JPH04101486A - モニタ付き面発光型半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、光通信および光情報処理に用いられるモニ
タ付き面発光型半導体レーザ装置に関する。

（従来の技術） 従来のモニタ付き半導体レーザ装置としで、端面発光型
構造のものか知られでいる（例えば、文献丁°「アフ゛
ライト・フィシ・プラス・レタース゛（Ａ　　ｐ　Ｉ）
ｌｉｅｄ　　　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　　　Ｌ　　ｅ　　
ｔ　　ｔ６ｒｓ）３０（１０）、（１９７７）、ｐ５３
０５３３Ｊ　）。この従来構造の半導体レーザ装置は、
第２図にその構造を簡単な断面図で示すように、レーザ
発振本体１０と検出素子１２とを分離溝１４を介して共
通の基板］６上に対向させて設け、レーザ発振本体の先
導波路コ８（レーザを形成する基板面に平行な活性層か
ら主としでなる導波路）の一方の端面からレーザ光を高
出力で出力させ、他方の端面から出射したレーザ光を検
出素子１２へ入力させてモニタする構造となっている。

一方、面発光型半導体レーザとして、例えば、文献ＩＩ
・　「アプライド・フィジックス・レタス（Ａｐｐｌｉ
ｅｃｊ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌ　ｅ　ｔｔｅ　ｒｓ）
５５　（１１）、（１９８９）、ｐｌ　０５３−１０５
５」および文献ｍ、「オー・プラス・イー（ＯＰＬＵＳ
　　Ｅ）Ｎｏ、１２４（１９９０年３月）ｐ、１４１−
１４６Ｊに開示されているものがある。従来の面発光型
半導体レーザとして例えば第３図に断面構造を概略的に
示すように、基板２０の基板面に平行な水平活性導波路
（活性層）２２の端部に、基板面に対し傾斜角４５°て
設けた傾斜反射鏡２４７８有し、基板２０の裏面にレー
ザ光の出射窓２６を有する構造のものか開発され報告さ
れている。尚、２８はｐ−クラッド層、３０はｎ−クラ
ッド層、３２．３４は電極、３６は窒化シリコン保護膜
である。

（発明か解決しようとする課題） しかしなから、この従来のモニタ付き半導体レーザ装置
は端面発光型であって、モニタ付きの面発光型半導体レ
ーザ装置ではない。

また、この従来のレーザ装置では、レーザ発振本体と検
出素子とか、基板面と平行な同一平面内で、レーザ光の
光軸に沿って前後に並んた構造となっている。このため
、これらレーザ発振本体および検出素子か基板面を占有
する面積か広くなりレーザ装置全体を小型化するにも限
界かある。また、この従来構造であると、高出力化を図
るためには、検出素子へのレーザ光の出射光を少なくす
る必要かあるか、現実にはその出射光を減少させるのは
困難である。

また、従来の面発光型レーザにモニタのための検出素子
を組み合せた構造の、モニタ付き面発光型レーザ装置に
ついては、現在のところ報告はない。

この発明は、上述した点に鑑みなされたものであって、
従って、この発明の目的は、小型化および高出力化が可
能な、モニタ付き面発光型半導体レーザ装Ｍを提供する
ことにある。

（課題を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明によれば、 基板と、この基板の上面側に設けられた下側クラッド層
、水平活性導波路および上側クラッド層を少なくとも具
えるレーザ発振本体と、このレーザ発振本体の上側に設
けた上側電極と、基板の下面に設けた下側電極と、発振
したレーザ光をモタするための検出素子とを含むモニタ
付き面発光型半導体レーザ装置において、 前述の下側クラッド層と基板との間に設けられた多層反
射膜と、 前述のレーザ発振本体の上側の前述の上側電極外の領域
に形成した出射窓と、 前述のレーザ発振本体の一方の側に設けられ前述の基板
側にレーザ光を反射し、基板上面に対しで４５°の傾斜
角を有する第一全反射端面と、前述のレーザ発振本体の
他方の側にこの第一全反射端面と平行に設けられ前述の
基板とは反対側の出射窓へ向けてレーザ光を反射する、
第二全反射端面と を具え、 ざらに、検出素子（よ、前述の基板の、前述の第一全反
射端面から反射し多層反射膜を透過したレーザ光を受光
する位置に設けであることを特徴とする。

