JP2010192672A

JP2010192672A - 面発光レーザ

Info

Publication number: JP2010192672A
Application number: JP2009035440A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Ishikawa; 弘樹石川
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-02-18
Filing date: 2009-02-18
Publication date: 2010-09-02

Abstract

【課題】放熱性が良好で、実装が容易な面発光レーザを提供する。
【解決手段】半導体基板２上に、活性層３を有するメサ構造部４と、メサ構造部４を囲む態様の絶縁層５とを設ける。レーザ光は、メサ構造部４の形成領域の上部側から半導体基板２の基板面に垂直な方向に発する。メサ構造部４に対向する面発光レーザ１の下面側に、メサ構造部４の熱を放熱する放熱層１２を形成する。面発光レーザ１をその厚み方向に絶縁層５を通して貫通する孔部８を形成し、絶縁層５の上面に、メサ構造部４から孔部８まで、メサ構造部４のｐ型の層に導通するｐ型の電極１３を形し、電極１３を孔部８の内壁を通して面発光レーザ１の下面側まで延設する。半導体基板２の底面には面発光レーザ１の下面側に形成されたｐ型の電極１３に間隔を介してメサ構造部４のｎ型の層に導通するｎ型の電極１４を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信等に用いられる面発光レーザに関するものである。

図９には、従来提案されている面発光レーザの一例が示されている（特許文献１、参照。）。この面発光レーザ５０は、ｎ−ＧａＡｓ基板４１上に、ｎ型多層膜から成る下部反射鏡４２、ＧａＡｓ量子井戸発光構造４３、ｐ型多層膜から成る上部反射鏡４４等を下から順に設けて形成されている。なお、符号４９は、Ａｌ酸化狭窄層を示す。面発光レーザ５０の上面にはｐ型電極４５とｐ型電極の引き出し用電極４６が、下面にはｎ型電極４７がそれぞれ形成されている。また、面発光レーザ５０には、上部側に円筒形溝４８が形成されており、この溝４８に囲まれたメサポスト構造部４０から、半導体基板４１の基板面に垂直な方向にレーザ光を発する。

面発光レーザの性能を良好に保つためには、レーザ出力時に発生する熱を効率的に放熱する必要がある。そこで、特許文献１に記載されている提案は、下部反射鏡４２を形成するＡｌＧａＡｓの組成に対してＡｌの組成比を大きくすることにより下部反射鏡４の熱伝導率を向上させ、それにより、レーザ光出力時に発生する熱を、下部反射鏡４２を通して、面発光レーザ５０の実装基板側に放熱する構成としている。

特許第４０８７１５２号公報

しかしながら、下部反射鏡４２の下には、厚みが厚いｎ−ＧａＡｓ基板４１が設けられており、ｎ−ＧａＡｓ基板４１の熱伝導性は良好でないため、下部反射鏡４２の熱伝導率を向上させても、レーザ出力時の熱を十分に放熱させることはできない。また、下部反射鏡４２の組成において、Ａｌの組成比を大きくすると、酸化狭窄層４９を形成する際に、下部反射鏡４２も酸化されやすくなり、安定した構造が得られない可能性があった。

さらに、面発光レーザ５０を実装基板に実装する際には、面発光レーザ５０の上面に形成されている引き出し用電極４６をワイヤボンディング等により実装基板の導電部と導通させる必要があり、作業性や見栄えがよくないといった問題もあった。

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、レーザ光発生時の熱を効率良く放熱することができ、安定した構造で、実装基板への実装作業性や見栄えを良好にすることができる面発光レーザを提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、本発明は、半導体基板上に、活性層を有するメサ構造部と、該メサ構造部を囲む態様の絶縁層とを設けて形成され、前記メサ構造部の形成領域の上部側から前記半導体基板の基板面に垂直な方向にレーザ光を発する面発光レーザにおいて、
前記メサ構造部に対向する面発光レーザの下面側には該メサ構造部の熱を放熱する放熱層が形成され、面発光レーザをその厚み方向に前記絶縁層を通して貫通する孔部またはスリット部が一つ以上形成され、前記絶縁層の上面には、前記メサ構造部から前記孔部または前記スリット部まで前記メサ構造部のｐ型の層に導通するｐ型の電極が形成され、該電極は前記孔部または前記スリット部の内壁を通して面発光レーザの下面側まで延設されており、前記半導体基板の底面には面発光レーザの下面側に形成されたｐ型の電極に間隔を介して前記メサ構造部のｎ型の層に導通するｎ型の電極が形成されていることを特徴としている。

