(57)【要約】垂直共振面発光レーザ（１）は、半絶縁性半導体からなるベース基板（１１）と、該ベース基板（１１）の表面に順次形成されたＮ型半導体コンタクト層（２１）、Ｎ型半導体多層膜反射層（２２）、Ｎ型半導体クラッド層（３１）、量子井戸を備える活性層（４０）、Ｐ型半導体クラッド層（３２）、Ｐ型半導体多層膜反射層（２３）、Ｐ型半導体コンタクト層（２４）を含む発光領域多層部と、Ｐ型半導体コンタクト層の表面に形成されたアノード用電極と、Ｎ型半導体クラッド層に接続するカソード用電極と、を備える。カソード用電極は、ベース基板（１１）の発光領域多層部側に形成されている。各垂直共振面発光レーザの間には、Ｎ型半導体コンタクト層（２１）、Ｎ型半導体多層膜反射層（２２）を貫通し、ベース基板（１１）の表面から内側まで窪む形状の溝（８０）が形成されている。
2013176201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板と、
該ベース基板の表面に形成された、Ｎ型半導体多層膜反射層、量子井戸を備える活性層、Ｐ型半導体多層膜反射層をそれぞれ含む発光領域多層部と、
Ｐ型半導体多層膜反射層に接続されるアノード用電極と、
Ｎ型半導体多層膜反射層に接続されるカソード用電極と、を備え、
前記ベース基板は、少なくとも前記発光領域多層部側の所定厚みが半絶縁性半導体からなり、
前記カソード用電極は、前記ベース基板の表面側に形成されており、
前記発光領域多層部、前記アノード用電極、前記カソード用電極からなる発光素子構成要素の組は、前記ベース基板に複数形成されており、
前記複数の発光素子構成要素は個別に分離されており、前記複数の発光素子構成要素はそれぞれ独立に駆動する、垂直共振面発光レーザ。
【請求項２】
前記複数の発光素子構成要素の間に空隙部を有しており、該空隙部は、前記ベース基板の表面から該ベース基板の内側まで窪む形状からなる、
請求項１に記載の垂直共振面発光レーザ。
【請求項３】
前記アノード用電極に接続するアノード用パッド電極と、前記カソード用電極に接続するカソード用パッド電極とを、前記空隙部によって分割される前記発光素子構成要素毎に備え、
前記アノード用パッド電極と前記カソード用パッド電極は、前記ベース基板の表面における前記発光領域多層部、前記アノード用電極および前記カソード用電極と異なる領域に配設された絶縁層の表面に形成されている、
請求項１または請求項２に記載の垂直共振面発光レーザ。
【請求項４】
隣り合う発光素子構成要素は、前記アノード用パッド電極同士が隣り合うか、もしくは前記カソード用電極パッド同士が隣り合うように、前記ベース基板の表面側に配置されている、請求項３に記載の垂直共振面発光レーザ。
【請求項５】
前記カソード用パッド電極は、二個備えられており、
該二個のカソード用パッド電極は、前記絶縁層の表面に、前記アノード用パッド電極を挟むように配置されている、請求項３に記載の垂直共振面発光レーザ。
【請求項６】
前記アノード用パッド電極と前記カソード用パッド電極の少なくとも一部を除く形状で絶縁膜が形成されている、
請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の垂直共振面発光レーザ。
【請求項７】
前記空隙部は、前記アノード用電極側から前記ベース基板側に向かって、隣り合う発光素子構成要素間の幅が狭くなるテーパ形状からなる、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の垂直共振面発光レーザ。
【請求項８】
前記ベース基板の半絶縁性半導体の抵抗率は、１．０×１０７Ω・ｃｍ以上である、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の垂直共振面発光レーザ。
【請求項９】
隣り合う発光素子構成要素の近接する電極の間隔は、０．５μｍ以上である、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の垂直共振面発光レーザ。
【請求項１０】
前記ベース基板は、前記発光素子構成要素側の表面から所定厚みが前記半絶縁性半導体であり、
該半絶縁性半導体の前記発光素子構成要素と反対側には、Ｎ型半導体基板が配置されている、請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の垂直共振面発光レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の垂直共振面発光レーザを備えた垂直共振面発光レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体レーザの一種として、垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ＬＡＳＥＲ））が実用化されている。【０００３】
垂直共振面発光レーザの概略的な構造は、例えば特許文献１に示すように、裏面にカソード電極が形成されたＮ型半導体からなるベース基板の上層に、第１ＤＢＲ（多層分布ブラッグ反射器）層が形成されている。第１ＤＢＲ（多層分布ブラッグ反射器）層の上層には第１スペーサ層が形成されている。第１スペーサ層の上層には、量子井戸を備える活性層が形成されている。活性層の上層には、第２スペーサ層が形成されている。第２スペーサ層の上層には、第２ＤＢＲ層が形成されている。第２ＤＢＲ層の上層には、アノード電極が形成されている。そして、アノード電極とカソード電極間に駆動信号を印加することで、基板に垂直な（積層方向に平行な）方向へ鋭い指向性を有するレーザ光が発生する。【０００４】
このような垂直共振面発光レーザを複数個備えてアレイ化する場合、例えば、上述の構造からなる個々の垂直共振面発光レーザを、別の回路基板にそれぞれ実装する構造と、ベース基板を共通化する構造とが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００３−５０８９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の個別に形成した垂直共振面発光レーザを別の回路基板に実装する場合、構造が大型化してしまう。【０００７】
一方、単一のベース基板にした場合、上述のように、ベース基板をＮ型半導体基板にし、当該ベース基板を挟んで活性層と反対側の面にカソード電極を形成した場合、各垂直共振面発光レーザに与える各駆動信号が、Ｎ型半導体基板内に漏洩してしまい、互いの駆動信号間でクロストークが発生し、各垂直共振面発光レーザ間で十分にアイソレーションをとることができない。【０００８】
この発明の目的は、単一のベース基板に複数の垂直共振面発光レーザを形成しながら、各垂直共振面発光レーザ間のアイソレーションを確保できる垂直共振面発光レーザを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の垂直共振面発光レーザは、ベース基板と、該ベース基板の表面に形成されたＮ型半導体多層膜反射層、量子井戸を備える活性層、Ｐ型半導体多層膜反射層を含む発光領域多層部と、Ｐ型半導体多層膜反射層に接続されるアノード用電極と、Ｎ型半導体多層膜反射層に接続されるカソード用電極と、を備える。ベース基板は、少なくとも発光領域多層部側の所定厚みが半絶縁性半導体からなる。カソード用電極は、ベース基板の表面側に形成されている。発光領域多層部、アノード用電極、カソード用電極からなる発光素子構成要素の組は、ベース基板に複数形成されている。そして、該複数の発光素子構成要素は個別に分離されており、各発光素子構成要素はそれぞれ独立に駆動される。【００１０】
この構成では、ベース基板が半絶縁性半導体であり、各発光素子構成要素は個別に分離されており、それぞれ独立に駆動される。これにより、単一のベース基板に複数の発光素子構成要素が形成されていても、各発光素子構成要素は電気的に分離され、互いの駆動信号のクロストークが発生しない。【００１１】
また、この発明の垂直共振面発光レーザは、複数の発光素子構成要素の間に空隙部を有しており、該空隙部は、ベース基板の表面から該ベース基板の内側まで窪む形状からなることが好ましい。【００１２】
この構成では、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。【００１３】
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、次の構成であることが好ましい。アノード用電極に接続するアノード用パッド電極と、カソード用電極に接続するカソード用パッド電極とは、空隙部によって分割される発光素子構成要素毎に備えられている。アノード用パッド電極とカソード用パッド電極は、ベース基板の表面における発光領域多層部、アノード用電極およびカソード用電極と異なる領域に配設された絶縁層の表面に形成されている。【００１４】
この構成では、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。【００１５】
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、次の構成であることが好ましい。隣り合う発光素子構成要素は、アノード用パッド電極同士が隣り合うか、もしくはカソード用電極パッド同士が隣り合うように、ベース基板の表面側に配置されている。【００１６】
