(57)【要約】【課題】低コストで信頼性が高い面発光レーザアレイ素子を提供すること。【解決手段】第一伝導型を有する半導体からなる基板と、前記基板上に、第一伝導型半導体層領域と第二伝導型半導体層領域とに挟まれるとともに、上部反射鏡と下部反射鏡との間に配置された活性層を有し、前記基板に到る深さまで形成された電気的分離構造によって分離された複数の面発光レーザ素子と、を備えた面発光レーザアレイ素子において、前記第一伝導型半導体層領域は、前記基板と前記活性層との間に配置され、前記基板と前記第一伝導型半導体層領域との間に配置された電流阻止層と、前記電流阻止層に対して前記基板とは反対側に配置され、第一伝導型半導体層領域と第二伝導型半導体層領域にそれぞれ接続された２つの電極とをさらに備える。【選択図】    図１
2009246291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一伝導型を有する半導体からなる基板と、
前記基板上に、第一伝導型半導体層領域と第二伝導型半導体層領域とに挟まれるとともに、上部反射鏡と下部反射鏡との間に配置された活性層を有し、前記基板に到る深さまで形成された電気的分離構造によって分離された複数の面発光レーザ素子と、
を備えた面発光レーザアレイ素子において、
前記第一伝導型半導体層領域は、前記基板と前記活性層との間に配置され、
前記基板と前記第一伝導型半導体層領域との間に配置された電流阻止層と、前記電流阻止層に対して前記基板とは反対側に配置され、第一伝導型半導体層領域と第二伝導型半導体層領域にそれぞれ接続された２つの電極とをさらに備えたことを特徴とする面発光レーザアレイ素子。
【請求項２】
前記電流阻止層は第二伝導型を有することを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザアレイ素子。
【請求項３】
前記電流阻止層は層厚が５０ｎｍ以上であり、第二伝導型キャリア濃度が５×１０１７ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザアレイ素子。
【請求項４】
前記電流阻止層は高抵抗化されたものであることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザアレイ素子。
【請求項５】
前記電流阻止層は砒素を主要なＶ族元素として含む化合物半導体層からなり、窒素、炭素、酸素、ホウ素、酸化クロムの少なくともいずれか一つを１×１０１６ｃｍ−３以上の濃度で添加したものであることを特徴とする請求項４に記載の面発光レーザアレイ素子。
【請求項６】
前記電流阻止層は燐を主要なＶ族元素として含む化合物半導体層からなり、鉄を１×１０１６ｃｍ−３以上の濃度で添加したものであることを特徴とする請求項４に記載の面発光レーザアレイ素子。
【請求項７】
第一伝導型を有する半導体からなる基板と、
前記基板上に、第一伝導型半導体層領域と第二伝導型半導体層領域とに挟まれるとともに、上部反射鏡と下部反射鏡との間に配置された活性層を有し、前記基板に到る深さまで形成された電気的分離構造によって分離された複数の面発光レーザ素子と、
を備えた面発光レーザアレイ素子において、
前記第二伝導型半導体層領域は、前記基板と前記活性層との間に配置され、
前記第二伝導型半導体層領域に対して前記基板とは反対側に配置され、第一伝導型半導体層領域と第二伝導型半導体層領域にそれぞれ接続された２つの電極とをさらに備えたことを特徴とする面発光レーザアレイ素子。
【請求項８】
隣接する前記面発光レーザ素子の電極間の電気抵抗が、前記各面発光レーザ素子の電気抵抗の１００倍以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の面発光レーザアレイ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に複数の面発光レーザ素子を有する面発光レーザアレイ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信容量の爆発的な増大により、空間的に並列化したアレイ素子が注目されており、特にアレイ化が容易である面発光レーザが注目されている。面発光レーザ素子は、イオンインプランテーションや選択酸化などによる電流狭窄構造の開発や、高反射率多層膜反射鏡（ＤＢＲ）の実現などによりサブｍＡ程度のしきい値電流をもつ素子が実用化されるに至っている。また、各波長に対応した材料開発などにより、さまざまな波長に対応した面発光レーザが実現されている。一方、高速化に関しては、低しきい値化や活性層材料・構造・品質などの最適化による微分利得増大、電気抵抗低減、寄生容量の低減により、１０Ｇｂｐｓを超える高速素子が実現されている。
【０００３】
一方、面発光レーザ素子をアレイ化し、並列伝送を行う場合、素子間のさまざまなクロストーク、特に電気的クロストークが問題となる。これに対して、電気的クロストークを防止するための技術が開示されている（たとえば特許文献１、２参照）。
【０００４】
上記特許文献１、２によれば、半絶縁性基板と、エッチングで形成したアイソレーション用分離溝とを用いたり、半絶縁性基板を製造するのと同様な方法で酸化クロムなどをバッファ層にドーピングすることなどにより、素子間の電気的アイソレーションを確保している。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７０６１９５６号明細書
【特許文献２】特開平１１−２６１１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、従来構造の面発光レーザアレイ素子は、特に面発光レーザアレイ素子の数（以下、チャンネル数と称する）が増加するにつれて、その信頼性が低下したり、設計どおりの特性が得られなくなるなどして製造歩留まりが低下し、高コスト化するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低コストで信頼性が高い面発光レーザアレイ素子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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る面発光レーザアレイ素子は、第一伝導型を有する半導体からなる基板と、前記基板上に、第一伝導型半導体層領域と第二伝導型半導体層領域とに挟まれるとともに、上部反射鏡と下部反射鏡との間に配置された活性層を有し、前記基板に到る深さまで形成された電気的分離構造によって分離された複数の面発光レーザ素子と、を備えた面発光レーザアレイ素子において、前記第一伝導型半導体層領域は、前記基板と前記活性層との