JP2006352015A - 面発光型半導体レーザ - Google Patents

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Abstract

【課題】 作成が容易であり、かつ低消費電力の静電破壊防止機能を備えた面発光型半導体レーザを提供する。
【解決手段】 本発明に係るＶＣＳＥＬ１は、基板１００上に発光部１０とダミー部２０を含んでいる。発光部１０およびダミー部２０は、ｎ型の下部半導体多層反射膜１０２、活性層１０４、ｐ型の電流狭窄層１０６、ｐ型の上部半導体多層反射膜１０８及びコンタクト層１１０を含んでいる。発光部１０とダミー部２０は絶縁部１２０によって電気的に絶縁され、発光部１０のアノードは、発光部用上部電極１３０に接続され、ダミー部２０のアノードは、ダミー部用上部電極１４０に接続され、発光部１０およびダミー部２０のカソードは、下部共通電極１５０に接続されている。ダミー部２０は、発光部１０の保護機能を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、面発光型半導体レーザ（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode 以下ＶＣＳＥＬという）に関し、特にＶＣＳＥＬを静電破壊から保護するための保護構造に関する。
ＶＣＳＥＬは、半導体基板の表面から光が出射されるレーザダイオードであり、端面発光型のレーザダイオードと比べて、駆動電流が低い、ウエハレベルでの特性検査が可能、および実装が容易にできる、といった特徴を備えている。このため、光情報処理や光通信用の光源、または光を使用してなされるデータ記憶装置の光源として利用されている。
ＶＣＳＥＬは、他の半導体装置と同様に、回路基板等への実装時等に、静電気等の高電圧に晒されることがある。素子内部に静電放電（Electrostatic discharge 以下ＥＳＤという）が生じると、瞬時に大きなスパイク電流が流れるため、素子の破壊または劣化が生じ、正常な動作を行い得ない故障の原因となる。こうした問題に対処するべくいくつかの報告がなされている。
特許文献１は、ＬＥＤ等の半導体発光素子と、半導体発光素子のカソード電極に接続された第１のリードと、半導体発光素子のアノード電極に接続された第２のリードと、第１及び第２のリード間に電気的に接続された定電圧ダイオード等の静電破壊防止素子と、半導体発光素子、第１のリードの一部、第２のリードの一部及び静電破壊防止素子を一体として樹脂封止した半導体発光装置を開示している。
特許文献２は、ＥＳＤ対策用のダイオードとＶＣＳＥＬとを集積化し、両者を同一チップ上に形成するものである。基板上にはトレンチが形成され、これによってダイオード領域が画定されている。ダイオードは、好ましくは、p-i-nダイオードであり、１０−２０のブレークダウン電圧を有している
特開２０００２１６４４２ 米国特許第６１８５２４０
特許文献１に開示される半導体発光装置の場合、半導体発光素子と静電破壊防止素子とを個別に設けるものであるため、発光素子を単体としてハンドリングする場合には、依然としてＥＳＤ対策が不十分である。さらに、静電破壊防止素子を実装する工程が必要となり、コスト高になってしまう。
特許文献２に開示されるＶＣＳＥＬの場合、ＶＣＳＥＬと保護ダイオードをチップ上に集積する点では、ハンドリング時におけるＥＳＤ対策としては望ましいが、ＶＣＳＥＬの一部を静電対策用ダイオードとして逆並列接続とするため、
複数のトレンチ等を形成しなければならず、構造が複雑化するという欠点がある。
さらに本出願人により先に出願された静電破壊防止技術として、同一チップ上にダミー素子をＶＣＳＥＬと並列に接続することで静電耐圧の向上を図るものがある。この技術は、通常動作時に、ダミー素子へも駆動電流が流れてしまうため、消費電力が大きくなってしまうという課題と静電容量が大きくなり応答特性が遅くなるという課題を抱えている。
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、作成が容易であり、かつ低消費電力の静電破壊防止機能を備えた面発光型半導体レーザを提供することを目的とする。
さらに本発明は、高速応答性を有し、かつ、静電放電に対する耐圧の向上を図る面発光型半導体レーザを提供することを目的とする。
