JP2007109766A - Optical semiconductor and optical transmission module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光半導体および光伝送モジュールに関するものである。 The present invention relates to an optical semiconductor and an optical transmission module.
近年、高速動作が可能であり低消費電力であるという特徴を持つ面発光レーザ(VCSEL)が、通信データ量の増大などに伴い注目されている。面発光レーザの利点としては検査が容易であり、端面発光型の半導体レーザと比較すると安価である点も挙げられる。この特徴を生かすためには、製造工程で高価な生産設備の投資をすることなく、歩留まりの向上を図る必要がある。 In recent years, a surface emitting laser (VCSEL) having features of being capable of high-speed operation and low power consumption has been attracting attention as the amount of communication data increases. As an advantage of the surface emitting laser, it can be easily inspected, and it is inexpensive as compared with the edge emitting semiconductor laser. In order to take advantage of this feature, it is necessary to improve the yield without investing expensive production equipment in the manufacturing process.
また、比較的高い信頼性を持ちながら簡便に製造できる面発光レーザとして、酸化狭窄型面発光レーザが研究・開発されている。酸化狭窄型面発光レーザは、共振器の少なくとも一部をなす凸形状の柱部における一部の層を酸化して形成した酸化狭窄層(電流狭窄層)を備えたものである。酸化狭窄層により、柱部の活性層を流れる電流の密度が向上し、レーザ出力の効率化などが図れる(例えば、特許文献1から3参照)。
しかしながら、特許文献1から3に記載の面発光レーザを含む従来の面発光レーザでは、共振器の柱部の側面(外周表面)を流れるリーク電流が少なからず生じ、レーザ発振動作の低閾値化を阻害しているという問題点がある。この閾値の上昇は、面発光レーザの変調駆動速度の高速化及び低消費電力化を阻害することとなる。
However, in the conventional surface emitting lasers including the surface emitting lasers described in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、面発光レーザ又は受光素子などの光半導体におけるリーク電流を低減することができる光半導体および光伝送モジュールの提供を目的とする。
また、本発明は、面発光レーザ又は受光素子などの光半導体の動作について低閾値化を図ることができる光半導体および光伝送モジュールの提供を目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical semiconductor and an optical transmission module capable of reducing a leakage current in an optical semiconductor such as a surface emitting laser or a light receiving element.
It is another object of the present invention to provide an optical semiconductor and an optical transmission module that can reduce the threshold for the operation of an optical semiconductor such as a surface emitting laser or a light receiving element.
上記目的を達成するために、本発明の光半導体は、活性層、前記活性層の下層側に形成された下側反射層、および前記活性層の上層側に形成された上側反射層を有して積層構造をなすとともに、前記積層構造の全部又は一部が柱形状の柱部を構成している積層構造部と、前記活性層の直上又は直下に平面形状がドーナツ形状に形成されている絶縁性材料からなる電流狭窄層と、前記活性層又は前記電流狭窄層の直上又は直下に平面形状がドーナツ形状に形成されている絶縁性領域を有する層であって、該層の外周が前記柱部の側壁に達しており、該層の厚みが前記電流狭窄層の厚みよりも大きい絶縁層とを有することを特徴とする。上記のドーナツ形状とは例えばリング形状であり、そのリング形状が存在する平面と活性層の平面とが平行に配置されていることが好ましい。
本発明によれば、柱部の側壁(外周)を流れるリーク電流について、絶縁層によって大幅に低減することができる。例えば、光半導体のリーク電流は、上側反射層の側面から活性層の側面を通り下側反射層の側面を通る流路となる。本発明の光半導体では、絶縁層の端面が柱部の側壁部に露出しているので、柱部の側面を流れるリーク電流をその絶縁層によって遮断することができる。さらに、前記絶縁層は、活性層又は前記電流狭窄層の直上又は直下に配置されており、且つ、絶縁層の厚みが電流狭窄層の厚みよりも大きいので、活性層の外周を流れるリーク電流をより効果的に遮断することができる。したがって、本発明によれば、面発光レーザ又は受光素子などの光半導体におけるリーク電流を低減することができる。
In order to achieve the above object, an optical semiconductor of the present invention has an active layer, a lower reflective layer formed on a lower layer side of the active layer, and an upper reflective layer formed on an upper layer side of the active layer. And a laminated structure part in which all or part of the laminated structure constitutes a pillar-shaped column part, and a planar shape formed in a donut shape directly above or directly below the active layer A current confinement layer made of a conductive material, and a layer having an insulating region in which a planar shape is formed in a donut shape immediately above or directly below the active layer or the current confinement layer, and the outer periphery of the layer is the pillar portion And an insulating layer having a thickness of the layer larger than that of the current confinement layer. The donut shape is, for example, a ring shape, and it is preferable that the plane where the ring shape exists and the plane of the active layer are arranged in parallel.
