JPH0983084A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】面発光レーザからのレーザ発振光を検出する光
検出器を一体化できないとともに、効率的な光吸収がで
きない。 【解決手段】基板(1) 上に形成され、活性層(5) と該活
性層を挟持する一対のミラー層(3,7) で構成されるレー
ザ発振光を出射する垂直共振器型面発光レーザからなる
発光部(10)と、前記発光部(10)と同一基板(1) 上に形成
され、前記活性層(5) と該活性層(5) を挟持する一対の
ミラー層(3,7) で構成されるレーザ発振光を感受する光
検出部(13)とを有する半導体レーザ装置において、前記
光検出部(13)の受光面が、前記発光部(10)のレーザ発振
光の出射側に形成され、前記活性層(5) を分断する溝
(8) の端面であることを特徴とする半導体レーザ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面発光レーザのレ
ーザ発振光をモニタする受光素子を一体化した半導体レ
ーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば図７に示す半導体レーザ装
置が知られている（従来技術１：特開昭６２−１５８７
２）。これは、基板71上の活性層72を分断するリング状
の溝73の内側を面発光型レ−ザ本体74とし、周縁部を検
出部としてのフォトダイオード75に構成し、内側の面発
光レーザ本体74の活性層72からレーザ光と直交する向き
に発生したスーパーリニア光が、周縁部のフォトダイオ
ード75における活性層72に平行に入射し光出力を検出す
る構成になっている。なお、図中の符号71ａは基板71に
開口された孔、符号76，77は夫々前記活性層を上下から
挟むクラッド層、符号78は基板71の表面に形成された共
通電極、符号79はクラッド層77の下面に形成されたミラ
ー兼用電極、符号80はクラッド層76の下面に形成された
リング状の電極である。こうした構成にすることによ
り、簡単な構成で面発光レーザをモニタする検出部を一
体化できる。

【０００３】また、従来、図８に示す光学式変位センサ
が知られている（従来技術２：特開平５−１９８３１
８）。図中の符号81はｎ型の半導体基板であり、この基
板81上にｎ型バッファ層82，半導体多層膜からなる下部
分布ブラッグミラー層83，ｎ型クラッド層84，活性層8
5，ｐ型クラッド層86，半導体多層膜からなる上部分布
ブラッグミラー層87が順次形成されている。前記上部分
布ブラッグミラー層87の表面側から，ｐ型クラッド層8
6，活性層85及びｎ型クラッド層84までエッチングされ
て、溝が形成され、面発光レーザ領域Ｔ及びその両側に
受光領域Ｅが形成されている。受光領域Ｅは、表面から
ｐ型半導体クラッド層までエッチングされ、上部分布ブ
ラッグミラー層87は除去されている。二酸化シリコン膜
88は、電極とのコンタクト部分以外の保護膜となってい
る。

【０００４】また、面発光レーザ領域Ｔの上部分布ブラ
ッグミラー層87上及び受光領域Ｅにはｐ型電極89が形成
され、このｐ型電極89と同じ側の基板表面側にはｎ型電
極90が形成されている。なお、図中の符号91は垂直鏡面
型面発光レーザ、符号92はレーザ光、符号93は光強度検
出用電流端子、符号94はレーザ駆動用電極端子を示す。
また、面発光レーザから出射した光は半値全角で５度程
度の広がりを持つので、外部ミラーで反射した光の受光
領域Ｅで検出していた。これにより、コンパクト化が容
易になる。受光領域Ｅの上部から入射した光のうち、活
性層85で吸収されなかった光は下部分布ブラックミラー
層83で反射し、再度活性層85で一部吸収された後、残り
は上部から放出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術は次のような課題を有する。従来技術１：レーザ光と
直交する向きのスーパールミネッセント光を検出してお
り、面発光レーザからのレーザ発振光を検出するという
観点については記載されていない。

