JP2002252417A - Surface light-emitting type semiconductor laser device chip and optical communications system - Google Patents

Surface light-emitting type semiconductor laser device chip and optical communications system

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JP2002252417A
JP2002252417A JP2001049452A JP2001049452A JP2002252417A JP 2002252417 A JP2002252417 A JP 2002252417A JP 2001049452 A JP2001049452 A JP 2001049452A JP 2001049452 A JP2001049452 A JP 2001049452A JP 2002252417 A JP2002252417 A JP 2002252417A
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layer
light
emitting
semiconductor laser
refractive index
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JP2001049452A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinji Sato
新治 佐藤
Takuro Sekiya
卓朗 関谷
Akira Sakurai
彰 桜井
Masayoshi Kato
正良 加藤
Teruyuki Furuta
輝幸 古田
Kazuya Miyagaki
一也 宮垣
Takeshi Kanai
健 金井
Atsuyuki Watada
篤行 和多田
Shunichi Sato
俊一 佐藤
Yukie Suzuki
幸栄 鈴木
Satoru Sugawara
悟 菅原
Shuichi Hikiji
秀一 曳地
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface light-emitting type semiconductor laser device chip that can reduce an operating voltage and an oscillation threshold current, be effectively used without reducing light-emitting efficiency, and prevent the opening portion of an insulating film layer from being deformed by heat produced at a light-emitting part. SOLUTION: A laser chip is a semiconductor distributed Bragg reflector that has an oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm, contains elements selected from either a group composed of Ga, In, N and As or a group composed of Ga, In and As, has a resonator structure including a reflector provided on top and bottom parts of an active layer, wherein material layers constituting the reflector have refractive indexes changing periodically between a small value and a large value. The material layer having a small refractive index contains Alx Ga1-x As (0<;x<=1) and the material layer having a large refractive index contains Aly Ga1-y As (0<=y<;x<=1), a material layer having a refractive index that is between both the refractive indexes and contains Alz Ga1-z As (0<=y<;z<;x<<=1) is formed between both the material layers, an insulating film layer having an opening part is formed opposite to a light-emitting device part on the light-emitting surface side of the chip, and the opening part is larger than the light-emitting region of the light-emitting device part.

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】本発明は光通信などに用いら
れる半導体レーザならびにその光通信システムに関する
ものであり、中でも半導体レーザとして製作に使用する
半導体基板面に対して垂直方向に光を発するいわゆる面
発光レーザを用い複数のレーザ素子を形成して、大容量
の通信を可能にした光通信システムに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser used for optical communication and the like and an optical communication system therefor, and more particularly to a so-called surface which emits light in a direction perpendicular to the surface of a semiconductor substrate used for manufacturing the semiconductor laser. The present invention relates to an optical communication system in which a plurality of laser elements are formed using a light emitting laser to enable large-capacity communication.

【0002】[0002]

【従来の技術】面発光半導体レーザは、基板の表面から
垂直方向にレーザ光を放射するので2次元並列集積が可
能であり、更に、その出力光の広がり角が比較的狭い
(10度前後)ので光ファイバとの結合が容易であるほ
か、素子の検査が容易であるという特徴を有している。
そのため、特に、並列伝送型の光送信モジュール(光イ
ンタコネクション装置)を構成するのに適した素子とし
て開発が盛んに行なわれている。光インタコネクション
装置の当面の応用対象は、コンピュータ等の筐体間やボ
ード間の並列接続のほか、短距離の光ファイバー通信で
あるが、将来の期待される応用として大規模なコンピュ
ータ・ネットワークや長距離大容量通信の幹線系があ
る。
2. Description of the Related Art A surface emitting semiconductor laser emits laser light in a vertical direction from the surface of a substrate, so that two-dimensional parallel integration is possible, and the spread angle of the output light is relatively narrow (about 10 degrees). Therefore, it is easy to couple with an optical fiber and easy to inspect the element.
Therefore, in particular, development as an element suitable for configuring an optical transmission module (optical interconnection device) of a parallel transmission type has been actively conducted. The immediate application of the optical interconnection device is parallel connection between housings of computers and the like and between boards, as well as short-distance optical fiber communication, but large-scale computer networks and long distances are expected applications in the future. There is a trunk system for distance and large-capacity communication.

【0003】一般に、面発光半導体レーザは、GaAs
又はGaInAs からなる活性層と、当該活性層を上下に
挟んで配置された上部の半導体分布ブラッグ反射鏡と基
板側の下部の半導体分布ブラッグ反射鏡からなる光共振
器をもって構成するのが普通であるが、端面発光型半導
体レーザの場合に比較して光共振器の長さが著しく短い
ため、反射鏡の反射率を極めて高い値(99%以上)に設
定することによってレーザ発振を起こし易くする必要が
ある。このため、通常は、AlAs からなる低屈折率材
料とGaAs からなる高屈折率材料を1/4波長の周期
で交互に積層することによって形成した半導体分布ブラ
ッグ反射鏡が使用されている。
Generally, a surface emitting semiconductor laser is made of GaAs.
Or, it is common to comprise an active layer made of GaInAs, and an optical resonator consisting of an upper semiconductor distributed Bragg reflector disposed above and below the active layer and a lower semiconductor distributed Bragg reflector on the substrate side. However, since the length of the optical resonator is significantly shorter than that of the edge emitting semiconductor laser, it is necessary to set the reflectivity of the reflecting mirror to an extremely high value (99% or more) so as to easily cause laser oscillation. There is. For this reason, a semiconductor distributed Bragg reflector formed by alternately laminating a low-refractive-index material made of AlAs and a high-refractive-index material made of GaAs with a period of 1/4 wavelength is usually used.

【0004】ところで上記のように、光通信に使用され
るようなレーザ波長が1.1μm以上の長波長帯レー
ザ、例えばレーザ波長が1.3μm帯や1.55μm帯
であるような長波長帯レーザは、製作基板にInPが用
いられ、活性層にInGaAsPが用いられるが、基板の
InPの格子定数が大きく、これに整合する反射鏡材料
では屈折率差が大きく取れず、従って積層数を40対以
上とする必要がある。またInP基板上に形成される半
導体レーザには、別の問題として、温度によって特性が
大きく変化する点がある。そのため、温度を一定にする
装置を付加して使用する必要があり、民生用等一般用に
供することが困難であり、このような積層数と温度特性
の問題から、実用的な長波長帯面発光半導体は、未だ実
用化されるに至っていない。
By the way, as described above, a long wavelength band laser having a laser wavelength of 1.1 μm or more used for optical communication, for example, a long wavelength band having a laser wavelength of 1.3 μm or 1.55 μm. In the laser, InP is used for the production substrate and InGaAsP is used for the active layer. However, the lattice constant of InP of the substrate is large, and a large difference in the refractive index cannot be obtained with a reflecting mirror material that matches the substrate. Must be more than pairs. Another problem with the semiconductor laser formed on the InP substrate is that the characteristics greatly change with temperature. For this reason, it is necessary to add a device for keeping the temperature constant, and it is difficult to use the device for general purposes such as consumer use. Light emitting semiconductors have not yet been put to practical use.

【0005】このような問題を解決するためになされた
発明として、特開平9−237942号公報に開示され
たものが知られている。それによると、製作基板として
GaAs 基板を用い、基板側の下部上部のうち少なくと
も一方の半導体分布ブラッグ反射鏡の低屈折率層に同基
板と格子整合が取れるAlInPからなる半導体層を用
い、さらに、下部上部のうち少なくとも一方の半導体分
布ブラッグ反射鏡の高屈折率層にGaInNAs からなる
半導体層を用い、従来よりも大きい屈折率差を得るよう
にし、少ない積層数で高反射率の半導体分布ブラッグ反
射鏡を実現しようというものである。
As an invention made to solve such a problem, one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-237942 is known. According to this, a GaAs substrate is used as a production substrate, and a semiconductor layer made of AlInP that can be lattice-matched with the substrate is used as a low refractive index layer of at least one of the semiconductor distributed Bragg reflectors in the lower part on the substrate side. A semiconductor layer made of GaInNAs is used as a high refractive index layer of at least one of the lower and upper semiconductor distributed Bragg reflecting mirrors so that a larger refractive index difference is obtained than in the prior art. It is to realize a mirror.

【0006】また、GaInNAs を活性層の材料として
使用している。これは、N組成を増加させることによっ
てバンドギャップ(禁制帯幅)を1.4eVから0eV
へ向かって低下させることができるので、0.85μm
よりも長い波長を発光する材料として用いることが可能
となるからである。しかもGaAs 基板と格子整合が可
能なので、GaInNAs からなる半導体層は、1.3μ
m帯及び1.55μm帯の長波長帯面発光半導体レーザ
のための材料として好ましい点についても言及してい
る。
Further, GaInNAs is used as a material for the active layer. This is because the band gap (forbidden band width) is increased from 1.4 eV to 0 eV by increasing the N composition.
0.85 μm
This is because it can be used as a material that emits a longer wavelength. In addition, since lattice matching with the GaAs substrate is possible, the semiconductor layer made of GaInNAs is 1.3 μm.
Reference is also made to the fact that it is preferable as a material for long-wavelength surface emitting semiconductor lasers in the m-band and 1.55 μm band.

【0007】しかしながら、従来は0.85μmよりも
長い波長帯の面発光半導体レーザ実現の可能性を示唆す
るにとどまっているだけであり、実際にはそのようなも
のは実現していない。これは基本的な構成は理論的には
ほぼ決まってはいるものの実際に安定したレーザ発光が
得られるようにするためのより具体的な構成がまだ不明
だからである。
[0007] However, conventionally, this only suggests the possibility of realizing a surface emitting semiconductor laser in a wavelength band longer than 0.85 µm, and such a device is not actually realized. This is because the basic configuration is almost theoretically determined, but a more specific configuration for realizing stable laser emission is still unknown.

【0008】一例を挙げると、上記のようにAlAs か
らなる低屈折率材料とGaAs からなる高屈折率材料を
1/4波長の周期で交互に積層することによって形成し
た半導体分布ブラッグ反射鏡を使用したものや、あるい
は特開平9−237942号公報に開示されたもののよ
うに、半導体分布ブラッグ反射鏡の低屈折率層に同基板
と格子整合が取れるAlInPからなる半導体層を用いた
ものにおいては、レーザ素子が全く発光しなかったり、
あるいは、発光してもその発光効率が低く、実用レベル
には程遠いものであった。これは、Alを含んだ材料が
化学的に非常に活性であり、Alに起因する結晶欠陥が
生じ易いためである。これを解決するためには、特開平
8−340146号公報や特開平7−307525号公
報に開示された発明のようにAlを含まないGaInNP
とGaAsとから半導体分布ブラッグ反射鏡を構成する提
案がある。しかしながらGaInNPとGaAs との屈折
率差はAlAsとGaAsとの屈折率差に比べて約半分であ
り、反射鏡の積層数を非常に多くなり製作が困難とな
る。すなわち現状では、コンピュータ・ネットワークな
どで光ファイバー通信が期待されているが、それに使用
できるレーザ波長が1.1μm〜1.7μmの長波長帯
面発光半導体レーザおよびそれを用いた通信システムが
存在せず、その出現が切望されている。
As an example, a semiconductor distributed Bragg reflector formed by alternately laminating a low-refractive-index material made of AlAs and a high-refractive-index material made of GaAs at a period of 1/4 wavelength as described above is used. Or a device using a semiconductor layer made of AlInP, which is lattice-matched to the same substrate as the low refractive index layer of the semiconductor distributed Bragg reflector, as disclosed in JP-A-9-237942. The laser element does not emit light at all,
Alternatively, even if light is emitted, the light emission efficiency is low, which is far from a practical level. This is because the material containing Al is chemically very active, and crystal defects due to Al are likely to occur. In order to solve this problem, it is necessary to use a GaInNP containing no Al as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-340146 and 7-307525.
There is a proposal for forming a semiconductor distributed Bragg reflector from GaAs and GaAs. However, the refractive index difference between GaInNP and GaAs is about half of the refractive index difference between AlAs and GaAs, and the number of stacked reflectors is very large, making it difficult to manufacture. That is, at present, optical fiber communication is expected in computer networks and the like. However, there is no long-wavelength band surface emitting semiconductor laser with a usable laser wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm and a communication system using the same. , Its emergence is longing.

【0009】また面発光型半導体レーザ素子は、一般に
面発光型半導体レーザを一体化した形で光通信システム
に組み込む。このような一体化したものすなわちモジュ
ールは、基板面に面発光型半導体レーザ素子が形成され
ているチップと、光ファイバを孔に挿入させるコネクタ
とを有し、光ファイバの中心と面発光型半導体レーザ素
子との中心をを正しく位置合わせして、コネクタとチッ
プ基板とを連結させる光ファイバ付き面発光型半導体レ
ーザを一体化したものである。最近では、多数個の面発
光型半導体レーザ素子をアレー状に配置したレーザアレ
ーとファイバアレーとを一体化したものが製造されてい
る。面発光型半導体レーザのモジュールでは、レーザア
レーとファイバアレーの光結合を高効率で結合させ、レ
ーザ素子から放射されたレーザ光を光ファイバに効率良
く入射させることが重要であり、レーザ素子と光ファイ
バとを高精度で位置合わせすることが要求される。そこ
で、高精度で面発光型半導体レーザアレーとファイバア
レーとを位置合わせするために、様々な位置合わせ方法
が提案されている。たとえば、面発光型半導体レーザの
チップに位置を決めるための手段、たとえばピンを形成
しておき、光ファイバを孔に挿入するコネクタに、ピン
に対応する孔を形成することにより位置合わせする手法
などがある。
A surface-emitting type semiconductor laser device is generally incorporated into an optical communication system in a form in which a surface-emitting type semiconductor laser is integrated. Such an integrated module, that is, a module, has a chip having a surface-emitting type semiconductor laser device formed on a substrate surface, and a connector for inserting an optical fiber into a hole. The surface emitting semiconductor laser with an optical fiber for connecting the connector and the chip substrate with the center of the laser element correctly positioned is integrated. Recently, a laser array in which a plurality of surface emitting semiconductor laser elements are arranged in an array and a fiber array is integrated has been manufactured. In a surface-emitting type semiconductor laser module, it is important that the optical coupling between the laser array and the fiber array be coupled with high efficiency, and that the laser light emitted from the laser element be efficiently incident on the optical fiber. Is required to be positioned with high accuracy. Therefore, various positioning methods have been proposed in order to position the surface-emitting type semiconductor laser array and the fiber array with high accuracy. For example, a means for determining a position on a chip of a surface-emitting type semiconductor laser, for example, a method of forming a pin, and positioning a connector for inserting an optical fiber into a hole by forming a hole corresponding to the pin. There is.

