JP2006140446A - 面発光レーザ素子および面発光レーザアレイおよび面発光レーザ素子の製造方法および面発光レーザモジュールおよび電子写真システムおよび光通信システムおよび光インターコネクションシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 一対の分布ブラッグ反射器のうちの少なくとも一方の分布ブラッグ反射器は、活性層105と共振器スペーサー層104,106とから構成される共振領域107とは別の第2の共振領域114を含み、該第2の共振領域114は、電流注入領域の中心から所定の距離の範囲を除く領域に設けられている事を特徴としている。
【選択図】 図7
Description
本発明の第1の形態は、活性層と該活性層の両側に設けられた共振器スペーサー層とから構成される共振領域と、低屈折率層と高屈折率層の周期的積層によって構成され、前記共振領域を挟み対向して設けられる一対の分布ブラッグ反射器と、前記活性層への電流注入領域を規定する電流狭窄構造とを有する面発光レーザ素子において、前記一対の分布ブラッグ反射器のうちの少なくとも一方の分布ブラッグ反射器は、前記活性層と前記共振器スペーサー層とから構成される前記共振領域とは別の第2の共振領域を含み、該第2の共振領域は、前記電流注入領域の中心(具体的には、電流注入領域の横断面形状の重心(後述のように、電流注入領域が、横断面形状として、円形,四角形,または三角形などの形状をとる場合に、円形,四角形,または三角形などの形状の重心)から所定の距離(具体的には、後述のように、約0.5μm以上)の範囲を除く領域に設けられている事を特徴としている。
本発明の第2の形態は、第1の形態の面発光レーザ素子において、前記電流注入領域の中心から所定の距離の範囲は、少なくとも一部が、前記電流狭窄構造によって規定される前記電流注入領域の境界に対して前記電流注入領域の中心側に位置し、前記第2の共振領域は、電流注入領域と部分的に空間的重なりを有している事を特徴としている。
本発明の第3の形態は、第1の形態の面発光レーザ素子において、前記電流注入領域の中心から所定の距離の範囲は、前記電流狭窄構造によって規定される前記電流注入領域の境界に対して前記電流注入領域の外側に位置している事を特徴としている。
本発明の第4の形態は、第1乃至第3のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記第2の共振領域は、分布ブラッグ反射器を構成する低屈折率層に対し相対的に高屈折率を有する共振器スペーサー層により構成され、前記第2の共振領域を構成している共振器スペーサー層は、レーザ発振波長のm/2nの厚さ(mは整数、nは共振器スペーサー層の屈折率)である事を特徴としている。
本発明の第5の形態は、第1乃至第3のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記第2の共振領域は、分布ブラッグ反射器を構成する高屈折率層に対し相対的に低屈折率を有する共振器スペーサー層により構成され、前記第2の共振領域を構成している共振器スペーサー層は、レーザ発振波長のm/2nの厚さ(mは整数、nは共振器スペーサー層の屈折率)である事を特徴としている。
本発明の第6の形態は、第1乃至第5のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記電流狭窄構造は、Alを含む半導体層の選択酸化構造により構成されている事を特徴としている。
本発明の第7の形態は、第1乃至第5のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記電流狭窄構造は、イオン注入による高抵抗化領域により構成されている事を特徴としている。
本発明の第8の形態は、第1乃至第7のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記第2の共振領域の少なくとも一部の層は、レーザ発振光を吸収する半導体材料で構成されている事を特徴としている。
本発明の第9の形態は、第1乃至第7のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記第2の共振領域中の電界の定在波の腹に対応する位置に、レーザ発振光を吸収する半導体層が設けられている事を特徴としている。
本発明の第10の形態は、第9の形態の面発光レーザ素子において、前記半導体層は、格子歪を有する材料で構成されていることを特徴としている。
