JPH07335976A - 受光素子付き面発光レーザ装置 - Google Patents

受光素子付き面発光レーザ装置

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JPH07335976A
JPH07335976A JP13270394A JP13270394A JPH07335976A JP H07335976 A JPH07335976 A JP H07335976A JP 13270394 A JP13270394 A JP 13270394A JP 13270394 A JP13270394 A JP 13270394A JP H07335976 A JPH07335976 A JP H07335976A
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JP
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light receiving
emitting laser
surface emitting
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JP13270394A
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English (en)
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Taketaka Kohama
剛孝 小濱
Yoshitaka Ooiso
義孝 大礒
Kouta Tateno
功太 館野
Takashi Kurokawa
隆志 黒川
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 外部効率が極めて優れた受光素子付き面発光
レーザの構造を提供することを目的とする。 【構成】 面発光レーザ(2,3,4,5)と、該面発
光レーザ(2,3,4,5)からのレーザ光をモニタす
る受光素子(8)からなることを特徴とするものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、受光素子付き面発光レ
ーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】情報処理の高度化が進むにつれて、LS
Iの高集積化、大容量化が急速に進んでいるが、それと
共に電子デバイス素子の配線遅延あるいはクロストーク
などの問題が益々深刻化している。面発光レーザは、基
板面に対して垂直方向に共振器が構成され、かつ、垂直
方向に光が出射するので、このような課題を解決する光
インターコネクション用光源として重要である。即ち、
従来の端面発光型レーザと比較して、面発光レーザは劈
開フリー、低閾値、円形出射ビーム、二次元集積化光
源、OEIC化が容易等の特徴を有しているからであ
る。
【0003】一般にレーザにおいては注入電流に伴う或
いは周辺変動に伴うの温度上昇等により、素子特性、即
ち、レーザ光出力の経時変化が発生する。一般にレーザ
光が変動すると光インターコネクション等、送受信を行
っている場合などにビットエラーにつながる。この為、
通常の端面発光レーザの場合、レーザ(LD)出射光と
反対側に受光素子(PD)を構成し、上記受光素子が上
記レーザ出射光を藻に足し、レーザ電流に負帰還をかけ
ることで、レーザ光出力を安定化させている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在面
発光レーザとして実用化レベルまで進んでおり、且つ、
光インターコネクション用光源として嘱望される0.8
5μm帯面発光レーザにおいては、動作波長において基
板(GaAs)が透明ではないため、従来では、上面発光
型に限られていた。
【0005】そのため、図7に示すような、面発光レー
ザ上部に受光素子を構成する構造が一件報告されている
だけであり(Hasnain et al. 91 DRC)、この構造では、
第一の半導体光反射層03、活性層を含むスペーサ層0
4及び第二の半導体光反射層05より構成される面発光
レーザからの出射光が受光素子08を通過して、その一
部が吸収されるため、外部効率が劣化するなどの問題が
あった。本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたもの
であり、外部効率が極めて優れた受光素子付き面発光レ
ーザの構造を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
する本発明の構成は面発光レーザと、該面発光レーザか
らのレーザ光をモニタする受光素子からなることを特徴
とする。更に、上記面発光レーザは、発振波長に透明な
基板上に作製されることを特徴とする。また、上記受光
素子は、上記面発光レーザの主たる光出力方向と反対側
に作製されること、フォトダイオード、フォトトランジ
スタ若しくはMSMであることを特徴とする。又、受光
素子付き面発光レーザ装置は、はんだバンプを用いたフ
リップチップボンディング実装構造であることを特徴と
する。
【0007】
【作用】本発明の面発光レーザ装置は、受光素子を具え
ているので、面発光レーザからのレーザ光をモニタする
ことが可能となる。特に、面発光レーザを発振波長に透
