JP2006228959A - Surface-emitting semiconductor laser - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電流狭窄層を有する面発光半導体レーザに係り、特に、多層膜反射鏡内に電流狭窄層が設けられた面発光型半導体レーザに関する。 The present invention relates to a surface emitting semiconductor laser having a current confining layer, and more particularly to a surface emitting semiconductor laser in which a current confining layer is provided in a multilayer reflector.
面発光型半導体レーザは、従来のファブリペロー共振器型半導体レーザとは異なり、基板に対して直交方向に光を出射するものであり、同じ基板上に2次元アレイ状に多数の素子を配列することが可能であることから、近年、データ通信分野で注目されている。 Unlike a conventional Fabry-Perot resonator type semiconductor laser, a surface emitting semiconductor laser emits light in a direction orthogonal to a substrate, and a large number of elements are arranged in a two-dimensional array on the same substrate. In recent years, it has attracted attention in the field of data communication.
ここで、一般的な面発光型半導体レーザの基本構造とその動作について簡単に説明する。面発光型半導体レーザは、半導体基板上に一対の多層膜反射鏡が形成され、その対の反射鏡の間に発光領域となる活性層を有するレーザ構造部を備えている。一方の多層膜反射鏡には、活性層への電流注入効率を高め、しきい値電流を下げるために電流狭窄層が設けられている。また、下面側にはn側電極、上面側にはp側電極がそれぞれ設けられ、p側電極にはレーザ光を出射するための開口部が設けられている。この面発光型半導体レーザでは、一方の多層膜反射鏡に設けられた電流狭窄層により狭窄された電流が活性層へ注入され、活性層で発光した光はレーザ光としてp側電極に設けられた開口部から出射される。 Here, a basic structure and operation of a general surface emitting semiconductor laser will be briefly described. A surface emitting semiconductor laser includes a laser structure portion in which a pair of multilayer mirrors is formed on a semiconductor substrate, and an active layer serving as a light emitting region is provided between the pair of reflectors. One multilayer reflector is provided with a current confinement layer in order to increase the current injection efficiency into the active layer and lower the threshold current. Further, an n-side electrode is provided on the lower surface side, a p-side electrode is provided on the upper surface side, and an opening for emitting laser light is provided on the p-side electrode. In this surface emitting semiconductor laser, the current confined by the current confinement layer provided in one multilayer reflector is injected into the active layer, and the light emitted from the active layer is provided as a laser beam on the p-side electrode. It is emitted from the opening.
ところで、上記した面発光型半導体レーザは、ファブリペロー共振器型と比べてしきい値電流が小さく、素子寿命が長いなどの多くの利点を有する一方で、素子抵抗が高いため、インピーダンス不整合が生じ易く、その結果、本来データ通信に必要な高速変調が困難となるという問題を有する。そこで、活性層およびその近傍の領域を除く化合物半導体層に対して高濃度の不純物を添加して、活性層で光吸収が発生しないようにすると共に、素子抵抗を低減する方法が提案されている(特許文献1)。 By the way, the surface-emitting semiconductor laser described above has many advantages such as a smaller threshold current and a longer element life compared to the Fabry-Perot resonator type, but has a high element resistance, so that impedance mismatching is not caused. As a result, there is a problem that high-speed modulation originally required for data communication becomes difficult. Therefore, a method has been proposed in which a high concentration of impurities is added to the compound semiconductor layer excluding the active layer and the region in the vicinity thereof so that light absorption does not occur in the active layer and the element resistance is reduced. (Patent Document 1).
しかしながら、このような方法では、不純物を添加しない場合に比べて素子抵抗を低減させることは可能であるものの、ドーピング濃度が相対的に低い領域が依然として広範囲に及ぶことから、高速変調の際にインピーダンス不整合が問題とならない程度に素子抵抗を低減させることは困難である。 However, although this method can reduce the device resistance compared to the case where no impurity is added, the region where the doping concentration is relatively low is still widespread. It is difficult to reduce the element resistance to the extent that mismatch does not become a problem.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、素子抵抗が低く、高速変調に好適な面発光型半導体レーザを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a surface-emitting type semiconductor laser having a low element resistance and suitable for high-speed modulation.
