JP5017797B2 - マルチスポット型面発光レーザおよびその駆動方法 - Google Patents

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に関し、特にマルチスポット型の面発光型半導体レーザに関する。

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において、効率よくレーザを発振させるため、垂直共振器間でキャリアと光の閉じこめが行われる。基板の水平方向の狭窄構造を作製する手段として、基板上に細いポストを作製し、ポスト自体を電流経路とするエアポスト型、ポスト構造を作製した後に、コントロール層と呼ぶＡｌＡｓ層の一部を酸化して電流経路を制限する選択酸化型、プロトンインプラにより絶縁領域を形成し電流経路を制限するプロトン照射型などがある。これらの中で、選択酸化型のＶＣＳＥＬが、しきい電流値も低く、電流−光特性も優れているという特性があり、実用化が進められている。

ＶＣＳＥＬ等の発光素子を光源として用いた場合、発光素子の故障や寿命などにより機能障害が生じることがある。これを回避するために、予備の発光素子を用意しておき、メインの発光素子の異常が検出されたとき、予備の発光素子へ駆動を切替えるようにした技術が特許文献１に開示されている。

特開平５−２２６６３２号

特に、空間伝送用の光源などにＶＣＳＥＬを用いる場合、大きな光出力が要求される。ＶＣＳＥＬの光出力を大きくするには、酸化アパーチャを大きくする必要があるが、酸化アパーチャ径を大きくすると、応答特性が悪くなり、また、高次モードが支配的になるためにビームプロファイルも中心部の出力が落ち込むなどの問題がある。

また、基板上から複数のレーザ光を出射させるマルチスポット型のＶＣＳＥＬを並列光源として利用する場合、発光素子の寿命の際には、ＶＣＳＥＬデバイスそのものを交換しなければならず、その間、通信等のシステムを停止しなければならなかった。特許文献１のように、光学系で光軸ずれが生じないように予備の光学系を予め用意しておくことも可能ではあるが、この場合には、コストが上昇し、かつ装置の小型化を図ることができない。

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、光軸ズレが生じないようにレーザの発光点を切替えることができるマルチスポット型の面発光型半導体レーザを提供することを目的とする。
さらに本発明は、高出力でありかつ単峰性のビームプロファイルを得ることができるマルチスポット型の面発光型半導体レーザを提供することを目的とする。
さらに本発明は、低コスト、小型化が可能なマルチスポット型の面発光型半導体レーザを光源に含む装置を提供する目的とする。
さらに本発明は、寿命を改善することができるマルチスポット型の面発光型半導体レーザを光源に含む装置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は、基板上に、第１導電型の第１の半導体ミラー層、第１の半導体ミラー層上の電流狭窄層、第１の半導体ミラー層上の活性領域、活性領域上の第２導電型の第２の半導体ミラー層、第２の半導体ミラー層上の複数の出射開口部、複数の出射開口部へ電流を注入する配線層を含み、複数の出射開口部からレーザ光を出射可能である。そして、複数の出射開口部の各々は、基板上の基準点から等しい距離に位置し、配線層は、少なくとも第１の配線層と第２の配線層を含み、第１の配線層は、複数の出射開口部の中から選択された第１組の出射開口部に電流を注入し、第２の配線層は、複数の出射開口部の中から選択された第２組の出射開口部に電流を注入するものである。これにより、第１組の出射開口部と第２組の出射開口部のいずれかからレーザ光を出射させることが可能となり、両者を切替えたときでも、出射開口部が基準点から等距離にあるので、光軸からのずれは生じない。さらに第１組および第２組の出射開口部の双方からレーザ光を出射させる場合には、電流狭窄層の酸化アパーチャを制限しても高出力のレーザ光が得られ、かつビームプロファイルを単峰性にすることが可能となる。

好ましくは、第１組の出射開口部と第２組の出射開口部は、基準点に関して回転対称の位置にある。出射開口部は、レーザ光が出射される発光点であり、好ましくは、複数の出射開口部は、基板上に形成された複数のメサ頂部に形成される。第１の配線層は、選択された第１組のメサ頂部に形成された電極層に電気的に接続され、第２の配線層は、選択された第２組のメサ頂部に形成された電極層に電気的に接続されている。メサ頂部の電極層には、レーザ光を出射する出射開口が形成されている。また、基準点とは、例えば複数の出射開口部が形成された発光領域の中心を含む。

