JP2007221023A - Surface-emitting laser element, optical transmission module including the element, and optical transmission system including the module - Google Patents

Surface-emitting laser element, optical transmission module including the element, and optical transmission system including the module Download PDF

Info

Publication number
JP2007221023A
JP2007221023A JP2006041938A JP2006041938A JP2007221023A JP 2007221023 A JP2007221023 A JP 2007221023A JP 2006041938 A JP2006041938 A JP 2006041938A JP 2006041938 A JP2006041938 A JP 2006041938A JP 2007221023 A JP2007221023 A JP 2007221023A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
emitting laser
current
laser element
surface emitting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2006041938A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4896540B2 (en
Inventor
Takashi Takahashi
孝志 高橋
Shunichi Sato
俊一 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2006041938A priority Critical patent/JP4896540B2/en
Publication of JP2007221023A publication Critical patent/JP2007221023A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4896540B2 publication Critical patent/JP4896540B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface emitting laser element to be operated by low-threshold current and in a single mode. <P>SOLUTION: A surface emitting laser element 100 has a structure obtained by successively laminating the following layers on a substrate 101, i.e., a reflection layer 102, a resonator spacer layer 103, an active layer 104, a resonator spacer layer 105, a superlattice structure film 106, and a reflection layer 107. High resistance layers 108A, 108B are formed in the reflection layer 107. A p-side electrode 109 is formed in a part of the reflection layer 107 excluding an outgoing port 107A. An n-side electrode 110 is formed on the rear surface of the substrate 101. The superlattice structure film 106 is arranged in a region other than the active layer 104 and the reflection layers 102, 107; and includes regions 106A, 106B, 106C. The regions 106A, 106C are composed of the disordered superlattice structure film. The region 106B is composed of the ordered superlattice structure film. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、面発光レーザ素子、それを備えた光伝送モジュール、およびそれを備えた光伝送システムに関するものである。   The present invention relates to a surface emitting laser device, an optical transmission module including the same, and an optical transmission system including the same.

近年、光伝送技術は、幹線系伝送網だけでなく、LAN(Local Area Network)、光アクセス系およびホームネットワークに展開されている。そして、LANまたは光インターコネクション用の光源として、共振器型面発光レーザ素子が用いられるようになってきている。   In recent years, optical transmission technology has been developed not only in trunk transmission networks but also in LANs (Local Area Networks), optical access systems, and home networks. A resonator type surface emitting laser element has been used as a light source for LAN or optical interconnection.

共振器型面発光レーザ素子は、従来の端面型半導体レーザに比べて、低消費電力であり、また、製造工程で劈開が不用であり、ウェハ状態で素子の検査が可能であるため、低コスト化に優れた特徴を有している。   Cavity type surface emitting laser elements have lower power consumption than conventional end facet type semiconductor lasers, require no cleaving in the manufacturing process, and can be inspected in the wafer state. It has excellent characteristics.

共振器型面発光レーザ素子では、電流を活性層の狭い領域に閉じ込めることにより、低閾電流で動作させる。また、光の横モードを安定化させるために、光を閉じ込める構造が用いられている。共振器型面発光レーザ素子における光閉じ込め構造としては、エアポスト構造、埋め込み構造、選択酸化構造、サイドエッチング構造および無秩序化構造等がこれまでに提案されている。   The cavity surface emitting laser element is operated with a low threshold current by confining the current in a narrow region of the active layer. Further, in order to stabilize the transverse mode of light, a structure for confining light is used. As an optical confinement structure in the cavity surface emitting laser element, an air post structure, a buried structure, a selective oxidation structure, a side etching structure, a disordered structure, and the like have been proposed so far.

エアポスト構造および埋め込み構造では、活性層の側面で再結合電流が流れてしまうため、低閾電流化が困難である。また、選択酸化構造およびサイドエッチング構造では、構造的に脆弱であり、クラックが発生して素子が劣化する場合がある。   In the air post structure and the buried structure, since a recombination current flows on the side surface of the active layer, it is difficult to reduce the threshold current. Further, the selective oxidation structure and the side etching structure are structurally fragile, and cracks may occur to deteriorate the device.

一方、無秩序化構造を用いた共振器型面発光レーザ素子としては、超格子を含む活性層を無秩序化して、バンドギャップを大きくすることにより電流を閉じ込める構造(特許文献1,2)、および面発光レーザ素子の多層膜反射鏡の一部を無秩序化することにより、横方向に実効屈折率差を形成して光を閉じ込める構造(特許文献3,4)が提案されている。   On the other hand, as a cavity surface emitting laser element using a disordered structure, a structure in which an active layer including a superlattice is disordered and current is confined by increasing a band gap (Patent Documents 1 and 2), and a surface A structure (Patent Documents 3 and 4) in which light is confined by forming an effective refractive index difference in the lateral direction by disordering a part of the multilayer mirror of the light emitting laser element is proposed.

特許文献1,2に開示された構造では、無秩序化された領域は、屈折率が低下するため、同時に光を閉じ込める作用も有する。
特開平9−260778号公報 特開平9−205250号公報 特許第3546630号公報 特開平9−051145号公報
In the structures disclosed in Patent Documents 1 and 2, the disordered region has a function of confining light at the same time because the refractive index decreases.
JP-A-9-260778 JP-A-9-205250 Japanese Patent No. 3546630 Japanese Patent Laid-Open No. 9-051145

しかし、特許文献1,2に開示された構造では、活性層が無秩序化されるため、活性層における欠陥密度が増加し、発光に寄与しない無効電流が増加する。その結果、レーザ発振のための閾電流が増加するという問題がある。   However, in the structures disclosed in Patent Documents 1 and 2, since the active layer is disordered, the defect density in the active layer increases, and the reactive current that does not contribute to light emission increases. As a result, there is a problem that the threshold current for laser oscillation increases.

また、特許文献3,4に開示された構造では、多層膜反射鏡の一部が無秩序化されて周期性が無くなると、多層膜反射鏡の反射率が低下する。その結果、無秩序化した領域と無秩序化していない領域とで実効屈折率差が大きく異なり、高次横モードが立ちやすくなってしまう。したがって、単一モード動作させるためには、狭窄面積を狭くしなければならず、面発光レーザ素子の形成が困難である。   In the structures disclosed in Patent Documents 3 and 4, when a part of the multilayer reflector is disordered and the periodicity is lost, the reflectance of the multilayer reflector is reduced. As a result, the effective refractive index difference is greatly different between the disordered region and the non-disordered region, and a high-order transverse mode is likely to occur. Therefore, in order to operate in a single mode, the constriction area must be narrowed, and it is difficult to form a surface emitting laser element.

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、低閾電流、かつ、単一モードで動作可能な面発光レーザ素子を提供することである。   Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a surface emitting laser element which can operate in a single mode with a low threshold current.

また、この発明の別の目的は、低閾電流、かつ、単一モードで動作可能な面発光レーザ素子を備える光伝送モジュールを提供することである。   Another object of the present invention is to provide an optical transmission module including a surface emitting laser element that can operate in a single mode with a low threshold current.

さらに、この発明の別の目的は、低閾電流、かつ、単一モードで動作可能な面発光レーザ素子を備える光伝送システムを提供することである。   Furthermore, another object of the present invention is to provide an optical transmission system including a surface emitting laser element that can operate in a single mode with a low threshold current.

この発明によれば、面発光レーザ素子は、活性層と、共振器スペーサー層と、反射層と、電流注入層と、光学層とを備える。共振器スペーサー層は、活性層の両側に設けられる。反射層は、共振器スペーサー層の両側に設けられ、活性層において発振した発振光を反射する。電流注入層は、電流が通過する領域を制限して活性層へ電流を注入する。光学層は、活性層および反射層以外の領域に設けられ、発振光の出射方向と略垂直な面内方向において発振光を活性層に注入される電流が通過する電流通過領域に閉じ込めるとともに、閉じ込めた発振光を出射口へ通過させる。そして、光学層は、無秩序化された超格子構造膜を用いて発振光を電流通過領域に閉じ込める。   According to this invention, the surface emitting laser element includes an active layer, a resonator spacer layer, a reflective layer, a current injection layer, and an optical layer. The resonator spacer layer is provided on both sides of the active layer. The reflection layers are provided on both sides of the resonator spacer layer, and reflect the oscillation light oscillated in the active layer. The current injection layer injects a current into the active layer while limiting a region through which the current passes. The optical layer is provided in a region other than the active layer and the reflective layer, and confines the oscillating light in a current passing region through which the current injected into the active layer passes in the in-plane direction substantially perpendicular to the emitting direction of the oscillating light. The oscillated light passes through the exit. Then, the optical layer confines the oscillation light in the current passing region using the disordered superlattice structure film.

好ましくは、光学層は、第1および第2の超格子構造膜を含む。第1の超格子構造膜は、電流通過領域に設けられ、秩序化されている。第2の超格子構造膜は、面内方向において第1の超格子構造膜の外側に設けられ、無秩序化されている。   Preferably, the optical layer includes first and second superlattice structure films. The first superlattice structure film is provided in the current passage region and is ordered. The second superlattice structure film is provided outside the first superlattice structure film in the in-plane direction and is disordered.

好ましくは、第1および第2の超格子構造膜の各々は、活性層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する。   Preferably, each of the first and second superlattice structure films has a band gap larger than the band gap of the active layer.

好ましくは、光学層は、活性層よりも出射口側に設けられる。   Preferably, the optical layer is provided on the exit side of the active layer.

好ましくは、共振器スペーサー層は、第1および第2の共振器スペーサー層からなる。第1の共振器スペーサー層は、活性層に対して出射口と反対側に設けられる。第2の共振器スペーサー層は、活性層よりも出射口側に設けられる。反射層は、第1および第2の反射層からなる。第1の反射層は、活性層に対して出射口と反対側に設けられる。第2の反射層は、活性層よりも出射口側に設けられる。光学層は、第2の共振器スペーサー層と、第2の反射層との間に設けられる。   Preferably, the resonator spacer layer is composed of first and second resonator spacer layers. The first resonator spacer layer is provided on the side opposite to the emission port with respect to the active layer. The second resonator spacer layer is provided closer to the emission port than the active layer. The reflective layer is composed of first and second reflective layers. The first reflective layer is provided on the side opposite to the emission port with respect to the active layer. The second reflective layer is provided closer to the emission port than the active layer. The optical layer is provided between the second resonator spacer layer and the second reflective layer.

好ましくは、電流注入層は、活性層よりも出射口側に設けられる。   Preferably, the current injection layer is provided closer to the emission port than the active layer.

好ましくは、電流注入層は、第2の反射層中に設けられる。   Preferably, the current injection layer is provided in the second reflective layer.

好ましくは、電流注入層は、電流通過層と、電流狭窄層とからなる。電流通過層は、第2の反射層と同じ抵抗を有する。電流狭窄層は、面内方向において電流通過層の外側に設けられ、電流通過層よりも大きい抵抗を有する。   Preferably, the current injection layer includes a current passage layer and a current confinement layer. The current passage layer has the same resistance as the second reflective layer. The current confinement layer is provided outside the current passage layer in the in-plane direction and has a larger resistance than the current passage layer.

好ましくは、電流注入層は、光学層と第2の反射層との間に設けられる。   Preferably, the current injection layer is provided between the optical layer and the second reflective layer.

好ましくは、電流注入層は、光学層に接して設けられる。   Preferably, the current injection layer is provided in contact with the optical layer.

好ましくは、電流注入層は、電流通過層と、電流狭窄層とを含む。電流通過層は、トンネル接合により電流を活性層へ通過させる。電流狭窄層は、面内方向において電流通過層の外側に設けられ、p−n逆接合により電流の活性層への通過を制限する。   Preferably, the current injection layer includes a current passage layer and a current confinement layer. The current passing layer allows a current to pass through the active layer through a tunnel junction. The current confinement layer is provided outside the current passage layer in the in-plane direction, and restricts the passage of current to the active layer by pn reverse junction.

好ましくは、電流注入層および前学層は、相互に活性層の反対側に設けられる。   Preferably, the current injection layer and the pre-study layer are provided on opposite sides of the active layer.

好ましくは、電流注入層および光学層は、共振器スペーサー層中に設けられる。   Preferably, the current injection layer and the optical layer are provided in the resonator spacer layer.

好ましくは、共振器スペーサー層は、第1および第2の共振器スペーサー層からなる。第1の共振器スペーサー層は、活性層に対して出射口と反対側に設けられる。第2の共振器スペーサー層は、活性層よりも出射口側に設けられる。そして、電流注入層は、第1の共振器スペーサー層中に設けられる。また、光学層は、第2の共振器スペーサー層中に設けられる。   Preferably, the resonator spacer layer is composed of first and second resonator spacer layers. The first resonator spacer layer is provided on the side opposite to the emission port with respect to the active layer. The second resonator spacer layer is provided closer to the emission port than the active layer. The current injection layer is provided in the first resonator spacer layer. The optical layer is provided in the second resonator spacer layer.

好ましくは、電流注入層は、電流通過層と、電流狭窄層とを含む。電流通過層は、トンネル接合により電流を活性層へ通過させる。電流狭窄層は、面内方向において電流通過層の外側に設けられ、p−n逆接合により電流の活性層への通過を制限する。   Preferably, the current injection layer includes a current passage layer and a current confinement layer. The current passing layer allows a current to pass through the active layer through a tunnel junction. The current confinement layer is provided outside the current passage layer in the in-plane direction, and restricts the passage of current to the active layer by pn reverse junction.

好ましくは、電流通過層の面積は、第1の超格子構造膜の面積よりも大きい。   Preferably, the area of the current passage layer is larger than the area of the first superlattice structure film.

好ましくは、第2の超格子構造膜は、電気的に不活性な元素または結晶構成元素を含む。   Preferably, the second superlattice structure film includes an electrically inactive element or a crystal constituent element.

好ましくは、活性層の膜厚と共振器スペーサー層の膜厚との和は、発振光の1波長分よりも長い。   Preferably, the sum of the thickness of the active layer and the thickness of the resonator spacer layer is longer than one wavelength of oscillation light.

好ましくは、活性層は、窒素元素と、窒素元素以外のV族元素との両方を含む。   Preferably, the active layer includes both a nitrogen element and a group V element other than the nitrogen element.

また、この発明によれば、光伝送モジュールは、請求項1から請求項19のいずれか1項に記載の面発光レーザ素子を備える光伝送モジュールである。   Moreover, according to this invention, an optical transmission module is an optical transmission module provided with the surface emitting laser element of any one of Claims 1-19.

さらに、この発明によれば、光伝送システムは、請求項20に記載の光伝送モジュールを備える光伝送システムである。   Furthermore, according to this invention, an optical transmission system is an optical transmission system comprising the optical transmission module according to claim 20.

この発明による面発光レーザ素子においては、無秩序化された超格子構造膜を用いて発振光を電流通過領域に閉じ込める光学層は、活性層および反射層以外の領域に設けられるので、活性層における無効電流が抑制されるとともに、反射層における反射率の低下が抑制される。   In the surface emitting laser device according to the present invention, the optical layer that confines the oscillation light in the current passing region using the disordered superlattice structure film is provided in a region other than the active layer and the reflective layer. While current is suppressed, a decrease in reflectance in the reflective layer is suppressed.

したがって、この発明によれば、低閾電流、かつ、単一モードで面発光レーザ素子を動作させることができる。   Therefore, according to the present invention, the surface emitting laser element can be operated in a single mode with a low threshold current.

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による面発光レーザ素子の概略断面図である。図1を参照して、この発明による実施の形態1による面発光レーザ素子100は、基板101と、反射層102,107と、共振器スペーサー層103,105と、活性層104と、超格子構造膜106と、高抵抗層108A,108Bと、p側電極109と、n側電極110とを備える。なお、面発光レーザ素子100は、発振光の波長が850nmである面発光レーザ素子である。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a surface emitting laser element according to Embodiment 1 of the present invention. Referring to FIG. 1, a surface emitting laser element 100 according to Embodiment 1 of the present invention includes a substrate 101, reflection layers 102 and 107, resonator spacer layers 103 and 105, an active layer 104, and a superlattice structure. A film 106, high resistance layers 108A and 108B, a p-side electrode 109, and an n-side electrode 110 are provided. The surface emitting laser element 100 is a surface emitting laser element having a wavelength of oscillation light of 850 nm.

