JP2000106471A - Surface emitting laser - Google Patents

Surface emitting laser

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JP2000106471A
JP2000106471A JP10273340A JP27334098A JP2000106471A JP 2000106471 A JP2000106471 A JP 2000106471A JP 10273340 A JP10273340 A JP 10273340A JP 27334098 A JP27334098 A JP 27334098A JP 2000106471 A JP2000106471 A JP 2000106471A
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JP
Japan
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light emitting
region
emitting region
active layer
light
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JP10273340A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiaki Kagawa
俊明 香川
Hiroyuki Uenohara
裕行 植之原
Kota Tateno
功太 館野
Osamu Tadanaga
修 忠永
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a surface-emitting laser equipped with a photodetector that is used for monitoring its output and easily formed. SOLUTION: A light emitting region 110 is formed of a part of a layered structure composed of an N-type DBR reflecting mirror 13, a P-type DBR reflecting mirror 15, and an active layer 14 sandwiched in between them. The light emitting region 110 is surrounded by a high-resistivity region 18. A monitoring photodiode 120 of the same layered structure with the light emitting region 110 is formed around the high-resistivity region 18. An ohmic electrode 19 is formed to serve as an upper electrode of the light emitting region 110, an ohmic electrode 19 is provided to serve as an upper electrode of the monitoring photodiode 120, and an ohmic electrode 23 is formed to serve as a common lower electrode of the light emitting region 110 and the monitoring photodiode 120.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、基板面に対して
垂直方向に光を出射する面発光レーザに関し、特に、レ
ーザの出力をモニタする光検出器を簡便に作成できるよ
うにしたものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface emitting laser which emits light in a direction perpendicular to the surface of a substrate, and more particularly, to a method for easily producing a photodetector for monitoring the output of the laser. .

【0002】[0002]

【従来の技術】並列インターコネクション等への応用の
ために、波長0.85μm帯の面発光レーザの開発が近年盛
んに行われている。そして、光強度の敏感なシステムに
応用する場合、レーザからの出射光強度を一定に保たな
ければならないため、光強度モニタ用のフォトダイオー
ドが必要になる。
2. Description of the Related Art Surface-emitting lasers having a wavelength of 0.85 μm have been actively developed in recent years for application to parallel interconnections and the like. When applied to a system having a high light intensity, the intensity of the light emitted from the laser must be kept constant. Therefore, a photodiode for monitoring the light intensity is required.

【0003】従来、レーザの出力をモニタするために、
レーザ光の一部を半透明鏡によって分波し、これをモニ
タ用フォトダイオードに入れることが一般的であった
が、これでは組立コストが高くなるという欠点があっ
た。
Conventionally, in order to monitor the output of a laser,
It is common to split a part of the laser beam with a translucent mirror and put it into a monitor photodiode, but this has the disadvantage of increasing the assembly cost.

【0004】一方、図4は、他の従来技術を示す図であ
って、n型GaAs基板1上に、n型GaAs層2が積
層され、さらにその上にノンドープのGaAs光吸収層
3及びp型GaAs層4が順次積層されていて、n型G
aAs層2、GaAs光吸収層3及びp型GaAs層4
によって、pin型フォトダイオードを構成している。
FIG. 4 is a view showing another conventional technique, in which an n-type GaAs layer 2 is laminated on an n-type GaAs substrate 1, and a non-doped GaAs light absorbing layer 3 and a p-type GaAs layer 3 are further formed thereon. N-type GaAs layers 4
aAs layer 2, GaAs light absorbing layer 3, and p-type GaAs layer 4
This constitutes a pin-type photodiode.

【0005】そして、p型GaAs層4の上に連続して
面発光レーザを形成している。具体的には、p型GaA
s層4の上に、p型分布帰還型反射鏡(DBR(Distrib
utedBragg Reflector)反射鏡)5、活性層6及びn型
DBR反射鏡7がこの順で積層されていて、n型DBR
反射鏡7の上面及びn型GaAs基板1の下面のそれぞ
れに、AuGeNiのオーミック電極8及び9を設けて
いる。また、p型GaAs層4の上面には、AuGeN
iのオーミック電極10を設けている。そして、p型D
BR反射鏡5の反射率よりもn型DBR反射鏡7の反射
率を小さくすることによって、レーザの出力は、上側の
n型DBR反射鏡7側から主に出射されるようになる
が、出力の一部は、下側のp型DBR反射鏡5側からも
出射され、そのp型DBR反射鏡5側から出射されたレ
ーザ光は、GaAs光吸収層3で吸収され、オーミック
電極9及び10間を光電流が流れる。よって、その光電
流を検出することによってレーザ出力をモニタすること
ができる。
Then, a surface emitting laser is continuously formed on the p-type GaAs layer 4. Specifically, p-type GaAs
On the s layer 4, a p-type distributed feedback mirror (DBR (Distrib
utedBragg Reflector) 5, an active layer 6, and an n-type DBR reflector 7 are stacked in this order, and an n-type DBR
AuGeNi ohmic electrodes 8 and 9 are provided on the upper surface of the reflecting mirror 7 and the lower surface of the n-type GaAs substrate 1, respectively. On the upper surface of the p-type GaAs layer 4, AuGeN
An i ohmic electrode 10 is provided. And p-type D
By making the reflectivity of the n-type DBR reflector 7 smaller than the reflectivity of the BR reflector 5, the laser output is mainly emitted from the upper n-type DBR mirror 7 side. Is also emitted from the lower p-type DBR reflecting mirror 5 side, and the laser light emitted from the p-type DBR reflecting mirror 5 side is absorbed by the GaAs light absorbing layer 3 and becomes ohmic electrodes 9 and 10. Photocurrent flows between them. Therefore, the laser output can be monitored by detecting the photocurrent.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図4に示したような構
造であれば、確かに、面発光レーザにモニタ用フォトダ
イオードを一体に作り込むことは可能であるが、同一基
板上にフォトダイオードと面発光レーザの発光領域とを
連続して成長させなければならないため、エピタキシャ
ル層の厚さが10μm程度にもなり、結晶成長への負荷
が大きく、歩留りの低下を招くとともに、素子構造も複
雑であることから、結局の所、製造コストの増大は避け
ることができないのである。
With the structure as shown in FIG. 4, it is possible to form a monitor photodiode integrally with a surface emitting laser, but the photodiode is formed on the same substrate. And the light emitting region of the surface emitting laser must be continuously grown, so that the thickness of the epitaxial layer becomes about 10 μm, the load on crystal growth is large, the yield is reduced, and the element structure is complicated. Therefore, an increase in manufacturing cost cannot be avoided after all.

