JP2000114656A - 面発光レーザアレイ装置 - Google Patents
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Abstract
な形状と均一なレーザ特性を有する面発光レーザアレイ
装置を提供する。 【解決手段】 実際に使用する面発光レーザ素子が同一
基板上に一列に配置され、その両側に、実際に使用する
面発光レーザ素子の配列条件と同一の条件で、実際には
面発光レーザ素子として使用しないダミー素子を配置
し、実際に使用する面発光レーザ素子のプロセス環境及
び駆動時の環境を均一にする。
Description
信、あるいは光を用いた画像形成装置の光源として利用
される面発光レーザアレイ装置に関する。
用いるために、面発光レーザ(VCSEL : Vertical
Cavity Surface Emitting Laser )を2次元集積化した
面発光レーザアレイが必要とされており、更にはその面
発光レーザの大規模化すなわち発光点の多数化が望まれ
ている。VCSELアレイの例としては、S.S.Lee等に
よって8個の素子を一列に並べたアレイ(IEEE Photon.Te
chnol.Lett.,Vol.7,pp.1031-1033,1995)が、T.Yoshikaw
a等によって8×8個の発光点を2次元に配置し独立に
駆動するVCSELアレイ(Appl.Phys.Lett.,Vol.66,p
p.908-910,1995)が、R.A.Morgan等によって10×10
個の発光点をもつマトリックス駆動型VCSELアレイ
(IEEE Photon.Technol.Lett.,VOL.6、pp.913ー917、199
4)が報告されている。更に集積化したVCSELアレイ
の例として、M.Orenstein等によって32×32個の発
光点をもつマトリックス駆動型面発光レーザアレイ(Ele
ctron.Lett.,VOL.27、pp.437ー438、1991、およびU.S.
P.5031187)が報告されている。
を作製した後、各素子を配列するのではなく、複数の素
子を同時に作製してアレイ状に形成することによって製
造される。ここで、問題となるのは、各素子の均一性で
ある。一般に、均一な素子からなるVCSELアレイを
得るためには、各素子が簡易なプロセスで再現性良く製
造できることが必要とされる。しかしながら、再現性に
優れ、大規模化に適したVCSELであっても、実際に
VCSELアレイを作製し、評価した結果、中心部にあ
るVCSELと、周辺部にあるVCSELでは、しきい
電流値、効率等のレーザ特性が異なることが分かった。
これらの差異は、次に説明する作製プロセス上の問題に
起因していると考えられる。
形成する場合、四塩化炭素を用いた反応性イオンエッチ
ング等により半導体材料を除去し、ポスト形状を形成す
る。このとき、中心部にあるポストは、すべての側面横
には隣のポストが存在するが、周辺部にあるポストは、
その側面のうち隣のポストに面していない面が1面以上
存在している。反応性イオンエッチングの場合、エッチ
ング時に生成する副生成物(例えば、GaAs系では、
ガリウムクロライドやヒ素クロライド等)と供給ガスと
の比率がポストの形状、すなわち側面形状を決定する。
具体的には、隣に他のポストが存在するポスト側面にお
いては、副生成物の比率が高まり、供給ガスの比率が小
さくなり、逆に、隣に他のポストが存在しないポスト側
面においては、副生成物の比率が小さく、供給ガスの比
率が高くなる。この結果、中心部にあるポストと周辺部
にあるポストとでは、形状が異なってしまう。このよう
な形状の差異は、例えば、活性層の面積等にバラツキを
