JP2005251852A - Vertical resonator type surface emitting laser - Google Patents

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JP2005251852A JP2004057592A JP2004057592A JP2005251852A JP 2005251852 A JP2005251852 A JP 2005251852A JP 2004057592 A JP2004057592 A JP 2004057592A JP 2004057592 A JP2004057592 A JP 2004057592A JP 2005251852 A JP2005251852 A JP 2005251852A
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Tetsuro Nishida
哲朗 西田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vertical resonator type surface emitting laser that can emit laser light which is further narrowed in irradiating angle. <P>SOLUTION: The vertical resonator type surface emitting laser 100 contains a substrate 101, a pair of mirrors 102 and 104 provided above the substrate 101, and an active layer 103 provided between the mirrors 102 and 104. The laser 100 also contains refractive-index matching layers 120 and 122 formed adjacently to the active layer 103. The refractive-index matching layers 120 and 122 have refractive-index changing areas at least in their portions. The refractive-index changing areas have refractive indexes between the refractive indexes of the active layer 103 and mirrors 102 and 104, and the refractive indexes change toward the mirrors 102 and 104 from the active layer 103 so that differences between the refractive indexes and those of the mirrors 102 and 104 may decrease. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、垂直共振器型面発光レーザに関する。   The present invention relates to a vertical cavity surface emitting laser.

面発光レーザは、基板に垂直にレーザ光を出射するレーザであり、端面型レーザに比べて扱いが容易で、しかも放射パターンが円形であることから、各種センサや光通信の光源として期待されている。面発光型レーザを各種センサや光通信に面発光型レーザを用いるときには、放射角の狭い放射パターンのレーザ光を得ることが望ましい場合がある。   A surface emitting laser is a laser that emits laser light perpendicular to a substrate, is easier to handle than an end-face laser, and has a circular radiation pattern, and is expected as a light source for various sensors and optical communications. Yes. When a surface emitting laser is used for various sensors or optical communication, it may be desirable to obtain a laser beam having a radiation pattern with a narrow radiation angle.

本発明の目的は、放射角のより狭いレーザ光を出射することが可能な垂直共振器型面発光レーザを提供する。   An object of the present invention is to provide a vertical cavity surface emitting laser capable of emitting laser light having a narrower emission angle.

本発明に係る垂直共振器型面発光レーザは、
基板と、
前記基板の上方に設けられた一対のミラーと、
前記一対のミラーの間に設けられた活性層と、
前記活性層に隣接して形成される屈折率整合層と
を含み、
前記屈折率整合層は、少なくとも一部に屈折率変化領域を有し、
前記屈折率変化領域は、前記活性層の屈折率と前記ミラーの屈折率との間の屈折率を有し、かつ前記活性層から前記ミラーに向かって、前記ミラーとの屈折率差が減少するように屈折率が変化する。
The vertical cavity surface emitting laser according to the present invention is
A substrate,
A pair of mirrors provided above the substrate;
An active layer provided between the pair of mirrors;
A refractive index matching layer formed adjacent to the active layer,
The refractive index matching layer has a refractive index changing region at least in part,
The refractive index changing region has a refractive index between the refractive index of the active layer and the refractive index of the mirror, and the refractive index difference from the mirror decreases from the active layer toward the mirror. The refractive index changes as follows.

本発明に係る垂直共振器型面発光レーザによれば、放射されるレーザ光の屈折角をより小さくし、放射角をより狭くすることができる。   According to the vertical cavity surface emitting laser of the present invention, the refraction angle of the emitted laser light can be made smaller and the radiation angle can be made narrower.

即ち、光は屈折率の異なる界面で屈折する特性を有し、界面間の屈折率差が大きいほど、屈折角は大きくなる。本発明に係る垂直共振器型面発光レーザは、活性層とミラーとの間に屈折率整合層を設けることにより、活性層とミラーとの界面の屈折率差を緩和することができるため、放射されるレーザ光の屈折角を小さくすることができる。従って放射されるレーザ光の放射角をより狭くすることができる。   That is, light has a characteristic of being refracted at interfaces having different refractive indexes, and the refraction angle increases as the difference in refractive index between the interfaces increases. The vertical cavity surface emitting laser according to the present invention can reduce the refractive index difference at the interface between the active layer and the mirror by providing a refractive index matching layer between the active layer and the mirror. The refraction angle of the emitted laser light can be reduced. Therefore, the radiation angle of the emitted laser light can be made narrower.

本発明に係る垂直共振器型面発光レーザにおいて、前記屈折率整合層は、コンファインメント層であることができる。   In the vertical cavity surface emitting laser according to the present invention, the refractive index matching layer may be a confinement layer.

本発明に係る垂直共振器型面発光レーザにおいて、前記屈折率変化領域は、前記屈折率が連続的に変化することができる。   In the vertical cavity surface emitting laser according to the present invention, the refractive index can be continuously changed in the refractive index changing region.

本発明に係る垂直共振器型面発光レーザによれば、屈折率変化領域において、屈折率を連続的に変化させることにより、ミラーと活性層との屈折率差をより小さくすることができる。   According to the vertical cavity surface emitting laser according to the present invention, the refractive index difference between the mirror and the active layer can be further reduced by continuously changing the refractive index in the refractive index changing region.

本発明に係る垂直共振器型面発光レーザにおいて、前記屈折率変化領域は、前記屈折率が段階的に変化することができる。   In the vertical cavity surface emitting laser according to the present invention, the refractive index of the refractive index changing region may change stepwise.

本発明に係る垂直共振器型面発光レーザにおいて、前記屈折率整合層は、その全体が前記屈折率変化領域であることができる。   In the vertical cavity surface emitting laser according to the present invention, the refractive index matching layer as a whole may be the refractive index changing region.

屈折率整合層は、その全体が屈折率変化領域であることにより、一部が屈折率変化領域である場合と比べて、積層方向の広い領域において、屈折率を変化させることができるため、より屈折率差を緩和することができる。   Since the refractive index matching layer as a whole is a refractive index changing region, the refractive index can be changed in a wide region in the stacking direction compared to the case where a part is a refractive index changing region. The refractive index difference can be relaxed.

本発明に係る垂直共振器型面発光レーザにおいて、前記屈折率整合層の屈折率は、当該屈折率整合層と前記活性層の隣接面において、前記活性層の屈折率と連続的であることができる。   In the vertical cavity surface emitting laser according to the present invention, the refractive index of the refractive index matching layer may be continuous with the refractive index of the active layer on the adjacent surfaces of the refractive index matching layer and the active layer. it can.

屈折率整合層の屈折率が、屈折率整合層と活性層の隣接面において、活性層の屈折率と連続的であることにより、活性層と屈折率整合層との界面における屈折率差を緩和することができる。   The refractive index of the refractive index matching layer is continuous with the refractive index of the active layer on the adjacent surface of the refractive index matching layer and the active layer, thereby reducing the refractive index difference at the interface between the active layer and the refractive index matching layer. can do.

