(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記基板上に形成され、少なくとも第２の半導体多層膜反射鏡を含む柱状構造と、
第２の半導体多層膜反射鏡上の光出射部を覆い、前記基板の主面と平行な面において長軸および短軸を有する異方形状を有し、発振波長を透過可能な材料から構成された出射保護膜と、
前記柱状構造の側壁および少なくとも頂部の周縁を覆う第１の絶縁膜と、
前記出射保護膜上に形成され、発振波長を透過可能な材料から構成され、基本横モード発振を制御するための第２の絶縁膜とを有し、
前記出射保護膜の長軸側の両端部の少なくとも一方は前記第１の絶縁膜によって覆われ、前記出射保護膜の短軸側の両端部は前記第１の絶縁膜から離間され、
前記出射保護膜は、前記異方形状により長軸方向と短軸方向において異なる応力を有し、前記第１の絶縁膜は、前記出射保護膜が有する応力を助長する応力を前記出射保護膜に付加する、面発光型半導体レーザ。
【請求項２】
前記第１の絶縁膜は、前記出射保護膜の長軸側の両端部を覆う、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項３】
前記第１の絶縁膜は、前記出射保護膜の長軸方向に延在し、かつ前記光出射部の手前で終端する、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】
前記第１の絶縁膜は、前記柱状構造の頂部の周縁を被覆する周縁被覆部の対向する端部を連結するように延在し、かつ前記第１の絶縁膜には、前記光出射部と重複する位置に開口部が形成される、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５】
前記柱状構造は、前記基板の主面と平行な面において円形であり、前記柱状構造内に電流狭窄層が形成され、電流狭窄層には、酸化領域と当該酸化領域によって囲まれた導電領域とが形成される、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】
前記第２の絶縁膜と前記出射保護膜の重複する領域は、前記光出射部の光軸近傍であり、前記重複する領域の反射率は、前記第２の絶縁膜が重複しない領域の反射率よりも高い、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】
前記出射保護膜の膜厚は、λ／４ｎ１（λは発振波長）の奇数倍であり、前記第２の絶縁膜の膜厚は、λ／４ｎ２の奇数倍であり、前記出射保護膜の屈折率ｎ１は、前記第２の絶縁膜の屈折率ｎ２よりも小さい、請求項６に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項８】
前記第２の絶縁膜と前記出射保護膜の重複する領域は、前記光出射部の光軸近傍から離れた領域であり、前記重複する領域の反射率は、前記第２の絶縁膜が重複しない光軸近傍の領域の反射率よりも低い、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９】
前記出射保護膜の膜厚は、λ／２ｎ１の整数倍であり、前記第２の絶縁膜の膜厚は、λ／４ｎ２の奇数倍であり、前記出射保護膜の屈折率ｎ１は、前記第２の絶縁膜の屈折率ｎ２よりも小さい、請求項８に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１０】
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１１】
請求項１０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１２】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５３７６８号公報
【特許文献２】特開２００７−２０１３９８号公報
【特許文献３】特開２００８−９８３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、前記基板上に形成され、少なくとも第２の半導体多層膜反射鏡を含む柱状構造と、第２の半導体多層膜反射鏡上の光出射部を覆い、前記基板の主面と平行な面において長軸および短軸を有する異方形状を有し、発振波長を透過可能な材料から構成された出射保護膜と、前記柱状構造の側壁および少なくとも頂部の周縁を覆う第１の絶縁膜と、前記出射保護膜上に形成され、発振波長を透過可能な材料から構成され、基本横モード発振を制御するための第２の絶縁膜とを有し、前記出射保護膜の長軸側の両端部の少なくとも一方は前記第１の絶縁膜によって覆われ、前記出射保護膜の短軸側の両端部は前記第１の絶縁膜から離間され、前記出射保護膜は、前記異方形状により長軸方向と短軸方向において異なる応力を有し、前記第１の絶縁膜は、前記出射保護膜が有する応力を助長する応力を前記出射保護膜に付加する、面発光型半導体レーザ。
