JP2007329193A - Surface-emission semiconductor laser device, and its fabrication process - Google Patents
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Abstract
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(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode 以下VCSELという)に関し、特に、VCSELを静電放電(Electrostatic discharge 以下、ESDという)等から保護する技術に関する。 The present invention relates to a surface-emitting type semiconductor laser (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode, hereinafter referred to as VCSEL) used as a light source for optical information processing or high-speed optical communication, and in particular, VCSEL is electrostatic discharge (hereinafter referred to as ESD). And so on).
光通信や光記録等の技術分野において、VCSEL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。 In the technical fields such as optical communication and optical recording, interest in VCSEL is increasing. VCSELs are not available in edge-emitting semiconductor lasers that have low threshold currents, low power consumption, can easily obtain a circular light spot, and can be evaluated in a wafer state or two-dimensionally arrayed light sources. Has excellent features. Taking advantage of these features, demand as a light source in the communication field is particularly expected.
VCSELは、他の半導体装置と同様に、回路基板等への実装時に、静電気等の高電圧に晒されることがある。静電放電等により素子内部に瞬時に大きなスパイク電流が流れると、素子が損傷を受け、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提案がなされている。 As with other semiconductor devices, the VCSEL may be exposed to high voltage such as static electricity when mounted on a circuit board or the like. If a large spike current instantaneously flows inside the element due to electrostatic discharge or the like, the element is damaged and causes a failure. Several proposals have been made to address these issues.
特許文献1は、サージから完全に保護すると共に、出力光強度の一定制御が可能な半導体レーザに関するものである。この半導体レーザは、図14に示すように、レーザダイオード1、フォトダイオード2、発光制御回路3、ダイオード10a〜10c、11a〜11cを含んでいる。ダイオード10a〜10c、11a〜11は、シリコンダイオードであり、基板にモノリシックに組み込まれている。
Patent Document 1 relates to a semiconductor laser that can completely protect against a surge and can control output light intensity at a constant level. As shown in FIG. 14, the semiconductor laser includes a laser diode 1, a photodiode 2, a light emission control circuit 3, and
特許文献2は、III−V族窒化物半導体発光素子において、p側電極とn側電極間を、酸化亜鉛のような非線形抵抗特性を有する保護膜で接続し、一定のしきい値以上の電圧が電極間に印加されたとき、電流が保護膜を流れるようにバイパスさせている。 Patent Document 2 discloses a group III-V nitride semiconductor light emitting device in which a p-side electrode and an n-side electrode are connected by a protective film having nonlinear resistance characteristics such as zinc oxide, and a voltage equal to or higher than a certain threshold value. Is applied between the electrodes so that a current flows through the protective film.
従来のESD対策は、主にVCSELの後工程またはパッケージ化されたVCSELに講じられており、製造プロセス中のウエハに対する対策は殆んどされていなかった。製造中にウエハがESDにより損傷を受けると、それによって半導体層に結晶欠陥が生じ、出力特性が劣化したり、素子寿命が短くなることがあった。特に、シングルモードレーザにおいて、それが顕著な問題であった。上記特許文献1や特許文献2は、ESDの耐圧を向上させるものであるが、上記したような製造工程中のウエハをESD等から効果的に保護するものではない。 Conventional ESD countermeasures are mainly taken in the post-process of VCSELs or packaged VCSELs, and few countermeasures have been taken for wafers during the manufacturing process. When the wafer is damaged by ESD during manufacturing, crystal defects are generated in the semiconductor layer, thereby deteriorating the output characteristics and shortening the device life. This is a significant problem particularly in a single mode laser. Although Patent Document 1 and Patent Document 2 improve the ESD withstand voltage, they do not effectively protect the wafer in the manufacturing process as described above from ESD or the like.
本発明は、上記従来技術の課題を解決し、製造中の基板またはウエハをESD等から保護することができる面発光型半導体レーザ装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art and provide a surface-emitting type semiconductor laser device capable of protecting a substrate or wafer being manufactured from ESD or the like and a method for manufacturing the same.
