WO2013176202A1 - 垂直共振面発光レーザ素子、垂直共振面発光レーザアレイ素子 - Google Patents

垂直共振面発光レーザ素子、垂直共振面発光レーザアレイ素子 Download PDF

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松原一平
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渡邊博
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    • H01S5/423Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity

Definitions

  • the present invention relates to a vertical cavity surface emitting laser element that irradiates laser light in a direction orthogonal to a mounting surface, and a vertical cavity surface emitting laser array element in which a plurality of such vertical cavity surface emitting laser elements are arranged.
  • a first DBR (multilayer distributed Bragg reflector) layer is formed on the upper layer of the base substrate.
  • a first spacer layer is formed above the first DBR (multilayer distributed Bragg reflector) layer.
  • An active layer including a quantum well is formed on the first spacer layer.
  • a second spacer layer is formed on the active layer.
  • a second DBR layer is formed on the second spacer layer.
  • An anode electrode is formed on the second DBR layer. Then, by applying a drive signal between the anode electrode and the cathode electrode conducting to the first DBR layer, laser light having sharp directivity is generated in a direction perpendicular to the substrate (parallel to the stacking direction).
  • the VCSEL element forms a laminated body by laminating the above-described layers on the surface of the base substrate, and irradiates laser light from the surface of the laminated body.
  • the VCSEL element is mounted on a mounting circuit board including an external circuit so that the base substrate side is in contact with the VCSEL element.
  • a die bond agent is applied in advance to the mounting position of the VCSEL element, and a vertical cavity surface emitting laser element is placed on the applied die bond agent.
  • the VCSEL element is mounted by the following process. First, the VCSEL element is picked up using a die collet or the like from an arrangement position before mounting (the surface of the dicing tape or the like). The VCSEL element is carried to the mounting position on the mounting circuit board while being picked up by the die collet. The VCSEL element is placed on the die bond agent by a die collet.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining problems that occur when a conventional VCSEL element is mounted on a mounting circuit board.
  • FIG. 8A is a diagram showing a pickup state of the VCSEL element when normal pickup is performed.
  • FIG. 8B is a diagram showing a mounting state of the VCSEL element on the mounting circuit board when normal pickup is performed.
  • FIG. 8C is a diagram showing a pickup state of the vertical cavity surface emitting laser element when it is picked up in an inclined state.
  • FIG. 8D is a diagram showing a mounting state of the VCSEL element on the mounting circuit board when it is picked up in an inclined state.
  • a pyramid collet that picks up a VCSEL element so that only the corners of the VCSEL element are in contact with each other is generally used as a die collet DC.
  • the bottom surface of the pickup part of the die collet DC, the light emitting surface of the VCSEL element 10P, and the mounting surface facing the light emitting surface are parallel.
  • the VCSEL element 10P is placed on the surface of the die bond agent DB, as shown in FIG. 8B, the mounting surface of the VCSEL element 10P and the mounting surface of the mounting circuit board PCB become parallel. Therefore, the laser light irradiation direction of the VCSEL element 10P is orthogonal to the mounting surface of the mounting circuit board PCB, and an ideal mounting state is obtained.
  • the VCSEL element 10P is picked up with the bottom surface of the pickup part of the die collet DC and the light emitting surface and mounting surface of the VCSEL element 10P having a predetermined inclination.
  • the VCSEL element 10P is placed on the surface of the die bond agent DB, the mounting surface of the VCSEL element 10P and the mounting surface of the mounting circuit board PCB are not parallel to each other as shown in FIG. 8D. .
  • the VCSEL element must be picked up so that the mounting surface of the VCSEL element is surely parallel to the mounting surface of the mounting circuit board.
  • an object of the present invention is to provide a vertical cavity surface emitting laser element and a vertical cavity surface emitting laser array element that are not damaged when a mounting type vertical cavity surface emitting laser element (VCSEL element) is mounted on a mounting circuit board.
  • VCSEL element vertical cavity surface emitting laser element
  • the vertical cavity surface emitting laser is mounted on an external circuit board by adsorbing the light emitting region multilayer portion side of the base substrate.
  • the formation region of the light emitting region multilayer portion is different from the adsorbed region when viewed from the surface side of the base substrate.
  • the suction jig when the vertical cavity surface emitting laser element is attracted to the suction jig, the suction jig can be prevented from coming into contact with the light emitting region multilayer portion formed by stacking the semiconductors in multiple layers.
  • the vertical cavity surface emitting laser element of the present invention preferably has the following configuration.
  • the base substrate has a first length in the first direction and a second length in a second direction substantially orthogonal to the first direction, the first length being longer than the second length.
  • the formation region of the light emitting region multilayer portion is arranged so as to be in contact with or separated from the adsorption region. It is arranged at a predetermined position along one direction.
  • This configuration shows a more specific structure of the vertical cavity surface emitting laser element.
  • the surface side is generally adsorbed. And implement.
  • the suction surface of the collet as a suction jig is in contact with the vertical cavity surface emitting laser element as much as possible on the surface side, and from the outer shape of the vertical cavity surface emitting laser element Is set so as not to become large.
  • the second length of the suction surface of the collet that is the suction jig Adsorption performance is good when matched with the length.
  • the vertical cavity surface emitting laser element of the present invention preferably has the following configuration.
  • the vertical cavity surface emitting laser element includes an anode pad electrode and a cathode pad electrode.
  • the anode pad electrode is formed on the light emitting region multilayer portion side of the base substrate, and is connected to the anode electrode.
  • the cathode pad electrode is formed on the light emitting region multilayer portion side of the base substrate, and is connected to the cathode electrode.
  • the anode pad electrode and the cathode pad electrode are arranged on the same side with respect to the light emitting region multilayer portion in the second direction.
  • anode pad electrode and the cathode pad electrode of the vertical cavity surface emitting laser element according to the present invention may be arranged along the first direction.
  • This configuration shows a specific arrangement example of the anode pad electrode and the cathode pad electrode.
  • This configuration also shows a specific arrangement example of the anode pad electrode and the cathode pad electrode.
  • the distance between the anode pad electrode and the cathode pad electrode along the first direction is constant.
  • the distance between the bonding positions on the vertical cavity surface emitting laser element side of wire bonding is constant, so that the wire bonding process and the wire bonding setting process can be simplified.
  • the vertical cavity surface emitting laser array element of the present invention includes a plurality of the vertical cavity surface emitting laser elements described above, and the light emitting region multilayer portions of the respective vertical cavity surface emitting laser elements are separated by a predetermined distance. Are arranged.
  • FIG. 1 is a plan view of a vertical cavity surface emitting laser device 10 according to a first embodiment of the present invention.
  • 1 is a cross-sectional view of the vertical cavity surface emitting laser device 10 according to the first embodiment of the present invention taken along the plane A-A ′.
  • FIG. 1 is a B-B ′ plane cross-sectional view of a vertical cavity surface emitting laser device 10 according to a first embodiment of the present invention. It is a top view of 1 A of vertical cavity surface emitting laser array elements which concern on the 2nd Embodiment of this invention. It is a top view of the vertical cavity surface emitting laser array element 1B which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.
  • the base substrate 11 is rectangular when viewed from the direction orthogonal to the base substrate 11, that is, from the surface side (in plan view).