また、第１の配線層および第２の配線層には、それぞれ第１の駆動電流と第２の駆動電流が供給される。例えば、第１の駆動電流と第２の駆動電流を同時に第１および第２の配線層に供給することで、第１および第２の出射開口部からレーザ光を同時に出射させることができる。この場合には、高出力のレーザ光を得ることが可能となる。また、第１の駆動電流と第２の駆動電流は、交互に第１の配線層および第２の配線層に供給するようにしてもよい。例えば、第１組のメサは少なくとも４つのメサを含み、これらのメサの出射開口部からは、第１の配線層からの第１の駆動電流に応答してレーザ光が同時に出射される。第２組のメサは少なくとも４つのメサを含み、これらのメサの出射開口部からは、第２の配線層からの第２の駆動電流に応答してレーザ光が同時に出射される。さらにマルチスポット型の面発光型半導体レーザは、第１および第２組の出射開口部に加えて、さらに第３組、第４組の複数組の出射開口部を備えていてもよい。好ましくは、各組の出射開口部（または発光点）は、基準点に関して回転対称の位置にあり、各組の出射開口部には独立して駆動電流が供給される。

さらに本発明のモジュールは、上記したマルチスポット型の面発光型半導体レーザが形成された半導体チップと、半導体チップ上の配線層に駆動電流を供給する駆動回路とを含む。駆動回路は、少なくとも第１の駆動電流および第２の駆動電流を独立して供給することができる。例えば、駆動回路は、少なくとも第１の駆動電流および第２の駆動電流を交互に供給する。モジュールはさらに、半導体チップの複数の出射開口部から出射されるレーザ光の少なくとも１つを監視するための受光素子を含むことができる。駆動回路は、受光素子からの出力結果に応じて、第１の駆動電流または第２の駆動電流を第１の配線層または第２の配線層に供給する。

さらに本発明に係る、基板上の基準点に関して回転対称に配置された複数の出射開口部を含み、各出射開口部へ駆動電流を供給することで各出射開口部からレーザ光を出射可能なマルチスポット型の面発光型半導体レーザの駆動方法は、複数の出射開口部の中から選択された第１組の出射開口部と複数の出射開口部の中から選択された第２組の出射開口部に独立して（例えば、交互に）駆動電流を供給する。

駆動方法は、複数の出射開口部の中から選択された第１組の出射開口部と複数の出射開口部の中から選択された第２組の出射開口部の駆動時間が均等となるように駆動電流を供給することができる。さらに、複数の出射開口部の中から選択された第１組の出射開口部から出射されるレーザ光の状態を監視し、監視結果に基づき、複数の出射開口部の中から選択された第２組の出射開口部に駆動電流を供給し、第１組の出射開口部への駆動電流の供給を停止するようにしてもよい。本発明の駆動方法は、複数の出射開口部の中から選択された少なくとも３組以上の出射開口を独立して駆動するようにしてもよい。

本発明に係るマルチスポット型の面発光型半導体レーザによれば、基準点から等しい距離にある複数の出射開口部のうち、選択された第１組の出射開口部と第２組の出射開口部への電流注入を第１および第２の配線層により行うようにしたので、第１または第２の出射開口部からのレーザ光の出射の切換を容易に実現することができ、さらに、切換によって基準点からの発光点の距離が変わらないので、光軸ずれが生じない。従って、光源の切換による予備の光学系を付加することなく、光源およびシステムの低コスト化を図ることができる。さらに、第１組の出射開口部または第２組の出射開口部から出射されるレーザ光を切替ることで、見かけ上、面発光型半導体レーザの寿命、ひいてはこれを含む光源およびシステムの寿命を改善することができる。

以下、本発明のマルチスポット型のＶＣＳＥＬについて、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施例に係るマルチスポット型のＶＣＳＥＬの概略平面図である。ＶＣＳＥＬ１は、基板上に円筒状の同一サイズからなる８つのメサ（ポスト）を含み、４のメサを１つの組としてそれぞれ独立に駆動可能な構成になっている。

