JPWO2013176201A1 - 垂直共振面発光レーザ - Google Patents
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Abstract
垂直共振面発光レーザ(1)は、半絶縁性半導体からなるベース基板(11)と、該ベース基板(11)の表面に順次形成されたN型半導体コンタクト層(21)、N型半導体多層膜反射層(22)、N型半導体クラッド層(31)、量子井戸を備える活性層(40)、P型半導体クラッド層(32)、P型半導体多層膜反射層(23)、P型半導体コンタクト層(24)を含む発光領域多層部と、P型半導体コンタクト層の表面に形成されたアノード用電極と、N型半導体クラッド層に接続するカソード用電極と、を備える。カソード用電極は、ベース基板(11)の発光領域多層部側に形成されている。各垂直共振面発光レーザの間には、N型半導体コンタクト層(21)、N型半導体多層膜反射層(22)を貫通し、ベース基板(11)の表面から内側まで窪む形状の溝(80)が形成されている。
Description
本発明は、複数の垂直共振面発光レーザを備えた垂直共振面発光レーザに関する。
現在、半導体レーザの一種として、垂直共振面発光レーザ(VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER))が実用化されている。
垂直共振面発光レーザの概略的な構造は、例えば特許文献1に示すように、裏面にカソード電極が形成されたN型半導体からなるベース基板の上層に、第1DBR(多層分布ブラッグ反射器)層が形成されている。第1DBR(多層分布ブラッグ反射器)層の上層には第1スペーサ層が形成されている。第1スペーサ層の上層には、量子井戸を備える活性層が形成されている。活性層の上層には、第2スペーサ層が形成されている。第2スペーサ層の上層には、第2DBR層が形成されている。第2DBR層の上層には、アノード電極が形成されている。そして、アノード電極とカソード電極間に駆動信号を印加することで、基板に垂直な(積層方向に平行な)方向へ鋭い指向性を有するレーザ光が発生する。
このような垂直共振面発光レーザを複数個備えてアレイ化する場合、例えば、上述の構造からなる個々の垂直共振面発光レーザを、別の回路基板にそれぞれ実装する構造と、ベース基板を共通化する構造とが考えられる。
上述の個別に形成した垂直共振面発光レーザを別の回路基板に実装する場合、構造が大型化してしまう。
一方、単一のベース基板にした場合、上述のように、ベース基板をN型半導体基板にし、当該ベース基板を挟んで活性層と反対側の面にカソード電極を形成した場合、各垂直共振面発光レーザに与える各駆動信号が、N型半導体基板内に漏洩してしまい、互いの駆動信号間でクロストークが発生し、各垂直共振面発光レーザ間で十分にアイソレーションをとることができない。
この発明の目的は、単一のベース基板に複数の垂直共振面発光レーザを形成しながら、各垂直共振面発光レーザ間のアイソレーションを確保できる垂直共振面発光レーザを実現することにある。
この発明の垂直共振面発光レーザは、ベース基板と、該ベース基板の表面に形成されたN型半導体多層膜反射層、量子井戸を備える活性層、P型半導体多層膜反射層を含む発光領域多層部と、P型半導体多層膜反射層に接続されるアノード用電極と、N型半導体多層膜反射層に接続されるカソード用電極と、を備える。ベース基板は、少なくとも発光領域多層部側の所定厚みが半絶縁性半導体からなる。カソード用電極は、ベース基板の表面側に形成されている。発光領域多層部、アノード用電極、カソード用電極からなる発光素子構成要素の組は、ベース基板に複数形成されている。そして、該複数の発光素子構成要素は個別に分離されており、各発光素子構成要素はそれぞれ独立に駆動される。
この構成では、ベース基板が半絶縁性半導体であり、各発光素子構成要素は個別に分離されており、それぞれ独立に駆動される。これにより、単一のベース基板に複数の発光素子構成要素が形成されていても、各発光素子構成要素は電気的に分離され、互いの駆動信号のクロストークが発生しない。
また、この発明の垂直共振面発光レーザは、複数の発光素子構成要素の間に空隙部を有しており、該空隙部は、ベース基板の表面から該ベース基板の内側まで窪む形状からなることが好ましい。
この構成では、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、次の構成であることが好ましい。アノード用電極に接続するアノード用パッド電極と、カソード用電極に接続するカソード用パッド電極とは、空隙部によって分割される発光素子構成要素毎に備えられている。アノード用パッド電極とカソード用パッド電極は、ベース基板の表面における発光領域多層部、アノード用電極およびカソード用電極と異なる領域に配設された絶縁層の表面に形成されている。
この構成では、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、次の構成であることが好ましい。隣り合う発光素子構成要素は、アノード用パッド電極同士が隣り合うか、もしくはカソード用電極パッド同士が隣り合うように、ベース基板の表面側に配置されている。
この構成では、隣り合う発光素子構成要素において、パッド電極間での電気的な結合を抑制することができる。これにより、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、次の構成であることが好ましい。カソード用パッド電極は、二個備えられている。該二個のカソード用パッド電極は、絶縁層の表面に、アノード用パッド電極を挟むように配置されている。
この構成では、隣り合う発光素子構成要素において、カソード用パッド電極が必ず隣り合う。これにより、隣り合う発光素子構成要素においてパッド電極間での電気的な結合が抑制され、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、アノード用パッド電極とカソード用パッド電極の少なくとも一部を除く形状で絶縁膜が形成されていることが好ましい。
この構成では、絶縁膜により、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、空隙部は、アノード用電極側からベース基板側に向かって、隣り合う発光素子構成要素間の幅が狭くなるテーパ形状からなることが好ましい。
この構成では、空隙部の具体的な形状を示している。このような構成により、空隙部を形成しやすい。また、絶縁膜を形成する場合に、絶縁膜を形成しやすい。
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、ベース基板の半絶縁性半導体の抵抗率は、1.0×107Ω・cm以上であることが好ましい。
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、隣り合う発光素子構成要素の近接する電極の間隔が0.5μm以上であることが好ましい。
これらの構成では、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、次の構成とすることもできる。ベース基板は、発光素子構成要素側の表面から所定厚みが半絶縁性半導体である。半絶縁性半導体の発光素子構成要素と反対側には、N型半導体基板が配置されている。
この構成では、上述の複数の発光素子構成要素間の電気的分離を実現しながら、ベース基板に起因する結晶欠落による不良の発生を抑制することができる。
この発明によれば、単一のベース基板に複数の垂直共振面発光レーザを形成しながら、各垂直共振面発光レーザ間のアイソレーションを確保することができる。
