(57)【要約】【課題】  半導体分布ブラッグ反射鏡を構成する材料のＧａ組成やＧａ／Ａｌ比の変化が小さく、かつ放熱性を考慮した面発光レーザ半導体膜でも、制御性よくエッチングできる構成を提供する。【解決手段】  半導体基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とが積層膜として形成され、該積層膜がエッチングによってメサ形状に加工される面発光レーザであって、下部反射鏡は、低屈折率層がＡｌＡｓからなる第１下部反射鏡と、第１下部反射鏡の上に形成され、低屈折率層がＡｌＧａＡｓからなる第２下部反射鏡とから構成され、共振器領域を構成するいずれかの層は、Ｉｎを含んでいる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とが積層膜として形成され、該積層膜がエッチングによってメサ形状に加工される面発光レーザであって、
上部反射鏡および下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であって、半導体分布ブラッグ反射鏡の少なくとも一部は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなる屈折率が小なる層と、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなる屈折率が大なる層とから構成され、
下部反射鏡は、低屈折率層がＡｌＡｓからなる第１下部反射鏡と、第１下部反射鏡の上に形成され、低屈折率層がＡｌＧａＡｓからなる第２下部反射鏡とから構成され、
共振器領域を構成するいずれかの層は、Ｉｎを含んでいることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項２】
請求項１記載の面発光レーザにおいて、少なくとも下部スペーサ層と上部スペーサ層は、Ｉｎを含んでいることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の面発光レーザにおいて、第２下部反射鏡は、１０ペア以下であることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、スペーサ層の一部は（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）からなり、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）からなり、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）からなることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項５】
請求項４記載の面発光レーザにおいて、量子井戸活性層は圧縮歪を有していることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項６】
請求項４記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板は、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板であることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項７】
請求項５記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板は、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板であることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項８】
面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とが積層膜として形成され、該積層膜がエッチングによってメサ形状に加工される面発光レーザであって、
上部反射鏡および下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であって、半導体分布ブラッグ反射鏡の少なくとも一部は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなる屈折率が小なる層と、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなる屈折率が大なる層とから構成され、
スペーサ層の一部は（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）からなり、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）からなり、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）からなり、量子井戸活性層は圧縮歪を有しており、光出射方向から見た活性層の外周形状は異方性を持っており（１１１）Ａ面方向に長い形状であることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項９】
請求項５または請求項８記載の面発光レーザにおいて、障壁層は引っ張り歪を有していることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項１０】
請求項４乃至請求項９のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、該面発光レーザは、発振波長がおよそ６８０ｎｍよりも長波長であることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項１１】
半導体基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを積層膜として形成し、この際、前記共振器領域を構成するいずれかの層にＩｎを含ませておき、該積層膜をドライエッチングしてメサ形状に加工するときに、Ｉｎの発光をモニタすることによりメサ高さを制御することを特徴とする面発光レーザの製造方法。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザが同一基板上に複数個構成されていることを特徴とする面発光レーザアレイ。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、書き込み光源として用いられていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光ピックアップシステム。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光送信モジュール。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光送受信モジュール。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザおよびその製造方法および面発光レーザアレイおよび面発光レーザの製造方法および画像形成装置および光ピックアップシステムおよび光送信モジュールおよび光送受信モジュールおよび光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光型半導体レーザ（面発光レーザ）は、基板に対して垂直方向に光を出射する半導体レーザであり、端面発光型半導体レーザに比べて低コストで高性能が得られることから、光インターコネクションなどの光通信の光源、光ピックアップ用の光源、画像形成装置の光源など、民生用途で用いられている。
【０００３】
このような用途の面発光レーザには、活性層の利得が大きく、低しきい値，高出力であって、信頼性に優れ、偏光方向が制御されていることが求められる。
【０００４】
特に、面発光レーザ（以下、ＶＣＳＥＬという）は、活性層体積が小さいため、端面発光型半導体レーザと比較して、光出力が小さく、出力の増大が求められる場合が多い。この光出力を増大させる方法の一つは、発光部の温度上昇を少なくする対策を行うことである。
【０００５】
まず、素子構造をさらに説明し、この熱対策について述べる。
【０００６】
図１は一般的な面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の構成例を示す図である。なお、図１は、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓを活性層にもち、ＡｌＡｓ層を選択酸化して電流狭窄構造としたＶＣＳＥＬの例となっている。
【０００７】
図１に示す一般的なＶＣＳＥＬは、次のように作製される。すなわち、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法により、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板上に、ｎ−ＡｌＧａＡｓ／ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部半導体多層膜反射鏡（ＤＢＲ）、下部ＧａＡｓスペーサ層、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ  ＭＱＷ活性層、上部ＡｌＧａＡｓスペーサ層、ＡｌＡｓ被選択酸化層、ｐ−ＡｌＧａＡｓ／ｐ−ＡｌＧａＡｓ上部半導体多層膜反射鏡（ＤＢＲ）を順次に積層して積層膜として形成する。
【０００８】
次に、積層膜をドライエッチング法によりメサ形状に加工する。このとき、エッチング面は下部半導体ＤＢＲ中に達するようにすることが一般的である。
【０００９】
次に、ドライエッチングにより側面が露出したＡｌＡｓ被選択酸化層を、水蒸気中で熱処理し、周辺を酸化してＡｌｘＯｙの絶縁物層に変化させ、素子駆動電流の経路を中心部の酸化されていないＡｌＡｓ領域だけに制限する電流狭窄構造を形成する。
【００１０】
続いて、所定の個所にｐ側電極，ｎ側電極を形成して、図１のＶＣＳＥＬを作製することができる。
【００１１】
ところで、このような面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）では、活性層からの放熱を良くするためには、メサの高さを低くし基板への熱抵抗を小さくすることである。しかし、ドライエッチング法によるメサ加工の工程では、エッチング毎のエッチング深さのバラツキが±１０％以上になることは稀ではなく、試料内でのエッチング深さのバラツキも加算すると、メサの高さを必要な高さより大きくとらざるをえない。
【００１２】
また、特許文献１には、さらに熱抵抗を小さくする構成が示されている。特許文献１に示されている構成では、下部半導体ＤＢＲ中の下側の大部分のＤＢＲの低屈折率層にＡｌＧａＡｓよりも熱伝導性が格段によいＡｌＡｓを用いている。なお、下部半導体ＤＢＲの上側の低屈折率層では従来のＡｌＧａＡｓを用いている。この理由は、もしも、エッチング面が下側ＡｌＡｓ  ＤＢＲ中に達すると、後工程のＡｌＡｓ被選択酸化層の酸化工程時にメサ側壁に露出している下側ＡｌＡｓ  ＤＢＲのＡｌＡｓ層の端面からも同時に酸化が進み、素子が絶縁化するか高抵抗化する事態になるからである。これは、ＡｌＧａＡｓの酸化速度はＡｌ組成依存性が大きく、Ａｌ組成が大きいほど酸化速度が大きい。そして、ＡｌＡｓでは最も酸化速度が大きいからである。これを防ぐため、特許文献１では、酸化速度が小さいＡｌＧａＡｓを用いた上側ＡｌＧａＡｓ  ＤＢＲを設け、エッチング底面をこの上側ＡｌＧａＡｓ  ＤＢＲ中に位置するように加工し、下側ＡｌＡｓ  ＤＢＲのＡｌＡｓ端面が露出しないようにする。その上側ＡｌＧａＡｓ  ＤＢＲのペア数は、特許文献１に示されているように全体の４／７以下が良い。より良くは１０ペア以内とするのが好ましい。
【００１３】
しかし、時間管理でエッチング底面を１０ペア程度の上側ＡｌＧａＡｓ  ＤＢＲ中に位置するようにした場合は、歩留まりの低下が著しく、上側ＡｌＧａＡｓ  ＤＢＲ中のエッチング底面の位置のバラツキも大きいという問題がある。
【００１４】
よって、歩留まり良くこれらの熱対策の効果を得るには、ドライエッチング法によるメサ加工工程の制御性が重要になる。このため、エッチングモニタ法が必要となる。モニタ法としては、プラズマ発光分光法と、被エッチング試料表面に光を照射しその反射光の強度をモニタして膜の干渉強度の変化からエッチング深さを検出する方法が挙げられる。このうち、覗き窓の特別の配置が必要でなく、方式が確立していて、計測機器も市販されているプラズマ発光分光法を用いることが望ましい。
【００１５】
この方式の場合、Ｇａの４１７ｎｍの発光強度か、Ｇａの４１７ｎｍの発光強度とＡｌの３９６ｎｍの発光強度との比の時間変化をモニタすることにより、半導体膜組成に対応した強度波形が検出できる。ＶＣＳＥＬ構成膜のように２種の組成の層の繰り返しが大部分である試料の場合は、強度波形は振動波形となる。
【００１６】
しかし、特にＧａＡｓ活性層のレーザ発振波長（８５０ｎｍ程度）以下の短い発振波長をもつＶＣＳＥＬの半導体膜の場合は、Ｇａ組成やＧａ／Ａｌ組成比の変化が小さくなるためと、波長に応じてＤＢＲや共振器の膜厚が小さくなるため、プラズマ発光分光法では前記の振動波形の振幅が小さくなりモニタが容易でなくなる。さらに、被エッチング試料が大きくなれば、試料内のエッチング分布の影響を受けるためモニタが困難となる問題が生じる。
【００１７】
