(57)【要約】      （修正有）【課題】基本横モードを維持しつつ偏光制御を安定化させ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】ＶＣＳＥＬ１０は、ｎ型ＧａＡｓ基板１００と、基板上に形成された下部メサＭ２と、下部メサＭ２上に形成された上部メサＭ１とを含む。上部メサＭ１には、ｐ型の上部ＤＢＲ１０６、ｐ型の酸化制御層１２０、活性層１０４が含まれ、下部メサＭ２には、ｎ型の下部ＤＢＲ１０２、ｎ型の酸化制御層１３０が含まれている。酸化制御層１３０は、酸化制御層１２０よりも活性層１０４に近く、酸化制御層１３０の酸化領域１３０Ａの面積は、酸化制御層１２０の酸化領域１２０Ａの面積よりも大きい。【選択図】図２
2011003820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
基板上に形成されレーザ光の発光部として機能する柱状構造とを含み、
前記柱状構造は、前記基板の主面と平行な面に長軸および短軸を有する形状の下部柱状構造と、前記下部柱状構造上に形成される上部柱状構造と、下部柱状構造または上部柱状構造のいずれかに形成される活性層とを含み、
前記下部柱状構造は、第１導電型の半導体多層膜反射鏡と、下部柱状構造の側壁から選択的に酸化された下部酸化領域によって囲まれた第１導電型の下部導電領域を有する下部酸化制御層を少なくとも含み、
前記上部柱状構造は、第２導電型の半導体多層膜反射鏡と、上部柱状構造の側壁から選択的に酸化された上部酸化領域によって囲まれた第２導電型の上部導電領域を有する上部酸化制御層を少なくとも含み、
前記基板の主面と平行な面内における前記下部酸化領域の面積は、前記上部酸化領域の基板の主面と平行な面内における酸化領域の面積よりも大きく、前記活性層は、前記下部酸化制御層と前記上部酸化制御層との間に位置する、
面発光型半導体レーザ。
【請求項２】
前記下部酸化領域の前記活性層からの距離は、前記上部酸化領域の前記活性層からの距離よりも小さい、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項３】
前記下部酸化領域の先端部は、前記活性層の直下にある、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】
前記上部柱状構造の前記基板の主面と平行な面の任意の位置の径は、前記下部柱状構造の前記長軸および短軸よりも小さく、前記下部導電領域の前記短軸方向の径は、前記上部柱状構造の前記任意の位置の径よりも小さい、請求項１ないし３いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項５】
前記下部酸化領域の前記下部柱状構造の側壁からの酸化距離は、前記上部酸化領域の前記上部柱状構造の側壁からの酸化距離よりも大きい、請求項４に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項６】
前記下部酸化領域の前記活性層からの距離は、前記上部酸化領域の前記活性層からの距離よりも小さく、前記下部酸化領域の酸化領域の終端は、前記活性層よりも内側にあり、前記上部柱状構造の前記基板の主面と平行な面の任意の位置の径は、前記下部柱状構想の前記長軸および短軸よりも小さく、前記下部導電領域の前記短軸方向の径は、前記上部柱状構造の前記任意の位置の径よりも小さく、前記下部酸化領域の前記下部柱状構造の側壁からの酸化距離は、前記上部酸化領域の前記上部柱状構造の側壁からの酸化距離よりも大きい、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項７】
請求項１ないし６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８】
請求項７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９】
請求項１ないし６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。典型的な選択酸化型の面発光型半導体レーザは、選択酸化により酸化アパーチャが形成された電流狭窄層を垂直共振器構造内に配置している。酸化アパーチャは、電極から注入された電流を狭窄し、密度の高い電流を活性領域内に注入する働きがある。また、活性領域で発生した光を酸化アパーチャ内外の屈折率差により発光中心に閉じ込める働きを有している。さらに、光軸と垂直な基板面内において、酸化アパーチャの平面形状を楕円形状とすることで、レーザ光の偏光面を酸化アパーチャの長軸方向に制御している。
【０００３】
