(57)【要約】      （修正有）【課題】水分の滲入を効果的に防ぎ、光出力の低下を抑制する面発光型半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】ＶＣＳＥＬは、基板上に、ｎ型のバッファ層、ｎ型の下部ＤＢＲ、活性領域、電流狭窄層、ｐ型の上部ＤＢＲ、ｐ型のＧａＡｓコンタクト層１１４を含む半導体層が積層され、半導体層上に環状電極１２０、出射領域を保護する出射保護膜１２２、半導体層を覆う層間絶縁膜１２４、層間絶縁膜１２４上に形成され、環状電極１２０に接続される上部電極１２６、さらに、出射保護膜１２２と上部電極１２６との接触面を覆うように上部保護膜１２８が形成されている。上部保護膜１２８は、水分の滲入経路Ｒの距離を延長し、コンタクト層１１４への水分の滲入を防ぐ。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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が積層された面発光型半導体レーザ装置であって、
第２の半導体多層膜上に形成された導電性の環状電極と、
少なくとも前記環状電極の開口であるレーザ光の出射領域を保護する絶縁性の第１の保護膜と、
前記環状電極に接続された電極層と、
少なくと前記第１の保護膜と前記電極層との境界面を覆う第２の保護膜と、
を有する面発光型半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記半導体層に形成された溝によってポストが形成され、ポスト上部には、前記環状電極および前記第１の保護膜が形成され、前記第２の保護膜は、少なくともポスト上部の全面を覆う、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記第２の保護膜は、前記環状電極の開口を露出するように前記環状電極と前記第１の保護膜の境界面を覆う、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】
前記第２の保護膜は、コンタクトホールを含み、前記電極層は、前記コンタクトホールを介して前記環状電極に接続される、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装置。
【請求項５】
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、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が積層された面発光型半導体レーザ装置であって、
前記半導体層に形成された溝によってポストと、
前記ポスト上部に形成され、レーザ光を出射する開口を含む導電性の環状電極と、
前記ポスト上部に形成され、前記環状電極の一部が露出するように前記環状電極の表面を覆う絶縁性の保護膜と、
前記環状電極の一部と接続され、前記ポストの一方の側に形成される電極層と、
を有する面発光型半導体レーザ装置。
【請求項６】
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、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が積層された面発光型半導体レーザ装置であって、
前記半導体層に形成された溝によってポストと、
前記ポスト上部に形成され、レーザ光を出射する開口を含む導電性の環状電極と、
前記ポスト上部に形成され、少なくとも前記環状電極の開口を覆う絶縁性の第１の保護膜と、
前記環状電極の一部を露出するように前記環状電極の表面を覆う絶縁性の第２の保護膜と、
前記第２の保護膜によって露出された前記環状電極の一部と接続され、前記ポストの一方の側に形成される電極層と、
を有する面発光型半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記電極層は、Ｃ字型を有する、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】
前記電極層は、前記環状電極を介して、コンタクト層を含む第２の半導体多層膜と電気的に接続される、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の半導体多層膜のコンタクト層は、ＧａＡｓから構成される、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装置。
【請求項１０】
前記半導体層は、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、
前記半導体層上に、中央に開口を含む導電性の環状電極と、少なくとも前記環状電極の開口を覆う絶縁性の第１の保護膜を形成するステップと、
前記半導体層に溝を形成し、前記環状電極および第１の保護膜を上部に含むポストを基板上に形成するステップと、
前記環状電極に接続される電極層を形成するステップと、
少なくと前記第１の保護膜と前記電極層との境界面を覆う第２の保護膜を形成するステップと、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、前記環状電極および前記第１の保護膜を含む基板上に層間絶縁膜を形成するステップと、
前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、前記環状電極を露出させるステップと、
を含む請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記コンタクトホールは、環状電極の一部を露出させ、前記電極層は、前記ポストの一方の側に形成される、請求項１６または１７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。これらの特長を生かし、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る。また、熱電動層と熱拡散層は、出射口への水等の滲入を防いでいる。
【０００５】
