JP5260958B2 - 面発光レーザ素子アレイ - Google Patents

Description

本発明は、メサポスト部分を有し、基板に対して垂直方向の共振器構造を有する面発光レーザ素子を同一基板上に複数有する面発光レーザ素子アレイに関し、特にその電極配置に関するものである。

垂直共振器型面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser、以下、単に面発光レーザ素子と称す。）は、基板に対して直交方向に光を出射させる半導体レーザ素子であって、同じ基板上に２次元アレイ状に多数配列することも可能であり、通信用光源として、また、その他の様々なアプリケーション用デバイスとして注目されている。この面発光レーザ素子に関しては、２．５Ｇｂｐｓ〜１０Ｇｂｐｓ、あるいはそれ以上の通信速度の高速化にともない、高周波応答性に優れた面発光レーザ素子および面発光レーザ素子アレイ、あるいはそれらを組み込んだレーザモジュールが求められている。

面発光レーザ素子は、ＧａＡｓやＩｎＰといった半導体基板上に１対の半導体多層膜反射鏡（例えば、ＧａＡｓ系ではＡｌ（Ｇａ）Ａｓ／Ｇａ（Ａｌ）Ａｓ等）を形成し、その対の反射鏡の間に発光領域となる活性層を有するレーザ構造部を備えている。特に、ＧａＡｓ系面発光レーザ素子は、ＧａＡｓ基板上に形成でき、しかも、熱伝導率が良好で、反射率の高いＡｌＧａＡｓ系ＤＢＲミラーを用いることができるので、０．８μｍ〜１．０μｍ帯のレーザ光を発光できるレーザ素子として有望視されている。また、活性層にＧａＩｎＮＡｓ系材料を用いた面発光レーザ素子は、１．２μｍ〜１．６μｍの長波長域の光を発光できる面発光レーザ素子として有望視されている。これらの面発光レーザ素子では、電流効率を高め、閾値電流値を下げるために、Ａｌ酸化層で電流注入領域を狭窄する酸化狭窄型の面発光レーザ素子が開発されている。

図７を参照して、従来の８５０ｎｍ帯の酸化狭窄型の面発光レーザ素子の構成を説明する。面発光型半導体レーザ素子３０は、ｎ−ＧａＡｓ基板３２上に、それぞれの層の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）のｎ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／ｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓの３５ペアからなる下部ＤＢＲミラー３４、下部クラッド層３６、量子井戸活性層３８、上部クラッド層４０、及び、それぞれの層の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）のｐ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓの２５ペアからなる上部ＤＢＲミラー４２の積層構造を備えている。

上部ＤＢＲミラー４２では、量子井戸活性層３８に近い側の一層が、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層に代えて、ＡｌＡｓ層４４で形成され、かつ電流注入領域以外の領域のＡｌＡｓ層４４のＡｌが、選択的に酸化され、Ａｌ酸化層４５からなる電流狭窄層を構成している。

積層構造のうち、上部ＤＢＲミラー４２は、フォトリソグラフィ処理及びエッチング加工により、ＡｌＡｓ層４４よりも下方の量子井戸活性層３８に近い層まで、例えば直径３０μｍの円形のメサポストに加工されている。メサポストを形成する場合には、メサポスト領域以外の半導体を全てエッチングして除去したり、あるいは、エッチングによって環状溝を設けて、該環状溝内にメサポストを形成したりする。また、メサポストに加工した積層構造を水蒸気雰囲気中にて、約４００℃の温度で酸化処理を行い、メサポストの外側からＡｌＡｓ層４４のＡｌを選択的に酸化させることにより、Ａｌ酸化層４５からなる電流狭窄層が形成されている。

メサポストは、周囲が例えばポリイミド層４６により埋め込まれている。そして、メサポストの上面の外周に５μｍ〜１０μｍ程度の幅で接触するリング状電極が、ｐ側電極４８として設けられている。また、基板３２裏面を適宜研磨して基板厚さを例えば２００μｍ厚に調整した後、基板３２の裏面にｎ側電極５０が形成されている。更に、ポリイミド４６上には、外部端子とワイヤーで接続するための電極パッド５２が、ｐ側電極４８と接触するように形成されている。このような構成の面発光レーザ素子３０では、基板３２裏面のｎ側電極５０とメサポスト上部のｐ側電極４８間を電流が流れるため、ｎ型又はｐ型の不純物がドープされた導電性の半導体基板が使用されている（特許文献１参照）。

