JP2002305354A - 面発光型半導体レーザ素子 - Google Patents
面発光型半導体レーザ素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発光効率に優れ、温度特性が良く、しかも長
寿命で、長波長域のレーザ光を発光する面発光型半導体
レーザ素子を提供する。 【解決手段】 本面発光型半導体レーザ素子５０は、ｎ
−ＧａＡｓ基板５１上に形成された発振波長８５０ｎｍ
のＡｌ（Ｇａ）Ａｓ系第１の面発光型半導体レーザ構造
部５２と、第１の面発光型半導体レーザ構造部５２上に
モノリシックに集積され、第１の面発光型半導体レーザ
構造部から放射されるレーザ光で光励起される発振波長
１３００ｎｍのＧａＩｎＮＡｓ系材料からなる吸収領域
を有する第２の面発光型半導体レーザ構造部５３とを備
えている。第２の面発光型半導体レーザ構造部は、Ｇａ
ＩｎＮＡｓ系量子井戸活性層７０と、ノンドープＤＢＲ
ミラー６６、７４を有する。
寿命で、長波長域のレーザ光を発光する面発光型半導体
レーザ素子を提供する。 【解決手段】 本面発光型半導体レーザ素子５０は、ｎ
−ＧａＡｓ基板５１上に形成された発振波長８５０ｎｍ
のＡｌ（Ｇａ）Ａｓ系第１の面発光型半導体レーザ構造
部５２と、第１の面発光型半導体レーザ構造部５２上に
モノリシックに集積され、第１の面発光型半導体レーザ
構造部から放射されるレーザ光で光励起される発振波長
１３００ｎｍのＧａＩｎＮＡｓ系材料からなる吸収領域
を有する第２の面発光型半導体レーザ構造部５３とを備
えている。第２の面発光型半導体レーザ構造部は、Ｇａ
ＩｎＮＡｓ系量子井戸活性層７０と、ノンドープＤＢＲ
ミラー６６、７４を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、長波長帯面発光型
半導体レーザ素子に関し、更に詳細には、発光効率が高
く、温度特性が良好で、しかも寿命の長い長波長帯面発
光型半導体レーザ素子に関するものである。
半導体レーザ素子に関し、更に詳細には、発光効率が高
く、温度特性が良好で、しかも寿命の長い長波長帯面発
光型半導体レーザ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】面発光型半導体レーザ素子は、基板に対
して直交方向に光を出射させる半導体レーザ素子であっ
て、従来のファブリペロー共振器型半導体レーザ素子と
は異なり、同じ基板上に２次元的アレイ状に多数の面発
光型半導体レーザ素子を配列することが可能なこともあ
って、近年、データ通信分野で注目されている半導体レ
ーザ素子である。面発光型半導体レーザ素子は、ＧａＡ
ｓやＩｎＰといった半導体基板上にＡｌＧａＡｓ／Ｇａ
Ａｓ等を用いた１対の半導体多層膜反射鏡を形成し、そ
の対の反射鏡の間に発光領域となる活性層を有する。そ
して、電流閉じ込め効果に優れた、Ａｌ酸化層による電
流狭窄構造を構成した、低しきい値、高効率で動作する
酸化狭窄型の面発光型半導体レーザ素子が提案されてい
る。
して直交方向に光を出射させる半導体レーザ素子であっ
て、従来のファブリペロー共振器型半導体レーザ素子と
は異なり、同じ基板上に２次元的アレイ状に多数の面発
光型半導体レーザ素子を配列することが可能なこともあ
って、近年、データ通信分野で注目されている半導体レ
ーザ素子である。面発光型半導体レーザ素子は、ＧａＡ
ｓやＩｎＰといった半導体基板上にＡｌＧａＡｓ／Ｇａ
Ａｓ等を用いた１対の半導体多層膜反射鏡を形成し、そ
の対の反射鏡の間に発光領域となる活性層を有する。そ
して、電流閉じ込め効果に優れた、Ａｌ酸化層による電
流狭窄構造を構成した、低しきい値、高効率で動作する
酸化狭窄型の面発光型半導体レーザ素子が提案されてい
る。
【０００３】長波長帯の面発光型半導体レーザ素子とし
て、ＧａＩｎＮＡｓ系材料を活性層に用いた面発光型半
導体レーザ素子が注目されている。ＧａＩｎＮＡｓ系面
発光型半導体レーザ素子は、ＧａＡｓ基板上に形成でき
るため、熱伝導率が良好で、反射率の高いＡｌ（Ｇａ）
Ａｓ系ＤＢＲミラーを用いることができるので、１．２
μｍ〜１．６μｍの長波長域の光を発光できるレーザ素
子として有望視されている。
て、ＧａＩｎＮＡｓ系材料を活性層に用いた面発光型半
導体レーザ素子が注目されている。ＧａＩｎＮＡｓ系面
発光型半導体レーザ素子は、ＧａＡｓ基板上に形成でき
るため、熱伝導率が良好で、反射率の高いＡｌ（Ｇａ）
Ａｓ系ＤＢＲミラーを用いることができるので、１．２
μｍ〜１．６μｍの長波長域の光を発光できるレーザ素
子として有望視されている。
【０００４】図６を参照して、従来のＧａＩｎＮＡｓ系
長波長帯面発光型半導体レーザ素子の構成を説明する。
図６は従来のＧａＩｎＮＡｓ系長波長帯面発光型半導体
レーザ素子の構成を示す断面模式図である。まず、従来
のＧａＩｎＮＡｓ系面発光型半導体レーザ素子１０は、
ｎ−ＧａＡｓ基板１２上に、それぞれの層の厚さがλ／
４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）のｎ−Ａｌ0.9Ｇａ
Ａｓ／ｎ−ＧａＡｓの３５ペアからなる下部ＤＢＲミラ
ー１４、下部クラッド層１６、量子井戸活性層１８、上
部クラッド層２０、及び、それぞれの層の厚さがλ／４
ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）のｐ−Ａｌ0.9ＧａＡ
ｓ／ｐ−ＧａＡｓの２５ペアからなる上部ＤＢＲミラー
２２の積層構造を備えている。
長波長帯面発光型半導体レーザ素子の構成を説明する。
図６は従来のＧａＩｎＮＡｓ系長波長帯面発光型半導体
レーザ素子の構成を示す断面模式図である。まず、従来
のＧａＩｎＮＡｓ系面発光型半導体レーザ素子１０は、
ｎ−ＧａＡｓ基板１２上に、それぞれの層の厚さがλ／
４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）のｎ−Ａｌ0.9Ｇａ
Ａｓ／ｎ−ＧａＡｓの３５ペアからなる下部ＤＢＲミラ
ー１４、下部クラッド層１６、量子井戸活性層１８、上
部クラッド層２０、及び、それぞれの層の厚さがλ／４
ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）のｐ−Ａｌ0.9ＧａＡ
ｓ／ｐ−ＧａＡｓの２５ペアからなる上部ＤＢＲミラー
２２の積層構造を備えている。
【０００５】上部ＤＢＲミラー２２では、活性層１８に
近い側の一層が、ｐ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ層に代えて、ｐ
−ＡｌＡｓ層２４で形成され、かつ電流注入領域以外の
領域のＡｌＡｓ層２４のＡｌが選択的に酸化され、Ａｌ
酸化層２５からなる電流狭窄層を構成している。また、
量子井戸活性層１８は、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓから
なり、井戸層は、井戸膜厚が８ｎｍの圧縮歪２．５％の
Ｇａ0.63Ｉｎ0.37Ｎ0.01Ａｓ0.99で形成され、障壁層は
膜厚１０ｎｍのＧａＡｓ層で形成されている。
近い側の一層が、ｐ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ層に代えて、ｐ
−ＡｌＡｓ層２４で形成され、かつ電流注入領域以外の
領域のＡｌＡｓ層２４のＡｌが選択的に酸化され、Ａｌ
酸化層２５からなる電流狭窄層を構成している。また、
量子井戸活性層１８は、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓから
なり、井戸層は、井戸膜厚が８ｎｍの圧縮歪２．５％の
Ｇａ0.63Ｉｎ0.37Ｎ0.01Ａｓ0.99で形成され、障壁層は
膜厚１０ｎｍのＧａＡｓ層で形成されている。
【０００６】積層構造のうち、上部ＤＢＲミラー２２
は、フォトリソグラフィー処理及びエッチング加工によ
り、ＡｌＡｓ層２４よりも下方まで、例えば直径３０μ
ｍの円形のメサポストに加工されている。メサポストに
加工した積層構造を水蒸気雰囲気中にて、約４００℃の
温度で酸化処理を行い、メサポストの外側からＡｌＡｓ
層２４のＡｌを選択的に酸化させることにより、Ａｌ酸
化層２５からなる電流狭窄層が形成されている。例えば
Ａｌ酸化層２５の幅が１０μｍの帯状のリングとした場
合、中央のＡｌＡｓ層２４の面積、即ち電流注入される
面積（アパーチャ）は、約８０μｍ2（直径１０μｍ）
の円形になる。
