(57)【要約】      （修正有）【課題】基本横モード発振の位相差を抑制した面発光型半導体レーザを提供する。【解決手段】面発光型半導体レーザは、基板と、基板上に形成されたｎ型の下部ＤＢＲ１０２と、活性領域１０４と、活性領域上に形成されたｐ型の上部ＤＢＲ１０６と、上部ＤＢＲ１０６上に形成されたｐ側電極１１０と、発振波長を透過可能な材料から構成されｐ側電極１１０の光出射口１１０Ａ内に形成された第１の絶縁膜１１２と、発振波長を透過可能な誘電体から構成され、第１の絶縁膜１１２の一部を被覆する第２の絶縁膜１１８とを有する。第２の絶縁膜１１８の膜厚は、第２の絶縁膜１１８からの光と第１の絶縁膜１１２からの光の位相差が抑制されるように調整され、かつ第２の絶縁膜１１８が被覆されている部分の反射率が第２の絶縁膜１１８が被覆されていない部分の反射率よりも高い。【選択図】図１
2012009727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
基板上に形成された第１導電型の第１の半導体多層膜反射鏡と、
第１の半導体多層膜反射鏡上に形成された活性領域と、
前記活性領域上に形成された前記第１の導電型と導電型が異なる第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡と、
前記第２の半導体多層膜反射鏡上に形成され、光を出射する光出射口が形成された電極と、
発振波長を透過可能な材料から構成され、前記電極の光出射口内に形成された第１の物質と、
発振波長を透過可能な誘電体から構成され、前記第１の物質の一部を被覆するように前記第１の物質上に形成された第２の物質とを有し、
前記第２の物質の膜厚が、以下の式（１）で得られるｈｄｉの±１０％の範囲にあり、かつ、前記第２の物質が被覆されている部分の反射率が第２の物質が被覆されていない部分の反射率よりも高い、面発光型半導体レーザ。
【数５】
2012009727.tif 000007
【請求項２】
前記第２の物質の膜厚は、式（１）で得られるｈｄｉである、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項３】
前記第１の物質の膜厚ｈは、λ／４ｎｒ１＋ｎλ／２ｎｒ１＜ｈ≦３λ／８ｎｒ１＋ｎλ／２ｎｒ１（ｎは、０を含む正の整数、ｎｒ１は第１の物質の屈折率）である、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項４】
面発光型半導体レーザはさらに、基板上に、絶縁領域と当該絶縁領域によって囲まれた円形状の導電領域が形成された電流狭窄層を含み、
前記光出射口は、前記導電領域に対応する位置に形成された円形状を有し、前記第２の物質は、前記光出射口の径よりも小さくかつ前記導電領域の径と等しいかそれよりも小さい径を有する円形状に形成される、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】
基板と、
基板上に形成された第１導電型の第１の半導体多層膜反射鏡と、
第１の半導体多層膜反射鏡上に形成された活性領域と、
前記活性領域上に形成された前記第１の導電型と導電型が異なる第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡と、
前記第２の半導体多層膜反射鏡上に形成され、光を出射する光出射口が形成された電極と、
発振波長を透過可能な材料から構成され、前記電極の光出射口内に形成された第１の物質と、
発振波長を透過可能な誘電体から構成され、前記第１の物質の一部を被覆するように前記第１の物質上に形成された第２の物質とを有し、
前記第２の物質の膜厚が、以下の式（１）で得られるｈｄｉの±１０％の範囲にあり、かつ、前記第２の物質が被覆されている部分の反射率が第２の物質が被覆されていない部分の反射率よりも低い、面発光型半導体レーザ。
【数６】
2012009727.tif 000008
【請求項６】
前記第２の物質の膜厚は、式（１）で得られるｈｄｉである、請求項５に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項７】
前記第１の物質の膜厚ｈは、ｎλ／２ｎｒ１＜ｈ≦３λ／１６ｎｒ１＋ｎλ／２ｎｒ１（ｎは、０を含む正の整数、ｎｒ１は第１の物質の屈折率））である、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】
