JP2007273849A - Vertical cavity surface-emitting laser - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vertical cavity surface-emitting laser which has a confinement structure of a mechanically-stable strength to confine a current. <P>SOLUTION: The vertical cavity surface-emitting laser comprises a medium layer containing a pair of reflecting mirrors 102, 107 and an active later 104 between these reflecting mirrors on a substrate. A confinement structure 105 which confines a current composed of empty holes is produced in a medium layer 106 adjacent to either mirror of the reflecting mirrors. At that time, the medium layer including the active layer can be composed of GaN, AlN, InN or a mixed crystal of GaN, AlN and InN. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、垂直共振器型面発光レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser:VCSEL)に関するものである。   The present invention relates to a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL).

垂直共振器型面発光レーザは、低閾値、低消費電力、スポット形状が円形で光学素子とのカップリングが容易、アレイ化が可能などの様々な利点を持ち、1980年代後半から盛んに研究されてきている。
この垂直共振器型面発光レーザには、注入する電流を利得媒質の狭範囲に集中させ、閾値を下げるための電流狭窄構造が一般的に設けられる。
また、この狭窄構造は、電流と同時に共振光も狭窄構造内部に閉じこめる、いわゆる光導波路のような役割も同時に果たす場合が多い。
従って、それら光閉じ込め効果によっても閾値が下がり、また発振光のモード制御なども行うことができる。
The vertical cavity surface emitting laser has various advantages such as low threshold, low power consumption, circular spot shape, easy coupling with optical elements, and arrayable, and has been actively researched since the late 1980s. It is coming.
This vertical cavity surface emitting laser is generally provided with a current confinement structure for concentrating the injected current in a narrow range of the gain medium and lowering the threshold value.
In many cases, this constriction structure also serves as a so-called optical waveguide, in which resonance light is confined inside the constriction structure simultaneously with current.
Therefore, the threshold is lowered by the light confinement effect, and the mode control of the oscillation light can be performed.

このような垂直共振器型面発光レーザの狭窄構造では、従来よりGaAs/AlGaAs系の材料において、素子中にAl23などの絶縁性の酸化物層による狭窄層を設ける技術が知られている。
しかしながら、上記の狭窄層は、結晶成長の際あらかじめAlAs層など素子を構成する他の材料よりもAl組成の高い層をはさみ、それらを選択酸化することにより形成される。
このため、他のAlGaN層とAl23の格子不整合によるひずみや、Al23となったことによる体積の収縮などにより、素子に欠陥が発生したり、酸化後の工程で素子が壊れるなど信頼性が低下するという課題を有していた。
In such a constriction structure of a vertical cavity surface emitting laser, a technique for providing a constriction layer of an insulating oxide layer such as Al 2 O 3 in an element in a GaAs / AlGaAs-based material has been conventionally known. Yes.
However, the constriction layer is formed by sandwiching a layer having a higher Al composition than other materials constituting the element, such as an AlAs layer, in advance during crystal growth, and selectively oxidizing them.
Therefore, distortion or due to lattice mismatch another AlGaN layer and the Al 2 O 3, such as by volume shrinkage due to become Al 2 O 3, defects may occur in the element, the element in the process after oxidation It had the subject that reliability fell, such as breaking.

このようなことから、例えば、特許文献1ではエアーギャップを用いた狭窄構造を有する面発光レーザが提案されている。
これはメサに加工した通常の垂直共振器型面発光レーザに、AlAs層を選択サイドエッチングしエアーギャップの狭窄構造を形成するというものである。
特開2005−93704号公報
For this reason, for example, Patent Document 1 proposes a surface emitting laser having a constricted structure using an air gap.
In this method, a normal vertical cavity surface emitting laser processed into a mesa is subjected to selective side etching of an AlAs layer to form a narrowed structure of an air gap.
JP 2005-93704 A

しかしながら、素子のサイドエッチングによるエアーギャップ狭窄構造は、狭窄構造の中心数μmΦの領域のみで素子を支えていることから、狭窄部分の機械的強度の点で必ずしも満足の得られるものではなく、さらなる向上が望まれる。   However, since the air gap constriction structure by side etching of the element supports the element only in the region of the center number μmΦ of the constriction structure, it is not always satisfactory in terms of the mechanical strength of the constriction part. Improvement is desired.

本発明は、上記課題に鑑み、機械的強度の安定した、電流を閉じ込めるための狭窄構造を有する垂直共振器型面発光レーザを提供することを目的とするものである。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a vertical cavity surface emitting laser having a constricted structure for confining current with stable mechanical strength.

本発明は上記課題を解決するため、次のように構成した垂直共振器型面発光レーザを提供するものである。
本発明の垂直共振器型面発光レーザは、1対の反射ミラーと、これらの反射ミラー間に設けられた活性層を含む媒質層とを、基板上に有する垂直共振器型面発光レーザにおいて、
前記1対の反射ミラーの一方と隣接する前記媒質層内に、空孔によって構成された電流を閉じ込めるための狭窄構造を有することを特徴とする。
また、本発明の垂直共振器型面発光レーザは、前記活性層を含む媒質層が、GaN、AlN、InNあるいはこれらの混晶で構成されていることを特徴とする。また、本発明の垂直共振器型面発光レーザは、前記活性層を含む媒質層が、GaAs、AlAs、GaP、InPあるいはこれらの混晶で構成されていることを特徴とする。
また、本発明の垂直共振器型面発光レーザは、前記1対の反射ミラーの少なくとも一方が、光の共振方向と垂直な方向に対して屈折率の周期構造を有していることを特徴とする。
また、本発明の垂直共振器型面発光レーザは、前記空孔が前記基板と平行な平面内で薄いリング形状を有することを特徴とする。
また、本発明の垂直共振器型面発光レーザは、前記空孔が前記薄いリング形状に異方性を持たせた形状を有することを特徴とする。
また、本発明の垂直共振器型面発光レーザは、前記空孔が光の共振方向に広がりのある立体的な形状を有することを特徴とする。
また、本発明の垂直共振器型面発光レーザは、前記空孔が活性層を含む媒質層に対し超短パルスレーザによる内部加工によって形成された空孔であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides a vertical cavity surface emitting laser configured as follows.
The vertical cavity surface emitting laser of the present invention is a vertical cavity surface emitting laser having a pair of reflecting mirrors and a medium layer including an active layer provided between the reflecting mirrors on a substrate.
The medium layer adjacent to one of the pair of reflecting mirrors has a constriction structure for confining a current formed by holes.
In the vertical cavity surface emitting laser according to the present invention, the medium layer including the active layer is composed of GaN, AlN, InN, or a mixed crystal thereof. In the vertical cavity surface emitting laser of the present invention, the medium layer including the active layer is composed of GaAs, AlAs, GaP, InP, or a mixed crystal thereof.
The vertical cavity surface emitting laser according to the present invention is characterized in that at least one of the pair of reflecting mirrors has a periodic structure having a refractive index with respect to a direction perpendicular to a light resonance direction. To do.
The vertical cavity surface emitting laser of the present invention is characterized in that the holes have a thin ring shape in a plane parallel to the substrate.
The vertical cavity surface emitting laser of the present invention is characterized in that the holes have a shape in which the thin ring shape has anisotropy.
Also, the vertical cavity surface emitting laser of the present invention is characterized in that the holes have a three-dimensional shape spreading in the resonance direction of light.
The vertical cavity surface emitting laser of the present invention is characterized in that the holes are holes formed by internal processing with an ultrashort pulse laser in a medium layer including an active layer.