本発明の第1の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ(VCSEL)について、図を参照して説明する。以下では、垂直共振面発光レーザをVCSELと称する。図1は本発明の第1の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ1の部分平面図である。図2は本発明の第1の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ1を構成する1個の垂直共振面発光レーザ10のA−A’面断面図である。図3は本発明の第1の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ1のB−B’面断面図である。なお、図1、図3では、2個の垂直共振面発光レーザ10A,10Bのみが記載されているが、VCSEL1を構成する垂直共振面発光レーザの個数はこれに限るものではない。
VCSEL1は、複数の垂直共振面発光レーザを備えている。すなわち、アレイ化されており、複数の垂直共振面発光レーザはそれぞれ独立に駆動する。複数の垂直共振面発光レーザ10A,10Bは、単一のベース基板11の表面にそれぞれ形成されている。
ベース基板11は、半絶縁性半導体からなり、具体的には、GaAsを材料とする基板からなる。ベース基板11は、抵抗率が1.0×107Ω・cm以上であることが好ましい。このような抵抗率の半絶縁性半導体からなるベース基板11を用いることにより、後述する垂直共振面発光レーザ10A,10B間のアイソレーションをより高く確保することができる。
ベース基板11の表面には、N型半導体コンタクト層21が積層形成されている。N型半導体コンタクト層21は、N型導電性を有する化合物半導体からなる。
N型半導体コンタクト層21の表面には、N型DBR(多層分布ブラッグ反射器)層22が積層形成されている。N型半導体DBR(多層分布ブラッグ反射器)層22は、AlGaAs材料からなり、Gaに対するAlの組成比率が異なる層を複数層積層してなる。このような層構成により所定周波数のレーザ光を発生するための第1の反射器を形成する。なお、N型半導体DBR層は、N型半導体コンタクト層を兼ねていてもよい。すなわち、N型半導体コンタクト層は必須ではない。
N型半導体DBR層22の表面には、垂直共振面発光レーザ10A,10B毎に、N型半導体クラッド層31が積層形成されている。各垂直共振面発光レーザ10A,10BのN型半導体クラッド層31は、N型半導体DBR層22の表面において、所定距離を離間して形成されている。N型半導体クラッド層31もAlGaAs材料からなる。
各N型半導体クラッド層31の表面には、活性層40が形成されている。活性層40は、GaAs材料とAlGaAs材料からなる。AlGaAs層をバンドギャップの高い光閉じ込め層とし、その間に挟まれるようにGaAs層を形成する。このような構成により、活性層40には、バンドギャップの高い光閉じ込め層に挟まれた単一もしくは複数の量子井戸を有する層となる。
各活性層40の表面には、P型半導体クラッド層32が形成されている。P型半導体クラッド層32もAlGaAs材料からなる。
P型半導体クラッド層32の表面には、P型半導体DBR層23が形成されている。P型半導体DBR層23は、AlGaAs材料からなり、Gaに対するAlの組成比率が異なる層を複数層積層してなる。このような層構成により所定周波数のレーザ光を発生するための第2の反射器を形成する。P型半導体DBR層23は、N型半導体DBR層31に対して反射率が若干低くなるように形成されている。ここでは、活性層を挟むように半導体クラッド層を設けたが、この構成に限るものではない。共振を発生させるような膜厚の層を活性層に設けてもよい。
P型半導体クラッド層32とP型半導体DBR層23との境界面には、酸化狭窄層50が形成されている。酸化狭窄層50は、AlGaAs材料からなり、Gaに対するAlの組成比率が他の各層よりも高く設定されている。酸化狭窄層50は、P型半導体クラッド層32とP型半導体DBR層23と境界面の全面に形成されているわけでなく、形成領域の略中央に所定の面積で非形成部が存在する。
P型半導体DBR層23の表面には、P型半導体コンタクト層24が積層形成されている。P型半導体コンタクト層24は、P型導電性を有する化合物半導体からなる。なお、P型半導体DBR層は、P型半導体コンタクト層を兼ねていてもよい。すなわち、P型半導体コンタクト層は必須ではない。
これら、N型半導体コンタクト層21、N型半導体DBR層22、N型半導体クラッド層31、活性層40、P型半導体クラッド層32、P型半導体DBR層23、P型半導体コンタクト層24によって、本発明の「発光領域多層部」が構成される。
このような構成において、光定在波分布の中心の腹の位置に1つの発光スペクトルピーク波長を有する、複数の量子井戸が配置されるように、各層の厚み、Gaに対するAlの組成比率を設定する。これにより、各発光領域多層部が垂直共振面発光レーザの発光部として機能する。さらに、上述の酸化狭窄層50を備えることで、電流を活性領域に効率良く注入できるとともに、レンズ効果も得られるため、低消費電力の垂直共振面発光レーザを実現できる。
P型コンタクト層24の表面には、アノード用電極921(921A,921B)が形成されている。アノード用電極921(921A,921B)は、図1に示すように平面視して環状の電極である。なお、アノード用電極は必ずしも環状である必要はなく、例えば環状の一部が開いたC型の形状や矩形状であってもよい。
N型半導体コンタクト層21の表面には、垂直共振面発光レーザ10A,10B毎に、N型半導体DBR層22が形成されていない領域が設けられている。これらの領域は、N型半導体DBR層22におけるN型半導体クラッド層31が積層形成される領域の近傍に、形成されている。
これらの領域には、垂直共振面発光レーザ10A,10B毎にカソード用電極911(911A,911B)が形成されている。カソード用電極911(911A,911B)は、N型半導体コンタクト層21に導通するように形成されている。カソード用電極911(911A,911B)は、図1に示すように平面視して、円弧状の電極である。
ベース基板11の表面側には、カソード用電極911(911A,911B)、アノード用電極921(921A,921B)の少なくとも一部を被覆せず、他の発光領域多層部を構成する各構成要素の外面を覆うように、絶縁膜60が形成されている。絶縁膜60は、例えば窒化ケイ素(SiNx)を材料として形成されている。
N型半導体DBR層22におけるN型半導体クラッド層31が形成される領域の近傍には、絶縁膜60の表面に、絶縁層70が積層形成されている。絶縁層70は、例えばポリイミドを材料として形成されている。
絶縁層70の表面には、カソード用パッド電極912(912A,912B)、およびアノード用パッド電極922(922A,922B)が離間して形成されている。絶縁層70Aは、垂直共振面発光レーザ10Aの発光領域多層部付近に形成されている。絶縁層70Aの表面には、カソード用パッド電極912A、およびアノード用パッド電極922Aが離間して形成されている。絶縁層70Bは、垂直共振面発光レーザ10Bの発光領域多層部付近に形成されている。絶縁層70Bの表面には、カソード用パッド電極912B、およびアノード用パッド電極922Bが離間して形成されている。
カソード用パッド電極912Aは、カソード配線電極913Aを介して、カソード用電極911Aに接続されている。カソード用パッド電極912Bは、カソード用配線電極913Bを介して、カソード用電極911Bに接続されている。
アノード用パッド電極922Aは、アノード用配線電極923Aを介して、アノード用電極921Aに接続されている。アノード用パッド電極922Bは、アノード用配線電極923Bを介して、アノード用電極921Bに接続されている。
