JP3788965B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光伝送技術、更には光情報記録技術の光源として用いられる半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、光通信，光伝送及び光情報記録などの分野では、出射光のコヒーレンシーや高速動作が可能であり小型に形成できることから、光源として半導体レーザが広く用いられている。半導体レーザは、外部から電流を注入することにより誘導放出光を出力すること、更には熱変動に対して光強度が敏感に変化するため放熱路を確保する必要があることなどの理由により、リードフレームやメタルブロックなどの金属部材に実装されている。ここで、金属部材と半導体レーザを構成する半導体材料との熱膨張係数の違いを緩和するために、半導体レーザはＳｉやＡｌＮなどからなるサブマウントと呼ばれる基材に実装された後、金属部材に実装される。
【０００３】
一方、半導体レーザは、環境温度変化により敏感に光出力が変動するため、半導体レーザ及び実装基板（金属部材）の両方を一括して温度制御可能な素子、例えばペルチェ素子などの上に実装される。しかし、実装基板やサブマウントにも小さいながらも熱容量が有るため、精密な光出力制御が必要な場合、実際の出力光をモニタして駆動電流回路にフィードバック制御を行わせる方法が取られる。これを自動光出力制御（Automatic Power Control：ＡＰＣ）と呼ぶ。端面出射型の半導体レーザにおいては、前方及び後方のいずれの光でもモニタすることができるが、一般に前方からの光の一部をモニタするフロントＡＰＣの方が望ましい。
【０００４】
フロントＡＰＣ方式で半導体レーザを使用する例として、図８に示す構成がある（例えば、特許文献１参照）。この構成では、半導体レーザ１０５から出射され、ＡＰＣ制御の集光用レンズ１０３を通過する書き込み用ビーム１０６ではなく、集光用レンズ１０３の有効径１０１から外れているビーム周辺部１０７を、受光素子１０２によってモニタする。これにより、書き込み用ビーム１０６の一部を消費することなくＡＰＣを行うことができる。しかしながらこの方法は、半導体レーザ１０５，レンズ１０３，受光素子１０２がそれぞれ独立に位置決め配置されており各部品毎に正確な位置調整が必要になり、製造コストが上昇するという問題がある。
【０００５】
この問題を回避した例として、図９に示す構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。図中の１０はＳｉからなるサブマウント基板であり、この基板１０はｎ型Ｓｉ基板１１上にｉ型Ｓｉ層１２とｐ型Ｓｉ層１３をエピタキシャル成長したものであり、１１，１２，１３からｐｉｎフォトダイオードを構成している。このダイオードは、逆バイアス電圧をかけてＳｉ層１２全体に広がる空乏層を受光部として用いられる。
【０００６】
サブマウント基板１０の一部に異方性エッチングなどにより凹部が形成され、この凹部の底面には半導体レーザ素子４０が実装されている。また、凹部の一側面は傾斜面１５に形成され、この傾斜面１５の一部には、誘電体多層膜や薄い金属からなる半透過膜７０が形成されている。
【０００７】
半導体レーザ素子４０からの出射光５１は、傾斜面１５上に形成された半透過膜７０で一部は反射され、出力光５２として基板上方に出力される。半透過膜７０を透過した一部の光５５は、ｉ型Ｓｉ層１２内に広がった空乏層に入り、吸収されて光電流となる。この電流を、ＡＰＣ回路に入力することで、半導体レーザ素子４０の出力光が制御される。通常、ＡＰＣ回路の帯域は数十〜数百Ｈｚと低く設定されており、半導体レーザの出力光変動の遅い成分を識別して制御するように設計される。これは、半導体レーザ光の大きな変動要因が温度変化にあるためである。
【０００８】
一方、光ディスク応用などを考慮した場合、出力光は光ディスク表面で反射され、途中に挿入されたホログラム素子などで分岐されて信号受光素子などに入力される。しかしながら、ホログラム素子での分岐は回折を利用しており、光ディスク媒体の複屈折率の違いなどで、反射光の１００％が回折できず、光源に戻ってくる戻り光がある。そのため、半導体レーザ側では、信号周波数よりも高い周波数で一定の変調をかけ続ける高周波重畳技術により、半導体レーザの戻り光雑音低減を図っている。
【０００９】
