KR20020090122A - 면발광 레이저, 면발광 레이저의 제조 방법, 및 수광소자, 수광 소자의 제조 방법, 및 광전송 모듈 - Google Patents

면발광 레이저, 면발광 레이저의 제조 방법, 및 수광소자, 수광 소자의 제조 방법, 및 광전송 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저전류 구동을 가능하게 한 면발광 레이저와 그 제조 방법, 및 고속 변조를 가능하게 한 수광 소자와 그 제조 방법, 및 광결합 효율을 향상시킨 광전송 모듈을 제공하는 것을 과제로 하고 있다.
면발광 레이저 (100)의 반도체 기판 (1)에, 반도체 기판 (1)의 다른 면 (1b)측으로부터 발광부 (2A)의 반도체 기판 (1)측의 단부까지 이르는 개구부 (5)를 형성하고, 그 개구부 (5)의 측면을 이용하여 투명한 수지로 이루어지는 렌즈 (6)을 형성한다. 포토 다이오드 (200)의 반도체 기판 (10)에는, 반도체 기판 (10)의 다른 면 (10b)측으로부터 수광부 (20A)의 반도체 기판 (10)측의 단부까지 이르는 개구부 (5)를 형성하고, 그 개구부 (5)의 측면을 이용하여 투명한 수지로 이루어지는 렌즈 (6)을 형성한다. 상기 면발광 레이저 (100)의 발광부 (2A)에 형성된 렌즈 (6)과, 포토 다이오드 (200)의 수광부 (20A)에 형성된 렌즈 (6)을 광도파로를 개재하지 않고 대향 배치한다.

Description

면발광 레이저, 면발광 레이저의 제조 방법, 및 수광 소자, 수광 소자의 제조 방법, 및 광전송 모듈 { SURFACE EMITTING LASER, METHOD OF FABRICATING THE SAME, AND LIGHT RECEIVING ELEMENT, METHOD OF FABRICATING THE SAME, AND OPTICAL TRANSMISSION MODULE }
본 발명은, 광데이터 통신용의 발광 소자, 수광 소자, 및 이들을 사용한 광전송 모듈(module)에 대한 것이다.
광통신에 이용되는 면발광 레이저에 있어서, 고속 변조를 가능하게 하기 위해, 와이어(wire)를 개재시키지 않고, 플립 칩 본딩(flip chip bonding)에 의해 실장하는 수단이 채택되는 경우가 있다. 이 수단에 의하면, 면발광 레이저의 반도체 적층체의 상면측을 땜납 범프 등으로 실장하기 때문에, 레이저광은 반도체 기판의 하면측으로부터 출사(出射)된다.
그러나, 통상의 면발광 레이저로부터 출사되는 파장은 850nm이기 때문에, 갈륨 비소(gallium arsenide) 기판을 사용한 경우에는 레이저광을 투과할 수 없다고 하는 단점이 있었다.
여기서, 상기 문제를 해결하기 위해 「IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 11, NO. 1, JANUARY 1999, p128~130」에서, 면발광 레이저의 파장을 970nm로 하는 수단이 제안되고 있다. 이 제안에 의하면, 갈륨 비소 기판을 사용해도, 레이저광을 투과할 수 있게 되었다.
그러나, 상기 제안에 의한 970nm의 파장에서는, 수광측에 사용되는 실리콘 PIN 포토 다이오드의 감도가 떨어지기 때문에, 고가인 InGaAs PIN 포토 다이오드를 사용하지 않으면 안되었다.
또한, 발광 소자인 면발광 레이저에 있어서, 특히 어레이(array)화된 경우의 발열 문제를 해소하기 위해서 전류가 걸리는 발광 영역을 좁게 할 필요가 있으나, 그렇게 하면, 방사각이 커지게 되어 결합 효율이 낮아지는 단점이 있었다. 여기서, 방사각을 작게 하기 위해서, 발광부의 상면에 렌즈를 형성하는 것이 시도되고 있으나, 발광부로부터 근거리에 곡률 반경이 작은 렌즈를 정밀도가 좋게 형성하는 것은 곤란했다.
게다가, 수광 소자인 포토 다이오드에 있어서는, 그 고속 동작을 실현시키기 위하 소자 용량을 저하시키는 필요가 있으나, 그렇게 하면, 파이버나 레이저와의 결합 효율이 저하한다고 하는 단점이 있었다.
게다가, 면발광 레이저를 갖는 발광 소자와, 포토 다이오드를 갖는 수광 소자를 광학적으로 결합시키는 광전송 모듈에 있어서는, 면발광 레이저로부터 출사되는 레이저광의 방사각을 작게 하여, 포토 다이오드의 수광 면적을 가능하면 크게 할 필요가 있었다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 850nm의 레이저광을 투과 가능하도록 하는 동시에, 저전류 구동을 가능하게 한 면발광 레이저와 그 제조방법, 및 고속 변조를 가능하게 한 수광 소자와 그 제조 방법, 및 광결합 효율을 양호하게 한 광전송 모듈을 제공하는 것을 과제로 하고 있다.
도 1은 본 발명에 관한 일 실시예를 나타내는 면발광 레이저의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 관한 일 실시예를 나타내는 포토 다이오드의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 관한 면발광 레이저의 일 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 관한 면발광 레이저의 일 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 관한 면발광 레이저의 일 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 6는 본 발명에 관한 면발광 레이저의 일 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 7는 본 발명에 관한 면발광 레이저의 일 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 8는 본 발명에 관한 면발광 레이저의 일 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명에 관한 일 실시예를 나타내는 광전송 모듈의 단면도이다.
도 10은 본 발명에 관한 다른 실시예를 나타내는 광전송 모듈의 단면도이다.
도 11은 본 발명에 관한 다른 실시예를 나타내는 광전송 모듈의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 10 : 반도체 기판(갈륨 비소 기판)
2 : 반도체 적층체
2A : 발광부
2B : 보강부
2C : 오목부
3A, 30A : p형 금속 전극
3B, 30B : n형 금속 전극
4, 40 : 절연성 물질
5 : 개구부
6 : 렌즈
7 : 모니터용 포토 다이오드
7a : 출사구
8, 80 : 땜납 범프
11, 110 : 구동 기판
20 : 반도체층
20A : 수광부
20B : 보강부
20C : 오목부
21 : 에칭 스탑층
21a : 광흡수층
22 : n형 DBR층
22a : n+영역(n층)
23 : n형 스페이서층
23a : p+영역
24 : MQW 활성층
24a : 절연층
25 : p형 스페이서층
26 : 전류 협착층
26a : 절연체층
27 : p형 DBR층
28 : p형 콘택트층
100 : 면발광 레이저
101 : 면발광 레이저 어레이
200 : 포토 다이오드(수광 소자)
201 : 포토 다이오드 어레이
300 : 광전송 모듈
400 : 미러 디바이스
500 : 광파이버
이와 같은 과제를 해결하기 위해, 청구항 1에 관한 발명은, 기판과, 그 기판의 한쪽 면에 형성되고, 또한 레이저광을 출사하는 발광부를 갖는 반도체 적층체와, 그 발광부의 적층 방향에 전류가 흐르도록 전압을 인가하는 한 쌍의 전극을 구비한 면발광 레이저에 있어서, 상기 기판은 그 기판의 다른 쪽 면으로부터 상기 발광부의 상기 기판측의 단부까지 이르는 개구부를 갖고, 그 개구부에서 그 측면을 이용함으로써 형성된 렌즈를 구비한 면발광 레이저로 하고 있다.