本発明によれば、機械的強度の安定した、電流を閉じ込めるための狭窄構造を有する垂直共振器型面発光レーザを実現することができる。   According to the present invention, it is possible to realize a vertical cavity surface emitting laser having a constricted structure for confining current with stable mechanical strength.

本発明の実施の形態によれば、面発光レーザ素子において、電流狭窄および光閉じ込め構造をエアーギャップにより構成し、該エアーギャップ構造を1対の反射ミラーの一方と隣接する媒質層内に空孔によって形成する構造(中空構造)を採ることができる。   According to the embodiment of the present invention, in the surface emitting laser element, the current confinement and the optical confinement structure are constituted by the air gap, and the air gap structure is formed in the medium layer adjacent to one of the pair of reflection mirrors. The structure formed by (hollow structure) can be taken.

つぎに、本発明の実施の形態における垂直共振器型面発光レーザについて説明する。図1に、その基本構成を説明する模式的断面図を示す。
図1において、101は基板、102、107はそれぞれ下部、上部共振器ミラー、103、106はそれぞれ下部、上部クラッド層、104は活性層、105はエアーギャップ電流狭窄構造である。
本実施の形態における垂直共振器型面発光レーザの基本的な構造は、通常の垂直共振器型面発光レーザと同様の構造を採る。
まず、1対の共振器ミラーとその内部の利得領域により構成される共振器を基板上に有し、電流注入のための電極(不図示)を有している。
そして、ミラー部を含めた共振器内のいずれかの位置に、注入電流を利得領域の狭範囲に閉じ込めるための電流狭窄構造を有している。
その際、本実施の形態においては、前記1対の反射ミラーの一方と隣接する媒質層内に、空孔によって構成された電流および光を閉じ込める狭窄構造が形成される。
Next, a vertical cavity surface emitting laser according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the basic configuration.
In FIG. 1, 101 is a substrate, 102 and 107 are lower and upper resonator mirrors, 103 and 106 are lower and upper cladding layers, 104 is an active layer, and 105 is an air gap current confinement structure.
The basic structure of the vertical cavity surface emitting laser in the present embodiment is the same as that of a normal vertical cavity surface emitting laser.
First, a resonator constituted by a pair of resonator mirrors and a gain region therein is provided on a substrate, and an electrode (not shown) for current injection is provided.
A current confinement structure for confining the injected current in a narrow range of the gain region is provided at any position in the resonator including the mirror portion.
At this time, in this embodiment, a constriction structure for confining current and light formed by holes is formed in the medium layer adjacent to one of the pair of reflection mirrors.

つぎに、本実施の形態のエアーギャップ型狭窄構造について説明する。
本実施の形態のエアーギャップ型狭窄構造は、電流を利得領域の狭い範囲に集中させ電流狭窄を行うと同時に、共振器中に屈折率差による導波路構造を形成し、共振光を閉じ込める光狭窄の役割も果たしている。
このエアーギャップ構造の好ましい様態に関して、さらに説明する。
エアーギャップ構造は、酸化狭窄構造に対して屈折率が低いため、体積が大きいと発振が多モード化しやすい。従って、体積は大きすぎない方が好ましい。
また、狭窄構造を活性層から離すことで、光閉じ込めの効果を減らすことができるため、ある程度活性層からも離れていることが好ましい。
しかし、狭窄構造が活性層から離れるほど、本来の電流狭窄効果が失われるため、離す距離に関しては、電流拡散長から決まる電流閉じ込めの効果との兼ね合いで考える必要がある。
Next, the air gap type constriction structure of the present embodiment will be described.
The air gap type confinement structure of this embodiment performs current confinement by concentrating current in a narrow range of the gain region, and at the same time, forms a waveguide structure based on a refractive index difference in the resonator to confine the resonance light. Also plays a role.
The preferred embodiment of the air gap structure will be further described.
Since the air gap structure has a lower refractive index than that of the oxidized constriction structure, if the volume is large, oscillation tends to become multimode. Therefore, it is preferable that the volume is not too large.
Further, since the effect of optical confinement can be reduced by separating the constriction structure from the active layer, it is preferable that the confinement structure is separated from the active layer to some extent.
However, since the current confinement effect is lost as the constriction structure is further away from the active layer, it is necessary to consider the separation distance in consideration of the current confinement effect determined by the current diffusion length.

電流拡散長が小さな材料ほど、狭窄構造が活性層と離れていても、電流狭窄の効果が損なわれないため好ましい。
電流拡散長が短い材料には、例えば半導体のGaN(<1μm/μm、p型)がある。数値は、(拡散長)/(電流の流れる距離)を意味する。
狭窄構造設計指針としては、可能な限り狭窄構造の厚さ(光の共振方向)を小さくし、その上で、電流狭窄効果を損なわない程度に狭窄構造を活性層と離して設置するという方法をとる。
また、エアーギャップの形状を制御することで、電流および光狭窄以外の機能を付加することもできる。
例えば、ギャップの形状を基板に平行な面内で異方的な形状にすることで、偏波の制御を行う方法や、あるいは層状ではなく立体的な形状とすることで電流注入効率を向上させるなどの方法を採ることができる。これらの詳細は、後の実施例において説明する。
A material having a smaller current diffusion length is preferable because the effect of current confinement is not impaired even if the constriction structure is separated from the active layer.
An example of a material having a short current diffusion length is semiconductor GaN (<1 μm / μm, p-type). The numerical value means (diffusion length) / (current flow distance).
As a guideline for the design of the constriction structure, a method of reducing the thickness of the constriction structure (light resonance direction) as much as possible and then disposing the constriction structure away from the active layer so as not to impair the current confinement effect. Take.
In addition, functions other than current and light constriction can be added by controlling the shape of the air gap.
For example, the current injection efficiency is improved by making the shape of the gap anisotropic in a plane parallel to the substrate, or by controlling the polarization, or by using a three-dimensional shape instead of a layered shape. It is possible to adopt such a method. These details will be described in later examples.

