(57)【要約】  【課題】  固有ノイズおよび戻り光ノイズの低減を図ることができる面発光半導体レーザおよびこの面発光半導体レーザを光源に用いた光モジュールを提供する。  【解決手段】  ｎ型半導体基板１１上にｎ型ＤＢＲ層１２、活性層１４、ｐ型ＤＢＲ層１７、ｐ型コンタクト層１８およびｐ側電極２０を有し、ｐ側電極２０の開口２０ａを通じて出力光を取り出す面発光半導体レーザにおいて、ｐ側電極２０の開口２０ａの内部のｐ型コンタクト層１８上に、発光波長に対する吸収係数をα（ｃｍ-1）、厚さをｔとしたとき、発光波長が８５０ｎｍよりも短いときは０．１≦αｔ≦１、発光波長が８５０ｎｍ以上のときは０．４≦αｔ≦１の光吸収層２１を設ける。【選択図】        図７
2006019470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反射層と、
上記第１の反射層上の活性層と、
上記活性層上の第２の反射層と、
上記第２の反射層上の、開口を有する電極とを有し、
上記第２の反射層から上記電極の上記開口を通じて波長が８５０ｎｍよりも短い出力光を取り出す面発光半導体レーザにおいて、
上記電極の上記開口の内部の上記第２の反射層上に、発光波長に対する吸収係数をα（ｃｍ-1）、厚さをｔ（ｃｍ）としたとき、０．１≦αｔ≦１の光吸収層を有する
ことを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項２】
０．２≦αｔ≦１であることを特徴とする請求項１記載の面発光半導体レーザ。
【請求項３】
上記光吸収層が金属からなることを特徴とする請求項１記載の面発光半導体レーザ。
【請求項４】
上記金属がＴｉ、Ｐｔ、Ａｕ、ＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＣｒおよびＨｆからなる群より選ばれた少なくとも一種からなることを特徴とする請求項３記載の面発光半導体レーザ。
【請求項５】
上記光吸収層が、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、ＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＣｒおよびＨｆからなる群より選ばれた少なくとも一種からなる単層金属膜または多層金属膜からなることを特徴とする請求項３記載の面発光半導体レーザ。
【請求項６】
上記光吸収層の厚さが２ｎｍ以上１２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の面発光半導体レーザ。
【請求項７】
上記光吸収層が絶縁体からなることを特徴とする請求項１記載の面発光半導体レーザ。
【請求項８】
上記絶縁体が半導体であることを特徴とする請求項７記載の面発光半導体レーザ。
【請求項９】
上記半導体が非晶質Ｓｉであることを特徴とする請求項８記載の面発光半導体レーザ。
【請求項１０】
上記半導体がＧａＩｎＡｓ、ＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓであることを特徴とする請求項８記載の面発光半導体レーザ。
【請求項１１】
上記光吸収層は金属膜と絶縁膜との積層膜からなることを特徴とする請求項１記載の面発光半導体レーザ。
【請求項１２】
上記光吸収層上または上記第２の反射層と上記光吸収層との間に、発光波長付近で吸収係数を有さない絶縁膜を有することを特徴とする請求項１記載の面発光半導体レーザ。
【請求項１３】
上記発光波長付近で吸収係数を有さない絶縁膜がＳｉＯx 、ＳｉＮx 、ＳｉＮx Ｏy 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯx およびＺｒＯx からなる群より選ばれた少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１２記載の面発光半導体レーザ。
【請求項１４】
上記光吸収層の外周部の厚さが中央部の厚さに比べて大きいことを特徴とする請求項１記載の面発光半導体レーザ。
【請求項１５】
上記光吸収層の外周部の厚さが中央部の厚さに比べて小さいことを特徴とする請求項１記載の面発光半導体レーザ。
【請求項１６】
上記光吸収層がコンタクト層を介して上記第２の反射層上に設けられていることを特徴とする請求項１記載の面発光半導体レーザ。
【請求項１７】
上記コンタクト層が上記電極の上記開口に対応する部分に凹部を有し、この凹部の上記コンタクト層上に上記光吸収層が設けられていることを特徴とする請求項６記載の面発光半導体レーザ。
【請求項１８】
上記第２の反射層上に上記光吸収層が設けられ、上記光吸収層上に上記電極の上記開口に対応する部分に開口を有するコンタクト層が設けられ、このコンタクト層上に上記電極が設けられていることを特徴とする請求項１記載の面発光半導体レーザ。
【請求項１９】
上記第２の反射層上に上記光吸収層が設けられ、上記光吸収層上に上記電極の上記開口に対応する部分に凹部を有するコンタクト層が設けられ、このコンタクト層上に上記電極が設けられていることを特徴とする請求項１記載の面発光半導体レーザ。
【請求項２０】
上記光吸収層がコンタクト層の途中の深さに設けられていることを特徴とする請求項１記載の面発光半導体レーザ。
【請求項２１】
上記光吸収層が上記第２の反射層上に直接設けられていることを特徴とする請求項１記載の面発光半導体レーザ。
【請求項２２】
上記光吸収層が上記電極の上記開口を橋渡しする形で設けられていることを特徴とする請求項１記載の面発光半導体レーザ。
【請求項２３】
上記面発光半導体レーザを収容するパッケージの透明窓部に上記光吸収層が設けられていることを特徴とする請求項１記載の面発光半導体レーザ。
【請求項２４】
上記第１の反射層および上記第２の反射層は半導体多層膜からなることを特徴とする請求項１記載の面発光半導体レーザ。
【請求項２５】
上記活性層および上記第２の反射層が円柱形状を有することを特徴とする請求項１記載の面発光半導体レーザ。
【請求項２６】
上記活性層の上側または下側の部分に電流狭窄層を有することを特徴とする請求項１記載の面発光半導体レーザ。
【請求項２７】
第１の反射層と、
上記第１の反射層上の活性層と、
上記活性層上の第２の反射層と、
上記第２の反射層上の、開口を有する電極とを有し、
上記第２の反射層から上記電極の上記開口を通じて波長が８５０ｎｍ以上の出力光を取り出す面発光半導体レーザにおいて、
上記電極の上記開口の内部の上記第２の反射層上に、発光波長に対する吸収係数をα（ｃｍ-1）、厚さをｔ（ｃｍ）としたとき、０．４≦αｔ≦１の光吸収層を有する
ことを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項２８】
０．６≦αｔ≦１であることを特徴とする請求項２７記載の面発光半導体レーザ。
【請求項２９】
第１の反射層と、
上記第１の反射層上の活性層と、
上記活性層上の第２の反射層と、
上記第２の反射層上の、開口を有する電極とを有し、
上記第２の反射層から上記電極の上記開口を通じて波長が８５０ｎｍよりも短い出力光を取り出し、
上記電極の上記開口の内部の上記第２の反射層上に、発光波長に対する吸収係数をα（ｃｍ-1）、厚さをｔ（ｃｍ）としたとき、０．１≦αｔ≦１の光吸収層を有する面発光半導体レーザを光源に用いたことを特徴とする光モジュール。