本発明に係る面発光型半導体レーザは、基板上に少なくとも１つの発光素子と少なくとも１つの保護素子を含み、発光素子は第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層を含み、第１導電型の半導体層は第１の電極に電気的に接続され、第２導電型の半導体層は第２の電極に電気的に接続され、保護素子は第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層を含み、第１導電型の半導体層は第３の電極に電気的に接続され、第２導電型の半導体層は、前記第２の電極に電気的に接続され、発光素子の第１導電型の半導体層および第１の電極は、絶縁手段により保護素子の第１導電型の半導体層および第３の電極から電気的に絶縁されている。
第１導電型はｐ型であり、第２導電型はｎ型であり、第１の電極は、発光素子のアノードであり、第２の電極は、発光素子のカソードであり、第３の電極は基準電位（例えば、接地電位）に接続された電極である。好ましくは、基板上に、第１および第２導電型の半導体層がそれぞれ積層されており、第１の電極は、発光素子の第１導電型の半導体層の上部に形成され、第３の電極は、保護素子の第１導電型の半導体層の上部に形成され、第２の電極は、発光素子および保護素子の第２導電型の半導体層の下部に形成されている。基板は、例えばＧａＡｓ基板であり、第１、第２導電型の半導体層は、ＤＢＲ(Distributed Bragg Reflector:分布ブラック型反射鏡)ミラー層を基板と垂直方向に構成する。上下のミラー層は、レーザ光を出射するときの垂直共振器構造として機能し得る。また、絶縁手段は、例えば、トレンチ溝や高抵抗領域である。
さらに本発明の面発光型半導体レーザでは、第３の電極の面積を第１の電極の面積よりも大きくする。この結果、空中を伝播しチップ表面に飛来する静電放電を捕獲し易くし、これを第３の電極へ逃がすことができ、第１の電極を静電放電に晒されにくくする。
好ましくは、発光素子および保護素子は、第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層との間に電流狭窄手段を有し、電流狭窄手段は、第１導電型の半導体層の一部を選択的に酸化した酸化層を含む。例えば、ＡｌＡｓ層またはＡｌＧａＡｓ層を選択的に酸化する。また、発光素子および保護素子は、電流狭窄手段に近接して活性層を有し、保護素子における電流狭窄手段により規定された活性層の面積（活性領域）が、発光素子の電流狭窄手段により規定された活性層の面積（活性領域）よりも大きい。
さらに好ましくは、保護素子の逆バイアスによるブレークダウン電圧は、発光素子の逆バイアスによるブレークダウン電圧よりも小さくし、静電圧やサージ電圧が第２の電極に印加されたとき、主な電流が保護素子を流れるようにし、発光素子を保護する。
さらに好ましくは、発光素子は、基板上に形成されたメサを有し、第１の電極はメサ頂部において第１導電型の半導体層と電気的に接続され、かつメサ頂部においてレーザ光を出射するための開口を含む。また第１の電極や第３の電極は、ボンディングパッドを含むものであってもよい。
本発明によれば、発光素子の第１導電型の半導体層および第１の電極が、絶縁手段により保護素子の第１導電型の半導体層および第３の電極から絶縁されていているため、発光素子の通常動作時の駆動電流は不必要に大きくならない。従って、発光素子の静電容量の増加が抑制され、その結果、発光素子の高速応答性の低下を抑制することができる。第２の電極に静電破壊電流またはサージ電流が印加されたとき、それらの電流は、主に保護素子側を通過して第３の電極に逃がすことができ、それらの電流から発光素子を保護することができる。さらに、第３の電極の面積を第１の電極の面積よりも大きくすることで、チップ上部で生じた静電放電は、チップ表面で第３の電極に捕獲され易くなり、第３の電極（基準電位）に逃がすことができる。これにより、静電耐性の強い面発光型半導体レーザを提供することができる。さらに本発明では、同一の基板上に形成されたダミー用のＶＣＳＥＬを保護素子に利用するため、従来例の保護素子と比較して、作成が容易であり、低コスト化を図ることができる。
