JP3238979B2 - 面発光レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents

面発光レーザ装置及びその製造方法

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JP3238979B2
JP3238979B2 JP08217593A JP8217593A JP3238979B2 JP 3238979 B2 JP3238979 B2 JP 3238979B2 JP 08217593 A JP08217593 A JP 08217593A JP 8217593 A JP8217593 A JP 8217593A JP 3238979 B2 JP3238979 B2 JP 3238979B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光情報処理システムに
おいて用いられる面発光レーザ装置及びその製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】近未来の高度情報化社会に、光情報処理
システムの出現が予想されている。光情報処理システム
は、光の高速性と空間中の並列伝搬性とを最大限に利用
したシステムであり、このシステムを実現するための装
置として面発光レーザ装置が挙げられている。
【0003】以下に、従来の面発光レーザ素子の構造を
説明する。図20は、従来の埋め込み型の面発光レーザ
素子の構造を示す模式的断面図である。この面発光レー
ザ装置は、MOCVD法(有機金属気相成長法)により
n型GaAsの基板91上にn型の半導体多層膜92, n型
のクラッド層93、p型の活性層94,p型のクラッド層95
及びp型のキャップ層96がこの順に積層されてダブルヘ
テロ構造が構成されており、これらを埋め込む様態にて
クラッド層93上にp型の電流ブロック層97aが、その上
にn型の電流ブロック層97bが積層され、キャップ層96
及び電流ブロック層97b上にp型の電流拡がり層98a が
積層されている。電流拡がり層98a 上にコンタクト層98
b が積層され、コンタクト層98b 上の中央部分には多層
膜99が形成されている。そして、多層膜99を囲む様態に
てコンタクト層98b 上にp型オーミック電極961 が形成
され、基板1の下面にはn型オーミック電極962 が形成
されている。
【0004】また本願出願人は、1991, 応用物理学会予
稿集, 11p-ZM-1に、セルフアライン型の面発光レーザ装
置を掲載している。これは、n型GaAsの基板上にn
型の半導体多層膜、p型GaAsの活性層が積層されて
おり、活性層上に積層したn型ブロック層の中央部分を
除去し、p型平坦層を LPE再成長させた内部電流狭窄構
造のものである。
【0005】また、本願出願人は特開昭63─157489号公
報にて、選択的メルトバック法を用いてセルフアライン
型の面発光レーザ装置を製造する方法を提案している。
この面発光レーザ装置は、p型GaAsの基板上に中央
部分にメサ部を設けたメサ部形成層が積層され、メサ部
を囲む様態にて電流ブロック層が積層されて、前記メサ
部がメルトバックにより除去される。ここに第1クラッ
ド層を成長させ、第1クラッド層上に活性層、その上に
第2クラッド層が積層されており、活性層の下層側に電
流ブロック層を設けた内部電流狭窄構造となっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような面発光レー
ザ素子は、基板表面とエピタキシャル成長層面との間で
共振器を形成し、活性層に電流が狭窄されて、面方向に
光を出射する構造となっている。この面発光レーザ素子
を2次元的に配設し、各素子の活性領域を電気的に分離
することにより、2次元レーザアレイの面発光レーザ装
置が形成される。図21はこの面発光レーザ装置の模式
的斜視図であり、電源駆動により各素子L 1 , L1 …が
独立的に発光する。
【0007】このような面発光レーザ装置は、レーザ素
子の2次元アレイ化、又はレーザ素子と周辺電子回路と
の集積化が可能であることと共に、レーザ素子からの出
射光が単一波長性に優れている。これらのことから、面
発光レーザ装置の光情報処理システムへの応用が期待さ
れ、このために、面発光レーザ装置には、光の入射によ
り発光し、入射光がその発光を制御する機能が要求され
ている。
【0008】本発明は、かかる技術的背景の基になされ
たものであり、面発光レーザ素子に受光導電素子を設
け、受光導電素子への光の入射により面発光レーザ素子
から光を出力する面発光レーザ装置を提供することを目
的とし、また、このような面発光レーザ装置を2次元的
に配設して複数の面発光レーザ素子を発光させ、さらに
受光導電素子に波長フィルタを設けることにより、特定
のレーザ素子を発光させる面発光レーザ装置及びその製
造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】第1発明に係る面発光レ
ーザ装置は、電極に電圧を印加して、活性層に電流を注
入し発光する面発光レーザ素子で構成される面発光レー
ザ装置において、光の入射により前記活性層に電流を流
す受光導電素子を、前記面発光レーザ素子の電極が前記
受光導電素子の電極となるように備え、光波長選択性を
