JP2015026640A - 面発光レーザアレイ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易で、かつ、高い放熱効果を有する面発光レーザアレイ等を提供する。【解決手段】本面発光レーザアレイは、基板の表面側に積層された下部反射鏡、活性層を含む共振器領域、上部反射鏡、を含むメサを有する垂直共振器型の面発光レーザ素子を複数個備えた面発光レーザアレイであって、前記基板の裏面に形成された溝部と、前記基板の裏面及び前記溝部の内壁面に連続的に形成された、前記基板の材料よりも熱伝導率が高い高熱伝導材料からなる下部電極と、を有し、前記溝部は、複数の前記面発光レーザ素子に対して連続的に形成された部分を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、面発光レーザアレイ及びその製造方法に関する。

電流流入効率を高めるために電流狭窄構造を備えている半導体レーザがある。一例として面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）が挙げられる。この面発光レーザ素子は、基板に垂直方向に光を出射するもので、いわゆる端面発光型の半導体レーザに比べて低価格・低消費電力・小型・２次元デバイスに好適でかつ高性能であるということから近年特に注目されている。又、面発光レーザ素子を２次元に多数個配置して面発光レーザアレイとし、夫々の面発光レーザ素子の出射光を集光して大出力用途に応用する試みがなされている。

面発光レーザアレイにおいて、夫々の面発光レーザ素子を同時に発光させて大出力とする場合、活性層における発熱が出力及び長期信頼性に影響を及ぼす。そのため、活性層で発生した熱を効果的にとり除く方法が検討されている。一例として、活性層と基板との間の半導体多層膜反射鏡における熱伝導率の高い層の膜厚を厚くすることにより、活性層で発生した熱を横方向に拡散させる構造にして放熱する第１の方法が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

他の例として、電極パッド領域の外側の素子分離領域の側面に放熱性が優れる金属膜を形成し、金属膜へ熱を拡散させることにより放熱する第２の方法が挙げられる（例えば、特許文献２参照）。更に他の例として、ＧａＡｓ基板を除去して、下部反射鏡が直接サブマウントに接する構造とすることにより、夫々の面発光レーザ素子を基板越しではなく直接外部から冷却して放熱する第３の方法が挙げられる（例えば、非特許文献１参照）。

しかしながら、第１〜第３の方法の場合、多数個の面発光レーザ素子を集積化した際に相互の面発光レーザ素子が熱干渉するため、満足な冷却効果を得られないという問題があった。特に、第２の方法の場合は、絶縁膜を介して金属膜を形成するため冷却効果自体が小さい。又、ヒートシンクの利用も困難である。

又、第３の方法の場合、下部反射鏡を直接サブマウントに実装しているため、活性層で発生した熱をサブマウントへ拡散させることができ、放熱効果が高い。しかし、ＧａＡｓ基板を除去した厚さ１０μm程度のデバイスを搬送する必要があるため、製造が困難であるという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、製造が容易で、かつ、高い放熱効果を有する面発光レーザアレイ等を提供することを課題とする。

本面発光レーザアレイは、基板の表面側に積層された下部反射鏡、活性層を含む共振器領域、上部反射鏡、を含むメサを有する垂直共振器型の面発光レーザ素子を複数個備えた面発光レーザアレイであって、前記基板の裏面に形成された溝部と、前記基板の裏面及び前記溝部の内壁面に連続的に形成された、前記基板の材料よりも熱伝導率が高い高熱伝導材料からなる下部電極と、を有し、前記溝部は、複数の前記面発光レーザ素子に対して連続的に形成された部分を含むことを要件とする。

開示の技術によれば、製造が容易で、かつ、高い放熱効果を有する面発光レーザアレイ等を提供できる。

第１の実施の形態に係る面発光レーザアレイを例示する断面図である。 溝部とメサ（発光部）との位置関係を例示する平面図である。 実施例３に係る面発光レーザアレイを例示する斜視図である。 実施例４に係る面発光レーザアレイを例示する斜視図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る面発光レーザアレイを例示する断面図である。なお、本明細書において、平面視とは対象物を発光方向（基板１０１の表面の法線方向）から視ることを指し、平面形状とは対象物を発光方向（基板１０１の表面の法線方向）から視た形状を指すものとする。

