(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
基板上に形成されかつ垂直共振器を含み、頂部の出射領域からレーザ光を出射可能なレーザ素子部と、
基板上に形成されかつ各々が垂直共振器を含み、前記レーザ素子部を間において対向する側にそれぞれ配置された第１組の発熱素子部と、
前記第１組の発熱素子部の配列方向と直交する方向に配列された第２組の発熱素子部と、
前記レーザ素子部に駆動電流を供給するための第１の電極部と、
前記第１組の発熱素子部に駆動電流を供給するための第２の電極部と、
前記第２組の発熱素子部に駆動電流を供給するための第３の電極部とを有し、
第１組および第２組の各発熱素子部の出射領域は遮蔽され、
前記第２組の発熱素子部は、前記第１組の発熱素子部と独立して駆動され、
前記基板上に複数の前記レーザ素子部が前記基板の素子形成面におけるＸ方向および当該Ｘ方向と直交するＹ方向に配置され、各レーザ素子部が前記第１および第２組の発熱素子部によって挟まれている、面発光型半導体レーザ。
【請求項２】
前記基板の素子形成面におけるＸ方向の結晶方位が［０，１，１］または［０，１，−１］であるとき、Ｙ方向の結晶方位が［０，１，−１］または［０，１，１］であり、前記第１組および第２組の発熱素子部の配列方向は、Ｘ方向の結晶方位またはＹ方向の結晶方位と平行である、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項３】
前記レーザ素子部の頂部の出射領域には、前記垂直共振器と電気的に接続された第１の上部電極が形成され、第１の上部電極には、レーザ光を出射可能な開口が形成され、前記第１組の発熱素子部の各々の頂部の出射領域には、前記垂直共振器と電気的に接続された第２の上部電極が形成され、第２の上部電極は、レーザ光を遮蔽し、前記第２組の発熱素子部の各々の頂部の出射領域には、前記垂直共振器と電気的に接続された第３の上部電極が形成され、第３の上部電極は、レーザ光を遮蔽する、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】
前記レーザ素子部は、第１の溝によって隔離された第１の柱状構造を有し、前記第１の柱状構造は、側壁から選択的に酸化された第１の酸化領域を含み、前記第１組の発熱素子部は、第２の溝によって隔離された第２の柱状構造を有し、前記第２の柱状構造は、側壁から選択的に酸化された第２の酸化領域を含み、前記第２組の発熱素子部は、第３の溝によって隔離された第３の柱状構造を有し、前記第３の柱状構造は、側壁から選択的に酸化された第３の酸化領域を含む、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５】
前記第２および第３の酸化領域によって囲まれた第２および第３の導電領域の径は、前記第１の酸化領域によって囲まれた第１の導電領域の径よりも小さい、請求項４に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項６】
前記第１、第２および第３の溝は、熱可塑性樹脂によって充填されている、請求項４または５に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項７】
前記第１の柱状構造は、前記レーザ素子部と前記第１組の発熱素子部の配列方向に延びる第１の連結部によって前記第２の柱状構造に接続され、かつ前記レーザ素子部と前記第２組の発熱素子部の配列方向に延びる第２の連結部によって前記第３の柱状構造に接続される、請求項４に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項８】
前記第１の電極部は、前記第１の上部電極に金属配線を介して接続された電極パッドを含み、前記第２の電極部は、前記第２の上部電極に金属配線を介して接続された共通の電極パッドを含み、前記第３の電極部は、前記第３の上部電極に金属配線を介して接続された共通の電極パッドを含む、請求項３に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項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。
【請求項１０】
面発光型半導体レーザ装置はさらに、前記レーザ素子部と前記第１組および第２組の発熱素子部を駆動するための駆動手段を含む、請求項９に記載の面発光型半導体レーザ装置。
【請求項１１】
面発光型半導体レーザ装置はさらに、基板上の前記第１組または第２組の発熱素子部の発熱温度を検出する検出手段を含み、前記駆動手段は、前記検出手段によって検出された発熱温度に基づき第１組または第２組の発熱素子部への駆動電流を制御する、請求項１０に記載の面発光型半導体レーザ装置。
