(57)【要約】【課題】  戻り光が低減された面発光型半導体レーザを提供する。【解決手段】  本発明の面発光型半導体レーザ１００は、半導体基板１０１と、半導体基板１０１の上方に設けられた活性層１０３と、活性層１０３の上方に設けられ、活性層１０３にて生じたレーザ光を半導体基板１０１と垂直方向に出射する出射面１０８と、出射面１０８上に設けられ、前記レーザ光の一部を吸収する吸収層１１０と、を含む。【選択図】        図１
2005086027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に設けられた活性層と、
前記活性層の上方に設けられ、前記活性層にて生じたレーザ光を前記半導体基板と垂直方向に出射する出射面と、
前記出射面上に設けられ、前記レーザ光の一部を吸収する吸収層と、
を含む、面発光型半導体レーザ。
【請求項２】
請求項１において、
前記吸収層は、前記レーザ光よりもバンドギャップが小さい半導体材料からなる、面発光型半導体レーザ。
【請求項３】
請求項１において、
前記吸収層は、金属膜からなる、面発光型半導体レーザ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
戻り光強度比が０．００１％未満である、面発光型半導体レーザ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の面発光型半導体レーザと、光導波路とを含む、光モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の光モジュールを含む、光伝達装置。
【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、ならびに前記面発光型半導体レーザを含む光モジュールおよび光伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの普及に伴い、FTTH(Fiber To The Home)といわれるように、各家庭内への光ファイバ敷設が進められている。一方、情報量の増大に対応するため、幹線系光通信で現在用いられている波長分割多重（ＷＤＭ）伝送方式を非幹線系光通信にも適用する試みがなされている。ＷＤＭ伝送方式は、既存の光ファイバを用いて伝送容量を増加させる技術であり、波長が異なる複数の信号光を１本の光ファイバ内で伝送させることにより、伝送容量を波長の数だけ増倍させる伝送方式である。
【０００３】
しかしながら、基地局間を結ぶ幹線系の光通信とは異なり、基地局と各家庭とを結ぶ非幹線系の光通信においてＷＤＭ伝送方式を実現するためには、安価でかつ低消費電力である通信装置が必要とされる。このため、これまで幹線系の光通信において使用されてきた装置をそのまま非幹線系の光通信に用いることができない。そこで、幹線系の光通信におけるＷＤＭ伝送方式において、多重化する波長の数を減らし、かつ波長間隔を広げることにより発光デバイスに要求される波長精度を緩和したＣＷＤＭ(Coarse Wavelength Division Multiplex)伝送方式により、低価格化を図ることが検討されている。同時に、１デバイスあたりの伝送容量も２．５Ｇ［bit／s］から１０Ｇ［bit／s］へと大容量化が図られている。
【０００４】
幹線系の光通信で現在用いられている光モジュールの一例を図１９に示す。この光モジュール９００は、半導体レーザ９０１、レンズ９０２、アイソレータ９０３、光ファイバ９０４、およびペルチェ素子９０５を含む。半導体レーザ９０１は電気信号を光信号（レーザ光）へと変換する。ここでは、半導体レーザ９０１が端面発光型半導体レーザである場合を示す。レンズ９０２は半導体レーザ９０１から出射したレーザ光を集光する。光ファイバ９０４はレーザ光の光導波路である。
【０００５】
アイソレータ９０３は、半導体レーザの雑音の一つである戻り光雑音を抑制するために設けられている。すなわち、アイソレータ９０３は、半導体レーザ９０１から出射した光が光ファイバ９０４の端面等の外部反射端で反射されて半導体レーザ９０１へと戻るのを防止する機能を有する。このアイソレータ９０３の構成の一例を図２０および図２１に模式的に示す。また、半導体レーザ９０１が端面発光型半導体レーザである場合、半導体レーザ９０１から出射する光は直線偏光である。
【０００６】
アイソレータ９０３は、図２０および図２１に示すように、偏光板９１１，９１２およびファラデー回転子９１３を含む。偏光板９１１，９１２は特定の偏光面を有する光のみを通過させる。ファラデー回転子９１３は入射光の偏光面を特定の方向に回転させる機能を有する。
【０００７】
また、偏光板９１１の偏光面を、半導体レーザ９０１から出射するレーザ光の偏光面と合わせておく。これにより、半導体レーザ９０１から出射した後、レンズ９０２を経てアイソレータ９０３に入射したレーザ光が偏光板９１１を通過することができる。次いで、偏光板９１１を透過したレーザ光がファラデー回転子９１３に入射した後、ファラデー回転子９１３によって前記レーザ光の偏光面が通常４５°回転させられる。また、偏光板９１２は、偏光面が４５°回転した前記レーザ光が透過できるように設置されている（図２１参照）。したがって、偏光面が４５°回転した前記レーザ光は偏光板９１２を透過する。
【０００８】
これに対して、ファラデー回転子９１３から出射した後外部反射端（例えば光ファイバ９０４の端面）で反射したレーザ光（反射光）は、逆方向（偏光板９１２側）からアイソレータ９０３へと入射する。この反射光のうち偏光板９１２を透過した後に偏光面が変化しなかった光だけが偏光板９１２を通過する。次いで、偏光板９１２を通過した反射光はファラデー回転子９１３によって偏光面がさらに４５°回転されて、半導体レーザ９０１から出射したレーザ光とは偏光面が９０°異なる光となる。したがって、偏光板９１２を通過した反射光は、ファラデー回転子９１３を出射した後偏光板９１１を通過することができないため、半導体レーザ９０１に入射することができない。以上により、この光モジュール９００によれば、半導体レーザ９０１から出射した後外部反射端にて反射された光（戻り光）が半導体レーザ９０１に入射するのを防止することができる。
