JP2001119100A - 面発光半導体レーザ装置 - Google Patents
面発光半導体レーザ装置Info
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- JP2001119100A JP2001119100A JP29976399A JP29976399A JP2001119100A JP 2001119100 A JP2001119100 A JP 2001119100A JP 29976399 A JP29976399 A JP 29976399A JP 29976399 A JP29976399 A JP 29976399A JP 2001119100 A JP2001119100 A JP 2001119100A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体レーザ装置において、しきい値電流の
温度特性を向上させる。 【解決手段】 n-InxGa1-xAs基板11上に、n-InxGa1-xAs
バッファ層12、20ペアのn-Inx6Ga1-x6As1-y6Py6／n-In
x3（Alz3Ga1-z3）1-x3P高反射膜13、nあるいはi-Inx2Ga
1-x2As1-y2Py2光閉じ込め層14、Inx5Ga1-x5As1-y5Py5引
張り歪障壁層／Inx1Ga1-x1As1-y1Py1圧縮歪多重量子井
戸活性層15、pあるいはi-Inx2Ga1-x2As1-y2Py2上部光閉
じ込め層16、20ペアのp-Inx3（Alz3Ga1-z3）1-x3P／p-I
nx6Ga1-x6As1-y6Py6高反射膜17、p-InxGa1-xAsコンタク
ト層18を積層する。絶縁膜19を形成した後、1〜100μｍ
程度の円形状にマスクを形成し、光導波層の途中までエ
ッチングする。Si膜20を全面に蒸着し、SiN膜21を形成
し、熱処理でSiを拡散させ電流を狭窄する。SiN膜21、
マスク19およびSi膜20を除去した後、SiO2膜23を全面に
形成し、円柱の上部のみSiO2膜23を除去する。
温度特性を向上させる。 【解決手段】 n-InxGa1-xAs基板11上に、n-InxGa1-xAs
バッファ層12、20ペアのn-Inx6Ga1-x6As1-y6Py6／n-In
x3（Alz3Ga1-z3）1-x3P高反射膜13、nあるいはi-Inx2Ga
1-x2As1-y2Py2光閉じ込め層14、Inx5Ga1-x5As1-y5Py5引
張り歪障壁層／Inx1Ga1-x1As1-y1Py1圧縮歪多重量子井
戸活性層15、pあるいはi-Inx2Ga1-x2As1-y2Py2上部光閉
じ込め層16、20ペアのp-Inx3（Alz3Ga1-z3）1-x3P／p-I
nx6Ga1-x6As1-y6Py6高反射膜17、p-InxGa1-xAsコンタク
ト層18を積層する。絶縁膜19を形成した後、1〜100μｍ
程度の円形状にマスクを形成し、光導波層の途中までエ
ッチングする。Si膜20を全面に蒸着し、SiN膜21を形成
し、熱処理でSiを拡散させ電流を狭窄する。SiN膜21、
マスク19およびSi膜20を除去した後、SiO2膜23を全面に
形成し、円柱の上部のみSiO2膜23を除去する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、面発光半導体レー
ザ装置、特に、発振波長域が長波長の面発光半導体レー
ザ装置に関するものである。
ザ装置、特に、発振波長域が長波長の面発光半導体レー
ザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、光インターコネクションやア
クセス用の光源として、温度特性の優れた長波長帯
（１．０〜１．５μｍ帯）の半導体レーザが必要とされ
ている。このような通信用に用いられる波長帯の半導体
レーザでは、通常のＧａＡｓ基板や、ＩｎＰを用いた場
合、活性層と光閉じ込め層ならびに光閉じ込め層とクラ
ッド層とのバンドギャップ差を大きくする層構成を構築
することが困難なため、温度特性が悪いという欠点があ
った。
クセス用の光源として、温度特性の優れた長波長帯
（１．０〜１．５μｍ帯）の半導体レーザが必要とされ
ている。このような通信用に用いられる波長帯の半導体
レーザでは、通常のＧａＡｓ基板や、ＩｎＰを用いた場
合、活性層と光閉じ込め層ならびに光閉じ込め層とクラ
ッド層とのバンドギャップ差を大きくする層構成を構築
することが困難なため、温度特性が悪いという欠点があ
った。
【０００３】光インターコネクション向けの長波長の面
発光半導体レーザでは、ＳｉのＣＭＯＳ回路で直接駆動
できることと、ｐｎ接合のビルトイン電圧が低く、優れ
た温度特性と高効率な動作を実現することがコスト低減
に重要な課題である。
発光半導体レーザでは、ＳｉのＣＭＯＳ回路で直接駆動