【請求項１２】
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１３】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）は、垂直方向に共振器を有し、レーザ光を垂直方向に出射するため利得の異方性を持たない。
【０００３】
面発光型半導体レーザの偏光方向を制御する方法として、傾斜基板を用いることにより基板面方向への利得の異方性を高くして偏光を制御する方法（特許文献１を参照）、メサポストに対して直交する２方向にそれぞれ異なる条件で絶縁膜を成膜し、その２方向の熱膨張差による応力でストレスを付加し偏光を制御する方法（特許文献２を参照）、および電流狭窄層の絶縁領域に異方性を持たせ、その不均一な分布が及ぼす活性層への応力により偏光を制御する方法（特許文献３を参照）などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２６０５６３７号
【特許文献２】特公平７−７３１３９号
【特許文献３】特開２００８−１６８２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、偏光を制御することができる面発光型半導体レーザを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１は、基板と、基板上に形成されかつ垂直共振器を含み、頂部の出射領域からレーザ光を出射可能なレーザ素子部と、基板上に形成されかつ各々が垂直共振器を含み、前記レーザ素子部を間において対向する側にそれぞれ配置された第１組の発熱素子部と、前記第１組の発熱素子部の配列方向と直交する方向に配列された第２組の発熱素子部と、
前記レーザ素子部に駆動電流を供給するための第１の電極部と、前記第１組の発熱素子部に駆動電流を供給するための第２の電極部と、前記第２組の発熱素子部に駆動電流を供給するための第３の電極部とを有し、第１組および第２組の各発熱素子部の出射領域は遮蔽され、前記第２組の発熱素子部は、前記第１組の発熱素子部と独立して駆動され、前記基板上に複数の前記レーザ素子部が前記基板の素子形成面におけるＸ方向および当該Ｘ方向と直交するＹ方向に配置され、各レーザ素子部が前記第１および第２組の発熱素子部によって挟まれている、面発光型半導体レーザ。
請求項２は、前記基板の素子形成面におけるＸ方向の結晶方位が［０，１，１］または［０，１，−１］であるとき、Ｙ方向の結晶方位が［０，１，−１］または［０，１，１］であり、前記第１組および第２組の発熱素子部の配列方向は、Ｘ方向の結晶方位またはＹ方向の結晶方位と平行である、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項３は、前記レーザ素子部の頂部の出射領域には、前記垂直共振器と電気的に接続された第１の上部電極が形成され、第１の上部電極には、レーザ光を出射可能な開口が形成され、前記第１組の発熱素子部の各々の頂部の出射領域には、前記垂直共振器と電気的に接続された第２の上部電極が形成され、第２の上部電極は、レーザ光を遮蔽し、前記第２組の発熱素子部の各々の頂部の出射領域には、前記垂直共振器と電気的に接続された第３の上部電極が形成され、第３の上部電極は、レーザ光を遮蔽する、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、前記レーザ素子部は、第１の溝によって隔離された第１の柱状構造を有し、前記第１の柱状構造は、側壁から選択的に酸化された第１の酸化領域を含み、前記第１組の発熱素子部は、第２の溝によって隔離された第２の柱状構造を有し、前記第２の柱状構造は、側壁から選択的に酸化された第２の酸化領域を含み、前記第２組の発熱素子部は、第３の溝によって隔離された第３の柱状構造を有し、前記第３の柱状構造は、側壁から選択的に酸化された第３の酸化領域を含む、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５は、前記第２および第３の酸化領域によって囲まれた第２および第３の導電領域の径は、前記第１の酸化領域によって囲まれた第１の導電領域の径よりも小さい、請求項４に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項６は、前記第１、第２および第３の溝は、熱可塑性樹脂によって充填されている、請求項４または５に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項７は、前記第１の柱状構造は、前記レーザ素子部と前記第１組の発熱素子部の配列方向に延びる第１の連結部によって