According to the present invention, the leakage current flowing through the side wall (outer periphery) of the column portion can be significantly reduced by the insulating layer. For example, the leakage current of the optical semiconductor becomes a flow path from the side surface of the upper reflective layer, through the side surface of the active layer, and through the side surface of the lower reflective layer. In the optical semiconductor of the present invention, since the end face of the insulating layer is exposed at the side wall portion of the column portion, the leakage current flowing through the side surface of the column portion can be blocked by the insulating layer. Furthermore, since the insulating layer is disposed immediately above or immediately below the active layer or the current confinement layer, and the insulating layer has a thickness larger than that of the current confinement layer, the leakage current flowing in the outer periphery of the active layer is reduced. It can block more effectively. Therefore, according to the present invention, leakage current in an optical semiconductor such as a surface emitting laser or a light receiving element can be reduced.
また、本発明の光半導体は、前記積層構造部が面発光レーザの共振器を構成していることが好ましい。
本発明によれば、面発光レーザのリーク電流を大幅に低減でき、レーザ発振動作の低閾値化を図ることができる。これにより、高速に変調動作する面発光レーザを提供することができる。
In the optical semiconductor of the present invention, it is preferable that the laminated structure portion constitutes a resonator of a surface emitting laser.
According to the present invention, the leakage current of the surface emitting laser can be greatly reduced, and the threshold value of the laser oscillation operation can be lowered. Thereby, a surface emitting laser that performs a modulation operation at high speed can be provided.
また、本発明の光半導体は、前記積層構造部が受光素子(例えばフォトダイオード)を構成していることが好ましい。
本発明によれば、フォトダイオードなどの受光素子をなす光半導体において、リーク電流を大幅に低減でき、高速動作化及び受光感度の向上などを図ることができる。ここで、受光素子をなす光半導体は、前記電流狭窄層を備えない構成としてもよい。また、1つの基板上に前記面発光レーザと受光素子とが併設された構成としてもよい。
In the optical semiconductor of the present invention, it is preferable that the laminated structure portion constitutes a light receiving element (for example, a photodiode).
According to the present invention, in an optical semiconductor that forms a light receiving element such as a photodiode, leakage current can be significantly reduced, and high speed operation and improved light receiving sensitivity can be achieved. Here, the optical semiconductor constituting the light receiving element may not have the current confinement layer. Further, the surface emitting laser and the light receiving element may be provided on one substrate.
また、本発明の光半導体は、前記絶縁層における絶縁性領域以外の領域の光学的な膜厚が前記面発光レーザの波長(λ)の1/4の奇数倍に設定されていることが好ましい。
本発明によれば、例えば下側反射層及び上側反射層を分布反射型多層膜ミラー(DBRミラー)で構成したときに、絶縁層の厚みが前記DBRミラーの各層の厚み(λ/4)の奇数倍となる。したがって、DBRミラーのうちの奇数層を酸化することなどで前記絶縁層を形成することができ、リーク電流の少ない光半導体を簡便に且つ低コストで提供することができる。
In the optical semiconductor of the present invention, it is preferable that the optical film thickness of the region other than the insulating region in the insulating layer is set to an odd multiple of 1/4 of the wavelength (λ) of the surface emitting laser. .
According to the present invention, for example, when the lower reflective layer and the upper reflective layer are configured by distributed reflective multilayer mirrors (DBR mirrors), the thickness of the insulating layer is equal to the thickness (λ / 4) of each layer of the DBR mirror. It becomes an odd multiple. Therefore, the insulating layer can be formed by oxidizing an odd layer of the DBR mirror, and an optical semiconductor with little leakage current can be provided simply and at low cost.
また、本発明の光半導体は、前記積層構造部が、アルミニウムと半導体材料とを要素に含んでなる層が積層されたものであって、アルミニウム低組成層と前記アルミニウム低組成層に比べてアルミニウムの含有比率の高いアルミニウム高組成層とを1組としたものが複数組積層された構造を有し、前記絶縁層はアルミニウムと半導体材料とを要素に含んでなる層について酸化処理して形成されたものであることが好ましい。
本発明によれば、アルミニウム低組成層とアルミニウム高組成層と交互に積層した構造によって、DBRミラーをなす下側反射層及び上側反射層を構成することができる。また下側反射層又は上側反射層の一部を酸化処理することにより、絶縁層を構成することができる。したがって、本発明は、リーク電流の少ない光半導体を簡便に且つ低コストで提供することができる。
In the optical semiconductor of the present invention, the laminated structure is formed by laminating a layer containing aluminum and a semiconductor material as an element, and the aluminum is lower than the aluminum low composition layer and the aluminum low composition layer. The insulating layer has a structure in which a plurality of aluminum high composition layers having a high content ratio are stacked, and the insulating layer is formed by oxidizing a layer including aluminum and a semiconductor material as elements. It is preferable that
According to the present invention, a lower reflective layer and an upper reflective layer that constitute a DBR mirror can be configured by a structure in which an aluminum low composition layer and an aluminum high composition layer are alternately laminated. In addition, the insulating layer can be formed by oxidizing part of the lower reflective layer or the upper reflective layer. Therefore, the present invention can provide an optical semiconductor with little leakage current easily and at low cost.