また、図８に示すように、高速応答可能な電極配置を有する面発光レーザ素子として、メサポストを有する面発光レーザ素子６０において、メサポスト上部にｎ型電極７１を設け、半絶縁性半導体基板６１に対して同一面側となる下部クラッド層６７上にｐ型電極７２を設けた面発光レーザ素子が提案されている。このような面発光レーザ素子６０では、比較的抵抗の高いｐ型半導体多層膜６２からなる下部ＤＢＲミラーが電流経路とならないため、素子抵抗を小さくすることができるとされている。なお、図中、６３は下部クラッド層、６４は活性層、６５は上部クラッド層、６６は下部クラッド層、６８は電流狭窄層、６９は上部クラッド層、７０は半導体多層膜である（特許文献２参照）。

面発光レーザ素子アレイは、同一の半導体基板上に上述のような面発光レーザ素子を複数形成したものである。

特開２００３−３７３３６号公報 特開平６−２９１４１４号公報

上述したように、各々の面発光レーザ素子のメサポスト上面と基板裏面とにｐ側電極とｎ側電極を設けた面発光レーザ素子アレイでは、面発光レーザ素子の活性層に電流を注入するために、半導体基板および下部ＤＢＲミラーが導電性を有するように構成されている。従って、各面発光レーザ素子が電気的に接続された状態であり、面発光レーザ素子間の電気的な干渉（クロストーク）の問題が生じやすい。また、面発光レーザ素子の電気容量および抵抗値が比較的大きいため、高周波に対する良好な応答性が得られない。

一方、基板の同一面側のメサポスト上面と下部クラッド上とにｐ側電極とｎ側電極を設けた面発光レーザ素子では、面発光レーザ素子の電気容量と抵抗値を小さくすることができ、高速応答性は向上する。しかしながら、個々の面発光レーザ素子のグランド電極が分散して配置されているため、グランド電極までのインダクタンスや抵抗の影響を受けて、各面発光レーザ素子のグランド電位にばらつきが生じ、その結果、面発光レーザ素子間でクロストークの問題を生じやすい。

上記のような問題に鑑みて、本発明は、同一の半導体基板上に複数の面発光レーザ素子を備えた面発光レーザ素子アレイにおいて、各面発光レーザ素子のグランド電位を一定ににし、かつ、高速応答性に優れた複数の面発光レーザ素子を有する面発光レーザ素子アレイを提供することを目的とする。

本発明は、少なくとも半導体層からなる活性層を含む積層構造が形成するメサポストを有する面発光レーザ素子を複数、同一基板上に備えた面発光レーザ素子アレイにおいて、前記面発光レーザ素子はそれぞれ、第１の電極と、該第１の電極に対して極性の異なる第２の電極および第３の電極とを有し、前記第１の電極は前記メサポスト上に配置され、前記第２の電極は前記基板に対して前記第１の電極と同一面側に配置され、前記第３の電極は前記第１および第２の電極とは前記基板の反対側の面に配置されて複数の面発光レーザ素子に対して共通の電極として設けられており、前記第１の電極と前記第２の電極により前記活性層に電流を注入することを特徴とする。

本発明の面発光レーザ素子アレイは、各面発光レーザ素子の第１の電極をメサポスト上に配置し、第２の電極を基板に対して第１の電極と同一面側に配置し、第３の電極を前記第１および第２の電極とは基板の反対側の面に配置し、前記第１の電極と前記第２の電極により前記活性層に電流を注入するため、面発光レーザ素子の電気容量および抵抗値が低減して、高速応答性が向上し、また、前記第３の電極は複数の面発光レーザ素子に対して共通の電極として設けられているため、各面発光レーザ素子のグランド電位が一定になり、クロストークが減少するという効果を奏する。