本発明の第11の形態は、第8乃至第10のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記電流狭窄構造により規定された電流注入領域と前記第2の共振領域が設けられていない領域との形状が相違し、第2の共振領域が設けられていない領域の形状が等方形状である事を特徴としている。
本発明の第12の形態は、第1乃至第11のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、該面発光レーザ素子は、基板とは反対側の光出射側にレーザ光を出射するように構成されており、更に前記一対の分布ブラッグ反射器のうち光出射側における分布ブラッグ反射器の表面には、前記第2の共振領域を設けた領域の境界に対し素子の中心側に開口を有する電極が設けられている事を特徴としている。
本発明の第13の形態は、第1乃至第11のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記面発光レーザ素子は、基板とは反対側の光出射側にレーザ光を出射するように構成されており、更に前記一対の分布ブラッグ反射器のうち光出射側における分布ブラッグ反射器の表面には、前記第2の共振領域を設けた領域の一部から素子の中心側に開口を有する電極が設けられている事を特徴としている。
本発明の第14の形態は、第1乃至第13のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記第2の共振領域は、該第2の共振領域が設けられている分布ブラッグ反射器中において、分布ブラッグ反射器を構成する周期数の半分程度の周期となる位置から、活性層側に対して反対側となる位置に設けられていることを特徴としている。
本発明の第15の形態は、第1乃至第14のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記第2の共振領域は、複数設けられていることを特徴としている。
本発明の第16の形態は、第1乃至第15のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記活性層はIII−V族半導体材料から構成され、III族元素にGa,Inのいずれか、又は全てが用いられ、V族元素にAs,P,N,Sbのいずれか、又は全てが用いられ、発振波長が1.1μmよりも長波長であることを特徴としている。
本発明の第17の形態は、第1乃至第15のいずれかの形態の面発光レーザ素子において、前記活性層はIII−V族半導体材料から構成され、III族元素にAl,Ga,Inのいずれか、又は全てが用いられ、V族元素にAs,Pのいずれか、又は全てが用いられ、発振波長が1.1μmよりも短波長であることを特徴としている。
本発明の第18の形態は、第14の形態の面発光レーザ素子において、第2の共振領域を設けない所定の距離の範囲を電流注入領域の中心から0.5μm〜2μmの範囲とした事を特徴としている。
本発明の第19の形態は、第1乃至第18のいずれかの形態の面発光レーザ素子によって構成されている面発光レーザアレイである。
本発明の第20の形態は、第4または第5の形態の面発光レーザ素子の製造方法であって、分布ブラッグ反射器中に第2の共振領域を形成する製造工程を、1回目の結晶成長工程において共振器スペーサー層を形成する半導体層を所定の厚さからレーザ発振波長に対し1/4nの厚さだけ薄く設け、次に第2の共振領域を設けない領域における前記半導体層をエッチング除去した後、2回目の結晶成長工程においてレーザ発振波長に対し1/4n厚さとなる半導体層を設けることによって行なう事を特徴としている。
本発明の第21の形態は、第4または第5の形態の面発光レーザ素子の製造方法であって、分布ブラッグ反射器中に前記第2の共振領域を形成する製造工程を、分布ブラッグ反射器中に共振器スペーサー層を形成する半導体層を所定の厚さに設けた後、素子表面からエッチング除去を行い、第2の共振領域を設けない領域における前記半導体層を、分布ブラッグ反射器における光波の多重反射の条件を満たす厚さにエッチング除去することによって行なう事を特徴としている。
本発明の第22の形態は、第20または第21の形態の面発光レーザ素子の製造方法において、前記第2の共振領域を設けない領域における半導体層をエッチング除去する工程は、ドライエッチング工程とウエットエッチング工程とを組み合わせて行う事を特徴としている。
本発明の第23の形態は、第1乃至第18のいずれかの形態の面発光レーザ素子、又は、第19の形態の面発光レーザアレイを用いて構成されている面発光レーザモジュールである。
本発明の第24の形態は、第1乃至第18のいずれかの形態の面発光レーザ素子、又は、第19の形態の面発光レーザアレイを書き込み光源として用いられている電子写真システムである。