本発明に係る垂直共振器型面発光レーザにおいて、前記屈折率整合層と前記ミラーとは、隣接しており、
前記屈折率整合層の屈折率は、前記屈折率整合層と前記ミラーの隣接面において、前記ミラーの屈折率と連続的であるであることができる。
In the vertical cavity surface emitting laser according to the present invention, the refractive index matching layer and the mirror are adjacent to each other,
The refractive index of the refractive index matching layer may be continuous with the refractive index of the mirror at adjacent surfaces of the refractive index matching layer and the mirror.

屈折率整合層の屈折率が、屈折率整合層とミラーの隣接面において、ミラーの屈折率と連続的であることにより、屈折率整合層とミラーとの界面における屈折率差を緩和することができる。   Since the refractive index of the refractive index matching layer is continuous with the refractive index of the mirror at the adjacent surface of the refractive index matching layer and the mirror, the refractive index difference at the interface between the refractive index matching layer and the mirror can be reduced. it can.

本発明に係る垂直共振器型面発光レーザにおいて、 前記ミラーは、複数の層を有する多層反射膜であり、
前記複数の層のうち少なくとも一の層は、屈折率が変化するミラー屈折率整合層であり、
前記ミラー屈折率整合層は、当該ミラー屈折率整合層から隣接する他の層に向かって、前記他の層との屈折率差が減少するように屈折率が変化することができる。
In the vertical cavity surface emitting laser according to the present invention, the mirror is a multilayer reflective film having a plurality of layers,
At least one of the plurality of layers is a mirror refractive index matching layer whose refractive index changes,
The mirror refractive index matching layer may change its refractive index from the mirror refractive index matching layer toward another adjacent layer so that a difference in refractive index from the other layer decreases.

これにより、ミラーの層間の屈折率差を緩和することができるため、レーザ光の放射角をより狭くすることができる。   Thereby, since the difference in refractive index between the mirror layers can be relaxed, the radiation angle of the laser beam can be made narrower.

本発明に係る垂直共振器型面発光レーザにおいて、前記屈折率変化領域は、AlGaAs層からなり、
前記屈折率変化領域のAl組成比を変化させることで、屈折率を変化させることができる。
In the vertical cavity surface emitting laser according to the present invention, the refractive index change region is an AlGaAs layer,
The refractive index can be changed by changing the Al composition ratio in the refractive index changing region.

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら述べる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

1.デバイスの構造
1−1.全体構造
図1は、本発明を適用した本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザ100を模式的に示す平面図であり、図2は図1のA−A線に沿った断面図である。
1. Device structure 1-1. Overall Structure FIG. 1 is a plan view schematically showing a vertical cavity surface emitting laser 100 according to the present embodiment to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. It is.

図1および図2に示すように、本実施の形態の垂直共振器型面発光レーザ100は、半導体基板(本実施の形態ではGaAs基板)101と、半導体基板101上に形成された垂直共振器(以下「共振器」という)140と、第1電極107と、第2電極109とを含む。共振器140は、第1ミラー102と、n型コンファインメント層122と、活性層103と、p型コンファインメント層120と、第2ミラー104とを有する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the vertical cavity surface emitting laser 100 of the present embodiment includes a semiconductor substrate (GaAs substrate in the present embodiment) 101 and a vertical resonator formed on the semiconductor substrate 101. (Hereinafter referred to as “resonator”) 140, first electrode 107, and second electrode 109. The resonator 140 includes a first mirror 102, an n-type confinement layer 122, an active layer 103, a p-type confinement layer 120, and a second mirror 104.

次に、この垂直共振器型面発光レーザ100の各構成要素について述べる。   Next, each component of the vertical cavity surface emitting laser 100 will be described.

第1ミラー102および第2ミラー104は、たとえば、半導体多層膜からなる分布ブラッグ反射型ミラー(DBR)である。活性層103は、第1バリア層1032と、井戸層1034と、第2バリア層1036とを有する(図3参照)。第1バリア層1032および第2バリア層1036は、AlGaAsからなり、井戸層1034は、GaAsからなる。活性層103は、量子井戸構造(単一量子井戸であってもよいし、多重量子井戸であってもよい)を有する。第2ミラー104は、たとえば、C、Zn、あるいはMgなどがドーピングされることによりp型にされ、第1ミラー102は、たとえば、Si、あるいはSeなどがドーピングされることによりn型にされている。したがって、第2ミラー104、不純物がドーピングされていない活性層103、および第1ミラー102により、pinダイオードが形成される。   The first mirror 102 and the second mirror 104 are, for example, distributed Bragg reflection type mirrors (DBR) made of a semiconductor multilayer film. The active layer 103 includes a first barrier layer 1032, a well layer 1034, and a second barrier layer 1036 (see FIG. 3). The first barrier layer 1032 and the second barrier layer 1036 are made of AlGaAs, and the well layer 1034 is made of GaAs. The active layer 103 has a quantum well structure (a single quantum well or a multiple quantum well). The second mirror 104 is made p-type by doping with C, Zn, Mg, or the like, for example, and the first mirror 102 is made n-type by doping with Si, Se, or the like, for example. Yes. Therefore, a pin diode is formed by the second mirror 104, the active layer 103 not doped with impurities, and the first mirror 102.

p型コンファインメント層120およびn型コンファインメント層122、ならびに第1ミラー102および第2ミラー104の詳細については、後で述べる。   Details of the p-type confinement layer 120 and the n-type confinement layer 122, and the first mirror 102 and the second mirror 104 will be described later.

第2ミラー104、p型コンファインメント層120、活性層103およびn型コンファインメント層122の一部は、柱状の半導体堆積体(以下「柱状部」という)130を構成している。柱状部130の側面は埋込み絶縁層106で覆われている。   The second mirror 104, the p-type confinement layer 120, the active layer 103, and a part of the n-type confinement layer 122 constitute a columnar semiconductor deposited body (hereinafter referred to as “columnar portion”) 130. The side surface of the columnar portion 130 is covered with a buried insulating layer 106.

柱状部130を構成する層のうちp型コンファインメント層120に近い領域に、電流狭窄層として機能する絶縁層105が形成されていてもよい。この絶縁層105は、柱状部130の周縁に沿ったリング形状を有することができる。また、電流狭窄用の絶縁層105は、たとえば酸化アルミニウムからなる。   An insulating layer 105 functioning as a current confinement layer may be formed in a region close to the p-type confinement layer 120 among the layers constituting the columnar portion 130. The insulating layer 105 can have a ring shape along the periphery of the columnar portion 130. The current confinement insulating layer 105 is made of, for example, aluminum oxide.

本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザ100においては、柱状部130の側面を覆うようにして、埋込み絶縁層106が形成されている。埋込み絶縁層106を構成する樹脂は、たとえば、ポリイミド樹脂、フッ素系樹脂、アクリル樹脂、またはエポキシ樹脂などを用いることができ、特に、加工の容易性や絶縁性の観点から、ポリイミド樹脂またはフッ素系樹脂であるのが望ましい。   In the vertical cavity surface emitting laser 100 according to the present embodiment, the buried insulating layer 106 is formed so as to cover the side surface of the columnar portion 130. As the resin constituting the embedded insulating layer 106, for example, a polyimide resin, a fluorine resin, an acrylic resin, an epoxy resin, or the like can be used. In particular, from the viewpoint of ease of processing and insulation, a polyimide resin or a fluorine resin can be used. A resin is desirable.

