JP5874227B2 - 面発光型半導体レーザアレイ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、面発光型半導体レーザアレイ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置に関する。

素子をアレイ化した面発光型半導体レーザアレイは、複数点のレーザビームで光描画をすることができることから、レーザプリンタなどの光書き込み装置に利用されている。この光書き込み装置では、偏光方向に依存するレンズ、ミラー、スプリッタ、ガラスカバーなどの光学素子を使用しており、レーザビームは、偏光制御されている必要がある。

通常のエッジエミッタ構造の半導体レーザは、ＴＥモードに偏波して発振するのに対し、面発光型半導体レーザは、共振器構造の対称性から偏光の安定化が難しくなる。さらに、複数の素子をアレイ化（集積化）した面発光型半導体レーザアレイの場合、すべての素子を同一の方向に偏光させるのはさらに難しい。従来の面発光型半導体レーザの偏光を制御する方法として、共振器の対向する両側に歪み付加部を配置し、共振器の活性層に異方性の歪み与えるものがある（特許文献１、２）。

特開２００３−３３２６８５号公報 特開２０１１−３７４８号公報

本発明は、各素子が偏光制御された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。

請求項１は、基板と、前記基板上の素子形成領域に形成された複数の柱状構造と、前記複数の柱状構造に隣接して形成された複数の金属配線と、前記複数の柱状構造に対応する複数の電極パッドとを含み、各柱状構造は、第1導電型の下部半導体反射鏡、第２導電型の上部半導体反射鏡、下部半導体反射鏡と上部半導体反射鏡の間に形成された活性領域を含み、各柱状構造は、前記基板と垂直方向に光を出射し、前記複数の柱状構造と前記複数の電極パッド間は前記複数の金属配線によって接続され、前記複数の金属配線の少なくとも１つの金属配線は、前記複数の柱状構造の各々に対して同一の方向に延在する歪み付加部を有し、前記複数の電極パッドが第１の端部と当該第１の端部に対向する第２の端部とに配置されており、前記複数の柱状構造の中央に位置する前記第１の端部に近い第１の柱状構造に接続された第１の金属配線は、前記第２の端部に向けて延在され、前記第２の端部に近い第２の柱状構造の第２の金属配線は、前記第１の端部に向けて延在され、第１および第２の金属配線は、それぞれ歪み付加部を含む、面発光型半導体レーザアレイ。
請求項２は、前記複数の柱状構造が線形に配列されており、前記歪み付加部は、前記複数の柱状構造が配列される方向と平行に延在される、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は、前記複数の金属配線の各々は、各々の柱状構造の上部半導体反射鏡と電気的に接続される電極配線と同一の材料から構成される、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザアレイ。
請求項４は、前記複数の金属配線は、前記複数の柱状構造の各々の電極配線を兼ねる、請求項１ないし３いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザアレイ。
請求項５は、前記第１の金属配線は、少なくとも第１の柱状構造と当該第１の柱状構造に隣接する柱状構造のそれぞれに平行に延在する複数の歪み付加部を有し、前記第２の金属配線は、少なくとも第２の柱状構造と当該第２の柱状構造に隣接する柱状構造のそれぞれに平行に延在する複数の歪み付加部を有する、請求項１に記載の面発光型半導体レーザアレイ。
請求項６は、前記歪み付加部は、前記基板の面方位（１１０）または（１−１０）の方向に延在する、請求項１ないし５いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザアレイ。
請求項７は、前記複数の金属配線の少なくとも１つの金属配線は、前記基板の面方位（１１０）または（１−１０）の方向に延在する歪み付加部と、前記柱状構造の電極から前記基板の面方位に対して４５度の角度で引き出される引き出し部とを含む、請求項６に記載の面発光型半導体レーザアレイ。
請求項８は、各々の柱状構造は、底部、側部および頂部を含み、前記底部、前記側部および前記頂部の周縁部は絶縁膜によって覆われ、前記歪み付加部は、前記絶縁膜を介して前記柱状構造の底部に形成される、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アレイ。
請求項９は、各々の柱状構造は、当該柱状構造の側面から選択的に酸化された酸化領域と当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する、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アレイ。
請求項１０は、前記複数の金属配線の少なくとも１つの金属配線は、金または金を含む材料から構成され、かつ引張応力を有する、請求項１ないし９いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザアレイ。
請求項１１は、請求項１ないし１０いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザアレイと、前記面発光型半導体レーザアレイからの光を入射する光学部材と、を実装した面発光型半導体レーザ装置。
請求項１２は、請求項１１に記載された面発光型半導体レーザ装置と、前記面発光型半導体レーザ装置から発せられたレーザ光を光媒体を介して伝送する伝送手段と、を備えた光伝送装置。
請求項１３は、請求項１ないし１０いずれか1つに記載の面発光型半導体レーザアレイと、前記面発光型半導体レーザアレイから出射されるレーザ光を記録媒体に集光する集光手段と、前記集光手段により集光されたレーザ光を前記記録媒体上で走査する機構と、を有する情報処理装置。