図１は、実施の形態１にかかる面発光レーザ素子アレイが備える面発光レーザ素子の構成を示す断面図である。 図２は、実施の形態１にかかる面発光レーザ素子アレイの構成を示す平面図である。 図３は、図１に示した面発光レーザ素子の変形構成を示す断面図である。 図４−１は、実施の形態２にかかる面発光レーザ素子アレイが備える面発光レーザ素子のメサポスト部分の構成と電流経路とを示す断面図である。 図４−２は、図４−１に示した電流狭窄層近傍での径方向の電流密度分布を示す図である。 図５−１は、図４−１に示した面発光レーザ素子から電流平準化層を除いた場合のメサポスト部分の構成と電流経路とを示す断面図である。 図５−２は、図５−１に示した電流狭窄層近傍での径方向の電流密度分布を示す図である。 図６は、実施の形態２の変形例にかかる面発光レーザ素子アレイが備える面発光レーザ素子のメサポスト部分の構成を示す断面図である。 図７は、従来の面発光レーザ素子の断面図である 図８は、従来の面発光レーザ素子の他の断面図である。

符号の説明

１ 基板
２ 下部ＤＢＲミラー
２ａ 第１下部ＤＢＲミラー
２ｂ 第２下部ＤＢＲミラー
３，３’ 下部クラッド層
４ 活性層
５ 上部クラッド層
６ 上部ＤＢＲミラー
７ アパーチャ
８ 電流狭窄層
９ 第１の電極
１０ 第２の電極
１１ 第３の電極
１２ ポリイミド
１３，１４ 電極パッド
１５，１５’ 面発光レーザ素子
１６ 面発光レーザ素子アレイ
１７ マウント基板
１８ グランド電極
１９ ボンディングワイヤ
２０ 信号入力電極
２１，２１’ 電流平準化層
２２ 高抵抗率層
２３ 低抵抗率層

以下、図面を参照して本発明にかかる面発光レーザ素子アレイ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本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一符号を付して示している。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る面発光レーザ素子アレイを構成する一面発光レーザ素子部分の断面図である。図１において、面発光レーザ素子１５は、半絶縁性の半導体基板１上に、それぞれの層の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）のＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓのペアが多層に積層された下部ＤＢＲミラー２、下部クラッド層３、活性層４、上部クラッド層５、及び、それぞれの層の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）のｐ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓのペアが多層に積層された上部ＤＢＲミラー６が順次積層された積層構造を備えている。

下部ＤＢＲミラー２は、半絶縁性の第１下部ＤＢＲミラー２ａ上に、ｎ型の不純物がドープされて導電性を高めた数層からなる第２下部ＤＢＲミラー２ｂが積層されて構成されている。また、上部ＤＢＲミラー６は、ｐ型の不純物がドープされて導電性を有する半導体層で構成されるとともに、活性層４に近い側の一層が、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層に代えてＡｌＡｓ層で構成され、かつ電流注入領域としての開口部（アパーチャ）７以外の領域のＡｌＡｓ層が選択的に酸化されて、Ａｌ酸化層からなる電流狭窄層８で構成されている。

第２下部ＤＢＲミラー２ｂから上部ＤＢＲミラー６までの活性層４を含む積層構造は形状がメサポストをなし、第２下部ＤＢＲミラー２ｂは、ｎ型不純物がドープされて導電性を有する半導体層で構成され、他の部分よりも径が大きくなっている。上部ＤＢＲミラー６の上面には第１の電極（ｐ側電極）９がリング状に配置されている。

また、第２下部ＤＢＲミラー２ｂの上面には半リング状に第２の電極（ｎ側電極）１０が配置されている。さらに、半導体基板１のメサポストと反対側の面には、第３の電極（グランド電極）１１が形成されている。第１の電極（ｐ側電極）９および第２の電極（ｎ側電極）１０は、各面発光レーザ素子に通電するために個別に設けられているが、第３の電極（グランド電極）１１は同一基板１上の複数の面発光レーザ素子に共通の電極として設けられている。

また、面発光レーザ素子アレイはポリイミド１２で埋め込まれており、ポリイミド１２上には、第１の電極（ｐ側電極）９と第２の電極（ｎ側電極）１０のそれぞれと接続した電極パッド１３，１４が設けられている。

