JP2008277780A - 面発光レーザアレイおよびその製造方法ならびに半導体装置 - Google Patents

面発光レーザアレイおよびその製造方法ならびに半導体装置 Download PDF

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Abstract

【課題】素子間の特性ばらつきを抑制することのできる面発光レーザアレイおよびその製造方法ならびに半導体装置を提供する
【解決手段】本発明にかかる面発光レーザアレイ１０００は、前記複数の面発光レーザは、第１の面発光レーザ１００と、第１の面発光レーザと隣り合う第２の面発光レーザ２００と、第２の面発光レーザと隣り合う第３の面発光レーザ３００とを含み、複数の面発光レーザの各々は、互いに独立した信号により駆動され、かつ、第１ミラーと、活性層と、第２ミラーと、少なくとも第１ミラーと前記活性層とによって構成される柱状部１１４、２１４、３１４と、を有し、第２の面発光レーザの柱状部２１４の径は、第１の面発光レーザの柱状部１１４の径より小さく、かつ第３の面発光レーザの柱状部３１４の径より大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、面発光レーザアレイおよびその製造方法ならびに半導体装置に関する。
従来、レーザプリンターに用いられる半導体レーザの多くは単一ビームによるものであったが、複数のビームを用いた高速印刷を実現するため、１次元もしくは２次元上に半導体レーザを配置したレーザアレイを光源として用いるようになった。
また、プロジェクター等の映像装置においても、半導体レーザを用いるようになり、輝度向上のための高出力化が望まれている。その１つの方法として、レーザアレイを用いることが考えられる。
しかしながら、レーザプリンターやプロジェクター等にレーザアレイを用いる場合、素子間の出力特性等のばらつきが問題になることがある。たとえばレーザプリンターにおいては、レーザアレイの出力特性にばらつきがあることによって、印刷時に濃度ムラを生じさせてしまう。このようなばらつきを抑制する方法として、たとえば特許文献１には、光検出器を設けて半導体レーザの光量をモニタし、モニタ光量に応じて半導体レーザの駆動を制御することが開示されている。
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、部品点数が増えてしまう上に消費電力も上がってしまう。また半導体レーザと光検出器との光軸調製等の工数が増加し、歩留まりの低下をも招いてしまう。
特開平３−９０３７０号公報
本発明の目的は、素子間の特性ばらつきを抑制することのできる面発光レーザアレイおよびその製造方法ならびに半導体装置を提供することにある。
本発明の第１の形態にかかる面発光レーザアレイは、
同一基板上に配列されている複数の面発光レーザを含む面発光レーザアレイであって、
前記複数の面発光レーザは、
第１の面発光レーザと、
前記第１の面発光レーザと隣り合う第２の面発光レーザと、
前記第２の面発光レーザと隣り合う第３の面発光レーザと、
を含み、
前記複数の面発光レーザの各々は、互いに独立した信号により駆動され、かつ、
前記基板の上方に形成された第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、
少なくとも前記第１ミラーと前記活性層とによって構成される柱状部と、
を有し、
前記第２の面発光レーザの柱状部の径は、前記第１の面発光レーザの柱状部の径より小さく、かつ前記第３の面発光レーザの柱状部の径より大きい。
本発明において、特定のＡ部材（以下、「Ａ部材」という。）の上方に設けられた特定のＢ部材（以下、「Ｂ部材」という。）というとき、Ａ部材の上に直接Ｂ部材が設けられた場合と、Ａ部材の上に他の部材を介してＢ部材が設けられた場合とを含む意味である。
本発明の第１の形態にかかる面発光レーザアレイにおいて、
前記第１の面発光レーザ、前記第２の面発光レーザ、および前記第３の面発光レーザは、直線上に配列されていることができる。
本発明の第１の形態にかかる面発光レーザアレイにおいて、
前記複数の面発光レーザの各々の柱状部の径は、基板上における前記複数の面発光レーザが形成されている領域の中心から端部にいくにつれて小さくなっていることができる。
本発明の第１の形態にかかる面発光レーザアレイにおいて、
前記第１の面発光レーザ、前記第２の面発光レーザ、および前記第３の面発光レーザは、前記第２ミラーの上方に形成され、レーザ光を出射するための開口部を有する電極をさらに含み、
前記第１の面発光レーザにおける電極の開口部の径は、前記第２の面発光レーザにおける電極の開口部の径、および前記第３の面発光レーザにおける電極の開口部の径と同一であることができる。
本発明の第２の形態にかかる面発光レーザアレイは、
同一基板上に配列されている複数の面発光レーザを含む面発光レーザアレイであって、
前記複数の面発光レーザは、
第１の面発光レーザと、
前記第１の面発光レーザと隣り合う第２の面発光レーザと、
前記第２の面発光レーザと隣り合う第３の面発光レーザと、
を含み、
前記複数の面発光レーザの各々は、互いに独立した信号により駆動され、かつ、
前記基板の上方に形成された第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、
少なくとも前記第２ミラーの一部の領域に形成された絶縁領域と、
を有し、
前記絶縁領域は、前記基板面と垂直な方向に開口する開口部を有し、
前記第２の面発光レーザの開口部の径は、前記第１の面発光レーザの開口部の径より小さく、かつ前記第３の面発光レーザの開口部の径より大きい。
本発明の第２の形態にかかる面発光レーザアレイにおいて、
前記第１の面発光レーザ、前記第２の面発光レーザ、および前記第３の面発光レーザは、直線上に配列されていることができる。
本発明の第２の形態にかかる面発光レーザアレイにおいて、
前記複数の面発光レーザの各々の絶縁領域の開口部の径は、基板上における前記複数の面発光レーザが形成されている領域の中心から端部にいくにつれて小さくなっていることができる。
本発明の第２の形態にかかる面発光レーザアレイにおいて、
前記第１の面発光レーザ、前記第２の面発光レーザ、および前記第３の面発光レーザは、前記第２ミラーの上方に形成され、レーザ光を出射するための開口部を有する電極をさらに含み、
前記第１の面発光レーザにおける電極の開口部の径は、前記第２の面発光レーザにおける電極の開口部の径、および前記第３の面発光レーザにおける電極の開口部の径と同一であることができる。
本発明の第２の形態にかかる面発光レーザアレイにおいて、
前記絶縁領域は、前記第２ミラーの一部の領域を酸化することによって形成された酸化狭窄層であることができる。
本発明の第２の形態にかかる面発光レーザアレイにおいて、
前記絶縁領域は、前記第２ミラーの一部の領域にイオンが注入されることによって形成されたイオン注入領域であることができる。
本発明の第３の形態にかかる半導体装置は、
基板と、
前記基板上に設けられた、複数の面発光レーザを含む面発光レーザアレイと、
前記基板上に設けられ、前記複数の面発光レーザと電気的に接続されている駆動回路と、
を含み、
前記複数の面発光レーザの各々は、互いに独立した信号により駆動され、かつ、
前記基板の上方に形成された第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、
少なくとも前記第２ミラーと前記活性層とによって構成される柱状部と、を有し、
前記複数の面発光レーザの各々の柱状部の径は、基板上における所定の位置から端部にいくにつれて小さくなっており、
前記基板上における所定の位置は、前記複数の面発光レーザのみが形成されている領域の中心より前記駆動回路側に位置する。
本発明の第４の形態にかかる半導体装置は、
基板と、
前記基板上に設けられた、複数の面発光レーザを含む面発光レーザアレイと、
前記基板上に設けられ、前記複数の面発光レーザと電気的に接続されている駆動回路と、
を含み、
前記複数の面発光レーザの各々は、互いに独立した信号により駆動され、かつ、
前記基板の上方に形成された第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、
少なくとも前記第２ミラーの一部の領域に形成された絶縁領域と、
を有し、
前記絶縁領域は、前記基板面と垂直な方向に開口する開口部を有し、
前記複数の面発光レーザの各々の絶縁領域の開口部の径は、基板上における所定の位置から端部にいくにつれて小さくなっており、
前記基板上における所定の位置は、前記複数の面発光レーザのみが形成されている領域の中心より前記駆動回路側に位置する。
本発明の第５の形態にかかる面発光レーザアレイの製造方法は、
同一基板上に配列されている複数の面発光レーザを含む面発光レーザアレイの製造方法であって、
（ａ）基板の上方に、当該基板側から第１ミラー、活性層、および第２ミラーを構成するための半導体多層膜を形成する工程と、
（ｂ）前記半導体多層膜の上方から所定の領域にイオンを注入することにより、開口部を有する絶縁領域を形成する工程と、
（ｃ）前記絶縁領域の上方に、光の出射面を構成する開口部を有する複数の電極を形成する工程と、
（ｄ）前記電極の開口部を介して前記絶縁領域の開口部にイオンを注入することにより、前記絶縁領域を広げる工程と、
を含む。
本発明の第５の形態にかかる面発光レーザアレイの製造方法において、
前記工程（ｃ）の後に、
