(57)【要約】【課題】  光検出器が一体的に付着された垂直面発光レーザーを提供する。【解決手段】  その底面に所定直径のウィンドウを持つボンディング層により光検出器が付着される面発光レーザー。ボンディング層は共晶ボンディング層である。前記ウィンドウにはエアーギャップが存在し、したがってエアーギャップを通じては主にレーザービームが通過し、類似して入射する自発発光による光の大部分はボンディング層により遮断され、ウィンドウに進行する一部の光は半導体層およびエアーの高い屈折率差によりウィンドウを通じて光検出器に進行し難い。共晶ボンディング層は垂直面発光レーザーと光検出器間の界面で発生する電圧降下を大きく減らし、かつ製品の量産を可能にする。【選択図】            図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー発振がなされる活性領域と前記活性領域上下の半導体物質層とを含むレイジング構造体と、
前記レイジング構造体の下部に設けられる光検出器と、
前記レイジング構造体と前記光検出器間に設けられ、前記活性領域からのレーザービームが通過する局部的ウィンドウを持つ導電性接着層と、を含むことを特徴とする垂直面発光レーザー。
【請求項２】
前記導電性接着層は共晶ボンディング層であることを特徴とする請求項１に記載の垂直面発光レーザー。
【請求項３】
前記ウィンドウ領域で前記レイジング構造体と光検出器間にエアーギャップが存在することを特徴とする請求項１または２に記載の垂直面発光レーザー。
【請求項４】
前記ウィンドウは前記レイジング構造体で発生したレーザービームの進行軸上に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の垂直面発光レーザー。
【請求項５】
前記ウィンドウは前記レイジング構造体で発生したレーザービームの進行軸上に形成されることを特徴とする請求項３に記載の垂直面発光レーザー。
【請求項６】
前記光検出器は前記レイジング構造体を支持するサブマウントであることを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の垂直面発光レーザー。
【請求項７】
前記下部半導体物質層に基板が含まれていることを特徴とする垂直面発光レーザー。
【請求項８】
前記基板はＧａＡｓ基板であり、
前記活性領域はＩｎＧａＡｓ量子ウェル、ＩｎＧａＡｌＮ量子ウェル、Ｉｎ（Ｇａ）（Ｎ）Ａｓ量子点のうちいずれか一つよりなる活性層を具備することを特徴とする請求項７に記載の垂直面発光レーザー。
【請求項９】
前記基板は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量子ウェルまたは量子点、ＡｌＧａＡｓＳｂ量子ウェルのうちいずれか一つよりなる活性層を具備することを特徴とする請求項７に記載の垂直面発光レーザー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は垂直面発光レーザー（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接合されている垂直面発光レーザーダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にＶＣＳＥＬダイオードには出力のモニタおよびこれに基づく出力制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｏｒｌ；ＡＰＣ）のための光検出器が結合される。たとえば、特許文献１に開示されたレーザーは、ウェーハ接合により光検出器が接着される構造を持つ。
【０００３】
図１は、光検出器が拡散により付着されたＶＣＳＥＬの概略的な断面図である。
【０００４】
図１を参照すれば、基板上に中央のレーザー共振がおき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 Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ；ＤＢＲ）が生ずる上下部半導体物質層１２、１３を具備する。このような構造のレーザーの下部に光検出器、たとえばＰＩＮ光検出器２０が接合またはボンディングにより付着されている。
【０００５】
このように長波長ＶＣＳＥＬ（波長１３００〜１６００ｎｍ）は出力モニタのための光検出器、たとえば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り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適していない。また、性能面で接合により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、自発発光およびレーザービームのいずれもが光検出器に入射されるため光検出器によりレーザー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ービーム以外に自発発光により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一であるため、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、下部半導体層の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、下部に出るレーザービームの強度は相対的に弱くなる。一方、通常レーザービームは１０μｍ前後の直径でもって放出されるが、自発発光はあらゆる方向に出るため、レーザービームが進行する特定領域（ＶＣＳＥＬの中央の垂直下部から約１０μｍの直径の領域）ではレーザー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無視できない程度に高い比率を示す。これは特に、ＶＣＳＥＬの下部から約２００〜３００μｍの幅を持つ受光面に光を入射するようになっている図１および図２に図示された形のＶＣＳＥＬで現れる。