柱状部130および埋込み絶縁層106の上には、第1電極107が形成されている。第1電極107における柱状部130上の開口部は、レーザ光の出射面108となる。第1電極107は、たとえばAuとZnの合金とAuとの積層膜からなる。さらに、半導体基板101の裏面には、第2電極109が形成されている。第2電極109は、たとえばAuとGeの合金とAuとの積層膜からなる。すなわち、図1および図2に示す垂直共振器型面発光レーザ100では、柱状部130上で第1電極107は第2ミラー104と接合し、かつ、第2電極109は半導体基板101と接合している。この第1電極107および第2電極109によって活性層103に電流が注入される。   A first electrode 107 is formed on the columnar part 130 and the buried insulating layer 106. The opening on the columnar portion 130 in the first electrode 107 serves as a laser beam emission surface 108. The first electrode 107 is made of, for example, a laminated film of an alloy of Au and Zn and Au. Further, a second electrode 109 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 101. The second electrode 109 is made of, for example, a laminated film of an alloy of Au and Ge and Au. That is, in the vertical cavity surface emitting laser 100 shown in FIGS. 1 and 2, the first electrode 107 is joined to the second mirror 104 and the second electrode 109 is joined to the semiconductor substrate 101 on the columnar portion 130. ing. Current is injected into the active layer 103 by the first electrode 107 and the second electrode 109.

第1および第2電極107,109を形成するための材料は、前述したものに限定されるわけではなく、密着性強化、拡散防止、あるいは酸化防止などのために必要に応じて、たとえばCr、Ti、Ni、Au、あるいはPtなどの金属やこれらの合金などが利用可能である。   The materials for forming the first and second electrodes 107 and 109 are not limited to those described above. For example, Cr, Metals such as Ti, Ni, Au, or Pt, and alloys thereof can be used.

1−2.次に本発明の特徴的部分である一対のミラーおよびコンファインメント層の詳細について、図3および図4を用いて説明する。   1-2. Next, details of the pair of mirrors and the confinement layer, which are characteristic parts of the present invention, will be described with reference to FIGS.

図3は、図2の符号Bで示す部分、即ち半導体基板101から上方に向かって、第1ミラー102、n型コンファインメント層122、活性層103、p型コンファインメント層120および第2ミラー104の詳細を示す図である。図4は、図2の符号B部分の積層方向における屈折率の概略を示す図である。   FIG. 3 shows the first mirror 102, the n-type confinement layer 122, the active layer 103, the p-type confinement layer 120, and the second mirror 104 from the portion indicated by the symbol B in FIG. FIG. FIG. 4 is a diagram showing an outline of the refractive index in the stacking direction of the portion B in FIG.

ここで、ミラーおよびコンファインメント層は、たとえばAlGaAsからなり、Al組成比を変更することによって、屈折率を変化させることができる。   Here, the mirror and the confinement layer are made of, for example, AlGaAs, and the refractive index can be changed by changing the Al composition ratio.

1−2−1.ミラー
第1ミラー102および第2ミラー104は、複数の膜を有する多層反射膜である。第1ミラー102は、第1ミラー屈折率整合層1030と、n型Al0.9Ga0.1As層1022と、第2ミラー屈折率整合層1026と、n型Al0.15Ga0.85As層1024と、第3ミラー屈折率整合層1028とを有する。以下、下層から順に説明する。
1-2-1. Mirror The first mirror 102 and the second mirror 104 are multilayer reflective films having a plurality of films. The first mirror 102 includes a first mirror refractive index matching layer 1030, an n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022, a second mirror refractive index matching layer 1026, an n-type Al 0.15 Ga 0.85 As layer 1024, and a third mirror. And a mirror refractive index matching layer 1028. Hereinafter, description will be made in order from the lower layer.

第1ミラー屈折率整合層1030は、第1ミラー102の最下層である、n型Al0.9Ga0.1As層1022と半導体基板101(GaAs基板)との間に形成されている。 The first mirror refractive index matching layer 1030 is formed between the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022 which is the lowermost layer of the first mirror 102 and the semiconductor substrate 101 (GaAs substrate).

図4に示すように、第1ミラー屈折率整合層1030は、半導体基板101との隣接面、およびn型Al0.9Ga0.1As層1022との隣接面において屈折率が連続的になるように形成されている。また第1ミラー屈折率整合層1030は、半導体基板101からn型Al0.9Ga0.1As層1022へ向かって、屈折率が連続的に減少するように形成されている。 As shown in FIG. 4, the first mirror refractive index matching layer 1030 is formed so that the refractive index is continuous on the adjacent surface to the semiconductor substrate 101 and the adjacent surface to the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022. Has been. The first mirror refractive index matching layer 1030 is formed such that the refractive index continuously decreases from the semiconductor substrate 101 toward the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022.

ここで屈折率の減少は、直線的な減少であってもよいし、たとえば2次関数や3角関数曲線のような曲線的な減少であってもよい。また図示の例では、第1ミラー屈折率整合層1030の屈折率は、連続的に減少しているが、段階的に減少してもよい。   Here, the decrease in the refractive index may be a linear decrease, or may be a curvilinear decrease such as a quadratic function or a triangular function curve. In the illustrated example, the refractive index of the first mirror refractive index matching layer 1030 continuously decreases, but may decrease stepwise.

上述したように、第1ミラー屈折率整合層1030は、AlGaAsからなるため、Alの組成比を変化させることによって、屈折率を変化させることができる。上述したように屈折率を変化させるためには、第1ミラー屈折率整合層1030のAl組成比は、半導体基板101のAl組成比から、上方に向かって、n型Al0.9Ga0.1As層1022のAl組成比まで連続的に増加するように設定される。 As described above, since the first mirror refractive index matching layer 1030 is made of AlGaAs, the refractive index can be changed by changing the Al composition ratio. In order to change the refractive index as described above, the Al composition ratio of the first mirror refractive index matching layer 1030 is changed upward from the Al composition ratio of the semiconductor substrate 101 by the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022. It is set so as to continuously increase up to the Al composition ratio.

このように、垂直共振器型面発光レーザ100は、第1ミラー屈折率整合層1030を有さない場合と比べて、半導体基板101とn型Al0.9Ga0.1As層1022との間の屈折率の不連続を小さくすることができるため、レーザ光の放射角を狭くすることができる。 As described above, the vertical cavity surface emitting laser 100 has a refractive index between the semiconductor substrate 101 and the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022 as compared with the case where the first mirror refractive index matching layer 1030 is not provided. Since the discontinuity can be reduced, the radiation angle of the laser light can be reduced.

第2ミラー屈折率整合層1026は、n型Al0.9Ga0.1As層1022と、n型Al0.15Ga0.85As層1024との間に形成されている。 The second mirror refractive index matching layer 1026 is formed between the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022 and the n-type Al 0.15 Ga 0.85 As layer 1024.

