(57)【要約】４５度に傾斜したファセット（２２）から一端にて光が垂直に放射される表面放射レーザー（１０）は、光が水平に放射されるモニタリング用の垂直ファセットを有する第２端（２８）を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
上記基板上に位置する光伝送連続導波路媒体と、
上記媒体上に位置し上記基板に対して垂直な少なくとも一つのエッチングされた第１ファセットと、
上記媒体上に位置し上記基板に対して所定角度にてなる少なくとも一つのエッチングされた第２ファセットと、
を備えた表面放射光デバイス。
【請求項２】
上記媒体は、レーザー光を生成する活性領域を組み込んだ半導体材料である、請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
上記第２ファセットは、約４５度の角度にてなる、請求項２記載のデバイス。
【請求項４】
上記第２ファセットは、内部反射であり、上記活性領域にて生成された光を上記基板に実質的に垂直な方向に放射させるように傾斜している、請求項３記載のデバイス。
【請求項５】
上記媒体上に、上記放射される光をフィルタリングするフィルタをさらに有する、請求項４記載のデバイス。
【請求項６】
上記第１ファセットは、部分的に反射するものであり、さらに、上記第１ファセットに隣接しかつ上記媒体と軸方向に配向されたモニタリング光検知器を有する、請求項４記載のデバイス。
【請求項７】
上記第１ファセットと上記光検出器との間に置かれた分布ブラッグ反射器エレメントをさらに有する、請求項６記載のデバイス。
【請求項８】
上記第１ファセットと上記光検出器との間に置かれた複数のフィルタをさらに有する、請求項６記載のデバイス。
【請求項９】
上記基板上で上記媒体内に作製された表面エリア検出器をさらに有する、請求項１記載のデバイス。
【請求項１０】
上記基板上で上記媒体内に作製された面内検知器をさらに有する、請求項１記載のデバイス。
【請求項１１】
上記検出器は、当該検出器へ当たる光を反射する傾斜したファセットを組み込んだ入口端を有する、請求項１０記載のデバイス。
【請求項１２】
上記光伝送媒体は、上記基板の上表面に複数の層を備え、上記上表面に実質的に平行な活性領域を設ける、請求項１記載のデバイス。
【請求項１３】
レーザー出力ビームを生成するために上記媒体を活性化するバイアス電圧を受け入れるため上記媒体及び上記基板に電極をさらに有する、請求項１２記載のデバイス。
【請求項１４】
上記媒体は、リッジレーザーである、請求項１３記載のデバイス。
【請求項１５】
上記媒体は、延在するレーザーキャビティを形成するために形作られ、かつ上記キャビティの第１端に上記第１ファセットを有し、上記キャビティの第２端に上記第２ファセットを有する、請求項１２記載のデバイス。
【請求項１６】
上記媒体は、複数の延在するレーザーキャビティを形成するために形作られ、各キャビティは、第１端に位置する第１ファセットを有しかつ第２端に第２ファセットを有し、上記第２端は共通の軸に沿って光を放射するように集まっている、請求項１２記載のデバイス。
【請求項１７】
第１波長にて放射する、エッチングされた第１ファセット放射レーザーと、
第２波長にて放射する、エッチングされた第２ファセット放射レーザーと、
を備えた光デバイス。
【請求項１８】
上記第１レーザーの出力端は、上記第２レーザーの出力端に隣接する、請求項１７記載のデバイス。
【請求項１９】
基板と、
上記基板上に位置する光伝送連続導波路媒体と、
上記媒体上に位置し上記基板に対して垂直な少なくとも一つのエッチングされた第１ファセットと、
上記媒体上に位置し上記基板に対して所定角度にてなる少なくとも一つのエッチングされた第２ファセットと、
を備えた表面入射検出器。
【請求項２０】
半導体チップ上に形成された、エッチングされたファセット放射レーザーと、
上記レーザーとモノリシックに集積されたモニター光検出器と、
を備えた半導体チップ。
【請求項２１】
基板と、
上記基板上の半導体構造であって、該構造は、上記半導体構造にオーミック接続を提供するコンタクト層を含む、半導体構造と、
上記構造に含まれる光伝送媒体と、
上記基板に所定角度にてなる上記媒体の少なくとも一つのファセットと、を備え、
上記コンタクト層は、上記ファセットの領域において開口を設けるため上記構造から除去される、半導体光デバイス。
【請求項２２】
上記コンタクト層と上記半導体構造との間に遷移層をさらに有する、請求項２１記載のデバイス。
【請求項２３】
上記少なくとも一つのエッチングされたファセットは、上記媒体からの光を上記基板に所定角度で上記開口を通して振り向ける、請求項２１記載のデバイス。
【請求項２４】
上記基板に所定角度にてなる上記媒体のエッチングされた第２ファセットをさらに備え、上記コンタクト層は、上記第２ファセットの領域に第２開口を設けるため上記構造から除去される、請求項２３記載のデバイス。
【請求項２５】
基板と、
上記基板上の半導体構造と、