請求項１、２によれば、複数の柱状構造から出射される各々のレーザ光を一定方向に偏光制御することができる。
請求項３によれば、少なくとも１つの金属配線が電極配線の材料と異なる場合または工程が異なる場合と比較して、少なくとも１つの金属配線の形成を容易に行うことができる。
請求項４によれば、アレイの省スペース化を図ることができる。
請求項１によれば、複数の柱状構造をそれぞれ個別に駆動することができる。
請求項１、５によれば、アレイの省スペース化を図ることができる。
請求項６によれば、歪み付加部を基板の面方位（１１０）または（１−１０）の方向に延在させない場合と比較して、偏光制御をより効果的に行うことができる。
請求項７によれば、引き出し部による歪みの影響を抑制し、偏光制御の効果が抑制されることが防止される。
請求項８、１０によれば、活性領域に歪みを効果的に付加することができる。
請求項９によれば、基本横モード光を得ることができる。

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概略平面図である。 図１に示す面発光型半導体レーザアレイのＡ−Ａ線断面図である。 歪みを付加する金属配線とメサとの関係を説明する図である。 第１の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイの変形例を示す平面図である。 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の概略平面図である。 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の概略平面図である。 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の概略平面図である。 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の概略平面図である。 本発明の第６の実施例に係る面発光型半導体レーザアレイの概略平面図である。 本実施例の面発光型半導体レーザアレイに光学部材を実装した面発光型半導体レーザ装置の構成を示す概略断面図である。 本実施例の面発光型半導体レーザを使用した光源装置の構成例を示す図である。 図１０に示す面発光型半導体レーザ装置を用いた光伝送装置の構成を示す概略断面図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明では、選択酸化型の面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）を例示し、面発光型半導体レーザをＶＣＳＥＬと称する。また、単一の基板上に複数の発光素子がアレイ化されたものをＶＣＳＥＬアレイと称する。なお、図面のスケールは、発明の特徴を分かり易くするために強調しており、必ずしも実際のデバイスのスケールと同一ではないことに留意すべきである。

図１は、本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬアレイの概略平面図である。本実施例のＶＣＳＥＬアレイ１０は、単一のＧａＡｓ基板上に複数の発光素子をアレイ化して構成され、最終的に、基板は矩形状のチップに切断される。好ましくは、ＶＣＳＥＬアレイ１０は、複数の発光素子を形成するための素子形成領域２０と、複数の発光素子にそれぞれ接続された電極配線５０および電極パッド６０を形成するための配線形成領域３０とを有する。

図示する例では、素子形成領域２０は、基板上に積層された半導体層を一定の深さにエッチングすることにより形成され、その輪郭は矩形状を有している。これにより、素子形成領域２０の周囲には、一定の段差を介して配線形成領域３０が形成される。素子形成領域２０には、発光素子である３つのメサＭ１、Ｍ２、Ｍ３（総称してメサＭという）が形成され、各メサＭ１、Ｍ２、Ｍ３は、素子形成領域２０の底面から円筒状に突出した柱状構造を有し、これらは線形に配列されている。メサＭは、円筒状であるが、これ以外にも楕円形状、円錐状または矩形状であってもよい。

１つのメサは、１つの発光素子であって、基板上に垂直共振器を含み、メサＭの頂部から基板と垂直方向にレーザ光を出射する。好ましくは、基本横モードのレーザ光を出射する。メサＭ１、Ｍ２、Ｍ３の頂部には、環状電極４０−１、４０−２、４０−３（総称して環状電極４０という）が形成され、環状電極４０は、メサＭのｐ側の半導体層と電気的に接続される。各環状電極４０−１、４０−２、４０−３には、電極配線５０−１、５０−２、５０−３（電極配線５０という）が接続され、電極配線５０は、素子形成領域２０の底面および側面を介して配線形成領域３０に延在され、そこで電極パッドまたは端子６０−１、６０−２、６０−３に接続される。各メサＭ１、Ｍ２、Ｍ３は、選択された電極パッド６０−１、６０−２、６０−３に駆動電力を印加することによって個別に駆動される。

素子形成領域２０の底面には、メサＭと隣接するように金属配線７０が形成され、金属配線７０は、各メサＭ１、Ｍ２、Ｍ３の全てに対して同一方向に延在する関係、すなわち歪みを付加する関係を有する。従って、メサＭ１に対し金属配線７０が延在する方向は、メサＭ２に対し金属配線７０が延在する方向と同じであり、さらにメサＭ３に対し金属配線７０が延在する方向とも同じである。メサＭが線形に配列されている場合には、金属配線７０は、その線形の配列方向と平行に延在される。金属配線７０は、後述するように、各メサＭ１、Ｍ２、Ｍ３の活性層に対し歪みを付加し、メサＭ１、Ｍ２、Ｍ３は、この歪みを受けて同一方向に偏光制御されたレーザ光を出射することができる。

