(57)【要約】      （修正有）【課題】電流経路の電気抵抗の低減を図りつつ横モード制御が可能なＶＣＳＥＬを提供する。【解決手段】ＶＣＳＥＬ１０、基板１２上に形成され、Ａｌを構成元素とする半導体被酸化層３２を含む下部ＤＢＲ１４と、活性領域１６と、ポストＰに加工された上部ＤＢＲ１８とを備える。下部ＤＢＲ１４には、ポストＰの外側において、その表面から半導体被酸化層３２に到達する複数の孔３０が形成されている。半導体被酸化層３２には、孔３０の側面から選択的に酸化された酸化領域３４が形成されている。下部ＤＢＲ１４には、酸化領域３４によって囲まれた非酸化領域（導電領域）による電流経路Ｋ１に加えて、酸化領域３４を回り込むような電流経路Ｋ２が形成されている。【選択図】図１
2008283053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成され、少なくとも１つの半導体被酸化層を含む第１導電型の第１の分布型ブラッグ反射鏡と、
前記第１の分布型ブラッグ反射鏡上に柱状構造を有する活性領域と
第２導電型の第２の分布型ブラッグ反射鏡とを備え、
第１の分布型ブラッグ反射鏡には、第２の分布反射型ブラッグ反射鏡の柱状構造の外側において、第１の分布型ブラッグ反射鏡の表面から前記少なくとも１つの半導体被酸化層に到達する少なくとも１つの溝が形成され、
前記半導体被酸化層には、前記少なくとも１つの溝の側面から選択的に酸化された酸化領域が形成され、
第１の分布型ブラッグ反射鏡には、前記酸化領域によって囲まれた導電領域による電流経路と、前記酸化領域によって囲まれない導電領域による電流経路が形成される、面発光型半導体レーザ。
【請求項２】
前記第２の分布型ブラッグ反射鏡は、電流経路を制限する電流狭窄層を含む、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項３】
前記酸化領域により囲まれた導電領域の径は、前記電流狭窄層の導電領域の径と同等もしくは小さい、請求項２に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項４】
前記酸化領域により囲まれた導電領域の径は５μｍ以上である、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】
前記少なくとも１つの半導体被酸化層は、Ａｌを構成元素そして含む、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】
前記電流狭窄層は、Ａｌを構成元素として含み、柱状構造の側面から選択的に酸化された絶縁領域を含む、請求項２に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項７】
前記電流狭窄層は、イオン注入により形成された絶縁領域を含む、請求項３または４に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項８】
前記電流狭窄層は、埋め込み半導体層により電流経路を制限した領域を含む、請求項３または４に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項９】
第１の分布型ブラッグ反射鏡には、複数の半導体被酸化層が形成され、各々の半導体被酸化層の酸化領域により囲まれた導電領域の径が前記活性領域に近づくにつれ大きくなる、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１０】
前記複数の半導体被酸化層は、Ａｌの組成または膜厚を異にする、請求項９に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの半導体被酸化層の酸化領域により囲まれた導電領域の中心は、前記柱状構造の中心軸に一致する、請求項１ないし１０いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１２】
請求項１ないし１１いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザと、面発光型半導体レーザに電気的に接続された電気接続端子と、面発光型半導体レーザから出射された光を入射する光学部品とを備えた光学装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１１いずれか１つに記載された面発光型半導体レーザと、面発光型半導体レーザから発せられた光をレンズおよびミラーの少なくとも１つを含む光学部品を介して照射する照射手段と備えた、光照射装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載された光学装置と、面発光型半導体レーザから発せられた光を送信する送信手段とを備えた、情報処理装置。
【請求項１５】
請求項１２に記載された光学装置と、面発光型半導体レーザから発せられた光を送信する送信手段とを備えた、光送信装置。
