JP2000196189A - Surface-emission semiconductor laser - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、基板と垂直方向に
光を出射する垂直共振器型の面発光型半導体レーザに関
する。The present invention relates to a vertical cavity surface emitting semiconductor laser that emits light in a direction perpendicular to a substrate.
【０００２】[0002]
【従来の技術】垂直共振器型の面発光型半導体レーザ
は、へき開なしに作成できること、二次元アレイ化が可
能なこと、出射ビームを容易に円形化できることなど、
端面発光型の半導体レーザにはない特徴があり注目をさ
れている。2. Description of the Related Art A vertical-cavity surface-emitting semiconductor laser can be manufactured without cleavage, can be formed into a two-dimensional array, and can easily make an output beam circular.
Edge-emitting type semiconductor lasers are notable for their unique features.
【０００３】面発光型半導体レーザの最も一般的な構造
としては、活性領域の上下に多層膜半導体からなるDist
ributed Bragg Reflection （以下DBR と記す）ミラー
を設け、このDBR ミラーの外側に形成した電極から、DB
R ミラーを介して、電流を注入する構造がある。[0003] The most common structure of a surface emitting semiconductor laser is a Dist made of a multilayer semiconductor above and below an active region.
A ributed Bragg Reflection (hereinafter referred to as DBR) mirror is provided.
There is a structure to inject current through the R mirror.
【０００４】この面発光型半導体レーザ構造は、活性領
域の上下に電極があるので、活性領域に均一に電流を注
入でき発振しきい値が低くなるという長所がある。しか
しながらこの構造では、多数のヘテロ障壁を有する半導
体多層膜DBR ミラーを通して電流を流すため素子の電気
抵抗が大きくなってしまうという短所がある。The surface emitting semiconductor laser structure has an advantage that the electrodes can be provided above and below the active region, so that a current can be uniformly injected into the active region and the oscillation threshold can be lowered. However, this structure has a disadvantage that the electric resistance of the device is increased because current flows through the semiconductor multilayer DBR mirror having a large number of hetero barriers.
【０００５】一方、面発光型半導体レーザの別の構造と
して、DBR ミラーと活性領域からなるレーザ共振器の側
面から電流を注入する構造がる。この構造では、DBR ミ
ラーを介して電流を流さないため、DBR ミラーでの電気
抵抗を考慮する必要がなく、素子の電気抵抗が小さいと
いう長所がある。しかしながらこの構造では、電極が活
性領域の側面にあるので、活性領域に均一に電流を注入
することが難しく発振しきい値が高くなってしまうとい
う短所がある。On the other hand, as another structure of the surface emitting semiconductor laser, there is a structure in which a current is injected from a side surface of a laser resonator including a DBR mirror and an active region. In this structure, since no current flows through the DBR mirror, there is no need to consider the electric resistance of the DBR mirror, and there is an advantage that the electric resistance of the element is small. However, in this structure, since the electrodes are on the side surfaces of the active region, it is difficult to uniformly inject current into the active region, and the oscillation threshold value is increased.
【０００６】上記のような課題を解決する構造として、
図６に示すような構造の面発光型半導体レーザが提案さ
れている（特開平１０−２７９４１）。この構造は、共
振器内部の活性領域に隣接して設けた第1 キャップ層61
1 とｐ側誘電体DBR ミラー615 との間に、透明電極614
を挿入したことが特徴である。また共振器の周辺部で
は、第1 キャップ層611 と透明電極614 の間に第2 キャ
ップ層612 と金属電極613 が配置されている。この構造
では、透明電極を共振器内部に挿入することで金属電極
から注入された電流が活性領域に均一に注入することが
可能で、単一横モードが容易に得られるとともに、低し
きい値動作させることが可能である。As a structure for solving the above problems,
A surface-emitting type semiconductor laser having a structure as shown in FIG. 6 has been proposed (JP-A-10-27941). This structure is similar to the structure of the first cap layer 61 provided adjacent to the active region inside the resonator.
1 and the p-side dielectric DBR mirror 615, a transparent electrode 614
The feature is that a "." In the periphery of the resonator, a second cap layer 612 and a metal electrode 613 are arranged between the first cap layer 611 and the transparent electrode 614. In this structure, by inserting a transparent electrode inside the resonator, the current injected from the metal electrode can be uniformly injected into the active region, and a single transverse mode can be easily obtained and a low threshold voltage can be obtained. It is possible to operate.
【０００７】しかしながら、この構造では、DBR ミラー
に熱抵抗の大きい誘電体多層膜を用いているため放熱性
に難点があり、活性層の温度上昇が著しく温度特性が悪
いという問題がある。However, in this structure, since a dielectric multilayer film having a large thermal resistance is used for the DBR mirror, there is a problem in heat radiation, and there is a problem that the temperature rise of the active layer is remarkable and the temperature characteristics are poor.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】このように従来、垂直
共振器型の面発光型半導体レーザは、（１）DBR を通し
て電流を注入する構造では、素子の電気抵抗が高くな
る、（２）側面から電流を注入する構造では、活性領域
に均一に電流を注入するのが難しい、（３）誘電体DBR
ミラー構造では、放熱性が悪い、という問題があった。As described above, the conventional vertical cavity surface emitting semiconductor laser has the following disadvantages. (1) In the structure in which a current is injected through the DBR, the electric resistance of the device becomes high. It is difficult to inject current uniformly into the active region with the structure that injects current from the substrate. (3) Dielectric DBR
The mirror structure has a problem that heat dissipation is poor.
