DE602004004018T2

DE602004004018T2 - VCSEL mit monolitisch integriertem Photodetektor und hybriden Spiegeln

Info

Publication number: DE602004004018T2
Application number: DE602004004018T
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Suwa-shi Kaneko
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2024-08-07
Also published as: JP2005057197A; DE602004004018D1; KR20050016105A; KR100631359B1; US7221693B2; US20050053110A1; EP1513235A1; CN100438240C; JP3738849B2; EP1513235B1; CN1581611A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterlaser des Oberflächenemissionstyps, ein optisches Modul und ein optisches Übertragungsgerät.
Bei einem Halbleiterlaser des Oberflächenemissionstyps (im Folgenden einfach als "SES-Laser" (surface emitting semiconductor) bezeichnet) variiert die Lichtabgabe in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Aus diesem Grund kann in manchen Fällen ein optisches Modul, das einen SES-Laser verwendet, mit einer Fotodetektorfunktion versehen sein, die einen Teil des vom SES-Laser emittierten Lichts erfasst, um dadurch die Lichtabgabe zu überwachen. So kann z. B. ein Fotodetektorabschnitt wie eine Fotodiode oder dgl. in einem SES-Laser so vorgesehen sein, dass ein Teil des vom SES-Laser emittierten Laserlichtes im selben Gerät überwacht werden kann (JP-A-10-135568). Wenn jedoch ein Fotodetektorabschnitt in einem SES-Laser vorgesehen ist, ist der Freiheitsgrad bei der Wahl der Strukturen möglicherweise geringer, da die Struktur des SES-Lasers hinsichtlich der Polarität jeder der Schichten, die einen zur Erzeugung des Laserlichtes beitragenden Abschnitt (d. h. einen Licht emittierender Abschnitt) und den Fotodetektorabschnitt bilden, sowie der Struktur des Licht emittierenden Abschnitts und des Fotodetektorabschnitts begrenzt.
SES-Laser können mit hohen Geschwindigkeiten angesteuert werden, und indem man sich diese Eigenschaft zunutze macht, lassen sie sich in elektronischen Geräten und optischen Kommunikationssystemen einsetzen. Demzufolge werden auch für einen SES-Laser, der mit einem Fotodetektorabschnitt ausgerüstet ist, Operationen mit hohen Geschwindigkeiten gefordert.
Ein Halbleiterlaser des Oberflächenemissionstyps gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4 ist aus der DE 198 07 783 A1 bekannt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen SES-Laser mit einem Fotodetektorabschnitt bereitzustellen, der einen hohen Freiheitsgrad bei der Wahl der Strukturen hat und der mit hoher Geschwindigkeit angesteuert werden kann. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Modul und ein optisches Übertragungsgerät, das den SES-Laser enthält, bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden von einem Halbleiterfaser des Oberflächenemissionstyps (SES) gemäß den Ansprüchen 1 und 4 erfüllt. Bevorzugte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der SES-Laser gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem die zweite Zone einen höheren Widerstand hat als die erste Zone hat einen großen Freiheitsgrad für die Wahl der Struktur und kann schnell angesteuert werden. Einzelheiten desselben werden in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht eines SES-Lasers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Draufsicht des in 1 dargestellten SES-Lasers;
3 bis 8 Schnittansichten, die die Herstellungsschritte des in 1 dargestellten SES-Lasers schematisch zeigen;
9A bis 9D die Anschlussverfahren für Elektroden in schematischer Form des in 1 dargestellten SES-Lasers;
10 eine Draufsicht, die eine Elektrodenstruktur des in 1 dargestellten SES-Lasers schematisch zeigt, wenn das Anschlussverfahren von 9A verwendet wird;
11 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A des in 10 dargestellten SES-Lasers;
12 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie B-B des in 10 dargestellten SES-Lasers;
13 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie C-C des in 10 dargestellten SES-Lasers;
14 eine schematische Draufsicht einer Elektrodenstruktur des in 1 dargestellten SES-Lasers, wenn das Anschlussverfahren von 9B verwendet wird;
15 eine schematische Draufsicht einer Elektrodenstruktur des in 1 dargestellten SES-Lasers, wenn das Anschlussverfahren von 9C verwendet wird;
16 eine schematische Draufsicht einer Elektrodenstruktur des in 1 dargestellten SES-Lasers, wenn das Anschlussverfahren von 9D verwendet wird;
17 eine schematische Schnittansicht eines SES-Lasers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
18 eine schematische Draufsicht des in 17 dargestellten SES-Lasers;
19 eine schematische Schnittansicht eines SES-Lasers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
20 eine schematische Ansicht eines optischen Moduls gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
21 eine Ansicht optischer Übertragungsgeräte gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
22 eine Ansicht einer Anwendungskonfiguration optischer Übertragungsgeräte gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
23 eine schematische Schnittansicht eines Beispiels für einen herkömmlichen SES-Laser.
Erste Ausführungsform
1. Struktur des optischen Geräts
1 ist eine schematische Schnittansicht eines SES-Lasers 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine schematische Draufsicht des in 1 dargestellten SES-Lasers 100.
Der SES-Laser 100 der vorliegenden Ausführungsform enthält wie in 1 dargestellt einen Licht emittierenden Abschnitt 140 (im Folgenden als "LE-(light emitting) Abschnitt" bezeichnet) und einen Fotodetektorabschnitt 120 (im Folgenden als "PD-(photodetektor) Abschnitt" bezeichnet). Bei diesem SES-Laser 100 erzeugt der LE-Abschnitt 140 Laserlicht, das von einer auf dem PD-Abschnitt 120 angeordneten Emissionsoberfläche emittiert wird. Der PD-Abschnitt 120 hat die Funktion, einen Teil des vom LE-Abschnitt 140 erzeugten Laserlichtes in einen (fotoelektrischen) Strom zu wandeln. Der LE-Abschnitt 140 und der PD-Abschnitt 120 werden nachstehend beschrieben.
Licht emittierender (LE) Abschnitt
Der LE-Abschnitt 140 ist auf einem Halbleitersubstrat (GaAs-Substrat des n-Typs bei der vorliegenden Ausführungsform) 101 ausgebildet. Der LE-Abschnitt 140 bildet einen Vertikalresonator (im Folgenden als "Resonator" bezeichnet). Der LE-Abschnitt 140 kann einen säulenförmigen durch Abscheidung gebildeten Halbleiterkörper (im Folgenden als "säulenförmiger Abschnitt" bezeichnet) 130 enthalten.
Der LE-Abschnitt ist z. B. aus einem mehrlagigen Spiegel mit verteilter Reflexion aus 40 Paaren einer Al_0,9Ga_0,1As-Schicht des n-Typs und einer Al_0,15Ga_0,85As-Schicht des n-Typs gebildet, die abwechselnd laminiert sind (im Folgenden als "erster Spiegel" bezeichnet) 102, einer aktiven Schicht 103 bestehend aus GaAs-Filmschichten und Al_0,3Ga_0,7As-Barriereschichten, wobei die Filmschichten eine aus drei Schichten bestehende Quantenfilmstruktur enthalten und einem mehrlagigen Spiegel mit verteilter Reflexion aus 25 Paaren (im Folgenden als "zweiter Spiegel" bezeichnet) 104 aufgebaut, die schichtweise aufeinander gestapelt sind.
Ein Abschnitt des LE-Abschnitts 140, der sich vom zweiten Spiegel 104 zu einem Zwischenpunkt des ersten Spiegels 102 des SES-Lasers 100 erstreckt, ist bei Blickrichtung senkrecht zur Emissionsoberfläche 108 zu einer Kreisform geätzt, so dass ein säulenförmiger Abschnitt 130 gebildet wird. Es sei darauf hingewiesen, dass der säulenförmige Abschnitt 130 bei der vorliegenden Ausführungsform eine kreisförmige ebene Konfiguration hat, die Konfiguration aber beliebig sein kann.
Der zweite Spiegel 104 besteht aus einer ersten Zone 104a und einer zweiten Zone 104b. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die zweite Zone 104b über der ersten Zone 104a angeordnet. Die zweite Zone 104b steht in Kontakt mit dem PD-Abschnitt 120 (genauer, mit einer ersten Kontaktschicht 111 des PD-Abschnitts 120). Beim SES-Laser 100 hat die erste Zone 104a wie in den 1 und 2 dargestellt einen größeren Querschnitt als die zweite Zone 104b bei ebenen Schnitten parallel zur Oberfläche 101a des Halbleitersubstrats 101. Als Ergebnis hat der säulenförmige Abschnitt 130 eine Stufe, die sich aus der Differenz der ersten Zone 104a und der zweiten Zone 104b des zweiten Spiegels 104 ergibt. Mit anderen Worten, die zweite Zone 104b befindet sich auf einem Teil der oberen Oberfläche 104x der ersten Zone 104a. Eine zweite Elektrode 109 (wird nachstehend beschrieben) ist außerdem auf der oberen Oberfläche 104x der ersten Zone 104a angeordnet.
Die zweite Zone 104b hat einen höheren Widerstand als die erste Zone 104a. Die zweite Zone 104b kann z. B. aus einem intrinsischen Halbleiter bestehen. Beim SES-Laser 100 der vorliegenden Ausführungsform enthalten sowohl die erste Zone 104a als auch die zweite Zone 104b eine Störstelle eines ersten Leitfähigkeitstyps (p-Typ), und die Konzentration der Störstelle des p-Typs der zweiten Zone 104b ist geringer als die Konzentration der Störstelle des p-Typs der ersten Zone 104a. Es sei darauf hingewiesen, dass bei der vorliegenden Ausführungsform der erste Leitfähigkeitstyp der p-Typ ist, aber der erste Leitfähigkeitstyp kann auch der n-Typ sein. Dies gilt analog für andere nachstehend beschriebene Ausführungsformen.
Die Störstellenkonzentration der zweiten Zone 104b beträgt vorzugsweise weniger als 1 × 10¹⁸ cm^–3. Ferner hat die zweite Zone 104b vorzugsweise eine Filmdicke von 1 μm oder darüber.
Im Einzelnen ist die erste Zone 104a aus 5 Paaren einer Al_0,9Ga_0,1As-Schicht des p-Typs und einer Al_0,15Ga_0,85As-Schicht des p-Typs, die abwechselnd laminiert sind, und die zweite Zone 104b aus 20 Paaren einer Al_0,9Ga_0,1As-Schicht des p-Typs und einer Al_0,15Ga_0,85As-Schicht des p-Typs gebildet, die abwechselnd laminiert sind. In diesem Fall beträgt die Konzentration der Störstellen des p-Typs der ersten Zone 104a z. B. 10¹⁸ cm^–3 und die Konzentration der Störstellen des p-Typs der zweiten Zone 104b z. B. 10¹⁵ cm^–3.
Es ist zu beachten, dass die Zusammensetzung jeder der Schichten und die Anzahl der den ersten Spiegel 102 bildenden Schicht, der aktiven Schicht 103 und des zweiten Spiegels 104 nicht auf die obigen Angaben beschränkt sind.
Zumindest die erste Zone 104a des zweiten Spiegels 104 ist als p-Typ ausgebildet, z. B. durch eine Dotierung mit C, und der erste Spiegel 102 ist als n-Typ ausgebildet, z. B. durch eine Dotierung mit Si. Demzufolge bilden die ersten Zone 104a des zweiten Spiegels des p-Typs, die undotierte aktive Schicht 103 und der erste Spiegel 102 des n-Typs eine PIN-(positiv-intrinsisch-negativ) Diode.
Eine Strom einschnürende Schicht 105, die aus Aluminiumoxid besteht, ist in einer Zone in der Nähe der aktiven Schicht 103 in der ersten Zone 104a des zweiten Spiegels 104 ausgebildet. Die Strom einschnürende Schicht 105 hat einen ringförmigen Querschnitt in einer Ebene parallel zur Oberfläche 101a des in 1 dargestellten Halbleitersubstrats 101. Der ringförmige Querschnitt ist durch zwei konzentrische Kreise definiert.