電極毎に電流を注入しながら、前記半導体多層膜の温度を測定する工程をさらに含み、
前記工程（ｄ）では、測定した前記温度に基づいて、前記半導体多層膜にイオンを注入する領域を決定し、決定した当該領域にイオンを注入することができる。
本発明の第５の形態にかかる面発光レーザアレイの製造方法において、
前記工程（ｂ）において形成された前記絶縁領域の開口部は、前記電極の開口部の内側に形成されていることができる。
本発明の第５の形態にかかる面発光レーザアレイの製造方法において、
絶縁領域における複数の開口部の径は、基板上における前記複数の面発光レーザが形成されている領域の中心から端部にいくにつれて小さくなっていることができる。
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
１．第１の実施の形態
１．１．面発光レーザアレイ
まず、第１の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ１０００の構成について説明する。図１および図３は、第１の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ１０００を模式的に示す図であり、図１は、第１の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ１０００を模式的に示す断面図であり、図３は、第１の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ１０００を模式的に示す平面図である。また、図２は、第１の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ１０００の柱状部の径および酸化狭窄層の開口部を説明するための図である。なお、図１は、図３のＩ−Ｉ断面を示す図であり、図２は、図３の領域IIを示す図である。
面発光レーザアレイ１０００は、同一基板上に配列している複数の面発光レーザを含む。第１の実施の形態では、まず、５つの面発光レーザ（第１の面発光レーザ１００、第２の面発光レーザ２００、第３の面発光レーザ３００、第４の面発光レーザ４００、および第５の面発光レーザ５００）が直線上に配列している面発光レーザアレイ１０００について説明する。
面発光レーザアレイ１０００は、第１の面発光レーザ１００と、第２の面発光レーザ２００と、第３の面発光レーザ３００と、第４の面発光レーザ４００と、第５の面発光レーザ５００とを含む。第１の面発光レーザ１００は、第２の面発光レーザ２００および第４の面発光レーザ４００と隣り合い、第２の面発光レーザ２００は、第３の面発光レーザ３００と隣り合い、第４の面発光レーザ４００は、第５の面発光レーザ５００と隣り合う。
第１の面発光レーザ１００、第２の面発光レーザ２００、第３の面発光レーザ３００、第４の面発光レーザ４００、および第５の面発光レーザ５００は、半導体基板１０１上に形成されており、半導体基板１０１の下面に形成された第２電極１０８と、半導体基板１０１の上面に形成された第１ミラー１０２とを有する。第２電極１０８および第１ミラー１０２は、各面発光レーザ共通の電極およびミラーとして機能することができる。
第１の面発光レーザ１００、第２の面発光レーザ２００、第３の面発光レーザ３００、第４の面発光レーザ４００、および第５の面発光レーザ５００においては、柱状部（符号１１４、２１４、３１４、４１４、５１４で示す）の径と、酸化狭窄層の開口部（符号１１５、２１５、３１５、４１５、５１５で示す）の径とが、互いに異なる。他の部分については、互いに同一の大きさおよび材質を有する。
第１の面発光レーザ１００、第２の面発光レーザ２００、第３の面発光レーザ３００、第４の面発光レーザ４００、および第５の面発光レーザ５００の各々は、互いに独立した信号により駆動されることができるため、互いに異なるタイミングで発光することができる。また、これらの面発光レーザは、複数個ずつ同一の信号により駆動されてもよい。
なお各面発光レーザの具体的な構成は以下のとおりである。
第１の面発光レーザ１００は、第１ミラー１０２と、第１ミラー１０２上に形成された活性層１０３と、活性層１０３上に形成された第２ミラー１０４と、を含む。第１の面発光レーザ１００は、第１ミラー１０２と、活性層１０３と、第２ミラー１０４とによって構成された垂直共振器を有する。また第１ミラー１０２と、活性層１０３と、第２ミラー１０４の一部とによって、柱状の半導体堆積体（柱状部）１１４が構成される。柱状部１１４は、たとえば、半導体基板１０１の上面と平行な面で切断した場合における断面形状が、円形であることができる。
半導体基板１０１は、たとえばｎ型ＧａＡｓ基板からなることができる。第１ミラー１
０２は、たとえばｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの分布反射型多層膜ミラーからなることができる。活性層１０３は、たとえばＧａＡｓ井戸層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層からなり、井戸層が３層で構成される量子井戸構造を含むことができる。第２ミラー１０４は、たとえばｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの分布反射型多層膜ミラーからなることができる。
第２ミラー１０４は、たとえば炭素（Ｃ）がドーピングされることによりｐ型にされ、第１ミラー１０２は、たとえばケイ素（Ｓｉ）がドーピングされることによりｎ型にされている。したがって、ｐ型の第２ミラー１０４、不純物がドーピングされていない活性層１０３、およびｎ型の第１ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
第１の面発光レーザ１００は、活性層１０３の上方に絶縁領域としての酸化狭窄層１０５をさらに含む。具体的に酸化狭窄層１０５は、第２ミラー１０４を構成する層のうち活性層１０３に近い領域の、ＡｌｘＧａ1-ｘＡｓ（ｘ＞０．９５）層を側面から酸化することにより得られる。この酸化狭窄層１０５は、開口部１１５を有し、たとえばリング状に形成されている。すなわち、この酸化狭窄層１０５は、半導体基板１０１の上面と平行な面で切断した場合における断面形状が、柱状部１１４の平面形状の円形と同心の円のリング状であることができる。
第１の面発光レーザ１００は、第２ミラー１０４の上面に形成された第１電極１０９を含む。第１電極１０９と、上述した第２電極１０８とによって、ｐｉｎダイオードに電流を注入して第１の面発光レーザ１００を駆動させることができる。
第２電極１０８は、例えば金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金と、金（Ａｕ）との積層膜からなることができる。また、第１電極１０９は、例えば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）および金（Ａｕ）の積層膜からなることができる。
第１電極１０９は、柱状部１１４の上面において開口部１１９を有するリング形状であることができる。開口部１１９は、半導体基板１０１の上面と平行な面で切断した場合における断面形状が、柱状部１１４の平面形状の円形と同心の円形状であることができる。また、第１電極１０９は、リング形状部１０９ａの他に、他の素子と電気的に接続するためのパッド部１０９ｃと、パッド部とリング形状部１０９ａとを接続する直線状の引き出し部とを有する（図３参照）。
第１電極１０９の開口部１１９の径は、図１〜図３に示すように、柱状部１１４の径より小さく、かつ酸化狭窄層１０５の開口部１１５の径より大きい。開口部１１９の径が、酸化狭窄層１０５の開口部１１５の径より大きいことにより、第１ミラー１０２、活性層１０３、および第２ミラー１０４の間で生じた光が第１電極１０９の下面でけられるのを抑制することができる。
第２の面発光レーザ２００は、第１の面発光レーザ１００と同様に、第１ミラー１０２と、第１ミラー１０２上に形成された活性層２０３と、活性層２０３上に形成された第２ミラー２０４と、を含む。第２の面発光レーザ２００は、第１ミラー１０２と、活性層２０３と、第２ミラー２０４とによって構成された垂直共振器を有する。また第１ミラー１０２と、活性層２０３と、第２ミラー２０４の一部とによって、柱状の半導体堆積体（柱状部）２１４が構成される。活性層２０３および第２ミラー２０４の材質は、上述した活性層１０３および第２ミラー１０４と同一の材質であることができる。したがって、ｐ型の第２ミラー２０４、不純物がドーピングされていない活性層２０３、およびｎ型の第１ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
第２の面発光レーザ２００は、活性層２０３の上方に酸化狭窄層２０５をさらに含む。また第２の面発光レーザ２００は、第２ミラー２０４の上面に形成された第１電極２０９を含む。第１電極２０９と、上述した第２電極１０８とによって、ｐｉｎダイオードに電流を注入して第１の面発光レーザ１００を駆動させることができる。
第１電極２０９および酸化狭窄層２０５の材質についても、それぞれ第１電極１０９および酸化狭窄層１０５と同一の材質であることができる。
第１電極２０９は、柱状部２１４の上面において開口部２１９を有するリング形状であることができる。開口部２１９は、半導体基板１０１の上面と平行な面で切断した場合における断面形状が、柱状部２１４の平面形状の円形と同心の円形状であることができる。また、第１電極２０９は、リング形状部２０９ａの他に、他の素子と電気的に接続するためのパッド部２０９ｃと、パッド部とリング形状部２０９ａとを接続する直線状の引き出し部とを有する（図３参照）。
