JP5017804B2 - トンネル接合型面発光半導体レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

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トンネル接合型面発光半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。

近年、光通信や光記録等の技術分野において、表面発光型半導体レーザ（垂直共振器型面発光レーザ；Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode 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、従来用いられてき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、通信分野におけるローエンドの光源としての需要がとりわけ期待されている。

光ファイバを用いた光通信は、これまで主に中長距離（数キロから数十キロメーター）のデータ伝送に用いられてきた。ここでは石英を材料とするシングルモード型光ファイバと、１．３１μｍ、あるいは１．５５μｍといった長波長帯に発振ピークを有する分布帰還型（ＤＦＢ）レーザが用いられる。この波長域のレーザは「ファイバ中の分散が少ない、あるいは伝送損失が極めて小さい」といった優れた特徴を示すが、波長の厳密な制御のため、素子の温度制御を必要としたり、小型化が難しいなど課題も多い。主に通信事業者が利用者となる関係で、一般消費者向け商品に比べ生産量が少ないこともあいまって、高価な素子として理解されている。

昨今、一般家庭でも非対称デジタル加入者線（ＡＤＳＬ）やケーブルテレビ（ＣＡＴＶ）の普及により、従来に比べ十から百倍にも達する大容量のデータ伝送が実現され、インターネットの利用は今後ますます増大するものと予想される。それに伴いさらに高速、大容量のデータ伝送に対する要求が高まり、いずれ多くの家庭に光ファイバが引き込まれる時代が到来することは間違いない。

しかし、短距離（数から数百メーター）の通信にシングルモード型光ファイバとＤＦＢレーザの組み合わせは伝送可能距離の観点からオーバースペックであり、高価な点も普及の障害である。光ファイバにはマルチモード型シリカファイバ、あるいはプラスティック・オプティカル・ファイバ（ＰＯＦ）といった、コストの安い光ファイバもあり、これらとの組み合わせで性能を発揮する短波長（波長域１μｍ以下）帯のレーザを使用する方が経済的と考えられる。そしてＶＣＳＥＬは、こうした用途で最適の素子と目されている。

一方、中長距離の通信には依然としてシングルモード型光ファイバとＤＦＢレーザの組み合わせが用いられているが、いずれ低コスト化の波は中長距離の通信分野にも押し寄せ、コストの安い長波長（１．３１μｍ、あるいは１．５５μｍ）帯のレーザが求められるものと予想される。この時、工数が多く、歩留りの低い端面発光型半導体レーザに代わって、再びＶＣＳＥＬへの関心が高まるのは必然といえる。ところが、長波長帯のＶＣＳＥＬには課題が多く、端面発光型半導体レーザを代替するまでには至っていない。

発振波長が１μｍを超える長波長ＶＣＳＥＬについては、ＧａＡｓ基板と格子整合するＧａＩｎＮＡｓ系材料を用いた構造、あるいは、ＩｎＰ基板と格子整合するＩｎＧａＡｓＰ系材料を用いた上、さらに他の材料系からなる半導体多層膜あるいは誘電体多層膜をミラーとして利用したハイブリッド構造、等が提案されている。

特許文献１に開示されるＧａＩｎＮＡｓ系材料を用いた構造の場合、活性層を構成する量子井戸層の材料にＧａＩｎＮＡｓを用いる以外は、短波長帯で実績のあるＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料が、反射ミラーを構成する多層膜、あるいはスペーサ層、コンタクト層等に利用される。したがってＧａＡｓ基板上に半導体エピタキシャル成長を行った後は、電流狭窄部や電極部の形成といった比較的手間の少ないプロセスだけで済む。要するに既存の短波長帯ＶＣＳＥＬの量子井戸層の材料をＧａＡｓからＧａＩｎＮＡｓに入れ替えただけ、という簡便さがある。このため、これまでにも多くの実験的検討がなされており、長波長ＶＣＳＥＬとしては最も実用化に近い構造と考えられてきた。

量子井戸層にＩｎＧａＡｓＰ系材料を用いた長波長帯半導体レーザを作製する場合、通常はこの材料に格子整合するＩｎＰ基板が用いられる。しかし、ＩｎＧａＡｓＰ系材料でＶＣＳＥＬを作製するには、ミラー反射率を稼ぐため片側だけで５０周期を超える厚い多層膜を形成する必要がある。これはＩｎＧａＡｓＰ系材料では、ＡｌＧａＡｓ系材料のように、組成比に対して屈折率が大きく変化する性質を持たないので、屈折率差を稼ぐのが難しいためである。このような周期数の多い膜は、素子抵抗を増大させ、熱放散もよくないから、信頼性の点で好ましくない。つまりＩｎＧａＡｓＰ系の長波長ＶＣＳＥＬにおいては、必要とされる反射率９９％を超えるミラーを、ＩｎＰ基板を出発点とする格子整合系の半導体エピタキシャル成長で形成するのは困難とされてきた。

この課題を解決するため、特許文献２に開示されるＩｎＧａＡｓＰ系材料を用いたハイブリッド構造では、活性層周辺部と反射ミラーとを別個に作製し、後で貼り合わせる。これは基板融着法と呼ばれ、格子整合しない半導体基板同士の接着も可能である点、汎用性が高い。

しかし、ハイブリッド構造においては、電流注入を行うべき活性層と、反射ミラーとの間に、結晶成長界面の急峻性に比べかなり劣った不連続界面が形成される。この界面にキャリアを通過させようとしても、界面に形成された準位にトラップされ、多くの場合、熱に変化する非発光再結合を遂げる。したがって反射ミラーが電流注入に用いられる例は少ない。

そこで通常はイントラキャビティ型と呼ばれる、反射ミラーを迂回した電流経路を設ける構造が用いられる。しかし、その場合でも電流狭窄は別途必要だから、選択性エッチングやトンネル接合といった手法が組み合わされる。

特許文献３および特許文献４は、上下の半導体ブラッグミラーの間にトンネル接合部を直列に配置したＶＣＳＥＬを開示している。これにより、光の吸収率や抵抗の高いｐ型の半導体ブラッグミラーを用いることなく、上下の半導体ブラッグミラーをｎ型とし、しきい値電流等を低減させている。さらに特許文献５でも、窒素ベースのＶＣＳＥＬにおいて、上下のミラー間にトンネル接合部を介在させた構造を開示している。