本発明の実施の形態の面発光レーザにおける共振器を構成する活性層としては、通常の垂直共振器型面発光レーザで用いられている、ダブルへテロ構造、多重量子井戸構造、量子ドット構造、等を直接適用することができる。
さらに、Ti:Sapphire、YAG(Yittrium Aluminum Garnet)などの固体利得媒質をそのまま用いることができる。
また、L=活性層厚+クラッド層厚の共振器長+ミラーによる位相シフト×λ/2π(実効的共振器長、λは共振光の波長)は、NL=(n/2)λとなるように設計する。Nは共振器の平均屈折率、nは任意の正の整数である。
また、活性層の位置がそれぞれの共振器において、定在波の腹の位置に来るように設計することが好ましい。
As an active layer constituting the resonator in the surface emitting laser according to the embodiment of the present invention, a double hetero structure, a multiple quantum well structure, a quantum dot structure, which are used in a normal vertical cavity surface emitting laser, Etc. can be applied directly.
Further, a solid gain medium such as Ti: Sapphire or YAG (Yittrium Aluminum Garnet) can be used as it is.
Further, L = active layer thickness + cladding layer thickness resonator length + mirror phase shift × λ / 2π (effective resonator length, λ is the wavelength of resonance light) is NL = (n / 2) λ. To design. N is the average refractive index of the resonator, and n is an arbitrary positive integer.
Moreover, it is preferable to design so that the position of the active layer comes to the position of the antinode of the standing wave in each resonator.

また、本発明の実施の形態の面発光レーザにおける共振器を構成するミラーは、いくつかの種類のものの中から適用することが可能である。
例えば、通常の垂直共振器型面発光レーザに使用されることの多いDBR(Distributed Bragg Reflection)ミラー、または共振器内の共振光に垂直な方向に屈折率の周期構造が設けられたミラー、等の適用が可能である。
後者の屈折率周期構造は、1次元または2次元的なもののどちらでもよい。このような屈折率周期構造に、面と垂直な方向から光を入射させることによりミラーとして機能することが知られている。
本発明の実施の形態においては、上記のミラーのいずれか一方を二枚、またはそれらを一枚ずつなど任意の組み合わせを採ることができる。
Moreover, the mirror which comprises the resonator in the surface emitting laser of embodiment of this invention can be applied from several types.
For example, a DBR (Distributed Bragg Reflection) mirror often used for a normal vertical cavity surface emitting laser, or a mirror provided with a periodic structure of refractive index in a direction perpendicular to the resonant light in the resonator, etc. Can be applied.
The latter refractive index periodic structure may be one-dimensional or two-dimensional. It is known to function as a mirror by making light incident on such a refractive index periodic structure from a direction perpendicular to the surface.
In the embodiment of the present invention, any one of the above-described mirrors, such as two, or one of them can be employed.

つぎに、本発明の実施の形態の垂直共振器型面発光レーザを構成する材料について説明する。
まず、共振器内部の材料(クラッド層+活性層)であるが、様々な種類の半導体および誘電体を用いることが可能である。
半導体では、例えば以下の材料が適用できる。
GaAs、AlGaAs、AlGaInP、GaInAsP、GaInNAs、GaN、AlN、InNなどのIII−V族半導体である。さらに、これらの材料を構成する元素の任意の割合で含む混晶が適用できる。さらに、ZnSe、CdS、ZnOなどのII−VI族半導体およびそれらを構成する元素の任意の割合の混晶なども適用できる。
また、誘電体では、Ti:Sapphire、YAG(Yittrium Aluminum Garnet)などの固体レーザ媒質なども用いることができる。
クラッドおよび活性層には、以上の媒質を任意に組み合わせることが可能である。
ただし、電流注入により動作させるためには、共振器内部構造を構成する媒質は半導体であることが好ましい。
半導体の場合には、通常クラッド層には+極側がp型半導体、−極側がn型半導体、活性層がノンドープ半導体が用いられる。
Next, materials constituting the vertical cavity surface emitting laser according to the embodiment of the present invention will be described.
First, regarding the material inside the resonator (cladding layer + active layer), various types of semiconductors and dielectrics can be used.
In the semiconductor, for example, the following materials can be applied.
III-V group semiconductors such as GaAs, AlGaAs, AlGaInP, GaInAsP, GaInNAs, GaN, AlN, and InN. Furthermore, mixed crystals containing any ratio of elements constituting these materials can be applied. Furthermore, II-VI group semiconductors such as ZnSe, CdS, and ZnO and mixed crystals of any proportion of the elements constituting them can also be applied.
As the dielectric, a solid laser medium such as Ti: Sapphire or YAG (Yittrium Aluminum Garnet) can be used.
The above medium can be arbitrarily combined with the cladding and the active layer.
However, in order to operate by current injection, the medium constituting the resonator internal structure is preferably a semiconductor.
In the case of a semiconductor, the cladding layer usually uses a p-type semiconductor on the positive electrode side, an n-type semiconductor on the negative electrode side, and a non-doped semiconductor on the active layer.

また、ミラーを構成する材料は、上に挙げた半導体、Au、Ag、Crなどの金属、SiO2、TiO2、HfO2、Al23、Nb25、CeO2などの誘電体を用いることが可能である。または、ITO(Indium Tin Oxide) 、SnO2、In23などの導電性酸化物などあらゆる材料を任意に組み合わせて使用することができる。
しかし、ミラーを通じ電流注入により発振させる場合には、半導体、金属または導電性の酸化物であることが好ましい。
また、上に挙げた以外のレーザの構成材料に関しても、金属、半導体、誘電体、導電性酸化物のあらゆるものを用いることができるが、前述したような電流注入により発振する素子とするには半導体、金属または導電性酸化物であることが好ましい。
The material constituting the mirror is the above-mentioned semiconductor, metal such as Au, Ag, Cr, or dielectric such as SiO 2 , TiO 2 , HfO 2 , Al 2 O 3 , Nb 2 O 5 , or CeO 2. It is possible to use. Alternatively, any materials such as conductive oxides such as ITO (Indium Tin Oxide), SnO 2 , and In 2 O 3 can be used in any combination.
However, when oscillating by current injection through a mirror, it is preferably a semiconductor, metal or conductive oxide.
In addition to laser materials other than those listed above, any of metals, semiconductors, dielectrics, and conductive oxides can be used. A semiconductor, metal, or conductive oxide is preferable.