生じさせ、その結果、各VCSEL素子のしきい電流値
や効率等の基本特性にバラツキを生じさせることにな
る。反応性イオンエッチングにおいては、四塩化炭素を
用いる場合のみならず、他のガスを用いた場合も同様の
問題を発生させる。また、反応性イオンエッチング以外
のドライエッチングの場合も同様の問題が発生する。更
に、硫酸などの溶剤を用いる湿式エッチングにおいて
も、溶剤の供給具合がポスト周辺の障害物の存在に影響
されるため、中心部にあるポストと周辺部にあるポスト
では形状が異なるという同様の問題を発生させる。以上
の問題は、大規模化、集積化が更に要求され、そのため
ポスト間隔が狭まるほど顕著になってくることは言うま
でもない。
にポリイミドを埋め込んだ後に、メサ上部と同一の高さ
になるように、ポリイミドを機械的化学的研磨により除
去する場合、この機械的化学的研磨の研磨レートは、中
心部の均一性は高いが、ごく周辺部の研磨レートは中心
部に対して速いため、ごく周辺部にあるポスト上面は、
中心部にあるポストの上面に対して速く削られることに
なる。すなわち、中心部ポストの上面の高さに合わせて
機械的化学的研磨を行うと、周辺部ポストの上面を削り
VCSELを破壊することになり、逆に、周辺部ポスト
の上面の高さに合わせて機械的化学的研磨を行うと中心
部ポストの上面がポリイミドに埋まった状態となり、そ
の後の上部電極工程に支障をきたす。
明したが、その他のプロセス技術でも中心部と周辺部で
はプロセス条件が異なり新たな問題を発生させる可能性
がある。更には、駆動条件、クロストークなどのVCS
EL特性上も中心部と周辺部では異なることは容易に推
察される。
ロセス上発生する問題であり、プロセス条件を適正化す
ることで改善されることは事実であるが、そのプロセス
ウインドウは狭く、また、素子の大きさや配列条件、原
材料等が変わると最適条件も異なってしまう。従って、
プロセス条件の適正化によってアレイの中心部の素子と
アレイの周辺部の素子とを同じ形状に形成することは非
常に困難であり、これを簡便な方法で解決することが望
まれていた。従って、本発明の目的は、アレイを構成す
る各面発光レーザ素子が均一な形状と均一なレーザ特性
を有する面発光レーザアレイ装置を提供することにあ
る。
の結果、実際に使用する素子の周辺に、ダミーを配置す
ることにより、各面発光レーザ素子の作製プロセス上の
環境を同一にでき、その結果、中心部ならびに周辺部の
素子形状は同様となり、レーザ素子特性も均一化するこ
とを見出し、本発明を完成するに至った。
置は、活性層と、該活性層を挟み込む1対のスペーサ層
と、該スペーサ層を挟み込む1対のミラー層とを備えて
なる面発光レーザ素子の複数が、同一基板上にアレイ状
に配置されてなる面発光レーザアレイ装置において、実
際に使用する面発光レーザ素子の外側に、該実際に使用
する面発光レーザ素子の製造工程において、その製造環
境を同一にするための構造を設けたことを特徴とする。
は、活性層と、該活性層を挟み込む1対のスペーサ層
と、該スペーサ層を挟み込む1対のミラー層とを備えて
なる面発光レーザ素子の複数が、同一基板上にアレイ状
に配置されてなる面発光レーザアレイ装置において、実
際に使用する面発光レーザ素子の外側に、該実際に使用
する面発光レーザ素子の配列条件と同一の条件で、実際
には面発光レ−ザ素子として使用しないダミー素子を配
置したことを特徴とする。
は、活性層と、該活性層を挟み込む1対のスペーサ層
と、該スペーサ層を挟み込む1対のミラー層とを備えて
なる面発光レーザ素子の複数が、同一基板上に一列に配
置されてなる面発光レーザアレイ装置において、実際に
使用する面発光レーザ素子の両側に、該実際に使用する
面発光レーザ素子の配列条件と同一の条件で、実際には