第１組のメサ１０、１２、１４、１６は、配線層１８によって相互に接続され、さらに配線層１８は電極パッド４０に接続されている。第１組のメサ１０〜１６の頂部には、円形状の出射開口１０ａ、１２ａ、１４ａ、１６ａが形成され、電極パッド４０に駆動電流が印加されると、その出射開口１０ａ〜１６ａからレーザ光が基板と垂直方向に出射される。

同様に第２組のメサ２０、２２、２４、２６は、配線層２８によって相互に接続され、さらに配線層２８は電極パッド４２に接続されている。第２組のメサ２０〜２６の頂部には、円形状の出射開口２０ａ、２２ａ、２４ａ、２６ａが形成され、電極パッド４２から駆動電流が供給されると、その出射開口２０ａ〜２６ａからレーザ光が基板と垂直方向に出射される。

第１組のメサ１０〜１６は、基板の基準点Ｃを中心に９０度の間隔でほぼ等間隔に配置されている。第２組のメサ２０〜２６は、第１組のメサ１０〜１６の間に介在されるように、基準点Ｃを中心に９０度の間隔でほぼ等間隔に配置されている。言い換えれば、第１組のメサ１０〜１６と第２組のメサ２０〜２６は、基準点Ｃに関して回転対称となっている。

図２は、図１のＶＣＳＥＬのメサ１０と２０の断面構造を示すＡ−Ａ線断面図である。各メサは、配線層１８および２８の配線接続を除き、すべて等しい構成である。図２に示すように、ＶＣＳＥＬ１は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ型ＧａＡｓ基板１００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１０２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(Distributed Bragg Reflector:分布ブラック型反射鏡)層１０３が形成される。下部ｎ型ＤＢＲ層１０３は、キャリア濃度は、１×１０¹⁸cm^-3であり、総膜厚が約４μｍである。その上に、アンドープ下部Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓスペーサ層１０４とアンドープ量子井戸活性層１０５（膜厚８ｎｍのＡｌ_0.11Ｇａ_0.89Ａｓ量子井戸層３層と膜厚８ｎｍのＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層４層とで構成されている）とアンドープ上部Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓスペーサ層１０６とで構成された膜厚が媒質内波長となる活性層領域１０７が形成される。

活性領域１０７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ＤＢＲ層１０８が形成される。キャリア濃度は、１×１０¹⁸cm^-3であり、総膜厚は約３μｍである。また上部ｐ型ＤＢＲ層１０８の最下層には、低抵抗のｐ型ＡｌＡｓ層１１０が含まれている。さらに、上部ＤＢＲ層１０８上の最上部に、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１０９が積層される。なお、上部ＤＢＲ層１０８の電気的抵抗を下げるために、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1ＡｓとＡｌ_0.3Ｇａ_0.1Ａｓの界面にＡｌ組成を９０％から３０％に段階的に変化させた膜厚が９ｎｍ程度の領域を設けることも可能である。基板上に積層された複数の半導体層を所定の深さまで異方性エッチングすることにより、基板上に第１組のメサ１０〜１６および第２組のメサ２０〜２６が形成される。

メサ１０および２０のｐ型の上部ＤＢＲ層１０８の最下層には、ｐ型のＡｌＡｓ層１１０が形成されている。ＡｌＡｓ層１１０は、メサ１０および２０の側面から一部が酸化された酸化領域１１１と、酸化領域１１１によって囲まれた円形状の酸化アパーチャ（導電領域）１１２とを有する。ＡｌＡｓ層１１０は、酸化領域１１１によって囲まれた酸化アパーチャ１１２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。

メサ１０および２０の側壁および上面は、層間絶縁膜１１３によって覆われている。層間絶縁膜１１３には、メサの一部であるコンタクト層１０９を露出するためのコンタクトホール１１４が形成されている。メサ１０において、層間絶縁膜１１３上にｐ側電極層１１５−１が形成され、ｐ側電極層１１５−１はコンタクトホール１１４を介してコンタクト層１０９にオーミック接続される。ｐ側電極層１１５−１の中央には、酸化アパーチャ１１２と整合するように円形状の出射開口１０ａが形成されている。また、ｐ側電極層１１５−１は、上記したように配線層１８に接続されている。