Der LE-Abschnitt 140 ist mit einer ersten Elektrode 107 und einer zweiten Elektrode 109 versehen. Die erste Elektrode 107 und die zweite Elektrode 109 dienen zum Anlegen einer Spannung an den LE-Abschnitt 140, um diesen anzusteuern. Die zweite Elektrode 109 ist auf einer oberen Oberfläche 140a des LE-Abschnitts 140 angeordnet. Genauer gesagt, hat die zweite Elektrode 109 wie in 2 gezeigt eine ringförmige ebene Konfiguration, d. h. eine Ringform in der Draufsicht. Die erste Elektrode 107 ist auf eine solche Weise angeordnet, dass sie den säulenförmigen Abschnitt 130 umgibt, und die zweite Elektrode 109 ist auf eine solche Weise angeordnet, dass sie die zweite Zone 104b des zweiten Spiegels 104 und den PD-Abschnitt 120 umgibt. Mit anderen Worten, der säulenförmige Abschnitt 130 ist innerhalb der ersten Elektrode 107 und die zweite Zone 104b des zweiten Spiegels 104 sowie der PD-Abschnitt 120 sind innerhalb der zweiten Elektrode 109 angeordnet. Es sei darauf hingewiesen, dass die erste Elektrode 107 in jeder ebenen Konfiguration ausgebildet sein kann.
Obwohl die vorliegende Ausführungsform so beschrieben worden ist, dass die erste Elektrode 107 auf dem ersten Spiegel 102 angeordnet ist, kann die erste Elektrode 107 auch an der rückseitigen Oberfläche 101b des Halbleitersubstrats 101 ausgebildet sein. Dies gilt analog für SES-Laser gemäß anderen nachstehend beschriebenen Ausführungsformen.
Die erste Elektrode 107 besteht z. B. aus einem Mehrschichtfilm aus einer Legierung aus Au und Ge und aus Au. Die zweite Elektrode 109 besteht z. B. aus einem Mehrschichtfilm aus Pt, Ti und Au. Ein elektrischer Strom wird von der ersten Elektrode 107 und der zweiten Elektrode 109 in die aktive Schicht 103 injiziert. Das Material der ersten Elektrode 107 und der zweiten Elektrode 109 ist nicht auf die oben genannten Materialien begrenzt, und es kann z. B. eine Legierung aus Au und Zn etc. verwendet werden.
Fotodetektor-(PD) Abschnitt
Der PD-Abschnitt 120 ist auf dem LE-Abschnitt 140 angeordnet und hat eine Emissionsoberfläche 108. Der PD-Abschnitt 120 enthält eine erste Kontaktschicht 111, eine Fotoabsorptionsschicht 112 und eine zweite Kontaktschicht 113. Die erste Kontaktschicht 111 ist auf dem zweiten Spiegel 104 des LE-Abschnitts 140, die Fotoabsorptionsschicht 112 auf der ersten Kontaktschicht 111 und die zweite Kontaktschicht 113 auf der Fotoabsorptionsschicht 112 angeordnet. Ferner ist im Fall des PD-Abschnitts 120 der vorliegenden Ausführungsform die ebene Konfiguration der ersten Kontaktschicht 111 größer dargestellt als die ebene Konfiguration der Fotoabsorptionsschicht 112 oder der zweiten Kontaktschicht 113 (siehe 1 und 2). Eine dritte Elektrode 116 ist auf der ersten Kontaktschicht 111 vorgesehen. Mit anderen Worten, die erste Kontaktschicht 111 steht in Kontakt mit der dritten Elektrode 116.
Die erste Kontaktschicht 111 kann z. B. aus einer GaAs-Schicht des n-Typs bestehen. Die Fotoabsorptionsschicht 112 kann z. B. aus einer undotierten GaAs-Schicht gebildet sein. Die zweite Kontaktschicht 113 kann aus einer GaAs-Schicht des p-Typs bestehen. Im Einzelnen wird die erste Kontaktschicht 111 durch z. B. Si-Dotierung ein n-Typ und die zweite Kontaktschicht 113 wird durch z. B. C-Dotierung ein p-Typ. Deshalb wird durch die erste Kontaktschicht 111 des n-Typs, die undotierte Fotoabsorptionsschicht 112 und die zweite Kontaktschicht 113 des p-Typs eine PIN-Diode gebildet.
Der PD-Abschnitt 120 ist mit der dritten Elektrode 116 und einer vierten Elektrode 110 versehen. Die dritte Elektrode 116 und die vierte Elektrode 110 dienen zum Ansteuern des PD-Abschnitts 120. Beim SES-Laser 100 der vorliegenden Ausführungsform kann die dritte Elektrode 116 aus dem gleichen Material wie die erste Elektrode 107 bestehen und die vierte Elektrode 110 kann aus dem gleichen Material wie die zweite Elektrode 109 bestehen.
Die vierte Elektrode 110 ist auf einer oberen Oberfläche des PD-Abschnitts 120 (auf der zweiten Kontaktschicht 113) vorgesehen. Die vierte Elektrode 110 hat einen Öffnungsabschnitt 114, und die untere Oberfläche des Öffnungsabschnitts 114 definiert die Emissionsoberfläche 108. Demzufolge können Form und Größe der Emissionsoberfläche 108 nach Wahl eingestellt werden, indem die ebene Konfiguration und die Größe des Öffnungsabschnitts 114 geeignet gewählt werden. Die vorliegende Ausführungsform zeigt gemäß 1 einen Fall, in dem die Emissionsoberfläche 108 kreisförmig ist.
Gesamtkonfiguration
Beim SES-Laser 100 der vorliegenden ersten Ausführungsform bilden der erste Spiegel 102 des n-Typs und der zweite Spiegel 104 des p-Typs des LE-Abschnitts 140 sowie die erste Kontaktschicht 111 des n-Typs und die zweite Kontaktschicht 113 des p-Typs des PD-Abschnitts 120 in ihrer Gesamtheit eine npnp-Struktur. Mit anderen Worten, der SES-Laser 100 hat drei p-n-Übergänge, und der Leitungstyp des Halbleiters ändert sich drei Mal in der Struktur. Es ist zu beachten, dass z. B. die p-Typ- und n-Typ-Eigenschaften jeder der Halbleiterschichten ausgetauscht werden können, um insgesamt eine pnpn-Struktur zu bilden. Diese Merkmale können in ähnlicher Weise auf SES-Laser gemäß anderer Ausführungsformen angewendet werden, die nachstehend beschrieben werden.
Für den Leitfähigkeitstyp der zweiten Zone 104b des zweiten Spiegels 104 gibt es keine besondere Einschränkung. Beim SES-Laser 100 der vorliegenden Ausführungsform ist der erste Leitfähigkeitstyp (p-Typ) in der zweiten Zone 104b eingebracht. Die zweite Zone 104b kann ferner Störstellen des zweiten Leitfähigkeitstyps (n-Typ) enthalten. In diesem Fall können die Konzentration der Störstellen des ersten Leitfähigkeitstyps und die Konzentration der Störstellen des zweiten Leitfähigkeitstyps in der zweiten Zone 104b im Wesentlichen gleich sein, so dass die zweite Zone 104b halbisolierend wird. Die Konzentration der Störstellen des ersten Leitfähigkeitstyps kann in der zweiten Zone 104b höher sein als die Konzentration der Störstellen des zweiten Leitfähigkeitstyps, so dass die zweite Zone 104b vom ersten Leitfähigkeitstyp sein kann, oder die Konzentration der Störstellen des zweiten Leitfähigkeitstyps kann in der zweiten Zone 104b höher sein als die Konzentration der Störstellen des ersten Leitfähigkeitstyps, so dass die zweite Zone 104b vom zweiten Leitfähigkeitstyp sein kann.
Der PD-Abschnitt 120 hat die Aufgabe, die Abgabe des vom LE-Abschnitt 140 erzeugten Lichtes zu überwachen. Genauer gesagt, wandelt der PD-Abschnitt 120 vom LE-Abschnitt 140 erzeugtes Licht in einen elektrischen Strom. Die Abgabe des vom LE-Abschnitt 140 erzeugten Lichtes kann durch Erfassen der Stärke des elektrischen Stroms ermittelt werden.
Im Einzelnen wird im PD-Abschnitt 120 ein Teil des vom LE-Abschnitt 140 erzeugten Lichtes von der Fotoabsorptionsschicht 112 absorbiert. Durch das absorbierte Licht tritt in der Fotoabsorptionsschicht 112 eine Lichterregung auf, und es werden Elektronen und Löcher erzeugt. Durch ein von außerhalb des Geräts angelegtes elektrisches Feld wandern die Elektronen zur dritten Elektrode 116 und die Löcher wandern zur vierten Elektrode 110. Als Ergebnis wird im PD-Abschnitt 120 ein Strom in Richtung von der ersten Kontaktschicht 111 zur zweiten Kontaktschicht 113 erzeugt.
Die Lichtabgabe des LE-Abschnitts 140 wird hauptsächlich von der Vorspannung bestimmt, die an den LE-Abschnitt 140 gelegt wird. Beim SES-Laser 100 kann die Lichtabgabe des LE-Abschnitts 140 in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und der Betriebslebensdauer des LE-Abschnitts 140 wie bei einem herkömmlichen SES-Laser erheblich schwanken. Aus diesem Grund wird die Lichtabgabe des LE-Abschnitts 140 vom PD-Abschnitt 120 überwacht. Mit anderen Worten, durch Einregeln der an den LE-Abschnitt 140 angelegten Spannung in Abhängigkeit von der Stärke des vom PD-Abschnitt 120 erzeugten Stroms, um so den im LE-Abschnitt 140 fließenden Strom einzuregeln, kann am LE-Abschnitt 140 ein vorgegebener Lichtabgabepegel aufrechterhalten werden. Eine Regelung mit Rückkoppelung der Lichtabgabe des LE-Abschnitts 140, um die an den LE-Abschnitt 140 angelegte Spannung zu regeln, kann mittels einer externen elektronischen Schaltung (Treiberschaltung (nicht dargestellt)) implementiert werden.
Die allgemeinen Operationen des SES-Lasers 100 der vorliegenden Ausführungsform werden nachstehend beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass das folgende Verfahren zum Betreiben des SES-Lasers 100 nur anhand eines Beispiels beschrieben wird.
Wenn eine Spannung in Durchlassrichtung an die PIN-Diode zwischen der ersten Elektrode 107 und der zweiten Elektrode 109 gelegt wird, tritt eine Rekombination von Elektronen und Löchern in der aktiven Schicht 103 des LE-Abschnitts 140 ein, wodurch bedingt durch die Rekombinationen die Emission von Licht verursacht wird. Eine stimulierte Emission tritt während der Periode auf, in der das erzeugte Licht zwischen dem zweiten Spiegel 104 und dem ersten Spiegel 102 hin- und hergeht, wodurch die Lichtintensität verstärkt wird. Wenn die optische Verstärkung den optischen Verlust übersteigt, tritt Laser-Oszillation auf, wodurch in der aktiven Schicht 103 Laserlicht erzeugt wird. Das Laserlicht wird vom zweiten Spiegel 104 des LE-Abschnitts 140 emittiert und tritt in die ersten Kontaktschicht 111 des PD-Abschnitts 120 ein.
Im PD-Abschnitt 120 tritt das in die erste Kontaktschicht 111 eingetretene Licht als nächstes in die Fotoabsorptionsschicht 112 ein. Ein Teil des eingetretenen Lichtes wird von der Fotoabsorptionsschicht 112 absorbiert, so dass eine Fotoerregung in der Fotoabsorptionsschicht 112 auftritt, wodurch Elektronen und Löcher erzeugt werden. Durch ein von außerhalb des Geräts angelegtes elektrisches Feld wandern die Elektronen zur dritten Elektrode 116 und die Löcher wandern zur vierten Elektrode 110. Als Ergebnis wird im PD-Abschnitt 120 ein Strom (fotoelektrischer Strom) in Richtung von der ersten Kontaktschicht 111 zur zweiten Kontaktschicht 113 erzeugt. Durch die Messung der Stromwerte können die Lichtabgaben des LE-Abschnitts 140 bestimmt werden. Das Licht, das den PD-Abschnitt 120 passiert hat, wird dann von der Emissionsoberfläche 108 emittiert.
Beim SES-Laser 100 der vorliegenden Ausführungsform wird ein Teil der Lichtabgabe des LE-Abschnitts 140 vom PD-Abschnitt 120 überwacht und das Resultat zur Treiberschaltung rückgekoppelt, so dass Änderungen der Abgabe aufgrund von Temperaturänderungen oder dgl. korrigiert werden können, und deshalb kann eine stabile Lichtabgabe erzielt werden.
2. Herstellungsverfahren für das optische Gerät
Als Nächstes wird ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung des SES-Lasers 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 3 bis 8 beschrieben. Die 3 bis 8 sind Schnittansichten, die Prozessschritte zur Herstellung des SES-Lasers 100 von 1 schematisch darstellen, wobei sich eine jede auf die Schnittansicht von 1 bezieht.