次に、ＶＣＳＥＬの典型的な構成を図２に示す。同図は、図１のメサＭ１のＡ−Ａ線断面図である。同図に示すように、メサＭ１のＶＣＳＥＬ素子は、ｎ型のＧａＡｓ基板１００上に、Ａｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｎ型の下部分布ブラック型反射鏡（Distributed Bragg Reflector：以下、ＤＢＲという）１０２、下部ＤＢＲ１０２上に形成された上部および下部スペーサ層に挟まれた量子井戸層を含む活性領域１０４、活性領域１０４上に形成されたＡｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｐ型の上部ＤＢＲ１０６を積層している。ｎ型の下部ＤＢＲ１０２は、例えば、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層との対の複数層積層体で、各層の厚さはλ／４ｎ_ｒ（但し、λは発振波長、ｎ_ｒは媒質の屈折率）であり、これらを交互に４０周期で積層してある。ｎ型不純物であるシリコンをドーピングした後のキャリア濃度は、例えば、３×１０¹⁸ｃｍ^-3である。活性領域１０４の下部スペーサ層は、例えば、アンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓ層であり、量子井戸活性層は、アンドープＡｌ_0.１１Ｇａ_0.８９Ａｓ量子井戸層およびアンドープのＡｌ_0.３Ｇａ_0.７Ａｓ障壁層であり、上部スペーサ層は、アンドープのＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓ層である。ｐ型の上部ＤＢＲ１０６は、例えば、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層との対の複数層積層体で、各層の厚さはλ／４ｎ_ｒであり、これらを交互に２４周期積層してある。ｐ型不純物であるカーボンをドーピングした後のキャリア濃度は、例えば、３×１０¹⁸ｃｍ^-3である。また、上部ＤＢＲ１０６の最上層には、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層が形成され、上部ＤＢＲ１０６の最下層もしくはその内部には、ｐ型のＡｌＡｓからなる電流狭窄層１０８が形成される。

上部ＤＢＲ１０６から下部ＤＢＲ１０２に至るまで半導体層をエッチングすることにより、基板１００上に円筒状のメサＭが形成される。メサＭのエッチングは、少なくとも電流狭窄層１０８を側面に露出させる深さであればよい。電流狭窄層１０８は、メサＭの側面で露出され、当該側面から選択的に酸化された酸化領域１０８Ａと酸化領域１０８Ａによって囲まれた導電領域（酸化アパーチャ）１０８Ｂとを有する。電流狭窄層１０８の酸化工程において、ＡｌＡｓ層の酸化速度は、ＡｌＧａＡｓ層よりも速く、メサＭの側面から内部に向けてほぼ一定の速度で酸化が進行する。このため、導電領域１０８Ｂの基板１００の主面と平行な面内の平面形状は、メサＭの外形を反映した円形状となり、その中心は、メサＭの軸方向の中心、すなわち光軸と一致する。導電領域１０８Ｂの径は、基本横モードを得る場合には、例えば、７８０ｎｍの波長帯で、５ミクロンまたはそれ以下にされる。

メサＭの最上層または頂部には、金属製の環状のｐ側電極１１０が形成される。ｐ側電極１１０は、例えば、ＡｕまたはＴｉ／Ａｕなどを積層した金属から構成され、上部ＤＢＲ１０６のコンタクト層にオーミック接続される。ｐ側電極１１０の中央には、円形状の開口部が形成され、当該開口部は、光を出射する光出射口１１０Ａを規定する。好ましくは、光出射口１１０Ａの中心は、メサＭの光軸に一致し、光出射口１１０Ａの直径は、導電領域１０８Ｂの直径よりも大きい。この光出射口１１０Ａは、発振波長に対して透明である円形の出射保護膜１１２によって覆われるようにしてもよい。また、基板裏面には、各メサＭ１、Ｍ２、Ｍ３に対して共通となるｎ側電極１２０が形成される。

メサＭの底部、側部および頂部の周縁を覆うように層間絶縁膜１１４が形成される。メサＭの頂部において、層間絶縁膜１１４には円形状のコンタクトホールが形成され、環状電極４０は、コンタクトホールを介してｐ側電極１１０に接続される。環状電極４０には電極配線５０が接続され、電極配線５０は、層間絶縁膜１１４を介して、メサＭの側部、底部を通り、配線形成領域３０上にまで延在される。さらに、メサＭの底部には、層間絶縁膜１１４を介して金属配線７０が形成される。金属配線７０は、メサＭ１からメサＭ３まで延在する矩形状のパターンに加工される。