  • the length (first length) of the rectangular base substrate 11 in the first direction is longer than the length (second length) in the second direction orthogonal to the first direction.
  • the N-type semiconductor contact layer 21 is laminated on the surface of the base substrate 11.
  • the N-type semiconductor contact layer 21 is made of a compound semiconductor having N-type conductivity.
  • An N-type semiconductor clad layer 31 is stacked on the surface of the N-type semiconductor DBR layer 22.
  • the N-type semiconductor clad layer 31 is formed in a partial region of the N-type semiconductor DBR layer 22 serving as a light emitting region described later. In other words, it is formed only in a partial region of the base substrate 11 in plan view.
  • the N-type semiconductor clad layer 31 is also made of an AlGaAs material.
  • a P-type semiconductor DBR layer 23 is formed on the surface of the P-type semiconductor clad layer 32.
  • the P-type semiconductor DBR layer 23 is made of an AlGaAs material, and is formed by laminating a plurality of layers having different composition ratios of Al to Ga.
  • a second reflector for generating laser light having a predetermined frequency is formed by such a layer structure.
  • the P-type semiconductor DBR layer 23 is formed so that the reflectance is slightly lower than that of the N-type semiconductor DBR layer 31.
  • the semiconductor clad layer is provided so as to sandwich the active layer, but the present invention is not limited to this configuration.
  • a layer having such a thickness as to generate resonance may be provided in the active layer.
  • a P-type semiconductor contact layer 24 is laminated on the surface of the P-type semiconductor DBR layer 23.
  • the P-type semiconductor contact layer 24 is made of a compound semiconductor having P-type conductivity. Note that the P-type semiconductor DBR layer may also serve as the P-type semiconductor contact layer. That is, the P-type semiconductor contact layer is not essential.
  • N-type semiconductor DBR layer 22, N-type semiconductor clad layer 31, active layer 40, P-type semiconductor clad layer 32, P-type semiconductor DBR layer 23, and P-type semiconductor contact layer 24 provide the “light emitting region multilayer portion” of the present invention. Is configured. A region on the base substrate 11 where the light emitting region multilayer portion is formed becomes a light emitting region 700. Laser light is emitted from the light emitting region multilayer portion.
  • the thickness of each layer and the composition ratio of Al to Ga are set so that a plurality of quantum wells having one emission spectrum peak wavelength are arranged at the antinode position in the center of the optical standing wave distribution.
  • the light emitting region multilayer portion functions as the light emitting portion of the VCSEL element 10.
  • An anode electrode 921 is formed on the surface of the P-type contact layer 24.
  • the anode electrode 921 is an annular electrode in plan view as shown in FIG.
  • the anode electrode does not necessarily have to be annular, and may be, for example, a C-shape or a rectangular shape with a part of the annular opening.
  • a region where the N-type semiconductor DBR layer 22 is not formed is provided on the surface of the N-type semiconductor contact layer 21. This region is formed at a position close to the light emitting region 700.
  • a cathode electrode 911 is formed.
  • the cathode electrode 911 is formed so as to be electrically connected to the N-type semiconductor contact layer 21.
  • the cathode electrode 911 is an arc-shaped electrode that conforms to the outer peripheral shape of the light emitting region 700 in plan view.
  • cathode pad electrodes 912A and 912B and an anode pad electrode 922 are formed apart from each other.
  • the cathode pad electrodes 912A and 912B and the anode pad electrode 922 are formed in regions that do not overlap the light emitting region 700 on the surface of the insulating film 60.
  • the cathode pad electrode 912A is connected to the cathode electrode 911 via the cathode wiring electrode 913A.
  • the cathode pad electrode 912B is connected to the cathode electrode 911 via the cathode wiring electrode 913B.
  • the anode pad electrode 922 is connected to the anode electrode 921 through the anode wiring electrode 923.
  • the light emitting region 700 is substantially in contact with the suction region 800 or separated by a predetermined distance on the one end side in the second direction from the suction region 800 in the second direction.
  • the cathode pad electrodes 912A and 912B and the anode pad electrode 922 are arranged at predetermined intervals in the first direction in the vicinity of one end in the second direction.
  • wire bonding connection is performed from one end side in the second direction to the external circuit board.
  • not all wires pass over the light emitting area 700. Thereby, it is possible to prevent the laser light irradiated from the light emitting region 700 in the direction orthogonal to the base substrate 11 from being reflected by the wire and lost.
  • FIG. 4 is a plan view of a vertical cavity surface emitting laser array element 1A according to the second embodiment of the present invention.
  • the VCSEL array element 1A of the present embodiment is obtained by forming VCSEL elements 10A1 and 10A2 having the same stacked structure as the VCSEL element 10 shown in the first embodiment on a single base substrate. Therefore, description of the structure along the stacking direction of the VCSEL elements 10A1 and 10A2 is omitted.
  • the anode electrode 9211 of the VCSEL element 10A1 and the anode electrode 9212 of the VCSEL element 10A2 are line symmetric with respect to the central axis.
  • the anode pad electrode 9221 of the VCSEL element 10A1 and the anode pad electrode 9222 of the VCSEL element 10A2 are line symmetric with respect to the central axis.
  • the anode wiring electrode 9231 of the VCSEL element 10A1 and the anode wiring electrode 9232 of the VCSEL element 10A2 are line symmetric with respect to the central axis.
  • the VCSEL elements 10A1 and 10A2 are arranged in a first line symmetrical with respect to the central axis so that the light emitting region 701A and the light emitting region 702A are not included in the adsorption region 800A. Arranging along the direction can prevent the VCSEL elements 10A1 and 10A2 from being damaged during mounting, as in the first embodiment.
  • the VCSEL array element 1B of the present embodiment has the same stacked structure as the VCSEL element 10 shown in the first embodiment, and the VCSEL elements 10B1 and 10B2 having different anode and cathode wiring patterns are formed on a single base substrate. It is formed above. Therefore, description of the structure along the stacking direction of the VCSEL elements 10B1 and 10B2 is omitted.
  • the VCSEL elements 10B1 and 10B2 are arranged at a predetermined interval along the first direction of the base substrate.
  • the VCSEL element 10B1 and the VCSEL element 10B2 have a substantially point-symmetric shape in plan view with the approximate center along the first direction and the center along the second direction of the base substrate 11 as a reference point.
  • FIG. 5 shows an example in which the VCSEL elements 10B1 and 10B2 are accurately point-symmetric with respect to the reference point, but it is not necessary to be exactly line-symmetric.
  • the VCSEL elements 10B1 and 10B2 may be arranged along the first direction so that the light emitting region 701B and the light emitting region 702B are not included in the adsorption region 800B.
  • the VCSEL array element 1C of this embodiment has the same stacked structure as the VCSEL element 10 shown in the first embodiment, and the VCSEL elements 10C1 and 10C2 having different anode and cathode wiring patterns are formed on a single base substrate. It is formed above. Therefore, description of the structure along the stacking direction of the VCSEL elements 10C1 and 10C2 is omitted.
  • the cathode electrode 9511 of the VCSEL element 10C1 and the cathode electrode 9512 of the VCSEL element 10C2 are point-symmetric with respect to the reference point.
  • the cathode pad electrodes 952A1 and 952B1 of the VCSEL element 10C1 and the cathode pad electrodes 952A2 and 952B2 of the VCSEL element 10C2 are point-symmetric with respect to the reference point, respectively.