図4に示すように、第2ミラー屈折率整合層1026は、n型Al0.9Ga0.1As層1022との隣接面、およびn型Al0.15Ga0.85As層1024との隣接面において、屈折率が連続的になるように形成される。また第2ミラー屈折率整合層1026は、n型Al0.9Ga0.1As層1022からn型Al0.15Ga0.85As層1024へ向かって、屈折率が連続的に増加するように形成されている。 As shown in FIG. 4, the second mirror refractive index matching layer 1026 has a refractive index on the adjacent surface to the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022 and the adjacent surface to the n-type Al 0.15 Ga 0.85 As layer 1024. It is formed to be continuous. The second mirror refractive index matching layer 1026 is formed so that the refractive index continuously increases from the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022 toward the n-type Al 0.15 Ga 0.85 As layer 1024.

ここで屈折率の増加は、直線的な増加であってもよいし、たとえば2次関数や3角関数曲線のような曲線的な増加であってもよい。また図示の例では、第2ミラー屈折率整合層1026の屈折率は、連続的に増加しているが、段階的に増加してもよい。   Here, the increase in the refractive index may be a linear increase, or may be a curvilinear increase such as a quadratic function or a triangular function curve. In the example shown in the drawing, the refractive index of the second mirror refractive index matching layer 1026 increases continuously, but may increase stepwise.

上述したように、第2ミラー屈折率整合層1026は、AlGaAsからなるため、Alの組成比を変化させることによって、屈折率を変化させることができる。上述したように屈折率を変化させるためには、第2ミラー屈折率整合層1026のAl組成比は、n型Al0.9Ga0.1As層1022からn型Al0.15Ga0.85As層1024へ向かって、連続的に減少するように設定される。 As described above, since the second mirror refractive index matching layer 1026 is made of AlGaAs, the refractive index can be changed by changing the Al composition ratio. In order to change the refractive index as described above, the Al composition ratio of the second mirror refractive index matching layer 1026 is changed from the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022 to the n-type Al 0.15 Ga 0.85 As layer 1024. It is set to decrease continuously.

第3ミラー屈折率整合層1028は、n型Al0.15Ga0.85As層1024と、n型Al0.9Ga0.1As層1022との間に形成されている。 The third mirror refractive index matching layer 1028 is formed between the n-type Al 0.15 Ga 0.85 As layer 1024 and the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022.

第3ミラー屈折率整合層1028は、n型Al0.15Ga0.85As層1024との隣接面、およびn型Al0.9Ga0.1As層1022との隣接面において、屈折率が連続的になるように形成されている。また第3ミラー屈折率整合層1028は、n型Al0.15Ga0.85As層1024からn型Al0.9Ga0.1As層1022へ向かって、屈折率が連続的に減少するように形成されている。 The third mirror refractive index matching layer 1028 is formed so that the refractive index is continuous on the adjacent surface to the n-type Al 0.15 Ga 0.85 As layer 1024 and the adjacent surface to the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022. Has been. The third mirror refractive index matching layer 1028 is formed so that the refractive index continuously decreases from the n-type Al 0.15 Ga 0.85 As layer 1024 toward the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022.

ここで屈折率の減少は、直線的な減少であってもよいし、たとえば2次関数や3角関数曲線のような曲線的な減少であってもよい。また図示の例では、第3ミラー屈折率整合層1028の屈折率は、連続的に減少しているが、段階的に減少してもよい。   Here, the decrease in the refractive index may be a linear decrease, or may be a curvilinear decrease such as a quadratic function or a triangular function curve. In the example shown in the figure, the refractive index of the third mirror refractive index matching layer 1028 continuously decreases, but may decrease stepwise.

上述したように、第3ミラー屈折率整合層1028は、AlGaAsからなるため、Alの組成比を変化させることによって、屈折率を変化させることができる。上述したように屈折率を変化させるためには、第3ミラー屈折率整合層1028のAl組成比は、n型Al0.15Ga0.85As層1024からn型Al0.9Ga0.1As層1022へ向かって、連続的に増加するように設定される。 As described above, since the third mirror refractive index matching layer 1028 is made of AlGaAs, the refractive index can be changed by changing the Al composition ratio. In order to change the refractive index as described above, the Al composition ratio of the third mirror refractive index matching layer 1028 is changed from the n-type Al 0.15 Ga 0.85 As layer 1024 to the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022. It is set to increase continuously.

第1ミラー102は、上述したように最下層に第1ミラー屈折率整合層1030を有し、その上にn型Al0.9Ga0.1As層1022と、第2ミラー屈折率整合層1026と、n型Al0.15Ga0.85As層1024と、第3ミラー屈折率整合層1028とを積層した層1020をたとえば40ペア積層して形成される。 As described above, the first mirror 102 has the first mirror refractive index matching layer 1030 in the lowermost layer, and the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022, the second mirror refractive index matching layer 1026, and n For example, 40 pairs of the layer 1020 in which the type Al 0.15 Ga 0.85 As layer 1024 and the third mirror refractive index matching layer 1028 are stacked are stacked.

このように、本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザ100は、第2ミラー屈折率整合層1026と、第3ミラー屈折率整合層1028とを有することにより、n型Al0.15Ga0.85As層1024とn型Al0.9Ga0.1As層1022との界面における屈折率差が緩和されている。一方、光は屈折率の異なる界面で屈折する特性を有し、界面間の屈折率差が大きいほど、屈折角は大きくなる。従って、本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザ100は、第2ミラー屈折率整合層1026と、第3ミラー屈折率整合層1028とを有さない場合と比べて、垂直共振器型面発光レーザ100から放射されるレーザ光の屈折角をより小さくし、放射角をより狭くすることができる。 As described above, the vertical cavity surface emitting laser 100 according to the present embodiment includes the second mirror refractive index matching layer 1026 and the third mirror refractive index matching layer 1028, so that the n-type Al 0.15 Ga 0.85 is provided. The refractive index difference at the interface between the As layer 1024 and the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022 is relaxed. On the other hand, light has a characteristic of being refracted at interfaces having different refractive indexes. Therefore, the vertical cavity surface emitting laser 100 according to the present embodiment has a vertical cavity type as compared with the case where the second mirror refractive index matching layer 1026 and the third mirror refractive index matching layer 1028 are not provided. The refraction angle of the laser light emitted from the surface emitting laser 100 can be made smaller, and the emission angle can be made narrower.

第2ミラー104は、半導体基板101と隣接する第1ミラー屈折率整合層1030を有さない点と、p型にドーピングされている点で、n型にドーピングされている第1ミラー102と異なるが、層間に第1ミラー102と同様のミラー屈折率整合層を有し、同様の周期構造を有する点で共通するため、説明を省略する。   The second mirror 104 is different from the n-type doped first mirror 102 in that it does not have the first mirror refractive index matching layer 1030 adjacent to the semiconductor substrate 101 and is p-type doped. However, since it has the same mirror refractive index matching layer as the first mirror 102 between layers and has the same periodic structure, the description is omitted.

1−2−2.コンファインメント層
次にn型コンファインメント層122およびp型コンファインメント層120について説明する。
1-2-2. Confinement Layer Next, the n-type confinement layer 122 and the p-type confinement layer 120 will be described.