さらに、本実施形態の構成では、図2、図3に示すように、絶縁膜60、N型半導体DBR層22、およびN型半導体コンタクト層21を、積層方向に貫通し、ベース基板11の表面から所定深さで凹む形状で、溝80が形成されている。溝80は、それぞれに垂直共振面発光レーザ10A,10Bを構成する発光領域多層部およびこの発光領域多層部に接続するアノードとカソードとを形成する電極を、各垂直共振面発光レーザ10A,10B毎に分離する形状で形成されている。この溝80と、各垂直共振面発光レーザ10A,10Bを構成する各発光領域多層部およびアノード、カソードがそれぞれ所定距離をもって離間される空間とにより、本発明の「空隙部」が構成される。
このような構成とすることで、各垂直共振面発光レーザ10A,10Bは個別に分離される。すなわち、各垂直共振面発光レーザ10A,10Bのアノード、カソード間に駆動信号を印加しても、空隙部と半絶縁性半導体のベース基板11によって、隣り合う発光領域多層部同士での駆動信号の漏洩が抑制される。これにより、単一のベース基板11に複数の垂直共振面発光レーザ10A,10Bをアレイで構成するVCSEL1を形成しても、隣り合う垂直共振面発光レーザ間でのアイソレーションを高くすることができる。したがって、隣り合う垂直共振面発光レーザ間での駆動信号によるクロストークを抑圧でき、各垂直共振面発光レーザの高速変調駆動を実現することができる。
この際、アレイ化される複数の垂直共振面発光レーザが単一のベース基板11上に形成されるので、VCSELアレイとしての構造が簡素化し、小型化が可能になる。さらに、このように、隣り合う垂直共振面発光レーザ間でのアイソレーションを高く確保することができるので、隣り合う垂直共振面発光レーザ10間の距離を短くすることができる。例えば、発明者が行った実験結果では、従来に比べて、垂直共振面発光レーザ10間の距離を半分程度にできることが分かった。これにより、VCSEL1を小型化することができる。
なお、上述のようにベース基板11を半絶縁性半導体にすることで、上述の作用効果を得ることができるが、上述の溝80を設けることで、隣り合う垂直共振面発光レーザ間でのアイソレーションをさらに高く確保することができる。
また、上述のように、絶縁層70を設けて、各垂直共振面発光レーザのカソード用パッド電極912とアノード用パッド電極922とを、N型半導体DBR層22から離間することで、隣り合う垂直共振面発光レーザ間でのアイソレーションをさらに高く確保することができる。
このような構造からなる垂直共振面発光レーザ1は、例えば、次のように製造する。なお、以下では、主として、1つの垂直共振面発光レーザの形成例を示すが、ベース基板11の表面に形成される複数の垂直共振面発光レーザが、同じ工程で同時に形成される。
まず、ベース基板11の表面に、上述のN型半導体コンタクト層21、N型半導体DBR層22、N型半導体クラッド層31、活性層40、P型半導体クラッド層32、P型半導体DBR層23、P型半導体コンタクト層24を、この順に積層形成する。
次に、それぞれの垂直共振面発光レーザ10A,10Bの発光領域多層部を構成する部分を除き、P型半導体コンタクト層24、P型半導体DBR層23、P型半導体クラッド層32、活性層40、N型半導体クラッド層31を、順次所定のパターンでエッチングする。このエッチングする領域では、N型半導体DBR層22の表面まで、エッチングを行う。これにより、N型半導体コンタクト層21、N型半導体DBR層22を除く垂直共振面発光レーザ10A,10Bの発光領域多層部が所定距離離間するように分離される。
N型半導体DBR層22の表面が露出した領域における発光領域多層部に近接する位置をエッチングすることで、N型半導体コンタクト層21を露出させる。このN型半導体コンタクト層21を露出させた領域に、カソード用電極911を形成する。
また、エッチングしなかった発光領域多層部のP型コンタクト層24の表面にアノード用電極921を形成する。
ベース基板11の表面側に、カソード用電極911、アノード用電極921の表面をのぞき、絶縁膜60を形成する。
絶縁膜60の表面の発光領域多層部に近接する領域に絶縁層70を形成する。
絶縁層70の表面に、カソード用パッド電極912とアノード用パッド電極922とを、形成する。
カソード用電極911とカソード用パッド電極912とを接続するカソード用配線電極913を形成する。アノード用電極921とアノード用パッド電極912とを接続するアノード用配線電極923を形成する。
隣り合う垂直共振面発光レーザの領域を分割するように、絶縁層60、N型半導体DBR層22、N型半導体コンタクト層21を貫通し、ベース基板11の表面から内部へ所定深さで凹む形状の溝80を形成する。
このような製造工程によって、VCSEL1が形成される。なお、エッチングによって、垂直共振面発光レーザ間に生じる空隙部の幅が、P型コンタクト層24側で広く、N型コンタクト層21側に向かって徐々に狭くなるようにするとよい。すなわち、空隙がテーパ状であるとよい。このような構成とすることで、発光領域多層部の側面に対する絶縁層60の被覆性が向上し、発光領域多層部間のアイソレーションを、さらに高く確保することができる。
次に、本発明の第2の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ(VCSEL)について、図を参照して説明する。図4は本発明の第2の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ1Aのカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極が形成された領域の断面図である。
本実施形態のVCSEL1Aは、第1の実施形態に示したVCSEL1に対して、絶縁膜600を追加したものである。他の構成は、第1の実施形態に示したVCSEL1と同じである。したがって、異なる箇所のみを説明する。
絶縁膜600は、第1の実施形態に示した絶縁膜60と同じく窒化ケイ素等からなり、溝80の内表面を含む、ベース基板11の発光領域多層部側の表面を覆う形状からなる。ただし、カソード用パッド電極およびアノード用パッド電極の表面に対しては、ワイヤボンディング等によって外部素子と接続できる範囲で絶縁層600が形成されていない。
このような構成とすることで、溝80を介して対向するN型半導体コンタクト層21およびN型半導体DBR層22の表面(溝80の内表面)も絶縁層600で覆われる。これにより、溝80を介して隣り合う垂直共振面発光レーザ10A1,10B1間のアイソレーションをさらに高く確保することができる。
次に、第3の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ(VCSEL)について、図を参照して説明する。図5は、本発明の第3の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ1Bの部分平面図である。
本実施形態のVCSEL1Bは、第1の実施形態に示したVCSEL1に対して、各垂直共振面発光レーザ10A2,10B2のカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極の配置パターンが異なる。他の構成は、第1の実施形態に示したVCSEL1と同じである。したがって、異なる箇所のみを説明する。
VCSEL1Bは、カソード用パッド電極およびアノード用パッド電極の配列方向に平行で、溝80を介して隣り合う垂直共振面発光レーザ10A2,10B2間で、同極のパッド電極が隣り合うように、配置されている。具体的な例としては、図5に示すように、垂直共振面発光レーザ10A2のアノード用パッド電極922Aと、垂直共振面発光レーザ10B2のアノード用パッド電極922Bとが隣り合うように配置されている。なお、図示しないが、垂直共振面発光レーザ10A2における垂直共振面発光レーザ10B2と反対側に配置された垂直共振面発光レーザは、垂直共振面発光レーザ10A2に対してカソード用パッド電極が隣り合うように配置されている。同様に、図示しないが、垂直共振面発光レーザ10B2における垂直共振面発光レーザ10B2と反対側に配置された垂直共振面発光レーザは、垂直共振面発光レーザ10B2に対してカソード用パッド電極が隣り合うように配置されている。
