JP2009094317A - Surface-emitting laser - Google Patents
Surface-emitting laser Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009094317A JP2009094317A JP2007264048A JP2007264048A JP2009094317A JP 2009094317 A JP2009094317 A JP 2009094317A JP 2007264048 A JP2007264048 A JP 2007264048A JP 2007264048 A JP2007264048 A JP 2007264048A JP 2009094317 A JP2009094317 A JP 2009094317A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- emitting laser
- layer
- surface emitting
- type
- electrode
- 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.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
本発明は、面発光レーザに関する。 The present invention relates to a surface emitting laser.
光通信は長距離、大容量伝送が可能であるため、特に長距離通信では早くから広く実用に供されてきた。一般に、光通信の送信装置には光源として半導体レーザが用いられている。短距離通信用の光源としては、小型、低消費電力などの利点を有する面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)が利用されている。面発光レーザの電流狭窄機構としては、エアポスト型、プロトン注入型、酸化狭窄型などがある。その中で、酸化狭窄型は、側面の表面再結合の影響を受けないこと、酸化層と半導体層との屈折率差に起因する集光のために回折損失が大幅に低減することなどの利点を有し、主流となっている。 Since optical communication is capable of long-distance and large-capacity transmission, long-distance communication has been widely used practically from early on. In general, a semiconductor laser is used as a light source in an optical communication transmitter. As a light source for short-distance communication, a surface emitting laser (VCSEL) having advantages such as small size and low power consumption is used. As the current confinement mechanism of the surface emitting laser, there are an air post type, a proton injection type, an oxidation constriction type, and the like. Among them, the oxidation confinement type is not affected by side surface recombination, and has advantages such as greatly reducing diffraction loss due to light collection caused by the difference in refractive index between the oxide layer and the semiconductor layer. Has become mainstream.
図6に、酸化狭窄型面発光レーザの構造図を示す。半導体基板1、下部DBR(分布ブラッグ反射鏡:Distributed Bragg reflector)2、活性層3、酸化層4、上部DBR5、上部電極6及び下部電極7が順次積層された構造となっている。酸化層4は、AlAsからなる半導体層が一部酸化されることにより形成される。これにより、電流狭窄構造が形成される。酸化層4は絶縁体であるため、半導体層の非酸化領域8とほぼ同程度の径の活性層3の領域に、集中的に電流を流すことができる。図6の構造では、電流狭窄部の径により活性層体積が規定され、また横モードの制御がなされる。このレーザの変調帯域を上げるためには、素子の抵抗及び容量の低減(CR制限律速緩和)とともに、上記電流狭窄部の開口径を小さくすることにより電流密度を増大させることが多い。一般的には、変調帯域10Gbpsを得るためには、開口径を15μm程度以下に狭小化する必要がある。
FIG. 6 shows a structural diagram of an oxide confined surface emitting laser. A
しかしながら、この電流狭窄部開口径の狭小化により、素子抵抗が増加するため、自己発熱により高速性が飽和する。そのため、高速性の指標である緩和振動周波数は、最大でも16GHz程度に留まっている。さらに、マルチモード発振の面発光レーザでは、上記電流狭窄部開口径の狭小化は、出射光の放射角を増大させ、光ファイバとの結合効率を低下させることにもなる。 However, since the element resistance increases due to the narrowing of the current confinement portion opening diameter, the high speed is saturated by self-heating. For this reason, the relaxation oscillation frequency, which is an index of high-speed performance, remains at a maximum of about 16 GHz. Further, in the multi-mode oscillation surface emitting laser, the narrowing of the current confinement portion opening diameter increases the emission angle of the emitted light and also decreases the coupling efficiency with the optical fiber.