청구항 1에 기재된 면발광 레이저에 있어서, 기판에, 그 기판의 다른 쪽(즉, 반도체 적층체가 형성되어 있지 않은 측)의 면으로부터 발광부의 기판측의 단부까지 이르는 개구부를 갖도록 한 것에 의해, 종래, 갈륨 비소 기판을 투과하는 것이 불가능했던 850nm의 레이저광도 투과할 수 있게 된다.
이 때문에, 수광측의 소자로서, 값이 싼 실리콘 PIN 포토 다이오드를 사옹하는 것이 가능하다.
또한, 기판에 형성한 개구부에 렌즈를 구비한 것에 의해, 발광부로부터 출사되는 레이저광의 방사각을 작게 할 수 있고, 광결합 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
더욱이, 렌즈를 구비한 것에 의해 발광부를 협소하게 할 수 있기 때문에, 저전류 구동을 가능하게 하고, 어레이화한 경우에 발생하는 발열 문제를 해소할 수있다.
더욱이, 개구부의 측면을 이용하는 것에 의해, 발광부와 떨어진 위치에 렌즈를 형성할 수 있게 되기 때문에, 곡률 반경이 큰 렌즈를 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 곡률 반경의 정밀도가 양호하지 않아도 평행광을 얻을 수 있기 때문에, 광결합 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
청구항 2에 관한 발명은, 청구항 1에 기재된 면발광 레이저에서, 개구부는, 기판의 다른 쪽 면으로부터 발광부의 기판측의 단부를 향해 좁아지는 공간으로 하고 있다.
청구항 2에 기재된 면발광 레이저에 있어서, 개구부는, 기판의 다른 쪽(즉, 반도체 적층체가 형성되어 있지 않은 측)의 면으로부터 발광부의 기판측의 단부를 향하여 좁아지는 공간으로 한 것에 의해, 그 측면에는 사면이 형성된다. 이 사면을 이용함으로써, 곡률 반경이 큰 렌즈를 용이하게 형성하는 것이 가능하게 된다.
청구항 3에 관한 발명은, 청구항 1 또는 2에 기재된 면발광 레이저에 있어서, 렌즈가 투명한 수지제(樹脂製)인 것으로 하고 있다.
청구항 3에 기재된 면발광 레이저에 있어서, 면발광 레이저에 형성되는 렌즈를 투명한 수지를 경화시키는 것으로 형성하도록 한 것에 의해, 미소한 개구부이어도 용이하고 확실하게 렌즈를 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한, 기판의 표면과 개구부의 측면과의 젖음성을 조절함으로써, 렌즈의 곡률 반경을 설정할 수 있는 동시에 오목 렌즈와 볼록 렌즈 중 어느 것이라도 형성할 수 있기 때문에, 설정 조건에 맞는 렌즈를 용이하고 확실하게 형성할 수 있다.
청구항 4에 관한 발명은, 청구항 1~3 중 어느 한 항에 기재된 면발광 레이저에 있어서, 발광부의 기판과는 반대측의 면에 형성되는 전극에는, 레이저광을 출사하는 출사구를 개구하고 있고, 그 출사구로부터 출사되는 레이저광을, 모니터용 포토 다이오드에 입사하도록 하고 있다.
청구항 4에 기재된 면발광 레이저에 있어서, 발광부의 기판과는 반대측의 면에 형성되는 전극에, 레이저광의 출사구를 개구하여, 그 출사구로부터 출사되는 레이저광을 모니터용 포토 다이오드에 입사하도록 한 것에 의해, 주위 온도 등으로 변화하는 출력 광파워를 모니터할 수 있고, 구동 전류를 제어할 수 있다. 또한, 발광부의 기판측에 설치한 개구부로부터는 광통신용의 레이저광을 발광하고, 발광부의 기판측과는 반대측에 설치한 출사구로부터는 모니터용의 레이저광을 출사하도록 한 것에 의해, 면발광 레이저를 고밀도로 어레이화 할 수 있고, 면발광 레이저 어레이의 소형화가 가능하게 된다.
청구항 5에 관한 발명은, 기판과, 그 기판의 한쪽 면에 형성되고, 또한 레이저광을 출사하는 발광부를 갖는 반도체 적층체와, 그 발광부의 적층 방향에 전류가 흐르도록 전압을 인가하는 한 쌍의 전극을 구비한 면발광 레이저에 있어서, 상기 발광부의 레이저광의 출사측과는 반대측의 면에 형성되는 전극에는, 레이저광을 출사하는 출사구를 개구하고 있고, 그 출사구로부터 출사되는 레이저광을 모니터용 포토 다이오드에 입사하도록 한 면발광 레이저로 하고 있다.
청구항 5에 기재된 면발광 레이저에 있어서, 발광부의 레이저광의 출사측과는 반대측의 면에 형성되는 전극에, 레이저광의 출사구를 개구하고, 그 출사구로부터 출사되는 레이저광을 모니터용 포토 다이오드에 입사하도록 한 것에 의해, 청구항 4와 같이, 주위 온도 등으로 변화하는 출력 광파워를 모니터할 수 있고, 구동 전류를 제어할 수 있다. 또한, 발광부의 기판측에 설치한 개구부로부터는 광통신용의 레이저광을 발광하고, 발광부의 기판측과는 반대측에 설치한 출사구로부터는 모니터용의 레이저광을 출사하도록 한 것에 의해, 면발광 레이저를 고밀도로 어레이화할 수 있고, 면발광 레이저 어레이의 소형화가 가능하게 된다.
청구항 6에 관한 발명은, 반도체 기판의 한쪽 면에 적층한 반도체 적층체를 수직 방향으로 에칭하고, 레이저광을 출사하는 볼록 형상의 발광부를 형성하는 공정과, 상기 반도체 기판의 다른 쪽 면으로부터 상기 발광부의 상기 반도체 기판측의 단부까지 이르는 개구부를, 상기 반도체 기판의 다른 쪽 면으로부터 상기 발광부의 상기 반도체 기판측의 단부를 향해 좁아지도록 형성하는 공정과, 상기 개구부 내에 투명한 수지를 주입하는 공정과, 상기 수지를 경화시켜 렌즈를 형성하는 공정을 갖는 면발광 레이저의 제조 방법으로 하고 있다.
청구항 6에 기재된 면발광 레이저의 제조 방법에 의하면, 청구항 1~4 중 어느 한 항에 기재된 면발광 레이저를 용이하게 제조할 수 있다.
