(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一方の面に積層した半導体積層体を垂直方向にエッチングし、レ−ザ光を出射する凸状の発光部を形成する工程と、
前記半導体基板の他方の面から前記発光部の前記半導体基板側の端部まで至る開口部を、前記半導体基板の他方の面から前記発光部の前記半導体基板側の端部に向かって狭まるように形成する工程と、
前記開口部内に透明の樹脂を注入する工程と、
前記樹脂を硬化させてレンズを形成し、且つ当該レンズを、その外周が最大となる部分が、前記開口部の内側面と接触する位置に形成する工程と、を有し、
前記樹脂を注入する工程において、前記開口部の側面と前記半導体基板の他方の面との濡れ性の差を調節したのち、前記樹脂を注入するようにしたことを特徴とする面発光レ−ザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光データ通信用の面発光レーザの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信に利用される面発光レ−ザにおいて、高速変調を可能とするため、ワイヤを介さずに、フリップチップボンディングによって実装する手段がとられる場合がある。この手段によると、面発光レ−ザの半導体積層体の上面側を半田バンプ等で実装するため、レ−ザ光は半導体基板の下面側から出射される。
【０００３】
しかし、通常の面発光レ−ザから出射される波長は８５０ｎｍであるため、ガリウム砒素基板を使用した場合にはレ−ザ光を透過できないという不具合があった。
ここで、上記問題を解決するために、「ＩＥＥＥ  ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ．１１，ＮＯ．１，ＪＡＮＵＡＲＹ１９９９，ｐ１２８〜１３０」において、面発光レ−ザの波長を９７０ｎｍにする手段が提案されている。この提案によれば、ガリウム砒素基板を使用しても、レ−ザ光を透過することができるようになった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記提案による９７０ｎｍの波長では、受光側に使われるシリコンのＰＩＮフォトダイオ−ドの感度が落ちてしまうため、高価なＩｎＧａＡｓのＰＩＮフォトダイオ−ドを使用せざるを得なかった。
また、発光素子である面発光レ−ザにおいては、特にアレイ化した場合の発熱問題を解消するために電流のかかる発光領域を狭くする必要があるが、そうすると、放射角が大きくなってしまい結合効率が低下するという不具合があった。ここで、放射角を小さくするために、発光部の上面にレンズを形成することが試みられているが、発光部から近距離に曲率半径の小さなレンズを精度よく形成することは困難であった。
【０００５】
さらに、受光素子であるフォトダイオ−ドにおいては、その高速動作を実現させるために素子容量を低下させる必要があるが、そうすると、ファイバやレ−ザとの結合効率が低下するという不具合があった。
さらに、面発光レ−ザを有する発光素子と、フォトダイオ−ドを有する受光素子とを光学的に結合させる光伝送モジュ−ルにおいては、面発光レ−ザから出射されるレ−ザ光の放射角を小さくし、フォトダイオ−ドの受光面積をなるべく大きくする必要があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、８５０ｎｍのレーザ光を透過可能とするとともに、低電流駆動を可能とした面発光レーザの製造方法を提供することを課題としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、請求項１に係る発明は、半導体基板の一方の面に積層した半導体積層体を垂直方向にエッチングし、レ−ザ光を出射する凸状の発光部を形成する工程と、前記半導体基板の他方の面から前記発光部の前記半導体基板側の端部まで至る開口部を、前記半導体基板の他方の面から前記発光部の前記半導体基板側の端部に向かって狭まるように形成する工程と、前記開口部内に透明の樹脂を注入する工程と、前記樹脂を硬化させてレンズを形成し、且つ当該レンズを、その外周が最大となる部分が、前記開口部の内側面と接触する位置に形成する工程と、を有し、前記樹脂を注入する工程において、前記開口部の側面と前記半導体基板の他方の面との濡れ性の差を調節したのち、前記樹脂を注入するようにしたことを特徴としている。