一方、メサ２０において、層間絶縁膜１１３上にｐ側電極層１１５−２が形成され、ｐ側電極層１１５−２はコンタクトホール１１４を介してコンタクト層１０９にオーミック接続される。ｐ側電極層１１５−２の中央には、酸化アパーチャ１１２と整合するように円形状の出射開口２０ａが形成されている。ｐ側電極層１１５−２は、配線層２８に接続されている。基板１００の裏面には、すべてのメサに共通のｎ側電極１１７が形成されている。

第１の実施例において、ＶＣＳＥＬ１の駆動は、第１組のメサ１０〜１６と第２組のメサ２０〜２６を同時に行う。駆動電流が電極パッド４０および４２に印加されると、それらの駆動電流は、配線層１８、２８を介して、第１組のメサと第２組のメサのｐ側電極層１１５−１、１１５−２に供給され、第１組および第２組のメサに駆動電流が注入される。これにより、活性領域１０７の厚さに応じた波長のレーザ発振が生じ、各メサの出射開口１０ａ〜１６ａおよび２０ａ〜２６ａからレーザ光が出射される。好ましくは、第１組のメサおよび第２組のメサに供給される駆動電流は等しい。

第１組および第２組のメサからの出射されたレーザ光は合成され、高出力のレーザ光を得ることができる。また、各メサの酸化アパーチャの径を小さくすることができるため、応答性を犠牲にすることがなく、かつ単峰性のビームプロファイルを得ることができる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。図３(ａ)は、マルチスポット型のＶＣＳＥＬの概略斜視図を示し、図３(ｂ)は、このＶＣＳＥＬの駆動方法を示す図である。第２の実施例では、第１の実施例と異なり、第１組のメサ１０〜１６と第２組のメサ２０〜２６を独立して駆動する。このため、駆動制御回路５０は、駆動パルス信号５１を第１組のメサ１０〜１６に供給し、駆動パルス信号５２を第２組のメサ２０〜２６に供給する。駆動パルス信号５１、５２は、図１に示す電極パッド４０、４２にそれぞれ印加される。

第１の駆動方法として、駆動制御回路５０は、図４(ａ)に示すように相補的な駆動を行う駆動パルス信号５１、５２を第１組のメサ１０〜１６と第２組のメサ２０〜２６に供給する。これにより、第１組のメサ１０〜１６の発光点が点灯されるとき、第２組のメサ２０〜２６が消灯し、第１組のメサ１０〜１６が消灯するとき第２組のメサ２０〜２６の発光点が点灯する。

第１組のメサ１０〜１６と第２組のメサ２０〜２６は、基準点Ｃに関して回転対称の位置にあるため、基準点Ｃを光軸に整合させたとき、第１のメサ１０〜１６と第２組のメサ２０〜２６の点灯が切り替わったときに光軸ズレを生じさせない。さらに、このような交互駆動をすることで、ＶＣＳＥＬの寿命を見かけ上２倍に延ばすことができる。

第２の駆動方法として、駆動制御回路５０は、図４(ｂ)に示すように第１のメサ１０〜１６の点灯時間と第２組のメサ２０〜２６の点灯時間が均等になるような駆動を行う。例えば、第１のメサ１０〜１６を一定のパルス数だけ駆動した後、それと同じパルス数だけ第２組のメサ２０〜２６を駆動する。これにより、第１組のメサ１０〜１６と第２組のメサ２０〜２６の素子劣化が均等に進み、結果としてＶＣＳＥＬの寿命を改善することができる。

また、図４(ａ)および図４(ｂ)に示す駆動において、消灯しているメサに対して一定のバイアス電流Ｂを印加しておくようにしてもよい（図４(ｃ)を参照）。バイアス電流Ｂは、しきい値以下の微小電流であり、メサの寿命を低下させることはない。その反面、そのようなバイアス電流Ｂを印加しておくことで、メサが点灯するまでの立ち上がり応答速度を速くすることができる。

次に本発明の第３の実施例について説明する。第１および第２の実施例では、ＶＣＳＥＬの基準点Ｃに関して回転対象の位置に出射開口を配線した第１組および第２組のメサを示したが、第３の実施例では、第３の実施例では、図５（ａ）に示すように、３組のメサが形成された例を示す。

