(57)【要約】      （修正有）【課題】素子抵抗を低減させ、光出力を向上させることができる面発光型半導体レーザを提供する。【解決手段】ＶＣＳＥＬ１０は、基板１２と、ｎ型の下部ＤＢＲ１４と、活性領域１６と、ｐ型の上部ＤＢＲ１８とを含む。下部ＤＢＲ１４はさらに、光閉じ込めとして機能する酸化層４０と、酸化層４０と活性領域１６との間に高い不純物濃度の電流経路層６０とを有する。上部ＤＢＲ１８は、電流狭窄として機能する酸化層５０を有している。下部電極２２から注入されたキャリアは、酸化領域４２によって囲まれた非酸化領域４６による電流経路Ｋ１に加えて、酸化領域４２を回り込むような電流経路Ｋ２が形成されている。【選択図】図１
2009238815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
基板上に形成され、少なくとも１つの第１の酸化層を含む第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、少なくとも１つの第２の酸化層を含む第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡とを含み、
前記第１の半導体多層膜反射鏡は、前記第１の酸化層と前記活性領域の間に、他の半導体多層膜よりも不純物濃度が高い高不純物濃度領域を含み、
前記第１の酸化層は、酸化領域によって囲まれた第１の導電領域を有し、
前記第２の酸化層は、酸化領域によって囲まれた第２の導電領域を有し、
前記１の酸化層は、前記第２の酸化層よりも前記活性領域の中心から離れている、面発光型半導体レーザ。
【請求項２】
前記第１の導電領域は、前記第２の導電領域と同等もしくはそれよりも大きい、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項３】
発振波長をλとしたとき、前記高不純物濃領域の厚さは、１．５λ／ｎ（ｎは、媒質の屈折率）よりも大きい、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項４】
前記高不純物濃度領域は、第１の半導体多層膜反射鏡の他の半導体多層膜の反射率よりも小さい、請求項３に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項５】
前記第１の半導体多層膜反射鏡には、前記第１の酸化層に至る複数の孔が形成され、前記第１の酸化層は、前記複数の孔によって露出された側面から選択的に酸化された酸化領域を含む、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項６】
前記第１および第２の半導体多層膜反射鏡は、Ａｌ組成の低い低Ａｌ半導体層とＡｌ組成の高い高Ａｌ半導体層を交互に含み、前記第１および第２の酸化層は、前記高Ａｌ半導体層よりもＡｌ組成が大きい半導体層を含む、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項７】
前記基板上には、少なくとも第２の半導体多層膜反射鏡のエッチングによりメサが形成され、前記第２の酸化層は、前記メサ側面から選択的に酸化された酸化領域を含む、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項８】
前記第１の酸化層および第２の酸化層は、同時に酸化された酸化領域を有する、請求項７に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項９】
前記メサ頂部には上部電極が形成され、前記基板の裏面には下部電極が形成される、請求項７に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１０】
前記メサ頂部には上部電極が形成され、前記高不純物濃度領域に電気的に接続された下部電極が前記基板上に形成される、請求項７に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１１】
前記第１の導電型はｎ型であり、前記第２の導電型はｐ型である、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】
基板と、
基板上に形成され、少なくとも１つの第１の酸化層を含む第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、少なくとも１つの第２の酸化層を含む第１導電型の第２の半導体多層膜反射鏡とを含み、
前記第１の半導体多層膜反射鏡は、前記第１の酸化層と前記活性領域の間に、他の半導体多層膜よりも不純物濃度が高い高不純物濃度領域を含み、
前記第２の半導体多層膜反射鏡は、内部にトンネル接合を含み、
前記第１の酸化層は、酸化領域によって囲まれた第１の導電領域を有し、
前記第２の酸化層は、酸化領域によって囲まれた第２の導電領域を有し、
