JP2007027364A - P-type semiconductor distribution bragg reflector, surface emitting element, surface emitting monolithic array, electrophotograph system, optical communication system and optical interconnection system - Google Patents

P-type semiconductor distribution bragg reflector, surface emitting element, surface emitting monolithic array, electrophotograph system, optical communication system and optical interconnection system Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable p-type semiconductor distribution Bragg reflector having the excellent optical characteristic (reflectivity) and electric characteristic (low resistance electric characteristic) particularly in the short-wavelength band. <P>SOLUTION: In the p-type semiconductor distribution Bragg reflector in which a high refractive index layer is constituted with a AlGaInP layer, a low refractive index layer is constituted with a AlGaAs layer, and two kinds of layers include p-type impurity element. The p-type impurity element is Mg as included at least in the AlGaInP layer among two kinds of layer. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、p型半導体分布ブラッグ反射器および面発光素子および面発光モノリシックアレイ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に関する。   The present invention relates to a p-type semiconductor distributed Bragg reflector, a surface light emitting element, a surface light emitting monolithic array, an electrophotographic system, an optical communication system, and an optical interconnection system.

従来、基板面に対して垂直な方向に出力が得られる面発光型半導体素子(面発光素子)として、面発光レーザ素子(VCSEL)や共振器共鳴型面発光ダイオード素子(RCLED)が知られている。これらの面発光素子は、例えば(多重)量子井戸構造等からなる活性層と、この活性層の両側に設けられた共振器スペーサー層と、共振器スペーサー層の両側に設けられた一対の半導体多層膜反射鏡(半導体分布ブラッグ反射器)とから構成され、一対の半導体分布ブラッグ反射器は、夫々がp型,n型に不純物ドーピングされており、半導体分布ブラッグ反射器の更に外側に設けられた電極に電圧を印加する事によって、キャリア(正孔、電子)が活性層へ注入され発光再結合によりレーザ発振や発光を生じる。   Conventionally, surface emitting laser elements (VCSEL) and resonator resonant surface emitting diode elements (RCLED) are known as surface emitting semiconductor elements (surface emitting elements) that can output in a direction perpendicular to the substrate surface. Yes. These surface light emitting devices include, for example, an active layer having a (multiple) quantum well structure, a resonator spacer layer provided on both sides of the active layer, and a pair of semiconductor multilayers provided on both sides of the resonator spacer layer. The pair of semiconductor distributed Bragg reflectors are doped with impurities of p-type and n-type, respectively, and are provided on the outer side of the semiconductor distributed Bragg reflector. By applying a voltage to the electrodes, carriers (holes, electrons) are injected into the active layer, and laser oscillation and light emission occur due to light emission recombination.

ここで、特に面発光レーザ素子は、レーザ発振方向における利得領域(活性層)の厚さが薄い事から、発振を得る為には、99%以上の高い反射率を有する共振器ミラーが必要であり、その様なミラーとしては上記の半導体分布ブラッグ反射器が好適である。半導体分布ブラッグ反射器は、屈折率の異なる2種の半導体層を、対象とする波長(λ)に対し、λ/4n(nは波長λにおける半導体層の屈折率)に厚さに交互に積層して構成されており、光波の多重反射によって高い反射率を得る事が可能である。この際、2種の半導体層の屈折率差が大きく、またその積層数が多い程、高反射率を得る事が可能である。   Here, in particular, since the surface emitting laser element has a thin gain region (active layer) in the laser oscillation direction, a resonator mirror having a high reflectance of 99% or more is required to obtain oscillation. As such a mirror, the above-mentioned semiconductor distributed Bragg reflector is suitable. The semiconductor distributed Bragg reflector has two types of semiconductor layers with different refractive indexes stacked alternately with a thickness of λ / 4n (n is the refractive index of the semiconductor layer at the wavelength λ) with respect to the target wavelength (λ). Thus, it is possible to obtain a high reflectance by multiple reflection of light waves. At this time, the higher the difference in refractive index between the two types of semiconductor layers and the greater the number of stacked layers, the higher the reflectance can be obtained.

半導体分布ブラッグ反射器の構成としては、AlGaAs系材料を用いたものが広く知られており、発振光の吸収を防ぐ為に発振波長に応じて透明となる半導体材料を用いて構成される。例えば非特許文献1には、In0.2Ga0.8As/GaAsを活性層とし、AlAs/GaAsを分布ブラッグ反射鏡材料とした980nm帯面発光レーザ素子の例が示されている。 As a configuration of the semiconductor distributed Bragg reflector, a configuration using an AlGaAs-based material is widely known, and is configured using a semiconductor material that becomes transparent according to the oscillation wavelength in order to prevent absorption of oscillation light. For example, Non-Patent Document 1, the In 0.2 Ga 0.8 As / GaAs and the active layer, examples of 980nm band surface-emitting laser element of the AlAs / GaAs was distributed Bragg reflector material are shown.

半導体分布ブラッグ反射器において高い反射率を得るには、半導体分布ブラッグ反射器を構成する2種の半導体層の屈折率差が大きい事が望ましく、上記の非特許文献1の例は、AlGaAs系材料による組み合わせとして最も高反射率を得る事ができる望ましい組み合わせである。   In order to obtain a high reflectance in a semiconductor distributed Bragg reflector, it is desirable that the refractive index difference between the two types of semiconductor layers constituting the semiconductor distributed Bragg reflector is large. This is a desirable combination that can obtain the highest reflectivity as a combination.

しかし、一般に同種の半導体材料において、その屈折率は、直接遷移におけるバンドギャップエネルギーと対応関係にあり、屈折率差が大きくなる組み合わせ程、バンドギャップエネルギー差が大きくなる傾向がある。バンドギャップエネルギーの異なる2種の半導体層の界面(ヘテロ構造)では、各バンド(伝導帯、価電子帯)のバンド不連続に起因したポテンシャル障壁が形成され、キャリアの導通が妨げられるので、高抵抗となる問題がある。特にp型半導体材料では、抵抗の増加が顕著であり、p型半導体分布ブラッグ反射器における直列抵抗によって素子が高抵抗となる問題がある。   However, in general, in the same kind of semiconductor material, the refractive index has a corresponding relationship with the band gap energy in the direct transition, and the band gap energy difference tends to increase as the combination increases in the refractive index difference. At the interface (heterostructure) between two types of semiconductor layers with different band gap energies, a potential barrier is formed due to band discontinuity of each band (conduction band, valence band), and conduction of carriers is hindered. There is a problem of resistance. In particular, in the p-type semiconductor material, the increase in resistance is significant, and there is a problem that the element becomes high resistance due to the series resistance in the p-type semiconductor distributed Bragg reflector.

この高抵抗化を抑制する方法として、p型半導体分布ブラッグ反射器を構成する2種の半導体層の界面に、中間層や組成傾斜層等のヘテロスパイク緩衝層を設ける事が知られている。ここで、中間層とは、p型半導体分布ブラッグ反射器を構成する2種の半導体層の間の組成を有する層である。また、組成傾斜層とは、2種の半導体層のうち一方から他方へ半導体層の組成を次第に変化させた層であり、これらを設ける事で、ヘテロ界面におけるポテンシャル障壁の発生を抑制できる事が知られている。上述の非特許文献1の素子では、p型半導体分布ブラッグ反射器の低抵抗化の為に上記のヘテロスパイク緩衝層を設ける構成が取られている。   As a method of suppressing this increase in resistance, it is known to provide a hetero spike buffer layer such as an intermediate layer or a composition gradient layer at the interface between two types of semiconductor layers constituting a p-type semiconductor distributed Bragg reflector. Here, the intermediate layer is a layer having a composition between two types of semiconductor layers constituting the p-type semiconductor distributed Bragg reflector. In addition, the composition gradient layer is a layer in which the composition of the semiconductor layer is gradually changed from one to the other of the two types of semiconductor layers, and by providing these, generation of a potential barrier at the heterointerface can be suppressed. Are known. The element of Non-Patent Document 1 described above has a configuration in which the hetero spike buffer layer is provided in order to reduce the resistance of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector.

しかし、高い反射率を得る為には、p型半導体分布ブラッグ反射器を構成する2層の界面が急峻である方が望ましく、上述の例では、組成傾斜層により電気抵抗は低減されるものの、同時に反射率も低下してしまう。   However, in order to obtain a high reflectance, it is desirable that the interface between the two layers constituting the p-type semiconductor distributed Bragg reflector is steep. In the above example, although the electrical resistance is reduced by the composition gradient layer, At the same time, the reflectance also decreases.

一方、短波長帯では、半導体分布ブラッグ反射器を構成する材料による光吸収が生じるため、半導体分布ブラッグ反射器に用いる事ができる材料が制限されてしまう。例えば、GaAsは、長波長帯における半導体分布ブラッグ反射器の高屈折率材料として用いられているが、バンドギャップエネルギーに対応する870nmよりも短波長帯では入射光を吸収するため、短波長帯における半導体分布ブラッグ反射器の材料として用いる事はできない。   On the other hand, in the short wavelength band, light absorption by the material constituting the semiconductor distributed Bragg reflector occurs, so that the materials that can be used for the semiconductor distributed Bragg reflector are limited. For example, GaAs is used as a high refractive index material for a semiconductor distributed Bragg reflector in the long wavelength band, but absorbs incident light in a shorter wavelength band than 870 nm corresponding to the band gap energy. It cannot be used as a material for semiconductor distributed Bragg reflectors.

この様な場合には、高屈折率層として、反射波長(発振波長)に対して十分透明で、出来るだけAl組成の小さなAlGaAs混晶を使う必要がある。   In such a case, it is necessary to use an AlGaAs mixed crystal that is sufficiently transparent with respect to the reflection wavelength (oscillation wavelength) and has an Al composition as small as possible as the high refractive index layer.

短波長帯における半導体分布ブラッグ反射器の例として、例えば、非特許文献2には、Al0.12Ga0.88As/Al0.3Ga0.7Asを活性層の材料とし、Al0.9Ga0.1As/Al0.3Ga0.7Asを分布ブラッグ反射器の材料とする780nm帯面発光レーザ素子の例が示されており、また、非特許文献3には、Ga0.54In0.46P/(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pを活性層の材料とし、AlAs/Al0.5Ga0.5Asを分布ブラッグ反射器の材料とする670nm帯面発光レーザ素子の例が示されている。 As an example of the semiconductor distributed Bragg reflector in the short wavelength band, for example, in Non-Patent Document 2, Al 0.12 Ga 0.88 As / Al 0.3 Ga 0.7 As is used as the active layer material, and Al 0 .9 Ga 0.1 As / Al 0.3 Ga 0.7 As is an example of a 780 nm band surface emitting laser element using a distributed Bragg reflector material. 0.54 In 0.46 P / (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P is used as the active layer material, and AlAs / Al 0.5 Ga 0.5 As is a distributed Bragg reflector. An example of a 670 nm-band surface emitting laser element as the material of is shown.

また、特に可視帯においては、半導体分布ブラッグ反射器の材料として上記のAlGaAs系材料の他にも、AlGaInP系材料を用いる事が知られており、例えば、特許文献1には、発光波長610nmの共振器共鳴型面発光ダイオード素子において、基板側の分布ブラッグ反射器をAlGaInP材料で構成し、光出射側の分布ブラッグ反射器をAlGaAs系材料で構成した例について開示されている。   In particular, in the visible band, it is known to use an AlGaInP-based material in addition to the above-described AlGaAs-based material as a material for a semiconductor distributed Bragg reflector. For example, Patent Document 1 discloses an emission wavelength of 610 nm. In the resonator resonant surface light emitting diode element, an example is disclosed in which the distributed Bragg reflector on the substrate side is made of an AlGaInP material, and the distributed Bragg reflector on the light emitting side is made of an AlGaAs-based material.

短波長帯では、この様にバンド不連続量は逆に小さくなる傾向であり、電気抵抗に関する問題は緩和されるが、逆に、十分な屈折率差を得る事が難しくなり、光学的(反射)特性が低下するという問題がある。また、短波長化に伴い、分布ブラッグ反射器の構成層の厚さも薄くなるので、組成傾斜層による反射率への影響も長波長帯に比べ大きくなってしまっている。   In the short wavelength band, the band discontinuity tends to be smaller in this way, and the problems related to electrical resistance are alleviated, but conversely, it becomes difficult to obtain a sufficient refractive index difference, and optical (reflection) ) There is a problem that the characteristics deteriorate. Further, as the wavelength is shortened, the thickness of the constituent layer of the distributed Bragg reflector is also reduced, so that the influence of the composition gradient layer on the reflectance is larger than that in the long wavelength band.

これらの課題に対して、非特許文献4では、短波長域において急峻なヘテロ界面を備えていながら、電気抵抗が低く、且つ光学的特性に優れた分布ブラッグ反射器を構成した例が示されている。   To deal with these problems, Non-Patent Document 4 shows an example in which a distributed Bragg reflector having a steep hetero interface in a short wavelength region and having low electrical resistance and excellent optical characteristics is configured. Yes.

すなわち、この非特許文献4では、AlGaInP材料とAlGaAs材料の価電子帯エネルギーに注目し、2種の混晶から価電子帯エネルギー差が小さくなる組成を組み合わせ、急峻なヘテロ界面を有し、更に電気抵抗の低いp型半導体分布ブラッグ反射器を得た事が報告されている。   That is, in this Non-Patent Document 4, paying attention to the valence band energies of the AlGaInP material and the AlGaAs material, a composition in which the valence band energy difference is reduced from two mixed crystals is combined, and has a steep hetero interface, It has been reported that a p-type semiconductor distributed Bragg reflector with low electrical resistance has been obtained.