(1) Zunächst wird wie in 3 dargestellt auf der Oberfläche 101a des Halbleitersubstrats 101 aus GaAs des n-Typs ein Halbleiter-Mehrschichtfilm 150 durch epitaxiales Aufwachsen gebildet, wobei die Zusammensetzung variiert wird (siehe 3). Hier wird angegeben, dass der Halbleiter-Mehrschichtfilm 150 aus z. B. einem ersten Spiegel 102 aus 40 Paaren abwechselnd laminierter Al_0,9Ga_0,1As-Schichten des n-Typs und Al_0,15Ga_0,85As-Schichten des n-Typs, einer aktiven Schicht 103 bestehend aus GaAs-Filmschichten und Al_0,3Ga_0,7As-Barriereschichten, wobei die Filmschichten eine aus drei Schichten bestehende Quantenfilmstruktur enthalten, einem zweiten Spiegel 104, bestehend aus einer ersten Zone 104a und einer zweiten Zone 104b aus 5 Paaren und 20 Paaren abwechselnd laminierter Al_0,9Ga_0,1As-Schichten des p-Typs bzw. Al_0,15Ga_0,85As-Schichten des p-Typs, einer ersten Kontaktschicht 111 aus GaAs des n-Typs, einer Fotoabsorptionsschicht 112 aus GaAs ohne dotierte Störstellen und einer zweiten Kontaktschicht 113 aus GaAs des p-Typs gebildet ist, die nacheinander schichtweise auf dem Halbleitersubstrat 101 gestapelt sind, um so den Halbleiter-Mehrschichtfilm 150 zu bilden (siehe 3).

Beim Abscheiden des zweiten Spiegels 104 wird mindestens eine Schicht, die an die aktive Schicht 103 angrenzt, als AlAs-Schicht oder AlGaAs-Schicht mit einem Al-Anteil von 0,95 oder mehr ausgebildet. Diese Schicht wird bei späterem Oxidieren zu einer Strom einschnürenden Schicht 105 (7). Wenn in einem späteren Schritt eine zweite Elektrode 109 gebildet wird, wird mindestens ein Bereich in der Nähe des Abschnitts der ersten Zone 104a des zweiten Spiegels 104, der mit der zweiten Elektrode 109 in Kontakt steht, vorzugsweise so ausgebildet, dass er eine hohe Trägerdichte hat, so dass ein ohmscher Kontakt mit der zweiten Elektrode 109 gut herstellbar ist. In ähnlicher Weise werden mindestens ein Bereich in der Nähe des Abschnitts der ersten Kontaktschicht 111, der mit der dritten Elektrode 116 in Kontakt steht, und mindestens ein Bereich in der Nähe des Abschnitts der zweiten Kontaktschicht 113, der mit der vierten Elektrode 110 in Kontakt steht, vorzugsweise so ausgebildet, dass sie eine hohe Trägerdichte haben, so dass ein ohmscher Kontakt mit der dritten Elektrode 116 bzw. mit der vierten Elektrode 110 gut herstellbar ist.
Die Temperatur, bei der das epitaxiale Aufwachsen erfolgt, wird in Abhängigkeit vom Aufwachsverfahren, der Art des Rohmaterials, dem Typ des Halbleitersubstrats 101 und der Art, der Dicke und der Trägerdichte des auszubildenden Halbleiter-Mehrschichtfilms 150 angemessen bestimmt und beträgt im Allgemeinen vorzugsweise 450°C bis 800°C. Die zur Durchführung des epitaxialen Aufwachsens erforderliche Zeit wird ebenso angemessen bestimmt wie die Temperatur. Als epitaxiales Aufwachsverfahren kann ein metallorganisches chemisches Abscheiden aus der Dampfphase (MOVPE: Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy), ein MBE-Verfahren (Molecular Beam Epitaxy; Molekularstrahlepitaxie) oder ein LPE-(Liquid Phase Epitaxy; Flüssigphasenepitaxie) Verfahren angewendet werden.

(2) Danach werden die zweite Kontaktschicht 113 und die Fotoabsorptionsschicht 112 zu vorgegebenen Konfigurationen strukturiert (siehe 4).

Zunächst wird ein Fotoresist (nicht dargestellt) auf dem Halbleiter-Mehrfachfilm 150 aufgebracht und dann das Fotoresist durch ein fotolithografisches Verfahren mit einem Muster versehen, wodurch eine Resist-Schicht R1 mit einem vorgeschriebenen Muster gebildet wird.
Dann werden die zweite Kontaktschicht 113 und die Fotoabsorptionsschicht 112 z. B. durch ein Trockenätzverfahren geätzt, wobei die Resist-Schicht R1 als Maske dient. Auf diese Weise werden die zweite Kontaktschicht 113 und die Fotoabsorptionsschicht 112, die die gleiche ebene Konfiguration wie die zweite Kontaktschicht 113 hat, gebildet. Das Resist R1 wird dann entfernt.

(3) Danach werden die erste Kontaktschicht 111 und der zweite Spiegel 104 zu einer vorgegebenen Konfiguration strukturiert (siehe 5). Genauer gesagt, wird zuerst ein Fotoresist (nicht dargestellt) auf die erste Kontaktschicht 111 und die zweite Kontaktschicht 113 aufgebracht und dann das Fotoresist durch ein fotolithografisches Verfahren mit einem Muster versehen, wodurch eine Resist-Schicht R2 mit einem vorgeschriebenen Muster gebildet wird (siehe 5).

Dann werden die erste Kontaktschicht 111 und die zweite Zone 104b des zweiten Spiegels 104 z. B. durch ein Trockenätzverfahren geätzt, wobei die Resist-Schicht R2 als Maske dient. Durch die oben beschriebenen Schritte wird der PD-Abschnitt 120 gebildet, wie in 5 dargestellt ist. Der PD-Abschnitt 120 enthält die zweite Kontaktschicht 113, die Fotoabsorptionsschicht 112 und die erste Kontaktschicht 111. Die ebene Konfiguration der ersten Kontaktschicht 111 kann größer ausgebildet werden als die ebene Konfiguration der zweiten Kontaktschicht 113 sowie der Fotoabsorptionsschicht 112. Das Resist R2 wird dann entfernt.
In den oben beschriebenen Schritten werden zunächst die zweite Kontaktschicht 113 und die Fotoabsorptionsschicht 112 und anschließend die erste Kontaktschicht 111 strukturiert. Die erste Kontaktschicht 111 kann jedoch zuerst und danach die zweite Kontaktschicht und die Fotoabsorptionsschicht 112 strukturiert werden, um den PD-Abschnitt 120 zu bilden.

(4) Dann wird durch Strukturieren der LE-Abschnitt 140 einschließlich eines säulenförmigen Abschnitts 130 gebildet (siehe 6). Genauer gesagt, wird zuerst ein Fotoresist (nicht dargestellt) auf die erste Zone 104a des zweiten Spiegels 104 und den PD-Abschnitt 120 aufgebracht und dann das Fotoresist durch ein fotolithografisches Verfahren mit einem Muster versehen, wodurch eine Resist-Schicht R3 mit einem vorgeschriebenen Muster gebildet wird (siehe 6).

