(57)【要約】【課題】  広がり角低減、高出力、および低抵抗の全てを両立してレーザ光の横モード制御を行う面発光型半導体レーザを提供する。【解決手段】  ＶＣＳＥＬ１００は、ｎ型の下部ＤＢＲ層１０６、活性領域１０８、及び下部ＤＢＲ層１０６とともに共振器を構成するｐ型の上部ＤＢＲ層１１０が順次積層された半導体基板１０２と、上部ＤＢＲ層１１０の上部に設けられ、且つ活性領域１０８で発生したレーザ光の出射領域を形成する開口部１２０が形成された上部電極１１８と、上部電極１１８と下部ＤＢＲ層１０６との間に設けられ電流経路の周縁部に酸化領域１１４ａが形成された電流狭窄領層１１４と、上部電極１１８に電気的に接続され、開口部１２０より内側に開口部１２４を有する半透明電極１２２とを有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の下部多層膜反射鏡、活性領域、及び下部多層膜反射鏡とともに共振器を構成する第２導電型の上部多層膜反射鏡が順次積層された半導体基板と、
上部多層膜反射鏡の上部に設けられ、且つ活性領域で発生したレーザ光を出射する第１の開口部が形成された第１の上部電極と、
第１の上部電極と下部多層膜反射鏡との間に設けられ、電流経路の周縁部を絶縁化して形成された電流狭窄領部と、
第１の上部電極に電気的に接続され、第１の開口部よりも内側で上部多層膜反射鏡の一部を覆う第２の上部電極とを有し、
第２の上部電極は、導電性および光透過性を有する材料から構成される、面発光型半導体レーザ。
【請求項２】
第２の上部電極には、第１の開口部よりも小さい径の第２の開口部が形成されている、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項３】
第２の上部電極は、上部多層膜反射鏡の最上層であるコンタクト層とオーミック接続される、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】
第２の上部電極は、半透明電極である、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】
第２の上部電極は、薄膜金属からなる、請求項１ないし４いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項６】
薄膜金属は、多層構造である、請求項７に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項７】
薄膜金属は、ＣｒまたはＡｕの少なくとも一方を含む、請求項５または６に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項８】
第２の上部電極は、ＩＴＯを含む、請求項１ないし７いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項９】
上部多層膜反射鏡のコンタクト層は、第２導電型のＧａＡｓ層である、請求項１ないし８いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１０】
電流狭窄部の電流通路を規定する第３の開口部の径は、第２の開口部の径よりも大きい、請求項１ないし９いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１１】
第３の開口部の径は、第１の開口部の径とほぼ等しい、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】
電流狭窄部は、第２導電型のＡｌＡｓ層を含み、ＡｌＡｓ層の周縁部に選択的に酸化された酸化領域が形成され、当該酸化領域によって第３の開口部が規定される、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。
【請求項１３】
上部多層膜反射鏡から電流狭窄部に至るまでのメサが基板上に形成され、電流狭窄部の酸化領域は、メサ側面から酸化される、請求項１２に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１４】
メサの活性領域からはマルチモード光が発生され、高次モードが第２の上部電極により抑制される、請求項１ないし１３いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１５】
請求項１ないし１４いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザを実装したモジュール。
【請求項１６】
請求項１５に記載されたモジュールと、モジュールから発せられたレーザ光を光媒体を介して送信する送信手段とを備えた、光送信装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載されたモジュールと、モジュール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１８】
請求項１５に記載されたモジュールと、モジュールから発せられたレーザ光を送信する送信手段とを備えた、光送信システム。