は、フォトリソグラフィー処理及びエッチング加工によ
り、ＡｌＡｓ層２４よりも下方まで、例えば直径３０μ
ｍの円形のメサポストに加工されている。メサポストに
加工した積層構造を水蒸気雰囲気中にて、約４００℃の
温度で酸化処理を行い、メサポストの外側からＡｌＡｓ
層２４のＡｌを選択的に酸化させることにより、Ａｌ酸
化層２５からなる電流狭窄層が形成されている。例えば
Ａｌ酸化層２５の幅が１０μｍの帯状のリングとした場
合、中央のＡｌＡｓ層２４の面積、即ち電流注入される
面積（アパーチャ）は、約８０μｍ2（直径１０μｍ）
の円形になる。
【０００７】メサポストは、周囲が例えばポリイミド２
６により埋め込まれている。そして、メサポスト上部に
外周５μｍ〜１０μｍ程度の幅で接触するリング状電極
がｐ側電極２８として設けられている。また、基板裏面
を適宜研磨して基板厚さを例えば２００μｍ厚に調整し
た後、ｎ−ＧａＡｓ基板１２の裏面にｎ側電極３０が形
成されている。また、ポリイミド２６上には、外部端子
とワイヤーでボンディングするための電極パッド３２
が、リング電極２８と接触するようにリング状に形成さ
れている。
６により埋め込まれている。そして、メサポスト上部に
外周５μｍ〜１０μｍ程度の幅で接触するリング状電極
がｐ側電極２８として設けられている。また、基板裏面
を適宜研磨して基板厚さを例えば２００μｍ厚に調整し
た後、ｎ−ＧａＡｓ基板１２の裏面にｎ側電極３０が形
成されている。また、ポリイミド２６上には、外部端子
とワイヤーでボンディングするための電極パッド３２
が、リング電極２８と接触するようにリング状に形成さ
れている。
【０００８】上述のように、ＧａＩｎＮＡｓ系材料は、
ＧａＡｓ基板上に形成可能なため、既存の８５０ｎｍ帯
面発光型半導体レーザ素子の作製技術を用いて、長波長
帯の面発光型半導体レーザ素子を実現することができる
重宝な材料である。
ＧａＡｓ基板上に形成可能なため、既存の８５０ｎｍ帯
面発光型半導体レーザ素子の作製技術を用いて、長波長
帯の面発光型半導体レーザ素子を実現することができる
重宝な材料である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＧａＩｎＮ
Ａｓ系材料は、ＧａＩｎＮＡｓ中のＩｎ組成（Ｉｎ含有
量）を増やすことによって長波長化することができるも
のの、Ｉｎ組成を増やすと、ＧａＡｓ基板に対して歪量
が大きくなるために、Ｉｎ組成は３０〜４０％程度が限
界であって、その際の発振波長は１．１〜１．２５μｍ
位である。一方、ＧａＩｎＮＡｓ中のＮ組成を増やすこ
とによっても、長波長化が可能である。すなわち、波長
を上述の１．２μｍよりも長くするには、Ｎ組成を調整
して、波長を制御する必要がある。通常、Ｎの組成が
０．５％〜１％の範囲で、発光波長１．３μｍの面発光
型半導体レーザ素子を実現させることができる。
Ａｓ系材料は、ＧａＩｎＮＡｓ中のＩｎ組成（Ｉｎ含有
量）を増やすことによって長波長化することができるも
のの、Ｉｎ組成を増やすと、ＧａＡｓ基板に対して歪量
が大きくなるために、Ｉｎ組成は３０〜４０％程度が限
界であって、その際の発振波長は１．１〜１．２５μｍ
位である。一方、ＧａＩｎＮＡｓ中のＮ組成を増やすこ
とによっても、長波長化が可能である。すなわち、波長
を上述の１．２μｍよりも長くするには、Ｎ組成を調整
して、波長を制御する必要がある。通常、Ｎの組成が
０．５％〜１％の範囲で、発光波長１．３μｍの面発光
型半導体レーザ素子を実現させることができる。
【００１０】しかし、Ｎ組成を増大すると、フォトルミ
ネッセンス（ＰＬ）のピーク強度が低下する。例えばＮ
組成０．５％の場合でも、Ｎを含まない場合に比べて、
ＰＬ強度が１／１００程度に劣化する。これはＮを導入
することにより、結晶性が劣化するためであると考えら
れる。１．５５μｍの発光波長の面発光型半導体レーザ
素子を実現するためには、Ｎの組成を５％程度まで増や
すことが必要であるものの、この場合には、更に結晶性
の劣化が顕著となり、ＰＬピーク強度が低下する。つま
り、ＧａＩｎＮＡｓ系材料は、ＧａＡｓ基板上に長波長
帯面発光型半導体レーザ素子を実現できる優れた材料で
あるものの、１．３μｍ以上の長波長域の面発光型半導
体レーザ素子を実現するには、０．５％以上にＮ組成を
大きくする必要がある。しかし、これでは、結晶性が劣
化して、ＰＬピーク強度が低下し、素子の信頼性に影響
を与える。１．５５μｍ程度まで発光波長を長くした場
合には、Ｎ組成を５％程度に増やすことが必要であるこ
とから、特に、影響が大きい。
ネッセンス（ＰＬ）のピーク強度が低下する。例えばＮ
組成０．５％の場合でも、Ｎを含まない場合に比べて、
ＰＬ強度が１／１００程度に劣化する。これはＮを導入
することにより、結晶性が劣化するためであると考えら
れる。１．５５μｍの発光波長の面発光型半導体レーザ
素子を実現するためには、Ｎの組成を５％程度まで増や
すことが必要であるものの、この場合には、更に結晶性
の劣化が顕著となり、ＰＬピーク強度が低下する。つま
り、ＧａＩｎＮＡｓ系材料は、ＧａＡｓ基板上に長波長
帯面発光型半導体レーザ素子を実現できる優れた材料で
あるものの、１．３μｍ以上の長波長域の面発光型半導
体レーザ素子を実現するには、０．５％以上にＮ組成を
大きくする必要がある。しかし、これでは、結晶性が劣
化して、ＰＬピーク強度が低下し、素子の信頼性に影響
を与える。１．５５μｍ程度まで発光波長を長くした場
合には、Ｎ組成を５％程度に増やすことが必要であるこ
とから、特に、影響が大きい。
【００１１】また、Ｎの導入による結晶性の劣化に起因
して、量子効率の低下が生じるという問題もある。例え
ば、Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ＧａＡｓＤＢＲミラーを用いて
いる面発光型半導体レーザ素子では、Ａｌ0.9ＧａＡｓ
層とＧａＡｓ層の界面にヘテロスパイクが存在するた
め、それによる動作電圧の上昇を防ぐために、ある程度
の量の不純物、例えば１〜５×１０18ｃｍ-3程度の不純
物をドーピングしている。この不純物によるフリーキャ
リア吸収が発生するために、量子効率の低下を招き、光
出力が大きく低下する。
して、量子効率の低下が生じるという問題もある。例え
ば、Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ＧａＡｓＤＢＲミラーを用いて
いる面発光型半導体レーザ素子では、Ａｌ0.9ＧａＡｓ
層とＧａＡｓ層の界面にヘテロスパイクが存在するた
め、それによる動作電圧の上昇を防ぐために、ある程度
の量の不純物、例えば１〜５×１０18ｃｍ-3程度の不純
物をドーピングしている。この不純物によるフリーキャ
リア吸収が発生するために、量子効率の低下を招き、光
出力が大きく低下する。
【００１２】以上のように、ＧａＩｎＮＡｓ系面発光型
半導体レーザ素子は、ＧａＡｓ基板上に形成できるた
め、熱伝導性が良好で、反射率の高い、Ａｌ（Ｇａ）Ａ
ｓ系ＤＢＲミラーを用いることができるので、１．２μ
ｍ〜１．６μｍの長波長域の光を発光できる面発光型半
導体レーザ素子として注目されているものの、従来の構
成では、高効率で、温度特性の良好な、かつ信頼性の高
い、長波長帯面発光型半導体レーザ素子を実現すること
が難しかった。そのために、従来のＧａＩｎＮＡｓ系面
発光型半導体レーザ素子より、高効率で、しかも温度特
性が良く、長寿命の面発光型半導体レーザ素子が要望さ
れている。
半導体レーザ素子は、ＧａＡｓ基板上に形成できるた
め、熱伝導性が良好で、反射率の高い、Ａｌ（Ｇａ）Ａ
ｓ系ＤＢＲミラーを用いることができるので、１．２μ
ｍ〜１．６μｍの長波長域の光を発光できる面発光型半
導体レーザ素子として注目されているものの、従来の構
成では、高効率で、温度特性の良好な、かつ信頼性の高
い、長波長帯面発光型半導体レーザ素子を実現すること
が難しかった。そのために、従来のＧａＩｎＮＡｓ系面
発光型半導体レーザ素子より、高効率で、しかも温度特
性が良く、長寿命の面発光型半導体レーザ素子が要望さ
れている。
【００１３】ところで、長波長帯の面発光型半導体レー
ザ素子を実現する方法として、別の方法も提案されてい
る。例えば、特表平１０−５０１９２７号公報は、短波
長ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface-Emitting Sem
iconductor Laser）と短波長ＶＣＳＥＬにより光ポンピ
