(57)【要約】【課題】  広がり角が小さく、小信号特性およびモードパーティションノイズが少なく、かつ製造安定性に優れた表面発光型半導体レーザおよびその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明に係るＶＣＳＥＬは、基板１０２上に下部半導体反射鏡１０４と、活性領域１０６と、該下部半導体反射鏡と共に共振器を構成する上部半導体反射鏡１１０と、上部半導体反射鏡上に形成され活性領域で発生したレーザ光の出射領域を確定する第一の開口部１１６を含む上部電極１１４と、上部電極１１４と下部半導体反射鏡１０４との間に設けられ、レーザ光の発光領域を確定する第二の開口部を有する光閉じ込め領域１０８、１２２とを有し、上部半導体反射鏡１１０は、基板側に凸状面を有するレンズ状媒質１２４を含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部半導体反射鏡と、
活性領域と、
該下部半導体反射鏡と共に共振器を構成する上部半導体反射鏡と、
上部半導体反射鏡上に形成され、活性領域で発生したレーザ光の出射領域を確定する第一の開口部を含む金属部と、
金属部と下部半導体反射鏡との間に設けられ、レーザ光の発光領域を確定する第二の開口部を有する光閉じ込め領域とを有し、
上部半導体反射鏡は、下部半導体反射鏡側に凸状面を有するレンズ状媒質を含む、表面発光型半導体レーザ。
【請求項２】
上部半導体反射鏡は、金属部と接触するコンタクト層を含み、該コンタクト層内の一部にレンズ状媒質が形成される、請求項１に記載の表面発光型半導体レーザ。
【請求項３】
レンズ状媒質は、凸状面と対向する平坦な面を有する、請求項１または２に記載の表面発光型半導体レーザ。
【請求項４】
コンタクト層の表面とレンズ状媒質の平坦な面とはほぼ略同一の高さを有する、請求項２または３に記載の表面発光型半導体レーザ。
【請求項５】
レンズ状媒質の凸状面は、球面状である、請求項１ないし４いずれか１つに記載の表面発光型半導体レーザ。
【請求項６】
レンズ状媒質の曲率半径は、５μｍ以上、２０００μｍ以下である、請求項５に記載の表面発光型半導体レーザ。
【請求項７】
レンズ状媒質の凸状面は、周辺部のみに曲面を有する、請求項１または２に記載の表面発光型半導体レーザ。
【請求項８】
コンタクト層におけるレンズ状媒質と接しない部分の膜厚Ｔ１は、５０ｎｍ≦Ｔ１≦５００ｎｍであり、レンズ状媒質と接する部分の膜厚Ｔ２は、Ｔ２≦５０ｎｍ以下である、請求項２ないし７いずれか１つに記載の表面発光型半導体レーザ。
【請求項９】
レンズ状媒質の凸状面の外形は、第一の開口部および第二の開口部の径よりも大きい、請求項１に記載の表面発光型半導体レーザ。
【請求項１０】
第一の開口部の径が第二の開口部の径よりも小さい、請求項１に記載の表面発光型半導体レーザ。
【請求項１１】
レンズ状媒質は、誘電体膜、窒化膜または透明導電体膜の少なくとも１つを含む、請求項１ないし１０いずれか１つに記載の表面発光型半導体レーザ。
【請求項１２】
レンズ状媒質は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＭｇＯ５、ＭｇＦ２、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＴｉＮ、ＩＴＯのいずれか１つを含む、請求項１１に記載の表面発光型半導体レーザ。
【請求項１３】
コンタクト層は、ＧａＡｓを含み、該コンタクト層の直下にＡｌＡｓ層またはＧａＩｎＰ層を含む、請求項２に記載の表面発光型半導体レーザ。
【請求項１４】
表面発光型半導体レーザは、マルチモード発振する、請求項１ないし１３いずれか１つに記載の表面発光型半導体レーザ。
【請求項１５】
光閉じ込め領域は、Ａｌが酸化された高抵抗化領域と当該高抵抗領域によって囲まれた導電領域とを含む、請求項１ないし１４いずれか１つに記載の表面発光型半導体レーザ。
【請求項１６】
基板上に複数の第一の開口部がアレイ状に形成されたレーザアレイを含む、請求項１ないし１５いずれか１つに記載の表面発光型半導体レーザ。
【請求項１７】
複数の第一の開口部は、基板上に形成された複数のポストの頂部に位置する、請求項１６に記載の表面発光型半導体レーザ。
【請求項１８】
請求項１ないし１７いずれか１つに記載の表面発光型半導体レーザ素子が形成された半導体チップを実装したパッケージ。
【請求項１９】
請求項１ないし１７いずれか１つに記載の表面発光型半導体レーザ素子が形成された半導体チップと、半導体チップから発せられたレーザ光と結合される光伝送媒体とを含む、光モジュール。
【請求項２０】
請求項１８に記載されたパッケージと、パッケージから発せられた光を送信する送信手段とを備えた、光伝送装置。
【請求項２１】
少なくとも下部多層反射膜、活性領域および上部多層反射膜を含む複数の半導体層を含む半導体積層体を基板上に形成する工程と、
半導体積層体上に、基板側に向けて凸状面の窪みを有するマスクパターンを形成する工程と、
マスクパターンを用いて半導体積層体をエッチングし、マスクパターン形状を反映した凸状面の窪みを半導体積層体の表面に形成する工程と、
半導体積層体の凸状面の窪みを含む領域上に、レンズ状媒質を形成する層を被覆する工程と、
レンズ状媒質の一部を除去することにより、少なくとも半導体積層体の凸状面の窪み内にレンズ状媒質を残す工程と、
を含む表面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項２２】
レンズ状媒質は、誘電体膜、窒化膜、または透明導電体膜から選ばれる１つないしは複数の膜である、請求項２１に記載の表面発光型半導体レーザ。
【請求項２３】
マスクパターンは、ポジ型レジストから構成され、該レジストを露光するときに、中央部よりも周辺部の露光エネルギーを小さくするによって凸状面の窪みを形成する、請求項２１に記載の製造方法。
【請求項２４】
マスクパターンはレジストから形成され、当該レジストは、透過率の異なるグレースケールマスクを用いて露光され、凸状面の窪みが形成される、請求項２１に記載の製造方法。
【請求項２５】
半導体積層体の表面に凸状面の窪みを形成する工程は、レジストパターンと半導体積層体とを同時にドライエッチングする工程を含む、請求項２３または２４に記載の製造方法。
【請求項２６】
少なくとも下部多層反射膜、活性領域、上部多層反射膜を含む複数の半導体層を含む半導体積層体を基板上に形成する工程と、
半導体層積層体上に、マスクパターンを形成する工程と、
マスクパターンを用いて半導体積層体の一部を等方性エッチングし、周辺部に曲面を有する窪みを形成する工程と、
半導体積層体の窪みを含む領域上に、レンズ状媒質を被覆する工程と、
レンズ状媒質の一部を除去することにより、少なくとも半導体積層体の窪み内にレンズ状媒質を残す工程とを含む、
表面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項２７】
