JPH03283688A - モニタ付き面発光型半導体レーザ装置 - 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、光通信および光情報処理に用いられるモニ
タ付き面発光型半導体レーザ製画に間する。

（従来の技術） 従来のモニタ付き半導体レーザ製雪として、端面発光型
構造のものが知られている（例えば、文献工：「アプラ
イド・フィシ・νクス・レクーズ（Ａｐｐｌｉｅｄ　　
Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ）３０　（１０）、
（１９７７）、ｐ５３０−５３３Ｊ　）、この従来構造
の半導体レーザ装置は、第２図にその構造を簡単な断面
図で示すように、レーザ発振本体１０と検出素子１２と
を分離溝１４を介して共通の基板１６上に対向させて設
け、レーザ発振本体の先導波路１８（レーザを形成する
基板面に平行な活性層から主としてなる導波路）の一方
の端面からレーザ光を高出力で出力させ、他方の端面か
ら出射したレーザ光を検出素子１２へ入力させてモニタ
する構造となっている。

一方、面発光型半導体レーザとして、例えば、文献ＩＩ
　：　ｒアプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐ
ｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌ　ｅ　ｔｔｅ　ｒｓ
）５５　（１１）、（１９８９）、ｐｌ　０５３−１０
５５Ｊおよび文献ｍ：［オー・プラス・イー（○　ＰＬ
ＬＪＳ　　Ｅ）Ｎｏ、１２４（１９９０年３月）ｌ）、
１４１−１４６Ｊに開示されでいるものがある。従来の
面発光型半導体レーザとして例えば第３図に断面構造を
概略的に示すように、基板２０の基板面に平行な水平活
性導波路（活性層）２２の端部に、基板面に対し傾斜角
４５°で設けた傾斜反射鏡２４を有し、基板２０の裏面
にレーザ光の出射窓２６を有する構造のものが開発され
報告されている。尚、２８はｐ−クラッド層、３０はｎ
−クラッド層、３２．３４は電極、３６は富化シリコン
保護膜である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、この従来のモニタ付き半導体レーザ装置
は端面発光型であって、モニタ付きの面発光型半導体レ
ーザ装置ではない。

また、この従来のレーザ装置では、レーザ発振本体と検
出素子とが、基板面と平行な同一平面内で、レーザ光の
光軸に沿って前後に並んだ構造となっている。このため
、これらレーザ発振本体および検出素子が基板面を占有
する面積が広くなりレーザ製画全体を小型化するにも限
界がある。また、この従来構造であると、高出力化を図
るためには、検出素子へのレーザ光の出射光を少なくす
る必要があるが、現実にはその出射光を減少させるのは
困難である。

また、従来の面発光型レーザにモニタのための検出素子
を組み合せた構造の、モニタ付き面発光型レーザ製雪に
ついては、現在のところ報告はない。

この発明は、上述した点に鑑みなされたものであって、
従って、この発明の目的は、小型化および高出力化が可
能な、モニタ付き面発光型半導体レーザ装ＮＥＷ供する
ことにある。

（課題を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明によれば、 基板と、 この基板上に設けられたレーザ発振本 体と、発振したレーザ光をモニタするための検出素子と
、このレーザ発振本体上に設けた上側電極と、この基板
の下面に設けた下側電極と、このレーザ発振本体に設け
た出射窓とを具えるモニタ付き面発光型半導体レーザ装
置において、レーザ発振本体は水平活性導波路を有し、
この水平活性導波路の一方の端部にレーザ光を出射窓へ
反射させる、傾斜角４５°の第一傾斜反射Ｓを具えると
共に、他方の端部にレーザ光を基板側に反射させる、傾
斜角４５°の第二傾斜反射鏡を具え、検出素子は、その
主要部を第二傾斜反射鏡の下側の基板部分に形成した穴
内に設けてあり、この検出素子の一方の電極を前述した
下側電極と共用しおよび他方の電極を前述の主要部の表
面に設けた全反射電極として構成することを特徴とする
。

この発明の好適実施例によれば、第一傾斜反射鏡を、レ
ーザ光を基板とは反対側に反射させる向きに設け、レー
ザ発振本体の上面に前述した出射窓を設けるのが良い。

さらに、この発明の他の好適実施例によれば、第−傾斜
反射Ｉ！を、レーザ光を基板側へ反射させる向きに設け
、ざらに、この基板には前述した出射窓１Ｆｒ設けるの
が良い。

