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JP5672012B2 - 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 - Google Patents
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JP5672012B2 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Description

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。
面発光型半導体レーザは、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、単一横モードであり、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）が提案されている。また、レーザ光の偏光制御を行うため、光出射面に構造物を形成し、反射率に異方性を持たせた面発光型半導体レーザが提案されている（特許文献３）などが提案されている。
特開２００１−１５６３９５号公報 特開２００６−２１０４２９号公報 特開２０１０−１５３７６８号公報
本発明は、基本横モード光の偏光制御を可能にする面発光型半導体レーザを提供することを目的とする。
請求項１は、基板と、前記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、活性領域上に形成された前記第１導電型と異なる第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡と、前記基板上に形成され、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方向に延在する柱状構造と、前記柱状構造内に形成され、選択的に酸化された酸化領域によって囲まれた導電領域を有する電流狭窄層と、前記柱状構造の頂部に形成され、前記第２の半導体多層膜反射鏡と電気的に接続され、かつ光出射口を規定する環状の第１の電極と、発振波長を透過可能な第１の屈折率ｎ１を有する材料から構成され、前記光出射口を完全に覆う第１の誘電体膜と、発振波長を透過可能な第２の屈折率ｎ２を有する材料から構成され、前記第１の誘電体膜上に形成された第２の誘電体膜と、前記柱状構造の底部、側部および周縁を覆う絶縁膜とを有し、前記第２の誘電体膜は、前記基板の主面と平行な面において長軸と短軸とを有する異方形状を有し、前記第２の誘電体膜は、前記基板側からみて前記導電領域と重複する位置にあり、前記第２の屈折率ｎ２は第１の屈折率ｎ１よりも大きく、前記第１の誘電体膜の膜厚は、λ／４ｎ１（λは発振波長）の奇数倍であり、前記第２の誘電体膜は、λ／４ｎ２の奇数倍であり、第２の誘電体膜は、前記絶縁膜と同一材料により同一の工程によって形成される、面発光型半導体レーザ。
請求項２は、前記導電領域の平面形状が円形であるとき、前記第２の誘電体膜の長軸と短軸との交点が前記導電領域の中心と一致し、かつ前記第２の誘電体膜の長軸の長さは、前記導電領域の直径よりも小さい、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項３は、前記導電領域の平面形状が長軸と短軸とを有する異方形状であるとき、前記第２の誘電体膜の長軸と短軸の交点が前記導電領域の長軸と短軸の交点に一致し、前記第２の誘電体膜の長軸方向が前記導電領域の長軸方向に一致し、前記第２の誘電体膜の長軸の長さが前記導電領域の長軸の長さよりも小さい、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項４は、前記第２の半導体多層膜反射鏡を構成する半導体層の発振波長に対する第３の屈折率ｎ３は、第２の屈折率ｎ２よりも大きい、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は、基板と、前記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、活性領域上に形成された前記第１導電型と異なる第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡と、前記基板上に形成され、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方向に延在する柱状構造と、前記柱状構造内に形成され、選択的に酸化された酸化領域によって囲まれた導電領域を有する電流狭窄層と、前記柱状構造の頂部に形成され、前記第２の半導体多層膜反射鏡と電気的に接続され、かつ光出射口を規定する環状の第１の電極と、発振波長を透過可能な第１の屈折率ｎ１を有する材料から構成され、前記光出射口を完全に覆う第１の誘電体膜と、発振波長を透過可能な第２の屈折率ｎ２を有する材料から構成され、前記第１の誘電体膜上に形成された第２の誘電体膜とを有し、前記第２の誘電体膜は、前記基板の主面と平行な面において長軸と短軸とを有する異方形状の開口部を含み、当該開口部は、前記基板側からみて前記導電領域と重複する位置にあって前記光出射口内の第１の誘電体膜を露出させ、前記第２の屈折率ｎ２は第１の屈折率ｎ１よりも大きく、前記第１の誘電体膜の膜厚は、λ／２ｎ１（λは発振波長）の正の整数倍であり、前記第２の誘電体膜は、λ／４ｎ２の奇数倍である、面発光型半導体レーザ。