具体的に、非特許文献4では、ガスソース分子線エピタキシー(GSMBE)法を用いて、Beをp型不純物元素としたp−AlGaInP/AlGaAs分布ブラッグ反射器の作製を行なっている。ここで、反射波長(反射率が最も高くなる波長)としては、プラスティック オプティカル ファイバー(POF)における吸収損失が最も低くなる波長である650nmに設定し、実際には638nmにピーク反射波長を有する分布ブラッグ反射器を作製している。また具体的な分布ブラッグ反射器の組成は、(Al0.27Ga0.730.52In0.48P/Al0.9Ga0.1Asとしている。非特許文献4の例では、以上の構成によって、短波長帯において急峻なヘテロ界面でありながら、極めて低抵抗なp型半導体分布ブラッグ反射器を実現している。
IEEE Photon. Technol. Lett Vol.7, No.11, 1995, p.p.1234 IEEE Photon. Technol. Lett. Vol.11, No.12, 1999, p.p.1539 IEEE Photon. Technol. Lett. Vol.6, No.3, 1994, p.p.313 特開2002−204026号公報 Applied physics letters vol.74, p.p.3758, 1999
Specifically, in Non-Patent Document 4, a p-AlGaInP / AlGaAs distributed Bragg reflector using Be as a p-type impurity element is manufactured using a gas source molecular beam epitaxy (GSMBE) method. Here, the reflection wavelength (the wavelength at which the reflectivity is highest) is set to 650 nm, which is the wavelength at which the absorption loss in the plastic optical fiber (POF) is lowest, and is actually a distributed Bragg having a peak reflection wavelength at 638 nm. A reflector is manufactured. The specific composition of the distributed Bragg reflector is (Al 0.27 Ga 0.73 ) 0.52 In 0.48 P / Al 0.9 Ga 0.1 As. In the example of Non-Patent Document 4, the above configuration realizes a p-type semiconductor distributed Bragg reflector having an extremely low resistance while being a steep hetero interface in a short wavelength band.
IEEE Photon. Technol. Lett Vol. 7, no. 11, 1995, p. p. 1234 IEEE Photon. Technol. Lett. Vol. 11, no. 12, 1999, p. p. 1539 IEEE Photon. Technol. Lett. Vol. 6, no. 3, 1994, p. p. 313 JP 2002-204026 A Applied physics letters vol. 74, p. p. 3758, 1999

以上の様に、非特許文献4では、半導体分布ブラッグ反射器の材料に、AlGaInP系材料とAlGaAs系材料を組み合わせて用いる事によって、電気抵抗が低く反射率の高い半導体分布ブラッグ反射器を実現しているが、波長に対する特性(最適な組成範囲)については言及されておらず、単に反射波長を650nm帯に設定して作製を行なっているだけであり、他の波長域における詳細な検討は行なわれていない。   As described above, Non-Patent Document 4 realizes a semiconductor distributed Bragg reflector having a low electrical resistance and a high reflectivity by using a combination of an AlGaInP-based material and an AlGaAs-based material as a material for a semiconductor distributed Bragg reflector. However, there is no mention of the characteristics (optimum composition range) with respect to the wavelength, and the fabrication is merely performed by setting the reflection wavelength to the 650 nm band, and detailed examination in other wavelength ranges is performed. Not.

また、MBE法を結晶成長法とした場合の例について示されており、スループット等の量産性に優れたMOCVD法により結晶成長を行なった場合の課題等についても言及がなされていない。   Further, an example in which the MBE method is used as a crystal growth method is shown, and there is no mention of a problem or the like in the case where crystal growth is performed by an MOCVD method excellent in mass productivity such as throughput.

この様に、他に多くの検討すべき項目が多数あり、非特許文献4をも含めて従来技術のみからでは、特性の優れたp型半導体分布ブラッグ反射器を作製する事は困難である。   As described above, there are many other items to be examined, and it is difficult to produce a p-type semiconductor distributed Bragg reflector with excellent characteristics only from the conventional technique including Non-Patent Document 4.

本発明は、特に短波長域において、優れた光学特性(反射率),優れた電気特性(低抵抗の電気特性)を備えた、信頼性の高いp型半導体分布ブラッグ反射器を提供する事を目的としている。   The present invention provides a highly reliable p-type semiconductor distributed Bragg reflector having excellent optical characteristics (reflectance) and excellent electrical characteristics (low resistance electrical characteristics), particularly in a short wavelength region. It is aimed.

また、本発明は、特に短波長帯において駆動電圧が低く、高出力動作が可能な面発光素子および面発光モノリシックアレイ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を提供する事を目的としている。   Another object of the present invention is to provide a surface light emitting device, a surface light emitting monolithic array, an electrophotographic system, an optical communication system, and an optical interconnection system that have a low driving voltage and can operate at a high output particularly in a short wavelength band. Yes.

上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、高屈折率層がAlGaInP層で構成され、低屈折率層がAlGaAs層で構成され、前記2種の層がp型不純物元素を含むp型半導体分布ブラッグ反射器において、前記2種の層のうち少なくともAlGaInP層におけるp型不純物元素はMgである事を特徴としている。   To achieve the above object, according to the present invention, the high refractive index layer is composed of an AlGaInP layer, the low refractive index layer is composed of an AlGaAs layer, and the two types of layers contain a p-type impurity element. The p-type semiconductor distributed Bragg reflector is characterized in that the p-type impurity element in at least the AlGaInP layer of the two types of layers is Mg.

また、請求項2記載の発明は、(Alx2Ga1−x2y2In1−y2P層による高屈折率層と、Alx1Ga1−x1As層による低屈折率層とから構成され、前記2種の層がp型不純物元素を含むp型半導体分布ブラッグ反射器において、該p型半導体分布ブラッグ反射器の反射波長は635nmよりも短波長であり、更に前記Alx1Ga1−x1As層の組成は0.95≦x1≦1の範囲であり、且つ前記(Alx2Ga1−x2y2In1−y2P層は、GaAs基板に格子整合し、組成がx2≧0.35、0<y2<1の範囲である事を特徴としている。 The invention described in claim 2 is composed of a high refractive index layer made of (Al x2 Ga 1-x2 ) y2 In 1-y2 P layer and a low refractive index layer made of Al x1 Ga 1-x1 As layer, In the p-type semiconductor distributed Bragg reflector in which the two types of layers contain a p-type impurity element, the reflection wavelength of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector is shorter than 635 nm, and further, the Al x1 Ga 1-x1 As The composition of the layer is in the range of 0.95 ≦ x1 ≦ 1, and the (Al x2 Ga 1-x2 ) y2 In 1-y2 P layer is lattice-matched to the GaAs substrate, and the composition is x2 ≧ 0.35, It is characterized by a range of 0 <y2 <1.

また、請求項3記載の発明は、請求項1または請求項2に記載のp型半導体分布ブラッグ反射器を具備している事を特徴とする面発光素子である。   A third aspect of the present invention is a surface light emitting device comprising the p-type semiconductor distributed Bragg reflector according to the first or second aspect.

また、請求項4記載の発明は、請求項3記載の面発光素子において、該面発光素子は、(001)面方向から傾斜したGaAs基板上に作製されている事を特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, in the surface light emitting device according to the third aspect, the surface light emitting device is fabricated on a GaAs substrate inclined from the (001) plane direction.

また、請求項5記載の発明は、請求項3または請求項4記載の面発光素子において、該面発光素子は面発光レーザ素子であることを特徴としている。   According to a fifth aspect of the present invention, in the surface light emitting device according to the third or fourth aspect, the surface light emitting device is a surface emitting laser device.

また、請求項6記載の発明は、請求項3または請求項4記載の面発光素子において、該面発光素子は共振器共鳴型面発光ダイオード素子であることを特徴としている。   According to a sixth aspect of the present invention, in the surface light emitting device according to the third or fourth aspect, the surface light emitting device is a resonator resonance type surface light emitting diode device.

また、請求項7記載の発明は、請求項5または請求項6記載の面発光素子により形成されている事を特徴とする面発光モノリシックアレイである。   The invention described in claim 7 is a surface-emitting monolithic array characterized by being formed by the surface-emitting element described in claim 5 or 6.

また、請求項8記載の発明は、請求項5記載の面発光素子、または、請求項7記載の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする電子写真システムである。   The invention described in claim 8 is an electrophotographic system using the surface light emitting device according to claim 5 or the surface emitting monolithic array according to claim 7.

また、請求項9記載の発明は、請求項5または請求項6記載の面発光素子、または、請求項7記載の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする光通信システムである。   The invention described in claim 9 is an optical communication system characterized by using the surface light emitting device according to claim 5 or claim 6 or the surface emitting monolithic array according to claim 7.

また、請求項10記載の発明は、請求項5または請求項6記載の面発光素子、または、請求項7記載の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする光インターコネクションシステムである。   The invention described in claim 10 is an optical interconnection system characterized by using the surface light emitting device according to claim 5 or claim 6 or the surface emitting monolithic array according to claim 7.

請求項1記載の発明によれば、高屈折率層がAlGaInP層で構成され、低屈折率層がAlGaAs層で構成され、前記2種の層がp型不純物元素を含むp型半導体分布ブラッグ反射器において、前記2種の層のうち少なくともAlGaInP層は、p型不純物元素をMgとしているので、不純物元素の拡散を防止することができ、より電気抵抗が小さく(低抵抗で)、且つ吸収損失が小さく、且つ長期信頼性の高いp型半導体分布ブラッグ反射器を得る事ができる。   According to the first aspect of the present invention, the high refractive index layer is composed of an AlGaInP layer, the low refractive index layer is composed of an AlGaAs layer, and the two types of layers include a p-type semiconductor distributed Bragg reflection. In the vessel, at least the AlGaInP layer of the two types of layers uses Mg as the p-type impurity element, so that the diffusion of the impurity element can be prevented, the electric resistance is lower (low resistance), and the absorption loss A p-type semiconductor distributed Bragg reflector having a small size and high long-term reliability can be obtained.

また、請求項2記載の発明によれば、(Alx2Ga1−x2y2In1−y2P層による高屈折率層と、Alx1Ga1−x1As層による低屈折率層とから構成され、前記2種の層がp型不純物元素を含むp型半導体分布ブラッグ反射器において、該p型半導体分布ブラッグ反射器の反射波長は635nmよりも短波長であり、更に前記Alx1Ga1−x1As層の組成は0.95≦x1≦1の範囲であり、且つ前記(Alx2Ga1−x2y2In1−y2P層は、GaAs基板に格子整合し、組成がx2≧0.35、0<y2<1の範囲であるので、635nm帯よりも短波長領域において、電気抵抗が極めて低く、且つ反射特性に優れた(反射率の高い)p型半導体分布ブラッグ反射器を得る事ができる。 Further, according to the invention described in claim 2, the high-refractive-index layer formed of the (Al x2 Ga 1-x2 ) y2 In 1-y2 P layer and the low-refractive-index layer formed of the Al x1 Ga 1-x1 As layer In the p-type semiconductor distributed Bragg reflector in which the two types of layers contain a p-type impurity element, the reflection wavelength of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector is shorter than 635 nm, and the Al x1 Ga 1- The composition of the x1 As layer is in the range of 0.95 ≦ x1 ≦ 1, and the (Al x2 Ga 1-x2 ) y2 In 1-y2 P layer is lattice-matched to the GaAs substrate, and the composition is x2 ≧ 0. In the range of 35, 0 <y2 <1, it is possible to obtain a p-type semiconductor distributed Bragg reflector that has extremely low electrical resistance and excellent reflection characteristics (high reflectivity) in a wavelength region shorter than the 635 nm band. Can do.

また、請求項3記載の発明によれば、請求項1または請求項2に記載のp型半導体分布ブラッグ反射器を具備している事を特徴とする面発光素子であるので、特に635nm帯よりも短波長域において、駆動電圧が低く、高出力動作が可能な面発光素子を提供できる。   According to the invention described in claim 3, since the surface light emitting device is characterized by comprising the p-type semiconductor distributed Bragg reflector according to claim 1 or 2, particularly from the 635 nm band. In the short wavelength region, a surface light emitting device capable of high output operation with low driving voltage can be provided.

また、請求項4記載の発明によれば、請求項3記載の面発光素子において、該面発光素子は、(001)面方向から傾斜したGaAs基板上に作製されているので、丘状欠陥の発生を低減し、高品質に結晶成長を行う事が可能になり(結晶性が良くなり)、ウエハ面内の歩留まりが高く且つ信頼性の高い面発光素子を得る事ができる。   According to a fourth aspect of the present invention, in the surface light emitting device according to the third aspect, the surface light emitting device is fabricated on a GaAs substrate inclined from the (001) plane direction. Occurrence is reduced, crystal growth can be performed with high quality (crystallinity is improved), and a surface light emitting device with high yield in the wafer surface and high reliability can be obtained.

また、請求項5記載の発明によれば、請求項3または請求項4記載の面発光素子において、該面発光素子は面発光レーザ素子であるので、特に635nm帯よりも短波長域において、駆動電圧が低く、高出力動作が可能な面発光レーザ素子を提供できる。   According to a fifth aspect of the present invention, in the surface light emitting device according to the third or fourth aspect, since the surface light emitting device is a surface emitting laser device, it is driven particularly in a shorter wavelength region than the 635 nm band. It is possible to provide a surface emitting laser element having a low voltage and capable of high output operation.

また、請求項6記載の発明によれば、請求項3または請求項4記載の面発光素子において、該面発光素子は共振器共鳴型面発光ダイオード素子であるので、特に635nm帯よりも短波長域において、駆動電圧が低く、高出力動作が可能な共振器共鳴型面発光ダイオード素子を得ることができる。   According to a sixth aspect of the present invention, in the surface light emitting device according to the third or fourth aspect, the surface light emitting device is a resonator resonance type surface light emitting diode device, and therefore has a shorter wavelength than the 635 nm band. In the region, a resonator resonance type surface light emitting diode element that has a low driving voltage and is capable of high output operation can be obtained.