また、活性層104へのキャリア注入手段としては、例えば、アノード、カソード一対の電極を有し、該電極からの電流注入により、活性層へのキャリア注入を行う方法を採ることができる。
電極については、通常のVCSELにおいて用いられているようなリング電極を用いたり、円形、矩形など様々な形状の電極を用いることができる。
電極の材質については、電極を形成する部位のレーザ素子材料に依存する。
例えば、n型GaAsにはAu−Ge−Ni、Au−Sn、p型GaAsにはAu−Zn、In−Znなどの材料を使用することができる。
また、ITOなどの透明電極を用いることもできる。特に、素子の発光面上にリング電極以外の電極を形成する場合には、発振波長に対して透明な電極を用いることが望ましい。
As a means for injecting carriers into the active layer 104, for example, a method of having a pair of electrodes of an anode and a cathode and injecting carriers into the active layer by injecting current from the electrodes can be employed.
As the electrode, a ring electrode used in a normal VCSEL can be used, and electrodes having various shapes such as a circle and a rectangle can be used.
About the material of an electrode, it depends on the laser element material of the site | part which forms an electrode.
For example, materials such as Au—Ge—Ni and Au—Sn can be used for n-type GaAs, and Au—Zn and In—Zn can be used for p-type GaAs.
A transparent electrode such as ITO can also be used. In particular, when an electrode other than the ring electrode is formed on the light emitting surface of the element, it is desirable to use an electrode that is transparent to the oscillation wavelength.

本発明の実施の形態の垂直共振器型面発光レーザは、つぎのような作製プロセスを用いて作製することができる。
すなわち、本発明の実施の形態の垂直共振器型面発光レーザは、大部分を公知の垂直共振器型面発光レーザの作製プロセスを用いて作製することができる。
その中で、エアーギャップの狭窄構造に関して、素子内部に中空構造を形成するため、通常の垂直共振器型面発光レーザとは異なった作製法を用いることになる。
そうした技術として、例えば、フェムト秒レーザ等の超短パルスレーザによる、透明体の内部加工などを用いることができる。
この技術によれば、レーザ光に対して透明な媒質中に中空構造を制御性よく作製することができるため、サイドエッチングの技術を用いずに、エアーギャップの狭窄構造を作製することができる。
本実施の形態においては、このような技術を用い、上部クラッド層106にエアーギャップ電流狭窄構造105が形成されている。
The vertical cavity surface emitting laser according to the embodiment of the present invention can be manufactured using the following manufacturing process.
That is, most of the vertical cavity surface emitting lasers according to the embodiments of the present invention can be manufactured using a known vertical cavity surface emitting laser manufacturing process.
Among them, regarding the narrowed structure of the air gap, a manufacturing method different from that of a normal vertical cavity surface emitting laser is used to form a hollow structure inside the element.
As such a technique, for example, internal processing of a transparent body by an ultrashort pulse laser such as a femtosecond laser can be used.
According to this technique, a hollow structure can be produced with good controllability in a medium that is transparent to laser light, so that a narrow structure of an air gap can be produced without using a side etching technique.
In the present embodiment, the air gap current confinement structure 105 is formed in the upper clad layer 106 using such a technique.

以下に、本発明の実施例について説明する。
[実施例1]
実施例1においては、本発明を適用して構成した垂直共振器型面発光レーザについて説明する。
図2に、本実施例における垂直共振器型面発光レーザの中心部を通り基板に対して垂直方向の模式的断面図を示す。
図2において、201は基板、202は下部共振器ミラー、203は下部共振器クラッド層、204は活性層、205は狭窄構造、206は上部共振器クラッド層、207は上部共振器ミラー、208はn側電極、209はp側電極である。201の基板はGaAs基板であり、共振器は以下のように構成されている。202、207の下部、上部共振器ミラーは、それぞれ、n型、p型Al0.5Ga0.5As/Al0.93Ga0.07As DBRミラー、204の活性層はAlInGaP/GaInPの多重量子井戸構造である。
また、205の狭窄構造は、埋め込みエアーギャップ狭窄構造層、203、206の下部、上部クラッド層は、それぞれn型、p型(Al0.5In0.50.5Ga0.5Pである。
208、209のn側、p側電極はそれぞれAu−Ge−Ni、Au−Znである。
Examples of the present invention will be described below.
[Example 1]
In Example 1, a vertical cavity surface emitting laser configured by applying the present invention will be described.
FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view in the direction perpendicular to the substrate through the central portion of the vertical cavity surface emitting laser in the present embodiment.
In FIG. 2, 201 is a substrate, 202 is a lower resonator mirror, 203 is a lower resonator cladding layer, 204 is an active layer, 205 is a constricted structure, 206 is an upper resonator cladding layer, 207 is an upper resonator mirror, and 208 is An n-side electrode 209 is a p-side electrode. The substrate 201 is a GaAs substrate, and the resonator is configured as follows. The lower and upper resonator mirrors 202 and 207 have n-type and p-type Al 0.5 Ga 0.5 As / Al 0.93 Ga 0.07 As DBR mirrors, and the active layer 204 has an AlInGaP / GaInP multiple quantum well structure.
Also, the constriction structure 205 is a buried air gap constriction structure layer, and the lower and upper clad layers of 203 and 206 are n-type and p-type (Al 0.5 In 0.5 ) 0.5 Ga 0.5 P, respectively.
The n-side and p-side electrodes 208 and 209 are Au—Ge—Ni and Au—Zn, respectively.

本実施例における面発光レーザは、670nmの赤色で発光する半導体レーザである。以下に、各部位に関して詳しく説明する。
上部、下部共振器ミラーとなっているDBRミラーであるが、Al0.5Ga0.5As(低屈折率層)/Al0.93Ga0.07As(高屈折率層)が、上部、下部それぞれ38ペア、70ペアずつで構成されている。
各層の厚さは、光路長にして発振波長のλ/4となる。本実施例では、それぞれ48nm、50nmである。
活性層の量子井戸構造は、3層の量子井戸層から成り、厚さが6nmである。上部クラッド層、下部クラッド層の厚さはそれぞれ500nmである。
DBRミラー間の距離(=共振器長)は、1050nmであり、発振波長に対して5.5波長共振器となっている。
The surface emitting laser in this example is a semiconductor laser that emits red light of 670 nm. Hereinafter, each part will be described in detail.
The DBR mirrors are the upper and lower resonator mirrors, and Al 0.5 Ga 0.5 As (low refractive index layer) / Al 0.93 Ga 0.07 As (high refractive index layer) are 38 pairs and 70 pairs, respectively. It consists of one by one.
The thickness of each layer is λ / 4 of the oscillation wavelength in terms of the optical path length. In this embodiment, they are 48 nm and 50 nm, respectively.
The quantum well structure of the active layer is composed of three quantum well layers and has a thickness of 6 nm. The thicknesses of the upper cladding layer and the lower cladding layer are each 500 nm.
The distance between DBR mirrors (= resonator length) is 1050 nm, which is a 5.5 wavelength resonator with respect to the oscillation wavelength.

