JP2006019470A - Surface emitting semiconductor laser and optical module - Google Patents
Surface emitting semiconductor laser and optical module Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006019470A JP2006019470A JP2004195266A JP2004195266A JP2006019470A JP 2006019470 A JP2006019470 A JP 2006019470A JP 2004195266 A JP2004195266 A JP 2004195266A JP 2004195266 A JP2004195266 A JP 2004195266A JP 2006019470 A JP2006019470 A JP 2006019470A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor laser
- surface emitting
- emitting semiconductor
- light
- 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
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
この発明は、面発光半導体レーザおよび面発光半導体レーザを光源に用いた光モジュールに関する。 The present invention relates to a surface emitting semiconductor laser and an optical module using the surface emitting semiconductor laser as a light source.
半導体レーザの特性において、発光強度振幅の揺らぎ、すなわち相対ノイズ強度(Relative Intensity Noise :RIN)は応用上非常に影響度の高い特性である。このRINは2種類に分類され、一つは戻り光の無い場合に生じる「固有ノイズ」と、もう一つは戻り光が存在する際に加算される「戻り光ノイズ」である。この中で固有ノイズは、図24に示すように、出射光出力との相関性を強く持っていることが知られている。つまり、特定の周波数(fr :緩和振動周波数)でピークを持ち、低周波数側で単調減少、さらに10MHz以下では一定値になる。半導体レーザの出力(Pout )をさらに増加させるにつれてRINは全体的に下がり、fr が増加していく。ここで、半導体レーザの出力とともにRINが低減することは、本質的にはfr が増加することにより見られる現象である。ここでfr は以下の式で表される(例えば、非特許文献1)。
fr により影響を受ける半導体レーザの具体的な性能として高速変調性がある。すなわち、例えば通信系の半導体レーザでは高速変調性が求められるが、この際半導体レーザの直接変調性の上限周波数を決定する一つの要因として、キャリア数の変化に誘導放出が追随できなくなることがある。この現象はfr 以上の周波数で顕著で、fr がレーザ固有の周波数限界を与える。もう一つの要因は、レーザ全体もしくはパッケージの寄生インピーダンスにより、高周波数領域では印加電流が有効に活性層に注入されないことである。
従って、fr を増加させることは、近年の数Gbps等の大容量・高速伝送を光を使って実現する際に、半導体レーザに求められる重要な特性の一つである。
there is high-speed modulation of a specific performance of the semiconductor laser affected by f r. That is, for example, communication semiconductor lasers require high-speed modulation, but at this time, as one factor for determining the upper limit frequency of direct modulation of semiconductor lasers, stimulated emission may not be able to follow the change in the number of carriers. . This phenomenon is remarkable at frequencies above f r, f r gives laser inherent frequency limitations. Another factor is that the applied current is not effectively injected into the active layer in the high frequency region due to the entire laser or the parasitic impedance of the package.
Therefore, increasing the f r is a large capacity and high speed transmission of several Gbps or the like in recent years in implementing using light, which is one of the important characteristics required for the semiconductor laser.
従来、上記のキャリア数の変化に誘導放出が追随できなくなることによる周波数限界の問題を解決するために、以下の(a)〜(c)の対策が検討されてきた。
(a)光子の寿命時間τp の減少のために、ファブリーペロー共振器型半導体レーザにおいて共振器長を100μm程度にまで短小化する(非特許文献2)。
(A) In order to reduce the photon lifetime τ p , the cavity length is shortened to about 100 μm in a Fabry-Perot resonator semiconductor laser (Non-patent Document 2).
(b)微分利得(∂gt /∂n)の増加のために、ダブルヘテロ接合(DH)レーザの活性層にp型不純物を添加する(非特許文献3)。
しかしながら近年、光通信用レーザの形態として、新規のデバイス形態である垂直共振器型面発光レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser:VCSEL)が注目されている。図25に示すように、このデバイス形態では、共振器長は実効的には活性層の上下に配置した光ガイド層(下部クラッド層および上部クラッド層)と分布ブラッグ反射鏡(Distributed Bragg Reflector :DBR)とにより定義されるが、現在光ガイド層の厚さはλ共振器長という考えが一般的であり、活性層部分の厚さも含めて波長と同程度(もしくはその整数倍)に限定されている。従って、上記の(a)に関しては、共振器長を実効的にはλ以下に減少させることはできない。さらに、(b)に関しては、ファブリーペロー共振器型半導体レーザでは、上記のようにMQWの井戸層総数を増加させることが一般的であるが、特に活性層にGaInNAsなどの格子不整合性を持つものを用いる際には、井戸数を増加させることは臨界膜厚との関係から一概に適当な手段とは言えない。従って、(c)の内部光密度を増加させることが有効であると考えられるが、通信などの用途の際にはレーザ光の安全性などから、光出力は一般的に制限されている場合が多く単純にS0 を増加させることでは対応できない。 However, in recent years, vertical cavity surface emitting laser (VCSEL), which is a novel device form, has attracted attention as a form of laser for optical communication. As shown in FIG. 25, in this device configuration, the resonator length is effectively the optical guide layer (lower clad layer and upper clad layer) disposed above and below the active layer and the distributed Bragg reflector (DBR). The thickness of the light guide layer is generally considered to be a λ resonator length, and is limited to the same wavelength (or an integer multiple thereof) including the thickness of the active layer portion. Yes. Therefore, with respect to (a) above, the resonator length cannot be effectively reduced to λ or less. Further, regarding (b), in the Fabry-Perot resonator type semiconductor laser, it is common to increase the total number of MQW well layers as described above, but the active layer has a lattice mismatch such as GaInNAs in particular. When using a material, increasing the number of wells is not generally an appropriate means from the relationship with the critical film thickness. Therefore, it is considered effective to increase the internal light density in (c). However, in applications such as communication, the light output is generally limited due to the safety of laser light and the like. It is that to many simply increase the S 0 can not cope.
また、先に示したように、レーザノイズには出射した光が外部にある光学系に反射されてレーザ自身に戻るために発生する「戻り光ノイズ」も存在する。この現象は、様々な要因があるが、外部共振器長に依存した外部共振モードとレーザ自身の縦モード(内部モード)との競合であると理解されている。こちらの場合は、本質的に戻り光が存在することが原因であり、これを解決することでノイズの低減化は可能である。 Further, as described above, the laser noise also includes “return light noise” that is generated because the emitted light is reflected by an external optical system and returns to the laser itself. Although this phenomenon has various factors, it is understood that this phenomenon is a competition between the external resonance mode depending on the external cavity length and the longitudinal mode (internal mode) of the laser itself. In this case, the cause is essentially the presence of return light, and noise can be reduced by solving this.
なお、面発光レーザなどにおいて、DBRの反射率は99%に近く、定在波の光密度の分布は、ほぼ活性層領域に集中しており、出射端面付近では低くなっているものが知られている(図25)(非特許文献6)。
特許文献1には、レーザ光出射開口部分のGaAsコンタクト層上に保護膜を有する面発光レーザが開示されているが、GaAsコンタクト層の厚さは発光波長に対してこのGaAsコンタクト層での光吸収を抑えることができるように薄くすることが記載されているだけでなく、保護膜としてはSiO2 膜、SiOx Ny 膜、SiNx 膜およびInx Sny Oz 膜より選択される、レーザ光を透過させる透明媒質が望ましいことが記載されている。従って、特許文献1は、レーザ光出射開口部分に光吸収層を設け、この光吸収層により積極的に光吸収を行わせてレーザノイズの低減を図るこの発明とは、技術的思想が大きく異なるものである。
本発明者らは、上記の固有ノイズおよび戻り光ノイズを同時に低減するために鋭意検討を行った結果、面発光レーザの発光出射端面付近に発光波長領域に従来に比べて十分に大きい吸収能を持つ光吸収層を設けることが有効であることを見出した。これは、光吸収層が存在することで、任意の発光出力を得るために必要な内部光密度が増加する結果fr が増加すること、および、外部からの戻り光がこの光吸収層に吸収されることで活性層にまで達しないことが大きく寄与しているものと考えられる。光吸収層として使用する膜は、半導体膜でも、誘電体膜でも、金属でもよく、発光波長領域で十分に大きな吸収能を持てばよい。 As a result of intensive studies to simultaneously reduce the above-described intrinsic noise and return light noise, the present inventors have a sufficiently large absorption capacity in the emission wavelength region near the emission emission end face of the surface emitting laser compared to the conventional one. It has been found that it is effective to provide a light absorption layer. Absorbing This is because the light absorption layer is present, the internal light density necessary to obtain any emission output result f r increases to increase, and the return light from the outside to the light absorbing layer Thus, it is considered that the fact that the active layer is not reached contributes greatly. The film used as the light absorption layer may be a semiconductor film, a dielectric film, or a metal, and may have a sufficiently large absorption capability in the emission wavelength region.