【請求項３０】
第１の反射層と、
上記第１の反射層上の活性層と、
上記活性層上の第２の反射層と、
上記第２の反射層上の、開口を有する電極とを有し、
上記第２の反射層から上記電極の上記開口を通じて波長が８５０ｎｍ以上の出力光を取り出し、
上記電極の上記開口の内部の上記第２の反射層上に、発光波長に対する吸収係数をα（ｃｍ-1）、厚さをｔ（ｃｍ）としたとき、０．４≦αｔ≦１の光吸収層を有する面発光半導体レーザを光源に用いたことを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、面発光半導体レーザおよび面発光半導体レーザを光源に用いた光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザの特性において、発光強度振幅の揺らぎ、すなわち相対ノイズ強度（Relative Intensity Noise :ＲＩＮ）は応用上非常に影響度の高い特性である。このＲＩＮは２種類に分類され、一つは戻り光の無い場合に生じる「固有ノイズ」と、もう一つは戻り光が存在する際に加算される「戻り光ノイズ」である。この中で固有ノイズは、図２４に示すように、出射光出力との相関性を強く持っていることが知られている。つまり、特定の周波数（ｆr ：緩和振動周波数）でピークを持ち、低周波数側で単調減少、さらに１０ＭＨｚ以下では一定値になる。半導体レーザの出力（Ｐout ）をさらに増加させるにつれてＲＩＮは全体的に下がり、ｆr が増加していく。ここで、半導体レーザの出力とともにＲＩＮが低減することは、本質的にはｆr が増加することにより見られる現象である。ここでｆr は以下の式で表される（例えば、非特許文献１）。
【数１】
2006019470.tif 000003
ただし、Ｓ0 は内部光密度、∂ｇt ／∂ｎは微分利得係数、τp は光子の寿命時間を示している。
【非特許文献１】半導体レーザ［基礎と応用］伊藤良一・中村道治共編、培風館、ｐ．１５５
【０００３】
ｆr により影響を受ける半導体レーザの具体的な性能として高速変調性がある。すなわち、例えば通信系の半導体レーザでは高速変調性が求められるが、この際半導体レーザの直接変調性の上限周波数を決定する一つの要因として、キャリア数の変化に誘導放出が追随できなくなることがある。この現象はｆr 以上の周波数で顕著で、ｆr がレーザ固有の周波数限界を与える。もう一つの要因は、レーザ全体もしくはパッケージの寄生インピーダンスにより、高周波数領域では印加電流が有効に活性層に注入されないことである。
従って、ｆr を増加させることは、近年の数Ｇｂｐｓ等の大容量・高速伝送を光を使って実現する際に、半導体レーザに求められる重要な特性の一つである。
【０００４】
従来、上記のキャリア数の変化に誘導放出が追随できなくなることによる周波数限界の問題を解決するために、以下の（ａ）〜（ｃ）の対策が検討されてきた。
（ａ）光子の寿命時間τp の減少のために、ファブリーペロー共振器型半導体レーザにおいて共振器長を１００μｍ程度にまで短小化する（非特許文献２）。
【非特許文献２】IEEE J. Quantum Electron., QE-21, 121, 1985
【０００５】
（ｂ）微分利得（∂ｇt ／∂ｎ）の増加のために、ダブルヘテロ接合（ＤＨ）レーザの活性層にｐ型不純物を添加する（非特許文献３）。
【非特許文献３】Appl. Phys. Lett., 45, 1302, 1984  また、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の中でバリア層のみに高濃度のｐ型不純物を変調添加する（非特許文献４）。
【非特許文献４】European Conference on Optical Communication 2 (invited) 29          in Helsinki 1987  また、ＭＱＷの中の井戸層を多層化させる（非特許文献５）。
【非特許文献５】Jpn. J. Appl. Phys. 24, L539, 1985（ｃ）光子密度Ｓ0 の増加に関しては、ファブリーペロー共振器型半導体レーザの光子密度は、端面破壊の発生（ＡｌＧａＡｓ系）もしくは熱飽和（ＧａＩｎＡｓＰ系）により律速されているので、端面破壊光子密度を増加させるために、端面をレーザ光に対して透明化させる（非特許文献６）。
【非特許文献６】IEEE J. Quantum Electron., QE-21, 121, 1985
【０００６】
しかしながら近年、光通信用レーザの形態として、新規のデバイス形態である垂直共振器型面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：ＶＣＳＥＬ）が注目されている。図２５に示すように、このデバイス形態では、共振器長は実効的には活性層の上下に配置した光ガイド層（下部クラッド層および上部クラッド層）と分布ブラッグ反射鏡（Distributed Bragg Reflector ：ＤＢＲ）とにより定義されるが、現在光ガイド層の厚さはλ共振器長という考えが一般的であり、活性層部分の厚さも含めて波長と同程度（もしくはその整数倍）に限定されている。従って、上記の（ａ）に関しては、共振器長を実効的にはλ以下に減少させることはできない。さらに、（ｂ）に関しては、ファブリーペロー共振器型半導体レーザでは、上記のようにＭＱＷの井戸層総数を増加させることが一般的であるが、特に活性層にＧａＩｎＮＡｓなどの格子不整合性を持つものを用いる際には、井戸数を増加させることは臨界膜厚との関係から一概に適当な手段とは言えない。従って、（ｃ）の内部光密度を増加させることが有効であると考えられるが、通信などの用途の際にはレーザ光の安全性などから、光出力は一般的に制限されている場合が多く単純にＳ0 を増加させることでは対応できない。
【０００７】
また、先に示したように、レーザノイズには出射した光が外部にある光学系に反射されてレーザ自身に戻るために発生する「戻り光ノイズ」も存在する。この現象は、様々な要因があるが、外部共振器長に依存した外部共振モードとレーザ自身の縦モード（内部モード）との競合であると理解されている。こちらの場合は、本質的に戻り光が存在することが原因であり、これを解決することでノイズの低減化は可能である。
【０００８】
なお、面発光レーザなどにおいて、ＤＢＲの反射率は９９％に近く、定在波の光密度の分布は、ほぼ活性層領域に集中しており、出射端面付近では低くなっているものが知られている（図２５）（非特許文献６）。
【非特許文献７】IEEE Journal of Quantum Electronics 27 p.1332(1998)
【０００９】
特許文献１には、レーザ光出射開口部分のＧａＡｓコンタクト層上に保護膜を有する面発光レーザが開示されているが、ＧａＡｓコンタクト層の厚さは発光波長に対してこのＧａＡｓコンタクト層での光吸収を抑えることができるように薄くすることが記載されているだけでなく、保護膜としてはＳｉＯ2 膜、ＳｉＯx Ｎy 膜、ＳｉＮx 膜およびＩｎx Ｓｎy Ｏz 膜より選択される、レーザ光を透過させる透明媒質が望ましいことが記載されている。従って、特許文献１は、レーザ光出射開口部分に光吸収層を設け、この光吸収層により積極的に光吸収を行わせてレーザノイズの低減を図るこの発明とは、技術的思想が大きく異なるものである。