【０００９】本発明は上記問題を解決するためになされ
たもので、活性領域に均一に電流が注入でき、素子抵抗
も十分小さく、かつ放熱性にも優れた構造を実現し、し
きい値が低く温度特性も優れた面発光型半導体レーザを
提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problem. The present invention realizes a structure in which a current can be uniformly injected into an active region, a device resistance is sufficiently small, and heat radiation is excellent. It is an object of the present invention to provide a surface emitting semiconductor laser having low temperature characteristics and excellent temperature characteristics.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、基板と、この基板上に形成された活性層
と、この活性層上に形成された前記活性層で発振された
レーザ発振波長の光を透過する電極と、前記電極上に形
成された半導体多層膜からなるDBR ミラーとを具備する
ことを特徴とする面発光型半導体レーザを提供する。In order to achieve the above object, the present invention provides a substrate, an active layer formed on the substrate, and an oscillator oscillated by the active layer formed on the active layer. A surface emitting semiconductor laser comprising: an electrode that transmits light having a laser oscillation wavelength; and a DBR mirror formed of a semiconductor multilayer film formed on the electrode.
【００１１】また、本発明は、基板と、この基板上に形
成された活性層と、この活性層上に形成された半導体多
層膜からなる第１のDBR ミラーと、この第１のＤＢＲミ
ラー上に形成された前記活性層で発振されたレーザ発振
波長の光を透過する電極と、この電極上に形成された誘
電体多層膜からなる第２のＤＢＲミラーとを具備するこ
とを特徴とする面発光型半導体レーザを提供する。[0011] The present invention also provides a first DBR mirror comprising a substrate, an active layer formed on the substrate, a semiconductor multilayer film formed on the active layer, and a first DBR mirror formed on the first DBR mirror. An electrode for transmitting light having a laser oscillation wavelength oscillated by the active layer formed on the active layer, and a second DBR mirror made of a dielectric multilayer film formed on the electrode. An emission type semiconductor laser is provided.
【００１２】また、本発明は、基板と、この基板上に形
成された半導体多層膜からなる第１のＤＢＲミラーと、
この第１のＤＢＲミラー上に形成された活性層と、この
活性層上に形成された前記活性層で発振されたレーザ発
振波長の光を透過する電極と、この電極上に形成された
誘電体多層膜からなる第２のDBR ミラーとを具備するこ
とを特徴とする面発光型半導体レーザを提供する。Further, the present invention provides a substrate and a first DBR mirror comprising a semiconductor multilayer film formed on the substrate,
An active layer formed on the first DBR mirror, an electrode transmitting light of a laser oscillation wavelength oscillated by the active layer formed on the active layer, and a dielectric formed on the electrode; A surface emitting semiconductor laser comprising a second DBR mirror made of a multilayer film.
【００１３】本発明の垂直共振器型の面発光型半導体レ
ーザは、DBR ミラーと活性領域に、活性領域で発振され
たレーザ光を透過する透明電極を配置することで活性領
域に電流を均一に注入することができ、さらに活性領域
を挟むDBR ミラーのうち、少なくとも片方には比較的熱
抵抗の小さな半導体多層膜を用いているので放熱性も優
れている。In the vertical cavity surface emitting semiconductor laser according to the present invention, the DBR mirror and the transparent electrode that transmits the laser light oscillated in the active region are arranged in the active region so that the current is made uniform in the active region. It can be implanted, and at least one of the DBR mirrors sandwiching the active region is made of a semiconductor multilayer film having relatively small thermal resistance, so that it has excellent heat dissipation.
【００１４】本発明では、少なくとも一方の電極側を半
導体多層膜DBR ミラー／透明電極／活性層の構造にすれ
ば、その効果を期待できるが、特に電気抵抗の高いｐ型
側を、その構造にすれば、DBR ミラーを通してホールを
注入することも回避できるので、発振しきい電流が低く
てかつ温度特性の優れた面発光型半導体レーザを得るこ
とができる。In the present invention, the effect can be expected if at least one electrode side has a structure of a semiconductor multi-layer film DBR mirror / transparent electrode / active layer. Then, injection of holes through the DBR mirror can be avoided, so that a surface emitting semiconductor laser having a low oscillation threshold current and excellent temperature characteristics can be obtained.
【００１５】また、誘電体多層膜DBR ミラー／透明電極
／半導体多層膜DBR ミラー／活性層の構造では、半導体
多層膜DBR ミラーの層数を少なくすることが可能で、半
導体だけでDBR ミラーを構成する場合より素子の電気抵
抗を小さくできるとともに、電流を活性層に均一に注入
することが可能である。またこの場合、DBR ミラーを誘
電体のみで構成する場合と比べると、熱抵抗が比較的小
さいので放熱性も優れている。In the structure of the dielectric multi-layer DBR mirror / transparent electrode / semiconductor multi-layer DBR mirror / active layer, the number of semiconductor multi-layer DBR mirrors can be reduced, and the DBR mirror is constituted only by the semiconductor. In this case, the electric resistance of the element can be made smaller than in the case where the current is applied, and the current can be uniformly injected into the active layer. Also, in this case, compared with the case where the DBR mirror is constituted only by a dielectric, the heat dissipation is excellent because the thermal resistance is relatively small.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係わる面発光型半導体レーザの概略構成を示す断面図で
ある。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a surface emitting semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention.
【００１７】本実施形態の面発光型半導体レーザは、活
性層104 にInGaP/InGaAlP 多重量子井戸を用いた発振波
長が約0.67mmの赤色の面発光型半導体レーザで、製造方
法を簡単に説明すると以下の通りである。The surface emitting semiconductor laser of this embodiment is a red surface emitting semiconductor laser using an InGaP / InGaAlP multiple quantum well for the active layer 104 and having an oscillation wavelength of about 0.67 mm. It is as follows.