有する波長フィルタを、前記受光導電素子に設け、前記
波長フィルタを備えた基板を前記受光導電素子に設けた
ことを特徴とする。
【0010】第2発明に係る面発光レーザ装置は、電極
に電圧を印加して、活性層に電流を注入し発光する面発
光レーザ素子の複数を2次元的に配設した面発光レーザ
装置において、光の入射により前記活性層に電流を流す
複数の受光導電素子を、前記面発光レーザ素子夫々の電
極が前記受光導電素子の電極となるように備え、光波長
選択性を有する波長フィルタを、前記受光導電素子に設
け、前記波長フィルタを備えた基板を前記受光導電素子
に設けたことを特徴とする。
【0011】第3発明に係る面発光レーザ装置は、第1
又は第2発明において、前記受光導電素子を備えた基板
に前記面発光レーザ素子を設けてあることを特徴とす
る。
【0012】第4発明に係る面発光レーザ装置は、第2
発明において、前記複数の受光導電素子の対をなす電極
のうち、少なくとも一側の電極が共通であることを特徴
とする。
【0013】第5発明に係る面発光レーザ装置は、電極
に電圧を印加して、活性層に電流を注入し発光する面発
光レーザ素子の複数を2次元的に配設した面発光レーザ
装置において、光の入射により前記活性層に電流を流す
複数の受光導電素子を、前記面発光レーザ素子夫々の電
極が前記受光導電素子の電極となるように備え、前記複
数の受光導電素子に、夫々異なる光波長選択性を有する
波長フィルタを備えることを特徴とする。
【0014】第6発明に係る面発光レーザ装置は、前記
複数の受光導電素子の対をなす電極のうち、少なくとも
一側の電極が共通であることを特徴とする
【0015】第7発明に係る面発光レーザ装置の製造方
法は、電極に電圧を印加して、活性層に電流を注入し発
光する面発光レーザ素子を形成する過程と、受光導電素
子を、その電極が前記面発光レーザ素子の電極となるよ
うに形成する過程と、波長フィルタを備える基板を形成
する過程と、前記受光導電素子に波長フィルタを対応さ
せて前記基板を受光導電素子に設ける過程とを有するこ
とを特徴とする。
【0016】
【作用】本発明の面発光レーザ装置及びその製造方法で
は、受光導電素子が光の入射により電流を面発光レーザ
素子の活性層に流し、これにより面発光レーザ素子から
発光するので、受光導電素子へ入射する光に応じて光を
出力することができる。また、受光導電素子を設けた面
発光レーザ素子の複数を2次元的に配設することによ
り、複数の光を出力させ、さらに受光導電素子に波長選
択性を有する波長フィルタを設け、これを透過して入射
した光の波長情報を、発光パターンの情報に変換するこ
とができる。
【0017】また、Si基板のようなサブマウント基板
上に受光導電素子を形成し、この基板上に別工程にて形
成された面発光レーザ素子を形成して、面発光レーザ素
子の電極と受光導電素子の電極とを接続することによ
り、製造が容易になる。さらに、ガラスのような光を透
過する基板上に波長フィルタを別工程で形成し、この基
板を受光導電素子に設けることにより、さらに製造が容
易になる。
【0018】
【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
き具体的に説明する。図1は、第1発明の面発光レーザ
装置の構造を示す模式的断面図である。この面発光レー
ザ装置は、n−GaAsの基板1上にGa0.9 Al0.1
As/AlAsの25ペアで形成されたn型多層膜2が積
層され、その上にn−Ga0.6 Al0. 4 Asのクラッド
層3が積層されている。クラッド層3上にはp−GaA
sの活性層4,p−Ga0.6 Al0.4 Asのクラッド層
5及びp−Ga0.9 Al0.1 Asのキャップ層6がこの
順に形成され、これらを埋め込む様態にてクラッド層3
上にp−GaAsの電流ブロック層7aが、その上には
n−GaAsの電流ブロック層7bが積層されている。
そして、前記キャップ層6及び電流ブロック層7bの表
面には、p−Ga0.6 Al0.4 Asの平坦化層8aが、
その上にはp−Ga0.9 Al0.1 Asの平坦化層8bが
積層されている。
【0019】そして、前記活性層4上層の前記平坦化層
8b上には、SiO2 /TiO2 の4ペアで形成された
多層膜13が形成され、これと適長離隔した前記平坦化層
8b上の位置には、p−GaAsのコレクタ9,n−G
aAsのベース10及びp−GaAsのエミッタ11がこの
順に積層されており、エミッタ11上の中央部分にはSi
2 /TiO2 の27層で構成された波長フィルタ14が形
成され、波長フィルタ14を囲む様態にてエミッタ11上に
p−GaAsのコンタクト層12が積層されている。この
コレクタ9, ベース10,エミッタ11及びコンタクト層12
により、前記受光導電素子である光トランジスタTが構
成されている。そして、光トランジスタT側面で前記多
層膜13の反対側と、平坦化層8b上で光トランジスタT
を挟んで前記多層膜13の反対側との位置にSiO2 層15
が形成されている。そして、SiO2 層15及びコンタク
ト層12上にp型電極161 が形成され、基板1の下側には
n型電極162 が形成されている。
【0020】この面発光レーザの各層の成分組成,膜厚
及びキャリア濃度の具体的な数値例を以下に示す。 n型多層膜2…Ga0.9 Al0.1 As,0.0627μm,1.