（作用） 上述した構成によれば、レーザ発振本体の水平活性導波
路の一方の端部に設けた第二傾斜反射鏡は、基板面に対
して４５°傾斜しているため水平活性導波路を導波する
レーザ光の入射角が４５゜となり従って、このレーザ光
に対し、全反射鏡となっている。また、この第二傾斜反
射鏡の下方位置の基板に穴を設けて、この穴に露出した
レーザ発振本体上に検出素子を作り付け、その電極を入
射レーザ光に対し全反射鏡としている。このように、検
出素子は、レーザ発振本体の下側の基板内に設けた構造
となっているので、レーザ発振本体と検出素子は基板面
に平行な同一面内に並ぶのではなく、上下に配設された
構造となり、従って、基板面でのレーザ装置の占有面積
は小ざくなる。

また、この発明のレーザ装置の構造であると、レーザ光
の発光面である出射窓と、検出素子の電極の全反射面と
の間でレーザ共振器を構成する。

従って、水平活性導波路に発生したレーザ光は、この第
二傾斜反射鏡で反射して下方の検出素子の電極反射面に
向い、そこで全反射されて第二および第一傾斜反射鏡を
経て出射窓に至り、その間で反射、増幅を繰り返してこ
の出射窓から出力する。従って、検出素子の、基板の大
側に設けた電極がレーザ光をレーザ発振本体側へ全反射
させるので、出射窓からの発振出力を増大させることが
出来、また、レーザ光が検出素子の、主要部を通過する
ので、モニタ用の光検出も行える。

（実施例） 以下、図面を参照して、この発明の実施例につき説明す
る。尚、以下の各図面において、断面を表わすハツチン
グ等を一部分省略して示しである。

第１図は、この発明のモニタ付き面発光型半導体レーザ
装置の主要構成部分の一部切り欠き斜視図、第４図（Ａ
）〜（Ｄ）は、この発明のモニタ付き面発光型半導体レ
ーザ装置の説明に供する、製造工程図であり、各図は、
製造の主要工程段階で得られた構造体の、水平活性導波
路中での光の導波方向に沿ってとった断面図、および第
５図（Ａ）〜（Ｅ）は第４図の断面に直交する方向に沿
ってとった断面図である。これら図は、この発明が理鍮
出来る程度に、各構成成分の形状、大きざおよび配Ｍｒ
ｌｌＪ係を、概略的に示しであるにすぎない。

また、以下の実施例では、基板としてＩｎＰ基板を用い
、活性層としてＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構
造を採用した、モニタ付き面発光型半導体レーザ装置の
例につき説明する。

第１図に示すように、この発明のモニタ付き面発光型半
導体レーザ装置の実施例では、ｎ型ＩｎＰの基板５０と
、この基板５０上に設けられたレーザ発振本体６０と、
発振したレーザ光をモニタするための検出素子７０と、
このレーザ発振本体６０土に設けたｎ型の適当な材料で
形成した上側電極８ｏと、この基板５ｏの下面に設けた
ｎ型の適当な材料で形成した下側電極８２とを具える構
造となっている。この実施例では、レーザ発振本体６０
は、水平活性導波路６１、下側クラッド層６４、上側ク
ラット層６５、コンククト層６６、第一傾斜反射鏡６２
、第二傾斜反射鏡６３および出射窓６７を具えている。

尚、第一および第二傾斜反射ａ６２および６３の外側の
、下側クラット層６４の残存した薄い部分上には、ポリ
イミド等といった適当な平坦化層８４を設けである。

水平活性導波路６１は、基板面と平行にアンドープＩｎ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造活性層として形成
してあり、好ましくは、組成比をｘ、ｙとすると、発振
波長とＩｎＰ基板５０との格子整合の条件を満たすよう
に、Ｉ　ｎ　ｘ　Ｇ　ａ　Ｉ　−Ｘ　Ａ　Ｓ　ｖ　Ｐ　
＋−ｖの構造とするのが良い。この場合、この活性層６
１の障壁層と井戸幅の厚みは、所定の発振波長で発振し
きい値電流が最小になるように、設定するのが良い。

