JP2004288674A

JP2004288674A - 面発光型半導体レーザおよびそれを用いた光通信システム

Info

Publication number: JP2004288674A
Application number: JP2003075443A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Kuwata; 靖章桑田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2004-10-14
Also published as: US20060120426A1; CN1533005A; US7352782B2; CN1253983C; US20040184500A1; US7251262B2

Abstract

【課題】マルチモードのレーザ光のジッタ成分を抑制する、マルチモードタイプの面発光型半導体レーザを提供する。
【解決手段】マルチモードのレーザ光を出射する面発光型半導体レーザ１００は、レーザ光の出射口１１に、マルチモードの特定のモードを遮蔽する遮蔽物９を設けたことを特徴とする。面発光型半導体レーザ１００は、基板１上に、下部反射ミラー２と、上部反射ミラー５と、それらのミラーの間に活性領域３および電流狭窄層４とを含み、出射口１１は、上部反射ミラー５上に形成される。上部反射ミラー５から電流狭窄層４に至るまで円柱状のポスト（メサ）１０１が形成され、出射口１１および遮蔽物９は円形状である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、選択酸化型の面発光型半導体レーザに関し、特に、マルチモードの面発光型半導体レーザの光出力を制御するための構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信や光記録等の技術分野において、光源の二次元アレイ化が容易で、かつそのしきい値電流や消費電力が小さいという利点を有する、面発光型半導体レーザ（垂直共振器型表面発光レーザ；Ｖｅｒｔｉｃａｌ−ＣａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅ−ＥｍｉｔｔｉｎｇＬａｓｅｒｄｉｏｄｅ以下、ＶＣＳＥＬという）への需要が増加している。
【０００３】
プラスティック・オプティカル・ファイバ（ＰＯＦ）に代表される低コストのマルチモード型光ファイバが開発され、これを用いた短距離（数メートルから数百メートル）の光通信が注目を集めている。長距離の光通信には、シングルモード型光ファイバと、１．３１μｍ（マイクロメータ）あるいは１．５５μｍといった比較的長い波長の端面発光型レーザとの組合せが用いられているが、これらは共に高価で、低コストが求められるローカルエリアでの用途には向かない。
【０００４】
マルチモード型光ファイバに用いられる光源は、素子それ自体が安価であることの外に、特別な光学系や駆動系を必要としないことなどが求められている。面発光レーザは、これらの特徴を兼ね備えており、マルチモード型光ファイバの光源の有力な選択肢のひとつとなっている。面発光レーザを、マルチモード型光ファイバを利用した光通信の光源として用いられるためには、その発振モードを安定化させ、かつ光出力のジッタ成分を低減することが望ましい。
【０００５】
特許文献１は、選択酸化型の面発光型半導体レーザにおいて、その発信横モードを制御するためにビーム出射口（開口部）に透明な層を形成する。透明な層は、例えば誘電体膜からなり、この透明な層によりレーザ発振を起こさせたくない部分の反射率を低下させ、発振横モードを制御する。
【０００６】
また、特許文献２は、レーザ素子のジッタ（ターンオン遅延時間の変動）を低減するＶＣＳＥＬを提供するため、活性層近傍に堆積される拡散増強領域に高濃度のアクセプタ不純物をドーピングし、これにより量子井戸領域に誘発される正孔数が量子井戸領域の電子数を約１桁上回るようにし、量子井戸領域のキャリアの拡散速度を高める技術が開示される。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１５６３９５号
【特許文献２】