つぎに、本実施例における狭窄構造について説明する。
図3に、本実施例における面発光レーザを示す図2のa−b線に沿って基板と平行方向に切った時の断面図を示す。
図3において、301は狭窄部の中心構造、302はエアーギャップ狭窄層、303は狭窄構造外部分である。
本実施例のエアーギャップ狭窄構造において、電流は主に301の狭窄構造中心を流れる。
また、上述したように、共振光に対して導波路として働く。本実施例では、共振光がシングルモードで発振するよう、断面積は3μmΦと小さくしてある。
また、狭窄構造の外周部の径は18μmΦ、メサの径は20μmΦである。
さらに、エアーギャップ狭窄構造の、素子における光共振に対して平行方向の厚さおよび、活性層からの位置について説明する。上述したような理由から、エアーギャップ構造の厚さ(光の共振方向)と、活性層からの距離は2つを同時に考え最適化する必要がある。
本実施例においては、エアーギャップの厚さは40nm、またp型(Al0.5In0.50.5Ga0.5Pの電流拡散長は〜1μm/μmと短いことから、活性層からの距離は400nmと遠ざけている。
Next, the constriction structure in the present embodiment will be described.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the surface emitting laser according to the present embodiment taken along a line ab in FIG. 2 in a direction parallel to the substrate.
In FIG. 3, 301 is the central structure of the constriction, 302 is the air gap constriction layer, and 303 is the outer portion of the constriction structure.
In the air gap constriction structure of this embodiment, the current mainly flows through 301 constriction structure centers.
Further, as described above, it acts as a waveguide for the resonant light. In this embodiment, the cross-sectional area is made as small as 3 μmΦ so that the resonant light oscillates in a single mode.
The diameter of the outer periphery of the constriction structure is 18 μmΦ, and the diameter of the mesa is 20 μmΦ.
Further, the thickness of the air gap constriction structure in the direction parallel to the optical resonance in the element and the position from the active layer will be described. For the reasons described above, it is necessary to optimize the thickness of the air gap structure (light resonance direction) and the distance from the active layer at the same time.
In this embodiment, the thickness of the air gap is 40 nm, and the current diffusion length of p-type (Al 0.5 In 0.5 ) 0.5 Ga 0.5 P is as short as ˜1 μm / μm, so the distance from the active layer should be kept at 400 nm. ing.

本実施例における面発光レーザはつぎのようにして作製される。
まず、GaAs基板上に通常の結晶成長により、下部DBRミラーから上部DBRミラーまでの共振器構造を一括して作製する。これは通常のVCSEL素子の作製工程と同様のものを用いることができる。
エアーギャップの狭窄構造については、超短パルスレーザを用いた透明体の内部加工技術により作製することができる。
本実施例においては、フェムト秒Ti:Sappireレーザを再生増幅したパルスレーザを用いる。
それを集光レンズで集光し、集光点での光密度を高くして所望の領域に中空構造を形成する。
サンプルの移動は、ステージ上に素子を乗せ、ピエゾアクチュエータによる制御で行い、サンプルの移動によりレーザ光を走査することで任意の形状の中空構造を形成することができる。
本実施例においては、図3に示すような、厚さが非常に薄いリング状の中空構造を形成する。最後に、p電極Au−Ge−Niは蒸着により、n電極Au−Znはスパッタにより形成する。
The surface emitting laser in this example is manufactured as follows.
First, a resonator structure from the lower DBR mirror to the upper DBR mirror is manufactured collectively by normal crystal growth on a GaAs substrate. This can be the same as the manufacturing process of a normal VCSEL element.
The narrowing structure of the air gap can be manufactured by an internal processing technique of a transparent body using an ultrashort pulse laser.
In the present embodiment, a pulse laser obtained by reproducing and amplifying a femtosecond Ti: Sappire laser is used.
This is condensed by a condenser lens, and the light density at the focal point is increased to form a hollow structure in a desired region.
The sample can be moved by placing an element on the stage and controlled by a piezo actuator, and a laser beam can be scanned by moving the sample to form a hollow structure of any shape.
In this embodiment, a ring-shaped hollow structure having a very thin thickness as shown in FIG. 3 is formed. Finally, the p electrode Au—Ge—Ni is formed by vapor deposition, and the n electrode Au—Zn is formed by sputtering.

また、中空構造を形成する際、基板の裏面につながる微小径の円柱状の空洞構造を形成する(図2には不図示)ようにしてもよい。
この空洞構造が、素子内部への空洞形成の際排出される不要物質(いわゆる削りかす)の排気口として機能する。
この空洞は、素子の基板裏面にレーザ光を集光させレーザの活性層方向に走査し、中空構造を形成する領域に到達するまで操作することで形成することができる。
本実施例におけるレーザ素子に通電すると、発振して赤色光を放射する。
設けられたエアーギャップ狭窄構造により、注入電流を活性層の狭範囲に集中させることができるとともに、機械的強度に優れたレーザ素子を得ることができる。
Further, when forming the hollow structure, a cylindrical hollow structure with a small diameter connected to the back surface of the substrate may be formed (not shown in FIG. 2).
This cavity structure functions as an exhaust port for unnecessary substances (so-called shavings) discharged when the cavity is formed inside the device.
This cavity can be formed by condensing laser light on the back surface of the substrate of the device, scanning in the direction of the active layer of the laser, and operating until reaching the region where the hollow structure is formed.
When the laser element in this embodiment is energized, it oscillates and emits red light.
The provided air gap constriction structure makes it possible to concentrate the injection current in a narrow range of the active layer and to obtain a laser element having excellent mechanical strength.

[実施例2]
実施例2においては、上部共振器ミラーに2次元のフォトニック結晶を用いた構成例について説明する。
図4に、本実施例の構成例を説明する図を示す。
図4(a)は本実施例における垂直共振器型面発光レーザの中心部を通り基板に対して垂直方向の模式的断面図である。
また、図4(b)は上部共振器ミラーを面に垂直方向より見た図である。図4において、401は基板、402は下部共振器ミラー、403は下部共振器クラッド層、404は活性層である。
また、405は狭窄構造、406は上部共振器クラッド層、407は上部共振器ミラー高屈折率層、408は上部共振器ミラー低屈折率媒質、409はn側電極、410はp側電極である。
本実施例においては、上部共振器ミラー、p側電極以外の素子構造および材料はすべて実施例1と同様であるため、それら2つに関してのみ説明する。
[Example 2]
In the second embodiment, a configuration example using a two-dimensional photonic crystal for the upper resonator mirror will be described.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of this embodiment.
FIG. 4A is a schematic cross-sectional view in the direction perpendicular to the substrate passing through the central portion of the vertical cavity surface emitting laser in the present example.
FIG. 4B is a view of the upper resonator mirror as viewed from the direction perpendicular to the surface. In FIG. 4, 401 is a substrate, 402 is a lower resonator mirror, 403 is a lower resonator cladding layer, and 404 is an active layer.
Reference numeral 405 denotes a constriction structure, 406 denotes an upper resonator cladding layer, 407 denotes an upper resonator mirror high refractive index layer, 408 denotes an upper resonator mirror low refractive index medium, 409 denotes an n-side electrode, and 410 denotes a p-side electrode. .
In the present embodiment, since the element structure and materials other than the upper resonator mirror and the p-side electrode are all the same as those in the first embodiment, only those two will be described.