【0010】また素子の信頼性や対環境性を向上させる
ため、面発光型半導体レーザアレーチップに絶縁膜を保
護層として形成する方法が考案されている。
In order to improve the reliability and environmental friendliness of the device, a method of forming an insulating film on a surface-emitting type semiconductor laser array chip as a protective layer has been devised.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
のレーザアレーとファイバアレーとの位置合わせの手法
では、コネクタ、ピン、ピンに対応する孔を高い精度で
製作することが必要であり、製作コストがかさむ問題が
あった。またそれぞれの部品の製造誤差や取り付け誤差
を無くすことは出来ず、正確な位置合わせを行うのは難
しいという問題があった。そのため、本発明では該面発
光型半導体レーザ素子上の絶縁膜に形成された光出射孔
の径が基板方向から絶縁膜方向に向かって次第に大きく
なり、かつ絶縁膜表面の径が光り接続される光ファイバ
ーの外径よりも大きいように形成され、該孔の側壁に光
ファイバの外周縁が接触し、前記光ファイバと前記面発
光型半導体レーザ素子とが位置合わせされて光接続され
るようにしたものである。
However, in the above-described conventional alignment method between the laser array and the fiber array, it is necessary to manufacture the connector, the pin, and the hole corresponding to the pin with high accuracy, and the manufacturing cost is high. There was a bulging problem. In addition, there is a problem that it is impossible to eliminate a manufacturing error and a mounting error of each component, and it is difficult to perform accurate positioning. Therefore, in the present invention, the diameter of the light emitting hole formed in the insulating film on the surface emitting semiconductor laser element gradually increases from the substrate direction toward the insulating film, and the diameter of the insulating film surface is optically connected. It is formed so as to be larger than the outer diameter of the optical fiber, the outer peripheral edge of the optical fiber contacts the side wall of the hole, and the optical fiber and the surface-emitting type semiconductor laser device are aligned and optically connected. Things.

【0012】また面発光型半導体レーザ素子チップの発
光面側に絶縁膜層をすると、発光素子部に対応して開口
部を開けた場合に、開口部の縁の部分が少しでも発光素
子部にかかる(覆い被さる)と、その分発光量の損失が
生じる。そのため、本発明ではかからないようにしてい
る。つまり、開口部は発光素子部の発光領域より大きく
なるように形成して、発光量の損失が生じないようにし
ている。他に考慮すべき点として、発光素子部が発生す
る熱による、絶縁膜層の開口部の変形の問題がある。本
発明では、開口部の大きさをいろいろ変えて試作を行っ
た結果、開口部が発光素子部の発光領域より10%以上
大きくすれば、発光素子部が発生する熱によって、絶縁
膜の開口部端部が変形するなどの不具合がなくなること
がわかった。つまり、本発明では、面発光型半導体レー
ザ素子チップの発光面側に発光素子部の発光領域に対応
して、開口部を形成した絶縁膜層を形成するわけである
が、その開口部は発光素子部の発光領域より、10%以
上大きくなるように形成することにより、発光量の損失
が全く生じないようにし、かつ発光素子部で発生する熱
による絶縁膜層の開口部の変形もないようにしたもので
ある。
Further, when an insulating film layer is provided on the light emitting surface side of the surface emitting type semiconductor laser element chip, even if an opening portion is opened corresponding to the light emitting element portion, even a small edge portion of the opening portion is formed in the light emitting element portion. Such (covering) causes a loss in the amount of light emission. For this reason, the present invention does not cover this. That is, the opening is formed so as to be larger than the light emitting region of the light emitting element portion, so that the loss of the light emission amount does not occur. Another point to consider is the problem of deformation of the opening of the insulating film layer due to heat generated by the light emitting element portion. According to the present invention, as a result of trial production with various sizes of the opening, if the opening is larger than the light emitting region of the light emitting element by 10% or more, the heat generated by the light emitting element causes the opening of the insulating film to be opened. It was found that defects such as deformation of the end were eliminated. That is, in the present invention, an insulating film layer having an opening is formed on the light emitting surface side of the surface emitting semiconductor laser element chip in correspondence with the light emitting region of the light emitting element portion. By being formed so as to be 10% or more larger than the light emitting region of the element portion, loss of light emission amount does not occur at all, and deformation of the opening of the insulating film layer due to heat generated in the light emitting element portion is prevented. It was made.

【0013】本発明はこのような光通信などに用いられ
るレーザ発振波長が1.1μm〜1.7μmの長波長面
発光型半導体レーザ素子チップに関するものであり、そ
の第1の目的は、動作電圧、発振閾値電流等を低くで
き、発光効率を低下させないで有効に使うことができ、
さらに発光素子部で発生する熱による絶縁膜層の開口部
の変形をなくすことが可能である面発光型半導体レーザ
素子チップを提案することにある。
The present invention relates to a long-wavelength surface-emitting type semiconductor laser device chip having a laser oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm used for such optical communication and the like. , The oscillation threshold current can be reduced, and it can be used effectively without lowering the luminous efficiency.
It is still another object of the present invention to provide a surface-emitting type semiconductor laser device chip capable of eliminating deformation of an opening of an insulating film layer due to heat generated in a light-emitting device portion.

【0014】また第2の目的は、レーザ発振波長が1.
1μm〜1.7μmの長波長面発光型半導体レーザ素子
チップに関するものであり、動作電圧、発振閾値電流等
を低くでき、発光効率を低下させないで有効に使うこと
ができ、さらに発光素子部で発生する熱による絶縁膜層
の開口部の変形をなくすことが可能である面発光型半導
体レーザ素子チップを提案することにある。
The second object is that the laser oscillation wavelength is 1.
The present invention relates to a long-wavelength surface-emitting type semiconductor laser device chip having a wavelength of 1 μm to 1.7 μm, which can reduce an operating voltage, an oscillation threshold current, and the like, can be used effectively without lowering luminous efficiency, and is generated in a light emitting element portion. It is an object of the present invention to provide a surface-emitting type semiconductor laser device chip capable of eliminating deformation of an opening of an insulating film layer due to heat generated.

【0015】さらに第3の目的は、動作電圧、発振閾値
電流等を低くできる面発光型半導体レーザ素子チップを
発光光源として利用し、光ファイバと前記面発光型半導
体レーザ素子との位置合わせを容易にすることを可能と
する光通信システムを提案することにある。
A third object of the present invention is to use a surface emitting semiconductor laser device chip capable of lowering an operating voltage, an oscillation threshold current and the like as a light emitting light source to facilitate alignment of an optical fiber with the surface emitting semiconductor laser device. It is an object of the present invention to propose an optical communication system capable of performing the following.

【0016】さらに第4の目的は、安定して使用できる
レーザ発振波長が1.1μm〜1.7μmの長波長帯面
発光半導体レーザ素子チップを発光光源として利用し、
光ファイバと前記面発光型半導体レーザ素子との位置合
わせを容易にすることを可能とする光通信システムを提
案することにある。
A fourth object of the present invention is to use a long-wavelength surface emitting semiconductor laser device chip having a stable laser oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm as a light source.
It is an object of the present invention to propose an optical communication system capable of facilitating alignment between an optical fiber and the surface-emitting type semiconductor laser device.

【0017】さらに第5の目的は、このような光通信シ
ステムにおいて、光ファイバの先端が前記面発光型半導
体レーザ素子に直接接触して素子を破壊することを防止
するのを提案することにある。
Still another object of the present invention is to provide a method for preventing the tip of an optical fiber from directly contacting the surface-emitting type semiconductor laser device to break the device in such an optical communication system. .

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために第1に、レーザチップと該レーザチップと接
続される光通信システムに使用される面発光型半導体レ
ーザ素子チップにおいて、前記レーザチップは発振波長
が1.1μm〜1.7μmであり、光を発生する活性層
を、主たる元素がGa、In、N、Asからなる層、も
しくはGa、In、Asよりなる層とし、レーザ光を得
るために前記活性層の上部及び下部に設けられた反射鏡
を含んだ共振器構造を有する面発光型半導体レーザ素子
チップであって、前記反射鏡はそれを構成する材料層の
屈折率が小/大と周期的に変化し入射光を光波干渉によ
って反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であるととも
に、前記屈折率が小の材料層はAlxGa1−xAs
(0<x≦1)とし、前記屈折率が大の材料層はAly
Ga1−yAs(0≦y<x≦1)とした反射鏡であ
り、かつ前記屈折率が小と大の材料層の間に該屈折率が
小と大の間の値をとる材料層AlzGa1−zAs(0
≦y<z<x≦1)を設けてなるとともに、前記面発光
型半導体レーザ素子チップの発光面側に発光素子部に対
応して開口部を有する絶縁膜層を形成し、該開口部は、
前記発光素子部の発光領域より大きくしたことを特徴と
する面発光型半導体レーザ素子チップとするようにし
た。
According to the present invention, there is provided a surface emitting semiconductor laser device chip used in a laser chip and an optical communication system connected to the laser chip. The laser chip has an oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm, and the active layer for generating light is a layer whose main element is made of Ga, In, N, or As, or a layer made of Ga, In, As. What is claimed is: 1. A surface-emitting type semiconductor laser device chip having a resonator structure including a reflector provided above and below said active layer for obtaining light, wherein said reflector has a refractive index of a material layer constituting said chip. Is a semiconductor distributed Bragg reflector that periodically changes between small and large and reflects incident light by light wave interference, and the material layer having a small refractive index is AlxGa1-xAs.
(0 <x ≦ 1), and the material layer having a large refractive index is Aly
A reflecting mirror having Ga1-yAs (0 ≦ y <x ≦ 1), and a material layer AlzGa1- between the material layers having the small and large refractive indexes, wherein the refractive index has a value between small and large. zAs (0
≦ y <z <x ≦ 1), and an insulating film layer having an opening corresponding to the light emitting element portion is formed on the light emitting surface side of the surface emitting semiconductor laser element chip. ,
A surface-emitting type semiconductor laser device chip characterized in that it is larger than the light-emitting area of the light-emitting device portion.

【0019】また第2に、レーザチップの発振波長が
1.1μm〜1.7μmであり、光を発生する活性層
を、主たる元素 レーザチップと該レーザチップと接続
される光通信システムに使用される面発光型半導体レー
ザ素子チップにおいて、前記レーザチップは発振波長が
1.1μm〜1.7μmであり、光を発生する活性層
を、主たる元素がGa、In、N、Asからなる層、も
しくはGa、In、Asよりなる層とし、レーザ光を得
るために前記活性層の上部及び下部に設けられた反射鏡
を含んだ共振器構造を有する面発光型半導体レーザ素子
チップであって、前記反射鏡はそれを構成する材料の屈
折率が小/大と周期的に変化し入射光を光波干渉によっ
て反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であるとともに、
前記屈折率が小の材料はAlxGa1−xAs(0<x
≦1)とし、前記屈折率が大の材料はAlyGa1−y
As(0≦y<x≦1)とした反射鏡であり、前記活性
層と前記反射鏡の間にGaInPもしくはGaInPA
sよりなる非発光再結合防止層を設けてなるとともに、
前記面発光型半導体レーザ素子チップの発光面側に発光
素子部に対応して開口部を有する絶縁膜層を形成し、該
開口部は、前記発光素子部の発光領域より大きくしたこ
とを特徴とする面発光型半導体レーザ素子チップとする
ようにした。
Second, the oscillation wavelength of the laser chip is 1.1 μm to 1.7 μm, and the active layer for generating light is used for a main element laser chip and an optical communication system connected to the laser chip. In the surface emitting type semiconductor laser device chip, the laser chip has an oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm, and forms an active layer that generates light by using a layer whose main element is Ga, In, N, or As, or A surface-emitting type semiconductor laser device chip having a resonator structure including a reflector made of a layer of Ga, In, and As and provided above and below the active layer for obtaining laser light, The mirror is a semiconductor distributed Bragg reflector that periodically changes its refractive index between small and large and reflects incident light by light wave interference.
The material having a small refractive index is AlxGa1-xAs (0 <x
≦ 1), and the material having a large refractive index is AlyGa1-y
A reflecting mirror having As (0 ≦ y <x ≦ 1), wherein GaInP or GaInPA is provided between the active layer and the reflecting mirror;
a non-radiative recombination prevention layer made of s
An insulating film layer having an opening corresponding to the light emitting element portion is formed on the light emitting surface side of the surface emitting semiconductor laser element chip, and the opening is larger than the light emitting region of the light emitting element portion. The surface-emitting type semiconductor laser device chip to be used is described.

【0020】また第3に、レーザチップと該レーザチッ
プと接続される光通信システムにおいて、前記レーザチ
ップは発振波長が1.1μm〜1.7μmであり、光を
発生する活性層を、主たる元素がGa、In、N、As
からなる層、もしくはGa、In、Asよりなる層と
し、レーザ光を得るために前記活性層の上部及び下部に
設けられた反射鏡を含んだ共振器構造を有する面発光型
半導体レーザ素子チップであって、前記反射鏡はそれを
構成する材料層の屈折率が小/大と周期的に変化し入射
光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射
鏡であるとともに、前記屈折率が小の材料層はAlx
1-xAs(0<x≦1)とし、前記屈折率が大の材料
層はAlyGa1-yAs(0≦y<x≦1)とした反射鏡
であり、かつ前記屈折率が小と大の材料層の間に該屈折
率が小と大の間の値をとる材料層Al zGa1-zAs(0
≦y<z<x≦1)を設けてなる面発光型半導体レーザ
素子チップを発光光源としたものであり、該面発光型半
導体レーザ素子上の絶縁膜に形成された光出射孔の径が
基板方向から絶縁膜方向に向かって次第に大きくなり、
かつ絶縁膜表面の径が光り接続される光ファイバーの外
径よりも大きいように形成され、該孔の側壁に光ファイ
バの外周縁が接触し、前記光ファイバと前記面発光型半
導体レーザ素子とが位置合わせされて光接続するように
した。
Third, the laser chip and the laser chip
In an optical communication system connected to a
The oscillation wavelength is 1.1 μm to 1.7 μm.
The generated active layer is made of a material whose main elements are Ga, In, N, and As.
And a layer made of Ga, In, and As
In order to obtain a laser beam, the upper and lower portions of the active layer
Surface-emitting type having a resonator structure including a provided reflecting mirror
A semiconductor laser element chip, wherein the reflecting mirror
The refractive index of the constituent material layer changes periodically to small / large and enters
Semiconductor distributed Bragg reflection that reflects light by light wave interference
The material layer which is a mirror and has a low refractive index is AlxG
a1-xAs (0 <x ≦ 1), the material having a large refractive index
Layer is AlyGa1-yReflector with As (0 ≦ y <x ≦ 1)
And the refractive index is between the small and large material layers.
Material layer Al with a ratio between small and large zGa1-zAs (0
≦ y <z <x ≦ 1) surface emitting semiconductor laser
An element chip is used as a light emitting light source, and
The diameter of the light emitting hole formed in the insulating film on the
It gradually increases from the substrate direction toward the insulating film,
In addition, the diameter of the insulating film surface is outside the optical fiber to be optically connected.
It is formed to be larger than the diameter, and optical fiber
The outer peripheral edge of the fiber comes into contact with the optical fiber and the surface-emitting half.
So that the semiconductor laser element is aligned and optically connected
did.