特開平９−３２６５３０号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の選択酸化型の面発光型半導体レーザには、次のような課題がある。図７は、マルチモード面発光型半導体レーザを光源に用いたときの遠視野像における光出力およびそのビームプロファイルを示す図である。光源から遠視野像までの距離をＬ、光源の中心から遠視野像におけるビームの径に対応する広がり角をθとする。この種の面発光型半導体レーザは、一般に、ドーナツ形状のプロファイルを有する。つまり、光源の中心からの広がり角θ_０の範囲は、主として基本モードのレーザ光であり、ビームプロファイルはＰ０で示される。広がり角がθ_０よりも大きくなると、１次モードのレーザ光、あるいは１次モードとそれより高次のモードが合成された高次モードのレーザ光となり、そのビームプロファイルはＰ１で示される。このＰ１で示される高次モードの光出力は、基本モードの光出力よりも大きい。言い換えれば、ビームプロファイルは、１次または高次モードのレーザ光領域であるドーナツの外側Ｐ１が、基本モードのレーザ光領域であるドーナツ内部Ｐ０よりも明るい。このようなレーザ光の各発信モードで、それぞれの発光が完全に同時に起こらないことがわかっている。このため、基本モードの光と、１次あるいは高次モード光の応答性に差が発生し、これを光源に用いた場合に、光信号にジッタを引き起こしてしまう。
【０００９】
図８（ａ）は、レーザ光の品質をチェックする指標となるアイパターンを示す図である。アイパターンは、レーザ光が変調（ターンオン・オフ）されるとき、その変調された光信号をランダムに重畳したパターンであり、横軸は時間、縦軸は光出力を示す。同図（ａ）に示すアイパターンは、光出力が３ｍＷで、８５０ｎｍのレーザ光を出力するマルチモードタイプのＶＣＳＥＬを光源に用いたときの例である。図示されたアイパターンの波形からも明らかなように、各発振モードの発光が同時に起こらないために、各モードの光信号の応答速度に時間的なズレ、すなわちジッタ（Ｊ）が発生してしまう。アイパターンは、限りなく１本の線に収束される形状が理想的であるが、光出力に一定以上の時間的な幅（ジッタ）が生じてしまうと、受光素子側において光信号のエラーの発生率が高くなり、結果的に、データリンクで達成し得る最大ビットレートに制約が出てしまう。
【００１０】
また、上述した特許文献１は、発振横モードを制御するためにビーム出射口に透明な層を設けるものであるが、これは、マルチモードのレーザ光のジッタを低減させることに着目されたものではなく、また、それを解決するための構成とは異なるものである。さらに特許文献２も、マルチモードのレーザ光のジッタを低減させるものではない。
【００１１】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決し、マルチモードのレーザ光のジッタを抑制することができる、マルチモードの面発光型半導体レーザを提供することを目的とする。
さらに本発明は、マルチモード型光ファイバと結合して、高速な光通信を行うことができるマルチモードの面発光型半導体レーザおよびそれを用いた光通信システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るマルチモードのレーザ光を出射する面発光型半導体レーザは、レーザ光の出射口に、マルチモードの特定のモードを遮蔽する遮蔽物を設けたことを特徴とする。マルチモードの場合、各発振モード毎にレーザ発振が起こるまでの時間がわずかに異なり、それが応答特性の差となって現れるが、レーザ光の伝播経路に遮蔽物を置くことにより、ある特定のモードによるレーザ光を遮蔽することができ、これにより光信号のジッタを低減させることができる。好ましくは、各発振モードのうち、周波数応答速度が遅いモードを取り除くことが望ましい。
【００１３】
好ましくは、面発光型半導体レーザは、基板上に、下部反射ミラーと、上部反射ミラーと、それらのミラーの間に活性領域および電流狭窄層とを含み、前記出射口は、前記上部反射ミラー上に形成される。さらに、上部反射ミラーは、第１導電型の複数の半導体多層膜を含み、該複数の半導体多層膜上に、前記出射口を規定する電極パターンが形成され、前記遮蔽物は、前記出射口のほぼ中央に配置される。さらに、少なくとも上部反射ミラーから電流狭窄層に至るまでメサが形成され、出射口および遮蔽物は前記メサの外形に対応する形状を有する。例えば、メサが円柱状であれば、出射口および遮蔽物は円形状である。遮蔽物の径は、遮蔽するべき特定のモードに対応して選択される。さらに、遮蔽物は、電極パターンと同時に形成することで、遮蔽物の形成を簡略化することができる。
【００１４】
さらに選択酸化型のマルチモード面発光型半導体レーザにおいて、遮蔽物は、マルチモードのレーザ光のうち、基本モードのレーザ光を遮蔽することが望ましい。この種の面発光型半導体レーザは、ドーナツ形状のプロファイルのうち、ドーナツ内側部分の周波数応答速度が遅いため、ドーナツ内側部分に遮蔽物を置くことで、基本モードのレーザ光を遮蔽する。
【００１５】