図２は本実施の形態１の面発光レーザ素子アレイ１６がマウント基板１７上へ実装された状態の部分平面図である。図２において、面発光レーザ素子アレイ１６は、基板１を共用して配列された複数の面発光レーザ素子１５を備え、レーザモジュール内のマウント基板１７上に搭載されている。この状態で、第３の電極１１はマウント基板１７上のグランド電極１８上に載せられて電気的に接続しており、一方、第２の電極１０はマウント基板１７上のグランド電極１８に電極パッド１４を介してボンディングワイヤ１９で電気的に接続し、結果として、各面発光レーザ素子１５の第２の電極１０と第３の電極１１は電気的に接続している。さらに、第１の電極９は電極パッド１３を介して、マウント基板１７上の信号入力電極２０にボンディングワイヤ１９で電気的に接続している。

本実施の形態１が従来技術と異なる特徴的なことは、上部ＤＢＲミラー６の上面に第１の電極（ｐ側電極）９が配置され、第２下部ＤＢＲミラー２ｂの上面には半リング状に第２の電極（ｎ側電極）１０が配置され、さらに、半導体基板１のメサポストと反対側の面（裏面）に第３の電極（グランド電極）１１が形成されていることである。

このような構成により、各面発光レーザ素子１５を駆動させるための電流は、半絶縁性の第１下部ＤＢＲミラー２ａおよび半導体基板１を経由しないため、素子抵抗および素子容量が低減し、高速応答性が向上する。また、隣接する各面発光レーザ素子１５間は半絶縁性の半導体層で構成された第１下部ＤＢＲミラー２ａと半絶縁性の半導体基板１のみでつながっており、１つの面発光レーザ素子１５を駆動するための電流が他の面発光レーザ素子１５へ回り込むことが少なく、同一基板１上にありながら各面発光レーザ素子１５間のクロストークが低減する。さらに、各面発光レーザ素子１５は半絶縁性の基板１裏面に形成された共通の第３の電極（グランド電極）１１に接続しているため、各面発光レーザ素子１５のグランド電位が一定になり、面発光レーザ素子１５間のクロストークを防ぐ効果を奏する。

なお、本実施の形態１では、第２下部ＤＢＲミラー２ｂをｎ型半導体で形成し、上部ＤＢＲミラー６をｐ型半導体で形成したが、上部ＤＢＲミラー６をｎ型半導体、第２下部ＤＢＲミラー２ｂをｐ型半導体で形成してもよい。

また、本実施の形態１では、第２の電極１０を第２下部ＤＢＲミラー２ｂ上に形成したが、例えば図３に面発光レーザ素子１５’として示すように、導電性の下部クラッド層３の径を大きくして下部ＤＢＲミラー２の径と等しくした下部クラッド層３’を用い、この下部クラッド層３’上に第２の電極１０を形成し、下部ＤＢＲミラー２の全体を半絶縁性にしてもよい。

さらに、本実施の形態１では、基板１裏面をマウント基板１７上に直接接触させ、上部ＤＢＲミラー６側からレーザ光を出射する構造としたが、フリップチップ実装技術等を用いて、メサポスト側をマウント基板１７に接続し、基板１裏面からレーザ光を出射する構成としてもよい。そのような構成とした場合、レーザ光が不純物ドープをしていない半導体で構成される第１下部ＤＢＲミラー２ａを通して出射されるため、下部ＤＢＲミラー２での光損失を低減させることができる。

また、本実施の形態１では、面発光レーザ素子アレイ１６として面発光レーザ素子１５をマウント基板１７上に１次元配列したものを示したが、１次元配列に限定する必要はなく、２次元配列させることもできる。その場合にも、各面発光レーザ素子１５における第３の電極１１をグランド電極１８上に載置し、第２の電極１０を電極パッド１４およびボンディングワイヤ１９を介してグランド電極１８に接続させることで、第２の電極１０と第３の電極１１とを電気的に接続させることができる。

（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１における面発光レーザ素子１５では、活性層４に電流が効率良く注入されるので、高効率なレーザ発振が可能になるというレーザ素子として好適な特性を有している。しかしながら、面発光レーザ素子１５に高電圧が印加された場合、電流経路がアパーチャ７内に限定されるため、アパーチャ７内の電流密度が上昇し、電流狭窄層８近傍での破壊や劣化が生じやすい。一般に、面発光レーザ素子１５のようにＤＢＲミラーをもちいた面発光レーザ素子では、ＤＢＲミラーを経由した電流が電流狭窄層によって形成されるアパーチャ内に集中するため、高電圧印加によりアパーチャ近傍で破壊が生じやすい。特に静電気のような高電圧に対しては、破壊が生じやすく、静電気耐圧が低くなるという問題がある。