また、面発光レーザとして、８５０ｎｍ帯，９８０ｎｍ帯のものは、活性層へのキャリア閉じ込めが良好である。具体的に、８５０ｎｍ帯の面発光レーザでは、量子井戸活性層にはＧａＡｓが用いられ、障壁層やスペーサ層（クラッド層）にはＡｌＧａＡｓが用いられている。更に、高性能なＡｌＧａＡｓ系反射鏡（ＤＢＲ）と、Ａｌ酸化膜を利用した電流狭窄構造とを採用できるので、実用レベルの性能を実現している。また、偏光方向制御については、光出射方向から見た活性層の外周形状に異方性を持たせる方法など、多数の提案がなされている。中でも、非特許文献１には、（３１１）Ｂ基板、つまり（１００）から（１１１）Ｂ面方向に２５°傾斜（ｏｆｆ）した基板を用いることで、傾斜した方向の光学的利得が大きくなり、偏光方向制御が実現できることが示されている。また、（３１１）Ａ基板も同様な効果があることが示されている。しかしながら、この非特許文献１の技術では、大きく傾斜した（３１１）Ｂ基板上への結晶成長は、（１００）基板上への結晶成長に比べて難しくなり、さらに、（３１１）Ａ基板上への結晶成長は、より一層困難であるという欠点がある。また、いずれの基板の場合も、基板が大きく傾斜しているので、基板の価格が２倍以上することや、へき開しづらく、扱いにくいなどの欠点がある。
【００１８】
一方、８５０ｎｍよりも短波長帯の面発光レーザは、量子井戸活性層にＡｌを添加してバンドギャップを大きくして実現されている。具体的に、７８０ｎｍ帯の面発光レーザでは、Ａｌが組成比で１２％程度添加されている。しかし、この場合、８５０ｎｍよりも短波長帯の面発光レーザは、障壁層やスペーサ層とのバンド不連続が小さくなってしまうので、活性層へのキャリア閉じ込めが弱くなってしまい、８５０ｎｍ帯の面発光レーザに比べて、特に温度特性において良好な特性を得るのが困難であるという問題がある。また、活性層に活性なＡｌが添加されているので、成長中や加工中等に酸素が取り込まれてしまい、非発光再結合センターが形成されて、発光効率や信頼性の低下を招いてしまうという問題がある。
【００１９】
特許文献２には、８５０ｎｍよりも短波長帯の面発光レーザで非発光再結合センターの形成を抑える目的で、Ａｌフリー活性領域（量子井戸活性層、及びそれに隣接する層）を採用する面発光レーザ（７８０ｎｍ帯）が提案されている。この面発光レーザは、具体的には、量子井戸活性層に引っ張り歪を有するＧａＡｓＰが用いられ、また、障壁層に圧縮歪を有するＧａＩｎＰが用いられ、また、スペーサ層（クラッド層と第１及び第３量子井戸活性層との間の層）に格子整合ＧａＩｎＰが用いられ、また、クラッド層にＡｌＧａＩｎＰが用いられている。この特許文献２によれば、活性領域がＡｌフリーなので、信頼性が改善される。
【００２０】
更に、非特許文献２には、活性領域がＡｌフリーであることによる効果に加えて、活性層の利得を大きくするために、量子井戸活性層に圧縮歪を有するＧａＩｎＰＡｓが用いられ、障壁層に格子整合または引っ張り歪を有するＧａＩｎＰが用いられ、スペーサ層（クラッド層と第１及び第３量子井戸活性層との間の層）に格子整合ＡｌＧａＩｎＰが用いられ、クラッド層にＡｌＧａＩｎＰ（スペーサ層よりＡｌ組成大）が用いられた７８０ｎｍ帯の面発光レーザが提案されている。この非特許文献２の面発光レーザは、前述した特許文献２の構造に比べて、障壁層が格子整合であり圧縮歪組成よりバンドギャップが大きいので、キャリア閉じ込めが良好になっている。
【００２１】
また、偏光方向制御について、特許文献３には、基板の面方位が（１００）から（１１１）Ａ面方向または（１１１）Ｂ面方向に１５°乃至４０°の範囲内の角度（傾斜角）に傾斜した基板を用い、光学利得異方性を利用し、更に圧縮歪を有するＩｎＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰからなる多重量子井戸活性層を採用することで、傾斜した方向の光学的利得を大きくして、偏光方向の制御をすることが示されている。
【００２２】
また、特許文献４には、メサ形状を円形，楕円形または長円形として、長軸の方向を（１００）から（１１１）Ａ面方向または（１１１）Ｂ面方向とする方法が示されている。この場合、基板の面方位は（１００）から［１１０］方向に２°ｏｆｆ（−５°〜  ＋５°含む）のものであり、Ａ面，Ｂ面方向へ傾斜した基板ではない。
【００２３】
しかしながら、従来では、活性層の利得が大きく低しきい値，高出力であって、信頼性に優れ、偏光方向が制御された８５０ｎｍよりも波長の短い面発光レーザは実現されていない。
【００２４】
すなわち、特許文献２では、活性領域がＡｌフリーなので信頼性が改善されるが、偏光制御方法が示されていない。
【００２５】
また、非特許文献２では、キャリア閉じ込めが良好な構造であるが、偏光制御方法が示されていない。
【００２６】
また、特許文献３では、偏光方向の制御が可能となるが、信頼性や、材料の特質にあった構成について、何ら考慮されていない。
【００２７】
また、特許文献４では、偏光方向を制御できるが、８５０ｎｍよりも波長の短い面発光レーザにおいて、高利得，長寿命化について、何ら考慮されていない。
【００２８】
このように、従来では、活性層の利得が大きく、低しきい値，高出力であって、信頼性に優れ、偏光方向が制御された８５０ｎｍよりも波長の短い面発光レーザは実現されていない。
【特許文献１】特開２００２−１６４６２１
【特許文献２】特開平９−１０７１５３号公報
【特許文献３】特開２００１−６０７３９
【特許文献４】特開２００１−１６８４６１
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．１０，  Ｎｏ．１２，  ｐｐ．１６７６−１６７８，  １９９８（東工大）
【非特許文献２】ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．１２，  Ｎｏ．６，  ｐｐ．６０３−６０５，  ２０００（Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ  Ｕｎｉｖ．）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
本発明は、半導体分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）を構成する材料のＧａ組成やＧａ／Ａｌ比の変化が小さく、かつ放熱性を考慮した面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）半導体膜でも、制御性よくエッチングできる構成を提供すること、また、それにより、高出力となる面発光レーザを提供することを目的としている。これに加えて、特に８５０ｎｍよりも波長の短い面発光レーザにおいて、信頼性に優れている面発光レーザ、活性層の利得が大きく、低しきい値，高出力である面発光レーザを提供することを目的としている。
【００３０】
また、特に８５０ｎｍよりも波長の短い面発光レーザにおいて、信頼性に優れており、活性層の利得が大きく、低しきい値，高出力であり、これらに加えて、偏光方向が制御されていることとを同時に満たした面発光レーザを提供することを目的としている。
【００３１】
更には、上記面発光レーザが集積された面発光レーザアレイおよび画像形成装置および光ピックアップシステムおよび光送信モジュールおよび光送受信モジュールおよび光通信システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、半導体基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とが積層膜として形成され、該積層膜がエッチングによってメサ形状に加工される面発光レーザであって、
上部反射鏡および下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であって、半導体分布ブラッグ反射鏡の少なくとも一部は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなる屈折率が小なる層と、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなる屈折率が大なる層とから構成され、
下部反射鏡は、低屈折率層がＡｌＡｓからなる第１下部反射鏡と、第１下部反射鏡の上に形成され、低屈折率層がＡｌＧａＡｓからなる第２下部反射鏡とから構成され、
共振器領域を構成するいずれかの層は、Ｉｎを含んでいることを特徴としている。
【００３３】
また、請求項２の発明は、請求項１記載の面発光レーザにおいて、少なくとも下部スペーサ層と上部スペーサ層は、Ｉｎを含んでいることを特徴としている。
【００３４】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２記載の面発光レーザにおいて、第２下部反射鏡は、１０ペア以下であることを特徴としている。
【００３５】
また、請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、スペーサ層の一部は（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）からなり、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）からなり、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）からなることを特徴としている。
【００３６】
また、請求項５の発明は、請求項４記載の面発光レーザにおいて、量子井戸活性層は圧縮歪を有していることを特徴としている。
【００３７】
また、請求項６の発明は、請求項４記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板は、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板であることを特徴としている。
【００３８】
また、請求項７の発明は、請求項５記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板は、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板であることを特徴としている。
【００３９】
また、請求項８の発明は、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とが積層膜として形成され、該積層膜がエッチングによってメサ形状に加工される面発光レーザであって、
上部反射鏡および下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であって、半導体分布ブラッグ反射鏡の少なくとも一部は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなる屈折率が小なる層と、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなる屈折率が大なる層とから構成され、
スペーサ層の一部は（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）からなり、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）からなり、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）からなり、量子井戸活性層は圧縮歪を有しており、光出射方向から見た活性層の外周形状は異方性を持っており（１１１）Ａ面方向に長い形状であることを特徴としている。
【００４０】
また、請求項９の発明は、請求項５または請求項８記載の面発光レーザにおいて、障壁層は引っ張り歪を有していることを特徴としている。
【００４１】
また、請求項１０の発明は、請求項４乃至請求項９のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、該面発光レーザは、発振波長がおよそ６８０ｎｍよりも長波長であることを特徴としている。
【００４２】
また、請求項１１の発明は、半導体基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを積層膜として形成し、この際、前記共振器領域を構成するいずれかの層にＩｎを含ませておき、該積層膜をドライエッチングしてメサ形状に加工するときに、Ｉｎの発光をモニタすることによりメサ高さを制御することを特徴としている。
【００４３】
また、請求項１２の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザが同一基板上に複数個構成されていることを特徴とする面発光レーザアレイである。
【００４４】
また、請求項１３の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、書き込み光源として用いられていることを特徴とする画像形成装置である。
【００４５】
また、請求項１４の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光ピックアップシステムである。
【００４６】
また、請求項１５の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光送信モジュールである。
【００４７】
また、請求項１６の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光送受信モジュールである。
【００４８】
また、請求項１７の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光通信システムである。
【発明の効果】
【００４９】