【００１７】
請求項１に記載の面発光レーザの製造方法によれば、基板の一方の面に形成され、且つ、レーザ光を出射する発光部を有する半導体積層体を備えた面発光レーザであって、基板の他方の面から発光部の基板側の端部に向かって狭まる空間の開口部に、透明樹脂を硬化させて形成したレンズを有し、且つこのレンズが、その外周が最大となる部分が、開口部の内側面と接触する位置に形成されている面発光レーザを容易に形成することができる。
【００１８】
また、樹脂を注入する工程において、開口部の側面と半導体基板の他方（すなわち、半導体積層体が形成されていない側）の面との濡れ性の差を調節することによって、開口部に所定形状のレンズを容易に形成することが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る一実施形態を示す面発光レ−ザの断面図である。
面発光レ−ザ１００は、図１に示すように、垂直共振器型面発光レ−ザ（ＶＣＳＥＬ）であり、２５０μｍの厚さを有するｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板１と、その一面（図１における下面）１ａ側に形成され、発光部２Ａと補強部２Ｂとを凹部２Ｃを介して分割している半導体積層体２と、発光部２Ａの積層方向に電流が流れるように電圧を印加する一対の電極３と、から構成されており、この面発光レ−ザ１００の半導体積層体２を下側に向けて駆動基板１１に実装されている。
【００２６】
この半導体積層体２は、基板１の一面１ａ側から順に積層された、エッチングストップ層２１、ｎ型ＤＢＲ層２２、ｎ型スペ−サ層２３、ＭＱＷ活性層２４、ｐ型スペ−サ層２５、電流狭窄層２６、ｐ型ＤＢＲ層２７、ｐ型コンタクト層２８からなる。
エッチングストップ層２１は、１００ｎｍの厚さを有し、ｎ型Ａｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓ層からなる。ｎ型ＤＢＲ層２２は、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.86Ｇａ0.14Ａｓ層とからなる２８ペアの多重層である。ｎ型スペ−サ層２３は、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層からなる。ＭＱＷ活性層２４は、ＧａＡｓからなる３層の量子井戸層からなる。ｐ型スペ−サ層２５は、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層からなる。
【００２７】
電流狭窄層２６は、ｐ型ＡｌＡｓからなる。この電流狭窄層２６は、所定直径の円の範囲内にあり、その周囲数μｍには酸化アルミニウムからなる絶縁体層２６ａが形成されている。この電流狭窄層２６は、ｐ型金属電極３Ａからの電流を、発光部２Ａの中央部に集中させるために形成されている。
ｐ型ＤＢＲ層２７は、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.86Ｇａ0.14Ａｓ層とからなる３６ペアの多重層である。ｐ型コンタクト層２８は、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層からなる。
【００２８】
この半導体積層体２は、半導体基板１の一面１ａ側にこれらの層を順次積層したのち、半導体基板１の表面が露出するように垂直方向にエッチングすることによって、リング状の凹部２Ｃを形成し、当該凹部２Ｃを介して、円柱形状の発光部２Ａとその周囲の補強部２Ｂとを分割させている。この凹部２Ｃにおける発光部２Ａの周囲には、ポリイミド等絶縁性物質４が埋め込まれている。
【００２９】
ｐ型金属電極３Ａは、発光部２Ａにおける半導体基板１とは逆側の面（図１において発光部２Ａの下面）にリング状に形成されており、ｐ型コンタクト層２８とコンタクトされている。このリング状の中央部はモニタ用のレ−ザ光が出射する出射口７ａとなっている。ｐ型金属電極３Ａの形成材料は、クロムと、金−亜鉛合金と、金とからなる。