【0007】本発明は、このような従来の技術が有する
解決すべき課題に着目してなされたものであって、レー
ザの出力をモニタする光検出器を簡便に作成できる面発
光レーザを提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the problems to be solved by the conventional technology, and provides a surface emitting laser which can easily produce a photodetector for monitoring the output of the laser. It is intended to be.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る発明は、p型及びn型の分布帰還型
反射鏡に活性層が挟まれた層構造からなる発光領域を有
する面発光レーザにおいて、前記発光領域が高抵抗領域
で囲まれ、その高抵抗領域の周囲に、前記発光領域と同
じ層構造のモニタ用フォトダイオードを有し、そして、
前記発光領域の光強度分布の裾が、前記モニタ用フォト
ダイオードの光吸収部に達するようになっていることを
特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 provides a light emitting region having a layer structure in which an active layer is sandwiched between p-type and n-type distributed feedback mirrors. In the surface emitting laser having, the light emitting region is surrounded by a high resistance region, around the high resistance region, having a monitoring photodiode of the same layer structure as the light emitting region,
The skirt of the light intensity distribution in the light emitting region reaches the light absorbing portion of the monitor photodiode.

【0009】また、上記目的を達成するために、請求項
2に係る発明は、p型及びn型の分布帰還型反射鏡に活
性層が挟まれた層構造からなる発光領域を有し、前記発
光領域の活性層に接してこれを囲む領域の屈折率がその
活性層の屈折率と同じである利得導波構造の面発光レー
ザにおいて、前記発光領域が高抵抗領域で囲まれ、その
高抵抗領域の周囲に、前記発光領域と同じ層構造のモニ
タ用フォトダイオードを有し、そのモニタ用フォトダイ
オードの上部電極と前記発光領域の上部電極とが前記高
抵抗領域によって絶縁され、前記モニタ用フォトダイオ
ードの下部電極と前記発光領域の下部電極とが共通であ
り、そして、前記発光領域の活性層の直径をφ、前記発
光領域の活性層の実効的な屈折率をn1 、前記高抵抗領
域の幅をd、光の吸収係数をα、レーザの発振波長をλ
としたときに、 d<(φ1/2 λ1/4 )/(πn1 α)1/4 −φ/2 を満たすことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 2 has a light emitting region having a layer structure in which an active layer is sandwiched between p-type and n-type distributed feedback mirrors, In a surface emitting laser having a gain waveguide structure in which the refractive index of a region in contact with and surrounding the active layer of the light emitting region is the same as the refractive index of the active layer, the light emitting region is surrounded by a high resistance region, A monitor photodiode having the same layer structure as the light emitting region is provided around the region, and an upper electrode of the monitor photodiode and an upper electrode of the light emitting region are insulated from each other by the high resistance region, and the monitor photo diode is provided. The lower electrode of the diode and the lower electrode of the light emitting region are common, and the diameter of the active layer of the light emitting region is φ, the effective refractive index of the active layer of the light emitting region is n 1 , and the high resistance region is Is the width of d The yield coefficient α, the oscillation wavelength of the laser λ
Where d <(φ 1/2 λ 1/4 ) / (πn 1 α) 1/4 -φ / 2.