また、請求項7記載の発明によれば、請求項5または請求項6記載の面発光素子により形成されている事を特徴とする面発光モノリシックアレイであるので、特に635nm帯よりも短波長域において、駆動電圧が低く、高出力動作が可能な面発光モノリシックアレイを提供できる。   According to the invention described in claim 7, since the surface emitting monolithic array is characterized by being formed by the surface light emitting element according to claim 5 or 6, particularly in a shorter wavelength region than the 635 nm band. The surface emitting monolithic array can be provided with a low driving voltage and capable of high output operation.

また、請求項8記載の発明によれば、請求項5記載の面発光素子、または、請求項7記載の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする電子写真システムであるので、信頼性が高く、高精細な電子写真システムを得る事ができる。   Further, according to the invention described in claim 8, since the electrophotographic system is characterized by using the surface light emitting device according to claim 5 or the surface light emitting monolithic array according to claim 7, the reliability is high. A high-definition electrophotographic system can be obtained.

また、請求項9記載の発明によれば、請求項5または請求項6記載の面発光素子、または、請求項7記載の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする光通信システムであるので、信頼性の高い光通信システムを得る事ができる。   According to the invention described in claim 9, since the optical communication system is characterized by using the surface light emitting device according to claim 5 or claim 6 or the surface emitting monolithic array according to claim 7, A highly reliable optical communication system can be obtained.

また、請求項10記載の発明によれば、請求項5または請求項6記載の面発光素子、または、請求項7記載の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする光インターコネクションシステムであるので、信頼性の高い光インターコネクションシステムを得る事ができる。
According to a tenth aspect of the present invention, an optical interconnection system using the surface light emitting device according to the fifth or sixth aspect or the surface light emitting monolithic array according to the seventh aspect is used. A highly reliable optical interconnection system can be obtained.

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

(第1の形態)
本発明の第1の形態は、高屈折率層がAlGaInP層で構成され、低屈折率層がAlGaAs層で構成され、前記2種の層がp型不純物元素を含むp型半導体分布ブラッグ反射器において、前記2種の層のうち少なくともAlGaInP層におけるp型不純物元素はMgである事を特徴としている。
(First form)
The first embodiment of the present invention is a p-type semiconductor distributed Bragg reflector in which the high refractive index layer is composed of an AlGaInP layer, the low refractive index layer is composed of an AlGaAs layer, and the two layers contain a p-type impurity element. The p-type impurity element in at least the AlGaInP layer of the two types is Mg.

この第1の形態では、高屈折率層がAlGaInP層で構成され、低屈折率層がAlGaAs層で構成され、前記2種の層がp型不純物元素を含むp型半導体分布ブラッグ反射器において、前記2種の層のうち少なくともAlGaInP層はp型不純物元素をMgとしているので、不純物元素の拡散を防止することができ、より電気抵抗が小さく(低抵抗で)、且つ吸収損失が小さく、且つ長期信頼性の高いp型半導体分布ブラッグ反射器を得る事ができる。   In the first embodiment, in the p-type semiconductor distributed Bragg reflector in which the high refractive index layer is composed of an AlGaInP layer, the low refractive index layer is composed of an AlGaAs layer, and the two types of layers include a p-type impurity element. Since at least the AlGaInP layer of the two types of layers has Mg as the p-type impurity element, diffusion of the impurity element can be prevented, the electric resistance is smaller (low resistance), the absorption loss is small, and A p-type semiconductor distributed Bragg reflector with high long-term reliability can be obtained.

この第1の形態について、以下により詳細に説明する。   This first embodiment will be described in more detail below.

混晶半導体の結晶成長法の中で、MOCVD法は、比較的大きな成長レートが得られ、また、スループット等の量産性に優れた量産に好適な成長法である。従来、MOCVD法を成長方法としたAlGaInP混晶の結晶成長では、p型不純物元素としてZnが広く用いられている。ところが、Znは非常に拡散しやすく、結晶成長時の熱により拡散してしまうという問題がある。また、一般に、拡散速度は、半導体材料の種類,組成によって異なるので、特に拡散速度が大きな不純物元素の場合は、種類,組成の異なる半導体界面において偏析してしまったり、拡散速度の大きな半導体層中の不純物元素濃度が低下してしまったりするという問題がある。   Among mixed crystal semiconductor crystal growth methods, the MOCVD method is a growth method suitable for mass production, which can obtain a relatively large growth rate and is excellent in mass productivity such as throughput. Conventionally, Zn has been widely used as a p-type impurity element in AlGaInP mixed crystal growth using the MOCVD method as a growth method. However, Zn is very easy to diffuse, and there is a problem that it diffuses due to heat during crystal growth. In general, the diffusion rate varies depending on the type and composition of the semiconductor material. In particular, in the case of an impurity element having a high diffusion rate, segregation occurs at the semiconductor interface of a different type and composition, or in a semiconductor layer having a high diffusion rate. There is a problem in that the impurity element concentration of the metal is lowered.

半導体へテロ構造において、価電子帯のバンド端エネルギーは不純物元素のドーピング濃度に依存し、熱平衡状態では、全ての材料においてフェルミ準位が等しくなる様に、バンド端のエネルギーが決まる。つまり、同じ価電子帯エネルギーを有した材料であっても、不純物元素のドーピング濃度の差によって価電子帯エネルギーに差が生じてしまい、キャリアの導通の妨げとなる。   In the semiconductor heterostructure, the band edge energy of the valence band depends on the doping concentration of the impurity element, and in the thermal equilibrium state, the energy of the band edge is determined so that the Fermi level is equal in all materials. That is, even a material having the same valence band energy causes a difference in valence band energy due to a difference in doping concentration of the impurity element, which prevents carrier conduction.

また、分布ブラッグ反射器を共振器ミラーとした発光素子(例えば、面発光レーザ素子や共振器共鳴型LED)では、素子の動作中にp型不純物元素であるZnが活性層まで拡散し、発光効率等を低下させてしまう等の長期信頼性に対する問題がある。   Further, in a light emitting device (for example, a surface emitting laser device or a resonator resonant LED) using a distributed Bragg reflector as a resonator mirror, the p-type impurity element Zn diffuses to the active layer during the operation of the device and emits light. There are problems with long-term reliability, such as reducing efficiency.

また、分布ブラッグ反射器内では、反射波長に対応した光が入射し反射される際に、ヘテロ界面位置が電界の定在波の節と腹に対応しており、不純物元素がヘテロ界面に偏析してしまった場合には、腹の位置で自由キャリアによる光吸収が生じ、反射率を低下させてしまうという問題が生じる。   In the distributed Bragg reflector, when the light corresponding to the reflection wavelength is incident and reflected, the heterointerface position corresponds to the nodes and antinodes of the standing wave of the electric field, and the impurity element segregates at the heterointerface. If this happens, light absorption by free carriers occurs at the position of the belly, resulting in a problem that the reflectance is lowered.

ところが、MgはZnに比べて拡散係数が小さく拡散の影響を小さく留める事ができる。よって、p型不純物元素としてMgを用いると、不純物元素の拡散を防止し、上述した問題を解決する事が可能であり、低抵抗で吸収損失の少ない半導体分布ブラッグ反射器を得ることができる。ここで、MOCVD法におけるMgのドーピング原料としてはCpMg等を用いる事ができる。また、AlGaAs層のp型不純物元素としては、C(炭素)を用いる事もできる。炭素はCBr等をドーピング原料としてドーピングできるほか、V/III比、温度等の成長条件の調整によって、ドーピング原料を用いずにオートドーピングする事もできる。 However, Mg has a smaller diffusion coefficient than Zn and can keep the influence of diffusion small. Therefore, when Mg is used as the p-type impurity element, the diffusion of the impurity element can be prevented, the above-described problems can be solved, and a semiconductor distributed Bragg reflector with low resistance and low absorption loss can be obtained. Here, Cp 2 Mg or the like can be used as a Mg doping material in the MOCVD method. Also, C (carbon) can be used as the p-type impurity element of the AlGaAs layer. Carbon can be doped with CBr 4 or the like as a doping material, or can be auto-doped without using a doping material by adjusting growth conditions such as the V / III ratio and temperature.

このように、本発明の第1の形態では、AlGaInPを高屈折率層材料、AlGaAsを低屈折率材料とする信頼性の優れた分布ブラッグ反射器を得る為に、AlGaInP材料のp型不純物元素Mgを用いている。   Thus, in the first embodiment of the present invention, in order to obtain a highly reliable distributed Bragg reflector using AlGaInP as the high refractive index layer material and AlGaAs as the low refractive index material, the p-type impurity element of the AlGaInP material is used. Mg is used.

(第2の形態)
本発明の第2の形態は、(Alx2Ga1−x2y2In1−y2P層による高屈折率層と、Alx1Ga1−x1As層による低屈折率層とから構成され、前記2種の層がp型不純物元素を含むp型半導体分布ブラッグ反射器において、該p型半導体分布ブラッグ反射器の反射波長は635nmよりも短波長であり、更に前記Alx1Ga1−x1As層の組成は0.95≦x1≦1の範囲であり、且つ前記(Alx2Ga1−x2y2In1−y2P層は、GaAs基板に格子整合し、組成がx2≧0.35、0<y2<1の範囲である事を特徴としている。
(Second form)
A second aspect of the present invention is composed of a high refractive index layer formed of an (Al x2 Ga 1-x2 ) y2 In 1-y2 P layer and a low refractive index layer formed of an Al x1 Ga 1-x1 As layer, In a p-type semiconductor distributed Bragg reflector in which two types of layers contain a p-type impurity element, the reflection wavelength of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector is shorter than 635 nm, and the Al x1 Ga 1-x1 As layer In the range of 0.95 ≦ x1 ≦ 1, and the (Al x2 Ga 1-x2 ) y2 In 1-y2 P layer is lattice-matched to the GaAs substrate, and the composition is x2 ≧ 0.35, 0 It is characterized by being in a range of <y2 <1.

この第2の形態では、(Alx2Ga1−x2y2In1−y2P層による高屈折率層と、Alx1Ga1−x1As層による低屈折率層とから構成され、前記2種の層がp型不純物元素を含むp型半導体分布ブラッグ反射器において、該p型半導体分布ブラッグ反射器の反射波長は635nmよりも短波長であり、更に前記Alx1Ga1−x1As層の組成は0.95≦x1≦1の範囲であり、且つ前記(Alx2Ga1−x2y2In1−y2P層は、GaAs基板に格子整合し、組成がx2≧0.35、0<y2<1の範囲であるので、635nm帯よりも短波長領域において、電気抵抗が極めて低く、且つ反射特性に優れた(反射率の高い)p型半導体分布ブラッグ反射器を得る事ができる。 In the second embodiment, the layer is composed of a high refractive index layer made of (Al x2 Ga 1-x2 ) y2 In 1-y2 P layer and a low refractive index layer made of Al x1 Ga 1-x1 As layer. In the p-type semiconductor distributed Bragg reflector including the p-type impurity element, the reflection wavelength of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector is shorter than 635 nm, and the composition of the Al x1 Ga 1-x1 As layer a range of 0.95 ≦ x1 ≦ 1, and the (Al x2 Ga 1-x2) y2 in 1-y2 P layer is lattice matched to GaAs substrate, composition x2 ≧ 0.35,0 <y2 Since it is in the range of <1, it is possible to obtain a p-type semiconductor distributed Bragg reflector having extremely low electrical resistance and excellent reflection characteristics (high reflectivity) in a wavelength region shorter than the 635 nm band.

この第2の形態について、以下により詳細に説明する。   This second embodiment will be described in more detail below.

図1は、AlGa1−xAs混晶材料とGaAs基板に格子整合する(Alx2Ga1−x2)yIn1−y2P混晶の伝導帯と価電子帯のバンド端エネルギーを示した図である。なお、AlGaInP混晶のバンドエネルギーについては、例えば文献「Appl. Phys. Lett. Vol.50, No. 14, 1987, p.p.906」において記述がなされている。 1, the Al x Ga 1-x As mixed crystal material and lattice-matched to GaAs substrate (Al x2 Ga 1-x2) y 2 In 1-y2 P mixed crystal band edge energy of the conduction band and the valence band of FIG. The band energy of the AlGaInP mixed crystal is described in, for example, the document “Appl. Phys. Lett. Vol. 50, No. 14, 1987, pp. 906”.

AlGaInP混晶は、III族元素中におけるAlとGaの割合yが凡そ0.51となる組成において、GaAs基板との格子整合が得られる。また、AlGaAs混晶は、Al組成に関わらずGaAs基板に略格子整合して結晶成長が可能である。よって、図に示す範囲の混晶材料は、全てGaAs基板上に結晶成長が可能な組成である。以後の説明では、AlGaInPの組成は全てGaAsに格子整合する組成(y2=0.51)とする。   In the AlGaInP mixed crystal, lattice matching with the GaAs substrate is obtained in a composition in which the ratio y of Al to Ga in the group III element is about 0.51. In addition, AlGaAs mixed crystals can be crystal-grown substantially lattice-matched with a GaAs substrate regardless of the Al composition. Therefore, all the mixed crystal materials in the range shown in the figure have a composition capable of crystal growth on the GaAs substrate. In the following description, it is assumed that the composition of AlGaInP is a composition (y2 = 0.51) that lattice matches with GaAs.

ここで、図1から分かる様に、それぞれの混晶では、Al組成の増加に伴い価電子帯のエネルギーが次第に低下する傾向があり、また、全般的に、AlGaInP混晶材料の方が価電子帯エネルギーが低い。また、Al組成の大きなAlGaAsとAl組成の小さなAlGaInPの価電子帯エネルギーを比べると、おおよそ同程度である事が分かる。   Here, as can be seen from FIG. 1, in each mixed crystal, the energy in the valence band tends to gradually decrease as the Al composition increases, and in general, the AlGaInP mixed crystal material has a higher valence electron. Low band energy. Further, when the valence band energies of AlGaAs having a large Al composition and AlGaInP having a small Al composition are compared, it can be seen that they are approximately the same.