【０００９】
前述したように、非幹線系の光通信にＷＤＭ伝送方式を適用する場合、幹線系の光通信で用いられていた部品をそのまま非幹線系の光通信に適用するのはコストの点で困難である。例えば、アイソレータも低コスト化を困難にする部品の一つである。一方、低コスト化を図るための安価な発光デバイスとして、面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）が注目されている。ＶＣＳＥＬは半導体基板と垂直方向にレーザ光を出射できる素子であり、実装コストの低減や歩留まり向上等、低コスト化に必要不可欠な要素を備えている。
【００１０】
このＶＣＳＥＬにおいても、前述した端面発光型半導体レーザと同様に、出射光の特性を高めるために、戻り光による雑音を抑制する必要があることが明らかになってきている。しかしながら、アイソレータを用いて戻り光をカットするためには、レーザ光が直線偏光でなければならない。しかしながら、ＶＣＳＥＬから出射するレーザ光は通常無偏光である。したがって、アイソレータを用いて戻り光をカットすることができない。
【００１１】
一方、ＶＣＳＥＬから出射するレーザ光を直接偏光にしてからアイソレータに導入することにより戻り光をカットする方法も考えられる。しかしながら、ＶＣＳＥＬから出射するレーザ光を直線偏光にするには、さらなる作製工程を追加する必要があるうえに、歩留まりが低下するおそれがある。また、アイソレータは高価な部品であるため、アイソレータを使用すると低コスト化を図ることが困難となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、戻り光が低減された面発光型半導体レーザを提供することにある。
【００１３】
また、本発明の目的は、前記面発光型半導体レーザを含む光モジュールおよび光伝達装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（１）本発明の面発光型半導体レーザは、
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に設けられた活性層と、
前記活性層の上方に設けられ、前記活性層にて生じたレーザ光を前記半導体基板と垂直方向に出射する出射面と、
前記出射面上に設けられ、前記レーザ光の一部を吸収する吸収層と、
を含む。
【００１５】
本発明の面発光型半導体レーザによれば、前記出射面上に設けられ、前記レーザ光の一部を吸収する吸収層を含むことにより、戻り光を低減することができるため、戻り光による雑音を低減することができる。また、アイソレータ等の他の装置を用いずに戻り光を低減することができるため、装置の簡素化を図ることができ、低コスト化を図ることができる。
【００１６】
この場合、前記吸収層は、前記レーザ光よりもバンドギャップが小さい半導体材料からなることができる。この場合、本発明の面発光型半導体レーザを構成する他の層と同様に、エピタキシャル成長にて前記吸収層を成膜することができる。すなわち、前記吸収層は本発明の面発光型半導体レーザを構成する他の層を形成する際にともに形成できるため、簡便な方法にて前記吸収層を形成することができる。
【００１７】
また、この場合、前記吸収層は金属膜からなることができる。この金属膜は例えば、前記出射面上に蒸着あるいはスパッタ等によって成膜することができる。すなわち、本発明の面発光型半導体レーザの他の構成要素を形成した後に、前記出射面上に金属膜を形成することにより、前記吸収層を形成することができる。したがって、特殊な工程を必要することなく、簡便な方法にて前記吸収層を形成することができる。
【００１８】
さらに、この場合、戻り光強度比が０．００１％未満であることができる。
【００１９】
（２）本発明の光モジュールは、上記面発光型半導体レーザと、光導波路とを含む。
【００２０】
（３）本発明の光伝達装置は、上記光モジュールを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
［第１の実施の形態］
（面発光レーザの構造）
図１は、本発明を適用した第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ（以下、「面発光レーザ」ともいう）を模式的に示す断面図である。図２は、図１に示す面発光型半導体レーザを模試的に示す平面図である。図１は、図２に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００２３】
本実施の形態の面発光レーザ１００は、図１および図２に示すように、垂直共振器（以下「共振器」とする）１４０を含む。また、この共振器１４０には、柱状の半導体堆積体（以下、「柱状部」という）１３０が設けることができる。
【００２４】
この面発光レーザ１００においては、活性層１０３で発生したレーザ光が出射面１０８から半導体基板１０１と垂直方向に出射した後、その一部が吸収層１１０にて吸収され、残りが吸収層１１０から外部へ出射する。出射面１０８は柱状部１３０の上面１３０ａに設けられ、出射面１０８上には吸収層１１０が設けられている。この面発光レーザ１００においては、第２電極１０９に設けられた開口部１１４の底面１１４ａは、吸収層１１０の上面１１０ａの一部である。吸収層１１０にて吸収されなかったレーザ光は、開口部１１４の底面１１４ａから外部へと出射する。
【００２５】
共振器１４０は、半導体基板１０１上に設けられている。半導体基板１０１は例えばｎ型ＧａＡｓ基板からなる。また、図１に示すように、共振器１４０は例えば、バッファ層１１６、分布反射型多層膜ミラー（以下、「第１ミラー」という）１０２、クラッド層１１３、活性層１０３、クラッド層１１５、および分布反射型多層膜ミラー（以下、「第２ミラー」という）１０４がこの順に積層されている。すなわち、活性層１０３は半導体基板１０１の上方に設けられている。より具体的には、活性層１０３は、バッファ層１１６、第１ミラー１０２、およびクラッド層１１３を介して半導体基板１０１上に設けられている。