特許文献３は、基板上にメサエッチングを行い、２つのＬＥＤをつながったままの状態にし、エッチングにより露出されたＡｌ含有量の多い閉じ込め層を、６００℃で５分間酸化させ、自然酸化膜パッシベーション膜を形成した後、面でシンギュレーションを行っている。
【０００６】
特許文献４は、レーザの出射領域を保護膜により被膜している。これにより、出射領域における半導体多層反射膜又はコンタクト層の損傷を効果的に防止できる。
【０００７】
特許文献５は、ＶＣＳＥＬ構造を部分的に貫通する酸化空洞を形成し、ＶＣＳＥＬ構造内の層を酸化し、酸化空洞の表面上に窒化珪素（ＳｉＮ）から成る第１のパッシベーション層を形成し、第１のパッシベーション層の上にシリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）から成る第２のパッシベーション層１２０を形成する。
【０００８】
特許文献６は、電極間の外側に２種の絶縁材料を積層した分布反射ミラー（ＤＢＲ）を配置する。絶縁材料に使用される窒化珪素は、耐水性に優れ、発光部を保護する保護膜としての役割を有する。
【０００９】
【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２０００−２０８８１1号
【特許文献４】特開２００２−９３９３号
【特許文献５】特開２００４−２４１７７７号
【特許文献６】特開２００４−２８１９２９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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。その一因として、ポスト上部のコンタクト層が滲入した水と反応することで変質し、電極の剥離等を引き起こし、それにより、ＶＣＳＥＬが故障してしまう不具合があった。そこで、高温高湿状態でＶＣＳＥＬを使用するためには、このような故障が起こらない構造を取る必要がある。
【００１１】
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、高温高湿下において、ＶＣＳＥＬへの水分の滲入を効果的に防ぐことができる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】
【００１２】
本発明に係る面発光型半導体レーザ装置は、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、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が積層され、第２の半導体多層膜上に形成された導電性の環状電極と、少なくとも前記環状電極の開口であるレーザ光の出射領域を保護する絶縁性の第１の保護膜と、前記第１の保護膜によって露出された前記環状電極に接続された電極層と、少なくと前記第１の保護膜と前記電極層との境界面を覆う第２の保護膜とを有する。
【００１３】
好ましくは、前記半導体層に形成された溝によってポストが形成され、ポスト上部には、前記環状電極および前記第１の保護膜が形成され、前記第２の保護膜は、少なくともポスト上部の全面を覆う。また、前記第２の保護膜は、前記環状電極の開口を露出するように前記環状電極と前記第１の保護膜の境界面を覆う。好ましくは、前記第２の保護膜は、コンタクトホールを含み、前記電極層は、前記コンタクトホールを介して前記環状電極に接続される。
【００１４】
本発明に係る面発光型半導体レーザ装置は、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、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が積層され、前記半導体層に形成された溝によってポストと、前記ポスト上部に形成され、レーザ光を出射する開口を含む導電性の環状電極と、前記ポスト上部に形成され、前記環状電極の一部が露出するように前記環状電極の表面を覆う絶縁性の保護膜と、前記保護膜によって露出された前記環状電極の一部と接続され、前記ポストの一方の側に形成される電極層とを有する。
【００１５】
本発明に係る面発光型半導体レーザ装置は、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、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が積層され、前記半導体層に形成された溝によってポストと、前記ポスト上部に形成され、レーザ光を出射する開口を含む導電性の環状電極と、前記ポスト上部に形成され、少なくとも前記環状電極の開口を覆う絶縁性の第１の保護膜と、前記環状電極の一部を露出するように前記環状電極の表面を覆う絶縁性の第２の保護膜と、前記第２の保護膜によって露出された前記環状電極の一部と接続され、前記ポストの一方の側に形成される電極層とを有する。
【００１６】
好ましくは、前記電極層は、Ｃ字型を有する。また、前記電極層は、前記環状電極を介して、コンタクト層を含む第２の半導体多層膜と電気的に接続される。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の半導体多層膜のコンタクト層は、ＧａＡｓから構成され、前記半導体層は、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。
【００１７】
本発明に係る面発光型半導体レーザ装置の製造方法は、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、前記半導体層上に、中央に開口を含む導電性の環状電極と、少なくとも前記環状電極の開口を覆う絶縁性の第１の保護膜を形成するステップと、前記半導体層に溝を形成し、前記環状電極および第１の保護膜を上部に含むポストを基板上に形成するステップと、前記環状電極に接続される電極層を形成するステップと、少なくと前記第１の保護膜と前記電極層との境界面を覆う第２の保護膜を形成するステップとを有する。
【００１８】