この発明の実施（こ当つ、好ましくは、検出素子８ｐｎ
接合ダイオード構造とするのか良い。

また、この発明の実施例では、好ましくは、多層反射膜
の反射率Ｖ９０％とするのか良い。

さらに、この発明の好適実施例によれば、レーザ発振本
体は、レーザストライプ方向に沿う中央領域の両側であ
って多層反射膜の上側に不純物拡散領域を具える構造と
するのか良い。

（作用） 上述しプと構成によれば、レーザ発振本体の水平活性導
波路の両端部に設けた第一および第二全反射端面ば、基
板上面（こ対して４５°傾斜しているため、水平活性導
波路を導波するレーザ光に入射角が４５°となり、従っ
て、このレーザ光に対し、全反射鏡となっている。そし
て、上側クラッド層の上方に設けた出射窓と下側クラッ
ド層の下側に設けた多層反射膜との間で共振器を構成し
、従って、水平活性導波路で発生した光は共振器間で増
幅されて出射窓から基板面とは反対側へと光出力でレー
ザ発光する。

一方、第一全反射端面の下方位置に、基板の下面から、
基板に穴を設け、この穴に検出素子を設けでいるので、
レーザ発振の際に多層反射膜を透過した光をこの検出素
子で検出するので、レーザ発振光のモニタを行うことか
出来る。

このように、この発明の面発光型レーザ半導体装置によ
れば、基板の表側にレーザ発振本体をおよび裏側に検出
素子を配設させた構造となっているので、レーザ発振本
体と検出素子は基板面に平行な同一面内に並Ｊくのでは
なく、基板の厚み方向に配設され１と構造となり、従っ
て、基板面でのレーザ装置の占有面積は小さい。

（実施例） 以下、図面ヲ参照して、この発明の実施例につき説明す
る。尚、以下、参照する図は、この発明か理解出来る程
度に各構成成分の形状、大きさおよび配置関係を概略的
に示しであるにすぎない。

また、各図において、断面を表わすハツチング等を一部
分省略して示しである。

第１図は、この発明のモニタ付き面発光型半導体レーザ
装置の一実施例の要部の一部分を切り欠き断面で示す、
概略的斜視図である。

ます、この発明のモニタ付き面発光型半導体レーザ装置
の実施例では、基板５０と、この基板５０の上面側に設
けられたレーザ発振本体６ｏとを具えている。この基板
５０を例えばｎ型シリコン（Ｓｌ）基板とする。この実
施例では、レーザ発振本体６０は、基板５０の上面側か
ら、バッファ層６２としてのｎ型Ａｕ、Ｇａ１−ｘ　Ａ
ｓ層（膜厚を例えばｌｕｍ程度とする）、多層反射膜６
４としてのｎ型Ａ　ｎ　Ｘ　Ｇ　ａ　＋−２△Ｓ／へρ
ｖ　Ｇ　ａ　＋　−ｖ　Ａ　ｓ層（但し、ｘ　＞　ｙ　
＞　Ｏ）、下側クラッド層６６としてのｎ型Ａρ、Ｇａ
Ａｓ層（膜厚を例えば１．５ｕｍ程度とする）、水平活
性導波路６８としてのアンドープＡｎ。

Ｇａｐ−２Ａｓ／ＧａＡｓ多量子井戸活性層（但し、Ｘ
＞Ｚ）　、上側クラッド層７０としてのｐ型Ａ　（ｌ　
ｘ　Ｇ　ａ　＋　−ｘ　Ａ　ｓ層（膜厚を例えば１．５
Ｂｍ程度とする）およびコンタクト層７２としてＧａＡ
ｓ層（膜厚を例えば０．５ｕｍ程度とする）を具えた層
構造として形成しである。

この場合、多量子井戸活性層６８の障壁層と井戸層とを
、特に図中区別して、示していないが、それぞれの厚み
をＬｂおよびしいとすると、発振波長での活性層６８の
平均組成Ｏのへｎｖ、Ｇａｐ−ｗへＳ（但し、Ｗ−し、
・Ｚ／（Ｌｂ＋Ｌ　Ｗ））の屈折率か、ＡＪ２ｚＧａ＋
−ｚ△ｓ　／　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ多重量子井戸活性層６８
の屈折率よりも小さくなるように設定するのか良い。ま
た、活性層６８の量子井戸の数および障壁層の厚みＬｂ
は、発振聞値電流か発振波長で最小になるように設定す
るのか良い。さらに、Ａβ８Ｇ　ａ　＋　−ｘ　Ａ　ｓ
　／　ＡρｙＧａ＋−ｙＡｓ多層反射膜６４の各層の厚
みは、好ましくは、発振波長を各々の屈折率で割ったも
のの１／４とするのか良い。また、好ましくは、多層反
射膜６４の組成ｙを発振波長よりも短波長のエネルキー
キャップを持つものとし、ざらには、好ましくは、その
反射率％９０％程度とするのか良い。