【００３０】
ｎ型金属電極３Ｂは、補強部２Ｂを覆うように、補強部２Ｂにおける半導体基板１とは逆側の面（図１において補強部２Ｂの下面）及び側面、さらに半導体基板１の一面１ａ側の一部に形成されており、ｐ型コンタクト層２８とコンタクトされている。ｎ型金属電極３Ｂの形成材料は、金−ゲルマニウム合金と、ニッケルと、金とからなる。
【００３１】
この面発光レ−ザ１００の半導体基板１には、半導体基板１の他面（図１における上面）１ｂ側から発光部２Ａの半導体基板１側の端部に至る開口部５が、半導体基板１の他面１ｂ側を底面とした四角錐状に形成されている。この開口部５には、半導体基板１の他面１ｂ側に向けて、透明の樹脂からなる曲率半径の大きな凸状のレンズ６が形成されている。このレンズ６の凸状は、透明の樹脂を開口部５内に注入した際、樹脂の表面張力によって盛り上がった部分をそのまま硬化させることで形成している。ここで、樹脂の形成材料としては、波長８５０ｎｍで透明な材料であれば、弗化ポリイミドやＰＭＭＡ等熱硬化性樹脂や可視光線や紫外線硬化型のエポキシ樹脂等いずれの樹脂を用いても構わない。
【００３２】
そして、上記構成からなる面発光レ−ザ１００のｎ型金属電極３Ｂに、半田バンプ８が形成され、フリップチップボンディングによって、複数のＶＣＳＥＬ用送信回路を有する駆動基板１１に実装されている。この駆動基板１１には、面発光レ−ザ１００におけるｐ型金属電極３Ａに開口されたモニタ用のレ−ザ光の出射口７ａと対向する位置に、モニタ用フォトダイオ−ド７が形成されている。
【００３３】
上記構成の面発光レ−ザ１００では、ｐ型金属電極３Ａ及びｎ型金属電極３Ｂ間に電圧を印加することで発光部２Ａの積層方向に電流が流れ、半導体基板１の他面（図１における上面）１ｂ側に設けた開口部５に備えたレンズ６より、レ−ザ光を出射する。このとき、発光部２Ａの半導体基板１とは逆側の面（図１における下面）に形成した出射口７ａより出射されるモニタ用のレ−ザ光を、半導体基板１とは逆側の駆動基板１１に形成したモニタ用フォトダイオ−ド７で吸収し、出力光パワ−のモニタを行う。
【００３４】
次に、本発明の実施形態に係る面発光レ−ザ１００の製造方法について、図３〜図８を参照して説明する。図３〜図８は、それぞれ本発明に係る面発光レ−ザの一製造工程を示す断面図である。
まず、図３に示すように、ＧａＡｓからなる高抵抗の半導体基板１の一面（図３における上面）１ａに、エッチングストップ層２１、ｎ型ＤＢＲ層２２、ｎ型スペ−サ層２３、ＭＱＷ活性層２４、ｐ型スペ−サ層２５、電流狭窄層２６、ｐ型ＤＢＲ層２７、ｐ型コンタクト層２８、を順次積層する。
【００３５】
上記各半導体積層体２は、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ｜Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法でエピタキシャル成長させる。ここで、ＭＯＣＶＤ法に限らず、ＭＢＥ（Ｍｏｉｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用いても構わない。
そして、ｐ型コンタクト層２８上に、フォトレジストを塗布した後、フォトリソグラフィにより当該フォトレジストをパタ−ニングすることで、発光部２Ａの周囲のみにエッチングを施すための所定パタ−ンのレジスト層を形成する。次いで、このレジスト層をマスクとして、図４に示すように、半導体基板１が露出するまでドライエッチングをし、リング状の凹部２Ｃを形成する。ここで、半導体積層体２に、凹部２Ｃを介して、円柱状の発光部２Ａとその周囲の補強部２Ｂとが形成される。
【００３６】
そして、ｐ型ＡｌＡｓからなる電流狭窄層２６を、４００℃程度の水蒸気を含んだ窒素雰囲気下でさらすことによって、ＡｌＡｓ層がその露出面から内側へと酸化され、ＡｌＡｓからなる半導体層の回りに酸化アルミニウムからなる絶縁体層２６ａが形成される。ここで、絶縁体層２６ａは、発光部２Ａの中央に残される半径２μｍ程度の電流狭窄層２６の外周囲にリング状に形成される。