請求項１乃至請求項３記載の発明によれば、共振器領域を構成するいずれかの層はＩｎを含んでおり、下部半導体ＤＢＲは放熱性に優れるＡｌＡｓ／（Ａｌ）ＧａＡｓ  ＤＢＲを含んでいるので、メサ形成の精度と再現性が高くなり、共振器の近傍までＡｌＡｓ／（Ａｌ）ＧａＡｓ  ＤＢＲを設けた構成にできる。
【００５０】
よって、駆動時の温度上昇が抑制され、温度特性が良好で高出力な面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を提供できる。同時に、均一性のよいレーザ特性をもち、加工再現性が良く歩留が良い面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を提供できる。
【００５１】
特に、請求項２記載の発明では、共振器領域を構成する層のうち、活性層よりも格段に厚さの厚いスペーサ層がＩｎを含んでいるので、より再現性よく、より精度良くメサを加工でき、これによって、より温度特性が良好で高出力なものであって、より均一性のよいレーザ特性をもち、高い加工再現性と高い歩留の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が容易に得られる。
【００５２】
また、請求項３記載の発明では、第２下部半導体ＤＢＲの厚さが、メサ加工時の精度より大きく、且つ、最小限に設定されているので、より駆動時の温度上昇が抑制され温度特性が良好で高出力な面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が得られる。
【００５３】
また、請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、スペーサ層の一部は（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）からなり、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）からなり、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）からなり、スペーサ層の一部にＡｌＧａＩｎＰ材料，すなわち（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）が用いられることで、スペーサ層をＡｌＧａＡｓ系で形成した場合に比べて、スペーサ層と量子井戸活性層とのバンドギャップ差を極めて大きく取ることができ、キャリア閉じ込めが向上し、放熱効果との相乗効果で、更に低しきい値化するとともに高出力化することができる。
【００５４】
また、障壁層や量子井戸活性層にはＧａＩｎＰＡｓ材料が用いられており、すなわち、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）からなり、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）からなり、Ａｌを含んでいない材料から活性層が構成されており、Ａｌフリー活性領域（量子井戸活性層、及びそれに隣接する層）としているので、酸素の取り込まれが低減されて非発光再結合センターの形成を抑えることができ、長寿命の面発光レーザを実現できる。
【００５５】
また、請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の面発光レーザにおいて、量子井戸活性層は圧縮歪を有しており、量子井戸活性層を圧縮歪組成とすることで、キャリア閉じ込め効果に歪の効果が加わり活性層が高利得化すると共に放熱効果との相乗効果で、更に低しきい値化するとともに極めて高効率化（高出力化）することができる。更には、キャリア閉じ込め向上と歪量子井戸活性層採用による高利得化によって低しきい値化することで、光取り出し側ＤＢＲの反射率低減が可能となり、更なる高出力化も可能となる。
【００５６】
また、請求項６記載の発明によれば、請求項４記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板は、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板であるので（すなわち、基板の面方位を考慮し、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板を用いることで）、自然超格子の形成によるバンドギャップの低下や、ヒロック（丘状欠陥）発生による表面性の悪化や非発光再結合センターの発生など、半導体レーザなどのデバイス特性への悪影響を低減させることができる。
【００５７】
また、請求項７記載の発明によれば、請求項５記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板は、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板であるので（すなわち、偏光制御について、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板を用いることで）、現在、最有力視されている（３１１）Ｂ基板（２５°傾斜に相当）を用いた場合ほどの効果を得ることができず、傾斜基板利用による光学利得異方性は小さくなるが、請求項７の発明では、この低下分を量子井戸活性層に圧縮歪を与えることによる光学利得異方性の増大により補償することで、偏光方向を制御することが可能となる。
【００５８】
このように、請求項７の発明によれば、放熱効果と活性層の高利得化との相乗効果による低しきい値，高出力であることと、信頼性に優れていることと、偏光方向が制御されていることとを同時に満たした、８５０ｎｍよりも波長の短い面発光レーザを実現することができる。
【００５９】
また、請求項８記載の発明によれば、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とが積層膜として形成され、該積層膜がエッチングによってメサ形状に加工される面発光レーザであって、
上部反射鏡および下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であって、半導体分布ブラッグ反射鏡の少なくとも一部は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなる屈折率が小なる層と、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなる屈折率が大なる層とから構成され、
スペーサ層の一部は（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）からなり、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）からなり、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）からなり、量子井戸活性層は圧縮歪を有しており、光出射方向から見た活性層の外周形状は異方性を持っており（１１１）Ａ面方向に長い形状であるので、以下の効果を得ることができる。
【００６０】
すなわち、請求項８記載の発明の面発光レーザでは、スペーサ層の一部にＡｌＧａＩｎＰ材料，すなわち（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）が用いられることで、スペーサ層をＡｌＧａＡｓ系で形成した場合に比べて、スペーサ層と量子井戸活性層とのバンドギャップ差を極めて大きく取ることができ、キャリア閉じ込めが向上し、低しきい値化するとともに高出力化することができる。
【００６１】
また、障壁層や量子井戸活性層にはＧａＩｎＰＡｓ材料が用いられており（すなわち、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）からなり、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）からなり、Ａｌを含んでいない材料から活性層が構成されており）、Ａｌフリー活性領域（量子井戸活性層、及びそれに隣接する層）としているので、酸素の取り込まれが低減されて非発光再結合センターの形成を抑えることができ、長寿命の面発光レーザを実現できる。
【００６２】
また、量子井戸活性層を圧縮歪組成とすることで、歪の効果により更に低しきい値化するとともに高効率化（高出力化）することができる。更には、キャリア閉じ込め向上と歪量子井戸活性層採用による高利得化によって低しきい値化することで、光取り出し側ＤＢＲの反射率低減が可能となり、更に高出力化することができる。
【００６３】
また、基板の面方位を考慮し、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板を用いることで、自然超格子の形成によるバンドギャップの低下や、ヒロック（丘状欠陥）発生による表面性の悪化や非発光再結合センターの発生など、半導体レーザなどのデバイス特性への悪影響を低減させることができる。
【００６４】
また、偏光制御については、現在、最有力視されている（３１１）Ｂ基板を用いた場合の効果を利用することができず、傾斜基板利用による光学利得異方性は小さくなるが、本発明では、この低下分を量子井戸活性層に圧縮歪を与えることによる光学利得異方性の増大、及び、面発光レーザの光出射方向から見た活性層の外周形状に異方性を持たせ、（１１１）Ａ面方向に長い形状とすることによる基板傾斜方向（（１１１）Ａ面方向）の光学的利得増大により補償することで、偏光方向の制御が極めて容易になる。
【００６５】
このように、請求項８記載の発明によれば、活性層の利得が大きく低しきい値，高出力であることと、信頼性に優れていることと、偏光方向が制御されていることとを同時に満たした、８５０ｎｍよりも波長の短い面発光レーザを実現することができる。
【００６６】
また、請求項９記載の発明によれば、請求項５または請求項８記載の面発光レーザにおいて、障壁層は引っ張り歪を有しているので（すなわち、ＧａＩｎＰＡｓ系材料において、障壁層となる半導体材料は格子定数が小さい材料の方が大きなバンドギャップを取れるので）、量子井戸活性層とのバンド不連続を更に大きくでき、利得が大きくなり、低しきい値動作，高出力動作が可能となる。
【００６７】
また、請求項１０記載の発明によれば、請求項４乃至請求項９のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、該面発光レーザは、発振波長がおよそ６８０ｎｍよりも長波長であることを特徴としており、請求項１０の発明では、ＡｌＧａＩｎＰ系のスペーサ層を用いることで、組成波長が６８０ｎｍよりも長波長であれば、Ａｌフリー活性層（量子井戸活性層と障壁層）を用いても、ＡｌＧａＡｓ系の活性層による７８０ｎｍ帯の面発光レーザの場合と同等以上のキャリア閉じ込めが可能となり、更に歪量子井戸活性層の効果も加わることから、同等以上の特性を得ることが可能となる。
【００６８】
また、請求項１１記載の発明によれば、半導体基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを積層膜として形成し、この際、前記共振器領域を構成するいずれかの層にＩｎを含ませておき、該積層膜をドライエッチングしてメサ形状に加工するときに、Ｉｎの発光をモニタすることによりメサ高さを制御するので（すなわち、共振器層からのＩｎの発光をモニタしながらドライエッチングするので）、良好に共振器部を検出できて、これにより、再現性良く精度良くメサを形成（加工）できる。この結果、請求項１，請求項２，請求項３の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を再現性良く歩留まり良く製造することができる。
【００６９】
また、請求項１２記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザが同一基板上に複数個構成されていることを特徴とする面発光レーザアレイであるので、以下の効果を得ることができる。
【００７０】
すなわち、メサ形成の精度と再現性が高くなるので、均一性のよいレーザ特性をもち、加工再現性が良く歩留が良い面発光レーザアレイが低コストで得られる。
【００７１】
特に、請求項１乃至請求項６の面発光レーザを用いた場合、放熱特性が改善されアレイ内素子間の熱干渉が抑えられ、より近接した（高密度）アレイとすることが可能となる。
【００７２】
また、高出力動作可能な面発光レーザを同一基板上に多数集積することで、書き込み光学系に応用した場合、同時にマルチビームでの書きこみが容易となり、書きこみ速度が格段に向上し、書きこみドット密度が上昇しても印刷速度を落とすことなく印刷できる。また、同じ書きこみドット密度の場合は印刷速度を早くできる。また、通信に応用した場合、同時に多数ビームによるデータ伝送が可能となるので高速通信ができる。更に、面発光レーザは低消費電力動作し、特に機器の中に組み込んで利用した場合、温度上昇を低減できる。
【００７３】
また、請求項１３記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、書き込み光源として用いられていることを特徴とする画像形成装置であり、本発明により高出力化であることから、従来の面発光レーザアレイを用いた画像形成装置に比べて高速印刷が可能となる。もしくは、従来と同速度の場合ではアレイ数の低減が可能となり、面発光レーザアレイチップの製造歩留まりが大きく向上するとともに、画像形成装置の低コスト化が図れる。特に請求項６または請求項７の面発光レーザを用いた場合、偏光方向が十分制御できるので画像形成の信頼性が高くなる。また特に、請求項４の面発光レーザを用いた場合、Ａｌフリー活性層により、８５０ｎｍ帯面発光レーザのような通信用面発光レーザと同等の寿命が達成可能となることから、光書き込み光学ユニット自体の再利用が可能となり、環境負荷低減に貢献できる。