【0021】また第4に、レーザチップと該レーザチッ
プと接続される光通信システムにおいて、前記レーザチ
ップは発振波長が1.1μm〜1.7μmであり、光を
発生する活性層を、主たる元素がGa、In、N、As
からなる層、もしくはGa、In、Asよりなる層と
し、レーザ光を得るために前記活性層の上部及び下部に
設けられた反射鏡を含んだ共振器構造を有する面発光型
半導体レーザ素子チップであって、前記反射鏡はそれを
構成する材料の屈折率が小/大と周期的に変化し入射光
を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡
であるとともに、前記屈折率が小の材料はAlxGa1-x
As(0<x≦1)とし、前記屈折率が大の材料はAl
yGa1-yAs(0≦y<x≦1)とした反射鏡であり、
前記活性層と前記反射鏡の間にGaInPもしくはGa
InPAsよりなる非発光再結合防止層を設けてなる面
発光型半導体レーザ素子チップを発光光源としたもので
あり、該面発光型半導体レーザ素子上の絶縁膜に形成さ
れた光出射孔の径が基板方向から絶縁膜方向に向かって
次第に大きくなり、かつ絶縁膜表面の径が光り接続され
る光ファイバーの外径よりも大きいように形成され、該
孔の側壁に光ファイバの外周縁が接触し、前記光ファイ
バと前記面発光型半導体レーザ素子とが位置合わせされ
て光接続するようにした。
Fourthly, in a laser chip and an optical communication system connected to the laser chip, the laser chip has an oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm, and an active layer for generating light includes a main element. Is Ga, In, N, As
Or a layer made of Ga, In, As, and a surface emitting semiconductor laser device chip having a resonator structure including reflectors provided above and below the active layer in order to obtain a laser beam. The reflector is a semiconductor distributed Bragg reflector in which the refractive index of the material constituting the reflector changes periodically as small / large and reflects incident light by light wave interference. Al x Ga 1-x
As (0 <x ≦ 1), the material having a large refractive index is Al
a reflecting mirror with y Ga 1-y As (0 ≦ y <x ≦ 1),
GaInP or Ga between the active layer and the reflector.
A surface-emitting type semiconductor laser device chip provided with a non-radiative recombination preventing layer made of InPAs is used as a light-emitting source, and a diameter of a light-emitting hole formed in an insulating film on the surface-emitting type semiconductor laser device is reduced. The diameter of the insulating film surface is gradually increased from the substrate direction toward the insulating film direction, and the diameter of the insulating film surface is formed so as to be larger than the outer diameter of the optical fiber to be optically connected, and the outer peripheral edge of the optical fiber contacts the side wall of the hole, The optical fiber and the surface-emitting type semiconductor laser device are positioned and optically connected.

【0022】また第5に、上記第3、第4の光通信シス
テムにおいて、前記光出射孔の最小径が光ファイバのコ
ア径よりも大きく、外周縁よりも小さいようにした。
Fifth, in the above third and fourth optical communication systems, the minimum diameter of the light emitting hole is larger than the core diameter of the optical fiber and smaller than the outer peripheral edge.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】最初に本発明の光通信システムに
適用される発光素子である伝送ロスの少ないレーザ発振
波長が1.1μm〜1.7μmの長波長帯面発光半導体
レーザの1例について図1を用いて説明する。なお
(a)は断面図、(b)、(c)、(c)、(d)、(e)は
上面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, an example of a long-wavelength surface emitting semiconductor laser having a small laser oscillation wavelength of 1.1 to 1.7 .mu.m, which is a light emitting element applied to the optical communication system of the present invention, having a small transmission loss. This will be described with reference to FIG. (A) is a sectional view, and (b), (c), (c), (d), and (e) are top views.

【0024】前述のように、従来は本発明が適用しよう
としているレーザ発振波長が1.1μm〜1.7μmの
長波長帯面発光半導体レーザに関しては、その可能性の
示唆があるのみで、実現のための材料、ならびにより具
体的、詳細な構成は不明であった。本発明では、活性層
としてGaInNAs等の材料を使用し、さらに具体的な
構成を明確にした。以下にそれを詳述する。
As described above, a long-wavelength surface emitting semiconductor laser with a laser oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm to which the present invention is intended to be applied is realized only by suggesting the possibility. The materials for the use, as well as the more specific and detailed composition, were unknown. In the present invention, a material such as GaInNAs is used for the active layer, and a more specific configuration is clarified. The details are described below.

【0025】本発明では、面方位(100)のn−Ga
As基板上に、それぞれの媒質内における発振波長λの
1/4倍の厚さ(λ/4の厚さ)でn−AlxGa1-x
s(x=1.0)(低屈折率層〜屈折率小の層)とn−
AlyGa1-yAs(y=0)(高屈折率層〜屈折率大の
層)を交互に35周期積層したn−半導体分布ブラッグ
反射鏡(AlAs/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射鏡)を
形成し、その上にλ/4の厚さのn−GaxIn1-xy
As1-y(x=0.5、y=1)層を積層した。この例
ではn−GaxIn1-xyAs1-y(x=0.5、y=
1)層も下部反射鏡の一部であり低屈折率層(屈折率小
の層)となっている。そしてその上にアンドープ下部G
aAsスペーサ層と、3層のGaxIn1-xAs量子井戸
層である活性層(量子井戸活性層)とGaAsバリア層
(20nm)からなる多重量子井戸活性層と、アンドー
プ上部GaAsスペーサ層とが積層されて、媒質内にお
ける発振波長λの1波長分の厚さ(λの厚さ)の共振器
を形成している。さらにその上に、C(炭素)ドープの
p−GaxIn1-xyAs1-y(x=0.5、y=1)層
とZnドープp−AlxGa1-xAs(x=0)をそれぞ
れの媒質内における発振波長λの1/4倍の厚さで交互
に積層した周期構造(1周期)を積層し、その上にCド
ープのp−AlxGa1-xAs(x=0.9)とZnドー
プp−AlxGa1-xAs(x=0)をそれぞれの媒質内
における発振波長λの1/4倍の厚さで交互に積層した
周期構造(25周期)とからなる半導体分布ブラッグ反
射鏡(Al0.9Ga0.1As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射
鏡)を形成している。この例ではp−GaxIn1-xy
As1-y(x=0.5、y=1)層も上部反射鏡の一部
であり、低屈折率層(屈折率小の層)となっている。
In the present invention, n-Ga having a plane orientation of (100) is used.
On the As substrate, n-Al x Ga 1 -x A with a thickness (thickness of λ / 4) of 発 振 of the oscillation wavelength λ in each medium.
s (x = 1.0) (low refractive index layer to low refractive index layer) and n−
An n-semiconductor distributed Bragg reflector (AlAs / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector) in which 35 cycles of Al y Ga 1-y As (y = 0) (high refractive index layer to high refractive index layer) are alternately stacked. And n-Ga x In 1-x P y having a thickness of λ / 4 is formed thereon.
As 1-y (x = 0.5, y = 1) layers were laminated. In this example n-Ga x In 1-x P y As 1-y (x = 0.5, y =
1) The layer is also a part of the lower reflecting mirror and is a low refractive index layer (a layer having a small refractive index). And undoped lower G on it
an aAs spacer layer, a multiple quantum well active layer including an active layer (quantum well active layer), which is a three-layer Ga x In 1-x As quantum well layer, and a GaAs barrier layer (20 nm), and an undoped upper GaAs spacer layer. Are stacked to form a resonator having a thickness of one wavelength of the oscillation wavelength λ (thickness of λ) in the medium. Further thereon, C (carbon) doped p-Ga x In 1-x P y As 1-y (x = 0.5, y = 1) layer and the Zn-doped p-Al x Ga 1-x As ( x = 0) is alternately laminated in each medium at a thickness of 1/4 times the oscillation wavelength λ (one period), and a C-doped p-Al x Ga 1-x is formed thereon. A periodic structure in which As (x = 0.9) and Zn-doped p-Al x Ga 1-x As (x = 0) are alternately stacked with a thickness of 1 / of the oscillation wavelength λ in each medium ( A semiconductor distributed Bragg reflecting mirror (Al 0.9 Ga 0.1 As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflecting mirror) consisting of 25 periods) is formed. In this example, p-Ga x In 1-x P y
The As 1-y (x = 0.5, y = 1) layer is also a part of the upper reflecting mirror and is a low refractive index layer (a layer having a small refractive index).

【0026】なおここで、上部/下部反射鏡ともそれぞ
れ低屈折率層(屈折率小の層)/高屈折率層(屈折率大
の層)を交互に積層して形成するが、本発明ではこれら
の間に、屈折率が小と大の間の値をとる材料層Alz
1-zAs(0≦y<z<x≦1)を設けている。図4
は、低屈折率層(屈折率小の層)と高屈折率層(屈折率
大の層)の間に、屈折率が小と大の間の値をとる材料層
AlzGa1-zAs(0≦y<z<x≦1)を設けた半導
体分布ブラッグ反射鏡の一部を示したものである(図1
では図が複雑になるので図示することを省略してい
る)。
Here, both the upper and lower reflectors are formed by alternately laminating a low refractive index layer (a layer having a low refractive index) / a high refractive index layer (a layer having a high refractive index). Between these, the material layer Al z G whose refractive index takes a value between small and large
a 1-z As (0 ≦ y <z <x ≦ 1) is provided. FIG.
Is a material layer Al z Ga 1 -z As having a refractive index between small and large between a low refractive index layer (a layer with a small refractive index) and a high refractive index layer (a layer with a large refractive index). 1 shows a part of a semiconductor distributed Bragg reflector provided with (0 ≦ y <z <x ≦ 1) (FIG. 1)
Then, the illustration is omitted because the figure becomes complicated).

【0027】従来レーザ波長が0.85μm帯の半導体
レーザに関して、このような材料層を設けることも検討
はされているが、まだ検討段階であり、その材料、ある
いはその厚さなどまで詳細には検討されていない。また
本発明のようなレーザ発振波長が1.1μm〜1.7μ
mの長波長帯面発光半導体レーザに関しては全く検討さ
れていない。その理由はこの分野(レーザ発振波長が
1.1μm〜1.7μmの長波長帯面発光半導体レー
ザ)が新しい分野であり、まだほとんど研究が進んでい
ないからである。
Conventionally, it has been studied to provide such a material layer for a semiconductor laser having a laser wavelength of 0.85 μm band, but it is still in the stage of study, and the material and its thickness are not described in detail. Not considered. Further, the laser oscillation wavelength as in the present invention is 1.1 μm to 1.7 μm.
No consideration has been given to a long-wavelength surface emitting semiconductor laser having a wavelength of m. The reason for this is that this field (a long-wavelength surface emitting semiconductor laser having a laser oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm) is a new field, and little research has yet been made.

【0028】本発明者はいち早くこの分野(レーザ発振
波長が1.1μm〜1.7μmの長波長帯面発光半導体
レーザおよびそれを用いた光通信)の有用性に気付き、
それを実現するために鋭意検討を行った。このような材
料層は形成時にガス流量をコントロールするなどして、
そのAl組成を連続的もしくは段階的に変えるようにし
てその材料層の屈折率が連続的もしくは段階的に変化す
るようにして形成する。
The present inventor has quickly noticed the usefulness of this field (a long-wavelength surface emitting semiconductor laser having a laser oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm and optical communication using the same).
In order to realize it, we studied diligently. Such a material layer controls the gas flow rate during formation, etc.
The Al layer is formed so that the Al composition is changed continuously or stepwise so that the refractive index of the material layer is changed continuously or stepwise.

【0029】より具体的には、AlzGa1-zAs(0≦
y<z<x≦1)層のzの値を0から1.0まで変わる
ように、つまりGaAs〜AlGaAs〜AlAsとい
う具合にAlとGaの比率が徐々に変わるようにして形
成する。これは前述のように層形成時にガス流量をコン
トロールすることによって作成される。また、AlとG
aの比率が前述のように連続的に変わるようにして形成
しても良いし、段階的にその比率が変わるようにしても
同等の効果がある。
More specifically, Al z Ga 1 -z As (0 ≦
(y <z <x ≦ 1) The layer is formed so that the value of z of the layer changes from 0 to 1.0, that is, the ratio of Al to Ga gradually changes, such as GaAs to AlGaAs to AlAs. This is created by controlling the gas flow during layer formation as described above. Al and G
The ratio a may be formed so as to change continuously as described above, or the same effect can be obtained even if the ratio changes stepwise.

【0030】このような材料層を設ける理由は、半導体
分布ブラッグ反射鏡の持つ問題点の一つであるp−半導
体分布ブラッグ反射鏡の電気抵抗が高いという課題を解
決するためである。これは半導体分布ブラッグ反射鏡を
構成する2種類の半導体層の界面に生じるヘテロ障壁が
原因であるが、本発明のように低屈折率層と高屈折率層
の界面に一方の組成から他方の組成へ次第にAl組成が
変化するようにして、屈折率も変化させることによって
ヘテロ障壁の発生を抑制することが可能である。
The reason for providing such a material layer is to solve the problem that the electrical resistance of the p-semiconductor distributed Bragg reflector, which is one of the problems of the distributed Bragg reflector, is high. This is due to the hetero barrier generated at the interface between the two types of semiconductor layers constituting the semiconductor distributed Bragg reflector. However, as in the present invention, the interface between the low refractive index layer and the high refractive index layer is changed from one composition to the other. It is possible to suppress the generation of the hetero barrier by changing the Al composition gradually to the composition and changing the refractive index.

【0031】またこのような屈折率が小と大の間の値を
とる材料層AlzGa1-zAs(0≦y<z<x≦1)は
本発明のようなレーザ発振波長が1.1μm〜1.7μ
mの長波長帯面発光半導体レーザの場合、5nm〜50
nmの厚さとするのが良く、これより薄いと抵抗が大と
なり電流が流れにくく、素子が発熱したり、駆動エネル
ギーが高くなるという不具合がある。また厚いと抵抗が
小となり、素子の発熱や、駆動エネルギーの面で有利に
なるが、今度は反射率がとれないという不具合があり、
前述のように最適の範囲(5nm〜50nmの厚さ)を
選ぶ必要がある。
Further lasing wavelength, such as such a refractive index takes a value between the small and large material layer Al z Ga 1-z As ( 0 ≦ y <z <x ≦ 1) the invention is 1 .1 μm to 1.7 μ
5 nm to 50 nm in the case of a long-wavelength surface emitting semiconductor laser
It is preferable that the thickness is less than 10 nm. If the thickness is smaller than this, there is a problem that the resistance becomes large and the current hardly flows, and the element generates heat and the driving energy becomes high. In addition, when the thickness is large, the resistance becomes small, which is advantageous in terms of heat generation of the element and driving energy, but there is a problem that the reflectance cannot be obtained this time,
As described above, it is necessary to select an optimum range (thickness of 5 nm to 50 nm).

【0032】なお、前述のように従来のレーザ波長が
0.85μm帯の半導体レーザに関してこのような材料
層を設けることも検討されているが、本発明のようなレ
ーザ発振波長が1.1μm〜1.7μmの長波長帯面発
光半導体レーザの場合は、より効果的である。なぜな
ら、例えば同等の反射率(例えば99.5%以上)を得
るためには、0.85μm帯よりも1.1μm帯〜1.
7μm帯の場合、このような材料層を約2倍程度にする
ことができるので、半導体分布ブラッグ反射鏡の抵抗値
を低減させることができ、動作電圧、発振閾値電流等が
低くなり、レーザ素子の発熱防止ならびに安定発振、少
エネルギー駆動の面で有利となる。つまり半導体分布ブ
ラッグ反射鏡にこのような材料層を設けることは、本発
明のようなレーザ発振波長が1.1μm〜1.7μmの
長波長帯面発光半導体レーザの場合に特に効果的な工夫
といえる。
As described above, it has been considered to provide such a material layer for a conventional semiconductor laser having a laser wavelength of 0.85 μm band. In the case of a long-wavelength surface emitting semiconductor laser having a wavelength of 1.7 μm, it is more effective. This is because, for example, in order to obtain the same reflectance (for example, 99.5% or more), the band from 1.1 μm to 1.0 μm is more than 0.85 μm.
In the case of the 7 μm band, such a material layer can be approximately doubled, so that the resistance value of the semiconductor distributed Bragg reflector can be reduced, the operating voltage, the oscillation threshold current, and the like are reduced, and the laser device This is advantageous in terms of preventing heat generation, stable oscillation, and low energy driving. In other words, providing such a material layer on the semiconductor distributed Bragg reflector is particularly effective in the case of a long-wavelength surface emitting semiconductor laser having a laser oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm as in the present invention. I can say.