【００３７】
そして、図５に示すように、発光部２Ａとなる半導体積層体２の上面及び側面にレジスト３ａを形成したのち、金−ゲルマニウム合金１５０ｎｍ、ニッケル１００ｎｍ、金１００ｎｍを順に蒸着する。ここで、補強部２Ｂとなる半導体積層体２の上面、側面、及び半導体基板１の一面（図５における上面）１ａの一部にｎ型金属電極３Ｂが形成される。
【００３８】
そして、前工程のレジスト３ａをアセトンによって剥離したのち、図６に示すように、発光部２Ａとなる半導体積層体２の上面を残して、ｎ型金属電極３Ｂと同様にレジスト３ｂを形成する。その後、クロム１００ｎｍ、金−亜鉛合金１００ｎｍ、金１０ｎｍを順に蒸着する。さらに、ｎ型金属電極３Ｂと同様にレジスト３ｂを剥離して、ｐ型金属電極３Ａが形成される。
【００３９】
そして、図７に示すように、上記工程を経て形成された面発光レ−ザを半導体基板１が上方に位置するように設置し直したのち、半導体基板１の他面（図７における上面）１ｂ側に、１５０ｎｍの酸化シリコン膜５ａを形成する。次いで、酸化シリコン膜５ａ上にレジストを形成し、両面アライナ−により発光部２Ａの中心に合わせて円形の開口レジストパタ−ンを形成する。このレジストパタ−ンを利用して、四フッ化炭素等の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ｜Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）により酸化シリコン膜５ａに円形の開口を形成する。そして、当該酸化シリコン膜５ａパタ−ンをマスクとして、６０℃の溶液中で約１０μｍ／ｍｉｎの速度でウェットエッチングを行う。ここで、ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板１の結晶構造により、半導体基板１の他面１ｂが底面となる四角錐状の開口部５が形成される。当該開口部５のエッチングストップ層２１上での開口直径は、電流狭窄層２６の直径よりも２μｍより大きく、発光部２Ａ直径より小さくなるようにする。これは、面発光レ−ザ１００中でのレ−ザ光の広がりにより、半導体基板１での吸収を抑制するためである。ここで、本実施の形態においては、電流狭窄層２６の直径が４μｍであるため、エッチングストップ層２１の開口直径は６μｍであることが望ましい。さらに、このウエットエッチングにおいて、３Ｈ2 ＳＯ＋Ｈ2 Ｏ2 ＋Ｈ2 Ｏや、５Ｈ2 ＰＯ4 等、等方性のエッチング液を用いると、円形の形状に開口が形成されるため、等方的なレンズ６を形成するために有効である。
【００４０】
そして、酸化シリコン膜５ａをフッ化水素中、或いはドライエッチングによって除去した後、図８に示すように、四フッ化炭素ガスのプラズマ処理によって、半導体基板１の他面１ｂ（図８における上面）における撥水性を調節する。その後、実装基板１１を水平に保持した状態で、インクジェット（ＩＪ）法等により、透明な樹脂を開口部５に注入する。すると、開口部５に注入された樹脂は、表面張力によって表面が盛り上がった状態となる。その後、その実装基板１１を水平に保持し、上記した樹脂の状態を保った状態で、熱や可視光線、紫外線によって硬化する樹脂の性質を利用して、樹脂を硬化させる。ここで、樹脂の表面張力によって形成された凸状のレンズ６が完成する。
【００４１】
尚、半導体基板１の他面１ｂでは樹脂に対して撥水性を有するようにし、開口部５の側面では樹脂に対して親水性を有するように調節を行ったのちに、上記ＩＪ法等で透明な樹脂を開口部５に注入すれば、濡れ性の差により、開口部５には凹状のレンズ６を形成することも可能である（図示せず）。
ここで、樹脂の開口部５への注入方法として、次のような方法も考えられる。
【００４２】
まず、開口部５を形成した半導体基板１の他面１ｂ側に、レジストやポリイミド、或いはＳＡＭ（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）膜等のＧａＡｓからなる半導体基板１とは異なる膜を形成する。そして、パタ−ニングにより、開口部５のみ膜を除去し、必要があればプラズマ処理等により開口部５の側面と半導体基板１の他面１ｂ側との濡れ性の差を調整する。