前記１の酸化層は、前記第２の酸化層よりも前記活性領域から離れている、面発光型半導体レーザ。
【請求項１３】
請求項１ないし１２いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザと、面発光型半導体レーザに電気的に接続された電気接続端子と、面発光型半導体レーザから出射された光を入射する光学部品とを備えた光学装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１２いずれか１つに記載された面発光型半導体レーザと、面発光型半導体レーザから発せられた光をレンズおよびミラーの少なくとも１つを含む光学部品を介して照射する照射手段と備えた、光照射装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載された光学装置と、面発光型半導体レーザから発せられた光を送信する送信手段とを備えた、情報処理装置。
【請求項１６】
請求項１３に記載された光学装置と、面発光型半導体レーザから発せられた光を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１３に記載された光学装置と、面発光型半導体レーザ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１３に記載された光学装置と、面発光型半導体レーザから発せられた光を伝送する伝送手段とを備えた、光伝送システム。
【請求項１９】
面発光型半導体レーザの製造方法であって、
基板上に、少なくとも１つの第１の酸化層と第１の酸化層上に高不純物濃度領域を含む第１導電型の第１の半導体多層膜反射鏡、活性領域、少なくとも１つの第２の酸化層を含む第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡を含む半導体層を積層するステップと、
少なくとも前記第２の酸化層が露出するように前記半導体層をエッチングし、基板上にメサを形成するステップと、
前記第１の半導体多層膜反射鏡に少なくとも前記第１の酸化層に到達する深さの複数の孔を形成するステップと、
前記メサ側面に露出された前記第１の酸化層および前記孔の側面に露出された第２の酸化層を同時に酸化し、第１の酸化領域によって囲まれた第１の導電領域および第２の酸化領域によって囲まれた第２の導電領域を前記第１および第２の酸化層に形成するステップと、
第１の多層膜反射鏡に電気的に接続される第１の電極および第２の多層膜反射鏡に電気的に接続される第２の電極を形成するステップと、
を有する面発光型半導体レーザの製造方法。
【請求項２０】
前記第１の酸化層は、前記第２の酸化層よりも前記活性領域の中心から離れている、請求項１９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に関し、特に基本横モード発振をする面発光型半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ等を用いたデータ通信、あるいは複写機等の情報処理装置の光源として、２次元アレイ化が容易であり、かつ消費電力が小さい面発光型半導体レーザ（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode：以下、ＶＣＳＥＬと呼ぶ）が利用されている。
【０００３】
典型的なＶＣＳＥＬは、下部ＤＢＲ、活性層および上部ＤＢＲを有し、活性層で発せられた光を下部ＤＢＲと上部ＤＢＲの垂直共振器により発振させる。ＶＣＳＥＬには、レーザ光の発振を低しきい値電流で効率よく行うため、電流狭窄層や光閉じ込め層が用いられている。特許文献１および特許文献２は、一方の酸化層を電流狭窄、もう一方の酸化層を高次モード制御層に用いたＶＣＳＥＬを開示している。特許文献３は、上部ＤＢＲに穴を開けることによって、高次単一モード発振を可能とするＶＣＳＥＬを開示している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２５３４０８号公報
【特許文献２】特開２００５−２５９９５１号公報
【特許文献３】特開２００６−４１１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＶＣＳＥＬを単一モードすなわち基本横モードで動作させるとき、素子抵抗を下げ、それに伴う発熱を抑制し、光出力を増加させることが望まれる。しかしながら、現状のＶＣＳＥＬでは、依然として素子抵抗が高く、最大光出力が不十分であるという課題がある。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、素子抵抗を低減させ、光出力を向上させる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】
【０００７】
