JP2007165578A - 面発光型半導体レーザ - Google Patents

Abstract

【課題】 高温高湿度下で寿命を改善した面発光型半導体レーザを提供する
【解決手段】 ＶＣＳＥＬ１００は、基板１０２上に、ｎ型の下部ＤＢＲ１０６、活性層領域１０８、下部ＤＢＲとともに共振器を構成するｐ型の上部ＤＢＲ１１２、及びｐ型のＧａＡｓコンタクト層１１４を含む半導体層を順次積層する。レーザ光を出射するポストＰとパッド形成領域１１８とが半導体層に形成された溝１１６によって分離されている。ポストＰのコンタクト層１１４に電気的に接続され、レーザ光の出射領域を規定する開口部１３２が形成されたｐ側の上部電極１３０と、パッド形成領域１１８上に形成され、パッド形成領域のコンタクト層１１４を下部ＤＢＲ１０６に電気的に接続するための第２の上部電極１４０とを有している。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光情報処理あるいは高速光通信の光源として利用される面発光型半導体レーザに関する。

近年、光通信や光記録等の技術分野において、面発光型半導体レーザ（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode：以下ＶＣＳＥＬと呼ぶ）への関心が高まっている。ＶＣＳＥＬは、しきい値電流が低く消費電力が小さい、円形の光スポットが容易に得られる、ウエハ状態での評価や光源の二次元アレイ化が可能であるといった、端面発光型半導体レーザにはない優れた特長を有する。これらの特長を生かし、通信分野における光源としての需要がとりわけ期待されている。

半導体デバイスには、素子周囲に電流を拡散させない、あるいは電流を遮断するための領域としてガードリング構造が良く知られている。例えば、光通信用の波長１．３μｍ〜１．６μｍの光信号の半導体受光素子として広く使用されているアバランシェフォトダイオードは、特許文献１に示すように、エッヂブレークダウンを防止するＰ型低濃度のガードリング層を有している。また、ガードリングがｐｎ接合で作られているアバランシャフォトダイオードが特許文献２に開示されている。

特開平５−７０１４号 特開平９−４５９５４号

図１８は、従来のＶＣＳＥＬの断面図である。同図に示すように、ＧａＡｓ基板１０の裏面には、ｎ側電極１２が形成され、基板１０の上面には、ｎ型の下部ＤＢＲ１４、活性層１６、電流狭窄層１８、ｐ型の上部ＤＢＲ２０、およびｐ型のＧａＡｓコンタクト層２２を含む半導体層が積層されている。コンタクト層２２から下部ＤＢＲ１４の一部に至るまで円筒状のポストＰが形成され、ポストＰを含む領域が層間絶縁膜２４によって覆われている。ポストＰの頂部において、ｐ側電極２６が層間絶縁膜２４のコンタクトホールを介してコンタクト層２２にオーミック接続され、また、ｐ側電極２６は、金属配線２８を介して、層間絶縁膜２４上に形成された電極パッド３０に接続されている。基板１０は、スクライブライン３２に沿って個々のチップに切り落とされる。

上記構成のＶＣＳＥＬは、ベアチップ状態で高温高湿下(８５℃、８５%など)で駆動されると、室温低湿度下で駆動した場合よりも寿命が短くなる傾向がある。その一因として、チップ周囲に露出しているオーミックコンタクトを取るためのｐ型のＧａＡｓコンタクト層２２が変成して、層間絶縁膜２４の下部が侵食されて、層間絶縁膜２４が浮き、これにより電極パッド３０または金属配線２８が断線に至る故障モードがある。これは、高湿度下で、ｐ型のコンタクト層２２からｎ型の下部ＤＢＲ１４へチップ側面を通る電流経路が形成されるためと考えられる。このため、ベアチップでＶＣＳＥＬを使用するためには、このような問題が起こらない構造を取る必要がある。

一方、上記した特許文献１、２に開示されるガードリング構造は、公知であり、その構成はｐｎ接合が多く、効果はフォトダイオードの拡散電流を抑制することが狙いである。薄膜フォトダイオードの場合には、電極を接地しグランドに落とす構造が知られているが、その効果も拡散電流の抑制である。従って、上記した課題を解決すべき構成は何ら示唆されていない。

