JP2005044964A - Surface emitting laser element, method of manufacturing the same array, and module for surface emitting laser, electronic photography system, optical interconnection system, and optical communication system - Google Patents

Surface emitting laser element, method of manufacturing the same array, and module for surface emitting laser, electronic photography system, optical interconnection system, and optical communication system Download PDF

Info

Publication number
JP2005044964A
JP2005044964A JP2003202427A JP2003202427A JP2005044964A JP 2005044964 A JP2005044964 A JP 2005044964A JP 2003202427 A JP2003202427 A JP 2003202427A JP 2003202427 A JP2003202427 A JP 2003202427A JP 2005044964 A JP2005044964 A JP 2005044964A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
emitting laser
region
surface emitting
layer
bragg reflector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003202427A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoto Jikutani
直人 軸谷
Shunichi Sato
俊一 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2003202427A priority Critical patent/JP2005044964A/en
Publication of JP2005044964A publication Critical patent/JP2005044964A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Laser Beam Printer (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface emitting laser element capable of obtaining high output operation, having low element resistor and capable of high-speed operation in a single fundamental lateral mode. <P>SOLUTION: A hole constriction structure defining a hole implantation region to an active layer 106 is constituted by high resistor regions 116 provided by ion implantation, and a conductive region 117 surrounded by the regions 116 on the middle of a hole path. Also, a high-order lateral suppressing structure is constituted by selectively oxidized regions 115 formed by selectively oxidizing a semiconductor layer including Al as a constituent, and a non-oxidized region 114 surrounded by the regions 115 is provided independently from the hole constriction structure. The region 114 of the high-order lateral mode suppressing structure has an area smaller than that of the conductive region 117 of the hole constriction structure. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面発光レーザ素子および面発光レーザアレイおよび面発光レーザモジュールおよび電子写真システムおよび光インターコネクションシステムおよび光通信システムおよび面発光レーザ素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
面発光レーザ(面発光型半導体レーザ)は、端面発光型レーザに比べて、活性層体積が小さく、高速変調が可能であることから、LAN等の通信光源として注目されている。また、面発光レーザは、基板に垂直な方向にレーザ出力が取り出せることから、2次元アレイ集積が容易であり、並列光インターコネクション用光源としても注目されている。また、面発光レーザ素子は、端面発光型レーザに比べて活性層の体積が低減できることから発振閾値電流の低減が容易であり、低閾値電流化に関して広く研究がなされている。
【0003】
面発光レーザ素子の代表的な構造として、次の様な選択酸化を用いた構造と、水素イオン注入を用いた構造とが知られている。
【0004】
まず、選択酸化を用いた構造として、例えば非特許文献1,非特許文献2には、InGaAsを活性層とした0.98μm帯面発光レーザ素子が示されている。これらの非特許文献における面発光レーザ素子では、活性層の上部に設けたp−Al0.9Ga0.1As/GaAsからなる上部分布ブラッグ反射器中に、Al0.98Ga0.02As被選択酸化層が設けられている。この面発光レーザ素子は、結晶成長の後、エッチングにより被選択酸化層の側面が露出するように上部分布ブラッグ反射器を方形状のメサにエッチング加工し、85℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした雰囲気中において425℃に加熱して、エッチング側面からメサの中央に向かってAl0.98Ga0.02As被選択酸化層の選択酸化を行っている。選択酸化によってメサの周辺にはAlによる絶縁領域が形成され、メサの中央には、非酸化領域による導通領域が形成される。
【0005】
非特許文献1,非特許文献2の面発光レーザ素子では、上部分布ブラッグ反射器の表面から注入された正孔は、メサの中央の非酸化導通領域へと狭窄されて活性層に注入される。Alは非常に良好な絶縁体であり、正孔の注入領域をメサの中央部に限定する事が可能である。このような選択酸化構造を用いる事によって、発振閾値電流を大幅に低減する事ができる。例えば、非特許文献2では、非酸化領域の面積を4.5μm×8μmとした素子において、900μmの低閾値電流が得られている。
【0006】
更に、Alの屈折率は、1.6程度と、他の半導体層に比べて低い事から、共振器構造内に横方向の屈折率差が生じ、発振光がメサ中央に閉じ込められるので、回折による損失が低減し、素子の効率を向上させる事が可能である。しかし、逆に、光閉じ込めが大きくなるので、高次横モードの発振を抑制する為に、酸化狭窄径を小さくする事が必要となる。波長帯にもよるが、従来、単一の酸化狭窄構造を設けた面発光レーザ素子では、酸化狭窄径を発振波長の3〜4倍程度に絞る事によって、単一基本モード発振を得る事が可能である。以上の様に、選択酸化構造を用いる事により、発振閾値の低減と、回折損失の低減と、単一基本モード制御とが実現されている。
【0007】
次に、水素イオン注入を用いた構造として、例えば非特許文献3には、GaAsを活性層とした0.85μm帯面発光レーザ素子が示されている。この非特許文献3における面発光レーザ素子では、活性層の上部にp型分布ブラッグ反射器が設けられた構成となっており、結晶成長の後、ウエハの上面から、水素イオン注入を行って、活性層の近傍におけるp型分布ブラッグ反射器の一部を、正孔の導通領域となる領域を残し高抵抗化している。これによって、正孔の注入領域は活性層の一部の領域に限定され、発振閾値電流が低減される。この非特許文献3の面発光レーザ素子では、直径10μmの正孔注入領域により、2.5mAの発振閾値電流が得られている。
【0008】
また、更に非特許文献4には、水素イオン注入と選択酸化とを併用した構造として、高出力化を目的とした0.85μm帯面発光レーザ素子の例が示されている。この非特許文献4に示された面発光レーザ素子では、活性層の上下に非酸化領域の大きな選択酸化構造を設け、また、活性層と選択酸化構造との間以外の領域に、選択酸化構造よりも狭窄径の小さな、水素イオン注入によるキャリアの狭窄構造が設けられている。
【0009】
この素子における選択酸化構造は、横モードの閉じ込めの為に設けられたものであるが、酸化径が大きく高次横モードの抑制効果自体は少ない。しかし、p導電型分布ブラッグ反射器中に設けた水素注入による高抵抗化領域の面積を、上記の非酸化領域の面積に対して小さくし、キャリアが注入される領域をメサの中央の小さな領域に限定する事によって、高次横モードに対する利得を抑え、5mW高出力までの単一基本横モード発振を達成している。
【0010】
【非特許文献1】
Applied Physics Letters vol. 66, No. 25, pp.3413−3415, 1995
【0011】
【非特許文献2】
Electronics Letters No.24, Vol.30, pp.2043−2044, 1994
【0012】
【非特許文献3】
Electronics Letters No.5, Vol. 27, pp.457−458, 1991
【0013】
【非特許文献4】
IEEE Photonics Technology Letters Vol. 13, No. 9, pp.927−929, 2001
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
光ファイバを用いた長距離通信光源や、電子写真システム,光ディスク等の書き込み光源等の、多くの面発光レーザ素子の応用例において、単峰性のビーム形状,単一基本横モード発振の要求は非常に高い。
【0015】
しかし、従来、非特許文献1,非特許文献2の選択酸化による電流狭窄構造により単一横モード発振を得るためには、酸化狭窄径を小さくし、高次モードの発振を抑制する必要がある。酸化狭窄径を小さくすることにより、閾値電流を低減することはできるが、発振に寄与する領域が減少するので、高出力を得ることが難しくなる。
【0016】
更に、導通領域の面積が減少することで素子抵抗が大きくなり、素子の発熱による出力飽和の為に高出力までの発振が難しくなるという問題がある。特に、p型半導体材料では、正孔の有効質量が大きく移動度が小さいので、元々高抵抗であり、酸化狭窄径を小さくした場合の高抵抗化は非常に顕著になる。p導電型分布ブラッグ反射器の抵抗を低減する方法として、ヘテロスパイク緩衝層等を界面に挿入する方法もあるが、この場合においても依然として酸化狭窄による抵抗は大きい。
【0017】
逆に、酸化狭窄径を大きくした場合は、発振領域が広くなることで比較的高い出力を得ることが可能になるものの、酸化狭窄層による高次横モードの抑制効果が弱くなるため、高次横モードの発振が生じてしまう。
【0018】
以上の様に、単一基本横モード発振させることと高出力を得ることとは相反する関係にあり、従来、波長帯にもよるが、単一の酸化狭窄構造によって単一基本横モード発振を得るためには、発振波長の3〜4倍程度の一辺、又は直径が必要とされている。しかし、従来の酸化型面発光レーザ素子では、微小な非酸化領域を有する選択酸化構造により、電流狭窄と単一基本横モード制御を同時に行ない、極低閾値電流と単一基本横モード発振を得ている為に、素子は非常に高抵抗であり、高抵抗化による発熱の影響と、発振領域の減少から出力の上限は2mW程度となっている。また、素子の高抵抗化によって高速動作は困難である。
【0019】
また、非特許文献3に示されている従来の水素イオン注入型面発光レーザ素子では、素子内部に作り込みの導波構造を有しておらず、横モード閉じ込めは、通電によって生じる屈折率変化によって行っている。つまり、メサ中央部の電流通路は、通電により発熱し、この領域の屈折率が増加し、導波構造が形成される。この様な現象はサーマルレンズ効果と呼ばれている。サーマルレンズ効果によって生じる屈折率の変化は5×10−4−1程度と僅かである。従って、逆に高次横モードを抑制する為に、酸化型面発光レーザ素子の様に正孔狭窄径を小さくする必要は無く、比較的高出力を得やすい構造ではあるものの、作り付けの導波構造を持たない構造である為にサーマルレンズ効果による屈折率の変動に対し敏感であり、横モードの安定性が悪い。つまり、素子の注入電流の変化に対し、横モードが不安定であり、単一基本横モード発振を得る事が難しい。
【0020】
更に、水素イオン注入型面発光レーザ素子では、サーマルレンズ効果がプラズマ効果により生じる反導波構造を打ち消して導波構造を形成するまでに、半導体層の温度が十分に変化するまでの時間が必要であり、一般にナノ秒オーダーの発振遅れを生じる事が知られている。従って、素子の高速動作の妨げになるという問題がある。
【0021】
また、非特許文献4に示されている面発光レーザ素子では、高次横モード発振を抑制する為に利得領域をメサの中央部の微小な領域に限定しており、p導電型分布ブラッグ反射器中に設けた水素イオン注入による正孔狭窄構造の狭窄径を小さく絞っている。従って、以上に述べた様に狭窄部の抵抗は高く、素子の発熱によって出力に影響を与えていると考えられる。また、同様に抵抗の増加によって高速動作が難しい事が予想される。
【0022】
以上の様に、従来の酸化型面発光レーザ素子、水素注入型面発光レーザ素子のいずれも、単一基本横モード発振において高出力を得る事が難しいという問題を有している。また、酸化型面発光レーザ素子は、酸化狭窄による高抵抗化の為に、また、水素注入型面発光レーザ素子は、サーマルレンズ効果による発振遅延の為に、高速動作が難しいという問題がある。
【0023】
本発明は、単一基本横モード発振において、高出力動作が得られ、更に素子抵抗が低く、高速動作が可能な面発光レーザ素子および面発光レーザアレイおよび面発光レーザモジュールおよび電子写真システムおよび光インターコネクションシステムおよび光通信システムおよび面発光レーザ素子の製造方法を提供することを目的としている。
【0024】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明では、活性層と、活性層を挟んで対向する一対の分布ブラッグ反射器と、第1の電極から活性層へ到達する正孔通路と、第2の電極から活性層へ到達する電子通路とを備えた面発光レーザ素子において、
前記正孔通路の途中には、イオン注入によって設けられた高抵抗領域と前記高抵抗領域によって囲まれた導通領域とによって構成された、前記活性層への正孔注入領域を規定する正孔狭窄構造が設けられ、また、前記正孔狭窄構造とは別に、Alを構成元素として含む半導体層を選択酸化してなる選択酸化領域と前記選択酸化領域によって囲まれた非酸化領域とによって構成された高次横モード抑制構造が設けられており、前記高次横モード抑制構造の非酸化領域は、前記正孔狭窄構造の導通領域よりも小さな面積を有していることを特徴としている。
【0025】
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の面発光レーザ素子において、前記高次横モード抑制構造は、前記電子通路の途中に設けられていることを特徴としている。
【0026】
また、請求項3記載の発明は、請求項1記載の面発光レーザ素子において、前記高次横モード抑制構造は、前記電子通路及び前記正孔通路を避けて設けられていることを特徴としている。
【0027】
また、請求項4記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記一対の分布ブラッグ反射器は、半導体材料から構成されていることを特徴としている。
【0028】
また、請求項5記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記一対の分布ブラッグ反射器は、半導体材料及び誘電体材料から構成されていることを特徴としている。
【0029】
また、請求項6記載の発明は、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記一対の分布ブラッグ反射器のうちの少なくとも一方はn導電型半導体ブラッグ反射器を含み、更に、n導電型半導体ブラッグ反射器と活性層との間にトンネル接合を備えていることを特徴としている。
【0030】
また、請求項7記載の発明は、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記一対の分布ブラッグ反射器のうちの少なくとも一方の分布ブラッグ反射器は、ノンドープ半導体ブラッグ反射器、若しくは、一部にノンドープ半導体ブラッグ反射器より成る領域を含んだブラッグ反射器であり、更に、該ノンドープ半導体ブラッグ反射器、若しくは、ノンドープ半導体ブラッグ反射器より成る領域と活性層との間の半導体層に、キャリアを注入するための電極が設けられていることを特徴としている。
【0031】
また、請求項8記載の発明は、請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記電子通路の途中に設けた高次横モード抑制構造、若しくは、前記電子及び前記正孔の通路を避けた領域中に設けた高次横モード抑制構造は、複数のものとなっていることを特徴としている。
【0032】
また、請求項9記載の発明は、請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記活性層を構成するIII族元素として、Al,Ga,Inのうちの少なくとも1つを含み、また、前記活性層を構成するV族元素として、As,Pのうちの少なくとも1つを含み、発振波長が1.1μmよりも短波であることを特徴としている。
【0033】
また、請求項10記載の発明は、請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記活性層を構成するIII族元素として、Ga,Inのうちの少なくとも1つを含み、また、前記活性層を構成するV族元素として、As,P,N,Sbのうちの少なくとも1つを含み、発振波長が1.1μmよりも長波であることを特徴としている。
【0034】
また、請求項11記載の発明は、請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子により構成されていることを特徴とする面発光レーザアレイである。
【0035】
また、請求項12記載の発明は、請求項11記載の面発光レーザアレイにおいて、前記面発光レーザアレイは、高次横モード抑制構造の非酸化領域の面積が相違することによって発振波長が異なる2種以上の面発光レーザ素子により構成されていることを特徴としている。
【0036】
また、請求項13記載の発明は、請求項12記載の面発光レーザアレイにおいて、前記面発光レーザアレイを構成する個々の面発光レーザ素子は、2層以上の複数の高次横モード抑制構造を備えていることを特徴としている。
【0037】
また、請求項14記載の発明は、請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は、請求項11記載の面発光レーザアレイが用いられていることを特徴とする面発光レーザモジュールである。
【0038】
また、請求項15記載の発明は、請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は、請求項11記載の面発光レーザアレイが書き込み光源として用いられていることを特徴とする電子写真システムである。
【0039】
また、請求項16記載の発明は、請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は、請求項11記載の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光インターコネクションシステムである。
【0040】
また、請求項17記載の発明は、請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は、請求項11記載の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光通信システムである。
【0041】
また、請求項18記載の発明は、請求項12または請求項13記載の面発光レーザアレイが光源として用いられることを特徴としている。
【0042】
また、請求項19記載の発明は、高次横モード抑制構造の非酸化領域の面積が相違することによって発振波長が異なる2種以上の面発光レーザ素子により構成されている面発光レーザアレイの製造方法であって、高次横モード制御層を含むメサの径を相違させることにより、高次横モード制御層の非酸化領域の面積を相違させることを特徴としている。
【0043】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0044】
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態は、活性層と、活性層を挟んで対向する一対の分布ブラッグ反射器と、第1の電極から活性層へ到達する正孔通路と、第2の電極から活性層へ到達する電子通路とを備えた面発光レーザ素子において、
前記正孔通路の途中には、イオン注入によって設けられた高抵抗領域と前記高抵抗領域によって囲まれた導通領域とによって構成された、前記活性層への正孔注入領域を規定する正孔狭窄構造が設けられ、また、前記正孔狭窄構造とは別に、Alを構成元素として含む半導体層を選択酸化してなる選択酸化領域と前記選択酸化領域によって囲まれた非酸化領域とによって構成された高次横モード抑制構造が設けられており、前記高次横モード抑制構造の非酸化領域は、前記正孔狭窄構造の導通領域よりも小さな面積を有している事を特徴としている。
【0045】
この第1の実施形態の構成によれば、Alを組成に含む半導体層を選択酸化して設けられる高次横モード抑制構造は、面発光レーザ中に横モードの光閉じ込め構造を形成し、駆動状態の変化に対して発振状態を安定にする機能を有する。更に非酸化領域の面積を小さく設ける事により、高次横モードの発振を抑制し、単一基本横モード発振を得ることができる。
【0046】
また、イオン注入によって形成された、高次横モード抑制構造における非酸化領域に対して相対的に大きな正孔狭窄領域を有する正孔狭窄構造は、メサの側面へのキャリアの拡散を防止し、高い内部量子効率を得る機能を有する。
【0047】
また、高次横モード抑制構造と正孔狭窄構造とを別に設ける構成とした事によって、正孔狭窄領域の面積を大きくする事が可能となり、発振領域の拡大を図ることができるとともに、素子抵抗の増加を低減することができる。そして、素子抵抗の増加を低減する事によって、高出力動作が可能となる。
【0048】
以上の様に、第1の実施形態の構成では、素子抵抗が低く、単一基本横モードにおいて高出力が得られ、高速動作が可能な面発光レーザ素子を提供することができる。
【0049】
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態は、第1の実施形態の面発光レーザ素子において、前記高次横モード抑制構造は、前記電子通路の途中に設けられている構成となっている。
【0050】
この第2の実施形態の構成によれば、電子通路の途中に設けた、Alを組成に含む半導体層を選択酸化して設けられる高次横モード抑制構造は、面発光レーザ中に横モードの光閉じ込め構造を形成し、駆動状態の変化に対して発振状態を安定にする機能を有する。更に非酸化領域の面積を小さく設ける事により、高次横モードの発振を抑制し、単一基本横モード発振を得ることができる。
【0051】
更に、n導電型半導体は、p導電型半導体に対し、電気抵抗が約一桁程度小さい為に、第2の実施形態における高次横モード抑制構造は、素子抵抗を著しく増加させる事無く、高次横モード発振を抑制することができる。
【0052】
以上のように、第1,第2の実施形態では、正孔狭窄構造と高次横モード抑制構造をそれぞれ分離して設ける構成とし、高次横モードの発振を抑制する為に必要な微小な非酸化領域を有する高次横モード抑制構造を、高抵抗化しにくい電子通路の途中に設け、素子の高抵抗化を防止している。また、正孔狭窄構造における導通領域の面積を大きくし、発振領域の拡大を図るとともに、素子の高抵抗化を防止している。
【0053】
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態は、第1の実施形態の面発光レーザ素子において、前記高次横モード抑制構造は、前記電子通路及び前記正孔通路を避けて設けられている構成となっている。
【0054】
この第3の実施形態の構成によれば、電子通路及び正孔通路を避けて設けた、Alを組成に含む半導体層を選択酸化して設けられる高次横モード抑制構造は、面発光レーザ中に横モードの光閉じ込め構造を形成し、駆動状態の変化に対して発振状態を安定にする動作を有する。更に非酸化領域の面積を小さく設ける事により、高次横モードの発振を抑制し、単一基本横モード発振を得る動作を有する。
【0055】
更に、この第3の実施形態における高次横モード抑制構造は、電子通路及び正孔通路を避けて設けている事により、素子抵抗への影響は全く無くなり、従って、素子抵抗を増加させる事無く、高次横モード発振を抑制することができる。
【0056】
以上のように、第1,第3の実施形態では、正孔狭窄構造と高次横モード抑制構造をそれぞれ分離して設ける構成とし、高次横モードの発振を抑制する為に必要な、微小な非酸化領域を有する高次横モード抑制構造を、正孔通路および電子通路を避けた領域に設け、素子の高抵抗化を防止している。また、正孔狭窄構造における導通領域の面積を大きくし、発振領域の拡大を図るとともに、素子の高抵抗化を防止している。
【0057】
(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態は、第1乃至第3のいずれかの実施形態の面発光レーザ素子において、前記一対の分布ブラッグ反射器が、半導体材料から構成されていることを特徴としている。
【0058】
この第4の実施形態の構成によれば、第1乃至第3のいずれかの実施形態の面発光レーザ素子を一回の結晶成長により精度良く得ることができる。また、制御性の良い半導体プロセスにより、制御性,歩留まり良く、素子を得ることができる。
【0059】
(第5の実施形態)
本発明の第5の実施形態は、第1乃至第3のいずれかの実施形態の面発光レーザ素子において、前記一対の分布ブラッグ反射器が、半導体材料および誘電体材料から構成されていることを特徴としている。
【0060】
誘電体材料は、半導体材料に対して光の吸収損失が少なく、また半導体材料に比べて、屈折率差の大きな材料を用いる事が可能であり、少ない積層数で高い反射率を得る事ができる。従って、第5の実施形態によれば、吸収損失の少ない誘電体分布ブラッグ反射器により、効率の優れた本発明の面発光レーザ素子が得られる。
【0061】
すなわち、第5の実施形態のよれば、素子抵抗が低く、単一基本横モードにおいて高出力が得られ、高速動作が可能であり、更に光吸収による損失が低減された効率の高い面発光レーザ素子を提供することができる。
【0062】
(第6の実施形態)
本発明の第6の実施形態は、第1乃至第5のいずれかの実施形態の面発光レーザ素子において、前記一対の分布ブラッグ反射器のうちの少なくとも一方はn導電型半導体ブラッグ反射器を含み、更に、n導電型半導体ブラッグ反射器と活性層との間にトンネル接合を備えていることを特徴としている。
【0063】
高濃度ドーピングが施されたpn接合を逆バイアスする事により、バンド間トンネリングによって正孔が生成され、活性領域へ正孔を注入する事が可能である。従って、トンネル接合とn導電型分布ブラッグ反射器を用いて正孔注入が可能である。また、n導電型分布ブラッグ反射器は、p導電型分布ブラッグ反射器に対し吸収損失が低い。
【0064】
従って、第6の実施形態の構成によれば、p導電型半導体分布ブラッグ反射器の代わりに、吸収損失の少ないn型半導体分布ブラッグ反射器により、低閾値電流,高スロープ効率等の特徴を有する面発光レーザ素子が得られる。
【0065】
すなわち、第6の実施形態によれば、素子抵抗が低く、単一基本横モードにおいて高出力が得られ、高速動作が可能であり、更に光吸収による損失が低減された効率の高い面発光レーザ素子を提供することができる。
【0066】
(第7の実施形態)
本発明の第7の実施形態は、第1乃至第5のいずれかの実施形態の面発光レーザ素子において、前記一対の分布ブラッグ反射器のうちの少なくとも一方の分布ブラッグ反射器は、ノンドープ半導体ブラッグ反射器、若しくは、一部にノンドープ半導体ブラッグ反射器より成る領域を含んだブラッグ反射器であり、更に、該ノンドープ半導体ブラッグ反射器、若しくは、ノンドープ半導体ブラッグ反射器より成る領域と活性層との間の半導体層に、キャリアを注入するための電極が設けられていることを特徴としている。
【0067】
半導体材料は、一般にドーピングの濃度の増加により、自由キャリアによる光吸収が増加する傾向がある。また、特にp導電型半導体では、これに加えて価電子帯間吸収による光吸収が生じる。これに対し、第7の実施形態の構成によれば、吸収損失の少ないノンドープ半導体分布ブラッグ反射器を用いることで、低閾値電流,高スロープ効率等の特性に優れた面発光レーザ素子が得られる。
【0068】
すなわち、第7の実施形態によれば、素子抵抗が低く、単一基本横モードにおいて高出力が得られ、高速動作が可能であり、更に光吸収による損失が低減された効率の高い面発光レーザ素子を提供することができる。
【0069】
(第8の実施形態)
本発明の第8の実施形態は、第1乃至第7のいずれかの実施形態の面発光レーザ素子において、電子通路の途中に設けた高次横モード抑制構造、若しくは、電子及び正孔の通路を避けた領域中に設けた高次横モード抑制構造を複数とする構成となっている。
【0070】
この第8の実施形態の構成によれば、電子通路の途中、若しくは、電子及び正孔の通路を避けた領域中に設けられた、正孔狭窄領域に対して相対的に小さな面積を有する非酸化領域を備えた高次横モード抑制構造を複数とする事によって、より効果的に高次横モードの発振を抑制することができる。
【0071】
(第9の実施形態)
本発明の第9の実施形態は、第1乃至第8のいずれかの実施形態の面発光レーザ素子において、活性層を構成するIII族元素として、Al,Ga,Inのうちの少なくとも1つを含み、また、活性層を構成するV族元素として、As,Pのうちの少なくとも1つを含み、発振波長が1.1μmよりも短波であることを特徴としている。
【0072】
発振波長が1.1μmよりも短波である面発光レーザ素子において、単一基本横モード制御を行なうためには、非酸化領域一辺の長さ又は直径を5μm程度以下とする必要があり、素子抵抗の増加が特に顕著になる。しかしながら、第9の実施形態の構成によれば、非常に効果的に素子抵抗を低減することができる。
【0073】
これは、特に可視帯域における面発光レーザにおいて、大きな効果を得ることができる。例えば、AlGaInP系材料を面発光レーザ素子の活性層として用いると、660nm帯の発振波長を有する赤色面発光レーザ素子を得ることが可能であるが、このような面発光レーザ素子では、単一基本横モード発振を得るためには、3μm以下の非常に微細な非酸化領域一辺の長さ又は直径が必要となり、狭窄による抵抗の増加は非常に顕著となる。しかしながら、本発明の素子では、微小な非酸化領域の面積を必要とする高次横モードの抑制構造は、高抵抗化しにくい電子通路の途中(n型半導体中)、若しくは、抵抗に寄与しない電子通路及び正孔通路を避けた領域に設けているので、素子を高抵抗化させることなく、単一基本横モード制御を行なうことができる。
【0074】
以上のように、第9の実施形態の構成によれば、発振波長が1.1μmよりも短波である面発光レーザ素子において、素子抵抗の低減と、単一基本横モード発振における高出力動作とが可能となる。
【0075】
(第10の実施形態)
本発明の第10の実施形態は、第1乃至第8のいずれかの実施形態の面発光レーザ素子において、活性層を構成するIII族元素として、Ga,Inのうちの少なくとも1つを含み、また、活性層を構成するV族元素として、As,P,N,Sbのうちの少なくとも1つを含み、発振波長が1.1μmよりも長波であることを特徴としている。
【0076】
GaInNAs(Sb)等を活性層に用いた面発光レーザ素子は、光ファイバ通信で重要な波長帯である1.3μm帯及び1.55μm帯での発振を得る事ができる。また、高い特性温度が得られる為、加入者光源として重要度も高い。特に1.3μm帯は、石英シングルモードファイバによる高速通信が可能であるが、高い光ファイバとの結合率を得る為に単一基本横モード発振である事が強く望まれている。本発明の面発光レーザ素子では、高出力まで単一基本横モード発振が得られるので、駆動条件の変動によってファイバとの結合率が変動する事が無い。また、上記の様に素子抵抗が低い事により、高速動作が可能である。
【0077】
従って、第10の実施形態の構成によれば、特に特性の優れた長波長域に発振波長を有する素子を得ることができる。
【0078】
(第11の実施形態)
本発明の第11の実施形態は、第1乃至第10のいずれかの実施形態の面発光レーザ素子が複数個配列された面発光レーザアレイである。
【0079】
この第11の実施形態によれば、第1乃至第10のいずれかの実施形態の面発光レーザ素子により構成された面発光レーザアレイであるので、素子抵抗が低く、単一基本横モードにおいて高出力が得られ、高速動作が可能な面発光レーザアレイを提供することができる。
【0080】
(第12の実施形態)
本発明の第12の実施形態は、第11の実施形態の面発光レーザアレイにおいて、前記面発光レーザアレイは、高次横モード抑制構造の非酸化領域の面積が相違することによって発振波長が異なる2種以上の面発光レーザ素子により構成されていることを特徴としている。
【0081】
酸化型面発光レーザ素子では、選択酸化構造における非酸化領域の面積の違いによって共振器の共振波長が変化するという特徴があり、非酸化領域の面積を小さくすることにより、発振波長(共振波長)が短波長シフトすることが知られている。非酸化領域の面積の大きさにより波長変化が生じる理由は、酸化領域が発振横モードに対して閉じ込め作用を有していることから、非酸化領域の面積が変化することで横モード広がりが変化し、共振器の垂直方向の共振条件が変化するためである。
【0082】
例えば、文献「IEEE Journal of Selected Topics In Quantum Electronics Vol .3 , No.2 ,pp .344 ,1997 」や、文献「IEEE Journal of Quantum Electronics Vol .34 ,No .10 ,pp .1890 ,1998 」では、数値計算により、0.98μm帯の素子における非酸化領域の面積に対する発振波長(共振波長)の短波長シフト量が見積もられている。これらの文献の結果では、非酸化領域の直径が5μm程度から、徐々に短波長シフトが始まり、非酸化領域の直径が2μm程度以下から短波長シフトが急激に増加することが示されている。
【0083】
また、実際に、文献「IEEE Photonics TechnologyLetter Vol .8 , No .7 , pp .858 1996」では、非酸化領域の面積が異なる素子を作製し、0.98μm帯において波長間隔約1nmの2×2面発光レーザアレイを作製した例が報告されている。この際の最小の狭窄径は2.0μmであり、最大の狭窄径は3.5μmである。
【0084】
しかしながら、従来の電流狭窄と高次横モード抑制とを単一の選択酸化構造により行なう面発光レーザ素子では、酸化狭窄径を変化させることにより、閾値電流,光出力等のアレイ内分布が非常に大きくなるという不具合が生じる。更に、前述のように酸化狭窄径を微小にすることで狭窄領域の抵抗が激増し、発熱のために高出力を得ることが難しいという不具合がある。実際に、上記の文献では、酸化狭窄径が最大の3.5μmの素子においても、素子発熱のために最大の光出力は0.38mW程度であったと記載されている。これよりも酸化狭窄径の小さな素子では、高抵抗化による発熱の影響等により、光出力は更に小さいものと考えられる。このように、従来構造の素子では、上述のような方法により多波長面発光レーザアレイを作製した場合に、高出力動作が可能な面発光レーザアレイを作製することは困難である。
【0085】
また、より広帯域な多波長面発光レーザアレイを得るためには、更に非酸化領域の面積を小さくする必要がある。実際には非酸化領域の直径が1μm程度以下になると選択酸化構造による光の損失が急激に増加し始めるので、この程度が実際に動作し得る下限と考えられるものの、従来構造の素子では、上記の値程度まで非酸化領域の面積を小さくした場合には、素子発熱(高抵抗化)は激増し、発振を得ることが非常に困難である。
【0086】
本発明によれば、イオン注入による正孔狭窄構造と選択酸化による高次横モード抑制構造とを夫々個別に設ける構成としており、更に高次横モード抑制構造を、高抵抗化しにくいn導電型の半導体層中、若しくは、電気抵抗に関係しないキャリア(電子,正孔)通路以外の領域に設ける構成としている。このため、高次横モード抑制構造の非酸化領域の面積を微小にした場合の抵抗の増加は、従来構造の素子に対して少ないか、後者の場合には全く無い。従って、高抵抗化による発熱を低く抑えることができるので、上述のように高次横モード抑制構造の非酸化領域の面積が小さな素子に対して、基本横モード発振で且つ高出力を得ることが可能であり、また素子間での光出力のばらつきを小さくすることが可能である。更に、アレイ内の素子に対しイオン注入によって別途設けられる正孔狭窄構造の狭窄領域の面積を同じにすることによって、発振閾値電流や、動作電圧等の特性のばらつき等も非常に小さくすることが可能である。
【0087】
以上の様に、第12の実施形態によれば、発振閾値電流や、出力等の特性ばらつきが少なく、高出力まで単一基本横モード発振が可能な多波長面発光レーザアレイが得られる。すなわち、第12の実施形態によれば、素子抵抗が低く、単一基本横モードにおいて高出力が得られ、高速動作が可能な多波長面発光レーザアレイを提供することができる。
【0088】
(第13の実施形態)
本発明の第13の実施形態は、第12の実施形態の面発光レーザアレイにおいて、前記面発光レーザアレイを構成する個々の面発光レーザ素子は、2層以上の複数の高次横モード抑制構造を備えていることを特徴としている。
【0089】
この第13の実施形態の構成によれば、高次横モード抑制構造を2層以上の多層とすることにより、光の横モードの閉じ込め効果を大きくし、より効果的に発振波長(共振波長)を短波長シフトさせることができ、より広帯域な多波長面発光レーザアレイが得られる。すなわち、第13の実施形態によれば、素子抵抗が低く、単一基本横モードにおいて更に高出力が得られ、高速動作が可能であり、波長帯域がより広い多波長面発光レーザアレイを提供することができる。
【0090】
(第14の実施形態)
本発明の第14の実施形態は、第1乃至第10のいずれかの実施形態の面発光レーザ素子、又は、第11の実施形態の面発光レーザアレイが用いられている面発光レーザモジュールである。
【0091】
第1乃至第10の実施形態の面発光レーザ素子,第11の実施形態の面発光レーザアレイは、単一基本横モードで、高出力まで安定に発振が得られる。また、素子抵抗が低く高速動作が可能である。従って、第1乃至第10のいずれかの実施形態の面発光レーザ素子、又は、第11の実施形態の面発光レーザアレイを用いた面発光レーザモジュールは、高速動作が可能であり、また、ファイバとの結合率が変動すること無く安定であり、信頼性の高いものとなる。
【0092】
すなわち、第14の実施形態によれば、単一基本横モードにおいて高出力が得られ、高速動作が可能な信頼性の高い面発光レーザモジュールを提供することができる。
【0093】
(第15の実施形態)
本発明の第15の実施形態は、第1乃至第10のいずれかの実施形態の面発光レーザ素子、又は、第11の実施形態の面発光レーザアレイが書き込み光源として用いられている電子写真システムである。
【0094】
第1乃至第10の実施形態の面発光レーザ素子,第11の実施形態の面発光レーザアレイは、単一基本横モードで、高出力まで発振が得られる。また、出射ビームが円形であり、アレイ間の高い位置精度を有していることから、同一のレンズで複数のビームを再現性良く容易に集光でき、これにより、光学系が簡単で済み、低コストな電子写真システムを構成できる。また、基本横モードで高出力が得られるので、アレイを用いた場合、特に高速書き込みが可能であり、高速な電子写真システムを実現できる。
【0095】
すなわち、第15の実施形態によれば、高速動作書き込みが可能であり、高精細な電子写真システムを提供することができる。
【0096】
(第16の実施形態)
本発明の第16の実施形態は、第1乃至第10のいずれかの実施形態の面発光レーザ素子、又は、第11の実施形態の面発光レーザアレイが光源として用いられている光インターコネクションシステムである。
【0097】
第1乃至第15の実施形態の面発光レーザ素子,第11の実施形態の面発光レーザアレイは、単一基本横モードで、高出力まで発振が得られ、光ファイバとの結合が高く、素子の動作状態の変化に対しても横モードが安定している。更に素子抵抗が低いので、高速動作が可能である。よって、これらを光源に用いることで、信頼性の高い光インターコネクションシステムを実現できる。
【0098】
すなわち、第16の実施形態によれば、ファイバとの結合が安定し、高速伝達が可能な信頼性の高い光インターコネクションシステムを提供することができる。
【0099】
(第17の実施形態)
本発明の第17の実施形態は、第1乃至第10のいずれかの実施形態の面発光レーザ素子、又は、第11の実施形態の面発光レーザアレイが光源として用いられている光通信システムである。
【0100】
第1乃至第15の実施形態の面発光レーザ素子,第11の実施形態の面発光レーザアレイは、単一基本横モードで、高出力まで発振が得られ、光ファイバとの結合が高く、素子の動作状態の変化に対しても横モードが安定している。更に素子抵抗が低いので、高速動作が可能である。よって、これらを光源に用いることで、信頼性の高い光通信システムを実現できる。
【0101】
また、基本横モード出力が高いことから、遠距離通信が可能な光通信システムをも実現できる。
【0102】
このように、第17の実施形態によれば、ファイバとの結合が安定し、高速通信が可能な信頼性の高い光通信システムを提供することができる。
【0103】
(第18の実施形態)
本発明の第18の実施形態は、第12または第13の実施形態の面発光レーザアレイが光源として用いられている光通信システムである。
【0104】
第12,第13の実施形態の面発光レーザアレイでは、面発光レーザアレイ内の面発光レーザ素子の特性ばらつきが少なく、面発光レーザアレイの駆動制御が容易であり、単一基本横モードにおいて高出力動作が可能である。更に素子抵抗が低いので高速動作が可能である。また、第12,第13の実施形態の面発光レーザアレイは、多波長アレイである事から、波長多重分割通信が可能である。
【0105】
よって、これらを光源に用いることで、信頼性の高い波長多重光通信システムを実現できる。
【0106】
このように、第18の実施形態によれば、ファイバとの結合が安定し、高速伝達が可能な信頼性の高い波長多重分割通信システムを提供することができる。
【0107】
(第19の実施形態)
本発明の第19の実施形態は、高次横モード抑制構造の非酸化領域の面積が相違することによって発振波長が異なる2種以上の面発光レーザ素子により構成されている面発光レーザアレイの製造方法であって、高次横モード制御層を含むメサの径を相違させることにより、高次横モード制御層の非酸化領域の面積を相違させることを特徴としている。
【0108】
この第19の実施形態によれば、容易に制御性良く、且つ歩留まり良く、低コストで、第12,第13の実施形態の面発光レーザアレイを得ることができる。
【0109】
【実施例】
次に、本発明の実施例を説明する。
【110】
(第1の実施例)
図1は第1の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。図1の面発光レーザ素子は、GaAs/Al0.15Ga0.85As多重量子井戸構造を活性層とする0.85μm帯面発光レーザ素子である。以下、その構造を製造工程に従い説明する。
【0111】
図1の面発光レーザ素子は、有機金属気相成長法(MOCVD法)により結晶成長を行なっており、III族原料に、トリメチルアルミニウム(TMA),トリメチルガリウム(TMG),トリメチルインジウム(TMI)を用い、V族原料に、アルシン(AsH)ガスを用いている。また、p型ドーパントにはCBrを用い、n型ドーパントにはHSeを用いている。
【0112】
具体的に、図1の素子は、n−GaAs基板101上に、n−GaAsバッファー層102、n−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85Asの対を1周期とした36周期のn−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As下部半導体分布ブラッグ反射器103、ノンドープAl0.15Ga0.85As共振器スペーサー105、GaAs/Al0.15Ga0.85As多重量子井戸活性層106、ノンドープAl0.15Ga0.85As共振器スペーサー107、20周期のp−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As上部半導体分布ブラッグ反射器108を順次結晶成長して構成されている。また、上部分布ブラッグ反射器108の最表面層となるAl0.15Ga0.85As層では、表面付近のp型ドーパント(炭素)のドーピングを高濃度としたコンタクト層(図示せず)が設けられている。
【0113】
また、n−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As下部分布ブラッグ反射器103中には、n−AlAs被選択酸化層104が設けられており、n−AlAs被選択酸化層104は、選択酸化により酸化が成された酸化領域115(図で黒く示した領域;以降の実施例についても同様)と、酸化が成されていない非酸化領域114とから構成されている。また、p−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As上部分布ブラッグ反射器108中には、イオン注入高抵抗化領域116とイオン非注入導通領域117とが設けられている。
【0114】
ここで、上部分布ブラッグ反射器108,下部分布ブラッグ反射器103の低屈折率層にあたるn及びp−Al0.9Ga0.1As層103a,108aと、高屈折率層にあたるn及びp−Al0.15Ga0.85As層103b,108bの膜厚は、分布ブラッグ反射器の多重反射の位相条件を満たすように、それぞれ各半導体層中における発振光の位相変化がπ/2となる層厚としている(各層については図2を参照)。具体的な各層の厚さは、Al0.9Ga0.1As層103a,108aが69.8nmであり、Al0.15Ga0.85As層103b,108bが59.7nmである。
【0115】
図2は、図1の面発光レーザ素子の共振領域(共振器領域)を発振光の定在波とともに詳しく示す図である。以後、共振領域を、ブラッグ反射器によって挟まれた領域と定義する。この第1の実施例の素子では、図1において、符号113によって示される領域が共振領域である。図2には、共振領域113と、n−Al0.9Ga0.1As下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層103aとn−Al0.15Ga0.85As下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層103bとによるn−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As下部半導体分布ブラッグ反射器103の1周期分の構造と、p−Al0.9Ga0.1As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層108aとp−Al0.15Ga0.85As上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層108bとによるp−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As上部半導体分布ブラッグ反射器108の1周期分の構造とが示されている。
【0116】
ここで、図1の面発光レーザ素子では、図2のように、共振領域に接するn−Al0.9Ga0.1As下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層103a中に、n−AlAs被選択酸化層104が設けられている。n−AlAs被選択酸化層の厚さは30nmとしている。また、n−AlAs被選択酸化層が設けられているn−Al0.9Ga0.1As下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層103aの厚さのみ、n−AlAs層104を含めた各領域における発振光の位相変化が3π/2となる厚さにしている。
【0117】
また、共振領域を形成するノンドープAl0.15Ga0.85As共振器スペーサー層105,ノンドープGaAs/Al0.15Ga0.85As多重量子井戸活性層106,ノンドープAl0.15Ga0.85As共振器スペーサー層107は、1λ共振器構造を形成している。また、ノンドープGaAs/Al0.15Ga0.85As多重量子井戸活性層106は、高い誘導放出確率を得るために、発振光の定在波の腹にあたる位置に設けられている。逆に、n−AlAs被選択酸化層104は、光の回折損失を低減するために、発振光の定在波の節にあたる位置に設けられている。図1の素子では、図2に示すように、それぞれ活性層106から見て2番目の定在波の節となる位置に設けられている。
【0118】
図1の面発光レーザ素子は、結晶成長の後、公知の写真製版技術によって一辺が10μmの正方形レジストパターンが形成され、レジストパターンをマスクとして水素イオン注入が行なわれ、図に示した高抵抗化領域116が形成されている。次に、水素イオン注入領域にアラインし、再び公知の写真製版技術によって一辺が30μmの正方形レジストパターンが形成され、公知のドライエッチング技術を用いて、p−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As上部半導体分布ブラッグ反射器108の表面からn−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As下部分布半導体ブラッグ反射器103の途中までの各層のエッチング除去が行なわれて、正方形メサを形成している。
【0119】
次に、水蒸気を含む加熱雰囲気中において、エッチング端面からメサ中央部に向けて、基板と平行方向にn−AlAs被選択酸化層104の選択酸化を行って、中央に非酸化領域114を残して、メサ周辺部に選択酸化領域115を形成している。ここで、非酸化領域114の一辺は3μmであった。以上のように、電子通路における非酸化(導通)領域114は、正孔通路におけるイオン非注入導通領域117の一辺10μmに対して、面積が相対的に小さくなるように形成されている。なお、非酸化領域114及び選択酸化領域115からなる選択酸化構造は、高次横モード抑制構造として設けられている。
【0120】
次に、気相化学堆積法(CVD法)を用いて、ウエハ全面にSiO層109を形成した後、メサの中央部にアラインして、絶縁樹脂110のスピンコートを行い、メサ上の絶縁樹脂の除去を行った。次に、絶縁樹脂除去部のSiO層109の除去を行った。次に、メサ上の光出射部となる領域に10μmの方形レジストパターンを形成し、p側電極材料の蒸着を行なった。次に、光出射部の電極材料をリフトオフし、p側電極111を形成した。次に、n−GaAs基板101の裏面を研磨した後、基板101の裏面に、蒸着によってn側電極112を設けた。次に、アニールによって、両電極111,112のオーミック導通を取った。
【0121】
図1の面発光レーザ素子では、p−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As上部半導体分布ブラッグ反射器108中に、イオン注入高抵抗化領域116とイオン非注入導通領域117とから成る正孔狭窄構造を備え、また、n−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As下部半導体分布ブラッグ反射器103中に、選択酸化領域115と非酸化領域114とから成る高次横モード抑制構造を備えており、高次横モード抑制構造における非酸化領域114の面積が、正孔狭窄構造におけるイオン非注入導通領域117の面積に対し小さく設けられている。
【0122】
従来の面発光レーザ素子は、安定に単一基本横モード発振を得るために、p導電型分布ブラッグ反射器中の非酸化領域の面積を小さくしており、これが発振領域の減少による素子の出力の制限と、高抵抗化による素子発熱を引き起こしていた。
【0123】
しかし、この第1の実施例の素子は、n−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As下部半導体分布ブラッグ反射器103中に設けた高次横モード抑制構造によって、発振横モードの制御を行っており、n型分布ブラッグ反射器の抵抗はp導電型分布ブラッグ反射器に比べて低く、従って、素子を高抵抗化させることなく高出力まで単一基本横モード発振を得る事ができる。
【0124】
しかし、電子は正孔に比べて移動度が大きいので、n型分布ブラッグ反射器中に設けた高次横モード抑制構造によって、キャリアの注入領域を効果的にメサ中心部に狭窄することは難しく、キャリアがメサ側面へ拡散し、メサ側面の非発光再結合準位によって発光効率が低下する問題がある。狭窄効率の高い正孔をメサの中心部へ狭窄し、高い内部量子効率を実現する為に、イオン注入によって正孔狭窄構造を設けている。また、高い内部量子効率が得られる範囲で正孔狭窄構造におけるイオン非注入導通領域の面積を大きく選ぶ事により、発振領域の拡大を図ることができるとともに、素子の高抵抗化を防止する事ができる。
【0125】
また、本構造の面発光レーザ素子では、屈折率差の大きな選択酸化構造によって横モード閉じ込めを行っているので、素子の駆動状態の変化に対しても、安定に単一基本横モード発振を得る事ができる。
【0126】
この様に、この第1の実施例の素子は、高出力まで単一基本モードによる発振が得られ、また、熱による出力飽和点も従来の素子に比べて高く、高出力を得る事ができた。また、素子は低抵抗であり、高速変調が可能であった。
【0127】
また、この第1の実施例では、高次横モード抑制構造の位置を、分布ブラッグ反射器中において、活性層に最も近い定在波の節の位置としたが、この他の節の位置としても良い。また、高次横モード抑制構造の位置を、定在波の節以外にも腹等の任意の位置に設ける事もできる。
【0128】
(第2の実施例)
図3は第2の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。図3の面発光レーザ素子は、GaInNAs/GaAs多重量子井戸構造を活性層とする1.3μm帯面発光レーザ素子である。図3の面発光レーザ素子は、第1の実施例の面発光レーザ素子と同様にMOCVD法によって結晶成長を行なったものであり、活性層の窒素原料にはジメチルヒドラジン(DMHy)を用いている。
【0129】
図3の面発光レーザ素子は、第1の実施例と同じ結晶成長法により結晶成長が行なわれている。具体的に、図3の素子は、n−GaAs基板201上に、n−GaAsバッファー層202と、n−Al0.9Ga0.1As/GaAsの対を1周期とした36周期のn−Al0.9Ga0.1As/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器203と、ノンドープGaAs共振器スペーサー205とノンドープGaInNAs/GaAs多重量子井戸活性層206とノンドープGaAs共振器スペーサー207とから成る共振領域213と、p−Al0.9Ga0.1As/GaAs上部半導体ブラッグ反射器208とn−Al0.9Ga0.1As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器219とから成る20周期の上部半導体分布ブラッグ反射器を、順次結晶成長して構成されている。また、上部分布ブラッグ反射器の最表面層となるGaAs層では、表面付近のp型ドーパントである炭素のドーピングを高濃度としたp−GaAsコンタクト層(図示せず)が設けられている。
【0130】
また、上部半導体分布ブラッグ反射器219,208、下部半導体多分布ブラッグ反射器203を構成する各層は、第1の実施例と同様に、発振波長に対して各層における光の位相変化がπ/2となる層厚としている。以後の実施例についても同じである。
【0131】
また、n−Al0.9Ga0.1As/GaAs下部分布ブラッグ反射器203中には、厚さ30nmのn−AlAs被選択酸化層204が設けられており、n−AlAs被選択酸化層204は、選択酸化により酸化が成された選択酸化領域215と、酸化が成されていない非酸化領域214とから構成されている。また、p−Al0.9Ga0.1As/GaAs上部半導体ブラッグ反射器208,219中には、イオン注入高抵抗化領域216とイオン非注入導通領域217とが設けられている。
【0132】
図4は、図3の面発光レーザ素子における共振領域213の周辺を発振光の定在波とともに詳しく示す図である。図4には、ノンドープGaAs共振器スペーサー205とノンドープGaInNAs/GaAs多重量子井戸活性層206とノンドープGaAs共振器スペーサー207とから成る共振領域213と、n−Al0.9Ga0.1As下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層203aとn−AlAs被選択酸化層204とn−GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層203bとから成るn−Al0.9Ga0.1As/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器203の1周期分の構造と、p−Al0.9Ga0.1As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層208aと、p−GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層208bと、トンネル接合218と、n−GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層219bと、n−Al0.9Ga0.1As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層219aとからなる構造が示されている。
【0133】
また、p−GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層208bとn−GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層219bとの間には、p++−GaAs層とn++−GaAs層とからなるトンネル接合218が設けられている。n−AlAs被選択酸化層204が設けられているn−Al0.9Ga0.1As下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層203aの厚さは、ブラッグ反射器の位相条件を満たすようにAlAs被選択酸化層を含めた各領域における発振光の位相変化が3π/2となる厚さになっている。また、トンネル接合218,p−GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層208b,n−GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層219bも、同様に、これらの層中における光の位相変化が3π/2となる厚さになっている。
【0134】
この第2の実施例の素子では、第1の実施例と同様に水素イオン注入によって、イオン注入高抵抗化領域216と、イオン注入高抵抗化領域216によって囲まれるイオン非注入導通領域217による正孔狭窄構造の形成を行った後、同様にメサを形成している。次に、n−AlAs被選択酸化層204の選択酸化を行って、選択酸化領域215及び非酸化領域214を形成している。ここで、非酸化(導通)領域214の面積は、イオン非注入導通領域217の面積に対し、相対的に小さく形成されている。具体的には、イオン非注入導通領域217の一辺の長さは10μmであり、非酸化領域214の一辺の長さは5μmである。また、非酸化領域214,選択酸化領域215から成る選択酸化構造は、高次横モード抑制構造として設けられている。
【0135】
ここで、この第2の実施例の面発光レーザ素子は、発振波長が長波である事から、0.85μm帯の素子等と比べて分布ブラッグ反射器の厚さが厚く、活性層付近に高抵抗化領域を設ける為に、より大きな水素イオンの加速電圧を必要とする。従って、この第2の実施例の面発光レーザ素子では、通常よりも大きな加速電圧によって活性層付近の領域に高抵抗化領域を設けている。
【0136】
また、この他の作製方法として、n−Al0.9Ga0.1As/GaAs上部分布ブラッグ反射器219の結晶成長の際に、成長中断を行い、レジストパターンを形成した後、水素イオン注入を行ってイオン注入高抵抗化領域216を設け、レジスト剥離及び成長表面の清浄化を行なった後、再び残りのn−Al0.9Ga0.1As上部分布ブラッグ反射器219の結晶成長を行う事もできる。この様な作製方法とする事で、比較的低い加速電圧によって容易に高抵抗化領域を設ける事が可能である。また、この際、水素イオンのかわりに酸素イオン注入によりイオン注入高抵抗化領域216を形成すると、成長時の温度の影響によってイオン注入領域が低抵抗化する事を効果的に低減する効果がある。
【0137】
次に、第1の実施例と同様にSiO絶縁層209,絶縁性樹脂210による絶縁領域の形成を行なった後、p側電極211,n側電極212の形成を行なう。
【0138】
また、この第2の実施例の素子は、第1の実施例の素子と同様に、n−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As下部半導体分布ブラッグ反射器203中に設けた高次横モード抑制構造によって横モードの制御を行っており、n型分布ブラッグ反射器の抵抗はp導電型分布ブラッグ反射器に比べて低いことから、高抵抗化させることなく高次横モードの発振を抑制することができる。
【0139】
実際、図3の面発光レーザ素子は、実施例1の素子と同様に素子抵抗が低く、単一基本横モード発振を維持したまま、高出力を得ることができ、更に高速動作も可能であった。また、選択酸化構造によって横モード閉じ込めを行っているので、素子の駆動状態の変化に対しても、安定に単一基本横モード発振を得る事ができた。
【0140】
また、上下の分布ブラッグ反射器の大部分をp−半導体分布ブラッグ反射器に比べて吸収損失の少ないn−半導体分布ブラッグ反射器で構成しており、高スロープ効率,低発振閾値電流等の特性の優れた長波長帯面発光レーザ素子を得ることができた。本発明では、この第2の実施例のように、トンネル接合を有する面発光レーザ素子構造とすることもできる。
【0141】
(第3の実施例)
図5は第3の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。図5の面発光レーザ素子は、GaAs/Al0.15Ga0.85As多重量子井戸構造を活性層とする0.85μm帯面発光レーザ素子である。図5の面発光レーザ素子は、第1の実施例の素子に対し、活性層を挟む上下の導電型を反転させて構成したものであり、この点を除いて第1の実施例と同じ構成となっている。以下、その構造を説明する。
【0142】
