JP2000307189A - 面発光レーザアレイ - Google Patents
面発光レーザアレイInfo
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 安定な高出力シングル横モードを有する垂共
振器型面発光レーザ素子からなるリング状の面発光レー
ザアレイを提供する。 【解決手段】 複数の面発光レーザＶａ，Ｖｂ，Ｖｃ・
・・・・を、その発光領域が近接するように並べて、発
光パターン全体がリング状となるように配置する。
振器型面発光レーザ素子からなるリング状の面発光レー
ザアレイを提供する。 【解決手段】 複数の面発光レーザＶａ，Ｖｂ，Ｖｃ・
・・・・を、その発光領域が近接するように並べて、発
光パターン全体がリング状となるように配置する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、面発光レーザアレ
イに関し、詳しくは、高出力シングル横モードを有する
垂共振器型面発光レーザ素子からなるリング状の面発光
レーザアレイに関する。
イに関し、詳しくは、高出力シングル横モードを有する
垂共振器型面発光レーザ素子からなるリング状の面発光
レーザアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】垂共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：
Vertical Cavity Surface Emitting Laser）は、従来の
端面発光型レーザに比べて、製造コストが低く、高歩留
まりであり、２次元アレイ化が容易である等多くの利点
を有し、これらの長所によって、多くの用途においてそ
の利用が検討されている。例えば、Kenichi Iga, Fumio
Koyama and Susumu Kinoshita, "Surface Emitting Sem
iconductor Lasers", IEEE Journal of Quantum Elecro
nics, 1988, 24, pp.1845-1855に、ＶＣＳＥＬの構造、
レーザ特性、用途等が説明されているように、現在まで
にそのレーザ特性は大きく改善され、光通信などの分野
では実用化に至っている。
Vertical Cavity Surface Emitting Laser）は、従来の
端面発光型レーザに比べて、製造コストが低く、高歩留
まりであり、２次元アレイ化が容易である等多くの利点
を有し、これらの長所によって、多くの用途においてそ
の利用が検討されている。例えば、Kenichi Iga, Fumio
Koyama and Susumu Kinoshita, "Surface Emitting Sem
iconductor Lasers", IEEE Journal of Quantum Elecro
nics, 1988, 24, pp.1845-1855に、ＶＣＳＥＬの構造、
レーザ特性、用途等が説明されているように、現在まで
にそのレーザ特性は大きく改善され、光通信などの分野
では実用化に至っている。
【０００３】しかし、ＶＣＳＥＬは、一般にシングル横
モード光出力が１〜２ｍＷと小さく、高出力化が要求さ
れる用途では、その出力特性の改善が求められている。
例えば、光記憶装置（Optical data storage）等の用途
では、少なくとも５ｍＷ以上のシングル横モード（１つ
の横モード、単一横モード）光出力を要求している。
モード光出力が１〜２ｍＷと小さく、高出力化が要求さ
れる用途では、その出力特性の改善が求められている。
例えば、光記憶装置（Optical data storage）等の用途
では、少なくとも５ｍＷ以上のシングル横モード（１つ
の横モード、単一横モード）光出力を要求している。
【０００４】光出力を増大する最も単純な方法は、基本
横モード（ガウシアン形状）で発振するＶＣＳＥＬの電
流注入領域を大きし、基本横モードのまま光出力を増大
する方法である。しかしながら、電流注入領域を大きく
するに伴い高次モードとの競合が発生しやすくなり、安
定してシングル横モード出力を得ることが難しい。実
際、論文等に報告されている例でも、数ｍＷからせいぜ
い５ｍＷの出力しか得られていない。
横モード（ガウシアン形状）で発振するＶＣＳＥＬの電
流注入領域を大きし、基本横モードのまま光出力を増大
する方法である。しかしながら、電流注入領域を大きく
するに伴い高次モードとの競合が発生しやすくなり、安
定してシングル横モード出力を得ることが難しい。実
際、論文等に報告されている例でも、数ｍＷからせいぜ
い５ｍＷの出力しか得られていない。
【０００５】このため、横モードを基本モードとするの
ではなく、高次モードではあるがシングル高次モードに
することにより、光記憶装置に用いることができる高出
力ＶＣＳＥＬが得られることがP.R.Claisseらによって
報告されている（"Single high order mode VCSEL", El
ectron. Lett., 1998,34,pp.681-682）。このＶＣＳＥ
ＬのＮＦＰ（ニアフィールドバターン)はドーナッツ形
状であるが、光学系を利用した超解像技術を用いること
により、このドーナッツ形状の出射ビームを光記憶装置
等に使用するスポット形状に形成できることが知られて
おり（YAMANAKA他、"High density recording by super
resolution in an optical disk memory system", App
l. Opt., 1990,29,pp.3046-3051．）、P.R.Claisseらに
よって提案されたＶＣＳＥＬに、この超解像技術を適用
すると、通常のガウシアン形状のＶＣＳＥＬを用いた場
合より光スポットを微小に絞ることができ、高容量の光
記憶装置に有利であると説明されている。
ではなく、高次モードではあるがシングル高次モードに
することにより、光記憶装置に用いることができる高出
力ＶＣＳＥＬが得られることがP.R.Claisseらによって