【００７４】
また、請求項１４記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光ピックアップシステムであるので、以下の効果を得ることができる。
【００７５】
すなわち、メディアへの光書込み用，再生用の光源である半導体レーザの波長は、ＣＤでは７８０ｎｍが用いられている。面発光レーザは端面発光型半導体レーザに比べて１桁程度消費電力が小さいことから、本発明の７８０ｎｍの面発光レーザを再生用光源とした、電力が長持ちするハンディータイプの光ピックアップシステムを実現できる。
【００７６】
また、請求項１５記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光送信モジュールであるので、以下の効果を得ることができる。
【００７７】
すなわち、アクリル系ＰＯＦ（プラスチックファイバー）を用いた光伝送では、その吸収損失から、６５０ｎｍの発振波長の面発光レーザが検討されているが、高温特性が悪く実用にはなっていない。従って、現在、ＬＥＤが使われているが、高速変調が困難であり、１Ｇｂｐｓを越えた高速伝送実現のためには、半導体レーザが必要である。
【００７８】
波長が６８０ｎｍより長波長である本発明の面発光レーザによれば、活性層利得が大きいので、高出力であるとともに高温特性にも優れており、ファイバーの吸収損失は大きくなるが短距離であれば伝送可能となり、安い光源である面発光レーザと、安い光ファイバーであるＰＯＦとを用いた経済的で高速な光送信モジュールを実現できる。
【００７９】
また、請求項１６記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光送受信モジュールであるので、以下の効果を得ることができる。
【００８０】
すなわち、アクリル系ＰＯＦ（プラスチックファイバー）を用いた光伝送では、その吸収損失から、６５０ｎｍの発振波長の面発光レーザが検討されているが、高温特性が悪く実用にはなっていない。従って、現在、ＬＥＤが使われているが、高速変調が困難であり、１Ｇｂｐｓを越えた高速伝送実現のためには、半導体レーザが必要である。
【００８１】
波長が６８０ｎｍより長波長である本発明の面発光レーザによれば、活性層利得が大きいので、高出力であるとともに高温特性にも優れており、ファイバーの吸収損失は大きくなるが短距離であれば伝送可能となり、安い光源である面発光レーザと、安い光ファイバーであるＰＯＦとを用いた経済的で高速な光送受信モジュールを実現できる。
【００８２】
また、請求項１７記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光通信システムであるので、以下の効果を得ることができる。
【００８３】
すなわち、アクリル系ＰＯＦ（プラスチックファイバー）を用いた光伝送では、その吸収損失から、６５０ｎｍの発振波長の面発光レーザが検討されているが、高温特性が悪く実用にはなっていない。従って、現在、ＬＥＤが使われているが、高速変調が困難であり、１Ｇｂｐｓを越えた高速伝送実現のためには、半導体レーザが必要である。
【００８４】
波長が６８０ｎｍより長波長である本発明の面発光レーザによれば、活性層利得が大きいので高出力であるとともに高温特性にも優れており、ファイバーの吸収損失は大きくなるが短距離であれば伝送可能となり、安い光源である面発光レーザと、安い光ファイバーであるＰＯＦとを用いた経済的な光通信システムを実現できる。極めて経済的であることから、特に一般家庭やオフィスの室内，機器内などの光通信システムに用いることが効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００８６】
（第１の形態）
本発明の第１の形態は、半導体基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とが積層膜として形成され、該積層膜がエッチングによってメサ形状に加工される面発光レーザであって、
上部反射鏡および下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であって、半導体分布ブラッグ反射鏡の少なくとも一部は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなる屈折率が小なる層と、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなる屈折率が大なる層とから構成され、
下部反射鏡は、低屈折率層がＡｌＡｓからなる第１下部反射鏡と、第１下部反射鏡の上に形成され、低屈折率層がＡｌＧａＡｓからなる第２下部反射鏡とから構成され、
共振器領域を構成するいずれかの層は、Ｉｎを含んでいることを特徴としている。
【００８７】
この第１の形態では、共振器領域を構成するいずれかの層はＩｎを含んでおり、下部半導体ＤＢＲは放熱性に優れるＡｌＡｓ／（Ａｌ）ＧａＡｓ  ＤＢＲを含んでいるので、メサ形成の精度と再現性が高くなり、共振器の近傍までＡｌＡｓ／（Ａｌ）ＧａＡｓ  ＤＢＲを設けた構成にできる。
【００８８】
よって、駆動時の温度上昇が抑制され、温度特性が良好で高出力な面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を提供できる。同時に、均一性のよいレーザ特性をもち、加工再現性が良く歩留が良い面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が提供できる。
【００８９】
なお、第１の形態の面発光レーザにおいて、前記共振器領域を構成する層のうち、少なくとも下部スペーサ層と上部スペーサ層に、Ｉｎを含ませることができる。
【００９０】
この場合、共振器領域を構成する層のうち、活性層よりも格段に厚さの厚いスペーサ層がＩｎを含んでいるので、より再現性よく、より精度良くメサを加工でき、これによって、より温度特性が良好で高出力なものであって、より均一性のよいレーザ特性をもち、高い加工再現性と高い歩留の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が容易に得られる。
【００９１】
また、第１の形態の面発光レーザにおいて、第２下部半導体ＤＢＲは、１０ペア以下であるのが良い。
【００９２】
すなわち、この場合には、第２下部半導体ＤＢＲの厚さが、メサ加工時の精度より大きく、且つ、最小限に設定されているので、より高い歩留の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が得られる。
【００９３】
また、第１の形態の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、半導体基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを積層膜として形成し、この際、前記共振器領域を構成するいずれかの層にＩｎを含ませておき、該積層膜をドライエッチングしてメサ形状に加工するときに、Ｉｎの発光をモニタすることによりメサ高さを制御することによって、作製することができる。
【００９４】
この製造方法では、半導体基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを積層膜として形成し、この際、前記共振器領域を構成するいずれかの層にＩｎを含ませておき、該積層膜をドライエッチングしてメサ形状に加工するときに、Ｉｎの発光をモニタすることによりメサ高さを制御するので（すなわち、共振器層からのＩｎの発光をモニタしながらドライエッチングするので）、良好に共振器層を検出できて、これにより、再現性良く精度良くメサを形成（加工）できる。この結果、第１の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を再現性良く歩留まり良く製造することができる。
【００９５】
図２は第１の形態の面発光レーザの基本構成例を示す図である。図２を参照すると、第１の形態の面発光レーザは、具体的には、次のように作製できる。すなわち、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法により、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＧａＰ，ＧａＮＡｓ，Ｓｉ，Ｇｅなどの単結晶半導体基板上に、直接に又は中間層を介し、ＡｌＡｓ／Ａｌ１−ｕＧａｕＡｓ（０＜ｕ≦１）第１下部半導体ＤＢＲと、Ａｌ１−ｖＧａｖＡｓ／Ａｌ１−ｗＧａｗＡｓ（０＜ｖ＜１，０＜ｗ≦１，ｖ＜ｗ）第２下部半導体ＤＢＲと、下部スペーサ層，活性層，上部スペーサ層からなり、下部スペーサ層，活性層，上部スペーサ層のいずれかの層にＩｎを含む共振器層と、Ａｌ１−ｔＧａｔＡｓ（０≦ｔ≦０．０５）被選択酸化層と、Ａｌ１−ｖＧａｖＡｓ／Ａｌ１−ｗＧａｗＡｓ（０＜ｖ＜１，０＜ｗ≦１，ｖ＜ｗ）上部半導体ＤＢＲとを順次に積層してＶＣＳＥＬ構成積層膜を形成する。
【００９６】
ここで、Ｉｎを含む層は、Ａｌ１−ｘ−ｙＧａｘＩｎｙＡｓ１−ｚＰｚ（０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１，０＜（ｘ＋ｙ）≦１，０≦ｚ≦１）で表される化合物半導体材料からなり、代表的には、ＧａＩｎＰ，ＧａＩｎＡｓＰ，ＧａＩｎＡｓ，ＡｌＧａＩｎＡｓ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰなどからなるが、さらにＢ，Ｎ，Ｓｂ，Ｔｌなどの他のIII族、Ｖ族の元素を含む場合もある。
【００９７】
このＶＣＳＥＬ構成積層膜の組み合わせの具体例を次表（表１）に示す。
【００９８】
【表１】
2005340779.tif 000003
【００９９】
次に、フォトレジスト等でメサマスクをパターニングし、Ｃｌ２，ＢＣｌ３，ＳｉＣｌ４，ＣＣｌ４，ＣＦ４などのハロゲン系ガスを導入し、反応性イオンビームエッチング法（ＲＩＢＥ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング法、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）などのプラズマを用いたドライエッチング法でメサ形成を行う。このとき、エッチング装置の覗き窓からプラズマ発光分光を行い、Ｉｎの４５１ｎｍの発光の強度の時間変化をモニタする。本発明では、共振器領域をエッチングしているときだけＩｎの発光が検出できるので、第２半導体ＤＢＲ中で確実にエッチングを停止することができる。
【０１００】
次に、Ａｌ（Ｇａ）Ａｓ被選択酸化層を、水蒸気中で熱処理し電流狭窄構造を形成する。次に、電極取り出し部と光出力部を除いた領域にポリイミドやＳｉＯ２からなる絶縁膜を形成する。この絶縁膜は素子の平坦化の役割も担う。
【０１０１】
続いて、所定の個所にｐ側電極，ｎ側電極を形成し、図２の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を作製することができる。図２の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）では、ｐ側電極，ｎ側電極から、それぞれ正キャリア，負キャリアを注入し、活性層で発光させ、基板に垂直方向にレーザ発振させることができる。なお、図２では、上方に光出力する構成を示しているが、基板側に光を出力させるよう構成することもできる。
【０１０２】
なお、下部スペーサ層と活性層と上部スペーサ層は、全体で共振器をなすため、合計した厚さは（Ｎ０＋１）×（λ／ｎ）となり、多くの場合はλ／ｎである。ここで、Ｎ０は０以上の整数であり、λは発振波長であり、ｎは構成半導体の屈折率である。また、活性層は通常薄い量子井戸構造をとるので、共振器の長さの大部分は上，下スペーサ層の厚さである。一方、半導体ＤＢＲの層の厚さは（１＋２×Ｎ０）×λ／（４×ｎ）であるが、多くの場合はλ／（４×ｎ）である。よって、上，下スペーサ層は他の構成要素膜より格段に厚い。このことから、前述のように、特に上，下スペーサ層がＩｎを含めば、エッチング時にＩｎの強い発光強度が得られ、高い精度でエッチングの終点を制御できるようになり、再現性が極めて向上する。
【０１０３】
また、本発明のＶＣＳＥＬ積層膜の１枚のウェハを以上のモニタ法を用いエッチングしたときは、ウェハ内のエッチング深さの平均値のバラツキは、メサの底面が第２下部半導体ＤＢＲの２，３ペアの範囲内に入れることができる程度である。従って、メサ高さのウェハ内バラツキや、多数枚を同時にエッチングする場合のウェハ間バラツキも考慮すると、前述のように、第２下部半導体ＤＢＲのペア数は最大１０ペアであれば、通常のエッチング環境に対応できる。
【０１０４】
このように共振器の近傍まで熱抵抗の小さいＡｌＡｓ／（Ａｌ）ＧａＡｓ  ＤＢＲを設けた構成にできる。よって、放熱効果が高まり駆動時の温度上昇が抑制され、温度特性が良好で高出力な面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が得られる。
【０１０５】
なお、第１下部半導体ＤＢＲの低屈折率層の酸化速度が被選択酸化層より速い材料・厚さの場合は、第１下部半導体ＤＢＲまでメサエッチングしてはいけないが、このような例としては被選択酸化層と第１下部半導体ＤＢＲの低屈折率層がともにＡｌＡｓである場合以外にもあり得る。例えば被選択酸化層がＡｌＡｓではなくＧａがわずかに含まれていて、第１下部半導体ＤＢＲの低屈折率層もＡｌＡｓではなくＧａが含まれている場合である。この場合、第２下部半導体ＤＢＲの低屈折率層の酸化速度が被選択酸化層より遅い材料・厚さであって、第１下部半導体ＤＢＲの低屈折率層が第２下部半導体ＤＢＲの低屈折率層より熱抵抗の小さい組成（材料）であれば、放熱効果がある。