まず、上部共振器ミラーについて説明する。
本実施例ではAl0.5Ga0.5Asの上部共振器ミラー高屈折率層407に、ITO(Indium Tin Oxide )による円柱状の上部共振器ミラー低屈折率媒質408を周期的に導入した2次元のフォトニック結晶を用いている。該低屈折率媒質は四角格子状に配列している。図には模式的に十数周期のフォトニック結晶が描かれているが、実際にはおよそ80周期のフォトニック結晶が形成されている。
2次元のフォトニック結晶は、その面に対して垂直に入射した光に対して、ある波長では100%のミラーとして振舞うことが知られており、本実施例ではこの性質を利用している。以下、この上部共振器ミラーのことをフォトニック結晶ミラーと呼ぶことにする。
First, the upper resonator mirror will be described.
In this embodiment, a two-dimensional photo in which a cylindrical upper resonator mirror low refractive index medium 408 made of ITO (Indium Tin Oxide) is periodically introduced into an Al 0.5 Ga 0.5 As upper resonator mirror high refractive index layer 407. Nick crystals are used. The low refractive index media are arranged in a square lattice shape. The figure schematically shows a photonic crystal having a dozen cycles, but actually a photonic crystal having about 80 cycles is formed.
It is known that a two-dimensional photonic crystal behaves as a 100% mirror at a certain wavelength with respect to light incident perpendicularly to the surface. In this embodiment, this property is used. Hereinafter, this upper resonator mirror is referred to as a photonic crystal mirror.

上記フォトニック結晶ミラーの格子パラメータは、周期250nm、空孔半径40nm、厚さ250nmである。
また、本実施例においては、上部共振器ミラーがフォトニック結晶ミラーになったことから、電極から狭窄構造までの距離が約350nmと、実施例1に比べ非常に薄くなっている。
従って、電流が狭窄構造中心部へ十分に供給されない可能性があるため、本実施例ではリング電極ではなく、ITOによる透明電極をミラー全面に形成している。
The lattice parameters of the photonic crystal mirror are a period of 250 nm, a hole radius of 40 nm, and a thickness of 250 nm.
In this embodiment, since the upper resonator mirror is a photonic crystal mirror, the distance from the electrode to the constriction structure is about 350 nm, which is much thinner than that of the first embodiment.
Therefore, since there is a possibility that current is not sufficiently supplied to the central portion of the constriction structure, a transparent electrode made of ITO, not a ring electrode, is formed on the entire mirror surface in this embodiment.

本実施例では、フォトニック結晶ミラーの付近に狭窄構造を設けたことで、フォトニック結晶に対して上部クラッド層の屈折率差を、狭窄構造がない場合よりも大きくすることができる。
フォトニック結晶ミラーの反射特性は、一般にミラーと隣接する層との屈折率差が大きい方が安定であり、反射率も高くなる傾向がある。従って、この狭窄構造を設けることにより、ミラーの反射特性を向上させることができる。
フォトニック結晶ミラーの反射特性は、狭窄構造がミラーに近くなる程向上するが、先述したとおり、狭窄構造が活性層から離れる程、すなわちミラーに近くなる程電流狭窄の効果は低くなるため、両者の性能を合わせて考える必要がある。
In this embodiment, by providing the constriction structure in the vicinity of the photonic crystal mirror, the refractive index difference of the upper clad layer with respect to the photonic crystal can be made larger than that without the constriction structure.
The reflection characteristics of a photonic crystal mirror are generally more stable and have a higher reflectance as the refractive index difference between the mirror and the adjacent layer is larger. Therefore, by providing this constriction structure, the reflection characteristics of the mirror can be improved.
The reflection characteristics of the photonic crystal mirror improve as the constriction structure becomes closer to the mirror, but as described above, the effect of current confinement becomes lower as the constriction structure is further away from the active layer, that is, closer to the mirror. It is necessary to think together with the performance of.

本実施例におけるレーザ素子の製造方法は、フォトニック結晶ミラーおよび電極を形成する工程以外は、実施例1と同様である。
まず、上部クラッド層を形成するまでは、実施例1と同様に形成する。
その上にフォトニック結晶層を形成し、EBリソグラフィーとCl2系ガスを用いたICPドライエッチングにより空孔の周期パターンを形成する。
さらにその上より、ITO透明電極膜をスパッタリングする。
この際、ITOはフォトニック結晶ミラーの空孔に侵入し、上部共振器ミラー低屈折率媒質となる。
この後、電流狭窄構造形成およびn電極スパッタのプロセスは実施例1と同様である。
The manufacturing method of the laser element in this example is the same as that in Example 1 except for the step of forming the photonic crystal mirror and the electrode.
First, it is formed in the same manner as in Example 1 until the upper cladding layer is formed.
A photonic crystal layer is formed thereon, and a periodic pattern of holes is formed by EB lithography and ICP dry etching using a Cl 2 gas.
Further, an ITO transparent electrode film is sputtered from above.
At this time, ITO penetrates into the holes of the photonic crystal mirror and becomes an upper resonator mirror low refractive index medium.
Thereafter, the process of forming the current confinement structure and the n-electrode sputtering are the same as in the first embodiment.

[実施例3]
実施例3においては、狭窄構造が上記各実施例と異なる形態を適用した構成例について説明する。
図5に、本実施例の構成例を説明する図を示す。
本実施例において、狭窄構造以外の素子構成、材料に関しては、実施例1と同様のため、狭窄構造についてのみ説明する。従って、レーザ素子の中心部を通り基板に対して垂直方向の断面構成も、実施例1と同様であるため省略する。
図5に、本実施例を説明するためのデバイスの狭窄構造の位置における基板に平行な模式的断面図を示す。
図5において、501は狭窄部の中心構造、502はエアーギャップ狭窄構造、503は狭窄構造突出部、504は狭窄構造外部分である。
[Example 3]
In the third embodiment, a configuration example in which the constriction structure is different from the above embodiments will be described.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of this embodiment.
In this embodiment, the element configuration and materials other than the constriction structure are the same as those in the first embodiment, and therefore only the constriction structure will be described. Therefore, the cross-sectional configuration in the direction perpendicular to the substrate passing through the central portion of the laser element is also the same as that of the first embodiment, and is therefore omitted.
FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view parallel to the substrate at the position of the constriction structure of the device for explaining the present embodiment.
In FIG. 5, reference numeral 501 denotes the central structure of the constriction, 502 is the air gap constriction structure, 503 is the constriction structure protrusion, and 504 is the outer portion of the constriction structure.