報告されている（"Single high order mode VCSEL", El
ectron. Lett., 1998,34,pp.681-682）。このＶＣＳＥ
ＬのＮＦＰ（ニアフィールドバターン)はドーナッツ形
状であるが、光学系を利用した超解像技術を用いること
により、このドーナッツ形状の出射ビームを光記憶装置
等に使用するスポット形状に形成できることが知られて
おり（YAMANAKA他、"High density recording by super
resolution in an optical disk memory system", App
l. Opt., 1990,29,pp.3046-3051．）、P.R.Claisseらに
よって提案されたＶＣＳＥＬに、この超解像技術を適用
すると、通常のガウシアン形状のＶＣＳＥＬを用いた場
合より光スポットを微小に絞ることができ、高容量の光
記憶装置に有利であると説明されている。
【０００６】このドーナッツ形状ＶＣＳＥＬは、以下の
方法により作製されている。すなわち、図８にその断面
構造を示すように、ｎ+型ＧａＡｓ基板１１０上に、Ａ
ｌ0.9 5Ｇａ0.05ＡｓとＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを４０周期
積層したｎ型ＤＢＲ層１１２、１０ｎｍのＡｌ0.1Ｇａ
0.9Ａｓ量子井戸層１１４と１０ｎｍのＡｌ0.4Ｇａ0.6
Ａｓバリア層１１６で構成された活性領域１１８を含む
スペーサ層１２０と、Ａｌ0.95Ｇａ0.05ＡｓとＡｌ0.25
Ｇａ0.75Ａｓを２５周期積層したｐ型ＤＢＲ層１２２と
を、順次積層する。次に、この積層体１００はメサ形状
にエッチングされる。さらに、出射口中心部を反射率を
低減するためにエッチングしてエッチング領域１２４を
形成する。
方法により作製されている。すなわち、図８にその断面
構造を示すように、ｎ+型ＧａＡｓ基板１１０上に、Ａ
ｌ0.9 5Ｇａ0.05ＡｓとＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを４０周期
積層したｎ型ＤＢＲ層１１２、１０ｎｍのＡｌ0.1Ｇａ
0.9Ａｓ量子井戸層１１４と１０ｎｍのＡｌ0.4Ｇａ0.6
Ａｓバリア層１１６で構成された活性領域１１８を含む
スペーサ層１２０と、Ａｌ0.95Ｇａ0.05ＡｓとＡｌ0.25
Ｇａ0.75Ａｓを２５周期積層したｐ型ＤＢＲ層１２２と
を、順次積層する。次に、この積層体１００はメサ形状
にエッチングされる。さらに、出射口中心部を反射率を
低減するためにエッチングしてエッチング領域１２４を
形成する。
【０００７】このＶＣＳＥＬにおいて、メサ径を５０μ
ｍ、反射率低減のためエッチングしたエッチング領域１
２４の径を３０μｍとした時、図９に示すようにリング
状のＮＦＰが得られる。また、電流−光出力曲線は、図
１０に示すようになる。図１０において、実線で示すの
がこのＶＣＳＥＬの連続駆動時の電流−光出力曲線であ
る。なお、破線で示すのはパルス駆動時の電流−光出力
曲線である。
ｍ、反射率低減のためエッチングしたエッチング領域１
２４の径を３０μｍとした時、図９に示すようにリング
状のＮＦＰが得られる。また、電流−光出力曲線は、図
１０に示すようになる。図１０において、実線で示すの
がこのＶＣＳＥＬの連続駆動時の電流−光出力曲線であ
る。なお、破線で示すのはパルス駆動時の電流−光出力
曲線である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示すＶＣＳＥＬは、以下の理由から、超解像技術により
光記憶装置用の高出力ビームを得るための光源には適し
ていない。
示すＶＣＳＥＬは、以下の理由から、超解像技術により
光記憶装置用の高出力ビームを得るための光源には適し
ていない。
【０００９】まず、光記憶装置用ＶＣＳＥＬは常にある
モードに固定されていること、すなわちシングルモード
であることが重要である。ところが、（上記報告では、
このＶＣＳＥＬのモードはシングルであるとしている
が、）このＶＣＳＥＬは、色々な使用状況下で常にシン
グルモードを保つことは困難である。なぜなら、このＶ
ＣＳＥＬはその導波路構造において、特にある一つの横
モードを選択する構造をもっていないからである。この
ように大面積の導波路構造を持つＶＣＳＥＬでは、多く
のモードが競合しており、発振しているモードはたまた
ま選ばれているに過ぎないことは自明である。特に、光
記憶装置等の装置内の温度環境は常に変化し、それによ
り導波路特性は変化し選択されるモードは変化する。ま
たＶＣＳＥＬ特性自身も経時変化するため、選択性の強
くない導波路構造では、モードを固定し続けることは難
しい。
モードに固定されていること、すなわちシングルモード
であることが重要である。ところが、（上記報告では、
このＶＣＳＥＬのモードはシングルであるとしている
が、）このＶＣＳＥＬは、色々な使用状況下で常にシン
グルモードを保つことは困難である。なぜなら、このＶ
ＣＳＥＬはその導波路構造において、特にある一つの横
モードを選択する構造をもっていないからである。この
ように大面積の導波路構造を持つＶＣＳＥＬでは、多く
のモードが競合しており、発振しているモードはたまた
ま選ばれているに過ぎないことは自明である。特に、光
記憶装置等の装置内の温度環境は常に変化し、それによ
り導波路特性は変化し選択されるモードは変化する。ま
たＶＣＳＥＬ特性自身も経時変化するため、選択性の強
くない導波路構造では、モードを固定し続けることは難
しい。
【００１０】次に、上記のP.R.Claisseらによる報告で
は、このＶＣＳＥＬは高光出力を有しているとしている
が、図１０の電流−光出力曲線から読み取れるように、
連続発振時にはせいぜい５〜６ｍＷの光出力を得ている
に過ぎない。このＶＣＳＥＬの電流注入領域は、少なく
ともメサ内部、すなわち５０μｍ径内全域であるが、そ
のうち３０μｍ径内は導波路の反射率を低減させてお
り、電流注入しても発光に寄与せず、逆に無効電流とな