本発明に係る面発光型半導体レーザは、マルチモードのレーザ光を出射する面発光型半導体レーザ素子を収容するパッケージ本体と、パッケージ本体に設けられ、レーザ素子からのレーザ光を透過させるための透過窓とを有し、透過窓には、レーザ光の特定のモードを遮蔽するための遮蔽物が設けられることを特徴とする。レーザ素子に直接遮蔽物を形成することなく、レーザ素子の実装後に、パッケージに遮蔽物を設けることで、複雑な工数を用いることなく、遮蔽物の取り付けを簡略化することができる。
【００１６】
遮蔽物の径Ｄ１は、次式により規定することができる。
【数２】

ここで、Ｌ１は、レーザ素子から遮蔽物までの距離、θｎは、レーザ素子から出射されたマルチモード光の遠視野像において、特定のモードの径に対応する光源からの広がり角度である。
【００１７】
好ましくは遮蔽物に、前記レーザ光の光の反射を防止するための反射防止膜が形成される。また、遮蔽物は、レーザ光の特定のモードを吸収する吸収材を含むものでもよい。好ましくは、レーザ素子は、円柱状のメサ型の発光部を含み、前記遮蔽物は円形状である。この場合、遮蔽物は、マルチモード光の基本モードを遮蔽し、前記θｎは、基本モードの径に対応する光源からの広がり角θ_０であることが望ましい。
【００１８】
本発明によるマルチモードの面発光型半導体レーザを光源に用い、この光源にマルチモード型光ファイバを用いて光通信を行うことにより、周波数応答特性の高い、高速化が可能な、経済的な光通信システムを提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１の実施の形態に係るＶＣＳＥＬの構成を示し、同図（ａ）は同図（ｂ）のＸ１−Ｘ１線断面図、同図（ｂ）は平面図、同図（ｃ）は遮蔽物の大きさと出射口との関係を示す図である。
【００２０】
マルチモードの面発光型半導体レーザ１００は、ｎ型のＧａＡｓ基板１上に、ｎ型の下部多層反射膜２、アンドープの活性領域３、酸化領域４ａによって周縁部を囲まれ中央に円形状の導通領域む電流狭窄層４、ｐ型の上部多層反射膜５、ｐ型のコンタクト層６、層間絶縁膜７、ｐ側の上部電極８、出射口１１に置かれた遮蔽物９、ｎ側の裏面電極１０を含む。
【００２１】
基板１上において、コンタクト層６から活性領域３に至るまで、円柱状のメサあるいはポスト１０１が形成される。ポスト１０１の底部は、下部多層反射膜３の一部が露出される。ポスト１０１の底部、側面および頂部の一部が層間絶縁膜７によって覆われている。ポスト１０１の頂部において、コンタクト層６と電気的に接続される上部電極８が配され、同時に、円形状の開口である出射口１１を規定する。上部電極８は、ポスト頂部からその側面を介してポスト底部にまで延在され、図示しない電極パッドに接続される。
【００２２】
出射口１１上に、円形状の遮蔽物９が形成される。遮蔽物９は、出射口１１と同心円上に配され、かつ、それらの中心は、ポスト１０１の光軸に一致される。遮蔽物９は、ポスト１０１からの光を遮蔽する部材であれば、金属やそれ以外の材料を用いることができるが、好ましくは、上部電極８と同一材料を用いることで、上部電極８のパターン形成と同時に形成される。遮蔽物９は、後述するように、ポスト１０１から発光されるマルチモードのレーザ光のうち、特定のモードの光を遮蔽する。電流狭窄層４は、ＡｌＡｓ層の導通領域と、その周縁部を取り囲む酸化領域４ａとを含み、酸化領域４ａは、ポスト１０１の側面からＡｌＡｓ層を選択的に酸化することによって形成される。側面からの酸化距離を制御することでポスト１０１の外形に対応する所望の径の導通領域を得ることができる。本実施の形態では、マルチモードのレーザ光を発振させるため、電球狭窄層４の導通領域の径Ｄ２を８ミクロン、出射口１１の径Ｄ３を１０ミクロンとする。また、遮蔽物の径Ｄ１は、３ミクロンとし、この大きさは、後述するように、マルチモードの基本モードのレーザ光を遮断するのに好ましい値が選択される。
【００２３】
選択酸化型のマルチモード面発光型半導体レーザは、従来の図７で説明したように、光源の光軸を中心に一定の角度θ_０において基本モードが発生し、それよりも大きな角度において高次モードが発生し、高次モードの光出力は、基本モードのそれよりも大きい。さらに、ドーナツ内側部分Ｐ０、すなわち基本モードのレーザ光の周波数応答速度が外側Ｐ１よりも遅い。このまた本実施の形態では、遮蔽物９を出射口１１内に設けることで、ポスト１０１において発光されるマルチモードのうちの基本モードの光を遮蔽する。基本モードの光出力は、高次モードの光出力に比べて小さいため、基本モードをカットしても、全体の光出力が著しく低下することはない。他方、基本モードを遮蔽することで、各モード間で生じる発光の時間的な差を減らし、これによりレーザ光のジッタを低減し、周波数応答速度を向上させるものである。