以下、本発明に係る面発光型半導体レーザの実施例を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例に係るＶＣＳＥＬの模式的な構成を示す図であり、同図（ａ）は、チップの上面図、同図（ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図である。本実施例に係るＶＣＳＥＬ１は、基板１００上に、発光部１０とダミー部２０とを含んいる。発光部１０およびダミー部２０は、基板上に複数形成されるものであってもよいが、ここでは、発光部１０およびダミー部２０がそれぞれ単一である例を説明する。
ＶＣＳＥＬ１は、ｎ型のＧａＡｓ基板１００上に、ｎ型の下部半導体多層反射鏡１０２、活性層１０４、電流狭窄層１０６、ｐ型の上部半導体多層反射鏡１０８、ｐ型のコンタクト層１１０、発光部とダミー部とを絶縁する絶縁部１２０、発光部用上部電極１３０、ダミー部用上部電極１４０、および基板１００の裏面に形成された下部共通電極１５０を有する。
絶縁部１２０は、発光部１０の動作領域を規定するため、コンタクト層１１０から活性層１０４またはｎ型の下部半導体反射鏡１０２の一部に至る深さまで絶縁領域を形成している。これにより、基板上に、絶縁部１２０によって囲まれた発光部１０の動作領域Ａとダミー部２０の動作領域Ｂが規定されている。動作領域ＡおよびＢは、その形状を特に限定されるものではないが、絶縁部１２０によりそれぞれ円筒状になっている。絶縁部１２０は、例えば、基板上に積層された半導体層をエッチングすることにより、円筒状の動作領域ＡおよびＢを形成することができる。エッチングの深さは、活性層１０４に至るまで、または下部半導体多層反射鏡の一部に至るまで行われる。あるいは、絶縁部１２０は、エッチングによる以外にも、動作領域ＡおよびＢの円筒状の半導体層を選択的に成長させることで、動作領域ＡおよびＢの周囲に空隙を形成し、これにより絶縁するようにしてもよい。あるいは、円筒状の動作領域ＡおよびＢの周囲にプロトン等の適当なイオンを注入することにより、その領域を高抵抗化するようにしてもよい。
ダミー部２０においても、絶縁部１２０は、コンタクト層１１０から活性層１０４またはｎ型の下部半導体多層反射鏡の一部に至るまで絶縁領域を形成している。これにより、基板上に、絶縁部１２０によって囲まれたダミー用動作領域Ｂが形成されるが、このダミー用動作領域Ｂは、発光部１０の動作領域Ａよりも大きい。
絶縁部１２０によって囲まれた活性層１０４の上部には、電流狭窄層１０６が形成される。電流狭窄層１０６は、例えばアルミニウム（Ａｌ）を含む半導体層の一部を酸化することにより形成したり、不純物を注入して形成することができる。好ましくは、電流狭窄層により規定される活性層の面積（以下、活性領域という）の大きさが、発光部１０よりもダミー部２０で大きくなるようにする。例えば、電流狭窄層１０６を酸化層により形成する場合には、発光部１０およびダミー部２０の酸化層のサイズを同一とすれば、発光部１０の活性領域１０４ａよりもダミー部２０の活性領域１０４ｂが大きくなる。これにより活性領域１０４ｂは、活性領域１０４ａよりも低抵抗になる。
発光部用上部電極１３０は、コンタクト層１１０とオーミック接続され、発光部１０のアノードとして機能する。発光部用上部電極１３０には、発光部１０の活性領域１０４ａからのレーザ光を出射するための出射用の開口１３２が形成されている。さらに発光部用上部電極１３０は、ボンディングパッド１３４に接続されている。なおボンディングパッド１３４の下地には絶縁膜が形成されている。
ダミー部用上部電極１４０は、ダミー部２０のコンタクト層１１０とオーミック接続されているが、レーザ光を出射しないため、そこには出射用の開口は形成されていない。ダミー部用上部電極１４０は、発光部用上部電極１３０の周囲に形成された空隙１４２により発光部用上部電極１３０から絶縁されている。ダミー部用上部電極１４０はさらに、金等のボンディングワイヤ１４４を介して接地電位１４６に接続されている。
図２は、図１に示すＶＣＳＥＬの回路を示す図である。発光部１０とダミー部２０のカソードが下部共通電極１５０に接続され、発光部１０のアノードが上部電極１３０に接続され、ダミー部２０のアノードが上部電極１４０に接続されている。
ＶＣＳＥＬの通常動作時、すなわちレーザ光の点灯を行うとき、発光部用上部電極１３０と下部共通電極１５０の間に順方向電圧が印加され、ボンディングパッド１３４または発光部用上部電極１３０から駆動電流が発光部の活性領域１０４ａに流れる。そして、活性領域１０４ａで生成されたレーザ光は、上部電極１３０の開口１３２から基板と垂直方向に出射される。ダミー部用上部電極１４０は、発光部用上部電極１３０から絶縁されているため、ダミー部２０の活性領域１０４ｂには駆動電流が流れない。このため、ＶＣＳＥＬ１は、しきい電流値、駆動電流値は、ダミー部がないときのデバイスと全く遜色のない特性を有することになる。また、静電容量の増加も抑制される。