第１電極２０９の開口部２１９の径は、図１〜図３に示すように、柱状部２１４の径より小さく、かつ酸化狭窄層２０５の開口部２１５の径より大きい。
第３の面発光レーザ３００は、第１の面発光レーザ１００と同様に、第１ミラー１０２と、第１ミラー１０２上に形成された活性層３０３と、活性層３０３上に形成された第２ミラー３０４と、を含む。第３の面発光レーザ３００は、第１ミラー１０２と、活性層３０３と、第２ミラー３０４とによって構成された垂直共振器を有する。また第１ミラー１０２と、活性層３０３と、第２ミラー３０４の一部とによって、柱状の半導体堆積体（柱状部）３１４が構成される。活性層３０３および第２ミラー３０４の材質は、上述した活性層１０３および第２ミラー１０４と同一の材質であることができる。したがって、ｐ型の第２ミラー３０４、不純物がドーピングされていない活性層３０３、およびｎ型の第１ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
第３の面発光レーザ３００は、活性層３０３の上方に酸化狭窄層３０５をさらに含む。また第３の面発光レーザ３００は、第２ミラー３０４の上面に形成された第１電極３０９を含む。第１電極３０９と、上述した第２電極１０８とによって、ｐｉｎダイオードに電流を注入して第１の面発光レーザ１００を駆動させることができる。
第１電極３０９および酸化狭窄層３０５の材質についても、それぞれ第１電極１０９および酸化狭窄層１０５と同一の材質であることができる。
第１電極３０９は、柱状部３１４の上面において開口部３１９を有するリング形状であることができる。開口部３１９は、半導体基板１０１の上面と平行な面で切断した場合における断面形状が、柱状部３１４の平面形状の円形と同心の円形状であることができる。また、第１電極３０９は、リング形状部３０９ａの他に、他の素子と電気的に接続するためのパッド部３０９ｃと、パッド部とリング形状部３０９ａとを接続する直線状の引き出し部とを有する（図３参照）。
第１電極３０９の開口部３１９の径は、図１〜図３に示すように、柱状部３１４の径より小さく、かつ酸化狭窄層３０５の開口部３１５の径より大きい。
第４の面発光レーザ４００は、第１の面発光レーザ１００と同様に、第１ミラー１０２と、第１ミラー１０２上に形成された活性層４０３と、活性層４０３上に形成された第２ミラー４０４と、を含む。第４の面発光レーザ４００は、第１ミラー１０２と、活性層４
０３と、第２ミラー４０４とによって構成された垂直共振器を有する。また第１ミラー１０２と、活性層４０３と、第２ミラー４０４の一部とによって、柱状の半導体堆積体（柱状部）４１４が構成される。活性層４０３および第２ミラー４０４の材質は、上述した活性層１０３および第２ミラー１０４と同一の材質であることができる。したがって、ｐ型の第２ミラー４０４、不純物がドーピングされていない活性層４０３、およびｎ型の第１ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
第４の面発光レーザ４００は、活性層４０３の上方に酸化狭窄層４０５をさらに含む。また第４の面発光レーザ４００は、第２ミラー４０４の上面に形成された第１電極４０９を含む。第１電極４０９と、上述した第２電極１０８とによって、ｐｉｎダイオードに電流を注入して第１の面発光レーザ１００を駆動させることができる。
第１電極４０９および酸化狭窄層４０５の材質についても、それぞれ第１電極１０９および酸化狭窄層１０５と同一の材質であることができる。
第１電極４０９は、柱状部４１４の上面において開口部４１９を有するリング形状であることができる。開口部４１９は、半導体基板１０１の上面と平行な面で切断した場合における断面形状が、柱状部４１４の平面形状の円形と同心の円形状であることができる。また、第１電極４０９は、リング形状部４０９ａの他に、他の素子と電気的に接続するためのパッド部４０９ｃと、パッド部とリング形状部４０９ａとを接続する直線状の引き出し部とを有する（図３参照）。
第１電極４０９の開口部４１９の径は、図１〜図３に示すように、柱状部４１４の径より小さく、かつ酸化狭窄層４０５の開口部４１５の径より大きい。
第５の面発光レーザ５００は、第１の面発光レーザ１００と同様に、第１ミラー１０２と、第１ミラー１０２上に形成された活性層５０３と、活性層５０３上に形成された第２ミラー５０４と、を含む。第５の面発光レーザ５００は、第１ミラー１０２と、活性層５０３と、第２ミラー５０４とによって構成された垂直共振器を有する。また第１ミラー１０２と、活性層５０３と、第２ミラー５０４の一部とによって、柱状の半導体堆積体（柱状部）５１４が構成される。活性層５０３および第２ミラー５０４の材質は、上述した活性層１０３および第２ミラー１０４と同一の材質であることができる。したがって、ｐ型の第２ミラー５０４、不純物がドーピングされていない活性層５０３、およびｎ型の第１ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
第５の面発光レーザ５００は、活性層５０３の上方に酸化狭窄層５０５をさらに含む。また第５の面発光レーザ５００は、第２ミラー５０４の上面に形成された第１電極５０９を含む。第１電極５０９と、上述した第２電極１０８とによって、ｐｉｎダイオードに電流を注入して第１の面発光レーザ１００を駆動させることができる。
第１電極５０９および酸化狭窄層５０５の材質についても、それぞれ第１電極１０９および酸化狭窄層１０５と同一の材質であることができる。
第１電極５０９は、柱状部５１４の上面において開口部５１９を有するリング形状であることができる。開口部５１９は、半導体基板１０１の上面と平行な面で切断した場合における断面形状が、柱状部５１４の平面形状の円形と同心の円形状であることができる。また、第１電極５０９は、リング形状部５０９ａの他に、他の素子と電気的に接続するためのパッド部５０９ｃと、パッド部とリング形状部５０９ａとを接続する直線状の引き出し部とを有する（図３参照）。
第１電極５０９の開口部５１９の径は、図１〜図３に示すように、柱状部５１４の径より小さく、かつ酸化狭窄層５０５の開口部５１５の径より大きい。
次に柱状部１１４、２１４、３１４、４１４、５１４の径について説明する。柱状部１１４、２１４、３１４、４１４、５１４の径は、半導体基板１０１における複数の面発光レーザ１００、２００、３００、４００、５００が形成されている領域（図２参照）の中心から端部に行くにつれて小さくなっている。即ち、柱状部１１４、２１４、３１４のうち、中央に設けられている柱状部１１４の径が最も大きく、柱状部２１４、柱状部３１４の順に径は小さくなっている。また、柱状部１１４、４１４、５１４のうち、中央に設けられている柱状部１１４の径が最も大きく、柱状部４１４、柱状部５１４の順に径は小さくなっている。
このように、面発光レーザアレイ１０００において、中央部から端部に向かって柱状部の径を小さくすることによって、複数の面発光レーザの光出力を均一化することができる。詳述すると以下のとおりである。
仮に面発光レーザアレイが備える複数の面発光レーザの柱状部の径を同一にすると、端部の面発光レーザに比べて中央部の面発光レーザの温度が高くなる。面発光レーザの温度が高くなると、光出力は低下してしまうため、温度の高い中央部の面発光レーザほど光出力が低下してしまう。
そこで、本実施の形態にかかる面発光レーザアレイ１０００のように、中央部から端部に向かって柱状部の径を小さくすることによって、第１の面発光レーザ１００、２００、３００、４００、５００間の温度差を小さくし、ひいては光出力の差を小さくして光出力の均一化を図ることができる。
柱状部２１４の径は、柱状部４１４と同じであってもよいし、異なってもよい。また、柱状部３１４の径は、柱状部５１４と同じであってもよいし、異なってもよい。たとえば半導体基板１０１上に他の素子が設けられている場合には、他の素子が第３の面発光レーザ３００側に設けられている場合には、柱状部２１４の径は、柱状部４１４より大きく、柱状部３１４の径は、柱状部５１４より大きくすることが好ましい。
一方、他の素子が第５の面発光レーザ５００側に設けられている場合には、柱状部２１４の径は、柱状部４１４より小さく、柱状部３１４の径は、柱状部５１４より小さくすることが好ましい。これにより、他の素子から発生する熱によって、面発光レーザ４００、５００の温度が局部的に上昇してしまうのを防止し、均一な光出力を保持することができる。
次に、酸化狭窄層１０５、２０５、３０５、４０５、５０５のそれぞれの開口部１１５、２１５、３１５、４１５、５１５の径について説明する。開口部１１５、２１５、３１５、４１５、５１５の径は、半導体基板１０１における複数の面発光レーザ１００、２００、３００、４００、５００が形成されている領域（図２参照）の中心から端部に行くにつれて小さくなっている。即ち、開口部１１５、２１５、３１５のうち、中央に設けられている開口部１１５の径が最も大きく、開口部２１５、開口部３１５の順に径は小さくなっている。また、開口部１１５、４１５、５１５のうち、中央に設けられている開口部１１５の径が最も大きく、開口部４１５、開口部５１５の順に径は小さくなっている。
このように、面発光レーザアレイ１０００において、中央部から端部に向かって酸化狭窄層の開口部の径を小さくすることによって、複数の面発光レーザの光出力を均一化することができる。詳述すると以下のとおりである。
