的に混入させることができる。この気泡は、樹脂の熱膨張による歪みを緩和する役割を有している。

さらに本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、基板上に形成された複数の半導体多層膜をエッチングし、活性層を含むメサを形成するステップと、溝内に、第１の樹脂を充填するステップと、第１の樹脂よりも熱膨張率が小さい第２の樹脂をメサの活性層の周囲に充填するステップとを有する。

本発明によれば、樹脂の応力を緩和するための応力緩和領域を設けたので、面発光型半導体レーザ素子を樹脂封止したとき、樹脂の熱処理時におけるメサまたはポストへの熱応力を緩和し、レーザ特性を安定化させ、かつ寿命を改善することができる。

以下、本発明の面発光型半導体レーザ装置について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、第１の実施例に係る面発光型半導体レーザ装置の構成を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図、同図（ｃ）は樹脂を樹脂を充填したときの断面図である。本実施例に係る面発光型半導体レーザ装置１は、ＧａＡｓ基板１０上に、円筒状のメサ（またはポスト）１２と、メサ１２の周囲に形成されたトレンチ溝１４によって隔離された外周部１６とを有するＶＣＳＥＬと、トレンチ溝１４内を充填する透光性の樹脂１８を含む封止体とを有している。外周部１６は、メサ１２と同心円状の側壁または内壁を有し、当該側壁には基板と垂直方向に延在する複数の溝２０が形成されている。

複数の溝２０は、側壁内にほぼ等間隔になるように形成されている。図の例では、メサを中心に４５度の間隔で形成されている。複数の溝２０は、後述するように、基板上にメサ１２をエッチングするときに同時に形成される。複数の溝２０の円周方向の長さ、半径方向の奥行き、数、位置等は、メサ１２を形成するときにマスクパターンにより適宜選択することが可能である。

図１（ｃ）に示すように、トレンチ溝１４内に透過性のエポキシ等の樹脂１８が充填される。このとき、複数の溝２０は、樹脂１８の熱応力を緩和する応力緩和領域として働く。すなわちエポキシ等の樹脂１８の熱処理時に、樹脂１８が熱膨張し、トレンチ溝１４内に熱応力が発生する。このとき、外周部１６には複数の溝２０が形成されているため、外周部１６と接する樹脂の一部が溝２０内に入り込むことによって、熱による歪みが溝２０内に吸収され、熱応力が緩和される。その結果、樹脂１８によるメサ１２への熱応力が低減される。

次に、半導体レーザ装置１の詳細な構成を説明する。ｎ型のＧａＡｓ基板１０上に、ｎ型のバッファ層１０１、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1ＡｓとＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓからなるｎ型の下部ＤＢＲ(Distributed Bragg Reflector:分布ブラック型反射鏡)層１０２、アンドープの下部スペーサ層とアンドープの量子井戸活性層とアンドープの上部スペーサ層とを含む活性領域１０３、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1ＡｓとＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓからなるｐ型の上部ＤＢＲ層１０４が順次積層されている。上部ＤＢＲ層１０４の最下層には、ｐ型のＡｌＡｓ層１０５が形成されている。上部ＤＢＲ層１０４の最上層は、ｐ型のＧａＡｓからなるコンタクト層１０６が形成されている。基板１０の裏面にはｎ側電極１０７が形成されている。

メサ１２は、コンタクト層１０６から下部ＤＢＲ層１０２の一部までを含み、メサ１２の頂部には、円形状の出射開口１０８を有するｐ側電極層１０９が形成されている。メサ１２内に含まれるＡｌＡｓ層１０５は、メサ１２の側面から一部が酸化された酸化領域１１０と、酸化領域１１０によって囲まれた円形状の酸化アパーチャ（導電領域）１１１とを有する。ＡｌＡｓ層１０５は、酸化領域１１０によって囲まれた酸化アパーチャ１１１内に光およびキャリアを閉じ込める電流狭窄層として働く。なお、メサ１２の側壁は、図示しない層間絶縁膜によって覆われている。