特許文献６は、ｎ型半導体層から構成される第１のミラーと第２のミラーとの間に活性層を有するＶＣＳＥＬにトンネル接合構造を適用したものであり、これにより、光を著しく吸収するｐ型半導体材料の量を減らすことを可能にしている。

特許文献７は、基板上の第１のミラーと第２のミラーとの間に複数の活性領域、酸化層、およびトンネル接合を直列に配置したＶＣＳＥＬを開示している。

非特許文献１は、選択性エッチングとトンネル接合を組み合わせた長波長ＶＣＳＥＬを開示しており、ＩｎＰをベースとした材料系のＶＣＳＥＬにおいて、選択性エッチングを用いることで横方向の電流閉じ込め、並びに光閉じ込めを図っている。非特許文献２は、超格子層を選択的に酸化する方法を開示しており、ＩｎＰ上のＡｌＡｓ並びにＩｎＡｓからなる短周期超格子の酸化速度について言及している。

特開平１０−３０３５１５号 米国特許５８３５５２１号 特開平１０−３２１９５２号 特開２００２−１３４８３５号 米国特許第６５１５３０８Ｂ１ 特開２００４−２４７７２８号 米国特許第６７０６０３５７Ｂ１ M. H. M. Reddy 等, Selectively Etched Tunnel Junction for Lateral Current and Optical Confinement in InP-Based Vertical Cavity Lasers, Journal of Electronic Materials, Vol.33, 118頁, 2004年 E. Hall等, Increased Lateral Oxidation Rates of AlInAs on InP Using Short-Period Superlattices, Journal of Electronic Materials, Vol.29, 1100頁, 2000年

しかしながら、ＧａＩｎＮＡｓ系材料を用いた構造では、量子井戸活性層の材料とその厚みを可能な限り制御しても、信頼性や電気・光学特性を犠牲にすることなく、光ファイバの分散がゼロである１．３１μｍまで発振波長を引き上げるのが困難であるという欠点がある。また、ｐ型ＤＢＲ層のキャリア濃度を上げると光吸収が増え、発光効率が低下する、という課題もかかえており、実用化までには課題も多い。

一方、特許文献２に開示されるハイブリッド構造では、トンネル接合部を電気的に周囲領域から分離し、電流注入領域を画定する必要があり、この目的のため選択性エッチング、選択酸化、あるいは結晶再成長等が用いられる。従って、この領域の品質がレーザの特性を左右することになる。

また、トンネル接合部を構成する半導体層は、１×１０^２０ｃｍ^−３台の著しく高い不純物濃度を持つため、温度上昇によってドーパントが拡散しやすいという性質を有する。上述のように、この不純物領域、若しくはこの不純物領域の近傍を、エッチング、酸化、結晶再成長といった方法を用いて加工し、電流狭窄部を形成する場合には、温度上昇は避けられない。このため、トンネル接合部を構成する半導体層近傍の不純物濃度は変化しやすく、プロセスの再現性、具体的にはエッチング速度や酸化速度、あるいは結晶成長速度に影響を与える。

特許文献７に示すように、トンネル接合部と電流狭窄部が近接している構造であると、トンネル接合部から拡散した不純物により電流狭窄部の半導体層の不純物濃度が変化し、再現性のある酸化領域を形成することが困難になってしまう。

ＶＣＳＥＬにおいて、電流狭窄部は素子の特性を決める上で重要な箇所だが、プロセスの再現性が低いと電流狭窄部に設ける開口部の径にバラツキを生じてしまう。結果的に、プロセスロット毎に特性がまちまちとなり、量産性を低下させるおそれがある。

また、トンネル接合部を含め、光通過領域に存在する半導体層のキャリア濃度が高いと、フリーキャリアによる光吸収を生じ、発光効率が低下する。これに対し特許文献６は、トンネル接合部に隣接して、高濃度にドーピングされた亜鉛の拡散を抑制する第３の層を設けることで、光を吸収するp型半導体材料の量を減らし、ＶＣＳＥＬの発光効率を改善している。しかしながら、特許文献６は、電流狭窄部をどのように形成するのかに関する具体的な記載がない。いわゆる単純ポスト構造（simple pillar structure）として、特別な電流狭窄を行わない方法も考えられるが、それでは無効な再結合が増え、肝心の発光効率を高めることに繋がらない。

このように長波長ＶＣＳＥＬについては構造的、あるいは特性的な面で、満足できる特性が依然として得られていない。従って、本発明の目的は、手間のかかる工程を経ることなく、量産性に優れ、再現性の高い長波長ＶＣＳＥＬを得るための構造、およびその製造方法を提供することにある。

本発明に係る面発光型半導体レーザ装置は、基板と、基板上に形成された第１の反射鏡と、第１の反射鏡上に形成されたトンネル接合部と、トンネル接合部上に形成された活性領域と、活性領域上に形成された電流狭窄部と、電流狭窄部上に形成された第２の反射鏡とを有する。第１の反射鏡は、必ずしも基板上に直接形成されるものに限らず、トンネル接合部は、第１の反射鏡上に直接形成されるものに限らず、活性領域は、トンネル接合部上に直接形成されるものに限らず、電流狭窄部は、活性領域上に直接形成するものに限らず、第２の反射鏡は、電流狭窄部上に直接形成されるものに限らない。ここで用いる「・・・上」とは、直上のみならず、上方を含む概念である。

本発明に係る面発光型半導体レーザ装置は、基板と、基板上に形成された第１の反射鏡と、第１の反射鏡上に形成された電流狭窄部と、電流狭窄部上に形成された活性領域と、活性領域上に形成されたトンネル接合部と、トンネル接合部上に形成された第２の反射鏡とを有する。

本発明に係る面発光型半導体レーザ装置は、基板上に、第１の反射鏡、第２の反射鏡、第１および第２の反射鏡の間に直列に配置された活性領域、電流狭窄部およびトンネル接合部を有し、活性領域を挟んで前記トンネル接合部と前記電流狭窄部が対向するように配置されている。