基板101は、n型ガリウム砒素(n−GaAs)からなる。反射層102は、n−Al0.9Ga0.1As/n−Al0.2Ga0.8Asの対を一周期とした場合、40.5周期の[n−Al0.9Ga0.1As/n−Al0.2Ga0.8As]からなり、基板101の一主面に形成される。そして、n−Al0.9Ga0.1Asおよびn−Al0.2Ga0.8Asの各々は、発振光の波長(850nm)をλとした場合、λ/4n(nは半導体層の屈折率)の膜厚を有する。 The substrate 101 is made of n-type gallium arsenide (n-GaAs). The reflective layer 102 has [n-Al 0.9 Ga of 40.5 periods when a pair of n-Al 0.9 Ga 0.1 As / n-Al 0.2 Ga 0.8 As is taken as one period. 0.1 As / n-Al 0.2 Ga 0.8 As] and is formed on one main surface of the substrate 101. Each of the n-Al 0.9 Ga 0.1 As and n-Al 0.2 Ga 0.8 As, when the wavelength of the oscillation light (850 nm) was λ 1, λ 1 / 4n ( n is The refractive index of the semiconductor layer).

共振器スペーサー層103は、ノンドープAl0.2Ga0.8Asからなり、反射層102上に形成される。活性層104は、GaAs/Al0.4Ga0.6Asの対を一周期とした場合、3周期の[GaAs/Al0.4Ga0.6As]からなる多重量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層103上に形成される。そして、GaAsは、6nmの膜厚を有し、Al0.4Ga0.6Asは、8nmの膜厚を有する。 The resonator spacer layer 103 is made of non-doped Al 0.2 Ga 0.8 As and is formed on the reflective layer 102. The active layer 104 has a multiple quantum well structure composed of [GaAs / Al 0.4 Ga 0.6 As] having three periods when a pair of GaAs / Al 0.4 Ga 0.6 As is defined as one period. , Formed on the resonator spacer layer 103. GaAs has a thickness of 6 nm, and Al 0.4 Ga 0.6 As has a thickness of 8 nm.

共振器スペーサー層105は、ノンドープAl0.2Ga0.8Asからなり、活性層104上に形成される。超格子構造膜106は、Al0.2Ga0.8As/Al0.4Ga0.6Asの対を一周期とした場合、4周期の[Al0.2Ga0.8As/Al0.4Ga0.6As]からなり、共振器スペーサー層105上に形成される。そして、Al0.2Ga0.8AsおよびAl0.4Ga0.6Asの各々は、4nmの膜厚を有する。 The resonator spacer layer 105 is made of non-doped Al 0.2 Ga 0.8 As and is formed on the active layer 104. The superlattice structure film 106 has four periods of [Al 0.2 Ga 0.8 As / Al when a pair of Al 0.2 Ga 0.8 As / Al 0.4 Ga 0.6 As is taken as one period. 0.4 Ga 0.6 As] and formed on the resonator spacer layer 105. Each of Al 0.2 Ga 0.8 As and Al 0.4 Ga 0.6 As has a thickness of 4 nm.

超格子構造膜106は、無秩序化された領域106A,106Cと、秩序化された領域106Bとからなる。領域106A,106Cの各々は、亜鉛(Zn)を含む[Al0.2Ga0.8As/Al0.4Ga0.6As]の超格子構造膜からなり、領域106Bは、Znを含まない[Al0.2Ga0.8As/Al0.4Ga0.6As]の超格子構造膜からなる。そして、領域106A,106Cの各々は、領域106Bの屈折率よりも低い屈折率を有する。また、領域106Bは、発振光の出射方向DR1に略垂直な面内方向DR2において4μmの長さを有する。 Superlattice structure film 106 includes disordered regions 106A and 106C and ordered region 106B. Each of the regions 106A and 106C is formed of a superlattice structure film of [Al 0.2 Ga 0.8 As / Al 0.4 Ga 0.6 As] containing zinc (Zn), and the region 106B contains Zn. It consists of a superlattice structure film of [Al 0.2 Ga 0.8 As / Al 0.4 Ga 0.6 As]. Each of the regions 106A and 106C has a refractive index lower than that of the region 106B. The region 106B has a length of 4 μm in the in-plane direction DR2 substantially perpendicular to the emission direction DR1 of the oscillation light.

反射層107は、p−Al0.9Ga0.1As/p−Al0.2Ga0.8Asの対を一周期とした場合、26周期の[p−Al0.9Ga0.1As/p−Al0.2Ga0.8As]からなり、超格子構造膜106上に形成される。そして、p−Al0.9Ga0.1Asおよびp−Al0.2Ga0.8Asの各々は、λ/4n(nは半導体層の屈折率)の膜厚を有する。 The reflective layer 107 has 26 periods [p-Al 0.9 Ga 0 .0 when a pair of p-Al 0.9 Ga 0.1 As / p-Al 0.2 Ga 0.8 As is taken as one period . 1 As / p-Al 0.2 Ga 0.8 As] and is formed on the superlattice structure film 106. Each of p-Al 0.9 Ga 0.1 As and p-Al 0.2 Ga 0.8 As has a film thickness of λ 1 / 4n (n is the refractive index of the semiconductor layer).

高抵抗層108A,108Bは、反射層107中に形成され、[p−Al0.9Ga0.1As/p−Al0.2Ga0.8As]の周期構造にプロトン(H)を注入した構造からなる。そして、高抵抗層108A,108Bによって挟まれた領域108Cは、面内方向DR2において4μmの長さを有する。 The high resistance layers 108 < / b> A and 108 < / b> B are formed in the reflective layer 107, and have a periodic structure of [p-Al 0.9 Ga 0.1 As / p-Al 0.2 Ga 0.8 As] with protons (H + ). It consists of the structure which inject | poured. The region 108C sandwiched between the high resistance layers 108A and 108B has a length of 4 μm in the in-plane direction DR2.

p側電極109は、出射口107Aを除く反射層107の一部に形成される。n側電極110は、基板101の裏面に形成される。   The p-side electrode 109 is formed on a part of the reflective layer 107 excluding the emission port 107A. The n-side electrode 110 is formed on the back surface of the substrate 101.

反射層102,107の各々は、活性層104で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層104に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。そして、反射層102と反射層107との間隔は、発振波長(=850nm)の1波長分の光学長になっており、反射層102,107によって挟まれた共振器スペーサー層103,105、活性層104および超格子構造膜106は、共振器を構成する。   Each of the reflective layers 102 and 107 constitutes a semiconductor distributed Bragg reflector that reflects the oscillation light oscillated in the active layer 104 by Bragg multiple reflection and confines it in the active layer 104. The distance between the reflective layer 102 and the reflective layer 107 is an optical length corresponding to one wavelength of the oscillation wavelength (= 850 nm), and the resonator spacer layers 103 and 105 sandwiched between the reflective layers 102 and 107, the active layer The layer 104 and the superlattice structure film 106 constitute a resonator.

超格子構造膜106は、活性層104よりも出射口107A側において反射層102,107および活性層104以外の領域に形成される。そして、超格子構造膜106において、無秩序化された領域106A,106Cの各々は、秩序化された領域106Bの屈折率よりも低い屈折率を有するので、超格子構造膜106は、活性層104において発振した発振光を領域106A,106Cによって領域106Bに閉じ込めるとともに、発振光を領域106Bによって出射口107Aの方向へ通過させる。これによって、面発光レーザ素子100の横モードが安定化する。つまり、面発光レーザ素子100において、高次発振モードが抑制され、単一の基本発振モードのみからなる発振光が放射される。   The superlattice structure film 106 is formed in a region other than the reflective layers 102 and 107 and the active layer 104 on the exit 107A side of the active layer 104. In the superlattice structure film 106, each of the disordered regions 106A and 106C has a refractive index lower than the refractive index of the ordered region 106B. The oscillated oscillated light is confined in the region 106B by the regions 106A and 106C, and the oscillated light is passed through the region 106B in the direction of the emission port 107A. Thereby, the transverse mode of the surface emitting laser element 100 is stabilized. That is, in the surface emitting laser element 100, the higher-order oscillation mode is suppressed, and oscillation light consisting of only a single fundamental oscillation mode is emitted.

また、超格子構造膜106は、[Al0.2Ga0.8As/Al0.4Ga0.6As]の周期構造からなり、活性層104は、[GaAs/Al0.4Ga0.6As]の多重量子井戸構造からなるので、超格子構造膜106は、活性層104のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する。したがって、超格子構造膜106は、活性層104で発振した発振光を吸収せず、損失の低い導波路構造を形成する。 The superlattice structure film 106 has a periodic structure of [Al 0.2 Ga 0.8 As / Al 0.4 Ga 0.6 As], and the active layer 104 has [GaAs / Al 0.4 Ga 0. .6 As], the superlattice structure film 106 has a larger band gap than the band gap of the active layer 104. Therefore, the superlattice structure film 106 does not absorb the oscillation light oscillated in the active layer 104 and forms a waveguide structure with low loss.

高抵抗層108A,108Bは、反射層107の抵抗よりも高い抵抗を有するので、p側電極109から注入された電流が活性層104側へ流れるのを阻止し、電流が通過する領域を領域108Cに制限する。   Since the high resistance layers 108A and 108B have a resistance higher than that of the reflective layer 107, the current injected from the p-side electrode 109 is prevented from flowing toward the active layer 104, and the region through which the current passes is defined as the region 108C. Limit to.

図2、図3および図4は、それぞれ、図1に示す面発光レーザ素子100の作製方法を示す第1から第3の工程図である。図2を参照して、一連の動作が開始されると、有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)を用いて、反射層102、共振器スペーサー層103、活性層104、共振器スペーサー層105および超格子構造膜106を基板101上に順次積層する(図2の工程(a)参照)。   2, 3 and 4 are first to third process diagrams showing a method for manufacturing the surface-emitting laser element 100 shown in FIG. 1, respectively. Referring to FIG. 2, when a series of operations is started, a reflective layer 102, a resonator spacer layer 103, an active layer 104, a resonance layer are formed using metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). A container spacer layer 105 and a superlattice structure film 106 are sequentially stacked on the substrate 101 (see step (a) in FIG. 2).

この場合、反射層102のn−Al0.9Ga0.1Asおよびn−Al0.2Ga0.8Asをトリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、アルシン(AsH)およびセレン化水素(HSe)を原料として形成する。 In this case, n-Al 0.9 Ga 0.1 As and n-Al 0.2 Ga 0.8 As of the reflective layer 102 are changed to trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), arsine (AsH 3 ), and selenium. Hydrogen fluoride (H 2 Se) is formed as a raw material.

また、共振器スペーサー層103のノンドープAl0.2Ga0.8Asをトリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)およびアルシン(AsH)を原料として形成し、活性層104のGaAs/Al0.4Ga0.6Asをトリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)およびアルシン(AsH)を原料として形成する。 Further, non-doped Al 0.2 Ga 0.8 As for the resonator spacer layer 103 is formed using trimethyl aluminum (TMA), trimethyl gallium (TMG), and arsine (AsH 3 ) as raw materials, and the GaAs / Al 0 of the active layer 104 is formed. .4 Ga 0.6 As is formed using trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG) and arsine (AsH 3 ) as raw materials.

さらに、共振器スペーサー層105のノンドープAl0.2Ga0.8Asをトリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)およびアルシン(AsH)を原料として形成し、超格子構造膜106のAl0.2Ga0.8AsおよびAl0.4Ga0.6Asをトリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)およびアルシン(AsH)を原料として形成する。 Further, non-doped Al 0.2 Ga 0.8 As for the resonator spacer layer 105 is formed using trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), and arsine (AsH 3 ) as raw materials, and Al 0 of the superlattice structure film 106 is formed. .2 Ga 0.8 As and Al 0.4 Ga 0.6 As are formed using trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG) and arsine (AsH 3 ) as raw materials.

その後、超格子構造膜106上にシリコンナイトライド(SiN)膜120を形成し、その形成したSiN膜120上にパターンニングされたレジストパターン130を形成する(図2の工程(b)参照)。この場合、レジストパターン130は、直径が4μmである円形の形状を有する。   Thereafter, a silicon nitride (SiN) film 120 is formed on the superlattice structure film 106, and a patterned resist pattern 130 is formed on the formed SiN film 120 (see step (b) in FIG. 2). In this case, the resist pattern 130 has a circular shape with a diameter of 4 μm.

レジストパターン130を形成すると、その形成したレジストパターン130をマスクとして用いて、SiN膜120をエッチングにより除去し、さらに、レジストパターン130を除去する(図2の工程(c)参照)。これにより、SiN膜121が超格子構造膜106上に形成される。   When the resist pattern 130 is formed, the SiN film 120 is removed by etching using the formed resist pattern 130 as a mask, and the resist pattern 130 is further removed (see step (c) in FIG. 2). Thereby, the SiN film 121 is formed on the superlattice structure film 106.

そして、酸化亜鉛(ZnO)膜140を蒸着によって超格子構造膜106およびSiN膜121上に形成し、その後、600℃で熱処理してZnを超格子構造膜106中へ熱拡散させる(図2の(d)参照)。   Then, a zinc oxide (ZnO) film 140 is formed on the superlattice structure film 106 and the SiN film 121 by vapor deposition, and then heat-treated at 600 ° C. to thermally diffuse Zn into the superlattice structure film 106 (FIG. 2). (See (d)).

次に、図3を参照して、図2に示す工程(d)において熱処理が終了し、SiN膜121およびZnO膜140をエッチングにより除去すると、無秩序化された領域106A,106Cと秩序化された領域106Bとが超格子構造膜106中に形成される(図3の(e)参照)。   Next, referring to FIG. 3, when the heat treatment is completed in step (d) shown in FIG. 2 and the SiN film 121 and the ZnO film 140 are removed by etching, the disordered regions 106A and 106C are ordered. A region 106B is formed in the superlattice structure film 106 (see FIG. 3E).

その後、反射層107をMOCVD法によって超格子構造膜106上に形成する(図3の(f)参照)。この場合、反射層107のp−Al0.9Ga0.1Asおよびp−Al0.2Ga0.8Asをトリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、アルシン(AsH)および四臭化炭素(CBr)を原料として形成する。 Thereafter, the reflective layer 107 is formed on the superlattice structure film 106 by MOCVD (see FIG. 3F). In this case, p-Al 0.9 Ga 0.1 As and p-Al 0.2 Ga 0.8 As of the reflective layer 107 are trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), arsine (AsH 3 ) and four. Carbon bromide (CBr 4 ) is used as a raw material.

そして、SiN膜150を反射層107上に形成し、その形成したSiN膜150上にパターンニングされたレジストパターン160を形成する(図3の工程(g)参照)。この場合、レジストパターン160は、直径が4μmである円形の形状を有する。   Then, a SiN film 150 is formed on the reflective layer 107, and a patterned resist pattern 160 is formed on the formed SiN film 150 (see step (g) in FIG. 3). In this case, the resist pattern 160 has a circular shape with a diameter of 4 μm.

レジストパターン160を形成すると、その形成したレジストパターン160をマスクとして用いて、SiN膜150をエッチングにより除去し、さらに、レジストパターン160を除去する。これにより、SiN膜151が反射層107上に形成される(図4の工程(h)参照)。   When the resist pattern 160 is formed, the SiN film 150 is removed by etching using the formed resist pattern 160 as a mask, and the resist pattern 160 is further removed. Thereby, the SiN film 151 is formed on the reflective layer 107 (see step (h) in FIG. 4).

そうすると、SiN膜151をマスクとして用いて、Hを注入し、反射層107中に高抵抗層108A,108Bを形成する(図4の(i)参照)。そして、SiN151をエッチングにより除去し、p側電極109を蒸着とリフトオフとによって反射層107上の一部に形成し、n側電極110を蒸着により基板101の裏面に形成する(図4の(j)参照)。これにより、面発光レーザ素子100が完成する。 Then, using the SiN film 151 as a mask, H + is implanted to form high resistance layers 108A and 108B in the reflective layer 107 (see (i) of FIG. 4). Then, SiN 151 is removed by etching, a p-side electrode 109 is formed on a part of the reflective layer 107 by vapor deposition and lift-off, and an n-side electrode 110 is formed on the back surface of the substrate 101 by vapor deposition ((j in FIG. 4). )reference). Thereby, the surface emitting laser element 100 is completed.

面発光レーザ素子100を発振させる場合、p側電極109およびn側電極110にリード線を接続し、電流をp側電極109から注入する。そうすると、面発光レーザ素子100において、高抵抗層108A,108Bは、p側電極109から注入された電流の通過領域を領域108Cに制限して電流を活性層104へ注入する。   When the surface emitting laser element 100 is oscillated, lead wires are connected to the p-side electrode 109 and the n-side electrode 110, and current is injected from the p-side electrode 109. Then, in the surface emitting laser element 100, the high resistance layers 108 </ b> A and 108 </ b> B limit the current passing region injected from the p-side electrode 109 to the region 108 </ b> C and inject current into the active layer 104.

