JP5776825B1 - 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】光出射面上に形成される出射保護膜の異方的な応力が柱状構造へ伝わり難いという不具合を抑制することができ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、基板上に形成されたメサＭの頂部の光出射面上に形成されたｐ側の金属電極１１２と、メサＭの頂部に形成される長軸と短軸とを有する異方形状を有する出射保護膜１２０とを有する。金属電極１１２には、出射保護膜１２０の長軸方向に不連続な部分１１２Ｂ−１、１１２Ｂ−２が形成される。出射保護膜１２０は、金属電極１１２の中央の光出射口１１２Ａを覆うとともに、不連続な部分１１２Ｂ−１、１１２Ｂ−２によって露出された半導体層の光出射面を覆う。【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（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）は、通信装置や画像形成装置の光源に利用されている。これらの装置には、偏光ビームスプリッタなど偏光依存性のある光学機器が含まれることが多く、面発光型半導体レーザには、レーザ光の安定した偏光制御が求められる。面発光型半導体レーザ素子の利得や応力を異方的に偏在させることで偏光を制御することが提案されている（特許文献１ないし６）。

特開平８−１８１３９１号公報 特開平９−２８３８５９号公報 特開２０１０−２１５２１号公報 特開２０１１−６６１２５号公報 特開２０１１−１５９９４３号公報 特開２０１３−５８６８７号公報

面発光型半導体レーザのメサ頂部の光出射面上に、光出射口を規定した金属電極を形成し、当該金属電極上に光出射口を覆うように異方形状の出射保護膜を形成することで、メサの活性領域に異方的な応力を与え、一定方向への偏光制御を行うことが知られている。しかしながら、出射保護膜と光出射面との間に金属電極が介在すると、出射保護膜による異方的な応力が金属電極によって緩和され、メサに異方的な応力が効果的に伝わり難くなり、偏光の制御性が低下してしまうという課題がある。

そこで、本発明では、光出射面上に形成される出射保護膜の異方的な応力が柱状構造へ伝わり難いという不具合を抑制することを目的とする。

請求項１は、基板上に垂直共振器が形成された面発光型半導体レーザであって、前記垂直共振器に形成され、頂部に半導体層の光出射面を提供する柱状構造と、前記光出射面上に形成され、中央に光出射口が形成され、かつ前記垂直共振器に電気的に接続された金属電極と、発振波長を透過可能な材料から構成され、前記基板の主面と平行な面において長軸と短軸とを有する異方性の出射保護膜と、前記金属電極に接続される金属配線とを有し、前記金属電極は、前記出射保護膜の長軸方向において、当該金属電極が２つに分割されるような不連続な部分を有し、前記出射保護膜は、前記光出射口を覆うとともに、前記不連続な部分によって露出された光出射面の少なくとも一部を覆い、２つに分割された金属電極は、前記金属配線を介して共通に駆動され、２つに分割された金属電極は、前記垂直共振器に同時にキャリアを注入し、前記柱状構造は、長軸と短軸とを有する異方性の平面形状を有し、前記柱状構造の長軸方向が前記出射保護膜の長軸方向と直交する、面発光型半導体レーザ。
請求項２は、前記不連続な部分によって分割された２つの金属電極は、前記出射保護膜の長軸に関し線対称に配置される、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項３は、前記基板は、結晶面が特定の方向に傾斜された基板表面を有する傾斜基板であり、前記出射保護膜の長軸方向が前記傾斜基板の傾斜方向と直交する、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、２つに分割された金属電極は、前記傾斜基板の傾斜方向と平行に配置される、請求項３に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項５は、前記柱状構造は円筒状を有し、前記光出射面は円形状のコンタクト層であり、２つに分割された金属電極は概ね円形状である、請求項１ないし４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、前記垂直共振器は、活性領域と、活性領域の近傍に電流狭窄層とを含み、前記電流狭窄層には、選択酸化された領域によって囲まれた導電領域が形成され、前記導電領域が長軸と短軸とを有する異方性の平面形状を有するとき、前記導電領域の長軸と前記出射保護膜の長軸とが直交する、請求項１ないし５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、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、を実装した面発光型半導体レーザ装置。
請求項８は、請求項７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９は、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１、５によれば、金属電極に不連続な部分が形成されていない場合と比較して、長軸方向の出射保護膜が半導体層の光出射面に接触する面積を増加させることができる。
請求項２によれば、出射保護膜の長軸に関し線対称でない配置と比較して、出射保護膜が半導体層の光出射面に接触する面積を均等にすることができる。
請求項３、４によれば、傾斜基板を用いないときよりも、偏光抑圧比を向上させることができる。
請求項１によれば、柱状構造の長軸方向が出射保護膜の長軸方向と直交しない場合と比較して、偏光抑圧比を向上させることができる。
請求項６によれば、導電領域の長軸方向が出射保護膜の長軸方向と直交しない場合と比較して、偏光抑圧比を向上させることができる。

