CN100370660C - 表面发光型发光元件、光模块、光传输装置 - Google Patents

表面发光型发光元件、光模块、光传输装置 Download PDF

Info

Publication number
CN100370660C
CN100370660C CNB2004100688145A CN200410068814A CN100370660C CN 100370660 C CN100370660 C CN 100370660C CN B2004100688145 A CNB2004100688145 A CN B2004100688145A CN 200410068814 A CN200410068814 A CN 200410068814A CN 100370660 C CN100370660 C CN 100370660C
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
emitting component
electrode
emitting
contact layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2004100688145A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1578030A (zh
Inventor
金子刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Publication of CN1578030A publication Critical patent/CN1578030A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100370660C publication Critical patent/CN100370660C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
    • H01S5/0264—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices for monitoring the laser-output
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04256—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H01S5/18311—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161—Disposition
    • H01L2224/16135—Disposition the bump connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/16145—Disposition the bump connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/48463—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond
    • H01L2224/48464—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond the other connecting portion not on the bonding area also being a ball bond, i.e. ball-to-ball
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/17—Semiconductor lasers comprising special layers
    • H01S2301/176—Specific passivation layers on surfaces other than the emission facet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/02218—Material of the housings; Filling of the housings
    • H01S5/02234—Resin-filled housings; the housings being made of resin
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02251—Out-coupling of light using optical fibres
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0235—Method for mounting laser chips
    • H01S5/02355—Fixing laser chips on mounts
    • H01S5/0237—Fixing laser chips on mounts by soldering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04256—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration
    • H01S5/04257—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration having positive and negative electrodes on the same side of the substrate

Abstract

本发明提供了一种能够维持表面发光型发光元件的特性，并精确检测发射光的表面发光型发光元件。该表面发光型发光元件(100)包括：设置在半导体基板(101)上，并沿垂直于半导体基板(101)的方向发射光的发光元件部(140)；设置在发光元件部(140)上的光探测部(120)；以及驱动光探测部(120)的第一电极(110)和第二电极(111)。其中，光探测部(120)包括第二接触层(112)、设置在第二接触层(112)上方的光吸收层(113)、以及设置在光吸收层(113)上方的第一接触层(114)。第一接触层(114)包括第一光透射部(114a)和从第一光透射部(114a)延伸出来的至少一个第一电极耦合部(114b)。第一电极(110)设置在第一接触层(114)的第一电极耦合部(114b)上。