そして、活性層104に注入された電流が閾電流に達すると、活性層104において発振光が発生し、その発生した発振光は、反射層102,107で反射される。また、超格子構造膜106の領域106A,106Cは、発振光を領域106Bに閉じ込める。その結果、発振光は、単一モードで発振し、出射口107Aから放射される。   When the current injected into the active layer 104 reaches the threshold current, oscillation light is generated in the active layer 104, and the generated oscillation light is reflected by the reflection layers 102 and 107. Further, the regions 106A and 106C of the superlattice structure film 106 confine the oscillation light in the region 106B. As a result, the oscillation light oscillates in a single mode and is radiated from the emission port 107A.

このように、面発光レーザ素子100においては、高抵抗層108A,108Bおよび領域108Cからなる層は、高抵抗層108A,108Bによって電流の注入領域を領域108Cに制限して電流を活性層104に注入し、超格子構造膜106は、活性層104において発振した発振光を領域106A,106Cによって領域106Bに閉じ込める。そして、無秩序化された領域106A,106Cは、活性層104および反射層102,107以外の領域に形成されているため、活性層104における欠陥密度の増加が抑制される。したがって、面発光レーザ素子100は、低閾電流で単一モードの発振光を発振できる。   As described above, in the surface-emitting laser element 100, the layer formed of the high resistance layers 108A and 108B and the region 108C limits the current injection region to the region 108C by the high resistance layers 108A and 108B, and causes the current to flow into the active layer 104. The superlattice structure film 106 confins the oscillation light oscillated in the active layer 104 in the region 106B by the regions 106A and 106C. Since the disordered regions 106A and 106C are formed in regions other than the active layer 104 and the reflective layers 102 and 107, an increase in defect density in the active layer 104 is suppressed. Therefore, the surface emitting laser element 100 can oscillate single mode oscillation light with a low threshold current.

なお、上記においては、Znを超格子構造膜106中へ熱拡散させて超格子構造膜106の無秩序化された領域106A,106Cを形成すると説明したが、この発明においては、これに限らず、アルゴン(Ar)およびクリプトン(Kr)等の電気的に不活性な元素またはガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、砒素(As)およびリン(P)等の結晶構成元素を超格子構造膜106中へイオン注入し、続いてアニールすることによって無秩序化された領域106A,106Cを形成してもよい。   In the above description, it has been described that Zn is thermally diffused into the superlattice structure film 106 to form the disordered regions 106A and 106C of the superlattice structure film 106. However, the present invention is not limited to this. More than electrically inactive elements such as argon (Ar) and krypton (Kr) or crystalline constituent elements such as gallium (Ga), aluminum (Al), indium (In), arsenic (As) and phosphorus (P) The disordered regions 106A and 106C may be formed by ion implantation into the lattice structure film 106 and subsequent annealing.

この場合、イオン注入した元素は、アクセプターおよびドナーとして機能しないため、無秩序化された領域106A,106Cのキャリア濃度を増加させることがない。その結果、無秩序化された領域106A,106Cにおいて、自由キャリアによる光吸収損失が増加することがない。したがって、面発光レーザ素子100のスロープ効率が低下せず、高効率な面発光レーザ素子を作製できる。なお、スロープ効率とは、注入電流を横軸に取り、発振光の強度を縦軸に取ったグラフにおいて、発振光の強度が注入電流に対して変化する割合を言う。   In this case, since the ion-implanted element does not function as an acceptor and a donor, the carrier concentration in the disordered regions 106A and 106C is not increased. As a result, the light absorption loss due to free carriers does not increase in the disordered regions 106A and 106C. Therefore, the slope efficiency of the surface emitting laser element 100 is not lowered, and a highly efficient surface emitting laser element can be manufactured. The slope efficiency refers to the rate at which the intensity of the oscillating light changes with respect to the injected current in a graph in which the injected current is taken on the horizontal axis and the intensity of the oscillated light is taken on the vertical axis.

また、上記においては、反射層102と反射層107との間隔は、発振波長(=850nm)の1波長分に設定されると説明したが、この発明においては、これに限らず、反射層102と反射層107との間隔は、発振波長(=850nm)の1波長分よりも長く設定されてもよい。   In the above description, the interval between the reflective layer 102 and the reflective layer 107 has been described as being set to one wavelength of the oscillation wavelength (= 850 nm). However, the present invention is not limited to this, and the reflective layer 102 is not limited thereto. The distance between the reflective layer 107 and the reflective layer 107 may be set longer than one wavelength of the oscillation wavelength (= 850 nm).

面発光レーザ素子100においては、活性層104が光定在波の腹に位置して位相整合するためには、共振器スペーサー層103,105、活性層104および超格子構造膜106からなる共振器の長さ(方向DR1における長さ)を発振波長(=850nm)の光学距離の2分の1×自然数倍に設定する必要がある。そのため、面発光レーザ素子100においては、通常、共振器の長さは、発振波長(=850nm)の光学距離の1倍に設定する。   In the surface emitting laser element 100, in order for the active layer 104 to be positioned at the antinode of the optical standing wave and phase-matched, a resonator including the resonator spacer layers 103 and 105, the active layer 104, and the superlattice structure film 106 is used. (Length in the direction DR1) must be set to ½ times natural number times the optical distance of the oscillation wavelength (= 850 nm). For this reason, in the surface emitting laser element 100, the length of the resonator is normally set to one time the optical distance of the oscillation wavelength (= 850 nm).

しかし、共振器の長さは、発振波長(=850nm)の光学距離の2分の1×自然数倍に設定されていればよいので、共振器の長さを発振波長(=850nm)の光学距離の1倍よりも長い距離に設定してもよい。これにより、共振器内において、超格子構造膜106を活性層104から遠ざけることが可能となり、熱拡散またはイオン注入により超格子構造を無秩序化した場合、活性層104まで無秩序化されることがなく、活性層104における無効電流が抑制され、面発光レーザ素子100を低閾電流で動作させることができる。   However, since the length of the resonator only needs to be set to a half of the optical distance of the oscillation wavelength (= 850 nm) × natural number times, the length of the resonator is the optical wavelength of the oscillation wavelength (= 850 nm). You may set the distance longer than 1 time of distance. As a result, the superlattice structure film 106 can be moved away from the active layer 104 in the resonator. When the superlattice structure is disordered by thermal diffusion or ion implantation, the active layer 104 is not disordered. The reactive current in the active layer 104 is suppressed, and the surface emitting laser element 100 can be operated with a low threshold current.

さらに、上記においては、活性層104は、GaAs/Al0.4Ga0.6Asの多重量子井戸構造からなると説明したが、この発明においては、これに限らず、活性層104は、窒素(N)と、窒素(N)以外のV族元素とを含む混晶半導体を用いて構成されていてもよい。 Further, in the above description, the active layer 104 has been described as having a multiple quantum well structure of GaAs / Al 0.4 Ga 0.6 As. However, in the present invention, the present invention is not limited to this, and the active layer 104 includes nitrogen ( N) and a mixed crystal semiconductor containing a group V element other than nitrogen (N) may be used.

NとN以外のV族元素とを含む混晶半導体は、GaNAs,GaInNAs,AlGaNAs,AlGaInNAs,GaNAsP,GaInNAsP,AlGaAsP,AlGaInNAsP,GaNAsSb,GaInNAsSb,AlGaNAsSb,AlGaInNAsSb,GaNAsPSb,GaInNAsPSb,AlGaNAsPSb,AlGaInNAsPSb等からなる。   Mixed crystal semiconductors containing N and Group V elements other than N include GaNAs, GaInNAs, AlGaNAs, AlGaInNAs, GaNAsP, GaInNAsP, AlGaAsP, AlGaInNAsP, GaNAsSb, GaInNAsSb, AlGaNAsSb, AlGaInNAsSb, GaAlNAPSPS, GaAlNAPSPS, and GaInGaNPS. .

NとN以外のV族元素とを含む混晶半導体は、石英の光ファイバの伝送に適した1.3〜1.6μmの長波長帯のバンドギャップを有しており、GaAs等からなる障壁層との間で伝導帯の電子を井戸層に閉じ込めるときの障壁高さを高くすることができるため、活性層104からの電子のオーバーフローが抑制され、NとN以外のV族元素とを含む混晶半導体を活性層104に用いた面発光レーザ素子100は、良好な温度特性を有する。   A mixed crystal semiconductor containing N and a group V element other than N has a band gap of a long wavelength band of 1.3 to 1.6 μm suitable for transmission through a quartz optical fiber, and is a barrier made of GaAs or the like. Since the barrier height when electrons in the conduction band are confined in the well layer between the layers can be increased, overflow of electrons from the active layer 104 is suppressed, and N and V group elements other than N are included. The surface emitting laser element 100 using a mixed crystal semiconductor for the active layer 104 has good temperature characteristics.

また、NとN以外のV族元素とを含む混晶半導体をGaAs基板上にエピタキシャル成長させることができるため、NとN以外のV族元素とを含む混晶半導体を活性層104に用いた面発光レーザ素子において、多層膜反射鏡として高反射率、かつ、熱伝導率に優れたGaAs/AlGaAs系の反射層を用いることができる。したがって、高性能な長波長帯の面発光レーザ素子を作製できる。   Further, since a mixed crystal semiconductor containing N and a group V element other than N can be epitaxially grown on the GaAs substrate, a surface using a mixed crystal semiconductor containing a group V element other than N and N as the active layer 104 is used. In the light emitting laser element, a GaAs / AlGaAs-based reflective layer having high reflectivity and excellent thermal conductivity can be used as the multilayer mirror. Therefore, a high-performance long-wavelength surface emitting laser element can be manufactured.

なお、超格子構造膜106は、「光学層」を構成し、秩序化された領域106Bは、「光通過層」を構成し、無秩序化された領域106A,106Cは、「光閉込層」を構成する。   The superlattice structure film 106 constitutes an “optical layer”, the ordered region 106B constitutes a “light passage layer”, and the disordered regions 106A and 106C constitute “light confinement layers”. Configure.

また、秩序化された領域106Bは、「第1の超格子構造膜」を構成し、無秩序化された領域106A,106Cは、「第2の超格子構造膜」を構成する。   Further, the ordered region 106B constitutes a “first superlattice structure film”, and the disordered regions 106A and 106C constitute a “second superlattice structure film”.

さらに、高抵抗層108A,108Bおよび領域108Cは、「電流注入層」を構成し、領域108A,108Bは、「電流狭窄層」を構成し、領域108Cは、「電流通過層」を構成する。   Further, the high resistance layers 108A and 108B and the region 108C constitute a “current injection layer”, the regions 108A and 108B constitute a “current confinement layer”, and the region 108C constitutes a “current passing layer”.

さらに、共振器スペーサー103は、「第1の共振器スペーサー層」を構成し、共振器スペーサー105は、「第2の共振器スペーサー層」を構成する。   Further, the resonator spacer 103 constitutes a “first resonator spacer layer”, and the resonator spacer 105 constitutes a “second resonator spacer layer”.

さらに、反射層102は、「第1の反射層」を構成し、反射素107は、「第2の反射層」を構成する。   Further, the reflective layer 102 constitutes a “first reflective layer”, and the reflective element 107 constitutes a “second reflective layer”.

[実施の形態2]
図5は、実施の形態2による面発光レーザ素子の概略断面図である。図5を参照して、実施の形態2による面発光レーザ素子100Aは、基板201と、反射層202,208と、共振器スペーサー層203,205と、活性層204と、超格子構造膜206と、トンネル接合層207と、p側電極209と、n側電極210とを備える。なお、面発光レーザ素子100Aは、発振光の波長λが980nmである面発光レーザ素子である。
[Embodiment 2]
FIG. 5 is a schematic sectional view of the surface emitting laser element according to the second embodiment. Referring to FIG. 5, the surface emitting laser element 100A according to the second embodiment includes a substrate 201, reflection layers 202 and 208, resonator spacer layers 203 and 205, an active layer 204, a superlattice structure film 206, and the like. , A tunnel junction layer 207, a p-side electrode 209, and an n-side electrode 210. The surface emitting laser element 100A, the wavelength lambda 2 of the oscillation light is a surface-emitting laser element is 980 nm.

基板201は、n−GaAsからなる。反射層202は、n−GaAs/n−Al0.9Ga0.1Asの対を一周期とした場合、40.5周期の[n−GaAs/n−Al0.9Ga0.1As]からなり、基板201の一主面に形成される。そして、n−GaAsおよびn−Al0.9Ga0.1Asの各々は、λ/4n(nは半導体層の屈折率)の膜厚を有する。 The substrate 201 is made of n-GaAs. The reflective layer 202 has [n-GaAs / n-Al 0.9 Ga 0.1 As of 40.5 periods when a pair of n-GaAs / n-Al 0.9 Ga 0.1 As is taken as one period. And is formed on one main surface of the substrate 201. Each of n-GaAs and n-Al 0.9 Ga 0.1 As has a film thickness of λ 2 / 4n (n is the refractive index of the semiconductor layer).

共振器スペーサー層203は、n−GaAsからなり、反射層202上に形成される。活性層204は、GaInAs/GaAsの対を一周期とした場合、3周期の[GaInAs/GaAs]からなる多重量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層203上に形成される。そして、GaInAsは、8nmの膜厚を有し、GaAsは、10nmの膜厚を有する。   The resonator spacer layer 203 is made of n-GaAs and is formed on the reflective layer 202. The active layer 204 has a multi-quantum well structure composed of [GaInAs / GaAs] with three periods when a pair of GaInAs / GaAs is taken as one period, and is formed on the resonator spacer layer 203. GaInAs has a thickness of 8 nm, and GaAs has a thickness of 10 nm.

共振器スペーサー層205は、p−GaAsからなり、活性層204上に形成される。超格子構造膜206は、p−GaAs/p−Al0.4Ga0.6Asの対を一周期とした場合、4周期の[p−GaAs/p−Al0.4Ga0.6As]からなり、共振器スペーサー層205上に形成される。そして、p−GaAsおよびp−Al0.4Ga0.6Asの各々は、4nmの膜厚を有する。 The resonator spacer layer 205 is made of p-GaAs and is formed on the active layer 204. The superlattice structure film 206 has four periods [p-GaAs / p-Al 0.4 Ga 0.6 As when a pair of p-GaAs / p-Al 0.4 Ga 0.6 As is taken as one period. And is formed on the resonator spacer layer 205. Each of p-GaAs and p-Al 0.4 Ga 0.6 As has a thickness of 4 nm.

超格子構造膜206は、無秩序化された領域206A,206Cと、秩序化された領域206Bとからなる。領域206A,206Cの各々は、Gaイオンを注入した[p−GaAs/p−Al0.4Ga0.6As]の超格子構造膜からなり、領域206Bは、Gaイオンを注入していない[p−GaAs/p−Al0.4Ga0.6As]の超格子構造膜からなる。そして、領域206A,206Cの各々は、領域206Bの屈折率よりも低い屈折率を有する。また、領域206Bは、面内方向DR2において4μmの長さを有する。 The superlattice structure film 206 includes disordered regions 206A and 206C and an ordered region 206B. Region 206A, each 206C consists superlattice structure membrane was implanted Ga ions [p-GaAs / p-Al 0.4 Ga 0.6 As], region 206B is not implanted Ga ions [ consisting superlattice structure layer of p-GaAs / p-Al 0.4 Ga 0.6 As]. Each of the regions 206A and 206C has a refractive index lower than that of the region 206B. The region 206B has a length of 4 μm in the in-plane direction DR2.

トンネル接合層207は、p型高ドープGaAs(p−GaAs)/n型高ドープGaAs(n−GaAs)からなり、超格子構造膜206上に形成される。この場合、p−GaAsが超格子構造膜206側に形成される。そして、p−GaAsおよびn−GaAsの各々の膜厚は、10nmであり、p−GaAsは、1×1020cm−3のカーボン(C)がドーピングされており、n−GaAsは、3×1019cm−3のシリコン(Si)がドーピングされている。 The tunnel junction layer 207 is made of p-type highly doped GaAs (p + -GaAs) / n-type highly doped GaAs (n + -GaAs), and is formed on the superlattice structure film 206. In this case, p + -GaAs are formed in super lattice structure layer 206 side. Each film thickness of p + -GaAs and n + -GaAs is 10 nm, and p + -GaAs is doped with carbon (C) of 1 × 10 20 cm −3 , and n + -GaAs Is doped with 3 × 10 19 cm −3 of silicon (Si).

