(57)【要約】【課題】  光検出素子が一体的に成長された長波長垂直面発光レーザを提供する。【解決手段】  下部ＤＢＲの下部または中間に光検出器が設けられ、この光検出器はレーザ構造体と一体的に成長される面発光レーザである。本発明は、長波長に対する基板の非吸収性を利用し、したがって基板に向かうレーザの検出によってレーザの利得の制御が効果的になされうる。【選択図】            図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記基板上に成長された多重の下部ＤＢＲ（分布ブラッグ反射）層と、
前記下部ＤＢＲ層上に成長された多重の半導体物質層による活性領域と、
前記活性領域上に成長された多重の上部ＤＢＲ層と、を含み、
前記下部ＤＢＲ層は、前記活性領域から発生したレーザのうち前記基板に向かうレーザを検出する光検出器を含むことを特徴とする長波長垂直面発光レーザ。
【請求項２】
前記光検出器は、ＤＢＲ層の中間または前記ＤＢＲ層の下部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の長波長垂直面発光レーザ。
【請求項３】
前記光検出器の上部で前記下部ＤＢＲ層、活性領域及び上部ＤＢＲ層による構造体が柱状に形成され、前記光検出器の上部の両側で露出されていることを特徴とする請求項１または２に記載の長波長垂直面発光レーザ。
【請求項４】
前記基板は、ＧａＡｓ、ＩｎＰのうち何れか一つであることを特徴とする請求項１ないし３のうち何れか一項に記載の長波長垂直面発光レーザ。
【請求項５】
前記基板はＧａＡｓ基板であり、
前記活性領域は、ＩｎＧａＡｓ量子ウェル、ＩｎＧａＡｓＮ量子ウェル、Ｉｎ（Ｇａ）（Ｎ）Ａｓ量子点のうち何れか一つを含むことを特徴とする請求項１ないし４のうち何れか一項に記載の長波長垂直面発光レーザ。
【請求項６】
前記基板がＧａＡｓ基板であり、
前記吸収層は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＮ、Ｉｎ（Ｇａ）（Ｎ）Ａｓのうち何れか一つを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の長波長垂直面発光レーザ。
【請求項７】
前記ＤＢＲ層は、（Ａｌ）ＧａＡｓ／Ａｌ（Ｇａ）Ａｓの積層構造を有することを特徴とする請求項５に記載の長波長垂直面発光レーザ。
【請求項８】
前記基板がＩｎＰ基板であり、
前記活性領域は、ＩｎＧａＡｓＰ量子ウェル、ＩｎＧａＡｌＡｓ量子ウェル、ＩｎＧａＡｓ量子ウェル、Ｉｎ（Ｇａ）（Ｎ）Ａｓ量子点、ＡｌＧａＡｓＳｂ量子ウェルのうち何れか一つを含むことを特徴とする請求項１ないし７のうち何れか一項に記載の長波長垂直面発光レーザ。
【請求項９】
前記基板がＩｎＰ基板であり、
前記吸収層は、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、Ｉｎ（Ｇａ）（Ｎ）Ａｓ、ＡｌＧａＡｓＳｂのうち何れか一つを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の長波長垂直面発光レーザ。
【請求項１０】
前記上下のＤＢＲ層は、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓの積層構造を有することを特徴とする請求項７に記載の長波長垂直面発光レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は長波長垂直面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）に係り、さらに詳細には光検出器が一体的に成長されたＶＣＳＥＬダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、垂直面発光レーザダイオードには出力のモニタリング及びこれに基づく出力制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＰＣ）のための光検出器が結合される。例えば、特許文献１に開示されたレーザは、ウェーハ接合によって光検出器が接着される構造を有する。
【０００３】
図１は、光検出器が接合によって付着されたＶＣＳＥＬを概略的に示す断面図である。
【０００４】
図１を参照すれば、基板上に中央のレーザ共振が発生する空洞部としての活性領域１１を中心に、その上下に分布ブラッグ反射（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ：ＤＢＲ）による上下部半導体物質層１２，１３を備える。このような構造のレーザの下部に光検出器、例えばＰＩＮ光検出器２０が接合またはボンディングによって付着されている。
【０００５】
このように長波長ＶＣＳＥＬ（波長１３００〜１６００ｎｍ）は、出力モニターのための光検出器、例えばＰＩＮ光検出器が付着されているが、この光検出器は、通常、ウェーハボンディング、ウェーハ接合、または透明な金属接着剤によってＶＣＳＥＬの下部に接合される。
【０００６】
ウェーハ接合による光検出器の接合は、工程上の問題のために製品量産体制に不適である。また、性能面で接合によって光検出器が接合されたＶＣＳＥＬの場合、接合界面での電圧降下が不回避であり、したがって入力電圧の上昇を招く。
【０００７】
このような従来構造のＶＣＳＥＬの欠点は、自発発光とレーザビームとの何れもが光検出器に入射されるため光検出器によってレーザ出力だけを正確に検出できないということである。