本発明の面発光型半導体レーザは、活性層を間にして一対の多層膜反射鏡を備えると共に多層膜反射鏡を構成する一部の層に電流狭窄層を有するものであって、電流狭窄層の近傍は、多層膜反射鏡の平均濃度より低濃度の不純物濃度を有するものである。 The surface-emitting type semiconductor laser of the present invention comprises a pair of multilayer reflectors with an active layer in between and a current confinement layer in a part of the layers constituting the multilayer reflector, In the vicinity, the impurity concentration is lower than the average concentration of the multilayer mirror.
本発明の面発光型半導体レーザでは、電流狭窄層の近傍は多層膜反射鏡の平均濃度より低濃度の不純物濃度を有する。これにより、不純物濃度の低い電流狭窄層の近傍を積層方向と垂直な方向に流れる電流は、相対的に不純物濃度の高い他の領域を流れる電流よりも不純物散乱の影響を受けにくく、その結果、移動度が上昇するので、不純物濃度の低い電流狭窄層の近傍が、電気伝導度の大きい領域、すなわち電気抵抗の少ない領域となるようにすることが可能である。ただし、電気伝導度σは、電場におけるキャリアの流れ易さを表す指標であり、キャリア密度をn、キャリアの電荷をe、移動度をμとすると、σ=neμで表される。そのため、キャリア密度(不純物濃度)の減少割合に比べて移動度の上昇割合が大きくなるようなキャリア密度にすることが必要となる。 In the surface emitting semiconductor laser of the present invention, the vicinity of the current confinement layer has an impurity concentration lower than the average concentration of the multilayer reflector. As a result, the current flowing in the direction perpendicular to the stacking direction in the vicinity of the current confinement layer having a low impurity concentration is less affected by impurity scattering than the current flowing in another region having a relatively high impurity concentration. Since the mobility is increased, the vicinity of the current confinement layer having a low impurity concentration can be a region having a high electrical conductivity, that is, a region having a low electrical resistance. However, the electrical conductivity σ is an index representing the ease of carrier flow in an electric field, and is represented by σ = neμ where n is the carrier density, e is the carrier charge, and μ is the mobility. Therefore, it is necessary to set the carrier density so that the rate of increase in mobility is larger than the rate of decrease in carrier density (impurity concentration).
なお、本明細書において、「電流狭窄層の近傍」とは、電流狭窄層の上面側および下面側のそれぞれの面側から数えて1層目から数層目(おおむね3層ぐらい)の領域を指す。ただし、電流狭窄層が多層膜反射鏡の端面以外の部位に設けられている場合には、電流狭窄層の両面にそれぞれ接する層は多層膜反射鏡を構成する層となるが、電流狭窄層が多層膜反射鏡の端面に設けられている場合には、電流狭窄層のうち一方の面に接する層は多層膜反射鏡を構成する層となり、他方の面に接する層は多層膜反射鏡とは異なる層となる。 In this specification, “in the vicinity of the current confinement layer” means a region from the first layer to several layers (generally about three layers) counted from the upper surface side and the lower surface side of the current confinement layer. Point to. However, when the current confinement layer is provided in a portion other than the end face of the multilayer reflector, the layers in contact with both sides of the current confinement layer are layers constituting the multilayer reflector, but the current confinement layer is When provided on the end face of the multilayer reflector, the layer in contact with one of the current confinement layers is a layer constituting the multilayer reflector, and the layer in contact with the other is the multilayer reflector. Different layers.
また、「不純物」とは、多層膜反射鏡を製造する過程において、層内に望ましい性質を作り出すために意図的に添加される物質であり、例えば、p型不純物としての亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)もしくはベリリウム(Be)、または、n型不純物としてのケイ素(Si)もしくはセレン(Se)などを含む概念である。 Further, “impurities” are substances intentionally added to create desirable properties in the layers in the process of manufacturing a multilayer reflector, and for example, zinc (Zn), magnesium as p-type impurities. It is a concept including (Mg) or beryllium (Be), or silicon (Si) or selenium (Se) as an n-type impurity.