上記構造にエッチングされた第１及び第２のファセットと、
上記第１ファセットと上記第２ファセットとの間で上記構造に形成されたリッジ導波路と、を備え、
上記リッジ導波路は、第２ファセットにて外側に傾斜している、
半導体レーザー。
【請求項２６】
上記第２ファセットは、４５度又は約４５度にてエッチングされる、請求項２５記載のレーザー。
【請求項２７】
上記第２ファセットの上方に開口をさらに有する、請求項２６記載のレーザー。
【請求項２８】
上記開口に誘電体層又はスタックをさらに有する、請求項２７記載のレーザー。
【請求項２９】
上記第１ファセットは、４５度又は約４５度にてエッチングされる、請求項２８記載のレーザー。
【請求項３０】
上記第１ファセットに誘電体層又はスタックをさらに有する、請求項２９記載のレーザー。
【請求項３１】
上記第１ファセットからの光を受けるように位置され、かつ上記リッジと軸方向に配向されるモニター光検出器をさらに有する、請求項３０記載のレーザー。
【請求項３２】
上記リッジ導波路は、第１ファセットにて外側にさらに傾斜している、請求項２８記載のレーザー。
【請求項３３】
上記第１ファセットは、４５度又は約４５度にてエッチングされる、請求項３２記載のレーザー。
【請求項３４】
上記第１ファセットの上方に開口をさらに有する、請求項３３記載のレーザー。
【請求項３５】
上記第１ファセットの上方の上記開口に誘電体層又はスタックをさらに有する、請求項３４記載のレーザー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国仮出願番号６０／５１２１８９、２００３年１０月２０日出願、及び米国仮出願番号６０／５７８２８９、２００４年６月１０日出願の利益を主張し、それらの開示内容は、参考としてここに組込まれる。
【０００２】
本発明は、一般的には、表面放射入射光子デバイスに関し、特に、改善された表面放射光子デバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体レーザーは、一般的に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）又は分子線エピタキシー（ＭＢＥ）によって基板表面と平行に活性層を形成するために、基板上に適切に積層された半導体材料を成長させることにより作製される。上記材料は、上記活性層を組込んだレーザの光キャビティを生成するため、様々な半導体処理工具で処理され、そして金属のコンタクトが上記半導体材料に取り付けられる。最後に、バイアス電圧がコンタクトに加えられたとき、それによる活性層を通る電流が電流の流れに垂直な方向に活性層の切子端面から光子を放出させるように、レーザー鏡ファセットは、エッジ、即ちレーザ光キャビティの端部を形成するために上記半導体材料を劈開することによってレーザー・キャビティの端部に形成される。
【０００４】
従来技術は、また、エッチングによって半導体レーザーの鏡ファセットを形成する工程を開示し、それにより、レーザーが同じ基板上に他の光子デバイスとともにモノリシックに統合されることを可能にする。上記キャビティ内の光伝搬用の臨界角よりも大きな角度でそのようなファセットを生成することにより、光キャビティ内の全内部反射ファセットの形成も知られている。
【０００５】
直線的なレーザー・キャビティの各端での２つの全内部反射ファセットを形成するエッチング工程の使用も、各ファセットが活性層の面に対して４５度の角度で位置決めされる状態で、先行技術に記述されている。そのようなデバイスでは、キャビティ内の光は、キャビティの一方端で垂直に上方へ向けられてもよく、その結果、一方端で表面放射となり、一方、キャビティの他方端のファセットは、光を垂直に下方へ、例えばレーザー構造より下の高反射率のスタック（stack）に向けるように反対の角度としてもよい。
【０００６】
先行技術は、また、劈開面とエッチングされた４５度のファセットとを組み合わせたデバイスを記載する。合成されたデバイスは、全てのウエハー及び劈開ファセットデバイスと同じ欠陥に苦しむようなものにおいてテストすることができない。更に、それらは、劈開の必要性から、モノリシックな一体化と互換性がない。しかしながら、Ｃｈａｏ等による、ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒ、第７巻、８３６〜８３８頁では、遮断導波路構造を設けることで、それらの欠点を克服することが試みられたが、しかし、その結果のデバイスは、レーザー・キャビティの各端での散乱に苦しんだ。
【０００７】
垂直キャビティ面放射レーザー（ＶＣＳＥＬｓ）は、過去数年にわたって人気を獲得した。しかしながら、ＶＣＳＥＬｓは、複数のデバイスの面内のモノリシック集積を可能にせず、垂直の投射角にてそれらの表面鏡から光を出すことのみを可能にする。従来のこれらの面放射デバイスに共通の態様は、活性層の水平面に垂直な方向にて光キャビティから光子が常に放射されるということである。