0 ×1018cm-3/AlAs,0.0745μm,1.0 ×1018cm-3 クラッド層3…n−Ga0.6 Al0.4 As, 0.5μm,
1.0 ×1018cm-3 活性層4…p−GaAs, 1.0μm,4.0 ×1017cm-3 クラッド層5…p−Ga0.6 Al0.4 As, 0.5μm,
1.0 ×1018cm-3 キャップ層6…p−Ga0.9 Al0.1 As, 0.3μm,
1.0 ×1018cm-3 電流ブロック層7a…p−GaAs, 0.8μm,1.0 ×
1018cm-3 電流ブロック層7b…n−GaAs, 0.8μm,2.0 ×
1018cm-3 平坦化層8a…p−Ga0.6 Al0.4 As, 3.0μm,
1.0 ×1018cm-3 平坦化層8b…p−Ga0.9 Al0.1 As, 0.5μm,
3.0 ×1018cm-3 コレクタ9…p−GaAs, 0.2μm,5.0 ×1016cm-3 ベース10…及n−GaAs, 0.2μm,1.0 ×1018cm-3 エミッタ11…p−GaAs, 0.3μm,1.0 ×1017cm-3 コンタクト層12…p−GaAs, 0.2μm,1.0 ×1018
cm-3
【0021】このような面発光レーザ装置を形成する過
程を以下に説明する。図2〜図5は、第1発明の面発光
レーザ装置の作成段階における構造を示す模式的断面図
である。まず、n−GaAsの基板1上に、MOCVD
法(有機金属気相法)により、0.0627μmのGa0.9
0.1 As/0.0745μmのAlAsの25ペアで形成され
たn型多層膜2、n−Ga0.6 Al0.4 Asからなる
0.5μmのクラッド層3、p−GaAsからなる 1.0μ
mの活性層4、p−Ga0.6 Al0.4 Asからなる 0.5
μmのクラッド層5、p−Ga0.9 Al0.1 Asからな
る 0.3μmのキャップ層6及びGaAlAs層m1 をこ
の順に積層する。そして、図2に示すように、硫酸系エ
ッチャントを用いて活性層4のクラッド層3に達しない
深さまでウェットエッチングを行い、素子の中央より端
部側にメサ部を形成する。
【0022】次いで、図3に示すように、メルトバック
によりメサ部の周囲に残存する活性層4を除去してクラ
ッド層3を露出させ、このクラッド層3上にLPE法
(液相エピタキシャル成長法)により、GaAlAs層
1 をマスクとしてメサ部を埋め込む様態にてp−Ga
Asからなる 0.8μmの電流ブロック層7a、その上に
n−GaAsからなる 0.8μmの電流ブロック層7bを
成長させる。
【0023】そして、GaAlAs層m1 を除去し、前
記キャップ層6及び電流ブロック層7bの表面に、p−
Ga0.6 Al0.4 Asからなる 3.0μmの平坦化層8
a、p−Ga0.9 Al0.1 Asからなる 0.5μmの平坦
化層8b、p−GaAsからなる 0.2μmのコレクタ層
9,n−GaAsからなる 0.2μmのベース層10,p−
GaAsからなる 0.3μmのエミッタ層11及びp−Ga
Asからなる 0.2μmのコンタクト層12をこの順に積層
する。図4に示すように、まず、硫酸系エッチャントを
用いて平坦化層8b表面までのウェットエッチングを行
い、活性層4に対応する位置から適長離隔した位置に光
トランジスタTを形成する。次に、エミッタ層11表面ま
でのウェットエッチングを行い、コンタクト層12の略中
央部分を除去する。
【0024】そして、図5に示すように、活性層4に対
応する前記平坦化層8b上の位置に、 0.152μmのSi
2 / 0.096μmのTiO2 の4ペアからなる多層膜13
を形成し、光トランジスタTの露出したエミッタ層11上
に、波長フィルタ14を形成する。波長フィルタ14は、13
70ÅのSiO2 (L)及び 830ÅのTiO2 (H)の27
層が、例えば、HLH・2L(HL)4 H・4L・H
(LH)4 ・2L・HLHの順で積層されて構成され
る。図6は、このような構成の波長フィルタ14の光の波
長に対する透過特性を示すグラフである。横軸は光の波
長を、縦軸は透過率を表している。波長フィルタ14は、
図6に示すように、波長780nm の光を選択的に透過させ
る。
【0025】次に、図1に示すように、SiO2 膜15を
平坦化層8b上で光トランジスタTを挟んで多層膜13と
反対側の位置と、光トランジスタT側面で多層膜13と反
対側との位置に形成し、SiO2 膜15上及びコンタクト
層12上にp型電極161 を形成する。そして、基板1の下
側にn型電極162 を形成する。
【0026】以上の如き面発光レーザ装置は、電極1
61 ,162 間に所定の電圧が印加され、外部からの光が
