面发光型半导体激光器、光模块、及光传输装置

摘要

本发明提供了一种面发光型半导体激光器，包括：结构自由且能够进行高速驱动的光检测部分。本发明所涉及的面发光型半导体激光器(100)包括：发光元件部分(140)和设置在发光元件部分(140)的上面且具有出射面(108)的光检测部分(120)。发光元件部分(140)包括：第一反射镜(102)、设置在第一反射镜(102)上方的激活层(103)、设置在激活层(103)上方的第二反射镜(104)。第二反射镜(104)由第一区(104a)以及第二区(104b)构成。该第二区(104b)连接于光检测部分(120)，第二区(104b)电阻比第一区(104a)的电阻大。

说明书

技术领域

本发明涉及面发光型半导体激光器、光模块、以及光传输装置。

背景技术

面发光型半导体激光器，具有随环境温度的变化而产生光输出变动的特性。因此，在使用了面发光型半导体激光器的光模块中，有的配有光检测功能，用于检测面发光型半导体激光器出射的一部分激光，并监控其输出值。例如，在面发光型半导体激光器中设置光电二极管等光检测部分，可以在同一元件内监控由面发光型半导体激光器射出的激光的一部分(例如，参照专利文献1)。但是，当在面发光型半导体激光器内设置光检测部分时，从有助于激光发生的部分(发光元件部分)及构成光检测部分的各层的极性、发光元件部分以及光检测部分的电极构造等方面考虑，面发光型半导体激光器的结构完全受到了限制，其结构自由度降低。

但是，面发光型半导体激光器可以进行高速驱动，利用其特征，可以应用于电子仪器、光通信系统。因此，对于具备了光检测部分的面发光型半导体激光器，也被要求其高速驱动。

[专利文献1]

特开平10-135568号公报(日本专利公开第1998-135568号公报)

发明内容

本发明的目的在于提供一种包括光检测部分的面发光型半导体激光器，在其结构上具有自由度、且可进行高速驱动。

另外，本发明的目的还在于提供一种含有所述面发光型半导体激光器的光模块及光传输装置。

(面发光型半导体激光器)

本发明所涉及的面发光型半导体激光器，包括：发光元件部分、设置在所述发光元件部分上方且具有出射面的光检测部分；

所述发光元件部分，包括：第一反射镜、设置在所述第一反射镜上方的激活层、以及设置在所述激活层上方的第二反射镜；

所述第二反射镜，由第一区以及第二区构成；所述第二区，连接所述光检测部分；所述第二区的电阻比所述第一区的电阻高。

根据本发明所涉及的面发光型半导体激光器，由于所述第二区的电阻比所述第一区大，因此，其结构具有自由度且能够高速驱动。详细的内容在本实施形态部分进行说明。

所述面发光型半导体激光器，可以采取如下的形态(1)～(11)。

(1)可以包括用于驱动所述发光元件部分的第一电极以及第二电极，所述第二电极可连接所述第一区。此时，还包括用于驱动所述光检测部分的第三电极以及第四电极，所述第一电极以及所述第二电极中的某一个可以与所述第三电极以及所述第四电极中的某一个在电极连接点进行电连接。此时，所述电极连接点可设置在所述发光元件部分以及所述光检测部分之外的一直到电极极板为止的区域。

(2)所述第二区的膜厚，可以大于等于1μm。

(3)所述第一区以及所述第二区包含第一导电型杂质，所述第二区中的第一导电型杂质的浓度，可以低于所述第一区的第一导电型杂质的浓度。

(4)所述第二区的杂质浓度，可以不足1×10¹⁶[cm^-2]。

(5)所述第二区，因为还掺杂了第二导电型杂质，因此可以具有半绝缘性。

(6)所述第二区，可以由本征半导体构成。在此，所谓“本征半导体”是指参与导电的载流子的大部分是被热激励从价电子带跃迁到传导带的自由电子、或在价电子带中产生的相同数量的空穴，且可以忽视因存在杂质或晶格缺陷而引起的载流子浓度变化的半导体。

(7)所述第一区，可以包括电流狭窄层(current constrictionlayer)。

(8)所述第二区，可以包括自然放射光的反射层。

(9)所述光检测部分，可以具有将由所述发光元件部分产生的光的一部分变换为电流的功能。

(10)所述光检测部分，可以包括第一接触层；光吸收层，其设置在所述第一接触层上方；第二接触层，其设置在所述光吸收层上方。

(11)所述发光元件部分以及所述光检测部分，可以整体形成pnpn结构或者npnp结构。

(光模块以及光传输装置)

本发明所涉及的光学模块，包括所述面发光型半导体激光器、光波导管。另外，本发明所涉及的光传输装置还包括上述光模块。

附图说明

图1为表示本发明所涉及的第一实施形态的面发光型半导体激光器的截面模式图。

图2为图1所示的面发光型半导体激光器的模式示意平面图。

图3为图1所示的面发光型半导体激光器的一个制造步骤的模式示意截面图。

图4为图1所示的面发光型半导体激光器的一个制造步骤的模式示意截面图。

图5为图1所示的面发光型半导体激光器的一个制造步骤的模式示意截面图。

图6为图1所示的面发光型半导体激光器的一个制造步骤的模式示意截面图。

图7为图1所示的面发光型半导体激光器的一个制造步骤的模式示意剖面图。

图8为图1所示的面发光型半导体激光器的一个制造步骤的模式示意剖面图。

图9(a)～图9(d)为图1所示的面发光型半导体激光器的各电极连接方法的模式示意图。

图10为当使用图9(a)所示的连接方法时，图1所示的面发光型半导体激光器的各电极结构的平面图。

图11为沿图11所示的面发光型半导体激光器的A-A线剖开的模式图。

图12为沿图11所示的面发光型半导体激光器的B-B线剖开的模式图。

图13为沿图11所示的面发光型半导体激光器的C-C线剖开的模式图。

图14为当使用图9(b)所示的连接方法时，图1所示的面发光型半导体激光器的各电极结构的模式示意平面图。

图15为当使用图9(c)所示的连接方法时，图1所示的面发光型半导体激光器的各电极结构的模式示意平面图。

图16为当使用图9(d)所示的连接方法时，图1所示的面发光型半导体激光器的各电极结构的模式示意平面图。

图17为本发明的第二实施形态所涉及的面发光型半导体激光器的剖面图。

图18为图17所示的面发光型半导体激光器的模式示意平面图。

图19为本发明的第三实施形态所涉及的面发光型半导体激光器的剖面图。

图20为与本发明的第四实施形态所涉及的的光模块模式示意图。

图21为与本发明的第五实施形态所涉及有关的光传输装置模式示意图。

图22为与本发明的第六实施形态所涉及有关的光传输装置的使用形态的模式示意图。

图23为已知面发光型半导体激光器的一例模式示意剖面图。

具体实施方式

以下，围绕本发明的优选实施方式，参照附图加以说明。

(第一实施方式)

