JP2007299985A - レーザダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】垂直共振器型のレーザダイオードにおいて、出射前のレーザ光の進行方向をこのレーザダイオード内において変えるようにすると共に、電極の接触抵抗を低減すること。
【解決手段】第１電極２と、第１面Ｍ１と第１面Ｍ１の反対側にある第２面Ｍ２とを有しており第１面Ｍ１上に第１電極２が設けられた基板４と、第２面Ｍ２上に設けられた第１ＤＢＲ層６と、第１ＤＢＲ層６上に設けられた活性層１２と、活性層１２上に設けられた第２ＤＢＲ層１６と、第２ＤＢＲ層１６上に設けられた第２電極１８とを備えた垂直共振器型のレーザダイオード１であって、基板４の第１面Ｍ１は、基板４内を進むレーザダイオード１内で生成されたレーザ光を受ける平面状の傾斜面Ｅを有しており、傾斜面Ｅは、レーザ光が傾斜面Ｅにおいて反射された後に基板４の端面に向かって進行するように、レーザ光の進行方向に対し傾いている。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザダイオードに関する。

従来より、垂直共振器型の面発光レーザダイオード（VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser）の開発が進められている。面発光レーザダイオードは、面発光レーザダイオードを構成する基板の表面に対して垂直な方向にレーザ光を出射する。このような従来の垂直共振器型のレーザダイオードは、レーザ光の取り出しのため、レーザ光の出射面に開口を有する電極が設けられており、この開口にレーザ光を通過させている。一方、ＦＢ（Fabry-Perot）レーザ等の端面発光レーザダイオードが光インターコネクトの光源として広く用いられている。端面発光レーザダイオードは、端面発光レーザダイオードを構成する基板表面に沿った方向にレーザ光を出射する。

このような面発光レーザダイオードを端面発光レーザダイオードに替えて用いる場合には、面発光レーザダイオードから出射されるレーザ光の進行方向を基板表面に沿った方向に変える必要がある。特許文献１及び２には、端面発光レーザダイオードに替えて面発光レーザダイオードを用いる場合に、面発光レーザダイオードから出射されるレーザ光の進行方向を基板表面に沿った方向に変えるための技術が開示されている。特許文献１及び２に記載の光モジュールは、上述の従来型の面発光レーザダイオードと、この面発光レーザダイオードから出射されるレーザ光を反射するミラーとを有する。このミラーは、面発光レーザダイオードから出射されるレーザ光の進行方向を基板表面に沿った方向に変える。
特開２００３−２１５３７１号公報 特開２００３−２２２７６５号公報

しかし、上述した従来の面発光レーザダイオードのように電極に開口が設けられている場合、電極と半導体領域（レーザ光の出射面）との接触面積は、電極に開口を設けない場合に比較して小さいので、電極と半導体領域との間の接触抵抗は、電極に開口を設けない場合に比較して大きい。従って、このような従来の面発光レーザダイオードを端面発光レーザダイオードに替えて用いる場合に上述のミラーを光モジュールに設けても、レーザダイオードの電極の接触抵抗は低減されないうえ、光モジュールの構成は複雑になる。

そこで本発明は、上記事情に鑑み、垂直共振器型のレーザダイオードにおいて、出射前のレーザ光の進行方向をこのレーザダイオード内において変えるようにすると共に、電極の接触抵抗を低減することを目的とする。

本発明は、垂直共振器型のレーザダイオードであって、１）第１領域と、該第１領域を挟む第２領域及び第３領域とを有する基板と、２）基板上に設けられた第１ＤＢＲ層と、３）第１ＤＢＲ層上に設けられた活性層と、４）活性層上に設けられた第２ＤＢＲ層と、５）アノード及びカソードの一方である第１電極と、６）第２ＤＢＲ層上に設けられておりアノード及びカソードの他方である第２電極とを備え、基板は、第１電極と第１ＤＢＲ層との間に設けられており、基板の第１領域、第１ＤＢＲ層、活性層及び第２ＤＢＲ層は、所定の軸に沿って順次配置されており、第１電極は、第１領域上に設けられており、第１領域は、所定の軸に対して傾いており該軸上に設けられた傾斜面を有する主面を含む、ことを特徴とする。