Description

表面发光型发光元件、光模块、光传输装置
技术领域
本发明涉及表面发光型发光元件及其制造方法，以及包含该表面发光型发光元件的光模块和光传输装置。
背景技术
表面发光型半导体激光器是表面发光型发光元件的一种，它的光输出随着温度的不同而有所改变。因此，为了监控光输出值，使用表面发光型半导体激光器的光模块往往需要具有探测来自表面发光型半导体激光器的发射光的一部分的功能。例如有这样一种监控光强度方法，通过将表面发光型半导体激光器安装在用于探测光的光电二极管上，在外壳(package)的光发射窗中使来自该表面发光型半导体激光器的发射光的一部分反射而得到的反射光入射到该光电二极管上，从而监控光强度(例如参照专利文献1)。
在这种方法中，该反射光受表面发光型半导体激光器和光电二极管之间的安装精度、组件的形状和大小的影响。因此，根据该方法，难以正确地只探测从表面发光型半导体激光器射出的光。而且，应用这种方法时，因为需要将表面发光型半导体激光器安装在光电二极管上，以及为了使来自表面发光型半导体激光器的发射光反射而需要设置组件的光发射窗，所以难以实现光模块的小型化。
专利文献1：特开2000-323791号公报(日本专利第2000-323791号公报)
发明内容
本明的目的在于提供一种能够保持表面发光型发光元件的特性，而且能正确探测射出的光的表面发光型发光元件。
本发明的目的还在于提供包含该表面发光型发光元件的光模块及光传输装置。
表面发光型发光元件
根据本发明的表面发光型发光元件，包括：
发光元件部，设置在半导体基板上，并沿垂直于该半导体基板的方向发射光；
光探测部，设置在该发光元件部上；以及
第一电极和第二电极，用于驱动该光探测部，
其中，该光探测部包括：
第二接触层；
光吸收层，设置在该第二接触层上方；以及
第一接触层，设置在该光吸收层上方，
其中，该第一接触层包括：
第一光透射部；以及
至少一个第一电极耦合部，从该第一光透射部的外周的一部分延伸出来，
其中，该第一电极设置在该第一接触层中的该第一电极耦合部上。
根据本发明的表面发光型发光元件，该第一接触层包括该第一光透射部和从该第一光透射部延伸出来的第一电极耦合部。通过将该第一电极设置在该第一接触层中的该第一电极耦合部上，能够将透过该光吸收层入射到该第一光透射部上的光的大部分从该第一光透射部的上表面发射出去。因此，能够正确探测发射光的输出。
该表面发光型发光元件可以采取以下(1)至(8)的方式。
(1)能够从该第一光透射部的上表面排除该第一电极。
(2)该光探测部的上表面可以包含该光的发射面，该发射面的面积与该第一光透射部的上表面的面积大体相等。
这种情况下，该发射面可以是该第一光透射部的上表面。
(3)该第一电极和该第二电极可以不包围该光探测部。
(4)该第二接触层包括：第二光透射部和从该第二光透射部延伸出来的至少一个第二电极耦合部，在该第二接触层中仅该第二电极耦合部与用于驱动该光探测部的第二电极欧姆接触。
(5)在该发光元件部上还设有用于驱动该发光元件部的第三电极的至少一部分，该第三电极设置为部分包围该第二接触层，该第一和第二电极被从由该第三电极部分包围的区域以及该区域的垂直上方的区域内排除。
这种情况下，该第一光透射部可呈圆柱状，可由该第三电极的内侧面构成伪圆，该伪圆的直径可与该第一光透射部的截面的直径大体相等。
(6)该发光元件部可以具有表面发光型半导体激光器的功能。
(7)该发光元件部和该光探测部可以整体形成pnpn结构或npnp结构。
(8)该发光元件部和该光探测部可以整体形成npn结构或pnp结构。
光模块和光传输装置
根据本发明的光模块可以包括表面发光型发光元件和光波导管。此外，根据本发明的光传输装置包含该光模块。
附图说明
图1是示意性说明根据本发明的第一实施例的表面发光型发光元件的平面示意图和截面示意图。
图2是示意性说明将图1所示的第二接触层放大的平面示意图和截面示意图。
图3是示意性说明将图1所示的第一接触层放大的平面示意图和截面示意图。
图4是示意性说明将图1所示的第一、第二、第三、以及第四电极放大的平面示意图和截面示意图。
图5是示意性说明图1所示的表面发光型发光元件的制造步骤的平面示意图和截面示意图。
图6是示意性说明图1所示的表面发光型发光元件的制造步骤的平面示意图和截面示意图。
图7是示意性说明图1所示的表面发光型发光元件的制造步骤的平面示意图和截面示意图。
图8是示意性说明图1所示的表面发光型发光元件的制造步骤的平面示意图和截面示意图。
图9是示意性说明图1所示的表面发光型发光元件的制造步骤的平面示意图和截面示意图。
图10是示意性说明图1所示的表面发光型发光元件的制造步骤的平面示意图和截面示意图。
图11是示意性说明图1所示的表面发光型发光元件的制造步骤的平面示意图和截面示意图。
图12是示意性说明图1所示的表面发光型发光元件的制造步骤的平面示意图和截面示意图。
图13是示意性说明图1所示的表面发光型发光元件的制造步骤的平面示意图和截面示意图。
图14是示意性说明图1所示的表面发光型发光元件的制造步骤的平面示意图和截面示意图。
图15是示意性说明根据本发明的第二实施例的表面发光型发光元件的平面示意图和截面示意图。
图16是示意性说明将图15所示的第二接触层放大的平面示意图和截面示意图。
图17是示意性说明将图15所示的第二接触层和第二电极放大的平面示意图和截面示意图。
图18是示意性说明图15所示的表面发光型发光元件的制造步骤的平面示意图和截面示意图。
图19是示意性说明根据本发明的第三实施例的表面发光型发光元件的平面示意图和截面示意图。
图20是示意性说明图19所示的表面发光型发光元件的一制造步骤的平面示意图和截面示意图。
图21是示意性说明根据本发明第四实施例的光模块的截面示意图。
图22是示意性说明根据本发明第五实施例的光传输装置的示意图。
图23是示意性说明根据本发明第六实施例的光传输装置的使用状态的示意图。
图24是公知的表面发光型发光元件的截面示意图和平面示意图。
图25是使图24所示的公知的表面发光型发光元件驱动时的驱动电流、光输出、以及光电流之间关系的示意图。
图26中的图26(a)是示意性说明图24所示的公知的表面发光型发光元件的工作情况的截面示意图；图26(b)是示意性说明图1所示的表面发光型发光元件的工作情况的平面示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的优选实施例进行说明。
第一实施例
1.表面发光型发光元件的结构
图1是根据适用本发明的第一实施例的表面发光型发光元件100的平面示意图和截面示意图。图1示出了平面图和分别沿该平面图的A-A线和B-B线剖开的截面图。而且，图2是将图1所示的第一接触层114放大后的平面示意图和截面示意图。图3是将图1所示的第二接触层112放大后的平面示意图和截面示意图。图4是将图1所示的第一电极110、第二电极111、第三电极109、和第四电极107放大后的平面示意图和截面示意图。而且，在图2和图3中，为了便于说明，仅对第一接触层114和第二接触层112进行说明。
如图1所示，根据本实施例中的表面发光型发光元件100包括发光元件部140和设置在发光元件部140上的光探测部120。在本实施例中，发光元件部140具有表面发光型半导体激光器的功能。
在该表面发光型发光元件100中，能够从发射面108向与半导体基板101垂直的方向发射激光。该发射面108设置在光探测部120的上表面上(后面描述第一光透射部114a的上表面114x)
下面，分别就发光元件部140和光探测部120进行说明。
发光元件部
发光元件部140设置在半导体基板(在本实施例中是指n型GaAs基板)101上。该发光元件部140包括垂直谐振器(以下称作“谐振器”)，并包含柱状的半导体堆叠层(以下称作“柱状部”)130。
发光元件部140由以下(物质)依次沉积构成：40对分布反射型多层反射器(以下称作“第一反射器”)102，其中n型Al0.9Ga0.1As层和n型Al0.15Ga0.85As层交替沉积；活性层103，由GaAs势阱层和Al0.3Ga0.7As阻挡层构成，并包含用于势阱层的由三层势阱层构成的量子势阱结构；以及25对分布反射型多层膜反射器(以下称作“第二反射器”)104，其中p型Al0.9Ga0.1As层和p型A10.15Ga0.85As层交替沉积。但是，构成第一反射器102、活性层103、和第二反射器104的各层的组成和层数并不受上述条件的限定。
第二反射器104通过掺杂例如C被制成p型，第一反射器102通过掺杂例如Si被制成n型。因此，由p型的第二反射器104、不掺杂杂质的活性层103、和n型的第一反射器102形成pin二极管。
另外，从表面发光型发光元件100发射激光束的一侧到发光元件部140中的第一反射器102之间的部分被蚀刻，从发射激光束的一侧观察成圆形，从而形成柱状部130。此外，在本实施例中，柱状部130的平面形状为圆形，但是，可以采用任何形状。
另外，在靠近活性层103(构成第二反射器104的一个层)的区域上形成由氧化铝构成的电流狭窄层105。该电流狭窄层105呈环状。也就是说，该电流狭窄层105在与图1所示的半导体基板101的表面101a平行的平面剖开时所得的截面是同心圆形状。
此外，在根据本实施例的表面发光型发光元件100中，形成绝缘层(第一绝缘层106a)，以覆盖柱状部130的侧面和第一反射器102的上表面。也就是说，柱状部130的侧壁被第一绝缘层106a包围。例如，第一绝缘层106a可以是聚酰亚胺树脂、碳氟树脂、丙稀树脂、或者环氧树脂等，特别地，从易加工和绝缘性方面考虑，优选聚酰亚胺树脂或碳氟树脂。
此外，发光元件部140设置有第三电极109和第四电极107。该第三电极109和第四电极107用于驱动发光元件部140。在发光元件部140上设置第三电极109的至少一部分。具体地说，如图1所示，该第三电极109设置在柱状部130和第一绝缘层106a上。如图1所示，该第三电极109部分包围第二接触层112设置。也就是说，该第三电极109不能完全包围第二接触层112。此外，在第一反射器102的上表面中的没有设置第一绝缘层106a的区域上设置第四电极107。而且，在本实施例中，示出了第四电极107设置在第一反射器102上的情形，但第四电极107也可以设置在半导体基板101的背面101b上。此种情况，对在后面所描述的第二和第三实施例也是一样。