また、本発明の光半導体は、前記電流狭窄層が前記活性層の直上に形成されており、前記絶縁層の一部をなすものであって前記活性層の直下に形成された第1絶縁層と、前記絶縁層の一部をなすものであって前記電流狭窄層の直上に形成された第2絶縁層と、を有することが好ましい。また、本発明の光半導体は、前記電流狭窄層が前記活性層の直下に形成されており、前記絶縁層の一部をなすものであって前記活性層の直上に形成された第1絶縁層と、前記絶縁層の一部をなすものであって前記電流狭窄層の直下に形成された第2絶縁層と、を有することが好ましい。
本発明によれば、活性層及び電流狭窄層を第1絶縁層と第2絶縁層とで挟んだ構造とすることができる。そこで、活性層の側面を流れるリーク電流について、第1絶縁層と第2絶縁層とでより効果的に遮断することができる。
In the optical semiconductor of the present invention, the current confinement layer is formed immediately above the active layer, forms a part of the insulating layer, and is a first insulating layer formed immediately below the active layer. And a second insulating layer that forms part of the insulating layer and is formed immediately above the current confinement layer. In the optical semiconductor of the present invention, the current confinement layer is formed immediately below the active layer, forms a part of the insulating layer, and is a first insulating layer formed immediately above the active layer. And a second insulating layer that forms part of the insulating layer and is formed immediately below the current confinement layer.
According to the present invention, the active layer and the current confinement layer can be sandwiched between the first insulating layer and the second insulating layer. Therefore, the leakage current flowing through the side surface of the active layer can be more effectively blocked by the first insulating layer and the second insulating layer.
また、本発明の光半導体は、前記絶縁層のアルミニウム含有比率が前記下側反射層及び上側反射層のアルミニウム含有比率よりも高いことが好ましい。
本発明によれば、例えば、アルミニウムを含有する層を酸化処理することにより絶縁層を構成することができる。すなわち、絶縁層となる層を含む柱部について酸化処理すると、アルミニウム含有比率が比較的に低い下側反射層及び上側反射層は殆ど酸化されず、アルミニウム含有比率が比較的に高い絶縁層となる層の外周近傍はアルミニウムが酸化されて絶縁性の高い領域となる。これにより、良好なDBRミラーの構成を保ったまま、良好な絶縁層を形成することができる。したがって、本発明は、リーク電流の少ない光半導体を簡便に且つ低コストで提供することができる。
In the optical semiconductor of the present invention, it is preferable that the aluminum content ratio of the insulating layer is higher than the aluminum content ratio of the lower reflective layer and the upper reflective layer.
According to the present invention, for example, an insulating layer can be formed by oxidizing a layer containing aluminum. That is, when the column portion including the layer to be the insulating layer is oxidized, the lower reflective layer and the upper reflective layer having a relatively low aluminum content ratio are hardly oxidized, and an insulating layer having a relatively high aluminum content ratio is obtained. In the vicinity of the outer periphery of the layer, aluminum is oxidized and becomes a highly insulating region. Thereby, it is possible to form a good insulating layer while maintaining a good DBR mirror configuration. Therefore, the present invention can provide an optical semiconductor with little leakage current easily and at low cost.
また、本発明の光半導体は、前記絶縁層が、アルミニウムと半導体材料とを要素に含んでなる層が積層されたものであって、アルミニウム低組成層と前記アルミニウム低組成層に比べてアルミニウムの含有比率の高いアルミニウム高組成層とを1組としたものが複数組積層された構造を有することが好ましい。
また、本発明の光半導体は、前記絶縁層、下側反射層及び上側反射層が、それぞれ、アルミニウム低組成層と前記アルミニウム低組成層に比べてアルミニウムの含有比率の高いアルミニウム高組成層とを1組としたものが複数組積層された構造を有し、前記絶縁層のアルミニウム低組成層は、前記下側反射層及び上側反射層のアルミニウム低組成層よりアルミ含有率が高く、前記絶縁層のアルミニウム高組成層は、前記下側反射層及び上側反射層のアルミニウム高組成層よりアルミ含有率が高いことが好ましい。
本発明によれば、例えばDBRミラーの一部を酸化することなどで前記絶縁層を形成することができ、リーク電流の少ない光半導体を簡便に且つ低コストで提供することができる。
In the optical semiconductor of the present invention, the insulating layer is formed by laminating a layer containing aluminum and a semiconductor material as an element, and is made of aluminum in comparison with the aluminum low composition layer and the aluminum low composition layer. It is preferable to have a structure in which a plurality of aluminum high composition layers having a high content ratio are stacked.
In the optical semiconductor of the present invention, the insulating layer, the lower reflective layer, and the upper reflective layer include an aluminum low composition layer and an aluminum high composition layer having a higher aluminum content ratio than the aluminum low composition layer, respectively. The insulating layer has a structure in which a plurality of sets are laminated, and the aluminum low composition layer of the insulating layer has a higher aluminum content than the aluminum low composition layer of the lower reflective layer and the upper reflective layer, and the insulating layer The aluminum high composition layer preferably has a higher aluminum content than the aluminum high composition layers of the lower reflective layer and the upper reflective layer.
According to the present invention, the insulating layer can be formed, for example, by oxidizing a part of a DBR mirror, and an optical semiconductor with little leakage current can be provided simply and at low cost.