図９においては、戻り光を５７、そのうち受光部に入射する光を５６で示している。図９において、戻り光５７は半透過膜７０で大部分が反射されるが、一部はモニタ用のフォトダイオードの受光部、即ちｉ型Ｓｉ層１２付近に広がる空乏層に入射し、本来の半導体レーザ出射光５５による光電流に付加されて、ＡＰＣ回路へ入力され雑音となる。光ディスクからの戻り光に含まれる信号光の周波数は、通常数１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚと高い周波数であり、低域しかゲインの無いＡＰＣ回路では平均値のみが検出され、微小なオフセットが生じるだけである。これは、ほぼ一定の微小な値になるため、ＡＰＣ回路のゲイン調整でキャンセル可能である。
【００１０】
しかし、書き込み用光ディスク応用では、書込み時の光パルスを精密に制御するために、高速のＡＰＣを用いることが有効であることが報告されており、書き込み光パルス強度制御と戻り光雑音低減のために、高速のＡＰＣが有効である。ＡＰＣ回路の帯域が信号周波数と同等或いはそれ以上の周波数になってくると、前述の戻り光によるモニタ雑音は全て雑音として増幅され、ひいてはＡＰＣが不可能になることさえあるという問題がある。
【００１１】
また、図９の構成における半透過膜７０の代わりに円形ミラーを用いたものも提案されているが（例えば、特許文献３）、このような装置を用いても良好なＡＰＣを行うことは困難であった。
【００１２】
【特許文献１】
特開平４−３３２１８５公報
【００１３】
【特許文献２】
特開２００１−１５８４９号公報
【００１４】
【特許文献３】
特開平８−３２１０６６公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、半導体レーザ素子と受光素子を同一サブマウント基板に実装した半導体レーザ装置において、フロントＡＰＣのために半導体レーザ素子からのレーザ光の一部を半透過膜を介して受光素子に入力させる構成では、光ディスク等からの戻り光が半透明膜を介して受光素子に入射し、ＡＰＣ回路の雑音となるという問題があった。
【００１６】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、半導体レーザ素子と受光素子を同一サブマウント基板に実装した構成において、戻り光をモニタ用受光素子に入射させることなく、高速ＡＰＣ使用時にも雑音を大幅に低減することができる半導体レーザ装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
【００１８】
即ち本発明は、半導体基板上の一部に受光素子を形成するための半導体層が積層され、該半導体層の側面の少なくとも一部が傾斜面となるように形成されたマウント基板と、このマウント基板の前記半導体層が形成されていない半導体基板上に、光出射端面が前記傾斜面と対向するようにマウントされた半導体レーザ素子と、前記傾斜面の一部に形成された全反射鏡とを具備してなる半導体レーザ装置であって、前記全反射鏡は、前記傾斜面の一部に該傾斜面の傾斜方向と直交する方向にストライプ状に形成され、前記半導体レーザ素子の出力光ビームのうち少なくとも光軸中心部を含む一部の光ビームが反射されて外部に出力され、かつ残りの一部が反射されることなく前記受光素子の受光部に入射するよう配置されていることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、半導体基板の表面部に受光素子が形成され、該基板の表面部の一部に凹部が形成され、該凹部の少なくとも一つの側面が傾斜面に形成されたマウント基板と、前記凹部の底面に光出射端面が前記傾斜面と対向するようにマウントされた半導体レーザ素子と、前記傾斜面の一部に形成された全反射鏡とを具備してなる半導体レーザ装置であって、前記全反射鏡は、前記傾斜面の一部に該傾斜面の傾斜方向と直交する方向にストライプ状に形成され、前記半導体レーザ素子の出力光ビームのうち少なくとも光軸中心部を含む一部の光ビームが反射されて外部に出力され、かつ残りの一部が反射されることなく前記受光素子の受光部に入射するよう配置されていることを特徴とする。
【００２０】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
【００２１】
(1) 半導体基板は第１導電型の高濃度不純物ドープＳｉ基板であり、半導体層は、Ｓｉ基板側から順に積層された低濃度不純物ドープＳｉ層と第２導電型の高濃度不純物ドープＳｉ層からなること。これによりｐｉｎダイオードが形成されること。
【００２２】
(2) 全反射鏡は、傾斜面に露出される低濃度不純物ドープＳｉ層の一部を覆うように形成されていること。