この水平活性導波路６１の一方の端部に、レーザ光を出
射窓６７へ向けて反射させる第一傾斜反射鏡６２を具え
ると共に、他方の端部には、レーザ光を基板５０側に向
けて反射させる第二傾斜反射！１１６３ｊ＆具えている
。第一および第二傾斜反射鏡６２および６３は基板面に
対し傾斜角４５°て設けである。この水平活性導波路６
１と基板５０との門に下側クラッド層６４としてｎ型の
ＩｎＰクラッド層を設け、水平活性導波路６１の上側に
は、順次に、上側クラッド層６５としてｐ型のＩｎＰク
ラッド層およびコンタクト層６６としてｐ型のＩｎＧａ
ＡｓＰコンタクト層を設けである。コンタクト層６６は
、好ましくは、組成比をｖ、ｗとすると、発振波長では
吸収が起らす、ＩｎＰ基板との格子整合の条件を満たす
ように、Ｉｎｖ　Ｇａ＋−ｖ　ＡｓＷＰ、−、の構造と
するのが良い、出射窓６７を構成するコンタクト層６６
は、空気との界面で反射面として供する。

一方、検出素子７０は、その主要部を第二傾斜反射８６
３の下側の基板５０の部分に形成した穴５２内に設けで
ある。好ましくは、この穴５２の底面を、第二傾斜反射
鏡から反射してきたレーザ光束を全て受光できる広さに
形成するのが良い。さらに、この実施例では、検出素子
７０の一方の電極を下側電極８２を共用し、その主要部
は、この穴５２に露出した下側クラッド層６４およびこ
の穴５２の側面上に順次に設けた第一半導体層７２であ
るｎ型Ｉ　ｎ　ｖ　Ｇ　ａ　＋　−ｖ　Ａ　ｓ　ｗ　Ｐ
　＋−ｗ層、光吸収層７４であるアンドープＩｎｘ　Ｇ
ａ＋−ｘ　ＡＳＶ　ｐ＋−ｖ層、第二半導体層７６であ
るｐ型のＪ　ｎ　ｙ　Ｇ　ａ　Ｉ−ｖＡｓｗＰ、−Ｗ層
、この第二半導体層７６の表面に設けた、他方の電極７
８を具えている。この実施例では、電極７８８ｐ型の半
導体とコンタクトがとれる適当な材料で形成するが、電
極７８へ入射するレーザ光を全反射させる材料で全反射
電極として構成する。この第１図には図示していないが
、主としてこの検出素子７０の上側には、保護層兼用の
例えば窒化珪素膜（Ｓ　ｉ　Ｎ）のような絶縁層を設け
である。

上述した、この発明の半導体レーザ製雪の構成例では、
レーザ共振器は出射窓６７と検出素子７０の他方の電極
７８との間で構成している。この製画の上側および下側
電極８０および８２間に順バイアス電圧を印加し、下側
電極８２および検出素子の他方の電極７８間に逆バイア
ス電圧を印加して、この装Ｎを作動させると、活性層で
ある水平活性導波路６１内てレーザ光が発生し、このレ
ーザ光は、出射窓６７ての反射面、第一および第二傾斜
反射鏡６２および６３、全反射電極７８間で増幅されて
出射窓６７から面発光しで出力される。一方、このレー
ザ光は、共振器内で反射増幅を繰り返す間に検出素子７
０で光強度が検出される。従って、この光強度の検出結
果を適当な手段を用いて取り出してレーザ光のモニタを
することが出来る。

次に、・この発明のモニタ付き面発光半導体レザ製画の
説明に供する、その製造工程の一例を説明する。

先す、ｎ型ＩｎＰ基板５０上に、レーザの発振本体（レ
ーザ構造）６０８形成するため、有機金属気相成長法に
よって、ｎ型ＩｎＰ下側クラッド層６４、アンドープＩ
ｎＰ／Ｉｎ。

Ｇ　ａ　＋−ｘ　Ａ　Ｓ　ｖ　Ｐ　＋−ｖ多重量子井戸
活性層（水平活性導波路となる）６１、ｐ型ＩｎＰ上側
クラ・ント層６５およびｐ型Ｉ　ｎｖ　Ｇａ＋−ｖ　Ａ
ｓｗ　ｐ、−コンタクト層６６を順次に設ける０次に、
ＳｉＮ膜のような絶縁層９０および９２をコンタクト層
６６の上面および基板５０の下面にそれぞれ設ける１次
に、通常にリソグラフィー技術を用いて、絶縁層９２の
検出素子形成予定領域に対応した部分に５０ｕｍｘ５０
ｕｍ角の四角形の開口部９４そバターニングして設けて
、寛４図（Ａ）に示すような構造体を得る。第５図（Ａ
）に、第４図（Ａ）（７）Ａ−Ａｍ断面図ｉ示ｆ。