トンネル接合層207は、無秩序化された領域207A,207Cと、秩序化された領域207Bとからなる。領域207A,207Cの各々は、Gaイオンを注入した[p−GaAs/n−GaAs]からなり、領域207Bは、Gaイオンを注入していない[p−GaAs/n−GaAs]からなる。 The tunnel junction layer 207 includes disordered regions 207A and 207C and an ordered region 207B. Each of the regions 207A and 207C is made of [p + -GaAs / n + -GaAs] implanted with Ga ions, and the region 207B is made of [p + -GaAs / n + -GaAs] not implanted with Ga ions. Become.

領域207A,207Cの各々は、トンネル接合の領域において、高濃度にドーピングした不純物(C,Si)が相互に拡散し、キャリア濃度が低下するため、トンネル接合が破壊されている。したがって、領域207A,207Cにおいては、pn逆バイアス接合により、電流が流れなくなり、電流阻止構造が形成される。   In each of the regions 207A and 207C, the impurity (C, Si) doped at a high concentration diffuses mutually in the region of the tunnel junction, and the carrier concentration decreases, so that the tunnel junction is broken. Therefore, in the regions 207A and 207C, no current flows due to the pn reverse bias junction, and a current blocking structure is formed.

その結果、電流は、無秩序化されていない領域207Bのトンネル接合の領域に狭窄されて活性層204に注入される。なお、領域207Bは、面内方向DR2において4μmの長さを有する。   As a result, the current is confined in the region of the tunnel junction of the region 207B that is not disordered and injected into the active layer 204. The region 207B has a length of 4 μm in the in-plane direction DR2.

反射層208は、n−GaAs/n−Al0.9Ga0.1Asの対を一周期とした場合、26周期の[n−GaAs/n−Al0.9Ga0.1As]からなり、トンネル接合層207上に形成される。そして、n−GaAsおよびn−Al0.9Ga0.1Asの各々は、λ/4n(nは半導体層の屈折率)の膜厚を有する。 The reflective layer 208 is formed from [n-GaAs / n-Al 0.9 Ga 0.1 As] of 26 periods when a pair of n-GaAs / n-Al 0.9 Ga 0.1 As is taken as one period. And formed on the tunnel junction layer 207. Each of n-GaAs and n-Al 0.9 Ga 0.1 As has a film thickness of λ 2 / 4n (n is the refractive index of the semiconductor layer).

p側電極209は、出射口208Aを除く反射層208の一部に形成される。n側電極210は、基板201の裏面に形成される。   The p-side electrode 209 is formed on a part of the reflective layer 208 excluding the emission port 208A. The n-side electrode 210 is formed on the back surface of the substrate 201.

反射層202,208の各々は、活性層204で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層204に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。そして、反射層202と反射層208との間隔は、発振波長(=980nm)の1波長分の光学長になっており、反射層202,208によって挟まれた共振器スペーサー層203,205、活性層204、超格子構造膜206およびトンネル接合層207は、共振器を構成する。   Each of the reflective layers 202 and 208 constitutes a semiconductor distributed Bragg reflector that reflects the oscillation light oscillated in the active layer 204 by Bragg multiple reflection and confines it in the active layer 204. The interval between the reflective layer 202 and the reflective layer 208 is an optical length corresponding to one wavelength of the oscillation wavelength (= 980 nm). The resonator spacer layers 203 and 205 sandwiched between the reflective layers 202 and 208, the active layer The layer 204, the superlattice structure film 206, and the tunnel junction layer 207 constitute a resonator.

超格子構造膜206は、活性層204よりも出射口208A側において反射層202,208および活性層204以外の領域に形成される。そして、超格子構造膜206において、無秩序化された領域206A,206Cの各々は、秩序化された領域206Bの屈折率よりも低い屈折率を有するので、超格子構造膜206は、活性層204において発振した発振光を領域206A,206Cによって領域206Bに閉じ込めるとともに、発振光を領域206Bによって出射口208Aの方向へ通過させる。これによって、面発光レーザ素子100Aの横モードが安定化する。つまり、面発光レーザ素子100Aにおいて、高次発振モードが抑制され、単一の基本発振モードのみからなる発振光が放射される。   The superlattice structure film 206 is formed in a region other than the reflective layers 202 and 208 and the active layer 204 on the emission port 208A side of the active layer 204. In the superlattice structure film 206, each of the disordered regions 206A and 206C has a refractive index lower than the refractive index of the ordered region 206B. The oscillated oscillation light is confined in the region 206B by the regions 206A and 206C, and the oscillation light is allowed to pass through the region 206B in the direction of the emission port 208A. Thereby, the transverse mode of the surface emitting laser element 100A is stabilized. That is, in the surface emitting laser element 100A, the higher-order oscillation mode is suppressed, and oscillation light consisting of only a single fundamental oscillation mode is emitted.

また、超格子構造膜206は、[p−GaAs/p−Al0.4Ga0.6As]の周期構造からなり、活性層204は、[GaInAs/GaAs]の多重量子井戸構造からなるので、超格子構造膜206は、活性層204のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する。したがって、超格子構造膜206は、活性層204で発振した発振光を吸収せず、損失の低い導波路構造を形成する。 The superlattice structure film 206 has a periodic structure of [p-GaAs / p-Al 0.4 Ga 0.6 As], and the active layer 204 has a multiple quantum well structure of [GaInAs / GaAs]. The superlattice structure film 206 has a band gap larger than the band gap of the active layer 204. Therefore, the superlattice structure film 206 does not absorb the oscillation light oscillated in the active layer 204 and forms a waveguide structure with low loss.

トンネル接合層207は、超格子構造膜206に接して形成される。その結果、領域207A,207B,207Cは、それぞれ、超格子構造膜206の領域206A,206B,206Cに接して形成される。そして、トンネル接合層207の領域207A,207Cは、トンネル接合が破壊され、pn逆接合による電流阻止構造を形成しているので、p側電極209から注入された電流が活性層204側へ流れるのを阻止し、電流が通過する領域を領域207Bに制限する。   The tunnel junction layer 207 is formed in contact with the superlattice structure film 206. As a result, the regions 207A, 207B, and 207C are formed in contact with the regions 206A, 206B, and 206C of the superlattice structure film 206, respectively. The regions 207A and 207C of the tunnel junction layer 207 break the tunnel junction and form a current blocking structure by a pn reverse junction, so that the current injected from the p-side electrode 209 flows to the active layer 204 side. And the region through which the current passes is limited to the region 207B.

図6および図7は、それぞれ、図5に示す面発光レーザ素子100Aの作製方法を示す第1および第2の工程図である。図6を参照して、一連の動作が開始されると、MOCVD法を用いて、反射層202、共振器スペーサー層203、活性層204、共振器スペーサー層205、超格子構造膜206およびトンネル接合層207を基板201上に順次積層する(図6の工程(a)参照)。   6 and 7 are first and second process diagrams showing a method of manufacturing the surface-emitting laser element 100A shown in FIG. Referring to FIG. 6, when a series of operations is started, the reflective layer 202, the resonator spacer layer 203, the active layer 204, the resonator spacer layer 205, the superlattice structure film 206, and the tunnel junction are used using the MOCVD method. The layer 207 is sequentially stacked on the substrate 201 (see step (a) in FIG. 6).

この場合、反射層202のn−GaAsおよびn−Al0.9Ga0.1Asをトリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、アルシン(AsH)およびセレン化水素(HSe)を原料として形成する。 In this case, n-GaAs and n-Al 0.9 Ga 0.1 As for the reflective layer 202 are replaced with trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), arsine (AsH 3 ), and hydrogen selenide (H 2 Se). Form as a raw material.

また、共振器スペーサー層203のn−GaAsをトリメチルガリウム(TMG)、アルシン(AsH)およびシラン(SiH)を原料として形成し、活性層204のGaInAs/GaAsをトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMI)およびアルシン(AsH)を原料として形成する。 Further, n-GaAs of the resonator spacer layer 203 is formed using trimethyl gallium (TMG), arsine (AsH 3 ), and silane (SiH 4 ) as raw materials, and GaInAs / GaAs of the active layer 204 is formed using trimethyl gallium (TMG), trimethyl. indium (TMI) and arsine (AsH 3) for the raw material.

さらに、共振器スペーサー層205のp−GaAsをトリメチルガリウム(TMG)、アルシン(AsH)および四臭化炭素(CBr)を原料として形成し、超格子構造膜206のp−GaAsおよびp−Al0.4Ga0.6Asをトリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、アルシン(AsH)および四臭化炭素(CBr)を原料として形成する。 Further, p-GaAs of the resonator spacer layer 205 is formed using trimethyl gallium (TMG), arsine (AsH 3 ), and carbon tetrabromide (CBr 4 ) as raw materials, and p-GaAs and p− of the superlattice structure film 206 are formed. Al 0.4 Ga 0.6 As is formed using trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), arsine (AsH 3 ), and carbon tetrabromide (CBr 4 ) as raw materials.

さらに、トンネル接合層207のp−GaAsをトリメチルガリウム(TMG)、アルシン(AsH)および四臭化炭素(CBr)を原料として形成し、n−GaAsをトリメチルガリウム(TMG)、アルシン(AsH)およびシラン(SiH)を原料として形成する。 Further, p + -GaAs of the tunnel junction layer 207 is formed using trimethylgallium (TMG), arsine (AsH 3 ), and carbon tetrabromide (CBr 4 ) as raw materials, and n + -GaAs is formed of trimethylgallium (TMG), arsine. (AsH 3 ) and silane (SiH 4 ) are used as raw materials.

その後、トンネル接合層207上にSiN膜220を形成し、その形成したSiN膜220上にパターンニングされたレジストパターン230を形成する(図6の工程(b)参照)。この場合、レジストパターン230は、直径が4μmである円形の形状を有する。   Thereafter, a SiN film 220 is formed on the tunnel junction layer 207, and a patterned resist pattern 230 is formed on the formed SiN film 220 (see step (b) in FIG. 6). In this case, the resist pattern 230 has a circular shape with a diameter of 4 μm.

レジストパターン230を形成すると、その形成したレジストパターン230をマスクとして用いて、SiN膜220をエッチングにより除去し、さらに、レジストパターン230を除去する(図6の工程(c)参照)。これにより、SiN膜221がトンネル接合層207上に形成される。そして、SiN膜221をマスクとしてGaイオンをイオン注入する(図6の(d)参照)。   When the resist pattern 230 is formed, the SiN film 220 is removed by etching using the formed resist pattern 230 as a mask, and the resist pattern 230 is further removed (see step (c) in FIG. 6). Thereby, the SiN film 221 is formed on the tunnel junction layer 207. Then, Ga ions are implanted using the SiN film 221 as a mask (see FIG. 6D).

次に、図7を参照して、図6に示す工程(d)においてイオン注入が終了し、SiN膜221をエッチングにより除去すると、無秩序化された領域206A,206Cと秩序化された領域206Bとが超格子構造膜206中に形成され、無秩序化された領域207A,207Cと秩序化された領域207Bとがトンネル接合層207中に形成される(図7の(e)参照)。   Next, referring to FIG. 7, when the ion implantation is completed in step (d) shown in FIG. 6 and the SiN film 221 is removed by etching, the disordered regions 206A and 206C and the ordered regions 206B Are formed in the superlattice structure film 206, and the disordered regions 207A and 207C and the ordered region 207B are formed in the tunnel junction layer 207 (see FIG. 7E).

その後、反射層208をMOCVD法によってトンネル接合層207上に形成する(図7の(f)参照)。この場合、反射層208のn−GaAs/n−Al0.9Ga0.1Asをトリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、アルシン(AsH)およびシラン(SiH)を原料として形成する。 Thereafter, the reflective layer 208 is formed on the tunnel junction layer 207 by MOCVD (see FIG. 7F). In this case, n-GaAs / n-Al 0.9 Ga 0.1 As for the reflective layer 208 is formed using trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), arsine (AsH 3 ), and silane (SiH 4 ) as raw materials. To do.

そして、p側電極209を蒸着とリフトオフとによって反射層208上の一部に形成し、n側電極210を蒸着により基板201の裏面に形成する(図7の(g)参照)。これにより、面発光レーザ素子100Aが完成する。   Then, the p-side electrode 209 is formed on a part of the reflective layer 208 by vapor deposition and lift-off, and the n-side electrode 210 is formed on the back surface of the substrate 201 by vapor deposition (see (g) of FIG. 7). Thereby, the surface emitting laser element 100A is completed.

面発光レーザ素子100Aを発振させる場合、p側電極209およびn側電極210にリード線を接続し、電流をp側電極209から注入する。そうすると、面発光レーザ素子100Aにおいて、トンネル接合層207の領域207A,207Cは、p側電極209から注入された電流の通過領域を領域207Cに制限して電流を活性層204へ注入する。   When oscillating the surface emitting laser element 100A, lead wires are connected to the p-side electrode 209 and the n-side electrode 210, and current is injected from the p-side electrode 209. Then, in surface emitting laser element 100A, regions 207A and 207C of tunnel junction layer 207 restrict the current passing region injected from p-side electrode 209 to region 207C and inject current into active layer 204.

そして、活性層204に注入された電流が閾電流に達すると、活性層204において発振光が発生し、その発生した発振光は、反射層202,208で反射される。また、超格子構造膜206の領域206A,206Cは、発振光を領域206Bに閉じ込める。その結果、発振光は、単一モードで発振し、出射口208Aから放射される。   When the current injected into the active layer 204 reaches the threshold current, oscillation light is generated in the active layer 204, and the generated oscillation light is reflected by the reflection layers 202 and 208. Further, the regions 206A and 206C of the superlattice structure film 206 confine the oscillation light in the region 206B. As a result, the oscillation light oscillates in a single mode and is radiated from the emission port 208A.

このように、面発光レーザ素子100Aにおいては、トンネル接合層207は、領域207A,207Cによって電流の注入領域を領域207Bに制限して電流を活性層204に注入し、超格子構造膜206は、活性層204において発振した発振光を領域206A,206Cによって領域206Bに閉じ込める。そして、無秩序化された領域206A,206C;207A,207Cは、活性層204および反射層202,208以外の領域に形成されているため、活性層204における欠陥密度の増加が抑制される。したがって、面発光レーザ素子100Aは、低閾電流で単一モードの発振光を発振できる。   As described above, in the surface emitting laser element 100A, the tunnel junction layer 207 limits the current injection region to the region 207B by the regions 207A and 207C and injects current into the active layer 204. The oscillation light oscillated in the active layer 204 is confined in the region 206B by the regions 206A and 206C. Since the disordered regions 206A and 206C; 207A and 207C are formed in regions other than the active layer 204 and the reflective layers 202 and 208, an increase in defect density in the active layer 204 is suppressed. Accordingly, the surface emitting laser element 100A can oscillate single mode oscillation light with a low threshold current.

また、面発光レーザ素子100Aの超格子構造膜206およびトンネル接合層207は、一部の領域206A,206C;207A,207Cが1回の工程で同時に無秩序化されるため(図6の(d)および図7の(e)参照)、面発光レーザ素子100Aの製造工程が容易になる。   In addition, in the superlattice structure film 206 and the tunnel junction layer 207 of the surface emitting laser element 100A, a part of the regions 206A, 206C; 207A, 207C is simultaneously disordered in one step ((d) in FIG. 6). And (e) of FIG. 7), the manufacturing process of the surface emitting laser element 100A is facilitated.

さらに、超格子構造膜206およびトンネル接合層207の一部の領域206A,206C;207A,207Cを無秩序化するために、キャリア濃度を増加させないGaイオンを用いている。したがって、領域206A,206C;207A,207Cのキャリア濃度を増加させないことにより、領域206A,206C;207A,207Cにおいて、自由キャリアによる光吸収損失が増加することがない。その結果、面発光レーザ素子100Aのスロープ効率が低下することがなく、高効率な面発光レーザ素子を作製できる。   Furthermore, Ga ions that do not increase the carrier concentration are used to disorder the superlattice structure film 206 and some regions 206A, 206C; 207A, 207C of the tunnel junction layer 207. Therefore, by not increasing the carrier concentration in the regions 206A, 206C; 207A, 207C, the light absorption loss due to free carriers does not increase in the regions 206A, 206C; 207A, 207C. As a result, the slope efficiency of the surface emitting laser element 100A does not decrease, and a highly efficient surface emitting laser element can be manufactured.