り、発熱等高出力に対して不利な電流注入構造を有して
いるためである。
は、このＶＣＳＥＬは高光出力を有しているとしている
が、図１０の電流−光出力曲線から読み取れるように、
連続発振時にはせいぜい５〜６ｍＷの光出力を得ている
に過ぎない。このＶＣＳＥＬの電流注入領域は、少なく
ともメサ内部、すなわち５０μｍ径内全域であるが、そ
のうち３０μｍ径内は導波路の反射率を低減させてお
り、電流注入しても発光に寄与せず、逆に無効電流とな
り、発熱等高出力に対して不利な電流注入構造を有して
いるためである。
【００１１】以上の通り、P.R.Claisseらの提案による
ＶＣＳＥＬは、ＶＣＳＥＬの横モードは安定してシング
ルではなく、光出力も光記憶装置等に用いるには不十分
であり、超解像技術により光記憶装置用の高出力ビーム
を得るための光源には適しておらず、ＶＣＳＥＬを用い
た高出力シングル横モードの光源は得られていないのが
現状である。
ＶＣＳＥＬは、ＶＣＳＥＬの横モードは安定してシング
ルではなく、光出力も光記憶装置等に用いるには不十分
であり、超解像技術により光記憶装置用の高出力ビーム
を得るための光源には適しておらず、ＶＣＳＥＬを用い
た高出力シングル横モードの光源は得られていないのが
現状である。
【００１２】従って、本発明の目的は、安定な高出力シ
ングル横モードを有する垂共振器型面発光レーザ素子か
らなるリング状の面発光レーザアレイを提供することで
ある。
ングル横モードを有する垂共振器型面発光レーザ素子か
らなるリング状の面発光レーザアレイを提供することで
ある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】発明者は、鋭意検討の結
果、下記手段により上記課題が解決されることを見出し
た。
果、下記手段により上記課題が解決されることを見出し
た。
【００１４】すなわち、請求項１に記載の面発光レーザ
アレイは、活性層と該活性層を挟み込むスペーサ層とか
らなる活性領域と、該活性領域を挟み込む反射層と、を
備えてなる複数の面発光レーザが、各面発光レーザの発
光領域が近接するように並べられ、発光パターン全体が
リング状となるように配置されていることを特徴とす
る。なお、「リング状」とは、発光領域が途切れること
なく、連続して配列されているという意味であり、配列
の形状は、円状、楕円状、四角形状、多角形状等いずれ
の形状でもよい。
アレイは、活性層と該活性層を挟み込むスペーサ層とか
らなる活性領域と、該活性領域を挟み込む反射層と、を
備えてなる複数の面発光レーザが、各面発光レーザの発
光領域が近接するように並べられ、発光パターン全体が
リング状となるように配置されていることを特徴とす
る。なお、「リング状」とは、発光領域が途切れること
なく、連続して配列されているという意味であり、配列
の形状は、円状、楕円状、四角形状、多角形状等いずれ
の形状でもよい。
【００１５】請求項２に記載の面発光レーザアレイは、
請求項１記載の発明において、各面発光レーザの位相が
同一となるように、各面発光レーザが光学的に結合され
ていることを特徴とする。
請求項１記載の発明において、各面発光レーザの位相が
同一となるように、各面発光レーザが光学的に結合され
ていることを特徴とする。
【００１６】請求項３に記載の面発光レーザアレイは、
請求項1または２記載の発明において、各面発光レーザ
は、基本横モードで発振することを特徴とする。
請求項1または２記載の発明において、各面発光レーザ
は、基本横モードで発振することを特徴とする。
【００１７】請求項４に記載の面発光レーザアレイは、
請求項１から３までのいずれかに記載の発明において、
各面発光レーザは、ＡｌＡｓもしくはＡｌＧａＡｓから
なる酸化層によって電流狭窄されていることを特徴とす
る。
請求項１から３までのいずれかに記載の発明において、
各面発光レーザは、ＡｌＡｓもしくはＡｌＧａＡｓから
なる酸化層によって電流狭窄されていることを特徴とす
る。
【００１８】請求項５に記載の面発光レーザアレイは、
請求項１から３までのいずれかに記載の発明において、
各面発光レーザは、不純物打ち込みよる高抵抗層によっ
て電流狭窄されていることを特徴とする。
請求項１から３までのいずれかに記載の発明において、
各面発光レーザは、不純物打ち込みよる高抵抗層によっ
て電流狭窄されていることを特徴とする。
【００１９】本発明のＶＣＳＥＬアレイは、基本横モー
ドのＶＣＳＥＬ素子複数個をリング状に連結させ、隣り
合うＶＣＳＥＬを光学的に連結させることで、位相の揃
った一つのレーザ光源となるよう構成されている。例え
ば、図１（ａ）に示すように、Ｖａ、Ｖｂ、・・・、Ｖ
ｘで表示した基本モードで発振する構造のＶＣＳＥＬ素
子を複数個、近接させて環状に配置した場合、ＶＣＳＥ
Ｌアレイとしての発光パターンはリング状となる。ま
た、隣り合うＶＣＳＥＬ素子を光学的に連結することが
でき、その結果、全ＶＣＳＥＬ素子の位相は同一とな
る。さらに、各ＶＣＳＥＬ素子は基本モードで発振する
ように設計されているため、各々の光出力は小さいが、
全体では各素子の光出力の総和となるので、大きな光出
力を得ることができる。
ドのＶＣＳＥＬ素子複数個をリング状に連結させ、隣り
合うＶＣＳＥＬを光学的に連結させることで、位相の揃
った一つのレーザ光源となるよう構成されている。例え
ば、図１（ａ）に示すように、Ｖａ、Ｖｂ、・・・、Ｖ
ｘで表示した基本モードで発振する構造のＶＣＳＥＬ素
子を複数個、近接させて環状に配置した場合、ＶＣＳＥ
Ｌアレイとしての発光パターンはリング状となる。ま
た、隣り合うＶＣＳＥＬ素子を光学的に連結することが
でき、その結果、全ＶＣＳＥＬ素子の位相は同一とな
る。さらに、各ＶＣＳＥＬ素子は基本モードで発振する
ように設計されているため、各々の光出力は小さいが、
全体では各素子の光出力の総和となるので、大きな光出
力を得ることができる。
【００２０】すでに述べたように、本発明のＶＣＳＥＬ
アレイは、超解像を用いて光スポットを絞り、光記憶装
置等に利用できるようにするため、構成要素である全Ｖ
ＣＳＥＬ素子の位相が揃っている必要がある。そこで、