【請求項１６】
請求項１２に記載された光学装置と、面発光型半導体レーザから発せられた光を空間伝送する伝送手段とを備えた、光空間伝送装置。
【請求項１７】
請求項１２に記載された光学装置と、面発光型半導体レーザから発せられた光を伝送する伝送手段とを備えた、光伝送システム。
【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、光学装置、光照射装置、情報処理装置、光送信装置、光空間伝送装置および光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ等を用いたデータ通信、あるいは複写機等の情報処理装置の光源として、２次元アレイ化が容易でありかつ消費電力が小さい面発光型半導体レーザ（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode：以下、ＶＣＳＥＬと呼ぶ）が利用されている。
【０００３】
ＶＣＳＥＬにおいて、Ａｌを構成元素として含む半導体被酸化層を選択酸化し、これにより電流狭窄および光閉じ込めを同時に行うことが可能である。このような選択酸化により横モード制御を実施しようとする場合、活性層近傍に半導体被酸化層が存在すると、光閉じ込めが強すぎるため、被酸化領域の大きさを約５μｍ以下にしればならない。その結果、ＶＣＳＥＬの光出力が制限され、かつ高抵抗による発熱のため特性劣化が発生する。
【０００４】
このような欠点を解決する方法として、半導体被酸化層を活性層近傍から離し、半導体被酸化層の選択酸化を光閉じ込め層として利用し、横モードを制御する技術が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１および特許文献２は、基板上に形成されたポスト（柱状構造）において、半導体被酸化層を活性層近傍から離し、垂直方向に伝播する光の閉じ込めを緩和し、横モード制御を行っている。
【０００６】
また、電流狭窄層を別に新たに形成し、その電流狭窄部の面積よりも小さい非酸化領域を横モード制御層として利用することが提案されている。例えば、特許文献３は、電流狭窄層と横モード制御層のために２つの半導体被酸化層を用いている。特許文献４は、電流狭窄層のためにイオン注入により絶縁領域を形成し、光モード制御層のために半導体被酸化層を用いている。特許文献５は、電流狭窄層のために半導体埋め込み層を利用し、横モード制御層のために半導体被酸化層を用いている。
【０００７】
上記のいずれの場合も、基板上へポストを形成した後、ポスト側面から酸化された選択酸化領域を形成しているため、ポスト内に１層以上の導電領域の面積が制限された小さい非酸化領域が存在し、ポスト内の電流経路の抵抗が高くなっている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１５８３４０号公報
【特許文献２】特開２００３−２９８１８６号公報
【特許文献３】特開２００４−２５３４０８号公報
【特許文献４】特開２００５−４４９６４号公報
【特許文献５】特開２００５−３４７３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、電流経路の抵抗を低減し、かつ横モード制御が可能な面発光型半導体レーザ、およびこれを用いた光学装置、光照射装置、情報処理装置、光送信装置、光空間伝送装置ならびに光伝送システム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】
【００１０】
請求項１に係る面発光型半導体レーザは、基板上に形成され、少なくとも１つの半導体被酸化層を含む第１導電型の第１の分布型ブラッグ反射鏡と、前記第１の分布型ブラッグ反射鏡上に柱状構造を有する活性領域と、第２導電型の第２の分布型ブラッグ反射鏡とを備え、第１の分布型ブラッグ反射鏡には、第２の分布反射型ブラッグ反射鏡の柱状構造の外側において、第１の分布型ブラッグ反射鏡の表面から前記少なくとも１つの半導体被酸化層に到達する少なくとも１つの溝が形成され、前記半導体被酸化層には、前記少なくとも１つの溝の側面から選択的に酸化された酸化領域が形成され、第１の分布型ブラッグ反射鏡には、前記酸化領域によって囲まれた導電領域による電流経路と、前記酸化領域によって囲まれない導電領域による電流経路が形成される。
【００１１】
請求項２において、前記第２の分布型ブラッグ反射鏡は、電流経路を制限する電流狭窄層を含む。
請求項３において、前記酸化領域により囲まれた導電領域の径は、前記電流狭窄層の導電領域の径と同等もしくは小さい。
請求項４において、前記酸化領域により囲まれた導電領域の径は５μｍ以上である。
請求項５において、前記少なくとも１つの半導体被酸化層は、Ａｌを構成元素そして含む。
請求項６において、前記電流狭窄層は、Ａｌを構成元素として含み、柱状（ポスト）構造の側面から選択的に酸化された絶縁領域を含む。
請求項７において、前記電流狭窄層は、イオン注入により形成された絶縁領域を含む。
