JPH08288585A - 波長多重面発光半導体レーザアレイの作製方法 - Google Patents
波長多重面発光半導体レーザアレイの作製方法Info
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- JPH08288585A JPH08288585A JP9076995A JP9076995A JPH08288585A JP H08288585 A JPH08288585 A JP H08288585A JP 9076995 A JP9076995 A JP 9076995A JP 9076995 A JP9076995 A JP 9076995A JP H08288585 A JPH08288585 A JP H08288585A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 面型の半導体レーザを集積した波長多重アレ
イ光源による広帯域な光情報伝送を実現するために、波
長多重面発光半導体レーザアレイの作製方法を提供す
る。 【構成】 異る波長で発振する複数の面発光レーザ素子
を電気配線の施された同一の基板上に半田材を用いて融
着し、二次元状に集積する。 【効果】 個別に作製した面発光レーザ素子を集積する
ため、任意の波長間隔や分布のアレイが実現でき、面発
光型であるため、二次元状に高密度に集積が可能であ
る。
イ光源による広帯域な光情報伝送を実現するために、波
長多重面発光半導体レーザアレイの作製方法を提供す
る。 【構成】 異る波長で発振する複数の面発光レーザ素子
を電気配線の施された同一の基板上に半田材を用いて融
着し、二次元状に集積する。 【効果】 個別に作製した面発光レーザ素子を集積する
ため、任意の波長間隔や分布のアレイが実現でき、面発
光型であるため、二次元状に高密度に集積が可能であ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は波長多重面発光レーザア
レイの作製方法に関する。
レイの作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光の並列性を生かした高密度かつ広帯域
な情報伝送において、面発光レーザ素子が盛んに研究さ
れている。面発光レーザは半導体基板上に屈折率の異な
る２種類の半導体を多層に積層した多層膜ブラッグ反射
鏡を用いて光共振器を垂直方向に形成し、光を垂直方向
に出射する構造であるため、二次元的に高密度に集積で
きるのが特徴である。さらに、従来の端面出射型のレー
ザに比べてはるかに共振器長が短いために単一モード発
振が可能であり、発振波長の設定がエピタキシャル成長
法を用いているために精密に行えることから、波長多重
伝送用の光源としても注目されている。
な情報伝送において、面発光レーザ素子が盛んに研究さ
れている。面発光レーザは半導体基板上に屈折率の異な
る２種類の半導体を多層に積層した多層膜ブラッグ反射
鏡を用いて光共振器を垂直方向に形成し、光を垂直方向
に出射する構造であるため、二次元的に高密度に集積で
きるのが特徴である。さらに、従来の端面出射型のレー
ザに比べてはるかに共振器長が短いために単一モード発
振が可能であり、発振波長の設定がエピタキシャル成長
法を用いているために精密に行えることから、波長多重
伝送用の光源としても注目されている。
【０００３】発振波長の異なる面発光レーザ素子をアレ
イ状に集積し、波長多重レーザアレイを作製する方法と
しては、エピタキシャル成長中に意図的に膜厚を不均一
にし、光共振器の共振器長に空間分布をもたせる方法が
報告されている。これについては１９９１年発行の雑誌
アイイーイーイージャーナルオブカンタムエレクトロニ
クス「ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕ
ｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ」の１３６８頁から１３７
６頁に掲載の論文「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｗａｖｅｌｅｎ
ｇｔｈ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔ
ｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ａｒｒａｙｓ」に詳しく述べられ
ている。例として、分子線エピタキシー法で成長中、基
板回転機構を止めて、膜厚を傾斜させた層を成長し、ウ
ェハ内に膜厚分布をもたせることにより、図４に示すよ
うな構造の面発光レーザアレイを作製し、ウェハ上の位
置によって発光波長が変化する結果を得ている。