図１を参照するに、第１の実施の形態に係る面発光レーザアレイ１は、面発光レーザ素子１００（メサ構造体）がアレイ状に複数形成された構造を有する。面発光レーザアレイ１において、例えば、多数の面発光レーザ素子１００が２次元に配列されている。なお、図１では、２個の面発光レーザ素子１００のみを図示している。

面発光レーザアレイ１において、各面発光レーザ素子１００は同一構造のレーザ素子であり、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＰ多重量子井戸構造を活性層とする発振波長が７８０ｎｍ帯の垂直共振器型のレーザ素子である。

面発光レーザ素子１００において、基板１０１上（基板１０１の表面側）に、バッファ層１０２、下部半導体ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）１０３、下部スペーサ層１０４、活性層１０５、上部スペーサ層１０６、上部半導体ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）１０７が順次積層形成されている。なお、下部半導体ＤＢＲ及び上部半導体ＤＢＲを、下部ＤＢＲ及び上部ＤＢＲ、又は、下部反射鏡及び上部反射鏡と称する場合がある。

又、上部半導体ＤＢＲ１０７の上にはコンタクト層１０９が形成されている。そして、コンタクト層１０９、上部半導体ＤＢＲ１０７、上部スペーサ層１０６、活性層１０５、及び下部スペーサ層１０４の一部を除去することにより、メサ１１０（メサ構造体）が形成されている。この場合、エッチングにより露出した下部スペーサ層１０４の上面がメサ１１０周辺の底面１１０ａとなる。なお、選択酸化層１０８（電流狭窄層）は、上部半導体ＤＢＲ１０７の内部に形成されている。

更に、メサ１１０の上面の一部（コンタクト層１０９上の一部の領域）、メサ１１０の側面、及びメサ１１０周辺の底面１１０ａを覆うように、透明な誘電体膜１１１が形成されている。誘電体膜１１１は光出射領域１１２に残留し光出射面を保護している。誘電体膜１１１の光学的厚さは、λ／４の偶数倍とされている。誘電体膜１１１としては、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）等を用いることができる。

上部電極１１３は、誘電体膜１１１の上に形成されており、メサ１１０最上層であるコンタクト層１０９のコンタクト領域１０９ａと接触している。

各面発光レーザ素子１００において、基板１０１としては、例えば、面方位が（１００）面から［１１１］Ａ方向に１５°傾斜したｎ−ＧａＡｓ基板を用いることができる。基板１０１の厚さは、例えば、４００〜５００μｍ程度とすることができる。バッファ層１０２は、基板１０１の表面に積層されている。バッファ層１０２は、例えば、ｎ−ＧａＡｓから形成することができる。

下部半導体ＤＢＲ１０３は、バッファ層１０２の上面に積層されている。下部半導体ＤＢＲ１０３は、例えば、発振波長をλとしたとき、光学的厚さがλ／４となる膜厚のｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層と、光学的厚さがλ／４となる膜厚のｎ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる高屈折率層とを有する。下部半導体ＤＢＲ１０３は、例えば、低屈折率層と高屈折率層の対を１周期としたものを３７．５周期形成したものである。

下部半導体ＤＢＲ１０３の各屈折率層の間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成へ向かって組成を徐々に変化させた例えば厚さ２０ｎｍ程度の組成傾斜層を設けることができる。この場合、各屈折率層は何れも、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、発振波長をλとするとλ／４の光学的厚さとなるように設定される。なお、光学的厚さとその層の実際の厚さについては以下の関係がある。例えば光学的厚さがλ／４のとき、その層の実際の厚さＤは、Ｄ＝λ／４Ｎ（但し、Ｎはその層の媒質の屈折率）である。