ここで、従来の端面出射型の半導体レーザでは通常、端面反射率は、高くても70〜80%であり、発光端面と光出射部分とが同一であるために、端面付近に光吸収層を用いることは端面劣化の要因となり問題であったが、特に面発光レーザ(非特許文献7)などにおいては、DBRの反射率は99%に近く、定在波の光密度の分布は、ほぼ活性層領域に集中しており、出射端面付近では低くなっている(図24)。従って、出射端面付近に光吸収層を作製しても、劣化要因とはならない。 Here, in the conventional end surface emitting type semiconductor laser, the end surface reflectance is usually 70 to 80% at the highest, and the light emitting end surface and the light emitting portion are the same, so a light absorption layer is provided near the end surface. The use of this has been a problem because it causes deterioration of the end face, but particularly in a surface emitting laser (Non-Patent Document 7), the reflectance of DBR is close to 99%, and the distribution of light density of standing waves is almost active. It is concentrated in the layer region and is low in the vicinity of the emission end face (FIG. 24). Therefore, even if the light absorption layer is formed in the vicinity of the emission end face, it does not cause deterioration.
従って、この発明が解決しようとする課題は、任意の発光強度を得るための内部光密度を擬似的に増大させることにより、緩和振動周波数を増加させ、かつ相対ノイズ強度を低減させることができ、固有ノイズおよび戻り光ノイズの低減を図ることができる面発光半導体レーザおよびこの面発光半導体レーザを光源に用いた光モジュールを提供することにある。
上記課題およびその他の課題は、本明細書の記述によって明らかとなるであろう。
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to increase the relaxation oscillation frequency and reduce the relative noise intensity by artificially increasing the internal light density for obtaining an arbitrary emission intensity, It is an object of the present invention to provide a surface emitting semiconductor laser capable of reducing intrinsic noise and return light noise and an optical module using the surface emitting semiconductor laser as a light source.
The above problems and other problems will become apparent from the description of this specification.
上記課題を解決するために、第1の発明は、
第1の反射層と、
上記第1の反射層上の活性層と、
上記活性層上の第2の反射層と、
上記第2の反射層上の、開口を有する電極とを有し、
上記第2の反射層から上記電極の上記開口を通じて波長が850nmよりも短い出力光を取り出す面発光半導体レーザにおいて、
上記電極の上記開口の内部の上記第2の反射層上に、発光波長に対する吸収係数をα(cm-1)、厚さをt(cm)としたとき、0.1≦αt≦1の光吸収層を有する
ことを特徴とするものである。
In order to solve the above problem, the first invention is:
A first reflective layer;
An active layer on the first reflective layer;
A second reflective layer on the active layer;
An electrode having an opening on the second reflective layer;
In a surface emitting semiconductor laser that extracts output light having a wavelength shorter than 850 nm from the second reflective layer through the opening of the electrode,
On the second reflective layer inside the opening of the electrode, light of 0.1 ≦ αt ≦ 1, where α (cm −1 ) is the absorption coefficient with respect to the emission wavelength, and t (cm) is the thickness. It has an absorption layer.
ここで、αtの下限を0.1としたのは、発光波長が850nmよりも短い(780nm帯など)面発光半導体レーザにおいては、0.1以上であれば光吸収層により十分に光吸収が行われて任意の発光出力を得るために必要な内部光密度が擬似的に増加する結果、緩和振動周波数が十分に増加するとともに、外部からの戻り光がこの光吸収層により十分に吸収されることで活性層にまで達しないことにより、固有ノイズおよび戻り光ノイズの十分な低減が可能となるためであり、αtの上限を1としたのは、固有ノイズおよび戻り光ノイズの十分な低減を図りつつ、レーザ外部に出射されるレーザ光の強度の過度の減少を抑え、動作電流の増大を抑えるためである。固有ノイズおよび戻り光ノイズのより一層の低減を図る観点からは、好適には0.2≦αt≦1とする。
光吸収層をn層の多層構造とする場合、i層の吸収係数をαi 、厚さをti (i=1〜n)とすると、αt=α1 t1 +α2 t2 +…+αn-1 tn-1 +αn tn と考える。
Here, the lower limit of αt is set to 0.1. In a surface emitting semiconductor laser having an emission wavelength shorter than 850 nm (780 nm band, etc.), the light absorption layer sufficiently absorbs light if it is 0.1 or more. As a result of the pseudo increase in the internal light density required to obtain an arbitrary light output, the relaxation oscillation frequency is sufficiently increased, and the return light from the outside is sufficiently absorbed by the light absorption layer. This is because the intrinsic noise and the return light noise can be sufficiently reduced by not reaching the active layer. The upper limit of αt is set to 1 to sufficiently reduce the intrinsic noise and the return light noise. This is because an excessive decrease in the intensity of the laser beam emitted outside the laser is suppressed and an increase in operating current is suppressed. From the viewpoint of further reducing the inherent noise and the return light noise, 0.2 ≦ αt ≦ 1 is preferably satisfied.
When the light absorption layer has an n-layer multilayer structure, αt = α 1 t 1 + α 2 t 2 +... + Α, where α i is the absorption coefficient of the i layer and t i (i = 1 to n) is the thickness. Consider n-1 t n-1 + α n t n .
光吸収層は、発光波長に対して十分に大きな吸収係数を有するものであれば、基本的にはどのような材料を用いることもできるが、例えば、金属や絶縁体などである。金属としては、例えば、Ti、Pt、Au、AuGe、Ni、Pd、CrおよびHfからなる群より選ばれた少なくとも一種からなるものが用いられ、これらの金属単体あるいは合金が用いられ、単層金属膜または多層金属膜のいずれであってもよい。このように光吸収層を金属で形成する場合、その厚さは一般的には2nm以上12nm以下である。絶縁体としては半導体を用いることもでき、その例を挙げると、非晶質Siのほか、GaInAs、GaNAs、GaInNAs、GaAs、AlGaAsなどであり、これらの中から発光波長に応じて最適なものが選ばれる。必要に応じて、光吸収層として金属膜と絶縁膜との積層膜を用いてもよく、これらの金属膜および絶縁膜としては例えば上記のものを用いることができる。 Any material can be used for the light absorption layer as long as it has a sufficiently large absorption coefficient with respect to the emission wavelength, and examples thereof include metals and insulators. As the metal, for example, at least one selected from the group consisting of Ti, Pt, Au, AuGe, Ni, Pd, Cr and Hf is used, and these single metals or alloys are used. Either a film or a multilayer metal film may be used. Thus, when forming a light absorption layer with a metal, the thickness is generally 2 nm or more and 12 nm or less. As the insulator, a semiconductor can be used. For example, in addition to amorphous Si, there are GaInAs, GNAAs, GaInNAs, GaAs, AlGaAs, and the like, and the most suitable one according to the emission wavelength. To be elected. If necessary, a laminated film of a metal film and an insulating film may be used as the light absorption layer, and as the metal film and the insulating film, for example, those described above can be used.
光吸収層の下地に対する密着性の向上や表面保護などの目的のために、必要に応じて、光吸収層上または第2の反射層と光吸収層との間に、発光波長付近で吸収係数を有さない絶縁膜を設けてもよい。このような絶縁膜としては、例えば、SiOx (xは例えば2付近)、SiNx (xは例えば4/3付近)、SiNx Oy 、Al2 O3 、TiOx (xは例えば2付近)およびZrOx (xは例えば2付近)からなる群より選ばれた少なくとも一種からなるものを用いることができる。 For the purpose of improving the adhesion of the light absorbing layer to the base and protecting the surface, if necessary, an absorption coefficient near the emission wavelength on the light absorbing layer or between the second reflective layer and the light absorbing layer. An insulating film that does not have a thickness may be provided. As such an insulating film, for example, SiO x (x is, for example, near 2), SiN x (x is, for example, around 4/3), SiN x O y , Al 2 O 3 , TiO x (where x is, for example, around 2). ) And ZrO x (x is, for example, near 2), and at least one selected from the group consisting of ZrO x can be used.
