(57)【要約】      （修正有）【課題】高次横モード発振を抑制し高出力の基本横モード発振を得ることができる面発光型半導体レーザを提供する。【解決手段】面発光型半導体レーザ１０は、基板１００と、ｎ型の下部ＤＢＲ１０２と、活性領域１０４と、ｐ型の上部ＤＢＲ１０６と、基板上に形成されたメサＭと、メサＭ内に形成され、選択的に酸化された酸化領域１０８Ａによって囲まれた導電領域１０８Ｂを有する電流狭窄層１０８と、メサＭの頂部に形成され、光出射口１１０Ａを規定する環状のｐ側電極１１０と、第１の屈折率を有し光出射口１１０Ａを覆う第１の絶縁膜１１２と、第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率を有し、第１の絶縁膜上に形成された円形状の第２の絶縁膜１１８とを有する。【選択図】図１
2011124314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
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、
活性領域上に形成された第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、前記第２の半導体多層膜反射鏡から前記第１の半導体多層膜反射鏡に至る柱状構造と、
前記柱状構造内に形成され、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と、
前記柱状構造の頂部に形成され、前記第２の半導体多層膜反射鏡と電気的に接続され、かつ光出射口を規定する環状の第１の電極と、
発振波長を透過可能である第１の屈折率を有する材料から構成され、前記光出射口を覆うように前記第１の電極上に形成された第１の絶縁膜と、
発振波長を透過可能でありかつ第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率を有する材料から構成され、前記第１の絶縁膜上に形成され、かつ前記導電領域の径よりも小さい径を有する円形状の第２の絶縁膜と、
を有する面発光型半導体レーザ。
【請求項２】
第２の半導体多層膜反射鏡を構成する半導体層の発振波長に対する第３の屈折率は、第２の屈折率よりも大きい、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項３】
面発光型半導体レーザはさらに、前記柱状構造の側壁および頂部の一部を覆う第３の絶縁膜を有し、第３の絶縁膜と第１の絶縁膜との間には、前記第１の電極と接続するための開口が形成される、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項４】
前記第３の絶縁膜は、前記第２の絶縁膜と同一の材料から構成される、請求項３に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項５】
前記導電領域の径は、少なくとも５μｍを有する、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】
基板上に柱状構造を有する面発光型半導体レーザの製造方法であって、
基板上に、第１導電型の第１の半導体多層膜反射鏡、活性領域、導電性の電流狭窄層、第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡を含む半導体層を積層し、
光出射口を規定する環状の第１の電極を前記第２の半導体多層膜反射鏡上に形成し、
発振波長に対して第１の屈折率を有する材料から構成され、前記第１の電極の光出射口を覆うように前記第１の電極上に第１の絶縁膜を形成し、
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前記半導体層をエッチングし、前記第１の電極および第１の絶縁膜を頂部に含む前記柱状構造を前記基板上に形成し、
前記柱状構造内の電流狭窄層を選択的に酸化し、電流狭窄層内に酸化領域と当該酸化領域によって囲まれた導電領域を形成し、
前記柱状構造を含む基板全体に、前記第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率を有する材料から構成される第２の絶縁膜を形成し、
前記柱状構造の頂部の第２の絶縁膜を選択的に除去することで、前記第１の絶縁膜上に前記導電領域の中心と一致しかつ前記導電領域の径よりも小さい第２の絶縁膜のパターンと前記第１の電極を露出させる開口とを形成する、
面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項７】
前記第２の半導体多層膜反射鏡を構成する半導体層の発振波長に対する第３の屈折率は、第２の屈折率よりも大きい、請求項７に記載の製造方法。
【請求項８】
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９】
請求項８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１０】
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、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求められている。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、光出射口内に透明な層を形成したりまたはレンズを形成することで、高次横モードを抑制し高出力の基本横モード発振を実現した面発光型半導体レーザ（特許文献１、２、３）や、活性領域と反射鏡の間に高次横モードを抑制する部分を形成した面発光型半導体レーザ（特許文献４）などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１５６３９５号公報