請求項６は、前記導電領域の平面形状が円形であるとき、前記第２の誘電体膜の開口部の長軸と短軸との交点が前記導電領域の中心と一致し、かつ前記第２の誘電体膜の開口部の長軸の長さは、前記導電領域の直径よりも小さい、請求項５に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項７は、前記導電領域の平面形状が長軸と短軸とを有する異方形状であるとき、前記第２の誘電体膜の開口部の長軸と短軸の交点が前記導電領域の長軸と短軸の交点に一致し、前記第２の誘電体膜の開口部の長軸方向が前記導電領域の長軸方向に一致し、前記第２の誘電体膜の開口部の長軸の長さが前記導電領域の長軸の長さよりも小さい、請求項５に記載の面発光型半導体レーザ。
請求項８は、前記第２の半導体多層膜反射鏡を構成する半導体層の発振波長に対する第３の屈折率ｎ３は、第２の屈折率ｎ２よりも大きい、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は、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、を実装した面発光型半導体レーザ装置。
請求項１０は、請求項９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１１は、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。
請求項１、５によれば、基本横モード光を偏光制御することができる。
請求項２、６によれば、導電領域が円形を持たない面発光型半導体レーザと比較して、素子の寿命を長くすることができる。
請求項３、７によれば、導電領域が円形の面発光型半導体レーザと比較して、偏光制御をより安定化させることができる。
請求項４、８によれば、第３の屈折率ｎ３が第２の屈折率ｎ２よりも大きい関係にない面発光型半導体レーザと比較して、基本横モード発振を促進し、高次横モード発振を抑制することができる。
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線およびＢ−Ｂ線断面図である。 第１の誘電体膜と第２の誘電体膜の組合せ例を示す図である。 第１の実施例の第１の変形例に係る面発光型半導体レーザの平面図である。 第１の実施例の第２の変形例に係る面発光型半導体レーザの平面図と、そのＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線断面図である。 第１の実施例の第３の変形例に係る面発光型半導体レーザの平面図と、そのＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の第２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線およびＢ−Ｂ線断面図である。 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。 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７Ａ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。
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（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）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。
図１は、本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの概略平面図とその断面図である。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を積層している。ｎ型の下部ＤＢＲ１０２は、例えば、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層との対の複数層積層体で、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。活性領域１０４の下部スペーサ層は、例えば、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。ｐ型の上部ＤＢＲ１０６は、例えば、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層との対の複数層積層体で、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型のＡｌＡｓからなる電流狭窄層１０８が形成される。