本発明に係る面発光型半導体レーザ装置は、基板上に、少なくとも第1導電型の第1の半導体多層膜(半導体ミラー層)、活性層、第2導電型の第2の半導体多層膜(半導体ミラー層)、および第2導電型の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構造とパッド形成領域とが前記半導体層に形成された第1の溝によって実質的に分離されている。そして、ポスト構造のコンタクト層に電気的に接続されたコンタクト電極と、パッド形成領域に設けられ、コンタクト電極と電気的に接続される電極パッドと、パッド形成領域に設けられ、前記電極パッドから電気的に分離された導電部とを含み、導電部は、パッド形成領域の第2導電型のコンタクト層と電気的に接続される導電層を有し、当該導電層は、ポスト構造に形成されたコンタクト電極の露出面積よりも大きな露出面積を有している。 A surface-emitting type semiconductor laser device according to the present invention includes at least a first conductivity type first semiconductor multilayer film (semiconductor mirror layer), an active layer, and a second conductivity type second semiconductor multilayer film (semiconductor) on a substrate. A mirror layer) and a semiconductor layer including a second conductivity type contact layer are stacked, and a post structure for emitting laser light and a pad formation region are substantially separated by a first groove formed in the semiconductor layer. ing. Then, a contact electrode electrically connected to the contact layer of the post structure, an electrode pad provided in the pad formation region, electrically connected to the contact electrode, provided in the pad formation region, and electrically connected from the electrode pad The conductive portion includes a conductive layer electrically connected to the contact layer of the second conductivity type in the pad formation region, and the conductive layer is formed in a post structure. The exposed area is larger than the exposed area of the contact electrode.
好ましくは、導電部は、半導体層に形成された第2の溝によって囲まれ、当該第2の溝は、コンタクト層から少なくとも第1の半導体多層膜に至る深さを有する。もしくは、電流狭窄部を有する半導体層においては、第2の溝は、コンタクト層から少なくとも電流狭窄部に至る深さを有する。また、第2の溝は、第1の溝と同時に形成することができる。基板は、好ましくはn型の半導体基板である。ここでいう「露出面積」とは、面発光型半導体レーザ装置の最終形態において露出されていることを意味するのではなく、製造工程中において露出された状態に置かれたときの面積である。 Preferably, the conductive portion is surrounded by a second groove formed in the semiconductor layer, and the second groove has a depth from the contact layer to at least the first semiconductor multilayer film. Alternatively, in the semiconductor layer having the current confinement portion, the second groove has a depth from the contact layer to at least the current confinement portion. Further, the second groove can be formed simultaneously with the first groove. The substrate is preferably an n-type semiconductor substrate. The “exposed area” here does not mean that it is exposed in the final form of the surface emitting semiconductor laser device, but is an area when it is left exposed in the manufacturing process.
第1の溝形成前に、露出面積の大きい導電層をコンタクト層上に形成することにより、製造工程中に発生する静電気を導電層によって捕獲し、その放電電流をコンタクト層から第1の半導体多層膜または基板へ流すことができる。これにより、コンタクト電極が形成されたポスト構造(またはレーザ素子部)以外へのバイパス経路が生成され、レーザ素子部の結晶欠陥の発生を抑制し、素子寿命を長くすることができる。 By forming a conductive layer with a large exposed area on the contact layer before forming the first groove, static electricity generated during the manufacturing process is captured by the conductive layer, and the discharge current is transferred from the contact layer to the first semiconductor multilayer. It can flow to a film or substrate. Thereby, a bypass path to other than the post structure (or the laser element portion) in which the contact electrode is formed is generated, the generation of crystal defects in the laser element portion can be suppressed, and the device life can be extended.
さらに本発明に係る面発光型半導体レーザ装置の製造方法は、基板上に、少なくとも第1導電型の第1の半導体多層膜、活性層、第2導電型の第2の半導体多層膜、および第2導電型のコンタクト層を含む半導体層を積層するステップと、コンタクト層上に、コンタクト電極および導電層を形成するステップと、半導体層をエッチングし、コンタクト電極を取り囲む第1の溝と導電層を取り囲む第2の溝を半導体層に形成するステップと、第1の溝および第2の溝を含む半導体層上に絶縁膜を形成するステップと、コンタクト電極および導電層が露出するように前記絶縁膜に開口を形成するステップと、前記開口を介してコンタクト電極に接続される電極パッドを絶縁膜上に形成するステップとを有する。 Furthermore, the method of manufacturing the surface-emitting type semiconductor laser device according to the present invention includes at least a first conductivity type first semiconductor multilayer film, an active layer, a second conductivity type second semiconductor multilayer film, A step of laminating a semiconductor layer including a contact layer of two conductivity type, a step of forming a contact electrode and a conductive layer on the contact layer, a first groove and a conductive layer surrounding the contact electrode by etching the semiconductor layer Forming an enclosing second groove in the semiconductor layer; forming an insulating film on the semiconductor layer including the first groove and the second groove; and the insulating film so that the contact electrode and the conductive layer are exposed. And forming an electrode pad connected to the contact electrode through the opening on the insulating film.