トレンチ溝１４は、下部ＤＢＲ層１０２の一部を露出し、外周部１６とメサ１２とを分離している。外周部１６は、実質的にメサと同一積層構造の半導体多層膜を有している。外周部１６の上面には、図示しないボンディングパッドが形成され、該ボンディングパッドは、トレンチ溝１４に沿って延在し、かつｐ側電極層１０９に接続されている。透過性の樹脂１８は、図１（ｃ）に示すように、メサ１２の頂部を覆う程度に充填されている。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。図２は、第２の実施例に係る半導体レーザ装置の構成を示す図である。第１の実施例と同一構成については、同一参照番号を付してある。第２の実施例に係る半導体レーザ装置２では、外周部１６の側壁に水平方向に延在する複数の空隙２２が形成されている。複数の空隙２２は、好ましくは、外周部１６の側壁において露出されている下部ＤＢＲ層１０２および上部ＤＢＲ層１０４のＡｌの組成が高いＡｌＧａＡｓ層をエッチング除去することで形成されている。例えば、下部ＤＢＲ層１０２および上部ＤＢＲ層１０４が、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1ＡｓとＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓから構成されるとき、Ａｌの組成が低い（Ａｌ＝０．３）ＡｌＧａＡｓ層１０４ａと、Ａｌの組成が高い（Ａｌ＝０．９）ＡｌＧａＡｓ１０４ｂとのエッチング選択比の高いエッチャント、例えばＢＨＦ（バッファードフッ酸）を用いることで、Ａｌの組成が高いＡｌＧａＡｓ層１０４がオーバーエッチングされ、外周部１６の側壁に巣状の空隙が形成される。

外周部１６の側壁に横方向に延在する複数の空隙２２を形成することにより、エポキシ樹脂等の熱処理時に、樹脂１８が熱膨張すると、その一部が空隙２２内に侵入し、熱応力の一部が緩和される。これにより、メサ１２への熱応力が軽減される。

空隙２２の横方向の深さは、エッチング時間や、エッチャントの選択比により適宜調整することができる。また、空隙２２は、第１の実施例のときの溝２０が形成された外周部１６の側壁に形成するようにしてもよい。

次に、本発明の第３の実施例について説明する。図３は、第３の実施例の半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。第３の実施例に係る半導体レーザ装置３は、トレンチ溝１４の底面に、複数の小孔３０が形成されている。小孔３０は、例えば、メサ頂部および外周部１６をマスクし、イオンボンバードメント処理を行ったり、プラズマエッチング処理を行い、表面を凹凸に粗すことによって形成される。図面では、便宜上、小孔３０を規則正しく円形状に示しているが、実際には、不規則に凹部または凸部が形成されていればよく、それぞれの大きさも均一である必要はない。

第３の実施例において、小孔３０は応力緩和領域として働き、すなわち、充填された樹脂１８は小孔３０に入り込むことによって、樹脂の熱応力が緩和される。

次に、本発明の第４の実施例について説明する。図４は、第４の実施例の半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。樹脂を充填する方法には、加圧成形と真空成形がある。前者による方法は、充填された樹脂内において気泡の発生が非常に少なく、これとは反対に、後者による方法は、樹脂内に多くの気泡が発生することが良く知られている。第４の実施例に係る半導体レーザ装置４では、トレンチ溝１４内に充填される樹脂１８を、真空成形により行うものである。これにより、樹脂１８内には多くの気泡２４が存在することになる。この気泡２４は、樹脂が熱膨張したとき、その膨張を吸収するように作用し、結果として、応力緩和領域として機能する。

また、図４（ｂ）に示すように、真空成形された樹脂１８上に、加圧成形による樹脂１８ａを充填するようにしてもよい。加圧成形された樹脂１８ａ内には、気泡がほとんど存在しないため、この樹脂１８ａにより出射開口１０８を覆うようにすれば、出射開口１０８から出射されるレーザ光が気泡により散乱や反射するのを防止することができる。

次に、本発明の第５の実施例について説明する。図５は、第５の実施例の半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。第５の実施例に係る半導体レーザ装置５は、トレンチ溝１４内に、メサ頂部を覆うように第１の樹脂５０を充填し、その上に第１の樹脂５０よりも粘度の低い第２の樹脂５２を充填している。言い換えれば、第１の樹脂５０の粘性が高く、第１の樹脂５０において生じる熱応力を第２の樹脂５２に吸収させ、トレンチ溝１４内に熱応力を緩和している。これにより、メサ１２への熱応力を低減させる。