具体的に、図5の素子は、p−GaAs基板301上に、p−GaAsバッファー層302と、p−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85Asの対を1周期とした36周期のp−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As下部半導体分布ブラッグ反射器303と、ノンドープAl0.15Ga0.85As共振器スペーサー305とGaAs/Al0.15Ga0.85As多重量子井戸活性層306とノンドープAl0.15Ga0.85As共振器スペーサー307とから成る共振領域313と、20周期のn−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As上部半導体分布ブラッグ反射器308とを順次結晶成長して構成されている。また、n−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As上部分布ブラッグ反射器308中には、厚さ30nmのn−AlAs被選択酸化層304が設けられており、n−AlAs被選択酸化層304は、選択酸化により酸化がなされた選択酸化領域315と、酸化がなされていない非酸化領域314とから構成されている。また、n−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As上部半導体ブラッグ反射器308、及び共振器領域313、及びp−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As下部半導体ブラッグ反射器303中には、水素イオン注入によって形成されたイオン注入高抵抗化領域316と、イオン注入高抵抗化領域316に囲まれたイオン非注入導通領域317とが設けられている。
【0143】
図6は、図5の面発光レーザ素子の共振領域313の周辺を詳しく示す図である。図6には、共振領域313と、p−Al0.9Ga0.1As下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層303aとp−Al0.15Ga0.85As下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層303bとから成るp−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As下部半導体分布ブラッグ反射器303の1周期分の構造と、n−Al0.9Ga0.1As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層308aとn−AlAs被選択酸化層304とn−Al0.15Ga0.85As上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層308bとから成るn−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As上部半導体分布ブラッグ反射器308の1周期分の構造とが示されている。
【0144】
ここで、図5の面発光レーザ素子では、図6のように共振領域に接するn−Al0.9Ga0.1As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層308a中に、n−AlAs被選択酸化層304が設けられている。また、n−AlAs被選択酸化層304が設けられているn−Al0.9Ga0.1As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層303aの厚さのみ、n−AlAs被選択酸化層304を含めた各領域における発振光の位相変化が3π/2となる厚さになっている。また、GaAs/Al0.15Ga0.85As多重量子井戸活性層306は、発振光の定在波の腹となる位置に設けられ、また、n−AlAs被選択酸化層304は、節となる位置に設けられている。また、素子は、1λ共振器構造となっている。
【0145】
この第3の実施例の素子では、第1の実施例と同様に、水素イオン注入によって、イオン注入高抵抗化領域316及びイオン非注入導通領域317からなる正孔狭窄構造を形成した後、メサ形成を行なっている。次に、n−AlAs被選択酸化層304の選択酸化を行って、選択酸化領域315と非酸化(導通)領域314とからなる高次横モード抑制構造を形成している。ここで、非酸化(導通)領域314の面積は、イオン非注入導通領域317の面積に対し、相対的に小さく形成されている。具体的には、イオン非注入導通領域317の一辺の長さは10μmであり、非酸化領域314の一辺の長さは3μmである。
【0146】
そして、この第3の実施例では、第1の実施例と同様に、SiO絶縁層309,絶縁性樹脂310による絶縁領域の形成を行なった後、n側電極311,p側電極312の形成を行なう。
【0147】
図5の面発光レーザ素子は、実施例1の素子と同様に、素子抵抗が低く、単一基本横モード発振を維持したまま、高出力を得ることができ、更に高速動作も可能であった。また、選択酸化構造によって横モード閉じ込めを行っているので、素子の駆動状態の変化に対しても、安定に単一基本横モード発振を得る事ができた。
【0148】
このように、p導半導体基板を用い、共振領域に対して、基板側をp導電型とし、表面側をn導電型として、素子を形成することもできる。
【0149】
(第4の実施例)
図7は第4の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。図7の面発光レーザ素子は、GaAs/Al0.15Ga0.85As多重量子井戸構造を活性層とする0.85μm帯面発光レーザ素子である。また、図7の面発光レーザ素子は、素子内部の半導体層にキャリア注入を行なうための電極を設けたいわゆるイントラキャビティコンタクト構造となっている。以下、その構造を製造工程に従い説明する。
【0150】
図7の面発光レーザ素子は、第1の実施例と同様にMOCVD法によって結晶成長を行なったものである。具体的に、図7の素子は、n−GaAs基板401上に、n−GaAsバッファー層402と、36周期のn−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As下部半導体分布ブラッグ反射器403と、共振領域413と、20周期のノンドープAl0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As上部半導体分布ブラッグ反射器408とを順次結晶成長して構成されている。ここで、共振領域413は、ノンドープGaAs/Al0.15Ga0.85As多重量子井戸活性層407と、Al0.15Ga0.85As共振器スペーサー層406とから構成されている。
【0151】
また、n−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As下部半導体分布ブラッグ反射器403中には、n−AlAs被選択酸化層404が設けられており、被選択酸化層404は、選択酸化により酸化がなされた選択酸化領域415と、酸化がなされていない非酸化領域414とにより構成されている。また、Al0.15Ga0.85As共振器スペーサー層406中には、イオン注入高抵抗化領域416と、イオン非注入導通領域417とが設けられている。
【0152】
図8は、図7のイントラキャビティコンタクト型面発光レーザ素子の共振領域の周辺を詳しく示す図である。即ち、図8には、共振領域413と、n−Al0.9Ga0.1As下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層403aとn−AlAs被選択酸化層404とn−Al0.15Ga0.85As下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層403bとによるn−Al0.9Ga0.1As/Al .15Ga0.85As下部半導体分布ブラッグ反射器403の1周期分の構造と、ノンドープAl0.9Ga0.1As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層408aとノンドープAl0.15Ga0.85As上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層408bとによるノンドープAl0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As上部半導体分布ブラッグ反射器408の1周期分の構造とが示されている。
【0153】
ここで、n−Al0.9Ga0.1As下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層403a中には、図8に示すように、厚さ30nmのn−AlAs被選択酸化層404が設けられている。また、共振領域413は、基板401側から順に、ノンドープAl0.15Ga0.85As共振器スペーサー層406a、ノンドープGaAs/Al0.15Ga0.85As多重量子井戸構造407、ノンドープAl0.15Ga0.85Asスペーサー層406b、p−Al0.15Ga0.85Asスペーサー層406c、p−Al0.15Ga0.85Asコンタクト兼共振器スペーサー層406d、ノンドープAl0.15Ga0.85As共振器スペーサー層406eが結晶成長されて形成されている。
【0154】
図7の面発光レーザ素子では、図8に示すように、n−AlAs被選択酸化層404が設けられているn−Al0.9Ga0.1As下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層403aの層厚のみ、n−AlAs被選択酸化層404とn−Al0.9Ga0.1As下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層403aとにおける発振光の位相変化が3π/2となるように調整している。また、共振領域413を形成するノンドープAl0.15Ga0.85As共振器スペーサー層406a,406b,ノンドープGaAs/Al0.15Ga0.85As多重量子井戸構造407,p−Al0.15Ga0.85As共振器スペーサー層406c,p−Al0.15Ga0.85Asコンタクト層兼共振器スペーサー層406d、ノンドープAl0.15Ga0.85As共振器スペーサー層406eは、2λ共振器構造を構成している。
【0155】
また、活性層であるGaAs/Al0.15Ga0.85As多重量子井戸構造407は、発振光の定在波の腹にあたる位置に設けられている。逆に、n−AlAs被選択酸化層404は、光の回折損失を低減するために、発振光の定在波の節にあたる位置に設けられている。図7の素子では、図8に示すように、活性層から見て2番目の定在波の節となる位置にn−AlAs被選択酸化層404が設けられている。また、p−Al0.15Ga0.85As共振器スペーサー兼コンタクト層406dは、高濃度にp型ドーピングされた半導体層による光の吸収損失を低減するために、定在波の節となる位置に設けている。
【0156】
図7の面発光レーザ素子は、各層を結晶成長した後、第1の実施例と同様に、公知の写真製版技術とイオン注入技術によって、図8に示す様に、Al0.15Ga0.85As共振器スペーサー406中に水素イオン注入を行い、イオン注入高抵抗化領域416と、イオン注入高抵抗化領域416に囲まれたイオン非注入導通領域417とからなる正孔狭窄構造を設けた。ここで、イオン非注入導通領域417の一辺の長さを10μmとた。
【0157】
次に、再び写真製版技術と、エッチング技術を用いて、イオン非注入導通領域417にアラインして、ノンドープAl0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As上部分布ブラッグ反射408の表面からp−Al0.15Ga0.85As共振器スペーサー兼コンタクト層406dの表面までの各層のエッチング除去を行ない、図7のように一辺が20μmの正方形メサの形成を行なった。
【0158】
次に、再び写真製版技術と、エッチング技術を用いて、n−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As下部半導体分布ブラッグ反射器403の途中までの各層のエッチング除去を行ない、図7のように一辺が40μmの正方形メサの形成を行なった。
【0159】
次に、n−AlAs被選択酸化層404の選択酸化を行って、選択酸化領域415と非酸化(導通)領域414とからなる高次横モード抑制構造を形成している。ここで、非酸化領域414の面積は、イオン非注入導通領域417の面積に対し、相対的に小さく形成されている。具体的には、イオン非注入導通領域417の一辺の長さは10μmであり、非酸化領域414の一辺の長さは3μmである。
【0160】
次に、気相化学堆積法(CVD法)を用いて、ウエハ全面にSiO層409を形成した後、メサの中央部にアラインして、直径45μmの正方形レジスト開口パターンを形成し、開口部のSiOの除去を行った。次に、p−Al0.15Ga0.85As共振器スペーサー兼コンタクト層406d上に、メサにアラインして20μmのレジストパターンを形成し、蒸着及びリフトオフによって、p側電極411を形成した。次に、基板401の裏面を研磨した後、基板401の裏面に、蒸着によってn側電極412を設けた。次に、アニールによって両電極411,412のオーミック導通をとり、図7の素子とした。
【0161】
半導体材料では、ドーピングが増加すると光の吸収が顕著になる傾向があり、高濃度ドーピング層や分布ブラッグ反射器による吸収損失の影響によって発振閾値電流が増加し、スロープ効率が低下するといった傾向が見られる。
【0162】
これに対し、この第4の実施例のようにイントラキャビティコンタクト構造とした場合は、共振器内に設けたコンタクト層を介してキャリアを注入する事によって、分布ブラッグ反射器にドーピングを行う必要が無くなり、光吸収の影響を低減することができる。この第4の実施例の素子では、共振器内に設けたコンタクト層を介して正孔注入を行っており、p導電型分布ブラッグ反射器を用いていない。よって、発振閾値電流が低く、スロープ効率が大きな面発光レーザ素子を得ることができる。
【0163】
また、図7の面発光レーザ素子は、第1の実施例の素子と同様に素子抵抗が低く、単一基本横モード発振を維持したまま、高出力を得ることができ、更に高速動作も可能であった。また、選択酸化構造によって横モード閉じ込めを行っているので、素子の駆動状態の変化に対しても、安定に単一基本横モード発振を得る事ができた。
【0164】
以上の様に、イントラキャビティコンタクト型面発光レーザ素子に対しても、本発明の構成を適応する事ができる。
【0165】
(第5の実施例)
図9は第5の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。図9の面発光レーザ素子は、GaInNAs/GaAs多重量子井戸構造を活性層とする1.3μm帯面発光レーザ素子である。また、図9の面発光レーザ素子は、素子内部の半導体層にキャリア注入を行なうための電極を設けたイントラキャビティコンタクト構造となっている。また、この第5の実施例の素子は、n−AlAs被選択酸化層の位置を共振領域中に設ける構成とし、上部反射鏡を誘電体材料(MgF)と半導体材料(ZnSe)から構成したものとなっている。以下、その構造を製造工程に従い説明する。
【0166】
図9のイントラキャビティコンタクト型面発光レーザ素子は、n−GaAs基板501上に、n−GaAsバッファー層502の結晶成長を行った後、AlAs/GaAsの対を1周期とした36周期のn−AlAs/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器503と、共振領域513と、p−GaAsコンタクト層506fとを結晶成長して構成されている。
【0167】
ここで、共振領域513は、ノンドープGaInNAs/GaAs多重量子井戸構造507と、GaAs共振器スペーサー層506とから構成されており、n−GaAs共振器スペーサー層506中には、n−AlAs被選択酸化層504が設けられている。被選択酸化層504は、選択酸化により酸化がなされた選択酸化領域515と、酸化がなされていない非酸化領域514とにより構成されている。また、GaAs共振器スペーサー層506中には、イオン注入高抵抗化領域516と、イオン非注入導通領域517とが設けられている。
【0168】
図10は、図9のイントラキャビティコンタクト型面発光レーザ素子における共振領域513の周辺を詳しく示した図である。すなわち、図10には、n−AlAs下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層503aとn−GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層503bとによるn−AlAs/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器503の1周期分の構造と、この上に設けられた共振領域513とが示されている。
【0169】
図9のイントラキャビティコンタクト型面発光レーザ素子では、n−AlAs/GaAs下部分布ブラッグ反射器503の結晶成長を行なった後、図10に示すように、n−GaAs共振器スペーサー層506a、n−AlAs被選択酸化層504、n−GaAs共振器スペーサー層506b、ノンドープGaAs共振器スペーサー層506c、ノンドープGaInNAs/GaAs多重量子井戸構造507、ノンドープGaAs共振器スペーサー層506d、p−GaAs共振器スペーサー層506eからなる共振領域513と、p−GaAsコンタクト層506fとを結晶成長している。ここで、共振領域513は、2.5λ共振器構造となっている。
【0170】
図9の面発光レーザ素子は、各層を結晶成長した後、第1の実施例と同様に、公知の写真製版技術とイオン注入技術によって、図10に示す様に、GaAs共振器スペーサー層506中に水素イオン注入を行い、イオン注入高抵抗化領域516と、イオン注入高抵抗化領域516に囲まれたイオン非注入導通領域517とからなる正孔狭窄構造を設けた。ここで、イオン非注入導通領域517の一辺の長さを15μmとした。この第5の実施例の様に、誘電体による上部半導体分布ブラッグ反射器を有する素子では、誘電体上部分布ブラッグ反射器形成前に、水素イオン注入を行う事ができるので、注入深さは浅くて良く、容易に制御制良く、高抵抗化領域を設ける事ができる。従って、この第5の実施例の構成は、特に長波長帯面発光レーザ素子に好適な構成である。
【0171】
次に、公知の写真製版技術及びエッチング技術により、n−GaAs共振器スペーサー506aの途中までをエッチング除去し、50μmの正方形メサの形成を行った。
【0172】
次に、n−AlAs被選択酸化層504の選択酸化を行って、選択酸化領域515と非酸化(導通)領域514とからなる高次横モード抑制構造を形成している。ここで、非酸化領域514の面積は、イオン非注入導通領域517の面積に対し、相対的に小さく形成されている。具体的には、イオン非注入導通領域517の一辺の長さは15μmであり、非酸化領域514の一辺の長さは5μmである。
【0173】
次に、SiO絶縁膜509の形成を行なった後、吸収損失を低減するために、共振領域にあたるp−GaAsコンタクト層506fをエッチングにより除去した。この際、GaAsコンタクト層506fのエッチングは、ウエットエッチング等が適しており、GaAsコンタクト層506fの下層にGaInPエッチング停止層等を設けることにより、制御性良くエッチングを行なうことができる。次に、ZnSe/MgFを1周期とする5周期のZnSe/MgF上部分布ブラッグ反射器508を電子ビーム蒸着により形成している。次に、ZnSe/MgF上部分布ブラッグ反射器508をドライエッチングによってメサ形状にエッチング加工した後、p側電極511,n側電極512の形成を行なった。次に、アニールによって両電極511,512のオーミック導通を取り、図9の素子とした。
【0174】
半導体材料では、ドーピングが増加すると光の吸収が顕著になる傾向があり、高濃度ドーピング層や分布ブラッグ反射器による吸収損失の影響によって発振閾値電流が増加し、スロープ効率が低下するといった傾向がある、特にp型半導体材料では、波長が長波に成るに従い、価電子帯間吸収によって光吸収が増加する傾向がある。
【0175】
これに対し、この第5の実施例のようにイントラキャビティコンタクト構造とした場合は、共振器内に設けたコンタクト層を介してキャリアを注入する事によって、半導体材料による分布ブラッグ反射器を用いる必要が無くなり、光吸収の影響を大幅に低減することができる。以上の様に、特に発振閾値電流が低く、スロープ効率が大きな長波長帯面発光レーザ素子を得ることができる。
【0176】
また、図9の面発光レーザ素子は、素子抵抗が低く、単一基本横モード発振を維持したまま、高出力を得ることができ、更に高速動作も可能であった。また、選択酸化構造によって横モード閉じ込めを行っているので、素子の駆動状態の変化に対しても、安定に単一基本横モード発振を得る事ができた。
【0177】
以上のように、上部分布ブラッグ反射器としては、半導体以外にも誘電体材料等を用いて構成することもできる。なお、この第5の実施例では、誘電体と半導体を組み合わせた上部分布ブラッグ反射器を用いているが、この他にも誘電体材料のみを用いて上部分布ブラッグ反射器を構成する事もできる。誘電体材料は、半導体材料に比べ吸収損失が小さい為、これを用いる事によって、発振閾値電流が低く、スロープ効率の高い面発光レーザ素子を得る事ができる。
【0178】
(第6の実施例)
図11は第6の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。図11の面発光レーザ素子は、GaInNAs/GaAs多重量子井戸構造を活性層とする1.3μm帯面発光レーザ素子である。また、図11の面発光レーザ素子は、素子内部の半導体層にキャリア注入を行なうための電極を設けたイントラキャビティコンタクト構造となっている。また、この第6の実施例の素子では、p側電極,n側電極のいずれも、全て基板の表面側に設けられた構成になっている。以下、その構造を製造工程に従い説明する。
【0179】
図11の面発光レーザ素子は、半絶縁性GaAs基板601上に、ノンドープGaAsバッファー層602を結晶成長した後、AlAs/GaAsの対を1周期とした36周期のノンドープAlAs/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器603と、共振領域613と、Al0.8Ga0.2As/GaAsの対を1周期とした20周期のノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器608とを結晶成長して構成されている。
【0180】
ここで、共振領域613は、ノンドープGaInNAs/GaAs多重量子井戸構造607と、GaAs共振器スペーサー層606とから構成されており、n−GaAs共振器スペーサー層606中には、n−AlAs被選択酸化層604が設けられている。被選択酸化層604は、選択酸化により酸化がなされた選択酸化領域615と、酸化がなされていない非酸化領域614とにより構成されている。また、GaAs共振器スペーサー層606中には、イオン注入高抵抗化領域616と、イオン非注入導通領域617とが設けられている。
【0181】
図12は、図11の面発光レーザ素子における共振領域613の周辺を詳しく示す図である。すなわち、図12には、ノンドープAlAs下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層603aとノンドープGaAs下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層603bとによるノンドープAlAs/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器603の1周期分の構造と、この上に設けられた共振領域613と、ノンドープAl0.8Ga0.2As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層608aとノンドープGaAs上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層608bとによるノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器608の1周期分の構造とが示されている。
【0182】
図12のように、図11のイントラキャビティコンタクト型面発光レーザ素子では、ノンドープAlAs/GaAs下部分布ブラッグ反射器603の結晶成長を行なった後、n−GaAsコンタクト層兼共振器スペーサー層606a、n−GaAs共振器スペーサー層606b,n−AlAs被選択酸化層604,n−GaAs共振器スペーサー層606c,ノンドープGaAs共振器スペーサー層606d,GaInNAs/GaAs多重量子井戸構造607,ノンドープGaAs共振器スペーサー層606e,p−GaAs共振器スペーサー層606f,p−GaAsコンタクト層兼共振器スペーサー層606g,ノンドープGaAs共振器スペーサー層606hによる共振領域613と、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器608とを結晶成長している。
【0183】
また、図11の面発光レーザ素子では、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器608の一部の結晶成長を行った後、一旦成長中断を行い、レジストパターンを形成して水素イオン注入を行ない、イオン注入高抵抗化領域616と、イオン注入高抵抗化領域616によって囲まれたイオン非注入導通領域617とからなる正孔狭窄構造を設けている。また、ここで、イオン非注入導通領域617の一辺の長さは、15μmとしている。この後、レジストを除去し、成長表面の清浄化処理を行い、再び残りのノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器608の結晶成長を行っている。以上の様な作製方法とする事によって、イオンの注入深さを浅くできるので、容易に制御制良く高抵抗化領域を設ける事ができる。
【0184】
また、この他の作製方法として、素子の結晶成長の後、高加速電圧により活性層近辺に到達するように深くイオン注入を行う事もできる。また、0.85μm帯等の素子では、発振波長が本素子に比べて短波である事に対応して、分布ブラッグ反射器の厚さが薄いので、通常の加速電圧により容易にイオン注入を行う事が可能である。
【0185】
この第6の実施例の面発光レーザ素子では、図12のように、p側電極と導通を取るためのp−GaAs共振器スペーサー兼コンタクト層606gと、n側電極とのコンタクトを取るためのn−GaAs共振器スペーサー兼コンタクト層606aとが設けられており、図11のようにそれぞれのコンタクト層の表面までをエッチングにより除去し、それぞれ一辺の長さが、30μmと、50μmである2段の正方形状メサを形成している。
【0186】
次に、n−AlAs被選択酸化層604の選択酸化を行って、選択酸化領域615と非酸化(導通)領域614とからなる高次横モード抑制構造を形成している。ここで、非酸化領域614の面積は、イオン非注入導通領域617の面積に対し、相対的に小さく形成されている。具体的には、イオン非注入導通領域617の一辺の長さは15μmであり、非酸化領域614の一辺の長さは5μmである。次に、p側電極611,n側電極612を設け、図11の面発光レーザ素子とした。
【0187】
この第6の実施例の素子では、p側電極,n側電極のいずれも、共振器内に設けたコンタクト層上に設けられており、半導体分布ブラッグ反射器を介してキャリア注入が行なわれない構造となっている。従って、導通のために、半導体分布ブラッグ反射器に不純物ドーピングを施す必要が無く、自由キャリア吸収等による光の吸収損失を低減することができる。
【0188】
図11の面発光レーザ素子は、第5の実施例の面発光レーザ素子と同様に、素子抵抗が低く、単一基本横モード発振を維持したまま、高出力を得ることができ、更に高速動作も可能であった。また、選択酸化構造によって横モード閉じ込めを行っているので、素子の駆動状態の変化に対しても、安定に単一基本横モード発振を得る事ができた。このように、特に性能の優れた長波長帯イントラキャビティコンタクト型面発光レーザ素子を得ることができた。この第6の実施例のように、素子の電極を全て基板表面から取る構成とすることもできる。
【0189】
(第7の実施例)
図13は第7の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。図13の面発光レーザ素子は、GaInP/AlGaInP多重量子井戸構造を活性層とする670nm帯可視面発光レーザ素子となっている。また、図13の面発光レーザ素子は、素子内部の半導体層にキャリア注入を行なうための電極を設けたイントラキャビティコンタクト構造となっている。また、この第7の実施例の素子も、第6の実施例と同様に、p側電極,n側電極のいずれをも、全て基板の表面側に設けたものとなっているが、第6の実施例とは異なる構成となっている。以下、その構造を製造工程に従い説明する。
【0190】
図13の面発光レーザ素子は、MOCVD法を用いて作製される。ここで、燐(P)材料としては、フォスフィン(PH)を用いている。また、一部の層のp型ドーパントして、ジメチルジンク(DMZn)を用いている。図13の面発光レーザ素子では、半絶縁性GaAs基板701上に、ノンドープGaAsバッファー層702の結晶成長を行った後、Al0.9Ga0.1As/Al0.5Ga0.5Asの対を1周期とした56周期のノンドープAl0.9Ga0.1As/Al0.5Ga0.5As下部半導体分布ブラッグ反射器703と、共振領域713と、p−(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pコンタクト層706gとを結晶成長している。
【0191】
ここで、共振領域713は、ノンドープGaInP/(Al0.5Ga0.50.5In0.5P多重量子井戸構造707と、(Al0.5Ga0.50.5In0.5P共振器スペーサー層706とから構成されている。また、ノンドープAl0.9Ga0.1As/Al0.5Ga0.5As下部分布ブラッグ反射器703中には、ノンドープAlAs被選択酸化層704が設けられており、被選択酸化層704は、選択酸化により酸化がなされた選択酸化領域715と、酸化がなされていない非酸化領域714とにより構成されている。また、(Al0.5Ga0.50.5In0.5P共振器スペーサー層中706には、イオン注入高抵抗化領域716と、イオン非注入導通領域717とが設けられている。
【0192】
図14は、図13の面発光レーザ素子における共振領域713の周辺を詳しく示す図である。すなわち、図14には、ノンドープAl0.9Ga0.1As下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折率層703aとノンドープAl0.5Ga .5As下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層703bとによるノンドープAl0.9Ga0.1As/Al0.5Ga0.5As下部半導体分布ブラッグ反射器703の1周期分の構造と、この上に設けられた共振領域713と、p−GaAsコンタクト層706gとが示されている。
【0193】
また、ノンドープAlAs被選択酸化層704は、ノンドープAl0.9Ga0.1As下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折率層703a中の、活性層側に最も近い発振光の定在波の節に当たる位置に、設けられている。なお、ノンドープAlAs被選択酸化層704の厚さは、20nmとしている。
【0194】
図13の面発光レーザ素子では、ノンドープAl0.9Ga0.1As/Al0.5Ga0.5As下部分布ブラッグ反射器703の結晶成長を行なった後、図14に示すように、ノンドープ−(Al0.5Ga0.50.5In0.5P共振器スペーサー層706a,n−(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pコンタクト層兼共振器スペーサー層706b,n−(Al0.5Ga0.50.5In0.5P共振器スペーサー層706c、ノンドープ(Al0.5Ga0.50.5In0.5P共振器スペーサー層706d,ノンドープGaInP/(Al0.5Ga0.50.5In0.5P多重量子井戸構造707,ノンドープ(Al0.5Ga0.50.5In0.5P共振器スペーサー層706e,p−(Al0.5Ga0.50.5In0.5P共振器スペーサー層706f,p−GaAsコンタクト層706gを結晶成長している。ここで、共振器構造は、3λ構造となっている。
【0195】
図13の面発光レーザ素子は、各層を結晶成長した後、第5の実施例と同様に、公知の写真製版技術とイオン注入技術によって、図10に示す様に、(Al0.5Ga0.50.5In0.5P共振器スペーサー層706中に水素イオン注入を行い、イオン注入高抵抗化領域716と、イオン注入高抵抗化領域716に囲まれたイオン非注入導通領域717とからなる正孔狭窄構造を設けた。ここで、イオン非注入導通領域717の一辺の長さを10μmとした。
【0196】
この第7の実施例の様に、誘電体による上部半導体分布ブラッグ反射器を有する素子では、誘電体上部分布ブラッグ反射器形成前に、水素イオン注入を行う事ができるので、注入深さは浅くて良く、容易に制御制良く、高抵抗化領域を設ける事ができる。
【0197】
次に、公知の写真製版技術,公知のドライエッチング技術により、図13に示すように、一辺の長さがそれぞれ30μmと、50μmである2段の正方形状メサ構造の形成を行なった。ここで、上段のメサは、p−GaAsコンタクト層706gの表面までをエッチングして形成されている。また、下段のメサは、ノンドープAl0.9Ga0.1As/Al0.5Ga0.5As下部分布ブラッグ反射器703の途中までをエッチングして形成されている。
【0198】
次に、ノンドープ−AlAs被選択酸化層704の選択酸化を行って、選択酸化領域715と非酸化領域714とからなる高次横モード抑制構造を形成している。ここで、非酸化領域714の面積は、イオン非注入導通領域717の面積に対し、相対的に小さく形成されている。具体的には、イオン非注入導通領域717の一辺の長さは10μmであり、非酸化領域714の一辺の長さは3μmである。
【0199】
次に、吸収損失を低減するために、共振領域にあたるp−GaAsコンタクト層706gをエッチングにより除去した。次に、電子ビーム蒸着法を用いてTiO/SiOの対を1周期とした7周期のTiO/SiO上部誘電体分布ブラッグ反射器708を蒸着し、公知のドライエッチング技術を用いて図13のようにメサ形状に加工した。次に、p側電極電極711,n側電極電極712の形成を行い、図13の面発光レーザ素子とした。
【0200】
図13の面発光レーザ素子は、基板表面に設けた2種の電極711,712によって、キャリアの注入が行なわれ、ノンドープAl0.9Ga0.1As/Al0.5Ga0.5As下部分布ブラッグ反射器703に設けた高次横モード抑制構造を形成する非酸化領域714の面積は電気抵抗に影響を与えない構造となっている。
【0201】
更に、この第7の実施例の素子では、p側,n側いずれの電極も、共振器内に設けたコンタクト層上に設けられており、半導体分布ブラッグ反射器を介したキャリアの注入が行なわれない。従って、半導体分布ブラッグ反射器に不純物ドーピングを施す必要が無く、自由キャリア等による光の吸収損失を低減することができる。また、上部分布ブラッグ反射器を誘電体材料としたことによっても、吸収損失を低減する効果を得ることができる。特に可視帯域においては、単一基本横モード制御を行なうために、非酸化領域の面積を小さくすることが必要であり、高抵抗化し易く、発熱の影響を受けやすいが、この第7の実施例の素子では、面積が小さな非酸化領域714を、素子の電子通路及び正孔通路を避けた領域に設けており、非酸化領域714による高抵抗化を防止することができる。
【0202】
図13の面発光レーザ素子は、素子抵抗が低く、単一基本横モード発振を維持したまま、高出力を得ることができ、更に高速動作も可能であった。また、選択酸化構造によって横モード閉じ込めを行っているので、素子の駆動状態の変化に対しても、安定に単一基本横モード発振を得る事ができた。このように、特に性能の優れた可視帯イントラキャビティコンタクト型面発光レーザ素子を得ることができた。
【0203】
(第8の実施例)
図15は第8の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。図15の面発光レーザ素子は、GaInNAsSb/GaAs多重量子井戸構造を活性層とする1.3μm帯面発光レーザ素子となっている。また、図15の面発光レーザ素子は、素子内部の半導体層にキャリア注入を行なうための電極を設けたイントラキャビティコンタクト構造となっている。また、この第8の実施例の素子は、キャリアの導通領域以外の領域に発振横モード制御を行なうための選択酸化構造を設けた構成となっている。以下、その構造を説明する。
【0204】
図15の面発光レーザ素子では、共振領域813の構造を、第4の実施例の素子と類似の構造とし、第4の実施例において、n−Al0.8Ga0.2As/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器中に設けたn−AlAs被選択酸化層による選択酸化構造の代わりに、後述のように、ノンドープ上部分布ブラッグ反射器中に、ノンドープAlAs被選択酸化層による選択酸化構造を設けている。また、活性層にはGaInNAsSb/GaAs多重量子井戸構造を用いている。
【0205】
図15の素子は、n−GaAs基板801上に、n−GaAsバッファ802と、n−Al0.8Ga0.2As/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器803と、共振領域813と、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部分布ブラッグ反射器808とを順次に結晶成長して構成されている。
【0206】
ここで、共振領域813は、ノンドープGaInNAsSb/GaAs多重量子井戸構造807とGaAs共振器スペーサー層806とから構成されている。また、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部分布ブラッグ反射器808中には、ノンドープAlAs被選択酸化層804が設けられており、被選択酸化層804は、選択酸化により酸化がなされた選択酸化領域815と、酸化がなされていない非酸化領域814とにより構成されている。また、GaAs共振器スペーサー層806中、及びn−Al0.8Ga0.2As/GaAs下部分布ブラッグ反射器803中の一部の領域には、イオン注入高抵抗化領域816とイオン非注入導通領域817とが設けられている。
【0207】
図16は、図15の面発光レーザ素子の共振領域を詳しく示す図である。すなわち、図16には、n−Al0.8Ga0.2As下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層803aとn−GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層803bとによるn−Al0.8Ga0.2As/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器803の1周期分の構造と、ノンドープAl0.8Ga0.2As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層808aとノンドープGaAs上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層808bとによるノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器808の1周期分の構造と、これらの間に設けられた共振領域813とが示されている。
【0208】
共振領域813は、n−Al0.8Ga0.2As/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器803の結晶成長を行なった後、ノンドープGaAs共振器スペーサー層806a、ノンドープGaInNAsSb/GaAs多重量子井戸構造807、ノンドープGaAsスペーサー層806b、p−GaAsスペーサー層806c、p−GaAsコンタクト兼共振器スペーサー層806d、ノンドープGaAsスペーサー層806eを結晶成長して形成されている。また、共振領域は、2λ共振器構造となっている。
【0209】
ここで、ノンドープAlAs被選択酸化層804は、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部分布ブラッグ反射器808中において、共振領域813側から見て1番目の、発振光の定在波の節に当たる、ノンドープAl0.8Ga0.2As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層808a中に設けられている。ノンドープAlAs被選択酸化層804の厚さは20nmとしている。また、ノンドープAlAs被選択酸化層804が設けられているノンドープAl0.8Ga0.2As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層808aの厚さは、ノンドープAlAs被選択酸化層804とノンドープAl0.8Ga0.2As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層808aにおける光の位相変化が3π/2となるように調整されている。
【0210】
図15の面発光レーザ素子では、各層を結晶成長した後、第4の実施例と同様に、公知の写真製版技術とイオン注入技術によって、GaAs共振器スペーサー806中、及びn−Al0.8Ga0.2As/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器803の一部に、水素イオン注入を行ない、イオン注入高抵抗化領域816と、イオン注入高抵抗化領域816に囲まれたイオン非注入導通領域817とからなる正孔狭窄構造を設けた。ここで、イオン非注入導通領域817の一辺の長さを10μmとした。この第8の実施例の面発光レーザ素子では、特に高加速電圧を用いて、活性層付近に水素イオンが到達するように、深くイオン注入を行っている。この他にも、前述の様に、成長中断を設けてイオン注入を行う事もできる。
【0211】
次に、再び写真製版技術と、エッチング技術を用いて、イオン非注入導通領域817にアラインして、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器808の表面からp−GaAsコンタクト兼共振器スペーサー層806dの表面までの各層のエッチング除去を行ない、図15のように一辺が20μmの正方形メサの形成を行なった。次に、再び写真製版技術と、エッチング技術を用いて、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器803の途中までの各層のエッチング除去を行ない、図15のように一辺が40μmの正方形メサの形成を行なった。
【0212】
次に、ノンドープ−AlAs被選択酸化層804の選択酸化を行って、選択酸化領域815と非酸化領域814とからなる高次横モード抑制構造を形成している。ここで、非酸化領域814の面積は、イオン非注入導通領域817の面積に対し、相対的に小さく形成されている。具体的には、イオン非注入導通領域817の一辺の長さは10μmであり、非酸化領域814の一辺の長さは5μmである。
【0213】
次に、SiO絶縁膜809,p側電極811,n側電極812を形成し、図15の面発光レーザ素子とした。
【0214】
図15の面発光レーザ素子は、上部分布ブラッグ反射器808を介して電流注入が行なわれない構造となっており、上部半導体分布ブラッグ反射器808はノンドープであり、p型分布ブラッグ反射器が用いられていないので、吸収損失が少ない。また、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器808中に設けた非酸化領域815は抵抗に影響を及ぼさない。従って、素子は非常に低抵抗である。
【0215】
図15の面発光レーザ素子は、以上の様に素子抵抗が低く、単一基本横モード発振を維持したまま、高出力を得ることができ、更に高速動作も可能であった。また、選択酸化構造によって横モード閉じ込めを行っているので、素子の駆動状態の変化に対しても、安定に単一基本横モード発振を得る事ができた。このように、特に性能の優れた長波長帯イントラキャビティコンタクト型面発光レーザ素子を得ることができた。
【0216】
(第9の実施例)
図17は第9の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。図17の面発光レーザ素子は、GaInNAs/GaAs多重量子井戸構造を活性層とする1.3μm帯面発光レーザ素子である。また、図17の面発光レーザ素子は、素子内部の半導体層にキャリア注入を行なうための電極を設けたイントラキャビティコンタクト構造となっている。また、この第9の実施例の素子は、p側電極及びn側電極を基板の表面に設ける構成となっている。以下、その構造について説明する。
【0217】
図17の素子は、半絶縁性GaAs基板901上に、ノンドープGaAsバッファー層902、ノンドープAlAs/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器903、共振領域913、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部分布ブラッグ反射器908を順次結晶成長して構成されている。
【0218】
ここで、共振領域913は、ノンドープGaInNAs/GaAs多重量子井戸構造907と、GaAs共振器スペーサー層906とから構成されている。また、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部分布ブラッグ反射器908中には、ノンドープAlAs被選択酸化層904が設けられており、被選択酸化層904は、選択酸化により酸化がなされた選択酸化領域915と、酸化がなされていない非酸化領域914とにより構成されている。また、GaAs共振器スペーサー906中には、イオン注入高抵抗化領域916と、イオン非注入導通領域917とが設けられている。
【0219】
図18は、図17の面発光レーザ素子における共振領域913の周辺を詳しく示す図である。すなわち、図18には、ノンドープAlAs下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層903aとノンドープGaAs下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層903bとによるノンドープAlAs/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器903の1周期分の構造と、この上に設けられた共振領域913と、ノンドープAl0.8Ga0.2As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層908aとノンドープGaAs上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層908bとによるノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器908の1周期分の構造とが示されている。
【0220】
図17のイントラキャビティコンタクト型面発光レーザ素子では、ノンドープAlAs/GaAs下部分布ブラッグ反射器903の結晶成長を行なった後、図18に示すように、ノンドープGaAs共振器スペーサー層906a,n−GaAsコンタクト層兼共振器スペーサー層906b、n−GaAs共振器スペーサー層906c,ノンドープGaAs共振器スペーサー層906d,ノンドープGaInNAs/GaAs多重量子井戸構造907,ノンドープGaAs共振器スペーサー層906e,p−GaAs共振器スペーサー層906f,p−GaAsコンタクト層兼共振器スペーサー層906g,ノンドープGaAs共振器スペーサー層906hによる共振領域913と、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器908とを結晶成長している。本実施例では、更に自由キャリアによる吸収損失を低減するために、n−GaAsコンタクト層兼共振器スペーサー層906bも発振光の定在波の位置に設けている。ここで、図18に示すように、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器908中において定在波の節に当たる位置に、厚さ30nmのノンドープAlAs被選択酸化層904を設けている。
【0221】
また、図17の面発光レーザ素子では、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器908の一部の結晶成長を行った後、一旦成長中断を行い、レジストパターンを形成して水素イオン注入を行ない、イオン注入高抵抗化領域916と、イオン注入高抵抗化領域916によって囲まれたイオン非注入導通領域917とからなる正孔狭窄構造を設けている。また、ここで、イオン非注入導通領域917の一辺の長さは、10μmとしている。この後、レジストを除去し、成長表面の清浄化処理を行い、再び残りのノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器908の結晶成長を行っている。以上の様な作製方法とする事によって、イオンの注入深さを浅くできるので、容易に制御制良く高抵抗化領域を設ける事ができる。
【0222】
また、この他の作製方法として、素子の結晶成長の後、高加速電圧により活性層近辺に到達するように深くイオン注入を行う事もできる。
【0223】
この第9の実施例の面発光レーザ素子では、図18に示すように、p側電極と導通を取るためのp−GaAs共振器スペーサー兼コンタクト層906gと、n側電極とのコンタクトを取るためのn−GaAs共振器スペーサー兼コンタクト層906bとが設けられており、図17のようにそれぞれのコンタクト層の表面までをエッチングにより除去し、それぞれ一辺の長さが、30μmと、50μmである2段の正方形状メサを形成している。
【0224】
次に、ノンドープAlAs被選択酸化層904の選択酸化を行って、選択酸化領域915と非酸化領域914とからなる高次横モード抑制構造を形成している。ここで、非酸化領域914の面積は、イオン非注入導通領域917の面積に対し、相対的に小さく形成されている。具体的には、イオン非注入導通領域917の一辺の長さは10μmであり、非酸化領域914の一辺の長さは5μmである。
【0225】
次に、p側電極911,n側電極912を形成して、図17の面発光レーザ素子とした。
【0226】
図17のイントラキャビティコンタクト型面発光レーザ素子は、上部,下部ともに分布ブラッグ反射器を介して電流注入が行なわれない構造となっており、ドーピングが行なわれていないので、光吸収が少ないので、発振閾値電流は低く、スロープ効率は高かった。ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器908中に設けた非酸化領域914は抵抗に影響を及ぼさない。従って、非常に低抵抗であった。従って、素子は非常に低抵抗である。
【0227】
図17の面発光レーザ素子は、以上の様に素子抵抗が低く、単一基本横モード発振を維持したまま、高出力を得ることができ、更に高速動作も可能であった。また、選択酸化構造によって横モード閉じ込めを行っているので、素子の駆動状態の変化に対しても、安定に単一基本横モード発振を得る事ができた。このように、特に性能の優れた長波長帯イントラキャビティコンタクト型面発光レーザ素子を得ることができた。
【0228】
(第10の実施例)
図19は第10の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。図19の面発光レーザ素子は、GaInNAs/GaAs多重量子井戸構造を活性層とする1.3μm帯面発光レーザ素子である。これまでに説明したイントラキャビティコンタクト型の面発光レーザ素子では、いずれも共振領域に対して基板側がn導電型となる構成を示したが、この第10の実施例の素子は、基板側がp導電型となる構成となっている。以下、その構造について説明する。
【0229】
図19の素子は、半絶縁性GaAs基板1001上に、ノンドープGaAsバッファー層1002の結晶成長を行った後、AlAs/GaAsの対を1周期した36周期のノンドープAlAs/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器1003と、共振領域1013と、Al0.8Ga0.2As/GaAsの対を1周期とした20周期のノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器1008とを結晶成長して構成されている。
【0230】
ここで、共振領域1013は、GaInNAs/GaAs多重量子井戸構造1007と、GaAs共振器スペーサー層1006とから構成されており、GaAs共振器スペーサー層1006中には、n−AlAs被選択酸化層1004が設けられている。n−AlAs被選択酸化層1004は、選択酸化により酸化がなされた選択酸化領域1015と、酸化がなされていない非酸化領域1014とにより構成されている。また、GaAs共振器スペーサー層1006中には、イオン注入高抵抗化領域1016と、イオン非注入導通領域1017とが設けられている。
【0231】
図20は、図19の面発光レーザ素子の共振領域1013の周辺を詳しく示す図である。すなわち、図20には、ノンドープAlAs下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層1003aとノンドープGaAs下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層1003bとによるノンドープAlAs/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器1003の1周期分の構造と、ノンドープAl0.8Ga0.2As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層1008aとノンドープGaAs上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層1008bとによるノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器1008の1周期分の構造と、これらの間に設けた共振領域1013の構成とが示されている。
【0232】
ここで、共振領域1013は、ノンドープAlAs/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器1003の結晶成長を行なった後、ノンドープGaAs共振器スペーサー層1006a,p−GaAsコンタクト層兼共振器スペーサー層1006b,p−GaAs共振器スペーサー層1006c,ノンドープGaAs共振器スペーサー層1006d,ノンドープGaInNAs/GaAs多重量子井戸構造1007,ノンドープGaAs共振器スペーサー層1006e,n−GaAs共振器スペーサー層1006f,n−AlAs被選択酸化層1004,n−GaAs共振器スペーサー層1006g,n−GaAsコンタクト層兼共振器スペーサー層1006h,ノンドープGaAs共振器スペーサー層1006iを結晶成長して構成されている。
【0233】
また、図19の面発光レーザ素子では、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器1008の一部の結晶成長を行った後、一旦成長中断を行い、レジストパターンを形成して水素イオン注入を行ない、イオン注入高抵抗化領域1016と、イオン注入高抵抗化領域1016によって囲まれたイオン非注入導通領域1017からなる正孔狭窄構造を設けている。ここで、イオン非注入導通領域1017の一辺の長さは、10μmとしている。この後、レジストを除去し、成長表面の清浄化処理を行い、再び残りのノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器1008の結晶成長を行っている。以上の様な作製方法とする事によって、イオンの注入深さを浅くできるので、容易に制御制良く高抵抗化領域を設ける事ができる。
【0234】
また、この他の作製方法として、素子の結晶成長の後、高加速電圧により活性層近辺に到達するように深くイオン注入を行う事もできる。
【0235】
次に、n−AlAs被選択酸化層1004の選択酸化を行って、選択酸化領域1015と非酸化領域1014とからなる高次横モード抑制構造を形成している。ここで、非酸化領域1014の面積は、イオン非注入導通領域1017の面積に対し、相対的に小さく形成されている。具体的には、イオン非注入導通領域1017の一辺の長さは10μmであり、非酸化領域1014の一辺の長さは5μmである。次に、n側電極1011,p側電極1012を形成して、図19の面発光レーザ素子とした。
【0236】
図19のイントラキャビティコンタクト型面発光レーザ素子は、上部,下部ともに分布ブラッグ反射器を介して電流注入が行なわれない構造となっており、ドーピングが行なわれていない。従って、光吸収が少いので、発振閾値電流は低く、スロープ効率は高かった。
【0237】
図19の面発光レーザ素子は、以上の様に素子抵抗が低く、単一基本横モード発振を維持したまま、高出力を得ることができ、更に高速動作も可能であった。また、選択酸化構造によって横モード閉じ込めを行っているので、素子の駆動状態の変化に対しても、安定に単一基本横モード発振を得る事ができた。このように、特に性能の優れた長波長帯イントラキャビティコンタクト型面発光レーザ素子を得ることができた。以上の様に、基板側をp導電型とし、表面側をn導電型として構成する事もできる。
【0238】
(第11の実施例)
図21は第11の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。図21の面発光レーザ素子は、GaAs/Al0.15Ga0.85As多重量子井戸構造を活性層とする0.85μm帯面発光レーザ素子である。また、この第11の実施例の素子は、第1の実施例の素子において、n−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As下部半導体分布ブラッグ反射器中に設けた高次横モード抑制構造を、複数とする構成についての例を示したものである。素子の層構成は、この点を除いて第1の実施例と同様であり、詳細な層構成については、第1の実施例に示す通りであるので、共振器領域1113の近傍のみについて詳しく説明する。
【0239】
図22は、図21の面発光レーザ素子における共振領域の周辺を詳しく示す図である。すなわち、図22には、n−Al0.9Ga0.1As下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層1103aとn−Al0.15Ga0.85As下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層1103bとによるn−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As下部半導体分布ブラッグ反射器1103の3周期分の構造と、この上に設けられた共振領域1113と、p−Al0.9Ga0.1As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層1108aとp−Al0. 15Ga0.85As上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層1108bとによるp−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As上部半導体分布ブラッグ反射器1108の1周期分の構造とが示されている。
【0240】
図21の面発光レーザ素子では、図22に示すように、共振領域1113側から順に、n−Al0.9Ga0.1As下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層1103a中に1層づつ計3層の厚さ30nmのn−AlAs被選択酸化層1104を設けている。各n−AlAs被選択酸化層1104は、発振光の定在波の節となる位置に設けられている。
【0241】
図21の素子では、各層を結晶成長した後、第1の実施例と同様に水素イオン注入によって、イオン注入高抵抗化領域1116とイオン非注入導通領域1117とからなる正孔狭窄構造を設けた後、メサ形成を行ない、更に選択酸化によって、選択酸化領域1115と非酸化(導通)領域1114とからなる高次横モード抑制構造を設けている。
【0242】
この際、高次横モード抑制構造を形成する非酸化領域1114の面積は、正孔狭窄構造を形成するイオン非注入(導通)領域1117の面積に対し相対的に小さく形成している。具体的には、イオン非注入領域1117の一辺の長さは10μmであり、非酸化領域1114の一辺の長さは3μmである。
【0243】
次に、SiO絶縁膜1109、絶縁性樹脂1110、p側電極1111、n側電極1112の形成を行い、図21の面発光レーザ素子とした。
【0244】
図21の面発光レーザ素子は、n−Al0.9Ga0.1As/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器中に、非酸化領域1114と選択酸化領域1115とからなる高次横モード抑制構造を複数個(図21の例では、3層)設けたことにより、横モードの選択能力がより向上し、更に高出力まで、単一基本横モード発振を得ることができた。また、素子抵抗が低く、高速動作も可能であった。
【0245】
(第12の実施例)
図23は第12の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。図23の面発光レーザ素子は、GaAs/Al0.15Ga0.85As多重量子井戸構造を活性層とする0.85μm帯面発光レーザ素子である。また、この第12の実施例の素子は、第3の実施例の素子において、n−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As上部半導体分布ブラッグ反射器中に設けた高次横モード抑制構造を複数とする構成になっており、第11の実施例の素子に対し、活性層の上下の導電型を反転した構成に対応している。素子の層構成は、高次横モード抑制構造の数を除いて第3の実施例と同様であり、詳細な層構成については、第3の実施例に示す通りであるので、共振器領域1213の近傍のみについて詳しく説明する
【0246】
図24は、図23の面発光レーザ素子の共振領域1213の周辺を発振光の定在波とともに詳しく示す図である。すなわち、図24には、p−Al0.9Ga0.1As下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層1203aとp−Al0.15Ga0.85As下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層1203bとによるp−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As下部半導体分布ブラッグ反射器1203の1周期分の構造と、この上に設けられた共振領域1213と、n−Al0.9Ga0.1As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層1208aとn−Al0.15Ga0.85As上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層1208bとによるn−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As上部半導体分布ブラッグ反射器1208の3周期分の構造とが示されている。
【0247】
図23の面発光レーザ素子では、図24のように、共振領域1213側から順に、n−Al0.9Ga0.1As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層1208a中に1層づつ計3層の厚さ20nmのn−AlAs被選択酸化層1204を設けている。各n−AlAs被選択酸化層1204は、図24から分かるように、発振光の定在波の節となる位置に設けられている。
【0248】
図23の素子では、各層を結晶成長した後、第3の実施例と同様に水素イオン注入によって、イオン注入高抵抗化領域1216とイオン非注入導通領域1217とからなる正孔狭窄構造を設けた後、メサ形成を行い、更に選択酸化によって、選択酸化領域1215と非酸化領域1214とからなる高次横モード抑制構造を設けている。
【0249】
この際、高次横モード抑制構造を形成する非酸化領域1214の面積は、正孔狭窄構造を形成するイオン非注入領域1217の面積に対し相対的に小さく形成している。具体的には、イオン非注入領域1217の一辺の長さは、10μmであり、非酸化領域1214の一辺の長さは3μmである。
【0250】
次に、SiO絶縁膜1209、絶縁性樹脂1210、n側電極1211、p側電極1212の形成を行い、図23の面発光レーザ素子とした。
【0251】
図23の面発光レーザ素子は、n−Al0.9Ga0.1As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器中に、非酸化領域1214からなる選択酸化構造を複数個(図23の例では、3層)設けたことにより、横モードの選択能力がより向上し、更に高出力まで、単一基本横モード発振を得ることができた。また、素子抵抗が低く、高速動作も可能であった。