面発光型半導体レーザはさらに、基板上に、絶縁領域と当該絶縁領域によって囲まれた円形状の導電領域が形成された電流狭窄層を含み、
前記光出射口は、前記導電領域に対応する位置に形成された円形状を有し、前記第２の物質は、中央に円形状の開口が形成された環状を有し、前記第２の物質の開口の径は、前記光出射口の径よりも小さくかつ前記導電領域の径と等しいかそれよりも小さい、請求項５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】
前記導電領域の径は、５ミクロン以上である、請求項１ないし８いずれか１つ記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１０】
前記第２の半導体多層膜反射鏡から前記第１の半導体多層膜反射鏡に至る柱状構造が形成され、前記電流狭窄層の絶縁領域は、前記柱状構造の側壁から酸化された酸化領域によって構成される、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】
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と、
前記面発光型半導体レーザからの光を入射する光学部材と、
を有する面発光型半導体レーザ装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載された面発光型半導体レーザ装置と、
前記面発光型半導体レーザ装置から発せられたレーザ光を光媒体を介して伝送する伝送手段と、
を備えた光伝送装置。
【請求項１３】
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と、
前記面発光型半導体レーザから出射されるレーザ光を記録媒体に集光する集光手段と、
前記集光手段により集光されたレーザ光を前記記録媒体上で走査する機構と、
を有する情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）は、通信装置や画像形成装置の光源に利用されている。このような光源に利用される面発光型半導体レーザとっては、単一(基本)横モード発振であり、高出力、長寿命であることが求められている。選択酸化型の面発光型半導体レーザでは、電流狭窄層の酸化アパーチャ径を約２〜３ミクロン程度にまで小さくすることで単一横モードを得ているが、このような小さな酸化アパーチャ径では、３ｍＷ以上の光出力を安定的に得ることが難しくなる。そこで、光出射口内に透明な層を形成したりまたはレンズを形成することで、高次横モードを抑制し高出力の基本横モード発振を実現した面発光型半導体レーザ（特許文献１、２）や、活性領域と反射鏡の間に高次横モードを抑制する部分を形成した面発光型半導体レーザ（特許文献３）などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１５６３９５号公報
【特許文献２】特開２００８−４１７７７号公報
【特許文献３】特開２００４−６３６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、基本横モード発振されるレーザ光の位相差を抑制した面発光型半導体レーザを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、基板と、基板上に形成された第１導電型の第１の半導体多層膜反射鏡と、第１の半導体多層膜反射鏡上に形成された活性領域と、前記活性領域上に形成された前記第１の導電型と導電型が異なる第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡と、前記第２の半導体多層膜反射鏡上に形成され、光を出射する光出射口が形成された電極と、発振波長を透過可能な材料から構成され、前記電極の光出射口内に形成された第１の物質と、発振波長を透過可能な誘電体から構成され、前記第１の物質の一部を被覆するように前記第１の物質上に形成された第２の物質とを有し、前記第２の物質の膜厚が、以下の式（１）で得られるｈｄｉの±１０％の範囲にあり、かつ、前記第２の物質が被覆されている部分の反射率が第２の物質が被覆されていない部分の反射率よりも高い、面発光型半導体レーザ。
【数１】
2012009727.tif 000003