前記第２の柱状構造に接続され、かつ前記レーザ素子部と前記第２組の発熱素子部の配列方向に延びる第２の連結部によって前記第３の柱状構造に接続される、請求項４に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項８は、前記第１の電極部は、前記第１の上部電極に金属配線を介して接続された電極パッドを含み、前記第２の電極部は、前記第２の上部電極に金属配線を介して接続された共通の電極パッドを含み、前記第３の電極部は、前記第３の上部電極に金属配線を介して接続された共通の電極パッドを含む、請求項３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、面発光型半導体レーザ装置はさらに、前記レーザ素子部と前記第１組および第２組の発熱素子部を駆動するための駆動手段を含む、請求項９に記載の面発光型半導体レーザ装置。
請求項１１は、面発光型半導体レーザ装置はさらに、基板上の前記第１組または第２組の発熱素子部の発熱温度を検出する検出手段を含み、前記駆動手段は、前記検出手段によって検出された発熱温度に基づき第１組または第２組の発熱素子部への駆動電流を制御する、請求項１０に記載の面発光型半導体レーザ装置。
請求項１２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１３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。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１、２によれば、発熱素子部を持たない構成と比較して、簡易な構成でレーザ光の偏光を制御することができる。
請求項３によれば、上部電極でレーザ光を遮蔽することで簡単に発熱素子部を形成することができる。
請求項４によれば、発熱素子部を持たない選択酸化型の面発光型半導体レーザと比較して、低コストの製造工程を用いてレーザ光の偏光を制御可能な選択酸化型の面発光型半導体レーザを提供することができる。
請求項５によれば、第２および第３の導電領域が第１の導電領域と同じ大きさであるものと比較して、発熱素子部の発熱効率を改善することができる。
請求項６によれば、熱可塑性樹脂を充填しない場合と比較して、レーザ素子部と発熱素子部の配列方向の熱分布の異方性を顕著にすることができる。
請求項７によれば、第1の連結部を持たない構成と比較して、レーザ素子部と発熱素子部の配列方向の熱分布の異方性を顕著にすることができる。
請求項８によれば、レーザ素子部の偏光方向をこれと直交する他の偏光方向にスイッチングさせることができる。
請求項９によれば、面発光型半導体レーザ装置から偏光制御されたレーザ光を出射させることができる。
請求項１０によれば、面発光型半導体レーザ装置においてレーザ素子部および発熱素子部の駆動を行うことができる。
請求項１１によれば、発熱素子部の消費電力を低減することができる。
請求項１２によれば、光伝送装置から偏光制御されたレーザ光を伝送させることができる。
請求項１３によれば、情報処理装置において偏光制御されたレーザ光を用いて情報処理をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】本実施例の面発光型半導体レーザの駆動方法を説明する図である。
【図５】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。
【図６】図５のＡ１−Ａ１線断面図である。
【図７】本発明の第３の実施例に係る面発光型半導体レーザの平面図である。
【図８】図７のＡ２−Ａ２線断面図である。
【図９】本発明の第４の実施例に係る面発光型半導体レーザの平面図である。
【図１０】本発明の第５の実施例に係る面発光型半導体レーザの平面図である。
【図１１】本発明の第６の実施例に係る面発光型半導体レーザの平面図である。
【図１２】本実施例の面発光型半導体レーザに光学部品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。
【図１３】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１４】図１２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。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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されており、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。