【0033】なお効果的な反射率を得るためのより詳細
な検討結果の一例を挙げると、例えば1.3μm帯面発
光型レーザ素子では、AlxGa1-xAs(x=1.0)
(低屈折率層〜屈折率小の層)とAlyGa1-yAs(y
=0)(高屈折率層〜屈折率大の層)を20周期積層し
た場合においては、半導体分布ブラッグ反射鏡の反射率
が99.7%以下となるAlzGa1-zAs(0≦y<z
<x≦1)層の厚さは30nmである。また、反射率が
99.5%以上となる波長帯域は53nmであり、反射
率を99.5%以上と設計した場合、±2%の膜厚制御
ができればよい。そこでこれと同等およびこれより薄
い、10nm、20nm、30nmのものを試作したと
ころ、反射率を実用上問題のない程度に保つことがで
き、半導体分布ブラッグ反射鏡の抵抗値を低減させるこ
とができた1.3μm帯面発光型レーザ素子を実現、レ
ーザ発振に成功した。なお試作したレーザ素子の他の構
成は後述のとおりである。
As an example of a more detailed examination result for obtaining an effective reflectance, for example, in a 1.3 μm band surface emitting laser device, Al x Ga 1 -x As (x = 1.0)
(Low refractive index layer to low refractive index layer) and Al y Ga 1-y As (y
= 0) (in the case of a high refractive index layer-refractive index large layer) 20 period stacking, the reflectance of the semiconductor distributed Bragg reflector is 99.7% or less Al z Ga 1-z As ( 0 ≦ y <z
<X ≦ 1) The thickness of the layer is 30 nm. The wavelength band in which the reflectance is 99.5% or more is 53 nm. When the reflectance is designed to be 99.5% or more, it is only necessary to control the film thickness by ± 2%. Therefore, when prototypes of 10 nm, 20 nm, and 30 nm which are equivalent to and thinner than this were prototyped, the reflectivity could be kept to a practically acceptable level, and the resistance value of the semiconductor distributed Bragg reflector could be reduced. A 1.3 μm band surface emitting laser device was realized, and laser oscillation was successful. Other configurations of the prototyped laser element are as described below.

【0034】なお多層膜反射鏡においては設計波長(膜
厚制御が完全にできたとして)を含んで反射率の高い帯
域がある。高反射率の帯域(反射率が狙いの波長に対し
て必要値以上である領域を含む)と呼ぶ。設計波長の反
射率が最も高く、波長が離れるにしたがってごくわずか
ずつ低下している領域である。これはある領域から急激
に低下する。そして狙いの波長に対して必要な反射率以
上となるように、本来、多層膜反射鏡の膜厚を原子層レ
ベルで完全に制御する必要がある。しかし実際には±1
%程度の膜厚誤差は生じるので狙いの波長と最も反射率
の高い波長はずれてしまう。例えば狙いの波長が1.3
μmの場合、膜厚制御が1%ずれたとき、最も反射率の
高い波長は13nmずれてしまう。よってこの高反射率
の帯域(ここでは反射率が狙いの波長に対して必要値以
上である領域)は広い方が望ましい。しかし中間層を厚
くするとこの帯域が狭くなる傾向にある。
In the multilayer reflector, there is a band having a high reflectance including the design wavelength (assuming that the film thickness can be completely controlled). It is referred to as a high-reflectance band (including a region where the reflectivity is equal to or more than a required value for a target wavelength). This is the region where the reflectance at the design wavelength is the highest and decreases very little as the wavelength increases. It drops off sharply from some area. Originally, it is necessary to completely control the film thickness of the multilayer mirror at the atomic layer level so that the reflectance is higher than the required reflectance for the target wavelength. But actually ± 1
Since a film thickness error of about% occurs, the target wavelength deviates from the wavelength having the highest reflectance. For example, if the target wavelength is 1.3
In the case of μm, when the film thickness control is shifted by 1%, the wavelength having the highest reflectance is shifted by 13 nm. Therefore, it is desirable that the band of the high reflectance (here, the region where the reflectance is equal to or more than a required value with respect to a target wavelength) is wide. However, thickening the intermediate layer tends to narrow this band.

【0035】このように本発明のようなレーザ発振波長
が1.1μm〜1.7μmの長波長帯面発光半導体レー
ザにおいて、このような半導体分布ブラッグ反射鏡の構
成を工夫、最適化することにより、反射率を高く維持し
たまま抵抗値を低減させることができるので、動作電
圧、発振閾値電流等を低くでき、レーザ素子の発熱防止
ならびに安定発振、少エネルギー駆動が可能となる。
As described above, in the long-wavelength surface emitting semiconductor laser having a laser oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm as in the present invention, the configuration of such a semiconductor distributed Bragg reflector is devised and optimized. Since the resistance value can be reduced while maintaining a high reflectance, the operating voltage, the oscillation threshold current, and the like can be reduced, so that heat generation of the laser element, stable oscillation, and low-energy driving can be achieved.

【0036】再び図1に戻り、最上部の、p−Alx
1-xAs(x=0)層は、電極とコンタクトを取るた
めのコンタクト層(p−コンタクト層)としての役割も
持っている。ここで、量子井戸活性層のIn組成xは3
9%(Ga0.61In0.39As)とした。また量子井戸活性層の
厚さは7nmとした。なお量子井戸活性層は、GaAs
基板に対して約2.8%の圧縮歪を有していた。またこ
の面発光型半導体レーザ全体の成長方法はMOCVD法
で行った。この場合、格子緩和は見られなかった。半導
体レーザの各層を構成する原料には、TMA(トリメチ
ルアルミニウム)、TMG(トリメチルガリウム)、T
MI(トリメチルインジウム)、AsH3(アルシ
ン)、PH3(フォスフィン)を用いた。また、キャリ
アガスにはH2を用いた。図1に示した素子の活性層
(量子井戸活性層)のように歪が大きい場合は、非平衡
となる低温成長が好ましい。ここでは、GaInAs層
(量子井戸活性層)は550℃で成長させている。ここ
で使用したMOCVD法は過飽和度が高く高歪活性層の
結晶成長に適している。またMBE法のような高真空を
必要とせず、原料ガスの供給流量や供給時間を制御すれ
ば良いので量産性にも優れている。またこの例では、電
流経路外の部分をプロトン(H+)照射によって絶縁層
(高抵抗部)を作って、電流狭さく部を形成した。そし
てこの例では、上部反射鏡の最上部の層であり上部反射
鏡一部となっているp−コンタクト層上に光出射部を除
いてp側電極を形成し、基板の裏面にn側電極を形成し
た。さらにポリイミド(絶縁膜)を全面に形成して平坦
化し、光出射部上に孔の径が基板方向から絶縁膜方向に
向かって次第に大きくなるように光出射孔を形成した。
ここで絶縁膜の表面部の光出射孔の端部を光出射孔上
端、絶縁膜の底部すなわちP型電極に接する端部を光出
射孔下端とよぶ。
Returning again to FIG. 1, the uppermost p-Al x G
The a 1-x As (x = 0) layer also has a role as a contact layer (p-contact layer) for making contact with the electrode. Here, the In composition x of the quantum well active layer is 3
9% (Ga0.61In0.39As). The thickness of the quantum well active layer was 7 nm. The quantum well active layer is made of GaAs.
It had a compression strain of about 2.8% with respect to the substrate. The entire surface emitting semiconductor laser was grown by MOCVD. In this case, no lattice relaxation was observed. Materials for forming each layer of the semiconductor laser include TMA (trimethylaluminum), TMG (trimethylgallium),
MI (trimethyl indium), AsH 3 (arsine), and PH 3 (phosphine) were used. H 2 was used as a carrier gas. In the case where the strain is large as in the active layer (quantum well active layer) of the device shown in FIG. Here, the GaInAs layer (quantum well active layer) is grown at 550 ° C. The MOCVD method used here has a high degree of supersaturation and is suitable for crystal growth of a high strain active layer. In addition, high vacuum is not required as in the MBE method, and the supply flow rate and supply time of the source gas may be controlled. In this example, a portion outside the current path was irradiated with protons (H + ) to form an insulating layer (high-resistance portion) to form a current narrowing portion. In this example, a p-side electrode is formed on the p-contact layer which is the uppermost layer of the upper reflector and is a part of the upper reflector, excluding the light emitting portion, and an n-side electrode is formed on the back surface of the substrate. Was formed. Further, a polyimide (insulating film) was formed on the entire surface and flattened, and a light emitting hole was formed on the light emitting portion such that the diameter of the hole gradually increased from the substrate direction toward the insulating film.
Here, the end of the light emitting hole on the surface of the insulating film is called the upper end of the light emitting hole, and the bottom of the insulating film, that is, the end in contact with the P-type electrode, is called the lower end of the light emitting hole.

【0037】光ファイバ及び光出射孔の断面形状が円形
である場合を図1の(b)に示す。ここで径とは光ファ
イバについては外周縁の断面の直径、光出射孔について
は孔を基板と平行に切ったときの断面の直径のことであ
る。この光出射孔に光ファイバーを挿入すると、光ファ
イバの外周縁の径と、光出射孔の径が一致するところで
光ファイバは停止する。光ファイバと接続孔の断面は共
に円であるので光出射孔を前記の構造にすることによ
り、面発光型半導体レーザ素子の発光部の中心と、光フ
ァイバの中心とを容易に軸合わせすることができる。
FIG. 1B shows a case where the cross section of the optical fiber and the light emitting hole is circular. Here, the diameter is the diameter of the cross section of the outer peripheral edge of the optical fiber, and the diameter of the cross section when the hole is cut in parallel with the substrate for the light emitting hole. When the optical fiber is inserted into the light exit hole, the optical fiber stops when the diameter of the outer peripheral edge of the optical fiber matches the diameter of the light exit hole. Since the cross section of both the optical fiber and the connection hole is circular, the center of the light emitting portion of the surface emitting type semiconductor laser device and the center of the optical fiber can be easily aligned by making the light emitting hole the above structure. Can be.

【0038】また光ファイバ及び光出射孔の断面形状が
楕円形である場合を図1の(c)に示す。ここで径とは
光ファイバについては外周縁の断面の短径または長径
と、光出射孔については孔を基板と平行に切ったときの
断面の短径または長径のことである。この光出射孔に光
ファイバーを挿入すると、光ファイバの光ファイバの外
周縁の径と、光出射孔の径が一致するところで光ファイ
バは停止する。光ファイバと光出射孔を前記の構造にす
ることにより、面発光型半導体レーザ素子の発光部の中
心と、光ファイバの中心とを容易に軸合わせすることが
できる。なお、光ファイバと光出射孔の断面形状のいず
れか一方が円の場合では、光ファイバについては長径が
直径と等しくなり、光出射孔についても長径が直径と等
しくなるので、同様に軸合わせすることが出来る。
FIG. 1C shows a case where the cross-sectional shape of the optical fiber and the light emitting hole is elliptical. Here, the diameter refers to the minor axis or major axis of the cross section of the outer peripheral edge of the optical fiber, and the minor axis or major axis of the section when the hole is cut in parallel with the substrate. When an optical fiber is inserted into the light exit hole, the optical fiber stops when the diameter of the outer peripheral edge of the optical fiber coincides with the diameter of the light exit hole. With the above structure of the optical fiber and the light emitting hole, the center of the light emitting portion of the surface emitting semiconductor laser device and the center of the optical fiber can be easily aligned. When one of the cross-sectional shapes of the optical fiber and the light exit hole is circular, the major axis of the optical fiber is equal to the diameter, and the major axis of the light exit hole is equal to the diameter. I can do it.

【0039】また光ファイバ及び光出射孔の断面形状が
正四角形である場合を図1の(d)に示す。ここで径と
は光ファイバについては正四角形の辺、光出射孔につい
ては孔を基板と平行に切ったときの断面の辺のことであ
る。断面が円形である場合と同様に、光ファイバ、光出
射孔の辺が一致するところで光ファイバは停止する。な
お、この例では径を辺として説明した場合を示したが、
対角線を径と定義しても同様な効果を得ることが出来
る。また光ファイバ及び光出射孔の断面形状が長方形で
ある場合を図1の(e)に示す。ここで径とは光ファイ
バについては長方形の長辺、光出射孔については孔を基
板と平行に切ったときの断面の長辺のことである。断面
が正四角形である場合と同様に、光ファイバ、光出射孔
の長辺が一致するところで光ファイバは停止する。な
お、この例では径を長辺として説明した場合を示した
が、対角線を径と定義しても同様な効果を得ることが出
来る。
FIG. 1D shows a case where the cross-sectional shape of the optical fiber and the light emitting hole is a regular square. Here, the diameter is a side of a regular square for an optical fiber, and a side of a cross section when the hole is cut in parallel with a substrate for a light emitting hole. As in the case where the cross section is circular, the optical fiber stops when the sides of the optical fiber and the light exit hole coincide. In this example, the case where the diameter is described as the side is shown,
The same effect can be obtained even if the diagonal is defined as the diameter. FIG. 1E shows a case where the cross-sectional shapes of the optical fiber and the light exit hole are rectangular. Here, the diameter is the long side of the rectangle for the optical fiber, and the long side of the cross section when the hole is cut parallel to the substrate for the light emitting hole. As in the case where the cross section is a regular square, the optical fiber stops when the long sides of the optical fiber and the light exit hole coincide. Note that, in this example, the case where the diameter is described as the long side has been described, but a similar effect can be obtained even if the diagonal line is defined as the diameter.

【0040】なお断面が正多角形の場合については図1
の(f)に示すよう(この場合、正五角形)に正多角形
の中心を径とすると、正四角形の場合と同様に光ファイ
バと光出射孔の径が一致するところで停止する。
FIG. 1 shows the case where the cross section is a regular polygon.
As shown in (f) (in this case, a regular pentagon), assuming that the center of the regular polygon is the diameter, the optical fiber and the light exit hole stop at the same diameter as in the case of the regular square.

【0041】なお、本実施例では光ファイバと光出射孔
の形状が相似であるものをおもに示したが、これに限定
するものではない。たとえば正多角形の断面の光出射孔
に断面が円形の光ファイバを用いた場合やその逆の場合
(図1の(g)、(h))、正四角形の断面の光出射孔に
断面が円形の光ファイバを用いた場合やその逆の場合
(図1の(i)、(j))など、面発光型半導体レーザ素
子の発光部の中心と、光ファイバの中心とを容易に軸合
わせすることができる形状であればかまわない。
In this embodiment, the optical fiber and the light exit hole are mainly similar in shape, but the present invention is not limited to this. For example, when a circular cross section optical fiber is used for a light exit hole having a regular polygonal cross section or vice versa ((g) and (h) in FIG. 1), a light exit hole having a regular square cross section has a cross section. In the case where a circular optical fiber is used or vice versa ((i) and (j) in FIG. 1), the center of the light emitting portion of the surface emitting semiconductor laser device is easily aligned with the center of the optical fiber. Any shape can be used.