このように、隣り合う垂直共振面発光レーザ同士で同極パッド電極が隣り合うようにすることで、それぞれの垂直共振面発光レーザに対する駆動信号によるクロストークを、さらに抑圧することができる。
次に、第4の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ(VCSEL)について、図を参照して説明する。図6は、本発明の第4の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ1Cの部分平面図である。図7は、本発明の第4の実施形態に係る垂直共振面発光レーザのカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極が形成された領域の断面図である。
本実施形態のVCSEL1Cは、第1の実施形態に示したVCSEL1に対して、各垂直共振面発光レーザ10A3,10B3のカソード用パッド電極が2つ設けられた点が異なる。他の構成は、第1の実施形態に示したVCSEL1と同じである。したがって、異なる箇所のみを説明する。
垂直共振面発光レーザ10A3には、2つのカソード用パッド電極912A1,912A2が形成されている。カソード用パッド電極912A1,912A2は、それぞれカソード配線電極913A1,913A2を介して、カソード用電極911Aに接続されている。カソード用パッド電極912A1,912A2は、絶縁層70の表面において、垂直共振面発光レーザが配列する方向に平行に、アノード用パッド電極922Aを挟むように配置されている。
垂直共振面発光レーザ10B3には、2つのカソード用パッド電極912B1,912B2が形成されている。カソード用パッド電極912B1,912B2は、それぞれカソード配線電極913B1,913B2を介して、カソード用電極911Bに接続されている。カソード用パッド電極912B1,912B2は、絶縁層70の表面において、垂直共振面発光レーザが配列する方向に平行に、アノード用パッド電極922Bを挟むように配置されている。
このような構成とすることで、隣り合う垂直共振面発光レーザ10A3,10B3は、同極のカソード用パッド電極同士が隣り合うように、配置される。これにより、第3の実施形態と同様に、それぞれの垂直共振面発光レーザに対する駆動信号によるクロストークを、さらに抑圧することができる。
次に、第5の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ(VCSEL)について、図を参照して説明する。図8は、本発明の第5の実施形態に係る垂直共振面発光レーザのカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極が形成された領域の断面図である。
本実施形態のVCSEL1Dは、第1の実施形態に示したVCSEL1に対して、ベース基板11Dの構造が異なる。他の構成は、第1の実施形態に示したVCSEL1と同じである。したがって、異なる箇所のみを説明する。
ベース基板11Dは、半絶縁性半導体層111と、N型半導体からなる導電性半導体層112とを備える。
ベース基板11Dの発光領域多層部が形成される面側の所定厚みの領域が、半絶縁性半導体層111からなる。導電性半導体層112は、半絶縁性半導体層111に対して、発光領域多層部が形成される面と反対側の面に形成されている。半絶縁性半導体111の厚みは、導電性半導体層112の厚みよりも薄い。
溝80は、少なくとも半絶縁性半導体層111に対して所定深さで凹む形状で形成されている。なお、溝80は、導電性半導体層112に係る深さであってもよい。
このような構成であっても、上述の各実施形態と同様の効果を得ることが可能である。さらに、ベース基板11Dの一部に、N型半導体の層を設けることで、結晶欠落の発生を、大幅に少なくすることができる。これにより、より信頼性の高いVCSELを形成することができる。
なお、上述の各実施形態では、絶縁層70を設ける例を示したが、省略することも可能である。ただし、絶縁層70を備えることで、カソード用パッド電極およびアノード用パッド電極に生じる寄生容量を抑圧することができる。これにより、隣り合う垂直共振面発光レーザ間のクロストークの発生を、より効果的に抑圧することができる。
また、上述の各実施形態では、具体的な数値例を示していないが、隣り合うアノード用の各電極とカソード用の各電極との間隔は、0.5μm以上であることが好ましい。このような条件を満たすことで、上述のクロストークの発生を効果的に抑圧することができる。
1,1A,1B,1C,1D:垂直共振面発光レーザ、
10,10A,10A1,10A2,10A3,10B,10B1,10B2,10B3:垂直共振面発光レーザ、
11,11D:ベース基板、
21:N型半導体コンタクト層、
22:N型DBR(多層分布ブラッグ反射器)層、
23:P型半導体DBR層、
24:P型コンタクト層、
31:N型半導体スペーサ層、
32:P型半導体スペーサ層、
40:活性層、
50:酸化狭窄層、
60:絶縁膜、
70:絶縁層、
80:溝、
111:半絶縁性半導体層、
112:導電性半導体層、
911,911A,911B:カソード用電極、
921,921A,921B:アノード用電極、
912A,912A1,912A2,912B,912B1,912B2:カソード用パッド電極、
913A,913B:カソード配線電極、
922A,922B:アノード用パッド電極、
923A,923B:アノード用配線電極
10,10A,10A1,10A2,10A3,10B,10B1,10B2,10B3:垂直共振面発光レーザ、
11,11D:ベース基板、
21:N型半導体コンタクト層、
22:N型DBR(多層分布ブラッグ反射器)層、
23:P型半導体DBR層、
24:P型コンタクト層、
31:N型半導体スペーサ層、
32:P型半導体スペーサ層、
40:活性層、
50:酸化狭窄層、
60:絶縁膜、
70:絶縁層、
80:溝、
111:半絶縁性半導体層、
112:導電性半導体層、
911,911A,911B:カソード用電極、
921,921A,921B:アノード用電極、
912A,912A1,912A2,912B,912B1,912B2:カソード用パッド電極、
913A,913B:カソード配線電極、
922A,922B:アノード用パッド電極、
923A,923B:アノード用配線電極
本発明は、複数の垂直共振面発光レーザを備えた垂直共振面発光レーザに関する。
現在、半導体レーザの一種として、垂直共振面発光レーザ(VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER))が実用化されている。
垂直共振面発光レーザの概略的な構造は、例えば特許文献1に示すように、裏面にカソード電極が形成されたN型半導体からなるベース基板の上層に、第1DBR(多層分布ブラッグ反射器)層が形成されている。第1DBR(多層分布ブラッグ反射器)層の上層には第1スペーサ層が形成されている。第1スペーサ層の上層には、量子井戸を備える活性層が形成されている。活性層の上層には、第2スペーサ層が形成されている。第2スペーサ層の上層には、第2DBR層が形成されている。第2DBR層の上層には、アノード電極が形成されている。そして、アノード電極とカソード電極間に駆動信号を印加することで、基板に垂直な(積層方向に平行な)方向へ鋭い指向性を有するレーザ光が発生する。
このような垂直共振面発光レーザを複数個備えてアレイ化する場合、例えば、上述の構造からなる個々の垂直共振面発光レーザを、別の回路基板にそれぞれ実装する構造と、ベース基板を共通化する構造とが考えられる。