청구항 7에 기재된 발명은, 청구항 6에 기재된 면발광 레이저의 제조 방법에 있어서, 수지를 주입하는 공정에서, 개구부의 측면과 반도체 기판의 다른 쪽 면과의 젖음성의 차를 조절한 후에, 수지를 주입하도록 하고 있다.
청구항 7에 기재된 면발광 레이저의 제조 방법에 의하면, 수지를 주입하는 공정에 있어서, 개구부의 측면과 반도체 기판의 다른 쪽(즉, 반도체 적층체가 형성되어 있지 않는 측)의 면과의 젖음성의 차를 조절하는 것에 의해, 개구부에 소정 형상의 렌즈를 용이하게 형성하는 것이 가능하게 된다.
청구항 8에 관한 발명은, 기판과, 그 기판의 한쪽 면에 형성되고, 또한 레이저광을 입사하는 수광부를 구비한 수광 소자에 있어서, 상기 기판은, 그 기판의 다른 쪽 면으로부터 상기 수광부의 상기 기판측의 단부까지 개구부를 갖고, 그 개구부에, 그 측면을 이용하는 것으로 형성한 렌즈를 구비한 수광 소자로 하고 있다.
청구항 8에 기재된 수광 소자에 있어서, 기판에, 기판의 다른 쪽(즉, 수광부가 형성되어 있지 않은 측)의 면으로부터 수광부의 기판측의 단부까지 이르는 개구부를 형성하고, 그 개구부에 렌즈를 구비한 것에 의해, 수광부의 등가 수광 면적을 확대할 수 있기 때문에, 수광 소자의 수광부를 적게 하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 수광 소자의 광결합 효율을 양호하게 유지하면서, 고속 구동을 가능하게 할 수 있다.
또한, 개구부의 측면을 이용하는 것에 의해, 수광부와 떨어진 위치에 렌즈를 형성할 수 있게 되기 때문에, 곡률 반경이 큰 렌즈를 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 곡률 반경의 정밀도가 양호하지 않아도 평행광을 얻을 수 있기 때문에, 광결합 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
청구항 9에 관한 발명은, 청구항 8에 기재된 수광 소자에 있어서, 렌즈가 투명한 수지제인 것으로 하고 있다.
청구항 9에 기재된 수광 소자에 있어서, 수광 소자에 형성되는 렌즈를 투명한 수지제로 한 것에 의해, 청구항 3과 같은 효과가 얻어진다.
청구항 10에 관한 발명은, 반도체 기판의 한쪽 면에 형성한 반도체층을 수직 방향으로 에칭하여, 레이저광을 입사하는 볼록 형상의 수광부를 형성하는 공정과, 상기 반도체 기판의 다른 쪽 면으로부터 상기 수광부의 상기 반도체 기판측의 단부까지 이르는 개구부를, 상기 반도체 기판의 다른 쪽 면으로부터 상기 수광부의 상기 반도체 기판측의 단부를 향해 좁아지도록 형성하는 공정과, 상기 개구부 내에 투명한 수지를 주입하는 공정과, 상기 수지를 경화시켜 렌즈를 형성하는 공정을 갖는 수광 소자의 제조 방법으로 하고 있다.
청구항 10에 기재된 수광 소자의 제조 방법에 의하면, 청구항 8 또는 청구항 9에 기재된 수광 소자를 용이하게 제조할 수 있다.
청구항 11에 관한 발명은, 청구항 1~4 중 어느 한 항에 기재된 면발광 레이저를 포함하는 광전송 모듈로 하고 있다.
청구항 11에 기재된 광전송 모듈에 있어서, 청구항 1~4 중 어느 한 항에 기재된 면발광 레이저를 포함하는 것에 의해, 저전류 구동을 가능하게 하고, 광결합 효율이 양호한 광전송 모듈을 제공할 수 있다.
청구항 12에 관한 발명은, 청구항 8 또는 9에 기재된 수광 소자를 포함하는 광전송 모듈로 하고 있다.
청구항 12에 기재된 광전송 모듈에 있어서, 청구항 8 또는 9에 기재된 수광 소자를 포함하는 것에 의해, 고속 변조를 가능하게 하고, 광결합 효율이 양호한 광전송 모듈을 제공할 수 있다.
청구항 13에 관한 발명은, 청구항 1~4 중 어느 한 항에 기재된 면발광 레이저와, 청구항 8 또는 9에 기재된 수광 소자를 포함하는 광전송 모듈로 하고 있다.
청구항 13에 기재된 광전송 모듈에 있어서, 청구항 1~4 중 어느 한 항에 기재된 면발광 레이저와, 청구항 8 또는 9에 기재된 수광 소자를 포함하는 것에 의해, 저전류 구동 및 고속 변조를 가능하게 하고, 광결합 효율이 양호한 광전송 모듈을 제공할 수 있다. 또한, 발광 소자와 수광 소자의 쌍방에 렌즈가 형성되어 있기 때문에, 광도파로(光導波路)를 개재하지 않고 직접 광결합시키는 IC 칩 사이에서의 광데이타 통신을 가능하게 할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 발명에 관한 일 실시예를 나타내는 면발광 레이저의 단면도이다.
면발광 레이저 (100)은, 도 1에 나타내는 것처럼, 수직 공진기형(垂直 共振器型) 면발광 레이저(VCSEL)이고, 250㎛의 두께를 갖는 n형 GaAs로 이루어지는 반도체 기판 (1)과, 그 한 면(도 1에서는 하면) (1a)측에 형성되고, 발광부 (2A)와 보강부 (2B)를 오목부 (2C)를 개재시켜 분할하고 있는 반도체 적층체 (2)와, 발광부 (2A)의 적층 방향으로 전류가 흐르도록 전압을 인가하는 한 쌍의 전극 (3)으로 구성되어 있고, 이 면발광 레이저 (100)의 반도체 적층체 (2)를 하측을 향해 구동 기판 (11)에 실장하고 있다.
이 반도체 적층체 (2)는, 기판 (1)의 한 면 (1a)측으로부터 차례로 적층된, 에칭 스탑(etching stop)층 (21), n형 DBR층 (22), n형 스페이서(spacer)층 (23), MQW 활성층 (24), p형 스페이서층 (25), 전류 협착층 (26), p형 DBR층 (27), p형 콘택트(contact)층 (28)로 이루어진다.
에칭 스탑층 (21)은, 100nm의 두께를 갖고, n형 Al0.8Ga0.2As층으로 이루어진다. n형 DBR층 (22)는, n형 Al0.15Ga0.85As층과 n형 Al0.86Ga0.14As층으로 이루어지는 28 쌍의 다중층이다. n형 스페이서층 (23)은, n형 Al0.15Ga0.85As층으로 이루어진다. MQW 활성층 (24)는, GaAs로 이루어지는 3층의 양자 우물(quantum well)층으로 이루어진다. p형 스페이서층 (25)는, p형 Al0.15Ga0.85As층으로 이루어진다.