図１（Ａ）は、本発明の第１の実施例に係る面発光型半導体レーザの平面図、図１（Ｂ）は、Ｘ−Ｘ線断面図、図１（Ｃ）は、Ｙ−Ｙ線断面図である。 図１（Ｂ）、（Ｃ）に示す面発光型半導体レーザに層間絶縁膜および金属配線が形成されたときの断面図である。 図３（Ａ）、（Ｂ）は、不連続な部分を持たない金属電極の面発光型半導体レーザとの比較例である。 本発明の実施例に係る面発光型半導体レーザと従来の面発光型半導体レーザとの偏光抑圧比を対比するグラフである。 本発明の第１の実施例に係る他の面発光型半導体レーザを例示する平面図である。 本発明の第２の実施例に係る面発光型半導体レーザの平面図である。 本発明の第３の実施例に係る面発光型半導体レーザに用いられる傾斜基板を説明する図である。 本発明の実施例に係る面発光型半導体レーザと光学部品と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。 本発明の実施例に係る面発光型半導体レーザを用いた情報処理装置の光源装置の構成例を示す図である。 本発明の実施例に係る面発光型半導体レーザを用いた光伝送装置の構成例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、選択酸化型の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（Ａ）は、本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略平面図、図１（Ｂ）は、そのＸ−Ｘ線断面図、図１（Ｃ）は、そのＹ−Ｙ線断面図である。但し、図１には、層間絶縁膜および金属配線が省略されている。

本実施例のＶＣＳＥＬ１０は、ｎ型のＧａＡｓ基板１００上に、Ａｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｎ型の分布ブラック型反射鏡（Distributed Bragg Reflector：以下、ＤＢＲという）１０２、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を積層している。下部ＤＢＲ１０２、活性領域１０４および上部ＤＢＲ１０６は、基板上に垂直共振器を構成する。

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４０．５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、３×１０¹⁸ｃｍ^-3である。

活性領域１０４の下部スペーサ層は、アンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓ層であり、量子井戸活性層５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ｐ型のＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層との積層体で、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２０ないし３０周期程度積層してある。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、３×１０¹⁸ｃｍ^-3である。上部ＤＢＲ１０６の最上層には、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０８が形成される。コンタクト層１０８のキャリア濃度は、例えば、１×１０¹⁹ｃｍ^-3である。また、上部ＤＢＲ１０６の最下層もしくはその内部には、ｐ型ＡｌＡｓから形成された電流狭窄層１１０が形成される。

図１には省略されているが、レーザ素子の直列抵抗を下げるため、ｐ型の上部ＤＢＲ１０６あるいは／およびｎ型の下部ＤＢＲ１０２中に、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層との間の中間のＧａＡｓ／ＡｌＡｓ混晶比を有する中間層（グレーデッド層）を挿入してもよい。

上部ＤＢＲ１０６から下部ＤＢＲ１０２に至る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。電流狭窄層１１０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と酸化領域１１０Ａによって囲まれた導電領域（酸化アパーチャ）１１０Ｂを有する。ＶＣＳＥＬの酸化工程において、ＡｌＡｓ層はＡｌＧａＡｓ層よりも酸化速度が速く、ＡｌＡｓ層は、メサＭの側面から内部に向けてほぼ一定の速度で酸化される。このため、導電領域１１０Ｂ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の軸方向の光軸を規定する。本実施例では、シングルモードのレーザ光が出射されるように、導電領域１１０Ｂの径は、例えば、約５μｍまたはそれ以下にされる。