上述の個別に形成した垂直共振面発光レーザを別の回路基板に実装する場合、構造が大型化してしまう。
一方、単一のベース基板にした場合、上述のように、ベース基板をN型半導体基板にし、当該ベース基板を挟んで活性層と反対側の面にカソード電極を形成した場合、各垂直共振面発光レーザに与える各駆動信号が、N型半導体基板内に漏洩してしまい、互いの駆動信号間でクロストークが発生し、各垂直共振面発光レーザ間で十分にアイソレーションをとることができない。
この発明の目的は、単一のベース基板に複数の垂直共振面発光レーザを形成しながら、各垂直共振面発光レーザ間のアイソレーションを確保できる垂直共振面発光レーザを実現することにある。
この発明の垂直共振面発光レーザは、ベース基板と、該ベース基板の表面に形成されたN型半導体多層膜反射層、量子井戸を備える活性層、P型半導体多層膜反射層を含む発光領域多層部と、P型半導体多層膜反射層に接続されるアノード用電極と、N型半導体多層膜反射層に接続されるカソード用電極と、を備える。ベース基板は、少なくとも発光領域多層部側の所定厚みが半絶縁性半導体からなる。カソード用電極は、ベース基板の表面側に形成されている。発光領域多層部、アノード用電極、カソード用電極からなる発光素子構成要素の組は、ベース基板に複数形成されている。そして、該複数の発光素子構成要素は個別に分離されており、各発光素子構成要素はそれぞれ独立に駆動される。
この構成では、ベース基板が半絶縁性半導体であり、各発光素子構成要素は個別に分離されており、それぞれ独立に駆動される。これにより、単一のベース基板に複数の発光素子構成要素が形成されていても、各発光素子構成要素は電気的に分離され、互いの駆動信号のクロストークが発生しない。
また、この発明の垂直共振面発光レーザは、複数の発光素子構成要素の間に空隙部を有しており、該空隙部は、ベース基板の表面から該ベース基板の内側まで窪む形状からなることが好ましい。
この構成では、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、次の構成であることが好ましい。アノード用電極に接続するアノード用パッド電極と、カソード用電極に接続するカソード用パッド電極とは、空隙部によって分割される発光素子構成要素毎に備えられている。アノード用パッド電極とカソード用パッド電極は、ベース基板の表面における発光領域多層部、アノード用電極およびカソード用電極と異なる領域に配設された絶縁層の表面に形成されている。
この構成では、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、次の構成であることが好ましい。隣り合う発光素子構成要素は、アノード用パッド電極同士が隣り合うか、もしくはカソード用電極パッド同士が隣り合うように、ベース基板の表面側に配置されている。
この構成では、隣り合う発光素子構成要素において、パッド電極間での電気的な結合を抑制することができる。これにより、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、次の構成であることが好ましい。カソード用パッド電極は、二個備えられている。該二個のカソード用パッド電極は、絶縁層の表面に、アノード用パッド電極を挟むように配置されている。
この構成では、隣り合う発光素子構成要素において、カソード用パッド電極が必ず隣り合う。これにより、隣り合う発光素子構成要素においてパッド電極間での電気的な結合が抑制され、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、アノード用パッド電極とカソード用パッド電極の少なくとも一部を除く形状で絶縁膜が形成されていることが好ましい。
この構成では、絶縁膜により、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、空隙部は、アノード用電極側からベース基板側に向かって、隣り合う発光素子構成要素間の幅が狭くなるテーパ形状からなることが好ましい。
この構成では、空隙部の具体的な形状を示している。このような構成により、空隙部を形成しやすい。また、絶縁膜を形成する場合に、絶縁膜を形成しやすい。
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、ベース基板の半絶縁性半導体の抵抗率は、1.0×107Ω・cm以上であることが好ましい。
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、隣り合う発光素子構成要素の近接する電極の間隔が0.5μm以上であることが好ましい。
これらの構成では、各発光素子構成要素がより確実に電気的に分離される。
また、この発明の垂直共振面発光レーザでは、次の構成とすることもできる。ベース基板は、発光素子構成要素側の表面から所定厚みが半絶縁性半導体である。半絶縁性半導体の発光素子構成要素と反対側には、N型半導体基板が配置されている。
この構成では、上述の複数の発光素子構成要素間の電気的分離を実現しながら、ベース基板に起因する結晶欠落による不良の発生を抑制することができる。
この発明によれば、単一のベース基板に複数の垂直共振面発光レーザを形成しながら、各垂直共振面発光レーザ間のアイソレーションを確保することができる。
本発明の第1の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ(VCSEL)について、図を参照して説明する。以下では、垂直共振面発光レーザをVCSELと称する。図1は本発明の第1の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ1の部分平面図である。図2は本発明の第1の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ1を構成する1個の垂直共振面発光レーザ10のA−A’面断面図である。図3は本発明の第1の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ1のB−B’面断面図である。なお、図1、図3では、2個の垂直共振面発光レーザ10A,10Bのみが記載されているが、VCSEL1を構成する垂直共振面発光レーザの個数はこれに限るものではない。
VCSEL1は、複数の垂直共振面発光レーザを備えている。すなわち、アレイ化されており、複数の垂直共振面発光レーザはそれぞれ独立に駆動する。複数の垂直共振面発光レーザ10A,10Bは、単一のベース基板11の表面にそれぞれ形成されている。
ベース基板11は、半絶縁性半導体からなり、具体的には、GaAsを材料とする基板からなる。ベース基板11は、抵抗率が1.0×107Ω・cm以上であることが好ましい。このような抵抗率の半絶縁性半導体からなるベース基板11を用いることにより、後述する垂直共振面発光レーザ10A,10B間のアイソレーションをより高く確保することができる。
ベース基板11の表面には、N型半導体コンタクト層21が積層形成されている。N型半導体コンタクト層21は、N型導電性を有する化合物半導体からなる。
N型半導体コンタクト層21の表面には、N型DBR(多層分布ブラッグ反射器)層22が積層形成されている。N型半導体DBR(多層分布ブラッグ反射器)層22は、AlGaAs材料からなり、Gaに対するAlの組成比率が異なる層を複数層積層してなる。このような層構成により所定周波数のレーザ光を発生するための第1の反射器を形成する。なお、N型半導体DBR層は、N型半導体コンタクト層を兼ねていてもよい。すなわち、N型半導体コンタクト層は必須ではない。
N型半導体DBR層22の表面には、垂直共振面発光レーザ10A,10B毎に、N型半導体クラッド層31が積層形成されている。各垂直共振面発光レーザ10A,10BのN型半導体クラッド層31は、N型半導体DBR層22の表面において、所定距離を離間して形成されている。N型半導体クラッド層31もAlGaAs材料からなる。