【００２４】
図２は、遮蔽物を用いたときの遠視野像におけるレーザ光の出力を示している。図２に示すように、光源からの距離Ｌの遠視野像において、マルチモードの基本モードの光がθ_０とする。この場合、遮蔽物９は、θ_０の角度を遮蔽するに十分な径Ｄ１が選択され、本例では、Ｄ１は３ミクロンである。これにより、ポスト１０１において発光された基本モードの光は、遮蔽物９により遮蔽され、それ以外の光は出射口１１から出射される。つまり、ドーナツの内側Ｐ０は、遮蔽物９によってほぼ完全に遮断され、その外側Ｐ１からのみ１次若しくは高次モードの光が出射される。
【００２５】
遮蔽物を用いたときのアイパターンは、図８（ｂ）のようになり、遮蔽物が設けられていない従来のマルチモードのレーザと比べて、そのパターンは収束し、すなわちジッタＪ１が低減されていることが理解される。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る面発光型半導体レーザを説明する。図３（ａ）は、面発光型半導体レーザを実装したときの平面図（但し、金属製のステムからキャップが取り外されている）、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ２−Ｘ２線断面図である。
【００２７】
第２の実施の形態に係るレーザ装置１２０は、半導体レーザの出射口１１内に遮蔽物９を含むものではなく、その代わりに、半導体レーザを実装するケース本体の透過窓に遮蔽物を含むものである。
【００２８】
面発光型半導体レーザ装置１１０は、金属製のステム（またはケース本体）２０と、金属製ステム２０に取り付けられる金属製のキャップ３０とを含む。金属製ステム２０は円形状の薄板であり、その外周に段差を含むフランジ２１が環状に形成される。キャップ３０は一面が開放され、内部に円筒状の空間を含み、その側面から外周に水平方向に突出する端部３１が形成される。キャップ３０の表面中央には、円形状の透過窓（開口）３２が形成される。キャップ３０の裏面には、その裏面形状に合わせて円形状のガラス３３が取り付けられる。好ましくは、ガラス３３の外周の表面がキャップ３０の裏面に融着により固定される。キャップ３０の透過窓３２は、ガラス３３により閉じられ、後述する面発光型半導体レーザ１２０のポストから出射されたレーザ光を透過する透過窓として機能する。キャップ３０の端部３１は、フランジ２１に例えば溶接等によって溶着され、キャップ３０と金属製ステム２０とによって内部に密閉された空間が形成され、そこに窒素ガスが充填される。さらに、透過窓３２と同心円状の円形状の遮蔽物３４がガラス３３上に固定される。遮蔽物３４の径の大きさは、半導体レーザ１２０から出射されたマルチモードの基本モードの光を遮蔽するに十分な大きさが選択される。
【００２９】
金属製ステム２０には、一対のリードピン４０、４１を取り付けるための貫通孔２２、２３が形成される。貫通孔２２、２３には絶縁体膜２４が充填され、リードピン４０、４１は絶縁体膜２４を介して金属製ステム２０から絶縁される。リードピン４０、４１の一端は、金属製ステム２０の表面から突出し、この突出した部分が、ワイヤボンディング５０、５１によりボンドパッド６０、６１に接続される。
【００３０】
金属製ステム２０のほぼ中央には、マウンタ７０が固定され、マウンタ７０上に面発光型半導体レーザ１２０が固定される。面発光型半導体レーザ１２０の構成は、遮蔽物９を含まない以外は、図１と同様である。マウンタ７０は、例えばＧａＡｓなどの半導体材料やＡｌＯやＡｌＮ等のセラミックから構成され、その表面にＡｕ等の金属がメッキまたは蒸着される。マウンタ７０の金属表面上に半導体レーザ１２０のｎ側電極１０が接続される。さらにマウンタ７０の金属表面には、電極パッド６１が形成されている。また、半導体レーザ１２０は、その基板上にポスト１０１を有すると共に、ポスト１０１から近接した位置に、ｐ側電極８と電気的に接続された電極パッド６０を含んでいる。こうして、リードピン４０は、ワイヤボンディング５０、電極パッド６０を介してｐ側電極８に電気的に接続され、リードピン４１は、ワイヤボンディング５１、電極パッド６１を介してｎ側電極１０に電気的に接続される。
【００３１】
遮蔽物３４の中心は、半導体レーザのポストの光軸上に一致される。図２に示すように、ポスト１０１を光源とし、そこから遮蔽物３４までの距離をＬ１とすると、遮蔽物３４の径Ｄ１は、次のように規定することができる。
【００３２】
【数３】