1.光元件的结构

图1为适用本发明的第一实施方式涉及的面发光型半导体激光器(以下，称为“面发光激光器”)100的模式示意剖面图。另外，图2表示图1中所示的面发光激光器100的模式示意平面图。

本实施方式的面发光激光器100，如图1所示，包括发光元件部分140以及光检测部分120。在该面发光激光器100中，在发光元件部分140产生激光，从设置在光检测部分120上的出射面108发射。另外，光检测部分120，具有将发光元件部分140产生的一部分激光转换为电流的功能。下面，对发光元件部分140以及光检测部分120进行说明。

(发光元件部分)

发光元件部分140，设置在半导体基板(本实施例中为n型GaAs基板)101上。该发光元件部分140，构成了垂直谐振器(以下称为“谐振器”)。另外，该发光元件部分140，可以包括柱状的半导体堆积体(以下称为“柱状部分”)130。

例如，发光元件部分140，由n型Al_0.9Ga_0.1As层和n型Al_0.15Ga_0.85As层交互层迭的40对分布反射型多层膜反射镜(以下，称为“第一反射镜”)102、由GaAs势阱层与Al_0.3Ga_0.7As势垒层构成且包括势阱层是用三层构成的量子势阱结构的激活层103、以及25对分布反射型多层膜反射镜(以下，称为“第二反射镜”)104依次层压而成。

发光元件部分140中，在从面发光激光器100的第二反射镜104到第一反射镜102的中间部分，从与出射面108垂直方向看，刻蚀成圆形形状，形成圆柱部分130。在该面发光激光器100中，虽然柱状部分130的平面形状为圆形，但其形状可以取任意的形状。

第二反射镜104由第一区104a以及第二区104b构成。如图1所示，第二区104b设置在第一区104a之上。另外，第二区104b，连接光检测部分120(更具体地为光检测部分120的第一接触层111)。在该面发光激光器100中，如图1以及图2所示，如果在与半导体基板101的表面101a平行的面上进行剖开，则第一区104a的截面比第二区104b的截面大。由此，在柱状部分130中，由于第二反射镜104的第一区104a和第二区104b而形成高低差异。即，在第一区104a的上面104x的一部分上设置第二区104b。在第一区104a的上面104x上，还设置着第二电极109(后述)。

第二区104b，具有比第一区104a更高的电阻。例如，第二区104b可以是本征半导体。在本实施方式的面发光激光器100中，第一区104a以及第二区104b都含有第一导电型(p型)杂质，其中第二区104b的p型杂质的浓度要比第一区104a的p型杂质浓度低。在本实施方式中，虽然第一导电型是p型，但是，第一导电型也可以是n型。这一点对后述的其他实施方式也同样适用。

另外，希望第二区104b的杂质浓度低于1×10¹⁶[cm^-2]。还有，希望第二区104b的膜厚为1μm以上。

更具体地讲，第一区104a，由p型Al_0.9Ga_0.1As层和p型Al_0.15Ga_0.85As层交互层叠成5对构成，第二区104b，由p型Al_0.9Ga_0.1As层和Al_0.15Ga_0.85As层交互层叠成20对构成。此时，第一区104a的p型杂质的浓度，例如是1×10¹⁸[cm^-2]，第二区104b的p型杂质的浓度，例如是1×10¹⁵[cm^-2]。

构成第一反射镜102、激活层103、以及第二反射镜104的各层的组成以及层数，并不限定于此。

第二反射镜104中，第一区104a，由例如至少掺杂进C而形成p型；第一反射镜102，由例如至少掺杂进Si而形成n型。从而，由p型的第二反射镜104的第一区104a、未掺杂杂质的激活层103、以及n型第一反射镜102形成pin二极管。

另外，第二反射镜104的第一区104a中的靠近激活层103的区域，形成由氧化铝形成的电流狭窄层105。该电流狭窄层105形成环状。即，该电流狭窄层105，具有图1中所示的在与半导体基板101的表面101a平行的面上剖开时的截面为同心圆的形状。

在发光元件部分140中设置有第一电极107以及第二电极109。该第一电极107以及第二电极109用于向发光元件部分140施加电压从而进行驱动在发光元件部分140的上表面140a上设置第二电极109。具体地，如图2所示，第二电极109具有环状的平面形状。另外，第一电极107围绕着柱状部分130设置，第二电极109围绕着第二反射镜104的第二区104b以及光检测部分120设置。换言之，柱状部分130设置在第一电极107的内侧；而第二反射镜104的第二区104b以及光检测部分120设置在第二电极109的内侧。还有，第一电极107可以形成给定的平面形状。

在本实施方式中，仅示出了将第一电极107设置在第一反射镜102上的情况，但是，也可以将第一电极107设置在半导体基板101的里面101b上。此点也同样适用于后述的实施方式涉及的面发光激光器。

第一电极107，由例如Au与Ge的合金和Au的层压膜构成。另外，第二电极109，例如由Pt、Ti以及Au的层压膜构成。通过第一电极107和第二电极109向激活层103注入电流。还有，用于形成第一电极107以及第二电极109的材料也并不限定于前面所述的材料，例如，还可以利用Au与Zn的合金等。

(光检测部分)

光检测部分120设置在发光元件部分140之上，具有出射面108。另外，光检测部分120还包括第一接触层111、光吸收层112、第二接触层113。第一接触层111设置在发光元件部分140的第二反射镜104之上；光吸收层112设置在第一接触层111之上；第二接触层113设置在光吸收层112之上。在本实施方式的光检测部分120中给出了第一接触层111的平面形状比光吸收层112以及第二接触层113的平面形状还大时的情况(参照图1以及图2)。另外，第三电极116设置在第一接触层111之上。即，该第一接触层111连接第三电极116。