本発明によれば、ポスト構造から分離されたパッド形成領域上にコンタクト電極の露出面積よりも大きな露出面積をもつ導電層を形成するようにしたので、製造工程中に発生した静電気等の大電流が導電部を通じて流れ易くなり、その結果、レーザ光の発光部であるポスト構造の内部をESD等から保護することができる。 According to the present invention, since the conductive layer having an exposed area larger than the exposed area of the contact electrode is formed on the pad forming region separated from the post structure, a large current such as static electricity generated during the manufacturing process is formed. Can easily flow through the conductive portion, and as a result, the inside of the post structure, which is the laser light emitting portion, can be protected from ESD or the like.
以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して説明する。本発明に係る面発光型半導体レーザは、好ましくは選択酸化型のメサを有するVCSELによって構成される。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. The surface emitting semiconductor laser according to the present invention is preferably constituted by a VCSEL having a selective oxidation type mesa.
図1は、本発明の実施例に係るVCSELの模式的な平面図、図1(b)はそのA−A線断面矢視図である。本実施例に係るVCSELは、n型のGaAs基板100の裏面にn側下部電極102が形成され、基板の上面に、n型の下部DBR(Distributed Bragg Reflector:分布ブラック型反射鏡)104、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106、p型の上部DBR108、及びp型のGaAsコンタクト層110を順次積層して構成される。上部DBR108の最下層には、電流狭窄部として機能するAlAs層が含まれている。
FIG. 1 is a schematic plan view of a VCSEL according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA. In the VCSEL according to this embodiment, an n-side
基板上に積層された半導体層の一部をエッチングすることで環状またはリング状の溝114が形成されている。溝114は、円柱状のポスト構造Pを規定するとともに、ポスト構造Pから隔てられたパッド形成領域Qを規定する。さらに、パッド形成領域Q内の半導体層の一部をエッチングすることで矩形状の溝116が形成され、この溝116により導電部Rが規定されている。溝114と溝116は、コンタクト層110から下部DBR104の一部に到達する深さを有し、それぞれ同時に形成される。導電部Rは、後述するように、VCSELの製造工程中にウエハ上のポスト構造PをESDから保護するものである。
An annular or ring-
ポスト構造Pは、レーザ光を出射するための発光部として機能する。ポスト構造Pの頂部において、コンタクト層110上に環状またはリング状のコンタクト電極120(図1(b)の断面図において黒色で塗られた領域)が形成され、コンタクト電極120は、コンタクト層120とオーミック接続されている。コンタクト電極120の出射開口により露出されたコンタクト層120は、好ましくは保護膜によって覆われる。ポスト構造Pを覆うように層間絶縁膜122が形成され、層間絶縁膜122には、コンタクト電極120を露出させるためのコンタクトホール124が形成されている。そして、コンタクトホール124を介してp側上部電極126が形成され、p側上部電極126がコンタクト電極120に接続されている。さらにp側上部電極126の中央には、円形状の開口128が形成されている。p側上部電極126は、コンタクト電極120を介して、レーザ発振に必要な電流をポスト構造P内の活性層106に供給する。
The post structure P functions as a light emitting unit for emitting laser light. At the top of the post structure P, an annular or ring-shaped contact electrode 120 (a region painted in black in the cross-sectional view of FIG. 1B) is formed on the
パッド形成領域Qには、円形状の電極パッド130(図1(a)の平面図においてハッチングで表示)が形成されている。電極パッド130は、層間絶縁膜122上に形成され、これによってコンタクト層110と電気的に絶縁されている。電極パッド130は、引き出し配線132を介してp側上部電極126に接続されている。