請求項２に係る発明は、前記第２の物質の膜厚は、式（１）で得られるｈｄｉである、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項３に係る発明は、前記第１の物質の膜厚ｈは、λ／４ｎｒ１＋ｎλ／２ｎｒ１＜ｈ≦３λ／８ｎｒ１＋ｎλ／２ｎｒ１（ｎは、０を含む正の整数、ｎｒ１は第１の物質の屈折率）である、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項４に係る発明は、面発光型半導体レーザはさらに、基板上に、絶縁領域と当該絶縁領域によって囲まれた円形状の導電領域が形成された電流狭窄層を含み、前記光出射口は、前記導電領域に対応する位置に形成された円形状を有し、前記第２の物質は、前記光出射口の径よりも小さくかつ前記導電領域の径と等しいかそれよりも小さい径を有する円形状に形成される、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に係る発明は、基板と、基板上に形成された第１導電型の第１の半導体多層膜反射鏡と、第１の半導体多層膜反射鏡上に形成された活性領域と、前記活性領域上に形成された前記第１の導電型と導電型が異なる第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡と、前記第２の半導体多層膜反射鏡上に形成され、光を出射する光出射口が形成された電極と、発振波長を透過可能な材料から構成され、前記電極の光出射口内に形成された第１の物質と、発振波長を透過可能な誘電体から構成され、前記第１の物質の一部を被覆するように前記第１の物質上に形成された第２の物質とを有し、前記第２の物質の膜厚が、以下の式（１）で得られるｈｄｉの±１０％の範囲にあり、かつ、前記第２の物質が被覆されている部分の反射率が第２の物質が被覆されていない部分の反射率よりも低い、面発光型半導体レーザ。
【数２】
2012009727.tif 000004
請求項６に係る発明は、前記第２の物質の膜厚は、式（１）で得られるｈｄｉである、請求項５に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項７に係る発明は、前記第１の物質の膜厚ｈは、ｎλ／２ｎｒ１＜ｈ≦３λ／１６ｎｒ１＋ｎλ／２ｎｒ１（ｎは、０を含む正の整数、ｎｒ１は第１の物質の屈折率））である、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に係る発明は、面発光型半導体レーザはさらに、基板上に、絶縁領域と当該絶縁領域によって囲まれた円形状の導電領域が形成された電流狭窄層を含み、
前記光出射口は、前記導電領域に対応する位置に形成された円形状を有し、前記第２の物質は、中央に円形状の開口が形成された環状を有し、前記第２の物質の開口の径は、前記光出射口の径よりも小さくかつ前記導電領域の径と等しいかそれよりも小さい、請求項５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に係る発明は、前記導電領域の径は、５ミクロン以上である、請求項１ないし８いずれか１つ記載の面発光型半導体レーザ。
請求項１０に係る発明は、前記第２の半導体多層膜反射鏡から前記第１の半導体多層膜反射鏡に至る柱状構造が形成され、前記電流狭窄層の絶縁領域は、前記柱状構造の側壁から酸化された酸化領域によって構成される、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に係る発明は、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と、前記面発光型半導体レーザからの光を入射する光学部材と、を有する面発光型半導体レーザ装置。
請求項１２に係る発明は、請求項１１に記載された面発光型半導体レーザ装置と、前記面発光型半導体レーザ装置から発せられたレーザ光を光媒体を介して伝送する伝送手段と、を備えた光伝送装置。
請求項１３に係る発明は、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と、前記面発光型半導体レーザから出射されるレーザ光を記録媒体に集光する集光手段と、前記集光手段により集光されたレーザ光を前記記録媒体上で走査する機構と、を有する情報処理装置。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１、５によれば、第２の物質の膜厚が調整されていない面発光型半導体レーザと比較して、基本横モード発振で出射されるレーザ光の位相差を抑制することができる。