【００１８】先ず、ｎ型GaAs基板101 に、ｎ型AlAs102a
/ ｎ型Al0.5 Ga0.5 As102b多層膜からなるDBR ミラー10
2 、ｎ型InGaAlP クラッド層103 、発光波長0.67mmのIn
GaP/InGaAlP 多重量子井戸活性層104 、ｐ型InGaAlP ク
ラッド層105 、ｐ型Al0.5 Ga0.5 As層106 、ｐ型AlAs層
107 、ｐ型Al0.5 Ga0.5 Asコンタクト層108 をＭＯＣＶ
Ｄ法で順次結晶成長する。First, on an n-type GaAs substrate 101, an n-type AlAs 102a
/ DBR mirror 10 composed of n-type Al 0.5 Ga 0.5 As102b multilayer film
2, n-type InGaAlP cladding layer 103, In emission wavelength 0.67 mm
GaP / InGaAlP multiquantum well active layer 104, p type InGaAlP cladding layer 105, p-type Al 0.5 Ga 0.5 As layer 106, p-type AlAs layer
107, p-type Al 0.5 Ga 0.5 As contact layer 108 is MOCV
Crystals are grown sequentially by method D.
【００１９】次に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）をベー
スとした透明電極109 をスパッタ法で形成する。この透
明電極は、波長0.67mmの赤色レーザを透過する。次に、
別に用意した、Al0.97Ga0.03As110a/Al 0.5 Ga0.5 As11
0b半導体多層膜よりなるDBR ミラー110 を積層したGaAs
基板（図示せず）をDBR ミラー110 と透明電極109 が接
合するように基板直接接着技術で張り合わせた後、GaAs
基板（図示せず）をエッチング除去する。Next, a transparent electrode 109 based on ITO (Indium Tin Oxide) is formed by sputtering. This transparent electrode transmits a red laser having a wavelength of 0.67 mm. next,
Al 0.97 Ga 0.03 As110a / Al 0.5 Ga 0.5 As11 prepared separately
GaAs with DBR mirror 110 composed of 0b semiconductor multilayer
After bonding the substrate (not shown) by direct substrate bonding technology so that the DBR mirror 110 and the transparent electrode 109 are bonded, GaAs
The substrate (not shown) is etched away.
【００２０】次に、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を
用いてｎ型クラッド層103 までエッチングをして円筒状
のメサを形成した後、水蒸気酸化を用いてｐ型AlAs層10
7 を選択酸化して電流ブロック層107aを形成する。最後
に、ｐ側DBR ミラー110 を円筒状に加工した後、p 側金
属電極111 とｎ側金属電極112 を形成して素子構造が完
成する。Next, after etching the n-type cladding layer 103 using RIE (Reactive Ion Etching) to form a cylindrical mesa, the p-type AlAs layer 10 is formed using steam oxidation.
7 is selectively oxidized to form a current block layer 107a. Finally, after processing the p-side DBR mirror 110 into a cylindrical shape, the p-side metal electrode 111 and the n-side metal electrode 112 are formed to complete the element structure.
【００２１】このような構造の面発光型半導体レーザで
は、発光領域上部に設けた透明電極109 より電流（ホー
ル）が発光領域に均一に注入されるので、単一横モード
でレーザ発振するとともに、発振しきい電流は非常に低
い。In the surface emitting semiconductor laser having such a structure, a current (hole) is uniformly injected into the light emitting region from the transparent electrode 109 provided above the light emitting region. The oscillation threshold current is very low.
【００２２】また活性領域の上下のDBR ミラー110 、10
2 は比較的熱抵抗の小さいな半導体で形成されているの
で、放熱性もよく素子の温度特性も優れている。試作し
た素子においては、25℃および75℃でのしきい電流が約
1.1mA および2.2mA で、最高発振温度は約90℃と非常に
低しきい値でかつ温度特性の優れた特性が得られた。DBR mirrors 110, 10 above and below the active area
2 is made of a semiconductor having relatively small thermal resistance, so that it has good heat dissipation and excellent temperature characteristics of the element. In the prototype device, the threshold current at 25 ° C and 75 ° C was about
At 1.1mA and 2.2mA, the maximum oscillation temperature was very low, about 90 ° C, and excellent temperature characteristics were obtained.
【００２３】（第２の実施形態）図２は、本発明の第２
の実施形態に係わる面発光型半導体レーザの概略構成を
示す断面図である。(Second Embodiment) FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention.
1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a surface emitting semiconductor laser according to an embodiment.
【００２４】本実施形態の面発光型半導体レーザは、活
性層204 にInP 基板に格子整合するInGaAsP 系多重量子
井戸を用いた1.55mm帯の面発光型半導体レーザで、製造
方法を簡単に説明すると以下の通りである。The surface emitting semiconductor laser of this embodiment is a 1.55 mm band surface emitting semiconductor laser using an InGaAsP-based multiple quantum well lattice-matched to an InP substrate for the active layer 204. It is as follows.
【００２５】先ず、 ｎ型GaAs基板201 上に、ｎ型AlAs
202a/ ｎ型GaAs202b多層膜よりなるｎ側DBR ミラー202
をMOCVD により形成する。次に、ｎ側DBR ミラー202 を
積層したｎ型GaAs基板201 にH + をイオン注入して選択
的に高抵抗することにより、電流狭窄構造を作成する。
次に、ｎ型GaAs基板201 の裏面に電極210 を形成する。First, on an n-type GaAs substrate 201, an n-type AlAs
202a / n-side DBR mirror 202 composed of n-type GaAs202b multilayer
Is formed by MOCVD. Next, a current confinement structure is created by implanting H + ions into the n-type GaAs substrate 201 on which the n-side DBR mirror 202 is laminated and selectively increasing resistance.