【0010】そして、上記目的を達成するために、請求
項3に係る発明は、p型及びn型の分布帰還型反射鏡に
活性層が挟まれた層構造からなる発光領域を有し、前記
発光領域の活性層に接してこれを囲む領域の屈折率がそ
の活性層の屈折率より小さい屈折率導波構造の面発光レ
ーザにおいて、前記発光領域が高抵抗領域で囲まれ、そ
の高抵抗領域の周囲に、前記発光領域と同じ層構造のモ
ニタ用フォトダイオードを有し、そのモニタ用フォトダ
イオードの上部電極と前記発光領域の上部電極とが前記
高抵抗領域によって絶縁され、前記モニタ用フォトダイ
オードの下部電極と前記発光領域の下部電極とが共通で
あり、そして、前記発光領域の活性層の直径をφ、前記
発光領域の活性層の実効的な屈折率をn1 、前記発光領
域の活性層に接してこれを囲む領域の屈折率をn2 、前
記高抵抗領域の幅をd、光の吸収係数をα、レーザの発
振波長をλとしたときに、 d<{(4π22)(1/n2 2−1/n1 2)−23.1/(n
1 2φ2)}1/2 −φ/2 を満たすことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 3 has a light emitting region having a layer structure in which an active layer is sandwiched between p-type and n-type distributed feedback mirrors, In a surface emitting laser having a refractive index waveguide structure in which the refractive index of a region in contact with and surrounding the active layer of the light emitting region is smaller than the refractive index of the active layer, the light emitting region is surrounded by a high resistance region, A monitor photodiode having the same layer structure as that of the light emitting region, and an upper electrode of the monitor photodiode and an upper electrode of the light emitting region are insulated from each other by the high resistance region. And the lower electrode of the light emitting region is common, and the diameter of the active layer of the light emitting region is φ, the effective refractive index of the active layer of the light emitting region is n 1 , and the activity of the light emitting region is Touching layers N 2 the refractive index of the region surrounding it, the width of the high resistance region d, the absorption coefficient of light alpha, when the oscillation wavelength of the laser was set to λ, d <{(4π 2 / λ 2) (1 / n 2 2 −1 / n 1 2 ) −23.1 / (n
1 2 φ 2 )} 1/2 −φ / 2.

【0011】ここで、本発明にあっては、面発光レーザ
の発光領域の周囲にモニタ用フォトダイオードを有し、
両者間は高抵抗領域によって電気的に分離されており、
そのモニタ用フォトダイオードは発光領域と同じ層構造
となっている。一方、活性層の周りを屈折率の小さい材
料で囲むことによって、レーザの光分布は活性層内に閉
じ込められ、光強度の分布は横モードを持つ。しかし、
横モードの光強度分布の裾は、活性層の周囲にも拡が
り、その拡がりの長さは、活性層の屈折率とその周囲の
屈折率との関係に依存する。そこで、面発光レーザの横
モードの光強度分布の裾がフォトダイオードの光吸収部
に達するように、両者の位置関係を選定する、例えば両
者間の距離を充分に小さくすることによって、レーザの
発振光に比例した光電流がモニタ用フォトダイオードに
流れるようになる。
Here, according to the present invention, a monitor photodiode is provided around a light emitting area of the surface emitting laser,
Both are electrically separated by a high resistance region,
The monitoring photodiode has the same layer structure as the light emitting region. On the other hand, by surrounding the active layer with a material having a small refractive index, the light distribution of the laser is confined in the active layer, and the light intensity distribution has a transverse mode. But,
The tail of the light intensity distribution in the transverse mode also extends around the active layer, and the length of the spread depends on the relationship between the refractive index of the active layer and the refractive index around the active layer. Therefore, the positional relationship between the two is selected so that the bottom of the light intensity distribution of the lateral mode of the surface emitting laser reaches the light absorption part of the photodiode. For example, by sufficiently reducing the distance between the two, the laser oscillation A photocurrent proportional to the light flows through the monitor photodiode.

【0012】より具体的には、面発光レーザの出射部の
周囲を囲むように電極を設け、その電極には逆バイアス
を加えておき、モニタ用フォトダイオードとして機能す
るようにしておく。すると、活性層とモニタ用フォトダ
イオードとの間は逆バイアスされ、ノンドープの活性層
は空乏化し、ここまで延びた横モードの裾によって電子
正孔の対が生成され光電流が流れる。この光電流の大き
さはレーザ発振光の強度に略比例するため、発振光の強
度をモニタすることができる。
More specifically, an electrode is provided so as to surround the emitting portion of the surface emitting laser, and a reverse bias is applied to the electrode so that the electrode functions as a monitoring photodiode. Then, a reverse bias is applied between the active layer and the monitor photodiode, the non-doped active layer is depleted, and a pair of electron holes is generated by the lateral mode skirt extending to this point, and a photocurrent flows. Since the magnitude of the photocurrent is substantially proportional to the intensity of the laser oscillation light, the intensity of the oscillation light can be monitored.

【0013】そして、本発明のような構成であれば、面
発光レーザとモニタ用フォトダイオードとが同一基板上
に集積されているうえに、モニタ用フォトダイオードを
形成するためだけに新たな結晶の層構造を必要としな
い。
According to the structure of the present invention, the surface emitting laser and the monitoring photodiode are integrated on the same substrate, and a new crystal is formed only for forming the monitoring photodiode. No layer structure is required.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1及び図2は本発明の一実施の
形態における面発光レーザ100の構成を示す図であっ
て、図1は平面図、図2は拡大正断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 are views showing a configuration of a surface emitting laser 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a plan view, and FIG. 2 is an enlarged front sectional view.