請求項２、６によれば、基本横モード発振で出射されるレーザ光の位相差をさらに抑制することができる。
請求項３、７によれば、光出射口内において、第２の絶縁膜が被覆された領域の反射率を第２の絶縁膜が被覆されていない領域の反射率よりも高くすることができる。
請求項４、８によれば、電流狭窄層を含まない面発光型半導体レーザと比較して、高出力の基本横モード発振を得ることができる。
請求項９によれば、５ミクロン未満の導電領域の径をもつ電流狭窄層と比較して、基本横モード発振のレーザ光の出力を高くすることができる。
請求項１０によれば、半導体多層膜反射鏡を持たない面発光型半導体レーザと比較して、電流狭窄層を容易に形成することができる。
請求項１１ないし１３によれば、基本横モード発振のレーザ光の位相差が抑制された面発光型半導体レーザを利用した面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施例に係る面発光型半導体レーザの平面図とそのＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図１に示す面発光型半導体レーザのメサ頂部を拡大した断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る面発光型半導体レーザのメサ頂部の平面図とそのＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】第２の絶縁膜の位相差を調整したときの第１の絶縁膜の膜厚と光出射口内の反射率差との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例に係る面発光型半導体レーザにおいて第２の絶縁膜の膜厚を変化させたときのＦＦＰを示す図である。
【図６】本実施例の面発光型半導体レーザに光学部材を実装した面発光型半導体レーザ装置の構成を示す概略断面図である。
【図７】本実施例の面発光型半導体レーザを使用した光源装置の構成例を示す図である。
【図８】図６Ａに示す面発光型半導体レーザ装置を用いた光伝送装置の構成を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明では、選択酸化型の面発光型半導体レーザを例示し、面発光型半導体レーザをＶＣＳＥＬと称する。なお、図面のスケールは、発明の特徴を分かり易くするために強調しており、必ずしも実際のデバイスのスケールと同一ではないことに留意すべきである。
【実施例】
【０００９】
図１は、本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略断面図である。同図に示すように、本実施例のＶＣＳＥＬ１０は、ｎ型のＧａＡｓ基板１００上に、Ａｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｎ型の下部分布ブラック型反射鏡（Distributed Bragg Reflector：以下、ＤＢＲという）１０２、下部ＤＢＲ１０２上に形成された、上部および下部スペーサ層に挟まれた量子井戸層を含む活性領域１０４、活性領域１０４上に形成されたＡｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｐ型の上部ＤＢＲ１０６を積層して構成される。
【００１０】
ｎ型の下部ＤＢＲ１０２は、Ａｌ組成の異なる高屈折率層と低屈折率層の積層であり、例えば、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層とのペアを複数積層し、各層の厚さはλ／４ｎｒ（但し、λは発振波長、ｎｒは媒質の屈折率）であり、これらを交互に４０周期で積層してある。ｎ型不純物であるシリコンをドーピングした後のキャリア濃度は、例えば、３×１０18ｃｍ-3である。
【００１１】
活性領域１０４の下部スペーサ層は、アンドープのＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ層であり、量子井戸活性層は、アンドープＡｌ0.１１Ｇａ0.８９Ａｓ量子井戸層およびアンドープのＡｌ0.３Ｇａ0.７Ａｓ障壁層であり、上部スペーサ層は、アンドープのＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ層である。
【００１２】
