JPH0945996A

JPH0945996A - 光学装置

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Publication number: JPH0945996A
Application number: JP19072695A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sawara; 健志佐原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-07-26
Filing date: 1995-07-26
Publication date: 1997-02-14
Anticipated expiration: 2015-07-26
Also published as: JP3393245B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ウエーハからの素子の収率を維持したまま、
反射型面発光レーザとモニタ用半導体受光素子とをモノ
リシックに配置形成する。【解決手段】モニタ用半導体受光素子と反射型面発光
レーザとを有する光学装置において、共通の半導体基板
１上に、モニタ用半導体受光素子ＰＤと反射型面発光レ
ーザＬＲとが隣り合って形成され、モニタ用半導体受光
素子ＰＤおよび反射型面発光レーザＬＲの少なくとも一
方が半導体基板１面においてＬ字形状とされて、反射型
面発光レーザＬＲの一方の共振器端面にモニタ用半導体
受光素子ＰＤの受光面２が対向する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザによ
る反射型面発光レーザを有する光学装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザを光源とする光学装置にお
いて、半導体レーザを構成する半導体基板面と直交する
方向にレーザ光を導出するいわゆる面発光型構成とする
ことが望まれる場合がある。この場合、半導体レーザ自
体において、垂直方向の共振器を有する面発光半導体レ
ーザを用いることが考えられる。しかしながら、この場
合、高出力化ができない、信頼性に乏しいなどの問題が
ある。このために半導体レーザを光源として用いる光学
装置においては、水平方向の共振器を有する水平共振器
型半導体レーザを用いてこれよりの放出光を例えば４５
°に傾けて配置した反射ミラーによって反射させて、半
導体基板面に対して垂直方向にレーザ光を導出するよう
にした反射型面発光レーザが広く用いられる。

【０００３】一方、半導体レーザにおいては、その出力
を制御するために、モニタ用のフォトダイオードすなわ
ちモニタ用半導体受光素子が設けられレーザ光を受光し
てレーザ出力を検出することが行われる。このモニタ用
のフォトダイオードは、共振器のレーザ光放射がなされ
る両端面の一方の側のレーザ光を受光検出するように配
置構成され、その検出した信号を信号処理回路に入力す
る。そして、この回路からのレーザ出力信号を、レーザ
の出力制御回路にフィードバックして、レーザの出力制
御を行う。

【０００４】ところが、このモニタ用フォトダイオード
を上述の反射型面発光レーザに配置する場合、その水平
共振器の端面に配置する必要があることから、面発光レ
ーザとフォトダイオードは平面的に配置されることにな
り、全体の占有面積が大となる。また、通常モニタ用フ
ォトダイオードは面発光レーザが形成される半導体チッ
プとは別の半導体チップにより構成されて、これが面発
光レーザと所定の位置関係となるよう組み立てられるハ
イブリッド構成がとられる。従って、この場合その位置
関係の設定、組立の煩雑さ、全体の大型化等の多くの問
題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】通常半導体レーザにお
いては、そのチップサイズが比較的大きいことにより、
外部との接続のためのワイヤボンディング面積の確保に
はさほど問題がなかった。また、半導体レーザとハイブ
リッドに作られていたシリコン素子によるモニタ用フォ
トダイオードも、シリコンウエーハの単価が安いことか
ら、面積の大きいものが用いられていた。

【０００６】ところが、上述したようにハイブリッド構
成による問題点の解決を図って反射型面発光レーザとモ
ニタ用フォトダイオードとを共通の半導体基板に作り込
むいわゆるモノリシック構成の光学素子によって光学装
置を形成する場合、光学素子全体が大きくなることか
ら、ウエーハからの光学素子の収率を著しく落とすこと
になる。さらに、このとき光学素子はＧａＡｓ等の化合
物半導体で形成されるために、ＧａＡｓとシリコンの面
積当たりの価格差によって、光学装置の単価は逆に上昇
してしまう。

【０００７】本発明はこのような点を考慮してなされた
もので、半導体レーザによる反射型面発光レーザをモニ
タ用半導体受光素子とをモノリシックに配置形成した光
学素子からなる光学装置において、ウエーハからの光学
素子の収率を改善しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、モニタ用半導
体受光素子と反射型面発光レーザとを有する光学装置に
おいて、共通の半導体基板上にモニタ用半導体受光素子
と反射型面発光レーザとが隣り合って形成され、モニタ
用半導体受光素子および反射型面発光レーザの少なくと
も一方が半導体基板面においてＬ字形状とされて、反射
型面発光レーザの一方の共振器端面にモニタ用半導体受
光素子の受光面が対向する構成とする。