【０１０６】
また、Ｉｎの発光分光の方法は、Ｉｎの発光強度だけをモニタする場合の他、プラズマ状態の変動をキャンセルするため、Ｉｎの発光強度と他の構成元素の発光強度との比、Ｉｎの発光強度といずれにも帰属しない波長の発光強度との比をモニタする場合がある。
【０１０７】
また、エッチング底面を共振器の直下にする方法は、下部半導体ＤＢＲの最上層をＧａＩｎＰやＡｌＧａＩｎＰとし、共振器を含む上層をＧａＡｓやＡｌＧａＡｓなどにすれば、Ｈ２ＳＯ４／Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏ液による選択エッチングが可能である。しかし、メサ幅の制御が困難である、エッチング異方性により非対称な形状のメサができやすいなどの不具合があるのでドライエッチングが好ましい。
【０１０８】
また、ＡｌＡｓ被選択酸化層は活性層の近くに設けられるが、上部半導体ＤＢＲや下部半導体ＤＢＲの低屈折率層を兼ねてＤＢＲ中に設ける場合等もあり、その位置は限定されない。また、共振器領域にのみＩｎを含む層を設けた場合で説明したが、共振器領域のエッチング状況を把握できて、かつ、第一下部反射鏡までエッチングが至らなければ良いので、例えば共振器領域に最も近い反射鏡の一部など、共振器領域以外であってもＩｎを含む層を設けてもかまわない。
【０１０９】
（第２の形態）
本発明の第２の形態の面発光レーザは、第１の形態の面発光レーザにおいて、スペーサ層の一部は（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）からなり、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）からなり、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）からなることを特徴としている。
【０１１０】
スペーサ層の一部に（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）を用いることで、スペーサ層をＡｌＧａＡｓ系で形成した場合に比べて、スペーサ層と量子井戸活性層とのバンドギャップ差を極めて大きく取ることができる。
【０１１１】
表２には、ＡｌＧａＡｓ（スペーサ層）／ＡｌＧａＡｓ（量子井戸活性層）系の７８０ｎｍ，８５０ｎｍ面発光レーザ、更に、ＡｌＧａＩｎＰ（スペーサ層）／ＧａＩｎＰＡｓ（量子井戸活性層）系の７８０ｎｍ面発光レーザの典型的な材料組成でのスペーサ層と井戸層、及び障壁層と井戸層とのバンドギャップ差が示されている。
【０１１２】
【表２】
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【０１１３】
表２に示すように、ＡｌＧａＩｎＰ（スペーサ層）／ＧａＩｎＰＡｓ（量子井戸活性層）系の７８０ｎｍ面発光レーザは、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の７８０ｎｍ面発光レーザはもとより、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の８５０ｎｍ面発光レーザよりも、バンドギャップ差を大きく取れることがわかる。
【０１１４】
また、量子井戸活性層を圧縮歪組成とすることができる。歪が増加すると、ヘビーホールとライトホールのバンド分離が大きくなるため、利得の増加が大きくなり、低しきい値化するとともに高効率化（高出力化）する。この効果はＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の８５０ｎｍ面発光レーザでは実現できないので、本発明のＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰＡｓ材料系によれば、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の８５０ｎｍ面発光レーザよりも、低しきい値化，高効率化（高出力化）が可能であることがわかる。
【０１１５】
更に、本発明の第２の形態の面発光レーザでは、キャリア閉じ込め向上、歪量子井戸活性層による高利得化によって低しきい値化することで、光取り出し側ＤＢＲの反射率低減が可能となり、より一層の高出力化ができる。
【０１１６】
また、本発明の第２の形態の面発光レーザでは、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）であり、Ａｌを含んでいない材料から構成されており、Ａｌフリー活性領域（量子井戸活性層、及びそれに隣接する層）としているので、酸素の取り込まれが低減されて非発光再結合センターの形成を抑えることができ、長寿命の面発光レーザを実現できる。
【０１１７】
このように、スペーサ層の一部にＡｌＧａＩｎＰ材料を用い、障壁層や量子井戸活性層にはＧａＩｎＰＡｓを用いることで、活性層の利得が大きく低しきい値，高出力であって、信頼性に優れた８５０ｎｍよりも波長の短い面発光レーザを実現できる。
【０１１８】
また、上記の効果を実現するためには以下に示すように基板の面方位を考慮することが好ましい。特にＡｌＧａＩｎＰやＧａＩｎＰにおいては、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度（傾斜角）に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板が適している。（１００）面に近い場合、自然超格子の形成によるバンドギャップの低下や、ヒロック（丘状欠陥）発生による表面性の悪化や非発光再結合センターの発生が生じ、半導体レーザなどのデバイス特性に悪影響を及ぼす。一方、（１００）面から（１１１）Ａ面方向に傾斜させると、傾斜角に応じて自然超格子の形成が抑えられる。すなわち、バンドギャップは、傾斜角が１０°から１５°くらいまでは急激に変化し、その後は徐々に正規のバンドギャップ（完全に混ざった混晶の値）に近づき、また、ヒロックも徐々に発生しなくなっていく。しかし、（１１１）Ａ面方向の傾斜角が２０°を超えると、結晶成長が困難になっていく。そこで、赤色レーザ（６３０ｎｍから６８０ｎｍ）の材料系で使われているＡｌＧａＩｎＰ材料では、５°乃至２０°の範囲内の角度に（より多くの場合、７°乃至１５°の範囲内の角度に）傾斜させた基板が一般に使われている。これは、スペーサ層（クラッド層）であるＡｌＧａＩｎＰはもとより、表２の例のように障壁層をＧａＩｎＰとした場合も当てはまる。更には、障壁層や量子井戸活性層がＧａＩｎＰＡｓの場合であっても悪影響が懸念されるので、これら材料の成長には面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に（より望ましくは７°乃至１５°の範囲内の角度に）傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板を用いることが好ましい。
【０１１９】
したがって、基板の面方位を（１１１）Ａ面方向に傾斜させることによる光学利得異方性を利用して偏光角（偏光方向）を制御する場合、現在、最有力視されている（３１１）Ｂ基板を用いた場合の効果を利用することができない。本発明（第２の形態）では、（３１１）Ｂ基板（傾斜角が２５°）よりも小さい傾斜角（５°乃至２０°の範囲内の角度）であるので、基板コストを抑えられることやへき開し易く扱い易さが改善するものの、光学利得異方性は小さくなる。本発明（第２の形態）では、この低下分を量子井戸活性層に圧縮歪を与えることによる光学利得異方性の増大により補償することができる。
【０１２０】
なお、上述例では、８５０ｎｍよりも短い波長に限定しているが、これは従来に比べて優位差が極めて大きいからであって、８５０ｎｍよりも長い波長であっても効果が得られる。
【０１２１】
このように本発明（第２の形態）によれば、第１の形態で説明したことに加えて、活性層の利得が大きく低しきい値，高出力であることと、信頼性に優れていることと、偏光方向が制御されていることとを同時に満たした８５０ｎｍよりも波長の短い面発光レーザを実現することが可能となる。
【０１２２】
（第３の形態）
本発明の第３の形態の面発光レーザは、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度（傾斜角）に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とからなる共振器構造を有する面発光レーザにおいて、上部反射鏡および下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡を含み、半導体分布ブラッグ反射鏡の少なくとも一部は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなる屈折率が小なる層と、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなる屈折率が大なる層とからなり、スペーサ層の一部は（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）からなり、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）からなり、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）からなり、量子井戸活性層は圧縮歪を有しており、光出射方向から見た活性層の外周形状は異方性を持っており（１１１）Ａ面方向に長い形状であることを特徴としている。
【０１２３】
本発明の第３の形態の面発光レーザでは、基板の面方位を（１１１）Ａ面方向に傾斜させることによる光学利得異方性を利用して偏光角（偏光方向）を制御する場合、（３１１）Ｂ基板（傾斜角が２５°）よりも小さい傾斜角（５°乃至２０°の範囲内の角度）であるので、現在、最有力視されている（３１１）Ｂ基板を用いた場合の効果を利用することができない。
【０１２４】
第３の形態では、この低下分を量子井戸活性層に圧縮歪を与えることによる光学利得異方性の増大による補償に加え、面発光レーザの光出射方向から見た活性層の外周形状に異方性を持たせ、（１１１）Ａ面方向に長い形状とすることによる基板傾斜方向（（１１１）Ａ面方向）の光学的利得増大により補償している。これにより傾斜角方向（（１１１）Ａ面方向）の光学利得が更に増大し、偏向角の制御性が向上する。
【０１２５】
（第４の形態）
本発明の第４の形態の面発光レーザは、第２または第３の形態の面発光レーザにおいて、障壁層が引っ張り歪を有していることを特徴としている。
【０１２６】
障壁層となるＧａＩｎＰＡｓ系材料において、同一格子定数の場合はＧａＩｎＰのバンドギャップが最も大きい。また、格子定数が小さい材料の方が大きなバンドギャップを取れる。これにより量子井戸活性層とのバンド不連続を大きくでき利得が大きくなるので、低しきい値動作，高出力動作が可能となる。例えば、Ｇａ０．６Ｉｎ０．４Ｐ引っ張り歪層のバンドギャップは２．０２ｅＶであり、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ格子整合層のバンドギャップは１．８７ｅＶであり、Ｇａ０．６Ｉｎ０．４Ｐ引っ張り歪層のバンドギャップの方が１５０ｍｅＶ大きい。
【０１２７】
（第５の形態）
本発明の第５の形態の面発光レーザは、第２乃至第４の形態の面発光レーザにおいて、発振波長がおよそ６８０ｎｍよりも長波長であることを特徴としている。
【０１２８】
ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系活性層による７８０ｎｍ面発光レーザの場合と比較する。ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）系スペーサ層の典型的な組成範囲で最もバンドギャップが大きいＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．６、Ｅｇ＝２．０２２６ｅＶ）と組成波長７８０ｎｍ（Ｅｇ＝１．５５６７ｅＶ）の活性層とのバンドギャップ差は、（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）スペーサ層の典型的な組成範囲で最もバンドギャップが大きい（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（ａ＝０．７、ｂ＝０．５、Ｅｇ＝２．２８９ｅＶ）と組成波長６８０ｎｍ（Ｅｇ＝１．８２３３ｅＶ）の活性層とのバンドギャップ差（４６０ｍｅＶ）とほぼ等しい。
【０１２９】
また、障壁層と量子井戸活性層とのバンドギャップ差については、例えば障壁層をＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（ｅ＝０．６、ｆ＝１、Ｅｇ＝２．０２ｅＶ）とすれば、組成波長６８０ｎｍの活性層とのバンドギャップ差がおよそ２００ｍｅＶとなり、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系活性層による７８０ｎｍ面発光レーザの場合とほぼ同等となる。
【０１３０】
つまりＡｌＧａＩｎＰ系スペーサ層を用いることで、組成波長が６８０ｎｍよりも長波長であれば、Ａｌフリー活性層（量子井戸活性層と障壁層）を用いても、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系活性層による７８０ｎｍ面発光レーザの場合と同等以上のキャリア閉じ込めが可能となる、更に歪量子井戸活性層の効果も加わることから、同等以上の特性を得ることが可能となる。
