(57)【要約】【課題】  レーザ素子間の温度差をできるだけ小さくし、より均一な特性を有する面発光型半導体レーザアレイを提供する。【解決手段】  面発光型半導体レーザアレイ１１０は、基板１２０と、基板上にマトリックス状に配列された複数のレーザ素子１３０と、複数のレーザ素子へ電流を供給するための電極部Ｅとを有する。複数のレーザ素子１３０は、少なくとも中心部を除く領域に配列されている。中心部の温度上昇の影響を抑えることで、各レーザ素子間の温度差を小さくし、アレイの特性、すなわち、発振波長、光出力および平均寿命の均一化を図ることができる【選択図】      図１
2005216925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
基板上に二次元的に配列された複数のレーザ素子と、
複数のレーザ素子へ電流を供給するための電極部とを有し、
前記複数のレーザ素子は少なくとも中心部を除く領域に配列されている、
面発光型半導体レーザアレイ。
【請求項２】
前記複数のレーザ素子はマトリックス状に配列され、その中心を除く領域にレーザ素子が配列されている、請求項１に記載の面発光型半導体レーザアレイ。
【請求項３】
前記マトリックス配列において、コーナーを除く領域にレーザ素子が配列されている、請求項２に記載の面発光型半導体レーザアレイ。
【請求項４】
前記マトリックス配列は、少なくとも３行×３列以上の配列パターンを有する、請求項２または３に記載の面発光型半導体レーザ素子。
【請求項５】
基板と、
基板上に二次元的に配列された複数のレーザ素子と、
複数のレーザ素子へ電流を供給するための電極部とを有し、
前記複数のレーザ素子はすべて等間隔で配列されている、
面発光型半導体レーザアレイ。
【請求項６】
レーザ素子は、選択的に酸化された酸化領域と該酸化領域によって囲まれた導電領域とを含む電流狭窄層を有し、レーザ素子の配列において内側に位置するレーザ素子の導電領域の径が外側に位置するレーザ素子の導電領域の径よりも大きい、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アレイ。
【請求項７】
基板と、
基板上に二次元的に配列される複数のレーザ素子と、
複数のレーザ素子へ電流を供給するための電極部とを有し、
各レーザ素子は、基板から突出するポストを有し、該ポストは選択的に酸化された酸化領域と該酸化領域によって囲まれた導電領域とを含む電流狭窄層を有し、レーザ素子の配列において内側に位置するレーザ素子の導電領域の径が外側に位置するレーザ素子の導電領域の径よりも大きい、
面発光型半導体レーザアレイ。
【請求項８】
前記複数のレーザ素子はマトリックス状に配列され、その中心に位置するレーザ素子の導電領域の径が一番大きい、請求項７に記載の面発光型半導体レーザアレイ。
【請求項９】
内側に位置するレーザ素子のポスト径は外側に位置するレーザ素子のポスト径よりも大きく、すべてのレーザ素子の酸化領域がポストの側面から実質的に等しい距離だけ酸化されている、請求項７に記載の面発光型半導体レーザアレイ。
【請求項１０】
前記複数のレーザ素子の各ポスト径は等しく、内側に位置するレーザ素子の酸化領域が外側に位置するレーザ素子の酸化領域よりも小さい、請求項７に記載の面発光型半導体レーザアレイ。
【請求項１１】
前記複数のレーザ素子は、電極部に供給される電流によって同時に駆動される、請求項１ないし１０いずれかに記載の面発光型半導体レーザアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信等の光源に用いられる面発光型半導体レーザアレイに関し、特に、レーザ素子のレイアウトに関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光型半導体レーザ（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode  以下、ＶＣＳＥＬという）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、光源の二次元アレイ化が可能であるなどの優れた特徴を持つ。その反面、各レーザ素子からの光出力は小さいため、大きな出力を要求される場合には、複数のレーザ素子をアレイ状に配列し、これらを同時に駆動したり、またはグループ化したものを時分割的に駆動している。
【０００３】
こうしたマルチスポットのレーザ光を出力させるＶＣＳＥＬに関し、種々の報告がなされている。例えば特許文献１は、基板上に形成された単一の柱状部分の端面に単純な正方形状となる位置に４つの開口部（２×２アレイ）を有する上部電極を設け、この開口部を覆うように上部反射ミラーを配置する面発光型半導体レーザを開示している。これにより発光スポットを近接させ放射角を小さくすることを可能にしている。