Next, an electrode 210 is formed on the back surface of the n-type GaAs substrate 201.
【００２６】次に、ｎ型InP 基板（図示せず）上に、ｐ
型InGaAsP コンタクト層206 、ｐ型InP クラッド層205
、InPInGaAsP多重量子井戸活性層204 、ｎ型InP クラ
ッド層203 からなる発光領域をMOCVD により形成する。Next, on an n-type InP substrate (not shown),
InGaAsP contact layer 206, p-type InP cladding layer 205
A light emitting region including an InP InGaAsP multiple quantum well active layer 204 and an n-type InP cladding layer 203 is formed by MOCVD.
【００２７】次に、ｐ型GaAs基板（図示せず）上に、ｐ
型AlAs208b/ ｐ型GaAs208a半導体多層膜よりなるｐ側DB
R ミラー208 をMOCVD により形成する。次に、ｎ側DBR
ミラー202 、電流狭窄構造が形成されたｎ型GaAs基板20
1 と発光領域が形成されたｎ型InP 基板を、ｎ側DBR ミ
ラー202 面とｎ型InP クラッド層203 面とが接合するよ
うに、基板直接接着技術により張り合わせる。Next, on a p-type GaAs substrate (not shown),
P-side DB composed of AlAs208b / p-type GaAs208a semiconductor multilayer film
The R mirror 208 is formed by MOCVD. Next, the n-side DBR
The mirror 202 is an n-type GaAs substrate 20 on which a current confinement structure is formed.
1 and the n-type InP substrate on which the light emitting region is formed are bonded by a substrate direct bonding technique so that the surface of the n-side DBR mirror 202 and the surface of the n-type InP cladding layer 203 are bonded.
【００２８】次に、InP 基板をエッチング除去してから
ｐ型InGaAsP 層206 上に、ＩＴＯからなる透明電極207
を形成する。次に、この透明電極207 が形成された表面
上に、ｐ側DBR ミラー208 が形成されたｐ型GaAs基板
を、ｐ側DBR ミラー208 面と透明電極207 面とが接合す
るように、基板直接接着技術により張り合わせた後、ｐ
型GaAs基板をエッチング除去する。Next, after removing the InP substrate by etching, a transparent electrode 207 made of ITO is formed on the p-type InGaAsP layer 206.
To form Next, the p-type GaAs substrate having the p-side DBR mirror 208 formed on the surface on which the transparent electrode 207 is formed is directly bonded to the substrate so that the p-side DBR mirror 208 surface and the transparent electrode 207 surface are bonded. After bonding by bonding technology, p
The type GaAs substrate is removed by etching.
【００２９】最後に、p 型DBR ミラーを円筒状に加工し
た後、ｐ側金属電極209 とｎ側金属電極210 を形成して
素子構造が完成する。このようにして作成した面発光型
半導体レーザにおいても、第1 の実施形態と同様に、活
性層に電流が均一に注入されるとともに、熱抵抗の小さ
い半導体DBRミラーを用いているので放熱性も優れてお
り、単一横モードで、低しきい値かつ温度特性も優れた
素子特性が実現できる。Finally, after processing the p-type DBR mirror into a cylindrical shape, a p-side metal electrode 209 and an n-side metal electrode 210 are formed to complete the element structure. In the surface-emitting type semiconductor laser fabricated in this manner, similarly to the first embodiment, the current is uniformly injected into the active layer and the semiconductor DBR mirror having a small thermal resistance is used, so that the heat dissipation is also improved. It is possible to realize element characteristics that are excellent in single transverse mode, have a low threshold value, and have excellent temperature characteristics.
【００３０】（第３の実施形態）図３は、本発明の第３
の実施形態に係わる面発光型半導体レーザの概略構成を
示す断面図である。(Third Embodiment) FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention.
1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a surface emitting semiconductor laser according to an embodiment.
【００３１】本実施形態の面発光型半導体レーザは、活
性層306 にInP 基板に格子整合するInGaAsP 系多重量子
井戸を用いた1.55mm帯の面発光型半導体レーザで、製造
方法を簡単に説明すると以下の通りである。The surface emitting semiconductor laser of the present embodiment is a 1.55 mm band surface emitting semiconductor laser using an InGaAsP-based multiple quantum well lattice-matched to an InP substrate for the active layer 306. It is as follows.
【００３２】先ず、ｎ型GaAs基板301 上に、ｐ型AlAs30
2a/ ｐ型GaAs302b多層膜からなるｐ側DBR ミラー302 を
MOCVD により形成する。ｎ型GaAs基板301 の裏面には、
電極312 を形成する。First, a p-type AlAs 30 is formed on an n-type GaAs substrate 301.
2a / p-side DBR mirror 302 composed of p-type GaAs302b multilayer film
It is formed by MOCVD. On the back surface of the n-type GaAs substrate 301,
An electrode 312 is formed.
【００３３】次に、ｎ型InP 基板（図示せず）上にｎ型
InGaAsP コンタクト層308 、ｎ型InP クラッド層307 、
InGaAsP 多重量子井戸活性層306 をMOCVD により形成す
る。次に、InGaAsP 多重量子井戸活性層306 、InP クラ
ッド層307 をエッチングし、メサ構造を形成する。次
に、MOCVD により、このメサ構造をｐ型InP 電流ブロッ
ク層、ｎ型InP 電流ブロック層304 のｐｎ埋め込みの電
流ブロック層で埋め込む。この上にMOCVD により、ｐ型
InP クラッド層303 を形成し、発光領域を形成する。Next, an n-type InP substrate (not shown) is
InGaAsP contact layer 308, n-type InP clad layer 307,
An InGaAsP multiple quantum well active layer 306 is formed by MOCVD. Next, the InGaAsP multiple quantum well active layer 306 and the InP cladding layer 307 are etched to form a mesa structure. Next, this mesa structure is buried by MOCVD with a pn-buried current block layer of a p-type InP current block layer and an n-type InP current block layer 304. On top of this, p-type by MOCVD
An InP cladding layer 303 is formed to form a light emitting region.