本発明の面発光型半導体レーザによれば、電流狭窄層の近傍が多層膜反射鏡の平均濃度より低濃度の不純物濃度を有するようにしたので、電気伝導度を増加させ、素子抵抗を低減させることができる。これにより、インピーダンス不整合を解消することが可能となるので、高速変調が容易となる。また、素子の信頼性を向上させることができる。 According to the surface emitting semiconductor laser of the present invention, the vicinity of the current confinement layer has an impurity concentration lower than the average concentration of the multilayer reflector, thereby increasing the electrical conductivity and reducing the element resistance. be able to. As a result, impedance mismatch can be eliminated, and high-speed modulation is facilitated. Further, the reliability of the element can be improved.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の一実施の形態に係る面発光型半導体レーザ1の断面構造を表したものである。また、図2は、図1の面発光型半導体レーザ1の断面構造の一部を拡大すると共に、その一部における不純物濃度の分布を表したものである。図3は、図2における特異な例を表したものである。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a surface emitting
面発光型半導体レーザ1は、基板10の一面側に、下部DBRミラー層11(多層膜反射鏡)、下部クラッド層12、活性層13、上部クラッド層14、上部DBRミラー層15(多層膜反射鏡)およびp型コンタクト層16をこの順に積層して構成したものである。ここで、下部クラッド層12の一部、活性層13、上部クラッド層14、上部DBRミラー層15およびp型コンタクト層16は、p型コンタクト層16まで形成されたのち、上面から選択的にエッチングされることによりメサポスト30となっている。
The surface emitting
基板10、下部DBRミラー層11、下部クラッド層12、活性層13、上部クラッド層14、上部DBRミラー層15およびp型コンタクト層16は、例えばGaAs(ガリウム・ヒ素)系の化合物半導体によりそれぞれ構成されている。なお、GaAs系化合物半導体とは、短周期型周期表における3B族元素のうち少なくともガリウム(Ga)と、短周期型周期表における5B族元素のうち少なくともヒ素(As)とを含む化合物半導体のことをいう。
The
基板10は、例えばn型GaAsにより構成されている。下部DBRミラー層11は、低屈折率層11Aiおよび高屈折率層11Bi(1≦i≦x)を1組として、それをx組分含んで構成されたものである。なお、活性層14側に向かうにつれてiの値は小さくなるものとする。この高屈折率層11Biは、例えば厚さがλ/4n(λは発振波長、nは屈折率)、n型不純物濃度が1.0x 1018/cmのAla Ga1-a As(0<a<1)により構成されており、低屈折率層11Aiは、例えば厚さがλ/4n、n型不純物濃度が1.0x 1018/cmのAlb Ga1-b As(0≦b<a)により構成されている。ここで、n型不純物としては、例えばケイ素(Si)またはセレン(Se)などが挙げられる。
The
下部クラッド層12は、例えばAlc Ga1-c As(0<c<1)により構成されている。活性層13は、例えばAld Ga1-d As(0<d<1)により構成されている。上部クラッド層14は、例えばAlf Ga1-f As(0<f<1)により構成されている。この下部クラッド層12、活性層13および上部クラッド層14は、アンドープであることが望ましいが、p型またはn型不純物が含まれていてもよい。
The
上部DBRミラー層15は、低屈折率層15Ajおよび高屈折率層15Bj(1≦j≦y)を1組として、それをy組分含んで構成されたものである。なお、活性層14側に向かうにつれてjの値は小さくなるものとする。この高屈折率層15Bjは、例えば厚さがλ/4n(λは発振波長、nは屈折率)、p型不純物濃度が1.0x 1018/cmのAlg Ga1-g As(0<g<1)により構成されており、低屈折率層11Ajは、例えば厚さがλ/4n、p型不純物濃度が1.0x 1018/cmのAlh Ga1-h As(0≦h<g)により構成されている。ここで、p型不純物としては、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)などが挙げられる。
The upper
ただし、上部DBRミラー層15において、活性層13側から数えてj組離れた低屈折率層15Ajの部位には、低屈折率層15Ajの代わりに、電流狭窄層15Cが形成されている。この電流狭窄層15Cは、その中央領域に設けられた電流注入領域15C−1、および電流注入領域15C−1を取り囲む部位に設けられた電流狭窄領域15C−2を含んで構成されている。電流注入領域15C−1は、例えば、p型不純物濃度が1.0x 1018/cmのAlAsにより構成されており、電流狭窄領域15C−2は、例えば、Al2 O3 により構成されている。
However, in the upper
ところで、本実施の形態では、上部DBRミラー層15において、電流狭窄層15Cの近傍の不純物濃度をその他の領域の不純物濃度よりも低濃度、例えば1.0x 1017/cm3 以下の濃度としている。なお、電流狭窄層15Cの近傍とは、電流狭窄層15Cの上面側および下面側のそれぞれの面側から数えて1層目から数層目(おおむね3層ぐらい)の領域、すなわち、電流狭窄層15Cを挟み込む一対の数層を指す。ただし、上面側の不純物濃度の低い層の層数と、下面側の不純物濃度の低い層の層数とは同一である必要はない。また、上面側の不純物濃度の低い層の組成および不純物濃度と、下面側の不純物濃度の低い層の組成および不純物濃度とは同一である必要はない。
By the way, in the present embodiment, in the upper
また、上で例示したような低濃度は、電流狭窄層15Cおよびその近傍の層を製造する工程において、不純物の供給を停止することにより実現されるが、実際には他の層の不純物が拡散してくるため、おおよそ1.0x 1016/cm3 以上1.0x 1017/cm3 以下の濃度となることが多い。 In addition, the low concentration as exemplified above is realized by stopping the supply of impurities in the process of manufacturing the current confinement layer 15C and its neighboring layers, but in reality, impurities in other layers are diffused. Therefore, the concentration often becomes approximately 1.0 × 10 16 / cm 3 or more and 1.0 × 10 17 / cm 3 or less.