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒ、第７巻、８３６〜８３８頁  Ｃｈａｏ等  著
【発明の開示】
【０００８】
発明の要約
【０００９】
本発明によれば、レーザー活性層の水平面に垂直な方向に、光キャビティの放射端にて光が放射され、活性層の水平面にて上記キャビティの反対側の端の反射領域にて光が放射される、改善された表面放射半導体レーザーが提供される。この配置は、光出力に悪影響を与えることなくレーザ動作をモニターすることを容易にする。本発明の一形態によれば、反射修正層つまりスタックが上記放射端に設けられ、本発明の別の形態によれば、本質的に単一の縦方向のモードにおけるレーザー動作を可能にするために、フィルタエレメントがレーザー・キャビティ内に設けられる。更に、本発明によれば、表面及び面内（in-plane）検知器がレーザーと同じ基板上に設けられ、複数のレーザー・キャビティが共通の場所で複数の波長の放射を可能にするために位置決めされる。
【００１０】
本発明の一つの実施形態は、改善された表面放射レーザーに向けられている。ここで、基板上で伸長されたキャビティの形の半導体レーザーは、第１端つまり放射端での第１の、４５度の傾斜したファセット、及び第２端つまり反射端での垂直ファセットを含む反射領域を有し、基板表面に平行な活性層、上部及び下部のクラッド層、並びに上部コンタクト層を含む一連の層で作製される。上記レーザは、上記放射端にて外側へリッジ導波路を含むことができ、一方、上記第２端での反射領域は、本発明の一つの形態において、上記ファセットに隣接する分布ブラグ反射器（ＤＢＲ）を含んでいてもよい。また、レーザデバイスは、レーザーの強度をモニターするために上記反射領域のファセットから放射される小量の光に応答する、上記ＤＢＲに隣接したモニタリング光検知器（ＭＰＤ）を含んでいてもよい。上記ＭＰＤの後部は、光キャビティ及び上記ＭＰＤデバイスにおける光伝搬に本質的に反射しないように、ブルースター角（Brewster angle）に近い角度を有するように設計されるのが好ましい。上記ＭＰＤは、上記第２端でレーザー反射率に寄与するように上記ＤＢＲの肝要な部分として形成されてもよいし、又は、別個の要素として形成されてもよい。上記ＤＢＲは、反射率修正層又はスタックと取り替えることができる。
【００１１】
オーミック接続が形成されることを可能にする低バンドギャップの半導体材料であってもよい上部コンタクト層は、表面から光吸収層を取り除き、かつデバイスの効率を改善するために、４５度に傾斜したファセットの領域に開口を組み入れるのが好ましい。
【００１２】
本発明の他の実施形態では、上記放射端にて光キャビティの上表面の部分、それは４５度の傾斜したファセットを超えて延在し上述の開口を含み、その表面は活性層に平行である上記上表面の部分は、レーザー出力にて反射率を変更するため、誘電体層又はスタックで覆われても良い。
【００１３】
デバイスが本質的に単一の縦方向モードで作動可能な、さらに他の実施形態を生成するために、レーザデバイスは、また、反射領域にて複数のフィルタを組み込んでもよい。そのようなフィルタは、レーザーの端部ファセットと、第一実施形態にて設けられた分布ブラッグ反射器との間に、一定間隔で配置されたフィルタエレメントを直列にて形成するために、半導体層を通してエッチングすることにより形成することができる。あるいは、縦方向モードは、反射領域におけるレーザーの端部ファセットで反射修正層又はスタックにより、生成することができる。
【００１４】
本発明の他の実施形態によれば、光検波器は、レーザーのそばの基板上に位置し、レーザーに用いられるのと同じ基板上のエピタキシャル構造を用いるという点でレーザーとともに一体的に形成される。この場合、エピタキシャル層は、レーザーに隣接する基板表面を占める検知器領域を形成するために、レーザー・キャビティのエッチングの間にエッチングされる。検出器に当たる光が検出されるように、上記検出器領域に適切な電極が検知器領域に堆積される。このことは、光放射器及び光検出器の両方が単一の基板上に並んで一体的に形成されることを可能にする。
【００１５】
本発明のさらに他の実施形態では、光検出器は、レーザーのそばに位置し、レーザーに用いられるのと同じエピタキシャル構造から形成される４５度の傾斜したファセットを有する合体した面検知器である。検知器は、細長く、基板上のスペースを節約するようにレーザー軸にほぼ平行にしてもよい。検出される光は、傾斜したファセットの上の検知器表面に当たり、傾斜したファセットの全内部反射を通じて検知器の活性領域に向けられる。この表面入射検知器は、その長さと幅とを制御することにより非常に高速になるように作成することができる。活性層に平行な４５度の傾斜ファセット上の表面は、検知器のより良い動作のため反射防止するように、誘電性の層又はスタックで覆うことができる。
【００１６】