また、本発明の光半導体は、前記柱部の側壁近傍部位の全てが酸化されて絶縁性領域となっていることが好ましい。
本発明によれば、柱部を構成するDBRミラー及び活性層の外周近傍部位(柱部の側壁近傍部位)の全てを絶縁性材料とした構造にすることができる。したがって、本発明は、極めてリーク電流の少ない光半導体を簡便に且つ低コストで提供することができる。
In the optical semiconductor of the present invention, it is preferable that all of the portions in the vicinity of the side wall of the column portion are oxidized to form an insulating region.
According to the present invention, it is possible to make a structure in which all of the DBR mirror constituting the pillar part and the vicinity of the outer periphery of the active layer (part near the side wall of the pillar part) are made of insulating materials. Therefore, the present invention can provide an optical semiconductor with very little leakage current easily and at low cost.
上記目的を達成するために、本発明の光伝送モジュールは、前記光半導体を有して構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、良好な高周波特性を有し、消費電力が低い光伝送モジュールを提供することができる。したがって、本発明の光伝送モジュールは、通信等の高速化を図ることができる。
In order to achieve the above object, an optical transmission module of the present invention comprises the optical semiconductor.
According to the present invention, it is possible to provide an optical transmission module having good high frequency characteristics and low power consumption. Therefore, the optical transmission module of the present invention can increase the speed of communication and the like.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下で参照する各図面においては、図面を見易くするために、各構成要素の縮尺を適宜変更して表示している。また、以下の実施形態では、光半導体の一例として面発光レーザを挙げて説明しているが、フォトダイオード等の受光素子に本発明を適用することもできる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing referred to below, the scale of each component is appropriately changed and displayed for easy understanding of the drawing. In the following embodiments, a surface emitting laser is described as an example of an optical semiconductor, but the present invention can also be applied to a light receiving element such as a photodiode.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る面発光レーザを示す模式断面図である。面発光レーザ10は、半導体基板11と、下部DBR(下側反射層)12と、活性層13と、上部DBR(上側反射層)14と、絶縁層16と、酸化狭窄層(電流狭窄層)18と、絶縁層19と、第1電極20と、第2電極21とを有して構成されている。絶縁層16が本発明に係る絶縁層である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a surface emitting laser according to a first embodiment of the present invention. The
半導体基板11は、化合物半導体からなり、例えばn型GaAs基板で構成される。下部DBR12は、半導体基板11の上層に形成されている。下部DBR12は、屈折率の異なる層を交互に積層した反射層で構成されている。例えば下部DBR12は、n型Al0.9Ga0.1As層とn型Al0.15Ga0.85As層とを交互に積層した40ペアの分布反射型多層膜ミラー(DBRミラー)を構成している。活性層13は、下部DBR12の上層側に形成されている。そして、活性層13は、例えば厚さ3nmのGaAsのウエル層と厚さ3nmのAl0.3Ga0.7Asのバリア層からなり、そのウエル層が3層で構成されている量子井戸活性層を構成している。
The
上部DBR14は、活性層13の上層側に設けられている。そして、上部DBR14は、屈折率の異なる層を交互に積層した反射層で構成されている。例えば上部DBR14は、p型Al0.9Ga0.1As層(アルミニウム高組成層)とp型Al0.15Ga0.85As層(アルミニウム低組成層)とを交互に積層した25ペアの分布反射型多層膜ミラー(DBRミラー)を構成している。
The
下部DBR12は、Siがドーピングされることによりn型半導体にされている。上部DBR14は、Cがドーピングされることによりp型半導体にされている。活性層13には、不純物がドーピングされていない。これらにより、下部DBR12、活性層13及び上部DBR14は、pinダイオードを構成しており、面発光レーザ10の共振器を構成している。この共振器における活性層13及び上部DBR14は、半導体基板11及び下部DBR12の上面に凸形状に形成された円柱形状の柱部を構成している。なお、下部DBR12も凸形状として、その下部DBR12における上側の一部を柱部の一部としてもよい。この柱部の上面及び下面が面発光レーザ10のレーザ光出射面となる。
The