各N型半導体クラッド層31の表面には、活性層40が形成されている。活性層40は、GaAs材料とAlGaAs材料からなる。AlGaAs層をバンドギャップの高い光閉じ込め層とし、その間に挟まれるようにGaAs層を形成する。このような構成により、活性層40には、バンドギャップの高い光閉じ込め層に挟まれた単一もしくは複数の量子井戸を有する層となる。
各活性層40の表面には、P型半導体クラッド層32が形成されている。P型半導体クラッド層32もAlGaAs材料からなる。
P型半導体クラッド層32の表面には、P型半導体DBR層23が形成されている。P型半導体DBR層23は、AlGaAs材料からなり、Gaに対するAlの組成比率が異なる層を複数層積層してなる。このような層構成により所定周波数のレーザ光を発生するための第2の反射器を形成する。P型半導体DBR層23は、N型半導体DBR層31に対して反射率が若干低くなるように形成されている。ここでは、活性層を挟むように半導体クラッド層を設けたが、この構成に限るものではない。共振を発生させるような膜厚の層を活性層に設けてもよい。
P型半導体クラッド層32とP型半導体DBR層23との境界面には、酸化狭窄層50が形成されている。酸化狭窄層50は、AlGaAs材料からなり、Gaに対するAlの組成比率が他の各層よりも高く設定されている。酸化狭窄層50は、P型半導体クラッド層32とP型半導体DBR層23と境界面の全面に形成されているわけでなく、形成領域の略中央に所定の面積で非形成部が存在する。
P型半導体DBR層23の表面には、P型半導体コンタクト層24が積層形成されている。P型半導体コンタクト層24は、P型導電性を有する化合物半導体からなる。なお、P型半導体DBR層は、P型半導体コンタクト層を兼ねていてもよい。すなわち、P型半導体コンタクト層は必須ではない。
これら、N型半導体コンタクト層21、N型半導体DBR層22、N型半導体クラッド層31、活性層40、P型半導体クラッド層32、P型半導体DBR層23、P型半導体コンタクト層24によって、本発明の「発光領域多層部」が構成される。
このような構成において、光定在波分布の中心の腹の位置に1つの発光スペクトルピーク波長を有する、複数の量子井戸が配置されるように、各層の厚み、Gaに対するAlの組成比率を設定する。これにより、各発光領域多層部が垂直共振面発光レーザの発光部として機能する。さらに、上述の酸化狭窄層50を備えることで、電流を活性領域に効率良く注入できるとともに、レンズ効果も得られるため、低消費電力の垂直共振面発光レーザを実現できる。
P型コンタクト層24の表面には、アノード用電極921(921A,921B)が形成されている。アノード用電極921(921A,921B)は、図1に示すように平面視して環状の電極である。なお、アノード用電極は必ずしも環状である必要はなく、例えば環状の一部が開いたC型の形状や矩形状であってもよい。
N型半導体コンタクト層21の表面には、垂直共振面発光レーザ10A,10B毎に、N型半導体DBR層22が形成されていない領域が設けられている。これらの領域は、N型半導体DBR層22におけるN型半導体クラッド層31が積層形成される領域の近傍に、形成されている。
これらの領域には、垂直共振面発光レーザ10A,10B毎にカソード用電極911(911A,911B)が形成されている。カソード用電極911(911A,911B)は、N型半導体コンタクト層21に導通するように形成されている。カソード用電極911(911A,911B)は、図1に示すように平面視して、円弧状の電極である。
ベース基板11の表面側には、カソード用電極911(911A,911B)、アノード用電極921(921A,921B)の少なくとも一部を被覆せず、他の発光領域多層部を構成する各構成要素の外面を覆うように、絶縁膜60が形成されている。絶縁膜60は、例えば窒化ケイ素(SiNx)を材料として形成されている。
N型半導体DBR層22におけるN型半導体クラッド層31が形成される領域の近傍には、絶縁膜60の表面に、絶縁層70が積層形成されている。絶縁層70は、例えばポリイミドを材料として形成されている。
絶縁層70の表面には、カソード用パッド電極912(912A,912B)、およびアノード用パッド電極922(922A,922B)が離間して形成されている。絶縁層70Aは、垂直共振面発光レーザ10Aの発光領域多層部付近に形成されている。絶縁層70Aの表面には、カソード用パッド電極912A、およびアノード用パッド電極922Aが離間して形成されている。絶縁層70Bは、垂直共振面発光レーザ10Bの発光領域多層部付近に形成されている。絶縁層70Bの表面には、カソード用パッド電極912B、およびアノード用パッド電極922Bが離間して形成されている。
カソード用パッド電極912Aは、カソード配線電極913Aを介して、カソード用電極911Aに接続されている。カソード用パッド電極912Bは、カソード用配線電極913Bを介して、カソード用電極911Bに接続されている。
アノード用パッド電極922Aは、アノード用配線電極923Aを介して、アノード用電極921Aに接続されている。アノード用パッド電極922Bは、アノード用配線電極923Bを介して、アノード用電極921Bに接続されている。
さらに、本実施形態の構成では、図2、図3に示すように、絶縁膜60、N型半導体DBR層22、およびN型半導体コンタクト層21を、積層方向に貫通し、ベース基板11の表面から所定深さで凹む形状で、溝80が形成されている。溝80は、それぞれに垂直共振面発光レーザ10A,10Bを構成する発光領域多層部およびこの発光領域多層部に接続するアノードとカソードとを形成する電極を、各垂直共振面発光レーザ10A,10B毎に分離する形状で形成されている。この溝80と、各垂直共振面発光レーザ10A,10Bを構成する各発光領域多層部およびアノード、カソードがそれぞれ所定距離をもって離間される空間とにより、本発明の「空隙部」が構成される。
このような構成とすることで、各垂直共振面発光レーザ10A,10Bは個別に分離される。すなわち、各垂直共振面発光レーザ10A,10Bのアノード、カソード間に駆動信号を印加しても、空隙部と半絶縁性半導体のベース基板11によって、隣り合う発光領域多層部同士での駆動信号の漏洩が抑制される。これにより、単一のベース基板11に複数の垂直共振面発光レーザ10A,10Bをアレイで構成するVCSEL1を形成しても、隣り合う垂直共振面発光レーザ間でのアイソレーションを高くすることができる。したがって、隣り合う垂直共振面発光レーザ間での駆動信号によるクロストークを抑圧でき、各垂直共振面発光レーザの高速変調駆動を実現することができる。
この際、アレイ化される複数の垂直共振面発光レーザが単一のベース基板11上に形成されるので、VCSELアレイとしての構造が簡素化し、小型化が可能になる。さらに、このように、隣り合う垂直共振面発光レーザ間でのアイソレーションを高く確保することができるので、隣り合う垂直共振面発光レーザ10間の距離を短くすることができる。例えば、発明者が行った実験結果では、従来に比べて、垂直共振面発光レーザ10間の距離を半分程度にできることが分かった。これにより、VCSEL1を小型化することができる。
なお、上述のようにベース基板11を半絶縁性半導体にすることで、上述の作用効果を得ることができるが、上述の溝80を設けることで、隣り合う垂直共振面発光レーザ間でのアイソレーションをさらに高く確保することができる。
また、上述のように、絶縁層70を設けて、各垂直共振面発光レーザのカソード用パッド電極912とアノード用パッド電極922とを、N型半導体DBR層22から離間することで、隣り合う垂直共振面発光レーザ間でのアイソレーションをさらに高く確保することができる。