【００２６】
共振器１４０を構成する各層は例えば以下の構成を有する。なお、共振器１４０を構成する各層の材質および層数は以下の構成に限定されるわけではない。
【００２７】
バッファ層１１６はｎ型ＧａＡｓ層からなる。第１ミラー１０２はｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とが４０ペア交互に積層されて構成されている。クラッド層１１３はｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなる。活性層１０３はＡｌＧａＡｓからなるバリア層１０３ａ、ＧａＡｓからなるウエル層１０３ｂ、およびＡｌＧａＡｓからなるバリア層１０３ｃからなる。クラッド層１１５はｐ型ＡｌＧａＡｓ層からなる。第２ミラー１０４はｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とが２５ペア交互に積層されて構成されている。なお、活性層１０３の材質は、面発光レーザ１００の発振波長に応じて適宜設定することができる。
【００２８】
また、共振器１４０のうち第２ミラー１０４が出射面１０８と垂直の方向からみて円形の形状にエッチングされて、柱状部１３０が形成されている。また、柱状部１３０の側壁１３０ｂは絶縁層１０６で埋め込まれている。絶縁層１０６は例えば、シリコン窒化物やシリコン酸化物等の無機絶縁物、あるいは、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、およびエポキシ系樹脂等の有機絶縁物からなる。また、第２ミラー１０４のうち活性層１０３に近い領域に、酸化アルミニウムからなる電流狭窄層（図示せず）を形成することができる。この電流狭窄層はリング状に形成される。
【００２９】
第２ミラー１０４はＣがドーピングされることによりｐ型にされ、第１ミラー１０２はＳｉがドーピングされることによりｎ型にされている。したがって、ｐ型の第２ミラー１０４、不純物がドーピングされていない活性層１０３、およびｎ型の第１ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【００３０】
また、出射面１０８上には吸収層１１０が設けられている。吸収層１１０は活性層１０３で発生したレーザ光の一部を吸収する。この場合、残りのレーザ光は、開口部１１４の底面１１４ａから出射する。本実施の形態の面発光レーザ１００においては、出射面１０８が柱状部１３０の上面１３０ａに設けられ、吸収層１１０は柱状部１３０の上面１３０ａ上（第２ミラー１０４上）に設けられている。
【００３１】
また、吸収層１１０は、活性層１０３で生じるレーザ光よりもバンドギャップが小さい半導体材料からなる。この場合、吸収層１１０は、共振器１４０を構成する他の層と同様に、エピタキシャル成長により成膜することができる。なお、吸収層１１０の導電型は特に限定されるわけではなく、不純物が導入されていてもよいし、あるいは不純物を含まないものであってもよい。一般に、吸収層１１０が不純物を含む場合、不純物を含まない場合と比較して吸収係数が大きいため、より薄い膜厚で所望の吸収率を得ることができる。
【００３２】
例えば、本発明の面発光レーザの発振波長が８５０ｎｍである場合、吸収層の材質として、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ等を用いることができる。吸収層がこれらの材質からなる場合、波長が８５０ｎｍのレーザ光を吸収することができる。あるいは、例えば、本発明の面発光レーザの発振波長が９８０ｎｍ、１３００ｎｍまたは１５５０ｎｍである場合、吸収層をＩｎＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ等を用いて形成することができる。
【００３３】
本実施の形態の面発光レーザ１００においては、発振波長が８５０ｎｍであり、吸収層１１０が単一の導電型層（例えばｐ型ＧａＡｓ）からなる場合について示す。吸収層１１０がｐ型ＧａＡｓからなる場合、第２ミラー１０４の最上層として設けられるコンタクト層（図示せず）もまたｐ型ＧａＡｓから形成することができる。この場合、吸収層１１０と前記コンタクト層とが同一の材質からなることから、吸収層１１０と前記コンタクト層とを同一の工程にて一体化して形成することができる。これにより、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００３４】
なお、本発明の面発光レーザの発振波長が９８０ｎｍ、１３００ｎｍまたは１５５０ｎｍである場合においても、前記コンタクト層をＧａＡｓから形成することができる。
【００３５】
さらに、共振器１４０には第１電極１０７および第２電極１０９が設けられている。この第１電極１０７および第２電極１０９は、活性層１０３に電流を注入するために使用される。本実施の形態の面発光レーザ１００においては、第１電極１０７は半導体基板１０１の裏面１０１ｂに設けられ、第２電極１０９は吸収層１１０および絶縁層１０６の上に設けられている。
【００３６】
第１電極１０７はＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜からなる。また、第２電極１０９はＰｔ、ＴｉおよびＡｕの積層膜からなる。第１電極１０７と第２電極１０９とによって活性層１０３に電流が注入される。
【００３７】
本実施の形態の面発光レーザ１００は、戻り光強度比が０．００１％未満である。ここで、「戻り光強度比」とは、レーザ出射光の強度Ｉ０に対する戻り光の強度ＩＲをいい、ＩＲ／Ｉ０で表される。戻り光強度比ＩＲ／Ｉ０が小さいほど、戻り光の影響が少ないといえる。なお、「レーザ出射光」とは、活性層１０３で発生し出射面１０８から出射するレーザ光をいう。また、「戻り光」とは、活性層１０３で発生し出射面１０８から出射したレーザ光のうち外部反射端（例えばレーザ光を導入する光ファイバの端面；図示せず）で反射されて出射面１０８に再入射する光をいう。なお、外部反射端は光ファイバの端面に限定されるわけではなく、共振器１４０から出射したレーザ光を反射する部材である。