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、高温高湿度下で寿命を改善した面発光型半導体レーザを提供することを目的する。
さらに本発明は、ベアチップ状態において信頼性の高い安定動作を実現可能な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、第１導電型の第１の多層膜反射鏡、活性層領域、第1の多層膜反射鏡とともに共振器を構成する第２導電型の第２の多層膜反射鏡、及びコンタクト層を含む半導体層を積層し、レーザ光を出射するポスト状の発光部とパッド形成領域とが半導体層に形成された溝によって分離され、さらに、発光部のコンタクト層に電気的に接続され、レーザ光の出射領域を規定する開口部が形成された第１の上部電極と、パッド形成領域上に形成され、パッド形成領域のコンタクト層を第１の多層膜反射鏡に電気的に接続するための第２の上部電極とを有している。

発光部は、溝によって規定された円柱状のポストまたはピラー構造である。パッド形成領域は、基板を切断するダイシング領域によって規定され、好ましくは、第２の上部電極は、パッド形成領域の外縁に沿って形成された枠状の構造である。第１の上部電極は、溝を介してパッド形成領域上にまで延在し、かつパッド形成領域上に形成された電極パッドを一体に形成するものであってもよい。

好ましくは、パッド形成領域の外縁のコンタクト層を露出する絶縁膜が形成され、第２の上部電極は、絶縁膜の端部の段差を覆うように絶縁膜およびコンタクト層上に形成されている。これとは別に、パッド形成領域の外縁に沿ってコンタクト層から第１の多層膜反射鏡に至るまでの外周溝を有し、外周溝によって露出された少なくともコンタクト層の側面が第２の上部電極により覆われるようにしてもよい。好ましくは、外周溝は発光部を規定する溝と同時に形成される。パッド形成領域は、基板をダイシングする領域によって規定され、外周溝は、基板を切断するときのスクライブラインを含むようにしてもよい。

好ましくは、基板は第１の導電型を有し、基板の裏面に下部電極が形成され、第２の上部電極は下部電極に電気的に接続されている。第２の上部電極は、基板の下部電極が接続されている導電性部材（例えばマウント部材）に電気的に接続されるようにしてもよい。多層膜反射鏡は、例えばＡｌを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、例えばＡｌＧａＡｓから構成され、コンタクト層は、例えばＧａＡｓから構成される。

本発明に係る、レーザ光を出射するポスト状の発光部とパッド形成領域とが溝によって分離された面発光型半導体レーザの製造方法は、基板上に、第１導電型の第１の多層膜反射鏡、活性層領域、第1の多層膜反射鏡とともに共振器を構成する第２導電型の第２の多層膜反射鏡、及びコンタクト層を含む半導体層を形成するステップと、半導体層に溝を形成して発光部とパッド形成領域とを分離するステップと、発光部およびパッド形成領域を含む基板上に絶縁膜を形成するステップと、発光部のコンタクト層を露出させ、かつパッド形成領域の外縁のコンタクト層を露出させるように前記絶縁膜をパターニングするステップと、露出された発光部のコンタクト層と接続された第１の上部電極およびパッド形成領域の外縁のコンタクト層と接続された第２の上部電極を形成するステップとを有する。

本発明によれば、パッド形成領域の第２導電型のコンタクト層を第１導電型の第１の多層膜反射鏡に電気的に接続するための第２の上部電極をパッド形成領域に設けたことにより、パッド形成領域のコンタクト層と第１の多層膜反射鏡の電位が極力同電位となり、パッド形成領域のコンタクト層と第１の多層反射鏡間に電流が流れないようにすることで、コンタクト層の変成に起因した第１の上部電極の断線等の発生を抑制し、高温高湿度下でも、寿命の長い面発光型半導体レーザを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、複数のＶＣＳＥＬが形成されたウエハを示し、図２は本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの平面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。図１に示すように、ＧａＡｓウエハＷに、複数のＶＣＳＥＬ１００が形成されている。ウエハＷは、ダイシング装置のダイサーによりスクライブラインＬに沿って切断され、図２に示すような矩形状のＶＣＳＥＬ１００が得られる。