このような構造からなる垂直共振面発光レーザ1は、例えば、次のように製造する。なお、以下では、主として、1つの垂直共振面発光レーザの形成例を示すが、ベース基板11の表面に形成される複数の垂直共振面発光レーザが、同じ工程で同時に形成される。
まず、ベース基板11の表面に、上述のN型半導体コンタクト層21、N型半導体DBR層22、N型半導体クラッド層31、活性層40、P型半導体クラッド層32、P型半導体DBR層23、P型半導体コンタクト層24を、この順に積層形成する。
次に、それぞれの垂直共振面発光レーザ10A,10Bの発光領域多層部を構成する部分を除き、P型半導体コンタクト層24、P型半導体DBR層23、P型半導体クラッド層32、活性層40、N型半導体クラッド層31を、順次所定のパターンでエッチングする。このエッチングする領域では、N型半導体DBR層22の表面まで、エッチングを行う。これにより、N型半導体コンタクト層21、N型半導体DBR層22を除く垂直共振面発光レーザ10A,10Bの発光領域多層部が所定距離離間するように分離される。
N型半導体DBR層22の表面が露出した領域における発光領域多層部に近接する位置をエッチングすることで、N型半導体コンタクト層21を露出させる。このN型半導体コンタクト層21を露出させた領域に、カソード用電極911を形成する。
また、エッチングしなかった発光領域多層部のP型コンタクト層24の表面にアノード用電極921を形成する。
ベース基板11の表面側に、カソード用電極911、アノード用電極921の表面をのぞき、絶縁膜60を形成する。
絶縁膜60の表面の発光領域多層部に近接する領域に絶縁層70を形成する。
絶縁層70の表面に、カソード用パッド電極912とアノード用パッド電極922とを、形成する。
カソード用電極911とカソード用パッド電極912とを接続するカソード用配線電極913を形成する。アノード用電極921とアノード用パッド電極912とを接続するアノード用配線電極923を形成する。
隣り合う垂直共振面発光レーザの領域を分割するように、絶縁層60、N型半導体DBR層22、N型半導体コンタクト層21を貫通し、ベース基板11の表面から内部へ所定深さで凹む形状の溝80を形成する。
このような製造工程によって、VCSEL1が形成される。なお、エッチングによって、垂直共振面発光レーザ間に生じる空隙部の幅が、P型コンタクト層24側で広く、N型コンタクト層21側に向かって徐々に狭くなるようにするとよい。すなわち、空隙がテーパ状であるとよい。このような構成とすることで、発光領域多層部の側面に対する絶縁層60の被覆性が向上し、発光領域多層部間のアイソレーションを、さらに高く確保することができる。
次に、本発明の第2の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ(VCSEL)について、図を参照して説明する。図4は本発明の第2の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ1Aのカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極が形成された領域の断面図である。
本実施形態のVCSEL1Aは、第1の実施形態に示したVCSEL1に対して、絶縁膜600を追加したものである。他の構成は、第1の実施形態に示したVCSEL1と同じである。したがって、異なる箇所のみを説明する。
絶縁膜600は、第1の実施形態に示した絶縁膜60と同じく窒化ケイ素等からなり、溝80の内表面を含む、ベース基板11の発光領域多層部側の表面を覆う形状からなる。ただし、カソード用パッド電極およびアノード用パッド電極の表面に対しては、ワイヤボンディング等によって外部素子と接続できる範囲で絶縁層600が形成されていない。
このような構成とすることで、溝80を介して対向するN型半導体コンタクト層21およびN型半導体DBR層22の表面(溝80の内表面)も絶縁層600で覆われる。これにより、溝80を介して隣り合う垂直共振面発光レーザ10A1,10B1間のアイソレーションをさらに高く確保することができる。
次に、第3の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ(VCSEL)について、図を参照して説明する。図5は、本発明の第3の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ1Bの部分平面図である。
本実施形態のVCSEL1Bは、第1の実施形態に示したVCSEL1に対して、各垂直共振面発光レーザ10A2,10B2のカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極の配置パターンが異なる。他の構成は、第1の実施形態に示したVCSEL1と同じである。したがって、異なる箇所のみを説明する。
VCSEL1Bは、カソード用パッド電極およびアノード用パッド電極の配列方向に平行で、溝80を介して隣り合う垂直共振面発光レーザ10A2,10B2間で、同極のパッド電極が隣り合うように、配置されている。具体的な例としては、図5に示すように、垂直共振面発光レーザ10A2のアノード用パッド電極922Aと、垂直共振面発光レーザ10B2のアノード用パッド電極922Bとが隣り合うように配置されている。なお、図示しないが、垂直共振面発光レーザ10A2における垂直共振面発光レーザ10B2と反対側に配置された垂直共振面発光レーザは、垂直共振面発光レーザ10A2に対してカソード用パッド電極が隣り合うように配置されている。同様に、図示しないが、垂直共振面発光レーザ10B2における垂直共振面発光レーザ10A2と反対側に配置された垂直共振面発光レーザは、垂直共振面発光レーザ10B2に対してカソード用パッド電極が隣り合うように配置されている。
このように、隣り合う垂直共振面発光レーザ同士で同極パッド電極が隣り合うようにすることで、それぞれの垂直共振面発光レーザに対する駆動信号によるクロストークを、さらに抑圧することができる。
次に、第4の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ(VCSEL)について、図を参照して説明する。図6は、本発明の第4の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ1Cの部分平面図である。図7は、本発明の第4の実施形態に係る垂直共振面発光レーザのカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極が形成された領域の断面図である。
本実施形態のVCSEL1Cは、第1の実施形態に示したVCSEL1に対して、各垂直共振面発光レーザ10A3,10B3のカソード用パッド電極が2つ設けられた点が異なる。他の構成は、第1の実施形態に示したVCSEL1と同じである。したがって、異なる箇所のみを説明する。
垂直共振面発光レーザ10A3には、2つのカソード用パッド電極912A1,912A2が形成されている。カソード用パッド電極912A1,912A2は、それぞれカソード配線電極913A1,913A2を介して、カソード用電極911Aに接続されている。カソード用パッド電極912A1,912A2は、絶縁層70の表面において、垂直共振面発光レーザが配列する方向に平行に、アノード用パッド電極922Aを挟むように配置されている。
垂直共振面発光レーザ10B3には、2つのカソード用パッド電極912B1,912B2が形成されている。カソード用パッド電極912B1,912B2は、それぞれカソード配線電極913B1,913B2を介して、カソード用電極911Bに接続されている。カソード用パッド電極912B1,912B2は、絶縁層70の表面において、垂直共振面発光レーザが配列する方向に平行に、アノード用パッド電極922Bを挟むように配置されている。