レンズ状媒質を除去する工程は、ＣＭＰによる平坦化処理を含む、請求項２１または２７に記載の製造方法。
【請求項２８】
レンズ状媒質を除去する工程は、エッチバックによる平坦化処理を含む、請求項２１または２６に記載の製造方法。
【請求項２９】
半導体積層体は、凸状面の窪みまたは周辺部に曲面を有する窪みが形成される層の直下にエッチング停止層を含む、請求項２１または２６に記載の製造方法。
【請求項３０】
製造方法はさらに、半導体積層体をエッチングし、基板上にポストを形成する工程と、ポスト内の少なくともＡｌを含む層を酸化して電流狭窄層を形成する工程を含む、請求項２１または２６に記載の製造方法。
【請求項３１】
基板上に複数のポストがアレイ状に形成される、請求項３０に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面発光型半導体レーザに関し、特に光情報処理や光通信用の光源、または光を使用してなされるデータ記憶装置の光源として用いられる表面発光型半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
表面発光型半導体レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser diode:以下、ＶＣＳＥＬと称する）は、半導体基板の表面から光が出射されるレーザダイオードであり、端面発光型のレーザダイオードと比べて、（１）駆動電流が低い（２）ウエハレベルでの特性検査が可能（３）実装が容易にできるといった特徴を有している。
【０００３】
ＶＣＳＥＬは、図２６に示すように下部電極１が形成された基板２上に下部半導体多層反射鏡３、活性領域４、ＡｌＡｓ層５、および上部半導体多層反射鏡６の順で半導体薄膜が堆積されている。上部半導体多層反射鏡６の最上層はコンタクト層７であり、このコンタクト層７を介して上部電極８が配置されている。上部電極８の中央には、レーザ光の出射窓を規定する円形状の開口９が形成されている。基板２上には、上部半導体多層反射鏡６から下部半導体多層反射鏡３の一部に至るまで、円筒状のメサまたはポスト１０が形成され、ポスト１０の底部、側壁、および頂部の一部は層間絶縁膜１１によって覆われている。また、ポスト１０内部において高い利得分布を得るためにＡｌＡｓ層５の周囲を酸化した酸化領域１２が形成されている。
【０００４】
ところで、近年のデータ通信容量の増大に伴い、光ファイバとの結合が容易に実現でき、かつ高速応答性に優れたＶＣＳＥＬがこれまでに以上に望まれている。光ファイバ、特にプラスチックファイバとの結合効率を向上させたＶＣＳＥＬとしては、柱状の半導体堆積体の上面のレーザ出射面が凸レンズ状になっているＶＣＳＥＬが特許文献１において提案されている。上記特許文献１では、半導体堆積体上に凸レンズ面を形成したＶＣＳＥＬを用いることにより、特に伝搬損失が大きいプラスチック光ファイバにレーザを入射させる時において、レーザ出力が増したとしても、レーザの広がり角を小さくすることができるようにしている。
【０００５】
また、特許文献２では、図２６の上部電極８に開口９に相当する開口径ｄ１と電流狭窄構造（酸化アパーチャ）１２を規定する開口径ｄ２が特定範囲にあるＶＣＳＥＬが提案されている。この構造を採用することにより、電流狭窄構造において発生したレーザのモードのうち、発光スポットの周辺部に強い電磁界分布を有する高次モードが遮蔽され、広がり角を小さくすることができ、これにより、光ファイバとの結合効率を向上させている。
【０００６】
特許文献３は、光学損失を生じる光学空洞および光学空洞に結合された損失決定素子を含むＶＣＳＥＬを開示している。損失決定素子は、光学軸からの側方距離が増加するにつれ、光学空洞の光学損失を漸進的に増加させ、それにより、レーザ電流が増加してもマルチモードへの移行を抑制し、単一モードでの高出力を可能にしている。
【０００７】
一方、ＶＣＳＥＬが端面発光型レーザダイオードと異なる特徴は、活性層の体積が小さいために膜厚方向のモード、すなわち縦モードが単一モード発振するのに対し、横モードがマルチモード発振しやすい点にある。特に、この横モードについては、非特許文献１で述べているように、特定のモードが選択的に除去されると、モード間の光出力のゆらぎが不安定となり、モードパーティションノイズと称するデータ送信時の雑音が増加することが知られている。
【０００８】
横モード制御の観点から提案されている発明例としては、特許文献４にあるような、４分の波長の奇数倍の厚さを持つパターニングされた第一材料層、４分の波長の奇数倍の厚さを持つ第二材料層、および第一材料層に隣接し、かつ第一材料層よりも屈折率が高い第三材料層が配置されている共振反射鏡から形成されているＶＣＳＥＬが挙げられる。この発明では、図２７に示すように、第一材料層３００をリフローにより曲面状に形成した後に、第二材料層３０２、また必要に応じて反射フィルタ３０４を被覆している。第一材料層３００は、反射鏡の頂部に、凸形状のモード制御共振反射鏡を構成し、その屈折率が側部から光軸に向けて徐々に大きくなるように変化している。この屈折率の滑らかな遷移によりモード制御を行っている。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−７６６８２
【特許文献２】特開２００４−６３７０７
【特許文献３】特開平１０−５６２３３
【特許文献４】米国特許第６７２７５２０
【非特許文献１】IEEE Journal of Quantum Electronics、Vol.38、No.8、pp1089〜1096
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、従来の表面発光型半導体レーザには次のような課題がある。特許文献１に示されるＶＣＳＥＬのレンズ面は、基本的に出射口側の曲率半径が活性領域側の曲率半径よりも小さい、いわゆる上方に凸状面を有する構造となっている。レンズ面が上方に凸状であると、層間絶縁膜や上部電極金属膜を均一な膜厚でかつ十分な密着力を持たせて形成することが製造プロセス的にみて難しい。従って、再現性に優れた層間絶縁膜や上部電極材料のパターンを形成したＶＣＳＥＬを得ることが困難である。特許文献４においても同様の課題を有している。
【００１１】
また特許文献１および特許文献４は、リフローにより上方に凸状面を形成する方法を採用しているが、上記方法で形成したパターンは基本的に面内ばらつきが大きく、広がり角の面内ばらつきが大きい。したがって結合効率の均一性が要求されるＶＣＳＥＬのアレイ用途では、製造安定性に優れている構造であるとはいい難い。
【００１２】
さらに非特許文献１に述べられるモードパーティションノイズは、大信号特性、特にアイパターンの乱れの原因になり、マルチモードのデータ通信においては、発光された全ての発振モードが出射されることが薦められている。レーザから全ての発振モードが出力される手段としては、上部電極により規定される開口径ｄ１が、電流狭窄構造を規定する開口径ｄ２と同等以上とすることにより実現できるが、広がり角が大きくなり、光ファイバとの結合効率が低下する課題を有している。