【０１３１】
（第６の形態）
本発明の第６の形態の面発光レーザアレイは、第１乃至第５のいずれかの形態の面発光レーザが同一基板上に複数個構成されていることを特徴としている。
【０１３２】
面発光レーザは、面発光型であることでアレイ化が容易で、しかも通常の半導体プロセスで形成されるので、素子の位置制度が高い。更にメサ形成時の制御性が改善されるので低コスト化できる。
【０１３３】
更に、下部ＤＢＲの放熱性を改善した構造とすることでアレイ内素子間の熱干渉が低減され高出力化や高密度化ができる。
【０１３４】
更に、本発明のように偏光方向が一定方向に制御された、高出力動作可能な面発光レーザを同一基板上に多数集積することで、書き込み光学系に応用した場合、同時にマルチビームでの書きこみが容易となり、書き込み速度が格段に向上し、書き込みドット密度が上昇しても印刷速度を落とすことなく印刷できる。また同じ書き込みドット密度の場合は印刷速度を早くできる。また、通信に応用した場合、同時に多数ビームによるデータ伝送が可能となるので高速通信ができる。更に面発光レーザは低消費電力動作し、特に機器の中に組み込んで利用した場合、温度上昇を低減できる。
【０１３５】
（第７の形態）
本発明の第７の形態の画像形成装置は、第１乃至第５のいずれかの形態の面発光レーザ、または、第６の形態の面発光レーザアレイが書き込み光源として用いられていることを特徴としている。
【０１３６】
本発明の面発光レーザ，面発光レーザアレイは、偏光方向が制御されてしかも高出力化できることから、本発明の面発光レーザ，面発光レーザアレイを用いた画像形成装置は、従来の面発光レーザアレイを用いた画像形成装置に比べて高速印刷が可能となる。もしくは従来と同速度の場合ではアレイ数の低減が可能となり、面発光レーザアレイチップの製造歩留まりが大きく向上するとともに、画像形成装置の低コスト化が図れる。更に、Ａｌフリー活性層により、８５０ｎｍ帯面発光レーザのような通信用面発光レーザと同等の寿命（推定で室温１００万時間が報告されている）が達成可能となることから、光書き込み光学ユニット自体の再利用が可能となり、環境負荷低減に貢献できる。
【０１３７】
（第８の形態）
本発明の第８の形態の光ピックアップシステムは、第１乃至第５のいずれかの形態の面発光レーザ、または、第６の形態の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴としている。
【０１３８】
メディアへの光書き込み用，再生用光源である半導体レーザの波長は、ＣＤでは７８０ｎｍが用いられている。面発光レーザは端面発光型半導体レーザに比べて１桁程度消費電力が小さいことから、本発明の７８０ｎｍの面発光レーザを再生用光源とした、電力が長持ちするハンディータイプの光ピックアップシステムを実現できる。
【０１３９】
（第９の形態）
本発明の第９の形態の光送信モジュールは、第１乃至第５のいずれかの形態の面発光レーザ、または、第６の形態の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴としている。
【０１４０】
すなわち、アクリル系ＰＯＦ（プラスチックファイバー）を用いた光伝送では、その吸収損失から、６５０ｎｍの発振波長の面発光レーザが検討されているが、高温特性が悪く実用にはなっていない。従って、現在、ＬＥＤが使われているが、高速変調が困難であり、１Ｇｂｐｓを越えた高速伝送実現のためには、半導体レーザが必要である。
【０１４１】
最短波長が６８０ｎｍである本発明の面発光レーザによれば、活性層利得が大きいので、高出力であるとともに高温特性にも優れており、ファイバーの吸収損失は大きくなるが短距離であれば伝送可能となり、安い光源である面発光レーザと、安い光ファイバーであるＰＯＦとを用いた経済的で高速な光送信モジュールを実現できる。
【０１４２】
（第１０の形態）
本発明の第１０の形態の光送受信モジュールは、第１乃至第５のいずれかの形態の面発光レーザ、または、第６の形態の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴としている。
【０１４３】
すなわち、アクリル系ＰＯＦ（プラスチックファイバー）を用いた光伝送では、その吸収損失から、６５０ｎｍの発振波長の面発光レーザが検討されているが、高温特性が悪く実用にはなっていない。従って、現在、ＬＥＤが使われているが、高速変調が困難であり、１Ｇｂｐｓを越えた高速伝送実現のためには、半導体レーザが必要である。
【０１４４】
最短波長が６８０ｎｍである本発明の面発光レーザによれば、活性層利得が大きいので、高出力であるとともに高温特性にも優れており、ファイバーの吸収損失は大きくなるが短距離であれば伝送可能となり、安い光源である面発光レーザと、安い光ファイバーであるＰＯＦとを用いた経済的で高速な光送受信モジュールを実現できる。
【０１４５】
（第１１の形態）
本発明の第１１の形態の光通信システムは、第１乃至第５のいずれかの形態の面発光レーザ、または、第６の形態の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴としている。
【０１４６】
すなわち、アクリル系ＰＯＦ（プラスチックファイバー）を用いた光伝送では、その吸収損失から、６５０ｎｍの発振波長の面発光レーザが検討されているが、高温特性が悪く実用にはなっていない。従って、現在、ＬＥＤが使われているが、高速変調が困難であり、１Ｇｂｐｓを越えた高速伝送実現のためには、半導体レーザが必要である。
【０１４７】
最短波長が６８０ｎｍである本発明の面発光レーザによれば、活性層利得が大きいので、高出力であるとともに高温特性にも優れており、ファイバーの吸収損失は大きくなるが短距離であれば伝送可能となり、安い光源である面発光レーザと、安い光ファイバーであるＰＯＦとを用いた経済的な光通信システムを実現できる。極めて経済的であることから、特に一般家庭やオフィスの室内，機器内などの光通信システムに用いることが効果的である。
【０１４８】
次に、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【０１４９】
図３は実施例１の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の構成を示す図である。なお、後述の実施例２，実施例３，実施例４の面発光レーザも図３と同様の構成のものとなっている。
【０１５０】
図３を参照すると、実施例１では、ＭＯＣＶＤ法で、ｎ−ＧａＡｓ単結晶（１００）基板上に、ｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ  ４２．５ペアからなる第１下部半導体ＤＢＲと、ｎ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ    ６ペアからなる第２下部半導体ＤＢＲと、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ下部スペーサ層と、ＧａＩｎＡｓＰ／Ｇａ０．５  Ｉｎ０．５Ｐ（ウェル／バリア）  ＴＱＷ活性層と、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ上部スペーサ層と、ｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層と、ｐ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ  ３４．５ペアからなる上部半導体ＤＢＲと、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層とを順次に積層して、ＶＣＳＥＬ構成積層膜を形成する。
【０１５１】
次に、フォトレジストで円形メサマスクをパターニングし、Ｃｌ２ガスを導入し、反応性イオンビームエッチング法（ＲＩＢＥ）でエッチングを開始する。このとき、プラズマ発光分光器でＩｎの発光（４５１ｎｍ）とＡｌの発光（３９６ｎｍ）との比をとり、その時間変化をモニタする。図４には、実施例１におけるＩｎ（４５１ｎｍ）／Ａｌ（３９６ｎｍ）発光強度比の時間変化が示されている。図４を参照すると、エッチング開始から数分経過すると、Ｉｎの発光（４５１ｎｍ）が検出され、やがてなくなる。この時点でエッチングを終了すると、第２下部半導体ＤＢＲの上から３層目でエッチングが停止した。
【０１５２】
次に、ＡｌＡｓ被選択酸化層を水蒸気中で４００℃で熱処理し、非酸化ＡｌＡｓ領域が２５μｍ２になる電流狭窄構造を形成する。次に、電極取り出し部と光出力部を除いた領域にポリイミド保護膜を形成する。
【０１５３】
続いて、メサ上面にｐ側電極膜を蒸着し、リフトオフ法により光出力用の開口を形成する。さらに、基板裏面にｎ側電極を形成して、図７に示す構成の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を作製することができる。
【０１５４】
実施例１の面発光レーザでは、ｐ側電極，ｎ側電極から、それぞれ正キャリア，負キャリアを注入すると、波長７８０ｎｍのレーザ光が上部電極の開口から垂直に出力される。
【０１５５】
実施例１の面発光レーザでは、共振器全体にＩｎを含むＶＣＳＥＬ構造積層膜を、Ｉｎの発光をモニタしながらエッチングするので、良好に共振器層を検出できるようになる。これにより、第２下部半導体ＤＢＲを下部半導体ＤＢＲ全体の４／７より少ない層数にできる。この結果、素子の温度上昇が抑えられ、より高出力のＶＣＳＥＬが得られる。さらには、再現性よくメサ加工ができてメサ高さが均一になるので、均一なレーザ特性をもつ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が得られ、同時に歩留りが向上する。
【実施例２】
【０１５６】
前述のように、実施例２の面発光レーザも図３と同様の構成のものとなっている。
【０１５７】
図３を参照すると、実施例２では、ＭＢＥ法で、ｎ−ＧａＡｓ単結晶（１００）基板上に、ｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ  ４７．５ペアからなる第１下部半導体ＤＢＲと、ｎ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ  １０ペアからなる第２下部半導体ＤＢＲと、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ下部スペーサ層と、Ｉｎ０．４６Ｇａ０．５４Ｐ／（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（ウェル／バリア）ＴＱＷ活性層と、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ上部スペーサ層と、ｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層と、Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ  ４０．５ペアからなる上部半導体ＤＢＲと、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層とを順次に積層して、ＶＣＳＥＬ構成積層膜を形成する。
【０１５８】
次に、フォトレジストで円形メサマスクをパターニングし、Ｃｌ２ガスを導入し、ＩＣＰエッチング法でエッチングを行う。このとき、プラズマ発光分光器でＩｎの発光（４５１ｎｍ）の時間変化をモニタする。エッチングが進行すると、Ｉｎの発光（４５１ｎｍ）が検出され、やがてなくなる。この時点でエッチングを終了すると、第２下部半導体ＤＢＲ中でエッチングが停止する。
【０１５９】
次に、ＡｌＡｓ被選択酸化層を水蒸気中で４００℃で熱処理し、非酸化ＡｌＡｓ領域が２５μｍ２になる電流狭窄構造を形成する。次に、電極取り出し部と光出力部を除いた領域にポリイミド保護膜を形成する。
【０１６０】
続いて、メサ上面にｐ側電極膜を蒸着し、リフトオフ法により光出力用の開口を形成する。さらに、基板裏面にｎ側電極を形成し、図３に示す構成の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を作製することができる。
【０１６１】
実施例２の面発光レーザでは、ｐ側電極，ｎ側電極から、それぞれ正キャリア，負キャリアを注入すると、波長６５０ｎｍのレーザ光が上部電極の開口から垂直に出力される。
【０１６２】
実施例２の面発光レーザも、実施例１の面発光レーザと同様の作用効果を有する。
【実施例３】
【０１６３】
前述のように、実施例３の面発光レーザも図３と同様の構成のものとなっている。
【０１６４】
図３を参照すると、実施例３では、ＭＯＣＶＤ法で、ｎ−ＧａＡｓ単結晶（１００）基板上に、ｎ−ＡｌＡｓ／ｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ  ４０．５ペアからなる第１下部半導体ＤＢＲと、ｎ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／ｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ  ５ペアからなる第２下部半導体ＤＢＲと、Ｉｎ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ０．４４Ｐ０．５６  下部スペーサ層と、ＧａＡｓ／Ｉｎ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ０．４４Ｐ０．５６（ウェル／バリア）ＴＱＷ活性層と、Ｉｎ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ０．４４Ｐ０．５６上部スペーサ層と、ｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層と、ｐ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ  ３０．５ペアからなる上部半導体ＤＢＲと、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層とを順次に積層して、ＶＣＳＥＬ構成積層膜を形成する。