前記波長フィルタ14に入射して、光トランジスタTから
活性層4へ電流が流れた場合に、前記多層膜13から発光
する。このとき、波長780nm の光が光トランジスタTを
照射し、この光が、波長780nm で透過率が高い波長フィ
ルタ14を透過して入射した場合のみ光トランジスタTが
作動し、多層膜13から発光するようになっている。
【0027】次に、本発明の第2実施例をこれを示す図
面に基づいて具体的に説明する。図7は、第2実施例の
面発光レーザ装置の構造を示す模式的平面図である。図
中Laは上述した面発光レーザ装置であり、780nm 波長
選択の波長フィルタ14aを備えた光トランジスタTa及
び多層膜13a を含み、多層膜13a から光を出射させる構
造のレーザ素子で構成されている。面発光レーザ装置L
b,Lc及びLdは、夫々815nm,850nm 及び885nm 波長
選択の波長フィルタ14b,14c 及び14d を設け、夫々の電
極17a,17b,17c,17dを有する光トランジスタT
b,Tc及びTd、並びに多層膜13b,13c 及び13d を備
えており、基板1の下面には面発光レーザ装置La,L
b,Lc,Ldに共用の電極を備えている。このような
2次元的に2×2で配設された面発光レーザ装置の光ト
ランジスタTa,Tb,Tc及びTdに、例えば780nm
波長の光D1 を照射した場合は、光トランジスタTaの
波長フィルタ14a だけを光D1 が透過し、多層膜13a か
らの発光だけが得られる。また、780nm の光D1 及び88
5nm 波長の光D2 を照射した場合は、光トランジスタT
a及びTdの波長フィルタ14a 及び14d を光が透過し、
多層膜13a 及び13d からの発光が得られる。このよう
に、異なる波長選択性を有する波長フィルタを備えるこ
とにより、入射した光の波長情報を発光パターンの情報
に変換することができる。
【0028】次に、第3実施例をこれを示す図面に基づ
いて具体的に説明する。図8は、第3実施例の面発光レ
ーザ装置の構造を示す模式的平面図である。光トランジ
スタTa,Tb,Tc及びTdの電極17が共通電極であ
る以外は図7と同様であり、その説明を省略する。この
ような構造の面発光レーザ装置に、例えば780nm 波長の
光D1 を照射した場合は、光トランジスタTaの波長フ
ィルタ14a だけを光D1 が透過し、多層膜13a からの発
光だけが得られる。また、885nm波長の光D2 を照射し
た場合は、光トランジスタTdの波長フィルタ14d だけ
を光D2 が透過し、多層膜13d からの発光が得られる。
さらに、780nm の光D1 及び885nm 波長の光D2 を同時
に照射した場合は、多層膜13a 及び13d からの発光が得
られる。このような面発光レーザ装置では、1電極端子
への印加電圧による入力電気信号を光信号に変換し、ま
た、その光信号の伝播方向を光D1 , D2 等の制御光の
波長により、空間的に制御することができる。
【0029】次に、第4実施例をこれを示す図面に基づ
き具体的に説明する。図9は、第1発明の面発光レーザ
装置の構造を示す模式的断面図である。この面発光レー
ザ装置は、コレクタ層92 ,ベース層102 ,エミッタ層
112 及びコンタクト層122 で構成された光トランジスタ
2 が、多層膜13が設けられた側と反対側のn型電極16
2 の表面に備えられている。これ以外は、上述の面発光
レーザ装置と同様であり、対応する部分に同符号を付
し、説明を省略する。このような構造の面発光レーザ装
置では、n型電極162 側に形成された波長フィルタ142
へ光が入射し、波長フィルタ142 を透過することによ
り、多層膜13から入射方向と同方向への光を出射する。
【0030】このような面発光レーザ装置を用いて2次
元レーザアレイの面発光レーザ装置を形成した場合は、
光を出射すべき方向と同方向の入射光の波長情報を伝達
することができる、即ち情報を伝達すべき伝達路を入射
光が遮ることなく、その反対側から光を入射させること
ができる。また、光を発光する多層膜13と光トランジス
タT2 との面方向距離は、多層膜13と同側に光トランジ
スタT1 を備えた場合よりも短くできるので、面発光レ
ーザ装置を小型化することができる。
【0031】次に、第5実施例をこれを示す図面に基づ
き具体的に説明する。図10は、第1発明の面発光レー
ザ装置の構造を示す模式的断面図である。この面発光レ
ーザ装置は、光を出射する多層膜13と同側のp型電極16
1 上に、コレクタ層91 ,ベース層101 ,エミッタ層11
1 及びコンタクト層121 で構成された光トランジスタT
1 が備えられ、反対側のn型電極162 表面に、コレクタ