コンタクト層１０８の終端面である光出射面上には、例えば、Ｔｉ／Ａｕなどの積層金属から構成されたｐ側の金属電極１１２（金属電極１１２は、２つの金属電極１１２−１、１１２−２の総称）が形成される。金属電極１１２は、中央に円形状の光出射口１１２Ａが規定された概ね環状またはリング状を有し、光出射口１１２Ａの中心がメサＭの光軸とほぼ一致する。金属電極１１２は、コンタクト層１０８にオーミック接続され、上部ＤＢＲ１０６内にキャリアを注入する。基板１００の裏面には、ｎ側電極１１４が形成される。

本実施例において特徴的な構成の１つは、金属電極１１２には、Ｙ軸方向において、金属電極を２つに分割するための２つの不連続な部分１１２Ｂ−１、１１２Ｂ−２が形成されていることである。２つの不連続な部分１１２Ｂ−１、１１２Ｂ−２は、あたかも環状の金属電極１１２から扇形状の一部を除去したような形状であり、このような不連続な部分１１２ＢをＹ軸方向に形成することで、金属電極１１２は、Ｙ軸を挟んで２つの円弧状または円形状の金属電極１１２−１、１１２−２に分割される。

２つの不連続な部分１１２Ｂ−１、１１２Ｂ−２の形状や大きさは特に制限されないが、好ましくは、２つの不連続な部分１１２Ｂ−１、１１２Ｂ−２の形状が等しく、Ｙ軸に関して線対称となるように形成される。また、不連続な部分１１２Ｂ−１、１１２Ｂ−２の間隔Ｌは、メサＭの外径、金属電極１１２−１、１１２−２の半径方向の幅、光出射口１１２Ａの径などから決定されるが、間隔Ｌが大きくなりすぎると、金属電極１１２−１、１１２−２がコンタクト層１０８と接触する面積が小さくなり、上部ＤＢＲ１０６との電気的な抵抗が大きくなってしまう。反対に、間隔Ｌが小さくなりすぎると、後述するように、出射保護膜１２０がＹ軸方向においてコンタクト層１０８と密着される面積が小さくなり、出射保護膜１２０の異方的な応力がメサＭの活性領域１０４に効果的に伝わり難くなる。

また、２つに分割された金属電極１１２−１、１１２−２の製造方法は、特に制限されないが、例えば、光出射面であるコンタクト層１０８上に、環状の金属電極を形成した後、不連続な部分１１２Ｂ−１、１１２Ｂ−２をエッチングにより選択的に除去することができる。あるいは、リフトオフ工程において、分割された金属電極１１２−１、１１２−２に対応するレジストパターンを光出射面上に形成し、その後、レジストパターンを除去することで光出射面上に金属電極１１２−１、１１２−２を形成することも可能である。

さらに本実施例において特徴的なことは、メサ頂部の光出射面であるコンタクト層１０８上に、光出射口１１２Ａを覆うように異方性の形状の出射保護膜１２０が形成されることである。出射保護膜１２０は、発振波長に対して透明な絶縁膜、例えば、ＳｉＯＮから構成される。図１に示す例では、出射保護膜１２０は、Ｙ軸方向に長軸、Ｘ軸方向に短軸を有する楕円形状である。好ましくは、出射保護膜１２０は、長軸または短軸に関し線対称であり、長軸と短軸との交点がメサＭの光軸にほぼ一致するように位置決めされる。出射保護膜１２０の短軸方向の長さをＬｘ、長軸方向の長さをＬｙ、光出射口１１２Ａの径をＤとすると、Ｌｙ＞Ｌｘ＞Ｄの関係にある。つまり、出射保護膜１２０は、光出射口１１２Ａを完全に覆い、さらに出射保護膜１２０は、長軸方向において不連続な部分１１２Ｂ−１、１１２Ｂ−２の一部または全部を覆う。出射保護膜１２０の膜厚は、所望の諸特性が得られるような膜厚に設定することが望ましく、例えば、λ／４＊ｎからλ／４＊（ｎ＋１）（ｎは奇数）であることが望ましい。