【0015】即ち、n型GaAs基板11上にn型Ga
As層からなるバッファ層12が積層され、さらにその
上に、n型DBR反射鏡13が積層されている。n型D
BR反射鏡13は、Siドープn型Al0.9 Ga0.1
s層(厚さ69nm)とSiドープn型Al0.15Ga
0.85As層(厚さ62nm)とを交互に37ペア積層し
たものである。それぞれの層の光学長は、レーザの発振
波長λの1/4である。
That is, on the n-type GaAs substrate 11, n-type Ga
A buffer layer 12 made of an As layer is laminated, and an n-type DBR reflector 13 is further laminated thereon. n-type D
The BR reflector 13 is made of Si-doped n-type Al 0.9 Ga 0.1 A.
s layer (thickness 69 nm) and Si-doped n-type Al 0.15 Ga
37 pairs of 0.85 As layers (thickness: 62 nm) are alternately stacked. The optical length of each layer is 1 / of the laser oscillation wavelength λ.

【0016】n型DBR反射鏡13の上には活性層14
が積層されている。活性層14は、ノンドープのAl
0.5 Ga0.5 As(厚さ88nm)のスペーサ層に挟ま
れたノンドープのGaAs(厚さ8nm)量子井戸層か
らなる。
An active layer 14 is provided on the n-type DBR reflector 13.
Are laminated. The active layer 14 is made of non-doped Al
It is composed of a non-doped GaAs (8 nm thick) quantum well layer sandwiched between 0.5 Ga 0.5 As (88 nm thick) spacer layers.

【0017】そして、活性層14の上にp型DBR反射
鏡15が積層され、これにより、活性層14が、n型D
BR反射鏡13とp型DBR反射鏡15との間に挟まれ
た層構造が形成されている。
Then, a p-type DBR reflecting mirror 15 is laminated on the active layer 14, whereby the active layer 14
A layer structure sandwiched between the BR reflector 13 and the p-type DBR reflector 15 is formed.

【0018】p型DBR反射鏡15は、Cドープp型A
0.9 Ga0.1 As層(厚さ69nm)とCドープp型
Al0.15Ga0.85As層(厚さ62nm)とを交互に2
3ペア積層したものである。
The p-type DBR reflecting mirror 15 is a C-doped p-type A
1 0.9 Ga 0.1 As layer (thickness 69 nm) and C-doped p-type Al 0.15 Ga 0.85 As layer (thickness 62 nm)
Three pairs are stacked.

【0019】p型DBR反射鏡15表面の任意の位置
が、レーザ光を出射するための出射面16となってお
り、その出射面16を包囲するように、AuZnNiか
らなる円形のオーミック電極17が設けられている。
An arbitrary position on the surface of the p-type DBR reflecting mirror 15 is an emission surface 16 for emitting a laser beam. A circular ohmic electrode 17 made of AuZnNi surrounds the emission surface 16. Is provided.

【0020】一方、出射面16及びオーミック電極17
の下側のp型DBR反射鏡15と活性層14とn型DB
R反射鏡13の一部とを包囲するように、円筒形状の高
抵抗領域18が形成されている。高抵抗領域18は、そ
の内側に形成される発光領域110と、その外側に形成
される後述のモニタ用フォトダイオードとを電気的に分
離するためのものであり、面発光レーザ100の発光領
域110への注入電流を狭窄するためにp型DBR反射
鏡15、活性層14及びn型DBR反射鏡13の適所に
プロトンを注入して高抵抗化した領域である。
On the other hand, the emission surface 16 and the ohmic electrode 17
P-type DBR reflector 15, active layer 14, and n-type DB
A cylindrical high resistance region 18 is formed so as to surround a part of the R reflecting mirror 13. The high-resistance region 18 is for electrically separating a light emitting region 110 formed inside the light emitting region 110 from a monitor photodiode to be described later formed outside the light emitting region 110. In this region, protons are injected into appropriate places of the p-type DBR reflector 15, the active layer 14, and the n-type DBR reflector 13 to narrow the injection current into the high-resistance region.

【0021】なお、発光領域110の直径φは10μ
m、高抵抗領域18の幅dは2.5 μmとしている。ま
た、p型DBR反射鏡15表面には、高抵抗領域18の
外周に沿って、AuZnNiからなるC字形状のオーミ
ック電極19が設けられている。よって、オーミック電
極17とオーミック電極19との間は、高抵抗領域18
によって絶縁されている。さらに、そのオーミック電極
19下側のp型DBR反射鏡15と活性層14とn型D
BR反射鏡13の一部とを包囲するように、円筒形状に
ポリイミドを埋設した高抵抗領域20が形成されてい
て、この高抵抗領域20と上記高抵抗領域18とで挟ま
れた部分の層構造によってモニタ用フォトダイオード1
20が構成されている。
The diameter φ of the light emitting region 110 is 10 μm.
m, and the width d of the high resistance region 18 is 2.5 μm. A C-shaped ohmic electrode 19 made of AuZnNi is provided on the surface of the p-type DBR reflecting mirror 15 along the outer periphery of the high-resistance region 18. Therefore, between the ohmic electrode 17 and the ohmic electrode 19, the high resistance region 18
Insulated by Further, the p-type DBR reflecting mirror 15 under the ohmic electrode 19, the active layer 14, and the n-type D
A high resistance region 20 in which polyimide is buried in a cylindrical shape is formed so as to surround a part of the BR reflecting mirror 13, and a layer of a portion sandwiched between the high resistance region 20 and the high resistance region 18 is formed. Monitor photodiode 1 depending on the structure
20 are configured.