本発明に係る面発光型半導体レーザは、基板と、基板上に形成され、少なくとも１つの第１の酸化層を含む第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、少なくとも１つの第２の酸化層を含む第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡とを含み、前記第１の半導体多層膜反射鏡は、前記第１の酸化層と前記活性領域の間に、他の半導体多層膜よりも不純物濃度が高い高不純物濃度領域を含み、前記第１の酸化層は、酸化領域によって囲まれた第１の導電領域を有し、前記第２の酸化層は、酸化領域によって囲まれた第２の導電領域を有し、前記１の酸化層は、前記第２の酸化層よりも前記活性領域の中心から離れている。
【０００８】
好ましくは第１の導電領域は、前記第２の導電領域と同等もしくはそれよりも大きい。好ましくは、発振波長をλとしたとき、前記高不純物濃領域の厚さは、１．５λ／ｎ（ｎは、媒質の屈折率）よりも大きい。また、前記高不純物濃度領域は、第１の半導体多層膜反射鏡の他の半導体多層膜の反射率よりも小さいてもよい。
【０００９】
好ましくは第１の半導体多層膜反射鏡には、前記第１の酸化層に至る複数の孔が形成され、前記第１の酸化層は、前記複数の孔によって露出された側面から選択的に酸化された酸化領域を含む。好ましくは第１および第２の半導体多層膜反射鏡は、Ａｌ組成の低い低Ａｌ半導体層とＡｌ組成の高い高Ａｌ半導体層を交互に含み、前記第１および第２の酸化層は、前記高Ａｌ半導体層よりもＡｌ組成が大きい半導体層を含む。好ましくは基板上には、少なくとも第２の半導体多層膜反射鏡のエッチングによりメサが形成され、前記第２の酸化層は、前記メサ側面から選択的に酸化された酸化領域を含む。好ましくは第１の酸化層および第２の酸化層は、同時に酸化された酸化領域を有する。好ましくは、メサ頂部には上部電極が形成され、前記基板の裏面には下部電極が形成される。また、前記メサ頂部には上部電極が形成され、前記高不純物濃度領域に電気的に接続された下部電極が前記基板上に形成されるようにしてよい。
【００１０】
本発明に係る面発光型半導体レーザは、基板と、基板上に形成され、少なくとも１つの第１の酸化層を含む第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、少なくとも１つの第２の酸化層を含む第１導電型の第２の半導体多層膜反射鏡とを含み、前記第１の半導体多層膜反射鏡は、前記第１の酸化層と前記活性領域の間に、他の半導体多層膜よりも不純物濃度が高い高不純物濃度領域を含み、前記第２の半導体多層膜反射鏡は、内部にトンネル接合を含み、前記第１の酸化層は、酸化領域によって囲まれた第１の導電領域を有し、前記第２の酸化層は、酸化領域によって囲まれた第２の導電領域を有し、前記１の酸化層は、前記第２の酸化層よりも前記活性領域から離れている。
【００１１】
本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法は、基板上に、少なくとも１つの第１の酸化層と第１の酸化層上に高不純物濃度領域を含む第１導電型の第１の半導体多層膜反射鏡、活性領域、少なくとも１つの第２の酸化層を含む第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡を含む半導体層を積層するステップと、少なくとも前記第２の酸化層が露出するように前記半導体層をエッチングし、基板上にメサを形成するステップと、前記第１の半導体多層膜反射鏡に少なくとも前記第１の酸化層に到達する深さの複数の孔を形成するステップと、前記メサ側面に露出された前記第１の酸化層および前記孔の側面に露出された第２の酸化層を同時に酸化し、第１の酸化領域によって囲まれた第１の導電領域および第２の酸化領域によって囲まれた第２の導電領域を前記第１および第２の酸化層に形成するステップと、第１の多層膜反射鏡に電気的に接続される第１の電極および第２の多層膜反射鏡に電気的に接続される第２の電極を形成するステップとを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、活性領域を挟むように第１および第２の酸化層を形成し、第１および第２の酸化層がそれぞれ光り閉じ込めおよび電流狭窄の役割を担うようにしたので、第１および第２の酸化層を光閉じ込めおよび電流狭窄に適した位置に配することができ、これにより、単一モードで発振させるときの素子抵抗の低減を図り、かつ光出力を向上させることができる。さらに、第１の酸化層と活性領域との間に高濃度不純物領域を介在したことで、より素子抵抗を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。なお、以下の図は、ＶＣＳＥＬの主要な構成または特徴を説明するものであり、必ずしもＶＣＳＥＬの最終形態を示すものではなし、実際のＶＣＳＥＬを同一スケールで表したものではない。
【実施例】
【００１４】