光吸収層は、均一な厚さであっても、目的に応じた厚さの分布を持つものであってもよい。具体的には、光吸収層の外周部の厚さを中央部の厚さに比べて大きくしてもよい。この場合、この外周部での光吸収が増すため、出力光として単峰性のビームを得るのに適している。上記と逆に外周部の厚さを中央部の厚さに比べて小さくてもよく、この場合、中央部での光吸収が増すため、出力光として双峰性のビームを得るのに適している。 The light absorption layer may have a uniform thickness or a thickness distribution according to the purpose. Specifically, the thickness of the outer peripheral portion of the light absorption layer may be larger than the thickness of the central portion. In this case, light absorption at the outer peripheral portion is increased, which is suitable for obtaining a unimodal beam as output light. Contrary to the above, the thickness of the outer peripheral portion may be smaller than the thickness of the central portion. In this case, light absorption at the central portion is increased, which is suitable for obtaining a bimodal beam as output light. Yes.
典型的には、光吸収層は、コンタクト層を介して第2の反射層上に設けられる。より具体的には、例えば、コンタクト層が電極の開口に対応する部分に凹部を有し、この凹部のコンタクト層上に光吸収層が設けられる。別の例では、第2の反射層上に光吸収層が設けられ、この光吸収層上に電極の開口に対応する部分に開口を有するコンタクト層が設けられ、このコンタクト層上に電極が設けられる。あるいは、第2の反射層上に光吸収層が設けられ、この光吸収層上に電極の開口に対応する部分に凹部を有するコンタクト層が設けられ、このコンタクト層上に電極が設けられる。光吸収層はコンタクト層の途中の深さに設けてもよい。すなわち、光吸収層はコンタクト層の途中に挿入した形で設けてもよい。コンタクト層の材料として発光波長に対して無視できない大きさの吸収係数を持つ材料、例えばGaAsを用いる場合には、光吸収層とコンタクト層との全体のαtが上記の範囲に含まれるようにする。光吸収層は第2の反射層上に直接設けてもよい。
光吸収層は電極の開口を橋渡しする形で設けてもよい。さらには、面発光半導体レーザを収容するパッケージの透明窓部に光吸収層を設けてもよい。
電極の開口、コンタクト層の開口または凹部は典型的には円形である。
Typically, the light absorption layer is provided on the second reflective layer via the contact layer. More specifically, for example, the contact layer has a recess in a portion corresponding to the opening of the electrode, and a light absorption layer is provided on the contact layer of the recess. In another example, a light absorption layer is provided on the second reflective layer, a contact layer having an opening corresponding to the opening of the electrode is provided on the light absorption layer, and an electrode is provided on the contact layer. It is done. Alternatively, a light absorption layer is provided on the second reflection layer, a contact layer having a recess in a portion corresponding to the opening of the electrode is provided on the light absorption layer, and the electrode is provided on the contact layer. The light absorption layer may be provided at a depth in the middle of the contact layer. That is, the light absorption layer may be provided in the form of being inserted in the middle of the contact layer. When a material having an absorption coefficient that cannot be ignored with respect to the emission wavelength, for example, GaAs, is used as the contact layer material, the entire αt of the light absorption layer and the contact layer is included in the above range. . The light absorption layer may be provided directly on the second reflective layer.
The light absorption layer may be provided so as to bridge the opening of the electrode. Furthermore, a light absorbing layer may be provided in the transparent window portion of the package that accommodates the surface emitting semiconductor laser.
The electrode openings, contact layer openings or recesses are typically circular.
第1の反射層および第2の反射層は、典型的には半導体多層膜(DBR)からなり、一方はn型、他方はp型である。半導体多層膜は、具体的には、例えば、互いにAl組成が異なるAlGaAs層を交互に積層したものや、互いにAl組成およびGa組成が異なるAlGaInP層を交互に積層したものなどである。活性層および第2の反射層は、典型的には円柱形状、すなわちメサ型ポスト構造を有する。また、典型的には、活性層の上側または下側の部分に電流狭窄層を有する。この電流狭窄層は、典型的には、酸化狭窄により形成される。活性層の材料としてはAlGaAsが用いられ、活性層は単一量子井戸構造または多重量子井戸構造である。 The first reflective layer and the second reflective layer are typically made of a semiconductor multilayer film (DBR), one of which is n-type and the other is p-type. Specifically, the semiconductor multilayer film is, for example, one in which AlGaAs layers having different Al compositions are alternately stacked, or one in which AlGaInP layers having different Al compositions and Ga compositions are alternately stacked. The active layer and the second reflective layer typically have a cylindrical shape, that is, a mesa post structure. Also, typically, a current confinement layer is provided on the upper or lower portion of the active layer. This current confinement layer is typically formed by oxidation confinement. AlGaAs is used as the material of the active layer, and the active layer has a single quantum well structure or a multiple quantum well structure.
第2の発明は、
第1の反射層と、
上記第1の反射層上の活性層と、
上記活性層上の第2の反射層と、
上記第2の反射層上の、開口を有する電極とを有し、
上記第2の反射層から上記電極の上記開口を通じて波長が850nm以上の出力光を取り出す面発光半導体レーザにおいて、
上記電極の上記開口の内部の上記第2の反射層上に、発光波長に対する吸収係数をα(cm-1)、厚さをt(cm)としたとき、0.4≦αt≦1の光吸収層を有する
ことを特徴とするものである。
The second invention is
A first reflective layer;
An active layer on the first reflective layer;
A second reflective layer on the active layer;
An electrode having an opening on the second reflective layer;
In a surface emitting semiconductor laser that extracts output light having a wavelength of 850 nm or more from the second reflective layer through the opening of the electrode,
On the second reflective layer inside the opening of the electrode, when the absorption coefficient with respect to the emission wavelength is α (cm −1 ) and the thickness is t (cm), light of 0.4 ≦ αt ≦ 1 It has an absorption layer.
ここで、αtの下限を0.4としたのは、発光波長が850nm以上の面発光半導体レーザにおいては、0.4以上であれば光吸収層により十分に光吸収が行われて任意の発光出力を得るために必要な内部光密度が擬似的に増加する結果、緩和振動周波数が十分に増加するとともに、外部からの戻り光がこの光吸収層により十分に吸収されることで活性層にまで達しないことにより、固有ノイズおよび戻り光ノイズの十分な低減が可能となるためであり、αtの上限を1としたのは、固有ノイズおよび戻り光ノイズの十分な低減を図りつつ、レーザ外部に出射されるレーザ光の強度の過度の減少を抑え、動作電流の増大を抑えるためである。固有ノイズおよび戻り光ノイズのより一層の低減を図る観点からは、好適には0.6≦αt≦1とする。
活性層の材料は、例えば、GaAs、AlGaAs、GaInNAs、GaInAsPなどである。
第2の発明においては、その性質に反しない限り、第1の発明に関連して説明したことが成立する。
Here, the lower limit of αt is set to 0.4. In the surface-emitting semiconductor laser having an emission wavelength of 850 nm or more, if the light emission wavelength is 0.4 or more, the light absorption layer sufficiently absorbs light and emits any light. As a result of the pseudo increase of the internal light density necessary to obtain the output, the relaxation oscillation frequency is sufficiently increased, and the return light from the outside is sufficiently absorbed by the light absorption layer to reach the active layer. This is because the intrinsic noise and the return light noise can be sufficiently reduced by not reaching, and the upper limit of αt is set to 1 while the intrinsic noise and the return light noise are sufficiently reduced, This is for suppressing an excessive decrease in the intensity of the emitted laser light and suppressing an increase in operating current. From the viewpoint of further reducing the inherent noise and the return light noise, 0.6 ≦ αt ≦ 1 is preferably satisfied.
The material of the active layer is, for example, GaAs, AlGaAs, GaInNAs, GaInAsP, or the like.
In the second invention, what has been described in relation to the first invention is valid as long as it is not against the nature thereof.