下部スペーサ層１０４は、下部半導体ＤＢＲ１０３の上面に積層されている。下部スペーサ層１０４は、例えば、ノンドープのＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓから形成することができる。

活性層１０５は、下部スペーサ層１０４の上側に積層されている。活性層１０５は、例えば、３層の量子井戸層と４層の障壁層とを有する構造とすることができる。各量子井戸層は、例えば、Ａｌ_０．１２Ｇａ_０．８８Ａｓから形成することができ、各障壁層は、例えば、Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓから形成することができる。

上部スペーサ層１０６は、活性層１０５の上側に積層されている。上部スペーサ層１０６は、例えば、ノンドープのＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓから形成することができる。

下部スペーサ層１０４と活性層１０５と上部スペーサ層１０６とからなる部分は、共振器構造体（共振器領域）とも称され、その厚さが１波長の光学的厚さとなるように設定されている。なお、活性層１０５は、高い誘導放出確率が得られるように、電界の定在波分布における腹に対応する位置である共振器構造体の中央に設けられている。

上部半導体ＤＢＲ１０７は、上部スペーサ層１０６の上面に積層されている。上部半導体ＤＢＲ１０７は、例えば、ｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる低屈折率層とｐ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを２４ペア有している。上部半導体ＤＢＲ１０７の各屈折率層の間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成へ向かって組成を徐々に変化させた組成傾斜層を設けることができる。この場合、各屈折率層は何れも、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、発振波長をλとするとλ／４の光学的厚さとなるように設定される。

上部半導体ＤＢＲ１０７における共振器構造体から光学的にλ／４離れた位置に、例えば膜厚３０ｎｍ程度のｐ−ＡｌＡｓからなる選択酸化層１０８が設けられている。なお、図１では、便宜上、選択酸化層１０８は、上部半導体ＤＢＲ１０７と共振器構造体との間に図示されている。選択酸化層１０８は、例えば、メサ１１０の側面から水蒸気等により酸化させ、メサ１１０の中央部にＡｌの酸化層１０８aによって囲まれた酸化されていない領域１０８ｂを形成したものである。この酸化されていない領域１０８ｂが電流通過領域である。

コンタクト層１０９は、上部半導体ＤＢＲ１０７の上側に積層されている。コンタクト層１０９は、例えば、ｐ−ＧａＡｓからなる層である。

なお、以上のように基板１０１上に複数の半導体層が積層された構造体を、以降、便宜上「積層体」と称する場合がある。

基板１０１の裏面１０１ａには、溝部１０１ｘが形成されている。溝部１０１ｘの断面形状（基板１０１の表面に平行な断面の形状）は、例えば、矩形状とすることができる。基板１０１の厚さが例えば４５０μｍ程度であった場合、基板１０１の裏面１０１ａからの溝部１０１ｘの深さは、例えば、４００μｍ程度とすることができる。又、メサ１１０の平面形状が一辺が約３０μｍの略正方形である場合、溝部１０１ｘの幅は３０μｍよりも大きくすることが好ましく、例えば、約５０μｍとすることができる。

下部電極１１４は、基板１０１の裏面１０１ａ、溝部１０１ｘの内側面及び底面を被覆するように連続的に形成することが好ましい。なお、内側面及び底面を含めて内壁面と称する場合がある。本実施の形態では、基板１０１の裏面１０１ａ、溝部１０１ｘの内壁面を被覆するように下部電極１１４を連続的に形成するので、例えば内側面と底面との境界がＲ形状になっており両者の境界が明確でないような場合でも問題とはならない。

下部電極１１４の材料としては、基板１０１の材料よりも熱伝導率の高い高熱伝導材料を用いることができる。基板１０１としてＧａＡｓ基板を用いた場合には、下部電極１１４を構成する高熱伝導材料として、例えば、ＧａＡｓよりも熱伝導率の高い金（Ａｕ）や銅（Ｃｕ）又はこれらの合金等を含む構成とすることが好ましい。これらの材料は、単独で用いてもよいし、他の材料と積層して多層膜とし最外層に形成してもよい。例えば、金ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）からなる多層膜を用いることができる。