【００２３】
(3) 全反射鏡は、傾斜面に露出される低濃度不純物ドープＳｉ層の上部と下部を除いてストライプ状に形成されていること。
【００２４】
(4) 全反射鏡は、傾斜面に露出される低濃度不純物ドープＳｉ層の上部と下部を除いてストライプ状に形成され、傾斜面に露出される第１導電型の高濃度不純物ドープＳｉ基板、第２導電型の高濃度不純物ドープＳｉ層は全反射鏡又は遮光膜で覆われていること。
【００２５】
(5) 全反射鏡は、傾斜面の傾斜方向と直交する方向に沿ったスリット状の開口を有するパターンで形成され、スリット状の開口の位置は低濃度不純物ドープ半導体層の一部に対応していること。
【００２６】
(6) 半導体基板の表面部に、低濃度不純物ドープ半導体層及び高濃度不純物ドープ半導体層の傾斜面に連続する傾斜面を有する溝が形成されており、全反射鏡は、傾斜面に位置する低濃度不純物ドープ半導体層の側面の一部を覆うように形成されたストライプ状の第１パターンと、傾斜面に位置する第２導電型の高濃度不純物ドープ半導体層の側面を覆うように形成されたストライプ状の第２パターンと、傾斜面に位置する第１導電型の前記高濃度不純物ドープ半導体基板の部分を覆うように形成されたストライプ状の第３パターンとを有し、第１パターン，第２パターン，第３パターンの各々は、傾斜面の傾斜方向と直交する方向に沿って配置されること。
【００２７】
(7) 半導体基板の表面部に、半導体層の傾斜面に連続する傾斜面を有する溝が形成されていること。
【００２８】
(8) 傾斜面に無反射膜が形成されていること。
【００２９】
(9) 半導体層の側面の傾斜面は（１１１）面であり、半導体基板の表面に対し該傾斜面が４５度となるように半導体基板の表面は（１００）面から所定角度傾けられていること。
【００３０】
（作用）
本発明によれば、半導体レーザ素子からの出力光ビームを反射するために半透過膜ではなく全反射鏡を設け、かつ全反射鏡を出力光ビームの光軸付近のみをカバーするように設けているので、光軸付近の光は外部に取り出され、周辺の光はモニタ用受光素子に入射されることになる。そして、光ディスク等からの戻り光は光軸付近に侵入するので、全反射鏡の存在によって受光素子に戻り光が入射することはない。従って、戻り光がモニタ用受光素子に入射するのを防止でき、高速ＡＰＣ使用時にも雑音を大幅に低減することが可能となる。
【００３１】
しかも、半導体レーザ搭載部と全反射鏡の位置関係は半導体プロセスの精度で規定することができるため、特別な装置や制御を必要とせずに高い精度で製造することが可能である。これは、製造コストの低減に有利である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００３３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる半導体レーザ装置の概略構成を説明するためのもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【００３４】
図中の１０はＳｉ等からなるサブマウント基板、３０は全反射鏡、４０は半導体レーザ素子である。サブマウント基板１０は、高濃度に不純物ドープされたｎ型Ｓｉ基板１１上の一部に、不純物濃度が低いｉ型Ｓｉ層１２及び高濃度に不純物がドーピングされたｐ型Ｓｉ層１３を順にエピタキシャル成長して形成され、基板１０の表面部を一部除去して凹部が形成されている。具体的には、Ｓｉ層１２，１３がその一部を残して異方性エッチングなどにより除去されている。そして、残ったｉ型Ｓｉ層１２，ｐ型Ｓｉ層１３及びｎ型Ｓｉ基板１１で受光素子としてのｐｉｎフォトダイオード（受光素子）が形成される。
【００３５】
サブマウント基板１０の表面には絶縁層２１が形成され、ｐ型Ｓｉ層１３上で絶縁膜２１が一部除去され、Ｓｉ層１３とコンタクトするようにｐ側電極２２が形成されている。基板１１の裏面にはｎ側電極２３が形成されている。そして、これらの電極２２，２３間に逆バイアス電圧を印加し、ｉ型Ｓｉ層１２の全体に広がる空乏層を受光部として用いるようになっている。
【００３６】
なお、エッチングによる側面、即ちｐｉｎフォトダイオードの側面は傾斜面となっている。ここで、異方性エッチングによって得られるエッチング側面は一般に（１１１）面となりやすい。そこで、Ｓｉ基板１１の表面を（１００）面から９．７度傾けておくことにより、（１１１）面となる傾斜面１５を基板１１の表面に対して４５度にすることができる。
【００３７】