【請求項１９】
請求項１５に記載されたモジュールと、モジュールから発せられた光を空間伝送する伝送手段とを備えた、光空間伝送システム。
【請求項２０】
面発光型半導体レーザの製造方法であって、
基板上に、下部多層膜反射鏡、活性領域、電流狭窄部、上部多層膜反射鏡を含む半導体層を積層するステップと、
上部多層膜反射鏡上に、第１の開口部が形成された第１の上部電極を形成するステップと、
第１の開口部よりも内側に第２の開口部が位置するように第２の上部電極を形成するステップと、
第２の開口部によって露出された上部多層膜反射鏡を覆う保護膜を形成するステップと、
上部多層膜反射鏡から少なくとも電流狭窄部に至るまでのメサを基板上に形成するステップと、
電流狭窄部の一部を酸化するステップと、
少なくとも第１または第２の上部電極の一方に接続される配線を形成するステップとを有し、
第２の上部電極は、導電性および光透過性を有する材料から構成される、面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項２１】
酸化するステップにより規定された電流通路の第３の開口部の径は、第２の上部電極の第２の開口部の径よりも大きい、請求項２０に記載の製造方法。
【請求項２２】
第３の開口部の径は、第１の上部電極の第１の開口部の径とほぼ等しい、請求項２０に記載の製造方法。
【請求項２３】
製造方法はさらに、第１および第２の上部電極を形成後に、一定の温度でアニールする工程を含む、請求項２０に記載の製造方法。
【請求項２４】
第２の上部電極は、上部多層膜反射鏡の一部とオーミック接触する、請求項２３に記載の製造方法。
【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（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode  以下、ＶＣＳＥＬという）に関し、特に、レーザ光の横モード制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＶＣＳＥＬは、半導体基板の表面から光が出射されるレーザダイオードであり、端面発光型のレーザダイオードと比べて、駆動電流が低い、ウエハレベルでの特性検査が可能、および２次元アレイ化が容易である、といった特徴を備えている。このため、光情報処理や光通信用の光源、または光を使用してなされるデータ記憶装置の光源として利用されている。
【０００３】
ＶＣＳＥＬの基本構成は、例えば、図１７に示すように、ｎ型の下部多層膜反射鏡１２、活性領域１４、及び下部多層膜反射鏡１２とともに共振器を構成するｐ型の上部多層膜反射鏡１６が順次積層されたｎ型の半導体基板１０と、上部多層膜反射鏡１６の上部に設けられ、且つ活性領域１４で発生したレーザ光の出射領域を形成する開口部１８が形成された上部電極２０と、上部電極２０と下部多層膜反射鏡１２との間に設けられ電流経路の周縁部を絶縁化して形成された電流狭窄領部２２と、基板の裏面に形成された下部電極２４とを含んでいる。上部多層膜反射鏡１６から下部多層膜反射鏡１２の一部に至るまで、基板上にメサが形成され、メサの底部、側面および頂部の一部が層間絶縁膜２６によって覆われている。メサ頂部において、層間絶縁膜２６にはコンタクトホールが形成され、環状の上部電極２０がコンタクトホールを介して上部多層膜反射鏡１６の最上層のコンタクト層に接続されている。電流狭窄部２２は、ｐ型のＡｌＡｓなどの材料で構成され、その外縁部に絶縁領域である酸化領域２２ａが形成されている。
【０００４】
ＶＣＳＥＬにおける基本横モード発振は、光導波路の中心（光軸に近接して）に生じ、高次横モード発振は、光軸から垂直方向に離間した位置において生じる。従って、ＶＣＳＥＬを光伝送システム等の光源として用いるためには、発振横モードを制御する必要がある。すなわち、発振横モードを制御することで、発振スペクトル波長の幅および広がり角（ＦＦＰ）を小さくすることが望ましい。
【０００５】
上記した図１７に示すＶＣＳＥＬでは、電流狭窄部２２の酸化領域によって囲まれる導電領域の円形状の開口部の径Ｄ１をより小さくすることで横モードを制御することが可能であるが、開口部の径Ｄ１が上部電極２０の開口部の径Ｄ２より小さくなると（Ｄ２＞Ｄ１）、電流経路の抵抗が増加し、光出力が低下するという問題がある。
【０００６】
このような問題を回避するため、いくつかの提案がなされている。特許文献２は、ＶＣＳＥＬのｐ側電極に対応する領域の共振器の反射率に基づいて、レーザ光の高次横モードにおける共振器の光学損失とレーザ光の基本横モードにおける共振器の光学損失との差が大きくなるように、開口部の径及び電流狭窄部の開口部の径を決定している。好ましくは、図１８に示すように、上部電極２０の開口部１８の径Ｄ２を、電流狭窄部２２の導電領域の開口部の径Ｄ１よりも小さくし（Ｄ２＜Ｄ１）、高次横モードの発生を抑制し、同時に、電流経路の抵抗を低減させている。
【０００７】