図３は、金属配線７０の詳細を説明する図である。金属配線７０は、上記したように、すべてのメサＭに対し同一の方向に延在し、すべてのメサＭの活性領域に対し同一方向の歪みを付加する。すなわち、層間絶縁膜１１４上に形成された金属配線７０は、内部応力を有し、この内部応力により、すべてのメサＭ内の活性領域１０４に対し一定の方向の異方性の歪みまたは応力を与える。本例の金属配線７０は、一定の幅Ｗ、一定の厚さＴ、一定の長さＬ（図１を参照）にパターンニングされ、金属配線７０は、活性領域１０４から一定の距離Ｄに形成される必要がある。図３に示す距離Ｄは、メサＭの光軸から金属配線７０の端部までの大きさを表している。Ｗ、Ｔ、Ｌ、Ｄの値は、金属配線７０が活性領域１０４に対し一定の応力または歪みを及ぼすことができるように適宜選択される。例えば、距離Ｄは、数ミクロンである。

好ましい例では、金属配線７０は、電極配線５０と同一の材料を用いて構成され、金属配線７０と電極配線５０は、同一の工程によって同時に形成することができる。電極配線５０が環状電極４０と同一の材料を用いて構成される場合には、金属配線７０、電極配線５０および環状電極４０は、同一の工程によって同時に形成することができる。好ましい例では、金属配線７０および電極配線５０は、金（Ａｕ）により構成され、金をパターニングした後、３７０℃でアニールすると、金属配線７０は、約２００ＭＰの引張応力を有する。金属配線７０および電極配線５０は、金と他の金属を積層したものであってもよく、例えば、Ａｕ／Ｔｉの２層金属から構成されるもよい。上記の金属材料は一例であって、要は、電気的導電性を有し、かつ一定の内部応力を有することができる金属材料を用いて金属配線７０および電極配線５０を形成することができる。また、図２に示すメサでは、環状電極４０がｐ側電極１１０に接続される例を示したが、ｐ側電極を介在させずに、環状電極４０が直接に上部ＤＢＲ１０６のコンタクト層にオーミック接続されるようにしてもよい。

このように、金属配線７０は、すべてのメサＭに対し異方性の歪みを付加する配線として働き、すべてのメサＭの活性領域には異方的な歪みが生じ、すべてのメサＭの偏光を一定方向に安定化することができる。なお、上記の例では、基板上に素子形成領域２０と配線形成領域３０とを区別して示したが、配線形成領域３０は必須ではなく、電極配線５０および電極パッド６０は、金属配線７０が形成される素子形成領域２０の底面に形成されるようにしてもよい。

図４は、第１の実施例の変形例のＶＣＳＥＬアレイ１０Ａの概略平面図である。上記実施例では、メサＭ１、Ｍ２、Ｍ３に対し１つの連続する金属配線７０を形成したが、ここでは、メサＭ１、Ｍ２、Ｍ３に対し金属配線７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃが不連続に形成されている。金属配線７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃは、各メサＭ１、Ｍ２、Ｍ３に対し同一の方向に延在し、各メサの活性領域に異方性の歪みを与えることができるのに十分な距離Ｄおよび長さＬを持って形成される。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。第１の実施例では、歪みを付加する金属配線は、メサＭの環状電極４０と別個に設けられたが、第２の実施例では、歪みを付加する金属配線は、メサＭの環状電極４０を兼ねている。金属配線が環状電極を兼ねることで、その分の省スペース化を図ることができ、ＶＣＳＥＬアレイの高密度化が可能になる。

図５は、第２の実施例に係るＶＣＳＥＬアレイ１０Ｂの平面図である。素子形成領域内には、２行×４列の８つのメサＭ１〜Ｍ８が形成される。メサＭ１〜Ｍ４およびメサＭ５〜Ｍ８は、基板の主面と平行な面内において、Ｘ方向に線形に配列されるものとする。各メサＭ１〜Ｍ８を駆動するための電極パッド６０−１、６０−３、６０−５、６０−７は、アレイもしくはチップの一方の端部に配置され、電極パッド６０−２、６０−４、６０−６、６０−８は、一方の端部と対向する他方の端部に配置される。なお、電極パッド６０−１〜６０−８は、第１の実施例のときと同様に配線形成領域上に形成されてもよいし、素子形成領域２０の底面に形成されるものであってもよい。

メサＭ１は、金属配線７０−１によって電極パッド６０−１に接続され、メサＭ２は、金属配線７０−２によって電極パッド６０−２に接続され、同様に、メサＭ３〜Ｍ８は、金属配線７０−３〜７０−８によって電極パッド６０−３〜６０−８にそれぞれ接続される。本実施例では、金属配線７０−１〜７０−８は、メサＭ１〜Ｍ８の環状電極を兼ね、従って、金属配線７０−１〜７０−８は、メサＭ１〜Ｍ８の上部ＤＢＲ１０６のコンタクト層に電気的に接続される。