なお、上記においては、Gaイオンを超格子構造膜206およびトンネル接合層207中へイオン注入して超格子構造膜206およびトンネル接合層207の無秩序化された領域206A,206C;207A,207Cを形成すると説明したが、この発明においては、これに限らず、アルゴン(Ar)およびクリプトン(Kr)等の電気的に不活性な元素またはアルミニウム(Al)、インジウム(In)、砒素(As)およびリン(P)等の結晶構成元素を超格子構造膜206およびトンネル接合層207中へイオン注入することによって無秩序化された領域206A,206C;207A,207Cを形成してもよい。   In the above, Ga ions are implanted into the superlattice structure film 206 and the tunnel junction layer 207 to form disordered regions 206A and 206C; 207A and 207C of the superlattice structure film 206 and the tunnel junction layer 207. However, in the present invention, the present invention is not limited to this. An electrically inactive element such as argon (Ar) and krypton (Kr) or aluminum (Al), indium (In), arsenic (As), and phosphorus The disordered regions 206A and 206C; 207A and 207C may be formed by ion implantation of a crystal constituent element such as (P) into the superlattice structure film 206 and the tunnel junction layer 207.

この場合、イオン注入した元素は、アクセプターおよびドナーとして機能しないため、無秩序化された領域206A,206C;207A,207Cのキャリア濃度を増加させることがない。その結果、無秩序化された領域206A,206C;207A,207Cにおいて、自由キャリアによる光吸収損失が増加することがない。したがって、面発光レーザ素子100Aのスロープ効率が低下せず、高効率な面発光レーザ素子を作製できる。   In this case, since the ion-implanted element does not function as an acceptor and a donor, the carrier concentration in the disordered regions 206A and 206C; 207A and 207C is not increased. As a result, light absorption loss due to free carriers does not increase in the disordered regions 206A and 206C; 207A and 207C. Therefore, the slope efficiency of the surface emitting laser element 100A does not decrease, and a highly efficient surface emitting laser element can be manufactured.

また、上記においては、反射層202と反射層208との間隔は、発振波長(=980nm)の1波長分に設定されると説明したが、この発明においては、これに限らず、反射層202と反射層208との間隔は、発振波長(=980nm)の1波長分よりも長く設定されてもよい。   In the above description, it has been described that the interval between the reflective layer 202 and the reflective layer 208 is set to one wavelength of the oscillation wavelength (= 980 nm). However, the present invention is not limited to this, and the reflective layer 202 is not limited thereto. The distance between the reflective layer 208 and the reflective layer 208 may be set longer than one wavelength of the oscillation wavelength (= 980 nm).

面発光レーザ素子100Aにおいては、活性層204が光定在波の腹に位置して位相整合するためには、共振器スペーサー層203,205、活性層204、超格子構造膜206およびトンネル接合層207からなる共振器の長さ(方向DR1における長さ)を発振波長(=980nm)の光学距離の2分の1×自然数倍に設定する必要がある。そのため、面発光レーザ素子100Aにおいては、通常、共振器の長さは、発振波長(=980nm)の光学距離の1倍に設定する。   In the surface-emitting laser device 100A, in order for the active layer 204 to be positioned at the antinode of the optical standing wave and phase-matched, the resonator spacer layers 203 and 205, the active layer 204, the superlattice structure film 206, and the tunnel junction layer The length of the resonator composed of 207 (length in the direction DR1) needs to be set to ½ × natural number times the optical distance of the oscillation wavelength (= 980 nm). For this reason, in the surface emitting laser element 100A, the length of the resonator is normally set to one time the optical distance of the oscillation wavelength (= 980 nm).

しかし、共振器の長さは、発振波長(=980nm)の光学距離の2分の1×自然数倍に設定されていればよいので、共振器の長さを発振波長(=980nm)の光学距離の1倍よりも長い距離に設定してもよい。これにより、共振器内において、超格子構造膜206およびトンネル接合層207を活性層204から遠ざけることが可能となり、イオン注入により超格子構造およびトンネル接合を無秩序化した場合、活性層204まで無秩序化されることがなく、活性層204における無効電流が抑制され、面発光レーザ素子100Aを低閾電流で動作させることができる。   However, since the length of the resonator only needs to be set to a half of the optical distance of the oscillation wavelength (= 980 nm) × natural number times, the length of the resonator is the optical wavelength of the oscillation wavelength (= 980 nm). You may set the distance longer than 1 time of distance. This makes it possible to move the superlattice structure film 206 and the tunnel junction layer 207 away from the active layer 204 in the resonator, and when the superlattice structure and the tunnel junction are disordered by ion implantation, the active layer 204 is disordered. Therefore, the reactive current in the active layer 204 is suppressed, and the surface emitting laser element 100A can be operated with a low threshold current.

さらに、上記においては、活性層204は、GaInAs/GaAsの多重量子井戸構造からなると説明したが、この発明においては、これに限らず、活性層204は、Nと、N以外のV族元素とを含む混晶半導体を用いて構成されていてもよい。   Further, in the above description, the active layer 204 has been described as having a GaInAs / GaAs multiple quantum well structure. However, in the present invention, the present invention is not limited to this, and the active layer 204 includes N, V group elements other than N, and It may be configured using a mixed crystal semiconductor containing.

NとN以外のV族元素とを含む混晶半導体は、実施の形態1において説明した混晶半導体からなる。NとN以外のV族元素とを含む混晶半導体は、石英の光ファイバの伝送に適した1.3〜1.6μmの長波長帯のバンドギャップを有しており、GaAs等からなる障壁層との間で伝導帯の電子を井戸層に閉じ込めるときの障壁高さを高くすることができるため、活性層204からの電子のオーバーフローが抑制され、NとN以外のV族元素とを含む混晶半導体を活性層204に用いた面発光レーザ素子100Aは、良好な温度特性を有する。   The mixed crystal semiconductor containing N and a group V element other than N is made of the mixed crystal semiconductor described in the first embodiment. A mixed crystal semiconductor containing N and a group V element other than N has a band gap of a long wavelength band of 1.3 to 1.6 μm suitable for transmission through a quartz optical fiber, and is a barrier made of GaAs or the like. Since the barrier height when electrons in the conduction band are confined in the well layer between the layers can be increased, overflow of electrons from the active layer 204 is suppressed, and N and V group elements other than N are included. The surface emitting laser element 100A using a mixed crystal semiconductor for the active layer 204 has good temperature characteristics.

また、NとN以外のV族元素とを含む混晶半導体をGaAs基板上にエピタキシャル成長させることができるため、NとN以外のV族元素とを含む混晶半導体を活性層204に用いた面発光レーザ素子において、多層膜反射鏡として高反射率、かつ、熱伝導率に優れたGaAs/AlGaAs系(特に、GaAs/AlAs)の反射層を用いることができる。したがって、高性能な長波長帯の面発光レーザ素子を作製できる。   Further, since a mixed crystal semiconductor containing N and a group V element other than N can be epitaxially grown on the GaAs substrate, a surface using a mixed crystal semiconductor containing a group V element other than N and N as the active layer 204 is used. In the light-emitting laser element, a GaAs / AlGaAs-based (especially GaAs / AlAs) reflective layer having high reflectivity and excellent thermal conductivity can be used as a multilayer film reflecting mirror. Therefore, a high-performance long-wavelength surface emitting laser element can be manufactured.

なお、超格子構造膜206は、「光学層」を構成し、秩序化された領域206Bは、「光通過層」を構成し、無秩序化された領域206A,206Cは、「光閉込層」を構成する。   The superlattice structure film 206 constitutes an “optical layer”, the ordered region 206B constitutes a “light passage layer”, and the disordered regions 206A and 206C constitute “light confinement layers”. Configure.

また、秩序化された領域206Bは、「第1の超格子構造膜」を構成し、無秩序化された領域206A,206Cは、「第2の超格子構造膜」を構成する。   The ordered region 206B constitutes a “first superlattice structure film”, and the disordered regions 206A and 206C constitute a “second superlattice structure film”.

さらに、トンネル接合層207は、「電流注入層」を構成し、領域207A,207Cは、「電流狭窄層」を構成し、領域207Cは、「電流通過層」を構成する。   Further, the tunnel junction layer 207 constitutes a “current injection layer”, the regions 207A and 207C constitute a “current confinement layer”, and the region 207C constitutes a “current passage layer”.

さらに、共振器スペーサー層203は、「第1の共振器スペーサー層」を構成し、共振器スペーサー層205は、「第2の共振器スペーサー層」を構成する。   Further, the resonator spacer layer 203 constitutes a “first resonator spacer layer”, and the resonator spacer layer 205 constitutes a “second resonator spacer layer”.

さらに、反射層202は、「第1の反射層」を構成し、反射層208は、「第2の反射層」を構成する。   Further, the reflective layer 202 constitutes a “first reflective layer”, and the reflective layer 208 constitutes a “second reflective layer”.

[実施の形態3]
図8は、実施の形態3による面発光レーザ素子の概略断面図である。図8を参照して、実施の形態3による面発光レーザ素子100Bは、図5に示す面発光レーザ素子100Aの共振器スペーサー層203,205、活性層204、超格子構造膜206およびトンネル接合層207を共振器スペーサー層301,303,305,307、超格子構造膜302、活性層304およびトンネル接合層306に代えたものであり、その他は、面発光レーザ素子100Aと同じである。なお、面発光レーザ素子100Bは、発振光の波長λが1300nmである面発光レーザ素子である。
[Embodiment 3]
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the surface emitting laser element according to the third embodiment. Referring to FIG. 8, surface emitting laser element 100B according to Embodiment 3 includes resonator spacer layers 203 and 205, active layer 204, superlattice structure film 206, and tunnel junction layer of surface emitting laser element 100A shown in FIG. 207 is replaced with the resonator spacer layers 301, 303, 305, and 307, the superlattice structure film 302, the active layer 304, and the tunnel junction layer 306, and the others are the same as those of the surface emitting laser element 100A. The surface emitting laser element 100B is a surface emitting laser element in which the wavelength λ 3 of the oscillation light is 1300 nm.

共振器スペーサー層301は、n−GaAsからなり、反射層202上に形成される。超格子構造膜302は、n−GaAs/n−Al0.4Ga0.6Asの対を一周期とした場合、4周期の[n−GaAs/n−Al0.4Ga0.6As]からなり、共振器スペーサー層301上に形成される。そして、n−GaAsおよびn−Al0.4Ga0.6Asの各々は、4nmの膜厚を有する。 The resonator spacer layer 301 is made of n-GaAs and is formed on the reflective layer 202. Superlattice structure layer 302, when a one cycle pairs n-GaAs / n-Al 0.4 Ga 0.6 As, four periods [n-GaAs / n-Al 0.4 Ga 0.6 As And is formed on the resonator spacer layer 301. Each of the n-GaAs and n-Al 0.4 Ga 0.6 As has thickness of 4 nm.

超格子構造膜302は、無秩序化された領域302A,302Cと、秩序化された領域302Bとからなる。領域302A,302Cの各々は、Gaイオンを注入した[n−GaAs/n−Al0.4Ga0.6As]の超格子構造膜からなり、領域302Bは、Gaイオンを注入していない[n−GaAs/n−Al0.4Ga0.6As]の超格子構造膜からなる。そして、領域302A,302Cの各々は、領域302Bの屈折率よりも低い屈折率を有する。また、領域302Bは、面内方向DR2において3μmの長さを有する。 The superlattice structure film 302 includes disordered regions 302A and 302C and an ordered region 302B. Region 302A, each 302C consists superlattice structure membrane was implanted Ga ions [n-GaAs / n-Al 0.4 Ga 0.6 As], region 302B is not implanted Ga ions [ consisting superlattice structure layer of n-GaAs / n-Al 0.4 Ga 0.6 As]. Each of the regions 302A and 302C has a refractive index lower than that of the region 302B. The region 302B has a length of 3 μm in the in-plane direction DR2.

共振器スペーサー層303は、n−GaAsからなり、超格子構造膜302上に形成される。活性層304は、GaInNAs/GaAsの対を一周期とした場合、3周期の[GaInNAs/GaAs]からなる多重量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層303上に形成される。そして、GaInNAsは、8nmの膜厚を有し、GaAsは、15nmの膜厚を有する。   The resonator spacer layer 303 is made of n-GaAs and is formed on the superlattice structure film 302. The active layer 304 has a multi-quantum well structure composed of [GaInNAs / GaAs] having three periods when a pair of GaInNAs / GaAs is defined as one period, and is formed on the resonator spacer layer 303. GaInNAs has a thickness of 8 nm, and GaAs has a thickness of 15 nm.

共振器スペーサー層305は、p−GaAsからなり、活性層304上に形成される。トンネル接合層306は、p−GaAs/n−GaAsからなり、共振器スペーサー層305上に形成される。この場合、p−GaAsが共振器スペーサー層305側に形成される。そして、p−GaAsおよびn−GaAsの各々の膜厚は、10nmであり、p−GaAsは、1×1020cm−3のCがドーピングされており、n−GaAsは、3×1019cm−3のSiがドーピングされている。 The resonator spacer layer 305 is made of p-GaAs and is formed on the active layer 304. The tunnel junction layer 306 is made of p + -GaAs / n + -GaAs and is formed on the resonator spacer layer 305. In this case, p + -GaAs is formed on the resonator spacer layer 305 side. Each film thickness of p + -GaAs and n + -GaAs is 10 nm, p + -GaAs is doped with C of 1 × 10 20 cm −3 , and n + -GaAs is 3 × 10 19 cm −3 of Si is doped.

トンネル接合層306は、無秩序化された領域306A,306Cと、秩序化された領域306Bとからなる。領域306A,306Cの各々は、Gaイオンを注入した[p−GaAs/n−GaAs]からなり、領域306Bは、Gaイオンを注入していない[p−GaAs/n−GaAs]からなる。 The tunnel junction layer 306 includes disordered regions 306A and 306C and ordered regions 306B. Each of the regions 306A and 306C is made of [p + -GaAs / n + -GaAs] implanted with Ga ions, and the region 306B is made of [p + -GaAs / n + -GaAs] not implanted with Ga ions. Become.

領域306A,306Cの各々は、トンネル接合の領域において、高濃度にドーピングした不純物(C,Si)が相互に拡散し、キャリア濃度が低下するため、トンネル接合が破壊されている。したがって、領域306A,306Cにおいては、pn逆バイアス接合により、電流が流れなくなり、電流阻止構造が形成される。   In each of the regions 306A and 306C, the impurity (C, Si) doped at a high concentration mutually diffuses in the region of the tunnel junction, and the carrier concentration decreases, so that the tunnel junction is broken. Therefore, in the regions 306A and 306C, no current flows due to the pn reverse bias junction, and a current blocking structure is formed.

その結果、電流は、無秩序化されていない領域306Bのトンネル接合の領域に狭窄されて活性層304に注入される。なお、領域306Bは、面内方向DR2において5μmの長さを有する。したがって、面発光レーザ素子100Bにおいては、トンネル接合層306の領域306Bは、超格子構造膜302の領域302Bよりも広くなっている。   As a result, current is confined in the region of the tunnel junction in the region 306B that is not disordered and injected into the active layer 304. The region 306B has a length of 5 μm in the in-plane direction DR2. Therefore, in the surface emitting laser element 100B, the region 306B of the tunnel junction layer 306 is wider than the region 302B of the superlattice structure film 302.

共振器スペーサー層307は、n−GaAsからなり、トンネル接合層306上に形成される。   The resonator spacer layer 307 is made of n-GaAs and is formed on the tunnel junction layer 306.

なお、面発光レーザ素子100Bにおいては、反射層202,208の各々を構成するn−GaAsおよびn−Al0.9Ga0.1Asの各々は、λ/4n(nは半導体層における屈折率)の膜厚を有する。 In the surface emitting laser element 100B, each of the n-GaAs and n-Al 0.9 Ga 0.1 As constituting each of the reflective layers 202 and 208 is λ 3 / 4n (n is the refraction in the semiconductor layer). Rate) film thickness.

面発光レーザ素子100Bにおいては、反射層202と反射層208との間隔は、発振波長(=1300nm)の3波長分の光学長になっており、反射層202,208によって挟まれた共振器スペーサー層301,303,305,307、超格子構造膜302、活性層304、およびトンネル接合層306は、共振器を構成する。   In the surface emitting laser element 100B, the distance between the reflective layer 202 and the reflective layer 208 is an optical length corresponding to three wavelengths of the oscillation wavelength (= 1300 nm), and the resonator spacer is sandwiched between the reflective layers 202 and 208. The layers 301, 303, 305, and 307, the superlattice structure film 302, the active layer 304, and the tunnel junction layer 306 constitute a resonator.