また、特許文献３は、図１９に示すように、メサ上部の上部電極２０の開口部１８の内側に、誘電体からなる透明層３０を形成している。透明層３０には、開口部が形成され、開口部の径Ｄ３は、上部電極２０の開口部の径Ｄ２よりも小さくなっている。開口部の径を、Ｄ３＜Ｄ１＜Ｄ２とすることにより、レーザ光の発振横モードの制御を可能にしている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２１０９０８号
【特許文献２】特開２００２−２０８７５５号
【特許文献３】特開２００１−１５６３９５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記した図１８に示すＶＣＳＥＬでは、不透明な電極リングを用い、その開口部の径Ｄ２を電流狭窄部２２の開口部の径Ｄ１より小さくしている。これにより、低モード化を図り、広がり角を抑制することができるが、その反面、Ｄ２＜Ｄ１の関係にあるため、活性層で発生されたレーザ光が上部電極２０との界面で反射され、光出力が低下するという課題がある。
【００１０】
また、図１９に示すＶＣＳＥＬは、誘電体からなる透明層３０を上部電極２０の開口部の内側に配置するため、活性層で発生されたレーザ光が透明層３０を介して出力され、これにより、低モード化による広がり角の抑制と高出力との両立を図ることができる。しかし、上部電極２０は、電流狭窄部２２の開口部（酸化アパーチャー）より外側（光軸と垂直方向）にあるため、電流経路の抵抗が増加するという課題がある。これは、共振器の多層膜反射鏡（ＤＢＲ）の横方向抵抗が高いためである。従って、従来のＶＣＳＥＬには、依然として、広がり角の低減(低モード化)、高出力および低抵抗化を両立する課題が残されている。
【００１１】
本発明は、広がり角低減、高出力、および低抵抗の全てを両立してレーザ光の横モード制御を行うことができる面発光型半導体レーザおよびその製造方法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】
【００１２】
本発明に係る面発光型半導体レーザは、第１導電型の下部多層膜反射鏡、活性領域、及び下部多層膜反射鏡とともに共振器を構成する第２導電型の上部多層膜反射鏡が順次積層された半導体基板と、上部多層膜反射鏡の上部に設けられ、且つ活性領域で発生したレーザ光を出射する第１の開口部が形成された第１の上部電極と、第１の上部電極と下部多層膜反射鏡との間に設けられ、電流経路の周縁部を絶縁化して形成された電流狭窄領部と、第１の上部電極に電気的に接続され、第１の開口部より内側で上部多層膜反射鏡の一部を覆う第２の上部電極とを有し、第２の上部電極は、導電性および光透過性の材料から構成される。
【００１３】
好ましくは、第２の上部電極には、第１の開口部よりも小さい径の第２の開口部が形成され、第２の開口部により上部多層膜反射鏡の一部が露出される。第２の上部電極は、上部多層膜反射鏡の最上層であるコンタクト層とオーミック接続されることが望ましい。
【００１４】
第２の上部電極は、半透明電極であってもよい。例えば、半透明電極は、少なくとも５０％以下の光減衰率を有し、あるいは、少なくとも５０％以上の光透過率を有する。第２の上部電極は、薄膜金属から構成することができる。薄膜金属は、Ｃｒ／Ａｕの多層構造、あるいはＩＴＯを用いることができる。
【００１５】
好ましくは、電流狭窄部の電流通路を規定する第３の開口部の径は、第２の開口部の径よりも大きい。これにより、高次モードの発生を抑制することができる。また、第３の開口部の径は、第１の開口部の径とほぼ等しい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第１の上部電極と電気的に接続された第２の上部電極が、第１の開口部によって露出された部分の一部を覆うようにし、かつ、第２の上部電極を導電性および光透過性を有する材料から構成することで、高次モードが抑制され、低モード化により広がり角が低減される。同時に、第２の上部電極が光透過性を有するため、レーザ光の一部が第２の上部電極を透過することで出力の低減が抑制され、しかも、第２の上部電極が導電性を有するため、電流経路の低抵抗化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００１８】
図１（ａ）は、本発明の実施例に係るＶＣＳＥＬの模式的な平面図、図１(ｂ)は、そのＸ−Ｘ線断面図である。ＶＣＳＥＬ１００において、裏面にｎ側の下部電極１０２が形成されたｎ型のＧａＡｓ等の半導体基板１０４上に、ｎ型の下部ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）層１０６、活性領域１０８、ｐ型の上部ＤＢＲ層１１０の順で半導体薄膜が堆積されている。上部ＤＢＲ層１１０の最上層は、ｐ型のＧａＡｓコンタクト層１１２であり、最下層は、ｐ型のＡｌＡｓからなる電流狭窄層１１４である。
【００１９】
上部ＤＢＲ層１１０から下部ＤＢＲ層１０２の一部に至るまで円筒状のメサＭが基板上に形成されている。電流狭窄層１１４は、メサ側面から内部に向けて一定の距離だけ酸化された酸化領域１１４ａを含み、この酸化領域１１４ａによってメサの外形を反映した円形状の導電性領域である開口部が規定される。この開口部の径Ｄ１は、約１２μｍである。