一方、カソード側の下部共通電極１５０に大きな負の静電電圧等が印加されたとき、静電電流またはサージ（突入）電流は、主に面積の大きい低抵抗側の活性領域１０４ｂのダミー部２０を通過する。このため、発光部１０の活性領域１０４ａに大きな放電電流等が流れることが抑止される。また、下部共通電極１５０の正の静電電圧等が印加されたとき、発光部１０およびダミー部２０に逆バイアスが印加されるが、活性領域１０４ｂの面積が大きいダミー部２０のブレークダウン電圧が発光部１０側よりも低くなるため、下部共通電極１５０からのサージ電流が主にダミー部２０を通過し、ダミー部用上部電極１４０または接地電位１４６に流され、発光部２０が保護される。特に、カソード（下部共通電極）を接地しないような状況において、ＥＳＤ耐性を向上させることができる。
さらに本実施例では、ダミー部用上部電極１４０の面積を、発光部用上部電極１３０の面積を有しているため、チップ上面に飛んでくる静電放電が、ダミー部の大きな上部電極１４０に吸収され易くなる。つまり、面積が大きいので、捕獲確率が高くなる。これにより、ダミー部用上部電極１４０で捕獲された電荷が、発光部１０へ流れることなく、接地電位１４６に逃すことができる。
上記実施例では、単一の発光部１０と単一のダミー部２０の組合せを例示したが、例えば図３に示すように、複数の発光部１０−１、１０−２、・・・１０−ｐと複数のダミー部２０−１、２０−２、・・・２０−ｑ（ｐ、ｑは自然数）とを同一基板（同一チップ）上に形成するようにしてもよい。複数の発光部１０−１〜１０−ｐの各アノードが上部電極１３０に共通に接続され、複数のダミー部２０−１〜２０−ｑの各アノードが上部電極１４０に共通に接続される。発光部１０およびダミー部２０の各カソードが下部共通電極１５０に共通に接続される。ダミー部を複数にすることで、ダミー部の活性領域の総面積が増加するため、ＥＳＤ耐圧を向上させることができる。
次に、本発明の第２の実施例について説明する。第２の実施例は、本発明のＶＣＳＥＬを選択酸化型のＶＣＳＥＬに適用したものである。図４（ａ）は、ＶＣＳＥＬのチップ上面図、図４（ｂ）は、そのＸ１−Ｘ１線断面図である。
ＶＣＳＥＬ２は、基板１００上に、２つの円筒状のメサ３０、３２を有している。メサ３０は、発光部１０の発光素子として機能し、メサ３２は、ダミー部２０の保護素子として機能する。２つのメサ３０、３２は、基板上に積層された半導体層を異方性エッチングすることにより形成することができ、同時に、メサ構造により発光部とダミー部を電気的に絶縁している。また、メサ３２の外形をメサ３０の外形よりも大きくすることで、メサ３２の活性領域を大きくし、ＥＳＤの耐圧を向上させている。
メサ３０、３２は、ｎ型のＧａＡｓ基板１００上に、ｎ型のバッファ層１０１、ｎ型の下部ＤＢＲ(Distributed Bragg Reflector:分布ブラック型反射鏡)ミラー層１０２、アンドープの下部スペーサ層とアンドープの量子井戸活性層とアンドープの上部スペーサ層とを含む活性層１０４、ｐ型のＡｌＡｓ層１０６、ｐ型の上部ＤＢＲミラー層１０８、及びｐ型のコンタクト層１１０を順次積層している。
下部ＤＢＲミラー層１０２は、ｎ型のＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｎ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層との複数層積層体で、各層の厚さはλ／４ｎｒ（但し、λは発振波長、ｎｒは媒質の屈折率）であり、例えば、これらを交互に４０．５周期で積層してある。活性領域１０４の下部スペーサ層は、アンドープのＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ層であり、量子井戸活性層は、アンドープＡｌ0.１１Ｇａ0.８９Ａｓ量子井戸層およびアンドープのＡｌ0.３Ｇａ0.７Ａｓ障壁層を含む。上部スペーサ層は、アンドープのＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ層である。上部ＤＢＲミラー層１０８は、ｐ型のＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｐ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層との積層体で、各層の厚さはλ／４ｎｒ（但し、λは発振波長、ｎｒは媒質の屈折率）であり、例えば、これらを交互に３０周期積層してある。ｐ型のコンタクト層１１０は、ＧａＡｓ層で、例えば、不純物濃度は、１×１０２０ｃｍ-3である。上部電極１３０、１４０は、ＡｕまたはＴｉ／Ａｕの積層膜である。