第一接触层111可以由例如n型GaAs层构成；光吸收层112可以由例如未搀杂杂质的GaAs层构成；第二接触层113可以由例如p型GaAs层构成。具体地，第一接触层111，例如通过掺杂进Si而形成n型；第二接触层113，例如通过掺杂进c而形成p型。从而，由n型第一接触层111、未掺杂杂质的光吸收层112、以及p型第二接触层113形成pin二极管。

在光检测部分120上，设置有第三电极116以及第四电极110。该第三电极116以及第四电极110用于驱动光检测部分120。另外，在本实施方式的面发光激光器100中，第三电极116可以使用与第一电极107相同的材质形成，而第四电极110则可以使用与第二电极109相同的材质形成。

第四电极110设置在光检测部分120的上表面(第二接触层113上)。第四电极110上设置有开口部分114，该开口部分114的底面为出射面108。从而，通过恰当设定开口部分114的平面形状及大小，便可以恰当设定出射面108的形状及大小。在本实施方式中，如图1所示，示出的出射面108为圆形。

(总体构成)

在本实施方式的面发光激光器100中，由发光元件部分140的n型第一反射镜102以及p型第二反射镜104、以及光检测部分120的n型第一接触层111以及p型第二接触层113整体构成npnp结构。即，该面发光激光器100具有三个pn结，半导体的传导类型在结构内变化三次。还有，在上述各层中，也可以通过p型和n型交换，整体构成pnpn结构。以上的几点同样适用于后述实施方式涉及的面发光激光器。

关于第二反射镜104的第二区104b，并未对其极性特别限定。在本实施方式的面发光激光器100中，示出了在第二区104b中搀杂第一导电型(p型)杂质的情况，第二区104b也可以包含第二导电型(n型)杂质。此时，在第二区104b中，通过使第一导电型杂质浓度与第二导电型杂质浓度大体相等，而使第二区104b具有半绝缘性。另外，在第二区104b中，通过使第一导电型杂质浓度大于第二导电型杂质浓度，可使第二区104b具有第一导电型；或者，通过使第二导电型杂质浓度大于第一导电型杂质浓度，可使第二区104b变成第二导电型。

光检测部分120，具有监测由发光元件部分140产生的光输出的功能。具体地，光检测部分120，将由发光元件部分140产生的光变换为电流。根据该电流值，检测由发光元件部分140产生的光输出。

更具体地，在光检测部分120中，由发光元件部分140产生的光的一部分被吸收层112所吸收，而通过该被吸收的光在光吸收层112中生成光激励，并生成电子及空穴。通过从元件外部施加的电场，电子向第三电极116迁移，而空穴则向第四电极110迁移。其结果，在光检测部分120中，沿从第一接触层111到第二接触层113的方向生成电流。

另外，发光元件部分140的光输出，主要取决于施加在发光元件部分140上的偏置电压。在面发光激光器100中，与普通的面发光激光器一样，发光元件部分140的光输出会因为发光元件部分140的周围温度及发光元件部分140的寿命不同而产生大幅度的变化。因此，通过光检测部分120监测发光元件部分140的光输出。即，希望通过调整基于光检测部分120产生的电流值施加在发光元件部分140上的电压，从而调整在发光元件部分140内流动的电流值，在发光元件部分140中维持给定的光输出。可利用外部电子电路(驱动电路：图中未示出)实施反馈控制，该反馈控制是将发光元件部分140的光输出反馈为施加在发光元件部分140的电压值。

2.面发光激光器的工作原理

以下示出了本实施方式的面发光激光器100的常规动作。下述的面发光激光器100的驱动方法仅仅是一个例子，在不超出本发明宗旨的前提下可作种种的变形。

首先，通过第一电极107和第二电极109向pin二极管施加正方向的电压时，在发光元件部分140的激活层103中，引起电子和空穴的再结合并因所述再结合而发光。此时生成的光在第二反射镜104与第一反射镜102之间往返时，引起受激发射从而放大光的强度。当光增益超过光损失时，将发生激光起振从而在激活层103生成激光。该激光从发光元件部分140的第二反射镜104射出，入射到光检测部分120的第一接触层111。

其次，在光检测部分120中，入射到第一接触层111的光随后入射到光吸收层112。该入射光的一部分在光吸收层112被吸收，结果，在光吸收层112中生成光激励，并生成电子和空穴。另外，通过施加在元件外部的电场，电子向第三电极116移动，而空穴则向第四电极110移动。其结果，在光检测部分120生成从第一接触层111到第二接触层113方向的电流(光电流)。通过检测该电流值，可检测出发光元件部分140的光输出。通过了光检测部分120的光，将从出射面108射出。

根据本实施方式的面发光激光器100，通过用光检测部分120检测出发光元件部分140的光输出，并反馈至驱动电路，可修正温度等引起的输出变化，从而可以得到稳定的光输出。

3.光元件的制造方法

下面，围绕适用本发明的第一实施方式的面发光激光器100的制造方法的一例，参照图3～图8进行说明。图3～图8为图1所示的面发光激光器100的一个制造过程的剖面图，各自对应于图1所示的剖面图。

(1)首先，在由n型GaAs构成的半导体衬底101的表面101a上，通过一边调整组成一边进行外延生长的方法，形成如图3所示的半导体多层膜150(参照图3)。其中，半导体多层膜150例如，可由以下部分构成：n型Al_0.9Ga_0.1As层和n型Al_0.15Ga_0.85As层交替层叠的40对第一反射镜102；包括由GaAs势阱层和Al_0.3Ga_0.7As阻挡层构成的且由3层构成势阱层的多量子阱结构的激活层103；由p型Al_0.9Ga_0.1As层和p型Al_0.15Ga_0.85As层交替层叠的5对第一区104a以及20对第二区104b构成的第二反射镜104、由n型GaAs构成的第一接触层111、由未掺杂杂质的GaAs构成的光吸收层112、以及由p型GaAs构成的第二接触层113组成。通过将这些层按序层叠在半导体基板101上，形成了半导体多层膜150(参照图3)。