【実施例】
【００１０】
図１は、本発明の第1の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【００１１】
第1の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０は、図１に示すように、ｎ型のＧａＡｓ基板１００上に、レーザ光を出射するレーザ素子部２０と、レーザ素子部２０を挟むようにレーザ素子部２０の対向する側に配置された２つのダミー素子部３０Ａ、３０Ｂとを有する。レーザ素子部２０は、基板上に垂直共振器を有し、垂直共振器によって発振されたレーザ光を頂部の出射領域から基板とほぼ垂直方向に出射する。ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂは、基板上に垂直共振器を有し、垂直共振器によって光を発振させるが、その頂部の出射領域からレーザ光を外部へ出射せず、基板上の発熱素子部として機能する。
【００１２】
レーザ素子部２０は、基板１００上の半導体層をエッチングし環状の溝２２を形成することで、円筒状のメサまたはポスト状（柱状構造）に加工される。図１は、ＧａＡｓウエハから切り落とされた１つの矩形状のチップを例示し、レーザ素子部２０は、矩形状のチップのほぼ中央に位置されている。符号１００Ａは、ウエハの切断領域を示している。
【００１３】
２つのダミー素子部３０Ａ、３０Ｂは、レーザ素子部２０と同様に、基板上の半導体層をエッチングし環状の溝３２を形成することで、円筒状のメサまたはポスト状に加工される。レーザ素子部２０の光軸（円筒状のメサの軸中心）とダミー素子部３０Ａ、３０Ｂの光軸（円筒状のメサの軸中心）を結ぶ線は、直線状または線形であることが望ましい。これらの光軸を結んだ直線を、レーザ素子部とダミー素子部の配列方向という。
【００１４】
ここで、図１に示すように、ＧａＡｓ基板１００の素子形成面におけるＸ方向の結晶方位を［０、１、１］、Ｙ方向の結晶方位を［０、１、−１］としたとき、レーザ素子部２０とダミー素子部３０Ａ、３０Ｂの配列方向は、Ｘ方向の結晶方位またはＹ方向の結晶方位と平行であることが望ましい。Ｘ方向またはＹ方向の結晶方位は、ＧａＡｓウエハの位置合わせ部、例えば、オリエンテーションフラット(orientation flat)、に対して平行または直交、あるいはこれと一定の角度となるように予め決められた関係を有する。以後の説明から明らかになるように、レーザ光の偏光方向は、オリエンテーションフラットから容易に認識することが可能になる。
【００１５】
ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂは、レーザ素子部２０と熱的に結合されるようにレーザ素子部２０から一定の距離内に配置される。ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂは、基板上の発熱素子部として機能し、その発熱によって基板上に異方性または方向性のある熱分布または熱応力を生じさせる。
【００１６】
次に、図２および図３を参照してレーザ素子部２０とダミー素子部３０Ａ、３０Ｂの詳細を説明する。ｎ型のＧａＡｓ基板１００上に、Distributed Bragg Reflector（ＤＢＲ）を構成するｎ型の下部多層反射鏡１０２が形成される。下部多層反射鏡１０２は、例えば、Ａｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓを交互に複数の周期（ペア）で積層する。各層の厚さは、λ／４ｎｒ（但し、λは発振波長、ｎｒは媒質の屈折率）である。下部多層反射鏡１０２上に、下部スペーサ層１０４、量子井戸活性層１０６、上部スペーサ層１０８が形成される。下部スペーサ層１０４および上部スペーサ層１０８は、例えば、アンドープのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓから構成される。量子井戸活性層１０６は、例えば、アンドープのＧａＡｓ量子井戸層とアンドープのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ障壁層で構成される。下部および上部スペーサ層１０４、１０８と量子井戸活性層１０６とを合わせた膜厚は、λ／ｎｒである。上部スペーサ層１０８上に、ｐ型の上部多層反射鏡（ＤＢＲ）１１０が形成される。上部多層反射鏡１１０は、例えば、Ａｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓを交互に複数のペアで積層する。各層の厚さは、下部多層反射鏡１０２と同様に媒質内波長の１／４である。上部多層反射鏡１１０の最下層には、ｐ型のＡｌＡｓ層（電流狭窄層）１１２が形成され、反対側の最上層には、例えば、キャリア濃度が一段と高いｐ型のＧａＡｓコンタクト層１１４が形成される。