さらに本発明に係る面発光型半導体レーザ装置は、基板上に、第１の反射鏡、第２の反射鏡、第１および第２の反射鏡の間に直列に配置された複数の活性領域、少なくとも１つの電流狭窄部、および少なくとも１つのトンネル接合部を有し、電流狭窄部とトンネル接合部とが各活性領域を挟むようにして交互に配置されている。

好ましくは、隣接する活性領域の間には、単一のトンネル接合部または単一の電流狭窄部のいずれかが配置される。好ましくは、トンネル接合部は、活性領域によって挟まれている。トンネル接合部は、第１導電型の高不純物濃度を有する第１の半導体層と第２導電型の高不純物濃度を有する第２の半導体層を含む。さらに好ましくは、トンネル接合部は、電極に電気的に接続されるコンタクト層に近接して配置される。

第１の反射鏡は、半導体多層反射膜または誘電体多層膜のいずれかを含み、第２の反射鏡は、半導体多層膜または誘電体多層膜のいずれかを含む。第１または第２の反射鏡の少なくとも一方は、好ましくはＧａＡｓ系の半導体多層膜から構成される。

好ましくは面発光型半導体レーザ装置はさらに、基板上にポストを含み、ポスト内に、活性領域、電流狭窄部およびトンネル接合部を含む。この場合、電流狭窄部は、ポスト側面から酸化された酸化領域を含む。

本発明に係る、基板上に、第１の反射鏡、第２の反射鏡、第１および第２の反射鏡の間に直列に配置された活性領域、電流狭窄部およびトンネル接合部を有するトンネル接合型面発光半導体レーザ装置の製造方法は、少なくとも活性領域を挟んでトンネル接合部と電流狭窄部がエピタキシャル成長された半導体層を有する第１の基板と、第１の反射鏡がエピタキシャル成長された第２の基板を用意するステップと、第１の反射鏡と半導体層が向かい合うように第１の基板と第２の基板を融着させるステップと、第１の基板を除去するステップと、半導体層上に第２の反射鏡を形成するステップとを含む。

本発明によれば、トンネル接合部および電流狭窄部が活性領域を挟んで分離して配置されているため、例えば、電流狭窄部の形成時やその他のプロセスにおいて生ずる発熱により、高い不純物濃度を有するトンネル接合部のドーパントが隣接する半導体層へ拡散し易いことに起因する、作製プロセスの再現性の低下を防ぎ、バラツキの少ない安定した特性を得ることができる。

さらに、活性領域が複数含まれるカスケードタイプのＶＣＳＥＬにおいて、電流狭窄部とトンネル接合部とは基板に垂直な方向に対し活性領域を挟んで交互に配置され、言い換えれば、電流狭窄部とトンネル接合部の間には必ずひとつの活性領域が挟まれるようにしたから、単一の活性領域を有するときと同様に、プロセスの再現性の低下を防ぎ、バラツキの少ない安定した特性を得ることができる。

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。本実施の形態に係る面発光半導体レーザ素子は、好ましくは半導体基板上にポストを形成し、ポストの頂部よりレーザ光を放射するものである。なお、明細書中の「メサ」は、「ポスト」と同義であり、同様に「膜」は、「層」と同義なものとして使用している。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＶＣＳＥＬの構造断面図である。図１に示すとおり第１の実施例に係るＶＣＳＥＬ１００は、ＧａＡｓ等のアンドープの半導体基板１７上に、図面の下側から順にＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓの半導体多層膜からなるアンドープの下部反射膜１８、ｎ型の第２のコンタクト層１６、Ａｌ組成の高い層を含むｎ型の電流狭窄層１５、アンドープのスペーサ層とその中央部に配置された量子井戸活性層とからなる活性領域１４、ｐ型の高不純物濃度を有するハイドープ層１３、ｎ型の高不純物濃度を有する第１のコンタクト層１２、ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２の誘電体多層膜からなる上部反射膜２１の各層が形成されている。下部および上部反射膜１８、２１は、ＤＢＲ(Distributed Bragg Reflector:分布ブラッグ型反射鏡)として機能する。

第２のコンタクト層１６上には、第１のコンタクト層１２から電流狭窄層１５に至るまで、円筒状のポストＰが形成されている。電流狭窄層１５および第２のコンタクト層１６は、活性領域１４から下部反射膜１８に近い側へ配置される。電流狭窄層１５は、アルミニウム組成比が著しく高い半導体膜を含み、熱処理工程においてポストの側面から酸化された酸化領域１５ａを含んでいる。この酸化領域１５ａは、ポストの外形を反映した形状となり、酸化領域１５ａによって非酸化の導電性領域１５ｂである酸化開口が形成される。これにより、電流狭窄層１５は、出射されるレーザ光の発光領域を画定すると共に、電流狭窄部を構成する。

第１のコンタクト層１２および第２のコンタクト層１６上には、各々電気的接触が確保された環状の第１の電極２０ａおよび第２の電極２０ｂが形成され、イントラキャビティコンタクトとなっている。また、本実施例のＶＣＳＥＬ１００は、後述するように、基板融着法によって２つの基板上に積層された半導体層を接合して形成されている。図中のＤで示す部分が、基板融着法により接合された基板融着部である。

本実施例において特徴的な構成は、基板上に形成された円筒状のポストＰ内において、全体として高濃度のｐ型の不純物がドーピングされたハイドープ層１３が隣り合う第１のｎ型の不純物がドーピングされたコンタクト層１２との間でトンネル接合部２２を構成する。トンネル接合部２２は、活性領域１４と上部反射鏡２１の間に配置されている。また、活性領域１４と下部反射鏡１８の間には電流狭窄層１５が配置されている。すなわち、活性領域１４を挟んで対向する位置にトンネル接合部２２と電流狭窄層１５が離間して配置された構造となっている。これにより、トンネル接合部２２を形成する高不純物濃度を有する半導体層からドーパントが拡散しても、それらのドーパントは、アンドープの活性領域１４においてほぼ吸収可能であり、電流狭窄層１５へのドーパントの拡散を阻止することができる。この結果、電流狭窄層１５に形成される酸化領域１５ａ、言い換えれば、酸化領域１５ａによって囲まれる酸化開口領域１５ｂの径のバラツキが抑制され、レーザ素子の特性を安定させることができる。