【０００４】
特許文献２は、単純な正方形状の位置に２×２のレーザ素子を配置した二次元レーザアレイを含み、これらレーザからの光をマルチモード光ファイバに入射させる送信装置に関するものである。
【０００５】
特許文献３は、半導体結晶による正六角柱状の導波路を選択成長技術により形成し、各側面に独立に駆動できる発光活性層を設けて面発光レーザを構成するものである。
【０００６】
特許文献４は、発光領域を２×２の複数の領域に分割し、それぞれ電流を分割して注入することにより、それぞれの発光領域を効率の高い状態で動作させ、全体として光出力の高い垂直共振型発光ダイオードを得るものである。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−３４０１５６号
【特許文献２】特開２０００−２９９５３４号
【特許文献３】特開平１０−３０８５５２号
【特許文献４】特開２００２−２７０９６０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の面発光型半導体レーザアレイには次のような課題がある。図１３は、レーザ素子を５行×５列のマトリックス状に配列したときの模式的な平面図である。円形部分が１つ１つのレーザ素子のポストを表しており、各レーザ素子は５０μｍの間隔で配列されている。電極Ｅを介して各レーザ素子に１０ｍＡの駆動電流を供給し、レーザ素子を同時に全点灯させたとき、各レーザ素子からの発熱によりレーザ素子間に温度変化が生じる。例えば、中心のレーザ素子Ｃと、４隅のレーザ素子Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅとの間には約１０℃の温度差が生じする。レーザ素子間に温度差が生じると、それぞれのレーザ素子の波長、光出力および平均寿命が変化してしまい、レーザアレイから一様なレーザ発振を得ることができないという課題がある。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決し、レーザ素子間の温度差をできるだけ小さくし、より均一な特性を有する面発光型半導体レーザアレイ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】
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するために以下のような解析を行った。図１４（ａ）は、図１３に示した５×５のマトリックス配列されたレーザ素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの波長を測定したグラフであり、横軸に波長、縦軸に光出力を示している。図１４（ｂ）の表は、レーザ素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅのピーク波長（λｐ）、中心のレーザ素子Ｃの波長（８５９．７２ｎｍ）を基準としたときの波長差（Δλｐ）、波長差から推定される温度差（ΔＴ℃）を示している。表からも明らかなように、レーザ素子Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅの各波長は、レーザ素子Ｃと比較して、それぞれ−０．６ｎｍ、−０．６４ｎｍ、−０．６ｎｍ、−０．５２ｎｍだけ短くなっている。レーザ光の発振波長が温度変化によって遷移することは良く知られており、この波長変化と温度差の関係は、０．６ｎｍ／℃の式にて表すことができる。この式を用いて、中心のレーザ素子Ｃを基準に、４隅のレーザ素子Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅの温度差を推定すると、それぞれ−１０℃、−１０．６６６７℃、−１０℃、−８．６６６６７℃となる。
【００１１】
また、各レーザ素子に対して１０ｍＡの駆動電流を供給したときのレーザ素子自身の温度上昇は約３０度である。各レーザ素子は、ＧａＡｓ基板上から突出するメサもしくはポストを有しており、各ポストからの発熱はＧａＡｓ基板に対して一様に熱伝導するものと考えられる。中心のレーザ素子Ｃの温度が他のレーザ素子よりも相対的に高くなる理由は、隣接するレーザ素子からの熱の影響を受けるものと推測される。
【００１２】