【００３４】次に、ｐ側DBR ミラー302 が形成されたｎ
型GaAs基板301 と発光領域が形成されたｎ型InP 基板と
を、ｐ側DBR ミラー302 表面とｐ型InP クラッド層303
表面が接合するように、基板直接接着技術により張り合
わせる。Next, the n in which the p-side DBR mirror 302 is formed
The GaAs substrate 301 and the n-type InP substrate having the light emitting region formed thereon are combined with the surface of the p-side DBR mirror 302 and the p-type InP cladding layer 303
The substrates are bonded by a direct substrate bonding technique so that the surfaces are bonded.
【００３５】次に、InP 基板をエッチング除去してから
ｎ型InGaAsP コンタクト層308 上に、ＩＴＯからなる透
明電極309 を形成し、この透明電極309 上の一部に電極
311を形成する。Next, after removing the InP substrate by etching, a transparent electrode 309 made of ITO is formed on the n-type InGaAsP contact layer 308, and an electrode is formed on a part of the transparent electrode 309.
Form 311.
【００３６】次に、透明電極309 上に、真空蒸着法に
て、SiO 2 310a/Si310b 誘電体多層膜からなるｎ側DBR
ミラー310 を形成する。このようにして作成した面発光
型半導体レーザにおいても、第1 および第２の実施形態
と同様に、活性層に電流が均一に注入されるため、単一
横モードで低しきい値な素子特性が得られる。また、ｎ
側DBR ミラー310 に誘電体多層膜を用いているため半導
体多層膜DBR ミラーを用いた場合と比べて若干放熱性が
劣るが、基板側のDBR ミラーには半導体を用いているの
で、図６の従来例に比べれば放熱性が改善され、温度特
性の良い素子が得られる。Next, an n-side DBR made of a SiO 2 310a / Si310b dielectric multilayer film is formed on the transparent electrode 309 by vacuum evaporation.
A mirror 310 is formed. In the surface-emitting type semiconductor laser fabricated in this manner, similarly to the first and second embodiments, since the current is uniformly injected into the active layer, the device characteristics with a single lateral mode and low threshold are obtained. Is obtained. Also, n
Since the dielectric multi-layer film is used for the side DBR mirror 310, the heat dissipation is slightly inferior to the case where the semiconductor multi-layer DBR mirror is used, but since the semiconductor is used for the substrate-side DBR mirror, FIG. The heat dissipation is improved as compared with the conventional example, and an element having good temperature characteristics can be obtained.
【００３７】（第４の実施形態）図４は、本発明の第４
の実施形態に係わる面発光型半導体レーザの概略構成を
示す断面図である。(Fourth Embodiment) FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention.
1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a surface emitting semiconductor laser according to an embodiment.
【００３８】本実施形態の面発光型半導体レーザは、活
性層404 にInGaP/InGaAlP 多重量子井戸を用いた発振波
長が約0.67mmの赤色の面発光型半導体レーザで、製造方
法を簡単に説明すると以下の通りである。The surface-emitting type semiconductor laser of this embodiment is a red surface-emitting type semiconductor laser using an InGaP / InGaAlP multiple quantum well for the active layer 404 and having an oscillation wavelength of about 0.67 mm. It is as follows.
【００３９】先ず、MOCVD により、ｎ型GaAs基板401 上
に、ｎ型AlAs402a/ ｎ型Al0.5 Ga0.5 As402b半導体多層
膜からなるｎ側DBR ミラー402 、ｎ型InGaAlP クラッド
層403 、InGaP/InGaAlP 多重量子井戸活性層404 、ｐ型
InGaAlP クラッド層405 、ｐ型Al0.5 Ga0.5 Asコンタク
ト層406 を形成し、 このｐ型Al0.5 Ga0.5 Asコンタク
ト層406 上に、ＩＴＯからなる透明電極407 を形成す
る。[0039] First, MOCVD by, n-type on the GaAs substrate 401, n-side DBR mirror 402 made of n-type AlAs402a / n-type Al 0.5 Ga 0.5 As402b semiconductor multilayer film, n-type InGaAlP cladding layer 403, InGaP / InGaAlP multiquantum Well active layer 404, p-type
An InGaAlP cladding layer 405 and a p-type Al 0.5 Ga 0.5 As contact layer 406 are formed, and a transparent electrode 407 made of ITO is formed on the p-type Al 0.5 Ga 0.5 As contact layer 406.
【００４０】次に、H + をイオン注入して高抵抗化する
ことにより電流狭窄構造を形成する。次に、真空蒸着に
より、透明電極407 上の一部に電極409 、ｎ型GaAs基板
401の裏面に電極410 を形成する。さらに真空蒸着によ
り、透明電極407 上に、SiO2 408a/Al 2 O408b 誘電体
多層膜からなるｐ側DBR ミラー408 を形成する。この実
施形態では、用いる基板は1 枚だけで、第1 から第3 の
実施形態に比べて作成が非常に簡単であるという特徴が
ある。Next, a current confinement structure is formed by ion implantation of H + to increase the resistance. Next, an electrode 409 is partially formed on the transparent electrode 407 by vacuum evaporation, and an n-type GaAs substrate is formed.
