JP4859404B2 - 面発光レーザ - Google Patents

Description

本願発明は、基板面に対して垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザに関するものである。

インターネットの急速的な普及に伴い、光通信ネットワークの伝送容量拡大やネットワークに接続される光情報処理機器などの高速化が強く望まれてきている。このような光通信・情報処理技術に利用される半導体レーザとして、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）が注目を浴びている。この面発光レーザは、基板に対して垂直方向に共振器構造を有し、従来の端面発光型レーザのようにウェハを割ってレーザ構造部を取り出す必要がないため、光ファイバとの結合が容易であり、また大幅な低電流化が図れ、２次元の高集積化にも有利である。

従来の面発光レーザの構造例を図１に断面図で示す。図１に示す面発光レーザは、たとえばｎ型ＧａＡｓからなる基板１１上に半導体層構造体を備えている。この半導体層構造体は、下部反射鏡構造１２、下部クラッド層１３、活性層１４、上部クラッド層１５、電流狭窄層１６及び上部反射鏡構造１７を含む。上部反射鏡構造１７から下部反射鏡構造１２の上面までの部位は円柱状又は角柱状をなしており（この部分をメサと呼ぶ）、この柱状の部分以外の部分には絶縁膜１８が形成されている。そして上部反射鏡構造１７及び絶縁膜１８上には、上部電極１９が、光出射部２０が形成されるように設けられている。また、基板１１下には、下部電極１０が設けられている。

この面発光レーザは、上部電極１９と下部電極１０の間に電圧が印加され、活性層１４がレーザ発振し、矢印で示すように出射光（レーザ光）２１が出射するようになっている。

このような面発光レーザは、たとえば特許文献１〜３等に記載されている。
特開平１１−１８８４７１号公報 特開２００３−１８８４７１号公報 特開２００４−２６０１２５号公報

上記の一般的な面発光レーザは、半導体層構造体が埋め込み型となっているため、構造的に、光出射部２０の近傍の絶縁膜１８及び上部電極１９の部分は若干盛り上がった形状となっている。

ところが、この盛り上がり部分２２に異物が接触して、上部電極１９や光照射部２０に損傷を与えることが少なからずあった。特に、光照射部２０及びその近傍は非常に微細な構造のため、少しの接触ダメージがその性能に大きな影響を及ぼしてしまう。また，電流狭窄層１６は強度が弱く，衝撃により破損しやすいという欠点を有する。

本願発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたもので、光照射部及びその近傍の盛り上がり部分への異物接触による損傷を効果的に防ぐことができる面発光レーザを提供することを課題とする。

さらに本願発明は、電流狭窄層への衝撃を効果的に防ぐことができる面発光レーザを提供することも課題とする。

本願発明は、上記課題を解決するものとして、第１には、基板上にメサ状部分を含む半導体構造を備え、前記メサ状部分以外の部分に絶縁膜及び上部電極が形成され、光出射部とその近傍に前記絶縁膜及び前記上部電極の盛り上がり部分とを有する面発光レーザにおいて、前記光出射部及び前記盛り上がり部分を取り囲むように保護用壁が前記メサ状部分の外側の前記上部電極上に設けられ、前記保護用壁の底部の内側であって前記メサ状部分よりも外側に位置する部分が前記盛り上がり部分の一部に乗るように設けられ、前記保護用壁の上端に光ファイバの端部と接触する上端面を備え、且つ前記保護用壁が光ファイバの端部をガイドするファイバガイド部と一体化されていることを特徴とする。

また、第２には、上記第１の発明において、前記保護用壁の前記光出射部及びその近傍の盛り上がり部分を保護する壁面が環状であることを特徴とする。

また、第３には、上記第１又は第２の発明において、前記保護用壁の壁面に、前記光出射部から出射する光の出射角に対応した傾斜を付けたことを特徴とする。

さらに、第４には、上記第１から第３のいずれかの発明において、前記保護用壁が感光性樹脂により形成されていることを特徴とする。

本願発明によれば、光出射部周辺に、光出射部及びその近傍の上部電極部分を保護するための保護用壁を設けたので、何等かの原因で異物が光出射部あるいはその近傍の盛り上がり部分に接触しそうになっても、保護用壁にてブロックされるため、光出射部及び盛り上がり部分を接触損傷から効果的に保護することができる。これにより、たとえば、製造過程、検査過程、梱包過程、搬送過程、実装過程等においては、歩留まりを向上させ、高品位な面発光レーザを提供できる上、実装効率の向上を図ることができ、また使用時等にあっては、製品の信頼性向上を図ることができる。