【００１３】
これまでのところ、再現性および製造安定性に優れ、広がり角が小さく、小信号特性に優れ、かつモードパーティションノイズが少ないＶＣＳＥＬが提案されていないというのが現状である。
【００１４】
本発明は、上記従来の課題を解決し、広がり角が小さく、小信号特性およびモードパーティションノイズが少なく、かつ製造安定性に優れた表面発光型半導体レーザおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る表面発光型半導体レーザは、上部半導体反射鏡と上部電極として機能する金属部の間に、下側に凸状の面を有するレンズ状物質を挿入することにより、製造安定性にすぐれ、広がり角が小さく、小信号特性のみならず、モードパーティションノイズが少ない大信号特性にすぐれたＶＣＳＥＬを提供する。
【００１６】
本発明に係る表面発光型半導体レーザは、下部半導体反射鏡と、活性領域と、
該下部半導体反射鏡と共に共振器を構成する上部半導体反射鏡と、上部半導体反射鏡上に形成され活性領域で発生したレーザ光の出射領域を確定する第一の開口部を含む金属部と、金属部と下部半導体反射鏡との間に設けられ、レーザ光の発光領域を確定する第二の開口部を有する光閉じ込め領域とを有し、上部半導体反射鏡は、下部半導体反射鏡側に凸状面を有するレンズ状媒質を含むものである。
【００１７】
好ましくは上部半導体反射鏡は、金属部と接触するコンタクト層を含み、該コンタクト層内の一部にレンズ状媒質が形成される。また、レンズ状媒質は、凸状面と対向する平坦な面を含み、この平坦な面は、コンタクト層の表面と略同一の高さを有することが望ましい。
【００１８】
凸状面とは、必ずしも全面が球面状である必要はなく、部分的に、例えば、周辺部（エッジ）のみに球面または曲面を含むものであってもよい。例えば、凸状面は、略球面であってもよいし、非球面状であってもよい。また、凸状面の平面形状は、第一の開口部に対応する形状であることが望ましい。例えば、第一の開口部が円形であれば、凸状面の平面形状は円形であることが望ましい。
【００１９】
好ましくは、凸状面の外径は、第一および第二の開口部の径よりも大きく、また、第一の開口部の径は第二の開口部の径よりも小さい。第一の開口部の径を第二の開口部の径より小さくすることで、レーザ光の広がり角を小さくすることができるとともに、マルチモード発振を容易にする。また、凸状面の外径を第一の開口部の径よりも小さくすることで、光軸から離れた高次モードの光を金属部に遮蔽することなく第一の開口部より出射させる。ここで、開口部の径とは、開口部の平面形状が円であるときは、その直径をいい、開口部が楕円のときは、その長径と短径の平均値をいう。開口部が矩形状であるときは、その対角線の平均値をいうものとする。凸状面の外径も同様に定義される。
【００２０】
表面発光型半導体レーザは、基板上に複数のポストをアレイ状に形成したマルチスポットタイプであってもよい。それぞれのポストの頂部には、第一の開口部が形成され、そこから同時にレーザ光を出射させることができる。各ポスト頂部から出射される個々のレーザ光は、広がり角が抑制されるため、マルチスポット光の全体の広がり角も抑制することができる。このため、光ファイバとの結合効率も優れている。
【００２１】
表面発光型半導体レーザ装置は、例えば、発光部であるポストを含む領域またはチップ全体が、ポッテイングもしくはモールドにより樹脂封止される。樹脂封止するとき、出射するレーザ光の波長を透過するような樹脂が選択される。樹脂封止以外にも、カン封止、セラミック封止などが可能である。
【００２２】
本発明に係る表面発光型半導体レーザの製造方法は、以下の工程を含む。少なくとも下部多層反射膜、活性領域および上部多層反射膜を含む複数の半導体層を含む半導体積層体を基板上に形成する工程と、半導体層積層体上に、基板側に向けて凸状面の窪みを有するマスクパターンを形成する工程と、マスクパターンを用いて半導体積層体をエッチングし、マスクパターン形状を反映した凸状面の窪みを半導体積層体の表面に形成する工程と、半導体積層体の凸状面の窪みを含む領域上に、レンズ状媒質を構成する層を被覆する工程と、レンズ状媒質の一部を除去することにより、少なくとも半導体積層体の表面の凸状面の窪み内にレンズ状媒質を残す工程とを含む。
【００２３】
好ましくは、マスクパターンは、ポジ型レジストから構成され、該レジストを露光するときに、中央部よりも周辺部の露光エネルギーを小さくするによって凸状面の窪みを形成する。または、透過率の異なるグレースケールマスクを用いてレジストを露光するようにしてもよい。
【００２４】
さらに本発明の他の製造方法は、以下の工程を含む。少なくとも下部多層反射膜、活性層、上部多層反射膜を含む複数の半導体層を含む半導体積層体を基板上に形成する工程と、半導体層積層体上に、マスクパターンを形成する工程と、マスクパターンを用いて半導体積層体の一部を等方性エッチングし、周辺部に曲面を有する窪みを形成する工程と、半導体積層体の窪みを含む領域上に、レンズ状媒質を被覆する工程と、レンズ状媒質の一部を除去することにより、少なくとも半導体積層体の窪み内にレンズ状媒質を残す工程とを含む。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る表面発光型半導体レーザによれば、上部半導体反射鏡と金属部の間に、活性領域側の曲率半径が電極部側の曲率半径よりも小さい、凸状面を含むレンズ状媒質を挿入することにより、光軸から離れた高次モードのレーザ光を光軸方向に向けて屈折させ、広がり角を小さくすることができる。このため、光ファイバとの結合効率が向上され、かつ、小信号特性のみならず、モードパーティションノイズが少ない大信号特性にすぐれたＶＣＳＥＬを提供することができる。さらに、レンズ状媒質が下部半導体反射鏡側に向いた凸状面を有しているため、上側に凸状の面を有するレンズ状媒質と比較して、層間絶縁膜や金属部を均一にかつ十分な密着性をもって再現性よく形成することができるため、製造安定性を改善することができる。
【００２６】
さらに本発明は、リフローではなく、半導体プロセスで確立されているウエットあるいはドライエッチング法により、凸状面を形成している。従って、面内ばらつきが少なく、広がり角ひいては、光ファイバとの結合効率が均一な表面発光型半導体レーザアレイを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係る表面発光型半導体レーザの実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００２８】