次に、基板５０の開口部９４に露出した領域を適当な従
来技術を用いて工・シチングして深さが下側クラ・ンド
層６４に達するかまたはその近傍に達する穴５２を設け
る。この実施例では、この穴５２の底に下側クラッド層
６４を露出させる。

次に、この穴５２の底の下側クラッド層６４の部分およ
び穴５２の側壁に、減圧有機金属気相成長法を用いて、
第一半導体層７２であるｎ型下　ｎｖ　Ｇａｔ−ｖ　Ａ
ｓ、ｐ、−−層、光の数層７４であるアンドープＩ　ｎ
ｘ　Ｇａｔ−ｘ　Ａｓ１ｌ　Ｐ　ｌ−Ｖ層および第二半
導体層７６であるｐ型のＩｎ。

Ｇａｔ−ｖ　Ａｓｗ　ｐ、−１層を選択成長させて光検
出素子構造を形成して第４図（Ｂ）に示す構造体を得る
。この構造体のＡ−１層断面図を第５図（Ｂ）（こ示す
。

次に、絶縁層９０および９２を適当な従来手法により除
去した後、通常のリソグラフィー技術を用いて、基板５
０の下面にはｎ型下側電極８２、第二半導体層７６の表
面には検出素子の他方の電極７８および、この電極７８
の一部分１Ｆｔｉｉ出するように、検出素子の保１Ｉｌ
ｌＩ兼用の絶縁層例えばＳｉＮ７１９６Ｍそれぞれ個別
の工程で設ける。このようにして得られた構造体を第４
図（Ｃ）に示すと共に、この構造体のＡ−Ａ線断面図を
第５図（Ｃ）に示す。

次に、通常のリソグラフィー技術を用いで、コンタクト
層６６から下側クラッド層６４の一部分の深さにまで、
選択エツチングを行って、第一および第二傾斜端面を有
するリッジ構造を形成する。このため、先ず、通常のリ
ソグラフィー技術を用いて、コンタクト層６６の上面か
ら活性層６１の上面の上側的１１００ｎの位置まで選択
的に工・ンチング除去してストライプ状のリッジ構造を
残存させる。このリッジ構造のエツチング端面間の幅を
例えば３層ｍとするのが良い０次にまた、通常のリソグ
ラフィー技術を用いて、リッジ構造のストライブ方向に
、リッジ構造と平行に、３００ｕｍ程度の長さの幅にレ
ジストを残存させて、ドライエツチング技術を用いて、
活性層６１を突き抜けてエツチングを行って第一および
第二傾斜端面を形成する。この場合、第一および第二傾
斜端面の、基板面に対する傾斜角をそれぞれ４５°とす
ることによって、それぞれの端面ば全反射鏡６２および
６３となる１次に、エツチング除去されて形成された空
間を埋込んでレーザ製画の表面を平滑にするための平坦
化層８４を、下側クラッド層６４の残存した薄い層部分
上に、コンタクト層６６の表面と笑質的に同一のレベル
にまで、設ける。この平坦化層８４を例えばポリイミド
層とするのが良い０次に、コンタクト層６６の上面の出
射窓６７として残すＷＩ域以外の領域に、適当な材料を
用いてｐ型の上側電極８０を形成して第４ｍ　（Ｄ）に
示すような構造体を得る。この構造体のＡ−ＡＭ断面図
を第５図（Ｄ）に示すと共に、Ｂ−Ｂ！ｌ断面図を第５
図（Ｅ）に示す。

第６図は、この発明のモニタ付き面発光型半導体レーザ
装置の他の実施例を示す断面図である。

この実施例では、基板５ｏ側に出射窓を設けた構造であ
り、従って、第一傾斜反射１１６２を基板５０側にレー
ザ光を反射させる向きで設けると共に、基板５０に下側
クラ・ンド層６４を部分的に露出させる別の穴５４を設
け、この穴５４の部分を除く基板５０の下面に下側電極
８２を設けた構造とする。

尚、上述した反射面、反射鏡等の反射率は、反射界面を
形成する両側の媒体の屈折率で決まるので、使用する構
成成分材料を所望の屈折率を満たすように選定するのが
良い。

