JPH0555713A - Light emitting semiconductor element - Google Patents

Light emitting semiconductor element

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JPH0555713A
JPH0555713A JP1898092A JP1898092A JPH0555713A JP H0555713 A JPH0555713 A JP H0555713A JP 1898092 A JP1898092 A JP 1898092A JP 1898092 A JP1898092 A JP 1898092A JP H0555713 A JPH0555713 A JP H0555713A
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distributed bragg
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semiconductor
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bragg reflector
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篤 黒部
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勉 手塚
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哲雄 定政
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光弘 櫛部
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Abstract

PURPOSE:To realize a micro-resonator laser which can raise the coupling rate of naturally emitted light with its oscillating resonator mode to a sufficiently high level and has a higher efficiency and lower threshold. CONSTITUTION:In a micro-resonator laser provided with a double heterostructure section composed of a quantum well active layer 31 between the first and second distributed Bragg reflectors 20 and 40 respectively constituted by alternately piling up pluralities of semiconductor films having a larger refractive index and another semiconductor films having a smaller refractive index, the reflector 40 which is on the opposite side of a substrate 10 with respect to the double heterostructure section is formed in a projecting state on the opposite side of the double heterostructure section on the light emitting area of the double heterostructure section.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光素子に係わ
り、特に共振器の実効的な大きさを動作する光の波長程
度とした高効率の半導体発光素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a highly efficient semiconductor light emitting device in which the effective size of a resonator is set to about the wavelength of operating light.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光通信や光情報処理用の光源とし
て、半導体レーザが広く用いられている。また、OEI
C(光・電子集積回路)やフォトニックICと呼ばれる
集積回路では、半導体レーザを他の受光素子と共にモノ
リシック集積する試みが行われている。さらに、並列演
算を目指して、半導体レーザのアレイ集積も研究されて
いる。このような集積回路では、半導体レーザの集積度
を増すために、レーザの低しきい値化が重要になってい
る。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor lasers have been widely used as a light source for optical communication and optical information processing. Also, OEI
In integrated circuits called C (optical / electronic integrated circuits) and photonic ICs, attempts have been made to monolithically integrate a semiconductor laser with other light receiving elements. Furthermore, array integration of semiconductor lasers has also been studied for the purpose of parallel computing. In such an integrated circuit, it is important to reduce the threshold value of the laser in order to increase the integration degree of the semiconductor laser.

【0003】ところで、共振器の大きさが動作する光
(電磁波)の波長程度の大きさであるようなマイクロ共
振器構造を用いて、半導体レーザの効率化,超低しきい
値化を行うことが研究されている。これは、自然放出光
を制御し、発光素子の特性向上を実現するものである。
以下に、自然放出光を制御するための原理を簡単に説明
する。
By the way, the efficiency of the semiconductor laser and the ultra-low threshold value are achieved by using a microresonator structure in which the size of the resonator is about the wavelength of the operating light (electromagnetic wave). Is being studied. This is to control the spontaneous emission light and improve the characteristics of the light emitting element.
The principle for controlling the spontaneous emission light will be briefly described below.

【0004】良く知られているように、光の放出過程に
は、誘導放出過程と自然放出過程との2つが存在する
(A.Einstein, Verhandlung der Deutsche Physicalisc
heGesellschaft, Bd. 18, 318(1916))。誘導放出は、
その場所での共鳴電磁波の強度に比例する確率であり、
吸収の逆過程である。これに対して自然放出は、入射電
磁波とは無関係に起こるとされている。レーザは誘導放
出過程を利用した光素子であり、発光ダイオードは自然
放出光を利用している。
As is well known, there are two types of light emission processes, a stimulated emission process and a spontaneous emission process (A. Einstein, Verhandlung der Deutsche Physicalisc.
heGesellschaft, Bd. 18, 318 (1916)). Stimulated emission is
Probability that is proportional to the strength of the resonant electromagnetic waves at that location,
It is the reverse process of absorption. On the other hand, spontaneous emission is said to occur regardless of the incident electromagnetic wave. A laser is an optical device that uses a stimulated emission process, and a light emitting diode uses spontaneous emission light.

【0005】ここで、自然放出確率は、光子(電磁波)
のモード密度(m(ν))と発光スペクトル線の形状
(g(ν))との積を電磁波の周波数(ν)で積分して
与えられる。前述の A.Einstein の議論では、真空の光
子モード密度を仮定している。従って、大きさが発光波
長程度の微小共振器の中に発光媒質がある場合には、光
子モード密度の変化により自然放出確率が変化する。
Here, the spontaneous emission probability is photon (electromagnetic wave).
The product of the modal density (m (ν)) and the shape of the emission spectrum line (g (ν)) is integrated by the frequency (ν) of the electromagnetic wave. In the above discussion of A. Einstein, we assume vacuum photon modal density. Therefore, when the light emitting medium is in the microresonator having a size of about the emission wavelength, the spontaneous emission probability changes due to the change of the photon mode density.

【0006】このような考えに基づいたレーザは、マイ
クロ共振器レーザと呼ばれる。半導体レーザを例にと
り、図22を参照してさらに説明を加える。図22にお
いて、左側は通常の半導体レーザ、右側はマイクロ共振
器レーザの特性である。
A laser based on such an idea is called a microcavity laser. Taking a semiconductor laser as an example, further description will be given with reference to FIG. In FIG. 22, the left side shows the characteristics of a normal semiconductor laser and the right side shows the characteristics of a microcavity laser.

【0007】通常の半導体レーザにおいては、共振器長
をL,屈折率をn′とすれば、軸方向の各モードの波長
は、mを整数としてλm =2L/n′mで規定される。
ここで、一般にLは数百μmであるため、図22の(1
−a)に示すようにモード間隔は数オングストロームに
なる。
In an ordinary semiconductor laser, assuming that the cavity length is L and the refractive index is n ', the wavelength of each mode in the axial direction is defined by λ m = 2L / n'm where m is an integer. ..
Here, since L is generally several hundred μm, (1 in FIG.
The mode interval is several angstroms as shown in -a).

【0008】また、半導体における発光スペクトル線幅
は、図22の(1−b)に示すように数10nmである
ために、自然放出光は波長軸上で図22の(1−c)に
示すようになる。即ち、発振しきい値以下の電流では、
注入したキャリアは、発光スペクトル線幅内の各波長で
光再結合し、自然放出確率は共振器がない場合と変わら
ない。注入電流をさらに増やすと、図22の(1−d)
に示すように波長λL で発振し、図22の(1−e)に
示すようなしきい特性を持つ光出力−電流曲線となる。
Since the emission spectrum line width of the semiconductor is several tens of nm as shown in (1-b) of FIG. 22, the spontaneous emission light is shown in (1-c) of FIG. 22 on the wavelength axis. Like That is, at a current below the oscillation threshold,
The injected carriers are recombined at each wavelength within the emission spectrum line width, and the spontaneous emission probability is the same as in the case without the resonator. When the injection current is further increased, (1-d) in FIG.
As shown in FIG. 22, the laser beam oscillates at the wavelength λ L , and an optical output-current curve having a threshold characteristic as shown in (1-e) of FIG. 22 is obtained.

【0009】いま、共振器長Lとして、スペクトル線の
ピーク波長λg程度の大きさ(このような共振器を、マ
イクロ共振器と呼ぶ。)にとると、スペクトルg(λ)
が有限である領域に零個を含む数個のモードだけしか存
在できないようにすることができる。図22の(2−
a)に1個のモードのみ存在する場合を示した。このよ
うにすると、発光スペクトル,自然放出スペクトル及び
発振スペクトルは図22の(2−b),(2−c)及び
(2−d)に示すようになり、自然放出光といえども必
ず発振波長に結合するので、図22の(2−e)に示す
ように零しきい値の半導体レーザが実現できる。
Now, assuming that the resonator length L is about the peak wavelength λg of the spectrum line (such a resonator is called a microresonator), the spectrum g (λ) is obtained.
It is possible to allow only a few modes, including zero, to exist in a region where is finite. In FIG. 22, (2-
The case where only one mode exists is shown in a). By doing so, the emission spectrum, the spontaneous emission spectrum, and the oscillation spectrum become as shown in (2-b), (2-c), and (2-d) of FIG. Therefore, a zero threshold semiconductor laser can be realized as shown in (2-e) of FIG.

【0010】また、このような光閉じ込めが完全でない
場合であっても、マイクロ共振器により、発振しきい値
の低減化が可能である。一般的には、自然放出光のうち
で、発振共振器モードに結合する割合をβ(β≦1)と
おくと、発振しきい値は近似的にβに逆比例する。通常
のレーザでは、β〜10-5であるので、発振共振器モー
ドに結合する割合βが10%であっても、4桁程度のし
きい値低減が期待される。
Even if such optical confinement is not perfect, the microresonator can reduce the oscillation threshold value. In general, when the proportion of spontaneous emission light coupled to the oscillation resonator mode is β (β ≦ 1), the oscillation threshold value is approximately inversely proportional to β. Since a normal laser has β to 10 −5 , it is expected to reduce the threshold value by about four digits even if the ratio β coupled to the oscillation resonator mode is 10%.

【0011】このようにマイクロ共振器において、半導
体レーザの低しきい値化や種々の機能発光素子が可能と
なることは、既に知られている(特開昭59-50589号公
報)。しかし、マイクロ共振器は高い反射率を持った共
振器である必要がある。さもないと、共振器外の光モー
ドが共振器内に入り込み、モード密度が真空場のそれと
同じになってしまうからである。上記の公報には、高い
反射率を得るための構造に関する具体的な施策は記載さ
れていない。
As described above, it is already known that the threshold value of the semiconductor laser and various functional light emitting devices can be realized in the microresonator (Japanese Patent Laid-Open No. 59-50589). However, the microresonator needs to be a resonator having a high reflectance. Otherwise, the optical mode outside the cavity will enter the cavity and the mode density will be the same as that of the vacuum field. The above publication does not describe any specific measure regarding the structure for obtaining a high reflectance.