【００２０】
メサＭの底部、側面および頂部の一部が層間絶縁膜１１６によって被覆されている。メサ頂部の層間絶縁膜１１６には、コンタクト層１１２を露出するためのコンタクトホールが形成され、コンタクトホールを介してコンタクト層１１２と電気的に接続される環状のｐ側の上部電極１１８が形成されている。上部電極１１８は、例えば、ＴｉとＡｕの積層体から構成され、それぞれの膜厚は、０．０３μｍ、１．０μｍである。上部電極１１８の中央には、電流狭窄層１１４の開口部と整合するように、円形状の開口部１２０が形成されている。開口部１２０の径Ｄ２は、約１２μｍである。
【００２１】
さらに本実施例では、上部電極１１８と電気的に接続された環状の半透明電極１２２が形成されている。半透明電極１２２は、例えば、膜厚が５ｎｍのＣｒと、膜厚が２０ｎｍのＡｕを積層した薄膜金属であり、これは、導電性および光透過性を有する。好ましくは、ＶＣＳＥＬ１００の活性領域で発生される波長のレーザ光の少なくとも５０％を透過し、あるいは、レーザ光の５０％以下の減衰率を有する。半透明電極１２２の中央には、電流狭窄層１１４の開口部と整合するように、円形状の開口部１２４が形成されている。開口部１２４の径Ｄ３は、約１０μｍである。その結果、開口部１２４が開口部１２０よりも内側に位置し、開口部１２０により露出されたコンタクト層１１２の一部を被覆するように、半透明電極１２２が上部電極１１８上に形成される。半透明電極１２２は、開口部１２０より内側の領域において、コンタクト層１１２とオーミック接続されることが好ましい。
【００２２】
下部電極１０２と上部電極１１８ならびに半透明電極１２２間に順方向電圧を印加し、駆動電流がしきい値を越えると、活性領域１０８からレーザ光が発生する。レーザ光は、光軸（メサの軸方向の中心に近似される）に沿って、メサＭの頂部の開口部１２０、１２４から基板と垂直方向に出射される。このとき、レーザ光の基本横モードは、光軸付近で発生し、光軸から離れる方向に高次モードが発生するが、高次モード光は、半透明電極１２２による光学損失により抑制される。これにより、低モード化となり、広がり角が抑制される。さらに、半透明電極１２２の光透過性により、レーザ光が完全に遮蔽されるのではなく、その一部が半透明電極１２２を透過するため、光出力の低減が抑制される。さらに、半透明電極１２２の開口部の径Ｄ３は、Ｄ３＜Ｄ２＝Ｄ１の関係にあるため、半透明電極１２２が電流狭窄層１１４と対向する電極として機能し得る。これにより、上部ＤＢＲ層１１０の電流経路の低抵抗化を図ることができる。
【００２３】
図２は、本実施例のＶＣＳＥＬのＩ−Ｌ特性を、従来のＶＣＳＥＬと比較したグラフである。横軸に電流Ｉを示し、縦軸に光出力Ｌを示している。曲線Ａは、図１に示すＶＣＳＥＬの特性であり、曲線Ｂは、従来の図１８に示すＶＣＳＥＬの特性を示している。グラフから明らかなように、本実施例のＶＣＳＥＬ１００の場合、半透明電極１２２を採用することにより、従来のＶＣＳＥＬよりも光出力が増加している。
【００２４】
このように本実施例によれば、半透明電極を用いることで、高次モード、発振スペクトル波長幅、広がり角の抑制を維持しつつ、電流経路の低抵抗化を図り、光出力低下の防止を実現することができる。
【００２５】
上記実施例では、半透明電極に薄膜金属を用いたが、ＧａＡｓ等とオーミック接触を得ることができる導電性および光透過性を有する、他の材料を用いることも可能である。たとえば、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）を用いることも可能である。ＩＴＯは、導電性および光透過性を備えており、ＩＴＯを一定の温度以上でアニールすることにより、ＧａＡｓと良好なオーミックコンタクトを得ることが可能となる。
【００２６】
図３は、ＩＴＯのアニール温度とコンタクト抵抗の関係を示すグラフであり、次の文献にて開示されている（C.L. Chua. et al, Indium Tin Oxide Transparent Electrodes for Broad-Area Top-Emitting Vertical-Cavity lasers Fabricated using a Single Lithography Step, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS. VOL,.9, NO.5, MAY 1997, p551）。約６００度でアニールを行うと、ＩＴＯとＧａＡｓの良好なオーミック接触を得ることができる。
【００２７】
また、上記実施例では、上部電極１１８の開口部１２０の径Ｄ２を、電流狭窄層１１４の開口部の径Ｄ１とほぼ等しくしたが、開口部の径Ｄ２を径Ｄ１より大きくしてもよい。この場合、開口部の径は、Ｄ２＞Ｄ１＞Ｄ３となる。
【００２８】