また、保護用壁の壁面に、光出射部から出射する光の出射角に対応した傾斜を付けることにより、出射光の出射領域を確保しつつ、光出射部及びその近傍の盛り上がり部分をより効果的に保護することができる。

また、保護用壁を、光ファイバの末端をガイドするファイバガイド部と一体に形成すると、上記効果に加え、光ファイバの接続作業が行いやすくなる利点がある。

また、保護用壁を感光性樹脂により形成することで、所望の形状の保護用壁を所望の領域に容易にかつ低コストで設けることができる。

さらに保護用壁をメサ部の外側に形成することにより、電流狭窄層への衝撃を効果的に防ぐことができる。

本願発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。

［第１参考形態］
本願発明の第１参考形態の面発光レーザの構造例を図２に断面図で示す。図２において、図１と同様な要素には同じ符号を付してある。

本参考形態の面発光レーザは、たとえばｎ型ＧａＡｓからなる基板１１上に半導体層構造体を備えている。この半導体層構造体は、下部反射鏡構造１２、下部クラッド層１３、活性層１４、上部クラッド層１５、電流狭窄層１６及び上部反射鏡構造１７を含む。

下部反射鏡構造１２は、たとえば組成の異なるｎ型ＡｌＧａＡｓ層を交互に積層した半導体多層膜からなる。

下部クラッド層１３及び上部クラッド層１５は、たとえばノンドープＡｌＧａＡｓの半導体膜からなる。

活性層１４は、たとえばＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓで形成した量子井戸構造の膜からなる。

電流狭窄層１６は、たとえばｐ型ＡｌＡｓ層が成膜され、中央の領域を除いて、その周囲が選択的に酸化された酸化狭窄型電流狭窄層となっている。

上部反射鏡構造１７は、たとえば組成の異なるｐ型ＡｌＧａＡｓ層を交互に積層した半導体多層膜からなる。上部反射鏡構造１７及び下部反射鏡構造１２では、分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）を採用している。

上部反射鏡構造１７から下部反射鏡構造１２の上面までの部位は柱状（メサ状またはポスト状とも呼ぶ）をなしており、この柱状の部分以外の部分には絶縁膜１８が形成されている。

そして上部反射鏡構造１７の上面と絶縁膜１８の上面には上部電極１９が、光出射部２０が形成されるように設けられている。

また、基板１１下には、下部電極２１が設けられている。

以上までの構造は図１の従来構造と同様であるが、本参考形態の面発光レーザでは、上部電極１９上に、光出射部２０とその近傍周囲の絶縁膜１８及び上部電極１９が盛り上がった部分（盛り上がり部分２２）とを取り囲むように保護用壁３０が設けられており、この保護用壁３０によって光出射部２０及び盛り上がり部分２２を異物との接触から保護している。すなわち、異物が光出射部２０及び盛り上がり部分２２に接触しようとしても、その周辺に設けられた保護用壁３０に先に接触してブロックされることとなる。

保護用壁３０としては、各種の絶縁材料を用いることができるが、中でも、成形、配置が容易な感光性樹脂を用いることが好ましい。保護用壁３０の形成に用いる感光性樹脂としては、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミドイミドを含むポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリビニル系樹脂等の公知の各種樹脂を用いることができる。

形状については、異物接触損傷に対する保護効果が得られる限り特に限定されないが、たとえば、リング状などのように全周をぐるりと囲むものが好ましく、またそれに近い形状で外部からの異物接触を十分にブロックできる程度にほぼ全周を囲んだものであってもよい。図３は前者の一例であるリング形状を例示したものであり、図４〜図７は各々後者の一例である２分割ブロック形状、４分割ブロック形状、４辺ブロック形状、３辺ブロック形状を例示したものである。これらの図示形状に限定されないことは言うまでもない。

