(57)【要約】      （修正有）【課題】外部からの水分や湿気の滲入を防止し、寿命を改善する樹脂封止面発光型半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】ＶＣＳＥＬ２０は、基板１０２上に、ｎ型のバッファ層１０４、ｎ型の下部ＤＢＲ１０６、活性領域１０８、電流狭窄層１１０、ｐ型の上部ＤＢＲ１１２、ｐ型のＧａＡｓコンタクト層１１４を含む半導体層を積層する。コンタクト層１１４の表面全体に表面保護膜１１６が形成され、表面保護膜１１６上に環状電極１２０、および環状電極１２０の出射口覆う出射保護膜１２２が形成されている。樹脂封止されたＶＣＳＥＬ２０は、応力等により出射保護膜１２２が剥離された場合であっても、表面保護膜１１６によりコンタクト層１１４への水分の滲入を防止する。【選択図】図３
2009094332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１導電型の第１の半導体多層膜、活性領域、第1の半導体多層膜とともに共振器を構成する第２導電型の第２の半導体多層膜が積層された基板と、
第２の半導体多層膜の少なくともレーザ光を出射する出射口を含む領域に形成された導電性の第１の保護膜と、
前記第１の保護膜上に形成され、前記出射口が形成された環状電極と、
少なくとも前記第１の保護膜および前記環状電極を封止する封止部材と、
を有する面発光型半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記第１の保護膜は、レーザ光を透過可能な金属薄膜である、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ装置。
【請求項３】
面発光型半導体レーザ装置はさらに、前記環状電極の出射口覆う第２の保護膜を含む、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記基板上にポストが形成され、前記環状電極は、ポストの頂部に形成され、少なくともポスト側面およびポスト頂部の一部が層間絶縁膜によって覆われ、層間絶縁膜によって露出された環状電極には上部電極が接続されている、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装置。
【請求項５】
少なくとも第１導電型の第１の半導体多層膜、活性領域、第1の半導体多層膜とともに共振器を構成する第２導電型の第２の半導体多層膜が積層された基板と、
第２の半導体多層膜上に形成され、レーザ光を出射する出射口が形成された環状電極と、
前記環状電極の出射口を覆う出射保護膜と、
少なくとも前記環状電極および前記出射保護膜を覆う界面保護膜と、
少なくとも界面保護膜を覆う封止部材と、
を有する面発光型半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記表面保護膜は、レーザ光を透過可能な導電性膜または絶縁膜である、請求項５に記載の面発光型半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記基板上にポストが形成され、前記環状電極は、ポストの頂部に形成され、少なくともポスト側面およびポスト頂部の一部が層間絶縁膜によって覆われ、層間絶縁膜によって露出された環状電極には上部電極が接続されている、請求項５または６に記載の面発光型半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記封止部材は、光透過性の樹脂である、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装置。
【請求項９】
前記第１および第２の半導体多層膜は、Ａｌを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体層から構成され、第２の半導体多層膜は、表面にＧａＡｓコンタクト層を含む、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装置。
【請求項１０】
前記ポストは、ポスト側面からＡｌを含む半導体層の一部が選択的に酸化された電流狭窄層を含む、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装置。
【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装置と光学部材を実装したモジュール。
【請求項１２】
請求項１１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１３】