図１Ａは、第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの断面構造を示す図であり、図１Ｂは、ＶＣＳＥＬの模式的な上面図である。同図に示すように、ｎ側の下部電極１００が形成されたＧａＡｓ基板１０２上に、ｎ型の下部半導体多層反射鏡１０４、活性領域１０６、ｐ型のＡｌＡｓ層１０８、ｐ型の上部半導体多層反射鏡１１０の順で半導体薄膜が堆積されている。上部多層反射鏡１１０の最上層には、ｐ型のＧａＡｓからなるコンタクト層１１２が形成されている。コンタクト層１１２上には、ｐ側の上部電極１１４が形成され、上部電極１１４の中央には、円形状の出射口１１６が形成されている。また、基板上には、下部半導体多層反射鏡１０４の一部に至るまで、円筒状のメサまたはポスト１１８が形成され、ポスト１１８の底部、側面および頂部の一部は層間絶縁膜１２０によって覆われている。ポスト１１８内のＡｌＡｓ層１０８の周囲には酸化領域１２２が形成され、光閉じ込め領域または電流狭窄層が形成されている。
【００２９】
本実施例におけるＶＣＳＥＬの一つの特徴は、上部半導体多層反射鏡上１１０のコンタクト層１１２の一部が球面状もしくは曲面状に除去されている。この除去された領域内にレンズ状媒質１２４が充填され、またはその領域がレンズ状媒質によって覆われている。レンズ状媒質１２４とコンタクト層１１２との境界面は、基板側に向けた凸状面となり、凸状面と対向する平坦な面は、コンタクト層１１２と同一の高さを有している。
【００３０】
本実施例においては、発光スポット周辺部（光軸から離れた位置）に強い電磁界分布を有する高次モード光が、上部電極１１４の直下にある凸状面を有するレンズ状媒質１２４とコンタクト層１１２との境界において光軸方向へ向けて屈折される。これにより高次モード光は、上部電極１１４に遮蔽されることなく出射口１１６から放射される。従って、ＶＣＳＥＬの活性領域から発振される全てのモード光が出射口１１６から出力され、モードパーティションノイズが抑制されたＶＣＳＥＬを得ることができる。同時に、放射される高次モードが屈折により曲げられるために、広がり角の増加が抑制され、光ファイバとの結合効率が向上される。
【００３１】
さらに本実施例においては、レンズ状媒質１２４は、下側に凸の構造となっているため、従来のように上側に凸の構造のレンズが形成されているときと比べて、層間絶縁膜１２０や上部電極１１４を均一の膜厚でかつ十分な密着性で再現性よく形成することができる。より具体的には、レンズ状媒質１２４の形成後に、ポスト１１８が形成され、その後に、層間絶縁膜１２０および上部電極１１４のパターンニングが行われるが、材料の被覆、フォトリソグラフィおよびエッチングなどの工程がポスト頂部の平坦な面に対して成されるため、その制御性および再現性がよくなり、精度の高いパターンを形成することができる。
【００３２】
レンズ状媒質を構成する物質としては、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｔａ２Ｏ５、ＭｇＦ２、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２などの誘電体膜、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＮｘ、ＳｉＮｘＯｙ、ＴｉＮ、ＩＴＯなどの窒化膜あるいは透明導電体膜を用いることができるが、ＶＣＳＥＬにかかる応力を最低限に抑える事ができるＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＮｘ、ＳｉＮｘＯｙといったシリコン窒化膜を用いることが望ましい。
【００３３】
レンズ状媒質１２４の曲率半径ｒの範囲としては、高次モードが効率良く屈折され、かつ加工制御性が容易である、５μm以上、２０００μm以下が望ましく、より好ましくは１００μm以上、１０００μm以下である。特に曲率半径ｒが、５μm未満になると、加工時に上部半導体多層反射鏡にまでダメージが入り、好ましくない。
【００３４】
さらにレンズ状媒質１２４は、コンタクト層１１２内、すなわち、上部電極１１４の出射口１１６を規定する開口部の径ｄ１の直下に形成されているとともに、径ｄ１が酸化領域１２２によって包囲された酸化アパーチャ（ＡｌＡｓ層１０８）の開口部の径ｄ２より小さい構造を取ることが好ましい。径ｄ１を径ｄ２より小さくすることで、広がり角が低くなる上、特に低温における変調特性にすぐれたＶＣＳＥＬを得ることができる。低温時に良好な変調特性が得られる理由は、活性層領域に一部電極部が重なることにより、低温時には活性層周辺部に偏在しているキャリアがより活性層中心部に移動されやすいことができるためであると思われる。ただし、レンズ状媒質によって屈折された高次モードが上部電極１１４によって遮蔽されない範囲であることが好ましい。
【００３５】
上部電極１１４の開口部（出射口１１６）の径ｄ１は、開口部の平面形状が円であるときは、その直径をいい、楕円形状であるときは、長径と短径の平均値をいい、矩形状であるときは２つの対角線の平均値をいう。酸化アパーチャの径ｄ２についても同様に定義される。レンズ状媒質１２４の外形は、好ましくは、出射口１１６の形状に対応し、出射口１１６が円形状であれば、レンズ状媒質１２４の外形は円形状である。
【００３６】
出射口１１６の開口径ｄ１としては、５μｍ以上、３０μｍ以下が好ましいが、酸化アパーチャの開口径ｄ２よりも小さい開口径を有している方が、キャリアが活性層全面に均一に分布する傾向を示し、特に低温における広がり角の増加を抑制することができる。従って、酸化アパーチャの開口径ｄ２としては、５μｍ以上、２０μｍ以下が好ましく、より好ましくは７μｍ以上、１５μｍ以下である。５μｍ未満となると、ＶＣＳＥＬの静電耐圧が下がり、また２０μｍを超えると高速応答性が下がる傾向を示すためである。
【００３７】
また、電流狭窄構造としては、表面から水素イオンを照射することで部分的に電気伝導度を低下させるインプラ型のＶＣＳＥＬ、ＡｌＡｓ層１０８を外側から酸化して絶縁層を形成する酸化型ＶＣＳＥＬなどの公知の方法から適宜選択することができる。好ましくは、消費電力が小さく、電流−光出力特性にキンクが現れない、高速応答性に優れた特性を有する酸化による高抵抗化領域を含む電流狭窄部を備えることが好ましい。
【００３８】
レンズ状媒質１２４と接合面を有するコンタクト層１１２の膜厚を図２を用いて説明する。コンタクト層１１２は、その表面の一部が曲面状もしくは球面状に除去された窪み１３０と、除去されていない平坦な上面１３２とを有する。平坦な上面１３２での膜厚をＴ１、コンタクト層１１２の中心部分の膜厚をＴ２とする。膜厚Ｔ１は、コンタクト層１１２の最大膜厚であり、この厚さＴ１は、５０ｎｍ以上であり５００ｎｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以上であり３００ｎｍ以下である。最大膜厚Ｔ１が５００ｎｍを超えると、高次モードがコンタクト層１１２において吸収され、放射されなくなり、５０ｎｍ未満であると高次モードがレンズ状媒質１２４との境界面で十分に屈折せず、広がり角の低減およびモードパーティションノイズの低減効果が低くなる。