전류 협착층 (26)은, p형 AlAs로 이루어진다. 이 전류 협착층 (26)은 소정 직경의 원의 범위 내에 있고, 그 주위 수 ㎛에는 산화 알루미늄으로 이루어지는 절연체층 (26a)가 형성되어 있다. 이 전류 협착층 (26)은 p형 금속 전극 (3A)로부터의 전류를, 발광부 (2A)의 중앙부에 집중시키기 위해 형성되어 있다.
p형 DBR층 (27)은 n형 Al0.15Ga0.85As층과 p형 Al0.86Ga0.14As층으로 이루어진 36쌍의 다중층이다. p형 콘택트층 (28)은 p형 Al0.15Ga0.85As층으로 이루어진다.
이 반도체 적층체 (2)는, 반도체 기판 (1)의 한 면 (1a) 측에 이들의 층을 순차적으로 적층한 후, 반도체 기판 (1)의 표면이 노출하도록 수직 방향으로 에칭하는 것에 의해, 링(ring) 형상의 오목부 (2C)를 형성하고, 그 오목부 (2C)를 개재시켜, 원주 형상의 발광부 (2A)와 그 주위의 보강부 (2B)를 분할시키고 있다. 이 오목부 (2C)에 있어서의 발광부 (2A)의 주위에는, 폴리이미드(polyimide) 등 절연성 물질 (4)가 매입되어 있다.
p형 금속 전극 (3A)는, 발광부 (2A)에 있어서의 반도체 기판 (1)과는 반대측의 면 (도 1에서 발광부 (2A)의 하면)에 링 형상으로 형성되어 있고, p형 콘택트층 (28)과 접촉되어 있다. 이 링 형상의 중앙부는 모니터용의 레이저광이 출사하는 출사구 (7a)로 되어 있다. p형 금속 전극 (3A)의 형성 재료는 크롬과 금-아연 합금과 금으로 이루어진다.
n형 금속 전극 (3B)는 보강부 (2B)를 덮도록, 보강부 (2B)에 있어서의 반도체 기판 (1)과는 반대면의 면(도 1에서 보강부 (2B)의 하면) 및 측면, 더욱이 반도체 기판 (1)의 한 면 (1a)측의 일부에 형성되어 있고, p형 콘택트층 (28)과 접촉되어 있다. n형 금속 전극 (3B)의 형성 재료는 금-게르마늄 합금과 니켈과 금으로 이루어진다.
이 면발광 레이저 (100)의 반도체 기판 (1)에는, 반도체 기판 (1)의 다른 면(도 1에서의 상면) (1b)측으로부터 발광부 (2A)의 반도체 기판 (1)측의 단부에 이르는 개구부 (5)가, 반도체 기판 (1)의 다른 면 (1b)측을 저면으로 한 사각추 형상으로 형성되어 있다. 이 개구부 (5)에는, 반도체 기판 (1)의 다른 면 (1b)측을 향해, 투명한 수지로 이루어지는 곡률 반경이 큰 볼록 형상의 렌즈 (6)이 형성되어 있다. 이 렌즈 (6)의 볼록 형상은, 투명한 수지를 개구부 (5) 내에 주입시킬 때, 수지의 표면 장력에 의해 솟아 오른 부분을 그대로 경화시켜 형성되어 있다. 여기서, 수지의 형성 재료로서는, 파장 850nm에서 투명한 재료이면, 불화 폴리이미드나 PMMA 등 열경화성 수지 또는 가시 광선이나 자외선 경화형 에폭시 수지 등 어느 수지를 사용해도 상관 없다.
그리고, 상술한 구성으로 이루어지는 면발광 레이저 (100)의 n형 금속 전극(3B)에, 땜납 범프(8)이 형성되고, 플립 칩 본딩에 의해, 복수의 VCSEL용 송신 회로를 갖는 구동 기판 (11)에 실장되어 있다. 이 구동 기판 (11)에는, 면발광 레이저 (100)에서의 p형 금속 전극 (3A)에 개구된 모니터용 레이저광의 출사구 (7a)와 대향하는 위치에, 모니터용 포토 다이오드 (7)이 형성되어 있다.
상술한 구성의 면발광 레이저 (100)에서는, p형 금속 전극 (3A) 및 n형 금속 전극 (3B) 사이에 전압을 인가하는 것에 의해 발광부 (2A)의 적층 방향으로 전류가 흐르고, 반도체 기판 (1)의 다른 면(도 1에서의 상면) (1b)측에 설치한 개구부 (5) 에 구비된 렌즈 (6)으로부터, 레이저광을 출사한다. 이 때, 발광부 (2A)의 반도체 기판 (1)과는 반대측의 면(도 1에서의 하면)에 형성된 출사구 (7a)로부터 출사되는 모니터용의 레이저광을, 반도체 기판 (1)과는 반대측의 구동 기판 (11)에 형성한 모니터용 포토 다이오드 (7)에서 흡수하고, 출력 광파워를 모니터한다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 관한 면발광 레이저 (100)의 제조 방법에 대해, 도 3 ~ 도 8을 참조하여 설명한다. 도 3 ~ 도 8은, 각각 본 발명에 관한 면발광 레이저의 한 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
우선, 도 3에 나타내는 것처럼, GaAs로 이루어지는 고저항의 반도체 기판 (1)의 한 면(도 3에서의 상면) (1a)에, 에칭 스탑층 (21), n형 DBR층 (22), n형 스페이서층 (23), MQW 활성층 (24), p형 스페이서층 (25), 전류 협착층 (26), p형 DBR층 (27), p형 콘택트층 (28)을 순차적으로 적층한다.
상기 반도체 적층체 (2)는, 유기 금속 CVD(MOCVD | Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법으로 에피택셜(epitaxial) 성장시킨다. 여기서, MOCVD법에 한하지 않고, MBE(Molecular Beam Epitaxy)법을 사용해도 상관 없다.
그리고, p형 콘택트층 (28) 상에, 포토 레지스트를 도포한 후, 포토 리소그래피에 의해 그 포토 레지스트를 패터닝함으로써, 발광부 (2A) 주위에만 에칭을 실시하기 위한 소정 패턴의 레지스트층을 형성한다. 다음으로, 이 레지스트층을 마스크로 하여, 도 4에 나타내는 것처럼, 반도체 기판 (1)이 노출할 때까지 드라이 에칭을 하고, 링 형상의 오목부 (2C)를 형성한다. 여기서, 반도체 적층체 (2)에, 오목부 (2C)를 개재시켜, 원주 형상의 발광부 (2A)와 그 주위의 보강부 (2B)가 형성된다.