本発明の面発光レーザは、レーザ光を発するメサ構造部に対向する面発光レーザの下面側に、該メサ構造部の熱を放熱する放熱層を形成しているので、放熱層を介して、メサ構造部の熱を放熱することができる。また、メサ構造部を囲む態様の絶縁層を通して面発光レーザの厚み方向に貫通する孔部または前記スリット部が形成されており、絶縁層の上面には、メサ構造部から前記孔部または前記スリット部までｐ型の電極が形成され、この電極が、前記孔部または前記スリット部の内壁を通して面発光レーザの下面側まで延設されているので、このｐ型の電極を介しても、メサ構造部の熱を放熱することができる。

さらに、半導体基板の底面には前記ｐ型の電極と間隔を介してｎ型の電極が形成されているので、面発光レーザを実装基板に実装するだけで、ｐ型とｎ型の電極を、ワイヤボンディング等を用いずに、実装基板に電気的に接続することができる。したがって、本発明の面発光レーザは、レーザ光発生時の熱を効率良く放熱することができ、安定した構造で、実装基板への実装作業性や見栄えを良好にすることができる。

面発光レーザを説明するための模式的な断面図である（実施例１）。面発光レーザの平面構成を示す説明図である（実施例１）。面発光レーザの実装構造を説明するための図である（実施例１）。面発光レーザを実装する実装基板の例を説明するための図である。面発光レーザの平面構成を示す説明図である（実施例２）。面発光レーザの平面構成を示す説明図である（実施例３）。面発光レーザの平面構成を示す説明図である（実施例４）。面発光レーザの平面構成を示す説明図である（実施例５）。面発光レーザの一従来例を説明するための図である。

以下に、この発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。

図１には第１実施例の面発光レーザ１が、模式的な断面図により示されている。同図に示すように、ＧａＡｓの半導体基板２上には、下部反射鏡６が形成され、その上部中央側には、酸化狭窄層１０、活性層３、酸化狭窄層１１、上部反射鏡７が順に形成されて、メサ構造部４が形成されている。メサ構造部４を囲む態様で、絶縁層５が、下部反射鏡６の上側に形成されている。また、絶縁層５を通して、面発光レーザ１を、その厚み方向に貫通する孔部８が形成されている。孔部８の内壁には絶縁膜１５が形成されている。孔部８は、例えばドライエッチングにより形成され、例えば図２に示すように、互いに間隔を介して５つ並設されている。

面発光レーザ１は、メサ構造部４の形成領域の上部側から、半導体基板２の基板面に垂直な方向にレーザ光を発するものであり、メサ構造部４に対向する面発光レーザ１の下面側には、メサ構造部４の熱（レーザ光出力時の熱）を放熱する放熱層１２が形成されている。放熱層１２は、面発光レーザ１の下部側に凹部９を形成することにより、半導体基板２の厚みを薄くした層である。凹部９は、異方性エッチングにより形成されており、凹部９の内壁を含む半導体基板２の底面には、メサ構造部４のｎ型の層に導通するｎ型の電極１４が形成されている。

また、前記絶縁層５の上面には、メサ構造部４のｐ型の層から孔部８まで、メサ構造部４のｐ型の層に導通する電極１３が形成されている（図２、参照）。このｐ型の電極１３は、図１に示すように、孔部８の内壁を通して面発光レーザ１の下面側まで延設されている。ｐ型の電極１３と前記ｎ型の電極１４とは、互いに間隔を介している。

