JP2005251852A - Vertical resonator type surface emitting laser - Google Patents
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Abstract
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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-
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
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-
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
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-
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
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-
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
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
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
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
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-
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
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
(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
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
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
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-
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
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
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
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
(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
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
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
(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
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
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
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
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-
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
Claims (9)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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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KR100842540B1 (en) | 2006-12-20 | 2008-07-01 | 삼성전자주식회사 | Vertical cavity surface emitting laser and method for fabricating thereof |
-
2004
- 2004-03-02 JP JP2004057592A patent/JP2005251852A/en not_active Withdrawn
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