好ましくは、製造方法はさらに、前記環状電極および前記第１の保護膜を含む基板上に層間絶縁膜を形成するステップと、前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、前記環状電極を露出させるステップとを含む。前記コンタクトホールは、環状電極の一部を露出させ、前記電極層は、前記ポストの一方の側に形成される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、第１の保護膜と電極層との境界面が第２の保護膜によって覆われているため、水分の滲入経路の距離を延長することができ、水分の滲入を効果的に防ぐことができる。また、ポストに関して、電極層の構造を非対称とすることで、環状電極の実質的な露出面積を減らし、ポスト上部への水分の滲入をより効果的に制限することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【実施例】
【００２１】
図１は、第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの平面図を示し、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。ＶＣＳＥＬ１００には、リング状の溝１１６が形成されており、溝１１６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の半導体層の外周は、層間絶縁膜１２４によって覆われている。また、パッド電極１３４は、パッド形成領域Ｆの層間絶縁膜１２４上に形成され、溝１１６を延在する配線電極１３６を介してポストＰに形成された上部電極１２６に接続されている。
【００２２】
図２は、ポストＰの断面図を示している。ＶＣＳＥＬ１００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を含む半導体層が積層されている。
【００２３】
ＶＣＳＥＬ１００は、下部ＤＢＲ１０６と上部ＤＢＲ１１２により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。
【００２４】
コンタクト層１１４の上面には、導電性材料からなるリング状の環状電極１２０が形成され、コンタクト層１１４にオーミック接続されている。環状電極１２０の中央にある開口は、レーザ光の出射領域を規定している。第１の保護膜に相当する出射保護膜１２２は、絶縁性材料からなり、環状電極１２０の開口と内縁を覆うように形成され、出射領域を保護している。
【００２５】
環状電極１２０の外縁や溝１１６には、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１１６により露出された半導体層の側面、溝１１６、およびパッド形成領域Ｆの表面と外周を覆っている。層間絶縁膜１２４は、所定のマスクを用いてパターニングされ、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開口が形成されている。
【００２６】
さらに層間絶縁膜１２４上には、出射保護膜１２２、すなわち、出射領域の上方を露出するように上部電極１２６がｐ側電極として形成され、上部電極１２６は、層間絶縁膜１２４の開口を介し、環状電極１２０に接続されている。また上部電極１２６は、図１に示すように、溝１１６を延在する配線電極１３６を介してパッド形成領域Ｆに形成されたパッド電極１３４に接続されている。
【００２７】
第２の保護膜に相当する上部保護膜１２８は、出射保護膜１２２上に形成されている。ここで、上部保護膜１２８は、出射保護膜１２２と異なる絶縁性材料である必要はなく、同一の絶縁性材料であってもよい。例えば、環状電極１２０または上部電極１２６などの導電性材料と、出射保護膜１２２などの絶縁性材料とは、性質が異なるため、境界面である接触面での密着性が低い。これにより、高温高湿の環境下では、これらの接触面を介して、コンタクト層１１４に周囲の水分が滲入することがある。そこで、上部保護膜１２８は、出射保護膜１２２の端部、すなわち、出射保護膜１２２と上部電極１２６との接触面であり、水分の滲入口を覆っている。これにより、コンタクト層１１４への水分の滲入を防ぎ、コンタクト層１１４の腐食や変形、またそれらに伴う出射保護膜１２２の剥離等を防いでいる。
【００２８】
ただし、上部保護膜１２８は、水分の滲入を完全に防止するものではない。例えば、上部保護膜１２８の端部、すなわち、上部電極１２６と上部保護膜１２８との接触面から水分が滲入することがある。しかしながら、上部保護膜１２８が形成されることで、水分の滲入経路が延長され、より効果的に水分の滲入を防ぐことができる。
【００２９】
図３（ａ）は、図２で示すＸ領域を拡大図であり、水分の滲入経路を示す図である。第１の実施例では、周囲の水分は、滲入経路Ｒを通り、コンタクト層１１４に滲入する場合がある。ここで、滲入経路Ｒとは、上部電極１２６と上部保護膜１２８の接触面、出射保護膜１２２と上部電極１２６の接触面、および環状電極１２０と出射保護膜１２２の接触面である。滲入経路Ｒは、上部保護膜１２８の形状に応じて、その距離をさらに延長することができる。
【００３０】
図３（ｂ）は、従来のＶＣＳＥＬによる水分の滲入経路を示す図である。従来のＶＣＳＥＬでは、上部保護膜１２８が形成されていないため、出射保護膜１２２と上部電極１２６の接触箇所が露出している。そこで、周囲の水分は、当該接触箇所が水分の滲入口となり、滲入経路Ｓを通り、コンタクト層１１４に参入する。ここで、滲入経路Ｓは、出射保護膜１２２と上部電極１２６の接触面、および環状電極１２０と出射保護膜１２２の接触面である。
【００３１】
第１の実施例に係るＶＣＳＥＬ１００の滲入経路Ｒは、従来のＶＣＳＥＬの滲入経路Ｓと比較し、上部電極１２６と上部保護膜１２８の接触面の長さだけ、滲入経路の距離が延長されている。滲入経路の距離が延長されることにより、周囲の水分がコンタクト層１１４にまで到達することをより困難にし、コンタクト層１１４への水分の滲入を効果的に防いでいる。
【００３２】
図４は、第１の実施例における上部保護膜の変形例を示す図である。図４（ａ）に示す上部保護膜１２８ａは、出射保護膜１２２の端部のみならず、ポストＰ全体を覆うように形成されている。これにより、ポストＰには、水分の滲入経路の入り口となる出射保護膜１２２と上部電極１２６の接触箇所が露出せず、より効果的に水分の滲入を防ぐことができる。