ングされる長波長ＶＣＳＥＬとを有する長波長帯光学デ
バイスを開示している。図７を参照して、開示された長
波長帯光学デバイスの構成を説明する。光学デバイス４
０は、図７に示すように、電気エネルギーでポンピング
される９８０ｎｍの短波長ＶＣＳＥＬ４１と、短波長Ｖ
ＣＳＥＬ４１で発振された光でポンピングされる、９８
０ｎｍより長波長の長波長ＶＣＳＥＬ４２とを備えてい
る。長波長ＶＣＳＥＬ４２は、ＧａＡｓ基板４３上に、
ドーピングされていない下部ＧａＡｓ／ＡｌＡｓミラー
４４、発光構造４５、及び上部の誘電体ミラー４６を有
し、長波長ＶＣＳＥＬ４２のＧａＡｓ基板４３が光学接
着剤４７や金属結合によって、または、ウエハ接着技術
によって短波長ＶＣＳＥＬ４１のＧａＡｓ基板４８に接
合されている。短波長ＶＣＳＥＬ４１も長波長ＶＣＳＥ
Ｌ４２と同じ構造を備えている。
ザ素子を実現する方法として、別の方法も提案されてい
る。例えば、特表平１０−５０１９２７号公報は、短波
長ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface-Emitting Sem
iconductor Laser）と短波長ＶＣＳＥＬにより光ポンピ
ングされる長波長ＶＣＳＥＬとを有する長波長帯光学デ
バイスを開示している。図７を参照して、開示された長
波長帯光学デバイスの構成を説明する。光学デバイス４
０は、図７に示すように、電気エネルギーでポンピング
される９８０ｎｍの短波長ＶＣＳＥＬ４１と、短波長Ｖ
ＣＳＥＬ４１で発振された光でポンピングされる、９８
０ｎｍより長波長の長波長ＶＣＳＥＬ４２とを備えてい
る。長波長ＶＣＳＥＬ４２は、ＧａＡｓ基板４３上に、
ドーピングされていない下部ＧａＡｓ／ＡｌＡｓミラー
４４、発光構造４５、及び上部の誘電体ミラー４６を有
し、長波長ＶＣＳＥＬ４２のＧａＡｓ基板４３が光学接
着剤４７や金属結合によって、または、ウエハ接着技術
によって短波長ＶＣＳＥＬ４１のＧａＡｓ基板４８に接
合されている。短波長ＶＣＳＥＬ４１も長波長ＶＣＳＥ
Ｌ４２と同じ構造を備えている。
【００１４】しかし、上述した光学デバイス４０は、長
波長ＶＣＳＥＬ４２と短波長ＶＣＳＥＬ４１とを光学的
に一体化するために、ウエハ接着技術等を必要としてい
るので、生産性が極めて低いという問題を有し、前述の
課題を解決する長波長帯面発光型半導体レーザ素子の量
産化に適していない。
波長ＶＣＳＥＬ４２と短波長ＶＣＳＥＬ４１とを光学的
に一体化するために、ウエハ接着技術等を必要としてい
るので、生産性が極めて低いという問題を有し、前述の
課題を解決する長波長帯面発光型半導体レーザ素子の量
産化に適していない。
【００１５】そこで、本発明の目的は、発光効率が高
く、温度特性が良好で、しかも長寿命な、ＧａＩｎＮＡ
ｓ系面発光型半導体レーザ素子を提供することにある。
く、温度特性が良好で、しかも長寿命な、ＧａＩｎＮＡ
ｓ系面発光型半導体レーザ素子を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、高効率で、
温度特性の良好な、かつ長寿命な長波長帯面発光型半導
体レーザ素子を実現するためには、前述した種々の問題
から、ＧａＩｎＮＡｓ系材料を吸収領域に用い、ウエハ
接着技術を必要としないモノリシックに集積された２段
ＶＣＳＥＬからなる光学デバイスを着想し、実験の末
に、本発明を発明するに到った。つまり、それは、Ｇａ
Ａｓ基板上に形成され、Ａｌ（Ｇａ）Ａｓ系ミラーとＧ
ａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸活性層とを有し、電気エ
ネルギーでポンピングされ、発振波長８５０ｎｍの光を
発光する第１の面発光型半導体レーザ構造と、ＧａＩｎ
ＮＡｓ量子井戸活性層とアンドープＡｌ（Ｇａ）Ａｓ系
ミラーとを有し、第１の面発光型半導体レーザ構造と光
結合し、１３００ｎｍの発振波長で発振する第２の面発
光型半導体レーザ素子とをモノリシックに集積させた光
学デバイスである。
温度特性の良好な、かつ長寿命な長波長帯面発光型半導
体レーザ素子を実現するためには、前述した種々の問題
から、ＧａＩｎＮＡｓ系材料を吸収領域に用い、ウエハ
接着技術を必要としないモノリシックに集積された２段
ＶＣＳＥＬからなる光学デバイスを着想し、実験の末
に、本発明を発明するに到った。つまり、それは、Ｇａ
Ａｓ基板上に形成され、Ａｌ（Ｇａ）Ａｓ系ミラーとＧ
ａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸活性層とを有し、電気エ
ネルギーでポンピングされ、発振波長８５０ｎｍの光を
発光する第１の面発光型半導体レーザ構造と、ＧａＩｎ
ＮＡｓ量子井戸活性層とアンドープＡｌ（Ｇａ）Ａｓ系
ミラーとを有し、第１の面発光型半導体レーザ構造と光
結合し、１３００ｎｍの発振波長で発振する第２の面発
光型半導体レーザ素子とをモノリシックに集積させた光
学デバイスである。
【００１７】上記目的を達成するために、本発明に係る
面発光型半導体レーザ素子は、ＧａＡｓ基板上に形成さ
れた第１の面発光型半導体レーザ構造部と、第１の面発
光型半導体レーザ構造部上にモノリシックに集積され、
第１の面発光型半導体レーザ構造部の発振波長よりもバ
ンドギャップ波長が長いＧａＩｎＮＡｓ系材料からなる
吸収領域を有するＧａＩｎＮＡｓ系第２の面発光型半導
体レーザ構造部とを備え、第１の面発光型半導体レーザ
構造部から出射されたレーザ光により第２の面発光型半
導体レーザ構造部を光励起し、第２の面発光型半導体レ
ーザのレーザ光を出力することを特徴としている。
面発光型半導体レーザ素子は、ＧａＡｓ基板上に形成さ
れた第１の面発光型半導体レーザ構造部と、第１の面発
光型半導体レーザ構造部上にモノリシックに集積され、
第１の面発光型半導体レーザ構造部の発振波長よりもバ
ンドギャップ波長が長いＧａＩｎＮＡｓ系材料からなる
吸収領域を有するＧａＩｎＮＡｓ系第２の面発光型半導
体レーザ構造部とを備え、第１の面発光型半導体レーザ
構造部から出射されたレーザ光により第２の面発光型半
導体レーザ構造部を光励起し、第２の面発光型半導体レ
ーザのレーザ光を出力することを特徴としている。
【００１８】本発明で吸収領域とは、第１の面発光型半
導体レーザ構造部で発振されたレーザ光を吸収する化合
物半導体層である。活性層は、バルクでも、単一量子井
戸構造でも、多重量子井戸構造でも良い。また、量子井
戸構造の場合、その両側に光閉じ込め層を設けても良
い。また、第２の面発光型半導体レーザ構造部の活性層
はＧａＩｎＮＡｓ系活性層で形成されているものの、Ｇ
ａＩｎＮＡｓ活性層に直接電流を流さないので、ＤＢＲ
ミラー等で発生する内部発熱が抑制される。よって、活
性層の温度上昇を小さく抑えることができる。すなわ
ち、前記電流と熱の存在を無くすことにより転位等の結
晶欠陥の発生、増殖が抑制され、結果として寿命が長く
なる。また、第２の面発光型半導体レーザ構造部の量子
井戸活性層がＧａＩｎＮＡｓ系で形成されているので、
温度特性が良好である。更には、第２の面発光型半導体
レーザ構造部がＧａＩｎＮＡｓ系であるから、第１の面
発光型半導体レーザ構造に続いてＧａＡｓ基板上に連続
的にエピタキシャル成長させることができる。つまり、
第２の面発光型半導体レーザ構造部は第１の面発光型半
導体レーザ構造部上にモノリシックに集積されているの
で、従来の接着法等を用いた場合に比べて、生産性が著
しく高い。
導体レーザ構造部で発振されたレーザ光を吸収する化合
物半導体層である。活性層は、バルクでも、単一量子井
戸構造でも、多重量子井戸構造でも良い。また、量子井
戸構造の場合、その両側に光閉じ込め層を設けても良
い。また、第２の面発光型半導体レーザ構造部の活性層
はＧａＩｎＮＡｓ系活性層で形成されているものの、Ｇ
ａＩｎＮＡｓ活性層に直接電流を流さないので、ＤＢＲ
ミラー等で発生する内部発熱が抑制される。よって、活
性層の温度上昇を小さく抑えることができる。すなわ
ち、前記電流と熱の存在を無くすことにより転位等の結
晶欠陥の発生、増殖が抑制され、結果として寿命が長く
なる。また、第２の面発光型半導体レーザ構造部の量子
井戸活性層がＧａＩｎＮＡｓ系で形成されているので、
温度特性が良好である。更には、第２の面発光型半導体
レーザ構造部がＧａＩｎＮＡｓ系であるから、第１の面
発光型半導体レーザ構造に続いてＧａＡｓ基板上に連続
的にエピタキシャル成長させることができる。つまり、
第２の面発光型半導体レーザ構造部は第１の面発光型半
