JP5665504B2 - Vertical cavity surface emitting laser and vertical cavity surface emitting laser array - Google Patents

Vertical cavity surface emitting laser and vertical cavity surface emitting laser array Download PDF

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本発明は、垂直共振器型面発光レーザおよび垂直共振器型面発光レーザアレイに関する。   The present invention relates to a vertical cavity surface emitting laser and a vertical cavity surface emitting laser array.

垂直共振器型面発光レーザ(VCSEL:Vertical―cavity Surface―emitting Laser)は、基板に対して垂直方向にレーザ光を出射させるレーザである。
この垂直共振器型面発光レーザは、低消費電力であることや高密度に2次元アレイ化が容易であるなどの利点を有しており、光通信や各種センサー、電子写真光源などへの応用が実用化されている。
一般に、半導体レーザは駆動するための電流を狭い範囲に集中させることで効率の上昇や閾値の低下を行っている。
GaAs基板上に製作する面発光レーザの場合、Al組成の大きなAlGaAs層をメサ構造内部に配置し、それを横方向から部分的に酸化することで、電流狭窄層を実現している例が多い。
具体的には、メサ構造を形成後、AlGaAs層を横方向から高温水蒸気により部分的に酸化し、メサ構造の中心部分のみを導電性のまま残すことで、電流をこの部分に狭窄し、閾値の低減や発光効率の向上を実現している。
このような酸化狭窄による電流狭窄構造の特長として、電気抵抗の大きく異なる酸化部分と非酸化部分を容易に製作でき、漏れ電流をほぼ無視できるレベルまで落とすことができるため、効率よく発光させることができる。
また、屈折率差も同時に実現できるため、光閉じ込めの効果もある。
A vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) is a laser that emits laser light in a direction perpendicular to a substrate.
This vertical cavity surface emitting laser has advantages such as low power consumption and easy two-dimensional array formation at high density, and is applied to optical communication, various sensors, electrophotographic light sources, etc. Has been put to practical use.
In general, a semiconductor laser increases efficiency and lowers a threshold value by concentrating a driving current in a narrow range.
In the case of a surface emitting laser manufactured on a GaAs substrate, a current confinement layer is often realized by disposing an AlGaAs layer having a large Al composition inside the mesa structure and partially oxidizing it from the lateral direction. .
Specifically, after forming the mesa structure, the AlGaAs layer is partially oxidized with high-temperature water vapor from the lateral direction, leaving only the central part of the mesa structure conductive, thereby confining the current to this part, Reduction and improved luminous efficiency.
As a feature of the current confinement structure by such oxidation confinement, an oxidized portion and a non-oxidized portion having greatly different electric resistances can be easily manufactured, and the leakage current can be lowered to a level that can be almost ignored. it can.
In addition, since the refractive index difference can be realized at the same time, there is also an optical confinement effect.

赤色帯の面発光レーザでは、活性層材料は赤色帯で利得を持つAlGaInP系材料で構成されているが、上下のDBRをAlGaAs系材料で構成することで、電流狭窄層は上記のAlGaAsを酸化する手法により実現できる。
例えば、非特許文献1では、AlGaAs系材料で構成されるp型DBRとn型DBRにはさまれたAlGaInP系活性層を有する赤色VCSELが開示されている。
図5に非特許文献1で開示されている赤色VCSELの構造について説明する。GaAs基板1001の上に、光学的厚さが1/4波長のAl0.95Ga0.05As層1010と、Al0.5Ga0.5As1011とが交互に積層されたn型の下部DBR1002が設けられている。
そして、その上に、n型クラッド層1020、4つのGaInP量子井戸による活性層1019、p型クラッド層1021が形成されている。
また、p型クラッド層1021の上には、Al0.5Ga0.5As層1015と、電流狭窄層(なお、酸化前の電流狭窄層を「選択酸化層」ともいう。)1016が形成されている。この選択酸化層1016はメサ構造形成後に横方向から部分的に酸化し、酸化部分1017と非酸化部分1018を形成することにより、電流狭窄構造を実現している。
この電流狭窄層の上には、光学的厚さが1/4波長のAl0.95Ga0.05As層1012と、Al0.5Ga0.5As1013とが交互に積層されたp型の上部DBR1005を構成する層が設けられている。
これらのp型の上部DBR1005を構成する層上には、電極と電気的なコンタクトを取るためのコンタクト層1014が配置されている。
なお、上記では、Al0.5Ga0.5As層1015は、上部DBR1005とは別部材であると表現しているが、Al0.5Ga0.5As層1015や電流狭窄層1016を含んだものをDBRとして考えても良い。
このようにして、AlGaAs系のDBRとAlGaInP系活性層を組み合わせることで、AlGaAs系材料特有の選択酸化層を用いた電流狭窄方法を用いた赤色で発光する面発光レーザを実現することができる。
In the surface emitting laser of the red band, the active layer material is composed of an AlGaInP-based material having a gain in the red band, but the current confinement layer oxidizes the above-mentioned AlGaAs by configuring the upper and lower DBRs with an AlGaAs-based material. It can be realized by the technique.
For example, Non-Patent Document 1 discloses a red VCSEL having an AlGaInP-based active layer sandwiched between a p-type DBR and an n-type DBR made of an AlGaAs-based material.
The structure of the red VCSEL disclosed in Non-Patent Document 1 will be described with reference to FIG. An n-type lower DBR 1002 in which Al 0.95 Ga 0.05 As layers 1010 having an optical thickness of ¼ wavelength and Al 0.5 Ga 0.5 As 1011 are alternately stacked is provided on a GaAs substrate 1001.
Further, an n-type cladding layer 1020, an active layer 1019 composed of four GaInP quantum wells, and a p-type cladding layer 1021 are formed thereon.
On the p-type cladding layer 1021, an Al 0.5 Ga 0.5 As layer 1015 and a current confinement layer (hereinafter, the current confinement layer before oxidation is also referred to as “selective oxide layer”) 1016 are formed. This selective oxidation layer 1016 is partially oxidized from the lateral direction after the mesa structure is formed to form an oxidized portion 1017 and a non-oxidized portion 1018, thereby realizing a current confinement structure.
On this current confinement layer, a layer constituting a p-type upper DBR 1005 in which an Al 0.95 Ga 0.05 As layer 1012 having an optical thickness of ¼ wavelength and Al 0.5 Ga 0.5 As1013 are alternately stacked. Is provided.
A contact layer 1014 for making electrical contact with the electrode is disposed on the layers constituting these p-type upper DBRs 1005.
In the above description, the Al 0.5 Ga 0.5 As layer 1015 is expressed as a separate member from the upper DBR 1005. However, a layer including the Al 0.5 Ga 0.5 As layer 1015 and the current confinement layer 1016 is considered as a DBR. Also good.
In this way, by combining the AlGaAs DBR and the AlGaInP active layer, it is possible to realize a surface emitting laser that emits red light using a current confinement method using a selective oxidation layer peculiar to an AlGaAs material.