請求項８において、前記電流狭窄層は、埋め込み半導体層により電流経路を制限した領域を含む。
請求項９において、第１の分布型ブラッグ反射鏡には、複数の半導体被酸化層が形成され、各々の半導体被酸化層の酸化領域により囲まれた導電領域の径が前記活性領域に近づくにつれ大きくなる。
請求項１０において、前記複数の半導体被酸化層は、Ａｌの組成または膜厚を異にする。
請求項１１において、前記少なくとも１つの半導体被酸化層の酸化領域により囲まれた導電領域の中心は、前記柱状構造の中心軸に一致する。
請求項１２に係る光学装置は、請求項１ないし１１いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザと、面発光型半導体レーザに電気的に接続された電気接続端子と、面発光型半導体レーザから出射された光を入射する光学部品とを備える。
請求項１３に係る光照射装置は、請求項１ないし１１いずれか１つに記載された面発光型半導体レーザと、面発光型半導体レーザから発せられた光をレンズおよびミラーの少なくとも１つを含む光学部品を介して照射する照射手段と備える。
請求項１４に係る情報処理装置は、請求項１２に記載された光学装置と、面発光型半導体レーザから発せられた光を送信する送信手段とを備える。
請求項１５に係る光送信装置は、請求項１２に記載された光学装置と、面発光型半導体レーザから発せられた光を送信する送信手段とを備える。
請求項１６に係る光空間伝送装置は、請求項１２に記載された光学装置と、面発光型半導体レーザから発せられた光を空間伝送する伝送手段とを備える。
請求項１７に係る光伝送システムは、請求項１２に記載された光学装置と、面発光型半導体レーザから発せられた光を伝送する伝送手段とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１によれば、従来の面発光型半導体レーザに比べて電流経路の抵抗を低減することができ、発熱に伴う特性劣化を抑制される。
請求項２によれば、発光効率を高めることができる。
請求項３によれば、電流狭窄と光閉じ込めを個別に行うことができる。
請求項４によれば、光出力の低下および高抵抗による発熱を抑制することができる。
請求項５によれば、酸化領域を容易に形成することができる。
請求項６によれば、酸化領域を容易に形成することができる。
請求項７によれば、絶縁領域の大きさを正確に制御することができる。
請求項８によれば、絶縁領域の大きさを正確に制御することができる。
請求項９によれば、単一の半導体被酸化層に比較して横モード制御性が向上する。
請求項１０によれば、半導体被酸化層の導電領域の径を容易に調整することができる。
請求項１１によれば、横モード制御性の優れたレーザ光を得ることができる。
請求項１２ないし１７によれば、横モード制御性の優れたレーザ光を光通信や情報記録の光源に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１４】
図１Ａは、本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略平面図、図１Ｂは、図１ＡのＡ１−Ａ１線で切断したときの概略断面図である。なお、これらの図は、ＶＣＳＥＬの主要な構成を説明するものであり、必ずしもＶＣＳＥＬの最終形態を示すものではない。
【００１５】
同図に示すように、第１の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０は、Ｎ型の基板１２と、基板１２上に形成されたＮ型の分布型ブラッグ反射鏡（Distributed Bragg Reflector:以下、ＤＢＲという）１４と、下部ＤＢＲ１４上に形成された活性領域１６と、活性領域１６上に形成されたＰ型の上部ＤＢＲ１８と、上部ＤＢＲ１８上に形成された環状の上部電極２０と、基板１２の裏面に形成された下部電極２２とを含んで構成される。なお、図１Ａにおいて、上部電極２０はハッチングで表されている。
【００１６】
基板１２は、好ましくは、ＧａＡｓ等の半導体基板から構成され、半導体基板上にエピタキシャル成長により複数の半導体層を積層することで、下部ＤＢＲ１４、活性領域１６および上部ＤＢＲ１８を構成している。好ましくは、下部ＤＢＲ１４および上部ＤＢＲ１８は、Ａｌ組成の異なる１組のＡｌＧａＡｓ半導体層を複数組積層したものであり、各層の膜厚は、１／４λ（λは、発振波長）である。また、上部ＤＢＲ１８および活性領域１６は、半導体層をエッチングすることにより円筒状のポストＰに加工されている。
【００１７】
ＶＣＳＥＬ１０は、下部ＤＢＲ１４と上部ＤＢＲ１８により垂直共振器を構成する。上部電極２０および下部電極２２からの電流の注入により活性領域１６において発生され光は、垂直共振器により増幅され、上部電極２０の中央の円形状の開口２４からレーザ光として出射される。
【００１８】