仮に面発光レーザアレイが備える複数の面発光レーザにおける酸化狭窄層の開口部の径を同一にすると、端部の面発光レーザに比べて中央部の面発光レーザの温度が高くなる。面発光レーザの温度が高くなると、光出力は低下してしまうため、温度の高い中央部の面発光レーザほど光出力が低下してしまう。
そこで、本実施の形態にかかる面発光レーザアレイ１０００のように、中央部から端部に向かって酸化狭窄層の開口部の径を小さくすることによって、第１の面発光レーザ１００、２００、３００、４００、５００間の温度差を小さくし、ひいては光出力の差を小さくして光出力の均一化を図ることができる。
開口部２１５は、開口部４１５と同じであってもよいし、異なってもよい。また、開口部３１５は、開口部５１５と同じであってもよいし、異なってもよい。たとえば半導体基板１０１上に他の素子が設けられている場合には、他の素子が第３の面発光レーザ３００側に設けられている場合には、酸化狭窄層２０５の開口部２１５の径は、酸化狭窄層４０５の開口部４１５の径より大きく、酸化狭窄層３０５の開口部３１５の径は、酸化狭窄層５０５の開口部５１５の径より大きくすることが好ましい。
一方、他の素子が第５の面発光レーザ５００側に設けられている場合には、酸化狭窄層２０５の開口部２１５の径は、酸化狭窄層４０５の開口部４１５の径より小さく、酸化狭窄層３０５の開口部３１５の径は、酸化狭窄層５０５の開口部５１５の径より小さくすることが好ましい。これにより、他の素子から発生する熱によって、面発光レーザ４００、５００の温度が局部的に上昇してしまうのを防止し、均一な光出力を保持することができる。
第１電極１０９、２０９、３０９、４０９、５０９のそれぞれの開口部１１９、２１９、３１９、４１９、５１９の径は、互いに同一であることが好ましい。開口部１１９、２１９、３１９、４１９、５１９の径をそろえることにより、ビーム径を均一にそろえることができる。
１．２．２次元配列面発光レーザアレイ
これまでは、１次元に複数の面発光レーザが配列された面発光レーザアレイ１０００について述べてきたが、２次元に複数の面発光レーザが配列された面発光レーザアレイ１５００についても、１次元に複数の面発光レーザが配列された面発光レーザアレイ１０００と同様の特徴を有することができる。詳述すると以下のとおりである。
図４および図５は、第１の実施の形態の変形例にかかる面発光レーザアレイ１５００を模式的に示す図であり、図５は、変形例にかかる面発光レーザアレイ１５００を模式的に示す平面図である。また、図４は、変形例にかかる面発光レーザアレイ１５００の柱状部の径および酸化狭窄層の開口部を説明するための図である。なお、図４は、図５の領域IVを示す図である。
図４および図５に示すように、面発光レーザアレイ１５００は、５列５行に配列された２５個の面発光レーザを含む。これらの面発光レーザのうち、たとえば３行目の５個の面発光レーザについては、上述した第１の面発光レーザ１００、第２の面発光レーザ２００、第３の面発光レーザ３００、第４の面発光レーザ４００、および第５の面発光レーザ５００と同一の構成および特徴をとることができる。３列目または対角線上に設けられている５個の面発光レーザについても、同様に第１の面発光レーザ１００、第２の面発光レーザ２００、第３の面発光レーザ３００、第４の面発光レーザ４００、および第５の面発光レーザ５００と同一の構成および特徴をとることができる。
即ち、図４および図５に示すように、面発光レーザアレイ１５００においても、面発光レーザアレイ（形成領域）の中央部から放射状に端部に向かって柱状部の径を小さくしている。こうすることによって、複数の面発光レーザ間の温度差を小さくし、ひいては複数の面発光レーザの光出力を均一化することができる。
また、面発光レーザアレイ１５００において、中央部から放射状に端部に向かって酸化狭窄層の開口部の径を小さくしている。こうすることによって、複数の面発光レーザ間の温度差を小さくし、ひいては複数の面発光レーザの光出力を均一化することができる。
なお、面発光レーザアレイ１５００において、それぞれの面発光レーザが有する第１電極（符号１０９等で示す）については、パッド部（符号１０９ｃ等で示す）および引き出し部（符号１０９ｂ等で示す）が、中央の面発光レーザの第１電極を中心として点対称の形状に設けられていることが好ましい。こうすることによって、面発光レーザアレイ１５００における温度分布の偏りを抑制することができる。
１．３．面発光レーザアレイの製造方法
次に、本発明を適用した実施の形態に係る面発光レーザアレイ１０００の製造方法の一例について、図６〜図９を用いて説明する。図６〜図９は、図１〜図５に示す面発光レーザアレイ１０００、１５００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図１に示す断面図に対応している。
（１）まず、ｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体基板１０１の上面に、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、図６に示すように、半導体多層膜１５０が形成される。ここで、半導体多層膜１５０は例えば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの第１ミラー１０２ａ、ＧａＡｓウエル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層１０３ａ、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの第２ミラー１０４ａからなる。これらの層を順に半導体基板１０１上に積層させることにより、半導体多層膜１５０が形成される。
（２）次に、公知のリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、半導体多層膜１５０をパターニングする。これにより、図７に示すように、柱状部１１４、２１４、３１４、４１４、５１４が形成される。
（３）次に、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、半導体基板１０１を投入することにより、柱状部１１４、２１４、３１４、４１４、５１４における第２ミラー中のＡｌ組成が高い層を側面から酸化して、酸化狭窄層１０５、２０５、３０５、４０５、５０５が形成される（図８参照）。
（４）次に、図９に示すように、絶縁層６００を形成する。絶縁層６００は、たとえば、熱または光等のエネルギーによって硬化可能な液体材料（例えば紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂の前駆体）を硬化させることにより得られるものを用いることができる。紫外線硬化型樹脂としては、例えば紫外線硬化型のアクリル系樹脂およびエポキシ系樹脂が挙げられる。また、熱硬化型樹脂としては、熱硬化型のポリイミド系樹脂等が例示できる。また、絶縁層６００は、たとえば、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などの無機系の誘電体膜を用いることができる。また、絶縁層６００は、たとえば上記材料を複数用いて積層膜とすることもできる。
（５）次に、真空蒸着法等の公知の方法により、第１電極１０９および第２電極１０８を形成する（図１参照）。まず、第１電極１０９を形成する前に、必要に応じて、プラズマ処理法等を用いて、第２ミラー１０４の上面を洗浄する。これにより、より安定した特性の素子を形成することができる。
次いで、例えば真空蒸着法により、例えば金属膜を形成する。次いで、リフトオフ法により、所定の領域以外の積層膜を除去することにより、第１電極１０９が形成される。次いで第２電極１０８を同様に形成する。
以上の工程により、図１〜図５に示すように、面発光レーザアレイ１０００または面発光レーザアレイ１５００が得られる。
２．第２の実施の形態
２．１．面発光レーザアレイ
第２の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ２０００においては、酸化狭窄層がなく、イオン注入領域を有する点、および柱状部の径が複数の面発光レーザ間で互いに等しい点で、上述した面発光レーザアレイ１０００と異なる。
第２の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ２０００の構成について説明する。図１０および図１２は、第２の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ２０００を模式的に示す図であり、図１０は、第２の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ２０００を模式的に示す断面図であり、図１２は、第２の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ２０００を模式的に示す平面図である。また、図１１は、第２の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ２０００の柱状部の径およびイオン注入領域の開口部を説明するための図である。なお、図１０は、図１２のＩ−Ｉ断面を示す図であり、図１１は、図１２の領域IIを示す図である。