【００３８】
本実施の形態の面発光レーザ１００においては、出射面１０８上に吸収層１１０が設けられている。出射面１０８上に吸収層１１０が設けられている場合における戻り光強度比は式（１）で表される。式（１）において、Ｒ０は面発光レーザ１００の出射面１０８での反射率、Ｒ１は外部反射端１１８での反射率、Ｉ０はレーザ出射光の強度、Ｉｒは戻り光の強度、Ａは吸収層１１０における所定波長のレーザ光の吸収率をいう（図６参照）。図６に示すように、出射面１０８から出射したレーザ光は外部反射端１１８と出射面１０８との間で多重反射を繰り返した後、その一部は外部反射端１１８を通過し、他の一部は出射面１０８を通過して吸収層１１０に入射する。
【００３９】
なお、図６においては、レーザ出射光の向きを説明するため、出射面１０８と吸収層１１０とが離れているように記載されているが、本実施の形態の面発光レーザ１００においては、図１に示すように、吸収層１１０は出射面１０８上に設けられている。
ＩＲ／Ｉ０＝Ｒ１（１−Ｒ０）（１−Ａ）２／｛１−（１−Ａ）２Ｒ１（１−Ｒ０）Ｒ０｝    ……式（１）
一方、一般的な面発光レーザ（面発光レーザ８００とする）において、吸収層が設けられていない場合における戻り光強度比ＩＲ／Ｉ０は式（２）で表される。すなわち、式（２）は、式（１）において吸収層が設けられていない場合すなわち吸収層における所定波長のレーザ光の吸収率Ａが０である場合に該当する。式（２）において、Ｒ０は面発光レーザ８００の出射面８０８での反射率、Ｒ１は外部反射端８１８での反射率、Ｉ０はレーザ出射光の強度、Ｉｒは戻り光の強度をいう（図７参照）。
ＩＲ／Ｉ０＝Ｒ１（１−Ｒ０）／｛１−Ｒ１（１−Ｒ０）Ｒ０｝    ……式（２）
また、式（１）において、吸収層１１０における所定波長のレーザ光の吸収率Ａを変化させた場合における戻り光強度比ＩＲ／Ｉ０の値の変化を図８に示す。図８では一例として、式（１）において、出射面１０８での反射率Ｒ０が０．３であり、外部反射端１１８での反射率Ｒ１が０．０１である場合を示す。
【００４０】
図８によれば、吸収層１１０におけるレーザ光の吸収率Ａが増加するにつれて、戻り光強度比ＩＲ／Ｉ０が減少することがわかる。例えば、図８において、吸収層１１０における所定波長のレーザ光の吸収率Ａが０．５（５０％）である場合、吸収層１１０が設けられていない場合すなわち吸収率Ａが０（０％）である場合と比較して、戻り光強度比ＩＲ／Ｉ０が約３０％に低減する。すなわち、吸収層１１０における所定波長のレーザ光の吸収率Ａが０．５である場合、吸収層１１０が設けられていない場合すなわち吸収率Ａが０である場合と比較して、戻り光の影響が約３０％に低減されたことがわかる。
【００４１】
以上のことから、本実施の形態の面発光レーザ１００によれば、吸収層１１０が出射面１０８上に設けられ、この吸収層１１０が、活性層１０３にて発生し出射面１０８から出射するレーザ光の一部を吸収することにより、戻り光の影響を低減することができる。
【００４２】
また、吸収層１１０は、その材質に応じて適宜膜厚を選択することにより、所定の吸収率Ａに形成される。吸収層１１０の吸収係数をα［ｃｍ−１］、吸収層１１０の膜厚をＬ［ｃｍ］としたとき、αおよびＬは、吸収層１１０における所定波長のレーザ光の吸収率Ａとの間に以下の式（３）に示す関係を有する。
Ａ＝ｅｘｐ（−αＬ）        ……（３）
吸収層１１０がｐ型ＧａＡｓからなる場合において、例えば、吸収層１１０における所定波長（ここでは８５０ｎｍ）のレーザ光の吸収率Ａを０．５（５０％）にするには、８５０ｎｍの波長の光に対するＧａＡｓの吸収係数αが約４０００ｃｍ−１であることから（図９参照）、式（３）から、吸収層１１０の膜厚Ｌを約１．７μｍとする。なお、吸収係数αは吸収する光の波長によって異なる。一例として、ＧａＡｓおよびＩｎＧａＡｓの吸収係数を図９に示す。
【００４３】
本実施の形態の面発光レーザ１００においては、吸収率Ａが０．６５以上であることが好ましく、０．８以上であることがより好ましい。吸収率Ａが０．６５未満であると、戻り光強度比が小さくなる結果、戻り光雑音が大きくなるため、レーザの特性が劣化することがある。
【００４４】
（面発光レーザの動作）
次に、本実施の形態の面発光型発光素子１００の一般的な動作について説明する。なお、下記の面発光型半導体レーザの駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
【００４５】
まず、第１電極１０７と第２電極１０９とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、活性層１０３において、電子と正孔との再結合が起こり、この再結合による発光が生じる。そこで生じた光が第２ミラー１０４と第１ミラー１０２との間を往復する際に誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。光利得が光損失を上まわると、レーザ発振が起こり、第２ミラー１０４上の出射面１０８からレーザ光が半導体基板１０１と垂直方向に出射する。このレーザ光は吸収層１１０へと入射してその一部が吸収された後、残りのレーザ光が開口部１１４の底面１１４ａから半導体基板１０１と垂直方向に出射する。
【００４６】
（面発光レーザの製造方法）
次に、本実施の形態の面発光レーザ１００の製造方法について、図３〜図５を用いて説明する。図３〜図５はそれぞれ、図１および図２に示す面発光レーザ１００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、図１に示す断面図に対応している。
【００４７】