導体レーザ構造部上にモノリシックに集積されているの
で、従来の接着法等を用いた場合に比べて、生産性が著
しく高い。
【００１９】本発明の好適な実施態様では、第２の面発
光型半導体レーザ構造部の吸収領域が、Ｇａ1-XＩｎXＮ
yＡｓ1-y（０≦Ｘ≦０．４５、０≦ｙ≦０．１）からな
るか、又はＧａ1-XＩｎXＮyＳｂzＡｓ1-y-z（０≦Ｘ≦
０．４５、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ≦０．０５）からな
る。Ｘが０．４５を超えると、歪量が増加し、良好な結
晶の形成が困難になり、ｙが０．１を超えると、結晶欠
陥の増大により、ＰＬ発光強度が著しく低下する。ま
た、ｚが０．０５を超えると、サーファクタントとして
の効果がなくなる。吸収領域がＳｂを含むことにより、
結晶成長時に、Ｓｂがサーファクタントとして働くた
め、三次元成長が抑制され、良好な結晶が得られるとい
う効果がある。
光型半導体レーザ構造部の吸収領域が、Ｇａ1-XＩｎXＮ
yＡｓ1-y（０≦Ｘ≦０．４５、０≦ｙ≦０．１）からな
るか、又はＧａ1-XＩｎXＮyＳｂzＡｓ1-y-z（０≦Ｘ≦
０．４５、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ≦０．０５）からな
る。Ｘが０．４５を超えると、歪量が増加し、良好な結
晶の形成が困難になり、ｙが０．１を超えると、結晶欠
陥の増大により、ＰＬ発光強度が著しく低下する。ま
た、ｚが０．０５を超えると、サーファクタントとして
の効果がなくなる。吸収領域がＳｂを含むことにより、
結晶成長時に、Ｓｂがサーファクタントとして働くた
め、三次元成長が抑制され、良好な結晶が得られるとい
う効果がある。
【００２０】本発明の更に好適な実施態様では、第２の
面発光型半導体レーザ構造部の吸収領域の少なくとも片
方の側のＤＢＲミラーが、アンドープ半導体多層膜から
なるＤＢＲミラーである。第２の面発光型半導体レーザ
構造部に、直接、電流を流さないので、ＤＢＲミラーは
抵抗を下げる必要はなく、アンドープとすることができ
る。これにより、ＤＢＲミラー内で不純物によるフリー
キャリア吸収を抑制できるので、結果的に発光効率は向
上する。
面発光型半導体レーザ構造部の吸収領域の少なくとも片
方の側のＤＢＲミラーが、アンドープ半導体多層膜から
なるＤＢＲミラーである。第２の面発光型半導体レーザ
構造部に、直接、電流を流さないので、ＤＢＲミラーは
抵抗を下げる必要はなく、アンドープとすることができ
る。これにより、ＤＢＲミラー内で不純物によるフリー
キャリア吸収を抑制できるので、結果的に発光効率は向
上する。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。尚、以下の実施形態例で示した膜種、膜厚、
成膜方法、その他寸法等は、本発明の理解を容易にする
ための例示であって、本発明はこれら例示に限定される
ものではない。実施形態例 本実施形態例は、本発明に係る面発光型半導体レーザ素
子の実施形態の１例であって、図１は本実施形態例の面
発光型半導体レーザ素子の構成を示す模式的断面図であ
る。本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子５０は、
ｎ−ＧａＡｓ基板５１上に形成された発振波長８５０ｎ
ｍのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系第１の面発光型半導体レ
ーザ構造部５２と、第１の面発光型半導体レーザ構造部
５２上にモノリシックに集積され、第１の面発光型半導
体レーザ構造部から出射されるレーザ光で光励起される
発振波長１３００ｎｍのＧａＩｎＮＡｓ系第２の面発光
型半導体レーザ構造部５３とを備えている。
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。尚、以下の実施形態例で示した膜種、膜厚、
成膜方法、その他寸法等は、本発明の理解を容易にする
ための例示であって、本発明はこれら例示に限定される
ものではない。実施形態例 本実施形態例は、本発明に係る面発光型半導体レーザ素
子の実施形態の１例であって、図１は本実施形態例の面
発光型半導体レーザ素子の構成を示す模式的断面図であ
る。本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子５０は、
ｎ−ＧａＡｓ基板５１上に形成された発振波長８５０ｎ
ｍのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系第１の面発光型半導体レ
ーザ構造部５２と、第１の面発光型半導体レーザ構造部
５２上にモノリシックに集積され、第１の面発光型半導
体レーザ構造部から出射されるレーザ光で光励起される
発振波長１３００ｎｍのＧａＩｎＮＡｓ系第２の面発光
型半導体レーザ構造部５３とを備えている。
【００２２】第１の面発光型半導体レーザ構造部５２
は、ｎ−ＧａＡｓ基板５１上に、それぞれの層の厚さが
λ／４ｎ（λは発振波長、ｎは構成層の屈折率、以下同
じ）のｎ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ｎ−Ａｌ0.2 ＧａＡｓの
３５ペアからなる下部ＤＢＲミラー５４、下部クラッド
層５６、量子井戸活性層５８、上部クラッド層６０、及
び、それぞれの層の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎ
は屈折率）のｐ−Ａｌ0. 9ＧａＡｓ／ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ
Ａｓの２５ペアからなる上部ＤＢＲミラー６２の積層構
造を備えている。
は、ｎ−ＧａＡｓ基板５１上に、それぞれの層の厚さが
λ／４ｎ（λは発振波長、ｎは構成層の屈折率、以下同
じ）のｎ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ｎ−Ａｌ0.2 ＧａＡｓの
３５ペアからなる下部ＤＢＲミラー５４、下部クラッド
層５６、量子井戸活性層５８、上部クラッド層６０、及
び、それぞれの層の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎ
は屈折率）のｐ−Ａｌ0. 9ＧａＡｓ／ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ
Ａｓの２５ペアからなる上部ＤＢＲミラー６２の積層構
造を備えている。
【００２３】下部ＤＢＲミラー５４及び上部ＤＢＲミラ
ー６２は、波長８５０ｎｍ帯の光の反射鏡として機能す
る厚さを有し、また、活性層５８は、発振波長８５０ｎ
ｍのＧａＡｓ／Ａｌ0.2ＧａＡｓ量子井戸として形成さ
れている。更に、上部ＤＢＲミラー６２では、活性層５
８に近い側の一層が、ｎ−Ａｌ0. 9ＧａＡｓ層に代え
て、ＡｌＡｓ層６４で形成され、かつ電流注入領域以外
の領域のＡｌＡｓ層６４のＡｌが選択的に酸化され、Ａ
ｌ酸化層６５からなる電流狭窄層を構成している。ま
た、積層構造のうち、上部ＤＢＲミラー６２は、Ａｌ酸
化層６５より下方の一部下部層を残して、例えば直径４
０μｍの円形のエアポスト状の第１メサポストにエッチ
ング加工されている。尚、電流注入領域は、例えばＡｌ
酸化層６５の幅が１５μｍの帯状のリングとした場合、
中央のＡｌＡｓ層６４の面積、即ち電流注入される面積
（アパーチャ）は、約８０μｍ2（直径１０μｍ）の円
形になる。
ー６２は、波長８５０ｎｍ帯の光の反射鏡として機能す
る厚さを有し、また、活性層５８は、発振波長８５０ｎ
ｍのＧａＡｓ／Ａｌ0.2ＧａＡｓ量子井戸として形成さ
れている。更に、上部ＤＢＲミラー６２では、活性層５
８に近い側の一層が、ｎ−Ａｌ0. 9ＧａＡｓ層に代え
て、ＡｌＡｓ層６４で形成され、かつ電流注入領域以外
の領域のＡｌＡｓ層６４のＡｌが選択的に酸化され、Ａ
ｌ酸化層６５からなる電流狭窄層を構成している。ま
た、積層構造のうち、上部ＤＢＲミラー６２は、Ａｌ酸
化層６５より下方の一部下部層を残して、例えば直径４
０μｍの円形のエアポスト状の第１メサポストにエッチ
ング加工されている。尚、電流注入領域は、例えばＡｌ
酸化層６５の幅が１５μｍの帯状のリングとした場合、
中央のＡｌＡｓ層６４の面積、即ち電流注入される面積
（アパーチャ）は、約８０μｍ2（直径１０μｍ）の円
形になる。
【００２４】第２の面発光型半導体レーザ構造部５３