ＶＣＳＥＬ１００は、図２および図３に示すように、ｎ型のＧａＡｓ基板１０２の裏面にｎ側電極１０４を含み、さらに、基板１０２上に、ｎ型のＡｌＧａＡｓの多層半導体膜からなる下部ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector:分布ブラッグ型反射鏡）１０６、活性層領域１０８、ｐ型のＡｌＡｓからなる電流狭窄層１１０、ｐ型のＡｌＧａＡｓの多層半導体膜からなる上部ＤＢＲ１１２、ｐ型のＧａＡｓのコンタクト層１１４の半導体層を積層している。

基板１０２には、半導体層をエッチングして形成されたリング状の溝１１６が形成されている。溝１１６は、好ましくは、下部ＤＢＲ１０６の一部に到達する深さを有し、この溝１１６により、円筒状のポストＰとパッド形成領域（外周部）１１８が隔てられている。ポストＰは、下部ＤＢＲ１０６と上部ＤＢＲ１１２により共振器構造を形成し、これらの間に、活性層領域１０８および電流狭窄層１１０が介在している。電流狭窄層１１０は、ポストＰの側面において露出するＡｌＡｓを酸化させた酸化領域と酸化領域によって囲まれた導電領域とを含み、導電領域内に電流の閉じ込めおよび光の閉じ込めを行う。パッド形成領域１１８は、スクライブラインＬまたはダイシングされる領域によって規定される。

ポストＰを含む基板１０２上に層間絶縁膜１２０が形成されている。ポストＰの頂部において、層間絶縁膜１２０には円形状のコンタクトホール用の開口が形成され、この開口を介してｐ側の上部電極１３０がコンタクト層１１４にオーミック接続されている。ｐ側の上部電極１３０の中央には、レーザ光の出射領域を規定する円形状の開口１３２が形成されている。

パッド形成領域１１８において、層間絶縁膜１２０は、パッド形成領域の外縁のコンタクト層１１４を露出させるように矩形状にパターニングされた端部１２０ａを有している。端部１２０ａによって露出された領域は、ダイシングによって切断することができる。

ポスト頂部の上部電極１３０は、ストリップ状の電極配線１３４に接続され、電極配線１３４は、溝１１６を這うようにパッド形成領域１１８まで延在する。パッド形成領域１１８の層間絶縁膜１２０上には、円形状の電極パッド１３６が形成され、電極配線１３４が電極パッド１３６に接続されている。上部電極１３０、電極配線１３４および電極パッド１３６は、例えば、チタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）の積層金属からなり、好ましくは、これらは同時にパターンニングされる。

さらにパッド形成領域１１８の外縁に沿って枠状もしくはリング状の第２の上部電極１４０が形成されている。第２の上部電極１４０は、層間絶縁膜１２０の端部１２０ａの段差を跨ぐように、層間絶縁膜１２０とコンタクト層１１４を覆っている。第２の上部電極１４０は、層間絶縁膜１２０によって露出されたコンタクト層１１４の一部を覆うようにしてもよいし、すべてを覆うようにしてもよい。第２の上部電極１４０は、コンタクト層１１４とオーミック接続され、短絡手段１５０によってｎ側電極１０４と電気的に短絡されている。短絡手段１５０は、例えば、ＶＣＳＥＬチップのｎ側電極１０４が導電性マウント部材に搭載されるとき、このマウント部材に第２の上部電極１４０をワイヤボンディングすることにより実現される。

ＶＣＳＥＬ１００を駆動する場合、ｐ側の上部電極１３０およびｎ側電極１０４に順方向バイアス電流が印加され、活性層領域１０８で発生されたレーザ光が開口部１３２から基板１０２とほぼ垂直方向に出射される。