面発光レ−ザ素子として使用しないダミー素子を配置し
たことを特徴とする。
に使用する素子の周辺に、ダミーもしくはそれに代わり
プロセス環境を各素子に対して均一にする構造を配置す
ることにより、各面発光レーザ素子の作製プロセス上の
環境を同一にできる。その結果、面発光レーザアレイの
中心部ならびに周辺部の素子形状は同様となり、レーザ
素子特性の位置によるバラツキは小さくなる。
を図1を用いて説明する。この例は、実際に使用する面
発光レーザ素子(白抜き部分)が同一基板上に一列に配
置され、その両側に、実際に使用する面発光レーザ素子
の配列条件と同一の条件で、実際には面発光レ−ザ素子
として使用しないダミー素子(斜線部分)を配置し、実
際に使用する面発光レーザ素子のプロセス環境及び駆動
時の環境を均一にした例である。また、本発明の好適な
実施の形態の他の一例を図2を用いて説明する。この例
は、実際に使用する面発光レーザ素子(白抜き部分)が
同一基板上に一列または2次元アレイ状に配置され、そ
の外側周辺に、実際に使用する面発光レーザ素子の配列
条件と同一の条件で、実際には面発光レ−ザ素子として
使用しないダミー素子(斜線部分)を少なくとも一周配
置し、実際に使用する面発光レーザ素子のプロセス環境
及び駆動時の環境を均一にした例である。この時、4隅
のダミーは省いても良い場合もある。また、本発明の好
適な実施の形態の他の一例を図3を用いて説明する。こ
の例は、実際に使用する面発光レーザ素子(白抜き部
分)が同一基板上に一列または2次元アレイ状に配置さ
れ、その外側周辺に、実際に使用する面発光レーザ素子
の配列条件と全く同一の条件ではないが、実際に使用す
る面発光レーザ素子の製造工程において、その製造環境
を同一にするための構造(斜線部分)を配置することに
より問題を解決した例である。図3Aは、ダミー構造に
より側面環境は同一にするが、ダミー構造の形状が実際
に使用する面発光レーザ素子と同一でない例であり、図
3Bは、側面環境は多少変わるが、実際に使用する面発
光レーザ素子の周辺部の製造環境が中心部の製造環境と
大きく変わらないよう、周囲を囲んだ例である。本発明
において「実際には面発光レ−ザ素子として使用しな
い」とは、電流を流さず発光させない場合の他、電流を
流して発光させた場合にも光源として使用しないことも
含む意味である。
レーザアレイ装置の第1の実施例を説明する。図4f
は、第1の実施例に係る本発明の面発光レーザアレイ装
置の平面図(面発光レーザアレイを上方から見たときの
ポスト配置を模式的に示したもの)である。図4eは、
その面発光レーザアレイを構成する面発光レーザ素子の
概略的断面図であり、図4a〜図4eは、その面発光レ
ーザ素子の製造工程を示す断面図である。
aAs基板91上に、キャリア濃度1×1018cm-3膜
厚0.2μm程度のn型GaAsバッファ層92と、A
l0. 9 Ga0.1 AsとAl0.3 Ga0.7 Asとをそれぞ
れの膜厚が媒質内波長の1/4となるように交互に4
0.5周期積層した1×1018cm-3で総膜厚が約4μ
m、キャリア濃度1×1018cm-3となる下部n型多層
反射膜93と、アンドープ下部Al0.5 Ga0.5 Asス
ペーサ層とアンドープ量子井戸活性層(膜厚90nmA
l0.1 1 Ga0.89As量子井戸層3層と膜厚50nmA
l0.3 Ga0.7 As障壁層4層とで構成されている)と
アンドープ上部Al0.5 Ga0.5 Asスペーサ層とで構
成された膜厚が媒質内波長となる活性層領域94と、A
l0.9 Ga 0.1 AsとAl0.3 Ga0.7 Asとをそれぞ
れの膜厚が媒質内波長の1/4となるように交互に20
周期積層したキャリア濃度1×1018cm-3で総膜厚が