図２（Ａ）、（Ｂ）は、図１に示すＶＣＳＥＬに層間絶縁膜および金属配線が形成された例である。電流狭窄層１１０の選択酸化を行った後、メサＭを含む基板全面に層間絶縁膜１３０が形成される。層間絶縁膜１３０は、例えば、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ等の絶縁膜から構成される。次いで、メサＭの底部、側面および頂部の周縁を覆うように層間絶縁膜１３０がパターンニングされる。このとき、層間絶縁膜１３０と出射保護膜１２０との間に金属電極１１２−１、１１２−２の一部を露出させるようなコンタクトホールが形成される。次いで、金属配線１４０−１、１４０−２がコンタクトホールを介して金属配線１１２−１、１１２−２に接続される。金属配線１４０−１、１４０−２は、図示しない電極パッドなどに接続される。

このようなＶＣＳＥＬ１０において、ｐ側の金属電極１１２とｎ側の裏面電極１１４との間に順方向の駆動電流を印加すると、光出射口１１２Ａからは、例えば、発振波長が約８５０ｎｍのシングルモードの偏光制御されたレーザ光が出射される。

次に、本実施例のＶＣＳＥＬの偏光制御について説明する。上記したようにＶＣＳＥＬ１０には、Ｙ軸方向に２つの不連続な部分１１２Ｂ−１、１１２Ｂ−２が形成され、そして、光出射口１１２Ａおよび２つの不連続な部分１１２Ｂ−１、１１２Ｂ−２を覆うように異方性の形状の出射保護膜１２０が形成される。これにより、出射保護膜１２０は、その長軸方向において、不連続な部分１１２Ｂ−１、１１２Ｂ−２によって露出された半導体層であるコンタクト層１０８に密着される。

図３（Ａ）、（Ｂ）は、不連続な部分が形成されていない環状の金属電極１５０をコンタクト層（光出射面）上に形成した従来のＶＣＳＥＬの比較例である。図３（Ａ）には、楕円形状の出射保護膜１６０が光出射口１５０Ａを覆う例が示されている。金属電極１５０のＹ軸方向には不連続な部分が形成されていないため、出射保護膜１６０は、その長軸方向において金属電極１５０と接触し、コンタクト層に密着されない。図３（Ｂ）には、異方性の矩形状の出射保護膜１６２が光出射口１５０Ａを覆う例が示されている。この場合にも、金属電極１５０は連続した環状であるため、出射保護膜１６２は、その長軸方向において金属電極１５０と接触し、コンタクト層に密着されない。

図３（Ａ）、（Ｂ）に示すような環状の金属電極１５０は、この中心がメサＭの光軸にほぼ一致し、かつ光軸に関して点対称な構成であり、さらに出射保護膜１６０、１６２との密着強度も大きくないため、そのような金属電極１５０上に異方性の出射保護膜１６０、１６２が形成されても、出射保護膜１６０、１６２による異方的な応力が金属電極１５０によって緩和、または軽減されてしまい、異方的な応力がメサＭの活性領域１０４へ効果的に伝わり難い。これに対し、本実施例のように、金属電極１５０のＹ軸方向に不連続な部分が形成されていると、出射保護膜１２０が長軸方向において金属電極１５０に接触せずにコンタクト層１０８に密着されるため、出射保護膜１２０による異方的な応力が金属電極１１２によって緩和されず、活性領域１０４へ伝わり易い構造となる。それ故、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すような環状の連続する金属電極を形成するＶＣＳＥＬと比較して、本実施例では、ＶＣＳＥＬの偏光を制御し易くなる。

図４に、本実施例のＶＣＳＥＬと図３（Ａ）に示すような従来のＶＣＳＥＬとの偏光抑圧比（ＰＭＳＲ）とを対比した実験結果を示す。縦軸は、ＰＭＳＲ（ｄＢ）、横軸は、駆動電流（ｍＡ）である。ＰＭＳＲは、所望の偏光方向における光強度とそれに直交する光強度との比と定義される。同グラフからも明らかなように、本実施例のＶＣＳＥＬは、従来のＶＣＳＥＬと比較して、すべての駆動帯域において偏光抑圧比が高いことがわかる。