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。メサＭのエッチングは、少なくとも電流狭窄層１０８を側面に露出させる深さであればよい。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１０８Ｂ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。
メサＭの最上層または頂部には、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、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、円形状の開口部が形成され、当該開口部は、光を出射する光出射口１１０Ａを規定する。好ましくは、光出射口１１０Ａの中心は、メサＭの光軸に一致し、光出射口１１０Ａの直径は、導電領域１０８Ｂの直径よりも大きい。
ｐ側電極１１０の光出射口１１０Ａを覆うように円形パターンの第１の誘電体膜１１２が形成される。第１の誘電体膜１１２は、発振波長を透過可能な材料から構成され、その膜厚は、媒質内波長のλ／４の奇数倍、すなわち（２ｎ−１）λ／４である（但し、ｎは正の整数である）。第１の誘電体膜１１２の外径は、ｐ側電極の外径よりも小さくかつ光出射口１１０Ａの径よりも大きく、これにより、光出射口１１０Ａは、第１の誘電体膜１１２によって完全に覆われる。
メサＭの底部、側部および頂部の周縁を覆うように層間絶縁膜１１４が形成される。メサＭの頂部において、層間絶縁膜１１４には円形状のコンタクトホール１１６が形成され、ｐ側電極１１０の一部が露出される。ｐ側電極１１０は、コンタクトホール１１６を介して図示しない配線に接続される。
さらに第１の誘電体膜１１２上には、発振波長を透過可能な材料から構成された第２の誘電体膜１１８が形成される。第２の誘電体膜１１８は、好ましくは長軸と短軸とを有する異方形状を有し、第１の実施例では、第２の誘電体膜１１８は楕円形状に加工されている。第２の誘電体膜１１８は、基板１００から見たとき導電領域１０８Ｂと重複する位置に形成され、好ましくは、第２の誘電体膜１１８の中心（長軸と短軸との交点）は光軸に一致し、第２の誘電体膜１１８の長軸および短軸の長さは、導電領域１０８Ｂの直径Ｄよりも小さい。さらに第２の誘電体膜１１８の縦横比（長軸／短軸）をＮとし、第２の誘電体膜１１８の短軸の長さが１ミクロンであるとしたとき、１＜Ｎ＜Ｄの関係にあることが望ましい。つまり、長軸の長さは、導電領域１０８Ｂの直径よりも小さい。
また、第２の誘電体膜１１８の膜厚は、媒質内波長のλ／４の奇数倍、すなわち（２ｎ−１）λ／４である（但し、ｎは正の整数である）。好ましい例では、第２の誘電体膜１１８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することができる。そして、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。
ここで、第１の誘電体膜１１２の屈折率をｎ１、第２の誘電体膜１１８の屈折率をｎ２、上部ＤＢＲ１０８の半導体層（コンタクト層１０６Ａ）の屈折率をｎ３とすると、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３の関係にある。また、上記したように、第１および第２の誘電体膜１１２、１１８の膜厚は、λ／４の奇数倍である。その結果、第２の誘電体膜１１８によって覆われた領域の反射率ｒ１は、第２の誘電体膜１１８によって覆われていない領域の反射率ｒ２よりも高くなる。このため、光出射口１１０Ａ内において、第２の誘電体膜１１８が存在する光軸近傍の発振が促進され、他方、第２の誘電体膜１１８が存在しない光軸から離れた周辺領域の発振が抑制され、光出射口１１０Ａからは基本横モード発振の光が出力される。同時に、第２の誘電体膜１１８は、光軸に関して異方性を有するため、光出射口１１０Ａ内に反射率差（ｒ１−ｒ２）に異方性が生じることで、基本横モード光が長軸方向に偏光制御される。
好ましくは、第１および第２の誘電体膜１１２、１１８の屈折率ｎ１とｎ２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。これにより、第２の誘電体膜１１８によって覆われた領域と覆われていない領域の反射率差（ｒ１−ｒ２）を大きくすることができる。例えば、第１の誘電体膜１１２は、ＳｉＯＮから構成され、第２の誘電体膜１１８は、ＳｉＮから構成される。これ以外にも、第１の誘電体膜１１２および第２の誘電体膜１１８は、図２に示すような組合せから構成されることができる。
上部ＤＢＲ１０６がＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層の２４周期であり、第１の誘電体膜１１２がＳｉＯＮ（λ／４の膜厚）から構成され、第２の誘電体膜１１８がＳｉＮ（λ／４の膜厚）から構成されたとき、第２の誘電体膜１１８によって覆われた領域の反射率ｒ１は、約９９．７％であり、第２の誘電体膜１１８によって覆われていない領域の反射率ｒ２は、約９９．２％である。典型的にレーザ発振に必要な反射率は、おおよそ９９．５％であるため、第２の誘電体膜１１８上の光軸上に発生する光が発振され易くなり、他方、光軸から離れた高次横モードの発振が抑制される。当業者であれば、上部ＤＢＲ１０６の周期数や第１および第２の誘電体膜１１２、１１８の材料を選択することで、反射率ｒ１、ｒ２を適宜調整することが可能である。