【0012】マイクロ共振器を半導体材料で具現化した
例は、文献(山本喜久,上田正仁,電気情報通信学会
誌,72(9) pp.1014-1020 (1989) 及び 73(2)pp.161-16
6:Y.Yamamoto, "Cavity Quantum Electrodynamics& Qu
antum Computing"; 1stInternational Forum on the Fr
ontier of Telecommunications Technology,SESSION 3
)に報告されている。
An example of embodying a microresonator with a semiconductor material is described in the literature (Yoshihisa Yamamoto, Masahito Ueda, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, 72 (9) pp.1014-1020 (1989) and 73 (2) pp.161. -16
6: Y.Yamamoto, "Cavity Quantum Electrodynamics & Qu
antum Computing "; 1stInternational Forum on the Fr
ontier of Telecommunications Technology, SESSION 3
) Is reported.

【0013】この例を、図23(a)(b)に示す。高
い反射率を持った共振器とするために、AlGaAs/
AlAs多層膜よりなる分布ブラッグ反射器(λ/4誘
電体多層膜)2,3を用い、活性層1は量子井戸構造と
している。なお、屈折率の大きな半導体膜と屈折率の小
さな半導体膜とが交互に複数個積層された反射器は、分
布ブラッグ反射器と呼ばれる。また、2つの分布ブラッ
グ反射器2,3に囲まれた間隔をλ(図23(a))或
いはλ/2(図23(b))とすることによって、モー
ドの腹及び節4が各々の場合に活性層に位置するように
設計し、前者の場合は自然放出強度の増大、後者では自
然放出強度の抑制を得ている。
An example of this is shown in FIGS. 23 (a) and 23 (b). In order to make a resonator with high reflectance, AlGaAs /
Distributed Bragg reflectors (λ / 4 dielectric multilayer films) 2 and 3 made of AlAs multilayer films are used, and the active layer 1 has a quantum well structure. A reflector in which a plurality of semiconductor films having a large refractive index and a semiconductor film having a small refractive index are alternately laminated is called a distributed Bragg reflector. In addition, by setting the interval surrounded by the two distributed Bragg reflectors 2 and 3 to be λ (FIG. 23A) or λ / 2 (FIG. 23B), the antinode and the node 4 of the mode are respectively separated. In this case, it is designed to be located in the active layer. In the former case, the spontaneous emission intensity is increased, and in the latter case, the spontaneous emission intensity is suppressed.

【0014】上記のマイクロ共振器の例では、光モード
は積層方向にのみ形成されているだけであり、積層方向
に対して斜め方向や層方向に進行する光は、共振器モー
ドに結合し難くなったり、結合しなくなったりする。そ
してこれが、前述した自然放出光の発振共振器モードに
結合する割合(β)を小さくする要因となっている。従
って、半導体マイクロ共振器においては、垂直方向(薄
膜結晶成長方向)だけでなく、水平方向にも共振器長を
波長程度に短くし、且つ共振器全面を光反射膜(或いは
多層膜)で覆うことが望ましい。
In the above-mentioned example of the microresonator, the optical mode is formed only in the stacking direction, and the light traveling in the oblique direction or the layer direction with respect to the stacking direction is difficult to be coupled to the resonator mode. It becomes or it does not combine. This is a factor for reducing the ratio (β) of coupling the spontaneous emission light with the oscillation resonator mode. Therefore, in the semiconductor microresonator, not only in the vertical direction (thin film crystal growth direction) but also in the horizontal direction, the resonator length is shortened to about the wavelength, and the entire surface of the resonator is covered with a light reflection film (or a multilayer film). Is desirable.

【0015】しかしながら、垂直方向には分布ブラッグ
反射器を薄膜結晶成長技術により形成することが容易で
あるが、水平方向にも分布ブラッグ反射器を形成するの
は容易でない。即ち、通常の半導体レーザのコーティン
グによる光反射膜形成においては、スパッタ蒸着や電子
ビーム蒸着などが用いられ、コーティングしようとする
面を蒸着種の飛来する方向に向けて蒸着するが、コーテ
ィングしようとする面以外の面も蒸着種の回り込みによ
って蒸着されてしまう。回り込みによる蒸着層の厚さ
は、本来のコーティングしようとする面への蒸着の厚さ
よりも一般には薄くなっている。従って、垂直方向及び
水平方向のように多面的に同じ多層膜コーティングする
ことは不可能である。
However, although it is easy to form the distributed Bragg reflector in the vertical direction by the thin film crystal growth technique, it is not easy to form the distributed Bragg reflector also in the horizontal direction. That is, in the formation of a light-reflecting film by the coating of a normal semiconductor laser, sputter vapor deposition, electron beam vapor deposition, or the like is used, and the surface to be coated is vapor-deposited in the direction in which the vapor-deposition species come in. Surfaces other than the surface are also vapor-deposited due to the inclusion of vapor-deposition species. The thickness of the vapor deposition layer due to the wraparound is generally thinner than the thickness of the vapor deposition on the surface to be originally coated. Therefore, it is impossible to apply the same multi-layer film coating in multiple directions such as the vertical direction and the horizontal direction.

【0016】また、このような半導体発光素子をモノリ
シックに集積化しようとしたときにも、従来のコーティ
ング技術では隣接したマイクロ共振器が邪魔になり、蒸
着種が全面に均等に行き渡らないという問題点もある。
Further, even when attempting to monolithically integrate such a semiconductor light emitting device, the conventional coating technology has a problem in that the adjacent microresonators interfere and the vapor deposition species are not evenly distributed over the entire surface. There is also.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】このように従来、マイ
クロ共振器を用いた半導体発光素子においては、自然放
出光の発振共振器モードに結合する割合を高めるため
に、垂直方向だけでなく水平方向に伝搬する光に対して
も共振器を形成することが望ましい。しかし、水平方向
に共振器を構成するための光反射膜を形成するのは困難
である。このため、自然放出を十分に制御することがで
きず、発光素子の場合は発光効率の低下を招いていた。
As described above, in the conventional semiconductor light emitting device using the microresonator, in order to increase the ratio of coupling of spontaneous emission light to the oscillation resonator mode, not only the vertical direction but also the horizontal direction. It is desirable to form a resonator for light propagating in the direction. However, it is difficult to form the light reflection film for forming the resonator in the horizontal direction. For this reason, spontaneous emission cannot be sufficiently controlled, and in the case of a light emitting element, the luminous efficiency is reduced.

【0018】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、自然放出光の発振共振
器モードに結合する割合を十分に高めることができ、よ
り高効率及び低しきい値の半導体発光素子を提供するこ
とにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to sufficiently increase the rate of coupling of spontaneous emission light to the oscillation resonator mode, resulting in higher efficiency and lower efficiency. It is to provide a threshold semiconductor light emitting device.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、マイク
ロ共振器の光反射面を、2組の分布ブラッグ反射器で構
成し、2組の分布ブラッグ反射器のうち少なくとも一方
を単一な平面でない分布ブラッグ反射器で構成すること
にある。ここで、単一な平面でない面とは、複数の平面
で構成された面或いは曲面などを意味する。
The essence of the present invention is that the light reflecting surface of the microresonator is composed of two sets of distributed Bragg reflectors, and at least one of the two sets of distributed Bragg reflectors is a single unit. It consists of a distributed Bragg reflector which is not a plane. Here, a surface that is not a single plane means a surface or a curved surface that is composed of a plurality of planes.

【0020】即ち本発明(請求項1)は、屈折率の大き
な半導体膜と屈折率の小さな半導体膜を交互に複数個積
層した第1の分布ブラッグ反射器と、該反射器と同様な
構成の第2の分布ブラッグ反射器との間に、半導体のダ
ブルヘテロ構造部が形成された半導体発光素子におい
て、分布ブラッグ反射器の少なくとも一方を、ダブルヘ
テロ構造部の発光領域上で該ダブルヘテロ構造部と反対
側に凸状に形成してなることを特徴としている。
That is, according to the present invention (claim 1), a first distributed Bragg reflector in which a plurality of semiconductor films having a large refractive index and semiconductor films having a small refractive index are alternately laminated, and a structure similar to that of the reflector are provided. In a semiconductor light emitting device in which a semiconductor double heterostructure is formed between a second distributed Bragg reflector and at least one of the distributed Bragg reflectors on the light emitting region of the double heterostructure. It is characterized in that it is formed in a convex shape on the opposite side.

【0021】また、本発明(請求項2)は、屈折率の大
きな半導体膜と屈折率の小さな半導体膜を交互に複数個
積層した分布ブラッグ反射器と金属反射器との間に、半
導体のダブルヘテロ構造部が形成された半導体発光素子
において、分布ブラッグ反射器又は金属反射器の少なく
とも一方を、ダブルヘテロ構造部の発光領域上で該ダブ
ルヘテロ構造部と反対側に凸状に形成してなることを特
徴としている。
According to the present invention (claim 2), a semiconductor double film is provided between a distributed Bragg reflector and a metal reflector in which a plurality of semiconductor films having a large refractive index and semiconductor films having a small refractive index are alternately laminated. In a semiconductor light emitting device having a heterostructure part, at least one of a distributed Bragg reflector and a metal reflector is formed in a convex shape on the light emitting region of the double heterostructure part on the side opposite to the double heterostructure part. It is characterized by

【0022】また、本発明(請求項3)は、屈折率の大
きな半導体膜と屈折率の小さな半導体膜を交互に複数個
積層した第1の分布ブラッグ反射器と、該反射器と同様
な構成の第2の分布ブラッグ反射器との間に、半導体の
ダブルヘテロ構造部が形成された半導体発光素子におい
て、分布ブラッグ反射器の双方を、ダブルヘテロ構造部
の活性層側に凹みを有する曲面状に形成し、且つダブル
ヘテロ構造部の活性層をブラッグ反射器によって規定さ
れる共振器モードの焦点部に位置させてなることを特徴
とする。
According to the present invention (claim 3), a first distributed Bragg reflector in which a plurality of semiconductor films having a large refractive index and semiconductor films having a small refractive index are alternately laminated, and a structure similar to the reflector. In a semiconductor light emitting device in which a semiconductor double heterostructure section is formed between the second distributed Bragg reflector and the second distributed Bragg reflector, both of the distributed Bragg reflectors have a curved surface having a recess on the active layer side of the double heterostructure section. And the active layer of the double heterostructure is located at the focal point of the resonator mode defined by the Bragg reflector.