第3の発明は、
第1の反射層と、
上記第1の反射層上の活性層と、
上記活性層上の第2の反射層と、
上記第2の反射層上の、開口を有する電極とを有し、
上記第2の反射層から上記電極の上記開口を通じて波長が850nmよりも短い出力光を取り出し、
上記電極の上記開口の内部の上記第2の反射層上に、発光波長に対する吸収係数をα(cm-1)、厚さをt(cm)としたとき、0.1≦αt≦1の光吸収層を有する面発光半導体レーザを光源に用いたことを特徴とする光モジュールである。
ここで、光モジュールの用途や構成は問わないが、例えば、通信用の光モジュールである。
第3の発明においては、その性質に反しない限り、第1の発明に関連して説明したことが成立する。
The third invention is
A first reflective layer;
An active layer on the first reflective layer;
A second reflective layer on the active layer;
An electrode having an opening on the second reflective layer;
Output light having a wavelength shorter than 850 nm is extracted from the second reflective layer through the opening of the electrode,
On the second reflective layer inside the opening of the electrode, light of 0.1 ≦ αt ≦ 1, where α (cm −1 ) is the absorption coefficient with respect to the emission wavelength, and t (cm) is the thickness. An optical module comprising a surface emitting semiconductor laser having an absorption layer as a light source.
Here, the use and configuration of the optical module are not limited. For example, the optical module is a communication optical module.
In the third invention, what has been described in relation to the first invention is valid as long as it is not contrary to the nature thereof.
第4の発明は、
第1の反射層と、
上記第1の反射層上の活性層と、
上記活性層上の第2の反射層と、
上記第2の反射層上の、開口を有する電極とを有し、
上記第2の反射層から上記電極の上記開口を通じて波長が850nm以上の出力光を取り出し、
上記電極の上記開口の内部の上記第2の反射層上に、発光波長に対する吸収係数をα(cm-1)、厚さをt(cm)としたとき、0.4≦αt≦1の光吸収層を有する面発光半導体レーザを光源に用いたことを特徴とする光モジュールである。
第4の発明においては、その性質に反しない限り、第1および第3の発明に関連して説明したことが成立する。
The fourth invention is:
A first reflective layer;
An active layer on the first reflective layer;
A second reflective layer on the active layer;
An electrode having an opening on the second reflective layer;
Output light having a wavelength of 850 nm or more is extracted from the second reflective layer through the opening of the electrode,
On the second reflective layer inside the opening of the electrode, when the absorption coefficient with respect to the emission wavelength is α (cm −1 ) and the thickness is t (cm), light of 0.4 ≦ αt ≦ 1 An optical module comprising a surface emitting semiconductor laser having an absorption layer as a light source.
In the fourth invention, what has been described in relation to the first and third inventions is valid as long as it is not contrary to the nature thereof.
図1は、種々の吸収係数に対する光吸収層の厚さt(nm)と吸収量(%)との相関を示し、吸収係数は下から上の曲線に向かって順に1×10-2(cm-1)、1×10-1(cm-1)、1×100 (cm-1)、1×101 (cm-1)、1×102 (cm-1)、1×103 (cm-1)、1×104 (cm-1)、1×105 (cm-1)、1×106 (cm-1)である。図2は、種々の光吸収層の厚さt(nm)に対する吸収係数と吸収量(%)との相関を示し、厚さは下から上の曲線に向かって順に1nm、10nm、100nm、1000nmである。図3は、AlGaAs、GaAs、GaInAsの吸収係数の波長を示し、AlGaAsについてはAl組成は右から左の曲線に向かって順に0.3023、0.3624、0.4199、0.4682、GaInAsについてはIn組成は左から右の曲線に向かって順に0.18、0.30、0.40、0.44、0.53である。図4は、種々の発光波長に対するAlGaAs、GaAs、GaInAsの吸収係数を示す。図4中、n、kはそれぞれ複素屈折率の実部、虚部である。図5は、絶縁体の例としてAl2 O3 、a−Si、SiNの吸収係数を示す。図6は、金属の例としてTi、Pt、Auの吸収係数を示す。 FIG. 1 shows the correlation between the thickness t (nm) of the light absorption layer and the amount of absorption (%) with respect to various absorption coefficients. The absorption coefficient is 1 × 10 −2 (cm in order from the bottom to the top curve. −1 ), 1 × 10 −1 (cm −1 ), 1 × 10 0 (cm −1 ), 1 × 10 1 (cm −1 ), 1 × 10 2 (cm −1 ), 1 × 10 3 ( cm −1 ), 1 × 10 4 (cm −1 ), 1 × 10 5 (cm −1 ), and 1 × 10 6 (cm −1 ). FIG. 2 shows the correlation between the absorption coefficient and the absorption amount (%) with respect to the thickness t (nm) of various light absorption layers, and the thicknesses are 1 nm, 10 nm, 100 nm, and 1000 nm in order from the bottom to the top curve. It is. FIG. 3 shows the wavelengths of the absorption coefficients of AlGaAs, GaAs, and GaInAs. For AlGaAs, the Al composition is 0.3023, 0.3624, 0.4199, 0.4682, and GaInAs in order from the right to the left curve. The In composition is 0.18, 0.30, 0.40, 0.44, and 0.53 in order from the left to the right curve. FIG. 4 shows the absorption coefficients of AlGaAs, GaAs, and GaInAs for various emission wavelengths. In FIG. 4, n and k are the real part and the imaginary part of the complex refractive index, respectively. FIG. 5 shows absorption coefficients of Al 2 O 3 , a-Si, and SiN as examples of insulators. FIG. 6 shows absorption coefficients of Ti, Pt, and Au as examples of metals.
上述のように構成されたこの発明においては、電極の開口の内部の第2の反射層上に設けられた光吸収層により、発光波長に対して十分な光吸収を行うことができるので、任意の発光出力を得るために必要な内部光密度が擬似的に十分に増加する結果、緩和振動周波数が増加するとともに、外部からの戻り光がこの光吸収層により十分に吸収されることで活性層にまで達しないようにすることができる。 In the present invention configured as described above, the light absorption layer provided on the second reflection layer inside the opening of the electrode can absorb light sufficiently with respect to the emission wavelength. As a result of the pseudo-enough increase in the internal light density necessary to obtain the light emission output of the active layer, the relaxation oscillation frequency increases, and the return light from the outside is sufficiently absorbed by the light absorption layer. You can avoid reaching up to.
この発明によれば、任意の発光出力を得るために必要な内部光密度が擬似的に十分に増加する結果、緩和振動周波数が増加するとともに、外部からの戻り光がこの光吸収層に十分に吸収されることで活性層にまで達しないようにすることができることにより、固有ノイズおよび戻り光ノイズの低減を図ることができる。この面発光半導体レーザは、例えば通信用の光源に用いて好適なものである。 According to the present invention, the internal light density necessary for obtaining an arbitrary light output is sufficiently increased in a pseudo manner. As a result, the relaxation oscillation frequency is increased and the return light from the outside is sufficiently supplied to the light absorption layer. By being absorbed, it is possible to prevent the active layer from reaching the active layer, thereby reducing intrinsic noise and return light noise. This surface emitting semiconductor laser is suitable for use as a light source for communication, for example.