できることと、ｐｎ接合のビルトイン電圧が低く、優れ
た温度特性と高効率な動作を実現することがコスト低減
に重要な課題である。
【０００４】そこで、温度特性改善の一つの手法とし
て、1998年発行のIEEE PhotonicsTechnology Letters,V
ol.10,No8.pp1073において、ＧａＡｓとＩｎＰの中間の
格子定数を持つ基板を用いて、1.226μｍ帯の半導体レ
ーザを作製することにより、その温度特性が改善できる
ことが報告されている。しかし現状では、しきい値電流
の温度依存性を示す特性温度が、110〜140Ｋと低いとい
う欠点がある。
て、1998年発行のIEEE PhotonicsTechnology Letters,V
ol.10,No8.pp1073において、ＧａＡｓとＩｎＰの中間の
格子定数を持つ基板を用いて、1.226μｍ帯の半導体レ
ーザを作製することにより、その温度特性が改善できる
ことが報告されている。しかし現状では、しきい値電流
の温度依存性を示す特性温度が、110〜140Ｋと低いとい
う欠点がある。
【０００５】また、上記文献においては、ｎ型Ｉｎ0.22
Ｇａ0.78Ａｓ基板上に、ＩｎＧａＡｌＡｓを光導波層と
し、ＩｎＧａＰをクラッド層とした構造で、1226ｎｍ帯
の半導体レーザも報告されている。しかし、上記のよう
に、しきい値電流の温度依存性を示す特性温度が、110
〜140Ｋと低いという欠点があった。
Ｇａ0.78Ａｓ基板上に、ＩｎＧａＡｌＡｓを光導波層と
し、ＩｎＧａＰをクラッド層とした構造で、1226ｎｍ帯
の半導体レーザも報告されている。しかし、上記のよう
に、しきい値電流の温度依存性を示す特性温度が、110
〜140Ｋと低いという欠点があった。
【０００６】また、1996年発行のApplied Physics Lett
ers,Vol,69,No.2.pp248において、本出願人によるＩｎ
ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ単一量子井戸レー
ザが報告されている。ここでは、ＧａＡｓ基板上に形成
された、1.06μｍ帯のＩｎＧａＡｓ歪量子井戸半導体レ
ーザにおいて、活性層に隣接した領域に、引張りひずみ
障壁層を設けることにより、しきい値電流の温度特性が
向上できたことが記載されている。
ers,Vol,69,No.2.pp248において、本出願人によるＩｎ
ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ単一量子井戸レー
ザが報告されている。ここでは、ＧａＡｓ基板上に形成
された、1.06μｍ帯のＩｎＧａＡｓ歪量子井戸半導体レ
ーザにおいて、活性層に隣接した領域に、引張りひずみ
障壁層を設けることにより、しきい値電流の温度特性が
向上できたことが記載されている。
【０００７】また、さらに、1998年発行のElectronics
Letters,Vol.34,No.14,pp1405において、V.Jayaraman氏
らによって、ＧａＡｓ基板上に形成した850nm帯の面発
光レーザとＩｎＰ基板上に形成した1300nm帯の面発光レ
ーザをウェハーボンディングすることにより、1300nm帯
で７０℃程度までのＣＷ発振を実現できたことが報告さ
れている。しかし、ウェハーボンディングは広い面積に
渡って均一に接合することは困難であるため、この面発
光半導体レーザでは歩留まりが悪いという欠点があっ
た。
Letters,Vol.34,No.14,pp1405において、V.Jayaraman氏
らによって、ＧａＡｓ基板上に形成した850nm帯の面発
光レーザとＩｎＰ基板上に形成した1300nm帯の面発光レ
ーザをウェハーボンディングすることにより、1300nm帯
で７０℃程度までのＣＷ発振を実現できたことが報告さ
れている。しかし、ウェハーボンディングは広い面積に
渡って均一に接合することは困難であるため、この面発
光半導体レーザでは歩留まりが悪いという欠点があっ
た。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、発振波
長が長波長の半導体レーザ装置において、1.0〜1.4μｍ
の波長帯のレーザ発振を得るには、通常のＧａＡｓ基板
やＩｎＰを用いた場合、活性層と光閉じ込め層ならびに
光閉じ込め層とクラッド層とのバンドギャップ差を大き
くする層構成を構築することが困難であり、しきい値の
温度依存性が悪く、発光効率が悪いという問題があっ
た。また、基板と活性層の格子不整合度が大きいため、
活性層に欠陥が生じ良好な信頼性が得られないという問
題もあった。
長が長波長の半導体レーザ装置において、1.0〜1.4μｍ
の波長帯のレーザ発振を得るには、通常のＧａＡｓ基板
やＩｎＰを用いた場合、活性層と光閉じ込め層ならびに
光閉じ込め層とクラッド層とのバンドギャップ差を大き