は、第１の面発光型半導体レーザ構造部５２の上部ＤＢ
Ｒミラー６２上に、それぞれの層の厚さがλ／４ｎのノ
ンドープのＡｌ0.9ＧａＡｓ／Ａｌ0.2ＧａＡｓの３０ペ
アからなる第２下部ＤＢＲミラー６６、下部クラッド層
６８、ＧａＩｎＮＡｓ系量子井戸活性層７０、上部クラ
ッド層７２、及び、それぞれの層の厚さがλ／４ｎのノ
ンドープのＡｌ0.9ＧａＡｓ／Ａｌ0.2ＧａＡｓの２５ペ
アからなる第２上部ＤＢＲミラー７４からなる積層構造
を備えている。ＧａＩｎＮＡｓ系量子井戸活性層７０
は、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓからなり、井戸層は、井
戸数が２で膜厚が８ｎｍの圧縮歪２．５％のＧａ0.63Ｉ
ｎ0.37Ｎ 0.01Ａｓ0.99で形成され、ＧａＡｓ障壁層は膜
厚が１０ｎｍのＧａＡｓ層で形成されていて、１．３μ
ｍの発振波長で発振する。また、第２下部及び上部ＤＢ
Ｒミラー６６、７４は、波長１３００ｎｍ帯の光の反射
鏡として機能する厚さを有する。
は、第１の面発光型半導体レーザ構造部５２の上部ＤＢ
Ｒミラー６２上に、それぞれの層の厚さがλ／４ｎのノ
ンドープのＡｌ0.9ＧａＡｓ／Ａｌ0.2ＧａＡｓの３０ペ
アからなる第２下部ＤＢＲミラー６６、下部クラッド層
６８、ＧａＩｎＮＡｓ系量子井戸活性層７０、上部クラ
ッド層７２、及び、それぞれの層の厚さがλ／４ｎのノ
ンドープのＡｌ0.9ＧａＡｓ／Ａｌ0.2ＧａＡｓの２５ペ
アからなる第２上部ＤＢＲミラー７４からなる積層構造
を備えている。ＧａＩｎＮＡｓ系量子井戸活性層７０
は、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓからなり、井戸層は、井
戸数が２で膜厚が８ｎｍの圧縮歪２．５％のＧａ0.63Ｉ
ｎ0.37Ｎ 0.01Ａｓ0.99で形成され、ＧａＡｓ障壁層は膜
厚が１０ｎｍのＧａＡｓ層で形成されていて、１．３μ
ｍの発振波長で発振する。また、第２下部及び上部ＤＢ
Ｒミラー６６、７４は、波長１３００ｎｍ帯の光の反射
鏡として機能する厚さを有する。
【００２５】第２下部ＤＢＲミラー６６、下部クラッド
層６８、ＧａＩｎＮＡｓ系量子井戸活性層７０、上部ク
ラッド層７２、及び第２上部ＤＢＲミラー７４からなる
積層構造は、第１メサポストより直径の小さい、例えば
直径３０μｍの円形のエアポスト状の第２メサポストに
エッチング加工されている。第１メサポストの上面の外
周には、５μｍ〜１０μｍ程度の幅のリング状金属膜か
らなるｐ側電極７６が設けられている。また、積層構造
の外側にはｐ側電極７６を除きＳｉＮX 保護膜７８が形
成されている。また、ｎ−ＧａＡｓ基板５１は、例えば
２００μｍ厚に研磨され、基板裏面には、ｎ側電極８０
が形成されている。
層６８、ＧａＩｎＮＡｓ系量子井戸活性層７０、上部ク
ラッド層７２、及び第２上部ＤＢＲミラー７４からなる
積層構造は、第１メサポストより直径の小さい、例えば
直径３０μｍの円形のエアポスト状の第２メサポストに
エッチング加工されている。第１メサポストの上面の外
周には、５μｍ〜１０μｍ程度の幅のリング状金属膜か
らなるｐ側電極７６が設けられている。また、積層構造
の外側にはｐ側電極７６を除きＳｉＮX 保護膜７８が形
成されている。また、ｎ−ＧａＡｓ基板５１は、例えば
２００μｍ厚に研磨され、基板裏面には、ｎ側電極８０
が形成されている。
【００２６】本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子
５０は、第１の面発光型半導体レーザ構造部５２から出
射される波長８５０ｎｍのレーザ光によって、ＧａＩｎ
ＮＡｓ量子井戸からなる波長１．３μｍ帯活性層７０を
有する第２の面発光型半導体レーザ構造部５３を光励起
して、波長１．３μｍのレーザ光を発光することができ
る。面発光型半導体レーザ素子５０では、ＧａＩｎＮＡ
ｓ量子井戸活性層７０に直接電流を注入しないので、素
子寿命は第１の面発光型半導体レーザ構造部５２によっ
て決まる。よって、従来のＧａＩｎＮＡｓ系面発光型半
導体レーザ素子より素子の寿命が長くなる。また、Ｇａ
ＩｎＮＡｓ量子井戸活性層に直接電流を注入しないの
で、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸活性層７０の両側に形成し
た波長１．３μｍ用のＤＢＲミラー６６、７４をノンド
ープとすることができる。よって、不純物によるフリー
キャリア吸収を低減できるので、光出力（効率）の改善
が期待できる。
５０は、第１の面発光型半導体レーザ構造部５２から出
射される波長８５０ｎｍのレーザ光によって、ＧａＩｎ
ＮＡｓ量子井戸からなる波長１．３μｍ帯活性層７０を
有する第２の面発光型半導体レーザ構造部５３を光励起
して、波長１．３μｍのレーザ光を発光することができ
る。面発光型半導体レーザ素子５０では、ＧａＩｎＮＡ
ｓ量子井戸活性層７０に直接電流を注入しないので、素
子寿命は第１の面発光型半導体レーザ構造部５２によっ
て決まる。よって、従来のＧａＩｎＮＡｓ系面発光型半
導体レーザ素子より素子の寿命が長くなる。また、Ｇａ
ＩｎＮＡｓ量子井戸活性層に直接電流を注入しないの
で、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸活性層７０の両側に形成し
た波長１．３μｍ用のＤＢＲミラー６６、７４をノンド
ープとすることができる。よって、不純物によるフリー
キャリア吸収を低減できるので、光出力（効率）の改善
が期待できる。
【００２７】以下に、図２及び図３を参照して、本実施
形態例の面発光型半導体レーザ素子の作製方法を説明す
る。図２（ａ）及び（ｂ）と図３（ｃ）及び（ｄ）は、
それぞれ、本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子を
作製する際の工程毎の断面図である。まず、図２（ａ）
に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板５１上に、例えばＭＯ
ＣＶＤ法によって、順次、ｎ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ｎ−
Ａｌ0.2ＧａＡｓの３５ペアからなる下部ＤＢＲミラー
５４、下部クラッド層５６、量子井戸活性層５８、上部
クラッド層６０、ｐ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ｐ−Ａｌ0.2Ｇ
ａＡｓの２５ペアからなる上部ＤＢＲミラー６２を形成
して、第１の積層構造を作製する。ここで、上部ＤＢＲ
ミラー６２の形成に際しては、後の工程で電流狭窄層と
なるＡｌ酸化層を形成するために、活性層に近い側の層
をＡｌＧａＡｓ層に代えて、ＡｌＡｓ層６４を成膜す
る。
形態例の面発光型半導体レーザ素子の作製方法を説明す
る。図２（ａ）及び（ｂ）と図３（ｃ）及び（ｄ）は、
それぞれ、本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子を
作製する際の工程毎の断面図である。まず、図２（ａ）
に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板５１上に、例えばＭＯ
ＣＶＤ法によって、順次、ｎ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ｎ−
Ａｌ0.2ＧａＡｓの３５ペアからなる下部ＤＢＲミラー
５４、下部クラッド層５６、量子井戸活性層５８、上部
クラッド層６０、ｐ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ｐ−Ａｌ0.2Ｇ
ａＡｓの２５ペアからなる上部ＤＢＲミラー６２を形成
して、第１の積層構造を作製する。ここで、上部ＤＢＲ
ミラー６２の形成に際しては、後の工程で電流狭窄層と
なるＡｌ酸化層を形成するために、活性層に近い側の層
をＡｌＧａＡｓ層に代えて、ＡｌＡｓ層６４を成膜す
る。
【００２８】更に、図２（ｂ）に示すように、ＭＯＣＶ
Ｄ法により、上部ＤＢＲミラー６２上に連続して、順
次、ノンドープのＡｌ0.9ＧａＡｓ／Ａｌ0.2ＧａＡｓの
３０ペアからなる第２下部ＤＢＲミラー６６、下部クラ
ッド層６８、ＧａＩｎＮＡｓ系量子井戸活性層７０、上
部クラッド層７２、及び、ノンドープのＡｌ0.9ＧａＡ
ｓ／Ａｌ0.2ＧａＡｓの２５ペアからなる第２上部ＤＢ