第１組のメサ１０、１２、１４、１６は、配線１８によって接続され、かつ電極パッド４０に接続され、第２組のメサ２０、２２、２４、２６は、配線２８によって接続され、かつ電極パッド４２に接続され、第３組のメサ３０、３２、３４、３６は、配線３８によって接続され、かつ電極パッド４４に接続されている。第１組、第２組、第３組のメサは、基準点Ｃに関して回転対称に配置されている。

駆動制御回路５０は、第１組、第２組、第３組のメサに対して、それぞれ独立して駆動することができるように駆動信号５１、５２、５３を供給する。駆動信号は、図４（ａ）に示したようにメサが交互に駆動されるパルス信号、または図４(ｂ)に示したように各組のメサの点灯時間が均等になるようなパルス信号とすることができる。このような構成におり、ＶＣＳＥＬを大きくすることなく寿命を延ばすことができる。

また、各組のメサを接続する配線層は、例えば図６に示すように多層配線によって接続することも可能である。第１組のメサ１０〜１６は、第１配線層１８によって接続され、第２組のメサ２０〜２６は、その上の第２配線層２８によって接続され、第３組のメサ３０〜３６は、その上の第３配線層３８によって接続される。

なお上記実施例では、第１組ないし第３組のメサを独立して駆動する例を示したが、勿論、さらなる複数組のメサを独立して駆動するようにしてもよい。さらに、上記実施例は、各組に含まれるメサの数を等しいものとしたが、これは、発光するメサの組を切替えたときに、メサの数が等しければ、光出力およびビームプロファイルを実質的に等しくできるためである。但し、各組のメサの数は、使用目的上問題がなければ、各組のメサの数は異なるものであっても良い。また、各組のメサを駆動する時間もほぼ均等であればよい。

次に、本発明の第４の実施例について説明する。第４の実施例では、第１組のメサと第２組のメサの駆動を自動切換させるものである。図７（ａ）に示すように、ＶＣＳＥＬ上に形成されたメサの発光状態を受光素子等によってモニターするモニター素子６０を設け、駆動制御回路５０は、モニター素子６０からの検出結果に応じて駆動するメサを切替える。例えば図７(ｂ)に示すように、駆動制御回路５０は、初めに駆動信号５１により第１組のメサ１０〜１６に駆動電流を印加し（ステップＳ１０１）、第１組のメサ１０〜１６からレーザ光を出射させる。

第１組のメサ１０〜１６の発光状態は、モニター素子６０によって検出され、この結果が駆動制御回路５０へ出力される。ここで、駆動制御回路は、光出力が基準値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。基準値以上であれば、素子の寿命まで時間があると判定し、継続して第１組のメサ１０〜１６の発光を行う。一方、光出力が基準値未満であるとき、駆動制御回路５０は、第１組のメサ１０〜１６の寿命であると判定し、駆動信号５１による駆動電流の印加を停止し（ステップＳ１０３）、駆動信号５２による駆動電流を第２組のメサ２０〜２６に印加し、第２組のメサを点灯させる（ステップＳ１０４）。

次に本発明の第５の実施例について説明する。第４の実施例では、ＶＣＳＥＬ側すなわち発光装置側においてメサの発光状態をモニターするようにしたが、第５の実施例では、受光装置側においてメサの発光状態をモニターする。図８は、第５の実施例に係る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２００は、マルチスポット型ＶＣＳＥＬが形成されたチップを含む光源２１０と、光源２１０から放出されたレーザ光の集光などを行う光学系２２０と、光学系２２０から出力されたレーザ光を受光する受光部２３０と、光源２１０の駆動を制御する駆動制御部２４０とを有する。

駆動制御部２４０は、ＶＣＳＥＬを駆動するための駆動パルス信号５１または５２を光源２１０に供給する。光源２１０から放出された光は、光学系２２０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２３０へ伝送される。受光部２３０は、受光した光をフォトディテクターなどによって検出し、かつ、受光した光の強度をモニターし、これが基準値以下になったとき、制御信号２５０を介してその旨を駆動制御部２４０に伝える。制御駆動部２４０は、出力が低下した内容を受け取ると、第１組のメサから第２組のメサへ駆動を切替える。