そして、このレーザ発振本体６０のコンタクト層７２は
、上側クラッド層７０の上側のレーザストライプ方向の
一部分の領域か露出するように、設けてあり、この露出
した一方の領域がレーザ光の出射窓７４そ構成している
。この場合、勿論、コンタクト層７２を上側クラッド層
７０の全面に設けた徒、このコンタクト層の所定の箇所
に出射窓７４を開口して設けても良い。

ざらに、この実施例では、レーザ発振本体６゜の一方の
側に、基板５０の上面に対しで４５°の傾斜角を有する
第一全反射端面８０を設け、この基板５０側にレーザ光
を反射させるように構成しである。また、レーザ発振本
体６０の他方の側には、この第一全反射端面８ｏと平行
に、従って、基板５ｏの上面に対し４５°傾斜した第二
全反射端面８２を設け、これによりレーザ光を基板５０
とは反対側の前述した出射窓７４へ向けてレーザ光を反
射するように構成しである。従って、この第二全反射端
面８２は、これを反射したレーザ光かその上方の出射窓
７４に垂直に入射しで出射するような位置に設けである
。そして、これら第および第二全反射端面８０および８
２を下側クラッド層６６の中途まで形成しである。

この出射窓７４には、透明な適当な保護膜を設けても設
けなくての良いか、いずれにしでも、上側クラッド層と
大気との屈折率との関係で決まる反射率より低くするよ
うに構成しである。従って、この出射窓７４と多層反射
膜６４との間で共振器を構成し得る。

ざらに、コンタクト層７２の上側に、出射窓７４を連ら
ないように、上側電極（ｎ型電極）８４を設け、基板５
０の下面には、後述する検出素子を形成した領域外に下
側電極（ｎ型電極）８６を設けである。

ざらに、上述したレーザ発振本体６０の周囲を埋め込む
ように、例えばポリイミド等の適当な材料の平坦化層８
６を設けである。

ざらに、この発明によれば、基板５０に検出素子９０を
設けである。この検出素子９０は、第全反射端面８０て
反射して多層反射膜を透過してきたレーザ光を受光出来
る位置に設けである。

この検出素子９０につき説明する。この実施例では、基
板５０の下面から基板の途中までの深さで穴５２を開口
し、この穴５２の表面領域に導電領域５４例えばｎ型シ
リコン（Ｓｉ）領域を形成し、この穴５２の表面の中央
部に検出素子用の電極（ｎ型電極）５６を設け、このｎ
型電極５６の周辺の穴５２の表面上に適当な保護膜５８
を設けである。また、この穴５２は、その中心か、第全
反射端面８０土にあける活性層６８の中心とほぼ一致す
るように、設けである。そして、検出素子９０は、基板
５０自体のｎ領域とｎ型シリコン領域５４とのｐｎ接合
ダイオードとして構成しである。

次に、この発明の構造を一層容易に理解できるようにす
るため、このモニタ付き面発光型レーザ装置の製法につ
き簡単に説明する。

第４図（△）〜（Ｅ）は、第１図に示したこの発明のモ
ニタ付き面発光型レーザ装置の構成例の製造工程図であ
る。この工程図は、レーザストライプ方向に沿った方向
の中心（光軸）上での断面図で示しである。第５図（Ａ
）および（Ｂ）は第４図（Ａ）および（Ｂ）のＡ−Ａ線
断面図である。

ます、ｎ型シリコン（Ｓｉ）基板５０の下面に通常のり
ソグラフィ技術を用いて例えば直径３０ｕｍ程度の円形
の開口部を有するレジストパターンを形成し、この基板
５０の下面から、基板の上面に厚ざ３０ｕｍ程度残存す
る深さのところまで化学エツチングを行って円形の穴５
２を開ける。