【特許文献２】特開２００８−４１７７７号公報
【特許文献３】特開２００６−２１０４２９号公報
【特許文献４】特開２００４−６３６５７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、高次横モード発振を抑制し高出力の基本横モード発振を得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】
【０００５】
請求項１に係る面発光型半導体レーザは、基板と、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、活性領域上に形成された第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、前記第２の半導体多層膜反射鏡から前記第１の半導体多層膜反射鏡に至る柱状構造と、前記柱状構造内に形成され、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と、前記柱状構造の頂部に形成され、前記第２の半導体多層膜反射鏡と電気的に接続され、かつ光出射口を規定する環状の第１の電極と、発振波長を透過可能である第１の屈折率を有する材料から構成され、前記光出射口を覆うように前記第１の電極上に形成された第１の絶縁膜と、発振波長を透過可能でありかつ第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率を有する材料から構成され、前記第１の絶縁膜上に形成され、かつ前記導電領域の径よりも小さい径を有する円形状の第２の絶縁膜とを有する。
請求項２において、第２の半導体多層膜反射鏡を構成する半導体層の発振波長に対する第３の屈折率は、第２の屈折率よりも大きい。
請求項３において、面発光型半導体レーザはさらに、前記柱状構造の側壁および頂部の一部を覆う第３の絶縁膜を有し、第３の絶縁膜と第１の絶縁膜との間には、前記第１の電極と接続するための開口が形成される。
請求項４において、前記第３の絶縁膜は、前記第２の絶縁膜と同一の材料から構成される。
請求項５において、前記導電領域の径は、少なくとも５μｍを有する。
請求項６に係る、基板上に柱状構造を有する面発光型半導体レーザの製造方法は、基板上に、第１導電型の第１の半導体多層膜反射鏡、活性領域、導電性の電流狭窄層、第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡を含む半導体層を積層し、光出射口を規定する環状の第１の電極を前記第２の半導体多層膜反射鏡上に形成し、発振波長に対して第１の屈折率を有する材料から構成され前記第１の電極の光出射口を覆うように前記第１の電極上に第１の絶縁膜を形成し、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前記半導体層をエッチングし、前記第１の電極および第１の絶縁膜を頂部に含む前記柱状構造を前記基板上に形成し、前記柱状構造内の電流狭窄層を選択的に酸化し、電流狭窄層内に酸化領域と当該酸化領域によって囲まれた導電領域を形成し、前記柱状構造を含む基板全体に、前記第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率を有する材料から構成される第２の絶縁膜を形成し、前記柱状構造の頂部の第２の絶縁膜を選択的に除去することで、前記第１の絶縁膜上に前記導電領域の中心と一致しかつ前記導電領域の径よりも小さい第２の絶縁膜のパターンと前記第１の電極を露出させる開口とを形成する。
請求項７において、前記第２の半導体多層膜反射鏡を構成する半導体層の発振波長に対する第３の屈折率は、第２の屈折率よりも大きい。
請求項８に係る面発光型半導体レーザ装置は、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する。
請求項９に係る光伝送装置は、請求項８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る。
請求項１０に係る情報処理装置は、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。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１によれば、第２の絶縁膜を持たない面発光型半導体レーザと比較して、高次横モード発振を抑制し基本横モード発振を促進させることができる。
請求項２によれば、第２の半導体多層膜反射鏡の第２の絶縁膜が存在する領域の反射率を第２の絶縁膜が存在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３によれば、第３の絶縁膜により柱状構造を保護することができる。
請求項４によれば、第２の絶縁膜と第３の絶縁膜を同時に形成することができる。
請求項５によれば、高次横モード発振させることで光出力を大きくすることができる。
請求項６によれば、簡単な工程で第２の絶縁膜を第１の絶縁膜上に形成することができる。
請求項７によれば、第２の半導体多層膜反射鏡の第２の絶縁膜が存在する領域の反射率を第２の絶縁膜が存在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８ないし１０によれば、高次横モード発振が抑制された面発光型半導体レーザを利用した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を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施例に係る面発光型半導体レーザの平面図とそのＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図１に示す面発光型半導体レーザのメサ頂部を拡大した断面図である。