層92,ベース層102 ,エミッタ層112 及びコンタクト
層122 で構成された光トランジスタT2 が備えられてい
る。これ以外は、第1実施例の面発光レーザ装置と同様
であり、対応する部分に同符号を付し、説明を省略す
る。このような構造の面発光レーザ装置では、p型電極
161 側に形成された波長フィルタ141 と、n型電極162
側に形成された波長フィルタ142 とから光が入射し、波
長フィルタ141 , 14 2 を透過することにより、多層膜13
から発光する。
【0032】このような面発光レーザ装置を用いて2次
元レーザアレイの面発光レーザ装置を形成した場合は、
さらに多くのパターンの波長情報を発光パターンの情報
に変換することができる。
【0033】次に、第6実施例をこれを示す図面に基づ
き具体的に説明する。図11(a) は、第6実施例の面発
光レーザ装置を示す模式的正面図であり、(b)は、その
模式的平面図である。図中21は2×2の面発光レーザ装
置であり、光トランジスタに波長フィルタを設けていな
いこと以外は、上述した図7に示す本発明の2次元面発
光レーザ装置と同構造のものである。面発光レーザ装置
21上には、表面にフィルタF1 ,F1 を形成したガラス
基板22及びフィルタF2 ,F2 を形成したガラス基板23
が、面発光レーザ装置21に備えられた光トランジスタの
受光面に対向させて積層されている。
【0034】図12(a) ,(b) は、表面にフィルタ
1 ,F1 を形成したガラス基板22の形成過程を示した
模式的正面図であり、図12(c) はその模式的平面図で
ある。図12(a) に示すように、光を透過するガラス基
板22上にλ1 の光を透過させる波長フィルタを堆積す
る。フォトリソグラフィにより、図12(b) ,(c) に示
すように、面発光レーザ装置21の光トランジスタの位置
に対応させて波長フィルタF 1 ,F1 を形成する。この
ように形成されたガラス基板22と、同様にλ2 の光を透
過させる波長フィルタF2 ,F2 が形成されたガラス基
板23とを積層し、波長フィルタ基板24を形成する。そし
て、図11(a) に示すように、面発光レーザ装置21上に
波長フィルタ基板24を積載し接着する。このガラス基板
22,23 の接着及び2次元面発光レーザ装置21と波長フィ
ルタ24との接着には、例えばUV硬化樹脂が用いられる。
【0035】このように製造される2次元面発光レーザ
装置では、光トランジスタのような受光導電素子に波長
選択性を与える波長フィルタが別の基板上に形成される
ので、波長フィルタが面発光レーザ装置とは別の工程で
形成でき、作製が容易である。このような2次元面発光
レーザ装置に波長が制御された光を照射して、特定の面
発光レーザ素子からの発光を得ることができる。
【0036】次に、第7実施例をこれを示す図面に基づ
き具体的に説明する。図13は、第7実施例の面発光レ
ーザ装置の構造を示す模式的斜視図である。図14(a)
は図13のIV−IV線から見た断面図であり、(b) は図1
3のα部分の模式的平面図である。図13に示すよう
に、Mは従来の2×2の面発光レーザ装置であり、サブ
マウント基板となる半絶縁性のSi基板31中央に形成さ
れたAuパッドP1 に下層の電極162 (図14(a))を
接触させて実装形成される。面発光レーザ装置Mは、M
1 ,M2 ,M3 ,M4 夫々が、最上層に形成された電極
161から電流ブロック層7aに到達する深さまでの分離
溝Aにより電気的に独立している。
【0037】そして、Si基板31上に光トランジスタt
1 ,t2 ,t3 ,t4 が、面発光レーザ装置M1
2 ,M3 ,M4 夫々に対応させて形成されている。光
トランジスタt1 は、図14(b) に示すように、基板3
1内にn+ 型のコレクタ32が形成され、順次n型のコ
レクタ33、p型のベース34、n型のエミッタ35が
形成されている。そして、n+ 型のコレクタ32にコレ
クタ電極38が形成され、n型のエミッタ35にエミッ
タ電極37がSiO2 膜36を介して形成されている。
そして、この光トランジスタt1 上に誘電体多層膜から
なる波長フィルタ39が積層され、特定波長の光だけが
透過するようになっている。この波長フィルタ39は、
図14(b) では省略されている。このように形成された
光トランジスタt1 ,t2 ,t3 ,t4 の夫々のエミッ
タ電極37と、面発光レーザ装置M1,M2 ,M3 ,M
4 の夫々の電極161 とが、AuワイヤY1 ,Y2
3 ,Y4により接続されている。
【0038】以上の如き構造の2次元面発光レーザ装置
では、受光導電素子である光トランジスタが形成された