面発光レーザアレイ２０００は、上述した面発光レーザアレイ１０００と同様に同一基板上に配列している複数の面発光レーザを含む。第２の実施の形態においても、５つの面発光レーザ（第１の面発光レーザ１５０、第２の面発光レーザ２５０、第３の面発光レーザ３５０、第４の面発光レーザ４５０、および第５の面発光レーザ５５０）が直線上に配列している面発光レーザアレイ２０００について説明する。
面発光レーザアレイ２０００は、第１の面発光レーザ１５０と、第２の面発光レーザ２５０と、第３の面発光レーザ３５０と、第４の面発光レーザ４５０と、第５の面発光レーザ５５０とを含む。第１の面発光レーザ１５０は、第２の面発光レーザ２５０および第４の面発光レーザ４５０と隣り合い、第２の面発光レーザ２５０は、第３の面発光レーザ３５０と隣り合い、第４の面発光レーザ４５０は、第５の面発光レーザ５５０と隣り合う。
第１の面発光レーザ１５０、第２の面発光レーザ２５０、第３の面発光レーザ３５０、第４の面発光レーザ４５０、および第５の面発光レーザ５５０は、半導体基板１０１上に形成されており、半導体基板１０１の下面に形成された第２電極１０８と、半導体基板１０１の上面に形成された第１ミラー１０２とを有する。第２電極１０８および第１ミラー１０２は、各面発光レーザ共通の電極およびミラーとして機能することができる。
第１の面発光レーザ１５０、第２の面発光レーザ２５０、第３の面発光レーザ３５０、第４の面発光レーザ４５０、および第５の面発光レーザ５５０においては、柱状部（符号１２４、２２４、３２４、４２４、５２４で示す）の径については、互いに同一であるが、絶縁領域としてのイオン注入領域の開口部（符号１３５、２３５、３３５、４３５、５３５で示す）の径が、互いに異なる。他の部分については、上述した面発光レーザアレイ
１０００と同様に互いに同一の大きさおよび材質を有する。
第１の面発光レーザ１５０は、第１ミラー１０２と、第１ミラー１０２上に形成された活性層１０３と、活性層１０３上に形成された第２ミラー１０４と、を含む。第１の面発光レーザ１５０は、第１ミラー１０２と、活性層１０３と、第２ミラー１０４とによって構成された垂直共振器を有する。また第１ミラー１０２と、活性層１０３と、第２ミラー１０４の一部とによって、柱状の半導体堆積体（柱状部）１２４が構成される。柱状部１２４は、たとえば、半導体基板１０１の上面と平行な面で切断した場合における断面形状が、円形であることができる。また、第１の面発光レーザ１５０は、第２ミラー１０４の上面に形成された第１電極１０９を含む。
半導体基板１０１、第１ミラー１０２、活性層１０３、第２ミラー１０４、第２電極１０８、および第１電極１０９の材質については、上述した第１の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ１０００と同様であるので説明を省略する。
第１の面発光レーザ１５０は、少なくとも第２ミラー１０４の一部の領域に形成されたイオン注入領域１２５を含む。イオン注入領域１２５は、半導体基板１０１の上面と垂直方向に開口した開口部１３５を有する。具体的にイオン注入領域１２５は、深さ方向においては、少なくとも第２ミラー１０４の下面まで形成され、半導体基板１０１の上面と平行な面で切断した場合における断面形状は、柱状部１２４と同心の円のリング形状であることができる。なお、イオン注入領域１２５は、深さ方向において、活性層１０３や第２ミラー１０４の領域まで広がって形成されていてもよい。イオン注入領域１２５に注入されるイオンとしては、たとえば、Ｈ＋、Ｂ＋、Ｏ＋、またはＣｒ＋などを用いることができる。これらのイオンを注入することによって、イオン注入領域１２５を高抵抗化または絶縁化することができ、電流閉じこめを行うことができる。
第１電極１０９は、柱状部１２４の上面において開口部１１９を有するリング形状であることができる。開口部１１９は、半導体基板１０１の上面と平行な面で切断した場合における断面形状が、柱状部１２４の平面形状の円形と同心の円形状であることができる。また、第１電極１０９は、他の素子と電気的に接続するためのパッド部と、パッド部とリング形状部とを接続する直線状の引き出し部とを有する（図１２参照）。
第１電極１０９の開口部１１９の径は、図１０〜図１２に示すように、柱状部１２４の径より小さく、かつイオン注入領域１２５の開口部１３５の径より大きい。開口部１１９の径が、イオン注入領域１２５の開口部１３５の径より大きいことにより、第１ミラー１０２、活性層１０３、および第２ミラー１０４の間で生じた光が第１電極１０９の下面でけられるのを抑制することができる。
第２の面発光レーザ２５０は、第１の面発光レーザ１５０と同様に、第１ミラー１０２と、第１ミラー１０２上に形成された活性層２０３と、活性層２０３上に形成された第２ミラー２０４と、を含む。第２の面発光レーザ２５０は、第１ミラー１０２と、活性層２０３と、第２ミラー２０４とによって構成された垂直共振器を有する。また第１ミラー１０２と、活性層２０３と、第２ミラー２０４の一部とによって、柱状の半導体堆積体（柱状部）２２４が構成される。活性層２０３および第２ミラー２０４の材質は、上述した活性層１０３および第２ミラー１０４と同一の材質であることができる。したがって、ｐ型の第２ミラー２０４、不純物がドーピングされていない活性層２０３、およびｎ型の第１ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
第２の面発光レーザ２５０は、少なくとも第２ミラー２０４の一部にイオン注入領域２２５をさらに含む。また第２の面発光レーザ２５０は、第２ミラー２０４の上面に形成さ
れた第１電極２０９を含む。第１電極２０９と、上述した第２電極１０８とによって、ｐｉｎダイオードに電流を注入して第１の面発光レーザ１５０を駆動させることができる。
第１電極２０９およびイオン注入領域２２５の材質についても、それぞれ第１電極１０９およびイオン注入領域１２５と同一の材質であることができる。
第１電極２０９は、柱状部２２４の上面において開口部２１９を有するリング形状であることができる。開口部２１９は、半導体基板１０１の上面と平行な面で切断した場合における断面形状が、柱状部２２４の平面形状の円形と同心の円形状であることができる。
第１電極２０９の開口部２１９の径は、図１０〜図１２に示すように、柱状部２２４の径より小さく、かつイオン注入領域２２５の開口部２３５の径より大きい。
第３の面発光レーザ３５０は、第１の面発光レーザ１５０と同様に、第１ミラー１０２と、第１ミラー１０２上に形成された活性層３０３と、活性層３０３上に形成された第２ミラー３０４と、を含む。第３の面発光レーザ３５０は、第１ミラー１０２と、活性層３０３と、第２ミラー３０４とによって構成された垂直共振器を有する。また第１ミラー１０２と、活性層３０３と、第２ミラー３０４の一部とによって、柱状の半導体堆積体（柱状部）３２４が構成される。活性層３０３および第２ミラー３０４の材質は、上述した活性層１０３および第２ミラー１０４と同一の材質であることができる。したがって、ｐ型の第２ミラー３０４、不純物がドーピングされていない活性層３０３、およびｎ型の第１ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
第３の面発光レーザ３５０は、少なくとも第２ミラー３０４の一部にイオン注入領域３２５をさらに含む。また第３の面発光レーザ３５０は、第２ミラー３０４の上面に形成された第１電極３０９を含む。第１電極３０９と、上述した第２電極１０８とによって、ｐｉｎダイオードに電流を注入して第１の面発光レーザ１５０を駆動させることができる。
第１電極３０９およびイオン注入領域３２５の材質についても、それぞれ第１電極１０９およびイオン注入領域１２５と同一の材質であることができる。
第１電極３０９は、柱状部３２４の上面において開口部３１９を有するリング形状であることができる。開口部３１９は、半導体基板１０１の上面と平行な面で切断した場合における断面形状が、柱状部３２４の平面形状の円形と同心の円形状であることができる。
第１電極３０９の開口部３１９の径は、図１０〜図１２に示すように、柱状部３２４の径より小さく、かつイオン注入領域３２５の開口部３３５の径より大きい。
第４の面発光レーザ４５０は、第１の面発光レーザ１５０と同様に、第１ミラー１０２と、第１ミラー１０２上に形成された活性層４０３と、活性層４０３上に形成された第２ミラー４０４と、を含む。第４の面発光レーザ４５０は、第１ミラー１０２と、活性層４０３と、第２ミラー４０４とによって構成された垂直共振器を有する。また第１ミラー１０２と、活性層４０３と、第２ミラー４０４の一部とによって、柱状の半導体堆積体（柱状部）４２４が構成される。活性層４０３および第２ミラー４０４の材質は、上述した活性層１０３および第２ミラー１０４と同一の材質であることができる。したがって、ｐ型の第２ミラー４０４、不純物がドーピングされていない活性層４０３、およびｎ型の第１ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
第４の面発光レーザ４５０は、少なくとも第２ミラー４０４の一部にイオン注入領域４２５をさらに含む。また第４の面発光レーザ４５０は、第２ミラー４０４の上面に形成さ
れた第１電極４０９を含む。第１電極４０９と、上述した第２電極１０８とによって、ｐｉｎダイオードに電流を注入して第１の面発光レーザ１５０を駆動させることができる。
第１電極４０９およびイオン注入領域４２５の材質についても、それぞれ第１電極１０９およびイオン注入領域１２５と同一の材質であることができる。