従来の典型的なＶＣＳＥＬは、ポスト内に選択酸化された酸化領域を形成し、当該選択酸化領域により電流狭窄および光閉じ込めを行っているが、本実施例のＶＣＳＥＬ１０は、光閉じ込めを行う酸化領域をポストＰ内に形成するのではなく、下部ＤＢＲ１４内に形成する。
【００１９】
ポストＰの中心軸Ｃに関して回転対称となる位置に複数の円形状の孔３０が形成される。すなわち、図１Ａに示すように、孔３０は、中心軸Ｃから等しい距離に、４５度の等間隔で配置されている。下部ＤＢＲ１４は、光閉じ込めを行うための酸化領域を形成するために半導体被酸化層３２を含んでいる。例えば、下部ＤＢＲ１４がＮ型の1組のＡｌxＧａ1-xＡｓ層およびＡｌyＧａ1-yＡｓ層（Ｘ＞Ｙ）を含むとき、半導体被酸化層３２は、Ｎ型のＡｌＡｓ層またはＡｌzＧａ1-zＡｓ層（Ｚ＞Ｘ）である。このＡｌzＧａ1-zＡｓ層は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ層を置換する。８つの孔３０は、下部ＤＢＲ１４の表面から、半導体被酸化層３２に至るかあるいはそれを幾分だけ越える深さを有する。
【００２０】
半導体被酸化層３２は、孔３０によって露出された側面を有し、この側面から一定の距離だけ酸化される。孔３０が円形状である場合、半導体被酸化層３２の酸化は、孔３０を中心に半径方向に等方的に広がり、その停止位置は、酸化時間を制御することにより決定される。図１Ａに示すように、１つの孔３０の側面から進行した酸化領域３４の境界３６は、近似的に孔３０と同心円状となる。酸化領域３４は、隣接する他の孔３０の酸化領域３４と重複し、酸化領域３４の境界３６を制御することで、酸化領域３４によって囲まれた非酸化領域３８を形成することができる。酸化領域３４は、電気的に絶縁された領域であるが、非酸化領域３８は電気的に導電性のある領域である。
【００２１】
図１Ａに示す非酸化領域３８の輪郭は、８つの境界３６によって決定された略多角形状であり、非酸化領域３８の概略中心は、ポストＰの中心軸Ｃに一致する。非酸化領域３８の大きさは、制御する横モードに応じて、かつ活性領域１６からの距離に応じて適宜選択される。半導体被酸化層３２が活性領域１６から遠くなるほど、非酸化領域３８を大きくすることができ、好ましくは、基本横モードを制御するために、非酸化領域３８の大きさを５μｍ以上とする。５μｍ以上の径は、光出力の低下の抑制および低抵抗化に寄与し得る。
【００２２】
図１ＡおよびＢに示すＶＣＳＥＬ１０を駆動するとき、下部ＤＢＲ１４および上部ＤＢＲ１８が順方向バイアスとなるように上部電極２０および下部電極２２に電圧が印加され、上部電極２０から正孔が注入され、下部電極２２から電子が注入される。このとき、下部電極２２から活性領域１６へ向かう電流経路は、酸化領域３４によって囲まれた非酸化領域（導電領域）３８を通過する経路Ｋ１に加えて、酸化領域３４によって囲まれない経路、すなわち非活性領域３８の外側を通過する経路Ｋ２が形成される。従って、従来のポストＰ内に非酸化領域を形成する場合に比べて、本実施例のＶＣＳＥＬ１０の素子抵抗を低減することができる。
【００２３】
このように第１の実施例によれば、光閉じ込め層となる半導体被酸化層３２をポストＰに形成するのではなく、活性領域１６の下部である下部ＤＢＲ１４内に形成し、下部ＤＢＲ１４に形成された孔３０の側面から半導体被酸化層３２を酸化することにより、下部ＤＢＲ１４内の活性領域１６への電流通路は、光モード制御層となる非酸化領域３８の経路Ｋ１だけではなく、酸化領域３４を廻り込む経路Ｋ２が発生するため、素子の抵抗を低減することができる。これにより、光出力の低下や、抵抗による発熱のための特性劣化を抑制することができる。
【００２４】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図２Ａおよび図２Ｂは、第２の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略平面図と、そのＡ２−Ａ２線の概略断面図である。第２の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ａは、上部ＤＢＲ１８、すなわちポストＰ内に電流狭窄層５０を含んでいる。それ以外の構成は、第１の実施例と同様である。
【００２５】
電流狭窄層５０は、選択酸化による半導体被酸化層、イオン注入による絶縁層、あるいは埋め込み半導体層などにより構成することができる。ここでは、電流狭窄層５０として半導体被酸化層を用いる場合を説明する。上部ＤＢＲ１８がＰ型のＡｌＧａＡｓ層であるとき、その一部がＰ型のＡｌＡｓ層またはＡｌ組成の高いＡｌＧａＡｓ層に置換される。酸化速度はＡｌの組成に比例し、Ａｌの組成が大きいほど酸化速度または酸化距離が大きくなる。
【００２６】