ｐ型の上部ＤＢＲ１０６は、Ａｌ組成の異なる高屈折率層と低屈折率層の積層を含み、例えば、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層とのペアを複数積層し、各層の厚さはλ／４ｎｒであり、これらを交互に２４周期積層してある。ｐ型不純物であるカーボンをドーピングした後のキャリア濃度は、例えば、３×１０18ｃｍ-3である。また、上部ＤＢＲ１０６の最上層には、ｐ型ＧａＡｓからなる不純物濃度が高いコンタクト層１０６Ａが形成され、上部ＤＢＲ１０６の最下層もしくはその内部には、ｐ型ＡｌＡｓの電流狭窄層１０８が形成される。
【００１３】
上部ＤＢＲ１０６から下部ＤＢＲ１０２に至るまで半導体層をエッチングすることにより、基板１００上に円筒状のメサ（柱状構造）Ｍが形成される。電流狭窄層１０８は、メサＭの側面で露出され、当該側面から選択的に酸化された酸化領域１０８Ａと酸化領域１０８Ａによって囲まれた導電領域（酸化アパーチャ）１０８Ｂとを有する。電流狭窄層１０８の酸化工程において、ＡｌＡｓ層の酸化速度は、ＡｌＧａＡｓ層よりも速く、メサＭの側面から内部に向けてほぼ一定の速度で酸化が進行する。このため、導電領域１０８Ｂの基板１００の主面と平行な面内の平面形状は、メサＭの外形を反映した円形状となり、その中心は、メサＭの軸方向の中心、すなわち光軸と一致する。導電領域１１０Ｂの径は、高次横モード発振が生じる大きさであることができ、例えば、７８０ｎｍの発振波長帯で、５ミクロンまたはそれ以上とすることができる。こうして、メサ内の電流狭窄層によりしきい値電流を下げ、また、高出力のレーザ光を得ることができる。
【００１４】
メサＭの最上層には、金属製の環状のｐ側電極１１０が形成される。ｐ側電極１１０は、例えば、ＡｕまたはＴｉ／Ａｕなどを積層した金属から構成され、ｐ側電極１１０は、上部ＤＢＲ１０６のコンタクト層１０６Ａにオーミック接続される。ｐ側電極１１０の中央には、円形状の開口が形成され、当該開口は、光を出射する光出射口１１０Ａを規定する。光出射口１１０Ａの中心は、メサＭの光軸に一致し、光出射口１１０Ａの径は、導電領域１１０Ｂの径よりも大きい。
【００１５】
ｐ側電極１１０上に、光出射口１１０Ａを覆うように円形状の第１の絶縁膜１１２が形成される。第１の絶縁膜１１２は、発振波長を透過可能な材料、例えばＳｉＯＮ等から構成される。第１の絶縁膜１１２の外径は、光出射口１１０Ａの径よりも大きく、光出射口１１０Ａは、第１の絶縁膜１１２によって完全に覆われ、保護される。
【００１６】
メサＭの底部、側部および頂部の周縁を覆う層間絶縁膜１１４が形成される。層間絶縁膜１１４の周縁は、ｐ側電極１１０の一部を覆い、その結果、層間絶縁膜１１４と第１の絶縁膜１１２との間には、ｐ側電極１１０を露出させる環状のコンタクトホール１１６が形成される。好ましい例では、第１の絶縁膜１１２は、層間絶縁膜１１４と同一の材料を用いることで同一の工程によって形成される。
【００１７】
第１の絶縁膜１１２上には、発振波長を透過可能な誘電体材料から構成された円形状の第２の絶縁膜１１８が形成される。基板１００の裏面には、下部ＤＢＲ１０２と電気的に接続されるｎ側電極１２０が形成される。
【００１８】
ここで、第２の絶縁膜１１８の中心は光軸に一致し、第２の絶縁膜１１８の外径は、導電領域１０８Ｂの径と等しいかそれよりも小さく設定される。好ましくは、第２の絶縁膜１１８の屈折率ｎｒ２が第１の絶縁膜１１２の屈折率ｎｒ１よりも大きくなるような材料が選択される。例えば、第１の絶縁膜１１２がＳｉＯＮであるとき、第２の絶縁膜１１８はＳｉＮから構成される。ｎｒ２＞ｎｒ１とし、かつ第１および第２の絶縁膜の膜厚を適宜選択することで、光出射口１１０Ａ内において第２の絶縁膜１１８によって被覆された領域の反射率Ｒ２を第２の絶縁膜１１８によって被覆されていない領域の反射率Ｒ１よりも高くすることができる。これにより、高次横モードが抑制され、基本横モード発振のレーザ光を得ることができる。なお、本明細書でいう円形状は、真円のみならず製造工程のバラツキなどにより半径が幾分ずれた円、および楕円を含む概念である。
【００１９】