【０００９】上述の本発明の構成によれば、モニタ用半
導体受光素子と反射型面発光レーザとを有する光学装置
において、反射型面発光レーザおよびモニタ用半導体受
光素子の少なくとも一方を半導体基板面においてＬ字形
状とすることにより、反射型面発光レーザおよびモニタ
用半導体受光素子の面積は維持したままで全体の面積を
低減すること、あるいは全体の面積を維持したまま反射
型面発光レーザおよびモニタ用半導体受光素子の面積を
大きくとることができる。また、反射型面発光レーザの
一方の共振器端面にモニタ用半導体受光素子の受光面が
対向する構成とすることから、この受光面でレーザ光を
受光検出することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】まず図１を用いて本発明の光学装
置の一例について説明する。図１は本発明の光学装置の
一例の概略平面図を示す。図１の光学装置は、共通の半
導体基板１上に、面発光レーザＬＳとフォトダイオード
によるモニタ用半導体受光素子ＰＤとが隣り合って配置
されて光学素子１０が構成される。面発光レーザＬＳ
は、半導体レーザ構造による端面発光レーザＬＳの一方
の共振器端面に対向して反射ミラーＭが形成されて反射
型面発光レーザＬＲを構成する。そして端面発光レーザ
ＬＳの他方の共振器端面に対向してモニタ用半導体受光
素子ＰＤの受光面２が形成されてレーザ出力のモニタが
なされる。面発光レーザＬＳとモニタ用半導体受光素子
ＰＤの表面には、ボンディングパッド部Ｅｂを延長して
形成した電極Ｅが設けられる。ボンディングパッド部Ｅ
ｂには、図示しないがリードワイヤがボンディングされ
る。面発光レーザＬＳの共振器にはストライプＳが形成
され、ストライプＳの両端の発光点３からレーザ光が放
射される。

【００１１】面発光レーザＬＳおよびモニタ用半導体受
光素子ＰＤは、共に半導体基板１面においてＬ字形状に
形成されている。

【００１２】このような水平共振器型半導体レーザによ
る面発光レーザＬＳと反射ミラーＭとの組み合わせによ
る反射型面発光レーザＬＲと、モニタ用半導体受光素子
ＰＤとを共通の半導体基板上に形成したモノリシックな
構造の光学素子の製造方法の工程図を、図６Ａ〜Ｃおよ
び図７Ａ〜Ｃに示す。図６Ａ〜Ｃおよび図７Ａ〜Ｃに示
す工程図は、図１のＡ−Ａ線における断面に対応する。

【００１３】まず、図６Ａに示すように、第１導電型例
えばｎ型の化合物半導体基板２１を用意する。図６Ｂに
示すように、化合物半導体基板２１上に、それぞれ化合
物半導体による第１導電型のクラッド層２２、活性層２
３、第２導電型例えばｐ型のクラッド層２４を順次ＣＶ
Ｄ（化学的気相成長）法等により積層形成し、半導体レ
ーザＬＤ構造を形成する。図６Ｃに示すように、ＲＩＥ
（反応性イオンエッチング）法等により半導体レーザＬ
Ｄ構造にエッチングを施し、水平共振器を形成する。

【００１４】次に、図７Ａに示すように、半導体レーザ
ＬＤ構造を覆って全面的にＳｉＯ２等からなる絶縁膜２
５を形成し、半導体レーザＬＤ構造以外の部分の絶縁膜
２５は除去する。

【００１５】図７Ｂに示すように、絶縁膜２５を選択成
長マスクとして、選択成長により化合物半導体基板２１
上に第１導電型の化合物半導体層２６を形成する。この
化合物半導体層２６の絶縁層２５側の端面は、化合物半
導体基板２１の基板面と選択成長の方向の結晶面、結晶
軸を選定することにより、結晶性のよい平坦な斜面とし
て形成される。

【００１６】さらに、この第１導電型の化合物半導体層
２６の上に、第２導電型例えばｐ型の化合物半導体層２
７を積層形成し、第１導電型の化合物半導体層２６とに
よってｐｎ接合を構成させる。このｐｎ接合を用いて、
フォトダイオードによるモニタ用半導体受光素子ＰＤを
形成する。

【００１７】また、半導体レーザＬＤ構造上の絶縁層２
５にストライプ状の開口を形成し、この開口を通じて半
導体レーザＬＤの一方の電極Ｅをストライプ状にオーミ
ックに被着してストライプ状の水平共振器を形成する。