この構成では、隣り合う発光素子構成要素において、パッド電極間での電気的な結合を抑制することができる。これにより、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。【００１７】
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、次の構成であることが好ましい。カソード用パッド電極は、二個備えられている。該二個のカソード用パッド電極は、絶縁層の表面に、アノード用パッド電極を挟むように配置されている。【００１８】
この構成では、隣り合う発光素子構成要素において、カソード用パッド電極が必ず隣り合う。これにより、隣り合う発光素子構成要素においてパッド電極間での電気的な結合が抑制され、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。【００１９】
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、アノード用パッド電極とカソード用パッド電極の少なくとも一部を除く形状で絶縁膜が形成されていることが好ましい。【００２０】
この構成では、絶縁膜により、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。【００２１】
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、空隙部は、アノード用電極側からベース基板側に向かって、隣り合う発光素子構成要素間の幅が狭くなるテーパ形状からなることが好ましい。【００２２】
この構成では、空隙部の具体的な形状を示している。このような構成により、空隙部を形成しやすい。また、絶縁膜を形成する場合に、絶縁膜を形成しやすい。【００２３】
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、ベース基板の半絶縁性半導体の抵抗率は、１．０×１０７Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。【００２４】
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、隣り合う発光素子構成要素の近接する電極の間隔が０．５μｍ以上であることが好ましい。【００２５】
これらの構成では、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。【００２６】
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、次の構成とすることもできる。ベース基板は、発光素子構成要素側の表面から所定厚みが半絶縁性半導体である。半絶縁性半導体の発光素子構成要素と反対側には、Ｎ型半導体基板が配置されている。【００２７】
この構成では、上述の複数の発光素子構成要素間の電気的分離を実現しながら、ベース基板に起因する結晶欠落による不良の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２８】
この発明によれば、単一のベース基板に複数の垂直共振面発光レーザを形成しながら、各垂直共振面発光レーザ間のアイソレーションを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１の部分平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１を構成する１個の垂直共振面発光レーザ１０のＡ−Ａ’面断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１のＢ−Ｂ’面断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１Ａのカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極が形成された領域の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１Ｂの部分平面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１Ｂの部分平面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る垂直共振面発光レーザのカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極が形成された領域の断面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る垂直共振面発光レーザのカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極が形成された領域の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）について、図を参照して説明する。以下では、垂直共振面発光レーザをＶＣＳＥＬと称する。図１は本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１の部分平面図である。図２は本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１を構成する１個の垂直共振面発光レーザ１０のＡ−Ａ’面断面図である。図３は本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１のＢ−Ｂ’面断面図である。なお、図１、図３では、２個の垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂのみが記載されているが、ＶＣＳＥＬ１を構成する垂直共振面発光レーザの個数はこれに限るものではない。
【００３１】
ＶＣＳＥＬ１は、複数の垂直共振面発光レーザを備えている。すなわち、アレイ化されており、複数の垂直共振面発光レーザはそれぞれ独立に駆動する。複数の垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂは、単一のベース基板１１の表面にそれぞれ形成されている。
【００３２】
ベース基板１１は、半絶縁性半導体からなり、具体的には、ＧａＡｓを材料とする基板からなる。ベース基板１１は、抵抗率が１．０×１０７Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。このような抵抗率の半絶縁性半導体からなるベース基板１１を用いることにより、後述する垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂ間のアイソレーションをより高く確保することができる。
【００３３】
ベース基板１１の表面には、Ｎ型半導体コンタクト層２１が積層形成されている。Ｎ型半導体コンタクト層２１は、Ｎ型導電性を有する化合物半導体からなる。
【００３４】
Ｎ型半導体コンタクト層２１の表面には、Ｎ型ＤＢＲ（多層分布ブラッグ反射器）層２２が積層形成されている。Ｎ型半導体ＤＢＲ（多層分布ブラッグ反射器）層２２は、ＡｌＧａＡｓ材料からなり、Ｇａに対するＡｌの組成比率が異なる層を複数層積層してなる。このような層構成により所定周波数のレーザ光を発生するための第１の反射器を形成する。なお、Ｎ型半導体ＤＢＲ層は、Ｎ型半導体コンタクト層を兼ねていてもよい。すなわち、Ｎ型半導体コンタクト層は必須ではない。
【００３５】
Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２の表面には、垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂ毎に、Ｎ型半導体クラッド層３１が積層形成されている。各垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０ＢのＮ型半導体クラッド層３１は、Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２の表面において、所定距離を離間して形成されている。Ｎ型半導体クラッド層３１もＡｌＧａＡｓ材料からなる。
【００３６】
各Ｎ型半導体クラッド層３１の表面には、活性層４０が形成されている。活性層４０は、ＧａＡｓ材料とＡｌＧａＡｓ材料からなる。ＡｌＧａＡｓ層をバンドギャップの高い光閉じ込め層とし、その間に挟まれるようにＧａＡｓ層を形成する。このような構成により、活性層４０には、バンドギャップの高い光閉じ込め層に挟まれた単一もしくは複数の量子井戸を有する層となる。
【００３７】
各活性層４０の表面には、Ｐ型半導体クラッド層３２が形成されている。Ｐ型半導体クラッド層３２もＡｌＧａＡｓ材料からなる。
【００３８】
Ｐ型半導体クラッド層３２の表面には、Ｐ型半導体ＤＢＲ層２３が形成されている。Ｐ型半導体ＤＢＲ層２３は、ＡｌＧａＡｓ材料からなり、Ｇａに対するＡｌの組成比率が異なる層を複数層積層してなる。このような層構成により所定周波数のレーザ光を発生するための第２の反射器を形成する。Ｐ型半導体ＤＢＲ層２３は、Ｎ型半導体ＤＢＲ層３１に対して反射率が若干低くなるように形成されている。ここでは、活性層を挟むように半導体クラッド層を設けたが、この構成に限るものではない。共振を発生させるような膜厚の層を活性層に設けてもよい。
【００３９】