第三电极109由例如Pt、Ti、和Au的沉积膜构成。第四电极107由例如Au和Ge的合金与Au的沉积膜构成。通过该第三电极109和第四电极107，电流被注入到活性层103。而且，用于形成第三电极109和第四电极107的材料并不局限于前面所述的材料，例如，也可以采用Au和Zn的合金等材料。
光探测部
光探测部120包括：第二接触层112、光吸收层113、和第一接触层114。光吸收层113设置在第二接触层112上，第一接触层114设置在光吸收层113的上方。
第二接触层112例如可由n型GaAs层构成，光吸收层113例如可由未掺杂杂质的GaAs层构成，第一接触层114例如可由p型GaAs层构成。另外，第二接触层112例如通过掺杂C被制成p型，第一接触层114例如通过掺杂Si被制成n型。因此，由n型的第二接触层112、不掺杂杂质的光吸收层113、和p型的第一接触层114形成pin二极管。
在光探测部120上设置第一电极110和第二电极111。该第一电极110和第二电极111用于驱动光探测部120。该第一电极110和第二电极111不包围光探测部120。在本实施例的表面发光型发光元件100中，第一电极110可由与第三电极109相同的材质构成，第二电极111可由与第四电极107相同的材质构成。
此外，如图4所示，第一电极110和第二电极111被从区域X内排除。也就是说，在区域X内没有设置第一电极110和第二电极111。这里，区域X由被第三电极109部分包围的区域X1和位于区域X1垂直上方的区域X2构成(参照图4)。此外，在图4中，以点表示的区域属于区域X。
如图2所示，第一接触层114包括第一光透射部114a和至少一个第一电极耦合部114b。第一电极耦合部114b从第一光透射部114a延伸出来。此外，如图1所示，在第一接触层114中，仅在第一电极耦合部114b上(第一电极耦合部114b的上表面114y上)设置第一电极110。也就是说，在第一接触层114中，仅第一电极耦合部114b与用于驱动光探测部120的第一电极110欧姆接触。因此，第一电极110被从第一光透射部114a的上表面114x上排除。
如图1所示，第一光透射部114a具有圆柱状的形状。而且，如图4所示，第三电极109部分包围第二接触层112的周围，由第三电极109的内侧面构成伪圆。该伪圆的直径d2(参照图4)与第一光透射部114a的截面的直径d1(参照图1和图2)大体相等。
如图3所示，第二接触层112包括第二光透射部112a和至少一个第二电极耦合部112b。第二电极耦合部112b从第二光透射部112a延伸出来。如图1所示，该第二电极耦合部112b优选设置在与第一接触层114的第一电极耦合部114b平面的不重叠的位置上。
此外，在第二接触层112中，仅在第二电极耦合部112b上(第二电极耦合部112b的上表面112y上)设置第二电极111。也就是说，第二电极111被从第二光透射部112a的上表面112x上排除。而且，在第二接触层112中，仅第二电极耦合部112b和用于驱动光探测部120的第二电极111欧姆接触。
调整第二光透射部112a的截面的设置位置和面积，优选使从发光元件部140(具体地说是指第二反射器104的上表面104a)发射的光尽可能多地入射到光探测部120上。尤其优选的是进一步调整第二光透射部112a的截面的设置位置和面积，使从第二反射器104的上表面104a发射的光大部分入射到光第二光透射部112a上。
而且，光探测部120的上表面包含光的发射面108。具体地说，第一接触层114中的第一光透射部114a的上表面114x是发射面108。这种情况下，如图1所示，发射面108的面积与第一光透射部114a的上表面114x的面积大体相等。
此外，如图1所示，第一电极110形成在第一电极耦合部114b和第二绝缘层106b上，第二绝缘层106b形成在第一绝缘层106a上。如图1所示，在光探测部120中，第一接触层114的第一电极耦合部114a的侧壁、光吸收层113的侧壁的一部分，以及第二接触层112的第二电极耦合部112b的侧壁与第二绝缘层106b接触。
第二绝缘层106b例如可由氮化硅、氧化硅、或者氧氮化硅构成。由该第一绝缘层106a和第二绝缘层106b构成绝缘层106。
此外，本实施例示出了绝缘层106由第一绝缘层106a和第二绝缘层106b构成时的情况，但绝缘层106并不限于两层的结构，例如可以使同一材质构成的一层图案化而形成。
整体结构
本实施例的表面发光型发光元件100中，由发光元件部140的n型第一反射器102和p型第二反射器104、以及光探测部120的n型第一接触层114以及p型第二接触层112整体形成pnpn结构。此外，在上述各层中，通过更换p型和n型，可以整体形成npnp结构。
光探测部120具有监控由发光元件部140产生的光输出的功能。具体地说，光探测部120将由发光元件部140产生的光转换为电流。根据该电流值，计算由发光元件部140产生的光输出。
更具体地说，在光探测部120中，由发光元件部140产生的光的一部分被光吸收层113吸收，通过被吸收的光，在光吸收层113中发生光激励，从而产生电子和空穴。而且，通过从元件外部施加的电场，电子向第二电极111移动，空穴向第一电极110移动。因此，在光探测部120中，在从第二接触层112向第一接触层114的方向上产生电流。
此外，发光元件部140的光输出主要取决于施加在发光元件部140上的偏置电压。尤其是，当发光元件部140为表面发光元件型半导体激光器时，来自发光元件部140的光输出随着发光元件部140的周围温度和发光元件部140寿命的不同，有很大变化。因此，需要维持发光元件部140中特定的光输出，通过由光探测部120监控发光元件部140的光输出，根据光探测部120产生的电流的值，调整施加在发光元件部140上的电压值，从而调整流经发光元件部140内的电流值，以维持光输出。可以由外部电路(未示出)进行将发光元件部140的光输出反馈到施加到发光元件部140上的电压值的控制。
此外，在本实施例中，对表面发光型发光元件100为表面发光型半导体激光器时的情况进行了说明，但本发明也同样适用于表面发光型半导体激光器以外的发光元件。而且，作为能够适用本发明的表面发光型发光元件，可以是诸如半导体发光二极管等。此种情况，对在后面所述的第2和第3实施例中的表面发光型发光元件也同样适用。
2.表面发光型发光元件的工作情况
下面示出了根据将要描述的实施例的表面发光型发光元件100的通常工作情况。而且，下面描述的表面发光型半导体激光器的驱动方法只是其中的一个实例，可以有很多改变，而不脱离本发明的精神。
首先，当由第三电极109和第四电极107向pin二极管施加正向电压时，电子和空穴在活性层103中复合，产生基于该复合的发光。因此，产生的光在第二反射器104和第一反射器102之间往返时引起感应发射，光的强度增强。当光收益超过光损失的时候，产生激光振荡，激光从第二发射器104的上表面104a发射出去，再入射到光探测部120的第二接触层112(第二光透射部112b)。
接着，在光探测部120中，入射到第二接触层112(第二光透射部112b)的光再入射到光吸收层113。由于该入射光的一部分被光吸收层113吸收，因此在光吸收层113中发生光激励，产生电子和空穴。而且，通过从元件外部施加的电场，电子向第二电极111移动，空穴向第一电极110移动。其结果，在光探测部120中，在从第二接触层112向第一接触层114的方向上产生电流(光电流)。通过测定该电流值，能够检测到发光元件部140的光输出。
3.表面发光型发光元件的制造方法
下面，参照图5至图14，对根据采用本发明的第一实施例中的表面发光型发光元件100的制造方法的一例进行说明。图5至图14是图1所示的表面发光型发光元件100的制造步骤的平面示意图和截面示意图，并分别对应于图1所示的平面视图和截面视图。
(1)首先，如图5所示，在由n型GaAs构成的半导体基板101的表面上，通过在调制组成的同时使其外延生长，形成半导体多层膜150(参照图5)。在此，半导体多层膜150由例如n型Al0.9Ga0.1As层和n型Al0.15Ga0.85As层交替沉积的40对的第一反射器102、GaAs势阱层和Al0.3Ga0.7As阻挡层构成并包含三层势阱层的量子势阱结构的活性层103、p型Al0.9Ga0.1As层和p型Al0.15Ga0.85As层交替沉积的25对的第二反射器104、由n型GaAs构成的第二接触层112、由没有掺杂杂质的GaAs构成的光吸收层113、以及由p型GaAs构成的第一接触层114组成。通过将这些层依次在半导体基板101上沉积形成半导体多层膜150。
而且，第二反射器104生长的时候，在AlAs层或Al成分等于或大于0.95的AlGaAs层上形成活性层103附近的至少一层。之后该层被氧化，成为电流狭窄层105(参照图9)。此外，在后面的步骤中，形成第二电极111和第三电极109时，通过增加载流子密度，在与第二电极111接触的第二接触层112中的至少一部分的附近优选容易和第二电极111欧姆接触。同样，通过增加载流子密度，在与第三电极109接触的第二反射器104中的至少一部分的附近优选容易和第三电极109欧姆接触。
进行外延生长时的温度根据生长方法和原料、半导体基板101的种类、或者要形成的半导体多层膜150的种类、厚度，以及载流子密度被适当决定，一般情况下，优选450℃～800℃。另外，进行外延生长所需要的时间也和温度一样被适当决定。并且，外延生长的方法可以采用有机金属气相生长MOVPE(Metal-Organic VaporPhase Epitaxy)法、和MBE法(Molecular Beam Epitaxy，分子束外延生长)、或者LPE法(Liquid Phase Epitaxy，液相外延生长)。