本発明のＶＣＳＥＬアレイを構成する各素子の位相が、
揃っている理由を簡単に説明する。
アレイは、超解像を用いて光スポットを絞り、光記憶装
置等に利用できるようにするため、構成要素である全Ｖ
ＣＳＥＬ素子の位相が揃っている必要がある。そこで、
本発明のＶＣＳＥＬアレイを構成する各素子の位相が、
揃っている理由を簡単に説明する。
【００２１】端面発光型レーザにおいて、複数の導波路
を形成し、その導波路間の位相を同期させる構成を持つ
レーザアレイを、フェーズアレイと呼んでいる。このフ
ェーズアレイでは、「半導体レーザ」伊藤良一・中村道
治共編（培風館）pp.188-192等に説明されているよう
に、端面発光型レーザの導波路を近接して複数配置する
と、導波路間の光学的結合が発生するため、光電解位相
が同期した高出力レーザが実現できる。
を形成し、その導波路間の位相を同期させる構成を持つ
レーザアレイを、フェーズアレイと呼んでいる。このフ
ェーズアレイでは、「半導体レーザ」伊藤良一・中村道
治共編（培風館）pp.188-192等に説明されているよう
に、端面発光型レーザの導波路を近接して複数配置する
と、導波路間の光学的結合が発生するため、光電解位相
が同期した高出力レーザが実現できる。
【００２２】本発明は、個々独立に機能する複数のＶＣ
ＳＥＬを近接配置した場合にも同様の現象が起きるとい
う新規な知見に基づくものであり、ＶＣＳＥＬフェーズ
アレイと言えるものである。
ＳＥＬを近接配置した場合にも同様の現象が起きるとい
う新規な知見に基づくものであり、ＶＣＳＥＬフェーズ
アレイと言えるものである。
【００２３】以上説明してきたように、本発明のＶＣＳ
ＥＬアレイは、基本横モードのＶＣＳＥＬを光学的に連
結させたフェーズアレイ構造を持っているため、本発明
によれば、安定したシングルモードを持ちながら、高光
出力を得ることができるレーザ光源を提供できる。
ＥＬアレイは、基本横モードのＶＣＳＥＬを光学的に連
結させたフェーズアレイ構造を持っているため、本発明
によれば、安定したシングルモードを持ちながら、高光
出力を得ることができるレーザ光源を提供できる。
【００２４】また、本発明によるＶＣＳＥＬアレイは、
各素子を、再現性が高く、容易な工程を用いて作製でき
るため、シングル横モードレーザ光を高出力で発射する
ＶＣＳＥＬアレイを高歩留まりで、あるいは安価に提供
することが可能となる。
各素子を、再現性が高く、容易な工程を用いて作製でき
るため、シングル横モードレーザ光を高出力で発射する
ＶＣＳＥＬアレイを高歩留まりで、あるいは安価に提供
することが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
いて詳細に説明する。
いて詳細に説明する。
【００２６】（第１の実施形態）図１（ａ）に、本発明
の第１の実施形態に係るＶＣＳＥＬアレイのＶＣＳＥＬ
素子の配置を示す。図１（ａ）に示すように、本実施形
態では、Ｖａ、Ｖｂ、・・・、Ｖｘで表示した複数個の
ＶＣＳＥＬ素子が光学的に連結可能な間隔でリング状に
配置されている。このＶＣＳＥＬアレイは、以下の方法
により製造される。
の第１の実施形態に係るＶＣＳＥＬアレイのＶＣＳＥＬ
素子の配置を示す。図１（ａ）に示すように、本実施形
態では、Ｖａ、Ｖｂ、・・・、Ｖｘで表示した複数個の
ＶＣＳＥＬ素子が光学的に連結可能な間隔でリング状に
配置されている。このＶＣＳＥＬアレイは、以下の方法
により製造される。
【００２７】まず、図２（ａ）に示すように、有機金属
気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ型ＧａＡｓ基板２
１上に、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3膜厚０．２μｍ
程度のｎ型ＧａＡｓバッファ層２２を積層し、その上
に、Ａｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ 0.3Ｇａ0.7Ａｓとをそれ
ぞれの膜厚が媒質内波長の１／４となるように交互に４
０．５周期積層したキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3とな
る下側ｎ型ＤＢＲ層２３、アンドープ下部Ａｌ0.5Ｇａ
0.5Ａｓスぺーサー層とアンドープ量子井戸活性層（膜
厚９０ｎｍＡｌ0.11Ｇａ0.89Ａｓ量子井戸層３層と膜厚
５０ｎｍＡｌ0.3Ｇａ0.1Ａｓ障壁層４層とで構成されて
いる）とアンドープ上部Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓスぺーサー
層とで構成された膜厚が媒質内波長となる活性層領域２
４、その上に、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3膜厚が媒
質内波長の１／４となるｐ型ＡｌＡｓ層２５、その上に
Ａｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ0.3Ｇａ07Ａｓとをそれぞれ
の膜厚が媒質内波長の１／４となるように交互に１９．
５周期積層したキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3総膜厚が
約２μｍとなる上側ｐ型ＤＢＲ層２６、キャリア濃度１
×１０19ｃｍ-3となる膜厚１０ｎｍのｐ型ＧａＡｓコン
タクト層２７を順次積層する。
気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ型ＧａＡｓ基板２
１上に、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3膜厚０．２μｍ
程度のｎ型ＧａＡｓバッファ層２２を積層し、その上
に、Ａｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ 0.3Ｇａ0.7Ａｓとをそれ
ぞれの膜厚が媒質内波長の１／４となるように交互に４