なお、図2では、電流狭窄層15Cが活性層13側から数えてj層目の低屈折率層15Ajの部位に設けられた場合に、電流狭窄層の両面にそれぞれ接する層の不純物濃度がその他の領域の不純物濃度よりも低濃度のときの不純物濃度分布を例示した。このとき、上部DBRミラー層15において、不純物濃度の低い層は、高屈折率層15Bj−1および15Bjである。
In FIG. 2, when the current confinement layer 15C is provided in the portion of the j-th low refractive index layer 15Aj counted from the
また、上部DBRミラー層15の端面である、低屈折率層15A1の部位に電流狭窄層15Cを設けるようにした場合は、図3のようになる。このとき、上部DBRミラー層15において、不純物濃度の低い層は、図2の場合のように、上部DBRミラー層15を構成する層ではない層も含まれる。具体的には、高屈折率層15B1および上部クラッド層14である。
Further, when the current confinement layer 15C is provided at the low refractive index layer 15A1, which is the end face of the upper
p型コンタクト層16は、例えばp型GaAsにより構成されており、上記の電流注入領域15C−1と対向する領域に例えば円形の開口部16Aを有している。
The p-
絶縁層17は、上記開口部16Aと、p型コンタクト層16のうち開口部16Aの周縁部とを除くメサポスト30全体を覆うように形成されており、例えばポリイミドにより構成されている。p側電極18は、開口部16Aの周縁部と、絶縁層17とを覆うように形成されている。このp側電極18は、例えば、チタン(Ti)層,白金(Pt)層および金(Au)層をp側コンタクト層16の側から順に積層したものであり、p型コンタクト層16と電気的に接続されている。また、基板10の裏面にはn型コンタクト層19およびn側電極20がこの順に形成されている。ここで、n型コンタクト層19は、例えばn型GaAsにより構成されている。また、n側電極20は、例えば、金(Au)とゲルマニウム(Ge)との合金層,ニッケル(Ni)層および金(Au)層とを基板10の側から順に積層した構造を有しており、n型コンタクト層19と電気的に接続されている。
The insulating layer 17 is formed so as to cover the entire mesa post 30 excluding the
このような構成を有する面発光型半導体レーザ1は、例えば次のようにして製造することができる。
The surface emitting
図4(A)〜(C)は、その製造方法を工程順に表したものである。例えばGaAs(ガリウム・ヒ素)系の面発光型半導体レーザ1を製造するためには、基板10上の化合物半導体層を、例えば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition ;有機金属化学気相成長)法により形成する。この際、III−V族化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMIn)、アルシン (AsH3)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、H2 Seを用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えば、ジメチルジンク(DMZ)を用いる。
4A to 4C show the manufacturing method in the order of steps. For example, in order to manufacture a GaAs (gallium arsenic) based surface emitting
具体的には、まず、図4(A)に示したように、基板10上に、下部DBRミラー層11,下部クラッド層12,活性層13,上部クラッド層14,上部DBRミラー層15およびp側コンタクト層16をこの順に積層する。
Specifically, first, as shown in FIG. 4A, on the
ただし、上部DBRミラー層15のうち、電流狭窄層15Cの近傍の層を積層する際には、不純物の供給を停止する。これにより、電流狭窄層15Cの近傍の層をアンドープとすることができるが、実際には隣接する層からの不純物の拡散により、これらの層の不純物濃度は、おおよそ1.0x 1016/cm3 以上1.0x 1017/cm3 以下の範囲となることが多い。
However, when the layers near the current confinement layer 15C in the upper
次に、図4(B)に示したように、例えば、p側コンタクト層16の上にマスク層(図示せず)を形成し、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching;RIE)法により、p側コンタクト層16,上部DBRミラー層15,上部クラッド層14,活性層13および下部クラッド層12の一部を選択的に除去すると共に、p側コンタクト層16の一部をエッチングして開口部16Aを形成する。これにより、頂上に開口部16Aを有するメサポスト30が形成される。
Next, as shown in FIG. 4B, for example, a mask layer (not shown) is formed on the p-