【特許文献１】特開２００２−９３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明者らは、上記の固有ノイズおよび戻り光ノイズを同時に低減するために鋭意検討を行った結果、面発光レーザの発光出射端面付近に発光波長領域に従来に比べて十分に大きい吸収能を持つ光吸収層を設けることが有効であることを見出した。これは、光吸収層が存在することで、任意の発光出力を得るために必要な内部光密度が増加する結果ｆr が増加すること、および、外部からの戻り光がこの光吸収層に吸収されることで活性層にまで達しないことが大きく寄与しているものと考えられる。光吸収層として使用する膜は、半導体膜でも、誘電体膜でも、金属でもよく、発光波長領域で十分に大きな吸収能を持てばよい。
【００１１】
ここで、従来の端面出射型の半導体レーザでは通常、端面反射率は、高くても７０〜８０％であり、発光端面と光出射部分とが同一であるために、端面付近に光吸収層を用いることは端面劣化の要因となり問題であったが、特に面発光レーザ（非特許文献７）などにおいては、ＤＢＲの反射率は９９％に近く、定在波の光密度の分布は、ほぼ活性層領域に集中しており、出射端面付近では低くなっている（図２４）。従って、出射端面付近に光吸収層を作製しても、劣化要因とはならない。
【００１２】
従って、この発明が解決しようとする課題は、任意の発光強度を得るための内部光密度を擬似的に増大させることにより、緩和振動周波数を増加させ、かつ相対ノイズ強度を低減させることができ、固有ノイズおよび戻り光ノイズの低減を図ることができる面発光半導体レーザおよびこの面発光半導体レーザを光源に用いた光モジュールを提供することにある。
上記課題およびその他の課題は、本明細書の記述によって明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、第１の発明は、
第１の反射層と、
上記第１の反射層上の活性層と、
上記活性層上の第２の反射層と、
上記第２の反射層上の、開口を有する電極とを有し、
上記第２の反射層から上記電極の上記開口を通じて波長が８５０ｎｍよりも短い出力光を取り出す面発光半導体レーザにおいて、
上記電極の上記開口の内部の上記第２の反射層上に、発光波長に対する吸収係数をα（ｃｍ-1）、厚さをｔ（ｃｍ）としたとき、０．１≦αｔ≦１の光吸収層を有する
ことを特徴とするものである。
【００１４】
ここで、αｔの下限を０．１としたのは、発光波長が８５０ｎｍよりも短い（７８０ｎｍ帯など）面発光半導体レーザにおいては、０．１以上であれば光吸収層により十分に光吸収が行われて任意の発光出力を得るために必要な内部光密度が擬似的に増加する結果、緩和振動周波数が十分に増加するとともに、外部からの戻り光がこの光吸収層により十分に吸収されることで活性層にまで達しないことにより、固有ノイズおよび戻り光ノイズの十分な低減が可能となるためであり、αｔの上限を１としたのは、固有ノイズおよび戻り光ノイズの十分な低減を図りつつ、レーザ外部に出射されるレーザ光の強度の過度の減少を抑え、動作電流の増大を抑えるためである。固有ノイズおよび戻り光ノイズのより一層の低減を図る観点からは、好適には０．２≦αｔ≦１とする。
光吸収層をｎ層の多層構造とする場合、ｉ層の吸収係数をαi 、厚さをｔi （ｉ＝１〜ｎ）とすると、αｔ＝α1 ｔ1 ＋α2 ｔ2 ＋…＋αn-1 ｔn-1 ＋αn ｔn と考える。
【００１５】
光吸収層は、発光波長に対して十分に大きな吸収係数を有するものであれば、基本的にはどのような材料を用いることもできるが、例えば、金属や絶縁体などである。金属としては、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、ＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＣｒおよびＨｆからなる群より選ばれた少なくとも一種からなるものが用いられ、これらの金属単体あるいは合金が用いられ、単層金属膜または多層金属膜のいずれであってもよい。このように光吸収層を金属で形成する場合、その厚さは一般的には２ｎｍ以上１２ｎｍ以下である。絶縁体としては半導体を用いることもでき、その例を挙げると、非晶質Ｓｉのほか、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓなどであり、これらの中から発光波長に応じて最適なものが選ばれる。必要に応じて、光吸収層として金属膜と絶縁膜との積層膜を用いてもよく、これらの金属膜および絶縁膜としては例えば上記のものを用いることができる。
【００１６】
光吸収層の下地に対する密着性の向上や表面保護などの目的のために、必要に応じて、光吸収層上または第２の反射層と光吸収層との間に、発光波長付近で吸収係数を有さない絶縁膜を設けてもよい。このような絶縁膜としては、例えば、ＳｉＯx （ｘは例えば２付近）、ＳｉＮx （ｘは例えば４／３付近）、ＳｉＮx Ｏy 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯx （ｘは例えば２付近）およびＺｒＯx （ｘは例えば２付近）からなる群より選ばれた少なくとも一種からなるものを用いることができる。
【００１７】
光吸収層は、均一な厚さであっても、目的に応じた厚さの分布を持つものであってもよい。具体的には、光吸収層の外周部の厚さを中央部の厚さに比べて大きくしてもよい。この場合、この外周部での光吸収が増すため、出力光として単峰性のビームを得るのに適している。上記と逆に外周部の厚さを中央部の厚さに比べて小さくてもよく、この場合、中央部での光吸収が増すため、出力光として双峰性のビームを得るのに適している。
【００１８】
典型的には、光吸収層は、コンタクト層を介して第２の反射層上に設けられる。より具体的には、例えば、コンタクト層が電極の開口に対応する部分に凹部を有し、この凹部のコンタクト層上に光吸収層が設けられる。別の例では、第２の反射層上に光吸収層が設けられ、この光吸収層上に電極の開口に対応する部分に開口を有するコンタクト層が設けられ、このコンタクト層上に電極が設けられる。あるいは、第２の反射層上に光吸収層が設けられ、この光吸収層上に電極の開口に対応する部分に凹部を有するコンタクト層が設けられ、このコンタクト層上に電極が設けられる。光吸収層はコンタクト層の途中の深さに設けてもよい。すなわち、光吸収層はコンタクト層の途中に挿入した形で設けてもよい。コンタクト層の材料として発光波長に対して無視できない大きさの吸収係数を持つ材料、例えばＧａＡｓを用いる場合には、光吸収層とコンタクト層との全体のαｔが上記の範囲に含まれるようにする。光吸収層は第２の反射層上に直接設けてもよい。
光吸収層は電極の開口を橋渡しする形で設けてもよい。さらには、面発光半導体レーザを収容するパッケージの透明窓部に光吸収層を設けてもよい。
電極の開口、コンタクト層の開口または凹部は典型的には円形である。
【００１９】
第１の反射層および第２の反射層は、典型的には半導体多層膜（ＤＢＲ）からなり、一方はｎ型、他方はｐ型である。半導体多層膜は、具体的には、例えば、互いにＡｌ組成が異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に積層したものや、互いにＡｌ組成およびＧａ組成が異なるＡｌＧａＩｎＰ層を交互に積層したものなどである。活性層および第２の反射層は、典型的には円柱形状、すなわちメサ型ポスト構造を有する。また、典型的には、活性層の上側または下側の部分に電流狭窄層を有する。この電流狭窄層は、典型的には、酸化狭窄により形成される。活性層の材料としてはＡｌＧａＡｓが用いられ、活性層は単一量子井戸構造または多重量子井戸構造である。