約2μmの上部p型多層反射膜95と、キャリア濃度1
×1019cm-3膜厚10nmのp型GaAsコンタクト
層96とが、順次積層されており、下部n型多層反射膜
93の側面が半分程度露呈する深さまでエッチングされ
て、角柱の半導体柱S(ポスト)が形成され、ポスト上
面を除く部分がSiN膜で被覆されている。そして、ポ
スト中央部のレーザ光出射領域を避けるように、Tiと
Auの二層構造のp側電極が設けられ、基板裏面には、
AuGeからなるn側電極(図示せず)が設けられてい
る。
アレイ装置は、図4fに図示するように、実際に使用す
る面発光レーザ素子(1〜10)が、同じn型GaAs
基板91上に一列に配置され、その両側に、1〜10の
面発光レーザ素子の配列条件と同一の条件で、実際には
面発光レ−ザ素子として使用しないダミー素子11と1
2とが配置されている。なお、各面発光レーザ素子のポ
スト間隔は10μmとしている。
ついて説明する。まず、図4aに示すように、有機金属
気相成長(MOCVD)法により、n型GaAs基板9
1上に、n型GaAsバッファ層92を積層し、その上
に、Al 0.9 Ga0.1 As/Al0.3 Ga0.7 As下部
n型多層反射膜93、アンドープ下部Al0.5 Ga0.5
Asスペーサ層とアンドープ量子井戸活性層(膜厚90
nm,Al0.11Ga0.89As量子井戸層3層とAl0.3
Ga0.7 As障壁層4層とで構成されている)とアンド
ープ上部Al0.5 Ga0.5 Asスペーサ層とで構成され
た活性層領域94、その上にAl0.9 Ga0.1 As/A
l0.3 Ga0.7 As上部p型多層反射膜95、p型Ga
Asコンタクト層96を順次積層する。
電気的抵抗を下げるためにAl0.9Ga0.1 AsとAl
0.3 Ga0.1 Asの界面に、AlAs組成を90%から
30%に段階的に変化させた膜厚が9nm程度の領域を
設けることも可能である。ここで原料ガスとしては、ト
リメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アルシ
ン、ドーパント材料としてはp型用にシクロペンタジニ
ウムマグネシウム、n型用にシランを用い、成長時の基
板温度は750℃とし、真空を破ることなく、原料ガス
を順次変化し、連続して成膜をおこなった。
ラフィーにより結晶成長層上にレジストマスクRを形成
し、四塩化炭素をエッチングガスとして用いた反応性イ
オンエッチングにより下部n型多層反射膜93の途中ま
でエッチングし、径10μmの円柱もしくは角柱の半導
体柱S(ポスト)を形成する。ここで、ポストは図4f
に図示(面発光レーザアレイを上方から見たときのポス
ト配置を模式的に示したもの)するようにポスト間隔1
0μmで配置されている。
除去した後、図4cに示すように、プラズマCVD装置
を用いてSiNを蒸着した後、通常のフォトリソ工程と
バッファードフッ酸をもちいたSiNのエッチングによ
り、ポスト上部のSiNを剥離する。その後、図4dに
示すように、フォトリソ工程を用いてポスト上部中央に
レジストパターンTを形成し、その上方からEB蒸着機
を用いて、p側電極材料としてTiとAuをそれぞれ1
0nm、200nm蒸着する。
ーンTを剥離する。この時、レジストパターンT上のT
iとAuは同時に取り除かれ、図4eおよび図4fに示
す、面発光レーザアレイ装置が完成する。この装置で
は、p側電極のない部分、すなわちポスト中央部からレ
ーザ光が出射される。なお、基板裏面には、n電極とし
てAuGeが蒸着されている(不図示)。
ザ素子(1〜10)の両側に、1〜10の面発光レーザ
素子の配列条件と同一の条件で、実際には面発光レ−ザ
素子として使用しないダミー素子11と12とを配置し