【0023】[0023]

【作用】既に説明したように、2組の半導体分布ブラッ
グ反射器を対向させたマイクロ共振器では、1次元方向
にのみ光の閉じ込めが有効であり、斜めや横方向への自
然放出も生じるために、自然放出光の発振共振器モード
に結合する割合は低い。これに対して本発明のように、
分布ブラッグ反射器(又は金属反射膜)を共振器から見
て凸状にすることによって、垂直方向以外に進行する光
に対しても反射器として働かせることが可能であり、自
然放出光の発振共振器モードに結合する割合を増大でき
る。
As described above, in a microresonator in which two sets of semiconductor distributed Bragg reflectors are opposed to each other, light confinement is effective only in the one-dimensional direction, and spontaneous emission in oblique and lateral directions also occurs. In addition, the ratio of spontaneous emission light coupling with the oscillation resonator mode is low. On the other hand, like the present invention,
By making the distributed Bragg reflector (or metal reflective film) convex when viewed from the resonator, it is possible to act as a reflector even for light traveling in a direction other than the vertical direction, and oscillation resonance of spontaneous emission light. It is possible to increase the rate of coupling to the vessel mode.

【0024】また、本発明では分布ブラッグ反射器を複
数の平面で形成された構造としているので、1つの方向
だけでなく複数の方向で光の閉じ込めが可能であり、自
然放出光の発振共振器モードに結合する割合を高くする
ことができる。さらに、本発明の構造は、半導体のドラ
イエッチングや結晶成長技術を用いて一括して形成でき
るため、大面積に再現性良く作成でき集積化も容易であ
る。
Further, in the present invention, since the distributed Bragg reflector has a structure formed by a plurality of planes, it is possible to confine light not only in one direction but also in a plurality of directions, and the oscillation resonator of spontaneous emission light is provided. The rate of coupling to the mode can be increased. Furthermore, since the structure of the present invention can be collectively formed by using the semiconductor dry etching or the crystal growth technique, it can be formed in a large area with good reproducibility and is easily integrated.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0026】図1は本発明の第1の実施例の概略構成を
示す断面図である。この実施例は、自然放出光を増強し
た超低しきい値マイクロ共振器レーザである。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic structure of the first embodiment of the present invention. This example is an ultralow threshold microcavity laser with enhanced spontaneous emission.

【0027】n型GaAs基板(キャリア濃度2×10
18cm-3)10上に、例えば減圧MOCVD法を用いて半
導体の積層構造が形成され、最上層及び基板裏面には電
極11,12がそれぞれ形成されている。
N-type GaAs substrate (carrier concentration 2 × 10
A laminated structure of semiconductors is formed on 18 cm −3 ) 10 by using, for example, a low pressure MOCVD method, and electrodes 11 and 12 are formed on the uppermost layer and the back surface of the substrate, respectively.

【0028】半導体の積層構造において、21,23,
25,27,41,43,45,47はAl0.8 Ga
0.2 As層、22,24,26,28,42,44,4
6,48,32,33はAl0.3 Ga0.7 As層であ
り、50はp型GaAsコンタクト層(キャリア濃度5
×1018cm-3)である。41〜48はp型でキャリア濃
度2×1018cm-3に不純物ドープされ、21〜28はn
型でキャリア濃度2×1018cm-3に不純物ドープされて
いる。
In the laminated structure of semiconductors, 21, 23,
25, 27, 41, 43, 45, 47 are Al 0.8 Ga
0.2 As layer, 22, 24, 26, 28, 42, 44, 4
6, 48, 32, and 33 are Al 0.3 Ga 0.7 As layers, and 50 is a p-type GaAs contact layer (carrier concentration 5
× 10 18 cm -3 ). 41 to 48 are p-type and impurity-doped to a carrier concentration of 2 × 10 18 cm −3 , and 21 to 28 are n-type.
The mold is impurity-doped to a carrier concentration of 2 × 10 18 cm -3 .

【0029】組成或いは組成比の異なる半導体の接合は
ヘテロ接合と呼ばれ、ヘテロ接合を2つ持つ構造はダブ
ルヘテロ構造と呼ばれる。31〜33はダブルヘテロ構
造部をなし、31は電子と正孔が光再結合を行う活性層
である。本実施例では活性層31は厚さ7nmのInG
aAs層であり、その厚さが電子のド・ブロイ波長の程
度であるために、31〜33は量子井戸構造と呼ばれ
る。
A junction of semiconductors having different compositions or composition ratios is called a heterojunction, and a structure having two heterojunctions is called a double heterostructure. Reference numerals 31 to 33 form a double heterostructure portion, and reference numeral 31 is an active layer in which electrons and holes are optically recombined. In this embodiment, the active layer 31 is made of InG having a thickness of 7 nm.
31-33 is called a quantum well structure because it is an aAs layer and its thickness is about the de Broglie wavelength of electrons.

【0030】21〜28及び41〜48は各々分布ブラ
ッグ反射器20,40を構成しており、各々の層の厚さ
(曲面の場合は、ヘテロ界面の最短距離)は光学距離に
してλ/4である。ここで、λは量子井戸の発光ピーク
波長である。また、以下の説明で記号λを用いた距離
は、特に断らない限り光学距離(実長さに有効屈折率を
掛けた長さ)を表わす。また、一般的には分布ブラッグ
反射器を構成する各層の厚さは、λ/4の奇数倍であれ
ばよい。
Reference numerals 21 to 28 and 41 to 48 constitute distributed Bragg reflectors 20 and 40, respectively, and the thickness of each layer (in the case of a curved surface, the shortest distance between hetero interfaces) is λ / It is 4. Here, λ is the emission peak wavelength of the quantum well. In the following description, the distance using the symbol λ represents the optical distance (the actual length multiplied by the effective refractive index) unless otherwise specified. In general, the thickness of each layer forming the distributed Bragg reflector may be an odd multiple of λ / 4.

【0031】InGaAs量子井戸活性層31は、第1
の分布ブラッグ反射器20の最上層21からλ/2の距
離にある。第2の分布ブラッグ反射器40の最下層41
は、中央部でその半径がλ/2の半球状になっており、
活性層31はこの半球の直径部に位置している。より具
体的には、活性層31はスペーサ層33の中央部に半径
λ/2の円形に形成され、この活性層31上のスペーサ
層32が半径がλ/2の半球状になっており、これらの
スペーサ層32,33上に分布ブラッグ反射器40が成
長形成されている。また、電極11は図2に本実施例素
子の平面図を示すように、中央部に円形の開口を有する
ものとなっている。
The InGaAs quantum well active layer 31 is the first
From the top layer 21 of the distributed Bragg reflector 20 of λ / 2. The bottom layer 41 of the second distributed Bragg reflector 40
Has a hemispherical shape with a radius of λ / 2 at the center,
The active layer 31 is located in the diameter portion of this hemisphere. More specifically, the active layer 31 is formed in a circular shape with a radius of λ / 2 in the central portion of the spacer layer 33, and the spacer layer 32 on the active layer 31 has a hemispherical shape with a radius of λ / 2. A distributed Bragg reflector 40 is grown and formed on these spacer layers 32 and 33. Further, the electrode 11 has a circular opening in the central portion as shown in the plan view of the device of this embodiment in FIG.

【0032】このような構成であれば、第2の分布ブラ
ッグ反射器40を共振器から見て凸状に形成しているの
で、この分布ブラッグ反射器40を垂直方向以外に進行
する光に対しても反射器として働かせることが可能であ
り、自然放出光の発振共振器モードに結合する割合を増
大できる。本実施例では、自然放出光の発振共振器モー
ドに結合する割合βを10%程度まで高めることが可能
となり、約4桁の発振しきい値の低減となった。
With this structure, since the second distributed Bragg reflector 40 is formed in a convex shape when viewed from the resonator, the distributed Bragg reflector 40 is adapted to light traveling in directions other than the vertical direction. However, it can be made to act as a reflector, and the rate of coupling of spontaneous emission light to the oscillation resonator mode can be increased. In this embodiment, the ratio β of spontaneous emission light coupling with the oscillation resonator mode can be increased to about 10%, and the oscillation threshold value is reduced by about 4 digits.

【0033】次に、本実施例レーザの作成方法を、図3
を参照して説明する。
Next, a method of manufacturing the laser of this embodiment will be described with reference to FIG.
Will be described.

【0034】まず、図3(a)に示すように、n型Ga
As基板10上に減圧MOCVD法により、分布ブラッ
グ反射器20を積層し、さらにこの上にダブルヘテロ構
造部をなす各層33,31,32を積層する。このと
き、スペーサ層32は厚めに成長する。続いて、電子ビ
ーム露光法とウェットエッチング等により、マスク60
(酸化珪素膜)を上向きに凸となるように形成する。
First, as shown in FIG. 3A, n-type Ga
The distributed Bragg reflector 20 is laminated on the As substrate 10 by the low pressure MOCVD method, and each layer 33, 31, 32 forming the double hetero structure portion is further laminated thereon. At this time, the spacer layer 32 grows thicker. Then, the mask 60 is formed by an electron beam exposure method and wet etching.
The (silicon oxide film) is formed so as to be convex upward.

【0035】次いで、塩素プラズマを用いた方向性ドラ
イエッチングにより、スペーサ層32及び活性層31を
スペーサ層33に達するまでエッチングする。このと
き、マスク60もスペーサ層32より遅い速度でエッチ
ングされるので、マスクの局所的膜厚に応じて図3
(b)に示すようにスペーサ層32が凸状に残される。
Next, the spacer layer 32 and the active layer 31 are etched until they reach the spacer layer 33 by directional dry etching using chlorine plasma. At this time, since the mask 60 is also etched at a slower rate than the spacer layer 32, the mask 60 shown in FIG.
As shown in (b), the spacer layer 32 is left in a convex shape.

【0036】なお、塩素プラズマを用いた方向性ドライ
エッチングを行う前に、マスク60を用いて、活性層3
1に達するプロトンの打ち込みを行ってもよい。こうす
ることにより、打ち込み領域が高抵抗領域として働き、
電流をより有効に活性層31に注入することが可能とな
る。
Before carrying out the directional dry etching using chlorine plasma, the active layer 3 is masked by using the mask 60.
You may perform the implantation of the proton which reaches 1. By doing this, the implantation region functions as a high resistance region,
It is possible to more effectively inject a current into the active layer 31.