選択可能な波長出力を提供するために、本発明の他の実施形態によれば、複数の表面放射レーザー・キャビティが外側に延在した状態で、例えば中央ハブを取り囲むスポークのように、上記表面放射レーザー・キャビティの放射端が互いに隣接して集まるように、上記キャビティは、位置決めされてもよい。各レーザデバイスにおけるエピタキシャル構造は、各々から異なった波長を放射するためにわずかに異なってもよい。そして、放射端が近接していることは、全てのレーザからの出力がファイバーのような一つの入射媒体に容易に組み込まれることを可能にし、そして、選択的に、レーザ、一つの選択された波長、又は複数の波長を活性化することにより、上記ファイバーへ転送することができる。
【００１７】
さらに他の実施形態では、化学的補助イオン・ビーム・エッチング（ＣＡＩＢＥ）がデバイスを形成するために用いられるので、本発明によるレーザーは、それらの梱包密度を最大にするために基板上にいずれの所望角度でも位置決めすることができ、このプロセスは、半導体材料の結晶面に依存することなく一様にエッチングする。したがって、例えば、それらは、長方形基板に対角線上に配置することができる。従来の劈開は、そのような配向を可能にしない。
【００１８】
本発明のさらに他の実施形態では、垂直ファセットを有するレーザーの反射端を形成する代わりに、両端で垂直放射を生成する４５度の角度でそれをエッチングすることは望ましいかもしれない。この第二の傾斜したファセット上の表面は、吸収を防ぐためにコンタクト層に開口を有することができ、また、反射修正層又はスタックを組み込むこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の、上述の及び追加の目的、並びに特徴及び利点は、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明から当業者に明らかとなる。
【００２０】
さて、本発明のより詳しい説明に移って、基板１２上に作製された表面放射半導体レーザー１０が図１〜図３に図示されている。本発明は、リッジ・レーザーに関して記述されるが、ここに記載されるような本発明の特徴を利用して、他のタイプのレーザーが作製できることが理解されるだろう。
【００２１】
固体リッジ・レーザーの製作において従来のものとして、基板１２は、例えば適宜ドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物、又はそれの合金にて形成することができる。上記基板は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）又は分子線エピタキシー（ＭＢＥ）のようなエピタキシャルデポジションにて堆積された上表面１４、及び、活性領域２０を含む光キャビティ１８を形成する、１６にて広く示された層群を含む。光キャビティ１８のような水平キャビティ半導体レーザ構造は、典型的に、上部及び下部のクラッド領域１９，１９’を含み、ＩｎＰのようなクラッド領域１９，１９’は、ＩｎＡｌＧａＡｓベースの量子井戸及び障壁とともに形成されてもよい隣接する活性領域２０よりも低い屈折率（index）の半導体材料から形成される。
【００２２】
傾斜したファセット２２は、第１端、つまりキャビティ１８の放射端２４にて、表面１４に対して４５度もしくは４５度近辺の角度にてファセットが下方及び内側にエッチングされるマスキング及びエッチングプロセスにて形成される。このファセットは、光キャビティにて発生した光を、本質的に、活性領域２０の水平面及び表面１４に垂直若しくは垂直近くの方向に放射するように傾斜されている。図に示すように、光キャビティ１８の長手方向軸に沿った光伝達がこの軸に垂直な方向に反射しそして矢印２６の方向にて垂直に上方へ進むように、放射端ファセット２２は、実質的に全内部反射である。
【００２３】
第２端、つまり光キャビティの反射端にて、２８で広く示された端部ファセット３０は、キャビティの長手方向軸に関して９０度の角度で形成され、よって、レーザーの活性領域２０に実質的に垂直である。さらに、分布ブラッグ反射器エレメント３２及びモニタリング光検出器（ＭＰＤ）３４が端２８に形成され、ファセット３０、及びエレメント３２、３４は、既知の方法におけるマスキング及びエッチングによって形成される。放射端２４と反射端２８との間に延在するリッジ３６は、リッジ・タイプ・レーザー１０を形成するために活性領域２０上の光キャビティ１８をマスキング及びエッチングすることにより形成される。放射端２４にて、リッジ３６は、歪むことなく光キャビティ１８の上表面４２を通してビーム２６を出射させるようにファセット２２上に広いエリア４１を設けるため、端３８、４０として広げられるか、又は外側に先細にされる。
【００２４】