くする層構成を構築することが困難であり、しきい値の
温度依存性が悪く、発光効率が悪いという問題があっ
た。また、基板と活性層の格子不整合度が大きいため、
活性層に欠陥が生じ良好な信頼性が得られないという問
題もあった。
【０００９】本発明は上記事情に鑑みて、しきい値電流
の温度特性が良く、信頼性の高い面発光半導体レーザ装
置を提供することを目的とするものである。
の温度特性が良く、信頼性の高い面発光半導体レーザ装
置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の面発光半導体レ
ーザ装置は、組成比が0＜x≦0.3である第一導電型Ｉｎx
Ｇａ1-xＡｓ基板上に、少なくとも、第一の屈折率を有
する半導体層と前記第一の屈折率より低い屈折率を有す
る半導体層が交互に積層されてなる第一導電型半導体多
層反射膜、第一導電型またはアンドープの下部光閉じ込
め層、井戸数が１つ以上の圧縮歪量子井戸活性層、第二
導電型またはアンドープの上部光閉じ込め層、第一の屈
折率を有する半導体層と、前記第一の屈折率より低い屈
折率を有する半導体層が交互に積層されてなる第二導電
型半導体多層反射膜および第二導電型ＩｎＧａＡｓコン
タクト層がこの順に積層されてなり、圧縮歪量子井戸活
性層に、光閉じ込め層のバンドギャップより大きいバン
ドギャップを有する引張り歪障壁層が隣接しており、圧
縮歪量子井戸活性層上に、該圧縮歪量子井戸活性層へ電
流を注入するための通路を備えたことを特徴とするもの
である。
ーザ装置は、組成比が0＜x≦0.3である第一導電型Ｉｎx
Ｇａ1-xＡｓ基板上に、少なくとも、第一の屈折率を有
する半導体層と前記第一の屈折率より低い屈折率を有す
る半導体層が交互に積層されてなる第一導電型半導体多
層反射膜、第一導電型またはアンドープの下部光閉じ込
め層、井戸数が１つ以上の圧縮歪量子井戸活性層、第二
導電型またはアンドープの上部光閉じ込め層、第一の屈
折率を有する半導体層と、前記第一の屈折率より低い屈
折率を有する半導体層が交互に積層されてなる第二導電
型半導体多層反射膜および第二導電型ＩｎＧａＡｓコン
タクト層がこの順に積層されてなり、圧縮歪量子井戸活
性層に、光閉じ込め層のバンドギャップより大きいバン
ドギャップを有する引張り歪障壁層が隣接しており、圧
縮歪量子井戸活性層上に、該圧縮歪量子井戸活性層へ電
流を注入するための通路を備えたことを特徴とするもの
である。
【００１１】圧縮歪量子井戸活性層は、組成比がｘ＜ｘ
1≦0.5および0≦y1≦0.1であるＩｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1
Ｐy1からなり、引張り歪障壁層は、組成比が0≦x5≦0.3
および0≦y5≦0.6であるＩｎx5Ｇａ1-x5Ａｓ1-y5Ｐy5か
らなるものであってよく、その場合、該圧縮歪量子井戸
活性層の圧縮歪量と合計膜厚の積と該引張り歪障壁層の
歪量と合計膜厚の積の和の絶対値が０．２５ｎｍ以下で
あり、前記各層のうち、該圧縮歪量子井戸活性層および
引張り歪障壁層以外の層は、前記基板に格子整合する組
成であることが望ましい。
1≦0.5および0≦y1≦0.1であるＩｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1
Ｐy1からなり、引張り歪障壁層は、組成比が0≦x5≦0.3
および0≦y5≦0.6であるＩｎx5Ｇａ1-x5Ａｓ1-y5Ｐy5か
らなるものであってよく、その場合、該圧縮歪量子井戸
活性層の圧縮歪量と合計膜厚の積と該引張り歪障壁層の
歪量と合計膜厚の積の和の絶対値が０．２５ｎｍ以下で
あり、前記各層のうち、該圧縮歪量子井戸活性層および
引張り歪障壁層以外の層は、前記基板に格子整合する組
成であることが望ましい。
【００１２】また、光閉じ込め層は、組成比がx2＝x＋
(0.49±0.01)y2およびx≦x2≦x＋0.5であるＩｎx2Ｇａ
1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2からなることが望ましい。
(0.49±0.01)y2およびx≦x2≦x＋0.5であるＩｎx2Ｇａ
1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2からなることが望ましい。
【００１３】また、半導体多層反射膜において、第一の
屈折率を有する半導体層は、組成比がx6＝x＋(0.49±0.
01)y6およびx≦x6≦x＋0.5であるＩｎx6Ｇａ1-x6Ａｓ
1-y6Ｐy6からなり、第一の屈折率より低い屈折率を有す
る半導体層は、組成比がx3＝x＋(0.49±0.01)および0≦
z3≦1であるＩｎx3(Ａｌz3Ｇａ1-z3)1-x3Ｐからなるも
のであることが望ましい。
屈折率を有する半導体層は、組成比がx6＝x＋(0.49±0.