高速高画質プリンターで使用するＶＣＳＥＬは、シングルモード動作が要求され、今後はさらなるプリント性能の改善に向けて、シングルモード光出力をさらに高め、偏光が安定な長寿命のＶＣＳＥＬが求められる。シングルモード光出力をさらに高めて寿命を延ばすためには、導電領域（酸化アパーチャ）１０８Ｂの径を広径化する必要があるが、楕円形状のような異方性を持つ導電領域にすると、シングルモードが得られる径は長軸で決まってしまう。そのため、酸化アパーチャが楕円形状だと、短軸はシングルモードが得られる最大径よりも小さくしなければならず、長軸のサイズで円を形成した導電領域の面積よりも小さくなる。したがって、導電領域の面積が小さい分抵抗が増加し、素子の自己発熱の影響が強まり光出力寿命としても円形状の酸化アパーチャ径よりも不利となる。シングルモード光出力をさらに高めた偏光が安定な長寿命の面発光半導体レーザを実現するためには、本実施例では、導電領域（酸化アパーチャ）１０８Ｂは異方性を持たずに円形状にし、光出射口１１０Ａの異方性の誘電体膜において偏光を安定化させている。
また、従来より光出射面の一部に透明な誘電体膜を付加して反射率に異方性を持たせるものがあるが、半導体層が露出する領域があり、水分の影響などで信頼性に不利という点がある。本実施例では、光出射口１１０Ａの全域が第１の誘電体膜１１２によって完全に覆われ、保護されており、半導体層が水分の影響を受けることはない。また、同一材料を用いその膜厚差を利用することで反射率差を形成する従来例も存在するが、そのような膜厚差を制御良く作製するのは難しい。本実施例では、２つの異なる誘電体膜１１２、１１８の膜厚を制御することで比較的容易に基本横モードを制御することができる。
図３は、第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの第１の変形例を示す平面図である。図３に示すＶＣＳＥＬ１０Ａでは、第２の誘電体膜１１８Ａが長軸と短軸とを有する矩形状に加工されている。第２の誘電体膜１１８Ａが矩形状である以外の構成は、図１の構成と同様である。好ましくは、第２の誘電体膜１１８Ａの対角線の交点が光軸に一致し、その短辺および長辺の長さは、導電領域１０８Ｂの直径よりも小さい。本変形例においても、光出射口１１０Ａから出力される光は、第２の誘電体膜１１８Ａの利得の異方性により、基本横モードが制御されかつ長辺方向に偏光が制御される。
図４は、第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの第２の変形例を示す平面図とそのＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線断面図である。第２の変形例に係るＶＣＳＥＬ１０Ｂでは、メサＭ１が楕円形状に形成されている点で、図１に示すＶＣＳＥＬ１０と構成を異にしている。メサＭ１を楕円状にすることで、メサＭ１の酸化領域１０８Ａにより囲まれた導電領域１０８Ｂの平面形状が楕円形状となる。導電領域１０８Ｂの長軸方向は、第２の誘電体膜１１８の長軸方向に一致し、第２の誘電体膜１１８の長軸および短軸の長さは、導電領域１０８Ｂの長軸および短軸の長さよりもそれぞれ小さい。第２の変形例では、導電領域１０８Ｂが光軸に関し長軸と短軸を有する異方性であるため利得にも異方性が生じ、第２の誘電体膜１１８と相俟って、より効果的な偏光制御を行うことができる。なお、図４において、ｐ側電極１１０の光出射口１１０Ａを楕円形状にしているが、光出射口１１０Ａは、図１のときと同様に円形状であってもよい。
図５は、第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの第３の変形例を示す図である。第３の変形例に係るＶＣＳＥＬ１０Ｃは、第２の変形例と同様に楕円状のメサＭ１を有し、楕円状の導電領域１０８Ｂが形成されているが、第２の誘電体膜１１８の配向を異にしている。すなわち、第２の誘電体膜１１８の長軸方向は、導電領域１０８Ｂの長軸方向と直交する関係にある。第３の変形例においても、第２の誘電体膜１１８の長軸の長さは、導電領域１０８Ｂの短軸の長さよりも小さく、第２の誘電体膜１１８の短軸の長さは、導電領域１０８Ｂの長軸の長さよりも小さい。好ましくは導電領域１０８Ｂの面積を大きくすることで、レーザ発振の利得を大きくし、第２の誘電体膜１１８により基本横モード制御されかつ偏光制御されたレーザ光を出力させる。