【００３９】
さらにコンタクト層１１２の膜厚Ｔ１とコンタクト層１１２の直下の上部半導体多層膜１１０の最上層の和がλ/（４ｎeff）の奇数倍に略等しければ、共振器としての機能を損なうことなくレーザ発振するために特に望ましい。ここでλは発振波長、ｎeffはコンタクト層および上部半導体多層膜の最上層の膜厚および屈折率により決定される実効屈折率を指す。
【００４０】
また、コンタクト層１１２の中心部分の膜厚Ｔ２は、最小膜厚である。膜厚Ｔ２は、５０ｎｍ以下が望ましく、より望ましくは２０ｎｍ以下である。最小膜厚が５０ｎｍを超えると低次モードが吸収され、光出力が不十分になる。膜厚Ｔ２は、コンタクト層１１２が全てエッチングされた状態、すなわちゼロを含む。
【００４１】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図３Ａは、第２の実施例に係るＶＣＳＥＬの断面を示し、図３Ｂは、レンズ状媒質の模式的な拡大断面図である。第１の実施例のＶＣＳＥＬとの相違点は、レンズ状媒質の形状であり、言い換えれば、コンタクト層１１２の窪みの形状である。レンズ状媒質１４０は、基板側に凸状面を有しているが、当該凸状面は、レンズ状媒質１４０の円周方向の周辺部１４２のみに曲面を有し、周辺部１４２以外の領域１４４に平坦な面を有している。この場合、コンタクト層１１２の厚さＴ１、Ｔ２は、図２に示す好ましい条件に従うが、コンタクト層１１２の窪み１３０における膜厚Ｔ２は、一定の厚さを有していても良いし、厚さがゼロとなって下地を露出させてもよい。
【００４２】
第２の実施例によるレンズ状媒質１４０であっても、第１の実施例と同様に、光軸から離れた位置で生成される高次モード光が、レンズ状媒質の周辺部１４２の曲面によって光軸方向に屈折され、出射口１１６から出射させることが可能であり、これにより、マルチモードのすべてのモードを出射させ、かつ、広が角度を抑制することが可能である。
【００４３】
次に、本発明の第３の実施例に係るＶＣＳＥＬの断面構造を図４に示す。第３の実施例のＶＣＳＥＬは、第１の実施例のＶＣＳＥＬのコンタクト層１１２の直下にエッチストップ層１５０を介在させており、それ以外の構成は同様である。レンズ状媒質１２４を形成するに際して、コンタクト層１１２の表面の一部に窪み１３０（図２を参照）を形成する。このとき、中心部の膜厚Ｔ２はゼロであってもよいが、そのエッチングを精度良く制御することが難しいので、エッチストップ層１５０を介在させることで、オーバーエッチによる下地の半導体多層反射膜に対するダメージを防ぐものである。エッチストップ層１５０の材料は、コンタクト層１１２との良好なエッチング選択比があるものを用いる。
【００４４】
なお、第１の実施例に係るＶＣＳＥＬのみならず、第２の実施の例に係るＶＣＳＥＬにおいてもエッチストップ層を介在させることができる。
【００４５】
次に、本発明の第４の実施例について説明する。第４の実施例は、上記した第第３の実施例のＶＣＳＥＬの製造方法に関し、これを図５ないし図１２を参照して説明する。図５に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ型のＧａＡｓ基板１０２の（１００）面上にｎ型のＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層とｎ型のＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層との複数層積層体よりなる下部半導体多層反射膜１０４とアンドープのＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層よりなるスペーサ層、アンドープのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層よりなる障壁層、及びアンドープのＧａＡｓ層よりなる量子井戸層との積層体よりなる活性領域１０６と、ｐ型のＡｌＡｓ層１０８、ｐ型のＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層とｐ型のＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層との複数層積層体よりなる上部多層反射膜１１０、ＧａＩｎＰよりなるエッチストップ層１５０、およびｐ型のＧａＡｓ層よりなるコンタクト層１１２とを順次積層する。
【００４６】
下部半導体多層反射鏡１０４は、ｎ型のＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層とｎ型のＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層との複数層積層体よりなるが、各層の厚さはλ／４ｎr (但し、λは発振波長、ｎrは媒質中の光学屈折率)に相当し、混晶比の異なる層を交互に３６．５周期積層してある。ｎ型不純物として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。
【００４７】
活性領域１０６は、アンドープのＧａＡｓ層よりなる厚さ８ｎｍの量子井戸活性層とアンドープのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層よりなる厚さ５ｎｍの障壁層とを交互に積層した（但し、外層は障壁層）積層体が、アンドープのＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層よりなるスペーサ層の中央部に配置され、量子井戸活性層と障壁層とを含むスペーサ層の膜厚がλ／４ｎrの整数倍となるよう設計されている。このような構成の活性領域１０６からは、波長８５０ｎｍの放射光が得られる。
【００４８】
上部半導体多層反射鏡１１０は、ｐ型のＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層とｐ型のＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層との複数半導体層からなる積層である。各層の厚さは、下部半導体多層反射膜１０４と同様に、λ／４ｎrであり、混晶比の異なる層を交互に２２周期で積層してある。この周期数は、下層に設けたＡｌＡｓ層１０８、および上層に設けたコンタクト層１１２を加えた数である。ただし、ＡｌＡｓ層１０８に関しては、膜厚λ／４ｎrを構成する材料がすべてＡｌＡｓからなる必然性はなく、反対にＡｌＡｓ層１０８が必要以上に厚いと光学的散乱損失が増えるといった問題を生じる場合がある。従って、ここではＡｌＡｓ層１０８は厚さ３０ｎｍとして、残りの部分はＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとした。ｐ型不純物として炭素をドーピングした後のキャリア濃度は、３×１０18ｃｍ-3である。