M.Saarinen,et al,Electronics Letters,vol.36,No.14, 2000,pp1210M.M. Saarinen, et al, Electronics Letters, vol. 36, no. 14, 2000, pp1210

上記のように、酸化狭窄による電流狭窄構造を導入することで、性能向上を実現することができる。
しかしながら、図5に示した構成では、Al0.5Ga0.5As層1015において、電流狭窄層1016で中央部分に集中させた電流が再び横方向へ広がってしまう。
その結果、電流狭窄層1016で一度狭窄した電流が電流狭窄層1016から活性層1019に流れるに従って広がり、発光効率が低下するという課題が生じる。
これらについて、更に説明すると、レーザ発振している領域は、電流狭窄層1016のうち、非酸化部分1018とほぼ同一の幅であり、電流を活性層1019の中央部に集中させることで、発光効率を上げることができる。
ここで、p型クラッド層1021を構成するAlGaInP材料の正孔移動度は20cm2/V・s程度である。一方、Al0.5Ga0.5As層1015の正孔の電子移動度は80cm2/V・s程度である。
すなわち、p型クラッド層1021を構成する材料の移動度は、その上部に形成されているp型Al0.5Ga0.5As層1015の移動度に比較して非常に小さいという関係になっている。
As described above, the performance improvement can be realized by introducing the current confinement structure by the oxidation constriction.
However, in the configuration shown in FIG. 5, in the Al 0.5 Ga 0.5 As layer 1015, the current concentrated in the central portion in the current confinement layer 1016 spreads again in the lateral direction.
As a result, the current once confined in the current confinement layer 1016 spreads as the current confinement layer 1016 flows from the current confinement layer 1016 to the active layer 1019, resulting in a problem that the light emission efficiency is lowered.
These will be further described. The laser oscillation region has the same width as that of the non-oxidized portion 1018 in the current confinement layer 1016, and the light emission efficiency is obtained by concentrating the current in the central portion of the active layer 1019. Can be raised.
Here, the hole mobility of the AlGaInP material constituting the p-type cladding layer 1021 is about 20 cm 2 / V · s. On the other hand, the electron mobility of holes in the Al 0.5 Ga 0.5 As layer 1015 is about 80 cm 2 / V · s.
That is, the mobility of the material constituting the p-type cladding layer 1021 is very small compared to the mobility of the p-type Al 0.5 Ga 0.5 As layer 1015 formed thereon.

このため、p型クラッド層1021の電気抵抗率はp型Al0.5Ga0.5As層1015の電気抵抗率よりも非常に大きくなってしまう。そのため、電流狭窄層1016で非酸化部分1018に集められた電流は電流狭窄層1016とp型クラッド層1021の間にあるp型Al0.5Ga0.5As層1015を通過する際に横方向に大きく広がる。
したがって、電流を活性層1019の中央部に集めにくくなり、発光効率が低下する。
For this reason, the electrical resistivity of the p-type cladding layer 1021 is much larger than the electrical resistivity of the p-type Al 0.5 Ga 0.5 As layer 1015. Therefore, the current collected in the non-oxidized portion 1018 in the current confinement layer 1016 spreads greatly in the lateral direction when passing through the p-type Al 0.5 Ga 0.5 As layer 1015 between the current confinement layer 1016 and the p-type cladding layer 1021. .
Therefore, it becomes difficult to collect current at the center of the active layer 1019, and the light emission efficiency is lowered.

そこで、本発明は、上記課題に鑑み、電流狭窄層で一度狭窄された電流が、
電流狭窄層から活性層に流れるに従って再び広がることを抑え、発光効率の低下を抑制することが可能となる垂直共振器型面発光レーザおよび垂直共振器型面発光レーザアレイの提供を目的とする。
Therefore, in the present invention, in view of the above problems, the current once confined in the current confinement layer is
It is an object of the present invention to provide a vertical cavity surface emitting laser and a vertical cavity surface emitting laser array that can be prevented from spreading again as they flow from the current confinement layer to the active layer, thereby suppressing a decrease in light emission efficiency.

本発明の垂直共振器型面発光レーザは、
基板上に形成された下部DBR層と、
前記下部DBR層の上に形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された上部クラッド層と、
前記上部クラッド層の上に形成された電流狭窄層と、
前記電流狭窄層の上に形成された上部DBR層と、
前記上部クラッド層と前記電流狭窄層との間に配され、前記上部DBRを構成する半導体の伝導型とは異なる伝導型からなる半導体層である異種伝導型層と、を有することを特徴とする。
また、本発明の垂直共振器型面発光レーザアレイは、上記した垂直共振器型面発光レーザを、1次元または2次元にアレイ状に配列して構成されていることを特徴とする。
The vertical cavity surface emitting laser of the present invention is
A lower DBR layer formed on the substrate;
A lower cladding layer formed on the lower DBR layer;
An active layer formed on the lower cladding layer;
An upper cladding layer formed on the active layer;
A current confinement layer formed on the upper cladding layer;
An upper DBR layer formed on the current confinement layer;
And a heterogeneous conduction type layer which is disposed between the upper cladding layer and the current confinement layer and is a semiconductor layer having a conductivity type different from that of a semiconductor constituting the upper DBR. .
The vertical cavity surface emitting laser array of the present invention is characterized in that the above-described vertical cavity surface emitting lasers are arranged in a one-dimensional or two-dimensional array.

本発明によれば、電流狭窄層で一度狭窄された電流が、電流狭窄層から活性層に流れるに従って再び広がることを抑え、発光効率の低下を抑制することが可能となる垂直共振器型面発光レーザおよび垂直共振器型面発光レーザアレイを実現することができる。   According to the present invention, a vertical cavity surface emitting device in which a current once confined in a current confinement layer is prevented from spreading again as it flows from the current confinement layer to the active layer, and a decrease in light emission efficiency can be suppressed. Laser and vertical cavity surface emitting laser arrays can be realized.

本発明の実施例1における垂直共振器型面発光レーザの構成例について説明する図。(a)は層構成を示す図。(b)はp型クラッド層、異種伝導層、非酸化部分とそれらの界面に生じる空乏層の関係を示す図。(c)は酸化部分との界面に生じる空乏層の関係を示す図。The figure explaining the structural example of the vertical cavity surface emitting laser in Example 1 of this invention. (A) is a figure which shows layer structure. (B) is a figure which shows the relationship between a p-type clad layer, a dissimilar conduction layer, a non-oxidation part, and the depletion layer which arises in those interfaces. (C) is a figure which shows the relationship of the depletion layer which arises in an interface with an oxidation part. 本発明の実施例1におけるn層のドーピング濃度とn型層にできる空乏層幅の計算結果を示す図。The figure which shows the calculation result of the doping density | concentration of the n layer in Example 1 of this invention, and the depletion layer width | variety made into an n-type layer. 本発明の実施例2における垂直共振器型面発光レーザの構成例について説明する図。The figure explaining the structural example of the vertical cavity surface emitting laser in Example 2 of this invention. 本発明の実施例3における垂直共振器型面発光レーザの構成例について説明する図。The figure explaining the structural example of the vertical cavity surface emitting laser in Example 3 of this invention. 従来例における垂直共振器型面発光レーザについて説明する図。The figure explaining the vertical cavity surface emitting laser in a prior art example. 本発明の実施例4における垂直共振器型面発光レーザの構成例について説明する図。The figure explaining the structural example of the vertical cavity surface emitting laser in Example 4 of this invention.