請求項２は、前記第１の絶縁膜は、前記出射保護膜の長軸側の両端部を覆う、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項３は、前記第１の絶縁膜は、前記出射保護膜の長軸方向に延在し、かつ前記光出射部の手前で終端する、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、前記第１の絶縁膜は、前記柱状構造の頂部の周縁を被覆する周縁被覆部の対向する端部を連結するように延在し、かつ前記第１の絶縁膜には、前記光出射部と重複する位置に開口部が形成される、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５は、前記柱状構造は、前記基板の主面と平行な面において円形であり、前記柱状構造内に電流狭窄層が形成され、電流狭窄層には、酸化領域と当該酸化領域によって囲まれた導電領域とが形成される、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、前記第２の絶縁膜と前記出射保護膜の重複する領域は、前記光出射部の光軸近傍であり、前記重複する領域の反射率は、前記第２の絶縁膜が重複しない領域の反射率よりも高い、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、前記出射保護膜の膜厚は、λ／４ｎ１（λは発振波長）の奇数倍であり、前記第２の絶縁膜の膜厚は、λ／４ｎ２の奇数倍であり、前記出射保護膜の屈折率ｎ１は、前記第２の絶縁膜の屈折率ｎ２よりも小さい、請求項６に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項８は、前記第２の絶縁膜と前記出射保護膜の重複する領域は、前記光出射部の光軸近傍から離れた領域であり、前記重複する領域の反射率は、前記第２の絶縁膜が重複しない光軸近傍の領域の反射率よりも低い、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９は、前記出射保護膜の膜厚は、λ／２ｎ１の整数倍であり、前記第２の絶縁膜の膜厚は、λ／４ｎ２の奇数倍であり、前記出射保護膜の屈折率ｎ１は、前記第２の絶縁膜の屈折率ｎ２よりも小さい、請求項８に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項１０は、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１１は、請求項１０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１２は、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】
【０００６】
請求項１によれば、基本横モード光の偏光制御を行うことができる。
請求項２、３、４によれば、出射保護膜の異方性の歪を増加させることができる。
請求項５によれば、導電領域が円形を持たない面発光型半導体レーザと比較して、基本横モード光の高出力化を図ることができる。
請求項６、７、８、９によれば、高次横モードを抑制し、基本横モードを促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施例に面発光型半導体レーザの概略平面図である。
【図２】図１のＡ１−Ａ１線、Ｂ１−Ｂ１線の概略断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例に面発光型半導体レーザの概略平面図である。
【図４】図２のＡ２−Ａ２線、Ｂ２−Ｂ２線の概略断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例に面発光型半導体レーザの概略平面図である。
【図６】図５のＡ３−Ａ３線、Ｂ３−Ｂ３線の概略断面図である。
【図７】本発明の第４の実施例に面発光型半導体レーザの概略平面図である。
【図８】図７のＡ４−Ａ４線、Ｂ４−Ｂ４線の概略断面図である。
【図９】本発明の第５の実施例に面発光型半導体レーザの概略平面図である。
【図１０】図９のＡ５−Ａ５線、Ｂ５−Ｂ５線の概略断面図である。
【図１１】本発明の第６の実施例に面発光型半導体レーザの概略平面図である。
【図１２】図１１のＡ６−Ａ６線、Ｂ６−Ｂ６線の概略断面図である。
【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。