基板上にポストＰを形成した後に、ポストＰの側面から電流狭窄層５０を一定時間酸化することで、電流狭窄層５０には、酸化領域５２と、酸化領域５２によって囲まれた非酸化領域５４が形成される。電流狭窄層５０の酸化は、ポストＰの側面からほぼ等方的に内側に向けて進行するため、非酸化領域５４は、ポストＰの外形を反映した円形状となる。好ましくは、非酸化領域５４の中心は、ポストＰの中心軸Ｃにほぼ一致し、さらには下部ＤＢＲ１４内の非酸化領域３８の中心にほぼ一致する。また、酸化領域５２は、電気的に絶縁であり、非酸化領域５４は、電気的に導電性であり、上部電極２０から注入された電流経路を狭窄する。
【００２７】
第２の実施例によれば、ＶＣＳＥＬ１０Ａを駆動するとき、上部電極２０から活性領域１６へ向かう電流経路Ｋ３は、電流狭窄層５０の非酸化領域５４を通過するように絞られるため、活性領域１６における正孔と電子の結合効率が増加し、発光効率を向上させることができる。
【００２８】
電流狭窄層を酸化によって形成する場合には、電流狭窄層５０の酸化速度を、半導体被酸化層３２よりも遅くし、電流狭窄層３２と半導体被酸化層５０を同時に酸化することによって、大きさの異なる非酸化領域３８、５４を同時に形成することができる。具体的には、半導体被酸化層３２のＡｌの組成や膜厚に対して、電流狭窄層５０のＡｌ組成を低くする、もしくは膜厚を薄くする。例えば、半導体被酸化膜３２のＡｌの組成が100％、膜厚が30nmであった場合、電流狭窄層５０のＡｌ組成は97%〜99％、膜厚は30nmもしくはＡｌ組成100％、膜厚は10〜29nmとされる。また、電流狭窄層５０の酸化速度を、半導体被酸化層３２よりも早くするため、半導体被酸化層３２のＡｌの組成や膜厚に対して、電流狭窄層５０のＡｌ組成を高くする、もしくは膜厚を厚くする。例えば、半導体被酸化膜３２のＡｌの組成が98％、膜厚が30nmであった場合、電流狭窄層５０のＡｌ組成は99%〜100％、膜厚は30nmもしくはＡｌ組成98％、膜厚は30nmより大きくされる。
【００２９】
また、電流狭窄層５０は電流狭窄をおこなうため、上部ＤＢＲ内の活性領域直近もしくは1〜3対（pair）離れた場所に位置される。それに対し、半導体被酸化層３２は電流狭窄層ではなく、酸化領域よって囲まれていない導電領域による電流経路の抵抗値を低減するため、電流狭窄層５０よりも活性領域から離れた下部ＤＢＲ内に位置される。例えば活性領域から3〜15pair離れた場所に位置される。
【００３０】
なお、電流狭窄層をイオン注入により形成する場合には、例えば、ポストＰの頂部に、上記した酸化領域５２以外の部分にマスクを形成し、ポストＰの頂部からプロトンを一定のエネルギーで注入することで、酸化領域５２に代わる絶縁領域を形成することができる。また、電流狭窄層を半導体埋め込み層により形成する場合には、例えば、酸化領域５２に対応する領域にＮ型の半導体層を形成し、ＶＣＳＥＬ駆動時に逆バイアスとなるようにする。
【００３１】
次に、本発明の第３の実施例について説明する。図３Ａおよび図３Ｂは、第３の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略平面図と、そのＡ３−Ａ３線の概略断面図である。第３の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ｂは、下部ＤＢＲ１４内に、複数の半導体被酸化層を有する。それ以外の構成は、第１の実施例と同様である。
【００３２】
下部ＤＢＲ１４は、第１の実施例で示した半導体被酸化層３２に加えて、さらに別の半導体被酸化層６０を含んでいる。下部ＤＢＲ１４に形成された孔３０は、半導体被酸化層６０および３２を貫通する深さを有している。孔３０の側面から半導体被酸化層６０および３２を酸化することで、半導体被酸化層３２には、第１の実施例と同様に、酸化領域３４とそれによって囲まれた非酸化領域３８が形成され、半導体被酸化層６０には、酸化領域６２とそれによって囲まれた非酸化領域６４が形成される。好ましくは、活性領域１６に近い半導体被酸化層６０の酸化領域６２によって囲まれた非酸化領域６４が、半導体被酸化層３２の非酸化領域３８よりも大きな面積を持つようにする。活性領域１６に近いほうの光閉じ込めを領域を緩和することで、光の集光性が良くなり、横モード制御をし易くなる。
【００３３】
半導体被酸化層６０は、例えば、下部ＤＢＲ１４がＮ型のＡｌＧａＡｓ層であるとき、半導体被酸化層６０は、ＡｌＧａＡｓ層の一部を、Ｎ型のＡｌＡｓ層またはＡｌ組成の高いＡｌＧａＡｓ層に置換したものである。また、半導体被酸化層６０の酸化速度を、半導体被酸化層３２よりも遅くするため、半導体被酸化層６０の膜厚は、半導体被酸化層３２よりも薄くされる。例えば、半導体被酸化層３２よりも５ｎｍ薄い膜厚である。これにより、半導体被酸化層３２、６０を同時に酸化した場合、大きさの異なる非酸化領域３８、６４を同時に形成することができる。
【００３４】
半導体被酸化層３２と半導体被酸化層６０の酸化速度を異ならせる方法として、上記のように膜厚を異ならせる以外に、両者のＡｌ組成を異ならせるようにしてもよい。また、下部ＤＢＲ１４の反射鏡としての機能を損なわれないようにするため、半導体被酸化層６０と半導体被酸化層３２との間には、少なくとも１つのＡｌ組成の低いＡｌＧａＡｓ層が介在される。
【００３５】