次に、本実施例のＶＣＳＥＬの製造方法について図４ないし図７を参照して説明する。図４（ａ）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１０４の（１００）面上にｎ型のＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層とｎ型のＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層との複数層積層体よりなる下部ＤＢＲ層１０６と、アンドープのＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層よりなるスペーサ層、アンドープのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層よりなる障壁層、及びアンドープのＧａＡｓ層よりなる量子井戸層との積層体よりなる活性領域１０８と、ｐ型のＡｌＡｓ層およびＧａＡｓコンタクト層を含むｐ型のＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層とｐ型のＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層との複数層積層体よりなる上部ＤＢＲ層１１０とを順次積層する。
【００２９】
下部ＤＢＲ層１０６は、ｎ型のＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層とｎ型のＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層との複数層積層体よりなるが、各層の厚さはλ／４ｎｒ(但し、λは発振波長、ｎｒは媒質中の光学屈折率)に相当し、混晶比の異なる層を交互に３６．５周期積層してある。ｎ型不純物としてシリコンをドーピングした後のキャリア濃度は、３×１０18ｃｍ-3である。活性領域１０８は、アンドープのＧａＡｓ層よりなる厚さ８ｎｍの量子井戸活性層とアンドープのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層よりなる厚さ５ｎｍの障壁層とを交互に積層した（但し、外層は障壁層）積層体が、アンドープのＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層よりなるスペーサ層の中央部に配置され、量子井戸活性層と障壁層とを含むスペーサ層の膜厚がλ／４ｎｒの整数倍となるよう設計されている。このような構成の活性領域１０８からは波長８５０ｎｍの放射光が得られる。
【００３０】
上部ＤＢＲ層１１０は、ｐ型のＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層とｐ型のＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層との複数半導体層からなる積層である。各層の厚さは下部多層反射膜１０６と同様にλ／４ｎｒであり、混晶比の異なる層を交互に２２周期で積層してある。この周期数は下層に設けたＡｌＡｓ層１１４、および上層に設けたコンタクト層１１２を加えた数である。ｐ型不純物として炭素をドーピングした後のキャリア濃度は３×１０18ｃｍ-3である。
【００３１】
上部ＤＢＲ層１１０上に、リフトオフ工程によりＴｉ／Ａｕの２層構造の上部電極１１８がパターン形成される。上部電極１１８には、上部ＤＢＲ層１１０の最上層であるコンタクト層１１２を露出するように、円形状の開口部１２０が形成される。開口部１２０の径Ｄ２は、約１２μｍである。次に、図４（ｂ）に示すように、上部電極１１８上に、膜厚５ｎｍのＣｒと膜厚２０ｎｍとＡｕが積層され、開口部１２０の内側に開口部１２４が形成されるようにＣｒとＡｕがパターンニングされ、半透明電極１２２が形成される。開口部１２４の径Ｄ３は、１０μｍである。これらの電極パターンの形成後、所定の温度にてアニ―ルが行われる。
【００３２】
次に、図５(ａ)に示すように、半透明電極１２２の開口部１２４により露出された上部ＤＢＲ層を保護するためＳｉＯＮ等の保護膜１２６が形成され、パターニングされる。保護膜１２６は、上部ＤＢＲ層の表面、すなわちＧａＡｓコンタクト層１１２が、以降のプロセスで汚染されないように出射面を保護する。活性領域で発生したレーザ光は、この保護膜１２６を介して外部へ出力されることになる。
【００３３】
次に、図５（ｂ）に示すように、上部電極１１８および透明電極１２２を覆うようにマスク絶縁膜１２８が形成され、パターンニングされる。マスク絶縁膜１２８は、その後に形成されるメサの外形を規定するものである。ここでは、円筒状のメサを形成するため、マスク絶縁膜１２８は円形にパターンニングされる。次に、マスク絶縁膜１２８をマスクに用いて、ドライエッチングが行われ、基板上に、メサＭが形成される。メサＭは、少なくとも電流狭窄層１１４が露出する深さまで行われる。
【００３４】
次に、図６（ａ）に示すように、メサＭが形成された基板を、窒素を含むキャリアガス（流量：２リットル/分）とする３４０℃の水蒸気雰囲気に４０分間晒し、酸化処理を行う。電流狭窄層１１４を構成するＡｌＡｓ層は、上部ＤＢＲ層のＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ層やＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層と比べ著しく酸化速度が速いため、メサＭ内の一部である活性領域１０８の直上部分にポスト形状を反映した酸化領域１１４ａが形成される。酸化されずに残った非酸化領域が電流注入領域あるいは導電領域の開口部となる。この酸化工程で得られた電流狭窄層１１４の開口部の径Ｄ１は１２μｍである。酸化領域１１４ａは電流狭窄部となるが、同時に周囲の半導体層に比べ光学屈折率が半分程度となることから、光閉じ込め領域としても機能する。