次に、本発明の第２の実施例ついて説明する。図６は、本発明の第２の実施例に係るＶＣＳＥＬ１２の平面図と、そのＡ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図であり、第１の実施例と同一構成については同一参照番号を付してある。第１の実施例と異なる点は、光出射口１１０Ａに形成される第１および第２の誘電体膜２１０、２２０の構成である。第２の実施例において、第１の誘電体膜２１０は、ｐ側電極１１０の開口部によって規定された光出射口１１０Ａの全体を覆い、かつ表面保護膜として機能する。さらに、第１の誘電体膜２１０上に第２の誘電体膜２２０が形成される。第２の誘電体膜２２０の中央には、第１の誘電体膜２１０を露出させる開口部２２０Ａが形成される。開口部２２０Ａは、長軸および短軸を有する異方形状であり、ここでは、開口部２２０Ａは、楕円形状に加工される。開口部２２０Ａは、基板１００からみたとき導電領域１０８Ｂと重複するように位置決めされ、好ましくは、開口部２２０Ａの中心（短軸と長軸との交点）は、導電領域１０８Ｂの中心（光軸）に一致し、開口部２２０Ａの長軸および短軸の長さは、導電領域１０８Ｂの直径よりも小さい。
また、第２の誘電体膜２２０の屈折率ｎ２は、第１の誘電体膜２１０の屈折率ｎ１よりも大きく（ｎ２＞ｎ１）、第１の誘電体膜２１０の光学的膜厚は、λ／２の整数倍、第２の誘電体膜２２０の光学的膜厚は、λ／４の奇数倍であることが望ましい。
第２の誘電体膜２２０の開口部２２０Ａの反射率ｒ１よりも、第２の誘電体膜２２０によって覆われている領域の反射率ｒ２を小さくすることができる。これにより、光軸から離れた位置で発生する高次横モード発振が抑制される。その結果、光出射口１１０Ａからは基本横モード光が出力される。また、第２の誘電体膜２２０の開口部２２０Ａが異方形状を有するため、反射率に異方性が生じ、基本横モード光が偏光制御される。なお、第１および第２の誘電体膜２１０、２２０は、反射率差ｒ１−ｒ２が大きくなるような屈折率を有する材料が選択されることが望ましい。
第２の実施例に係るＶＣＳＥＬについても、第１の実施例のときの第１ないし第３の変形例を適用することが可能である。第２の誘電体膜２２０の開口部２２０Ａの形状は、第１の変形例（図３を参照）のように長辺と短辺を有する矩形状にすることができる。また、メサＭを第２の変形例（図４、図５を参照）のように楕円状にすることで、導電領域１０８Ｂの平面形状を楕円形状にすることも可能である。
上記第１、第２の実施例では、長軸および短軸を有する異方形状として、楕円形状、矩形状を例示したが、これ以外の形状であってもよい。また、第１、第２の実施例では、ＡｌＡｓから構成された電流狭窄層１０８を例示したが、電流狭窄層１０８は、Ａｌ組成を他のＤＢＲのＡｌ組成よりも高くしたＡｌＧａＡｓ層であってもよい。さらに、電流狭窄層１０８の導電領域（酸化アパーチャ）１０８Ｂの径は、要求される光出力などに応じて適宜変更することができる。さらに上記実施例では、ＧａＡｓ系のＶＣＳＥＬを例示したが、本発明は、他のＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体を用いたＶＣＳＥＬにも適用することができる。さらに上記実施例では、ｎ型のＧａＡｓ基板の裏面にｎ側電極を形成したが、ｎ側電極は、下部ＤＢＲ１０２と電気的に接続されるようにメサ底部に形成してもよい。この場合、基板は、半絶縁性であってもよい。さらに上記実施例では、シングルスポットのＶＣＳＥＬを例示したが、基板上に多数のメサ（発光部）が形成されたマルチスポットのＶＣＳＥＬあるいはＶＣＳＥＬアレイであってもよい。
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７Ａ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。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。
図７Ｂ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。
図８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７Ａまたは図７Ｂ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。
図９は、図７Ａ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。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。
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。
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１２：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、２１０：第１の誘電体膜
１１４：層間絶縁膜
１１６：コンタクトホール
１１８、２２０：第２の誘電体膜
１２０：ｎ側電極

Claims (11)

  1. 基板と、
    前記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、
    活性領域上に形成された前記第１導電型と異なる第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡と、
    前記基板上に形成され、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方向に延在する柱状構造と、