高さについては、同様に保護効果が得られる限り特に限定されないが、上記盛り上がり部分２２よりも高く設定されていることが好ましい。もちろん、これらの形状や高さについては、出射光２１を遮るようなものは採用できない。

以上の参考形態の面発光レーザでは、上記のとおりの保護用壁３０を設けておくことにより、容易にかつ効果的に、光出射部２０及びその近傍の盛り上がり部分２２を異物との接触損傷から保護することが可能となる。

［第２参考形態］
次に、本願発明の第２参考形態の面発光レーザについて述べる。図８は、第２参考形態の面発光レーザの断面図である。

本参考形態の面発光レーザが、第１参考形態の面発光レーザと異なる点は、保護用壁３０の光出射部２０側に傾斜部３１を設けていることである。この傾斜部３１の傾斜角度は、円錐状に出射する出射光２１の光出射角に対応した角度に設定されている。

また、本参考形態における保護用壁３０は、光出射部２０近傍の絶縁膜１８と上部電極１９が盛り上がった部分（盛り上がり部分２２）を覆うように配置してもいる。保護用壁３０によって盛り上がり部分２２を含む上部電極１９上の空間を埋めているとも言える。

この場合においても、保護用壁３０は第１参考形態と同様な材料を用いて形成することができる。

以上の本参考形態の面発光レーザでは、保護用壁３０を上記とおりの構造とすることにより、出射光２１の出射領域は確保しつつ、より確実に光出射部２０及びその近傍の盛り上がり部分２２を異物との接触損傷から保護することが可能となる。

［第３参考形態］
次に、本願発明の第３参考形態の面発光レーザについて述べる。図９は、第３参考形態の面発光レーザの断面図である。

本願発明の面発光レーザは、図９に例示したように、光ファイバ４に出射光２１を入射させる使用形態が考えられるが、この場合の光ファイバ４との接続作業を容易ならしめるべく、保護用壁３０を、保護壁機能とともにファイバガイド機能を併せ持つファイバガイド兼保護用壁３２とすることができる。

より具体的には、本参考形態では、上部電極１９上に、上記保護用壁３０を単独で設ける代わりに、保護壁部３３とファイバガイド部３４とを一体化させてなるファイバガイド兼保護用壁３２を設けている。

保護壁部３３は、上記第２参考形態と同様に出射光２０の出射角に対応した傾斜角度を持つ傾斜部３１をその光出射部２０側に有し、さらに光出射部２０の近傍の絶縁膜１８と上部電極１９が盛り上がった部分（盛り上がり部分２２）全体を覆うような形状を有している。

ファイバガイド部３４は、コア４１及びクラッド４２よりなる光ファイバ３４の接続端が差し込まれて、それを面発光レーザからの出射光２２がコア４１に入射する位置にガイドし受容する形状を有し、保護壁部３３と一体に形成されたものとなっている。

このファイバガイド兼保護用壁３２は、第１参考形態と同様な材料を用いて、保護壁部分とファイバガイド部分とを一体成形することができる。

以上の本参考形態の面発光レーザでは、上記のとおりのファイバガイド兼保護用壁３２によって、上記各参考形態の利点に加え、光ファイバの接続作業が行いやすくなる利点がある。

［実施形態］
次に、本願発明の実施形態の面発光レーザについて述べる。図１０及び図１１は、実施形態の面発光レーザの断面図である。

本実施形態の面発光レーザが、第２及び第３参考形態の面発光レーザと異なる点は、保護用壁３０をメサ部の外側に設けていることである。

より具体的には、まず、第２及び第３参考形態における図８及び図９に例示した保護用壁３０は、その傾斜部３１がメサ部を構成する上部反射鏡構造１７の上面に接触している上部電極１９の端部上まで設けられて、盛り上がり部分２２全体を覆う形状となっている。この形状では、上述したとおりに保護用壁３０によって光出射部２０及びその近傍の盛り上がり部分２２への異物の直接の接触を防ぐという優れた効果を実現できるものの、異物が保護用壁３０に接触した際の衝撃が、保護用壁３０から上部電極１９の接触端部を通して上部反射鏡構造１７に伝わり、その下に位置する電流狭窄層１６がほんの僅かではあっても影響を受ける状況が起こるのではないかとも考えられる。