Ｐ型半導体クラッド層３２とＰ型半導体ＤＢＲ層２３との境界面には、酸化狭窄層５０が形成されている。酸化狭窄層５０は、ＡｌＧａＡｓ材料からなり、Ｇａに対するＡｌの組成比率が他の各層よりも高く設定されている。酸化狭窄層５０は、Ｐ型半導体クラッド層３２とＰ型半導体ＤＢＲ層２３と境界面の全面に形成されているわけでなく、形成領域の略中央に所定の面積で非形成部が存在する。
【００４０】
Ｐ型半導体ＤＢＲ層２３の表面には、Ｐ型半導体コンタクト層２４が積層形成されている。Ｐ型半導体コンタクト層２４は、Ｐ型導電性を有する化合物半導体からなる。なお、Ｐ型半導体ＤＢＲ層は、Ｐ型半導体コンタクト層を兼ねていてもよい。すなわち、Ｐ型半導体コンタクト層は必須ではない。
【００４１】
これら、Ｎ型半導体コンタクト層２１、Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２、Ｎ型半導体クラッド層３１、活性層４０、Ｐ型半導体クラッド層３２、Ｐ型半導体ＤＢＲ層２３、Ｐ型半導体コンタクト層２４によって、本発明の「発光領域多層部」が構成される。
【００４２】
このような構成において、光定在波分布の中心の腹の位置に１つの発光スペクトルピーク波長を有する、複数の量子井戸が配置されるように、各層の厚み、Ｇａに対するＡｌの組成比率を設定する。これにより、各発光領域多層部が垂直共振面発光レーザの発光部として機能する。さらに、上述の酸化狭窄層５０を備えることで、電流を活性領域に効率良く注入できるとともに、レンズ効果も得られるため、低消費電力の垂直共振面発光レーザを実現できる。
【００４３】
Ｐ型コンタクト層２４の表面には、アノード用電極９２１（９２１Ａ，９２１Ｂ）が形成されている。アノード用電極９２１（９２１Ａ，９２１Ｂ）は、図１に示すように平面視して環状の電極である。なお、アノード用電極は必ずしも環状である必要はなく、例えば環状の一部が開いたＣ型の形状や矩形状であってもよい。
【００４４】
Ｎ型半導体コンタクト層２１の表面には、垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂ毎に、Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２が形成されていない領域が設けられている。これらの領域は、Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２におけるＮ型半導体クラッド層３１が積層形成される領域の近傍に、形成されている。
【００４５】
これらの領域には、垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂ毎にカソード用電極９１１（９１１Ａ，９１１Ｂ）が形成されている。カソード用電極９１１（９１１Ａ，９１１Ｂ）は、Ｎ型半導体コンタクト層２１に導通するように形成されている。カソード用電極９１１（９１１Ａ，９１１Ｂ）は、図１に示すように平面視して、円弧状の電極である。
【００４６】
ベース基板１１の表面側には、カソード用電極９１１（９１１Ａ，９１１Ｂ）、アノード用電極９２１（９２１Ａ，９２１Ｂ）の少なくとも一部を被覆せず、他の発光領域多層部を構成する各構成要素の外面を覆うように、絶縁膜６０が形成されている。絶縁膜６０は、例えば窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）を材料として形成されている。
【００４７】
Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２におけるＮ型半導体クラッド層３１が形成される領域の近傍には、絶縁膜６０の表面に、絶縁層７０が積層形成されている。絶縁層７０は、例えばポリイミドを材料として形成されている。
【００４８】
絶縁層７０の表面には、カソード用パッド電極９１２（９１２Ａ，９１２Ｂ）、およびアノード用パッド電極９２２（９２２Ａ，９２２Ｂ）が離間して形成されている。絶縁層７０Ａは、垂直共振面発光レーザ１０Ａの発光領域多層部付近に形成されている。絶縁層７０Ａの表面には、カソード用パッド電極９１２Ａ、およびアノード用パッド電極９２２Ａが離間して形成されている。絶縁層７０Ｂは、垂直共振面発光レーザ１０Ｂの発光領域多層部付近に形成されている。絶縁層７０Ｂの表面には、カソード用パッド電極９１２Ｂ、およびアノード用パッド電極９２２Ｂが離間して形成されている。
【００４９】
カソード用パッド電極９１２Ａは、カソード配線電極９１３Ａを介して、カソード用電極９１１Ａに接続されている。カソード用パッド電極９１２Ｂは、カソード用配線電極９１３Ｂを介して、カソード用電極９１１Ｂに接続されている。
【００５０】
アノード用パッド電極９２２Ａは、アノード用配線電極９２３Ａを介して、アノード用電極９２１Ａに接続されている。アノード用パッド電極９２２Ｂは、アノード用配線電極９２３Ｂを介して、アノード用電極９２１Ｂに接続されている。
【００５１】
さらに、本実施形態の構成では、図２、図３に示すように、絶縁膜６０、Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２、およびＮ型半導体コンタクト層２１を、積層方向に貫通し、ベース基板１１の表面から所定深さで凹む形状で、溝８０が形成されている。溝８０は、それぞれに垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂを構成する発光領域多層部およびこの発光領域多層部に接続するアノードとカソードとを形成する電極を、各垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂ毎に分離する形状で形成されている。この溝８０と、各垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂを構成する各発光領域多層部およびアノード、カソードがそれぞれ所定距離をもって離間される空間とにより、本発明の「空隙部」が構成される。
【００５２】
このような構成とすることで、各垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂは個別に分離される。すなわち、各垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂのアノード、カソード間に駆動信号を印加しても、空隙部と半絶縁性半導体のベース基板１１によって、隣り合う発光領域多層部同士での駆動信号の漏洩が抑制される。これにより、単一のベース基板１１に複数の垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂをアレイで構成するＶＣＳＥＬ１を形成しても、隣り合う垂直共振面発光レーザ間でのアイソレーションを高くすることができる。したがって、隣り合う垂直共振面発光レーザ間での駆動信号によるクロストークを抑圧でき、各垂直共振面発光レーザの高速変調駆動を実現することができる。
【００５３】
この際、アレイ化される複数の垂直共振面発光レーザが単一のベース基板１１上に形成されるので、ＶＣＳＥＬアレイとしての構造が簡素化し、小型化が可能になる。さらに、このように、隣り合う垂直共振面発光レーザ間でのアイソレーションを高く確保することができるので、隣り合う垂直共振面発光レーザ１０間の距離を短くすることができる。例えば、発明者が行った実験結果では、従来に比べて、垂直共振面発光レーザ１０間の距離を半分程度にできることが分かった。これにより、ＶＣＳＥＬ１を小型化することができる。
【００５４】
なお、上述のようにベース基板１１を半絶縁性半導体にすることで、上述の作用効果を得ることができるが、上述の溝８０を設けることで、隣り合う垂直共振面発光レーザ間でのアイソレーションをさらに高く確保することができる。
【００５５】
また、上述のように、絶縁層７０を設けて、各垂直共振面発光レーザのカソード用パッド電極９１２とアノード用パッド電極９２２とを、Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２から離間することで、隣り合う垂直共振面発光レーザ間でのアイソレーションをさらに高く確保することができる。
【００５６】
このような構造からなる垂直共振面発光レーザ１は、例えば、次のように製造する。なお、以下では、主として、１つの垂直共振面発光レーザの形成例を示すが、ベース基板１１の表面に形成される複数の垂直共振面発光レーザが、同じ工程で同時に形成される。
【００５７】
まず、ベース基板１１の表面に、上述のＮ型半導体コンタクト層２１、Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２、Ｎ型半導体クラッド層３１、活性層４０、Ｐ型半導体クラッド層３２、Ｐ型半導体ＤＢＲ層２３、Ｐ型半導体コンタクト層２４を、この順に積層形成する。
【００５８】
次に、それぞれの垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂの発光領域多層部を構成する部分を除き、Ｐ型半導体コンタクト層２４、Ｐ型半導体ＤＢＲ層２３、Ｐ型半導体クラッド層３２、活性層４０、Ｎ型半導体クラッド層３１を、順次所定のパターンでエッチングする。このエッチングする領域では、Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２の表面まで、エッチングを行う。これにより、Ｎ型半導体コンタクト層２１、Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２を除く垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂの発光領域多層部が所定距離離間するように分離される。