  • the cathode wiring electrodes 953A1 and 953B1 of the VCSEL element 10C1 and the cathode wiring electrodes 953A2 and 953B2 of the VCSEL element 10C2 are point-symmetric with respect to the reference point.
  • the distance between the land positions on the side of the VCSEL elements 10C1 and 10C2 in wire bonding becomes constant. Therefore, the wire bonding process and the wire bonding setting configuration can be simplified, and the work load can be reduced. Further, the minimum size and the minimum interval of the pad electrodes are determined due to restrictions on wire bonding accuracy.
  • the chip size can be reduced by arranging them at a constant interval defined by the minimum size and the minimum interval.
  • the cathode pad electrodes 972A1 and 972B1 and the anode pad electrode 9821 of the VCSEL 10D1 are arranged along a direction that is not parallel to the first direction and the second direction but has a predetermined angle.
  • the cathode pad electrodes 972A2 and 972B2 and the anode pad electrode 9822 of the VCSEL 10D2 are arranged not in parallel to the first direction and the second direction but in a direction having a predetermined angle.
  • the arrangement direction of the cathode pad electrodes 972A2 and 972B2 and the anode pad electrode 9822 of the VCSEL 10D2 and the arrangement direction of the cathode pad electrodes 972A1 and 972B1 and the anode pad electrode 9821 of the VCSEL 10D1 are not parallel and are based on the central axis. It is in a line symmetric relationship.
  • the adsorption area 800D is an area where a flat collet is adsorbed as in the first embodiment described above, and the diameter of the adsorption area 800D is substantially equal to the second length of the VCSEL array element 1D.
  • the flat collet is set to be attached to the VCSEL array element 1D so that the center of the flat collet having such a shape coincides with the center in the first direction and the center in the second direction of the VCSEL array element 1D, As illustrated in FIG. 7, regions that are not included in the suction region 800 ⁇ / b> D are generated at both ends in the first direction.
  • the VCSEL elements 10D1 and 10D2 are arranged in a first line symmetrical with respect to the central axis so that the light emitting region 701D and the light emitting region 702D are not included in the adsorption region 800D. Arranging along the direction can prevent the VCSEL elements 10D1 and 10D2 from being damaged during mounting, as in the above-described embodiment.
  • an electrode pattern is formed in the above-described adsorption region, a step is generated by the electrode thickness between the electrode pattern formation region and the region where the electrode pattern is not formed.
  • the electrode pattern is thin, even if there is a step due to the electrode pattern, adsorption is possible.
  • an insulating film for planarization may be formed only in the adsorption region. Thereby, adsorptivity can further be improved.
  • 1A, 1B, 1C, 1D vertical cavity surface emitting laser array element, 10, 10A1, 10A2, 10B1, 10B2, 10C1, 10C2, 10D1, 10D2: vertical cavity surface emitting laser elements, 11: Base substrate, 21: N-type semiconductor contact layer, 22: N-type DBR (multilayer distributed Bragg reflector) layer, 23: P-type semiconductor DBR layer, 24: P-type contact layer, 31: N-type semiconductor clad layer, 32: P-type semiconductor clad layer, 40: active layer, 50: oxidation constriction layer, 60: Insulating film 700, 701A, 702A, 701B, 702B, 701C, 702C, 701D, 702D: light emitting region, 800, 800A, 800B, 800C, 800D: adsorption area, 911A, 911B, 9111, 9112, 9311, 9312, 9511, 9512, 95711, 9712: cathode electrodes, 921, 9211, 9212, 94

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Abstract

垂直共振面発光レーザ素子(10)の表面には、カソード用電極(911)、カソード用パッド電極(912A,912B)、カソード用配線電極(913A,913B)、アノード用電極(921)、アノード用パッド電極(922)、アノード用配線電極(923)が配置されている。アノード用電極(921)の直下には、活性層をクラッド層およびDBR層で挟持した構成の発光領域多層部が形成されている。この発光領域多層部が形成されている領域が発光領域(700)となる。発光領域(700)は、第1の方向に対して、平コレットが吸着する吸着領域(800)よりも第1の方向の一方端側に、吸着領域(800)に略接するもしくは所定距離だけ離間するように配置される。