シングル横モードならびに偏光安定性をさらに高める策として、面発光型半導体レーザに、酸化アパーチャが形成された酸化制御層を２層設け、第１の酸化制御層を電流狭窄（横モード制御）層として下部の円形メサ内に形成し、第２の酸化制御層を偏光制御層として上部の矩形メサ内に形成している（特許文献１を参照）。また、特許文献２は、基板上に第１柱状部を形成し、第１柱状部の上方に第２柱状部を形成し、第２柱状部の平面形状に異方性を持たせ、偏光制御を行う面発光型半導体レーザを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−８６１７０号
【特許文献２】特開２００７−２４３２１３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、基本横モードを維持しつつ偏光制御を安定化させ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、基板上に形成されレーザ光の発光部として機能する柱状構造とを含み、前記柱状構造は、前記基板の主面と平行な面に長軸および短軸を有する形状の下部柱状構造と、前記下部柱状構造上に形成される上部柱状構造と、下部柱状構造または上部柱状構造のいずれかに形成される活性層とを含み、前記下部柱状構造は、第１導電型の半導体多層膜反射鏡と、下部柱状構造の側壁から選択的に酸化された下部酸化領域によって囲まれた第１導電型の下部導電領域を有する下部酸化制御層を少なくとも含み、前記上部柱状構造は、第２導電型の半導体多層膜反射鏡と、上部柱状構造の側壁から選択的に酸化された上部酸化領域によって囲まれた第２導電型の上部導電領域を有する上部酸化制御層を少なくとも含み、前記基板の主面と平行な面内における前記下部酸化領域の面積は、前記上部酸化領域の基板の主面と平行な面内における酸化領域の面積よりも大きく、前記活性層は、前記下部酸化制御層と前記上部酸化制御層との間に位置する。
請求項２において、前記下部酸化領域の前記活性層からの距離は、前記上部酸化領域の前記活性層からの距離よりも小さい。
請求項３において、前記下部酸化領域の先端部は、前記活性層の直下にある。
請求項４において、前記上部柱状構造の前記基板の主面と平行な面の任意の位置の径は、前記下部柱状構造の前記長軸および短軸よりも小さく、前記下部導電領域の前記短軸方向の径は、前記上部柱状構造の前記任意の位置の径よりも小さい。
請求項５において、前記下部酸化領域の前記下部柱状構造の側壁からの酸化距離は、前記上部酸化領域の前記上部柱状構造の側壁からの酸化距離よりも大きい。
請求項６において、前記下部酸化領域の前記活性層からの距離は、前記上部酸化領域の前記活性層からの距離よりも小さく、前記下部酸化領域の酸化領域の終端は、前記活性層よりも内側にあり、前記上部柱状構造の前記基板の主面と平行な面の任意の位置の径は、前記下部柱状構想の前記長軸および短軸よりも小さく、前記下部導電領域の前記短軸方向の径は、前記上部柱状構造の前記任意の位置の径よりも小さく、前記下部酸化領域の前記下部柱状構造の側壁からの酸化距離は、前記上部酸化領域の前記上部柱状構造の側壁からの酸化距離よりも大きい。
請求項７に係る面発光型半導体レーザ装置は、請求項１ないし６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８に係る光伝送装置は、請求項７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９に係る情報処理装置は、請求項１ないし６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によれば、長軸および短軸を有する下部柱状構造内に形成された下部酸化制御層と上部柱状構造内に形成された上部酸化制御層との間に活性層を持たない面発光型半導体レーザと比較して、レーザ光の基本横モードを制御しつつ偏光制御を安定化させることができる。
請求項２によれば、下部酸化制御層の下部酸化領域の異方性歪を効果的に活性層に与えることができる。
請求項３によれば、下部酸化領域の先端部の歪を効果的に活性層に与えることができる。
請求項４によれば、下部導電領域を取り囲む下部酸化領域の異方性歪を効果的に活性層に与えることができる。
請求項５によれば、本構成を持たない場合と比較して、下部酸化領域の先端部の歪を効果的に活性層に与えることができる。
請求項６によれば、本構成を持たない場合と比較して、安定した偏光制御を提供することができる。
請求項７ないし９によれば、安定した偏光制御の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】
【０００８】
【図１】本発明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のＡ−Ａ線断面図から層間絶縁膜を除去した状態を示す図である。