本実施例では、第２の上部電極１４０がｎ側電極１０４と短絡され、両者が実質的に同電位であるため、パッド形成領域１１８の端部において、ｐ型のＧａＡｓコンタクト層１１４からｎ型の下部ＤＢＲ１０６または基板１０２への電流の流れが抑制される。高温高湿度下でチップ周囲のＧａＡｓコンタクト層１１４が変成するのは、高湿度下の水分の影響でチップ周囲に電流が流れるためと考えられるが、本実施例は、電流が流れないように、チップ周囲と裏面側の電位が極力同じにされているため、電流の通電によるＧａＡｓコンタクト層１１４の変成に起因した層間絶縁膜１２０の浮き、上部電極１３０、電極配線１３４、および電極パッド１３６の断線や剥離などの発生が抑制される。これにより、高温高湿度下の動作であっても、寿命の長いＶＣＳＥＬを提供することができる。

図４は、１６個のサンプルを８５℃、８５％ＲＨ環境で１０ｍＡの通電試験した結果である。図からも明らかなように、すべてのＶＣＳＥＬにおいて光出力が低下しておらず、信頼性の改善効果が確認できている。

次に、本発明の第２の実施例について図５を参照して説明する。第１の実施例と同一構成については同一参照番号を付してある。第２の実施例に係るＶＣＳＥＬ１００ａおいて、パッド形成領域１１８の外縁に沿って枠状の外周溝２００が一定の幅で形成されている。外周溝２００は、溝１１６の形成と同時に形成することができる。外周溝２００により、パッド形成領域１１８の側面２０２が露出され、かつ外周溝２００の底部において下部ＤＢＲ１０６の表面の一部が露出されている。外周溝２００は、好ましくは基板をダイシングするときのダイシング領域とすることができる。

パッド形成領域１１８のコンタクト層１１４の表面は、層間絶縁膜１２０によって覆われている。層間絶縁膜１２０上には電極パッド１３６が形成され、電極パッド１３６から離間されて第２の上部電極２１０が形成されている。第２の上部電極２１０は、パッド形成領域１１８の側面２０２を覆い、かつ下部ＤＢＲ１０６の表面にまで延在する。側面２０２において露出されたコンタクト層１１４は、第２の上部電極２１０によって覆われ、下部ＤＢＲ１０６と電気的に短絡される。

第２の実施例によれば、パッド形成領域１１８の側面２０２が第２の上部電極２１０によって覆われているため、外部からの水分や湿気がパッド形成領域１１８内の半導体層へ進入するのが効果的に予防され、また、第２の上部電極２１０によりコンタクト層１１４と下部ＤＢＲ１０６が短絡されるので、チップ側面（外周溝２００によって露出された半導体層の側面）と裏面側の電位が極力同じにされ、チップ側面またはパッド形成領域１１８内のｐｎ接合を通じての電流がほとんど流れなくなるため、ＧａＡｓコンタクト層１１４の変成が抑制される。

上記実施例では、１つのＶＣＳＥＬチップに１つの発光部が形成されたシングルスポットを例示したが、本発明は、図６に示すように、１つのＶＣＳＥＬチップ１００ａに複数の発光部（ポスト）Ｐが形成されたマルチスポットにも適用することができる。マルチスポットの場合にも、パッド形成領域１１８の外縁に沿って第２の上部電極２２０が形成される。また、第２の実施例のときと同様に外縁に沿って外周溝を形成するようにしてもよい。なお、アレイ上に形成されるポストの数は、上記した４つに限るものではなく、ポストはまた２次状に配列されたアレイであってもよい。

次に、第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法について図７および図８を参照して説明する。なお、これらの図は、基板をダイシングする前の１つのＶＣＳＥＬを示している。

図７（ａ）に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によりｎ型のＧａＡｓ基板１０２の（１００）面上にｎ型のＡｌ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓ層とｎ型のＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ層との複数層積層体よりなる下部ＤＢＲ１０６と、アンドープのＡｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ層よりなるスペーサ層、アンドープのＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層よりなる障壁層、及びアンドープのＧａＡｓ層よりなる量子井戸層との積層体よりなる活性層領域１０８と、ｐ型の電流狭窄層（ＡｌＡｓ層）１１０、ｐ型のＡｌ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓ層とｐ型のＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ層との複数層積層体よりなる上部ＤＢＲ１１２、ｐ型のＧａＡｓ層よりなるコンタクト層１１４とを順次積層する。