【0037】次いで、図3(c)に示すように、減圧M
OCVD法により分布ブラッグ反射器40及びGaAs
コンタクト層50を積層する。最後に、通常のフォトリ
ソグラフィと蒸着により、電極11及び12を形成し、
電極11及びコンタクト層50の一部をエッチングする
ことにより、図1に示す構造が得られる。
Next, as shown in FIG. 3 (c), the reduced pressure M
Distributed Bragg reflector 40 and GaAs by OCVD method
The contact layer 50 is laminated. Finally, the electrodes 11 and 12 are formed by ordinary photolithography and vapor deposition,
By etching a part of the electrode 11 and the contact layer 50, the structure shown in FIG. 1 is obtained.

【0038】なお、図1に示した量子井戸活性層や分布
ブラッグ反射器の形状、さらに活性層と分布ブラッグ反
射器の位置関係などには、様々の場合があり得る。例え
ば、分布ブラッグ反射器にλ/4の厚さの複数個のペア
(屈折率の高い層と低い層)を追加してもよい。量子井
戸活性層と分布ブラッグ反射器の距離がλ/2の整数倍
であってもよい。スペーサ,32,33を量子井戸活性
層31から遠ざかるに連れて禁制帯幅が大きくなるよう
にした、所謂GRIN−SCH構造にしてもよい。
There may be various cases in the shapes of the quantum well active layer and the distributed Bragg reflector shown in FIG. 1, and the positional relationship between the active layer and the distributed Bragg reflector. For example, a plurality of pairs having a thickness of λ / 4 (a high refractive index layer and a low refractive index layer) may be added to the distributed Bragg reflector. The distance between the quantum well active layer and the distributed Bragg reflector may be an integral multiple of λ / 2. A so-called GRIN-SCH structure may be used in which the forbidden band width increases as the spacers 32, 33 move away from the quantum well active layer 31.

【0039】また、図4に斜視図で示したように、分布
ブラッグ反射器40の形状として半円柱とすることもで
きる。図1の分布ブラッグ反射器40は球状でなくても
上向きに凸状であれば、同じようにβの増大が期待され
る。活性層として量子井戸の他に、図5に示すように量
子細線や量子箱にすることもできる。図5において70
が量子細線活性層を示している。さらに、図1では分布
ブラッグ反射器40が半球状となっているが、分布ブラ
ッグ反射器20を半球状としてもよいし、両方の分布ブ
ラッグ反射器20,40を球状としてもよい。また、4
1は活性層31を取り囲むようになっているが、取り囲
まない構造(例えば、41のAl組成を32のAl組成
とする構造)であっても、何等構わない。
As shown in the perspective view of FIG. 4, the distributed Bragg reflector 40 may be formed in a semi-cylindrical shape. Even if the distributed Bragg reflector 40 of FIG. 1 is not spherical, if β is convex upward, the increase of β is similarly expected. In addition to the quantum well, the active layer may be a quantum wire or a quantum box as shown in FIG. In FIG. 5, 70
Indicates the quantum wire active layer. Further, although the distributed Bragg reflector 40 has a hemispherical shape in FIG. 1, the distributed Bragg reflector 20 may have a hemispherical shape, or both of the distributed Bragg reflectors 20 and 40 may have a spherical shape. Also, 4
Although 1 surrounds the active layer 31, it does not matter even if the structure is not surrounded (for example, the Al composition of 41 is the Al composition of 32).

【0040】図6は、本発明の第2の実施例の概略構成
を示す断面図である。本実施例は、結晶成長速度の成長
面方位依存性を使って、マイクロ共振器レーザを作成で
きる例である。
FIG. 6 is a sectional view showing the schematic arrangement of the second embodiment of the present invention. This example is an example in which a microcavity laser can be produced by using the dependence of the crystal growth rate on the growth plane orientation.

【0041】120は図1の20と同様なn型の分布ブ
ラッグ反射器であり、140は図1の40と同様なp型
の分布ブラッグ反射器である。但し、分布ブラッグ反射
器140は正四面体構造をとっている。なお、本実施例
素子を上方から見た平面図を図7に示す。この図7のA
−A′の断面が図6である。
Reference numeral 120 is an n-type distributed Bragg reflector similar to 20 in FIG. 1, and 140 is a p-type distributed Bragg reflector similar to 40 in FIG. However, the distributed Bragg reflector 140 has a regular tetrahedral structure. A plan view of the device of this example as seen from above is shown in FIG. A of this FIG.
A cross section of -A 'is shown in FIG.

【0042】分布ブラッグ反射器140の各層の膜厚
は、λ/4にとっている。図6を見ると、分布ブラッグ
反射器140のうちで、左側の層間隔の方が右側の層間
隔よりも厚くなっているように見えるが、図7から分か
るように左側の層は正しい層間隔を示しておらず、見掛
上厚く見えるだけである。また、131はGaAs活性
層、151は酸化珪素膜、132及び133はAl0.3
Ga0.7 As層(スペーサ層)、111及び112は電
極を示している。
The thickness of each layer of the distributed Bragg reflector 140 is set to λ / 4. Referring to FIG. 6, in the distributed Bragg reflector 140, the layer spacing on the left side seems thicker than the layer spacing on the right side, but as can be seen from FIG. 7, the layer on the left side has the correct layer spacing. Is not shown, and only looks thick. Further, 131 is a GaAs active layer, 151 is a silicon oxide film, and 132 and 133 are Al 0.3.
Ga 0.7 As layer (spacer layer), 111 and 112 are electrodes.

【0043】次に、第2の実施例素子の作成方法の概要
を説明する。
Next, the outline of the method of manufacturing the element of the second embodiment will be described.

【0044】結晶成長には(111)面のGaAs基板
110を用いる。MOCVD法で分布ブラッグ反射器1
20及びスペーサ層133を成長したのち、その上に酸
化珪素膜151を堆積する。次いで、正三角形の各辺
が、[110],[011],[101]となるように
パターニングし、酸化珪素膜151の正三角形部分をエ
ッチングで取り除く。正三角形の一辺の長さは、約0.
1μmである。さらに、参考文献(T.Fukui, S.Ando,
Y.Tokura, and T.Todhiyama: Extended Abstractsof th
e 22nd (1990 International) Conference on Solid St
ate Devices andMeterials, Sendai, 1990, pp.99-10
2)に記載されているのと同様な選択成長法を用いて、
活性層131,スペーサ層132及び分布ブラッグ反射
器140を順次積層する。結晶成長の面方位依存性のた
めに、テトラヘドラル対称性を持つ構造が積層される。
A (111) plane GaAs substrate 110 is used for crystal growth. Distributed Bragg reflector 1 by MOCVD method
After growing 20 and the spacer layer 133, a silicon oxide film 151 is deposited thereon. Then, patterning is performed so that each side of the equilateral triangle becomes [110], [011], and [101], and the equilateral triangle portion of the silicon oxide film 151 is removed by etching. The length of one side of the equilateral triangle is about 0.
It is 1 μm. In addition, references (T. Fukui, S. Ando,
Y. Tokura, and T. Todhiyama: Extended Abstractsof th
e 22nd (1990 International) Conference on Solid St
ate Devices andMeterials, Sendai, 1990, pp.99-10
Using a selective growth method similar to that described in 2),
The active layer 131, the spacer layer 132, and the distributed Bragg reflector 140 are sequentially stacked. Due to the plane orientation dependence of crystal growth, structures with tetrahedral symmetry are stacked.

【0045】なお、本実施例方法で作成する場合、結晶
の対称性を利用しているために、酸化珪素膜のパターニ
ングは正三角形である必要はなく、例えば、円であって
も、自然に正四面体構造が積層される。酸化珪素膜は、
素子作成時には選択成長マスクとして機能するが、作成
された素子では電流狭窄層として働く。
When the method of the present embodiment is used, since the symmetry of the crystal is utilized, the patterning of the silicon oxide film does not have to be an equilateral triangle. Regular tetrahedron structures are stacked. The silicon oxide film is
It functions as a selective growth mask when the device is formed, but it functions as a current confinement layer in the formed device.

【0046】図8は本発明の第3の実施例の概略構成を
示す断面図である。第2の実施例では、活性層が3次元
的に分布ブラッグ反射器によって囲まれていたが、本実
施例では2次元的に囲まれている例である。本実施例
も、結晶成長速度の成長面方位依存性を使って作成でき
る例である。なお、本実施例素子を上方から見た平面図
を図9に示す。この図9のB−B′の断面が図8であ
る。
FIG. 8 is a sectional view showing the schematic arrangement of the third embodiment of the present invention. In the second embodiment, the active layer is three-dimensionally surrounded by the distributed Bragg reflector, but in the present embodiment, it is an example in which it is two-dimensionally surrounded. This embodiment is also an example that can be created by using the dependence of the crystal growth rate on the growth plane orientation. It is to be noted that FIG. 9 is a plan view of the device of this example as seen from above. FIG. 8 shows a cross section taken along the line BB 'in FIG.

【0047】220及び240はn型及びp型の分布ブ
ラッグ反射器であり,231はInGaAs活性層、2
51は酸化珪素膜である。本実施例ではGaAs基板2
10として、(001)面を用いる。酸化珪素膜251
に、[110]方向のストライプを抜き、参考文献(T.
Fukui, S.Ando, H.Saito: Extended Abstractsof the 2
2nd (1990 International) Conference on Solid State
Devices andMaterrials, Sendai, 1990, pp.753-756)
に記載されているのと同様な方法で選択成長を行って、
233,231,232,240を順次積層する。本構
造は、第2の実施例ほどにβを大きくすることはできな
いが、比較的幅の広い酸化珪素膜のストライプであって
も、活性層231の横幅を狭く制御できるという利点が
あり、作成が容易である。
Reference numerals 220 and 240 are n-type and p-type distributed Bragg reflectors, and 231 is an InGaAs active layer, 2
51 is a silicon oxide film. In this embodiment, the GaAs substrate 2
As (10), the (001) plane is used. Silicon oxide film 251
In the reference (T.
Fukui, S. Ando, H. Saito: Extended Abstractsof the 2
2nd (1990 International) Conference on Solid State
Devices and Materrials, Sendai, 1990, pp.753-756)
Perform selective growth in the same manner as described in,
233, 231, 232 and 240 are sequentially laminated. Although this structure cannot make β as large as that of the second embodiment, it has an advantage that the lateral width of the active layer 231 can be controlled to be narrow even if the stripe of the silicon oxide film having a relatively wide width is formed. Is easy.