間に配置され、前記基板と前記第一伝導型半導体層領域との間に配置された電流阻止層と、前記電流阻止層に対して前記基板とは反対側に配置され、第一伝導型半導体層領域と第二伝導型半導体層領域にそれぞれ接続された２つの電極とをさらに備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る面発光レーザアレイ素子は、上記発明において、前記電流阻止層は第二伝導型を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る面発光レーザアレイ素子は、上記発明において、前記電流阻止層は層厚が５０ｎｍ以上であり、第二伝導型キャリア濃度が５×１０１７ｃｍ−３以上であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る面発光レーザアレイ素子は、上記発明において、前記電流阻止層は高抵抗化されたものであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る面発光レーザアレイ素子は、上記発明において、前記電流阻止層は砒素を主要なＶ族元素として含む化合物半導体層からなり、窒素、炭素、酸素、ホウ素、酸化クロムの少なくともいずれか一つを１×１０１６ｃｍ−３以上の濃度で添加したものであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る面発光レーザアレイ素子は、上記発明において、前記電流阻止層は燐を主要なＶ族元素として含む化合物半導体層からなり、鉄を１×１０１６ｃｍ−３以上の濃度で添加したものであることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る面発光レーザアレイ素子は、第一伝導型を有する半導体からなる基板と、前記基板上に、第一伝導型半導体層領域と第二伝導型半導体層領域とに挟まれるとともに、上部反射鏡と下部反射鏡との間に配置された活性層を有し、前記基板に到る深さまで形成された電気的分離構造によって分離された複数の面発光レーザ素子と、を備えた面発光レーザアレイ素子において、前記第二伝導型半導体層領域は、前記基板と前記活性層との間に配置され、前記第二伝導型半導体層領域に対して前記基板とは反対側に配置され、第一伝導型半導体層領域と第二伝導型半導体層領域にそれぞれ接続された２つの電極とをさらに備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る面発光レーザアレイ素子は、上記発明において、隣接する前記面発光レーザ素子の電極間の電気抵抗が、前記各面発光レーザ素子の電気抵抗の１００倍以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電気的アイソレーションを確保しながら、基板が有する貫通転位に起因する信頼性の低下や製造歩留まりの低下を防止できるので、低コストで信頼性が高い面発光レーザアレイ素子が実現されるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、図面を参照して本発明に係る面発光レーザアレイ素子の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、以下の実施の形態では、第一伝導型をｎ型とし、第二伝導型をｐ型とする。
【００１８】
（実施の形態１）
はじめに本発明の実施の形態１に係る面発光レーザアレイ素子について説明する。本実施の形態１に係る面発光レーザアレイ素子は、ＧａＡｓ系の半導体からなり、レーザ発振波長が１３００ｎｍ帯であり、チャンネル数が１００ｃｈのものである。
【００１９】
図１は、本実施の形態１に係る面発光レーザアレイ素子１００の模式的な断面図である。面発光レーザアレイ素子１００は基板１０１上に縦横１０×１０で直交格子状に配列された１００個の面発光レーザ素子を有するが、図１ではそれらのうち隣接する面発光レーザ素子Ｄ１１、Ｄ１２のみ示している。面発光レーザアレイ素子１００が有する面発光レーザ素子は互いに同一構造を有するので、以下では面発光レーザ素子Ｄ１１について説明する。面発光レーザ素子Ｄ１１は、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０１上に、ｐ型電流阻止層１０２と、分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）である下部ＤＢＲミラー１０３と、ｎ型コンタクト層１０５と、活性層１０６と、ｐ型下部スペーサ層１０７ａと、電流狭窄層１０８と、ｐ型上部スペーサ層１０７ｂと、ｐ型コンタクト層１０９とが順次積層している。なお、活性層１０６からｐ型コンタクト層１０９までは円柱状のメサポスト構造Ｍ１を有している。また、下部ＤＢＲミラー１０３の表面から基板１０１に到る深さまで、各面発光レーザ素子を電気的に分離するための分離構造としての分離溝ｇが形成されている。また、ｐ型コンタクト層１０９上には円環状のｐ側電極１１０が形成されている。また、ｐ側電極１１０の表面以外の表面には、絶縁膜１０４が形成され、ｐ側電極１１０の円環内部は誘電体膜１１１が形成されている。また、誘電体膜１１１上には上部ＤＢＲミラー１１２が形成されている。また、ｐ側パッド電極１１４が絶縁膜１０４上に形成されており、絶縁膜１０４上に延設した引き出し線１１３によりｐ側電極１１０と接続している。また、ｎ型コンタクト層１０５上にメサポスト構造Ｍ１を囲うように形成した半円環状のｎ側電極１１５が形成されている。また、ｎ側パッド電極１１７が絶縁膜１０４上に形成されており、絶縁膜１０４上に延設した引き出し線１１６によりｎ側電極１１５と接続している。
【００２０】
基板１０１は、シリコン（Ｓｉ）等のｎ型ドーパントを濃度５×１０１７〜５×１０１８ｃｍ−３でドープしたｎ型ＧａＡｓからなり、その表面にバッファ層としてｎ型ドーパントを濃度１×１０１８ｃｍ−３でドープしたｎ型ＧａＡｓ層が形成されている。ｐ型電流阻止層１０２は、炭素（Ｃ）等のｐ型ドーパントを濃度１×１０１８ｃｍ−３でドープしたＡｌＡｓ／ＧａＡｓ構造を２ペア積層したＤＢＲミラーからなる。また、下部ＤＢＲミラー１０３は、ノンドープのＡｌＡｓ／ＧａＡｓ構造を３０ペア積層したものである。ｐ型電流阻止層１０２および下部ＤＢＲミラー１０３が形成するＤＢＲミラーの反射中心波長は１３００ｎｍである。また、波長λを１３００ｎｍとして、ｐ型電流阻止層１０２および下部ＤＢＲミラー１０３の各層の層厚は光学長でλ／４になるようにしている。なお、光学長とは、層厚に屈折率を掛けたものである。また、ｎ型コンタクト層１０５は、ｎ型ドーパントを濃度１×１０１８ｃｍ−３でドープしたｎ型ＧａＡｓからなる。
【００２１】