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図7はこの発明の第1の実施形態による垂直共振器型面発光半導体レーザを示す断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings of the embodiments, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
FIG. 7 is a sectional view showing a vertical cavity surface emitting semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、例えばn型GaAs基板のようなn型半導体基板11上に、n型DBR層12、下部クラッド層13、発光層である活性層14、上部クラッド層15、電流狭窄層16、p型DBR層17およびp型コンタクト層18が順次積層されている。
As shown in FIG. 1, in this surface emitting semiconductor laser, an n-
n型DBR層12は、n型AlAs層12aとn型GaAs層12bとを交互に積層した半導体多層膜からなり、例えばこれらの層を35周期積層した総厚4μm程度のものである。下部クラッド層13は例えばAlx Ga1-x Asからなり、例えばx=0.3である。活性層14は発光波長に応じた半導体により構成され、その半導体としては例えばすでに挙げたものの中から選ばれたものを用いることができる。上部クラッド層15は例えばAly Ga1-y Asからなり、例えばy=0.3である。電流狭窄層16は、円形のp型AlAs層16aの周囲がリング状のAl酸化層16bに囲まれた構造を有し、p型AlAs層16aが電流が流れる部分となる。p型AlAs層16aの直径は例えば12μm程度である。p型AlAs層16aおよびAl酸化層16bの厚さは例えば30nm程度である。p型DBR層17は、p型Alz Ga1-z As層17aとp型Alw Ga1-w As層17b(ただし、z>w、0<z,w<1)とを交互に積層した半導体多層膜からなり、例えばこれらの層を25周期積層した総厚3μm程度のものであり、例えばz=0.9、w=0.1である。電流狭窄層16は、このp型DBR層17の最下層のp型Alz Ga1-z As層17aに代えて設けられたものである。p型コンタクト層18は、例えば、不純物濃度が5×1018cm-3のp型GaAsからなる。
The n-
n型DBR層12の最上層のn型AlAs層12b、下部クラッド層13、活性層14、上部クラッド層15、電流狭窄層16、p型DBR層17およびp型コンタクト層18は全体として円柱状の形状を有し、ポスト型メサ構造を有する。このメサ部の直径は例えば30〜40μm程度である。p型コンタクト層18はその中央部に円形の凹部18aを有し、リング状の形状を有する。この凹部18aの直径は例えば20μm程度である。
The uppermost n-type AlAs
上記のメサ部およびこのメサ部以外の部分のn型DBR層12の表面を覆うように例えばSiO2 膜やSiNx 膜のような絶縁膜19が設けられている。この絶縁膜19の厚さは例えば300nm程度である。この絶縁膜19には開口19aが設けられている。そして、この開口19aを介してp型コンタクト層18とオーミックコンタクトしてp側電極20が設けられている。このp側電極20は、例えば、Ti/Pt/Au積層膜からなり、総厚は500nm程度である。このp側電極20はその中央部にp型コンタクト層18の凹部18aの直径と同一の直径の円形の開口20aを有する。
An insulating
p型コンタクト層18の凹部18aの内部には光吸収層21が設けられている。この光吸収層21としては金属膜(単層金属膜または多層金属膜)または絶縁膜が用いられる。金属膜および絶縁膜としては、例えば、すでに挙げたものを用いることができる。この場合、この光吸収層21およびその下のp型コンタクト層18の全体のαtが、発光波長が780nm帯では0.1≦αt≦1、好適には0.2≦αt≦1、発光波長が850nm以上では0.4≦αt≦1、好適には0.6≦αt≦1になるように、光吸収層21およびその下のp型コンタクト層18の材料および厚さが選ばれている。例えば、発光波長が780nm帯では、光吸収層21が厚さ5nmのTi膜からなり、凹部18aのp型コンタクト層18が厚さ30nmのGaAsからなる場合、Tiの吸収係数は図6より5.35×105 cm-1、GaAsの吸収係数は図4より1.63×104 cm-1であるので、αt=(5.35×105 )×5×10-7+(1.63×104 )×30×10-7=0.32となる。あるいは、光吸収層21が厚さ300nmのa−Si膜からなり、凹部18aのp型コンタクト層18が厚さ30nmのGaAsからなる場合、a−Siの吸収係数は図5より5.59×103 cm-1、GaAsの吸収係数は図4より1.63×104 cm-1であるので、αt=(5.59×103 )×300×10-7+(1.63×104 )×30×10-7=0.22となる。発光波長が850nm以上では、光吸収層21が厚さ12nmのTi膜からなり、凹部18aのp型コンタクト層18が厚さ100nmのGaAsからなる場合、Tiの吸収係数は図6より4.86×105 cm-1、GaAsの吸収係数は図4より1.05×104 cm-1であるので、αt=(4.86×105 )×12×10-7+(1.05×104 )×100×10-7=0.69となる。
一方、n型半導体基板11の裏面にはn側電極22がオーミックコンタクトして設けられている。このn側電極22は例えばAuGe/Ni/Au積層膜からなる。
A
On the other hand, an n-
次に、上述のように構成された面発光半導体レーザの製造方法について説明する。
図8に示すように、まず、n型半導体基板11上に、例えば有機金属化学気相成長(MOCVD)法により、n型DBR層12、下部クラッド層13、活性層14、上部クラッド層15、p型AlAs層23、p型DBR層17およびp型コンタクト層18を順次成長させる。
Next, a method for manufacturing the surface emitting semiconductor laser configured as described above will be described.
As shown in FIG. 8, first, an n-
次に、p型コンタクト層18上に例えばプラズマCVD法により例えばSiNx 膜(図示せず)を形成し、さらにその上にリソグラフィーにより円形のレジストパターン(図示せず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとして例えばCF4 をエッチングガスに用いた反応性イオンエッチング(RIE)法によりSiNx 膜をエッチングする。こうして円形のSiNx 膜が形成される。
Next, for example, a SiN x film (not shown) is formed on the p-
次に、こうして形成された円形のSiNx 膜をエッチングマスクとして用いて例えば塩素系のガスをエッチングガスに用いたRIE法により、n型DBR層12の最上層のn型AlAs層12bまで、基板表面に対して垂直方向に異方性エッチングする。これによって、図9に示すように、n型DBR層12の最上層のn型AlAs層12b、下部クラッド層13、活性層14、上部クラッド層15、p型AlAs層23、p型DBR層17およびp型コンタクト層18がポスト型メサ状に加工される。
Next, using the circular SiN x film thus formed as an etching mask, the substrate is formed up to the uppermost n-type AlAs
次に、こうして形成されたメサ部を水蒸気雰囲気中において例えば400℃の温度で約25分間加熱して、p型AlAs層23の外周部のみをリング状に選択的に酸化する。これによって、図10に示すように、リング状のAl酸化層16bに円形のp型AlAs層16aが囲まれた電流狭窄層16が形成される。
次に、エッチングマスクとして用いた上記のSiNx 膜を例えばRIE法によりエッチング除去した後、図11に示すように、メサ部およびこのメサ部以外の部分のn型DBR層12の表面に例えばプラズマCVD法により例えばSiO2 膜やSiNx 膜などからなる絶縁膜19を形成する。次に、この絶縁膜19のうちのメサポスト部上面の中央部をエッチング除去して円形の開口19aを形成する。次に、真空蒸着法などにより全面にTi/Pt/Au積層膜を形成してp側電極20を形成した後、このp側電極20をエッチングにより所定形状にパターニングして開口20aを形成する。次に、このp側電極20をマスクとしてp型コンタクト層18を例えばRIE法により所定の深さまでエッチングして凹部18aを形成する。
Next, the mesa portion thus formed is heated in a water vapor atmosphere at a temperature of, for example, 400 ° C. for about 25 minutes to selectively oxidize only the outer peripheral portion of the p-type AlAs
Next, after the SiN x film used as an etching mask is removed by etching, for example, by RIE, as shown in FIG. 11, for example, plasma is formed on the surface of the n-
次に、図7に示すように、真空蒸着法(加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法)、CVD法、スパッタリング法などにより金属膜または絶縁膜を全面に形成した後、これを所定形状にエッチングしてp型コンタクト層18の凹部18aに光吸収層21を形成する。
次に、必要に応じて、n型半導体基板11を裏面側から所定の厚さに研磨した後、このn型半導体基板11の裏面にAuGe/Ni/Au積層膜を真空蒸着法などにより形成してn側電極22を形成する。
この後、上記のようにして得られたレーザウェハをチップ化する。
以上のようにして、目的とする面発光半導体レーザが製造される。
Next, as shown in FIG. 7, after a metal film or an insulating film is formed on the entire surface by a vacuum deposition method (heating deposition method, electron beam deposition method), CVD method, sputtering method, etc., this is etched into a predetermined shape. Then, the
Next, if necessary, the n-
Thereafter, the laser wafer obtained as described above is made into chips.
As described above, the target surface emitting semiconductor laser is manufactured.
以上のように、この第1の実施形態によれば、p型コンタクト層18の凹部18aに光吸収層21が設けられ、この光吸収層21およびその下のp型コンタクト層18の全体のαtが、発光波長が780nm帯では0.1≦αt≦1、好適には0.2≦αt≦1、発光波長が850nm以上では0.4≦αt≦1、好適には0.6≦αt≦1になるように光吸収層21およびその下のp型コンタクト層18の材料および厚さが選ばれていることにより、発光波長に対して十分な光吸収を行うことができる。このため、任意の発光出力を得るために必要な内部光密度が擬似的に十分に増加する結果、緩和振動周波数が十分に増加するとともに、外部からの戻り光がこの光吸収層により十分に吸収されることでほとんど活性層14に達しないようにすることができる。この結果、固有ノイズおよび戻り光ノイズの大幅な低減を図ることができる。また、高周波特性の向上を図ることもできる。
さらに、光吸収層21として金属膜を用い、この金属膜とp型コンタクト層18との間に電気的な疑似オーミック接合を形成した場合には、p側電極20およびこの金属膜によりp型コンタクト層18全体に対してオーミックコンタクトを取ることができ、光吸収層21として金属膜を形成しない場合に比べてコンタクト面積が増加する。このため、p側電極20のコンタクト抵抗Rc が実効的に低減する。また、p側電極20および光吸収層21としての金属膜によりp型コンタクト層18全体に対してオーミックコンタクトを取ることができるため、レーザ動作時にp側電極20および光吸収層21としての金属膜とn側電極22との間に電圧を印加した場合、p側電極20および光吸収層21としての金属膜の全体から電流が流れることになる。このため、電流経路の面積が大幅に増大し、p型DBR層17およびn型DBR層12のシート抵抗も実効的に低減する。その結果、面発光半導体レーザの直列抵抗Rs (電流−電圧特性の微分抵抗という意味)が大幅に低減する。そして、上記のコンタクト抵抗Rc の低減と併せて、動作電流の低減を図ることができる。
この第1の実施形態による面発光半導体レーザは、例えば通信用の光源に用いて好適なものである。
As described above, according to the first embodiment, the
Further, when a metal film is used as the
The surface emitting semiconductor laser according to the first embodiment is suitable for use as a light source for communication, for example.