【００２０】
第２の発明は、
第１の反射層と、
上記第１の反射層上の活性層と、
上記活性層上の第２の反射層と、
上記第２の反射層上の、開口を有する電極とを有し、
上記第２の反射層から上記電極の上記開口を通じて波長が８５０ｎｍ以上の出力光を取り出す面発光半導体レーザにおいて、
上記電極の上記開口の内部の上記第２の反射層上に、発光波長に対する吸収係数をα（ｃｍ-1）、厚さをｔ（ｃｍ）としたとき、０．４≦αｔ≦１の光吸収層を有する
ことを特徴とするものである。
【００２１】
ここで、αｔの下限を０．４としたのは、発光波長が８５０ｎｍ以上の面発光半導体レーザにおいては、０．４以上であれば光吸収層により十分に光吸収が行われて任意の発光出力を得るために必要な内部光密度が擬似的に増加する結果、緩和振動周波数が十分に増加するとともに、外部からの戻り光がこの光吸収層により十分に吸収されることで活性層にまで達しないことにより、固有ノイズおよび戻り光ノイズの十分な低減が可能となるためであり、αｔの上限を１としたのは、固有ノイズおよび戻り光ノイズの十分な低減を図りつつ、レーザ外部に出射されるレーザ光の強度の過度の減少を抑え、動作電流の増大を抑えるためである。固有ノイズおよび戻り光ノイズのより一層の低減を図る観点からは、好適には０．６≦αｔ≦１とする。
活性層の材料は、例えば、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰなどである。
第２の発明においては、その性質に反しない限り、第１の発明に関連して説明したことが成立する。
【００２２】
第３の発明は、
第１の反射層と、
上記第１の反射層上の活性層と、
上記活性層上の第２の反射層と、
上記第２の反射層上の、開口を有する電極とを有し、
上記第２の反射層から上記電極の上記開口を通じて波長が８５０ｎｍよりも短い出力光を取り出し、
上記電極の上記開口の内部の上記第２の反射層上に、発光波長に対する吸収係数をα（ｃｍ-1）、厚さをｔ（ｃｍ）としたとき、０．１≦αｔ≦１の光吸収層を有する面発光半導体レーザを光源に用いたことを特徴とする光モジュールである。
ここで、光モジュールの用途や構成は問わないが、例えば、通信用の光モジュールである。
第３の発明においては、その性質に反しない限り、第１の発明に関連して説明したことが成立する。
【００２３】
第４の発明は、
第１の反射層と、
上記第１の反射層上の活性層と、
上記活性層上の第２の反射層と、
上記第２の反射層上の、開口を有する電極とを有し、
上記第２の反射層から上記電極の上記開口を通じて波長が８５０ｎｍ以上の出力光を取り出し、
上記電極の上記開口の内部の上記第２の反射層上に、発光波長に対する吸収係数をα（ｃｍ-1）、厚さをｔ（ｃｍ）としたとき、０．４≦αｔ≦１の光吸収層を有する面発光半導体レーザを光源に用いたことを特徴とする光モジュールである。
第４の発明においては、その性質に反しない限り、第１および第３の発明に関連して説明したことが成立する。
【００２４】
図１は、種々の吸収係数に対する光吸収層の厚さｔ（ｎｍ）と吸収量（％）との相関を示し、吸収係数は下から上の曲線に向かって順に１×１０-2（ｃｍ-1）、１×１０-1（ｃｍ-1）、１×１０0 （ｃｍ-1）、１×１０1 （ｃｍ-1）、１×１０2 （ｃｍ-1）、１×１０3 （ｃｍ-1）、１×１０4 （ｃｍ-1）、１×１０5 （ｃｍ-1）、１×１０6 （ｃｍ-1）である。図２は、種々の光吸収層の厚さｔ（ｎｍ）に対する吸収係数と吸収量（％）との相関を示し、厚さは下から上の曲線に向かって順に１ｎｍ、１０ｎｍ、１００ｎｍ、１０００ｎｍである。図３は、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓの吸収係数の波長を示し、ＡｌＧａＡｓについてはＡｌ組成は右から左の曲線に向かって順に０．３０２３、０．３６２４、０．４１９９、０．４６８２、ＧａＩｎＡｓについてはＩｎ組成は左から右の曲線に向かって順に０．１８、０．３０、０．４０、０．４４、０．５３である。図４は、種々の発光波長に対するＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓの吸収係数を示す。図４中、ｎ、ｋはそれぞれ複素屈折率の実部、虚部である。図５は、絶縁体の例としてＡｌ2 Ｏ3 、ａ−Ｓｉ、ＳｉＮの吸収係数を示す。図６は、金属の例としてＴｉ、Ｐｔ、Ａｕの吸収係数を示す。
【００２５】
上述のように構成されたこの発明においては、電極の開口の内部の第２の反射層上に設けられた光吸収層により、発光波長に対して十分な光吸収を行うことができるので、任意の発光出力を得るために必要な内部光密度が擬似的に十分に増加する結果、緩和振動周波数が増加するとともに、外部からの戻り光がこの光吸収層により十分に吸収されることで活性層にまで達しないようにすることができる。
【発明の効果】
【００２６】
この発明によれば、任意の発光出力を得るために必要な内部光密度が擬似的に十分に増加する結果、緩和振動周波数が増加するとともに、外部からの戻り光がこの光吸収層に十分に吸収されることで活性層にまで達しないようにすることができることにより、固有ノイズおよび戻り光ノイズの低減を図ることができる。この面発光半導体レーザは、例えば通信用の光源に用いて好適なものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図７はこの発明の第１の実施形態による垂直共振器型面発光半導体レーザを示す断面図である。
【００２８】
図１に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、例えばｎ型ＧａＡｓ基板のようなｎ型半導体基板１１上に、ｎ型ＤＢＲ層１２、下部クラッド層１３、発光層である活性層１４、上部クラッド層１５、電流狭窄層１６、ｐ型ＤＢＲ層１７およびｐ型コンタクト層１８が順次積層されている。
【００２９】
ｎ型ＤＢＲ層１２は、ｎ型ＡｌＡｓ層１２ａとｎ型ＧａＡｓ層１２ｂとを交互に積層した半導体多層膜からなり、例えばこれらの層を３５周期積層した総厚４μｍ程度のものである。下部クラッド層１３は例えばＡｌx Ｇａ1-x Ａｓからなり、例えばｘ＝０．３である。活性層１４は発光波長に応じた半導体により構成され、その半導体としては例えばすでに挙げたものの中から選ばれたものを用いることができる。上部クラッド層１５は例えばＡｌy Ｇａ1-y Ａｓからなり、例えばｙ＝０．３である。電流狭窄層１６は、円形のｐ型ＡｌＡｓ層１６ａの周囲がリング状のＡｌ酸化層１６ｂに囲まれた構造を有し、ｐ型ＡｌＡｓ層１６ａが電流が流れる部分となる。ｐ型ＡｌＡｓ層１６ａの直径は例えば１２μｍ程度である。ｐ型ＡｌＡｓ層１６ａおよびＡｌ酸化層１６ｂの厚さは例えば３０ｎｍ程度である。ｐ型ＤＢＲ層１７は、ｐ型Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ層１７ａとｐ型Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ層１７ｂ（ただし、ｚ＞ｗ、０＜ｚ，ｗ＜１）とを交互に積層した半導体多層膜からなり、例えばこれらの層を２５周期積層した総厚３μｍ程度のものであり、例えばｚ＝０．９、ｗ＝０．１である。電流狭窄層１６は、このｐ型ＤＢＲ層１７の最下層のｐ型Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ層１７ａに代えて設けられたものである。ｐ型コンタクト層１８は、例えば、不純物濃度が５×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＡｓからなる。