第１電極４０９は、柱状部４２４の上面において開口部４１９を有するリング形状であることができる。開口部４１９は、半導体基板１０１の上面と平行な面で切断した場合における断面形状が、柱状部４２４の平面形状の円形と同心の円形状であることができる。
第１電極４０９の開口部４１９の径は、図１０〜図１２に示すように、柱状部４２４の径より小さく、かつイオン注入領域４２５の開口部４３５の径より大きい。
第５の面発光レーザ５５０は、第１の面発光レーザ１５０と同様に、第１ミラー１０２と、第１ミラー１０２上に形成された活性層５０３と、活性層５０３上に形成された第２ミラー５０４と、を含む。第５の面発光レーザ５５０は、第１ミラー１０２と、活性層５０３と、第２ミラー５０４とによって構成された垂直共振器を有する。また第１ミラー１０２と、活性層５０３と、第２ミラー５０４の一部とによって、柱状の半導体堆積体（柱状部）５２４が構成される。活性層５０３および第２ミラー５０４の材質は、上述した活性層１０３および第２ミラー１０４と同一の材質であることができる。したがって、ｐ型の第２ミラー５０４、不純物がドーピングされていない活性層５０３、およびｎ型の第１ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
第５の面発光レーザ５５０は、少なくとも第２ミラー５０４の一部にイオン注入領域５２５をさらに含む。また第５の面発光レーザ５５０は、第２ミラー５０４の上面に形成された第１電極５０９を含む。第１電極５０９と、上述した第２電極１０８とによって、ｐｉｎダイオードに電流を注入して第１の面発光レーザ１５０を駆動させることができる。
第１電極５０９およびイオン注入領域５２５の材質についても、それぞれ第１電極１０９およびイオン注入領域１２５と同一の材質であることができる。
第１電極５０９は、柱状部５２４の上面において開口部５１９を有するリング形状であることができる。開口部５１９は、半導体基板１０１の上面と平行な面で切断した場合における断面形状が、柱状部５２４の平面形状の円形と同心の円形状であることができる。
第１電極５０９の開口部５１９の径は、図１０〜図１２に示すように、柱状部５２４の径より小さく、かつイオン注入領域５２５の開口部５３５の径より大きい。
次に柱状部１２４、２２４、３２４、４２４、５２４の径について説明する。柱状部１２４、２２４、３２４、４２４、５２４の径は、上述したように、互いに同一であるが、第１の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ１０００と同様に、半導体基板１０１における複数の面発光レーザ１５０、２５０、３５０、４５０、５５０が形成されている領域の中心から端部に行くにつれて小さくなっていてもよい。
次に、イオン注入領域１２５、２２５、３２５、４２５、５２５のそれぞれの開口部１３５、２３５、３３５、４３５、５３５の径について説明する。開口部１３５、２３５、３３５、４３５、５３５の径は、半導体基板１０１における複数の面発光レーザ１５０、２５０、３５０、４５０、５５０が形成されている領域（図１１参照）の中心から端部に行くにつれて小さくなっている。即ち、開口部１３５、２３５、３３５のうち、中央に設けられている開口部１３５の径が最も大きく、開口部２３５、開口部３３５の順に径は小
さくなっている。また、開口部１３５、４３５、５３５のうち、中央に設けられている開口部１３５の径が最も大きく、開口部４３５、開口部５３５の順に径は小さくなっている。
このように、面発光レーザアレイ２０００において、中央部から端部に向かって酸化狭窄層の開口部の径を小さくすることによって、第１の面発光レーザ１５０、２００、３００、４００、５００間の温度差を小さくし、ひいては複数の面発光レーザの光出力を均一化することができる。
開口部２３５は、開口部４３５と同じであってもよいし、異なってもよい。また、開口部３３５は、開口部５３５と同じであってもよいし、異なってもよい。たとえば半導体基板１０１上に他の素子が設けられている場合には、他の素子が第３の面発光レーザ３５０側に設けられている場合には、イオン注入領域２２５の開口部２３５の径は、イオン注入領域４２５の開口部４３５の径より大きく、イオン注入領域３２５の開口部３３５の径は、イオン注入領域５２５の開口部５３５の径より大きくすることが好ましい。
一方、他の素子が第５の面発光レーザ５５０側に設けられている場合には、イオン注入領域２２５の開口部２３５の径は、イオン注入領域４２５の開口部４３５の径より小さく、イオン注入領域３２５の開口部３３５の径は、イオン注入領域５０５の開口部５３５の径より小さくすることが好ましい。これにより、他の素子から発生する熱によって、面発光レーザ４５０、５５０の温度が局部的に上昇してしまうのを防止し、均一な光出力を保持することができる。
第１電極１０９、２０９、３０９、４０９、５０９のそれぞれの開口部１１９、２１９、３１９、４１９、５１９の径は、互いに同一であることが好ましい。開口部１１９、２１９、３１９、４１９、５１９の径をそろえることにより、ビーム径を均一にそろえることができる。
２．２．２次元配列面発光レーザアレイ
２次元に複数の面発光レーザが配列された面発光レーザアレイ２５００についても、１次元に複数の面発光レーザが配列された面発光レーザアレイ２０００と同様の特徴を有することができる。詳述すると以下のとおりである。
図１３は、第２の実施の形態の変形例にかかる面発光レーザアレイ２５００の柱状部の径およびイオン注入領域の開口部を説明するための図である。
図１３に示すように、面発光レーザアレイ２５００は、５列５行に配列された２５個の面発光レーザを含む。これらの面発光レーザのうち、たとえば３行目の５個の面発光レーザについては、上述した第１の面発光レーザ１５０、第２の面発光レーザ２５０、第３の面発光レーザ３５０、第４の面発光レーザ４５０、および第５の面発光レーザ５５０と同一の構成および特徴をとることができる。３列目または対角線上に設けられている５個の面発光レーザについても、同様に第１の面発光レーザ１５０、第２の面発光レーザ２５０、第３の面発光レーザ３５０、第４の面発光レーザ４５０、および第５の面発光レーザ５５０と同一の構成および特徴をとることができる。
即ち、図１３に示すように、面発光レーザアレイ２５００においても、中央部から放射状に端部に向かって柱状部の径を小さくしている。こうすることによって、複数の面発光レーザ間の温度差を小さくし、ひいては複数の面発光レーザの光出力を均一化することができる。
また、面発光レーザアレイ２５００において、中央部から放射状に端部に向かってイオン注入領域の開口部の径を小さくしている。こうすることによって、複数の面発光レーザ間の温度差を小さくし、ひいては複数の面発光レーザの光出力を均一化することができる。
２．３．面発光レーザアレイの製造方法
次に、本発明を適用した実施の形態に係る面発光レーザアレイ２０００の製造方法の一例について、図１０および図１４を用いて説明する。図１４は、図１０〜図１３に示す面発光レーザアレイ２０００、２５００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図１に示す断面図に対応している。
（１）まず、第１の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ１０００の製造方法と同様に、半導体多層膜１５０を形成して、パターニングを行う。パターニングにより、互いに径の等しい柱状部１２４、２２４、３２４、４２４、５２４を形成する。
（２）次に、第２ミラー１０４、２０４、３０４、４０４、５０４の上方からイオン注入を行うことにより、イオン注入領域１２５、２２５、３２５、４２５、５２５を形成する（図１４参照）。イオン注入は、公知のイオン注入装置により行うことができる。注入されるイオンとしては、たとえば、Ｈ＋、Ｂ＋、Ｏ＋、またはＣｒ＋などを用いることができる。このとき、所定の領域にマスクを形成して、イオン注入を行う。イオン注入領域１２５、２２５、３２５、４２５、５２５は、マスクの形成領域以外に設けられ、上述したように、開口部１３５、２３５、３３５、４３５、５３５の径が、半導体基板１０１における複数の面発光レーザ１５０、２５０、３５０、４５０、５５０が形成されている領域（図１０参照）の中心から端部に行くにつれて小さくなっている。
（３）次に、第１の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ１０００の製造方法と同様に、絶縁層６００、第１電極１０９および第２電極１０８を形成する。
以上の工程により、図１０に示すように、面発光レーザアレイ２０００または面発光レーザアレイ２５００が得られる。
３．第３の実施の形態
３．１．面発光レーザアレイの製造方法
次に、第３の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ３０００について説明する。図１５は、第３の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ３０００を模式的に示す断面図である。
第３の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ３０００の製造方法では、第１電極１０９の形成後に、絶縁領域を付加している点で、第１の実施の形態および第２の実施の形態にかかる面発光レーザアレイの製造方法と異なる。絶縁領域の付加は、イオン注入により行われる。第１電極１０９の形成後、絶縁領域を付加する領域を決定して、決定した領域にイオン注入を行うことで、面発光レーザアレイ３０００を製造することができる。具体的な製造方法は以下のとおりである。