In the pad formation region Q, circular electrode pads 130 (shown by hatching in the plan view of FIG. 1A) are formed. The
さらにパッド形成領域Q内において、電極パッド130から離れた位置に導電部Rが形成されている。導電部Rは、矩形状の溝116によって囲まれ、ポスト構造Pおよびパッド形成領域Qから分離されている。導電部Rは、コンタクト層110上に形成された金属層140を含み、金属層140は、p型コンタクト層110に電気的に接続される。これにより、導電部Rは、金属層140からn型基板100に至るまでpin接合を含む電流経路を提供している。この電流経路は、コンタクト電極120からpin接合を介してn型基板100に至る電流経路をバイパスするものであり、製造工程中に発生した静電放電の大電流を金属層140から基板100へ流させる。
Further, in the pad forming region Q, a conductive portion R is formed at a position away from the
導電部Rにおける静電電流の捕獲を促進させるため、好ましくは、金属層140の露出面積をコンタクト電極120の露出面積よりも大きくする。露出とは、製造工程中において金属層140および/またはコンタクト電極120が露出されることを意味する。さらに、製造工程中にウエハをESDから保護するため、金属層140をできるだけ初期の段階で形成しバイパス経路を提供しておくことが望ましい。好ましくは、基板上に半導体層を積層した直後に、コンタクト電極120および金属層140を形成する。金属層140は、コンタクト電極120と同時に形成されても良いし、コンタクト電極120の形成後に連続して形成されるようにしてもよい。
In order to promote capture of electrostatic current in the conductive portion R, the exposed area of the
さらに本実施例では、導電部Rの金属層140は、識別記号または識別コードに加工され、VCSELチップを識別するための表示機能を併せ持つ。図1の例では、金属層140から「AW01」のパターンが除去され、それ以外が金属層(ハッチングで表示)となっている。金属層140により露出されたコンタクト層の部分は、好ましくは絶縁保護膜によって保護されている。
Further, in this embodiment, the
次に、上記した導電部の構成について、種々の変形例について説明する。なお、導電部の構成を除き、他の構成は上記実施例とほぼ同様である。図2(a)に示すVCSELは、導電部R1をチップの識別表示150と異なる位置に形成している。ポストPと近接する位置に、コンタクト層110から下部DBRの一部に至る環状の溝160が形成され、この溝160によって円柱状の導電部R1が規定されている。導電部R1の表面には、円形状の金属層162が形成され、金属層162がコンタクト層110に電気的に接続され、基板100までの電流経路を提供している。金属層162の露出面積は、ポスト構造Pの頂部のコンタクト電極120の露出面積よりも大きい。
Next, various modifications of the above-described configuration of the conductive portion will be described. Except for the configuration of the conductive portion, the other configurations are almost the same as in the above embodiment. In the VCSEL shown in FIG. 2A, the conductive portion R1 is formed at a position different from the
図2(b)に示すVCSELは、図1に示した金属層140のパターンを反転させている。すなわち、導電部R2は、「AW01」の金属パターン164を有している。金属パターン164のない領域は、好ましくは保護膜によって覆われる。金属パターン164の露出面積は、コンタクト電極120よりも大きい。図2(c)に示すVCSELは、半導体層に形成される溝166を環状の楕円とし、コーナー部に丸みを持たせている。このため、溝166によって囲まれた導電部R3の端部に曲面が形成され、端部が割れ難くなっている。第1の実施例と同様に、識別記号を取り除いた金属層168が形成されている。図2(d)に示すVCSELは、半導体層に複数のリング状の溝170を形成することにより複数(7つ)の導電部R4を形成している。各導電部R4の表面には、円形状の金属層172が形成され、基板に至る複数の電流経路が提供されている。すべての金属層172の露出される面積は、ポスト構造Pのコンタクト電極120の露出される面積よりも大きい。
In the VCSEL shown in FIG. 2B, the pattern of the