【0252】
(第13の実施例)
図25は第13の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。図25の面発光レーザ素子は、GaInNAs/GaAs多重量子井戸構造を活性層とする1.3μm帯面発光レーザ素子である。また、この第13の実施例の素子は、第8の実施例の素子において、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器中に設けた、高次横モード抑制構造を複数とする構成になっている。素子の層構成は、高次横モード抑制構造の数を除いて第8の実施例と同様であり、詳細な層構成については、第8の実施例に示す通りであるので、共振器領域1313の近傍のみについて詳しく説明する。
【0253】
図26は、図25の面発光レーザ素子における共振領域1313の周辺を発振光の定在波とともに詳しく示す図である。すなわち、図26には、共振領域1313と、n−AlAs下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層1303aとn−GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層1303bとによるp−AlAs/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器1303の1周期分の構造と、ノンドープAl0.8Ga0.2As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層1308aとノンドープGaAs上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折層1308bとによるノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器1308の5周期分の構造とが示されている。
【0254】
図25の面発光レーザ素子では、図26に示すように、共振領域1313側から順に、n−Al0.8Ga0.2As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折層1308a中に1層づつ計4層の厚さ20mのノンドープAlAs被選択酸化層1304を設けている。各ノンドープAlAs被選択酸化層1304は、図26から分かるように、発振光の定在波の節となる位置に設けられている。
【0255】
また、図25の面発光レーザ素子では、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器1308の一部の結晶成長を行った後、一旦成長中断を行い、レジストパターンを形成して水素イオン注入を行ない、イオン注入高抵抗化領域1316と、イオン注入高抵抗化領域1316によって囲まれたイオン非注入導通領域617とからなる正孔狭窄構造を設けている。また、ここで、イオン非注入導通領域1317の一辺の長さは、10μmとしている。この後、レジストを除去し、成長表面の清浄化処理を行い、再び残りのノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器1308の結晶成長を行っている。以上の様な作製方法とする事によって、イオンの注入深さを浅くできるので、容易に制御制良く高抵抗化領域を設ける事ができる。
【0256】
また、この他の作製方法として、素子の結晶成長の後、高加速電圧により活性層近辺に到達するように深くイオン注入を行う事もできる。
【0257】
次に、公知の写真製版技術,公知のドライエッチング技術により、図25に示すように2段の正方形状メサ構造の形成を行なっている。ここで、エッチングは、コンタクト層1306dの表面が露呈する様に行っている。
【0258】
次に、AlAs被選択酸化層1304の選択酸化によって、選択酸化領域1315と非酸化領域1314とからなる高次横モード抑制構造を設けている。ここで、非酸化領域1314の一辺の長さは5μmであり、正孔狭窄構造における非注入領域の面積に対し、相対的に小さくなっている。
【0259】
図25の面発光レーザ素子は、第8の実施例の素子に対し、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器1308中のノンドープAlAs被選択酸化層1304を複数(図25の例では、4層)にし、複数の非酸化領域1314を設けたことにより、横モードの選択能力がより向上し、更に高出力まで、単一基本横モード発振が得られた。また、面積の小さな非酸化領域1314を電流通路以外の領域に設けた事により、非常に低抵抗であった。また、素子抵抗が低く、高速動作も可能であった。
【0260】
以上のように、性能の優れた長波長帯面発光レーザ素子を得ることができる。
【0261】
(第14の実施例)
図27は第14の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。図27の面発光レーザ素子は、GaInNAs/GaAs多重量子井戸構造を活性層とする1.3μm帯イントラキャビティコンタクト型面発光レーザ素子であり、下部半導体分布ブラッグ反射器中に設けられる高次横モード抑制構造を複数とする構成になっている。素子の層構成は、第4の実施例の0.85μm帯イントラキャビティコンタクト型面発光レーザ素子に対し、AlAs被選択酸化層の層数が異なる点と、素子を構成する半導体材料が異なる点とを除いて同様であり、素子の構成は第4の実施例に示されている。また、この第14の実施例の面発光レーザ素子における具体的な半導体材料は、図27の符号の説明に示している通りである。
【0262】
この第14の実施例の素子では、n−Al0.8Ga0.2As/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器1403中の、発振光の定在波の節に当たる位置に、共振領域1413側から順にそれぞれ1層づつ、厚さ30nmのn−AlAs被選択酸化層1404を計3層設ける構成となっており、これによって、3つの高次横モード抑制構造が形成されている。
【0263】
また、この第14の実施例の面発光レーザ素子では、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器1408の一部の結晶成長を行った後、一旦成長中断を行い、レジストパターンを形成して水素イオン注入を行ない、イオン注入高抵抗化領域1416と、イオン注入高抵抗化領域1416によって囲まれたイオン非注入導通領域1417とからなる正孔狭窄構造を設けている。ここで、イオン非注入導通領域1417の一辺の長さは、10μmとしている。この後、レジストを除去し、成長表面の清浄化処理を行い、再び残りのノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器1408の結晶成長を行っている。以上の様な作製方法とする事によって、イオンの注入深さを浅くできるので、容易に制御制良く高抵抗化領域を設ける事ができる。
【0264】
また、この他の作製方法として、素子の結晶成長の後、第4の実施例の様に、高加速電圧により活性層近辺に到達するように深くイオン注入を行う事もできる。
【0265】
図27の面発光レーザ素子は、2段の正方形状メサ構造の形成を行なった後、水素イオン注入によって、イオン注入高抵抗化領域1416と、イオン注入高抵抗化領域1416によって囲まれたイオン非注入領域1417とからなる正孔狭窄構造を設けている。ここで、非注入領域1417の一辺の長さは、10μmとしている。
【0266】
次に、AlAs被選択酸化層1404の選択酸化によって、選択酸化領域1415と、非酸化領域1414の形成を行っている。ここで、非酸化領域1414の一辺の長さは5μmであり、正孔狭窄構造における非注入領域の面積に対し、相対的に小さくなっている。ここで、選択酸化領域1415と非酸化領域1414からなる構造は、高次横モード抑制構造として設けられている。
【0267】
図27のイントラキャビティコンタクト型面発光レーザ素子は、下部分布ブラッグ反射器中の高次横モード抑制構造を複数(図27の例では、3個)とした事により、横モードの選択能力がより向上し、更に高出力まで、単一基本横モード発振を得ることができた。また、面積の小さな非酸化領域1414を電流通路以外の領域に設けた事により、非常に低抵抗であった。また、素子抵抗が低く、高速動作も可能であった。以上のように、性能の優れた長波長帯面発光レーザ素子を得ることができる。
【0268】
(第15の実施例)
図28は第15の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。図28の面発光レーザ素子は、GaInNAs/GaAs多重量子井戸構造を活性層とする1.3μm帯面発光レーザ素子である。また、この第15の実施例の素子は、第14の実施例の素子において、p側電極,n側電極を基板表面に設ける構成となっている。この点を除いて、素子の構造は第14の実施例の素子と類似である。また、この第15の実施例の面発光レーザ素子における具体的な半導体材料は、図28の符号の説明に示している通りである。
【0269】
図28の素子では、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器1503中の、発振光の定在波の節に当たる位置に、共振領域1513側から順にそれぞれ1層づつ、厚さ20nmのn−AlAs被選択酸化層1504を計3層設ける構成となっており、これによって、3つの高次横モード抑制構造が形成されている。
【0270】
また、図28の面発光レーザ素子では、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器1508の一部の結晶成長を行った後、一旦成長中断を行い、レジストパターンを形成して水素イオン注入を行ない、イオン注入高抵抗化領域1516と、イオン注入高抵抗化領域1516によって囲まれたイオン非注入導通領域1517とからなる正孔狭窄構造を設けている。ここで、イオン非注入導通領域1517の一辺の長さは、10μmとしている。この後、レジストを除去し、成長表面の清浄化処理を行い、再び残りのノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器1508の結晶成長を行っている。以上の様な作製方法とする事によって、イオンの注入深さを浅くできるので、容易に制御制良く高抵抗化領域を設ける事ができる。
【0271】
また、この他の作製方法として、素子の結晶成長の後、第4の実施例の様に、高加速電圧により活性層近辺に到達するように深くイオン注入を行う事もできる。
【0272】
図28の面発光レーザ素子は、2段の正方形状メサ構造の形成を行なった後、水素イオン注入によって、イオン注入高抵抗化領域1516と、イオン注入高抵抗化領域1516によって囲まれたイオン非注入領域1517とからなる正孔狭窄構造を設けている。ここで、非注入領域1517の一辺の長さは、10μmとしている。
【0273】
次に、n−AlAs被選択酸化層1504の選択酸化によって、選択酸化領域1515と非酸化領域1514とを形成している。ここで、非酸化領域1514の一辺の長さは5μmであり、正孔狭窄構造における非注入領域の面積に対し、相対的に小さくなっている。ここで、選択酸化領域1515と非酸化領域1514からなる構造は、高次横モード抑制構造として設けられている。
【0274】
図28のイントラキャビティコンタクト型面発光レーザ素子は、下部分布ブラッグ反射器中の高次横モード抑制構造を複数(図28の例では、3個)とした事によって、横モードの選択能力がより向上し、更に高出力まで、単一基本横モード発振を得ることができた。また、素子抵抗が低く、高速動作も可能であった。以上のように、性能の優れた長波長帯面発光レーザ素子を得ることができる。
【0275】
(第16の実施例)
図29は第16の実施例の面発光レーザアレイを示す図である。すなわち、図29は、本発明の面発光レーザ素子を2次元に4×4個集積したモノリシックレーザアレイの上面図を示したものである。図29の例では、個々の素子を独立に駆動するために個別に上部電極に配線が設けられている。また、図29の面発光レーザアレイは前述の各実施例と同様の手順・方法で作製されたものである。
【0276】
図29の面発光レーザアレイを構成する個々の素子は、いずれも、電子通路の途中、又は電子及び正孔通路を避けた領域に、高次横モード抑制構造を備えており、素子抵抗を増加させることなく、高次横モードの発振が抑制されている。また、p型分布ブラッグ反射器中に設けた水素イオン注入による導通領域の大きな正孔狭窄構造によって、素子抵抗を著しく増加させることなく、正孔の注入領域をメサ中心部に制限している。従って、低抵抗であり、発振領域を広くすることができる。よって発熱が少なく、高出力まで、単一基本横モードで発振した。以上のように、単一横モードで高出力動作する面発光レーザアレイが得られた。
【0277】
(第17の実施例)
図30,図31は第17の実施例の多波長面発光レーザアレイを示す図である。なお、図30はGaInNAs/GaAs多重量子井戸構造を活性層とした2×3個の1.55μm帯面発光レーザ素子より構成された多波長面発光レーザアレイであり、図31は図30の多波長面発光レーザアレイで領域Rに位置する隣接した2つの素子A,Bについての構造を示す図である。
【0278】
この第17の実施例の多波長面発光レーザアレイは、図31に示すように、面発光レーザ素子内部の半導体層にキャリア注入を行なうための電極を設けたイントラキャビティコンタクト構造となっており、更に、正孔通路および電子通路を避けた領域に発振横モード制御を行なうための高次横モード抑制構造が設けられたものとなっている。
【0279】
また、この第17の実施例の多波長面発光レーザアレイは、図31に示すように、面発光レーザ素子の上面に個々の面発光レーザ素子を独立に駆動するためのp側電極1711が設けられている。また、基板1701の裏面にn側共通電極1712が設けられている。
【0280】
また、更に、この第17の実施例の多波長面発光レーザアレイは、後述するように、アレイ内における面発光レーザ素子のメサ径が互いに異なる構成となっている。図31では、図中に示す上部のメササイズの変化方向に向かって、上部メサのサイズが次第に大きくなっている。また、例えば、隣接する2つの素子A,Bを示した図31を参照すると、素子Aは、素子Bに対して、上部メササイズが相対的に大きく作製されている。
【0281】
次に、この第17の実施例の多波長面発光レーザアレイの構造について説明する。図31の各面発光レーザ素子は、n−GaAs基板1701上に、n−GaAsバッファ層1702と、n−Al0.8Ga0.2As/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器1703と、共振領域1713と、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部分布ブラッグ反射器1708とを結晶成長して構成されている。
【0282】
ここで、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部分布ブラッグ反射器1708中には、ノンドープAlAs被選択酸化層1704が一層設けられている。また、共振領域1713は、第6の実施例と同様に、GaAs共振器スペーサー層1706と、GaInNAs/GaAs多重量子井戸構造1707とにより構成されている。
【0283】
また、本面発光レーザ素子では、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器1708の一部の結晶成長を行った後、一旦成長中断を行い、レジストパターンを形成して水素イオン注入を行ないイオン注入高抵抗化領域1516と、イオン注入高抵抗化領域1516によって囲まれたイオン非注入導通領域1717とからなる正孔狭窄構造を設けている。ここで、イオン非注入導通領域1717の一辺の長さは、10μmとしている。この後、レジストを除去し、成長表面の清浄化処理を行い、再び残りのノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器1708の結晶成長を行っている。以上の様な作製方法とする事によって、イオンの注入深さを浅くできるので、容易に制御制良く高抵抗化領域を設ける事ができる。
【0284】
また、この他の作製方法として、素子の結晶成長の後、実施例4の様に、高加速電圧により活性層近辺に到達するように深くイオン注入を行う事もできる。
【0285】
次に、上述した各実施例と同様に、公知の写真製版技術,エッチング技術によって、2回のエッチングにより図31のように正方形2段メサ形状を形成している。ここで、上部メサを形成する際に、メサの径を面発光レーザアレイ内で変化させて作製している。図31では、上述のように、素子Aの上部メサの径を、素子Bの上部メサの径に対して大きく形成している。この後、選択酸化により、アンドープAlAs被選択酸化層1704の酸化を行ない、選択酸化領域1715と、非酸化領域1714a,1714bとを形成している。
【0286】
ここで、ノンドープAlAs被選択酸化層1704の酸化レートは、素子Aと素子Bとで同じであるが、素子Aの上部メサの径が、素子Bの上部メサの径に比べて相対的に大きいことにより、非酸化領域1714aの面積は、非酸化領域1714bの面積に比べて相対的に大きく形成されている。また、非酸化領域1714a、および1714bの面積は、いずれも、イオン非注入導通領域1717の面積に対して小さい。ここで、選択酸化領域1715および非酸化領域1714a,1714bからなる選択酸化構造は、それぞれ高次横モード抑制構造として設けられている。
【0287】
また、図30の多波長面発光レーザアレイでは、アレイを構成する面発光レーザ素子の上部メサの径は、全ての面発光レーザ素子において、互いに異なるように作製されており、高次横モード抑制構造の非酸化領域の面積は、全ての面発光レーザ素子で異なっている。
【0288】
次に、面発光レーザ素子のSiO絶縁膜1709を形成し、蒸着及びリフトオフにより、p側電極1711を形成している。次に、基板の裏面にn側電極1712を蒸着し、アニールによってオーミック導通を取り、図36,図37の多波長面発光レーザアレイを作製することができる。
【0289】
図30の面発光レーザアレイは、高次横モード抑制構造における非酸化領域の面積がアレイ内の全ての面発光レーザ素子において互いに異なっており、これによって、各面発光レーザ素子の発振波長も異なっている。高次横モード抑制構造の非酸化領域の面積が小さな面発光レーザ素子ほど、短波長において発振が得られる。この第17の実施例の多波長面発光レーザアレイを構成する各面発光レーザ素子の波長間隔は1nmであり、1546nmから1553nmまでの発振波長を得ることができる。
【0290】
また、図31の面発光レーザ素子は、上部半導体分布ブラッグ反射器を介して電流注入が行なわれない構造であり、更に、上部半導体分布ブラッグ反射器はノンドープである。また、図31の面発光レーザ素子は、光吸収の大きいp型分布ブラッグ反射器が用いられていないので、低損失である。このため、発振閾値電流は低く、スロープ効率は高い。また更に、高出力を得ることができる。
【0291】
また、高次横モード抑制構造は、ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器1908中に設けられているので、非酸化領域1714a,1714bは素子抵抗に寄与しない。従って、面発光レーザ素子は非常に低抵抗であり、発熱が少ない。従って、図31の面発光レーザ素子は、高出力動作が可能である。また、図31の面発光レーザ素子は、同じ面積を有したイオン非注入導通領域を有しており、個々の面発光レーザ素子の発振閾値電流,動作電圧等のアレイ内分布は非常に小さく、均一な特性を持つ多波長面発光レーザアレイを得ることができる。この第17の実施例の多波長面発光レーザアレイでは、単一基本横モード発振で、高出力を得ることができる。
【0292】
なお、上述の例では、2×3個の面発光レーザ素子よりなる多波長面発光レーザアレイについて説明したが、アレイの形態(素子数,素子の配置)としては、これ以外のものにすることもできる。
【0293】
(第18の実施例)
図32は第18の実施例の電子写真システムを示す図である。図32の電子写真システムは、感光ドラムと、光学走査系(走査収束光学系)と、書き込み光源と、同期制御回路(同期制御部)とを有しており、書き込み光源には、本発明の面発光レーザ素子または面発光レーザアレイが用いられている。
【0294】
図32の電子写真システムは、同期制御回路によって制御され、書き込み光源(面発光レーザ素子)からの光は、ポリゴンミラー,レンズ収束系からなる走査収束光学系によって感光ドラム上に集光され、潜像を形成する。従来、面発光レーザ素子は、発熱の影響により高出力動作が困難であったが、本発明の面発光レーザ素子は、従来の素子に比べ高出力動作が可能であり、電子写真システムの書き込み光源として用いることができる。また、発振モードも単一基本横モードであるので、遠視野像は単峰性であり、ビームの集光が容易なことから、高精彩な画質を得ることができる。
【0295】
また、AlGaInP系材料を活性層材料とした赤色面発光レーザ素子は、発振波長が650nm程度とAlGaAs系材料に比べ短波長発振が可能であり、光学設計の余裕度を大きくすることができる。従って、高精彩電子写真の書き込み光源として好適である。このような赤色面発光レーザ素子は、活性層にAlGaInP系材料を用い、分布ブラッグ反射器にAlGaAsやAlGaInP系材料を用いて、構成することができる。また、これらの材料はGaAs基板に格子整合して結晶成長を行うことが可能であるので、AlAs材料等を選択酸化層として用いることが可能である。ところが、AlGaInP系材料は、温度変化に対する影響を非常に受けやすく、素子発熱による温度上昇により、出力の飽和,発振の停止等が問題となっている。しかしながら、本発明による赤色面発光レーザ素子は、電子通路の途中、又は、電子通路及び正孔通路を避けた領域に、選択酸化によって形成された非酸化領域の面積が小さな高次横モード抑制構造を備えているので、素子抵抗を増加させることなく、高次横モードの発振が抑制できる。また、p型分布ブラッグ反射器等の正孔通路の途中に設けた、面積の大きなイオン非注入通領域を有した正孔狭窄構造により、正孔の狭窄を行っているので、従来の様に、素子の低抵を増加させる事がない。
【0296】
以上から、素子発熱が低減されており、単一基本横モード発振において、従来に比べ高出力動作が可能である。このように、本発明の面発光レーザ素子または面発光レーザアレイは、電子写真システムの書き込み光源として好適である。
【0297】
また、第16の実施例の面発光レーザアレイを用いることにより、マルチビーム書き込み系を得ることができるので、書き込み速度等も従来に比べて高速にできる。以上から、高速、且つ高精彩な電子写真システムを得ることができる。
【0298】
(第19の実施例)
図33は第19の実施例の面発光レーザモジュールの概要を示す図である。図33のレーザアレイモジュールは、シリコン基板上に、1次元モノリシック面発光レーザアレイと、マイクロレンズアレイと、ファイバアレイとが実装されて構成されている。
【0299】
ここで、面発光レーザアレイは、ファイバに対向して設けられており、マイクロレンズアレイを介して、シリコン基板に形成されたV溝に実装された石英シングルモードファイバと結合している。面発光レーザアレイの発振波長は1.3μm帯であり、石英シングルモードファイバを用いることで高速伝送が行える。また、この第19の実施例の面発光レーザモジュールは、本発明による面発光レーザアレイが用いられていることで、環境温度等の駆動条件の変化に対しても基本横モードで安定に発振し、ファイバとの結合率の変化も少なく、信頼性の高いレーザモジュールを得ることができる。
【0300】
(第20の実施例)
図34は第20の実施例の光インターコネクションシステムを示す図である。図34のインターコネクションシステムは、機器1と機器2との間を、光ファイバアレイを用いて接続したものとなっている。送信側である機器1には、本発明による面発光レーザ素子又は面発光レーザアレイ用いた1次元レーザアレイモジュールと、これの駆動回路とが設けられている。また、受信側である機器2には、フォトダイオードアレイモジュールと、信号検出回路とが設けられている。
【0301】
また、この第20の実施例の光インターコネクションシステムは、本発明による面発光レーザアレイが用いられていることで、環境温度等の駆動条件の変化に対しても基本横モードで安定に発振し、ファイバとの結合率の変化も少なく、信頼性の高いインターコネクションシステムを構成することができる。この第20の実施例では、並列光インターコネクションシステムを例に説明したが、この他にも、単一素子を用いたシリアル伝送システムを構成することもできる。また、機器間の他にも、ボード間,チップ間,チップ内インターコネクションに応用することもできる。
【0302】
(第21の実施例)
図35は第21の実施例の光通信システムを示す図である。図35の光通信システムは、本発明による面発光レーザ素子又は面発光レーザアレイ素子を用いて光LANシステムを構成したものとなっている。すなわち、サーバーとコアスイッチとの間、及び、コアスイッチと各スイッチとの間、及び、スイッチと各端末との間の光伝送の光源に、本発明の面発光レーザ素子又は面発光レーザアレイが用いられている。また、各機器間は、石英シングルモードファイバ又はマルチモードファイバによって結合されている。このような光LANの物理層としては、例えば1000BASE−LX等のギガビットイーサネットが挙げられる。図35の光LANシステムでは、光源のレーザ素子に、本発明による面発光レーザ素子を用いたことで、環境温度等の駆動条件の変化に対しても基本横モードで安定に発振し、ファイバとの結合率の変化も少なく、信頼性の高いインターコネクションシステムを構成することができる。
【0303】
(第22の実施例)
図36は第22の実施例の波長多重(WDM)通信システムを示す図である。図36の波長多重通信システムは、本発明の多波長面発光レーザアレイによる光源と、WDM合波器と、石英マルチモードファイバと、WDM分波器と、受光器とからなっている。
【0304】
ここで、分波器,合波器としては、アレイドウエーブガイドグレーティング(AWG)等を用いることができる。また、多波長面発光レーザアレイとしては、1.55μm帯を発振波長とした第17の実施例で示したようなGaInNAsSbを活性層材料とする面発光レーザアレイを用いることができる。ここで、面発光レーザアレイ内の各面発光レーザ素子の波長間隔は1nmである。また、図36の波長多重通信システムでは、8個の素子からなる中心波長の異なる面発光レーザアレイを4個用い、32チャンネルのシステムを構成している。面発光レーザアレイ内の各面発光レーザ素子から送信される信号は、合波器で合波され、1本のマルチモードファイバを伝搬し、再び分波器で波長に応じた受光器に送られて電気信号に変換される。
【0305】
この第22の実施例の光通信システムの光源である多波長面発光レーザアレイは、上述のように個々の面発光レーザ素子の抵抗が小さく、基本単一横モード発振において、高出力を得ることができる。従って、高速変調が可能であり、また発振閾値電流等のアレイ内における各面発光レーザ素子の特性のばらつきは非常に小さい。従って、アレイを駆動するために複雑な駆動回路を必要としない。この結果、低コストで信頼性の高い光通信システムを構成することが可能となる。
【0306】
なお、この第22の実施例では、1.55μm帯における波長多重通信システムを例に説明を行なったが、波長帯としては、1.3μm帯等の他の波長帯とすることもできる。多波長面発光レーザアレイを構成する素子の材料,組成は、波長帯に応じて最適に選ぶことができる。また、チャンネル数,波長間隔も、用途に応じて他の組み合わせとすることもできる。また、光ファイバも石英マルチモードファイバ以外にも、石英シングルモードファイバやPOF等も用いることができる。また、使用する波長帯に応じて最適なファイバを使用することができる。
【0307】
また、以上の各実施例においては、結晶成長方法として、MOCVD法を例に挙げて説明を行なったが、この他にも、分子線結晶成長法(MBE法)等の、その他の結晶成長方法を用いることもできる。また、基板として、n型基板,半絶縁性基板の他にも、p型基板を用いても良い。また、発振波長も、上述した670nm帯,0.98μm帯,1.3μm帯以外にも、1.5μm帯や0.85μm帯以外の波長帯であっても良く、素子を構成する半導体材料には、発振波長に応じ、上述以外のものが用いられていても良い。また、素子構造は、上述した各実施例に示した以外の構造であっても良く、また、各実施例で示した素子も、他の発振波長であっても良い。また、分布ブラッグ反射器の材料,構成を、発振波長により、最適に選ぶことで、いずれの構造も任意の発振波長に対応した素子を形成することができる。
【0308】
また、誘電体等の分布ブラッグ反射器を構成する材料も、上述以外のものを用いることができる。また、共振器の長さ及び構造も上述以外のものとすることができる。また、素子の抵抗をより低減するためには、Al(Ga)As/GaAs等のヘテロ界面には、これらの間の組成を有するヘテロスパイク緩衝層を設けることが効果的であり、被選択酸化層等の界面にもヘテロスパイク緩衝層が設けられていても良い。ヘテロスパイク緩衝層としては、ヘテロ界面を構成する2層の間の組成を有する単層や、組成の異なる複数の層を組み合わせたもの、又は組成を連続的に変化させたもの等が挙げられる。
【0309】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項1乃至請求項10記載の発明によれば、活性層と、活性層を挟んで対向する一対の分布ブラッグ反射器と、第1の電極から活性層へ到達する正孔通路と、第2の電極から活性層へ到達する電子通路とを備えた面発光レーザ素子において、
前記正孔通路の途中には、イオン注入によって設けられた高抵抗領域と前記高抵抗領域によって囲まれた導通領域とによって構成された、前記活性層への正孔注入領域を規定する正孔狭窄構造が設けられ、また、前記正孔狭窄構造とは別に、Alを構成元素として含む半導体層を選択酸化してなる選択酸化領域と前記選択酸化領域によって囲まれた非酸化領域とによって構成された高次横モード抑制構造が設けられており、前記高次横モード抑制構造の非酸化領域は、前記正孔狭窄構造の導通領域よりも小さな面積を有しているので、素子抵抗が低く、単一基本横モードにおいて高出力が得られ、高速動作が可能な面発光レーザ素子を提供することができる。
【0310】
すなわち、従来、酸化型面発光レーザ素子では、単一基本横モード制御と電流狭窄とを同一の酸化層によって行なう構成となっており、酸化層は、キャリアの狭窄効率の高い正孔の注入側に設けられている。2種のキャリアの内、正孔は電子に比べて移動度が小さいため、狭窄後も拡散しにくく、高い狭窄効果を維持できるからである。また、正孔狭窄層の非酸化領域の直径又は一辺の長さを発振波長の3〜4倍程度と微小にすることにより、高次横モードの発振が抑制され、単一基本横モード発振を得ることができる。しかし、正孔の移動度が小さいことによって、正孔狭窄層の狭窄部は高抵抗化し易く、単一基本横モードとなる程度に非酸化(導通)領域の面積を小さくした場合、素子は非常に高抵抗となり、高出力,高速動作を得る事が難しかった。
【0311】
また、イオン注入型面発光レーザ素子では、同様に電流狭窄の為に、p導電型分布ブラッグ反射器中に高抵抗化領域による正孔狭窄構造を設ける構造となっており、利得導波とサーマルレンズ効果により、横モード制御を行っている。しかし、作り込みの光閉じ込め構造を有していない為、素子の動作状態に対し横モードが非常に不安定であり、単一基本横モードにおいて、高出力を得る事が難しい。
【0312】
そこで、請求項1乃至請求項10記載の面発光レーザ素子では、以上のような高抵抗化を防止するために、正孔狭窄層とは別に、高次横モードの発振を抑制するための高次横モード抑制構造を新たに設け、更に、高次横モード抑制構造における非酸化領域の面積を、正孔狭窄構造における非酸化領域の面積に対して小さくしている。このように、正孔狭窄構造と高次横モード抑制層とをそれぞれ設ける構成とすることにより、それぞれの構造を独立に、また最適に設計することが可能となる。
【0313】
請求項1乃至請求項10の構成によれば、Alを組成に含む半導体層を選択酸化して設けられる高次横モード抑制構造は、面発光レーザ中に横モードの光閉じ込め構造を形成し、駆動状態の変化に対して発振状態を安定にする動作を有する。更に非酸化領域の面積を小さく設ける事により、高次横モードの発振を抑制し、単一基本横モード発振を得る事ができる。
【0314】
また、イオン注入によって形成された、高次横モード抑制構造における非酸化領域に対し相対的に大きな正孔狭窄領域を有する正孔狭窄構造は、メサの側面へのキャリアの拡散を防止し、高い内部量子効率を得る機能を有する。また、高次横モード抑制構造と電流狭窄構造を別に設ける構成とした事によって、正孔狭窄領域を広く設ける事が可能となり、発振領域を拡大することができるとともに、素子抵抗の増加を低減する事ができる。また、素子抵抗の増加を低減する事によって、高出力動作が可能になる。以上の様に、請求項1乃至請求項10の発明では、素子抵抗が低く、単一基本横モードにおいて高出力が得られ、高速動作が可能な面発光レーザ素子を得る事ができる。
【0315】
より具体的に、請求項2の発明では、電子通路の途中に設けた、Alを組成に含む半導体層を選択酸化して設けられる高次横モード抑制構造によって、面発光レーザ中に横モードの光閉じ込め構造を形成し、駆動状態の変化に対して発振状態を安定にする事ができる。更に非酸化領域の面積を小さく設ける事により、高次横モードの発振を抑制し、単一基本横モード発振を得る事ができる。
【0316】
更に、n導電型半導体は、p導電型半導体に対し、電気抵抗が約一桁程度小さい為に、請求項2における高次横モード抑制構造は、素子抵抗を著しく増加させる事無く、高次横モード発振を抑制する事ができる。
【0317】
また、イオン注入によって形成された、高次横モード抑制構造における非酸化領域に対し相対的に大きな正孔狭窄領域を有する正孔狭窄構造は、メサの側面へのキャリアの拡散を防止し、高い内部量子効率を得る事ができる。また、高次横モード抑制構造と電流狭窄構造を別に設ける構成とした事によって、正孔狭窄領域を広く設ける事が可能となり、発振領域を拡大することができるとともに、素子抵抗の増加を低減する事ができる。また、素子抵抗の増加を低減する事によって、高出力動作を可能にする事ができる。以上の様に、請求項2の発明では、素子抵抗が低く、単一基本横モードにおいて高出力が得られ、高速動作が可能な面発光レーザ素子を得る事ができる。
【0318】
また、請求項3の発明では、電子通路及び正孔通路を避けて設けた、Alを組成に含む半導体層を選択酸化して設けられる高次横モード抑制構造によって、面発光レーザ中に横モードの光閉じ込め構造を形成し、駆動状態の変化に対して発振状態を安定にする事ができる。更に非酸化領域の面積を小さく設ける事により、高次横モードの発振を抑制し、単一基本横モード発振を得る事ができる。
【0319】
更に、請求項3における高次横モード抑制構造は、電子通路及び正孔通路を避けて設けている事により、素子抵抗への影響は全く無いので、素子抵抗を増加させる事無く、高次横モード発振を抑制する事ができる。
【0320】
また、イオン注入によって形成された、高次横モード抑制構造における非酸化領域に対し相対的に大きな正孔狭窄領域を有する正孔狭窄構造は、メサの側面へのキャリアの拡散を防止し、高い内部量子効率を得る事ができる。また、高次横モード抑制構造と電流狭窄構造を別に設ける構成とした事によって、正孔狭窄領域を広く設ける事が可能となり、発振領域を拡大することができるとともに、素子抵抗の増加を低減する事ができる。また、素子抵抗の増加を低減する事によって、高出力動作を可能にする事ができる。以上の様に、請求項3の発明では、素子抵抗が低く、単一基本横モードにおいて高出力が得られ、高速動作が可能な面発光レーザ素子を得る事ができる。
【0321】
また、請求項4の発明では、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、半導体材料からなる分布ブラッグ反射器を用いる構成となっており、半導体からなる分布ブラッグ反射器を用いて素子を構成することにより、1回の結晶成長によって素子を構成する各層を設けることができ、また、共振領域,分布ブラッグ反射器等の高い膜厚精度が必要とされる各部を、同一の装置によって制御性良く形成することができる。また、制御性の高い半導体プロセス技術を用いて素子の作製が行なえるため、特性ばらつきの少ない信頼性の高い素子を得ることができる。
【0322】
また、請求項5の発明では、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、分布ブラッグ反射器を半導体材料と誘電体材料から構成している。誘電体材料では、半導体材料に比べ、光吸収が少なく、また、少ない積層数によって高い反射率を得ることができる。吸収損失は、素子の発振閾値電流の増加や、スロープ効率、出力の低減等といった不具合を生じる。特に半導体材料では、ドーピングを高濃度にするに従い、自由キャリア吸収,価電子帯間吸収が顕著になり、光の吸収損失が増加するという性質がある。また、光吸収は長波の光ほど顕著となる。従って、特性の優れた長波長帯の素子を得るのが難しいという問題がある。これに対し、誘電体材料による分布ブラッグ反射器では、発振光の吸収損失を低減することが可能であり、上述した特性が優れた素子を得ることができる。よって、特に、長波長帯において特性の優れた請求項1乃至請求項3の面発光レーザ素子を得ることができる。請求項1乃至請求項3記載の面発光レーザ素子は、抵抗が小さく、高出力まで基本単一横モード発振が可能であり、また、抵抗が低いことから高速変調が可能である。この請求項5の構成によれば、特に光ファイバ通信用途に好適な長波長帯面発光レーザ素子を得ることができる。
【0323】
ここで、誘電体材料と半導体材料からなる分布ブラッグ反射器としては、低屈折率層及び高屈折率層の全てが誘電体材料である場合や、誘電体と半導体材料からなる組み合わせである場合等が含まれる。また活性層を挟んで対向する一対の分布ブラッグ反射器の組み合わせとしては、少なくとも一方が半導体材料のみから構成されているような場合も含まれる。
【0324】
また、請求項6の面発光レーザ素子では、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記一対の分布ブラッグ反射器のうちの少なくとも一方はn導電型半導体ブラッグ反射器であり、更に、n導電型半導体ブラッグ反射器と活性層との間にトンネル接合を備えている。前述のように、半導体ブラッグ反射器はドーピングにより吸収損失が大きくなる傾向があるが、これは特にp導電型半導体の方が顕著である。また、ドーピングを低濃度とした場合には素子が高抵抗化となる問題がある。従って、p導電型の半導体ブラッグ反射器を用いた場合には、光学特性(低吸収)と電気特性の両方が優れた素子を得ることが難しい。ところが、トンネル接合では、バンド間トンネリングによって、逆バイアスされた高濃度ドープの薄膜pn接合により、正孔の生成、及び活性領域への注入が可能であり、p導電型半導体ブラッグ反射器を用いずに、活性領域への電子,正孔注入が行なえる。
【0325】
よって、半導体ブラッグ反射器による吸収損失を低減することが可能であり、この請求項6の構成を用いることにより、発振閾値電流が低く、スロープ効率,出力の大きな請求項1乃至請求項3の面発光レーザ素子を得ることができる。請求項1乃至請求項3の面発光レーザ素子は、抵抗が小さく、高出力まで基本単一横モード発振が可能である。また、抵抗が低いことから、高速変調が可能である。更に、この請求項6の構成は、半導体による光吸収が顕著となる長波長帯において、特性の優れた面発光レーザ素子を得ることが可能である。よって、特に通信用途に好適な面発光レーザ素子を得ることができる。すなわち、請求項6の発明によれば、素子抵抗が低く、低吸収で効率が高く、高出力動作可能であり、且つ高出力まで単一基本横モード発振が可能な面発光レーザ素子を得ることができる。
【0326】
また、請求項7の発明では、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記一対の分布ブラッグ反射器のうちの少なくとも一方の分布ブラッグ反射器は、ノンドープ半導体ブラッグ反射器、若しくは、一部にノンドープ半導体ブラッグ反射器より成る領域を含んだブラッグ反射器であり、更に該ノンドープ半導体ブラッグ反射器、若しくは、ノンドープ半導体ブラッグ反射器より成る領域と活性層との間の半導体層に、キャリアを注入するための電極が設けられていることを特徴としている。
【0327】
前述のように、半導体ブラッグ反射器は、ドーピングを高濃度にするに従い、光吸収が増加する。従って、p導電型半導体分布ブラッグ反射器を用いた面発光レーザ素子では、光学特性(低吸収)と電気特性との両方に優れた素子を得ることが難しい。ところが、素子内部の半導体層にキャリア注入を行なうための電極を設けたイントラキャビティコンタクト型面発光レーザ素子では、一部、若しくは、全部をノンドープとした半導体分布ブラッグ反射器を用いることが可能である。よって、ノンドープ領域の分布ブラッグ反射器による光吸収を低減することができる。
【0328】
また、n型半導体でも、程度は小さいものの、ドーピングの高濃度化により自由キャリア吸収が増加し、光吸収が顕著になる性質がある。従って、導電型に依らず、分布ブラッグ反射器の一部、若しくは、全部をノンドープとすることにより、発振光の吸収損失が低減され、これにより、発振閾値電流が低く、スロープ効率,出力の大きな請求項1乃至請求項5の素子を得ることができる。請求項1乃至請求項5の面発光レーザ素子は、抵抗が小さく、高出力まで基本単一横モード発振が可能である。また、抵抗が低いことから高速変調が可能である。更に、この請求項7の構成では、半導体による光吸収が顕著となる長波長帯において、特性の優れた面発光レーザ素子を得ることが可能である。よって、特に通信用途に好適な面発光レーザ素子を得ることができる。すなわち、請求項7の発明によれば、素子抵抗が低く、低吸収で効率が高く、高出力動作可能であり、且つ高出力まで単一基本横モード発振が可能な面発光レーザ素子を提供することができる。
【0329】
また、請求項8の面発光レーザ素子では、電子通路の途中、若しくは、電子通路及び正孔通路を避けた領域中に設けられた高次横モード抑制構造を複数とした構成としている。
【0330】
高次横モード抑制構造を複数とすることによって、高次横モードの抑制効果をより大きく得ることができる。従来の素子においては、非酸化領域の面積の小さな選択酸化構造を複数設けた場合、抵抗の増加が非常に顕著となるが、本発明の場合においては、高次横モード抑制構造は電気抵抗の小さな電子通路の途中に、または、電子通路及び正孔通路を避けた領域に設けているため、複数とした場合の抵抗の増加は少ないか、後者の場合は全く無い。以上のように抵抗を著しく増加させること無く、単一基本横モードの選択性を向上させる効果がある。すなわち、請求項8の発明によれば、素子抵抗が低く、高出力動作可能であり、且つより高出力まで単一基本横モード発振が可能な面発光レーザ素子を得る事ができる。
【0331】
また、請求項9の発明では、請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、活性層を構成するIII族元素として、Al,Ga,Inのうちの少なくとも1つを含み、また、活性層を構成するV族元素として、As,Pのうちの少なくとも1つを含み、発振波長が1.1μmよりも短波である構成としている。
【0332】
発振波長が1.1μmよりも短波である面発光レーザ素子において、単一基本横モード制御を行なうためには、非酸化領域一辺の長さ又は直径を5μm程度以下とする必要があり、素子抵抗の増加が特に顕著になる。しかしながら、この請求項9によれば、非常に効果的に素子抵抗を低減することができる。
【0333】
これは、特に可視帯域における面発光レーザにおいて、大きな効果を得ることができる。例えば、AlGaInP系材料を面発光レーザ素子の活性層として用いると、660nm帯の発振波長を有する赤色面発光レーザ素子を得ることが可能であるが、このような面発光レーザ素子において、単一基本横モード発振を得るためには、3μm以下の非常に微細な非酸化領域の一辺の長さ又は直径が必要であり、狭窄による抵抗の増加は非常に顕著となる。しかしながら、本発明の素子では、微小な非酸化領域の面積が必要な高次横モードの抑制構造は、高抵抗化しにくい電子通路の途中(n型半導体中)、若しくは、抵抗に寄与しない電子通路及び正孔通路を避けた領域に設けているので、素子を高抵抗化させること無く、単一基本横モード制御を行なうことができる。
【0334】
以上のように、請求項9の発明では、発振波長が1.1μmよりも短波である面発光レーザ素子において、素子抵抗の低減と、単一基本横モード発振における高出力動作が可能となる。
【0335】
また、請求項10の発明では、請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、活性層を構成するIII族元素として、Ga,Inのうちの少なくとも1つを含み、また、活性層を構成するV族元素として、As,P,N,Sbのうちの少なくとも1つを含み、発振波長が1.1μmよりも長波である構成となっている。発振波長が1.1μmよりも長波である面発光レーザ素子は、石英ファイバ通信光源として非常に重要である。特に1.3μm帯は、石英ファイバの零分散帯であり、長距離,高速通信が可能である。また、1.5μm帯は波長多重通通信帯域として重要な波長帯である。
【0336】
本発明の素子は、素子抵抗が低いことから、高速変調が可能であり、これらの光源として非常に好適である。また、単一基本横モード発振において、高出力が得られるため、特に1.3μm帯において長距離通信が可能であり、以上のように光通信光源に好適な面発光レーザ素子を得ることができる。
【0337】
このように、請求項10の発明によれば、GaAs基板上に1.1μmから1.6μmまでの発振波長を持つ面発光レーザ素子が得られる。GaAs基板上では、特性の優れたAlGaAs混晶による分布ブラッグ反射器を用いることが可能で、特性の優れた素子が得られる。更に、これらの材料の中でもGaInAsに数%以下の窒素を微量添加したGaInNAs材料は、GaAs等のバリア層に対し伝導帯バンド不連続量が大きく、従来のInP基板上における同波長帯の素子と比べ良好な温度特性を有している。更に、請求項1乃至請求項8の発明によって、素子抵抗が低く、高出力まで単一横モード発振が得られるので、特に光ファイバ等に対する結合効率が高い。以上から光ファイバ通信に好適な面発光レーザ素子を得ることができる。
【0338】
また、請求項11乃至請求項13記載の発明によれば、請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子により構成されていることを特徴とする面発光レーザアレイであるので、素子抵抗が低く、高出力動作可能であり、且つ高出力まで単一基本横モード発振が可能な面発光レーザアレイを提供することができる。すなわち、請求項11記載の面発光レーザアレイでは、請求項1乃至10記載の面発光レーザ素子によってモノリシックレーザアレイを構成しているので、素子抵抗が低く、高出力まで基本横モード発振が可能な面発光レーザアレイを得る事ができる。
【0339】
従って、請求項11乃至請求項13の面発光レーザアレイは、電子写真システムのマルチビーム書き込み系や、光通信システム等の光源として好適である。
【0340】
特に、請求項12の発明では、請求項11記載の面発光レーザアレイにおいて、高次横モード抑制構造の非酸化領域の面積が相違することによって発振波長が異なる2種以上の面発光レーザ素子により多波長面発光レーザアレイを構成している。
【0341】
請求項12記載の多波長面発光レーザアレイでは、アレイ内の各面発光レーザ素子における高次横モード抑制構造の非酸化領域の面積を変化させることにより、アレイ面内における発振波長を変化させている。この際、本発明の面発光レーザ素子では、正孔狭窄構造と高次横モード抑制構造とをそれぞれ個別に設ける構成としており、更に、高次横モード抑制構造を、高抵抗化しにくいn導電型の半導体層中、若しくは、電気抵抗に関係しない電子通路及び正孔通路を避けた領域に設ける構成としている。このため、高次横モード抑制構造における非酸化領域の面積を微小にすることによる抵抗の増加は、従来構造の素子に比べて少ないか、後者の場合には全く無い。
【0342】
以上のように、請求項12の発明では、高抵抗化による発熱の影響を低く抑えることができるので、高次横モード抑制構造の非酸化領域の面積が小さな素子に対して、基本横モード発振で且つ高出力を得ることが可能であり、また、素子間の光出力のばらつきを小さくすることが可能である。更に、別途設けた正孔狭窄構造における正孔狭窄面積を同じにすることにより、発振閾値電流や動作電圧等の特性のばらつきも、非常に小さくすることが可能である。以上のように、特性のばらつきが小さく、且つ高出力動作が可能な多波長面発光レーザアレイを得ることが可能である。
【0343】
更に、素子発熱(高抵抗化)の影響を低減できることにより、従来では十分な特性を得ることが困難な微小な非酸化領域を有した素子を作製することが可能となり、より発振波長が短波な素子を作りこむことが可能となる。これによって、従来に比べて広帯域な多波長面発光レーザアレイを得ることが可能となる。
【0344】
また、請求項13の発明では、請求項12記載の面発光レーザアレイにおいて、前記面発光レーザアレイを構成する個々の面発光レーザ素子が、2層以上の複数の高次横モード抑制構造を備えている構成となっている。
【0345】
高次横モード抑制構造における非酸化領域の面積を微細にすることによる発振波長(共振波長)の変化は、選択酸化構造(高次横モード抑制構造)によって横モードの広がりが変化するためであり、横モードの広がりを小さくすることで、より大きな波長変化の効果を得ることができる。請求項13の発明では、横モード抑制構造を多層にすることによって、基本横モードに対する閉じ込め効果が大きくなり、従来に比べて広帯域な多波長面発光レーザアレイを得ることができる。
【0346】
また、請求項13の発明においても、請求項12の作用,効果と同様に、素子抵抗が低く、高出力動作が可能であり、更にアレイを構成する面発光レーザ素子間での特性ばらつきが小さな多波長面発光レーザアレイを得ることができる。
【0347】
また、請求項14記載の発明によれば、請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は、請求項11記載の面発光レーザアレイを用いて面発光レーザモジュールを構成している。本発明の面発光レーザ素子及び面発光レーザアレイでは、基本横モードで、高出力まで発振が得られるので、光ファイバとの結合が高く、また、高次横モードの発振が抑制されていることから、出力等の素子の動作状態が変化した場合でも、結合率が変化しファイバへの光入力が変化するようなことが非常に少ない。また、抵抗が低い事から高速動作が可能である。よって、信頼性の高い面発光レーザモジュールを得ることができる。
【0348】
また、請求項15記載の発明によれば、請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は、請求項11記載の面発光レーザアレイを書き込み光源に用いて電子写真システムを構成している。
【0349】
従来の面発光レーザ素子は出力が小さく、電子写真システムの書き込み光源として用いることが難しかったが、本発明の面発光レーザ素子及び面発光レーザアレイでは、基本横モードで、高出力まで発振が得られる。従って、電子写真システムの書き込み光源として用いることが可能である。また、面発光レーザ素子を電子写真システムの書き込み光源として用いると、出射ビームが円形であることから、ビーム成形が容易である。更に、高いアレイ間の位置精度を有していることから、同一のレンズで複数のビームを再現性良く容易に集光することができる。よって、光学系が簡単で済み、低コストに高精彩なシステムを得ることができる。また、本発明の面発光レーザ素子は、出力が大きいことから、特にアレイを用いた場合には高速書き込みが可能である。以上のように、低コスト,高精彩な電子写真システムを得る事ができる。
【0350】
また、請求項16記載の発明によれば、請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は、請求項11記載の面発光レーザアレイを光源として用いて光インターコネクションシステムを構成している。
【0351】
本発明の面発光レーザ素子及び面発光レーザアレイでは、基本横モードで、高出力まで発振が得られるので、光ファイバとの結合が高い。また、高次横モードの発振が抑制されていることから、出力等の素子の駆動状態が変化した場合でも、結合率が変化しファイバへの光入力が変化するようなことが非常に少ない。また、抵抗が低い事から高速動作が可能である。よって、信頼性の高い光インターコネクションシステムを得ることができる。
【0352】
また、請求項17記載の発明によれば、請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は、請求項11記載の面発光レーザアレイを光源として用いて光通信システムを構成している。
【0353】
本発明の面発光レーザ素子及び面発光レーザアレイでは、基本横モードで、高出力まで発振が得られるので、光ファイバとの結合が高い。また、高次横モードの発振が抑制されていることから、出力等の素子の駆動状態が変化した場合でも、結合率が変化しファイバへの光入力が変化するようなことが非常に少ない。また、抵抗が低い事から高速動作が可能である。また、従来に比べて、高出力が得られるので、長距離の通信が可能である。よって、信頼性の高い光通信システムを得る事ができる。
【0354】
また、請求項18記載の発明によれば、請求項12または請求項13記載の面発光レーザアレイを光源に用いて光通信システムを構成している。
【0355】
請求項18の光通信システムでは、通信光源として、請求項12または請求項13記載の多波長面発光レーザアレイが用いられており、請求項12または請求項13記載の多波長面発光レーザアレイの特徴は、アレイ内の面発光レーザ素子の特性ばらつきが少なく、また高出力を得られる点にある。従って、請求項12または請求項13記載の多波長面発光レーザアレイは、アレイ内の面発光レーザ素子の特性が揃っていることから、動作信頼性が高く、また駆動回路が簡単で済むため、コストを低くできる。また、素子抵抗も従来の素子に比べて低いので、高速変調が容易となる。また、請求項12または請求項13記載の面発光レーザアレイは、個々の面発光レーザ素子の波長が異なる多波長アレイであることから、特に波長分割多重通信システムの光源として好適である。波長分割多重通信では、波長の異なる複数の信号光を一本のファイバにより伝送することにより、高速大容量通信を行なうことが可能である。
【0356】
以上のように、本発明の多波長面発光レーザアレイによって構成された光通信システムは、信頼性が高く、また、高速通信が可能である。
【0357】
また、請求項19記載の製造方法では、請求項12または請求項13記載の多波長面発光レーザアレイの製造方法として、アレイ内で、高次横モード抑制l構造が含まれるメサ部の径を変化させる製法としている。
【0358】
高次横モード抑制構造の酸化レートは面内で一定であるので、このようにメサの径を変化させることにより、メサの中央に残る非酸化領域の径を変化させることが可能である。また、請求項19記載の製造方法によれば、1回の酸化工程により、非酸化領域の面積が異なる面発光レーザ素子を一度に作製することが可能であり、従来と同等のコストによって、本発明の多波長面発光レーザアレイを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。
【図2】図1の面発光レーザ素子の共振領域(共振器領域)を発振光の定在波とともに詳しく示す図である。
【図3】第2の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。
【図4】図3の面発光レーザ素子の共振領域の周辺を発振光の定在波とともに詳しく示す図である。
【図5】第3の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。
【図6】図5の面発光レーザ素子の共振領域の周辺を詳しく示す図である。
【図7】第4の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。
【図8】図7のイントラキャビティコンタクト型面発光レーザ素子の共振領域の周辺を詳しく示す図である。
【図9】第5の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。
【図10】図9のイントラキャビティコンタクト型面発光レーザ素子における共振領域の周辺を詳しく示した図である。
【図11】第6の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。
【図12】図11の面発光レーザ素子における共振領域の周辺を詳しく示す図である。
【図13】第7の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。
【図14】図13の面発光レーザ素子における共振領域の周辺を詳しく示す図である。
【図15】第8の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。
【図16】図15の面発光レーザ素子の共振領域を詳しく示す図である。
【図17】第9の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。
【図18】図17の面発光レーザ素子における共振領域の周辺を詳しく示す図である。
【図19】第10の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。
【図20】図19の面発光レーザ素子の共振領域の周辺を詳しく示す図である。
【図21】第11の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。
【図22】図21の面発光レーザ素子における共振領域の周辺を詳しく示す図である。
【図23】第12の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。
【図24】図23の面発光レーザ素子の共振領域の周辺を発振光の定在波とともに詳しく示す図である。
【図25】第13の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。
【図26】図25の面発光レーザ素子における共振領域の周辺を発振光の定在波とともに詳しく示す図である。
【図27】第14の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。
【図28】第15の実施例の面発光レーザ素子を示す図である。
【図29】第16の実施例の面発光レーザアレイを示す図である。
【図30】第17の実施例の多波長面発光レーザアレイを示す図である。
【図31】第17の実施例の多波長面発光レーザアレイを示す図である。
【図32】第18の実施例の電子写真システムを示す図である。
【図33】第19の実施例の面発光レーザモジュールの概要を示す図である。
【図34】第20の実施例の光インターコネクションシステムを示す図である。
【図35】第21の実施例の光通信システムを示す図である。
【図36】第22の実施例の波長多重(WDM)通信システムを示す図である。
【符号の説明】
101 n−GaAs基板
102 n−GaAsバッファー層
103 n−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As下部分布ブラッグ反射器
103a n− Al0.9Ga0.1As下部分布ブラッグ反射器低屈折率層
103b n− Al0.15Ga0.85As下部分布ブラッグ反射器高屈折率層
104 n−AlAs被選択酸化層
105 ノンドープAl0.15Ga0.85As共振器スペーサー層
106 ノンドープGaAs/Al0.15Ga0.85As多重量子井戸活性層
107 ノンドープAl0.15Ga0.85As共振器スペーサー層
108 p− Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85As上部分布ブラッグ反射器
108a p− Al0.9Ga0.1As上部分布ブラッグ反射器低屈折率層
108b p− Al0.15Ga0.85As上部分布ブラッグ反射器高屈折率層
113 共振領域
114 非酸化領域
115 選択酸化領域
116 イオン注入高抵抗化領域
117 イオン非注入導通領域
109 SiO絶縁層
110 絶縁性樹脂
111 p側電極
112 n側電極
201 n−GaAs基板
202 n−GaAsバッファー層
203 n−Al0.9Ga0.1As/GaAs下部分布ブラッグ反射器
203a n−Al0.9Ga0.1As下部分布ブラッグ反射器低屈折率層
203b n−GaAs下部分布ブラッグ反射器高屈折率層
204 n−AlAs被選択酸化層
205 ノンドープGaAs共振器スペーサー層
206 ノンドープGaInNAs/GaAs多重量子井戸活性層
207 ノンドープGaAs共振器スペーサー層
208 p−Al0.9Ga0.1As/GaAs上部分布ブラッグ反射器
208a p−Al0.9Ga0.1As上部分布ブラッグ反射器低屈折率層
208b p−GaAs上部分布ブラッグ反射器高屈折率層
209 SiO絶縁層
210 絶縁性樹脂
211 p側電極
212 n側電極
213 共振領域
214 非選択酸化領域
215 選択酸化領域
216 イオン注入高抵抗化領域
217 イオン非注入導通領域
218 トンネル接合
219 n−Al0.9Ga0.1As/GaAs上部分布ブラッグ反射器
219a n−Al0.9Ga0.1As上部分布ブラッグ反射器低屈折率層
219b n−GaAs上部分布ブラッグ反射器高屈折率層
301 p−GaAs基板
302 p−GaAsバッファー層
303 p−Al0.9Ga0.1As/ Al0.15Ga0.85As下部分布ブラッグ反射器
303a p− Al0.9Ga0.1As下部分布ブラッグ反射器低屈折率層
303b p− Al0.15Ga0.85As下部分布ブラッグ反射器高屈折率層
304 n−AlAs被選択酸化層
305 ノンドープAl0.15Ga0.85As共振器スペーサー層
306 ノンドープGaAs/ Al0.15Ga0.85As多重量子井戸活性層
307 ノンドープAl0.15Ga0.85As共振器スペーサー層
308 n− Al0.9Ga0.1As/ Al0.15Ga0.85As上部分布ブラッグ反射器
308a n− Al0.9Ga0.1As上部分布ブラッグ反射器低屈折率層
308b n− Al0.15Ga0.85As上部分布ブラッグ反射器高屈折率層
309 SiO絶縁層
310 絶縁性樹脂
311 n側電極
312 p側電極
313 共振領域
314 非酸化領域
315 選択酸化領域
316 イオン注入高抵抗化領域
317 イオン非注入導通領域
401 n−GaAs基板
402 n−GaAsバッファー層
403 n−Al0.9Ga0.1As/ Al0.15Ga0.85As下部半導体分布ブラッグ反射器
403a n−Al0.9Ga0.1As 下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折率層
403b n−Al0.15Ga0.85As 下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折率層
404 n−AlAs 被選択酸化層
406 Al0.15Ga0.85As共振器スペーサー層
406a ノンドープAl0.15Ga0.85As共振器スペーサー層
406b ノンドープAl0.15Ga0.85As共振器スペーサー層
406c p−Al0.15Ga0.85As共振器スペーサー層
406d p−Al0.15Ga0.85As コンタクト層兼共振器スペーサー層
406e ノンドープAl0.15Ga0.85As 共振器スペーサー層
407 ノンドープGaAs / Al0.15Ga0.85As 多重量子井戸構造
408 ノンドープAl0.9Ga0.1As/ Al0.15Ga0.85As 上部半導体分布ブラッグ反射器
408a ノンドープAl0.9Ga0.1As 上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折率層
408b ノンドープAl0.15Ga0.85As 上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折率層
409 SiO絶縁膜
411 p 側電極
412 n 側電極
413 共振領域
414 非酸化領域
415 選択酸化領域
416 イオン注入高抵抗化領域
417 イオン非注入導通領域
501 n−GaAs基板
502 n−GaAsバッファー層
503 n−AlAs/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器
503a n−AlAs下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折率層
503b n−GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折率層