次に、図4(C)に示したように、水蒸気雰囲気中にて、高温で酸化処理を行い、メサポスト30の外側から例えば電流狭窄層15CとなることとなるAlAsからなる層のAlを選択的に酸化する。これにより、その層の中心領域に電流注入領域15C−1が形成され、それ以外の領域には電流狭窄領域15C−2が形成され、その結果、電流注入領域15C−1および電流狭窄領域15C−2からなる電流狭窄層15Cが形成される。
Next, as shown in FIG. 4C, an oxidation process is performed at a high temperature in a water vapor atmosphere, and Al in a layer made of AlAs that becomes the current confinement layer 15C is selected from the outside of the
次に、図1に示したように、メサポスト30上およびメサポスト30の周辺基板上に例えばCVD(Chemical Vapor Deposition) 法により絶縁層17を積層させる。その後、エッチングにより絶縁層17のうちメサポスト30の頂上の一部分を選択的に除去して、開口部16A内に上部DBRミラー層15を露出させると共に、p側コンタクト層16のうち開口部16Aの外縁部を露出させる。
Next, as shown in FIG. 1, the insulating layer 17 is laminated on the
続いて、メサポスト30上およびメサポスト30の周辺基板上に例えば真空蒸着法により例えばTi、PtおよびAuを順次積層してp側電極18を形成する。その後、リフトオフまたは選択エッチングにより、開口部16A内にp型クラッド層15を露出させる。なお、リフトオフによりp型クラッド層15を露出させる場合には、p側電極18を形成する前に、開口部16Aにフォトレジスト膜をあらかじめ形成したのち、p側電極18をそのフォトレジスト膜と共に除去する。
Subsequently, for example, Ti, Pt, and Au are sequentially laminated on the
次いで、基板11の裏面を適宜研磨して基板の厚さを調整した後、その面上にn側コンタクト層19を形成する。続いて、例えば、金とゲルマニウム(Ge)との合金層,Ni層およびAu層とをこの順に積層してn側電極20を形成する。このようにして面発光型の半導体レーザ素子1が製造される。
Next, the back surface of the
この面発光型半導体レーザ1では、n側電極20とp側電極18との間に所定の電圧が印加されると、電流狭窄層15Cにおける電流注入領域15C−1を通して活性層13に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の下部DBRミラー層11および上部DBRミラー層15により反射され、素子内を一往復したときの位相の変化が2πの整数倍となる波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に出射される。
In this surface-emitting
ところで、一般的な面発光型半導体レーザでは、前述のように、活性層およびその近傍の領域を除く化合物半導体層に対して高濃度の不純物を添加して、活性層で光吸収が発生しないようにすると共に、素子抵抗を低減するようにしている。これは、電気伝導度σがσ=neμで表されることに着目して、キャリア密度n(不純物濃度)を上げることにより素子抵抗を下げようとしたものである。しかしながら、このような構成では、不純物を添加しない場合に比べて素子抵抗を低減させることは可能であるものの、ドーピング濃度が相対的に低い領域が依然として広範囲に及ぶことから、高速変調の際にインピーダンス不整合が問題とならない程度に素子抵抗を低減させることは困難である。 By the way, in a general surface emitting semiconductor laser, as described above, a high concentration of impurities is added to the compound semiconductor layer excluding the active layer and the vicinity thereof so that light absorption does not occur in the active layer. In addition, the element resistance is reduced. This is an attempt to decrease the element resistance by increasing the carrier density n (impurity concentration) by paying attention to the fact that the electric conductivity σ is expressed by σ = neμ. However, in such a configuration, although it is possible to reduce the element resistance as compared with the case where no impurity is added, since the region where the doping concentration is relatively low still covers a wide range, the impedance during high-speed modulation is still large. It is difficult to reduce the element resistance to the extent that mismatch does not become a problem.