【図３】第１の絶縁膜と第２の絶縁膜の組合せ例を示す図である。
【図４】図４Ａは、第１の絶縁膜のみが存在する領域の上部ＤＢＲの反射率のシミュレーション結果を示す図、図４Ｂは、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜が積層された領域の上部ＤＢＲの反射率のシミュレーション結果を示す図である。
【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メサ頂部を拡大した断面図である。
【図６】本発明の第３の実施例に係る面発光型半導体レーザの製造工程を説明する断面図である。
【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製造工程を説明する断面図である。
【図８】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９】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１０】図８Ａ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】
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】
【０００９】
図１は、本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略断面図である。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。
【００１０】
ｎ型の下部ＤＢＲ１０２は、例えば、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層とのペアの複数層積層体で、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。
【００１１】
活性領域１０４の下部スペーサ層は、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。
【００１２】
ｐ型の上部ＤＢＲ１０６は、例えば、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層とのペアの複数層積層体で、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。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ＡｌＡｓの電流狭窄層１０８が形成される。
【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。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１１０Ｂ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の外径は、導電領域１０８Ｂの径よりも大きく、また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。光出射口１１０Ａの中心は、メサＭの光軸に一致し、光出射口１１０Ａの径は、導電領域１１０Ｂの径よりも大きい。
【００１５】
ｐ側電極１１０上に、光出射口１１０Ａを覆うように円形状の第１の絶縁膜１１２が形成される。第１の絶縁膜１１２は、発振波長を透過可能な材料から構成される。第１の絶縁膜１１２の外径は、ｐ側電極の外径よりも小さくかつ光出射口１１０Ａの径よりも大きい。これにより、光出射口１１０Ａは、第１の絶縁膜１１２によって完全に覆われるが、ｐ側電極１１０の一部は、第１の絶縁膜１１２によって露出されている。
【００１６】
メサＭの底部、側部および頂部の周縁を覆う層間絶縁膜１１４が形成される。層間絶縁膜１１４の周縁は、ｐ側電極１１０の一部を覆い、その結果、層間絶縁膜１１４と第１の絶縁膜１１２との間には、ｐ側電極１１０を露出させる環状のコンタクトホール１１６が形成される。
【００１７】
さらに第１の絶縁膜１１２上には、発振波長を透過可能な材料から構成された円形状の第２の絶縁膜１１８が形成される。第２の絶縁膜１１８の中心は光軸に一致し、第２の絶縁膜１１８の外径は、導電領域１０８Ｂの径よりも小さく、例えば、導電領域１０８Ｂの径が約５ミクロンであるとき、第２の絶縁膜１１８の径は約３ミクロンである。好ましい例では、第２の絶縁膜１１８は、層間絶縁膜１１４と同一の材料を用いることで同一の工程によって形成することができる。基板１００の裏面には、下部ＤＢＲ１０２と電気的に接続されるｎ側電極１２０が形成される。
【００１８】
図２は、図１のＶＣＳＥＬのメサ頂部の拡大断面図である。本実施例において、第１の絶縁膜１１２の屈折率をｎ１、第２の絶縁膜１１８の屈折率をｎ２、上部ＤＢＲ１０８の半導体層（コンタクト層１０６Ａ）の屈折率をｎ３とすると、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３の関係にある。また、第１の絶縁膜１１２および第２の絶縁膜１１８のそれぞれの膜厚は、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）。
【００１９】