次に、本発明の第４の実施例について説明する。図４Ａおよび図４Ｂは、第４の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略平面図と、そのＡ４−Ａ４線の概略断面図である。第４の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ｃは、第２の実施例で用いた複数の孔３０（図２を参照）の代わりに単一の孔または溝を有している。それ以外の構成は、第２の実施例と同様である。
【００３６】
図４Ａに示すように、下部ＤＢＲ１４には、ポストＰの中心軸Ｃと同心円状の円弧状の溝７０が形成されている。図示されている溝７０は、不連続部分７２による不連続な円弧であるが、不連続部分７２以外にも、不連続部分があってもよい。溝７０は、下部ＤＢＲ１４の半導体被酸化層３２に至る深さを有しており、溝７０によって露出された側面から半導体被酸化層３２が酸化される。半導体被酸化層３２の酸化は、等方的に進行するため、酸化領域７４は、外側の円弧状の境界７６ａと、内側の円弧状の境界７６ｂとによって囲まれた領域に形成される。この酸化によって、溝７０の不連続部分７２も酸化されることになる。
【００３７】
内側の円弧状の境界７６ｂは、非酸化領域７８の外形を規定する。非酸化領域７８は、好ましくは、その中心がポストＰの中心軸Ｃに一致し、かつポストＰ内の電流狭窄層５０の非酸化領域の中心と一致する。第４の実施例によれば、複数の孔の代わりに単一の溝７０により半導体被酸化層３２に酸化領域７４を形成するため、酸化領域７４の制御が容易となり、これにより、非酸化領域７８の大きさの精度を良くすることができる。
【００３８】
次に、本発明の第５の実施例について説明する。図５Ａおよび図５Ｂは、第５の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略平面図と、そのＡ５−Ａ５線の概略断面図である。第５の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ｄは、第２の実施例で用いた上部ＤＢＲを変形するものであり、それ以外の構成は、第２の実施例と同様である。
【００３９】
第５の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ｄにおいて、上部ＤＢＲ８０は、Ｐ型の半導体層によりＤＢＲを構成する半導体ＤＢＲ８２と、半導体ＤＢＲ８２上に積層される誘電体膜によりＤＢＲを構成する誘電体ＤＢＲ８４とを含む。半導体ＤＢＲ８２は、第２の実施例のときと同様に、内部に電流狭窄層５０を含み、その表面に上部電極２０が形成されている。上部電極２０は、半導体ＤＢＲ８２に電流を注入する。
【００４０】
誘電体ＤＢＲ８４は、例えばＴｉＯ２とＳｉＯｓの誘電体膜、あるいはノンドープのＡｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層から構成される。上部ＤＢＲ８０は、半導体ＤＢＲ８２と誘電体ＤＢＲ８４の組み合わせにより上部側の共振器を構成する。この場合、上部電極２０は、ポストＰ内の内部電極として機能する。第５の実施例によれば、基板上のエピタキシャル成長される半導体層の層数を削減し、低コストのＶＣＳＥＬを提供することができる。
【００４１】
なお、第１ないし第５の実施例において、基板上に単一のポストＰを有するシングルスポットタイプのＶＣＳＥＬを例示したが、基板上に複数のポストＰを形成し、複数のポスト構造Ｐからレーザ光を出射するマルチビームまたはマルチスポットのＶＣＳＥＬであってもよい。さらに、ＡｌＧａＡｓ系の半導体層を用いたＶＣＳＥＬを例示したが、他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いたＶＣＳＥＬであってもよい。さらに、ポストＰの形状は、円筒状の他、矩形状であってもよいし、下部ＤＢＲに形成する孔および溝の形状や数も適宜変更することが可能である。
【００４２】
次に、本発明の第２の実施例に係るＶＣＳＥＬ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。図６Ａに示すように、有機金属気相成長(ＭＯＣＶＤ)法により、ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に、Ａｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ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、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3のＮ型の下部ＤＢＲ１４、アンドープ下部Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓスぺーサー層と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)とアンドープ上部Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓスぺーサー層とで構成された膜厚が媒質内波長となる活性領域１６、その上にＡｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ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周期積層したキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3のＰ型の上部ＤＢＲ１８を順次積層する。