【0042】この例では、上下反射鏡に挟まれた、キャ
リアが注入され再結合する活性領域(本実施例では上部
及び下部スペーサ層と多重量子井戸活性層とからなる共
振器)において、活性領域内にはAlを含んだ材料(II
I 族に占める割合が1%以上)を用いず、さらに、下部
及び上部反射鏡の低屈折率層の最も活性層に近い層をG
xIn1-xyAs1-y(0<x<1、0<y≦1)の非
発光再結合防止層としている。キャリアは、活性層に最
も近くワイドギャップである上部及び下部反射鏡の低屈
折率層間に閉じ込められるので、活性領域のみをAlを
含まない層(III 族に占める割合が1%以下)で構成し
ても活性領域に接する反射鏡の低屈折率層(ワイドギャ
ップ層)にAlを含んだ構造としたのでは、キャリアが
注入され再結合する時、この界面で非発光再結合が生じ
発光効率は低下してしまう。よって活性領域はAlを含
まない層で構成することが望ましい。
In this example, an active region (in this embodiment, a resonator composed of upper and lower spacer layers and a multiple quantum well active layer) sandwiched between upper and lower reflectors and into which carriers are injected and recombined, is used as an active region. In the material containing Al (II
The ratio of the low refractive index layer of the lower and upper reflectors closest to the active layer is G.
It is set to a x In 1-x P y As 1-y (0 <x <1,0 <y ≦ 1) non-radiative recombination preventing layer. Since the carriers are confined between the low-refractive index layers of the upper and lower reflectors, which are closest to the active layer and have a wide gap, only the active region is constituted by a layer containing no Al (the percentage of group III is 1% or less). However, if the low-refractive index layer (wide gap layer) of the reflector in contact with the active region has a structure including Al, when carriers are injected and recombined, non-radiative recombination occurs at this interface, and the luminous efficiency is reduced. Will drop. Therefore, it is desirable that the active region be formed of a layer containing no Al.

【0043】またこのGaxIn1-xyAs1-y(0<x
<1、0<y≦1)層よりなる非発光再結合防止層は、
その格子定数がGaAs基板よりも小さく、引張り歪を
有している。エピタキシャル成長では下地の情報を反映
して成長するので基板表面に欠陥があると成長層へ這い
上がっていく。しかし歪層があるとそのような欠陥の這
い上がりが抑えられ効果があることが知られている。上
記欠陥が活性層に達すると発光効率を低減させてしま
う。また、歪を有する活性層では臨界膜厚が低減し必要
な厚さの層を成長できないなどの問題が生じる。特に活
性層の圧縮歪量が例えば2%以上と大きい場合や、歪層
の厚さ臨界膜厚より厚く成長する場合、低温成長などの
非平衡成長を行っても欠陥の存在で成長できないなど、
特に問題となる。歪層があるとそのような欠陥の這い上
がりが抑えられるので、発光効率を改善したり、活性層
の圧縮歪量が例えば2%以上の層を成長できたり、歪層
の厚さを臨界膜厚より厚く成長することが可能となる。
The Ga x In 1-x Py As 1-y (0 <x
The non-radiative recombination preventing layer composed of <1, 0 <y ≦ 1)
Its lattice constant is smaller than that of a GaAs substrate and has tensile strain. In the epitaxial growth, the growth is performed by reflecting the information of the base, and if there is a defect on the surface of the substrate, it goes up to the growth layer. However, it is known that the presence of a strained layer is effective in preventing such defects from climbing. When the defects reach the active layer, the luminous efficiency is reduced. In the case of an active layer having a strain, there arises a problem that the critical thickness is reduced and a layer having a required thickness cannot be grown. In particular, when the amount of compressive strain of the active layer is large, for example, 2% or more, or when the thickness of the strained layer is larger than the critical thickness, even if non-equilibrium growth such as low temperature growth is performed, growth cannot be performed due to the presence of defects.
This is particularly problematic. If a strained layer is present, such a defect can be prevented from climbing up, so that the luminous efficiency can be improved, a layer having a compressive strain of 2% or more of the active layer can be grown, or the thickness of the strained layer can be reduced to a critical film. It becomes possible to grow thicker than thick.

【0044】このGaxIn1-xyAs1-y(0<x<
1、0<y≦1)層は活性領域に接しており活性領域に
キャリアを閉じ込める役割も持っているが、GaxIn
1-xyAs1-y(0<x<1、0<y≦1)層は格子定
数が小さくなるほどバンドギャップエネルギーを大きく
取り得る。例えばGaxIn1-xP(y=1の場合)の場
合、xが大きくなりGaPに近づくと格子定数が大きく
なり、バンドギャップは大きくなる。バンドギャップE
gは、直接遷移でEg(Γ)=1.351+0.643x+0.786
2、間接遷移でEg(X)=2.24+0.02xと与えられ
ている。よって活性領域とGaxIn1-xyAs1-y(0
<x<1、0<y≦1)層のヘテロ障壁は大きくなるの
でキャリア閉じ込めが良好となり、しきい値電流低減、
温度特性改善などの効果がある。さらにこのGaxIn
1-xyAs1-y(0<x<1、0<y≦1)層よりなる
非発光再結合防止層は、その格子定数がGaAs基板よ
りも大きく、圧縮歪を有しており、かつ前記活性層の格
子定数が前記GaxIn1-xyAs1-y(0<x<1、0
<y≦1)層よりも大きく圧縮歪を有している。またこ
のGaxIn1-xyAs1-y(0<x<1、0<y≦1)
層の歪の方向が活性層と同じ方向なので、活性層が感じ
る実質的な圧縮歪量を低減する方向に働く。歪が大きい
ほど外的要因の影響を受けやすいので、活性層の圧縮歪
量が例えば2%以上と大きい場合や、臨界膜厚を超えた
場合に特に有効である。
This Ga x In 1-x Py As 1-y (0 <x <
1,0 <y ≦ 1) layer also has the role of carrier confinement in which the active region in contact with the active region but, Ga x an In
The 1-x Py As 1-y (0 <x <1, 0 <y ≦ 1) layer can have a larger band gap energy as the lattice constant decreases. For example, in the case of Ga x In 1-x P (when y = 1), as x increases and approaches x GaP, the lattice constant increases and the band gap increases. Band gap E
g is a direct transition, Eg (Γ) = 1.351 + 0.643x + 0.786
x 2 , and Eg (X) = 2.24 + 0.02x in the indirect transition. Therefore, the active region and Ga x In 1-x Py As 1-y (0
<X <1, 0 <y ≦ 1) The hetero barrier in the layer is large, so that the carrier confinement is good, the threshold current is reduced,
This has the effect of improving temperature characteristics. Furthermore, this Ga x In
The non-radiative recombination preventing layer composed of 1-x Py As 1-y (0 <x <1, 0 <y ≦ 1) layers has a lattice constant larger than that of a GaAs substrate and has a compressive strain. And the lattice constant of the active layer is Ga x In 1-x Py As 1-y (0 <x <1, 0
<Y ≦ 1) It has a larger compressive strain than the layer. The Ga x In 1-x Py As 1-y (0 <x <1, 0 <y ≦ 1)
Since the direction of strain of the layer is the same as that of the active layer, it acts in the direction of reducing the substantial amount of compressive strain felt by the active layer. The larger the strain is, the more easily affected by external factors. Therefore, it is particularly effective when the amount of compressive strain of the active layer is as large as 2% or more, or when it exceeds the critical film thickness.

【0045】例えば発振波長が1.3μm帯の面発光型
レーザはGaAs基板上に形成するのが好ましく、共振
器には半導体多層膜反射鏡を用いる場合が多く、トータ
ル厚さが5〜8μmで50〜80層の半導体層を活性層
成長前に成長する必要がある。(一方、端面発光型レー
ザの場合、活性層成長前のトータル厚さは2μm程度で
3層程度の半導体層を成長するだけで良い。)この場
合、高品質のGaAs基板を用いてもさまざまな原因
(一度発生した欠陥は基本的には結晶成長方向に這い上
がるし、ヘテロ界面での欠陥発生などがある)でGaA
s基板表面の欠陥密度に比べて活性層成長直前の表面の
欠陥密度はどうしても増えてしまう。活性層成長以前
に、歪層の挿入や、活性層が感じる実質的な圧縮歪量が
低減すると、活性層成長直前の表面にある欠陥の影響を
低減できるようになる。この例では、活性領域内及び反
射鏡と活性領域との界面にAlを含まない構成としたの
で、キャリア注入時にAlに起因していた結晶欠陥が原
因となる非発光再結合がなくなり、非発光再結合が低減
した。
For example, a surface emitting laser having an oscillation wavelength of 1.3 μm band is preferably formed on a GaAs substrate, and a semiconductor multilayer mirror is often used as a resonator, and the total thickness is 5 to 8 μm. It is necessary to grow 50 to 80 semiconductor layers before growing the active layer. (On the other hand, in the case of an edge-emitting laser, the total thickness before growing the active layer is about 2 μm, and it is only necessary to grow about three semiconductor layers.) In this case, even if a high-quality GaAs substrate is used, various methods are used. Due to the cause (defects once generated basically creep up in the crystal growth direction and defects are generated at the hetero interface).
The defect density on the surface immediately before the active layer growth is inevitably higher than the defect density on the s substrate surface. If the insertion of a strained layer or the substantial amount of compressive strain felt by the active layer is reduced before the growth of the active layer, the influence of defects on the surface immediately before the growth of the active layer can be reduced. In this example, Al is not included in the active region and at the interface between the reflector and the active region. Therefore, non-radiative recombination due to crystal defects caused by Al during carrier injection is eliminated, and Recombination was reduced.

【0046】前述のように、反射鏡と活性領域との界面
にAlを含まない構成とする、すなわち非発光再結合防
止層を設けることを、上下反射鏡ともに適用することが
好ましいが、一方の反射鏡に適用するだけでも効果があ
る。またこの例では、上下反射鏡とも半導体分布ブラッ
グ反射鏡としたが、一方の反射鏡を半導体分布ブラッグ
反射鏡とし、他方の反射鏡を誘電体反射鏡としても良
い。また前述の例では、反射鏡低屈折率層の最も活性層
に近い層のみをGaxIn1-xyAs1-y(0<x<1、
0<y≦1)の非発光再結合防止層としているが、複数
層のGaxIn1-xyAs1-y(0<x<1、0<y≦
1)を非発光再結合防止層としても良い。
As described above, it is preferable to apply a structure in which Al is not contained at the interface between the reflector and the active region, that is, to provide a non-radiative recombination preventing layer for both the upper and lower reflectors. It is effective even when applied to a reflector. In this example, both the upper and lower reflecting mirrors are semiconductor distributed Bragg reflecting mirrors, but one reflecting mirror may be a semiconductor distributed Bragg reflecting mirror and the other reflecting mirror may be a dielectric reflecting mirror. In the above-described example, only the layer closest to the active layer in the low-refractive index layer of the reflector is Ga x In 1-x Py As 1-y (0 <x <1,
Although a non-radiative recombination prevention layer of 0 <y ≦ 1) is used, a plurality of layers of Ga x In 1-x Py As 1-y (0 <x <1, 0 <y ≦
1) may be a non-radiative recombination preventing layer.

【0047】さらにこの例では、GaAs基板と活性層
との間の下部反射鏡にこの考えを適用し、活性層の成長
時に問題となる、Alに起因する結晶欠陥の活性層への
這い上がりによる悪影響が押さえられ、活性層を高品質
に結晶成長することができる。これらにより、発光効率
は高く、信頼性は実用上十分な面発光型半導体レーザが
得られた。また、半導体分布ブラッグ反射鏡の低屈折率
層のすべてではなく、少なくとも活性領域に最も近い部
分をAlを含まないGaxIn1-xyAs1-y(0<x<
1、0<y≦1)層としただけなので、反射鏡の積層数
を特に増加させることなく、上記効果を得ることができ
ている。
Further, in this example, this idea is applied to the lower reflector between the GaAs substrate and the active layer, and a crystal defect caused by Al, which is a problem during the growth of the active layer, rises into the active layer. The adverse effect is suppressed, and the active layer can be crystal-grown with high quality. As a result, a surface-emitting type semiconductor laser having high luminous efficiency and sufficient reliability for practical use was obtained. In addition, not all of the low refractive index layers of the semiconductor distributed Bragg reflector but at least a portion closest to the active region is Ga x In 1 -x Py As 1 -y (0 <x <
Since only 1, 0 <y ≦ 1) layers, the above-described effect can be obtained without particularly increasing the number of stacked reflectors.

【0048】このようにして製作した面発光型半導体レ
ーザの発振波長は約1.2μmであった。GaAs基板
上のGaInAsは、In組成の増加で長波長化するが
歪み量の増加をともない、従来1.1μmまでが長波長
化の限界と考えられていた(文献「IEEE Phot
onics.Technol.Lett.Vol.9
(1997)pp.1319−1321」参照)。
The oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser manufactured in this manner was about 1.2 μm. GaInAs on a GaAs substrate has a longer wavelength due to an increase in the In composition, but with an increase in the amount of strain. Conventionally, up to 1.1 μm has been considered to be the limit of a longer wavelength (see the document “IEEE Photo”).
onics. Technol. Lett. Vol. 9
(1997) p. 1319-1321 ").

【0049】しかしながら今回発明者が製作したよう
に、600℃以下の低温成長などの非平衡度の高い成長
法により高歪のGaInAs量子井戸活性層を従来より
厚くコヒーレント成長することが可能となり、波長は
1.2μmまで到達できた。なおこの波長はSi半導体
基板に対して透明である。従ってSi基板上に電子素子
と光素子を集積した回路チップにおいてSi基板を通し
た光伝送が可能となる。
However, as manufactured by the inventor of the present invention, a high strain GaInAs quantum well active layer can be grown coherently thicker than before by a high non-equilibrium growth method such as low temperature growth at 600 ° C. or lower. Reached 1.2 μm. This wavelength is transparent to the Si semiconductor substrate. Therefore, light transmission through the Si substrate becomes possible in a circuit chip in which an electronic element and an optical element are integrated on the Si substrate.

【0050】以上の説明より明らかなようにIn組成が
大きい高圧縮歪のGaInAsを活性層に用いることに
より、GaAs基板上に長波長帯の面発光型半導体レー
ザを形成できることがわかった。なお前述のように、こ
のような面発光型半導体レーザは、MOCVD法で成長
させることができるが、MBE法等の他の成長方法を用
いることもできる。また活性層の積層構造として、3重
量子井戸構造(TQW)の例を示したが、他の井戸数の
量子井戸を用いた構造(SQW、MQW)等を用いるこ
ともできる。
As apparent from the above description, it was found that a surface emitting semiconductor laser in a long wavelength band can be formed on a GaAs substrate by using GaInAs having a large In composition and a high compression strain as the active layer. As described above, such a surface emitting semiconductor laser can be grown by MOCVD, but other growth methods such as MBE can also be used. Although the triple quantum well structure (TQW) has been described as an example of the stacked structure of the active layer, a structure (SQW, MQW) using a quantum well of another number of wells may be used.

【0051】レーザの構造も他の構造にしてもかまわな
い。また共振器長はλの厚さとしたがλ/2の整数倍と
することができる。望ましくはλの整数倍である。また
半導体基板としてGaAsを用いた例を示したが、In
Pなどの他の半導体基板を用いた場合でも上記の考え方
を適用できる。反射鏡の周期は他の周期でも良い。なお
この例では活性層として、主たる元素がGa、In、A
sよりなる層、すなわちGaxIn1-xAs(GaInA
s活性層)の例を示したが、より長波長のレーザ発振を
行うためには、Nを添加し主たる元素がGa、In、
N、Asからなる層(GaInNAs活性層)とすれば
よい。
The structure of the laser may be another structure. Although the length of the resonator is set to the thickness of λ, it can be set to an integral multiple of λ / 2. Desirably, it is an integral multiple of λ. Also, an example in which GaAs is used as the semiconductor substrate has been described.
The above concept can be applied even when another semiconductor substrate such as P is used. The period of the reflecting mirror may be another period. In this example, the main elements of the active layer are Ga, In, and A.
s, that is, Ga x In 1 -x As (GaInA
Although the example of the (s active layer) was shown, in order to perform laser oscillation of a longer wavelength, N was added, and the main elements were Ga, In, and
What is necessary is just to make it the layer (GaInNAs active layer) which consists of N and As.