504 n−AlAs被選択酸化層
506 GaAs共振器スペーサー層
506a n−GaAs共振器スペーサー層
506b n− GaAs共振器スペーサー層
506c ノンドープGaAs共振器スペーサー層
506d ノンドープGaAs共振器スペーサー層
506e p−GaAs共振器スペーサー層
506f p−GaAsコンタクト層
507 ノンドープGaInNAs/GaAs多重量子井戸構造
508 MgF/ZnSe上部半導体分布ブラッグ反射器
509 SiO絶縁膜
511 p側電極
512 n側電極
513 共振領域
514 非酸化領域
515 選択酸化領域
516 イオン注入高抵抗化領域
517 イオン非注入導通領域
601 半絶縁性GaAs基板
602 ノンドープGaAsバッファー層
603 ノンドープAlAs/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器
603a ノンドープAlAs下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折率層
603b ノンドープGaAs下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折率層
604 n−AlAs被選択酸化層
606 GaAs共振器スペーサー層
606a n−GaAsコンタクト層兼共振器スペーサー層
606b n−GaAs共振器スペーサー層
606c n−GaAs共振器スペーサー層
606d ノンドープ GaAs共振器スペーサー層
606e ノンドープGaAs共振器スペーサー層
606f p− GaAs共振器スペーサー層
606g p−GaAsコンタクト層兼共振器スペーサー層
606h ノンドープGaAs共振器スペーサー層
607 ノンドープGaInNAs/GaAs多重量子井戸構造
608 ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器
608a ノンドープAl0.8Ga0.2As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折率層
608b ノンドープGaAs上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折率層
611 p側電極
612 n側電極
613 共振領域
614 非酸化領域
615 選択酸化領域
616 イオン注入高抵抗化領域
617 イオン非注入導通領域
701 半絶縁性GaAs基板
702 ノンドープGaAsバッファー層
703 ノンドープAl0.9Ga0.1As/Al0.5Ga0.5As下部半導体分布ブラッグ反射器
703a ノンドープAl0.9Ga0.1As下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折率層
703b ノンドープAl0.5Ga0.5As下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折率層
704 ノンドープAlAs被選択酸化層
706 (Al0.5Ga0.5 0.5In0.5P共振器スペーサー層
706a ノンドープ−(Al0.5Ga0.5 0.5In0.5P共振器スペーサー層
706b n−(Al0.5Ga0.5 0.5In0.5Pコンタクト層兼共振器スペーサー層
706c n− (Al0.5Ga0.5 0.5In0.5P共振器スペーサー層
706d ノンドープ (Al0.5Ga0.5 0.5In0.5P共振器スペーサー層
706e ノンドープ (Al0.5Ga0.5 0.5In0.5P共振器スペーサー層
706f p−(Al0.5Ga0.5 0.5In0.5P共振器スペーサー層
706g p−GaAsコンタクト層
707 ノンドープGaInP/(Al0.5Ga0.5 0.5In0.5P多重量子井戸構造
708 TiO/SiO上部誘電体布ブラッグ反射器
711 p側電極
712 n側電極
713 共振領域
714 非酸化領域
715 選択酸化領域
716 イオン注入高抵抗化領域
717 イオン非注入導通領域
801 n−GaAs基板
802 n−GaAsバッファー層
803 n− Al0.8Ga0.2As /GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器
803a n− Al0.8Ga0.2As下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折率層
803b n−GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折率層
804 ノンドープAlAs被選択酸化層
806 GaAs共振器スペーサー層
806a ノンドープGaAs共振器スペーサー層
806b ノンドープGaAs共振器スペーサー層
806c p−GaAs共振器スペーサー層
806d p−GaAsコンタクト層兼共振器スペーサー層
806e ノンドープGaAs共振器スペーサー層
807 ノンドープGaInNAsSb/GaAs多重量子井戸構造
808 ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器
808a ノンドープAl0.8Ga0.2As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折率層
808b ノンドープGaAs上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折率層
809 SiO絶縁膜
811 p側電極
812 n側電極
813 共振領域
814 選択酸化領域
815 非酸化領域
816 イオン注入高抵抗化領域
817 イオン非注入導通領域
809 SiO絶縁膜
901 半絶縁性GaAs基板
902 ノンドープGaAsバッファー層
903 ノンドープAlAs/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器
903a ノンドープAlAs下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折率層
903b ノンドープGaAs下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折率層
904 ノンドープAlAs被選択酸化層
906 GaAs共振器スペーサー層
906a ノンドープGaAs兼共振器スペーサー層
906b n−GaAsコンタクト層兼共振器スペーサー層
906c n−GaAs共振器スペーサー層
906d ノンドープ GaAs共振器スペーサー層
906e ノンドープGaAs共振器スペーサー層
906f p− GaAs共振器スペーサー層
906g p−GaAsコンタクト層兼共振器スペーサー層
906h ノンドープGaAs共振器スペーサー層
907 ノンドープGaInNAs/GaAs多重量子井戸構造
908 ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器
908a ノンドープAl0.8Ga0.2As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折率層
908b ノンドープGaAs上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折率層
911 p側電極
912 n側電極
913 共振領域
914 非酸化領域
915 選択酸化領域
916 イオン注入高抵抗化領域
917 イオン非注入導通領域
1001 半絶縁性GaAs基板
1002 ノンドープGaAsバッファー層
1003 ノンドープAlAs/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器
1003a ノンドープAlAs下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折率層
1003b ノンドープGaAs下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折率層
1004 n−AlAs被選択酸化層
1006 GaAs共振器スペーサー層
1006a アンドープGaAs共振器スペーサー層
1006b p−GaAsコンタクト層兼共振器スペーサー層
1006c p−GaAs共振器スペーサー層
1006d ノンドープ GaAs共振器スペーサー層
1006e ノンドープGaAs共振器スペーサー層
1006f n− GaAs共振器スペーサー層
1006g n− GaAs共振器スペーサー層
1006h n−GaAsコンタクト層兼共振器スペーサー層
1006i ノンドープGaAs共振器スペーサー層
1007 ノンドープGaInNAs/GaAs多重量子井戸構造
1008 ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器
1008a ノンドープAl0.8Ga0.2As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折率層
1008b ノンドープGaAs上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折率層
1011 n側電極
1012 p側電極
1013 共振領域
1014 非酸化領域
1015 選択酸化領域
1016 イオン注入高抵抗化領域
1017 イオン非注入導通領域
1101 n−GaAs基板
1102 n−GaAsバッファー層
1103 n−Al0.9Ga0.1As/Al0.15Ga0.85As下部分布ブラッグ反射器
1103a n− Al0.9Ga0.1As下部分布ブラッグ反射器低屈折率層
1103b n− Al0.15Ga0.85As下部分布ブラッグ反射器高屈折率層
1104 n−AlAs被選択酸化層
1105 ノンドープAl0.15Ga0.85As共振器スペーサー層
1106 ノンドープGaAs/Al0.15Ga0.85As多重量子井戸活性層
1107 ノンドープAl0.15Ga0.85As共振器スペーサー層
1108 p− Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85As上部分布ブラッグ反射器
1108a p− Al0.9Ga0.1As上部分布ブラッグ反射器低屈折率層
1108b p− Al0.15Ga0.85As上部分布ブラッグ反射器高屈折率層
1109 SiO絶縁層
1110 絶縁性樹脂
1111 p側電極
1112 n側電極
1113 共振領域
1114 非酸化領域
1115 選択酸化領域
1116 イオン注入高抵抗化領域
1117 イオン非注入導通領域
1201 p−GaAs基板
1202 p−GaAsバッファー層
1203 p−Al0.9Ga0.1As/ Al0.15Ga0.85As下部分布ブラッグ反射器
1203a p− Al0.9Ga0.1As下部分布ブラッグ反射器低屈折率層
1203b p− Al0.15Ga0.85As下部分布ブラッグ反射器高屈折率層
1204 n−AlAs被選択酸化層
1205 ノンドープAl0.15Ga0.85As共振器スペーサー層
1206 ノンドープGaAs/ Al0.15Ga0.85As多重量子井戸活性層
1207 ノンドープAl0.15Ga0.85As共振器スペーサー層
1208 n− Al0.9Ga0.1As/ Al0.15Ga0.85As上部分布ブラッグ反射器
1208a n− Al0.9Ga0.1As上部分布ブラッグ反射器低屈折率層
1208b n− Al0.15Ga0.85As上部分布ブラッグ反射器高屈折率層
1209 SiO絶縁層
1210 絶縁性樹脂
1211 n側電極
1212 p側電極
1213 共振領域
1214 非酸化領域
1215 選択酸化領域
1216 イオン注入高抵抗化領域
1217 イオン非注入導通領域
1301 n−GaAs基板
1302 n−GaAsバッファー層
1303 n− Al0.8Ga0.2As /GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器
1303a n− Al0.8Ga0.2As下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折率層
1303b n−GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折率層
1304 ノンドープAlAs被選択酸化層
1306 GaAs共振器スペーサー層
1306a ノンドープGaAs共振器スペーサー層
1306b ノンドープGaAs共振器スペーサー層
1306c p−GaAs共振器スペーサー層
1306d p−GaAsコンタクト層兼共振器スペーサー層
1306e ノンドープGaAs共振器スペーサー層
1307 ノンドープGaInNAs/GaAs多重量子井戸構造
1308 ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器
1308a ノンドープAl0.8Ga0.2As上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折率層
1308b ノンドープGaAs上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折率層
1309 SiO絶縁膜
1311 p側電極
1312 n側電極
1313 共振領域
1314 選択酸化領域
1315 非酸化領域
1316 イオン注入高抵抗化領域
1317 イオン非注入導通領域
1401 n−GaAs基板
1402 n−GaAsバッファー層
1403 n−Al0.8Ga0.2As/ GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器
1403a n−Al0.8Ga0.2As 下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折率層
1403b n−Al0.15Ga0.85As 下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折率層
1404 n−AlAs 被選択酸化層
1406 GaAs共振器スペーサー層
1406a ノンドープGaAs共振器スペーサー層
1406b ノンドープGaAs共振器スペーサー層
1406c p−GaAs共振器スペーサー層
1406d p−GaAs コンタクト層兼共振器スペーサー層
1406e ノンドープGaAs 共振器スペーサー層
1407 ノンドープGaInNAs /GaAs 多重量子井戸構造
1408 ノンドープAl0.8Ga0.2As/ GaAs 上部半導体分布ブラッグ反射器
1408a ノンドープAl0.8Ga0.2As 上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折率層
1408b ノンドープGaAs 上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折率層
1409 SiO絶縁膜
1411 p 側電極
1412 n 側電極
1413 共振領域
1414 非酸化領域
1415 選択酸化領域
1416 イオン注入高抵抗化領域
1417 イオン非注入導通領域
1501 n−GaAs基板
1502 n−GaAsバッファー層
1503 n−Al0.8Ga0.2As/ GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器
1503a n−Al0.8Ga0.2As 下部半導体分布ブラッグ反射器低屈折率層
1503b n−Al0.15Ga0.85As 下部半導体分布ブラッグ反射器高屈折率層
1504 n−AlAs 被選択酸化層
1506 GaAs共振器スペーサー層
1506a ノンドープGaAs共振器スペーサー層
1506b ノンドープGaAs共振器スペーサー層
1506c p−GaAs共振器スペーサー層
1506d p−GaAs コンタクト層兼共振器スペーサー層
1506e ノンドープGaAs 共振器スペーサー層
1507 ノンドープGaInNAs /GaAs 多重量子井戸構造
1508 ノンドープAl0.8Ga0.2As/ GaAs 上部半導体分布ブラッグ反射器
1508a ノンドープAl0.8Ga0.2As 上部半導体分布ブラッグ反射器低屈折率層
1508b ノンドープGaAs 上部半導体分布ブラッグ反射器高屈折率層
1509 SiO絶縁膜
1511 p 側電極
1512 n 側電極
1513 共振領域
1514 非酸化領域
1515 選択酸化領域
1516 イオン注入高抵抗化領域
1517 イオン非注入導通領域
1601 n−GaAs基板
1602 n−GaAsバッファー層
1603 n− Al0.8Ga0.2As/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器
1604 n−AlAs被選択酸化層
1605 p−AlAs被選択酸化層
1606 GaAs共振器スペーサー層
1607 ノンドープGaInNAs/GaAs多重量子井戸構造
1608 ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器
1611 共振領域
1612 選択酸化領域
1613a 非酸化領域
1613b 非酸化領域
1614 SiO絶縁膜
1615 p側電極
1616 n側電極
1701 n−GaAs基板
1702 n−GaAsバッファー層
1703 n−Al0.8Ga0.2As/GaAs下部半導体分布ブラッグ反射器
1704 ノンドープAlAs被選択酸化層
1706 GaAs共振器スペーサー層
1707 ノンドープGaInNAs/GaAs多重量子井戸構造
1708 ノンドープAl0.8Ga0.2As/GaAs上部半導体分布ブラッグ反射器
1709 SiO絶縁膜
1711 p側電極
1712 n側電極
1713 共振領域
1714a 非酸化領域
1714b 非酸化領域
1715 選択酸化領域
1716 イオン注入高抵抗化領域
1717 イオン非注入導通領域
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface emitting laser element, a surface emitting laser array, a surface emitting laser module, an electrophotographic system, an optical interconnection system, an optical communication system, and a method for manufacturing the surface emitting laser element.
[0002]
[Prior art]
Surface emitting lasers (surface emitting semiconductor lasers) are attracting attention as communication light sources for LANs and the like because they have a smaller active layer volume and can be modulated at a higher speed than edge emitting lasers. Further, since the surface emitting laser can take out the laser output in the direction perpendicular to the substrate, it is easy to integrate the two-dimensional array, and has attracted attention as a light source for parallel optical interconnection. In addition, since the surface emitting laser element can reduce the volume of the active layer as compared with the edge emitting laser, the oscillation threshold current can be easily reduced, and extensive research has been conducted on lowering the threshold current.
[0003]
As a typical structure of a surface emitting laser element, a structure using selective oxidation as described below and a structure using hydrogen ion implantation are known.
[0004]
First, as a structure using selective oxidation, for example, Non-Patent Literature 1 and Non-Patent Literature 2 show a 0.98 μm band surface emitting laser element using InGaAs as an active layer. In the surface emitting laser elements in these non-patent documents, p-Al provided on the active layer is provided.0.9Ga0.1In an upper distributed Bragg reflector made of As / GaAs, Al0.98Ga0.02An As selective oxidation layer is provided. In this surface emitting laser element, after the crystal growth, the upper distributed Bragg reflector is etched into a rectangular mesa so that the side surface of the selectively oxidized layer is exposed by etching, and water heated to 85 ° C. is heated with nitrogen gas. In a bubbling atmosphere, heat to 425 ° C and Al from the etching side toward the center of the mesa0.98Ga0.02The As selective oxidation layer is selectively oxidized. Al is around the mesa by selective oxidation.2O3An insulating region is formed by a non-oxidized region in the center of the mesa.
[0005]
In the surface emitting laser elements of Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, holes injected from the surface of the upper distributed Bragg reflector are confined to the non-oxidation conduction region at the center of the mesa and injected into the active layer. . Al2O3Is a very good insulator, and the hole injection region can be limited to the center of the mesa. By using such a selective oxidation structure, the oscillation threshold current can be greatly reduced. For example, in Non-Patent Document 2, a low threshold current of 900 μm is obtained in an element in which the area of the non-oxidized region is 4.5 μm × 8 μm.
[0006]
Furthermore, Al2O3Since the refractive index of this is about 1.6, which is lower than other semiconductor layers, a lateral refractive index difference occurs in the resonator structure, and the oscillation light is confined in the center of the mesa. It is possible to reduce and improve the efficiency of the element. However, on the contrary, since the optical confinement becomes large, it is necessary to reduce the diameter of the oxidized constriction in order to suppress the oscillation of the high-order transverse mode. Although it depends on the wavelength band, in a conventional surface emitting laser element provided with a single oxidized constriction structure, it is possible to obtain single fundamental mode oscillation by narrowing the oxidized constriction diameter to about 3 to 4 times the oscillation wavelength. Is possible. As described above, by using the selective oxidation structure, reduction of the oscillation threshold, reduction of diffraction loss, and single fundamental mode control are realized.
[0007]
Next, as a structure using hydrogen ion implantation, for example, Non-Patent Document 3 shows a 0.85 μm band surface emitting laser element using GaAs as an active layer. In the surface emitting laser element in Non-Patent Document 3, a p-type distributed Bragg reflector is provided on the active layer, and after crystal growth, hydrogen ions are implanted from the upper surface of the wafer. A part of the p-type distributed Bragg reflector in the vicinity of the active layer is increased in resistance while leaving a region to be a hole conduction region. As a result, the hole injection region is limited to a partial region of the active layer, and the oscillation threshold current is reduced. In the surface emitting laser element of Non-Patent Document 3, an oscillation threshold current of 2.5 mA is obtained by a hole injection region having a diameter of 10 μm.
[0008]
Further, Non-Patent Document 4 shows an example of a 0.85 μm band surface emitting laser element aiming at high output as a structure using both hydrogen ion implantation and selective oxidation. In the surface emitting laser element disclosed in Non-Patent Document 4, a large selective oxidation structure of a non-oxidation region is provided above and below the active layer, and a selective oxidation structure is provided in a region other than between the active layer and the selective oxidation structure. A narrowing structure of carriers by hydrogen ion implantation having a smaller narrowing diameter is provided.
[0009]
The selective oxidation structure in this element is provided for confining the transverse mode, but the oxidation diameter is large and the effect of suppressing the high-order transverse mode itself is small. However, the area of the high resistance region by hydrogen injection provided in the p conductivity type distributed Bragg reflector is made smaller than the area of the non-oxidized region, and the region where the carriers are injected is a small region at the center of the mesa. By limiting to the above, the gain for the high-order transverse mode is suppressed, and single fundamental transverse mode oscillation up to a high output of 5 mW is achieved.
[0010]
[Non-Patent Document 1]
Applied Physics Letters vol. 66, no. 25, pp. 3413-3415, 1995
[0011]
[Non-Patent Document 2]
Electronics Letters No. 24, Vol. 30, pp. 2043-2044, 1994
[0012]
[Non-Patent Document 3]
Electronics Letters No. 5, Vol. 27, pp. 457-458, 1991
[0013]
[Non-Patent Document 4]
IEEE Photonics Technology Letters Vol. 13, no. 9, pp. 927-929, 2001
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
In many applications of surface-emitting laser elements such as long-distance communication light sources using optical fibers, writing light sources for electrophotographic systems, optical disks, etc., the demand for unimodal beam shape and single fundamental transverse mode oscillation is Very expensive.
[0015]
However, conventionally, in order to obtain single transverse mode oscillation by the current confinement structure by selective oxidation of Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, it is necessary to reduce the oxidation confinement diameter and suppress higher-order mode oscillation. . Although the threshold current can be reduced by reducing the oxidized constriction diameter, the region contributing to oscillation is reduced, so that it becomes difficult to obtain a high output.
[0016]
Furthermore, there is a problem that the element resistance increases due to the reduction of the area of the conduction region, and the output saturation due to the heat generation of the element makes it difficult to oscillate to a high output. In particular, in the p-type semiconductor material, since the effective mass of holes is large and the mobility is small, the resistance is originally high, and the increase in resistance when the oxidized confinement diameter is reduced becomes very remarkable. As a method of reducing the resistance of the p-conductivity type distributed Bragg reflector, there is a method of inserting a hetero spike buffer layer or the like at the interface, but even in this case, the resistance due to oxidation constriction is still large.
[0017]
Conversely, when the oxidized confinement diameter is increased, a relatively high output can be obtained by widening the oscillation region, but the higher-order transverse mode suppression effect by the oxidized constriction layer is weakened. Oscillation in the transverse mode will occur.
[0018]
As described above, there is a contradictory relationship between oscillating a single fundamental transverse mode and obtaining a high output. Conventionally, depending on the wavelength band, a single fundamental transverse mode oscillation is achieved by a single oxide constriction structure. In order to obtain, one side or diameter of about 3 to 4 times the oscillation wavelength is required. However, in the conventional oxidized surface emitting laser element, current confinement and single fundamental transverse mode control are performed simultaneously by a selective oxidation structure having a small non-oxidized region, and an extremely low threshold current and a single fundamental transverse mode oscillation are obtained. Therefore, the element has a very high resistance, and the upper limit of the output is about 2 mW due to the influence of heat generation due to the high resistance and the reduction of the oscillation region. Also, high speed operation is difficult due to the high resistance of the element.
[0019]
In addition, the conventional hydrogen ion implantation surface emitting laser element shown in Non-Patent Document 3 does not have a built-in waveguide structure inside the element, and the transverse mode confinement is caused by a refractive index change caused by energization. Is going by. That is, the current path in the center of the mesa generates heat when energized, the refractive index of this region increases, and a waveguide structure is formed. Such a phenomenon is called a thermal lens effect. The refractive index change caused by the thermal lens effect is 5 × 10.-4K-1The degree and slightness. Therefore, in order to suppress higher-order transverse modes, it is not necessary to reduce the hole confinement diameter as in the case of an oxidized surface emitting laser element. Since the structure does not have a structure, it is sensitive to changes in the refractive index due to the thermal lens effect, and the stability of the transverse mode is poor. That is, the transverse mode is unstable with respect to changes in the injection current of the element, and it is difficult to obtain single fundamental transverse mode oscillation.
[0020]
Furthermore, in the hydrogen ion implanted surface emitting laser element, it takes time until the temperature of the semiconductor layer sufficiently changes before the anti-waveguide structure in which the thermal lens effect is generated by the plasma effect is canceled and the waveguide structure is formed. In general, it is known to cause an oscillation delay of the order of nanoseconds. Therefore, there is a problem that the high-speed operation of the element is hindered.
[0021]
In the surface emitting laser element shown in Non-Patent Document 4, the gain region is limited to a very small region at the center of the mesa in order to suppress higher-order transverse mode oscillation, and the p-conductivity type distributed Bragg reflection is performed. The constriction diameter of the hole confinement structure by hydrogen ion implantation provided in the chamber is narrowed down. Therefore, as described above, the resistance of the constriction portion is high, and it is considered that the output is affected by the heat generated by the element. Similarly, it is expected that high speed operation is difficult due to the increase in resistance.
[0022]
As described above, both the conventional oxidation type surface emitting laser element and the hydrogen injection type surface emitting laser element have a problem that it is difficult to obtain a high output in single fundamental transverse mode oscillation. In addition, the oxidation type surface emitting laser element has a problem that high-speed operation is difficult because of the high resistance due to oxidation constriction and the hydrogen injection type surface emitting laser element because of the oscillation delay due to the thermal lens effect.
[0023]
The present invention relates to a surface emitting laser element, a surface emitting laser array, a surface emitting laser module, an electrophotographic system, and an optical device capable of obtaining a high output operation in a single fundamental transverse mode oscillation and further having a low element resistance and capable of high speed operation. An object of the present invention is to provide an interconnection system, an optical communication system, and a method of manufacturing a surface emitting laser element.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an active layer, a pair of distributed Bragg reflectors facing each other across the active layer, a hole path reaching the active layer from the first electrode, In a surface emitting laser element comprising an electron path that reaches the active layer from the second electrode,
In the middle of the hole passage, a hole confinement that defines a hole injection region into the active layer, which is configured by a high resistance region provided by ion implantation and a conduction region surrounded by the high resistance region In addition to the hole confinement structure, a structure is provided that includes a selectively oxidized region formed by selectively oxidizing a semiconductor layer containing Al as a constituent element and a non-oxidized region surrounded by the selectively oxidized region. A high-order transverse mode suppression structure is provided, and the non-oxidized region of the high-order transverse mode suppression structure has a smaller area than the conduction region of the hole confinement structure.
[0025]
According to a second aspect of the present invention, in the surface emitting laser element according to the first aspect, the high-order transverse mode suppression structure is provided in the middle of the electron path.
[0026]
According to a third aspect of the present invention, in the surface emitting laser element according to the first aspect, the high-order transverse mode suppression structure is provided avoiding the electron passage and the hole passage. .
[0027]
According to a fourth aspect of the present invention, in the surface emitting laser element according to any one of the first to third aspects, the pair of distributed Bragg reflectors is made of a semiconductor material. It is said.
[0028]
According to a fifth aspect of the present invention, in the surface-emitting laser element according to any one of the first to third aspects, the pair of distributed Bragg reflectors are made of a semiconductor material and a dielectric material. It is characterized by being.
[0029]
According to a sixth aspect of the present invention, in the surface-emitting laser device according to any one of the first to fifth aspects, at least one of the pair of distributed Bragg reflectors is an n-conductivity-type semiconductor Bragg reflector. And a tunnel junction between the n-conductivity type semiconductor Bragg reflector and the active layer.
[0030]
The invention according to claim 7 is the surface emitting laser element according to any one of claims 1 to 5, wherein at least one of the pair of distributed Bragg reflectors is a distributed Bragg reflector, A non-doped semiconductor Bragg reflector, or a Bragg reflector including a region made up of a part of a non-doped semiconductor Bragg reflector, and a region formed of the non-doped semiconductor Bragg reflector or a non-doped semiconductor Bragg reflector and an active layer An electrode for injecting carriers is provided in the semiconductor layer between the two layers.
[0031]
The invention according to claim 8 is the surface emitting laser element according to any one of claims 1 to 7, wherein the higher-order transverse mode suppression structure provided in the middle of the electron path, or the electron And the high-order transverse mode suppression structure provided in the area | region which avoided the channel | path of the said hole is characterized by being plural.
[0032]
The invention according to claim 9 is the surface-emitting laser element according to any one of claims 1 to 8, wherein the group III element constituting the active layer is selected from among Al, Ga, and In. It includes at least one, and includes at least one of As and P as a group V element constituting the active layer, and has an oscillation wavelength shorter than 1.1 μm.
[0033]
The invention according to claim 10 is the surface-emitting laser device according to any one of claims 1 to 8, wherein at least one of Ga and In is used as a group III element constituting the active layer. And the group V element constituting the active layer includes at least one of As, P, N, and Sb, and has an oscillation wavelength longer than 1.1 μm.
[0034]
The invention according to claim 11 is a surface-emitting laser array comprising the surface-emitting laser element according to any one of claims 1 to 10.
[0035]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the surface emitting laser array according to the eleventh aspect, the surface emitting laser array has different oscillation wavelengths due to different areas of the non-oxidized regions of the high-order transverse mode suppression structure. It is characterized by being composed of more than one type of surface emitting laser element.
[0036]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the surface emitting laser array according to the twelfth aspect, each of the surface emitting laser elements constituting the surface emitting laser array has a plurality of higher-order transverse mode suppression structures of two or more layers. It is characterized by having.
[0037]
The invention according to claim 14 is characterized in that the surface-emitting laser element according to any one of claims 1 to 10 or the surface-emitting laser array according to claim 11 is used. This is a surface emitting laser module.
[0038]
In the invention according to claim 15, the surface emitting laser element according to any one of claims 1 to 10 or the surface emitting laser array according to claim 11 is used as a writing light source. An electrophotographic system characterized by the above.
[0039]
In the invention described in claim 16, the surface emitting laser element according to any one of claims 1 to 10 or the surface emitting laser array according to claim 11 is used as a light source. This is an optical interconnection system that is characterized.
[0040]
The invention described in claim 17 is characterized in that the surface emitting laser element according to any one of claims 1 to 10 or the surface emitting laser array according to claim 11 is used as a light source. An optical communication system is characterized.
[0041]
The invention according to claim 18 is characterized in that the surface emitting laser array according to claim 12 or claim 13 is used as a light source.
[0042]
According to a nineteenth aspect of the present invention, there is provided a surface-emitting laser array comprising two or more types of surface-emitting laser elements having different oscillation wavelengths due to different areas of the non-oxidized regions of the higher-order transverse mode suppressing structure. The method is characterized in that the areas of the non-oxidized regions of the high-order transverse mode control layer are made different by making the diameters of the mesas including the higher-order transverse mode control layer different.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0044]
(First embodiment)
The first embodiment of the present invention includes an active layer, a pair of distributed Bragg reflectors facing each other across the active layer, a hole path reaching the active layer from the first electrode, and an active from the second electrode. In a surface emitting laser element comprising an electron path reaching the layer,
In the middle of the hole passage, a hole confinement that defines a hole injection region into the active layer, which is configured by a high resistance region provided by ion implantation and a conduction region surrounded by the high resistance region In addition to the hole confinement structure, a structure is provided that includes a selectively oxidized region formed by selectively oxidizing a semiconductor layer containing Al as a constituent element and a non-oxidized region surrounded by the selectively oxidized region. A high-order transverse mode suppression structure is provided, and the non-oxidized region of the high-order transverse mode suppression structure has a smaller area than the conduction region of the hole confinement structure.