【００３５】
次に、図６（ｂ）に示すように基板上にＳｉＯｘ等の層間絶縁膜１３０が形成され、そして、メサ頂部が露出するように層間絶縁膜１３０の一部がエッチングされる。これにより、層間絶縁膜１３０と保護膜１２６によって上部電極１１８の一部と半透明電極１２２の一部が露出されたコンタクトホール１３２が形成される。
【００３６】
次に、図７（ａ）に示すように、上部配線１３４が形成され、パターンニングされる。上部配線１３４は、層間絶縁膜１３０と保護膜１２６によって露出された上部電極１１８および半透明電極１２２に接続される。なお、上部配線１３４は、ここには図示しないボンディングパッドに接続されている。最後に、図７（ｂ）に示すように、基板の裏面にｎ側の下部電極１０２が形成される。
【００３７】
上記製造工程は、一例であって、他の工程により形成することも可能である。例えば、上部電極１１８および半透明電極１２２は、メサＭの形成後に形成してもよい。また、半透明電極として、ＩＴＯを用いる場合には、好ましくは、図３に示すように６００度程度のアニールが必要となるので、電流狭窄層の酸化工程前に形成することが望ましい。
【００３８】
さらに、上記実施例では、基板上に単一のＶＣＳＥＬ素子が形成された例を示しているが、勿論、基板上に複数のＶＣＳＥＬ素子がアレイ状に形成された、いわゆるマルチスポット型またはマルチビット型のＶＣＳＥＬアレイに本発明を適用することも可能である。
【００３９】
図８は、単一または複数のＶＣＳＥＬ素子が形成されたチップが実装された半導体レーザ装置のパッケージ（モジュール）例を示す概略断面を示す図である。同図に示すように、パッケージ３００は、ＶＣＳＥＬアレイが形成されたチップ３１０を、マウンタ３２０上のダイアタッチ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の貫通孔（図示省略）内に挿入され、一方のリード３４０は、チップ３１０の裏面に形成された下部電極に電気的に接続され、他方のリード３４２は、チップ３１０の上面に形成された上部電極にボンディングワイヤ等を介して電気的に接続される。
【００４０】
キャップ３５０の出射窓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。また、チップ３１０とボールレンズ３６０との距離は、チップ３１０からのレーザ光の放射角（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。リード３４０、３４２間に順方向の電圧が印加されると、チップ３１０からレーザ光が出射され、ボールレンズ３６０を介して外部へ出力される。なお、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を含ませるようにしてもよい。
【００４１】
図９は、さらに他のパッケージの構成を示す図であり、好ましくは、後述する空間伝送システムに使用される。同図に示すパッケージ３０２は、ボールレンズ３６０を用いる代わりに、キャップ３５０の中央の出射窓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からのレーザ光の放射角θ以上になるように調整されている。
【００４２】
図１０は、図８に示すパッケージまたはモジュール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と、筐体４１０の端面に一体に形成されたスリーブ４２０と、スリーブ４２０の開口４２２内に保持されるフェルール４３０と、フェルール４３０によって保持される光ファイバ４４０とを含んで構成される。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
図１１は、図９に示すパッケージ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、パッケージ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。空間伝送システム５００では、パッケージ３００に用いられたボールレンズ３６０を用いる代わりに、集光レンズ５１０を用いている。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。空間伝送の光源の場合には、マルチスポット型のＶＣＳＥＬを用い、高出力を得るようにしてもよい。
【００４６】
図１２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。
【００４７】