그리고, p형 AlAs로 이루어지는 전류 협착층 (26)을, 400°C 정도의 수증기를 포함한 질소 분위기 하에 노출시켜 두는 것에 의해, AlAs층이 그 노출면으로부터 내측으로 산화되고, AlAs로 이루어지는 반도체층 주위에 산화 알루미늄으로 이루어지는 절연체층 (26a)가 형성된다. 여기서, 절연체층 (26a)는, 발광부 (2A)의 중앙에 남겨지는 반경 2㎛ 정도의 전류 협착층 (26)의 외주위에 링 형상으로 형성된다.
그리고, 도 5에 나타내는 것처럼, 발광부 (2A)로 되는 반도체 적층체 (2)의 상면 및 측면에 레지스트 (3a)를 형성한 후, 금-게르마늄 합금 150nm, 니켈 100nm, 금 100nm를 차례로 증착한다. 여기서, 보강부 (2B)로 되는 반도체 적층체 (2)의 상면, 측면, 및 반도체 기판 (1)의 한 면(도 5에서의 상면) (1a)의 일부에 n형 금속 전극 (3B)가 형성된다.
그리고, 앞의 공정의 레지스트 (3a)를 아세톤에 의해 박리한 후, 도 6에 나타내는 것처럼, 발광부 (2A)로 되는 반도체 적층체 (2)의 상면을 남겨두어, n형 금속 전극 (3B)와 같이 레지스트 (3b)를 형성한다. 그 후, 크롬 100nm, 금-아연 합금 100nm, 금 10nm를 차례로 증착한다. 더욱이 n형 금속 전극 (3B)과 같이 레지스트 (3b)를 박리하여, p형 금속 전극 (3A)가 형성된다.
그리고, 도 7에 나타내는 것처럼, 상기 공정을 거쳐 형성된 면발광 레이저를 반도체 기판 (1)이 위쪽으로 위치하도록 설치하여 바로잡은 후, 반도체 기판 (1)의 다른 면(도 7에서의 상면) (1b)측에, 150nm의 산화 실리콘막 (5a)를 형성한다. 이어서, 산화 실리콘막 (5a) 상에 레지스트를 형성하고, 양면 얼라이너 (aligner)에 의해 발광부 (2A)의 중심에 맞춰 원형의 개구 레지스트 패턴을 형성한다. 이 레지스트 패턴을 이용하여, 4플루오르화 탄소 등의 반응성 이온 에칭(RIE | Reactive Ion Etching)에 의해 산화 실리콘막 (5a)에 원형의 개구를 형성한다. 그리고, 그 산화 실리콘막 (5a) 패턴을 마스크로 하여, 60°C의 용액 중에서 약 10㎛/min의 속도로 웨트 에칭을 한다. 여기서, n형 GaAs로 이루어지는 반도체 기판 (1)의 결정 구조에 의해, 반도체 기판 (1)의 다른 면 (1b)가 저면으로 되는 사각추 형상의 개구부 (5)가 형성된다. 그 개구부 (5)의 에칭 스탑층 (21) 상에서의 개구 직경은, 전류 협착층 (26)의 직경보다도 2㎛ 더 크고, 발광부 (2A) 직경보다 작게 되도록 한다. 이는, 면발광 레이저 (100) 중에서의 레이저광이 퍼짐에 의해, 반도체 기판 (1)에서의 흡수를 억제하기 위함이다. 여기서, 본 실시예의 형태에 있어서는, 전류 협착층 (26)의 직경이 4㎛이기 때문에, 에칭 스탑층 (21)의 개구 직경은 6㎛인것이 바람직하다. 더욱이, 이 웨트 에칭에 있어서, 3H2SO+H2O2+H2O나 5H2PO4등, 등방성의 에칭액을 사용하면, 원형의 형상으로 개구가 형성되기 때문에, 등방적인 렌즈 (6)을 형성하기 위해 유효하다.
그리고, 산화 실리콘막 (5a)를 플루오르화 수소 중, 혹은 드라이 에칭에 의해 제거한 후, 도 8에 나타낸 것처럼, 4플루오르화 탄소 가스의 플라즈마 처리에 의해, 반도체 기판 (1)의 다른 면 (1b)(도 8에서의 상면)에서의 발수성(撥水性)을 조절한다. 그 후, 실장 기판 (11)을 수평으로 유지한 상태로, 잉크 제트(IJ)법 등에 의해 투명한 수지를 개구부 (5)에 주입한다. 그러면, 개구부 (5)에 주입된 수지는, 표면 장력에 의해 표면이 솟아 오른 상태로 된다. 그 후, 그 실장 기판 (11)를 수평으로 유지하고, 상기한 수지의 상태를 유지한 상태로, 열 또는 가시광선, 자외선에 의해 경화하는 수지의 성질을 이용하여, 수지를 경화시킨다. 여기서, 수지의 표면 장력에 의해 형성된 볼록 형상의 렌즈 (6)이 완성된다.
또한, 반도체 기판 (1)의 다른 면 (1b)에서는 수지에 대해 발수성을 갖도록 하고, 개구부 (5)의 측면에서는 수지에 대해 친수성을 갖도록 조절한 후에, 상기 IJ법 등으로 투명한 수지를 개구부 (5)에 주입하면, 젖음성의 차이에 의해 개구부 (5)에는 오목 형상의 렌즈 (6)을 형성하는 것도 가능하다(도시하지 않음).
여기서, 수지의 개구부 (5)로의 주입 방법으로서, 다음과 같은 방법도 생각될 수 있다.
우선, 개구부 (5)를 형성한 반도체 기판 (1)의 다른 면 (1b)측에, 레지스트나 폴리이미드, 혹은 SAM(Self-Assembly)막 등의 GaAs로 이루어지는 반도체 기판 (1)과는 다른 막을 형성한다. 그리고, 패터닝에 의해, 개구부 (5)만 막을 제거하고, 필요하다면 플라즈마 처리 등에 의해 개구부 (5)의 측면과 반도체 기판 (1)의 다른 면 (1b)측과의 젖음성의 차이를 조정한다.
다음으로, 반도체 기판 (1)의 다른 면 (1b)측에 남은 막 위에서는, 수지에 대해 발수성을 가지도록 하고, 개구부 (5)에서는 친수성을 가지도록 하여, 반도체 기판 (1)의 다른 면 (1b)에 수지를 도포한다.
그러면, 반도체 기판 (1)의 다른 면 (1b)측의 막 위와, 개구부 (5)의 측면과의 젖음성의 차이에 의해, 친수성의 개구부 (5)에만 수지가 남고, 오목 형상의 렌즈 (6)이 형성된다.
한편, 상기 SAM막 등을, 반도체 기판 (1)의 다른 면 (1b) 및 개구부 (5)에 형성하고, 수지에 대해 발수성을 가지도록 하면, 개구부 (5)에는 볼록 형상의 렌즈 (6)이 형성되게 된다.