第１の電極２０ａを正極、第２の電極２０ｂを負極として駆動電圧が印加されると、トンネル接合部２２においてトンネル電流が流れる。このとき、トンネル電流は、酸化領域１５ａによって横方向に閉じ込められるため、密度の高いトンネル電流が活性領域１４に注入される。これに応答して活性領域１４からレーザ光が生成され、レーザ光は、第１の電極２０ａの中央の開口を介して上部反射膜２１から出射される。

図２は、本発明の第２の実施の形態に係るＶＣＳＥＬの構造断面図である。第２の実施例に係るＶＣＳＥＬ２００は、基板上に形成されたポストＰ内に複数の活性領域を配置している。ＧａＡｓからなら半導体基板３９上に、図面の下から順に、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓの半導体多層膜からなるアンドープの下部反射膜４０、ｎ型のコンタクト層３８、第２のｎ型の電流狭窄層３７、第２の活性領域３６、ｐ型の高不純物濃度を有する第２のハイドープ層３５、ｎ型の高不純物濃度を有する第１のハイドープ層３４、第１の活性領域３３、第１のｎ型の電流狭窄層３２、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰの半導体多層反射膜からなるｎ型の上部反射膜３１の各層が形成されている。

第２のコンタクト層３８上に、上部反射膜３１から第２の電流狭窄層３７に至るまで円筒状のポストＰが形成されている。上部反射膜３１および第２のコンタクト層３８上には、各々電気的接触が確保された円環状の第１の電極４３ａおよび第２の電極４３ｂが形成されている。第１の実施例に係るＶＣＳＥＬ１００と異なり、第２の実施例に係るＶＣＳＥＬ２００では、片側（上部）の上部反射膜３１が電流経路として用いられている。

第１のハイドープ層３４と第２のハイドープ層３５によりトンネル接合部４１が形成されている。第１の活性領域３３および第２の活性領域３６は、トンネル接合部４１を挟んで基板垂直方向に直列に接続され、さらに第１の電流狭窄層３２が第１の活性領域３３の近傍に、第２の電流狭窄層３７が第２の活性領域３６の近傍に、それぞれトンネル接合部４１を中心として各活性領域３３、３６を挟んで対向する側に配置されている。すなわち、第１の電流狭窄層３２、第１の活性領域３３、トンネル接合部４１、第２の活性領域３６、第２の電流狭窄層３７の順に直列に配置されている。

上記配列において、トンネル接合部４１と第１または第２の電流狭窄層３２、３７が隣接しておらず、常に離間して配置されていることに注意すべきである。
トンネル接合部４１は、第１、第２の活性領域３３、３６によって挟まれており、トンネル接合部４１の不純物濃度の高いドーパントが拡散した場合に、第１、第２の電流狭窄層３２、３７がそれらのドーパントの影響を受けることが阻止される。このため、第１、第２の電流狭窄層３２、３７の酸化領域３２ａ、３７ａの一定の再現性を維持することができる。

第２の実施例に係るＶＣＳＥＬでは、２つの活性領域３３、３６の間に１つのトンネル接合部４１を配置し、活性領域３３、３６を挟んだそれぞれの位置に２つの電流狭窄層３２、３７を配置するようにしたが、これ以外にも、２つの活性領域３３、３６の間に１つ電流狭窄層を配置し、活性領域を挟んだそれぞれの位置に２つのトンネル接合部を配置することも可能である。さらに、ポスト内に３つ活性領域を設けることも可能であり、その場合の配列は、基板の下から順に、電流狭窄層、活性領域、トンネル接合部、活性領域、電流狭窄層、活性領域、トンネル接合部としたり、あるいは、トンネル接合部、活性領域、電流狭窄層、活性領域、トンネル接合部、活性領域、電流狭窄層とすることができる。

本発明の第１、第２の実施例に係るＶＣＳＥＬについて、さらに詳しく説明する。なお、以下の説明では材料名の表記を化学記号（元素記号、若しくは化学式）に改める。

図３から図５は、第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの構成およびその製造工程を説明するための工程断面図である。図３Ａに示すように、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法を用いてアンドープのＩｎＰ基板１１上に、ｎ型のＩｎＰ層よりなる第１のコンタクト層１２と、ｐ^＋＋型のＩｎＧａＡｓＰ層よりなるハイドープ層１３と、アンドープのＩｎＧａＡｓＰ層よりなるスペーサ層並びに量子井戸活性層からなる活性領域１４と、ｎ型のＡｌ_0.48Ｉｎ_0.52Ａｓ層よりなる層１５と、ｎ型のＩｎＰ層よりなる第２のコンタクト層１６とを、順次積層する。

ここでＳｉをド−プしたｎ型のＩｎＰ層のキャリア密度は５×１０¹⁹ｃｍ^-3、Ｂｅをド−プしたｐ^＋＋型ＩｎＧａＡｓＰ層のキャリア密度は１×１０²⁰ｃｍ^-3、Ｓｉをド−プしたｎ型のＡｌ_0.48Ｉｎ_0.52Ａｓ層のキャリア密度は３×１０¹⁸ｃｍ^-3、Ｓｉをド−プしたｎ型ＩｎＰ層のキャリア密度は５×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。

活性領域１４は、アンドープのＩｎＧａＡｓＰ層（λ_ｇ＝１．３１μｍ）よりなる量子井戸層とアンドープのＩｎＧａＡｓＰ層（λ_ｇ＝１．２μｍ）よりなる障壁層とを交互に積層した（量子井戸層が障壁層に挟まれる）ものが、アンドープのＩｎＧａＡｓＰ層（λ_ｇ＝１．１μｍ）よりなるスペーサ層の中央部に配置され、膜厚がλ／ｎ_ｒの整数倍となるよう設計されている。

続いて図３Ｂに示すように、やはりＭＢＥ法によりアンドープのＧａＡｓ基板１７上に、アンドープのＧａＡｓ層とアンドープのＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層との複数層積層体よりなる半導体多層膜１８を３５．５周期積層する。ここで半導体多層膜１８を構成する各層の厚さはλ／４ｎ_ｒ（但し、λは発振波長、ｎ_ｒは媒質中の光学屈折率）に相当する。