(2)接着，对第一接触层114和光吸收层113中的每个制作特定形状的图案(参照图6)。
首先，在半导体多层膜150上，涂敷光刻胶(未示出)后，通过光刻法，将光刻胶制成图案形成特定的光阻层R1。
接着，以光阻层R1作为掩模，通过例如干刻法，蚀刻第一接触层114和光吸收层113。因此，如图6所示，形成由第一光透射部114a和第一电极耦合部114b构成的第一接触层114(参照图2)，以及与第一接触层114具有相同形状的光吸收层113。其后，除去光阻层R1。
(3)接着，将第二接触层112制作成特定形状的图案(参照图7)。具体地说，首先，在第二接触层112上涂敷光刻胶(未示出)后，通过光刻法，将光刻胶制成图案形成特定的光阻层R2(参照图7)。
接着，以光阻层R2作为掩模，通过例如干刻法，蚀刻第二接触层112。因此，如图7所示，形成由第二光透射部112a和第二电极耦合部112b构成的第二接触层112(参照图3)。第二电极耦合部112b形成在与第一接触层114的第一电极耦合部114b平面的不重叠的位置上。其后，除去光阻层R2。因此，在第二接触层112中仅第二电极耦合部112b露出，同时形成光探测部120。
(4)接着，通过制作图案形成柱状部130(参照图8)。具体地说，首先，在第二反射器104上，涂敷光刻胶(未示出)后，通过光刻法，将光刻胶制成图案，形成具有预定图案的光阻层R3(参照图8)。
接着，以光阻层R3作为掩模，通过例如干刻法，蚀刻第二反射器104、活性层103、以及第一反射器102的一部分。因此，如图8所示，形成柱状部130。通过以上的步骤，如图4所示，在半导体基板101上形成包含柱状部130的谐振器(发光元件部140)。其后，除去光阻层R3。
此外，在本实施例中，如前所述，对先形成光探测部120后再形成柱状部130的情况进行了说明。但也可以先形成柱状部130后再形成光探测部120。
(5)接着，通过将根据上述步骤形成柱状部130的半导体基板101放到例如400℃的水蒸气的环境中，从侧面氧化上述的第二反射器104中的Al成分高的层，形成电流狭窄层105(参照图9)。
氧化率取决于炉温、水蒸气的供给量、待氧化层(Al成分高的层)中Al的含量及膜厚。在具有通过氧化形成的电流狭窄层的表面发光激光器中，驱动的时候，电流仅流向没有形成电流狭窄层的部分(没被氧化的部分)。因此，在氧化形成电流狭窄层的步骤中，通过控制待形成的电流狭窄层105的范围，可以控制电流的密度。
此外，调整电流狭窄层105的直径，优选使从发光元件部140发射出去的光的大部分入射到第二接触层112(在本实施例中是指第二接触层112的第二光透射部112a)上。
(6)接着，形成覆盖柱状部130侧壁的第一绝缘层106a(参照图10和图11)。
首先，形成第一绝缘层106a，以使柱状部130侧壁被第一绝缘层106a覆盖。而且，这里，对用于形成第一绝缘层106a的材料采用聚酰亚胺树脂的情况进行了说明。
采用诸如旋涂法将树脂前身(聚酰亚胺前身，未示出)涂敷在柱状部130的侧壁上后，使其亚胺化，形成第一绝缘层106a。该树脂前身的涂敷方法，除了上述的旋涂法之外，也可以采用浸涂法、喷涂法、喷射法等公知技术。
接着，在第一绝缘层106a上涂敷光刻胶(未示出)后，通过光刻法，将光刻胶制成图案，形成具有预定图案的光阻层R4(参照图10)。
接着，以光阻层R4作为掩模，通过例如干刻法，对第一绝缘层106a的一部分进行蚀刻。其后，除去光阻层R4。因此，如图11所示，形成具有预定图案的第一绝缘层106a。
此外，该第一绝缘层106a的形成方法，除了上述的方法以外，可以采用诸如特开2001-066299号公报(日本专利第2001-0662999号公报)上记载的方法。
(7)接着，在第一绝缘层106a上形成第二绝缘层106b(参照图12和图13)。
首先，在第一绝缘层106a上沉积第二绝缘层106b。第二绝缘层106b可以由上述的材质构成。例如使用氮化硅形成第二绝缘层106b时，可以通过等离子体CVD法等形成。
接着，在第二绝缘层106b上，涂敷光刻胶(未示出)后，通过光刻法，将该光刻胶制成图案，形成具有预定图案的光阻层R5(参照图12)。
接着，以光阻层R5作为掩模，通过例如干刻法，除去第二绝缘层106b。其后，除去光阻层R5。因此，如图13所示，形成具有预定图案的第二绝缘层106b。
(8)接着，形成第一电极110和第三电极109(参照图14)，该第一电极110与第一电极耦合部114b欧姆接触，且延伸至第二绝缘层106b上，该第三电极109与第二反射器104欧姆接触，且延伸至第一绝缘层106a上。
首先，在形成第一电极110和第三电极109前，根据需要，使用等离子体处理方法等，洗净第一接触层114的上表面(114x和114y)、第一绝缘层106a和第二绝缘层106b的上表面。因此，可以形成特性更稳定的元件。
接着，通过例如真空蒸镀法形成例如Pt、Ti和Au的沉积膜(未示出)。接着，通过剥离法(lift-off)，除去特定位置以外的沉积膜，形成第一电极110和第三电极109。这种时候，在第一接触层114中的第一光透射部114a的上表面114x上形成没有形成该沉积膜的部分。该部分成为发射面108。而且，在上述步骤中，可以采用干刻法代替剥离法。此外，在上述步骤中，同时对第一电极110和第三电极109制作图案，但也可以分别形成第一电极110和第三电极109。
(9)接着，通过用相同的方法对例如Au和Ge的合金与Au的沉积膜制作图案，在发光元件部140的第一反射器102上形成第四电极107，在光探测部120的第二电极耦合部112b上形成第二电极111(参照图1)。接着，进行退火处理。退火处理的温度取决于电极材料。在本实施例中使用的电极材料通常是在400℃左右的环境中进行。根据上述的步骤，形成第二电极111和第四电极107(参照图1)。
根据上述步骤，如图1所示，可获得包含发光元件部140和光探测部120的表面发光型发光元件100。
4.作用效果
根据本实施例中的表面发光型发光元件100具有以下描述的作用效果1-3。而且，在下面各作用效果1-3的描述中，(A)描述的是作为比较例的公知的表面发光型发光元件的构造，(B)描述的是根据本实施例中的表面发光型发光元件100的构造和作用效果。
(1)作用效果1
(A)公知的表面发光型发光元件
图24是公知的表面发光型发光元件900的截面示意图和平面示意图。该表面发光型发光元件900包括：设置在半导体基板901上的发光元件部940；以及设置在发光元件部940上的光探测部920。发光元件部940具有表面发光型半导体激光器的功能。也就是说，在发光元件部940中产生光(激光束)。光探测部920吸收该光的一部分，将吸收的光转换为光电流。根据该光电流的值能够检测到发光元件部940的光输出。
发光元件部940包括n型的第一反射器902、不掺杂杂质的活性层903、和p型的第二反射器904。这些层设置在n型的半导体基板901上。第二反射器904上设置有电流狭窄层905。而且，在半导体基板901中，在和第一反射器902的设置面相反的面上设置第四电极907。而且，在第二反射器904上设置第三电极909。此外，在第二接触层912的上面设置第二电极911。第三电极909和第二电极911具有环形的平面形状，设置第三电极909和第四电极907以将电流注入活性层903。而且，设置第一电极910和第二电极911以驱动光探测部920。
光探测部920设置在发光元件部940上，包括：p型的第二接触层912、没有掺杂杂质的光吸收层913、和n型的第一接触层914。此外，在第一接触层914上设置第一电极910。第一电极910具有环形的平面形状。在光探测部920中，光吸收层913吸收的光被转换为光电流。
在该表面发光型发光元件900中，在光探测部920的上表面上设置光的发射面908。具体地说，由环形的第一电极910构成的开口部990的底面是发射面908。此外，对在该表面发光型发光元件900的发光元件部940中产生多模式的激光束的情况进行了说明。
图25示出了驱动该表面发光型发光元件900时的发光元件部940的驱动电流和从发射面908射出的光的输出(光输出)以及在光探测部920中产生的光电流之间的关系。
在驱动表面发光型发光元件900时，光输出发生的点和光电流发生的点几乎相同时，在光探测部920中产生的光电流可以正确探测来自发光元件部940的光输出(如图25的虚线所示)。
不过，在该表面发光型发光元件900中，如图25所示，如果在第三电极909和第四电极907之间施加预定的电压的话，发光元件部940的驱动电流将增大，光输出产生前，即光从发射面908射出前，在光探测部920中产生光电流。也就是说，这种情况下，不能够根据在光探测部920中产生的光电流的值精确地探测出来自发光元件部940的光输出。
这样，下面对光电流的产生时期和光输出的产生时期之间发生偏移的原因进行说明。图26(a)是将图24所示的表面发光型发光元件900的光探测部920的一部分放大的截面示意图。
图26(a)示出了光探测部920中的光吸收层913、第一接触层914、和第一电极910。此外，图26(a)示出了表示在发光元件部940的活性层903上产生后、入射到光吸收层913的激光束的强度分布线，以点划线表示的是单一模式的光的强度分布，以实线表示的是多模式的光的强度分布。一般情况下，由表面发光型半导体激光器产生的激光束具有单一模式的光还是多模式的光受电流狭窄层直径大小的影响。
在光吸收层913中，在发光元件部940产生的激光的一部分被吸收，剩下的透过光吸收层913，入射到第一接触层914。不过，如图26(a)所示，在第一接触层914的上面设置第一电极910。因此，在第一接触层914中的在第一电极910位于其上部的区域(位于图26(a)的虚线外侧的区域)中，透过光吸收层913入射到第一接触层914的光被第一电极910和第一接触层914间的界面反射。因此，在该区域中，透过光吸收层913入射到第一接触层914的光难以从发射面908发射出去。