図１Ａは、本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略平面図、図１Ｂは、図１ＡのＡ１−Ａ１線で切断したときの概略断面図である。第１の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０は、ｎ型の基板１２と、基板１２上に形成されたｎ型の分布型ブラッグ反射鏡（Distributed Bragg Reflector:以下、ＤＢＲという）１４と、下部ＤＢＲ１４上に形成された活性領域１６と、活性領域１６上に形成されたｐ型の上部ＤＢＲ１８と、上部ＤＢＲ１８上に形成された環状の上部電極２０と、基板１２の裏面に形成された下部電極２２とを含んで構成される。なお、図１Ａにおいて、上部電極２０をハッチングで表している。
【００１５】
基板１２は、例えば、ｎ型のＧａＡｓから構成される。基板１２上に、エピタキシャル成長により複数の半導体層が積層され、下部ＤＢＲ１４、活性領域１６および上部ＤＢＲ１８が形成される。下部ＤＢＲ１４および上部ＤＢＲ１８は、例えば、Ａｌ組成の高い低屈折率のＡｌＧａＡｓ層とＡｌ組成の低い高屈折率のＡｌＧａＡｓ層を対とし、これを複数対積層して形成される。各層の膜厚は、１／４λ（λは、発振波長）である。
【００１６】
上部ＤＢＲ１８から下部ＤＢＲ１４に至るまで半導体層をエッチングすることにより円筒状のポスト（またはメサ）Ｐが形成され、ポストＰの頂部には、中央に出射窓２４が形成された上部電極２０が形成される。上部電極２０と下部電極２２に順方向バイアスを与えたとき、活性領域１６で発せられた光は、下部ＤＢＲ１４と上部ＤＢＲ１８の垂直共振器により増幅され、出射窓２４からレーザ光として出射される。
【００１７】
従来の典型的な選択酸化型のＶＣＳＥＬは、ポストＰ内に選択酸化された酸化層を形成し、当該酸化層により電流狭窄および光閉じ込めを行っている。これに対し、本実施例のＶＣＳＥＬ１０は、光閉じ込めを行う酸化層４０を下部ＤＢＲ１４内に形成し、電流狭窄を行うための酸化層５０を上部ＤＢＲ１８内に形成している。
【００１８】
ポストＰの中心軸Ｃに関して回転対称となる位置に４つのの矩形状の孔３０が形成される。図１Ａに示すように、各孔３０は、中心軸Ｃから等しい距離に９０度の等間隔で配置される。中心軸Ｃから孔３０の側壁までの距離は、ポストＰの半径に等しいかそれより僅かに大きい。孔３０は、後述するように酸化層４０の選択酸化に利用されるため、少なくとも酸化層４０に到達する深さを有する。なお、ここに示す孔３０は、一例であって、孔３０の数、大きさ、形状等は適宜変更することができる。例えば、孔３０は、円筒状であり、４５度の間隔で８つ形成してもよい。
【００１９】
下部ＤＢＲ１４は、上記したように、光閉じ込めを行うための酸化領域を形成する酸化層４０を含み、上部ＤＢＲ１８は、電流狭窄を行うための酸化領域を形成する酸化層５０を含んでいる。例えば、下部ＤＢＲ１４がｎ型のＡｌxＧａ1-xＡｓ層とＡｌyＧａ1-yＡｓ層（Ｘ＞Ｙ）の対を有するとき、酸化層４０は、ｎ型のＡｌＡｓ層またはＡｌzＧａ1-zＡｓ層（Ｚ＞Ｘ）を含む。この場合、ＡｌxＧａ1-xＡｓ層をＡｌzＧａ1-zＡｓ層に置換してもよい。また、上部ＤＢＲ１８がｐ型のＡｌxＧａ1-xＡｓ層およびＡｌyＧａ1-yＡｓ層（Ｘ＞Ｙ）の対を有するとき、酸化層５０は、ｐ型のＡｌＡｓ層またはＡｌzＧａ1-zＡｓ層（Ｚ＞Ｘ）を含む。この場合、ＡｌxＧａ1-xＡｓ層がＡｌzＧａ1-zＡｓ層に置換してもよい。
【００２０】
酸化層４０は、孔３０によって露出された側面を有し、この側面から一定の距離だけ酸化される。酸化層４０の酸化は、孔３０を中心に半径方向に等方的に広がり、その停止位置は、酸化時間を制御することにより決定される。図１Ａに示すように、１つの孔３０の側面から進行した酸化領域４２の境界４４は、近似的に孔３０と同心円状とみることができる。酸化領域４２は、隣接する他の孔３０の酸化領域４２と重複し、酸化領域４２の境界４４によって囲まれた非酸化領域４６が形成される。酸化領域４２は、電気的に絶縁された領域であり、非酸化領域４６は電気的に導電性の領域である。
【００２１】
図１Ａに示す非酸化領域４６の輪郭は、４つの境界４４によって決定された略多角形状であり、非酸化領域４６の概略中心は、ポストＰの中心軸Ｃに一致する。非酸化領域４６の大きさは、制御する横モードに応じて、かつ活性領域１６からの距離に応じて適宜選択される。言い換えれば、酸化層４０が活性領域１６から離れるほど、非酸化領域４６の径を大きくすることができ、好ましくは、基本横モード発振をさせるとき、非酸化領域４６の大きさを５μｍ以上とする。５μｍ以上の径は、光出力の低下の抑制および低抵抗化に寄与し得る。なお、図１Ａでは、非酸化領域４６は４角形状であるが、孔の数を増やせば、非酸化領域４６の輪郭は多角形となり、円形状に近づく。
【００２２】