この場合、θ_０は、光源（ポスト）から出射されたマルチモード光の遠視野像における、基本モードの径に対応する光源からの広がり角度である。これにより、ポスト１０１から発せられたマルチモードのうち、基本モードの光を遮蔽物３４によって適切に遮蔽することができる。
【００３３】
遮蔽物３４は、光を遮蔽可能な金属やそれ以外の絶縁物質等を用いることが可能である。好ましくは、基本モードの光が、遮蔽物３４によってキャップ内に反射されるのを防止するために、その表面に反射防止膜がコーティングされる。さらに、ガラス３３に容易に接着することができるように、接着層を含むものであっても良い。さらに、遮蔽物３４は、特定の波長の光を吸収する吸収部材であってもよい。この場合、吸収する波長は、面発光型半導体レーザ１２０により発光される波長である。
【００３４】
第２の実施の形態によれば、面発光型半導体レーザを実装した後に、遮蔽物３４をキャップ３０のガラス３３上に固定するだけで、複雑な工数を要することなく、簡単にジッタの低減された、周波数応答特性に優れたマルチモードの面発光型半導体レーザを得ることができる。また、このような面発光型半導体レーザとマルチモード型光ファイバとを組み合わせることで、経済的であり、かつデータ転送速度の大きな光通信システムを提供することができる。
【００３５】
次に、図面を参照しながら第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの製造方法について説明する。図４ないし図６は、図１に示す面発光型半導体レーザの製造工程を示す断面図である。図４（ａ）に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、半絶縁性ＧａＡｓ基板１の（１００）面上に、アンドープのＡｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ層とアンドープのＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓ層との複数層積層体よりなる下部多層反射膜２と、アンドープのＡｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓ層よりなるスペーサ層とアンドープのＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓ層よりなる障壁層とアンドープのＧａＡｓ層よりなる量子井戸層との積層体よりなる活性領域３と、ｐ型のＡｌＡｓ層４と、ｐ型のＡｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ層とｐ型のＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓ層との複数層積層体よりなる上部多層反射膜５と、ＡｌＧｓコンタクト層６とを、順次積層する。
【００３６】
下部多層反射膜２は、ｎ型のＡｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ層とｎ型のＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓ層との複数層積層体よりなるが、各層の厚さはλ／４ｎ_ｒ（但し、λは発振波長、ｎ_ｒは媒質中の光学屈折率）に相当し、混晶比の異なる層を交互に３６．５周期積層してある。ｎ型不純物としてシリコンをドーピングした後のキャリア濃度は３×１０^１８ｃｍ^−３である。
【００３７】
活性領域３は、アンドープのＧａＡｓ層よりなる厚さ８ｎｍの量子井戸活性層とアンドープのＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓ層よりなる厚さ５ｎｍの障壁層とを交互に積層した積層体（但し、外層は障壁層）が、アンドープのＡｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓ層よりなるスペーサ層の中央部に配置され、量子井戸活性層と障壁層とを含むスペーサ層の膜厚がλ／ｎ_ｒの整数倍となるよう設計されている。このような構成の活性領域３から波長８５０ｎｍの放射光を得る。
【００３８】