本発明の実施形態の垂直共振器型面発光レーザの構成例について説明する。
本実施形態の垂直共振器型面発光レーザは、基板上に、下部DBR層、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層、電流狭窄層、上部DBR層を含む複数の半導体層が積層されて構成されている。
具体的には、図1(a)に示されるような層構成を備えている。
すなわち、図1(a)に示すように、GaAs基板501の上に、AlAsで構成された低屈折率層514と、Al0.5Ga0.5Asで構成された高屈折率層515とが交互に積層されたn型の下部DBR502が設けられている。この下部DBR502を構成する各層の厚さは、例えばλ/4の光学的厚さである。
そして、下部DBR502の上に、n型クラッド層511、活性層513、p型クラッド層512が形成されている。活性層513は、例えばGaInPを用いた量子井戸を備えている。n型クラッド層511と、p型クラッド層512は、AlGaInP系材料により構成されている。
p型クラッド層512の上には、電流狭窄層525が設けられている。電流狭窄層525は、酸化されてAlXYの絶縁体となった部分(酸化部分)526と、酸化されずに残った部分(非酸化部分)527とを有する。電流狭窄層525の上には、Al0.9Ga0.1As層で構成された低屈折率層530と、Al0.5Ga0.5As層で構成された高屈折率層531とが交互に積層されたp型の上部DBR505が設けられている。
そして、電流狭窄層525と、p型クラッド層512との間には、異種伝導型層520が配置されている。
ここで、異種伝導型層520とは、上記DBR505の伝導型とは異なる伝導型の層であり、例えばDBR505がp型の半導体層で構成されていれば、異種伝導型層520はn型の半導体層である。また、異種伝導型層520は、i型の半導体層であってもよい。ここで、i型の半導体層とは、自由キャリアが所定値より少ない状態、例えば1×1017cm-3より少ない状態とされている半導体層のことである。なお、i型の半導体層とは、ドーパントを有さない半導体を含むことはもちろんのこと、pとnのドーパントを同量だけドーピングして実効的にキャリア濃度を低下させている半導体なども含まれる。
A configuration example of the vertical cavity surface emitting laser according to the embodiment of the present invention will be described.
The vertical cavity surface emitting laser of this embodiment is configured by laminating a plurality of semiconductor layers including a lower DBR layer, a lower cladding layer, an active layer, an upper cladding layer, a current confinement layer, and an upper DBR layer on a substrate. Has been.
Specifically, it has a layer structure as shown in FIG.
That is, as shown in FIG. 1A, a low refractive index layer 514 made of AlAs and a high refractive index layer 515 made of Al 0.5 Ga 0.5 As are alternately stacked on a GaAs substrate 501. An n-type lower DBR 502 is provided. The thickness of each layer constituting the lower DBR 502 is, for example, an optical thickness of λ / 4.
On the lower DBR 502, an n-type cladding layer 511, an active layer 513, and a p-type cladding layer 512 are formed. The active layer 513 includes a quantum well using, for example, GaInP. The n-type cladding layer 511 and the p-type cladding layer 512 are made of an AlGaInP-based material.
On the p-type cladding layer 512, a current confinement layer 525 is provided. The current confinement layer 525 has a portion (oxidized portion) 526 that has been oxidized to become an Al x O Y insulator, and a portion (non-oxidized portion) 527 that remains unoxidized. On the current confinement layer 525, a p-type in which a low refractive index layer 530 composed of an Al 0.9 Ga 0.1 As layer and a high refractive index layer 531 composed of an Al 0.5 Ga 0.5 As layer are alternately stacked. The upper DBR 505 is provided.
Further, a different conductivity type layer 520 is disposed between the current confinement layer 525 and the p-type cladding layer 512.
Here, the different conductivity type layer 520 is a conductivity type layer different from the conductivity type of the DBR 505. For example, if the DBR 505 is composed of a p-type semiconductor layer, the different conductivity type layer 520 is an n-type conductivity layer. It is a semiconductor layer. Further, the different conductivity type layer 520 may be an i-type semiconductor layer. Here, the i-type semiconductor layer is a semiconductor layer in which free carriers are less than a predetermined value, for example, less than 1 × 10 17 cm −3 . The i-type semiconductor layer includes not only a semiconductor having no dopant but also a semiconductor in which the carrier concentration is effectively reduced by doping the same amount of p and n dopants. It is.

異種伝導型層520がn型の場合、異種伝導型層520と上下のp型層との両方の界面にできる空乏層が、異種伝導層内520で接続される濃度とされていることが好ましい。空乏層が接続されることで、電流狭窄層の非酸化部分527から流入した正孔は内部の電界と拡散によって移動できるからである。
また、酸化部分526の下側をn型とすることによって、この部分を電流が流れようとするとn−pの逆方向へ電流が流れることになり、電流は非常に流れにくくなる。
In the case where the different conductivity type layer 520 is n-type, it is preferable that the depletion layer formed at the interface between both the different conductivity type layer 520 and the upper and lower p-type layers has a concentration at which the different conductivity layer 520 is connected. . This is because, by connecting the depletion layer, holes flowing from the non-oxidized portion 527 of the current confinement layer can move by the internal electric field and diffusion.
Further, by making the lower side of the oxidized portion 526 n-type, if a current flows through this portion, a current flows in the reverse direction of n−p, and the current becomes very difficult to flow.

異種伝導型層520がi型の場合、異種伝導型層520から流れ出したキャリアが反対側の活性層側のp型層まで拡散する必要があるため、異種伝導型層520の厚さは拡散長以下であることが好ましい。
この場合、拡散長は電流狭窄層525のドーピング濃度には依存しないため、拡散長との関係では制限はない。
しかし、キャリアが拡散した場合でも非酸化部分527の電気抵抗を大きく上昇させないために、拡散した状態でも通常VCSELで用いられるドーピング濃度、具体的には1×1018cm-3程度残っていることが望ましい。
このため、電流狭窄層525のドーピング濃度は異種伝導型層520と電流狭窄層525との体積比によって異なるが、3×1018cm-3以上とすることが好ましい。
なお、電流狭窄手法として上記では選択酸化による電流狭窄法であったが、同様に陽子注入のように、電流を抑止する部分(選択酸化では酸化された部分)の半導体結晶性を乱すような電流狭窄手法であっても、本実施形態の効果を奏することができる。
When the different conductivity type layer 520 is i-type, carriers flowing out of the different conductivity type layer 520 need to diffuse to the p-type layer on the opposite active layer side, so the thickness of the different conductivity type layer 520 is the diffusion length. The following is preferable.
In this case, since the diffusion length does not depend on the doping concentration of the current confinement layer 525, there is no restriction on the relationship with the diffusion length.
However, since the electrical resistance of the non-oxidized portion 527 is not greatly increased even when carriers are diffused, the doping concentration normally used in the VCSEL, specifically, about 1 × 10 18 cm −3 remains. Is desirable.
For this reason, the doping concentration of the current confinement layer 525 differs depending on the volume ratio between the different conductivity type layer 520 and the current confinement layer 525, but is preferably 3 × 10 18 cm −3 or more.
The current confinement method is the current confinement method by selective oxidation in the above. Similarly, a current that disturbs the semiconductor crystallinity of the portion that suppresses the current (the portion oxidized by selective oxidation) like proton injection. Even with the stenosis technique, the effects of the present embodiment can be achieved.