酸化層５０は、ポストＰの側面から一定の距離だけ酸化され、これにより、酸化領域５２と、酸化領域５２によって囲まれた非酸化領域５４が形成される。酸化層５０の酸化は、ポストＰの側面からほぼ等方的に内側に向けて進行するため、非酸化領域５４の平面矢視は、ポストＰの外形を反映した円形状となる。非酸化領域５４の中心は、ポストＰの中心軸Ｃにほぼ一致し、さらには下部ＤＢＲ１４内の酸化層４０の非酸化領域４６の中心にほぼ一致する。酸化領域５２は、電気的に絶縁であり、非酸化領域５４は、電気的に導電性である。
【００２３】
酸化層４０および酸化層５０は、同時の酸化プロセスで酸化されることができる。酸化層４０および酸化層５０の膜厚およびＡｌ組成が等しければ、酸化層４０および酸化層５０の酸化速度を等しくすることができる。仮に、孔３０の側壁がポストＰの側面に近接していれば、酸化領域４２と酸化領域５２を等しくし、その結果、非酸化領域４６と非酸化領域５４とをほぼ等しい大きさとすることができる。
【００２４】
他方、酸化層５０の酸化速度を、酸化層４０よりも速くさせる場合、酸化層４０のＡｌの組成や膜厚に対して、酸化層５０のＡｌ組成を高くする、もしくは膜厚を厚くすればよい。例えば、酸化層４０のＡｌの組成が98％、膜厚が30nmであった場合、酸化層５０のＡｌ組成は99%〜100％、膜厚は30nmもしくはＡｌ組成98％、膜厚は30nmより大きくされる。これにより、酸化層４０および５０を同時に酸化させたとき、異なる大きさの非酸化領域４４、５２を形成することができる。酸化層４０の酸化速度を酸化層５０よりも速くさせる場合にも上記と同様にして行うことができる。
【００２５】
好ましくは、非酸化領域４６は、専ら光閉じ込め層として機能するため、その大きさは、基本横モードを発振することが可能な最大の大きさとすることができる。そして、その大きさは、活性領域１６から離れるほど大きくすることができる。他方、非酸化領域５４は、専ら電流狭窄層として機能するため、基本横モード発振を可能にするための大きさ以下でなければならない。
【００２６】
また、下部ＤＢＲ１４は、酸化層４０と活性領域１６との間に、電流経路層６０を含んでいる。電流経路層６０は、他の下部ＤＢＲ１４と同様に、高屈折率のＡｌＧａＡｓ層と低屈折率のＡｌＧａＡｓ層とを積層しているが、これらの層の不純物濃度が他のＡｌＧａＡｓ層の不純物濃度よりも高くなっている。電流経路層６０の膜厚は、好ましくは、発振波長をλとするとき、１．５λ／ｎ（ｎは、媒質の屈折率）より大きい。また、電流経路層６０の反射率は、他の下部ＤＢＲ１４の反射率よりも小さくても良く、例えば、他の下部ＤＢＲ１４の反射率が９９％以上であるとき、９５％程度であってもよい。
【００２７】
図１ＡおよびＢに示すＶＣＳＥＬ１０を駆動するとき、下部ＤＢＲ１４および上部ＤＢＲ１８が順方向にバイアスされ、上部電極２０から正孔、下部電極２２から電子が注入される。このとき、下部電極２２から活性領域１６へ向かう電流経路は、酸化領域４２によって囲まれた非酸化領域（導電領域）４６を通過する経路Ｋ１に加えて、酸化領域４２によって囲まれない経路、すなわち非酸化領域４６の外側を通過する経路Ｋ２が形成されるため、抵抗を低減することができる。さらに、酸化層４０と活性領域１６との間には、不純物濃度が高い電流経路層６０が介在されるため、電流経路の抵抗がさらに低減される。他方、酸化層５０は、活性領域１６上に近接して配置されているため、上部電極２０から注入された正孔を効果的に狭窄し、正孔を効率よく活性領域１６へ導くことができる。これにより、電子−正孔対の結合確率が上昇し、光出力を向上させることができる。
【００２８】
このように第１の実施例によれば、光閉じ込めとして層として機能し得る酸化層４０をｎ型の下部ＤＢＲ１４内に形成し、電流狭窄層として機能し得る酸化層５０をｐ型の上部ＤＢＲ１８内に形成し、光閉じ込めおよび電流狭窄にとって最適な位置に酸化層４０および５０を形成し、かつ、それらの非酸化領域の大きさを個別に設定することができるため、基本横モードで発振させるときの素子抵抗が低減され、これによる発熱が抑制され、光出力の向上を図ることができる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施例を図２に示す。第２の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ａは、下部電極２２Ａを下部ＤＢＲ１４の電流経路層６０に電気的に接続している。それ以外の構成は、第１の実施例と同様である。ここには図示していないが、ポストＰの側壁および底部は、絶縁膜によって覆われており、下部電極２２Ａは、絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して電流経路層６０に接続される。この場合、電流経路層６０の最上層は、下部電極２２Ａとのオーミック接続されるような不純物濃度を有する。また、ＧａＡｓ基板１２や、下部ＤＢＲ１４の酸化層４０より可能の半導体多層膜は、必ずしもｎ型である必要はなく、不純物がドーピングされていない半絶縁性であってもよい。