【００１８】このようにして、図７Ｃに示すように水平
共振器型半導体レーザＬＤ構造による面発光レーザＬＳ
を構成する。図７Ｃにおいて、面発光レーザＬＳの右側
から放射したレーザ光Ｌを本来の使用光とする場合に、
右側の化合物半導体層２６をフロント側２６Ｆ、左側の
化合物半導体層２６をリア側２６Ｒとする。ここでは、
フロント側の化合物半導体層２６Ｆの結晶面による斜面
を反射ミラーＭとして、反射ミラーＭで反射してレーザ
光Ｌを放射させる構成とする。すなわち、端面発光レー
ザＬＳと反射ミラーＭとからなる反射型面発光レーザＬ
Ｒを構成する。

【００１９】上述の方法により、反射型面発光レーザＬ
Ｒとモニタ用半導体受光素子ＰＤとが隣り合って形成さ
れた構成の光学装置を製造できる。

【００２０】図１に示した例においては、図６Ｃに示し
た上述のＲＩＥ法等によるエッチングの際に、半導体レ
ーザＬＤ構造がＬ字形状となるようにパターンエッチン
グを行う。このエッチングの後に、化合物半導体層２６
を選択成長させることにより、モニタ用半導体受光素子
ＰＤをＬ字形状とすることができる。

【００２１】図１に示した例は、半導体基板１や化合物
半導体層の材料を例えばＧａＡｓとした光学装置を形成
し、面発光レーザＬＳの水平共振器のストライプＳをＧ
ａＡｓの＜１１０＞、＜１−１０＞方向に取った場合の
配置例である。この場合電極Ｅは、例えばチタン−白金
−金の積層により形成する。そして、そのボンディング
パッド部Ｅｂに図示しないが金等によるリードワイヤが
接続される。このとき、面発光レーザＬＳの共振器端面
に対向して形成される、化合物半導体層の選択結晶成長
による成長面は、（１１１）Ａ面および（１１１）Ｂ面
である。ここで、実際の光学装置への適用においては、
レーザ光Ｌを半導体基板１の主面に対して垂直に出射す
ることが望まれるため、半導体基板１の主面をＧａＡｓ
の（１００）面から９．７°オフさせて形成する必要が
生じる。

【００２２】ウエーハからの上述の光学素子１０の収率
を上げるためには、光学素子１０の面積を小さくする必
要がある。このとき光学素子１０の面積の縮小化を制限
しているのは、それぞれ面発光レーザＬＳおよびモニタ
用半導体受光素子ＰＤに対する２つのボンディングパッ
ドＥｂの面積、面発光レーザＬＳの水平共振器のストラ
イプＳの長さや幅、反射ミラーＭ部の面積、モニタ用半
導体受光素子ＰＤの受光部の面積である。このうちスト
ライプＳについては、電極Ｅとのコンタクト面積、光導
波のためのストライプＳの横幅、熱放散性を損なわない
ためのストライプＳの横幅が面積の縮小化を制限する。

【００２３】図１に示したように、ＲＩＥ法等ドライエ
ッチングの特徴を生かして、反射型面発光レーザＬＲな
いしはモニタ用半導体受光素子ＰＤを半導体基板面にお
いてＬ字形状とするようにパターンエッチングを行うこ
とによって、これらを効率よく配置でき、光学素子１０
全体の面積を縮小化することが可能となる。

【００２４】上述の例では、反射型面発光レーザＬＲと
モニタ用半導体受光素子ＰＤとを共に半導体基板面にお
いてそのパターンをＬ字形状とした例であったが、いず
れか一方をＬ字形状としても光学素子１０全体の面積の
縮小化を図ることができる。

【００２５】次にモニタ用半導体受光素子ＰＤのみのパ
ターンがＬ字形状に形成された例を示す。図２は本発明
の光学装置の他の例の概略平面図を示し、図１と同じ構
成については同一符号を付している。

【００２６】図２は、半導体基板１や化合物半導体層の
材料をＧａＡｓとして、ＧａＡｓの＜１００＞方向に面
発光レーザＬＳの水平共振器ストライプＳを形成した場
合である。この場合には化合物半導体層の選択結晶成長
による反射ミラーＭが（１１０）面となり、ＧａＡｓか
らなる半導体基板１主面に対して４５°の角度をなす反
射ミラーＭが得られる。このとき、図２に示すようにダ
イヤ型の光学素子１０とすることによって、光学素子１
０の分離をダイシングによらずして、劈開によって行う
ことができ、これによって光学素子１０の収率を向上す
ることができる。