【００５９】
Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２の表面が露出した領域における発光領域多層部に近接する位置をエッチングすることで、Ｎ型半導体コンタクト層２１を露出させる。このＮ型半導体コンタクト層２１を露出させた領域に、カソード用電極９１１を形成する。
【００６０】
また、エッチングしなかった発光領域多層部のＰ型コンタクト層２４の表面にアノード用電極９２１を形成する。
【００６１】
ベース基板１１の表面側に、カソード用電極９１１、アノード用電極９２１の表面をのぞき、絶縁膜６０を形成する。
【００６２】
絶縁膜６０の表面の発光領域多層部に近接する領域に絶縁層７０を形成する。
【００６３】
絶縁層７０の表面に、カソード用パッド電極９１２とアノード用パッド電極９２２とを、形成する。
【００６４】
カソード用電極９１１とカソード用パッド電極９１２とを接続するカソード用配線電極９１３を形成する。アノード用電極９２１とアノード用パッド電極９１２とを接続するアノード用配線電極９２３を形成する。
【００６５】
隣り合う垂直共振面発光レーザの領域を分割するように、絶縁層６０、Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２、Ｎ型半導体コンタクト層２１を貫通し、ベース基板１１の表面から内部へ所定深さで凹む形状の溝８０を形成する。
【００６６】
このような製造工程によって、ＶＣＳＥＬ１が形成される。なお、エッチングによって、垂直共振面発光レーザ間に生じる空隙部の幅が、Ｐ型コンタクト層２４側で広く、Ｎ型コンタクト層２１側に向かって徐々に狭くなるようにするとよい。すなわち、空隙がテーパ状であるとよい。このような構成とすることで、発光領域多層部の側面に対する絶縁層６０の被覆性が向上し、発光領域多層部間のアイソレーションを、さらに高く確保することができる。
【００６７】
次に、本発明の第２の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）について、図を参照して説明する。図４は本発明の第２の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１Ａのカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極が形成された領域の断面図である。
【００６８】
本実施形態のＶＣＳＥＬ１Ａは、第１の実施形態に示したＶＣＳＥＬ１に対して、絶縁膜６００を追加したものである。他の構成は、第１の実施形態に示したＶＣＳＥＬ１と同じである。したがって、異なる箇所のみを説明する。
【００６９】
絶縁膜６００は、第１の実施形態に示した絶縁膜６０と同じく窒化ケイ素等からなり、溝８０の内表面を含む、ベース基板１１の発光領域多層部側の表面を覆う形状からなる。ただし、カソード用パッド電極およびアノード用パッド電極の表面に対しては、ワイヤボンディング等によって外部素子と接続できる範囲で絶縁層６００が形成されていない。
【００７０】
このような構成とすることで、溝８０を介して対向するＮ型半導体コンタクト層２１およびＮ型半導体ＤＢＲ層２２の表面（溝８０の内表面）も絶縁層６００で覆われる。これにより、溝８０を介して隣り合う垂直共振面発光レーザ１０Ａ１，１０Ｂ１間のアイソレーションをさらに高く確保することができる。
【００７１】
次に、第３の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）について、図を参照して説明する。図５は、本発明の第３の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１Ｂの部分平面図である。
【００７２】
本実施形態のＶＣＳＥＬ１Ｂは、第１の実施形態に示したＶＣＳＥＬ１に対して、各垂直共振面発光レーザ１０Ａ２，１０Ｂ２のカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極の配置パターンが異なる。他の構成は、第１の実施形態に示したＶＣＳＥＬ１と同じである。したがって、異なる箇所のみを説明する。
【００７３】
ＶＣＳＥＬ１Ｂは、カソード用パッド電極およびアノード用パッド電極の配列方向に平行で、溝８０を介して隣り合う垂直共振面発光レーザ１０Ａ２，１０Ｂ２間で、同極のパッド電極が隣り合うように、配置されている。具体的な例としては、図５に示すように、垂直共振面発光レーザ１０Ａ２のアノード用パッド電極９２２Ａと、垂直共振面発光レーザ１０Ｂ２のアノード用パッド電極９２２Ｂとが隣り合うように配置されている。なお、図示しないが、垂直共振面発光レーザ１０Ａ２における垂直共振面発光レーザ１０Ｂ２と反対側に配置された垂直共振面発光レーザは、垂直共振面発光レーザ１０Ａ２に対してカソード用パッド電極が隣り合うように配置されている。同様に、図示しないが、垂直共振面発光レーザ１０Ｂ２における垂直共振面発光レーザ１０Ｂ２と反対側に配置された垂直共振面発光レーザは、垂直共振面発光レーザ１０Ｂ２に対してカソード用パッド電極が隣り合うように配置されている。
【００７４】
このように、隣り合う垂直共振面発光レーザ同士で同極パッド電極が隣り合うようにすることで、それぞれの垂直共振面発光レーザに対する駆動信号によるクロストークを、さらに抑圧することができる。
【００７５】
次に、第４の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）について、図を参照して説明する。図６は、本発明の第４の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１Ｃの部分平面図である。図７は、本発明の第４の実施形態に係る垂直共振面発光レーザのカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極が形成された領域の断面図である。
【００７６】
本実施形態のＶＣＳＥＬ１Ｃは、第１の実施形態に示したＶＣＳＥＬ１に対して、各垂直共振面発光レーザ１０Ａ３，１０Ｂ３のカソード用パッド電極が２つ設けられた点が異なる。他の構成は、第１の実施形態に示したＶＣＳＥＬ１と同じである。したがって、異なる箇所のみを説明する。
【００７７】
垂直共振面発光レーザ１０Ａ３には、２つのカソード用パッド電極９１２Ａ１，９１２Ａ２が形成されている。カソード用パッド電極９１２Ａ１，９１２Ａ２は、それぞれカソード配線電極９１３Ａ１，９１３Ａ２を介して、カソード用電極９１１Ａに接続されている。カソード用パッド電極９１２Ａ１，９１２Ａ２は、絶縁層７０の表面において、垂直共振面発光レーザが配列する方向に平行に、アノード用パッド電極９２２Ａを挟むように配置されている。
【００７８】
垂直共振面発光レーザ１０Ｂ３には、２つのカソード用パッド電極９１２Ｂ１，９１２Ｂ２が形成されている。カソード用パッド電極９１２Ｂ１，９１２Ｂ２は、それぞれカソード配線電極９１３Ｂ１，９１３Ｂ２を介して、カソード用電極９１１Ｂに接続されている。カソード用パッド電極９１２Ｂ１，９１２Ｂ２は、絶縁層７０の表面において、垂直共振面発光レーザが配列する方向に平行に、アノード用パッド電極９２２Ｂを挟むように配置されている。
【００７９】
このような構成とすることで、隣り合う垂直共振面発光レーザ１０Ａ３，１０Ｂ３は、同極のカソード用パッド電極同士が隣り合うように、配置される。これにより、第３の実施形態と同様に、それぞれの垂直共振面発光レーザに対する駆動信号によるクロストークを、さらに抑圧することができる。
【００８０】
次に、第５の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）について、図を参照して説明する。図８は、本発明の第５の実施形態に係る垂直共振面発光レーザのカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極が形成された領域の断面図である。
【００８１】
本実施形態のＶＣＳＥＬ１Ｄは、第１の実施形態に示したＶＣＳＥＬ１に対して、ベース基板１１Ｄの構造が異なる。他の構成は、第１の実施形態に示したＶＣＳＥＬ１と同じである。したがって、異なる箇所のみを説明する。
【００８２】
ベース基板１１Ｄは、半絶縁性半導体層１１１と、Ｎ型半導体からなる導電性半導体層１１２とを備える。
【００８３】
ベース基板１１Ｄの発光領域多層部が形成される面側の所定厚みの領域が、半絶縁性半導体層１１１からなる。導電性半導体層１１２は、半絶縁性半導体層１１１に対して、発光領域多層部が形成される面と反対側の面に形成されている。半絶縁性半導体１１１の厚みは、導電性半導体層１１２の厚みよりも薄い。
【００８４】
溝８０は、少なくとも半絶縁性半導体層１１１に対して所定深さで凹む形状で形成されている。なお、溝８０は、導電性半導体層１１２に係る深さであってもよい。
【００８５】
このような構成であっても、上述の各実施形態と同様の効果を得ることが可能である。さらに、ベース基板１１Ｄの一部に、Ｎ型半導体の層を設けることで、結晶欠落の発生を、大幅に少なくすることができる。これにより、より信頼性の高いＶＣＳＥＬを形成することができる。
【００８６】