（１）まず、ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板１０１の表面１０１ａに、組成を変調させながらエピタキシャル成長（例えばＭＯＣＶＤ法）させることにより、半導体多層膜１５０を積層する（図３参照）。ここで、半導体多層膜１５０はバッファ層１１６、第１ミラー１０２、クラッド層１１３、活性層１０３、クラッド層１１５、第２ミラー１０４、および吸収層１１０からなる。各層の膜厚および組成は前述した通りである。
【００４８】
エピタキシャル成長を行なう際の温度は、成長方法や原料、半導体基板１０１の種類、あるいは形成する半導体多層膜１５０の種類、厚さ、およびキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、４５０℃〜８００℃であるのが好ましい。また、エピタキシャル成長を行なう際の所要時間も、温度と同様に適宜決定される。
【００４９】
（２）次に、パターニングにより、柱状部１３０を含む共振器１４０を形成する（図４参照）。より具体的には、まず、吸収層１１０上にフォトレジスト（図示せず）を塗布した後、フォトリソグラフィ法により該フォトレジストをパターニングすることにより、所定のパターンのレジスト層Ｒ１を形成する（図４参照）。次に、レジスト層Ｒ１をマスクとして、例えばドライエッチング法により、吸収層１１０および第２ミラー１０４をエッチングする。これにより、図４に示すように、柱状部１３０が形成される。以上の工程により、半導体基板１０１上に、柱状部１３０を含む共振器１４０が形成される。その後、レジスト層Ｒ１が除去される。
【００５０】
（３）次いで、絶縁層１０６をクラッド層１１５上に形成する（図５参照）。図５に示すように、絶縁層１０６は柱状部１３０の側壁１３０ｂを覆うように設けられる。絶縁層１０６としては、前述した材質から形成することができる。また、図５に示すように、絶縁層１０６の上面１０６ａと柱状部１３０の上面１３０ａとが同じ高さになるように形成する。
【００５１】
次に、第１電極１０７および第２電極１０９を形成する（図１および図２参照）。より具体的には、例えば真空蒸着法により、例えばＰｔ、ＴｉおよびＡｕの積層膜（図示せず）を形成する。次いで、リフトオフ法により、所定の位置以外の積層膜を除去することにより、第２電極１０９を形成する。この際、吸収層１１０の上面１１０ａに、前記積層膜が形成されていない部分が形成される。この部分が開口部１１４の底面１１４ａとなる。なお、前記工程において、リフトオフ法のかわりにドライエッチング法を用いることもできる。
【００５２】
次いで、同様の方法で、例えばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜をパターニングすることで、半導体基板１０１の裏面１０１ｂに第１電極１０７を形成する（図１参照）。次いで、アニール処理する。アニール処理の温度は電極材料に依存する。本実施形態で用いる電極材料の場合は、通常４００℃前後で行なう。以上の工程により、第１電極１０７および第２電極１０９が形成される（図１および図２参照）。以上により、本実施の形態の面発光レーザ１００が得られる。
【００５３】
（作用効果）
本実施の形態の面発光レーザ１００によれば、以下の作用効果を有する。
【００５４】
（１）吸収層１１０が出射面１０８上に設けられ、この吸収層１１０が活性層１０３にて発生し出射面１０８から出射するレーザ光の一部を吸収することにより、戻り光による影響を低減することができる。また、アイソレータのような高価な装置を必要とせずに、戻り光による影響を低減することができるため、低コスト化および装置の簡略化を図ることができる。
【００５５】
（２）吸収層１１０が、活性層１０３にて発生したレーザ光よりもバンドギャップが小さい半導体材料からなることにより、面発光レーザの製造工程の初期段階である結晶成長時に、吸収層１００を共振器１４０とモノリシックに形成することができる。これにより、特別な製造工程の追加を必要とせずに、吸収層１１０を簡便な方法にて形成することができる。
【００５６】
［第２の実施の形態］
（面発光レーザの構造）
図１０は、本発明を適用した第２の実施の形態の面発光レーザ２００を模式的に示す断面図である。
【００５７】
本実施の形態の面発光レーザ２００は、吸収層２１０がＩｎＧａＡｓまたはＧａＩｎＮＡｓからなる点、ならびに柱状部１３０の上面１３０ａのうち出射面１０８上にのみ吸収層２１０が設けられている点で、第１の実施の形態の面発光レーザ１００と異なる構成を有する。その他の構成要素は、第１の実施の形態の面発光レーザ１００と同様である。このため、本実施の形態の面発光レーザ２００において、第１の実施の形態の面発光レーザ１００と同様の構成要素を有する点については、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
【００５８】
（面発光レーザの製造方法）
本実施の形態の面発光レーザ２００は、吸収層２１０をパターニングする工程を含む以外は、第１の実施の形態の面発光レーザ１００と基本的に同様の製造工程を経て形成することができる。より具体的には、第１の実施の形態の面発光レーザ１００の製造工程において、共振器１４０を構成する層の上に、吸収層１１０のかわりに、ＩｎＧａＡｓまたはＧａＩｎＮＡｓからなる吸収層２１０を形成した後、柱状部１３０を形成する（図１１参照）。次いで、吸収層２１０上にレジスト層（図示せず）を形成した後一般的なフォトリソグラフィ工程により所定のパターンのレジスト層Ｒ２を形成し（図１２参照）、このレジスト層Ｒ２をマスクとして吸収層２１０をパターニングすることにより、出射面１０８上にのみ吸収層２１０を形成する（図１０参照）。その後、レジスト層Ｒ２が除去される。
【００５９】
（作用効果）
本実施の形態の面発光レーザ２００によれば、第１の実施の形態の面発光レーザ１００と同様の作用効果を有する。加えて、本実施の形態の面発光レーザ２００によれば、出射面１０８上にのみ吸収層２１０が設けられている。したがって、柱状部１３０の上面１３０ａのうち出射面１０８でない部分は、第２ミラー１０４の最上層として設けられたコンタクト層（図示せず）の表面からなる。これにより、前記コンタクト層と第２電極１０９とのオーミック接触を確保することができる。