また、活性層１０６は、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ構造からなる３層量子井戸構造を有する。また、ｐ型下部スペーサ層１０７ａと、ｐ型上部スペーサ層１０７ｂとは、ｐ型ドーパントを濃度１×１０１８ｃｍ−３でドープしたｐ型ＧａＡｓからなる。また、電流狭窄層１０８は、Ａｌ２Ｏ３からなる絶縁性の電流狭窄部と、ＡｌＡｓからなり、メサポスト構造Ｍ１の中心に位置する円板形状の電流注入部とを有する。この電流狭窄層１０８は、公知の選択酸化工程により形成されたものである。また、ｐ型コンタクト層１０９は、ｐ型ドーパントを濃度１×１０１９ｃｍ−３で高濃度にドープしたｐ型ＧａＡｓからなる。また、ｐ側電極１１０は、Ｔｉ／Ａｕ構造を有する。また、絶縁膜１０４、誘電体膜１１１は、いずれもＳｉＯ２からなる。また、上部ＤＢＲミラー１１２は、誘電体多層膜反射ミラーであって、λを１３００ｎｍとすると、Ｓｉ／ＳｉＯ２（層厚はそれぞれ光学長でλ／４）構造が６ペア積層した構造を有する。また、ｎ側電極１１５は、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる。また、ｐ側パッド電極１１４、ｎ側パッド電極１１７、引き出し線１１３、１１６は、いずれもＣｕ／Ａｕ構造を有する。
【００２２】
この面発光レーザ素子Ｄ１１は、ｐ側電極１１０、ｎ側電極１１５が、いずれも下部ＤＢＲミラー１０３と上部ＤＢＲミラー１１２との間に挟まれた、いわゆるダブルイントラキャビティコンタクト構造を有している。そして、ｐ側パッド電極１１４、ｎ側パッド電極１１７を介してｐ側電極１１０とｎ側電極１１５とに電圧を印加して、ｐ側電極１１０から電流を注入すると、電流狭窄層１０８によって電流密度が高められた電流が活性層１０６に注入されて活性層１０６が発光する。そしてこの発光が、下部ＤＢＲミラー１０３と上部ＤＢＲミラー１１２との光共振器構造によって波長１３００ｎｍのレーザ光Ｌ１１を出力する。同様に、面発光レーザ素子Ｄ１２も電流注入によって波長１３００ｎｍのレーザ光Ｌ１２を出力する。
【００２３】
ここで、基板１０１は、ＶＧＦ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｆｒｅｅｚｅ）法で製造され、ｎ型ドーパントを濃度５×１０１７〜５×１０１８ｃｍ−３でドープしたものであり、そのエッチピット密度（Ｅｔｃｈ  Ｐｉｔ  Ｄｅｎｓｉｔｙ、ＥＰＤ）が５００ｃｍ−２以下と低くなっている。ここで、ＥＰＤとは、基板表面をエッチングした際に、貫通転移に対応して発生するピットの密度である。したがって、基板１０１は、ＥＰＤの発生原因となる貫通転位密度も５００ｃｍ−２以下と低くなっているため、基板１０１上にエピタキシャル成長した各半導体層に伸びる貫通転位密度も低くなる。そのため、この面発光レーザ素子Ｄ１１においては、素子の劣化や素子特性の設計からのずれが低減される。
【００２４】
すなわち、貫通転位が活性層を横切った場合、キャリアの再結合によりエネルギーを得た結晶欠陥は、転位の上昇・下降運動を繰り返して転位網が活性層全体に広がり、最終的に素子の劣化を招く。また、この面発光レーザ素子Ｄ１１のように、電流狭窄層を選択酸化工程により形成する場合、メサポスト構造に貫通転位が存在すると、時間的に遅れた劣化（転位網の増殖が発光部よりも遅い）を招いたり、選択酸化工程において電流注入部の形が変形したりして、設計どおりの素子が製造できなくなる。つまり、面発光レーザ素子のメサポスト構造が形成される領域下の基板部分にエッチピットが存在すると、素子の劣化や素子特性の設計からのずれが発生するため、信頼性や歩留まり低下を招く。
【００２５】
これに対して、この面発光レーザ素子Ｄ１１は、基板１０１のＥＰＤが５００ｃｍ−２以下と低くなっているので、素子の劣化や素子特性の設計からのずれが低減されるため、低コストで信頼性が高い面発光レーザアレイ素子となる。なお、このようなＥＰＤが５００ｃｍ−２以下のｎ型ＧａＡｓ基板は容易かつ安価で入手可能である。
【００２６】
さらに、この面発光レーザ素子Ｄ１１は、基板１０１と活性層１０６との間にｐ型電流阻止層１０２を備えているとともに、隣接する面発光レーザ素子との間は分離溝ｇで分離されているため、ｎ型の伝導型の基板１０１を用いているにもかかわらず、電気的アイソレーションも確保されている。
【００２７】
すなわち、従来の面発光レーザアレイ素子では、素子間の電気的クロストークを防止するために、半絶縁性の基板を利用していたが、本発明者らは、従来構造の面発光レーザアレイ素子における信頼性の低下や設計からのずれの原因について精査したところ、その原因を半絶縁性基板の貫通転位密度またはＥＰＤの高さに起因していることを見出した。
【００２８】
半導体基板の場合、適切な元素を少量ドーピングした場合にＥＰＤが低くなり、ノンドープの半絶縁性基板はＥＰＤが高くなる。たとえば、ＬＥＣ法で結晶成長したノンドープ型半絶縁性ＧａＡｓ基板の貫通転位密度またはＥＰＤは５００００ｃｍ−２程度である。これに対して、本発明者らは、面発光レーザアレイ素子において、素子間の電気的アイソレーションを確保しつつ、信頼性の低下や設計からのずれを防止するために鋭意検討した結果、本発明に想到したのである。
【００２９】
つぎに、素子間の電気的アイソレーションについて説明する。面発光レーザアレイ素子を構成する各面発光レーザ素子は、通常ほぼ同一とみなせる特性をもつため、隣接素子間は、それぞれの素子に対応した駆動ドライバーＩＣによってほぼ同電圧で駆動されている。隣接素子に電流が流れ込むときには、面発光レーザ素子に本来印加される程度またはそれ以下の電圧が素子間に印加されていることが原因であると考えられる。したがって、面発光レーザ素子単体の電気抵抗をＲ２とすると、電気的クロストークを−２０ｄＢ以下にする場合には１００×Ｒ２以上の素子間抵抗にする必要があり、電気的クロストークを−３０ｄＢ以下にする場合には、１０００×Ｒ２以上の素子間抵抗にする必要がある。ここで、素子間抵抗Ｒ１とは、素子抵抗Ｒ２と、ＤＢＲミラーの最下部と基板と間の抵抗Ｒ３と、基板部分の抵抗Ｒ４とを用いて、Ｒ１＝Ｒ２＋２Ｒ３＋Ｒ４で表されるが、Ｒ１＞＞Ｒ２、 Ｒ１＞＞Ｒ４である場合にはＲ１〜２Ｒ３としてよい。また、素子間抵抗を、隣接する面発光レーザ素子のｎ型コンタクト層間の電気抵抗とすると、素子間抵抗は、８５０ＭＭで４０Ω×１００＝４ＭΩ、 １３００ＳＭで１００Ω×１００＝１０ＭΩは祭典減必要であり、好ましくは８５０ＭＭでは４０ＭΩ以上、１３００ＳＭでは１００ＭΩ以上である。つまり、抵抗Ｒ３としては、８５０ＭＭの場合２０ＭΩ、１３００ｎｍＳＭの場合５０ＭΩ程度必要である。
【００３０】