Dann werden die erste Zone 104a des zweiten Spiegels 104, die aktive Schicht 103 und ein Teil des ersten Spiegels 102 z. B. durch ein Trockenätzverfahren geätzt, wobei die Resist-Schicht R3 als Maske dient. Als Ergebnis wird der säulenförmige Abschnitt 130 wie in 6 dargestellt gebildet. Durch die oben beschriebenen Schritte wird ein Resonator (der LE-Abschnitt 140) mit dem säulenförmigen Abschnitt 130 auf dem Halbleitersubstrat 101 gebildet. Mit anderen Worten, es wird ein gestapelter Schichtkörper aus dem PD-Abschnitt 120 und dem LE-Abschnitt 140 gebildet. Die Resistschicht R3 wird dann entfernt.
Im Fall der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform wird zuerst der PD-Abschnitt 120 und dann der säulenförmige Abschnitt 130 gebildet. Der säulenförmige Abschnitt 130 kann jedoch zuerst und dann der PD-Abschnitt 120 gebildet werden.

(5) Indem anschließend das Halbleitersubstrat 101, auf dem der LE-Abschnitt 140 und der PD-Abschnitt 120 im obigen Prozess ausgebildet worden sind, in eine Wasserdampfatmosphäre von z. B. ca. 400°C gebracht wird, wird die Schicht mit einem hohen Al-Anteil, die durch den obigen Prozess in der ersten Zone 104a des zweiten Spiegels 104 hergestellt worden ist, von ihrer Seitenfläche her oxidiert, wodurch eine Strom einschnürende Schicht 105 gebildet wird (siehe 7).

Die Oxidationsrate hängt von der Ofentemperatur, der Menge des zugeführten Wasserdampfes und dem Al-Anteil sowie der Filmdicke der zu oxidierenden Schicht ab (Schicht mit dem hohen Al-Anteil). Bei einem SES-Laser mit einer durch Oxidation gebildeten Strom einschnürenden Schicht fließt bei dessen Ansteuerung ein elektrischer Strom nur in dem Abschnitt, der von der Strom einschnürenden Schicht frei ist (d. h. der nicht oxidierte Abschnitt). Deshalb kann die Stromdichte durch eine kontrollierte Einstellung des durch Oxidation zu bildenden Bereichs der Strom einschnürenden Schicht 105 gesteuert werden.
Der Durchmesser der Strom einschnürenden Schicht 105 wird vorzugsweise so eingestellt, dass der Hauptanteil des vom LE-Abschnitt 140 emittierten Lichtes in die erste Kontaktschicht 111 eintritt.

(6) Danach werden eine zweite Elektrode 109 auf einer oberen Oberfläche 104x der ersten Zone 104a des zweiten Spiegels 104 und eine vierte Elektrode 110 auf einer oberen Oberfläche des PD-Abschnitts 120 (obere Oberfläche 113a der zweiten Kontaktschicht 113) ausgebildet (siehe 8).

Zunächst werden die obere Oberfläche 104x der ersten Zone 104a und die obere Oberfläche 113a der zweiten Kontaktschicht 113 mittels eines Plasmabehandlungsverfahrens etc. gewaschen, falls erforderlich, bevor die zweite Elektrode 109 und die vierte Elektrode 110 ausgebildet werden. Als Ergebnis kann ein Gerät mit stabileren Eigenschaften gebildet werden.
Als nächstes wird ein Mehrschichtfilm z. B. aus Pt, Ti und Au (nicht dargestellt) beispielsweise durch ein Abscheidungsverfahren im Vakuum gebildet. Danach werden die zweite Elektrode 109 und die vierte Elektrode 110 gebildet, indem der Mehrschichtfilm durch ein Abhebeverfahren an anderen als den vorgeschriebenen Positionen entfernt wird. In diesem Fall befindet sich ein Abschnitt, in dem der oben genannte Mehrschichtfilm nicht ausgebildet ist, auf der oberen Oberfläche 113a der zweiten Kontaktschicht 113. Dieser Abschnitt wird ein Öffnungsabschnitt 114, und der Boden des Öffnungsabschnitts 114 wird die Emissionsoberfläche 108. Es sei darauf hingewiesen, dass anstelle des oben genannten Abhebeverfahrens ein Trockenätzverfahren angewendet werden kann. Obwohl die zweite Elektrode 109 und die vierte Elektrode 110 im oben genannten Prozess gleichzeitig strukturiert werden, können die zweite Elektrode 109 und die vierte Elektrode 110 auch individuell ausgebildet werden.

(7) Danach wird eine erste Elektrode 107 auf dem ersten Spiegel 102 des LE-Abschnitts 140, indem ein Mehrschichtfilm z. B. aus Au und einer Legierung aus Au und Ge durch ein ähnliches Verfahren mit einem Muster versehen wird, wie das, durch das die dritte Elektrode 116 auf der ersten Kontaktschicht 111 des PD-Abschnitts 120 gebildet wird (siehe 1).