下部ＤＢＲ１０６は、ｎ型のＡｌ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓ層とｎ型のＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ層との複数層積層体よりなるが、各層の厚さはλ／４ｎ_ｒ(但し、λは発振波長、ｎ_ｒは媒質中の光学屈折率)に相当し、混晶比の異なる層を交互に、例えば、３６．５周期積層してある。ｎ型不純物としてシリコンをドーピングした後のキャリア濃度は、例えば、３×１０¹⁸ｃｍ^-3である。活性層領域１０８は、アンドープのＧａＡｓ層よりなる厚さ８ｎｍの量子井戸活性層とアンドープのＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層よりなる厚さ５ｎｍの障壁層とを交互に積層した（但し、外層は障壁層）積層体が、アンドープのＡｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ層よりなるスペーサ層の中央部に配置され、量子井戸活性層と障壁層とを含むスペーサ層の膜厚がλ／４ｎｒの整数倍となるよう設計されている。このような構成の活性層領域１０８からは波長８５０ｎｍの放射光が得られる。

上部ＤＢＲ１１０は、ｐ型のＡｌ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓ層とｐ型のＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ層との複数半導体層からなる積層である。各層の厚さはλ／４ｎ_ｒであり、混晶比の異なる層を交互に、例えば２２周期で積層してある。この周期数は下層に設けた電流狭窄層１１０、および上層に設けたコンタクト層１１４を加えた数である。ｐ型不純物として炭素をドーピングした後のキャリア濃度は、例えば３×１０¹⁸ｃｍ^-3である。

次に、基板全面にＳｉＮを形成し、図７（ｂ）に示すように、公知のフォトリソ工程を用いて、ポストを形成するためのマスクパターン２３０を形成する。

次に、図７（ｃ）に示すように、マスクパターン２３０をマスクに用い、積層された半導体層を異方性エッチングし、基板上にリング状の溝１１６を形成することで、円柱状のポストＰと、そこから溝１１６によって分離されたパッド形成領域１１８を形成する。溝１１６またはエッチングの深さは、下部ＤＢＲ１０６の一部に到達するまでである。

次に、図８（ｄ）に示すように、例えば３４０℃の水蒸気雰囲気に基板を一定時間晒し、酸化処理を行う。電流狭窄層１１０を構成するＡｌＡｓ層は、同じくその一部を構成するＡｌ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓ層やＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ層と比べ著しく酸化速度が速いため、ポストＰの側面からポスト形状を反映した酸化領域１１０ａが形成され、酸化されずに残った非酸化領域が電流注入領域あるいは導電領域となる。

次に、図８（ｅ）に示すように、マスクパターン２３０を除去した後、基板全面にＳｉＮを形成する。次に、図８（ｆ）に示すように、フォトリソ工程によりＳｉＮをパターニングし、層間絶縁膜１２０を形成する。層間絶縁膜１２０には、ポストＰの頂部においてコンタクト層１１４を露出させるためのコンタクトホール１２１が形成される。さらに、層間絶縁膜１２０は、端部１２０ａを有するようにパターニングされ、パッド形成領域１１８の外縁２３２のコンタクト層１１４を露出させる。

次に、フォトリソ工程を用いてレジストパターンを形成し、次いでＡｕ／Ｔｉを着膜し、リフトオフにより図３に示すような上部電極１３０、電極配線１３４、電極パッド１３６、および第２の上部電極１４０を形成する。基板裏面には、ＡｕまたはＧｅからなるｎ側電極１０４が形成される。そして、層間絶縁膜１２０により露出された外縁２３２に沿って基板がダイシングされ、ＶＣＳＥＬチップ１００を得ることができる。