【0022】そして、p型DBR反射鏡15表面には、
C字形状のオーミック電極19の開口部分に対向した位
置と、その位置に対して出射面16を挟んで丁度逆側の
位置との二箇所に、略長方形のSiO2 膜21A及び2
1Bが設けられている。ただし、一方のSiO2 膜21
Aには、C字形状のオーミック電極19の開口部分を通
過してオーミック電極17の近傍にまで至る凸部21a
が形成されている。
Then, on the surface of the p-type DBR reflecting mirror 15,
Substantially rectangular SiO 2 films 21A and 2A are provided at two positions: a position facing the opening of the C-shaped ohmic electrode 19 and a position just opposite to the position with the emission surface 16 therebetween.
1B is provided. However, one SiO 2 film 21
In A, a convex portion 21a that passes through the opening of the C-shaped ohmic electrode 19 and reaches the vicinity of the ohmic electrode 17 is formed.
Are formed.

【0023】これらSiO2 膜21A及び21B上に
は、金属膜からなるボンディングパッド22A及び22
Bが設けられていて、一方のボンディングパッド22A
は、凸部21a上面を通じてオーミック電極17に導通
しており、他方のボンディングパッド22Bは、オーミ
ック電極19に導通している。
On these SiO 2 films 21A and 21B, bonding pads 22A and 22 made of a metal film are provided.
B, and one of the bonding pads 22A
Are electrically connected to the ohmic electrode 17 through the upper surface of the projection 21a, and the other bonding pad 22B is electrically connected to the ohmic electrode 19.

【0024】さらに、n型GaAs基板11の下面に
は、AuGeNiからなるオーミック電極23が設けら
れている。ここで、オーミック電極17は、発光領域1
10の上部電極、オーミック電極19は、モニタ用フォ
トダイオード120の上部電極であるが、オーミック電
極23は、発光領域110及びモニタ用フォトダイオー
ド120の両方に共通の下部電極である。
Further, on the lower surface of the n-type GaAs substrate 11, an ohmic electrode 23 made of AuGeNi is provided. Here, the ohmic electrode 17 corresponds to the light emitting region 1.
The upper electrode 10 and the ohmic electrode 19 are the upper electrodes of the monitoring photodiode 120, while the ohmic electrode 23 is the lower electrode common to both the light emitting region 110 and the monitoring photodiode 120.

【0025】そして、面発光レーザ100を使用する場
合には、発光領域110の上部電極であるオーミック電
極17には、共通の下部電極であるオーミック電極23
に対して正である順バイアス電圧を加えて、活性層14
にキャリアを注入してレーザ発振させる。このとき、活
性層14の周囲には高抵抗領域18を形成しているため
電流狭窄をしており、屈折率は横方向で一様でレーザ発
振の横モードは利得導波によって形成される。つまり、
電流が注入された領域は利得によって光が増幅される
が、その周囲では吸収によって光は減衰する。
When the surface emitting laser 100 is used, the ohmic electrode 17 serving as the upper electrode of the light emitting region 110 is replaced with the ohmic electrode 23 serving as the common lower electrode.
To the active layer 14 by applying a forward bias voltage that is positive with respect to
Is injected into the carrier to cause laser oscillation. At this time, since the high resistance region 18 is formed around the active layer 14, the current is confined, the refractive index is uniform in the horizontal direction, and the transverse mode of laser oscillation is formed by gain waveguide. That is,
Light is amplified by the gain in the region where the current is injected, but the light is attenuated by absorption around the region.

【0026】利得導波によるモードの半径は、発光領域
110における活性層14の直径をφ、発光領域110
における活性層14の実効的な屈折率をn1 とし、光の
吸収係数をα、レーザの発振波長をλとしたときに、 φ1/2 λ1/4 /(πn1 α)1/4 となる。
The radius of the mode based on the gain guiding is as follows: the diameter of the active layer 14 in the light emitting region 110 is φ;
When the effective refractive index of the active layer 14 is n 1 , the light absorption coefficient is α, and the laser oscillation wavelength is λ, φ 1/2 λ 1/4 / (πn 1 α) 1/4 Becomes

【0027】従って、発光領域110とモニタ用フォト
ダイオード120との間の距離である高抵抗領域18の
幅dを、 d<(φ1/2 λ1/4 )/(πn1 α)1/4 −φ/2 とすれば、横モードの裾が、モニタ用フォトダイオード
120の光吸収部に達することになる。
Therefore, the width d of the high resistance region 18 which is the distance between the light emitting region 110 and the monitor photodiode 120 is set to be d <(φ 1/2 λ 1/4 ) / (πn 1 α) 1 / If 4 −φ / 2, the skirt of the transverse mode reaches the light absorbing portion of the monitoring photodiode 120.