一般的なＧａＡｓの熱伝導率は４６（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。この値は、熱の拡散を担わせる材料としては不十分である。それに対して、金（Ａｕ）の熱伝導率は３１８（Ｗ／ｍ・Ｋ）であるので、ＧａＡｓの約７倍大きい値である。又、銅（Ｃｕ）の熱伝導率は４０１（Ｗ／ｍ・Ｋ）であるので、ＧａＡｓの９倍近い値である。

ここで、図２を参照しながら、溝部１０１ｘについて詳しく説明する。図２は、溝部とメサ（発光部）との位置関係を例示する平面図である。図２では、便宜上、溝部１０１ｘとメサ１１０とが同一平面状にあるかのように図示されているが、実際は、溝部１０１ｘは基板１０１の裏面１０１ａに形成されている。これに対して、メサ１１０（発光部）は、基板１０１の表面に形成されている。なお、図２において、下部電極１１４の図示は省略されている。

溝部１０１ｘは、複数の面発光レーザ素子１００に対して連続的に形成された部分を含むように形成される。図２に示すように、本実施の形態では、溝部１０１ｘは、直行する２方向に形成された溝が交差するように、面発光レーザアレイ１の全体にわたって形成されている。この場合、交差する部分（交点）にメサ１１０が配置されることが好ましい。基板１０１の表面に形成されるメサ１１０と、基板１０１の裏面１０１ａに形成される溝部１０１ｘの交点との位置関係を一致させることは、それほど困難な技術ではない。例えば、所謂両面アライナーという装置を用いて写真工程の露光を行う際に、両者の位置が合うようにアライメントを行うことで容易に製造できる。

但し、溝部１０１ｘは、複数の面発光レーザ素子１００に対して連続的に形成された部分を含むように形成されればよいため、溝部１０１ｘは、必ずしも交差するように形成する必要はない。例えば、図２において、紙面横方向に略平行な複数の溝部をストライプ状に設けてもよいし、紙面縦方向に略平行な複数の溝部をストライプ状に設けてもよい。この場合でも、溝部１０１ｘと平面視において重複する位置に、メサ１１０が配置されることが好ましい。

このように、本実施の形態では、基板１０１の裏面１０１ａに溝部１０１ｘを形成し、高熱伝導材料からなる下部電極１１４を、基板１０１の裏面１０１ａ、溝部１０１ｘの内側面及び底面を被覆するように連続的に形成する。これにより、メサ１１０（発光部）において発生する熱を効率よく系外に拡散させることが可能となり、高い放熱効果を実現できる。その結果、熱の影響による光出力の低下を抑制した高出力の面発光レーザアレイ１を実現できる。

言い換えれば、熱の拡散する方向を基板１０１の裏面１０１ａ側とし、基板１０１に溝部１０１ｘを形成し基板１０１の裏面１０１ａと溝部１０１ｘに対して高熱伝導材料からなる下部電極１１４を連続して形成する構造である。そのため、これまで開示されてきたような、水平方向や光出射方向へ熱を拡散する構造とは異なり、面発光レーザ素子の発する熱を効率よく系外に拡散させることが可能となる。そして、更に、ヒートシンクを基板１０１の裏面１０１ａに密着して接合することが可能となるので、熱の拡散効率を飛躍的に向上させることができる。

要するに、熱の拡散という目的に対しては一般的に基板１０１単体の熱伝導率は満足できる値ではないために、基板１０１に溝部１０１ｘを形成し、溝部１０１ｘのみならず基板１０１の裏面１０１ａにも連続して高熱伝導材料からなる下部電極１１４を形成する。これにより、発光部から発せられる熱を高熱伝導材料からなる下部電極１１４を熱の拡散経路とすることができ、高い放熱効果を実現できる。