Description

垂直共振面発光レーザ素子、垂直共振面発光レーザアレイ素子
 本発明は、実装面に対して直交する方向へレーザ光を照射する垂直共振面発光レーザ素子、および、このような垂直共振面発光レーザ素子を複数配列した垂直共振面発光レーザアレイ素子に関する。
 現在、半導体レーザの一種として、垂直共振面発光レーザ素子(VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER))が実用化されている。以下、垂直共振面発光レーザ素子を「VCSEL素子」と称する。
 VCSEL素子の概略的な構造は、例えば特許文献1に示すように、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、第1DBR層に導通する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。
 このように、VCSEL素子は、ベース基板の表面に、上述の各層を積層して積層体を形成し、当該積層体の表面からレーザ光を照射する。そして、VCSEL素子は、外部回路を備えた実装回路基板上に、ベース基板側が当接するように実装される。
 このため、VCSEL素子を実装回路基板に実装する場合、VCSEL素子の実装位置にダイボンド剤を予め塗布しておき、塗布されたダイボンド剤上に、垂直共振面発光レーザ素子を載置する。
 この際、VCSEL素子は、次の工程により、実装される。まず、VCSEL素子は、実装前の配置位置(ダイシングテープの表面等)からダイコレット等を用いてピックアップされる。VCSEL素子は、ダイコレットにピックアップされた状態のまま、実装回路基板上の実装位置まで運ばれる。VCSEL素子は、ダイコレットによって、ダイボンド剤上に載置される。
特開2007-250669号公報
 図8は、従来のVCSEL素子を実装回路基板に実装する際に生じる問題点を説明するための図である。図8(A)は正常なピックアップが行われた場合のVCSEL素子のピックアップ状態を示す図である。図8(B)は正常なピックアップが行われた場合のVCSEL素子の実装回路基板への実装状態を示す図である。図8(C)は傾いた状態でピックアップされた場合の垂直共振面発光レーザ素子のピックアップ状態を示す図である。図8(D)は傾いた状態でピックアップされば場合のVCSEL素子の実装回路基板への実装状態を示す図である。
 図8(A),(C)に示すように、従来は、VCSEL素子の角のみが接触するようにして、VCSEL素子をピックアップする角錐コレットが、ダイコレットDCとして一般的に用いられている。
 ダイコレットDCは、VCSEL素子10Pの発光面側において、当該発光面に直交する方向から近づき、VCSEL素子10Pを、発光面側から吸着する。この際、ダイコレットDCが角錐コレットであり、VCSEL素子10Pの角部に接触して、当該VCSEL素子10Pをピックアップする構造であるので、VCSEL素子10Pの発光面とダイコレットDCのピックアップ部の底面との間に空間が生じる。
 正常なピックアップが行われた場合、図8(A)に示すように、ダイコレットDCのピックアップ部の底面と、VCSEL素子10Pの発光面および当該発光面に対向する実装面は平行である。この場合、VCSEL素子10Pを、ダイボンド剤DBの表面に載置すれば、図8(B)に示すように、VCSEL素子10Pの実装面と、実装回路基板PCBの実装面とは平行になる。したがって、VCSEL素子10Pのレーザ光の照射方向は、実装回路基板PCBの実装面と直交し、理想的な実装状態となる。
 一方、図8(C)に示すように、ダイコレットDCのピックアップ部の底面と、VCSEL素子10Pの発光面や実装面とが、所定の傾きを持った状態でVCSEL素子10Pをピックアップしてしまう場合がある。この場合、VCSEL素子10Pをダイボンド剤DBの表面に載置してしまうと、図8(D)に示すように、VCSEL素子10Pの実装面と、実装回路基板PCBの実装面とは平行にならない。したがって、VCSEL素子10Pのレーザ光の照射方向は、実装回路基板PCBの実装面と直交せず、実装面に直交する方向を伝送方向とするように、光ファイバーケーブル等の導波路を設置した場合、伝送損失が生じてしまう。
 このため、VCSEL素子の実装面が実装回路基板の実装面に対して確実に平行になるように、VCSEL素子をピックアップしなければならない。
 このような問題を解決する方法として、VCSEL素子の発光面側にピックアップ面が当接する平コレットを、ダイコレットDCとして用いる手法がある。
 しかしながら、VCSEL素子の発光部は衝撃によって結晶欠落が生じやすく、ダイコレットDCとして平コレットを用いた場合、ダイコレットDCが当該発光部に接触して、垂直共振面発光レーザ素子が破損しやすい、という問題がある。
 したがって、本発明の目的は、実装型の垂直共振面発光レーザ素子(VCSEL素子)を実装回路基板に実装する時に破損が発生しない垂直共振面発光レーザ素子および垂直共振面発光レーザアレイ素子を提供することにある。
 この発明の垂直共振面発光レーザ素子は、次の特徴を有する。垂直共振面発光レーザ素子は、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。垂直共振面発光レーザは、ベース基板の表面側から見て、ベース基板よりも狭い領域で少なくともN型半導体多層膜反射層以上の層を含んでおりレーザ光を発光する発光領域多層部を形成している。垂直共振面発光レーザは、ベース基板の発光領域多層部側が吸着されて外部回路基板に実装される。垂直共振面発光レーザは、ベース基板の表面側から見て、発光領域多層部の形成領域と吸着される領域とが異なる。
 この構成では、垂直共振面発光レーザ素子が吸着治具に吸着される際に、当該吸着治具が半導体を多層積層してなる発光領域多層部に接触することを防止できる。
 また、この発明の垂直共振面発光レーザ素子は、次の構成であることが好ましい。ベース基板は、第1方向に第1の長さを有し、該第1方向と略直交する第2方向に第2の長さを有し、第1の長さは第2の長さよりも長く、吸着領域が第1方向および第2方向の両方において第2の長さと略同じである場合に、発光領域多層部の形成領域は、吸着領域に接するもしくは離間するように、吸着領域の第1方向に沿った所定位置に配置されている。
 この構成では、垂直共振面発光レーザ素子のより具体的な構造を示している。通常、実装型部品を実装する場合、特に、当該発明の垂直共振面発光レーザ素子のように、外形形状が小さく、底面側を実装するような実装型部品の場合、一般的に表面側を吸着して実装する。この際、吸着性能を向上させるため、吸着治具であるコレットの吸着面は、垂直共振面発光レーザ素子に対して、表面側にできる限り当接し、且つ、垂直共振面発光レーザ素子の外形よりも大きくならないように設定する。
 したがって、第1方向の長さ(第1の長さ)よりも第2方向の長さ(第2の長さ)が短い場合、第2の長さが吸着治具であるコレットの吸着面の長さに一致するようにすると、吸着性能がよい。
 このような場合に、この構成を用いれば、コレットの吸着面の全面が垂直共振面発光レーザ素子の表面に当接するようにしても、コレットが発光領域多層部に接触することを防止できる。
 また、この発明の垂直共振面発光レーザ素子は、次の構成であることが好ましい。垂直共振面発光レーザ素子は、アノード用パッド電極とカソード用パッド電極とを備える。アノード用パッド電極は、ベース基板の発光領域多層部側に形成され、アノード用電極に接続する。カソード用パッド電極は、ベース基板の発光領域多層部側に形成され、カソ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パッド電極は、第2方向に沿って、発光領域多層部に対して同じ側に配置されている。
 この構成では、アノード用パッド電極とカソード用パッド電極が、発光領域に対して、同じ側に配置されるので、当該アノード用パッド電極とカソード用パッド電極を用いてワイヤボンディングで外部回路基板に接続する場合に、アノード用パッド電極とカソード用パッド電極で同じように、発光領域から離間する方向へワイヤボンディングを行えば、平面視して発光領域にワイヤが重なることを防止でき、レーザ光がワイヤに当たることを防止できる。
 また、この発明の垂直共振面発光レーザ素子のアノード用パッド電極とカソード用パッド電極は、第1方向に沿って配列して配置されていてもよい。
 この構成では、アノード用パッド電極とカソード用パッド電極との具体的な配置例を示している。
 また、この発明の垂直共振面発光レーザ素子では、カソード用パッド電極は2個であり、これら2個のカソード用パッド電極は、ベース基板の表面側から見て、アノード用パッド電極を挟む位置に、形成されていてもよい。
 この構成でも、アノード用パッド電極とカソード用パッド電極との具体的な配置例を示している。
 また、この発明の垂直共振面発光レーザ素子は、アノード用パッド電極とカソード用パッド電極との第1方向に沿った間隔が一定であることが好ましい。
 この構成では、ワイヤボンディングの垂直共振面発光レーザ素子側のボンディング位置の間隔が一定となるので、ワイヤボンディング工程およびワイヤボンディング設定工程を単純化できる。