なお、第２の実施例のＶＣＳＥＬを形成する場合には、溝１１６と同時にパッド形成領域１１８の外縁２３２に外周溝が形成されるように、マスクパターン２３０を変更する。

図９は、ＶＣＳＥＬアレイのチップが実装された半導体レーザ装置のパッケージ（モジュール）例を示す概略断面を示す図である。同図に示すように、パッケージ３００は、ＶＣＳＥＬアレイが形成されたチップ３１０を、マウンタ３２０上のダイアタッチ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は、ステム３３０の貫通孔（図示省略）内に挿入され、一方のリード３４０は、チップ３１０の裏面に形成されたｎ側の下部電極１０４に電気的に接続され、他方のリード３４２は、チップ３１０の上面に形成されたｐ側の上部電極１３０すなわち電極パッド１３６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、第２の上部電極１４０をボンディングワイヤ等によりマウンタ３２０に接続し、ｎ側電極と同電位にする。

キャップ３５０の出射窓３５２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のほぼ中心と一致するように位置決めされる。また、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。リード３４０、３４２間に順方向の電圧が印加されると、チップ３１０からレーザ光が出射され、ボールレンズ３６０を介して外部へ出力される。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１０は、さらに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の中央の出射窓３５２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ている。

図１１は、図９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と、筐体４１０の端面に一体に形成されたスリーブ４２０と、スリーブ４２０の開口４２２内に保持されるフェルール４３０と、フェルール４３０によって保持される光ファイバ４４０と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１２は、図１０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。空間伝送システム５００では、パッケージ３００に用いられたボールレンズ３６０を用いる代わりに、集光レンズ５１０を用いている。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。空間伝送の光源の場合には、マルチスポット型のＶＣＳＥＬを用い、高出力を得るようにしてもよい。

図１３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１４は、光伝送装置の外観構成を示し、図１５はその内部構成を模式的に示している。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１６および図１７に示す。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１５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、映像信号伝送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。

本発明に係る面発光型半導体レーザは、光情報処理や光高速データ通信の分野で利用することができる。

ＶＣＳＥＬが形成されたウエハを示す図である。 本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの平面図である。 図２のＡ−Ａ線線断面図である。 本発明の実施例の効果を説明する図である。 本発明の第２の実施例に係るＶＣＳＥＬの平面図である。 本発明をマルチスポットタイプのＶＣＳＥＬに適用したときの平面図である 本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法を説明する工程断面図である。 本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法を説明する工程断面図である。 ＶＣＳＥＬが形成された半導体チップを実装したパッケージの構成を示す概略断面図である。 他のパッケージの構成を示す概略断面図である。 図９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。 図１０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。 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、図１５Ａは上面を切り取ったときの内部構造を示し、図１５Ｂは側面を切り取ったときの内部構造を示している。 図１４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１９の映像伝送システムを裏側から示した図である。 従来のＶＣＳＥＬを示す断面図である。

符号の説明

１００：ＶＣＳＥＬ １０２：基板
１０４：ｎ側電極 １０６：下部ＤＢＲ
１０８：活性層領域 １１０：電流狭窄層
１１２：上部ＤＢＲ １１４：コンタクト層
１１６：溝 １１８：パッド形成領域
１２０：層間絶縁膜 １３０：ｐ側電極
１３２：開口部 １３４：電極配線
１３６：電極パッド １４０：上部電極
１５０：短絡手段 ２００：外周溝
２０２：側面 ２１０、２２０：第２の上部電極
２３２：外縁

Claims (21)