Si基板上に面発光レーザ素子が形成されるので、受光
導電素子を2次元面発光レーザ素子とは別の工程で形成
でき、作製が容易になる。また、Si基板上に受光導電
素子を形成するときに、受光導電素子,駆動回路等の電
子回路の集積が容易になる。このような2次元面発光レ
ーザ装置に波長が制御された光を照射して、特定の面発
光レーザ素子からの発光を得ることができる。
【0039】上述の2次元面発光レーザ装置はジャンク
ションアップ型であるが、第7実施例の別のタイプ即ち
ジャンクションダウン型の2次元面発光レーザ装置につ
いて以下に説明する。
【0040】図15は、ジャンクションダウン型の2×
2の2次元面発光レーザ装置の構造を示す模式的斜視図
である。図16(a) は図15のV−V線から見た模式的
断面図であり、(b) は図15のβ部分の模式的平面図で
ある。図15に示すように、Wは従来の2×2の面発光
レーザ装置であり、サブマウント基板となる半絶縁性の
Si基板31中央に実装形成される。面発光レーザ装置W
は、W1 ,W2 ,W3,W4 夫々が、最下層の電極54か
ら電流ブロック層48に到達する深さまでの分離溝Bによ
り電気的に独立している。
【0041】この2次元面発光レーザ素子の1素子であ
るW1 は、図16(a) に示すように、基板41側から発光
する埋め込みDBR構造である。まず、この面発光レー
ザ装置Wを形成する過程を説明する。図17は、面発光
レーザ装置W1 を形成する過程を示した模式的断面図で
あり、図17(a) に示されるように、n−GaAsの基
板41上に、MOCVD成長法によりn−GaAsからな
るバッファ層42、n−Ga0.65Al0.35Asからなるク
ラッド層43、p−GaAsからなる活性層44、p−Ga
0.65Al0.35Asからなるクラッド層45、p−Ga0.94
Al0.06Asからなるキャップ層46及びp−Ga0.55
0.45As層からなるマスク層47をこの順に積層する。
そして、硫酸系エッチャントを用いて活性層44のクラッ
ド層43に達しない深さまでウェットエッチングを行い、
素子の中央より端部側にメサ部を形成する。
【0042】次いで、図17(b) に示すように、メルト
バックによりメサ部の周囲に残存する活性層44を除去し
てクラッド層43を露出させ、このクラッド層43上にLP
E法(液相エピタキシャル成長法)により、メサ部を埋
め込む様態にてp−Ga0.55Al0.45Asからなるの電
流ブロック層48、その上にn−Ga0.7 Al0.3 Asか
らなる電流ブロック層49を成長させる。
【0043】そして、マスク層47を除去した後、再びM
OCVD成長法により、図17(c)に示すように、キャ
ップ層46及び電流ブロック層49上にp−Ga0.94Al
0.06Asからなるバッファ層50を形成し、その上にGa
0.9 Al0.1 As/Ga0.4 Al0.6 Asの25ペアから
なるp型半導体多層膜51を積層し、その上にp−GaA
sのコンタクト層52を形成する。
【0044】次に、図17(d) に示すように、基板41及
びバッファ層42の中央部分を開口し、SiO2 /TiO
2 の4ペアからなる誘電体多層膜53を形成し、さらに、
ウェットエッチングにより電流ブロック層48に到達する
深さまでの分離溝Bをエッチング形成した後、基板41の
下側にn型電極55を、コンタクト層52の上にp型電極54
を形成する。このように、面発光レーザW1 ,W2 ,W
3 ,W4 が2次元で2×2に形成され、電極52は面発光
レーザW1 ,W2 …各別に、電極55は面発光レーザ素子
1 ,W2 …に共通に形成される。図18及び図19
は、反射鏡となるp型半導体多層膜51及び誘電体多層膜
53の夫々の反射特性を示したグラフであり、横軸は光の
波長を、縦軸は反射率を表している。このように、誘電
体多層膜53の反射率をp型半導体多層膜51よりも低くす
ることにより、2×2の2次元面発光レーザ素子Wの基
板41側からの発光が可能となる。
【0045】この面発光レーザの各層の成分組成,膜厚
及びキャリア濃度の具体的な数値例を以下に示す。 n型バッファ層42…n−GaAs, 1.0μm クラッド層43…n−Ga0.65Al0.35As, 3.0μm 活性層44…p−GaAs, 2.0μm クラッド層45…p−Ga0.65Al0.35As, 0.5μm キャップ層46…p−Ga0.94Al0.06As, 0.5μm マスク層47…p−Ga0.55Al0.45As, 0.25μm 電流ブロック層48…p−Ga0.55Al0.45As,1.3 〜
1,5 μm 電流ブロック層49…n−Ga0.7 Al0.3 As, 〜0.