ＡｌＡｓ層１０６は、上部ＤＢＲミラー層１０８の最下層に位置し、メサ３０、３２の側面から一部が酸化された酸化領域１０６ａと、酸化領域１０６ｂによって囲まれた円形状の酸化アパーチャー（導電領域）１０６ｂとを有する。酸化アパーチャー１０６ｂは、メサの外形を反映した形状となり、メサ３０、３２の酸化領域１０６ａを同時に形成すれば、それぞれのメサ側面からの酸化距離が等しいため、メサ３２の酸化アパーチャー１０６ｂの面積が、メサ３０のそれよりも大きくなる。これによりダミー部側の活性領域の面積が、発光部側の活性領域の面積よりも大きくなる。酸化領域１０６ａは、高抵抗であり、かつ酸化アパーチャー１０６よりも屈折率が高く、酸化アパーチャー１０６ｂ内に光の閉じ込めおよび電流の閉じ込めを行うことができる。
メサ３０、３２の側壁および上面は、層間絶縁膜１１２によって覆われる。層間絶縁膜１１２には、メサ頂部において、コンタクト層１１０を露出するためコンタクトホール１１４が形成されている。メサ３０において、発光部用上部電極１３０がコンタクトホール１１４を介してコンタクト層１１０にオーミック接続され、上部電極１３０の中央には、レーザ光を出射するためのレーザ出射窓１３２が形成されている。上部電極１３０は、金属配線１３６を介してボンディングパッド１３４に接続される。ボンディングパッド１３４は、ボンディングワイヤにより図示しないリード端子に接続される。ボンディングパッド１３４は、メサ頂部に形成されるものであってもよいし、メサ底部に形成されるものであってもよい。
一方、メサ３２において、ダミー部用上部電極１４０がコンタクトホール１１４を介してコンタクト層１１０にオーミック接続される。ダミー部用上部電極１４０には、レーザ出射窓は形成されない。上部電極１４０は、金属配線１４８を介してボンディングパッド１４９に接続される。ボンディングパッド１４９は、ボンディングワイヤにより図示しないリード端子に接続される。リード端子は、例えば接地電位に接続されている。ボンディングパッド１４９は、メサ頂部に形成されるものであってもよいし、メサ底部に形成されるものであってもよい。
ＶＣＳＥＬ２を駆動するとき、発光部用上部電極１３０とｎ側の下部共通電極１５０に順方向電圧が印加され、メサ３０に電流が注入される。活性領域１０４の厚さに応じた波長のレーザ発振が生じ、レーザ光が開口１３２から出射される。一方、下部共通電極１５０に静電気等の高電圧が印加されたとき、それが負電圧すなわち順方向電圧であれば、接地電位すなわちダミー部用上部電極１４０から下部共通電極１５０に向けて主としてダミー部（メサ３２）側の活性領域を電流が流れる。また、逆バイアス電圧であれば、ダミー部側のｐｎ接合が発光部側のｐｎ接合よりもブレークダウン電圧が小さいので、主にダミー部側の活性領域を通じて下部共通電極１５０からダミー部用上部電極１４０に電流が流れる。また、必要に応じて、ダミー部側のブレークダウン電圧が小さくなるように、ｐ型およびｎ型の半導体層の不純物濃度を調整するようにしてもよい。さらに、チップ上部で生じた静電放電は、面積の大きなチップ表面を有するダミー部上部電極１４０で捕獲され、接地電位１４９に逃がすことができる。
本実施例では、基板上にメサを複数形成し、そのメサの少なくとも１つをＥＳＤの保護素子に利用するため、従来例のダイオードをＶＣＳＥＬに接続する構造に比して、非常に作りやすく、かつコストがかからないという利点がある。
なお上記実施例では、円筒状のメサ３０、３２を形成したが、メサの形状や配列は、適宜変更することが可能である。例えば、中央に発光部用のメサを形成し、その周囲にダミー部用のメサを複数形成するようにしてもよい。その場合、複数のダミー部のメサを高くすることで、静電放電を捕獲し易くしてもよい。