一方、本実施の形態の面発光型半導体レーザ1では、電流狭窄層15Cのごく近傍の不純物濃度を例えば1.0x 1017/cm3 以下に低減するようにした。これは、上記の例のようにキャリア密度n(不純物濃度)を上げることにより素子抵抗を下げようとしたものではなく、移動度μを上げることにより素子抵抗を下げようとしたものである。
On the other hand, in the surface emitting
より具体的に説明すると、電流狭窄層15Cのごく近傍の不純物濃度を所定の濃度まで低下させると、不純物濃度の減少割合に比べて移動度の上昇割合が大きくなり、その結果、電気伝導度σ(=neμ)が増加する。このようにして、不純物濃度の低い電流狭窄層15Cの近傍において、積層方向と垂直な方向に流れる電流を、電気伝導度の大きい領域内、すなわち電気抵抗の少ない領域内に流すことが可能となる。 More specifically, when the impurity concentration in the vicinity of the current confinement layer 15C is reduced to a predetermined concentration, the rate of increase in mobility becomes larger than the rate of decrease in impurity concentration, and as a result, the electrical conductivity σ (= Neμ) increases. In this manner, in the vicinity of the current confinement layer 15C having a low impurity concentration, a current flowing in a direction perpendicular to the stacking direction can be passed in a region having a high electrical conductivity, that is, a region having a low electrical resistance. .
このように、本発明の面発光型半導体レーザ1によれば、電流狭窄層15Cの近傍が上部DBRミラー層15の平均濃度より低濃度の不純物濃度を有するようにしたので、電気伝導度を増加させ、素子抵抗を低減させることができる。これにより、インピーダンス不整合を解消することが可能となるので、高速変調が容易となる。また、素子の信頼性を向上させることもできる。
Thus, according to the surface-emitting
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ2について説明する。なお、本実施の形態は、上部DBRミラー層15において、電流狭窄層15Cの近傍だけでなく、電流狭窄層15Cもその他の領域の不純物濃度よりも低濃度、例えば1.0x 1017/cm3 以下の濃度とした点で、上記の第1の実施の形態と相違する。
[Second Embodiment]
Next, a surface emitting semiconductor laser 2 according to a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, not only the vicinity of the current confinement layer 15C but also the current confinement layer 15C in the upper
図7は、第1の比較例に係る面発光型半導体レーザの電流注入領域の様子を表したものである。図8は、第2の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ2の電流注入領域15C−1の様子を表したものである。なお、第1の比較例に係る面発光型半導体レーザは、電流狭窄層およびその近傍の層の不純物濃度を高濃度(例えば1.0x 1018/cm3 )とすると共に、電流狭窄層をAlAsにより構成した点で、第2の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ2と相違する。 FIG. 7 shows the state of the current injection region of the surface emitting semiconductor laser according to the first comparative example. FIG. 8 shows the state of the current injection region 15C-1 of the surface emitting semiconductor laser 2 according to the second embodiment. In the surface emitting semiconductor laser according to the first comparative example, the impurity concentration of the current confinement layer and the vicinity thereof is set to a high concentration (for example, 1.0 × 10 18 / cm 3 ), and the current confinement layer is made of AlAs. This is different from the surface emitting semiconductor laser 2 according to the second embodiment in that it is configured as described above.