傾斜面１５には、全反射鏡３０が形成されている。具体的には、傾斜面１５に露出するｉ型Ｓｉ層１２の上部と下部を除いてＳｉ層１２を覆うようにＡｕからなる全反射鏡３０がストライプ状に形成されている。また、受光素子の上面には位置決めマーカ２７が形成されている。この位置決めマーカ２７は、ｐ型Ｓｉ層１３をエッチングして形成したものであってもよいし、絶縁層２１上に金属膜のパターンを形成したものであってもよい。
【００３８】
サブマウント基板１０の凹部の底面、即ちＳｉ層１２，１３を形成していない部分には、半導体レーザ素子４０がマウントされる。具体的には、凹部底面に絶縁膜２１を介して電極２４が形成され、その上に半導体レーザ素子４０が半田などからなる導電性の接着剤２５により実装されている。このとき、半導体レーザ素子４０は、光出射端面が傾斜面１５と対向するようにマウントされる。
【００３９】
半導体レーザ素子４０からの出射光ビームは、Ｓｉ基板１１の表面と平行な方向に出射され、傾斜面１５上で縦長の楕円状ビーム（図中５０）となる場合が多い。光軸中心付近の光ビーム５１は、傾斜面１５上に形成されたＡｕなどからなる全反射鏡３０で一部は反射され、出力光５２となり基板上方に出力される。周辺部ビーム光５３及び５４は、低濃度層（ｉ型Ｓｉ層）１２内に広がった空乏層に入り、吸収されて光電流となる。
【００４０】
図１では、楕円状ビーム５０の上下の周辺部分が周辺部ビーム光５３及び５４に相当し、受光領域に入射してモニタ電流となる。光ディスク等からの戻り光５７は、全反射鏡３０で反射され、半導体レーザ素子４０に戻る。この際、戻り光５７を完全に全反射鏡３０で反射し、モニタ用受光素子の受光領域に入射させないために、戻り光５７が傾斜面１５上に達した時点のビーム径より全反射鏡３０の幅を大きく取っておくことにより、戻り光によるＡＰＣ雑音が低減可能となる。なお、戻り光５７のビーム径は外部の光学系の開口数（Ｎ．Ａ．）などにより決定される。
【００４１】
モニタ用受光素子の受光領域は、ほぼ低濃度層１２と同じ位置に形成される空乏層であるから、半導体レーザ素子４０の実装されている凹部の深さを異方性エッチング時間のコントロールによって制御することで、エピタキシャル層との相対高さを調節するなどの方法で、半導体レーザ搭載位置及び高さの調節を精密に行うことが可能である。特に、図１に示したような位置決めマーカ２７などを形成することにより、受光領域，全反射鏡３０，半導体レーザ素子４０の相対位置を精密に決定することができ、特別な調整工程を必要としない構成が実現可能である。
【００４２】
図１の構成では、全反射鏡３０が横方向に帯状に伸びているため、横方向の実装誤差は、モニタ電流値に殆ど影響を及ぼさない。また、上下方向の位置ずれは多少の影響があるが、上と下の両方でモニタすることにより位置ずれの影響を低減している。
【００４３】
なお、図１では、Ｓｉ基板１０の表面に受光素子の側面の傾斜面に連続するように溝１４が形成されており、半導体レーザ素子４０の光出射部（即ち活性層）が凹部底面に比較的近い位置にある場合にも、出力光ビームが凹部底面で蹴られないようにしている。
【００４４】
この構造は、次のようにして実現される。まず、高濃度ｎ型Ｓｉ基板１１上にエピタキシャル成長などにより低濃度Ｓｉ層１２及び高濃度ｐ型Ｓｉ層１３が形成されたウェハを、熱酸化膜や窒化膜などをフォトリソグラフィーの手法等を用いてパターニングし、これらの膜をマスクとしてＫＯＨなどの溶液で底部が基板１１に到達するまで凹部をエッチングする。続いて、同様の手法で底部の一部にパターニング，エッチングを行い溝１４を形成する。この場合、ＫＯＨなどの異方性エッチング溶液を用いることにより、凹部の斜面は（１１１）面等の特定の結晶面を出すことができ、平坦な面を得ることができる。この後に、パッシベーションと絶縁目的で酸化膜などの誘電体膜２１を形成する。その後、傾斜面１５の誘電体膜２１上に全反射鏡としてＡｕ膜３０を通常のフォトリソグラフィーやリフトオフといった方法で形成する。この際、全反射鏡３０に対し、傾斜面１５上で低濃度Ｓｉ層１２の一部が露出するようにエッチングした後、フォトダイオードの取出し電極２２及び裏面電極２３を形成しダイシング等によりチップに切り出す。
【００４５】
このように本実施形態によれば、半導体レーザ素子４０をマウントするためのサブマウント基板１０に受光素子を一体形成し、半導体レーザ素子４０からの出力光ビームのうち光軸付近の光を全反射鏡３０を介して外部に取り出し、周辺光を受光素子で検出するようにしている。従って、戻り光が受光素子に入射するのを防止でき、高速ＡＰＣ使用時にも雑音を大幅に低減することができ、小型で量産性の良い集積化半導体装置の実現が可能である。