5 μm p型バッファ層50…n−Ga0.94Al0.06As, 0.5μ
m p型半導体多層膜51…Ga0.4 Al0.6 As,70nm/
Ga0.9 Al0.1 As,64nm,25ペア コンタクト層52…p−GaAs, 0.3μm 誘電体多層膜53…SiO2 ,163 nm/TiO2 ,98n
m,4ペア
【0046】以上のように形成された2×2の面発光レ
ーザ素子は、図15に示すように、電極55側を上側とな
るようにSi基板31上中央に実装形成される。Si基板
31上には、上述のジャンクションアップタイプの面発光
レーザ装置(図13)と同様の、波長フィルタを備える
光トランジスタt1 ,t2 ,t3 ,t4 が形成されてお
り、面発光レーザ素子Wの電極54はエミッタ電極37,37
…と接続される。また、Si基板31上に形成されたAuパ
ッドP2 と面発光レーザ素子Wの最上層の電極55とがAu
ワイヤY5 により接続されている。
【0047】このような構造の2次元面発光レーザ装置
は、製造工程とは別の工程で受光導電素子を形成できる
ので、作製が容易になり、波長が制御された光を照射し
た場合に、特定の面発光レーザ素子からの発光を得るこ
とができる。
【0048】なお、第7実施例の光トランジスタt1
2 …に設けられている波長フィルタ39,39…(図1
3,図15)は、上述の第6実施例に示したように、別
の工程で波長フィルタを基板上に形成した波長フィルタ
基板24(図11)を、光トランジスタt1 ,t2 …上に
設けても良い。このとき、波長フィルタ基板24の中央部
分に孔部を形成し、面発光レーザ素子M又は面発光レー
ザ素子Wが波長フィルタ基板24に接触しないように、孔
部内に位置させる。
【0049】なお、本実施例では波長フィルタ14にSi
2 /TiO2 の多層膜を用いた場合を説明したが、こ
れに限るものではなく、他の誘電体材料多層膜又はGa
AlAs/AlAsのような半導体多層膜,有機色素等
を用いても良い。
【0050】また、本実施例では受光導電素子として、
光トランジスタを用いた場合を説明しているが、これに
限るものではなく、例えば光ダイオードのような入光に
より電流を流すものであれば良い。
【0051】さらに、本実施例では、面発光レーザ素子
の同一電極側に1つの受光導電素子を形成しているが、
これに限るものではなく、同一電極側に複数の受光導電
素子をその電極が直列に接続される様態で形成しても良
い。このような面発光レーザ装置を用いて2次元レーザ
アレイの面発光レーザ装置を形成した場合は、さらに多
くのパターンの波長情報を発光パターンの情報に変換す
ることができる。
【0052】さらにまた、本実施例では面発光レーザ素
子の構造として、活性層埋め込み型構造のものを用いて
説明しているが、これに限るものではなく、セルフアラ
イン型のものを用いても良く、また、電流ブロック層が
活性層の下層側に形成された構造のものでも良い。
【0053】
【発明の効果】以上のように、本発明においては、面発
光レーザ素子に設けられた受光導電素子へ光を照射し、
この光の入射に応じて面発光レーザ素子が発光する。こ
のような面発光レーザ装置を2次元的に配設し、受光導
電素子へ光を照射して、発光パターンを形成することに
より、光情報処理システムへの応用が可能となる。ま
た、受光導電素子に波長フィルタを設けることにより、
特定のレーザ素子を発光させることができ、入射した光
の波長情報を発光パターンの情報に変換することができ
る、さらに受光導電素子を形成した基板上に電極を同じ
くして面発光レーザ素子を搭載することにより、またさ
らに、波長フィルタを形成した波長フィルタ基板を受光
導電素子上に備えることにより、面発光レーザ装置の製
造が容易になる等、本発明は優れた効果を奏するもので
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の面発光レーザ装置の構造
を示す模式的断面図である。
【図2】第1実施例の面発光レーザ装置の作成段階にお
ける構造を示す模式的断面図である。
【図3】第1実施例の面発光レーザ装置の作成段階にお
ける構造を示す模式的断面図である。
【図4】第1実施例の面発光レーザ装置の作成段階にお
ける構造を示す模式的断面図である。
【図5】第1実施例の面発光レーザ装置の作成段階にお
ける構造を示す模式的断面図である。
【図6】波長フィルタの光の波長に対する透過特性を示
すグラフである。
【図7】第2実施例の面発光レーザ装置の構造を示す模
式的平面図である。
【図8】第3実施例の面発光レーザ装置の構造を示す模
式的平面図である。
【図9】第4実施例の面発光レーザ装置の構造を示す模
式的断面図である。