また、図2は波長635nmにおけるそれぞれの混晶の屈折率をAl組成に対して示した図であり、波長635nmに対して十分透明となる組成の範囲について屈折率を示している。   FIG. 2 is a graph showing the refractive index of each mixed crystal at a wavelength of 635 nm with respect to the Al composition. The refractive index is shown for a composition range that is sufficiently transparent with respect to the wavelength of 635 nm.

図2では、AlGaAsの組成は、Al0.67Ga0.33AsよりもAl組成xの大きなものについて示している。具体的には、波長635nmのフォトンエネルギーは1.952eVであり、これよりも0.09eV程度バンドギャップエネルギーの大きな組成となっている。 In FIG. 2, the composition of AlGaAs is shown for a composition having an Al composition x larger than that of Al 0.67 Ga 0.33 As. Specifically, the photon energy at a wavelength of 635 nm is 1.952 eV, and the composition has a larger band gap energy by about 0.09 eV.

また、AlGaInPの組成は、(Al0.41Ga0.59)yIn1−y2PよりもAl組成xの大きなものについて示している。この組成は、フォトンエネルギーに対して約0.2eVバンドギャップエネルギーの大きな組成である。ここで、上記の組成のAlGaInP混晶は直接遷移であり、間接遷移型半導体に比べて光吸収が生じ易いので、フォトンエネルギーよりも十分大きなバンドギャップエネルギーとなる組成を選んでいる。この様に、間接遷移型半導体に比べバンドギャップエネルギーのやや大きな組成を用いる事で、吸収による損失を低減する事ができる。 Further, the composition of AlGaInP is shown for a composition having an Al composition x larger than (Al 0.41 Ga 0.59 ) y 2 In 1 -y 2 P. This composition is a composition having a large band gap energy of about 0.2 eV with respect to the photon energy. Here, the AlGaInP mixed crystal having the above composition is a direct transition, and light absorption is likely to occur as compared with an indirect transition type semiconductor. Therefore, a composition having a band gap energy sufficiently larger than the photon energy is selected. Thus, the loss due to absorption can be reduced by using a composition having a slightly larger band gap energy than that of the indirect transition semiconductor.

図1,図2から定性的に分かる様に、従来技術の様に低屈折率層にAlGaAs混晶を用い、高屈折率層にAlGaInP混晶を用いる事によって、AlGaAs混晶、又はAlGaInP混晶のみから構成した場合に比べ、屈折率差が大きく、且つ価電子帯エネルギー差の小さな分布ブラッグ反射器を得る事が可能である。   As qualitatively understood from FIGS. 1 and 2, by using an AlGaAs mixed crystal for the low refractive index layer and an AlGaInP mixed crystal for the high refractive index layer as in the prior art, an AlGaAs mixed crystal or an AlGaInP mixed crystal is used. It is possible to obtain a distributed Bragg reflector with a large difference in refractive index and a small difference in valence band energy compared to the case where only this is configured.

従来技術では、反射波長を上記の650nmに設定し、屈折率差を大きく取るために反射波長650nmに対して(Al0.27Ga)0.52In0.48PとAl0.9Ga0.1Asとを組み合わせて分布ブラッグ反射器を構成しているが、本願の発明者らは、2混晶の屈折率差に注目し、これが大きく取れる組み合わせとして材料を選んでおり、電気抵抗(価電子帯エネルギー差)については検討がなされていない。実際に、これら2混晶の価電子帯エネルギー差は0ではない。電気的,光学的に優れた分布ブラッグ反射器を得るには、更に詳細な検討が必要である。 In the prior art, the reflection wavelength is set to the above 650 nm, and (Al 0.27 Ga) 0.52 In 0.48 P and Al 0.9 Ga 0 with respect to the reflection wavelength 650 nm in order to obtain a large refractive index difference. .1 As a combination of As and a distributed Bragg reflector, the inventors of the present application pay attention to the refractive index difference of the two mixed crystals, and select a material as a combination that can take a large difference, and the electric resistance ( The valence band energy difference) has not been studied. Actually, the valence band energy difference between these two mixed crystals is not zero. In order to obtain a distributed Bragg reflector with excellent electrical and optical properties, further detailed examination is required.

そこで、本願の発明者らは、AlGaInP混晶,AlGaAs混晶のバンド端エネルギー、分布ブラッグ反射器の波長帯等について検討を行い、分布ブラッグ反射器の波長を635nmよりも短波長領域に設定する事によって、従来に比べて特性の優れた分布ブラッグ反射器が得られる波長帯及び組成範囲を見出した。   Therefore, the inventors of the present application have studied the band edge energy of the AlGaInP mixed crystal and AlGaAs mixed crystal, the wavelength band of the distributed Bragg reflector, and the like, and set the wavelength of the distributed Bragg reflector to a wavelength region shorter than 635 nm. As a result, the inventors have found a wavelength band and a composition range in which a distributed Bragg reflector having excellent characteristics as compared with the conventional one can be obtained.

表1及び表2は、各波長に対して十分に透明となるAlGaInPの組成と、その価電子帯エネルギーを示したものである。(価電子帯エネルギーの基準は、図1の様にGaAsの伝導帯エネルギーを基準にして示している。)   Tables 1 and 2 show the composition of AlGaInP that is sufficiently transparent to each wavelength and the valence band energy thereof. (The standard of the valence band energy is shown based on the conduction band energy of GaAs as shown in FIG. 1.)

Figure 2007027364
Figure 2007027364

Figure 2007027364
Figure 2007027364

上述の様に、直接遷移となる組成では、光の吸収損失を低減する為に、フォトンエネルギー(Ep)よりも十分にバンドギャップエネルギーの大きな組成を用いる事が望ましい。この目安としては、凡そ0.15eV〜0.2eV程度バンドギャップエネルギーの大きな組成を用いる事が望ましい。表1,表2では、この例として、それぞれフォトンエネルギーよりも0.15eV及び0.2eVバンドギャップエネルギーが大きくなる組成を示している。   As described above, it is desirable to use a composition having a band gap energy sufficiently larger than the photon energy (Ep) in order to reduce the light absorption loss in the composition that causes direct transition. As a guideline, it is desirable to use a composition having a large band gap energy of about 0.15 eV to 0.2 eV. Tables 1 and 2 show compositions in which 0.15 eV and 0.2 eV band gap energy are larger than the photon energy, respectively, as an example.

また、表3は、低屈折率層であるAlAs層のバンドギャップエネルギーと、その価電子帯エネルギーとを示した表である。   Table 3 shows the band gap energy of the AlAs layer, which is a low refractive index layer, and its valence band energy.

Figure 2007027364
Figure 2007027364

低屈折率層として用いるAlGaAs混晶は、屈折率が最も小さくなるAlAsが望ましいが、面発光レーザの反射鏡等への応用を考えた場合に、電流狭窄構造を形成する選択酸化工程において、酸化狭窄層以外のAlGaAs層の酸化を防止する為に、Gaを僅かに組成に含んでいる必要がある。長波長帯においては、0.1程度の比較的大きなGa組成の混晶が用いられる場合があるが、大きな屈折率差を得る事が難しい短波長帯では実用的に0.95以上のAl組成を用いる事が望ましい。ここで、Al0.95Ga0.05As、及びAlAsの価電子帯エネルギーは、表3の様に、それぞれ凡そ−1.84、−1.86[eV]である。また、Al0.95Ga0.05Asのバンドギャップエネルギーは2.165eVであり、波長610nmのフォトンエネルギー2.0325eVよりもエネルギーが大きく透明である。 The AlGaAs mixed crystal used as the low refractive index layer is preferably AlAs having the smallest refractive index. However, in the selective oxidation process for forming a current confinement structure in consideration of application to a reflection mirror of a surface emitting laser, etc. In order to prevent oxidation of the AlGaAs layer other than the constriction layer, it is necessary to contain a slight amount of Ga in the composition. In the long wavelength band, a mixed crystal having a relatively large Ga composition of about 0.1 may be used. However, in the short wavelength band where it is difficult to obtain a large refractive index difference, an Al composition of 0.95 or more is practically used. It is desirable to use Here, the valence band energies of Al 0.95 Ga 0.05 As and AlAs are approximately −1.84 and −1.86 [eV], respectively, as shown in Table 3. The band gap energy of Al 0.95 Ga 0.05 As is 2.165 eV, which is larger than the photon energy of 2.0325 eV at a wavelength of 610 nm and is transparent.

次に、AlGaInP混晶の価電子帯エネルギーに注目すると、価電子帯エネルギーがAl0.95Ga0.05Asの−1.84eVと等しくなる(Alx2Ga1−x2)yIn1−y2PのAl組成:x2は0.37である。また、Al0.95Ga0.05Asとの価電子帯バンド不連続量が0.01eV程度となる組成までを含めると、Al組成0.34を低Al組成側の許容の組成と見る事ができる。 Next, when attention is paid to the valence band energy of AlGaInP mixed crystal, the valence band energy is equal to -1.84eV of Al 0.95 Ga 0.05 As (Al x2 Ga 1-x2) y 2 In 1- y2 P of Al composition: x2 is 0.37. In addition, including a composition in which the valence band discontinuity with Al 0.95 Ga 0.05 As is about 0.01 eV, the Al composition 0.34 is regarded as an acceptable composition on the low Al composition side. Can do.

同様に、AlAsの価電子帯エネルギー−1.862eVと等しくなるAl組成:xは、0.44であり、同様に0.01eVまでのバンド不連続量差を含めるとAl組成0.48を高Al組成側の許容値として見る事ができる。   Similarly, Al composition equal to AlAs valence band energy minus 1.862 eV: x is 0.44. Similarly, if the band discontinuity difference up to 0.01 eV is included, the Al composition becomes 0.48 higher. It can be seen as an allowable value on the Al composition side.

つまり、AlGaInP混晶のAl組成を0.34から0.48までの範囲に選ぶ事によって、Al0.95Ga0.05AsからAlAsまでの組成を有するAlGaAs混晶に対して、価電子帯エネルギー差を0、又はその差が0.01eV以下とできる組み合わせがある事が分かる。 In other words, by selecting the Al composition of the AlGaInP mixed crystal in the range of 0.34 to 0.48, the valence band is obtained for the AlGaAs mixed crystal having the composition of Al 0.95 Ga 0.05 As to AlAs. It can be seen that there are combinations in which the energy difference is 0 or the difference is 0.01 eV or less.

ここで、再び表1を見ると、透明な組成をEp+0.2eVとした場合には、635nmが上記のAl組成の範囲0.34〜0.48に含まれている事が分かる。また、表2において透明な組成をEp+0.15eVとした場合には、610nm〜630nm帯において、同様に上記の条件を満たす組み合わせがある事が分かる。   Here, looking again at Table 1, it can be seen that when the transparent composition is Ep + 0.2 eV, 635 nm is included in the Al composition range 0.34 to 0.48. In Table 2, when the transparent composition is Ep + 0.15 eV, it can be seen that there are combinations that satisfy the above conditions in the 610 nm to 630 nm band.

以上の様に、635nmよりも短波長帯において、AlGaAs混晶のAl組成を0.95以上とし、更にAlGaInP混晶のAl組成を概ね0.35以上の範囲とし、この中から最適な組成を選ぶ事により、透明な範囲の組成の中で屈折率差が大きく(反射率が高く)、電気抵抗の小さな(価電子帯バンド不連続量が0か若しくは非常に小さな)分布ブラッグ反射器を得る事ができる。   As described above, in the wavelength band shorter than 635 nm, the Al composition of the AlGaAs mixed crystal is set to 0.95 or more, and the Al composition of the AlGaInP mixed crystal is set to a range of approximately 0.35 or more. By selecting, a distributed Bragg reflector having a large refractive index difference (high reflectivity) and a small electric resistance (zero or very small valence band discontinuity) in a transparent range composition is obtained. I can do things.

このように、本発明の第2の形態では、反射波長を635nmよりも短波長とし、低屈折率層に用いるAlGaAs混晶、及び高屈折率層に用いるAlGaInP混晶の組成を特定の組成に限定する事によって、反射率が高く、電気抵抗が低いp型半導体分布ブラッグ反射器を得ることができる。   Thus, in the second embodiment of the present invention, the reflection wavelength is shorter than 635 nm, and the composition of the AlGaAs mixed crystal used for the low refractive index layer and the AlGaInP mixed crystal used for the high refractive index layer is set to a specific composition. By limiting, it is possible to obtain a p-type semiconductor distributed Bragg reflector having high reflectance and low electrical resistance.

(第3の形態)
本発明の第3の形態は、第1または第2の形態のp型半導体分布ブラッグ反射器を具備している事を特徴とする面発光素子である。
(Third form)
According to a third aspect of the present invention, there is provided a surface light emitting device including the p-type semiconductor distributed Bragg reflector according to the first or second aspect.

この第3の形態では、第1または第2の形態のp型半導体分布ブラッグ反射器を具備している事を特徴とする面発光素子であるので、特に635nm帯よりも短波長域において、駆動電圧が低く、高出力動作が可能な面発光素子を提供できる。   In the third embodiment, since the surface light emitting device includes the p-type semiconductor distributed Bragg reflector according to the first or second embodiment, the driving is performed particularly in a wavelength region shorter than the 635 nm band. It is possible to provide a surface light emitting element that is low in voltage and capable of high output operation.