【0028】一方、モニタ用フォトダイオード120の
上部電極であるオーミック電極19には、共通の下部電
極であるオーミック電極23に対して負である逆バイア
ス電圧を加える。すると、そのモニタ用フォトダイオー
ド120における活性層14は空乏化することになる。
そして、モニタ用フォトダイオード120における活性
層14は、屈折率の大きなGaAs量子井戸層を屈折率
の小さなスペーサ層で挟まれた構成であるため、入射光
は、横方向に伝搬しながらGaAs量子井戸層で吸収さ
れ、その吸収によって生じた電子正孔対は逆バイアスの
電界に掃引され光電流に寄与する。
On the other hand, a reverse bias voltage which is negative with respect to the ohmic electrode 23 which is a common lower electrode is applied to the ohmic electrode 19 which is the upper electrode of the monitoring photodiode 120. Then, the active layer 14 in the monitoring photodiode 120 is depleted.
The active layer 14 of the monitoring photodiode 120 has a structure in which a GaAs quantum well layer having a large refractive index is sandwiched between spacer layers having a small refractive index. The electron-hole pairs absorbed by the layer and generated by the absorption are swept by the reverse bias electric field and contribute to the photocurrent.

【0029】ここで、発振波長λをGaAs系の面発光
レーザの発振波長である0.85μm、屈折率n1 をAlG
aAsスペーサ層の3.3 、吸収係数αをスペーサ層の周
囲とDBR層により典型的な値である20cm-1とする
と、φ=10μmのとき、d<3μmとなる。従って、
幅dを3μm以下にすることによって、面発光レーザ1
00の発光領域110における発振光の強度を、モニタ
用フォトダイオード120の出力電圧によってモニタす
ることができる。なお、この場合、幅dが3μmよりも
大きくなると、モニタ用フォトダイオード120は、発
光領域110の活性層14からの自然放出光を検出する
ことになる。自然放出光は、レーザ発振しきい値以下で
は注入電流とともに増大するが、しきい値以上では一定
であるから、レーザ発振光の強度をモニタすることはで
きない。
Here, the oscillation wavelength λ is 0.85 μm, which is the oscillation wavelength of a GaAs surface emitting laser, and the refractive index n 1 is AlG.
Assuming that the absorption coefficient α of the aAs spacer layer is 3.3 and the absorption coefficient α is 20 cm −1 , which is a typical value between the periphery of the spacer layer and the DBR layer, when φ = 10 μm, d <3 μm. Therefore,
By setting the width d to 3 μm or less, the surface emitting laser 1
The intensity of the oscillating light in the light emitting region 110 of 00 can be monitored by the output voltage of the monitoring photodiode 120. In this case, when the width d is larger than 3 μm, the monitoring photodiode 120 detects spontaneous emission light from the active layer 14 in the light emitting region 110. The spontaneous emission increases with the injection current below the laser oscillation threshold, but is constant above the threshold, so that the intensity of the laser oscillation cannot be monitored.

【0030】このように、本実施の形態であれば、面発
光レーザ100の発光領域110とモニタ用フォトダイ
オード120とを、共通のn型GaAs基板11上に同
じ層構造として形成することができるから、レーザ光の
強度をモニタするための光検出器であるモニタ用フォト
ダイオード120を、簡便に面発光レーザ100内に作
り込むことができ、製造コストの低減が図られる。
As described above, according to the present embodiment, the light emitting region 110 of the surface emitting laser 100 and the monitoring photodiode 120 can be formed on the common n-type GaAs substrate 11 with the same layer structure. Therefore, the monitoring photodiode 120 as a photodetector for monitoring the intensity of the laser beam can be easily formed in the surface emitting laser 100, and the manufacturing cost can be reduced.

【0031】なお、上記実施の形態では、利得導波構造
の面発光レーザ100に本発明を適用した場合について
説明したが、本発明は、発光領域の活性層の周囲を、そ
の活性層とは異なる屈折率の材料で囲んだ屈折率導波構
造の面発光レーザにも適用可能である。例えば図2にお
いて、高抵抗領域18の屈折率が、発光領域110の活
性層14の屈折率と異なる場合であり、これは、高抵抗
領域18を形成する部分に、別の半導体を埋め込み成長
させることによって実現できる。
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to the surface emitting laser 100 having the gain waveguide structure has been described. However, in the present invention, the area around the active layer in the light emitting region is defined as the active layer. The present invention is also applicable to a surface emitting laser having a refractive index waveguide structure surrounded by materials having different refractive indexes. For example, in FIG. 2, the case where the refractive index of the high resistance region 18 is different from the refractive index of the active layer 14 of the light emitting region 110 is that another semiconductor is buried and grown in the portion where the high resistance region 18 is formed. This can be achieved by:

【0032】屈折率導波構造の場合の横モードの半径
は、発光領域の活性層の周囲の屈折率をn2 とすれば、 {(4π22)(1/n2 2−1/n1 2)−23.1/(n1 2φ2)}
1/2 となる(例えば、「D.G.Deppe.T.H.Oh and D.L.Huffake
r,IEEE Photonics Technology Letters,Vol.9,p136.199
7 」参照。)。従って、幅dを、 d<{(4π22)(1/n2 2−1/n1 2)−23.1/(n
1 2φ2)}1/2 −φ/2 とすることによって、発振モードの光を検出することが
でき、この場合にも、上記実施の形態と同様の効果を奏
することができる。なお、図3は、屈折率の差Δn(=
1 −n2 )と、幅dとの関係を、直径φ=3、5、1
0μmのそれぞれについて示したものである。
The radius of the transverse mode in the case of the refractive index waveguide structure is given by: {(4π 2 / λ 2 ) (1 / n 2 2 −1) where n 2 is the refractive index around the active layer in the light emitting region. / n 1 2) -23.1 / ( n 1 2 φ 2)}
1/2 (for example, "DGDeppe.THOh and DLHuffake
r, IEEE Photonics Technology Letters, Vol.9, p136.199
See 7. ). Accordingly, the width d, d <{(4π 2 / λ 2) (1 / n 2 2 -1 / n 1 2) -23.1 / (n
By setting 1 2 φ 2 )} 1/2 −φ / 2, light in the oscillation mode can be detected, and in this case, the same effect as in the above embodiment can be obtained. FIG. 3 shows the refractive index difference Δn (=
n 1 −n 2 ) and the width d, the diameter φ = 3, 5, 1,
This is shown for each of 0 μm.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る面発
光レーザによれば、発光領域が高抵抗領域で囲まれ、そ
の高抵抗領域の周囲に、発光領域と同じ層構造のモニタ
用フォトダイオードを有し、そして、発光領域の光強度
分布の裾が、モニタ用フォトダイオードの光吸収部に達
するようになっているから、面発光レーザの発光領域と
モニタ用フォトダイオードとを共通の基板上に同じ層構
造として形成することができ、レーザ光の強度をモニタ
するためのモニタ用フォトダイオードを簡便に面発光レ
ーザ内に作り込むことができ、製造コストの低減が図ら
れる、という効果がある。
As described above, according to the surface emitting laser according to the present invention, the light emitting region is surrounded by the high resistance region, and the monitor photo having the same layer structure as the light emitting region is surrounded around the high resistance region. The light emitting region of the surface emitting laser and the monitor photodiode are shared by a common substrate because the light emitting region has a diode and the bottom of the light intensity distribution in the light emitting region reaches the light absorbing portion of the monitor photodiode. The same layer structure can be formed on the upper surface, and the monitoring photodiode for monitoring the intensity of the laser beam can be easily built in the surface emitting laser, thereby reducing the manufacturing cost. is there.

【0034】特に、請求項2又は3に係る発明であれ
ば、発光領域の光強度分布の裾が、モニタ用フォトダイ
オードの光吸収部に確実に達するから、上記効果を確実
に奏することができる。
In particular, according to the second or third aspect of the present invention, the bottom of the light intensity distribution in the light emitting region surely reaches the light absorbing portion of the monitor photodiode. .

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

【図1】本発明の一実施の形態の構成を示す平面図であ
る。
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】拡大正断面図である。FIG. 2 is an enlarged front sectional view.

【図3】屈折率の差Δnと幅dとの関係を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a refractive index difference Δn and a width d.

【図4】従来の構成を示す正断面図である。FIG. 4 is a front sectional view showing a conventional configuration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 n型GaAs基板 12 バッファ層 13 n型DBR反射鏡(分布帰還型反射鏡) 14 活性層 15 p型DBR反射鏡(分布帰還型反射鏡) 16 出射面 17 オーミック電極(発光領域の上部電極) 18 高抵抗領域 19 オーミック電極(モニタ用フォトダイオード
の上部電極) 20 高抵抗領域 21A SiO2 膜 21B SiO2 膜 21a 凸部 22A ボンディングパッド 22B ボンディングパッド 23 オーミック電極(発光領域の下部電極、モニ
タ用フォトダイオードの下部電極) 100 面発光レーザ 110 発光領域 120 モニタ用フォトダイオード
Reference Signs List 11 n-type GaAs substrate 12 buffer layer 13 n-type DBR reflector (distributed feedback mirror) 14 active layer 15 p-type DBR reflector (distributed feedback reflector) 16 emission surface 17 ohmic electrode (upper electrode of light emitting region) Reference Signs List 18 high-resistance region 19 ohmic electrode (upper electrode of monitor photodiode) 20 high-resistance region 21A SiO 2 film 21B SiO 2 film 21a convex portion 22A bonding pad 22B bonding pad 23 ohmic electrode (lower electrode of light-emitting region, monitor photo Lower electrode of diode) 100 surface emitting laser 110 light emitting region 120 monitor photodiode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 館野 功太 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 忠永 修 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 Fターム(参考) 5F073 AB13 AB17 CA04  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kota Tateno 3-19-2 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Within Japan Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Osamu Tadanaga 3-19, Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo 2 Nippon Telegraph and Telephone Corporation F-term (reference) 5F073 AB13 AB17 CA04