图25所示的驱动电流和光输出以及光电流之间的关系，在该表面发光型发光元件900的发光元件部940中，往往产生多模式的激光。因此，如图26(a)所示，首先，根据入射到第一接触层914中第一电极910的下面的位置上的光，产生光电流，因此，可以认为在光输出产生前产生光电流。
(B)本实施例的表面发光型发光元件
另一方面，根据本实施例的表面发光型发光元件100，如图26(b)所示，第一接触层114包括第一光透射部114a和从第一光透射部114a延伸的第一电极耦合部114b，仅在第一接触层114的第一电极耦合部114b上设置第一电极110。
图26(b)是将图1所示的表面发光型发光元件100的光探测部120的一部分放大的截面示意图。如图26(b)所示，没有在第一光透射部114a上设置第一电极110。也就是说，第一电极110被从第一光透射部114a的上表面114x(发射面108)上排除。根据该结构，能够使透过光吸收层113入射到第一光透射部114a的光的大部分从第一光透射部114a的上表面114x(发射面108)发射出去。
在流经光探测部120的光电流和从发射面108发射出去的光输出之间产生关联性。因此，能够精确地探测到从发射面108发射出去的光输出。
(2)作用效果2
(A)显而易见，表面发光型半导体激光器具有随着驱动电流大小的不同，产生的激光束的强度分布有所变化的特性(IEEEJournal Of Quantum Electronics，Vol.38，No.2，February 2002)。当由表面发光型半导体激光器产生的激光束是单一模式时(参照图26(a)中以点划线表示的波形)，因为产生的激光束的强度分布变化小，相对于驱动电流的变化，产生的激光的强度分布变化比较小。因此，在图24所示的表面发光型发光元件900中，当产生的激光束为单一模式时，相对于入射到第一接触层914的全部光量，从发射面908发射出去的光的比例随着驱动电流的变化，没有显著变化。
另一方面，当由表面发光型半导体激光器产生的激光束是多模式的时(参照图26(a)中以实线表示的波形)，产生的激光束的强度分布变化大，因此，产生的激光束的强度分布随着驱动电流的变化而显著变化。
因此，在图24所示的表面发光型发光元件900中，当产生的激光为多模式时，从发射面908发射出去的光与入射到第一接触层914的全部光量的比例随着驱动电流的变化而变化较大。因此，相对于入射到第一接触层914的全部光量，被第一电极910反射的、没有从发射面908发射出去的光的比例变化也较大。
也就是说，当产生的激光束为多模式的时，随着驱动电流的变化，产生的激光束的强度分布变化较大，所以，在图26(a)中，存在于区域A中的光和存在于区域B中的光的比例变化较大。其结果，在光探测部920中产生的光电流和从发射面908发射出去的光输出之间的关联性变小。因此，通过光探测部920难以正确监控发光元件部940的发射光的输出。
(B)另一方面，根据本实施例的表面发光型发光元件100，仅在第一接触层114的第一电极耦合部114b上设置第一电极110，所以能够使透过光吸收层113入射到第一光透射部114a的光的大部分从发射面108发射出去。因此，即使在发光元件部140中产生的光是多模式的时，也能够防止随着光的强度分布的变化从发射面108发射出去的光的比例发生变化。其结果，能够维持光电流和光输出之间的关联性。
此外，在本实施例的表面发光型发光元件100中，产生多模式的光和产生单一模式的光的两种情况下，都能够实现上述的作用效果，尤其是产生多模式的光的情况下，能够解决上述课题。
一般情况下，产生多模式光的表面发光型半导体激光器大多情况下，与多模式光纤结合。与单模式的发射光和单模式的光纤之间的结合相比较，多模式的发射光和多模式的光纤之间的结合更容易。因此，适合于需要小型化和低价格化的、比较短距离的光通信。
(3)作用效果3
(A)在图24所示的表面发光型发光元件900中，第三电极909设置在发光元件部940上，并且具有环形的形状。光探测部920设置在第三电极909的内侧。因此，发光元件部940的直径比光探测部920的直径大。
当通过氧化在发光元件部940上形成电流狭窄层905时，如果发光元件部940的直径变大，通过氧化，在发光元件部940的内侧形成电流狭窄层905的时候，一般情况下，难以控制电流狭窄层的直径。
(B)反之，在本实施例的表面发光型发光元件100中，第三电极109部分围绕第二接触层112设置，第一电极107和第二电极111被从第三电极109部分包围的区域X1和区域X1的垂直上方的区域X2内排除(参照图4)。因此，不需要在第三电极109的内侧形成光探测部120。因此，光探测部120的直径大小和发光元件部140的直径大小的差能够很小。因此，可以减少发光元件部140的直径，这种情况下，能够更容易控制电流狭窄层105的直径。
第二实施例
1.表面发光型发光元件的结构
图15是根据适用本发明的第二实施例的表面发光型发光元件200的截面示意图。图16是将图15所示的第二接触层212放大的平面示意图和截面示意图。图17是将图15所示的第二接触层212和第二电极211放大的平面示意图和截面示意图。此外，在本实施例中，与第一实施例相同，对采用作为表面发光型发光元件的表面发光型半导体激光器的情况进行说明。
根据本实施例的表面发光型发光元件200，除了在第二接触层212设置有多个第二电极耦合部212b和第二电极211外，其他的几乎与第一实施例中的表面发光型发光元件100具有相同的构造。因此，对与第一实施例的表面发光型发光元件100实质上相同的构成要素标注相同的附图标记，在此，省略对其的详细说明。
如图15至图17所示，在根据本实施例的表面发光型发光元件200的光探测部220中，设有第二接触层212的多个第二电极耦合部212b。此外，在第二电极耦合部212b的上面，分别设有第二电极211。而且，第二电极211的一部分设置在第三电极109上。
第二电极耦合部212b和第二电极211可以分别由与第一实施例的第一电极耦合部112b和第二电极111相同的材质构成。如图15所示，各第二电极耦合部212b设置在与第一接触层114的第一电极耦合部114b平面的不重叠的位置上。
2.表面发光型发光元件的工作情况
本实施例的表面发光型发光元件200的工作情况与第一实施例的表面发光型发光元件100基本相同，所以在此省略对其的详细说明。
3.表面发光型发光元件的制造方法
根据本实施例的表面发光型发光元件200的制造方法，在对第二接触层212制作图案的步骤中，通过将具有特定平面形状的光阻层R6作为掩模制作图案，设置多个第二电极耦合部212b后(参照图18)，在每个第二电极耦合部212b上设置每个第二电极211。除了上述的步骤以外，与上述的第一实施例的表面发光型发光元件100的制造步骤(参照图5和图14)相同。因此，省略详细描述。
4.作用效果
根据本实施例的表面发光型发光元件200具有与第一实施例的表面发光型发光元件100实质相同的作用和效果。而且，在本实施例的表面发光型发光元件200中，因为设有第二接触层212的多个第二电极耦合部212b和第二电极211，所以通过第二接触层212能够形成效果均匀的电场。这样，就可以较高的速度驱动光探测部120。另外，根据本实施例的表面发光型发光元件200的第二接触层212和第二电极211可以应用于后面描述的第三实施例的表面发光型发光元件。
第三实施例
1.表面发光型发光元件的结构
图19是根据第三实施例的表面发光型发光元件300的截面示意图。此外，在本实施例中，与第一和第二实施例相同，对采用作为表面发光型发光元件的表面发光型半导体激光器的情况进行说明。
根据本实施例的表面发光型发光元件300与根据第一实施例的表面发光型发光元件100有不同的结构，不同之处在于：光探测部320包括由p型GaAs构成的第二接触层312和由n型GaAs构成的第一接触层314，第二接触层312上没有设置第二电极耦合部，以及第三电极109具有第二电极的功能。除了上述不同之处外，其他的几乎与第一实施例中的表面发光型发光元件100具有相同的构造。因此，对与第一实施例的表面发光型覆盖元件100实质上相同的构成要素标注相同的附图标记，在此，省略对其的详细说明。
在根据本实施例的表面发光型发光元件300的光探测部320中，由p型GaAs构成的第二接触层312、没有掺杂杂质的光吸收层113、由n型GaAs构成的第一接触层314依次沉积。在该光探测部320中，第二接触层312、光吸收层113和第一接触层314具有相同的平面形状。此外，发光元件部140的第三电极109具有驱动光探测部320的第二电极的功能。也就是说，发光元件部140和光探测部320共用第三电极109。
此外，在发光元件部140中，n型的第一反射器102、活性层103、和p型的第二反射器104依次沉积。而且，在p型的第二反射器104上设置光探测部320的p型的第二接触层312。因此，发光元件部140和光探测部320由n型的第一反射器102、p型的第二反射器104、p型的第二接触层312、和n型的第一接触层314整体形成npn结构。这种情况下，通过在各层更换n型和p型，能够形成具有作为整体pnp结构的表面发光型发光元件。
2.表面发光型发光元件的工作情况
在根据本实施例的表面发光型发光元件300中，在光探测部320中，二极管的沉积结构与根据第一实施例的表面发光型发光元件100相反。因此，本实施例的表面发光型发光元件300的工作情况与根据第一实施例的表面发光型发光元件100的工作情况相比较，在光探测部320中，通过由光吸收层113吸收光而产生的电荷的移动方向和光电流的方向都是相反的。除了上述的几点之外，与根据第一实施例的表面发光型发光元件100基本相同，所以在此省略对其的详细说明。
3.表面发光型发光元件的制造方法
如图20所示，在本实施例的表面发光型发光元件300的制造步骤中，对第一接触层114和光吸收层113制作图案后，省略对第二接触层312单独制作图案的步骤。而且，因为第三电极109兼具第二电极的功能，在电极形成时，不需要形成第二电极。除了上述的点以外，与上述的第一实施例的表面发光型发光元件100的制造步骤(参照图5至图14)相同。因此，在此省略对其的详细说明。