【００３３】
図４（ｂ）に示す上部保護膜１２８ｂは、ポストＰ頂部にある出射領域上に開口を有し、出射保護膜１２２の端部を覆うように形成されている。出射保護膜１２２と上部保護膜１２８ｂは、同一又は同質の絶縁性材料により形成されるため、接触面での密着性が高く、当該接触面からの水分の滲入を効果的に防ぐことができる。また、上部保護膜１２８ｂは、出射領域上に開口を有するため、上部保護膜１２８によるレーザ光の減衰を防ぐことができる。
【００３４】
図５（ａ）は、第２の実施例に係るＶＣＳＥＬを示す断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）示すＹ領域の拡大図である。第２の実施例に係るＶＣＳＥＬ１６０には、水分の滲入経路となる出射保護膜１２２の端部を覆うように層間絶縁膜１６２が形成されている。ここで、層間絶縁膜１６２は、層間絶縁膜１２４と同時に形成され、層間絶縁膜１２４との間、すなわち、環状電極１２０上にコンタクトホールを有する。上部電極１２６は、コンタクトホールを介して、環状電極１２０に接続されている。
【００３５】
ＶＣＳＥＬ１６０は、外部に露出した層間絶縁膜１６２と、上部電極１２６との接触面が水分の滲入口となり、滲入経路Ｔを形成する。ここで、層間絶縁膜１２４、１６２の膜厚を厚くすることで、第１の実施例と同様に、滲入経路Ｔの距離を延長することができ、水分の滲入がコンタクト層１１４に到達することをより効果的に防ぐことができる。
【００３６】
図６（ａ）は、第３の実施例に係るＶＣＳＥＬを示す断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＶＣＳＥＬの上面図である。図６（ｂ）のハッチングで示す領域Ｚは、上部電極１２６と環状電極１２０の接続面を示している。ＶＣＳＥＬ１８０は、図６（ａ）に示すように、上部電極１２６が一方に形成されている。また、ＶＣＳＥＬ１８０は、図６（ｂ）のハッチングで示すように、環状電極１２０の右側にＣ字型の形状で接続されており、その接続面積は、従来の環状形状の接続面積に比べ、半分以下となっている。環状電極１２０の左側は、出射保護膜１２２により完全に覆われている。これにより、周囲の水分が環状電極１２０の左側から滲入することはなく、水分の滲入口がほぼ半分に制限されている。
【００３７】
ここで、滲入経路Ｕは、出射保護膜１２２と上部電極１２６の接触箇所Ｕ１、領域Ｚの内側箇所Ｕ２、環状電極１２０と出射保護膜１２２の接触箇所Ｕ３を通り、コンタクト層１１４に滲入する。ただし、上部電極１２２は、環状電極１２０の右側にＣ型形状で接続されているため、環状電極１２０の左側から水分が滲入することはない。
【００３８】
図７は、ＶＣＳＥＬ１８０の変形例である。図７（ａ）は、ＶＣＳＥＬを示す断面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＶＣＳＥＬの上面図である。環状電極１２０の左側は、層間絶縁膜１２４と出射保護膜１２２により覆われている。層間絶縁膜１２４と出射保護膜１２２は、同一または同質の絶縁性材料により形成されるため、その接触面は、密着性が高く、水分の滲入を防ぐことができる。これにより、出射保護膜１２２の端部左側からの水分の滲入を防ぐことができる。
【００３９】
次に、第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法について図８ないし図１０を参照して説明する。先ず、図８（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。
【００４０】
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。
【００４１】
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８（ｂ）に示すように、コンタクト層１１４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。
【００４２】
続いて、出射保護膜１２２となる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（ｃ）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１２０の表面と出射領域となるコンタクト層１１４は、出射保護膜１２２により保護される。
【００４３】
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１１６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。
【００４４】
次に、図９（ｄ）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。
【００４５】
次に、プラズマＣＶＤ等を用いて、溝１１６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膜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に用いて、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（ｅ）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１２０の一部と、出射保護膜１２２を露出させる。
【００４６】
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１０（ｆ）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が同時に層間絶縁膜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。
【００４７】