本実施形態の上記構成によれば、電流狭窄層から、電流狭窄層と活性層との間に存在する層(異種伝導型層)に正孔が流れ出て、異種伝導型層が空乏層となるか、またはp型となる。
しかし、電流狭窄層のうち、横方向から酸化された部分(酸化部分526)は半導体ではなくなるため、直下の異種伝導層520にキャリアを供給できなくなる。この結果、キャリアを供給できるのは酸化されていない中央部分のみとなる。そのため、異種伝導層520における中央部分と周辺部分とで電流の通り易さが異なることとなり、この酸化部分526の下部に位置する周辺部分を通る電流の広がりを抑えることができる。
なお、本実施形態の上記構成は、電流狭窄層で狭窄されたキャリアが広がってしまうという本発明の課題を達成するための構成である。そのため、上記のAlGaInPを活性層材料として用いた赤色面発光レーザの例は一例であり、それ以外でも電流狭窄層と共振器の間で電流の広がりが生じる場合に、本発明の構成を適用することで、本発明の効果を奏することができる。
According to the configuration of the present embodiment, holes flow from the current confinement layer to a layer (heterogeneous conductivity type layer) existing between the current confinement layer and the active layer, and the heterogeneous conductivity type layer becomes a depletion layer. Or p-type.
However, in the current confinement layer, the portion oxidized in the lateral direction (oxidized portion 526) is not a semiconductor, so that carriers cannot be supplied to the immediately different heteroconductive layer 520. As a result, the carrier can be supplied only to the central portion that is not oxidized. Therefore, the ease of current flow differs between the central portion and the peripheral portion in the different conductive layer 520, and the spread of current passing through the peripheral portion located below the oxidized portion 526 can be suppressed.
In addition, the said structure of this embodiment is a structure for achieving the subject of this invention that the carrier constricted by the current confinement layer spreads. Therefore, the above-described example of the red surface emitting laser using AlGaInP as the active layer material is an example, and the configuration of the present invention is applied when current spread occurs between the current confinement layer and the resonator. Thus, the effects of the present invention can be achieved.

[実施例1]
実施例1として、本発明を適用した垂直共振器型面発光レーザの構成例について、図1を用いて説明する。
図1(a)は本実施例に係る赤色面発光レーザ構造の断面模式図である。
本実施例における面発光レーザ構造は、n型GaAs基板501と、n型AlAs層514/Al0.5Ga0.5A層515で構成されるn型の下部DBR502とを有する。
また、このn型の下部DBR502の上には、n型クラッド層511、ドーピングされていない4つのGa0.45In0.55P/AlGaInP量子井戸を含む活性層513、p型クラッド層512を有する。そして、これら3つの層の光学的長さは2λ(λ:発振波長)となっている。
さらに、p型クラッド層512と、電流狭窄層525との間には、異種伝導型層520が配置されている。
異種伝導型層520は、1×1018cm-3のn型にドープされており、その上の電流狭窄層525は1×1018cm-3のp型にドープされている。また、異種伝導型層520と接するp型クラッド層512は1×1018cm-3にドーピングされている。
電流狭窄層525は、厚さ30nmのAl0.98Ga0.02Asをメサ構造の側壁から酸化することにより構成される。
また、電流狭窄層525の上には、p型Al0.9Ga0.1As層530とAl0.5Ga0.5As層531が30ペアで構成されるp型の上部DBR505が配置されている。
[Example 1]
As Example 1, a configuration example of a vertical cavity surface emitting laser to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a red surface emitting laser structure according to this example.
The surface emitting laser structure in this embodiment includes an n-type GaAs substrate 501 and an n-type lower DBR 502 composed of an n-type AlAs layer 514 / Al 0.5 Ga 0.5 A layer 515.
On the n-type lower DBR 502, an n-type cladding layer 511, an active layer 513 including four undoped Ga 0.45 In 0.55 P / AlGaInP quantum wells, and a p-type cladding layer 512 are provided. The optical length of these three layers is 2λ (λ: oscillation wavelength).
Further, a different conductivity type layer 520 is disposed between the p-type cladding layer 512 and the current confinement layer 525.
The different conductivity type layer 520 is doped with an n-type of 1 × 10 18 cm −3 , and the current confinement layer 525 thereon is doped with a p-type of 1 × 10 18 cm −3 . The p-type cladding layer 512 in contact with the different conductivity type layer 520 is doped to 1 × 10 18 cm −3 .
The current confinement layer 525 is formed by oxidizing Al 0.98 Ga 0.02 As having a thickness of 30 nm from the side wall of the mesa structure.
Further, on the current confinement layer 525, a p-type upper DBR 505 including 30 pairs of a p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 530 and an Al 0.5 Ga 0.5 As layer 531 is disposed.

上部DBR505の上には厚さ10nmの高ドープのGaAsからなるコンタクト層507、コンタクト層507の上部には上部電極510が配置されており、電気的接触が確保されている。またGaAs基板501の下には、GaAs基板501と電気的接触を確保するために基板裏面の下部電極509が設けられている。   A contact layer 507 made of highly doped GaAs having a thickness of 10 nm is disposed on the upper DBR 505, and an upper electrode 510 is disposed on the contact layer 507 to ensure electrical contact. A lower electrode 509 on the back surface of the substrate is provided below the GaAs substrate 501 to ensure electrical contact with the GaAs substrate 501.

以下に、異種伝導型層520による電流狭窄の作用について説明する。
図2にp型層のドーピング濃度とn型層に形成される空乏層幅の計算結果を示す。また、p型クラッド層512、異種伝導型層520、非酸化部分527とそれらの界面に生じる空乏層550、551の関係を図1(b)に示す。
また、異種伝導型層520、p型クラッド層512、酸化部分526の関係については、同様に図1(c)に示す。
図1(b)に示すように、本実施例のドーピング濃度での異種伝導型層520(ドーピング濃度1×1018cm-3)と非酸化部分527(ドーピング濃度1×1018cm-3)のpn接合面には空乏層551ができる。異種伝導型層520内にある空乏層の幅は約36.4nmとなる(図2)。
また、異種伝導型層520とp型クラッド層512(1×1018cm-3)により生じる空乏層550のうち、異種伝導型層520内に生じる空乏層の幅は約36.4nmとなる。
一方、Al0.9GaAsの680nm付近で光学的厚さがλ/4となる物理的厚さは50nmであり、異種伝導型層520はこの厚さとなっている。
そのため、図1(b)においては、電流狭窄層525とp型クラッド層512から伸びる空乏層をあわせると異種伝導型層520内はすべて空乏層となっている。
Below, the effect | action of the current confinement by the different conductivity type layer 520 is demonstrated.
FIG. 2 shows the calculation results of the doping concentration of the p-type layer and the width of the depletion layer formed in the n-type layer. FIG. 1B shows the relationship between the p-type cladding layer 512, the different conductivity type layer 520, the non-oxidized portion 527, and the depletion layers 550 and 551 generated at the interface between them.
Further, the relationship among the different conductivity type layer 520, the p-type cladding layer 512, and the oxidized portion 526 is similarly shown in FIG.
As shown in FIG. 1B, the different conductivity type layer 520 (doping concentration 1 × 10 18 cm −3 ) and the non-oxidized portion 527 (doping concentration 1 × 10 18 cm −3 ) at the doping concentration of this example. A depletion layer 551 is formed on the pn junction surface. The width of the depletion layer in the different conductivity type layer 520 is about 36.4 nm (FIG. 2).
Of the depletion layer 550 generated by the different conductivity type layer 520 and the p-type cladding layer 512 (1 × 10 18 cm −3 ), the width of the depletion layer generated in the different conductivity type layer 520 is about 36.4 nm.
On the other hand, the physical thickness of the optical thickness of λ / 4 near 680 nm of Al 0.9 GaAs is 50 nm, and the different conductivity type layer 520 has this thickness.
Therefore, in FIG. 1B, when the current confinement layer 525 and the depletion layer extending from the p-type cladding layer 512 are combined, the different conduction type layer 520 is entirely a depletion layer.