通常、半導体レーザ素子を組み込んだパッケージや半導体レーザ素子の駆動回路には半導体レーザ素子に高電圧が印加されないように保護回路が設けられているが、完全に防ぐことは困難である。また、静電気は半導体レーザ素子をダイシングしチップ化する際や、パッケージへのマウントをおこなう際等の組み立て工程においても発生するため、半導体レーザ素子自体の耐電圧特性を向上させることが重要である。さらに、半導体レーザ素子としての面発光レーザ素子をアレイ状に一体に構成した面発光レーザ素子アレイでは、面発光レーザ素子が１つでも破壊されると面発光レーザ素子アレイ全体の機能が著しく劣化し、所望の用途に供することができなくなる場合があるため、個々の面発光レーザ素子において静電気等に対する耐圧性の向上が望まれている。

図４−１は、本実施の形態２にかかる面発光レーザ素子アレイが備える面発光レーザ素子のメサポスト部分の構成を示す断面図である。本実施の形態２にかかる面発光レーザ素子アレイは、実施の形態１にかかる面発光レーザ素子アレイ１６と同様に複数の面発光レーザ素子が配列構成されるが、その各面発光レーザ素子は、図４−１に示すように、面発光レーザ素子１５をもとにして上部ＤＢＲミラー６内に、アパーチャ７内の電流分布を平準化する電流平準化層２１をさらに備える。

電流平準化層２１は、電流狭窄層８に対して活性層４と反対側に設けられている。この電流平準化層２１は、電流狭窄層８に近接して設けることが好ましく、電流狭窄層８に隣接して設けるか、少なくとも電流狭窄層８から５００ｎｍ以内の位置に設けることが好ましい。電流狭窄層８と電流平準化層２１とが接していない場合、その間の層は通常のＤＢＲミラーとすることが好ましい。また、電流平準化層２１は、上部ＤＢＲミラー６を形成する高屈折率層または低屈折率層のいずれよりも抵抗率が低い層（以下、低抵抗率層という。）であることが望ましく、５ｎｍ〜１００ｎｍの厚さとすることが好ましい。あるいは、電流平準化層２１は、上部ＤＢＲミラー６を形成する高屈折率層または低屈折率層のいずれよりも抵抗率の高い層（以下、高抵抗率層という。）とすることもできる。

ここで、電流平準化層２１として機能する低抵抗率層は、例えば、上部ＤＢＲミラー６を形成する層として用いられているＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層もしくはＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層の少なくとも１層に、またはその少なくとも１層の界面に、ｐ型ドープとしてＣ、Ｚｎ、Ｂｅから選ばれる少なくとも１種類以上の元素が５×１０¹⁸ｃｍ^-3〜１×１０²⁰ｃｍ^-3の範囲でドープされている。電流平準化層２１として高抵抗率層を設ける場合には、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ等の材料を使用することができる。

なお、図４−１に示したメサポスト部分における各部の大きさは、例えばつぎのように設定される。すなわち、メサポスト部分の直径は２０μｍ〜５０μｍであり、電流狭窄層８の厚さは１０〜６０ｎｍであり、電流が注入される面積つまりアパーチャ７の直径は５μｍ〜１５μｍである。

つづいて、電流平準化層２１の効果について説明する。図５−１は、図４−１に示したメサポスト部分から電流平準化層２１を除いた構成と電流経路とを示す断面図である。このメサポスト構造は、従来技術にかかる面発光レーザ素子のメサポスト構造に相当する。また、図５−２は、図５−１に示したメサポストにおけるアパーチャ７内の径方向の電流密度分布を示す図である。横軸（ｒ軸）は、アパーチャ７における径方向位置を示し、縦軸（Ｊ軸）は、径方向位置に対する電流密度を示している。図５−１に示すメサポストでは、上面外縁部にリング状のｐ側電極（第１の電極）９が配置されており、その中央の開口部分から光が射出される。このメサポスト内で電流は、抵抗が低くなるように、すなわち、同一の材料内では図中矢印で示すように最短経路を流れるため、図５−２に示すように、電流狭窄層８内のアパーチャ７の周縁部分において電流密度が高くなる。