【００６０】
［第３の実施の形態］
（面発光レーザの構造）
図１３は、本発明を適用した第３の実施の形態の面発光レーザ３００を模式的に示す断面図である。
【００６１】
本実施の形態の面発光レーザ３００は、吸収層３１０が金属膜からなる点、ならびに柱状部１３０の上面１３０ａのうち出射面１０８上にのみ吸収層３１０が設けられている点で、第１の実施の形態の面発光レーザ１００と異なる構成を有する。その他の構成要素は、第１の実施の形態の面発光レーザ１００と同様である。このため、本実施の形態の面発光レーザ３００において、第１の実施の形態の面発光レーザ１００と同様の構成要素を有する点については、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
【００６２】
前述したように、吸収層３１０は金属膜からなる。この金属膜は、活性層１０３によって生じたレーザ光の一部を吸収し、残りが通過できる膜厚に形成されている。また、この金属膜は例えば蒸着あるいはスパッタにより形成することができる。
【００６３】
なお、この金属膜を構成する金属としては、特に限定されるわけではないが、例えば蒸着あるいはスパッタにより薄膜を形成できるものを用いることができる。このような金属としては、例えば、銀、アルミニウム、金、バリウム、ベリリウム、カルシウム、クロム、銅、鉄、マンガン、ニッケル、鉛、パラジウム、白金、錫、チタン、亜鉛、タングステン、コバルト、タンタルを挙げることができる。これらの金属を単独であるいは組み合わせて前記金属膜を形成することができる。
【００６４】
（面発光レーザの製造方法）
本実施の形態の面発光レーザ３００は、第２電極１０９を形成した後に吸収層３１０を形成する点以外は、第１の実施の形態の面発光レーザ１００と基本的に同様の製造工程を経て形成することができる。より具体的には、第１の実施の形態の面発光レーザ１００の製造工程において、共振器１４０上に吸収層１１０を形成せずに第２電極１０９を形成する工程まで行ない（図３〜図５参照）、次いで、第２電極１０９上にレジスト層（図示せず）を形成した後一般的なフォトリソグラフィ工程により所定のパターンのレジスト層Ｒ３を形成し（図１４参照）、このレジスト層Ｒ３を保護膜として、出射面１０８上にのみ吸収層３１０を形成する（図１０参照）。すなわち、この工程において、レジスト層Ｒ３は第２電極１０９上に吸収層３１０が形成されるのを防止する機能を有する。その後、レジスト層Ｒ３が除去される。
【００６５】
（作用効果）
本実施の形態の面発光レーザ３００によれば、第１の実施の形態の面発光レーザ１００と同様の作用効果を有する。加えて、本実施の形態の面発光レーザ３００によれば、出射面１０８上にのみ吸収層３１０が設けられている。これにより、柱状部１３０の上面１３０ａのうち出射面１０８でない部分は、第２ミラー１０４の最上層として設けられたコンタクト層（図示せず）の表面からなる。その結果、前記コンタクト層と第２電極１０９とのオーミック接触を確保することができる。
【００６６】
また、第２電極１０９は前記コンタクト層とのオーミック接触を確保できる材質を用いて形成するのに対して、吸収層３１０は柱状部１３０の上面１３０ａのうち出射面１０８上にのみ設けられていることから、前記コンタクト層とのオーミック接触を確保する必要がない。このため、吸収層３１０の材質の選択の幅が広い。
【００６７】
さらに、本実施の形態の面発光レーザ３００によれば、吸収層３１０は金属膜からなる。金属膜は一般に、化合物半導体材料と比較して光の吸収率が大きい。このため、吸収層３１０の膜厚が非常に薄い場合であっても、出射面１０８から出射するレーザ光の一部を吸収する層としての機能を十分に発揮することができる。
【００６８】
加えて、吸収層３１０を構成する金属膜は例えば、出射面１０８上に蒸着あるいはスパッタ等によって成膜することができる。この吸収層３１０は、共振器１４０および第２電極１０９を形成した後、出射面１０８上に形成される。したがって、特殊な工程を必要とすることなく、簡便な方法にて吸収層３１０を形成することができる。
【００６９】
［第４の実施の形態］
（面発光レーザの構造）
図１５は、本発明を適用した第４の実施の形態の面発光レーザ４００を模式的に示す断面図である。
【００７０】
本実施の形態の面発光レーザ４００は、吸収層４１０が金属膜からなる点で、第３の実施の形態の面発光レーザ３００と同様の構成を有する。一方、本実施の形態の面発光レーザ４００においては、柱状部１３０の上面１３０ａおよび絶縁層１０６上に金属膜４１０ｘが設けられている。すなわち、金属膜４１０ｘのうち出射面１０８上に位置する領域が吸収層４１０として機能する。その他の構成要素は、第３の実施の形態の面発光レーザ３００と同様である。このため、本実施の形態の面発光レーザ４００において、第３の実施の形態の面発光レーザ３００と同様の構成要素を有する点については、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
【００７１】
吸収層４１０は、活性層１０３によって生じたレーザ光の一部を吸収し、残りが通過できる膜厚に形成されている。この吸収層４１０は、第３の実施の形態の吸収層３１０と同様の製造プロセスにより形成することができる。また、吸収層４１０は第２電極１０９と同じ材質からなることが好ましい。吸収層４１０と第２電極１０９とが同じ材質からなることにより、第２ミラー１０４の最上層であるコンタクト層（図示せず）と第２電極１０９とのオーミック接触を良好に確保することができる。
【００７２】
（面発光レーザの製造方法）