在使第二反射镜104生长时，至少在激活层103附近形成一层AlAs层或Al的成分大于等于0.95的AlGaAs层。形成这一层之后进行氧化，变成电流狭窄层105(参照图7)。另外，优选在后工序形成第二电极109时，要提高第二反射镜104的至少第一区104a中的与第二电极109连接部分附近的载流子密度，使其容易取得与第二电极109的欧姆性接触。同样，要在第一接触层111中的至少与第三电极116连接部分附近、以及第二接触层113中的至少与第四电极110部分连接的附近，提高载流子密度，以使容易分别取得与第三电极116以及第四电极110的欧姆性接触。

进行外延生长时的温度，根据生长方法和原料以及半导体衬底101的种类或者形成半导体多层膜150的种类、厚度和载流子密度适当决定。一般最好为450℃至800℃。另外，也和温度一样，适当决定外延生长时的所需时间。外延生长方法可以采用有机金属气相生长法(MOVPE：Metal-Organic Vapor phase Epitaxy)及MBE(分子束外延法：Molecular Beam Epitaxy)法或LPE(液相外延法：Liquid Phase Epitaxy)法。

(2)然后，将第二接触层113和吸光层112形成规定形状的图案。(参照图4)

首先，在半导体多层膜150上涂敷光致抗蚀剂(无图示)之后，采用光刻法在该光致抗蚀剂层上形成图案，形成规定图案的抗蚀剂层R1。

然后，把抗蚀剂层R1作为掩模，例如，采用干蚀刻法对第二接触层113和吸光层112进行蚀刻。由此形成第二接触层113和具有第二接触层113相同平面形状的吸光层112。之后，去掉抗蚀剂层R1。

(3)接着，将第一接触层111以及第二反射镜104的第二区104a形成规定形状的图案(参照图5)。具体来讲，首先在第一接触层111及第三接触层113上涂敷光敏抗蚀剂(无图示)，然后采用光刻法使该光致抗蚀剂层上形成图案，从而形成规定图形的抗蚀剂层R2(参照图5)。

其次，将保护膜层R2作为掩模，通过干式蚀刻法蚀刻第一接触层111以及第二反射镜104的第二区104b蚀刻。通过以上过程，如图5所示，形成光检测部分120。该光检测部分120，包括第二接触层113、光吸收层112以及第一接触层111。另外，第一接触层111的平面形状，可以形成比第二接触层113以及光吸收层112大的平面。然后去除保护膜层R2。

在上述过程中，对形成第二接触层113和吸光层112图案之后，再形成第一接触层111的情况进行了说明，但是也可以在形成第一接触层111图案后，再形成第二接触层113图案以及光吸收层112图案，从而形成光检测部分120。

(4)下面，通过形成包括柱状部分130的发光元件部分140(参照图6)。具体地，首先，在第二反射镜104的第一区104a以及光检测部分120上涂抹光敏抗蚀剂(图中未示出)后，通过光刻法使光敏抗蚀剂形成图案，由此形成指定图案的保护膜层R3(参照图6)。

其次，将保护层R3作为掩模，例如，通过干式蚀刻法蚀刻第二反射镜104的第一区104a、激活层103、以及第一反射镜102的一部分。从而如图6所示，形成柱状部分130。通过以上步骤，在半导体基板101上形成了包括柱状部分130的谐振器(发光元件部分140)。即，形成了光检测部分120和发光元件部分140的层压体。然后去除保护层R3。

在本实施方式中如前所述，对首先形成光检测部分120然后生成柱状部分130的情况进行了说明，但是也可以在形成柱状部分130后形成光检测部分120。

(5)接着，例如，将采用上述工艺已经形成发光元件部分140及光检测部分120的半导体衬底101放到400℃的水蒸气介质气体中，通过所述过程，从侧面对所述的第二反射镜104的第一区104a中设置的Al成分高的层进行氧化，形成狭窄电流层105(参照图7)。

氧化率取决于炉温、水蒸气的供给量、应氧化层(所述Al组成高的一层)的Al组成以及膜厚。在具有因氧化而形成的电流狭窄层的面发光激光器中，在驱动时，电流只在未形成电流狭窄层的部分(未氧化部分)流动。从而，在通过氧化而形成电流狭窄层的过程中，通过控制形成电流狭窄层105的范围，可以控制电流密度。

另外，优选调整电流狭窄层105的直径，使从发光元件部分140发射的大部分光能够入射第一接触层111。

(6)然后，在第二反射镜104的第一区104a的上面104x上，形成第二电极109；而在光检测部分120的上面(第二接触层113的上面113a)，形成第四电极110(参照图8)。

首先，在形成第二电极109以及第四电极110之前，根据需要，可以利用等离子体处理法将第一区104a的上表面104x以及第二接触层113上表面的113a洗净。从而，形成具有更稳定特性的元件。

其次，通过例如真空蒸镀法，形成例如Pt、Ti以及Au的层叠膜(图中未示出)。然后，采用剥离法(liff-off)，将规定位置之外的层叠膜去掉，形成第二电极109和第四电极110。此时，在第二接触层113的上面113a，形成没有被形成所述层叠膜的部分。该部分为开口部分114，开口部分114的底面为出射面108。在所述工序中，还可以采用干刻蚀法取代剥离法。还有，在所述工序中，同时形成第二电极109和第四电极110的图案。也可以分别形成第二电极109和第四电极110的图案。

(7)接着，用同样的方法例如通过在AuGe合金和Au的层压膜上形成图案，在发光元件部分140的第一反射镜102上形成第一电极107，在光接收元件部分120的第一接触层111上形成第三电极116(参照图1)。接着，进行退火处理。退火处理的温度与电极材料有关。采用本实施方式中的电极材料时，通常在400℃左右进行退火。通过所述工序，形成第一电极107和第三电极116。(参照图1)另外，同时形成第一电极107和第三电极116的图案也可以，或者第一电极107和第三电极116分别形成也没有关系。

通过以上过程，可以得到包括发光元件部分140以及光检测部分120的面发光激光器100(参照图1)。

4.作用效果

下面对与本实施方式有关的面发光激光器100的作用效果进行说明。

(1)作用效果1

首先，在对涉及本实施方式的面发光激光器100的作用效果进行说明之前，对公知的面发光激光器900的结构进行说明。

(A)公知的面发光激光器

图23为公知的面发光激光器900的模式剖面图。图23所示的面发光激光器900包括发光元件部分940以及光检测部分920。发光元件部分940设置在半导体基板901上，由n型第一反射镜902、激活层903、以及p型第二反射镜904依次层叠而成。光检测部分920设置在发光元件部分940上，n型第一接触层911、未掺杂杂质的光吸收层912、以及p型第二接触层913依次层叠。另外，设置了用于驱动发光元件部分940的第一电极907以及第二电极909，并设置了用于驱动光检测部分920的第三电极916以及第四电极910。