上記課題を解決するため、発明者らは、非特許文献1に開示された埋込みトンネル接合型面発光レーザを開発した。この面発光レーザでは、酸化層による電流狭窄ではなく、トンネル接合による電流狭窄であることを特長としている。トンネル接合部の抵抗を小さくできることに加え、素子構造内で抵抗の高いp型領域を少なくできる。そのため、素子抵抗を大幅に低減することができ、高速性に優れる。
In order to solve the above problems, the inventors have developed a buried tunnel junction type surface emitting laser disclosed in Non-Patent
非特許文献1に開示された埋込みトンネル接合型面発光レーザは、図7に示すように、n型半導体基板11上に下部DBR12、活性層13、p型スペーサ層14、トンネル接合層15、n型スペーサ層16、上部DBR17、上部電極18及び下部電極19を備える。当該構成より、閾値電流1mA、波長1090nmで発振し、素子抵抗50Ωの低抵抗な面発光レーザが得られる。
As shown in FIG. 7, the buried tunnel junction type surface emitting laser disclosed in Non-Patent
ここで、高速性の一指針である緩和振動周波数frは下記の式で与えられる。
このモード体積の低減には、素子内の光の実効共振長を短くすることが重要である。発明者らは、上部DBRを半導体多層DBRから誘電体多層DBRに置換することで、実効共振長が大幅に短くなることを見出した。誘電体多層DBRは、大きな屈折率差を有するため、数ペアの積層により反射率99%以上を得ることができる。そのため、誘電体多層DBR側への光のしみ出しを抑制することができ、結果として、実効共振器長を短くすることができる。 In order to reduce the mode volume, it is important to shorten the effective resonance length of light in the element. The inventors have found that the effective resonance length is significantly shortened by replacing the upper DBR with the semiconductor multilayer DBR from the dielectric multilayer DBR. Since the dielectric multilayer DBR has a large refractive index difference, a reflectance of 99% or more can be obtained by stacking several pairs. For this reason, it is possible to suppress the leakage of light to the dielectric multilayer DBR side, and as a result, it is possible to shorten the effective resonator length.
この誘電体多層DBRは、酸化狭窄型面発光レーザに適用することもできる。しかしながら、この場合、電流経路は上部DBRを迂回する、いわゆるイントラキャビティ構造となる。ここで、上部電極と電流狭窄構造の開口部との距離が離れ、かつ、その間の領域が比較的高抵抗のp型半導体層であるために、素子抵抗が増大する。さらに、電子より質量の重い正孔が走行するため、この開口部の周辺部に電流経路が集中する不均一注入が生じ、出射光のモード不安定性や放射角の増大が誘発されるなどの問題がある。 This dielectric multilayer DBR can also be applied to an oxide confined surface emitting laser. However, in this case, the current path has a so-called intracavity structure that bypasses the upper DBR. Here, since the distance between the upper electrode and the opening portion of the current confinement structure is increased and the region between them is a relatively high-resistance p-type semiconductor layer, the element resistance increases. In addition, holes that are heavier than electrons travel, causing non-uniform injection in which the current path concentrates around the opening, leading to problems such as mode instability of the emitted light and an increase in the emission angle. There is.
一方、埋込み型トンネル接合面発光レーザでは、もともとイントラキャビティ構造であり、上部電極から電子が走行しトンネル部で正孔に変換して活性領域に注入される。よって、電子走行領域をn型半導体層とすることができ、酸化狭窄構造と比較して素子抵抗の課題は大幅に低減できる。 On the other hand, the buried type tunnel junction surface emitting laser originally has an intracavity structure, and electrons travel from the upper electrode and are converted into holes in the tunnel portion and injected into the active region. Therefore, the electron transit region can be an n-type semiconductor layer, and the problem of device resistance can be greatly reduced as compared with the oxidized constriction structure.
しかしながら、埋込みトンネル接合型面発光レーザでは、トンネル接合部を埋め込むため、図7に示すように、酸化狭窄型と異なりn型スペーサ層16上に凸部20が形成される。すなわち、n型スペーサ層16の厚さにより、共振波長に差が生じる。この結果、等価屈折率の差による光閉じ込めが生じる。一般に、凹凸が大きいほど、等価屈折率差が大きくなる。中央部の等価屈折率の方が小さい場合、いわゆる逆導波構造となり、閾値電流の増大、ひいては発振不能などの問題が生じる。逆に中央部の等価屈折率の方が大きい場合、光閉じ込めが強くなる。この場合、高次モードが発生し易くなり、シングルモードが必要な用途には使用できないなどの問題がある。
However, in the buried tunnel junction type surface emitting laser, a
このように、光閉じ込めが強くなり、発振モードの安定性が失われると、放射角が拡大あるいは不安定となり、光ファイバや光導波路との結合効率が低下する。これに対し、レンズを用いることも考えられるが、高密度集積や低コスト化の観点から好ましくない。 As described above, when the optical confinement becomes strong and the stability of the oscillation mode is lost, the radiation angle becomes widened or unstable, and the coupling efficiency with the optical fiber or the optical waveguide decreases. On the other hand, it is possible to use a lens, but this is not preferable from the viewpoint of high density integration and cost reduction.