【図１４】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１５】図１３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】
【０００８】
高速高画質プリンターで使用する面発光半導体レーザは、基本横モードまたはシングルモード動作が要求される。今後はさらなるプリント性能の改善に向けて、シングルモード光の出力をさらに高め、偏光が安定的な長寿命の面発光半導体レーザが求められる。プリンター光源に酸化狭窄型面発光半導体レーザを用いることで、電流狭窄径を楕円形状にして異方性を持たせ、偏光制御を行うことができる。しかし、シングルモード光出力をさらに高めて寿命を延ばすためには酸化径を広径化する必要があるが、楕円形状のような異方性を持つ酸化狭窄径にすると、シングルモードが得られる径は長軸で決まってしまう。そのため、楕円形状だと短軸はシングルモードが得られる最大径よりも小さくしなければならず、長軸のサイズで円を形成した電流狭窄面積よりも小さくなる。したがって、電流狭窄面積が小さい分抵抗が増加し、素子の自己発熱の影響が強まり光出力寿命としても円形状の狭窄径よりも不利となる。シングルモード光出力をさらに高めた偏光が安定な長寿命の面発光半導体レーザを実現するためには、電流狭窄径は異方性を持たずに別の方法で偏光を安定化させることが望ましい。
【０００９】
本発明の好ましい態様では、シングルモード高出力化の手法の一つである出射面に誘電体を付加する構造を用い、長軸と短軸を有しない酸化アパーチャでも長寿命のシングルモード高出力で偏光制御が可能な面発光レーザを提供する。
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ここでは、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。
【実施例】
【００１１】
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、そのＡ１−Ａ１線断面図、およびＢ１−Ｂ１線断面図である。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。
【００１２】
ｎ型の下部ＤＢＲ１０２は、例えば、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層との対の複数の積層体で、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Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ層であり、量子井戸活性層は、アンドープＡｌ0.１１Ｇａ0.８９Ａｓ量子井戸層およびアンドープのＡｌ0.３Ｇａ0.７Ａｓ障壁層であり、上部スペーサ層は、アンドープのＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ層である。ｐ型の上部ＤＢＲ１０６は、例えば、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層との対の複数の積層体で、各層の厚さはλ／４ｎｒ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。上部ＤＢＲ１０６の最下層もしくはその内部には、電流狭窄層１０８が形成される。また、好ましくは上部ＤＢＲ１０６の最上層には、不純物濃度の高いｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層を形成することができる。
【００１３】
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、ｐ型のＡｌＡｓまたはＡｌ組成が非常に高いＡｌＧａＡｓ（例えば、Ａｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓ）から構成される。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、他のＤＢＲの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。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、基本横モード発振であれば、約３ミクロン程度である。但し、後述するように、メサ頂部において基本横モードの制御を行う場合には、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。
【００１４】