請求項１１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１４】
請求項１１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１５】
請求項１１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１６】
基板上に、少なくとも第１導電型の第１の半導体多層膜、活性領域、および第1の半導体多層膜とともに共振器を構成する第２導電型の第２の半導体多層膜を含む半導体層を積層するステップと、
前記第２の半導体多層膜の少なくともレーザ光を出射する出射口を含む領域に導電性の第１の保護膜を形成するステップと、
前記第１の保護膜上に、前記出射口が形成された環状電極を形成するステップと、
前記半導体層に溝を形成し、前記環状電極を頂部に含むポストを基板上に形成するステップと、
少なくとも基板を樹脂封止するステップと、
を有する面発光型半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１７】
製造方法はさらに、前記環状電極の出射口を覆う第２の保護膜を形成するステップを含む、請求項１６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、光情報処理あるいは高速光通信の光源として利用される面発光型半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信や光記録等の技術分野において、面発光型半導体レーザ（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser：以下ＶＣＳＥＬと呼ぶ）への関心が高まっている。ＶＣＳＥＬは、しきい値電流が低く消費電力が小さい、円形の光スポットが容易に得られる、ウエハ状態での評価や光源の二次元アレイ化が可能であるといった、端面発光型半導体レーザにはない優れた特長を有する。これらの特長を活かし、通信分野における光源としての需要がとりわけ期待されている。
【０００３】
ＶＣＳＥＬの信頼性を向上させ、かつ動作寿命を改善させるため、ＶＣＳＥＬを外部の水分や湿気から保護する技術が幾つか開示されている。例えば、特許文献１は、金（Ａｕ）を主材料とする電極と表面保護用絶縁膜との間に、両者に対し付着性のよい金属膜を形成し、電極と表面保護用絶縁膜の間からの水蒸気、水等の滲入を防止している。
【０００４】
特許文献２は、出射口である上部ミラー構造の上に透明な熱伝導層を設け、これによって、レーザの発熱を熱拡散層に伝え、熱伝導層と熱拡散層は、出射口への水等の滲入を防いでいる。
【０００５】
特許文献３は、半導体発光素子の窓層の外面に、半導体が発光する光に対して透明で、Ａｌ原子を含まない物質、例えば、ＧａＰまたはＩｎＧａＰで形成された薄い保護膜層を設け、窓層に含まれるＡｌ原子の酸化を防止している。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３０４３１５号
【特許文献２】特開平９−８４１５号
【特許文献３】特開２０００−２７７８０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＶＣＳＥＬは、セラミック部材、キャンまたは樹脂封止などによってパッケージ化される。この中で、比較的コストが安い樹脂封止の実用化が進められているが、樹脂封止されたＶＣＳＥＬは、例えば、高温高湿下（８５℃、８５％など）で駆動すると、室温低湿度下で駆動した場合よりも寿命が短くなる傾向がある。これは、樹脂の熱膨張または熱収縮する際に生じる応力がＶＣＳＥＬ表面の保護膜に加わり、その応力によって変形した保護膜から水分が滲入し、ＶＣＳＥＬ表面の出射口を含む領域が損傷され、光出力特性が劣化される。ＶＣＳＥＬ表面には、電極や電極を覆う保護膜など複数の部材が形成されており、各部材の熱膨張係数が異なり、また複数の部材と樹脂との密着性も異なるため、特に出射口を保護する保護膜が剥離しやすい。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであり、外部からの水分や湿気の滲入を防止し、寿命を改善した面発光型半導体レーザ装置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】
【０００９】