超格子構造膜302において、無秩序化された領域302A,302Cの各々は、秩序化された領域302Bの屈折率よりも低い屈折率を有するので、超格子構造膜302は、活性層304において発振した発振光を領域302A,302Cによって領域302Bに閉じ込めるとともに、発振光を領域302Bによって出射口208Aの方向へ通過させる。これによって、面発光レーザ素子100Bの横モードが安定化する。つまり、面発光レーザ素子100Bにおいて、高次発振モードが抑制され、単一の基本発振モードのみからなる発振光が放射される。   In the superlattice structure film 302, each of the disordered regions 302A and 302C has a refractive index lower than that of the ordered region 302B, so that the superlattice structure film 302 oscillates in the active layer 304. The oscillation light is confined in the region 302B by the regions 302A and 302C, and the oscillation light is passed through the region 302B in the direction of the emission port 208A. Thereby, the transverse mode of the surface emitting laser element 100B is stabilized. That is, in the surface emitting laser element 100B, the higher-order oscillation mode is suppressed, and oscillation light consisting of only a single fundamental oscillation mode is emitted.

また、超格子構造膜302は、[n−GaAs/n−Al0.4Ga0.6As]の周期構造からなり、活性層304は、[GaInNAs/GaAs]の多重量子井戸構造からなるので、超格子構造膜302は、活性層304のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する。したがって、超格子構造膜302は、活性層304で発振した発振光を吸収せず、損失の低い導波路構造を形成する。 The superlattice structure film 302 has a periodic structure of [n-GaAs / n-Al 0.4 Ga 0.6 As], and the active layer 304 has a multiple quantum well structure of [GaInNAs / GaAs]. The superlattice structure film 302 has a band gap larger than the band gap of the active layer 304. Therefore, the superlattice structure film 302 does not absorb the oscillation light oscillated in the active layer 304, and forms a waveguide structure with low loss.

トンネル接合層306の領域306A,306Cは、トンネル接合が破壊され、電流阻止構造を形成しているので、p側電極209から注入された電流が活性層304側へ流れるのを阻止し、電流が通過する領域を領域306Bに制限する。   The regions 306A and 306C of the tunnel junction layer 306 break the tunnel junction and form a current blocking structure. Therefore, the current injected from the p-side electrode 209 is prevented from flowing to the active layer 304 side, and the current flows. The passing area is limited to the area 306B.

面発光レーザ素子100Bにおいては、反射層202,208および活性層304以外の領域において、超格子構造膜302は、活性層304よりも基板201側に形成され、トンネル接合層306は、活性層304よりも出射口208A側に形成される。すなわち、超格子構造膜302およびトンネル接合層306は、反射層202,208および活性層304以外の領域において、相互に活性層304の反対側に形成される。   In the surface emitting laser element 100B, the superlattice structure film 302 is formed closer to the substrate 201 than the active layer 304 in a region other than the reflective layers 202 and 208 and the active layer 304, and the tunnel junction layer 306 is the active layer 304. Rather than the exit 208A side. That is, the superlattice structure film 302 and the tunnel junction layer 306 are formed on the opposite sides of the active layer 304 in regions other than the reflective layers 202 and 208 and the active layer 304.

そして、共振器スペーサー層301,303を1つの共振器スペーサー層と考え、共振器スペーサー層305,307を1つの共振器スペーサー層と考えた場合、超格子構造膜302およびトンネル接合層306は、共振器スペーサー層中に形成されることになる。   When the resonator spacer layers 301 and 303 are considered as one resonator spacer layer and the resonator spacer layers 305 and 307 are considered as one resonator spacer layer, the superlattice structure film 302 and the tunnel junction layer 306 are: It will be formed in the resonator spacer layer.

図9、図10および図11は、それぞれ、図8に示す面発光レーザ素子100Bの作製方法を示す第1から第3の工程図である。図9を参照して、一連の動作が開始されると、MOCVD法を用いて、反射層202、共振器スペーサー層301および超格子構造膜302を基板201上に順次積層する(図9の工程(a)参照)。   9, 10, and 11 are first to third process diagrams illustrating a method for manufacturing the surface-emitting laser element 100 </ b> B illustrated in FIG. 8, respectively. Referring to FIG. 9, when a series of operations starts, MOCVD is used to sequentially stack reflective layer 202, resonator spacer layer 301, and superlattice structure film 302 on substrate 201 (step of FIG. 9). (See (a)).

この場合、反射層202のn−GaAsおよびn−Al0.9Ga0.1Asをトリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、アルシン(AsH)およびセレン化水素(HSe)を原料として形成する。 In this case, n-GaAs and n-Al 0.9 Ga 0.1 As for the reflective layer 202 are replaced with trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), arsine (AsH 3 ), and hydrogen selenide (H 2 Se). Form as a raw material.

また、共振器スペーサー層301のn−GaAsをトリメチルガリウム(TMG)、アルシン(AsH)およびシラン(SiH)を原料として形成し、超格子構造膜302のn−GaAs/n−Al0.4Ga0.6Asをトリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、アルシン(AsH)およびシラン(SiH)を原料として形成する。 Further, n-GaAs of the resonator spacer layer 301 is formed using trimethyl gallium (TMG), arsine (AsH 3 ), and silane (SiH 4 ) as raw materials, and the n-GaAs / n-Al 0. 4 Ga 0.6 As is formed using trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), arsine (AsH 3 ), and silane (SiH 4 ) as raw materials.

その後、超格子構造膜302上にSiN膜320を形成し、その形成したSiN膜320上にパターンニングされたレジストパターン330を形成する(図9の工程(b)参照)。この場合、レジストパターン330は、直径が3μmである円形の形状を有する。   Thereafter, a SiN film 320 is formed on the superlattice structure film 302, and a patterned resist pattern 330 is formed on the formed SiN film 320 (see step (b) in FIG. 9). In this case, the resist pattern 330 has a circular shape with a diameter of 3 μm.

レジストパターン330を形成すると、その形成したレジストパターン330をマスクとして用いて、SiN膜320をエッチングにより除去し、さらに、レジストパターン330を除去する。これにより、SiN膜321が超格子構造膜302上に形成される。そして、SiN膜321をマスクとしてGaイオンをイオン注入し(図9の(c)参照)、引き続いて、700℃で熱処理してGaイオンを注入した領域の結晶性を回復する。そして、SiN膜321をエッチングにより除去すると、無秩序化された領域302A,302Cおよび秩序化された領域302Bが超格子構造膜302中に形成される(図9の(d)参照)。   When the resist pattern 330 is formed, the SiN film 320 is removed by etching using the formed resist pattern 330 as a mask, and the resist pattern 330 is further removed. Thereby, the SiN film 321 is formed on the superlattice structure film 302. Then, Ga ions are ion-implanted using the SiN film 321 as a mask (see FIG. 9C), and subsequently, heat treatment is performed at 700 ° C. to recover the crystallinity of the region into which Ga ions are implanted. Then, when the SiN film 321 is removed by etching, disordered regions 302A and 302C and ordered regions 302B are formed in the superlattice structure film 302 (see FIG. 9D).

次に、図10を参照して、図9に示す工程(d)が終了すると、MOCVD法により、共振器スペーサー層303、活性層304、共振器スペーサー層305およびトンネル接合層306を超格子構造膜302上に順次積層する(図10の(e)参照)。   Next, referring to FIG. 10, when step (d) shown in FIG. 9 is completed, the resonator spacer layer 303, the active layer 304, the resonator spacer layer 305, and the tunnel junction layer 306 are formed into a superlattice structure by MOCVD. The layers are sequentially stacked on the film 302 (see FIG. 10E).

この場合、共振器スペーサー層303のn−GaAsをトリメチルガリウム(TMG)、アルシン(AsH)およびシラン(SiH)を原料として形成し、活性層304のGaInNAsをトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMI)、ジメチルヒドラジン(DMH)およびアルシン(AsH)を原料として形成し、活性層304のGaAsをトリメチルガリウム(TMG)およびアルシン(AsH)を原料として形成する。 In this case, n-GaAs of the resonator spacer layer 303 is formed using trimethyl gallium (TMG), arsine (AsH 3 ), and silane (SiH 4 ) as raw materials, and GaInNAs of the active layer 304 is formed using trimethyl gallium (TMG), trimethyl indium. (TMI), dimethylhydrazine (DMH y ), and arsine (AsH 3 ) are formed as raw materials, and GaAs of the active layer 304 is formed using trimethyl gallium (TMG) and arsine (AsH 3 ) as raw materials.

また、共振器スペーサー層305のp−GaAsをトリメチルガリウム(TMG)、アルシン(AsH)および四臭化炭素(CBr)を原料として形成し、トンネル接合層306のp−GaAsをトリメチルガリウム(TMG)、アルシン(AsH)および四臭化炭素(CBr)を原料として形成し、トンネル接合層306のn−GaAsをトリメチルガリウム(TMG)、アルシン(AsH)およびシラン(SiH)を原料として形成する。 Further, p-GaAs of the resonator spacer layer 305 is formed using trimethyl gallium (TMG), arsine (AsH 3 ), and carbon tetrabromide (CBr 4 ) as raw materials, and p + -GaAs of the tunnel junction layer 306 is formed of trimethyl gallium. (TMG), arsine (AsH 3 ) and carbon tetrabromide (CBr 4 ) are used as raw materials, and n + -GaAs of the tunnel junction layer 306 is changed to trimethylgallium (TMG), arsine (AsH 3 ) and silane (SiH 4 ). ) As a raw material.

その後、トンネル接合層306上にSiN膜340を形成し、その形成したSiN膜340上にパターンニングされたレジストパターン350を形成する(図10の工程(f)参照)。この場合、レジストパターン350は、直径が5μmである円形の形状を有する。   Thereafter, a SiN film 340 is formed on the tunnel junction layer 306, and a patterned resist pattern 350 is formed on the formed SiN film 340 (see step (f) in FIG. 10). In this case, the resist pattern 350 has a circular shape with a diameter of 5 μm.

レジストパターン350を形成すると、その形成したレジストパターン350をマスクとして用いて、SiN膜340をエッチングにより除去し、さらに、レジストパターン350を除去する。これにより、SiN膜341がトンネル接合層306上に形成される。そして、SiN膜341をマスクとしてGaイオンをイオン注入し(図10の(g)参照)、引き続いて、アニール処理する。その後、SiN膜341をエッチングにより除去すると、無秩序化された領域306A,306Cおよび秩序化された領域306Bがトンネル接合層306中に形成される(図10の(h)参照)。   When the resist pattern 350 is formed, the SiN film 340 is removed by etching using the formed resist pattern 350 as a mask, and the resist pattern 350 is further removed. Thereby, the SiN film 341 is formed on the tunnel junction layer 306. Then, Ga ions are ion-implanted using the SiN film 341 as a mask (see (g) of FIG. 10), followed by annealing. Thereafter, when the SiN film 341 is removed by etching, disordered regions 306A and 306C and ordered regions 306B are formed in the tunnel junction layer 306 (see FIG. 10H).

図11を参照して、図10に示す工程(h)が終了すると、MOCVD法により、共振器スペーサー層307および反射層208をトンネル接合層306上に順次積層する(図11の(i)参照)。   Referring to FIG. 11, when step (h) shown in FIG. 10 is completed, resonator spacer layer 307 and reflective layer 208 are sequentially stacked on tunnel junction layer 306 by MOCVD (see FIG. 11 (i)). ).

この場合、共振器スペーサー層307のn−GaAsをトリメチルガリウム(TMG)、アルシン(AsH)およびシラン(SiH)を原料として形成し、反射層208のn−GaAsおよびn−Al0.9Ga0.1Asをトリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、アルシン(AsH)およびシラン(SiH)を原料として形成する。 In this case, n-GaAs of the resonator spacer layer 307 is formed using trimethyl gallium (TMG), arsine (AsH 3 ), and silane (SiH 4 ) as raw materials, and n-GaAs and n-Al 0.9 of the reflective layer 208 are formed. Ga 0.1 As is formed using trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), arsine (AsH 3 ), and silane (SiH 4 ) as raw materials.

そして、p側電極209を蒸着とリフトオフとによって反射層208上の一部に形成し、n側電極210を蒸着により基板201の裏面に形成する(図11の(j)参照)。これにより、面発光レーザ素子100Bが完成する。   Then, the p-side electrode 209 is formed on a part of the reflective layer 208 by vapor deposition and lift-off, and the n-side electrode 210 is formed on the back surface of the substrate 201 by vapor deposition (see (j) of FIG. 11). Thereby, the surface emitting laser element 100B is completed.

面発光レーザ素子100Bを発振させる場合、p側電極209およびn側電極210にリード線を接続し、電流をp側電極209から注入する。そうすると、面発光レーザ素子100Bにおいて、トンネル接合層306の領域306A,306Cは、p側電極209から注入された電流の通過領域を領域306Cに制限して電流を活性層304へ注入する。   When the surface emitting laser element 100B is oscillated, lead wires are connected to the p-side electrode 209 and the n-side electrode 210, and current is injected from the p-side electrode 209. Then, in the surface emitting laser element 100B, the regions 306A and 306C of the tunnel junction layer 306 limit the current passing region injected from the p-side electrode 209 to the region 306C and inject current into the active layer 304.

そして、活性層304に注入された電流が閾電流に達すると、活性層304において発振光が発生し、その発生した発振光は、反射層202,208で反射される。また、超格子構造膜302の領域302A,302Cは、発振光を領域302Bに閉じ込める。その結果、発振光は、単一モードで発振し、出射口208Aから放射される。   When the current injected into the active layer 304 reaches the threshold current, oscillation light is generated in the active layer 304, and the generated oscillation light is reflected by the reflection layers 202 and 208. In addition, the regions 302A and 302C of the superlattice structure film 302 confine the oscillation light in the region 302B. As a result, the oscillation light oscillates in a single mode and is radiated from the emission port 208A.

このように、面発光レーザ素子100Bにおいては、トンネル接合層306は、領域306A,306Cによって電流の注入領域を領域306Bに制限して電流を活性層304に注入し、超格子構造膜302は、活性層304において発振した発振光を領域302A,302Cによって領域302Bに閉じ込める。そして、無秩序化された領域302A,302C;306A,306Cは、活性層304および反射層202,208以外の領域に形成されているため、活性層304における欠陥密度の増加が抑制される。したがって、面発光レーザ素子100Bは、低閾電流で単一モードの発振光を発振できる。   Thus, in the surface emitting laser element 100B, the tunnel junction layer 306 restricts the current injection region to the region 306B by the regions 306A and 306C and injects the current into the active layer 304. The oscillation light oscillated in the active layer 304 is confined in the region 302B by the regions 302A and 302C. Since the disordered regions 302A and 302C; 306A and 306C are formed in regions other than the active layer 304 and the reflective layers 202 and 208, an increase in defect density in the active layer 304 is suppressed. Therefore, the surface emitting laser element 100B can oscillate single mode oscillation light with a low threshold current.

また、面発光レーザ素子100Bのトンネル接合層306の領域306Bは、超格子構造膜302の領域302Bよりも広くなるように形成されているため、面発光レーザ素子100Bの発光領域が広くなる。その結果、面発光レーザ素子100Bの発光強度を向上させることができる。   Further, since the region 306B of the tunnel junction layer 306 of the surface emitting laser element 100B is formed to be wider than the region 302B of the superlattice structure film 302, the light emitting region of the surface emitting laser element 100B is widened. As a result, the emission intensity of the surface emitting laser element 100B can be improved.

さらに、面発光レーザ素子100Bにおいては、反射層202と反射層208との間隔は、発振波長(=1300nm)の1波長分よりも長い3波長分に設定することを特徴としている。   Further, the surface emitting laser element 100B is characterized in that the interval between the reflective layer 202 and the reflective layer 208 is set to three wavelengths longer than one wavelength of the oscillation wavelength (= 1300 nm).

面発光レーザ素子100Bにおいては、活性層304が光定在波の腹に位置して位相整合するためには、共振器スペーサー層301,303,305,307、超格子構造膜302、活性層304およびトンネル接合層306からなる共振器の長さ(方向DR1における長さ)を発振波長(=1300nm)の光学距離の2分の1×自然数倍に設定する必要がある。そのため、面発光レーザ素子100Bにおいては、通常、共振器の長さは、発振波長(=1300nm)の光学距離の1倍に設定する。   In the surface-emitting laser element 100B, in order for the active layer 304 to be positioned at the antinode of the optical standing wave and phase-matched, the resonator spacer layers 301, 303, 305, and 307, the superlattice structure film 302, and the active layer 304 In addition, the length of the resonator formed of the tunnel junction layer 306 (length in the direction DR1) needs to be set to ½ × natural number times the optical distance of the oscillation wavelength (= 1300 nm). For this reason, in the surface emitting laser element 100B, the length of the resonator is normally set to one time the optical distance of the oscillation wavelength (= 1300 nm).

