JPH03150526A - 面発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、二次元光情報処理システムとして機能する
面発光素子に関するものである。

［従来の技術］ 第３図に面発光アレイ・レーザと空間光変調器を組み合
わせた従来の二次元マトリックス型光信号処理（２Ｘ２
）システムの構成を示す。図において、（１）は基板、
（２）は共振器鏡で挟まれた活性層（以下ではこれ全体
をエピタキシアル層と呼ぶ）、（３）は発光領域、（１
２）はレンズ、（９）は空間光変調器である。

以上の構成において、通常、光が基板（１）から垂直に
基板と反対側のエピタキシアル層（２）側に放射される
ように、共振器の上下反射率を設計する。つまり、下側
（基板側）の反射率を１００％に、上側（空気側）の反
射率を掻く僅に１００％より低く設定する。これにより
光は基板り１）と反対側の空気側へ放射される。このよ
うな面発光レーザを光変調素子アレイと組み合わせて用
いる場合には、その間にレンズ（１２）を置き発光パタ
ーンを光変調素子アレイ上に結像する。この後には目的
に応じて適当な光学系を組んで光信号処理が行われる。

［発明が解決しようとする課題］ 以上のような従来の面発光素子では、本質的には、共振
器の反射率を適当に選ぶことにより光放射はどちらの側
にも取出すことが可能である。しかし、これまでは積極
的に基板側に光を取出すのではなく、主として素子の発
熱を効率的に外部に逃がすためにエピタキシアル層側を
ヒートシンクにマウントしていたので、基板側から光を
取出さざるを得ないというものであった。またこのとき
、光が基板で吸収されるのを防ぐために発光部分に対応
する基板の裏側をエツチングで穴状に除去するなどの手
段がとられていた。このとき、アレイ化に際しては大面
積のウェハではエツチングが一様に行われないために、
特に均一度の点で大きな障害となっていた。

また、このような光源を空間光変調器と組合わせて用い
る場合には、その間にレンズを置くなどして回折の問題
を解決する必要があった。このとき全体のシステムが大
きくなるだけでなく光学調整がシステム毎に必要である
、回折によるクロストークが避けられない、アレイサイ
ズが物理的に大きく制限を受ける等の問題があった。従
来のようなレンズ系を用いる光情報処理システムを小型
化するためには、レンズが不用のデバイスが必要である
。そのためには画素子を密着すればよいが、光をエピタ
キシアル層側から取出す形の発光素子では、発光素子の
電極と空間光変調器の電極が相対してしまい外部への配
線が事実上不可能であった。

この発明は上記のような問題点を解決し、さらに面発光
アレイ・レーザの二次元光情報処理用に光変調器を一体
に作り付けて素子機能を大幅に拡大し、かつ超小型化す
るためになされたものである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る面発光素子は、発光素子の波長を基板の
光吸収がない領域に合わせ、かつ、基板の厚みを薄くす
ることで積極的に裏面への光放射を利用すると共に、さ
らに基板側に光変調器をハイブリッドに集積化するもの
である。

［作　用］ この発明においては、発光素子の波長が基板の光吸収が
ない領域にあるため、光は基板で吸収されることなく裏
面に放射される。このとき基板の厚みが充分薄ければ、
レーザ光の場合、回折することもない。基板裏面に直接
空間光変調器を密着させ、その多数の引出し電極を発光
素子裏面上の電気的絶縁層上に取出すことで、発光素子
の電極と空間光変調器の電極が外部へ無理なく結線でき
るようになる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を第１図、第２図について説
明する。第１図において、（１）は基板、（２）はエピ
タキシアル層、（３）は発光領域、（４）は発光素子の
表面電極、（５）は裏面電極、（６）は放射ビーム、（
ア）は電気的絶縁層、（８）はフリップチップボンド用
の受は電極、（９）は光変調器（例として二次元空間光
変調器がある）　、　（１０）は光変調器の電極である
。ここでは２ｘ２の場合を示す。

さらに、第２図は第１図の各素子を重ね合わせハイブリ
ッド集積化したものである。（７）の電気的絶縁層は蒸
着或はスパッタによりＳｉＯ，ＳｉＮを薄膜状に堆積さ
せて作る。また、このときその厚みを１７４（波長）と
なるように設定することで、基板（１）と空気界面での
フレネル反射を大きく低減し光取出しの高効率化を計る
ことも可能になる。この上に光変調器（９）のサイズに
合わせて外部引き出し用電極パターンを形成し、この電
極の内側−部が（（８）の先端の白い部分）光変調器（
９）の電極と位置が会うように調整後、両型極上のはん
だ材が溶ける温度まで加熱し融着させる。

以上の構成により、例えば基板（１）としてＧａＡｓ、
発光領域（３）の素子として垂直共振器型面発光レザを
考える。活性層にＩｎＧａＡｓを用いれば発振波長域は
０．９〜１．０ミクロンとなり、　ＧａＡｓに対しては
透明光になる。ここで、上面反射率を１００％、下面反
射率を１００％から掻く僅に低く設定する。これによっ
て発振レーザ光は基板側に放射され、透明な基板（１）
を通して空気中に取出される。素子の実装に際しては、
エピタキシアル面側をヒートシンクに密着することがで
き、熱放散の観点からも基板側からの光取出しが優れて
いる。

次に光変調器（９）の発光素子との一体化について述べ
る。上記のように、−様な二次元アレイビームが得られ
た場合、二次元アレイ型空間光変調器を発光素子アレイ
の基板側に密着することでその輝度分布を高速に変調す
る新しいデバイスの実現が可能となる。第１図では２×
２であるが、７１、リクス、サイズが１０００ｘｌＯＯ
Ｏ程度になると空間光変調器の各ビクセルにアドレスす
るためのアドレスライン数が莫大になり、ハイブリッド
集積化した場合にはその外部へのリード線引き出しが困
難になる。しかし先の裏面発光素子を用いれば、裏面に
は発光素子の引き出し電極はなく、裏面に発光素子にと
っては無反射コーティングとなる絶縁薄膜（７）を介し
て作製した引き出し電極用のパッドへフリップチップボ
ンドすることで、″貼り合わせ“（ハイブリッド集積化
）に伴う問題は解決され、光源（発光素子アレイ）と空
間光変調器の一体化が実現する。

なお、この発明は、発光素子、共振器型、材料に関して
は上記のものに限定するものではなく、発光素子と光変
調素子が一体化するためにとられた構造、材料が基本的
に本発明の範ちゅうに入るもの凡てを含む。

［発明の効果］ 以−にのように、この発明によれば、発光素子を変調素
子と一体化したために、二次元アレイ化に適し、大容量
の光交換、光ニューラルネットワク用のべりＩ〜ルマト
リックス演算器の重要デバイア スとして極めて現実的な応用への道が開かれる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の分解斜視図、第２図は同
じく斜視図、第３図は従来の面発光素子の斜視図である
。 （１）・・基板、（３）　　・・発光領域、（６）・・
放射ビーム、（９）・・光変調器。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　発光ビームに対して透明な基板と、この基板にハイブ
   リッドに集積化された光変調器とを備えてなる面発光素
   子。