【００４３】
下部ＤＢＲ１４には、横モード制御層として光を閉じ込めるためのＮ型のＡｌＡｓからなる半導体被酸化層３２が形成されている。また、上部ＤＢＲ１８には、Ｐ型のＡｌＡｓからなる電流狭窄層５０が形成されている。さらに、基板１２と下部ＤＢＲ１４との間に、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3のＮ型ＧａＡｓバッファ層を形成することができ、上部ＤＢＲ１８の最上層には、キャリア濃度が１×１０19ｃｍ-3となる膜厚２０ｎｍ程のＰ型ＧａＡｓコンタクト層を形成することができる。
【００４４】
次に、図６Ｂに示すように、フォトリソ工程により上部ＤＢＲ１８上にマスクＭ１を形成し、反応性イオンエッチングにより下部ＤＢＲ１４に到達するまでエッチングする。これにより、下部ＤＢＲ１４上に、円筒状のポストＰが形成される。なお、このエッチングは、必ずしも下部ＤＢＲ１４の表面で停止することなく下部ＤＢＲ１４の一部がエッチングされてもよい。
【００４５】
図６Ｃに示すように、下部ＤＢＲ１４に形成すべき孔３０を除く場所及びポスト周辺を覆うようにマスクＭ２を形成する。マスクＭ２には、下部ＤＢＲ１４に形成するべき孔３０に対応する開口が形成されている。マスクＭ２を用いて反応性イオンエッチングを行い、下部ＤＢＲ１４に、複数の孔３０を形成する。これにより、下部ＤＢＲ１４の半導体被酸化層３２が孔３０によって露出される。
【００４６】
次に、マスクＭ２を除去した後に、図７Ａに示すように基板の酸化処理を行う。ポストＰ内の電流狭窄層５０は、ポストＰの側面から酸化され、また、下部ＤＢＲ１４内の半導体被酸化層３２は、孔３０の側面から酸化される。これにより、ポストＰには、電流狭窄層５０の酸化領域５２によって囲まれた非酸化領域５４が形成され、下部ＤＢＲ１４には、半導体被酸化層３２の酸化領域３４によって囲まれた非酸化領域３８が形成される。
【００４７】
好ましくは、電流狭窄層５０の酸化速度が、半導体被酸化層３２の酸化速度よりも小さいことが望ましい。このため、電流狭窄層５０の膜厚を、半導体被酸化層３２よりも薄くするか、電流狭窄層５０のＡｌの組成を半導体被酸化層３２のＡｌ組成よりも小さくする。後者の場合、電流狭窄層は、ＡｌＡｓではなく、ＡｌＧａＡｓ層とすることができる。
【００４８】
次に、図７Ｂに示すように、ポストＰの頂部には、Ａｕからなる上部電極２０が形成され、基板裏面にはＡｕ／Ｇｅからなる下部電極２２が形成される。
【００４９】
次に、本実施例のＶＣＳＥＬを利用した光学装置（モジュール）、光照射装置、光送信装置、伝送システム、光伝送装置等について図面を参照して説明する。図８Ａは、ＶＣＳＥＬを実装した光学装置の構成を示す断面図である。光学装置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。
【００５０】
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。
【００５１】
図８Ｂは、他の光学装置の構成を示す図であり、同図に示す光学装置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。
【００５２】
図９は、ＶＣＳＥＬを光源として適用した光照射装置の例を示す図である。光照射装置３７０は、図８Ａまたは図８ＢのようにＶＣＳＥＬを実装した光学装置３００または３０２、光学装置３００または３０２からのマルチビーム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。
【００５３】
図１０は、図８Ａに示す光学装置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。
【００５４】
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。
【００５５】
図１１は、図８Ａに示す光学装置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、光学装置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。
【００５６】