在发光元件部分940和光检测部分120之间，设置有绝缘层915。该绝缘层915由例如含有氧化铝的层构成。通过从侧面氧化含Al层而形成。包括这样绝缘层915的面发光激光器900，在例如特开2002-504754号公报和特开2000-183444号公报中已公开。

在该面发光激光器900中，为驱动发光元件部分940，在第一电极907和第二电极909之间施加电压。另一方面，为驱动光检测部分920，在第三电极916和第四电极910之间也施加额定电压。

一方面，绝缘层915是通过将含Al层(图中未示出)氧化而得到的。在利用该方法形成绝缘层915时，将氧化前的含Al层形成“空疏”状态，以使氧化时氧气能够顺利地进入层内而容易进行氧化。由于通过氧化而得的绝缘层915也是“空疏”状态，所以，其可靠性低且机械强度小。因而，为确保可靠性以及机械强度，不得不降低绝缘层915的膜厚。但是，在发光元件部分940以及光检测部分920之间若设置膜厚小的绝缘层915，将在发光元件部分940以及光检测部分920之间产生较大的寄生电容。该寄生电容的产生将妨碍高速驱动。

(B)本实施方式的面发光激光器

对比，如果根据本实施方式所得的面发光激光器100，第二反射镜104由第一区104a以及第二区104b构成，第二区104b连接光检测部分120，第二区104b具有比第一区104a更高的电阻。另外，可以通过通常的外延增长而形成该第二区104b。由此，可以使第二区104b的膜厚变大。其结果，可减小在发光元件部分140和光检测部分120之间生成的寄生电容。

第二区104b与通常的反射镜一样，可通过外延增长而形成。由此，与众所周知的面发光激光器900中的通过氧化含Al层而得到的绝缘层915相比较，本实施方式的面发光激光器100具有良好的可靠性及机械强度。

(2)作用效果2

根据本实施方式的面发光激光器100，还可以在电极连接部分将发光元件部分140的第一电极107和第二电极109的任意一方与光检测部分120的第三电极116和第四电极110的任意一方进行电连接，而形成三端结构。

图9(a)～图9(d)示出了针对面发光激光器100具有三端结构时的所述电极的连接方法。图10及图14～图16用平面图的形式分别表示为实现图9(a)～图9(d)中示出的电极连接方法的电极连接结构。图11～图13分别表示将图10所示的平面图沿着A-A线、B-B线、C-C线剖开后的断面。

将发光元件部分140的第一电极107以及第二电极109的某一个、与光检测部分120的第三电极116以及第四电极110的某一个进行电连接的方法有四种，在图9(a)～图9(d)示出了连接方法1～4。在该图9(a)～图9(d)中各自示出了电极连接点160a～160d。

(A)连接方法1

对于连接方法1，如图9(a)及图10～图13所示，在电极连接部分160a进行发光元件部分140的第二电极109和光检测部分120的第三电极116的电连接。更具体地，如图12及图13所示，从面发光激光器100到电极衬垫(图中未示出)之间，设置有电极连接点160a，在该电极连接点160a，将第二电极109和第三电极116进行电连接。即，在电极连接点160a中，第二电极109设置在第三电极116上。

第三电极116形成于从光检测部分120的第一接触层111的上表面到绝缘层106b的上表面间；从第二反射镜104的第一区104a的上面经由绝缘层106a的上表面延伸至绝缘层106b的上表面以及第三电极116的上表面形成第二电极109。另外，绝缘层106a、106b、106c可以一起形成，也可以分别形成。这一点对于后述的连接方法2～4也适用，并省略了连接方法2～4的截面图的图示，但对于以下提及的电极之外的部分，具有与图10～图13所示的面发光激光器100同样的层结构。

(B)连接方法2

在连接方法2中，如图14所示，发光元件部分140的第二电极109、光检测部分120的第四电极110，在电极连接点160b进行电连接。该电极连接点160b，设置在从面发光激光器100到电极衬垫(图中未示出)之间。在电极连接点160b中，第二电极109设置在第四电极110上。

在从第二接触层113的上面一直到绝缘层106c的上面形成第四电极110；在从第二反射镜104的第一区104a的上面、经过绝缘层106c的上面一直到第四电极110的上面形成第二电极109。

(C)连接方法3

在连接方法3中，如图15所示，发光元件部分140的第一电极107与光检测部分120的第四电极110在电极连接点160c进行电连接。该电极连接点160c在从面发光激光器100到电极衬垫(图中未示出)之间且除发光元件部分140和光检测部分120之外的区域设置。在电极连接点160c中，第一电极107设置在第四电极110上。

第四电极110形成在从第二接触层113的上面一直到绝缘层106c的上面；第一电极107形成于从第一反射镜102的上面、经过绝缘层106c的上面一直到第四电极110的上面。

(D)连接方法4

在连接方法4中，如图16所示，发光元件部分140的第一电极107与光检测部分120的第三电极116在电极连接点160d进行电连接。该电极连接点160d，设置在从面发光激光器100到电极衬垫(图中未示出)之间。在电极连接点160c中，第一电极107设置在第三电极116上。

第三电极116是在从第一接触层111的上面一直到绝缘层106b的上面形成的；第一电极107是在从第一反射镜102的上面、经过绝缘层106b的上面一直到第三电极116的上面形成的。

(E)作用效果

在连接方法1中，如图9(a)所示，将发光元件部分140的第二电极109和光检测部分120的第三电极116进行电连接。此时，因在第二电极109和第三电极116之间不产生电位差，因此，在发光元件部分140和光检测部分120之间不产生寄生电容。

一方面，在连接方法2中，如图9(b)所示，将发光元件部分140的第二电极109和光检测部分120的第四电极110进行电连接。此时，在第二电极109和第四电极110之间产生电位差，结果产生寄生电容Cp。此时，在发光元件部分140和光检测部分120之间形成“绝缘性能高的层”时，所产生的寄生电容Cp将变大。即，该“绝缘性能高的层”的膜厚越小，产生的寄生电容Cp就越大。