상술한 것처럼, 렌즈 (6)의 곡률 반경은, 반도체 기판 (1)의 다른 면 (1b)와 개구부 (5)의 측면과의 젖음성의 차이에 의해 결정되기 때문에, 용도에 따라 자유롭게 변경할 수 있다. 또한, 굴절율이 큰 수지를 사용하도록 하면, 렌즈 (6)의 곡률 반경을 크게 하는 것이 가능하게 되고, 제조 마진을 크게하는 것이 가능하게 된다. 본 발명의 실시예처럼 250㎛ 두께의 GaAs로 이루어지는 반도체 기판 (1)에 있어서는, 굴절률 n=1.6의 수지로 곡률 반경 R=100 정도로 하는 것이 바람직하다. 이 조건의 렌즈 (6)을 형성하여 측정한 결과, 렌즈 (6)이 없는 경우의 방사각이 반값 전체 각도로 25°로 넓어지고 있는 것에도 불구하고, 렌즈 (6)을 형성한 경우에는, 방사각은 6°로 가는 빔을 얻을 수 있었다.
본 발명에서의 면발광 레이저 (100)에 있어서, 반도체 기판 (1)에서, 반도체 기판 (1)의 다른 면(반도체 적층체가 형성되어 있지 않은 면)측으로부터, 발광부 (2A)의 반도체 기판 (1)측의 단부까지 이르는 개구부 (5)를 형성한 것에 의해, 그 개구부 (5)로부터 레이저광을 출사시킬 수 있다. 따라서, 갈륨 비소 기판을 사용해도, 850nm의 레이저광을 출사시킬 수 있게 되기 때문에, 수광 소자로서 값이 싼 실리콘 PIN 포트 다이오드를 사용할 수 있다.
또한, 반도체 기판 (1)에 형성한 개구부 (5)에, 렌즈 (6)을 형성한 것에 의해, 발광부 (2A)로부터 출사되는 레이저광의 방사각을 작게 할 수 있고, 광결합 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
더욱이, 렌즈 (6)을 형성하는 것에 의해, 발광부 (2A)를 협소화하는 것이 가능하게 되기 때문에, 저전류 구동을 가능하게 하고, 어레이화한 경우에 발생하는 발열 문제를 해소할 수 있다.
더욱이, 개구부 (5)의 측면을 이용하여 렌즈 (6)을 형성하도록 한 것에 의해, 발광부 (2A)와 떨어진 위치에 렌즈 (6)을 형성할 수 있게 되기 때문에, 곡률 반경이 큰 렌즈 (6)을 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 곡률 반경의 정밀도가 양호하지 않아도, 평행광을 얻을 수 있기 때문에, 광결합 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
더욱이, 렌즈 (6)을 투명한 수지를 경화시키는 것으로 형성하도록 한 것에의해, 미소한 개구부 (5)이어도, 용이하고 확실하게 렌즈 (6)을 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한, 반도체 기판 (1)의 다른 면 (1b)와 개구부 (5)의 측면과의 젖음성을 조절함으로써, 곡률 반경을 자유롭게 설정할 수 있는 동시에, 오목 렌즈, 볼록 렌즈 중 어느 것이라도 형성할 수 있기 때문에, 설정 조건에 최적인 렌즈 (6)을 용이하고 확실하게 형성할 수 있다.
더욱이, 기판을 반도체 기판 (1)로 함으로써, 반도체 기판 (1)의 결정성에 의해 개구부 (5)가 형성되기 때문에, 용이하고 확실하게 사면을 갖는 개구부 (5)를 형성할 수 있다.
더욱이, 면발광 레이저 (100)의 발광부 (2A)의 반도체 기판 (1)과는 반대측의 면에 형성된 전극 (3)에 출사구 (7a)를 설치하고, 그 출사구 (7a)로부터 출사되는 모니터용의 레이저광을 모니터용 포토 다이오드 (7)에 입사하도록 한 것에 의해, 면발광 레이저를 고밀도로 어레이화하는 것이 가능하게 되고, 면발광 레이저 어레이를 소형화하기 위해 유효하다.
다음으로, 본 발명에 있어서의 수광 소자인 포토 다이오드 (200)에 대해, 도면을 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명에 관한 일 실시예를 나타내는 포토 다이오드의 단면도이다.
포토 다이오드 (200)은 실리콘 PIN 포토 다이오드이고, 도 2에 나타내는 것처럼, p+확산층의 실리콘으로 이루어지는 반도체 기판 (10)과, 그 한 면(도 2에서의 하면) (10a)측에 형성되는 반도체층 (20)과, 그 반도체층 (20)의 반도체 기판(10)과는 반대측의 면(도 2에서의 하면)에 형성되는 산화 실리콘막으로 이루어지는 절연층 (24a)와, 한 쌍의 전극 (30)으로 구성되어 있고, 그 포토 다이오드 (200)은 반도체층 (20)을 하측으로 향하게 구동 기판 (110)에 실장되어 있다.
반도체층 (20)은 반도체 기판(p형) (10)의 한 면(도 2에서의 상면) (10a)에, p-확산층으로 이루어지는 광흡수층 (i층) (21a)가 형성되고, 이 i층 (21a)의 반도체 기판 (10)과는 반대측의 표면(도 2에서의 하면)에는, p+영역 (23a)에 둘러싸인 n+영역(n층) (22a)가 형성되어, PIN 포토 다이오드를 형성하고 있다.
이 반도체층 (20)이 형성된 반도체 기판 (10)은, i층 (21a)가 노출하도록, 수직 방향으로 에칭하는 것으로 링 형상의 오목부 (20C)를 형성하고, 그 오목부 (20C)를 개재하여, 원주 형상의 수광부 (20A)와 그 주위의 보강부 (20B)를 분할하고 있다. 이 오목부 (20C)에 있어서의 수광부 (20A)의 주위에는, 폴리이미드 등 절연성 물질 (40)이 매입되어 있다.
p형 금속 전극 (30A)는 적어도 수광부 (20A)의 반도체 기판 (10)과는 반대측의 면에 형성되고, n형 금속 전극 (30B)는 p형 금속 전극 (30A)가 형성되어 있지 않은 보강부 (20B)의 반도체 기판 (10)과는 반대측의 면에 형성되어 있다.
이 포토 다이오드 (200)의 반도체 기판 (10)에는, 상술한 면발광 레이저 (100)과 같이, 반도체 기판 (10)의 다른 면 (10b)측으로부터 수광부 (20A)의 반도체 기판 (1)측의 단부까지 이르는 개구부 (5)가, 반도체 기판 (10)의 다른 면 (10b)측을 저면으로 한 사각추 형상으로 형성되어 있다. 이 개구부 (5)에는, 반도체 기판 (10)의 다른 면 (10b)측을 향해, 투명한 수지로 이루어지는 곡률 반경이 큰 볼록 형상의 렌즈 (6)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 구성으로 이루어지는 포토 다이오드 (200)의 p형 금속 전극 (30A) 및 n형 금속 전극 (30B)의 상면에 땜납 범프(80)이 형성되고, 플립 칩 본딩에 의해, 복수의 포토 다이오드용 수신 회로를 갖는 구동 기판 (110)에 실장되어 있다.