4.作用效果
根据本实施例的表面发光型发光元件300及其制造方法具有与第一实施例的表面发光型发光元件100及其制造方法实质相同的作用和效果。
而且，根据本实施例的表面发光型发光元件300，因为不需要另行对第二接触层312制作图案的步骤，所以可以由更少的步骤制造表面发光型发光元件300。而且，根据本实施例的表面发光型发光元件300，因为发光元件部140和光探测部320共用第三电极109，所以不需要另行形成使光探测部320驱动的第二电极。因此，能够减少制造步骤。
第四实施例
图21是适用本发明的第四实施例的光模块的示意图。该光模块包括第一实施例的表面发光型发光元件100(参照图1)、半导体芯片20、和光纤30。此外，在本实施例的光模块中，使用第二实施例的表面发光型发光元件200或者第三实施例的表面发光型发光元件300代替第一实施例的表面发光型发光元件100时，也能够起到相同的作用和效果。此点对于后面所述的第五和第六实施例也是一样的。
1.光模块的结构
表面发光型发光元件100吸收从光纤30的端面30a发射出来的光。该表面发光型发光元件100与光纤30的端面30a相对的位置被固定。具体地说，表面发光型发光元件100的发射面108与光纤30的端面30a相对。
为驱动表面发光型发光元件100而设置半导体芯片20，也就是说，半导体芯片20上内置有用于驱动表面发光型发光元件100的电路。在半导体芯片20上形成与内部电路电连接的多个电极(或者衬垫)22。在形成电极22的面上，最好形成与至少一个电极22电连接的布线图24、64。
半导体芯片20和表面发光型发光元件100电连接。例如，布线图14与形成在半导体芯片20上的布线图24通过焊料26电连接。该布线图14与表面发光型发光元件100的第三电极109(在附图21中未示出)电连接。此外，布线图34与形成在半导体芯片20上的布线图64通过焊料26电连接。该布线图34与表面发光型发光元件100的第四电极107(图21中未示出)电连接。
表面发光型发光元件100可向下面对半导体芯片20表面安装。这样一来，通过焊料26不仅能够电连接，还能够固定表面发光型发光元件100和半导体芯片20。此外，布线图14和布线图24的连接，以及布线图34和布线图64的连接可以使用金属丝或者导电糊。
可以在表面发光型发光元件100和半导体芯片20之间设置底层填料40。底层填料40覆盖表面发光型发光元件100的发射面108的时候，底层填料40优选是透明的。底层填料40覆盖并保护表面发光型发光元件100和半导体芯片20之间的电连接部分，同时保护表面发光型发光元件100和半导体芯片20的表面。而且，底层填料40保持表面发光型发光元件100和半导体芯片20的接合状态。
在半导体芯片20上可以形成孔(例如贯通孔)28。将光纤30插入孔28中。绕开内部的电路，从形成电极22的面到与其相对的面上形成孔28。最好在孔28的至少一个开口端部上形成锥体29。通过形成锥体29，能够很容易在孔28中插入光纤30。
半导体芯片20可以设置在基板42上。更详细地说，半导体芯片20可以通过粘结剂44粘贴在基板42上。在基板42上形成孔46。孔46形成在与半导体芯片20的孔28连通的位置上。粘结半导体芯片20和基板42的粘结剂44既不防碍两个孔28、46的连通，也没有堵塞它们。基板42的孔46是锥形的，这样沿着和半导体芯片20相反的方向内径变大。因此，容易将光纤30插入。
基板42可以由树脂、玻璃或陶瓷等的具有绝缘性的材料形成，也可以由金属等的具有导电性的材料形成。当基板42由导电性的材料构成时，最好至少在安装半导体芯片20的面上形成绝缘膜43。此外，在以下的实施例中，基板42能够使用相同的材料。
此外，基板42最好具有高热传导性。据此，基板42促进表面发光型发光元件100和半导体芯片20中至少一个散热。这种情况下，基板42是散热片或热扩散器。在本实施例中，因为半导体芯片20与基板42粘结，所以能够直接冷却半导体芯片20。此外，粘结半导体芯片20和基板42的粘结剂44最好具有热传导性。而且，因为半导体芯片20被冷却，所以与半导体芯片20接合的表面发光型发光元件100也被冷却。
基板42上设置布线图48。此外，基板42上还设置外部端子50。在本实施例中，外部端子50是导线。形成在基板42上的布线图48通过诸如金属丝52与半导体芯片20的电极22，以及形成在半导体芯片20上的布线图24、64中的至少一个电连接。此外，布线图48可以与外部端子50电连接。
光纤30插入到半导体芯片20的孔28中。此外，光纤30也插入基板42的孔46中。孔46在对着半导体芯片20的孔28的方向上内径逐渐变小，在与半导体芯片20相对的面上，孔46的开口内径比光纤30的直径大。光纤30和孔46的内侧面之间的间隙最好用树脂等的填充物54填充。填充物54具有固定光纤30，并具备防止拔出的功能。
该光纤30既可以是单一模式的光纤，也可以是多模式的光纤。表面发光型发光元件100发射多模式的光的时候，光纤30通过使用多模式光纤，将来自表面发光型发光元件100的发射光准确地导入光纤30。
此外，在根据本实施例的光模块中，用树脂56密封表面发光型100和半导体芯片20。也用树脂56密封表面发光型发光元件100和半导体芯片20之间的电连接部分，以及半导体芯片20和形成在基板42上的布线图48之间的电连接部分。
第五实施例
图22是根据适用本发明的第五实施例的光传输装置的示意图。光传输装置90将计算机、显示器、存储装置、打印机等的电子设备92相互连接。电子设备92可以是信息通信设备。光传输装置90可以在线缆94的两端设置插头96。线缆94包括光纤30(参照图21)。插头96内设有表面发光型发光元件100和半导体芯片20。此外，因为光纤30内置在线缆94内，表面发光型发光元件100和半导体芯片20内置在插头96内，所以图22中没有示出。光纤30和表面发光型发光元件100的安装状态如第四实施例中所描述的那样。
在光纤30的一端部上设置根据第一实施例的表面发光型发光元件100，在光纤30的另一端部上设置受光元件(未示出)。该受光元件将输入的光信号转换为电信号后，将该电信号输入到一个电子设备92中。另一方面，从电子设备92输出的电信号被表面发光型发光元件100转换为光信号。光信号通过光纤30传播，输入到受光元件。
如上所述，根据本实施例的光传输装置90，通过光信号能够在电子设备92之间进行信息传输。
第六实施例
图23是根据适用本发明的第六实施例的光传输装置的使用状态的示意图。光传输装置90连接在电子设备80之间。电子设备80可以是液晶显示监视器或者采用数字技术的CRT(可以使用在金融、通信销售、医疗、教育领域)、液晶投影仪、等离子显示面板(PDP)、数字电视、零售现金记录机(应用在电子收款机系统：POS(Point of Sale Scanning))、录像机、调谐器、游戏设备、打印机等。
本发明不限于以上所述的实施例，还可以进行各种变化。例如，本发明包括与本实施例中说明的构成实质上相同的构成(例如，功能、方法以及结果相同的结构，或者目的及结果相同的结构)。另外，本发明还包括可以置换实施例中说明的非本质性构成的部分的结构。本发明还包括与实施例中说明的结构具有同样作用效果的结构或者能够达到同样目的的结构。而且，本发明还包括在实施例说明的结构中加入公知技术的结构。
例如在上述实施例中，对具有一个柱状部的表面发光型发光元件进行了说明，但是，即使在基板内设置多个柱状部，也不会影响本发明。此外，当设置多个表面发光型发光元件时，具有同样的作用和效果。
此外，例如在上述的实施例中，即使互换各半导体层中的p型和n型也不会脱离本发明的精神。在上述的实施例中，对使用AlGaAs系的半导体材料的情况进行了说明，根据振荡波长，也可以使用其他的材料，例如：GaInP系、ZnSSe系、InGaN系、AlGaN系、InGaAs系、GaInNAs系、GaAsSb系的半导体材料。
尽管本发明已经参照附图和优选实施例进行了说明，但是，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。本发明的各种更改、变化和等同物由权利要求书的内容涵盖。
附图标记说明
14，24，34，64，48  布线图
20  半导体芯片
22  电极
26  焊料
28，46  孔
29  锥体
30  光纤
30a 光纤端面
40  底层填料
42  基板
43  绝缘膜
44  粘结剂
50  外部端子
52  金属丝
54  填充物
56  树脂
80，92  电子设备
90  光传输装置
94  线缆
96  插头
100，200，300  表面发光型发光元件
101   半导体基板
101a  半导体基板101的表面
101b  半导体基板101的背面
102   第一反射器
103   活性层
104   第二反射器
104a  第二反射器104的上表面
105   电流狭窄层
106   绝缘层
106a  第一绝缘层
106b  第二绝缘层
107  第四电极
108  发射面
109  第三电极
110  第一电极
111，211  第二电极
112，212，312  第二接触层
112a，212a  第二光透射部
112b，212b  第二电极耦合部
112x  第二光透射部112a的上表面
112y  第二电极耦合部112b的上表面
113  光吸收层
114，314  第一接触层
114a  第一光透射部
114b  第一电极耦合部
114x  第一光透射部114a的上表面
114y  第一电极耦合部114b的上表面
120，220，320  光探测部
130  柱状部
140  发光元件部
150  半导体多层膜
R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7  光阻层
X，X1，X2  区域