本発明の第25の形態は、第1乃至第18のいずれかの形態の面発光レーザ素子、又は、第19の形態の面発光レーザアレイが光源として用いられている光通信システムである。
本発明の第26の形態は、第1乃至第18のいずれかの形態の面発光レーザ素子、又は、第19の形態の面発光レーザアレイが光源として用いられている光インターコネクションシステムである。
Claims (26)
- 活性層と該活性層の両側に設けられた共振器スペーサー層とから構成される共振領域と、低屈折率層と高屈折率層の周期的積層によって構成され、前記共振領域を挟み対向して設けられる一対の分布ブラッグ反射器と、前記活性層への電流注入領域を規定する電流狭窄構造とを有する面発光レーザ素子において、前記一対の分布ブラッグ反射器のうちの少なくとも一方の分布ブラッグ反射器は、前記活性層と前記共振器スペーサー層とから構成される前記共振領域とは別の第2の共振領域を含み、該第2の共振領域は、前記電流注入領域の中心から所定の距離の範囲を除く領域に設けられている事を特徴とする面発光レーザ素子。
- 請求項1記載の面発光レーザ素子において、前記電流注入領域の中心から所定の距離の範囲は、少なくとも一部が、前記電流狭窄構造によって規定される前記電流注入領域の境界に対して前記電流注入領域の中心側に位置し、前記第2の共振領域は、電流注入領域と部分的に空間的重なりを有している事を特徴とする面発光レーザ素子。
- 請求項1記載の面発光レーザ素子において、前記電流注入領域の中心から所定の距離の範囲は、前記電流狭窄構造によって規定される前記電流注入領域の境界に対して前記電流注入領域の外側に位置している事を特徴とする面発光レーザ素子。
- 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記第2の共振領域は、分布ブラッグ反射器を構成する低屈折率層に対し相対的に高屈折率を有する共振器スペーサー層により構成され、前記第2の共振領域を構成している共振器スペーサー層は、レーザ発振波長のm/2nの厚さ(mは整数、nは共振器スペーサー層の屈折率)である事を特徴とする面発光レーザ素子。
- 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記第2の共振領域は、分布ブラッグ反射器を構成する高屈折率層に対し相対的に低屈折率を有する共振器スペーサー層により構成され、前記第2の共振領域を構成している共振器スペーサー層は、レーザ発振波長のm/2nの厚さ(mは整数、nは共振器スペーサー層の屈折率)である事を特徴とする面発光レーザ素子。
- 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記電流狭窄構造は、Alを含む半導体層の選択酸化構造により構成されている事を特徴とする面発光レーザ素子。
- 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記電流狭窄構造は、イオン注入による高抵抗化領域により構成されている事を特徴とする面発光レーザ素子。
- 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記第2の共振領域の少なくとも一部の層は、レーザ発振光を吸収する半導体材料で構成されている事を特徴とする面発光レーザ素子。
- 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記第2の共振領域中の電界の定在波の腹に対応する位置に、レーザ発振光を吸収する半導体層が設けられている事を特徴とする面発光レーザ素子。
- 請求項9記載の面発光レーザ素子において、前記半導体層は、格子歪を有する材料で構成されていることを特徴とする面発光レーザ素子。
- 請求項8乃至請求項10のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記電流狭窄構造により規定された電流注入領域と前記第2の共振領域が設けられていない領域との形状が相違し、第2の共振領域が設けられていない領域の形状は、等方形状である事を特徴とする面発光レーザ素子。
- 請求項1乃至請求項11のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、該面発光レーザ素子は、基板とは反対側の光出射側にレーザ光を出射するように構成されており、更に前記一対の分布ブラッグ反射器のうち光出射側における分布ブラッグ反射器の表面には、前記第2の共振領域を設けた領域の境界に対し素子の中心側に開口を有する電極が設けられている事を特徴とする面発光レーザ素子。