【０００８】
図２を参照すれば、ＶＣＳＥＬの活性領域で発振されたレーザビーム以外に自発発光によって発生した光が活性領域の外側に出射される。この時、ＶＣＳＥＬの構造が共振空洞ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）の構造と実質的に同じであるため、活性領域から放出された強烈な自発放出が活性領域の外部のあらゆる方向に進行する。
【０００９】
この時に、ＶＣＳＥＬの上部に出射するビームを利用するように設計された場合、下部半導体層におけるＤＢＲの反射率を上部ＤＢＲの反射率より高く設計するが、これにより、下部に出射するレーザビームの強度は相対的に弱くなる。一方、通常レーザビームは１０ｕｍ前後の直径を有して放出されるが、自発発光はあらゆる方向に出射されるため、レーザビームが進行する特定領域（ＶＣＳＥＬの中央の垂直下部で約１０μｍの直径の領域）ではレーザビームの強度が自発発光の強度より強いが、光検出器に受光される全体光量を比較した時、自発発光の受光量が非常に高い比率を表す。これは、特にＶＣＳＥＬの下部で約２００〜３００μｍの幅を有する受光面に光を入射するようになっている図１及び図２に示された形態のＶＣＳＥＬで現れる。
【００１０】
一方、短波長ＶＣＳＥＬの場合においては、前記光検出器が一体的に成長された構造があるが、この場合は光検出器がＶＣＳＥＬの上部側に設けられて使われるレーザの一部を吸収する。しかし、光検出器がＶＣＳＥＬの下部側に設けられる場合は、基板による吸収によって効果的なレーザのモニタリングが難しく、したがって短波長ＶＣＳＥＬでは光検出器がＶＣＳＥＬの上部に設けられなければならない。
【特許文献１】米国特許５,９４３,３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする技術的課題は、製作がさらに容易で効果的なレーザのモニタリングが可能になるように光検出器が一体的に成長されたＶＣＳＥＬを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を達成するための本発明による垂直面発光レーザは、半導体基板と、前記基板上に成長された多重の下部ＤＢＲ層と、前記下部ＤＢＦ層上に成長された多重の半導体物質層による活性領域と、前記活性領域上に成長された多重の上部ＤＢＲ層と、を含み、前記下部ＤＢＲ層は、前記活性領域から発生したレーザのうち前記基板に向けるレーザを検出する光検出器を含む構造を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は長波長用レーザに使われる基板の長波長に対する非吸収性を利用する。これは発振波長に比べて基板のエネルギーバンドギャップが大きいためである。すなわち、本発明のレーザは、長波長レーザで発振波長に比べてエネルギーバンドギャップが大きい基板、すなわちＧａＡｓ基板またはＩｎＰ基板を適用し、その上にレージング構造及び光検出構造が一体的に結晶成長された構造を有する。したがって、基板に向けるレーザの検出によってレーザの利得の制御が効果的になされうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付された図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
【００１５】
実施例１
図３を参照すれば、その底面に下部金属電極１１０が形成されているＧａＡｓ基板１００上に光検出器としての（Ａｌ）ＧａＡｓ／吸収層／（Ａｌ）ＧａＡｓ積層構造を有するＰＩＮダイオード１２０が結晶成長によって形成されている。前記吸収層は、後述する活性層と同じ種類の半導体物質であり、バンドギャップが活性層と同じであるか、または小さい。
【００１６】
前記ダイオード１２０の両側のショルダー部分に中間金属電極１３０が形成されている。そして、ダイオード１２０の中間部分にＶＣＳＥＬの一構成要素であって、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓまたはＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層構造、すなわち、（Ａｌ）ＧａＡｓ／Ａｌ（Ｇａ）Ａｓの積層構造を有する下部ＤＢＲ １４０（下部ＤＢＲ層）が成長されている。
【００１７】
前記下部ＤＢＲ １４０上には活性層１５１及びその上下のクラッド層１５２を備える活性領域１５０が成長されている。ここで、活性層１５１にはＩｎＧａＡｓ量子ウェル、ＩｎＧａＡｓＮ量子ウェル、Ｉｎ（Ｇａ）（Ｎ）Ａｓ量子点のうち何れか一つとその上下の障壁層とが含まれる。
【００１８】
そして、活性領域１５０の上部にはＧａＡｓ／ＡｌＡｓまたはＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層構造、すなわち、（Ａｌ）ＧａＡｓ／Ａｌ（Ｇａ）Ａｓの積層構造を有する上部ＤＢＲ １６０（上部ＤＢＲ層）が成長されている。
【００１９】
前記上部ＤＢＲ １６０の上部でレーザが進む中央領域ｗの両側に上部金属電極１７０が形成されている。
【００２０】
前記構造で前記ＰＩＮダイオード１２０が下部ＤＢＲ １４０の下部に設けられたと説明されたが、他の実施例によれば、前記ＰＩＮダイオード１２０が前記下部ＤＢＲ １４０の中間に設けられうる。すなわち、前記ＰＩＮダイオード１２０は、下部ＤＢＲ １４０を成長する過程中に共に成長されうる。