０．５周期積層したキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3とな
る下側ｎ型ＤＢＲ層２３、アンドープ下部Ａｌ0.5Ｇａ
0.5Ａｓスぺーサー層とアンドープ量子井戸活性層（膜
厚９０ｎｍＡｌ0.11Ｇａ0.89Ａｓ量子井戸層３層と膜厚
５０ｎｍＡｌ0.3Ｇａ0.1Ａｓ障壁層４層とで構成されて
いる）とアンドープ上部Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓスぺーサー
層とで構成された膜厚が媒質内波長となる活性層領域２
４、その上に、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3膜厚が媒
質内波長の１／４となるｐ型ＡｌＡｓ層２５、その上に
Ａｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ0.3Ｇａ07Ａｓとをそれぞれ
の膜厚が媒質内波長の１／４となるように交互に１９．
５周期積層したキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3総膜厚が
約２μｍとなる上側ｐ型ＤＢＲ層２６、キャリア濃度１
×１０19ｃｍ-3となる膜厚１０ｎｍのｐ型ＧａＡｓコン
タクト層２７を順次積層する。
【００２８】ここで、詳しくは述べないが、ＤＢＲ層の
電気的抵抗を下げるためにＡｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ
0.3Ｇａ0.1Ａｓの界面に、ＡｌＡｓ組成を９０％から３
０％に段階的に変化させた膜厚が９ｎｍ程度の領域を設
けることも可能である。
電気的抵抗を下げるためにＡｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓとＡｌ
0.3Ｇａ0.1Ａｓの界面に、ＡｌＡｓ組成を９０％から３
０％に段階的に変化させた膜厚が９ｎｍ程度の領域を設
けることも可能である。
【００２９】原料ガスとしては、トリメチルガリウム、
トリメチルアルミニウム、アルシン、ドーパント材料と
してはｐ型用にシクロペンタジニウムマグネシウム、ｎ
型用にシランを用い、成長時の基板温度は７５０℃と
し、真空を破ることなく、原料ガスを順次変化し、連続
して成膜をおこなった。
トリメチルアルミニウム、アルシン、ドーパント材料と
してはｐ型用にシクロペンタジニウムマグネシウム、ｎ
型用にシランを用い、成長時の基板温度は７５０℃と
し、真空を破ることなく、原料ガスを順次変化し、連続
して成膜をおこなった。
【００３０】次に、上記積層膜を、下部ｎ型ＤＢＲ層２
３の途中までエッチングを行い、メサ５０を形成し、Ａ
ｌＡｓ層２５側面を露出させる。メサ形状を加工するに
は、フォトリソグラフィーにより結晶成長層上にレジス
トマスクＲを形成し、四塩化炭素をエッチングガスとし
てもちいた反応性イオンエッチングを用いた。
３の途中までエッチングを行い、メサ５０を形成し、Ａ
ｌＡｓ層２５側面を露出させる。メサ形状を加工するに
は、フォトリソグラフィーにより結晶成長層上にレジス
トマスクＲを形成し、四塩化炭素をエッチングガスとし
てもちいた反応性イオンエッチングを用いた。
【００３１】その後、図２（ｃ）に示すように、約４０
０℃の炉中で水蒸気によりＡｌＡｓ層２５だけを側方か
ら酸化し、その径が約３μｍの非酸化領域２５ａを残し
て高抵抗化させ、酸化領域３０を形成する。非酸化領域
２５ａが電流注入領域となる。その電流注入領域は上面
から見ると、図１（ｂ）に示すように配置される。斜線
領域で示したのが電流注入領域である。その後、ＳｉＮ
絶縁膜３２をメサ５０の上面を除いて蒸着し、ｐ側電極
３３として出射口４０を除いて表面一面にＴｉ／Ａｕを
形成する。基板２１の裏面一面にはｎ側電極３４として
Ａｕ／Ｇｅを蒸着する。なお、ｐ側電極３３は各電流注
入領域ごとに、別々に（独立して）引出し線を設けて形
成し、独立駆動することもできる。各素子の光出力強度
は、同様に作製しても微妙に強度がばらついている。独
立駆動することにより各素子間のばらつきを調整するこ
とができる。
０℃の炉中で水蒸気によりＡｌＡｓ層２５だけを側方か
ら酸化し、その径が約３μｍの非酸化領域２５ａを残し
て高抵抗化させ、酸化領域３０を形成する。非酸化領域
２５ａが電流注入領域となる。その電流注入領域は上面
から見ると、図１（ｂ）に示すように配置される。斜線
領域で示したのが電流注入領域である。その後、ＳｉＮ
絶縁膜３２をメサ５０の上面を除いて蒸着し、ｐ側電極
３３として出射口４０を除いて表面一面にＴｉ／Ａｕを
形成する。基板２１の裏面一面にはｎ側電極３４として
Ａｕ／Ｇｅを蒸着する。なお、ｐ側電極３３は各電流注
入領域ごとに、別々に（独立して）引出し線を設けて形
成し、独立駆動することもできる。各素子の光出力強度
は、同様に作製しても微妙に強度がばらついている。独
立駆動することにより各素子間のばらつきを調整するこ
とができる。
【００３２】このように作製した各ＶＣＳＥＬ素子を、
導電性の保持基板の上に、図１（ａ）に示すようにリン
グ状に配置して、本実施形態に係るＶＣＳＥＬアレイが
完成する。
導電性の保持基板の上に、図１（ａ）に示すようにリン
グ状に配置して、本実施形態に係るＶＣＳＥＬアレイが
完成する。
【００３３】本実施形態では、ＶＣＳＥＬアレイを構成
する各ＶＣＳＥＬ素子は、共通したｐ側電極３３とｎ側
電極３４とにより電流注入され、それぞれ基本横モード
で発振する。各ＶＣＳＥＬ素子間の距離は、光学的に連
結する程度に近づいているので、光電界位相が揃って発
振する。更に、個々の光出力は１ｍＷ程度であるが、素
子は２０個以上有り、その総和は２０ｍＷを超える。
する各ＶＣＳＥＬ素子は、共通したｐ側電極３３とｎ側
電極３４とにより電流注入され、それぞれ基本横モード
で発振する。各ＶＣＳＥＬ素子間の距離は、光学的に連
結する程度に近づいているので、光電界位相が揃って発
振する。更に、個々の光出力は１ｍＷ程度であるが、素
子は２０個以上有り、その総和は２０ｍＷを超える。