レーザ素子Ｃに着目すると（図１３参照）、レーザ素子Ｃの周囲には、８つの隣接するレーザ素子Ｃ１〜Ｃ８が存在する。Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８のレーザ素子は、レーザ素子Ｃと５０μｍだけ離間され、Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ７のレーザ素子はレーザ素子Ｃと約７０μｍだけ離間されている。以降、５０μｍ離間されたレーザ素子を「隣接レーザ素子」、７０μｍ離間されたレーザ素子を「対角隣接レーザ素子」という。
【００１３】
一方、コーナーに位置するレーザ素子Ａに着目すると、レーザ素子Ａの周囲には２つの隣接レーザ素子Ａ１、Ａ２と１つの対角隣接レーザ素子Ｃ１とが存在する。他のコーナーのレーザ素子Ｂ、Ｄ、Ｅに関してもそれぞれ２つの隣接レーザ素子と１つの対角隣接レーザ素子が存在する。
【００１４】
マトリックス状に配列された各レーザ素子は、それぞれがの位置によって、熱的に影響を受ける隣接レーザ素子数および対角隣接レーザ素子数を異にし、この数量の違いが結果的に各レーザ素子に温度差を生じさせていると考えられる。以上を実験データに基づいた測定値で等方的に熱拡散したと仮定し各レーザ素子からの熱流入を試算すると、１つの隣接レーザ素子から受ける温度上昇（熱流入）は、２．５℃、１つの対角隣接レーザ素子から受ける温度上昇（熱流入）は１．６７℃と表すことができる。
【００１５】
図１５(ａ)に示す表は、レーザ素子Ａ〜Ｅについての隣接レーサ素子数と対角隣接レーザ素子数と、上記仮定に従って算出された温度上昇と、自己発熱（３０℃）を加算したときの温度を表している。また、同図（ｂ）は、ビーム間隔（レーザ素子間隔）と熱流入との関係を示している。中心のレーザ素子Ｃと、コーナーのレーザ素子Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅとを比較すると、レーザ素子Ｃについての隣接レーザ素子数および対角隣接レーザ素子がコーナーのレーザ素子数よりも多い。両者の差分は、隣接レーザ素子数で２つ、対角隣接レーザ素子数で３つであり、熱流入による温度差は１０℃となる。
【００１６】
以上の解析に基づき、本発明では以下の手段を採用する。本発明に係る面発光型半導体レーザアレイは、基板と、基板上に二次元的に配列された複数のレーザ素子と、複数のレーザ素子へ電流を供給するための電極部とを有し、前記複数のレーザ素子は少なくとも中心部を除く領域に配列されている。中心部の温度上昇の影響を抑えることで、各レーザ素子間の温度差を小さくし、アレイの特性、すなわち、発振波長、光出力および平均寿命の均一化を図ることができる。
【００１７】
好ましくは複数のレーザ素子はマトリックス状に配列され、その中心を除く領域にレーザ素子が配列されている。また、好ましくはマトリックス配列において、コーナーを除く領域にレーザ素子が配列されている。マトリックス配列は、少なくとも３行×３列を有する。コーナーに配列されるレーザ素子は他の素子よりも温度上昇が小さいため、これらのレーザ素子をなくすことでレーザ素子間の温度差を小さくでき、アレイの特性の均一性を図ることができる。
【００１８】
さらに本発明に係る面発光型半導体レーザアレイは、基板と、基板上に二次元的に配列された複数のレーザ素子と、複数のレーザ素子へ電流を供給するための電極部とを有し、複数のレーザ素子はすべて等間隔で配列されている。これにより、各レーザ素子が他のレーザ素子から受ける熱の影響を均一化し、レーザ素子間の温度差を低減しアレイの特性の均一化を図ることができる。
【００１９】
さらに本発明に係る面発光型半導体レーザアレイは、基板と、基板上に二次元的に配列される複数のレーザ素子と、複数のレーザ素子へ電流を供給するための電極部とを有し、各レーザ素子は、基板から突出するポストを有し、該ポストは選択的に酸化された酸化領域と該酸化領域によって囲まれた導電領域とを含む電流狭窄層を有し、レーザ素子の配列において内側に位置するレーザ素子の導電領域の径が外側に位置するレーザ素子の導電領域の径よりも大きい。導電領域の径が大きいほど熱の発生が小さくなるため、内側のレーザ素子の導電領域の径を大きくすることで、レーザ素子間の温度差を小さくすることがでる。
【００２０】