【００３０】
ｎ型ＤＢＲ層１２の最上層のｎ型ＡｌＡｓ層１２ｂ、下部クラッド層１３、活性層１４、上部クラッド層１５、電流狭窄層１６、ｐ型ＤＢＲ層１７およびｐ型コンタクト層１８は全体として円柱状の形状を有し、ポスト型メサ構造を有する。このメサ部の直径は例えば３０〜４０μｍ程度である。ｐ型コンタクト層１８はその中央部に円形の凹部１８ａを有し、リング状の形状を有する。この凹部１８ａの直径は例えば２０μｍ程度である。
【００３１】
上記のメサ部およびこのメサ部以外の部分のｎ型ＤＢＲ層１２の表面を覆うように例えばＳｉＯ2 膜やＳｉＮx 膜のような絶縁膜１９が設けられている。この絶縁膜１９の厚さは例えば３００ｎｍ程度である。この絶縁膜１９には開口１９ａが設けられている。そして、この開口１９ａを介してｐ型コンタクト層１８とオーミックコンタクトしてｐ側電極２０が設けられている。このｐ側電極２０は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層膜からなり、総厚は５００ｎｍ程度である。このｐ側電極２０はその中央部にｐ型コンタクト層１８の凹部１８ａの直径と同一の直径の円形の開口２０ａを有する。
【００３２】
ｐ型コンタクト層１８の凹部１８ａの内部には光吸収層２１が設けられている。この光吸収層２１としては金属膜（単層金属膜または多層金属膜）または絶縁膜が用いられる。金属膜および絶縁膜としては、例えば、すでに挙げたものを用いることができる。この場合、この光吸収層２１およびその下のｐ型コンタクト層１８の全体のαｔが、発光波長が７８０ｎｍ帯では０．１≦αｔ≦１、好適には０．２≦αｔ≦１、発光波長が８５０ｎｍ以上では０．４≦αｔ≦１、好適には０．６≦αｔ≦１になるように、光吸収層２１およびその下のｐ型コンタクト層１８の材料および厚さが選ばれている。例えば、発光波長が７８０ｎｍ帯では、光吸収層２１が厚さ５ｎｍのＴｉ膜からなり、凹部１８ａのｐ型コンタクト層１８が厚さ３０ｎｍのＧａＡｓからなる場合、Ｔｉの吸収係数は図６より５．３５×１０5 ｃｍ-1、ＧａＡｓの吸収係数は図４より１．６３×１０4 ｃｍ-1であるので、αｔ＝（５．３５×１０5 ）×５×１０-7＋（１．６３×１０4 ）×３０×１０-7＝０．３２となる。あるいは、光吸収層２１が厚さ３００ｎｍのａ−Ｓｉ膜からなり、凹部１８ａのｐ型コンタクト層１８が厚さ３０ｎｍのＧａＡｓからなる場合、ａ−Ｓｉの吸収係数は図５より５．５９×１０3 ｃｍ-1、ＧａＡｓの吸収係数は図４より１．６３×１０4 ｃｍ-1であるので、αｔ＝（５．５９×１０3 ）×３００×１０-7＋（１．６３×１０4 ）×３０×１０-7＝０．２２となる。発光波長が８５０ｎｍ以上では、光吸収層２１が厚さ１２ｎｍのＴｉ膜からなり、凹部１８ａのｐ型コンタクト層１８が厚さ１００ｎｍのＧａＡｓからなる場合、Ｔｉの吸収係数は図６より４．８６×１０5 ｃｍ-1、ＧａＡｓの吸収係数は図４より１．０５×１０4 ｃｍ-1であるので、αｔ＝（４．８６×１０5 ）×１２×１０-7＋（１．０５×１０4 ）×１００×１０-7＝０．６９となる。
一方、ｎ型半導体基板１１の裏面にはｎ側電極２２がオーミックコンタクトして設けられている。このｎ側電極２２は例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ積層膜からなる。
【００３３】
次に、上述のように構成された面発光半導体レーザの製造方法について説明する。
図８に示すように、まず、ｎ型半導体基板１１上に、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ型ＤＢＲ層１２、下部クラッド層１３、活性層１４、上部クラッド層１５、ｐ型ＡｌＡｓ層２３、ｐ型ＤＢＲ層１７およびｐ型コンタクト層１８を順次成長させる。
【００３４】
次に、ｐ型コンタクト層１８上に例えばプラズマＣＶＤ法により例えばＳｉＮx 膜（図示せず）を形成し、さらにその上にリソグラフィーにより円形のレジストパターン（図示せず）を形成した後、このレジストパターンをマスクとして例えばＣＦ4 をエッチングガスに用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によりＳｉＮx 膜をエッチングする。こうして円形のＳｉＮx 膜が形成される。
【００３５】
次に、こうして形成された円形のＳｉＮx 膜をエッチングマスクとして用いて例えば塩素系のガスをエッチングガスに用いたＲＩＥ法により、ｎ型ＤＢＲ層１２の最上層のｎ型ＡｌＡｓ層１２ｂまで、基板表面に対して垂直方向に異方性エッチングする。これによって、図９に示すように、ｎ型ＤＢＲ層１２の最上層のｎ型ＡｌＡｓ層１２ｂ、下部クラッド層１３、活性層１４、上部クラッド層１５、ｐ型ＡｌＡｓ層２３、ｐ型ＤＢＲ層１７およびｐ型コンタクト層１８がポスト型メサ状に加工される。
【００３６】
次に、こうして形成されたメサ部を水蒸気雰囲気中において例えば４００℃の温度で約２５分間加熱して、ｐ型ＡｌＡｓ層２３の外周部のみをリング状に選択的に酸化する。これによって、図１０に示すように、リング状のＡｌ酸化層１６ｂに円形のｐ型ＡｌＡｓ層１６ａが囲まれた電流狭窄層１６が形成される。
次に、エッチングマスクとして用いた上記のＳｉＮx 膜を例えばＲＩＥ法によりエッチング除去した後、図１１に示すように、メサ部およびこのメサ部以外の部分のｎ型ＤＢＲ層１２の表面に例えばプラズマＣＶＤ法により例えばＳｉＯ2 膜やＳｉＮx 膜などからなる絶縁膜１９を形成する。次に、この絶縁膜１９のうちのメサポスト部上面の中央部をエッチング除去して円形の開口１９ａを形成する。次に、真空蒸着法などにより全面にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層膜を形成してｐ側電極２０を形成した後、このｐ側電極２０をエッチングにより所定形状にパターニングして開口２０ａを形成する。次に、このｐ側電極２０をマスクとしてｐ型コンタクト層１８を例えばＲＩＥ法により所定の深さまでエッチングして凹部１８ａを形成する。
【００３７】
次に、図７に示すように、真空蒸着法（加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法）、ＣＶＤ法、スパッタリング法などにより金属膜または絶縁膜を全面に形成した後、これを所定形状にエッチングしてｐ型コンタクト層１８の凹部１８ａに光吸収層２１を形成する。
次に、必要に応じて、ｎ型半導体基板１１を裏面側から所定の厚さに研磨した後、このｎ型半導体基板１１の裏面にＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ積層膜を真空蒸着法などにより形成してｎ側電極２２を形成する。