以上説明したように、本発明によれば予備の光源に変更してもＶＣＳＥＬから出射されるビームの光軸が移動しないため、従来のシステムにおける予備光源への切替時の光学調整や予備の光学系等に設ける必要がなくなり、装置の小型化および低コスト化を図ることができる。これにより、ＶＣＳＥＬの見かけ上の寿命が延びるため、それに応じてシステムの寿命を延ばすことが可能となる。

図９は、マルチチップ型のＶＣＳＥＬが形成されたｎ型のＧａＡｓウエハを示す図である。ウエハＷには、複数のチップＰが形成され、各チップＰには、例えば、第１組のメサ１０〜１６と第２組のメサ２０〜２６を含むマルチスポット型のＶＣＳＥＬが形成されている。メサの個数および独立駆動されるメサの組は、目的に応じて適宜変更可能であるが、各メサは、チップＰの基準点Ｃ（この場合は中心点）に関して回転対称であることが望ましい。

各チップ３１０は、スクライブラインに沿ってダイシングされた後、図１０に示すようにパッケージに実装される。図１０に示すように、パッケージ３００は、マルチスポット型のＶＣＳＥＬを含むチップ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ーするための受光素子６２を含ませるようにしてもよい。

図１１は、他のパッケージの構成を示す図である。好ましくは、後述する空間伝送システムに使用される。図１１に示すパッケージ３０２は、図１０に示すボールレンズの代わりに平板ガラス３６２を用いており、キャップ３５０の中央の開口内に平板ガラス３６２が固定されている。平板ガラス３６２の中心は、チップ３１０のマトリックス状に形成されたメサアレイ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の各組のメサからレーザ光が出射される。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からのレーザ光の放射角度θ以上になるように調整する。なお、キャップ内に、ＶＣＳＥＬの発光状態をモニターするための受光素子を含ませるようにしてもよい。

図１２は、図１０に示すパッケージ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制御回路（図３（ｂ）を参照）や、レーザ光をモニターするモニター素子６０（図７を参照）を含むことができる。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受信機能を含むものであってもよい。

図１３は、図１１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、図１０に示すパッケージ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５３０へ向けて反射される。反射ミラー５３０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。本発明のマルチスポット型のＶＣＳＥＬを用いることで、高出力でありながら単峰性のレーザ光を光伝送に用いることができる。

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１４は、光伝送装置の外観構成を示す図であり、図１５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１６および図１７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１４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、制御信号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。

本発明に係るマルチスポット型面発光レーザは、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の実施例に係るマルチスポット型のＶＣＳＥＬの概略平面図である。 図１のメサの構造を示すＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第２の実施例に係るマルチスポット型のＶＣＳＥＬの概略斜視図とその駆動を説明する図である。 第２の実施例における交互駆動時のパルス信号波形を示す図である。 本発明の第３の実施例に係るマルチスポット型のＶＣＳＥＬの概略平面図とその駆動を説明する図である。 マルチスポット型のＶＣＳＥＬの多層配線構造の例を示す図である。 本発明の第４の実施例に係るマルチスポット型のＶＣＳＥＬの切換動作を説明する図である。 本発明の第５の実施例に係る光伝送システムにおける光源の切換動作を説明する図である。 マルチスポット型のＶＣＳＥＬが形成されたウエハを示す図である。 マルチスポット型のＶＣＳＥＬが形成された半導体チップを実装したパッケージの構成を示す概略断面図である。 半導体チップを実装した他のパッケージの構成を示す概略断面図である。 図１０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１１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１４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１６の映像伝送システムを裏側から示した図である。

符号の説明

１：ＶＣＳＥＬ
１０、１２、１４、１６：第１組のメサ
１０ａ、１２ａ、１４ａ、１６ａ：出射開口
２０、２２、２４、２６：第２組のメサ
２０ａ、２２ａ、２４ａ、２６ａ：出射開口
３０、３２、３４、３６：第３組のメサ
１８、２８、３８：配線層
４０、４２、４４：電極パッド
５０：駆動制御回路
５１、５２、５３：駆動信号
１００：ｎ−ＧａＡｓ基板
１０２：バッファ層
１０３：下部ＤＢＲミラー層
１０７：活性領域
１０８：上部ＤＢＲミラー層
１０９：コンタクト層
１１０：ＡｌＡｓ層（電流狭窄層）
１１１：酸化領域
１１２：酸化アパーチャ
１１３：層間絶縁膜
１１４：コンタクトホール
１１５−１、１１５−２：ｐ側電極層
１１７：ｎ側電極