【００４３】
次に、半導体基板１の他面１ｂ側に残った膜上では、樹脂に対して撥水性を持つようにし、開口部５では親水性を持つようにして、半導体基板１の他面１ｂに樹脂を塗布する。
すると、半導体基板１の他面１ｂ側の膜上と、開口部５の側面との濡れ性の差により、親水性の開口部５のみに樹脂が残され、凹状のレンズ６が形成される。
【００４４】
一方、上記ＳＡＭ膜等を、半導体基板１の他面１ｂ及び開口部５に形成し、樹脂に対して撥水性を持つようにすると、開口部５には凸状のレンズ６が形成されるようになる。
上記のように、レンズ６の曲率半径は、半導体基板１の他面１ｂと開口部５の側面との濡れ性の差により決定されるため、用途に応じて自由に変更することができる。また、屈折率の大きな樹脂を使用するようにすれば、レンズ６の曲率半径を大きくすることが可能となり、製造マ−ジンを広げることが可能となる。本発明の実施形態のように２５０μｍ厚のＧａＡｓからなる半導体基板１においては、屈折率ｎ＝１．６の樹脂で曲率半径Ｒ＝１００程度とするのが望ましい。この条件のレンズ６を形成して測定した結果、レンズ６が無い場合の放射角が半値全角で２５°と広がっていたにも拘わらず、レンズ６を形成した場合には、放射角は６°と狭ビ−ムを得ることができた。
【００４５】
本発明における面発光レ−ザ１００において、半導体基板１に、半導体基板１の他面（半導体積層体が形成されていない面）側から、発光部２Ａの半導体基板１側の端部まで至る開口部５を形成したことによって、その開口部５からレ−ザ光を出射させることができる。よって、ガリウム砒素基板を使用しても、８５０ｎｍのレ−ザ光を出射させることができるようになるため、受光素子として安価なシリコンのＰＩＮフォトダイオ−ドを使用することができる。
【００４６】
また、半導体基板１に形成した開口部５に、レンズ６を形成したことによって、発光部２Ａより出射されるレ−ザ光の放射角を小さくすることができ、光結合効率を向上させることが可能となる。
さらに、レンズ６を形成することによって、発光部２Ａを狭小化することが可能となるため、低電流駆動を可能とし、アレイ化した場合に発生する発熱問題を解消することができる。
【００４７】
さらに、開口部５の側面を利用してレンズ６を形成するようにしたことによって、発光部２Ａと離れた位置にレンズ６を形成することができるようになるため、曲率半径の大きなレンズ６を容易に形成することができる。よって、曲率半径の精度が良好でなくても、平行光を得ることができるため、光結合効率を向上させることが可能となる。
【００４８】
さらに、レンズ６を、透明の樹脂を硬化させることで形成するようにしたことによって、微小な開口部５であっても、容易且つ確実にレンズ６を形成することが可能となる。また、半導体基板１の他面１ｂと開口部５の側面との濡れ性を調節することで、曲率半径を自由に設定できるとともに、凹レンズ、凸レンズのどちらでも形成することができるため、設定条件に最適なレンズ６を容易且つ確実に形成することができる。
【００４９】
さらに、基板を半導体基板１とすることで半導体基板１の結晶性によって開口部５が形成されるため、容易且つ確実に斜面を有する開口部５を形成することができる。
さらに、面発光レ−ザ１００の発光部２Ａの半導体基板１とは逆側の面に形成された電極３に出射口７ａを設け、この出射口７ａから出射されるモニタ用のレ−ザ光をモニタ用フォトダイオ−ド７に入射するようにしたことによって、面発光レ−ザを高密度にアレイ化することが可能となり、面発光レ−ザアレイを小型化するために有効である。
【００５０】
次いで、本発明における受光素子であるフォトダイオ−ド２００について、図面を参照して説明する。図２は、本発明に係る一実施形態を示すフォトダイオ−ドの断面図である。
フォトダイオ−ド２００は、シリコンのＰＩＮフォトダイオ−ドであり、図２に示すように、ｐ+ 拡散層のシリコンからなる半導体基板１０と、その一面（図２における下面）１０ａ側に形成される半導体層２０と、当該半導体層２０の半導体基板１０とは逆側の面（図２における下面）に形成される酸化シリコン膜からなる絶縁層２４ａと、一対の電極３０と、から構成されており、このフォトダイオ−ド２００は半導体層２０を下側に向けて駆動基板１１０に実装されている。