【００２１】
実施例２
図４を参照すれば、その底面に下部金属電極２１０が形成されているＩｎＰ基板２００上に光検出器としてのＩｎＰ／吸収層／ＩｎＰ積層構造を有するＰＩＮダイオード２２０が結晶成長によって形成されている。前記吸収層は、後述する活性層２５１と同じ種類の半導体物質であり、バンドギャップが活性層と同じであるか、または小さい。
【００２２】
前記基板がＩｎＰである場合、活性領域は、ＩｎＧａＡｓＰ量子ウェル、ＩｎＧａＡｌＡｓ量子ウェル、ＩｎＧａＡｓ量子ウェル、Ｉｎ（Ｇａ）（Ｎ）Ａｓ量子点、ＡｌＧａＡｓＳｂ量子ウェルのうち何れか一つを含むことが望ましい。
【００２３】
前記ダイオード２２０の両側のショルダー部分に中間金属電極２３０が形成されている。そして、ダイオード２２０の中間部分にＶＩＳＥＬの一構成要素であって、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓを有する下部ＤＢＲ ２４０（下部ＤＢＲ層）が成長されている。
【００２４】
前記下部ＤＢＲ ２４０上には活性層２５１及びその上下のクラッド層２５２を備える活性領域２５０が成長されている。ここで、活性層２５１には活性領域はＩｎＧａＡｓＰ量子ウェル、ＩｎＧａＡｌＡｓ量子ウェル、ＩｎＧａＡｓ量子ウェル、Ｉｎ（Ｇａ）（Ｎ）Ａｓ量子点、ＡｌＧａＡｓＳｂ量子ウェルのうち何れか一つとその上下の障壁層とが含まれる。
【００２５】
そして、活性領域２５０の上部にはＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓの積層構造を有する上部ＤＢＲ ２６０（上部ＤＢＲ層）が成長されている。
【００２６】
前記上部ＤＢＲ ２６０の上部でレーザが進む中央領域ｗの両側に上部金属電極２７０が形成されている。
【００２７】
前記構造でも前記ＰＩＮダイオード２２０が下部ＤＢＲ ２４０の下部に設けられたと説明されたが、他の実施例によれば、前記ＰＩＮダイオード２２０が前記下部ＤＢＲ ２４０の中間に設けられうる。すなわち、前記ＰＩＮダイオード２２０は、下部ＤＢＲ ２４０を成長する過程中に共に成長されうる。
【００２８】
前記のような本発明のレーザは、基板と活性領域の間、すなわち、使われていないレーザが進む領域に光検出器が設けられているので、実際使われるレーザの減少が現れない。このような本発明は、長波長のレーザが基板側に進む時、基板による吸収が現れないという点を考慮したものであって、もし、短波長のレーザである場合、基板によるレーザの吸収が不回避であり、したがって精密な光検出が難しい。しかし、本発明は、長波長レーザを発振する構造下で基板によるレーザの吸収が少なく、したがって精密な光検出及びそれによるレーザの利得制御が可能になる。
【００２９】
このような本発明のレーザは、ＶＣＳＥＬ構造の成長時にまず基板に光検出器を先に成長し、その上に下部ＤＢＲ、活性層を含む活性領域及び上部ＤＢＲを順次に成長することによって得られる。このような結晶成長以後にエッチング方法によって下部ＤＢＲ下にフォトダイオードの上部を露出させた後、中間金属電極を形成する。この中間金属電極は、フォトダイオード及びＶＣＳＥＬの共通電極として使われる。
【００３０】
ここで、前記のように光検出器１２０，２２０の上部に形成される柱状のＶＣＳＥＬ構造は自発放出された光がフォトダイオードに吸収されてノイズとして作用することを減少させる役割も行う。したがって、図３及び図４に示されたように、基板１００，２００上の光検出器１２０，２２０の双方向のショルダー部分を露出させてその上部のＶＣＳＥＬの幅が狭まった柱状にすることが望ましい。したがって、このような構造では下部ＤＢＲ側に出射する光がその下に設けられたフォトダイオードに受光されて光出力を検出できるようになる。
【００３１】
本発明は図面に示された実施例を参考として説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であることが分かる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲内で決定されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のレーザは、光通信分野などの長波長のレーザが利用されるいかなる分野にも適用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】光検出器が付着された従来の垂直面発光レーザの一例を示す概略的な垂直断面図である。
【図２】従来の垂直面発光レーザから光検出器に入射するレーザビーム及び自発発光の進行を説明する図面である。
【図３】本発明による垂直面発光レーザの一実施例を示す概略的な断面図である。
【図４】本発明による垂直面発光レーザから光検出器に入射するレーザビーム及び自発発光の進行を説明する図面である。
【符号の説明】
【００３４】
１００    ＧａＡｓ基板
１１０    下部金属電極
１２０    ダイオード
１３０    中間金属電極
１４０    下部ＤＢＲ
１５０    活性領域
１５１    活性層
１５２    クラッド層
１６０    上部ＤＢＲ
１７０    上部金属電極
ｗ    中央領域
【図１】
2005064480.tif 000003
【図２】
2005064480.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005064480.tif 000006