図１２Ａ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、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。
【００５７】
図１２Ｂは、光伝送システムに利用される光伝送装置の概観構成を示す図である。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を含み、内部に送信回路基板／受信回路基板を有している。
【００５８】
光伝送装置７００を用いた映像伝送システムを図１３に示す。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１２Ｂ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。
【００５９】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明に係る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。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係るＶＣＳＥＬは、光情報処理や光高速データ通信の分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１Ａは、本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略平面図、図１Ｂは、そのＡ１−Ａ１線概略断面図である。
【図２】図２Ａは、本発明の第２の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略平面図、図２Ｂは、そのＡ２−Ａ２線概略断面図である。
【図３】図３Ａは、本発明の第３の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略平面図、図３Ｂは、そのＡ３−Ａ３線概略断面図である。
【図４】図４Ａは、本発明の第４の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略平面図、図４Ｂは、そのＡ４−Ａ４線概略断面図である。
【図５】図５Ａは、本発明の第５の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略平面図、図５Ｂは、そのＡ５−Ａ５線概略断面図である。
【図６】第２の実施例のＶＣＳＥＬの製造工程を示す断面図である。
【図７】第２の実施例のＶＣＳＥＬの製造工程を示す断面図である。
【図８】本実施例に係るＶＣＳＥＬに光学部品を実装したモジュールの構成を示す概略断面図である。
【図９】ＶＣＳＥＬを使用した光源装置の構成例を示す図である。
【図１０】図８に示す光学装置を用いた光送信装置の構成を示す概略断面図である。
【図１１】図８に示す光学装置を伝送システムに用いたときの構成を示す図である。
【図１２】図１２Ａは、光伝送システムの構成を示すブロック図、図１２Ｂは、光伝送装置の外観構成を示す図である。
【図１３】図１２Ｂ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。
【符号の説明】
【００６２】
１０：ＶＣＳＥＬ                      １２：基板
１４：下部ＤＢＲ                      １６：活性領域
１８：上部ＤＢＲ                      ２０：上部電極
２２：下部電極                        ２４：開口
３０：孔                              ３２：半導体被酸化層
３４：酸化領域                        ３６：酸化領域の境界
３８：非酸化領域                      ５０：電流狭窄層
５２：酸化領域                        ５４：非酸化領域
６０：半導体被酸化層                  ６２：酸化領域
６４：非酸化領域                      ７０：溝
７２：不連続部分                      ７４：酸化領域
７６ａ：外側の境界                    ７６ｂ：内側の境界
７８：非酸化領域                      ８０：上部ＤＢＲ
８２：半導体ＤＢＲ                    ８４：誘電体ＤＢＲ
【図１】
2008283053.tif 000003
【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】
2008283053.tif 000009
【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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