たことにより、両端の面発光レーザ素子1および10
が、他の面発光レーザ素子と同じ製造環境に置かれるこ
とになり、各素子が均一なレーザ特性を有する面発光レ
ーザアレイ装置となる。
n型多層反射膜までエッチングした場合を説明したが、
上部Al0.5 Ga0.5 Asスペーサ層あるいはそれより
上方まででエッチングをストップする構造、もしくは、
基板までをエッチングする構造も可能である。また、ポ
スト径およびポスト間隔も任意にかえることができる。
また、本発明では、活性層にAlGaAsを用いた例を
説明したが、GaAsもしくはInGaAsを用いた近
赤外用、InGaPもしくはAlGaInPを用いた赤
色用の面発光レーザにも適用できる。更には、GaN系
やZnSe系等の青色もしくは紫外線面発光レーザ、I
nGaAsP系等の1.3〜1.5μm帯面発光レーザ
にも利用できることはもちろんである。また、多層反射
膜として半導体材料に限定されることなく、絶縁膜を用
いることも可能である。
第2の実施例を、図面を参照しながら説明する。図5
は、第2の実施例に係る本発明の面発光レーザアレイ装
置の一部を上面から見た模式的平面図であり、図6は、
その面発光レーザアレイ装置を上方から見たときのポス
ト配置を示す模式的平面図である。図7は図5のA−A
断面図、図8は図5のB−B断面図である。図9〜図1
4は、その面発光レーザアレイ装置の製造工程を示す断
面図である。
ザアレイ装置は、絶縁性のGaAs基板21上に、0.
2μm程度のアンドープGaAsバッファ層22、膜厚
3μm、キャリア濃度1×1019cm-3のn型GaAs2
3と、このn型GaAs上に形成されたそれぞれの膜厚
が媒質内波長の1/4であるAlAsとGaAsとを交互
に積層した総膜厚数μmのn型多層反射膜25と、In
0.2 Ga0.8 Asで構成された量子井戸3層をGaAs
10nmで挟んだ構造で媒質内波長の膜厚をもつアンド
ープ活性領域26と、それぞれの膜厚が媒質内波長の1/
4であるAlAsとGaAsとを交互に積層した総膜厚
数μmのp型多層反射膜27と、キャリア濃度1×10
19cm-3の膜厚0.1μmのp型GaAs28とを積層して
構成され、この上層にp側電極31が形成されたポスト
が形成されている。また、このポスト側面から所定の間
隔を隔てて分離溝29が設けられ、分離溝29に囲まれ
た領域に露呈したn型GaAs23上にn側電極24が
形成されている。
5のように2次元平面内上に多数個並べられたものが、
面発光レーザアレイ装置となる。このとき面発光レーザ
素子に対応するポストは、図6に示すように、各素子は
2次元に配置されている。枠内を斜線で示したポストが
発光点として必要なもので、その周囲に配置されたポス
トはプロセス環境を均一化するためのダミーポストであ
る。
は2次元に配置され、実際に使用する面発光レーザ素子
(枠内を斜線で示したポスト)の周囲に、面発光レーザ
素子の配列条件と同一の条件で、実際には面発光レ−ザ
素子として使用しないダミー素子が配置されている。な
お、この多数個素子を集積化した装置は、大規模化し
た、あるいは、多数個集積化した面発光レーザアレイに
対する要求に答えるべく、本発明者等が、特願平9−2
25383明細書において開示したものである。
た例を説明したが、GaAsもしくはAlGaAsを用
いた近赤外用、InGaPもしくはAlGaInPを用
いた赤色用の面発光レーザにも適用できる。更には、G
aN系やZnSe系等の青色もしくは紫外線面発光レー
ザ、InGaAsP系等の1.3〜1.5μm帯面発光
レーザにも利用できることはもちろんである。
工程について説明する。まず、図9に示すように、有機
金属気相成長(MOCVD)法により、絶縁性GaAs