【0052】実際にGaInNAs活性層の組成を変え
ることにより、1.3μm帯、1.55μm帯のそれぞ
れにおいて、レーザ発振を行うことが可能であった。組
成を検討することにより、さらに長波長の例えば1.7
μm帯の面発光レーザも可能となる。また、活性層にG
aAsSbを用いてもGaAs基板上に1.3μm帯面
発光レーザを実現できる。このように波長1.1μm〜
1.7μmの半導体レーザは従来適した材料がなかった
が、活性層に高歪のGaInAs、GaInNAs、G
aAsSbを用い、かつ、非発光再結合防止層を設ける
ことにより、従来安定発振が困難であった波長1.1μ
m〜1.7μm帯の長波長領域において、高性能な面発
光レーザを実現できるようになった。
By actually changing the composition of the GaInNAs active layer, it was possible to perform laser oscillation in each of the 1.3 μm band and the 1.55 μm band. By studying the composition, a longer wavelength, for example, 1.7
A surface emitting laser in the μm band is also possible. In addition, G
Even when aAsSb is used, a 1.3 μm band surface emitting laser can be realized on a GaAs substrate. Thus, the wavelength of 1.1 μm
Conventionally, there is no suitable material for a 1.7 μm semiconductor laser, but a high strain GaInAs, GaInNAs, G
By using aAsSb and providing a non-radiative recombination preventing layer, a wavelength of 1.1 μm, which has conventionally been difficult to achieve stable oscillation,
In the long wavelength region of the m to 1.7 μm band, a high-performance surface emitting laser can be realized.

【0053】次に本発明の光送受信システムに適用され
る発光素子である長波長帯面発光型半導体レーザの他の
構成について、図3を用いて説明する。なお(a)は断
面図、(b)は上面図である。この場合も図1の場合と
同様に面方位(100)のn−GaAs基板を使用して
いる。それぞれの媒質内における発振波長λの1/4倍
の厚さ(λ/4の厚さ)でn−AlxGa1-xAs(x=
0.9)とn−AlxGa1-xAs(x=0)を交互に3
5周期積層したn−半導体分布ブラッグ反射鏡(Al0.9G
a0.1As/GaAs下部反射鏡)を形成し、その上にλ/4の
厚さのn−GaxIn1-xyAs1-y(x=0.5、y=
1)層を積層した。この例ではn−GaxIn1-xy
1-y(x=0.5、y=1)層も下部反射鏡の一部で
あり低屈折率層となっている。
Next, another configuration of a long wavelength band surface emitting semiconductor laser which is a light emitting element applied to the optical transmitting / receiving system of the present invention will be described with reference to FIG. (A) is a sectional view, and (b) is a top view. In this case, as in the case of FIG. 1, an n-GaAs substrate having a plane orientation of (100) is used. In each medium, n-Al x Ga 1 -x As (x = thickness) that is 倍 of the oscillation wavelength λ (thickness of λ / 4) in each medium.
0.9) and n-Al x Ga 1 -x As (x = 0) alternately 3
N-semiconductor distributed Bragg reflector (Al 0.9 G
a 0.1 As / GaAs lower reflector) is formed, thereon n-Ga thickness of λ / 4 x In 1-x P y As 1-y (x = 0.5, y =
1) Layers were laminated. In this example n-Ga x In 1-x P y A
The s 1-y (x = 0.5, y = 1) layer is also a part of the lower reflector and is a low refractive index layer.

【0054】そしてその上に、アンドープ下部GaAs
スペーサ層と、3層のGaxIn1-xyAs1-y量子井戸
層である活性層(量子井戸活性層)とGaAsバリア層
(15nm)から構成される多重量子井戸活性層(この
例では3重量子井戸(TQW))と、アンドープ上部Ga
Asスペーサ層とが積層されて、媒質内における発振波
長の1波長分の厚さ(λの厚さ)の共振器を形成してい
る。さらにその上に、p−半導体分布ブラッグ反射鏡
(上部反射鏡)が形成されている。
On top of that, undoped lower GaAs
A multi-quantum well active layer (a quantum well active layer) composed of a spacer layer, an active layer (quantum well active layer) which is a three-layer Ga x In 1-x N y As 1-y quantum well layer, and a GaAs barrier layer (15 nm). In the example, triple quantum well (TQW)) and undoped upper Ga
An As spacer layer is laminated to form a resonator having a thickness (λ thickness) of one oscillation wavelength in the medium. Furthermore, a p-semiconductor distributed Bragg reflector (upper reflector) is formed thereon.

【0055】上部反射鏡は、被選択酸化層となるAlA
s層を、GaInP層とAlGaAs層で挟んだ3λ/
4の厚さの低屈折率層(厚さが(λ/4−15nm)の
Cドープp−GaxIn1-xyAs1-y(x=0.5、y
=1)層、Cドープp−Al zGa1-zAs(z=1)被
選択酸化層(厚さ30nm)、厚さが(2λ/4−15
nm)のCドープp−AlxGa1-xAs層(x=0.
9))と、厚さがλ/4のGaAs層(1周期)と、C
ドープのp−AlxGa1-xAs層(x=0.9)とp−
AlxGa1-xAs(x=0)層をそれぞれの媒質内にお
ける発振波長の1/4倍の厚さで交互に積層した周期構
造(22周期)とから構成されている半導体分布ブラッ
グ反射鏡(Al0.9Ga0.1As/GaAs上部反射鏡)である。
The upper reflecting mirror is made of AlA to be a selectively oxidized layer.
s layer is sandwiched between a GaInP layer and an AlGaAs layer by 3λ /
4 low refractive index layer (thickness of (λ / 4-15 nm)
C-doped p-GaxIn1-xPyAs1-y(X = 0.5, y
= 1) layer, C-doped p-Al zGa1-zAs (z = 1)
Selective oxidation layer (thickness 30 nm), thickness (2λ / 4-15)
nm) C-doped p-AlxGa1-xAs layer (x = 0.
9)), a GaAs layer having a thickness of λ / 4 (one period), and C
Doped p-AlxGa1-xAs layer (x = 0.9) and p-
AlxGa1-xAs (x = 0) layer in each medium
Periodic structure laminated alternately with a thickness of 1/4 times the oscillation wavelength
Structure (22 cycles)
Reflector (Al0.9Ga0.1As / GaAs upper reflector).

【0056】なおこの例においても、図3では複雑にな
るので図示することは省略しているが、半導体分布ブラ
ッグ反射鏡の構造は、図2に示したような低屈折率層
(屈折率小の層)と高屈折率層(屈折率大の層)の間
に、屈折率が小と大の間の値をとる材料層AlzGa1-z
As(0≦y<z<x≦1)を設けたものである。そし
て、最上部の、p−AlxGa1-xAs(x=0)層は、
電極とコンタクトを取るためのコンタクト層(p−コン
タクト層)としての役割も持たせている。ここで量子井
戸活性層のIn組成xは37%、N(窒素)組成は0.
5%とした。また量子井戸活性層の厚さは7nmとし
た。またこの面発光型半導体レーザの成長方法はMOC
VD法で行った。半導体レーザの各層を構成する原料に
は、TMA(トリメチルアルミニウム)、TMG(トリ
メチルガリウム)、TMI(トリメチルインジウム)、
AsH3(アルシン)、PH3(フォスフィン)、そして
窒素の原料にはDMHy(ジメチルヒドラジン)を用い
た。DMHyは低温で分解するので600℃以下のよう
な低温成長に適しており、特に低温成長の必要な歪みの
大きい量子井戸層を成長する場合に好ましい。なおキャ
リアガスにはH2を用いた。またこの例では、GaIn
NAs層(量子井戸活性層)は540℃で成長した。M
OCVD法は過飽和度が高くNと他のV族を同時に含ん
だ材料の結晶成長に適している。またMBE法のような
高真空を必要とせず、原料ガスの供給流量や供給時間を
制御すれば良いので量産性にも優れている。さらにこの
例では、所定の大きさのメサ部分をp−GaxIn1-x
yAs1-y(x=0.5、y=1)層に達するまで、p−
AlzGa1-zAs(z=1)被選択酸化層の側面を露出
させて形成し、側面の現れたAlzGa1-zAs(z=
1)層を水蒸気で側面から酸化してAlxy電流狭さく
層を形成している。さらにポリイミド(絶縁膜)でメサ
エッチングで除去した部分を埋め込んで平坦化し、上部
反射鏡上のポリイミドを除去し、p−コンタクト層上に
光出射部を除いてp側電極を形成し、GaAs基板の裏
面にn側電極を形成した。さらにポリイミド(絶縁膜)
を全面に形成して平坦化し、光出射部上に孔の径が基板
方向から絶縁膜方向に向かって次第に大きくなるように
光出射孔を形成した。
Also in this example, although the illustration is omitted because it is complicated in FIG. 3, the structure of the semiconductor distributed Bragg reflecting mirror has a low refractive index layer (low refractive index layer) as shown in FIG. Layer) and a high refractive index layer (high refractive index layer), a material layer Al z Ga 1-z having a refractive index between low and high
As (0 ≦ y <z <x ≦ 1) is provided. And the uppermost p-Al x Ga 1 -x As (x = 0) layer is
It also serves as a contact layer (p-contact layer) for making contact with the electrode. Here, the In composition x of the quantum well active layer is 37%, and the N (nitrogen) composition is 0.1%.
5%. The thickness of the quantum well active layer was 7 nm. The method of growing this surface emitting semiconductor laser is MOC.
Performed by the VD method. The materials constituting each layer of the semiconductor laser include TMA (trimethylaluminum), TMG (trimethylgallium), TMI (trimethylindium),
AsH 3 (arsine), PH 3 (phosphine), and DMHy (dimethylhydrazine) were used as raw materials for nitrogen. Since DMHy decomposes at low temperature, it is suitable for low-temperature growth at a temperature of 600 ° C. or lower, and is particularly preferable when growing a quantum well layer having a large strain that requires low-temperature growth. Note that H 2 was used as a carrier gas. In this example, GaIn
The NAs layer (quantum well active layer) was grown at 540 ° C. M
The OCVD method has a high degree of supersaturation and is suitable for crystal growth of a material containing N and another V group simultaneously. In addition, high vacuum is not required as in the MBE method, and the supply flow rate and supply time of the source gas may be controlled. Further, in this example, a mesa portion having a predetermined size is formed by p-Ga x In 1-x P
y As 1-y (x = 0.5, y = 1), p-
Al z Ga 1 -z As (z = 1) is formed by exposing the side surface of the selectively oxidized layer, and the Al z Ga 1 -z As (z =
1) The layer is oxidized from the side with water vapor to form an Al x O y current narrowing layer. Further, a portion removed by mesa etching with a polyimide (insulating film) is buried and flattened, the polyimide on the upper reflector is removed, and a p-side electrode is formed on the p-contact layer except for a light emitting portion. An n-side electrode was formed on the back surface of. In addition, polyimide (insulating film)
Was formed over the entire surface and flattened, and a light emitting hole was formed on the light emitting portion such that the diameter of the hole gradually increased from the substrate direction toward the insulating film.

【0057】この光出射孔に光ファイバーを挿入する
と、光ファイバの外周縁の径と、光出射孔の径が一致す
るところで光ファイバは停止する。光ファイバと接続孔
の断面は共に円であるので光出射孔を前記の構造にする
ことにより、面発光型半導体レーザ素子の発光部の中心
と、光ファイバの中心とを容易に軸合わせすることがで
きる。なお、本実施例では光ファイバ及び光出射孔の断
面形状が円形である場合示したが、これに限定するもの
ではなく、図1を用いた実施例と同様にたとえば正多角
形の断面の光出射孔に断面が円形の光ファイバを用いた
場合やその逆の場合など、面発光型半導体レーザ素子の
発光部の中心と、光ファイバの中心とを容易に軸合わせ
することができる形状であればかまわない。
When an optical fiber is inserted into the light exit hole, the optical fiber stops when the diameter of the outer peripheral edge of the optical fiber coincides with the diameter of the light exit hole. Since the cross section of both the optical fiber and the connection hole is circular, the center of the light emitting portion of the surface emitting type semiconductor laser device and the center of the optical fiber can be easily aligned by making the light emitting hole the above structure. Can be. In this embodiment, the optical fiber and the light exit hole have a circular cross section. However, the present invention is not limited to this. For example, as in the embodiment shown in FIG. A shape that can easily align the center of the light-emitting portion of the surface-emitting type semiconductor laser device with the center of the optical fiber, such as when an optical fiber having a circular cross section is used for the emission hole or vice versa. I don't care.

【0058】この例においては、被選択酸化層の下部に
上部反射鏡の一部としてGaxIn1 -xyAs1-y(0<
x<1、0<y≦1)層が挿入している。例えばウェッ
トエッチングの場合では、硫酸系エッチャントを用いれ
ば、AlGaAs系に対してGaInPAs系はエッチ
ング停止層として用いることができるため、GaxIn
1-xyAs1-y(0<x<1、0<y≦1)層が挿入さ
れていることで、選択酸化のためのメサエッチングの高
さを厳密に制御できる。このため、均一性、再現性を高
められ、低コスト化が図れる。またこの例の面発光型半
導体レーザ(素子)を一次元または二次元に集積した場
合、素子製作時における制御性が良好になることによ
り、アレイ内の各素子の素子特性の均一性、再現性も極
めて良好になるという効果がある。
In this example, the lower part of the selectively oxidized layer
Ga as part of the top reflectorxIn1 -xPyAs1-y(0 <
x <1, 0 <y ≦ 1) layers are inserted. For example
In the case of etching, a sulfuric acid-based etchant is used.
For example, the GaInPAs system is an etch to the AlGaAs system.
Ga can be used as a stopping layer.xIn
1-xPyAs1-y(0 <x <1, 0 <y ≦ 1) layer inserted
The high mesa etching for selective oxidation.
Can be strictly controlled. Therefore, uniformity and reproducibility are improved.
Cost can be reduced. Also, the surface-emitting type half of this example
When one-dimensional or two-dimensional integration of conductor lasers (elements)
In this case, good controllability during device fabrication
The uniformity and reproducibility of the device characteristics of each device in the array.
There is an effect that it becomes better.

【0059】なおこの例では、エッチングストップ層を
兼ねるGaxIn1-xyAs1-y(0<x<1、0<y≦
1)層を上部反射鏡側に設けたが、下部反射鏡側に設け
ても良い。またこの例においても、上下反射鏡に挟まれ
た、キャリアが注入され再結合する活性領域(本実施例
では上部及び下部スペーサ層と多重量子井戸活性層とか
らなる共振器)において、活性領域内にはAlを含んだ
材料を用いず、さらに下部及び上部反射鏡の低屈折率層
の最も活性層に近い層をGaxIn1-xyAs1-y(0<
x<1、0<y≦1)の非発光再結合防止層としてい
る。つまりこの例では、活性領域内及び反射鏡と活性領
域との界面に、Alを含まない構成としているので、キ
ャリア注入時に、Alに起因していた結晶欠陥が原因と
なる非発光再結合を低減させることができる。
In this example, Ga x In 1-x Py As 1-y (0 <x <1, 0 <y ≦
1) Although the layer is provided on the upper reflecting mirror side, it may be provided on the lower reflecting mirror side. Also in this example, in the active region (in this embodiment, a resonator composed of the upper and lower spacer layers and the multiple quantum well active layer) sandwiched between the upper and lower reflectors and into which carriers are injected and recombined, the active region No material containing Al is used, and the lower refractive index layers of the lower and upper mirrors, which are closest to the active layer, are formed of Ga x In 1-x Py As 1-y (0 <
(x <1, 0 <y ≦ 1). That is, in this example, Al is not included in the active region and at the interface between the reflecting mirror and the active region, so that non-radiative recombination caused by crystal defects caused by Al during carrier injection is reduced. Can be done.