本発明によれば、垂直共振器型のレーザダイオード内で生成されたレーザ光は、軸に沿って傾斜面に向かって進み、傾斜面において反射される。このため、レーザ光は軸とは異なる方向に出射される。従って、レーザ光を反射するために外部にミラーを設けることなく、出射前のレーザ光の進行方向をレーザダイオード内において変えることが可能となる。また、レーザ光は軸とは異なる方向に出射されるため、軸上に設けられる第１電極に、レーザ光を通過させるための開口を設ける必要がない。このため、第１電極と第１領域との接触面積をより広くすることができるので、第１電極の接触抵抗が低減される。

更に、本発明では、第２領域は、該第２領域の表面の縁から傾斜面に向かう方向に延びる溝を有するのが好ましい。このため、溝に装着された光ファイバは傾斜面と光学的に接続される。

また、本発明では、第１電極は、第３領域上にも設けられているのが好ましい。第３領域上にも第１電極が設けられるため、第１電極の接触抵抗がより低減される。

本発明によれば、垂直共振器型のレーザダイオードにおいて、出射前のレーザ光の進行方向をこのレーザダイオード内において変わると共に、電極の接触抵抗が低減される。

以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。まず、図１及び図２を参照してレーザダイオード１の構成を説明する。図１は、レーザダイオード１の外観を示す斜視図である。図２（ａ）は、図１（ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿ってとられた断面図であり、図２（ｂ）は、レーザダイオード１の上面図である。

垂直共振器型のレーザダイオード１は、軸Ａ１に沿って順に配置された第１電極２、基板４、第１ＤＢＲ層６（Distributed Bragg Reflector）、スペーサ層８、電流狭窄層１０、活性層１２、スペーサ層１４、第２ＤＢＲ層１６及び第２電極１８を備える。

まず、第１電極２の説明からはじめる。第１電極２は、レーザ光の反射率が比較的高い金属から成る。基板４は、例えば、ＧａＡｓから成る。基板４は、ｎ型不純物（例えばＳｉ等）を例えば１．０×１０^２２〜１．０×１０^２３（ｃｍ^−３）程度含有している。基板４の面方位は、例えば（１００）である。基板４は、第１面Ｍ１と、この第１面Ｍ１の反対側にある第２面Ｍ２とを有している。基板４は、第１領域４ａ、第２領域４ｂ及び第３領域４ｃを有する。第２領域４ｂと第３領域４ｃとは第１領域４ａを挟む。第１電極２は、第１面Ｍ１のうち少なくとも第１領域４ａ上に設けられている。好ましくは、第１電極２は、第３領域４ｃ上にも設けられている。

第１領域４ａは、軸Ａ１上に設けられている。第１領域４ａは傾斜面Ｅを有する。この傾斜面Ｅは、第１領域４ａの主面（表面に相当）に含まれる。そして、この傾斜面Ｅは、軸Ａ１上に設けられており、軸Ａ１に対して所定の角度θだけ傾いている。角度θは、レーザ光が入射される光ファイバのＮＡや角度にもよるが、レーザ光をファイバ内に伝送させるためには３０度〜６０度が好ましい。第２領域４ｂは、第１面Ｍ１（特に第２領域４ｂの表面）の縁Ｂに設けられた溝部Ｄを有する。溝部Ｄは、パッシブアラインメントにおいて光ファイバを支持するために設けられている（図２（ａ）及び（ｂ）を参照）。溝部Ｄは、第１面Ｍ１から傾斜面Ｅに向かう方向に延びている。溝部Ｄは、光ファイバを支持する第１支持面Ｍ４及び第２支持面Ｍ５を有する。溝部Ｄに装着された光ファイバの端面は、溝部Ｄの端面Ｓ１に面する。端面Ｓ１は、傾斜面Ｅに面している。これにより、傾斜面Ｅにおいて反射された後のレーザ光が、溝部Ｄに装着された光ファイバ内に入射可能となる。