【００２７】上述のように反射型面発光レーザＬＲない
しはモニタ用半導体受光素子ＰＤを半導体基板面におい
てＬ字形状に形成すれば、光学素子１０全体の大きさを
低減することができる。

【００２８】図１および図２に示したように配置構成に
すれば、前述の光学素子の面積の縮小化を制限する各条
件、すなわち電極Ｅの面積、面発光レーザＬＳの水平共
振器のストライプＳの長さや幅、反射ミラーＭ部の面
積、モニタ用半導体受光素子ＰＤの受光面２の面積か
ら、光学素子１０の半導体基板面における面積を９×１
０ ⁴μｍ²以下とすることができる。

【００２９】ここで、反射型面発光レーザＬＲとモニタ
用半導体受光素子ＰＤとが隣り合って形成された構成の
光学素子における、モニタ用半導体受光素子ＰＤの形成
方法にはいくつかの例が考えられ、これらの例を図４Ａ
〜Ｃおよび図５Ａ〜Ｂを参照して次の１）〜４）に説明
する。図４Ａ〜Ｃおよび図５Ａ〜Ｂは、それぞれ本発明
の光学装置に適用する反射型面発光レーザＬＲとモニタ
用半導体受光素子ＰＤの配置構成の例を示す断面構成図
である。これら各例を下記１）〜４）に列記する。

【００３０】１）図４Ａに示す例は、フロント側と同様
に結晶面として形成されたリア側の第１導電型の化合物
半導体層２６Ｒの斜め結晶面に、第２導電型の化合物半
導体層２７を積層してｐｎ接合を形成し、さらにこの部
分に無反射コート膜２８を形成して、モニタ用半導体受
光素子ＰＤとしたものである。この例は図７Ｃに示した
構成とほぼ同じである。このとき第２導電型の化合物半
導体層２７は積層により形成しても、第２導電型不純物
の拡散によって形成しても、モニタ用半導体受光素子Ｐ
Ｄを構成することができる。

【００３１】２）図４Ｂに示す例は、リア側には化合物
半導体層２６の選択成長を行わず、リア側の水平共振器
ドライエッチングの底面すなわち化合物半導体基板２１
の面発光レーザＬＳの形成面側に第２導電型の不純物を
拡散法等によって導入して第２導電型の半導体領域２１
ｄを形成し、化合物半導体基板２１にｐｎ接合を形成
し、これをモニタ用半導体受光素子ＰＤとしたものであ
る。

【００３２】３）図４Ｃに示す例は、ＲＩＥ法等による
ドライエッチングの際に、リア側はエッチオフする代わ
りに半導体レーザＬＤ構造に溝２９を形成する。溝２９
の前方の半導体レーザＬＤ構造を面発光レーザＬＳに用
い、一方溝２９の後方の半導体レーザＬＤ構造をモニタ
用半導体受光素子ＰＤとしたものである。

【００３３】４）図５Ａまたは図５Ｂに示す例は、フロ
ント側の第１導電型の化合物半導体層２６Ｆの結晶成長
時に、その上に第２導電型の化合物半導体層２７を積層
形成してｐｎ接合を形成し、その上に半透過膜３０（金
属薄膜３０Ｍあるいは誘電体多層膜３０Ｆ）を積層形成
し、これらよりモニタ用半導体受光素子ＰＤを形成す
る。この半透過膜３０（３０Ｍあるいは３０Ｆ）によ
り、反射ミラーＭはハーフミラーとして形成される。こ
のときリア側は、図５Ａに示すように第２導電型の化合
物半導体層２６Ｒにメタルコート膜３１Ｍを施し全反射
コートとしてもよいし、あるいは図５Ｂに示すように単
にリア側の第２導電型の化合物半導体層２６Ｒの結晶成
長面に無反射コート膜３１Ａを形成してもよい。

【００３４】次に、光学素子に実際に電極およびリード
ワイヤを接続した場合の例を示す。図３は本発明の光学
装置のさらに他の例の斜視図を示す。この例は、図１に
示した例と同様に反射型面発光レーザＬＲとモニタ用半
導体受光素子ＰＤとを共にＬ字形状に形成し、図５Ａま
たは図５Ｂに示したように反射ミラーＭを半透過膜３０
としてフロント側にモニタ用半導体受光素子ＰＤを設け
た場合において、さらに電極Ｅを形成しそのボンディン
グパッド部ＥｂにリードワイヤＷをボンディングし、こ
のリードワイヤＷによって外部との接続をしたものであ
る。