Ｒミラー７４を形成して、第２の積層構造を作製する。
Ｄ法により、上部ＤＢＲミラー６２上に連続して、順
次、ノンドープのＡｌ0.9ＧａＡｓ／Ａｌ0.2ＧａＡｓの
３０ペアからなる第２下部ＤＢＲミラー６６、下部クラ
ッド層６８、ＧａＩｎＮＡｓ系量子井戸活性層７０、上
部クラッド層７２、及び、ノンドープのＡｌ0.9ＧａＡ
ｓ／Ａｌ0.2ＧａＡｓの２５ペアからなる第２上部ＤＢ
Ｒミラー７４を形成して、第２の積層構造を作製する。
【００２９】次に、図３（ｃ）に示すように、通常のフ
ォトリソグラフィー処理、次いでドライエッチング技術
又はケミカルエッチング技術により、第１上部ＤＢＲミ
ラーの下層部を残した第１の積層構造の第１上部ＤＢＲ
ミラー６２、及び第２の積層構造をエッチングして、例
えば直径４０μｍの円形の第１メサポストを形成する。
次いで、図３（ｄ）に示すように、再度、通常のフォト
リソグラフィー処理、次いでドライエッチング技術又は
ケミカルエッチング技術により、第２の積層構造をエッ
チングして、例えば直径３０μｍの円形の第２メサポス
トを形成する。
ォトリソグラフィー処理、次いでドライエッチング技術
又はケミカルエッチング技術により、第１上部ＤＢＲミ
ラーの下層部を残した第１の積層構造の第１上部ＤＢＲ
ミラー６２、及び第２の積層構造をエッチングして、例
えば直径４０μｍの円形の第１メサポストを形成する。
次いで、図３（ｄ）に示すように、再度、通常のフォト
リソグラフィー処理、次いでドライエッチング技術又は
ケミカルエッチング技術により、第２の積層構造をエッ
チングして、例えば直径３０μｍの円形の第２メサポス
トを形成する。
【００３０】次に、水蒸気雰囲気中にて、約４００℃の
温度で酸化処理を行い、ＡｌＡｓ層６４をメサポストの
外側から選択的に酸化させ、Ａｌ酸化層６５に転化す
る。Ａｌ酸化に際しては、例えばＡｌ酸化層の幅が１５
μｍの帯状のリング形状とした場合、中心のＡｌＡｓ層
６４の面積、即ち電流注入される面積（アパーチャ）は
約８０μｍ2（直径１０μｍ）の円形になるように、酸
化時間を制御する。
温度で酸化処理を行い、ＡｌＡｓ層６４をメサポストの
外側から選択的に酸化させ、Ａｌ酸化層６５に転化す
る。Ａｌ酸化に際しては、例えばＡｌ酸化層の幅が１５
μｍの帯状のリング形状とした場合、中心のＡｌＡｓ層
６４の面積、即ち電流注入される面積（アパーチャ）は
約８０μｍ2（直径１０μｍ）の円形になるように、酸
化時間を制御する。
【００３１】次に、リング状のｐ側電極７６の部分を除
き積層構造の面全体にＳｉＮX 保護膜７８を成膜し、続
いて第１メサポスト上部に外周５μｍ程度の幅で接触す
るリング状のｐ側電極７６を形成する。また、ｎ−Ｇａ
Ａｓ基板５１の裏面を研磨して基板厚さを例えば２００
μｍ厚に調整した後、裏面にｎ側電極８０を形成する。
き積層構造の面全体にＳｉＮX 保護膜７８を成膜し、続
いて第１メサポスト上部に外周５μｍ程度の幅で接触す
るリング状のｐ側電極７６を形成する。また、ｎ−Ｇａ
Ａｓ基板５１の裏面を研磨して基板厚さを例えば２００
μｍ厚に調整した後、裏面にｎ側電極８０を形成する。
【００３２】以上の工程を経て、発振波長８５０ｎｍの
第１の面発光型半導体レーザ構造５２と、第１の面発光
型半導体レーザ構造５２上にモノリシックに集積され、
第１の面発光型半導体レーザ構造から出射されるレーザ
光で光励起される発振波長１３０ｎｍの第２の面発光型
半導体レーザ構造５３とを備え、１３００ｎｍのレーザ
光を発光する面発光型半導体レーザ素子５０を作製する
ことができる。
第１の面発光型半導体レーザ構造５２と、第１の面発光
型半導体レーザ構造５２上にモノリシックに集積され、
第１の面発光型半導体レーザ構造から出射されるレーザ
光で光励起される発振波長１３０ｎｍの第２の面発光型
半導体レーザ構造５３とを備え、１３００ｎｍのレーザ
光を発光する面発光型半導体レーザ素子５０を作製する
ことができる。
【００３３】実験例１ 本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子５０と同じ構
成の試料を上述の方法に従って作製し、温度８５℃、注
入電流１０ｍＡの条件で、ＡＣＣ（Auto Current Contr
ol）駆動を行い、図４に示す結果を得た。図４は動作時
間の経過に対応する面発光型半導体レーザ素子の光出力
の変化率を示すグラフであって、グラフ（１）は本実施
形態例の面発光型半導体レーザ素子５０の試料の結果で
あり、グラフ（２）は前述した従来のＧａＩｎＮＡｓ系
面発光型半導体レーザ素子１０の結果を示している。図
４から判る通り、従来の面発光型半導体レーザ素子１０
の光出力が動作時間の経過につれて急激に低下するのに
対して、面発光型半導体レーザ素子５０の試料は、１
０，０００時間以上の動作時間が経過しても、光出力の
変化が殆どなく、信頼性が著しく向上している。
成の試料を上述の方法に従って作製し、温度８５℃、注
入電流１０ｍＡの条件で、ＡＣＣ（Auto Current Contr
ol）駆動を行い、図４に示す結果を得た。図４は動作時
間の経過に対応する面発光型半導体レーザ素子の光出力
の変化率を示すグラフであって、グラフ（１）は本実施
形態例の面発光型半導体レーザ素子５０の試料の結果で
あり、グラフ（２）は前述した従来のＧａＩｎＮＡｓ系
面発光型半導体レーザ素子１０の結果を示している。図
４から判る通り、従来の面発光型半導体レーザ素子１０
の光出力が動作時間の経過につれて急激に低下するのに
対して、面発光型半導体レーザ素子５０の試料は、１
０，０００時間以上の動作時間が経過しても、光出力の
変化が殆どなく、信頼性が著しく向上している。
【００３４】実験例２ また、面発光型半導体レーザ素子５０の試料及び従来の
面発光型半導体レーザ素子１０の注入電流対光出力特性
を図５に示す。測定は、２５℃連続（ＣＷ）動作にて行
った。図中、グラフ（１）は本実施形態例の面発光型半
導体レーザ素子５０試料の結果であり、グラフ（２）は
前述した従来の面発光型半導体レーザ素子１０の結果を
示している。図５から判る通り、面発光型半導体レーザ
素子５０の試料の光出力が、従来の面発光型半導体レー
ザ素子１０に比べて著しく高く、発光効率が大幅に改善
している。
面発光型半導体レーザ素子１０の注入電流対光出力特性
を図５に示す。測定は、２５℃連続（ＣＷ）動作にて行
った。図中、グラフ（１）は本実施形態例の面発光型半
導体レーザ素子５０試料の結果であり、グラフ（２）は
前述した従来の面発光型半導体レーザ素子１０の結果を
示している。図５から判る通り、面発光型半導体レーザ
素子５０の試料の光出力が、従来の面発光型半導体レー
ザ素子１０に比べて著しく高く、発光効率が大幅に改善
している。
【００３５】また、注入電流対光主力特性の温度特性を
測定した結果、温度２０℃のときの光出力と温度８５℃
のときの光出力を比較すると、従来の面発光型半導体レ
ーザ素子１０の光出力が１／１０程度に減少するのに対
して、面発光型半導体レーザ素子５０の試料の光出力の
低下は、２／３程度と著しく小さかった。実験例１、２
の結果から、本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子
５０は、信頼性が向上し、発光効率が高く、また温度特
性が良好である。
測定した結果、温度２０℃のときの光出力と温度８５℃
のときの光出力を比較すると、従来の面発光型半導体レ
ーザ素子１０の光出力が１／１０程度に減少するのに対
して、面発光型半導体レーザ素子５０の試料の光出力の
低下は、２／３程度と著しく小さかった。実験例１、２
の結果から、本実施形態例の面発光型半導体レーザ素子
５０は、信頼性が向上し、発光効率が高く、また温度特
性が良好である。
【００３６】本実施形態例では、第２の面発光型半導体
レーザ構造５３の活性層７０は、Ｇａ0.63Ｉｎ0.37Ｎ
0.01Ａｓ0.99／ＧａＡｓ量子井戸構造として構成されて
いるが、これに代えて、Ｇａ1-XＩｎXＮyＳｂzＡｓ
1-y-z（０≦Ｘ≦０．４５、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ≦
０．０５）／ＧａＡｓ量子井戸構造、例えばＧａ0.63Ｉ
ｎ0. 37Ｎ0.01Ｓｂ0.016 Ａｓ0.974 ／ＧａＡｓ量子井戸
構造として構成することもできる。これにより、井戸層
の品質向上の効果がある。また、バリア層の材料は、Ｇ
ａＡｓに限る必要はない。
レーザ構造５３の活性層７０は、Ｇａ0.63Ｉｎ0.37Ｎ