半導体層２０は、半導体基板（ｐ層）１０の一面（図２における上面）１０ａに、ｐ- 拡散層からなる光吸収層（ｉ層）２１ａが形成され、このｉ層２１ａの半導体基板１０とは逆側の表面（図２における下面）には、ｐ+ 領域２３ａで囲まれたｎ+ 領域（ｎ層）２２ａが形成され、ＰＩＮフォトダイオ−ドを形成している。
【００５１】
この半導体層２０が形成された半導体基板１０は、ｉ層２１ａが露出するように、垂直方向にエッチングすることでリング状の凹部２０Ｃを形成し、当該凹部２０Ｃを介して、円柱形状の受光部２０Ａと、その周囲の補強部２０Ｂとを分割させている。この凹部２０Ｃにおける受光部２０Ａの周囲には、ポリイミド等絶縁性物質４０が埋め込まれている。
【００５２】
ｐ型金属電極３０Ａは、少なくとも受光部２０Ａの半導体基板１０とは逆側の面に形成され、ｎ型金属電極３０Ｂは、ｐ型金属電極３０Ａが形成されていない補強部２０Ｂの半導体基板１０とは逆側の面に形成されている。
このフォトダイオ−ド２００の半導体基板１０には、上述した面発光レ−ザ１００と同様に、半導体基板１０の他面１０ｂ側から受光部２０Ａの半導体基板１側の端部まで至る開口部５が、半導体基板１０の他面１０ｂ側を底面とした四角錐状に形成されている。この開口部５には、半導体基板１０の他面１０ｂ側に向けて、透明の樹脂からなる曲率半径の大きな凸状のレンズ６が形成されている。
【００５３】
そして、上記構成からなるフォトダイオ−ド２００のｐ型金属電極３０Ａ及びｎ型金属電極３０Ｂの上面に半田バンプ８０が形成され、フリップチップボンディングによって、複数のフォトダイオ−ド用受信回路を有する駆動基板１１０に実装されている。
上記構成のフォトダイオ−ド２００では、ｐ型金属電極３０Ａ及びｎ型金属電極３０Ｂ間に逆バイアス電圧を印加して、ｉ層２１ａを空乏層とすることにより、受光部２０Ａから入射されたレ−ザ光を吸収して光電流に変換する。
【００５４】
ここで、本発明におけるフォトダイオ−ド２００において、半導体基板１０に、半導体基板１０の他面１０ｂ側から受光部２０Ａの半導体基板１０側の端部まで至る開口部５を形成し、当該開口部５にレンズ６を備えたことによって、受光部２０Ａの等価受光面積を大きくすることができる。よって、フォトダイオ−ド２００の素子容量を小さくすることができるため、光結合効率を保持しつつ、フォトダイオ−ド２００の高速動作を実現させることが可能となる。
【００５５】
また、面発光レ−ザ１００と同様に、半導体基板１０に形成した開口部５の側面を利用してレンズ６を形成するようにしたことによって、受光部２０Ａと離れた位置にレンズ６を形成することができるようになるため、曲率半径の大きなレンズ６を容易に形成することが可能となる。
次いで、本発明に係る一実施形態を示す光伝送モジュ−ル３００ａについて、図９を参照して説明する。図９は、本発明に係る一実施形態を示す光伝送モジュ−ルの断面図である。
【００５６】
この光伝送モジュ−ル３００ａは、上述の面発光レ−ザ１００をアレイ化した面発光レ−ザアレイ１０１と、上述のフォトダイオ−ド２００をアレイ化したフォトダイオ−ドアレイ２０１とから構成されている。ここで、面発光レ−ザ１００の発光部２Ａに形成したレンズ６と、フォトダイオ−ド２００の受光部２０Ａに形成したレンズ６とが、光学的に対向するように積層して配置されている。
【００５７】
上記光伝送モジュ−ル３００ａでは、ＶＣＳＥＬ用送信回路を有する駆動基板１１から印加された電圧によって発光部２Ａで発生したレ−ザ光が、半導体基板１の他面（図９における上面）に形成されたレンズ６から出射される。このレ−ザ光は、対向する位置に配置されたフォトダイオ−ド２００のレンズ６から受光部２０Ａに入射し、フォトダイオ−ド用受信回路を有する駆動基板１１０から電圧が印加されることでレ−ザ光を光電流に変換させる。
【００５８】
ここで、本発明の光伝送モジュ−ル３００ａにおいて、面発光レ−ザ１００の発光部２Ａ及びフォトダイオ−ド２００の受光部２０Ａの双方にレンズ６が形成されているため、光ファイバ等の光導波路を使用しなくても、光結合効率を良好にすることが可能となる。このため、光軸調整等の手間を削減させた光伝送モジュ−ル３００ａを提供することができる。