本発明に係る面発光型半導体レーザ装置は、少なくとも第１導電型の第１の半導体多層膜、活性領域、第1の半導体多層膜とともに共振器を構成する第２導電型の第２の半導体多層膜が積層された基板と、第２の半導体多層膜の少なくともレーザ光を出射する出射口を含む領域に形成された導電性の第１の保護膜と、前記第１の保護膜上に形成され、前記出射口が形成された環状電極と、少なくとも第１の保護膜および前記環状電極を封止する封止部材とを有する。
【００１０】
好ましくは、第１の保護膜は、レーザ光を透過可能な金属薄膜である。面発光型半導体レーザ装置はさらに、前記環状電極の出射口覆う第２の保護膜を含むことが望ましい。さらに好ましくは、基板上にポストが形成され、前記環状電極は、ポストの頂部に形成され、少なくともポスト側面およびポスト頂部の一部が層間絶縁膜によって覆われ、層間絶縁膜によって露出された環状電極には上部電極が接続されている。
【００１１】
さらに本発明に係る面発光型半導体レーザ装置は、少なくとも第１導電型の第１の半導体多層膜、活性領域、第1の半導体多層膜とともに共振器を構成する第２導電型の第２の半導体多層膜が積層された基板と、第２の半導体多層膜上に形成され、レーザ光を出射する出射口が形成された環状電極と、前記環状電極の出射口を覆う出射保護膜と、少なくとも前記環状電極および前記出射保護膜を覆う界面保護膜と、少なくとも界面保護膜を覆う封止部材とを有する。
【００１２】
好ましくは表面保護膜は、レーザ光を透過可能な導電性膜または絶縁膜である。さらに好ましくは、前記基板上にポストが形成され、前記環状電極は、ポストの頂部に形成され、少なくともポスト側面およびポスト頂部の一部が層間絶縁膜によって覆われ、層間絶縁膜によって露出された環状電極には上部電極が接続されている。封止部材は、好ましくは光透過性の樹脂である。さらに好ましくは、第１および第２の半導体多層膜は、Ａｌを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体層から構成され、第２の半導体多層膜は、表面にＧａＡｓコンタクト層を含む。また、ポストは、ポスト側面からＡｌを含む半導体層の一部が選択的に酸化された電流狭窄層を含むことが望ましい。
【００１３】
本発明に係る面発光型半導体レーザ装置の製造方法は、基板上に、少なくとも第１導電型の第１の半導体多層膜、活性領域、および第1の半導体多層膜とともに共振器を構成する第２導電型の第２の半導体多層膜を含む半導体層を積層するステップと、前記第２の半導体多層膜の少なくともレーザ光を出射する出射口を含む領域に導電性の第１の保護膜を形成するステップと、前記第１の保護膜上に、前記出射口が形成された環状電極を形成するステップと、前記半導体層に溝を形成し、前記環状電極を頂部に含むポストを基板上に形成するステップと、少なくとも基板を樹脂封止するステップとを有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第２の半導体多層膜の表面全体は、第１の保護膜によって覆われているため、外部からの水分や湿気の滲入があったとしても、それらが直接的に第２の半導体多層膜に接触することが抑制され、この結果、第２の半導体多層膜の変質が防止され、光出力が劣化することが防止される。さらに本発明によれば、封止部材と接する表面保護膜を形成することで、樹脂等の封止部材との間の密着性を均一にすることで局所的に応力が集中することが抑制され、これにより出射保護膜の剥離が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。ここでは、一例として、ＧａＡｓ系のＶＣＳＥＬを例に用いる。
【実施例】
【００１６】
図１は、樹脂封止されたＶＣＳＥＬを含む半導体発光装置の概略断面図である。半導体発光装置１０は、レーザ光を出射するＶＣＳＥＬ２０と、ＶＣＳＥＬ２０が固定するサブマウント２２と、ＶＣＳＥＬ２０に電気的に接続された複数のリード端子２４、２６と、ＶＣＳＥＬ２０等を封止する光透過性材料からなる樹脂２８とを含んでいる。
【００１７】
サブマウント２２は、導電性部材から構成され、サブマウント２２の上面には、ＶＣＳＥＬ２０が導電性接着剤等により固定されている。また、サブマウント２０の裏面は、リード端子２６の上端部をほぼ直角に折り曲げて形成されたダイパット２６ａに導電性接着剤等により固定されている。
【００１８】
ＶＣＳＥＬ２０の上面にあるｐ側電極は、ボンディングワイヤ３０によりリード端子２４に電気的に接続されている。また、ＶＣＳＥＬ２０の裏面のｎ側電極は、サブマウント２２を介してリード端子２６に電気的に接続されている。リード端子２４は、ＶＣＳＥＬ２０のアノードであり、リード端子２６は、ＶＣＳＥＬ２０のカソードである。ＶＣＳＥＬ２０、サブマウント２２、リード端子２４、２６の上部、ダイパッド２６ａは、樹脂２８により封止されている。