【００４６】
しかも、半導体レーザ素子４０と全反射鏡３０の位置関係は半導体プロセスの精度で規定することができるため、特別な装置や制御を必要とせずに高い精度で製造することが可能となり、製造コストの低減化をはかることもできる。また、誘電体膜２１を半導体レーザ素子４０の波長において無反射膜となるように厚さ等を設計することで反射を低減することができ、モニタ効率の向上及び迷光の低減をひかることもできる。
【００４７】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係わる半導体レーザ装置の概略構成を説明するためのもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００４８】
基本的な構成は第１の実施形態と同様であり、本実施形態が先に説明した第１の実施形態と異なる点は、全反射鏡の配置である。図２に示したように、図１と同様に全反射鏡３０がｉ型Ｓｉ層１２の一部を覆うようにストライプ状に配置されると共に、傾斜面１５に露出するｐ型Ｓｉ層１３を覆うように全反射鏡３１が、傾斜面１５に露出するｎ型Ｓｉ基板１１を覆うように全反射鏡３２がそれぞれストライプ状に形成されている。換言すれば、全反射鏡は傾斜面全体に形成されると共に、傾斜面１５にｉ型Ｓｉ層１２の上部及び下部が露出するように全反射鏡の一部にスリットが設けられている。
【００４９】
このような構成であれば、ｎ型Ｓｉ基板１１及びｐ型Ｓｉ層１３で吸収された光電流の遅い成分が拡散によりｉ型Ｓｉ層１２に紛れ込み、応答の遅い電流成分（受信波形のいわゆる尾部）となることを防止することができる。従って、第１の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、より高速の応答が可能となる。
【００５０】
（参考例）
図３は、本発明の参考例に係わる半導体レーザ装置の概略構成を示す斜視図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００５１】
基本的な構成は第１の実施形態と同様であり、本参考例が先に説明した第１の実施形態と異なる点は、全反射鏡の配置である。図３に示したように、全反射鏡３５はストライプ状に形成するのではなく、半導体レーザ素子４０からの出力光ビームの光軸を中心とする楕円形に形成されている。これにより、傾斜面１５の横方向にも受光可能領域を持たせることができる。
【００５２】
しかしながらこの構成では、第１及び第２の実施形態とは異なり、全反射鏡３５と半導体レーザ素子４０の横方向の実装ずれが受光感度に大きく影響することになる。このため、第１及び第２の実施形態に比較して高い実装精度（横方向）が要求されることになる。即ち、全反射鏡３５と半導体レーザ素子４０の相対位置を精密に決定しなければならず、このために特別な調整工程を必要とするなどの問題が生じる。
【００５３】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態を説明するためもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００５４】
本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同じであり、本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、受光部の構成と全反射鏡３０の構成にある。即ち、ｉ型Ｓｉ層１２及びｐ型Ｓｉ層１３を積層した部分に、Ｓｉ基板１１に達する分離溝６０が設けられている。この分離溝６０は、各Ｓｉ層１２，１３の受光素子として機能する部分を他の部分と分離するためのものである。
【００５５】
半導体レーザ素子４０の出力光ビームが傾斜面１５に到達した時のビーム５０は、図のように楕円状になっている。傾斜面１５において、光ビーム５０の外側の部分は、不要な部分である。特に、受光素子は、その空乏層の表面積により静電容量が決まるため、不要部分はなるべく無い方がよい。従って、本実施形態のように、受光素子部分を必要最低限の大きさに制限してやることで、より高速動作が可能となる。
【００５６】
また、受光素子が分離溝６０によって分離され、Ｓｉ層１２，１３の積層部の内側に位置しているので、ダイシングなどの加工で個々のチップに切り出す際に、受光素子そのものがダイシングされることがない。このため、ダイシングなどの加工で切り出したときの界面に含まれる破砕層によって、受光素子のリーク電流が増大する等の不都合もない。さらに、電極２４及び全反射鏡３０をダイシングしない構造とすることにより、メタル剥がれや、メタルの切断面への再付着によるショートといった不良を防止可能である。