【００３４】（第２の実施形態）図３（ａ）に、本発明
の第２の実施形態に係るＶＣＳＥＬアレイを上から見た
図を示す。図３（ａ）に示すように、本実施形態のＶＣ
ＳＥＬアレイは、複数個のＶＣＳＥＬ素子が隣接する素
子同士がメサを共有するようにリング状に連結されてい
る。このＶＣＳＥＬアレイは、以下の方法により製造さ
れる。
の第２の実施形態に係るＶＣＳＥＬアレイを上から見た
図を示す。図３（ａ）に示すように、本実施形態のＶＣ
ＳＥＬアレイは、複数個のＶＣＳＥＬ素子が隣接する素
子同士がメサを共有するようにリング状に連結されてい
る。このＶＣＳＥＬアレイは、以下の方法により製造さ
れる。
【００３５】第１の実施形態と同様の方法で、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板２１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２２、下側
ｎ型ＤＢＲ層２３、活性層領域２４、ｐ型ＡｌＡｓ層２
５、上側ｐ型ＤＢＲ層２６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
２７を順次積層する。
Ａｓ基板２１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２２、下側
ｎ型ＤＢＲ層２３、活性層領域２４、ｐ型ＡｌＡｓ層２
５、上側ｐ型ＤＢＲ層２６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
２７を順次積層する。
【００３６】次に、フォトリソグラフィーにより積層体
上にレジストマスクを形成し、反応性イオンエッチング
により上記積層膜を下部ｎ型ＤＢＲ層２３の途中まで除
去し、図３（ａ）に示すような、幅を周期的に変化させ
たリング状のメサを形成して、ＡｌＡｓ層２５側面を露
出させた。図３（ｂ）は、本実施形態の各素子部分の拡
大図である。
上にレジストマスクを形成し、反応性イオンエッチング
により上記積層膜を下部ｎ型ＤＢＲ層２３の途中まで除
去し、図３（ａ）に示すような、幅を周期的に変化させ
たリング状のメサを形成して、ＡｌＡｓ層２５側面を露
出させた。図３（ｂ）は、本実施形態の各素子部分の拡
大図である。
【００３７】その後、図３（ｃ）に示すように、約４０
０℃の炉中で水蒸気によりＡｌＡｓ層２５だけを側方か
ら酸化し、その径が約３μｍの非酸化領域２５ａを残し
て高抵抗化させ、酸化領域３０を形成する。非酸化領域
２５ａが電流注入領域となる。その電流注入領域は上面
から見ると、図３（ａ）に示すように配置される。斜線
領域で示したのが電流注入領域である。その後、ＳｉＮ
絶縁膜３２をメサ５０の上面を除いて蒸着し、ｐ側電極
３３として出射口４０を除いてＴｉ／Ａｕを形成する。
基板２１の裏面にはｎ側電極３４としてＡｕ／Ｇｅを蒸
着して、本実施形態に係るＶＣＳＥＬアレイが完成す
る。
０℃の炉中で水蒸気によりＡｌＡｓ層２５だけを側方か
ら酸化し、その径が約３μｍの非酸化領域２５ａを残し
て高抵抗化させ、酸化領域３０を形成する。非酸化領域
２５ａが電流注入領域となる。その電流注入領域は上面
から見ると、図３（ａ）に示すように配置される。斜線
領域で示したのが電流注入領域である。その後、ＳｉＮ
絶縁膜３２をメサ５０の上面を除いて蒸着し、ｐ側電極
３３として出射口４０を除いてＴｉ／Ａｕを形成する。
基板２１の裏面にはｎ側電極３４としてＡｕ／Ｇｅを蒸
着して、本実施形態に係るＶＣＳＥＬアレイが完成す
る。
【００３８】本実施形態に示すＶＣＳＥＬアレイを構成
する各ＶＣＳＥＬ素子は、共通した、あるいは電気的に
絶縁された独立のｐ側電極３３とｎ側電極３４とにより
電流注入され、それぞれ基本横モードで発振する。各Ｖ
ＣＳＥＬ素子の活性層及びスペーサ層は平面内で繋がっ
ており、素子間の距離も光学的に連結する程度に近づい
ているので、光電界位相が揃って発振する。更に、個々
の光出力は１ｍＷ程度であるが、素子は２０個以上有
り、その総和は２０ｍＷを超える。
する各ＶＣＳＥＬ素子は、共通した、あるいは電気的に
絶縁された独立のｐ側電極３３とｎ側電極３４とにより
電流注入され、それぞれ基本横モードで発振する。各Ｖ
ＣＳＥＬ素子の活性層及びスペーサ層は平面内で繋がっ
ており、素子間の距離も光学的に連結する程度に近づい
ているので、光電界位相が揃って発振する。更に、個々
の光出力は１ｍＷ程度であるが、素子は２０個以上有
り、その総和は２０ｍＷを超える。
【００３９】従って、本実施形態のＶＣＳＥＬアレイは
位相の揃ったレーザ光を出射し、基本横モードレーザの
集合であるので、モードもシングルであり、かつ光出力
も大きい。超解像を用いることにより、光スポットを絞
ることができ、光記憶装置等の用途に利用できる。シン
グルモードでの電流−光出力特性は、図４に示すものと
なり、従来に対して大幅に改善できた。
位相の揃ったレーザ光を出射し、基本横モードレーザの
集合であるので、モードもシングルであり、かつ光出力
も大きい。超解像を用いることにより、光スポットを絞
ることができ、光記憶装置等の用途に利用できる。シン
グルモードでの電流−光出力特性は、図４に示すものと
なり、従来に対して大幅に改善できた。
【００４０】尚、本実施形態では、電流注入領域が円形
となるようにメサ形状を形成しているが、多角形になる
ようにメサ形状を形成しても良い。
となるようにメサ形状を形成しているが、多角形になる
ようにメサ形状を形成しても良い。
【００４１】（第３の実施形態）図５に、本発明の第３
の実施形態に係るＶＣＳＥＬアレイを上から見た上面図
を示す。図５に示すように、本実施形態のＶＣＳＥＬア
レイは、酸化により高抵抗化された領域に囲まれた複数
の電流注入領域が所定の間隔で設けられ、リング状に並
べられている。このＶＣＳＥＬアレイは、以下の方法に
より製造される。
の実施形態に係るＶＣＳＥＬアレイを上から見た上面図
を示す。図５に示すように、本実施形態のＶＣＳＥＬア
レイは、酸化により高抵抗化された領域に囲まれた複数