この発明は上述した各実施例にのみ限定されるものでは
なく、多くの変形および変更を行い得ること明らかであ
る０例えば、このモニタ付き面発光型半導体レーザ製雪
ヲ構成する各構成成分の材料、大きざ、配ＭｒＩＡ係、
レーザ発振本体の構造、検出素子の構造等は上述した実
施例以外のものであっても良い。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明のモニタ
付き面発光型半導体レーザによれば、レーザ発振本体が
設けられた基板に穴を設け、この大向にレーザ光を検知
する検出素子の主要部を作り込んた構造であるので、半
導体レーザ製雪の基板面に平行な面内での占有面積が従
来よりも一層狭くなり、従って、半導体レーザ装！をコ
ンパクトに形成することが出来る。

また、レーザ発振本体の第一および第二傾斜反射鏡は全
反射鏡であり、検出器は第二傾斜反射鏡からの反射レー
ザ光を受光出来る装言に設けてあり、しかも、この検出
素子の電極でレーザ光を全反射するようにして設けであ
るので、レーザ光の損失は最小限度に抑えられ、よって
発振出力の増大を図ることが出来る。また、レーザ光は
、検出素子を導波路の一部分として反射および増幅を繰
り返すので、検出素子はモニタのためのレーザ光の検出
を確寅に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明のモニタ付き面発光型半導体レーザ
製雪の一実施例を概略的に示す要部の一部切り欠き断面
図、 第２図は、従来のモニタ付き端面発光型半導体レーザ装
置の断面図、 第３図は、従来の面発光型レーザの構造を示す要部断面
図、 第４図（Ａ）〜（Ｄ）は、第１図に示した構造を有する
この発明のモニタ付き半導体レーザ製雪の製造工程断面
図、 第５図（Ａ）〜（Ｅ）は、第４図に示した工程断面に直
交する断面で示した工程図、 第６図は、この発明のモニタ付き面発光型半導体レーザ
装置の他の寅施例を概略的に示す断面図である。 ５０・・・基板、　　　　　　５２．５４・・・穴６ｏ
・・・レーザ発振本体 ６１・・・水平活性導波路（活性層） ６２・・・第一傾斜反射鏡、６３・・・第二傾斜反射鏡
６４・・・下側クラッド層、８５−・・上側クラッド層
６６・・・コンタクト層、　６７・・・出射窓７０・・
・検出素子、　　　７２・・・第一半導体層７４・・・
光吸収層、　　　　７６・・・第二半導体層７８・・・
（検出素子の）他方の電極 ８０・・・上側電極、　　　８２・・・下側電極８４・
・・平坦化層、　　　９０．９２・・・絶縁層９４・・
・開口部、　　　　９６・・・絶縁膜。 ２０：基板 ２２：水平活性導波路（活牲層） ２４・傾斜反射鏡 ２６、出射窓 ２８：ｐ−クラッド層 ３０：ｎ−クラッド層 ３２．３４：電極 ３６：Ｍ化シリコン保護膜 傾斜反射鏡を有する半導体レーザ 第３ 図 工程図 ＠５ 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と、該基板上に設けられたレーザ発振本体と
   、発振したレーザ光をモニタするための検出素子と、前
   記レーザ発振本体上に設けた上側電極と、前記基板の下
   面に設けた下側電極と、前記レーザ発振本体に設けた出
   射窓とを具えるモニタ付き面発光型半導体レーザ装置に
   おいて、 レーザ発振本体は水平活性導波路を有し、該水平活性導
   波路の一方の端部にレーザ光を出射窓へ反射させる、傾
   斜角４５°の第一傾斜反射鏡を具えると共に、他方の端
   部にレーザ光を基板側に反射させる、傾斜角４５°の第
   二傾斜反射鏡を具え、 前記検出素子は、その主要部を該第二傾斜反射鏡の下側
   の基板部分に形成した穴内に設けてあり、該検出素子の
   一方の電極を前記下側電極と共用しおよび他方の電極を
   前記主要部の表面に設けた全反射電極として構成するこ
   と を特徴とするモニタ付き面発光型半導体レーザ装置。
2. （２）請求項１に記載のモニタ付き面発光型半導体レー
   ザ装置において、前記第一傾斜反射鏡を、レーザ光を基
   板とは反対側に反射させる向きに設け、前記レーザ発振
   本体の上面に前記出射窓を設けることを特徴とするモニ
   タ付き面発光型半導体レーザ装置。
3. （３）請求項１に記載のモニタ付き面発光型半導体レー
   ザ装置において、前記第一傾斜反射鏡を、レーザ光を基
   板側へ反射させる向きに設け、該基板には前記出射窓を
   設けることを特徴とするモニタ付き面発光型半導体レー
   ザ装置。