また、図５（ｂ）に示すように、粘性の低い第２の樹脂５２をメサ１２の活性層の周囲に充填し、これを第１の樹脂５０でサンドイッチする構造にしてもよい。第２の樹脂５２は、低粘性であるため熱膨張が小さく、最もレーザ特性を左右する活性層付近への熱応力を緩和することができる。

次に、第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法について図６を参照して説明する。図６（ａ）に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ型ＧａＡｓ基板１０に、キャリア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3、膜厚が０．２μｍ程度のｎ型ＧａＡｓバッファ層１０１が積層される。その上に、各層の厚さがλ／４ｎ_ｒ（但し、λは発振波長、ｎ_ｒは媒質の屈折率）であるＡｌ_0.9Ｇａ_0.1ＡｓとＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓとを交互に４０．５周期積層した下部ｎ型ＤＢＲ層１０２が形成される。下部ｎ型ＤＢＲ層１０２は、キャリア濃度は、１×１０¹⁸cm^-3である。その上に、アンドープ下部Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓスペーサ層とアンドープ量子井戸活性層とアンドープ上部Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓスペーサ層とで構成された活性層領域１０３が形成される。

活性領域１０３上に、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３０周期積層された上部ｐ型ＤＢＲ層１０４が形成される。キャリア濃度は、１×１０¹⁸cm^-3である。上部ＤＢＲ層１０４の最下層には、低抵抗のｐ型ＡｌＡｓ層１０５が含まれ、上部ＤＢＲ層１０４の最上部に、キャリア濃度が１×１０¹⁹cm^-3となる膜厚１０ｎｍ程のｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０６が積層される。

次に、図６（ｂ）に示すように、マスクパターンＭを用い、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により下部ｎ型ＤＢＲ層１１２が露出するまでエッチングが行われ、トレンチ溝１４が形成される。これにより、トレンチ溝１４によって隔離された円柱状のメサ１２と外周部１６が基板上に形成される。同時に、外周部１６の側壁には、基板と垂直方向に延在する複数の溝２０が形成される。

次に、図６（ｃ）に示すように基板を酸化炉内に配し、酸化工程が行われる。メサ１２内の電流狭窄層（ＡｌＡｓ層）１０５は、酸化工程においてその一部が酸化される。このとき、Ａｌ組成の高いＡｌＧａＡｓとＡｌＡｓ層がアルミ酸化物(ＡｌｘＯｙ)に変化するが、ＡｌＡｓの方がＡｌＧａＡｓに比べて酸化速度が圧倒的に速いため、ＡｌＡｓのみが選択的にメサ側面からメサ中心部へ向って酸化が進行し、最終的にメサの外形を反映した酸化領域１１０が形成される。酸化領域１１０は、導電性が低下し電流狭窄部となるが、同時に周囲の半導体層に比べ光学屈折率が半分程度（〜１．６）である関係から、光閉じ込め領域としても機能し、光およびキャリアが酸化アパーチャ１１１内に閉じ込められる。

次に、メサ１２の底部、側部、および頂部の一部は、ＳｉＮまたはＳｉＯＮ等の層間絶縁膜によって覆われ、メサ頂部にｐ側電極層１０９が形成される。ｐ側電極層の材料として、Ｔｉ／Ａｕ、ＡｕＺｎ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等が用いられる。また、基板裏面のｎ側電極１０７としてＴｉ／Ａｕ、Ｇｅ／Ａｕ、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ等が用いられる。

次に、図６（ｄ）に示すように、メサ１２の頂部を覆うように光透過性の樹脂１８が所定の温度下においてトレンチ溝１４に充填され、ＶＣＳＥＬが樹脂封止される。上記したように、複数の溝２０が応力緩和領域として機能するため、メサ１２への熱応力が緩和される。