- 請求項1乃至請求項11のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、該面発光レーザ素子は、基板とは反対側の光出射側にレーザ光を出射するように構成されており、更に前記一対の分布ブラッグ反射器のうち光出射側における分布ブラッグ反射器の表面には、前記第2の共振領域を設けた領域の一部から素子の中心側に開口を有する電極が設けられている事を特徴とする面発光レーザ素子。
- 請求項1乃至請求項13のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記第2の共振領域は、該第2の共振領域が設けられている分布ブラッグ反射器中において、分布ブラッグ反射器を構成する周期数の半分程度の周期となる位置から、活性層側に対して反対側となる位置に設けられていることを特徴とする面発光レーザ素子。
- 請求項1乃至請求項14のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記第2の共振領域は、複数設けられていることを特徴とする面発光レーザ素子。
- 請求項1乃至請求項15のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記活性層はIII−V族半導体材料から構成され、III族元素にGa,Inのいずれか、又は全てが用いられ、V族元素にAs,P,N,Sbのいずれか、又は全てが用いられ、発振波長が1.1μmよりも長波長であることを特徴とする面発光レーザ素子。
- 請求項1乃至請求項15のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子において、前記活性層はIII−V族半導体材料から構成され、III族元素にAl,Ga,Inのいずれか、又は全てが用いられ、V族元素にAs,Pのいずれか、又は全てが用いられ、発振波長が1.1μmよりも短波長であることを特徴とする面発光レーザ素子。
- 請求項1記載の面発光レーザ素子において、前記第2の共振領域を設けない所定の距離の範囲を電流注入領域の中心から0.5μm〜2μmの範囲とした事を特徴とする面発光レーザ素子。
- 請求項1乃至請求項18のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子によって構成されている事を特徴とする面発光レーザアレイ。
- 請求項4または請求項5記載の面発光レーザ素子の製造方法であって、分布ブラッグ反射器中に第2の共振領域を形成する製造工程を、1回目の結晶成長工程において共振器スペーサー層を形成する半導体層を所定の厚さからレーザ発振波長に対し1/4nの厚さだけ薄く設け、次に第2の共振領域を設けない領域における前記半導体層をエッチング除去した後、2回目の結晶成長工程においてレーザ発振波長に対し1/4n厚さとなる半導体層を設けることによって行なう事を特徴とする面発光レーザ素子の製造方法。
- 請求項4または請求項5記載の面発光レーザ素子の製造方法であって、分布ブラッグ反射器中に前記第2の共振領域を形成する製造工程を、分布ブラッグ反射器中に共振器スペーサー層を形成する半導体層を所定の厚さに設けた後、素子表面からエッチング除去を行い、第2の共振領域を設けない領域における前記半導体層を、分布ブラッグ反射器における光波の多重反射の条件を満たす厚さにエッチング除去することによって行なう事を特徴とする面発光レーザ素子の製造方法。
- 請求項20または請求項21記載の面発光レーザ素子の製造方法において、前記第2の共振領域を設けない領域における半導体層をエッチング除去する工程は、ドライエッチング工程とウエットエッチング工程とを組み合わせて行う事を特徴とする面発光レーザ素子の製造方法。
- 請求項1乃至請求項18のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は請求項19記載の面発光レーザアレイを用いて構成されている事を特徴とする面発光レーザモジュール。
- 請求項1乃至請求項18のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は請求項19記載の面発光レーザアレイが用いられている事を特徴とする電子写真システム。
- 請求項1乃至請求項18のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は請求項19記載の面発光レーザアレイが用いられている事を特徴とする光通信システム。
- 請求項1乃至請求項18のいずれか一項に記載の面発光レーザ素子、又は請求項19記載の面発光レーザアレイが用いられている事を特徴とする光インターコネクションシステム。
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