図２は、図１のＶＣＳＥＬ１０のメサ頂部の拡大断面図である。同図において、φairは、第１の絶縁膜１１２からのレーザ光の伝搬を示し、φdiは、第２の絶縁膜１１８内のレーザ光の伝搬を示し、ｈｄｉは、第２の絶縁膜１１８の膜厚を示している。本実施例では、第１の絶縁膜１１２からのレーザ光の伝搬φairと、第２の絶縁膜１１８内のレーザ光の伝搬φdiが一致し、両者の位相差が抑制されるように第２の絶縁膜１１８の膜厚ｈｄｉが選択される。このため、第２の絶縁膜１１８の膜厚は、以下の式（１）で得られるｈｄｉの±１０％の範囲になるように調整される。これにより、光出射口１１０Ａにおいて、第２の絶縁膜１１８が被覆されている領域からの光と第２の絶縁膜１１８が被覆されていない領域からの光の位相差が抑制され、基本横モード発振されるレーザ光のファーフィールドパターン（ＦＦＰ）をガウシアン型（正規分布型）にすることができる。
【００２０】
【数３】
2012009727.tif 000005
【００２１】
ＶＣＳＥＬ１０の発振波長が７８０ｎｍ、第２の絶縁膜１１８をＳｉＮとしたときの屈折率ｎｄｉ（＝ｎｒ２）が１．９２であり、このとき、式（１）から得られた第２の絶縁膜１１８の膜厚ｈｄｉは、８４８ｎｍである。但し、８４８ｎｍは、最初にφairとφdiの位相が合うときの値であり、８４８ｎｍに２λ（１波長）の整数倍を加えた膜厚も式（１）を満足する。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図３は、第２の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ａのメサ頂部の平面図とそのＢ−Ｂ線断面図である。第２の実施例のＶＣＳＥＬ１０Ａは、第２の絶縁膜１１８Ａの構成を除き、実質的に第１の実施例のＶＣＳＥＬと同じである。図３に示すように、第２の絶縁膜１１８Ａは、環状パターンに形成され、その中央に円形状の開口１１８Ｂが形成され、開口１１８Ｂによって第１の絶縁膜１１２が露出される。開口１１８Ｂの中心は、光軸に一致し、すなわち電流狭窄層１１０の導電領域１０８Ｂの中心に一致し、開口１１８Ｂの径は、導電領域１０８Ｂの径と等しいかそれよりも小さく設定される。
【００２３】
第２の実施例では、第１の実施例とは反対に、第２の絶縁膜１１８Ａを被覆した領域の反射率Ｒ２を、第２の絶縁膜１１８Ａが被覆されない領域の反射率Ｒ１よりも低くする。そして、第１の実施例のときと同様に、第１の絶縁膜１１２からのレーザ光の伝搬φairと、第２の絶縁膜１１８内のレーザ光の伝搬φdiが一致し、両者の位相差が抑制されるように、第２の絶縁膜１１８の膜厚ｈｄｉが選択される。好ましくは、第２の絶縁膜１１８の膜厚は、式（１）で得られるｈｄｉの±１０％の範囲になるように調整される。これにより、第２の絶縁膜１１８が被覆されている領域からの光と被覆されていない領域からの光の位相差を抑制し、基本横モード発振されるレーザ光のＦＦＰをガウシアン型に近づけることができる。
【数４】
2012009727.tif 000006
【００２４】
次に、ＶＣＳＥＬの光出射口における反射率差について説明する。図４は、第２の絶縁膜の膜厚をφair＝φdiとなるようにして、第１の絶縁膜の膜厚を変化させたときの第２の絶縁膜が存在する領域と存在しない領域との反射率差の関係を計算により求めたグラフである。計算では、ＶＣＳＥＬの発振波長が７８０ｎｍ、第２の絶縁膜の屈折率ｎｄｉ（＝ｎｒ２）が１．９２、φair＝φdiとなる膜厚ｈｄｉ＝８４８ｎｍである。横軸は、第１の絶縁膜１１２の膜厚であり、膜厚がλ／４のときを１とし、割合で示している（「０」は、第１の絶縁膜がないときを示し、「２」は、第１の絶縁膜の膜厚がλ／２であるときを示す）。縦軸は、反射率差を示し、プラスは、第２の絶縁膜１１８が存在する方が反射率が高くなり、マイナスは、第２の絶縁膜１１８Ａが存在する方が反射率が低くなることを示している。▲で示す曲線は、上部ＤＢＲ１０６がＡｌ組成の高い低屈折率層とＡｌ組成の低い高屈折率層の対を２４ペアを有するとき、◆で示す曲線は、２３ペアを有するとき、●で示す曲線は、２２ペアを有するときの反射率差であり、■で示す曲線は、第２の絶縁膜の膜厚が位相調整されていないλ／４であるときの従来構造の反射率差である。
【００２５】
先ず初めに、従来構造のＶＣＳＥＬでは、第１の絶縁膜の膜厚がλ／４のとき（第２の絶縁膜の膜厚はλ／４である）、光出射口内の反射率差が最大で約１となり、ここでは、第２の絶縁膜が形成された領域の反射率が、第２の絶縁膜が形成されていない領域の反射率よりも高くなる。また、第１の絶縁膜の膜厚がλ／２のとき、および第１の絶縁膜が被覆されないとき、反射率差が、約−１．５となり、この場合、第２の絶縁膜が形成された領域の反射率が、第２の絶縁膜が形成されていない領域の反射率よりも低くなる。