好ましくは、内側に位置するレーザ素子のポスト径は外側に位置するレーザ素子のポスト径よりも大きく、すべてのレーザ素子の酸化領域がポストの側面から実質的に等しい距離だけ酸化されている。これにより各ポストの酸化領域を同一の酸化工程で形成することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、レーザ素子の配列を上記のようにすることで、レーザ素子間の温度差を小さくし、これによってアレイとしての特性の均一性を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明に係る面発光型半導体レーザアレイは、好ましくは半導体基板上に複数のレーザ素子がマトリックス状に配列され、各レーザ素子は選択酸化された電流狭窄層を含む円柱状のポストまたはメサを有している。各レーザ素子は、好ましくは同時に発光するように駆動され、光通信装置等の光源として利用される。以下、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイを上方からみたときの模式的な平面図である。同図に示す面発光型半導体レーザアレイ１１０は、ＧａＡｓ等の半導体基板１２０上に、５行×５列のマトリックス状に配列された複数のレーザ素子１３０を含んでいる。但し、本実施例のレーザアレイ１１０は、マトリックス配列の中心はレーザ素子を形成しておらず、この点が従来のマトリックス配列と異なる。
【００２４】
各レーザ素子１３０は、隣接するレーザ素子と５０μｍの間隔で配置され、従って、対角方向の隣接するレーザ素子との間隔は約７０μｍである。また、レーザ素子１２０への注入電流は電極部Ｅから行われるが、電極部Ｅとレーザ素子との間の配線は省略されている。配線は、すべてのレーザ素子に共通のパターン形状であっても良いし、レーザ素子に個別となるようなパターン形状であってもよい。
【００２５】
上記したように、複数のレーザ素子をマトリックス配列したとき、中心のレーザ素子への熱流入がもっとも大きく（隣接レーザ素子数および対角隣接レーザ素子数が８）、相対的に温度が一番上昇する。このため、本実施例では中心のレーザ素子を除く配列とすることで、アレイ上の各レーザ素子間の温度差を小さくする。
【００２６】
図２は、図１のマトリックス配列のときの各レーザ素子へ熱流入されるべき隣接レーザ素子数と対角隣接レーザ素子数の合計を示したものである。コーナーに位置するレーザ素子の隣接レーザ素子数および対角レーザ素子数の合計が一番小さく（３つ）、内側の位置するレーザ素子数の合計が７で、一番大きい。両者の差分は４であり、従来例の差分５（図１５（ａ）を参照）よりも小さい。また、内側に位置するレーザ素子１３２と１３４は、合計数は７で等しいが、レーザ素子１３２は隣接レーザ素子数が４、対角隣接レーザ素子数が３であり、レーザ素子１３４は隣接レーザ素子数が３、対角隣接レーザ素子数が３である。この結果、レーザ素子１３２の熱流入による温度上昇は約１５℃であり、レーザ素子１３４の温度上昇は約１４℃であり、レーザ素子１３２の温度上昇が幾分高くなる。
【００２７】
図３は、本発明の第２の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイを示す図である。第２の実施例に係るレーザアレイ１１１は、図１のマトリックス配列からさらに４隅（コーナー）に位置する４つのレーザ素子Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅを削除したものである。上記したように、コーナーに位置するレーザ素子は、熱流入されるべき隣接レーザ素子数が一番少ないため、これをなくすることで、アレイ上のレーザ素子間の温度差を一層小さくすることができる。第２の実施例の場合、外側に位置するレーザ素子１３６（図２を参照）への熱流入が一番小さくなり、温度差は約１１℃となる。
【００２８】
図４は、本発明の第３の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイを示す図である。第３の実施例に係るレーザアレイ１１２は、基板１２０上に配列される１４個のレーザ素子がそれぞれ等しい距離ｄだけ離間されている。図５は、各レーザ素子が熱流入の影響を受ける隣接するレーザ素子数を示した図である。内側に配列されたレーザ素子１４０の素子数が６、コーナーのレーザ素子１４２の素子数３、それ以外のレーザ素子１４４の素子数が４である。距離ｄが５０μｍである場合、レーザ素子間の温度差は７．５℃となり、レーザ素子間の温度変化をより小さくすることができる。
【００２９】
図６は、等間隔に配列されるレーザ素子の他のレイアウトを示している。基板１２０上に１２個のレーザ素子が距離ｄの間隔で六角形の外周に沿うようなレイアウトで配列されるが、中心部または内側にはレーザ素子は配置されていない。この結果、各レーザ素子が熱流入されるべき隣接するレーザ素子数がすべて２となり、熱流入による温度差がゼロとなる。このため、レーザ間の温度差は実質的になくすことができる。
【００３０】
図７は、本発明の第４の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイを示す図である。第４の実施例に係るレーザアレイ１１３は、５行×５列のマトリックス配列されたレーザ素子を含むが、レーザ素子の酸化径の大きさを異ならしめている（図中、円形状の破線は酸化径を表している）。