図５は、ＶＣＳＥＬが形成されたチップを実装したパッケージの構成を示す断面図である。パッケージ３００は、ＶＣＳＥＬが形成されたチップ３１０を、導電性接着剤３２０を介して円盤状の金属ステム３３０上に固定する。導電性のリード３４０、３４２、３４４は、ステム３３０に形成された貫通孔（図示省略）内に挿入される。リード３４０は、チップ３１０の裏面に形成されたｎ側電極（図１の下部共通電極１５０）に電気的に接続され、リード３４２は、チップ３１０の表面に形成されたｐ側電極（図１の発光部用上部電極１３０に接続されたボンディングパッド１３４）にボンディングワイヤ等を介して電気的に接続される。さらに、リード３４４は、ダミー部用上部電極１４０またはボンディングパッド１４９にボンディングワイヤ等を介して電気的に接続される。なお、リード３４４は必ずしも必須ではなく、リード３４４に代えて一定の容量をもつ金属プレートなどを用いてもよい。
チップ３１０を含むステム３３０上に矩形状の中空のキャップ３５０が固定され、キャップ３５０の中央の開口内にボールレンズ３６０が固定されている。ボールレンズ３６０の光軸は、チップ３１０のアレイのほぼ中心と一致するように位置決めされる。リード３４０、３４２間に順方向の電圧が印加されると、チップ３１０の各メサからレーザ光が出射される。チップ３１０とボールレンズ３６０との距離は、チップ３１０からのレーザ光の放射角度θ内にボールレンズ３６０が含まれるように調整される。なお、キャップ内に、ＶＣＳＥＬの発光状態をモニターするための受光素子を含ませるようにしてもよい。
図６は、他のパッケージの構成を示す図であり、好ましくは、後述する空間伝送システムに使用される。同図に示すパッケージ３０２は、ボールレンズ３６０を用いる代わりに、キャップ３５０の中央の開口内に平板ガラス３６２を固定している。平板ガラス３６２の中心は、チップ３１０のほぼ中心と一致するように位置決めされる。チップ３１０と平板ガラス３６２との距離は、平板ガラス３６２の開口径がチップ３１０からのレーザ光の放射角度θ以上になるように調整される。
図７は、図５に示すパッケージまたはモジュールを光送信装置に適用したときの構成を示す断面図である。光送信装置４００は、ステム３３０に固定された円筒状の筐体４１０、筐体４１０の端面に一体に形成されたスリーブ４２０、スリーブ４２０の開口４２２内に保持されるフェルール４３０、およびフェルール４３０によって保持される光ファイバ４４０を含んで構成される。ステム３３０の円周方向に形成されたフランジ３３２には、筐体４１０の端部が固定される。フェルール４３０は、スリーブ４２０の開口４２２に正確に位置決めされ、光ファイバ４４０の光軸がボールレンズ３６０の光軸に整合される。フェルール４３０の貫通孔４３２内に光ファイバ４４０の芯線が保持されている。
チップ３１０の表面から出射されたレーザ光は、ボールレンズ３６０によって集光され、集光された光は、光ファイバ４４０の芯線に入射され、送信される。上記例ではボールレンズ３６０を用いているが、これ以外にも両凸レンズや平凸レンズ等の他のレンズを用いることができる。さらに、光送信装置４００は、リード３４０、３４２に電気信号を印加するための駆動回路を含むものであってもよい。さらに、光送信装置４００は、光ファイバ４４０を介して光信号を受信するための受信機能を含むものであってもよい。
図８は、図６に示すパッケージを空間伝送システムに用いたときの構成を示す図である。空間伝送システム５００は、パッケージ３００と、集光レンズ５１０と、拡散板５２０と、反射ミラー５３０とを含んでいる。集光レンズ５１０によって集光された光は、反射ミラー５３０の開口５３２を介して拡散板５２０で反射され、その反射光が反射ミラー５３０へ向けて反射される。反射ミラー５３０は、その反射光を所定の方向へ向けて反射させ、光伝送を行う。
図９は、ＶＣＳＥＬを光源に利用した光伝送システムの一構成例を示す図である。光伝送システム６００は、ＶＣＳＥＬが形成されたチップ３１０を含む光源６１０と、光源６１０から放出されたレーザ光の集光などを行う光学系６２０と、光学系６２０から出力されたレーザ光を受光する受光部６３０と、光源６１０の駆動を制御する制御部６４０とを有する。制御部６４０は、ＶＣＳＥＬを駆動するための駆動パルス信号を光源６１０に供給する。光源６１０から放出された光は、光学系６２０を介し、光ファイバや空間伝送用の反射ミラーなどにより受光部６３０へ伝送される。受光部６３０は、受光した光をフォトディテクターなどによって検出する。受光部６３０は、制御信号６５０により制御部６４０の動作（例えば光伝送の開始タイミング）を制御することができる。