상기 구성의 포토 다이오드 (200)에서는, p형 금속 전극 (30A)및 n형 금속 전극 (30B) 사이에 역바이어스 전압을 인가하여, i층 (21a)를 공핍층로 하는 것에 의해, 수광부 (20A)로부터 입사된 레이저광을 흡수하여 광전류로 변환한다.
여기서, 본 발명에서의 포토 다이오드 (200)에 있어서, 반도체 기판 (10)에서, 반도체 기판 (10)의 다른 면 (10b)측으로부터 수광부 (20A)의 반도체 기판 (10)측의 단부까지 이르는 개구부 (5)을 형성하고, 그 개구부 (5)에 렌즈 (6)을 구비한 것에 의해, 수광부 (20A)의 등가 수광 면적을 크게 할 수 있다. 따라서, 포토 다이오드 (200)의 소자 용량을 작게 할 수 있기 때문에, 광결합 효율을 유지하면서, 포토 다이오드 (200)의 고속 구동을 실현시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 면발광 레이저 (100)과 같이, 반도체 기판 (10)에 형성한 개구부 (5)의 측면을 이용하여 렌즈 (6)을 형성하도록 한 것에 의해, 수광부 (20A)와 떨어진 위치에 렌즈 (6)을 형성할 수 있게 되기 때문에, 곡률 반경이 큰 렌즈 (6)을 용이하게 형성하는 것이 가능하게 된다.
다음으로, 본 발명에 관한 일 실시예를 나타내는 광전송 모듈 (300a)에 대해, 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는 본 발명에 관한 일 실시예를 나타내는 광전송 모듈의 단면도이다.
이 광전송 모듈 (300a)는, 상술한 면발광 레이저 (100)을 어레이화한 면발광 레이저 어레이 (101)과, 상술한 프토 다이오드 (200)을 어레이화한 포토 다이오드 어레이 (201)로 구성되어 있다. 여기서, 면발광 레이저 (100)의 발광부 (2A)에 형성한 렌즈 (6)과, 포토 다이오드 (200)의 수광부 (20A)에 형성한 렌즈 (6)이 광학적으로 대향하도록 적층하여 배치되어 있다.
상기 광전송 모듈 (300a)에서는, VCSEL용 송신 회로를 갖는 구동 기판 (11)으로부터 인가된 전압에 의해 발광부 (2A)에서 발생한 레이저광이, 반도체 기판 (1)의 다른 면(도 9에서의 상면)에 형성된 렌즈 (6)으로부터 출사된다. 이 레이저광은, 대향하는 위치에 배치된 포토 다이오드 (200)의 렌즈 (6)으로부터 수광부 (20A)에 입사하고, 포토 다이오드용 수신 회로를 갖는 구동 기판 (110)으로부터 전압이 인가되는 것에 의해 레이저광을 광전류로 변환시킨다.
여기서, 본 발명의 광전송 모듈 (300a)에 있어서, 면발광 레이저 (100)의 발광부 (2A) 및 포토 다이오드 (200)의 수광부 (20A)의 쌍방에 렌즈 (6)이 형성되어 있기 때문에, 광파이버 등의 광도파로를 사용하지 않고도, 광결합 효율을 양호하게 하는 것이 가능하게 된다. 이 때문에, 광축 조정 등의 수고를 감소시킨 광전송 모듈 (300a)를 제공할 수 있다.
또한, 발광부 (2A)를 협소하게 한 면발광 레이저 (100)을 발광 소자로서 사용하고 있기 때문에, 저전류 구동이 가능하게 되고, 어레이화하는 때의 발열을 억제할 수 있다.
더욱이, 소자 용량을 작게 한 포토 다이오드 (200)을 수광 소자로서 사용하고 있기 때문에, 고속 작동을 실현시킬 수 있다.
더욱이, 면발광 레이저 (100) 및 포토 다이오드 (200)을 간격을 두고 어레이화하고 있기 때문에, 인접하는 소자끼리의 상호 간섭을 억제할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 관한 다른 실시예를 나타내는 광전송 모듈 (300b)에 대해서, 도 10을 참조하여 설명한다. 도 10은 본 발명에 관한 다른 실시예를 나타내는 광전송 모듈의 단면도이다.
이 광전송 모듈 (300b)는, 상술한 면발광 레이저 (100)을 어레이화한 면발광 레이저 어레이 (101)과, 상술한 포토 다이오드 (200)을 어레이화한 포토 다이오드 어레이 (201)과, 한 쌍의 미러 디바이스(mirror device) (400)으로 구성되어 있다. 여기서, 면발광 레이저 어레이 (101)과, 포토 다이오드 어레이 (201)은 함께 동일 면에 병렬로 배치되어 있고, 면발광 레이저 (100)에 형성한 렌즈 (6)과, 포토 다이오드 (200)에 형성한 렌즈 (6)은 함께 상방향을 향해 있다. 또한, 한 쌍의 미러 디바이스 (400) 중, 제 1 미러 디바이스 (400a)는 면발광 레이저 (100)의 발광부 (2A)의 상면에 형성되고, 제 2 미러 디바이스 (400b)는 포토 다이오드 (200)의 수광부 (20A)의 상면에 형성되어 있다.
여기서, 면발광 레이저 (100)의 발광부 (2A)로부터 출사된 레이저광은, 제 1 미러 디바이스 (400a)에 도달해 반사하는 것에 의해 제 2 미러 디바이스 (400b)에 도달하고, 또한 제 2 미러 디바이스 (400b)에 도달한 레이저광이 반사하는 것에 의해 포토 다이오드 (200)의 수광부 (20A)에 입사된다.
이 광전송 모듈 (300b)에 있어서, 면발광 레이저 (100)의 발광부 (2A) 및 포토 다이오드 (200)의 수광부 (20A)의 쌍방에 렌즈 (6)이 형성되어 있는 것에 의해, 레이저광의 방사각이 작게 되고, 미러 디바이스 (400)의 반사를 이용하여 광결합을 하는 것도 가능하게 된다. 이 때, 이 미러 디바이스 (400)을 가동하게 하고, 레이저광이 도달하는 경우와 도달하지 않는 경우를 조절하도록 하면, 미러 디바이스 (400)을 광전송 모듈 (300b)의 스윗칭으로서 사용하는 것도 기대할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 관한 다른 실시예를 나타내는 광전송 모듈 (300c)에 대해, 도 11을 참조하여 설명한다.
이 광전송 모듈 (300c)는, 상술한 면발광 레이저 (100)을 어레이화한 면발광 레이저 어레이 (101)과, 상술한 포토 다이오드 (200)을 어레이화한 포토 다이오드 어레이 (201)과, 광파이버 (500)으로 구성된다. 여기서, 면발광 레이저 (100)의 발광부 (2A)와, 포토 다이오드 (200)의 수광부 (20A) 사이는 광파이버 (500)으로 접속되어 있다.