また、埋め込み層を十分に厚くすれば、図8(a)のように表面を平坦化することや図8(b)のように凹凸がある部分を光が届かない領域まで遠ざけることが可能となる。そのため、上記凹凸による問題を回避することができる。しかしながら、埋め込み層を厚くするほど、レーザの共振器長が長くなり、モード体積が大きくなるため、高速性が犠牲となる。 Further, if the buried layer is made sufficiently thick, the surface can be flattened as shown in FIG. 8 (a), or the uneven portion as shown in FIG. 8 (b) can be moved away to a region where light does not reach. Become. Therefore, the problem due to the unevenness can be avoided. However, the thicker the buried layer, the longer the cavity length of the laser and the larger the mode volume, thereby sacrificing high speed.
ところで、特許文献1及び2では、面発光レーザに透明電極が用いられている。
本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、高速動作が可能であって、かつ、狭放射角の面発光レーザを提供すること目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a surface emitting laser capable of high-speed operation and having a narrow emission angle.
本発明に係る面発光レーザは、第1の反射鏡と、第2の反射鏡と、前記第1及び第2の反射鏡の間に形成された活性層及び電流狭窄構造と、前記第1の反射鏡と前記活性層との間に形成され、透明性を有する電極とを備え、前記電極は、形成された面方向に屈折率の周期性を有するものである。 The surface emitting laser according to the present invention includes a first reflecting mirror, a second reflecting mirror, an active layer and a current confinement structure formed between the first and second reflecting mirrors, and the first reflecting mirror. A transparent electrode is formed between the reflecting mirror and the active layer, and the electrode has a periodicity of refractive index in the formed surface direction.
本発明によれば、高速動作が可能であって、かつ、狭放射角の面発光レーザを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a surface emitting laser capable of high speed operation and having a narrow emission angle.
以下、本発明を適用した具体的な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。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiment. In addition, for clarity of explanation, the following description and drawings are simplified as appropriate.
第1の実施の形態
本発明の第1の実施の形態に係る面発光レーザの構成について図1を参照して説明する。ここでは、発振波長1.1μmの酸化狭窄型面発光レーザに本発明を適用した例を挙げる。
First Embodiment A configuration of a surface emitting laser according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, an example in which the present invention is applied to an oxidized confined surface emitting laser having an oscillation wavelength of 1.1 μm will be described.
図1(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る面発光レーザ素子の断面図である。この面発光レーザは、n型半導体基板101上に、下部DBR102、n型クラッド層103、活性層104、p型クラッド層105、酸化層106、p型半導体層107、p+型半導体層108、透明電極110及び上部DBR111を有する。図1(b)は、透明電極110の平面図である。また、図1(a)は図1(b)のIA−IA断面図である。
FIG. 1A is a cross-sectional view of the surface emitting laser element according to the first embodiment of the present invention. This surface emitting laser is formed on an n-
下部DBR102は、例えば、GaAsからなるn型半導体基板101上に形成されている。この下部DBR102は、例えば、n型Al0.9Ga0.1Asからなる低屈折率層とn型GaAsからなる高屈折率層とが順に積層された構造を有する。また、各層の光学膜厚はいずれもλ/4(λは各媒質内の発振波長)とするのが好ましい。
The
n型クラッド層103は、下部DBR102上に形成され、例えば、Al0.3Ga0.7Asからなる。
活性層104は、n型クラッド層103上に形成され、例えば、ノンドープGa0.7In0.3As量子井戸とGaAs障壁層からなる。活性層104全体の光学膜厚は1λ(媒質内波長の1波長分)とするのが好ましい。
p型クラッド層105は、活性層104上に形成され、例えば、Al0.3Ga0.7Asからなる。