【図３】本実施例の面発光型半導体レーザの偏光消光比の実験結果を示すグラフである。
【図４】本実施例の面発光型半導体レーザの他の変形例を示す図である。
【図５】本実施例の面発光型半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図６】本実施例の面発光型半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図７】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８】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９】図７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】
【００１０】
図１は、本発明の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略平面図とそのＡ−Ａ線断面図、図２は、図１のＶＣＳＥＬの詳細を説明するＡ−Ａ線断面図であり、層間絶縁膜が取り除かれた状態を示している。
【００１１】
本実施例のＶＣＳＥＬ１０では、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型の分布ブラック型反射鏡（Distributed Bragg Reflector：以下、ＤＢＲという）１０２、上部および下部スペーサ層１０４Ａに挟まれた活性層１０４、活性層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が積層されている。
【００１２】
基板１００上には、楕円形状の上部メサ（柱状構造）Ｍ１と矩形状の下部メサ（柱状構造）Ｍ２が形成されている。下部メサＭ２は、基板１００の主面と平行な面内において長手方向（長軸）と短手方向（短軸）の長さが異なる矩形状を有している。上部メサＭ１は、基板１００の主面と平行な面内において長軸と短軸を有する楕円形状を有し、下部メサＭ２上に形成されている。下部メサＭ２の長軸方向と上部メサＭ１の長軸方向は一致し、さらに、下部メサＭ２の中心（基板の主面と平行な面における対角線の交点）と、上部メサＭ１の中心（基板の主面と平行な面における長軸と短軸との交点）とは一致し、これらの中心は、ＶＣＳＥＬ１０の光軸となる。
【００１３】
上部メサＭ１および下部メサＭ２は、後述するように、公知にフォトリソ工程を用い半導体層をエッチングすることによって形成される。上部メサＭ１は、上部ＤＢＲ１０６から下部ＤＢＲ１０２の一部を含んでいる。但し、上部メサＭ１は、必ずしも下部ＤＢＲ１０２まで至らず、活性層１０４までを含むものであってもよい。下部メサＭ２は、上部メサＭ１によって露出された半導体層から下部ＤＢＲ１０２の底部または基板１００に至るまで加工される。
【００１４】
上部ＤＢＲ１０６の最上層には、ｐ型のＧａＡｓからなるコンタクト層１０６Ａが形成される。コンタクト層１０６Ａ上には、ＡｕまたはＡｕ／Ｔｉ等の環状のｐ側電極１０８が形成され、ｐ側電極１０８は、コンタクト層１０６Ａにオーミック接続される。ｐ側電極１０８の開口部１０８Ａは、レーザ光を出射する出射窓として機能する。また、上部ＤＢＲ１０６内には、ｐ型のＡｌＡｓまたはＡｌＧａＡｓからなる酸化制御層１２０が形成されている。酸化制御層１２０は、上部メサＭ１の側壁から酸化距離ｄ１で選択的に酸化された酸化領域１２０Ａと、当該酸化領域１２０Ａによって囲まれた（酸化アパーチャ（導電領域）１２０Ｂとを有する。酸化は、上部メサＭ１の側壁からほぼ一様に内部に進行するため、酸化アパーチャ１２０Ｂの平面形状は、上部メサＭ１の外形を反映した楕円形状となる。
【００１５】
下部ＤＢＲ１０２には、ｎ型のＡｌＡｓまたはＡｌＧａＡｓからなる酸化制御層１３０が形成されている。酸化制御層１３０は、下部メサＭ２の側壁から酸化距離ｄ２で選択的に酸化された酸化領域１３０Ａと、当該酸化領域１３０Ａによって囲まれた酸化アパーチャ（導電領域）１３０Ｂとを有する。酸化アパーチャ１３０Ｂの平面形状は、下部メサＭ２の外形を反映した矩形状となる。
【００１６】
下部メサＭ２および上部メサＭ１を含む基板全体にＳｉＮｘ等の層間絶縁膜１１０が形成される。上部メサＭ１の頂部において、層間絶縁膜１１０には、コンタクトホール１１２が形成され、ｐ側電極１０８の一部が露出される。露出されたｐ側電極１０８は、図示しない配線金属に接続される。また、基板１００の裏面には、ｎ側電極１１４が形成されている。
【００１７】