【0048】図10は本発明の第4の実施例の概略構成
を示す断面図である。本実施例は第2の実施例のp型分
布ブラッグ反射器140を、電極を兼ねた金属反射膜に
変えた例である。
FIG. 10 is a sectional view showing a schematic structure of the fourth embodiment of the present invention. The present embodiment is an example in which the p-type distributed Bragg reflector 140 of the second embodiment is replaced with a metal reflective film which also serves as an electrode.

【0049】図中331はInGaAs活性層、332
はp型GaAsスペーサ層、312は電極を兼ねた金属
反射膜である。スペーサ層の厚さはλ/5〜λ/4程度
である。金属反射膜312としては、通常用いられるA
uZn/Auの積層膜でもよいが、半導体との界面での
合金化による反射率の低下を防ぐためにAg或いはAg
/Au或いはTi/Pt/Auなどの金属膜を用いる方
法が望ましい。本実施例の活性層331とスペーサ層3
32の間に、第2の実施例のp型分布ブラッグ反射器1
40を積層した構造も可能である。この場合には、p型
分布ブラッグ反射器のペア数を減らしても高い反射率が
得られるという利点がある。
In the figure, 331 is an InGaAs active layer, 332
Is a p-type GaAs spacer layer, and 312 is a metal reflective film that also serves as an electrode. The spacer layer has a thickness of about λ / 5 to λ / 4. As the metal reflection film 312, A which is usually used
A laminated film of uZn / Au may be used, but Ag or Ag is used in order to prevent a decrease in reflectance due to alloying at the interface with the semiconductor.
A method using a metal film such as / Au or Ti / Pt / Au is desirable. The active layer 331 and the spacer layer 3 of this embodiment
During 32, the p-type distributed Bragg reflector 1 of the second embodiment
A structure in which 40 layers are stacked is also possible. In this case, there is an advantage that a high reflectance can be obtained even if the number of pairs of p-type distributed Bragg reflectors is reduced.

【0050】次に、本発明の第5〜第7の実施例につい
て説明する。前述した第1〜第2の実施例では、一次元
共振器構造の作製の容易さと、閉共振器並の大きなβを
同時に実現する共振器構造の一つとして、平面−凹面共
振器を用いている。このような共振器構造では、共振モ
ードはほぼ全立体角に渡って単一波長であるので、適切
な設計がなされていれば1に近いβの値が得られる。ま
た、共振器構造をエピタキシャル成長によって形成でき
るので作製プロセスは比較的簡単である。
Next, fifth to seventh embodiments of the present invention will be described. In the above-described first and second embodiments, the planar-concave resonator is used as one of the resonator structures that simultaneously realizes the ease of manufacturing the one-dimensional resonator structure and the large β equivalent to that of the closed resonator. There is. In such a resonator structure, the resonance mode has a single wavelength over almost the entire solid angle, so that a value of β close to 1 can be obtained if an appropriate design is made. In addition, since the resonator structure can be formed by epitaxial growth, the manufacturing process is relatively simple.

【0051】ところで、共振器モードへの自然放出確率
は、発光体の存在する位置での規格化された共振器モー
ドの振幅の二乗に比例する。従って、βを大きくするに
は、活性層の位置でのモード振幅を大きくし(即ち共振
器のQ値を大きくし)、且つ活性層が全面に渡ってモー
ドの腹に位置することが理想的である。しかし、第1〜
第2の実施例構造では、平面反射膜が分布反射膜である
ため、活性層からの発光が反射膜の内部深くまで染み込
む。そのため、凹面鏡の曲率が大きすぎると発光の一部
が共振器外へ放出されてしまい、十分大きなQ値は得ら
れない。
The probability of spontaneous emission to the resonator mode is proportional to the square of the amplitude of the normalized resonator mode at the position where the light emitter exists. Therefore, in order to increase β, ideally, the mode amplitude at the position of the active layer is increased (that is, the Q value of the resonator is increased), and the active layer is ideally located at the antinode of the mode. Is. But first
In the structure of the second embodiment, since the flat reflective film is the distributed reflective film, the light emitted from the active layer penetrates deep into the reflective film. Therefore, if the curvature of the concave mirror is too large, part of the emitted light is emitted to the outside of the resonator, and a sufficiently large Q value cannot be obtained.

【0052】即ち、第1〜第2の実施例においては図1
1に示すように、上側の球面反射膜(分布ブラッグ反射
器40)の曲率中心Pよりも活性層31よりの界面で反
射された発光成分は光路Aのように安定な共振経路を辿
るが、Pよりも基板10側の界面で反射された発光成分
はBに示すような経路で共振器外に逃げてしまう。これ
を避けるために、球面反射膜の曲率に制限を設け、曲率
中心Pを下側の平面反射膜(分布ブラッグ反射器20)
よりも基板10側に移動させる必要がある。しかし、そ
こまで曲率を小さくすると、活性層31付近での共振器
モードの電場振幅を、従来の一次元共振器に比べて十分
大きくすることはできない。さらに、活性層31のある
面が共振器モードの等位相面と一致しないために、活性
層31の全面をモードの腹の部分に一致させることがで
きない。つまり、第1〜第2の実施例構造では、球面反
射膜を用いる利点が十分生かされていない場合がある。
That is, in the first and second embodiments, FIG.
As shown in FIG. 1, the luminescence component reflected at the interface from the active layer 31 with respect to the center of curvature P of the upper spherical reflective film (distributed Bragg reflector 40) follows a stable resonance path like the optical path A, The light-emission component reflected at the interface closer to the substrate 10 than P escapes to the outside of the resonator through the path shown in B. In order to avoid this, the curvature of the spherical reflecting film is limited, and the center of curvature P is set to the lower flat reflecting film (distributed Bragg reflector 20).
It is necessary to move it closer to the substrate 10 side. However, if the curvature is reduced to that extent, the electric field amplitude of the resonator mode in the vicinity of the active layer 31 cannot be made sufficiently large as compared with the conventional one-dimensional resonator. Furthermore, since the surface on which the active layer 31 is present does not coincide with the equiphase surface of the resonator mode, the entire surface of the active layer 31 cannot coincide with the antinode portion of the mode. That is, in the structures of the first and second embodiments, the advantage of using the spherical reflecting film may not be fully utilized.

【0053】そこで以下の実施例では、共振器の損失を
より小さくし、且つ発振共振器モードの腹の部分に活性
層を位置させるために、対向する一対の凹面反射膜、又
はそれと光学的に透過な平面−凹面鏡反射膜によって、
共振器長が活性層の発光波長程度の光共振器を構成して
いる。
Therefore, in the following embodiments, in order to further reduce the loss of the resonator and to locate the active layer at the antinode portion of the oscillation resonator mode, a pair of concave reflecting films facing each other or optically with the concave reflecting films. By the transparent plane-concave mirror reflective film,
An optical resonator having a resonator length about the emission wavelength of the active layer is formed.

【0054】図12は本発明の第5の実施例の概略構成
を示す斜視図、図13は図12の矢視A−A′に沿った
断面図である。本実施例は、n型GaAs基板510 上に
積層されたn型分布反射膜520,n型クラッド層533,活性
層531,p型クラッド層532,p型分布反射膜540,及びp型
電極511 と基板裏面のn型電極512 を基本構成要素とし
ている。活性層531 から放出された光は、球面状の分布
反射膜540 を通して電極511 に開けられた窓Wから外部
に取り出される。
FIG. 12 is a perspective view showing a schematic configuration of the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a sectional view taken along the line AA 'in FIG. In this embodiment, an n-type distributed reflection film 520, an n-type clad layer 533, an active layer 531, a p-type clad layer 532, a p-type distributed reflection film 540, and a p-type electrode 511 which are stacked on an n-type GaAs substrate 510. And the n-type electrode 512 on the back surface of the substrate are the basic constituent elements. The light emitted from the active layer 531 is extracted to the outside through the window W opened in the electrode 511 through the spherical distributed reflection film 540.

【0055】分布反射膜520,540 は、図13に示すよう
に球面状に湾曲した多層膜で構成され、厚さ10nmの
GaAs量子井戸活性層531 及びAl0.3 Ga0.7 As
クラッド層532,533 を挾んで対向する共振器構造を形成
している。これらの多層膜はそれぞれ、AlAs(521,
541 )とAl0.18Ga0.82As(522,542 )とを交互に
積層して構成されている。各層の厚さは、光学長(実際
の厚さに屈折率を掛けた値)にしてλ/4である。ここ
で、λは活性層531 の真空中における発光波長である。
The distributed Bragg reflector films 520 and 540 are composed of a spherically curved multilayer film as shown in FIG. 13, and are 10 nm thick GaAs quantum well active layers 531 and Al 0.3 Ga 0.7 As.
A resonator structure is formed to face each other with the cladding layers 532 and 533 sandwiched therebetween. Each of these multilayer films is formed of AlAs (521,
541) and Al 0.18 Ga 0.82 As (522,542) are alternately laminated. The thickness of each layer is λ / 4 in terms of optical length (actual thickness multiplied by the refractive index). Here, λ is the emission wavelength of the active layer 531 in vacuum.

【0056】クラッド層532,533 は後述する方法で、直
径0.5μm程度のレンズ状に加工されている。クラッ
ド層532,533 及び活性層531 を含むダブルヘテロ構造部
の頂部と底部の間隔は、図14(b)に示すように光学
長でλである。図中に記号Fで、共振器モードの共振器
軸に沿った電場の振幅を示しているが、活性層531 はこ
の共振器モードの腹の部分に位置している。クラッド層
532,533 のレンズ状の部分の外側は、電流狭窄のために
イオン打ち込みによって高抵抗化されている(領域Iで
表示)。
The clad layers 532 and 533 are processed into a lens shape having a diameter of about 0.5 μm by the method described later. The distance between the top and bottom of the double heterostructure including the clad layers 532 and 533 and the active layer 531 is λ in optical length as shown in FIG. The symbol F in the figure indicates the amplitude of the electric field along the resonator axis in the resonator mode, and the active layer 531 is located at the antinode portion of this resonator mode. Clad layer
The outside of the lens-shaped portions of 532 and 533 has a high resistance by ion implantation due to current constriction (indicated by a region I).