メサＭの頂部の上部ＤＢＲ１０６の最上層には、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に電気的に接続される。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。図１に示す破線Ｋ１は、導電領域１０８Ｂの外径を示し、破線Ｋ２は、光出射口１１０Ａの外径を表している。
【００１５】
メサ頂部において、光出射口１１０Ａの全体を覆うように出射保護膜１１２が形成される。出射保護膜１１２は、発振波長を透過可能な材料から構成され、その平面形状は、長軸および短軸を有する異方形状に加工される。好ましくは、異方形状の長軸と短軸とは直交し、図示する例では、出射保護膜１１２は楕円形状に加工されている。出射保護膜１１２の長軸と短軸の交点は、メサＭの光軸に略一致し、出射保護膜１１２の長軸方向の端部１１２Ａ、１１２Ｂは、メサＭの頂部の周縁近傍にまで延びている。他方、出射保護膜１１２の短軸方向の端部は、光出射口１１０Ａの外縁Ｋ２を若干超える程度に延在している。
【００１６】
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。層間絶縁膜１１４は、発振波長を透過可能な材料から構成され、メサＭの頂部の周縁を被覆する環状の周縁被覆部１１４Ａと、出射保護膜１１２上の光軸近傍に形成されたモード制御部１１４Ｂとを有する。周縁被覆部１１４Ａは、メサ頂部において、出射保護膜１１２の長軸方向の対向する端部１１２Ａと１１２Ｂを覆うが、出射保護膜１１２の短軸方向の端部を覆うことなくそこからから離間されている。これにより、出射保護膜１１２の短軸方向の端部と層間絶縁膜１１４との間には、コンタクトホール１１６が形成され、ｐ側電極１１０が露出される。ここには図示しない金属配線がコンタクトホール１１６を介してｐ側金属１１０に接続される。一方、モード制御部１１４Ｂは、円形状を有し、モード制御部１１４Ｂの中心はメサＭの光軸に略一致する。モード制御部１１４の直径は、電流狭窄層１０８の導電領域１０８Ｂの径よりも小さい。モード制御部１１４Ｂは、後述するように出射保護膜１１２と相まって、光軸近傍の反射率を相対的に高め、基本横モード発振を促進させる。
【００１７】
本実施例において、出射保護膜１１２は異方性形状を有し、その長軸方向の両端部１１２Ａ、１１２Ｂのみが層間絶縁膜１１４の周縁被覆部１１４Ａによって覆われている。出射保護膜１１２は、それ自身が異方形状を有することで長軸方向と短軸方向において応力または歪が異なる。さらに出射保護膜１１２の長軸方向の両端部１１２Ａ、１１２Ｂは、材料の異なる層間絶縁膜１１４によって被覆されることで、すなわち、メサ側壁を覆う層間絶縁膜１１４のメサ頂部における被覆の態様に差がつけられ、２種類の異なる絶縁膜の熱膨張係数の差により、出射保護膜１１２に異方的な応力がかかるようにしている。層間絶縁膜１１４による応力または歪の付加は、出射保護膜自身が有する応力または歪を相殺しないように、言い換えれば、出射保護膜自身が有する応力または歪が増加されるようにすることが望ましい。例えば、出射保護膜１１２の長軸方向に圧縮応力が生じており、短軸方向に引張り応力が生じているとき、層間絶縁膜１１４が出射保護膜１１２の両端部１１２Ａ、１１２Ｂを被覆することで、その圧縮応力または引張り応力が助長されるようにする。出射保護膜１１２に生じた異方性のある応力は、メサＭの活性領域１０４に伝達され、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。
【００１８】
さらに、出射保護膜１１２とモード制御部１１４Ｂの膜厚、屈折率を調整することで、高次横モードを抑制した基本横モードを得ることができる。好ましくは、出射保護膜１１２の膜厚は、発振波長のλ／４ｎ１（ｎ１は、媒質の屈折率）の奇数倍であり、モード制御部１１ＢＡの膜厚は、発振波長のλ／４ｎ２（ｎ２は、媒質の屈折率）の奇数倍であり、ｎ１＞ｎ０、ｎ１＜ｎ２の関係を満足する。ここで、ｎ０は、上部ＤＢＲ１０６の最上層の屈折率である。
【００１９】
モード制御部１１４Ｂと出射保護膜１１２とが重複した領域の反射率は、モード制御部１１４Ｂが重複していない領域の反射率よりも高められる。このため、モード制御部１１４Ｂが存在する光軸近傍の発振が促進され、光軸周辺の発振が抑制される。高次横モードは、光軸近傍から離れた位置で発生するため、高次横モードが抑制された基本横モード光が光出射口１１０Ａから出射される。
【００２０】
好ましくは、出射保護膜１１２とモード制御部１１４Ｂの屈折率ｎ１とｎ２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、基本横モード発振が行われる領域と高次モード発振が行われる領域との反射率差を大きくすることができる。１つの好ましい例では、出射保護膜１１２は、ＳｉＯＮまたはＳｉＯ２から構成され、モード制御部１１４Ｂは、ＳｉＮから構成される。例えば、上部ＤＢＲ１０６の最上層がＧａＡｓコンタクト層であるとき、ｎ０は、約３．５であり、出射保護膜１１２がＳｉＯ２であるとき、ｎ１は、約１．５であり、モード制御部１１４ＢがＳｉＮであるとき、ｎ２は、約１．９である。