イ状に集積し、波長多重レーザアレイを作製する方法と
しては、エピタキシャル成長中に意図的に膜厚を不均一
にし、光共振器の共振器長に空間分布をもたせる方法が
報告されている。これについては１９９１年発行の雑誌
アイイーイーイージャーナルオブカンタムエレクトロニ
クス「ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕ
ｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ」の１３６８頁から１３７
６頁に掲載の論文「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｗａｖｅｌｅｎ
ｇｔｈ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔ
ｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ａｒｒａｙｓ」に詳しく述べられ
ている。例として、分子線エピタキシー法で成長中、基
板回転機構を止めて、膜厚を傾斜させた層を成長し、ウ
ェハ内に膜厚分布をもたせることにより、図４に示すよ
うな構造の面発光レーザアレイを作製し、ウェハ上の位
置によって発光波長が変化する結果を得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＭＢＥ
やＭＯＶＰＥ等による半導体結晶成長中に共振器長に空
間分布をつける従来の方法では、決まった方向に連続的
に波長が変化するために、波長間隔や分布を任意に設定
することが不可能である。さらに、波長間隔を大きくす
る場合や、多くの波長を多重する場合に、波長の範囲が
共振器のブラッグ反射帯域及び活性層のゲイン帯域によ
って制限される問題がある。
やＭＯＶＰＥ等による半導体結晶成長中に共振器長に空
間分布をつける従来の方法では、決まった方向に連続的
に波長が変化するために、波長間隔や分布を任意に設定
することが不可能である。さらに、波長間隔を大きくす
る場合や、多くの波長を多重する場合に、波長の範囲が
共振器のブラッグ反射帯域及び活性層のゲイン帯域によ
って制限される問題がある。
【０００５】本発明は上記の欠点をなくし、波長間隔、
多重波長数を任意に設定可能な波長多重面発光レーザア
レイの作製方法を提供することである。
多重波長数を任意に設定可能な波長多重面発光レーザア
レイの作製方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の波長多重面発光
レーザアレイの作製方法は、まず、半導体基板に対して
垂直方向に光共振器を形成した面型半導体レーザ構造に
おいて、発振波長の異なる複数の面発光レーザ素子を作
製し、各々を所定の形状で割り出し、電気配線を形成し
た同一基板上に半田材を用いて融着し、二次元的に集積
することを特徴としている。
レーザアレイの作製方法は、まず、半導体基板に対して
垂直方向に光共振器を形成した面型半導体レーザ構造に
おいて、発振波長の異なる複数の面発光レーザ素子を作
製し、各々を所定の形状で割り出し、電気配線を形成し
た同一基板上に半田材を用いて融着し、二次元的に集積
することを特徴としている。
【０００７】
【作用】前述の従来例ではウェハ上の膜厚分布を用いて
いるので発振波長の変化は一方向的かつ、連続的にな
る。また、波長間隔や作製できる波長多重アレイの波長
の範囲は共振器のブラッグ反射帯域によって制限され
る。これに対し、本発明では、発振波長の異なる面発光
レーザ素子を個別に制作し、それらを同一基板上に集積
するので、任意の波長間隔や分布が設定でき、かつ、波
長の帯域の制限を無くすることができる。
いるので発振波長の変化は一方向的かつ、連続的にな
る。また、波長間隔や作製できる波長多重アレイの波長
の範囲は共振器のブラッグ反射帯域によって制限され
る。これに対し、本発明では、発振波長の異なる面発光
レーザ素子を個別に制作し、それらを同一基板上に集積
するので、任意の波長間隔や分布が設定でき、かつ、波
長の帯域の制限を無くすることができる。
【０００８】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。
る。
【０００９】図１は、本発明の波長多重面発光レーザア
レイの作製方法を示す一実施例である。本実施例では波
長の数が４の場合について説明する。
レイの作製方法を示す一実施例である。本実施例では波
長の数が４の場合について説明する。
【００１０】面発光レーザ素子１１〜１４は半導体基板
に垂直方向に形成された光共振器を有し、各々異なる波
長でレーザ発振するように光共振器の共振器長が調整さ
れている。面発光レーザ素子１１〜１４は、個々に作製