 また、この発明の垂直共振面発光レーザアレイ素子は、上述のいずれかに記載の垂直共振面発光レーザ素子を複数備え、各垂直共振面発光レーザ素子の各発光領域多層部がそれぞれ所定距離で離間して配置されている。
 この構成では、上述の垂直共振面発光レーザ素子を複数配列した垂直共振面発光レーザアレイ素子の構成例を示している。上述のように、垂直共振面発光レーザ素子が故障せず信頼性の高い状態で配列されているので、垂直共振面発光レーザアレイ素子としても、故障が無く信頼性が高い。
 この発明によれば、製造時に破損する可能性が大幅に少なく、且つ垂直共振面発光レーザ素子のレーザ照射方向が実装回路基板に確実に直交するように実装することができる。これにより、信頼性の高い垂直共振面発光レーザ素子を搭載した電子部品を実現することができる。
本発明の第1の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ素子10の平面図である。 本発明の第1の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ素子10のA-A’面断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ素子10のB-B’面断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る垂直共振面発光レーザアレイ素子1Aの平面図である。 本発明の第3の実施形態に係る垂直共振面発光レーザアレイ素子1Bの平面図である。 本発明の第4の実施形態に係る垂直共振面発光レーザアレイ素子1Cの平面図である。 本発明の第5の実施形態に係る垂直共振面発光レーザアレイ素子1Dの平面図である。 従来のVCSEL素子を実装回路基板に実装する際に生じる問題点を説明するための図である。
 本発明の第1の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ素子(VCSEL素子)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素子を「VCSEL素子」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素子10の平面図である。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素子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素子10のB-B’面断面図である。
 VCSEL素子10は図1、図2、図3に示す構造を有するヘテロ接合型の半導体からなる。垂直共振面発光レーザ10は、GaAsを材料とするベース基板20を備える。
 ベース基板11は、半絶縁性半導体もしくはN型半導体の導電性半導体からなり、例えば具体的には、GaAsを材料とする基板からなる。なお、ベース基板11を半絶縁性半導体基板にする場合、抵抗率が1.0×10Ω・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、後述する複数のVCSEL素子を単一のベース基板上に配列して形成する場合に、VCSEL素子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は、当該ベース基板11に直交する方向、すなわち表面側から見て(平面視して)、矩形である。矩形からなるベース基板11の第1方向の長さ(第1の長さ)は、当該第1方向に直交する第2方向の長さ(第2の長さ)よりも長い。
 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、N型半導体クラッド層31が積層形成されている。N型半導体クラッド層31は、後述する発光領域となるN型半導体DBR層22の一部の領域に形成されている。言い換えれば、ベース基板11を平面視した一部の領域にのみ形成されている。N型半導体クラッド層31もAlGaAs材料からなる。
 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。そして、この発光領域多層部が形成されるベース基板11上の領域が発光領域700となる。この発光領域多層部において、レーザ光が発光する。
 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とで、発光領域多層部がVCSEL素子10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VCSEL素子を実現できる。
 P型コンタクト層24の表面には、アノード用電極921が形成されている。アノード用電極921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、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。この領域は、発光領域700に近接した位置に形成されている。
 この領域には、カソード用電極911が形成されている。カソード用電極911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は、図1に示すように平面視して、発光領域700の外周形状に沿うような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、アノード用電極921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。
 絶縁膜60の表面には、カソード用パッド電極912A、912B、および、アノード用パッド電極922が離間して形成されている。カソード用パッド電極912A、912B、およびアノード用パッド電極922は、絶縁膜60表面における発光領域700と重ならない領域に形成されている。
 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911に接続されている。カソード用パッド電極912Bは、カソード配線電極913Bを介して、カソード用電極911に接続されている。アノード用パッド電極922は、アノード用配線電極923を介して、アノード用電極921に接続されている。
 そして、図1に示すように、本実施形態のVCSEL素子10の発光領域700は、第1方向に沿った一方端に近い位置に配置されている。また、発光領域700は、第2方向に沿った一方端にも近い位置に配置されている。
 この位置は、具体的に次のような仕様に基づいて決定される。VCSEL素子10は、実装型部品であり、上述のように、VCSEL素子10の表面、すなわちベース基板11に各層が形成された最上面に、吸着治具である平コレットを吸着させることで、ピックアップされ、外部回路基板の所定位置に実装される。
 ここで、平コレットは、通常、吸着性能を向上させるため、VCSEL素子10の吸着可能部分の大きさにできる限り近づく大きさであることが好ましい。逆に、平コレットは、VCSEL素子10の外形形状をよりも大きくなってしまうと、吸着性能が低下してしまう。すなわち、例えば、吸着面が円形の平コレットを用いる場合、吸着面の直径は、ベース基板11の第1の長さと第2の長さとの短い方、すなわち本実施形態の構成であれば、第2の長さに一致させることが望ましい。このため、本実施形態のようなVCSEL素子10では、平コレットとして、吸着面の直径が第2の長さに一致するものを一般的に利用する。したがって、吸着領域800は、図1に示すように、ベース基板11の第2の方向の両端辺に当接し、第1の方向の他方端辺に当接する円形の領域となる。
 ここで、本発明においては、発光領域700は、このように設定された吸着領域800と重なり合わないように、配置されている。すなわち、発光領域700は、第1の方向に対して、吸着領域800よりも第1の方向の一方端側に、吸着領域800に略接するもしくは所定距離だけ離間するように配置される。なお、発光領域700と吸着領域800とは、所定距離離間する方が好ましい。この際、離間距離は、平コレットによるVCSEL素子10のピックアップ精度に基づいて、平コレットの装着誤差範囲外に発光領域700が配置されるとよい。
 このような構成とすることで、平コレットがVCSEL素子10を吸着する際に、平コレットが発光領域700に重なり合わない。したがって、平コレットが発光領域多層部に接触せず、当該発光領域多層部の結晶欠落の発生を防止できる。
 なお、発光領域700は、図1に示すように、第2の方向に対しても、吸着領域800よりも第2の方向の一方端側に、吸着領域800に略接するもしくは所定距離だけ離間するように配置することができる。このため、発光領域700と吸着領域800とが第1方向に沿って並ぶ場合よりも、ベース基板11上の第1方向における発光領域700と吸着領域800の占める長さを短くすることができる。これにより、ベース基板11の第1方向に沿った長さを短くすることができ、VCSEL素子10をより小型化することができる。