図２は、ｎ型基板と、ｎ型コンタクト層１０５との間の電気抵抗値で、それぞれｎ型コンタクト層１０５とｎ側基板１０１の間が、ｎ型に一様にドーピングされた３０ペアのＡｌＡｓ／ＧａＡｓからなるＤＢＲ（波長１３００ｎｍ）の場合、ｐ型に一様にドーピングされた３０ペアのＡｌＡｓ／ＧａＡｓからなるＤＢＲ(波長１３００ｎｍ)の場合、ｎ型に一様にドーピングされたトータル厚さが６μｍ（３０ペアのＡｌＡｓ／ＧａＡｓからなるＤＢＲのトータル厚さ）のＧａＡｓ層の場合（但し、電流阻止層なしの場合）において、ドーパントの添加濃度と電気抵抗との関係を示す図である。図２の場合、一様にｎ型ドーピングされた場合には、１×１０１５ｃｍ−３程度までドーピング濃度を下げても十分なアイソレーション抵抗を確保できないが、エピタキシャル成長時に１×１０１７ｃｍ−３程度の低いドーピング濃度を正確に制御することは困難であるため望ましくない。また、ｐ型の場合にも、同様に１×１０１７ｃｍ−３以下まで下げる必要があるため、望ましくない。一方、図３は、図２に示すｎ型の下部ＤＢＲミラーの添加濃度が１×１０１５ｃｍ−３〜１×１０１８ｃｍ−３の４つの場合において、ｐ型電流阻止層のＤＢＲミラーの添加濃度と電気抵抗との関係を示す図である。図２、３が示すように、ｐ型電流阻止層のキャリア濃度が５×１０１７ｃｍ−３以上であれば、十分な抵抗Ｒ３が得られる。また、ｐ型電流阻止層の層厚については５０ｎｍ以上とするのが好ましい。
【００３１】
なお、図１に示す面発光レーザアレイ素子１００は、以下のようにして製造できる。はじめに、基板１０１上にＭＢＥ法にてバッファ層を形成した後、ＭＯＣＶＤ法等を用いて、ｐ型電流阻止層１０２、下部ＤＢＲミラー１０３、ｎ型コンタクト層１０５、活性層１０６、ｐ型下部スペーサ層１０７ａ、電流狭窄層１０８を形成するためにＡｌＡｓ層、ｐ型上部スペーサ層１０７ｂ、ｐ型コンタクト層１０９を順次形成する。以上のエピタキシャル成長はＭＯＣＶＤ方を用いても良い。さらに、ｐ型コンタクト層１０９上に、フォトリソグラフィ法を用いて電極パターン用レジストパターンを形成し、真空蒸着によりＴｉ／Ａｕ構造の金属膜を形成し、さらにリフトオフ法にて円環状のｐ側電極１１０を形成する。続いて、ｐ側電極１１０の内側開口部をハードベークレジストで保護した後、ドライエッチングにてｎ型コンタクト層１０５が露出する深さまでエッチングし、メサポスト構造Ｍ１を形成する。その後、基板温度を４５０℃として水蒸気雰囲気でＡｌＡｓ層を選択酸化し、電流狭窄層１０８を形成する。そして、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ膜で表面全体を覆って絶縁膜１０４を形成し、その後、フォトリソグラフィ法を用いてｎ側電極のパターンを形成し、ＣＦ４ガスによるドライエッチングでｎ型コンタクト層上の絶縁膜１０４を除去し、ｎ型コンタクト層１０５を露出させる。続いて、露出しているｎ型コンタクト層１０５上に、ｐ側電極１１０と同様のプロセスを用いてｎ側電極１１５を形成する。続いて、上部ＤＢＲミラー１１２形成用のリフトオフパターンを形成する。そして、電子線蒸着法を用いてＳｉ／ＳｉＯ２構造を所定ペアだけ蒸着後、リフトオフ法を用いて上部ＤＢＲミラー１１２を形成する。さらに、ｐ側電極１１０と同様のプロセスを用いてｐ側パッド電極１１４、ｎ側パッド電極１１７、引き出し線１１３、１１６を形成する。最後に、ウェットエッチングにより、下部ＤＢＲミラー１０３の表面から基板１０１に到達する深さまで分離溝ｇを形成し、面発光レーザアレイ素子１００が完成する。
【００３２】
なお、本実施の形態１では、下部ＤＢＲミラー１０３をノンドープのものとしたが、Ｓｉなどをドープしたｎ型のものとしてもよい。下部ＤＢＲミラーをｎ型としても、ｐ型電流阻止層１０２によってその電気的アイソレーションは確保される。
【００３３】
つぎに、上記製造方法により、実施の形態１に係る１００チャンネルの面発光レーザアレイ素子を製造した。なお、基板として、ＶＧＦ法により製造したｎ型ＧａＡｓ基板を用いた。なお、このＧａＡｓ基板のＥＰＤを測定したところ、２５０ｃｍ−２であった。また、各面発光レーザ素子のメサ直径を３０μｍとし、素子間隔を縦横ともに２５０μｍとした。
【００３４】
この面発光レーザアレイ素子の特性を測定したところ、各面発光レーザ素子の電気抵抗は、２．５Ｖ印加したときに８０Ωであった。また、隣接素子間の電気抵抗は、素子抵抗の少なくとも１００倍以上、つまり８ｋΩ以上の抵抗が必要であるが、ｎ側電極間で測定した隣接素子間の電気抵抗波１００ＭΩ以上と十分であった。また隣接する各素子に１０Ｇｂｐｓの変調信号を１０Ｇｂｐｓの変調速度でそれぞれ独立に駆動した状態で一方から出力するレーザ光のアイパターンを測定したところ、単独で駆動したときのアイパターンと同じであり、電気的クロストークの発生は観測されなかった。
【００３５】
（実施の形態２）
つぎに本発明の実施の形態２に係る面発光レーザアレイ素子について説明する。本実施の形態２に係る面発光レーザアレイ素子は、ＧａＡｓ系の半導体からなり、レーザ発振波長が８５０ｎｍ帯であり、チャンネル数が１００ｃｈのものである。
【００３６】
図４は、本実施の形態２に係る面発光レーザアレイ素子２００の模式的な断面図である。面発光レーザアレイ素子２００は基板２０１上に縦横１０×１０で配列された１００個の面発光レーザ素子を有するが、図４ではそれらのうち隣接する面発光レーザ素子Ｄ２１、Ｄ２２のみ示している。面発光レーザアレイ素子２００が有する面発光レーザ素子は互いに同一構造を有するので、以下では面発光レーザ素子Ｄ２１について説明する。面発光レーザ素子Ｄ２１は、ｎ型ＧａＡｓからなる基板２０１上に、ｐ型電流阻止層２０２と、ｎ型コンタクト層２０５と、下部ＤＢＲミラー２０３と、λ共振器層２０６と、電流狭窄層２０８を含んだ上部ＤＢＲミラー２１２と、ｐ型コンタクト層２０９とが順次積層している。なお、λ共振器層２０６からｐ型コンタクト層２０９までは円柱状のメサポスト構造Ｍ２１を有している。また、メサポスト構造Ｍ２１の周辺部にも、メサ構造Ｍ２２、Ｍ２３が形成されている。メサポスト構造Ｍ２１とメサ構造Ｍ２２は下部ＤＢＲミラー２０３に到る深さまで形成された溝により分離され、メサポスト構造Ｍ２１とメサ構造Ｍ２３とはｎ型コンタクト層２０５に到る深さまで形成された溝により分離されている。また、上部ＤＢＲミラー２１２の表面から基板２０１に到る深さまで、各面発光レーザ素子を電気的に分離するための分離構造としての分離溝ｇが形成されている。また、ｐ型コンタクト層２０９上には円環状のｐ側電極２１０が形成されている。また、ｐ側電極２１０の表面以外の表面には、絶縁層２０４が形成され、ｐ側電極２１０の円環内部は誘電体膜２１１が形成されている。また、ｐ側パッド電極２１４がメサ構造Ｍ２２の絶縁層２０４上に形成されており、絶縁層２０４上に延設した引き出し線２１３によりｐ側電極２１０と接続している。また、ｎ型コンタクト層２０５に接するようにｎ側電極２１５が形成されている。また、ｎ側パッド電極２１７がメサ構造Ｍ２３の絶縁層２０４上に形成されており、絶縁層２０４上に延設した引き出し線２１６によりｎ側電極２１５と接続している。