一方、図４−２は、図４−１に示したメサポストにおけるアパーチャ７内の径方向の電流密度分布を示す図である。このメサポストでは、図４−１に矢印で示すように、アパーチャ７内に電流が集中するものの、電流狭窄層８近傍に配置された電流平準化層２１によって、電流狭窄層８の面と平行な方向に電流が流れやすくなる。そのため、電流狭窄層８の近傍で面内の電流分布が平準化され、図４−２に示すように、アパーチャ７内に流れ込む電流の電流密度が平準化される。これによって、図５−１に示したメサポスト構造と比べ、電流狭窄層８を流れる電流量が同じである場合に、アパーチャ７の周縁部分における最大電流密度の値は平準化されて小さくなり、局所的なジュール熱の発生による電流狭窄層８近傍での破壊を抑制することができる。

以上説明したように、本実施の形態２にかかる面発光レーザ素子アレイが備える面発光レーザ素子では、電流狭窄層８近傍の上部ＤＢＲミラー６側に電流平準化層２１を設け、アパーチャ７内の電流密度分布を平準化することによって、静電気等の高電圧が面発光レーザ素子に印加された際の電流狭窄層８近傍での局所的なジュール熱発生によるレーザ素子の破壊を抑制することが可能となり、面発光レーザ素子自体の耐電圧特性を向上させることができる。さらには、電流狭窄層８での電流密度を平準化することによって、活性層４に注入される電流の電流密度分布も平準化され、レーザ発光時のモード分布と電流密度分布がより相似するため、発光効率も向上するという効果が得られる。

（変形例）
つぎに、上述した実施の形態２の変形例について説明する。図６は、本変形例にかかる面発光レーザ素子アレイが備える面発光レーザ素子のメサポスト部分の構成を示す断面図である。この図に示すように、本変形例におけるメサポスト部分には、電流平準化層２１に替えて、高抵抗率層２２と低抵抗率層２３とを用いて層形成された電流平準化層２１’が設けられている。高抵抗率層２２は、上部ＤＢＲミラー６を構成する各層よりも高抵抗率を有し、低抵抗率層２３は、上部ＤＢＲミラー６を構成する各層よりも低抵抗率を有しており、高抵抗率層２２は、電流狭窄層８と低抵抗率層２３との間に層配置されている。これによって、本変形例における面発光レーザ素子では、アパーチャ７内の電流密度の平準化をより効率的に行うことができる。

ここまで、本発明を実施する最良の形態を実施の形態１および２として説明したが、本発明は、上述した実施の形態１および２に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば種々の変形が可能である。

例えば、上述した実施の形態２では、下部ＤＢＲミラー２および上部ＤＢＲミラー６がそれぞれｎ型半導体およびｐ型半導体を用いて形成されるものとしたが、上下の極性を入れ換えてもよい。すなわち、ｐ型半導体を用いて下部ＤＢＲミラーを形成し、その下部ＤＢＲミラー内に電流平準化層２１または２１’を設けてもよい。この場合、電流狭窄層８およびアパーチャ７は、下部ＤＢＲミラーの近接領域または内部に設けられ、電流狭窄層２１または２１’は、電流狭窄層８に対して活性層４と反対側つまり下側に設けられる。また、高抵抗率層２２は、下部ＤＢＲミラーを構成する各層よりも高抵抗率を有し、低抵抗率層２３は、下部ＤＢＲミラーを構成する各層よりも低抵抗率を有するものとされる。

また、上述した実施の形態２では、電流狭窄層および電流平準化層がＤＢＲミラーの内部に設けられるものとしたが、電流狭窄層をクラッド層内に設けてもよく、電流狭窄層をクラッド層の内部に設けた場合、電流平準化層をクラッド層またはＤＢＲミラー内に設けることができる。

なお、上述した実施の形態１および２では、ＤＢＲミラーを構成するｐ型半導体は、ｐ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ／ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓで示される層形成された半導体であるものとしたが、これに限定して解釈する必要はなく、一般にｐ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ／ｐ−Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で示される層形成された半導体であればよい。

以上のように、本発明にかかる面発光レーザ素子アレイは、メサポスト部分を有し、基板に対して垂直方向に共振器構造を有する面発光レーザ素子を同一基板上に複数配置した面発光レーザ素子アレイに有用であり、特に、低クロストークと高速応答性とが要求される面発光レーザ素子アレイに適している。