上部メサＭ１および下部メサＭ２は、上部ＤＢＲ１０６および下部ＤＢＲ１０２により基板上に垂直共振器を構成する。ｐ側電極１０８およびｎ側電極１１４に順方向の駆動電流が印加されると、活性層１０４で発生した光が垂直共振器で増幅され、上部メサＭ１の開口部１０８Ａから偏光制御されたシングル横モードのレーザ光が出射される。このとき、酸化制御層１２０は、主として横モードを制御する層として機能し、酸化制御層１３０は、主として偏光を制御する層として機能する。
【００１８】
酸化制御層の歪応力は、ＴＥＭ像の解析から酸化領域が大きいほど、大きくなること、また、歪が最も集中する部位は、酸化領域の先端部であることを見い出した。これにより、酸化型ＶＣＳＥＬにおいて、偏光制御の効果を著しく増大させるための構造は、２つの酸化制御層１２０、１３０を活性層１０４を挟み込むように配置し、一方の酸化制御層１２０は、活性層１０４よりも上層に形成された円形、楕円形、あるいは長円形の上部メサＭ１内に配置され、これにより上部メサ形状とほぼ同様の酸化アパーチャ形状を有して横モードを規定する層として機能させ、他方の酸化制御層１３０は、活性層１０４よりも下部に形成された長軸および短軸を有する下部矩形のメサＭ２内に配置され、これにより下部メサ形状とほぼ同様の酸化アパーチャ形状を有して偏光を安定化する層として機能させた上で、酸化制御層１３０の酸化領域１３０Ａを酸化制御層１２０の酸化領域１２０Ａよりも大きく取ることで、大きな異方性歪応力を酸化制御層１３０の酸化領域１３０Ａの先端部（図１の矩形領域を示す破線部分）に発生させ、その酸化領域１３０Ａの先端部を活性層１０４により近いところに設置して、異方性応力を発光領域に効率よく作用させれば良いことを導き出した。そして、多くの実験の結果、上部メサおよび下部メサの径、２つの酸化領域１２０Ａ、１３０Ａの大きさ、酸化アパーチャ１２０Ｂ、１３０Ｂの径、および活性層１０４と２つの酸化制御層１２０、１３０との距値の大小関係において、偏光制御の効果が著しく高くなる範囲を特定した。
【００１９】
図１に示すように、上部メサＭ１に形成される酸化制御層１２０に関し、酸化領域１２０Ａの酸化距離（側壁から光軸に向かう距離）をｄ１、酸化アパーチャ１２０Ｂの径をＤ１とする。図１に示す例では、上部メサＭ１は、楕円形状であるため、酸化アパーチャ１２０Ｂは楕円形状となる。酸化アパーチャ１２０Ｂの径は、その短軸方向の長さである。また、酸化制御層１２０の活性層１０４からの距離をＬ１とする。
【００２０】
次に、下部メサＭ２に形成される酸化制御層１３０に関し、酸化領域１３０Ａの酸化距離をｄ２、酸化アパーチャ１３０Ｂの径をＤ２とする。図１に示す例では、下部メサＭ２は、長辺（長軸）と短辺（短軸）が異なる矩形状であるため、酸化アパーチャ１３０Ｂもまた矩形状となる。酸化アパーチャ１３０Ｂの径は、その短辺の長さである。また、酸化制御層１３０の活性層１０４からの距離をＬ２とする。本実施例の好ましいＶＣＳＥＬ１０は、次の条件１ないし４を満足する。
【００２１】
【数１】
2011003820.tif 000003
【００２２】
条件１において、下部メサＭ２の径は、上部メサＭ１の径よりも大きいことを規定する。上部メサＭ１の径は、楕円形状の短軸方向の長さであり、下部メサＭ２の径は、矩形状の短軸方向の長さである。条件２において、下部メサＭ２の酸化アパーチャ１３０Ｂの径は
、上部メサＭ１の酸化アパーチャ１２０Ｂの径よりも大きいことを規定する。条件３において、下部メサＭ２の酸化アパーチャ１３０Ｂの径は、上部メサＭ１の径よりも小さいことを規定する。言い換えれば、酸化制御層１３０の酸化領域１３０Ａの先端部は、活性領域１０４の直下に位置することになる。条件４において、酸化制御層１３０は、酸化制御層１２０よりも活性層１０４に近いことを規定する。
【００２３】
上記のような構造を採用することにより、酸化領域１２０Ａよりも大きくかつ活性層１０４に近い酸化領域１３０Ａは、偏光制御のための大きな異方的な歪応力を発生し、この歪応力は、横モード制御のための酸化制御層１２０で発生される歪応力に勝って活性層１０４に作用させることが可能となる。これにより、レーザ出力の高い領域においても、ビーム強度プロファイルが単峰形状となる基本シングルモードであって、長軸方向に偏光面が一致するように、偏光が卓越して安定なシングルモードＶＣＳＥＬが実現される。
【００２４】
図３は、本実施例のＶＣＳＥＬの偏光消光比の実験結果を示すグラフである。縦軸は、上部メサＭ１の酸化制御層１２０の活性層１０４からの距離Ｌ１、横軸は、下部メサＭ２の酸化制御層１３０の活性層１０４からの距離Ｌ２である。ＶＣＳＥＬは、上記の条件１ないし３を満足するものであり、Ｄ１＝１８μｍ、ｄ１＝７．５μｍ、Ｄ２＝３２μｍ、ｄ２＝１１．０μｍである。
【００２５】