酸化層106は、p型クラッド層105上に形成され、例えば、p型AlxGa1−xAs(ただし0<x<1)を酸化することにより形成される。この酸化層106により、電流狭窄部が形成される。電流狭窄部の電流通路の直径は4〜15μmであることが好ましい。
The n-
The
The p-
The
p型半導体層107は、酸化層106上に形成され、例えば、Al0.3Ga0.7Asからなる。また、p+型半導体層108は、p型半導体層107上に形成され、例えば、GaAsからなる。p+型半導体層108上面には、フレンネルレンズの設計に基づき、周期的かつ微細な凹凸が形成されている。この凹部にITOなどからなる透明電極110が形成されている。具体的には、図1(b)に示すように、レーザ出射方向から見て、電流狭窄構造の中心を中心として同心円状に間欠的に、透明電極110が形成されている。そして、十字形状にすべての円状の透明電極が連結して形成されている。また、本実施の形態では、透明電極110は上部DBR111に接触して形成されている。ここで、必ずしも接触している必要はないが、透明電極110は、上部DBR111の下面から0.5μm以内の距離に形成されていることが好ましい。
The p-
この透明電極110により、従来のイントラキャビティ型の素子抵抗が250Ωであったのに対し、約1/3の80Ωまで低減できる。また、透明電極110の回折効果により、FFPを従来の30度から15度まで狭小化できる。さらに、酸化狭窄部の開口径6μmの素子において、その回折格子の厚みを0.3μm、周期0.4μmとし、中心からその幅のみを均等減少させることにより、シングルモード化できる。
The
上部DBR111は、透明電極110上に形成されている。上部DBR111は、例えば、光学膜厚λ/4のSiO2低屈折率層と光学膜厚λ/4のアモルファスSi(a−Si)高屈折率層とが順に積層された構造を有する。
The
次に、第1の実施の形態に係る面発光レーザの製造方法について図4を参照して説明する。まず、図4(a)に示すように、n型半導体基板101上に、一対のn型GaAs層とn型Al0.9Ga0.1As層とを複数積層した下部DBR102、Al0.3Ga0.7Asからなるn型クラッド層103、ノンドープGa0.7In0.3As量子井戸とGaAs障壁層からなる活性層104、Al0.3Ga0.7Asからなるp型クラッド層105、酸化層106形成用のp型AlxGa1−xAs(ただし、0<x<1)層106a、Al0.3Ga0.7Asからなるp型半導体層107、GaAsからなるp+型半導体層108を有機金属気相化学堆積(MOVPE:Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy)法にて順次積層する。もちろん、分子線エピタキシー成長(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法など他の結晶成長方法を用いてもよい。
Next, a method of manufacturing the surface emitting laser according to the first embodiment will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG . 4A, a
次に、図4(b)に示すように、フォトレジストを、p+型半導体層108上へ塗布し、直径約30μmの円形のレジストマスクを形成する。次に、ドライエッチングにより、下部DBR102の表面が露出するまでエッチングを行い、直径約30μmのメサ(円柱状構造)109を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, a photoresist is applied onto the p +
そして、水蒸気雰囲気中の炉内において温度約400℃で約10分間加熱を行う。これにより、図4(c)に示すように、p型AlxGa1−xAs(ただし、0<x<1)層106aが円環状に選択的に酸化され、酸化層106が形成される。これにより、中心部の非酸化領域には、電流通路(開口部)が形成される。
Then, heating is performed at a temperature of about 400 ° C. for about 10 minutes in a furnace in a steam atmosphere. As a result, as shown in FIG. 4C, the p-type Al x Ga 1-x As (where 0 <x <1)
さらに、p+型半導体層108にフレンネルレンズの設計に基づき周期的な凹凸を形成する。この凹部にITOなどからなる透明導電膜を形成し、図4(d)に示すように、水平方向に周期的な屈折率変化を有する透明電極110を形成する。具体的には、フォトレジストを、p+型半導体層108上へ塗布し、フォトリソグラフィ技術により、周期的な凹凸を形成するためのレジストマスクを形成する。ここで、凹部となる領域はこのレジストマスクに被覆されておらず、当該領域のp+型半導体層108をエッチングにより除去し、凹部を形成する。さらに、このレジストマスクを利用して、凹部を埋め込むように透明導電膜を形成する。そして、このレジストマスクを除去することにより、周期的な屈折率変化を有する透明電極110を形成する。
Further, periodic irregularities are formed in the p +
次に、この円柱状構造の上に、スパッタを用いて図4(e)に示すように一対のSiO2とアモルファスSi(a−Si)とを複数積層した上部DBR111を形成する。
Next, the
次に、メサ109をポリイミド112で埋込み、透明電極110を引き出すようにp型電極113を形成、そして、下部DBR層102の下面にn型電極114を形成して、図1の素子が完成する。
Next, the
第2の実施の形態
次に、本発明の第2の実施の形態に係る面発光レーザの構成について図2を参照して説明する。ここでは、発振波長1.1μmの埋込みトンネル接合型面発光レーザに、本発明に適用した例を挙げる。
Second Embodiment Next, a configuration of a surface emitting laser according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, an example in which the present invention is applied to a buried tunnel junction type surface emitting laser having an oscillation wavelength of 1.1 μm will be described.