【００３１】
図８は、ポスト内に形成される電流狭窄層を模式的に示す平面図である。電流狭窄層５０は、ポストの側面から一定の距離だけ選択的に酸化された酸化領域５２と、酸化領域５２によって囲まれた導電領域（酸化径）５４とを有する。酸化径５４は、ポストの外形に応じた円形状を有し、酸化領域５２の酸化距離を調整することで、酸化径５４の大きさＳを変えることができる。酸化領域５２は導電領域５４と比べて反射率が高く非導通であるため、ポスト内の垂直共振器において電流およびレーザ光を閉じ込める作用をする。
【００３２】
図９はレーザ素子に通電したときの酸化径と温度上昇の関係を示す表である。この表から明らかなように、酸化径が大きくなるにつれて温度上昇が小さくなる。これは、酸化径が小さいと、抵抗が高くなり、また電流密度が高くなることが原因と考えられる。
【００３３】
そこで、第４の実施例では、各レーザ素子のポスト径を等しくし、かつ中心部レーザ素子の酸化径５４をより大きく、外側に位置するレーザ素子の酸化径５４を小さくする。例えば、中心のレーザ素子１６０の酸化径をＳ１、レーザ素子１６０を包囲するレーザ素子１６２の酸化径をＳ２、レーザ素子１６２を包囲するレーザ素子１６４の酸化径をＳ３としたとき、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３の関係にする。あるいは、中心のレーザ素子１６０の酸化径Ｓ１を大きくし、これ以外のすべてのレーザ素子の酸化径をＳ１よりも小さな値にしてもよい。
【００３４】
中心の酸化径を大きくすることで、熱流入により温度上昇が大きい中心のレーザ素子の自己発熱を抑制し、結果としてアレイ上のレーザ素子間の温度差を小さくすることができる。
【００３５】
図１０は、本発明の第５の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイを示す図である。同図に示すように、第５の実施例に係るレーザアレイ１１４は、５行×５列のマトリックス配列されたレーザ素子を含むが、レーザ素子のポスト径の大きさを異ならしめている。中心のレーザ素子１７０のポスト径をＰ１、これを取り巻くレーザ素子１７２のポスト径をＰ２、さらにレーザ素子１７２を取り巻く外側のレーザ素子１７４のポスト径をＰ３とすると、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３の関係にある。なお、ここでいうポスト径とは、後述するように、ポストの外周を被覆する保護膜（絶縁膜）形成前の外径である。
【００３６】
ポスト径を異ならせる一方で、第５の実施例では、ポストの側面から酸化される酸化距離、すなわち電流狭窄層の酸化領域５２が一定距離となるように酸化制御される。この結果、一番大きなポスト径のレーザ素子７０の酸化径が一番大きくなり、レーザ素子７２、７４の順に酸化径が小さくなる。これにより、マトリックス配列の中心のレーザ素子１７０の温度上昇を従来のマトリックス配列に比べて小さくすることができ、レーザ素子間の温度差を低減することができる。
【００３７】
次に、本発明の各実施例による面発光型半導体レーザアレイと従来のレーザアレイとの効果について説明する。
【００３８】
前提となる条件は全レーザ素子を一括同時点灯後のチップ発熱の平衡状態を想定する。厳密にはレーザ発光部の構造、チップ厚さ材質、結線ワイヤー配線材料／レイアウト、チップを取り囲む空気の効果を考慮する必要があるが、空気やワイヤーへの熱伝導はチップ内の熱伝導に比べ無視できるほど小さいため（数％）、レーザ素子間の熱流入に着目する。従来例の図１３のアレイでは隣接ビーム間隔は５０μｍに配列しており、対角のビームまで７０．７μｍである。基板の厚さは１００μｍ程度のため基板内への熱伝導が均一であることを考慮すると熱流入に大きな影響を与えるビームは隣接レーザ素子対角隣接レーザ素子を考慮すれば良い。
【００３９】
図１３のアレイでは、前述したように中央のレーザ素子Ｃについての隣接レーザ素子数と対角隣接レーザ素子数はそれぞれ４つであり、４隅のレーザ素子は２つの隣接レーザ素子数と１つの対角隣接レーザ素子数である。素子数の熱流入差が１０℃（Iop＝１０ｍＡ）あると言う結果と、隣接レーザ素子と対角隣接レーザ素子の距離比５０μｍ／７０μｍを考慮し、均等に熱配分されたと仮定すると、熱平衡状態におけるレーザ素子１個当たりの熱流入は２．５℃／隣接レーザ素子、１．６７℃／対角隣接レーザ素子と見積もることができる。この熱流入見積もりを用いて、各実施例のアレイの素子レイアウトについての最大温度差と温度差によるレーザ特性変化量を算出した表を図１１に示す。