【００１７】
レーザ素子部２０を規定する環状の溝２２は、少なくともＡｌＡｓ層１１２の側面が露出される深さを有し、例えば下部多層反射鏡１０２の一部に至る深さでエッチングされる。ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂを規定する環状の溝３２は、好ましくは溝２２と同時にエッチングされ、溝２２と同一の深さを有する。図２に示す例では、溝２２と溝３３の径は同じであり、その結果、レーザ素子部２０とダミー素子部３０Ａ、３０Ｂの円筒状の外径はほぼ同じである。
【００１８】
レーザ素子部２０のＡｌＡｓ層１１２は、溝２２によって露出された側面から内部に向けて一定の距離を選択的に酸化される。これにより、ＡｌＡｓ層１１２には、外縁を取り囲む酸化領域１１２Ａと、酸化領域１１２Ａによって囲まれた導電領域１１２Ｂとが形成され、導電領域１１２Ｂの平面視野は円形状となる。また、導電領域１１２Ｂの径は、好ましくは基本横モードを発振する大きさであり、例えば３ミクロン程度もしくはそれ以下である。ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂもまた同様に、そのＡｌＡｓ層１１２内に選択的に酸化された酸化領域１１２Ａとそれによって囲まれた導電領域１１２Ｂを有する。
【００１９】
選択酸化されたＡｌＡｓ層１１２は、コンタクト層１１４から注入された電流を酸化領域１１２Ａで絞り込み、電流密度の高いキャリアを活性層１０６へ供給する電流狭窄層として機能し、かつ同時に、活性層で発生された光を閉じ込める機能を有する。
【００２０】
レーザ素子部２０の頂部の出射領域には、環状のｐ側電極１２０が形成される。ｐ側電極は、金、または金と他の金属の積層や合金から構成される。ｐ側電極１２０は、ｐ型のＧａＡｓコンタクト層１１４に電気的に接続され、レーザ素子部２０に電流を注入する。また、ｐ側電極１２０の中央には、円形状の開口１２０Ａが形成され、開口１２０Ａの中心は、導電領域１１２Ｂの中心にほぼ一致する。開口１２０Ａは、レーザ光を出射するときの出射窓として機能する。
【００２１】
他方、ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂの頂部の出射領域には、ｐ型のＧａＡｓコンタクト層１１４に電気的に接続される円形状のｐ側電極１３０が形成される。ｐ側電極１３０は、好ましくはｐ側電極１２０と同一工程で同一材料を用いて形成することができるが、ｐ側電極１３０は、ｐ側電極１２０と異なり、ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂの頂部の出射領域のほぼ全面を覆うことに留意すべきである。ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂは、注入された駆動電流に応じてレーザ発振をするが、発振されたレーザ光は、ｐ側電極１３０で遮蔽され内部に留保されるため、ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂにより効果的に熱が発生される。なお、本例では、ｐ側電極１３０によってダミー素子部の出射領域を遮蔽したが、ｐ側電極１３０とは別の遮蔽材料を出射領域に形成するようにしてもよい。
【００２２】
レーザ素子部２０およびダミー素子部３０Ａ、３０Ｂを含む基板上に、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ等の絶縁膜からなる層間絶縁膜１４０が形成される。レーザ素子部２０の頂部において、層間絶縁膜１４０には、ｐ側電極１２０を露出するためのコンタクトホール１４２が形成される。また、ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂの頂部において、層間絶縁膜１４０には、ｐ側電極１３０を露出するためのコンタクトホール１４４が形成される。レーザ素子部２０のｐ側電極１２０は、図１および図３に示すように、コンタクトホール１４２を介して金属配線１５０に接続され、金属配線１５０は、層間絶縁膜１４０上を延在して電極パッド１５２に接続される。また、ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂのｐ側電極１３０は、コンタクトホール１４４を介して金属配線１６０に接続され、金属配線１６０は、層間絶縁膜１４０上を延在してもう１つの電極パッド１６２に接続される。最後に、基板１００の裏面には、レーザ素子部２０とダミー素子部３０Ａ、３０Ｂに共通のｎ側電極１７０が形成される。
【００２３】