されたウェハから所定の形状で切り出され、図１（ａ）
に示すように、同一の基板２０の上に二次元状（２×
２）に集積される。基板２０はＡｌＮやセラミック等の
絶縁性材料で、表面には面発光レーザ素子の電極１５お
よび１６の配置に合わせて二次元状に並んだ半田バンプ
アレイ２１及び、半田バンプアレイ２１と外部回路と接
続するための電気配線パターン２２が形成されている。
面発光レーザ素子１１〜１４は、半田バンプアレイ２１
により融着され、基板上に二次元的に集積される。図１
に示す面発光レーザ素子１１〜１４では、アノード電極
１５とカソード電極１６が２行２列の正方形状に配置さ
れ基板２０上に置いた状態で水平になるような形状とし
ている。
に垂直方向に形成された光共振器を有し、各々異なる波
長でレーザ発振するように光共振器の共振器長が調整さ
れている。面発光レーザ素子１１〜１４は、個々に作製
されたウェハから所定の形状で切り出され、図１（ａ）
に示すように、同一の基板２０の上に二次元状（２×
２）に集積される。基板２０はＡｌＮやセラミック等の
絶縁性材料で、表面には面発光レーザ素子の電極１５お
よび１６の配置に合わせて二次元状に並んだ半田バンプ
アレイ２１及び、半田バンプアレイ２１と外部回路と接
続するための電気配線パターン２２が形成されている。
面発光レーザ素子１１〜１４は、半田バンプアレイ２１
により融着され、基板上に二次元的に集積される。図１
に示す面発光レーザ素子１１〜１４では、アノード電極
１５とカソード電極１６が２行２列の正方形状に配置さ
れ基板２０上に置いた状態で水平になるような形状とし
ている。
【００１１】図１（ｂ）は基板２０上に集積された面発
光レーザ素子１１〜１４のうちの１素子について断面を
拡大した図である。
光レーザ素子１１〜１４のうちの１素子について断面を
拡大した図である。
【００１２】光共振器が屈折率の異なる２種類の半導体
を多層に積層した多層膜ブラッグ反射鏡１０１及び１０
２を活性層を含むｐ−ｎ接合構造１００の上下に形成し
た構成で、半導体基板１０２上にエピタキシャル成長に
よって形成される。面発光レーザ素子には活性層に電流
を注入するためのアノード電極１５とカソード電極１６
が形成されており、レーザ光１７は電極が形成された面
と逆側の基板面から出射する。
を多層に積層した多層膜ブラッグ反射鏡１０１及び１０
２を活性層を含むｐ−ｎ接合構造１００の上下に形成し
た構成で、半導体基板１０２上にエピタキシャル成長に
よって形成される。面発光レーザ素子には活性層に電流
を注入するためのアノード電極１５とカソード電極１６
が形成されており、レーザ光１７は電極が形成された面
と逆側の基板面から出射する。
【００１３】各面発光レーザチップの位置を精密にあわ
せる方法としては、融着の際に面発光レーザ素子が半田
バンプの表面張力によって引っ張られ、自動的に半田バ
ンプの位置に安定する作用を利用する方法と、機械的に
位置合わせを行って個別に融着する方法のいずれを用い
ても可能である。
せる方法としては、融着の際に面発光レーザ素子が半田
バンプの表面張力によって引っ張られ、自動的に半田バ
ンプの位置に安定する作用を利用する方法と、機械的に
位置合わせを行って個別に融着する方法のいずれを用い
ても可能である。
【００１４】二次元的に集積された面発光レーザアレイ
は各々の素子が外部から駆動できる。レーザ光は基板か
ら垂直方向に出射される。この出射光はレンズを用いて
１本の光ファイバに集めることができる。
は各々の素子が外部から駆動できる。レーザ光は基板か
ら垂直方向に出射される。この出射光はレンズを用いて
１本の光ファイバに集めることができる。
【００１５】図２は図１に示した実施例に用いる面発光
レーザ素子の構造を説明する図である。材料系として、
基板にＧａＡｓ、活性層にＩｎＧａＡｓを用いた。Ｉｎ
ＧａＡｓの発光波長は、Ｉｎ組成を変化させることによ
り、ほぼ９００ナノメートルから１０００ナノメートル
の範囲で任意に設定できる。ＧａＡｓ基板３０上にはま
ず、レーザ動作させる発振波長の１／４の光学的な厚さ
のｎ型ＧａＡｓ層３１とｎ型ＡｌＡｓ層３２を２０周期
程度積層した多層膜反射鏡４０を形成し、その上にｎ型
ＡｌＧａＡｓ層３３、アンドープのＩｎＧａＡｓ活性層
３４、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層３５を順に集積したｐ−ｎ接
合構造４１を形成する。さらに発振波長の１／４の光学
的な厚さのｐ型ＧａＡｓ層３６とｐ型ＡｌＡｓ層３７を
１５周期程度積層した多層膜反射鏡４２を形成する。反
射鏡４０及び４２で挟まれたｐ−ｎ接合構造４１の光学
的な厚みを発振波長の１／２の整数倍とすることによ
り、共振特性が得られ、共振器の共振波長を所定のレー