このように、本発明の第3の形態では、635nmよりも短波長帯において特性の優れた面発光素子(面発光レーザ(VCSEL)素子、または、共振器共鳴型発光ダイオード(RCLED))を得る為に、上記の分布ブラッグ反射器を共振器ミラーとして用いている。   Thus, in the third embodiment of the present invention, a surface emitting device (surface emitting laser (VCSEL) device or resonator resonant light emitting diode (RCLED)) having excellent characteristics in a wavelength band shorter than 635 nm is obtained. Therefore, the above distributed Bragg reflector is used as a resonator mirror.

(第4の形態)
本発明の第4の形態は、第3の形態の面発光素子において、該面発光素子は、(001)面方向から傾斜したGaAs基板上に作製されている事を特徴としている。
(4th form)
According to a fourth aspect of the present invention, in the surface light emitting device according to the third aspect, the surface light emitting device is fabricated on a GaAs substrate inclined from the (001) plane direction.

すなわち、第4の形態では、第3の形態の面発光素子を(001)面方位から傾斜したGaAs基板上に形成する構成としている。   That is, in the fourth embodiment, the surface light emitting element of the third embodiment is formed on a GaAs substrate inclined from the (001) plane orientation.

この第4の形態では、第3の形態の面発光素子において、該面発光素子は、(001)面方向から傾斜したGaAs基板上に作製されているので、丘状欠陥の発生を低減し、高品質に結晶成長を行う事が可能になり(結晶性が良くなり)、ウエハ面内の歩留まりが高く且つ信頼性の高い面発光素子を得る事ができる。   In the fourth embodiment, in the surface light emitting device of the third embodiment, since the surface light emitting device is fabricated on a GaAs substrate inclined from the (001) plane direction, occurrence of hill-shaped defects is reduced, Crystal growth can be performed with high quality (crystallinity is improved), and a surface light emitting device with high yield in the wafer surface and high reliability can be obtained.

この第4の形態について、以下に詳細に説明する。   The fourth embodiment will be described in detail below.

(Al)GaInP混晶は、有機金属気相成長法(MOCVD法)等によって結晶成長を行った場合に、丘状欠陥等の発生が顕著になる事が知られている。丘状欠陥は、素子の歩留まり、信頼性を低下させる原因となる。この様な問題は、(001)面方位を有するGaAs基板に結晶成長を行った場合において顕著であり、丘状欠陥の発生によって素子の歩留まりが顕著に低下してしまうという問題がある。   It is known that (Al) GaInP mixed crystals are prone to occurrence of hill-like defects when crystal growth is performed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or the like. Hill-like defects cause a decrease in device yield and reliability. Such a problem is remarkable when crystal growth is performed on a GaAs substrate having a (001) plane orientation, and there is a problem that the yield of the device is remarkably reduced due to the occurrence of a hill-like defect.

これらの問題は、基板の面方位が(001)面から(111)A面方向または(111)B面方向へ傾斜した基板を用いる事により改善する事が可能となる。この様に、傾斜基板を用いる事によって、丘状欠陥の発生を低減し、高品質に結晶成長を行う事が可能になり(結晶性が良くなり)、ウエハ面内の歩留まりが高く且つ信頼性の高い面発光素子を得る事ができる。   These problems can be improved by using a substrate whose plane orientation is inclined from the (001) plane to the (111) A plane direction or the (111) B plane direction. In this way, by using an inclined substrate, it is possible to reduce the occurrence of hill-shaped defects and to perform crystal growth with high quality (improves crystallinity), and the yield in the wafer surface is high and reliable. Can be obtained.

(第5の形態)
本発明の第5の形態は、第3または第4の形態の面発光素子において、該面発光素子は面発光レーザ素子であることを特徴としている。
(5th form)
According to a fifth aspect of the present invention, in the surface light emitting device of the third or fourth aspect, the surface light emitting device is a surface emitting laser device.

この第5の形態では、第3または第4の形態の面発光素子において、該面発光素子は面発光レーザ素子であるので、特に635nm帯よりも短波長域において、駆動電圧が低く、高出力動作が可能な面発光レーザ素子を提供できる。   In the fifth embodiment, in the surface light emitting device of the third or fourth embodiment, since the surface light emitting device is a surface emitting laser device, the driving voltage is low and the output is particularly high in a wavelength region shorter than the 635 nm band. A surface-emitting laser element capable of operation can be provided.

すなわち、第5の形態では、第1または第2の形態のp型半導体分布ブラッグ反射器を、面発光レーザ素子の反射鏡として用いる構成としている。特に、第2の形態の半導体分布ブラッグ反射器では、635nm帯よりも短波長側において、光学的(反射特性),電気抵抗的にも非常に良好なp型半導体分布ブラッグ反射器を得る事が可能であり、635nm帯よりも短波長における可視面発光レーザ素子の特性を大幅に向上させる事が可能である。   That is, in the fifth embodiment, the p-type semiconductor distributed Bragg reflector of the first or second embodiment is used as a reflecting mirror of the surface emitting laser element. In particular, in the semiconductor distributed Bragg reflector of the second embodiment, it is possible to obtain a p-type semiconductor distributed Bragg reflector that has very good optical (reflection characteristics) and electrical resistance on the shorter wavelength side than the 635 nm band. It is possible, and the characteristics of the visible surface emitting laser element at a wavelength shorter than the 635 nm band can be greatly improved.

可視面発光レーザ素子は、活性層材料としてAlGaInP材料系が用いられるが、同材料では活性層とバリア層との間の伝導帯バンド不連続量が少ない為に注入電子のオーバーフローが大きく、環境温度や、レーザ動作時における発熱の影響を大きく受け易い。つまり、通電による温度上昇によって発振が妨げられたり、また発振した場合でも注入電流を増加させると容易に発振が停止してしまうという問題がある。この傾向は、発振波長が短波長なる程(活性層とバリア層との伝導帯バンド不連続量が小さくなる程)、顕著になる。   The visible surface emitting laser element uses an AlGaInP material system as an active layer material. However, since the conduction band discontinuity between the active layer and the barrier layer is small in this material, the overflow of injected electrons is large. In addition, it is easily affected by heat generated during laser operation. That is, there is a problem that oscillation is hindered by a temperature rise due to energization, and even when oscillation occurs, oscillation is easily stopped if the injection current is increased. This tendency becomes more prominent as the oscillation wavelength becomes shorter (as the conduction band discontinuity between the active layer and the barrier layer becomes smaller).

これに対し、第2の形態のp型半導体分布ブラッグ反射器は低抵抗である事から、通電による発熱が小さく、容易に発振を得る事が可能である。また、高注入流域まで安定に発振を得る事が可能である。   On the other hand, since the p-type semiconductor distributed Bragg reflector according to the second embodiment has a low resistance, heat generation due to energization is small and oscillation can be easily obtained. Further, it is possible to stably oscillate up to a high injection flow area.

以上の様に、本発明のp型半導体分布ブラッグ反射器を用いた(可視帯域の)面発光レーザ素子は、特に635nm帯よりも短波長域において、駆動電圧が低く、高出力動作が可能となる。   As described above, the surface-emitting laser element using the p-type semiconductor distributed Bragg reflector of the present invention (in the visible band) has a low driving voltage and can perform a high output operation particularly in a wavelength region shorter than the 635 nm band. Become.

(第6の形態)
本発明の第6の形態は、第3または第4の形態の面発光素子において、該面発光素子は共振器共鳴型面発光ダイオード素子であることを特徴としている。
(Sixth form)
According to a sixth aspect of the present invention, in the surface light emitting element of the third or fourth aspect, the surface light emitting element is a resonator resonance type surface light emitting diode element.

この第6の形態では、第3または第4の形態の面発光素子において、該面発光素子は共振器共鳴型面発光ダイオード素子であるので、特に635nm帯よりも短波長域において、駆動電圧が低く、高出力動作が可能な共振器共鳴型面発光ダイオード素子を得ることができる。   In the sixth embodiment, in the surface light emitting device of the third or fourth embodiment, since the surface light emitting device is a resonator resonance type surface light emitting diode device, the driving voltage is particularly reduced in a wavelength region shorter than the 635 nm band. A resonator-resonant surface-emitting diode element that is low and capable of high output operation can be obtained.

すなわち、第6の形態では、第1または第2の形態のp型半導体分布ブラッグ反射器を、635nmよりも発光波長の短い共振器共鳴型面発光ダイオード素子の反射鏡として用いる構成としている。   That is, in the sixth embodiment, the p-type semiconductor distributed Bragg reflector of the first or second embodiment is used as a reflector of a resonator resonant surface light emitting diode element having an emission wavelength shorter than 635 nm.

この様な構成とする事により、第5の形態と同様に、特に635nm帯よりも短波長域において、駆動電圧が低く、高出力動作が可能な共振器共鳴型面発光ダイオード素子を得ることができる。   By adopting such a configuration, similarly to the fifth embodiment, it is possible to obtain a resonator-resonant surface light emitting diode element that has a low driving voltage and is capable of high output operation, particularly in a wavelength region shorter than the 635 nm band. it can.

(第7の形態)
本発明の第7の形態は、第5または第6の形態の面発光素子により形成されている事を特徴とする面発光モノリシックアレイである。
(7th form)
A seventh aspect of the present invention is a surface-emitting monolithic array characterized by being formed by the surface-emitting elements of the fifth or sixth aspects.

この第7の形態では、第5または第6の形態の面発光素子により形成されている事を特徴とする面発光モノリシックアレイであるので、特に635nm帯よりも短波長域において、駆動電圧が低く、高出力動作が可能な面発光モノリシックアレイを提供できる。   In the seventh embodiment, since the surface emitting monolithic array is characterized by being formed by the surface light emitting element of the fifth or sixth embodiment, the driving voltage is low particularly in a shorter wavelength region than the 635 nm band. A surface-emitting monolithic array capable of high output operation can be provided.

すなわち、第7の形態では、第5または第6の形態の面発光素子を用いて、面発光モノリシックアレイを構成している。本発明における面発光素子(面発光レーザ素子、または、共振器共鳴型面発光ダイオード素子)は、素子の駆動電圧が低く、また高出力動作が可能である。よって、本発明の面発光素子(面発光レーザ素子、または、共振器共鳴型面発光ダイオード素子)を用いて構成された面発光モノリシックアレイも、駆動電圧が低く、高出力動作が可能である。   That is, in the seventh embodiment, a surface emitting monolithic array is configured using the surface emitting elements of the fifth or sixth embodiment. The surface emitting element (surface emitting laser element or resonator resonance type surface emitting diode element) according to the present invention has a low driving voltage and is capable of high output operation. Therefore, a surface-emitting monolithic array configured using the surface-emitting device (surface-emitting laser device or resonator resonant surface-emitting diode device) of the present invention also has a low driving voltage and can operate at a high output.

このように、第7の形態では、駆動電圧が低く、高出力動作が可能な面発光モノリシックアレイ(面発光レーザアレイ、共振器共鳴型面発光ダイオードアレイ)を得ることができる。   Thus, in the seventh embodiment, a surface emitting monolithic array (surface emitting laser array, resonator resonance type surface emitting diode array) that has a low driving voltage and can perform a high output operation can be obtained.

(第8の形態)
本発明の第8の形態は、第5の形態の面発光素子、または、第7の形態の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする電子写真システムである。
(Eighth form)
An eighth aspect of the present invention is an electrophotographic system characterized by using the surface light emitting element of the fifth form or the surface light emitting monolithic array of the seventh form.

この第8の形態では、第5の形態の面発光素子、または、第7の形態の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする電子写真システムであるので、信頼性が高く、高精細な電子写真システムを得る事ができる。   In the eighth embodiment, since the electrophotographic system is characterized by using the surface light-emitting element of the fifth embodiment or the surface-emitting monolithic array of the seventh embodiment, highly reliable and high-definition electronic You can get a photo system.

すなわち、第8の形態では、第5の形態の面発光素子(面発光レーザ素子)、または、第7の形態の面発光モノリシックアレイ(例えば、面発光レーザアレイ)を書き込み光源として用いて電子写真システムを構成している。   That is, in the eighth embodiment, electrophotography using the surface emitting device (surface emitting laser device) of the fifth embodiment or the surface emitting monolithic array (for example, surface emitting laser array) of the seventh embodiment as a writing light source. The system is configured.

第5の形態の面発光素子(面発光レーザ素子),または、第7の形態の面発光モノリシックアレイ(例えば、面発光レーザアレイ)は、駆動駆動電圧および消費電力が低く、更に高出力を得る事が可能である。また特に,面発光モノリシックアレイを光源に用いると、面発光モノリシックアレイを構成する個々の素子はアレイ内において高い位置精度を有していることから、同一のレンズで複数のビームを再現性良く容易に集光でき、光学系が簡単で済み、低コストな電子写真システムを得ることができる。また、特に可視帯(赤色帯)の面発光レーザ素子を書き込み光源として用いると、波長が短波長である事から、感光ドラム上に収束させるビームスポット径を小さくする事が可能となり、高精細な電子写真システムを得る事ができる。   The surface emitting device of the fifth form (surface emitting laser element) or the surface emitting monolithic array of the seventh form (for example, a surface emitting laser array) has a low drive driving voltage and low power consumption, and obtains a higher output. Things are possible. In particular, when a surface-emitting monolithic array is used as a light source, the individual elements constituting the surface-emitting monolithic array have high positional accuracy in the array, so that multiple beams can be easily reproduced with the same lens. Therefore, it is possible to obtain a low-cost electrophotographic system. In particular, when a surface emitting laser element in the visible band (red band) is used as a writing light source, since the wavelength is short, the beam spot diameter converged on the photosensitive drum can be reduced, and high definition is achieved. An electrophotographic system can be obtained.

(第9の形態)
本発明の第9の形態は、第5または第6の形態の面発光素子、または、第7の形態の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする光通信システムである。
(9th form)
A ninth aspect of the present invention is an optical communication system characterized by using the surface light emitting element of the fifth or sixth form or the surface light emitting monolithic array of the seventh form.