【００３７】
基板２０１は、ｎ型ドーパントを濃度５×１０１７〜５×１０１８ｃｍ−３でドープしたｎ型ＧａＡｓからなり、その表面にバッファ層としてｎ型ドーパントを濃度１×１０１８ｃｍ−３でドープしたｎ型ＧａＡｓ層が形成されている。ｐ型電流阻止層２０２は、Ｃ等のｐ型ドーパントを濃度１×１０１８ｃｍ−３でドープした厚さ３００ｎｍのｐ型ＧａＡｓからなる。また、ｎ型コンタクト層２０５は、ｎ型ドーパントを濃度１×１０１８ｃｍ−３でドープした厚さ１μｍのｎ型ＧａＡｓからなる。また、下部ＤＢＲミラー２０３は、ｎ型ドーパントを濃度１×１０１８ｃｍ−３でドープしたｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ構造を３５．５ペア積層したものである。下部ＤＢＲミラー２０３の反射中心波長は８５０ｎｍである。また、波長λを８５０ｎｍとして、下部ＤＢＲミラー２０３の各層の層厚は光学長でλ／４になるようにしている。
【００３８】
また、λ共振器層２０６は、クラッド層としてのｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層（Ｓｉドーピング濃度５×１０１７ｃｍ−３）と、ＧａＡｓ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ構造からなる３層量子井戸構造を有する活性層と、クラッド層としてのｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層（ドーピング濃度５×１０１７ｃｍ−３）とを積層し、合計の層厚が光学長でλになるようにしたものである。なお、活性層は、λ共振器層２０６の中心に位置するように配置されているまた、上部ＤＢＲミラー２１２は、ｐ−ＡｌＡｓ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ（層厚はそれぞれ光学長でλ／４）構造を２ペア積層し、電流狭窄層２０８を介して、さらに２２．５ペア積層したものである。なお、電流狭窄層２０８は、層厚が３０ｎｍであり、Ａｌ２Ｏ３からなる絶縁性の電流狭窄部と、ＡｌＡｓからなり、メサポスト構造Ｍ２１の中心に位置する円板形状の電流注入部とを有する。また、ｐ型コンタクト層１０９は、ｐ型ドーパントを濃度１×１０１９ｃｍ−３で高濃度にドープしたｐ型ＧａＡｓからなる。また、ｐ側電極２１０は、Ｔｉ／Ａｕ構造を有する。また、絶縁層２０４、誘電体膜２１１は、いずれもＳｉＯ２からなる。また、ｎ側電極２１５は、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる。また、ｐ側パッド電極２１４、ｎ側パッド電極２１７、引き出し線２１３、２１６は、いずれもＣｕ／Ａｕ構造を有する。
【００３９】
この面発光レーザ素子Ｄ２１は、ｐ側パッド電極２１４、ｎ側パッド電極２１７を介してｐ側電極２１０とｎ側電極２１５とに電圧を印加して、ｐ側電極２１０から電流を注入すると、電流狭窄層２０８によって電流密度が高められた電流がλ共振器層２０６の活性層に注入されて活性層が発光する。そしてこの発光が、下部ＤＢＲミラー２０３と上部ＤＢＲミラー２１２との光共振器構造によって波長８５０ｎｍのレーザ光Ｌ２１を出力する。同様に、面発光レーザ素子Ｄ２２も電流注入によって波長８５０ｎｍのレーザ光Ｌ２２を出力する。
【００４０】
ここで、基板２０１は、ＶＧＦ法で製造され、ｎ型ドーパントを濃度５×１０１７〜５×１０１８ｃｍ−３でドープしたものであり、そのＥＰＤが５００ｃｍ−２以下と低くなっており、実施の形態１に係る面発光レーザアレイ素子１００と同様に、素子の劣化や素子特性の設計からのずれが低減される。
【００４１】
さらに、この面発光レーザ素子Ｄ２１は、基板２０１とλ共振器層２０６の活性層との間にｐ型電流阻止層２０２を備えているとともに、隣接する面発光レーザ素子との間は分離溝ｇで分離されているため、実施の形態１に係る面発光レーザアレイ素子１００と同様に、電気的アイソレーションも確保されている。
【００４２】
なお、図４に示す面発光レーザアレイ素子２００は、以下のようにして製造できる。はじめに、基板２０１上にＭＢＥ法にてバッファ層を形成した後、ＭＯＣＶＤ法等を用いて、ｐ型電流阻止層２０２からｐ型コンタクト層２０９までを順次形成する。さらに、実施の形態１と同様に、ｐ側電極２１０を形成する。続いて、ｐ側電極２１０の内側開口部をハードベークレジストで保護した後、ドライエッチングにて少なくとも活性層側面が露出する深さまでエッチングし、メサポスト構造Ｍ２１、メサ構造Ｍ２２を形成する。その後、基板温度を４３０℃として水蒸気雰囲気でＡｌＡｓ層を選択酸化し、電流狭窄層２０８を形成する。続いて、上記で形成したメサ全体をカバーしつつ上記ドライエッチング底面の一部が開口したパターンをハードベークレジストで形成し、２度目のドライエッチングをおこなって、パターン開口部分をｎ型コンタクト層２０５が露出する深さまでエッチングする。ここでメサ構造Ｍ２３が形成される。つぎに、ｐ側電極２１０と同様のプロセスを用いて、２度目のドライエッチングでエッチングした底面にｎ側電極２１５を形成する。続いて、実施の形態１の場合と同様の方法で、ｐ側パッド電極２１４、ｎ側パッド電極２１７、引き出し線２１３、２１６を形成する。最後に、ウェットエッチングにより、上部ＤＢＲミラー２１２の表面から基板２０１に到達する深さまで分離溝ｇを形成し、面発光レーザアレイ素子２００が完成する。
【００４３】
つぎに、上記製造方法により、実施の形態２に係る１００チャンネルの面発光レーザアレイ素子を製造した。なお、基板として、ＶＧＦ法により製造したｎ型ＧａＡｓ基板を用いた。なお、このＧａＡｓ基板のＥＰＤを測定したところ、２５０ｃｍ−２であった。また、各面発光レーザ素子のメサ直径を３０μｍとし、素子間隔を縦横ともに２５０μｍとした。
【００４４】
この面発光レーザアレイ素子の特性を測定したところ、各面発光レーザ素子の電気抵抗は、２．８Ｖ印加したときに４０Ωであった。また、隣接素子間の電気抵抗は、４ｋΩ以上の抵抗が必要であるが、ｎ側電極間で測定した隣接素子間の電気抵抗波１００ＭΩ以上と十分であった。また隣接する各素子に１０Ｇｂｐｓの変調信号を重畳してそれぞれ独立に駆動した状態で一方から出力するレーザ光のアイパターンを測定したところ、単独で駆動したときのアイパターンと同じであり、電気的クロストークの発生は観測されなかった。