连接方法3以及4也同样，当在第一电极107和第四电极110之间、以及在第一电极107和第三电极116之间产生电位差时，将发生寄生电容Cp。

例如，如图23所示的公知的面发光激光器900，在发光元件部分940和光检测部分920之间设置有绝缘层915。如前所述，通过对含Al层进行氧化而形成该绝缘层915。如前所述，通过对含Al层进行氧化而形成的绝缘层915的机械强度低。特别是，要想使绝缘层915的膜厚变厚，则面发光激光器100的机械强度就减弱。因此，不得不在某种程度上降低绝缘层915的形成厚度。但是，绝缘层915的膜厚一旦变薄，在发光元件部分940和光检测部分120之间产生的寄生电容Cp就变大。

与其相比，根据本实施方式的面发光激光器100，其发光元件部分140的第二反射镜104中的第二区104b的电阻要比第一区104a大，该第二区104b连接光检测部分120。因此，在上述连接方法2～4中，该第二区104b相当于设置在发光元件部分140和光检测部分120之间的“绝缘性能高的层”。但是，该第二区104b为第二反射镜104的一部分，因此，该第二区104b可以通过通常的外延增长来形成。因此，可以加大膜厚形成第二区104b。即，可以使设置在发光元件部分140和光检测部分120之间的“绝缘性高的层”的第二区104b的膜厚变大。由此，在上述的连接方法2～4中，由于能够抑制生成的寄生电容Cp，所以可以高速驱动面发光激光器100。

如上说明，根据本实施方式的面发光激光器100，可适用于连接方法1～4的任何一个。利用这种方法，不需要改变面发光激光器100的层压结构，就可以改变各电极的连接方法。因此，可得到其结构具有自由度、且可高速驱动的三端结构的面发光激光器100。而且，无须改变电极制造步骤以外的制造工艺，就可以获得各电极间的连接方法不同的3端结构的面发光激光器100。

(3)作用效果3

根据本实施方式的面发光激光器100，其第二反射镜104设置在激活层103上，而在第二发光104中，第二区104b设置在第一区104a上。还包括用于驱动发光元件部分140的第一电极107以及第二电极109，第二电极109连接在第二反射镜104的第一区104a上。即，第二电极109设置在距激活层103最近的地方，因此可以向激活层103有效地施加电压。

第二区104b设置在第一区104a上、第二电极109设置在第一区104a上，所以在第二区104b没有电流流动。即，载流子不在第二区104b内移动，而载流子只在第一区104a内移动。从而，载流子可以通过更少的异质结在面发光激光器100内移动，从而得到更低电阻的面反光激光器100。

在通常的面发光激光器中，为使反射境内的电阻变小，向反射境内添加杂质。由于添加该杂质，将引起光吸收错乱，使发光效率降低。反之，根据本实施方式的面发光激光器100，其第二反射镜104的第二区104b与第一区104a相比，其与第一区104a相同的导电型杂质浓度低，或者不添加相同的导电型杂质。因此，第二区104b的电阻比第一区104a大。因此，可以解决因上述的添加杂质而引起的问题。

第二实施方式

1.光元件的结构

图17为与适用本发明的第二实施方式有关的面发光激光器200的截面图。图18为图17所示的面发光激光器100的截面图。

在本实施方式的面发光激光器200中，仅在第二反射镜104的第二区104b上设置了反射层305这一点上，具有与第一实施方式的面发光激光器100不同的结构。除此之外，均与第一实施方式的面发光激光器100具有相同的结构。因此，对于与第一实施方式的面发光激光器100相同的结构要素，将标记相同符号并省略其详细说明。

反射层305，具有反射自然发射光的功能。该反射层305，可以使用例如与电流狭窄层105相同的材质(包含氧化铝的层)形成。此时，可以在与电流狭窄层105相同的过程中形成反射层305。即，可以在第二反射镜104的第二区104b上预先形成Al成分高的层(图中未示出)，通过从侧面氧化该层形成反射层305。

氧化铝(AlOx)层，通常是折射率比周围半导体层更低的介质层。氧化铝层的折射率大约为1.6，而半导体层的折射率通常为2.9～3.5。

反射层305的膜厚，可以设定为由发光元件部分140产生的激光波长的n/4(n为自然数)。由此，可以增大所述激光模反射。

2.光元件的动作

本实施方式的面发光激光器200的基本动作，与第一实施方式的面发光激光器100相同，因此，将省略其详细说明。

3.作用效果

涉及本实施方式的面发光激光器200，具有与涉及第一实施方式的面发光激光器100实质上相同的作用效果。

加之，本实施方式涉及的面发光激光器200，其光检测部分120具有检测发光元件部分140的光输出的功能。因此，当由发光元件部分140产生的激光以外的光入射到光检测部分120时，有可能无法正确检测由发光元件部分140产生的光输出。但是，通过在第二反射镜104的第二区104b设置反射层305，根据本实施方式的面发光激光器200，可以防止自然放射光向光检测部分120的入射。其结果，仅使由发光元件部分140产生的激光入射进光检测部分120，从而可以在光检测部分120中更正确地检测由发光元件部分140产生的光输出。

另外，例如，如果将反射层设置在光检测部分内部，该反射层将导致光检测部分的效率降低。对此，根据涉及本实施方式的面发光激光器200，通过在第二激光器104的第二区104b而不是光检测部分120内部设置反射层305，所以不存在因反射层305的存在而降低光检测部分120的效率的现象。

在该第二区104b没有电流流动。从而，通过在第二反射镜104的第二区104b设置反射层305，反射层305的设置可与电流通路无关。即，设置反射层305不会对电流通路产生影响。因此，通过设置反射层305，发光检测部分140的特性将不发生变化。

加之，应用通常使用的反射镜的设计方法就可以形成反射层305，因此，无需新的制造过程。

第三实施方式

1.光元件的结构

图19为适用本发明的第三实施方式涉及的面发光激光器300的模式示意剖面图。

本实施方式涉及的面发光激光器300，在半导体基板201上依次层压光检测部分220以及发光元件部分240这一点上，具有与第一实施方式的面发光激光器100不同的结构。在本实施方式的面发光激光器300中，将与第一实施方式涉及的面发光激光器100的结构要素“1XX”相类似的结构要素，表示为“2XX”。即，“2XX”表示与第一实施方式的面发光激光器100“1XX”相同的结构要素，采用基本相同的材质构成，因此，将省略其详细说明。