【０００６】従来技術２：受光領域に入射したレーザ光
は、下部ミラーで反射された場合でも、光吸収する活性
層を２回通過するだけであるので、検出効率は低い。本
発明は上記事情に鑑みてなされたもので、面発光レーザ
からのレーザ発振光を検出する光検出部を発光部と一体
化するとともに、効率的に光吸収できる受光素子一体型
の半導体レーザ装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に形成
され、活性層と該活性層を挟持する一対のミラー層で構
成されるレーザ発振光を出射する垂直共振器型面発光レ
ーザからなる発光部と、前記発光部と同一基板上に形成
され、前記活性層と該活性層を挟持する一対のミラー層
で構成されるレーザ発振光を受光する光検出部とを有す
る半導体レーザ装置において、前記光検出部の受光面
が、前記発光部のレーザ発振光の出射側に形成された前
記活性層を分断する溝の端面であることを特徴とする半
導体レーザ装置である。

【０００８】この発明に関する実施の形態は、実施例の
形態が対応する。前記発光部は、実施例１中の発光部が
該当する。前記基板は、この実施例の形態ではｎ型半導
体基板が該当するが、ｐ型基板や半絶縁基板なども含
む。「基板」という用語は、本提案書ではその上部に結
晶成長可能な結晶性固体を意味している。前記光検出部
は、実施例では受光部が該当する。

【０００９】この発明において、レーザ発振光を出射す
る垂直共振器型面発光レーザからなる発光部から出射し
たレーザ発振光は素子外部の反射ミラー層あるいは光学
系を通過して帰還する。また、異なる面発光レーザから
出射したレーザー発振光でもよい。そのレーザ発振光を
ｎ型半導体基板上の活性層を除去した端面の受光窓で受
光し光検出力を検出する。これにより、簡単な構成で発
光部とそのレーザ発振光の検出部を一体化できる。さら
に入射したレーザ光は活性層の上下のブラッグミラー層
で多重反射するため、検出効率が増大する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図を参
照して説明する。図１は、本発明の半導体レーザ装置の
実施例を示す。図中の符号１は、ｎ型半導体基板であ
る。この基板１上には、ｎ型半導体バッファ層２，半導
体多層膜からなる下部分布ブラッグミラー層３，ｎ型ク
ラッド層４，活性層５，ｐ型クラッド層６，ｐ型半導体
多層膜からなる上部分布ブラッグミラー層７が積層され
ている。前記上部分布ブラッグミラー層７，ｐ型クラッ
ド層６，活性層５，ｎ型クラッド層４及び下部分布ブラ
ッグミラー層３が除去されて溝８が形成されており、そ
れらの表面の一部に二酸化ケイ素膜９が電極コンタクト
部分を除いて被覆されている。

【００１１】発光部10における前記二酸化ケイ素膜９上
には、上部分布ブラッグミラー層７に出射窓11ａを持つ
ｐ型電極11が形成されている。前記基板１の裏面にはｎ
型電極12が形成されている。発光部10は、前記基板１，
該基板１上に形成されたバッファ層２，下部分布ブラッ
グミラー層３，ｎ型クラッド層４，活性層５，ｐ型クラ
ッド層６，上部分布ブラッグミラー層７，ｐ型電極11，
及びｎ型電極12から構成されている。

【００１２】一方、受光部13は、エッチング表面に二酸
化ケイ素膜９を被覆し、電極コンタクト部分を窓開け
し、上部にｐ型電極11を有している。ここで、受光部13
は、前記基板１，該基板上に形成されたバッファ層２，
下部分布ブラッグミラー層３，ｎ型クラッド層４，活性
層５，ｐ型クラッド層６，上部分布ブラッグミラー層
７，ｐ型電極11，及びｎ型電極12から構成されている。
前記受光部13の活性層のエッチング端面（発光部側）
は、受光窓14を有している。前記発光部10から出射した
光線15は、発光部10の上部に配置された外部ミラー16で
反射されて受光窓14から入射し、活性層４の上下の上部
分布ブラッグミラー層７，下部分布ブラッグミラー層３
で多重反射する。