【００４５】
（実施の形態３）
つぎに本発明の実施の形態３に係る面発光レーザアレイ素子について説明する。本実施の形態３に係る面発光レーザアレイ素子は、実施の形態２に係る面発光レーザアレイ素子とはｎ型コンタクト層の配置などが異なる。
【００４６】
図５は、本実施の形態３に係る面発光レーザアレイ素子３００の模式的な断面図である。面発光レーザアレイ素子３００は基板３０１上に縦横１０×１０で配列された１００個の面発光レーザ素子を有するが、図５ではそれらのうち隣接する面発光レーザ素子Ｄ３１、Ｄ３２のみ示している。以下では面発光レーザ素子Ｄ３１について説明する。面発光レーザ素子Ｄ３１は、ｎ型ＧａＡｓからなる基板３０１上に、ｐ型電流阻止層３０２と、下部ＤＢＲミラー３０３と、ｎ型コンタクト層３０５と、λ共振器層３０６と、電流狭窄層３０８を含んだ上部ＤＢＲミラー３１２と、ｐ型コンタクト層３０９とが順次積層している。なお、λ共振器層３０６からｐ型コンタクト層３０９までは円柱状のメサポスト構造Ｍ３を有している。また、下部ＤＢＲミラー３０３の表面から基板３０１に到る深さまで、各面発光レーザ素子を電気的に分離するための分離構造としての分離溝ｇが形成されている。また、ｐ型コンタクト層３０９上には円環状のｐ側電極３１０が形成されている。また、ｐ側電極３１０の表面以外の表面には、絶縁膜３０４が形成され、ｐ側電極３１０の円環内部は誘電体膜３１１が形成されている。また、ｐ側パッド電極３１４が絶縁膜３０４上に形成されており、絶縁膜３０４上に延設した引き出し線３１３によりｐ側電極３１０と接続している。また、ｎ型コンタクト層３０５上にメサポスト構造Ｍ３を囲うように形成した半円環状のｎ側電極３１５が形成されている。また、ｎ側パッド電極３１７が絶縁膜３０４上に形成されており、絶縁膜３０４上に延設した引き出し線３１６によりｎ側電極３１５と接続している。
【００４７】
基板３０１は、ｎ型ドーパントを濃度５×１０１７〜５×１０１８ｃｍ−３でドープしたｎ型ＧａＡｓからなり、その表面にバッファ層としてｎ型ドーパントを濃度１×１０１８ｃｍ−３でドープしたｎ型ＧａＡｓ層が形成されている。ｐ型電流阻止層３０２は、Ｃ等のｐ型ドーパントを濃度１×１０１８ｃｍ−３でドープした厚さ３００ｎｍのｐ型ＧａＡｓからなる。また、下部ＤＢＲミラー３０３は、ｎ型ドーパントを濃度１×１０１８ｃｍ−３でドープしたｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ構造を３５ペア積層したものである。下部ＤＢＲミラー３０３の反射中心波長は８５０ｎｍである。また、波長λを８５０ｎｍとして、下部ＤＢＲミラー３０３の各層の層厚は光学長でλ／４になるようにしている。また、ｎ型コンタクト層３０５は、ｎ型ドーパントを濃度１×１０１８ｃｍ−３でドープした層厚が光学長でλ／４のｎ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる。
【００４８】
また、λ共振器層３０６は、クラッド層としてのｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層（Ｓｉドーピング濃度５×１０１７ｃｍ−３）と、ＧａＡｓ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ構造からなる３層量子井戸構造を有する活性層と、クラッド層としてのｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層（ドーピング濃度５×１０１７ｃｍ−３）とを積層し、合計の層厚が光学長でλになるようにしたものである。なお、活性層は、λ共振器層３０６の中心に位置するように配置されているまた、上部ＤＢＲミラー３１２は、ｐ−ＡｌＡｓ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ（層厚はそれぞれ光学長でλ／４）構造を２ペア積層し、電流狭窄層３０８を介して、さらに２２．５ペア積層したものである。なお、電流狭窄層３０８は、層厚が３０ｎｍであり、Ａｌ２Ｏ３からなる絶縁性の電流狭窄部と、ＡｌＡｓからなり、メサポスト構造Ｍ２１の中心に位置する円板形状の電流注入部とを有する。また、ｐ型コンタクト層３０９は、ｐ型ドーパントを濃度１×１０１９ｃｍ−３で高濃度にドープしたｐ型ＧａＡｓからなる。また、ｐ側電極３１０は、Ｔｉ／Ａｕ構造を有する。また、絶縁膜３０４、誘電体膜３１１は、いずれもＳｉＯ２からなる。また、ｎ側電極３１５は、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる。また、ｐ側パッド電極３１４、ｎ側パッド電極３１７、引き出し線３１３、３１６は、いずれもＣｕ／Ａｕ構造を有する。
【００４９】
この面発光レーザ素子Ｄ３１は、ｐ側パッド電極３１４、ｎ側パッド電極３１７を介してｐ側電極３１０とｎ側電極３１５とに電圧を印加することにより、実施の形態２と同様に波長８５０ｎｍのレーザ光Ｌ３１を出力する。同様に、面発光レーザ素子Ｄ３２も電流注入によって波長８５０ｎｍのレーザ光Ｌ３２を出力する。
【００５０】
ここで、基板３０１は、実施の形態１、２と同様に、ＶＧＦ法で製造され、ｎ型ドーパントを濃度５×１０１７〜５×１０１８ｃｍ−３でドープしたものであり、そのＥＰＤが５００ｃｍ−２以下と低くなっており、実施の形態１、２と同様に、素子の劣化や素子特性の設計からのずれが低減される。
【００５１】
さらに、この面発光レーザ素子Ｄ３１は、基板３０１とλ共振器層３０６の活性層との間にｐ型電流阻止層３０２を備えているとともに、隣接する面発光レーザ素子との間は分離溝ｇで分離されているため、実施の形態１、２と同様に、電気的アイソレーションも確保されている。
【００５２】
なお、図５に示す面発光レーザアレイ素子３００は、以下のようにして製造できる。はじめに、基板３０１上にＭＢＥ法にてバッファ層を形成した後、ＭＯＣＶＤ法等を用いて、ｐ型電流阻止層３０２からｐ型コンタクト層３０９までを順次形成する。さらに、ｐ側電極３１０を形成する。続いて、ｐ側電極３１０の内側開口部をフォトレジストで保護した後、硫酸／過酸化水素／純水混合エッチング液を用いたウェットエッチングにて、活性層側面が露出し、かつｎ型コンタクト層３０５の上面が露出する深さまでエッチングしてメサポスト構造Ｍ３を形成する。ここで、ウェットエッチングに用いたエッチング液は砒素（Ａｓ）を主要なＶ族元素として含む化合物半導体層、ここではＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ(０≦ｘ≦１)をエッチングするが、Ｐ（燐）を主要なＶ族元素として含む化合物半導体層、ここではＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐをエッチングしないので、上記エッチングは選択エッチングとなり、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層であるｎ型コンタクト層３０５の上面でエッチングが自動停止する。ただし、ここで形成すべきメサポスト構造Ｍ３のすべてをウェットエッチングのみで形成する代わりに、ドライエッチングで活性層近傍までエッチングしたあと、残りの部分からｎ型コンタクト層３０５上面までのみをウェットエッチングで形成してもよく、この場合、メサポスト構造Ｍ３の垂直性が向上する。