このように本実施例によれば、金属電極に不連続な部分を形成し、光出射口を覆う出射保護膜が長軸方向において半導体層である光出射面に直接密着されるようにしたので、出射保護膜による異方的な応力が効果的にメサの活性領域に与えられ、従来よりも偏光の制御性が改善される。また、金属電極に不連続な部分を形成することで、特に反射率分布のための構成を設けずとも、簡単に偏光の制御性を向上させることができる。

図１に示す例では、出射保護膜１２０の異方性の形状として楕円形状を用いたが、出射保護膜１２０は、これ以外の異方性の形状であることができる。異方性の形状は、概ね、長軸方向と短軸方向との長さが異なるような形状であればよい。また、出射保護膜の短軸方向の長さは、光出射口の径Ｄよりも大きいことが望ましい。これにより光出射口１１２Ａが出射保護膜１２０によって完全に覆われ、外部から保護される。

図５（Ａ）、（Ｂ）に、本実施例の出射保護膜の他の例を示す。図５（Ａ）に示すように、出射保護膜１２０Ａは、縦横の長さが異なる矩形状に形成される。この場合、出射保護膜１２０Ａは、光出射口１１２Ａを完全に覆うとともに、長軸方向に延在する部分は、金属電極１１２−１、１１２−２を分割する不連続な部分１１２Ｂ−１、１１２Ｂ−２まで延在し、そこで、露出されたコンタクト層１０８に密着される。また、出射保護膜１２０Ｂは、図５（Ｂ）に示すように、金属電極１１２−１、１１２−２の輪郭を倣うような異方性の形状であってもよい。すなわち、出射保護膜１２０Ｂは、金属電極１１２−１、１１２−２の光出射口１１２Ａの輪郭に対応する円形部分と、不連続な部分１１２Ｂ−１、１１２Ｂ−２の輪郭に対応する扇形部分とを有し、当該円形部分および扇形部分が、金属電極によって露出されたコンタクト層１０８に密着して接続される。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。第１の実施例では、ＶＣＳＥＬのメサＭを円柱状に形成したが、第２の実施例では、メサ自身を異方性の形状に加工する。図６（Ａ）、（Ｂ）は、第２の実施例に係るＶＣＳＥＬのメサ頂部の平面図であり、ここでも、層間絶縁膜および金属配線が省略されている。

図６（Ａ）に示すメサＭ１は、その平面視野においてＹ軸方向に長軸、Ｘ軸方向に短軸を有する楕円状に加工されている。電流狭窄層１１０は、メサＭ１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ため、導電領域１１０Ｂの平面形状は、メサＭ１の外形を反映した概ね楕円状となる。図中の破線は、酸化領域１１０Ａと導電領域１１０Ｂとの境界を示しており、導電領域１１０Ｂの長軸および短軸は、メサＭ１の長軸および短軸にほぼ一致し、導電領域１１０Ｂの中心は、メサＭの光軸とほぼ一致する。メサＭ１の光出射面であるＧａＡｓコンタクト層１０８上に、Ｘ軸方向に不連続な部分１１２Ｂ−１、１１２Ｂ−２を有する２つに分割された円弧状のｐ側の金属電極１１２−１、１１２−２が形成される。楕円状の出射保護膜１２０は、Ｘ軸方向に長軸、Ｙ軸方向に短軸を有する。それ故、出射保護膜１２０は、光出射口１１２Ａを覆うとともに、その長軸方向において不連続な部分１１２Ｂ−１、１１２Ｂ−２によって露出されたコンタクト層１０８を覆う。その結果、出射保護膜１２０の長軸は、導電領域１１０Ｂの長軸またはメサＭ１の長軸と直交する。