図１〜図３にて図示されるように左手端であるＭＰＤ部分３４の後部は、出口ファセット４４を形成するためにエッチングされる。ファセット４４の表面に垂直な線４５は、レーザー１０が作製される材料用のブルースターの角度、又はその近辺の角度にて、光キャビティ１８（図３）の長手方向軸に関して角度４６を形成し、その結果、ファセット４４は、キャビティ１８にて生成された光に関してゼロ又はほぼゼロの反射率を有する。光キャビティ１８で生成され、長手方向に伝達されるレーザー光のいくらかは、ファセット３０で放射され、ブラッグ反射器３２を通り抜けて、レーザーの動作をモニターするＭＰＤ３４にて受信される。この光の一部分は、ファセット４４に達するが、その０又はほぼ０の反射率のために、そのファセットで消散される。このことは、望ましくないレーザーへの戻り反射を防止する。
【００２５】
リッジ３６の上表面４２の上部電気コンタクト層４８は、それに適用される金属層にてオーミック接続を形成可能にするＩｎＧａＡｓのような、典型的に低バンドギャップの半導体である。遷移層２１は、典型的には上部クラッド層１９のバンドギャップとコンタクト層４８のそれとの間のバンドギャップを有する半導体であり、ある場合には、可変バンドギャップを有することもできる。上記コンタクト層及び遷移層は、レーザーで生成された光を吸収してもよい。例えば、上述した材料を有する光キャビティ１８が１３１０ｎｍの波長を有するレーザー光を生成するならば、ＩｎＧａＡｓコンタクト層４８は、２２にて示される４５度全内部反射ファセットから上方に反射された後、この光を吸収するであろう。さらに、もしＩｎＧａＡｓＰ遷移層２１のバンドギャップが１３１０ｎｍの波長に対応する約０．９５ｅＶよりも小さければ、上記遷移層もまた吸収するであろう。したがって、いずれかの吸収層の除去は、レーザーの効率的な及び信頼できる動作にとって重要である。このことは、本発明の第１実施形態により、図１に示されるように開口５２を設けることにより達成される。一方、レーザー波長が９８０ｎｍで、コンタクト層がＧａＡｓである場合、コンタクト層はその波長で透明であるので、ＧａＡｓコンタクト層を除去する必要はない。しかし、レーザー光の波長が８３０ｎｍならば、ＧａＡｓコンタクト層は、除去可能であろう。開口５２は、該開口が放射端部２４のリッジの広いエリア４１に位置決めされた状態で、パターニング及びエッチング工程によりコンタクト層４８に形成される。上述するように、この開口は光がレーザー・キャビティから放射されることを可能にする。ビームは、通常、円形又は楕円形を有するであろうことが注目される。
【００２６】
上部電極は、レーザー及びＭＰＤ上のコンタクト層４８に堆積され、第２電極５４は基板の底表面５６に堆積される。その結果、レーザー光を生成するように上記電極の間のリッジ３６を横切り、バイアス電圧を印加することができる。ＭＰＤに当たる光に基づいてＭＰＤが電流を生成するのを可能にするように、０又は負のバイアスもＭＰＤを横切って印加することができる。光キャビティ１８内を伝搬するレーザー光は、矢印２６で示すように、第１端２４にて垂直に出射されるために、ファセット２２にて反射されるだろう。また、ある光は、第２端２８のファセット３０を通して活性領域２０の水平面にて水平に出射されるであろう。ファセット３０を通り出射される光のうちのいくらかは、ＤＢＲ反射器３２によって反射されキャビティ内へ戻るだろう。また、それが検出されるであろうＭＰＤ３４の前面５８に当たるように、いくらかの光は反射器３２を通過するであろう。ＭＰＤの後部にて、矢印６０にて示すように（図３）、ＭＰＤを通過した光は、ファセット４４によって消散されるであろう。この構成にてその強度を測定することによるように、モノリシックに作製されたＭＰＤ３４は、レーザーの動作を監視することに限定されず、要求があるならば、ＭＰＤは、レーザを駆動する回路へのフィードバックのために非常に高速な検知器として使用することもできる。
【００２７】
レーザー・キャビティは、反射率修正コーティングを用いることにより最適化することができる。従来の劈開ファセットレーザでは、一方のファセットが例えば９０％の高反射率コーティングを有することができ、一方、他方のファセットは例えば１０％の低反射率にてコーティング可能である。その結果、ほとんどのレーザー光は、より低反射率のファセットから出てくる。短いキャビティでは、両方のファセットは、キャビティ往復ロスを減じるため高反射率を有することができるが、しかし、一般的には、ほとんどのレーザー光を低反射率のファセットから出射させるように、それぞれ例えば９９．９％と９９．０％との公称反射率のように、一方のファセットは、他方に比べて低い反射率を有するであろう。本発明の第２実施形態では、図４に示すように、同じ参照符号を有する共通の構成部分で、上述の方法にて、レーザー１０は作製される。しかしながら、この場合、放射されたビーム２６が体験する反射率をそれが修正するように、誘電層又はスタック７０は、リッジ３６の第１端２４の広いエリア４１に堆積される。さらに、図５に示すように、光キャビティ１８の反射器端２８でのファセット３０は、ブラッグ反射器３２の代わりに光学層つまりスタック７２を組み込むことができる。約５μｍよりも小さい非常に短いキャビティの両端に、非常に高反射率のコーティングを使用することは、非常に短いキャビティの大きな長手方向モード間隔により、単一モードの動作を生成することができる。反射率における修正は、レーザー・キャビティの性能を最適化するために用いることができる。