【００２６】
従来構造のＶＣＳＥＬにおいて、光出射口の中心付近の反射率を相対的に大きくし、周縁付近の反射率を相対的に小さくすることで、高次横モード発振が抑制され、基本横モード発振を得ることができる。しかし、第２の絶縁膜によって被覆されていない領域からのレーザ光の伝搬φairと、第２の絶縁膜内のレーザ光の伝搬φdiとの間に位相差が生じると、干渉により光強度にムラが生じ、これが原因となって、ＦＦＰが理想的なガウシアン分布から外れてしまう。このようなレーザ光を画像形成装置の光源に用いると、画像の品位が低下し、好ましくない。
【００２７】
第１の実施例のＶＣＳＥＬでは、第２の絶縁膜１１８を被覆した領域の反射率が高くなり、被覆していない領域の反射率が低くなる。つまり、第１の絶縁膜の膜厚は、図４において、反射率差がプラスとなる範囲Ｐ１で表される。反射率差は、上部ＤＢＲのペア数に依存するが、高次横モードを抑制しかつ基本横モードを促進するに十分な値を考えると、第１の絶縁膜の膜厚ｈの範囲は、概ね、λ／４ｎｒ１＜ｈ≦３λ／８ｎｒ１（ｎｒ１は、第１の絶縁膜の屈折率）であることが好ましい。
【００２８】
また、第２の実施例のＶＣＳＥＬでは、第２の絶縁膜１１８Ａを被覆した領域の反射率が低くなり、被覆していない領域の反射率が相対的に高くなる。この場合、第１の絶縁膜の膜厚は、図４において、反射率差がマイナスとなる範囲Ｐ２で表される。そして、高次横モードを抑制しかつ基本横モードを促進するに十分な値を考えると、第１の絶縁膜の膜厚ｈの範囲は、概ね、０＜ｈ≦３λ／１６ｎｒ１であることが好ましい。
【００２９】
第１および第２の実施例で得られる反射率差は、概ね、０．５前後で推移し、従来構造のものより若干低下するが、反射率差が０．５前後であれば、高次横モードを抑制し、基本横モードを促進させることが可能である。また、図４に示すように、反射率差は、上部ＤＢＲのペア数が少ないほど、小さくなることがわかる。従って、上部ＤＢＲ全体の反射率と光出射口内の反射率差とが最適となるように、上部ＤＢＲのペア数を適宜選択することが望ましい。
【００３０】
図５は、第２の絶縁膜の膜厚を変化させたときのＦＦＰプロファイルを示している。横軸は、広がり角、縦軸は光強度を示している。上記したように、式（１）を満足したときの第２の絶縁膜の膜厚ｈｄｉは、８４８ｎｍであり、このときのＦＦＰは、基本横モード発振でありかつガウシアン型となっている。第２の絶縁膜の膜厚をｈｄｉよりも１０％だけ大きい膜厚９３０ｎｍとしたとき、φairとφdiとの間に多少の位相差が生じるが、図５に示すように、ＦＦＰは、広がり角が狭まった単峰性となるが、ほぼガウシアン型に近いものである。同様に、第２の絶縁膜の膜厚をｈｄｉよりも１０％だけ小さい膜厚７７０ｎｍとしたとき、ＦＦＰは、図５に示すように、広がり角が多少大きくなった単峰性であるが、ほぼガウシアン型に近いものである。従って、第２の絶縁膜の膜厚は、式（１）によるφair＝φdiを満足するｈｄｉの±１０％の範囲内であれば、ＦＦＰがガウシアン分布に近い基本横モード発振を得ることができる。
【００３１】
このように、本実施例のＶＣＳＥＬを画像形成装置などの光源に適用した場合、ＦＦＰをガウシアン型にすることができるため、従来のＶＣＳＥＬと比較して、画像品位を向上させることができる。また、本実施例のＶＣＳＥＬでは、導電領域１１０Ｂの径すなわち酸化アパーチャ径を、高次横モードが発振する範囲（例えば５ミクロン以上）にすることができるため、レーザ光の出力も向上させることができる。同時に、酸化アパーチャ径を大きくすることは、酸化制御が容易となり、ＶＣＳＥＬの歩留まりの向上にもつながる。
【００３２】
また、第２の絶縁膜によって被覆された部分と被覆されていない部分との間の反射率差を大きくするために、第２の絶縁膜の屈折率と第１の絶縁膜の屈折率との差が大きくなるような材料を選択することが望ましい。
【００３３】
次に、本実施例のＶＣＳＥＬを利用した面発光型半導体レーザ装置、光情報処理装置および光伝送装置について図面を参照して説明する。図６Ａは、ＶＣＳＥＬと光学部材を実装（パッケージ）した面発光型半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。面発光型半導体レーザ装置３００は、ＶＣＳＥＬが形成されたチップ３１０を、導電性接着剤３２０を介して円盤状の金属ステム３３０上に固定する。導電性のリード３４０、３４２は、ステム３３０に形成された貫通孔（図示省略）内に挿入され、一方のリード３４０は、ＶＣＳＥＬのｎ側電極に電気的に接続され、他方のリード３４２は、ｐ側電極に電気的に接続される。