【００１９】
図２は、第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの平面図を示し、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。図２に示すように、ＶＣＳＥＬ２０には、リング状の溝１１８が形成されており、溝１１８により、レーザ光の発光部である円筒状のポストＰと、ポストＰと隔てられたパッド形成領域Ｆが形成されている。パッド形成領域Ｆは、ポストＰと同一の半導体層を含むものであり、パッド形成領域Ｆの全面は層間絶縁膜１２４によって覆われている。パッド電極１３４は、溝１１８を延在する配線電極１３６を介してポストＰに形成されたｐ側上部電極１２６に接続され、パッド電極１３４にはボンディングワイヤ３０が接続される。
【００２０】
図３は、ポストＰを含むＶＣＳＥＬの断面を示している。ＶＣＳＥＬ２０は、ｎ型のＧａＡｓ基板１０２の裏面にｎ側の下部電極１５０を含み、さらに基板１０２上に、ｎ型のＧａＡｓバッファ層１０４、ｎ型のＡｌＧａＡｓの半導体多層膜からなる下部ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector:分布ブラッグ型反射鏡）１０６、活性領域１０８、ｐ型のＡｌＡｓからなる電流狭窄層１１０、ｐ型のＡｌＧａＡｓの半導体多層膜からなる上部ＤＢＲ１１２、ｐ型のＧａＡｓコンタクト層１１４を含む半導体層を積層している。
【００２１】
下部ＤＢＲ１０６と上部ＤＢＲ１１２は、共振器構造を形成し、これらの間に活性領域１０８および電流狭窄層１１０を介在させている。電流狭窄層１１０は、ポストＰの側面において露出されたＡｌＡｓを選択的に酸化させた酸化領域と酸化領域によって包囲された導電性領域を含み、導電性領域内に電流および光の閉じ込めを行う。
【００２２】
本実施例では、コンタクト層１１４の表面全体に外部からの水分や湿気等の滲入を防ぐ表面保護膜１１６が形成されている。表面保護膜１１６は、例えば、導電性の金属薄膜から構成される。金属薄膜の膜厚は、出射するレーザ光が透過可能な厚さに選択され、例えば、レーザ光の波長が８５０ｎｍのとき、約１０ｎｍの厚さとすることができる。表面保護膜１１６には、例えば、耐水性が高く、腐食しにくいＡｕやＣｒなどの導電性材料が好適である。なお、表面保護膜１１６は、単層であってもよいし、多層であってもよい。
【００２３】
表面保護膜１１６の上面には、金属等の導電性材料からなるリング状の環状電極１２０が形成される。環状電極１２０は、表面保護膜１１６を介して、コンタクト層１１４に電気的に接続されている。環状電極１２０の中央には、レーザ光の出射領域を規定する開口、すなわち出射口が形成されている。環状電極１２０によって露出された表面保護膜１１６は、円形状の出射保護膜１２２によってさらに覆われる。出射保護膜１２２は、表面保護膜１１６との関係において、レーザ光を透過するに適した材質および膜厚が選択される。
【００２４】
ポストＰの側面およびポストＰの頂部を覆うように層間絶縁膜１２４が形成されている。すなわち、層間絶縁膜１２４は、環状電極１２０の外縁、溝１１８およびパッド形成領域Ｆの表面を覆っている。ポストＰの頂部において、層間絶縁膜１２４には、環状電極１２０の一部と出射保護膜１２２が露出するように円形のコンタクトホールが形成されている。コンタクトホールを介してｐ側の上部電極１２６が環状電極１２０に接続され、上部電極１２６は、ポストＰの片側から図２に示すように、溝１１８を延在する配線電極１３６を介してパッド形成領域Ｆのパッド電極１３４に接続されている。図１に示したように、ＶＣＳＥＬの表面、すなわち環状電極１２０、出射保護膜１２２、層間絶縁膜１２４、および上部電極１２６は、光透過性の樹脂２８により封止されている。
【００２５】
図３に示すような表面保護膜を形成することにより、コンタクト層１１４への水分や湿気の浸入が効果的に抑制される。図４は、出射保護膜が剥離された状態を示している。例えば、高温高湿下においてＶＣＳＥＬを駆動すると、外部の温度やＶＣＳＥＬ自身の発熱によりＶＣＳＥＬ２０の周囲を封止した樹脂２８が熱膨張または熱収縮し、ＶＣＳＥＬを構成する部材との熱膨張係数の差によってＶＣＳＥＬに応力が加わる。ポストＰは、円筒構造であるため応力が加わり易く、特に、応力がポストＰの頂部に加わると、図４に示すように、出射保護膜１２２が剥離し易くなる。これは、樹脂との熱膨張係数との差の他に、樹脂２８との密着性の強弱が関与している。