本実施例は以上のように構成されており、例えば、図３（ａ）に示すように、シリコン等の実装基板２１に配置される。実装基板２１には、表面側に凸部２０と電極２３，２４とが形成されている。凸部２０は、面発光レーザ１の凹部９に対応させて、例えば異方性エッチングにより形成される。また、電極２３，２４は、面発光レーザ１のｐ型の電極１３およびｎ型の電極１４とそれぞれ導通するように、互いに間隔を介して形成される。図３（ｂ）に示すように、面発光レーザ１の凹部９と実装基板２１の凸部２０に合わせて実装することにより、高性能のダイボンダーを使用せずに、容易に実装でき、ワイヤボンディング無しで、面発光レーザ１を実装基板２１と導通させることができる。

面発光レーザ１のメサ構造部４の熱は、図１の矢印Ｈに示すように、放熱層１２側に伝わり、前記実装基板２１側に効率良く放熱されると共に、電極１３を通り、絶縁層５の表面側と孔部８に沿って面発光レーザ１の下面側まで導かれて実装基板２１側に放熱される。なお、電極１３，１４を、例えば銅、銀、金等を用いて形成すると、放熱性を向上させることができる。また、図４に示すように、実装基板２１に形成する電極２４の厚みを厚くすると、さらに放熱性を向上させることができる。

次に、第２実施例の面発光レーザ１について説明する。第２実施例は、前記第１実施例とほぼ同様に構成されており、第２実施例が前記第１実施例と異なる特徴的なことは、電極１３の形成パターンを、図５に示す構成としたことである。

次に、第３実施例の面発光レーザ１について説明する。第３実施例は、前記第２実施例とほぼ同様に構成されており、第３実施例が前記第２実施例と異なる特徴的なことは、孔部８の形成態様を、図６に示す構成としたことである。なお、電極１３は、中央寄りの孔部８ａの内壁と端部寄りの孔部８ｂの内壁の両方を通して、面発光レーザ１の下面側まで延設されている。

次に、第４実施例の面発光レーザ１について説明する。第４実施例は、前記第１実施例とほぼ同様に構成されており、第４実施例が前記第１実施例と異なる特徴的なことは、図７に示すように、第１実施例に設けた孔部８の代わりに、面発光レーザ１を、絶縁層５を通して厚み方向に貫通するスリット部１８を設けたことである。電極１３はスリット部１８の内壁を通して、面発光レーザ１の下面側まで延設されている。

次に、第５実施例の面発光レーザ１について説明する。第５実施例は、前記第４実施例とほぼ同様に構成されており、第５実施例では、図８に示すように電極１３の形状を形成している。

なお、本発明は、前記実施例の形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、面発光レーザ１に形成する孔部８やスリット部１８の形状や個数、大きさ等の形態は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものである。

また、孔部８やスリット部１８内に、銅、銀、金等の導電部材を充填してもよい。

さらに、半導体基板２は、ＧａＡｓとするとは限らず、本発明の面発光レーザを形成する材質は、レーザ光の波長に対応させる等して適宜設定されるものである。

本発明の面発光レーザは、放熱性が良好で、実装基板への実装も容易であるので、使用温度範囲が広い環境や高出力を必要とする環境に適用できる。

１面発光レーザ
２半導体基板
３活性層
４メサ構造部
５絶縁層
６下部反射鏡
７上部反射鏡
８孔部
９凹部
１２放熱層
１３ｐ型の電極
１４ｎ型の電極
１８スリット部

Claims

半導体基板上に、活性層を有するメサ構造部と、該メサ構造部を囲む態様の絶縁層とを設けて形成され、前記メサ構造部の形成領域の上部側から前記半導体基板の基板面に垂直な方向にレーザ光を発する面発光レーザにおいて、
前記メサ構造部に対向する面発光レーザの下面側には該メサ構造部の熱を放熱する放熱層が形成され、面発光レーザをその厚み方向に前記絶縁層を通して貫通する孔部またはスリット部が一つ以上形成され、前記絶縁層の上面には、前記メサ構造部から前記孔部または前記スリット部まで前記メサ構造部のｐ型の層に導通するｐ型の電極が形成され、該電極は前記孔部または前記スリット部の内壁を通して面発光レーザの下面側まで延設されており、前記半導体基板の底面には面発光レーザの下面側に形成されたｐ型の電極に間隔を介して前記メサ構造部のｎ型の層に導通するｎ型の電極が形成されていることを特徴とする面発光レーザ。