本实施方式的面发光激光器300，包括设置在半导体基板201上的光检测部分220、设置在光检测部分220上的发光元件部分240。该面发光激光器300将发光元件部分240产生的光从出射面208出射。

光检测部分220，包括第二接触层213、光吸收层212、第一接触层211。以p型第二接触层213、光吸收层212、以及n型第一接触层211的顺序，层压在由p型GaAs构成的半导体基板201上。第二接触层213、光吸收层212、以及第一接触层211，可以分别用与第一实施方式的第二接触层113、光吸收层112、以及第一接触层111相同的材质形成。

发光元件部分240，包括第二反射镜204、激活层203、第一反射镜202。第二反射镜204由第一区204a及第二区204b构成。第二区204b连接在光检测部分220，且其电阻比第一区204a大。第二反射镜204的p型第一区204a及第二区204b、激活层203、以及n型第一反射镜202，以该顺序层迭在光检测部分220上。第二反射镜204的第一区204a以及第二区204b、激活层203、以及第一反射镜202，可以用与第一实施方式的第二反射镜104的第一区104a以及第二区104b、激活层103、以及第一反射镜102相同的材质形成。另外，与第一实施方式的第二反射镜104相同，电流狭窄层205设置在第二反射镜204上。

本实施方式的面发光激光器300，还包括第一电极207、第二电极209、第三电极216、以及第四电极210。第一电极207以及第二电极209，用于驱动发光元件部分240。另外，第三电极216以及第四电极210，用于驱动光检测部分220。

第一电极207设置在第一反射镜202上。第二电极209与第二反射镜204的第一区204a连接。第三电极216设置在第一接触层211上。第四电极210设置在第二接触层213上。第二电极209、第三电极216以及第四电极210，可以具有环形的平面形状。此时，第二电极209围绕发光元件部分240而设置，第三电极216围绕发光元件部分240及第二反射镜204的第一区204a而设置，第四电极210围绕第一接触层211以及光吸收层212而设置。

另外，在本实施方式的面发光激光器300中，将光检测部分220的一部分与半导体基板201接触的面作为上面(面201a)、将与发光元件部分240接触的一侧作为下面(面201b)时，在光检测部分220的上面(面201a)上设置出射面208。更具体地，在面发光激光器300中，将贯通半导体基板201的开口部分214设置在半导体基板201上，该开口部分214的底面成为出射面208。

2.光元件的工作原理

本实施方式的面发光激光器300，在半导体基板201上的发光元件部分240以及光检测部分220的层叠顺序与第一实施方式的面发光激光器100相反。但是，本实施方式的面发光器300的基本工作原理与第一实施方式的面发光激光器100相同，因此，省略其详细说明。

即，在本实施方式的面发光激光器300中，发光元件部分240发生激光后，穿过光检测部分220从出射面208发射该激光。在此，由发光元件部分240产生的激光的一部分被光检测部分220的光吸收层212所吸收，并转换为电流，以此检测在发光元件部分240产生的光输出。

3.作用效果

在本实施方式涉及的面发光激光器300，具有与第一实施方式涉及的面发光激光器100实质上相同作用和效果。

第四实施方式

图20为应用了本发明第四实施方式的光模块500的模式图。该光模块500，包括第一实施方式的面发光型半导体激光器100(参照图1)、半导体芯片20、光纤30。在本实施方式的光模块500中，如果用上述其他实施方式的面发光型半导体激光器代替第一实施方式的面发光型半导体激光器100，也可以产生同样作用和效果。该点也同样适用于后述的第五以及第六实施方式。

1.光模块的结构

面发光型半导体激光器100，吸收从光纤30的端面30a发射的光。该面发光型半导体激光器100，与光纤30的端面30a的相对位置状态是被固定的。具体地，面发光型半导体激光器100的出射面108，与光纤30的端面30a相对。

为驱动面发型半导体激光器100而设置半导体芯片20。即，在半导体芯片20中内置有用于驱动面发光型半导体激光器100的电路。在半导体芯片20中，形成了与内部电路进行电连接的多个电极(或衬垫)22。在形成了电极22的面上，最好形成至少一个与电极22进行电连接的布线图案24，64。

半导体芯片20与面发光型半导体激光器100电连接。例如，布线图案14与在半导体芯片20上形成的布线图案24，通过焊锡26电连接。该布线图案14，与面发光型半导体激光器100的第一电极107(图20中未示出)电连接。另外，布线图案34与在半导体芯片20上形成的布线图案64，通过焊锡26电连接。该布线图案34，与面发光型半导体激光器100的第一电极107(图20中未示出)电连接。另外，面发光型半导体激光器100的第三电极116以及第四电极110(图20中未示出)，与图中未示出的布线图案电连接。

面发光型半导体激光器100，可以面向半导体芯片20进行倒装。由此一来，通过焊锡26，不仅形成电连接，同时可固定面发光型半导体激光器100和半导体芯片20。布线图案14与布线图案24的连接、以及布线图案34与布线图案64的连接可以使用导线，也可以使用导电胶。

在面发光型半导体激光器100和半导体芯片20之间，也可设置内部填充材料40。当内部填充材料40覆盖面发光型半导体激光器100的出射面108时，希望内部填无材料40是透明的。内部填充材料40在覆盖面发光型半导体激光器100和半导体芯片20的电气连接部分对其进行保护的同时，也保护面发光型半导体激光器100以及半导体芯片20的表面。内部填充材料40还保持面发光型半导体激光器100以及半导体芯片20的连接状态。

在半导体芯片20中，也可以形成孔(例如贯通孔)28。将光纤30插入孔28。孔28避开内部电路，在从形成电极22的面一直到其相反侧的面上形成。在孔28的至少一边的开口端部分，优选形成锥体29。通过形成锥体29，很容易将光纤30插入孔28。

半导体芯片20也可以安装在基板42上。更具体地，半导体芯片20也可以通过粘接剂44贴装在基板42上。在基板42上形成孔46。孔46，是在与半导体芯片20的孔28连通的位置上形成的。用于粘接半导体芯片20与基板42的粘接剂44的设置，应不妨碍两个孔28、46的连通，以及不将其堵塞。为了使与半导体芯片20相反方向的内径变大，基板42的孔46为带有锥体的形状。因此，很容易地插入光纤30。