面発光型半導体レーザでは、レーザ光のNFP(Near Field Pattern) に影響を及ぼす要素の1つとして、電流狭窄層における電流注入領域の形状が挙げられる。光スポットの中心部分にピークを有する同心円状の輝度分布が理想的なNFPであるが、不純物が高濃度にドーピングされたAlAsに対して酸化を行うと、図7に第1の比較例として例示したように、開口部116Aの中心部分に、結晶方位に従ってひし形の電流注入領域が形成されるため、ひし形の四つ角にピークを有する輝度分布となってしまい、NFPが理想的ではなくなってしまう。また、ひし形の四つ角に電流が集中するようになるため、素子の劣化率が大きくなる。そのため、素子の寿命が短くなり、素子の信頼性が低下してしまう。そこで、従来は、AlAsにGaを添加したAlGaAsを酸化して、円板状の電流注入領域を有する電流狭窄層を形成するようにしていた。ところが、Gaを添加すると、電流注入領域の径が面内において一定とならず、面内で分布を有するようになるため、NFPが理想的ではない場合が多くなり、その結果、歩留りが悪化してしまう。 In the surface emitting semiconductor laser, one of the factors affecting the NFP (Near Field Pattern) of the laser light is the shape of the current injection region in the current confinement layer. A concentric luminance distribution having a peak at the center portion of the light spot is an ideal NFP, but when oxidation is performed on AlAs doped with a high concentration of impurities, FIG. 7 illustrates a first comparative example. As described above, since a rhombus current injection region is formed in the central portion of the opening 116A in accordance with the crystal orientation, the luminance distribution has peaks at the four corners of the rhombus, and NFP is not ideal. In addition, since the current concentrates on the four corners of the rhombus, the deterioration rate of the element increases. Therefore, the lifetime of the element is shortened, and the reliability of the element is lowered. Therefore, conventionally, AlGaAs obtained by adding Ga to AlAs is oxidized to form a current confinement layer having a disk-shaped current injection region. However, when Ga is added, the diameter of the current injection region does not become constant in the plane and has a distribution in the plane, so NFP is often not ideal, and as a result, the yield deteriorates. End up.
一方、本実施の形態の面発光型半導体レーザ2では、電流狭窄層15Cを、例えば
1.0x 1017/cm3 以下の低濃度の不純物濃度のAlAsにより構成すると共に、電流狭窄層15Cの近傍の層も、低濃度の不純物濃度の半導体により構成している。これにより、電流狭窄層15Cに不純物が拡散するのが抑制されるので、Gaを添加することなく、開口部16Aの中心部分に、円板状の電流注入領域15C−1を形成することが可能となる(図8参照)。その結果、素子の劣化率を小さくすることが可能となるので、素子を長寿命化することができ、素子の信頼性を向上させることができる。
On the other hand, in the surface-emitting type semiconductor laser 2 of the present embodiment, the current confinement layer 15C is made of AlAs having a low impurity concentration of, for example, 1.0 × 10 17 / cm 3 or less and in the vicinity of the current confinement layer 15C. This layer is also composed of a semiconductor with a low impurity concentration. This suppresses the diffusion of impurities into the current confinement layer 15C, so that it is possible to form the disc-shaped current injection region 15C-1 in the central portion of the
また、不純物濃度を低濃度としたことにより、酸化速度が遅くなるので、電流注入領域の形状の制御性を向上させることができ、歩留りを向上させることができる。 Moreover, since the oxidation rate is slowed by setting the impurity concentration to be low, the controllability of the shape of the current injection region can be improved, and the yield can be improved.
次に、上記の第2の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ2の実施例を、第2の比較例と対比して説明する。なお、本実施例において、上記の実施の形態の面発光型半導体レーザ2と共通する構成、作用、製法および効果については適宜省略する。 Next, an example of the surface emitting semiconductor laser 2 according to the second embodiment will be described in comparison with a second comparative example. In this example, the configuration, operation, manufacturing method, and effects common to the surface emitting semiconductor laser 2 of the above embodiment are omitted as appropriate.
本実施例では、基板10を厚さ100μm、不純物濃度1.0x 1019/cm3 のn型GaAsにより構成した。また、下部DBRミラー層11を、厚さがλ/4n(λは発振波長、nは屈折率)のn型Al0.1 Ga0.9 As(低屈折率層11Ai)/n型Al0.9 Ga0.1 As(高屈折率層11Bi)を1組として、それを25組分含む構成とした。
In this embodiment, the
下部クラッド層12を厚さ90nm、アンドープのAl0.75Ga0.25As、活性層13を厚さ8nm,アンドープのGaAs、上部クラッド層14を厚さ90nm,アンドープのAl0.75Ga0.25Asにより構成した。上部DBRミラー層15を、厚さがλ/4n(λは発振波長、nは屈折率)のp型Al0.1 Ga0.9 As(低屈折率層15Aj)/p型Al0.9 Ga0.1 As(高屈折率層15Bj)を1組として、それを20組分含む構成とした。なお、電流狭窄層15Cは、活性層13から数えて2層目の低屈折率層15B−2に配置されており、電流狭窄層15Cおよび電流狭窄層15Cから数えて1層目から3層目までの層の不純物濃度は、1.0x 1017/cm3 である。
The
p型コンタクト層16を厚さ300nmのp型GaAs、絶縁層17をポリイミド、n型コンタクト層19をn型GaAsにより構成した。p側電極18をTi層,Pt層およびAu層をp側コンタクト層16の側から順に積層し、n側電極20を、AuとGeとの合金層,Ni層およびAu層とを基板10の側から順に積層して構成した。
The p-
一方、本比較例では、電流狭窄層およびその近傍の層は、1.0x 1018/cm3 の濃度の不純物を含有する。その他の構成は、本実施例と同様である。 On the other hand, in this comparative example, the current confinement layer and the adjacent layer contain an impurity having a concentration of 1.0 × 10 18 / cm 3 . Other configurations are the same as in this embodiment.