の電流注入領域が所定の間隔で設けられ、リング状に並
べられている。このＶＣＳＥＬアレイは、以下の方法に
より製造される。
【００４２】第１の実施形態と同様の方法で、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板２１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２２、下側
ｎ型ＤＢＲ層２３、活性層領域２４、ｐ型ＡｌＡｓ層２
５、上側ｐ型ＤＢＲ層２６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
２７を順次積層する。
Ａｓ基板２１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２２、下側
ｎ型ＤＢＲ層２３、活性層領域２４、ｐ型ＡｌＡｓ層２
５、上側ｐ型ＤＢＲ層２６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
２７を順次積層する。
【００４３】図６（ａ）に示すように、直径２μｍの酸
化用細孔６０をドライエッチングによりＡｌＡｓ酸化層
２５より下まで形成した後、約４００℃の炉中で水蒸気
によりＡｌＡｓ層２５だけを側方から酸化し、非酸化領
域２５ａを残して高抵抗化させ、酸化領域３０を形成す
る。非酸化領域２５ａが電流注入領域となる。その個々
の電流注入領域を上から見ると、図６（ｂ）に示す形を
しており、図５に示すように配置される。斜線領域で示
したのが電流注入領域である。ｐ側電極３３として出射
口４０を除いてＴｉ／Ａｕを形成し、基板の裏面にはｎ
側電極３４としてＡｕ／Ｇｅを蒸着して、本実施形態に
係るＶＣＳＥＬアレイが完成する。
化用細孔６０をドライエッチングによりＡｌＡｓ酸化層
２５より下まで形成した後、約４００℃の炉中で水蒸気
によりＡｌＡｓ層２５だけを側方から酸化し、非酸化領
域２５ａを残して高抵抗化させ、酸化領域３０を形成す
る。非酸化領域２５ａが電流注入領域となる。その個々
の電流注入領域を上から見ると、図６（ｂ）に示す形を
しており、図５に示すように配置される。斜線領域で示
したのが電流注入領域である。ｐ側電極３３として出射
口４０を除いてＴｉ／Ａｕを形成し、基板の裏面にはｎ
側電極３４としてＡｕ／Ｇｅを蒸着して、本実施形態に
係るＶＣＳＥＬアレイが完成する。
【００４４】このように、作製されたＶＣＳＥＬアレイ
は第１の実施形態と同様に位相の揃ったレーザ光を出射
し、基本横モードレーザの集合であるので、モードもシ
ングルであり、かつ光出力も大きい。従って、超解像を
用いることにより、光スポットを絞ることができ、光記
憶装置等の用途に利用できる。
は第１の実施形態と同様に位相の揃ったレーザ光を出射
し、基本横モードレーザの集合であるので、モードもシ
ングルであり、かつ光出力も大きい。従って、超解像を
用いることにより、光スポットを絞ることができ、光記
憶装置等の用途に利用できる。
【００４５】尚、本実施形態では、電流注入領域が略円
形となるように酸化用細孔を配置したが、多角形になる
ように酸化用細孔を配置しても良い。
形となるように酸化用細孔を配置したが、多角形になる
ように酸化用細孔を配置しても良い。
【００４６】（第４の実施形態）図７に、本発明の第４
の実施形態に係るＶＣＳＥＬアレイを上から見た上面図
を示す。図７に示すように、本実施形態のＶＣＳＥＬア
レイは、プロトン打ち込みにより高抵抗化された領域に
囲まれた複数の電流注入領域が所定の間隔で設けられ、
複数の電流注入領域がリング状に並べられている。この
ＶＣＳＥＬアレイは、以下の方法により製造される。
の実施形態に係るＶＣＳＥＬアレイを上から見た上面図
を示す。図７に示すように、本実施形態のＶＣＳＥＬア
レイは、プロトン打ち込みにより高抵抗化された領域に
囲まれた複数の電流注入領域が所定の間隔で設けられ、
複数の電流注入領域がリング状に並べられている。この
ＶＣＳＥＬアレイは、以下の方法により製造される。
【００４７】第１の実施形態と同様の方法で、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板２１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２２、下側
ｎ型ＤＢＲ層２３、活性層領域２４、ｐ型ＡｌＡｓ層２
５、上側ｐ型ＤＢＲ層２６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
２７を順次積層する。
Ａｓ基板２１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２２、下側
ｎ型ＤＢＲ層２３、活性層領域２４、ｐ型ＡｌＡｓ層２
５、上側ｐ型ＤＢＲ層２６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
２７を順次積層する。
【００４８】次に、非高抵抗化領域２５ｂ以外の領域に
プロトンを活性層直上まで打ち込む。プロトンを打ち込
まない領域（非高抵抗化領域２５ｂ）が電流注入領域と
なるが、その径は約８μｍである。電流注入領域は上面
から見ると図７に示すように配置される。斜線領域で示
したのが電流注入領域である。ｐ側電極３３として出射
口４０を除いてＴｉ／Ａｕを形成し、基板２１の裏面に
はｎ側電極３４としてＡｕ／Ｇｅを蒸着して、本実施形
態に係るＶＣＳＥＬアレイが完成する。
プロトンを活性層直上まで打ち込む。プロトンを打ち込
まない領域（非高抵抗化領域２５ｂ）が電流注入領域と
なるが、その径は約８μｍである。電流注入領域は上面
から見ると図７に示すように配置される。斜線領域で示
したのが電流注入領域である。ｐ側電極３３として出射
口４０を除いてＴｉ／Ａｕを形成し、基板２１の裏面に
はｎ側電極３４としてＡｕ／Ｇｅを蒸着して、本実施形
態に係るＶＣＳＥＬアレイが完成する。
【００４９】このように作製されたＶＣＳＥＬアレイ
は、第１の実施形態と同様に位相の揃ったレーザ光を出
射し、基本横モードレーザの集合であるので、モードも