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 p型及びn型の分布帰還型反射鏡に活性
層が挟まれた層構造からなる発光領域を有する面発光レ
ーザにおいて、 前記発光領域が高抵抗領域で囲まれ、その高抵抗領域の
周囲に、前記発光領域と同じ層構造のモニタ用フォトダ
イオードを有し、そして、前記発光領域の光強度分布の
裾が、前記モニタ用フォトダイオードの光吸収部に達す
るようになっていることを特徴とする面発光レーザ。
1. A surface emitting laser having a light emitting region having a layer structure in which an active layer is sandwiched between p-type and n-type distributed feedback mirrors, wherein the light emitting region is surrounded by a high resistance region, and the high resistance A monitor photodiode having the same layer structure as the light emitting region is provided around the region, and the bottom of the light intensity distribution of the light emitting region reaches the light absorbing portion of the monitor photodiode. A surface emitting laser characterized by the above.
【請求項2】 p型及びn型の分布帰還型反射鏡に活性
層が挟まれた層構造からなる発光領域を有し、前記発光
領域の活性層に接してこれを囲む領域の屈折率がその活
性層の屈折率と同じである利得導波構造の面発光レーザ
において、 前記発光領域が高抵抗領域で囲まれ、その高抵抗領域の
周囲に、前記発光領域と同じ層構造のモニタ用フォトダ
イオードを有し、そのモニタ用フォトダイオードの上部
電極と前記発光領域の上部電極とが前記高抵抗領域によ
って絶縁され、前記モニタ用フォトダイオードの下部電
極と前記発光領域の下部電極とが共通であり、 そして、前記発光領域の活性層の直径をφ、前記発光領
域の活性層の実効的な屈折率をn1 、前記高抵抗領域の
幅をd、光の吸収係数をα、レーザの発振波長をλとし
たときに、 d<(φ1/2 λ1/4 )/(πn1 α)1/4 −φ/2 を満たすことを特徴とする面発光レーザ。
2. A light-emitting region having a layer structure in which an active layer is sandwiched between p-type and n-type distributed feedback mirrors, and a refractive index of a region in contact with and surrounding the active layer of the light-emitting region is In a surface emitting laser having a gain waveguide structure having the same refractive index as that of the active layer, the light emitting region is surrounded by a high resistance region, and a monitor photo having the same layer structure as the light emitting region is provided around the high resistance region. A diode having an upper electrode of the monitor photodiode and an upper electrode of the light emitting region which are insulated from each other by the high-resistance region; and a lower electrode of the monitor photodiode and a lower electrode of the light emitting region are common. The diameter of the active layer in the light emitting region is φ, the effective refractive index of the active layer in the light emitting region is n 1 , the width of the high resistance region is d, the light absorption coefficient is α, and the laser oscillation wavelength Is λ, d <( A surface emitting laser satisfying φ 1/2 λ 1/4 ) / (πn 1 α) 1/4 -φ / 2.
【請求項3】 p型及びn型の分布帰還型反射鏡に活性
層が挟まれた層構造からなる発光領域を有し、前記発光
領域の活性層に接してこれを囲む領域の屈折率がその活
性層の屈折率より小さい屈折率導波構造の面発光レーザ
において、 前記発光領域が高抵抗領域で囲まれ、その高抵抗領域の
周囲に、前記発光領域と同じ層構造のモニタ用フォトダ
イオードを有し、そのモニタ用フォトダイオードの上部
電極と前記発光領域の上部電極とが前記高抵抗領域によ
って絶縁され、前記モニタ用フォトダイオードの下部電
極と前記発光領域の下部電極とが共通であり、 そして、前記発光領域の活性層の直径をφ、前記発光領
域の活性層の実効的な屈折率をn1 、前記発光領域の活
性層に接してこれを囲む領域の屈折率をn2 、前記高抵
抗領域の幅をd、光の吸収係数をα、レーザの発振波長
をλとしたときに、 d<{(4π22)(1/n2 2−1/n1 2)−23.1/(n
1 2φ2)}1/2 −φ/2 を満たすことを特徴とする面発光レーザ。
3. A light emitting region having a layer structure in which an active layer is sandwiched between p-type and n-type distributed feedback mirrors, and a refractive index of a region in contact with and surrounding the active layer of the light emitting region is In a surface emitting laser having a refractive index waveguide structure smaller than the refractive index of the active layer, the light emitting region is surrounded by a high resistance region, and a monitoring photodiode having the same layer structure as the light emitting region around the high resistance region. The upper electrode of the monitor photodiode and the upper electrode of the light emitting region are insulated by the high resistance region, and the lower electrode of the monitor photodiode and the lower electrode of the light emitting region are common, The diameter of the active layer of the light emitting region is φ, the effective refractive index of the active layer of the light emitting region is n 1 , the refractive index of the region in contact with and surrounding the active layer of the light emitting region is n 2 , The width of the high resistance region is d The absorption coefficient of the light alpha, when the oscillation wavelength of the laser was set to λ, d <{(4π 2 / λ 2) (1 / n 2 2 -1 / n 1 2) -23.1 / (n
1 2 φ 2 )} 1/2 −φ / 2.
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