しかし、共振器の長さは、発振波長(=1300nm)の光学距離の2分の1×自然数倍に設定されていればよいので、共振器の長さを発振波長(=1300nm)の光学距離の1倍よりも長い距離に設定してもよい。これにより、共振器内において、超格子構造膜302およびトンネル接合層306を活性層304から遠ざけることが可能となり、イオン注入により超格子構造およびトンネル接合を無秩序化した場合、活性層304まで無秩序化されることがなく、活性層304における無効電流が抑制され、面発光レーザ素子100Bを低閾電流で動作させることができる。   However, since the length of the resonator only needs to be set to ½ × natural number times the optical distance of the oscillation wavelength (= 1300 nm), the length of the resonator is the optical wavelength of the oscillation wavelength (= 1300 nm). You may set the distance longer than 1 time of distance. As a result, the superlattice structure film 302 and the tunnel junction layer 306 can be moved away from the active layer 304 in the resonator, and when the superlattice structure and the tunnel junction are disordered by ion implantation, the active layer 304 is disordered. Therefore, the reactive current in the active layer 304 is suppressed, and the surface emitting laser element 100B can be operated with a low threshold current.

さらに、超格子構造膜302およびトンネル接合層306の一部の領域302A,302C;306A,306Cを無秩序化するために、キャリア濃度を増加させないGaイオンを用いている。したがって、領域302A,302C;306A,306Cのキャリア濃度を増加させないことにより、領域302A,302C;306A,306Cにおいて、自由キャリアによる光吸収損失が増加することがない。その結果、面発光レーザ素子100Bのスロープ効率が低下することがなく、高効率な面発光レーザ素子を作製できる。   Furthermore, in order to disorder the superlattice structure film 302 and some regions 302A and 302C; 306A and 306C of the tunnel junction layer 306, Ga ions that do not increase the carrier concentration are used. Therefore, by not increasing the carrier concentration in the regions 302A, 302C; 306A, 306C, the light absorption loss due to free carriers does not increase in the regions 302A, 302C; 306A, 306C. As a result, the slope efficiency of the surface emitting laser element 100B does not decrease, and a highly efficient surface emitting laser element can be manufactured.

なお、上記においては、Gaイオンを超格子構造膜302およびトンネル接合層306中へイオン注入して超格子構造膜302およびトンネル接合層306の無秩序化された領域302A,302C;306A,306Cを形成すると説明したが、この発明においては、これに限らず、アルゴン(Ar)およびクリプトン(Kr)等の電気的に不活性な元素またはアルミニウム(Al)、インジウム(In)、砒素(As)およびリン(P)等の結晶構成元素を超格子構造膜302およびトンネル接合層306中へイオン注入することによって無秩序化された領域302A,302C;306A,306Cを形成してもよい。   In the above, Ga ions are ion-implanted into the superlattice structure film 302 and the tunnel junction layer 306 to form disordered regions 302A and 302C; 306A and 306C of the superlattice structure film 302 and the tunnel junction layer 306. However, in the present invention, the present invention is not limited to this. An electrically inactive element such as argon (Ar) and krypton (Kr) or aluminum (Al), indium (In), arsenic (As), and phosphorus The disordered regions 302A and 302C; 306A and 306C may be formed by ion implantation of a crystal constituent element such as (P) into the superlattice structure film 302 and the tunnel junction layer 306.

この場合、イオン注入した元素は、アクセプターおよびドナーとして機能しないため、無秩序化された領域302A,302C;306A,306Cのキャリア濃度を増加させることがない。その結果、無秩序化された領域302A,302C;306A,306Cにおいて、自由キャリアによる光吸収損失が増加することがない。したがって、面発光レーザ素子100Bのスロープ効率が低下せず、高効率な面発光レーザ素子を作製できる。   In this case, since the ion-implanted element does not function as an acceptor and a donor, the carrier concentration of the disordered regions 302A and 302C; 306A and 306C is not increased. As a result, light absorption loss due to free carriers does not increase in the disordered regions 302A and 302C; 306A and 306C. Therefore, the slope efficiency of the surface emitting laser element 100B does not decrease, and a highly efficient surface emitting laser element can be manufactured.

また、上記においては、超格子構造膜302は、反射層202,208および活性層304以外の領域において、活性層304よりも基板201側に形成され、トンネル接合層306は、活性層304よりも出射口208A側に形成されると説明したが、この発明においては、これに限らず、超格子構造膜302は、反射層202,208および活性層304以外の領域において、活性層304よりも出射口208A側に形成され、トンネル接合層306は、活性層304よりも基板201側に形成されてもよい。   In the above description, the superlattice structure film 302 is formed closer to the substrate 201 than the active layer 304 in a region other than the reflective layers 202 and 208 and the active layer 304, and the tunnel junction layer 306 is more than the active layer 304. In the present invention, the superlattice structure film 302 is not limited to this, but the superlattice structure film 302 is emitted from the active layer 304 in a region other than the reflective layers 202 and 208 and the active layer 304. The tunnel junction layer 306 may be formed closer to the substrate 201 than the active layer 304.

この場合、超格子構造膜302の領域302Bの直径は、トンネル接合層306の領域306Bの直径よりも大きい値に設定される。   In this case, the diameter of the region 302B of the superlattice structure film 302 is set to a value larger than the diameter of the region 306B of the tunnel junction layer 306.

さらに、上記においては、活性層304は、GaInNAs/GaAsの多重量子井戸構造からなると説明したが、この発明においては、これに限らず、活性層304は、GaInNAs以外の、NとN以外のV族元素とを含む混晶半導体を用いて構成されていてもよい。   Further, in the above description, the active layer 304 has been described as having a GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure. However, the present invention is not limited to this, and the active layer 304 is not limited to GaInNAs but other than N and N. A mixed crystal semiconductor containing a group element may be used.

NとN以外のV族元素とを含む混晶半導体は、実施の形態1において説明した混晶半導体からなる。NとN以外のV族元素とを含む混晶半導体は、石英の光ファイバの伝送に適した1.3〜1.6μmの長波長帯のバンドギャップを有しており、GaAs等からなる障壁層との間で伝導帯の電子を井戸層に閉じ込めるときの障壁高さを300meV以上に高くすることができるため、活性層304からの電子のオーバーフローが抑制され、NとN以外のV族元素とを含む混晶半導体を活性層304に用いた面発光レーザ素子100Bは、良好な温度特性を有する。   The mixed crystal semiconductor containing N and a group V element other than N is made of the mixed crystal semiconductor described in the first embodiment. A mixed crystal semiconductor containing N and a group V element other than N has a band gap of a long wavelength band of 1.3 to 1.6 μm suitable for transmission through a quartz optical fiber, and is a barrier made of GaAs or the like. Since the barrier height when confining electrons in the conduction band between the layers to the well layer can be increased to 300 meV or more, overflow of electrons from the active layer 304 is suppressed, and V group elements other than N and N The surface emitting laser element 100B using the mixed crystal semiconductor containing as the active layer 304 has good temperature characteristics.

また、NとN以外のV族元素とを含む混晶半導体をGaAs基板上にエピタキシャル成長させることができるため、NとN以外のV族元素とを含む混晶半導体を活性層304に用いた面発光レーザ素子において、多層膜反射鏡として高反射率、かつ、熱伝導率に優れたGaAs/AlGaAs系(特に、GaAs/AlAs)の反射層を用いることができる。したがって、高性能な長波長帯の面発光レーザ素子を作製できる。   Further, since a mixed crystal semiconductor containing N and a group V element other than N can be epitaxially grown on a GaAs substrate, a surface using a mixed crystal semiconductor containing a group V element other than N and N for the active layer 304 is used. In the light-emitting laser element, a GaAs / AlGaAs-based (especially GaAs / AlAs) reflective layer having high reflectivity and excellent thermal conductivity can be used as a multilayer film reflecting mirror. Therefore, a high-performance long-wavelength surface emitting laser element can be manufactured.

なお、超格子構造膜302は、「光学層」を構成し、秩序化された領域302Bは、「光通過層」を構成し、無秩序化された領域302A,302Cは、「光閉込層」を構成する。   The superlattice structure film 302 constitutes an “optical layer”, the ordered region 302B constitutes a “light passage layer”, and the disordered regions 302A and 302C constitute “light confinement layers”. Configure.

また、秩序化された領域302Bは、「第1の超格子構造膜」を構成し、無秩序化された領域302A,302Cは、「第2の超格子構造膜」を構成する。   Further, the ordered region 302B constitutes a “first superlattice structure film”, and the disordered regions 302A and 302C constitute a “second superlattice structure film”.

さらに、トンネル接合層306は、「電流注入層」を構成し、領域306A,306Cは、「電流狭窄層」を構成し、領域306Cは、「電流通過層」を構成する。   Further, the tunnel junction layer 306 constitutes a “current injection layer”, the regions 306A and 306C constitute a “current confinement layer”, and the region 306C constitutes a “current passing layer”.

さらに、共振器スペーサー層301,303は、「第1の共振器スペーサー層」を構成し、共振器スペーサー層305,307は、「第2の共振器スペーサー層」を構成する。   Furthermore, the resonator spacer layers 301 and 303 constitute a “first resonator spacer layer”, and the resonator spacer layers 305 and 307 constitute a “second resonator spacer layer”.

その他は、実施の形態2と同じである。   Others are the same as in the second embodiment.

上述した実施の形態1から実施の形態3においては、「無秩序化された領域」および「秩序化された領域」という文言を用いているが、この発明においては、「無秩序化された領域」とは、超格子構造膜においては、電気的に不活性な元素または結晶構成元素が入ることにより超格子の周期性がくずれている領域を言い、トンネル接合層においては、電気的に不活性な元素または結晶構成元素が入ることによりトンネル接合が破壊されている領域を言う。   In the first to third embodiments described above, the terms “disordered region” and “ordered region” are used. In the present invention, the term “disordered region” is used. Is a region where the periodicity of the superlattice is broken due to the inclusion of an electrically inactive element or crystal constituent element in the superlattice structure film, and the electrically inactive element in the tunnel junction layer Or the area | region where the tunnel junction is destroyed by entering a crystal | crystallization constituent element.

また、この発明においては、「秩序化された領域」とは、超格子構造膜においては、電気的に不活性な元素または結晶構成元素が入っておらず、超格子の周期性が保持されている領域を言い、トンネル接合層においては、電気的に不活性な元素または結晶構成元素が入っておらず、トンネル接合により電流が流れている領域を言う。   In the present invention, the “ordered region” means that the superlattice structure film does not contain an electrically inactive element or a crystal constituent element, and the periodicity of the superlattice is maintained. In the tunnel junction layer, the region where no electrically inactive element or crystal constituent element is contained and current flows through the tunnel junction.

[応用例]
図12は、この発明による面発行レーザ素子を用いた光伝送システムの概略図である。図12を参照して、この発明による面発行レーザ素子を用いた光伝送システム400は、光送信モジュール410と、光受信モジュール420と、光ファイバケーブル430とを備える。
[Application example]
FIG. 12 is a schematic diagram of an optical transmission system using the surface emitting laser element according to the present invention. Referring to FIG. 12, an optical transmission system 400 using a surface emitting laser element according to the present invention includes an optical transmission module 410, an optical reception module 420, and an optical fiber cable 430.

光送信モジュール410は、駆動回路411と、面発光レーザ素子412とを含む。面発光レーザ素子412は、図8に示す面発光レーザ素子100Bからなる。光受信モジュール420は、受光素子421と、受信回路422とを含む。駆動回路411は、面発光レーザ素子412の活性層304に注入する電流を変調し、面発光レーザ素子412から出力されるレーザ光強度を変調する。   The optical transmission module 410 includes a drive circuit 411 and a surface emitting laser element 412. The surface emitting laser element 412 includes the surface emitting laser element 100B shown in FIG. The optical receiving module 420 includes a light receiving element 421 and a receiving circuit 422. The drive circuit 411 modulates the current injected into the active layer 304 of the surface emitting laser element 412 and modulates the intensity of the laser beam output from the surface emitting laser element 412.

面発光レーザ素子412は、駆動回路411からの駆動に従って、変調されたレーザ光強度を有する発振光を光ファイバケーブル430へ放射する。光ファイバケーブル430は、面発光レーザ素子412から放射された発振光を光信号として光受信モジュール420へ伝搬させる。   The surface emitting laser element 412 emits oscillation light having modulated laser light intensity to the optical fiber cable 430 in accordance with the driving from the driving circuit 411. The optical fiber cable 430 propagates the oscillation light emitted from the surface emitting laser element 412 to the optical reception module 420 as an optical signal.

光受信モジュール420の受光素子421は、光ファイバケーブル430によって伝搬された光信号を受光し、その受光した光信号を電気信号に変換する。そして、受光素子421は、その変換した電気信号を受信回路422へ出力する。受信回路422は、受光素子421から受けた電気信号に対して信号増幅および波形整形等を行ない、外部へ出力する。   The light receiving element 421 of the optical receiving module 420 receives the optical signal propagated by the optical fiber cable 430 and converts the received optical signal into an electrical signal. Then, the light receiving element 421 outputs the converted electric signal to the receiving circuit 422. The receiving circuit 422 performs signal amplification, waveform shaping, and the like on the electrical signal received from the light receiving element 421 and outputs the signal to the outside.

このようにして、光伝送システム400においては、光信号が光送信モジュール410から光ファイバケーブル430を介して光受信モジュール420へ伝搬され、光受信モジュール420において電気信号に変換されて光受信モジュール420の外部へ出力される。   In this way, in the optical transmission system 400, the optical signal is propagated from the optical transmission module 410 to the optical reception module 420 via the optical fiber cable 430, converted into an electrical signal in the optical reception module 420, and the optical reception module 420. Is output to the outside.

そして、光送信モジュール410は、光源として面発光レーザ素子412(=面発光レーザ素子100B)を備えている。面発光レーザ素子100Bは、上述したように、活性層304における無効電流が抑制されて低閾電流で動作し、かつ、単一の横モードで安定に動作する。したがって、低消費電力で、かつ、高い伝送信頼性を有する光伝送モジュールを形成することができる。また、光伝送システム400についても、低消費電力化および高伝送信頼性を実現できる。   The optical transmission module 410 includes a surface emitting laser element 412 (= surface emitting laser element 100B) as a light source. As described above, the surface emitting laser element 100B operates with a low threshold current with the reactive current in the active layer 304 suppressed, and operates stably in a single transverse mode. Therefore, an optical transmission module having low power consumption and high transmission reliability can be formed. Further, the optical transmission system 400 can also realize low power consumption and high transmission reliability.

なお、光伝送システム400においては、面発光レーザ素子412を面発光レーザ素子100,100Aのいずれかによって構成してもよい。   In the optical transmission system 400, the surface emitting laser element 412 may be configured by either the surface emitting laser element 100 or 100A.

また、図12においては、単チャネルの一方向通信の構成例を示すが、光伝送システム400は、双方向通信、並列伝送方式および波長分割多重伝送方式等の構成を採用することも可能である。   12 shows a configuration example of unidirectional communication of a single channel, the optical transmission system 400 can also adopt configurations such as bidirectional communication, a parallel transmission scheme, and a wavelength division multiplex transmission scheme. .

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.

この発明は、低閾電流、かつ、単一モードで動作可能な面発光レーザ素子に適用される。また、この発明は、低閾電流、かつ、単一モードで動作可能な面発光レーザ素子を備える光伝送モジュールに適用される。さらに、この発明は、低閾電流、かつ、単一モードで動作可能な面発光レーザ素子を備える光伝送システムに適用される。   The present invention is applied to a surface emitting laser element that can operate in a single mode with a low threshold current. In addition, the present invention is applied to an optical transmission module including a surface emitting laser element that can operate in a single mode with a low threshold current. Furthermore, the present invention is applied to an optical transmission system including a surface emitting laser element that can operate in a single mode with a low threshold current.