【００５９】
また、発光部２Ａを狭小とした面発光レ−ザ１００を発光素子として使用しているため、低電流駆動が可能となり、アレイ化する際の発熱を抑制することができる。
さらに、素子容量を小さくしたフォトダイオ−ド２００を受光素子として使用しているため、高速動作を実現させることができる。
【００６０】
さらに、面発光レ−ザ１００及びフォトダイオ−ド２００を間隔を空けてアレイ化しているため、隣接する素子どうしの相互干渉を抑制することができる。
次いで、本発明に係る他の実施形態を示す光伝送モジュ−ル３００ｂについて、図１０を参照して説明する。図１０は、本発明に係る他の実施形態を示す光伝送モジュ−ルの断面図である。
【００６１】
この光伝送モジュ−ル３００ｂは、上述の面発光レ−ザ１００をアレイ化した面発光レ−ザアレイ１０１と、上述のフォトダイオ−ド２００をアレイ化したフォトダイオ−ドアレイ２０１と、一対のミラ−デバイス４００とから構成される。ここで、面発光レ−ザアレイ１０１と、フォトダイオ−ドアレイ２０１とは、ともに同一面に並列して配置されており、面発光レ−ザ１００に形成したレンズ６と、フォトダイオ−ド２００に形成したレンズ６とは、ともに上方向を向いている。また、一対のミラ−デバイス４００のうち、第１のミラ−デバイス４００ａは面発光レ−ザ１００の発光部２Ａの上面に形成され、第２のミラ−デバイス４００ｂはフォトダイオ−ド２００の受光部２０Ａの上面に形成されている。
【００６２】
ここで、面発光レ−ザ１００の発光部２Ａから出射されたレ−ザ光は、第１のミラ−デバイス４００ａに当たって反射することで第２のミラ−デバイス４００ｂに当たり、さらに第２のミラ−デバイス４００ｂに当たったレ−ザ光が反射することでフォトダイオ−ド２００の受光部２０Ａに入射される。
この光伝送モジュ−ル３００ｂにおいて、面発光レ−ザ１００の発光部２Ａ及びフォトダイオ−ド２００の受光部２０Ａの双方にレンズ６が形成されていることによって、レ−ザ光の放射角が小さくなり、ミラ−デバイス４００の反射を利用して光結合を行うことも可能となる。このとき、このミラ−デバイス４００を可動とし、レ−ザ光が当たる場合と当たらない場合とを調節するようにすれば、ミラ−デバイス４００を光伝送モジュ−ル３００ｂのスイッチングとして使用することも期待できる。
【００６３】
次いで、本発明に係る他の実施形態を示す光伝送モジュ−ル３００ｃについて、図１１を参照して説明する。
この光伝送モジュ−ル３００ｃは、上述の面発光レ−ザ１００をアレイ化した面発光レ−ザアレイ１０１と、上述のフォトダイオ−ド２００をアレイ化したフォトダイオ−ドアレイ２０１と、光ファイバ５００とから構成される。ここで、面発光レ−ザ１００の発光部２Ａと、フォトダイオ−ド２００の受光部２０Ａ間は光ファイバ５００で接続されている。
【００６４】
ここで、発光部２Ａと受光部２０Ａとを光ファイバ５００で接続するようにしたことによって、レ−ザ光の光結合効率を安定させることが可能である。但し、光ファイバ５００等の光導波路を用いるためには、面発光レ−ザ１００、光ファイバ５００、及びフォトダイオ−ド２００のそれぞれの光軸を調整する必要がある。
【００６５】
ここで、本実施の形態においては、受光素子としてＰＩＮフォトダイオ−ドを用いたが、これに限らず、フォトトランジスタ等いずれの受光素子を使用しても構わない。また、本発明における光伝送モジュ−ル３００において、発光素子と受光素子のうち、少なくともいずれか一方にレンズ６を形成するのであれば、本実施の形態に限らない。
【００６６】
また、本実施の形態において、面発光レ−ザ１００及びフォトダイオ−ド２００のそれぞれの半導体基板１、１０は、これに限らず、その他の基板を使用することも可能である。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の面発光レ−ザによれば、基板の他方（すなわち、半導体積層体の形成されていない側）の面から発光部の基板側の端部まで至る開口部を形成したことによって、ガリウム砒素基板を用いても８５０ｎｍのレ−ザ光を通過させることが可能となった。