【００２８】
レーザー・キャビティ１８の後部ファセット３０が垂直ファセットである代わりに、そのファセットは、図６に示すような４５度の角度にてエッチングすることもできる。この図では、上述のように作製されるレーザー・キャビティ８０は、傾斜したファセット８２，８４を提供するように両端でエッチングされる。この種のレーザーは、開口９０、９２上に形成された、対応する反射コーティング８６、８８に関して水平面をそれぞれ備える。図示する構造は、コンタクト層及び遷移層における吸収を避けるように開口が設けられた状態で、後部ファセット８４及び前面ファセット８２の両方にて基板に垂直な光を放射することができる。
【００２９】
単一の縦方向モードのレーザーは、多くの応用例において、マルチ縦方向モードのレーザーよりも望ましい。そのような応用例の一つは、より長い範囲の通信がマルチ縦方向モードのレーザーに比べて単一の縦方向モードのレーザーにて得られるところのデータ通信におけるものである。図７は、単一縦方向モード表面放射半導体レーザ１００が基板１１４の上表面１１２に作製される本発明の実施形態を図示する。レーザー１０に関して上述したように、一連の層１１６は、上述のように作製された活性領域（不図示）を含む光キャビティ１１８を形成する。傾斜したファセット１２２は、表面１１２に対して４５度又はほぼ４５度の角度で、下方及び内側へマスキング及びエッチングにて、第１端１２０に形成される。上記ファセットは、出力ビーム１２６に本質的に垂直又は垂直近くにてレーザ光が放出されるように、実質的に全内部反射である。光キャビティの第２端１２８において、レーザーの活性層に垂直である垂直ファセット１３０、複数のフィルタ・エレメント１３２、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）エレメント１３４、及びモニタリング光検知器（ＭＰＤ）１３６は、マスキング及びエッチングにより、キャビティ１１８の光軸に沿って形成される。長方形のリッジ１４０は、マスキング及びエッチング工程によって、キャビティ１１８から形成される。
【００３０】
レーザーの放射端１２０にて、図１に関して上述したように、ビーム１２６が歪むことなく第１端の表面を通り放射可能な広いエリア１４５を形成するため、側壁１４２，１４４にて図示されるように、リッジ１４０は、外側に拡大される。第２端１２８にて、０又はほぼ０の反射率を有するように、ＭＰＤ部分１３６の後部は、レーザー材料用のブルースター角度又はその近辺の角度を形成するように設計された出口ファセット１４６を形成するためにエッチングされる。フィルタ・エレメント１３２及びＤＢＲエレメント１３４を通過した後に、光キャビティ１１８で生成されたレーザー光のうちのいくらかは、ＭＰＤ１３６にて受信され、それは、レーザーの動作測定を提供する。ファセット１４６に達するいかなる光も、レーザへ戻る望ましくない反射を防止するため、０又はほぼ０の反射率のため消散される。
【００３１】
上述したエッチング工程の後、図１に関して記載したような上部電気コンタクト層（不図示）がリッジの上表面及びＭＰＤ上に形成され、この層は、広いエリア１４５におけるコンタクト層にて開口１４８を設けるように、パターン化される。この開口は、端部１２０にてファセット１２２の上方に位置し、レーザー・キャビティで生成された光がビーム１２６として円形又は楕円形状にて放射されることを可能にする。
【００３２】
第２電気コンタクト層（不図示）は、基板の底表面に堆積され、その結果、レーザーを生成するようにバイアス電圧がリッジを横切り印加可能であり、ＭＰＤに当たる光に基づきＭＰＤに電流を発生させるように、０又は負のバイアスがＭＰＤを横切り印加することができる。そうして光キャビティで生成されたレーザー光は、矢印１２６にて示すように第１端１２０にて垂直に出射され、長手方向の第２端１２８では、いくらかの光は、ファセット１３０，フィルター１３２、及びＤＢＲエレメント１３４を通り伝搬され、ＭＰＤにより検出されるようにＭＰＤ１３６の前面１５０に当たり、そして、ＭＰＤの後端部１４６で消散される。
【００３３】
図１から図３のデバイスの場合のように、図７の単一長手方向モードのデバイス１００は、図４に示された方法で、リッジの第１放出端１２０に堆積された誘電性層つまりスタック（不図示）を有することができ、その結果、それは、上記放出端の反射率を修正する。
【００３４】
単一のＤＢＲエレメント３２及び１３４が図１及び図７の実施形態にてそれぞれ示されているが、複数のＤＢＲエレメントが第２端２８，１２８にて高反射率を得るためにそれぞれ使用されてもよいことが理解できよう。上記ＤＢＲエレメントは、図１のエレメント３２の形態を採ることができ、ここでは、ＤＢＲがリッジ構成を得ないように、リッジエッチングの間にＤＢＲはパターン化されない。又は、上記ＤＢＲエレメントは、図５のエレメント１３４の形態を採ることができ、ここでは、上記エレメントがリッジ形状を有する。一若しくは複数のＤＢＲエレメントは、誘電性反射率修正層つまりスタックにより置き換え可能であることが理解されよう。