Anschließend wird eine Glühbehandlung ausgeführt. Die Temperatur bei der Glühbehandlung hängt vom Elektrodenmaterial ab. Sie erfolgt normalerweise bei ca. 400°C für das bei der vorliegenden Ausführungsform verwendete Elektrodenmaterial. Die erste Elektrode 107 und die dritte Elektrode 116 werden durch den oben beschriebenen Prozess gebildet (siehe 1). Hierin werden die erste Elektrode 107 und die dritte Elektrode 116 zwar gleichzeitig strukturiert und ausgebildet, die erste Elektrode 107 und die dritte Elektrode 116 können aber auch individuell ausgebildet werden.
Der SES-Laser 100 mit dem LE-Abschnitt 140 und den PD-Abschnitt 120 wird durch den oben beschriebenen Prozess erhalten (siehe 1).
3. Aktionen und Wirkungen
Die Maßnahmen und Wirkungen des SES-Lasers 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden nachstehend beschrieben.
(1) Maßnahmen und Wirkungen 1
Zunächst wird die Struktur eines herkömmlichen SES-Lasers 900 erläutert, bevor die Maßnahmen und Wirkungen des SES-Lasers 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben werden.
(A) Herkömmlicher SES-Laser
23 ist eine Schnittansicht, die einen herkömmlichen SES-Laser 900 schematisch darstellt. Der SES-Laser von 23 enthält einen LE-Abschnitt 940 und einen PD-Abschnitt 920. Der LE-Abschnitt 940 ist auf einem Halbleitersubstrat 901 ausgebildet und ist eine Mehrschichtstruktur bestehend aus einem ersten Spiegel 902 des n-Typs, einer aktiven Schicht 903 und einem zweiten Spiegel 904 des p-Typs, die in dieser Reihenfolge schichtweise gestapelt sind. Der PD-Abschnitt 920 ist auf dem LE-Abschnitt 940 angeordnet und besteht aus einer ersten Kontaktschicht 911 des n-Typs, einer undotierten Fotoabsorptionsschicht 912 und einer zweiten Kontaktschicht 913 des p-Typs, die schichtweise nacheinander gestapelt sind. Eine erste Elektrode 907 und eine zweite Elektrode 909 sind zum Ansteuern des LE-Abschnitts 940 und eine dritte Elektrode 916 sowie eine vierte Elektrode 910 zum Ansteuern des PD-Abschnitts 920 vorgesehen.
Außerdem ist eine dielektrische Schicht 915 zwischen dem LE-Abschnitt 940 und dem PD-Abschnitt 120 angeordnet. Diese dielektrische Schicht 915 besteht z. B. aus einer Schicht, die Aluminiumoxid enthält, und wird durch Oxidieren einer Al enthaltenden Schicht von der Seite her oxidiert. Ein derartiger SES-Laser 900 mit einer dielektrischen Schicht 915 ist z. B. in der japanischen Tokuhyo (japanische Übersetzung der internationalen PCT-Anmeldung) 2002-504754 und in der JP-A-2000-183444 beschrieben. Ein VCSEL mit einer dielektrischen Schicht aus abwechselnden SiO₂/Si₃N₄-Schichten ist in der US 5,606,572 offenbart.
Bei diesem SES-Laser 900 wird eine Spannung zwischen der ersten Elektrode 907 und der zweiten Elektrode 909 angelegt, um den Licht emittierenden Abschnitt 940 anzusteuern. Andererseits wird eine vorgeschriebene Spannung auch zwischen der dritten Elektrode 916 und der vierten Elektrode 910 angelegt, um den PD-Abschnitt 920 anzusteuern.
Die dielektrische Schicht 915 wird dagegen durch Oxidieren einer Al enthaltenden Schicht (nicht dargestellt) erhalten. Wenn die dielektrische Schicht 915 durch dieses Verfahren gebildet wird, wird die Al enthaltende Schicht vor dem Oxidieren "sparsam" aufgebracht, so dass Sauerstoff beim Oxidieren ungehindert in die Schicht eindringen kann und die Oxidation gut vorankommt. Deshalb ist die durch Oxidation erhaltene dielektrische Schicht 915 "sparsam", so dass ihre Zuverlässigkeit gering und ihre mechanische Festigkeit niedrig ist. Um deshalb die Zuverlässigkeit und mechanische Festigkeit sicherzustellen, muss die Filmdicke der dielektrischen Schicht 915 klein sein. Wenn jedoch die dielektrische Schicht 915 mit einer geringen Filmdicke zwischen dem LE-Abschnitt 940 und dem PD-Abschnitt 920 angeordnet ist, wird eine hohe parasitäre Kapazität zwischen dem LE-Abschnitt 940 und dem PD-Abschnitt 920 erzeugt. Die Entstehung dieser parasitären Kapazität stellt ein Hindernis für ein schnelles Ansteuern dar.
(B) SES-Laser der vorliegenden Ausführungsform
Im Gegensatz dazu besteht beim SES-Laser 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der zweite Spiegel 104 aus der ersten Zone 104a und der zweiten Zone 104b, wobei die zweite Zone 104b mit dem PD-Abschnitt 120 in Kontakt steht und einen höheren Widerstand hat als die erste Zone 104a. Außerdem kann diese zweite Tone 104b durch ein normales epitaxiales Aufwachsverfahren gebildet werden. Demzufolge kann die zweite Zone 104b mit einer großen Filmdicke gebildet werden. Als Ergebnis kann die zwischen dem LE-Abschnitt 140 und dem PD-Abschnitt 120 erzeugte parasitäre Kapazität verringert werden.
Ferner kann die zweite Zone 104b genau wie ein normaler Spiegel durch ein epitaxiales Aufwachsverfahren gebildet werden. Als Ergebnis übertrifft der SES-Laser 100 der vorliegenden Ausführungsform den herkömmlichen SES-Laser 900 bezüglich der Zuverlässigkeit und der mechanischen Festigkeit.
(2) Maßnahmen und Wirkungen 2
Des Weiteren kann beim SES-Laser 100 gemäß der der vorliegenden Ausführungsform durch elektrisches Verbinden einer der Elektroden der ersten Elektrode 107 und der zweiten Elektrode 109 des LE-Abschnitts 140 mit einer der Elektroden der dritten Elektrode 116 und der vierten Elektrode 110 des PD-Abschnitts in einem Elektrodenanschlussabschnitt eine Struktur mit drei Anschlüssen bereitgestellt werden.
Die 9A bis 9D zeigen die Anschlussarten der oben beschriebenen Elektroden, wenn der SES-Laser 100 eine Struktur mit drei Anschlüssen hat. Die elektrischen Anschlussstrukturen, die die in den 9A bis 9D dargestellten Elektrodenanschlüsse verwirklichen, sind schematisch in Draufsichten von 10 bzw. in den 14 bis 16 dargestellt. 11 bis 13 zeigen Schnittansichten entlang der Linie A-A, Linie B-B bzw. Linie C-C in der Draufsicht von 10.
Es gibt vier Möglichkeiten, eine der Elektroden der ersten Elektrode 107 und der zweiten Elektrode 109 des LE-Abschnitts 140 mit einer der Elektroden der dritten Elektrode 116 und der vierten Elektrode 110 des PD-Abschnitts zu verbinden, die in den 9A bis 9D als Anschlüsse 1 bis 4 dargestellt sind. Die 9A bis 9D zeigen Elektrodenanschlussabschnitte 160a bis 160d.
(a) Anschluss 1
Gemäß Anschluss 1 sind wie aus den 9A und 10 bis 13 ersichtlich die zweite Elektrode 109 des LE-Abschnitts 140 und die dritte Elektrode 116 des PD-Abschnitts 120 in einem Elektrodenan schlussabschnitt 160a elektrisch miteinander verbunden. Genauer gesagt, ist der Elektrodenanschlussabschnitt 160a, wie in den 12 und 13 dargestellt ist, zwischen dem SES-Laser 100 und einem Elektrodenkontaktfleck (nicht dargestellt) angeordnet, und die zweite Elektrode 109 und die dritte Elektrode 116 sind in diesem Elektrodenanschlussabschnitt 160a elektrisch verbunden. Mit anderen Worten, die zweite Elektrode 109 ist auf der dritten Elektrode 116 im Elektrodenanschlussabschnitt 160a angeordnet.
Die dritte Elektrode 116 erstreckt sich von der ersten Kontaktschicht 111 des PD-Abschnitts 120 zur dielektrischen Schicht 106b. Die zweite Elektrode 109 erstreckt sich von der ersten Zone 104a des zweiten Spiegels 104 über die dielektrische Schicht 106b zur dielektrischen Schicht 106a und zur zweiten Elektrode 109. Es sei darauf hingewiesen, dass die dielektrischen Schichten 106a, 106b gemeinsam oder einzeln ausgebildet werden können. Dies gilt analog für die nachstehend beschriebenen Anschlüsse 2 bis 4. Obwohl für die Anschlüsse 2 bis 4 auf Schnittansichten verzichtet wurde, ist eine Schichtstruktur ähnlich der des SES-Lasers 100 der 10 bis 13 mit Ausnahme der nachstehend zu beschreibenden Elektroden vorgesehen.
(B) Anschluss 2
Bei Anschluss 2 sind die zweite Elektrode 109 des LE-Abschnitts 140 und die vierte Elektrode 110 des PD-Abschnitts 120 in einem Elektrodenanschlussabschnitt 160b elektrisch verbunden, wie aus 14 ersichtlich ist. Dieser Elektrodenanschlussabschnitt 160b ist zwischen dem SES-Laser 100 und einem Elektrodenkontaktfleck (nicht dargestellt) angeordnet. Im Elektrodenanschlussabschnitt 160b ist die zweite Elektrode 109 auf der vierten Elektrode 110 angeordnet.
Die vierte Elektrode 110 erstreckt sich von der zweiten Kontaktschicht 113 zur dielektrischen Schicht 106c, und die zweite Elektrode 109 erstreckt sich von der ersten Zone 104a des zweite Spiegels 104 über die dielektrische Schicht 106c zur vierten Elektrode 110.
(C) Anschluss 3
Bei Anschluss 3 sind die erste Elektrode 107 des LE-Abschnitts 140 und die vierte Elektrode 110 des PD-Abschnitts 120 in einem Elektrodenanschlussabschnitt 160c elektrisch verbunden wie in 15 dargestellt. Dieser Elektrodenanschlussabschnitt 160c ist zwischen dem SES-Laser 100 und einem Elektrodenkontaktfleck (nicht dargestellt) in Bereichen ausschließlich des LE-Abschnitts 140 und des PD-Abschnitts 120 angeordnet. Im Elektrodenanschlussabschnitt 160c ist die erste Elektrode 107 auf der vierten Elektrode 110 angeordnet.
Die vierte Elektrode 110 erstreckt sich von der zweiten Kontaktschicht 113 zur dielektrischen Schicht 106c und die erste Elektrode 107 vom ersten Spiegel 102 über die dielektrische Schicht 106c zur vierten Elektrode 110.
(D) Anschluss 4
Bei Anschluss 4 sind die erste Elektrode 107 des LE-Abschnitts 140 und die dritte Elektrode 116 des PD-Abschnitts 120 in einem Elektrodenanschlussabschnitt 160d elektrisch verbunden wie in 16 dargestellt. Dieser Elektrodenanschlussabschnitt 160d ist zwischen dem SES-Laser 100 und einem Elektrodenkontaktfleck (nicht dargestellt) angeordnet. Im Elektrodenanschlussabschnitt 160d ist die erste Elektrode 107 auf der dritten Elektrode 116 angeordnet.
Die dritte Elektrode 116 erstreckt sich von der ersten Kontaktschicht 111 zur dielektrischen Schicht 106b und die erste Elektrode 107 vom ersten Spiegel 102 über die dielektrische Schicht 106d zur dritten Elektrode 116.
(E) Maßnahmen und Wirkungen
Bei Anschluss 1 sind die erste Elektrode 109 des LE-Abschnitts 140 und die dritte Elektrode 116 des PD-Abschnitts 120 elektrisch verbunden wie in 9A dargestellt. In diesem Fall wird keine parasitäre Kapazität zwischen dem LE-Abschnitt 140 und dem PD-Abschnitt 120 erzeugt, da zwischen der zweiten Elektrode 109 und der dritten Elektrode 116 keine Potentialdifferenz vorliegt.
Gemäß Anschluss 2 sind dagegen die zweite Elektrode 109 des LE-Abschnitts 140 und die vierte Elektrode 110 des PD-Abschnitts 120 elektrisch verbunden, wie aus 9B ersichtlich ist. In diesem Fall entsteht eine Potentialdifferenz zwischen der zweiten Elektrode 109 und der vierten Elektrode 110 und als Ergebnis eine parasitäre Kapazität C_P. Wenn eine "Schicht mit hoher Nichtleitfähigkeit" zwischen dem LE-Abschnitt 140 und dem PD-Abschnitt 120 ausgebildet ist, ist die parasitäre Kapazität C_P hoch. Mit anderen Worten, je dünner die Filmdicke der "Schicht mit hoher Nichtleitfähigkeit" ist, umso größer ist die parasitäre Kapazität C_P.
Eine parasitäre Kapazität C_P entsteht auf ähnliche Weise bei den Anschlüssen 3 und 4, wenn eine Potentialdifferenz zwischen der ersten Elektrode 107 und der vierten Elektrode 110 sowie zwischen der ersten Elektrode 107 und der dritten Elektrode 116 vorliegt.
Bei dem in 23 dargestellten herkömmlichen SES-Laser 900 ist z. B. eine dielektrische Schicht 915 zwischen dem LE-Abschnitt 940 und dem PD-Abschnitt 920 vorgesehen. Wie oben beschrieben hat die dielektrische Schicht 915, die durch Oxidieren einer Al enthaltenden Schicht gebildet wird, eine geringe mechanische Festigkeit. Insbesondere nimmt die mechanische Festigkeit des SES-Lasers 900 ab, wenn der Film der dielektrischen Schicht 915 zu dick ausgebildet ist. Deshalb muss die dielektrische Schicht 915 bis zu einem gewissen Grad dünn ausgebildet sein. Wenn jedoch die Filmdicke der dielektrischen Schicht 915 gering ist, wird die parasitäre Kapazität C_P zwischen dem Licht emittierenden Element 940 und dem PD-Abschnitt 920 größer.
Im Gegensatz dazu hat beim SES-Laser 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die zweite Zone 104b des zweiten Spiegels 104 des LE-Abschnitts 140 einen höheren Widerstand als die erste Zone 104a, und die zweite Zone 104b steht mit dem PD-Abschnitt 120 in Kontakt. Deshalb ent spricht diese zweite Zone 104b einer "Schicht mit hoher Nichtleitfähigkeit" zwischen dem LE-Abschnitt 140 und dem PD-Abschnitt 120 bei den oben beschriebenen Anschlüssen 2 bis 4. Da jedoch die zweite Zone 104b Teil des zweiten Spiegels 104 ist, kann die zweite Zone 104b durch ein übliches epitaxiales Aufwachsverfahren gebildet werden. Deshalb kann die zweite Zone 104b mit einer großen Filmdicke ausgebildet werden. Mit anderen Worten, kann die zweite Zone 104b, bei der es sich um eine "Schicht mit hoher Nichtleitfähigkeit" zwischen dem LE-Abschnitt 140 und dem PD-Abschnitt 120 handelt, mit großer Filmdicke hergestellt werden. Da die parasitäre Kapazität C_P bei den oben beschriebenen Anschlüssen 2 bis 4 kontrolliert werden kann, kann als Ergebnis der SES-Laser 100 mit hoher Geschwindigkeit angesteuert werden.