0.01Ａｓ0.99／ＧａＡｓ量子井戸構造として構成されて
いるが、これに代えて、Ｇａ1-XＩｎXＮyＳｂzＡｓ
1-y-z（０≦Ｘ≦０．４５、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ≦
０．０５）／ＧａＡｓ量子井戸構造、例えばＧａ0.63Ｉ
ｎ0. 37Ｎ0.01Ｓｂ0.016 Ａｓ0.974 ／ＧａＡｓ量子井戸
構造として構成することもできる。これにより、井戸層
の品質向上の効果がある。また、バリア層の材料は、Ｇ
ａＡｓに限る必要はない。
【００３７】また、本実施形態例では、励起光源用の第
１の面発光型半導体レーザ構造として、８５０ｎｍ帯の
面発光型半導体レーザ構造を使用した例を挙げている
が、８５０ｎｍ帯に限らず、ＧａＡｓ基板上に形成可能
で、バンドギャップ波長が励起される側のレーザ構造の
バンドギャップ波長よりも短いものであれば良く、例え
ば、励起される側のレーザ構造のバンドギャップ波長が
１．２μｍ〜１．６５μｍの場合、励起光源のバンドギ
ャップ波長は、０．６μｍ〜１．２５μｍの範囲で選択
できる。
１の面発光型半導体レーザ構造として、８５０ｎｍ帯の
面発光型半導体レーザ構造を使用した例を挙げている
が、８５０ｎｍ帯に限らず、ＧａＡｓ基板上に形成可能
で、バンドギャップ波長が励起される側のレーザ構造の
バンドギャップ波長よりも短いものであれば良く、例え
ば、励起される側のレーザ構造のバンドギャップ波長が
１．２μｍ〜１．６５μｍの場合、励起光源のバンドギ
ャップ波長は、０．６μｍ〜１．２５μｍの範囲で選択
できる。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、ＧａＡｓ基板上に形成
された第１のレーザ構造部と、第１のレーザ構造部上に
モノリシックに集積され、第１のレーザ構造部の発振波
長よりもバンドギャップ波長が長いＧａＩｎＮＡｓ系材
料からなる吸収領域を有する第２のレーザ構造部とで面
発光型半導体レーザ素子を構成し、第１のレーザ構造部
から出射されたレーザ光により第２のレーザ構造部を光
励起することにより、安定した温度特性を示し、高い発
光効率で長波長域のレーザ光を発光する、長寿命の面発
光型半導体レーザ素子を実現している。
された第１のレーザ構造部と、第１のレーザ構造部上に
モノリシックに集積され、第１のレーザ構造部の発振波
長よりもバンドギャップ波長が長いＧａＩｎＮＡｓ系材
料からなる吸収領域を有する第２のレーザ構造部とで面
発光型半導体レーザ素子を構成し、第１のレーザ構造部
から出射されたレーザ光により第２のレーザ構造部を光
励起することにより、安定した温度特性を示し、高い発
光効率で長波長域のレーザ光を発光する、長寿命の面発
光型半導体レーザ素子を実現している。
【図１】実施形態例の面発光型半導体レーザ素子の構成
を示す模式的断面図である。
を示す模式的断面図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、実施形態
例の面発光型半導体レーザ素子を作製する際の工程毎の
断面図である。
例の面発光型半導体レーザ素子を作製する際の工程毎の
断面図である。
【図３】図３（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれ、図２
（ｂ）に続いて、実施形態例の面発光型半導体レーザ素
子を作製する際の工程毎の断面図である。
（ｂ）に続いて、実施形態例の面発光型半導体レーザ素
子を作製する際の工程毎の断面図である。
【図４】動作時間の経過に対応する面発光型半導体レー
ザ素子の光出力の変化率を示すグラフである。
ザ素子の光出力の変化率を示すグラフである。
【図５】注入電流と光出力との関係を示すグラフであ
る。
る。
【図６】従来の長波長帯ＧａＩｎＮＡｓ系面発光型半導
体レーザ素子の構成を示す断面模式図である。
体レーザ素子の構成を示す断面模式図である。
【図７】光学デバイスの構成を示す断面図である。
１０ 従来のＧａＩｎＮＡｓ系面発光型半導体レーザ素
子 １２ ｎ−ＧａＡｓ基板 １４ ｎ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ｎ−ＧａＡｓの３５ペア
からなる下部ＤＢＲミラー １６ 下部クラッド層 １８ 量子井戸活性層 ２０ 上部クラッド層 ２２ ｐ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ｐ−ＧａＡｓの２５ペア
からなる上部ＤＢＲミラー ２４ ＡｌＡｓ層 ２５ Ａｌ酸化層 ２６ ポリイミド ２８ ｐ側電極 ３０ ｎ側電極 ３２ 電極パッド ４０ 光学デバイス ４１ 短波長ＶＣＳＥＬ ４２ 長波長ＶＣＳＥＬ ４３ ＧａＡｓ基板 ４４ 下部ＧａＡｓ／ＡｌＡｓミラー ４５ 発光構造 ４６ 上部の誘電体ミラー ４７ 光学接着剤 ４８ ＧａＡｓ基板 ５０ 実施形態例の面発光型半導体レーザ素子 ５１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ５２ 発振波長８５０ｎｍの第１の面発光型半導体レー
ザ構造部 ５３ 発振波長１３００ｎｍの第２の面発光型半導体レ
ーザ構造部 ５４ ｎ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ｎ−Ａｌ0.2 ＧａＡｓの
３５ペアからなる下部ＤＢＲミラー ５６ 下部クラッド層 ５８ 量子井戸活性層 ６０ 上部クラッド層 ６２ ｐ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ｐ−Ａｌ0.2 ＧａＡｓの
２５ペアからなる上部ＤＢＲミラー ６４ ＡｌＡｓ層 ６５ Ａｌ酸化層 ６６ ノンドープＡｌ0.9ＧａＡｓ／Ａｌ0.2ＧａＡｓの
３０ペアからなる第２下部ＤＢＲミラー ６８ 下部クラッド層 ７０ ＧａＩｎＮＡｓ系量子井戸活性層 ７２ 上部クラッド層 ７４ ノンドープＡｌ0.9ＧａＡｓ／Ａｌ0.2ＧａＡｓの
２５ペアからなる第２上部ＤＢＲミラー ７６ ｐ側電極 ７８ ＳｉＮｘ保護膜 ８０ ｎ側電極
子 １２ ｎ−ＧａＡｓ基板 １４ ｎ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ｎ−ＧａＡｓの３５ペア
からなる下部ＤＢＲミラー １６ 下部クラッド層 １８ 量子井戸活性層 ２０ 上部クラッド層 ２２ ｐ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ｐ−ＧａＡｓの２５ペア
からなる上部ＤＢＲミラー ２４ ＡｌＡｓ層 ２５ Ａｌ酸化層 ２６ ポリイミド ２８ ｐ側電極 ３０ ｎ側電極 ３２ 電極パッド ４０ 光学デバイス ４１ 短波長ＶＣＳＥＬ ４２ 長波長ＶＣＳＥＬ ４３ ＧａＡｓ基板 ４４ 下部ＧａＡｓ／ＡｌＡｓミラー ４５ 発光構造 ４６ 上部の誘電体ミラー ４７ 光学接着剤 ４８ ＧａＡｓ基板 ５０ 実施形態例の面発光型半導体レーザ素子 ５１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ５２ 発振波長８５０ｎｍの第１の面発光型半導体レー
ザ構造部 ５３ 発振波長１３００ｎｍの第２の面発光型半導体レ
ーザ構造部 ５４ ｎ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ｎ−Ａｌ0.2 ＧａＡｓの
３５ペアからなる下部ＤＢＲミラー ５６ 下部クラッド層 ５８ 量子井戸活性層 ６０ 上部クラッド層 ６２ ｐ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ｐ−Ａｌ0.2 ＧａＡｓの
２５ペアからなる上部ＤＢＲミラー ６４ ＡｌＡｓ層 ６５ Ａｌ酸化層 ６６ ノンドープＡｌ0.9ＧａＡｓ／Ａｌ0.2ＧａＡｓの
３０ペアからなる第２下部ＤＢＲミラー ６８ 下部クラッド層 ７０ ＧａＩｎＮＡｓ系量子井戸活性層 ７２ 上部クラッド層 ７４ ノンドープＡｌ0.9ＧａＡｓ／Ａｌ0.2ＧａＡｓの
２５ペアからなる第２上部ＤＢＲミラー ７６ ｐ側電極 ７８ ＳｉＮｘ保護膜 ８０ ｎ側電極
Claims (5)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ基板上に形成された第１の面発
光型半導体レーザ構造部と、 第１の面発光型半導体レーザ構造部上にモノリシックに
集積され、第１の面発光型半導体レーザ構造部の発振波
長よりもバンドギャップ波長が長いＧａＩｎＮＡｓ系材