この第9の形態では、第5または第6の形態の面発光素子、または、第7の形態の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする光通信システムであるので、信頼性の高い光通信システムを得る事ができる。   In the ninth embodiment, since the optical communication system is characterized by using the surface light emitting element of the fifth or sixth embodiment or the surface emitting monolithic array of the seventh embodiment, highly reliable optical communication. You can get a system.

すなわち、第9の形態では、第5または第6の形態の面発光素子、又は、第7の形態の面発光モノリシックアレイを光源として用い、光通信システムを構成している。   That is, in the ninth embodiment, an optical communication system is configured using the surface light emitting element of the fifth or sixth embodiment or the surface emitting monolithic array of the seventh embodiment as a light source.

第5または第6の形態の面発光素子は、動作電圧が低く且つ高出力動作が可能である。よって、大きな信号強度が得られるので、高速且つ通信誤りの少ない信頼性の高い通信システムを得る事ができる。また、従来に比べ、高出力が得られるので、長距離の通信が可能である。よって、これらを光源として用いる事により、信頼性の高い光通信システムを得る事ができる。特に、可視帯(赤色帯)面発光レーザ素子、共振器共鳴型面発光ダイオード素子は、プラスティックファイバ(POF)を用いた通信システムの光源として好適であり、本発明における可視帯面発光レーザ素子,共振器共鳴型面発光ダイオード素子を光源に用いる事により、信頼性の高い通信システムが得られる。   The surface light emitting device of the fifth or sixth form has a low operating voltage and can perform a high output operation. Therefore, since a large signal strength can be obtained, a highly reliable communication system with high speed and few communication errors can be obtained. Further, since a higher output can be obtained than in the conventional case, long-distance communication is possible. Therefore, a highly reliable optical communication system can be obtained by using these as a light source. In particular, a visible band (red band) surface emitting laser element and a resonator resonance type surface emitting diode element are suitable as a light source for a communication system using a plastic fiber (POF). A highly reliable communication system can be obtained by using the resonator resonance type surface light emitting diode element as a light source.

(第10の形態)
本発明の第10の形態は、第5または第6の形態の面発光素子、または、第7の形態の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする光インターコネクションシステムである。
(10th form)
A tenth aspect of the present invention is an optical interconnection system characterized by using the surface light emitting element of the fifth or sixth form or the surface light emitting monolithic array of the seventh form.

この第10の形態では、第5または第6の形態の面発光素子、または、第7の形態の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする光インターコネクションシステムであるので、信頼性の高い光インターコネクションシステムを得る事ができる。   In the tenth embodiment, since the optical interconnection system is characterized by using the surface light emitting element of the fifth or sixth embodiment or the surface emitting monolithic array of the seventh embodiment, a highly reliable light You can get an interconnection system.

すなわち、第10の形態では、第5または第6の形態の面発光素子、又は、第7の形態の面発光モノリシックアレイを光源として用い、光インタコネクションシステムを構成している。   That is, in the tenth embodiment, an optical interconnection system is configured by using the surface light emitting element of the fifth or sixth embodiment or the surface emitting monolithic array of the seventh embodiment as a light source.

第5または第6の形態の面発光素子は、動作電圧が低く、且つ高出力動作が可能である。よって、大きな信号強度が得られるので、高速且つ通信誤りの少ない信頼性の高い通信インターコネクションシステムを得る事ができる。また、従来に比べ、高出力が得られるので、長距離の光伝送が可能である。よって、これらを光源として用いる事により、信頼性の高い光インターコネクションシステムを得る事ができる。特に、可視帯(赤色帯)面発光レーザ素子、共振器共鳴型面発光ダイオード素子は、プラスティックファイバ(POF)を用いた光インターコネクションシステムの光源として好適であり、本発明における可視帯面発光レーザ素子、共振器共鳴型面発光ダイオード素子を光源に用いる事により、信頼性の高い光インターコネクションシステムが得られる。   The surface light emitting device of the fifth or sixth form has a low operating voltage and can perform a high output operation. Therefore, since a large signal strength can be obtained, a highly reliable communication interconnection system with high speed and few communication errors can be obtained. In addition, since high output can be obtained compared to the conventional case, optical transmission over a long distance is possible. Therefore, by using these as light sources, a highly reliable optical interconnection system can be obtained. In particular, a visible band (red band) surface emitting laser element and a resonator resonance type surface emitting diode element are suitable as a light source of an optical interconnection system using a plastic fiber (POF), and the visible band surface emitting laser according to the present invention. A highly reliable optical interconnection system can be obtained by using an element and a resonator resonant surface light emitting diode element as a light source.

図3は実施例1の面発光レーザ素子を示す図である。図3の面発光レーザ素子は、GaInP/AlGaInP多重量子井戸構造を活性層とする635nm帯面発光レーザ素子である。   FIG. 3 is a diagram illustrating the surface emitting laser element according to the first embodiment. The surface emitting laser element of FIG. 3 is a 635 nm band surface emitting laser element having a GaInP / AlGaInP multiple quantum well structure as an active layer.

以下、図3の面発光レーザ素子の構造を作製工程に従い説明する。   In the following, the structure of the surface emitting laser element shown in FIG.

図3の面発光レーザ素子の作製では、有機金属気相成長法(MOCVD法)により結晶成長を行なっており、III族原料に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(TMI)を用い、V族原料にフォスフィン(PH)ガス,アルシン(AsH)ガスを用いている。また、AlGaAs層のp型不純物元素のドーピング原料には四臭化炭素(CBr)を用い、AlGaInP層のp型不純物元素のドーピング原料にはシクロペンタジフェニルマグネシウム(CpMg)を用いている。また、n型不純物元素のドーピング原料にはセレン化水素(HSe)を用いている。 In the production of the surface emitting laser element shown in FIG. 3, crystal growth is performed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), and trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), and trimethylindium (TMI) are used as group III materials. And phosphine (PH 3 ) gas and arsine (AsH 3 ) gas are used as the group V raw material. Further, carbon tetrabromide (CBr 4 ) is used as a p-type impurity element doping material for the AlGaAs layer, and cyclopentadiphenyl magnesium (Cp 2 Mg) is used as a p-type impurity element doping material for the AlGaInP layer. . Further, hydrogen selenide (H 2 Se) is used as a doping material for the n-type impurity element.

具体的に、図3の素子は、n−GaAs基板101上に、n−GaAsバッファー層102、n−Al0.95Ga0.05As/(Al0.41Ga0.590.5In0.5Pの対を1周期とした60.5周期のn−Al0.95Ga0.05As/(Al0.41Ga0.590.5In0.5P下部半導体分布ブラッグ反射器103、ノンドープ(Al0.5Ga0.50.5In0.5P共振器スペーサー104、GaInP/AlGaInP多重量子井戸活性層105、ノンドープ(Al0.5Ga0.50.5In0.5P共振器スペーサー106、35周期のp−Al0.59Ga0.05As/(Al0.41Ga0.590.5In0.5P上部半導体分布ブラッグ反射器107の結晶成長が行われている。ここで、上部半導体分布ブラッグ反射器107の途中には、p−AlAs選択酸化層108を設けている。また、素子の最表面には、GaAsコンタクト層(図示せず)を設けている。 Specifically, the element of FIG. 3 includes an n-GaAs buffer layer 102, n-Al 0.95 Ga 0.05 As / (Al 0.41 Ga 0.59 ) 0.5 on an n-GaAs substrate 101. 60.5 period n-Al 0.95 Ga 0.05 As / (Al 0.41 Ga 0.59 ) 0.5 In 0.5 P lower semiconductor distribution with a pair of In 0.5 P as one period Bragg reflector 103, non-doped (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P resonator spacer 104, GaInP / AlGaInP multiple quantum well active layer 105, non-doped (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P resonator spacer 106, 35 periods of p-Al 0.59 Ga 0.05 As / (Al 0.41 Ga 0.59 ) 0.5 In 0.5 P upper semiconductor distribution Bragg Reflection Crystal growth of the vessel 107 is performed. Here, a p-AlAs selective oxide layer 108 is provided in the middle of the upper semiconductor distributed Bragg reflector 107. A GaAs contact layer (not shown) is provided on the outermost surface of the element.

また、ここで、GaAs基板101には、(001)面方位から(111)A方向に面方位が15°傾斜した傾斜基板を用いている。この様な基板101を用いる事により、丘状欠陥の発生無く、良好な表面性を得る事が可能であった。   Here, as the GaAs substrate 101, an inclined substrate whose plane orientation is inclined by 15 ° from the (001) plane orientation to the (111) A direction is used. By using such a substrate 101, it was possible to obtain good surface properties without occurrence of hill-like defects.

また更に、本実施例の素子は、AsをV族元素とした半導体層からPをV族元素とした半導体層へ供給原料雰囲気を切り替える界面において、十分に成長条件を最適化する事によって、非常に良好な表面性(鏡面)を得る事が可能であった。   In addition, the device of this example can be obtained by sufficiently optimizing the growth conditions at the interface for switching the raw material atmosphere from the semiconductor layer having As as a group V element to the semiconductor layer having P as a group V element. It was possible to obtain excellent surface properties (mirror surface).

ここで、半導体分布ブラッグ反射器を構成する各半導体層の厚さは、半導体分布ブラッグ反射器の多重反射の位相条件を満たす様に、レーザ発振波長(λ=635nm)に対しλ/4n(nは、レーザ発振波長に対する各半導体層の屈折率、以下の実施例においても同じ)となる厚さとしている。   Here, the thickness of each semiconductor layer constituting the semiconductor distributed Bragg reflector is λ / 4n (n with respect to the laser oscillation wavelength (λ = 635 nm) so as to satisfy the multiple reflection phase condition of the semiconductor distributed Bragg reflector. Is the thickness of the refractive index of each semiconductor layer with respect to the laser oscillation wavelength, which is the same in the following examples).

図4は、図3の面発光レーザ素子の光出射側に当たるp型半導体分布ブラッグ反射器107の一部の構成を示す図である。図4の様に、p型半導体分布ブラッグ反射器107は、AlGaAs混晶からなる低屈折率層とAlGaInP混晶からなる高屈折率層とを交互に積層して構成されている。   FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a part of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector 107 corresponding to the light emitting side of the surface emitting laser element of FIG. As shown in FIG. 4, the p-type semiconductor distributed Bragg reflector 107 is configured by alternately laminating low refractive index layers made of AlGaAs mixed crystals and high refractive index layers made of AlGaInP mixed crystals.

また、本実施例において、(Al0.5Ga0.50.5In0.5P共振器スペーサー104、GaInP/AlGaInP多重量子井戸活性層105、ノンドープ(Al0.5Ga0.50.5In0.5P共振器スペーサー106からなる共振領域は、これらの半導体層における光の位相変化が2πとなる様にしており、一波長共振器構造を形成している。また、高い誘導放出確率を得る為に、GaInP/AlGaInP多重量子井戸活性層105は、上記共振器内における中央部の、発振光の定在波の腹に対応する位置に設けている。 In this example, (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P resonator spacer 104, GaInP / AlGaInP multiple quantum well active layer 105, non-doped (Al 0.5 Ga 0.5 The resonance region composed of the 0.5 In 0.5 P resonator spacer 106 has a phase change of light of 2π in these semiconductor layers, and forms a one-wavelength resonator structure. In order to obtain a high stimulated emission probability, the GaInP / AlGaInP multiple quantum well active layer 105 is provided at a position corresponding to the antinode of the standing wave of the oscillation light in the center of the resonator.

以上の様に、本実施例では、AlGaInP混晶材料及びAlGaAs混晶材料を組み合わせた半導体分布ブラッグ反射器を用いている。   As described above, in this embodiment, a semiconductor distributed Bragg reflector in which an AlGaInP mixed crystal material and an AlGaAs mixed crystal material are combined is used.

次に、公知の写真製版技術を用いて、図3の面発光レーザ素子の中央部に直径30μmの円形レジストパターンを形成した後、公知のドライエッチング技術を用いて、表面のGaAsコンタクト層からn側分布ブラッグ反射器103までの各層のエッチング除去を行ってメサを形成している。次に、加熱水蒸気雰囲気中において、メサ側壁からp−AlAs選択酸化層108の酸化を行い電流狭窄層を形成している。図3では、p−AlAs選択酸化層108において酸化された領域が黒く示されている。ここで、素子中央部の非酸化領域の直径を3μmとしている。   Next, a circular resist pattern having a diameter of 30 μm is formed in the central portion of the surface emitting laser element shown in FIG. 3 using a known photolithography technique, and then n is applied from the surface GaAs contact layer using a known dry etching technique. Etching of each layer up to the side distributed Bragg reflector 103 is performed to form a mesa. Next, the current confinement layer is formed by oxidizing the p-AlAs selective oxidation layer 108 from the mesa side wall in a heated steam atmosphere. In FIG. 3, the region oxidized in the p-AlAs selective oxide layer 108 is shown in black. Here, the diameter of the non-oxidized region at the center of the element is 3 μm.

次に、公知の気相化学堆積法(CVD法)を用いて、ウエハ全面にSiO層109を形成した後、エッチング除去部にアラインして、光出射部となる領域とその周辺のSiO層109の除去を行っている。次に、絶縁性樹脂110のスピンコートを行い、図3の様にメサ上面の絶縁性樹脂の除去を行っている。次に、光出射部となる領域に直径5μmの円形レジストパターンを形成し、p側電極材料の蒸着を行なった後、リフトオフによって光出射部の電極材料を除去してp側電極111を形成している。次に、n−GaAs基板101の裏面を研磨した後、基板101の裏面に蒸着によってn側電極112を形成し、アニールによって、両電極のオーミック導通を取っている。 Next, a SiO 2 layer 109 is formed on the entire surface of the wafer by using a known chemical vapor deposition method (CVD method), and is then aligned with the etching removal portion to form a light emitting portion and its surrounding SiO 2. The layer 109 is removed. Next, spin coating of the insulating resin 110 is performed, and the insulating resin on the top surface of the mesa is removed as shown in FIG. Next, a circular resist pattern having a diameter of 5 μm is formed in a region to be a light emitting part, and after depositing a p-side electrode material, the electrode material of the light emitting part is removed by lift-off to form a p-side electrode 111. ing. Next, after polishing the back surface of the n-GaAs substrate 101, an n-side electrode 112 is formed on the back surface of the substrate 101 by vapor deposition, and ohmic conduction between both electrodes is achieved by annealing.