上部DBR14の上にはコンタクト層(図示せず)形成されている。コンタクト層は例えばp型のGaAs層で形成されている。絶縁層19は、下部DBR12及び活性層13などから第2電極21を絶縁するための層である。第1電極20は、面発光レーザ10のカソード電極をなすものである。第1電極20は、半導体基板11を介して下部DBR12と電気的に接続されている。る。第2電極21は、面発光レーザ10のアノード電極をなすものである。第2電極21は、コンタクト層15を介して上部DBR14と電気的に接続されている。
A contact layer (not shown) is formed on the
酸化狭窄層18は、活性層を通って流れる電流の流路を制限する絶縁領域をなすものである。すなわち、酸化狭窄層18は、面発光レーザ10の共振器内で流れる電流の流域を狭くして電流密度を向上させるものである。電流密度を高くすることで、低電流でレーザ発振することができる高性能な面発光レーザ10を構成できる。酸化狭窄層18は活性層13の直上に配置されている。酸化狭窄層18の平面形状は、ドーナツ形状となっている。
The oxidized constricting
酸化狭窄層18は、例えばAl酸化物を主体とする絶縁層で構成する。酸化狭窄層18は、例えば活性層13の近傍に酸化されやすい層(主にAlを多く含む層、例えば、Al組成が0.95以上のAlGaAs層)を設け、400℃程度の高温の水蒸気(酸化ガス)を用いた酸化反応で形成できる。これにより、円柱形状の柱部における酸化されやすい層がその柱部の側面から酸化されて行き、その酸化された部分がドーナツ形状の絶縁体となり、酸化狭窄層18となる。
The oxidized constricting
絶縁層16は、活性層13の直下に形成されており、ドーナツ形状の絶縁性領域を有する層である。絶縁層16の絶縁性領域の外周は前記柱部の側壁に達している。絶縁層16の厚みは、酸化狭窄層18の厚みよりも大きい。また、活性層13の直上に絶縁層16を配置して、活性層13の直下に酸化狭窄層18を配置した構成としてもよい。
The insulating
これらにより、本実施形態の面発光レーザ10によれば、活性層13の直下又は直上において、絶縁層16の端部が広く柱部の側壁に露出した構造となる。そこで、柱部の側壁(外周)を流れるリーク電流について、絶縁層16によって大幅に低減することができる。したがって、面発光レーザ10は、レーザ発振動作の低閾値化を実現でき、高速な変調動作をすることができる。
As a result, according to the
また、絶縁層16における絶縁性領域以外の領域は、光学的な膜厚が面発光レーザ10の波長λの1/4の奇数倍に設定されていることが好ましい。ここで、下部DBR12及び上部DBR14の多層膜の各層の厚みは、面発光レーザ10の波長λの1/4となる。そこで、絶縁層16の厚みは、下部DBR12及び上部DBR14の多層膜の各層(1層)の厚みの奇数倍となる。このような構成にする製法としては、前記多層膜のうちの奇数層を酸化処理して絶縁体とすることにより、絶縁層16を形成する手法が挙げられる。
Further, in the region other than the insulating region in the insulating
絶縁層16の組成としては、例えば、「AlXGa1−XAs」で構成したときに、X=0.12〜0.98とする。このようにすると、Al成分を酸化して絶縁体とすることができる。絶縁層16はドーナツ形状の絶縁性領域を有する層であるが、そのドーナツ形状における内周と外周との間隔(幅)は例えば0.001μm以上にすることとしてもよい。このようにすると、リーク電流の防止効果を高めることができる。
The composition of the insulating
絶縁層16におけるドーナツ形状の開口部の径は、酸化狭窄層18におけるドーナツ形状の開口部の径よりも小さいことが好ましい。このようにすると、酸化狭窄層18による電流密度向上作用を阻害することなく、リーク電流を低減することができる。
また、面発光レーザ10において、第1電極20が半導体基板11の上面側(第2電極21の面側)に配置された構成としてもよい。
The diameter of the donut-shaped opening in the insulating
In the
[第2実施形態]
図2は、本発明の第2実施形態に係る面発光レーザを示す模式断面図である。図2において図1の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。本実施形態の面発光レーザ10Aにおける第1実施形態の面発光レーザ10との相違点は、リーク電流を防ぐための第1絶縁層16A及び第2絶縁層16Bを活性層13の上下に配置している点である。
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a surface emitting laser according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 2, the same components as those in FIG. The
すなわち、図2において、第1絶縁層16Aは図1の絶縁層16に相当するものであるが、第2絶縁層16Bは図1の面発光レーザ10にはない構成要素である。第2絶縁層16Bは、活性層13の直上に形成された酸化狭窄層18の直上に形成されている。第2絶縁層16Bの平面形状及び厚みは、第1絶縁層16Aと同一又はほぼ同一とすることが好ましい。
That is, in FIG. 2, the first insulating
これらにより、本実施形態の面発光レーザ10Aによれば、活性層13及び酸化狭窄層18を第1絶縁層16Aと第2絶縁層16Bとで挟んだ構造であるので、活性層13の側面(外側)を流れるリーク電流について、より効果的に低減することができる。
As a result, according to the
また、面発光レーザ10Aの変形例としては、活性層13の直下に酸化狭窄層18を配置し、その酸化狭窄層18の直下に第1絶縁層16Aを配置し、活性層13の直上に第2絶縁層16Bを配置した構成が挙げられる。また、活性層13の直下に第1の酸化狭窄層18を配置し、活性層13の直上に第2の酸化狭窄層(図示せず)を配置し、第1の酸化狭窄層18の直下に第1絶縁層16Aを配置し、第2の酸化狭窄層の直上に第2絶縁層16Bを配置した構成も挙げられる。
Further, as a modification of the
[第3実施形態]
図3は、本発明の第3実施形態に係る面発光レーザを示す模式断面図である。図3において図2の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。本実施形態の面発光レーザ10Bにおける第2実施形態の面発光レーザ10Aとの相違点は、第1絶縁層16A’及び第2絶縁層16B’である。
[Third Embodiment]
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a surface emitting laser according to a third embodiment of the present invention. 3, the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. The