01)y6およびx≦x6≦x＋0.5であるＩｎx6Ｇａ1-x6Ａｓ
1-y6Ｐy6からなり、第一の屈折率より低い屈折率を有す
る半導体層は、組成比がx3＝x＋(0.49±0.01)および0≦
z3≦1であるＩｎx3(Ａｌz3Ｇａ1-z3)1-x3Ｐからなるも
のであることが望ましい。
【００１４】また、さらに、ＩｎxＧａ1-xＡｓ基板の面
方位は、（００１）面から傾斜角度θが0≦θ≦55°の
範囲で傾斜した面であることが望ましい。
方位は、（００１）面から傾斜角度θが0≦θ≦55°の
範囲で傾斜した面であることが望ましい。
【００１５】前記層は、有機金属気相成長法または分子
線エピタキシャル成長法によって形成されていることが
望ましい。
線エピタキシャル成長法によって形成されていることが
望ましい。
【００１６】ここで、上記の「光閉じ込め層のバンドギ
ャップより大きい」とは、上部光閉じ込め層と下部光閉
じ込め層のどちらのバンドギャップよりも大きいという
ことを示す。
ャップより大きい」とは、上部光閉じ込め層と下部光閉
じ込め層のどちらのバンドギャップよりも大きいという
ことを示す。
【００１７】上記第一導電型と第二導電型は互いに導電
性が逆であり、例えば第一導電型がｐ型であれば、第二
導電型はｎ型であることを示す。また、アンドープと
は、ｐ型あるいはｎ型の不純物がドープされていないこ
とを示す。
性が逆であり、例えば第一導電型がｐ型であれば、第二
導電型はｎ型であることを示す。また、アンドープと
は、ｐ型あるいはｎ型の不純物がドープされていないこ
とを示す。
【００１８】また、上記格子整合するとは、基板の格子
定数をｃs、成長層の格子定数をｃとすると、（ｃ−ｃ
s）／ｃsで表される値が、±0.003以内であることを示
す。
定数をｃs、成長層の格子定数をｃとすると、（ｃ−ｃ
s）／ｃsで表される値が、±0.003以内であることを示
す。
【００１９】
【発明の効果】本発明の面発光半導体レーザ装置によれ
ば、基板に、３元のＩｎxＧａ1-xＡｓを用い、組成比を
0＜x≦0.3とすることにより、その上部に形成される圧
縮歪量子井戸活性層との格子定数差を小さくすることが
できる。すなわち、活性層の圧縮歪を低減することがで
きるので、信頼性を改善することができる。
ば、基板に、３元のＩｎxＧａ1-xＡｓを用い、組成比を
0＜x≦0.3とすることにより、その上部に形成される圧
縮歪量子井戸活性層との格子定数差を小さくすることが
できる。すなわち、活性層の圧縮歪を低減することがで
きるので、信頼性を改善することができる。
【００２０】また、圧縮歪量子井戸活性層に、組成比が
ｘ＜ｘ1≦0.5および0≦y1≦0.1であるＩｎx1Ｇａ1-x1Ａ
ｓ1-y1Ｐy1を用いることにより、１．０〜１．４μｍ帯
のレーザ発振を得ることができ、さらに、活性層に隣接
して、組成比が0≦x5≦0.3および0≦y5≦0.6であるＩｎ
x5Ｇａ1-x5Ａｓ1-y5Ｐy5からなる引張り歪障壁層を配置
することにより、圧縮歪量子井戸活性層の圧縮歪が補償
されるため、しきい値電流の低減およびしきい値電流の
温度依存性を改善することができ、発光効率を上げるこ
とができる。
ｘ＜ｘ1≦0.5および0≦y1≦0.1であるＩｎx1Ｇａ1-x1Ａ
ｓ1-y1Ｐy1を用いることにより、１．０〜１．４μｍ帯
のレーザ発振を得ることができ、さらに、活性層に隣接
して、組成比が0≦x5≦0.3および0≦y5≦0.6であるＩｎ
x5Ｇａ1-x5Ａｓ1-y5Ｐy5からなる引張り歪障壁層を配置
することにより、圧縮歪量子井戸活性層の圧縮歪が補償
されるため、しきい値電流の低減およびしきい値電流の
温度依存性を改善することができ、発光効率を上げるこ
とができる。
【００２１】また、引張り歪障壁層に用いた組成比が0
≦x5≦0.3および0≦y5≦0.6であるＩｎx5Ｇａ1-x5Ａｓ
1-y5Ｐy5は、圧縮歪量子井戸活性層に用いた組成比がｘ
＜ｘ1≦0.5および0≦y1≦0.1であるＩｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ
1-y1Ｐy1に対してエネルギーギャップが大きいため、一
度活性層に注入されたキャリアが光閉じ込め層に漏れる
のを防ぐことができる。従って、キャリアが効率良く注
入されるので、しきい値電流の温度依存性を改善するこ
とができる。
≦x5≦0.3および0≦y5≦0.6であるＩｎx5Ｇａ1-x5Ａｓ
1-y5Ｐy5は、圧縮歪量子井戸活性層に用いた組成比がｘ
＜ｘ1≦0.5および0≦y1≦0.1であるＩｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ
1-y1Ｐy1に対してエネルギーギャップが大きいため、一
度活性層に注入されたキャリアが光閉じ込め層に漏れる
のを防ぐことができる。従って、キャリアが効率良く注
入されるので、しきい値電流の温度依存性を改善するこ
とができる。
【００２２】基板の面方位に（００１）面から傾斜角度
θが0≦θ≦55°の範囲で傾斜した面を用いることによ
って、偏波制御を行うことができ、雑音を低減すること
ができる。
θが0≦θ≦55°の範囲で傾斜した面を用いることによ
って、偏波制御を行うことができ、雑音を低減すること
ができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。
を用いて詳細に説明する。
【００２４】本発明の第１の実施の形態による面発光半
導体レーザ素子について説明し、その面発光半導体レー
ザ素子の断面図を図１に示す。
導体レーザ素子について説明し、その面発光半導体レー
ザ素子の断面図を図１に示す。
【００２５】図１に示すように、有機金属気相成長法に
より、ｎ−ＩｎxＧａ1-xＡｓ（0＜x≦0.3）（００１）
基板11上に、ｎ−ＩｎxＧａ1-xＡｓ（0＜x≦0.3）バッ
ファ層12、２０ペアのｎ−Ｉｎx6Ｇａ1-x6Ａｓ1-y6Ｐy6
（x6＝x＋(0.49±0.01)y6、x≦x6≦x＋0.5）／ｎ−Ｉｎ
x3（Ａｌz3Ｇａ1-z3）1-x3Ｐ（x3＝x＋(0.49±0.01)、0
≦z3≦1）高反射膜13、ｎあるいはｉ−Ｉｎx2Ｇａ1-x2
Ａｓ1-y2Ｐy2（x2＝x＋(0.49±0.01)y2、x≦x2≦x＋0.