図3(a)に示すVCSELは、半導体層に形成される溝174が連続したリング状ではなく、その一部が不連続になったC字型の溝である。この溝によって規定された導電部R5のコンタクト層表面に円形状の金属層176が形成されている。図3(b)に示すVCSELは、ポスト構造Pを取り囲むようにC字型の溝178が形成されている。C字型の溝178は、ポスト構造Pを規定する溝116と同心円状にあり、その溝116、178間の領域が導電部R6として規定され、そこにC字型状の金属層180が形成されている。図3(c)に示すVCSELは、ポスト構造Pおよび電極パッド130を取り囲むように溝182が形成され、かつ、ウエハから個々のVCSELチップを切断するときのダイシング領域に矩形状の外縁溝184が形成されている。溝182と外縁溝184との間の領域が導電部R7として規定される。導電部R7には、矩形状の金属層186が形成され、識別記号の部分の金属層が取り除かれている。
The VCSEL shown in FIG. 3A is not a ring shape in which the
次に、本実施例のVCSELの製造方法について図4ないし図6を参照して説明する。先ず、図4(a)に示すように、有機金属気相成長(MOCVD)法により、n型GaAs基板100上に順に、Siキャリア濃度1×1018cm-3、膜厚0.2μm程度のn型GaAsバッファ層、キャリア濃度1×1018cm-3、総膜厚約4μm、それぞれの膜厚が媒質内波長の1/4となるAl0.9Ga0.1AsとAl0.12Ga0.88Asからなる40.5周期の下部n型DBR104、アンドープ下部Al0.6Ga0.4Asスぺーサー層とアンドープ量子井戸活性層(膜厚70nmGaAs量子井戸層3層と膜厚50nmAl0.3Ga0.7As障壁層4層とで構成されている)とアンドープ上部Al0.6Ga0.4Asスぺーサー層とで構成された膜厚が媒質内波長となる活性層106、炭素キャリア濃度が1×1018cm-3、総膜厚が約3μm、それぞれの膜厚が媒質内波長の1/4となるAl0.9Ga0.1AsとAl0.12Ga0.88Asからなる30周期の上部p型DBR108、キャリア濃度1×1019cm-3、膜厚20nmのp型のGaAsコンタクト層110を順次積層する。なお、図4(a)では、便宜上、基板100とコンタクト層110のみを番号で示している。
Next, a manufacturing method of the VCSEL of this embodiment will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 4A, an Si carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 and a film thickness of about 0.2 μm are sequentially formed on the n-
上部DBR108の最下層には、電流狭窄層として機能するp型のAlAs層が含まれている。また、DBRの電気的抵抗を下げるために、Al0.9Ga0.1AsとAl0.12Ga0.88Asの界面にAl組成を90%から30%に段階的に変化させた膜厚が20nm程度の領域を設けることも可能である。
The lowermost layer of the
積層された半導体層の最上層であるコンタクト層110上に、フォトリソ工程によりレジストパターン(図示省略)を形成する。レジストパターンは、後に形成されるポスト構造のコンタクト電極120および導電部Rの金属層140の位置に対応する。次に、レジストパターンを含む半導体層上に金(Au)とチタン(Ti)を着膜し、リフトオフ工程によりレジストパターンを剥離する。レジストパターン上の金/チタンはレジストと一緒に除去され、コンタクト層110上に、環状のコンタクト電極120と金属層140のパターンが残る。金属層140は、識別記号に加工されている。なお、コンタクト電極120と金属層140は、必ずしも同時に形成されなくてもよく、いずれか一方を先に形成するようにしもよい。
A resist pattern (not shown) is formed on the
次に、コンタクト電極120の出射開口を保護する保護膜を形成する。図4(b)に示すように、基板全面にSiONを着膜し、次に、フォトリソ工程によりレジストパターンを形成する。レジストパターンをエッチングマスクに用い、SiON膜をエッチングする。これにより、コンタクト電極120の出射開口によって露出されたコンタクト層110をSiON膜121により覆い、かつ、金属層140によって露出されたコンタクト層110をSiON膜121により覆う。
Next, a protective film that protects the emission opening of the
次に、マスクパターンを形成する。図4(c)に示すように、基板全面にSiNを着膜し、フォトリソ工程によりレジストパターンを形成する。このレジストパターンを用いてSiNをエッチングし、マスクパターンMを形成する。マスクパターンMは、ポスト構造Pと導電部Rに対応する領域を覆う。 Next, a mask pattern is formed. As shown in FIG. 4C, SiN is deposited on the entire surface of the substrate, and a resist pattern is formed by a photolithography process. SiN is etched using this resist pattern to form a mask pattern M. The mask pattern M covers a region corresponding to the post structure P and the conductive portion R.