まず、n型コンファインメント層122について説明する。n型コンファインメント層122は、第1ミラー102と活性層103の間に形成される。また図4に示すように、n型コンファインメント層122は、活性層103の屈折率と第1ミラー102の屈折率の間の屈折率を有する。また、n型コンファインメント層122は、活性層103から第1ミラー102に向かって、第1ミラー102との屈折率差が減少するように屈折率が変化する。   First, the n-type confinement layer 122 will be described. The n-type confinement layer 122 is formed between the first mirror 102 and the active layer 103. As shown in FIG. 4, the n-type confinement layer 122 has a refractive index between the refractive index of the active layer 103 and the refractive index of the first mirror 102. In addition, the refractive index of the n-type confinement layer 122 changes from the active layer 103 toward the first mirror 102 so that the difference in refractive index from the first mirror 102 decreases.

具体的には図3に示すように、第1ミラー102の最上層には、n型Al0.9Ga0.1As層1022が設けられ、活性層103の最下層には、第1バリア層1032が設けられている。屈折率については、図4に示すように、n型コンファインメント層122は、n型Al0.9Ga0.1As層1022との隣接面および第1バリア層1032との隣接面において屈折率が連続的である。また、第1バリア層1032からn型Al0.9Ga0.1As層1022に向かって、n型Al0.9Ga0.1As層1022との屈折率差が連続的に減少するように、屈折率が変化する。そして、図4に示すように、第1バリア層1032の屈折率は、n型Al0.9Ga0.1As層1022より高い屈折率であるため、n型コンファインメント層122の屈折率は、上方に向かって連続的に増加する。 Specifically, as shown in FIG. 3, an n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022 is provided on the uppermost layer of the first mirror 102, and a first barrier layer 1032 is provided on the lowermost layer of the active layer 103. It has been. As for the refractive index, as shown in FIG. 4, the n-type confinement layer 122 has a continuous refractive index on the adjacent surface to the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022 and the adjacent surface to the first barrier layer 1032. is there. Further, the refractive index changes so that the refractive index difference from the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022 continuously decreases from the first barrier layer 1032 toward the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022. As shown in FIG. 4, since the refractive index of the first barrier layer 1032 is higher than that of the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022, the refractive index of the n-type confinement layer 122 is directed upward. Increase continuously.

ここで屈折率の増加は、直線的な増加であってもよいし、たとえば2次関数や3角関数曲線のような曲線的な増加であってもよい。また図示の例では、n型コンファインメント層122の屈折率は、連続的に増加しているが、段階的に増加してもよい。   Here, the increase in the refractive index may be a linear increase, or may be a curvilinear increase such as a quadratic function or a triangular function curve. In the illustrated example, the refractive index of the n-type confinement layer 122 increases continuously, but may increase stepwise.

上述したように、第3ミラー屈折率整合層1028は、AlGaAsからなるため、Alの組成比を変化させることによって、屈折率を変化させることができる。上述したように屈折率を変化させるためには、n型コンファインメント層122のAl組成比は、n型Al0.9Ga0.1As層1022から第1バリア層1032に向かって連続的に減少するように設定される。 As described above, since the third mirror refractive index matching layer 1028 is made of AlGaAs, the refractive index can be changed by changing the Al composition ratio. As described above, in order to change the refractive index, the Al composition ratio of the n-type confinement layer 122 is continuously decreased from the n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022 toward the first barrier layer 1032. Is set.

続いてp型コンファインメント層120について説明する。p型コンファインメント層120は、図3に示すように、活性層103と第2ミラー104の間に形成され、活性層103と第2ミラー104の間の屈折率を有する。図4に示すようにp型コンファインメント層120は、第2ミラー104から活性層103に向かって、活性層103との屈折率差が減少するように屈折率が変化する。   Next, the p-type confinement layer 120 will be described. As shown in FIG. 3, the p-type confinement layer 120 is formed between the active layer 103 and the second mirror 104 and has a refractive index between the active layer 103 and the second mirror 104. As shown in FIG. 4, the refractive index of the p-type confinement layer 120 changes from the second mirror 104 toward the active layer 103 so that the refractive index difference from the active layer 103 decreases.

具体的には図3に示すように、活性層103の最上層には、第2バリア層1036が設けられ、第2ミラー104の最下層には、p型Al0.9Ga0.1As層1042が設けられている。屈折率については、図4に示すように、p型コンファインメント層120は、第2バリア層1036との隣接面およびp型Al0.9Ga0.1As層1042との隣接面において屈折率が連続的である。またp型コンファインメント層120は、p型Al0.9Ga0.1As層1042から第2バリア層1036に向かって、第2バリア層1036との屈折率差が減少するように屈折率が変化する。図4に示すように、p型Al0.9Ga0.1As層1042の屈折率は、第2バリア層1036の屈折率より低い屈折率であるため、p型コンファインメント層120の屈折率は、上方に向かって連続的に減少する。 Specifically, as shown in FIG. 3, a second barrier layer 1036 is provided on the uppermost layer of the active layer 103, and a p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1042 is provided on the lowermost layer of the second mirror 104. It has been. As for the refractive index, as shown in FIG. 4, the p-type confinement layer 120 has a continuous refractive index on the adjacent surface to the second barrier layer 1036 and the adjacent surface to the p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1042. is there. The p-type confinement layer 120 changes in refractive index from the p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1042 toward the second barrier layer 1036 so that the difference in refractive index from the second barrier layer 1036 decreases. As shown in FIG. 4, since the refractive index of the p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1042 is lower than the refractive index of the second barrier layer 1036, the refractive index of the p-type confinement layer 120 is upward. It decreases continuously.

ここで屈折率の減少は、直線的な減少であってもよいし、たとえば2次関数や3角関数曲線のような曲線的な減少であってもよい。また図示の例では、p型コンファインメント層120の屈折率は、連続的に減少しているが、段階的に減少してもよい。   Here, the decrease in the refractive index may be a linear decrease, or may be a curvilinear decrease such as a quadratic function or a triangular function curve. In the example shown in the figure, the refractive index of the p-type confinement layer 120 continuously decreases, but may decrease stepwise.

なお、第1ミラー102、n型コンファインメント層122、活性層103、p型コンファインメント層120、および第2ミラー104を構成する各層の組成および層数はこれに限定されるわけではない。   Note that the composition and the number of layers of the first mirror 102, the n-type confinement layer 122, the active layer 103, the p-type confinement layer 120, and the second mirror 104 are not limited to this.