[0045]
According to the configuration of the first embodiment, the high-order transverse mode suppression structure provided by selectively oxidizing the semiconductor layer containing Al in the composition forms a transverse mode optical confinement structure in the surface emitting laser, and is driven. It has a function of stabilizing the oscillation state against a change in state. Further, by providing a small area of the non-oxidized region, it is possible to suppress high-order transverse mode oscillation and obtain single fundamental transverse mode oscillation.
[0046]
In addition, the hole confinement structure having a hole confinement region relatively large with respect to the non-oxidized region in the higher-order transverse mode suppression structure formed by ion implantation prevents carrier diffusion to the side surface of the mesa, It has a function to obtain high internal quantum efficiency.
[0047]
In addition, the configuration in which the high-order transverse mode suppression structure and the hole confinement structure are provided separately enables the area of the hole confinement region to be increased, the oscillation region can be expanded, and the element resistance Can be reduced. A high output operation is possible by reducing the increase in element resistance.
[0048]
As described above, the configuration of the first embodiment can provide a surface-emitting laser element that has a low element resistance, can obtain a high output in a single fundamental transverse mode, and can operate at high speed.
[0049]
(Second Embodiment)
According to a second embodiment of the present invention, in the surface emitting laser element according to the first embodiment, the high-order transverse mode suppression structure is provided in the middle of the electron path.
[0050]
According to the configuration of the second embodiment, the high-order transverse mode suppression structure provided by selectively oxidizing a semiconductor layer containing Al in the composition provided in the middle of the electron path has a transverse mode in the surface emitting laser. An optical confinement structure is formed, and the oscillation state is stabilized against changes in the driving state. Further, by providing a small area of the non-oxidized region, it is possible to suppress high-order transverse mode oscillation and obtain single fundamental transverse mode oscillation.
[0051]
Furthermore, since the n-conductivity type semiconductor has an electrical resistance that is about an order of magnitude lower than that of the p-conductivity type semiconductor, the high-order transverse mode suppression structure in the second embodiment has a high resistance without significantly increasing the element resistance. Next transverse mode oscillation can be suppressed.
[0052]
As described above, in the first and second embodiments, the hole confinement structure and the high-order transverse mode suppression structure are provided separately from each other, and the minute amount necessary for suppressing the oscillation of the high-order transverse mode is provided. A high-order transverse mode suppression structure having a non-oxidized region is provided in the middle of an electron path that is difficult to increase the resistance, thereby preventing the resistance of the element from increasing. In addition, the area of the conduction region in the hole confinement structure is increased, the oscillation region is expanded, and the resistance of the element is prevented from being increased.
[0053]
(Third embodiment)
According to a third embodiment of the present invention, in the surface emitting laser element according to the first embodiment, the high-order transverse mode suppression structure is provided to avoid the electron passage and the hole passage. Yes.
[0054]
According to the configuration of the third embodiment, the high-order transverse mode suppression structure provided by selectively oxidizing the semiconductor layer containing Al in the composition provided avoiding the electron passage and the hole passage is provided in the surface emitting laser. A transverse mode light confinement structure is formed, and the oscillation state is stabilized against a change in driving state. Furthermore, by providing a small area of the non-oxidized region, the high-order transverse mode oscillation is suppressed and a single fundamental transverse mode oscillation is obtained.
[0055]
Furthermore, the high-order transverse mode suppression structure in the third embodiment has no influence on the element resistance because it is provided avoiding the electron path and the hole path, and therefore the element resistance is not increased. Higher-order transverse mode oscillation can be suppressed.
[0056]
As described above, in the first and third embodiments, the hole confinement structure and the high-order transverse mode suppression structure are provided separately from each other, and the minute amount necessary for suppressing the oscillation of the high-order transverse mode is provided. A high-order transverse mode suppressing structure having a non-oxidized region is provided in a region avoiding the hole passage and the electron passage to prevent the device from increasing in resistance. In addition, the area of the conduction region in the hole confinement structure is increased, the oscillation region is expanded, and the resistance of the element is prevented from being increased.
[0057]
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment of the present invention is characterized in that, in the surface emitting laser element of any one of the first to third embodiments, the pair of distributed Bragg reflectors is made of a semiconductor material.
[0058]
According to the configuration of the fourth embodiment, the surface emitting laser element of any one of the first to third embodiments can be obtained with high accuracy by a single crystal growth. In addition, an element can be obtained with good controllability and yield by a semiconductor process with good controllability.
[0059]
(Fifth embodiment)
According to a fifth embodiment of the present invention, in the surface emitting laser element according to any one of the first to third embodiments, the pair of distributed Bragg reflectors is made of a semiconductor material and a dielectric material. It is a feature.
[0060]
The dielectric material has less light absorption loss than the semiconductor material, and it is possible to use a material having a large refractive index difference compared to the semiconductor material, and a high reflectance can be obtained with a small number of layers. . Therefore, according to the fifth embodiment, the surface-emitting laser element of the present invention having excellent efficiency can be obtained by the dielectric distributed Bragg reflector with little absorption loss.
[0061]
That is, according to the fifth embodiment, a highly efficient surface emitting laser with low element resistance, high output in a single fundamental transverse mode, high-speed operation, and reduced loss due to light absorption. An element can be provided.
[0062]
(Sixth embodiment)
According to a sixth embodiment of the present invention, in the surface emitting laser element according to any one of the first to fifth embodiments, at least one of the pair of distributed Bragg reflectors includes an n-conductivity type semiconductor Bragg reflector. In addition, a tunnel junction is provided between the n-conductivity type semiconductor Bragg reflector and the active layer.
[0063]
By reverse-biasing the pn junction subjected to high-concentration doping, holes are generated by band-to-band tunneling, and holes can be injected into the active region. Therefore, hole injection is possible using a tunnel junction and an n-conductivity distributed Bragg reflector. Further, the n-conduction type distributed Bragg reflector has a lower absorption loss than the p-conduction type distributed Bragg reflector.
[0064]
Therefore, according to the configuration of the sixth embodiment, instead of the p-conduction type semiconductor distributed Bragg reflector, an n-type semiconductor distributed Bragg reflector with low absorption loss has characteristics such as low threshold current and high slope efficiency. A surface emitting laser element is obtained.
[0065]
That is, according to the sixth embodiment, a highly efficient surface emitting laser with low element resistance, high output in a single fundamental transverse mode, high speed operation, and reduced loss due to light absorption. An element can be provided.
[0066]
(Seventh embodiment)
According to a seventh embodiment of the present invention, in the surface emitting laser element according to any one of the first to fifth embodiments, at least one of the pair of distributed Bragg reflectors is a non-doped semiconductor Bragg. A reflector, or a Bragg reflector partially including a region composed of a non-doped semiconductor Bragg reflector, and further between the non-doped semiconductor Bragg reflector or a region composed of a non-doped semiconductor Bragg reflector and the active layer An electrode for injecting carriers is provided in the semiconductor layer.
[0067]
Semiconductor materials generally tend to increase light absorption by free carriers with increasing doping concentration. In addition, particularly in a p-conductivity type semiconductor, light absorption due to absorption between valence bands occurs in addition to this. On the other hand, according to the configuration of the seventh embodiment, a surface emitting laser element excellent in characteristics such as a low threshold current and a high slope efficiency can be obtained by using a non-doped semiconductor distributed Bragg reflector with a small absorption loss. .
[0068]
That is, according to the seventh embodiment, a highly efficient surface emitting laser with low element resistance, high output in a single fundamental transverse mode, high speed operation, and reduced loss due to light absorption. An element can be provided.
[0069]
(Eighth embodiment)
According to an eighth embodiment of the present invention, in the surface emitting laser element of any one of the first to seventh embodiments, a high-order transverse mode suppression structure provided in the middle of an electron path, or a path for electrons and holes The structure is such that there are a plurality of higher-order transverse mode suppression structures provided in the region avoiding the above.
[0070]
According to the configuration of the eighth embodiment, a non-area having a relatively small area with respect to the hole confinement region provided in the middle of the electron passage or in a region avoiding the passage of electrons and holes. By using a plurality of higher-order transverse mode suppression structures having an oxidation region, it is possible to more effectively suppress higher-order transverse mode oscillation.
[0071]
(Ninth embodiment)
According to a ninth embodiment of the present invention, in the surface emitting laser element according to any one of the first to eighth embodiments, at least one of Al, Ga, and In is used as a group III element constituting the active layer. In addition, the group V element constituting the active layer includes at least one of As and P, and the oscillation wavelength is shorter than 1.1 μm.
[0072]
In a surface emitting laser element having an oscillation wavelength shorter than 1.1 μm, in order to perform single fundamental transverse mode control, the length or diameter of one side of the non-oxidized region needs to be about 5 μm or less. The increase is particularly noticeable. However, according to the configuration of the ninth embodiment, the element resistance can be reduced very effectively.
[0073]
This can provide a great effect particularly in a surface emitting laser in the visible band. For example, when an AlGaInP-based material is used as an active layer of a surface emitting laser element, a red surface emitting laser element having an oscillation wavelength in the 660 nm band can be obtained. In order to obtain the transverse mode oscillation, the length or diameter of one side of a very fine non-oxidized region of 3 μm or less is required, and the increase in resistance due to constriction becomes very significant. However, in the element of the present invention, the high-order transverse mode suppressing structure that requires a small non-oxidized region area is in the middle of an electron path (in an n-type semiconductor) where resistance is not easily increased, or electrons that do not contribute to resistance. Since it is provided in a region avoiding the passage and the hole passage, single basic transverse mode control can be performed without increasing the resistance of the element.
[0074]
As described above, according to the configuration of the ninth embodiment, in the surface emitting laser element whose oscillation wavelength is shorter than 1.1 μm, the element resistance is reduced and the high output operation in the single fundamental transverse mode oscillation is achieved. Is possible.
[0075]
(Tenth embodiment)
The tenth embodiment of the present invention includes at least one of Ga and In as a group III element constituting the active layer in the surface emitting laser element of any one of the first to eighth embodiments, Further, the group V element constituting the active layer includes at least one of As, P, N, and Sb, and the oscillation wavelength is longer than 1.1 μm.
[0076]
A surface emitting laser element using GaInNAs (Sb) or the like as an active layer can obtain oscillation in 1.3 μm band and 1.55 μm band which are important wavelength bands in optical fiber communication. Moreover, since a high characteristic temperature is obtained, it is highly important as a subscriber light source. Particularly in the 1.3 μm band, high-speed communication using a quartz single mode fiber is possible, but in order to obtain a high coupling rate with an optical fiber, it is strongly desired to be a single fundamental transverse mode oscillation. In the surface emitting laser element of the present invention, single fundamental transverse mode oscillation can be obtained up to a high output, so that the coupling rate with the fiber does not vary due to variations in driving conditions. Further, since the element resistance is low as described above, high speed operation is possible.
[0077]
Therefore, according to the configuration of the tenth embodiment, an element having an oscillation wavelength in a long wavelength region having particularly excellent characteristics can be obtained.
[0078]
(Eleventh embodiment)
The eleventh embodiment of the present invention is a surface emitting laser array in which a plurality of surface emitting laser elements of any of the first to tenth embodiments are arranged.
[0079]
According to the eleventh embodiment, since the surface emitting laser array is configured by the surface emitting laser element according to any one of the first to tenth embodiments, the element resistance is low and the single basic transverse mode is high. It is possible to provide a surface emitting laser array capable of obtaining an output and capable of high speed operation.
[0080]
(Twelfth embodiment)
According to a twelfth embodiment of the present invention, in the surface emitting laser array according to the eleventh embodiment, the surface emitting laser array has different oscillation wavelengths due to different areas of non-oxidized regions of the high-order transverse mode suppression structure. It is characterized by comprising two or more surface emitting laser elements.
[0081]
An oxidation surface emitting laser element has a feature that the resonance wavelength of the resonator changes depending on the area of the non-oxidized region in the selective oxidation structure. By reducing the area of the non-oxidized region, the oscillation wavelength (resonance wavelength) Is known to shift by a short wavelength. The reason why the wavelength changes due to the size of the area of the non-oxidized region is that the oxide region has a confinement action for the oscillation transverse mode, so the lateral mode spread changes as the area of the non-oxidized region changes. This is because the vertical resonance condition of the resonator changes.
[0082]
For example, the document “IEEE Journal of Selected Topics In Quantum Electronics Vol. 3, No. 2, pp. 344, 1997” and the document “IEEE Journal of Quant. From the numerical calculation, the short wavelength shift amount of the oscillation wavelength (resonance wavelength) with respect to the area of the non-oxidized region in the 0.98 μm band element is estimated. The results of these documents show that the short wavelength shift starts gradually from the diameter of the non-oxidized region of about 5 μm, and the short wavelength shift increases rapidly from the diameter of the non-oxidized region of about 2 μm or less.
[0083]
Actually, in the document “IEEE Photonics Technology Letter Vol. 8, No. 7, pp. 858 1996”, devices having different areas of non-oxidized regions were fabricated, and 2 × 2 with a wavelength interval of about 1 nm in the 0.98 μm band. An example of producing a surface emitting laser array has been reported. In this case, the minimum stenosis diameter is 2.0 μm, and the maximum stenosis diameter is 3.5 μm.
[0084]
However, in a conventional surface emitting laser element that performs current confinement and high-order transverse mode suppression with a single selective oxidation structure, the distribution in the array of threshold current, optical output, etc., is very high by changing the oxidation confinement diameter. The problem of becoming larger occurs. Further, as described above, there is a problem that by making the oxidized constriction diameter minute, the resistance of the constriction region increases drastically and it is difficult to obtain a high output due to heat generation. Actually, in the above document, it is described that even in an element having a maximum oxidized confinement diameter of 3.5 μm, the maximum light output was about 0.38 mW due to element heat generation. In an element having a smaller oxidized confinement diameter than this, the light output is considered to be further smaller due to the influence of heat generation due to the increase in resistance. As described above, it is difficult to produce a surface emitting laser array capable of high output operation when a multi-wavelength surface emitting laser array is produced by the above-described method.
[0085]
Further, in order to obtain a wider-band multiwavelength surface emitting laser array, it is necessary to further reduce the area of the non-oxidized region. Actually, when the diameter of the non-oxidized region is about 1 μm or less, the light loss due to the selective oxidation structure starts to increase rapidly. Therefore, this level is considered to be the lower limit for actual operation. When the area of the non-oxidized region is reduced to about this value, the element heat generation (high resistance) increases drastically and it is very difficult to obtain oscillation.
[0086]
According to the present invention, the hole confinement structure by ion implantation and the high-order transverse mode suppression structure by selective oxidation are individually provided, and the high-order transverse mode suppression structure is further made of an n conductivity type that is difficult to increase in resistance. The semiconductor layer is provided in a region other than the carrier (electron, hole) passage not related to the electrical resistance. For this reason, the increase in resistance when the area of the non-oxidized region of the high-order transverse mode suppression structure is made small is small as compared with the element of the conventional structure, or not in the latter case. Therefore, since heat generation due to high resistance can be suppressed to a low level, fundamental lateral mode oscillation and high output can be obtained with respect to an element having a small area of the non-oxidized region of the high-order transverse mode suppression structure as described above. It is possible to reduce the variation in light output between elements. Furthermore, by making the area of the confinement region of the hole confinement structure separately provided by ion implantation for the elements in the array, variation in characteristics such as oscillation threshold current and operating voltage can be extremely reduced. Is possible.
[0087]
As described above, according to the twelfth embodiment, it is possible to obtain a multi-wavelength surface emitting laser array capable of performing single fundamental transverse mode oscillation up to high output with little variation in characteristics such as oscillation threshold current and output. That is, according to the twelfth embodiment, it is possible to provide a multi-wavelength surface emitting laser array that has a low element resistance, a high output in a single fundamental transverse mode, and a high-speed operation.
[0088]
(13th Embodiment)
According to a thirteenth embodiment of the present invention, in the surface emitting laser array according to the twelfth embodiment, each of the surface emitting laser elements constituting the surface emitting laser array includes a plurality of higher-order transverse mode suppression structures having two or more layers. It is characterized by having.
[0089]
According to the configuration of the thirteenth embodiment, the high-order transverse mode suppression structure is a multilayer of two or more layers, so that the effect of confining the transverse mode of light is increased, and the oscillation wavelength (resonance wavelength) is more effectively achieved. Can be shifted by a short wavelength, and a wider-band multiwavelength surface emitting laser array can be obtained. That is, according to the thirteenth embodiment, a multi-wavelength surface emitting laser array having a low element resistance, a higher output in a single fundamental transverse mode, a high-speed operation, and a wider wavelength band is provided. be able to.
[0090]
(Fourteenth embodiment)
The fourteenth embodiment of the present invention is a surface emitting laser module in which the surface emitting laser element of any one of the first to tenth embodiments or the surface emitting laser array of the eleventh embodiment is used. .
[0091]
The surface-emitting laser elements of the first to tenth embodiments and the surface-emitting laser array of the eleventh embodiment can stably oscillate to a high output in a single fundamental transverse mode. In addition, the device resistance is low and high speed operation is possible. Therefore, the surface emitting laser element according to any one of the first to tenth embodiments or the surface emitting laser module using the surface emitting laser array according to the eleventh embodiment can operate at high speed, and the fiber The coupling rate is stable without fluctuation, and the reliability is high.
[0092]
That is, according to the fourteenth embodiment, it is possible to provide a highly reliable surface emitting laser module that can obtain high output in the single basic transverse mode and can operate at high speed.
[0093]
(Fifteenth embodiment)
The fifteenth embodiment of the present invention is an electrophotographic system in which the surface emitting laser element of any one of the first to tenth embodiments or the surface emitting laser array of the eleventh embodiment is used as a writing light source. It is.
[0094]
The surface emitting laser elements of the first to tenth embodiments and the surface emitting laser array of the eleventh embodiment can oscillate to a high output in a single fundamental transverse mode. In addition, since the outgoing beam is circular and has high positional accuracy between arrays, it is possible to easily collect multiple beams with the same lens with good reproducibility, which makes the optical system simple, A low-cost electrophotographic system can be configured. Further, since a high output can be obtained in the basic transverse mode, when an array is used, particularly high-speed writing is possible, and a high-speed electrophotographic system can be realized.
[0095]
That is, according to the fifteenth embodiment, high-speed operation writing is possible, and a high-definition electrophotographic system can be provided.
[0096]
(Sixteenth embodiment)
The sixteenth embodiment of the present invention is an optical interconnection system in which the surface emitting laser element of any one of the first to tenth embodiments or the surface emitting laser array of the eleventh embodiment is used as a light source. It is.
[0097]
The surface-emitting laser elements according to the first to fifteenth embodiments and the surface-emitting laser array according to the eleventh embodiment have a single fundamental transverse mode, can oscillate to a high output, have high coupling with optical fibers, The transverse mode is stable even when the operating state changes. Furthermore, since the element resistance is low, high-speed operation is possible. Therefore, by using these as the light source, a highly reliable optical interconnection system can be realized.
[0098]
That is, according to the sixteenth embodiment, it is possible to provide a highly reliable optical interconnection system in which the coupling with the fiber is stable and high-speed transmission is possible.
[0099]
(Seventeenth embodiment)
The seventeenth embodiment of the present invention is an optical communication system in which the surface emitting laser element of any one of the first to tenth embodiments or the surface emitting laser array of the eleventh embodiment is used as a light source. is there.
[0100]
The surface-emitting laser elements according to the first to fifteenth embodiments and the surface-emitting laser array according to the eleventh embodiment have a single fundamental transverse mode, can oscillate to a high output, have high coupling with optical fibers, The transverse mode is stable even when the operating state changes. Furthermore, since the element resistance is low, high-speed operation is possible. Therefore, by using these as light sources, a highly reliable optical communication system can be realized.
[0101]
In addition, since the basic transverse mode output is high, an optical communication system capable of long-distance communication can also be realized.
[0102]
As described above, according to the seventeenth embodiment, it is possible to provide a highly reliable optical communication system in which coupling with a fiber is stable and high-speed communication is possible.
[0103]
(Eighteenth embodiment)
The eighteenth embodiment of the present invention is an optical communication system in which the surface emitting laser array of the twelfth or thirteenth embodiment is used as a light source.
[0104]
In the surface emitting laser arrays of the twelfth and thirteenth embodiments, there are few variations in the characteristics of the surface emitting laser elements in the surface emitting laser array, the drive control of the surface emitting laser array is easy, and high in single basic transverse mode. Output operation is possible. Further, since the element resistance is low, high speed operation is possible. Further, since the surface emitting laser arrays of the twelfth and thirteenth embodiments are multi-wavelength arrays, wavelength division multiplexing communication is possible.
[0105]
Therefore, by using these for the light source, a highly reliable wavelength division multiplexing optical communication system can be realized.
[0106]
Thus, according to the eighteenth embodiment, it is possible to provide a highly reliable wavelength division multiplexing communication system in which coupling with a fiber is stable and high-speed transmission is possible.
[0107]
(Nineteenth embodiment)
According to a nineteenth embodiment of the present invention, a surface emitting laser array including two or more types of surface emitting laser elements having different oscillation wavelengths due to different areas of non-oxidized regions of a high-order transverse mode suppressing structure is manufactured. The method is characterized in that the areas of the non-oxidized regions of the higher order transverse mode control layer are made different by making the diameters of the mesas including the higher order transverse mode control layer different.
[0108]
According to the nineteenth embodiment, the surface emitting laser arrays of the twelfth and thirteenth embodiments can be easily obtained with good controllability, good yield, and low cost.
[0109]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described.
[110]
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a surface emitting laser element according to a first embodiment. The surface emitting laser element of FIG.0.15Ga0.85This is a 0.85 μm band surface emitting laser device having an As multiple quantum well structure as an active layer. The structure will be described below according to the manufacturing process.
[0111]
The surface emitting laser element of FIG. 1 is crystal-grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), and trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), and trimethylindium (TMI) are used as group III materials. Used as a group V raw material, arsine (AsH3) Gas is used. CBr is also used for p-type dopants.4And the n-type dopant is H2Se is used.
[0112]
Specifically, the element of FIG. 1 includes an n-GaAs buffer layer 102, an n-Al substrate on an n-GaAs substrate 101.0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.8536 cycles of n-Al with one pair of As0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85As lower semiconductor distributed Bragg reflector 103, non-doped Al0.15Ga0.85As resonator spacer 105, GaAs / Al0.15Ga0.85As multiple quantum well active layer 106, non-doped Al0.15Ga0.85As resonator spacer 107, p-Al with 20 periods0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85The As upper semiconductor distributed Bragg reflector 108 is formed by sequentially growing crystals. Moreover, Al which becomes the outermost surface layer of the upper distributed Bragg reflector 1080.15Ga0.85In the As layer, a contact layer (not shown) having a high concentration of p-type dopant (carbon) in the vicinity of the surface is provided.
[0113]
N-Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85An n-AlAs selective oxidation layer 104 is provided in the As lower distributed Bragg reflector 103, and the n-AlAs selective oxidation layer 104 is oxidized in an oxidized region 115 (black in the drawing). The region shown here; the same applies to the following embodiments) and the non-oxidized region 114 that has not been oxidized. P-Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85In the As upper distributed Bragg reflector 108, an ion implantation high resistance region 116 and an ion non-implant conduction region 117 are provided.
[0114]
Here, n and p-Al corresponding to the low refractive index layers of the upper distributed Bragg reflector 108 and the lower distributed Bragg reflector 103 are used.0.9Ga0.1As layers 103a and 108a and n and p-Al corresponding to the high refractive index layers0.15Ga0.85The thickness of the As layers 103b and 108b is set to a layer thickness at which the phase change of the oscillation light in each semiconductor layer is π / 2 so as to satisfy the multiple reflection phase condition of the distributed Bragg reflector (for each layer) (See FIG. 2). The specific thickness of each layer is Al0.9Ga0.1As layers 103a and 108a are 69.8 nm, Al0.15Ga0.85The As layers 103b and 108b are 59.7 nm.
[0115]
FIG. 2 is a diagram showing in detail the resonance region (resonator region) of the surface emitting laser element of FIG. 1 together with the standing wave of the oscillation light. Hereinafter, the resonance region is defined as a region sandwiched between Bragg reflectors. In the element of the first embodiment, a region indicated by reference numeral 113 in FIG. 1 is a resonance region. FIG. 2 shows the resonance region 113 and n-Al.0.9Ga0.1As lower semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 103a and n-Al0.15Ga0.85N-Al with As lower semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 103b0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85The structure of one period of the As lower semiconductor distributed Bragg reflector 103 and p-Al0.9Ga0.1As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 108a and p-Al0.15Ga0.85P-Al with As upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 108b0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85The structure of one period of the As upper semiconductor distributed Bragg reflector 108 is shown.
[0116]
Here, in the surface emitting laser element shown in FIG. 1, as shown in FIG. 2, n-Al is in contact with the resonance region.0.9Ga0.1An n-AlAs selectively oxidized layer 104 is provided in the As lower semiconductor distributed Bragg reflector low-refractive layer 103a. The thickness of the n-AlAs selective oxidation layer is 30 nm. N-AlAs provided with an n-AlAs selective oxidation layer0.9Ga0.1Only the thickness of the As lower semiconductor distributed Bragg reflector low-refractive layer 103a is set such that the phase change of the oscillation light in each region including the n-AlAs layer 104 is 3π / 2.
[0117]
Non-doped Al that forms the resonance region0.15Ga0.85As resonator spacer layer 105, non-doped GaAs / Al0.15Ga0.85As multiple quantum well active layer 106, non-doped Al0.15Ga0.85The As resonator spacer layer 107 forms a 1λ resonator structure. Non-doped GaAs / Al0.15Ga0.85The As multiple quantum well active layer 106 is provided at a position corresponding to the antinode of the standing wave of the oscillation light in order to obtain a high stimulated emission probability. Conversely, the n-AlAs selectively oxidized layer 104 is provided at a position corresponding to a node of the standing wave of the oscillation light in order to reduce the diffraction loss of light. In the element of FIG. 1, as shown in FIG. 2, each element is provided at a position that becomes a node of the second standing wave as viewed from the active layer 106.
[0118]
In the surface emitting laser element of FIG. 1, after crystal growth, a square resist pattern having a side of 10 μm is formed by a known photolithography technique, and hydrogen ions are implanted using the resist pattern as a mask. Region 116 is formed. Next, alignment is performed on the hydrogen ion implantation region, and a square resist pattern having a side of 30 μm is formed again by a known photolithography technique, and p-Al is formed using a known dry etching technique.0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85N-Al from the surface of the As upper semiconductor distributed Bragg reflector 1080.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85Etching of each layer up to the middle of the As lower distributed semiconductor Bragg reflector 103 is performed to form a square mesa.
[0119]
Next, in a heated atmosphere containing water vapor, the n-AlAs selectively oxidized layer 104 is selectively oxidized in a direction parallel to the substrate from the etching end face toward the center of the mesa, leaving a non-oxidized region 114 in the center. The selective oxidation region 115 is formed around the mesa. Here, one side of the non-oxidized region 114 was 3 μm. As described above, the non-oxidation (conduction) region 114 in the electron passage is formed to have a relatively small area with respect to 10 μm on one side of the ion non-injection conduction region 117 in the hole passage. Note that the selective oxidation structure including the non-oxidized region 114 and the selective oxidation region 115 is provided as a high-order transverse mode suppression structure.
[0120]
Next, a vapor-phase chemical deposition method (CVD method) is used to form SiO on the entire wafer surface.2After the layer 109 was formed, the insulating resin 110 was spin-coated by aligning with the center of the mesa and removing the insulating resin on the mesa. Next, the insulating resin removal part SiO2Layer 109 was removed. Next, a 10 μm square resist pattern was formed in a region to be a light emitting portion on the mesa, and p-side electrode material was deposited. Next, the electrode material of the light emitting part was lifted off, and the p-side electrode 111 was formed. Next, after polishing the back surface of the n-GaAs substrate 101, the n-side electrode 112 was provided on the back surface of the substrate 101 by vapor deposition. Next, ohmic conduction was established between the electrodes 111 and 112 by annealing.
[0121]
In the surface emitting laser element of FIG.0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85The As upper semiconductor distributed Bragg reflector 108 is provided with a hole confinement structure including an ion-implanted high resistance region 116 and an ion non-implant conduction region 117, and n-Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85The As lower semiconductor distributed Bragg reflector 103 includes a higher-order transverse mode suppression structure including a selective oxidation region 115 and a non-oxidation region 114, and the area of the non-oxidation region 114 in the higher-order lateral mode suppression structure is positive. It is provided smaller than the area of the ion non-implanting conduction region 117 in the hole confinement structure.
[0122]
In the conventional surface emitting laser element, in order to stably obtain a single fundamental transverse mode oscillation, the area of the non-oxidized region in the p-conductivity type distributed Bragg reflector is reduced. And the heat generation of the element due to the increase in resistance.
[0123]
However, the element of the first embodiment is n-Al.0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85The oscillation transverse mode is controlled by the high-order transverse mode suppression structure provided in the As lower semiconductor distributed Bragg reflector 103, and the resistance of the n-type distributed Bragg reflector is lower than that of the p-conductivity distributed Bragg reflector. Therefore, single fundamental transverse mode oscillation can be obtained up to a high output without increasing the resistance of the element.
[0124]
However, since electrons have a higher mobility than holes, it is difficult to effectively confine the carrier injection region at the center of the mesa by the high-order transverse mode suppression structure provided in the n-type distributed Bragg reflector. There is a problem that the carrier diffuses to the mesa side surface and the light emission efficiency is lowered by the non-radiative recombination level of the mesa side surface. In order to confine holes with high confinement efficiency to the center of the mesa and to achieve high internal quantum efficiency, a hole confinement structure is provided by ion implantation. In addition, by selecting a large area of the ion non-injection conduction region in the hole confinement structure within a range where high internal quantum efficiency can be obtained, the oscillation region can be expanded and the resistance of the element can be prevented from being increased. it can.
[0125]
Further, in the surface emitting laser element of this structure, since the transverse mode is confined by the selective oxidation structure having a large refractive index difference, single fundamental transverse mode oscillation can be stably obtained even when the driving state of the element is changed. I can do things.
[0126]
As described above, the element of the first embodiment can oscillate in a single fundamental mode up to a high output, and the output saturation point due to heat is higher than that of the conventional element, so that a high output can be obtained. It was. Further, the element has a low resistance, and high-speed modulation was possible.
[0127]
In the first embodiment, the position of the high-order transverse mode suppression structure is the position of the standing wave node closest to the active layer in the distributed Bragg reflector. Also good. Further, the position of the high-order transverse mode suppression structure can be provided at an arbitrary position such as an antinode other than the standing wave node.
[0128]
(Second embodiment)
FIG. 3 is a diagram showing a surface emitting laser element according to the second embodiment. The surface emitting laser element of FIG. 3 is a 1.3 μm band surface emitting laser element having a GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure as an active layer. The surface emitting laser element of FIG. 3 is obtained by crystal growth by MOCVD as in the surface emitting laser element of the first embodiment, and dimethylhydrazine (DMHy) is used as the nitrogen source of the active layer. .
[0129]
The surface emitting laser element shown in FIG. 3 is grown by the same crystal growth method as in the first embodiment. Specifically, the device of FIG. 3 includes an n-GaAs buffer layer 202 and an n-Al on an n-GaAs substrate 201.0.9Ga0.136 cycles of n-Al with one pair of As / GaAs0.9Ga0.1An As / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector 203, a non-doped GaAs resonator spacer 205, a non-doped GaInNAs / GaAs multiple quantum well active layer 206, a non-doped GaAs resonator spacer 207, and a p-Al0.9Ga0.1As / GaAs upper semiconductor Bragg reflector 208 and n-Al0.9Ga0.1A 20-period upper semiconductor distributed Bragg reflector composed of an As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 219 is formed by sequentially crystal growth. In addition, in the GaAs layer serving as the outermost surface layer of the upper distributed Bragg reflector, a p-GaAs contact layer (not shown) having a high concentration of carbon doping as a p-type dopant in the vicinity of the surface is provided.
[0130]
Further, in each layer constituting the upper semiconductor distributed Bragg reflectors 219 and 208 and the lower semiconductor multi-distributed Bragg reflector 203, the phase change of light in each layer with respect to the oscillation wavelength is π / 2 as in the first embodiment. The layer thickness is as follows. The same applies to the following embodiments.
[0131]
N-Al0.9Ga0.1The As / GaAs bottom distributed Bragg reflector 203 is provided with an n-AlAs selectively oxidized layer 204 having a thickness of 30 nm. The n-AlAs selectively oxidized layer 204 is selectively oxidized by selective oxidation. The region includes an oxidized region 215 and a non-oxidized region 214 that is not oxidized. P-Al0.9Ga0.1In the As / GaAs upper semiconductor Bragg reflectors 208 and 219, an ion implantation high resistance region 216 and an ion non-implant conduction region 217 are provided.
[0132]
FIG. 4 is a diagram showing in detail the periphery of the resonance region 213 in the surface emitting laser element of FIG. 3 together with the standing wave of the oscillation light. FIG. 4 shows a resonance region 213 composed of a non-doped GaAs resonator spacer 205, a non-doped GaInNAs / GaAs multiple quantum well active layer 206, and a non-doped GaAs resonator spacer 207, and n-Al.0.9Ga0.1An n-Al composed of an As lower semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 203a, an n-AlAs selectively oxidized layer 204, and an n-GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 203b.0.9Ga0.1A structure of one period of the As / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector 203 and p-Al0.9Ga0.1As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 208a, p-GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 208b, tunnel junction 218, n-GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 219b, n- Al0.9Ga0.1A structure comprising an As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 219a is shown.
[0133]
Also, between the p-GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 208b and the n-GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 219b, p++-GaAs layer and n++A tunnel junction 218 made of a −GaAs layer is provided. n-Al provided with n-AlAs selectively oxidized layer 2040.9Ga0.1The thickness of the As lower semiconductor distributed Bragg reflector low-refractive layer 203a is such that the phase change of the oscillation light in each region including the AlAs selectively oxidized layer is 3π / 2 so as to satisfy the phase condition of the Bragg reflector. It has become. Similarly, the tunnel junction 218, the p-GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector high-refractive layer 208b, and the n-GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector high-refractive layer 219b also have a light phase change of 3π / in these layers. The thickness is 2.
[0134]
In the element of the second embodiment, as in the first embodiment, the positive ion implantation region 216 and the non-ion implantation conduction region 217 surrounded by the ion implantation high resistance region 216 are positively implanted by hydrogen ion implantation. After forming the hole constriction structure, a mesa is formed in the same manner. Next, the selective oxidation region 215 and the non-oxidation region 214 are formed by selectively oxidizing the n-AlAs selectively oxidized layer 204. Here, the area of the non-oxidation (conduction) region 214 is formed relatively smaller than the area of the ion non-implantation conduction region 217. Specifically, the length of one side of the non-ion-implanted conduction region 217 is 10 μm, and the length of one side of the non-oxidized region 214 is 5 μm. The selective oxidation structure composed of the non-oxidized region 214 and the selective oxidation region 215 is provided as a high-order transverse mode suppression structure.
[0135]
Here, since the surface emitting laser element of the second embodiment has a long oscillation wavelength, the thickness of the distributed Bragg reflector is thicker than that of the element of the 0.85 μm band and the like is high near the active layer. In order to provide the resistance region, a larger acceleration voltage of hydrogen ions is required. Therefore, in the surface emitting laser element of the second embodiment, a high resistance region is provided in the region near the active layer by an acceleration voltage larger than usual.
[0136]
As another manufacturing method, n-Al0.9Ga0.1During crystal growth of the As / GaAs upper distributed Bragg reflector 219, the growth is interrupted and a resist pattern is formed. Then, hydrogen ion implantation is performed to provide an ion implantation high resistance region 216 to remove the resist and remove the growth surface. After cleaning, the remaining n-Al again0.9Ga0.1Crystal growth of the As upper distributed Bragg reflector 219 can also be performed. With such a manufacturing method, it is possible to easily provide a high resistance region with a relatively low acceleration voltage. At this time, if the ion-implanted high resistance region 216 is formed by oxygen ion implantation instead of hydrogen ions, the effect of reducing the resistance of the ion implantation region due to the temperature during growth is effectively reduced. .
[0137]
Next, as in the first embodiment, SiO2After the insulating region 209 and the insulating region 210 are formed by the insulating resin 210, the p-side electrode 211 and the n-side electrode 212 are formed.
[0138]
The element of the second embodiment is similar to the element of the first embodiment in that n-Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85The lateral mode is controlled by a high-order transverse mode suppression structure provided in the As lower semiconductor distributed Bragg reflector 203, and the resistance of the n-type distributed Bragg reflector is lower than that of the p-conductivity distributed Bragg reflector. Therefore, it is possible to suppress high-order transverse mode oscillation without increasing the resistance.
[0139]
In fact, the surface emitting laser element of FIG. 3 has a low element resistance like the element of Example 1, can obtain a high output while maintaining a single fundamental transverse mode oscillation, and can operate at a higher speed. It was. Further, since the transverse mode confinement is performed by the selective oxidation structure, it is possible to stably obtain a single fundamental transverse mode oscillation even when the driving state of the element is changed.
[0140]
Most of the upper and lower distributed Bragg reflectors are composed of n-semiconductor distributed Bragg reflectors with less absorption loss than p-semiconductor distributed Bragg reflectors, and have characteristics such as high slope efficiency and low oscillation threshold current. Thus, a long-wavelength surface emitting laser device having excellent characteristics can be obtained. In the present invention, as in the second embodiment, a surface emitting laser element structure having a tunnel junction can be provided.
[0141]
(Third embodiment)
FIG. 5 is a diagram showing a surface emitting laser element according to a third embodiment. The surface emitting laser element of FIG.0.15Ga0.85This is a 0.85 μm band surface emitting laser device having an As multiple quantum well structure as an active layer. The surface emitting laser element shown in FIG. 5 is configured by inverting the upper and lower conductive types sandwiching the active layer with respect to the element of the first embodiment, and the same configuration as that of the first embodiment except for this point. It has become. The structure will be described below.
[0142]
Specifically, the element of FIG. 5 includes a p-GaAs buffer layer 302 and a p-Al on a p-GaAs substrate 301.0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.8536 cycles of p-Al with one pair of As0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85As lower semiconductor distributed Bragg reflector 303 and non-doped Al0.15Ga0.85As resonator spacer 305 and GaAs / Al0.15Ga0.85As multiple quantum well active layer 306 and non-doped Al0.15Ga0.85A resonance region 313 composed of an As resonator spacer 307 and 20 cycles of n-Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85The As upper semiconductor distributed Bragg reflector 308 is formed by sequentially growing crystals. N-Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85In the As upper distributed Bragg reflector 308, an n-AlAs selective oxidation layer 304 having a thickness of 30 nm is provided, and the n-AlAs selective oxidation layer 304 is selectively oxidized region 315 oxidized by selective oxidation. And a non-oxidized region 314 that has not been oxidized. N-Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85As upper semiconductor Bragg reflector 308, resonator region 313, and p-Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85In the As lower semiconductor Bragg reflector 303, an ion implantation high resistance region 316 formed by hydrogen ion implantation and an ion non-implant conduction region 317 surrounded by the ion implantation high resistance region 316 are provided. .
[0143]
FIG. 6 is a diagram showing in detail the periphery of the resonance region 313 of the surface emitting laser element of FIG. FIG. 6 shows the resonance region 313 and p-Al.0.9Ga0.1As lower semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 303a and p-Al0.15Ga0.85P-Al comprising As lower semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 303b0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85The structure of one period of the As lower semiconductor distributed Bragg reflector 303, and n-Al0.9Ga0.1As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 308a, n-AlAs selectively oxidized layer 304, and n-Al0.15Ga0.85N-Al composed of As upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 308b0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85The structure of one period of the As upper semiconductor distributed Bragg reflector 308 is shown.
[0144]
Here, in the surface emitting laser element of FIG. 5, n-Al in contact with the resonance region as shown in FIG.0.9Ga0.1An n-AlAs selectively oxidized layer 304 is provided in the As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 308a. Further, n-AlAs provided with an n-AlAs selective oxidation layer 304 is provided.0.9Ga0.1Only the thickness of the As upper semiconductor distributed Bragg reflector low-refractive layer 303a is such that the phase change of the oscillation light in each region including the n-AlAs selectively oxidized layer 304 is 3π / 2. GaAs / Al0.15Ga0.85The As multiple quantum well active layer 306 is provided at a position where an antinode of standing wave of oscillation light is present, and the n-AlAs selectively oxidized layer 304 is provided at a position serving as a node. The element has a 1λ resonator structure.
[0145]
In the element of the third embodiment, as in the first embodiment, a hole confinement structure including an ion implantation high resistance region 316 and an ion non-implant conduction region 317 is formed by hydrogen ion implantation, and then a mesa is formed. Forming. Next, the n-AlAs selectively oxidized layer 304 is selectively oxidized to form a high-order transverse mode suppression structure including a selective oxidation region 315 and a non-oxidation (conduction) region 314. Here, the area of the non-oxidation (conduction) region 314 is formed relatively smaller than the area of the ion non-implantation conduction region 317. Specifically, the length of one side of the non-ion-implanted conduction region 317 is 10 μm, and the length of one side of the non-oxidized region 314 is 3 μm.
[0146]
And in this 3rd Example, similarly to the 1st Example, it is SiO.2After forming the insulating region with the insulating layer 309 and the insulating resin 310, the n-side electrode 311 and the p-side electrode 312 are formed.
[0147]
The surface-emitting laser element shown in FIG. 5 had a low element resistance, a high output while maintaining a single fundamental transverse mode oscillation, and a high-speed operation as well as the element of Example 1. . Further, since the transverse mode confinement is performed by the selective oxidation structure, it is possible to stably obtain a single fundamental transverse mode oscillation even when the driving state of the element is changed.
[0148]
In this way, an element can be formed using a p-conducting semiconductor substrate, with the substrate side being p-conductive type and the surface side being n-conductive type with respect to the resonance region.
[0149]
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is a view showing a surface emitting laser element according to a fourth embodiment. The surface emitting laser element of FIG.0.15Ga0.85This is a 0.85 μm band surface emitting laser device having an As multiple quantum well structure as an active layer. The surface emitting laser element shown in FIG. 7 has a so-called intracavity contact structure in which an electrode for injecting carriers is provided in a semiconductor layer inside the element. The structure will be described below according to the manufacturing process.
[0150]
The surface emitting laser element shown in FIG. 7 is obtained by performing crystal growth by MOCVD as in the first embodiment. Specifically, the device of FIG. 7 includes an n-GaAs buffer layer 402 and a 36-cycle n-Al on an n-GaAs substrate 401.0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85As lower semiconductor distributed Bragg reflector 403, resonance region 413, 20 periods of non-doped Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85The As upper semiconductor distributed Bragg reflector 408 is formed by sequentially growing crystals. Here, the resonance region 413 is non-doped GaAs / Al.0.15Ga0.85As multiple quantum well active layer 407, Al0.15Ga0.85And an As resonator spacer layer 406.
[0151]
N-Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85In the As lower semiconductor distributed Bragg reflector 403, an n-AlAs selective oxidation layer 404 is provided, and the selective oxidation layer 404 is oxidized with a selective oxidation region 415 oxidized by selective oxidation. And non-oxidized regions 414 that are not present. Al0.15Ga0.85In the As resonator spacer layer 406, an ion implantation high resistance region 416 and an ion non-implant conduction region 417 are provided.
[0152]
FIG. 8 is a diagram showing in detail the periphery of the resonance region of the intracavity contact surface emitting laser element of FIG. That is, FIG. 8 shows the resonance region 413 and n-Al.0.9Ga0.1As lower semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 403a, n-AlAs selectively oxidized layer 404 and n-Al0.15Ga0.85N-Al with As lower semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 403b0.9Ga0.1As / Al0 . 15Ga0.85Structure of one period of As lower semiconductor distributed Bragg reflector 403 and non-doped Al0.9Ga0.1As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 408a and non-doped Al0.15Ga0.85Non-doped Al with As upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 408b0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85The structure of one period of the As upper semiconductor distributed Bragg reflector 408 is shown.
[0153]
Where n-Al0.9Ga0.1In the As lower semiconductor distributed Bragg reflector low-refractive layer 403a, an n-AlAs selectively oxidized layer 404 with a thickness of 30 nm is provided as shown in FIG. The resonance region 413 is a non-doped Al in order from the substrate 401 side.0.15Ga0.85As resonator spacer layer 406a, non-doped GaAs / Al0.15Ga0.85As multiple quantum well structure 407, non-doped Al0.15Ga0.85As spacer layer 406b, p-Al0.15Ga0.85As spacer layer 406c, p-Al0.15Ga0.85As contact / resonator spacer layer 406d, non-doped Al0.15Ga0.85An As resonator spacer layer 406e is formed by crystal growth.
[0154]
In the surface emitting laser element of FIG. 7, as shown in FIG. 8, an n-AlAs selectively oxidized layer 404 is provided.0.9Ga0.1Only the layer thickness of the As lower semiconductor distributed Bragg reflector low-refractive layer 403a is determined by the n-AlAs selectively oxidized layer 404 and the n-Al.0.9Ga0.1The phase change of the oscillation light in the As lower semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 403a is adjusted to 3π / 2. Also, non-doped Al that forms the resonance region 4130.15Ga0.85As resonator spacer layers 406a and 406b, non-doped GaAs / Al0.15Ga0.85As multiple quantum well structure 407, p-Al0.15Ga0.85As resonator spacer layer 406c, p-Al0.15Ga0.85As contact layer / cavity spacer layer 406d, non-doped Al0.15Ga0.85The As resonator spacer layer 406e forms a 2λ resonator structure.
[0155]
Also, the active layer GaAs / Al0.15Ga0.85The As multiple quantum well structure 407 is provided at a position corresponding to the antinode of the standing wave of the oscillation light. Conversely, the n-AlAs selectively oxidized layer 404 is provided at a position corresponding to the node of the standing wave of the oscillation light in order to reduce the diffraction loss of light. In the element of FIG. 7, as shown in FIG. 8, an n-AlAs selectively oxidized layer 404 is provided at a position that becomes a node of the second standing wave when viewed from the active layer. P-Al0.15Ga0.85The As resonator spacer / contact layer 406d is provided at a position that becomes a node of a standing wave in order to reduce light absorption loss due to the semiconductor layer doped with a high concentration of p-type.
[0156]
As shown in FIG. 8, the surface emitting laser element shown in FIG. 7 is formed by the well-known photolithography technique and ion implantation technique, as shown in FIG.0.15Ga0.85Hydrogen ion implantation was performed in the As resonator spacer 406 to provide a hole confinement structure including an ion implantation increased resistance region 416 and an ion non-implanted conduction region 417 surrounded by the ion implantation increased resistance region 416. Here, the length of one side of the ion non-implanting conduction region 417 was 10 μm.
[0157]
Next, using the photoengraving technique and the etching technique again, the ion non-implanted conduction region 417 is aligned and non-doped Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85P-Al from the surface of the As upper distributed Bragg reflection 4080.15Ga0.85Each layer up to the surface of the As resonator spacer / contact layer 406d was removed by etching, and a square mesa with a side of 20 μm was formed as shown in FIG.
[0158]
Next, again using photolithography and etching techniques, n-Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85Etching of each layer up to the middle of the As lower semiconductor distributed Bragg reflector 403 was performed to form a square mesa having a side of 40 μm as shown in FIG.