図9は、本実施例および本比較例の直列抵抗を、本比較例の値を1に規格化した表したものである。図10は、本実施例および本比較例の劣化率を、本比較例の値を1に規格化した表したものである。図9,図10に示したように、本実施例に係る直列抵抗および劣化率は、本比較例に係る直列抵抗および劣化率と比べると、低いことが確認できる。 FIG. 9 shows the series resistances of the present example and this comparative example normalized to 1 in this comparative example. FIG. 10 shows the deterioration rates of the present example and this comparative example normalized to 1 as the value of this comparative example. As shown in FIGS. 9 and 10, it can be confirmed that the series resistance and the deterioration rate according to this example are lower than the series resistance and the deterioration rate according to this comparative example.
従って、電流狭窄層15Cおよびその近傍の層の不純物濃度を低くすることにより、直列抵抗および劣化率を低減することができるといえる。 Therefore, it can be said that the series resistance and the deterioration rate can be reduced by lowering the impurity concentration of the current confinement layer 15C and its neighboring layers.
以上、2つの実施の形態および1つの実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。 Although the present invention has been described with reference to two embodiments and one example, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made.
例えば、上記実施の形態では、n型GaAsからなる基板10を用いた場合を例として説明していたが、p型GaAsからなる基板10を用いてもよい。
For example, in the above embodiment, the case where the
1,2…半導体レーザ、10…基板、11…下部DBRミラー層、11Ai,15Aj…高屈折率層、11Bi,15Bj…低屈折率層、12…下部クラッド層、13…活性層、14…上部クラッド層、15…上部DBRミラー層、15C…電流狭窄層、15C−1…電流注入領域、15C−2…電流狭窄領域、15D…AlAs層、16…p側コンタクト層、16A…開口部、17…絶縁層、18…p側電極、19…n側コンタクト層、20…n側電極、30…メサポスト、
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記電流狭窄層の近傍は、前記多層膜反射鏡の平均濃度より低濃度の不純物濃度を有する
ことを特徴とする面発光型半導体レーザ。 A surface emitting semiconductor laser comprising a pair of multilayer reflectors with an active layer in between and a current confinement layer in a part of the layers constituting the multilayer reflector,
The surface emitting semiconductor laser characterized in that the vicinity of the current confinement layer has an impurity concentration lower than an average concentration of the multilayer reflector.
ことを特徴とする請求項1に記載の面発光型半導体レーザ。 2. The surface-emitting type semiconductor laser according to claim 1, wherein an impurity concentration in the vicinity of the current confinement layer is 1.0 × 10 17 / cm 3 or less.
ことを特徴とする請求項1に記載の面発光型半導体レーザ。 The surface emitting semiconductor laser according to claim 1, wherein the current confinement layer and the vicinity thereof have an impurity concentration lower than an average concentration of the multilayer reflector.
ことを特徴とする請求項3に記載の面発光型半導体レーザ。 4. The surface-emitting type semiconductor laser according to claim 3, wherein an impurity concentration in the current confinement layer and the vicinity thereof is 1.0 × 10 17 / cm 3 or less.
ことを特徴とする請求項3に記載の面発光型半導体レーザ。
The surface emitting semiconductor laser according to claim 3, wherein the current confinement layer is made of AlAs.
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WO2015011966A1 (en) * | 2013-07-24 | 2015-01-29 | 株式会社村田製作所 | Vertical cavity surface-emitting laser and production method therefor |
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