(100)基板21上に、0.2μm程度のアンドープ
GaAsバッファ層22と、キャリア濃度1×1019cm
-3膜厚3μmのシリコンドープn型GaAsコンタクト
層23を積層し、さらにこの上層に、Al0.9 Ga0.1
AsとGaAsとをそれぞれの膜厚が媒質内波長の1/
4となるように交互に積層した総膜厚約2μm、1×1
018cm-3のシリコンドープn型多層反射膜25と、In
0.2 Ga0.8 Asで構成された量子井戸層3層を膜厚1
0nmのGaAs層で挟んだ構造をもつ媒質内波長の膜
厚をもつアンドープ活性領域26と、Al0.9 Ga 0.1
AsとGaAsとをそれぞれの膜厚が媒質内波長の1/
4となるように交互に積層した総膜厚約2μm、1×1
018cm-3のマグネシウムドープのp型多層反射膜27と
を順次積層する。そしてこのp型多層反射膜の上には膜
厚0.1μmで1×1019cm-3のドーピングを施したp
型GaAsコンタクト層28を積層する。
ウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウ
ム、ドーパント材料としてはシクロペンタジニウムマグ
ネシウム、シランを用い、成長時の基板温度は700℃
とし、真空を破ることなく、原料ガスを順次変化し、連
続して成膜をおこなった。
ラフィーにより結晶成長層上にレジストマスクRを形成
し、四塩化炭素をエッチングガスとして用いた反応性イ
オンエッチングにより、n型GaAsコンタクト層23
表面若しくはこのn型GaAsコンタクト層23の途中
までエッチングし、幅20μm程度のストライプ状の半
導体柱Sを形成する。その後、図11に示すように、H
2 SO4 :H2 O2 :H2 Oの比率が1:1:10のエ
ッチング液によりさらに2μmだけ細くなるように側面
からエッチングを行う。
クを残したまま、上方からエレクトロンビーム法によ
り、n型GaAsコンタクト層23上にn側電極24と
してAuGe層を蒸着する。そしてリフトオフにより、
n型GaAsコンタクト層23上のAuGe層を残して
他の領域のAuGe層をレジストと共に剥離する。
イオンビーム法を用いて、各半導体柱Sの間中央を、G
aAs基板21に到達する深さまで、このストライプに
沿って幅2μmの溝を形成する。尚、図10で説明した
ストライプ状の半導体柱Sを形成する工程と図13で説
明した工程により形成された面発光レーザ1素子に対応
するポストは図6に示すように配置する。
塗布しポストの周りを埋めた後、そのポリイミド膜上部
はポスト上部と同一の高さになるようにポリイミドを機
械的化学的研磨により除去し、表面の平坦化をはかる。
このとき、周辺部の研磨速度は中心部より速いため、周
辺部のポスト上部が削られる問題が発生するが、上記に
説明したようにダミーポストを配置しているためこの問
題を防ぐことができる。 その後、上層にAu層を蒸着
し、前記n側電極24とは直交する方向に伸長するスト
ライプ状のp側電極31を形成する。
クス駆動型面発光レーザアレイが完成する。この装置で
は、図6に示すように、実際に使用する面発光レーザ素
子(枠内を斜線で示したポスト)の周囲に、面発光レー
ザ素子の配列条件と同一の条件で、実際には面発光レ−
ザ素子として使用しないダミー素子が配置したことによ
り、枠内を斜線で示したポストのうち最外周にある面発
光レーザ素子が、他の面発光レーザ素子と同じ製造環境
に置かれることになり、各素子が均一なレーザ特性を有
する面発光レーザアレイ装置となる。
第3の実施例を、図面を参照しながら説明する。図15
は、第3の実施例に係る本発明の面発光レーザアレイ装
置の一部を上面から見た模式的平面図であり、図16