第１ＤＢＲ層６は、基板４の第２面Ｍ２上に設けられている。第１ＤＢＲ層６は、ｎ型不純物（例えばＳｉ等）が添加された複数のＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層とが交互に積み重ねられて成る。ＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層とはレーザ光の発振波長の１／４程度の厚みを有している。第１ＤＢＲ層６は、例えば、２２層のＧａＡｓ層と、２２層のＡｌＧａＡｓ層とを有する。

スペーサ層８は、第１ＤＢＲ層６上に設けられている。スペーサ層８は、例えば、ＧａＡｓから成る。電流狭窄層１０は、ＡｌＡｓの酸化物から成る酸化物領域１０ａを有する。酸化物領域１０ａは、開口を有する。この開口には、電流の通過する電流通過領域１０ｂが設けられている。電流通過領域１０ｂは、ＡｌＡｓ（若しくはＡｌＧａＡｓ）層をリング状に外側から酸化させ、未酸化の残った円状の部分に相当する。このため、電流通過領域１０ｂの材料は、ＡｌＡｓ（若しくはＡｌＧａＡｓ）である。酸化物領域１０ａは電流通過領域１０ｂの周りを囲んでいる。軸Ａ１は、この電流通過領域１０ｂを通り、基板４の第２面Ｍ２に直交する。活性層１２は、複数のＧａＩｎＡｓ量子井戸層とＧａＡｓバリア層とが交互に積み重ねられて成る多重量子井戸構造を有する。活性層１２からは、例えば１０２０ｎｍ程度の発振波長の光が生成される。スペーサ層１４は、活性層１２上に設けられる。スペーサ層１４は、例えばＧａＡｓから成る。

第２ＤＢＲ層１６は、スペーサ層１４上に設けられている。第２ＤＢＲ層１６は、ｐ型不純物（例えばＣ等）が添加されたＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層とが交互に積み重ねられて成る。ＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層とは、レーザ光の発振波長の１／４程度の厚みを有している。第２ＤＢＲ層１６は、例えば３２層のＧａＡｓ層と、３２層のＡｌＧａＡｓ層とを有する。第２電極１８は、第２ＤＢＲ層１６上に設けられている。第２電極１８は、オーミック電極である。

上記のレーザダイオード１の内部で生成されたレーザ光は、軸Ａ１に沿って第１ＤＢＲ層６から基板４の内部へ進行する。そして、このレーザ光は、傾斜面Ｅにおいて反射され、基板４の第２面Ｍ２に対し略平行な軸Ａ２に沿って進行する。

次に、図３を参照して、レーザダイオード１の製造工程を説明する。まず、図３（ａ）に示すように、基板４の第２面Ｍ２上に第１ＤＢＲ層６１、スペーサ層８１、電流狭窄層１０１（酸化物領域１０ａ）、電流通過領域１０ｂ、活性層１２１、スペーサ層１４１及び第２ＤＢＲ層１６１を、軸Ａ１に沿って順次形成する。基板４１は、第１領域４ａ、第２領域４ｂ及び第３領域４ｃを有する。次に、図３（ｂ）に示すように、第１領域４ａに傾斜面Ｅを形成する。傾斜面Ｅは軸Ａ１上に形成される。このように、傾斜面Ｅは、レーザダイオード１内で生成されるレーザ光を受けることが可能な位置に形成される。また、傾斜面Ｅは、軸Ａ１に対して角度θだけ傾くように形成される。傾斜面Ｅは、異方性エッチング、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）、ＲＩＢ（Reactive Ion Etching）又はイオンミリング等のエッチング処理によって形成される。