여기서, 발광부 (2A)와 수광부 (20A)를 광파이버 (500)으로 접속하도록 한 것에 의해, 레이저광의 광결합 효율을 안정시키는 것이 가능하다. 단, 광파이버 (500) 등의 광도파로를 사용하기 위해서는, 면발광 레이저 (100), 광파이버 (500), 및 포토 다이오드 (200)의 각각의 광축을 조정할 필요가 있다.
여기서, 본 실시예에 있어서는, 수광 소자로서 PIN 포토 다이오드를 사용했으나, 이에 한하지 않고, 포토 트랜지스터 등 어느 수광 소자를 사용해도 상관 없다. 또한, 본 발명에 있어서의 광전송 모듈 (300)에 있어서, 발광 소자와 수광 소자 중, 적어도 어느 한쪽에 렌즈 (6)을 형성하는 것이면, 본 실시예에 한하지 않는다.
또한, 본 실시예에 있어서, 면발광 레이저 (100) 및 포토 다이오드 (200)의 각각의 반도체 기판 (1, 10)은, 이에 한하지 않고, 그 외의 기판을 사용하는 것도 가능하다.
이상 설명한 것처럼, 본 발명의 면발광 레이저에 의하면, 기판의 다른 쪽(즉, 반도체 적층체가 형성되지 않은 측)의 면으로부터 발광부의 기판측의 단부까지 이르는 개구부를 형성한 것에 의해, 갈륨 비소 기판을 사용해도 850nm의 레이저광을 통과시키는 것이 가능하게 되었다.
또한, 개구부에, 렌즈를 구비한 것에 의해, 광결합 효율을 향상시키는 동시에, 저전류 구동을 가능하게 한 면발광 레이저를 제공하는 것이 가능하게 된다.
더욱이, 개구부의 측면을 이용하는 것에 의해, 발광부와 떨어진 위치에 렌즈를 형성할 수 있기 때문에, 곡률 반경이 큰 렌즈를 용이하게 형성하는 것이 가능하게 된다.
더욱이, 렌즈를 투명한 수지제로 한 것에 의해, 미소한 개구부이어도 설정 조건에 최적인 렌즈를 용이하고 확실하게 형성하는 것이 가능하게 된다.
특히, 청구항 4 및 5에 기재된 면발광 레이저에 의하면, 면발광 레이저를 고밀도로 어레이화할 수 있게 되고, 면발광 레이저 어레이의 소형화가 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 수광 소자에 의하면, 기판의 다른 쪽(즉, 수광부가 형성되어 있지 않은 측)의 면으로부터 수광부의 기판측의 단부까지 이르는 개구부를 형성하고, 그 개구부에, 그 사면을 이용하는 것으로 형성된 렌즈를 구비한 것에 의해, 광결합 효율을 향상시키는 동시에, 고속 변조를 가능하게 한 수광 소자를 제공하는 것이 가능하게 된다.
더욱이, 본 발명에 있어서의 광전송 모듈에 의하면, 광결합 효율을 양호하게 하는 동시에, 저전류 구동이나 고속 변조를 가능하게 한 광전송 모듈을 제공하는 것이 가능하게 된다.

Claims (13)

  1. 기판과, 상기 기판의 한쪽 면에 형성되고, 또한 레이저광을 출사하는 발광부를 갖는 반도체 적층체와, 상기 발광부의 적층 방향으로 전류가 흐르도록 전압을 인가하는 한 쌍의 전극을 구비한 면발광 레이저에 있어서,
    상기 기판은, 상기 기판의 다른 쪽 면으로부터 상기 발광부의 상기 기판측의 단부까지 이르는 개구부를 갖고, 상기 개구부에 그 측면을 이용함으로써 형성된 렌즈를 구비한 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 기판의 다른 쪽 면으로부터 상기 발광부의 상기 기판측의 단부를 향해 좁아지는 공간인 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 렌즈가 투명한 수지제인 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발광부의 상기 기판과는 반대측의 면에 형성되는 상기 전극에는 레이저광을 출사하는 출사구를 개구하고 있고, 상기 출사구로부터 출사되는 레이저광을 모니터용 포토 다이오드에 입사하도록 한 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  5. 기판과, 상기 기판의 한쪽 면에 형성되고, 또한 레이저광을 출사하는 발광부를 갖는 반도체 적층체와, 상기 발광부의 적층 방향으로 전류가 흐르도록 전압을 인가하는 한 쌍의 전극을 구비한 면발광 레이저에 있어서,
    상기 발광부의 레이저광의 출사측과는 반대측의 면에 형성되는 전극에는 레이저광을 출사하는 출사구를 개구하고 있고, 상기 출사구로부터 출사되는 레이저광을 모니터용 포토 다이오드에 입사하도록 한 것을 특징으로 하는 면발광 레이저.
  6. 반도체 기판의 한쪽 면에 적층한 반도체 적층체를 수직 방향으로 에칭하고, 레이저광을 출사하는 볼록 형상의 발광부를 형성하는 공정과,
    상기 반도체 기판의 다른 쪽 면으로부터 상기 발광부의 상기 반도체 기판측의 단부까지 이르는 개구부를, 상기 반도체 기판의 다른 쪽 면으로부터 상기 발광부의 상기 반도체 기판측의 단부를 향해 좁아지도록 형성하는 공정과,
    상기 개구부 내에 투명한 수지를 주입하는 공정과,
    상기 수지를 경화시켜 렌즈를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 면발광 레이저의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 수지를 주입하는 공정에서, 상기 개구부의 측면과 상기 반도체 기판의 다른 쪽 면과의 젖음성의 차이를 조절한 후, 상기 수지를 주입하도록 한 것을 특징으로 하는 면발광 레이저의 제조 방법.
  8. 기판과, 상기 기판의 한쪽 면에 형성되고, 또한 레이저광을 입사하는 수광부를 구비한 수광 소자에 있어서,
    상기 기판은, 상기 기판의 다른 쪽 면으로부터 상기 수광부의 상기 기판측의 단부에 이르는 개구부를 갖고, 상기 개구부에 그 측면을 이용함으로써 형성된 렌즈를 구비한 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 렌즈가 투명한 수지제인 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  10. 반도체 기판의 한쪽 면에 형성한 반도체층을 수직 방향으로 에칭하고, 레이저광을 입사하는 볼록 형상의 수광부를 형성하는 공정과,
    상기 반도체 기판의 다른 쪽 면으로부터 상기 수광부의 상기 반도체 기판측의 단부까지 이르는 개구부를, 상기 반도체 기판의 다른 쪽 면으로부터 상기 수광부의 상기 반도체 기판측의 단부를 향해 좁아지도록 형성하는 공정과,
    상기 개구부 내에 투명한 수지를 주입하는 공정과,
    상기 수지를 경화시켜 렌즈를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 수광 소자의 제조 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 면발광 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 모듈.
  12. 제 8 항 또는 제 9 항에 기재된 수광 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 모듈.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 면발광 레이저와, 제 8 항 또는 제 9항에 기재된 수광 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 모듈.
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