一方、図1(c)に示すように、酸化部分526の下では、酸化部分526と異種伝導型層520の間には空乏層は生じない。
これは、酸化部分526は単結晶の半導体ではなくなっており、正孔を供給できないためである。
そして、異種伝導型層520とp型クラッド層512の間で生じる空乏層550の幅は異種伝導型層520内では約36nmとなる。そのため、異種伝導型層520にはn型部分が残る。
また、空乏層内においては、結晶成長方向(基板表面と垂直な方向)には電界が生じているため、空乏層内に入った正孔は電界によりスムーズにp型クラッド層へ移動できる。
一方、面内方向(基板表面と同じ面内方向)には電界は生じていない。そのため、横に広がるよりも縦に進む方が早くなり、正孔の横方向への広がりを抑制できる。
On the other hand, as shown in FIG. 1C, a depletion layer does not occur between the oxidized portion 526 and the different conductivity type layer 520 under the oxidized portion 526.
This is because the oxidized portion 526 is not a single crystal semiconductor and cannot supply holes.
The width of the depletion layer 550 generated between the different conductivity type layer 520 and the p-type cladding layer 512 is about 36 nm in the different conductivity type layer 520. Therefore, the n-type portion remains in the different conductivity type layer 520.
In the depletion layer, since an electric field is generated in the crystal growth direction (direction perpendicular to the substrate surface), holes that have entered the depletion layer can be smoothly moved to the p-type cladding layer by the electric field.
On the other hand, no electric field is generated in the in-plane direction (the same in-plane direction as the substrate surface). Therefore, it is faster to proceed vertically than to spread horizontally, and the spread of holes in the lateral direction can be suppressed.

また、異種伝導型層520のうち、非酸化部分527の直下の部分は、図1(b)に示すように異種伝導型層520の上下のpn接合にできる2つの空乏層は連結しており、異種伝導型層520はすべて空乏層となっていることが好ましい。
この場合、空乏層内に注入されたキャリアは空乏層内に生じている電界により加速されp型クラッド層512へスムーズに抜けることが出来るためである。
このためには、図2より下記の条件の範囲内で適宜設定することで、実現可能であることが分かる。
異種伝導型層のドーピング濃度は0.5×1018cm-3から1×1018cm-3であって、周囲のp型層は0.5×1018cm-3から3×1018cm-3で適宜設定する。
これにより異種伝導型層の層厚は40nmから120nm程度までの範囲で非酸化部分527の直下は全て空乏層となっており、かつ酸化部分526の直下は一部にn型部分が残る状態を作ることが可能である。
Further, in the heteroconductive layer 520, the portion immediately below the non-oxidized portion 527 is connected to the two depletion layers that can form pn junctions above and below the heteroconductive layer 520 as shown in FIG. It is preferable that all the different conductivity type layers 520 are depletion layers.
This is because the carriers injected into the depletion layer are accelerated by the electric field generated in the depletion layer and can smoothly escape to the p-type cladding layer 512.
For this purpose, it can be seen from FIG. 2 that it can be realized by appropriately setting within the range of the following conditions.
The doping concentration of the different conductivity type layer is 0.5 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 18 cm −3 , and the surrounding p-type layer is 0.5 × 10 18 cm −3 to 3 × 10 18 cm. Set -3 as appropriate.
As a result, the layer thickness of the different conductivity type layer is in the range from about 40 nm to about 120 nm, and a state immediately below the non-oxidized portion 527 is a depletion layer, and a portion of the n-type portion remains immediately below the oxidized portion 526. It is possible to make.

以下に、本実施例における素子の作製手順について説明する。
まず、上記GaAs基板501、下部DBR502、n型クラッド層511、活性層513、p型クラッド層512、異種伝導型層520、上部DBR505、コンタクト層507の半導体層構成を有機金属気相成長法や分子線エピタキシーで成長する。
そのウエハにスパッタ法を用いて誘電体膜を形成する。
その後、半導体リソグラフィー法を用いてフォトレジストでメサ径を決める円形パターンを作る。
ここで、フォトレジストパターンを利用して、誘電体膜を部分的に除去し、その後ドライエッチングにより選択酸化層(電流狭窄層)が露出するように活性層部分まで半導体層を掘る。
ここでは、選択酸化層(電流狭窄層)として、AlXGa1-XAs(x>0.9)とその酸化物で構成されたものを用いることができる。
そして、この選択酸化層を酸化させ、非酸化部を作成する。具体的には、450℃程度の水蒸気雰囲気中でAl0.98Ga0.02As選択酸化層(電流狭窄層)525を横方向から酸化させるが、このとき酸化時間を制御することにより電流及び光閉じ込めする酸化部分526と非酸化部分527を作成する。
非酸化部分527の直径は6マイクロメートル程度となるように、酸化時間を制御する。
その後、レジストを剥離し、ウエハ全体にわたってプラズマCVD法を用いてパッシベーションのための誘電体膜を形成する。
コンタクト層を露出させるためのリング状に穴の開いたレジストパターンを形成し、それを用いて誘電体膜、GaAsコンタクト層507が露出した部分を形成する。
真空蒸着法およびリソグラフィー法を用いてp側電極510およびn側電極509を形成する。
p側電極510は取り出しのための円形窓が形成されている。良好な電気特性を得るため、高温窒素雰囲気中で電極と半導体を合金化し素子が完成する。
なお、本実施例では、電流狭窄手法として選択酸化層(電流狭窄層)525を部分的に酸化することによる電流狭窄法が用いられているが、このような方法に限定されるものではない。他の狭窄法においても同様に電流を抑止する部分(選択酸化では酸化された部分)の半導体の結晶性を乱すような電流狭窄手法であれば、例えば陽子注入であっても良い。
これは、以下の実施例でも同様である。
Hereinafter, a manufacturing procedure of the element in this example will be described.
First, the semiconductor layer configuration of the GaAs substrate 501, lower DBR 502, n-type cladding layer 511, active layer 513, p-type cladding layer 512, different conductivity type layer 520, upper DBR 505, and contact layer 507 is formed by metal organic chemical vapor deposition or Grows with molecular beam epitaxy.
A dielectric film is formed on the wafer by sputtering.
Thereafter, a circular pattern for determining the mesa diameter is made with a photoresist by using a semiconductor lithography method.
Here, using the photoresist pattern, the dielectric film is partially removed, and then the semiconductor layer is dug up to the active layer portion by dry etching so that the selective oxide layer (current confinement layer) is exposed.
Here, as the selective oxidation layer (current confinement layer), an Al x Ga 1-x As (x> 0.9) and an oxide thereof can be used.
Then, this selective oxidation layer is oxidized to form a non-oxidized portion. Specifically, the Al 0.98 Ga 0.02 As selective oxidation layer (current confinement layer) 525 is oxidized from the lateral direction in a water vapor atmosphere at about 450 ° C., but at this time, the oxidation for controlling the current and light is controlled by controlling the oxidation time. Portions 526 and non-oxidized portions 527 are created.
The oxidation time is controlled so that the diameter of the non-oxidized portion 527 is about 6 micrometers.
Thereafter, the resist is peeled off, and a dielectric film for passivation is formed over the entire wafer using a plasma CVD method.
A resist pattern having a hole in a ring shape for exposing the contact layer is formed, and a portion where the dielectric film and the GaAs contact layer 507 are exposed is formed using the resist pattern.
A p-side electrode 510 and an n-side electrode 509 are formed using a vacuum deposition method and a lithography method.
The p-side electrode 510 is formed with a circular window for taking out. In order to obtain good electrical characteristics, the device is completed by alloying the electrode and the semiconductor in a high-temperature nitrogen atmosphere.
In this embodiment, a current confinement method by partially oxidizing the selective oxidation layer (current confinement layer) 525 is used as a current confinement method, but the method is not limited to such a method. Similarly, in other confinement methods, for example, proton injection may be used as long as the current confinement method disturbs the crystallinity of the semiconductor in the portion for suppressing current (the portion oxidized by selective oxidation).
The same applies to the following embodiments.