この後、上記のようにして得られたレーザウェハをチップ化する。
以上のようにして、目的とする面発光半導体レーザが製造される。
【００３８】
以上のように、この第１の実施形態によれば、ｐ型コンタクト層１８の凹部１８ａに光吸収層２１が設けられ、この光吸収層２１およびその下のｐ型コンタクト層１８の全体のαｔが、発光波長が７８０ｎｍ帯では０．１≦αｔ≦１、好適には０．２≦αｔ≦１、発光波長が８５０ｎｍ以上では０．４≦αｔ≦１、好適には０．６≦αｔ≦１になるように光吸収層２１およびその下のｐ型コンタクト層１８の材料および厚さが選ばれていることにより、発光波長に対して十分な光吸収を行うことができる。このため、任意の発光出力を得るために必要な内部光密度が擬似的に十分に増加する結果、緩和振動周波数が十分に増加するとともに、外部からの戻り光がこの光吸収層により十分に吸収されることでほとんど活性層１４に達しないようにすることができる。この結果、固有ノイズおよび戻り光ノイズの大幅な低減を図ることができる。また、高周波特性の向上を図ることもできる。
さらに、光吸収層２１として金属膜を用い、この金属膜とｐ型コンタクト層１８との間に電気的な疑似オーミック接合を形成した場合には、ｐ側電極２０およびこの金属膜によりｐ型コンタクト層１８全体に対してオーミックコンタクトを取ることができ、光吸収層２１として金属膜を形成しない場合に比べてコンタクト面積が増加する。このため、ｐ側電極２０のコンタクト抵抗Ｒc が実効的に低減する。また、ｐ側電極２０および光吸収層２１としての金属膜によりｐ型コンタクト層１８全体に対してオーミックコンタクトを取ることができるため、レーザ動作時にｐ側電極２０および光吸収層２１としての金属膜とｎ側電極２２との間に電圧を印加した場合、ｐ側電極２０および光吸収層２１としての金属膜の全体から電流が流れることになる。このため、電流経路の面積が大幅に増大し、ｐ型ＤＢＲ層１７およびｎ型ＤＢＲ層１２のシート抵抗も実効的に低減する。その結果、面発光半導体レーザの直列抵抗Ｒs （電流−電圧特性の微分抵抗という意味）が大幅に低減する。そして、上記のコンタクト抵抗Ｒc の低減と併せて、動作電流の低減を図ることができる。
この第１の実施形態による面発光半導体レーザは、例えば通信用の光源に用いて好適なものである。
【００３９】
次に、この発明の第２の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図１２に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、ｐ型コンタクト層１８の凹部１８ａの内部に設けられている光吸収層２１が、第１の層２１ａと第２の層２１ｂとの積層構造を有する。第１の層２１ａおよび第２の層２１ｂの一方は金属膜、他方は絶縁膜からなる。これらの金属膜および絶縁膜としては、例えば、すでに挙げたものを用いることができる。
上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第１の実施形態と同様である。
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４０】
次に、この発明の第３の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図１３に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、ｐ型コンタクト層１８の凹部１８ａの内部に設けられている光吸収層２１は第２の実施形態と同様に第１の層２１ａと第２の層２１ｂとの積層構造を有するが、この場合、第２の層２１ｂは凹部１８ａの外周部のみに設けられている。この光吸収層２１は金属膜または絶縁膜からなる。これらの金属膜および絶縁膜としては、例えば、すでに挙げたものを用いることができる。
上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第１の実施形態と同様である。
【００４１】
この第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができるほか、次のような利点を得ることもできる。すなわち、光吸収層２１は中央部に比べて外周部が厚く、したがって外周部の光吸収が多いため、ｐ型ＤＢＲ層１７から取り出されるレーザ光の強度分布のうち外周部が選択的に吸収される結果、シングル横モード様の単峰性ビームでのレーザ発振を容易に実現することができる。また、シングル横モード様の単峰性ビームでのレーザ発振は、電流狭窄径を例えば４μｍ以下にすることにより実現することが可能であるが、このように電流狭窄径を小さくすると面発光半導体レーザの製造歩留まりが低くなってしまうのに対し、この第３の実施形態によれば、電流狭窄径を小さくしないで済み、このため面発光半導体レーザの製造歩留まりが高い。
【００４２】
次に、この発明の第４の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図１４に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、ｐ型コンタクト層１８の凹部１８ａの内部に設けられている光吸収層２１は単層の金属膜または絶縁膜からなるが、この場合、この光吸収層２１の厚さは外周部と中央部とで異なり、リング状の外周部の方が厚くなっている。金属膜および絶縁膜としては、例えば、すでに挙げたものを用いることができる。
上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第１の実施形態と同様である。
この第４の実施形態によれば、第１および第３の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４３】
次に、この発明の第５の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図１５に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、ｐ型ＤＢＲ層１７上にｐ型半導体からなる光吸収層２１が積層され、その上にｐ型コンタクト層１８が積層されている。ｐ型コンタクト層１８には円形の開口１８ｂが設けられている。光吸収層２１を構成する半導体としては、例えば、すでに挙げたものの中から用途などに応じて適切なものを用いることができる。例えば、活性層１４がＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓからなる場合、光吸収層２１としてＧａＩｎＡｓからなるものを用い、活性層１４がＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰまたはＡｌＧａＡｓＰからなる場合、光吸収層２１としてＧａＮＡｓからなるものを用い、活性層１４がＡｌx Ｇａ1-x Ａｓからなる場合、光吸収層２１としてＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ（１＞ｘ＞ｙ＞０）からなるものを用いる。具体例を挙げると、発光波長が７８０ｎｍ帯では、光吸収層２１が厚さが１００ｎｍでＩｎ組成が０．１８のＧａＩｎＡｓ膜からなる場合、このＧａＩｎＡｓの吸収係数は図４より２．７６×１０4 ｃｍ-1であるので、αｔ＝２．７６×１０4 ×１００×１０-7＝０．２８となる。発光波長が８５０ｎｍ以上では、光吸収層２１が厚さが３００ｎｍでＩｎ組成が０．１８のＧａＩｎＡｓ膜からなる場合、このＧａＩｎＡｓの吸収係数は図４より１．９５×１０4 ｃｍ-1であるので、αｔ＝１．９５×１０4 ×３００×１０-7＝０．５９となる。