このような構成とすることで、隣り合う垂直共振面発光レーザ10A3,10B3は、同極のカソード用パッド電極同士が隣り合うように、配置される。これにより、第3の実施形態と同様に、それぞれの垂直共振面発光レーザに対する駆動信号によるクロストークを、さらに抑圧することができる。
次に、第5の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ(VCSEL)について、図を参照して説明する。図8は、本発明の第5の実施形態に係る垂直共振面発光レーザのカソード用パッド電極およびアノード用パッド電極が形成された領域の断面図である。
本実施形態のVCSEL1Dは、第1の実施形態に示したVCSEL1に対して、ベース基板11Dの構造が異なる。他の構成は、第1の実施形態に示したVCSEL1と同じである。したがって、異なる箇所のみを説明する。
ベース基板11Dは、半絶縁性半導体層111と、N型半導体からなる導電性半導体層112とを備える。
ベース基板11Dの発光領域多層部が形成される面側の所定厚みの領域が、半絶縁性半導体層111からなる。導電性半導体層112は、半絶縁性半導体層111に対して、発光領域多層部が形成される面と反対側の面に形成されている。半絶縁性半導体111の厚みは、導電性半導体層112の厚みよりも薄い。
溝80は、少なくとも半絶縁性半導体層111に対して所定深さで凹む形状で形成されている。なお、溝80は、導電性半導体層112に係る深さであってもよい。
このような構成であっても、上述の各実施形態と同様の効果を得ることが可能である。さらに、ベース基板11Dの一部に、N型半導体の層を設けることで、結晶欠落の発生を、大幅に少なくすることができる。これにより、より信頼性の高いVCSELを形成することができる。
なお、上述の各実施形態では、絶縁層70を設ける例を示したが、省略することも可能である。ただし、絶縁層70を備えることで、カソード用パッド電極およびアノード用パッド電極に生じる寄生容量を抑圧することができる。これにより、隣り合う垂直共振面発光レーザ間のクロストークの発生を、より効果的に抑圧することができる。
また、上述の各実施形態では、具体的な数値例を示していないが、隣り合うアノード用の各電極とカソード用の各電極との間隔は、0.5μm以上であることが好ましい。このような条件を満たすことで、上述のクロストークの発生を効果的に抑圧することができる。
1,1A,1B,1C,1D:垂直共振面発光レーザ、
10,10A,10A1,10A2,10A3,10B,10B1,10B2,10B3:垂直共振面発光レーザ、
11,11D:ベース基板、
21:N型半導体コンタクト層、
22:N型DBR(多層分布ブラッグ反射器)層、
23:P型半導体DBR層、
24:P型コンタクト層、
31:N型半導体スペーサ層、
32:P型半導体スペーサ層、
40:活性層、
50:酸化狭窄層、
60:絶縁膜、
70:絶縁層、
80:溝、
111:半絶縁性半導体層、
112:導電性半導体層、
911,911A,911B:カソード用電極、
921,921A,921B:アノード用電極、
912A,912A1,912A2,912B,912B1,912B2:カソード用パッド電極、
913A,913B:カソード配線電極、
922A,922B:アノード用パッド電極、
923A,923B:アノード用配線電極
10,10A,10A1,10A2,10A3,10B,10B1,10B2,10B3:垂直共振面発光レーザ、
11,11D:ベース基板、
21:N型半導体コンタクト層、
22:N型DBR(多層分布ブラッグ反射器)層、
23:P型半導体DBR層、
24:P型コンタクト層、
31:N型半導体スペーサ層、
32:P型半導体スペーサ層、
40:活性層、
50:酸化狭窄層、
60:絶縁膜、
70:絶縁層、
80:溝、
111:半絶縁性半導体層、
112:導電性半導体層、
911,911A,911B:カソード用電極、
921,921A,921B:アノード用電極、
912A,912A1,912A2,912B,912B1,912B2:カソード用パッド電極、
913A,913B:カソード配線電極、
922A,922B:アノード用パッド電極、
923A,923B:アノード用配線電極
Claims (10)
- ベース基板と、
該ベース基板の表面に形成された、N型半導体多層膜反射層、量子井戸を備える活性層、P型半導体多層膜反射層をそれぞれ含む発光領域多層部と、
P型半導体多層膜反射層に接続されるアノード用電極と、
N型半導体多層膜反射層に接続されるカソード用電極と、を備え、
前記ベース基板は、少なくとも前記発光領域多層部側の所定厚みが半絶縁性半導体からなり、
前記カソード用電極は、前記ベース基板の表面側に形成されており、
前記発光領域多層部、前記アノード用電極、前記カソード用電極からなる発光素子構成要素の組は、前記ベース基板に複数形成されており、
前記複数の発光素子構成要素は個別に分離されており、前記複数の発光素子構成要素はそれぞれ独立に駆動する、垂直共振面発光レーザ。 - 前記複数の発光素子構成要素の間に空隙部を有しており、該空隙部は、前記ベース基板の表面から該ベース基板の内側まで窪む形状からなる、
請求項1に記載の垂直共振面発光レーザ。 - 前記アノード用電極に接続するアノード用パッド電極と、前記カソード用電極に接続するカソード用パッド電極とを、前記空隙部によって分割される前記発光素子構成要素毎に備え、
前記アノード用パッド電極と前記カソード用パッド電極は、前記ベース基板の表面における前記発光領域多層部、前記アノード用電極および前記カソード用電極と異なる領域に配設された絶縁層の表面に形成されている、
請求項1または請求項2に記載の垂直共振面発光レーザ。 - 隣り合う発光素子構成要素は、前記アノード用パッド電極同士が隣り合うか、もしくは前記カソード用電極パッド同士が隣り合うように、前記ベース基板の表面側に配置されている、請求項3に記載の垂直共振面発光レーザ。
- 前記カソード用パッド電極は、二個備えられており、
該二個のカソード用パッド電極は、前記絶縁層の表面に、前記アノード用パッド電極を挟むように配置されている、請求項3に記載の垂直共振面発光レーザ。 - 前記アノード用パッド電極と前記カソード用パッド電極の少なくとも一部を除く形状で絶縁膜が形成されている、
請求項3乃至請求項5のいずれかに記載の垂直共振面発光レーザ。 - 前記空隙部は、前記アノード用電極側から前記ベース基板側に向かって、隣り合う発光素子構成要素間の幅が狭くなるテーパ形状からなる、請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の垂直共振面発光レーザ。
- 前記ベース基板の半絶縁性半導体の抵抗率は、1.0×107Ω・cm以上である、請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の垂直共振面発光レーザ。
- 隣り合う発光素子構成要素の近接する電極の間隔は、0.5μm以上である、請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の垂直共振面発光レーザ。
- 前記ベース基板は、前記発光素子構成要素側の表面から所定厚みが前記半絶縁性半導体であり、
該半絶縁性半導体の前記発光素子構成要素と反対側には、N型半導体基板が配置されている、請求項1乃至請求項10のいずれかに記載の垂直共振面発光レーザ。
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151006 |
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A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151204 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20160308 |