第1絶縁層16A’は、図2の第1絶縁層16Aに対応するものであるが、その組成及び形成方法に特徴がある。また、第2絶縁層16B’は、図2の第2絶縁層16Bに対応するものであるが、その組成及び形成方法に特徴がある。
The first insulating
第1絶縁層16A’及び第2絶縁層16B’は、Alを含有する半導体(例えば、AlGaAs)からなり、Al含有比率が下部DBR12及び上部DBR14の多層膜のAl含有比率よりも高い。このような多層構造の柱部を酸化処理すると、第1絶縁層16A’及び第2絶縁層16B’は、酸化されて絶縁体となるAlの含有比率が高いので、柱部の側壁部位に良好な絶縁領域を形成する。
The first insulating
これらにより、本実施形態によれば、柱部を全体的に酸化処理することにより、良好なDBRミラーの構成を保ったまま、良好な絶縁性をもつ第1絶縁層16A’及び第2絶縁層16B’を形成することができる。したがって、本実施形態によれば、リーク電流の少ない面発光レーザ10Bを簡便に且つ低コストで提供することができる。
As a result, according to the present embodiment, the first insulating
また、第1絶縁層16A’及び第2絶縁層16B’は、Alを含有する半導体層(例えば、AlGaAs層)が積層されたものであって、Al低組成層と前記Al低組成層に比べてAlの含有比率の高いAl高組成層とを1組としたものが複数組積層された構造を有することとしてもよい。このようにすると、下部DBR12及び上部DBR14の一部を酸化することなどで、第1絶縁層16A’及び第2絶縁層16B’を形成することができる。したがって、リーク電流の少ない面発光レーザ10Bを簡便に且つ低コストで提供することができる。
The first insulating
また、面発光レーザ10Bは、柱部の側壁近傍部位の全てが酸化されて絶縁性領域となっている構成としてもよい。すなわち、第1絶縁層16A’及び第2絶縁層16B’の端部のみならず、下部DBR12、活性層13及び上部DBR14の端部も、酸化されて絶縁性部材となった構成としてもよい。このようにすると、極めてリーク電流の少ない面発光レーザを簡便に且つ低コストで提供することができる。
Further, the
[第4実施形態]
図4は、本発明の第4実施形態に係る面発光レーザを示す図である。図4(a)は模式平面図であり、図4(b)は図4(a)の位置LLについての模式断面図である。図4において図1及び図2の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。本実施形態の面発光レーザ10Cにおける第2実施形態の面発光レーザ10との主な相違点は、共振器が柱部を構成していない点である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 4 is a view showing a surface emitting laser according to a fourth embodiment of the present invention. 4A is a schematic plan view, and FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of the position LL in FIG. 4A. 4, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. The main difference between the surface emitting laser 10C of the present embodiment and the
下部DBR12は、半導体基板(図示せず)の上層に形成されている。下部DBR12の上層には、活性層13及び上部DBR14が積層されている。孔301,302,303,304は、上部DBR14の上面から下部DBR12の上面まで掘られた穴である。第1酸化狭窄層118Aは、活性層13の直下の層であって孔301,302,303,304の周囲に形成された絶縁領域を備えており、図2の酸化狭窄層18に相当する。
第2酸化狭窄層118Bは、活性層13の直上の層であって孔301,302,303,304の周囲に形成された絶縁領域を備えている。孔301,302,303,304は、上部DBR14の上面から第1酸化狭窄層118Aの一部にまで掘られた穴でもよい。換言すると、第1酸化狭窄層118Aに凹部を形成するように孔301,302,303,304を設けてもよい。
The
The second
孔301,302,303,304に囲まれている部分及び下部DBR12が、面発光レーザ10Cの共振器として動作する。孔301,302,303,304に囲まれている部分が図2の面発光レーザ10Aの柱部に対応する。また、上記共振器を流れる電流は、第1酸化狭窄層118A及び第2酸化狭窄層118Bにより、流域が限定される。これにより閾値を下げることができる。
The portion surrounded by the
さらに、面発光レーザ10Cでは、第1酸化狭窄層118Aの直下であって孔301,302,303,304の周囲に第1絶縁層116Aを配置し、第2酸化狭窄層118Bの直上であって孔301,302,303,304の周囲に第2絶縁層116Bを配置している。この第1絶縁層116A及び第2絶縁層116Bは、図2の第1絶縁層16A及び第2絶縁層16Bに対応する。
Further, in the surface emitting laser 10C, the first insulating layer 116A is disposed immediately below the first oxide constricting layer 118A and around the
したがって、面発光レーザ10Cによれば、第1絶縁層116A及び第2絶縁層116Bにより、共振器の外側(例えば孔301,302,303,304の側面)を通るリーク電流を大幅に低減することができる。これにより、さらに閾値を下げることができる。
Therefore, according to the surface emitting laser 10C, the leakage current passing through the outside of the resonator (for example, the side surfaces of the
[光伝送モジュール]
図5に、本実施形態の面発光レーザを用いた光伝送モジュールの一例を示す。光伝送モジュールとしてのOSA(Optical Sub−Assembly)100は、システム101の上に、上記で説明した面発光レーザ10(又は面発光レーザ10A,10B,10C)が取り付けられている。また、面発光レーザ10の上方で、かつ面発光レーザ10の光軸上に、レンズ103が配置されている。また、システム101の台から光ファイバ104の一部まで、外部の環境から面発光レーザ10等を保護するために、カバー102が形成されている。また、レンズ103の光軸上に光ファイパ104が配置されている。また、本実施形態では、カバー102は、樹脂製であり、レンズ103と一体で形成されている。