この発明の実施の形態1による面発光レーザ素子の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the surface emitting laser element by Embodiment 1 of this invention. 図1に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第1の工程図である。FIG. 3 is a first process diagram showing a method for manufacturing the surface emitting laser element shown in FIG. 1. 図1に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第2の工程図である。FIG. 6 is a second process diagram illustrating a method for manufacturing the surface emitting laser element illustrated in FIG. 1. 図1に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第3の工程図である。FIG. 6 is a third process diagram illustrating a method for manufacturing the surface emitting laser element illustrated in FIG. 1. 実施の形態2による面発光レーザ素子の概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view of a surface emitting laser element according to a second embodiment. FIG. 図5に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第1の工程図である。FIG. 6 is a first process chart showing a method for manufacturing the surface emitting laser element shown in FIG. 5. 図5に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第2の工程図である。FIG. 6 is a second process diagram showing a method for manufacturing the surface emitting laser element shown in FIG. 5. 実施の形態3による面発光レーザ素子の概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view of a surface emitting laser element according to Embodiment 3. FIG. 図8に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第1の工程図である。FIG. 9 is a first process chart showing a method for manufacturing the surface emitting laser element shown in FIG. 8. 図8に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第2の工程図である。FIG. 9 is a second process diagram illustrating a method of manufacturing the surface emitting laser element illustrated in FIG. 8. 図8に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第3の工程図である。FIG. 10 is a third process diagram illustrating a method of manufacturing the surface emitting laser element illustrated in FIG. 8. この発明による面発行レーザ素子を用いた光伝送システムの概略図である。It is the schematic of the optical transmission system using the surface emitting laser element by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100,100A,100B,412 面発光レーザ素子、101,201 基板、102,107,202,208 反射層、103,105,203,205,301,303,305,307 共振器スペーサー層、104,204,304 活性層、106,206,302 超格子構造膜、106A,106B,106C,108C,206A,206B,206C,207A,207B,207C,302A,302B,302C,306A,306B,306C 領域、107A,208A 出射口、108A,108B 高抵抗層、109,209 p側電極、110,210 n側電極、120,121,150,151,220,221,320,321,340,341 SiN膜、130,160,230,330,350 レジストパターン、140 ZnO膜、207,306 トンネル接合層、400 光伝送システム、410 光送信モジュール、411 駆動回路、420 光受信モジュール、421 受光素子、422 受信回路、430 光ファイバケーブル。   100, 100A, 100B, 412 Surface emitting laser element, 101, 201 substrate, 102, 107, 202, 208 reflective layer, 103, 105, 203, 205, 301, 303, 305, 307 Cavity spacer layer, 104, 204 , 304 active layer, 106, 206, 302 superlattice structure film, 106A, 106B, 106C, 108C, 206A, 206B, 206C, 207A, 207B, 207C, 302A, 302B, 302C, 306A, 306B, 306C region, 107A, 208A Outlet, 108A, 108B High resistance layer, 109,209 p-side electrode, 110, 210 n-side electrode, 120, 121, 150, 151, 220, 221, 320, 321, 340, 341 SiN film, 130, 160 , 230, 330, 350 Resist pattern, 140 ZnO film, 207,306 tunnel junction layer, 400 optical transmission system, 410 optical transmission module, 411 drive circuit, 420 optical reception module, 421 light receiving element, 422 reception circuit, 430 optical fiber cable.

Claims (21)

活性層と、
前記活性層を挟む共振器スペーサー層と、
前記活性層および前記共振器スペーサー層を挟み、前記活性層において発振した発振光を反射する反射層と、
電流が通過する領域を制限して前記活性層へ電流を注入する電流注入層と、
前記活性層および前記反射層以外の領域に設けられ、前記発振光の出射方向と略垂直な面内方向において前記発振光を前記活性層に注入される電流が通過する電流通過領域に閉じ込めるとともに、前記閉じ込めた発振光を出射口へ通過させる光学層とを備え、
前記光学層は、無秩序化された超格子構造膜を用いて前記発振光を前記電流通過領域に閉じ込める、面発光レーザ素子。
An active layer,
A resonator spacer layer sandwiching the active layer;
A reflective layer that sandwiches the active layer and the resonator spacer layer and reflects oscillation light oscillated in the active layer;
A current injection layer for injecting current into the active layer by limiting a region through which current passes;
Provided in a region other than the active layer and the reflective layer, confining the oscillation light in a current passing region through which the current injected into the active layer passes in an in-plane direction substantially perpendicular to the emission direction of the oscillation light, An optical layer that allows the confined oscillation light to pass through to an emission port;
The optical layer is a surface emitting laser element that confines the oscillation light in the current passing region using a disordered superlattice structure film.
前記光学層は、
前記電流通過領域に設けられ、秩序化された第1の超格子構造膜と、
前記面内方向において前記第1の超格子構造膜の外側に設けられ、無秩序化された第2の超格子構造膜とを含む、請求項1に記載の面発光レーザ素子。
The optical layer is
An ordered first superlattice structure film provided in the current passing region;
2. The surface-emitting laser device according to claim 1, further comprising a disordered second superlattice structure film provided outside the first superlattice structure film in the in-plane direction.
前記第1および第2の超格子構造膜の各々は、前記活性層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する、請求項2に記載の面発光レーザ素子。   3. The surface emitting laser element according to claim 2, wherein each of the first and second superlattice structure films has a band gap larger than a band gap of the active layer. 前記光学層は、前記活性層よりも前記出射口側に設けられる、請求項2または請求項3に記載の面発光レーザ素子。   The surface emitting laser element according to claim 2, wherein the optical layer is provided closer to the emission port than the active layer. 前記共振器スペーサー層は、
前記活性層に対して前記出射口と反対側に設けられた第1の共振器スペーサー層と、
前記活性層よりも前記出射口側に設けられた第2の共振器スペーサー層とからなり、
前記反射層は、
前記活性層に対して前記出射口と反対側に設けられた第1の反射層と、
前記活性層よりも前記出射口側に設けられた第2の反射層とからなり、
前記光学層は、前記第2の共振器スペーサー層と、前記第2の反射層との間に設けられる、請求項4に記載の面発光レーザ素子。
The resonator spacer layer is
A first resonator spacer layer provided on the opposite side of the emission port with respect to the active layer;
A second resonator spacer layer provided on the exit side of the active layer,
The reflective layer is
A first reflective layer provided on the side opposite to the exit port with respect to the active layer;
A second reflective layer provided on the exit side of the active layer,
The surface emitting laser element according to claim 4, wherein the optical layer is provided between the second resonator spacer layer and the second reflective layer.
前記電流注入層は、前記活性層よりも前記出射口側に設けられる、請求項4または請求項5に記載の面発光レーザ素子。   The surface emitting laser element according to claim 4, wherein the current injection layer is provided closer to the emission port than the active layer. 前記電流注入層は、前記第2の反射層中に設けられる、請求項6に記載の面発光レーザ素子。   The surface emitting laser element according to claim 6, wherein the current injection layer is provided in the second reflective layer. 前記電流注入層は、
前記第2の反射層と同じ抵抗を有する電流通過層と、
前記面内方向において前記電流通過層の外側に設けられ、前記電流通過層よりも大きい抵抗を有する電流狭窄層とからなる、請求項7に記載の面発光レーザ素子。
The current injection layer is
A current passing layer having the same resistance as the second reflective layer;
The surface emitting laser element according to claim 7, comprising a current confinement layer provided outside the current passage layer in the in-plane direction and having a larger resistance than the current passage layer.
前記電流注入層は、前記光学層と前記第2の反射層との間に設けられる、請求項6に記載の面発光レーザ素子。   The surface emitting laser element according to claim 6, wherein the current injection layer is provided between the optical layer and the second reflective layer. 前記電流注入層は、前記光学層に接して設けられる、請求項9に記載の面発光レーザ素子。   The surface emitting laser element according to claim 9, wherein the current injection layer is provided in contact with the optical layer. 前記電流注入層は、
トンネル接合により前記電流を前記活性層へ通過させる電流通過層と、
前記面内方向において前記電流通過層の外側に設けられ、p−n逆接合により前記電流の前記活性層への通過を制限する電流狭窄層とを含む、請求項9または請求項10に記載の面発光レーザ素子。
The current injection layer is
A current passing layer for passing the current to the active layer by a tunnel junction;
11. The current confinement layer according to claim 9, further comprising a current confinement layer provided outside the current passage layer in the in-plane direction and restricting the passage of the current to the active layer by a pn reverse junction. Surface emitting laser element.
前記電流注入層および前記光学層は、相互に前記活性層の反対側に設けられる、請求項2または請求項3に記載の面発光レーザ素子。   The surface emitting laser element according to claim 2, wherein the current injection layer and the optical layer are provided on opposite sides of the active layer. 前記電流注入層および前記光学層は、前記共振器スペーサー層中に設けられる、請求項12に記載の面発光レーザ素子。   The surface emitting laser element according to claim 12, wherein the current injection layer and the optical layer are provided in the resonator spacer layer. 前記共振器スペーサー層は、
前記活性層に対して前記出射口と反対側に設けられた第1の共振器スペーサー層と、
前記活性層よりも前記出射口側に設けられた第2の共振器スペーサー層とからなり、
前記電流注入層は、前記第1の共振器スペーサー層中に設けられ、
前記光学層は、前記第2の共振器スペーサー層中に設けられる、請求項13に記載の面発光レーザ素子。
The resonator spacer layer is
A first resonator spacer layer provided on the opposite side of the emission port with respect to the active layer;
A second resonator spacer layer provided on the exit side of the active layer,
The current injection layer is provided in the first resonator spacer layer;
The surface emitting laser element according to claim 13, wherein the optical layer is provided in the second resonator spacer layer.
前記電流注入層は、
トンネル接合により前記電流を前記活性層へ通過させる電流通過層と、
前記面内方向において前記電流通過層の外側に設けられ、p−n逆接合により前記電流の前記活性層への通過を制限する電流狭窄層とを含む、請求項14に記載の面発光レーザ素子。
The current injection layer is
A current passing layer for passing the current to the active layer by a tunnel junction;
The surface emitting laser element according to claim 14, further comprising: a current confinement layer provided outside the current passage layer in the in-plane direction and restricting the passage of the current to the active layer by a pn reverse junction. .
前記電流通過層の面積は、前記第1の超格子構造膜の面積よりも大きい、請求項15に記載の面発光レーザ素子。   The surface emitting laser element according to claim 15, wherein an area of the current passage layer is larger than an area of the first superlattice structure film. 前記第2の超格子構造膜は、電気的に不活性な元素または結晶構成元素を含む、請求項3から請求項16のいずれか1項に記載の面発光レーザ素子。   The surface emitting laser element according to any one of claims 3 to 16, wherein the second superlattice structure film includes an electrically inactive element or a crystal constituent element. 前記活性層の膜厚と前記共振器スペーサー層の膜厚との和は、前記発振光の1波長分よりも長い、請求項1から請求項17のいずれか1項に記載の面発光レーザ素子。   18. The surface emitting laser element according to claim 1, wherein the sum of the thickness of the active layer and the thickness of the resonator spacer layer is longer than one wavelength of the oscillation light. . 前記活性層は、窒素元素と、前記窒素元素以外のV族元素との両方を含む、請求項1から請求項18のいずれか1項に記載の面発光レーザ素子。   19. The surface emitting laser element according to claim 1, wherein the active layer includes both a nitrogen element and a group V element other than the nitrogen element. 請求項1から請求項19のいずれか1項に記載の面発光レーザ素子を備える光伝送モジュール。   An optical transmission module comprising the surface emitting laser element according to any one of claims 1 to 19. 請求項20に記載の光伝送モジュールを備える光伝送システム。   An optical transmission system comprising the optical transmission module according to claim 20.
JP2006041938A 2006-02-20 2006-02-20 Surface emitting laser element, optical transmission module including the same, and optical transmission system including the same Expired - Fee Related JP4896540B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006041938A JP4896540B2 (en) 2006-02-20 2006-02-20 Surface emitting laser element, optical transmission module including the same, and optical transmission system including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006041938A JP4896540B2 (en) 2006-02-20 2006-02-20 Surface emitting laser element, optical transmission module including the same, and optical transmission system including the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007221023A true JP2007221023A (en) 2007-08-30
JP4896540B2 JP4896540B2 (en) 2012-03-14

Family

ID=38497944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006041938A Expired - Fee Related JP4896540B2 (en) 2006-02-20 2006-02-20 Surface emitting laser element, optical transmission module including the same, and optical transmission system including the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4896540B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012256635A (en) * 2011-06-07 2012-12-27 Denso Corp Semiconductor laser and manufacturing method therefor

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62282482A (en) * 1986-05-30 1987-12-08 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor laser device
JPH114040A (en) * 1997-06-11 1999-01-06 Nec Corp Surface light-emitting laser
JPH11121867A (en) * 1997-08-15 1999-04-30 Fuji Xerox Co Ltd Surface emission type semiconductor laser
JP2000277853A (en) * 1999-03-26 2000-10-06 Tokyo Inst Of Technol Method for forming current constriction layer, and current constriction type surface emitting laser
JP2003069151A (en) * 2001-06-12 2003-03-07 Furukawa Electric Co Ltd:The Face light-emitting type semiconductor laser device
JP2004128482A (en) * 2002-08-06 2004-04-22 Ricoh Co Ltd Surface emitting semiconductor laser equipment, optical transmission module, and optical transmission system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62282482A (en) * 1986-05-30 1987-12-08 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor laser device
JPH114040A (en) * 1997-06-11 1999-01-06 Nec Corp Surface light-emitting laser
JPH11121867A (en) * 1997-08-15 1999-04-30 Fuji Xerox Co Ltd Surface emission type semiconductor laser
JP2000277853A (en) * 1999-03-26 2000-10-06 Tokyo Inst Of Technol Method for forming current constriction layer, and current constriction type surface emitting laser
JP2003069151A (en) * 2001-06-12 2003-03-07 Furukawa Electric Co Ltd:The Face light-emitting type semiconductor laser device
JP2004128482A (en) * 2002-08-06 2004-04-22 Ricoh Co Ltd Surface emitting semiconductor laser equipment, optical transmission module, and optical transmission system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012256635A (en) * 2011-06-07 2012-12-27 Denso Corp Semiconductor laser and manufacturing method therefor

Also Published As

Publication number Publication date
JP4896540B2 (en) 2012-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4034513B2 (en) Surface emitting laser device, optical module using the same, and optical system
JP4311610B2 (en) Surface emitting laser
JP4141172B2 (en) Surface emitting semiconductor laser device manufacturing method, surface emitting semiconductor laser device, and optical transmission system
JPH10145003A (en) Semiconductor laser and optical communication system using the same
JP2004281559A (en) Semiconductor light emitting device
JP2004327862A (en) Surface light emitting semiconductor laser and its manufacturing method
JP4602692B2 (en) Surface emitting laser and optical transmission system
JP2006261150A (en) Vertical resonator type surface-emitting semiconductor laser device, light-emitting system and optical transmission system
JPH11121864A (en) Surface emission laser and its manufacture
JP4896540B2 (en) Surface emitting laser element, optical transmission module including the same, and optical transmission system including the same
JP2004063634A (en) Semiconductor distributed bragg reflector, surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical communication system, and optical interconnection system
JP3712686B2 (en) Planar optical semiconductor device
JP2002252425A (en) Optical space transmission system using long-waveband surface light-emitting laser device
JP2002261400A (en) Laser, laser apparatus, and optical communication system
JP2006253340A (en) Surface emission laser element, manufacturing method thereof, surface emission laser array, electrophotographic system, optical communication system, and optical interconnection system
JP2007299895A (en) Surface emitted laser element, surface emitted laser array having the same, electronic photographing system having surface emitted laser element or surface emitted laser array, optical interconnection system having surface emitted laser element or surface emitted laser array, and optical communication system having surface emitted laser element or surface emitted laser array
JP2004207500A (en) Manufacturing method of surface emitting laser element
JP2004289112A (en) Semiconductor light emitting element, its manufacturing method, optical transmitting module, optical transmitting/receiving module, and optical communication system
JPS614291A (en) Surface light-emission laser
JP3627899B2 (en) Surface emitting semiconductor laser, optical communication module and parallel information processing apparatus using the same
JP2002289967A (en) Surface emitting type semiconductor laser and its manufacturing method
JP2004288789A (en) Method for manufacturing surface-emitting semiconductor laser element, crystal growing apparatus, surface-emitting semiconductor laser element using them, optical transmitting module using surface-emitting semiconductor laser element, optical transmitting/receiving module, and optical communication system
JP3223969B2 (en) Semiconductor laser
JP2005011995A (en) Semiconductor light emitting element, optical transmitting module, optical transmitting/receiving module, and optical communication system
JP2005347482A (en) Surface emitting laser, emitting laser array, optical transmission module, optical propagation module and optical communication system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090128

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20090730

RD05 Notification of revocation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425

Effective date: 20090909

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110104

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110202

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110401

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111220

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111221

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4896540

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150106

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees