JP5782883B2 - 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

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は、通信装置や画像形成装置の光源に利用されている。このような光源に利用される面発光型半導体レーザとっては、単一横モードであり、高出力、長寿命であることが望ましい。選択酸化型の面発光型半導体レーザでは、電流狭窄層の酸化アパーチャ径を約２〜３ミクロン程度にまで小さくすることで単一横モードを得ているが、このような小さな酸化アパーチャ径では、３ｍＷ以上の光出力を安定的に得ることが難しくなる。そこで、酸化アパーチャ径を大きくし、光出射口内に透明な層やレンズを形成することで高次横モードを抑制したり、偏光制御を行うために光出射口内に構造物やトレンチを形成した面発光型半導体レーザが提案されている（特許文献１ないし３）。

特開２０１０−１５３７６８号公報 特開２００７−２０１３９８号公報 特開２００８−９８３３８号公報

本発明は、基本横モード光の偏光制御を可能にする面発光型半導体レーザを提供することを目的とする。

請求項１は、基板と、前記基板上に形成された第１導電型の第１の半導体多層膜反射鏡と、第１の半導体多層膜反射鏡上に形成された活性領域と、前記活性領域上に形成された前記第１導電型と異なる第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡と、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形状を有し、第２の半導体多層膜反射鏡上に形成された第１の誘電体膜と、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形状を有し、第１の誘電体膜の少なくとも一部を覆うように形成された第２の誘電体膜とを有し、第１の誘電体膜の長軸と第２の誘電体膜との長軸は略直交する関係にあり、第１の誘電体膜は、前記活性領域に対し引張応力または圧縮応力を付加し、第２の誘電体膜は、第１の誘電体膜による応力と反対の圧縮応力または引張応力を前記活性領域に付加する、面発光型半導体レーザ。
請求項２は、第１の誘電体膜と第２の誘電体膜の重複する領域は光軸近傍であり、前記重複する領域の反射率は、第１の誘電体膜と第２の誘電体膜が重複しない領域の反射率よりも高い、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項３は、第１の誘電体膜の膜厚は、λ／４ｎ_１（λは発振波長）の奇数倍であり、第２の誘電体膜は、λ／４ｎ_２の奇数倍であり、第１の誘電体膜の第１の屈折率ｎ_１は、第２の誘電体膜の第２の屈折率ｎ_２よりも小さい、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、前記基板上には、第２の半導体多層膜反射鏡から第１の半導体多層膜反射鏡に至る方向に延在する柱状構造が形成され、前記柱状構造内には、選択的に酸化された酸化領域によって囲まれた導電領域を有する電流狭窄層が形成され、
第１および第２の誘電体膜の各長軸の長さは、前記導電領域の直径よりも大きく、各短軸の長さは、前記導電領域の直径よりも小さい、請求項１ないし３いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
請求項５は、第１または第２の誘電体膜の長軸は、前記活性領域の利得特性が最も大きな方向に一致される、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、電流狭窄層の導電領域の平面形状が長軸と短軸の異方性を有するとき、前記利得特性が最も大きな方向は、前記導電領域の長軸方向である、請求項５に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項７は、前記利得特性が最も大きな方向は、前記基板の面方位の所定の方向である、請求項５に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項８は、第２の半導体多層膜反射鏡上に光出射口を規定する金属電極が形成され、前記光出射口は、出射保護膜によって被覆され、前記出射保護膜上に第１および第２の誘電体膜がそれぞれ形成される、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。
請求項９は、請求項１ないし８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１０は、請求項９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１１は、請求項１ないし８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によれば、レーザ光を一定方向に偏光制御することができる。
請求項２によれば、高次モードが抑制された基本横モード光を得ることができる。
請求項３によれば、第１および第２の誘電体膜の重複する領域の反射率を、重複しない領域の反射率よりも高くすることができる。
請求項４によれば、第１よび第２の誘電体膜の重複する領域を光軸近傍に形成することができる。
請求項５、６、７によれば、利得特性が最も大きな方向に一致させない場合と比べて、偏光方向を一方向に安定化させることができる。
請求項８によれば、第２の半導体多層膜反射鏡を酸化等から保護することができる。

本発明の第１の実施例に係る面発光型半導体レーザの平面図と、そのＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線断面図である。 図２(ａ)は、第１および第２の誘電体膜と電流狭窄層の導電領域（酸化アパーチャ）との関係を説明する平面図、図２（ｂ）は、第１および第２の誘電体膜による付加される応力の方向を示す図、図２（ｃ）は、光出射口の反射率の分布を説明する図である。 図３（ａ）は、第１の実施例の変形例に係る面発光型半導体レーザの光出射口の平面図、図３（ｂ）は、第２の実施例の変形例に係る面発光型半導体レーザの光出射口の平面図である。 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と、そのＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線断面図である。 本実施例の面発光型半導体レーザに光学部材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。 本実施例の面発光型半導体レーザを使用した光源装置の構成例を示す図である。 図５に示す面発光型半導体レーザ装置を用いた光伝送装置の構成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は、本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略平面図とその断面図である。同図に示すように、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型の下部分布ブラック型反射鏡（Distributed Bragg Reflector：以下、ＤＢＲという）１０２、下部ＤＢＲ１０２上に形成された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。ｎ型の下部ＤＢＲ１０２は、例えば、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層との対の複数層積層体で、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、例えば、３×１０¹⁸ｃｍ^-3である。活性領域１０４の下部スペーサ層は、例えば、アンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓ層であり、量子井戸活性層は、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Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層との対の複数層積層体で、各層の厚さはλ／４ｎ_ｒであり、これらを交互に２４周期積層してある。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、例えば、３×１０¹⁸ｃｍ^-3である。また、上部ＤＢＲ１０６の最上層には、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０６Ａが形成され、上部ＤＢＲ１０６の最下層もしくはその内部には、ｐ型のＡｌＡｓからなる電流狭窄層１０８が形成される。

上部ＤＢＲ１０６から下部ＤＢＲ１０２に至るまで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。メサＭのエッチングは、少なくとも電流狭窄層１０８を側面に露出させる深さであればよい。電流狭窄層１０８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１０８Ａと酸化領域１０８Ａによって囲まれた導電領域（酸化アパーチャ）１０８Ｂとを有する。電流狭窄層１０８の酸化工程において、ＡｌＡｓ層の酸化速度は、ＡｌＧａＡｓ層よりも速く、メサＭ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。このため、導電領域１０８Ｂ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の軸方向の中心、すなわち光軸と一致する。導電領域１０８Ｂの径は、高次横モード発振が生じる大きさであることができ、例えば、７８０ｎｍの波長帯で、５ミクロンまたはそれ以上とすることができる。

メサＭの最上層または頂部には、金属製の環状のｐ側電極１１０が形成される。ｐ側電極１１０は、例えば、ＡｕまたはＴｉ／Ａｕなどを積層した金属から構成され、上部ＤＢＲ１０６のコンタクト層１０６Ａにオーミック接続される。ｐ側電極１１０の中央には、円形状の開口部が形成され、当該開口部は、光を出射する光出射口１１０Ａを規定する。好ましくは、光出射口１１０Ａの中心は、メサＭの光軸に一致し、光出射口１１０Ａの直径は、導電領域１０８Ｂの直径よりも大きい。

メサＭの底部、側部および頂部の周縁を覆うように層間絶縁膜１１４が形成される。メサＭの頂部において、層間絶縁膜１１４には円形状のコンタクトホール１１６が形成され、ｐ側電極１１０の一部が露出される。ｐ側電極１１０は、コンタクトホール１１６を介して図示しない配線に接続される。

本実施例では、光出射口１１０Ａ内に、光軸近傍を覆うように２つの直交する第１および第２の誘電体膜１１２、１１８が形成される。第１の誘電体膜１１２は、発振波長を透過可能な材料から構成され、その膜厚は、媒質内波長のλ／４の奇数倍、すなわち（２ｎ−１）λ／４である（但し、ｎは正の整数である）。第１の誘電体膜１１２は、長軸と短軸を有する異方形状から構成され、ここでは、矩形パターンに加工される。第１の誘電体膜１１２の長軸の長さＬａは、図２（ａ）に示すように、導電領域１０８Ｂの直径Ｏｘよりも大きく、短軸の長さＬｂは、直径Ｏｘよりも小さい（Ｌａ＞Ｏｘ＞Ｌｂ）。また、好ましくは、長軸の長さＬａは、光出射口１１０Ａの直径よりも幾分大きく、これにより、第１の誘電体膜１１２の両端部がｐ側電極１１０の一部を覆っている。

第１の誘電体膜１１２上には、第１の誘電体膜１１２と直交するように第２の誘電体膜１１８が形成される。第２の誘電体膜１１８は、発振波長を透過可能な材料から構成され、その膜厚は、媒質内波長のλ／４の奇数倍、すなわち（２ｎ−１）λ／４である。第２の誘電体膜１１８は、第１の誘電体膜１１２と同様に、平面形状が長軸と短軸を有する異方形状であり、ここでは、長軸と短軸とを有する矩形パターンに加工される。好ましくは、第２の誘電体膜１１８の長軸Ｌａおよび短軸Ｌｂの長さは、第１の誘電体膜１１２のそれと同じ大きさに形成され、Ｌａ＞Ｏｘ＞Ｌｂの関係にある（図２（ａ）を参照）。但し、第２の誘電体膜１１８の形状およびサイズは、必ずしも第１の誘電体膜１１２に等しくなくてもよい。さらに好ましくは、第２の誘電体膜１１８の長軸と第１の誘電体膜１１２の長軸との交点は、光軸にほぼ一致し、こうして、光出射口１１０Ａの光軸近傍には、第１の誘電体膜１１２と第２の誘電体膜１１８が交差する重複領域が形成され、光軸近傍から離れた領域には、第１の誘電体膜１１２または第２の誘電体膜１１８の単層の領域が形成される。

本実施例では、第１の誘電体膜１１２は、活性領域１０４に対し、圧縮または引張応力（歪み）を活性領域１０４に付加するように形成され、第２の誘電体膜１１８は、第１の誘電体膜１１２とは反対方向の応力を活性領域１０４に付加するように形成される。例えば、第１の誘電体膜１１２が活性領域１０４に対し引張応力を付加するとき、第２の誘電体膜１１８は活性領域１０４に対し圧縮応力を付加するように形成される。

図２（ｂ）は、第１および第２の誘電体膜１１２、１１８による応力の関係を表している。ここで、基板の主面と平行な活性領域１０４の面をＸ方向、Ｙ方向とする。例えば、第１の誘電体膜１１２の長軸がＸ方向に平行であり、第１の誘電体膜１１２が活性領域１０４に対し引張応力Ｓ１ｘを付加するように形成された場合、活性領域１０４のＹ方向には、見かけ上、圧縮応力Ｓ１ｙが作用したことになる。一方、第２の誘電体膜１１８の長軸がＹ方向に平行であり、第２の誘電体膜１１８が活性領域１０４に圧縮応力Ｓ２ｙを付加するように形成された場合、活性領域１０４のＸ方向には、見かけ上、引張応力Ｓ２ｘが作用したことになる。第２の誘電体膜１１８の長軸は、第１の誘電体膜１１２の長軸と直交する関係にあるため、第１および第２の誘電体膜１１２、１１４は、活性領域１０４に対して、互いに助長し合う方向あるいは強め合う方向に応力を付加することになる。その結果、活性領域１０４には特定の方向に歪み加えられ、利得に異方性が生じ、レーザ光の偏光制御を行うことができる。一般に、活性領域１０４に圧縮応力が付加されたとき、その方向の利得が増加することが知られている。

活性領域１０４に引張応力または圧縮応力を付加するためには、第１および第２の誘電体膜１１２、１１８に内部応力を生じさせればよい。そのような方法は、例えば、本出願人によって開示された特許第４５９０８２０号に詳細に記載されている。無機絶縁膜として窒化珪素膜（ＳｉＮ）をプラズマ支援ＣＶＤにより形成するとき、モノシランとアンモニアの原料ガスに、水素および窒素の希釈ガスを加えることで、過剰な水素および窒素が窒化珪素膜に混入し、それによって内部応力を調整することができる。具体的には、水素の含有比率が増加するにつれ内部応力は圧縮応力となり、その値が増加し、他方、水素の含有比率が減少するにつれ引張応力となり、その値が増加する。ＳｉＮの他にも、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ_２等の無機絶縁膜においても同様に、水素の含有比率を変化させることで内部応力を調整することが可能である。また、モノシランに、亜酸化窒素および窒素のガスを用いて、内部応力が圧縮応力となる酸窒化珪素膜（ＳｉＯＮ）を形成することも可能である。上記の方法は、一例であって、他の公知技術を利用して、引張応力または圧縮応力を付加する誘電体膜を形成することができる。

また、第１の誘電体膜１１２の屈折率をｎ_１、第２の誘電体膜１１８の屈折率をｎ_２、上部ＤＢＲ１０８の半導体層（コンタクト層１０６Ａ）の屈折率をｎ_３とすると、ｎ_１＜ｎ_２＜ｎ_３の関係にある。第１および第２の誘電体膜１１２、１１８の膜厚は、λ／４の奇数倍であり、その結果、第１の誘電体膜１１２と第２の誘電体膜１１８の重複した領域の反射率ｒ１は、第１の誘電体膜１１２と第２の誘電体膜１１８とが重複しない領域の反射率ｒ２よりも高くなる。

第１の誘電体膜１１２と第２の誘電体膜１１８とが重複する領域は光軸近傍であり、光軸近傍で生じる基本横モードの発振は、相対的に高い反射率ｒ１により促進される。他方、第１の誘電体膜１１２と第２の誘電体膜１１８とが重複しない領域は、光軸近傍から離れた周辺領域であり、当該周辺領域で生じる高次モードの発振は、相対的に低い反射率ｒ２により抑制される。図２（ｃ）は、この様子を示しており、第１および第２の誘電体膜１１２、１１８の重複領域は基本モード領域１３０（ハッチング部分）として示され、第１および第２の誘電体膜が重複しない領域は、高次モード領域１３２として示されている。第１および第２の誘電体膜１１２、１１８の短軸の長さＬｂを導電領域１０８Ｂの直径Ｏｘよりも小さくすることで、第１および第２の誘電体膜１１２、１１８が重複する領域が、導電領域１０８Ｂの内側の光軸近傍に形成される。また、第１および第２の誘電体膜１１２、１１８の長軸の長さＬａを導電領域１０８Ｂの直径Ｏｘよりも大きくすることで、導電領域１０８Ｂの周縁部分が第１または第２の誘電体膜１１２、１１８によって覆われる。

好ましくは、第１および第２の誘電体膜１１２、１１８の屈折率ｎ_１とｎ_２の差が大きくなるような材料を選択することが望ましい。これにより、基本モード領域１３０と高次モード領域１３２の反射率差（ｒ１−ｒ２）を大きくすることができる。１つの好ましい例では、第１の誘電体膜１１２は、ＳｉＯＮまたはＳｉＯ_２から構成され、第２の誘電体膜１１８は、ＳｉＮから構成され、これらの誘電体膜は、水素の含有比率を変えることで内部応力が調整される。

例えば、上部ＤＢＲ１０６がＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層の２４周期であり、第１の誘電体膜１１２がＳｉＯＮ（λ／４の膜厚）から構成され、第２の誘電体膜１１８がＳｉＮ（λ／４の膜厚）から構成されたとき、基本モード領域１３０の反射率ｒ１は、約９９．７％であり、高次モード領域１３２の反射率ｒ２は、約９９．２％である。典型的にレーザ発振に必要な反射率は、おおよそ９９．５％であるため、基本モード領域１３０の光軸上に発生する光の発振が促進され、他方、光軸から離れた高次モード領域１３２における高次横モードの発振が抑制される。当業者であれば、上部ＤＢＲ１０６の周期数や第１および第２の誘電体膜１１２、１１８の材料を選択することで、反射率ｒ１、ｒ２を適宜調整することが可能である。また、第１の誘電体膜１１２または第２の誘電体膜１１８が層間絶縁膜１１４と同一の材料から構成される場合には、第１または第２の誘電体膜１１２、１１８は層間絶縁膜１１４と同一の工程によって同時にパターニングすることができる。

ＶＣＳＥＬは、電流狭窄領域（酸化アパーチャまたは導電領域１０８Ｂ）を小さくすることで高次モードを抑制し、単一横モード発振するように設計されるが、酸化アパーチャを小さくすると光出力も小さくなる。また、出射方向に対する垂直面内において、利得に異方性をもたないと、素子によって偏光方向がばらつき、偏光方向が変化するという不安定性を有している。

本実施例では、光出射口１１０Ａ内に、直交する第１および第２の誘電体膜１１２、１１８を形成し、基本モード領域１３０と高次モード領域１３２との間の反射率差（ｒ１−ｒ２）を生じさせることで、酸化アパーチャの径を大きくし高出力化を図る一方で高次横モードを抑制した基本横モード光を得ることができる。さらに、異方形状の第１および第２の誘電体膜１１２、１１８によって、互い強め合う方向の応力を活性領域に与えるようにしたので、活性領域に利得の異方性が生じ、基本横モード光の偏光制御を行うことができる。また、本実施例では、光出射口内に異方形状の誘電体膜を形成すれば良いため、光出射口をエッチング等により加工してそこに溝またはトレンチを形成する方法と比べて、生産性が改善される。

図３（ａ）は、第１の実施例の変形例であって、ＶＣＳＥＬの光出射口の平面図で示している。ここに示すＶＣＳＥＬ１０Ａでは、第１の誘電体膜１１２Ａは、長軸および短軸を有する楕円パターンに加工され、第２の誘電体膜１１８Ａもまた、長軸および短軸を有する楕円パターンに加工される。パターン形状以外の構成は、図１に示すＶＣＳＥＬと同じである。第１および第２の誘電体膜１１２Ａ、１１８Ａは、長軸が直交し、その交点は、光軸にほぼ一致する。第１の誘電体膜１１２Ａが引張または圧縮応力を活性領域１０４に付加するとき、第２の誘電体膜１１８Ａは、それと反対の圧縮または引張応力を付加する。本変形例においても、光出射口１１０Ａからは、高次モードが抑制された基本横モード光が出力され、その基本横モード光は、第１または第２の誘電体膜の長軸方向に偏光制御される。なお、第１および第２の誘電体膜は、それぞれ異なるパターンに加工されてもよく、例えば、第１の誘電体膜が矩形パターンに加工され、第２の誘電体膜が楕円パターンに加工されてもよい。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。図４は、第２の実施例に係るＶＣＳＥＬの平面図と、そのＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線断面図である。第２の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ｂでは、メサＭ１が楕円形状に加工されている点で、図１に示すＶＣＳＥＬ１０と構成を異にしている。メサＭ１を楕円形状にすることで、メサＭ１の酸化領域１０８Ａにより囲まれた導電領域１０８Ｂの平面形状が楕円形状となり、利得に異方性が与えられる。