An electrode 410 is formed on the back surface of 401. Further, a p-side DBR mirror 408 composed of a dielectric multilayer film of SiO 2 408a / Al 2 O 408b is formed on the transparent electrode 407 by vacuum evaporation. In this embodiment, only one substrate is used, and the feature is that it is very simple to make as compared with the first to third embodiments.
【００４１】このようにして作成された面発光型半導体
レーザは、第３の実施形態と同様に基板表側のDBR ミラ
ーには誘電体多層膜を用いているので、第１および第２
の実施形態と比べれば若干は放熱性が悪いが、基板側の
DBR ミラーは半導体多層膜でできているので、図６に示
す従来例に比べれば温度特性は改善されている。またこ
の第４の実施形態は、構成が比較的単純で作成工程も少
ないので、低コストで素子を作成することが可能であ
る。In the surface-emitting type semiconductor laser manufactured in this manner, the dielectric multilayer film is used for the DBR mirror on the front side of the substrate, as in the third embodiment, so that the first and second semiconductor lasers are used.
Although the heat radiation is slightly lower than that of the embodiment,
Since the DBR mirror is made of a semiconductor multilayer film, the temperature characteristics are improved as compared with the conventional example shown in FIG. In the fourth embodiment, since the configuration is relatively simple and the number of manufacturing steps is small, an element can be manufactured at low cost.
【００４２】（第５の実施形態）図５は、本発明の第５
の実施形態に係わる面発光型半導体レーザの概略構成を
示す断面図である。(Fifth Embodiment) FIG. 5 shows a fifth embodiment of the present invention.
1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a surface emitting semiconductor laser according to an embodiment.
【００４３】本実施形態の面発光型半導体レーザは、ｎ
型GaAs基板上に作成され、活性層にInGaP/InGaAlP 多重
量子井戸を用いた発振波長が約0.67mmの赤色の面発光型
半導体レーザで、製造方法を簡単に説明すると以下の通
りである。The surface emitting semiconductor laser of this embodiment has n
A red-light emitting semiconductor laser having an oscillation wavelength of about 0.67 mm, which is formed on a p-type GaAs substrate and uses an InGaP / InGaAlP multiple quantum well as an active layer, will be briefly described below.
【００４４】先ず、MOCVD により、ｎ型GaAs基板501 上
に、ｎ型AlAs502a/ ｎ型Al0.5 Ga0.5 As502b半導体多層
膜からなるｎ側DBR ミラー502 、ｎ型InGaAlP クラッド
層503 、InGaP/InGaAlP 多重量子井戸活性層504 、ｐ型
InGaAlP クラッド層505 、ｐ型AlAs506a/ ｐ型Al0.5 Ga
0.5 As602b半導体多層膜からなる第１のｐ側DBR ミラー
506 、ｐ型GaAsコンタクト層507 を形成する。[0044] First, MOCVD by, n-type on a GaAs substrate 501, n-side DBR mirror 502 made of n-type AlAs502a / n-type Al 0.5 Ga 0.5 As502b semiconductor multilayer film, n-type InGaAlP cladding layer 503, InGaP / InGaAlP multiquantum Well active layer 504, p-type
InGaAlP cladding layer 505, p-type AlAs506a / p-type Al 0.5 Ga
0.5 First p-side DBR mirror made of As602b semiconductor multilayer film
506, a p-type GaAs contact layer 507 is formed.
【００４５】次に、ｐ型GaAsコンタクト層507 の一部を
エッチング除去し、この上にＩＴＯからなる透明電極50
8 を形成する。次に、H + をイオン注入して高抵抗化す
ることにより電流狭窄構造を形成する。Next, a part of the p-type GaAs contact layer 507 is removed by etching, and a transparent electrode 50 made of ITO is formed thereon.
Form 8. Next, a current confinement structure is formed by ion implantation of H + to increase the resistance.
【００４６】次に、真空蒸着により、透明電極508 上の
一部に電極509 、ｎ型GaAs基板501の裏面に電極511 を
形成する。さらに真空蒸着により、透明電極508 上に、
SiO2 510a/Al 2 O510b 誘電体多層膜からなる第２のｐ
側DBR ミラー510 を形成する。Next, an electrode 509 is formed on a part of the transparent electrode 508 and an electrode 511 is formed on the back surface of the n-type GaAs substrate 501 by vacuum evaporation. Further, by vacuum evaporation, on the transparent electrode 508,
SiO 2 510a / Al 2 O510b Second p made of a dielectric multilayer film
A side DBR mirror 510 is formed.
【００４７】このようにして作成された面発光型半導体
レーザの特徴は、基板表側のｐ側DBR ミラーとして、半
導体多層膜DBR ミラー506 と誘電体多層膜DBR ミラー51
0 を組み合わせて用いていることと、その中間に透明電
極508 を配したことである。このように構成すること
で、電流は透明電極508 に接触して設けた金属電極509
より注入され、透明電極508 および半導体多層膜DBR ミ
ラー506 を介して活性層504 に注入される。透明電極50
8 を設けたことにより、電流は活性領域に均一に注入す
ることができ、半導体多層膜DBR ミラーのペア数は10と
しており、ヘテロ障壁による電気抵抗は比較的小さいの
で、素子特性に与える影響は少ない。The feature of the surface emitting semiconductor laser fabricated in this way is that the semiconductor multilayer DBR mirror 506 and the dielectric multilayer DBR mirror 51 are used as the p-side DBR mirror on the front side of the substrate.
0 is used in combination, and a transparent electrode 508 is arranged in the middle. With this configuration, the current flows through the metal electrode 509 provided in contact with the transparent electrode 508.