【００５３】
その後、電流狭窄層３０８、ｎ側電極３１５、ｐ側パッド電極３１４、ｎ側パッド電極３１７、引き出し線３１３、３１６、分離溝ｇを形成し、面発光レーザアレイ素子３００が完成する。
【００５４】
つぎに、上記製造方法により、実施の形態３に係る１００チャンネルの面発光レーザアレイ素子を製造した。なお、基板として、ＶＧＦ法により製造したｎ型ＧａＡｓ基板を用いた。なお、このＧａＡｓ基板のＥＰＤを測定したところ、２５０ｃｍ−２であった。また、各面発光レーザ素子のメサ直径を３０μｍとし、素子間隔を縦横ともに２５０μｍとした。
【００５５】
この面発光レーザアレイ素子の特性を測定したところ、各面発光レーザ素子の電気抵抗は、２．８Ｖ印加したときに４０Ωであった。また、隣接素子間の電気抵抗は、４ｋΩ以上の抵抗が必要であるが、ｎ側電極間で測定した隣接素子間の電気抵抗波１００ＭΩ以上と十分であった。また隣接する各素子に１０Ｇｂｐｓの変調信号を１０Ｇｂｐｓの変調速度でそれぞれ独立に重畳してそれぞれ独立に駆動した状態で一方から出力するレーザ光のアイパターンを測定したところ、単独で駆動したときのアイパターンと同じであり、電気的クロストークの発生は観測されなかった。
【００５６】
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４に係る面発光レーザアレイ素子について説明する。本実施の形態４に係る面発光レーザアレイ素子は、ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰ系の半導体からなり、レーザ発振波長が１５５０ｎｍ帯であり、チャンネル数が１００ｃｈのものである。
【００５７】
図６は、本実施の形態４に係る面発光レーザアレイ素子４００の模式的な断面図である。面発光レーザアレイ素子４００は基板４０１上に縦横１０×１０で配列された１００個の面発光レーザ素子を有するが、図６ではそれらのうち隣接する面発光レーザ素子Ｄ４１、Ｄ４２のみ示している。以下では面発光レーザ素子Ｄ４１について説明する。面発光レーザ素子Ｄ４１は、ｎ型ＩｎＰからなる基板４０１上に、ｐ型電流阻止層４０２と、下部ＤＢＲミラー４０３と、ｎ型コンタクト層４０５と、活性層４０６と、ｐ型スペーサ層４０７と、埋め込みトンネル接合層４１８と、ｎ型コンタクト層４１９とが順次積層している。なお、活性層４０６からｎ型コンタクト層４１９までは円柱状のメサポスト構造Ｍ４を有している。また、下部ＤＢＲミラー４０３の表面から基板４０１に到る深さまで、分離溝ｇが形成されている。また、ｎ型コンタクト層４１９上には円環状のｐ側電極４１０が形成されている。また、ｐ側電極４１０の表面以外の表面には、絶縁膜４０４が形成され、ｐ側電極１１０の円環内部は誘電体膜４１１が形成されている。また、誘電体膜４１１上には上部ＤＢＲミラー４１２が形成されている。また、ｐ側パッド電極４１４が絶縁膜４０４上に形成されており、絶縁膜４０４上に延設した引き出し線４１３によりｐ側電極４１０と接続している。また、ｎ型コンタクト層４０５上にメサポスト構造Ｍ４を囲うように形成した半円環状のｎ側電極４１５が形成されている。また、ｎ側パッド電極４１７が絶縁膜４０４上に形成されており、絶縁膜４０４上に延設した引き出し線４１６によりｎ側電極４１５と接続している。
【００５８】
基板４０１は、硫黄（Ｓ）等のｎ型ドーパントを濃度５×１０１７〜５×１０１８ｃｍ−３でドープしたｎ型ＩｎＰからなり、その表面にバッファ層としてｎ型ドーパントを濃度１×１０１８ｃｍ−３でドープしたｎ型ＩｎＰ層が形成されている。ｐ型電流阻止層４０２は、ｐ型ドーパントを濃度１×１０１８ｃｍ−３でドープした厚さ２００ｎｍのｐ型ＡｌＧａＩｎＡＳからなる。また、下部ＤＢＲミラー４０３は、ノンドープのＡｌＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰ構造を５０ペア積層したものである。下部ＤＢＲミラー１０３の反射中心波長は１５５０ｎｍである。また、波長λを１５５０ｎｍとして、下部ＤＢＲミラー４０３の各層の層厚は光学長でλ／４になるようにしている。また、ｎ型コンタクト層４０５は、ｎ型ドーパントを濃度１×１０１８ｃｍ−３でドープしたｎ型ＩｎＰからなる。
【００５９】
また、活性層４０６は、（Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５）０．３５Ｉｎ０．６５Ａｓ／（Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５）０．５５Ｉｎ０．４５Ａｓ構造からなる６層量子井戸構造を有する。また、ｐ型スペーサ層４０７は、ｐ型ドーパントであるＢｅを濃度１×１０１８ｃｍ−３でドープしたｐ型ＩｎＰからなる。また、埋め込みトンネル接合層４１８は、ｎ型ドーパントを濃度１×１０１８ｃｍ−３でドープしたｎ型ＩｎＰからなるｎ型コンタクト層４１９に埋め込まれている。この埋め込みトンネル接合層４１８は、Ｃを１×１０２０ｃｍ−３程度の高濃度でドーピングしたｐ＋型であり層厚が１０ｎｍの（Ａｌ０．15Ｇａ０．６２）０．４７Ｉｎ０．５３Ａｓ層と、Ｓｉを２×１０１９ｃｍ−３程度の高濃度でドーピングしたｎ＋型であり層厚が４０ｎｍの下部（Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５) ０．４７Ｉｎ０．５３Ａｓ層と、Ｓｉを１×１０１８ｃｍ−３程度の濃度でドーピングしたｎ型であり層厚が６０ｎｍの上部（Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５) ０．４７Ｉｎ０．５３Ａｓとが積層した構造を有しており、メサポスト構造Ｍ３の中心に位置し、トンネル接合によって電流注入部を形成している。また、ｐ側電極４１０は、Ｔｉ／Ａｕ構造を有する。また、絶縁膜４０４、誘電体膜４１１は、いずれもＳｉＯ２からなる。また、上部ＤＢＲミラー４１２は、誘電体多層膜反射ミラーであって、λを１５５０ｎｍとすると、Ｓｉ／ＳｉＯ２（層厚はそれぞれ光学長でλ／４）構造が６ペア積層した構造を有する。また、ｎ側電極４１５は、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる。また、ｐ側パッド電極４１４、ｎ側パッド電極４１７、引き出し線４１３、４１６は、いずれもＣｕ／Ａｕ構造を有する。