本実施例の面発光レーザ素子では、p型半導体分布ブラッグ反射器をAlGaAs混晶材料とAlGaInP混晶材料を用いて構成しており、特にp型半導体分布ブラッグ反射器の組成を波長635nmにおいて上記の様に選んだ事により、高い反射率と低い抵抗(小さな価電子帯バンド不連続量)とを同時に実現する事ができた。   In the surface emitting laser element of this example, the p-type semiconductor distributed Bragg reflector is configured using an AlGaAs mixed crystal material and an AlGaInP mixed crystal material, and in particular, the composition of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector is the above at a wavelength of 635 nm. In this way, high reflectivity and low resistance (small valence band discontinuity) can be realized at the same time.

この様に、本発明のp型半導体分布ブラッグ反射器を備えた実施例1の面発光レーザ素子は、従来の素子に比べて、駆動電圧,発振閾値電流が低く、より高出力動作が可能であった。   As described above, the surface emitting laser element of Example 1 including the p-type semiconductor distributed Bragg reflector according to the present invention has a lower driving voltage and an oscillation threshold current than those of the conventional element, and can perform a higher output operation. there were.

また、この実施例1では、電流狭窄構造として、選択酸化による酸化狭窄構造を用いているが、この他にも実施例2の様に(水素)イオン注入による高抵抗層を電流狭窄構造として用いる事もできる。   In the first embodiment, an oxide constriction structure by selective oxidation is used as the current confinement structure. In addition to this, a high resistance layer by (hydrogen) ion implantation is used as the current confinement structure as in the second embodiment. You can also do things.

図5は実施例2の面発光レーザ素子を示す図である。実施例2の面発光レーザ素子では、電流狭窄構造として、水素イオン注入により設けた高抵抗層を用いている。その他の点では、実施例2の面発光レーザ素子は、実施例1と同様に、GaInP/AlGaInP多重量子井戸構造を活性層とした635nm帯面発光レーザ素子であり、実施例1と同様の結晶成長方法及び手段によって成長が行われている。   FIG. 5 is a view showing a surface emitting laser element of Example 2. In the surface emitting laser element of Example 2, a high resistance layer provided by hydrogen ion implantation is used as the current confinement structure. In other respects, the surface emitting laser element of Example 2 is a 635 nm band surface emitting laser element having a GaInP / AlGaInP multiple quantum well structure as an active layer, as in Example 1, and has the same crystal as in Example 1. Growth is performed by a growth method and means.

以下、図5の面発光レーザ素子の構造を製造工程に従い説明する。   Hereinafter, the structure of the surface emitting laser element of FIG. 5 will be described according to the manufacturing process.

具体的に、図5の面発光レーザ素子は、n−GaAs基板201上に、n−GaAsバッファー層202、n−AlAs/(Al0.41Ga0.590.5In0.5Pの対を1周期とした60.5周期のn−AlAs/(Al0.41Ga0.590.5In0.5P下部半導体分布ブラッグ反射器203、ノンドープ(Al0.5Ga0.50.5In0.5P共振器スペーサー204、GaInP/AlGaInP多重量子井戸活性層205、ノンドープ(Al0.5Ga0.50.5In0.5P共振器スペーサー206、35周期のp−AlAs/(Al0.41Ga0.590.5In0.5P上部半導体分布ブラッグ反射器207の結晶成長が行われている。ここで、素子の最表面には、GaAsコンタクト層(図示せず)を設けている。 Specifically, the surface emitting laser element of FIG. 5 includes an n-GaAs buffer layer 202, n-AlAs / (Al 0.41 Ga 0.59 ) 0.5 In 0.5 P on an n-GaAs substrate 201. N-AlAs / (Al 0.41 Ga 0.59 ) 0.5 In 0.5 P lower semiconductor distributed Bragg reflector 203 having a pair of 1 cycle, non-doped (Al 0.5 Ga 0 .5) 0.5 In 0.5 P cavity spacer 204, GaInP / AlGaInP multiple quantum well active layer 205, an undoped (Al 0.5 Ga 0.5) 0.5 In 0.5 P cavity spacer 206, Crystal growth of p-AlAs / (Al 0.41 Ga 0.59 ) 0.5 In 0.5 P upper semiconductor distributed Bragg reflector 207 with 35 periods is performed. Here, a GaAs contact layer (not shown) is provided on the outermost surface of the element.

次に、公知の写真製版技術を用いて、素子の光出射部となる領域に5μmの円形レジストパターンを形成した後、公知のイオン注入技術を用いて、水素イオン注入を行い、高抵抗領域208を設けている。次に、レジストの除去を行った後、公知のCVD技術によりSiO層209を素子全面に形成し、写真製版技術とウエットエッチング技術により光出射部周辺のSiO層209の除去を行っている。次に、実施例1と同様に、p側電極210を形成し、基板201の裏面を研磨した後、基板201の裏面へのn側電極211の形成と熱アニール処理を行って、図5の面発光レーザ素子を作製した。 Next, after forming a 5 μm circular resist pattern in a region to be a light emitting portion of the element using a known photolithography technique, hydrogen ions are implanted using a known ion implantation technique to obtain a high resistance region 208. Is provided. Next, after removing the resist, the SiO 2 layer 209 is formed on the element over the entire surface by a known CVD technique is performed to remove the SiO 2 layer 209 near the light emitting portion by photolithography and wet etching techniques . Next, as in Example 1, after forming the p-side electrode 210 and polishing the back surface of the substrate 201, the n-side electrode 211 was formed on the back surface of the substrate 201 and a thermal annealing treatment was performed. A surface emitting laser element was produced.

実施例2の面発光レーザ素子も、実施例1と同様に、p型半導体分布ブラッグ反射器をAlGaAs混晶材料とAlGaInP混晶材料を用いて構成しており、特にp型半導体分布ブラッグ反射器の組成を波長635nmにおいて上記の様に選んだ事により、高い反射率と低い抵抗(小さな価電子帯バンド不連続量)とを同時に実現する事ができた。   In the surface emitting laser element of Example 2, as in Example 1, the p-type semiconductor distributed Bragg reflector is configured by using an AlGaAs mixed crystal material and an AlGaInP mixed crystal material. In particular, the p-type semiconductor distributed Bragg reflector is used. By selecting the above composition at a wavelength of 635 nm as described above, high reflectivity and low resistance (small valence band band discontinuity) could be realized simultaneously.

この様に、本発明のp型半導体分布ブラッグ反射器を備えた実施例2の面発光レーザ素子は、従来の素子に比べて、駆動電圧,発振閾値電流が低く、より高出力動作が可能であった。   Thus, the surface emitting laser element of Example 2 equipped with the p-type semiconductor distributed Bragg reflector of the present invention has a lower driving voltage and oscillation threshold current than the conventional element, and can operate at a higher output. there were.

図6は実施例3の共振器共鳴型発光ダイオード素子を示す図である。実施例3の共振器共鳴型発光ダイオード素子は、GaInP/AlGaInP多重量子井戸構造を活性層とし610nm帯に発光波長を有する発光ダイオード素子であり、実施例1,実施例2と同様の結晶成長方法及び手段によって成長が行われている。   FIG. 6 is a view showing a resonator resonance type light emitting diode element of Example 3. FIG. The resonator resonant light-emitting diode element of Example 3 is a light-emitting diode element having a GaInP / AlGaInP multiple quantum well structure as an active layer and having an emission wavelength in the 610 nm band. The same crystal growth method as in Example 1 and Example 2 And growth is done by means.

以下、図6の共振器共鳴型発光ダイオード素子の構造を製造工程に従い説明する。   Hereinafter, the structure of the resonator resonance type light emitting diode element of FIG. 6 will be described according to the manufacturing process.

具体的に、図6の共振器共鳴型発光ダイオード素子は、n−GaAs基板301上に、n−GaAsバッファー層302、n−AlAs/(Al0.55Ga0.450.5In0.5Pの対を1周期とした60.5周期のn−AlAs/(Al0.55Ga0.450.5In0.5P下部半導体分布ブラッグ反射器303、ノンドープ(Al0.7Ga0.30.5In0.5P共振器スペーサー304、GaInP/AlGaInP多重量子井戸活性層305、ノンドープ(Al0.7Ga0.30.5In0.5P共振器スペーサー306、5周期のp−AlAs/(Al0.55Ga0.450.5In0.5P上部半導体分布ブラッグ反射器307の結晶成長が行われている。また、素子の最表面には、GaAsコンタクト層(図示せず)を設けている。 Specifically, the resonator resonant light-emitting diode element of FIG. 6 has an n-GaAs buffer layer 302, n-AlAs / (Al 0.55 Ga 0.45 ) 0.5 In 0 on an n-GaAs substrate 301. .5 P pair of 1 period, 60.5 periods of n-AlAs / (Al 0.55 Ga 0.45 ) 0.5 In 0.5 P lower semiconductor distributed Bragg reflector 303, non-doped (Al 0. 7 Ga 0.3) 0.5 In 0.5 P cavity spacer 304, GaInP / AlGaInP multiple quantum well active layer 305, undoped (Al 0.7 Ga 0.3) 0.5 In 0.5 P resonator spacer 306,5 p-AlAs / (Al 0.55 Ga 0.45) cycle 0.5 an in 0.5 P crystal growth of the upper semiconductor DBR 307 is performed. A GaAs contact layer (not shown) is provided on the outermost surface of the element.

次に、公知の写真製版技術を用いて、素子の光出射部となる領域に5μmの円形レジストパターンを形成した後、公知のイオン注入技術を用いて、水素イオン注入を行い、高抵抗領域308を設けている。次に、レジストの除去を行った後、公知のCVD技術によりSiO層309を素子全面に形成し、写真製版技術とウエットエッチング技術により光出射部周辺のSiO層309の除去を行っている。次に、実施例1と同様に、p側電極310の形成、基板302の裏面研磨の後、基板302の裏面へのn側電極311の形成と熱アニール処理を行って、図6の共振器共鳴型発光ダイオード素子を作製した。 Next, after forming a 5 μm circular resist pattern in a region to be a light emitting portion of the element using a known photolithography technique, hydrogen ions are implanted using a known ion implantation technique to obtain a high resistance region 308. Is provided. Next, after removing the resist, the SiO 2 layer 309 is formed on the element over the entire surface by a known CVD technique is performed to remove the SiO 2 layer 309 near the light emitting portion by photolithography and wet etching techniques . Next, in the same manner as in Example 1, after forming the p-side electrode 310 and polishing the back surface of the substrate 302, the n-side electrode 311 is formed on the back surface of the substrate 302 and a thermal annealing process is performed. A resonant light-emitting diode element was produced.

実施例3の共振器共鳴型発光ダイオード素子では、実施例1,実施例2と同様に、p型半導体分布ブラッグ反射器をAlGaAs混晶材料とAlGaInP混晶材料を用いて構成しており、特にp型半導体分布ブラッグ反射器の組成を波長620nmにおいて上記の様に選んだ事により、高い反射率と低い抵抗(小さな価電子帯バンド不連続量)とを同時に実現する事ができた。   In the resonator-resonant light emitting diode element of Example 3, as in Examples 1 and 2, the p-type semiconductor distributed Bragg reflector is configured using an AlGaAs mixed crystal material and an AlGaInP mixed crystal material. By selecting the composition of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector as described above at a wavelength of 620 nm, high reflectivity and low resistance (small valence band discontinuity) can be realized simultaneously.

以上の様に、実施例3の共振器共鳴型発光ダイオード素子は、従来の素子に比べて、駆動電圧が低く、より高出力動作が可能であった。   As described above, the resonator-resonant light-emitting diode element of Example 3 has a lower driving voltage and can operate at a higher output than the conventional element.

以上の各実施例では、結晶成長方法として、MOCVD法を例に挙げて説明を行なったが、この他にも、分子線結晶成長法(MBE法)等のその他の結晶成長法を用いる事もできる。また、発振(発光)波長も以上で説明した635nm帯、610nm帯以外にも、635nmより短波長の可視帯に応用する事ができる。また、素子構造は、上述の各実施例で示した以外の構造であっても良い。   In each of the above embodiments, the MOCVD method has been described as an example of the crystal growth method, but other crystal growth methods such as a molecular beam crystal growth method (MBE method) may also be used. it can. In addition to the 635 nm band and the 610 nm band described above, the oscillation (light emission) wavelength can be applied to the visible band shorter than 635 nm. The element structure may be a structure other than that shown in each of the above-described embodiments.

図7は実施例4の面発光レーザアレイを示す図である。すなわち、図7は、本発明の面発光レーザ素子を2次元に4×4個集積した面発光モノリシックレーザアレイの上面図を示したものである。   FIG. 7 is a view showing a surface emitting laser array of Example 4. That is, FIG. 7 shows a top view of a surface emitting monolithic laser array in which 4 × 4 surface emitting laser elements of the present invention are two-dimensionally integrated.