すなわち、出射保護膜１２２は、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ２等の絶縁膜から構成され、環状電極１２０やｐ側上部電極１２６は、Ａｕ等から構成され、前者の方が樹脂２６との密着性が高いため、樹脂２８の熱収縮の影響を受け易い。樹脂２８に含まれる水分、あるいは樹脂２８に生じたクラックから滲入した水分が、矢印Ｒに示すように、剥離された出射保護膜１２２から内部に滲入する。本実施例では、コンタクト層１１４の表面全体は、表面保護膜１１６によって覆われているため、滲入した水分が直接的にコンタクト層１１４に接触することはなく、コンタクト層１１４の腐食や変質等を防ぐことができる。これにより、コンタクト層１１４の電気的特性やコンタクト層１１４表面の出射口の劣化が抑制される。
【００２６】
図５は、本発明の第２の実施例に係るＶＣＳＥＬを示す断面図である。第２の実施例のＶＣＳＥＬ４０は、第１の実施例と異なり出射保護膜１２２を除去しているが、それ以外の構成は第１の実施例と同様である。第２の実施例では、表面保護膜１１６は、コンタクト層１１４への水分の滲入を防ぐとともに、出射口を保護する出射保護膜の機能を兼ねている。出射保護膜１２２を除去することで、出射口近傍１２０ａは、環状電極１２０と表面保護膜１１６が樹脂２８と接することになる。環状電極１２０と表面保護膜１１６をともに金属から構成する場合、出射口近傍１２０ａにおける樹脂２８との界面は、金属だけとなるため、樹脂２８との密着力がほぼ一様になり、出射口近傍への応力集中が緩和される。少なくとも表面保護膜１１６および環状電極１２０は、樹脂２８により封止されているが、仮に、樹脂２８のクラック等から水分が滲入しても、表面保護膜１１６によりコンタクト層１１４は保護される。
【００２７】
図６は、本発明の第３の実施例に係るＶＣＳＥＬを示す断面図である。第３の実施例に係るＶＣＳＥＬ６０は、樹脂２８との界面になるポストＰ表面、すなわち層間絶縁膜１２４、環状電極１２０、出射保護膜１２２、および上部電極１２６の表面を界面保護膜１２８によって覆っている。好ましくは、界面保護膜１２８は、樹脂２８との密着性が低く、透過性があり、腐食しにくいＡｕやＣｒなどの材料により形成される。例えば、界面保護膜１２８は、１０ｎｍ程度の膜厚である。これにより、高温高湿の環境下で、樹脂２８が熱収縮するとき、その応力の影響をポストＰの頂部において受け難くし、出射保護膜１２２が剥離することを防止し、コンタクト層１１４への水分の滲入を防いでいる。
【００２８】
界面保護膜１２８は、必ずしも導電性材料に限らず、絶縁性材料であってもよい。この場合にも、光透過性があり、かつ樹脂２８との密着性が低い材料が好ましい。さらに、第３の実施例に係るＶＣＳＥＬ６０は、第１の実施例と同様に、コンタクト層１１４の表面全体を覆う表面保護膜１１６を含むものであってもよい。これにより、一層効果的にコンタクト層１１４への水分の滲入を防ぐことができる。
【００２９】
次に、本実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法について図７ないし図９を参照して説明する。先ず、図７（ａ）に示すように、有機金属気相成長(ＭＯＣＶＤ)法により、ｎ型がＧａＡｓ基板１０２上に、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3、膜厚０．２μｍ程度のｎ型ＧａＡｓバッファ層１０４を積層し、その上に、Ａｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓとをそれぞれの膜厚が媒質内波長の１／４となるように交互に４０．５周期積層したキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3で総膜厚が約４μｍとなる下部ｎ型ＤＢＲ１０６、アンドープ下部Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓスぺーサー層とアンドープ量子井戸活性層(膜厚９０ｎｍ、Ａｌ0.11Ｇａ0.89Ａｓ量子井戸層３層と膜厚５０ｎｍ、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層４層とで構成されている)とアンドープ上部Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓスぺーサー層とで構成された膜厚が媒質内波長となる活性領域１０８、ｐ型のＡｌＡｓ層１１０、その上にＡｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓとをそれぞれの膜厚が媒質内波長の１／４となるように交互に３０周期積層したキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3、総膜厚が約２μｍとなる上部ｐ型ＤＢＲ１１２、キャリア濃度１×１０19ｃｍ-3となる膜厚１０ｎｍ程のｐ型のＧａＡｓコンタクト層１１４を順次積層する。