次に、図３（ｃ）に示すように、ダイシングカッターを用いて基板４１に溝部Ｄを形成する。溝部Ｄは、第２領域４ｂの面の縁Ｂから傾斜面Ｅに向かって延びる。次に、図３（ｄ）に示すように、第１領域４ａ及び第３領域４ｃ上に第１電極２１を形成し、第２ＤＢＲ層１６１の第３面Ｍ３上に第２電極１８１を形成する。この後、図中符号Ａ３に示す軸に沿ってダイシングされることによってレーザダイオード１が製造される。

以上説明したように、垂直共振器型のレーザダイオード１では、レーザダイオード１内で生成されたレーザ光が、傾斜面Ｅに向かって軸Ａ１に沿って進み、傾斜面Ｅにおいて反射される。反射後のレーザ光は、基板４の第２面Ｍ２に沿って（軸Ａ２に沿って）進む。このように、レーザ光は軸Ａ１と異なる向きの軸Ａ２に沿って出射される。従って、出射前のレーザ光の進行方向をレーザダイオード１内において変えることが可能となる。

また、レーザ光は軸Ａ１と異なる向きの軸Ａ２に沿って出射されるため、軸Ａ１上に設けられる第１電極２にレーザ光を通過させるための開口を設ける必要がない。このため、第１電極２と第１領域４ａとの接触面積をより広くすることができるので、第１電極２の接触抵抗が低減される。

以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

例えば、レーザダイオード１の溝部Ｄに替えて、導波路２０を設けてもよい。図４は、導波路２０が設けられたレーザダイオード１ａの斜視図である。導波路２０は、基板４の端面Ｓ２から内側に向けて設けられている。導波路２０は、傾斜面Ｅにおいて反射された反射後のレーザ光の光路Ｌ２に沿って、基板４の端面に至るまで延びる直方体形状を有する。このようなレーザダイオード１ａは、垂直共振器型のレーザダイオードであるが、従来の端面発光レーザダイオードのようにレーザダイオード１ａの端面からレーザ光が出射される。このため、レーザ光を反射するために外部にミラーを設けることなく、端面発光型レーザダイオードに替えて垂直共振器型のレーザダイオード１ａが利用できる。

実施形態に係るレーザダイオードの斜視図。 実施形態に係るレーザダイオードの内部構成を示す図である。 実施形態に係るレーザダイオードの製造工程を説明するための図である。 実施形態に係るレーザダイオードの変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１…レーザダイオード、２…第１電極、４…基板、６…第１ＤＢＲ層、８…スペーサ層、１０…電流狭窄層、１２…活性層、１４…スペーサ層、１６…第２ＤＢＲ層、１８…第２電極、２０…導波路、Ｓ１…端面、Ｍ１…第１面、Ｍ２…第２面、Ｍ３…第３面、Ｍ４…第１支持面、Ｍ５…第２支持面、Ｄ…溝部、Ｅ…傾斜面。

Claims (3)

1. 垂直共振器型のレーザダイオードであって、
   第１領域と、該第１領域を挟む第２領域及び第３領域とを有する基板と、
   前記基板上に設けられた第１ＤＢＲ層と、
   前記第１ＤＢＲ層上に設けられた活性層と、
   前記活性層上に設けられた第２ＤＢＲ層と、
   アノード及びカソードの一方である第１電極と、
   前記第２ＤＢＲ層上に設けられておりアノード及びカソードの他方である第２電極と
   を備え、
   前記基板は、前記第１電極と前記第１ＤＢＲ層との間に設けられており、
   前記基板の前記第１領域、前記第１ＤＢＲ層、前記活性層及び前記第２ＤＢＲ層は、所定の軸に沿って順次配置されており、
   前記第１電極は、前記第１領域上に設けられており、
   前記第１領域は、前記所定の軸に対して傾いており該軸上に設けられた傾斜面を有する主面を含む、ことを特徴とするレーザダイオード。
2. 前記第２領域は、該第２領域の表面の縁から前記傾斜面に向かう方向に延びる溝を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザダイオード。
3. 前記第１電極は、前記第３領域上にも設けられている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザダイオード。
   
   

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