【００１３】上記した構成の半導体レーザ装置におい
て、発光部10は電流注入によって活性層５と垂直方向に
レーザ発振光を出射し、受光部13では受光窓14から入射
した光線15を電気信号に変換する。

【００１４】従って、上記実施例１によれば、発光部10
のエッチング端面を覆うｐ型電極11があるため、活性層
５に平行な光は受光部13に入射せず、発光部10はレーザ
発振光のみ感知することができる。また、レーザ発振光
は活性層５内で多重反射するので、光の吸収効率が増大
し、光検出感度が上がる。

【００１５】なお、この発明の実施例の各構成は、当
然、各種の変形、変更が可能である。例えば、 1)エッチングで形成された発光部と受光部の形状も、台
形でなく、ドライエッチングなどで活性層に対して垂直
に形成してもよい。

【００１６】2)基板上に受光部と発光部をそれぞれ複数
個設けてもよい。 3)一般的にレーザ発振光は活性層に平行な光より強度が
大きいので、発光部のエッチング端面を覆う絶縁膜（遮
光部）を形成しなくてもよい。

【００１７】4)受光部にレーザ光を帰還させる方法は、
外部ミラーによる反射だけではなく、スケールやディス
ク等による回折や散乱などでもよい。 5)受光部に入射する光は隣接する発光部から出射したレ
ーザー発振光だけでなく、同一基板上の別の発光部や、
異なる基板上の発光部からのレーザ発振光であってもよ
い。

【００１８】また、発光部の面発光レーザは光出力の効
率化のために、以下のような変形が可能である。 1)活性層４の両サイドをエッチングしてこの除去部分に
電流狭窄部を設けた構成の半導体レーザ装置。

【００１９】2)発光部側の上部分布ブラッグミラー層
７，ｐ型クラッド層６，活性層５，ｎ型クラッド層４及
び下部分布ブラッグミラー層３に、下部分布ブラッグミ
ラー層３の所定の深さまで除去し、この除去部分に埋込
み層を形成した構成の半導体レーザ装置。この構成の場
合、電流と光を両方狭窄することができる。

【００２０】3)発光部側の出射窓の周辺に対応する前記
上部分布ブラッグミラー層７，ｐ型クラッド層６，活性
層５，ｎ型クラッド層４及び下部分布ブラッグミラー層
３を、該下部分布ブラッグミラー層３の所定の深さまで
エッチングして、このエッチング部分にポリイミドなど
からなる絶縁膜を埋め込んで、電流を狭窄した構成の半
導体レーザ装置。その他垂直共振器型の面発光レーザで
あれば、構成は特に限定されない。なお、前記絶縁膜を
埋め込むためのエッチング深さは、上記のように下部分
布ブラッグミラー層まででなく、浅くエッチングして活
性層中のｎ型クラッド層までで止めたり、逆にｎ型半導
体バッファ層２や基板１まで深くエッチングしてもよ
い。

【００２１】以上、本発明の実施例について詳述してき
たが、本発明の構成とは異なるが基板の片面側で光の発
光と受光を行なう一体構成の半導体レーザ装置として以
下に述べるものが挙げられる。

【００２２】１．図２に示すように、上部分布ブラッグ
ミラー層７，ｐ型クラッド層６，活性層５，ｎ型クラッ
ド層４，下部分布ブラッグミラー層３及び基板１をエッ
チングして溝を形成し、この溝に絶縁膜９を形成し、更
に溝の底部に位置する絶縁膜を選択的にエッチングして
このエッチング部分にｎ型電極21を形成し、ｐ型電極11
とｎ型電極21を基板の同じ側に形成した構成の半導体レ
ーザ装置。なお、図１と同部材は同符号を付して説明を
省略する。図２の構成の場合、ｐ型電極11とｎ型電極21
が基板の同じ側に形成されているため、後工程のアッセ
ンブリが容易になる。