続いて図３Ｃに示すように、先にＩｎＰ基板１１上に積層した多層膜と、アンドープのＧａＡｓ基板１７上に積層した多層膜とを重ね合わせ、水素雰囲気下で６００乃至６５０℃の熱処理を約1時間行う。これにより基板間が熱融着され、図４Ａに示すような、ＩｎＰ基板１１とＧａＡｓ基板１７によって挟まれた、熱融着法によるＶＣＳＥＬ基板が作製される。

次に、図４Ｂに示すように、ＩｎＧａＡｓＰからなる活性領域１４を積層する際、支持基板として利用したＩｎＰ基板１１をエッチング除去する。なお図示はしないがアンドープのＩｎＰ基板１１とｎ型のＩｎＰ層よりなる第１のコンタクト層１２との間には、上記エッチングを行う際、エッチングストップ層として利用するごく薄いｎ型のＩｎＧａＡｓＰ層が挿入されている。

次に図４Ｃに示すように、第１のコンタクト層１２、ハイドープ層１３、活性領域１４、Ａｌ_0.48Ｉｎ_0.52Ａｓ層よりなる層１５の各層を、第２のコンタクト層１６をエッチングストップ層として選択的にエッチング除去し、直径５０μｍ程度の円柱（ポスト）状に加工する。エッチングストップ層によってエッチングの深さは一意的に決まり、Ａｌ_0.48Ｉｎ_0.52Ａｓ層よりなる層１５がポスト側面に露出する。

続いて窒素をキャリアガス（流量：２リットル／分）とする４５０℃の水蒸気雰囲気下で、基板を約1時間熱処理する。この時点でポストの側面に露出している各層の内、Ａｌ_0.48Ｉｎ_0.52Ａｓ層は他の層に比べ酸化速度が速いから、図５Ａに示すように、ポストＰ内の活性領域１４の直下部分に、ポスト外周形状を反映した略円形の非酸化領域１５ｂが形成される。

酸化領域１５ａは、導電性が低下して電流狭窄部となり、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）になる関係から、光閉じ込め部としても機能する。酸化されずに残った非酸化領域（導電性領域）は、電流経路（キャリア通過領域）となる。

続いて図５Ｂに示すように、第１のコンタクト層１２と電気的な接触を得るようポスト頂部に、第２のコンタクト層１６と電気的な接触を得るようポスト底部に、それぞれチタンと金の２層構造（Ｔｉ／Ａｕ）からなる環状のコンタクト電極２０ａ、２０ｂを形成する。

第１の電極２０aについては特に、ポスト上面よりレーザ光を出射させるため、中央部に内径２０μｍの開口２４を形成した。また、図示はしないがコンタクト電極２０ａ、２０ｂには、ステム等への実装を容易にするため、引き出し線やパッド部を設けても良い。

続いて図５Ｃに示すように、リフトオフ法を用いてポスト頂部にＴｉＯ₂とＳｉＯ₂層との複数層積層体よりなる誘電体多層膜２１を堆積させ、円環状の第１の電極２０ａの中央部に形成された開口部を覆う。これにより上部反射膜を形成し、図１に示す第１の実施例のＶＣＳＥＬ１００を得る。

以上説明したように本実施例では、ｎ型のＩｎＰ層よりなる第１のコンタクト層１２と、同じくｎ型のＩｎＰ層よりなる第２のコンタクト層１６との間に、ｐ^＋＋型のＩｎＧａＡｓＰ層よりなるハイドープ層１３が挟まれ、ハイドープ層１３と第１のコンタクト層１６との界面はトンネル接合部２３を形成しているから、第１のコンタクト層１２を正極、第２のコンタクト層１６を負極とする電圧を印加した際、両者間に電圧値に応じたトンネル電流が流れる。

また、活性領域１４を挟んでトンネル接合部２３と反対側に位置する高Ａｌ組成比層の電流狭窄層１５は、その一部が熱処理により周囲から酸化され、高抵抗領域を形成しているから、トンネル電流は狭窄作用を被る。さらに、酸化領域１５ａは屈折率が低下しており、発光領域に対して光閉じ込め作用も生ずる。

このようにトンネル接合部と電流狭窄部とを、活性領域を挟んで分離して配置することで、たとえトンネル接合部を構成するため導入された高濃度の不純物を含むハイドープ層から、この不純物の一部が周囲の半導体層へ拡散したとしても、それがアンドープの活性領域を超えて電流狭窄部まで到達することはない。

したがって、トンネル接合型ＶＣＳＥＬにおいてしばしば見られる、電流狭窄部に設ける開口部の径のバラツキに起因する不揃いな特性を回避し、長波長ＶＣＳＥＬ素子を高い再現性で安定的に得ることができる。

次に、本発明の第２の実施例に係るＶＣＳＥＬの構成を説明する。本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬと共通する部分に関しては、一部説明を省略する。ｎ型のＩｎＰ基板上に、ｎ型のＩｎＰとｎ型のＩｎＧａＡｓＰ層との複数層積層体よりなる半導体多層膜３１を積層する。各層の厚さはλ／４ｎ_ｒである。

続いて、ｎ型のＡｌ_0.48Ｉｎ_0.52Ａｓ層よりなる高Ａｌ組成比の第１の電流狭窄層３２と、アンドープのＩｎＧａＡｓＰ層よりなるスペーサ層並びに量子井戸活性層からなる第１の活性領域３３と、ｎ^＋＋型のＩｎＧａＡｓＰ層からなる第１のハイドープ層３４と、ｐ^＋＋型のＩｎＧａＡｓＰ層よりなる第２のハイドープ層３５と、アンドープのＩｎＧａＡｓＰ層よりなるスペーサ層並びに量子井戸活性層からなる第２の活性領域３６と、ｎ型のＡｌ_0.48Ｉｎ_0.52Ａｓ層よりなる高Ａｌ組成比層の第２の電流狭窄層３７と、ｎ型のＩｎＰ層よりなるコンタクト層３８とを、順次積層する。

ここでＳｅをド−プしたｎ型のＡｌ_0.48Ｉｎ_0.52Ａｓ層のキャリア密度は３×１０¹⁸ｃｍ^-3、Ｓｅをド−プしたｎ^＋＋型のＩｎＧａＡｓＰ層のキャリア密度は１×１０²⁰ｃｍ^-3、Ｚｎをド−プしたｐ^＋＋型のＩｎＧａＡｓＰ層のキャリア密度も同じく５×１０¹⁹ｃｍ^-3、Ｓｅをド−プしたｎ型のＩｎＰ層のキャリア密度は５×１０¹⁹ｃｍ^-3とした。