次に、光伝送システムに利用される光伝送装置の構成について説明する。図１３は、光伝送装置の外観構成を示す図であり、図１４はその内部構成を模式的に示す図である。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、送信回路基板／受信回路基板７９０を有している。
【００４８】
光伝送装置７００を用いた映像伝送システムを図１５および図１６に示す。これらの図において、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１０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、映像信号伝送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。
【００４９】
上記映像伝送システムでは、映像信号発生装置８１０と送信モジュール８４０、および受信モジュール８５０と画像表示装置８２０の間を電気ケーブル８３０、９００による電気信号の伝送としたが、これらの間の伝送を光信号により行うことも可能である。例えば、電気−光変換回路および光−電気変換回路をコネクタに含む信号送信用ケーブルを電気ケーブル８３０、９００の代わりに用いるようにしてもよい。
【００５０】
本発明による面発光型半導体レーザは、広がり角が小さく、高光出力を有するため、上記したモジュール、光伝送装置、光送信装置、空間伝送システム等において、非常に有用な光源として利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る面発光型半導体レーザは、画像記録装置や光通信装置の光源や、プリンタ、複写装置等の画像形成装置の光源等に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１(ａ)は、本発明の実施例に係るＶＣＳＥＬの模式的な平面図、図１(ｂ)は、そのＸ−Ｘ線断面図である。
【図２】本実施例のよるＶＣＳＥＬと従来のＶＣＳＥＬのＩ−Ｌ特性を比較したグラフである。
【図３】ＩＴＯのアニール温度とＧａＡｓとのコンタクト抵抗の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略製造工程を示す工程断面図である。
【図５】本発明の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略製造工程を示す工程断面図である。
【図６】本発明の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略製造工程を示す工程断面図である。
【図７】本発明の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略製造工程を示す工程断面図である。
【図８】ＶＣＳＥＬが形成された半導体チップを実装したパッケージの構成を示す概略断面図である。
【図９】他のパッケージの構成を示す概略断面図である。
【図１０】図８に示すパッケージを用いた光送信装置の構成を示す断面図である。
【図１１】図９に示すパッケージ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。
【図１２】光伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図１３】光伝送装置の外観構成を示す図である。
【図１４】光伝送装置の内部構成を示し、図１４Ａは上面を切り取ったときの内部構造を示し、図１４Ｂは側面を切り取ったときの内部構造を示している。
【図１５】図１３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。
【図１６】図１５の映像伝送システムを裏側から示した図である。
【図１７】従来のＶＣＳＥＬの構成を示す断面図である。
【図１８】従来のＶＣＳＥＬの構成を示す断面図である。
【図１９】従来のＶＣＳＥＬの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１００：ＶＣＳＥＬ                  １０２：下部電極
１０４：基板                        １０６：下部ＤＢＲ層
１０８：活性領域                    １１０：上部ＤＢＲ層
１１２：コンタクト層                １１４：電流狭窄層
１１４ａ：酸化領域                  １１６：層間絶縁膜
１１８：上部電極                    １２０：開口部
１２２：半透明電極                  １２４：開口部
【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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【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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