一方、第２の実施例の半導体レーザ装置２を製造する場合には、酸化工程が終了したメサ１２を層間絶縁膜で被覆したのち、ＢＨＦによるウエットエッチを行う。これにより、外周部１６の側壁のＡｌの組成の高いＡｌＧａＡｓが、Ａｌの組成の低いＡｌＧａＡｓよりも大きくエッチングされるため、横方向に延在する空隙２２が形成される。その他の工程は、実質的に第１の実施例と同様である。

第３の実施例の半導体レーザ装置３を製造する場合には、ＲＩＥによりメサ１２を形成した後、マスクパターンＭを残した状態で、スパッタエッチまたはボンバードメント処理を施すことで、トレンチ溝１４の底面を粗し、小孔３０を形成する。

図７は、樹脂封止された半導体レーザ装置をモジュール化したときのパッケージの断面構成を示す図である。同図に示すように、パッケージ３００は、第１ないし第５の実施例のいずれかに示す樹脂封止されたチップ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、チップ３１０の裏面に形成されたｎ側電極に電気的に接続され、他方のリード３４２は、チップ３１０の表面に形成されたｐ側電極にボンディングワイヤ等を介して電気的に接続される。

チップ３１０を含むステム３３０上に矩形状の中空のキャップ３５０が固定され、キャップ３５０の中央の開口内にボールレンズ３６０が固定されている。ボールレンズ３６０の光軸は、チップ３１０のほぼ中心と一致するように位置決めされる。リード３４０、３４２間に順方向の電圧が印加されると、チップ３１０の各メサから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からのレーザ光の放射角度θ内にボールレンズ３６０が含まれるように調整する。なお、キャップ内に、ＶＣＳＥＬの発光状態をモニタするための受光素子を含ませるようにしてもよい。

図８は、他の半導体チップをモジュール化したパッケージの構成を示す図である。同図のパッケージ３０２は、ボールレンズ３６０の代わりに、キャップ３５０の中央の開口内に平板ガラス３６２を固定している。平板ガラス３６２の中心は、チップ３１０のほぼ中心と一致するように位置決めされる。チップ３１０と平板ガラス３６２との距離は、平板ガラス３６２の開口径がチップ３１０からのレーザ光の発散角度θ以上になるように調整する。このパッケージ３０２は、好ましくは、後述する空間伝送システムに使用される。

図９は、図７または図８に示すパッケージまたはモジュールを光送信装置に適用したときの構成を示す断面図である。光送信装置４００は、ステム３３０に固定された円筒状の筐体４１０と、筐体４１０の端面に一体に形成されたスリーブ４２０と、スリーブ４２０の開口４２２内に保持されるフェルール４３０と、フェルール４３０によって保持される光ファイバ４４０とを含んで構成される。

ステム３３０の円周方向に形成されたフランジ３３２には、筐体４１０の端部が固定される。フェルール４３０は、スリーブ４２０の開口４２２に正確に位置決めされ、光ファイバ４４０の光軸がボールレンズ３６０の光軸に整合される。フェルール４３０の貫通孔４３２内に光ファイバ４４０の芯線が保持されている。

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

図１０は、図８に示すパッケージを空間伝送システムに用いたときの構成を示す図である。空間伝送システム５００は、パッケージ３００と、集光レンズ５１０と、拡散板５２０と、反射ミラー５３０とを含んでいる。空間伝送システム５００では、パッケージ３００に用いられたボールレンズ３６０を用いる代わりに、集光レンズ５１０を用いている。集光レンズ５１０によって集光された光は、反射ミラー５３０の開口５３２を介して拡散板５２０で反射され、その反射光が反射ミラー５２０へ向けて反射される。反射ミラー５２０は、その反射光を所定の方向へ向けて反射させ、光伝送を行う。