【００３０】
第２の実施例によれば、図２に示すように、下部電極２２Ａから注入された電子の電流経路Ｋ３は、高不純物濃度の電流経路層６０のみを通過するため素子抵抗が非常に小さくなる。さらに、下部電極２２Ａから活性領域１６までの電流経路Ｋ３の距離も短くなり、これも低抵抗化に寄与する。
【００３１】
次に、本発明の第３の実施例について説明する。図３Ａは、第３の実施例に係るＶＣＳＥＬの特徴部分を表した平面図、図３Ｂは、図３ＡのＡ−Ｃ線およびＢ−Ｃ線で切断したときの概略断面図である。第３の実施例は、第１の実施例のＶＣＳＥＬを変形するものである。すなわち、第１の実施例では、基板上に連続した環状の溝を形成することによって円筒形状のポストＰを形成したが、第３の実施例の実施例では、図３Ａに示すように、基板上に４つの円弧状の溝７０を形成することによってポストＰがブリッジ７２によって周囲の半導体領域７４と接続された構成を有している。
【００３２】
ポストＰと周辺の半導体領域７４との間を複数のブリッジ７２で接続することによりポストＰの強度が向上する。そして、ブリッジ７２の一部および周囲の半導体領域７４にプロトンを注入して絶縁領域７６を形成し、ポストＰを周辺の半導体領域７４から電気的に隔離している。図１Ａでは、プロトンの注入領域を分かり易くするためにハッチングで表している。プロトンイオンを注入する場合には、絶縁領域７６以外の部分にマスクを形成し、プロトンを一定のエネルギーで注入することで上部ＤＢＲ１８内に絶縁領域を形成することができる。
【００３３】
次に、本発明の第４の実施例について説明する。図４Ａは、第４の実施例に係るＶＣＳＥＬの特徴部分を表した平面図、図４Ｂは、図４ＡのＡ−Ｃ線およびＢ−Ｃ線で切断したときの概略断面図である。第４の実施例は、第３の実施例をさらに変形するものであり、基板上にポストＰを形成するための溝を形成せず、この代わりに、プロトンをイオン注入することによって上部ＤＢＲに環状の絶縁領域８０を形成する。ポストＰを形成するためのエッチング工程が不要となり、発光部を形成するポストがなくなるため、ポストの脱落等の故障をなくすことができる。第４の実施例では、酸化層４０および酸化層５０の酸化領域４２、５２は、孔３０からの酸化によってそれぞれ同時に形成される。
【００３４】
なお、上記実施例では、上部ＤＢＲ１８内に酸化層５０を形成しているが、酸化層５０を形成することなく、プロトンイオン注入による絶縁領域によって電流狭窄を行うようにしてもよい。この場合、図５に示すように、単一基本モードで動作し得る大きさの導電領域８４が形成されるようにプロトンイオン注入による絶縁領域８２が形成される。
【００３５】
次に、本発明の第５の実施例について説明する。図６は、第５の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略断面図である。第５の実施例に係るＶＣＳＥＬ１０Ｄは、トンネル接合を利用したものである。ｐ型半導体は、ｎ型半導体に比べてキャリアの移動度が遅く、電気抵抗が高く、しかも光吸収が大きい。このため、上部ＤＢＲ１８をｎ型半導体で構成すれば、低抵抗化、高出力化を図ることができる。
【００３６】
第５の実施例では、ｎ型の下部ＤＢＲ１４、活性領域１６、ｎ型の上部ＤＢＲ１８Ａを含むが、ｎ型の上部ＤＢＲ１８Ａは、活性領域１６上にｐ型の酸化層５０と、その上にｐ型の高濃度不純物の高不純物層９０とを含んでいる。ＶＣＳＥＬ１０Ｄが駆動されるとき、下部電極２２から注入された電子は、ｐ型の高不純物層９０とｎ型の多層膜反射鏡との接合をトンネル効果によって通過し、上部電極２０に流れる。
【００３７】
上記した第１ないし第５の実施例は、基板上に単一のポストＰが形成されたシングルスポットタイプのＶＣＳＥＬを例示したが、基板上に複数のポストＰが形成された複数のレーザ光を出射するマルチスポットタイプのＶＣＳＥＬであってもよい。さらに、上記実施例は、ＡｌＧａＡｓ系の半導体層を用いたＶＣＳＥＬを例示したが、他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いたＶＣＳＥＬであってもよい。さらに、ポストＰの形状は、円筒状の他、矩形状であってもよい。
【００３８】