本実施例におけるエアーギャップ狭窄構造は、実施例1の狭窄構造の外側をさらに中空加工し、形状に異方性を持たせたものになっている。
ただし、狭窄構造502の外周部は実施例1より2μm小さく16μmである。光の共振方向の厚さは、実施例1と同様となっている。
また、503狭窄構造突出部の曲率半径は5μmであり、突出部の最外部がメサの外壁から1μmの位置に来るように作製されている。
The air gap constriction structure in the present embodiment is such that the outside of the constriction structure of the first embodiment is further hollowed to give the shape anisotropy.
However, the outer peripheral portion of the constriction structure 502 is 16 μm which is 2 μm smaller than that of the first embodiment. The thickness of the light in the resonance direction is the same as in the first embodiment.
Further, the radius of curvature of the projecting portion of the 503 constriction structure is 5 μm, and the outermost portion of the projecting portion is formed at a position of 1 μm from the outer wall of the mesa.

本実施例のように、エアーギャップ構造を基板に平行な面内方向に関して異方的に形成することにより、共振光の感じる屈折率差に異方性を持たせることができる。
このような場合、ある一方向の直線偏光のみが安定となり発振する。従って、本実施例のような構成をとることにより、発振光の偏光を制御できる。
ただし、エアーギャップ構造に持たせる異方性は、基板に平行な面内において、互いに直交する2方向間の屈折率の差が最も大きくなるように採ることが好ましい。
従って上の条件を満たしていれば、本実施例において採ることのできるエアーギャップ構造の異方性としては、他にもいくつか考えられる。
例えば、エアーギャップ構造全体を楕円にする、またエアーギャップ構造断面を長方形とするなどの形状も可能である。
また、実施例1のエアーギャップ構造に対して、別の微小な中空構造を狭窄構造外部分に形成するようにしてもよい。
本実施例におけるレーザ素子の製造方法は、実施例1と同様であり、狭窄構造はレーザによる描画パターンを調整することで形成する。
By forming the air gap structure anisotropically in the in-plane direction parallel to the substrate as in this embodiment, anisotropy can be imparted to the refractive index difference sensed by the resonant light.
In such a case, only one direction of linearly polarized light becomes stable and oscillates. Therefore, the polarization of the oscillation light can be controlled by adopting the configuration as in this embodiment.
However, the anisotropy imparted to the air gap structure is preferably taken so that the difference in refractive index between two directions orthogonal to each other is the largest in a plane parallel to the substrate.
Therefore, as long as the above conditions are satisfied, there are several other possible anisotropies of the air gap structure that can be adopted in this embodiment.
For example, the air gap structure as a whole may be elliptical, or the air gap structure may have a rectangular cross section.
In addition to the air gap structure of the first embodiment, another minute hollow structure may be formed in the outer portion of the narrowed structure.
The manufacturing method of the laser element in this example is the same as that in Example 1, and the constriction structure is formed by adjusting the drawing pattern by the laser.

[実施例4]
実施例4においては、狭窄構造に上記各実施例と異なる形態を適用した構成例について説明する。
本実施例において、狭窄構造以外の素子構成、材料に関しては、実施例1と同様のため、狭窄構造についてのみ説明する。
図6に、本実施例の構成例を説明する図を示す。
図6において、601は基板、602は下部共振器反射ミラー、603は下部共振器クラッド層、604は活性層である。
また、605は狭窄構造、606は上部共振器クラッド層、607は上部共振器反射ミラー、608はn側電極、609はp側電極である。
図6のa−b線における基板と平行な方向の断面図に関しては、狭窄構造の内径が異なるのみで、構成は図3と同様である。
[Example 4]
In the fourth embodiment, a configuration example in which a different form from the above embodiments is applied to the constriction structure will be described.
In this embodiment, the element configuration and materials other than the constriction structure are the same as those in the first embodiment, and therefore only the constriction structure will be described.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of this embodiment.
In FIG. 6, reference numeral 601 denotes a substrate, 602 denotes a lower resonator reflecting mirror, 603 denotes a lower resonator clad layer, and 604 denotes an active layer.
Reference numeral 605 denotes a constriction structure, 606 denotes an upper resonator cladding layer, 607 denotes an upper resonator reflection mirror, 608 denotes an n-side electrode, and 609 denotes a p-side electrode.
Regarding the cross-sectional view taken along the line ab in FIG. 6 in the direction parallel to the substrate, the configuration is the same as FIG. 3 except that the inner diameter of the constriction structure is different.

本実施例におけるレーザ素子においても、狭窄構造を除いたデバイス構成、材料は実施例1と同様であるため、狭窄構造についてのみ説明する。
本実施例では、狭窄構造は薄い平面ではなく図のようにデバイスの共振方向にも広がりのある立体的な形状をしている。
具体的には図6にあるように、狭窄構造の断面積がp側電極に近づくにつれて漸減している。
このため、注入電流をより効率よく捕らえることができ、活性層へ供給できるようになっている。
ただし、本実施例においては、狭窄構造の体積が実施例1、2に比べて大きいため、共振光に対する実効的な屈折率差も大きくなる。このため、シングルモードで発振させるためには、より狭窄構造の中心系を小さくする必要がある。
本実施例では、狭窄構造の中心径(一番径が狭まっている部位)1.5μmである。
本実施例の素子の製造方法に関しては、実施例1と同様であり、狭窄構造はレーザによる描画パターンを調整することで形成する。
Also in the laser element in this example, since the device configuration and materials excluding the constriction structure are the same as those in Example 1, only the constriction structure will be described.
In this embodiment, the constriction structure is not a thin plane, but has a three-dimensional shape that extends in the resonance direction of the device as shown in the figure.
Specifically, as shown in FIG. 6, the cross-sectional area of the constriction structure gradually decreases as it approaches the p-side electrode.
Therefore, the injected current can be captured more efficiently and supplied to the active layer.
However, in this embodiment, since the volume of the constriction structure is larger than those in Embodiments 1 and 2, the effective refractive index difference with respect to the resonant light is also increased. For this reason, in order to oscillate in the single mode, it is necessary to make the central system of the constriction structure smaller.
In this example, the central diameter of the stenosis structure (the part where the diameter is the narrowest) is 1.5 μm.
The device manufacturing method of this embodiment is the same as that of Embodiment 1, and the constriction structure is formed by adjusting the drawing pattern by the laser.