続いて、上部保護膜１２８となるＳｉＯＮ膜をプラズマＣＶＤ、スパッタリング法などで着層し、ポストＰの中央付近を除いて、エッチングにより除去する。こうして、図１０（ｇ）に示すように、水分の滲入経路となる出射保護膜１２２の端部を覆うように、上部保護膜１２８が形成される。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
次に、本実施例のＶＣＳＥＬ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１１Ａは、ＶＣＳＥＬを実装したパッケージ（モジュール）の構成を示す断面図である。パッケージ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。
【００５１】
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。
【００５２】
図１１Ｂは、他のパッケージの構成を示す図であり、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。
【００５３】
図１２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１１Ａまたは図１１ＢのようにＶＣＳＥＬを実装したパッケージ３００、パッケージ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。
【００５４】
図１３は、図１１Ａ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、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。
【００５５】
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。
【００５６】
図１４は、図１３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。
【００５７】
図１５Ａ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。
【００５８】
図１５Ｂ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。
【００５９】
光伝送装置７００を用いた映像伝送システムを図１６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１５Ｂ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】
【００６０】
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】
【００６１】
【図１】第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの平面図である。
【図２】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】水分の滲入経路を示すＶＣＳＥＬの断面拡大図である。図３（ａ）は、図２に示すＸ領域の拡大図であり、図３（ｂ）は、従来のＶＣＳＥＬの拡大図を示す図である。
【図４】上部保護膜の変形例である。
【図５】図５（ａ）は、第２の実施例に係るＶＣＳＥＬの断面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）示すＹ領域の拡大図である。
【図６】図６（ａ）は、第３の実施例に係るＶＣＳＥＬの断面図、図６（ｂ）はＶＣＳＥＬの上面図である。
【図７】図７（ａ）は、第３の実施例に係るＶＣＳＥＬの変形例を示す断面図、図７（ｂ）はＶＣＳＥＬの上面図である。
【図８】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】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】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１１】本実施例に係るＶＣＳＥＬに光学部品を実装したモジュールの構成を示す概略断面図である。
【図１２】ＶＣＳＥＬを使用した光源装置の構成例を示す図である。
【図１３】図１１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１４】図１１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１５】図１５Ａは、光伝送システムの構成を示すブロック図、図１５Ｂは、光伝送装置の外観構成を示す図である。
【図１６】図１５Ｂ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】
【００６２】
１００：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：溝                            １２０：環状電極
１２２：出射保護膜                    １２４：層間絶縁膜
１２６：上部電極                      １２８：上部保護膜
１３４：電極パッド                    １３６：配線電極
１５０：ｎ側下部電極                  １６０：ＶＣＳＥＬ
１６２：層間絶縁膜                    １８０：ＶＣＳＥＬ
Ｐ：ポスト                            Ｆ：パッド形成領域
Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ：滲入経路              Ｘ、Ｙ、Ｚ：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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【図１６】
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