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る面発光レーザ素子の断面図である。この面発光レーザは、n型半導体基板201上に、下部DBR202、n型クラッド層203、活性層204、p型クラッド層205、p型スペーサ層206、p+型半導体層207、n+型半導体層208、n型スペーサ層209、透明電極210及び上部DBR211を有する。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a surface emitting laser element according to the second embodiment of the present invention. This surface-emitting laser has a
下部DBR202は、例えば、GaAsからなるn型半導体基板201上に形成されている。この下部DBR202は、例えば、n型Al0.9Ga0.1Asからなる低屈折率層とn型GaAsからなる高屈折率層とが順に積層された構造を有する。また、各層の光学膜厚はいずれもλ/4(λは各媒質内の発振波長)とするのが好ましい。
The
n型クラッド層203は、下部DBR202上に形成され、例えば、Al0.3Ga0.7Asからなる。
活性層204は、n型クラッド層203上に形成され、例えば、ノンドープGa0.7In0.3As量子井戸とGaAs障壁層からなる。活性層204全体の光学膜厚は1λ(媒質内波長の1波長分)とするのが好ましい。
p型クラッド層205は、活性層204上に形成され、例えば、Al0.3Ga0.7Asからなる。
p型スペーサ層206は、p型クラッド層205上に形成され、例えば、GaAsからなる。
The n-
The
The p-
The p-
p+型半導体層207は、p型スペーサ層206上に形成され、例えば、GaAs0.9Sb0.1からなる。一方、n+型半導体層208は、p+型半導体層207上に形成され、例えば、In0.15Ga0.85Asからなる。そして、p+型半導体層207及びn+型半導体層208がトンネル接合層を構成する。ここで、p+型半導体層207のp型ドーパントとしてはC(濃度1×1020cm−3)とすることができる。一方、n+型半導体層208のn型ドーパントとしてはSi(濃度2×1019cm−3)とすることができる。また、p+型半導体層207は厚さ5nm、n+型半導体層208は厚さ10nmとすることができる。また、p+型半導体層207及びn+型半導体層208からなるトンネル接合層は基板平面内において、最終的に電流注入領域となる部分のみを残し、周囲は除去されている。これにより、電流狭窄部が形成される。電流狭窄部の電流通路の直径は4〜15μmであることが好ましい。
The p +
n型スペーサ層209は、p+型半導体層207及びn+型半導体層208からなるトンネル接合層を覆うように形成されている。n型スペーサ層209は、例えば、GaAsからなる。図2では、n型スペーサ層209の上面は平坦に描かれているが、実際には、図7に示したのと同様に凸部が形成されている。
The n-
このn型スペーサ層209上面には、フレンネルレンズの設計に基づき、周期的かつ微細な凹凸が形成されている。そして、この凹部にITOなどからなる透明電極210が形成されている。具体的には、図1(b)と同様に、レーザ出射方向から見て、電流狭窄構造の中心を中心として同心円状に間欠的に、透明電極210が形成されている。さらに、十字形状にすべての円状の透明電極が連結して形成されている。また、本実施の形態では、透明電極110は上部DBR111に接触して形成されている。ここで、必ずしも接触している必要はないが、透明電極110は、上部DBR111の下面から0.5μm以内の距離に形成されていることが好ましい。この透明電極210により、従来のイントラキャビティ型の素子抵抗が50Ωであったのに対し、35Ωまで低減することができる。また、透明電極210の回折効果により、FFPを従来の45度から20度まで狭小化できる。
On the upper surface of the n-
上部DBR211は、透明電極210上に形成されている。上部DBR211は、例えば、光学膜厚λ/4のSiO2低屈折率層と光学膜厚λ/4のアモルファスSi(a−Si)高屈折率層とが順に積層された構造を有する。
The
次に、第2の実施の形態に係る面発光レーザの製造方法について図5を参照して説明する。まず、図5(a)に示すように、GaAsからなるn型半導体基板201上に、一対のn型GaAs層とn型Al0.9Ga0.1As層とを複数積層した下部DBR202、Al0.3Ga0.7Asからなるn型クラッド層203、ノンドープGa0.7In0.3As量子井戸とGaAs障壁層からなる活性層204、Al0.3Ga0.7Asからなるp型クラッド層205、GaAsからなるp型スペーサ層206、GaAs0.9Sb0.1からなるp+型半導体層207、In0.15Ga0.85Asからなるn+型半導体層208を有機金属気相成長(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法にて順次積層する。
Next, a method for manufacturing the surface emitting laser according to the second embodiment will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 5A, a
次に、フォトリソグラフィ技術により直径約6μmの円形のレジストマスクを形成した後、エッチングによりp+型半導体層207及びn+型半導体層208を除去する。これにより、直径約6μmの円柱状のトンネル接合層が形成される。その後、フォトレジストを除去する。次に、図5(b)に示すように、再びMOCVD法を用いてn型スペーサ層209を積層する。