【００３０】
原料ガスとしては、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アルシン、ドーパント材料としてはｐ型用にシクロペンタジニウムマグネシウム、ｎ型用にシランを用い、成長時の基板温度は７５０℃とし、真空を破ることなく、原料ガスを順次変化し、連続して成膜が行われる。また、詳しくは述べないが、ＤＢＲの電気的抵抗を下げるために、Ａｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓの界面にＡｌ組成を９０％から３０％に段階的に変化させた膜厚が９ｎｍ程度の領域を設けることも可能である。
【００３１】
次に、ＥＢ蒸着機を用いて、コンタクト層１１４の表面に、望ましくはレーザ光の出射を妨げないような膜厚、例えば、数１０ｎｍ程度の導電性の金属薄膜を蒸着する。金属薄膜は、耐水性が高く、腐食しにくいＡｕやＣｒなどが選択される。これにより、図７（ｂ）に示すように、コンタクト層１１４の表面に表面保護膜１１６が形成される。
【００３２】
次に、フォトリソ工程により結晶成長層上にレジストパターンを形成し、さらにレジストを含む基板全体にｐ側電極材料としてＡｕまたはチタンの金属膜を蒸着する。次に、リフトオフ法によりレジストパターンを除去し、図７（ｃ）に示すように、表面保護膜１１６の上面に環状電極１２０が形成される。ｐ側電極となる環状電極１２０には、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕなどが使用できる。環状電極１２０は、ポストＰのほぼ中央部となる位置に形成され、環状電極１２０の中央の開口はレーザ光を出射する出射領域となる。ここで、出射領域となる環状電極１２０の開口の口径は３〜２０μｍぐらいが好ましい。
【００３３】
続いて、ＳｉＯＮ膜をプラズマＣＶＤ、スパッタリング法などで着層し、環状電極１２０の表面と開口に形成されたＳｉＯＮ膜だけを残し、エッチングにより除去する。こうして、図８（ｄ）に示すように、ポストＰとなる位置に、環状電極１２０と、その開口を覆う出射保護膜１２２が形成される。これにより、後述するポスト形成工程および酸化処理工程において、環状電極１２２と出射領域は、出射保護膜１２２により保護される。
【００３４】
次に、フォトリソ工程により環状電極１２０と出射保護膜１２２を含む結晶成長層上にレジストマスクを形成し、塩素あるいは塩素および三塩化ホウ素をエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチングにより下部ＤＢＲ１０６の途中までエッチングし、環状の溝１１８を形成する。これにより、１０〜３０μｍ程度の径の円柱もしくは角柱の半導体柱（ポスト）Ｐを形成する。
【００３５】
次に、図８（ｅ）に示すように、レジストマスクを除去した後、例えば３４０℃の水蒸気雰囲気に基板を一定時間晒し、酸化処理を行う。電流狭窄層１１０を構成するＡｌＡｓ層は、同じくその一部を構成するＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層やＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層と比べ著しく酸化速度が速いため、ポストＰの側面からポスト形状を反映した酸化領域１１０ａが形成され、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となる。
【００３６】
次に、プラズマＣＶＤ等を用いて、溝１１８およびパッド形成領域Ｆ（図中省略）を含む基板全面に層間絶縁膜１２４となるＳｉＮを基板全体に蒸着し、その後、通常のフォトリソ工程と六フッ化硫黄をエッチングガスを用いて、層間絶縁膜１２４と出射保護膜１２２の一部をエッチングし、図９（ｆ）に示すように、ポストＰの頂部の層間絶縁膜１２４に円状のコンタクトホールを形成し、環状電極１２２の一部と、出射保護膜１２２を露出させる。
【００３７】
次に、フォトリソ工程を用いてレジストパターンを形成し、その上方からＥＢ蒸着機を用いて、ｐ側電極材料としてＡｕまたはＴｉを基板全面に１００〜１０００ｎｍ、望ましくは６００ｎｍ蒸着する。次に、レジストパターンを剥離し、この時、レジストパターン上のＡｕが取り除かれ、図９（ｇ）に示すように、上部電極１２６が完成する。このとき、パッド電極１３４と配線電極１３６が同時層間絶縁膜１２４上に形成される。蒸着されるｐ側電極材料は、ピンホールを減少させるために、２層以上積層することが望ましい。