【特許文献１】米国特許第５，９４３，３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする技術的課題は、光検出器に対する自発発光の入射を抑制しつつもレーザービームの入射比率を高めることによってさらに精密なレーザービームの出力を検出できるＶＣＳＥＬを提供することである。
【００１１】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、光検出器の接合界面での電圧降下が抑制される構造を持つことによって入力電圧が低められたＶＣＳＥＬを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一類型によるＶＣＳＥＬは、レーザー発振がなされる活性領域と前記活性領域上下の半導体物質層とを含むレイジング構造体と、前記レイジング構造体の下部に設けられる光検出器と、前記レイジング構造体と前記光検出器間に設けられ、前記活性領域からのレーザービームが通過する局部的ウィンドウを持つ導電性接着層と、を含む構造を持つ。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、接着層をＶＣＳＥＬと光検出器間の接着手段として使用するだけでなくそれを不要光の遮断のための手段として適用できる。さらに、ボンディング層として共晶ボンディング層を利用する場合、光学的特性を持つＶＣＳＥＬを量産可能に支援する。
【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ながら本発明によるＶＣＳＥＬの望ましい実施例を詳細に説明する。
【００１５】
図３は、上部半導体物質層にリッジが設けられたＶＣＳＥＬの実施例を概略的に図示する。以下で説明されるＶＣＳＥＬはレイジングが起きる活性領域およびその上下の半導体物質層を含むレイジング構造体を具備し、この構造体は公知の構造を持つ。したがって、レイジング構造体の具体的な構造は本発明の技術的範囲を制限しない。
【００１６】
図３に図示されたように、レイジング構造体１００の中央にレーザー共振が起きる空洞部としての活性領域１１０を中心にその上下にＤＢＲによる上下部半導体物質層１２０、１３０が設けられている。ここで、前記下部半導体物質層１３０は基板を含むが、便宜上表示していない。一方、中央部分の活性領域１１０は、中央部分の量子ウェル層１１１ａおよびその上下の障壁層１１１ｂ、１１１ｃを設けた活性層１１１と、活性層１１１上下のクラッドレーヤー１１２、１１３とを具備する。前記活性領域１１０の上下には、リッジ１２０ａがその上部に形成される上部ミラー積層１２０と、後述される光検出器２００に対応する下部ミラー積層１３０とが設けられている。ここで、レーザー光が出射する前記リッジ１２０ａの頂上面を除外した頂上面の端部およびリッジ１２０ａの側面に上部コンタクトレーヤー１２０ｂが形成されている。
【００１７】
前記のような構造のレイジング構造体１００の下部には従来のように光検出器２００が付着される。この時に本発明によって、前記光検出器２００はボンディング層３００により前記レイジング構造体１００の下部に固定される。この時にボンディング層３００にはレーザービームの直径に対応する大きさのウィンドウ３１０が形成されている。前記ボンディング層３００は所定の厚さを持ち、したがってウィンドウ３１０が形成される領域で前記光検出器２００とレイジング構造体１００、すなわちＶＣＳＥＬ間にエアーギャップが存在する。このエアーギャップは、前記活性領域１１０から発振した後に垂直に入射するレーザービームが通過する領域であって、この領域に斜めな方向に入射する自発発光による光に対しては光フィルターとして作用して自発発光による光を光検出器２００に入射させない。
【００１８】
ここで、前記ボンディング層３００は前記ウィンドウ３１０を必須のものとして持ち、一方には金属ボンディング、共晶ボンディングが適用されることが望ましく、一方には一般的な接着層が適用されうる。前記光検出器２００は便宜上きわめて単純に図示されているが、これは既知の構造を持ち、このような構造は本発明の技術的範囲を制限していない。
【００１９】
前記ボンディング層３００は図４に図示されたように、中央部分に前記レイジング構造体１００からのレーザービームが通過する円形のウィンドウ３１０を持つ。このウィンドウ３１０の大きさおよび形状は設計条件により多様化できる。
【００２０】