【００２１】
例えば、上部ＤＢＲ１０６がＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層の２４周期であり、出射保護膜１１２がＳｉＯＮ（λ／４の膜厚）から構成され、モード制御部１１４ＢがＳｉＮ（λ／４の膜厚）から構成されたとき、モード制御部１１４Ｂが重複する基本モード領域の反射率は、約９９．７％であり、モード制御部１１４Ｂが重複しない高次モード領域の反射率は、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、出射保護膜１１２およびモード制御部１１４Ｂの材料を選択することで、反射率を適宜調整することが可能である。また、上記実施例では、モード制御部１１４Ｂは、層間絶縁膜１１４として形成されるものであるが、モード制御部１１４Ｂは、層間絶縁膜１１４と異なる材料により形成するようにしてもよい。
【００２２】
さらに、本実施例では、メサＭの平面形状は円形であるため、導電領域１０８Ｂもまた円形状であり、導電領域１０８Ｂは、異方性を持たないため、導電領域１０８Ｂに異方性を持たせて偏光制御を行う場合と比べて、導電領域１０８Ｂの面積を大きくすることができ、素子の低抵抗化を図ることができる。これにより、偏光制御をしつつ、基本横モード発振のレーザ光の高出力化を図ることができる。但し、本発明は、異方性のある導電領域１０８ＢをもつＶＣＳＥＬや、異方性のあるメサをもつＶＣＳＥＬにも適用することができる。
【００２３】
次に、本発明の第２の実施例を図３および図４を参照して説明する。なお、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重複した説明を省略する。第２の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ａは、周縁被覆部１１４Ａは、出射保護膜１１２の両端部１１２Ａ、１１２Ｂとの重複する面積を増加させるように、出射保護膜１１２の長軸の半径方向に延在した延在部分１１４Ｃ、１１４Ｄとを含む。但し、延在部分１１４Ｃ、１１４Ｄは、光出射口１１０Ａの外径を示す破線Ｋ２より手前で終端される。延在部分１１４Ｃ、１１４Ｄによる出射保護膜１１２の端部１１２Ａ、１１２Ｂの接触面積が大きくなることで、出射保護膜１１２に対し、より大きな異方性の歪または応力を付加することができる。
【００２４】
次に、本発明の第３の実施例を図５および図６を参照して説明する。第３の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ｂでは、第１および第２の実施例と異なり、周縁被覆部１１４Ａが出射保護膜１１２の長軸方向の一方の端部のみを覆うものである。図に示す例では、周縁被覆部１１４Ａは、出射保護膜１１２の端部１１２Ａのみを覆い、他方の端部１１２Ｂは、周縁被覆部１１４Ａから離間されている。このような態様であっても、出射保護膜１１２の長軸方向の端部１１２Ａのみが周縁被覆部１１４Ａによって覆われることで、出射保護膜１１２には異方性の歪または応力が付加される。
【００２５】
次に、本発明の第４の実施例を図７および図８を参照して説明する。第４の実施例では、第１の実施例のときと、基本モードの制御の方法を異にし、それ以外の構成は同様である。第４の実施例では、出射保護膜１１２は、長軸および短軸をもつ異方形状に加工されるが、その膜厚は、λ／２ｎ１の整数倍に設定される。一方、モード制御部１１４Ｂは、中央に円形の開口部１１４Ｅが形成された環状またはドーナツ状に加工される。開口部１１４Ｅは、メサＭの光軸に略一致し、その直径は、電流狭窄層１０８の導電領域１０８Ｂの直径よりも小さい。モード制御部１１４Ｂが出射保護膜１１２と重複する領域は、光軸近傍から離れた高次モードが発生する領域であり、この領域の反射率は、モード制御部１１４Ｂの開口部１１４Ｅが存在する光軸近傍の領域の反射率よりも低下される。これにより、高次横モード発振が抑制され、基本横モード発振を得ることができる。
【００２６】
次に、本発明の第５の実施例を図９および図１０を参照して説明する。第５の実施例では、第４の実施例と異なり、モード制御部の構成を異にしている。すなわち、第５の実施例では、モード制御部１１４Ｆは、周縁被覆部１１４Ａの対向する端部を連結するように構成され、かつ、光軸近傍に円形状の開口部１１４Ｅが形成される。モード制御部１１４Ｆは、層間絶縁膜１１４の周縁被覆部１１４Ａに連結され、かつ出射保護膜１１２の長軸方向の沿うように連続的に延びることで、モード制御部１１４を含む層間絶縁膜１１４は、出射保護膜１１２に対し異方的なより大きな歪または応力を付加することができる。また、第５の実施例は、第４の実施例のときと同様に基本横モードの制御を行う。