 カソード用パッド電極912A,912Bおよびアノード用パッド電極922は、第2方向の一方端付近において、第1方向に沿って所定の間隔を置いて配置されている。このように、カソード用パッド電極912A,912B、アノード用パッド電極922を、発光領域700を基準として同じ側に配置することで、第2方向の一方端側から外部回路基板にワイヤボンディング接続を行い場合に、全てのワイヤが発光領域700上を通過しない。これにより、発光領域700からベース基板11に直交する方向へ照射されるレーザ光がワイヤに反射してロスすることを防止できる。さらに、第1方向に沿って所定の間隔を置いて配置する場合に、当該間隔を一定にすることで、ワイヤボンディングのVCSEL素子10側のランド位置の間隔が一定になる。したがって、ワイヤボンディング工程およびワイヤボンディング設定構成を単純化することができ、作業負荷を軽減することができる。さらに、ワイヤボンディング精度の制約から、パッド電極の最小サイズ及び最小間隔が決まる。この最小サイズおよび最小間隔で規定される間隔で一定に配置することで、チップサイズを小型化することができる。
 また、アノード用パッド電極922は、カソード用パッド電極912Aとカソード用パッド電極912Bとの間に配置されている。このような構成とすることで、VCSEL素子10を、第1方向に沿って配列して設置する場合に、隣り合うVCSEL素子10間で隣接するパッド電極が同極性となる。したがって、各VCSEL素子10に印加する駆動信号間のクロストークを抑圧することができる。
 次に、第2の実施形態に係る垂直共振面発光レーザアレイ素子について、図を参照して説明する。以下では、垂直共振面発光レーザアレイ素子を「VCSELアレイ素子」と称する。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アレイ素子1Aの平面図である。
 本実施形態のVCSELアレイ素子1Aは、上述の第1の実施形態に示したVCSEL素子10と同じ積層構造のVCSEL素子10A1,10A2を、単一のベース基板上に形成したものである。したがって、各VCSEL素子10A1,10A2の積層方向に沿った構造の説明は省略する。
 VCSEL素子10A1,10A2は、ベース基板の第1方向に沿って、所定間隔を置いて配置されている。VCSEL素子10A1とVCSEL素子10A2は、ベース基板11の第1方向に沿った略中心で、第2方向に沿った中心軸を基準にして、平面視した形状が略線対称である。
 具体的には、VCSEL素子10A1のカソード用電極9111と、VCSEL素子10A2のカソード用電極9112とは、前記中心軸を基準に線対称である。VCSEL素子10A1のカソード用パッド電極912A1,912B1と、VCSEL素子10A2のカソード用パッド電極912A2,912B2とは、それぞれ前記中心軸を基準に線対称である。VCSEL素子10A1のカソード用配線電極913A1,913B1と、VCSEL素子10A2のカソード用配線電極913A2,913B2とは、それぞれ前記中心軸を基準に線対称である。
 VCSEL素子10A1のアノード用電極9211と、VCSEL素子10A2のアノード用電極9212は、前記中心軸を基準に線対称である。VCSEL素子10A1のアノード用パッド電極9221と、VCSEL素子10A2のアノード用パッド電極9222は、前記中心軸を基準に線対称である。VCSEL素子10A1のアノード用配線電極9231と、VCSEL素子10A2のアノード用配線電極9232は、前記中心軸を基準に線対称である。
 VCSEL素子10A1の発光領域701Aと、VCSEL素子10A2の発光領域702Aは、前記中心軸を基準に線対称である。
 吸着領域800Aは、上述の第1の実施形態と同様に、平コレットが吸着する領域であり、吸着領域800Aの直径は、VCSELアレイ素子1Aの第2の長さに略等しい。このような形状の平コレットの中心がVCSELアレイ素子1Aの第1の方向の中心および第2の方向の中心に一致するように、平コレットがVCSELアレイ素子1Aに装着するように設定した場合、図4に示すように、第1方向の両端に吸着領域800Aに含まれない領域が生じる。
 したがって、図4に示すように、発光領域701Aと発光領域702Aが吸着領域800Aに含まれないように、前記中心軸を基準にして線対称になるように、VCSEL素子10A1,10A2を第1の方向に沿って配列することで、第1の実施形態と同様に、実装時のVCSEL素子10A1,10A2の破損を防止できる。
 また、本実施形態でも、各カソード用パッド電極と各アノード用パッド電極とが、発光領域701A,702Aに対して同じ側に配置されているので、第1の実施形態と同様に、ワイヤによるレーザ光のロスの発生を防止できる。
 なお、図4では、VCSEL素子10A1,10A2が中心軸を基準に正確に線対称になる例を示したが、正確に線対称になる必要はない。発光領域701Aと発光領域702Aが吸着領域800Aに含まれないように、VCSEL素子10A1,10A2が第1の方向に沿って配列されていればよい。
 次に、第3の実施形態に係る垂直共振面発光レーザアレイ素子について、図を参照して説明する。以下でも、垂直共振面発光レーザアレイ素子を「VCSELアレイ素子」と称する。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アレイ素子1Bの平面図である。
 本実施形態のVCSELアレイ素子1Bは、上述の第1の実施形態に示したVCSEL素子10と同じ積層構造からなり、アノードおよびカソードの配線パターンが異なるVCSEL素子10B1,10B2を、単一のベース基板上に形成したものである。したがって、各VCSEL素子10B1,10B2の積層方向に沿った構造の説明は省略する。
 VCSEL素子10B1,10B2は、ベース基板の第1方向に沿って、所定間隔を置いて配置されている。VCSEL素子10B1とVCSEL素子10B2は、ベース基板11の第1方向に沿った略中心且つ第2方向に沿った中心を基準点として、平面視した形状が略点対称である。
 具体的には、VCSEL素子10B1のカソード用電極9311と、VCSEL素子10B2のカソード用電極9312とは、前記基準点に対して点対称である。VCSEL素子10B1のカソード用パッド電極932A1,932B1と、VCSEL素子10B2のカソード用パッド電極932A2,932B2とは、それぞれ前記基準点に対して点対称である。VCSEL素子10B1のカソード用配線電極933A1,933B1と、VCSEL素子10B2のカソード用配線電極933A2,933B2とは、前記基準点に対して点対称である。
 VCSEL素子10B1のアノード用電極9411と、VCSEL素子10B2のアノード用電極9412は、前記基準点に対して点対称である。VCSEL素子10B1のアノード用パッド電極9421と、VCSEL素子10B2のアノード用パッド電極9422は、前記基準点に対して点対称である。VCSEL素子10B1のアノード用配線電極9431と、VCSEL素子10B2のアノード用配線電極9432は、前記基準点に対して点対称である。
 VCSEL素子10B1の発光領域701Bと、VCSEL素子10B2の発光領域702Bは、前記基準点に対して点対称である。
 吸着領域800Bは、上述の第1の実施形態と同様に、平コレットが吸着する領域であり、吸着領域800Bの直径は、VCSELアレイ素子1Bの第2の長さに略等しい。このような形状の平コレットの中心がVCSELアレイ素子1Bの第1の方向の中心および第2の方向の中心に一致するように、平コレットがVCSELアレイ素子1Bに装着するように設定した場合、図5に示すように、第1方向の両端に吸着領域800Bに含まれない領域が生じる。
 したがって、図5に示すように、発光領域701Bと発光領域702Bが吸着領域800Bに含まれないように、前記基準点に対して点対称となるようにVCSEL素子10B1,10B2を第1の方向に沿って配列することで、第1、第2、第3の実施形態と同様に、実装時のVCSEL素子10B1,10B2の破損を防止できる。
 なお、本実施形態では、VCSEL素子10B1のカソード用パッド電極とアノード用パッド電極との発光領域701Bに対する方向と、VCSEL素子10B2のカソード用パッド電極と各アノード用パッド電極との発光領域702Bに対する方向とが逆である。しかしながら、VCSEL素子10B1,10B2毎に、発光領域701B,702Bと反対側にワイヤボンディングを行えば、第1、第2、第3の実施形態と同様に、ワイヤによるレーザ光のロスの発生を防止できる。
 また、図5では、VCSEL素子10B1,10B2が基準点に対して正確に点対称になる例を示したが、正確に線対称になる必要はない。発光領域701Bと発光領域702Bが吸着領域800Bに含まれないように、VCSEL素子10B1,10B2が第1の方向に沿って配列されていればよい。
 次に、第4の実施形態に係る垂直共振面発光レーザアレイ素子について、図を参照して説明する。以下でも、垂直共振面発光レーザアレイ素子を「VCSELアレイ素子」と称する。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アレイ素子1Cの平面図である。
 本実施形態のVCSELアレイ素子1Cは、上述の第1の実施形態に示したVCSEL素子10と同じ積層構造からなり、アノードおよびカソードの配線パターンが異なるVCSEL素子10C1,10C2を、単一のベース基板上に形成したものである。したがって、各VCSEL素子10C1,10C2の積層方向に沿った構造の説明は省略する。