【０１６５】
以下の工程は実施例２と同様に行う。
【０１６６】
実施例３の面発光レーザでは、ｐ側電極，ｎ側電極から、それぞれ正キャリア，負キャリアを注入すると、波長８５０ｎｍのレーザ光が上部電極の開口から垂直に出力される。
【０１６７】
実施例３の面発光レーザも、実施例１の面発光レーザと同様の作用効果を有する。
【実施例４】
【０１６８】
前述のように、実施例４の面発光レーザも図３と同様の構成のものとなっている。
【０１６９】
図３を参照すると、実施例４では、ＭＯＣＶＤ法で、ｎ−ＧａＡｓ単結晶（１００）基板上に、ｎ−ＡｌＡｓ／ｎ−ＧａＡｓ  ３２．５ペアからなる第１下部半導体ＤＢＲと、ｎ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／ｎ−ＧａＡｓ  ３ペアからなる第２下部半導体ＤＢＲと、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ下部スペーサ層と、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ（ウェル／バリア）  ＴＱＷ活性層と、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ上部スペーサ層と、ｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層と、ｐ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／ｐ−ＧａＡｓ  ２６ペアからなる上部半導体ＤＢＲと、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層とを順次に積層して、ＶＣＳＥＬ構成積層膜を形成する。
【０１７０】
以下の工程は実施例２と同様に行う。
【０１７１】
実施例４の面発光レーザでは、ｐ側電極，ｎ側電極から、それぞれ正キャリア，負キャリアを注入すると、波長１３００ｎｍのレーザ光が上部電極の開口から垂直に出力される。
【０１７２】
実施例４では、実施例１の作用効果に加えて、ＧａＩｎＮＡｓを活性層に含んでいるため１．３μｍ帯であってもＧａＡｓ基板上に形成でき、高性能なＡｌＧａＡｓ系ＤＢＲを利用できると共に、選択酸化狭窄構造を採用でき、さらに障壁層やスペーサ層とのバンド不連続が大きく、キャリア閉じ込めが良好になるので特性温度が高く、光伝送用の光源として適用性の高い面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を提供できる。
【０１７３】
また、１．３μｍ帯のＤＢＲなので構成層が厚いため、第２下部ＤＢＲを３ぺアに設定しても、エッチングの底面をこの第２下部ＤＢＲ中に入れることが可能である。よって、より温度特性がよくなり、高出力が得られる。
【実施例５】
【０１７４】
図５は実施例５の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の構成を示す図である。
【０１７５】
図５を参照すると、実施例５では、ＭＯＣＶＤ法で、ｐ−ＧａＡｓ単結晶（１００）基板上に、ｐ−ＡｌＡｓ／ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ  ３９．５ペアからなる第１下部半導体ＤＢＲと、ｐ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ  ６ペアからなる第２下部半導体ＤＢＲと、ｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層と、Ｉｎ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ０．４４Ｐ０．５６下部スペーサ層と、ＧａＡｓ／Ｉｎ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ０．４４Ｐ０．５６（ウェル／バリア）  ＴＱＷ活性層と、Ｉｎ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ０．４４Ｐ０．５６上部スペーサ層と、ｎ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／ｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ  ３０．５ペアからなる上部半導体ＤＢＲと、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層とを順次に積層して、ＶＣＳＥＬ構成積層膜を形成する。
【０１７６】
以下の工程は、ｐ側電極とｎ側電極を逆に設ける他は、実施例２と同様に行う。
【０１７７】
実施例５の面発光レーザでは、ｐ側電極，ｎ側電極から、それぞれ正キャリア，負キャリアを注入すると、波長８５０ｎｍのレーザ光が上部電極の開口から垂直に出力される。
【０１７８】
基板側をｐ型伝導にする場合は、ＡｌＡｓ被選択酸化層を活性層の下に設ける必要がある。これは化合物半導体はｐ型伝導のほうがｎ型伝導より移動度が小さいので電流狭窄をｐ型伝導の領域に設けたほうが狭窄の効果が大きいからである。
【０１７９】
以上のように、基板側をｐ型伝導にする場合は、より正確なエッチングが必要となる。この実施例５の積層膜構成をとり、プラズマ発光分光モニタ法を用いエッチングすることにより、基板側がｐ型伝導のＶＣＳＥＬでも安定して作製することが可能になる。ほかは実施例１の作用効果と同じである。
【実施例６】
【０１８０】
図６乃至図７は実施例６の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を示す図である。なお、図７は図６の面発光レーザの活性層周辺の領域Ａの拡大図である。なお、この実施例６の面発光レーザの発振波長は７８０ｎｍである。
【０１８１】
実施例６の面発光レーザは、面方位が（１１１）Ａ面方向に傾斜角１５°で傾斜したｎ−（１００）ＧａＡｓ基板上に、ｎ−ＡｌＡｓとｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓとを媒質内における発振波長の１／４倍の厚さで交互に例えば３０．５周期積層した周期構造からなる第１下部半導体ＤＢＲ（下部第１反射鏡）と、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓとｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓとを媒質内における発振波長の１／４倍の厚さで交互に例えば１０周期積層した周期構造からなる第２下部半導体ＤＢＲ（下部第２反射鏡）とが形成されている（図６では詳細は省略）。なお、第１下部半導体ＤＢＲ，第２下部半導体ＤＢＲの各層の間にはＡｌ組成を一方の値から他方の値に徐々に変化させた厚さ２０ｎｍの組成傾斜層を挿入しており、傾斜層を含めて媒質内における発振波長の１／４倍の厚さとしている。これによれば、ＤＢＲに電気を流す場合、両者のバンド不連続を滑らかにすることができ、高抵抗化を抑制できる。
【０１８２】
さらに、第２下部半導体ＤＢＲの上には、第２下部半導体ＤＢＲと格子整合する（Ａｌ０．７Ｇａ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ下部第１スペーサ（クラッド）層と、（Ａｌ０．７Ｇａ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ下部第１スペーサ（クラッド）層と格子整合するＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ下部第２スペーサ層と、圧縮歪組成であってバンドギャップ波長が７８０ｎｍとなる３層のＧａＩｎＰＡｓ井戸層と格子整合する２層のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ障壁層とからなる量子井戸活性層と、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ上部第２スペーサ層と、（Ａｌ０．７Ｇａ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ上部第１スペーサ（クラッド）層とが形成されている。更にその上には、ｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．３）とを交互に例えば２５周期積層した周期構造からなる上部半導体ＤＢＲ（上部反射鏡）が形成されている（図６では詳細は省略）。この上部反射鏡にも、下部反射鏡と同様に組成傾斜層を挿入している。そして最上部には、電極とコンタクトを取るｐ−ＧａＡｓコンタクト層が形成されている。下部反射鏡と上部反射鏡との間は発振波長の１波長分の厚さ（いわゆるラムダキャビティー）とした。
【０１８３】
この実施例６の面発光レーザは、以下のように作製される。すなわち、結晶成長はＭＯＣＶＤ法により行ない、原料には、ＴＭＧ（トリメチルガリウム），ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム），ＴＭＩ（トリメチルインジウム），ＰＨ３（フォスフィン）、ＡｓＨ３（アルシン）を用い、ｎ型のドーパントとしてＨ２Ｓｅを（セレン化水素）を用い、ｐ型のドーパントとしてＣＢｒ４を用いた。また、キャリアガスにはＨ２を用いた。ＭＯＣＶＤ法は、原料ガス供給量を制御することで、組成傾斜層のような構成を容易に形成できるので、ＤＢＲを含んだ面発光レーザの結晶成長方法として適している。また、ＭＢＥ法のような高真空を必要とせず、原料ガスの供給流量や供給時間を制御すれば良いので、量産性にも優れている。
【０１８４】
この実施例６では、ｐ側ＤＢＲ（上部反射鏡）中で活性層に近い低屈折率層の一部をＡｌＡｓ層とした。そして、所定の大きさのメサを少なくともｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層の側面を露出させて形成し、側面の現れたＡｌＡｓを水蒸気で側面から酸化してＡｌｘＯｙ電流狭さく部を形成した。そして次に、ポリイミドでエッチング部を埋め込んで平坦化し、ｐコンタクト層と光出射部のある上部反射鏡上のポリイミドを除去し、ｐコンタクト層上の光出射部以外にｐ側電極を形成し、基板の裏面にｎ側電極を形成した。
【０１８５】
この実施例６では、ＡｌとＡｓを主成分とした被選択酸化層の選択酸化により電流狭さくを行ったので、しきい値電流は低かった。被選択酸化層を選択酸化したＡｌ酸化膜からなる電流狭さく層を用いた電流狭さく構造では、電流狭さく層を活性層に近づけて形成することで電流の広がりを抑えられ、大気に触れない微小領域に効率良くキャリアを閉じ込めることができる。さらに酸化してＡｌ酸化膜となることで屈折率が小さくなり、凸レンズの効果でキャリアの閉じ込められた微小領域に効率良く光を閉じ込めることができ、極めて効率が良くなり、しきい値電流は低減される。また、容易に電流狭さく構造を形成できることから、製造コストを低減できる。
【０１８６】
実施例６の面発光レーザでは、スペーサ層の一部にＡｌＧａＩｎＰ材料を用い、障壁層や量子井戸活性層にはＧａＩｎＰＡｓを用いており、そして、面方位が（１１１）Ａ面方向に１５°傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板上に形成したので、自然超格子の形成によるバンドギャップの低下やヒロック（丘状欠陥）発生による表面性の悪化や非発光再結合センターの影響を低減できた。
【０１８７】
また、スペーサ層（クラッド層）としてワイドバンドギャップである（Ａｌ０．７Ｇａ）０．５Ｉｎ０．５Ｐを用いている。スペーサ層と量子井戸活性層とのバンドギャップ差は、スペーサ層をＡｌＧａＡｓで形成した場合の４６６ｍｅＶ（Ａｌ組成０．６の場合）に比べて、７４３ｍｅＶであり、極めて大きい。障壁層と量子井戸活性層とのバンドギャップ差も同様に優位差があり、良好なキャリア閉じ込めとなる。また、量子井戸活性層が圧縮歪を有しているので、ヘビーホールとライトホールのバンド分離により、利得の増加が大きくなった。これらにより、高利得となるので、実施例６の面発光レーザは、低しきい値で高出力であった。
【０１８８】
また、量子井戸活性層と障壁層は、Ａｌを含んでいない材料から構成されている。すなわち、Ａｌフリー活性領域（量子井戸活性層、及びそれに隣接する層）としているので、酸素の取り込まれが低減されて非発光再結合センターの形成を抑えることができ、長寿命であった。
【０１８９】
また、偏光方向の制御については、基板の傾斜による光学利得異方性を利用している。現在、最有力視されている（３１１）Ｂ基板（傾斜角が２５°）を用いた場合に比べて、小さい傾斜角（１５°）であるので、光学利得異方性は小さくなる。実施例６では、この低下分を、量子井戸活性層に圧縮歪を与えることによる光学利得異方性の増大により補償しており、十分偏光方向制御ができた。
【０１９０】