【００４９】
ＧａＩｎＰよりなるエッチストップ層１５０は、ドライエッチング時にオーバーエッチングした場合でも下地上部多層反射膜に対するダメージを防ぐ機能を有するためのものである。ｐ型のＧａＡｓ層よりなるコンタクト層１１２は、厚さ２００ｎｍ、p型不純物としてドーピングした亜鉛のキャリア濃度は、１×１０19ｃｍ-3である。
【００５０】
次に、半導体基板１０２上に下部半導体多層反射膜１０４、活性領域１０６、ＡｌＡｓ層１０８、エッチストップ層１５０およびコンタクト層１１２を含む上部半導体多層反射膜１１０を積層したレーザ基板を成長室から取り出し、コンタクト層１１２上に、レジストなどのマスクを用いることで曲面状のパターンを形成する。
【００５１】
図６Ａに示すように、上部半導体多層反射鏡１１０の最上層であるコンタクト層１１２上に凸状面の窪みを有するレジストなどのマスクパターン２００を形成した後に、図６Ｂに示すように、マスクパターン２００の形状がそのまま下地のコンタクト層１１２に転写されるように、マスクパターン２００とコンタクト層１１２をドライエッチングする。そして、マスクパターン２００を除去すると、図６Ｃに示すように、球面状もしくは曲面状の窪み１３０を有するコンタクト層１１２が形成される。
【００５２】
凸状面の窪みを有するマスクパターンの形成方法としては、例えば、ポジ型のレジストをマスクとして用いる場合には、露光エネルギーを弱めに設定したうえで露光部レジストが全て消失される手前まで現像する方法がある。あるいは、ドットの粗密もしくは銀原子の濃度が局所的に制御されたグレースケールマスク（光透過率が異なるマスク）を用いてレジストを露光することにより、中央に曲面状の傾斜をもったマスクパターンを形成することができる。
【００５３】
こうして、半導体積層体の表面に窪み１３０が形成される（図７参照）。次に、図８に示すように、窪み１３０を含むコンタクト層１１２上に、ＳｉＮ等などからなる窒化膜２０２を所定の膜厚で形成する。窒化膜２０２は、窪み１３０を十分に覆う程度の膜厚とする。
【００５４】
次に、図９に示すように、ＣＭＰ等の平坦化処理により窒化膜２０２およびコンタクト層１１２の一部を除去し、コンタクト層１１２の窪み１３０内に窒化膜２０２を残す。コンタクト層１１２の上面は平坦な面を形成し、その表面の一部に基板側に凸状面を有するレンズ状媒質１２４が形成される。
【００５５】
次に、フォトリソグラフィと異方性エッチングによる加工を行い、図１０に示すような円柱状のポスト１１８を形成する。この時のエッチングの深さは、活性領域１０６の一部に到達するまでとしたが、これは後段の酸化工程により、ＡｌＡｓ層１０８をポストの側面から酸化させるためである。つまり、酸化型ＶＣＳＥＬの場合、ポスト側面から少なくともＡｌＡｓ層１０８が露出していれば良く、エッチングの深さは、活性領域１０６を越えて下部半導体多層反射膜１０４の一部にまで延びても良い。
【００５６】
基板上にポスト１１８を形成した後、図１１に示すように、窒素を含むキャリアガス（流量：２リットル／分）とする３４０℃の水蒸気雰囲気に半導体基板を４０分間晒し、酸化処理を行う。上部多層反射膜１１０の一部を構成するＡｌＡｓ層１０８は、同じくその一部を構成するＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層やＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層と比べ著しく酸化速度が速い。このため、ポスト内の一部である活性領域１０６の直上部分にポスト形状を反映した円形状の酸化領域１２２が形成され、酸化されずに残った非酸化領域（酸化アパーチャ）が電流注入領域あるいは導電領域となる。すなわち酸化領域20は電流狭窄部となるが、同時に周囲の半導体層に比べ光学屈折率が半分程度となることから、光閉じ込め領域としても機能する。
【００５７】
その後、露出したポスト側面を含む基板上面にシリコン酸化物などからなる絶縁膜を形成した後、ポスト頂部の一部分のみコンタクト層１１２を露出させるために絶縁膜をパターニングしてこれを除去し、図１２に示すように層間絶縁膜１２０を形成する。この際、ポスト頂部は平坦な面であるため、層間絶縁膜１２０の膜厚を均一にし、かつ密着性を高めることができる。
【００５８】
続いて、図４に示すようにコンタクト層１２２と電気的な接触を得るように、ポスト頂部にｐ型の上部電極１１４を形成する。上部電極１１４は、中央に円形状の開口部すなわち出射口１１６が形成されるようにパターンニングされる。最後に基板１０２の裏面にｎ側電極１００を形成し、第３の実施例に係るＶＣＳＥＬを得る。
【００５９】
次に、本発明の第５の実施例について説明する。第５の実施例は、上記した第２の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法に関する。第４の実施例のときと同様に、半導体基板１０２上に下部半導体多層反射膜１０４、活性領域１０６、ＡｌＡｓ層１０８、上部半導体多層反射膜１１０、エッチストップ層１５２、およびコンタクト層１１２を積層する。第５の実施例では、第４の実施例と異なり、エッチストップ層１５２としてＡｌＡｓを用いる。
【００６０】
複数の半導体を積層した基板を成長室から取り出し、コンタクト層１１２上に、レジストなどのマスクを用いてマスクパターンを形成する。次に、コンタクト層１１２に対して硫酸などエッチャントを用いた等方性ウエットエッチングを施し、図１３に示すようにコンタクト層１１２の周辺部のみ曲面状になる窪みパターンを形成する。コンタクト層１１２の中央部の膜厚Ｔ２は、好ましくは５０ｎｍ以下であり、完全にエッチングにより除去されてもよい。コンタクト層１１２の直下には、ＧａＡｓ層と選択比が異なるＡｌＡｓのエッチストップ層１５２が介在しているので、下地層にエッチングによるダメージが与えられるのが防止される。
【００６１】
以後の工程は、第４の実施例と同様に行われ、最終的に、周縁部のみに曲面を有するレンズ状媒質を備えたＶＣＳＥＬを得ることができる。
【００６２】
なお第５の実施例では、コンタクト層１１２への窪みパターンをウエットエッチングにより形成する例を示したが、等方性ドライエッチングにより形成しても良い。エッチストップ層の材料としては、ウエットエッチングを用いる場合はＡｌＡｓが望ましく、ドライエッチングで加工する場合にはＧａＩｎＰが望ましい。但し、コンタクト層１１２との良好なエッチング選択比が取れれば、上記の限りではない。
【００６３】
このように本発明の実施例によれば、コンタクト層１１２上の層間絶縁膜１２０および上部電極１１４を形成するに際し、基本的にポスト頂部が平坦であるため、均一な膜厚でかつ製造安定性にすぐれたＶＣＳＥＬを再現することができる。
【００６４】