図６（Ｂ）は、図５（Ｂ）に示す出射保護膜１２０Ｂを用いた例である。この場合にも、出射保護膜１２０Ｂの長軸は、メサＭ１の長軸または導電領域１１０Ｂの長軸と直交する。本例では、出射保護膜の長軸と、メサＭ１または導電領域１１０Ｂの長軸とが直交する方が、両者の長軸が平行であるときよりも、図４に示す偏光抑圧比が大きくなることが確認されている。つまり、両者の長軸が直交する方が、活性領域１０４への異方的な応力または歪みが大きく与えられる。但し、出射保護膜が活性領域に与える異方的な応力の方向は、使用する材料や形状によっても可変し得るので、もし、両者の長軸を平行にしたときの方が偏光抑圧比を大きくできるのであれば、両者の長軸は、直交ではなく平行となるように構成される。

さらに本実施例のＶＣＳＥＬは、上記したような円筒状のメサＭ、楕円状のメサＭ１の他にも、角柱状または矩形状のメサを用いることも可能である。そして、矩形状のメサ頂部の光出射面には、第１および第２の実施例のときと同様に、異方性の出射保護膜の長軸方向において、不連続な部分を有する分割された金属電極が形成される。２つの金属電極の形状は、円弧状であってもよいし、それ以外の形状であってもよく、例えば、メサの輪郭に合わせた矩形状であってもよい。但し、この場合にも、光出射口の形状は、円形状であることが望ましい。

次に、本発明の第３の実施例について説明する。第３の実施例では、ＶＣＳＥＬの基板に、いわゆる傾斜基板を用いる。図７は、本実施例の傾斜基板を説明する図である。同図に示すように、ＧａＡｓウエハＷを用意し、（１００）の結晶面から＜１１１＞結晶方位の方向に、角度θだけ傾けた面が基板表面となるように、ウエハＷを研磨加工（スライス）している。傾斜角θは、好ましくは１０°である。傾斜基板を利用することで、結晶面によって原子間距離を異ならせ、活性領域に利得の異方性を与えることができる。

本実施例では、このような傾斜基板を用いた場合、２つに分割した金属電極１１２−１、１１２−２は、メサＭの光軸（発光中心）Ｏに関し、基板の傾斜方向と平行にかつ対称となるように配置される。あるいは、出射保護膜１２０の長軸が傾斜方向に直交するように配置される。本実施例のように、傾斜方向と平行にかつ対称となるように２つの金属電極１１２−１、１１２−２を配置することで、傾斜基板を用いない場合、あるいはそのような配置をしない場合と比較して、偏光抑圧比をより大きくすることができる。

次に、第１の実施例で説明したＶＣＳＥＬの製造工程を例示する。ＶＣＳＥＬの製造は、有機金属気相成長(ＭＯＣＶＤ)法を用いて行われ、ｎ型のＧａＡｓ基板１００上に、ｎ型の下部ＤＢＲ１０２、活性領域１０４、ｐ型の上部ＤＢＲ１０６が順次積層される。ＤＢＲの各層の膜厚は、媒質内波長の１／４となるように調整される。上部ＤＢＲ１０６内の活性領域１０４に近い低屈折率層がＡｌＡｓの電流狭窄層１１０に置換され、上部ＤＢＲ１０６の最上層にｐ型のＧａＡｓコンタクト層１０８が形成される。

コンタクト層１０８上に、リフトオフ工程により環状の金属電極１１２が形成され、次いで、環状の金属電極１１２の一部をエッチングにより除去することで不連続な部分１１２Ｂ−１、１１２Ｂ−２を形成し、金属電極１１２を２分割する。次に、光出射口１１２Ａおよび不連続な部分１１２Ｂ−１、１１２Ｂ−２を覆うような異方性の出射保護膜１２０がコンタクト層１０８上に形成される。

次に、基板上の半導体層がエッチングされ、基板上に円柱状のメサＭが形成される。次に、酸化処理を行い、電流狭窄層１１０内に酸化領域１１０Ａとこれによって囲まれた導電領域１１０Ｂを形成する。次に、図２に示すように層間絶縁膜１３０をパターンニングした後、金属配線１４０が形成される。