次に、本実施例のＶＣＳＥＬの動作について説明する。図４は、図１に示すＶＣＳＥＬの駆動方法の一例を示す図である。レーザ素子部２０のｐ側電極１２０は、電極パッド１５２を介して駆動回路１８０に接続され、ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂのｐ側電極１３０は、電極パッド１６２を介して発熱制御回路１９０に接続される。ｎ側電極１７０は、レーザ素子部２０とダミー素子部３０Ａ、３０Ｂの共通のカソード電極となる。
【００２４】
駆動回路１８０は、しきい値を超える駆動電流をレーザ素子部２０に供給し、これに応じて活性層１０６で発生された光は、垂直共振器を構成する下部多層反射鏡１０２と上部多層反射鏡１１０によって発振され、発振されたレーザ光は、レーザ素子部２０の頂部から出射される。例えば、８５０ｎｍのシングル横モードのレーザ光が、ｐ側電極１２０の開口１２０Ａから基板と垂直な方向に出射される。
【００２５】
他方、ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂには、発熱駆動回路１９０からしきい値を超える駆動電流が供給される。ダミー素子３０Ａ、３０Ｂは、印加された駆動電流に応じてレーザ発振をするが、その頂部の出射領域は、ｐ側電極１３０によって遮蔽されているため、レーザ光は外部に出射されない。ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂで生じた熱は、基板１００を介してレーザ素子部２０に熱伝導される。これにより、基板上のレーザ素子部２０およびダミー素子部３０Ａ、３０Ｂの配列方向に方向性のある熱分布が生じ、基板上のレーザ素子部に異方性のある熱応力または熱歪が与えられる。レーザ素子部２０は、このような熱応力または熱的歪により偏光方向を特定の方向に安定化するように制御される。また、発熱制御回路１９０による駆動電流の印加を停止すれば、レーザ素子部２０から出射されるレーザ光の偏光は、不安定な状態に戻り得る。
【００２６】
好ましくは、発熱制御回路１９０は、ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂの発熱量を制御するため、ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂの発熱状態を検出する温度センサー１９２からの出力に基づき駆動電流を制御することができる。これにより、基板上の方向性のある温度分布を一定に保ちながら、ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂによる無駄な消費電力を抑制する。なお、駆動回路１８０、発熱制御回路１９０および温度センサー１９２は、ＶＣＳＥＬと同一のパッケージ内に収容されることが好ましい。
【００２７】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図５は、第２の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ａの平面図、図６は、そのＡ１−Ａ１線断面図である。第２の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ａでは、レーザ素子部２０とダミー素子部３０Ａ、３０Ｂの配列方向は、結晶方位［０１−１］と平行である。さらに、ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂの外径をレーザ素子部２０の外径よりも小さくすることで、ダミー素子部３０Ａ、３０ＢのＡｌＡｓ層（電流狭窄層）１１２に形成される導電領域１１２Ｂの径を、レーザ素子部２０に形成される導電領域１１２Ｂの径よりも小さくする。ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂの導電領域１１２Ｂの径をより小さくすることで、電気的抵抗が増加し、そこでの発熱効率は向上する。従って、第２の実施例では、ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂへの駆動電流を小さくしても効率よく大きな発熱を得られ、消費電力の低減に寄与する。
【００２８】
なお、レーザ素子部２０とダミー素子部３０Ａ、３０Ｂの半導体層の構成が同一であり、かつ同一の酸化工程によって双方の素子に同時に酸化領域１１２Ａを形成する場合には、上記のように、レーザ素子部２０とダミー素子部３０Ａ、３０Ｂの外径を異ならせる必要があるが、レーザ素子部２０とダミー素子部３０Ａ、３０Ｂの酸化工程を別々に行う場合には、両者のメサの外径は同一であってもよい。さらに、双方の素子のＡｌＡｓ層の膜厚あるいはＡｌの濃度が異なるような場合には、両者のメサの外径は同一であってもよいし、同一の酸化工程で選択酸化を行い導電領域の径を可変としもよい。