ここで、メサＭ１に着目すると、金属配線７０−３は、メサＭ１に対し一定の方向に延在する関係を有する歪み付加部８０Ａを含んでいる。すなわち、メサＭ１の光軸から見たとき、歪み付加部８０Ａは、Ｘ方向に延在し、メサＭ１の光軸から一定の距離Ｄにあり、メサＭ１の活性領域にＸ方向の異方性の歪みを与える。メサＭ２に着目すると、金属配線７０−３は、メサＭ２の光軸からみてＸ方向に延在しかつそこから一定の距離Ｄにある歪み付加部８０Ｂを含み、歪み付加部８０Ｂは、メサＭ２の活性領域にＸ方向の異方性の歪みを与える。メサＭ３に着目すると、金属配線７０−２は、メサＭ３に対しＸ方向に延在し、かつそこから一定の距離Ｄにある歪み付加部８２Ａを含み、歪み付加部８２Ａは、メサＭ３の活性領域にＸ方向の異方性の歪みを与える。メサＭ４に着目すると、金属配線７０−２は、メサＭ４に対しＸ方向に延在しかつ一定の距離Ｄにある歪み付加部８２Ｂを含み、歪み付加部８２Ｂは、メサＭ４の活性領域にＸ方向の異方性の歪みを与える。メサＭ５〜Ｍ８についても同様に、金属配線７０−７は、メサＭ５、Ｍ６に対しＸ方向の異方性の歪みを付加する歪み付加部８４Ａ、８４Ｂを含み、金属配線７０−６は、メサＭ７、Ｍ８に対しＸ方向の異方性の歪み付加する歪み付加部８６Ａ、８６Ｂを含んでいる。

このように、金属配線７０−１〜７０−８は、メサＭ１〜Ｍ８の環状電極を兼ね、かつその中の選択された金属配線７０−２、７０−３、７０−６、７０−７は、各メサＭ１〜Ｍ８に対しＸ方向の異方性の歪みを付加する歪み付加部８０Ａ、８０Ｂ、８２Ａ、８２Ｂ、８４Ａ、８４Ｂ、８６Ａ、８６Ｂを有することで、配線が効率化され、アレイの省スペース化を図ることができる。そして、メサＭ１〜Ｍ８から出力される基本横モード光の偏波を一定方向に安定化させることができる。

図５（ｂ）は、メサＭ１〜Ｍ４とＭ５〜Ｍ８とがＸ方向から一定の角度で傾斜された方向に線形に配列されたＶＣＳＥＬアレイ１０Ｃを示している。図５（ａ）のときと同様に、金属配線７０−１〜７０−８のうち、選択された金属配線７０−２、７０−３、７０−６、７０−７は、メサＭ１〜Ｍ８に対しＸ方向に異方性の歪みを付加する歪み付加部９０Ａ、９０Ｂ、９２Ａ、９２Ｂ、９４Ａ、９４Ｂ、９６Ａ、９６Ｂを有する。これにより、アレイの省スペース化を図り、かつメサＭ１〜Ｍ８から出力される基本横モード光の偏波を一定方向に安定化させることができる。

なお、上記の例では、２行×４列のＶＣＳＥＬアレイを示したが、１行を構成するメサＭ１〜Ｍ４の金属配線７０−１〜７０−４の配置を基本パターンとし、この基本パターンを複数行において繰り返せば、ｎ行×４列のＶＣＳＥＬアレイを得ることができる。メサＭ１〜Ｍ４の基本パターンは、中央の２つのメサＭ２、Ｍ３のうち、アレイの左側端部に近いメサＭ２の金属配線７０−２がアレイの右側端部に向けて延在し、アレイの右側端部に近いメサＭ３の金属配線７０−３がアレイの左側端部に向けて延在し、金属配線７０−２がアレイの右側に存在するメサへの歪み付加部を有し、金属配線７０−３がアレイの左側に存在するメサへの歪み付加部を有する。

次に、本発明の第３の実施例について説明する。第３の実施例は、１行にＭ個のメサ（Ｍは５以上）を有するときのＶＣＳＥＬアレイの金属配線のパターンに関する。図６は、少なくとも１４のメサＭ１〜Ｍ１４を有するＶＣＳＥＬアレイ１０Ｄの概略平面図である。

ＶＣＳＥＬアレイ１０Ｄは、少なくとも１４のメサＭ１〜Ｍ１４と、電極パッド６０−１〜６０−１４と、金属配線７０−１〜７０−１４とを有する。金属配線７０−１〜７０−１４は、第２の実施例のときと同様に各メサへの環状電極を兼ね、選択された金属配線は、メサＭ１〜Ｍ１４に対し異方性の歪みを付加する歪み付加部Ｋ１〜Ｋ１４（図中、黒で塗りつぶした領域）を有する。メサＭ１〜Ｍ６の電極パッド６０−１〜６０−６は、アレイの左側の端部に配置され、メサＭ９〜Ｍ１４の電極パッド６０−９〜６０−１４は、アレイの右側の端部に配置され、中央の２つのメサＭ７、Ｍ８の電極パッド６０−７、６０−８は、それぞれ反対側の端部に配置される。図の例では、メサＭ１は、金属配線７０−２と金属配線７０−３の２つの金属配線の歪み付加部Ｋ１、Ｋ２によって歪みを受けるが、２つの歪み付加部Ｋ１、Ｋ２は、メサＭ１を挟んで平行に延在し、すなわちメサＭ１に関し対称の位置にあるから、メサＭ１には、Ｘ方向の歪みが付加される。