（１）まず、第１の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ１０００の製造方法と同様に、半導体多層膜１５０を形成して、パターニングを行う。パターニングにより、互いに径の等しい柱状部１２４、２２４、３２４、４２４、５２４を形成する。
（２）次に、第２ミラー１０４、２０４、３０４、４０４、５０４の上方からイオン注入を行うことにより、イオン注入領域１４５、２４５、３４５、４４５、５４５を形成す
る（図１６参照）。イオン注入は、公知のイオン注入装置により行うことができる。注入されるイオンとしては、たとえば、Ｈ＋、Ｂ＋、Ｏ＋、またはＣｒ＋などを用いることができる。このとき、所定の領域にマスクを形成して、イオン注入を行う。イオン注入領域１４５、２４５、３４５、４４５、５４５は、マスクの形成領域以外に設けられ、開口部１５５、２５５、３５５、４５５、５５５の径は、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよい。
（３）次に、第１の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ１０００の製造方法と同様に、絶縁層６００、第１電極１０９および第２電極１０８を形成する。以上の工程により、面発光レーザアレイ３２００を形成する。図１６は、面発光レーザアレイ３２００を模式的に示す断面図である。
（４）次に、各面発光レーザ１６０、２６０、３６０、４６０、５６０に電流を注入しながら、各面発光レーザの温度を測定する。温度の測定は、活性層１０３付近において行うことが好ましい。
（５）次に、測定した各面発光レーザの温度に基づいて、絶縁領域を付加する領域を決定して、決定した領域にイオン注入を行う。たとえば以下のように行う。
まず、測定した各面発光レーザの温度のうち、最も高い温度を基準温度とする。基準温度との差に応じて、絶縁領域を付加する領域（イオン注入付加領域）を決定する。たとえば、基準温度との差が大きい面発光レーザほど、イオン注入付加領域を大きくする。
具体的には、面発光レーザ毎に（半導体基板１０１上における位置毎に）、図１７に示すようなグラフを作成し、グラフに基づいてイオン注入付加領域を決定してもよい。図１７は、絶縁領域（イオン注入領域）の開口部の径に対する面発光レーザの温度を示す図である。図１７において、横軸は絶縁領域（イオン注入領域）の開口部の径を示し、縦軸は面発光レーザの温度を示す。たとえば、面発光レーザ１６０の工程（４）において測定した温度Ａ１と基準温度との差がａ１の場合には、イオン注入領域の開口部の径Ｂ１をｂ１の分だけ小さくして径Ｂになるように、イオン注入付加領域１６５を形成する。図１５において、イオン注入領域１４５の開口部１５５の径と、イオン注入付加領域１６５の開口部１７５の径との差がｂ１に相当する。
このようにイオン注入付加領域の形成を、他の面発光レーザ２６０、３６０、４６０、５６０についても行って、イオン注入付加領域２６５、３６５、４６５、５６５を形成して、開口部２７５、３７５、４７５、５７５を設けることができる。
以上の工程により、第３の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ３０００を製造することができる。このように、電極の形成後に面発光レーザの温度を測定してから、イオン注入付加領域を形成することによって、半導体基板１０１上における位置だけでなく、様々な要因が面発光レーザに影響を与えて温度が変化した場合であっても、面発光レーザアレイ３０００における複数の面発光レーザの光出力を精度良く均一にすることができる。
４．半導体装置（第４の実施の形態）
次に、上述した面発光レーザアレイを適用することのできる半導体装置について説明する。
図１８は、第４の実施の形態にかかる半導体装置５０００を模式的に示す平面図である。第４の実施の形態にかかる半導体装置５０００は、第１の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ１０００と、当該面発光レーザアレイ１０００が有する複数の面発光レーザを駆動するための駆動回路４０００と、駆動回路４０００および面発光レーザアレイ１０００を支持するための基板４１００と、駆動回路４０００と面発光レーザアレイ１０００とを電気的に接続するための配線部４２００、４３００、及びパッド部４４００、４５００と、を含む。
駆動回路４０００は、配線部４２００およびパッド部４４００を介して、第１電極１０９と電気的に接続する。第１電極１０９は、たとえばワイヤ４６００によってパッド部４４００と接続される。また、駆動回路４０００は、配線部４３００およびパッド部４５００を介して第２電極１０８と電気的に接続する。第２電極１０８は、面発光レーザアレイ１０００の下面に設けられているため、基板４１００の上面に設けられているパッド部４５００とワイヤを介さずに接続される。なお、第４の実施の形態において、複数の面発光レーザは、半導体基板１０１（図１参照）とパッド部４５００を介して基板４１００に支持されているが、当該基板４１００に直接的に設けられ、支持されていてもよい。即ち、上述した半導体基板１０１と基板４１００とが同一基板であってもよい。
以上のような構成を有する半導体装置５０００において、面発光レーザアレイ１０００は、駆動回路４０００と隣り合う位置に配置されていることにより、駆動回路４０００で発生する熱の影響を受ける場合がある。そこで、駆動回路４０００側に配置されている面発光レーザ２００、３００の柱状部２１４、３１４（図１参照）の径と、酸化狭窄層２０５および３０５の開口部２１５、３１５の径とを、第１の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ１０００より大きくしてもよい。
即ち、駆動回路からの熱の影響を回避することのできる半導体装置５１００の面発光レーザアレイ１１００においては、複数の面発光レーザの各々の柱状部および酸化狭窄層の開口部の径は、基板上における所定の位置から端部にいくにつれて小さくなっているが、その所定の位置は、上述した面発光レーザアレイ１０００のように、複数の面発光レーザが形成されている領域の中心ではなく、複数の面発光レーザのみが形成されている領域の中心より駆動回路４０００側に位置している。駆動回路からの熱の影響を回避することのできる半導体装置の一例を図１９に示す。
図１９は、駆動回路からの熱の影響を回避することのできる半導体装置５１００の一例を模式的に示す平面図である。面発光レーザアレイ１１００において、駆動回路４０００側に配置されている面発光レーザ２００、３００の柱状部２１４、３１４の径と、酸化狭窄層２０５および３０５の開口部２１５、３１５の径とを、第１の実施の形態にかかる面発光レーザアレイ１０００より大きくすることにより、駆動回路４０００からの熱で素子温度が上昇するのを抑えることができ、ひいては光出力が低下するのを防止することができる。
図１９に示すような駆動回路からの熱の影響を回避することのできる半導体装置は、面発光レーザアレイ１０００だけでなく、面発光レーザアレイ１５００、２０００、２５００、３０００についてもイオン注入領域の開口部や柱状部等の径を調製することによって適用することができる。
５．上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
また、上述した実施形態に係る面発光レーザアレイは、レーザプリンター、プロジェクター、医療用の治療器具、センサ等の検査用器具等に適用することができる。本発明の実施形態に係る面発光レーザアレイは、均一な出力特性を有し、信頼性が高いため、各種の用途に好適に適用できる。
第１の実施の形態にかかる面発光レーザアレイを模式的に示す断面図である。 第１の実施の形態にかかる面発光レーザアレイの特徴的部分を示す図である。 第１の実施の形態にかかる面発光レーザアレイを模式的に示す平面図である。 第１の実施の形態の変形例にかかる面発光レーザアレイの特徴的部分を示す図である。 第１の実施の形態の変形例にかかる面発光レーザアレイを模式的に示す平面図である。 第１の実施の形態にかかる面発光レーザアレイの製造工程を示す図である。 第１の実施の形態にかかる面発光レーザアレイの製造工程を示す図である。 第１の実施の形態にかかる面発光レーザアレイの製造工程を示す図である。 第１の実施の形態にかかる面発光レーザアレイの製造工程を示す図である。 第２の実施の形態にかかる面発光レーザアレイを模式的に示す断面図である。 第２の実施の形態にかかる面発光レーザアレイの特徴的部分を示す図である。 第２の実施の形態にかかる面発光レーザアレイを模式的に示す平面図である。 第２の実施の形態の変形例にかかる面発光レーザアレイの特徴的部分を示す図である。 第２の実施の形態にかかる面発光レーザアレイの製造工程を示す図である。 第３の実施の形態にかかる面発光レーザアレイを模式的に示す断面図である。 第３の実施の形態にかかる面発光レーザアレイの製造工程を示す図である。 絶縁領域（イオン注入領域）の開口部の径に対する面発光レーザの温度を示す図である。 第４の実施の形態にかかる半導体装置を模式的に示す平面図である。 第４の実施の形態の変形例にかかる半導体装置を模式的に示す平面図である。
符号の説明
１００，１５０，１６０ 第１の面発光レーザ
１０１ 半導体基板
１０２ 第１ミラー
１０３，２０３，３０３，４０３，５０３ 活性層
１０４，２０４，３０４，４０４，５０４ 第２ミラー