次に、上述の基板とは別に用意したアンドープのＧａＡｓ基板３９上に、アンドープのＧａＡｓ層とアンドープのＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層との複数層積層体よりなる半導体多層膜４０を積層する。各層の厚さはλ／４ｎ_ｒである。

続いて先の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの場合と同様、第２のコンタクト層３８と、半導体多層膜４０が相対するように２つの基板を重ね合わせ、基板間の熱融着を行う。

この後のエッチング、酸化の各工程は、先の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの場合と同じである。ｎ型のＡｌ_0.48Ｉｎ_0.52Ａｓ層よりなる第１の電流狭窄層（高Ａｌ組成比層）３２、並びに第２の電流狭窄層（高Ａｌ組成比層）３７は、他の層に比べ酸化速度が速いから、ポスト外周部に第１の酸化領域３２ａ、並びに第２の酸化領域３７ａが形成され、その中央に非酸化領域である導電領域３２ｂ、３７ｂが形成される。

さらに半導体多層膜３１と電気的な接触を得るようポスト頂部に、コンタクト層３８と電気的な接触を得るようポスト底部に、それぞれチタンと金の２層構造（Ｔｉ／Ａｕ）からなる環状のコンタクト電極４３ａ、４３ｂを形成する。

以上説明したように本実施例では、ｎ^＋＋型のＩｎＧａＡｓＰ層からなる第１のハイドープ層３４と、ｐ^＋＋型のＩｎＧａＡｓＰ層よりなる第２のハイドープ層３５との界面がトンネル接合部４１を形成しているから、上方に配置された半導体多層膜３１を正極、下方に配置されたコンタクト層３８を負極として電圧を印加すれば、両者間に電圧値に応じたトンネル電流が生じ、第１の活性領域３３と、第２の活性領域３６とにそれぞれキャリアが注入される。

この時、第１の活性領域３３、並びに第２の活性領域３６の近傍には第１の酸化領域３２ａ、並びに第２の酸化領域３７ａが各々高抵抗領域を形成しているから、トンネル電流は狭窄作用を被る。また、酸化領域は屈折率が低下しているから、発光領域に対して光閉じ込め作用も生ずる。

このように、活性領域を複数有するカスケードタイプのＶＣＳＥＬについても、トンネル接合部と電流狭窄部とを常に少なくともひとつの活性領域を挟んで配置することで、プロセス的にも特性的にも再現性の高い長波長ＶＣＳＥＬ素子を安定的に得ることができる。

なお、第1の実施例においては円柱状のポストを形成し、その後の酸化工程、あるいは電極形成工程を経たが、形状自体は本発明の本質と無関係だから、発明の動作原理を逸脱しない範囲で角柱状としても良いし、任意形状として構わない。

また、第１の実施例では誘電体多層膜を構成する材料として、ＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂の組み合わせを用いたが、本発明はこの材料に限定されるものではなく、例えばＺｎＯ、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃等、あるいは半導体だがＳｉといった材料を用いることも可能である。

さらに、第１、第２の実施例に係るＶＣＳＥＬは、ＩｎＧａＡｓＰ系の化合物半導体レーザを示したが、これ以外にも窒化ガリウム系やインジウムガリウム砒素系を用いた半導体レーザであってもよいし、これに応じて発振する波長も適宜変更が可能である。

また、第１の実施例では２つの反射膜の内、片方が半導体多層膜、もう一方が誘電体多層膜、第２の実施例では双方が半導体多層膜の例を示したが、これに限定されることなく、双方とも誘電体多層膜にすることも可能である。ただし誘電体多層膜の場合、この反射膜を電流経路とすることはできない。

なお、第２の実施例において上部反射膜を半導体多層膜として、電流経路とする例を示した。下部反射膜も半導体多層膜とした場合、上下双方とも電流経路とすることは可能だが、ＩｎＧａＡｓＰ系の活性層を用いた場合、実施例中にも述べた通りＩｎＰ基板に対して格子整合系材料で高反射率を得るのは難しい。したがって上下双方の反射膜を半導体多層膜とした場合でも、これらを必ずしも電流経路とする必要はない。

あるいは、格子整合系材料ではない半導体多層膜を基板融着法によって貼り付けた場合、その界面に効率良くキャリアを通過させるのは容易ではないが、原理的にはこの界面を電流経路とすることも不可能ではない。

本発明では積層構造的にトンネル接合部が電流狭窄部と隣り合わせることがないよう、両者間には必ずアンドープの活性領域が挟まれている点に特徴がある。こうすることでトンネル接合を形成するため導入されたハイドープ層からの不純物拡散の影響を排除することができる。

したがって第２の実施例ではトンネル接合部が１つで、酸化領域（電流狭窄部）が２つの例を示したが、例えばトンネル接合部が２つで、酸化領域（電流狭窄部）が１つの場合も考えられるし、両者とも２つずつという場合も考えられる。

最後に、上記した実施例は例示的なものであり、これによって本発明の範囲が限定的に解釈されるべきものではなく、本発明の構成要件を満足する範囲内で他の方法によっても実現可能であることは言うまでもない。

次に、本発明に係るＶＣＳＥＬを光源に適用した例を説明する。ＶＣＳＥＬは、単一のレーザ素子光源として用いることも可能であるが、基板上に複数のレーザ素子を形成することで並列光源としても用いることができる。

図６は、ＶＣＳＥＬが形成された半導体チップをパッケージ化（モジュール化）した概略断面を示す図である。図６に示すように、パッケージ３００は、ＶＣＳＥＬを含むチップ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、チップ３１０の裏面に形成された第１の電極に電気的に接続され、他方のリード３４２は、チップ３１０の表面に形成された第２の電極にボンディングワイヤ等を介して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の各メサから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からのレーザ光の放射角度θ内にボールレンズ３６０が含まれるように調整する。なお、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を含ませるようにしてもよい。

図７は、他のパッケージの構成を示す図であり、好ましくは、後述する空間伝送システムに使用される。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からのレーザ光の放射角度θ以上になるように調整される。