【0057】ここで、図15に示すような、2枚の球面
反射鏡を向かい合わせた共振器の固有モードは、“ガウ
シアンビーム”によって表わされる。この図で、実線は
電場強度が中心軸の1/eになる位置を表わしている。
ビームの等位相面は図中の一点鎖線で示すように最小ビ
ームスポットに近づくにつれて曲率が小さくなり、最小
ビームスポットで平面となる。従って、活性層の位置を
最小ビームスポットに合わせることにより、活性層は共
振器モードの等位相面と一致する。このため、共振器長
を適切に設定すれば、モードの腹の部分に活性層の全部
が位置することとなり、共振器モードに放出される自然
放出の割合を最大限に高めることができる。
Here, as shown in FIG. 15, the eigenmode of the resonator in which two spherical reflecting mirrors are opposed to each other is represented by a "Gaussian beam". In this figure, the solid line represents the position where the electric field strength is 1 / e of the central axis.
As shown by the alternate long and short dash line in the figure, the equiphase surface of the beam becomes smaller in curvature as it approaches the minimum beam spot, and becomes a plane at the minimum beam spot. Therefore, by aligning the position of the active layer with the minimum beam spot, the active layer coincides with the equiphase surface of the cavity mode. Therefore, if the resonator length is set appropriately, the entire active layer is located in the antinode of the mode, and the ratio of spontaneous emission emitted to the resonator mode can be maximized.

【0058】このような効果は、反射膜が完全な球面で
なくとも、形状が著しく球面から逸脱していない限り同
様に得られる。本実施例では、球面反射鏡として球面状
の分布ブラッグ反射膜を用いている。また、 0≦(1−L/R1 )(1−L/R2 )≦1 の関係を満たすように、反射鏡の曲率半径R1 、R2
共振器長Lを設定することにより、横方向への光損失が
抑制される。その結果、平面反射鏡を向かい合わせたフ
ァブリ・ペロー共振器構造に比べ、遥かにQ値の高い共
振器構造が実現する。
Even if the reflection film is not a perfect spherical surface, such an effect can be similarly obtained as long as the shape is not significantly deviated from the spherical surface. In this embodiment, a spherical distributed Bragg reflecting film is used as the spherical reflecting mirror. In addition, the curvature radii R 1 , R 2 , and R 2 of the reflecting mirror are set so as to satisfy the relationship of 0 ≦ (1-L / R 1 ) (1-L / R 2 ) ≦ 1.
By setting the resonator length L, optical loss in the lateral direction is suppressed. As a result, a resonator structure having a much higher Q value is realized as compared with a Fabry-Perot resonator structure in which plane reflecting mirrors are opposed to each other.

【0059】自然放出確率はQ値に比例するため(S.Ha
roche and D.Kleppner, PhysicsToday,p24 Jan.198
9)、活性層からの自然放出確率は、共振器がない場合
に比べても、さらにファブリ・ペロー共振器中におかれ
た場合に比べても増大する(典型的には、共振器がない
場合の10倍程度)。このことは、発光効率が実質的に
増大することを意味している。なぜなら、発光効率は、
無輻射再結合確率と輻射再結合確率との兼ね合いで決ま
る。前者は共振器の構造によらず一定であるのに対し、
後者は本実施例の曲面共振器の効果で増大するため、注
入されたキャリアのうち、発光に寄与する割合が増える
からである。
Since the spontaneous emission probability is proportional to the Q value (S.Ha
roche and D. Kleppner, PhysicsToday, p24 Jan. 198
9) The probability of spontaneous emission from the active layer increases both when there is no resonator and when it is placed in a Fabry-Perot resonator (typically, there is no resonator). About 10 times). This means that the luminous efficiency is substantially increased. Because the luminous efficiency is
It is determined by the balance between the non-radiative recombination probability and the radiative recombination probability. The former is constant regardless of the structure of the resonator, whereas
This is because the latter increases due to the effect of the curved resonator of this embodiment, and the proportion of injected carriers that contribute to light emission increases.

【0060】一般に、半導体発光媒質は、室温において
は無輻射再結合確率が輻射再結合確率より大きく、自然
放出に対する発光効率は極めて低い(数%程度)。しか
し、この輻射再結合確率の増大により自然放出に対する
発光効率を数十%まで増大させることが可能となる。こ
れは、室温で動作する微小共振器レーザを実現する上で
重要な点である。以上の二つの効果の相乗作用により、
著しい閾値の低減効果が得られる。
Generally, in a semiconductor light emitting medium, the probability of non-radiative recombination is higher than the probability of radiative recombination at room temperature, and the luminous efficiency for spontaneous emission is extremely low (about several percent). However, this increase in the radiative recombination probability makes it possible to increase the luminous efficiency for spontaneous emission to several tens of percent. This is an important point in realizing a microcavity laser that operates at room temperature. By the synergistic action of the above two effects,
A remarkable threshold value reducing effect can be obtained.

【0061】なお、本実施例による半導体発光素子は、
自然放出光自身が数GHz〜数十GHz程度の比較的狭
いスペクトル線幅を持ち、自然放出寿命も室温で1ns
程度と短いため、発振閾値以下の注入電流でもレーザー
に準ずるような使用が可能である。例えば、1素子当り
数nA程度の注入電流で1GHzで動作する高効率・高
速LEDとして用いることができる。
The semiconductor light emitting device according to this embodiment is
The spontaneous emission light itself has a relatively narrow spectral line width of several GHz to several tens of GHz, and the spontaneous emission life is 1 ns at room temperature.
Because of its short length, it can be used in a manner similar to a laser even with an injection current below the oscillation threshold. For example, it can be used as a high-efficiency and high-speed LED operating at 1 GHz with an injection current of about several nA per element.

【0062】図16は本発明の第6の実施例の概略構成
を示す断面図である。本実施例は、電極511 から活性層
531 までは第5の実施例と共通である。異なる点は、ク
ラッド層533 の底面が平面で、クラッド層532 のレンズ
状の部分の直下の基板510 がエッチングにより取り去ら
れ、金属反射膜兼電極513 がクラッド層533 に直接蒸着
されている点である。反射膜兼電極513 は、高い反射率
を保ちつつオーミックコンタクトを得るため、GaAs
との間で合金化が生じないAg等の金属を用いる。本実
施例においては、高いQ値を得るために、平面反射鏡と
してこの金属反射膜を用いることが本質的である。本実
施例の活性層531 の位置とクラッド層532,533 、反射膜
兼電極513 との位置関係は、共振器のモード振幅(F)
に対して図17(a)に示されている。クラッド層532
の頂部と反射膜兼電極513 との間隔は光学距離で3λ/
4であり、この場合もやはり共振器のモードの腹に活性
層531 が位置する。
FIG. 16 is a sectional view showing a schematic structure of the sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, the electrode 511 to the active layer
Up to 531 is common to the fifth embodiment. The difference is that the bottom surface of the cladding layer 533 is flat, the substrate 510 directly below the lens-shaped portion of the cladding layer 532 is removed by etching, and the metal reflective film / electrode 513 is directly deposited on the cladding layer 533. Is. The reflective film / electrode 513 is made of GaAs in order to obtain ohmic contact while maintaining high reflectance.
A metal such as Ag that does not cause alloying with is used. In this embodiment, it is essential to use this metal reflecting film as a plane reflecting mirror in order to obtain a high Q value. The positional relationship between the position of the active layer 531 and the cladding layers 532, 533 and the reflective film / electrode 513 in this embodiment is the mode amplitude (F) of the resonator.
On the other hand, it is shown in FIG. Clad layer 532
The optical distance between the top of the and the reflective film / electrode 513 is 3λ /
4, the active layer 531 is located in the mode antinode of the resonator in this case as well.

【0063】ここで、球面反射鏡と平面反射鏡を組み合
わせても、先に第5の実施例で述べた共振器と等価な共
振器が得られる。図18にその概略図を示す。これは、
平面反射鏡を中心として球面反射鏡を折り返した構造、
即ち共振器長2Lの対称球面共振器と光学的には等価な
構造である。このとき、安定な共振器となる条件は、球
面反射鏡の曲率半径をRとして、 R>L である。本実施例では、球面反射鏡を分布反射膜540 と
し、平面反射鏡を金属反射膜513 としている。但し、こ
の共振器構造では等位相面が平面になるのは平面反射膜
上となるため、活性層を厳密に等位相面に一致させるこ
とはできない。しかし、活性層は平面反射膜から4分の
1波長〜1波長程度という非常に近接した平面上に位置
しているため、実質的には問題とならない。当然なが
ら、この構造においても上で述べた理由により大幅な閾
値の低減が達成される。
Even if the spherical reflecting mirror and the plane reflecting mirror are combined, a resonator equivalent to the resonator described in the fifth embodiment can be obtained. FIG. 18 shows a schematic diagram thereof. this is,
A structure in which a spherical reflector is folded back around a plane reflector,
That is, the structure is optically equivalent to a symmetrical spherical resonator having a resonator length of 2L. At this time, the condition for a stable resonator is R> L, where R is the radius of curvature of the spherical reflecting mirror. In this embodiment, the spherical reflecting mirror is the distributed reflecting film 540 and the plane reflecting mirror is the metal reflecting film 513. However, in this resonator structure, the equiphase surface becomes flat on the plane reflection film, so that the active layer cannot exactly match the equiphase surface. However, since the active layer is located on a plane that is very close to the quarter-wavelength to one-wavelength from the plane reflection film, there is substantially no problem. Of course, even in this structure, a significant reduction in the threshold value is achieved for the reasons described above.