Claims (12)

1. 基板上に、第１導電型の第１の半導体ミラー層、第１の半導体ミラー層上の電流狭窄層、第１の半導体ミラー層上の活性領域、活性領域上の第２導電型の第２の半導体ミラー層、第２の半導体ミラー層上の複数の出射開口部、複数の出射開口部へ電流を注入する配線層を含む半導体チップと、前記半導体チップ上の前記配線層に駆動電流を供給する駆動回路を含み、前記複数の出射開口部からレーザ光を出射可能な面発光型半導体レーザのモジュールであって、
   前記複数の出射開口部の各々は、基板上の基準点から等しい距離に位置し、
   前記配線層は、複数組の配線層を含み、各組の配線層は、複数の配線層を有し、前記複数の出射開口部は、前記複数組の配線層に対応する複数の組を有し、前記複数組の配線層は、対応する複数組の出射開口部にそれぞれ接続され、前記複数組の出射開口部は、前記基準点に関して回転対称の位置にあり、
   前記駆動回路は、各組の出射開口部の駆動時間が均等となるように各組の出射開口部にに駆動電流を供給するものであり、前記駆動回路は、複数組のうち第１組の出射開口部が点灯される間、複数組のうちの残りの組の出射開口部が消灯され、第１組の出射開口部が消灯される間、複数組のうちの第１組以外のいずれかの組の出射開口部が点灯される、モジュール。
2. 前記駆動回路は、第１組の出射開口部と第２組の出射開口部に相補的な関係を有する第１および第２の駆動信号を供給し、第１組の出射開口部が点灯される間、第２組の出射開口部が消灯され、第１組の出射開口部が消灯される間、第２組の出射開口部が点灯される、請求項１に記載のモジュール。
3. 前記複数の出射開口部は、基板上に形成された複数のメサ頂部にそれぞれ形成され、前記各組の配線層は、対応する組のメサに形成された電極層に電気的に接続されている、請求項１または２に記載のモジュール。
4. 前記モジュールはさらに、前記半導体チップの複数の出射開口部から出射されるレーザ光の少なくとも１つを監視するための受光素子を含む、請求項１ないし３いずれか１つに記載のモジュール。
5. 前記駆動回路は、受光素子からの出力結果に応じて、前記各組の出射開口部に駆動電流を供給する、請求項１ないし４いずれか１つに記載のモジュール。
6. 請求項１ないし５に記載されたモジュールと、前記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。
7. 請求項１ないし５に記載されたモジュールと、前記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。
8. 請求項１ないし５に記載されたモジュールと、前記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。
9. 請求項１ないし５に記載されたモジュールと、前記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。
10. 基板上の基準点に関して回転対称に配置された複数の出射開口部を含み、各出射開口部へ駆動電流を供給することで各出射開口部からレーザ光を出射可能なマルチスポット型の面発光型半導体レーザの駆動方法であって、
    複数の出射開口部は複数組の出射開口部からなり、各組の出射開口部の駆動時間が均等となるように各組の出射開口部に駆動電流を供給するものであり、複数組のうちの第１組の出射開口部が点灯される間、複数組のうちの残りの組の出射開口部が消灯され、第１組の出射開口部が消灯される間、複数組のうちの第１組以外のいずれかの組の出射開口部が点灯される、駆動方法。
11. 第１組の出射開口部と第２組の出射開口部に相補的な関係を有する第１および第２の駆動信号を供給し、第１組の出射開口部が点灯される間、第２組の出射開口部が消灯され、第１組の出射開口部が消灯される間、第２組の出射開口部が点灯される、請求項１０の駆動方法。
12. 駆動方法はさらに、駆動電流の供給前にバイアス電流を印加するステップを含む、請求項１０または１１に記載の駆動方法。

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