なお、上述の各実施形態では、絶縁層７０を設ける例を示したが、省略することも可能である。ただし、絶縁層７０を備えることで、カソード用パッド電極およびアノード用パッド電極に生じる寄生容量を抑圧することができる。これにより、隣り合う垂直共振面発光レーザ間のクロストークの発生を、より効果的に抑圧することができる。
【００８７】
また、上述の各実施形態では、具体的な数値例を示していないが、隣り合うアノード用の各電極とカソード用の各電極との間隔は、０．５μｍ以上であることが好ましい。このような条件を満たすことで、上述のクロストークの発生を効果的に抑圧することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ：垂直共振面発光レーザ、
１０，１０Ａ，１０Ａ１，１０Ａ２，１０Ａ３，１０Ｂ，１０Ｂ１，１０Ｂ２，１０Ｂ３：垂直共振面発光レーザ、
１１，１１Ｄ：ベース基板、
２１：Ｎ型半導体コンタクト層、
２２：Ｎ型ＤＢＲ（多層分布ブラッグ反射器）層、
２３：Ｐ型半導体ＤＢＲ層、
２４：Ｐ型コンタクト層、
３１：Ｎ型半導体スペーサ層、
３２：Ｐ型半導体スペーサ層、
４０：活性層、
５０：酸化狭窄層、
６０：絶縁膜、
７０：絶縁層、
８０：溝、
１１１：半絶縁性半導体層、
１１２：導電性半導体層、
９１１，９１１Ａ，９１１Ｂ：カソード用電極、
９２１，９２１Ａ，９２１Ｂ：アノード用電極、
９１２Ａ，９１２Ａ１，９１２Ａ２，９１２Ｂ，９１２Ｂ１，９１２Ｂ２：カソード用パッド電極、
９１３Ａ，９１３Ｂ：カソード配線電極、
９２２Ａ，９２２Ｂ：アノード用パッド電極、
９２３Ａ，９２３Ｂ：アノード用配線電極
【図１】
2013176201.tif 000003
【図２】
2013176201.tif 000004
【図３】
2013176201.tif 000005
【図４】
2013176201.tif 000006
【図５】
2013176201.tif 000007
【図６】
2013176201.tif 000008
【図７】
2013176201.tif 000009
【図８】
2013176201.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月17日(2014.11.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
前記ベース基板は、前記発光素子構成要素側の表面から所定厚みが前記半絶縁性半導体であり、
該半絶縁性半導体の前記発光素子構成要素と反対側には、Ｎ型半導体基板が配置されている、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の垂直共振面発光レーザ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の垂直共振面発光レーザを備えた垂直共振面発光レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体レーザの一種として、垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ＬＡＳＥＲ））が実用化されている。
【０００３】
垂直共振面発光レーザの概略的な構造は、例えば特許文献１に示すように、裏面にカソード電極が形成されたＮ型半導体からなるベース基板の上層に、第１ＤＢＲ（多層分布ブラッグ反射器）層が形成されている。第１ＤＢＲ（多層分布ブラッグ反射器）層の上層には第１スペーサ層が形成されている。第１スペーサ層の上層には、量子井戸を備える活性層が形成されている。活性層の上層には、第２スペーサ層が形成されている。第２スペーサ層の上層には、第２ＤＢＲ層が形成されている。第２ＤＢＲ層の上層には、アノード電極が形成されている。そして、アノード電極とカソード電極間に駆動信号を印加することで、基板に垂直な（積層方向に平行な）方向へ鋭い指向性を有するレーザ光が発生する。
【０００４】
このような垂直共振面発光レーザを複数個備えてアレイ化する場合、例えば、上述の構造からなる個々の垂直共振面発光レーザを、別の回路基板にそれぞれ実装する構造と、ベース基板を共通化する構造とが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００３−５０８９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の個別に形成した垂直共振面発光レーザを別の回路基板に実装する場合、構造が大型化してしまう。
【０００７】
一方、単一のベース基板にした場合、上述のように、ベース基板をＮ型半導体基板にし、当該ベース基板を挟んで活性層と反対側の面にカソード電極を形成した場合、各垂直共振面発光レーザに与える各駆動信号が、Ｎ型半導体基板内に漏洩してしまい、互いの駆動信号間でクロストークが発生し、各垂直共振面発光レーザ間で十分にアイソレーションをとることができない。
【０００８】
この発明の目的は、単一のベース基板に複数の垂直共振面発光レーザを形成しながら、各垂直共振面発光レーザ間のアイソレーションを確保できる垂直共振面発光レーザを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の垂直共振面発光レーザは、ベース基板と、該ベース基板の表面に形成されたＮ型半導体多層膜反射層、量子井戸を備える活性層、Ｐ型半導体多層膜反射層を含む発光領域多層部と、Ｐ型半導体多層膜反射層に接続されるアノード用電極と、Ｎ型半導体多層膜反射層に接続されるカソード用電極と、を備える。ベース基板は、少なくとも発光領域多層部側の所定厚みが半絶縁性半導体からなる。カソード用電極は、ベース基板の表面側に形成されている。発光領域多層部、アノード用電極、カソード用電極からなる発光素子構成要素の組は、ベース基板に複数形成されている。そして、該複数の発光素子構成要素は個別に分離されており、各発光素子構成要素はそれぞれ独立に駆動される。
【００１０】
この構成では、ベース基板が半絶縁性半導体であり、各発光素子構成要素は個別に分離されており、それぞれ独立に駆動される。これにより、単一のベース基板に複数の発光素子構成要素が形成されていても、各発光素子構成要素は電気的に分離され、互いの駆動信号のクロストークが発生しない。
【００１１】
また、この発明の垂直共振面発光レーザは、複数の発光素子構成要素の間に空隙部を有しており、該空隙部は、ベース基板の表面から該ベース基板の内側まで窪む形状からなることが好ましい。
【００１２】
この構成では、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。
【００１３】
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、次の構成であることが好ましい。アノード用電極に接続するアノード用パッド電極と、カソード用電極に接続するカソード用パッド電極とは、空隙部によって分割される発光素子構成要素毎に備えられている。アノード用パッド電極とカソード用パッド電極は、ベース基板の表面における発光領域多層部、アノード用電極およびカソード用電極と異なる領域に配設された絶縁層の表面に形成されている。
【００１４】
この構成では、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。
【００１５】
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、次の構成であることが好ましい。隣り合う発光素子構成要素は、アノード用パッド電極同士が隣り合うか、もしくはカソード用電極パッド同士が隣り合うように、ベース基板の表面側に配置されている。
【００１６】
この構成では、隣り合う発光素子構成要素において、パッド電極間での電気的な結合を抑制することができる。これにより、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。
【００１７】
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、次の構成であることが好ましい。カソード用パッド電極は、二個備えられている。該二個のカソード用パッド電極は、絶縁層の表面に、アノード用パッド電極を挟むように配置されている。
【００１８】
この構成では、隣り合う発光素子構成要素において、カソード用パッド電極が必ず隣り合う。これにより、隣り合う発光素子構成要素においてパッド電極間での電気的な結合が抑制され、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。
【００１９】
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、アノード用パッド電極とカソード用パッド電極の少なくとも一部を除く形状で絶縁膜が形成されていることが好ましい。
【００２０】
この構成では、絶縁膜により、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。
【００２１】
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、空隙部は、アノード用電極側からベース基板側に向かって、隣り合う発光素子構成要素間の幅が狭くなるテーパ形状からなることが好ましい。
【００２２】
この構成では、空隙部の具体的な形状を示している。このような構成により、空隙部を形成しやすい。また、絶縁膜を形成する場合に、絶縁膜を形成しやすい。