次に、この発明の第2の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図12に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、p型コンタクト層18の凹部18aの内部に設けられている光吸収層21が、第1の層21aと第2の層21bとの積層構造を有する。第1の層21aおよび第2の層21bの一方は金属膜、他方は絶縁膜からなる。これらの金属膜および絶縁膜としては、例えば、すでに挙げたものを用いることができる。
上記以外のことは、第1の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第1の実施形態と同様である。
この第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
Next explained is a surface emitting semiconductor laser according to the second embodiment of the invention.
As shown in FIG. 12, in this surface-emitting semiconductor laser, the
Other than the above are the same as in the first embodiment.
The method for manufacturing the surface emitting semiconductor laser is the same as that in the first embodiment.
According to the second embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.
次に、この発明の第3の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図13に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、p型コンタクト層18の凹部18aの内部に設けられている光吸収層21は第2の実施形態と同様に第1の層21aと第2の層21bとの積層構造を有するが、この場合、第2の層21bは凹部18aの外周部のみに設けられている。この光吸収層21は金属膜または絶縁膜からなる。これらの金属膜および絶縁膜としては、例えば、すでに挙げたものを用いることができる。
上記以外のことは、第1の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第1の実施形態と同様である。
Next explained is a surface emitting semiconductor laser according to the third embodiment of the invention.
As shown in FIG. 13, in this surface-emitting semiconductor laser, the
Other than the above are the same as in the first embodiment.
The method for manufacturing the surface emitting semiconductor laser is the same as that in the first embodiment.
この第3の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができるほか、次のような利点を得ることもできる。すなわち、光吸収層21は中央部に比べて外周部が厚く、したがって外周部の光吸収が多いため、p型DBR層17から取り出されるレーザ光の強度分布のうち外周部が選択的に吸収される結果、シングル横モード様の単峰性ビームでのレーザ発振を容易に実現することができる。また、シングル横モード様の単峰性ビームでのレーザ発振は、電流狭窄径を例えば4μm以下にすることにより実現することが可能であるが、このように電流狭窄径を小さくすると面発光半導体レーザの製造歩留まりが低くなってしまうのに対し、この第3の実施形態によれば、電流狭窄径を小さくしないで済み、このため面発光半導体レーザの製造歩留まりが高い。
According to the third embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained, and the following advantages can also be obtained. That is, since the outer peripheral portion of the
次に、この発明の第4の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図14に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、p型コンタクト層18の凹部18aの内部に設けられている光吸収層21は単層の金属膜または絶縁膜からなるが、この場合、この光吸収層21の厚さは外周部と中央部とで異なり、リング状の外周部の方が厚くなっている。金属膜および絶縁膜としては、例えば、すでに挙げたものを用いることができる。
上記以外のことは、第1の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第1の実施形態と同様である。
この第4の実施形態によれば、第1および第3の実施形態と同様な利点を得ることができる。
Next explained is a surface emitting semiconductor laser according to the fourth embodiment of the invention.
As shown in FIG. 14, in this surface emitting semiconductor laser, the
Other than the above are the same as in the first embodiment.
The method for manufacturing the surface emitting semiconductor laser is the same as that in the first embodiment.
According to the fourth embodiment, the same advantages as those of the first and third embodiments can be obtained.
次に、この発明の第5の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図15に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、p型DBR層17上にp型半導体からなる光吸収層21が積層され、その上にp型コンタクト層18が積層されている。p型コンタクト層18には円形の開口18bが設けられている。光吸収層21を構成する半導体としては、例えば、すでに挙げたものの中から用途などに応じて適切なものを用いることができる。例えば、活性層14がAlGaAsまたはGaAsからなる場合、光吸収層21としてGaInAsからなるものを用い、活性層14がAlGaAs、GaAs、GaInNAs、GaInAsPまたはAlGaAsPからなる場合、光吸収層21としてGaNAsからなるものを用い、活性層14がAlx Ga1-x Asからなる場合、光吸収層21としてAly Ga1-y As(1>x>y>0)からなるものを用いる。具体例を挙げると、発光波長が780nm帯では、光吸収層21が厚さが100nmでIn組成が0.18のGaInAs膜からなる場合、このGaInAsの吸収係数は図4より2.76×104 cm-1であるので、αt=2.76×104 ×100×10-7=0.28となる。発光波長が850nm以上では、光吸収層21が厚さが300nmでIn組成が0.18のGaInAs膜からなる場合、このGaInAsの吸収係数は図4より1.95×104 cm-1であるので、αt=1.95×104 ×300×10-7=0.59となる。
上記以外のことは、第1の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第1の実施形態と同様である。
この第5の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
Next explained is a surface emitting semiconductor laser according to the fifth embodiment of the invention.
As shown in FIG. 15, in this surface emitting semiconductor laser, a
Other than the above are the same as in the first embodiment.
The method for manufacturing the surface emitting semiconductor laser is the same as that in the first embodiment.
According to the fifth embodiment, advantages similar to those of the first embodiment can be obtained.
次に、この発明の第6の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図16に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、p型DBR層17上にp型半導体からなる光吸収層21が積層され、その上にp型コンタクト層18が積層されている。p型コンタクト層18には円形の凹部18aが設けられている。光吸収層21を構成する半導体としては、例えば、すでに挙げたものの中から用途などに応じて適切なものを用いることができる。例えば、発光波長が780nm帯では、光吸収層21が厚さが100nmでIn組成が0.18のGaInAs膜からなり、凹部18aのp型コンタクト層18が厚さが30nmのGaAsからなる場合、上記組成のGaInAsの吸収係数は図4より2.76×104 cm-1、GaAsの吸収係数は図4より1.63×104 cm-1であるので、αt=(2.76×104 )×100×10-7+(1.63×104 )×30×10-7=0.33となる。発光波長が850nm以上では、光吸収層21が厚さが300nmでIn組成が0.18のGaInAs膜からなり、凹部18aのp型コンタクト層18が厚さが30nmのGaAsからなる場合、上記組成のGaInAsの吸収係数は図4より1.95×104 cm-1、GaAsの吸収係数は図4より1.05×104 cm-1であるので、αt=(1.95×104 )×300×10-7+(1.05×104 )×30×10-7=0.62となる。
上記以外のことは、第1の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第1の実施形態と同様である。
この第6の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
Next explained is a surface emitting semiconductor laser according to the sixth embodiment of the invention.
As shown in FIG. 16, in this surface emitting semiconductor laser, a
Other than the above are the same as in the first embodiment.
The method for manufacturing the surface emitting semiconductor laser is the same as that in the first embodiment.
According to the sixth embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.
次に、この発明の第7の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図17に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、p型DBR層17上にp型半導体からなる光吸収層21が積層され、その上にp型コンタクト層18が積層されている。p型コンタクト層18には円形の開口18bが設けられている。光吸収層21を構成する半導体としては、例えば、すでに挙げたものの中から用途などに応じて適切なものを用いることができる。この光吸収層21の厚さは外周部と中央部とで異なり、リング状の外周部の方が厚くなっている。
上記以外のことは、第1の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第1の実施形態と同様である。
この第7の実施形態によれば、第1および第3の実施形態と同様な利点を得ることができる。
Next explained is a surface emitting semiconductor laser according to the seventh embodiment of the invention.
As shown in FIG. 17, in this surface emitting semiconductor laser, a
Other than the above are the same as in the first embodiment.
The method for manufacturing the surface emitting semiconductor laser is the same as that in the first embodiment.
According to the seventh embodiment, the same advantages as those of the first and third embodiments can be obtained.