次に、この円形の穴５２の表面領域に対して、通常のリ
ングラフィおよび拡散工程とを用いて、ｐ型不純物（例
えばポロン（Ｂ）或いはガリウム（Ｇａ））ｌｉ拡散さ
せてｎ型シリコン（Ｓｌ）領域５４を形成する。その後
、この穴５２の表面を含む基板５０の下面全面に例えば
５１３Ｎｓ等の適当な材料を用いて保護膜５８を形成す
る。この保護膜５８を形成していない基板５２の表面を
通常の洗浄工程によって、表面洗浄を行う。然る後、減
圧有機金属気相成長法或いは分子線エピタキシャル成長
法により、基板５０の上面側に、バッファ層６２、下側
クラッド層６４、水平活性導波路である多重量子井戸活
性層６８、上側クラッド層７０およびコンタクト層７２
を順次に積層形成する。この場合、これら各層の材料、
層厚、或いは層数等の条件は第１図を参照して既に説明
したような条件とするのか好適である。このようにして
、第４図（ハ）に示すような構造体を得る。

次に、通常のリングラフィおよび拡散工程を用い、この
構造体の上側、従って、コンタクト層７２側から、レー
ザストライブ方向に沿った、幅３ｕｍ程度の中央領域で
あるストライブ領域９２を除いた両側の領域に、不純物
例えばシリコン（Ｓｉ）不純物を拡散させて、ｎ型領域
９４を形成すると共に、多重量子井戸活性層（Ａρ２Ｇ
ａｌ−、Ａｓ／ＧａＡｓ）６８を平均組成（Ａ　ｆ２　
ｗ　Ｇ　ａ　＋　−ｗ　Ａ　ｓ　）に無秩序化する。こ
の場合、この拡散を活性層６８を突き抜け、多層反射膜
６４の上側付近まで行うのか良い。

次に、電流の狭窄をより強固にするため、第５図（Ｂ）
中×で示した領域９６にプロトンイオン注入を行う。こ
の場合、例えば、注入イオンの加速エネルキーを４０Ｋ
ｅＶ、ドーズ量を１×１０　”ｃ　ｍ−２程度とする。

次に、コンタクト層７２の上側に上側電極（ｎ型電極）
８４を形成し、これを通常のりソグランイおよび化学エ
ツチングにより、長さが３００ｕｍ程度で幅が２００ｕ
ｍ程度の矩形状にバターニングする。この場合、この上
側電極８４のパターンは、その一端部か基板５０に設け
た穴５２の上方であって、上面側から見たとき、この端
部か穴５２にかからない程度に接近しているよう（こ設
けるのが良い。このようにして、第４図ＣＢ）に示すよ
うな構造体を得る。

次に、この上側電極８４をマスクとして、下側のコンタ
クト層７２を化学エツチングによって電極８４の下部領
域以外の領域を除去して上側クラッド層７０を部分的に
露出させる。次に、この上側電極８４の幅と同し幅で、
ストライブ方向の長さか上側電極８４よつも長い矩形状
のレジストパターンを設けて上側クラッド層７０の露出
面を部分的に覆い、依然として露出している上側ウララ
ド層の表面から下側クラッド層６６の途中までトライエ
ツチングを行う。このトライエツチング（こまって、レ
ーザストライプ方向に傾斜した、基板上面に対して４５
°の角度の第一および第全反射端面８０および８２か形
成される。この場合、第一および第二全反射端面８０お
よび８２には、上側クラッド層７０、活性層６８下側ク
ラッド層６６の一部分がそれぞれ露出する。そして、好
ましくは、この第一全反射端面８０に露出している活性
層６８の中心が、基板５０に形成した穴５２の中心とが
実質的に一敗するようにするのが良い。また、第二全反
射端面８２は、好ましくは、上方の出射窓８２の真下の
位置であって、上側から見たとき、上側電極８４に可及
的に近接させて形成するのが良い。このようにして、レ
ーザ発振本体６０が形成された構造体を第４図（Ｃ）に
示す。

次（こ、ｎ型シリコン（Ｓｌ）基板５０の穴５２０表面
領域に形成したｎ型領域５４に対応する領域とその周辺
の保護膜５８を残存させ、それ以外の保護膜５８の部分
を除去する。そして、この保護膜５８の部分が除去され
た基板５０の下面に下側電極（ｎ型電極）８８を設ける
。次に、この円形の穴５２の中心部分の保護膜５８の部
分を除去し、その除去した中心部分の露出面にｎ型電極
５６を設け、ｐｎ接合ダイオード構造の検出素子９０を
得る。このようにして得られた構造体を第４図（Ｄ）に
示す。

次に、所要に応じで、露出している下側クラッド層６６
の上側にポリイミド等といった適当な材料の平坦化層８
６を設けて、この発明のモニタ付き面発光型半導体レー
ザ装置を得る。