又、溝部１０１ｘの端部は基板１０１の側面に必ず開口しているので、基板１０１をヒートシンクに接合した構造としても溝部１０１ｘは閉じられた空間になることはない。従って、溝部１０１の内壁面とヒートシンクの表面により形成された空間を、ヘリウムや空気等の流動性を有する媒質（流体）が流れる流路とすることができる。これにより、溝部１０１ｘの形成された基板１０１そのものがヒートシンクの一部として機能することが可能となる。

又、溝部１０１ｘは（交差する場合には、溝部１０１ｘの交点は）、平面視において、メサ１１０と重複する位置に形成されていることが好ましい。これにより、放熱部を発熱部と至近距離に配置できるため（最小の距離に配置できるため）、放熱効果を更に向上することができる。

この際、基板１０１の溝部１０１ｘ上に残存する部分の厚さＴ_１（基板１０１の表面から溝部１０１ｘの底面までの基板１０１の厚さ）を５０μｍ以下とすることが好ましい。この部分を薄型化することにより、活性層１０５で発生した熱が基板１０１で遮蔽され難くなり、放熱効果を更に向上できるからである。

［実施例１］
以下の製造方法により、第１の実施の形態に係る面発光レーザアレイ１（図１及び図２参照）を作製した。

まず、第１の工程として、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）又は分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）による結晶成長によって前記積層体を作製する。本実施例では、ＭＯＣＶＤ法により前記積層体を作製した。この際、ＩＩＩ族の原料には、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用い、Ｖ族の原料には、アルシン（ＡｓＨ_３）を用いた。又、ｐ型ドーパントの原料には四臭化炭素（ＣＢｒ_４）、ｎ型ドーパントの原料にはセレン化水素（Ｈ_２Ｓｅ）を用いた。各膜の膜厚や層数等については前述の通りである。

次に、第２の工程として、作製した積層体の表面にプラズマＣＶＤ法により誘電体膜を成膜した。本実施例ではＳｉＮ膜を誘電体として用いた。誘電体膜は基板１０１の裏面に凹凸を形成するためのエッチング工程時に積層体表面を保護するための保護膜であり、約１００ｎｍ程度の厚さとした。

次に、第３の工程（第１の写真工程）として、基板１０１の裏面１０１ａに溝部１０１ｘを形成するためのレジストパターンを形成する。レジストは一般的なポジレジストを用いており、本実施例では東京応化社製ＯＦＰＲ８００−２００ｃｐを使用している。塗布はスピンコーターにより膜厚約８μｍとなるように回転数を調整し、露光・現像・ポストベークを経て、図２に示す形状の溝部１０１ｘに相当するレジストパターンを得た。

次に、第４の工程として、誘導結合型プラズマを用いた反応性イオンエッチングにより前記レジストパターンをマスクとして、基板１０１を裏面１０１ａ側から一部除去して図２に示す形状の溝部１０１ｘを形成した。溝１０１ｘの幅はメサ１１０の大きさに合わせて適宜設計することが可能である。本実施例では、メサ１１０は平面形状が一辺が約３０μｍの略正方形とするため、溝１０１ｘの幅は５０μｍとした。

エッチングはＳｉＣｌ_４、Ｃｌ_２、Ａｒの混合ガスを使用し、圧力１Ｐａ、基板１０１の温度６０℃、投入電力５００Ｗにて行い、厚さ約４５０μmの基板１０１に対して、４００μｍの深さの溝部１０１ｘを形成した。これにより、最終的に基板１０１の溝部１０１ｘ上に残存する部分の厚さＴ_１（図１参照）を５０μｍにすることができる。

溝１０１ｘの位置は基板１０１の表面に形成されるメサ１１０（発光部）の位置に合わせて加工することが重要であり、ストライプ状、又は交差（例えば、直交）する形状にすることができる。本実施例では、図２に示す形状の直交する溝部１０１ｘを形成した。この場合、溝１０１ｘの交点をメサ１１０の位置に合わせて加工すれば、熱の拡散効率が最も大きくなるという効果が得られる。