[0159]
Next, the n-AlAs selectively oxidized layer 404 is selectively oxidized to form a high-order transverse mode suppression structure including a selective oxidation region 415 and a non-oxidation (conduction) region 414. Here, the area of the non-oxidized region 414 is formed to be relatively smaller than the area of the ion non-implanted conduction region 417. Specifically, the length of one side of the ion non-implanted conduction region 417 is 10 μm, and the length of one side of the non-oxidized region 414 is 3 μm.
[0160]
Next, a vapor-phase chemical deposition method (CVD method) is used to form SiO on the entire wafer surface.2After the layer 409 is formed, a square resist opening pattern having a diameter of 45 μm is formed by aligning with the central part of the mesa, and the opening SiO 22Was removed. Next, p-Al0.15Ga0.85On the As resonator spacer / contact layer 406d, a 20 μm resist pattern was formed by aligning with a mesa, and a p-side electrode 411 was formed by vapor deposition and lift-off. Next, after polishing the back surface of the substrate 401, an n-side electrode 412 was provided on the back surface of the substrate 401 by vapor deposition. Next, both electrodes 411 and 412 were brought into ohmic conduction by annealing to obtain the element shown in FIG.
[0161]
In semiconductor materials, light absorption tends to become more prominent as doping increases, and the oscillation threshold current increases due to the effects of absorption loss due to highly doped layers and distributed Bragg reflectors, leading to a decrease in slope efficiency. It is done.
[0162]
On the other hand, in the case of the intracavity contact structure as in the fourth embodiment, it is necessary to dope the distributed Bragg reflector by injecting carriers through the contact layer provided in the resonator. The effect of light absorption can be reduced. In the element of the fourth embodiment, hole injection is performed through a contact layer provided in the resonator, and no p-conduction type distributed Bragg reflector is used. Therefore, a surface emitting laser element having a low oscillation threshold current and a large slope efficiency can be obtained.
[0163]
Further, the surface emitting laser element of FIG. 7 has a low element resistance like the element of the first embodiment, can obtain a high output while maintaining a single fundamental transverse mode oscillation, and can operate at a higher speed. Met. Further, since the transverse mode confinement is performed by the selective oxidation structure, it is possible to stably obtain a single fundamental transverse mode oscillation even when the driving state of the element is changed.
[0164]
As described above, the configuration of the present invention can also be applied to the intracavity contact type surface emitting laser element.
[0165]
(Fifth embodiment)
FIG. 9 is a diagram showing a surface emitting laser element according to a fifth embodiment. The surface emitting laser element of FIG. 9 is a 1.3 μm band surface emitting laser element having a GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure as an active layer. The surface emitting laser element shown in FIG. 9 has an intracavity contact structure in which an electrode for injecting carriers is provided in a semiconductor layer inside the element. In the element of the fifth embodiment, the position of the n-AlAs selectively oxidized layer is provided in the resonance region, and the upper reflecting mirror is made of a dielectric material (MgF2) And a semiconductor material (ZnSe). The structure will be described below according to the manufacturing process.
[0166]
The intracavity contact type surface emitting laser device of FIG. 9 grows a crystal of an n-GaAs buffer layer 502 on an n-GaAs substrate 501, and then has 36 cycles of n-type with one AlAs / GaAs pair as one cycle. An AlAs / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector 503, a resonance region 513, and a p-GaAs contact layer 506f are formed by crystal growth.
[0167]
Here, the resonance region 513 includes a non-doped GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure 507 and a GaAs resonator spacer layer 506. In the n-GaAs resonator spacer layer 506, n-AlAs selective oxidation is performed. A layer 504 is provided. The selectively oxidized layer 504 includes a selectively oxidized region 515 that has been oxidized by selective oxidation and a non-oxidized region 514 that has not been oxidized. Further, in the GaAs resonator spacer layer 506, an ion implantation high resistance region 516 and an ion non-implant conduction region 517 are provided.
[0168]
FIG. 10 is a diagram showing in detail the periphery of the resonance region 513 in the intracavity contact surface emitting laser element of FIG. That is, FIG. 10 shows one of the n-AlAs / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector 503 including the n-AlAs lower semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 503a and the n-GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 503b. A structure for a period and a resonance region 513 provided thereon are shown.
[0169]
In the intracavity contact surface emitting laser element of FIG. 9, after crystal growth of the n-AlAs / GaAs lower distributed Bragg reflector 503, as shown in FIG. 10, the n-GaAs resonator spacer layer 506a, n− AlAs selectively oxidized layer 504, n-GaAs resonator spacer layer 506b, non-doped GaAs resonator spacer layer 506c, non-doped GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure 507, non-doped GaAs resonator spacer layer 506d, p-GaAs resonator spacer layer 506e The crystal region of the resonance region 513 and the p-GaAs contact layer 506f are grown. Here, the resonance region 513 has a 2.5λ resonator structure.
[0170]
In the surface emitting laser element shown in FIG. 9, after each layer is crystal-grown, as shown in FIG. 10, in the GaAs resonator spacer layer 506, as in the first embodiment, as shown in FIG. Then, hydrogen ion implantation was performed to provide a hole confinement structure including an ion implantation high resistance region 516 and an ion non-implantation conduction region 517 surrounded by the ion implantation high resistance region 516. Here, the length of one side of the ion non-implanting conduction region 517 was set to 15 μm. As in the fifth embodiment, in an element having an upper semiconductor distributed Bragg reflector made of a dielectric material, hydrogen ions can be implanted before forming the dielectric upper distributed Bragg reflector, so that the implantation depth is shallow. Therefore, it is possible to provide a high resistance region easily and with good control. Therefore, the configuration of the fifth embodiment is particularly suitable for a long wavelength surface emitting laser element.
[0171]
Next, halfway of the n-GaAs resonator spacer 506a was removed by etching using a known photolithography technique and etching technique to form a square mesa having a thickness of 50 μm.
[0172]
Next, the n-AlAs selectively oxidized layer 504 is selectively oxidized to form a high-order transverse mode suppression structure including a selective oxidation region 515 and a non-oxidation (conduction) region 514. Here, the area of the non-oxidized region 514 is formed relatively smaller than the area of the non-ion-implanted conduction region 517. Specifically, the length of one side of the non-ion-implanted conduction region 517 is 15 μm, and the length of one side of the non-oxidized region 514 is 5 μm.
[0173]
Next, SiO2After the formation of the insulating film 509, the p-GaAs contact layer 506f corresponding to the resonance region was removed by etching in order to reduce absorption loss. At this time, wet etching or the like is suitable for etching the GaAs contact layer 506f, and by providing a GaInP etching stop layer or the like under the GaAs contact layer 506f, the etching can be performed with good controllability. Next, ZnSe / MgF25 periods of ZnSe / MgF2An upper distributed Bragg reflector 508 is formed by electron beam evaporation. Next, ZnSe / MgF2After the upper distributed Bragg reflector 508 was etched into a mesa shape by dry etching, the p-side electrode 511 and the n-side electrode 512 were formed. Next, both electrodes 511 and 512 were subjected to ohmic conduction by annealing, and the element shown in FIG. 9 was obtained.
[0174]
In semiconductor materials, light absorption tends to become more prominent when doping increases, and the oscillation threshold current increases due to the effects of absorption loss due to highly doped layers and distributed Bragg reflectors, and slope efficiency tends to decrease. In particular, in a p-type semiconductor material, light absorption tends to increase due to absorption between valence bands as the wavelength becomes longer.
[0175]
On the other hand, in the case of the intracavity contact structure as in the fifth embodiment, it is necessary to use a distributed Bragg reflector made of a semiconductor material by injecting carriers through a contact layer provided in the resonator. And the effect of light absorption can be greatly reduced. As described above, it is possible to obtain a long-wavelength surface emitting laser element having a particularly low oscillation threshold current and a large slope efficiency.
[0176]
In addition, the surface emitting laser element of FIG. 9 has a low element resistance, can obtain a high output while maintaining single fundamental transverse mode oscillation, and can operate at a higher speed. Further, since the transverse mode confinement is performed by the selective oxidation structure, it is possible to stably obtain a single fundamental transverse mode oscillation even when the driving state of the element is changed.
[0177]
As described above, the upper distributed Bragg reflector can be configured using a dielectric material or the like in addition to the semiconductor. In the fifth embodiment, an upper distributed Bragg reflector using a combination of a dielectric and a semiconductor is used. However, an upper distributed Bragg reflector can be configured using only a dielectric material. . Since the dielectric material has a smaller absorption loss than the semiconductor material, a surface emitting laser element having a low oscillation threshold current and a high slope efficiency can be obtained by using the dielectric material.
[0178]
(Sixth embodiment)
FIG. 11 is a diagram showing a surface emitting laser element according to the sixth embodiment. The surface emitting laser element of FIG. 11 is a 1.3 μm band surface emitting laser element having a GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure as an active layer. The surface emitting laser element shown in FIG. 11 has an intracavity contact structure in which an electrode for injecting carriers is provided in a semiconductor layer inside the element. In the element of the sixth embodiment, both the p-side electrode and the n-side electrode are provided on the surface side of the substrate. The structure will be described below according to the manufacturing process.
[0179]
The surface emitting laser element of FIG. 11 is obtained by growing a non-doped GaAs buffer layer 602 on a semi-insulating GaAs substrate 601 and then 36 non-doped AlAs / GaAs lower semiconductor distributed Braggs with one AlAs / GaAs pair as one period. Reflector 603, resonance region 613, Al0.8Ga0.220 periods of non-doped Al with one As / GaAs pair0.8Ga0.2The As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 608 is formed by crystal growth.
[0180]
Here, the resonance region 613 includes a non-doped GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure 607 and a GaAs resonator spacer layer 606. In the n-GaAs resonator spacer layer 606, n-AlAs selective oxidation is performed. A layer 604 is provided. The selectively oxidized layer 604 includes a selectively oxidized region 615 that has been oxidized by selective oxidation and a non-oxidized region 614 that has not been oxidized. Further, in the GaAs resonator spacer layer 606, an ion implantation high resistance region 616 and an ion non-implant conduction region 617 are provided.
[0181]
FIG. 12 is a diagram showing in detail the periphery of the resonance region 613 in the surface emitting laser element of FIG. That is, FIG. 12 shows one period of the non-doped AlAs / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector 603 by the non-doped AlAs lower semiconductor distributed Bragg reflector low-refractive layer 603a and the non-doped GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector high-refractive layer 603b. Structure, resonant region 613 provided thereon, non-doped Al0.8Ga0.2Non-doped Al by As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 608a and non-doped GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 608b0.8Ga0.2The structure of one period of the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 608 is shown.
[0182]
As shown in FIG. 12, in the intracavity contact type surface emitting laser element of FIG. 11, after crystal growth of the non-doped AlAs / GaAs lower distributed Bragg reflector 603, the n-GaAs contact layer / cavity spacer layer 606a, n -GaAs resonator spacer layer 606b, n-AlAs selectively oxidized layer 604, n-GaAs resonator spacer layer 606c, non-doped GaAs resonator spacer layer 606d, GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure 607, non-doped GaAs resonator spacer layer 606e , P-GaAs resonator spacer layer 606f, p-GaAs contact / resonator spacer layer 606g, resonance region 613 by non-doped GaAs resonator spacer layer 606h, non-doped Al0.8Ga0.2An As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 608 is crystal-grown.
[0183]
In the surface emitting laser element of FIG. 11, non-doped Al0.8Ga0.2After partial crystal growth of the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 608, the growth is interrupted, a resist pattern is formed, hydrogen ion implantation is performed, an ion implantation high resistance region 616, and ion implantation A hole confinement structure including an ion non-implanting conduction region 617 surrounded by the high resistance region 616 is provided. Here, the length of one side of the non-ion-implanting conduction region 617 is 15 μm. Thereafter, the resist is removed, the growth surface is cleaned, and the remaining non-doped Al is again formed.0.8Ga0.2Crystal growth of the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 608 is performed. By using the manufacturing method as described above, the ion implantation depth can be reduced, so that the high resistance region can be easily provided with good control.
[0184]
Further, as another manufacturing method, after crystal growth of the element, deep ion implantation can be performed so as to reach the vicinity of the active layer with a high acceleration voltage. In addition, in an element such as a 0.85 μm band, the thickness of the distributed Bragg reflector is small corresponding to the fact that the oscillation wavelength is shorter than that of the present element, so that ion implantation is easily performed with a normal acceleration voltage. Things are possible.
[0185]
In the surface emitting laser element of the sixth embodiment, as shown in FIG. 12, a p-GaAs resonator spacer / contact layer 606g for conducting with the p-side electrode and an n-side electrode are in contact with each other. An n-GaAs resonator spacer / contact layer 606a is provided, and the surface of each contact layer is removed by etching as shown in FIG. 11, and the length of one side is 30 μm and 50 μm, respectively. A square mesa is formed.
[0186]
Next, the n-AlAs selectively oxidized layer 604 is selectively oxidized to form a high-order transverse mode suppression structure including a selective oxidation region 615 and a non-oxidation (conduction) region 614. Here, the area of the non-oxidized region 614 is formed to be relatively smaller than the area of the non-ion-implanted conduction region 617. Specifically, the length of one side of the non-ion-implanted conduction region 617 is 15 μm, and the length of one side of the non-oxidized region 614 is 5 μm. Next, a p-side electrode 611 and an n-side electrode 612 were provided to obtain the surface emitting laser element of FIG.
[0187]
In the element of the sixth embodiment, both the p-side electrode and the n-side electrode are provided on the contact layer provided in the resonator, and no carrier injection is performed via the semiconductor distributed Bragg reflector. It has a structure. Therefore, it is not necessary to perform impurity doping on the semiconductor distributed Bragg reflector for conduction, and light absorption loss due to free carrier absorption or the like can be reduced.
[0188]
The surface emitting laser element of FIG. 11 has a low element resistance and can provide a high output while maintaining a single fundamental transverse mode oscillation, similarly to the surface emitting laser element of the fifth embodiment, and can operate at a higher speed. Was also possible. Further, since the transverse mode confinement is performed by the selective oxidation structure, it is possible to stably obtain a single fundamental transverse mode oscillation even when the driving state of the element is changed. Thus, a long wavelength band intracavity contact type surface emitting laser device with particularly excellent performance could be obtained. As in the sixth embodiment, it is possible to adopt a configuration in which all the electrodes of the element are taken from the substrate surface.
[0189]
(Seventh embodiment)
FIG. 13 is a diagram showing a surface emitting laser element according to a seventh embodiment. The surface emitting laser element of FIG. 13 is a 670 nm band visible surface emitting laser element having a GaInP / AlGaInP multiple quantum well structure as an active layer. Further, the surface emitting laser element of FIG. 13 has an intracavity contact structure in which an electrode for injecting carriers is provided in a semiconductor layer inside the element. In the element of the seventh embodiment, as in the sixth embodiment, both the p-side electrode and the n-side electrode are all provided on the surface side of the substrate. The configuration is different from that of the first embodiment. The structure will be described below according to the manufacturing process.
[0190]
The surface emitting laser element shown in FIG. 13 is manufactured by using the MOCVD method. Here, as the phosphorus (P) material, phosphine (PH3) Is used. Further, dimethyl zinc (DMZn) is used as a p-type dopant in some layers. In the surface emitting laser element of FIG. 13, after growing a non-doped GaAs buffer layer 702 on a semi-insulating GaAs substrate 701, Al0.9Ga0.1As / Al0.5Ga0.556 periods of non-doped Al with one pair of As0.9Ga0.1As / Al0.5Ga0.5As lower semiconductor distributed Bragg reflector 703, resonant region 713, p- (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5A P contact layer 706g is crystal-grown.
[0191]
Here, the resonance region 713 is non-doped GaInP / (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P multiple quantum well structure 707 and (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P resonator spacer layer 706. Non-doped Al0.9Ga0.1As / Al0.5Ga0.5In the As lower distributed Bragg reflector 703, a non-doped AlAs selective oxidation layer 704 is provided. The selective oxidation layer 704 includes a selective oxidation region 715 oxidized by selective oxidation and a non-oxidized non-oxidized region 715. An oxidation region 714 is formed. Also, (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5In the P resonator spacer layer 706, an ion implantation high resistance region 716 and an ion non-implant conduction region 717 are provided.
[0192]
FIG. 14 is a diagram showing in detail the periphery of the resonance region 713 in the surface emitting laser element of FIG. That is, FIG. 14 shows non-doped Al.0.9Ga0.1As lower semiconductor distributed Bragg reflector low refractive index layer 703a and non-doped Al0.5Ga0 . 5Non-doped Al with As lower semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 703b0.9Ga0.1As / Al0.5Ga0.5A structure of one period of the As lower semiconductor distributed Bragg reflector 703, a resonance region 713 provided thereon, and a p-GaAs contact layer 706g are shown.
[0193]
The non-doped AlAs selectively oxidized layer 704 is made of non-doped Al.0.9Ga0.1The As lower semiconductor distributed Bragg reflector is provided at a position corresponding to the node of the standing wave of the oscillation light closest to the active layer side in the low refractive index layer 703a. Note that the thickness of the non-doped AlAs selectively oxidized layer 704 is 20 nm.
[0194]
In the surface emitting laser element of FIG. 13, non-doped Al0.9Ga0.1As / Al0.5Ga0.5After crystal growth of the As lower distributed Bragg reflector 703, as shown in FIG.0.5Ga0.5)0.5In0.5P resonator spacer layer 706a, n- (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P contact layer / resonator spacer layer 706b, n- (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P resonator spacer layer 706c, non-doped (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P resonator spacer layer 706d, non-doped GaInP / (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P multiple quantum well structure 707, non-doped (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P resonator spacer layer 706e, p- (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5The P resonator spacer layer 706f and the p-GaAs contact layer 706g are crystal-grown. Here, the resonator structure is a 3λ structure.
[0195]
As shown in FIG. 10, the surface emitting laser element shown in FIG. 13 is made of (Al) by the well-known photolithography technique and ion implantation technique, as in the fifth embodiment, after crystal growth of each layer.0.5Ga0.5)0.5In0.5Hydrogen ion implantation was performed in the P resonator spacer layer 706 to provide a hole confinement structure including an ion implantation high resistance region 716 and an ion non-implant conduction region 717 surrounded by the ion implantation high resistance region 716. . Here, the length of one side of the ion non-implanting conduction region 717 was set to 10 μm.
[0196]
As in the seventh embodiment, in an element having an upper semiconductor distributed Bragg reflector made of a dielectric material, hydrogen ions can be implanted before forming the dielectric upper distributed Bragg reflector, so that the implantation depth is shallow. Therefore, it is possible to provide a high resistance region easily and with good control.
[0197]
Next, as shown in FIG. 13, a two-step square mesa structure having side lengths of 30 μm and 50 μm was formed by a known photolithography technique and a known dry etching technique, respectively. Here, the upper mesa is formed by etching up to the surface of the p-GaAs contact layer 706g. The lower mesa is non-doped Al0.9Ga0.1As / Al0.5Ga0.5It is formed by etching part of the As lower distributed Bragg reflector 703.
[0198]
Next, the non-doped-AlAs selectively oxidized layer 704 is selectively oxidized to form a high-order transverse mode suppression structure composed of a selective oxidation region 715 and a non-oxidation region 714. Here, the area of the non-oxidized region 714 is formed relatively smaller than the area of the ion non-implanted conduction region 717. Specifically, the length of one side of the non-ion-implanted conduction region 717 is 10 μm, and the length of one side of the non-oxidized region 714 is 3 μm.
[0199]
Next, in order to reduce absorption loss, the p-GaAs contact layer 706g corresponding to the resonance region was removed by etching. Next, using an electron beam evaporation method, TiO2/ SiO27 periods of TiO with one pair of2/ SiO2An upper dielectric distributed Bragg reflector 708 was deposited and processed into a mesa shape using a known dry etching technique as shown in FIG. Next, the p-side electrode electrode 711 and the n-side electrode electrode 712 were formed to obtain the surface emitting laser element of FIG.
[0200]
In the surface emitting laser element of FIG. 13, carriers are injected by two types of electrodes 711 and 712 provided on the substrate surface, and non-doped Al0.9Ga0.1As / Al0.5Ga0.5The area of the non-oxidized region 714 forming the higher-order transverse mode suppression structure provided in the As lower distributed Bragg reflector 703 has a structure that does not affect the electrical resistance.
[0201]
Further, in the element of the seventh embodiment, both the p-side and n-side electrodes are provided on the contact layer provided in the resonator, and carriers are injected through the semiconductor distributed Bragg reflector. I can't. Accordingly, it is not necessary to dope impurities in the semiconductor distributed Bragg reflector, and light absorption loss due to free carriers or the like can be reduced. Also, the effect of reducing absorption loss can be obtained by using the upper distributed Bragg reflector as a dielectric material. Particularly in the visible band, it is necessary to reduce the area of the non-oxidized region in order to perform the single basic transverse mode control, and it is easy to increase the resistance and to be affected by heat generation. In the element, the non-oxidized region 714 having a small area is provided in a region that avoids the electron passage and the hole passage of the element, and the resistance increase due to the non-oxidized region 714 can be prevented.
[0202]
The surface emitting laser element of FIG. 13 has a low element resistance, can obtain a high output while maintaining single fundamental transverse mode oscillation, and can operate at a higher speed. Further, since the transverse mode confinement is performed by the selective oxidation structure, it is possible to stably obtain a single fundamental transverse mode oscillation even when the driving state of the element is changed. Thus, a visible band intracavity contact type surface emitting laser device having particularly excellent performance could be obtained.
[0203]
(Eighth embodiment)
FIG. 15 is a diagram showing a surface emitting laser element according to an eighth embodiment. The surface emitting laser element of FIG. 15 is a 1.3 μm band surface emitting laser element having a GaInNAsSb / GaAs multiple quantum well structure as an active layer. 15 has an intracavity contact structure in which an electrode for injecting carriers into a semiconductor layer inside the element is provided. The element of the eighth embodiment has a configuration in which a selective oxidation structure for performing oscillation transverse mode control is provided in a region other than the carrier conduction region. The structure will be described below.
[0204]
In the surface emitting laser element of FIG. 15, the structure of the resonance region 813 is similar to that of the element of the fourth embodiment, and in the fourth embodiment, n-Al0.8Ga0.2Instead of the selective oxidation structure by the n-AlAs selective oxidation layer provided in the As / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector, the selection by the non-doped AlAs selective oxidation layer in the non-doped upper distributed Bragg reflector as described later. An oxide structure is provided. The active layer has a GaInNAsSb / GaAs multiple quantum well structure.
[0205]
15 includes an n-GaAs substrate 801, an n-GaAs buffer 802, and n-Al.0.8Ga0.2As / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector 803, resonant region 813, non-doped Al0.8Ga0.2An As / GaAs upper distributed Bragg reflector 808 is sequentially grown.
[0206]
Here, the resonance region 813 includes a non-doped GaInNAsSb / GaAs multiple quantum well structure 807 and a GaAs resonator spacer layer 806. Non-doped Al0.8Ga0.2In the As / GaAs upper distributed Bragg reflector 808, a non-doped AlAs selective oxidation layer 804 is provided, and the selective oxidation layer 804 is oxidized with a selective oxidation region 815 oxidized by selective oxidation. The non-oxidized region 814 is not formed. Also, in the GaAs resonator spacer layer 806 and n-Al0.8Ga0.2In a part of the As / GaAs lower distributed Bragg reflector 803, an ion implantation high resistance region 816 and an ion non-implant conduction region 817 are provided.
[0207]
FIG. 16 is a diagram showing in detail the resonance region of the surface emitting laser element of FIG. That is, FIG. 16 shows n-Al.0.8Ga0.2N-Al by As lower semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 803a and n-GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 803b0.8Ga0.2One-cycle structure of As / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector 803 and non-doped Al0.8Ga0.2Non-doped Al by As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 808a and non-doped GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 808b0.8Ga0.2A structure of one period of the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 808 and a resonance region 813 provided therebetween are shown.
[0208]
The resonance region 813 is n-Al.0.8Ga0.2After crystal growth of the As / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector 803, a non-doped GaAs resonator spacer layer 806a, a non-doped GaInNAsSb / GaAs multiple quantum well structure 807, a non-doped GaAs spacer layer 806b, a p-GaAs spacer layer 806c, p A GaAs contact / resonator spacer layer 806d and a non-doped GaAs spacer layer 806e are formed by crystal growth. The resonance region has a 2λ resonator structure.
[0209]
Here, the non-doped AlAs selectively oxidized layer 804 is made of non-doped Al.0.8Ga0.2In the As / GaAs upper distributed Bragg reflector 808, the first non-doped Al corresponding to the standing wave node of the oscillation light as seen from the resonance region 813 side.0.8Ga0.2As upper semiconductor distributed Bragg reflector is provided in the low refractive layer 808a. The thickness of the non-doped AlAs selectively oxidized layer 804 is 20 nm. Further, a non-doped AlAs selective oxidation layer 804 provided with a non-doped AlAs0.8Ga0.2The thickness of the As upper semiconductor distributed Bragg reflector low-refractive layer 808a is selected from the non-doped AlAs selectively oxidized layer 804 and the non-doped Al.0.8Ga0.2The phase change of the light in the As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 808a is adjusted to be 3π / 2.
[0210]
In the surface-emitting laser element of FIG. 15, after crystal growth of each layer, as in the fourth embodiment, the GaAs resonator spacer 806 and n-Al are formed by a known photolithography technique and ion implantation technique.0.8Ga0.2Hydrogen ions are implanted into a part of the As / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector 803, and includes an ion-implanted high resistance region 816 and an ion non-implant conduction region 817 surrounded by the ion-implanted high resistance region 816. A hole confinement structure was provided. Here, the length of one side of the non-ion-implanted conduction region 817 is 10 μm. In the surface emitting laser element of this eighth embodiment, deep ion implantation is performed so that hydrogen ions reach the vicinity of the active layer, particularly using a high acceleration voltage. In addition to this, as described above, ion implantation can be performed by providing a growth interruption.
[0211]
Next, using the photoengraving technique and the etching technique again, the ion non-implanted conduction region 817 is aligned and non-doped Al0.8Ga0.2Etching of each layer from the surface of the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 808 to the surface of the p-GaAs contact / resonator spacer layer 806d was performed, and a square mesa with a side of 20 μm was formed as shown in FIG. . Next, again using photolithography and etching techniques, non-doped Al0.8Ga0.2Etching of each layer up to the middle of the As / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector 803 was performed, and a square mesa with a side of 40 μm was formed as shown in FIG.
[0212]
Next, the non-doped-AlAs selectively oxidized layer 804 is selectively oxidized to form a high-order transverse mode suppression structure composed of the selective oxidation region 815 and the non-oxidation region 814. Here, the area of the non-oxidized region 814 is formed relatively smaller than the area of the non-ion-implanted conduction region 817. Specifically, the length of one side of the ion non-implanted conduction region 817 is 10 μm, and the length of one side of the non-oxidized region 814 is 5 μm.
[0213]
Next, SiO2An insulating film 809, a p-side electrode 811 and an n-side electrode 812 were formed to obtain the surface emitting laser element of FIG.
[0214]
15 has a structure in which no current is injected through the upper distributed Bragg reflector 808. The upper semiconductor distributed Bragg reflector 808 is non-doped, and a p-type distributed Bragg reflector is used. Absorption loss is small. Non-doped Al0.8Ga0.2The non-oxidized region 815 provided in the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 808 does not affect the resistance. Therefore, the element has a very low resistance.
[0215]
The surface emitting laser element of FIG. 15 has a low element resistance as described above, can obtain a high output while maintaining single fundamental transverse mode oscillation, and can operate at a higher speed. Further, since the transverse mode confinement is performed by the selective oxidation structure, it is possible to stably obtain a single fundamental transverse mode oscillation even when the driving state of the element is changed. Thus, a long wavelength band intracavity contact type surface emitting laser device with particularly excellent performance could be obtained.
[0216]
(Ninth embodiment)
FIG. 17 is a diagram showing a surface emitting laser element according to a ninth embodiment. The surface emitting laser element shown in FIG. 17 is a 1.3 μm band surface emitting laser element having a GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure as an active layer. The surface emitting laser element shown in FIG. 17 has an intracavity contact structure in which an electrode for injecting carriers is provided in a semiconductor layer inside the element. Further, the element of the ninth embodiment has a structure in which a p-side electrode and an n-side electrode are provided on the surface of the substrate. The structure will be described below.
[0217]
17 includes a non-doped GaAs buffer layer 902, a non-doped AlAs / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector 903, a resonance region 913, a non-doped Al layer on a semi-insulating GaAs substrate 901.0.8Ga0.2The As / GaAs upper distributed Bragg reflector 908 is constructed by sequentially growing crystals.
[0218]
Here, the resonance region 913 includes a non-doped GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure 907 and a GaAs resonator spacer layer 906. Non-doped Al0.8Ga0.2In the As / GaAs upper distributed Bragg reflector 908, a non-doped AlAs selective oxidation layer 904 is provided, and the selective oxidation layer 904 is oxidized with a selective oxidation region 915 oxidized by selective oxidation. And non-oxidized regions 914 that are not present. In the GaAs resonator spacer 906, an ion implantation high resistance region 916 and an ion non-implant conduction region 917 are provided.
[0219]
FIG. 18 is a diagram showing in detail the periphery of the resonance region 913 in the surface emitting laser element of FIG. That is, FIG. 18 shows one cycle of the non-doped AlAs / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector 903 by the non-doped AlAs lower semiconductor distributed Bragg reflector low-refractive layer 903a and the non-doped GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector high-refractive layer 903b. Structure, resonant region 913 provided thereon, non-doped Al0.8Ga0.2Non-doped Al by As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 908a and non-doped GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 908b0.8Ga0.2The structure of one period of the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 908 is shown.
[0220]
In the intracavity contact type surface emitting laser device of FIG. 17, after crystal growth of a non-doped AlAs / GaAs bottom distributed Bragg reflector 903, as shown in FIG. 18, a non-doped GaAs resonator spacer layer 906a, an n-GaAs contact are obtained. Layer / resonator spacer layer 906b, n-GaAs resonator spacer layer 906c, non-doped GaAs resonator spacer layer 906d, non-doped GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure 907, non-doped GaAs resonator spacer layer 906e, p-GaAs resonator spacer layer 906f, p-GaAs contact layer / resonator spacer layer 906g, resonance region 913 by non-doped GaAs resonator spacer layer 906h, non-doped Al0.8Ga0.2An As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 908 is crystal-grown. In this embodiment, in order to further reduce absorption loss due to free carriers, an n-GaAs contact layer / resonator spacer layer 906b is also provided at the position of the standing wave of the oscillation light. Here, as shown in FIG. 18, non-doped Al0.8Ga0.2In the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 908, a non-doped AlAs selectively oxidized layer 904 having a thickness of 30 nm is provided at a position corresponding to a node of a standing wave.
[0221]
In the surface emitting laser element of FIG. 17, non-doped Al0.8Ga0.2After partial crystal growth of the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 908, the growth is interrupted, a resist pattern is formed, hydrogen ion implantation is performed, an ion implantation high resistance region 916, and ion implantation A hole confinement structure including an ion non-implanting conduction region 917 surrounded by the high resistance region 916 is provided. Here, the length of one side of the non-ion-implanted conduction region 917 is 10 μm. Thereafter, the resist is removed, the growth surface is cleaned, and the remaining non-doped Al is again formed.0.8Ga0.2Crystal growth of the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 908 is performed. By using the manufacturing method as described above, the ion implantation depth can be reduced, so that the high resistance region can be easily provided with good control.
[0222]
Further, as another manufacturing method, after crystal growth of the element, deep ion implantation can be performed so as to reach the vicinity of the active layer with a high acceleration voltage.
[0223]
In the surface emitting laser element of the ninth embodiment, as shown in FIG. 18, in order to make contact with the n-side electrode and the p-GaAs resonator spacer / contact layer 906g for conducting with the p-side electrode. N-GaAs resonator spacer / contact layer 906b, and the surface of each contact layer is removed by etching as shown in FIG. 17, and the lengths of one side are 30 μm and 50 μm, respectively. A stepped square mesa is formed.
[0224]
Next, the non-doped AlAs selectively oxidized layer 904 is selectively oxidized to form a high-order transverse mode suppression structure including a selective oxidation region 915 and a non-oxidation region 914. Here, the area of the non-oxidized region 914 is formed relatively smaller than the area of the ion non-implanted conduction region 917. Specifically, the length of one side of the non-ion-implanted conduction region 917 is 10 μm, and the length of one side of the non-oxidized region 914 is 5 μm.
[0225]
Next, a p-side electrode 911 and an n-side electrode 912 were formed to obtain the surface emitting laser element of FIG.
[0226]
The intracavity contact type surface emitting laser element of FIG. 17 has a structure in which no current is injected through the distributed Bragg reflector in both the upper part and the lower part, and since no doping is performed, there is little light absorption. The oscillation threshold current was low and the slope efficiency was high. Non-doped Al0.8Ga0.2The non-oxidized region 914 provided in the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 908 does not affect the resistance. Therefore, the resistance was very low. Therefore, the element has a very low resistance.
[0227]
The surface-emitting laser element shown in FIG. 17 has a low element resistance as described above, can obtain a high output while maintaining a single fundamental transverse mode oscillation, and can operate at a higher speed. Further, since the transverse mode confinement is performed by the selective oxidation structure, it is possible to stably obtain a single fundamental transverse mode oscillation even when the driving state of the element is changed. Thus, a long wavelength band intracavity contact type surface emitting laser device with particularly excellent performance could be obtained.
[0228]
(Tenth embodiment)
FIG. 19 is a diagram showing a surface emitting laser element according to the tenth embodiment. The surface emitting laser element of FIG. 19 is a 1.3 μm band surface emitting laser element having a GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure as an active layer. All of the intracavity contact type surface emitting laser elements described so far have the configuration in which the substrate side is n-conductive type with respect to the resonance region, but the element of the tenth embodiment is p-conductive on the substrate side. It becomes the composition used as a model. The structure will be described below.
[0229]
The device shown in FIG. 19 is a 36-period non-doped AlAs / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector in which a non-doped GaAs buffer layer 1002 is grown on a semi-insulating GaAs substrate 1001 and then one AlAs / GaAs pair is formed. 1003, resonance region 1013, Al0.8Ga0.220 periods of non-doped Al with one As / GaAs pair0.8Ga0.2The As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 1008 is formed by crystal growth.
[0230]
Here, the resonance region 1013 includes a GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure 1007 and a GaAs resonator spacer layer 1006. In the GaAs resonator spacer layer 1006, an n-AlAs selectively oxidized layer 1004 is formed. Is provided. The n-AlAs selectively oxidized layer 1004 includes a selectively oxidized region 1015 that has been oxidized by selective oxidation and a non-oxidized region 1014 that has not been oxidized. In addition, in the GaAs resonator spacer layer 1006, an ion implantation high resistance region 1016 and an ion non-implant conduction region 1017 are provided.
[0231]
FIG. 20 is a diagram showing in detail the periphery of the resonance region 1013 of the surface emitting laser element of FIG. That is, FIG. 20 shows one period of the non-doped AlAs / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector 1003 formed by the non-doped AlAs lower semiconductor distributed Bragg reflector low-refractive layer 1003a and the non-doped GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector high-refractive layer 1003b. Structure and non-doped Al0.8Ga0.2Non-doped Al by As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 1008a and non-doped GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 1008b0.8Ga0.2The structure of one period of the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 1008 and the configuration of the resonance region 1013 provided therebetween are shown.
[0232]
Here, in the resonance region 1013, after crystal growth of the non-doped AlAs / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector 1003, the non-doped GaAs resonator spacer layer 1006a, the p-GaAs contact layer / resonator spacer layer 1006b, and p-GaAs. Resonator spacer layer 1006c, non-doped GaAs resonator spacer layer 1006d, non-doped GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure 1007, non-doped GaAs resonator spacer layer 1006e, n-GaAs resonator spacer layer 1006f, n-AlAs selectively oxidized layer 1004 The n-GaAs resonator spacer layer 1006g, the n-GaAs contact / resonator spacer layer 1006h, and the non-doped GaAs resonator spacer layer 1006i are formed by crystal growth.
[0233]
In the surface emitting laser element of FIG. 19, non-doped Al0.8Ga0.2After partial crystal growth of the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 1008, the growth is interrupted, a resist pattern is formed, hydrogen ion implantation is performed, and an ion implantation high resistance region 1016 and ion implantation are performed. A hole confinement structure including an ion non-implanting conduction region 1017 surrounded by the high resistance region 1016 is provided. Here, the length of one side of the non-ion-implanted conduction region 1017 is 10 μm. Thereafter, the resist is removed, the growth surface is cleaned, and the remaining non-doped Al is again formed.0.8Ga0.2Crystal growth of the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 1008 is performed. By using the manufacturing method as described above, the ion implantation depth can be reduced, so that the high resistance region can be easily provided with good control.
[0234]
Further, as another manufacturing method, after crystal growth of the element, deep ion implantation can be performed so as to reach the vicinity of the active layer with a high acceleration voltage.
[0235]
Next, the n-AlAs selectively oxidized layer 1004 is selectively oxidized to form a high-order transverse mode suppression structure including a selective oxidation region 1015 and a non-oxidation region 1014. Here, the area of the non-oxidized region 1014 is formed relatively smaller than the area of the non-ion-implanted conduction region 1017. Specifically, the length of one side of the non-ion-implanted conduction region 1017 is 10 μm, and the length of one side of the non-oxidized region 1014 is 5 μm. Next, an n-side electrode 1011 and a p-side electrode 1012 were formed to obtain the surface emitting laser element of FIG.
[0236]
The intracavity contact type surface emitting laser device of FIG. 19 has a structure in which no current is injected through a distributed Bragg reflector in both the upper and lower portions, and no doping is performed. Therefore, since the light absorption is small, the oscillation threshold current is low and the slope efficiency is high.
[0237]
The surface-emitting laser element of FIG. 19 has a low element resistance as described above, can obtain a high output while maintaining single fundamental transverse mode oscillation, and can operate at a higher speed. Further, since the transverse mode confinement is performed by the selective oxidation structure, it is possible to stably obtain a single fundamental transverse mode oscillation even when the driving state of the element is changed. Thus, a long wavelength band intracavity contact type surface emitting laser device with particularly excellent performance could be obtained. As described above, it is also possible to configure the substrate side as a p-conductivity type and the surface side as an n-conductivity type.
[0238]
(Eleventh embodiment)
FIG. 21 is a diagram showing a surface emitting laser element according to an eleventh embodiment. The surface emitting laser element of FIG.0.15Ga0.85This is a 0.85 μm band surface emitting laser device having an As multiple quantum well structure as an active layer. The element of the eleventh embodiment is similar to the element of the first embodiment in that n-Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85The example about the structure which makes multiple the high order transverse mode suppression structure provided in As lower semiconductor distributed Bragg reflector is shown. Except for this point, the element layer configuration is the same as that of the first embodiment, and the detailed layer configuration is as shown in the first embodiment. Therefore, only the vicinity of the resonator region 1113 will be described in detail. To do.
[0239]
FIG. 22 is a diagram showing in detail the periphery of the resonance region in the surface emitting laser element of FIG. That is, FIG. 22 shows n-Al.0.9Ga0.1As lower semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 1103a and n-Al0.15Ga0.85N-Al with As lower semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 1103b0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85A structure of three periods of the As lower semiconductor distributed Bragg reflector 1103, a resonance region 1113 provided thereon, and p-Al0.9Ga0.1As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 1108a and p-Al0. 15Ga0.85P-Al with As upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 1108b0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85The structure of one period of the As upper semiconductor distributed Bragg reflector 1108 is shown.
[0240]
In the surface emitting laser element of FIG. 21, as shown in FIG. 22, the n-Al is sequentially formed from the resonance region 1113 side.0.9Ga0.1In the As lower semiconductor distributed Bragg reflector low-refractive layer 1103a, three layers of n-AlAs selectively oxidized layers 1104 each having a thickness of 30 nm are provided. Each n-AlAs selectively oxidized layer 1104 is provided at a position that becomes a node of a standing wave of oscillation light.
[0241]
In the element shown in FIG. 21, after each layer is crystal-grown, a hole confinement structure including an ion-implanted high resistance region 1116 and an ion non-implanted conduction region 1117 is provided by hydrogen ion implantation as in the first embodiment. Thereafter, mesa formation is performed, and a high-order transverse mode suppression structure including a selective oxidation region 1115 and a non-oxidation (conduction) region 1114 is provided by selective oxidation.
[0242]
At this time, the area of the non-oxidized region 1114 that forms the higher-order transverse mode suppressing structure is formed to be relatively smaller than the area of the ion non-implanted (conductive) region 1117 that forms the hole confinement structure. Specifically, the length of one side of the non-ion-implanted region 1117 is 10 μm, and the length of one side of the non-oxidized region 1114 is 3 μm.
[0243]
Next, SiO2The insulating film 1109, the insulating resin 1110, the p-side electrode 1111 and the n-side electrode 1112 were formed to obtain the surface emitting laser element of FIG.
[0244]
The surface emitting laser element of FIG.0.9Ga0.1In the As / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector, a plurality of higher-order lateral mode suppression structures (three layers in the example of FIG. 21) each including a non-oxidized region 1114 and a selective oxidized region 1115 are provided. The single fundamental transverse mode oscillation could be obtained up to higher output. In addition, the device resistance was low, and high-speed operation was possible.
[0245]
(Twelfth embodiment)
FIG. 23 shows a surface emitting laser element according to the twelfth embodiment. The surface emitting laser element shown in FIG.0.15Ga0.85This is a 0.85 μm band surface emitting laser device having an As multiple quantum well structure as an active layer. The element of the twelfth embodiment is similar to the element of the third embodiment in that n-Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85The As upper semiconductor distributed Bragg reflector has a structure in which a plurality of higher-order transverse mode suppression structures are provided, and corresponds to a structure in which the upper and lower conductivity types of the active layer are inverted with respect to the element of the eleventh embodiment. is doing. The layer structure of the element is the same as that of the third embodiment except for the number of higher-order transverse mode suppression structures, and the detailed layer structure is as shown in the third embodiment. Describe in detail only the neighborhood of
[0246]
FIG. 24 is a diagram showing in detail the periphery of the resonance region 1213 of the surface emitting laser element of FIG. 23 together with the standing wave of the oscillation light. That is, in FIG. 24, p-Al0.9Ga0.1As lower semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 1203a and p-Al0.15Ga0.85P-Al with As lower semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 1203b0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85The structure of one period of the As lower semiconductor distributed Bragg reflector 1203, the resonance region 1213 provided thereon, and n-Al0.9Ga0.1As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 1208a and n-Al0.15Ga0.85N-Al with As upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 1208b0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85The structure of three periods of the As upper semiconductor distributed Bragg reflector 1208 is shown.
[0247]
In the surface emitting laser element of FIG. 23, as shown in FIG. 24, n-Al is sequentially formed from the resonance region 1213 side.0.9Ga0.1In the As upper semiconductor distributed Bragg reflector low-refractive layer 1208a, three layers of n-AlAs selectively oxidized layers 1204 each having a thickness of 20 nm are provided. As can be seen from FIG. 24, each n-AlAs selectively oxidized layer 1204 is provided at a position that becomes a node of the standing wave of the oscillation light.
[0248]
In the element shown in FIG. 23, after crystal growth of each layer, a hole confinement structure including an ion-implanted high resistance region 1216 and an ion non-implanted conduction region 1217 is provided by hydrogen ion implantation as in the third embodiment. Thereafter, mesa formation is performed, and a high-order transverse mode suppression structure including a selective oxidation region 1215 and a non-oxidation region 1214 is provided by selective oxidation.
[0249]
At this time, the area of the non-oxidized region 1214 forming the higher-order transverse mode suppressing structure is formed to be relatively smaller than the area of the ion non-implanted region 1217 forming the hole confinement structure. Specifically, the length of one side of the non-ion-implanted region 1217 is 10 μm, and the length of one side of the non-oxidized region 1214 is 3 μm.
[0250]
Next, SiO2The insulating film 1209, the insulating resin 1210, the n-side electrode 1211, and the p-side electrode 1212 were formed to obtain the surface emitting laser element of FIG.
[0251]
The surface emitting laser element of FIG.0.9Ga0.1In the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector, by providing a plurality of selective oxidation structures (three layers in the example of FIG. 23) composed of non-oxidized regions 1214, the transverse mode selection capability is further improved. A single fundamental transverse mode oscillation could be obtained up to a high output. In addition, the device resistance was low, and high-speed operation was possible.
[0252]
(Thirteenth embodiment)
FIG. 25 is a diagram showing a surface emitting laser element according to a thirteenth embodiment. The surface emitting laser element shown in FIG. 25 is a 1.3 μm band surface emitting laser element having a GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure as an active layer. The element of the thirteenth embodiment is the same as the element of the eighth embodiment, but is non-doped Al.0.8Ga0.2A plurality of higher-order transverse mode suppression structures provided in the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector are provided. The layer structure of the element is the same as that of the eighth embodiment except for the number of higher-order transverse mode suppression structures, and the detailed layer structure is as shown in the eighth embodiment. Only the vicinity will be described in detail.
[0253]
FIG. 26 is a diagram showing in detail the periphery of the resonance region 1313 in the surface emitting laser element of FIG. 25 together with the standing wave of the oscillation light. That is, FIG. 26 shows a p-AlAs / GaAs lower semiconductor distribution Bragg including a resonance region 1313, an n-AlAs lower semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 1303a, and an n-GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 1303b. The structure for one period of the reflector 1303 and non-doped Al0.8Ga0.2Non-doped Al by As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive layer 1308a and non-doped GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive layer 1308b0.8Ga0.2The structure of five periods of the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 1308 is shown.
[0254]
In the surface emitting laser element of FIG. 25, as shown in FIG. 26, the n-Al is sequentially formed from the resonance region 1313 side.0.8Ga0.2In the As upper semiconductor distributed Bragg reflector low-refractive layer 1308a, a non-doped AlAs selectively oxidized layer 1304 having a thickness of 20 m and a total of four layers is provided. As can be seen from FIG. 26, each non-doped AlAs selectively oxidized layer 1304 is provided at a position that becomes a node of a standing wave of oscillation light.
[0255]
In the surface emitting laser element of FIG. 25, non-doped Al0.8Ga0.2After crystal growth of a part of the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 1308 is performed, the growth is temporarily stopped, a resist pattern is formed, hydrogen ion implantation is performed, an ion implantation high resistance region 1316, and ion implantation A hole confinement structure including an ion non-implanting conduction region 617 surrounded by the high resistance region 1316 is provided. Here, the length of one side of the non-ion-implanted conduction region 1317 is 10 μm. Thereafter, the resist is removed, the growth surface is cleaned, and the remaining non-doped Al is again formed.0.8Ga0.2Crystal growth of the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 1308 is performed. By using the manufacturing method as described above, the ion implantation depth can be reduced, so that the high resistance region can be easily provided with good control.
[0256]
Further, as another manufacturing method, after crystal growth of the element, deep ion implantation can be performed so as to reach the vicinity of the active layer with a high acceleration voltage.
[0257]
Next, as shown in FIG. 25, a two-step square mesa structure is formed by a known photolithography technique and a known dry etching technique. Here, the etching is performed so that the surface of the contact layer 1306d is exposed.
[0258]
Next, a high-order transverse mode suppression structure including a selective oxidation region 1315 and a non-oxidation region 1314 is provided by selective oxidation of the AlAs selectively oxidized layer 1304. Here, the length of one side of the non-oxidized region 1314 is 5 μm, and is relatively smaller than the area of the non-injection region in the hole confinement structure.