図１１は、ＶＣＳＥＬを光源に利用した光伝送システムの一構成例を示す図である。光伝送システム６００は、マルチスポット型ＶＣＳＥＬが形成されたチップ３１０を含む光源６１０と、光源６１０から放出されたレーザ光の集光などを行う光学系６２０と、光学系６２０から出力されたレーザ光を受光する受光部６３０と、光源６１０の駆動を制御する制御部６４０とを有する。制御部６４０は、ＶＣＳＥＬを駆動するための駆動パルス信号を光源６１０に供給する。光源６１０から放出された光は、光学系６２０を介し、光ファイバや空間伝送用の反射ミラーなどにより受光部６３０へ伝送される。受光部６３０は、受光した光をフォトディテクターなどによって検出する。受光部６３０は、制御信号６５０により制御部６４０の動作（例えば光伝送の開始タイミング）を制御することができる。

次に、光伝送システムに利用される光伝送装置の構成について説明する。図１２は、光伝送装置の外観構成を示す図であり、図１３はその内部構成を模式的に示す図である。光伝送装置７００は、ケース７１０、光信号送信／受信コネクタ接合部７２０、発光／受光素子７３０、電気信号ケーブル接合部７４０、電源入力部７５０、動作中を示すＬＥＤ７６０、異常発生を示すＬＥＤ７７０、ＤＶＩコネクタ７８０、送信回路基板／受信回路基板７９０を有している。

光伝送装置７００を用いた映像伝送システムを図１４および図１５に示す。これらの図において、映像伝送システム８００は、映像信号発生装置８１０で発生された映像信号を、液晶ディスプレイなどの画像表示装置８２０に伝送するため、図１２に示す光伝送装置を利用している。すなわち、映像伝送システム８００は、映像信号発生装置８１０、画像表示装置８２０、ＤＶＩ用電気ケーブル８３０、送信モジュール８４０、受信モジュール８５０、映像信号伝送光信号用コネクタ８６０、光ファイバ８７０、制御用電気ケーブルコネクタ８８０、電源アダプタ８９０、ＤＶＩ用電気ケーブル９００を含んでいる。

上記映像伝送システムでは、映像信号発生装置８１０と送信モジュール８４０、および受信モジュール８５０と画像表示装置８２０の間を電気ケーブル８３０、９００による電気信号の伝送としたが、これらの間の伝送を光信号により行うことも可能である。例えば、電気−光変換回路および光−電気変換回路をコネクタに含む信号送信用ケーブルを電気ケーブル８３０、９００の代わりに用いるようにしてもよい。

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

本発明に係る半導体レーザ装置は、プリンタや複写装置の光源や光通信、光ネットワーク等の光源として、広く利用することができる。

本発明の第１の実施例に係る面発光型半導体レーザ装置の構成を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図、同図（ｃ）は樹脂を樹脂を充填したときの断面図である。本発明の第２の実施例に係る面発光型半導体レーザ装置の構成を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図、同図（ｃ）は樹脂を樹脂を充填したときの断面図である。本発明の第３の実施例に係る面発光型半導体レーザ装置の構成を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図である。本発明の第４の実施例に面発光型半導体レーザ装置の構成を示す図である。本発明の第５の実施例に面発光型半導体レーザ装置の構成を示す図である。本発明の第１の実施例に係る半導体レーザ装置の概略製造工程を示す断面図である。本実施例の半導体レーザ装置をパッケージ化（モジュール化）したときの概略断面図である。他のパッケージの構成を示す概略断面図である。図７または図８に示すパッケージを用いた光送信装置の構成を示す断面図である。図８に示すパッケージを空間伝送システムに用いたときの構成を示す図である。光伝送システムの構成を示すブロック図である。光伝送装置の外観構成を示す図である。光伝送装置の内部構成を示し、同図(ａ)は上面を切り取ったときの内部構造を示し、同図（ｂ）は側面を切り取ったときの内部構造を示している。図１２の光伝送装置を利用した映像伝送システムを示す図である。図１２の映像伝送システムを裏側から示した図である。従来の面発光型半導体レーザを示す図である。従来の面発光型半導体レーザを示す図である。

符号の説明

１：半導体レーザ装置
１０：基板
１２：メサ
１４：トレンチ溝
１６：外周部
１８：樹脂
２０：溝
１０１：バッファ層
１０２：下部ＤＢＲ層
１０３：活性領域
１０４：上部ＤＢＲ層
１０５：ＡｌＡｓ層(電流狭窄層)
１０６：コンタクト層
１０７：ｎ側電極層
１０８：出射開口
１０９：ｐ側電極層
１１０：酸化領域
１１１：酸化アパーチャ