シングルであり、かつ光出力も大きい。従って、超解像
を用いることにより、光スポットを絞ることができ、光
記憶装置等の用途に利用できる。
は、第１の実施形態と同様に位相の揃ったレーザ光を出
射し、基本横モードレーザの集合であるので、モードも
シングルであり、かつ光出力も大きい。従って、超解像
を用いることにより、光スポットを絞ることができ、光
記憶装置等の用途に利用できる。
【００５０】尚、本実施形態では、電流注入領域が円形
となるようにプロトン打ち込み領域を設けた例を図示し
たが、電流注入領域が多角形となるようにプロトン打ち
込み領域を設けても良い。
となるようにプロトン打ち込み領域を設けた例を図示し
たが、電流注入領域が多角形となるようにプロトン打ち
込み領域を設けても良い。
【００５１】第1から第４の実施形態では、活性層にＡ
ｌＧａＡｓを用いた例を説明したが、ＧａＡｓもしくは
ＩｎＧａＡｓを用いた近赤外用、ＩｎＧａＰもしくはＡ
ｌＧａＩｎＰを用いた赤色用の面発光レーザにも適用で
きる。更には、ＧａＮ系やＺｎＳｅ系等の青色もしくは
紫外線面発光レーザ、ＩｎＧａＡｓＰ系等の１．３〜
１．５μｍ帯面発光レーザにも利用できることはもちろ
んである。
ｌＧａＡｓを用いた例を説明したが、ＧａＡｓもしくは
ＩｎＧａＡｓを用いた近赤外用、ＩｎＧａＰもしくはＡ
ｌＧａＩｎＰを用いた赤色用の面発光レーザにも適用で
きる。更には、ＧａＮ系やＺｎＳｅ系等の青色もしくは
紫外線面発光レーザ、ＩｎＧａＡｓＰ系等の１．３〜
１．５μｍ帯面発光レーザにも利用できることはもちろ
んである。
【００５２】また、ＤＢＲ層として半導体材料に限定さ
れることなく、絶縁膜を用いることも可能である。
れることなく、絶縁膜を用いることも可能である。
【００５３】
【発明の効果】本発明の面発光レーザアレイは、高出力
で、安定したシングルモードを有するという効果を奏す
るものであり、光記憶装置をはじめ、プリンタ装置、光
磁気ディスク装置等、高出力シングルモードの光源が必
要な装置に利用することができる。
で、安定したシングルモードを有するという効果を奏す
るものであり、光記憶装置をはじめ、プリンタ装置、光
磁気ディスク装置等、高出力シングルモードの光源が必
要な装置に利用することができる。
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る面発
光レーザアレイの平面図であり、（ｂ）は、その電流注
入領域の配置を表す概略図である。
光レーザアレイの平面図であり、（ｂ）は、その電流注
入領域の配置を表す概略図である。
【図２】（ａ）から（ｆ）は、本発明の第１の実施形態
に係る面発光レーザアレイの作製工程を順に表す概略断
面図である。
に係る面発光レーザアレイの作製工程を順に表す概略断
面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る面発
光レーザアレイの電流注入領域の配置を表す平面図であ
る。（ｂ）は、その素子部分の拡大図である。
光レーザアレイの電流注入領域の配置を表す平面図であ
る。（ｂ）は、その素子部分の拡大図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る面発光レーザア
レイの電流−光出力特性を表すグラフである。
レイの電流−光出力特性を表すグラフである。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る面発光レーザア
レイの平面図である。
レイの平面図である。
【図６】（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る面発
光レーザアレイの断面図である。（ｂ）は、その電流注
入領域の形状を表す部分拡大図である。
光レーザアレイの断面図である。（ｂ）は、その電流注
入領域の形状を表す部分拡大図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る面発光レーザア
レイの平面図である。
レイの平面図である。
【図８】従来の面発光レーザの構造を示す断面図であ
る。
る。
【図９】従来の面発光レーザのＮＦＰ示す図である。
【図１０】従来の面発光レーザの電流−光出力特性を表
すグラフである。
すグラフである。
Ｖ 面発光レーザ ２１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層 ２３ 下側ｎ型ＤＢＲ層 ２４ 活性層領域 ２５ ｐ型ＡｌＡｓ層 ２５ａ 非酸化領域 ２５ｂ 非高抵抗化領域 ２６ 上側ｐ型ＤＢＲ層 ２７ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ３０ 酸化領域 ３２ ＳｉＮ絶縁膜 ３３ ｐ側電極 ３４ ｎ側電極 ４０ 出射口 ５０ メサ Ｒ レジストマスク
Claims (5)
- 【請求項１】 活性層と該活性層を挟み込むスペーサ層
とからなる活性領域と、該活性領域を挟み込む反射層
と、を備えてなる複数の面発光レーザが、 各面発光レーザの発光領域が近接するように並べられ、
発光パターン全体がリング状となるように配置されてい
る面発光レーザアレイ。 - 【請求項２】 各面発光レーザの位相が同一となるよう
に、各面発光レーザが光学的に結合されていることを特
徴とする請求項１記載の面発光レーザアレイ。 - 【請求項３】 各面発光レーザは、基本横モードで発振
することを特徴とする請求項1または２記載の面発光レ
ーザアレイ。 - 【請求項４】 各面発光レーザは、ＡｌＡｓもしくはＡ
ｌＧａＡｓからなる酸化層によって電流狭窄されている
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載
の面発光レーザアレイ。 - 【請求項５】 各面発光レーザは、不純物打ち込みよる
高抵抗層によって電流狭窄されていることを特徴とする
請求項１から３までのいずれかに記載面発光レーザアレ
イ。
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