【図10】第5実施例の面発光レーザ装置の構造を示す
模式的断面図である。
【図11】(a) は第6実施例の面発光レーザ装置を示す
模式的正面図であり、(b) はその平面図である。
【図12】(a) ,(b) は第6実施例に係るフィルタ基板
を作成する過程を示す模式的正面図であり、(c) はその
模式的平面図である。
【図13】第7実施例の面発光レーザ装置を示す模式的
斜視図である。
【図14】(a) は図13のVI−VI線から見た断面図であ
り、(b) はαの模式的平面図である。
【図15】第7実施例の別のタイプの面発光レーザ装置
を示す模式的斜視図である。
【図16】(a) は図15のV−V線から見た断面図であ
り、(b) はβの模式的平面図である。
【図17】第7実施例に係る2次元面発光レーザ素子を
形成する過程を示した模式的断面図である。
【図18】p型半導体多層膜の反射特性を示したグラフ
である。
【図19】誘電体多層膜の反射特性を示したグラフであ
る。
【図20】従来の面発光レーザ装置の構造を示す模式的
断面図である。
【図21】2次元レーザアレイの構造を示す模式的斜視
図である。
【符号の説明】
1,41 基板 3,43 クラッド層 4,44 活性層 5,45 クラッド層 6,46 キャップ層 7,48 ブロック層 12,52 コンタクト層 13,51 多層膜 14 波長フィルタ 161 , 162 ,54,55 電極 24 波長フィルタ基板 T,t 光トランジスタ L,M,W 面発光レーザ素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−121723(JP,A) 特開 平5−243552(JP,A) 特開 昭64−44086(JP,A) 特開 平3−215836(JP,A) 特開 平4−249368(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極に電圧を印加して、活性層に電流を
    注入し発光する面発光レーザ素子で構成される面発光レ
    ーザ装置において、 光の入射により前記活性層に電流を流す受光導電素子
    を、前記面発光レーザ素子の電極が前記受光導電素子の
    電極となるように備え、光波長選択性を有する波長フィ
    ルタを、前記受光導電素子に設け、前記波長フィルタを
    備えた基板を前記受光導電素子に設けたことを特徴とす
    る面発光レーザ装置。
  2. 【請求項2】 電極に電圧を印加して、活性層に電流を
    注入し発光する面発光レーザ素子の複数を2次元的に配
    設した面発光レーザ装置において、 光の入射により前記活性層に電流を流す複数の受光導電
    素子を、前記面発光レーザ素子夫々の電極が前記受光導
    電素子の電極となるように備え、光波長選択性を有する
    波長フィルタを、前記受光導電素子に設け、前記波長フ
    ィルタを備えた基板を前記受光導電素子に設けたことを
    特徴とする面発光レーザ装置。
  3. 【請求項3】 前記受光導電素子を備えた基板に前記面
    発光レーザ素子を設けてあることを特徴とする請求項1
    又は2記載の面発光レーザ装置。
  4. 【請求項4】 前記複数の受光導電素子の対をなす電極
    のうち、少なくとも一側の電極が共通であることを特徴
    とする請求項2記載の面発光レーザ装置。
  5. 【請求項5】 電極に電圧を印加して、活性層に電流を
    注入し発光する面発光レーザ素子の複数を2次元的に配
    設した面発光レーザ装置において、 光の入射により前記活性層に電流を流す複数の受光導電
    素子を、前記面発光レーザ素子夫々の電極が前記受光導
    電素子の電極となるように備え、前記複数の受光導電素
    子に、夫々異なる光波長選択性を有する波長フィルタを
    備えることを特徴とする面発光レーザ装置。
  6. 【請求項6】 前記複数の受光導電素子の対をなす電極
    のうち、少なくとも一側の電極が共通であることを特徴
    とする請求項5記載の面発光レーザ装置。
  7. 【請求項7】 電極に電圧を印加して、活性層に電流を
    注入し発光する面発光レーザ素子を形成する過程と、受
    光導電素子を、その電極が前記面発光レーザ素子の電極
    となるように形成する過程と、波長フィルタを備える基
    板を形成する過程と、前記受光導電素子に波長フィルタ
    を対応させて前記基板を受光導電素子に設ける過程とを
    有することを特徴とする面発光レーザ装置の製造方法。
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