2.デバイスの動作および作用効果
本実施の形態の垂直共振器型面発光レーザ100の一般的な動作を以下に示す。なお、下記の垂直共振器型面発光レーザ100の駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
2. Operation and Effect of Device A general operation of the vertical cavity surface emitting laser 100 according to the present embodiment will be described below. The following method for driving the vertical cavity surface emitting laser 100 is an example, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

まず、第1電極107と第2電極109とで、pinダイオードに順方向の電圧を印加すると、活性層103において、電子と正孔との再結合が起こり、かかる再結合による発光が生じる。そこで生じた光が第2ミラー104と第1ミラー102との間を往復する際に誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。光利得が光損失を上まわると、レーザ発振が起こり、柱状部130上面にある出射面108から、半導体基板101に対して垂直方向にレーザ光が出射される。   First, when a forward voltage is applied to the pin diode between the first electrode 107 and the second electrode 109, recombination of electrons and holes occurs in the active layer 103, and light emission due to such recombination occurs. Stimulated emission occurs when the generated light reciprocates between the second mirror 104 and the first mirror 102, and the light intensity is amplified. When the optical gain exceeds the optical loss, laser oscillation occurs, and laser light is emitted in a direction perpendicular to the semiconductor substrate 101 from the emission surface 108 on the upper surface of the columnar portion 130.

そして垂直共振器型面発光レーザ100は、以下のような特徴を有する。レーザ光は、屈折率の異なる界面で屈折する特性を有し、界面間の屈折率差が大きいほど、屈折角は大きくなる。本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザ100では、図3および図4に示すように、n型コンファインメント層122を有しているため、第1ミラー102と活性層103の間において、屈折率が連続的に変化している。従って、n型コンファインメント層122を有さない場合と比べて、界面間の屈折率差が小さいため、屈折角が小さい。よって、垂直共振器型面発光レーザ100から出射されるレーザ光の放射角が広がらないようにすることができる。   The vertical cavity surface emitting laser 100 has the following characteristics. Laser light has the property of being refracted at interfaces having different refractive indexes, and the refraction angle increases as the difference in refractive index between the interfaces increases. Since the vertical cavity surface emitting laser 100 according to the present embodiment has an n-type confinement layer 122 as shown in FIGS. 3 and 4, it is between the first mirror 102 and the active layer 103. The refractive index changes continuously. Therefore, compared with the case where the n-type confinement layer 122 is not provided, the refractive index difference between the interfaces is small, and thus the refraction angle is small. Therefore, it is possible to prevent the radiation angle of the laser light emitted from the vertical cavity surface emitting laser 100 from being widened.

活性層103と第2ミラー104間におけるp型コンファインメント層120についても、n型コンファインメント層122と同様の効果が得られる。   For the p-type confinement layer 120 between the active layer 103 and the second mirror 104, the same effect as that of the n-type confinement layer 122 is obtained.

また第1ミラー102および第2ミラー104にミラー屈折率整合層を設けることにより、ミラーを構成する層間の屈折率差を緩和することができる。従って、レーザ光の放射角をより広がらないようにすることができる。   Further, by providing a mirror refractive index matching layer on the first mirror 102 and the second mirror 104, a difference in refractive index between layers constituting the mirror can be reduced. Therefore, it is possible to prevent the radiation angle of the laser light from becoming wider.

3.デバイスの製造方法
次に、本発明を適用した本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザ100の製造方法の一例について、図5〜図8を用いて述べる。図5〜図8は、図1〜図3に示す本実施の形態の垂直共振器型面発光レーザ100の製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図2に示す断面に対応している。
3. Device Manufacturing Method Next, an example of a method for manufacturing the vertical cavity surface emitting laser 100 according to the present embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 5 to 8 are cross-sectional views schematically showing the manufacturing process of the vertical cavity surface emitting laser 100 of the present embodiment shown in FIGS. 1 to 3, corresponding to the cross sections shown in FIG. Yes.

(1)まず、n型GaAsからなる半導体基板101の表面に、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、図5に示すように、半導体多層膜150を形成する。ここで、半導体多層膜150は、第1ミラー102と、n型コンファインメント層122と、GaAs井戸層1034とAl0.3Ga0.7Asバリア層からなり、3層で構成される量子井戸構造を含む活性層103と、p型コンファインメント層120と、第2ミラー104とからなる。これらの層を順に半導体基板101上に積層させることにより、半導体多層膜150が形成される。 (1) First, a semiconductor multilayer film 150 is formed on the surface of a semiconductor substrate 101 made of n-type GaAs by epitaxial growth while modulating the composition, as shown in FIG. Here, the semiconductor multilayer film 150 is composed of a first mirror 102, an n-type confinement layer 122, a GaAs well layer 1034, and an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer, and includes an active structure including a quantum well structure composed of three layers. It consists of a layer 103, a p-type confinement layer 120, and a second mirror 104. By laminating these layers on the semiconductor substrate 101 in order, the semiconductor multilayer film 150 is formed.

第1ミラー102は、たとえば最下層に第1ミラー屈折率整合層1030を有し、その上部に、n型Al0.9Ga0.1As層1022、第2ミラー屈折率整合層1026、n型Al0.15Ga0.85As層1024、および第3ミラー屈折率整合層1028を1ペアとして周期的に積層した40ペアの多層反射膜である。 The first mirror 102 has, for example, a first mirror refractive index matching layer 1030 in the lowermost layer, and an n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 1022, a second mirror refractive index matching layer 1026, and an n-type Al 0.15 Ga on the top. This is a 40-pair multilayer reflective film in which 0.85 As layer 1024 and third mirror refractive index matching layer 1028 are periodically stacked as one pair.

第2ミラー104は、第1ミラー102と同様に、p型Al0.9Ga0.1As層とp型Al0.15Ga0.85As層との間に2種のミラー屈折率整合層を有する25ペアの多層反射膜である。 Similar to the first mirror 102, the second mirror 104 has 25 pairs of multilayer reflections having two types of mirror index matching layers between a p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer and a p-type Al 0.15 Ga 0.85 As layer. It is a membrane.

p型コンファインメント層120およびn型コンファインメント層122は、Alの供給量を連続的に変化させてエピタキシャル成長させることにより形成される。   The p-type confinement layer 120 and the n-type confinement layer 122 are formed by epitaxially growing the supply amount of Al continuously.

なお、第2ミラー104を成長させる際に、p型コンファインメント層120近傍の少なくとも1層を、後に酸化されて電極狭窄用の絶縁層105となるAlAs層またはAlGaAs層に形成することができる。この絶縁層105となるAlGaAs層のAl組成は、0.95以上である。また、第2ミラー104の最表面の層は、キャリア密度を高くし、電極(第1電極107)とのオーミック接触をとりやすくしておくのが望ましい。   When the second mirror 104 is grown, at least one layer in the vicinity of the p-type confinement layer 120 can be formed on an AlAs layer or an AlGaAs layer that is oxidized later and becomes the insulating layer 105 for electrode confinement. The AlGaAs layer serving as the insulating layer 105 has an Al composition of 0.95 or more. Further, it is desirable that the outermost layer of the second mirror 104 has a high carrier density and facilitates ohmic contact with the electrode (first electrode 107).