以上の実施例1〜4の構成は例示的なものであり、本発明の垂直共振器型面発光レーザにおける構造材料、大きさ、形状などの諸条件は、以上の実施例によって何ら限定されるものではない。   The configurations of the first to fourth embodiments are exemplary, and various conditions such as the structural material, size, and shape of the vertical cavity surface emitting laser of the present invention are limited by the above embodiments. It is not a thing.

本発明の実施の形態における垂直共振器型面発光レーザの基本構成を説明するための模式的断面図。1 is a schematic cross-sectional view for explaining a basic configuration of a vertical cavity surface emitting laser according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例1における垂直共振器型面発光レーザの構成例を示す模式的断面図。1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a vertical cavity surface emitting laser according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例1における垂直共振器型面発光レーザの狭窄構造部分を示す模式的断面図。1 is a schematic cross-sectional view showing a constriction structure portion of a vertical cavity surface emitting laser according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例2における上部共振器ミラーに2次元のフォトニック結晶を用いた垂直共振器型面発光レーザの構成例を説明する図。(a)は基板に対して垂直方向の模式的断面図、(b)は上部共振器ミラーを面に垂直方向より見た図。The figure explaining the structural example of the vertical cavity surface emitting laser which used the two-dimensional photonic crystal for the upper cavity mirror in Example 2 of this invention. (A) is typical sectional drawing of the orthogonal | vertical direction with respect to a board | substrate, (b) is the figure which looked at the upper resonator mirror from the perpendicular | vertical direction to the surface. 本発明の実施例3におけるデバイスの狭窄構造の構成例を説明するための模式的断面図。The typical sectional view for explaining the example of composition of the constriction structure of the device in Example 3 of the present invention. 本発明の実施例4におけるデバイスの狭窄構造の構成例を説明するための模式的断面図。Typical sectional drawing for demonstrating the structural example of the constriction structure of the device in Example 4 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

101:基板
102:下部共振器ミラー
103:下部クラッド層
104:活性層
105:エアーギャップ電流狭窄構造
106:上部クラッド層
107:上部共振器ミラー
201:基板
202:下部共振器ミラー
203:下部共振器クラッド層
204:活性層
205:狭窄構造
206:上部共振器クラッド層
207:上部共振器ミラー
208:n側電極
209:p側電極
301:狭窄部の中心構造
302:エアーギャップ狭窄層
303:狭窄構造外部分
401:基板
402:下部共振器ミラー
403:下部共振器クラッド層
404:活性層
405:狭窄構造
406:上部共振器クラッド層
407:上部共振器ミラー高屈折率層
408:上部共振器ミラー低屈折率媒質
409:n側電極
410:p側電極
501:狭窄部の中心構造
502:エアーギャップ狭窄構造
503:狭窄構造突出部
504:狭窄構造外部分
601:基板
602:下部共振器反射ミラー
603:下部共振器クラッド層
604:活性層
605:狭窄構造
606:上部共振器クラッド層
607:上部共振器反射ミラー
608:n側電極
609:p側電極
101: Substrate 102: Lower resonator mirror 103: Lower clad layer 104: Active layer 105: Air gap current confinement structure 106: Upper clad layer 107: Upper resonator mirror 201: Substrate 202: Lower resonator mirror 203: Lower resonator Clad layer 204: Active layer 205: Constriction structure 206: Upper resonator clad layer 207: Upper resonator mirror 208: N-side electrode 209: P-side electrode 301: Center structure of constriction portion 302: Air gap constriction layer 303: Constriction structure External portion 401: Substrate 402: Lower resonator mirror 403: Lower resonator cladding layer 404: Active layer 405: Narrowing structure 406: Upper resonator cladding layer 407: Upper resonator mirror high refractive index layer 408: Upper resonator mirror low Refractive index medium 409: n-side electrode 410: p-side electrode 501: central structure of constriction 502: air Cap constriction structure 503: Constriction structure protrusion 504: Constriction structure outer part 601: Substrate 602: Lower resonator reflection mirror 603: Lower resonator cladding layer 604: Active layer 605: Constriction structure 606: Upper resonator cladding layer 607: Upper part Resonator reflection mirror 608: n-side electrode 609: p-side electrode

Claims (8)

1対の反射ミラーと、これらの反射ミラー間に設けられた活性層を含む媒質層とを、基板上に有する垂直共振器型面発光レーザにおいて、
前記1対の反射ミラーの一方と隣接する前記媒質層内に、空孔によって構成された電流を閉じ込めるための狭窄構造を有することを特徴とする垂直共振器型面発光レーザ。
In a vertical cavity surface emitting laser having a pair of reflecting mirrors and a medium layer including an active layer provided between the reflecting mirrors on a substrate,
A vertical cavity surface emitting laser characterized by having a constriction structure for confining a current formed by holes in the medium layer adjacent to one of the pair of reflecting mirrors.
前記活性層を含む媒質層が、GaN、AlN、InNあるいはこれらの混晶で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の垂直共振器型面発光レーザ。   2. The vertical cavity surface emitting laser according to claim 1, wherein the medium layer including the active layer is composed of GaN, AlN, InN, or a mixed crystal thereof. 前記活性層を含む媒質層が、GaAs、AlAs、GaP、InP、あるいはこれらの混晶で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の垂直共振器型面発光レーザ。   2. The vertical cavity surface emitting laser according to claim 1, wherein the medium layer including the active layer is made of GaAs, AlAs, GaP, InP, or a mixed crystal thereof. 前記1対の反射ミラーの少なくとも一方が、光の共振方向と垂直な方向に対して屈折率の周期構造を有していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の垂直共振器型面発光レーザ。   4. The vertical resonance according to claim 1, wherein at least one of the pair of reflection mirrors has a periodic structure having a refractive index with respect to a direction perpendicular to a resonance direction of light. Type surface emitting laser. 前記空孔は、前記基板と平行な平面内で薄いリング形状を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の垂直共振器型面発光レーザ。   5. The vertical cavity surface emitting laser according to claim 1, wherein the hole has a thin ring shape in a plane parallel to the substrate. 前記空孔は、前記薄いリング形状に異方性を持たせた形状を有することを特徴とする請求項5に記載の垂直共振器型面発光レーザ。   6. The vertical cavity surface emitting laser according to claim 5, wherein the hole has a shape in which the thin ring shape has anisotropy. 前記空孔は、光の共振方向に広がりのある立体的な形状を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の垂直共振器型面発光レーザ。   5. The vertical cavity surface emitting laser according to claim 1, wherein the hole has a three-dimensional shape spreading in a light resonance direction. 前記空孔が、活性層を含む媒質層に対し超短パルスレーザによる内部加工によって形成された空孔であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の垂直共振器型面発光レーザ。   8. The vertical cavity surface emitting according to claim 1, wherein the hole is a hole formed by internal processing with an ultrashort pulse laser in a medium layer including an active layer. laser.
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