基板42可以由树脂、玻璃或陶瓷等具有绝缘性能的材料形成，也可以由金属等具有导电性能的材料形成。如果基板42是由导电性材料构成时，希望至少在安装半导体芯片20的面上形成绝缘膜43。在以下的实施方式中，作为基板42，也可以用相同的材料。

另外，希望基板42具有高的热传导性。因此，基板42促使面发光型半导体激光器100以及半导体芯片20中至少一个进行热扩散。此时，基板42为散热片或热扩散器。在本实施方式中，因为半导体芯片20粘接在基板42上，因此，可直接冷却半导体芯片20。希望用于粘接半导体芯片20和基板42的粘接剂44具有热传导性。因为，当半导体芯片20被冷却时，粘接在半导体芯片20的面发光型半导体激光器100也将被冷却。

布线图案48设置在基板42上。另外，在基板42上，设置有外部端子50。在本实施方式中，外部端子50为导线。在基板42上形成的布线图案48通过例如导线52，与半导体芯片20的电极22、以及在半导体芯片20上形成的布线图案24，64中的至少一个进行电连接。另外，布线图案48，也可以与外部端子50进行电连接。

将光纤30插入半导体芯片20的孔28。另外，光纤30，也插通基板42的穴46。孔46面向半导体芯片20上的孔28一端的内径渐渐变小，在与半导体芯片20的相反的一面，孔46的内径，比光纤30要大。希望在光纤30与孔46内面之间的缝隙中填充树脂等填充材料54。填充材料54，具有将光纤30固定并防止拔出的功能。

该光纤30，也可以是单模纤维，也可以是多模纤维。当面发光型半导体激光器100发射多模光时，作为光纤30，通过使用多模纤维，可准确地向光纤30导入由面发光型半导体激光器100产生的发射光。

另外，在本实施方式的光模块500中，面发光型半导体激光器100以及半导体芯片20用树脂56密封。树脂56也密封面发光型半导体激光器100和半导体芯片20的电连接部分、半导体芯片20与在基板42上形成的布线图案48的电气连接部分。

第五实施方式

图21为应用本发明的第五实施方式的光传输装置图。光传输装置90是将计算机、显示器、存储装置、打印机等电子仪器92相互连接的装置。电子仪器92，也可以是信息通信仪器。光传输装置90，也可以是在电缆94的两端设置有插头96的装置。电缆94包括光纤30(参照图20)。插头96将面发光型半导体激光器100以及半导体芯片20内置。由于光纤30内置于电缆94、面发光型半导体激光器100以及半导体芯片20则内置于插头96，所以在图21中未示出。光纤30与面发光型半导体激光器100的安装状态与在第四实施方式中的说明相同。

在光纤30的一端，设置着第一实施方式的面发光型半导体激光器100；在光纤30的另一端，则设置着光检测器(图中未示出)。该光检测器将输入的光信号变换为电信号后，将该电信号输入至电子仪器92。另一方面，从电子仪器92输出的电信号，通过面发光型半导体激光器100转换为光信号。该光信号在光纤30中传输，输入至光检测器。

如上说明，根据本实施方式的光传输装置90，通过光信号可以进行电子仪器92间的信息传输。

第六实施方式

图22为应用本发明的第六实施方式的光传输装置的使用形式图。光传输装置90连接在电子仪器80之间。作为电子仪器80，可举例为液晶显示监视器或者数码CRT(使用在金融、通信销售、医疗、教育领域)、液晶投影仪、等离子显示面板(PDP)、数字TV、电子收款机系统(POS(Point of Sale Scanning)用)、视频、调谐器、游戏装置及打印装置。

本发明并不限定于上述的实施方式，可以有种种的变形。例如，本发明包括与在实施方式中说明的结构实质上相同的构成(例如，性能、方法以及结果是相同的构成、或者目的以及结果是相同的构成)。另外，本发明包括替代实施方式中说明的构成的非本质部分的构成。另外，本发明包括可以产生与实施方式中说明的构成相同的作用效果或者可以达到相同目的的构成。本发明包括在实施方式中说明的构成中附加公知技术的构成。

例如，在上述实施方式的面发光型半导体激光器中，对发光元件部分具有一个柱状部分的情况进行了说明，但是，在发光元件部分设置多个柱状部分也不影响本发明。另外，当多个面发光型半导体激光器被阵列化时，也具有相同作用和效果。

另外，例如，在上述实施方式中，调换各半导体层中的p型和n型也不超出本发明的宗旨。在上述实施方式中，虽对AlGaAs系列进行了说明，但是，根据起振波长，也可以采用其他材料系列的半导体材料，例如GaInP系列、ZnSSe系列、InGaN系列、AlGaN系列、InGaAs系列、GaInNAs系列、GaAsSb系列。当本发明的面发光型半导体激光器采用GaAsSb系列、InGaAs系列、GaInNAs系列等半导体材料形成、且在激活层中产生长波的激光时，通过使在第二反射镜的第二区的杂质浓度比第一区低，可减小在第二反射镜的第二区的奥格非发光复合。其结果，可使面发光型半导体激光器的发光效率大幅提高。

尽管本发明已经参照附图和优选实施例进行了说明，但是，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。本发明的各种更改、变化和等同替换均由所附的权利要求书的内容涵盖。

符号说明：

14，24，34，48，64布线图；20半导体芯片；26焊锡；28，46孔；29锥体；30光纤；30a光纤的端面；40内部填充材料；42基板；43绝缘膜；44粘接剂；50外部端子；52导线；54填充材料；56树脂；80，92电子仪器；90光传输装置；94光缆；96插头；100，200，300面发光型半导体激光器；101，201半导体基板；101a半导体基板101的表面；101b半导体基板101的里面；102，202第一反射镜；103，203激活层；104，204第二反射镜；104a，204a第一区；104b，204b第二区；104x第一区104a的上面；105，205电流狭窄层；106a，106b，106c绝缘层；107，207第一电极；108，208出射面；109，209第二电极；110，210第四电极；111，211第一接触层；112，212光吸收层；113，213第二接触层；113a第二接触层113的上面；114，214开口部分；116，216第三电极；120，220

光检测部分；130柱状部分；140，240发光元件部分；150半导体多层膜；160a，160b，160c，160d电极连接点；201a半导体基板201的表面；201b半导体基板201的里面；305反射层；500光模块；R1，R2，R3电阻层。