Claims

基板と、前記基板上に形成されたメサと、前記基板上に形成されかつ前記メサの周囲に形成されたトレンチ溝によって前記メサから隔離された外周部と、前記トレンチ溝内に充填される樹脂とを含む面発光型半導体レーザ装置であって、
前記メサと対向する前記外周部の側壁には、前記基板と垂直方向に延在しかつ選択された奥行きおよび周方向の長さを有する溝が複数形成され、
前記複数の溝は、前記樹脂の熱処理時に熱膨張した樹脂の一部が前記溝内に入り込むことによって前記樹脂による前記メサへの熱応力を緩和させる、応力緩和領域として機能する、面発光型半導体レーザ装置。
前記複数の溝は、前記外周部の側壁に等しい間隔で配置されている、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ装置。
基板と、前記基板上に形成されたメサと、前記基板上に形成されかつ前記メサの周囲に形成されたトレンチ溝によって前記メサから隔離された外周部と、前記トレンチ溝内に充填される樹脂とを含む面発光型半導体レーザ装置であって、
前記メサと対向する前記外周部の側壁には、前記外周部の半導体層の一部を除去することにより前記基板と水平方向に延在しかつ選択された深さを有する空隙が形成され、
前記空隙は、前記樹脂の熱処理時に熱膨張した樹脂の一部が前記空隙内に入り込むことによって前記樹脂による前記メサへの熱応力を緩和させる、応力緩和領域として機能する、面発光型半導体レーザ装置。
前記外周部は、前記メサと同一積層構造の半導体多層膜を含み、前記空隙は、前記半導体多層膜の一部を除去することにより水平方向に複数形成される、請求項３に記載の面発光型半導体レーザ装置。
前記半導体多層膜は、Ａｌの組成が相対的に高い化合物半導体膜とＡｌの組成が相対的に低い化合物半導体膜とを積層し、前記空隙は、前記Ａｌの組成が高い化合物半導体膜を選択的にエッチングすることにより形成される、請求項３または４に記載の面発光型半導体レーザ装置。
基板と、前記基板上に形成されたメサと、前記基板上に形成されかつ前記メサの周囲に形成されたトレンチ溝によって前記メサから隔離された外周部と、前記トレンチ溝内に充填される樹脂とを含む面発光型半導体レーザ装置であって、
前記溝の底部には、表面を粗す処理を施すことによって複数の凹部または凸部が形成され、
前記複数の凹部または凸部は、前記樹脂の熱処理時に熱膨張した樹脂の一部が前記凹部または凸部に入り込むことによって前記樹脂による前記メサへの熱応力を緩和させる、応力緩和領域として機能する、面発光型半導体レーザ装置。
前記樹脂は、真空成形された樹脂であり、樹脂中に気泡を含む、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装置。
前記樹脂は、前記トレンチ溝の少なくとも一部を充填する第１の樹脂と、第１の樹脂上に第１の樹脂よりも熱膨張率が小さい第２の樹脂とを含む、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装置。
前記第２の樹脂は、前記メサに含まれる活性層の周囲を少なくとも充填する、請求項８に記載の面発光型半導体レーザ装置。
前記メサは、上部半導体ミラー層、下部半導体ミラー層、上部半導体ミラー層と下部半導体ミラー層との間に活性層と電流狭窄層を含み、電流狭窄層は、Ａｌを含む半導体層を選択的に酸化した領域を含む、請求項１ないし９いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ装置。
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装置をパッケージ化したモジュール。
請求項１１に記載されたモジュールと、モジュールから発せられたレーザ光を送信する送信手段とを備えた、光送信装置。
請求項１１に記載されたモジュールと、モジュールから発せられた光を空間伝送する伝送手段とを備えた、光空間伝送装置。