Next, after forming a circular resist mask having a diameter of about 6 μm by photolithography, the p +
本構造では、p+型半導体層207及びn+型半導体層208がトンネル接合を構成している。これを一部残して除去した後、半導体により埋め込む。残存するトンネル接合部分にのみ電流が流れる構造となる。上記トンネル接合は、その界面が下部DBR202と後述する上部DBR211の間に立つ定在波の節に配置されており、光吸収を低減している。
In this structure, the p +
さらに、n型スペーサ層209上面に、フレンネルレンズの設計に基づき、周期的な凹凸を形成する。この凹部にITOなどからなる透明導電膜を形成し、図5(c)に示すように、水平方向に周期的な屈折率変化を有する透明電極210を形成する。具体的には、フォトレジストを、p+型半導体層108上へ塗布し、フォトリソグラフィ技術により、周期的な凹凸を形成するためのレジストマスクを形成する。ここで、凹部となる領域はこのレジストマスクに被覆されておらず、当該領域のp+型半導体層108をエッチングにより除去し、凹部を形成する。さらに、このレジストマスクを利用して、凹部を埋め込むように透明導電膜を形成する。そして、このレジストマスクを除去することにより、周期的な屈折率変化を有する透明電極110を形成する。
Further, periodic irregularities are formed on the upper surface of the n-
次に、このウエハ上にスパッタを用いて一対のSiO2とアモルファスSi(a−Si)とを複数積層した上部DBR211を形成するフォトリソグラフィ技術により、上部電極215の内径領域を残し、それよりも外周領域の上部DBR211を除去する。
Next, the inner diameter region of the
次に、ウエハ上面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術により、直径約30μmの円形のレジストマスクを形成した後、下部DBR202の表面が露出するまでエッチングを行い、直径約30μmのメサ(円柱状構造)212を形成する。この後、レジストを除去し、図5(d)の構造となる。
Next, a resist is applied to the upper surface of the wafer, a circular resist mask having a diameter of about 30 μm is formed by photolithography, and then etching is performed until the surface of the
次に、上記メサエッチングにより露出した下部DBR202上に電極を形成する。まず、前面にフォトレジストを塗布した後、フォトリソグラフィにより、電極を形成する部分のフォトレジストのみ除去する。Ti/Pt/Auを蒸着した後、上記フォトレジストを除去してリフトオフすることにより、下部DBR202上の一部に下部電極213が形成される。次に、ポリイミドによりメサ212を埋め込んだ後、フォトリソグラフィにより、下部電極213上のポリイミドを除去する。
Next, an electrode is formed on the
最後に、電極215を形成する。まず、フォトレジストを塗布し、マスク露光によりパターニングした後、Ti/Pt/Auを蒸着する。そして、上記フォトレジストを除去してリフトオフすることにより、ポリイミド層214上に上部電極215を形成し、図2の面発光レーザが完成する。
Finally, the
上記の通り、本発明に係る面発光レーザでは、回折格子型の透明電極が上部誘電体DBRの下に配置されている。この透明電極は、その形成面方向に周期構造を有しているため、回折格子として機能する。また、半導体層との接触面積が大きいため、素子抵抗を低減することができる。さらに、透明電極の光透過率は、波長1.1μmにおいて90%程度に留まるが、実施の形態に示した同心円状構造などの間欠構造とすることにより、実効的な光透過率を増大させることができる。 As described above, in the surface emitting laser according to the present invention, the diffraction grating type transparent electrode is disposed under the upper dielectric DBR. Since this transparent electrode has a periodic structure in the direction of its formation surface, it functions as a diffraction grating. In addition, since the contact area with the semiconductor layer is large, the element resistance can be reduced. Furthermore, although the light transmittance of the transparent electrode remains at about 90% at a wavelength of 1.1 μm, the effective light transmittance can be increased by employing an intermittent structure such as the concentric structure shown in the embodiment. Can do.