Wie oben beschrieben kann jeder der Anschlüsse 1 bis 4 beim SES-Laser 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt werden. Da die Anschlussart jeder Elektrode geändert werden kann, ohne die Schichtstruktur des SES-Lasers 100 zu ändern, kann als Ergebnis der SES-Laser 100 mit einer Struktur mit drei Anschlüssen erzielt werden, der einen hohen Freiheitsgrad bei der Wahl der Strukturen hat und mit hoher Geschwindigkeit angesteuert werden kann. Der SES-Laser 100 mit der Struktur mit drei Anschlüssen in verschiedenen Verbindungen der Elektroden untereinander kann erhalten werden, ohne dass die Herstellungsprozesse mit Ausnahme des Bildungsprozesses für die Elektroden geändert werden müssen.
(3) Maßnahmen und Wirkungen 3
Weiterhin ist beim SES-Laser 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der zweite Spiegel 104 auf der aktiven Schicht 103 und die zweite Zone 104b auf der ersten Zone 104a des zweiten Spiegels 104 angeordnet. Außerdem sind die erste Elektrode 107 und die zweite Elektrode 109 zum Ansteuern des LE-Abschnitts 140 enthalten, und die zweite Elektrode 109 steht mit der ersten Zone 104a des zweiten Spiegels 104 in Kontakt. Mit anderen Worten, da die zweite Elektrode 109 wesentlich näher an der aktiven Schicht 103 angeordnet ist, kann die Spannung wirksam an die aktive Schicht 103 angelegt werden.
Außerdem ist die zweite Zone 104b auf der ersten Zone 104a und die zweite Elektrode 109 auf der ersten Zone 104a angeordnet, so dass ein elektrischer Strom nicht zur zweiten Zone 104b fließt. Mit anderen Worten, in der zweiten Zone 104b bewegen sich die Träger nicht, sondern nur in der ersten Zone 104a. Da im SES-Laser 100 weniger Träger über einen Heteroübergang fließen können, kann ein SES-Laser 100 mit einem niedrigeren Widerstand erhalten werden.
Ferner sind in einem üblichen SES-Laser Störstellen in einem Spiegel beigefügt, um den Widerstand des Spiegels zu senken. Aufgrund des Hinzufügens dieser Störstellen könnte eine absorptive Streuung des Lichtes auftreten und der Leuchtwirkungsgrad kann abnehmen. Im Gegensatz dazu hat beim SES-Laser 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die zweite Zone 104b des zweiten Spiegels 104 im Vergleich zur ersten Zone 104a eine Störstellenkonzentration mit dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie die erste Zone 104a, deren Konzentration niedriger ist als die der ersten Zone 104a, oder es werden keine Störstellen des gleichen Leitfähigkeitstyps hinzugefügt. Folglich hat die zweite Zone 104b einen höheren Widerstand als die erste Zone 104a. Als Ergebnis kann das oben beschriebene durch Hinzufügen von Störstellen verursachte Problem gelöst werden.
Zweite Ausführungsform
1. Struktur des optischen Geräts
17 ist eine schematische Schnittansicht eines SES-Lasers 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 18 ist eine schematische Draufsicht des in 17 dargestellten SES-Lasers 200.
Der SES-Laser 200 der vorliegenden Ausführungsform hat eine vom SES-Laser 100 der ersten Ausführungsform insofern verschiedene Struktur, als eine Reflexionsschicht 305 in der zweiten Zone 104b des zweiten Spiegels 104 vorgesehen ist. Der SES-Laser 200 hat mit Ausnahme dieses Punktes eine Struktur ähnlich der des SES-Lasers 100 der ersten Ausführungsform. Demzufolge sind Bauelementen ähnlich denen des SES-Lasers 100 der ersten Ausführungsform identische Bezugszeichen zugeordnet und auf ihre detaillierte Beschreibung wird verzichtet.
Die Reflexionsschicht 305 hat die Aufgabe, Licht spontaner Emission zu reflektieren. Die Reflexionsschicht 305 kann durch Verwenden z. B. des gleichen Materials (eine Schicht, die Aluminiumoxid enthält) wie das der Strom einschnürenden Schicht 105 gebildet werden. In diesem Fall kann die Reflexionsschicht 305 durch einen ähnlichen Prozess wie den für die Strom einschnürende Schicht 105 gebildet werden. Genauer gesagt, wird eine Schicht (nicht dargestellt) mit einem hohen Al-Anteil in der zweiten Zone 104b des zweiten Spiegels 104 im Voraus ausgebildet, und die Reflexionsschicht 305 kann durch Oxidieren dieser Schicht von der Seite her gebildet werden.
Eine Aluminiumoxidschicht (AlOx) ist üblicherweise eine dielektrische Schicht, deren Brechungsindex niedriger ist als der einer umgebenden Halbleiterschicht. Der Brechungsindex einer Aluminiumoxidschicht beträgt ca. 1,6 und der Brechungsindex einer Halbleiterschicht beträgt normalerweise 2,9 bis 3,5.
Die Filmdicke der Reflexionsschicht 305 kann auf n/4 (n ist eine natürliche Zahl) der Wellenlänge des im LE-Abschnitt 140 erzeugten Laserlichtes eingestellt werden. Als Ergebnis kann die Reflexion von Moden des oben beschriebenen Laserlichtes verstärkt werden.
2. Operationen des optischen Geräts
Die Operationen des SES-Lasers 200 der vorliegenden Ausführungsform sind im Prinzip denen des SES-Lasers 100 der ersten Ausführungsform ähnlich, so dass auf ihre detaillierte Beschreibung verzichtet wird.
3. Maßnahmen und Wirkungen
Für den SES-Laser 200 gemäß der zweiten Ausführungsform treffen im Wesentlichen die gleichen Maßnahmen und Wirkungen zu wie für den SES-Laser 100 gemäß der ersten Ausführungsform.
Außerdem hat beim SES-Laser 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der PD-Abschnitt 120 die Aufgabe, die Lichtabgabe des LE-Abschnitts 140 zu erfassen. Deshalb könnte die Abgabe des am LE-Abschnitt 140 erzeugten Lichtes nicht korrekt erfasst werden, wenn anderes als das am Licht emittierenden Element 140 erzeugte Laserlicht in den PD-Abschnitt 120 eintritt. Beim SES-Laser 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch die Reflexionsschicht 305 in der zweiten Zone 104b des zweiten Spiegels 104 vorgesehen, so dass Licht spontaner Emission daran gehindert wird, in den PD-Abschnitt 120 einzutreten. Als Ergebnis kann nur das im LE-Abschnitt 140 erzeugte Laserlicht in den PD-Abschnitt 120 injiziert werden, so dass die Abgabe des im LE-Abschnitt 140 erzeugten Lichtes vom PD-Abschnitt 120 genauer erfasst werden kann.
Wenn eine Reflexionsschicht in einem PD-Abschnitt vorgesehen ist, kann z. B. der Wirkungsgrad des PD-Abschnitts durch diese Reflexionsschicht abnehmen. Im Gegensatz dazu ist die Reflexionsschicht 305 des SES-Lasers 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in der zweiten Zone 104b des zweiten Spiegels 104, aber nicht im PD-Abschnitt 120 angeordnet, so dass der Wirkungsgrad des PD-Abschnitts 120 nicht durch das Vorhandensein der Reflexionsschicht 305 gesenkt wird.
Außerdem fließt kein elektrischer Strom zu dieser zweiten Zone 104b. Deshalb kann die Reflexionsschicht 305 ungeachtet des Strompfades aufgebaut werden, da die Reflexionsschicht 305 in der zweiten Zone 104b des zweiten Spiegels 104 angeordnet ist. Mit anderen Worten, der Strompfad wird nicht durch den Aufbau der Reflexionsschicht 305 beeinträchtigt. Deshalb ändern sich die Eigenschaften des LE-Abschnitts 140 durch die Bereitstellung der Reflexionsschicht 305 nicht.
Ferner ist für die Reflexionsschicht 305 kein neuer Herstellungsprozess erforderlich, da sie durch Anwendung des normalerweise verwendeten Konzepts für Spiegel ausgebildet werden kann.
Dritte Ausführungsform
1. Struktur des optischen Geräts
19 ist eine schematische Schnittansicht eines SES-Lasers 300 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der SES-Laser 300 der vorliegenden Ausführungsform hat eine vom SES-Laser 100 der ersten Ausführungsform insofern verschiedene Struktur, als ein PD-Abschnitt 220 und ein LE-Abschnitt 240 schichtweise in dieser Reihenfolge auf einem Halbleitersubstrat 201 gestapelt sind.
Es ist zu beachten, dass Bauelemente des SES-Lasers 300, die denen des SES-Lasers 100 der ersten Ausführungsform ähnlich sind, durch um 100 höhere Bezugszeichen gekennzeichnet sind als diejenigen im Zusammenhang mit dem SES-Laser 100. Mit anderen Worten, da Bezugszeichen "2xx" Bauelemente ähnlich den Bauelementen "1xx" des SES-Lasers 100 der ersten Ausführungsform repräsentieren, die außerdem grundsätzlich aus ähnlichen Materialien bestehen, wird auf ihre detaillierte Beschreibung verzichtet.
Der SES-Laser 300 der vorliegenden Ausführungsform enthält einen auf einem Halbleitersubstrat 201 angeordneten PD-Abschnitt 220 und einen auf dem PD-Abschnitt 220 angeordneten LE-Abschnitt 240. Der SES-Laser 300 emittiert das im LE-Abschnitt 240 erzeugte Licht von seiner Emissionsoberfläche 208.
Der PD-Abschnitt 220 enthält eine zweite Kontaktschicht 213, eine Fotoabsorptionsschicht 212 und eine erste Kontaktschicht 211. Die zweite Kontaktschicht 213 des p-Typs, die Fotoabsorptionsschicht 212 und die erste Kontaktschicht 211 des n-Typs sind schichtweise in dieser Reihenfolge auf dem Halbleitersubstrat 201 aus GaAs des p-Typs gestapelt. Die zweite Kontaktschicht 213, die Fotoabsorptionsschicht 212 und die erste Kontaktschicht 211 können aus dem gleichen Material bestehen wie die zweite Kontaktschicht 113, die Fotoabsorptionsschicht 112 bzw. die erste Kontaktschicht 111 der ersten Ausführungsform.
Der LE-Abschnitt 240 enthält einen zweiten Spiegel 204, eine aktive Schicht 203 und einen ersten Spiegel 202. Der zweite Spiegel 204 besteht aus einer ersten Zone 204a und einer zweiten Zone 204b. Die zweite Zone 204b steht mit dem PD-Abschnitt 220 in Kontakt und hat einen höheren Widerstand als die erste Zone 204a. Die erste Zone 204a und die zweite Zone 204b des p-Typs des zweiten Spiegels 204, die aktive Schicht 203 und der erste Spiegel 202 des n-Typs sind schichtweise in dieser Reihenfolge auf dem PD-Abschnitt 220 gestapelt. Die erste Zone 204a und die zweite Zone 204b des zweiten Spiegels 204, die aktive Schicht 203 und der erste Spiegel 202 können aus dem gleichen Material bestehen wie die erste Zone 104a und die zweite Zone 104b des zweiten Spiegels 104, die aktive Schicht 103 bzw. der erste Spiegel 102 der ersten Ausführungsform. Eine Strom einschnürende Schicht 205 ist auf dem zweiten Spiegel 204 in der gleichen Weise wie beim zweiten Spiegel 104 der ersten Ausführungsform vorgesehen.
Der SES-Laser 300 der vorliegenden Ausführungsform enthält außerdem eine erste Elektrode 207, eine zweite Elektrode 209, eine dritte Elektrode 216 und eine vierte Elektrode 210. Die erste Elektrode 207 und die zweite Elektrode 209 dienen zum Ansteuern des LE-Abschnitts 240. Die dritte Elektrode 216 und die vierte Elektrode 210 dienen zum Ansteuern des PD-Abschnitts 220.
Die erste Elektrode 207 ist auf dem ersten Spiegel 202 angeordnet. Die zweite Elektrode 209 steht mit der ersten Zone 204a des zweiten Spiegels 204 in Kontakt. Die dritte Elektrode 216 ist auf der ersten Kontaktschicht 211 vorgesehen. Die vierte Elektrode 210 ist auf der zweiten Kontaktschicht 213 vorgesehen. Die zweite Elektrode 209, die dritte Elektrode 216 und die vierte Elektrode 210 können eine ringförmige ebene Konfiguration haben. In diesem Fall ist die zweite Elektrode 209 so ausgeführt, dass sie den LE-Abschnitt 240 umgibt, die dritte Elektrode 216 ist so ausgeführt, dass sie den LE-Abschnitt 240 und die erste Zone 204a des zweiten Spiegels 204 umgibt, und die vierte Elektrode 210 ist so ausgeführt, dass sie die erste Kontaktschicht 211 und die Fotoabsorptionsschicht 212 umgibt.
Wenn ferner beim SES-Laser 300 der vorliegenden Ausführungsform angenommen wird, dass eine Oberfläche des PD-Abschnitts 220, deren Abschnitt mit dem Halbleitersubstrat 201 in Kontakt steht, eine obere Oberfläche (Oberfläche 210a) ist und eine Oberfläche desselben, die mit dem Licht emittierenden Element 240 in Kontakt steht, als untere Oberfläche (Oberfläche 210b) angenommen wird, ist die Emissionsoberfläche 208 auf der oberen Oberfläche (Oberfläche 201a) des SES-Lasers 300 angeordnet. Genauer gesagt, ist im SES-Laser 300 eine Öffnung 214, die das Halbleitersubstrat 201 durchdringt, im Halbleitersubstrat 201 vorgesehen, und der Boden dieser Öffnung 214 definiert die Emissionsoberfläche 208.
2. Operationen des optischen Geräts
Beim SES-Laser 300 der vorliegenden Ausführungsform ist die Reihenfolge der gestapelten Schichten des LE-Abschnitts 240 und des PD-Abschnitts 220 auf dem Halbleitersubstrat 201 umgekehrt wie beim SES-Laser 100 der ersten Ausführungsform. Da jedoch die Grundoperationen des SES-Lasers 300 der vorliegenden Ausführungsform ähnlich sind wie die des SES-Lasers 100 der ersten Ausführungsform, wird auf ihre detaillierte Beschreibung verzichtet.