[実施例2]
実施例2として、異種伝導型層がi層で構成された垂直共振器型面発光レーザについて、図3を用いて説明する。
本実施例の面発光レーザは実施例1と異種伝導型層620の伝導型と電流狭窄層625のドーピング濃度が異なる点を除いては、実施例1と同一である。
そのため、同一の部材については、実施例1と同じ符号を付している。
本実施例では、異種伝導型層620はi型のため、その層厚は正孔の拡散長以下にすることが電気抵抗の観点から望ましい。
本実施例では、異種伝導型層620はAlGaAs半導体で構成されている。具体的には、Al0.9Ga0.1Asで構成されているため、その正孔拡散長は約430nmとなる。
したがって、異種伝導型層の層厚は400nm以下とすることか望ましい。本実施例の異種伝導型層620の層厚は約50nmであるため、拡散長より十分小さく、より好ましい範囲である。
[Example 2]
As Example 2, a vertical cavity surface emitting laser in which different conductivity type layers are formed of i layers will be described with reference to FIG.
The surface emitting laser of this example is the same as that of Example 1 except that the conductivity type of the different conductivity type layer 620 and the doping concentration of the current confinement layer 625 are different from those of Example 1.
Therefore, the same reference numerals as those in the first embodiment are given to the same members.
In this embodiment, since the different conductivity type layer 620 is i-type, it is desirable from the viewpoint of electrical resistance that the layer thickness be less than the diffusion length of holes.
In this embodiment, the different conductivity type layer 620 is made of an AlGaAs semiconductor. Specifically, since it is made of Al 0.9 Ga 0.1 As, its hole diffusion length is about 430 nm.
Therefore, it is desirable that the layer thickness of the different conductivity type layer be 400 nm or less. Since the layer thickness of the different conductivity type layer 620 of this embodiment is about 50 nm, it is sufficiently smaller than the diffusion length and is in a more preferable range.

また、電流狭窄層625のドーピング濃度は3×1018cm-3であり、実施例1と比較して大きい。
これは、異種伝導型層にキャリアが拡散しても電流狭窄層625にある程度のキャリア密度を保ち、電気伝導性を良好にするためである。
なお、図3の626および627はそれぞれ、電流狭窄層625のうち、酸化部分と非酸化部分である。
本実施例における素子の製作手順は、結晶成長時に異種伝導型層520の代わりに異種伝導型層620を成長させる以外は実施例1と同一であるため、省略する。
また、本実施例のi層とは、pまたはn型にするためのドーパントを入れない半導体に加え、pとnのドーパントを同量だけドーピングして実効的にキャリア濃度を低下させている場合も含む。
In addition, the doping concentration of the current confinement layer 625 is 3 × 10 18 cm −3, which is higher than that of the first embodiment.
This is to maintain a certain carrier density in the current confinement layer 625 and improve electrical conductivity even when carriers diffuse into the different conductivity type layer.
Note that 626 and 627 in FIG. 3 are an oxidized portion and a non-oxidized portion of the current confinement layer 625, respectively.
The manufacturing procedure of the device in the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that the different conductivity type layer 620 is grown instead of the different conductivity type layer 520 at the time of crystal growth.
In addition, the i layer in this embodiment is a case where the carrier concentration is effectively lowered by doping the same amount of the p and n dopants in addition to the semiconductor in which the dopant for making the p or n type is not added. Including.

[実施例3]
実施例3として、上記各実施例と異なる形態の垂直共振器型面発光レーザ構成例について、図4を用いて説明する。
本実施例における面発光レーザ構造は、n型GaAs基板701、GaAs基板701の上部に位置するn型AlAs層714とGaAs層715で構成されるn型の下部DBR702を有する。
下部DBR702の上には、Al0.5Ga0.5Asからなるn型クラッド層711、ドーピングされていない3つのIn0.18GaAs/GaAs量子井戸を含む活性層713、Al0.5GaAsからなるp型クラッド層712が形成されている。これら3つの層の光学的長さは発振波長λの1波長分となっている。また、p型クラッド層712は1×1018cm-3にドーピングされている。
さらに、p型クラッド層712の上には、異種伝導型層720が配置されている。
異種伝導型層720は1×1018cm-3のn型にドープされている。
また、異種伝導型層720の上には、厚さ30nmのAl0.98Ga0.02Asで構成される電流狭窄層725が形成されている。この電流狭窄層725は酸化部分726と非酸化部分727に分かれている。この電流狭窄層725は1×1018cm-3にドープされている。
電流狭窄層725は、p型Al0.9Ga0.1Asから構成される低屈折率層730と、GaAsで構成される高屈折率層731が22ペアで積層されたp型の上部DBR705が配置されている。
上部DBR705の上には厚さ10nmの高ドープのGaAsで構成されたコンタクト層707が接している。
コンタクト層707の上部には、上部電極710が設けられており、コンタクト層707と電気的にコンタクトしている。
また、GaAs基板701の下には、下部電極709が設けられている。
[Example 3]
As Example 3, a configuration example of a vertical cavity surface emitting laser having a different form from each of the above examples will be described with reference to FIG.
The surface emitting laser structure in this embodiment includes an n-type GaAs substrate 701, an n-type lower DBR 702 composed of an n-type AlAs layer 714 and a GaAs layer 715 located above the GaAs substrate 701.
On the lower DBR 702, an n-type cladding layer 711 made of Al 0.5 Ga 0.5 As, an active layer 713 including three undoped In 0.18 GaAs / GaAs quantum wells, and a p-type cladding layer 712 made of Al 0.5 GaAs. Is formed. The optical length of these three layers is one wavelength of the oscillation wavelength λ. The p-type cladding layer 712 is doped to 1 × 10 18 cm −3 .
Further, a different conductivity type layer 720 is disposed on the p-type cladding layer 712.
The different conductivity type layer 720 is doped to an n-type of 1 × 10 18 cm −3 .
A current confinement layer 725 made of Al 0.98 Ga 0.02 As having a thickness of 30 nm is formed on the different conductivity type layer 720. The current confinement layer 725 is divided into an oxidized portion 726 and a non-oxidized portion 727. This current confinement layer 725 is doped to 1 × 10 18 cm −3 .
The current confinement layer 725 includes a p-type upper DBR 705 in which 22 pairs of a low-refractive index layer 730 made of p-type Al 0.9 Ga 0.1 As and a high-refractive index layer 731 made of GaAs are stacked. Yes.
A contact layer 707 made of highly doped GaAs having a thickness of 10 nm is in contact with the upper DBR 705.
An upper electrode 710 is provided on the contact layer 707 and is in electrical contact with the contact layer 707.
A lower electrode 709 is provided under the GaAs substrate 701.