次に、本発明の第１実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法について図７よび図８参照して説明する。図７Ａに示すように、有機金属気相成長(ＭＯＣＶＤ)法により、ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に、Ａｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ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のｎ型の下部ＤＢＲ１４、アンドープ下部Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓスぺーサー層とアンドープ量子井戸活性層(膜厚７０ｎｍＧａＡｓ量子井戸層３層と膜厚５０ｎｍＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層４層とで構成されている)とアンドープ上部Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ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１６、その上にＡｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ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が１×１０18ｃｍ-3のＰ型の上部ＤＢＲ１８を順次積層する。
【００３９】
下部ＤＢＲ１４には、横モード制御層として光を閉じ込めるためのｎ型のＡｌＡｓからなる酸化層４０が形成されている。さらに酸化層４０上には、ｎ型の電流経路層６０が形成されている。ｎ型の電流経路層６０は、例えば、Ａｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓを１対または複数対含み、そのキャリア濃度は他のＤＢＲの対の不純物濃度よりも高い。また、基板１２と下部ＤＢＲ１４との間に、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓバッファ層を形成してもよい。
【００４０】
上部ＤＢＲ１８には、ｐ型のＡｌＡｓからなる酸化層５０が形成されている。上部ＤＢＲ１８の最上層には、キャリア濃度が１×１０19ｃｍ-3となる膜厚２０ｎｍ程のＰ型ＧａＡｓコンタクト層を形成することができる。
【００４１】
次に、図７Ｂに示すように、フォトリソ工程により上部ＤＢＲ１８上にマスクＭ１を形成し、反応性イオンエッチングにより下部ＤＢＲ１４に到達するまでエッチングする。これにより、下部ＤＢＲ１４上に、円筒状のポストＰが形成される。なお、このエッチングは、活性領域１６に到達するまでであってもよいし、必ずしも下部ＤＢＲ１４の表面で停止することなく下部ＤＢＲ１４の一部がエッチングされてもよい。
【００４２】
図７Ｃに示すように、孔３０を形成する流域を除き基板全面にマスクＭ２が形成される。マスクＭ２には、下部ＤＢＲ１４に形成されるべき孔３０に対応する開口が形成されている。マスクＭ２を用いて反応性イオンエッチングを行い、下部ＤＢＲ１４に、複数の孔３０を形成する。孔３０は、酸化層４０に到達する深さを有する。
【００４３】
次に、マスクＭ２を除去した後に、図８Ａに示すように基板の酸化処理を行う。ポストＰ内の酸化層５０は、ポストＰの側面から酸化され、下部ＤＢＲ１４内の酸化層４０は、孔３０の側面から酸化される。これにより、ポストＰには、酸化領域５２によって囲まれた非酸化領域５４が形成され、下部ＤＢＲ１４には、酸化領域４２によって囲まれた非酸化領域４６が形成される。
【００４４】
好ましくは、酸化層４０の酸化速度が、酸化層５０の酸化速度よりも小さいことが望ましい。このため、酸化層４０の膜厚を、半導体被酸化層５０よりも薄くするか、酸化層４０のＡｌの組成を酸化層５０のＡｌ組成よりも小さくする。後者の場合、酸化層４０は、ＡｌＡｓではなく、ＡｌＧａＡｓ層とすることができる。
【００４５】
なお、上記第３および第４の実施例のようにプロトンイオン注入を行う場合には、さらに図８Ｂの工程の後に、イオン注入用のマスクを形成し、プロトンイオンを注入する。
【００４６】
次に、図示しない層間絶縁膜等を形成したのち、図８Ｂに示すように、ポストＰの頂部には、Ａｕからなる上部電極２０が形成され、基板裏面にはＡｕ／Ｇｅからなる下部電極２２が形成される。
【００４７】
次に、本実施例のＶＣＳＥＬを利用した光学装置（モジュール）、光照射装置、光送信装置、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９Ａは、ＶＣＳＥＬを実装した光学装置の構成を示す断面図である。光学装置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の貫通孔（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。
【００４８】
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。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。
【００４９】
図８Ｂは、他の光学装置の構成を示す図であり、同図に示す光学装置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。
【００５０】