図８は、図６に示すパッケージまたは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と、筐体４１０の端面に一体に形成されたスリーブ４２０と、スリーブ４２０の開口４２２内に保持されるフェルール４３０と、フェルール４３０によって保持される光ファイバ４４０と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。

図９は、図７に示すパッケージ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。空間伝送システム５００では、パッケージ３００に用いられたボールレンズ３６０を用いる代わりに、集光レンズ５１０を用いている。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。空間伝送の光源の場合には、マルチスポット型のＶＣＳＥＬを用い、高出力を得るようにしてもよい。

図１０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。

次に、光伝送システムに利用される光伝送装置の構成について説明する。図１１は、光伝送装置の外観構成を示す図であり、図１２はその内部構成を模式的に示す図である。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、送信回路基板／受信回路基板７９０を有している。

光伝送装置７００を用いた映像伝送システムを図１３および図１４に示す。これらの図において、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８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、映像信号伝送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。

上記映像伝送システムでは、映像信号発生装置８１０と送信モジュール８４０、および受信モジュール８５０と画像表示装置８２０の間を電気ケーブル８３０、９００による電気信号の伝送としたが、これらの間の伝送を光信号により行うことも可能である。例えば、電気−光変換回路および光−電気変換回路をコネクタに含む信号送信用ケーブルを電気ケーブル８３０、９００の代わりに用いるようにしてもよい。

本発明に係るトンネル接合型面発光半導体レーザ素子は、半導体基板上に単一もしくは二次元アレイ上に配列され、光情報処理や等高速データ通信の分野で利用することができる。

本発明の第１の実施例に係る面発光半導体レーザの断面図である。 本発明の第２の実施例に係る面発光半導体レーザの断面図である。 図３Ａないし３Ｃは、第１の実施例に係る面発光半導体レーザ素子の製造工程を示す工程断面図である。 図４Ａないし図４Ｃは、第１の実施例に係る面発光半導体レーザ素子の製造工程を示す工程断面図である。 図５Ａないし５Ｃは、第１の実施例に係る面発光半導体レーザ素子の製造工程を示す工程断面図である。 ＶＣＳＥＬが形成された半導体チップを実装したパッケージの構成を示す概略断面図である。 他のパッケージの構成を示す概略断面図である。 図６に示すパッケージを用いた光送信装置の構成を示す断面図である。 図７に示すパッケージ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。 光伝送システムの構成を示すブロック図である。 光伝送装置の外観構成を示す図である。 光伝送装置の内部構成を示し、図１２Ａは上面を切り取ったときの内部構造を示し、図１２Ｂは側面を切り取ったときの内部構造を示している。 図８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。 図１３の映像伝送システムを裏側から示した図である。

符号の説明

１１、３９：半導体基板 １８、３１、４０：半導体多層膜
１２：第１のコンタクト層 １３：ハイドープ層
１４：活性領域 １５：電流狭窄層
１５ａ：酸化領域 １５ｂ：導電領域（酸化開口）
１６：第２のコンタクト層 ２０ａ、４３ａ：第１の電極
２０ｂ、４３ｂ：第２の電極 ２１：誘電体多層膜
２２、４１：トンネル接合部 ３２：第１の電流狭窄層
３２ａ：第１の酸化領域 ３３：第１の活性領域
３４：第１のハイドープ層 ３５：第２のハイドープ層
３６：第２の活性領域 ３７：第２の電流狭窄層
３７ａ：第２の酸化領域 ３８：コンタクト層
１００、２００：ＶＣＳＥＬ素子 Ｄ：基板融着部
Ｐ：ポスト

Claims (16)