本実施の形態の面発光レーザ４００は、共振器１４０および絶縁層１０６を形成した後第２電極１０９を形成する前に吸収層４１０を形成する点以外は、第１の実施の形態の面発光レーザ１００と基本的に同様の製造工程を経て形成することができる。より具体的には、第１の実施の形態の面発光レーザ１００の製造工程において、共振器１４０上に吸収層１１０を形成せずに共振器１４０および絶縁層１０６を形成する工程まで行ない（図３〜図５参照）、次いで、共振器１４０および絶縁層１０６の上に金属膜４１０ｘを形成する（図１５参照）。次いで、第２電極１０９を金属膜４１０ｘ上に形成することにより、本実施の形態の面発光レーザ４００が得られる（図１５参照）。
【００７３】
（作用効果）
本実施の形態の面発光レーザ４００によれば、第１の実施の形態の面発光レーザ１００と同様の作用効果を有する。加えて、本実施の形態の面発光レーザ４００によれば、出射面１０８上にのみ吸収層４１０が設けられている。これにより、柱状部１３０の上面１３０ａのうち出射面１０８でない部分は、第２ミラー１０４の最上層として設けられたコンタクト層（図示せず）の表面からなる。その結果、前記コンタクト層と第２電極１０９とのオーミック接触を確保することができる。
【００７４】
また、本実施の形態の面発光レーザ４００によれば、吸収層４１０は金属膜からなる。この金属膜は例えば蒸着あるいはスパッタ等によって成膜することができる。より具体的には、この吸収層４１０は、共振器１４０および絶縁層１０６を形成した後に形成される。したがって、特殊な工程を必要とすることなく、簡便な方法にて吸収層４１０を形成することができる。
【００７５】
［第５の実施の形態］
（光モジュール）
図１６は、本発明を適用した第５の実施の形態の面発光レーザ５００を模式的に示す断面図である。
【００７６】
本実施の形態の光モジュール５００は、第１の実施の形態の面発光レーザ１００を含む。なお、本実施の形態の光モジュール５００において、面発光レーザ１００のかわりに、第２〜第４の実施の形態の面発光レーザ２００〜４００を用いてもよい。
【００７７】
この光モジュール５００は、面発光レーザ１００から出射したレーザ光を光ファイバ３０内に導入し伝搬させる光送信モジュールである。この光モジュール５００は、図１６に示すように、面発光レーザ１００、光ファイバ（光導波路）３０、およびハウジング３１を含む。ハウジング３１は主に、ベース３６およびファイバフォルダ３４から構成されている。ベース３６上には面発光レーザ１００が設けられている。面発光レーザ１００はベース３６上に固定されている。より具体的には、面発光レーザ１００の第１電極１０７側がベース３６に面するように、面発光レーザ１００がベース３６上に設けられている。これにより、面発光レーザ１００の出射面１０８が光ファイバ３０の端面３０ａと対向するように設置される。
【００７８】
光ファイバ３０の端部３０ｂおよび面発光レーザ１００はフォルダ３４内に設けられている。より具体的には、光ファイバ３０の端部３０ｂはフェルール３２内に設けられ、このフェルール３２がファイバフォルダ３４内に取り付けられている。
【００７９】
この光モジュール５００は、光ファイバ３０の端部３０ｂをフェルール３２内に挿入し、このフェルール３２をファイバフォルダ３４に取り付けた後、このファイバフォルダ３４を、面発光レーザ１００が取り付けられたベース３６と結合することによって組み立てられる。なお、この光モジュール５００においては、面発光レーザ１００の出射面１０８と光ファイバ３０の端面３０ａとが光学部品（例えばレンズ）を介さずに対向配置されているが、面発光レーザ１００の出射面１０８と光ファイバ３０の端面３０ａとの間に光学部品を設けてもよい。
【００８０】
［第６の実施の形態］
（光伝達装置）
図１７は、本発明を適用した第６の実施の形態の光伝達装置を示す図である。光伝達装置９０は、コンピュータ、ディスプレイ、記憶装置、プリンタ等の電子機器９２を相互に接続するものである。電子機器９２は、情報通信機器であってもよい。光伝達装置９０は、ケーブル９４の両端にプラグ９６が設けられたものであってもよい。ケーブル９４は、光モジュール５００（図１６参照）のうち光ファイバ３０を含む。プラグ９６は、光モジュール５００のうち光ファイバ３０と面発光型半導体レーザ１００との光結合部位を内蔵する。なお、光ファイバ３０はケーブル９４に内蔵され、面発光型半導体レーザ１００はプラグ９６に内蔵されているため、図１７には図示されていない。光ファイバ３０と面発光型半導体レーザ１００との取り付け状態は、第５の実施の形態にて説明した通りである。
【００８１】
光ファイバ３０の一方の端部には、第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ１００が設けられており、光ファイバ３０の他方の端部には、受光素子（図示せず）が設けられている。この受光素子は入力された光信号を電気信号に変換した後、この電気信号を一方の電子機器９２に入力する。一方、電子機器９２から出力された電気信号は、面発光型半導体レーザ１００によって光信号に変換される。この光信号は光ファイバ３０を伝わり、受光素子に入力される。
【００８２】
以上説明したように、本実施の形態の光伝達装置９０によれば、光信号によって、電子機器９２間の情報伝達を行うことができる。
【００８３】
［第７の実施の形態］
（光伝達装置の使用形態）
図１８は、本発明を適用した第７の実施の形態の光伝達装置の使用形態を示す図である。光伝達装置９０は、電子機器８０間に接続されている。電子機器８０として、液晶表示モニタまたはディジタル対応のＣＲＴ（金融、通信販売、医療、教育の分野で使用されることがある。）、液晶プロジェクタ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、ディジタルＴＶ、小売店のレジ（ＰＯＳ（Point of Sale Scanning）用）、ビデオ、チューナー、ゲーム装置、プリンタ等が挙げられる。
【００８４】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【００８５】