【００４０】
また、第４および第５の実施例についても、上記と同様の温度変化に対する考え方を用い試算している。第４および第５の実施例ともに、中央のポストの酸化径を他のポストの酸化径よりも２μｍだけ大きくしている。両実施例の違いがポスト径の差異になるが、酸化径が大きいポスト径が３０μｍであるのに対し、酸化径の小さいポスト径が２８μｍでありポスト径に大きな差がないため、熱的にはほとんど影響がなく同様の扱いにした。この前提で計算すると、中央のレーザ素子と４隅のレーザ素子の温度差は最大４．６℃になる見込みである
【００４１】
表は、図６に示すレーザ素子のレイアウトを基準（各レーザ素子の熱流入が等しいので）としたときの比較値が示されている。このことからも明らかなように、各実施例に係る面発光型半導体レーザアレイは、従来のマトリックス配列されたレーザアレイと比較して、レーザ素子間の温度差が小さく、その結果、アレイの特性、波長の変化、光出力低下（Ｉ−Ｌ特性）および平均寿命（ライフ比）をより均一にすることができる。
【００４２】
次に、本実施例の面発光型半導体レーザアレイ上に形成されたレーザ素子の構成および製造方法について説明する。図１２は、ＡｌＡｓ層の選択酸化による電流狭窄する面発光レーザ素子のポストの縦断面構造を示している。同図において、先ずｎ型ＧａＡｓ基板２上に、ｎ型ＧａＡｓバッファー層３が設け、バッファー層上、共振器を構成する下部のミラー層としてｎ型Ａｌ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ／Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ多層膜分布ブラッグ（ＤＢＲ）ミラー層４−１、４−２が設けられている。
【００４３】
ＤＢＲミラー層上に、アンドープAl0.6 Ga0.4 As下部スペーサー層５が形成され、更に下部スペーサー層５上、例えば厚さ９ｎｍのアンドープＡｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ量子井戸層７と例えば厚さ５ｎｍのアンドープＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ障壁層６からなる量子井戸活性層が形成されている。図１２では最も簡単な単一の量子井戸（Single Quantum Well）活性層構造にしているが、例えば障壁層−量子井戸層−障壁層−量子井戸層−障壁層のような二重量子井戸（Double Quantum Well）構造や更に多重の量子井戸構造にしてもかまわない。
【００４４】
この活性層上に、アンドープＡｌ0.6Ｇａ0.4 Ａｓ上部スペーサー層８が形成されている。この上部スペーサー層８上にｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層／ｐ型ＡｌＡｓ層／ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層９、１０、１１が形成されている。ｐ型ＡｌＡｓ層１０を選択酸化し、酸化領域である電流狭窄部１０ａを形成する。電流狭窄層１０上に、共振器を構成する上部のミラー層としてｐ型Ａｌ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ／Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ多層膜分布ブラッグ（ＤＢＲ）ミラー層１２−１、１２−２が形成され、このＤＢＲミラー層上に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３が形成されている。コンタクト層１３上には、Ａｕ／Ｔｉからなるｐ側電極１４が形成されて、更にポストを覆うように保護膜１５が形成され、ポストの頂部において保護膜１５に形成された開口を介してｐ側電極１４と接続される電流注入用引き出し電極１６が形成される。また、ｎ型ＧａＡｓ基板２の裏面側には、Ａｕ／ＡｕＧｅからなるｎ側電極１が形成されている。
【００４５】
以上の構成において、各層の膜厚は、光学膜厚としてみて、発振波長をλとすると、下部のＤＢＲミラー層４−１、４−２を構成する各膜厚をλ／４、下部スペーサー層５と上部スペーサー層８と量子井戸活性層６、７との合計膜厚をλ、ｐ型電流狭窄層１０および結晶欠陥抑制層の各膜厚をλ／４、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３の膜厚をλ／４、選択酸化後の上部のＤＢＲミラー層１２−１、１２−２を構成する各膜厚をλ／４とする。キャリア濃度は、ｎ型で２×１０18ｃｍｍ-3、ｐ型はＧａＡｓコンタクト層１３が１×１０19ｃｍ-3、それ以外のｐ型は２×１０18ｃｍ-3で、レーザポストサイズは約３０μｍΦである。