次に、第５の工程として、基板１０１の裏面１０１ａ及び溝部１０１ｘの内壁面を連続的に被覆するように、金ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）をこの順番で積層した多層膜からなる下部電極１１４を形成した。下部電極１１４の形成には、抵抗加熱法及び電子ビーム蒸着法を用いた。なお、基板１０１の裏面１０１ａを被覆する部分の下部電極１１４を構成する金（Ａｕ）の厚さは、厚ければ厚いほど熱の拡散能力が高くなるが、スループットやコストの観点から好適な膜厚を決定することができる。本実施例では、これらの観点から、基板１０１の裏面１０１ａを被覆する部分の下部電極１１４を構成する金（Ａｕ）の厚さを１０〜２０μｍとした。

金（Ａｕ）や銅（Ｃｕ）又はこれらの合金等を用いることで、下部電極１１４として十分機能すると共に、十分な熱伝道特性も有するため、電気伝導と熱伝導の２つの機能を十分に満足する部材を1回の工程で形成することができ、工程短縮が可能となる。

次に、第６の工程（第２の写真工程）として、積層体にメサ１１０を形成する領域に相当するレジストパターンを形成する。この際、両面アライメントが可能な露光装置を使用し、第１の写真工程で形成したアライメントパターンに位置合わせする。これにより積層体に形成するメサ１１０に該当する部分が基板１０１の溝部１０１ｘに相当するようになる。

次に、第７の工程として、誘導結合型プラズマを用いた反応性イオンエッチングにより第２の写真工程で形成したレジストパターンをマスクとして、積層体にメサ１１０を形成する。エッチングはＳｉＣｌ_４、Ａｒの混合ガスを使用し、圧力０．１Ｐａ、基板１０１の温度６０℃、投入電力５００Ｗにて行い、下部スペーサ層１０４の一部まで除去した。

次に、第８の工程として、水蒸気中で熱処理することでメサ１１０の外周部（側面）から選択酸化層１０８を選択的に酸化する。そして、メサ１１０の中央部にＡｌの酸化層１０８ａによって囲まれた酸化されていない領域１０８ｂ（電流通過領域）を残留させた。これにより、発光部の駆動電流の経路をメサ１１０の中央部だけに制限する酸化狭窄構造体が作製された。本実施例では、発光部の駆動電流の経路の大きさを一辺が約５μｍの正方形にすることで、高次横モードの発振を抑制した。

次に、第９の工程として、誘電体膜１１１をプラズマＣＶＤ法で成膜した。本実施例では、誘電体膜１１１をＳｉＮ膜とし、光学的膜厚が２λ／４となる膜厚２０６ｎｍとした。更に、第３の写真工程によりレジストパターンを形成し、形成したレジストパターンをマスクとしてコンタクト層１０９を界面活性剤入りバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いたウェットエッチングによりパターニングした。

次に、第１０の工程として、リフトオフ法により、光出射部に一辺が約１０μｍの光出射領域１１２（正方形の開口）を備えた上部電極１１３を形成した。上部電極１１３は、Ｃｒ／ＡｕＺｎ／Ａｕがこの順番で積層された多層膜とした。但し、上部電極１１３は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕがこの順番で積層された多層膜としてもよい。

次に、第１１の工程として、アニールにより上部電極１１３と下部電極１１４のオーミック接触を形成した。これにより、面発光レーザアレイ１が完成した。

［実施例２］
実施例２では、基板１０１の裏面１０１ａに形成する溝部１０１ｘをダイシング装置により加工する例を示す。具体的には、実施例１における、第３の工程及び第４の工程に代えて以下の工程を実施する。

まず、基板１０１の表面に積層体を保護するために、レジストの塗布とベークを行う。用いたレジストは実施例１と同様に東京応化社製ＯＦＰＲ８００−２００ｃｐである。塗布はスピンコーターにより膜厚約８μｍとなるように回転数を調整し、温度約１３０℃のポストベークを約５分間行って保護レジストを形成する。