エピタキシャル成長を行う際の温度は、成長方法や原料、半導体基板101の種類、あるいは形成する半導体多層膜150の種類、厚さ、およびキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、450℃〜800℃であるのが好ましい。また、エピタキシャル成長を行う際の所要時間も、温度と同様に適宜決定される。また、エピタキシャル成長させる方法としては、有機金属気相成長(MOVPE:Metal−Organic Vapor Phase Epitaxy)法や、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法、あるいはLPE(Liquid Phase Epitaxy)法などを用いることができる。   The temperature at which the epitaxial growth is performed is appropriately determined depending on the growth method and raw material, the type of the semiconductor substrate 101, or the type, thickness, and carrier density of the semiconductor multilayer film 150 to be formed. Preferably there is. Further, the time required for performing the epitaxial growth is also appropriately determined in the same manner as the temperature. In addition, as a method for epitaxial growth, a metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method, an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method, an LPE (Liquid Phase Epitaxy) method, or the like can be used.

続いて、半導体多層膜150上に、レジストを塗布した後リソグラフィ法により該レジストをパターニングすることにより、図5に示すように、所定のパターンのレジスト層R100を形成する。レジスト層R100は、柱状部130(図1および図2参照)の形成予定領域の上方に形成する。次いで、このレジスト層R100をマスクとして、たとえばドライエッチング法により、第2ミラー104、p型コンファインメント層120、活性層103、およびn型コンファインメント層122の一部をエッチングして、図6に示すように、柱状の半導体堆積体(柱状部)130を形成する。その後、レジスト層R100を除去する。   Subsequently, a resist layer R100 having a predetermined pattern is formed as shown in FIG. 5 by applying a resist on the semiconductor multilayer film 150 and then patterning the resist by a lithography method. The resist layer R100 is formed above the region where the columnar portion 130 (see FIGS. 1 and 2) is to be formed. Next, using this resist layer R100 as a mask, the second mirror 104, the p-type confinement layer 120, the active layer 103, and a part of the n-type confinement layer 122 are etched by, for example, a dry etching method. As shown, a columnar semiconductor deposited body (columnar portion) 130 is formed. Thereafter, the resist layer R100 is removed.

続いて、図7に示すように、たとえば400℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって柱状部130が形成された半導体基板101を投入することにより、前述の第2ミラー104中のAl組成が高い層(Al組成が0.95以上の層)を側面から酸化して、電流狭窄用の絶縁層105を形成する。酸化レートは、炉の温度、水蒸気の供給量、酸化すべき層のAl組成および膜厚に依存する。   Subsequently, as shown in FIG. 7, the Al composition in the second mirror 104 is changed by introducing the semiconductor substrate 101 on which the columnar portion 130 is formed by the above process into a steam atmosphere of about 400 ° C., for example. A high layer (a layer having an Al composition of 0.95 or more) is oxidized from the side surface to form an insulating layer 105 for current confinement. The oxidation rate depends on the furnace temperature, the amount of steam supplied, the Al composition of the layer to be oxidized and the film thickness.

(2)次いで、図8に示すように、柱状部130、すなわち第1ミラー102の一部、p型コンファインメント層120、活性層103、およびn型コンファインメント層122を取り囲む埋込み絶縁層106を形成する。   (2) Next, as shown in FIG. 8, the buried insulating layer 106 surrounding the columnar portion 130, that is, a part of the first mirror 102, the p-type confinement layer 120, the active layer 103, and the n-type confinement layer 122 is formed. Form.

ここでは、埋込み絶縁層106を形成するための材料として、ポリイミド樹脂を用いた場合について述べる。まず、たとえばスピンコート法を用いて前駆体(ポリイミド前駆体)を、柱状部130を有する半導体基板101上に塗布して、前駆体層を形成する。この際、前記前駆体層の膜厚が柱状部130の高さより大きくなるように形成する。なお、前記前駆体層の形成方法としては、前述したスピンコート法のほか、ディッピング法、スプレーコート法、液滴吐出法等の公知技術が利用できる。   Here, a case where polyimide resin is used as a material for forming the buried insulating layer 106 is described. First, a precursor (polyimide precursor) is applied onto the semiconductor substrate 101 having the columnar portion 130 using, for example, a spin coating method to form a precursor layer. At this time, the precursor layer is formed to have a thickness greater than the height of the columnar section 130. As a method for forming the precursor layer, known techniques such as a dipping method, a spray coating method, and a droplet discharge method can be used in addition to the spin coating method described above.

次いで、この半導体基板101を、たとえばホットプレート等を用いて加熱して溶媒を除去した後、たとえば350℃程度の炉に入れて、前駆体層をイミド化させることにより、ほぼ完全に硬化したポリイミド樹脂層を形成する。続いて、図8に示すように、柱状部130の上面130aを露出させて、埋込み絶縁層106を形成する。柱状部130の上面130aを露出させる方法としては、CMP法、ドライエッチング法、ウェットエッチング法などが利用できる。また、感光性を有する樹脂で埋込み絶縁層106を形成することもできる。埋込み絶縁層106は、必要に応じてリソグラフィーなどによってパターニングすることができる。   Next, the semiconductor substrate 101 is heated using, for example, a hot plate to remove the solvent, and then placed in a furnace at, for example, about 350 ° C. to imidize the precursor layer, thereby almost completely curing polyimide. A resin layer is formed. Subsequently, as shown in FIG. 8, the upper surface 130 a of the columnar part 130 is exposed, and the buried insulating layer 106 is formed. As a method for exposing the upper surface 130a of the columnar section 130, a CMP method, a dry etching method, a wet etching method, or the like can be used. Alternatively, the buried insulating layer 106 can be formed using a photosensitive resin. The buried insulating layer 106 can be patterned by lithography or the like as necessary.

(3)次に、活性層103に電流を注入するための第1電極107、第2電極109およびレーザ光の出射面108(図2参照)を形成する工程について述べる。   (3) Next, a process of forming the first electrode 107, the second electrode 109, and the laser beam emission surface 108 (see FIG. 2) for injecting current into the active layer 103 will be described.

まず、第1電極107および第2電極109を形成する前に、必要に応じて、プラズマ処理法等を用いて、柱状部130および半導体基板101の露出している上面を洗浄する。これにより、より安定した特性の素子を形成することができる。つづいて、図2に示すように、たとえば真空蒸着法により埋込み絶縁層106および柱状部130の上面に、たとえばAuとZnの合金とAuとの積層膜を形成した後、リフトオフ法により、柱状部130の上面に、前記積層膜が形成されていない部分を形成する。この部分が出射面108となる。なお、前記工程において、リフトオフ法のかわりに、ドライエッチング法あるいはウェットエッチング法を用いることもできる。   First, before forming the first electrode 107 and the second electrode 109, the exposed upper surfaces of the columnar portion 130 and the semiconductor substrate 101 are cleaned using a plasma treatment method or the like as necessary. Thereby, an element having more stable characteristics can be formed. Next, as shown in FIG. 2, for example, a laminated film of, for example, an alloy of Au and Zn and Au is formed on the upper surface of the buried insulating layer 106 and the columnar portion 130 by, for example, vacuum deposition, and then the columnar portion is formed by lift-off method. A portion where the laminated film is not formed is formed on the upper surface of 130. This portion becomes the emission surface 108. In the above process, a dry etching method or a wet etching method can be used instead of the lift-off method.