明な基板上に作製し、受光素子を上記面発光レーザの主
たる光出力方向と反対側に作製すれば、面発光レーザか
らの出射光が受光素子を透過しないので、出射光が受光
素子に吸収されず、外部効率が極めて良好となる。
【0008】
【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。
【0009】〔実施例1〕本発明の第一の実施例に係る
受光素子付き8×8面発光レーザアレイを図1に示す。
本実施例は、発振波長0.85μmにおいて透明な基板
であるAlGaAs結晶基板1を用い、この結晶基板1の
上に面発光レーザと受光素子としてフォトダイオード
(以下、pinと言う)8を形成したものである。
【0010】先ず、厚さ300μmのp型AlGaAs結
晶基板1の上に、50nmのp−GaAsバッファ層2、
p−Al0.15Ga0.85As/AlAs多層膜からなる第一の
半導体光反射層3、活性層を含む光学波長λ(λは発振
波長)のスペーサ層4、n−Al0.15Ga0.85As/AlA
s多層膜からなる第二の半導体光反射層5、厚さ100
nmのn−InGaP層6から構成される面発光レーザ部
分の結晶を作製する。
【0011】次に、上記結晶上に各素子径20μm、間
隔が250μmとなるようにレジスト/SiO2からなる
マスクを形成する。引続き、加速電圧380及び80K
eV、ドーズ量2×1014cm-3でH+イオン注入、及び
素子間分離のため加速電圧80KeV、ドーズ量2×10
14cm-3でO+イオン注入を行いイオン注入領域7を形
成する。
【0012】その後、水素雰囲気中415℃で5分アニ
ールし、8×8面発光レーザアレイ素子部分を作製す
る。更に、上記イオン注入された結晶に対して、マスク
剥離後、n−InGaP(2×1018cm-3)、100nm
/i−GaAs(1×1015cm-3)、3μm/p−GaAs
(1×1018cm-3)、100nm/p−Al0.3Ga0.7
s(1×1018cm-3)から構成される受光素子としてp
in8の結晶を作製する。
【0013】そして、各受光素子部分に対応して素子径
15μmのAuよりなる電極9及びレジストからなるマ
スクを形成する。続いて、前記マスクを用いて、塩酸:
リン酸からなるエッチング液で、上記n−InGaP層ま
でエッチオフする。その後、面発光レーザと受光素子と
の共通電極としてAuZn/Ni/Auよりなるn電極10、
裏面のARコート11及びAlGaAs結晶基板1の裏面
に面発光レーザの電極としてAuGe/Ni/Auよりなるp
電極12を形成して工程を完了する。
【0014】このようにして作製された上記面発光レー
ザに対して電流を注入し、I−L特性を調べた。この結
果を図2に示す。同図に示すように、従来報告されてい
る価と同様に、閾値電流4.5mAまた閾値電圧2.5
Vにおいて、I−L曲線が立ち上がり、レーザ発振に至
ることが確認された。また、光出力においても最大光出
力も1.2mWとなり、モノリシックにpinを形成し
ても面発光レーザ自身の特性を変化させていないことが
判明した。また、受光素子に10Vの逆バイアス電圧を
かけ光電流について調べたところ、図に示すように、レ
ーザの光出力に従って最大0.15mA程度とれている
ことが判る。
【0015】また、8×8面発光レーザアレイ素子を用
いて、図3に示すようにレーザ(LD)出射光と反対側
に受光素子(PD)を構成し、レーザに順バイアスV1
を、受光素子に逆バイアス電圧V2を印加する電気回路
を構成し、上記受光素子が上記LD光をモニタし、LD
電流に負帰還をかけることで、LD光出力を安定化させ
るAPC動作を行った。
【0016】即ち、図4に示すように、はんだバンプ1
3を用いてフェイスダウン構造によりサファイヤ基板1
4に搭載し、また、モニタとして上記面発光レーザアレ
イの中心一か所のpin(受光素子)8のみを用いるフ
リップチップボンディング実装構造とした。そして、図
4に示すように、pin(受光素子)にV2として10
Vの逆バイアスを印加し、pinからの光電流を各素子
のレーザ電源に戻しレーザ駆動電流に負帰還させたとこ
ろ、外部環境の変化に対しても各素子の光出力を安定化
させることが確認できた。また、この構造においてはい
わゆるジャンクションダウン構造であるため、レーザ放
熱効果が良く、光出力などのI−L特性も改善された。
【0017】〔実施例2〕本発明の第2の実施例に係る
受光素子付き面発光レーザ装置を図5に示す。本実施例
は、受光素子としてMSM21を用いるものである。先
ず、面発光レーザアレイ部分の結晶については、InGa
P層及びイオン注入工程を除き第一の実施例と同様に作
製する。引き続き、上記結晶上に、キャリア濃度3×10
17cm-3のGaAs層22を2μm形成する。
【0018】次に、加速電圧380及び80KeV、ド
ーズ量2×1014cm-3でH+イオン注入、及び素子間分
離のため加速電圧80KeV、ドーズ量2×1014cm-3
でO +イオン注入を行いイオン注入領域7を形成する。
その後、水素雰囲気中415℃で5分アニールし、8×
8面発光レーザアレイ素子部分を作製する。
【0019】上記結晶に対してマスク剥離後、各MSM
21に対応するように、Auからなる櫛形電極23を形
成し、更に、第二の半導体光反射層5のn電極を取り出
すために、一部をエッチオフし電極を形成した後、裏面
のARコート11及びAlGaAs結晶基板1の裏面に面