【００６０】
この面発光レーザ素子Ｄ４１は、ｐ側パッド電極４１４、ｎ側パッド電極４１７を介してｐ側電極４１０とｎ側電極４１５とに電圧を印加することによって、埋め込みトンネル接合層４１８によって電流狭窄された電流が活性層４０６に注入される結果、波長１５５０ｎｍのレーザ光Ｌ４１を出力する。同様に、面発光レーザ素子Ｄ４２も電流注入によって波長１５５０ｎｍのレーザ光Ｌ４２を出力する。
【００６１】
また、基板４０１は、ｎ型ドーパントを濃度５×１０１７〜５×１０１８ｃｍ−３でドープしたものであり、そのＥＰＤが５００ｃｍ−２以下と低くなっており、素子の劣化や素子特性の設計からのずれが低減される。さらに、この面発光レーザ素子Ｄ４１は、基板４０１と活性層４０６との間にｐ型電流阻止層４０２を備えているとともに、隣接する面発光レーザ素子との間は分離溝ｇで分離されているため、電気的アイソレーションも確保されている。
【００６２】
なお、図６に示す面発光レーザアレイ素子４００は、面発光レーザアレイ素子１００とほぼ同様にして製造できる。なお、埋め込みトンネル接合層４１８の形成方法については、はじめに、ｐ型スペーサ層４０７上に、埋め込みトンネル接合層４１８と同様の積層構造を形成し、その後、フォトリソグラフィ法を用いて形成すべき埋め込みトンネル接合層４１８に対応する直径６μｍ程度の円形パターンを形成し、硫酸系エッチャントを用いて選択エッチングし、埋め込みトンネル接合層４１８とする。続いて化学ビーム成長法やＭＯＣＶＤ法を用いて再成長を行い、ｎ型ＩｎＰからなるｎ型コンタクト層４１９で埋め込みトンネル接合層４１８を埋め込む。
【００６３】
つぎに、上記製造方法により、実施の形態４に係る１００チャンネルの面発光レーザアレイ素子を製造した。なお、基板として、ＶＧＦ法により製造したｎ型ＧａＡｓ基板を用いた。なお、このＧａＡｓ基板のＥＰＤを測定したところ、２５０ｃｍ−２であった。また、各面発光レーザ素子のメサ直径を３０μｍとし、素子間隔を縦横ともに２５０μｍとした。
【００６４】
この面発光レーザアレイ素子の特性を測定したところ、各面発光レーザ素子の電気抵抗は、２．４Ｖ印加したときに７０Ωであった。また、隣接素子間の電気抵抗は、７ｋΩ以上の抵抗が必要であるが、ｎ側電極間で測定した隣接素子間の電気抵抗波１００ＭΩ以上と十分であった。また隣接する各素子に１０Ｇｂｐｓの変調信号を重畳してそれぞれ独立に駆動した状態で一方から出力するレーザ光のアイパターンを測定したところ、単独で駆動したときのアイパターンと同じであり、電気的クロストークの発生は観測されなかった。
【００６５】
なお、上記各実施の形態では、第一伝導型をｎ型とし、第二伝導型をｐ型としたが、第一伝導型をｐ型とし、第二伝導型をｎ型としてもよい、すなわち、基板としてはｎ型基板に限らず、ｐ型基板を用いてもＥＰＤの低減による効果を得られる。なお、ｐ型基板を用いる場合は、たとえば亜鉛（Ｚｎ）などのｐ型ドーパントを濃度５×１０１７〜５×１０１８ｃｍ−３でドープしたｐ型ＧａＡｓ基板やｐ型ＩｎＰ基板などを用いることができる。また、この場合、基板上の各半導体層の伝導型を逆にする。
【００６６】
また、上記各実施の形態では、電流阻止層を基板とは逆の第二伝導型にしているが、電気的アイソレーションを確保するために、伝導型にかかわらず高抵抗化したものでもよい。この場合、電流阻止層として、砒素を主要なＶ族元素として含む化合物半導体層からなり、窒素、炭素、酸素、ホウ素、酸化クロムの少なくともいずれか一つを１×１０１６ｃｍ−３以上の濃度で添加したものを用いれば、隣接する面発光レーザ素子の電極間の電気抵抗を、各面発光レーザ素子の電気抵抗の１００倍以上とできるので好ましい。また、電流阻止層として、燐を主要なＶ族元素として含む化合物半導体層からなり、鉄を１×１０１６ｃｍ−３以上の濃度で添加したものとしても、同様の効果が得られる。
【００６７】
また、たとえば、実施の形態１において、ｎ型コンタクト層１０５からｐ型コンタクト層１０９までの積層の順序を逆にしてもよい。このようにすれば、ｎ型基板１０１と、活性層１０６との間にｐ型の半導体層領域が位置することとなるので、ｐ型電流阻止層１０２がなくても、素子間の電気的アイソレーションを確保することができる。
【００６８】
また、上記各実施の形態では、面発光レーザ素子間の電気的分離構造として分離溝を用いたが、電気的分離構造はこれに限定されず、たとえば基板がｎ型基板の場合は、分離溝を形成するかわりに、素子間において基板表面から基板に到る深さまで水素をインプランテーションして電気的分離構造を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施の形態１に係る面発光レーザアレイ素子の模式的な断面図である。
【図２】ドーパントの添加濃度と電気抵抗との関係を示す図である。
【図３】ｐ型電流阻止層のＤＢＲミラーの添加濃度と電気抵抗との関係を示す図である。
【図４】実施の形態２に係る面発光レーザアレイ素子の模式的な断面図である。
【図５】実施の形態３に係る面発光レーザアレイ素子の模式的な断面図である。
【図６】実施の形態４に係る面発光レーザアレイ素子の模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１００〜４００  面発光レーザアレイ素子
１０１〜４０１  基板
１０２〜４０２  ｐ型電流阻止層
１０３〜４０３  下部ＤＢＲミラー
１０４〜４０４  絶縁膜
１０５〜４０５、４１９  ｎ型コンタクト層
１０６、４０６  活性層
１０７ａ  ｐ型下部スペーサ層
１０７ｂ  ｐ型上部スペーサ層
１０８〜３０８  電流狭窄層
１０９〜３０９  ｐ型コンタクト層
１１０〜４１０  ｐ側電極
１１１〜４１１  誘電体膜
１１２〜４１２  上部ＤＢＲミラー
１１３〜４１３、１１６〜４１６  引き出し線
１１４〜４１４  ｐ側パッド電極
１１５〜４１５  ｎ側電極
１１７〜４１７  ｎ側パッド電極
２０６、３０６  λ共振器層
４０７  ｐ型スペーサ層
４１８  トンネル接合層
Ｄ１１〜Ｄ４１、Ｄ１２〜Ｄ４２  面発光レーザ素子
ｇ  分離溝
Ｌ１１〜Ｌ４１、Ｌ１２〜Ｌ４２  レーザ光
Ｍ１、Ｍ２１、Ｍ３、Ｍ４  メサポスト構造
Ｍ２２、Ｍ２３  メサ構造
【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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