料からなる吸収領域を有するＧａＩｎＮＡｓ系第２の面
発光型半導体レーザ構造部とを備え、 第１の面発光型半導体レーザ構造部から出射されたレー
ザ光により第２の面発光型半導体レーザ構造部を光励起
し、第２の面発光型半導体レーザのレーザ光を出力する
ことを特徴とする面発光型半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 第２の面発光型半導体レーザ構造部の吸
収領域が、少なくともＧａ1-XＩｎXＮyＡｓ1-y（０≦Ｘ
≦０．４５、０≦ｙ≦０．１）からなる量子井戸または
バルクであることを特徴とする請求項１に記載の面発光
型半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 第２の面発光型半導体レーザ構造部の吸
収領域が、少なくとＧａ1-XＩｎXＮyＳｂzＡｓ
1-y-z（０≦Ｘ≦０．４５、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ≦
０．０５）からなる量子井戸層またはバルク層であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の面発光型半導体レーザ
素子。 - 【請求項４】 第２の面発光型半導体レーザ構造部の吸
収領域の少なくとも片方の側のＤＢＲミラーが、アンド
ープ半導体多層膜からなるＤＢＲミラーであることを特
徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の面発光
型半導体レーザ素子。 - 【請求項５】 第１の面発光型半導体レーザ構造部の発
振波長が０．６μｍ以上１．２５μｍ以下の範囲にあ
り、第２の面発光型半導体レーザ構造部の発振波長が
１．２μｍ以上１．６５μｍ以下の範囲にあることを特
徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の面発光
型半導体レーザ素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001106884A JP2002305354A (ja) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | 面発光型半導体レーザ素子 |
| US10/012,254 US20020146053A1 (en) | 2001-04-05 | 2001-11-08 | Surface emitting semiconductor laser device |
| DE10214568A DE10214568A1 (de) | 2001-04-05 | 2002-04-02 | Oberflächlich abstrahlendes Halbleiter-Laser Bauelement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001106884A JP2002305354A (ja) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | 面発光型半導体レーザ素子 |
Publications (1)
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|---|---|
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Family
ID=18959315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001106884A Pending JP2002305354A (ja) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | 面発光型半導体レーザ素子 |
Country Status (3)
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|---|---|
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| DE102004004781A1 (de) * | 2004-01-30 | 2005-08-18 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement |
| CN101432936B (zh) * | 2004-10-01 | 2011-02-02 | 菲尼萨公司 | 具有多顶侧接触的垂直腔面发射激光器 |
| US7248609B2 (en) * | 2004-10-27 | 2007-07-24 | Agilent Technologies, Inc. | Amplified beam source |
| DE102006010727B4 (de) * | 2005-12-05 | 2019-10-24 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Oberflächenemittierendes Halbleiterbauelement mit einem Tunnelübergang |
| DE102006024220A1 (de) * | 2006-04-13 | 2007-10-18 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelektronisches Halbleiterbauelement |
| JP2009010175A (ja) * | 2007-06-28 | 2009-01-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 受光素子およびその製造方法 |
| US8031754B2 (en) * | 2008-04-24 | 2011-10-04 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Surface emitting laser element, surface emitting laser element array, method of fabricating a surface emitting laser element |
| JP4656183B2 (ja) * | 2008-05-14 | 2011-03-23 | ソニー株式会社 | 半導体発光素子 |
| US8946052B2 (en) * | 2012-09-26 | 2015-02-03 | Sandia Corporation | Processes for multi-layer devices utilizing layer transfer |
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| JPH07170027A (ja) * | 1993-08-20 | 1995-07-04 | Asea Brown Boveri Ab | 集積化発光装置およびその方法 |
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| JP2000232250A (ja) * | 1999-02-10 | 2000-08-22 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 長波長帯面発光型レーザ装置及びその作製方法 |
-
2001
- 2001-04-05 JP JP2001106884A patent/JP2002305354A/ja active Pending
- 2001-11-08 US US10/012,254 patent/US20020146053A1/en not_active Abandoned
-
2002
- 2002-04-02 DE DE10214568A patent/DE10214568A1/de not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10214568A1 (de) | 2002-10-10 |
| US20020146053A1 (en) | 2002-10-10 |
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