【００２７】
次に、本発明の第６の実施例を図１１および図１２を参照して説明する。第６の実施例では、出射保護膜１１２は、上部ＤＢＲ１０６上に円形状に形成される。出射保護膜１１２の中心は、メサＭの光軸に略一致し、その外径は、導電領域１０８Ｂの径よりも小さい。一方、層間絶縁膜１１４は、メサＭの側壁を覆いかつメサＭの頂部においてその周縁を被覆する周縁被覆部１１４Ａと、周縁被覆部１１４Ａの対向する端部から延在し、かつ出射保護膜１１２の全体を覆う連結部１１４Ｇとを有する。図示する例では、連結部１１４Ｇは、一定の幅Ｗで延在し、その幅Ｗは、出射保護膜１１２の外径Ｄ１よりも大きく、光出射口１１０Ａの径（ｐ側電極１１０の内径）Ｄ２と等しいかそれよりも大きく、ｐ側電極１１０の外径Ｄ３よりも小さい。
【００２８】
第６の実施例では、出射保護膜１１２は、異方形状を有していないが、連結部１１４ＧはメサＭの頂部において異方形状を有し、かつ周縁被覆部１１４Ａに連結されているため、連結部１１４Ｇにより、出射保護膜１１２およびメサＭに異方性の応力または歪みが付加される。これにより、メサＭ内の活性領域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が行われる。
【００２９】
さらに連結部１１４Ｇは、第１の実施例のときと同様に、モード制御部としても機能する。すなわち、出射保護膜１１２の膜厚は、発振波長の１／４の奇数倍に設定され、連結部１１４Ｇの膜厚は、発振波長の１／４の奇数倍に設定される。こうして、連結部１１４Ｇと出射保護膜１１２とが重複する光軸近傍の領域の反射率は、出射保護膜１１２が存在しない連結部１１４Ｇのみの光軸から離れた領域の反射率よりも高くなり、その結果、高次モード発振が抑制される。
【００３０】
第６の実施例では、メサ側壁を覆う層間絶縁膜１１４を着膜後、コンタクトホール１１６のエッチングにより連結部１１４Ｇが残される。周縁被覆部１１４Ａを繋ぐ連結部１１４Ｇをエッチングにより形成することができるので、工程数を増加させることなく簡単に異方的な応力をかけることができる構造を提供することができる。
【００３１】
上記した実施例では、長軸および短軸を有する異方形状として、楕円パターンを例示したが、これ以外の矩形パターン、半楕円パターンなどであってもよい。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１２０は、ＧａＡｓ基板の裏面に形成したが、これ以外にも、ｎ側電極１２０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。
【００３２】
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１３（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。
【００３３】
図１３（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。
【００３４】
図１４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１３（Ａ）または図１３（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。
【００３５】
図１５は、図１３（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。
【００３６】
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。
【符号の説明】
【００３７】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ：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：出射保護膜
１１２Ａ、１１２Ｂ：端部
１１４：層間絶縁膜
１１４Ａ：周縁被覆部
１１４Ｂ、１１４Ｆ：モード制御部
１１４Ｃ、１１４Ｄ：延在部
１１４Ｅ：開口部
１１４Ｇ：連結部
１１６：コンタクトホール
１２０：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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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