【００２３】
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、ベース基板の半絶縁性半導体の抵抗率は、１．０×１０７Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。
【００２４】
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、隣り合う発光素子構成要素の近接する電極の間隔が０．５μｍ以上であることが好ましい。
【００２５】
これらの構成では、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。
【００２６】
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、次の構成とすることもできる。ベース基板は、発光素子構成要素側の表面から所定厚みが半絶縁性半導体である。半絶縁性半導体の発光素子構成要素と反対側には、Ｎ型半導体基板が配置されている。
【００２７】
この構成では、上述の複数の発光素子構成要素間の電気的分離を実現しながら、ベース基板に起因する結晶欠落による不良の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２８】
この発明によれば、単一のベース基板に複数の垂直共振面発光レーザを形成しながら、各垂直共振面発光レーザ間のアイソレーションを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１の部分平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１を構成する１個の垂直共振面発光レーザ１０のＡ−Ａ’面断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１のＢ−Ｂ’面断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１Ａのカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極が形成された領域の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１Ｂの部分平面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１Ｃの部分平面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る垂直共振面発光レーザのカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極が形成された領域の断面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る垂直共振面発光レーザのカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極が形成された領域の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）について、図を参照して説明する。以下では、垂直共振面発光レーザをＶＣＳＥＬと称する。図１は本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１の部分平面図である。図２は本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１を構成する１個の垂直共振面発光レーザ１０のＡ−Ａ’面断面図である。図３は本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１のＢ−Ｂ’面断面図である。なお、図１、図３では、２個の垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂのみが記載されているが、ＶＣＳＥＬ１を構成する垂直共振面発光レーザの個数はこれに限るものではない。
【００３１】
ＶＣＳＥＬ１は、複数の垂直共振面発光レーザを備えている。すなわち、アレイ化されており、複数の垂直共振面発光レーザはそれぞれ独立に駆動する。複数の垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂは、単一のベース基板１１の表面にそれぞれ形成されている。
【００３２】
ベース基板１１は、半絶縁性半導体からなり、具体的には、ＧａＡｓを材料とする基板からなる。ベース基板１１は、抵抗率が１．０×１０７Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。このような抵抗率の半絶縁性半導体からなるベース基板１１を用いることにより、後述する垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂ間のアイソレーションをより高く確保することができる。
【００３３】
ベース基板１１の表面には、Ｎ型半導体コンタクト層２１が積層形成されている。Ｎ型半導体コンタクト層２１は、Ｎ型導電性を有する化合物半導体からなる。
【００３４】
Ｎ型半導体コンタクト層２１の表面には、Ｎ型ＤＢＲ（多層分布ブラッグ反射器）層２２が積層形成されている。Ｎ型半導体ＤＢＲ（多層分布ブラッグ反射器）層２２は、ＡｌＧａＡｓ材料からなり、Ｇａに対するＡｌの組成比率が異なる層を複数層積層してなる。このような層構成により所定周波数のレーザ光を発生するための第１の反射器を形成する。なお、Ｎ型半導体ＤＢＲ層は、Ｎ型半導体コンタクト層を兼ねていてもよい。すなわち、Ｎ型半導体コンタクト層は必須ではない。
【００３５】
Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２の表面には、垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂ毎に、Ｎ型半導体クラッド層３１が積層形成されている。各垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０ＢのＮ型半導体クラッド層３１は、Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２の表面において、所定距離を離間して形成されている。Ｎ型半導体クラッド層３１もＡｌＧａＡｓ材料からなる。
【００３６】
各Ｎ型半導体クラッド層３１の表面には、活性層４０が形成されている。活性層４０は、ＧａＡｓ材料とＡｌＧａＡｓ材料からなる。ＡｌＧａＡｓ層をバンドギャップの高い光閉じ込め層とし、その間に挟まれるようにＧａＡｓ層を形成する。このような構成により、活性層４０には、バンドギャップの高い光閉じ込め層に挟まれた単一もしくは複数の量子井戸を有する層となる。
【００３７】
各活性層４０の表面には、Ｐ型半導体クラッド層３２が形成されている。Ｐ型半導体クラッド層３２もＡｌＧａＡｓ材料からなる。
【００３８】
Ｐ型半導体クラッド層３２の表面には、Ｐ型半導体ＤＢＲ層２３が形成されている。Ｐ型半導体ＤＢＲ層２３は、ＡｌＧａＡｓ材料からなり、Ｇａに対するＡｌの組成比率が異なる層を複数層積層してなる。このような層構成により所定周波数のレーザ光を発生するための第２の反射器を形成する。Ｐ型半導体ＤＢＲ層２３は、Ｎ型半導体ＤＢＲ層３１に対して反射率が若干低くなるように形成されている。ここでは、活性層を挟むように半導体クラッド層を設けたが、この構成に限るものではない。共振を発生させるような膜厚の層を活性層に設けてもよい。
【００３９】
Ｐ型半導体クラッド層３２とＰ型半導体ＤＢＲ層２３との境界面には、酸化狭窄層５０が形成されている。酸化狭窄層５０は、ＡｌＧａＡｓ材料からなり、Ｇａに対するＡｌの組成比率が他の各層よりも高く設定されている。酸化狭窄層５０は、Ｐ型半導体クラッド層３２とＰ型半導体ＤＢＲ層２３と境界面の全面に形成されているわけでなく、形成領域の略中央に所定の面積で非形成部が存在する。
【００４０】
Ｐ型半導体ＤＢＲ層２３の表面には、Ｐ型半導体コンタクト層２４が積層形成されている。Ｐ型半導体コンタクト層２４は、Ｐ型導電性を有する化合物半導体からなる。なお、Ｐ型半導体ＤＢＲ層は、Ｐ型半導体コンタクト層を兼ねていてもよい。すなわち、Ｐ型半導体コンタクト層は必須ではない。
【００４１】
これら、Ｎ型半導体コンタクト層２１、Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２、Ｎ型半導体クラッド層３１、活性層４０、Ｐ型半導体クラッド層３２、Ｐ型半導体ＤＢＲ層２３、Ｐ型半導体コンタクト層２４によって、本発明の「発光領域多層部」が構成される。
【００４２】
このような構成において、光定在波分布の中心の腹の位置に１つの発光スペクトルピーク波長を有する、複数の量子井戸が配置されるように、各層の厚み、Ｇａに対するＡｌの組成比率を設定する。これにより、各発光領域多層部が垂直共振面発光レーザの発光部として機能する。さらに、上述の酸化狭窄層５０を備えることで、電流を活性領域に効率良く注入できるとともに、レンズ効果も得られるため、低消費電力の垂直共振面発光レーザを実現できる。
【００４３】
Ｐ型コンタクト層２４の表面には、アノード用電極９２１（９２１Ａ，９２１Ｂ）が形成されている。アノード用電極９２１（９２１Ａ，９２１Ｂ）は、図１に示すように平面視して環状の電極である。なお、アノード用電極は必ずしも環状である必要はなく、例えば環状の一部が開いたＣ型の形状や矩形状であってもよい。