【００３８】
さらに、基板１０２の裏面には、ｎ側電極としてＡｕ／Ｇｅが蒸着され、アニール温度２５０℃〜５００℃、望ましくは３００℃〜４００℃で１０分間アニールを行う。尚、アニール時間は１０分に限定されるわけではなく、０〜３０分の間であればよい。また、蒸着方法としてＥＢ蒸着機に限定されるものではなく、抵抗加熱法、スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、ＣＶＤ法を用いてもよい。また、アニール方法として通常の電気炉を用いた熱アニールに限定されるものではなく、赤外線によるフラッシュアニールやレーザアニール、高周波加熱、電子ビームによるアニール、ランプ加熱によるアニールにより、同等の効果を得ることも可能である。なお、上記製造方法は、好ましい一例であって、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００３９】
このようにして製造されたＶＣＳＥＬは、図１に示すようにサブマウント上に固定され、樹脂２８によって封止される。
【００４０】
次に、本実施例の半導体発光装置を利用したモジュール、光送信装置、空間伝送システム、光伝送装置等について図面を参照して説明する。図１に示す半導体発光装置１０は、樹脂２８の出射面を加工することで、モジュールとして利用することができる。図１０Ａは、半導体発光装置をモジュールに適応したときの構成を示す断面図である。モジュール３００は、ＶＣＳＥＬ３１０、サブマウント３２０、リード端子３４０、３４２の一部を樹脂３５０により封止されている。リード３４０は、ＶＣＳＥＬ３１０のアノードに電気的に接続され、他方のリード３４２は、ＶＣＳＥＬ３１０のカソードに電気的に接続されている。
【００４１】
樹脂３５０の上面には、例えば、球面または非球面形状の凸部３６０に加工されている。凸部３６０の光軸は、ＶＣＳＥＬ３１０の出射口の中心とほぼ一致するように位置決めされ、ＶＣＳＥＬ３１０と凸部３６０との距離は、ＶＣＳＥＬ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。これにより、樹脂３５０から出射されるレーザ光を集光させることができる。
【００４２】
モジュールの出射面は、凸型形状に限られず、平面形状や凹型形状であってもよい。例えば、図１０Ｂに示すモジュール３０２は、樹脂３５０の上面が平面３６２に加工されている。これにより、広がり角θのレーザ光をそのまま外部に出射させることができる。また、モジュール３００、３２０は、樹脂２８内に、ＶＣＳＥＬ３１０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。
【００４３】
図１１は、ＶＣＳＥＬを光源として適用した例を示す図である。光源装置３７０は、図１０Ａまたは図１０Ｂに示すモジュール３００、モジュール３００からのマルチビームのレーザ光を入射するコリメータレンズ３７２、一定の速度で回転し、コリメータレンズ３７２からの光線束を一定の広がり角で反射するポリゴンミラー３７４、ポリゴンミラー３７４からのレーザ光を入射し反射ミラー３７８を照射するｆθレンズ３７６、ライン状の反射ミラー３７８、反射ミラー３７８からの反射光に基づき潜像を形成する感光体ドラム３８０を備えている。このように、ＶＣＳＥＬからのレーザ光を感光体ドラム上に集光する光学系と、集光されたレーザ光を光体ドラム上で走査する機構とを備えた複写機やプリンタなど、光情報処理装置の光源として利用することができる。
【００４４】
図１２は、図１０Ａに示す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、モジュール３００の側面に接着され、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。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の光軸が半導体発光装置１０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。
【００４５】
ＶＣＳＥＬ３１０からのレーザ光は、樹脂３５０の凸部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。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。
【００４６】