【0060】なお反射鏡と活性領域との界面にAlを含
まない構成を、この例のように上下反射鏡に適用するこ
とが好ましいが、いずれか一方の反射鏡に適用するだけ
でも効果がある。またこの例では、上下反射鏡とも半導
体分布ブラッグ反射鏡としたが、一方の反射鏡を半導体
分布ブラッグ反射鏡とし、他方の反射鏡を誘電体反射鏡
としても良い。さらにこの例でも、GaAs基板と活性
層との間の下部反射鏡に図1の例の場合と同様の考えを
適用したので、活性層の成長時に問題となるAlに起因
する結晶欠陥の活性層への這い上がりによる悪影響が押
さえられ、活性層を高品質に結晶成長することができ
る。
It is preferable to apply a configuration in which Al is not contained at the interface between the reflecting mirror and the active region to the upper and lower reflecting mirrors as in this example, but it is effective to apply it to only one of the reflecting mirrors. . In this example, both the upper and lower reflecting mirrors are semiconductor distributed Bragg reflecting mirrors, but one reflecting mirror may be a semiconductor distributed Bragg reflecting mirror and the other reflecting mirror may be a dielectric reflecting mirror. Further, in this example, the same idea as that of the example of FIG. 1 is applied to the lower reflector between the GaAs substrate and the active layer. Therefore, the active layer of the crystal defect caused by Al which causes a problem during the growth of the active layer. As a result, the active layer can be grown with high quality.

【0061】なお、このような非発光再結合防止層は、
図1、図3のいずれの構成においても半導体分布ブラッ
グ反射鏡の一部を構成するので、その厚さは、媒質内に
おける発振波長λの1/4倍の厚さ(λ/4の厚さ)と
している。あるいはそれを複数層も設けても良い。
Incidentally, such a non-radiative recombination preventing layer is
1 and 3, a part of the semiconductor distributed Bragg reflector is formed, and its thickness is 、 of the oscillation wavelength λ in the medium (thickness of λ / 4). ). Alternatively, a plurality of layers may be provided.

【0062】以上の説明より明らかなように、このよう
な構成により、発光効率は高く、信頼性は実用上十分な
面発光型半導体レーザが得られた。また、半導体分布ブ
ラッグ反射鏡の低屈折率層のすべてではなく、少なくと
も活性領域に最も近い部分をAlを含まないGaxIn
1-xyAs1-y(0<x<1、0<y≦1)の非発光再
結合防止層としただけなので、反射鏡の積層数を特に増
加させることなく、上記効果を得ることができた。また
このような構成にしても、ポリイミドの埋め込みは容易
であるので、配線(この例ではp側電極)が段切れしに
くく、素子の信頼性は高いものが得られる。
As is clear from the above description, a surface-emitting type semiconductor laser having high luminous efficiency and sufficient reliability for practical use was obtained with such a configuration. Also, not all of the low refractive index layers of the semiconductor distributed Bragg reflector, but at least the portion closest to the active region is Ga x In containing no Al.
1-x Py As 1-y (0 <x <1, 0 <y ≦ 1) is used only as a non-radiative recombination prevention layer, so that the above-described effect can be obtained without particularly increasing the number of stacked reflectors. I was able to. In addition, even with such a configuration, since the polyimide can be easily embedded, the wiring (the p-side electrode in this example) is hardly disconnected, and a device having high reliability can be obtained.

【0063】このように製作した面発光型半導体レーザ
の発振波長は約1.3μmであった。この例では、主た
る元素がGa、In、N、Asからなる層を活性層に用
いた(GaInNAs活性層)ので、GaAs基板上に
長波長帯の面発光型半導体レーザを形成できた。またA
lとAsを主成分とした被選択酸化層の選択酸化により
電流狭さくを行ったので、しきい値電流は低かった。被
選択酸化層を選択酸化したAl酸化膜からなる電流狭さ
く層を用いた電流狭さく構造によると、電流狭さく層を
活性層に近づけて形成することで電流の広がりを抑えら
れ、大気に触れない微小領域に効率良くキャリアを閉じ
込めることができる。更に酸化してAl酸化膜となるこ
とで屈折率が小さくなり凸レンズの効果でキャリアの閉
じ込められた微小領域に効率良く光を閉じ込めることが
でき、極めて効率が良くなり、しきい値電流は低減でき
る。また容易に電流狭さく構造を形成できることから、
製造コストを低減できる。
The oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser manufactured in this manner was about 1.3 μm. In this example, a layer composed mainly of Ga, In, N, and As was used as the active layer (GaInNAs active layer), so that a long-wavelength surface emitting semiconductor laser could be formed on a GaAs substrate. A
Since the current was narrowed by selective oxidation of the layer to be selectively oxidized containing l and As as main components, the threshold current was low. According to the current narrowing structure using the current narrowing layer made of the Al oxide film in which the selective oxidation layer is selectively oxidized, the current spreading can be suppressed by forming the current narrowing layer close to the active layer, so that the current narrowing can be prevented from being exposed to the atmosphere. Carriers can be efficiently confined in the region. Further, by oxidizing to form an Al oxide film, the refractive index is reduced, light can be efficiently confined in a minute region in which carriers are confined by the effect of a convex lens, the efficiency is extremely improved, and the threshold current can be reduced. . In addition, because the current narrowing structure can be easily formed,
Manufacturing costs can be reduced.

【0064】以上の説明から明らかなように図3のよう
な構成においても図1の場合と同様に、1.3μm帯の
面発光型半導体レーザを実現でき、しかも低消費電力で
低コストの素子が得られる。なお、図3の面発光型半導
体レーザも図1の場合と同様にMOCVD法で成長させ
ることができるが、MBE法等の他の成長方法を用いる
こともできる。また窒素の原料に、DMHyを用いた
が、活性化した窒素やNH3等他の窒素化合物を用いる
こともできる。さらに活性層の積層構造として3重量子
井戸構造(TQW)の例を示したが、他の井戸数の量子
井戸を用いた構造(SQW、DQW、MQW)等を用い
ることもできる。レーザの構造も他の構造にしてもかま
わない。また図3の面発光型半導体レーザにおいて、G
aInNAs活性層の組成を変えることで、1.55μ
m帯、更にはもっと長波長の1.7μm帯の面発光型半
導体レーザも可能となる。GaInNAs活性層にT
l、Sb、Pなど他のIII−V族元素が含まれていても
かまわない。また活性層にGaAsSbを用いても、G
aAs基板上に1.3μm帯の面発光型半導体レーザを
実現できる。
As is clear from the above description, a 1.3 μm band surface emitting semiconductor laser can be realized in the configuration as shown in FIG. 3 as in the case of FIG. Is obtained. The surface emitting semiconductor laser of FIG. 3 can be grown by MOCVD as in the case of FIG. 1, but other growth methods such as MBE can be used. Although DMHy is used as a nitrogen source, activated nitrogen and other nitrogen compounds such as NH 3 can be used. Furthermore, although an example of a triple quantum well structure (TQW) has been shown as the stacked structure of the active layer, a structure (SQW, DQW, MQW) using a quantum well of another number of wells may be used. The structure of the laser may be another structure. In the surface emitting semiconductor laser of FIG.
By changing the composition of the aInNAs active layer, 1.55 μm
A surface emitting semiconductor laser in the m band, and even in the longer wavelength 1.7 μm band, is also possible. T in the GaInNAs active layer
Other III-V group elements such as l, Sb, and P may be included. Even if GaAsSb is used for the active layer,
A surface emitting semiconductor laser in the 1.3 μm band can be realized on an aAs substrate.

【0065】なお活性層にGaInAsを用いた場合、
従来1.1μmまでが長波長化の限界と考えられていた
が、600℃以下の低温成長により高歪のGaInAs
量子井戸活性層を従来よりも厚く成長することが可能と
なり、波長は1.2μmまで到達できる。このように、
波長1.1μm〜1.7μmの半導体レーザは従来適し
た材料がなかったが、活性層に高歪のGaInAs、G
aInNAs、GaAsSbを用い、かつ非発光再結合
防止層を設けることにより、従来安定発振が困難であっ
た波長1.1μm〜1.7μm帯の長波長領域におい
て、高性能な面発光レーザを実現できるようになり、光
通信システムへの応用ができるようになった。
When GaInAs is used for the active layer,
Conventionally, up to 1.1 μm has been considered to be the limit of increasing the wavelength.
The quantum well active layer can be grown thicker than before, and the wavelength can reach up to 1.2 μm. in this way,
Conventionally, there is no suitable material for the semiconductor laser having a wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm, but GaInAs, G
By using aInNAs and GaAsSb and providing a non-radiative recombination prevention layer, a high-performance surface-emitting laser can be realized in the long wavelength region of the 1.1 μm to 1.7 μm wavelength band where stable oscillation has conventionally been difficult. As a result, application to optical communication systems has become possible.

【0066】図4はこのような長波長帯面発光半導体レ
ーザ素子を、面方位(100)のn−GaAsウエハに
多数のチップとして形成した例、ならびにレーザ素子チ
ップを示したものである。こので示したレーザ素子チッ
プには、1〜n個のレーザ素子が形成されているが、そ
の個数nはその用途に応じて、数ならびに配列方法が決
められる。
FIG. 4 shows an example in which such a long wavelength band surface emitting semiconductor laser device is formed as a large number of chips on an n-GaAs wafer having a (100) plane orientation, and a laser device chip. 1 to n laser elements are formed in the laser element chip shown here, and the number n and the arrangement method are determined according to the application.

【0067】[0067]

【発明の効果】(請求項1に対応した効果)コンピュー
タ・ネットワーク、長距離大容量通信の幹線系など光フ
ァイバー通信が期待されているレーザ発振波長が1.1
μm帯〜1.7μm帯の分野において、動作電圧、発振
閾値電流等を低くでき、レーザ素子の発熱も少なく安定
した発振ができる面発光型半導体レーザが存在しなかっ
たが、本発明のように半導体分布ブラッグ反射鏡を工夫
することにより、動作電圧、発振閾値電流等を低くで
き、レーザ素子の発熱も少なく安定した発振ができ、ま
た低コストで実用的な面発光型半導体レーザーが実現で
きた。さらに、従来検討されていなかった面発光型半導
体レーザ素子チップの発光面側に発光素子部に対応して
開口部を有する絶縁膜層の該開口部を本発明のように工
夫することにより、発光効率を低下させないで有効に使
うことができ、さらに発光素子部で発生する熱による絶
縁膜層の開口部の変形をなくすことが可能である面発光
型半導体レーザ素子チップが実現できた。
(Effect corresponding to Claim 1) The laser oscillation wavelength at which optical fiber communication is expected, such as a computer network or a trunk system for long-distance large-capacity communication, is 1.1.
In the field of the μm band to the 1.7 μm band, there has been no surface emitting semiconductor laser that can lower the operating voltage, the oscillation threshold current, and the like, generate less heat from the laser element, and perform stable oscillation. By devising a semiconductor distributed Bragg reflector, the operating voltage, oscillation threshold current, etc. can be reduced, the laser element generates less heat, stable oscillation can be achieved, and a low-cost, practical surface-emitting semiconductor laser can be realized. . Further, the opening of the insulating film layer having an opening corresponding to the light emitting element portion on the light emitting surface side of the surface emitting semiconductor laser element chip, which has not been studied conventionally, is devised as in the present invention, so that light emission is achieved. A surface-emitting type semiconductor laser device chip which can be used effectively without lowering the efficiency and can eliminate the deformation of the opening of the insulating film layer due to heat generated in the light-emitting device portion has been realized.

【0068】(請求項2に対応した効果)コンピュータ
・ネットワーク、長距離大容量通信の幹線系など光ファ
イバー通信が期待されているレーザ発振波長が1.1μ
m帯〜1.7μm帯の分野において、安定して使用でき
る長波長帯面発光半導体レーザが存在しなかったが、本
発明のように、非発光再結合防止層を設けてなる面発光
型半導体レーザ素子チップとすることにより安定した発
振が可能となり、面発光型半導体レーザーが実現でき
た。さらに、従来検討されていなかった面発光型半導体
レーザ素子チップの発光面側に発光素子部に対応して開
口部を有する絶縁膜層の該開口部を本発明のように工夫
することにより、発光効率を低下させないで有効に使う
ことができ、さらに発光素子部で発生する熱による絶縁
膜層の開口部の変形をなくすことが可能である面発光型
半導体レーザ素子チップが実現できた。
(Effect According to Claim 2) The laser oscillation wavelength at which optical fiber communication is expected to be 1.1 μm, such as a computer network or a trunk system for long-distance large-capacity communication, is 1.1 μm.
In the field of m band to 1.7 μm band, there has been no long-wavelength band surface emitting semiconductor laser that can be used stably, but a surface emitting semiconductor having a non-radiative recombination prevention layer as in the present invention. By using a laser element chip, stable oscillation became possible, and a surface-emitting type semiconductor laser was realized. Further, the opening of the insulating film layer having an opening corresponding to the light emitting element portion on the light emitting surface side of the surface emitting semiconductor laser element chip, which has not been studied conventionally, is devised as in the present invention, so that light emission is achieved. A surface-emitting type semiconductor laser device chip which can be used effectively without lowering the efficiency and can eliminate the deformation of the opening of the insulating film layer due to heat generated in the light-emitting device portion has been realized.

【0069】(請求項3に対応した効果)コンピュータ
・ネットワーク、長距離大容量通信の幹線系など光ファ
イバー通信が期待されているレーザ発振波長が1.1μ
m帯〜1.7μm帯の分野において、動作電圧、発振閾
値電流等を低くでき、レーザ素子の発熱も少なく安定し
た発振ができる面発光型半導体レーザおよびそれを用い
た通信システムが存在しなかったが、本発明のように半
導体分布ブラッグ反射鏡を工夫することにより、動作電
圧、発振閾値電流等を低くでき、レーザ素子の発熱も少
なく安定した発振ができ、また低コストで実用的な光通
信システムが実現できた。さらに、従来検討されていな
かった面発光型半導体レーザ素子上の絶縁膜に形成され
た光出射孔の径を本発明のように工夫することにより、
面発光型半導体レーザ素子の発光部の中心と、光ファイ
バの中心とを容易に軸合わせすることができる光通信シ
ステムが実現できた。
(Effect Corresponding to Claim 3) The laser oscillation wavelength at which optical fiber communication is expected to be 1.1 μm, such as a computer network, a trunk system for long-distance large-capacity communication, etc.
In the field of the m band to 1.7 μm band, there has been no surface emitting semiconductor laser capable of lowering the operating voltage, the oscillation threshold current and the like, generating less heat of the laser element and performing stable oscillation, and a communication system using the same. However, by devising a semiconductor distributed Bragg reflector as in the present invention, the operating voltage, oscillation threshold current, and the like can be reduced, the laser element generates less heat, and stable oscillation can be achieved. The system has been realized. Furthermore, by devising the diameter of the light emitting hole formed in the insulating film on the surface-emitting type semiconductor laser device, which has not been conventionally studied, as in the present invention,
An optical communication system capable of easily aligning the center of the light emitting section of the surface emitting semiconductor laser device with the center of the optical fiber has been realized.