【００５７】
全反射鏡３０は、半導体レーザ用電極２４と一体に形成されている。一般に、フォトリソグラフィによるプロセスでは、被加工体上にレジストをコーティングした後、レジストを所望パターンに露光することによりレジストパターンが形成される。このとき、溝１４のような急峻な窪みがあると、レジストの流動などによって平坦部と溝部底部とのレジスト厚みが大きく異なってしまう。このため、露光条件などの違いが大きくなってプロセスが困難になる場合がある。本実施形態のように、半導体レーザ用電極２４と全反射鏡３０を一体とすれば、溝部１４における微細なパターニングを避けることができるため、プロセス上有効である。
【００５８】
受光素子用上部電極２２は、平坦部及び傾斜面１５の上部にかかる形状をしており、傾斜面１５上において、その下端辺がｉ型Ｓｉ層１２のほぼ中央に位置している。これにより、ｐ型Ｓｉ層１３の空乏化していない部分への光入射を防ぐことができ、高速動作をした時の応答の遅い電流成分の発生を防止できる。さらに、傾斜面１５上において、全反射鏡３０の上端辺との間にスリット６５が形成されている。このスリット６５の位置は、半導体レーザ素子４０の出力光の光軸から離れた周辺部のビームのみが照射される部分に設定される。
【００５９】
ここで、半導体レーザ出射端面方向から見た各部の位置関係を図５に示す。半導体レーザ素子４０の活性層を図中の４１に示し、発光部を６４に示し、レーザ出力端面内での発光部の中心軸を６２及び６３に示す。横軸６２及び縦軸６３は、活性層４１の中心とほぼ一致する。一般に、ＤＶＤやＣＤといった光ディスクで使用されるＡｌＧａＩｎＰ系やＡｌＧａＡｓ系のレーザでは、高出力化が進んでおり放熱を良くするため、活性層を成長した面をマウント面とするジャンクションダウン実装が通常行われる。そのため、活性層４１の位置は、サブマウント基板の凹部から５〜１０μｍ程度上の位置にくる。
【００６０】
これに対し、電極のスリット６５は、ｉ型Ｓｉ層１２の中心近くに位置し、かつ、半導体レーザ素子４０の出力光ビームの中心付近から外れた位置にあることを示している。なお、半導体レーザ素子４０の出力光ビームの光軸近傍のビームは、全反射鏡３０に照射され、反射されて出力光となる。同様に戻り光は、全反射鏡３０に照射されるため、受光素子へは侵入しない。これにより、戻り光の影響を受けない出力光モニタとして機能する。
【００６１】
また、図４中の６１は、受光素子以外の部分に迷光が侵入し、電気的キャリアが発生して拡散により電流となり雑音となることを防止するための、メタルマスクである。
【００６２】
このように本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、次のような効果が得られる。即ち、分離溝６０を設けて受光素子部分を必要最低限の大きさに制限しているので、受光素子における高速動作が可能となる。さらに、ダイシング時の破砕層による悪影響を避けることができる、メタル剥がれやメタルの切断面への再付着によるショートを防止できる、溝部１４における微細なパターニングを避けることができる、などの効果が得られる。
【００６３】
（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態に係わる半導体レーザ装置の概略構成を示す断面図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００６４】
本実施形態が、先に説明した第１の実施形態と異なる点は、ｐｉｎフォトダイオードのｐ層を不純物拡散によって形成したことにある。
【００６５】
サブマウント基板１０は、高濃度に不純物ドープされたｎ型Ｓｉ基板１１上の一部に、不純物濃度が低いｉ型Ｓｉ層１２を積層して構成され、この基板１０を一部除去して凹部が形成されている。具体的には、ｉ型Ｓｉ層１２がその一部を残して異方性エッチングなどにより除去されている。その後、除去せずに残ったＳｉ層１２の表面の一部に、拡散によって高濃度に不純物がドープされたｐ型Ｓｉ層１３が形成されている。これら、ｉ型Ｓｉ層１２、ｐ型Ｓｉ層１３及びｎ型Ｓｉ基板１１で受光素子としてのｐｉｎフォトダイオード（受光素子）が形成される。
【００６６】