次に、基板１０１の裏面１０１ａがダイシング面となるようにダイシング装置にセットし、ブレード幅が約８０μｍのダイヤモンドブレードを用いて、ピッチが発光部のレイアウトピッチに相当する値とし、Ｘ軸方向、次いでＹ軸方向のダイシングを行う。第５の工程以降は実施例１と同様にし、面発光レーザアレイ１を作製した。なお、ダイシングは、スループットの高い加工法であるため、工程の短縮が実現できる、又、マスクレスの加工が可能となるため、プロセスの簡略化及び低コスト化が実現できる。

［実施例３］
実施例３では、面発光レーザアレイをヒートシンク上に接合する例を示す。具体的には、図３に示すように、ヒートシンク５００上に面発光レーザアレイ１（図１及び図２参照）を接合した面発光レーザアレイ１Ａを作製した。面発光レーザアレイ１Ａでは、基板１０１の裏面１０１ａに形成された溝部１０１ｘとヒートシンク５００の表面により空間が形成される。なお、接合には、はんだ等を用いることができる。

面発光レーザアレイ１は、基板１０１の裏面１０１ａに連通した溝部１０１ｘを有している。そして、基板１０１の裏面１０１ａのみならず溝部１０１ｘの内側面及び底面を高熱伝導材料からなる下部電極１１４により連続的に被覆している。従って、図３に示すように、基板１０１の裏面１０１ａをヒートシンク５００等の別の部材と接合させると、基板１０１に形成された溝部１０１ｘが連通した空隙となる。

このように互いに独立して存在する凹部ではなく、連通した構造の溝部１０１ｘを有することで、互いに独立して存在する凹部では発揮できない独自の効果が期待できる。すなわち、ヒートシンク５００に接合された基板１０１の裏面１０１ａには、金（Ａｕ）等に代表される高熱伝導材料からなる下部電極１１４が形成されている。そのため、発光部で発生し基板１０１を通じて拡散してきた熱は、ヒートシンク５００へと速やかに拡散することができる。

又、溝部１０１ｘの内側面及び底面にも高熱伝導材料からなる下部電極１１４が形成されているので、それらの面から接触している大気中へと放熱が行われる。このように、基板１０１がバルク形状ではなく、連通した溝部１０１ｘを有する構造であるため、基板１０１自体がヒートシンクと同様の機能を有する効果が得られる。

［実施例４］
実施例４では、実施例３に、更に強制的に冷却できる構成を付加する例を示す。具体的には、図４に示すように、図３の構成に加えて、基板１０１の側面の近傍に、溝部１０１ｘとヒートシンク５００により形成された空間に流動性を有する媒質を流すことができる機構、すなわち流体導入機構６００を付加した面発光レーザアレイ１Ｂを作製した。流体導入機構６００から導入される流体が基板１０１に設けられた溝部１０１ｘを通じて流れ、基板１０１と接触した際に熱交換を行って冷却効果を実現する構造である。この構造では、積極的に熱を奪うことができるので、熱の拡散特性を更に向上させることができる。

ここで、流体として好適なのは、ヘリウムガスを用いることである。ヘリウムガスは、熱伝導率が大きく、比熱も大きいために、冷却用の流体として適したガスである。ヘリウムはガスボンベからの供給が可能なので、圧力及び流量を適切に調節して、使用することができる。熱伝道特性に優れたヘリウムを用いることで、効率よく熱を奪うことができるため、熱の拡散特性を更に向上させることができる。

又、冷却能力の面からはヘリウムに劣るが、その使いやすさの面から空気も冷却用流体として使用することができる。流体導入機構６００の最も単純な例としては、ファンのような送風機構を挙げられる。この方法では構成がシンプルで、ランニングコストが低くて済むというメリットがある。