5）下部光閉じ込め層14、Ｉｎx5Ｇａ1-x5Ａｓ1-y5Ｐy5
（0≦x5≦0.3、0＜y5≦0.6）引張り歪障壁層／Ｉｎx1Ｇ
ａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1（x＜x1≦0.5、0≦y1≦0.1）圧縮歪
多重量子井戸活性層15、ｐあるいはｉ−Ｉｎx2Ｇａ1-x2
Ａｓ1-y2Ｐy2上部光閉じ込め層16、２０ペアのｐ−Ｉｎ
x3（Ａｌz3Ｇａ1-z3）1-x3Ｐ／ｐ−Ｉｎx6Ｇａ1-x6Ａｓ
1-y6Ｐy6高反射膜17、ｐ−ＩｎxＧａ1-xＡｓコンタクト
層18を積層する。引き続き、絶縁膜19（図示せず）を形
成した後、通常のリソグラフィにより、1〜100μｍ程度
の円形内以外の絶縁膜19を除去してマスクを形成する。
この絶縁膜19によるマスクを用いて、塩素系のガスを用
いた反応性ドライエッチングにより、光閉じ込め層の途
中までエッチングする。次に、Ｓｉ膜20（図示せず）を
厚さ10〜50ｎｍ程度全面に蒸着し、続いてＳｉＮ膜21を
形成し、700〜800℃で１時間程度熱処理を行ってＳｉを
拡散させることにより、不純物導入領域であるＳｉ拡散
層22を形成する。このＳｉ拡散層22により電流を狭窄す
る。
より、ｎ−ＩｎxＧａ1-xＡｓ（0＜x≦0.3）（００１）
基板11上に、ｎ−ＩｎxＧａ1-xＡｓ（0＜x≦0.3）バッ
ファ層12、２０ペアのｎ−Ｉｎx6Ｇａ1-x6Ａｓ1-y6Ｐy6
（x6＝x＋(0.49±0.01)y6、x≦x6≦x＋0.5）／ｎ−Ｉｎ
x3（Ａｌz3Ｇａ1-z3）1-x3Ｐ（x3＝x＋(0.49±0.01)、0
≦z3≦1）高反射膜13、ｎあるいはｉ−Ｉｎx2Ｇａ1-x2
Ａｓ1-y2Ｐy2（x2＝x＋(0.49±0.01)y2、x≦x2≦x＋0.