図7の例では、個々の素子を独立に駆動するために個別に上部電極に配線が設けられている。また、図7の面発光レーザアレイは、前述の各実施例と同様の手順・方法で作製されたものであり、面発光レーザアレイを構成する個々の素子は、高屈折率層としてAlGaInP混晶材料を用い、低屈折率層としてAlGaAs混晶材料を用いて構成された半導体分布ブラッグ反射器を備えている。   In the example of FIG. 7, wirings are individually provided on the upper electrode in order to drive each element independently. Further, the surface emitting laser array of FIG. 7 is manufactured by the same procedure and method as the above-described embodiments, and individual elements constituting the surface emitting laser array are AlGaInP mixed crystals as a high refractive index layer. A semiconductor distributed Bragg reflector is formed using a material and using an AlGaAs mixed crystal material as a low refractive index layer.

これにより、個々の素子は、低抵抗であり、駆動電圧が低いため、従来と同じ出力を得る為に必要な消費電力は低く、更に発熱による出力飽和点も高い。   As a result, each element has a low resistance and a low driving voltage, so that the power consumption required to obtain the same output as the conventional one is low, and the output saturation point due to heat generation is also high.

以上の様に、高出力動作が可能な面発光レーザアレイが得られた。   As described above, a surface emitting laser array capable of high output operation was obtained.

図8は実施例5の電子写真システムを示す図である。図8の電子写真システムは、感光ドラムと、光学走査系(走査収束光学系)と、書き込み光源と、同期制御回路(同期制御部)とを有しており、書き込み光源には、本発明の面発光レーザ素子または面発光レーザアレイが用いられている。   FIG. 8 is a diagram showing an electrophotographic system according to the fifth embodiment. The electrophotographic system of FIG. 8 includes a photosensitive drum, an optical scanning system (scanning convergence optical system), a writing light source, and a synchronization control circuit (synchronization control unit). A surface emitting laser element or a surface emitting laser array is used.

図8の電子写真システムは、同期制御回路によって制御され、書き込み光源(本発明の面発光レーザ素子または面発光レーザアレイ)からの光は、ポリゴンミラー,レンズ収束系からなる走査収束光学系によって感光ドラム上に集光され、潜像を形成する。   The electrophotographic system of FIG. 8 is controlled by a synchronous control circuit, and light from a writing light source (surface emitting laser element or surface emitting laser array of the present invention) is photosensitized by a scanning converging optical system including a polygon mirror and a lens converging system. It is condensed on the drum to form a latent image.

本発明の面発光レーザ素子または面発光レーザアレイでは、高出力動作が可能である事から、高速書き込みが可能であり、高速な電子写真システムを得る事ができる。   Since the surface emitting laser element or the surface emitting laser array of the present invention is capable of high output operation, high speed writing is possible and a high speed electrophotographic system can be obtained.

また、AlGaInP系材料を活性層材料とした赤色面発光レーザ素子は、635nm以下の可視帯での発振が可能である。従って、高精細電子写真の書き込み光源として好適である。ところが、AlGaInP系材料は、温度変化に対する影響を非常に受けやすく、素子発熱による温度上昇により、出力の飽和,発振の停止等が問題となっている。しかしながら、本発明を適用した赤色面発光レーザ素子は、低屈折率層をAlGaAs混晶材料によって構成し、高屈折率層をAlGaInP混晶材料によって構成した低抵抗な半導体分布ブラッグ反射器を備えている事により、素子の発熱が低減され、高出力動作を得る事が可能となる。   A red surface emitting laser element using an AlGaInP-based material as an active layer material can oscillate in the visible band of 635 nm or less. Therefore, it is suitable as a writing light source for high-definition electrophotography. However, AlGaInP-based materials are very susceptible to temperature changes, and output saturation, oscillation stoppage, and the like are problematic due to temperature rise caused by element heat generation. However, the red surface emitting laser element to which the present invention is applied includes a low-resistance semiconductor distributed Bragg reflector in which the low refractive index layer is made of an AlGaAs mixed crystal material and the high refractive index layer is made of an AlGaInP mixed crystal material. Therefore, the heat generation of the element is reduced, and a high output operation can be obtained.

以上の様に、本発明の面発光レーザ素子または面発光レーザアレイは、電子写真システムの書き込み光源として好適である。   As described above, the surface emitting laser element or the surface emitting laser array of the present invention is suitable as a writing light source for an electrophotographic system.

図9は実施例6の光インターコネクションシステムを示す図である。図9のインターコネクションシステムは、機器1と機器2との間を、光ファイバアレイを用いて接続したものとなっている。   FIG. 9 illustrates an optical interconnection system according to the sixth embodiment. The interconnection system of FIG. 9 is configured such that the devices 1 and 2 are connected using an optical fiber array.

送信側である機器1には、本発明による面発光レーザ素子又は共振器共鳴型発光ダイオード素子による1次元アレイモジュールと、これの駆動回路とが設けられている。また、受信側である機器2には、フォトダイオードアレイモジュールと、信号検出回路とが設けられている。また、この実施例6では、面発光レーザ素子又は発光ダイオード素子として、可視帯域(赤色帯)のものを用いており,このような波長帯における光ファイバとしてはプラスティックファイバ(POF)が好適である。   The device 1 on the transmission side is provided with a one-dimensional array module using a surface emitting laser element or a resonator resonance type light emitting diode element according to the present invention, and a drive circuit thereof. The device 2 on the receiving side is provided with a photodiode array module and a signal detection circuit. In Example 6, a surface emitting laser element or a light emitting diode element is used in the visible band (red band), and a plastic fiber (POF) is suitable as an optical fiber in such a wavelength band. .

また、この実施例6の光インターコネクションシステムは、本発明による面発光レーザ素子又は共振器共鳴型発光ダイオード素子からなるアレイが用いられていることで、駆動電圧が低く、また高出力動作が可能であった。また、高出力動作が可能である事から、伝送誤りが少なく信頼性の高いインターコネクションシステムを構成することができた。   In addition, the optical interconnection system of Example 6 uses an array of surface-emitting laser elements or resonator-resonant light-emitting diode elements according to the present invention, so that the drive voltage is low and high output operation is possible. Met. In addition, since a high output operation is possible, it was possible to construct a highly reliable interconnection system with few transmission errors.

この実施例6では、並列光インターコネクションシステムを例に説明したが、この他にも、単一素子を用いたシリアル伝送システムを構成することもできる。また、機器間の他にも、ボード間,チップ間,チップ内インターコネクションに応用することもできる。   Although the parallel optical interconnection system has been described as an example in the sixth embodiment, a serial transmission system using a single element can also be configured. In addition to inter-device, it can also be applied to inter-board, inter-chip, and intra-chip interconnections.

本発明は、電子写真システム,光通信システム,光インターコネクションシステムの他に、さらに、表示システム等にも利用可能である。
In addition to the electrophotographic system, the optical communication system, and the optical interconnection system, the present invention can be used for a display system and the like.

AlGa1−xAs混晶材料とGaAs基板に格子整合する(Alx2Ga1−x2)yIn1−y2P混晶の伝導帯と価電子帯のバンド端エネルギーを示した図である。In view showing a Al x Ga 1-x As mixed crystal material and lattice-matched to GaAs substrate (Al x2 Ga 1-x2) y 2 In 1-y2 P mixed crystal band edge energy of the conduction band and the valence band of is there. 波長635nmにおけるそれぞれの混晶の屈折率をAl組成に対して示した図である。It is the figure which showed the refractive index of each mixed crystal in wavelength 635nm with respect to Al composition. 実施例1の面発光レーザ素子を示す図である。1 is a diagram illustrating a surface emitting laser element of Example 1. FIG. 図3の面発光レーザ素子の光出射側に当たるp型半導体分布ブラッグ反射器107の一部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a part of p-type semiconductor distributed Bragg reflector 107 which hits the light emission side of the surface emitting laser element of FIG. 実施例2の面発光レーザ素子を示す図である。6 is a view showing a surface emitting laser element according to Example 2. FIG. 実施例3の共振器共鳴型発光ダイオード素子を示す図である。6 is a diagram showing a resonator resonance type light emitting diode element of Example 3. FIG. 実施例4の面発光レーザアレイを示す図である。6 is a diagram showing a surface emitting laser array of Example 4. FIG. 実施例5の電子写真システムを示す図である。10 is a diagram illustrating an electrophotographic system of Example 5. FIG. 実施例6の光インターコネクションシステムを示す図である。It is a figure which shows the optical interconnection system of Example 6. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

101 n−GaAs基板
102 n−GaAsバッファー層
103 下部半導体分布ブラッグ反射器
104 共振器スペーサー
105 多重量子井戸活性層
106 共振器スペーサー
107 上部半導体分布ブラッグ反射器
108 p−AlAs選択酸化層
109 SiO
110 絶縁性樹脂
111 p側電極
112 n側電極
201 n−GaAs基板
202 n−GaAsバッファー層
203 下部半導体分布ブラッグ反射器
204 共振器スペーサー
205 多重量子井戸活性層
206 共振器スペーサー
207 上部半導体分布ブラッグ反射器
208 高抵抗領域
209 SiO
210 p側電極
211 n側電極
301 n−GaAs基板
302 n−GaAsバッファー層
303 下部半導体分布ブラッグ反射器
304 共振器スペーサー
305 多重量子井戸活性層
306 共振器スペーサー
307 上部半導体分布ブラッグ反射器
308 高抵抗領域
309 SiO
310 p側電極
311 n側電極
101 n-GaAs substrate 102 n-GaAs buffer layer 103 lower semiconductor distributed Bragg reflector 104 resonator spacer 105 multiple quantum well active layer 106 resonator spacer 107 upper semiconductor distributed Bragg reflector 108 p-AlAs selective oxide layer 109 SiO 2 layer 110 insulating resin 111 p-side electrode 112 n-side electrode 201 n-GaAs substrate 202 n-GaAs buffer layer 203 lower semiconductor distributed Bragg reflector 204 resonator spacer 205 multiple quantum well active layer 206 resonator spacer 207 upper semiconductor distributed Bragg reflection 208 High resistance region 209 SiO 2 layer 210 p-side electrode 211 n-side electrode 301 n-GaAs substrate 302 n-GaAs buffer layer 303 Lower semiconductor distributed Bragg reflector 304 Resonator spacer -305 Multiple quantum well active layer 306 Resonator spacer 307 Upper semiconductor distributed Bragg reflector 308 High resistance region 309 SiO 2 layer 310 p-side electrode 311 n-side electrode

Claims (10)

高屈折率層がAlGaInP層で構成され、低屈折率層がAlGaAs層で構成され、前記2種の層がp型不純物元素を含むp型半導体分布ブラッグ反射器において、前記2種の層のうち少なくともAlGaInP層におけるp型不純物元素はMgである事を特徴とするp型半導体分布ブラッグ反射器。 In the p-type semiconductor distributed Bragg reflector in which the high refractive index layer is composed of an AlGaInP layer, the low refractive index layer is composed of an AlGaAs layer, and the two types of layers include a p-type impurity element, A p-type semiconductor distributed Bragg reflector, wherein the p-type impurity element in at least the AlGaInP layer is Mg. (Alx2Ga1−x2y2In1−y2P層による高屈折率層と、Alx1Ga1−x1As層による低屈折率層とから構成され、前記2種の層がp型不純物元素を含むp型半導体分布ブラッグ反射器において、該p型半導体分布ブラッグ反射器の反射波長は635nmよりも短波長であり、更に前記Alx1Ga1−x1As層の組成は0.95≦x1≦1の範囲であり、且つ前記(Alx2Ga1−x2y2In1−y2P層は、GaAs基板に格子整合し、組成がx2≧0.35、0<y2<1の範囲である事を特徴とするp型半導体分布ブラッグ反射器。 (Al x2 Ga 1-x2) y2 and the high refractive index layer by an In 1-y2 P layer, is composed of a low refractive index layer by Al x1 Ga 1-x1 As layer, the two layers are p-type impurity element In the p-type semiconductor distributed Bragg reflector, the reflection wavelength of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector is shorter than 635 nm, and the composition of the Al x1 Ga 1-x1 As layer is 0.95 ≦ x1 ≦. 1 and the (Al x2 Ga 1-x2 ) y2 In 1-y2 P layer is lattice-matched to the GaAs substrate and has a composition of x2 ≧ 0.35 and 0 <y2 <1. A p-type semiconductor distributed Bragg reflector. 請求項1または請求項2に記載のp型半導体分布ブラッグ反射器を具備している事を特徴とする面発光素子。 A surface light emitting device comprising the p-type semiconductor distributed Bragg reflector according to claim 1. 請求項3記載の面発光素子において、該面発光素子は、(001)面方向から傾斜したGaAs基板上に作製されている事を特徴とする面発光素子。 4. The surface light emitting device according to claim 3, wherein the surface light emitting device is fabricated on a GaAs substrate inclined from the (001) plane direction. 請求項3または請求項4記載の面発光素子において、該面発光素子は面発光レーザ素子であることを特徴とする面発光素子。 5. The surface emitting device according to claim 3, wherein the surface emitting device is a surface emitting laser device. 請求項3または請求項4記載の面発光素子において、該面発光素子は共振器共鳴型面発光ダイオード素子であることを特徴とする面発光素子。 5. The surface light emitting device according to claim 3, wherein the surface light emitting device is a resonator resonance type surface light emitting diode device. 請求項5または請求項6記載の面発光素子により形成されている事を特徴とする面発光モノリシックアレイ。 A surface-emitting monolithic array comprising the surface-emitting element according to claim 5. 請求項5記載の面発光素子、または、請求項7記載の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする電子写真システム。 An electrophotographic system using the surface light emitting device according to claim 5 or the surface light emitting monolithic array according to claim 7. 請求項5または請求項6記載の面発光素子、または、請求項7記載の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする光通信システム。 An optical communication system using the surface-emitting device according to claim 5 or the surface-emitting monolithic array according to claim 7. 請求項5または請求項6記載の面発光素子、または、請求項7記載の面発光モノリシックアレイを用いた事を特徴とする光インターコネクションシステム。 An optical interconnection system using the surface-emitting element according to claim 5 or claim 6 or the surface-emitting monolithic array according to claim 7.
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