この発明は上述した実施例にのみ限定されるものではな
く、多くの変形および変更を行い得る。

例えば、上述した実施例では、ｎ型シリコン基板上への
レーザ発振本体形成のための各層の成長について説明し
たか、レーザ発振本体の層構造は上述した層構造以外の
構造であっても良い。また、使用材料も、シ１ノコン（
Ｓｉ）基板以外の材料の基板を用いても良い。そして、
レーザ発振本体を構成する層は、ＧａＡｓ系以外の例え
ばＩｎＰ系或いはその他の化合物半導体材料を用いて構
成しても良い。また、基板、各層および電極の導電型を
上述の実施例とは反対導電型としても良い。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明のモニタ
付き面発光半導体レーザ装置によれば、基板の上面側か
らレーザ光を取り出すことか出来ると共に、基板の裏面
側にモニタ用の検出素子を設けた構造であるので、上方
からこの半導体レーザ装置を平面的に見た場合、この検
出素子とレーザ発振部とが基板を占有する面積は、従来
よりも減少しでいる。従って、この発明のモニタ付き面
発光型半導体レーザ装Ｍ７８、大面積シリコン（Ｓｉ）
基板を用いて２次元的に高集積化することか可能である
。

また、共振器の一方の共振面を構成する多層反射膜を９
０％程度という高反射率の膜として形成することか出来
るので、その場合には、高出力のレーザ光をモニタしな
がら出力させることが出来る。

このように、この発明のモニタ付き面発光半導体レーザ
装置は、大面積に高集積化か可能となるので、大容量の
上方処理および通信に必要な゛並列情報処理とか並列通
信の光源とかに応用して好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明のモニタ付き面発光型半導体レーザ
装置の一実施例の、一部分を切り欠き断面で示した要部
の概略的斜視図、 第２図および第３図は、従来のモニタ付き半導体レーザ
装置の構造の説明（こ供する断面図、第４図（△）〜（
Ｅ）は、第１図に示した構造の半導体レーザ装置の製造
工程図、 第５図（Ａ）および（Ｂ）は、第４図（Ａ）および（Ｂ
）の△−Ａ線断面図である。 ７０・・・上側クラッド層、 ７４・・・出射窓、 ８２・・・第二全反射端面、 ８６・・・平坦化層、 ９０・・・検出素子、 ９４　・・・　ｎ　型を頁１或、 ７２・・・コンタクト層 ８０・・・第一全反射端面 ８４・・・上側電極 ８８・・・下側電極 ９２・・・ストライプ領域 ９６・・・領域。 ５０・・・基板、 ５４・・・導電領域、 ５８・・・保護膜、 ６２・・・バッファ層、 ６６・・・下側クラッド層 ６８・・・水平活性１波路 ５２・・・穴 ５６・・・電極 ６０・・・レーザ発振本体 ６４・・・多層反射膜 （多重量子井戸活性層）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と、該基板の上面側に設けられた下側クラッ
   ド層、水平活性導波路および上側クラッド層を少なくと
   も具えるレーザ発振本体と、該レーザ発振本体の上側に
   設けた上側電極と、基板の下面に設けた下側電極と、発
   振したレーザ光をモニタするための検出素子とを含むモ
   ニタ付き面発光型半導体レーザ装置において、 前記下側クラッド層と基板との間に設けられた多層反射
   膜と、 前記レーザ発振本体の上側の前記上側電極外の領域に形
   成した出射窓と、 前記レーザ発振本体の一方の側に設けられ前記基板側に
   レーザ光を反射し、基板上面に対して４５゜の傾斜角を
   有する第一全反射端面と、前記レーザ発振本体の他方の
   側に該第一全反射端面と平行に設けられ前記基板とは反
   対側の前記出射窓へ向けてレーザ光を反射する、第二全
   反射端面と を具え、 さらに、前記検出素子は、前記基板の、前記第一全反射
   端面から反射し前記多層反射膜を透過したレーザ光を受
   光する位置に設けてあることを特徴とするモニタ付き面
   発光型半導体レーザ装置。
2. （２）請求項１に記載の検出素子をｐｎ接合ダイオード
   構造とすることを特徴とするモニタ付き面発光型半導体
   レーザ装置。
3. （３）請求項１に記載の多層反射膜の反射率を９０％と
   したことを特徴とするモニタ付き面発光型半導体レーザ
   装置。
4. （４）請求項１に記載のレーザ発振本体は、レーザスト
   ライプ方向に沿う中央領域の両側であって前記多層反射
   膜の上側に不純物拡散領域を具えることを特徴とするモ
   ニタ付き面発光型半導体レーザ装置。