図１０は、ＶＣＳＥＬを光源として適用した光照射装置の例を示す図である。光照射装置３７０は、図９Ａまたは図９ＢのようにＶＣＳＥＬを実装した光学装置３００または３０２、光学装置３００または３０２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。
【００５１】
図１１は、図９Ａに示す光学装置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。
【００５２】
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。
【００５３】
図１２は、図９Ａに示す光学装置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、光学装置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。
【００５４】
図１３Ａ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。
【００５５】
図１３Ｂ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。
【００５６】
光伝送装置７００を用いた映像伝送システムを図１４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１３Ｂ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。
【００５７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１Ａは、本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略平面図、図１Ｂは、そのＡ１−Ａ１線概略断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略略断面図である。
【図３】図３Ａは、本発明の第３の実施例に係るＶＣＳＥＬの特徴部分を示す平面図、図３Ｂは、そのＡ−Ｃ線およびＢ−Ｃ線の概略断面図である。
【図４】図４Ａは、本発明の第４の実施例に係るＶＣＳＥＬの特徴部分を示す平面図、図４Ｂは、そのＡ−Ｃ線およびＢ−Ｃ線の概略断面図である。
【図５】第４の変形例を示すＶＣＳＥＬの断面図である。
【図６】本発明の第５の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略断面図である。
【図７】第１の実施例のＶＣＳＥＬの製造工程を示す断面図である。
【図８】第１の実施例のＶＣＳＥＬの製造工程を示す断面図である。
【図９】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１０】ＶＣＳＥＬを使用した光源装置の構成例を示す図である。
【図１１】図９に示す光学装置を用いた光送信装置の構成を示す概略断面図である。
【図１２】図９に示す光学装置を伝送システムに用いたときの構成を示す図である。
【図１３】図１３Ａは、光伝送システムの構成を示すブロック図、図１３Ｂは、光伝送装置の外観構成を示す図である。
【図１４】図１３Ｂ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】
【００５９】
１０：ＶＣＳＥＬ                      １２：基板
１４：下部ＤＢＲ                      １６：活性領域
１８：上部ＤＢＲ                      ２０：上部電極
２２：下部電極                        ２４：開口
３０：孔                              ４０：酸化層
４２：酸化領域                        ４４：酸化領域の境界
４６：非酸化領域                      ５０：酸化層
５２：酸化領域                        ５４：非酸化領域
６０：電流経路層                      ７０：溝
７２：ブリッジ                        ７４：周辺の半導体領域
７６、８０、８２：絶縁領域（プロトン注入領域）
９０：高不純物層
【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】
2009238815.tif 000009
【図８】
2009238815.tif 000010
【図９】
2009238815.tif 000011
【図１０】
2009238815.tif 000012
【図１１】
2009238815.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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