[0259]
The surface emitting laser element of FIG. 25 is non-doped Al in comparison with the element of the eighth embodiment.0.8Ga0.2The non-doped AlAs selectively oxidized layer 1304 in the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 1308 is made into a plurality (four layers in the example of FIG. 25), and a plurality of non-oxidized regions 1314 are provided. The single fundamental transverse mode oscillation was obtained up to higher output. Further, since the non-oxidized region 1314 having a small area is provided in a region other than the current path, the resistance is very low. In addition, the device resistance was low, and high-speed operation was possible.
[0260]
As described above, a long-wavelength surface emitting laser element having excellent performance can be obtained.
[0261]
(Fourteenth embodiment)
FIG. 27 is a diagram showing a surface emitting laser element according to the fourteenth embodiment. The surface emitting laser element of FIG. 27 is a 1.3 μm band intracavity contact type surface emitting laser element having a GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure as an active layer, and is a high-order transverse mode provided in a lower semiconductor distributed Bragg reflector. It is the structure which makes the suppression structure more than one. The layer structure of the element is different from the 0.85 μm band intracavity contact type surface emitting laser element of the fourth embodiment in that the number of AlAs selectively oxidized layers is different from that of the semiconductor material constituting the element. The configuration of the element is the same as that of the fourth embodiment. A specific semiconductor material in the surface emitting laser element of the fourteenth embodiment is as shown in the explanation of the reference numerals in FIG.
[0262]
In the device of the fourteenth embodiment, n-Al0.8Ga0.2In the As / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector 1403, 30 nm-thick n-AlAs selectively oxidized layers 1404 are respectively measured in order from the resonance region 1413 side at a position corresponding to the node of the standing wave of the oscillation light. Three layers are provided, whereby three higher-order transverse mode suppression structures are formed.
[0263]
In the surface emitting laser element of the fourteenth embodiment, non-doped Al0.8Ga0.2After partial crystal growth of the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 1408, the growth is interrupted, a resist pattern is formed, hydrogen ion implantation is performed, an ion implantation high resistance region 1416, and an ion implantation are performed. A hole confinement structure including an ion non-implanting conduction region 1417 surrounded by the high resistance region 1416 is provided. Here, the length of one side of the non-ion-implanted conduction region 1417 is 10 μm. Thereafter, the resist is removed, the growth surface is cleaned, and the remaining non-doped Al is again formed.0.8Ga0.2Crystal growth of the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 1408 is performed. By using the manufacturing method as described above, the ion implantation depth can be reduced, so that the high resistance region can be easily provided with good control.
[0264]
As another manufacturing method, after crystal growth of the device, as in the fourth embodiment, deep ion implantation can be performed so as to reach the vicinity of the active layer with a high acceleration voltage.
[0265]
In the surface emitting laser element of FIG. 27, after forming a two-step square mesa structure, ion implantation high resistance region 1416 and ion non-resistance region 1416 surrounded by ion implantation high resistance region 1416 are formed by hydrogen ion implantation. A hole confinement structure including an injection region 1417 is provided. Here, the length of one side of the non-implanted region 1417 is 10 μm.
[0266]
Next, a selective oxidation region 1415 and a non-oxidation region 1414 are formed by selective oxidation of the AlAs selectively oxidized layer 1404. Here, the length of one side of the non-oxidized region 1414 is 5 μm, and is relatively smaller than the area of the non-injection region in the hole confinement structure. Here, the structure including the selective oxidation region 1415 and the non-oxidation region 1414 is provided as a high-order transverse mode suppression structure.
[0267]
In the intracavity contact type surface emitting laser element of FIG. 27, a plurality of high-order transverse mode suppression structures in the lower distributed Bragg reflector are provided (three in the example of FIG. 27), so that the transverse mode selection ability is further improved. It was improved and single fundamental transverse mode oscillation could be obtained up to higher output. In addition, since the non-oxidized region 1414 having a small area is provided in a region other than the current path, the resistance is very low. In addition, the device resistance was low, and high-speed operation was possible. As described above, a long-wavelength surface emitting laser element having excellent performance can be obtained.
[0268]
(15th Example)
FIG. 28 is a diagram showing a surface emitting laser element according to the fifteenth embodiment. The surface emitting laser element of FIG. 28 is a 1.3 μm band surface emitting laser element having a GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure as an active layer. In addition, the element of the fifteenth embodiment has a structure in which the p-side electrode and the n-side electrode are provided on the substrate surface in the element of the fourteenth embodiment. Except for this point, the structure of the element is similar to that of the fourteenth embodiment. Further, specific semiconductor materials in the surface emitting laser element of the fifteenth embodiment are as shown in the explanation of the reference numerals in FIG.
[0269]
In the device of FIG. 28, non-doped Al0.8Ga0.2In the As / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector 1503, 20 nm thick n-AlAs selectively oxidized layers 1504 are respectively measured in order from the resonance region 1513 side at a position corresponding to the standing wave node of the oscillation light. Three layers are provided, whereby three higher-order transverse mode suppression structures are formed.
[0270]
In the surface emitting laser element of FIG. 28, non-doped Al0.8Ga0.2After partial crystal growth of the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 1508, the growth is interrupted, a resist pattern is formed, hydrogen ions are implanted, an ion implantation high resistance region 1516, and an ion implantation A hole confinement structure including an ion non-implanting conduction region 1517 surrounded by the high resistance region 1516 is provided. Here, the length of one side of the non-ion-implanted conduction region 1517 is 10 μm. Thereafter, the resist is removed, the growth surface is cleaned, and the remaining non-doped Al is again formed.0.8Ga0.2Crystal growth of the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 1508 is performed. By using the manufacturing method as described above, the ion implantation depth can be reduced, so that the high resistance region can be easily provided with good control.
[0271]
As another manufacturing method, after crystal growth of the device, as in the fourth embodiment, deep ion implantation can be performed so as to reach the vicinity of the active layer with a high acceleration voltage.
[0272]
In the surface emitting laser element of FIG. 28, after forming a two-step square mesa structure, ion implantation high resistance region 1516 and ion non-resistance region 1516 surrounded by ion implantation high resistance region 1516 are formed by hydrogen ion implantation. A hole confinement structure including an injection region 1517 is provided. Here, the length of one side of the non-implanted region 1517 is 10 μm.
[0273]
Next, a selective oxidation region 1515 and a non-oxidation region 1514 are formed by selective oxidation of the n-AlAs selectively oxidized layer 1504. Here, the length of one side of the non-oxidized region 1514 is 5 μm, and is relatively smaller than the area of the non-injection region in the hole confinement structure. Here, the structure including the selective oxidation region 1515 and the non-oxidation region 1514 is provided as a high-order transverse mode suppression structure.
[0274]
In the intracavity contact type surface emitting laser element of FIG. 28, a plurality of high-order transverse mode suppression structures in the lower distributed Bragg reflector are provided (three in the example of FIG. 28), so that the transverse mode selection ability is further improved. It was improved and single fundamental transverse mode oscillation could be obtained up to higher output. In addition, the device resistance was low, and high-speed operation was possible. As described above, a long-wavelength surface emitting laser element having excellent performance can be obtained.
[0275]
(Sixteenth embodiment)
FIG. 29 is a diagram showing a surface emitting laser array according to the sixteenth embodiment. 29 shows a top view of a monolithic laser array in which 4 × 4 surface emitting laser elements of the present invention are integrated two-dimensionally. In the example of FIG. 29, wirings are individually provided on the upper electrode in order to drive each element independently. In addition, the surface emitting laser array of FIG. 29 is manufactured by the same procedure and method as the above-described embodiments.
[0276]
Each of the individual elements constituting the surface emitting laser array of FIG. 29 has a high-order transverse mode suppression structure in the middle of the electron path or in a region avoiding the electron and hole paths, increasing the element resistance. Therefore, the oscillation in the high-order transverse mode is suppressed. In addition, the hole confinement structure having a large conduction region by hydrogen ion implantation provided in the p-type distributed Bragg reflector restricts the hole injection region to the mesa center without significantly increasing the element resistance. Accordingly, the resistance is low and the oscillation region can be widened. Therefore, it generated less heat and oscillated in a single fundamental transverse mode up to high output. As described above, a surface emitting laser array that operates at a high output in a single transverse mode was obtained.
[0277]
(Seventeenth embodiment)
30 and 31 are views showing a multiwavelength surface emitting laser array according to the seventeenth embodiment. FIG. 30 shows a multiwavelength surface emitting laser array composed of 2 × 3 1.55 μm band surface emitting laser elements having a GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure as an active layer. FIG. It is a figure which shows the structure about two adjacent elements A and B located in the area | region R by a wavelength surface emitting laser array.
[0278]
The multiwavelength surface emitting laser array of the seventeenth embodiment has an intracavity contact structure in which an electrode for performing carrier injection is provided in a semiconductor layer inside a surface emitting laser element, as shown in FIG. Furthermore, a high-order transverse mode suppression structure for performing oscillation transverse mode control is provided in a region avoiding the hole passage and the electron passage.
[0279]
In addition, as shown in FIG. 31, the multi-wavelength surface emitting laser array of the seventeenth embodiment is provided with p-side electrodes 1711 for independently driving the individual surface emitting laser elements on the upper surface of the surface emitting laser element. It has been. An n-side common electrode 1712 is provided on the back surface of the substrate 1701.
[0280]
Further, the multi-wavelength surface emitting laser array of the seventeenth embodiment has a configuration in which the mesa diameters of the surface emitting laser elements in the array are different from each other, as will be described later. In FIG. 31, the size of the upper mesa gradually increases toward the direction of change of the upper mesa size shown in the figure. In addition, for example, referring to FIG. 31 showing two adjacent elements A and B, the element A is produced with a relatively large upper mesa size with respect to the element B.
[0281]
Next, the structure of the multiwavelength surface emitting laser array of the seventeenth embodiment will be described. Each surface emitting laser element of FIG. 31 has an n-GaAs buffer layer 1702 and an n-Al on an n-GaAs substrate 1701.0.8Ga0.2As / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector 1703, resonant region 1713, non-doped Al0.8Ga0.2The As / GaAs upper distributed Bragg reflector 1708 is formed by crystal growth.
[0282]
Where non-doped Al0.8Ga0.2In the As / GaAs upper distributed Bragg reflector 1708, a non-doped AlAs selectively oxidized layer 1704 is provided. Similarly to the sixth embodiment, the resonance region 1713 includes a GaAs resonator spacer layer 1706 and a GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure 1707.
[0283]
In this surface emitting laser element, non-doped Al0.8Ga0.2After partial crystal growth of the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 1708, the growth is temporarily interrupted, a resist pattern is formed, hydrogen ion implantation is performed, an ion implantation high resistance region 1516, and an ion implantation height A hole confinement structure including an ion non-implanting conduction region 1717 surrounded by the resistance region 1516 is provided. Here, the length of one side of the non-ion-implanted conduction region 1717 is 10 μm. Thereafter, the resist is removed, the growth surface is cleaned, and the remaining non-doped Al is again formed.0.8Ga0.2Crystal growth of the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 1708 is performed. By using the manufacturing method as described above, the ion implantation depth can be reduced, so that the high resistance region can be easily provided with good control.
[0284]
As another manufacturing method, after crystal growth of the element, ion implantation can be performed deeply so as to reach the vicinity of the active layer with a high acceleration voltage as in Example 4.
[0285]
Next, as in the above-described embodiments, a square two-stage mesa shape is formed by two etchings using a known photolithography technique and etching technique as shown in FIG. Here, when the upper mesa is formed, the mesa diameter is changed in the surface emitting laser array. In FIG. 31, as described above, the diameter of the upper mesa of the element A is made larger than the diameter of the upper mesa of the element B. Thereafter, the undoped AlAs selectively oxidized layer 1704 is oxidized by selective oxidation to form a selectively oxidized region 1715 and non-oxidized regions 1714a and 1714b.
[0286]
Here, the oxidation rate of the non-doped AlAs selectively oxidized layer 1704 is the same in the element A and the element B, but the diameter of the upper mesa of the element A is relatively larger than the diameter of the upper mesa of the element B. Thus, the area of the non-oxidized region 1714a is formed to be relatively larger than the area of the non-oxidized region 1714b. The areas of the non-oxidized regions 1714a and 1714b are both smaller than the area of the ion non-implanted conductive region 1717. Here, the selective oxidation structure including the selective oxidation region 1715 and the non-oxidation regions 1714a and 1714b is provided as a high-order transverse mode suppression structure.
[0287]
Further, in the multi-wavelength surface emitting laser array of FIG. 30, the diameters of the upper mesas of the surface emitting laser elements constituting the array are made different from each other in all the surface emitting laser elements, and the high-order transverse mode is suppressed. The area of the non-oxidized region of the structure is different for all surface emitting laser elements.
[0288]
Next, the surface emitting laser element SiO2An insulating film 1709 is formed, and a p-side electrode 1711 is formed by vapor deposition and lift-off. Next, an n-side electrode 1712 is vapor-deposited on the back surface of the substrate, and ohmic conduction is obtained by annealing, so that the multi-wavelength surface emitting laser arrays of FIGS. 36 and 37 can be manufactured.
[0289]
In the surface emitting laser array of FIG. 30, the surface areas of the non-oxidized regions in the high-order transverse mode suppressing structure are different from each other in all the surface emitting laser elements in the array. ing. A surface emitting laser element with a smaller area of the non-oxidized region of the higher-order transverse mode suppression structure can oscillate at a shorter wavelength. The wavelength interval of each surface emitting laser element constituting the multi-wavelength surface emitting laser array of the seventeenth embodiment is 1 nm, and an oscillation wavelength from 1546 nm to 1553 nm can be obtained.
[0290]
31 has a structure in which no current is injected through the upper semiconductor distributed Bragg reflector, and the upper semiconductor distributed Bragg reflector is non-doped. Further, the surface emitting laser element of FIG. 31 has a low loss because a p-type distributed Bragg reflector having a large light absorption is not used. For this reason, the oscillation threshold current is low and the slope efficiency is high. Furthermore, a high output can be obtained.
[0291]
In addition, the high-order transverse mode suppression structure is non-doped Al.0.8Ga0.2Since it is provided in the As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector 1908, the non-oxidized regions 1714a and 1714b do not contribute to the element resistance. Accordingly, the surface emitting laser element has a very low resistance and generates little heat. Therefore, the surface emitting laser element shown in FIG. 31 is capable of high output operation. Further, the surface emitting laser element of FIG. 31 has an ion non-implanting conduction region having the same area, and the distribution in the array such as the oscillation threshold current and the operating voltage of each surface emitting laser element is very small. A multi-wavelength surface emitting laser array having uniform characteristics can be obtained. In the multi-wavelength surface emitting laser array of the seventeenth embodiment, high output can be obtained by single fundamental transverse mode oscillation.
[0292]
In the above example, a multi-wavelength surface emitting laser array composed of 2 × 3 surface emitting laser elements has been described. However, the array form (number of elements, arrangement of elements) should be other than this. You can also.
[0293]
(Eighteenth embodiment)
FIG. 32 shows the electrophotographic system of the 18th embodiment. The electrophotographic system of FIG. 32 includes a photosensitive drum, an optical scanning system (scanning convergence optical system), a writing light source, and a synchronization control circuit (synchronization control unit). A surface emitting laser element or a surface emitting laser array is used.
[0294]
The electrophotographic system of FIG. 32 is controlled by a synchronous control circuit, and light from a writing light source (surface emitting laser element) is condensed on a photosensitive drum by a scanning converging optical system including a polygon mirror and a lens converging system. Form an image. Conventionally, the surface emitting laser element has been difficult to operate at high output due to the influence of heat generation, but the surface emitting laser element of the present invention can operate at a higher output than conventional elements, and is a writing light source for an electrophotographic system. Can be used as In addition, since the oscillation mode is also a single basic transverse mode, the far-field image is unimodal and the beam can be easily collected, so that high-definition image quality can be obtained.
[0295]
Further, a red surface emitting laser element using an AlGaInP-based material as an active layer material can oscillate at a shorter wavelength than an AlGaAs-based material with an oscillation wavelength of about 650 nm, and can increase the margin of optical design. Therefore, it is suitable as a writing light source for high-definition electrophotography. Such a red surface emitting laser element can be configured by using an AlGaInP-based material for the active layer and using an AlGaAs or AlGaInP-based material for the distributed Bragg reflector. In addition, since these materials can be crystal-grown with lattice matching with the GaAs substrate, an AlAs material or the like can be used as the selective oxidation layer. However, AlGaInP-based materials are very susceptible to temperature changes, and output saturation, oscillation stoppage, and the like are problematic due to temperature rise caused by element heat generation. However, the red surface emitting laser device according to the present invention has a high-order transverse mode suppression structure in which the area of the non-oxidized region formed by selective oxidation is small in the middle of the electron path or in a region avoiding the electron path and hole path. Therefore, high-order transverse mode oscillation can be suppressed without increasing the element resistance. In addition, holes are confined by a hole confinement structure having an ion non-implanting region with a large area provided in the middle of a hole passage such as a p-type distributed Bragg reflector. This does not increase the low resistance of the device.
[0296]
As described above, the element heat generation is reduced, and a high output operation is possible in the single fundamental transverse mode oscillation as compared with the conventional case. Thus, the surface emitting laser element or the surface emitting laser array of the present invention is suitable as a writing light source for an electrophotographic system.
[0297]
In addition, since the multi-beam writing system can be obtained by using the surface emitting laser array of the sixteenth embodiment, the writing speed and the like can be increased as compared with the conventional one. From the above, a high-speed and high-definition electrophotographic system can be obtained.
[0298]
(Nineteenth embodiment)
FIG. 33 shows the outline of the surface emitting laser module of the nineteenth embodiment. The laser array module of FIG. 33 is configured by mounting a one-dimensional monolithic surface emitting laser array, a microlens array, and a fiber array on a silicon substrate.
[0299]
Here, the surface emitting laser array is provided facing the fiber, and is coupled to a quartz single mode fiber mounted in a V-groove formed in the silicon substrate via a microlens array. The oscillation wavelength of the surface emitting laser array is 1.3 μm band, and high-speed transmission can be performed by using a quartz single mode fiber. Further, the surface emitting laser module of the nineteenth embodiment uses the surface emitting laser array according to the present invention, so that it stably oscillates in the fundamental transverse mode against changes in driving conditions such as environmental temperature. Further, a change in the coupling ratio with the fiber is small, and a highly reliable laser module can be obtained.
[0300]
(20th embodiment)
FIG. 34 is a diagram showing an optical interconnection system of the twentieth embodiment. In the interconnection system of FIG. 34, the device 1 and the device 2 are connected using an optical fiber array. The device 1 on the transmission side is provided with a one-dimensional laser array module using the surface emitting laser element or the surface emitting laser array according to the present invention, and a drive circuit thereof. The device 2 on the receiving side is provided with a photodiode array module and a signal detection circuit.
[0301]
Further, the optical interconnection system of the twentieth embodiment uses the surface emitting laser array according to the present invention, so that it stably oscillates in the fundamental transverse mode even when the driving conditions such as the environmental temperature change. In addition, there is little change in the coupling ratio with the fiber, and a highly reliable interconnection system can be configured. In the twentieth embodiment, the parallel optical interconnection system has been described as an example. However, a serial transmission system using a single element can also be configured. In addition to inter-device, it can also be applied to inter-board, inter-chip, and intra-chip interconnections.
[0302]
(Twenty-first embodiment)
FIG. 35 shows an optical communication system according to the twenty-first embodiment. The optical communication system of FIG. 35 is configured by configuring an optical LAN system using the surface emitting laser element or the surface emitting laser array element according to the present invention. That is, the surface emitting laser element or the surface emitting laser array of the present invention is used as a light transmission source between the server and the core switch, between the core switch and each switch, and between the switch and each terminal. It is used. Each device is coupled by a quartz single mode fiber or a multimode fiber. Examples of such a physical layer of the optical LAN include gigabit Ethernet such as 1000BASE-LX. In the optical LAN system shown in FIG. 35, the surface emitting laser element according to the present invention is used as the laser element of the light source, so that it stably oscillates in the fundamental transverse mode against changes in driving conditions such as environmental temperature. Therefore, a highly reliable interconnection system can be configured.
[0303]
(Twenty-second embodiment)
FIG. 36 shows a wavelength division multiplexing (WDM) communication system according to the twenty-second embodiment. The wavelength division multiplexing communication system of FIG. 36 includes a light source using a multiwavelength surface emitting laser array of the present invention, a WDM multiplexer, a quartz multimode fiber, a WDM demultiplexer, and a light receiver.
[0304]
Here, an arrayed wave guide grating (AWG) or the like can be used as the duplexer and the multiplexer. As the multiwavelength surface emitting laser array, a surface emitting laser array using GaInNAsSb as an active layer material as shown in the seventeenth embodiment with an oscillation wavelength of 1.55 μm band can be used. Here, the wavelength interval of each surface emitting laser element in the surface emitting laser array is 1 nm. In the wavelength division multiplexing communication system of FIG. 36, four surface emitting laser arrays having eight elements with different center wavelengths are used to form a 32-channel system. Signals transmitted from the surface emitting laser elements in the surface emitting laser array are multiplexed by a multiplexer, propagated through one multimode fiber, and sent again to a light receiver corresponding to the wavelength by a duplexer. Converted into an electrical signal.
[0305]
The multi-wavelength surface emitting laser array, which is the light source of the optical communication system of the twenty-second embodiment, has a low resistance of each surface emitting laser element as described above, and obtains a high output in basic single transverse mode oscillation. Can do. Therefore, high-speed modulation is possible, and variations in the characteristics of the surface emitting laser elements in the array such as the oscillation threshold current are very small. Therefore, no complicated driving circuit is required to drive the array. As a result, it is possible to configure a low-cost and highly reliable optical communication system.
[0306]
In the twenty-second embodiment, the wavelength multiplex communication system in the 1.55 μm band has been described as an example. However, the wavelength band may be other wavelength bands such as the 1.3 μm band. The material and composition of the elements constituting the multi-wavelength surface emitting laser array can be optimally selected according to the wavelength band. Also, the number of channels and the wavelength interval can be other combinations depending on the application. In addition to the quartz multimode fiber, a quartz single mode fiber, POF, or the like can be used as the optical fiber. Moreover, an optimal fiber can be used according to the wavelength band to be used.
[0307]
In each of the above embodiments, the MOCVD method has been described as an example of the crystal growth method, but other crystal growth methods such as a molecular beam crystal growth method (MBE method) are also available. Can also be used. In addition to the n-type substrate and the semi-insulating substrate, a p-type substrate may be used as the substrate. The oscillation wavelength may be other than the above-mentioned 670 nm band, 0.98 μm band, and 1.3 μm band, and may be a wavelength band other than the 1.5 μm band and the 0.85 μm band. Other than the above may be used depending on the oscillation wavelength. The element structure may be a structure other than that shown in each of the above-described embodiments, and the element shown in each of the embodiments may have another oscillation wavelength. Moreover, by selecting the material and configuration of the distributed Bragg reflector optimally according to the oscillation wavelength, an element corresponding to any oscillation wavelength can be formed with any structure.
[0308]
Also, materials other than those described above can be used for the material constituting the distributed Bragg reflector such as a dielectric. Also, the length and structure of the resonator can be other than those described above. In order to further reduce the resistance of the element, it is effective to provide a hetero spike buffer layer having a composition between them at the hetero interface such as Al (Ga) As / GaAs. A hetero spike buffer layer may also be provided at the interface of the layers. Examples of the hetero spike buffer layer include a single layer having a composition between two layers constituting a hetero interface, a combination of a plurality of layers having different compositions, and a composition whose composition is continuously changed.
[0309]
【The invention's effect】
As described above, according to the first to tenth aspects of the present invention, the active layer, the pair of distributed Bragg reflectors opposed to each other with the active layer interposed therebetween, and the first electrode reach the active layer. In a surface-emitting laser element comprising a hole path and an electron path that reaches the active layer from the second electrode,
In the middle of the hole passage, a hole confinement that defines a hole injection region into the active layer, which is configured by a high resistance region provided by ion implantation and a conduction region surrounded by the high resistance region In addition to the hole confinement structure, a structure is provided that includes a selectively oxidized region formed by selectively oxidizing a semiconductor layer containing Al as a constituent element and a non-oxidized region surrounded by the selectively oxidized region. A high-order transverse mode suppression structure is provided, and the non-oxidized region of the high-order transverse mode suppression structure has a smaller area than the conduction region of the hole confinement structure, so that the element resistance is low, and A surface emitting laser element capable of obtaining high output in one basic transverse mode and capable of high speed operation can be provided.
[0310]
That is, in the conventional oxide surface emitting laser element, single fundamental transverse mode control and current confinement are performed by the same oxide layer, and the oxide layer is a hole injection side with high carrier confinement efficiency. Is provided. This is because, of the two types of carriers, holes have a smaller mobility than electrons, and therefore do not easily diffuse after constriction, and a high constriction effect can be maintained. In addition, by making the diameter or length of one side of the non-oxidized region of the hole confinement layer as small as about 3 to 4 times the oscillation wavelength, high-order transverse mode oscillation is suppressed, and single fundamental transverse mode oscillation is achieved. Obtainable. However, due to the small hole mobility, the constriction of the hole confinement layer is likely to have a high resistance, and when the area of the non-oxidation (conduction) region is reduced to the extent that it becomes a single fundamental transverse mode, the device is very It was difficult to obtain high output and high speed operation.
[0311]
Similarly, the ion-implanted surface-emitting laser element has a structure in which a hole confinement structure with a high resistance region is provided in a p-conduction type distributed Bragg reflector for current confinement. Transverse mode control is performed by the lens effect. However, since it does not have a built-in optical confinement structure, the transverse mode is very unstable with respect to the operating state of the device, and it is difficult to obtain a high output in the single fundamental transverse mode.
[0312]
Therefore, in the surface-emitting laser device according to any one of claims 1 to 10, in order to prevent the increase in resistance as described above, a high-order transverse mode oscillation is suppressed separately from the hole confinement layer. A next transverse mode suppression structure is newly provided, and the area of the non-oxidized region in the higher order transverse mode suppression structure is made smaller than the area of the non-oxidized region in the hole confinement structure. As described above, by providing the hole confinement structure and the high-order transverse mode suppression layer, it is possible to design each structure independently and optimally.
[0313]
According to the configuration of claim 1 to claim 10, the high-order transverse mode suppression structure provided by selectively oxidizing the semiconductor layer containing Al in the composition forms a transverse mode light confinement structure in the surface emitting laser, An operation for stabilizing the oscillation state against a change in the driving state is provided. Further, by providing a small area of the non-oxidized region, it is possible to suppress high-order transverse mode oscillation and obtain single fundamental transverse mode oscillation.
[0314]
In addition, the hole confinement structure having a larger hole confinement region than the non-oxidation region in the high-order transverse mode suppression structure formed by ion implantation prevents carriers from diffusing to the side surface of the mesa and is high. Has the function of obtaining internal quantum efficiency. In addition, by adopting a configuration in which a high-order transverse mode suppression structure and a current confinement structure are separately provided, it is possible to provide a wide hole confinement region, to enlarge an oscillation region, and to reduce an increase in device resistance. I can do things. Further, by reducing the increase in element resistance, a high output operation is possible. As described above, according to the first to tenth aspects of the present invention, it is possible to obtain a surface emitting laser element having a low element resistance, a high output in a single fundamental transverse mode, and a high-speed operation.
[0315]
More specifically, in the invention according to claim 2, the transverse mode is suppressed in the surface emitting laser by the high-order transverse mode suppression structure provided by selectively oxidizing the semiconductor layer containing Al in the composition provided in the electron path. An optical confinement structure can be formed to stabilize the oscillation state against changes in the driving state. Further, by providing a small area of the non-oxidized region, it is possible to suppress high-order transverse mode oscillation and obtain single fundamental transverse mode oscillation.
[0316]
Furthermore, since the n-conductivity type semiconductor has an electrical resistance that is about an order of magnitude lower than that of the p-conductivity type semiconductor, the high-order transverse mode suppression structure according to claim 2 does not significantly increase the element resistance. Mode oscillation can be suppressed.
[0317]
In addition, the hole confinement structure having a larger hole confinement region than the non-oxidation region in the high-order transverse mode suppression structure formed by ion implantation prevents carriers from diffusing to the side surface of the mesa and is high. Internal quantum efficiency can be obtained. In addition, by adopting a configuration in which a high-order transverse mode suppression structure and a current confinement structure are separately provided, it is possible to provide a wide hole confinement region, to enlarge an oscillation region, and to reduce an increase in device resistance. I can do things. Further, by reducing the increase in element resistance, a high output operation can be made possible. As described above, according to the second aspect of the present invention, it is possible to obtain a surface emitting laser element having low element resistance, high output in a single fundamental transverse mode, and capable of high speed operation.
[0318]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a high-order transverse mode suppression structure provided by selectively oxidizing a semiconductor layer containing Al in the composition provided avoiding an electron passage and a hole passage. Thus, the oscillation state can be stabilized against changes in the driving state. Further, by providing a small area of the non-oxidized region, it is possible to suppress high-order transverse mode oscillation and obtain single fundamental transverse mode oscillation.
[0319]
Furthermore, since the high-order transverse mode suppressing structure according to claim 3 is provided so as to avoid the electron passage and the hole passage, there is no influence on the element resistance. Therefore, the high-order transverse mode suppressing structure is not increased without increasing the element resistance. Mode oscillation can be suppressed.
[0320]
In addition, the hole confinement structure having a larger hole confinement region than the non-oxidation region in the high-order transverse mode suppression structure formed by ion implantation prevents carriers from diffusing to the side surface of the mesa and is high. Internal quantum efficiency can be obtained. In addition, by adopting a configuration in which a high-order transverse mode suppression structure and a current confinement structure are separately provided, it is possible to provide a wide hole confinement region, to enlarge an oscillation region, and to reduce an increase in device resistance. I can do things. Further, by reducing the increase in element resistance, a high output operation can be made possible. As described above, according to the third aspect of the present invention, it is possible to obtain a surface emitting laser element having low element resistance, high output in a single fundamental transverse mode, and capable of high speed operation.
[0321]
According to a fourth aspect of the present invention, in the surface emitting laser element according to any one of the first to third aspects, a distributed Bragg reflector made of a semiconductor material is used. By configuring an element using a Bragg reflector, each layer constituting the element can be provided by a single crystal growth, and high film thickness accuracy such as a resonance region and a distributed Bragg reflector is required. Each part can be formed with good controllability by the same apparatus. In addition, since an element can be manufactured using a semiconductor process technology with high controllability, a highly reliable element with little variation in characteristics can be obtained.
[0322]
According to a fifth aspect of the present invention, in the surface emitting laser element according to any one of the first to third aspects, the distributed Bragg reflector is made of a semiconductor material and a dielectric material. The dielectric material has less light absorption than the semiconductor material, and a high reflectance can be obtained with a small number of stacked layers. Absorption loss causes problems such as an increase in the oscillation threshold current of the element, slope efficiency, and reduction in output. In particular, semiconductor materials have the property that free carrier absorption and valence band absorption become more prominent and light absorption loss increases as the doping is increased. Further, light absorption becomes more conspicuous as light of a long wave. Therefore, there is a problem that it is difficult to obtain an element having a long wavelength band with excellent characteristics. On the other hand, a distributed Bragg reflector made of a dielectric material can reduce the absorption loss of oscillation light, and an element having excellent characteristics as described above can be obtained. Therefore, in particular, the surface emitting laser element according to claims 1 to 3 having excellent characteristics in the long wavelength band can be obtained. The surface-emitting laser device according to claims 1 to 3 has a small resistance, can perform fundamental single transverse mode oscillation up to a high output, and can perform high-speed modulation because of its low resistance. According to the configuration of the fifth aspect, it is possible to obtain a long-wavelength surface emitting laser element particularly suitable for optical fiber communication.
[0323]
Here, as a distributed Bragg reflector made of a dielectric material and a semiconductor material, when the low refractive index layer and the high refractive index layer are all dielectric materials, or a combination made of a dielectric material and a semiconductor material, etc. Is included. Further, the combination of a pair of distributed Bragg reflectors facing each other with the active layer interposed therebetween includes a case where at least one of them is made of only a semiconductor material.
[0324]
The surface emitting laser element according to claim 6 is the surface emitting laser element according to any one of claims 1 to 5, wherein at least one of the pair of distributed Bragg reflectors is an n-conductivity type semiconductor. It is a Bragg reflector, and further comprises a tunnel junction between the n-conductivity type semiconductor Bragg reflector and the active layer. As described above, the semiconductor Bragg reflector tends to have a large absorption loss due to doping, and this is particularly noticeable in the p-conductivity type semiconductor. Further, there is a problem that the resistance of the device is increased when the doping is low. Therefore, when a p-conductivity type semiconductor Bragg reflector is used, it is difficult to obtain an element having both excellent optical characteristics (low absorption) and electrical characteristics. However, in the tunnel junction, holes can be generated and injected into the active region by a reverse-biased heavily doped thin film pn junction by interband tunneling, and a p-conductivity type semiconductor Bragg reflector is not used. In addition, electrons and holes can be injected into the active region.
[0325]
Therefore, it is possible to reduce the absorption loss due to the semiconductor Bragg reflector. By using the structure of claim 6, the surface of claim 1 to claim 3, wherein the oscillation threshold current is low, the slope efficiency and the output are large. A light emitting laser element can be obtained. The surface-emitting laser element according to claims 1 to 3 has a small resistance and can perform fundamental single transverse mode oscillation up to a high output. Further, since the resistance is low, high-speed modulation is possible. Furthermore, the structure of claim 6 can obtain a surface emitting laser element having excellent characteristics in a long wavelength band where light absorption by a semiconductor is remarkable. Therefore, it is possible to obtain a surface emitting laser element particularly suitable for communication use. That is, according to the invention of claim 6, a surface emitting laser element having low element resistance, low absorption, high efficiency, high output operation, and capable of single fundamental transverse mode oscillation up to high output is obtained. Can do.
[0326]
According to a seventh aspect of the present invention, in the surface emitting laser element according to any one of the first to fifth aspects, at least one of the pair of distributed Bragg reflectors is non-doped. A semiconductor Bragg reflector, or a Bragg reflector including a region made up of a part of a non-doped semiconductor Bragg reflector, and further comprising the non-doped semiconductor Bragg reflector or a region made up of a non-doped semiconductor Bragg reflector and an active layer. The semiconductor layer is provided with an electrode for injecting carriers.
[0327]
As described above, the semiconductor Bragg reflector has a light absorption that increases as the doping is increased. Therefore, it is difficult to obtain an element excellent in both optical characteristics (low absorption) and electrical characteristics in a surface emitting laser element using a p-conductivity type semiconductor distributed Bragg reflector. However, in an intracavity contact type surface emitting laser element in which an electrode for performing carrier injection is provided in a semiconductor layer inside the element, it is possible to use a semiconductor distributed Bragg reflector in which part or all of it is non-doped. . Therefore, light absorption by the distributed Bragg reflector in the non-doped region can be reduced.
[0328]
Even in the case of an n-type semiconductor, although its degree is small, free carrier absorption increases due to high doping concentration, and light absorption becomes remarkable. Therefore, by making a part or all of the distributed Bragg reflector non-doped regardless of the conductivity type, the absorption loss of the oscillating light is reduced, thereby lowering the oscillation threshold current, increasing the slope efficiency and the output. The element according to claims 1 to 5 can be obtained. The surface-emitting laser elements according to claims 1 to 5 have a low resistance and can perform fundamental single transverse mode oscillation up to a high output. Moreover, since the resistance is low, high-speed modulation is possible. Furthermore, in the structure of claim 7, it is possible to obtain a surface emitting laser element having excellent characteristics in a long wavelength band where light absorption by the semiconductor is remarkable. Therefore, it is possible to obtain a surface emitting laser element particularly suitable for communication use. That is, according to the invention of claim 7, there is provided a surface emitting laser element having low element resistance, low absorption, high efficiency, high output operation, and capable of single fundamental transverse mode oscillation up to high output. be able to.
[0329]
In the surface emitting laser element according to the eighth aspect, a plurality of higher-order transverse mode suppression structures provided in the middle of the electron path or in a region avoiding the electron path and the hole path are used.
[0330]
By using a plurality of higher-order transverse mode suppression structures, a higher-order transverse mode suppression effect can be obtained more greatly. In the conventional element, when a plurality of selective oxidation structures having a small area of the non-oxidized region are provided, the increase in resistance becomes very significant. However, in the present invention, the high-order transverse mode suppression structure has an electric resistance. Since it is provided in the middle of a small electron path or in a region avoiding the electron path and hole path, there is little increase in resistance when there are a plurality of electron paths or in the latter case. As described above, there is an effect of improving the selectivity of the single fundamental transverse mode without significantly increasing the resistance. That is, according to the eighth aspect of the invention, it is possible to obtain a surface emitting laser element having low element resistance, capable of high output operation, and capable of single fundamental transverse mode oscillation up to higher output.
[0331]
According to a ninth aspect of the present invention, in the surface emitting laser element according to any one of the first to eighth aspects, at least one of Al, Ga, and In is used as the group III element constituting the active layer. And the group V element constituting the active layer includes at least one of As and P, and the oscillation wavelength is shorter than 1.1 μm.
[0332]
In a surface emitting laser element having an oscillation wavelength shorter than 1.1 μm, in order to perform single fundamental transverse mode control, the length or diameter of one side of the non-oxidized region needs to be about 5 μm or less. The increase is particularly noticeable. However, according to the ninth aspect, the element resistance can be reduced very effectively.
[0333]
This can provide a great effect particularly in a surface emitting laser in the visible band. For example, when an AlGaInP-based material is used as an active layer of a surface emitting laser element, a red surface emitting laser element having an oscillation wavelength in the 660 nm band can be obtained. In order to obtain the transverse mode oscillation, the length or diameter of one side of a very fine non-oxidized region of 3 μm or less is required, and the increase in resistance due to constriction becomes very significant. However, in the element of the present invention, the high-order transverse mode suppression structure that requires a small non-oxidized area is in the middle of an electron path that is difficult to increase in resistance (in an n-type semiconductor) or an electron path that does not contribute to resistance. In addition, since it is provided in a region avoiding the hole passage, single basic transverse mode control can be performed without increasing the resistance of the element.
[0334]
As described above, according to the ninth aspect of the present invention, in the surface emitting laser element whose oscillation wavelength is shorter than 1.1 μm, the element resistance can be reduced and the high output operation in the single fundamental transverse mode oscillation can be achieved.
[0335]
According to a tenth aspect of the present invention, in the surface emitting laser element according to any one of the first to eighth aspects, at least one of Ga and In is used as a group III element constituting the active layer. In addition, at least one of As, P, N, and Sb is included as a group V element constituting the active layer, and the oscillation wavelength is longer than 1.1 μm. A surface emitting laser element having an oscillation wavelength longer than 1.1 μm is very important as a quartz fiber communication light source. In particular, the 1.3 μm band is a zero dispersion band of quartz fiber, which enables long distance and high speed communication. The 1.5 μm band is an important wavelength band as a wavelength multiplexing communication band.
[0336]
Since the element of the present invention has a low element resistance, high-speed modulation is possible, and it is very suitable as such a light source. In addition, since high output is obtained in single fundamental transverse mode oscillation, long-distance communication is possible particularly in the 1.3 μm band, and a surface-emitting laser element suitable for an optical communication light source can be obtained as described above. .
[0337]
Thus, according to the invention of claim 10, a surface emitting laser element having an oscillation wavelength of 1.1 μm to 1.6 μm can be obtained on a GaAs substrate. On the GaAs substrate, it is possible to use a distributed Bragg reflector made of an AlGaAs mixed crystal having excellent characteristics, and an element having excellent characteristics can be obtained. Further, among these materials, GaInNAs material obtained by adding a small amount of nitrogen of several percent or less to GaInAs has a large conduction band discontinuity with respect to a barrier layer such as GaAs, and the same wavelength band element on a conventional InP substrate. Compared with better temperature characteristics. Furthermore, according to the first to eighth aspects of the invention, the element resistance is low and single transverse mode oscillation can be obtained up to a high output, so that the coupling efficiency with respect to an optical fiber or the like is particularly high. From the above, a surface emitting laser element suitable for optical fiber communication can be obtained.
[0338]
According to the invention described in claims 11 to 13, a surface-emitting laser array comprising the surface-emitting laser element according to any one of claims 1 to 10. Therefore, it is possible to provide a surface emitting laser array having low element resistance, capable of high output operation, and capable of single fundamental transverse mode oscillation up to high output. That is, in the surface emitting laser array according to the eleventh aspect, since the monolithic laser array is constituted by the surface emitting laser elements according to the first to tenth aspects, the element transverse resistance is low and the fundamental transverse mode oscillation is possible up to a high output. A surface emitting laser array can be obtained.
[0339]
Therefore, the surface emitting laser array of claims 11 to 13 is suitable as a light source for a multi-beam writing system of an electrophotographic system or an optical communication system.
[0340]
Particularly, in the invention of claim 12, in the surface emitting laser array according to claim 11, two or more kinds of surface emitting laser elements having different oscillation wavelengths due to different areas of the non-oxidized regions of the high-order transverse mode suppressing structure are used. A multi-wavelength surface emitting laser array is configured.
[0341]
In the multiwavelength surface emitting laser array according to claim 12, the oscillation wavelength in the array plane is changed by changing the area of the non-oxidized region of the high-order transverse mode suppression structure in each surface emitting laser element in the array. Yes. At this time, the surface emitting laser element of the present invention has a structure in which a hole confinement structure and a high-order transverse mode suppression structure are separately provided, and the high-order transverse mode suppression structure is not easily increased in resistance. In the semiconductor layer, or in a region avoiding an electron path and a hole path not related to electrical resistance. For this reason, the increase in resistance due to the small area of the non-oxidized region in the high-order transverse mode suppressing structure is small as compared with the element of the conventional structure, or not in the latter case at all.
[0342]
As described above, in the invention of claim 12, since the influence of heat generation due to the increase in resistance can be suppressed to a low level, the fundamental transverse mode oscillation is achieved for an element having a small area of the non-oxidized region of the high-order transverse mode suppressing structure. In addition, high output can be obtained, and variation in light output between elements can be reduced. Further, by making the hole confinement area in the separately provided hole confinement structure the same, variations in characteristics such as the oscillation threshold current and the operating voltage can be extremely reduced. As described above, it is possible to obtain a multi-wavelength surface emitting laser array with small variation in characteristics and capable of high output operation.
[0343]
Furthermore, since the influence of element heat generation (high resistance) can be reduced, it becomes possible to manufacture an element having a minute non-oxidized region, which has conventionally been difficult to obtain sufficient characteristics, and has a shorter oscillation wavelength. It becomes possible to create an element. As a result, it is possible to obtain a multi-wavelength surface emitting laser array having a wider band than conventional ones.
[0344]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the surface emitting laser array according to the twelfth aspect, each of the surface emitting laser elements constituting the surface emitting laser array includes a plurality of higher-order transverse mode suppression structures of two or more layers. It has become the composition.
[0345]
The change in the oscillation wavelength (resonance wavelength) by making the area of the non-oxidized region fine in the high-order transverse mode suppression structure is because the spread of the transverse mode changes depending on the selective oxidation structure (high-order transverse mode suppression structure). By reducing the spread of the transverse mode, a larger wavelength change effect can be obtained. According to the thirteenth aspect of the present invention, the confinement effect with respect to the fundamental transverse mode is increased by forming the transverse mode suppressing structure in multiple layers, and a multi-wavelength surface emitting laser array having a wider band than the conventional one can be obtained.
[0346]
In the invention of claim 13, as in the operation and effect of claim 12, the element resistance is low, a high output operation is possible, and the characteristic variation among the surface emitting laser elements constituting the array is small. A multi-wavelength surface emitting laser array can be obtained.
[0347]
According to the invention described in claim 14, a surface emitting laser module using the surface emitting laser element according to any one of claims 1 to 10 or the surface emitting laser array according to claim 11. Is configured. In the surface emitting laser element and the surface emitting laser array according to the present invention, oscillation is obtained up to a high output in the fundamental transverse mode, so that the coupling with the optical fiber is high and the oscillation of the higher order transverse mode is suppressed. Therefore, even when the operating state of the element such as the output changes, the coupling rate changes and the optical input to the fiber hardly changes. In addition, since the resistance is low, high speed operation is possible. Therefore, a highly reliable surface emitting laser module can be obtained.
[0348]
According to the invention described in claim 15, the surface-emitting laser element according to any one of claims 1 to 10 or the surface-emitting laser array according to claim 11 is used as a writing light source for electrons. It constitutes a photographic system.
[0349]
Conventional surface-emitting laser elements have a small output and are difficult to use as a writing light source for an electrophotographic system, but the surface-emitting laser elements and surface-emitting laser arrays of the present invention can oscillate to a high output in the fundamental transverse mode. It is done. Therefore, it can be used as a writing light source for an electrophotographic system. In addition, when a surface emitting laser element is used as a writing light source of an electrophotographic system, the beam is easily formed because the emitted beam is circular. Further, since the position accuracy between the arrays is high, a plurality of beams can be easily condensed with good reproducibility using the same lens. Therefore, the optical system is simple, and a high-definition system can be obtained at low cost. Further, since the surface emitting laser element of the present invention has a large output, high speed writing is possible particularly when an array is used. As described above, a low-cost, high-definition electrophotographic system can be obtained.
[0350]
According to the invention described in claim 16, the surface emitting laser element according to any one of claims 1 to 10 or the surface emitting laser array according to claim 11 is used as a light source. Configure the connection system.
[0351]
In the surface emitting laser element and the surface emitting laser array according to the present invention, the oscillation can be obtained up to a high output in the fundamental transverse mode, so that the coupling with the optical fiber is high. Further, since higher-order transverse mode oscillation is suppressed, even when the driving state of an element such as an output changes, it is very rare that the coupling rate changes and the optical input to the fiber changes. In addition, since the resistance is low, high speed operation is possible. Therefore, a highly reliable optical interconnection system can be obtained.
[0352]
According to the invention described in claim 17, optical communication is performed using the surface emitting laser element according to any one of claims 1 to 10 or the surface emitting laser array according to claim 11 as a light source. The system is configured.
[0353]
In the surface emitting laser element and the surface emitting laser array according to the present invention, oscillation is obtained up to a high output in the fundamental transverse mode, so that the coupling with the optical fiber is high. Further, since higher-order transverse mode oscillation is suppressed, even when the driving state of an element such as an output changes, it is very rare that the coupling rate changes and the optical input to the fiber changes. In addition, since the resistance is low, high speed operation is possible. In addition, since high output is obtained compared to the conventional case, long-distance communication is possible. Therefore, a highly reliable optical communication system can be obtained.
[0354]
According to the invention described in claim 18, an optical communication system is configured using the surface emitting laser array described in claim 12 or claim 13 as a light source.
[0355]
In the optical communication system according to claim 18, the multi-wavelength surface emitting laser array according to claim 12 or claim 13 is used as a communication light source, and the multi-wavelength surface emitting laser array according to claim 12 or claim 13 is used. The feature is that there is little variation in the characteristics of the surface emitting laser elements in the array and a high output can be obtained. Therefore, since the multi-wavelength surface emitting laser array according to claim 12 or 13 has the characteristics of the surface emitting laser elements in the array, the operation reliability is high and the drive circuit is simple. Cost can be lowered. In addition, since the element resistance is lower than that of the conventional element, high-speed modulation is facilitated. The surface-emitting laser array according to claim 12 or claim 13 is a multi-wavelength array in which the wavelengths of the individual surface-emitting laser elements are different, and thus is particularly suitable as a light source for a wavelength division multiplexing communication system. In wavelength division multiplex communication, high-speed and large-capacity communication can be performed by transmitting a plurality of signal lights having different wavelengths through a single fiber.