[Optical transmission module]
FIG. 5 shows an example of an optical transmission module using the surface emitting laser of this embodiment. An OSA (Optical Sub-Assembly) 100 as an optical transmission module has a surface emitting laser 10 (or
システム101のピンを介して、面発光レーザ10の第1電極20と第2電極21間に電圧を印加すると、面発光レーザ10が駆動する。面発光レーザ10から放出された光はレンズ103に到達する。到達した光は、レンズ103で集光され、光ファイバ104へ入射する。
When a voltage is applied between the
これらにより、本実施形態のOSA100は、リーク電流が少なく閾値の低い面発光レーザ10を備えているので、良好な高周波特性を有し、消費電力を低減することができる。したがって、本実施形態のOSA100は、通信等の高速化を図ることができる。
As a result, the
[光伝達装置]
図6は、本発明の実施形態に係る面発光レーザ10(又は面発光レーザ10A,10B,10C)を有してなる光伝達装置を示す図である。光伝達装置200は、コンピュータ、ディスプレイ、記憶装置、プリンタ等の電子機器202を相互に接続するものである。電子機器202は、情報通信機器であってもよい。光伝達装置200は、ケーブル204の両端にプラグ206が設けられたものであってもよい。ケーブル204は、光ファイバを含む。プラグ206は、図1に示す面発光レーザ10(又は面発光レーザ10A,10B,10C)を内蔵する。プラグ206は、半導体チップをさらに内蔵してもよい。
[Optical transmission device]
FIG. 6 is a diagram showing a light transmission device including the surface emitting laser 10 (or the
ケーブル204の一方の端部に設けられたプラグ206は上述の実施形態に係る面発光レーザ10を内蔵し、ケーブル204の他方の端部に設けられたプラグ206は受光素子を内蔵することとしてもよい。このようなケーブル204及びプラグ206を2組用いることにより、双方向通信をすることができる。すなわち、電子機器202から出力された電気信号は、ケーブル204の一方端部のプラグ206において光信号に変換される。この光信号は、ケーブル204を通りそのケーブル204の他方端部のプラグ206において電気信号に変換される。この電気信号は、他方端部のプラグ206が接続されている電子機器202に取り込まれる。同様にして、逆方向への信号伝送も行われる。こうして、本実施形態に係る光伝達装置200によれば、光信号を用いて、電子機器202間において情報伝達を行うことができる。
The
[光伝達装置の使用形態]
図7は、図6に示す光伝達装置の使用形態を示す図である。光伝達装置212は、図6の光伝達装置200に相当するものである。光伝達装置212は、電子機器210間を接続する。電子機器210として、液晶表示モニタ又はディジタル対応のCRT(金融、通信販売、医療、教育の分野で使用されることがある。)、液晶プロジェクタ、プラズマディスプレイパネル(PDP)、ディジタルTV、小売店のレジ(POS(Point of Sale Scanning)用)、ビデオ、チューナ、ゲーム装置、プリンタ等が挙げられる。
[Usage of optical transmission device]
FIG. 7 is a diagram illustrating a usage pattern of the optical transmission device illustrated in FIG. 6. The
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能であり、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention, and the specific materials and layers mentioned in the embodiment can be added. The configuration is merely an example, and can be changed as appropriate.
例えば、上記実施形態において、各半導体層におけるp型とn型とを入れ替えても本発明の趣旨を逸脱するものではない。また、本発明に係る電気光学素子は、光を用いる電子機器などに対して広く適用できる。すなわち、本発明に係る電気光学素子を備えた応用回路又は電子機器としては、光インターコネクション回路、光ファイバ通信モジュール、レーザプリンタ、レーザビーム投射器、レーザビームスキャナ、リニアエンコーダ、ロータリエンコーダ、変位センサ、圧力センサ、ガスセンサ、血液血流センサ、指紋センサ、高速電気変調回路、無線RF回路、携帯電話、無線LANなどが挙げられる。 For example, in the above embodiment, even if the p-type and n-type in each semiconductor layer are interchanged, it does not depart from the spirit of the present invention. The electro-optic element according to the present invention can be widely applied to electronic devices using light. That is, as an application circuit or electronic device provided with the electro-optic element according to the present invention, an optical interconnection circuit, an optical fiber communication module, a laser printer, a laser beam projector, a laser beam scanner, a linear encoder, a rotary encoder, a displacement sensor , Pressure sensor, gas sensor, blood blood flow sensor, fingerprint sensor, high-speed electrical modulation circuit, wireless RF circuit, mobile phone, wireless LAN, and the like.