このような構成であれば、第１の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、次のような効果が得られる。即ち、ｐ型Ｓｉ層１３が傾斜面１５に露出していないため、ｐ型Ｓｉ層１３の空乏化していない部分への光入射を防ぐことができ、高速動作をしたときの応答の遅い電流成分の発生を防止できる。しかも、ｉ型Ｓｉ層１２の入射面を大きくできるため、感度を向上させることができる。
【００６７】
（第５の実施形態）
図７は、本発明の第５の実施形態に係わる半導体レーザ装置の概略構成を示す断面図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００６８】
本実施形態が、先に説明した第１の実施形態と異なる点は、ｐｉｎフォトダイオードの代わりにｐｎ接合フォトダイオードを形成したことにある。
【００６９】
サブマウント基板１０は、高濃度に不純物がドープされたｎ型Ｓｉ基板１１からなり、この基板１１の一部を除去して凹部が形成されている。具体的には、異方性エッチングなどにより基板１１の一部が除去されている。その後、除去せずに残った基板１１の表面の一部に、拡散などによって高濃度に不純物がドープされたｐ型Ｓｉ層１３を形成する。これら、ｐ型Ｓｉ層１３及びｎ型Ｓｉ基板１１で受光素子としてのｐｎフォトダイオード（受光素子）が形成される。
【００７０】
このｐｎ接合フォトダイオードでは、逆バイアス電圧が印加されると、ｐ型Ｓｉ層層１３とｎ型Ｓｉ基板１１の境界近傍に空乏層１３−２が形成され、受光部となる。
【００７１】
本実施形態では、ｐｉｎ構造に比較すると、同じバイアスで空乏層厚が大きく取れないため感度が低く周波数応答が低いものの、マウント基板を低コストに実現できる利点がある。
【００７２】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、マウント基板の材料としてＳｉを用いたが、使用する半導体レーザ素子の出力光波長で受光可能な受光素子を構成可能であり、異方性エッチングなどで平坦な傾斜面が形成可能な半導体材料であればよく、例えばＧａＡｓを用いることができる。
【００７３】
また、実施形態では、受光素子構造として高速なｐｉｎ構造を示したが、通常のｐｎ型の受光素子を用いても同様な効果が得られる。その場合、ｉ型Ｓｉ層１２のような低濃度層は不要であるが、ｐ型高濃度層とｎ型高濃度層の境界付近に空乏層が形成されて受光部となる。従って、ｐｉｎ構造に比較すると、同じバイアスで空乏層厚が大きく取れないため感度が低く周波数応答が低いものの、マウント基板を低コストに実現できる利点がある。
【００７４】
また、半導体基板の導電型はｎ型としたが、半導体基板としてｐ型を用いた場合、他の部分の導電型を逆にすれば同様の作用効果が得られる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、光ディスク等からの戻り光が、全反射鏡部のみに戻るようにすることが可能となり、モニタ用受光素子に戻り光が入射するのを防止できる。このため、高速ＡＰＣ使用時にも雑音を大幅に低減することができる。しかも、半導体プロセスの精度で、半導体レーザ搭載部と全反射鏡の位置関係を規定することができるため、特別な装置や制御を必要とせずに高い精度で製造可能であり、調整によるコスト上昇を防ぐことが可能となる。従って、書き込み用光ディスク応用等に適した、高速ＡＰＣ使用時にも雑音の少ない半導体レーザ装置をローコストに実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わる半導体レーザ装置の概略構成を示す斜視図と断面図。
【図２】第２の実施形態に係わる半導体レーザ装置の概略構成を示す斜視図と断面図。
【図３】本発明の参考例に係わる半導体レーザ装置の概略構成を示す斜視図。
【図４】第３の実施形態に係わる半導体レーザ装置の概略構成を示す斜視図と断面図。
【図５】第３の実施形態に係わる半導体レーザ装置の出射端面方向から見た各部の位置関係を示す模式図。
【図６】第４の実施形態に係わる半導体レーザ装置の概略構成を示す断面図。
【図７】第５の実施形態に係わる半導体レーザ装置の概略構成を示す断面図。
【図８】従来の半導体レーザ装置の概略構成を示す断面図。
【図９】従来の半導体レーザ装置の概略構成を示す断面図。
【符号の説明】
１０…サブマウント基板
１１…ｎ型Ｓｉ基板（第１導電型の高濃度不純物ドープＳｉ基板）
１２…ｉ型Ｓｉ層（低濃度不純物ドープＳｉ層）
１３…ｐ型Ｓｉ層（第２導電型の高濃度不純物ドープＳｉ層）
１４…溝
１５…傾斜面
２１…絶縁層
２２…受光素子用ｐ側電極