Mit anderen Worten passiert das Laserlicht beim SES-Laser 300 der vorliegenden Ausführungsform, nachdem es im Licht emittierenden Element 240 erzeugt worden ist, den PD-Abschnitt 220 und tritt aus der Emissionsoberfläche 208 aus. Es sei hier darauf hingewiesen, dass ein Teil des im Licht emittierenden Element 240 erzeugten Laserlichtes von der Fotoabsorptionsschicht 212 des PD-Abschnitts 220 absorbiert und in elektrischen Strom gewandelt wird, wodurch die Abgabe des vom LE-Abschnitt 240 erzeugten Lichtes erfasst wird.
3. Maßnahmen und Wirkungen
Für den SES-Laser 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform treffen im Wesentlichen die gleichen Maßnahmen und Wirkungen zu wie für den SES-Laser 100 gemäß der ersten Ausführungsform.
Vierte Ausführungsform
20 ist eine schematische Ansicht eines optischen Moduls 500 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das optische Modul 500 enthält den SES-Laser 100 der ersten Ausführungsform (siehe 1), einen Halbleiter-Chip 20 und einen Lichtwellenleiter 30. Es sei darauf hingewiesen, dass beim optischen Modul 500 der vorliegenden Ausführungsform die gleichen Maßnahmen ausgeführt und Wirkungen erzielt werden können, selbst wenn der SES-Laser der zweiten oder dritten Ausführungsform anstelle des SES-Lasers 100 der ersten Ausführungsform verwendet wird. Das Gleiche gilt für die nachstehend beschriebene fünfte und sechste Ausfüh rungsform.
1. Struktur des optischen Moduls
Der SES-Laser 100 absorbiert Licht, das von einer Stirnfläche 30a des Lichtwellenleiters 30 emittiert wird. Der SES-Laser 100 ist so angeordnet, dass seine Position relativ zur Stirnfläche 30a des Lichtwellenleiters 30 fest ist. Genauer gesagt, liegt die Emissionsoberfläche 108 des SES-Lasers 100 der Stirnfläche 30a des Lichtwellenleiters 30 gegenüber.
Der Halbleiter-Chip 20 dient zum Ansteuern des SES-Lasers 100. Mit anderen Worten, der Halbleiter-Chip 20 ist mit einer eingebauten Schaltung zum Ansteuern des SES-Lasers 100 ausgeführt. Der Halbleiter-Chip 20 enthält eine Mehrzahl darauf ausgebildeter Elektroden (oder Kontaktflecke) 22, die elektrisch mit der internen Schaltung verbunden sind. Verdrahtungsmuster 24 und 64, die elektrisch mit mindestens einer der Elektroden 22 verbunden sind, sind vorzugsweise auf einer Oberfläche ausgebildet, wo sich die Elektroden 22 befinden.
Der Halbleiter-Chip 20 und der SES-Laser 100 sind miteinander elektrisch verbunden. So sind z. B. ein Verdrahtungsmuster 14 und das Verdrahtungsmuster 24 auf dem Halbleiter-Chip 20 miteinander über eine Lötverbindung 26 elektrisch verbunden. Das Verdrahtungsmuster 14 ist elektrisch mit der ersten Elektrode 107 des SES-Lasers 100 verbunden (in 20 nicht dargestellt). Das Verdrahtungsmuster 34 ist elektrisch mit dem auf dem Halbleiter-Chip 20 ausgebildeten Verdrahtungsmuster 64 über die Lötverbindung 26 verbunden. Das Verdrahtungsmuster 34 ist elektrisch mit der ersten Elektrode 107 des SES-Lasers 100 verbunden (in 20 nicht dargestellt). Die dritte Elektrode 116 und die vierte Elektrode 110 des SES-Lasers 100 (in 20 nicht dargestellt) sind elektrisch mit Verdrahtungsmustern (nicht dargestellt) verbunden.
Der SES-Laser 100 kann mit der Oberseite nach unten auf dem Halbleiter-Chip 20 installiert werden. Dadurch stellt die Lötverbindung 26 nicht nur die elektrische Verbindung bereit, sondern fixiert auch den SES-Laser 100 und den Halbleiter-Chip 20. Es sei darauf hingewiesen, dass zur Verbindung zwischen den Verdrahtungsmustern 14 und 24 sowie zwischen den Verdrahtungsmustern 34 und 64 Drähte oder leitfähige Paste verwendet werden können.
Ein Unterüllungsmaterial 40 kann zwischen dem SES-Laser 100 und dem Halbleiter-Chip 20 vorgesehen sein. Wenn das Unterfüllungsmaterial 40 die Emissionsoberfläche 108 des SES-Lasers 100 bedeckt, ist das Unterfüllungsmaterial 40 vorzugsweise transparent. Das Unterfüllungsmaterial 40 bedeckt und schützt elektrische Anschlussabschnitte zwischen dem SES-Laser 100 und dem Halbleiter-Chip 20 und schützt außerdem die Oberflächen des SES-Lasers 100 und des Halbleiter-Chips 20. Außerdem hält das Unterfüllungsmaterial 40 den verbundenen Zustand zwischen dem SES-Laser 100 und dem Halbleiter-Chip 20 aufrecht.
Eine Öffnung (z. B. eine Durchgangsbohrung) 28 kann im Halbleiter-Chip 20 ausgebildet sein. Der Lichtwellenleiter 30 wird in die Öffnung 28 eingeführt. Die Öffnung 28 erstreckt sich von der Oberfläche, auf der die Elektroden 22 ausgebildet sind, zur gegenüberliegenden Oberfläche, wobei die interne Schaltung umgangen wird. Vorzugsweise ist ein Randabschnitt mindestens eines der Enden der Öffnung 28 mit einem Konus 29 ausgeführt. Durch Ausbilden des Konus 29 kann der Lichtwellenleiter 30 leichter in die Öffnung 28 eingeführt werden.
Der Halbleiter-Chip 20 kann auf einem Substrat 42 angebracht sein. Genauer gesagt, kann der Halbleiter-Chip 20 auf dem Substrat 42 mittels eines Klebers 44 befestigt sein. Eine Öffnung 46 ist im Substrat 42 ausgebildet. Die Öffnung 46 ist an einer Stelle ausgebildet, wo sie in die Öffnung 28 des Halbleiter-Chips 20 mündet. Der Kleber 44, mit dem der Halbleiter-Chip 20 auf dem Substrat 42 verklebt ist, ist so aufgetragen, dass er die Verbindung der beiden Öffnungen 28 und 46 nicht behindert und nicht blockiert. Die Öffnung 46 im Substrat 42 hat eine konische Konfiguration, so dass ihr Innendurchmesser in Richtung vom Halbleiter-Chip 20 weg größer wird. Dadurch kann der Lichtwellenleiter 30 problemlos eingeführt werden.
Das Substrat 42 kann aus einem nicht leitfähigen Material bestehen, wie z. B. Harz, Glas, Keramik oder dgl., aber auch aus einem leitfähigen Material wie Metall oder dgl. Wenn das Substrat 42 aus einem leitfähigen Material besteht, wird ein dielektrischer Film 43 vorzugsweise zumindest auf der Oberfläche ausgebildet, auf der der Halbleiter-Chip 20 installiert ist. Es sei darauf hingewiesen, dass ein Material ähnlich dem des Substrats 42 auch für die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden kann.
Das Substrat 42 hat vorzugsweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Dadurch fördert das Substrat 42 die Abfuhr/Abstrahlung der Wärme zumindest vom Halbleitergerät 100 und/oder dem Halbleiter-Chip 20. In diesem Fall dient das Substrat 42 als Kühlkörper oder Wärmeverteiler. Bei der vorliegenden Ausführungsform haftet das Substrat 42 am Halbleiter-Chip 20 und kann deshalb den Halbleiter-Chip 20 direkt kühlen. Es ist zu beachten, dass der Kleber 44, mit dem der Halbleiter-Chip 20 und das Substrat 42 verklebt sind, vorzugsweise wärmeleitfähig ist. Außerdem wird beim Kühlen des Halbleiter-Chips 20 der mit dem Halbleiter-Chip 20 verbundene SES-Laser ebenfalls gekühlt.
Auf dem Substrat 42 sind Verdrahtungsmuster 48 vorgesehen. Das Substrat 42 ist mit externen Anschlüssen 50 versehen. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die externen Anschlüsse 50 Leiter. Die Verdrahtungsmuster 48, die auf dem Substrat 42 ausgebildet sind, sind z. B. mittels Drähten mit den Elektroden 22 des Halbleiter-Chips 20 und mit mindestens einem der Verdrahtungsmuster 24 und 64 auf dem Halbleiter-Chip 20 elektrisch verbunden. Die Verdrahtungsmuster 48 können mit den externen Anschlüssen 50 elektrisch verbunden sein.
Der Lichtwellenleiter 30 wird in die Öffnung 28 des Halbleiter-Chips 20 eingeführt. Der Lichtwellenleiter 30 wird durch die Öffnung 46 im Substrat 42 geführt. Der Innendurchmesser der Öffnung 46 wird allmählich zur Öffnung 28 des Halbleiter-Chips 20 hin kleiner, und der Innendurchmesser der Öffnung 46 ist an der Oberfläche gegenüber dem Halbleiter-Chip 20 größer als der Durchmesser des Lichtwellenleiters 30. Ein Spalt zwischen dem Lichtwellenleiter 30 und der Innenoberfläche der Öffnung 46 wird vorzugsweise mit einem Füllmaterial 54 wie Harz ausgefüllt. Das Füllmaterial 54 hat außerdem die Aufgabe, den Lichtwellenleiter 30 in seiner Lage zu fixieren und am Herausrutschen zu hindern.
Der Lichtwellenleiter 30 kann ein Einmoden- oder ein Mehrmoden-Leiter sein. Wenn der SES-Laser 100 Licht in mehreren Moden emittiert, kann ein Mehrmoden-Leiter als Lichtwellenleiter 30 verwendet werden, so dass das vom SES-Laser 100 emittierte Licht zuverlässig in den Lichtwellenleiter 30 eingespeist werden kann.
Das optische Modul 500 der vorliegenden Ausführungsform, der SES-Laser 100 und der Halbleiter-Chip 20 sind mit einem Harz 56 versiegelt. Das Harz 56 versiegelt außerdem elektrisch verbundene Abschnitte zwischen dem SES-Laser 100 und dem Halbleiter-Chip 20 sowie elektrisch verbundene Abschnitte zwischen dem Halbleiter-Chip 20 und den auf dem Substrat 42 ausgebildeten Verdrahtungsmustern 48.
Fünfte Ausführungsform
21 ist ein Diagramm, das optische Übertragungsgeräte gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die optischen Übertragungsgeräte 90 verbinden elektronische Geräte 92 wie einen Computer, ein Anzeigegerät, ein Speichergerät, einen Drucker und dgl. miteinander. Die elektronischen Geräte 92 können Informationskommunikationsgeräte sein. Das optische Übertragungsgerät 90 kann ein Kabel 94 mit Steckern 96 an beiden Seiten des Kabels 94 enthalten. Das Kabel 94 enthält einen Lichtwellenleiter 30 (siehe 20). Der Stecker 96 enthält einen SES-Laser 100 und einen Halbleiter-Chip 20. Es ist zu beachten, dass der Lichtwellenleiter 30 im Innern des Kabels 94 und der SES-Laser 100 sowie der Halbleiter-Chip 20 im Innern des Steckers 96 angeordnet sind, weshalb sie in 21 nicht sichtbar sind. Der Lichtwellenleiter 30 und der SES-Laser 100 sind in der bei der vierten Ausführungsform beschriebenen Weise befestigt.
Der SES-Laser 100 der ersten Ausführungsform ist an einem Ende des Lichtwellenleiters 30 und ein Fotodetektor (nicht dargestellt) am anderen Ende des Lichtwellenleiters 30 angeordnet. Der Fotodetektor wandelt eingegebene optische Signale in elektrische Signale und liefert dann die elektrischen Signale an ein elektronisches Gerät 92 an einer Seite. Andererseits werden vom elektronischen Gerät 92 ausgegebene elektrische Signale vom SES-Laser 100 in optische Signale gewandelt. Die optischen Signale werden über den Lichtwellenleiter 30 übertragen und in den Fotodetektor eingegeben.
Wie oben beschrieben können mit dem optischen Übertragungsgerät 90 der vorliegenden Ausführungsform Informationen durch optische Signale zwischen den elektronischen Geräten 92 übertragen werden.
Sechste Ausführungsform
22 ist ein Diagramm einer Anwendungskonfiguration optischer Übertragungsgeräte gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Optische Übertragungsgeräte 90 verbinden elektronische Geräte 80. Die elektronischen Geräte 80 sind u. a. Flüssigkristallanzeigemonitore, digitale CRTs (die auf den Gebieten Finanzwirtschaft, Versandhandel, medizinische Behandlung und Ausbildung verwendet werden können), Flüssigkristallprojektoren, Plasmaanzeigen (PDP), digitale TV-Geräte, Registrierkassen von Einzelhandelsgeschäften (für POS-(Point of Sale) Erfassung (Kassendatenerfassung)), Videogeräte, Tuner, Spielegeräte, Drucker und dgl.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und es können zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden. Bei den SES-Lasern der oben beschriebenen Ausführungsformen wird z. B. ein LE-Abschnitt mit einem säulenförmigen Abschnitt beschrieben. Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen kann jedoch eine Mehrzahl säulenförmiger Abschnitte im LE-Abschnitt vorgesehen sein. Ähnliche Funktionen und Wirkungen werden selbst dann erzielt, wenn eine Mehrzahl SES-Laser in einer Matrix angeordnet sind.
Die p-Typ- und n-Typ-Eigenschaften jeder der Halbleiterschichten der oben beschriebenen Ausführungsformen können gegeneinander ausgetauscht werden. Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen bezog sich die Beschreibung auf einen AlGaAs-Typ, aber in Abhängigkeit von der zu erzeugenden Wellenlänge der Schwingungen können andere Materialien, wie z. B. der GaInP-, der ZnSSe-, der InGaN-, der AlGaN-, der InGaAs-, der GaInNAs-, der GaAsSb-Typ und ähnliche Halbleitermaterialien verwendet werden. Wenn ein SES-Laser gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines Halbleitermaterials wie GaAsSb, InGaAs und GaInNAs gebildet wird und wenn Laserlicht einer langen Wellenlänge in der aktiven Schicht erzeugt wird, kann die die nicht strahlende Auger-Rekombination in der zweiten Zone des zweiten Spiegels verringert werden, indem die Konzentration der in der zweiten Zone des zweiten Spiegels enthaltenen Störstellen unter die der ersten Zone gesenkt wird. Als Ergebnis kann der Leuchtwirkungsgrad des SES-Lasers wesentlich verbessert werden.