5）下部光閉じ込め層14、Ｉｎx5Ｇａ1-x5Ａｓ1-y5Ｐy5
（0≦x5≦0.3、0＜y5≦0.6）引張り歪障壁層／Ｉｎx1Ｇ
ａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1（x＜x1≦0.5、0≦y1≦0.1）圧縮歪
多重量子井戸活性層15、ｐあるいはｉ−Ｉｎx2Ｇａ1-x2
Ａｓ1-y2Ｐy2上部光閉じ込め層16、２０ペアのｐ−Ｉｎ
x3（Ａｌz3Ｇａ1-z3）1-x3Ｐ／ｐ−Ｉｎx6Ｇａ1-x6Ａｓ
1-y6Ｐy6高反射膜17、ｐ−ＩｎxＧａ1-xＡｓコンタクト
層18を積層する。引き続き、絶縁膜19（図示せず）を形
成した後、通常のリソグラフィにより、1〜100μｍ程度
の円形内以外の絶縁膜19を除去してマスクを形成する。
この絶縁膜19によるマスクを用いて、塩素系のガスを用
いた反応性ドライエッチングにより、光閉じ込め層の途
中までエッチングする。次に、Ｓｉ膜20（図示せず）を
厚さ10〜50ｎｍ程度全面に蒸着し、続いてＳｉＮ膜21を
形成し、700〜800℃で１時間程度熱処理を行ってＳｉを
拡散させることにより、不純物導入領域であるＳｉ拡散
層22を形成する。このＳｉ拡散層22により電流を狭窄す
る。
【００２６】次に、絶縁膜19、Ｓｉ膜20およびＳｉＮ膜
21をＣＦ4プラズマによる反応性イオンエッチングによ
り除去した後、ＳｉＯ2膜23を全面に形成し、フォトリ
ソグラフィにより円柱の上部のみ、ＳｉＯ2膜23を除去
する。その後、ｐ側電極24を形成し、その後、基板の研
磨を行い裏面の発光部以外にｎ側電極25を形成し、面発
光半導体レーザ素子を完成させる。
21をＣＦ4プラズマによる反応性イオンエッチングによ
り除去した後、ＳｉＯ2膜23を全面に形成し、フォトリ
ソグラフィにより円柱の上部のみ、ＳｉＯ2膜23を除去
する。その後、ｐ側電極24を形成し、その後、基板の研
磨を行い裏面の発光部以外にｎ側電極25を形成し、面発
光半導体レーザ素子を完成させる。
【００２７】上記の高反射膜13および17において、Ｉｎ
x6Ｇａ1-x6Ａｓ1-y6Ｐy6（x6＝x＋(0.49±0.01)y6、x≦
x6≦x＋0.5）が高屈折率の半導体であり、Ｉｎx3（Ａｌ
z3Ｇａ1-z3）1-x3Ｐ（x3＝x＋(0.49±0.01)、0≦z3≦
1）が低屈折率の半導体である。この高屈折率と低屈折
率の半導体層を交互に積層することにより、高反射膜を
形成することができる。高反射膜の各層の膜厚は、面発
光半導体レーザ素子の発振波長をλ、各層の波長λでの
屈折率をｎとすると、λ／４ｎとすることが望ましい。
x6Ｇａ1-x6Ａｓ1-y6Ｐy6（x6＝x＋(0.49±0.01)y6、x≦
x6≦x＋0.5）が高屈折率の半導体であり、Ｉｎx3（Ａｌ
z3Ｇａ1-z3）1-x3Ｐ（x3＝x＋(0.49±0.01)、0≦z3≦
1）が低屈折率の半導体である。この高屈折率と低屈折
率の半導体層を交互に積層することにより、高反射膜を
形成することができる。高反射膜の各層の膜厚は、面発
光半導体レーザ素子の発振波長をλ、各層の波長λでの
屈折率をｎとすると、λ／４ｎとすることが望ましい。
【００２８】上記のようにして製造された面発光半導体
レーザ素子は、２０ペアのｎ−Ｉｎx6Ｇａ1-x6Ａｓ1-y6
Ｐy6／ｎ−Ｉｎx3（Ａｌz3Ｇａ1-z3）1-x3Ｐ高反射膜13
および２０ペアのｐ−Ｉｎx3（Ａｌz3Ｇａ1-z3）1-x3Ｐ
／ｐ−Ｉｎx6Ｇａ1-x6Ａｓ1-y6Ｐy6高反射膜17を共振器
ミラーとするものである。すなわち、発光領域より発せ
られた光はこの共振器により共振させられ、ＩｎxＧａ
1-xＡｓ基板の裏面のｎ電極に形成された窓からレーザ
光を発振する。
レーザ素子は、２０ペアのｎ−Ｉｎx6Ｇａ1-x6Ａｓ1-y6
Ｐy6／ｎ−Ｉｎx3（Ａｌz3Ｇａ1-z3）1-x3Ｐ高反射膜13
および２０ペアのｐ−Ｉｎx3（Ａｌz3Ｇａ1-z3）1-x3Ｐ
／ｐ−Ｉｎx6Ｇａ1-x6Ａｓ1-y6Ｐy6高反射膜17を共振器
ミラーとするものである。すなわち、発光領域より発せ
られた光はこの共振器により共振させられ、ＩｎxＧａ
1-xＡｓ基板の裏面のｎ電極に形成された窓からレーザ
光を発振する。
【００２９】従って、このような面発光半導体レーザ素
子においては、上記２つの高反射膜間の厚さ、すなわち
共振器長を、レーザ発振が得られる長さに設定すること
により、容易にレーザ発振を得ることができる。
子においては、上記２つの高反射膜間の厚さ、すなわち
共振器長を、レーザ発振が得られる長さに設定すること
により、容易にレーザ発振を得ることができる。
【００３０】本実施の形態ではＩｎxＧａ1-xＡｓ基板は
ｎ型の導電性のものを用いたが、ｐ型の導電性の基板を
用いてもよく、その場合、上記すべての半導体層を導電
性を反対にして積層すればよい。例えばｐ型の不純物と
しては亜鉛を用いることができる。
ｎ型の導電性のものを用いたが、ｐ型の導電性の基板を
用いてもよく、その場合、上記すべての半導体層を導電
性を反対にして積層すればよい。例えばｐ型の不純物と
しては亜鉛を用いることができる。
【００３１】本実施の形態による面発光半導体レーザ素
子の発振する波長帯（λ）に関しては、Ｉｎx1Ｇａ1-x1
Ａｓ1-y1Ｐy1（ｘ＜x1≦0.5、0≦y1≦0.1）からなる組
成の活性層より、１０００＜λ＜１４００（ｎｍ）の範
囲までの制御が可能である。
子の発振する波長帯（λ）に関しては、Ｉｎx1Ｇａ1-x1