は、その面発光レーザアレイを構成する面発光レーザ素
子の概略的断面図である。
レイ素子は、n型GaAs基板1上に、n型GaAsバ
ッファー層2と、n型のアルミニウムガリウム砒素( A
l0. 9 Ga0.1 As/Al0.3 Ga0.7 As)からなる
下部n型多層反射膜3と、アンドープのAl0.6 Ga
0.4 Asからなる下部スペーサ層4、アンドープのAl
0.11Ga0.89As量子井戸層およびアンドープのAl
0.3 Ga0.7 As障壁層からなる量子井戸活性層5、ア
ンドープのAl0.6 Ga0.4 Asからなる上部スペーサ
層6とを含む活性領域7と、p型のAl0.9 Ga0.1 A
s/ Al0.3 Ga0. 7 Asからなる上部多層反射膜8
と、同じくp型のGaAsコンタクト層9とが順次積層
せしめられている。ただし上部多層反射膜8内の最下層
はp型のAlAs層10となっており、Al0.9 Ga
0.1 の入る周期の所に、AlAs層10が挿入されてい
る。上部p型多層反射膜8と活性領域7のうち活性層5
まで三塩化ホウ素と塩素(BCl3 +Cl2)ガスを用い
た反応性イオンエッチングにより、メサ形状に加工され
ている。AlAs層10は、窒素をキャリアガスに用い
て、95℃に加熱された純水をバブリングして水蒸気を
炉に輸送して酸化するウェット酸化炉にて、400℃に
加熱し、一部だけ選択的に酸化する。さらに、前記メサ
を覆うように、プラズマ支援化学気層成長法にて、25
0℃でシリコン酸窒化膜11約1μmが着膜されてい
る。前記メサ上部にはフォトリソグラフィとエッチング
によって、コンタクトホールが形成され、p型GaAs
コンタクト層9とTi/Auの積層膜からなるp側電極
12が接続され、さらに出射口が形成されている。n側
電極13は基板裏面全体に付いている。n側電極13と
p側電極12間に電流を流し、レーザ発振を行う。
Ga0.1 As層と同Al0.3 Ga0. 7 As層とを各々厚
さλ/(4nr)(λ:発振波長,nr:媒質の屈折率)づつ交互
に40.5周期積層して形成されたもので、ドーパント
のシリコン濃度は2×10 18cm-3である。p型のAlA
s層10は厚さλ/(4nr)で、ドーパントのカーボン濃
度は3×1018cm-3である。上部多層反射膜8はp型の
Al0.9 Ga0.1 As層と同Al0.3 Ga0.7 As層と
を各々厚さλ/(4nr)づつ交互に30周期積層して形成
されたもので、ドーパントのカーボン濃度は3×1018
cm-3である。最後にp型のGaAsコンタクト層9は膜
厚20nmで、カーボン濃度は1×1020cm-3である。
上部多層反射膜8の周期数(層数)を下部多層反射膜3の
それよりも少なくしているのは、反射率に差をつけて出
射光を基板上面より取り出すためである。
ものに限らず、n型ならばセレン、p型ならば亜鉛やマ
グネシウムなどを用いることも可能である。また詳しく
は述べないが素子の直列抵抗を下げるため、半導体多層
膜中にはAl0.9 Ga0.1 As層とAl0.3 Ga0.7 A
s層の間に、その中間のアルミ組成比を有するいわゆる
遷移領域を挟んでいる。メサを覆う絶縁膜は、シリコン
酸化膜、シリコン窒化膜なども用いることができる。
λ:780nmのレーザ光を基板表面から取り出すようにし
たものである。
アレイ装置は、図15に図示するように、素子が5行×
4列の2次元に配置されている(i行j列の素子を番号
ijで表示)。その内、中心部に配置されている3行×
2列素子が実際に使用する面発光レーザ素子であり、そ
の周辺に、実際に使用する面発光レーザ素子の配列条件
と同一の条件で、実際には面発光レ−ザ素子として使用
しないダミー素子が配置されている。
い電流値を素子の配置された行と例を区別して図17に