次に、ポスト構造および導電部を形成する。図5(d)に示すように、反応性イオンエッチングによりマスクパターンMにより露出された半導体層をエッチングし、コンタクト層110から下部DBR104の途中まで到達する溝114、116を同時に形成する。これにより、円柱状のポスト構造Pと矩形状の導電部Rが形成される。
Next, a post structure and a conductive part are formed. As shown in FIG. 5D, the semiconductor layer exposed by the mask pattern M is etched by reactive ion etching to simultaneously form
次に、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。上部DBR108の最下層のp型AlAs層は、ポスト構造Pの側面から一定距離だけ内部へ向けて酸化される。これにより、AlAs層の外縁に酸化領域が形成され、この酸化領域によって未酸化の導電領域が取り囲まれる。未酸化の領域は電流および光を閉じ込める領域となる。
Next, for example, the substrate is exposed to a steam atmosphere at 340 ° C. for a certain period of time to perform an oxidation treatment. The lowermost p-type AlAs layer of the
次に、層間絶縁膜が形成される。図5(e)に示すよう、マスクパターンMを除去したのち、プラズマCVDにより基板全面にSiN膜122を着膜する。その後、図5(f)に示すように、フォトリソ工程を用いてSiN膜をエッチングし、ポスト構造Pの頂部に円形状のコンタクトホール124を形成し、コンタクト電極120を露出させる。同時に、導電部Rの金属層140を露出するように層間絶縁膜122に矩形状の開口124aが形成される。
Next, an interlayer insulating film is formed. As shown in FIG. 5E, after removing the mask pattern M, a
次に、電極が形成される。図6(g)に示すように、p側上部電極を形成する位置に対応するようにレジストパターンを形成し、次に、基板全面に金とチタンを積層し、リフトオフによりp側上部電極126、電極パッド130、および引き出し配線132を形成する。また、基板裏面側に、金とGeを形成し、n側下部電極を形成する。こうして、図1に示すVCSELを得ることができる。
Next, an electrode is formed. As shown in FIG. 6G, a resist pattern is formed so as to correspond to the position where the p-side upper electrode is formed, and then gold and titanium are stacked on the entire surface of the substrate, and the p-side
このように、基板に半導体層を積層した直後に、コンタクト電極120および金属層140を形成したことにより、製造工程中に発生した静電気を金属層140によって捕獲し、この放電電流を基板へ流すようにしたので、レーザ素子部であるポスト構造の内部の素子をESDから保護することができる。
As described above, the
図7は、VCSEL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。パッケージ300では、金属ステム330上のサブマウント320上に、VCSELアレイが形成されたチップ310が固定されている。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102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側電極126(電極パッド130)にボンディングワイヤ等を介して電気的に接続される。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an example of a package (module) of a semiconductor laser device on which a VCSEL chip is mounted. In the
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、コンタクト電極120の出射開口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。
A
図8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の光軸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。
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of still another package, and is preferably used in a spatial transmission system described later. In the
図9は、図8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。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration when the package or module shown in FIG. 8 is applied to an optical transmitter. The optical transmission device 400 includes a cylindrical housing 410 fixed to the
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。
An end of the housing 410 is fixed to a
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。
The laser light emitted from the surface of the
図10は、図8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。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration when the package shown in FIG. 8 is used in a spatial transmission system. The spatial transmission system 500 includes a
図11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。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of an optical transmission system using a VCSEL as a light source. The optical transmission system 600 receives a
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12は、光伝送装置の外観構成を示している。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。
Next, the configuration of an optical transmission device used in the optical transmission system will be described. FIG. 12 shows an external configuration of the optical transmission apparatus. The optical transmission device 700 includes a
光伝送装置700を用いた映像伝送システムを図13に示す。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。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12に示す光伝送装置を利用している。
A video transmission system using the optical transmission apparatus 700 is shown in FIG. The video transmission system 800 includes a video
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Deformation / change is possible.