２３…受光素子用ｎ側電極
２４…レーザ素子用電極
２５…接着剤
２７…位置決めマーカー
３０，３１，３２，３５…全反射鏡
４０…半導体レーザ素子
５０…楕円状ビーム
５１…光軸中心部出力光ビーム
５２…出力光ビーム
５３，５４…周辺部光ビーム
５７…戻り光

Claims (9)

1. 半導体基板上の一部に半導体層が積層され、該半導体層の側面の少なくとも一部が傾斜面となるように形成されたマウント基板と、
   光出射端面が前記傾斜面と対向するように前記マウント基板にマウントされた半導体レーザ素子と、
   前記傾斜面の一部を受光部とする受光素子と、
   前記傾斜面の一部に形成された全反射鏡とを具備してなり、
   前記全反射鏡は、前記傾斜面の一部に該傾斜面の傾斜方向と直交する方向にストライプ状に形成され、前記半導体レーザ素子の出力光ビームのうち少なくとも光軸中心部を含む一部の光ビームが反射されて外部に出力され、かつ残りの一部が前記受光素子の受光部に入射するよう配置されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 前記半導体基板は第１導電型の高濃度不純物ドープＳｉ基板であり、前記半導体層は、前記Ｓｉ基板側から順に積層された低濃度不純物ドープＳｉ層と第２導電型の高濃度不純物ドープＳｉ層からなり、前記受光素子としてのｐｉｎフォトダイオードが設けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
3. 前記全反射鏡は、前記傾斜面に露出された前記低濃度不純物ドープＳｉ層の一部を覆うように形成されていることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ装置。
4. 前記全反射鏡は、複数のストライプ状パターンからなり、隣接するパターン間にスリット状の開口が設けられ、該開口の位置は前記低濃度不純物ドープ半導体層の一部に対応していることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ装置。
5. 前記半導体基板の表面部に、前記低濃度不純物ドープ半導体層及び高濃度不純物ドープ半導体層の傾斜面に連続する傾斜面を有する溝が形成されており、
   前記全反射鏡は、前記傾斜面に位置する前記低濃度不純物ドープ半導体層の側面の一部を覆うように形成されたストライプ状の第１パターンと、前記傾斜面に位置する第２導電型の高濃度不純物ドープ半導体層の側面を覆うように形成されたストライプ状の第２パターンと、前記溝の前記傾斜面に位置する第１導電型の前記高濃度不純物ドープ半導体基板の部分を覆うように形成されたストライプ状の第３パターンとを有し、
   第１パターン，第２パターン，第３パターンの各々は、前記傾斜面の傾斜方向と直交する方向に沿って配置されることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ装置。
6. 前記半導体基板の表面部に、前記半導体層の傾斜面に連続する傾斜面を有する溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の半導体レーザ装置。
7. 前記半導体層の側面の傾斜面は（１１１）面であり、該傾斜面が前記半導体基板の表面に対して４５度となるように前記半導体基板の表面は（１００）面から所定角度傾けられていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の半導体レーザ装置。
8. 表面部の一部に凹部が形成された半導体基板からなり、前記凹部の少なくとも一つの側面が傾斜面であるマウント基板と、
   前記凹部の底面に光出射端面が前記傾斜面と対向するように前記マウント基板上にマウントされた半導体レーザ素子と、
   前記傾斜面の一部を受光部とする受光素子と、
   前記傾斜面の一部に形成された全反射鏡とを具備してなり、
   前記全反射鏡は、前記傾斜面の一部に該傾斜面の傾斜方向と直交する方向にストライプ状に形成され、前記半導体レーザ素子の出力光ビームのうち少なくとも光軸中心部を含む一部の光ビームが反射されて外部に出力され、かつ残りの一部が前記受光素子の受光部に入射するよう配置されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
9. 前記傾斜面に無反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の半導体レーザ装置。

Images