本実施例は、AlGaAs材料を用いた活性層で構成された垂直共振器型面発光レーザであるため、電流狭窄層と活性層との間での電流の広がりは実施例1や実施例2と比較して小さい。
しかし、電流狭窄層725の下に縦方向と面内方向で導電率が一様な半導体があるため、狭窄された電流は横方向へ広がっている。
そのため、本実施例の様に、電流狭窄層を内部に有するDBR層を構成する材料と活性層材料の電気抵抗率が大きく異ならない場合においても、異種伝導型層を電流狭窄層とp型クラッド層の間に設けることにより、狭窄された電流が再び広がることを抑制できる。
そのため、効率的に面発光レーザの中心部分に電流を閉じ込めることができる。また、本実施例では980nm帯の面発光レーザであったが、他の波長帯の面発光レーザに用いても構わない。
Since the present embodiment is a vertical cavity surface emitting laser composed of an active layer using an AlGaAs material, the spread of current between the current confinement layer and the active layer is the same as in the first and second embodiments. Small compared.
However, since there is a semiconductor having uniform conductivity in the vertical direction and in-plane direction under the current confinement layer 725, the confined current spreads in the lateral direction.
Therefore, even when the electrical resistivity of the material constituting the DBR layer having the current confinement layer and the active layer material is not greatly different as in this embodiment, the different conductivity type layer is separated from the current confinement layer and the p-type cladding. By providing between the layers, it is possible to prevent the confined current from spreading again.
As a result, the current can be efficiently confined in the central portion of the surface emitting laser. In this embodiment, the surface emitting laser is in the 980 nm band, but it may be used in surface emitting lasers in other wavelength bands.

[実施例4]
実施例4として、垂直共振器型面発光レーザ構成例について、図6を用いて説明する。
本実施例の面発光レーザは実施例1と異種伝導型層の構成が異なる点を除いては、実施例1と同一である。そのため、同一の部材については、実施例1と同じ符号を付している。
本実施例では、異種伝導型層はn型にドープされた異種伝導型層820と電流狭窄層525との間にp型の半導体層821が設けられている点が実施例1と異なる。すなわち、異種伝導型層と電流狭窄層との間には、上部DBRの伝導型と同じ伝導型の半導体を設けてもよい。
ここで、異種伝導型層820の伝導型はn型で、ドーピング濃度は0.5×1018cm−3、厚さは110nmである。また、半導体層821の伝導型はp型で、ドーピング濃度は0.5×1018cm−3、厚さは30nmとなっている。
本実施例で半導体層821が設けられているのは、電流狭窄層525と活性層513との間の距離を大きく取るためである。
図2に示すように、pn接合面にできる空乏層の幅には制限がある。しかしながら、面発光レーザにおいては、酸化層狭窄層と下部クラッド層の距離を一般的な1/4λ(従来例も1/4λである)よりも大きくしたい場合も存在する。
例えば、電流狭窄層により何らかの原子の拡散や内部応力が素子の信頼性に悪影響を与える場合には、電流狭窄層を下部クラッド層から離すことが必要になる。このような場合に、電気抵抗や結晶成長の良好な再現性を維持するためにある程度のドーピング濃度(例:0.5×1018cm−3以上)を維持しつつ、実施例1のような単層の異種伝導型層を用いて空乏層幅を100nm以上を実現することは困難である。
そこで、本実施例の様に電流狭窄層と活性層間を複数層で構成し、かつそのうちの一つを上部DBRとは異なる伝導型の層とすることで、電流狭窄層と活性層間との距離を大きくすることができる。
[Example 4]
As Example 4, a configuration example of a vertical cavity surface emitting laser will be described with reference to FIG.
The surface emitting laser of this example is the same as that of Example 1 except that the configuration of the different conductivity type layer is different from that of Example 1. Therefore, the same reference numerals as those in the first embodiment are given to the same members.
This embodiment is different from the first embodiment in that a p-type semiconductor layer 821 is provided between a heteroconductive layer 820 doped in n-type and a current confinement layer 525. That is, a semiconductor having the same conductivity type as that of the upper DBR may be provided between the different conductivity type layer and the current confinement layer.
Here, the conductivity type of the different conductivity type layer 820 is n-type, the doping concentration is 0.5 × 10 18 cm −3 , and the thickness is 110 nm. The conductivity type of the semiconductor layer 821 is p-type, the doping concentration is 0.5 × 10 18 cm −3 , and the thickness is 30 nm.
The reason why the semiconductor layer 821 is provided in this embodiment is to increase the distance between the current confinement layer 525 and the active layer 513.
As shown in FIG. 2, there is a limit to the width of the depletion layer formed on the pn junction surface. However, in the surface emitting laser, there is a case where it is desired to make the distance between the oxide confinement layer and the lower cladding layer larger than a general 1 / 4λ (the conventional example is also 1 / 4λ).
For example, when some kind of atomic diffusion or internal stress adversely affects the reliability of the device due to the current confinement layer, it is necessary to separate the current confinement layer from the lower cladding layer. In such a case, as in Example 1 while maintaining a certain doping concentration (eg, 0.5 × 10 18 cm −3 or more) in order to maintain good reproducibility of electrical resistance and crystal growth. It is difficult to realize a depletion layer width of 100 nm or more using a single layer of different conductivity type.
Therefore, as in this embodiment, the current confinement layer and the active layer are composed of a plurality of layers, and one of them is a layer having a conductivity type different from that of the upper DBR, whereby the distance between the current confinement layer and the active layer is set. Can be increased.

本実施例の場合には、p型クラッド層512と異種伝導型層820との間に空乏層が形成されるが、異種伝導型層820内に形成される空乏層の厚さは、図2より約60nmとなる。
また、異種伝導型層820と半導体層821の間に出来ている空乏層は、仮にそれぞれの層が十分に厚ければそれぞれの層内で均一で約55nmとなる。
ただし、半導体層821の実際の層厚は30nmと薄いため、半導体層821からの正孔の供給だけでは、異種伝導型層820の全てを空乏層にすることが出来ない。
しかし、非酸化部分527の下側部分に関しては、非酸化部分527から追加のキャリア供給があるために、本来の55nmの厚さの空乏層を形成でき異種伝導型層820内部をすべて空乏層とすることができる。
一方、酸化部分526の下側部分は、電流狭窄層525からの追加のキャリアの供給が出来ないため、異種伝導型層820の内部をすべて空乏層にすることが出来ず、一部にn型部分が残ってしまう。
その結果、非酸化部分527の直下のみ、活性層513と電流狭窄層525との間がすべて空乏層となり、実施例1で説明したように、電流の広がりを抑えることができる。
In this embodiment, a depletion layer is formed between the p-type cladding layer 512 and the different conductivity type layer 820. The thickness of the depletion layer formed in the different conductivity type layer 820 is as shown in FIG. Is about 60 nm.
In addition, the depletion layer formed between the different conductivity type layer 820 and the semiconductor layer 821 is uniform in each layer and becomes about 55 nm if each layer is sufficiently thick.
However, since the actual layer thickness of the semiconductor layer 821 is as thin as 30 nm, the supply of holes from the semiconductor layer 821 alone cannot make all of the different conductivity type layers 820 a depletion layer.
However, since the lower portion of the non-oxidized portion 527 has additional carrier supply from the non-oxidized portion 527, a depletion layer having an original thickness of 55 nm can be formed, and the inside of the different conductivity type layer 820 is completely depleted. can do.
On the other hand, since the lower portion of the oxidized portion 526 cannot supply additional carriers from the current confinement layer 525, the entire inside of the different conductivity type layer 820 cannot be a depletion layer, and a part of the n-type is formed. The part will remain.
As a result, the area between the active layer 513 and the current confinement layer 525 becomes a depletion layer only directly under the non-oxidized portion 527, and the spread of current can be suppressed as described in the first embodiment.