偏光依存性または偏波依存性のある偏光ビームスプリッタなどの光学素子は、おおよそ１４ないし１５ｄＢ以上の偏光消光比を必要とする。図３に示すように、本実施例のＶＣＳＥＬにおいて、下部メサＭ２の酸化制御層１３０の距離Ｌ２を上部メサＭ１の酸化制御層１２０の距離Ｌ１よりも小さくすると、偏光消光比を１３．２ｄＢ以上、すなわちおおよそ１４ｄＢ以上とすることができる。他方、距離Ｌ２を距離Ｌ１よりも大きくすると、偏光消光比は、４．３ｄＢ、５．１ｄＢ、２．０ｄＢとなり、この範囲のＶＣＳＥＬは、偏光依存性のある光学素子の光源に使用することはできない。
【００２６】
次に、本実施例のＶＣＳＥＬの変形例について説明する。図４Ａは、下部メサＭ２が矩形状であり、その上に形成される上部メサＭ１が円筒状の組合せを示している。図４Ｂは、下部メサＭ２が矩形状であり、その上に形成される上部メサＭ１が矩形状の組合せを示している。このとき、下部メサＭ２と上部メサＭ１は、矩形状の長軸方向（長軸方向）がそれぞれ一致または平行となるように形成される。図４Ｃは、下部メサＭ２が長軸および短軸を有する楕円形状であり、その上に形成される上部メサＭ１が円筒状の組み合わせを示している。図４Ｄは、下部メサＭ２が楕円形状であり、その上に形成される上部メサＭ１が楕円形状の組合せを示している。このとき、下部メサＭ２と上部メサＭ１の長軸方向がそれぞれ一致するように形成される。
【００２７】
上記の形状の他にも、長軸および短軸を有する形状として、ひし形形状、長円形状を用いることができる。下部メサおよび上部メサがそれぞれ長軸および短軸を有するとき、上部メサと下部メサの長軸方向がそれぞれ一致するようにすることが望ましい。さらに、メサが長軸および短軸を有する形状であるとき、メサの径および酸化アパーチャの径は、短軸側である。さらに、矩形状、楕円形状、円筒状、ひし形形状、長円形状等のメサは、必ずしも基板の主面に対して垂直な側壁をもたず、多少のテーパを有するものであってもよい。
【００２８】
次に、本実施例のＶＣＳＥＬの製造方法について図５および図６を参照して説明する。先ず、図５Ａ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１００上に、キャリア濃度２×１０18ｃｍ-3のＡｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ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４０．５周期積層したｎ型の下部ＤＢＲ１０２、アンドープ下部Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓスぺーサー層１０４Ａ、アンドープ量子井戸活性層(膜厚７０ｎｍＧａＡｓ量子井戸層３層と膜厚５０ｎｍＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層４層とで構成されている)た活性層１０４、アンドープ上部Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓスぺーサー層１０４Ａ、キャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3のｐ型のＡｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ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３０周期積層したｐ型の上部ＤＢＲ１０６が積層して形成される。さらに、下部ＤＢＲ１０２には、ｎ型のＡｌＡｓからなる酸化制御層１３０が活性層１０４から距離Ｌ２の位置に挿入され、上部ＤＢＲ１０６には、ｐ型のＡｌ0.01Ｇａ0.99Ａｓからなる酸化制御層１２０が活性層１０４から距離Ｌ１（Ｌ１＞Ｌ２）の位置に挿入され、上部ＤＢＲ１０６の最上層にキャリア濃度１×１０19ｃｍ-3のｐ型のＧａＡｓコンタクト層１０６Ａが形成される。
【００２９】
次に、基板上にフォトリソ工程を用いてマスクパターンを形成し、マスクパターンによって露出された領域を、例えば三塩化ホウ素等のエッチングガスで反応性イオンエッチングし、図５Ｂに示すように、上部ＤＢＲ１０６から下部ＤＢＲ１０２の下部または基板１００に至る矩形状のメサＭを形成する。メサＭは、上部メサＭ１および下部メサＭ２の前駆体である。マスクパターンを除去した後、再び、エッチング用のマスクパターンを形成し、当該マスクパターンによって露出された領域をエッチングし、図６Ａに示すように、矩形状の下部メサＭ２上に楕円形状の上部メサＭ１を形成する。
【００３０】
次に、基板を、例えば３４０℃の水蒸気雰囲気に一定時間晒し、酸化処理を行い、図６Ｂに示すように、上部メサＭ１および下部メサＭ２の酸化制御層１２０、１３０に酸化領域１２０Ａ、１３０Ａを同時に形成する。酸化制御層１２０は、酸化制御層１３０よりもＡｌ組成が高いため、酸化制御層１３０の酸化距離は、酸化制御層１２０の酸化距離よりも大きくなる。この結果、酸化制御層１３０の酸化領域１３０Ａの先端部は、上部メサＭ１の径よりも小さく、活性層１０４の直下にまで進行する。なお、酸化制御層１２０の酸化アパーチャ１２０Ｂの径は、シングルモードとなる大きさ、例えば４μｍ以下に設定される。