Claims (15)

1.一种表面发光型发光元件，包括：
发光元件部，设置在半导体基板上，并沿垂直于所述半导体基板的方向发射光；
光探测部，设置在所述发光元件部上；以及
第一电极和第二电极，用于驱动所述光探测部，
其中，所述光探测部包括：
第二接触层；
光吸收层，设置在所述第二接触层上方；以及
第一接触层，设置在所述光吸收层上方，
其中，所述第一接触层包括：
第一光透射部；以及
至少一个第一电极耦合部，从所述第一光透射部的外周的一部分延伸出来，
其中，所述第一电极设置在所述第一接触层中的所述第一电极耦合部上。
2.根据权利要求1所述的表面发光型发光元件，其中，
所述第一电极被从所述第一光透射部的上表面排除。
3.根据权利要求2所述的表面发光型发光元件，其中，所述光探测部的上表面包含所述光的发射面，
所述发射面的面积与所述第一光透射部的上表面的面积相等。
4.根据权利要求1所述的表面发光型发光元件，其中，所述光探测部的上表面包含所述光的发射面，
所述发射面的面积与所述第一光透射部的上表面的面积相等。
5.据权利要求3所述的表面发光型发光元件，其中，所述发射面是所述第一光透射部的上表面。
6.根据权利要求4所述的表面发光型发光元件，其中，所述发射面是所述第一光透射部的上表面。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的表面发光型发光元件，其中，
所述第一电极和所述第二电极不包围所述光探测部。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的表面发光型发光元件，其中，所述第二接触层包括：
第二光透射部；以及
至少一个第二电极耦合部，从所述第二光透射部延伸出来，
其中，在所述第二接触层中，只有所述第二电极耦合部与用于驱动所述光探测部的第二电极欧姆接触。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的表面发光型发光元件，其中，
在所述发光元件部上还设有用于驱动所述发光元件部的第三电极的至少一部分，
所述第三电极被设置为部分包围所述第二接触层，所述第一和第二电极被从由所述第三电极部分包围的区域以及所述区域的垂直上方的区域内排除。
10.根据权利要求9所述的表面发光型发光元件，其中，
所述第一光透射部呈圆柱状，
由所述第三电极的内侧面构成伪圆，
所述伪圆的直径与所述第一光透射部的截面的直径相等。
11.根据权利要求1至6中任一项所述的表面发光型发光元件，其中，
所述发光元件部起到表面发光型半导体激光器的作用。
12.根据权利要求1至6中任一项所述的表面发光型发光元件，其中，
所述发光元件部和所述光探测部整体形成pnpn结构或npnp结构。
13.根据权利要求1至6中任一项所述的表面发光型发光元件，其中，
所述发光元件部和所述光探测部整体形成npn结构或pnp结构。
14.一种光模块，包括：根据权利要求1至13中任一项所述的表面发光型发光元件和光波导管。
15.一种光传输装置，包括根据权利要求14所述的光模块。
CNB2004100688145A 2003-07-10 2004-07-05 表面发光型发光元件、光模块、光传输装置 Expired - Fee Related CN100370660C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003272890 2003-07-10
JP2003272890A JP4058633B2 (ja) 2003-07-10 2003-07-10 面発光型発光素子、光モジュール、光伝達装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1578030A CN1578030A (zh) 2005-02-09
CN100370660C true CN100370660C (zh) 2008-02-20