上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第１の実施形態と同様である。
この第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４４】
次に、この発明の第６の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図１６に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、ｐ型ＤＢＲ層１７上にｐ型半導体からなる光吸収層２１が積層され、その上にｐ型コンタクト層１８が積層されている。ｐ型コンタクト層１８には円形の凹部１８ａが設けられている。光吸収層２１を構成する半導体としては、例えば、すでに挙げたものの中から用途などに応じて適切なものを用いることができる。例えば、発光波長が７８０ｎｍ帯では、光吸収層２１が厚さが１００ｎｍでＩｎ組成が０．１８のＧａＩｎＡｓ膜からなり、凹部１８ａのｐ型コンタクト層１８が厚さが３０ｎｍのＧａＡｓからなる場合、上記組成のＧａＩｎＡｓの吸収係数は図４より２．７６×１０4 ｃｍ-1、ＧａＡｓの吸収係数は図４より１．６３×１０4 ｃｍ-1であるので、αｔ＝（２．７６×１０4 ）×１００×１０-7＋（１．６３×１０4 ）×３０×１０-7＝０．３３となる。発光波長が８５０ｎｍ以上では、光吸収層２１が厚さが３００ｎｍでＩｎ組成が０．１８のＧａＩｎＡｓ膜からなり、凹部１８ａのｐ型コンタクト層１８が厚さが３０ｎｍのＧａＡｓからなる場合、上記組成のＧａＩｎＡｓの吸収係数は図４より１．９５×１０4 ｃｍ-1、ＧａＡｓの吸収係数は図４より１．０５×１０4 ｃｍ-1であるので、αｔ＝（１．９５×１０4 ）×３００×１０-7＋（１．０５×１０4 ）×３０×１０-7＝０．６２となる。
上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第１の実施形態と同様である。
この第６の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４５】
次に、この発明の第７の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図１７に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、ｐ型ＤＢＲ層１７上にｐ型半導体からなる光吸収層２１が積層され、その上にｐ型コンタクト層１８が積層されている。ｐ型コンタクト層１８には円形の開口１８ｂが設けられている。光吸収層２１を構成する半導体としては、例えば、すでに挙げたものの中から用途などに応じて適切なものを用いることができる。この光吸収層２１の厚さは外周部と中央部とで異なり、リング状の外周部の方が厚くなっている。
上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第１の実施形態と同様である。
この第７の実施形態によれば、第１および第３の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４６】
次に、この発明の第８の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図１８に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、光吸収層２１は、ｐ型半導体からなる第１の層２１ａと金属または絶縁体からなる第２の層２１ｂとの積層構造を有するが、第１の層２１ａはｐ型ＤＢＲ層１７とｐ型コンタクト層１８との間に挿入され、第２の層２１ｂはｐ型コンタクト層１８の開口１８ｂの内部に設けられている。上記のｐ型半導体、金属膜および絶縁膜としては、例えば、すでに挙げたものを用いることができる。
上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第１の実施形態と同様である。
この第８の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４７】
次に、この発明の第９の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図１９に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、ｐ側電極２０の開口２０ａを橋渡しする形でこの開口２０ａを覆うように光吸収層２１が設けられている。言い換えると、ｐ型コンタクト層１８の凹部１８ａの上方にエアブリッジ状に光吸収層２１が設けられている。この光吸収層２１としては、金属膜または絶縁膜を用いることができる。
上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第１の実施形態と同様である。この場合、光吸収層２１は、例えば、ｐ側電極２０に開口２０ａを形成し、ｐ型コンタクト層１８に凹部１８ａを形成し、次いで全面にレジスト（図示せず）をｐ側電極２０の上面の高さまで塗布して開口２０ａおよび凹部１８ａの内部にレジストを埋め込み、次いでレジストを露光して硬化させた後、このレジスト上に金属膜または絶縁膜を形成し、これをエッチングによりパターニングすることにより形成することができる。
この第９の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４８】
次に、この発明の第１０の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図２０に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、第１の実施形態による面発光半導体レーザにおいて光吸収層２１を省略したものが、パッケージ２４内に収容されている。このパッケージ２４には、ｐ側電極２０の開口２０ａの上方の部分に透明窓部２５が設けられており、この透明窓部２５の上に光吸収層２１が設けられている。この光吸収層２１としては、金属膜または絶縁膜を用いることができる。
上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第１の実施形態と同様である。
この第１０の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４９】
次に、この発明の第１１の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図２１に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、ｐ型コンタクト層１８の凹部１８ａの内部に設けられている光吸収層２１は第２の実施形態と同様に第１の層２１ａと第２の層２１ｂとの積層構造を有するが、この場合、第２の層２１ｂは凹部１８ａの外周部のみに設けられている。この光吸収層２１は金属膜または絶縁膜からなる。これらの金属膜および絶縁膜としては、例えば、すでに挙げたものを用いることができる。また、ｎ側電極２２はｎ型半導体基板１１の裏面ではなく、メサポスト部の周囲の部分の下部クラッド層１３上に設けられている。