メサＭ１の金属配線７０−１を基準にして、奇数番号のメサＭ３、Ｍ５の金属配線７０−３、７０−５が上方に配置され、偶数番号のメサＭ２、Ｍ４、Ｍ６の金属配線７０−２、７０−４、７０−６が下方に配置される。そして、メサＭ２は、隣接するメサＭ３の金属配線７０−３の歪み付加部Ｋ３によりＸ方向の歪みを付加され、メサＭ３は、隣接するメサＭ４の金属配線７０−４の歪み付加部Ｋ４によりＸ方向の歪みを付加され、メサＭ５には、図示されない隣接する偶数番号のメサの金属配線の歪み付加部によってＸ方向の歪みを付加される。

中央に配置された２つのメサＭ７、Ｍ８に関し、メサＭ７の金属配線７０−７は、電極パッド６０−７に接続され、メサＭ８の金属配線７０−８は、電極パッド６０−８に接続され、金属配線７０−７と７０−８は、反対方向の電極パッドに向けて延在する。メサＭ７は、金属配線７０−８の歪み付加部Ｋ７により歪みを付加され、メサＭ８は、金属配線７０−７の歪み付加部Ｋ８により歪みを付加される。また、メサＭ９〜Ｍ１４については、メサＭ１〜Ｍ６のときと同様に隣接するメサの金属配線の歪み付加部Ｋ９〜Ｋ１４によって歪みを付加される。このように、隣接するメサの電極配線によって交互に歪み付加部を設けることで、金属配線はほぼ対称となり、配線の効率化およびアレイの省スペース化を図ることができる。

次に、本発明の第４の実施例を図７に示す。第４の実施例に係るＶＣＳＥＬアレイ１０Ｅは、金属配線が自身のメサに歪みを付加するものである。ＶＣＳＥＬアレイ１０Ｅは、２行×４列のメサＭ１〜Ｍ８を有し、各メサＭ１〜Ｍ８には、金属配線７０−１〜７０−８を介して電極パッド６０−１〜６０−８が接続されている。ここで、メサＭ１は、隣接するメサＭ２の金属配線７０−２に含まれる歪み付加部Ｋ１によってＸ方向の歪みを付加される。メサＭ２は、自身の金属配線７０−２に含まれる歪み付加部Ｋ２によってＸ方向の歪みを付加される。この関係は、他のメサＭ３〜Ｍ８についても同様である。本実施例によれば、金属配線が自身のメサに対して歪み付加部を有することで、配線スペースの効率化を図ることができる。

次に、本発明の第５の実施例を図８に示す。第５の実施例は、電極パッド（電源供給部）がアレイの片側にのみ配置されるときのＶＣＳＥＬアレイ１０Ｆに関する。図８（ａ）に示すＶＣＳＥＬアレイ１０Ｆは、線形に配列されたメサＭ１〜Ｍ６を含み、アレイの片側に電極パッド６０−６０−６を有する。メサＭ１〜Ｍ４は、第３の実施例（図６）のときと同様に、隣接するメサの金属配線に含まれる歪み付加部Ｋ１〜Ｋ３によって歪みを付加される。メサＭ５、Ｍ６については、メサＭ１〜Ｍ４と反対側のメサが存在しないため、メサＭ５の金属配線７０−５にＸ方向に延在するダミー部７２が設けられ、ダミー部７２は、メサＭ５、Ｍ６の活性領域にＸ方向の異方性の歪みを付加する歪み付加部Ｋ５、Ｋ６を含む。

図８（ｂ）に示すＶＣＳＥＬアレイ１０Ｇは、金属配線の他の配線例を示している。ここでは、金属配線７０−６は、メサＭ１〜Ｍ５に対してＸ方向の歪みを付加する歪み付加部Ｋ１〜Ｋ５を備えている。また、メサＭ５の金属配線７０−５には、メサＭ６に近接してＸ方向に延在するダミー部７２が設けられ、ダミー部７２には、メサＭ６の活性領域にＸ方向の異方性歪みを付加する歪み付加部Ｋ６が設けられる。本実施例では、歪み付加部を設ける金属配線の数が制限されるため、アレイのＹ方向のサイズを小さくすることが可能である。