【００４４】
Ｎ型半導体コンタクト層２１の表面には、垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂ毎に、Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２が形成されていない領域が設けられている。これらの領域は、Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２におけるＮ型半導体クラッド層３１が積層形成される領域の近傍に、形成されている。
【００４５】
これらの領域には、垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂ毎にカソード用電極９１１（９１１Ａ，９１１Ｂ）が形成されている。カソード用電極９１１（９１１Ａ，９１１Ｂ）は、Ｎ型半導体コンタクト層２１に導通するように形成されている。カソード用電極９１１（９１１Ａ，９１１Ｂ）は、図１に示すように平面視して、円弧状の電極である。
【００４６】
ベース基板１１の表面側には、カソード用電極９１１（９１１Ａ，９１１Ｂ）、アノード用電極９２１（９２１Ａ，９２１Ｂ）の少なくとも一部を被覆せず、他の発光領域多層部を構成する各構成要素の外面を覆うように、絶縁膜６０が形成されている。絶縁膜６０は、例えば窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）を材料として形成されている。
【００４７】
Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２におけるＮ型半導体クラッド層３１が形成される領域の近傍には、絶縁膜６０の表面に、絶縁層７０が積層形成されている。絶縁層７０は、例えばポリイミドを材料として形成されている。
【００４８】
絶縁層７０の表面には、カソード用パッド電極９１２（９１２Ａ，９１２Ｂ）、およびアノード用パッド電極９２２（９２２Ａ，９２２Ｂ）が離間して形成されている。絶縁層７０Ａは、垂直共振面発光レーザ１０Ａの発光領域多層部付近に形成されている。絶縁層７０Ａの表面には、カソード用パッド電極９１２Ａ、およびアノード用パッド電極９２２Ａが離間して形成されている。絶縁層７０Ｂは、垂直共振面発光レーザ１０Ｂの発光領域多層部付近に形成されている。絶縁層７０Ｂの表面には、カソード用パッド電極９１２Ｂ、およびアノード用パッド電極９２２Ｂが離間して形成されている。
【００４９】
カソード用パッド電極９１２Ａは、カソード配線電極９１３Ａを介して、カソード用電極９１１Ａに接続されている。カソード用パッド電極９１２Ｂは、カソード用配線電極９１３Ｂを介して、カソード用電極９１１Ｂに接続されている。
【００５０】
アノード用パッド電極９２２Ａは、アノード用配線電極９２３Ａを介して、アノード用電極９２１Ａに接続されている。アノード用パッド電極９２２Ｂは、アノード用配線電極９２３Ｂを介して、アノード用電極９２１Ｂに接続されている。
【００５１】
さらに、本実施形態の構成では、図２、図３に示すように、絶縁膜６０、Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２、およびＮ型半導体コンタクト層２１を、積層方向に貫通し、ベース基板１１の表面から所定深さで凹む形状で、溝８０が形成されている。溝８０は、それぞれに垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂを構成する発光領域多層部およびこの発光領域多層部に接続するアノードとカソードとを形成する電極を、各垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂ毎に分離する形状で形成されている。この溝８０と、各垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂを構成する各発光領域多層部およびアノード、カソードがそれぞれ所定距離をもって離間される空間とにより、本発明の「空隙部」が構成される。
【００５２】
このような構成とすることで、各垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂは個別に分離される。すなわち、各垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂのアノード、カソード間に駆動信号を印加しても、空隙部と半絶縁性半導体のベース基板１１によって、隣り合う発光領域多層部同士での駆動信号の漏洩が抑制される。これにより、単一のベース基板１１に複数の垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂをアレイで構成するＶＣＳＥＬ１を形成しても、隣り合う垂直共振面発光レーザ間でのアイソレーションを高くすることができる。したがって、隣り合う垂直共振面発光レーザ間での駆動信号によるクロストークを抑圧でき、各垂直共振面発光レーザの高速変調駆動を実現することができる。
【００５３】
この際、アレイ化される複数の垂直共振面発光レーザが単一のベース基板１１上に形成されるので、ＶＣＳＥＬアレイとしての構造が簡素化し、小型化が可能になる。さらに、このように、隣り合う垂直共振面発光レーザ間でのアイソレーションを高く確保することができるので、隣り合う垂直共振面発光レーザ１０間の距離を短くすることができる。例えば、発明者が行った実験結果では、従来に比べて、垂直共振面発光レーザ１０間の距離を半分程度にできることが分かった。これにより、ＶＣＳＥＬ１を小型化することができる。
【００５４】
なお、上述のようにベース基板１１を半絶縁性半導体にすることで、上述の作用効果を得ることができるが、上述の溝８０を設けることで、隣り合う垂直共振面発光レーザ間でのアイソレーションをさらに高く確保することができる。
【００５５】
また、上述のように、絶縁層７０を設けて、各垂直共振面発光レーザのカソード用パッド電極９１２とアノード用パッド電極９２２とを、Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２から離間することで、隣り合う垂直共振面発光レーザ間でのアイソレーションをさらに高く確保することができる。
【００５６】
このような構造からなる垂直共振面発光レーザ１は、例えば、次のように製造する。なお、以下では、主として、１つの垂直共振面発光レーザの形成例を示すが、ベース基板１１の表面に形成される複数の垂直共振面発光レーザが、同じ工程で同時に形成される。
【００５７】
まず、ベース基板１１の表面に、上述のＮ型半導体コンタクト層２１、Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２、Ｎ型半導体クラッド層３１、活性層４０、Ｐ型半導体クラッド層３２、Ｐ型半導体ＤＢＲ層２３、Ｐ型半導体コンタクト層２４を、この順に積層形成する。
【００５８】
次に、それぞれの垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂの発光領域多層部を構成する部分を除き、Ｐ型半導体コンタクト層２４、Ｐ型半導体ＤＢＲ層２３、Ｐ型半導体クラッド層３２、活性層４０、Ｎ型半導体クラッド層３１を、順次所定のパターンでエッチングする。このエッチングする領域では、Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２の表面まで、エッチングを行う。これにより、Ｎ型半導体コンタクト層２１、Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２を除く垂直共振面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂの発光領域多層部が所定距離離間するように分離される。
【００５９】
Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２の表面が露出した領域における発光領域多層部に近接する位置をエッチングすることで、Ｎ型半導体コンタクト層２１を露出させる。このＮ型半導体コンタクト層２１を露出させた領域に、カソード用電極９１１を形成する。
【００６０】
また、エッチングしなかった発光領域多層部のＰ型コンタクト層２４の表面にアノード用電極９２１を形成する。
【００６１】
ベース基板１１の表面側に、カソード用電極９１１、アノード用電極９２１の表面をのぞき、絶縁膜６０を形成する。
【００６２】
絶縁膜６０の表面の発光領域多層部に近接する領域に絶縁層７０を形成する。
【００６３】
絶縁層７０の表面に、カソード用パッド電極９１２とアノード用パッド電極９２２とを、形成する。
【００６４】
カソード用電極９１１とカソード用パッド電極９１２とを接続するカソード用配線電極９１３を形成する。アノード用電極９２１とアノード用パッド電極９１２とを接続するアノード用配線電極９２３を形成する。
【００６５】
隣り合う垂直共振面発光レーザの領域を分割するように、絶縁層６０、Ｎ型半導体ＤＢＲ層２２、Ｎ型半導体コンタクト層２１を貫通し、ベース基板１１の表面から内部へ所定深さで凹む形状の溝８０を形成する。
【００６６】