【００３５】
現代のシステムでは、単一の基板又はチップ上に、光の発信機及び光の検知器を並んで有することは非常に望ましい。デバイスが同じ材料で作られているならば、そのような組み合わせを有することはさらに望ましい。従って、図８及び図９に示される本発明の実施形態において、表面放射又は垂直放射のレーザ１５８は、図１のレーザー１０のようなレーザーであってもよく、図１の基板１２のような共通の基板上に光放射及び光検出の両方を設けるため検知器１６０と結合される。表面放射レーザー１５８は、図示のため、図１のレーザーに類似し、また、共通の特徴部は同様の符号が付されている。しかしながら、表面放射の変化が使用可能であることは明らかであろう。図９は、検知器１６０の構造を示すために、図８のライン９−９における断面図である。明瞭にするため、図９では、検知器はレーザーより小さな高さを有して示されるが、しかし、このことは要件ではない。
【００３６】
エリア検知器１６０は、図示するように、表面放射レーザー１５８に隣接して位置し、光キャビティを形成するために基板上に堆積されたのと同じ層１６から作製される。上記検知器は、上記レーザーの第２端２８を形成するために使用されるマスキング及びエッチングの工程の間に、これらの層においてマスキングされエッチングされる。それらの工程は、垂直の端部ファセット３０（それはレーザーの活性層に垂直である）、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）エレメント３２、及びモニタリング光検知器（ＭＰＤ）３４の形成を含む。
【００３７】
上記エリア検知器１６０は、図示する構成において、衝突ビーム１６４を検出領域１６６内に受け入れる上表面１６２を有するほぼ長方形であってもよく、レーザー１０にて使用されるのと同じ活性層２０を使用する。上部電気コンタクト１６８は、検出エリア１６６が該コンタクトにて制限を受けないようにしながら、検出器の上表面１６２に設けられる。また底部コンタクト１７０が基板１２の後ろに形成され、入射するビーム１６４が該検出器にて検出可能となるように、上部及び底部のコンタクト１６８，１７０間に負若しくは０のバイアスが印加される。
【００３８】
図１０及び図１１に示される、本発明の他の実施形態では、図示上、図１のレーザー１０に類似可能である表面放射レーザー１７６は、基板１７８上で面内検知器１８０を兼ね備える。図１〜図３の表面放射レーザー１０と共通する特徴部分は、同じ符号を付し、図１１は図１０のライン１１−１１における断面図である。明確にするため、検知器１８０は、図１１にてレーザー１７６より小さな高さを有して示されている。
【００３９】
面内検知器１８０は、表面放射レーザー１７６に隣接して、かつほぼ平行に位置する。検知器１８０は、レーザー１０の光キャビティ１８の軸に平行であるように示される長手方向軸を有する長方形の本体部１８２を組み込む。しかしながら、これらの軸が平行である必要はないことは理解できよう。検知器本体は、同じマスキング及びエッチング工程を使用して、レーザー光キャビティが形成される堆積層１６にて作製される。反射する入射ファセット１８４は、レーザー１０にファセット２２を形成する間に、基板１７８の表面に対して４５度又はほぼ４５度の角度でファセット１８４がエッチングされた状態で、検出器の第１の、入力端１８６に形成される。本体部１８２及び後部ファセット１８８は、レーザー１７６の、第２端つまり反射器２８、垂直の端部ファセット３０、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）エレメント３２、及びモニタリング光検知器（ＭＰＤ）３４を形成するために使用されるマスキング及びエッチング工程の間に形成される。検知器の後部ファセット１８８は、堆積された材料の活性層２０の面に垂直なように示されているが、このファセットは垂直以外の角度でエッチング可能であることが理解されるだろう。
【００４０】
面内検知器１８０は、レーザーにて使用されるのと同じ活性層２０において、検出される衝突する光ビーム２０２（図１１）を受けるための上表面領域２００を含む。上部の電気的に導電性のコンタクト２０４は、検出領域２００におけるコンタクトに開口が形成され、その結果、衝突する光はブロックされない状態で、検知器１８０の上表面２０６上に設けられる。底部の電気的に導電性のコンタクト２０８は、検知器の領域における基板１２の後部に設けられ、負又は０のバイアスが上部及び底部のコンタクト間に印加される。入射光ビーム２０２は、領域２００における上表面を通り検知器に入り、既知の方法における検出のために、矢印２１０にて示されるように検知器活性層２０の軸に沿って長手方向に振り向けられるように、内部に反射するファセット１８４によって反射される。
【００４１】