請求項１１に記載されたモジュールと、モジュールから発せられたレーザ光を送信する送信手段とを備えた、光送信システム。
請求項１１に記載されたモジュールと、モジュールから発せられた光を空間伝送する伝送手段とを備えた、光空間伝送システム。
基板と、前記基板上に形成されたメサと、前記基板上に形成されかつ前記メサの周囲に形成されたトレンチ溝によって前記メサから隔離された外周部と、前記トレンチ溝内に充填される樹脂とを含む面発光型半導体レーザ装置の製造方法であって、
前記基板上に形成された複数の半導体多層膜をエッチングし、前記基板上に前記トレンチ溝を形成するとともに前記メサと対向する前記外周部の側壁に、前記基板と垂直方向に延在しかつ選択された奥行きおよび周方向の長さを有する溝を複数を形成するステップと、
前記トレンチ溝内に樹脂を充填するステップとを含み、
前記複数の溝は、前記樹脂の熱処理時に熱膨張した樹脂の一部が前記溝内に入り込むことによって前記樹脂による前記メサへの熱応力を緩和させる、応力緩和領域として機能する、製造方法。
基板と、前記基板上に形成されたメサと、前記基板上に形成されかつ前記メサの周囲に形成されたトレンチ溝によって前記メサから隔離された外周部と、前記トレンチ溝内に充填される樹脂とを含む面発光型半導体レーザ装置の製造方法であって、
前記基板上に形成された複数の半導体多層膜をエッチングし、前記基板上に前記トレンチ溝を形成するステップと、
前記メサと対向する前記外周部の側壁の半導体層の一部をエッチングすることにより、前記側壁に前記基板と水平方向に延在しかつ選択された深さを有する空隙を形成するステップと、
前記トレンチ溝内に樹脂を充填するステップとを含み、
前記空隙は、前記樹脂の熱処理時に熱膨張した樹脂の一部が前記空隙内に入り込むことによって前記樹脂による前記メサへの熱応力を緩和させる、応力緩和領域として機能する、製造方法。
前記空隙を形成するステップは、前記トレンチ溝内にエッチャントを充填させ前記外周部の側壁をウエットエッチングするステップを含む、請求項１７に記載の製造方法。
前記外周部は、Ａｌの組成の相対的に高い化合物半導体膜とＡｌの組成が相対的に低い化合物半導体膜とを積層し、前記空隙は、前記Ａｌの組成の高い化合物半導体膜をバッファードフッ酸（ＢＨＦ）によりエッチングすることで形成される、請求項１７または１８に記載の製造方法。
基板と、前記基板上に形成されたメサと、前記基板上に形成されかつ前記メサの周囲に形成されたトレンチ溝によって前記メサから隔離された外周部と、前記トレンチ溝内に充填される樹脂とを含む面発光型半導体レーザ装置の製造方法であって、
前記基板上に形成された複数の半導体多層膜をエッチングし、基板上に前記トレンチ溝を形成するステップと、
前記トレンチ溝の底部に、表面を粗す処理を施すことによって複数の凹部または凸部を形成するステップと、
前記トレンチ溝内に樹脂を充填するステップとを含み、
前記複数の凹部または凸部は、前記樹脂の熱処理時に熱膨張した樹脂の一部が前記凹部または凸部に入り込むことによって前記樹脂による前記メサへの熱応力を緩和させる、応力緩和領域として機能する、製造方法。
前記樹脂を充填するステップは、真空成形により樹脂を充填する、請求項１６ないし２０いずれか１つに記載の製造方法。
前記樹脂を充填するステップは、前記トレンチ溝の少なくとも一部に第１の樹脂を充填するステップと、前記第１の樹脂の上に前記第１の樹脂よりも熱膨張率が小さい第２の樹脂を充填するステップとを含む、請求項１６ないし２１いずれか１つに記載の製造方法。
前記樹脂を充填するステップはさらに、第１の樹脂よりも熱膨張率が小さい第２の樹脂を加圧成形により充填するステップを含む、請求項２２に記載の製造方法。
前記第１の樹脂よりも熱膨張率が小さい第２の樹脂は、前記メサに含まれる活性層の周囲に充填される、請求項２２または２３に記載の製造方法。
製造方法はさらに、前記メサに含まれる電流狭窄層をメサ側面から選択的に酸化するステップを含む、請求項１４ないし２４いずれか１つに記載の製造方法。