【００２９】
次に、本発明の第３の実施例について説明する。図７は、第３の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ｂの平面図、図８は、そのＡ２−Ａ２線断面図である。第１および第２の実施例では、レーザ素子部２０およびダミー素子部３０Ａ、３０Ｂは、環状の溝２２、３２による空間によって隔離されているが、第３の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ｂでは、溝２２および３２にブリッジ（連結部）２４Ａ、２４Ｂが形成されている。ブリッジ２４Ａ、２４Ｂは、配列方向に平行に延在し、ダミー素子部３０Ａは、ブリッジ２４Ａによってレーザ素子部２０に連結され、ダミー素子部３０Ｂは、ブリッジ２４Ｂによってレーザ素子部２０に連結されている。ブリッジ２４Ａ、２４Ｂは、半導体層のエッチングパターンを変更し、半導体層を残存させることによってメサと一体に形成することができる。あるいは、他の部材を用いてブリッジ２４Ａ、２４Ｂを構成するようにしてもよい。このようなブリッジ２４Ａ、２４Ｂを形成することによって、ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂとレーザ素子部２０の配列方向の熱的結合は向上する。
【００３０】
次に、本発明の第４の実施例について説明する。図９は、第４の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ｃの平面図である。第４の実施例では、第３の実施例ように配列方向にブリッジを形成する代わりに、溝２２および溝３３内に、電気的に絶縁性の熱可塑性樹脂３２を充填する。例えば、ポリイミド樹脂などを充填する。これにより、ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂとレーザ素子部２０の熱的結合を向上させ、同時に、レーザ素子部２０およびダミー素子部３０Ａ、３０Ｂのメサの機械的な強度を向上させる。
【００３１】
次に、本発明の第５の実施例について説明する。図１０は、第５の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ｄの平面図である。第５の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ｄは、レーザ光の偏光方向をスイッチングさせる機能を有する。図１０に示すように、矩形状のチップの略中央にレーザ素子部２０が形成される。レーザ素子部２０を挟むＸ方向にダミー素子部３０Ａ、３０Ｂが形成され、レーザ素子部２０を挟むＹ方向にダミー素子部３０Ｃ、３０Ｄが形成される。レーザ素子部２０のｐ側電極は、金属配線を介して電極パッド１５２に接続され、ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂのｐ側電極は、金属配線を介して第１の電極パッド１６２Ａに接続され、ダミー素子部３０Ｃ、３０Ｄのｐ側電極は、金属配線を介して第２の電極パッド１６２Ｂに接続される。
【００３２】
レーザ素子部２０を駆動するとき、第１の電極パッド１６２Ａからの駆動電流をダミー素子部３０Ａ、３０Ｂに印加することで、Ｘ方向の熱分布によりレーザ素子部２０のレーザ光が第１の偏光方向に制御される。このとき、ダミー素子部３０Ｃ、３０Ｄには、駆動電流は印加されない。他方、ダミー素子部３０Ａ、３０Ｂへの駆動電流を停止し、ダミー素子部３０Ｃ、３０Ｄへ第２の電極パッド１６２Ｂから駆動電流を印加すると、基板上の熱分布がＹ方向に９０度変更されるので、レーザ素子部２０のレーザ光は、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向にスイッチングされる。第５の実施例のＶＣＳＥＬ１０Ｄは、偏光依存性のある光学素子を複数用いた光学系の光源において有効である。
【００３３】
次に、本発明の第６の実施例について説明する。図１１は、第６の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ｅの平面図である。第６の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ｅは、基板上にアレイ状に配置された複数のレーザ素子部と複数のダミー素子部とを有し、複数のレーザ素子部のそれぞれの偏光方向を制御する。図１１において、白い丸は、レーザ素子部を示し、ハッチングされた丸は、ダミー素子部を示す。レーザ素子部は、基板上に３行×３列のアレイ状に配置されている。１つのレーザ素子部は、ｘ方向およびｙ方向に配置されたダミー素子部によって挟まれている。