[0356]
As described above, the optical communication system configured by the multi-wavelength surface emitting laser array of the present invention has high reliability and can perform high-speed communication.
[0357]
Further, in the manufacturing method according to claim 19, as a manufacturing method of the multiwavelength surface emitting laser array according to claim 12 or 13, the diameter of the mesa portion including the high-order transverse mode suppression l structure is set in the array. The manufacturing method is changed.
[0358]
Since the oxidation rate of the high-order transverse mode suppression structure is constant in the plane, the diameter of the non-oxidized region remaining in the center of the mesa can be changed by changing the diameter of the mesa in this way. In addition, according to the manufacturing method of the nineteenth aspect, it is possible to fabricate a surface emitting laser element having a different area of the non-oxidized region at a time by one oxidation step, and at the same cost as the conventional one, The multi-wavelength surface emitting laser array of the invention can be easily manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a surface emitting laser element according to a first embodiment.
2 is a diagram illustrating in detail a resonance region (resonator region) of the surface emitting laser element of FIG. 1 together with a standing wave of oscillation light. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a surface emitting laser element according to a second embodiment.
4 is a diagram showing in detail the periphery of a resonance region of the surface emitting laser element of FIG. 3 together with a standing wave of oscillation light.
FIG. 5 is a diagram showing a surface emitting laser element according to a third embodiment.
6 is a diagram showing in detail the periphery of the resonance region of the surface emitting laser element of FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a surface emitting laser element according to a fourth embodiment.
8 is a diagram showing in detail the periphery of the resonance region of the intracavity contact surface emitting laser element of FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a surface emitting laser element according to a fifth embodiment.
10 is a diagram showing in detail the periphery of a resonance region in the intracavity contact type surface emitting laser element of FIG. 9. FIG.
FIG. 11 is a diagram showing a surface emitting laser element according to a sixth embodiment.
12 is a diagram showing in detail the periphery of a resonance region in the surface emitting laser element of FIG. 11. FIG.
FIG. 13 is a diagram showing a surface emitting laser element according to a seventh embodiment.
14 is a diagram showing in detail the periphery of a resonance region in the surface emitting laser element of FIG.
FIG. 15 is a diagram showing a surface emitting laser element according to an eighth embodiment.
16 is a diagram showing in detail a resonance region of the surface emitting laser element of FIG.
FIG. 17 is a diagram showing a surface emitting laser element according to a ninth embodiment.
18 is a diagram showing in detail the periphery of a resonance region in the surface emitting laser element of FIG.
FIG. 19 is a diagram showing a surface emitting laser element according to a tenth example.
20 is a diagram showing in detail the periphery of the resonance region of the surface emitting laser element of FIG.
FIG. 21 is a diagram showing a surface emitting laser element according to an eleventh embodiment.
22 is a diagram showing in detail the periphery of a resonance region in the surface emitting laser element of FIG. 21. FIG.
FIG. 23 is a diagram showing a surface emitting laser element according to a twelfth embodiment.
24 is a diagram showing in detail the periphery of the resonance region of the surface emitting laser element of FIG. 23 together with the standing wave of the oscillation light.
FIG. 25 is a diagram showing a surface emitting laser element according to a thirteenth embodiment.
26 is a diagram showing in detail the periphery of the resonance region in the surface-emitting laser element of FIG. 25 together with the standing wave of the oscillation light.
FIG. 27 is a diagram showing a surface emitting laser element according to a fourteenth example.
FIG. 28 is a diagram showing a surface emitting laser element according to a fifteenth embodiment.
FIG. 29 is a diagram showing a surface emitting laser array according to a sixteenth embodiment.
FIG. 30 is a diagram showing a multiwavelength surface emitting laser array according to a seventeenth embodiment.
FIG. 31 is a diagram showing a multiwavelength surface emitting laser array according to a seventeenth embodiment.
FIG. 32 is a diagram showing an electrophotographic system according to an eighteenth embodiment.
FIG. 33 is a diagram showing an outline of a surface emitting laser module according to a nineteenth embodiment.
FIG. 34 is a diagram showing an optical interconnection system of a twentieth embodiment.
FIG. 35 is a diagram illustrating an optical communication system according to a twenty-first embodiment.
FIG. 36 is a diagram illustrating a wavelength division multiplexing (WDM) communication system according to a twenty-second embodiment;
[Explanation of symbols]
101 n-GaAs substrate
102 n-GaAs buffer layer
103 n-Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85As lower distribution Bragg reflector
103a n-Al0.9Ga0.1As lower distributed Bragg reflector low refractive index layer
103b n-Al0.15Ga0.85As lower distribution Bragg reflector high refractive index layer
104 n-AlAs selective oxidation layer
105 Non-doped Al0.15Ga0.85As resonator spacer layer
106 Non-doped GaAs / Al0.15Ga0.85As multiple quantum well active layer
107 Non-doped Al0.15Ga0.85As resonator spacer layer
108 p-Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85As upper distributed Bragg reflector
108a p-Al0.9Ga0.1As upper distributed Bragg reflector low refractive index layer
108b p-Al0.15Ga0.85As upper distributed Bragg reflector high refractive index layer
113 Resonance region
114 Non-oxidized region
115 Selective oxidation region
116 Ion implantation high resistance region
117 Non-implanted conduction region
109 SiO2Insulation layer
110 Insulating resin
111 p-side electrode
112 n-side electrode
201 n-GaAs substrate
202 n-GaAs buffer layer
203 n-Al0.9Ga0.1As / GaAs bottom distributed Bragg reflector
203a n-Al0.9Ga0.1As lower distributed Bragg reflector low refractive index layer
203b n-GaAs bottom distributed Bragg reflector high refractive index layer
204 n-AlAs selective oxidation layer
205 Non-doped GaAs resonator spacer layer
206 Non-doped GaInNAs / GaAs multiple quantum well active layer
207 Non-doped GaAs resonator spacer layer
208 p-Al0.9Ga0.1As / GaAs top distributed Bragg reflector
208a p-Al0.9Ga0.1As upper distributed Bragg reflector low refractive index layer
208b p-GaAs top distributed Bragg reflector high refractive index layer
209 SiO2Insulation layer
210 Insulating resin
211 p-side electrode
212 n-side electrode
213 Resonance region
214 Non-selective oxidation region
215 Selective oxidation region
216 Ion implantation high resistance region
217 Ion non-implanted conduction region
218 Tunnel junction
219 n-Al0.9Ga0.1As / GaAs top distributed Bragg reflector
219a n-Al0.9Ga0.1As upper distributed Bragg reflector low refractive index layer
219b n-GaAs top distributed Bragg reflector high refractive index layer
301 p-GaAs substrate
302 p-GaAs buffer layer
303 p-Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85As lower distribution Bragg reflector
303a p-Al0.9Ga0.1As lower distributed Bragg reflector low refractive index layer
303b p-Al0.15Ga0.85As lower distribution Bragg reflector high refractive index layer
304 n-AlAs selective oxidation layer
305 Non-doped Al0.15Ga0.85As resonator spacer layer
306 Non-doped GaAs / Al0.15Ga0.85As multiple quantum well active layer
307 Non-doped Al0.15Ga0.85As resonator spacer layer
308 n-Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85As upper distributed Bragg reflector
308a n-Al0.9Ga0.1As upper distributed Bragg reflector low refractive index layer
308b n-Al0.15Ga0.85As upper distributed Bragg reflector high refractive index layer
309 SiO2Insulation layer
310 Insulating resin
311 n-side electrode
312 p-side electrode
313 Resonance region
314 Non-oxidized region
315 selective oxidation region
316 Ion implantation high resistance region
317 Ion non-implanted conduction region
401 n-GaAs substrate
402 n-GaAs buffer layer
403 n-Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85As lower semiconductor distributed Bragg reflector
403a n-Al0.9Ga0.1As lower semiconductor distributed Bragg reflector low refractive index layer
403b n-Al0.15Ga0.85As lower semiconductor distributed Bragg reflector high refractive index layer
404 n-AlAs selective oxidation layer
406 Al0.15Ga0.85As resonator spacer layer
406a Non-doped Al0.15Ga0.85As resonator spacer layer
406b Non-doped Al0.15Ga0.85As resonator spacer layer
406c p-Al0.15Ga0.85As resonator spacer layer
406d p-Al0.15Ga0.85As contact layer / resonator spacer layer
406e Non-doped Al0.15Ga0.85As resonator spacer layer
407 Non-doped GaAs / Al0.15Ga0.85As multiple quantum well structure
408 Non-doped Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85As upper semiconductor distributed Bragg reflector
408a Non-doped Al0.9Ga0.1As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive index layer
408b Non-doped Al0.15Ga0.85As upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive index layer
409 SiO2Insulation film
411 p side electrode
412 n side electrode
413 Resonance region
414 Non-oxidized region
415 selective oxidation region
416 Ion implantation high resistance region
417 Ion non-implanted conduction region
501 n-GaAs substrate
502 n-GaAs buffer layer
503 n-AlAs / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector
503a n-AlAs lower semiconductor distributed Bragg reflector low refractive index layer
503b n-GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector high refractive index layer
504 n-AlAs selective oxidation layer
506 GaAs resonator spacer layer
506a n-GaAs resonator spacer layer
506b n-GaAs resonator spacer layer
506c Non-doped GaAs resonator spacer layer
506d Non-doped GaAs resonator spacer layer
506e p-GaAs resonator spacer layer
506f p-GaAs contact layer
507 Non-doped GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure
508 MgF2/ ZnSe upper semiconductor distributed Bragg reflector
509 SiO2Insulation film
511 p-side electrode
512 n-side electrode
513 resonance region
514 Non-oxidized region
515 Selective oxidation region
516 Ion implantation high resistance region
517 Ion non-implanted conduction region
601 Semi-insulating GaAs substrate
602 Non-doped GaAs buffer layer
603 Non-doped AlAs / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector
603a Non-doped AlAs lower semiconductor distributed Bragg reflector low refractive index layer
603b Non-doped GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector high refractive index layer
604 n-AlAs selectively oxidized layer
606 GaAs resonator spacer layer
606a n-GaAs contact layer / resonator spacer layer
606b n-GaAs resonator spacer layer
606c n-GaAs resonator spacer layer
606d Non-doped GaAs resonator spacer layer
606e Non-doped GaAs resonator spacer layer
606f p-GaAs resonator spacer layer
606g p-GaAs contact layer / resonator spacer layer
606h Non-doped GaAs resonator spacer layer
607 Non-doped GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure
608 Non-doped Al0.8Ga0.2As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector
608a Non-doped Al0.8Ga0.2As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive index layer
608b Non-doped GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive index layer
611 p-side electrode
612 n-side electrode
613 Resonance region
614 Non-oxidized region
615 Selective oxidation region
616 Ion implantation high resistance region
617 Ion non-implanted conduction region
701 Semi-insulating GaAs substrate
702 Non-doped GaAs buffer layer
703 Non-doped Al0.9Ga0.1As / Al0.5Ga0.5As lower semiconductor distributed Bragg reflector
703a Non-doped Al0.9Ga0.1As lower semiconductor distributed Bragg reflector low refractive index layer
703b Non-doped Al0.5Ga0.5As lower semiconductor distributed Bragg reflector high refractive index layer
704 Non-doped AlAs selectively oxidized layer
706 (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P resonator spacer layer
706a non-doped- (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P resonator spacer layer
706b n- (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P contact layer / resonator spacer layer
706c n- (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P resonator spacer layer
706d non-doped (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P resonator spacer layer
706e non-doped (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P resonator spacer layer
706f p- (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P resonator spacer layer
706g p-GaAs contact layer
707 Non-doped GaInP / (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P multiple quantum well structure
708 TiO2/ SiO2Upper dielectric cloth Bragg reflector
711 p-side electrode
712 n-side electrode
713 Resonance region
714 Non-oxidized region
715 Selective oxidation region
716 High resistance region for ion implantation
717 Ion non-implanted conduction region
801 n-GaAs substrate
802 n-GaAs buffer layer
803 n-Al0.8Ga0.2As / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector
803a n-Al0.8Ga0.2As lower semiconductor distributed Bragg reflector low refractive index layer
803b n-GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector high refractive index layer
804 Non-doped AlAs selectively oxidized layer
806 GaAs resonator spacer layer
806a Non-doped GaAs resonator spacer layer
806b Non-doped GaAs resonator spacer layer
806c p-GaAs resonator spacer layer
806d p-GaAs contact layer / resonator spacer layer
806e Non-doped GaAs resonator spacer layer
807 Non-doped GaInNAsSb / GaAs multiple quantum well structure
808 Non-doped Al0.8Ga0.2As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector
808a Non-doped Al0.8Ga0.2As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive index layer
808b Non-doped GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive index layer
809 SiO2Insulation film
811 p-side electrode
812 n-side electrode
813 Resonance region
814 Selective oxidation region
815 Non-oxidized region
816 Ion implantation high resistance region
817 Ion non-implanted conduction region
809 SiO2Insulation film
901 Semi-insulating GaAs substrate
902 Non-doped GaAs buffer layer
903 Non-doped AlAs / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector
903a Non-doped AlAs lower semiconductor distributed Bragg reflector low refractive index layer
903b Non-doped GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector high refractive index layer
904 Non-doped AlAs selectively oxidized layer
906 GaAs resonator spacer layer
906a Non-doped GaAs / resonator spacer layer
906b n-GaAs contact layer / resonator spacer layer
906c n-GaAs resonator spacer layer
906d Non-doped GaAs resonator spacer layer
906e Non-doped GaAs resonator spacer layer
906f p-GaAs resonator spacer layer
906g p-GaAs contact layer and resonator spacer layer
906h Non-doped GaAs resonator spacer layer
907 Non-doped GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure
908 Non-doped Al0.8Ga0.2As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector
908a Non-doped Al0.8Ga0.2As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive index layer
908b Non-doped GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive index layer
911 p-side electrode
912 n-side electrode
913 resonance region
914 Non-oxidized region
915 selective oxidation region
916 Ion implantation high resistance region
917 Ion non-implanted conduction region
1001 Semi-insulating GaAs substrate
1002 Non-doped GaAs buffer layer
1003 Non-doped AlAs / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector
1003a Non-doped AlAs lower semiconductor distributed Bragg reflector low refractive index layer
1003b Non-doped GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector high refractive index layer
1004 n-AlAs selectively oxidized layer
1006 GaAs resonator spacer layer
1006a Undoped GaAs resonator spacer layer
1006b p-GaAs contact layer / resonator spacer layer
1006c p-GaAs resonator spacer layer
1006d Non-doped GaAs resonator spacer layer
1006e Non-doped GaAs resonator spacer layer
1006f n-GaAs resonator spacer layer
1006g n-GaAs resonator spacer layer
1006h n-GaAs contact layer / resonator spacer layer
1006i Non-doped GaAs resonator spacer layer
1007 Non-doped GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure
1008 Non-doped Al0.8Ga0.2As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector
1008a Non-doped Al0.8Ga0.2As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive index layer
1008b Non-doped GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive index layer
1011 n-side electrode
1012 p-side electrode
1013 Resonance region
1014 Non-oxidized region
1015 Selective oxidation region
1016 High resistance region of ion implantation
1017 Ion non-implanted conduction region
1101 n-GaAs substrate
1102 n-GaAs buffer layer
1103 n-Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85As lower distribution Bragg reflector
1103a n-Al0.9Ga0.1As lower distributed Bragg reflector low refractive index layer
1103b n-Al0.15Ga0.85As lower distribution Bragg reflector high refractive index layer
1104 n-AlAs selectively oxidized layer
1105 Non-doped Al0.15Ga0.85As resonator spacer layer
1106 Non-doped GaAs / Al0.15Ga0.85As multiple quantum well active layer
1107 Non-doped Al0.15Ga0.85As resonator spacer layer
1108 p-Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85As upper distributed Bragg reflector
1108a p-Al0.9Ga0.1As upper distributed Bragg reflector low refractive index layer
1108b p-Al0.15Ga0.85As upper distributed Bragg reflector high refractive index layer
1109 SiO2Insulation layer
1110 Insulating resin
1111 p-side electrode
1112 n-side electrode
1113 Resonance region
1114 Non-oxidized region
1115 Selective oxidation region
1116 High resistance region of ion implantation
1117 Ion non-implanted conduction region
1201 p-GaAs substrate
1202 p-GaAs buffer layer
1203 p-Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85As lower distribution Bragg reflector
1203a p-Al0.9Ga0.1As lower distributed Bragg reflector low refractive index layer
1203b p-Al0.15Ga0.85As lower distribution Bragg reflector high refractive index layer
1204 n-AlAs selectively oxidized layer
1205 non-doped Al0.15Ga0.85As resonator spacer layer
1206 Non-doped GaAs / Al0.15Ga0.85As multiple quantum well active layer
1207 Non-doped Al0.15Ga0.85As resonator spacer layer
1208 n-Al0.9Ga0.1As / Al0.15Ga0.85As upper distributed Bragg reflector
1208a n-Al0.9Ga0.1As upper distributed Bragg reflector low refractive index layer
1208b n-Al0.15Ga0.85As upper distributed Bragg reflector high refractive index layer
1209 SiO2Insulation layer
1210 Insulating resin
1211 n-side electrode
1212 p-side electrode
1213 Resonance region
1214 Non-oxidized region
1215 Selective oxidation region
1216 High resistance region of ion implantation
1217 Ion non-implanted conduction region
1301 n-GaAs substrate
1302 n-GaAs buffer layer
1303 n-Al0.8Ga0.2As / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector
1303a n-Al0.8Ga0.2As lower semiconductor distributed Bragg reflector low refractive index layer
1303b n-GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector high refractive index layer
1304 Non-doped AlAs selectively oxidized layer
1306 GaAs Cavity Spacer Layer
1306a Non-doped GaAs resonator spacer layer
1306b Non-doped GaAs resonator spacer layer
1306c p-GaAs resonator spacer layer
1306d p-GaAs contact layer / resonator spacer layer
1306e Non-doped GaAs resonator spacer layer
1307 Non-doped GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure
1308 Non-doped Al0.8Ga0.2As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector
1308a Non-doped Al0.8Ga0.2As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive index layer
1308b Non-doped GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive index layer
1309 SiO2Insulation film
1311 p-side electrode
1312 n-side electrode
1313 Resonance region
1314 Selective oxidation region
1315 Non-oxidized region
1316 High resistance region of ion implantation
1317 Ion non-implanted conduction region
1401 n-GaAs substrate
1402 n-GaAs buffer layer
1403 n-Al0.8Ga0.2As / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector
1403a n-Al0.8Ga0.2As lower semiconductor distributed Bragg reflector low refractive index layer
1403b n-Al0.15Ga0.85As lower semiconductor distributed Bragg reflector high refractive index layer
1404 n-AlAs selective oxidation layer
1406 GaAs resonator spacer layer
1406a Non-doped GaAs resonator spacer layer
1406b Non-doped GaAs resonator spacer layer
1406c p-GaAs resonator spacer layer
1406d p-GaAs contact layer / resonator spacer layer
1406e Non-doped GaAs resonator spacer layer
1407 Non-doped GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure
1408 non-doped Al0.8Ga0.2As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector
1408a Non-doped Al0.8Ga0.2As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive index layer
1408b Non-doped GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive index layer
1409 SiO2Insulation film
1411 p-side electrode
1412 n side electrode
1413 Resonance region
1414 Non-oxidized region
1415 selective oxidation region
1416 Ion implantation high resistance region
1417 Ion non-implanted conduction region
1501 n-GaAs substrate
1502 n-GaAs buffer layer
1503 n-Al0.8Ga0.2As / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector
1503a n-Al0.8Ga0.2As lower semiconductor distributed Bragg reflector low refractive index layer
1503b n-Al0.15Ga0.85As lower semiconductor distributed Bragg reflector high refractive index layer
1504 n-AlAs selective oxidation layer
1506 GaAs resonator spacer layer
1506a Non-doped GaAs resonator spacer layer
1506b Non-doped GaAs resonator spacer layer
1506c p-GaAs resonator spacer layer
1506d p-GaAs contact layer / resonator spacer layer
1506e Non-doped GaAs resonator spacer layer
1507 Non-doped GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure
1508 Non-doped Al0.8Ga0.2As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector
1508a Non-doped Al0.8Ga0.2As upper semiconductor distributed Bragg reflector low refractive index layer
1508b Non-doped GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector high refractive index layer
1509 SiO2Insulation film
1511 p-side electrode
1512 n side electrode
1513 Resonance region
1514 Non-oxidized region
1515 Selective oxidation region
1516 Ion implantation high resistance region
1517 Ion non-implanted conduction region
1601 n-GaAs substrate
1602 n-GaAs buffer layer
1603 n-Al0.8Ga0.2As / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector
1604 n-AlAs selective oxidation layer
1605 p-AlAs selective oxidation layer
1606 GaAs resonator spacer layer
1607 Non-doped GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure
1608 Non-doped Al0.8Ga0.2As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector
1611 resonance region
1612 Selective oxidation region
1613a Non-oxidized region
1613b Non-oxidized region
1614 SiO2Insulation film
1615 p-side electrode
1616 n-side electrode
1701 n-GaAs substrate
1702 n-GaAs buffer layer
1703 n-Al0.8Ga0.2As / GaAs lower semiconductor distributed Bragg reflector
1704 Non-doped AlAs selectively oxidized layer
1706 GaAs resonator spacer layer
1707 Non-doped GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure
1708 Non-doped Al0.8Ga0.2As / GaAs upper semiconductor distributed Bragg reflector
1709 SiO2Insulation film
1711 p-side electrode
1712 n-side electrode
1713 Resonance region
1714a Non-oxidized region
1714b Non-oxidized region
1715 selective oxidation region
1716 Ion implantation high resistance region
1717 Ion non-implanted conduction region

Claims (19)

活性層と、活性層を挟んで対向する一対の分布ブラッグ反射器と、第1の電極から活性層へ到達する正孔通路と、第2の電極から活性層へ到達する電子通路とを備えた面発光レーザ素子において、
前記正孔通路の途中には、イオン注入によって設けられた高抵抗領域と前記高抵抗領域によって囲まれた導通領域とによって構成された、前記活性層への正孔注入領域を規定する正孔狭窄構造が設けられ、また、前記正孔狭窄構造とは別に、Alを構成元素として含む半導体層を選択酸化してなる選択酸化領域と前記選択酸化領域によって囲まれた非酸化領域とによって構成された高次横モード抑制構造が設けられており、前記高次横モード抑制構造の非酸化領域は、前記正孔狭窄構造の導通領域よりも小さな面積を有している事を特徴とする面発光レーザ素子。
An active layer, a pair of distributed Bragg reflectors facing each other across the active layer, a hole path reaching the active layer from the first electrode, and an electron path reaching the active layer from the second electrode In surface emitting laser elements,
In the middle of the hole passage, a hole confinement that defines a hole injection region into the active layer, which is configured by a high resistance region provided by ion implantation and a conduction region surrounded by the high resistance region In addition to the hole confinement structure, a structure is provided that includes a selectively oxidized region formed by selectively oxidizing a semiconductor layer containing Al as a constituent element and a non-oxidized region surrounded by the selectively oxidized region. A surface emitting laser comprising a high-order transverse mode suppression structure, wherein a non-oxidized region of the high-order transverse mode suppression structure has a smaller area than a conduction region of the hole confinement structure element.
請求項1記載の面発光レーザ素子において、前記高次横モード抑制構造は、前記電子通路の途中に設けられていることを特徴とする面発光レーザ素子。2. The surface emitting laser element according to claim 1, wherein the higher-order transverse mode suppressing structure is provided in the middle of the electron path. 請求項1記載の面発光レーザ素子において、前記高次横モード抑制構造は、前記電子通路及び前記正孔通路を避けて設けられていることを特徴とする面発光レーザ素子。2. The surface emitting laser element according to claim 1, wherein the high-order transverse mode suppression structure is provided to avoid the electron path and the hole path. 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記一対の分布ブラッグ反射器は、半導体材料から構成されていることを特徴とする面発光レーザ素子。4. The surface emitting laser element according to claim 1, wherein the pair of distributed Bragg reflectors is made of a semiconductor material. 5. 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記一対の分布ブラッグ反射器は、半導体材料及び誘電体材料から構成されていることを特徴とする面発光レーザ素子。4. The surface emitting laser element according to claim 1, wherein the pair of distributed Bragg reflectors are made of a semiconductor material and a dielectric material. 5. . 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記一対の分布ブラッグ反射器のうちの少なくとも一方はn導電型半導体ブラッグ反射器を含み、更に、n導電型半導体ブラッグ反射器と活性層との間にトンネル接合を備えていることを特徴とする面発光レーザ素子。6. The surface-emitting laser device according to claim 1, wherein at least one of the pair of distributed Bragg reflectors includes an n-conductivity-type semiconductor Bragg reflector, and further includes an n-conductivity-type semiconductor. A surface emitting laser element comprising a tunnel junction between a Bragg reflector and an active layer. 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記一対の分布ブラッグ反射器のうちの少なくとも一方の分布ブラッグ反射器は、ノンドープ半導体ブラッグ反射器、若しくは、一部にノンドープ半導体ブラッグ反射器より成る領域を含んだブラッグ反射器であり、更に、該ノンドープ半導体ブラッグ反射器、若しくは、ノンドープ半導体ブラッグ反射器より成る領域と活性層との間の半導体層に、キャリアを注入するための電極が設けられていることを特徴とする面発光レーザ素子。6. The surface emitting laser element according to claim 1, wherein at least one of the pair of distributed Bragg reflectors is a non-doped semiconductor Bragg reflector or a part thereof. The Bragg reflector includes a region composed of a non-doped semiconductor Bragg reflector, and carriers are introduced into the non-doped semiconductor Bragg reflector or a semiconductor layer between the region composed of the non-doped semiconductor Bragg reflector and the active layer. A surface-emitting laser element comprising an electrode for injection. 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記電子通路の途中に設けた高次横モード抑制構造、若しくは、前記電子及び前記正孔の通路を避けた領域中に設けた高次横モード抑制構造は、複数のものとなっていることを特徴とする面発光レーザ素子。8. The surface-emitting laser device according to claim 1, wherein a higher-order transverse mode suppression structure provided in the middle of the electron path, or a region that avoids the electron and hole paths. A surface-emitting laser element comprising a plurality of high-order transverse mode suppression structures provided therein. 請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記活性層を構成するIII族元素として、Al,Ga,Inのうちの少なくとも1つを含み、また、前記活性層を構成するV族元素として、As,Pのうちの少なくとも1つを含み、発振波長が1.1μmよりも短波であることを特徴とする面発光レーザ素子。9. The surface-emitting laser device according to claim 1, wherein the active layer includes at least one of Al, Ga, and In as a group III element constituting the active layer. A surface-emitting laser element comprising at least one of As and P as a group V element constituting a layer and having an oscillation wavelength shorter than 1.1 μm. 請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記活性層を構成するIII族元素として、Ga,Inのうちの少なくとも1つを含み、また、前記活性層を構成するV族元素として、As,P,N,Sbのうちの少なくとも1つを含み、発振波長が1.1μmよりも長波であることを特徴とする面発光レーザ素子。9. The surface-emitting laser device according to claim 1, wherein the active layer includes at least one of Ga and In as a group III element constituting the active layer. A surface emitting laser element comprising at least one of As, P, N, and Sb as a constituent V element, and having an oscillation wavelength longer than 1.1 μm. 請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子により構成されていることを特徴とする面発光レーザアレイ。A surface-emitting laser array comprising the surface-emitting laser element according to any one of claims 1 to 10. 請求項11記載の面発光レーザアレイにおいて、前記面発光レーザアレイは、高次横モード抑制構造の非酸化領域の面積が相違することによって発振波長が異なる2種以上の面発光レーザ素子により構成されていることを特徴とする面発光レーザアレイ。12. The surface-emitting laser array according to claim 11, wherein the surface-emitting laser array is composed of two or more types of surface-emitting laser elements having different oscillation wavelengths due to different areas of non-oxidized regions of the high-order transverse mode suppression structure. A surface emitting laser array characterized by comprising: 請求項12記載の面発光レーザアレイにおいて、前記面発光レーザアレイを構成する個々の面発光レーザ素子は、2層以上の複数の高次横モード抑制構造を備えていることを特徴とする面発光レーザアレイ。13. The surface emitting laser array according to claim 12, wherein each of the surface emitting laser elements constituting the surface emitting laser array includes a plurality of higher-order transverse mode suppression structures having two or more layers. Laser array. 請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は、請求項11記載の面発光レーザアレイが用いられていることを特徴とする面発光レーザモジュール。A surface-emitting laser module, wherein the surface-emitting laser element according to claim 1 or the surface-emitting laser array according to claim 11 is used. 請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は、請求項11記載の面発光レーザアレイが書き込み光源として用いられていることを特徴とする電子写真システム。An electrophotographic system, wherein the surface emitting laser element according to any one of claims 1 to 10 or the surface emitting laser array according to claim 11 is used as a writing light source. 請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は、請求項11記載の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光インターコネクションシステム。An optical interconnection system, wherein the surface-emitting laser element according to any one of claims 1 to 10 or the surface-emitting laser array according to claim 11 is used as a light source. 請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は、請求項11記載の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光通信システム。An optical communication system, wherein the surface-emitting laser element according to any one of claims 1 to 10 or the surface-emitting laser array according to claim 11 is used as a light source. 請求項12または請求項13記載の面発光レーザアレイが光源として用いられることを特徴とする光通信システム。14. An optical communication system, wherein the surface emitting laser array according to claim 12 or 13 is used as a light source. 高次横モード抑制構造の非酸化領域の面積が相違することによって発振波長が異なる2種以上の面発光レーザ素子により構成されている面発光レーザアレイの製造方法であって、高次横モード制御層を含むメサの径を相違させることにより、高次横モード制御層の非酸化領域の面積を相違させることを特徴とする面発光レーザアレイの製造方法。A method of manufacturing a surface-emitting laser array including two or more types of surface-emitting laser elements having different oscillation wavelengths due to different areas of non-oxidized regions of a high-order transverse mode suppression structure. A method of manufacturing a surface emitting laser array, wherein the areas of non-oxidized regions of a high-order transverse mode control layer are made different by making the diameters of mesas including layers different.
JP2003202427A 2003-07-28 2003-07-28 Surface emitting laser element, method of manufacturing the same array, and module for surface emitting laser, electronic photography system, optical interconnection system, and optical communication system Pending JP2005044964A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003202427A JP2005044964A (en) 2003-07-28 2003-07-28 Surface emitting laser element, method of manufacturing the same array, and module for surface emitting laser, electronic photography system, optical interconnection system, and optical communication system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003202427A JP2005044964A (en) 2003-07-28 2003-07-28 Surface emitting laser element, method of manufacturing the same array, and module for surface emitting laser, electronic photography system, optical interconnection system, and optical communication system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005044964A true JP2005044964A (en) 2005-02-17

Family

ID=34262150

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003202427A Pending JP2005044964A (en) 2003-07-28 2003-07-28 Surface emitting laser element, method of manufacturing the same array, and module for surface emitting laser, electronic photography system, optical interconnection system, and optical communication system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005044964A (en)

Cited By (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006278572A (en) * 2005-03-28 2006-10-12 Fuji Xerox Co Ltd Multi-spot surface emitting laser and its manufacturing method
JP2006351798A (en) * 2005-06-15 2006-12-28 Fuji Xerox Co Ltd Tunnel junction type surface emitting semiconductor laser device and method of manufacturing same
JP2007095776A (en) * 2005-09-27 2007-04-12 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface emitting laser element and laser array
JP2007173514A (en) * 2005-12-22 2007-07-05 Fuji Xerox Co Ltd Optical information processing unit using large-diameter surface-emission semiconductor laser element
JP2007299895A (en) * 2006-04-28 2007-11-15 Ricoh Co Ltd Surface emitted laser element, surface emitted laser array having the same, electronic photographing system having surface emitted laser element or surface emitted laser array, optical interconnection system having surface emitted laser element or surface emitted laser array, and optical communication system having surface emitted laser element or surface emitted laser array
WO2007142184A1 (en) * 2006-06-08 2007-12-13 Sony Corporation Planar light emission semiconductor laser and its manufacturing method
JP2008034797A (en) * 2006-06-27 2008-02-14 Seiko Epson Corp Surface-emitting semiconductor laser
US7388893B2 (en) 2003-10-10 2008-06-17 Sony Corporation Vertical-cavity surface-emitting laser device array and method of manufacturing the same
JP2008543098A (en) * 2005-06-08 2008-11-27 ファイアカムズ・リミテッド Surface emitting optical device
US7466738B2 (en) 2004-10-13 2008-12-16 Ricoh Company, Ltd. Surface emitting laser device and production method
WO2009064018A1 (en) * 2007-11-14 2009-05-22 Ricoh Company, Ltd. Surface emitting laser, surface emitting laser array, optical scanning device, image forming apparatus, optical transmission module and optical transmission system
JP2010010646A (en) * 2007-11-14 2010-01-14 Ricoh Co Ltd Surface light-emitting laser, surface light-emitting laser array, optical scanning device, image forming apparatus, optical transmission module and optical transmission system
JP2010050496A (en) * 2006-06-27 2010-03-04 Seiko Epson Corp Surface-emitting type semiconductor laser
US7724799B2 (en) 2007-05-11 2010-05-25 Fuji Xerox Co., Ltd. VCSEL, optical device, light irradiation device, data processing device, light source, free space optical communication device, and optical transmission system
JP2010199217A (en) * 2009-02-24 2010-09-09 Fujitsu Ltd Multiwavelength laser element and method for manufacturing the same
CN101834408A (en) * 2009-03-09 2010-09-15 索尼公司 Semiconductor laser and manufacture method thereof
JP2011205006A (en) * 2010-03-26 2011-10-13 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor laser element and method of manufacturing the same
JP2011216557A (en) * 2010-03-31 2011-10-27 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface-emitting laser, surface-emitting laser array, light source, and optical module
JP2012044161A (en) * 2010-07-22 2012-03-01 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface emission laser, light source, and optical module
JP2012231178A (en) * 2005-11-30 2012-11-22 Ricoh Co Ltd Surface emitting laser element, surface emitting laser array having the same, electrophotographic system having surface emitting laser element or surface emitting laser array, and optical communication system having surface emitting laser element or surface emitting laser array
JP2013175712A (en) * 2012-01-24 2013-09-05 Fuji Xerox Co Ltd Surface emitting semiconductor laser, surface emitting semiconductor laser device, optical transmission device and information processor
JP2013201222A (en) * 2012-03-23 2013-10-03 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface-emitting laser element
US8824517B2 (en) 2005-11-30 2014-09-02 Ricoh Company, Ltd. Surface-emission laser devices, surface-emission laser array having the same, electrophotographic system and optical communication system
WO2015033649A1 (en) * 2013-09-03 2015-03-12 株式会社村田製作所 Vertical cavity surface emitting laser and method for manufacturing same
JP2015522217A (en) * 2012-07-11 2015-08-03 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ VCSEL with contact in cavity
CN107690737A (en) * 2015-06-09 2018-02-13 皇家飞利浦有限公司 Vertical cavity surface emitting laser
WO2018096850A1 (en) * 2016-11-24 2018-05-31 ソニー株式会社 Surface emitting laser and electronic device
EP3540879A1 (en) * 2018-03-15 2019-09-18 Koninklijke Philips N.V. Vertical cavity surface emitting laser device with integrated tunnel junction
CN112117638A (en) * 2019-06-21 2020-12-22 光环科技股份有限公司 Vertical resonant cavity surface emitting laser structure
JP2021022613A (en) * 2019-07-25 2021-02-18 住友電気工業株式会社 Surface emitting laser and manufacturing method thereof
WO2021192533A1 (en) * 2020-03-26 2021-09-30 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Vertical cavity surface emitting laser element, method for manufacturing vertical cavity surface emitting laser element, and photoelectric conversion device
WO2021192672A1 (en) * 2020-03-27 2021-09-30 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Surface-emitting laser, surface-emitting laser array, electronic apparatus, and method for manufacturing surface-emitting laser
WO2022044886A1 (en) * 2020-08-26 2022-03-03 ソニーグループ株式会社 Vertical-cavity surface-emitting laser element and method for manufacturing vertical-cavity surface-emitting laser element
KR20220089619A (en) * 2020-11-18 2022-06-28 저지앙 레이시스크 테크놀로지 컴퍼니 리미티드 Vcsel laser with multiple tunnel junctions and preparation method thereof
WO2022185765A1 (en) * 2021-03-03 2022-09-09 ソニーグループ株式会社 Surface-emitting laser and electronic device

Cited By (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7388893B2 (en) 2003-10-10 2008-06-17 Sony Corporation Vertical-cavity surface-emitting laser device array and method of manufacturing the same
US7760787B2 (en) 2004-10-13 2010-07-20 Ricoh Company, Ltd. Surface emitting laser device and production method
US7466738B2 (en) 2004-10-13 2008-12-16 Ricoh Company, Ltd. Surface emitting laser device and production method
JP2006278572A (en) * 2005-03-28 2006-10-12 Fuji Xerox Co Ltd Multi-spot surface emitting laser and its manufacturing method
JP2008543098A (en) * 2005-06-08 2008-11-27 ファイアカムズ・リミテッド Surface emitting optical device
JP2006351798A (en) * 2005-06-15 2006-12-28 Fuji Xerox Co Ltd Tunnel junction type surface emitting semiconductor laser device and method of manufacturing same
JP2007095776A (en) * 2005-09-27 2007-04-12 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface emitting laser element and laser array
JP2012231178A (en) * 2005-11-30 2012-11-22 Ricoh Co Ltd Surface emitting laser element, surface emitting laser array having the same, electrophotographic system having surface emitting laser element or surface emitting laser array, and optical communication system having surface emitting laser element or surface emitting laser array
US8824517B2 (en) 2005-11-30 2014-09-02 Ricoh Company, Ltd. Surface-emission laser devices, surface-emission laser array having the same, electrophotographic system and optical communication system
JP2007173514A (en) * 2005-12-22 2007-07-05 Fuji Xerox Co Ltd Optical information processing unit using large-diameter surface-emission semiconductor laser element
JP2007299895A (en) * 2006-04-28 2007-11-15 Ricoh Co Ltd Surface emitted laser element, surface emitted laser array having the same, electronic photographing system having surface emitted laser element or surface emitted laser array, optical interconnection system having surface emitted laser element or surface emitted laser array, and optical communication system having surface emitted laser element or surface emitted laser array
JP2008016824A (en) * 2006-06-08 2008-01-24 Sony Corp Surface emitting semiconductor laser, and method of fabricating the same
WO2007142184A1 (en) * 2006-06-08 2007-12-13 Sony Corporation Planar light emission semiconductor laser and its manufacturing method
US7920615B2 (en) 2006-06-08 2011-04-05 Sony Corporation Surface-emitting laser diode and method of manufacturing the same
CN101467314B (en) * 2006-06-08 2012-04-18 索尼株式会社 Planar light emission semiconductor laser and its manufacturing method
JP2008034797A (en) * 2006-06-27 2008-02-14 Seiko Epson Corp Surface-emitting semiconductor laser
JP2010050496A (en) * 2006-06-27 2010-03-04 Seiko Epson Corp Surface-emitting type semiconductor laser
US7724799B2 (en) 2007-05-11 2010-05-25 Fuji Xerox Co., Ltd. VCSEL, optical device, light irradiation device, data processing device, light source, free space optical communication device, and optical transmission system
US8208511B2 (en) 2007-11-14 2012-06-26 Ricoh Company, Ltd. Surface emitting laser, surface emitting laser array, optical scanning device, image forming apparatus, optical transmission module and optical transmission system
EP2210319A4 (en) * 2007-11-14 2015-08-12 Ricoh Co Ltd Surface emitting laser, surface emitting laser array, optical scanning device, image forming apparatus, optical transmission module and optical transmission system
WO2009064018A1 (en) * 2007-11-14 2009-05-22 Ricoh Company, Ltd. Surface emitting laser, surface emitting laser array, optical scanning device, image forming apparatus, optical transmission module and optical transmission system
KR101117018B1 (en) 2007-11-14 2012-03-21 가부시키가이샤 리코 Surface emitting laser, surface emitting laser array, optical scanning device, image forming apparatus, optical transmission module and optical transmission system
JP2010010646A (en) * 2007-11-14 2010-01-14 Ricoh Co Ltd Surface light-emitting laser, surface light-emitting laser array, optical scanning device, image forming apparatus, optical transmission module and optical transmission system
JP2010199217A (en) * 2009-02-24 2010-09-09 Fujitsu Ltd Multiwavelength laser element and method for manufacturing the same
US8509277B2 (en) 2009-02-24 2013-08-13 Fujitsu Limited Optical device
CN101834408A (en) * 2009-03-09 2010-09-15 索尼公司 Semiconductor laser and manufacture method thereof
JP2010212332A (en) * 2009-03-09 2010-09-24 Sony Corp Semiconductor laser and method of manufacturing the same
JP2011205006A (en) * 2010-03-26 2011-10-13 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor laser element and method of manufacturing the same
JP2011216557A (en) * 2010-03-31 2011-10-27 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface-emitting laser, surface-emitting laser array, light source, and optical module
JP2012044161A (en) * 2010-07-22 2012-03-01 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface emission laser, light source, and optical module
US8755422B2 (en) 2010-07-22 2014-06-17 Furukawa Electric Co., Ltd. Surface emitting laser, light source, and optical module
JP2013175712A (en) * 2012-01-24 2013-09-05 Fuji Xerox Co Ltd Surface emitting semiconductor laser, surface emitting semiconductor laser device, optical transmission device and information processor
JP2013201222A (en) * 2012-03-23 2013-10-03 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface-emitting laser element
JP2015522217A (en) * 2012-07-11 2015-08-03 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ VCSEL with contact in cavity
WO2015033649A1 (en) * 2013-09-03 2015-03-12 株式会社村田製作所 Vertical cavity surface emitting laser and method for manufacturing same
CN107690737A (en) * 2015-06-09 2018-02-13 皇家飞利浦有限公司 Vertical cavity surface emitting laser
CN111564754A (en) * 2015-06-09 2020-08-21 通快光电器件有限公司 Vertical cavity surface emitting laser
WO2018096850A1 (en) * 2016-11-24 2018-05-31 ソニー株式会社 Surface emitting laser and electronic device
JPWO2018096850A1 (en) * 2016-11-24 2019-10-17 ソニー株式会社 Surface emitting laser and electronic equipment
US11031752B2 (en) 2016-11-24 2021-06-08 Sony Corporation Surface-emitting laser and electronic apparatus
EP3540879A1 (en) * 2018-03-15 2019-09-18 Koninklijke Philips N.V. Vertical cavity surface emitting laser device with integrated tunnel junction
WO2019175399A1 (en) 2018-03-15 2019-09-19 Koninklijke Philips N.V. Vertical cavity surface emitting laser device with integrated tunnel junction
DE102019106644A1 (en) 2018-03-15 2019-09-19 Koninklijke Philips N.V. Vertical resonator surface emission laser device with integrated tunnel contact
FR3079080A1 (en) 2018-03-15 2019-09-20 Koninklijke Philips N.V. Vertical Cavity Surface Emitting Laser device with integrated tunnel junction
US20200403376A1 (en) * 2018-03-15 2020-12-24 Trumpf Photonic Components Gmbh Vertical cavity surface emitting laser device with integrated tunnel junction
CN112470352A (en) * 2018-03-15 2021-03-09 通快光电器件有限公司 Vertical cavity surface emitting laser device with integrated tunnel junction
CN112117638A (en) * 2019-06-21 2020-12-22 光环科技股份有限公司 Vertical resonant cavity surface emitting laser structure
JP2021022613A (en) * 2019-07-25 2021-02-18 住友電気工業株式会社 Surface emitting laser and manufacturing method thereof
US11539188B2 (en) 2019-07-25 2022-12-27 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Surface emitting laser and method of manufacturing the same
WO2021192533A1 (en) * 2020-03-26 2021-09-30 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Vertical cavity surface emitting laser element, method for manufacturing vertical cavity surface emitting laser element, and photoelectric conversion device
WO2021192672A1 (en) * 2020-03-27 2021-09-30 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Surface-emitting laser, surface-emitting laser array, electronic apparatus, and method for manufacturing surface-emitting laser
WO2022044886A1 (en) * 2020-08-26 2022-03-03 ソニーグループ株式会社 Vertical-cavity surface-emitting laser element and method for manufacturing vertical-cavity surface-emitting laser element
KR20220089619A (en) * 2020-11-18 2022-06-28 저지앙 레이시스크 테크놀로지 컴퍼니 리미티드 Vcsel laser with multiple tunnel junctions and preparation method thereof
KR102556555B1 (en) * 2020-11-18 2023-07-17 저지앙 레이시스크 테크놀로지 컴퍼니 리미티드 Vcsel laser with multiple tunnel junctions and preparation method thereof
WO2022185765A1 (en) * 2021-03-03 2022-09-09 ソニーグループ株式会社 Surface-emitting laser and electronic device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2005044964A (en) Surface emitting laser element, method of manufacturing the same array, and module for surface emitting laser, electronic photography system, optical interconnection system, and optical communication system
JP4537658B2 (en) Surface emitting laser element, surface emitting laser array using the surface emitting laser element, electrophotographic system, surface emitting laser module, optical communication system, optical interconnection system, and surface emitting laser element manufacturing method
US5903590A (en) Vertical-cavity surface-emitting laser device
JP5194432B2 (en) Surface emitting laser element
JP4919639B2 (en) Surface emitting laser element, surface emitting laser array, surface emitting laser element manufacturing method, surface emitting laser module, electrophotographic system, optical communication system, and optical interconnection system
KR102209647B1 (en) Implant regrowth VCSELs and VCSEL arrays with heterogeneous couplings of different VCSEL types
US20010043629A1 (en) Opto-electronic devices with multiple oxide apertures
JP7050124B2 (en) Flattening VCSEL and its fabrication method
US20070120206A1 (en) Semiconductor optical device having current-confined structure
US20070030873A1 (en) Polarization control in VCSELs using photonics crystals
US20050063440A1 (en) Epitaxial mode-confined vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) and method of manufacturing same
JPH05175615A (en) Lane light emission integrated element and manufacture thereof
US7295586B2 (en) Carbon doped GaAsSb suitable for use in tunnel junctions of long-wavelength VCSELs
US6888873B2 (en) Long wavelength VCSEL bottom mirror
US10992110B2 (en) VCSELS having mode control and device coupling
US20030156611A1 (en) GaAs/Al(Ga)As distributed bragg reflector on InP
JP4049585B2 (en) Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical interconnection system, and optical communication system
JP5522490B2 (en) Surface emitting laser element, surface emitting laser array including the same, electrophotographic system including surface emitting laser element or surface emitting laser array, and optical communication system including surface emitting laser element or surface emitting laser array
JP2004063634A (en) Semiconductor distributed bragg reflector, surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical communication system, and optical interconnection system
JP4680537B2 (en) Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical interconnection system, optical communication system, electrophotographic system, and optical disc system
Yang et al. Monolithic oxide-confined multiple-wavelength vertical-cavity surface-emitting laser arrays with a 57-nm wavelength grading range using an oxidized upper Bragg mirror
JP2002094187A (en) Semiconductor laser and optical communication system using it
KR20240043742A (en) Surface light-emitting device and method of manufacturing the surface light-emitting device
JP2006005324A (en) Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical interconnection system, optical communication system, electrophotographic system and optical disc system
JP2003324252A (en) Semiconductor distribution bragg reflector, surface- emitting semiconductor laser element, surface-emitting laser array, surface-emitting laser module, optical interconnection system, and optical communication system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051222

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090421

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090507

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090703

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100105