本発明の各実施例において、量子井戸層を構成する材料としてＧａＡｓを用いたが、本発明はこの材料に限定されるものではなく、例えば、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、あるいはＧａＩｎＮＡｓ等の３−５族化合物半導体材料を用いることも可能である。さらに、結晶成長方法としてＭＯＣＶＤ法を用いる場合について述べたが、本発明はこの方法に限定されることなく、他の方法により半導体層の積層を行っても良い。例えば、分子線ビームエピタキシー（ＭＢＥ）法等を用いることができる。
【００６５】
さらに、レンズ状媒質の平坦化処理において、ＣＭＰを用いる例を示したが、これ以外にも、公知のエッチバックによる平坦化処理を行うことも可能である。
【００６６】
次に、本発明の第６の実施例について説明する。第１ないし第５の実施例では、基板上に単一のポストを形成し、ポスト頂部からレーザ光を出射するシングルスポット型のＶＣＳＥＬを示したが、第６の実施例は、図１４に示すように、マルチスポット型のアレイ構造をもつＶＣＳＥＬである。同図に示すように、ｎ型のＧａＡｓウエハ２１０には、複数のチップ２１２が形成され、各チップ２１２には、複数のポスト（またはメサ）２２０がアレイ状に形成されている。図の例は、一例として３×３のマトリックス状に配列したポスト２２０を示しているが、ポストの数および配列は、目的や用途に応じて適宜変更することができる。配列は、１次元的（線形状）なものであってもよい。
【００６７】
図１５は、マルチスポット型のＶＣＳＥＬを駆動する回路の構成を示す図である。レーザーダイオード・ドライバ（ＬＤＤ）２３０は、入力された駆動制御信号に応答して基板上に形成された複数のポスト２２０−１〜２２０−ｎに対して同一の駆動信号２４０を供給する。この同一の駆動信号２４０は、ＶＣＳＥＬのｎ側電極１００および各ポストのｐ側電極１１４に共通に電気的に接続されている。これにより、各ポストが同時に駆動され、ポスト頂部の出射口１１６を介して基板と垂直方向に複数のレーザ光が同時に出射される。ＬＤＤ２３０の駆動信号２４０は、光信号に変換され、全体として１つの光信号として、例えば、光ファイバ等に入射される。
【００６８】
次に、本発明の第７の実施例に係るマルチスポット型のＶＣＳＥＬの光モジュールについて説明する。図１６は、本実施例の光モジュールを模式的に示す図である。ポスト（発光部）をアレイ状に配列したＶＣＳＥＬアレイチップ２５０は、リードフレーム２５２のマウント部に導電性接着剤等を介してマウントされ、チップ上の電極とリードフレーム側電極がボンディングワイヤにより電気的に接続され、その後、エポキシ系樹脂などの材料によりポッティングもしくはモールドされる。樹脂封止する材料は、ポストから出射される波長の光に対して透過性のあるものを用いることができる。
【００６９】
トリムおよびフォーム工程を経た上で、ＶＣＳＥＬアレイ２５０を駆動しながら、光ファイバ２５４をバットカップリングにより結合効率が最大になるようにコネクタ２５６を介してアライメントする。ここでは、１本の光ファイバに対して、マルチスポット型の複数のポストから出射された複数のレーザ光が入射される状態を示している。これにより、光ファイバ２５４およびＶＣＳＥＬアレイ２５０からなる光モジュール２６０を得ることができる。
【００７０】
特に、本実施例の表面発光型レーザの構造は、上部半導体反射鏡が下部半導体反射鏡側に凸状面を有するレンズ状媒質を含むため、各表面発光型レーザの出射口と光ファイバとの結合効率のばらつきが少なく、データ信号の品質ばらつきが少ない安定した光モジュールを得ることができる。なお、アレイチップ２５０は、樹脂封止以外にも、カン封止やセラミック封止とすることも可能である。
【００７１】
図１７は、シングルスポットまたはマルチスポットのＶＣＳＥＬチップを実装したパッケージの構成を示す断面図である。パッケージ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、チップ３１０の裏面に形成されたｎ側電極に電気的に接続され、他方のリード３４２は、チップ３１０の表面に形成されたｐ側電極にボンディングワイヤ等を介して電気的に接続される。
【００７２】
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のアレイ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の各メサから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からのレーザ光の放射角度θ内にボールレンズ３６０が含まれるように調整される。なお、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を含ませるようにしてもよい。
【００７３】
図１８は、他のパッケージの構成を示す図であり、好ましくは、後述する空間伝送システムに使用される。同図に示すパッケージ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からのレーザ光の放射角度θ以上になるように調整される。
【００７４】
図１９は、図１７に示すパッケージまたはモジュールを光送信装置に適用したときの構成を示す断面図である。光送信装置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。
【００７５】
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、光送信装置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、光送信装置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。
【００７６】
図２０は、図１８に示すパッケージを空間伝送システムに用いたときの構成を示す図である。空間伝送システム５００は、パッケージ３００と、集光レンズ５１０と、拡散板５２０と、反射ミラー５３０とを含んでいる。集光レンズ５１０によって集光された光は、反射ミラー５３０の開口５３２を介して拡散板５２０で反射され、その反射光が反射ミラー５３０へ向けて反射される。反射ミラー５３０は、その反射光を所定の方向へ向けて反射させ、光伝送を行う。マルチスポット型のＶＣＳＥＬを用いることで、高出力で広がり角が抑制されたレーザ光を光伝送に用いることができる。
【００７７】