【００４６】
次に、レーザ素子の製造方法について説明する。先ず、有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ法）により、ｎ型ＧａＡｓ基板２上に、ｎ型ＧａＡｓバッファー層３を積層し、このバッファー層３上に、共振器の下部のミラー層を構成するｎ型Ａｌ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ／Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓを４０．５周期で積層した多層膜分布ブラッグ（ＤＢＲ）ミラー層４−１、４−２を形成し、このＤＢＲミラー層上に、アンドープAl0.6 Ga0.4 As下部スペーサー層５を積層し、下部スペーサー層５上に、アンドープＡｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ量子井戸層７（厚さ９ｎｍ）とアンドープＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ障壁層６（厚さ５ｎｍ）からなる量子井戸活性層を積層し、この活性層上にアンドープＡｌ0.6Ｇａ0.4 Ａｓ上部スペーサー層８を積層し、この上部スペーサー層８上にｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層／ｐ型ＡｌＡｓ層／ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層９、１０、１１を積層し、この上部に共振器の上部のミラー層を構成するｐ型Ａｌ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ／Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ多層膜分布ブラッグ（ＤＢＲ）ミラー層１２−１、１２−２を積層し、この上部ＤＢＲミラー層上に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３を積層し、エピタキシャル成長が終了する。
【００４７】
次に、ｐ側電極層１４をスパッタ、蒸着等で着膜し、フォトリソグラフィでパターニングしレーザ出射窓を形成し、さたにフォトリソグラフィによるレジストパターンをドライエッチングしてポストを形成する。特に、第５の実施例の場合には、各ポスト径が異なるので、各ポスト径が対応するマスクパターンを用いてエッチングされる。ドライエッチング深さは量子井戸活性層を貫通し、下部ＤＢＲ層の一部にまで到達させる。この状態の基板を高温酸化炉（高温水蒸気酸化）に一定時間被爆させることでＡｌＡｓ層１０が選択酸化され、電流狭窄酸化部１０ａが形成される。この後、スパッタ、プラズマＣＶＤなどで保護膜１５を着膜し、フォトリソグラフィでポスト頂部に開口が形成されるようにパターニングされる。そして、リフトオフ法を用いてＴｉ／Ａｕを蒸着して外部引き出し電流注入電極１６を形成する。指定通りの大きさにチップダイシング、裏面研磨をし、ｎ型ＧａＡｓ基板２の裏面側にＡｕ／ＡｕＧｅを蒸着して、ｎ側電極１を形成し、工程は完了する。
【００４８】
各レーザ素子のＰ側電極は全てのレーザ素子に対して共通に接続される共通配線であってもよいし、各レーザ素子に対して分離されるような個別配線であってもよい。レーザ素子が同時に全ビーム点灯する場合には同様の効果を得ることができる。
【００４９】
第１ないし第３の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイを形成するとき、レーザ素子のレイアウトパターンに対応したマスクパターンを用いることで、基板上の対応する位置にポストが形成される。ポストの間隔は５０μｍで形成されるが、間隔は５０μｍ以下であっても良い。
【００５０】
第４の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイを形成する場合には、各ポストの電流狭窄層１０を所定の酸化径のサイズにするため、高温酸化工程を複数回繰り返して行う。この際、ＡｌＡｓ層１０への水蒸気侵入を防ぐため、繰り返すたびにフォトレジストによるマスキングを行い、レジストマスキング−酸化−レジストマスク除去−レジストマスキングの工程を繰り返す。
【００５１】