次に、本発明の第６の実施例について説明する。ＩＩＩ−Ｖ族半導体のＶＣＳＥＬでは、面方位（１１０）もしくは（１−１０）の方向に偏波しやすい。このため、メサ近傍の金属配線が延在する方向を、上記の面方位（１１０）もしくは（１−１０）の方向に一致させることで、より効果的な偏光制御を行うことができる。図９は、第６の実施例に係るＶＣＳＥＬアレイ１０Ｈの概略平面図である。メサＭ１〜Ｍ４は、面方位（１−１０）の方向に配列され、金属配線７０もまた面方位（１−１０）の方向に延在される。

図９に示す例では、メサＭ１〜Ｍ４の環状電極４０−１〜４０−４は、電極配線５０−１〜５０−４を介して電極パッド６０−１〜６０−４に接続される。この場合、電極配線５０−１〜５０−４は、環状電極４０−１〜４０−４から斜め方向に引き出される引き出し部７４−１〜７４−４を有することが望ましい。引き出し部７４−１〜７４−４の方向は、面方位（１１０）もしくは（１−１０）の方向に対して４５°傾いた方向である。メサから引き出される引き出し部７４−１〜７４−４の配線もまた活性領域に応力を与えることになるので、引き出し部７４−１〜７４−４を（１１０）または（１−１０）方向から４５°傾斜させることで、少なくとも（１１０）または（１−１０）の一方だけの偏波を強めたり、弱めたりすることはない。このため、メサ近傍を走る金属配線７０の歪み付加部による応力の効果のみが純粋に偏光に影響を与えることとなる。なお、図９では、金属配線７０と電極配線５０とを別個に形成する例を示しているが、第２ないし第４の実施例のように、金属配線が電極配線を兼ねる場合には、金属配線に引き出し部を形成することができる。

上記実施例では、電流狭窄層１０８は、ＡｌＡｓから構成される例を示したが、電流狭窄層１０８は、Ａｌ組成を他のＤＢＲのＡｌ組成よりも高くしたＡｌＧａＡｓから構成されるものであってもよい。さらにＶＣＳＥＬは、ＧａＡｓ系のみならず、他のＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体を用いたものであってもよい。

次に、本実施例のＶＣＳＥＬアレイを利用した面発光型半導体レーザ装置、光情報処理装置および光伝送装置について図面を参照して説明する。図１０は、ＶＣＳＥＬアレイと光学部材を実装（パッケージ）した面発光型半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。面発光型半導体レーザ装置３００は、ＶＣＳＥＬアレイが形成されたチップ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。複数の導電性のリード３４０は、ステム３３０に形成された貫通孔（図示省略）内に挿入され、リード３４０は、対応する電極パッド６０、およびＶＣＳＥＬアレイのｎ側電極１２０に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３５２内に平板ガラス３６２が固定される。選択されたリード３４０間に順方向の駆動電流が印加されると、チップ３１０から垂直方向にレーザ光が出射される。チップ３１０と平板ガラス３６２との距離は、チップ３１０からのレーザ光の広がり角θ内に平板ガラス３６２が含まれるように調整される。また、キャップ内に、ＶＣＳＥＬアレイの発光状態をモニターするための受光素子や温度センサを含ませるようにしてもよい。

図１１は、ＶＣＳＥＬを光情報処理装置の光源に適用した例を示す図である。光情報処理装置３７０は、図１０のようにＶＣＳＥＬアレイを実装した面発光型半導体レーザ装置３００からのレーザ光を入射するコリメータレンズ３７２、一定の速度で回転し、コリメータレンズ３７２からの光線束を一定の広がり角で反射するポリゴンミラー３７４、ポリゴンミラー３７４からのレーザ光を入射し反射ミラー３７８を照射するｆθレンズ３７６、ライン状の反射ミラー３７８、反射ミラー３７８からの反射光に基づき潜像を形成する感光体ドラム(記録媒体)３８０を備えている。このように、ＶＣＳＥＬからのレーザ光を感光体ドラム上に集光する光学系と、集光されたレーザ光を光体ドラム上で走査する機構とを備えた複写機やプリンタなど、光情報処理装置の光源として利用することができる。

図１２は、図１０に示す面発光型半導体レーザ装置を光伝送装置に適用したときの構成を示す断面図である。光伝送装置４００は、ステム３３０に固定された円筒状の筐体４１０、筐体４１０の端面に一体に形成されたスリーブ４２０、スリーブ４２０の開口４２２内に保持されるフェルール４３０、およびフェルール４３０によって保持される光ファイバ４４０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の光軸が平板ガラス３６２のほぼ中央に整合される。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、平板ガラス３６２を介して光ファイバ４４０の芯線に入射され、送信される。さらに、光伝送装置４００は、リード３４０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、光伝送装置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。

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、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。