次に、光伝送システムに利用される光伝送装置の構成について説明する。図１０は、光伝送装置の外観構成を示す図であり、図１１はその内部構成を模式的に示す図である。光伝送装置７００は、ケース７１０、光信号送信／受信コネクタ接合部７２０、発光／受光素子７３０、電気信号ケーブル接合部７４０、電源入力部７５０、動作中を示すＬＥＤ７６０、異常発生を示すＬＥＤ７７０、ＤＶＩコネクタ７８０、送信回路基板／受信回路基板７９０を有している。
光伝送装置７００を用いた映像伝送システムを図１２および図１３示す。これらの図において、映像伝送システム８００は、映像信号発生装置８１０で発生された映像信号を、液晶ディスプレイなどの画像表示装置８２０に伝送するため、図１０に示す光伝送装置を利用している。すなわち、映像伝送システム８００は、映像信号発生装置８１０、画像表示装置８２０、ＤＶＩ用電気ケーブル８３０、送信モジュール８４０、受信モジュール８５０、映像信号伝送光信号用コネクタ８６０、光ファイバ８７０、制御信号用電気ケーブルコネクタ８８０、電源アダプタ８９０、ＤＶＩ用電気ケーブル９００を含んでいる。
上記映像伝送システムでは、映像信号発生装置８１０と送信モジュール８４０、および受信モジュール８５０と画像表示装置８２０の間を電気ケーブル８３０、９００による電気信号の伝送としたが、これらの間の伝送を光信号により行うことも可能である。例えば、電気−光変換回路および光−電気変換回路をコネクタに含む信号送信用ケーブルを電気ケーブル８３０、９００の代わりに用いるようにしてもよい。
上記実施例は例示的なものであり、これによって本発明の範囲が限定的に解釈されるべきものではなく、本発明の構成要件を満足する範囲内で他の方法によっても実現可能であることは言うまでもない。
本発明に係る面発光型半導体レーザは、基板上に単一もしくは二次元アレイ状に配列された発光素子に適用され、それらを光通信や光記録等の光源等に用いることができる。
本発明の実施例に係るＶＣＳＥＬを示し、同図（ａ）はチップ上面図、同図（ｂ）はＸ−Ｘ線断面図である。 図１のＶＣＳＥＬの回路を示す図である。 図２のＶＣＳＥＬの変形例を示す図である。 本発明の第２の実施例に係るＶＣＳＥＬを示し、同図（ａ）はチップ上面図、同図（ｂ）はＸ１−Ｘ１線断面図である。 ＶＣＳＥＬが形成されたチップを実装したパッケージの構成を示す模式図である。 ＶＣＳＥＬが形成されたチップを実装した他のパッケージの構成を示す模式図である。 図５に示すパッケージを用いた光送信装置の構成を示す断面図である。 空間伝送システムの構成を示す図である。 光伝送システムの構成を示すブロック図である。 光伝送装置の外観構成を示す図である。 光伝送装置の内部構成を示し、同図(ａ)は上面を切り取ったときの内部構造を示し、同図（ｂ）は側面を切り取ったときの内部構造を示している。 図１０の光伝送装置を利用した映像伝送システムを示す図である。 図１２の映像伝送システムを裏側から示した図である。
符号の説明
１：ＶＣＳＥＬ １０：発光部
２０：ダミー部 ３０、３２：メサ
１００：基板 １０２：下部半導体反射鏡
１０４：活性層 １０６：電流狭窄層
１０８：上部半導体多層反射鏡 １１０：コンタクト層
１２０：絶縁部 １３０：発光部用上部電極
１３２：開口 １３４：ボンディングパッド
１４０：ダミー部用上部電極 １４２：空隙
１４４：金ワイヤ １４６：接地電位
１５０：下部共通電極

Claims (21)

  1. 基板上に少なくとも１つの発光素子と少なくとも１つの保護素子が形成された面発光型半導体レーザであって、
    発光素子は第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層を含み、第１導電型の半導体層は第１の電極に電気的に接続され、第２導電型の半導体層は第２の電極に電気的に接続され、
    保護素子は第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層を含み、第１導電型の半導体層は第３の電極に電気的に接続され、第２導電型の半導体層は、前記第２の電極に電気的に接続され、
    発光素子の第１導電型の半導体層および第１の電極は、絶縁手段により保護素子の第１導電型の半導体層および第３の電極から電気的に絶縁されている、面発光型半導体レーザ。
  2. 第１導電型はｐ型であり、第２導電型はｎ型であり、第１の電極は、発光素子のアノードであり、第２の電極は、発光素子のカソードであり、第３の電極は基準電位に接続された電極である、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