Claims

Halbleiterlaser des Oberflächenemissionstyps, mit: einem Licht emittierenden Abschnitt (140); und einem Fotodetektorabschnitt (120), der über dem Licht emittierenden Abschnitt (140) angeordnet ist und eine Emissionsoberfläche (108) enthält; bei dem der Licht emittierende Abschnitt (140) einen ersten Spiegel (102), einen zweiten Spiegel (104) und eine aktive Schicht (103) enthält, die sandwichartig zwischen dem ersten Spiegel (102) und dem zweiten Spiegel (104) angeordnet ist, der zweite Spiegel (104) eine erste Zone (104a) und eine zweite Zone (104b) hat, die zweite Zone (104b) mit dem Fotodetektorabschnitt (120) in Kontakt steht; und der Widerstand der zweiten Zone (104b) höher ist als der Widerstand der ersten Zone (104a), dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die erste Zone (104a) als auch die zweite Zone (104b) Störstellen eines ersten Leitfähigkeitstyps enthalten und die Konzentration der Störstellen in der zweiten Zone (104b) niedriger ist als die in der ersten Zone (104a).
Laser nach Anspruch 1, bei dem die Störstellenkonzentration in der zweiten Zone (104b) weniger als 1 × 10¹⁵ cm^–3 beträgt.
Laser nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die zweite Zone (104b) ferner Störstellen eines zweiten Leitfähigkeitstyps enthält und semidielektrisch ist.
Halbleiterlaser des Oberflächenemissionstyps, mit: einem Licht emittierenden Abschnitt (140); und einem Fotodetektorabschnitt (120), der über dem Licht emittierenden Abschnitt (140) angeordnet ist und eine Emissionsoberfläche (108) enthält; bei dem der Licht emittierende Abschnitt (140) einen ersten Spiegel (102), einen zweiten Spiegel (104) und eine aktive Schicht (103) enthält, die sandwichartig zwischen dem ersten Spiegel (102) und dem zweiten Spiegel (104) angeordnet ist, der zweite Spiegel (104) eine erste Zone (104a) und eine zweite Zone (104b) hat, die zweite Zone (104b) mit dem Fotodetektorabschnitt (120) in Kontakt steht; und der Widerstand der zweiten Zone (104b) höher ist als der Widerstand der ersten Zone (104a), dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zone (104b) aus einem intrinsischen Halbleiter besteht.
Laser nach einem der vorigen Ansprüche, ferner eine erste Elektrode (107) und eine zweite Elektrode (109) zum Ansteuern des Licht emittierenden Abschnitts (140) aufweisend, wobei die zweite Elektrode (109) mit der ersten Zone (104a) in Kontakt steht.
Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die zweite Zone (104b) eine Filmdicke von 1 μm oder darüber hat.
Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die erste Zone (104a) eine Strom einschnürende Schicht (105) enthält.
Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die zweite Zone (104b) eine Schicht (305) zum Reflektieren des Lichtes bei spontaner Emission hat.
Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Fotodetektorabschnitt (120) die Funktion hat, einen Teil des vom Licht emittierenden Elementabschnitt (140) erzeugten Lichtes in einen Strom umzuwandeln.
Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Fotodetektorabschnitt (120) enthält: eine erste Kontaktschicht (111), eine Licht absorbierende Schicht (112), die über der ersten Kontaktschicht (111) angeordnet ist; und eine zweite Kontaktschicht (113), die über der Licht absorbierenden Schicht (112) angeordnet ist.
Laser nach Anspruch 5, ferner eine dritte Elektrode (116) und eine vierte Elektrode (110) zum Ansteuern des Fotodetektorabschnitts (120) aufweisend, bei dem eine Elektrode der ersten Elektrode (107) und der zweiten Elektrode (109) und eine Elektrode der dritten Elektrode (116) und der vierten Elektrode (110) elektrisch in einem Elektrodenanschlussabschnitt (160a bis 160d) verbunden sind.
Laser nach Anspruch 11, bei dem der Elektrodenanschlussabschnitt in einer Zone angeordnet ist, die sich zu einem Elektrodenkontaktfleck ausschließlich des Licht emittierenden Elementabschnitts (140) und des Fotodetektorabschnitts (120) erstreckt.
Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem der Licht emittierende Elementabschnitt (140) und der Fotodetektorabschnitt (120) zusammen eine pnpn-Struktur oder eine npnp-Struktur definieren.
Optisches Modul mit dem Halbleiterlaser des Oberflächenemissionstyps nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und mit einem Lichtwellenleiter (30).
Optisches Übertragungsgerät mit dem in Anspruch 14 definierten optischen Modul.