このように、実施例６によれば、活性層の利得が大きいとともに放熱が改善されたことにより低しきい値，高出力であることと、信頼性に優れていることと、偏光方向が制御されていることとを同時に満たした波長７８０ｎｍの面発光レーザを実現することができた。
【０１９１】
なお本発明の効果は、短波長化とともに小さくなっていくが、６８０ｎｍよりも長波長であれば得ることができる。例えばＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系活性層による７８０ｎｍ面発光レーザの場合と比較する。ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）系スペーサ層の定型的な組成範囲で最もバンドギャップが大きいＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．６、Ｅｇ＝２．０２２６ｅＶ）と組成波長７８０ｎｍ（Ｅｇ＝１．５５６７ｅＶ）の活性層とのバンドギャップ差は、（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）スペーサ層の定型的な組成範囲で最もバンドギャップが大きい（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（ａ＝０．７、ｂ＝０．５、Ｅｇ＝２．２８９ｅＶ）と組成波長６８０ｎｍ（Ｅｇ＝１．８２３３ｅＶ）の活性層とのバンドギャップ差（４６０ｍｅＶ）とほぼ等しい。
【０１９２】
また障壁層と量子井戸活性層とのバンドギャップ差については、例えば障壁層をＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（ｅ＝０．６、ｆ＝１、Ｅｇ＝２．０２ｅＶ）とすれば、組成波長６８０ｎｍの活性層とのバンドギャップ差がおよそ２００ｍｅＶとなり、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系活性層による７８０ｎｍ面発光レーザの場合とほぼ同等となる。
【０１９３】
つまりＡｌＧａＩｎＰ系スペーサ層を用いることで、組成波長が６８０ｎｍよりも長波長であれば、Ａｌフリー活性層（量子井戸活性層と障壁層）を用いても、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系活性層による７８０ｎｍ面発光レーザの場合と同等以上のキャリア閉じ込めが可能となる、更に歪量子井戸活性層の効果も加わることから、同等以上の特性を得ることが可能となる。
【実施例７】
【０１９４】
図８は実施例７の面発光レーザの上面図である。実施例７の面発光レーザが実施例６の面発光レーザと違うところは、面発光レーザの光出射方向から見たメサ形状を、（１１１）Ａ面方向に長い長楕円形状となるように異方性を設けて形成したことである。これにより、Ａｌ酸化膜により形成された電流注入領域の形状も（１１１）Ａ面方向に長い形状となった。なお、この形状は、長楕円形状に限らず、長方形などの他の形状でも良い。
【０１９５】
偏光方向の制御は、基板の傾斜による光学利得異方性を利用している。現在、最有力視されている（３１１）Ｂ基板（傾斜角が２５°）を用いた場合に比べて、小さい傾斜角（１５°）であるので、光学利得異方性は小さくなる。実施例７では、この低下分を、量子井戸活性層に圧縮歪を与えることによる光学利得異方性の増大、及び、面発光レーザの光出射方向から見た活性層の外周形状に異方性を持たせ、（１１１）Ａ面方向に長い形状とすることによる基板傾斜方向（（１１１）Ａ面方向）の光学的利得増大により補償しており、（３１１）Ｂ基板利用と比べて劣らない偏光方向制御ができた。
【実施例８】
【０１９６】
図９は実施例８の面発光レーザを示す図であり、実施例６の図７に対応したものとなっている。すなわち、図９は実施例８の面発光レーザの活性層周辺の領域の拡大図である。実施例８の面発光レーザが実施例６と違うところは、障壁層の材料として、引っ張り歪を有するＧａ０．６Ｉｎ０．４Ｐを用いたことである。また、実施例８では、引っ張り歪を有するＧａ０．６Ｉｎ０．４Ｐの障壁層を第１量子井戸活性層の下、及び第３量子井戸活性層の上にも設けている。他の構造は実施例６と同様である（すなわち、図６と同様である）。
【０１９７】
ＧａＩｎＰＡｓ系材料において、同一格子定数ではＧａＩｎＰのバンドギャップが最も大きい。また格子定数が小さい組成の方が大きなバンドギャップを取れるので、量子井戸活性層とのバンド不連続を更に大きくでき、利得が大きくなって、更に、低しきい値動作，高出力動作が可能となる。例えば、この実施例８のＧａ０．６Ｉｎ０．４Ｐ引っ張り歪層のバンドギャップは、２．０２ｅＶであり、実施例６のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ格子整合層のバンドギャップは１．８７ｅＶであり、実施例６のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ格子整合層のバンドギャップよりも１５０ｍｅＶ大きい。
【実施例９】
【０１９８】
図１０は実施例９の面発光レーザアレイを示す図である。すなわち、図１０は実施例９の面発光レーザアレイチップの上面図である。
【０１９９】
図１０の例では、実施例８の面発光レーザが１０素子、１次元に並んでいる。ただし、実施例９では、面発光レーザのｐとｎを実施例８の面発光レーザとは逆にした。すなわち、実施例９では、面発光レーザは、ｐ型ＧａＡｓ半導体基板上に形成されており、上面にｎ側個別電極、裏面にｐ側共通電極が形成されている。また、図１０の例では、複数の面発光レーザを１次元に並べたが、複数の面発光レーザを２次元に集積させても良い。
【実施例１０】
【０２００】
図１１は実施例１０の光送信モジュールを示す図であり、図１１の光送信モジュールは、本発明の面発光レーザアレイチップと安価なアクリル系ＰＯＦ（プラスチック光ファイバー）とを組み合わせたものとなっている。実施例１０の光送信モジュールでは、面発光レーザからのレーザ光がＰＯＦに入力され、伝送される。アクリル系ＰＯＦは６５０ｎｍに吸収損失のボトムがあり、６５０ｎｍの面発光レーザが検討されているが、高温特性が悪く、実用にはなっていない。従来、この種の光送信モジュールにはＬＥＤが使われているが、この場合には高速変調が困難であり、１Ｇｂｐｓを越えた高速伝送実現のためには半導体レーザが必要である。
【０２０１】
この実施例１０の光送信モジュールに用いられる面発光レーザの波長は７８０ｎｍであるが、放熱特性が良いと共に、活性層利得が大きいので、高出力であるとともに高温特性にも優れており、ファイバーの吸収損失は大きくなるが短距離であれば伝送可能である。
【０２０２】
光通信の分野では、同時により多くのデータを伝送するために、複数の半導体レーザが集積したレーザアレイを用いた並列伝送が試みられている。これにより、高速な並列伝送が可能となり、従来よりも多くのデータを同時に伝送できるようになった。
【０２０３】
この実施例１０では（すなわち、図１１の例では）、面発光レーザアレイの各面発光レーザ素子と光ファイバーとを１対１に対応させたが、発振波長の異なる複数の面発光レーザ素子を１次元または２次元にアレイ状に配置して、波長多重送信することにより伝送速度を更に増大させることも可能である。
【０２０４】
さらに、本発明による安価な面発光レーザ素子と安価なＰＯＦとを組み合わせたので、低コストの光送信モジュールを実現できる他、これを用いた低コストの光通信システムを実現できる。すなわち、極めて低コストであることから、家庭用，オフィスの室内用，機器内用等の短距離のデータ通信に有効である。
【実施例１１】
【０２０５】
図１２は、実施例１１の光送受信モジュールを示す図であり、図１２の光送受信モジュールは、実施例８の面発光レーザ素子と、受信用フォトダイオードと、アクリル系ＰＯＦとを組み合わせたものとなっている。
【０２０６】
本発明による面発光レーザ素子を光通信システムに用いる場合、本発明の面発光レーザ素子とＰＯＦは低コストであるので、図１２に示すように、送信用の面発光型半導体レーザ素子と受信用フォトダイオードとＰＯＦとを組み合わせた光送受信モジュールを用いた低コストの光通信システムを実現できる。また、ＰＯＦはファイバの径が大きくてファイバとのカップリングが容易で実装コストを低減できることから、極めて低コストのモジュールを実現できる。また、本発明の面発光レーザ素子の場合，温度特性が良いこと、及び、低しきい値であることにより、発熱が少なく、高温まで冷却なしで使えるより低コストのシステムを実現できる。
【０２０７】
本発明に係る面発光レーザ素子を用いた光通信システムとしては、光ファイバーを用いたＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのコンピュータ等の機器間伝送、さらには機器内のボード間、ボード内のＬＳＩ間、ＬＳＩ内の素子間等の光インターコネクションとして特に短距離通信に用いることができる。
【０２０８】
近年、ＬＳＩ等の処理性能は向上しているが、これらを接続する部分の伝送速度が今後ボトルネックとなる。システム内の信号接続を従来の電気接続から光インターコネクトに変えるとき、例えばコンピュータシステムのボード間，ボード内のＬＳＩ間，ＬＳＩ内の素子間等を本発明に係る光送信モジュールや光送受信モジュールを用いて接続すると、超高速コンピュータシステムが可能となる。
【０２０９】
また、複数のコンピュータシステム等を本発明に係る光送信モジュールや光送受信モジュールを用いて接続した場合、超高速ネットワークシステムが構築できる。特に面発光レーザ素子は、端面発光型半導体レーザに比べて桁違いに低消費電力化でき２次元アレイ化が容易なので、並列伝送型の光通信システムに適している。
【実施例１２】
【０２１０】
図１３は実施例１２のレーザプリンターを示す図である。すなわち、図１３は、波長７８０ｎｍである実施例８の面発光レーザが４×４の二次元に配置された面発光レーザアレイチップ（１６ビームＶＣＳＥＬアレイ）と感光体ドラムとを組み合わせたレーザプリンターの光走査部分の概要図である。また、図１４は、図１３のレーザプリンターに用いられる面発光レーザアレイチップ（１６ビームＶＣＳＥＬアレイ）の概略構成を示す図（上面図）である。この面発光レーザアレイチップ（１６ビームＶＣＳＥＬアレイ）は、点灯のタイミングを調整することで、感光体上では図１４に示すように副走査方向に１０μｍ間隔で光源が並んでいる場合と同様な構成と捉えることができる。
【０２１１】
この実施例１２では、面発光レーザアレイからの複数のビームを、同じ光学系を用い走査用ポリゴンミラーを高速回転させてドット位置を点灯のタイミングを調整して副走査方向に分離した複数の光スポットとして、被走査面である感光体上に集光して一度に複数のビームを走査している（すなわち、一度に複数のビームを走査している）。
【０２１２】
この実施例１２によると、副走査方向に約１０μｍ間隔で感光体上に書き込み可能であり、これは２４００ＤＰＩ（ドット／インチ）に相当する。また、主走査方向の書き込み間隔は、光源の点灯のタイミングで容易に制御できる。１６ドットを同時に書き込み可能であり、高速印刷できた。アレイ数を増加させることで更に高速印刷可能である。また、面発光レーザ素子の間隔を調整することで、副走査方向の間隔を調整でき、２４００ＤＰＩよりも高密度にすることができ、より高品質の印刷が可能となる。この実施例１２による面発光レーザは、従来の面発光レーザよりも高効率化されているとともに、放熱特性がよく、複数素子が同時に動作しても高出力を保つことができ、印刷速度を従来よりも早くすることができた。
【０２１３】
なお、実施例１２ではレーザプリンターへの応用例を示したが、その他の画像形成装置にも本発明を適用できる。また、ＣＤ等の記録用，再生用光源としても用いることができる（すなわち、光ピックアップシステムにも本発明を適用できる）。さらに、光電融合集積回路などにも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０２１４】
【図１】一般的な面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の構成例を示す図である。
【図２】第１の形態の面発光レーザの基本構成例を示す図である。
【図３】実施例１の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の構成を示す図である。
【図４】実施例１におけるＩｎ（４５１ｎｍ）／Ａｌ（３９６ｎｍ）発光強度比の時間変化を示す図である。
【図５】実施例５の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の構成を示す図である。
【図６】実施例６の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を示す図である。
【図７】実施例６の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を示す図である。
【図８】実施例７の面発光レーザの上面図である。
【図９】実施例８の面発光レーザを示す図である。
【図１０】実施例９の面発光レーザアレイを示す図である。
【図１１】実施例１０の光送信モジュールを示す図である。
【図１２】実施例１１の光送受信モジュールを示す図である。
【図１３】実施例１２のレーザプリンターを示す図である。
【図１４】図１３のレーザプリンターに用いられる面発光レーザアレイチップ（１６ビームＶＣＳＥＬアレイ）の概略構成を示す図（上面図）である。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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