また、上記実施形態では、光半導体の一例として面発光レーザを挙げたが、受光素子(例えばフォトダイオード)に本発明を適用することもできる。例えば、PINフォトダイオードに本発明を適用する場合、p層、i層及びn層の柱形状の積層構造において、p層が上部DBR12に対応し、i層が活性層13に対応し、n層が下部DBR14に対応する。そして、i層の直上又は直下であって柱形状の側壁部位に絶縁層(絶縁層16に相当)を配置する。このような構成により、フォトダイオードなどの受光素子をなす光半導体において、リーク電流を大幅に低減でき、高速動作化及び受光感度の向上などを図ることができる。ここで、受光素子をなす光半導体は、電流狭窄層を備えた構成としてもよい。また、1つの基板上に面発光レーザと受光素子とが併設された構成としてもよい。
In the above embodiment, a surface emitting laser is used as an example of an optical semiconductor. However, the present invention can also be applied to a light receiving element (for example, a photodiode). For example, when the present invention is applied to a PIN photodiode, in a p-layer, i-layer and n-layer columnar stacked structure, the p-layer corresponds to the
10,10A,10B,10C…面発光レーザ、11…半導体基板、12…下部DBR(下側反射層)、13…活性層、14…上部DBR(上側反射層)、16…絶縁層、16A,16A’…第1絶縁層、16B,16B’…第2絶縁層、18…酸化狭窄層(電流狭窄層)、19…絶縁層、20…第1電極、21…第2電極、100…光伝送モジュール、101…システム、102…カバー、103…レンズ、104…光ファイバ
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記活性層の直上又は直下に平面形状がドーナツ形状に形成されている絶縁性材料からなる電流狭窄層と、
前記活性層又は前記電流狭窄層の直上又は直下に平面形状がドーナツ形状に形成されている絶縁性領域を有する層であって、該層の外周が前記柱部の側壁に達しており、該層の厚みが前記電流狭窄層の厚みよりも大きい絶縁層と、を有することを特徴とする光半導体。 An active layer, a lower reflective layer formed on the lower layer side of the active layer, and an upper reflective layer formed on the upper layer side of the active layer form a laminated structure, and all or part of the laminated structure A laminated structure part forming a pillar-shaped pillar part;
A current confinement layer made of an insulating material in which a planar shape is formed in a donut shape immediately above or immediately below the active layer;
A layer having an insulating region whose planar shape is formed in a donut shape immediately above or immediately below the active layer or the current confinement layer, the outer periphery of the layer reaching the side wall of the pillar portion; And an insulating layer having a thickness greater than that of the current confinement layer.
前記絶縁層は、アルミニウムと半導体材料とを要素に含んでなる層について酸化処理して形成されたものであることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の光半導体。 The layered structure portion is formed by laminating layers including aluminum and a semiconductor material as elements, and an aluminum high composition layer having a higher aluminum content ratio than the aluminum low composition layer and the aluminum low composition layer. Has a structure in which a plurality of sets are stacked.
5. The optical semiconductor according to claim 1, wherein the insulating layer is formed by oxidizing a layer including aluminum and a semiconductor material as elements. 6.
前記絶縁層の一部をなすものであって前記活性層の直下に形成された第1絶縁層と、
前記絶縁層の一部をなすものであって前記電流狭窄層の直上に形成された第2絶縁層と、を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の光半導体。 The current confinement layer is formed immediately above the active layer,
A first insulating layer that forms part of the insulating layer and is formed immediately below the active layer;
The optical semiconductor according to claim 1, further comprising: a second insulating layer that forms a part of the insulating layer and is formed immediately above the current confinement layer. .
前記絶縁層の一部をなすものであって前記活性層の直上に形成された第1絶縁層と、
前記絶縁層の一部をなすものであって前記電流狭窄層の直下に形成された第2絶縁層と、を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の光半導体。 The current confinement layer is formed immediately below the active layer,
A first insulating layer that forms part of the insulating layer and is formed directly on the active layer;
The optical semiconductor according to claim 1, further comprising: a second insulating layer that forms a part of the insulating layer and is formed immediately below the current confinement layer. .
前記絶縁層のアルミニウム低組成層は、前記下側反射層及び上側反射層のアルミニウム低組成層よりアルミ含有率が高く、
前記絶縁層のアルミニウム高組成層は、前記下側反射層及び上側反射層のアルミニウム高組成層よりアルミ含有率が高いことを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の光半導体。 Each of the insulating layer, the lower reflective layer, and the upper reflective layer is formed by laminating a plurality of sets each composed of a low aluminum composition layer and a high aluminum composition layer having a higher aluminum content ratio than the low aluminum composition layer. Having a structured
The aluminum low composition layer of the insulating layer has a higher aluminum content than the aluminum low composition layer of the lower reflective layer and the upper reflective layer,
10. The optical semiconductor according to claim 1, wherein the high aluminum composition layer of the insulating layer has a higher aluminum content than the high aluminum composition layers of the lower reflective layer and the upper reflective layer. .
An optical transmission module comprising the optical semiconductor according to any one of claims 1 to 11.
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