  3. 基板上に、第１および第２導電型の半導体層が積層されており、第１の電極は、発光素子の第１導電型の半導体層の上部に形成され、第３の電極は、保護素子の第１導電型の半導体層の上部に形成され、第２の電極は、発光素子および保護素子の第２導電型の半導体層の下部に形成されている、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ。
  4. 絶縁手段は、トレンチ溝または空隙である、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
  5. 絶縁手段は、高抵抗領域である、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
  6. 第３の電極の面積は、第１の電極の面積よりも大きい、請求項１ないし５いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
  7. 発光素子および保護素子は、第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層との間に電流狭窄手段を有する、請求項１ないし６いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
  8. 電流狭窄手段は、第１導電型の半導体層の一部を選択的に酸化した酸化層を含む、請求項７に記載の面発光型半導体レーザ。
  9. 発光素子および保護素子は、電流狭窄手段に近接して活性層を有する、請求項１ないし８いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
  10. 保護素子の電流狭窄手段により規定された活性層の面積が、発光素子の電流狭窄手段により規定された活性層の面積よりも大きい、請求項９に記載の面発光型半導体レーザ。
  11. 第１および第２導電型の半導体層は、それぞれ半導体多層反射膜を含む、請求項１ないし１０いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
  12. 保護素子の逆バイアスによるブレークダウン電圧は、発光素子の逆バイアスによるブレークダウン電圧よりも小さい、請求項１ないし１１いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
  13. 発光素子は、基板上に形成された少なくとも１つのメサを有し、第１の電極はメサ頂部において第１導電型の半導体層と電気的に接続され、かつメサ頂部からレーザ光を出射するための開口を含む、請求項１ないし１２いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
  14. 第１の電極は、ボンディングパッドを含む、請求項１ないし１３いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
  15. 第３の電極は、ボンディングパッドを含む、請求項１ないし１３いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
  16. 第３の電極は、接地電位に接続される、請求項１ないし１５いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
  17. 請求項１ないし１６いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザを実装したモジュール。
  18. 請求項１７に記載されたモジュールと、モジュールから発せられた光を送信する送信手段とを備えた、光送信装置。
  19. 請求項１７に記載されたモジュールと、モジュールから発せられた光を空間伝送する伝送手段とを備えた、光空間伝送装置。
  20. 請求項１７に記載されたモジュールと、モジュールから発せられた光を送信する送信手段とを備えた、光送信システム。
  21. 請求項１７に記載されたモジュールと、モジュールから発せられた光を空間伝送する伝送手段とを備えた、光空間伝送システム。
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