【００６８】
また、開口部に、レンズを備えたことによって、光結合効率を向上させるとともに、低電流駆動を可能とした面発光レ−ザを提供することが可能となる。
さらに、開口部の側面を利用することによって、発光部と離れた位置にレンズを形成することができるため、曲率半径の大きなレンズを容易に形成することが可能となる。
【００６９】
さらに、レンズを透明の樹脂製としたことによって、微小な開口部であっても、設定条件に最適なレンズを容易且つ確実に形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態を示す面発光レ−ザの断面図である。
【図２】本発明に係る一実施形態を示すフォトダイオ−ドの断面図である。
【図３】本発明に係る面発光レ−ザの一製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明に係る面発光レ−ザの一製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明に係る面発光レ−ザの一製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明に係る面発光レ−ザの一製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明に係る面発光レ−ザの一製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明に係る面発光レ−ザの一製造工程を示す断面図である。
【図９】本発明に係る一実施形態を示す光伝送モジュ−ルの断面図である。
【図１０】本発明に係る他の実施形態を示す光伝送モジュ−ルの断面図である。
【図１１】本発明に係る他の実施形態を示す光伝送モジュ−ルの断面図である。
【符号の説明】
１、１０      半導体基板（ガリウム砒素基板）
２            半導体積層体
２Ａ          発光部
２Ｂ          補強部
２Ｃ          凹部
３Ａ、３０Ａ  ｐ型金属電極
３Ｂ、３０Ｂ  ｎ型金属電極
４、４０      絶縁性物質
５            開口部
６            レンズ
７            モニタ用フォトダイオ−ド
７ａ          出射口
８、８０      半田バンプ
１１、１１０  駆動基板
２０          半導体層
２０Ａ        受光部
２０Ｂ        補強部
２０Ｃ        凹部
２１          エッチングストップ層
２１ａ        光吸収層
２２          ｎ型ＤＢＲ層
２２ａ        ｎ+ 領域（ｎ層）
２３          ｎ型スペ−サ層
２３ａ        ｐ+ 領域
２４          ＭＱＷ活性層
２４ａ        絶縁層
２５          ｐ型スペ−サ層
２６          電流狭窄層
２６ａ        絶縁体層
２７          ｐ型ＤＢＲ層
２８          ｐ型コンタクト層
１００        面発光レ−ザ
１０１        面発光レ−ザアレイ
２００        フォトダイオ−ド（受光素子）
２０１        フォトダイオ−ドアレイ
３００        光伝送モジュ−ル
４００        ミラ−デバイス
５００        光ファイバ
【図１】
0003956647.tif 000002
【図２】
0003956647.tif 000003
【図３】
0003956647.tif 000004
【図４】
0003956647.tif 000005
【図５】
0003956647.tif 000006
【図６】
0003956647.tif 000007
【図７】
0003956647.tif 000008
【図８】
0003956647.tif 000009
【図９】
0003956647.tif 000010
【図１０】
0003956647.tif 000011
【図１１】
0003956647.tif 000012