【００３５】一方、反射型面発光レーザＬＲとモニタ用
半導体受光素子ＰＤとをいずれもＬ字形状とせず長方形
の形状とする場合には、電極Ｅのボンディングパッド部
Ｅｂに接続するリードワイヤＷはレーザ光の発光点３の
鉛直面上あるいはその近傍に配置される。このとき、こ
のリードワイヤＷによりレーザ光Ｌの一部が蹴られるこ
とがある。図３に示すように、電極Ｅのボンディングパ
ッド部ＥｂとリードワイヤＷを発光点３から離して配置
形成したことにより、リードワイヤＷが発光点３から出
射したレーザ光Ｌの光路近傍にないので、リードワイヤ
Ｗによりレーザ光Ｌが蹴られることがない。好ましく
は、反射型面発光レーザＬＲの発光点３と各リードワイ
ヤＷのワイヤボンディングの位置を１００μｍ以上離し
て、リードワイヤＷを形成する。

【００３６】このように、本発明による光学装置におい
ては、スペースを有効に利用して、ウエーハからの光学
素子１０の収率と、反射型面発光レーザＬＲおよびモニ
タ用半導体受光素子ＰＤの有効面積とを確保することが
できる。

【００３７】尚、上述の例は本発明の一例であり、本発
明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得
る。

【００３８】

【発明の効果】上述の本発明によれば、光学素子全体の
面積の縮小化が図られることから、１ウエーハ当たりの
光学素子の製造量を増加させ、また１光学素子当たりの
欠陥の発生率も下げられる。従ってウエーハからの収率
を大きく下げずに、モニタ用半導体受光素子一体型の反
射型面発光レーザを有する光学装置を製造することがで
きる。また製造コストも低減することができる。

【００３９】反射型面発光レーザとモニタ用半導体受光
素子とを化合物半導体ウエーハにモノリシックに形成す
ることから、ウエーハ状態でのデバイス特性の確認が可
能となる。また、パッケージを薄型あるいは幅の狭いも
のとして形成することができるので、光学装置の薄型化
を実現できる。

【００４０】また、配線のリードワイヤを反射型面発光
レーザの発光点から離す配置とすることが容易にできる
ため、リードワイヤによるレーザ光のケラレをなくすこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光学装置の一例を示す平面図であ
る。

【図２】本発明による光学装置の他の例を示す平面図で
ある。

【図３】図１の光学装置に配線およびワイヤボンディン
グを施した状態の斜視図である。

【図４】Ａ〜Ｃ本発明の光学装置に適用するモニタ用
フォトダイオードの構成の例を示す断面構成図である。

【図５】Ａ〜Ｂ本発明の光学装置に適用するモニタ用
フォトダイオードの構成の例を示す断面構成図である。

【図６】Ａ〜Ｃ本発明の光学装置の説明に供するため
の代表的な面発光レーザの形成方法の工程図である。

【図７】Ａ〜Ｃ本発明の光学装置の説明に供するため
の代表的な面発光レーザの形成方法の工程図である。

【符号の説明】

１化合物半導体基板２受光面３発光点１０光学素子２１化合物半導体基板２１ｄ第２導電型半導体領域２２第１導電型クラッド層２３活性層２４第２導電型クラッド層２５絶縁膜２６、２６Ｆ、２６Ｒ化合物半導体層２７化合物半導体層２８無反射膜２９溝３０半透過膜３０Ｍ金属薄膜３０Ｆ誘電体多層膜３１Ａ無反射コート膜３１Ｍメタルコート膜Ｍ反射ミラーＥ電極Ｅｂボンディングパッド部ＷリードワイヤＰＤモニタ用半導体受光素子ＬＤ半導体レーザＬＳ面発光レーザ（端面発光レーザ）ＬＲ反射型面発光レーザ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モニタ用半導体受光素子と反射型面発光
レーザとを有する光学装置において、共通の半導体基板上に、上記モニタ用半導体受光素子と
上記反射型面発光レーザとが隣り合って形成され、上記モニタ用半導体受光素子および上記反射型面発光レ
ーザの少なくとも一方が上記半導体基板面においてＬ字
形状とされて、上記反射型面発光レーザの一方の共振器
端面に上記モニタ用半導体受光素子の受光面が対向する
ことを特徴とする光学装置。
【請求項２】上記共通の半導体基板上に上記モニタ用
半導体受光素子と上記反射型面発光レーザとが隣り合っ
て形成された素子の上記半導体基板面における面積が９
×１０⁴μｍ²以下とされたことを特徴とする請求項１
に記載の光学装置。
【請求項３】上記反射型面発光レーザの発光点と各ワ
イヤボンディングの位置を１００μｍ以上離すことを特
徴とする請求項１に記載の光学装置。