【0070】(請求項4に対応した効果)コンピュータ
・ネットワーク、長距離大容量通信の幹線系など光ファ
イバー通信が期待されているレーザ発振波長が1.1μ
m帯〜1.7μm帯の分野において、安定して使用でき
る長波長帯面発光半導体レーザおよびそれを用いた通信
システムが存在しなかったが、本発明のように、非発光
再結合防止層を設けてなる面発光型半導体レーザ素子チ
ップとすることにより安定した発振が可能となり、これ
を発光光源とした実用的な光通信システムが実現でき
た。さらに、従来検討されていなかった面発光型半導体
レーザ素子上の絶縁膜に形成された光出射孔の径を本発
明のように工夫することにより、面発光型半導体レーザ
素子の発光部の中心と、光ファイバの中心とを容易に軸
合わせすることができる光通信システムが実現できた。
(Effect Corresponding to Claim 4) The laser oscillation wavelength at which optical fiber communication is expected to be 1.1 μm, such as a computer network, a trunk system for long-distance, large-capacity communication, is 1.1 μm.
In the field of m band to 1.7 μm band, there is no long wavelength band surface emitting semiconductor laser that can be used stably and a communication system using the same. By using the surface emitting semiconductor laser device chip thus provided, stable oscillation became possible, and a practical optical communication system using this as a light emitting light source was realized. Further, by devising the diameter of the light emitting hole formed in the insulating film on the surface-emitting type semiconductor laser device, which has not been studied conventionally, as in the present invention, the center of the light-emitting portion of the surface-emitting type semiconductor laser device is improved. Thus, an optical communication system capable of easily aligning the axis with the center of the optical fiber has been realized.

【0071】(請求項5に対応した効果)このような光
通信システムにおいて、面発光型半導体レーザ素子上の
絶縁膜に形成された光出射孔の径を本発明のように工夫
することにより、面発光型半導体レーザ素子の発光部の
中心と、光ファイバの中心とを容易に軸合わせすること
ができる光通信システムが実現できた。
(Effect Corresponding to Claim 5) In such an optical communication system, the diameter of the light emitting hole formed in the insulating film on the surface-emitting type semiconductor laser device is devised as in the present invention. An optical communication system capable of easily aligning the center of the light emitting section of the surface emitting semiconductor laser device with the center of the optical fiber has been realized.

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

【図1】本発明の一実施形態に係る長波長帯面発光半導
体レーザ及び光ファイバの素子部断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of an element portion of a long-wavelength band surface emitting semiconductor laser and an optical fiber according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態に係る長波長帯面発光半導
体レーザ及び光ファイバの素子部断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of an element portion of a long-wavelength band surface emitting semiconductor laser and an optical fiber according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施形態に係る長波長帯面発光半導
体レーザ及び光ファイバの素子部断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of an element portion of a long wavelength band surface emitting semiconductor laser and an optical fiber according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施形態に係る長波長帯面発光半導
体レーザの半導体分布ブラッグ反射鏡の構成の部分断面
図である。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a configuration of a semiconductor distributed Bragg reflector of a long wavelength band surface emitting semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施形態に係る長波長帯面発光半導
体レーザ及び光ファイバの他の構成の素子部断面図であ
FIG. 5 is a sectional view of an element portion of another configuration of a long wavelength band surface emitting semiconductor laser and an optical fiber according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施形態に係る長波長帯面発光半導
体レーザ素子を形成したウエハ基板ならびにレーザ素子
チップを示す平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing a wafer substrate and a laser element chip on which a long wavelength band surface emitting semiconductor laser element according to one embodiment of the present invention is formed.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 正良 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 古田 輝幸 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 宮垣 一也 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 金井 健 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 和多田 篤行 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 佐藤 俊一 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 鈴木 幸栄 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 菅原 悟 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 曳地 秀一 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 Fターム(参考) 5F073 AA51 AA61 AA65 AA74 AB17 AB28 BA02 CA12 DA05 DA14 DA21 DA27 DA35 EA23 FA07 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masayoshi Kato 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Company (72) Inventor Teruyuki Furuta 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Company (72) Inventor Kazuya Miyagaki 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stock Company Ricoh Company (72) Inventor Ken Takeshi 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stock Company Ricoh Company (72) Inventor Watada Atsuyuki 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Ricoh Co., Ltd. (72) Inventor Shunichi Sato 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Ricoh Co., Ltd. (72) Invention Person Yukie Suzuki 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Company (72) Inventor Satoru Sugahara 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stock Company In Ricoh (72) Inventor Shuichi Hikichi 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo F-term in Ricoh Co., Ltd. 5F073 AA51 AA61 AA65 AA74 AB17 AB28 BA02 CA12 DA05 DA14 DA21 DA27 DA35 EA23 FA07

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザチップと該レーザチップと接続さ
れる光通信システムに使用される面発光型半導体レーザ
素子チップにおいて、前記レーザチップは発振波長が
1.1μm〜1.7μmであり、光を発生する活性層
を、主たる元素がGa、In、N、Asからなる層、も
しくはGa、In、Asよりなる層とし、レーザ光を得
るために前記活性層の上部及び下部に設けられた反射鏡
を含んだ共振器構造を有する面発光型半導体レーザ素子
チップであって、前記反射鏡はそれを構成する材料層の
屈折率が小/大と周期的に変化し入射光を光波干渉によ
って反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であるととも
に、前記屈折率が小の材料層はAlxGa1−xAs
(0<x≦1)とし、前記屈折率が大の材料層はAly
Ga1−yAs(0≦y<x≦1)とした反射鏡であ
り、かつ前記屈折率が小と大の材料層の間に該屈折率が
小と大の間の値をとる材料層AlzGa1−zAs(0
≦y<z<x≦1)を設けてなるとともに、前記面発光
型半導体レーザ素子チップの発光面側に発光素子部に対
応して開口部を有する絶縁膜層を形成し、該開口部は、
前記発光素子部の発光領域より大きくしたことを特徴と
する面発光型半導体レーザ素子チップ。
1. A surface emitting semiconductor laser device chip used in a laser chip and an optical communication system connected to the laser chip, wherein the laser chip has an oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm and emits light. The active layer to be generated is a layer whose main element is made of Ga, In, N, As, or a layer made of Ga, In, As, and reflectors provided above and below the active layer to obtain a laser beam. Wherein the reflective mirror periodically changes the refractive index of a material layer constituting the reflector to small / large, and reflects incident light by light wave interference. In addition to the semiconductor distributed Bragg reflector, the material layer having a small refractive index is made of AlxGa1-xAs.
(0 <x ≦ 1), and the material layer having a large refractive index is Aly
A reflecting mirror having Ga1-yAs (0 ≦ y <x ≦ 1), and a material layer AlzGa1- between the material layers having the small and large refractive indexes, wherein the refractive index has a value between small and large. zAs (0
≦ y <z <x ≦ 1), and an insulating film layer having an opening corresponding to the light emitting element portion is formed on the light emitting surface side of the surface emitting semiconductor laser element chip. ,
A surface-emitting type semiconductor laser device chip characterized in that the light-emitting region is larger than a light-emitting region of the light-emitting device portion.
【請求項2】 レーザチップと該レーザチップと接続さ
れる光通信システムに使用される面発光型半導体レーザ
素子チップにおいて、前記レーザチップは発振波長が
1.1μm〜1.7μmであり、光を発生する活性層
を、主たる元素がGa、In、N、Asからなる層、も
しくはGa、In、Asよりなる層とし、レーザ光を得
るために前記活性層の上部及び下部に設けられた反射鏡
を含んだ共振器構造を有する面発光型半導体レーザ素子
チップであって、前記反射鏡はそれを構成する材料の屈
折率が小/大と周期的に変化し入射光を光波干渉によっ
て反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であるとともに、
前記屈折率が小の材料はAlxGa1−xAs(0<x
≦1)とし、前記屈折率が大の材料はAlyGa1−y
As(0≦y<x≦1)とした反射鏡であり、前記活性
層と前記反射鏡の間にGaInPもしくはGaInPA
sよりなる非発光再結合防止層を設けてなるとともに、
前記面発光型半導体レーザ素子チップの発光面側に発光
素子部に対応して開口部を有する絶縁膜層を形成し、該
開口部は、前記発光素子部の発光領域より大きくしたこ
とを特徴とする面発光型半導体レーザ素子チップ。
2. A surface emitting semiconductor laser device chip used in a laser chip and an optical communication system connected to the laser chip, wherein the laser chip has an oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm and emits light. The active layer to be generated is a layer whose main element is made of Ga, In, N, As, or a layer made of Ga, In, As, and reflectors provided above and below the active layer to obtain a laser beam. A semiconductor laser device chip having a resonator structure including: a semiconductor device in which the reflecting mirror periodically changes the refractive index of a material constituting the reflecting mirror to small / large and reflects incident light by light wave interference. A distributed Bragg reflector,
The material having a small refractive index is AlxGa1-xAs (0 <x
≦ 1), and the material having a large refractive index is AlyGa1-y
A reflecting mirror having As (0 ≦ y <x ≦ 1), wherein GaInP or GaInPA is provided between the active layer and the reflecting mirror;
a non-radiative recombination prevention layer made of s
An insulating film layer having an opening corresponding to the light emitting element portion is formed on the light emitting surface side of the surface emitting semiconductor laser element chip, and the opening is larger than the light emitting region of the light emitting element portion. Surface emitting semiconductor laser chip.
【請求項3】 レーザチップと該レーザチップと接続さ
れる光通信システムにおいて、前記レーザチップは発振
波長が1.1μm〜1.7μmであり、光を発生する活
性層を、主たる元素がGa、In、N、Asからなる
層、もしくはGa、In、Asよりなる層とし、レーザ
光を得るために前記活性層の上部及び下部に設けられた
反射鏡を含んだ共振器構造を有する面発光型半導体レー
ザ素子チップであって、前記反射鏡はそれを構成する材
料層の屈折率が小/大と周期的に変化し入射光を光波干
渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であると
ともに、前記屈折率が小の材料層はAlxGa1-xAs
(0<x≦1)とし、前記屈折率が大の材料層はAly
Ga1-yAs(0≦y<x≦1)とした反射鏡であり、
かつ前記屈折率が小と大の材料層の間に該屈折率が小と
大の間の値をとる材料層AlzGa1-zAs(0≦y<z
<x≦1)を設けてなる面発光型半導体レーザ素子チッ
プを発光光源としたものであり、該面発光型半導体レー
ザ素子上の絶縁膜に形成された光出射孔の径が基板方向
から絶縁膜方向に向かって次第に大きくなり、かつ絶縁
膜表面の径が光接続される光ファイバーの外径よりも大
きいように形成され、該孔の側壁に光ファイバの外周縁
が接触し、前記光ファイバと前記面発光型半導体レーザ
素子とが位置合わせされて光接続されていることを特徴
とする光通信システム。
3. In a laser chip and an optical communication system connected to the laser chip, the laser chip has an oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm, and has an active layer for generating light, wherein the main element is Ga, A surface emitting type having a layer structure of In, N, and As or a layer of Ga, In, and As and having a resonator structure including reflectors provided above and below the active layer to obtain a laser beam. A semiconductor laser element chip, wherein the reflecting mirror is a semiconductor distributed Bragg reflecting mirror that periodically changes a refractive index of a material layer constituting the reflecting mirror to small / large and reflects incident light by light wave interference; The material layer having a small ratio is Al x Ga 1 -x As.
(0 <x ≦ 1) and then, the material layer of the refractive index is large is Al y
A reflecting mirror having Ga 1-y As (0 ≦ y <x ≦ 1),
And a material layer Al z Ga 1 -z As (0 ≦ y <z) in which the refractive index takes a value between small and large between the material layers with small and large refractive indexes.
<X ≦ 1) is used as a light emitting light source, and the diameter of a light emitting hole formed in an insulating film on the surface emitting semiconductor laser element is insulated from the substrate direction. The diameter of the insulating film surface is gradually increased toward the film direction, and the diameter of the insulating film surface is formed so as to be larger than the outer diameter of the optical fiber to be optically connected. An optical communication system wherein the surface-emitting type semiconductor laser device is positioned and optically connected.
【請求項4】 レーザチップと該レーザチップと接続さ
れる光通信システムにおいて、前記レーザチップは発振
波長が1.1μm〜1.7μmであり、光を発生する活
性層を、主たる元素がGa、In、N、Asからなる
層、もしくはGa、In、Asよりなる層とし、レーザ
光を得るために前記活性層の上部及び下部に設けられた
反射鏡を含んだ共振器構造を有する面発光型半導体レー
ザ素子チップであって、前記反射鏡はそれを構成する材
料の屈折率が小/大と周期的に変化し入射光を光波干渉
によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であるとと
もに、前記屈折率が小の材料はAlxGa1-xAs(0<
x≦1)とし、前記屈折率が大の材料はAlyGa1-y
s(0≦y<x≦1)とした反射鏡であり、前記活性層
と前記反射鏡の間にGaInPもしくはGaInPAs
よりなる非発光再結合防止層を設けてなる面発光型半導
体レーザ素子チップを発光光源としたものであり、該面
発光型半導体レーザ素子上の絶縁膜に形成された光出射
孔の径が基板方向から絶縁膜方向に向かって次第に大き
くなり、かつ絶縁膜表面の径が光接続される光ファイバ
ーの外径よりも大きいように形成され、該孔の側壁に光
ファイバの外周縁が接触し、前記光ファイバと前記面発
光型半導体レーザ素子とが位置合わせされて光接続され
ていることを特徴とする光通信システム。
4. In a laser chip and an optical communication system connected to the laser chip, the laser chip has an oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm, and has an active layer for generating light, wherein the main element is Ga, A surface emitting type having a layer structure of In, N, and As or a layer of Ga, In, and As and having a resonator structure including reflectors provided above and below the active layer to obtain a laser beam. A semiconductor laser device chip, wherein the reflecting mirror is a semiconductor distributed Bragg reflecting mirror that periodically changes the refractive index of a material forming the reflecting mirror to small / large and reflects incident light by light wave interference; Is smaller than Al x Ga 1 -x As (0 <
x ≦ 1), and the material having a large refractive index is Al y Ga 1-y A
s (0 ≦ y <x ≦ 1), wherein GaInP or GaInPAs is provided between the active layer and the reflector.
A surface-emitting type semiconductor laser element chip provided with a non-light-emitting recombination prevention layer comprising a light-emitting source, and a light-emitting hole formed in an insulating film on the surface-emitting type semiconductor laser element has a diameter of the substrate. From the direction toward the insulating film direction, the diameter of the insulating film surface is formed so as to be larger than the outer diameter of the optical fiber to be optically connected, and the outer peripheral edge of the optical fiber contacts the side wall of the hole, An optical communication system wherein an optical fiber and the surface-emitting type semiconductor laser device are aligned and optically connected.
【請求項5】 前記光出射孔の最小径が光ファイバのコ
ア径よりも大きく、外周縁よりも小さいことを特徴とす
る請求項3、4に記載の光通信システム。
5. The optical communication system according to claim 3, wherein a minimum diameter of the light exit hole is larger than a core diameter of the optical fiber and smaller than an outer peripheral edge.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007019348A (en) * 2005-07-08 2007-01-25 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Surface emitting laser

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JP2007019348A (en) * 2005-07-08 2007-01-25 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Surface emitting laser

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