また、半導体基板101の露出している面に、たとえば真空蒸着法により、たとえばAuとGeの合金とAuとの積層膜を形成する。次いで、アニール処理する。アニール処理の温度は電極材料に依存する。本実施の形態で用いた電極材料の場合は、通常400℃前後で行う。以上の工程により、第1電極107および第2電極109が形成される。   Further, a laminated film of, for example, an alloy of Au and Ge and Au is formed on the exposed surface of the semiconductor substrate 101 by, for example, a vacuum deposition method. Next, annealing is performed. The annealing temperature depends on the electrode material. In the case of the electrode material used in the present embodiment, it is usually performed at around 400 ° C. Through the above steps, the first electrode 107 and the second electrode 109 are formed.

以上のプロセスにより、図1および図2に示す垂直共振器型面発光レーザ100が得られる。   Through the above process, the vertical cavity surface emitting laser 100 shown in FIGS. 1 and 2 is obtained.

以上、本発明の好適な実施の形態について述べたが、本発明はこれらに限定されず、各種の態様を取りうる。たとえば、上述した本発明の本実施の形態では、n型コンファインメント層122およびp型コンファインメント層120の全体が、屈折率が変化する屈折率変化領域であるが、n型コンファインメント層122およびp型コンファインメント層120の一部が屈折率変化領域であってもよい。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments and can take various forms. For example, in the above-described embodiment of the present invention, the n-type confinement layer 122 and the p-type confinement layer 120 are the refractive index changing region where the refractive index changes. A part of the p-type confinement layer 120 may be a refractive index changing region.

本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザの平面図。1 is a plan view of a vertical cavity surface emitting laser according to the present embodiment. 図1に示す垂直共振器型面発光レーザの断面図。Sectional drawing of the vertical cavity surface emitting laser shown in FIG. 図2に示す垂直共振器型面発光レーザのB部分の拡大図。FIG. 3 is an enlarged view of a portion B of the vertical cavity surface emitting laser shown in FIG. 2. 垂直共振器型面発光レーザの積層方向における屈折率の概略図。Schematic of the refractive index in the lamination direction of a vertical cavity surface emitting laser. 本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザの製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of the vertical cavity surface emitting laser which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザの製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of the vertical cavity surface emitting laser which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザの製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of the vertical cavity surface emitting laser which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザの製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of the vertical cavity surface emitting laser which concerns on this Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

100 垂直共振器型面発光レーザ、101 半導体基板、102 第1ミラー、103 活性層、104 第2ミラー、105 絶縁層、106 埋め込み絶縁層、107 第1電極、108 出射面、109 第2電極、120 p型コンファインメント層、122 n型コンファインメント層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Vertical cavity surface emitting laser, 101 Semiconductor substrate, 102 1st mirror, 103 Active layer, 104 2nd mirror, 105 Insulating layer, 106 Embedded insulating layer, 107 1st electrode, 108 Output surface, 109 2nd electrode, 120 p-type confinement layer, 122 n-type confinement layer

Claims (9)

基板と、
前記基板の上方に設けられた一対のミラーと、
前記一対のミラーの間に設けられた活性層と、
前記活性層に隣接して形成される屈折率整合層と、
を含み、
前記屈折率整合層は、少なくとも一部に屈折率変化領域を有し、
前記屈折率変化領域は、前記活性層の屈折率と前記ミラーの屈折率との間の屈折率を有し、かつ前記活性層から前記ミラーに向かって、前記ミラーとの屈折率差が減少するように屈折率が変化する、垂直共振器型面発光レーザ。
A substrate,
A pair of mirrors provided above the substrate;
An active layer provided between the pair of mirrors;
A refractive index matching layer formed adjacent to the active layer;
Including
The refractive index matching layer has a refractive index changing region at least in part,
The refractive index changing region has a refractive index between the refractive index of the active layer and the refractive index of the mirror, and the refractive index difference from the mirror decreases from the active layer toward the mirror. A vertical cavity surface emitting laser whose refractive index changes as described above.
請求項1において、
前記屈折率整合層は、コンファインメント層である、垂直共振器型面発光レーザ。
In claim 1,
The vertical cavity surface emitting laser, wherein the refractive index matching layer is a confinement layer.
請求項1または2において、
前記屈折率変化領域は、前記屈折率が連続的に変化する、垂直共振器型面発光レーザ。
In claim 1 or 2,
The refractive index changing region is a vertical cavity surface emitting laser in which the refractive index continuously changes.
請求項1または2において、
前記屈折率変化領域は、前記屈折率が段階的に変化する、垂直共振器型面発光レーザ。
In claim 1 or 2,
The refractive index changing region is a vertical cavity surface emitting laser in which the refractive index changes stepwise.
請求項1ないし4のいずれかにおいて、
前記屈折率整合層は、その全体が前記屈折率変化領域を構成する、垂直共振器型面発光レーザ。
In any of claims 1 to 4,
The refractive index matching layer is a vertical cavity surface emitting laser, the entirety of which constitutes the refractive index changing region.
請求項1ないし5のいずれかにおいて、
前記屈折率整合層の屈折率は、当該屈折率整合層と前記活性層の隣接面において、前記活性層の屈折率と連続的である、垂直共振器型面発光レーザ。
In any of claims 1 to 5,
A vertical cavity surface emitting laser in which a refractive index of the refractive index matching layer is continuous with a refractive index of the active layer on adjacent surfaces of the refractive index matching layer and the active layer.
請求項1ないし6のいずれかにおいて、
前記屈折率整合層と前記ミラーとは、隣接しており、
前記屈折率整合層の屈折率は、前記屈折率整合層と前記ミラーの隣接面において、前記ミラーの屈折率と連続的である、垂直共振器型面発光レーザ。
In any one of Claims 1 thru | or 6.
The refractive index matching layer and the mirror are adjacent to each other,
A vertical cavity surface emitting laser in which a refractive index of the refractive index matching layer is continuous with a refractive index of the mirror on an adjacent surface of the refractive index matching layer and the mirror.
請求項1ないし7のいずれかにおいて、
前記ミラーは、複数の層を有する多層反射膜であり、
前記複数の層のうち少なくとも一の層は、屈折率が変化するミラー屈折率整合層であり、
前記ミラー屈折率整合層は、当該ミラー屈折率整合層から隣接する他の層に向かって、前記他の層との屈折率差が減少するように屈折率が変化する、垂直共振器型面発光レーザ。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
The mirror is a multilayer reflective film having a plurality of layers,
At least one of the plurality of layers is a mirror refractive index matching layer whose refractive index changes,
The mirror refractive index matching layer is a vertical cavity surface emitting light whose refractive index changes from the mirror refractive index matching layer toward another adjacent layer so that a difference in refractive index from the other layer decreases. laser.
請求項1ないし8のいずれかにおいて、
前記屈折率変化領域は、AlGaAs層からなり、
前記屈折率変化領域のAl組成比を変化させることで、屈折率を変化させる、垂直共振器型面発光レーザ。
In any of claims 1 to 8,
The refractive index changing region is composed of an AlGaAs layer,
A vertical cavity surface emitting laser that changes a refractive index by changing an Al composition ratio in the refractive index changing region.
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