図２に示すように、光出射口１１０Ａによって露出されたコンタクト層１０６Ａ上には、第１の絶縁膜１１２とその上に第２の絶縁膜１１８が積層された円形状の第１の領域Ｚ１と、その周囲に第１の絶縁膜１１２のみが形成された環状の第２の領域Ｚ２が存在する。第１の領域Ｚ１の中心は、導電領域１１０Ｂの中心（光軸）に一致するが、その大きさは、導電領域１１０Ｂの径よりも小さい。第１の領域Ｚ１では、第１の絶縁膜１１２の屈折率ｎ１よりも大きな屈折率ｎ２を有する第２の絶縁膜１１８が形成されているため、第１の領域Ｚ１を含む上部ＤＢＲ１０６の反射率ｒ１は、第２の領域Ｚ２を含む上部ＤＢＲ１０６の反射率ｒ２よりも高くなる。このため、第２の領域Ｚ２を含む上部ＤＢＲ１０６において高次横モード発振が抑制され、第１の領域Ｚ１を含む上部ＤＢＲ１０６において基本横モード発振が促進される。従って、導電領域１１０Ｂの径、すなわち酸化アパーチャ径を、高次横モードが発振するような大きさにし、光出力を大きくすることができる。
【００２０】
好ましくは、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、第１の領域Ｚ１と第２の領域Ｚ２の反射率差（ｒ１−ｒ２）を大きくすることができる。例えば、第１の絶縁膜１１２は、ＳｉＯＮから構成され、第２の絶縁膜１１８は、ＳｉＮから構成される。これ以外にも、第１の絶縁膜１１２および第２の絶縁膜１１８は、図３に示すような組合せから構成されることができる。例えば、第１の絶縁膜１１２がＳｉＯＮから構成されるとき、第２の絶縁膜１１８はＴｉＯ２から構成され、第１の絶縁膜１１２がＳｉＯ２から構成されるとき、第２の絶縁膜１１８はＳｉＮから構成される。
【００２１】
次に、本実施例のＶＣＳＥＬの上部ＤＢＲの反射率のシミュレーション結果を説明する。上部ＤＢＲ１０６は、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層を２４周期を積層しているものとする。図４Ａは、第１の絶縁層１１２としてＳｉＯＮがλ／４の膜厚で形成されたときの第２の領域Ｚ２を含む上部ＤＢＲの反射率ｒ２を示し、図４Ｂは、第１の絶縁膜１１２として膜厚λ／４のＳｉＯＮが形成され、第２の絶縁膜１１８として膜厚λ／４のＳｉＮが形成されたときの第１の領域Ｚ１を含む上部ＤＢＲの反射率ｒ１を示している。図４Ａに示す第２の領域Ｚ２では、７８０ｎｍの波長帯域において反射率ｒ２は、約９９．２％であるのに対し、図４Ｂに示す第１の領域Ｚ１では、７８０ｎｍの波長帯域において反射率ｒ１は、約９９．７％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。このため、第１の領域Ｚ１では、光軸上に発生する基本横モードが発振され易くなり、他方、第２の領域Ｚ２では、光軸から離れた高次横モードの発振が抑制される。第１の領域Ｚ１と第２の領域Ｚ２の反射率ｒ１、ｒ２の差を形成することで、選択的に基本横モード発振が促進され、高次横モード発振が抑制される。当業者であれば、上部ＤＢＲ１０６の周期数や第１および第２の絶縁膜１１２、１１８の材料を選択することで、反射率ｒ１、ｒ２を調整することが可能であることを理解されよう。
【００２２】
図５は、本発明の第２の実施例に係るＶＣＳＥＬの要部断面図である。本実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ａでは、メサＭにテーパが形成され、その径が頂部に向けて徐々に狭くなっている。このようなメサＭのテーパは、適切なエッチング条件を選択することにより実現され得る。メサＭのテーパとともに、第１の絶縁膜１１２の端面、層間絶縁膜１１４の端面、第２の絶縁膜１１８の端面もまたテーパ状に傾斜されている。メサＭをテーパ構造とすることで、付着される層間絶縁膜１１４のステップカバレッジが改善され、層間絶縁膜１１４の断線を防止することができる。また、メサＭの側面と頂部に形成される層間絶縁膜１１４の膜厚をほぼ均一にすることができる。もし、第２の絶縁膜１１８が層間絶縁膜１１４と同一の工程によって形成されるならば、両者の膜厚をλ／４の奇数倍となるように均一に制御することができる。さらにコンタクトホール１１６を介してｐ側電極１１０に接続される金属配線の断線も防止することができる。
【００２３】
次に、本発明の第３の実施例について説明する。第３の実施例は、ＶＣＳＥＬの好ましい製造方法に関し、その製造方法について図６および図７を参照して説明する。先ず、図６に示すように有機金属気相成長(ＭＯＣＶＤ)法により、ｎ型ＧａＡｓ基板１００上に、キャリア濃度２×１０18ｃｍ-3のＡｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓとをそれぞれの膜厚が媒質内波長の１／４となるように交互に４０周期積層したｎ型の下部ＤＢＲ１０２、アンドープのＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓの下部スペーサ層、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、アンドープのＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓの上部スペーサ層で構成された活性領域１０４、キャリア濃度が３×１０18ｃｍ-3のｐ型のＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層とをそれぞれの膜厚が媒質内波長の１／４となるように交互に２４周期積層したｐ型の上部ＤＢＲ１０６が積層される。なお、上部ＤＢＲ１０６の最上層には、キャリア濃度１×１０19ｃｍ-3のｐ型ＧａＡｓ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ＡｌＡｓ層が形成される。ここでは例示しないが、基板１００と下部ＤＢＲ１０２の間に、バッファ層などを介在させてもよい。
【００２４】