ザ発振波長にあわせることができる。
レーザ素子の構造を説明する図である。材料系として、
基板にＧａＡｓ、活性層にＩｎＧａＡｓを用いた。Ｉｎ
ＧａＡｓの発光波長は、Ｉｎ組成を変化させることによ
り、ほぼ９００ナノメートルから１０００ナノメートル
の範囲で任意に設定できる。ＧａＡｓ基板３０上にはま
ず、レーザ動作させる発振波長の１／４の光学的な厚さ
のｎ型ＧａＡｓ層３１とｎ型ＡｌＡｓ層３２を２０周期
程度積層した多層膜反射鏡４０を形成し、その上にｎ型
ＡｌＧａＡｓ層３３、アンドープのＩｎＧａＡｓ活性層
３４、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層３５を順に集積したｐ−ｎ接
合構造４１を形成する。さらに発振波長の１／４の光学
的な厚さのｐ型ＧａＡｓ層３６とｐ型ＡｌＡｓ層３７を
１５周期程度積層した多層膜反射鏡４２を形成する。反
射鏡４０及び４２で挟まれたｐ−ｎ接合構造４１の光学
的な厚みを発振波長の１／２の整数倍とすることによ
り、共振特性が得られ、共振器の共振波長を所定のレー
ザ発振波長にあわせることができる。
【００１６】レーザ構造は、多層膜反射鏡４２をメサ状
にエッチングした後、メサ周辺にｐ−ｎ接合構造に達す
る深さのプロトン注入を行い、高抵抗領域４３を形成す
る。活性層に電流を注入するための電極はメサ構造の上
にアノード電極４４を形成し、メサ構造から所定の距離
に多層膜反射鏡４０に達する深さの溝状のエッチングを
行った後に、溝の部分にカソード電極４５を形成する。
電流は多層膜反射鏡４０，４１を経由して活性層に注入
される。
にエッチングした後、メサ周辺にｐ−ｎ接合構造に達す
る深さのプロトン注入を行い、高抵抗領域４３を形成す
る。活性層に電流を注入するための電極はメサ構造の上
にアノード電極４４を形成し、メサ構造から所定の距離
に多層膜反射鏡４０に達する深さの溝状のエッチングを
行った後に、溝の部分にカソード電極４５を形成する。
電流は多層膜反射鏡４０，４１を経由して活性層に注入
される。
【００１７】アノード電極４４とカソード電極４５には
両者が同じ高さになるように調整しながら金属の厚膜で
半田で融着するための台座４６，４７を形成する。この
台座の厚膜には、金・錫等の半田材に対する濡れ性を持
たせ、かつ半田材の電極への拡散を防ぐために、チタン
・白金・金などの多層構造を用いる。
両者が同じ高さになるように調整しながら金属の厚膜で
半田で融着するための台座４６，４７を形成する。この
台座の厚膜には、金・錫等の半田材に対する濡れ性を持
たせ、かつ半田材の電極への拡散を防ぐために、チタン
・白金・金などの多層構造を用いる。
【００１８】以上の構造を形成した後に、ＧａＡｓ基板
３０を１００ミクロン程度に薄くし、鏡面研磨及び、無
反射コーティング５０を施す。レーザ光５１は基板裏面
から取り出される。
３０を１００ミクロン程度に薄くし、鏡面研磨及び、無
反射コーティング５０を施す。レーザ光５１は基板裏面
から取り出される。
【００１９】図３は本発明の作製方法によって作製した
波長多重面発光レーザアレイの発光スペクトルを測定し
た結果を示している。波長間隔は５ナノメートルで９個
の異なる波長の面発光レーザを集積した。従来の方法で
は困難であった広い波長間隔で均一な発光特性が得られ
た。
波長多重面発光レーザアレイの発光スペクトルを測定し
た結果を示している。波長間隔は５ナノメートルで９個
の異なる波長の面発光レーザを集積した。従来の方法で
は困難であった広い波長間隔で均一な発光特性が得られ
た。
【００２０】
【発明の効果】以上詳細に述べたように、本発明によ
り、任意の波長間隔や分布の波長多重面発光レーザアレ
イが作製できる。
り、任意の波長間隔や分布の波長多重面発光レーザアレ
イが作製できる。
【図１】本発明の波長多重面発光半導体レーザアレイの
作製方法の１実施例を示す図である。
作製方法の１実施例を示す図である。
【図２】本発明の波長多重面発光レーザアレイに用いる
面発光レーザの構造を示す図である。
面発光レーザの構造を示す図である。
【図３】本発明の波長多重面発光レーザアレイの作製方
法によって作製された波長多重面発光レーザアレイの発
光スペクトルを示す図である。
法によって作製された波長多重面発光レーザアレイの発
光スペクトルを示す図である。
【図４】発光多重面発光レーザアレイの作製方法の従来
例を示す図である。
例を示す図である。