次に、この発明の第8の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図18に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、光吸収層21は、p型半導体からなる第1の層21aと金属または絶縁体からなる第2の層21bとの積層構造を有するが、第1の層21aはp型DBR層17とp型コンタクト層18との間に挿入され、第2の層21bはp型コンタクト層18の開口18bの内部に設けられている。上記のp型半導体、金属膜および絶縁膜としては、例えば、すでに挙げたものを用いることができる。
上記以外のことは、第1の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第1の実施形態と同様である。
この第8の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
Next explained is a surface emitting semiconductor laser according to the eighth embodiment of the invention.
As shown in FIG. 18, in this surface emitting semiconductor laser, the
Other than the above are the same as in the first embodiment.
The method for manufacturing the surface emitting semiconductor laser is the same as that in the first embodiment.
According to the eighth embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.
次に、この発明の第9の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図19に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、p側電極20の開口20aを橋渡しする形でこの開口20aを覆うように光吸収層21が設けられている。言い換えると、p型コンタクト層18の凹部18aの上方にエアブリッジ状に光吸収層21が設けられている。この光吸収層21としては、金属膜または絶縁膜を用いることができる。
上記以外のことは、第1の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第1の実施形態と同様である。この場合、光吸収層21は、例えば、p側電極20に開口20aを形成し、p型コンタクト層18に凹部18aを形成し、次いで全面にレジスト(図示せず)をp側電極20の上面の高さまで塗布して開口20aおよび凹部18aの内部にレジストを埋め込み、次いでレジストを露光して硬化させた後、このレジスト上に金属膜または絶縁膜を形成し、これをエッチングによりパターニングすることにより形成することができる。
この第9の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
Next explained is a surface emitting semiconductor laser according to the ninth embodiment of the invention.
As shown in FIG. 19, in this surface emitting semiconductor laser, a
Other than the above are the same as in the first embodiment.
The method for manufacturing the surface emitting semiconductor laser is the same as that in the first embodiment. In this case, the
According to the ninth embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.
次に、この発明の第10の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図20に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、第1の実施形態による面発光半導体レーザにおいて光吸収層21を省略したものが、パッケージ24内に収容されている。このパッケージ24には、p側電極20の開口20aの上方の部分に透明窓部25が設けられており、この透明窓部25の上に光吸収層21が設けられている。この光吸収層21としては、金属膜または絶縁膜を用いることができる。
上記以外のことは、第1の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第1の実施形態と同様である。
この第10の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
Next explained is a surface emitting semiconductor laser according to the tenth embodiment of the invention.
As shown in FIG. 20, in this surface emitting semiconductor laser, the surface emitting semiconductor laser according to the first embodiment, in which the
Other than the above are the same as in the first embodiment.
The method for manufacturing the surface emitting semiconductor laser is the same as that in the first embodiment.
According to the tenth embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.
次に、この発明の第11の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図21に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、p型コンタクト層18の凹部18aの内部に設けられている光吸収層21は第2の実施形態と同様に第1の層21aと第2の層21bとの積層構造を有するが、この場合、第2の層21bは凹部18aの外周部のみに設けられている。この光吸収層21は金属膜または絶縁膜からなる。これらの金属膜および絶縁膜としては、例えば、すでに挙げたものを用いることができる。また、n側電極22はn型半導体基板11の裏面ではなく、メサポスト部の周囲の部分の下部クラッド層13上に設けられている。
上記以外のことは、第1の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第1の実施形態と同様である。
この第11の実施形態によれば、第1および第3の実施形態と同様な利点を得ることができる。
Next explained is a surface emitting semiconductor laser according to the eleventh embodiment of the invention.
As shown in FIG. 21, in this surface-emitting semiconductor laser, the
Other than the above are the same as in the first embodiment.
The method for manufacturing the surface emitting semiconductor laser is the same as that in the first embodiment.
According to the eleventh embodiment, the same advantages as those of the first and third embodiments can be obtained.
次に、この発明の第12の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図22に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、光吸収層21は、p型半導体からなる第1の層21aと金属または絶縁体からなる第2の層21bとの積層構造を有するが、第1の層21aはp型コンタクト層18の途中に挿入された形で設けられ、第2の層21bはp型コンタクト層18の開口18bの内部の第1の層21a上に二重リング状に設けられている。上記の金属膜および絶縁膜としては、例えば、すでに挙げたものを用いることができる。
上記以外のことは、第1の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第1の実施形態と同様である。
この第12の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
Next explained is a surface emitting semiconductor laser according to the twelfth embodiment of the invention.
As shown in FIG. 22, in this surface emitting semiconductor laser, the
Other than the above are the same as in the first embodiment.
The method for manufacturing the surface emitting semiconductor laser is the same as that in the first embodiment.
According to the twelfth embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.
次に、この発明の第13の実施形態による面発光半導体レーザについて説明する。
図23に示すように、この面発光半導体レーザにおいては、p型コンタクト層18の凹部18aの内部に設けられている光吸収層21は単層の金属膜または絶縁膜からなるが、この場合、この光吸収層21の厚さは外周部と中央部とで異なり、円形の中央部の方が厚くなっている。金属膜および絶縁膜としては、例えば、すでに挙げたものを用いることができる。
上記以外のことは、第1の実施形態と同様である。
また、この面発光半導体レーザの製造方法も第1の実施形態と同様である。
この第13の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができるほか、次のような利点を得ることもできる。すなわち、光吸収層21は外周部に比べて中央部が厚く、したがって中央部の光吸収が多いため、p型DBR層17から取り出されるレーザ光の強度分布のうち中央部が選択的に吸収される結果、マルチモード様の双峰性ビームでのレーザ発振を容易に実現することができる。
Next explained is a surface emitting semiconductor laser according to the thirteenth embodiment of the invention.
As shown in FIG. 23, in this surface emitting semiconductor laser, the
Other than the above are the same as in the first embodiment.
The method for manufacturing the surface emitting semiconductor laser is the same as that in the first embodiment.
According to the thirteenth embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained, and the following advantages can also be obtained. That is, since the
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた数値、材料、構造、形状、基板、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、構造、形状、基板、プロセスなどを用いてもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, The various deformation | transformation based on the technical idea of this invention is possible.
For example, the numerical values, materials, structures, shapes, substrates, processes, and the like given in the above-described embodiments are merely examples, and different numerical values, materials, structures, shapes, substrates, processes, etc. are used as necessary. May be.
例えば、上述の実施形態においては、半導体層の成長方法としてMOCVD法を用いているが、分子線エピタキシー(MBE)法や化学ビームエピタキシー(CBE)法などの他の成長方法を用いてもよい。
また、上述の実施形態においては、電流狭窄層16は活性層14の上側に設けられているが、電流狭窄層16は活性層14の下側に設けてもよい。
また、上述の実施形態においては、n型半導体基板11と反対側からレーザ光を取り出すようにしているが、n型半導体基板11を通してレーザ光を取り出す場合にはこのn型半導体基板11とn型DBR層12との間に光吸収層21が設けられる。
さらに、必要に応じて、上述の実施形態を2以上組み合わせてもよい。
For example, although the MOCVD method is used as the semiconductor layer growth method in the above-described embodiment, other growth methods such as a molecular beam epitaxy (MBE) method and a chemical beam epitaxy (CBE) method may be used.
In the above-described embodiment, the
In the above-described embodiment, the laser light is extracted from the side opposite to the n-
Furthermore, two or more of the above-described embodiments may be combined as necessary.
11…n型半導体基板、12…n型DBR層、13…下部クラッド層、14…活性層、15…上部クラッド層、16…電流狭窄層、17…p型DBR層、18…p型コンタクト層、18a…開口、19…絶縁膜、20…p側電極、20a…開口、21…光吸収層、22…n側電極
DESCRIPTION OF
Claims (30)
上記第1の反射層上の活性層と、
上記活性層上の第2の反射層と、
上記第2の反射層上の、開口を有する電極とを有し、
上記第2の反射層から上記電極の上記開口を通じて波長が850nmよりも短い出力光を取り出す面発光半導体レーザにおいて、
上記電極の上記開口の内部の上記第2の反射層上に、発光波長に対する吸収係数をα(cm-1)、厚さをt(cm)としたとき、0.1≦αt≦1の光吸収層を有する
ことを特徴とする面発光半導体レーザ。 A first reflective layer;
An active layer on the first reflective layer;
A second reflective layer on the active layer;
An electrode having an opening on the second reflective layer;
In a surface emitting semiconductor laser that extracts output light having a wavelength shorter than 850 nm from the second reflective layer through the opening of the electrode,
On the second reflective layer inside the opening of the electrode, light of 0.1 ≦ αt ≦ 1, where α (cm −1 ) is the absorption coefficient with respect to the emission wavelength, and t (cm) is the thickness. A surface emitting semiconductor laser comprising an absorption layer.