【００２３】なお、エッチングで形成された発光部と受
光部の形状も、台形でなく、ドライエッチングなどで活
性層に対して垂直に形成してもよい。また、基板上に受
光部と発光部をそれぞれ複数個設けてもよい。更に、受
光部に入射する光は隣接する発光部から出射したレーザ
ー発振光だけでなく、同一基板上の別の発光部や、異な
る基板上の発光部からのレーザ発振光であってもよい。

【００２４】２．図３に示すように、受光部31を、ｎ型
半導体基板１と、該基板表面に形成されたｐ型拡散領域
32と、このｐ型拡散領域32に対応する部分に受光窓33が
形成された二酸化ケイ素膜９上に前記ｐ型拡散領域32上
部にかかるように形成されたｐ型電極11とから形成した
構成の半導体レーザ装置。

【００２５】こうした構成において、発光部10は電流注
入によって活性層と垂直方向にレーザ発振光を出射し、
受光部31では受光窓33から入射したレーザ発振光を電気
信号に変換する。従って、この構成の半導体レーザ装置
によれば、上記実施例の効果の他に、ｎ型半導体基板は
レーザ光を吸収する材料であるために、基板裏面からの
反射を抑制することができる。また、拡散領域の成分や
濃度をコントロールすることにより、レーザの発振波長
に合わせて感度を調整することができる。

【００２６】なお、図３の各構成は、当然、各種の変
形、変更が可能である。 ３．図４に示すように、受光部41を、ｎ型半導体基板１
表面に形成されたベースとしてのｐ型拡散領域32と、こ
のｐ型拡散領域32表面に形成されたエミッタとしてのｎ
型拡散領域42と、ｐ型拡散領域42上に形成されたｐ型電
極43と、ｎ型拡散領域42上に形成されたコレクタとして
のｎ型電極44とから形成した構成の半導体レーザ装置。

【００２７】こうした構成において、受光部41にレーザ
発振光が入射すると、電流が発生し、これがベースに流
れ込み、コレクタ−エミッタ間に電流が流れる。従っ
て、実施の形態によれば、本発明の効果の他に、トラン
ジスタの増幅作用により、フォトダイオードより大きな
出力信号を得ることができるという効果を有する。

【００２８】４．図５に示すような構成の半導体レーザ
装置。実施例と同様、ｎ型半導体基板１上には、ｎ型半
導体バッファ層２，半導体多層膜からなる下部分布ブラ
ッグミラー層３，ｎ型クラッド層４，活性層５，ｐ型ク
ラッド層６，ｐ型半導体多層膜からなる上部分布ブラッ
グミラー層７が積層されている。前記上部分布ブラッグ
ミラー層７，ｐ型クラッド層６，活性層５，ｎ型クラッ
ド層３及び下部分布ブラッグミラー層３は共振器部を残
してエッチングされ、このエッチング部分に半導体結晶
成長による埋込み層51が形成されている。この埋込み層
51は、下から順にｐ，ｎ，ｐ型の電流漏れ防止用の薄い
層があり、その上にｎ型半導体層が厚く積まれている。

【００２９】受光部52は、埋込み層51表面に形成された
ｐ型拡散領域32と、このｐ型拡散領域32に対応する部分
に受光窓53が形成された二酸化ケイ素膜９と、この二酸
化ケイ素膜９上に前記ｐ型拡散領域32上部にかかるよう
に形成されたｐ型電極11とから構成されている。なお、
図中の符号54は、埋込み層51に接続する電極を示す。

【００３０】こうした構成において、発光部10は活性層
５に垂直方向にレーザ発振光が出射し、活性層５に平行
に出射する光は受光部11のｐ型拡散領域32に到達する前
に殆どが埋込み層51に吸収される。従って、図５の構成
のレーザ装置によれば、上記実施例の効果の他に、発光
部10と受光部51に特に遮光するバリアを設ける必要がな
く、凹凸がなく平板な形状の素子が得られるという効果
を有する。

【００３１】なお、この発明の実施の形態の各構成は、
当然、各種の変形、変更が可能である。例えば、埋込み
層のｎ型半導体層の上に真性半導体Ｉ層を結晶成長し、
Ｉ層中にｐ型拡散領域を形成しＰＩＮフォトダイオード
にしてもよい。