Family

ID=33448059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004100688145A Expired - Fee Related CN100370660C (zh) 2003-07-10 2004-07-05 表面发光型发光元件、光模块、光传输装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7339970B2 (zh)
EP (1) EP1496582B1 (zh)
JP (1) JP4058633B2 (zh)
CN (1) CN100370660C (zh)
DE (1) DE602004013682D1 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7408645B2 (en) * 2003-11-10 2008-08-05 Baker Hughes Incorporated Method and apparatus for a downhole spectrometer based on tunable optical filters
JP3729271B2 (ja) * 2004-01-08 2005-12-21 セイコーエプソン株式会社 光素子およびその製造方法
JP2006339418A (ja) * 2005-06-02 2006-12-14 Seiko Epson Corp 光素子及びその製造方法
JP4449830B2 (ja) * 2005-06-14 2010-04-14 セイコーエプソン株式会社 面発光型半導体レーザ
JP4720637B2 (ja) * 2005-09-07 2011-07-13 セイコーエプソン株式会社 光素子及びその製造方法
US20070081568A1 (en) * 2005-10-06 2007-04-12 Seiko Epson Corporation Optical semiconductor element and method for manufacturing the same
JP2007173358A (ja) 2005-12-20 2007-07-05 Seiko Epson Corp 光半導体素子及びその製造方法
JP2007317686A (ja) 2006-05-23 2007-12-06 Seiko Epson Corp 光素子チップ、並びに、光モジュールおよびその製造方法
JP6015340B2 (ja) * 2012-10-24 2016-10-26 富士ゼロックス株式会社 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置
JP6825251B2 (ja) * 2016-07-12 2021-02-03 富士ゼロックス株式会社 発光素子
JP6246879B1 (ja) * 2016-09-20 2017-12-13 株式会社東芝 光半導体モジュール及びその製造方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0697597A (ja) * 1992-09-11 1994-04-08 Toshiba Corp 受光素子付き面発光型半導体レーザ装置
US5887013A (en) * 1996-10-29 1999-03-23 Samsung Electronics Co. , Ltd. Light emitting apparatus
US6026108A (en) * 1996-10-16 2000-02-15 The Regents Of The University Of California Vertical-cavity surface-emitting laser with an intracavity quantum-well optical absorber
JP2001284723A (ja) * 2000-03-30 2001-10-12 Seiko Epson Corp 面発光レーザおよびこれを用いた光送信モジュール
JP2002504754A (ja) * 1998-02-18 2002-02-12 インフィネオン・テクノロジーズ・アーゲー 光送信機及び光受信機を有するコンポーネント
US6483862B1 (en) * 1998-12-11 2002-11-19 Agilent Technologies, Inc. System and method for the monolithic integration of a light emitting device and a photodetector using a native oxide semiconductor layer

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69019498T2 (de) * 1989-12-27 1996-02-29 Nec Corp Optische Halbleitervorrichtung.
JPH0669491A (ja) * 1992-08-18 1994-03-11 Fujitsu Ltd 光送受信装置
US5606572A (en) * 1994-03-24 1997-02-25 Vixel Corporation Integration of laser with photodiode for feedback control
FR2770691B1 (fr) * 1997-11-06 1999-12-03 Alsthom Cge Alcatel Dispositif d'emission optique a composant integre comportant au moins une section laser et une section de modulation
JP3606063B2 (ja) 1998-09-21 2005-01-05 セイコーエプソン株式会社 面発光型半導体レーザの製造方法
US6222202B1 (en) * 1998-10-06 2001-04-24 Agilent Technologies, Inc. System and method for the monolithic integration of a light emitting device and a photodetector for low bias voltage operation
JP3928295B2 (ja) * 1999-03-16 2007-06-13 富士ゼロックス株式会社 面発光型半導体レーザ
GB2349740A (en) 1999-05-05 2000-11-08 Mitel Semiconductor Ab Vertical cavity surface emitting laser with monitoring diode
JP2001066299A (ja) 1999-08-27 2001-03-16 Toto Ltd 検出装置および尿分析装置
KR100317576B1 (ko) * 1999-11-08 2001-12-24 윤덕용 모니터용 광검출기 일체형 표면광 레이저장치
JP2001284725A (ja) 2000-03-31 2001-10-12 Seiko Epson Corp 面発光型半導体レーザおよびその製造方法
DE10196768D2 (de) * 2001-08-14 2004-07-01 Infineon Technologies Ag Photodiodenanordnung mit zwei Photodioden
US20040071181A1 (en) * 2002-10-15 2004-04-15 Rong Huang Retro-reflective etalon and the devices using the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0697597A (ja) * 1992-09-11 1994-04-08 Toshiba Corp 受光素子付き面発光型半導体レーザ装置
US6026108A (en) * 1996-10-16 2000-02-15 The Regents Of The University Of California Vertical-cavity surface-emitting laser with an intracavity quantum-well optical absorber
US5887013A (en) * 1996-10-29 1999-03-23 Samsung Electronics Co. , Ltd. Light emitting apparatus
JP2002504754A (ja) * 1998-02-18 2002-02-12 インフィネオン・テクノロジーズ・アーゲー 光送信機及び光受信機を有するコンポーネント
US6483862B1 (en) * 1998-12-11 2002-11-19 Agilent Technologies, Inc. System and method for the monolithic integration of a light emitting device and a photodetector using a native oxide semiconductor layer
JP2001284723A (ja) * 2000-03-30 2001-10-12 Seiko Epson Corp 面発光レーザおよびこれを用いた光送信モジュール

Also Published As

Publication number Publication date
EP1496582B1 (en) 2008-05-14
CN1578030A (zh) 2005-02-09
EP1496582A1 (en) 2005-01-12
DE602004013682D1 (de) 2008-06-26
JP4058633B2 (ja) 2008-03-12
US20050056773A1 (en) 2005-03-17
JP2005033106A (ja) 2005-02-03
US7339970B2 (en) 2008-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
USRE46996E1 (en) Laser diode array, method of manufacturing same, printer, and optical communication device
US6730990B2 (en) Mountable microstructure and optical transmission apparatus
US6970612B2 (en) Surface optical device apparatus, method of fabricating the same, and apparatus using the same
US20050169571A1 (en) Optical element array, optical module, and optical transmission device
EP1622238B1 (en) Surface-emitting light source and method for manufacturing the same
US7496123B2 (en) VCSEL with improved high frequency characteristics, semiconductor laser device, module, and optical transmission device
CN100370660C (zh) 表面发光型发光元件、光模块、光传输装置
EP1341278B1 (en) Surface-emitting semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same, optical module, and light-transmission device
CN100409515C (zh) 光元件及其制造方法
CN100438240C (zh) 面发光型半导体激光器、光模块、及光传输装置
CN100407522C (zh) 光学元件及其制造方法、光模块及光模块的驱动方法
US7483603B2 (en) Optical device and method for manufacturing the same, optical module, and optical transmission device
EP1403987B1 (en) VCSEL with a reflection layer made of resin for single transverse mode emission
US6277668B1 (en) Optical detector for minimizing optical crosstalk
CN100384040C (zh) 面发光型装置及其制造方法
Roscher et al. Small-pitch flip-chip-bonded VCSEL arrays enabling transmitter redundancy and monitoring in 2-D 10-Gbit/s space-parallel fiber transmission
JPH11135891A (ja) 半導体発光素子およびその製造方法、発光素子付き光ファイバ、光通信モジュールならびに光通信システム
JP2009086539A (ja) 光モジュール
JP2002344081A (ja) 面発光型半導体レーザおよびその製造方法、光モジュール、光伝達装置
Lee III-nitride Laser Diode for Visible Light Communication
JPH06338628A (ja) 光カプラ
JP2005286352A (ja) 面発光型半導体レーザ、光モジュール、ならびに光伝達装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20080220

Termination date: 20180705