上部多層反射膜５はｐ型のＡｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ層とｐ型のＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓ層との複数層積層体よりなる複数積層体である。各層の厚さは下部多層反射膜２と同様にλ／４ｎ_ｒであり、混晶比の異なる層を交互に２２周期積層してあるが、この周期数は下方に設けたＡｌＡｓ層４、および後述する最上層に設けたＧａＡｓ層６を加えた数である。ただし、ＡｌＡｓ層４に関しては膜厚λ／４ｎ_ｒを構成する材料がすべてＡｌＡｓからなる必然性はなく、反対にＡｌＡｓ層が必要以上に厚いと光学的散乱損失が増えるといった問題を生じる場合もあるので、ここではＡｌＡｓ層４は厚さ３０ｎｍとして、残りの部分はＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓとした。ｐ型不純物として炭素をドーピングした後のキャリア濃度は４×１０^１８ｃｍ^−３である。
【００３９】
また、素子の直列抵抗を下げるため、上部多層反射膜５中には、Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓの層とＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓの層との間に、その中間のアルミニウム組成比を有する中間層を介在させてもよい。
【００４０】
上部多層反射膜５の最上層は、厚さ２０ｎｍのｐ型ＧａＡｓ層として、後述するｐ側電極８とコンタクト性の向上を図った。ｐ型不純物として亜鉛をドーピングした後のキャリア濃度は１×１０^１９ｃｍ^−３である。
【００４１】
次に、レーザ基板を成長室から取り出し、図４（ｂ）に示すように、基板上にフォトレジスト工程によりＳｉＯ２のマスクパターン１３を形成する。ＳｉＯ２をマスクにして、図４（ｃ）に示すように、円柱状のポストまたはメサ１０１を形成するためのエッチング加工をする。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により上部多層反射膜５、ＡｌＡｓ層４、活性領域３を異方性エッチングする。
【００４２】
ポスト１０１の形成により、ＡｌＡｓ層４の側面が露出される。ここでレーザ基板を、窒素をキャリアガス（流量：２リットル／分）とする３５０℃の水蒸気雰囲気に３０分間晒す。上部多層反射膜５の一部を構成するＡｌＡｓ層４は、同じくその一部を構成するＡｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ層やＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓ層に比べ著しく酸化速度が速い。図５（ｄ）に示すように、ポスト１０１内の一部である活性領域３の直上部分のＡｌＡｓ層４が、ポストの側面から酸化を開始され、最終的にポスト形状を反映した酸化領域４ａが形成される。酸化領域４ａは、導電性が低下し電流狭窄部となるが、同時に周囲の半導体層に比べ光学屈折率が半分程度（〜１．６）である関係から、光閉じ込め領域としても機能する。酸化されずに残った非酸化領域は導通領域として電流注入部となる。導通領域の開口は、マルチモードの光を発光させるため、ここでは１０ミクロンの径を形成する。
【００４３】
その後、図５（ｅ）に示すように、マスク１３を除去し、露出したポスト１０１の側面を含む基板上面に絶縁膜７を着膜し、図５（ｆ）に示すように、ポスト頂部にコンタクトホール７ａを形成して層間絶縁膜７とする。
【００４４】
次に、図６（ｇ）に示すように、ポスト１０１を含む基板の全面に電極層が形成され、図６（ｈ）に示すように、電極層がパターンニングされる。ｐ側電極８により、ポスト１０１の頂部に出射口１１が規定され、同時に、出射口１１内に遮蔽物９が形成される。その後、図６（ｉ）に示すように、基板１の裏面に、ｎ側電極１０が形成される。こうして、図１に示す面発光型半導体レーザが形成される。第２の実施の形態に用いられる面発光型半導体レーザ１１０は、遮蔽物９を残さないようにｐ側電極のパターン形成が行われる。
【００４５】
以上本発明の好ましい実施例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。
【００４６】
上記実施の態様では、マルチモードの基本モードの光を遮蔽する例を示したが、これ以外の特定のモードの光を遮蔽して、光信号のジッタを少なくするようにしてもよい。好ましくは、周波数応答速度が遅いモードを取り除くことが効果的である。遮蔽物の形状は、遮蔽するべきモードの光に対応して適宜選択することが可能である。さらに、遮蔽物の材質は、金属や絶縁物等でもよく、要は、目的とするモードの光が遮蔽されればよい。従って、特定の波長の光を吸収する部材であっても、遮蔽物に含まれる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、マルチモードのレーザ光を出射する面発光型半導体レーザの出射口に、マルチモードの特定のモードを遮蔽する遮蔽物を設けたことにより、光信号のジッタを低減することができ、周波数応答特性を改善し、高速のデータ転送を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの構成を示し、同図（ａ）はＸ１−Ｘ１線断面図、同図（ｂ）は模式的な平面図、同図（ｃ）は遮蔽物と出射口との関係を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す面発光型半導体レーザによる遠視野像の光出力を示す図である。