示す。この図から周辺部のダミー素子のしきい電流値は
中心部の実際に使用する面発光レーザ素子より低いこと
がわかる。更に詳しく見ると、4隅にあるダミー素子は
2つの側面が外側となるため最もしきい値が下がってい
る。この理由は課題で述べたように、反応性イオンエッ
チングの際に、周辺部にあるポスト側面は中心部のポス
ト側面より、側方向に深くエッチングされ、その結果、
AlAs酸化によって作られた電流通路が狭くなったた
めである。本発明では、中心部の3行×2列の面発光レ
ーザ素子だけを面発光レーザアレイとして用いるため、
しきい電流値の均一性は高くなる。
アレイは、以上説明してきたポスト型面発光レーザアレ
イ、選択酸化型面発光レーザアレイのみならず、インプ
ラ型等他の面発光レーザ構造を持つアレイにも適用でき
る。
作製プロセス上の環境を同一にでき、その結果、面発光
レーザアレイを構成する素子の形状は均一となり、レー
ザ素子特性の位置によるバラツキは小さくなる。従っ
て、集積度が高くなっても、各面発光レーザ素子が均一
特性を持つ大規模面発光レーザアレイが可能となる。
である。
式図である。
式図である。
イ装置の構造および製造工程を示す概略的断面図であ
る。図4fは、第1の実施例に係る本発明の面発光レー
ザアレイ装置の平面図であり、図4eは、その面発光レ
ーザアレイを構成する面発光レーザ素子の概略的断面図
であり、図4a〜図4eは、その面発光レーザ素子の製
造工程を示す断面図である。
イ装置の模式的平面図である。
イ装置を上方から見たときのポスト配置を示す模式的平
面図である。
である。
である。
イ装置の製造工程を示す断面図である。
レイ装置の製造工程を示す断面図である。
レイ装置の製造工程を示す断面図である。
レイ装置の製造工程を示す断面図である。
レイ装置の製造工程を示す断面図である。
レイ装置の製造工程を示す断面図である。
レイ装置の模式的平面図である。
レイ装置を構成する面発光レーザ素子の概略的断面図で
ある。
レイ装置を構成する各素子のしきい電流値を行と例を区
別して示すグラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】 活性層と、該活性層を挟み込む1対のス
ペーサ層と、該スペーサ層を挟み込む1対のミラー層と
を備えてなる面発光レーザ素子の複数が、同一基板上に
アレイ状に配置されてなる面発光レーザアレイ装置にお
いて、 実際に使用する面発光レーザ素子の外側に、該実際に使
用する面発光レーザ素子の製造工程において、その製造
環境を同一にするための構造を設けたことを特徴とする
面発光レーザアレイ装置。 - 【請求項2】 活性層と、該活性層を挟み込む1対のス
ペーサ層と、該スペーサ層を挟み込む1対のミラー層と
を備えてなる面発光レーザ素子の複数が、同一基板上に
アレイ状に配置されてなる面発光レーザアレイ装置にお
いて、 実際に使用する面発光レーザ素子の外側に、該実際に使
用する面発光レーザ素子の配列条件と同一の条件で、実
際には面発光レ−ザ素子として使用しないダミー素子を
配置したことを特徴とする面発光レーザアレイ装置。 - 【請求項3】 活性層と、該活性層を挟み込む1対のス
ペーサ層と、該スペーサ層を挟み込む1対のミラー層と
を備えてなる面発光レーザ素子の複数が、同一基板上に
一列に配置されてなる面発光レーザアレイ装置におい
て、 実際に使用する面発光レーザ素子の両側に、該実際に使
用する面発光レーザ素子の配列条件と同一の条件で、実
際には面発光レ−ザ素子として使用しないダミー素子を
配置したことを特徴とする面発光レーザアレイ装置。
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