このような冷却方式で発光部から発生する熱をすばやく奪い取って熱の拡散効率を向上させることができるのは、基板１０１に連通した溝部１０１ｘが形成されていることによる効果である。溝部１０１ｘが形成されていないバルク形状の基板のままでは、このような効果は望めない。

又、本実施例においては、単に基板１０１に連通した溝部１０１ｘを形成するだけではなく、基板１０１の裏面１０１ａのみならず溝部１０１ｘの内側面及び底面を高熱伝導材料からなる下部電極１１４により連続的に被覆されている。そのため、更に熱の拡散効率を向上させることができる。

以上、好ましい実施の形態及び実施例について詳説したが、上述した実施の形態及び実施例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

１、１Ａ、１Ｂ 面発光レーザアレイ
１００ 面発光レーザ素子
１０１ 基板
１０１ａ 基板の裏面
１０１ｘ 溝部
１０２ バッファ層
１０３ 下部半導体ＤＢＲ
１０４ 下部スペーサ層
１０５ 活性層
１０６ 上部スペーサ層
１０７ 上部半導体ＤＢＲ
１０８ 選択酸化層
１０８ａ 酸化層
１０８ｂ 領域（電流通過領域）
１０９ コンタクト層
１０９ａ コンタクト領域
１１０ メサ
１１０ａ メサ周囲の底面
１１１ 誘電体膜
１１２ 光出射領域
１１３ 上部電極
１１４ 下部電極
５００ ヒートシンク
６００ 流体導入機構

特開２００７−２９９８９７号公報 特開２００９−５４８５５号公報

Proc. Of SPIE Vol.7229 722903-(1-11)

Claims (10)

1. 基板の表面側に積層された下部反射鏡、活性層を含む共振器領域、上部反射鏡、を含むメサを有する垂直共振器型の面発光レーザ素子を複数個備えた面発光レーザアレイであって、
   前記基板の裏面に形成された溝部と、
   前記基板の裏面及び前記溝部の内壁面に連続的に形成された、前記基板の材料よりも熱伝導率が高い高熱伝導材料からなる下部電極と、を有し、
   前記溝部は、複数の前記面発光レーザ素子に対して連続的に形成された部分を含むことを特徴とする面発光レーザアレイ。
2. 前記溝部は、前記基板の表面の法線方向から視て、前記メサと重複する位置に形成された部分を含むことを特徴とする請求項１記載の面発光レーザアレイ。
3. 前記溝部は交差しており、前記溝部の交点は、前記基板の表面の法線方向から視て、前記メサと重複する位置に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の面発光レーザアレイ。
4. 前記溝部の端部は、前記基板の側面に開口していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の面発光レーザアレイ。
5. 前記高熱伝導材料は、金、銅、又はそれらの合金を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の面発光レーザアレイ。
6. 前記基板の裏面にヒートシンクを接合したことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項記載の面発光レーザアレイ。
7. 前記溝部と前記ヒートシンクの表面により形成された空間に、流動性を有する媒質を流す機構を具備していることを特徴とする請求項６記載の面発光レーザアレイ。
8. 前記流動性を有する媒質がヘリウム又は空気であることを特徴とする請求項７記載の面発光レーザアレイ。
9. 前記基板の表面から前記溝部の底面までの前記基板の厚さが５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項記載の面発光レーザアレイ。
10. 基板の表面側に積層された下部反射鏡、活性層を含む共振器領域、上部反射鏡、を含むメサを有する垂直共振器型の面発光レーザ素子を複数個備えた面発光レーザアレイの製造方法であって、
    前記基板の裏面にダイシングにより溝部を形成する工程と、
    前記基板の裏面及び前記溝部の内壁面に、前記基板の材料よりも熱伝導率が高い高熱伝導材料からなる下部電極を連続的に形成する工程と、を有し、
    前記溝部を形成する工程では、複数の前記面発光レーザ素子に対して連続的に形成された部分を含むように前記溝部が形成されることを特徴とする面発光レーザアレイの製造方法。

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