【図３】図３は本発明の第２の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの構成を示し、同図（ａ）はキャップを取り外した状態の平面図、同図（ｂ）はＸ２−Ｘ２線断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図５】第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図６】第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図７】従来の面発光型半導体レーザによる遠視野像の光出力を示す図である。
【図８】レーザ光のアイパターンを示す図である。
【符号の説明】
１ＧａＡｓ基板２下部多層反射膜
３活性領域４電流狭窄層
４ａ酸化領域５上部多層反射膜
６コンタクト層７層間絶縁膜
８上部電極９遮蔽物
１０ｎ側電極１１出射口
２０金属ステム３０キャップ
３２開口３３ガラス
３４遮蔽物４０、４１リードピン
５０、５１ワイヤボンディング６０、６１電極パッド
７０マウンタ１００、１１０面発光型半導体レーザ
１１１ポスト

Claims

マルチモードのレーザ光を出射する面発光型半導体レーザであって、
レーザ光の出射口に、マルチモードの特定のモードを遮蔽する遮蔽物を設けたことを特徴とする、面発光型半導体レーザ。
前記面発光型半導体レーザは、基板上に、下部反射ミラーと、上部反射ミラーと、それらのミラーの間に活性領域および電流狭窄層とを含み、前記出射口は、前記上部反射ミラー上に形成される、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
前記上部反射ミラーは、第１導電型の複数の半導体多層膜を含み、該複数の半導体多層膜上に、前記出射口を規定する電極パターンが形成され、前記遮蔽物は、前記出射口のほぼ中央に配置される、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ。
少なくとも前記上部反射ミラーから前記電流狭窄層に至るまでメサが形成され、前記出射口および前記遮蔽物は前記メサの外形に対応する形状を有する、請求項３に記載の面発光型半導体レーザ。
前記遮蔽物の径は、前記電流狭窄層の導通領域の径よりも小さい、請求項１ないし４いずれかに記載の面発光型半導体レーザ。
前記遮蔽物は、前記電極パターンと同時に形成される、請求項３または４に記載の面発光型半導体レーザ。
前記遮蔽物は、マルチモードのレーザ光のうち、基本モードのレーザ光を遮蔽する、請求項１ないし５いずれかに記載の面発光型半導体レーザ。
マルチモードのレーザ光を出射する面発光型半導体レーザ素子を収容するパッケージ本体と、
前記パッケージ本体に設けられ、前記レーザ素子からのレーザ光を透過させるための透過窓とを有し、
前記透過窓には、前記レーザ光の特定のモードを遮蔽するための遮蔽物が設けられることを特徴とする、面発光型半導体レーザ。
前記遮蔽物の径Ｄ１は、次式により規定される；

ここで、Ｌ１は、レーザ素子から遮蔽物までの距離、θｎは、レーザ素子から出射されたマルチモード光の遠視野像において、特定のモードの径に対応する光源からの広がり角度である。
前記遮蔽物に、前記レーザ光の光の反射を防止するための反射防止膜が形成される、請求項８または９に記載の面発光型半導体レーザ。
前記遮蔽物は、前記レーザ光の特定のモードを吸収する吸収材を含む、請求項８に記載の面発光型半導体レーザ。
前記レーザ素子は、円柱状のメサ型の発光部を含み、前記遮蔽物は円形状である、請求項８ないし１１いずれかに記載の面発光型半導体レーザ。
前記遮蔽物は、マルチモード光の基本モードを遮蔽し、前記θｎは、基本モードの径に対応する光源からの広がり角θ_０である、請求項８ないし１２いずれかに記載の面発光型半導体レーザ。
前記請求項１ないし１１いずいれかに記載の面発光型半導体レーザを光源に用い、該光源と光結合されたマルチモード型光ファイバを有する、光通信システム。