 VCSEL素子10C1,10C2は、ベース基板の第1方向に沿って、所定間隔を置いて配置されている。VCSEL素子10C1とVCSEL素子10C2は、ベース基板11の第1方向に沿った略中心且つ第2方向に沿った中心を基準点として、平面視した形状が略点対称である。
 具体的には、VCSEL素子10C1のカソード用電極9511と、VCSEL素子10C2のカソード用電極9512とは、前記基準点に対して点対称である。VCSEL素子10C1のカソード用パッド電極952A1,952B1と、VCSEL素子10C2のカソード用パッド電極952A2,952B2とは、それぞれ前記基準点に対して点対称である。VCSEL素子10C1のカソード用配線電極953A1,953B1と、VCSEL素子10C2のカソード用配線電極953A2,953B2とは、前記基準点に対して点対称である。
 VCSEL素子10C1のアノード用電極9611と、VCSEL素子10C2のアノード用電極9612は、前記基準点に対して点対称である。VCSEL素子10C1のアノード用パッド電極9621と、VCSEL素子10C2のアノード用パッド電極9622は、前記基準点に対して点対称である。VCSEL素子10C1のアノード用配線電極9631と、VCSEL素子10C2のアノード用配線電極9632は、前記基準点に対して点対称である。
 VCSEL10C1のカソード用パッド電極952A1,952B1およびアノード用パッド電極9621は、第1方向と第2方向とに対して、平行でなく所定の角度を有する方向に沿って配列されている。
 VCSEL10C2のカソード用パッド電極952A2,952B2およびアノード用パッド電極9622は、第1方向と第2方向とに対して、平行でなく所定の角度を有する方向に沿って配列されている。VCSEL10C2のカソード用パッド電極952A2,952B2およびアノード用パッド電極9622の配列方向と、VCSEL10C1のカソード用パッド電極952A1,952B1およびアノード用パッド電極9621の配列方向は、平行である。
 カソード用パッド電極952A1,952B1、アノード用パッド電極9621、カソード用パッド電極952A2,952B2およびアノード用パッド電極9622は、第1方向に沿って等しい間隔dで配置されている。
 このような構成とすることで、第2の方向に沿ってワイヤを引き出すようにワイヤボンディングを行う場合に、ワイヤボンディングのVCSEL素子10C1,10C2側のランド位置の間隔が一定になる。したがって、ワイヤボンディング工程およびワイヤボンディング設定構成を単純化することができ、作業負荷を軽減することができる。さらに、ワイヤボンディング精度の制約から、パッド電極の最小サイズ及び最小間隔が決まる。この最小サイズおよび最小間隔で規定される間隔で一定に配置することで、チップサイズを小型化することができる。
 VCSEL素子10C1の発光領域701Cと、VCSEL素子10C2の発光領域702Cは、前記基準点に対して点対称である。
 吸着領域800Cは、上述の第1の実施形態と同様に、平コレットが吸着する領域であり、吸着領域800Cの直径は、VCSELアレイ素子1Cの第2の長さに略等しい。このような形状の平コレットの中心がVCSELアレイ素子1Cの第1の方向の中心および第2の方向の中心に一致するように、平コレットがVCSELアレイ素子1Cに装着するように設定した場合、図6に示すように、第1方向の両端に吸着領域800Cに含まれない領域が生じる。
 したがって、図6に示すように、発光領域701Cと発光領域702Cが吸着領域800Cに含まれないように、前記基準点に対して点対称となるようにVCSEL素子10C1,10C2を第1の方向に沿って配列することで、第1、第2の実施形態と同様に、実装時のVCSEL素子10C1,10C2の破損を防止できる。
 また、本実施形態のVCSELアレイ素子1CにおけるVCSEL素子10C1のカソード用パッド電極952A1,952B1、アノード用パッド電極9621、および、VCSEL素子10C2のカソード用パッド電極952A2,952B2、アノード用パッド電極9622は、第1方向に沿った位置が、発光領域701C,702Cと重ならない。したがって、第2の方向に沿ってワイヤを引き出すようにワイヤボンディングを行う場合に、いずれの方向にワイヤを引き出しても、ワイヤにレーザ光が照射することはなく、ワイヤによるレーザ光のロスの発生を防止できる。
 また、図6では、VCSEL素子10C1,10C2が基準点に対して正確に点対称になる例を示したが、正確に線対称になる必要はない。少なくとも発光領域701Bと発光領域702Bが吸着領域800Bに含まれないように、VCSEL素子10C1,10C2が第1の方向に沿って配列されていればよい。
 次に、第5の実施形態に係る垂直共振面発光レーザアレイ素子について、図を参照して説明する。以下でも、垂直共振面発光レーザアレイ素子を「VCSELアレイ素子」と称する。図7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アレイ素子1Aの平面図である。
 本実施形態のVCSELアレイ素子1Dは、上述の第1の実施形態に示したVCSEL素子10と同じ積層構造からなり、アノードおよびカソードの配線パターンが異なるVCSEL素子10D1,10D2を、単一のベース基板上に形成したものである。したがって、各VCSEL素子10D1,10D2の積層方向に沿った構造の説明は省略する。
 VCSEL素子10D1,10D2は、ベース基板の第1方向に沿って、所定間隔を置いて配置されている。VCSEL素子10D1とVCSEL素子10D2は、ベース基板11の第1方向に沿った略中心で、第2方向に沿った中心軸を基準にして、平面視した形状が略線対称である。
 具体的には、VCSEL素子10D1のカソード用電極9711と、VCSEL素子10D2のカソード用電極9712とは、前記中心軸を基準に線対称である。VCSEL素子10D1のカソード用パッド電極972A1,972B1と、VCSEL素子10D2のカソード用パッド電極972A2,972B2とは、それぞれ前記中心軸を基準に線対称である。VCSEL素子10D1のカソード用配線電極973A1,973B1と、VCSEL素子10D2のカソード用配線電極973A2,973B2とは、それぞれ前記中心軸を基準に線対称である。
 VCSEL素子10D1のアノード用電極9811と、VCSEL素子10D2のアノード用電極9812は、前記中心軸を基準に線対称である。VCSEL素子10D1のアノード用パッド電極9821と、VCSEL素子10D2のアノード用パッド電極9822は、前記中心軸を基準に線対称である。VCSEL素子10D1のアノード用配線電極9831と、VCSEL素子10D2のアノード用配線電極9832は、前記中心軸を基準に線対称である。
 VCSEL10D1のカソード用パッド電極972A1,972B1およびアノード用パッド電極9821は、第1方向と第2方向とに対して、平行でなく所定の角度を有する方向に沿って配列されている。
 VCSEL10D2のカソード用パッド電極972A2,972B2およびアノード用パッド電極9822は、第1方向と第2方向とに対して、平行でなく所定の角度を有する方向に沿って配列されている。VCSEL10D2のカソード用パッド電極972A2,972B2およびアノード用パッド電極9822の配列方向と、VCSEL10D1のカソード用パッド電極972A1,972B1およびアノード用パッド電極9821の配列方向は、平行でなく、前記中心軸を基準に線対称となる関係にある。
 カソード用パッド電極972A1,972B1、アノード用パッド電極9821、カソード用パッド電極972A2,972B2およびアノード用パッド電極9822は、第1方向に沿って等しい間隔dで配置されている。
 このような構成とすることで、第2の方向に沿ってワイヤを引き出すようにワイヤボンディングを行う場合に、ワイヤボンディングのVCSEL素子10C1,10C2側のランド位置の間隔が一定になる。したがって、ワイヤボンディング工程およびワイヤボンディング設定構成を単純化することができ、作業負荷を軽減することができる。さらに、ワイヤボンディング精度の制約から、パッド電極の最小サイズ及び最小間隔が決まる。この最小サイズおよび最小間隔で規定される間隔で一定に配置することで、チップサイズを小型化することができる。
 VCSEL素子10D1の発光領域701Dと、VCSEL素子10D2の発光領域702Dは、前記中心軸を基準に線対称である。
 吸着領域800Dは、上述の第1の実施形態と同様に、平コレットが吸着する領域であり、吸着領域800Dの直径は、VCSELアレイ素子1Dの第2の長さに略等しい。このような形状の平コレットの中心がVCSELアレイ素子1Dの第1の方向の中心および第2の方向の中心に一致するように、平コレットがVCSELアレイ素子1Dに装着するように設定した場合、図7に示すように、第1方向の両端に吸着領域800Dに含まれない領域が生じる。
 したがって、図7に示すように、発光領域701Dと発光領域702Dが吸着領域800Dに含まれないように、前記中心軸を基準にして線対称になるように、VCSEL素子10D1,10D2を第1の方向に沿って配列することで、上述の実施形態と同様に、実装時のVCSEL素子10D1,10D2の破損を防止できる。