【0064】図19は本発明の第7の実施例の概略構成
を示す断面図である。本実施例はクラッド層532 のレン
ズ状の部分の外側を二酸化珪素膜534 で覆い、これを選
択成長マスクとして分布反射膜540 を成長させた構造で
ある。本実施例では二酸化珪素膜534 が電流狭窄層とし
ても働くため、イオン打ち込み領域Iは不要となる。本
実施例は第6の実施例に比べて製造工程が複雑になるも
のの、活性層531 から反射膜540 を見込む立体角が大き
く取れるために、共振器のQ値がより大きくなり、閾値
をより下げることができる。
FIG. 19 is a sectional view showing the schematic construction of the seventh embodiment of the present invention. In this embodiment, the outer surface of the lens-shaped portion of the cladding layer 532 is covered with a silicon dioxide film 534, and the distributed reflection film 540 is grown using this as a selective growth mask. In this embodiment, since the silicon dioxide film 534 also functions as a current confinement layer, the ion implantation region I is unnecessary. Although the manufacturing process of the present embodiment is more complicated than that of the sixth embodiment, the Q value of the resonator becomes larger and the threshold value becomes larger because the solid angle that allows the reflection film 540 to be seen from the active layer 531 is large. Can be lowered.

【0065】以上の第5〜第7の実施例において、クラ
ッド層532,533の厚さ及び活性層531 の位置は、活性層5
31 が共振器モードの腹に位置するという条件を満たす
範囲において任意に変えることができる。前記図14及
び図17に、その例を示した。図中の記号H,Lはそれ
ぞれ、隣合う層(活性層は除く)に比べて屈折率が高い
こと及び低いことを示している。図14(a)、17
(b)はそれぞれ、分布反射膜の積層順序を第5及び第
6の実施例と逆にした例、図14(c)は分布反射膜の
積層順序のみを第5の実施例の逆にした例である。ま
た、図17(c)は、金属膜による吸収損失を低減する
ためにクラッド層533 と反射膜兼電極513との間に二酸
化珪素等の誘電体膜515 を挿入した例である。
In the fifth to seventh embodiments described above, the thickness of the cladding layers 532 and 533 and the position of the active layer 531 are the same as those of the active layer 5.
It can be arbitrarily changed within the range that satisfies the condition that 31 is located in the antinode of the resonator mode. The examples are shown in FIGS. 14 and 17. Symbols H and L in the figure respectively indicate that the refractive index is higher and lower than the adjacent layers (excluding the active layer). 14 (a) and 17
14B is an example in which the stacking order of the distributed Bragg reflector films is reversed from that in the fifth and sixth embodiments, and FIG. 14C shows only the stacking order of the distributed reflector films in the reverse order of the fifth embodiment. Here is an example. Further, FIG. 17C shows an example in which a dielectric film 515 such as silicon dioxide is inserted between the cladding layer 533 and the reflective film / electrode 513 in order to reduce the absorption loss due to the metal film.

【0066】次に、本実施例素子の製造方法について説
明する。図20は第5の実施例素子の製造工程を示す断
面図である。
Next, a method of manufacturing the device of this embodiment will be described. FIG. 20 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the fifth embodiment element.

【0067】まず、図20(a)に示すように、n型基
板510 上に窒化硅素膜M1をプラズマCVD法等により
形成する。その上にレジストRを塗布し、電子ビーム露
光により直径0.5μmの開口を作る。続いて、弗酸或
いは弗酸の希釈液を用いてマスクM1の表面をエッチン
グし、レジストの開口部に凹みを作る。このとき、マス
クM1のエッチングが基板面に達する前にエッチングを
停止する。
First, as shown in FIG. 20A, a silicon nitride film M1 is formed on an n-type substrate 510 by a plasma CVD method or the like. A resist R is applied thereon and an opening having a diameter of 0.5 μm is formed by electron beam exposure. Then, the surface of the mask M1 is etched using hydrofluoric acid or a dilute solution of hydrofluoric acid to form a recess in the opening of the resist. At this time, the etching of the mask M1 is stopped before the etching reaches the substrate surface.

【0068】次いで、図20(b)に示すように、レジ
ストRを除去し、塩素系の反応性イオンエッチング(R
IE)、反応性イオンビームエッチング(RIBE)等
を用いて、凹みを有するマスクM1と基板510 のエッチ
ングを行う。基板510 のエッチング深さはマスクM1が
薄いところほど大きくなるので、基板510 上にも凹みが
形成される。この形状は、マスク形状及びマスクとGa
Asのエッチング速度の差に応じて決まる。通常、Ga
Asのエッチング速度の方がマスクのエッチング速度よ
りもやや速いので、基板上の凹みの曲率はマスクのそれ
よりも大きくなる。
Then, as shown in FIG. 20B, the resist R is removed and chlorine-based reactive ion etching (R
IE), reactive ion beam etching (RIBE) or the like is used to etch the mask M1 having a depression and the substrate 510. Since the etching depth of the substrate 510 becomes larger as the mask M1 becomes thinner, a recess is also formed on the substrate 510. This shape is the mask shape and the mask and Ga.
It depends on the difference in the etching rate of As. Usually Ga
Since the etching rate of As is slightly higher than the etching rate of the mask, the curvature of the depression on the substrate is larger than that of the mask.

【0069】次いで、有機金属気相成長(MOCVD)
法や分子ビームエピタキシー(MBE)法により、図2
0(c)に示すように、n型分布ブラッグ反射膜520,n
型クラッド層533,活性層531,及びp型クラッド層532 を
積層する。続いて、クラッド層532 上にレジストを塗布
し、電子ビーム露光により直径0.5μmの円形パター
ンを作成し、100keV程度のGaイオンビームを打
ち込んで電流狭窄のための高抵抗領域Iを形成する。そ
の後、基板510 を回転させながら斜め方向より数百eV
のArイオンビームを照射して、レジストからなるレン
ズ状のマスクM2を形成する。
Then, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD)
Method and molecular beam epitaxy (MBE) method.
0 (c), the n-type distributed Bragg reflection film 520, n
The type clad layer 533, the active layer 531, and the p-type clad layer 532 are laminated. Then, a resist is applied on the cladding layer 532, a circular pattern having a diameter of 0.5 μm is formed by electron beam exposure, and a Ga ion beam of about 100 keV is implanted to form a high resistance region I for current confinement. After that, while rotating the substrate 510, several hundred eV is obliquely applied.
Then, a lens-shaped mask M2 made of resist is formed.

【0070】次いで、酸素,塩素混合ガスを用いたRI
E又はRIBEによりクラッド層532 をマスクM2ごと
エッチングして、図20(d)に示すように、クラッド
層532 上にレンズ状の突起を形成する。この突起の上に
p型分布ブラッグ反射膜540 をMOCVD或いはMBE
により積層する。最後に、基板裏面及び分布ブラッグ反
射膜540 上に電極を蒸着し、出力光を取り出すための窓
W(図11参照)を形成して工程を完了する。
Next, RI using a mixed gas of oxygen and chlorine is used.
The cladding layer 532 is etched together with the mask M2 by E or RIBE to form lens-like protrusions on the cladding layer 532 as shown in FIG. A p-type distributed Bragg reflection film 540 is formed on the protrusion by MOCVD or MBE.
To stack. Finally, an electrode is vapor-deposited on the back surface of the substrate and the distributed Bragg reflection film 540, and a window W (see FIG. 11) for taking out output light is formed to complete the process.

【0071】第6、第7の実施例素子の製造方法も第5
の実施例素子に準じる。但し、これらの実施例では当然
ながら、基板510 に凹みを設ける工程及び分布反射膜52
0 を積層する工程は不要となる。その代わり、基板510
をクラッド層533 に達するまでエッチングする工程が加
わる。エッチングを正確にクラッド層533 の表面で停止
させるには、アンモニア水と過酸化水素水の混合エッチ
ャントを用いた選択エッチングを行えばよい。
The fifth and fifth manufacturing methods of the elements of the sixth and seventh embodiments are also described.
According to the example element of. However, as a matter of course, in these embodiments, the step of forming the recess in the substrate 510 and the distributed reflection film 52
The step of stacking 0 is unnecessary. Instead, the substrate 510
Is added until the cladding layer 533 is reached. In order to stop the etching accurately on the surface of the clad layer 533, selective etching using a mixed etchant of ammonia water and hydrogen peroxide solution may be performed.

【0072】第7の実施例においては、クラッド層532
の上面に突起を設けた後に、二酸化硅素膜534 を積層す
る。電子ビームを用いたリソブラフィーと弗酸によるエ
ッチングで図19に示すように突起の上面の二酸化硅素
膜534 を除去した後にMOCVD法による選択成長でp
型分布ブラッグ反射膜540 を積層する。p型電極511は
分布ブラッグ反射膜540 に接するように設ける。
In the seventh embodiment, the cladding layer 532
After providing a protrusion on the upper surface of the substrate, a silicon dioxide film 534 is laminated. As shown in FIG. 19, the silicon dioxide film 534 on the upper surface of the protrusion is removed by lithographic etching using an electron beam and hydrofluoric acid, and then selective growth is performed by the MOCVD method.
A type distributed Bragg reflection film 540 is laminated. The p-type electrode 511 is provided so as to be in contact with the distributed Bragg reflection film 540.

【0073】図21に、第5の実施例の素子を集積化し
た例を示す。各素子間は活性層よりも深く掘られた溝に
よって分離されている。この溝は絶縁性のポリイミド58
0 で埋め込まれ、平坦化されている。p型電極511 は各
素子ごとに個別に設けられ、個別制御が可能となってい
る。各素子上部には、素子から放射状に放出される出力
光を平行ビームに修正するためのマイクロレンズ590 が
設けられている。これらのマイクロレンズ590 は、CC
Dアレイの集光レンズに用いられているような熱軟化性
樹脂、或いは光硬化性樹脂等を用いて作成される。ま
た、素子間のクロストークを減少させるために、レンズ
間は溝によって分離されている。
FIG. 21 shows an example in which the elements of the fifth embodiment are integrated. The elements are separated from each other by trenches deeper than the active layer. This groove is made of insulating polyimide 58
It is embedded with 0 and is flattened. The p-type electrode 511 is individually provided for each element and can be individually controlled. A microlens 590 is provided on the upper part of each element to correct the output light radially emitted from the element into a parallel beam. These microlenses 590 are CC
It is made of a thermosoftening resin such as that used for the condenser lens of the D array, or a photocurable resin. Further, in order to reduce crosstalk between elements, the lenses are separated by grooves.