前記のように本発明は、金属ボンディングを利用してレイジング構造体、すなわち、ＶＣＳＥＬと光検出器、たとえばＰＩＮ光検出器とを接合する。このような金属接合は量産体制に適している。特にこのような金属接合はＶＣＳＥＬと光検出器との接合界面での電圧降下を大きく減少させる。またこのようなボンディング層にレーザーモニタに必要なレーザービームだけ主に通過させるためのウィンドウを設けることによって自発発光による光を遮断する。したがって図５に図示されたように光検出器２００のウィンドウ３１０を通過した光のみ入射されるが、このウィンドウは発振したレーザービームが主に通過する領域、すなわちレーザービーム進行軸上、言い換えればＶＣＳＥＬに対して垂直方向に進行する軸上に設けられることによってこの軸を通じて入射するレーザービームが通過する。この時、たとえ自発発光による光線が垂直方向に入射するとしても他の領域ではボンディング層３００により遮断されるため、実際光検出器２００に入射する自発発光の光量がレーザービームの光量と比較して比率面できわめて少ないためにさらに精密なレーザービームのモニタが可能になる。
【００２１】
本発明において、前記ウィンドウの直径は一般的に１μｍ以上、１００μｍ以下であることが望ましい。ここで、前記ＶＣＳＥＬと光検出器とを接合するボンディング層によれば、前述したようにウィンドウ領域で前記ＶＣＳＥＬと光検出器間にエアーギャップが形成される。このエアーギャップは半導体層および空気層間の大きい屈折率差による光フィルターとして作用してウィンドウに対して一定の傾斜角をもって入射する自発発光を反射させることによって、ウィンドウを通じる自発発光の入射がさらに抑制される。
【００２２】
前記のような金属ボンディング、特に共晶ボンディングはウェーハレベルまたはチップレベルで行われうる。
【００２３】
前記のようなボンディング層は前記ＶＣＳＥＬの下部電極、たとえばｎ型電極および前記光検出器の一側電極として使われうる。
【００２４】
本発明は、このようにＶＣＳＥＬとフォトダイオード（即ち、光検出器）との接合により具現される装置に係り、特定のＶＣＳＥＬの構造や光検出器の種類に制限されずに適用される。
【００２５】
すなわち、基板にＤＢＲを含む下部半導体層、その上の活性層を含む共振領域、すなわち活性領域、活性領域上部のＤＢＲを含む上部半導体物質層を具備するＶＣＳＥＬで、前記ＶＣＳＥＬから放出されるレーザービームの強度をモニタするためのフォトダイオードが前記基板の下部にウィンドウを持つ金属性ボンディング層により接合される構造に適用される。このような本発明において、前記ウィンドウは前記ＶＣＳＥＬのレーザービーム進行軸上に設けられることが望ましい。
【００２６】
前記構造のＶＣＳＥＬでそれを支持する前記光検出器は全体構造物を支持するサブマウントとしての役割を行う。前記本発明のＶＣＳＥＬで前記基板はＧａＡｓであり、活性層はＩｎＧａＡｓ量子ウェル、ＩｎＧａＡｌＮ量子ウェル、Ｉｎ（Ｇａ）（Ｎ）Ａｓ量子点のうちいずれか一つである。
【００２７】
一方、前記基板はＩｎＰが使われることがあり、その場合の活性層はＩｎＧａＡｓＰ量子ウェル、ＩｎＧａＡｌＡｓ量子ウェル、ＩｎＧａＡｓ量子ウェル、Ｉｎ（Ｇａ）（Ｎ）Ａｓ量子ウェルまたは量子点、ＡｌＧａＡｓＳｂ量子ウェルのうちいずれか一つである。
【００２８】
一方、前記本発明において、前記ボンディング層が共晶ボンディング層ではない一般的な接着剤により付着されるとしても、接着剤によるボンディング層に前記のようなウィンドウがある限り前述したような光学的効果が得られる。
【００２９】
前記ボンディング層に共晶ボンディング層を適用する場合、ＶＣＳＥＬと光検出器間の界面での電圧降下を抑制でき、したがって前述したように量産体制に有利になる。
【００３０】
本発明は図面に図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、当業者ならばこれより多様な変形および均等な他の実施例が可能であるという点を理解できる。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に限って定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
このような本発明は、レーザービームを利用する光記録／再生装置、光スキャナーなど多様な分野に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】光検出器が付着された従来ＶＣＳＥＬの一例を示す概略的な垂直断面図である。
【図２】従来ＶＣＳＥＬから光検出器に入射するレーザービームおよ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ＶＣＳＥＬの一実施例を示す概略的な断面図である。
【図４】図３に図示された本発明によるＶＣＳＥＬに適用されるボンディング層の平面構造を示す図面である。
【図５】本発明によるＶＣＳＥＬから光検出器に入射するレーザービームおよび自発発光の進行を説明する図面である。
【符号の説明】
【００３３】
１００    レイジング構造体
１１０    活性領域
１１１    活性層
１１１ａ    量子ウェル層
１１１ｂ、１１１ｃ    障壁層
１１２、１１３    クラッドレーヤー
１２０    上部半導体物質層
１２０ａ    リッジ
１２０ｂ    上部コンタクトレーヤー
１３０    下部半導体物質層
２００    光検出器
３００    ボンディング層
３１０    ウィンドウ
【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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