上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第１の実施形態と同様である。
この第１１の実施形態によれば、第１および第３の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００５０】
次に、この発明の第１２の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図２２に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、光吸収層２１は、ｐ型半導体からなる第１の層２１ａと金属または絶縁体からなる第２の層２１ｂとの積層構造を有するが、第１の層２１ａはｐ型コンタクト層１８の途中に挿入された形で設けられ、第２の層２１ｂはｐ型コンタクト層１８の開口１８ｂの内部の第１の層２１ａ上に二重リング状に設けられている。上記の金属膜および絶縁膜としては、例えば、すでに挙げたものを用いることができる。
上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第１の実施形態と同様である。
この第１２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００５１】
次に、この発明の第１３の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図２３に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、ｐ型コンタクト層１８の凹部１８ａの内部に設けられている光吸収層２１は単層の金属膜または絶縁膜からなるが、この場合、この光吸収層２１の厚さは外周部と中央部とで異なり、円形の中央部の方が厚くなっている。金属膜および絶縁膜としては、例えば、すでに挙げたものを用いることができる。
上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第１の実施形態と同様である。
この第１３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができるほか、次のような利点を得ることもできる。すなわち、光吸収層２１は外周部に比べて中央部が厚く、したがって中央部の光吸収が多いため、ｐ型ＤＢＲ層１７から取り出されるレーザ光の強度分布のうち中央部が選択的に吸収される結果、マルチモード様の双峰性ビームでのレーザ発振を容易に実現することができる。
【００５２】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた数値、材料、構造、形状、基板、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、構造、形状、基板、プロセスなどを用いてもよい。
【００５３】
例えば、上述の実施形態においては、半導体層の成長方法としてＭＯＣＶＤ法を用いているが、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法や化学ビームエピタキシー（ＣＢＥ）法などの他の成長方法を用いてもよい。
また、上述の実施形態においては、電流狭窄層１６は活性層１４の上側に設けられているが、電流狭窄層１６は活性層１４の下側に設けてもよい。
また、上述の実施形態においては、ｎ型半導体基板１１と反対側からレーザ光を取り出すようにしているが、ｎ型半導体基板１１を通してレーザ光を取り出す場合にはこのｎ型半導体基板１１とｎ型ＤＢＲ層１２との間に光吸収層２１が設けられる。
さらに、必要に応じて、上述の実施形態を２以上組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】光吸収層の厚さと吸収量との相関を示す略線図である。
【図２】光吸収層の吸収係数と吸収量との相関を示す略線図である。
【図３】ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓおよびＧａＩｎＡｓの吸収係数を示す略線図である。
【図４】ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓおよびＧａＩｎＡｓの吸収係数を示す略線図である。
【図５】絶縁体の吸収係数を示す略線図である。
【図６】金属の吸収係数を示す略線図である。
【図７】この発明の第１の実施形態による面発光半導体レーザを示す断面図である。
【図８】この発明の第１の実施形態による面発光半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図９】この発明の第１の実施形態による面発光半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】この発明の第１の実施形態による面発光半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】この発明の第１の実施形態による面発光半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】この発明の第２の実施形態による面発光半導体レーザを示す断面図である。
【図１３】この発明の第３の実施形態による面発光半導体レーザを示す断面図である。
【図１４】この発明の第４の実施形態による面発光半導体レーザを示す断面図である。
【図１５】この発明の第５の実施形態による面発光半導体レーザを示す断面図である。
【図１６】この発明の第６の実施形態による面発光半導体レーザを示す断面図である。
【図１７】この発明の第７の実施形態による面発光半導体レーザを示す断面図である。
【図１８】この発明の第８の実施形態による面発光半導体レーザを示す断面図である。
【図１９】この発明の第９の実施形態による面発光半導体レーザを示す断面図である。
【図２０】この発明の第１０の実施形態による面発光半導体レーザを示す断面図である。
【図２１】この発明の第１１の実施形態による面発光半導体レーザを示す断面図である。
【図２２】この発明の第１２の実施形態による面発光半導体レーザを示す断面図である。
【図２３】この発明の第１３の実施形態による面発光半導体レーザを示す断面図である。
【図２４】変調周波数とＲＩＮとの相関を示す略線図である。
【図２５】従来の垂直共振器型面発光レーザを示す断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１１…ｎ型半導体基板、１２…ｎ型ＤＢＲ層、１３…下部クラッド層、１４…活性層、１５…上部クラッド層、１６…電流狭窄層、１７…ｐ型ＤＢＲ層、１８…ｐ型コンタクト層、１８ａ…開口、１９…絶縁膜、２０…ｐ側電極、２０ａ…開口、２１…光吸収層、２２…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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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