さらに、当該透明電極の回折効果により、放射角の狭小化、レーザ出射光の高次モード抑制、あるいは、シングルモード化が可能となる。この回折効果は、光の電界強度が高いほどその作用が大きい。図3には、本発明の素子の電界強度分布を示すが、上部誘電体多層DBR直下(半導体層との界面)が最大強度領域となる。よって、この部分に当該回折格子型透明電極を配置することにより、大きな回折効果と低抵抗化の両方を実現した。 Furthermore, due to the diffraction effect of the transparent electrode, the radiation angle can be narrowed, the higher-order mode of the laser emission light can be suppressed, or the single mode can be achieved. This diffraction effect is more effective as the electric field strength of light is higher. FIG. 3 shows the electric field intensity distribution of the element of the present invention. The maximum intensity region is immediately below the upper dielectric multilayer DBR (interface with the semiconductor layer). Therefore, by arranging the diffraction grating type transparent electrode in this portion, both a large diffraction effect and low resistance were realized.
本発明の実施方法は上記した各種形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形が可能である。発光素子の波長、材料についても実施の形態に挙げたもの以外を選ぶことが可能である。また、回折格子型透明電極は、屈折率の周期構造が形成でき、任意波長の光に対し所望の回折効果を有する構造であれば、放射状、網目状などの各種形状が適用できる。 The implementation method of the present invention is not limited to the various forms described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. The wavelength and material of the light-emitting element can be selected other than those described in the embodiment. Further, the diffraction grating type transparent electrode can form a periodic structure having a refractive index, and various shapes such as a radial shape and a mesh shape can be applied as long as it has a desired diffraction effect with respect to light of an arbitrary wavelength.
101 n型半導体基板
102 下部DBR
103 n型クラッド層
104 活性層
105 p型クラッド層
106 酸化層
106a p型AlxGa1−xAs層
107 p型半導体層
108 p+型半導体層
109 メサ
110 透明電極
111 上部DBR
112 ポリイミド層
113 p型電極
114 n型電極
201 n型半導体基板
202 第1のDBR
203 n型クラッド層
204 活性層
205 p型クラッド層
206 p型スペーサ層
207 p+型半導体層
208 n+型半導体層
209 n型スペーサ層
210 透明電極
211 上部DBR
212 メサ
213 下部電極
214 ポリイミド層
215 上部電極
101 n-
103 n-
112 polyimide layer 113 p-type electrode 114 n-type electrode 201 n-
203 n-
212
Claims (11)
第2の反射鏡と、
前記第1及び第2の反射鏡の間に形成された活性層及び電流狭窄構造と、
前記第1の反射鏡と前記活性層との間に形成され、透明性を有する電極とを備え、
前記電極は、形成された面方向に屈折率の周期性を有する面発光レーザ。 A first reflector;
A second reflector;
An active layer and a current confinement structure formed between the first and second reflectors;
An electrode formed between the first reflecting mirror and the active layer and having transparency;
The electrode is a surface emitting laser having a periodicity of a refractive index in a formed surface direction.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007264048A JP2009094317A (en) | 2007-10-10 | 2007-10-10 | Surface-emitting laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007264048A JP2009094317A (en) | 2007-10-10 | 2007-10-10 | Surface-emitting laser |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009094317A true JP2009094317A (en) | 2009-04-30 |
Family
ID=40665997
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007264048A Pending JP2009094317A (en) | 2007-10-10 | 2007-10-10 | Surface-emitting laser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009094317A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011199028A (en) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Mitsubishi Electric Corp | Photovoltaic element and method of manufacturing the same |
WO2016031966A1 (en) * | 2014-08-29 | 2016-03-03 | 国立大学法人京都大学 | Two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser |
US10938177B2 (en) | 2014-08-29 | 2021-03-02 | Kyoto University | Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser |
WO2021124968A1 (en) * | 2019-12-20 | 2021-06-24 | ソニーグループ株式会社 | Vertical cavity surface emitting laser element, vertical cavity surface emitting laser element array, vertical cavity surface emitting laser module, and method for manufacturing vertical cavity surface emitting laser element |
WO2022193076A1 (en) * | 2021-03-15 | 2022-09-22 | 深圳市汇顶科技股份有限公司 | Vertical-cavity surface-emitting laser and electronic device |
-
2007
- 2007-10-10 JP JP2007264048A patent/JP2009094317A/en active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011199028A (en) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Mitsubishi Electric Corp | Photovoltaic element and method of manufacturing the same |
WO2016031966A1 (en) * | 2014-08-29 | 2016-03-03 | 国立大学法人京都大学 | Two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser |
JPWO2016031966A1 (en) * | 2014-08-29 | 2017-06-08 | 国立大学法人京都大学 | Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser |
US10461501B2 (en) | 2014-08-29 | 2019-10-29 | Kyoto University | Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser |
US10938177B2 (en) | 2014-08-29 | 2021-03-02 | Kyoto University | Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser |
WO2021124968A1 (en) * | 2019-12-20 | 2021-06-24 | ソニーグループ株式会社 | Vertical cavity surface emitting laser element, vertical cavity surface emitting laser element array, vertical cavity surface emitting laser module, and method for manufacturing vertical cavity surface emitting laser element |
WO2022193076A1 (en) * | 2021-03-15 | 2022-09-22 | 深圳市汇顶科技股份有限公司 | Vertical-cavity surface-emitting laser and electronic device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3783411B2 (en) | Surface emitting semiconductor laser | |
JP4621393B2 (en) | Surface emitting semiconductor laser and method for manufacturing surface emitting semiconductor laser | |
JP3838218B2 (en) | Surface emitting semiconductor laser device and method for manufacturing the same | |
JP3697903B2 (en) | Surface emitting laser and surface emitting laser array | |
JP5983423B2 (en) | Manufacturing method of surface emitting semiconductor laser | |
JP5029254B2 (en) | Surface emitting laser | |
US8228964B2 (en) | Surface emitting laser, surface emitting laser array, and image formation apparatus | |
JP5304136B2 (en) | Surface emitting laser and manufacturing method thereof | |
JP5100434B2 (en) | Surface emitting semiconductor laser and surface emitting semiconductor laser array | |
JP2009094317A (en) | Surface-emitting laser | |
JP4614040B2 (en) | Surface emitting semiconductor laser and manufacturing method thereof | |
JPWO2007135772A1 (en) | Light emitting element | |
JP3876918B2 (en) | Surface emitting semiconductor laser device | |
JPWO2008114707A1 (en) | Surface emitting semiconductor laser | |
JP5023595B2 (en) | Surface emitting laser element | |
JP2008098234A (en) | Surface light emitting laser element | |
JP4940960B2 (en) | Surface emitting laser | |
WO2005074080A1 (en) | Surface-emitting laser and its manufacturing method | |
JP2008147620A (en) | Surface-emitting laser and method for manufacturing the same | |
JP2008103483A (en) | Semiconductor light-emitting element and its manufacturing method | |
CN112103767B (en) | Vertical cavity surface emitting laser and preparation method thereof | |
JP2005251860A (en) | Surface emitting laser device | |
JP5163355B2 (en) | Semiconductor laser device | |
JP2017022344A (en) | Surface-emitting laser | |
CN110932092A (en) | Long wavelength vertical cavity surface emitting laser and preparation method thereof |