 また、本実施形態でも、各カソード用パッド電極と各アノード用パッド電極とが、発光領域701D,702Dに対して同じ側に配置されているので、上述の実施形態と同様に、ワイヤによるレーザ光のロスの発生を防止できる。
 なお、図7では、VCSEL素子10D1,10D2が中心軸を基準に正確に線対称になる例を示したが、正確に線対称になる必要はない。発光領域701Dと発光領域702Dが吸着領域800Dに含まれないように、VCSEL素子10D1,10D2が第1の方向に沿って配列されていればよい。
 上述の各実施形態の構造は、本発明の作用効果が得られる数例を示すものであり、これらの実施形態を組み合わせて想定できる構造であれば、上述の各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
 また、上述の吸着領域に電極パターンが形成されている場合、当該電極パターンの形成領域と、電極パターンが形成されていない領域との間には、電極厚み分だけ段差が生じる。通常、電極パターンは薄いため、当該電極パターンによる段差があっても、吸着は可能である。しかしながら、吸着領域にのみ平坦化用の絶縁膜を形成するようにしてもよい。これにより、吸着性をさらに向上することができる。
1A,1B,1C,1D:垂直共振面発光レーザアレイ素子、
10,10A1,10A2,10B1,10B2,10C1,10C2,10D1,10D2:垂直共振面発光レーザ素子、
11: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型半導体クラッド層、
32:P型半導体クラッド層、
40:活性層、
50:酸化狭窄層、
60:絶縁膜、
700,701A,702A,701B,702B,701C,702C,701D,702D:発光領域、
800,800A,800B,800C,800D:吸着領域、
911A,911B,9111,9112,9311,9312,9511,9512,95711,9712:カソード用電極、
921,9211,9212,9411,9412,9611,9612,9811,9812:アノード用電極、
912A,912B,912A1,912B1,912A2,912B2,932A1,932B1,932A2,932B2,952A1,952B1,952A2,952B2,972A1,972B1,972A2,972B2:カソード用パッド電極、
922,9221,9222,9421,9422,9621,9622,9821,9822:アノード用パッド電極、
913A,913B,913A1,913B1,913A2,913B2,933A1,933B1,933A2,933B2,953A1,953B1,953A2,953B2,973A1,973B1,973A2,973B2:カソード配線電極、
923,9231,9232,9431,9432,9631,9632,9831,9832:アノード用配線電極

Claims (13)

  1.  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と、
     前記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、
     前記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、
     前記ベース基板の表面側から見て、前記ベース基板よりも狭い領域で少なくとも前記N型半導体多層膜反射層以上の層を含んでおり、レーザ光を発光する発光領域多層部を形成し、
     前記ベース基板の前記発光領域多層部側が吸着されて外部回路基板に実装される、垂直共振面発光レーザ素子であって、
     前記ベース基板の表面側から見て、前記発光領域多層部の形成領域と、前記吸着される領域とが異なる、垂直共振面発光レーザ素子。
  2.  前記ベース基板は、第1方向に第1の長さを有し、該第1方向と略直交する第2方向に第2の長さを有し、第1の長さは第2の長さよりも長く、前記吸着領域が前記第1方向および前記第2方向の両方において前記第2の長さと略同じである場合に、
     前記発光領域多層部の形成領域は、前記吸着領域に接するもしくは離間するように、前記吸着領域の前記第1方向に沿った所定位置に配置されている、請求項1に記載の垂直共振面発光レーザ素子。
  3.  前記ベース基板の前記発光領域多層部側に形成され、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、
     前記ベース基板の前記発光領域多層部側に形成され、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、前記第2方向に沿って、前記発光領域多層部に対して同じ側に配置されている、請求項2に記載の垂直共振面発光レーザ素子。
  4.  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、前記第1方向に沿って配列して配置されている、請求項3に記載の垂直共振面発光レーザ素子。
  5.  前記カソード用パッド電極は2個であり、これら2個のカソード用パッド電極は、前記ベース基板の表面側から見て、前記アノード用パッド電極を挟む位置に、形成されている、請求項4に記載の垂直共振面発光レーザ素子。
  6.  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との第1方向に沿った間隔は、一定である、請求項4または請求項5に記載の垂直共振面発光レーザ素子。
  7.  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素子を複数備え、各垂直共振面発光レーザ素子の各発光領域多層部がそれぞれ所定距離で離間して配置されている垂直共振面発光レーザアレイ素子。
  8.  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と、
     前記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、
     前記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、
     前記ベース基板の表面側から見て、前記ベース基板よりも狭い領域で少なくとも前記活性層以上の層を含んでおり、レーザ光を発光する発光領域多層部を形成した垂直共振面発光レーザ素子を、単一の前記ベース基板に複数配列形成し、
     前記ベース基板の前記発光領域多層部側が吸着されて外部回路基板に実装される、垂直共振面発光レーザアレイ素子であって、
     前記ベース基板の表面側から見て、前記発光領域多層部の形成領域と、前記吸着される領域とが異なる、垂直共振面発光レーザアレイ素子。
  9.  前記ベース基板は、第1方向に第1の長さを有し、該第1方向と略直交する第2方向に第2の長さを有し、第1の長さは第2の長さよりも長く、前記吸着領域が前記第1方向および前記第2方向の両方において前記第2の長さと略同じである場合に、
     前記複数の垂直共振面発光レーザの発光領域多層部の形成領域は、前記吸着領域に接するもしくは離間するように、前記吸着領域の前記第1方向に沿った所定位置に配置されている、請求項8に記載の垂直共振面発光レーザアレイ素子。
  10.  前記ベース基板の前記発光領域多層部側に形成され、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、
     前記ベース基板の前記発光領域多層部側に形成され、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、を前記複数の垂直共振面発光レーザ毎に備え、
     各垂直共振面発光レーザ素子の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、前記第2方向に沿って、これら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が接続される前記発光領域多層部に対して同じ側に配置されている、請求項9に記載の垂直共振面発光レーザアレイ素子。
  11.  前記複数の垂直共振面発光レーザ素子の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、前記第1方向に沿って配列して配置されている、請求項10に記載の垂直共振面発光レーザアレイ素子。
  12.  前記各垂直共振面発光レーザ素子の前記カソード用パッド電極は2個であり、これら2個のカソード用パッド電極は、前記ベース基板の表面側から見て、前記アノード用パッド電極を挟む位置に、形成されている、請求項11に記載の垂直共振面発光レーザアレイ素子。
  13.  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との第1方向に沿った間隔は、一定である、請求項11または請求項12に記載の垂直共振面発光レーザアレイ素子。
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