Is injected into the active layer 504 via the transparent electrode 508 and the semiconductor multilayer DBR mirror 506. Transparent electrode 50
By providing 8, the current can be uniformly injected into the active region, the number of pairs of semiconductor multilayer DBR mirrors is set to 10, and the electrical resistance due to the hetero barrier is relatively small. Few.
【００４８】なお、半導体多層膜DBR ミラーだけの反射
率はペア数が少ないため低いが、外側に誘電体DBR ミラ
ーを設けてあるので、全体としての反射率は十分高くす
ることができる。The reflectivity of the semiconductor multi-layer DBR mirror alone is low because of a small number of pairs, but since the dielectric DBR mirror is provided outside, the reflectivity as a whole can be sufficiently high.
【００４９】また半導体DBR ミラーと誘電体DBR ミラー
を組み合わせた構造とすることで、誘電体DBR ミラーの
みを用いた場合より熱抵抗を小さくできるので、発熱の
影響を比較的小さくすることが可能である。Further, by employing a structure in which a semiconductor DBR mirror and a dielectric DBR mirror are combined, the thermal resistance can be reduced as compared with the case where only the dielectric DBR mirror is used, so that the influence of heat generation can be relatively reduced. is there.
【００５０】[0050]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、単
一横モードで低しきい値で、さらに放熱特性の良好な面
発光型半導体レーザを提供できる。As described above, according to the present invention, it is possible to provide a surface-emitting type semiconductor laser having a single lateral mode, a low threshold value, and excellent heat radiation characteristics.
【図１】 第１の実施形態に係わる面型半導体レーザの
概略構成を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a surface-type semiconductor laser according to a first embodiment.
【図２】 第２の実施形態に係わる面型半導体レーザの
概略構成を示す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing a schematic configuration of a surface-type semiconductor laser according to a second embodiment.
【図３】 第３の実施形態に係わる面型半導体レーザの
概略構成を示す断面図。FIG. 3 is a sectional view showing a schematic configuration of a surface-type semiconductor laser according to a third embodiment.
【図４】 第４の実施形態に係わる面型半導体レーザの
概略構成を示す断面図。FIG. 4 is a sectional view showing a schematic configuration of a surface-type semiconductor laser according to a fourth embodiment;
【図５】 第５の実施形態に係わる面型半導体レーザの
概略構成を示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing a schematic configuration of a surface-type semiconductor laser according to a fifth embodiment.
【図６】 従来の面発光型半導体レーザの素子構造を示
す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an element structure of a conventional surface-emitting type semiconductor laser.
101 …ｎ型GaAs基板 102 …ｎ側DBR ミラー 102a…ｎ型AlAs 102b…ｎ型Al0.5 Ga0.5 As 103 …ｎ型InGaAlP クラッド層 104 …InGaP/InGaAlP 多重量子井戸活性層 105 …ｐ型InGaAlP クラッド層 106 …ｐ型Al0.5 Ga0.5 As 107 …ｐ型AlAs 107a…107 の選択酸化領域 108 …ｐ型Al0.5 Ga0.5 As 109 …透明電極 110 …ｐ側DBR ミラー 110a…Al0.97Ga0.03As/Al 0.5 Ga0.5 As 110b… Al 0.5 Ga0.5 As 111 …ｐ側金属電極 112 …ｎ側金属電極 201 …ｎ型GaAs基板 202 …ｎ側DBR ミラー 202a…ｎ型AlAs 202b…ｎ型GaAs 203 …ｎ型InP クラッド層 204 …InGaAsP 系多重量子井戸活性層 205 …ｐ型InP クラッド層 206 …ｐ型InGaAsP コンタクト層 207 …透明電極 208 …ｐ側DBR ミラー 208a…ｐ型GaAs 208b…ｎ型AlAs 209 …ｐ側金属電極 210 …ｎ側金属電極 301 …ｐ型GaAs基板 302 …ｐ側DBR ミラー 302a…ｐ型AlAs 302b…ｐ型GaAs 303 …ｐ型InP クラッド層 304 …ｎ型InP 電流ブロック層 305 …ｐ型InP 電流ブロック層 306 …InGaAsP 系多重量子井戸活性層 307 …ｎ型InP クラッド層 308 …ｎ型InGaAsP コンタクト 309 …透明電極 310 …ｎ側DBR ミラー 310a…SiO 2 310b…Si 311 …ｎ側金属電極 312 …ｐ側金属電極 401 …ｎ型GaAs基板 402 …ｎ側DBR ミラー 402a…ｎ型AlAs 402b…ｎ型Al0.5 Ga0.5 As 403 …ｎ型InGaAlP クラッド層 404 …InGaP/InGaAlP 多重量子井戸活性層 405 …ｐ型InGaAlP クラッド層 406 …ｐ型Al0.5 Ga0.5 As 407 …透明電極 408 …ｐ側DBR ミラー 408a… SiO2 408b…Si４０９ …ｐ側金属電極 410 …ｎ側金属電極 501 …ｎ型GaAs基板 502 …ｎ側DBR ミラー 502a…ｎ型AlAs 502b…ｎ型Al0.5 Ga0.5 As 503 …ｎ型InGaAlP クラッド層 504 …InGaP/InGaAlP 多重量子井戸活性層 505 …ｐ型InGaAlP クラッド層 506 …第1 のｐ側DBR ミラー 506a…ｐ型AlAs 506b…ｐ型Al0.5 Ga0.5 As 507 …ｐ型GaAsコンタクト層 508 …透明電極 509 …ｐ側金属電極 510 …第２のｐ側DBR ミラー 510a… SiO2 510b…Si 511 …ｎ側金属電極 611 …ｐ型InGaAs第１キャップ層 612 …ｐ型InGaAs第２キャップ層 613 …ｐ側金属電極 614 …ｐ側透明電極 615 …誘電体DBR ミラー 616 …ｎ型InP 基板 617 …ｎ型InGaAsエッチング停止層 618 …ｎ型InP クラッド層 619 …ｐ型InP 電流ブロック層 620 …ｎ型InP 電流ブロック層 621 …ｐ型InP クラッド層 622 …ｎ側電極 623 …誘電体DBR ミラー101 ... n-type GaAs substrate 102 ... n-side DBR mirror 102a ... n-type AlAs 102b ... n-type Al 0.5 Ga 0.5 As 103 ... n type InGaAlP cladding layer 104 ... InGaP / InGaAlP multiquantum well active layer 