発光レーザの電極としてAuGe/Ni/Auよりなる電極1
2を形成して工程を完了する。このようにして作製され
た面発光レーザは、受光素子をMSMに置き換えている
が、前述した第一の実施例と同様な効果が確認された。
また、同様に、受光素子をフォトトランジスタ(HP
T)に置き換えても同様な効果が得られた。
【0020】〔実施例3〕本発明の第三の実施例に係る
受光素子付き面発光レーザ装置を図6に示す。本実施例
は、発振波長1.55μmにおいて透明な基板であるI
nP結晶基板31を用い、このInP結晶基板31の上に
面発光レーザと受光素子とを形成したものである。先
ず、厚さ300μmのn型InP結晶基板31の上に、
50nmのn−InPバッファ層32、n−AlGaAsP
(1.4Q)/InP多層膜からなる第一の半導体光反
射層33、活性層及びエッチストップ層を含む光学波長
5λ(λは発振波長)のp−スペーサ層34、p−Al
GaAsP(1.4Q)/InP多層膜からなる第二の半
導体光反射層35を作製する。
【0021】次に、上記結晶上に各素子径20μm、間
隔が250μmとなるようにレジスト/SiO2からなる
マスクを形成する。引続き、加速電圧380及び80K
eV、ドーズ量2×1014cm-3でH+イオン注入を行い
イオン注入領域37を形成し、その後、水素雰囲気中4
15℃で5分アニールし、8×8面発光レーザアレイ素
子部分を作製する。上記イオン注入された結晶に対して
マスク剥離後、p−AlGaAsP(1.55Q)1μm
/n−InGaAs200μmから構成される受光素子3
6の結晶を作製する。
【0022】このようにして作製された面発光レーザ
は、前述した実施例と同様に、面発光レーザ自身の特性
を劣化させることなく、レーザの光出力に従って十分な
光電流が流れていることが判った。また、上記受光素子
からの電流をレーザ電源に戻しレーザ駆動電流に負帰還
させ光出力を安定化させることもできた。
【0023】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明による受光素子付き面発光レーザ装置
によれば、レーザ光の出力安定化が図れると共に、面発
光レーザ自身の大幅な特性改善が図られるため、光交
換、光ニューラルネットワーク、光インターコネクショ
ン、光情報処理用の光源及び光スイッチとしての利用が
可能となる等、経済的効果は大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例に係る受光素子付き面発
光レーザ装置の構造図である。
【図2】本発明の第一の実施例に係る受光素子付き面発
光レーザ装置のI−L特性を示すグラフである。
【図3】一般的な受光素子と面発光レーザとの電気回路
を示す説明図である。
【図4】本発明の第一の実施例に係る受光素子付き面発
光レーザ装置のAPC動作の為の説明図である。
【図5】本発明の第二の実施例に係る受光素子付き面発
光レーザ装置の構造図である。
【図6】本発明の第三の実施例に係る受光素子付き面発
光レーザ装置の構造図である。
【図7】従来法によるGaAs基板上に作製された受光素
子と面発光レーザの構造図である。
【符号の説明】
1 p型AlGaAs結晶基板 2 p−GaAsバッファ層 3 第一の半導体光反射層 4 スペーサ層 5 第二の半導体光反射層 6 n−InGaP層 7 イオン注入領域 8 pin(受光素子) 9 Auよりなる電極 10 AuZn/Ni/Auよりなるn電極 11 ARコート 12 AuGe/Ni/Auよりなるp電極 13 はんだバンプ 14 サファイヤ基板 21 MSM 22 GaAs層 31 InP結晶基板 32 n−InPバッファ層 33 第一の半導体光反射層 34 p−スペーサ層 35 第二の半導体光反射層 36 受光素子 37 イオン注入領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒川 隆志 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 面発光レーザと、該面発光レーザからの
    レーザ光をモニタする受光素子からなることを特徴とす
    る受光素子付き面発光レーザ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、上記面発光レーザ
    は、発振波長に透明な基板上に作製されていることを特
    徴とする受光素子付き面発光レーザ装置。
  3. 【請求項3】 請求項1において、上記受光素子は上記
    面発光レーザの主たる光出力方向と反対側に作製されて
    いることを特徴とする受光素子付き面発光レーザ装置。
  4. 【請求項4】 請求項1において、上記受光素子はフォ
    トダイオード、フォトトランジスタ若しくはMSMであ
    ることを特徴とする受光素子付き面発光レーザ装置。
  5. 【請求項5】 請求項1において、はんだバンプを用い
    たフリップチップボンディング実装構造であることを特
    徴とする受光素子付き面発光レーザ装置。
JP13270394A 1994-06-15 1994-06-15 受光素子付き面発光レーザ装置 Pending JPH07335976A (ja)

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