上記第1の反射層上の活性層と、
上記活性層上の第2の反射層と、
上記第2の反射層上の、開口を有する電極とを有し、
上記第2の反射層から上記電極の上記開口を通じて波長が850nm以上の出力光を取り出す面発光半導体レーザにおいて、
上記電極の上記開口の内部の上記第2の反射層上に、発光波長に対する吸収係数をα(cm-1)、厚さをt(cm)としたとき、0.4≦αt≦1の光吸収層を有する
ことを特徴とする面発光半導体レーザ。 A first reflective layer;
An active layer on the first reflective layer;
A second reflective layer on the active layer;
An electrode having an opening on the second reflective layer;
In a surface emitting semiconductor laser that extracts output light having a wavelength of 850 nm or more from the second reflective layer through the opening of the electrode,
On the second reflective layer inside the opening of the electrode, when the absorption coefficient with respect to the emission wavelength is α (cm −1 ) and the thickness is t (cm), light of 0.4 ≦ αt ≦ 1 A surface emitting semiconductor laser comprising an absorption layer.
上記第1の反射層上の活性層と、
上記活性層上の第2の反射層と、
上記第2の反射層上の、開口を有する電極とを有し、
上記第2の反射層から上記電極の上記開口を通じて波長が850nmよりも短い出力光を取り出し、
上記電極の上記開口の内部の上記第2の反射層上に、発光波長に対する吸収係数をα(cm-1)、厚さをt(cm)としたとき、0.1≦αt≦1の光吸収層を有する面発光半導体レーザを光源に用いたことを特徴とする光モジュール。 A first reflective layer;
An active layer on the first reflective layer;
A second reflective layer on the active layer;
An electrode having an opening on the second reflective layer;
Output light having a wavelength shorter than 850 nm is extracted from the second reflective layer through the opening of the electrode,
On the second reflective layer inside the opening of the electrode, light of 0.1 ≦ αt ≦ 1, where α (cm −1 ) is the absorption coefficient with respect to the emission wavelength, and t (cm) is the thickness. An optical module comprising a surface emitting semiconductor laser having an absorption layer as a light source.
上記第1の反射層上の活性層と、
上記活性層上の第2の反射層と、
上記第2の反射層上の、開口を有する電極とを有し、
上記第2の反射層から上記電極の上記開口を通じて波長が850nm以上の出力光を取り出し、
上記電極の上記開口の内部の上記第2の反射層上に、発光波長に対する吸収係数をα(cm-1)、厚さをt(cm)としたとき、0.4≦αt≦1の光吸収層を有する面発光半導体レーザを光源に用いたことを特徴とする光モジュール。
A first reflective layer;
An active layer on the first reflective layer;
A second reflective layer on the active layer;
An electrode having an opening on the second reflective layer;
Output light having a wavelength of 850 nm or more is extracted from the second reflective layer through the opening of the electrode,
On the second reflective layer inside the opening of the electrode, when the absorption coefficient with respect to the emission wavelength is α (cm −1 ) and the thickness is t (cm), light of 0.4 ≦ αt ≦ 1 An optical module comprising a surface emitting semiconductor laser having an absorption layer as a light source.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004195266A JP2006019470A (en) | 2004-07-01 | 2004-07-01 | Surface emitting semiconductor laser and optical module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004195266A JP2006019470A (en) | 2004-07-01 | 2004-07-01 | Surface emitting semiconductor laser and optical module |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006019470A true JP2006019470A (en) | 2006-01-19 |
Family
ID=35793454
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004195266A Pending JP2006019470A (en) | 2004-07-01 | 2004-07-01 | Surface emitting semiconductor laser and optical module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006019470A (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007317731A (en) * | 2006-05-23 | 2007-12-06 | Sharp Corp | Semiconductor laser element, optical disk device, and optical transmission system |
JP2010071926A (en) * | 2008-09-22 | 2010-04-02 | Yamatake Corp | Reflective photoelectric sensor and object detecting method |
JP2012124433A (en) * | 2010-12-10 | 2012-06-28 | Canon Inc | Surface emitting laser |
JP2012164726A (en) * | 2011-02-04 | 2012-08-30 | Canon Inc | Light source for image formation, image forming apparatus and image forming method |
JP2012231189A (en) * | 2007-06-13 | 2012-11-22 | Sharp Corp | Light emitting element and manufacturing method of the same |
US9281660B2 (en) | 2010-10-16 | 2016-03-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Surface emitting laser, surface-emitting-laser array, and image forming apparatus |
JP2023029501A (en) * | 2018-05-24 | 2023-03-03 | スタンレー電気株式会社 | Wavelength conversion device and light emitting device |
JP7541800B2 (en) | 2020-10-19 | 2024-08-29 | エイエムエス-オスラム インターナショナル ゲーエムベーハー | Optoelectronic component and method for manufacturing the same |
-
2004
- 2004-07-01 JP JP2004195266A patent/JP2006019470A/en active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007317731A (en) * | 2006-05-23 | 2007-12-06 | Sharp Corp | Semiconductor laser element, optical disk device, and optical transmission system |
JP2012231189A (en) * | 2007-06-13 | 2012-11-22 | Sharp Corp | Light emitting element and manufacturing method of the same |
JP2010071926A (en) * | 2008-09-22 | 2010-04-02 | Yamatake Corp | Reflective photoelectric sensor and object detecting method |
US9281660B2 (en) | 2010-10-16 | 2016-03-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Surface emitting laser, surface-emitting-laser array, and image forming apparatus |
JP2012124433A (en) * | 2010-12-10 | 2012-06-28 | Canon Inc | Surface emitting laser |
US9046807B2 (en) | 2010-12-10 | 2015-06-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Surface emitting laser |
JP2012164726A (en) * | 2011-02-04 | 2012-08-30 | Canon Inc | Light source for image formation, image forming apparatus and image forming method |
JP2023029501A (en) * | 2018-05-24 | 2023-03-03 | スタンレー電気株式会社 | Wavelength conversion device and light emitting device |
JP7453489B2 (en) | 2018-05-24 | 2024-03-21 | スタンレー電気株式会社 | Wavelength conversion device and light emitting device |
JP7541800B2 (en) | 2020-10-19 | 2024-08-29 | エイエムエス-オスラム インターナショナル ゲーエムベーハー | Optoelectronic component and method for manufacturing the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20050220160A1 (en) | Vertical cavity surface emitting semiconductor laser device | |
US20070030874A1 (en) | Surface-emitting laser element and laser module using the same | |
US8906721B2 (en) | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same | |
US20070091966A1 (en) | Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same | |
JP5029254B2 (en) | Surface emitting laser | |
JP2002164621A (en) | Plane emission semiconductor laser element | |
US20050265415A1 (en) | Laser diode and method of manufacture | |
JP2007036233A (en) | Vcsel system with lateral p-n juunction | |
JP4728656B2 (en) | Surface emitting laser element | |
JP2014508420A (en) | P-type isolation region adjacent to the facet of a semiconductor quantum cascade laser | |
US8228964B2 (en) | Surface emitting laser, surface emitting laser array, and image formation apparatus | |
JPH10233557A (en) | Semiconductor light emitting element | |
US20120033699A1 (en) | Surface-emitting laser, surface-emitting laser array, display apparatus including the surface-emitting laser array as a light source, printer head, and printer | |
KR101254817B1 (en) | Semiconductor laser diode | |
JP2014509084A (en) | Multistage quantum cascade laser with p-type isolation region | |
US7907653B2 (en) | Vertical cavity surface emitting laser device and vertical cavity surface emitting laser array | |
CN211929898U (en) | Vertical cavity surface emitting laser device | |
US7817691B2 (en) | Light emitting device | |
US6839369B2 (en) | Surface emitting semiconductor laser device | |
JP2006019470A (en) | Surface emitting semiconductor laser and optical module | |
US20230020718A1 (en) | Vcsel with increased wavelength dependence on driving current | |
KR20070065226A (en) | Surface-emitting type semiconductor laser and method for manufacturing the same | |
US7391798B2 (en) | Semiconductor laser device | |
JP2006332623A (en) | Semiconductor laser apparatus | |
JP2007087994A (en) | Surface-emitting semiconductor laser element |