【００３４】
チップ３１０を含むステム３３０上に矩形状の中空のキャップ３５０が固定され、キャップ３５０の中央の開口３５２内に光学部材のボールレンズ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。
【００３５】
図６Ｂは、他の面発光型半導体レーザ装置の構成を示す図であり、同図に示す面発光型半導体レーザ装置３０２は、ボールレンズ３６０を用いる代わりに、キャップ３５０の中央の開口３５２内に平板ガラス３６２を固定している。平板ガラス３６２の中心は、チップ３１０のほぼ中心と一致するように位置決めされる。チップ３１０と平板ガラス３６２との距離は、平板ガラス３６２の開口径がチップ３１０からのレーザ光の広がり角度θ以上になるように調整される。
【００３６】
図７は、ＶＣＳＥＬを光情報処理装置の光源に適用した例を示す図である。光情報処理装置３７０は、図６Ａまたは図６ＢのようにＶＣＳＥＬを実装した面発光型半導体レーザ装置３００または３０２からのレーザ光を入射するコリメータレンズ３７２、一定の速度で回転し、コリメータレンズ３７２からの光線束を一定の広がり角で反射するポリゴンミラー３７４、ポリゴンミラー３７４からのレーザ光を入射し反射ミラー３７８を照射するｆθレンズ３７６、ライン状の反射ミラー３７８、反射ミラー３７８からの反射光に基づき潜像を形成する感光体ドラム(記録媒体)３８０を備えている。このように、ＶＣＳＥＬからのレーザ光を感光体ドラム上に集光する光学系と、集光されたレーザ光を光体ドラム上で走査する機構とを備えた複写機やプリンタなど、光情報処理装置の光源として利用することができる。
【００３７】
図８は、図６Ａに示す面発光型半導体レーザ装置を光伝送装置に適用したときの構成を示す断面図である。光伝送装置４００は、ステム３３０に固定された円筒状の筐体４１０、筐体４１０の端面に一体に形成されたスリーブ４２０、スリーブ４２０の開口４２２内に保持されるフェルール４３０、およびフェルール４３０によって保持される光ファイバ４４０を含んで構成される。ステム３３０の円周方向に形成されたフランジ３３２には、筐体４１０の端部が固定される。フェルール４３０は、スリーブ４２０の開口４２２に正確に位置決めされ、光ファイバ４４０の光軸がボールレンズ３６０の光軸に整合される。フェルール４３０の貫通孔４３２内に光ファイバ４４０の芯線が保持されている。
【００３８】
チップ３１０の表面から出射されたレーザ光は、ボールレンズ３６０によって集光され、集光された光は、光ファイバ４４０の芯線に入射され、送信される。上記例ではボールレンズ３６０を用いているが、これ以外にも両凸レンズや平凸レンズ等の他のレンズを用いることができる。さらに、光伝送装置４００は、リード３４０、３４２に電気信号を印加するための駆動回路を含むものであってもよい。さらに、光伝送装置４００は、光ファイバ４４０を介して光信号を受信するための受信機能を含むものであってもよい。
【００３９】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０，１０Ａ：ＶＣＳＥＬ                １００：基板
１０２：下部ＤＢＲ                      １０４：活性領域
１０６：上部ＤＢＲ                      １０６Ａ：コンタクト層
１０８：電流狭窄層                      １０８Ａ：酸化領域
１０８Ｂ：導電領域                      １１０：ｐ側電極
１１０Ａ：光出射口                      １１２：第１の絶縁膜
１１４：層間絶縁膜                      １１６：コンタクトホール
１１８、１１８Ａ：第２の絶縁膜          １１８Ｂ：開口
１２０：ｎ側電極
【図１】
2012009727.tif 000009
【図２】
2012009727.tif 000010
【図３】
2012009727.tif 000011
【図４】
2012009727.tif 000012
【図５】
2012009727.tif 000013
【図６】
2012009727.tif 000014
【図７】
2012009727.tif 000015
【図８】
2012009727.tif 000016