1. 基板上に、少なくとも第１導電型の第１の多層膜反射鏡、活性層領域、第1の多層膜反射鏡とともに共振器を構成する第２導電型の第２の多層膜反射鏡、及びコンタクト層を含む半導体層が積層され、レーザ光を出射するポスト状の発光部とパッド形成領域とが半導体層に形成された溝によって分離された面発光型半導体レーザであって、
   発光部のコンタクト層に電気的に接続され、レーザ光の出射領域を規定する開口部が形成された第１の上部電極と、
   パッド形成領域上に形成され、パッド形成領域のコンタクト層を第１の多層膜反射鏡に電気的に接続するための第２の上部電極と、
   を備えた面発光型半導体レーザ。
2. 第２の上部電極は、パッド形成領域の外縁に沿って形成されている、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
3. 第１の上部電極は、前記溝を介してパッド形成領域上にまで延在し、かつパッド形成領域上に形成された電極パッドに接続される、請求項１または２に記載の面発光型半導体レーザ。
4. パッド形成領域の外縁のコンタクト層を露出させるようにパッド形成領域上に絶縁膜が形成され、第２の上部電極は、絶縁膜の端部を覆うように絶縁膜およびコンタクト層上に形成されている、請求項１ないし３いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
5. パッド形成領域の外縁に沿ってコンタクト層から第１の多層膜反射鏡に至る外周溝が形成され、外周溝によって露出された少なくともコンタクト層の側面が第２の上部電極により覆われている、請求項１ないし４いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
6. 第２の上部電極は、前記外周溝によって露出された第１の多層反射膜の表面に接続されている、請求項５に記載の面発光型半導体レーザ。
7. 外周溝は、発光部を取り囲む溝と同時に形成される、請求項５または６に記載の面発光型半導体レーザ。
8. パッド形成領域は、基板をダイシングする領域によって規定される、請求項１ないし７いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
9. 基板は第１の導電型を有し、基板の裏面に下部電極が形成され、第２の上部電極は下部電極に電気的に接続されている、請求項１ないし３いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
10. 第２の上部電極は、基板の下部電極が接続されている導電性部材に電気的に接続されている、請求項９に記載の面発光型半導体レーザ。
11. コンタクト層は、ｐ型のＧａＡｓである、請求項１ないし７いずれか１つに記載の面発光型半導体レーザ。
12. 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装置を実装したモジュール。
13. 請求項１２に記載されたモジュールと、モジュールから発せられたレーザ光を光媒体を介して送信する送信手段とを備えた、光送信装置。
14. 請求項１２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。
15. 請求項１２に記載されたモジュールと、モジュールから発せられたレーザ光を送信する送信手段とを備えた、光送信システム。
16. 請求項１２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。
17. レーザ光を出射するポスト状の発光部とパッド形成領域とが溝によって分離された面発光型半導体レーザの製造方法であって、
    基板上に、少なくとも第１導電型の第１の多層膜反射鏡、活性層領域、第1の多層膜反射鏡とともに共振器を構成する第２導電型の第２の多層膜反射鏡、及びコンタクト層を含む半導体層を形成し、
    半導体層に溝を形成して発光部とパッド形成領域とを分離し、
    発光部およびパッド形成領域を含む基板上に絶縁膜を形成し、
    発光部のコンタクト層を露出させ、かつパッド形成領域の外縁のコンタクト層を露出させるように前記絶縁膜をパターニングし、
    露出された発光部のコンタクト層と接続された第１の上部電極およびパッド形成領域の外縁のコンタクト層と接続された第２の上部電極を形成する、
    面発光型半導体レーザの製造方法。
18. 製造方法はさらに、第２の上部電極と第１の多層膜反射鏡とを電気的に接続するステップを含む、請求項１７に記載の製造方法。
19. レーザ光を出射するポスト状の発光部とパッド形成領域とが溝によって分離された面発光型半導体レーザの製造方法であって、
    基板上に、少なくとも第１導電型の第１の多層膜反射鏡、活性層領域、第1の多層膜反射鏡とともに共振器を構成する第２導電型の第２の多層膜反射鏡、及びコンタクト層を含む半導体層を形成し、
    半導体層に、発光部を取り囲む溝とパッド形成領域の外縁に沿った外周溝とを形成し、
    発光部およびパッド形成領域を含む基板上に絶縁膜を形成し、
    発光部のコンタクト層を露出させるように前記絶縁膜をパターニングし、
    露出された発光部のコンタクト層に接続された第１の上部電極および外周溝によって露出された半導体層の側面を覆う第２の上部電極を形成する、
    面発光型半導体レーザの製造方法。
20. 第２の上部電極は、パッド形成領域のコンタクト層と第１の多層膜反射鏡とを電気的に接続する、請求項１９に記載の製造方法。
21. 製造方法はさらに、外周溝に沿って基板を切断するステップを含む、請求項１９または２０に記載の製造方法。

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