導電領域１０８Ｂの平面形状は、長軸および短軸を有し、短軸方向と比べて長軸方向の利得が大きくなる。第１および第２の誘電体膜１１２、１１８は、導電領域１０８Ｂによる利得が損なわれないように、活性領域１０４に応力を付加する。一般に、活性領域１０４は、圧縮応力が付加されると、その利得を増加させるので、活性領域１０４には、導電領域１０８Ｂの長軸方向と一致する方向に圧縮応力を付加するのが好ましい。

図４に示す例では、第１の誘電体膜１１２の長軸方向は、導電領域１０８Ｂの短軸方向と一致し、第２の誘電体膜１１８の長軸方向は、導電領域１０８Ｂの長軸方向と一致している。従って、第１の誘電体膜１１２は、活性領域１０４に対し引張応力を付加するように形成され、第２の誘電体膜１１８は、活性領域１０４に対し圧縮応力を付加するように形成される。また、第１の誘電体膜１１２の長軸は、導電領域１０８Ｂの短軸よりも大きく、その短軸は、導電領域１０８Ｂの長軸よりも小さい。第２の誘電体膜１１８の長軸は、導電領域１０８Ｂの長軸よりも大きく、その短軸は、導電領域１０８Ｂの短軸よりも小さい。さらに、第１の誘電体膜１１２の長軸は、第２の誘電体膜１１８の長軸よりも小さく、その短軸は、第２の誘電体膜１１８の短軸と等しい。これにより、第１および第２の誘電体膜１１２、１１８の重複領域は、光軸を中心とするほぼ正方形となる。

第２の実施例では、導電領域１０８Ｂが光軸に関し長軸と短軸を有する異方性を持つものであるため、その利得にも異方性が生じ、第１および第２の誘電体膜１１２、１１８は、その利得を相殺することなくその利得を相乗することで、より効果的な偏光制御を行うことができる。なお、図４において、ｐ側電極１１０の光出射口１１０Ａを楕円形状にしているが、光出射口１１０Ａは、図１のときと同様に円形状であってもよい。

図３（ｂ）は、第２の実施例に係るＶＣＳＥＬの変形例を示す平面図である。この変形例のＶＣＳＥＫ１０Ｃは、第１および第２の誘電体膜１１２Ａ、１１８Ａを楕円パターンに加工するものであり、それ以外の構成は、図４に示すＶＣＳＥＬ１０Ｂと同様である。

次に、本発明の他の変形例について説明する。第１および第２の実施例では、上部ＤＢＲ１０６のコンタクト層１０６Ａ上に第１および第２の誘電体膜１１２、１１８を形成する例を示したが、光出射口１１０Ａ内のコンタクト層１０６Ａを出射保護膜により覆うようにしてもよい。出射保護膜によりコンタクト層１０６Ａが酸化したり汚染するのを防ぎ、また、第１および第２の誘電体膜をパターニングするときにコンタクト層１０６Ａをエッチング等から保護する。出射保護膜が反射率に大きな影響を与えない程度の膜厚であれば、第１おおび第２の誘電体膜１１２、１１８の膜厚は、λ／４の奇数倍であればよい。また、出射保護膜が比較的厚くなるならば、その膜厚はλ／２にし、第１および第２の誘電体膜１１２、１１８の膜厚は、λ／４の奇数倍とすることが望ましい。

また、ＩＩＩ−Ｖ族半導体のＶＣＳＥＬは、面方位（１１０）方向、若しくは（１−１０）方向に偏光し易い特性を有する。また、面方位を所定角度、例えば２度傾斜した傾斜基板を用いた場合にも、活性領域の利得に異方性を生じる。第１および第２の誘電体膜は、こうした利得の異方性を損なうことなく、利得が助長されるように、活性領域に対し応力を付加することが望ましい。