[その他の実施例]
上記実施例で説明した垂直共振器型面発光レーザを1次元または2次元にアレイ状に配列して垂直共振器型面発光レーザアレイを構成してもよい。
また、上記で示した各半導体層のドーピング量および厚さや、空乏層の厚さなどは、単なる一例であり、適宜設計変更することが可能である。
また、「Aの上に形成されたB」とは、AとBとが必ずしも接していなくてもよい。
[Other Examples]
The vertical cavity surface emitting laser array described in the above embodiments may be arranged in a one-dimensional or two-dimensional array to form a vertical cavity surface emitting laser array.
Further, the doping amount and thickness of each semiconductor layer and the thickness of the depletion layer described above are merely examples, and the design can be changed as appropriate.
In addition, “B formed on A” does not necessarily require A and B to be in contact with each other.

501:基板、
502:下部DBR
505:上部DBR
507:コンタクト層
509:下部電極
510:上部電極
511:下部クラッド層
512:上部クラッド層
513:活性層
514:低屈折率層
515:高屈折率層
520:異種伝導型層
525:電流狭窄層(酸化選択層)
526:酸化部分
527:非酸化部分
530:低屈折率層
531:高屈折率層
550:512と520とのpn接合界面に生じる空乏層
551:520と527とのpn接合界面に生じる空乏層
501: substrate,
502: Lower DBR
505: Upper DBR
507: contact layer 509: lower electrode 510: upper electrode 511: lower cladding layer 512: upper cladding layer 513: active layer 514: low refractive index layer 515: high refractive index layer 520: heteroconductive layer 525: current confinement layer ( Oxidation selective layer)
526: oxidized portion 527: non-oxidized portion 530: low refractive index layer 531: high refractive index layer 550: depletion layer 551 generated at pn junction interface between 512 and 520 1: depletion layer generated at pn junction interface between 520 and 527

Claims (8)

基板上に形成された下部DBR層と、
前記下部DBR層の上に形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された上部クラッド層と、
前記上部クラッド層の上に形成された電流狭窄層と、
前記電流狭窄層の上に形成された上部DBR層とを有する垂直共振器型面発光レーザであって
前記電流狭窄層の中心を含む部分と前記上部クラッド層とがp型またはn型の半導体で構成され、
前記中心を含む部分および前記上部クラッド層を構成する半導体がp型である場合は、前記電流狭窄層の中心を含む部分と前記上部クラッド層との間に、n型の半導体層が設けられ、前記中心を含む部分および前記上部クラッド層を構成する半導体がn型である場合は、前記電流狭窄層の中心を含む部分と前記上部クラッド層との間に、p型の半導体層が設けられていることを特徴とする垂直共振器型面発光レーザ。
A lower DBR layer formed on the substrate;
A lower cladding layer formed on the lower DBR layer;
An active layer formed on the lower cladding layer;
An upper cladding layer formed on the active layer;
A current confinement layer formed on the upper cladding layer;
A vertical cavity surface emitting laser having an upper DBR layer formed on the current confinement layer,
The portion including the center of the current confinement layer and the upper cladding layer are formed of a p-type or n-type semiconductor,
When the semiconductor that constitutes the portion including the center and the upper cladding layer is p-type, an n-type semiconductor layer is provided between the portion including the center of the current confinement layer and the upper cladding layer, In the case where the semiconductor forming the portion including the center and the upper cladding layer is n-type, a p-type semiconductor layer is provided between the portion including the center of the current confinement layer and the upper cladding layer. vertical cavity surface emitting laser characterized by there.
前記電流狭窄層は、AlGa1−XAs(x>0.9)と、該AlGa1−XAs(x>0.9)の酸化物で構成されることを特徴とする請求項1に記載の垂直共振器型面発光レーザ。 The current confinement layer is composed of Al X Ga 1-X As (x> 0.9) and an oxide of the Al X Ga 1-X As (x> 0.9). Item 2. The vertical cavity surface emitting laser according to Item 1. 前記上部DBR層を構成する半導体の伝導型がp型であり、前記電流狭窄層の中心を含む部分と前記上部クラッド層との間に、n型の半導体層が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の垂直共振器型面発光レーザ。 A semiconductor conductivity type is p-type constituting the upper DBR layer, between portion and the upper clad layer that includes the center of the current confinement layer, and wherein Rukoto n-type semiconductor layer is not provided The vertical cavity surface emitting laser according to claim 1 or 2. 前記電流狭窄層の中心を含む部分と前記上部クラッド層との間に設けられた半導体層前記電流狭窄層との間に、前記上部DBRを構成する半導体の伝導型と同じ伝導型からなる半導体層が設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の垂直共振器型面発光レーザ。 A semiconductor layer provided between the portion and the upper clad layer that includes the center of the current confinement layer, between the current confinement layer, from the same conductivity type as the semiconductor conductivity type constituting the upper DBR layer The vertical cavity surface emitting laser according to claim 1, wherein a semiconductor layer is provided. 前記電流狭窄層の中心を含む部分と前記上部クラッド層との間に設けられた半導体層は、AlGaAs半導体で構成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の垂直共振器型面発光レーザ。 5. The semiconductor layer according to claim 1, wherein a semiconductor layer provided between a portion including the center of the current confinement layer and the upper clad layer is made of an AlGaAs semiconductor. Vertical cavity surface emitting laser. 前記電流狭窄層の中心を含む部分と前記上部クラッド層との間に設けられた半導体層は、その層厚が40nmから120nmであることを特徴とする請求項3に記載の垂直共振器型面発光レーザ。 4. The vertical cavity surface according to claim 3, wherein the semiconductor layer provided between the portion including the center of the current confinement layer and the upper cladding layer has a thickness of 40 nm to 120 nm. Light emitting laser. 前記電流狭窄層の中心を含む部分と前記上部クラッド層との間に設けられた半導体層の層厚が、λ/4の光学的厚さ(λ:発振波長)であることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の垂直共振器型面発光レーザ。 The layer thickness of the semiconductor layer provided between the portion including the center of the current confinement layer and the upper clad layer is an optical thickness (λ: oscillation wavelength) of λ / 4. Item 7. The vertical cavity surface emitting laser according to any one of Items 1 to 6 . 請求項1からのいずれか1項に記載の垂直共振器型面発光レーザを、1次元または2次元にアレイ状に配列して構成されていることを特徴とする垂直共振器型面発光レーザアレイ。 The vertical cavity surface emitting laser according to any one of claims 1 7, 1-dimensional or a vertical cavity surface emitting laser, wherein a which are arranged in an array in a two-dimensional array.
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