【0074】以上の第5〜第7の実施例によれば、対向
する球面状の分布ブラッグ反射膜、或いは平面金属反射
鏡と球面状の分布ブラッグ反射膜によって構成される微
小共振器を用いているので、活性層と共振器モードの等
位相面とを平行に保つことができ。従って、従来構造に
比べ自然放出光の共振器モードに結合する割合を増大さ
せることができ、より閾値の低い半導体発光素子を実現
することができる。
According to the above fifth to seventh embodiments, the micro-resonator constituted by the spherical distributed Bragg reflection film or the flat metal reflection mirror and the spherical distributed Bragg reflection film facing each other is used. Therefore, the active layer can be kept parallel to the cavity mode equiphase plane. Therefore, as compared with the conventional structure, the ratio of spontaneous emission light coupling with the resonator mode can be increased, and a semiconductor light emitting device having a lower threshold value can be realized.

【0075】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例では、GaAs/AlGaA
s系,InGaAs/AlGaAs系を例にとって説明
したが、本発明はこれらの材料系に何等とらわれる必要
はなく、例えばInP/InGaAsP系,InGaP
/InAlP系などにも広く適用することができる。ま
た、実施例では自然放出を増強することを念頭においた
が、同様に自然放出を抑制することも可能である。ま
た、光双安定素子,光微分離得素子,波長変換素子のよ
うな光機能素子にも適用することができる。
The present invention is not limited to the above embodiments. In the embodiment, GaAs / AlGaA
Although the s type and the InGaAs / AlGaAs type have been described as examples, the present invention need not be limited to these material types, for example, InP / InGaAsP type and InGaP type.
It can also be widely applied to / InAlP system and the like. Further, in the examples, although it was intended to enhance spontaneous release, it is possible to suppress spontaneous release as well. Further, it can be applied to optical functional elements such as an optical bistable element, an element for finely separating light, and a wavelength conversion element.

【0076】また、実施例では、n型基板を用いた例に
ついて示したが、勿論p型基板を用いてもよい。この場
合、各層の導電型を反転すればよい。また、活性層とし
ては量子井戸構造に制限されるものではなく、量子細
線、量子箱構造を用いることも可能である。また、分布
反射膜は半導体のみに制限される必要はなく、誘電体、
或いは誘電体と半導体の組み合わせで構成されてもよ
い。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々
変形して実施することができる。
Further, in the embodiment, an example using an n-type substrate is shown, but of course a p-type substrate may be used. In this case, the conductivity type of each layer may be reversed. Further, the active layer is not limited to the quantum well structure, and a quantum wire or a quantum box structure can be used. Further, the distributed Bragg reflection film does not need to be limited to semiconductors only, and dielectric,
Alternatively, it may be composed of a combination of a dielectric and a semiconductor. In addition, various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ダ
ブルヘテロ構造部を挟む第1の分布ブラッグ反射器と第
2の分布ブラッグ反射器(又は金属膜)とのうちの少な
くとも一方を、ダブルヘテロ構造部の発光領域上でダブ
ルヘテロ構造部と反対側に凸状に形成しているので、従
来構造では不十分であった自然放出光の発振共振器モー
ドに結合する割合を高めることができ、超低しきい値化
を可能とした半導体発光素子を実現することができる。
As described above in detail, according to the present invention, at least one of the first distributed Bragg reflector and the second distributed Bragg reflector (or the metal film) sandwiching the double hetero structure portion is provided. , Since it is formed in a convex shape on the side opposite to the double hetero structure portion on the light emitting region of the double hetero structure portion, it is necessary to increase the ratio of spontaneous emission light coupling to the oscillation resonator mode, which was insufficient in the conventional structure. Therefore, it is possible to realize a semiconductor light emitting device that enables an ultra-low threshold value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例に係わる半導体レーザの
概略構成を示す断面図、
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention,

【図2】第1の実施例素子を上方から見た平面図、FIG. 2 is a plan view of the first embodiment element seen from above,

【図3】第1の実施例素子の製造工程を示す断面図、FIG. 3 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment element;

【図4】第1の実施例の第1の変形例を示す斜視図、FIG. 4 is a perspective view showing a first modification of the first embodiment,

【図5】第1の実施例の第2の変形例を示す断面図、FIG. 5 is a sectional view showing a second modification of the first embodiment,

【図6】第2の実施例素子の概略構成を示す断面図、FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a second embodiment element,

【図7】第2の実施例素子を上方から見た平面図、FIG. 7 is a plan view of the element of the second embodiment as seen from above,

【図8】第3の実施例素子の概略構成を示す断面図、FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a third embodiment element,

【図9】第3の実施例素子を上方から見た平面図、FIG. 9 is a plan view of the element of the third embodiment as seen from above,

【図10】第4の実施例素子の概略構成を示す断面図、FIG. 10 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a fourth embodiment element,

【図11】平面−凹面共振器を用いた場合の反射光経路
を説明するための模式図、
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining a reflected light path when a plane-concave resonator is used,

【図12】第5の実施例素子の概略構成を示す斜視図、FIG. 12 is a perspective view showing a schematic configuration of an element of the fifth embodiment;

【図13】図12のA−A′断面図、13 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG.

【図14】第5の実施例素子の活性層近傍の構造例を示
す模式図、
FIG. 14 is a schematic view showing a structural example in the vicinity of an active layer of a fifth embodiment element,

【図15】第5の実施例における共振器モードの概略を
示す模式図、
FIG. 15 is a schematic diagram showing an outline of a resonator mode in a fifth embodiment,

【図16】第6の実施例素子の概略構成を示す断面図、FIG. 16 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a sixth example element,

【図17】第6の実施例素子の活性層近傍の構造例を示
す模式図、
FIG. 17 is a schematic view showing a structural example in the vicinity of an active layer of a sixth embodiment element,

【図18】第6の実施例における共振器モードの概略を
示す模式図、
FIG. 18 is a schematic diagram showing an outline of a resonator mode in a sixth embodiment,

【図19】第7の実施例素子の概略構成を示す断面図、FIG. 19 is a sectional view showing a schematic configuration of a seventh embodiment element,

【図20】第5の実施例素子の製造工程を示す断面図、FIG. 20 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the device of Example 5;

【図21】第5の実施例素子を集積化した例を示す断面
図、
FIG. 21 is a sectional view showing an example in which the fifth embodiment element is integrated;

【図22】共振器内での自然放出と半導体レーザの光出
力特性を示す模式図、
FIG. 22 is a schematic diagram showing spontaneous emission in a resonator and light output characteristics of a semiconductor laser;

【図23】従来素子の要部構成を示す断面図。FIG. 23 is a cross-sectional view showing the structure of a main part of a conventional element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…基板、 20,120,220,320…n型分布ブラッグ反射
器、 40,140,240…p型分布ブラッグ反射器、 31,131,231…量子井戸活性層、 32,33,132,133,232,233,332
…スペーサ層、 50…コンタクト層、 60…酸化珪素膜(マスク) 70…量子井戸細線活性層、 331…量子箱活性層。
10 ... Substrate, 20, 120, 220, 320 ... N-type distributed Bragg reflector, 40, 140, 240 ... P-type distributed Bragg reflector, 31, 131, 231 ... Quantum well active layer, 32, 33, 132, 133 , 232, 233, 332
... Spacer layer, 50 ... Contact layer, 60 ... Silicon oxide film (mask) 70 ... Quantum well wire active layer, 331 ... Quantum box active layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 櫛部 光弘 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Mitsuhiro Kushibe 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Stock company Toshiba Research Institute

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】屈折率の大きな半導体膜と屈折率の小さな
半導体膜を交互に複数個積層した第1の分布ブラッグ反
射器と、該反射器と同様な構成の第2の分布ブラッグ反
射器との間に、半導体のダブルヘテロ構造部が形成され
た半導体発光素子において、 前記分布ブラッグ反射器の少なくとも一方を、前記ダブ
ルヘテロ構造部の発光領域上で該ダブルヘテロ構造部と
反対側に凸状に形成してなることを特徴とする半導体発
光素子。
1. A first distributed Bragg reflector in which a plurality of semiconductor films having a large refractive index and a semiconductor film having a small refractive index are alternately laminated, and a second distributed Bragg reflector having the same structure as the reflector. In the semiconductor light emitting device in which a semiconductor double heterostructure is formed, at least one of the distributed Bragg reflectors has a convex shape on the light emitting region of the double heterostructure opposite to the double heterostructure. A semiconductor light-emitting device characterized by being formed in.
【請求項2】屈折率の大きな半導体膜と屈折率の小さな
半導体膜を交互に複数個積層した分布ブラッグ反射器と
金属反射器との間に、半導体のダブルヘテロ構造部が形
成された半導体発光素子において、 前記分布ブラッグ反射器又は前記金属反射器の少なくと
も一方を、前記ダブルヘテロ構造部の発光領域上で該ダ
ブルヘテロ構造部と反対側に凸状に形成してなることを
特徴とする半導体発光素子。
2. A semiconductor light emitting device in which a semiconductor double heterostructure is formed between a distributed Bragg reflector and a metal reflector in which a plurality of semiconductor films having a large refractive index and semiconductor films having a small refractive index are alternately laminated. In the device, at least one of the distributed Bragg reflector and the metal reflector is formed in a convex shape on the light emitting region of the double hetero structure portion on the side opposite to the double hetero structure portion. Light emitting element.
【請求項3】屈折率の大きな半導体膜と屈折率の小さな
半導体膜を交互に複数個積層した第1の分布ブラッグ反
射器と、該反射器と同様な構成の第2の分布ブラッグ反
射器との間に、半導体のダブルヘテロ構造部が形成され
た半導体発光素子において、 前記分布ブラッグ反射器の双方を、前記ダブルヘテロ構
造部の活性層側に凹みを有する曲面状に形成し、且つ前
記ダブルヘテロ構造部の活性層を前記ブラッグ反射器に
よって規定される共振器モードの焦点部に位置させてな
ることを特徴とする半導体発光素子。
3. A first distributed Bragg reflector in which a plurality of semiconductor films having a large refractive index and a semiconductor film having a small refractive index are alternately laminated, and a second distributed Bragg reflector having the same structure as the reflector. In the semiconductor light-emitting device in which a semiconductor double heterostructure part is formed, both of the distributed Bragg reflectors are formed into a curved surface having a recess on the active layer side of the double heterostructure part, and A semiconductor light emitting device, characterized in that the active layer of the heterostructure is located at the focal point of the resonator mode defined by the Bragg reflector.
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