【００３２】５．図６に示す構成の半導体レーザ装置。
実施例と同様、ｎ型半導体基板１上には、ｎ型半導体バ
ッファ層２，半導体多層膜からなる下部分布ブラッグミ
ラー層３，ｎ型クラッド層４，活性層５，ｐ型クラッド
層６，ｐ型半導体多層膜からなる上部分布ブラッグミラ
ー層７が積層されている。前記上部分布ブラッグミラー
層７，ｐ型クラッド層６，活性層５，ｎ型クラッド層３
及び下部分布ブラッグミラー層３には、半導体結晶成長
による埋込み層51が形成されている。この埋込み層51
は、下から順にｐ，ｎ，ｐ型の電流漏れ防止用の薄い層
があり、その上にｎ型半導体層が厚く積まれている。

【００３３】受光部61は、埋込み層51表面に形成された
ｐ型拡散領域32と、このｐ型拡散領域32に対応する部分
に拡散窓62が形成された二酸化ケイ素膜９と、この二酸
化ケイ素膜９上に前記ｐ型拡散領域32上部にかかるよう
に形成されたｐ型電極11とから構成されている。

【００３４】従って、図６の構成の半導体レーザ装置に
よれば、上記実施例の他に、ＰＮ接合部分が広い領域に
わたっているので、受光窓を開けるだけで、容易に受光
部が作製できる。

【００３５】なお、この発明の実施の形態は、当然各種
の変形、変更が可能である。例えば、埋込み層のｎ型半
導体層の上に真性半導体Ｉ層を結晶成長し、その上にＰ
型半導体を結晶成長し、ＰＩＮ型フォトダイオードにし
てもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、面発
光レーザからのレーザ発振光を検出する光検出器を発光
部と一体化するとともに、効率的に光吸収できる受光素
子一体型の半導体レーザ装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る半導体レーザ装置の断
面図。

【図２】ｐ型電極とｎ型電極を基板の片面側に形成した
半導体レーザ装置の断面図。

【図３】ｐ型拡散領域を受光部の一構成とする半導体レ
ーザ装置の断面図。

【図４】フォトトランジスタを受光部の一構成とする半
導体レーザ装置の断面図。

【図５】発光部と受光部に遮光用の埋込み層を形成した
半導体レーザ装置の断面図。

【図６】受光窓を有したｐ型電極を受光部に配置した半
導体レーザ装置の断面図。

【図７】従来技術に係る半導体レーザ装置の断面図。

【図８】その他の従来技術に係る半導体レーザ装置の断
面図。

【符号の説明】

１…ｎ型半導体基板、２…ｎ型半導体バッファ層、３…
下部分布ブラッグミラー層、４…ｎ型クラッド層、
５…活性層、６…ｐ型クラッド層、７…上部分
布ブラッグミラー層、 ８…溝、９…二酸化ケイ素膜、
10…発光部、11…ｐ型電極、
12…ｎ型電極、13…受光部、
14…受光窓、15…光線、 16…外
部ミラー。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成され、活性層と該活性層を
   挟持する一対のミラー層で構成されるレーザ発振光を出
   射する垂直共振器型面発光レーザからなる発光部と、前
   記発光部と同一基板上に形成され、前記活性層と該活性
   層を挟持する一対のミラー層で構成されるレーザ発振光
   を受光する光検出部とを有する半導体レーザ装置におい
   て、 前記光検出部の受光面が、前記発光部のレーザ発振光の
   出射側に形成された前記活性層を分断する溝の端面であ
   ることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 前記溝の発光部側の面が遮光部材で覆わ
   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. 【請求項３】 前記溝の端面が、前記発光部側の基板面
   に対して鈍角に形成された傾斜面であることを特徴とす
   る請求項１記載の半導体レーザ装置。
4. 【請求項４】 前記溝が前記基板に達するまで掘られて
   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。