次に、公知のフォトリソ工程を用いて、コンタクト層１０６Ａ上にレジストパターンが形成され、リフトオフ工程により、コンタクト層１０６Ａ上にＡｕ／Ｔｉからなる環状のｐ側電極１１０が形成される。次に、ＣＶＤにより基板全面にＳｉＯＮが被着され、ＳｉＯＮをパターンニングすることで、ｐ側電極１１０の開口部である光出射口１１０Ａを覆う円形状の第１の絶縁膜１１２が形成される。このとき、ｐ側電極１１０の内側部分が第１の絶縁膜１１２によって覆われ、それよりも外側部分は露出されている。光出射口１１０Ａは、第１の絶縁膜１１２の被覆によって、以降のプロセスにおいて生じる汚染やパーティクルから保護される。
【００２５】
次に、図６Ｂに示すように、ｐ側電極１１０および第１の絶縁膜１１２を含む領域上にフォトリソ工程を用いて円形状のマスクＭＫ１が形成される。次に、例えば三塩化ホウ素をエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチングにより上部ＤＢＲ１０６から下部ＤＢＲ１０２に至るまで半導体層をエッチングし、円筒状のメサＭが形成される。これにより、メサＭの側面には、上部ＤＢＲ１０６内のＡｌＡｓ層１０８が露出される。次に、例えば３４０℃の水蒸気雰囲気に基板を一定時間晒し酸化処理を行い、メサＭの側面から一定距離だけ酸化された酸化領域１０８ＡがＡｌＡｓ層１０８内に形成される。酸化領域１０８Ａによって囲まれた導電領域１０８Ｂの平面視野の径は、従来の単一横モードに必要とされた径（例えば、３ミクロン）よりも大きく、高次横モードが生じる大きさ、例えば５ミクロンになるように酸化制御される。
【００２６】
次に、マスクＭＫ１を除去し、図７Ａに示すように基板全面にＳｉＮからなる層間絶縁膜１１４が形成される。層間絶縁膜１１４は、メサＭの頂部の膜厚が媒質内波長の１／４となるように調整される。次に、図７Ｂに示すようにフォトリソ工程を用いてマスクＭＫ２が形成され、マスクＭＫ２によって露出された層間絶縁膜１１４がエッチングにより除去される。好ましくは、層間絶縁膜１１４と第１の絶縁膜１１２の選択比がとれるエッチング条件で層間絶縁膜１１４がエッチングされ、例えば、ＳＦ６＋Ｏ２のエッチャントを用いた反応性イオンエッチングが実施される。これにより、メサＭの頂部には、ｐ側電極１１０へのコンタクトホール１１６および第２の絶縁膜１１８のパターンが形成される。その後、コンタクトホール１１６を介してｐ側電極１１０に接続される金属配線が形成され、また基板裏面にｎ側電極が形成される。
【００２７】
本実施例の製造方法によれば、第２の絶縁膜１１８を層間絶縁膜１１４と同時に形成することで、マスクパターンを変更するだけで簡単なプロセスで第２の絶縁膜１１８を形成することができ、低コストでの量産が可能になる。また、第１の絶縁膜１１２によって光出射口１１０Ａ保護した状態でプロセスが進められるため、ＶＣＳＥＬの信頼性にも有利に働く。また、特許文献３に示されるように、コンタクト層をエッチングしその層内に絶縁層を形成する場合には、エッチングの停止を精度良く行うことが困難であり、エッチングされた層の膜厚が一定でなくなると反射率が変動するおそれがあり、再現性のある構成を得ることが難しくなる。
【００２８】
上記実施例では、ＡｌＡｓから構成された電流狭窄層を例示したが、電流狭窄層は、Ａｌ組成を他のＤＢＲのＡｌ組成よりも高くしたＡｌＧａＡｓ層であってもよい。さらに、電流狭窄層の導電領域（酸化アパーチャ）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。さらに上記実施例では、ＧａＡｓ系のＶＣＳＥＬを例示したが、本発明は、他のＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体を用いたＶＣＳＥＬにも適用することができる。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。
【００２９】
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８Ａ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、長共振器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。
【００３０】
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。
【００３１】
図８Ｂ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。
【００３２】
図９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８Ａまたは図８Ｂのように長共振器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。
【００３３】
図１０は、図８Ａ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。
【００３４】
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。
【００３５】
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】
【００３６】
１０、１０Ａ：長共振器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
１１０：ｐ側電極
１１０Ａ：光出射口
１１２：第１の絶縁膜
１１４：層間絶縁膜
１１６：コンタクトホール
１１８：第２の絶縁膜
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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