そこで、このような電流狭窄層１６への影響を極力低減すべく、図１０及び図１１に例示した保護用壁３０では、少なくともその傾斜部３１が、上部電極１９上にて、下部クラッド層１３、活性層１４、上部クラッド層１５、電流狭窄層１６及び上部反射鏡構造１７で構成された柱状部分であるメサ部よりも外側に位置している（図中、メサ部側壁面から上方に伸ばした一点鎖線との位置関係を参照のこと）。傾斜部３１は、この位置を確保しながら、光出射部２０近傍の盛り上がり部分２２の一部に乗るように設けられている。

以上の本実施形態の面発光レーザでは、保護用壁３０を上記とおりの構造とすることにより、上記各実施形態の利点に加え、メサ部内の電流狭窄層１６への衝撃を効果的に防ぐことができるという利点がある。

なお、第１参考形態における図２に例示した面発光レーザでも、保護用壁３０は、上部電極１９上にてメサ部よりも外側に位置するように設けられており（盛り上がり部分２２には全く接していない）、同様に電流狭窄層１６への衝撃を防ぐ効果をも実現している。

従来の面発光レーザの構造例を示す断面図。 本願発明の第１参考形態の面発光レーザの構造例を示す断面図。 第１参考形態における保護用壁の一例を示す概略斜視図。 第１参考形態における保護用壁の一例を示す概略斜視図。 第１参考形態における保護用壁の一例を示す概略斜視図。 第１参考形態における保護用壁の一例を示す概略斜視図。 第１参考形態における保護用壁の一例を示す概略斜視図。 本願発明の第２参考形態の面発光レーザの構造例を示す断面図。 本願発明の第３参考形態の面発光レーザの構造例を示す断面図。 本願発明の実施形態の面発光レーザの構造例を示す断面図。 本願発明の実施形態の面発光レーザの別の構造例を示す断面図。

１０ 下部電極
１１ 基板
１２ 下部反射鏡構造
１３ 下部クラッド層
１４ 活性層
１５ 上部クラッド層
１６ 電流狭窄層
１７ 上部反射鏡構造
１８ 絶縁膜
１９ 上部電極
２０ 光出射部
２１ 出射光（レーザ光）
２２ 盛り上がり部分
３０ 保護用壁
３１ 傾斜部
３２ ファイバガイド兼保護用壁
３３ 保護壁部
３４ ファイバガイド部
４０ 光ファイバ
４１ コア
４２ クラッド

Claims (4)

1. 基板上にメサ状部分を含む半導体構造を備え、前記メサ状部分以外の部分に絶縁膜及び上部電極が形成され、光出射部とその近傍に前記絶縁膜及び前記上部電極の盛り上がり部分とを有する面発光レーザにおいて、
   前記光出射部及び前記盛り上がり部分を取り囲むように保護用壁が前記メサ状部分の外側の前記上部電極上に設けられ、前記保護用壁の底部の内側であって前記メサ状部分よりも外側に位置する部分が前記盛り上がり部分の一部に乗るように設けられ、前記保護用壁の上端に光ファイバの端部と接触する上端面を備え、且つ前記保護用壁が光ファイバの端部をガイドするファイバガイド部と一体化されていることを特徴とする面発光レーザ。
2. 前記保護用壁の前記光出射部及びその近傍の盛り上がり部分を保護する壁面が環状であることを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ。
3. 前記保護用壁の壁面に、前記光出射部から出射する光の出射角に対応した傾斜を付けたことを特徴とする請求項１又は２記載の面発光レーザ。
4. 前記保護用壁が感光性樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の面発光レーザ。