例えば、上記実施の形態の面発光型半導体レーザでは、共振器に柱状部が一つ設けられている場合について説明したが、共振器に柱状部が複数個設けられている場合あるいは柱状部が設けられていない場合においても本発明の形態は損なわれない。また、複数の面発光型半導体レーザがアレイ化されている場合でも、同様の作用および効果を有する。
【００８６】
また、例えば、上記実施の形態において、各半導体層におけるｐ型とｎ型とを入れ替えても本発明の趣旨を逸脱するものではない。また、上記実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ系のものについて説明したが、発振波長に応じてその他の材料系、例えば、ＧａＩｎＰ系、ＺｎＳＳｅ系、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＧａＡｓＳｂ系の半導体材料を用いることも可能である。なお、本発明の面発光型半導体レーザがＧａＡｓＳｂ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系等の半導体材料を用いて形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１の実施の形態の面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示す面発光型半導体レーザを模式的に示す平面図である。
【図３】図１および図２に示す面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図４】図１および図２に示す面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図５】図１および図２に示す面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図６】吸収層が設けられている場合における戻り光強度比を説明する図である。
【図７】吸収層が設けられていない場合における戻り光強度比を説明する図である。
【図８】吸収層における光の吸収率と戻り光強度比との関係を示す図である。
【図９】吸収層がＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓからなる場合において、吸収層において吸収する光の波長と吸収係数との関係を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図１１】図１０に示す面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１２】図１０に示す面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態の面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図１４】図１３に示す面発光型半導体レーザの一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態の面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図１６】本発明の第５の実施の形態の光モジュールを模式的に示す断面図である。
【図１７】本発明の第６の実施の形態の光伝達装置を模式的に示す図である。
【図１８】本発明の第７の実施の形態の光伝達装置の使用形態を模式的に示す図である。
【図１９】一般的な光モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
【図２０】一般的なアイソレータの一例を模式的に説明する図である。
【図２１】図２０に示す偏光板およびファラデー回転子を模式的に説明する図である。
【符号の説明】
【００８８】
３０  光ファイバ、  ３０ａ  光ファイバの端面、  ３０ｂ  光ファイバの端部、  ３１  ハウジング、  ３２  フェルール、  ３４  ファイバフォルダ、  ３６  ベース、  ３８  接続ピン、  ８０，９２  電子機器、  ９０  光伝達装置、  ９４  ケーブル、  ９６  プラグ、  １００，２００，３００，４００  面発光型半導体レーザ、  １０１  半導体基板、  １０１ａ  半導体基板１０１の表面、  １０１ｂ  半導体基板１０１の裏面、  １０２  第１ミラー、  １０３  活性層、  １０３ａ，１０３ｃ  バリア層、  １０３ｂ  井戸層、  １０４  第２ミラー、  １０６  絶縁層、  １０６ａ  絶縁層の上面、  １０７  第１電極、  １０８  出射面、  １０９  第２電極、  １１０，２１０，３１０，４１０  吸収層、  １１０ａ  吸収層の上面、  １１３，１１５  クラッド層、  １１４  開口部、  １１４ａ  開口部の底面、  １１６  バッファ層、  １１８  外部反射端、  １３０  柱状部、  １３０ａ  柱状部の上面、  １３０ｂ  柱状部の側壁、  １４０  共振器、  １５０  半導体多層膜、  ４１０ｘ  金属膜、  ５００  光モジュール、  Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３  レジスト層
【図１】
2005086027.tif 000003
【図２】
2005086027.tif 000004
【図３】
2005086027.tif 000005
【図４】
2005086027.tif 000006
【図５】
2005086027.tif 000007
【図６】
2005086027.tif 000008
【図７】
2005086027.tif 000009
【図８】
2005086027.tif 000010
【図９】
2005086027.tif 000011
【図１０】
2005086027.tif 000012
【図１１】
2005086027.tif 000013
【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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