1. 基板と、当該基板に格子整合されかつ当該基板上に形成されたアンドープの第１の反射鏡と、第１の反射鏡上に形成された第１導電型の第１のコンタクト層と、第１のコンタクト層上に形成されたトンネル接合部と、トンネル接合部上に形成された活性領域と、活性領域上に形成されたＡｌを含む半導体層からなる電流狭窄部と、電流狭窄部上に形成された第１導電型の第２のコンタクト層と、第２のコンタクト層上に形成された第２の反射鏡と、第１のコンタクト層上に形成された第１の電極と、第２のコンタクト層上に形成された第２の電極とを有し、
   前記基板上には、前記電流狭窄部を含むポストが形成され、前記電流狭窄部は、ポスト側面から酸化された酸化領域と非酸化の導電領域を含み、
   前記活性領域は、アンドープのスペーサ層とその中央部に配置された量子井戸活性層から構成され、膜厚がλ／ｎ_ｒ（λは発振波長、ｎ_ｒは媒質中の光学屈折率）の整数倍であり、
   前記トンネル接合部は、第１導電型の高不純物濃度を有する第１の半導体層と第２導電型の高不純物濃度を有する第２の半導体層を含み、
   前記第１の半導体層は、第１のコンタクト層と共通であり、前記電流狭窄部は、第２のコンタクト層に電気的に接続される、
   面発光型半導体レーザ装置。
2. 基板と、当該基板に格子整合されかつ当該基板上に形成されたアンドープの第１の反射鏡と、第１の反射鏡上に形成された第１導電型の第１のコンタクト層と、第１のコンタクト層上に形成されたＡｌを含む半導体層からなる電流狭窄部と、電流狭窄部上に形成された活性領域と、活性領域上に形成されたトンネル接合部と、トンネル接合部上に形成された第１導電型の第２のコンタクト層と、第２のコンタクト層上に形成された第２の反射鏡と、第１のコンタクト層上に形成された第１の電極と、第２のコンタクト層上に形成された第２の電極とを有し、
   前記基板上には、前記電流狭窄部を含むポストが形成され、前記電流狭窄部は、ポスト側面から酸化された酸化領域と非酸化の導電領域を含み、
   前記活性領域は、アンドープのスペーサ層とその中央部に配置された量子井戸活性層から構成され、膜厚がλ／ｎ_ｒ（λは発振波長、ｎ_ｒは媒質中の光学屈折率）の整数倍であり、
   前記トンネル接合部は、第１導電型の高不純物濃度を有する第１の半導体層と第２導電型の高不純物濃度を有する第２の半導体層を含み、
   前記第１の半導体層は、第２のコンタクト層と共通であり、前記電流狭窄部は、第１のコンタクト層に電気的に接続される、
   面発光型半導体レーザ装置。
3. 基板上に、当該基板と格子整合されかつ当該基板上に形成されたアンドープの第１の反射鏡、第２の反射鏡、第１および第２の反射鏡の間に直列に配置された活性領域、Ａｌを含む半導体層からなる電流狭窄部およびトンネル接合部を有する面発光型半導体レーザ装置であって、
   第１の反射鏡上に第１導電型の第１のコンタクト層が形成され、第１導電型の第２のコンタクト層上に第２の反射鏡が形成され、第１のコンタクト層上には第１の電極が形成され、第２のコンタクト層上には第２の電極が形成され、
   活性領域を挟んで前記トンネル接合部と前記電流狭窄部が対向するように配置され、
   前記基板上には、前記電流狭窄部を含むポストが形成され、前記電流狭窄部は、ポスト側面から酸化された酸化領域と非酸化の導電領域を含み、
   前記活性領域は、アンドープのスペーサ層とその中央部に配置された量子井戸活性層から構成され、膜厚がλ／ｎ_ｒ（λは発振波長、ｎ_ｒは媒質中の光学屈折率）の整数倍であり、
   前記トンネル接合部は、第１導電型の高不純物濃度を有する第１の半導体層と第２導電型の高不純物濃度を有する第２の半導体層を含み、
   前記第１の半導体層は、第１および第２のコンタクト層の一方と共通であり、前記電流狭窄部は、第１および第２のコンタクト層の他方に電気的に接続される、
   面発光型半導体レーザ装置。
4. 基板上に、当該基板と格子整合されかつ当該基板上に形成されたアンドープの第１の反射鏡、第２の反射鏡、第１および第２の反射鏡の間に直列に配置された複数の活性領域、Ａｌを含む半導体層からなる少なくとも１つの電流狭窄部、および少なくとも１つのトンネル接合部を有する面発光型半導体レーザ装置であって、
   第１の反射鏡上に第１導電型の第１のコンタクト層が形成され、第１導電型の第２のコンタクト層上に第２の反射鏡が形成され、第１のコンタクト層上には第１の電極が形成され、第２のコンタクト層上には第２の電極が形成され、
   前記少なくとも１つの電流狭窄部と前記少なくとも１つのトンネル接合部とが各活性領域を挟むようにして交互に配置され、
   前記基板上には、前記電流狭窄部を含むポストが形成され、前記電流狭窄部は、ポスト側面から酸化された酸化領域と非酸化の導電領域を含み、
   前記活性領域は、アンドープのスペーサ層とその中央部に配置された量子井戸活性層から構成され、膜厚がλ／ｎ_ｒ（λは発振波長、ｎ_ｒは媒質中の光学屈折率）の整数倍であり、
   前記トンネル接合部は、第１導電型の高不純物濃度を有する第１の半導体層と第２導電型の高不純物濃度を有する第２の半導体層を含み、
   少なくとも１つのトンネル接続部の前記第１の半導体層は、第１および第２のコンタクト層の一方と共通であり、少なくとも１つの電流狭窄部は、第１および第２のコンタクト層の他方に電気的に接続される、面発光型半導体レーザ装置。
5. 隣接する活性領域の間には、単一のトンネル接合部または単一の電流狭窄部のいずれかが配置される、請求項４に記載の面発光型半導体レーザ装置。
6. 前記トンネル接合部は、活性領域によって挟まれている、請求項４または５に記載の面発光型半導体レーザ装置。
7. 前記第１の反射鏡は、半導体多層反射膜または誘電体多層膜のいずれかを含み、前記第２の反射鏡は、半導体多層膜または誘電体多層膜のいずれかを含む、請求項１ないし６いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ装置。
8. 面発光型半導体レーザ装置はさらに、ポスト頂部に第１の電極を含み、ポスト底部に第２の電極を含み、第１および第２の電極に電圧が印加されたとき、トンネル接合部にトンネル電流が流れる、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。
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装置が実装されたモジュール。
10. 請求項９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、光送信装置。
11. 請求項９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。
12. 請求項９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。
13. 請求項９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。
14. 基板上に、第１の反射鏡、第２の反射鏡、第１および第２の反射鏡の間に直列に配置された活性領域、Ａｌを含む半導体層からなる電流狭窄部およびトンネル接合部を有するトンネル接合型面発光半導体レーザ装置の製造方法であって、
    活性領域を挟むようにトンネル接合部と電流狭窄部とが各々エピタキシャル成長され、かつトンネル接合部に接続された第１導電型の第１のコンタクト層および電流狭窄部に接続された第１導電型の第２のコンタクト層が各々エピタキシャル成長された半導体層を有する第１の基板と、アンドープの第１の反射鏡がエピタキシャル成長された、第１の基板と異なる格子定数を有する第２の基板を用意するステップと、
    第１の反射鏡と半導体層が向かい合うように第１の基板と第２の基板を融着させるステップと、
    第１の基板を除去するステップと、
    少なくとも電流狭窄部の側面が露出するように半導体層をエッチングし第２の基板上にポストを形成するステップと、
    ポスト側面から電流狭窄部の一部を酸化し、酸化領域と非酸化の導電領域を形成するステップと、
    前記トンネル接合部および前記電流狭窄部にキャリアを注入するための第１および第２の電極を第１および第２のコンタクト層上に形成するステップとを含み、
    前記活性領域は、アンドープのスペーサ層とその中央部に配置された量子井戸活性層から構成され、膜厚がλ／ｎ_ｒ（λは発振波長、ｎ_ｒは媒質中の光学屈折率）の整数倍であり、
    前記トンネル接合部は、第１導電型の高不純物濃度を有する第１の半導体層と第２導電型の高不純物濃度を有する第２の半導体層を含み、
    前記第１の半導体層は、第１のコンタクト層と共通であり、前記電流狭窄部は、第２のコンタクト層の他方に電気的に接続される、
    面発光型半導体レーザ装置の製造方法。
15. 電極は、ポスト底部に形成される第１の電極と、ポスト頂部に形成される第２の電極を含む、請求項１４に記載の製造方法。
16. 第１の基板は、インジウム燐（ＩｎＰ）からなる半導体基板であり、第２の基板はガリウム砒素（ＧａＡｓ）からなる半導体基板である、請求項１４または１５に記載の製造方法。

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