【００３４】
レーザ素子部が駆動されるとき、例えば、ｍ−１、ｍ−２、ｍ−３の配列方向のダミー素子部に駆動電流が印加され、ｎ−１、ｎ−２、ｎ−３の配列方向のダミー素子部には駆動電流が印加されず、レーザ素子部のレーザ光は、第１の偏光方向に制御される。偏光方向をスイッチングさせるとき、ｎ−１、ｎ−２、ｎ−３の配列方向のダミー素子部に駆動電流が印加され、ｍ−１、ｍ−２、ｍ−３の配列方向のダミー素子部には駆動電流が印加されず、レーザ光は、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向に制御される。
【００３５】
このように本実施例のＶＣＳＥＬでは、発光素子の周辺に通電可能であるがレーザ光の出射口を持たないダミー素子部を配列することで、通電時にダミー素子部が熱せられチップ内に温度分布が発生し、発光素子部に熱応力が生じることで偏光方向を安定化させている。また、基板上に２次元配列したアレイ素子では、ダミー素子部をアレイ周辺部に配列することで発光素子間の不均一性を抑制している。
【００３６】
次に、上記した実施例のＶＣＳＥＬを含む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１２Ａは、ＶＣＳＥＬと光学部品を実装（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。また、導電性接着剤３２０上には、レーザ素子部とダミー素子部を駆動するための駆動回路が形成された駆動用チップ３１２が実装される。金属ステム３３０の貫通孔（図示省略）を介して外部端子３４０、３４２が取り付けられ、外部端子３４０、３４２は、駆動用チップ３１２に電気的に接続される。
【００３７】
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ーを含ませるようにしてもよい。さらに上記例では、駆動用チップ３１２をパッケージ内に収容したが、駆動用チップ３１２は必ずしもパッケージ内に実装することは要しない。
【００３８】
図１２Ｂ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。
【００３９】
図１３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１２Ａまたは図１２Ｂ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ーなど、光情報処理装置の光源として利用することができる。また、偏光依存性のあるポリゴンミラーに対して偏光制御されたレーザ光を照射することができるため、像の結像位置や出力のバラツキを抑制することができる。
【００４０】
図１４は、図１２Ａ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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
例えば、上記実施例では、レーザ素子部およびダミー素子部を円筒状のメサに形成したが、これ以外にも楕円状または矩形状であってもよい。さらに上記実施例では、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系のＶＣＳＥＬを例示したが、これ以外のＩＩＩ−Ｖ族半導体層を用いたＶＣＳＥＬであってもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ：ＶＣＳＥＬ
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ，３０Ｄ：ダミー素子部（発熱素子部）
１００：基板
１０２：下部多層反射膜
１０４、１０８：スペーサ層
１０６：活性層（量子井戸活性層）
１１０：上部多層反射膜
１１２：ＡｌＡｓ層（電流狭窄層）
１１４：コンタクト層
１２０：ｐ側電極
１２２：開口
１３０：ｐ側電極
１４０：層間絶縁膜
１４２、１４４：コンタクトホール
１５０、１６０：配線
１５２、１６２、１６２Ａ、１６２Ｂ：電極パッド
１７０：ｎ側電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005515445.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005515445.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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