１０、１０Ａ〜１０Ｇ：ＶＣＳＥＬアレイ
２０：素子形成領域
３０：配線形成領域
４０：環状電極
５０：電極配線
６０（６０−１〜６０−８）：電極パッド（端子）
７０（７０−１〜７０−８）：金属配線
７２：ダミー部
７４（７４−１〜７４−４）：引き出し部
８０Ａ、８０Ｂ、８２Ａ、８２Ｂ、８４Ａ、８４Ｂ、８６Ａ、８６Ｂ：歪み付加部
９０Ａ、９０Ｂ、９２Ａ、９２Ｂ、９４Ａ、９４Ｂ、９６Ａ、９６Ｂ：歪み付加部
Ｋ１〜Ｋ１４：歪み付加部
Ｍ１〜Ｍ１４：メサ
１００：基板
１０２：下部ＤＢＲ
１０４：活性領域
１０６：上部ＤＢＲ
１０８：電流狭窄層
１０８Ａ：酸化領域
１０８Ｂ：導電領域（酸化アパーチャ）
１１０：ｐ側電極
１１０Ａ：光出射口
１１２：出射保護膜
１１４：層間絶縁膜
１１６：コンタクトホール
１２０：ｎ側電極

Claims (13)

1. 基板と、
   前記基板上の素子形成領域に形成された複数の柱状構造と、
   前記複数の柱状構造に隣接して形成された複数の金属配線と、
   前記複数の柱状構造に対応する複数の電極パッドとを含み、
   各柱状構造は、第1導電型の下部半導体反射鏡、第２導電型の上部半導体反射鏡、下部半導体反射鏡と上部半導体反射鏡の間に形成された活性領域を含み、各柱状構造は、前記基板と垂直方向に光を出射し、
   前記複数の柱状構造と前記複数の電極パッド間は前記複数の金属配線によって接続され、
   前記複数の金属配線の少なくとも１つの金属配線は、前記複数の柱状構造の各々に対して同一の方向に延在する歪み付加部を有し、
   前記複数の電極パッドが第１の端部と当該第１の端部に対向する第２の端部とに配置されており、前記複数の柱状構造の中央に位置する前記第１の端部に近い第１の柱状構造に接続された第１の金属配線は、前記第２の端部に向けて延在され、前記第２の端部に近い第２の柱状構造の第２の金属配線は、前記第１の端部に向けて延在され、第１および第２の金属配線は、それぞれ歪み付加部を含む、面発光型半導体レーザアレイ。
2. 前記複数の柱状構造が線形に配列されており、前記歪み付加部は、前記複数の柱状構造が配列される方向と平行に延在される、請求項１に記載の面発光型半導体レーザアレイ。
3. 前記複数の金属配線の各々は、各々の柱状構造の上部半導体反射鏡と電気的に接続される電極配線と同一の材料から構成される、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザアレイ。
4. 前記複数の金属配線は、前記複数の柱状構造の各々の電極配線を兼ねる、請求項１ないし３いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザアレイ。
5. 前記第１の金属配線は、少なくとも第１の柱状構造と当該第１の柱状構造に隣接する柱状構造のそれぞれに平行に延在する複数の歪み付加部を有し、前記第２の金属配線は、少なくとも第２の柱状構造と当該第２の柱状構造に隣接する柱状構造のそれぞれに平行に延在する複数の歪み付加部を有する、請求項１に記載の面発光型半導体レーザアレイ。
6. 前記歪み付加部は、前記基板の面方位（１１０）または（１−１０）の方向に延在する、請求項１ないし５いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザアレイ。
7. 前記複数の金属配線の少なくとも１つの金属配線は、前記基板の面方位（１１０）または（１−１０）の方向に延在する歪み付加部と、前記柱状構造の電極から前記基板の面方位に対して４５度の角度で引き出される引き出し部とを含む、請求項６に記載の面発光型半導体レーザアレイ。
8. 各々の柱状構造は、底部、側部および頂部を含み、前記底部、前記側部および前記頂部の周縁部は絶縁膜によって覆われ、前記歪み付加部は、前記絶縁膜を介して前記柱状構造の底部に形成される、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アレイ。
9. 各々の柱状構造は、当該柱状構造の側面から選択的に酸化された酸化領域と当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する、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アレイ。
10. 前記複数の金属配線の少なくとも１つの金属配線は、金または金を含む材料から構成され、かつ引張応力を有する、請求項１ないし９いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザアレイ。
11. 請求項１ないし１０いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザアレイと、
    前記面発光型半導体レーザアレイからの光を入射する光学部材と、
    を実装した面発光型半導体レーザ装置。
12. 請求項１１に記載された面発光型半導体レーザ装置と、
    前記面発光型半導体レーザ装置から発せられたレーザ光を光媒体を介して伝送する伝送手段と、
    を備えた光伝送装置。
13. 請求項１ないし１０いずれか1つに記載の面発光型半導体レーザアレイと、
    前記面発光型半導体レーザアレイから出射されるレーザ光を記録媒体に集光する集光手段と、
    前記集光手段により集光されたレーザ光を前記記録媒体上で走査する機構と、
    を有する情報処理装置。

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