    前記柱状構造内に形成され、選択的に酸化された酸化領域によって囲まれた導電領域を有する電流狭窄層と、
    前記柱状構造の頂部に形成され、前記第２の半導体多層膜反射鏡と電気的に接続され、かつ光出射口を規定する環状の第１の電極と、
    発振波長を透過可能な第１の屈折率ｎ１を有する材料から構成され、前記光出射口を完全に覆う第１の誘電体膜と、
    発振波長を透過可能な第２の屈折率ｎ２を有する材料から構成され、前記第１の誘電体膜上に形成された第２の誘電体膜と、
    前記柱状構造の底部、側部および周縁を覆う絶縁膜とを有し、
    前記第２の誘電体膜は、前記基板の主面と平行な面において長軸と短軸とを有する異方形状を有し、前記第２の誘電体膜は、前記基板側からみて前記導電領域と重複する位置にあり、前記第２の屈折率ｎ２は第１の屈折率ｎ１よりも大きく、前記第１の誘電体膜の膜厚は、λ／４ｎ１（λは発振波長）の奇数倍であり、前記第２の誘電体膜は、λ／４ｎ２の奇数倍であり、第２の誘電体膜は、前記絶縁膜と同一材料により同一の工程によって形成される、面発光型半導体レーザ。
  2. 前記導電領域の平面形状が円形であるとき、前記第２の誘電体膜の長軸と短軸との交点が前記導電領域の中心と一致し、かつ前記第２の誘電体膜の長軸の長さは、前記導電領域の直径よりも小さい、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
  3. 前記導電領域の平面形状が長軸と短軸とを有する異方形状であるとき、前記第２の誘電体膜の長軸と短軸の交点が前記導電領域の長軸と短軸の交点に一致し、前記第２の誘電体膜の長軸方向が前記導電領域の長軸方向に一致し、前記第２の誘電体膜の長軸の長さが前記導電領域の長軸の長さよりも小さい、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
  4. 前記第２の半導体多層膜反射鏡を構成する半導体層の発振波長に対する第３の屈折率ｎ３は、第２の屈折率ｎ２よりも大きい、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。
  5. 基板と、
    前記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、
    活性領域上に形成された前記第１導電型と異なる第２導電型の第２の半導体多層膜反射鏡と、
    前記基板上に形成され、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方向に延在する柱状構造と、
    前記柱状構造内に形成され、選択的に酸化された酸化領域によって囲まれた導電領域を有する電流狭窄層と、
    前記柱状構造の頂部に形成され、前記第２の半導体多層膜反射鏡と電気的に接続され、かつ光出射口を規定する環状の第１の電極と、
    発振波長を透過可能な第１の屈折率ｎ１を有する材料から構成され、前記光出射口を完全に覆う第１の誘電体膜と、
    発振波長を透過可能な第２の屈折率ｎ２を有する材料から構成され、前記第１の誘電体膜上に形成された第２の誘電体膜とを有し、
    前記第２の誘電体膜は、前記基板の主面と平行な面において長軸と短軸とを有する異方形状の開口部を含み、当該開口部は、前記基板側からみて前記導電領域と重複する位置にあって前記光出射口内の第１の誘電体膜を露出させ、前記第２の屈折率ｎ２は第１の屈折率ｎ１よりも大きく、前記第１の誘電体膜の膜厚は、λ／２ｎ１（λは発振波長）の正の整数倍であり、前記第２の誘電体膜は、λ／４ｎ２の奇数倍である、面発光型半導体レーザ。
  6. 前記導電領域の平面形状が円形であるとき、前記第２の誘電体膜の開口部の長軸と短軸との交点が前記導電領域の中心と一致し、かつ前記第２の誘電体膜の開口部の長軸の長さは、前記導電領域の直径よりも小さい、請求項５に記載の面発光型半導体レーザ。
  7. 前記導電領域の平面形状が長軸と短軸とを有する異方形状であるとき、前記第２の誘電体膜の開口部の長軸と短軸の交点が前記導電領域の長軸と短軸の交点に一致し、前記第２の誘電体膜の開口部の長軸方向が前記導電領域の長軸方向に一致し、前記第２の誘電体膜の開口部の長軸の長さが前記導電領域の長軸の長さよりも小さい、請求項５に記載の面発光型半導体レーザ。
  8. 前記第２の半導体多層膜反射鏡を構成する半導体層の発振波長に対する第３の屈折率ｎ３は、第２の屈折率ｎ２よりも大きい、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。
  9. 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、
    を実装した面発光型半導体レーザ装置。
  10. 請求項９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。
  11. 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。
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