Ａｓ1-y1Ｐy1（ｘ＜x1≦0.5、0≦y1≦0.1）からなる組
成の活性層より、１０００＜λ＜１４００（ｎｍ）の範
囲までの制御が可能である。
【００３２】ここで、ＩｎxＧａ1-xＡｓ基板の格子定数
をｃsとし、活性層の格子定数をｃa、活性層の膜厚をｄ
aとし、引張り歪障壁層の格子定数をｃb、上下の引張り
歪障壁層の合計膜厚をｄbとすると、活性層の歪量△a
は、△a＝（ｃa−ｃs）／ｃs、引張り歪障壁層の歪量△
bは、△b＝（ｃb−ｃs）／ｃsで表される。よって、活
性層の歪量と合計膜厚の積と引張り歪障壁層の歪量と合
計膜厚の積の和は、△a・ｄa＋△b・ｄbで表され、-0.2
5nm＜△a・ｄa＋△b・ｄb＜0.25nmであることが望まし
い。
をｃsとし、活性層の格子定数をｃa、活性層の膜厚をｄ
aとし、引張り歪障壁層の格子定数をｃb、上下の引張り
歪障壁層の合計膜厚をｄbとすると、活性層の歪量△a
は、△a＝（ｃa−ｃs）／ｃs、引張り歪障壁層の歪量△
bは、△b＝（ｃb−ｃs）／ｃsで表される。よって、活
性層の歪量と合計膜厚の積と引張り歪障壁層の歪量と合
計膜厚の積の和は、△a・ｄa＋△b・ｄbで表され、-0.2
5nm＜△a・ｄa＋△b・ｄb＜0.25nmであることが望まし
い。
【００３３】本実施の形態では、活性層は多重量子井戸
構造を用いているが、単一量子井戸構造であってもよ
い。
構造を用いているが、単一量子井戸構造であってもよ
い。
【００３４】また、上記半導体層の成長法としては、固
体あるいはガスを原料とする分子線エピタキシャル成長
法であってもよい。
体あるいはガスを原料とする分子線エピタキシャル成長
法であってもよい。
【００３５】また、本実施の形態では基板の面方位は
（００１）を使用したが、偏波制御を行い、ノイズを低
減するために（００１）面から傾斜した、（３１１）Ａ
基板、（３１１）Ｂ基板、（１１１）Ａ基板あるいは
（１１１）Ｂ基板を用いてもよい。
（００１）を使用したが、偏波制御を行い、ノイズを低
減するために（００１）面から傾斜した、（３１１）Ａ
基板、（３１１）Ｂ基板、（１１１）Ａ基板あるいは
（１１１）Ｂ基板を用いてもよい。
【図１】本発明の第１の実施の形態による面発光半導体
レーザ素子を示す断面図
レーザ素子を示す断面図
【符号の説明】 11 ＩｎxＧａ1-xＡｓ基板 12 ｎ−ＩｎxＧａ1-xＡｓバッファ層12 13 ｎ−Ｉｎx6Ｇａ1-x6Ａｓ1-y6Ｐy6／ｎ−Ｉｎ
x3（Ａｌz3Ｇａ1-z3）1-x3Ｐ高反射膜 14 ｎあるいはｉ−Ｉｎx2Ｇａ1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2光閉
じ込め層 15 Ｉｎx5Ｇａ1-x5Ａｓ1-y5Ｐy5引張り歪障壁層／Ｉ
ｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1圧縮歪多重量子井戸活性層 16 ｐあるいはｉ−Ｉｎx2Ｇａ1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2上部
光閉じ込め層 17 ｐ−Ｉｎx3（Ａｌz3Ｇａ1-z3）1-x3Ｐ／ｐ−Ｉｎ
x6Ｇａ1-x6Ａｓ1-y6Ｐy6高反射膜 18 ｐ−ＩｎxＧａ1-xＡｓコンタクト層 20、21 Ｓｉ膜 22 Ｓｉ拡散層 23 ＳｉＯ2膜 24 ｐ側電極 25 ｎ側電極
x3（Ａｌz3Ｇａ1-z3）1-x3Ｐ高反射膜 14 ｎあるいはｉ−Ｉｎx2Ｇａ1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2光閉
じ込め層 15 Ｉｎx5Ｇａ1-x5Ａｓ1-y5Ｐy5引張り歪障壁層／Ｉ
ｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1圧縮歪多重量子井戸活性層 16 ｐあるいはｉ−Ｉｎx2Ｇａ1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2上部
光閉じ込め層 17 ｐ−Ｉｎx3（Ａｌz3Ｇａ1-z3）1-x3Ｐ／ｐ−Ｉｎ
x6Ｇａ1-x6Ａｓ1-y6Ｐy6高反射膜 18 ｐ−ＩｎxＧａ1-xＡｓコンタクト層 20、21 Ｓｉ膜 22 Ｓｉ拡散層 23 ＳｉＯ2膜 24 ｐ側電極 25 ｎ側電極
Claims (6)
- 【請求項１】 組成比が0＜x≦0.3である第一導電型Ｉ
ｎxＧａ1-xＡｓ基板上に、少なくとも、 第一の屈折率を有する半導体層と前記第一の屈折率より
低い屈折率を有する半導体層が交互に積層されてなる第
一導電型半導体多層反射膜、 第一導電型またはアンドープの下部光閉じ込め層、 井戸数が１つ以上の圧縮歪量子井戸活性層、 第二導電型またはアンドープの上部光閉じ込め層、 第一の屈折率を有する半導体層と前記第一の屈折率より
低い屈折率を有する半導体層が交互に積層されてなる第
二導電型半導体多層反射膜および第二導電型ＩｎＧａＡ
ｓコンタクト層がこの順に積層されてなり、 前記圧縮歪量子井戸活性層に、前記光閉じ込め層のバン
ドギャップより大きいバンドギャップを有する引張り歪
障壁層が隣接しており、 前記圧縮歪量子井戸活性層上に、該圧縮歪量子井戸活性
層へ電流を注入するための通路を備えたことを特徴とす
る面発光半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 前記圧縮歪量子井戸活性層が、組成比が
ｘ＜ｘ1≦0.5および0≦y1≦0.1であるＩｎx1Ｇａ1-x1Ａ