第５の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイは、第４の実施例より簡易な工程により製造することができる。中心のレーザ素子より外側に行くに従ってポスト径が減少されているため、１回の高温水蒸気酸化工程にて酸化径を作成することができる。ポスト径の設計ルールは、アレイ間隔と通電電流に依存し、アレイ間隔５０μｍ以下、定格５ｍＡのケースでは、１．５℃／μｍのルールを採用している。５×５のマトリックスレーザアレイでは、中央のレーザ素子と外側のレーザ素子で５℃の温度変化があるため、中央のレーザ素子の酸化径から３．３μｍポスト径を小さくしている。中央のレーザ素子の周辺レーザ素子は中央のレーザ素子と同様に熱流入される平面配列になるため、ほとんど温度低下はしないことからポスト径は中央のレーザ素子と同じポスト径にした。
【００５２】
この例では２種類のポスト径にしたが、必ずしもこれに限らず、更にアレイ上のレーザ素子間に多くの温度分布がある場合はその温度分布に応じたポスト径とすることができる。
【００５３】
第４および第５の実施例の場合でも、Ｐ側電極を各レーザ素子に共通配線にしても良いし、各レーザ素子に個別配線してもよく、同時に全レーザ素子を点灯する場合には本発明の効果は変らない。
【００５４】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る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。
【００５５】
第１ないし第３の実施例に示されたレーザ素子のレイアウトに対して第４および第５の実施例に示された酸化径の大きさを変える思想を組み合わせることも勿論可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に係る面発光型半導体レーザアレイは、光通信機器等の光源や、その他の電子機器の光源等に広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイの模式的な平面図である。
【図２】図１のマトリックス配列における各レーザ素子へ熱流入されるべきレーザ素子数を示す図である。
【図３】第２の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイの模式的な平面図である。
【図４】第３の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイの模式的な平面図である。
【図５】図４の配列における各レーザ素子へ熱流入されるべきレーザ素子数を示す図である。
【図６】第３の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイの他のレイアウト例である。
【図７】第４の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイの模式的な平面図である。
【図８】電流狭窄層の模式的な平面図である。
【図９】酸化径と温度上昇の関係を示す図である。
【図１０】第５の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイの模式的な平面図である。
【図１１】各実施例のアレイの素子レイアウトの最大温度差と温度差によるレーザ特性変化量を算出した表である。
【図１２】本発明の実施例に係るレーザ素子の構成を示す断面図である。
【図１３】従来の面発光型半導体レーザアレイの模式的な平面図である。
【図１４】図１４(ａ)はレーザ素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの波長を測定したグラフ、図１４（ｂ）は波長変化測定値から推定された温度差を示す表である。
【図１５】図１５(ａ)はレーザ素子Ａ〜Ｅについての温度変化を示すグラフ、図１５（ｂ）はレーザ素子間隔と熱流入による温度上昇との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１：ｎ側電極
２：ＧａＡｓ基板
３：バッファ層
４−１、４−２：下部ＤＢＲミラー層
５：下部スペーサ層
６：障壁層
７：量子井戸層
８：上部スペーサ層
１２−１、１２−２：上部ＤＢＲミラー層
１３：コンタクト層
１４：ｐ側電極
１５：保護膜
１６：引き出し電極
１１０、１１１、１１２、１１３、１１４：面発光型半導体レーザアレイ
１２０：基板
１３０レーザ素子
１５０：電流狭窄層
１５２：酸化領域
１５４：導電領域（酸化径）
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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