105 ... p-type InGaAlP cladding layer 106… p-type Al 0.5 Ga 0.5 As 107… selective oxidation region of p-type AlAs 107a… 107 108… p-type Al 0.5 Ga 0.5 As 109… transparent electrode 110… p-side DBR mirror 110a… Al 0.97 Ga 0.03 As / Al 0.5 Ga 0.5 As 110b ... Al 0.5 Ga 0.5 As 111 ... p-side metal electrode 112 ... n-side metal electrode 201 ... n-type GaAs substrate 202 ... n-side DBR mirror 202a ... n-type AlAs 202b ... n-type GaAs 203 ... n-type InP cladding Layer 204: InGaAsP-based multiple quantum well active layer 205: p-type InP cladding layer 206: p-type InGaAsP contact layer 207: transparent electrode 208: p-side DBR mirror 208a: p-type GaAs 208b: n-type AlAs 209: p-side metal electrode 210 n-side metal electrode 301 p-type GaAs substrate 302 p-side DBR mirror 302a p-type AlAs 302b p-type GaAs 303 p-type InP cladding layer 304 n-type InP current blocking layer 305 ... p type InP current blocking layer 306 ... InGaAsP system MQW active layer 307 ... n type InP cladding layer 308 ... n type InGaAsP contact 309 ... transparent electrode 310 ... n-side DBR mirror 310a ... SiO 2 310b ... Si 311 ... n-side metal electrode 312 ... p-side metal electrode 401 ... n-type GaAs substrate 402 ... n-side DBR mirror 402a ... n-type AlAs 402b ... n-type Al 0.5 Ga 0.5 As 403 ... n type InGaAlP cladding layer 404 ... InGaP / InGaAlP multiple quantum well active layer 405: p-type InGaAlP cladding layer 406: p-type Al 0.5 Ga 0.5 As 407: transparent electrode 408: p-side DBR mirror 408a: SiO 2 408b: Si 409: p-side metal electrode 410: n-side metal electrodes 501 ... n-type GaAs substrate 502 ... n-side DBR mirror 502a ... n-type AlAs 502b ... n-type Al 0.5 Ga 0.5 As 503 ... n type InGaAlP cladding layer 504 ... InGaP / InGaAlP multiquantum well active layer 505 ... p type InGaAlP cladding layer 506 ... first p-side DBR mirror 506a ... p-type AlAs 506b ... p-type Al 0.5 Ga 0.5 As 507 p-type GaAs contact layer 508 ... transparent electrode 509 ... p-side metal electrode 510 ... second p-side DBR mirror 510a ... SiO 2 510b ... Si 511 ... n -side metal electrode 611 ... p-type InGaAs first cap layer 612 ... p-type InGaAs second cap layer 613… p-side metal electrode 614… p-side transparent electrode 615… dielectric DBR mirror 616… n-type InP substrate 617… n-type InGaAs etching stop layer 618… n-type InP cladding layer 619… p-type InP current Block layer 620: n-type InP current blocking layer 621: p-type InP cladding layer 622: n-side electrode 623: dielectric DBR mirror
Claims (3)
ザ発振波長の光を透過する電極と、 前記電極上に形成された半導体多層膜からなるDBR ミラ
ーとを具備することを特徴とする面発光型半導体レー
ザ。A substrate, an active layer formed on the substrate, an electrode transmitting light of a laser oscillation wavelength oscillated by the active layer formed on the active layer, and an electrode formed on the electrode. A surface-emitting type semiconductor laser, comprising: a DBR mirror comprising a semiconductor multilayer film formed as described above.
DBR ミラーと、 この第１のＤＢＲミラー上に形成された前記活性層で発
振されたレーザ発振波長の光を透過する電極と、 この電極上に形成された誘電体多層膜からなる第２のＤ
ＢＲミラーとを具備することを特徴とする面発光型半導
体レーザ。2. A first semiconductor device comprising: a substrate; an active layer formed on the substrate; and a semiconductor multilayer film formed on the active layer.
A DBR mirror, an electrode formed on the first DBR mirror, which transmits light having a laser oscillation wavelength oscillated by the active layer, and a second D layer formed of a dielectric multilayer film formed on the electrode.
A surface-emitting type semiconductor laser comprising a BR mirror.
ＢＲミラーと、 この第１のＤＢＲミラー上に形成された活性層と、 この活性層上に形成された前記活性層で発振されたレー
ザ発振波長の光を透過する電極と、 この電極上に形成された誘電体多層膜からなる第２のDB
R ミラーとを具備することを特徴とする面発光型半導体
レーザ。3. A first D comprising a substrate and a semiconductor multilayer film formed on the substrate.
A BR mirror, an active layer formed on the first DBR mirror, an electrode transmitting light of a laser oscillation wavelength oscillated by the active layer formed on the active layer, and an electrode formed on the electrode. DB made of dielectric multilayer film
A surface emitting semiconductor laser comprising an R mirror.
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