【００３１】
次に、リフトオフ工程により、上部メサＭ１上に環状のｐ側電極１０８を形成する。但し、ｐ側電極１０８は、メサＭを形成する前にコンタクト層１０６Ａ上に形成しておいてもよい。次に、下部メサＭ２および上部メサＭ１を含む基板全面にＳｉＮｘ等の層間絶縁膜を形成し、層間絶縁膜をパターニングし、上部メサＭ１の頂部にコンタクトホール１１２を形成し、ｐ側電極１０８を露出させる。そして、基板の裏面にｎ側電極１１４を形成することで、図１に示すようなＶＣＳＥＬを得ることができる。
【００３２】
上記製造方法では、１回の酸化処理によって酸化制御層１２０、１３０の酸化領域１２０Ａ、１３０Ａを同時に形成するため、酸化制御層１２０、１３０の酸化距離、すなわち酸化速度を異ならせる必要がある。このため、酸化制御層１２０、１３０のＡｌ組成を変えたが、これ以外にも、酸化速度を異ならせる方法として、両者の膜厚を変えるようにしてもよい。すなわち、酸化制御層１２０の酸化速度を遅くするために、当該層の組成はＡｌＡｓとしつつも、酸化制御層１２０の膜厚を薄くする方法がある。ただし、そのままでは、光学膜厚が薄くなって位相がずれるために反射率が下がる。これを防ぐために、前記酸化制御層１２０の前後にＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ等の緩衝層を挿入して光学膜厚を保つ。
【００３３】
さらに、酸化制御層１２０、１３０の酸化領域１２０Ａ、１３０Ａは、それぞれ異なる酸化工程によって別々に形成するようにしてもよい。例えば、酸化制御層１３０の酸化処理を行うときには、上部メサＭ１をマスクして酸化制御層１２０が酸化されないようにし、その反対に、酸化制御層１２０の酸化処理を行うときには、下部メサＭ２をマスクして酸化制御層１３０が酸化されないようにする。この場合、酸化制御層１２０は、ＡｌＡｓとすることができる。
【００３４】
なお、上記実施例では、ＡｌＧａＡｓ系のＶＣＳＥＬを例示したが、他のＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体を用いたＶＣＳＥＬ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。
【００３５】
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７Ａ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。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。
【００３６】
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を含ませるようにしてもよい。
【００３７】
図７Ｂ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。
【００３８】
図８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７Ａまたは図７Ｂ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。
【００３９】
図９は、図７Ａ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。
【００４０】
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。
【００４１】
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】
【００４２】
１０：ＶＣＳＥＬ
１００：基板
１０２：下部ＤＢＲ
１０４：活性層
１０６：上部ＤＢＲ
１０８：ｐ側電極
１１０：層間絶縁膜
１１２：コンタクトホール
１１４：ｎ側電極
１２０、１３０：酸化制御層
１２０Ａ、１３０Ａ：酸化領域
１２０Ｂ、１３０Ｂ：酸化アパーチャ（導電領域）
Ｍ１：上部メサ
Ｍ２：下部メサ
ｄ１、ｄ２：酸化距離
Ｄ１、Ｄ２：酸化アパーチャの径
Ｌ１：酸化制御層１２０の活性層１０４からの距離
Ｌ２：酸化制御層１３０の活性層１０４からの距離
【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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