ｓ1-y1Ｐy1からなり、 前記引張り歪障壁層が、組成比が0≦x5≦0.3および0≦y
5≦0.6であるＩｎx5Ｇａ1-x5Ａｓ1-y5Ｐy5からなり、 該圧縮歪量子井戸活性層の圧縮歪量と合計膜厚の積と該
引張り歪障壁層の歪量と合計膜厚の積の和の絶対値が
０．２５ｎｍ以下であり、 前記各層のうち、該圧縮歪量子井戸活性層および該引張
り歪障壁層以外の層が、前記基板に格子整合する組成で
あることを特徴とする請求項１記載の面発光半導体レー
ザ装置。 - 【請求項３】 前記光閉じ込め層が、組成比がx2＝x＋
(0.49±0.01)y2およびx≦x2≦x＋0.5であるＩｎx2Ｇａ
1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2からなることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の面発光半導体レーザ装置。 - 【請求項４】 前記半導体多層反射膜において、第一の
屈折率を有する半導体層が、組成比がx6＝x＋(0.49±0.
01)y6およびx≦x6≦x＋0.5であるＩｎx6Ｇａ1-x6Ａｓ
1-y6Ｐy6からなり、第一の屈折率より低い屈折率を有す
る半導体層が、組成比がx3＝x＋(0.49±0.01)および0≦
z3≦1であるＩｎx3(Ａｌz3Ｇａ1-z3)1-x3Ｐからなるこ
とを特徴とする請求項１、２または３記載の面発光半導
体レーザ装置。 - 【請求項５】 前記ＩｎxＧａ1-xＡｓ基板の面方位が、
（００１）面から傾斜角度θが0≦θ≦55°の範囲で傾
斜した面であることを特徴とする請求項１、２、３また
は４記載の面発光半導体レーザ装置。 - 【請求項６】 前記各層が、有機金属気相成長法または
分子線エピタキシャル成長法によって形成されているこ
とを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の面
発光半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29976399A JP2001119100A (ja) | 1999-10-21 | 1999-10-21 | 面発光半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29976399A JP2001119100A (ja) | 1999-10-21 | 1999-10-21 | 面発光半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001119100A true JP2001119100A (ja) | 2001-04-27 |
Family
ID=17876684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29976399A Withdrawn JP2001119100A (ja) | 1999-10-21 | 1999-10-21 | 面発光半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001119100A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100442615B1 (ko) * | 2002-03-05 | 2004-08-02 | 삼성전자주식회사 | 정전용량 감소를 위한 적층구조 및 그 제조방법 |
| JP2011244007A (ja) * | 2004-06-11 | 2011-12-01 | Ricoh Co Ltd | 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザアレイ、画像形成装置、光ピックアップ、光送信モジュール、光送受信モジュール及び光通信システム |
| US8743924B2 (en) | 2004-06-11 | 2014-06-03 | Ricoh Company, Ltd. | Surface-emission laser diode and fabrication process thereof |
-
1999
- 1999-10-21 JP JP29976399A patent/JP2001119100A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100442615B1 (ko) * | 2002-03-05 | 2004-08-02 | 삼성전자주식회사 | 정전용량 감소를 위한 적층구조 및 그 제조방법 |
| JP2011244007A (ja) * | 2004-06-11 | 2011-12-01 | Ricoh Co Ltd | 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザアレイ、画像形成装置、光ピックアップ、光送信モジュール、光送受信モジュール及び光通信システム |
| US8743924B2 (en) | 2004-06-11 | 2014-06-03 | Ricoh Company, Ltd. | Surface-emission laser diode and fabrication process thereof |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070109 |