図２１は、ＶＣＳＥＬを光源に利用した光伝送システムの一構成例を示す図である。光伝送システム６００は、マルチスポット型ＶＣＳＥＬが形成されたチップ３１０を含む光源６１０と、光源６１０から放出されたレーザ光の集光などを行う光学系６２０と、光学系６２０から出力されたレーザ光を受光する受光部６３０と、光源６１０の駆動を制御する制御部６４０とを有する。制御部６４０は、ＶＣＳＥＬを駆動するための駆動パルス信号を光源６１０に供給する。光源６１０から放出された光は、光学系６２０を介し、光ファイバや空間伝送用の反射ミラーなどにより受光部６３０へ伝送される。受光部６３０は、受光した光をフォトディテクターなどによって検出する。受光部６３０は、制御信号６５０により制御部６４０の動作（例えば光伝送の開始タイミング）を制御することができる。本発明によるマルチスポット側のＶＣＳＥＬは、すべての領域において大きな出力低下のないビームプロファイルを有しているため、受光部６３０は、どの領域においても適切にレーザ光の検出を行うことができる。
【００７８】
次に、光伝送システムに利用される光伝送装置の構成について説明する。図２２は、光伝送装置の外観構成を示す図であり、図２３はその内部構成を模式的に示す図である。光伝送装置７００は、ケース７１０、光信号送信／受信コネクタ接合部７２０、発光／受光素子７３０、電気信号ケーブル接合部７４０、電源入力部７５０、動作中を示すＬＥＤ７６０、異常発生を示すＬＥＤ７７０、ＤＶＩコネクタ７８０、送信回路基板／受信回路基板７９０を有している。
【００７９】
光伝送装置７００を用いた映像伝送システムを図２４および図２５に示す。これらの図において、映像伝送システム８００は、映像信号発生装置８１０で発生された映像信号を、液晶ディスプレイなどの画像表示装置８２０に伝送するため、図２２に示す光伝送装置を利用している。すなわち、映像伝送システム８００は、映像信号発生装置８１０、画像表示装置８２０、ＤＶＩ用電気ケーブル８３０、送信モジュール８４０、受信モジュール８５０、映像信号伝送光信号用コネクタ８６０、光ファイバ８７０、制御信号用電気ケーブルコネクタ８８０、電源アダプタ８９０、ＤＶＩ用電気ケーブル９００を含んでいる。
【００８０】
上記映像伝送システムでは、映像信号発生装置８１０と送信モジュール８４０、および受信モジュール８５０と画像表示装置８２０の間を電気ケーブル８３０、９００による電気信号の伝送としたが、これらの間の伝送を光信号により行うことも可能である。例えば、電気−光変換回路および光−電気変換回路をコネクタに含む信号送信用ケーブルを電気ケーブル８３０、９００の代わりに用いるようにしてもよい。
【００８１】
上記実施例は例示的なものであり、これによって本発明の範囲が限定的に解釈されるべきものではなく、本発明の構成要件を満足する範囲内で他の方法によっても実現可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明に係る表面発光型半導体レーザは、基板上に単一もしくは二次元アレイ状に配列され、光通信や光記録等の光源等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】図１Ａは、本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの構成を示す断面図、図１Ｂは、ＶＣＳＥＬの模式的な上面図である。
【図２】コンタクト層の膜厚を説明するための図である。
【図３】図３Ａは、第２の実施例に係るＶＣＳＥＬの構成を示す断面図、図３Ｂは、レンズ状媒質の模式的な拡大断面図である。
【図４】本発明の第３の実施例に係るＶＣＳＥＬの構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第４の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の第４の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明の第４の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の第４の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１１】本発明の第４の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１３】本発明の第５の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１４】本発明の第６の実施例に係るマルチスポット型のアレイ構造を有するＶＣＳＥＬを説明する図である。
【図１５】マルチスポット型のＶＣＳＥＬの駆動回路の例を示す図である。
【図１６】本発明の第７の実施例に係る光モジュールの模式的な完成図である。
【図１７】ＶＣＳＥＬが形成された半導体チップを実装したパッケージの構成を示す概略断面図である。
【図１８】他のパッケージの構成を示す概略断面図である。
【図１９】図１７に示すパッケージを用いた光送信装置の構成を示す断面図である。
【図２０】空間伝送システムの構成を示す図である。
【図２１】光伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図２２】光伝送装置の外観構成を示す図である。
【図２３】光伝送装置の内部構成を示し、同図(ａ)は上面を切り取ったときの内部構造を示し、同図（ｂ）は側面を切り取ったときの内部構造を示している。
【図２４】図２２の光伝送装置を利用した映像伝送システムを示す図である。
【図２５】図２２の映像伝送システムを裏側から示した図である。
【図２６】従来のＶＣＳＥＬの構成を示す断面図である。
【図２７】従来のＶＣＳＥＬの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１００：ｎ側電極                      １０２：ＧａＡｓ基板
１０４：下部半導体多層反射鏡          １０６：活性領域
１０８：ＡｌＡｓ層                    １１０：上部半導体多層反射鏡
１１２：コンタクト層                  １１４：上部電極
１１６：出射口                        １１８：ポスト（メサ）
１２０：層間絶縁膜                    １２２：酸化領域
１２４、１４０：レンズ状媒質          １３０：窪み
１３２：平坦な上面                    １４２：周辺部
１５０、１５２：エッチングストップ層  ２００：マスクパターン
２０２：窒化膜
ｄ１：上部電極の開口部の径
ｄ２：ＡｌＡｓ層の開口部の径
【図１】
2006049829.tif 000003
【図２】
2006049829.tif 000004
【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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【図２６】
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【図２７】
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