第１、第２の実施例では、長軸および短軸を有する異方形状として、楕円パターン、矩形パターンを例示したが、これ以外の形状であってもよい。また、電流狭窄層１０８は、ＡｌＡｓから構成される例を示したが、電流狭窄層１０８は、Ａｌ組成を他のＤＢＲのＡｌ組成よりも高くしたＡｌＧａＡｓから構成されるものであってもよい。さらに、電流狭窄層１０８の導電領域（酸化アパーチャ）１０８Ｂの径は、要求される光出力などに応じて適宜変更することができる。さらにＶＣＳＥＬは、ＧａＡｓ系のみならず、他のＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体を用いたものであってもよい。ｎ側電極は、ＧａＡｓ基板の裏面に形成したが、ｎ側電極は、下部ＤＢＲ１０２と電気的に接続されるようにメサ底部に形成してもよい。この場合、基板は、半絶縁性であってもよい。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。

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５（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内に光学部材のボールレンズ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５（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６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５（ａ）または図５（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７は、図５（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、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ：ＶＣＳＥＬ
１００：基板
１０２：下部ＤＢＲ
１０４：活性領域
１０６：上部ＤＢＲ
１０６Ａ：コンタクト層
１０８：電流狭窄層
１０８Ａ：酸化領域
１０８Ｂ：導電領域（酸化アパーチャ）
１１０：ｐ側電極
１１０Ａ：光出射口
１１２、１１２Ａ：第１の誘電体膜
１１４：層間絶縁膜
１１６：コンタクトホール
１１８、１１８Ａ：第２の誘電体膜
１２０：ｎ側電極
１３０：基本モード領域
１３２：高次モード領域

Claims (11)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された第１導電型の第１の半導体多層膜反射鏡と、
   第１の半導体多層膜反射鏡上に形成された活性領域と、
   前記活性領域上に形成された前記第１導電型と異なる第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡と、
   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形状を有し、第２の半導体多層膜反射鏡上に形成された第１の誘電体膜と、
   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形状を有し、第１の誘電体膜の少なくとも一部を覆うように形成された第２の誘電体膜とを有し、
   第１の誘電体膜の長軸と第２の誘電体膜との長軸は略直交する関係にあり、第１の誘電体膜は、前記活性領域に対し引張応力または圧縮応力を付加し、第２の誘電体膜は、第１の誘電体膜による応力と反対の圧縮応力または引張応力を前記活性領域に付加する、面発光型半導体レーザ。
2. 第１の誘電体膜と第２の誘電体膜の重複する領域は光軸近傍であり、前記重複する領域の反射率は、第１の誘電体膜と第２の誘電体膜が重複しない領域の反射率よりも高い、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
3. 第１の誘電体膜の膜厚は、λ／４ｎ_１（λは発振波長）の奇数倍であり、第２の誘電体膜は、λ／４ｎ_２の奇数倍であり、第１の誘電体膜の第１の屈折率ｎ_１は、第２の誘電体膜の第２の屈折率ｎ_２よりも小さい、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ。
4. 前記基板上には、第２の半導体多層膜反射鏡から第１の半導体多層膜反射鏡に至る方向に延在する柱状構造が形成され、前記柱状構造内には、選択的に酸化された酸化領域によって囲まれた導電領域を有する電流狭窄層が形成され、
   第１および第２の誘電体膜の各長軸の長さは、前記導電領域の直径よりも大きく、各短軸の長さは、前記導電領域の直径よりも小さい、請求項１ないし３いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
5. 第１または第２の誘電体膜の長軸は、前記活性領域の利得特性が最も大きな方向に一致される、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. 電流狭窄層の導電領域の平面形状が長軸と短軸の異方性を有するとき、前記利得特性が最も大きな方向は、前記導電領域の長軸方向である、請求項５に記載の面発光型半導体レーザ。
7. 前記利得特性が最も大きな方向は、前記基板の面方位の所定の方向である、請求項５に記載の面発光型半導体レーザ。
8. 第２の半導体多層膜反射鏡上に光出射口を規定する金属電極が形成され、前記光出射口は、出射保護膜によって被覆され、前記出射保護膜上に第１および第２の誘電体膜がそれぞれ形成される、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。
9. 請求項１ないし８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。
10. 請求項９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。
11. 請求項１ないし８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。

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