領域１６６（図８）及び２００（図１０）の反射率は、これらの領域に誘電体層を堆積することにより又はスタックにより、修正可能であり、入射ビーム１６４、２０２用の反射防止表面を設けることになる。このことは、検知器による光のより効率的な収集を可能にするであろう。
【００４２】
上述したような複数のレーザー及び／又は検出器は、配列形態において単一の基板上に作製することができ、それにより平行光相互接続、波長選択、等のような応用例を可能にすることが理解されよう。例えば、図１２及び図１３に示す配列２１８のように異なる波長の複数のレーザーを同一のチップ又は基板に設けることができ、かつ、例えばファイバーのような単一の出力媒体へそれらの出力を向けるために位置決めすることができる。従って、図７に１００にて図示される種類の４つのレーザー２２０，２２２、２２４及び２２６が共通の基板上で、各レーザーの第２端がハブから外側へ放射状に延在して、それぞれの出力端２３０，２３２、２３４及び２３６が互いにほぼ近接して中心軸２４０の周りに集まるような方法にて位置決めされた状態で、レーザーの配列２１８は、共通の中央部つまりハブ２１９から放射状に延在するよう構成することもできる。それらのレーザーからの出力ビームは、基板２２８の表面に垂直又はほぼ垂直で軸２４０に平行な方向において、垂直に上方へ放射される。各々に異なったバンドギャップを有する４つのレーザーを設けることで、各レーザーは、異なった波長を有する出力ビームを生成する。その結果、配列２１８は、軸２４０に沿って、選択された波長又は光ファイバー２４２のような共通の出力装置に向けられてもよい波長の組み合わせの出力を生成する。４つのレーザーが示されているが、これは例示の目的のためのもので、他の数のレーザーが用いられてもよいことが理解されるだろう。各レーザーのバンドギャップは、この分野で良く知られている技術にて、不純物無しの空孔拡散又は再生のようなプロセスを通じて選択されてもよい。
【００４３】
４つのレーザーの出力端２３０，２３２、２３４及び２３６は、各々、傾斜したファセットを含んでおり、それらは、同じマスキング工程において形成されるが、４つの別個のエッチング工程にて形成される。各エッチング工程において、４５度のエッチングからのわずかなズレは、４つのビームがファイバー２４２のような中心に位置された対象物に当たるように、垂直から僅かに離れた４つのビームを案内するのに使用可能である。４つのレーザーの後部ファセット、フィルタ・エレメント、及びＭＰＤは、共通のマスキング及びエッチング工程によって形成される。最後に、リッジ構造がマスキング及びエッチングによって形成され、そして、上述したように、電気コンタクトを設けるためにデバイスは上部及び底部の表面に金属が設けられる。
【００４４】
レーザーの作製に用いられるＣＡＩＢＥプロセスは半導体結晶の結晶面に依存することなく均一のエッチングを提供するので、レーザーの半径方向の配列２１８は、可能である。このことは、図１２に示すように、表面放射レーザーをいずれの所望の構成において基板に置くことを可能にし、また、さらに図１４に示すように、ここでは、半導体レーザー２５０は、長方形基板２５２に対角線上に置かれる。例えばファセットを形成するために劈開を使用する従来の方法は、そのような配置を可能にしない。
【００４５】
本発明は好ましい実施形態の点から示されたが、変更及び修正が、請求範囲で述べられるようなそれの真情及び権利範囲から逸脱することなくなされても良いことは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明に係る表面放射レーザーの第１実施形態の上部の斜視図である。
【図２】図２は、図１のレーザーの側面図である。
【図３】図３は、図１のレーザーの平面図である。
【図４】図４は、本発明に係る表面放射レーザーの第２実施形態の側面図である。
【図５】図５は、本発明に係る表面放射レーザーの第３実施形態の側面図である。
【図６】図６は、本発明に係る表面放射レーザーの第４実施形態の側面図である。
【図７】図７は、本発明に係る表面放射レーザーの第５実施形態の上部の斜視図である。
【図８】図８は、表面放射レーザー及びエリア検知器を組み込んだ本発明の第６実施形態の平面図である。
【図９】図９は、図８のレーザー及びエリア検知器の部分的な一部分における側面図である。
【図１０】図１０は、表面放射レーザー及び面内検知器を組み込んだ本発明の第７実施形態の平面図である。
【図１１】図１１は、図１０のレーザー及び面内検知器の一部分における側面図である。
【図１２】図１２は、本発明による複合表面放射レーザーを組み込んだ本発明の第８実施形態の上部の斜視図である。
【図１３】図１３は、図１２の複数のレーザーの表面放射領域の拡大図である。
【図１４】図１４は、改善された梱包密度のために位置決めしたレーザーの平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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