上記第１ないし第３の実施例において種々の例を示したが、本発明は、これらの例示に限定されるものではない。出射保護膜の材料、形状、ならびにｐ側の金属電極の材料、形状は、一つの具体的な例示であって必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、出射保護膜の異方性の形状は、ひし形などであってもよい。また、上記製造方法では、メサを形成する前にｐ側の金属電極および出射保護膜を形成したが、メサの形成後にｐ側の金属電極および出射保護膜を形成するようにしてもよい。また、上記実施例で示したＤＢＲ等のＡｌ組成比は一例であって、目的や用途に応じてＡｌ組成比を適宜選択することができる。電流狭窄層は、必ずしもＡｌＡｓに限らず、例えばＡｌ組成が０．９８程度のＡｌＧａＡｓを用いるようにしてもよい。さらに、上記実施例では、ＡｌＧａＡｓ系のＶＣＳＥＬを例示したが、他のＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体を用いたＶＣＳＥＬであってもよい。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。さらに上記説明では、第１ないし第３の実施例が個々の形態で説明されたが、本発明は、第１ないし第３の実施例を組合せた形態を包含し得るものである。

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８（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内にボールレンズ３６０等の光学部材が固定されている。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８（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９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８（Ａ）または図８（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１０は、図８（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：ＶＣＳＥＬ
１００：基板
１０２：下部ＤＢＲ
１０４：活性領域
１０６：上部ＤＢＲ
１０８：コンタクト層
１１０：電流狭窄層
１１０Ａ：酸化領域
１１８Ｂ：導電領域（酸化アパーチャ）
１１２：ｐ側の金属電極
１１２−１、１１２−２：分割された金属電極
１１２Ａ：光出射口
１１２Ｂ−１、１１２Ｂ−２：不連続な部分
１１４：ｎ側電極
１２０：出射保護膜
１３０：層間絶縁膜
１４０：金属配線

Claims (9)

1. 基板上に垂直共振器が形成された面発光型半導体レーザであって、
   前記垂直共振器に形成され、頂部に半導体層の光出射面を提供する柱状構造と、
   前記光出射面上に形成され、中央に光出射口が形成され、かつ前記垂直共振器に電気的に接続された金属電極と、
   発振波長を透過可能な材料から構成され、前記基板の主面と平行な面において長軸と短軸とを有する異方性の出射保護膜と、
   前記金属電極に接続される金属配線とを有し、
   前記金属電極は、前記出射保護膜の長軸方向において、当該金属電極が２つに分割されるような不連続な部分を有し、
   前記出射保護膜は、前記光出射口を覆うとともに、前記不連続な部分によって露出された光出射面の少なくとも一部を覆い、
   ２つに分割された金属電極は、前記金属配線を介して共通に駆動され、２つに分割された金属電極は、前記垂直共振器に同時にキャリアを注入し、
   前記柱状構造は、長軸と短軸とを有する異方性の平面形状を有し、前記柱状構造の長軸方向が前記出射保護膜の長軸方向と直交する、面発光型半導体レーザ。
2. 前記不連続な部分によって分割された２つの金属電極は、前記出射保護膜の長軸に関し線対称に配置される、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
3. 前記基板は、結晶面が特定の方向に傾斜された基板表面を有する傾斜基板であり、前記出射保護膜の長軸方向が前記傾斜基板の傾斜方向と直交する、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ。
4. ２つに分割された金属電極は、前記傾斜基板の傾斜方向と平行に配置される、請求項３に記載の面発光型半導体レーザ。
5. 前記柱状構造は円筒状を有し、前記光出射面は円形状のコンタクト層であり、２つに分割された金属電極は概ね円形状である、請求項１ないし４いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
6. 前記垂直共振器は、活性領域と、活性領域の近傍に電流狭窄層とを含み、前記電流狭窄層には、選択酸化された領域によって囲まれた導電領域が形成され、前記導電領域が長軸と短軸とを有する異方性の平面形状を有するとき、前記導電領域の長軸と前記出射保護膜の長軸とが直交する、請求項１ないし５いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
7. 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、
   を実装した面発光型半導体レーザ装置。
8. 請求項７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。
9. 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。

Images