Claims (12)

1. 少なくとも半導体層からなる活性層を含む積層構造が形成するメサポストを有する面発光レーザ素子を複数、同一基板上に備えた面発光レーザ素子アレイにおいて、
   前記面発光レーザ素子はそれぞれ、第１の電極と、該第１の電極に対して極性の異なる第２の電極および第３の電極とを有し、
   前記第１の電極は前記メサポスト上に配置され、前記第２の電極は前記基板に対して前記第１の電極と同一面側に配置され、前記第３の電極は前記第１および第２の電極とは前記基板の反対側の面に配置されて複数の面発光レーザ素子に対して共通の電極として設けられており、
   前記第２の電極と前記第３の電極が電気的に接続されており、
   前記第１の電極と前記第２の電極により前記活性層に電流を注入することを特徴とする面発光レーザ素子アレイ。
2. 前記面発光レーザ素子は、前記基板上に下部ＤＢＲミラー、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層および上部ＤＢＲミラーが順次積層されてなり、また、前記下部ＤＢＲミラーは半絶縁性の第１下部ＤＢＲミラー上に導電性の第２下部ＤＢＲミラーが積層されてなり、
   前記第２の電極は、前記第２下部ＤＢＲミラーに接続していることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ素子アレイ。
3. 前記面発光レーザ素子は、前記基板上に下部ＤＢＲミラー、導電性の下部クラッド層、活性層、上部クラッド層および上部ＤＢＲミラーが順次積層されてなり、
   前記第２の電極は前記下部クラッド層に接続していることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ素子アレイ。
4. 前記面発光レーザ素子は、
   前記下部クラッド層もしくは前記上部クラッド層の内部、または前記下部ＤＢＲミラーもしくは前記上部ＤＢＲミラーの内部に設けられた電流狭窄層と、
   前記電流狭窄層の近傍領域に設けられ、該電流狭窄層によって形成される開口部内の電流分布を平準化する電流平準化層と、
   を備えたことを特徴とする請求項２または３に記載の面発光レーザ素子アレイ。
5. 前記電流狭窄層および前記電流平準化層は、前記メサポスト内に形成されることを特徴とする請求項４に記載の面発光レーザ素子アレイ。
6. 前記下部ＤＢＲミラーまたは前記上部ＤＢＲミラーは、ｐ型半導体を用いて形成され、
   前記電流平準化層は、前記ｐ型半導体を用いて形成された前記下部ＤＢＲミラーまたは前記上部ＤＢＲミラーの内部であって前記電流狭窄層に対して前記活性層と反対側に設けられることを特徴とする請求項４または５に記載の面発光レーザ素子アレイ。
7. 前記ｐ型半導体は、ｐ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ／ｐ−Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で示される層形成された半導体を含むことを特徴とする請求項６に記載の面発光レーザ素子アレイ。
8. 前記電流平準化層は、前記下部ＤＢＲミラーおよび前記上部ＤＢＲミラーの少なくとも一方を構成する各層よりも低抵抗率を有することを特徴とする請求項４〜７のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子アレイ。
9. 前記電流平準化層は、前記下部ＤＢＲミラーおよび前記上部ＤＢＲミラーの少なくとも一方を構成する各層よりも高抵抗率を有することを特徴とする請求項４〜７のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子アレイ。
10. 前記電流平準化層は、
    前記下部ＤＢＲミラーおよび前記上部ＤＢＲミラーの少なくとも一方を構成する各層よりも低抵抗率を有する低抵抗率層と、
    前記各層よりも高抵抗率を有し、前記電流狭窄層と前記低抵抗率層との間に層配置される高抵抗率層と、
    を用いて層形成されたことを特徴とする請求項４〜７のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子アレイ。
11. 前記電流平準化層は、前記下部ＤＢＲミラーもしくは前記上部ＤＢＲミラーを構成する少なくとも１層に、またはその少なくとも１層の界面に５×１０¹⁸ｃｍ^-3以上の不純物がドープされることによって形成されることを特徴とする請求項４〜１０のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子アレイ。
12. 前記不純物は、Ｃ、ＺｎおよびＢｅの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１１に記載の面発光レーザ素子アレイ。
    

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