図１３は、図１２に示すモジュール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。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。
【００４７】
図１４Ａ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。
【００４８】
図１４Ｂは、光伝送システムに利用される光伝送装置の概観構成を示す図である。光伝送装置７００は、ケース７１０、光信号送信／受信コネクタ接合部７２０、発光／受光素子７３０、電気信号ケーブル接合部７４０、電源入力部７５０、動作中を示すＬＥＤ７６０、異常発生を示すＬＥＤ７７０、ＤＶＩコネクタ７８０を含み、内部に送信回路基板／受信回路基板を有している。
【００４９】
光伝送装置７００を用いた映像伝送システムを図１５に示す。映像伝送システム８００は、映像信号発生装置８１０で発生された映像信号を、液晶ディスプレイなどの画像表示装置８２０に伝送するため、図１４Ｂに示す光伝送装置を利用している。すなわち、映像伝送システム８００は、映像信号発生装置８１０、画像表示装置８２０、ＤＶＩ用電気ケーブル８３０、送信モジュール８４０、受信モジュール８５０、映像信号伝送光信号用コネクタ８６０、光ファイバ８７０、制御信号用電気ケーブルコネクタ８８０、電源アダプタ８９０、ＤＶＩ用電気ケーブル９００を含んでいる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明に係る面発光型半導体レーザ装置は、光情報処理や光高速データ通信の分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】樹脂封止された半導体発光装置の概略断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの平面図である。
【図３】図２に示すＶＣＳＥＬのＡ−Ａ線断面図である。
【図４】第１の実施例のＶＣＳＥＬにおいて出射保護膜が剥離された状態を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係るＶＣＳＥＬの断面図である。
【図６】本発明の第３の実施例に係るＶＣＳＥＬの断面図である。
【図７】本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法を説明する工程断面図である。
【図８】本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法を説明する工程断面図である。
【図９】本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法を説明する工程断面図である。
【図１０】本実施例に係る半導体発光装置を利用したモジュールの構成を示す概略断面図である。
【図１１】ＶＣＳＥＬを使用した光源装置の構成例を示す図である。
【図１２】図１０に示すモジュールを用いた光送信装置の構成を示す概略断面図である。
【図１３】図１０に示すモジュール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１４】図１４Ａは、光伝送システムの構成を示すブロック図、図１４Ｂは、光伝送装置の外観構成を示す図である。
【図１５】図１４Ｂの光伝送装置を利用した映像伝送システムを示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
２０、４０、６０：ＶＣＳＥＬ          １０２：基板
１０４：バッファ層                    １０６：下部ＤＢＲ
１０８：活性領域                      １１０：電流狭窄層
１１２：上部ＤＢＲ                    １１４：コンタクト層
１１６：表面保護膜                    １１８：溝
１２０：環状電極                      １２２：出射保護膜
１２４：層間絶縁膜                    １２６：上部電極
１２８：界面保護膜                    １３４：電極パッド
１３６：配線電極                      １５０：ｎ側下部電極
Ｐ：ポスト                            Ｆ：パッド形成領域
【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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