このような製造工程によって、ＶＣＳＥＬ１が形成される。なお、エッチングによって、垂直共振面発光レーザ間に生じる空隙部の幅が、Ｐ型コンタクト層２４側で広く、Ｎ型コンタクト層２１側に向かって徐々に狭くなるようにするとよい。すなわち、空隙がテーパ状であるとよい。このような構成とすることで、発光領域多層部の側面に対する絶縁層６０の被覆性が向上し、発光領域多層部間のアイソレーションを、さらに高く確保することができる。
【００６７】
次に、本発明の第２の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）について、図を参照して説明する。図４は本発明の第２の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１Ａのカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極が形成された領域の断面図である。
【００６８】
本実施形態のＶＣＳＥＬ１Ａは、第１の実施形態に示したＶＣＳＥＬ１に対して、絶縁膜６００を追加したものである。他の構成は、第１の実施形態に示したＶＣＳＥＬ１と同じである。したがって、異なる箇所のみを説明する。
【００６９】
絶縁膜６００は、第１の実施形態に示した絶縁膜６０と同じく窒化ケイ素等からなり、溝８０の内表面を含む、ベース基板１１の発光領域多層部側の表面を覆う形状からなる。ただし、カソード用パッド電極およびアノード用パッド電極の表面に対しては、ワイヤボンディング等によって外部素子と接続できる範囲で絶縁層６００が形成されていない。
【００７０】
このような構成とすることで、溝８０を介して対向するＮ型半導体コンタクト層２１およびＮ型半導体ＤＢＲ層２２の表面（溝８０の内表面）も絶縁層６００で覆われる。これにより、溝８０を介して隣り合う垂直共振面発光レーザ１０Ａ１，１０Ｂ１間のアイソレーションをさらに高く確保することができる。
【００７１】
次に、第３の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）について、図を参照して説明する。図５は、本発明の第３の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１Ｂの部分平面図である。
【００７２】
本実施形態のＶＣＳＥＬ１Ｂは、第１の実施形態に示したＶＣＳＥＬ１に対して、各垂直共振面発光レーザ１０Ａ２，１０Ｂ２のカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極の配置パターンが異なる。他の構成は、第１の実施形態に示したＶＣＳＥＬ１と同じである。したがって、異なる箇所のみを説明する。
【００７３】
ＶＣＳＥＬ１Ｂは、カソード用パッド電極およびアノード用パッド電極の配列方向に平行で、溝８０を介して隣り合う垂直共振面発光レーザ１０Ａ２，１０Ｂ２間で、同極のパッド電極が隣り合うように、配置されている。具体的な例としては、図５に示すように、垂直共振面発光レーザ１０Ａ２のアノード用パッド電極９２２Ａと、垂直共振面発光レーザ１０Ｂ２のアノード用パッド電極９２２Ｂとが隣り合うように配置されている。なお、図示しないが、垂直共振面発光レーザ１０Ａ２における垂直共振面発光レーザ１０Ｂ２と反対側に配置された垂直共振面発光レーザは、垂直共振面発光レーザ１０Ａ２に対してカソード用パッド電極が隣り合うように配置されている。同様に、図示しないが、垂直共振面発光レーザ１０Ｂ２における垂直共振面発光レーザ１０Ａ２と反対側に配置された垂直共振面発光レーザは、垂直共振面発光レーザ１０Ｂ２に対してカソード用パッド電極が隣り合うように配置されている。
【００７４】
このように、隣り合う垂直共振面発光レーザ同士で同極パッド電極が隣り合うようにすることで、それぞれの垂直共振面発光レーザに対する駆動信号によるクロストークを、さらに抑圧することができる。
【００７５】
次に、第４の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）について、図を参照して説明する。図６は、本発明の第４の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１Ｃの部分平面図である。図７は、本発明の第４の実施形態に係る垂直共振面発光レーザのカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極が形成された領域の断面図である。
【００７６】
本実施形態のＶＣＳＥＬ１Ｃは、第１の実施形態に示したＶＣＳＥＬ１に対して、各垂直共振面発光レーザ１０Ａ３，１０Ｂ３のカソード用パッド電極が２つ設けられた点が異なる。他の構成は、第１の実施形態に示したＶＣＳＥＬ１と同じである。したがって、異なる箇所のみを説明する。
【００７７】
垂直共振面発光レーザ１０Ａ３には、２つのカソード用パッド電極９１２Ａ１，９１２Ａ２が形成されている。カソード用パッド電極９１２Ａ１，９１２Ａ２は、それぞれカソード配線電極９１３Ａ１，９１３Ａ２を介して、カソード用電極９１１Ａに接続されている。カソード用パッド電極９１２Ａ１，９１２Ａ２は、絶縁層７０の表面において、垂直共振面発光レーザが配列する方向に平行に、アノード用パッド電極９２２Ａを挟むように配置されている。
【００７８】
垂直共振面発光レーザ１０Ｂ３には、２つのカソード用パッド電極９１２Ｂ１，９１２Ｂ２が形成されている。カソード用パッド電極９１２Ｂ１，９１２Ｂ２は、それぞれカソード配線電極９１３Ｂ１，９１３Ｂ２を介して、カソード用電極９１１Ｂに接続されている。カソード用パッド電極９１２Ｂ１，９１２Ｂ２は、絶縁層７０の表面において、垂直共振面発光レーザが配列する方向に平行に、アノード用パッド電極９２２Ｂを挟むように配置されている。
【００７９】
このような構成とすることで、隣り合う垂直共振面発光レーザ１０Ａ３，１０Ｂ３は、同極のカソード用パッド電極同士が隣り合うように、配置される。これにより、第３の実施形態と同様に、それぞれの垂直共振面発光レーザに対する駆動信号によるクロストークを、さらに抑圧することができる。
【００８０】
次に、第５の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）について、図を参照して説明する。図８は、本発明の第５の実施形態に係る垂直共振面発光レーザのカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極が形成された領域の断面図である。
【００８１】
本実施形態のＶＣＳＥＬ１Ｄは、第１の実施形態に示したＶＣＳＥＬ１に対して、ベース基板１１Ｄの構造が異なる。他の構成は、第１の実施形態に示したＶＣＳＥＬ１と同じである。したがって、異なる箇所のみを説明する。
【００８２】
ベース基板１１Ｄは、半絶縁性半導体層１１１と、Ｎ型半導体からなる導電性半導体層１１２とを備える。
【００８３】
ベース基板１１Ｄの発光領域多層部が形成される面側の所定厚みの領域が、半絶縁性半導体層１１１からなる。導電性半導体層１１２は、半絶縁性半導体層１１１に対して、発光領域多層部が形成される面と反対側の面に形成されている。半絶縁性半導体１１１の厚みは、導電性半導体層１１２の厚みよりも薄い。
【００８４】
溝８０は、少なくとも半絶縁性半導体層１１１に対して所定深さで凹む形状で形成されている。なお、溝８０は、導電性半導体層１１２に係る深さであってもよい。
【００８５】
このような構成であっても、上述の各実施形態と同様の効果を得ることが可能である。さらに、ベース基板１１Ｄの一部に、Ｎ型半導体の層を設けることで、結晶欠落の発生を、大幅に少なくすることができる。これにより、より信頼性の高いＶＣＳＥＬを形成することができる。
【００８６】
なお、上述の各実施形態では、絶縁層７０を設ける例を示したが、省略することも可能である。ただし、絶縁層７０を備えることで、カソード用パッド電極およびアノード用パッド電極に生じる寄生容量を抑圧することができる。これにより、隣り合う垂直共振面発光レーザ間のクロストークの発生を、より効果的に抑圧することができる。
【００８７】
また、上述の各実施形態では、具体的な数値例を示していないが、隣り合うアノード用の各電極とカソード用の各電極との間隔は、０．５μｍ以上であることが好ましい。このような条件を満たすことで、上述のクロストークの発生を効果的に抑圧することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ：垂直共振面発光レーザ、
１０，１０Ａ，１０Ａ１，１０Ａ２，１０Ａ３，１０Ｂ，１０Ｂ１，１０Ｂ２，１０Ｂ３：垂直共振面発光レーザ、
１１，１１Ｄ：ベース基板、
２１：Ｎ型半導体コンタクト層、
２２：Ｎ型ＤＢＲ（多層分布ブラッグ反射器）層、
２３：Ｐ型半導体ＤＢＲ層、
２４：Ｐ型コンタクト層、
３１：Ｎ型半導体スペーサ層、
３２：Ｐ型半導体スペーサ層、
４０：活性層、
５０：酸化狭窄層、
６０：絶縁膜、
７０：絶縁層、
８０：溝、
１１１：半絶縁性半導体層、
１１２：導電性半導体層、
９１１，９１１Ａ，９１１Ｂ：カソード用電極、
９２１，９２１Ａ，９２１Ｂ：アノード用電極、
９１２Ａ，９１２Ａ１，９１２Ａ２，９１２Ｂ，９１２Ｂ１，９１２Ｂ２：カソード用パッド電極、
９１３Ａ，９１３Ｂ：カソード配線電極、
９２２Ａ，９２２Ｂ：アノード用パッド電極、
９２３Ａ，９２３Ｂ：アノード用配線電極
【国際調査報告】
2013176201.tif 000011
2013176201.tif 000012
2013176201.tif 000013
2013176201.tif 000014