１１〜１４ 面発光半導体レーザ素子 １５ 面発光レーザ素子のアノード電極 １６ 同カソード電極 １７ 出射されるレーザ光 ２０ 面発光レーザ素子を集積する基板 ２１ 半田バンプアレイ ２２ 電気配線パターン １０１，１０２ 反動多層膜反射鏡 １００ 活性層を含むｐ−ｎ接合構造 ３０ ＧａＡｓ基板 ３１ ｎ型ＧａＡｓ層 ３２ ｎ型ＡｌＡｓ層 ４０ ３１，３２が積層された多層膜反射鏡 ３６ ｐ型ＧａＡｓ層 ３７ ｐ型ＡｌＡｓ層 ４２ ３６，３７が積層された多層膜反射鏡 ３３ ｎ型ＡｌＧａＡｓ層 ３４ アンドープのＩｎＧａＡｓ活性層 ３５ ｐ型ＡｌＧａＡｓ層 ４１ ３３，３４，３５で構成されるｐ−ｎ接合構造 ４３ イオン注入によって形成される高抵抗領域 ４４ アノード電極 ４５ カソード電極 ４６，４７ 半田バンプ融着のための台座
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板に対して垂直方向に形成され
た光共振器を有し、各々異なる波長でレーザ発振する複
数の面発光半導体レーザ素子を、電気配線の施された同
一の基板上に半田材を用いて融着し、二次元状に集積す
ることを特徴とする波長多重面発光半導体レーザアレイ
の作製方法。 - 【請求項２】 面発光半導体レーザ素子は半導体基板上
に、垂直方向の共振器を形成するための多層膜反射鏡と
活性層を含むｐ−ｎ接合部とを有する半導体層構造を備
え、発振光は半導体基板側からとり出され、前記ｐ−ｎ
接合部に電流を流すためのアノード電極とカソード電極
は前記半導体層構造側に形成され、アノード電極とカソ
ード電極には半田バンプ融着のための台座がそれぞれ形
成されその台座の高さが、ほぼ同じであることを特徴と
する請求項１記載の波長多重面発光半導体レーザアレイ
の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9076995A JPH08288585A (ja) | 1995-04-17 | 1995-04-17 | 波長多重面発光半導体レーザアレイの作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9076995A JPH08288585A (ja) | 1995-04-17 | 1995-04-17 | 波長多重面発光半導体レーザアレイの作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08288585A true JPH08288585A (ja) | 1996-11-01 |
Family
ID=14007821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9076995A Pending JPH08288585A (ja) | 1995-04-17 | 1995-04-17 | 波長多重面発光半導体レーザアレイの作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08288585A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5898722A (en) * | 1997-03-10 | 1999-04-27 | Motorola, Inc. | Dual wavelength monolithically integrated vertical cavity surface emitting lasers and method of fabrication |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH057019A (ja) * | 1991-06-27 | 1993-01-14 | Nec Corp | 半導体発光素子の製造方法 |
| JPH0553511A (ja) * | 1991-08-28 | 1993-03-05 | Toyoda Gosei Co Ltd | カラーデイスプレイ装置 |
| JPH06140673A (ja) * | 1992-10-23 | 1994-05-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光素子の実装法 |
| JPH06314846A (ja) * | 1993-04-30 | 1994-11-08 | Nec Corp | 狭帯域化面発光レーザ |
| JPH0738196A (ja) * | 1993-07-22 | 1995-02-07 | Nec Corp | 面発光素子 |
| JPH07202162A (ja) * | 1993-12-28 | 1995-08-04 | Nec Corp | 光集積回路およびその製造方法 |
-
1995
- 1995-04-17 JP JP9076995A patent/JPH08288585A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19971224 |