上記VCSELの実施例では、電流狭窄層にAlAs層を用いたが、これに限らず、AlGaAs層を用いることもできる。さらに、上記実施例では、GaAs系の化合物半導体レーザを示したが、これ以外にも窒化ガリウム系やガリウムインジウム系を用いた半導体レーザであってもよい。 In the embodiment of the VCSEL, the AlAs layer is used as the current confinement layer. However, the present invention is not limited to this, and an AlGaAs layer can also be used. Furthermore, although the GaAs compound semiconductor laser is shown in the above embodiment, a semiconductor laser using gallium nitride or gallium indium may be used.
本発明に係る面発光型半導体レーザは、光ファイバ等を利用した光通信機器やそれを用いた光通信システム、ならびに光学的な読み書きを行う電子装置、複写機等の光源などにおいて利用することができる。 The surface-emitting type semiconductor laser according to the present invention can be used in an optical communication device using an optical fiber or the like, an optical communication system using the same, an optical device that performs optical reading and writing, a light source of a copying machine, or the like. it can.
100:n型GaAs基板 102:n側下部電極
104:n型下部DBR 106:活性層
108:p型上部DBR 110:p型GaAsコンタクト層
114:溝 116:溝
120:コンタクト電極 122:層間絶縁膜
124:コンタクトホール 126:p側上部電極
128:開口 130:電極パッド
132:引き出し配線 140:金属層
100: n-type GaAs substrate 102: n-side lower electrode 104: n-type lower DBR 106: active layer 108: p-type upper DBR 110: p-type GaAs contact layer 114: groove 116: groove 120: contact electrode 122: interlayer insulating film 124: contact hole 126: p-side upper electrode 128: opening 130: electrode pad 132: lead-out wiring 140: metal layer
Claims (22)
前記ポスト構造のコンタクト層に電気的に接続されたコンタクト電極と、
パッド形成領域に設けられ、前記コンタクト電極と電気的に接続される電極パッドと、
パッド形成領域に設けられ、前記電極パッドから電気的に分離された導電部とを含み、
前記導電部は、パッド形成領域の第2導電型のコンタクト層と電気的に接続される導電層を有し、当該導電層は、ポスト構造に形成されたコンタクト電極の露出面積よりも大きな露出面積を有する、面発光型半導体レーザ装置。 A semiconductor layer including at least a first semiconductor multilayer film of the first conductivity type, an active layer, a second semiconductor multilayer film of the second conductivity type, and a contact layer of the second conductivity type is stacked on the substrate, and laser light A surface emitting semiconductor laser device in which a post structure that emits light and a pad formation region are substantially separated by a first groove formed in the semiconductor layer,
A contact electrode electrically connected to the contact layer of the post structure;
An electrode pad provided in a pad forming region and electrically connected to the contact electrode;
A conductive portion provided in a pad forming region and electrically isolated from the electrode pad;
The conductive portion has a conductive layer electrically connected to the second conductivity type contact layer in the pad formation region, and the conductive layer has an exposed area larger than an exposed area of the contact electrode formed in the post structure. A surface emitting semiconductor laser device.
コンタクト層上に、コンタクト電極および導電層を形成するステップと、
半導体層をエッチングし、コンタクト電極を取り囲む第1の溝と導電層を取り囲む第2の溝を半導体層に形成するステップと、
第1の溝および第2の溝を含む半導体層上に絶縁膜を形成するステップと、
コンタクト電極および導電層が露出するように前記絶縁膜に開口を形成するステップと、
前記開口を介してコンタクト電極に接続される電極パッドを絶縁膜上に形成するステップと、
を有する、面発光型半導体レーザ装置の製造方法。 Laminating a semiconductor layer including at least a first conductivity type first semiconductor multilayer film, an active layer, a second conductivity type second semiconductor multilayer film, and a second conductivity type contact layer on a substrate;
Forming a contact electrode and a conductive layer on the contact layer;
Etching the semiconductor layer to form a first groove surrounding the contact electrode and a second groove surrounding the conductive layer in the semiconductor layer;
Forming an insulating film on the semiconductor layer including the first groove and the second groove;
Forming an opening in the insulating film so that the contact electrode and the conductive layer are exposed;
Forming an electrode pad connected to the contact electrode through the opening on the insulating film;
A method of manufacturing a surface-emitting type semiconductor laser device comprising:
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