１０５，２０５，３０５，４０５，５０５ 酸化狭窄層
１０８ 第２電極
１０９，２０９，３０９，４０９，５０９ 第１電極
１１４，１２４，２１４，２２４，３１４，３２４，４１４，４２４，５１４，５２４ 柱状部
１１５，２１５，３１５，４１５，５１５ 酸化狭窄層の開口部
１１９，２１９，３１９，４１９，５１９ 第１電極の開口部
１２５，２２５，３２５，４２５，５２５ イオン注入領域
１３５，２３５，３３５，４３５，５３５ イオン注入領域の開口部
１４５，２４５，３４５，４４５，５５５ イオン注入領域
１５５，２５５，３５５，４５５，５５５ イオン注入領域の開口部
１６５，２６５，３６５，４６５，５６５ イオン注入付加領域
１７５，２７５，３７５，４７５，５７５ イオン注入付加領域の開口部
２００，２５０，２６０ 第２の面発光レーザ
３００，３５０，３６０ 第３の面発光レーザ
４００，４５０，４６０ 第４の面発光レーザ
５００，５５０，５６０ 第５の面発光レーザ
６００ 絶縁層
１０００，１１００，１５００，２０００，２５００，３０００ 面発光レーザアレイ
５０００，５１００ 半導体装置

Claims (16)

  1. 同一基板上に配列されている複数の面発光レーザを含む面発光レーザアレイであって、
    前記複数の面発光レーザは、
    第１の面発光レーザと、
    前記第１の面発光レーザと隣り合う第２の面発光レーザと、
    前記第２の面発光レーザと隣り合う第３の面発光レーザと、
    を含み、
    前記複数の面発光レーザの各々は、互いに独立した信号により駆動され、かつ、
    前記基板の上方に形成された第１ミラーと、
    前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
    前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、
    少なくとも前記第２ミラーと前記活性層とによって構成される柱状部と、
    を有し、
    前記第２の面発光レーザの柱状部の径は、前記第１の面発光レーザの柱状部の径より小さく、かつ前記第３の面発光レーザの柱状部の径より大きい、面発光レーザアレイ。
  2. 請求項１において、
    前記第１の面発光レーザ、前記第２の面発光レーザ、および前記第３の面発光レーザは、直線上に配列されている、面発光レーザアレイ。
  3. 請求項１または２において、
    前記複数の面発光レーザの各々の柱状部の径は、基板上における前記複数の面発光レーザが形成されている領域の中心から端部にいくにつれて小さくなっている、面発光レーザアレイ。
  4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
    前記第１の面発光レーザ、前記第２の面発光レーザ、および前記第３の面発光レーザは、前記第２ミラーの上方に形成され、レーザ光を出射するための開口部を有する電極をさらに含み、
    前記第１の面発光レーザにおける電極の開口部の径は、前記第２の面発光レーザにおける電極の開口部の径、および前記第３の面発光レーザにおける電極の開口部の径と同一である、面発光レーザアレイ。
  5. 同一基板上に配列されている複数の面発光レーザを含む面発光レーザアレイであって、
    前記複数の面発光レーザは、
    第１の面発光レーザと、
    前記第１の面発光レーザと隣り合う第２の面発光レーザと、
    前記第２の面発光レーザと隣り合う第３の面発光レーザと、
    を含み、
    前記複数の面発光レーザの各々は、互いに独立した信号により駆動され、
    かつ、
    前記基板の上方に形成された第１ミラーと、
    前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
    前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、
    少なくとも前記第２ミラーの一部の領域に形成された絶縁領域と、
    を有し、
    前記絶縁領域は、前記基板面と垂直な方向に開口する開口部を有し、
    前記第２の面発光レーザの開口部の径は、前記第１の面発光レーザの開口部の径より小さく、かつ前記第３の面発光レーザの開口部の径より大きい、面発光レーザアレイ。
  6. 請求項５において、
    前記第１の面発光レーザ、前記第２の面発光レーザ、および前記第３の面発光レーザは、直線上に配列されている、面発光レーザアレイ。
  7. 請求項５または６において、
    前記複数の面発光レーザの各々の絶縁領域の開口部の径は、基板上における前記複数の
    面発光レーザが形成されている領域の中心から端部にいくにつれて小さくなっている、面発光レーザアレイ。
  8. 請求項５ないし７のいずれかにおいて、
    前記第１の面発光レーザ、前記第２の面発光レーザ、および前記第３の面発光レーザは、前記第２ミラーの上方に形成され、レーザ光を出射するための開口部を有する電極をさらに含み、
    前記第１の面発光レーザにおける電極の開口部の径は、前記第２の面発光レーザにおける電極の開口部の径、および前記第３の面発光レーザにおける電極の開口部の径と同一である、面発光レーザアレイ。
  9. 請求項５ないし８のいずれかにおいて、
    前記絶縁領域は、前記第２ミラーの一部の領域を酸化することによって形成された酸化狭窄層である、面発光レーザアレイ。
  10. 請求項５ないし８のいずれかにおいて、
    前記絶縁領域は、前記第２ミラーの一部の領域にイオンが注入されることによって形成されたイオン注入領域である、面発光レーザアレイ。
  11. 基板と、
    前記基板上に設けられた、複数の面発光レーザを含む面発光レーザアレイと、
    前記基板上に設けられ、前記複数の面発光レーザと電気的に接続されている駆動回路と、
    を含み、
    前記複数の面発光レーザの各々は、互いに独立した信号により駆動され、かつ、
    前記基板の上方に形成された第１ミラーと、
    前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
    前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、
    少なくとも前記第２ミラーと前記活性層とによって構成される柱状部と、を有し、
    前記複数の面発光レーザの各々の柱状部の径は、基板上における所定の位置から端部にいくにつれて小さくなっており、
    前記基板上における所定の位置は、前記複数の面発光レーザのみが形成されている領域の中心より前記駆動回路側に位置する、半導体装置。
  12. 基板と、
    前記基板上に設けられた、複数の面発光レーザを含む面発光レーザアレイと、
    前記基板上に設けられ、前記複数の面発光レーザと電気的に接続されている駆動回路と、
    を含み、
    前記複数の面発光レーザの各々は、互いに独立した信号により駆動され、かつ、
    前記基板の上方に形成された第１ミラーと、
    前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
    前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、
    少なくとも前記第２ミラーの一部の領域に形成された絶縁領域と、
    を有し、
    前記絶縁領域は、前記基板面と垂直な方向に開口する開口部を有し、
    前記複数の面発光レーザの各々の絶縁領域の開口部の径は、基板上における所定の位置から端部にいくにつれて小さくなっており、
    前記基板上における所定の位置は、前記複数の面発光レーザのみが形成されている領域の中心より前記駆動回路側に位置する、半導体装置。
  13. 同一基板上に配列されている複数の面発光レーザを含む面発光レーザアレイの製造方法であって、
    （ａ）基板の上方に、当該基板側から第１ミラー、活性層、および第２ミラーを構成するための半導体多層膜を形成する工程と、
    （ｂ）前記半導体多層膜の上方から所定の領域にイオンを注入することにより、開口部を有する絶縁領域を形成する工程と、
    （ｃ）前記絶縁領域の上方に、光の出射面を構成する開口部を有する複数の電極を形成する工程と、
    （ｄ）前記電極の開口部を介して前記絶縁領域の開口部にイオンを注入することにより、前記絶縁領域を広げる工程と、
    を含む、面発光レーザアレイの製造方法。
  14. 請求項１３において、
    前記工程（ｃ）の後に、
    電極毎に電流を注入しながら、前記半導体多層膜の温度を測定する工程をさらに含み、
    前記工程（ｄ）では、測定した前記温度に基づいて、前記半導体多層膜にイオンを注入する領域を決定し、決定した当該領域にイオンを注入する、面発光レーザアレイの製造方法。
  15. 請求項１３または１４において、
    前記工程（ｂ）において形成された前記絶縁領域の開口部は、前記電極の開口部の内側に形成されている、面発光レーザアレイの製造方法。
  16. 請求項１３ないし１５のいずれかにおいて、
    絶縁領域における複数の開口部の径は、基板上における前記複数の面発光レーザが形成されている領域の中心から端部にいくにつれて小さくなっている、面発光レーザアレイの製造方法。
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