JP2012019040A - Surface emitting laser - Google Patents
Surface emitting laser Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012019040A JP2012019040A JP2010155038A JP2010155038A JP2012019040A JP 2012019040 A JP2012019040 A JP 2012019040A JP 2010155038 A JP2010155038 A JP 2010155038A JP 2010155038 A JP2010155038 A JP 2010155038A JP 2012019040 A JP2012019040 A JP 2012019040A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- surface emitting
- composition
- emitting laser
- iii
- 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、面発光レーザに関し、特に、電極から注入された電流経路を狭窄する電流狭窄層を備えた面発光レーザに関する。 The present invention relates to a surface emitting laser, and more particularly to a surface emitting laser including a current confinement layer that constricts a current path injected from an electrode.
当該電流狭窄層は、AlAs等のアルミニウムを含む化合物半導体等を酸化させた酸化絶縁物層と、当該酸化絶縁物層により電流(キャリア)が集中されるAlAs等のアルミニウムを含む化合物半導体等からなる開口部とにより構成されている。 The current confinement layer includes an oxide insulator layer obtained by oxidizing a compound semiconductor containing aluminum such as AlAs, and a compound semiconductor containing aluminum such as AlAs in which current (carriers) is concentrated by the oxide insulator layer. And an opening.
このような半導体レーザ素子では、電流注入効率の観点から、電流狭窄層の両側には、電流狭窄層に接している面から遠ざかるに従ってアルミニウムの組成比率が徐々に減少するAlGaAsからなる組成傾斜層を設けることが提案されている。 In such a semiconductor laser element, from the viewpoint of current injection efficiency, a composition gradient layer made of AlGaAs in which the composition ratio of aluminum gradually decreases as the distance from the surface in contact with the current confinement layer is increased on both sides of the current confinement layer. Proposed to provide.
例えば特許文献1には、AlAsよりなる層の両側に、AlAs共振器スペーサ層の材料であるAl0.15Ga0.85Asに至るまでアルミニウムの組成を連続的に変化させた、AlGaAs組成傾斜層を設けた面発光レーザ素子が記載されている。 For example, Patent Document 1 discloses an AlGaAs composition gradient in which the composition of aluminum is continuously changed on both sides of a layer made of AlAs up to Al 0.15 Ga 0.85 As which is a material of an AlAs resonator spacer layer. A surface emitting laser element provided with a layer is described.
本発明者達は、このような技術を用いて、電流狭窄層の両側にAlGaAs組成傾斜層を有する半導体レーザ素子を作成したが、そのような素子は電流狭窄層の酸化領域とAlGaAs組成傾斜層との界面近傍での酸化領域の制御性が悪く、デバイスの製造段階で酸化部近傍で層の剥離が生じて歩留まりが悪い、またさらに、電流狭窄層が活性層に近い場合に、酸化領域層と非酸化層との界面の酸化侵入深度の凹凸の影響が活性層に生じて均一な特性が得られない、さらには歪に起因する転位が活性層に生じて歩留まりが悪い、あるいは、製造時に問題がなくてもレーザを長期間にわたって駆動した際に信頼性に欠けるといった問題を見い出した。 The inventors of the present invention have produced a semiconductor laser device having AlGaAs composition graded layers on both sides of the current confinement layer by using such a technique. However, such an element includes an oxidation region of the current confinement layer and an AlGaAs composition graded layer. If the oxide region near the interface is poor in controllability, the layer is peeled off near the oxidized part in the device manufacturing stage and the yield is poor, and the current confinement layer is close to the active layer. The unevenness of the oxidation penetration depth at the interface between the surface and the non-oxidized layer occurs in the active layer and uniform characteristics cannot be obtained.In addition, dislocation due to strain occurs in the active layer, resulting in poor yield, or during manufacturing Even if there was no problem, we found a problem that the laser was not reliable when it was driven for a long time.
本発明の主な目的は、歩留まりを改善し、信頼性に優れた、Alを含む化合物とその酸化絶縁物とを有する電流狭窄層を備える面発光レーザを提供することにある。 A main object of the present invention is to provide a surface emitting laser including a current confinement layer having a compound containing Al and an oxide insulator thereof, which has improved yield and excellent reliability.
本発明によれば、
III−V化合物基板上に形成された、
活性層、およびAl含有酸化狭窄層を含む共振器領域と、
前記共振器領域を挟むように対抗する一対のDBRミラーとを備えた面発光レーザであって、
前記Al含有酸化狭窄層の両側に、Al含有III−V族化合物とAl非含有III−V族化合物とからなるステップを複数有し、前記複数のステップは、その擬似的な組成が前記Al含有酸化狭窄層から離れるにつれて連続的に減少している、擬似組成傾斜層を形成し、かつ、前記Al含有酸化狭窄層と隣接する界面から一部が酸化されていること特徴とする面発光レーザが提供される。
According to the present invention,
Formed on a III-V compound substrate;
A resonator region comprising an active layer and an Al-containing oxide constriction layer;
A surface emitting laser comprising a pair of DBR mirrors facing each other so as to sandwich the resonator region,
On both sides of the Al-containing oxide constriction layer, the Al-containing oxide constriction layer includes a plurality of steps including an Al-containing III-V group compound and an Al-free III-V group compound. A surface-emitting laser characterized in that a pseudo-composition gradient layer that continuously decreases as the distance from the oxidized constricting layer is formed, and a part thereof is oxidized from an interface adjacent to the Al-containing oxidized constricting layer. Provided.
好ましくは、前記Al含有酸化狭窄層は、AlxGa1−xAs(0.93≦x<1)である。 Preferably, the Al-containing oxide constriction layer is Al x Ga 1-x As (0.93 ≦ x <1).
好ましくは、前記Al含有III−V族化合物は、AlxGa1−xAs(0.75≦x≦0.99)であり、Al非含有III−V族化合物はGaAsであり、前記Al含有III−V族化合物とAl非含有III−V族化合物の膜厚を変化させることによって擬似的な組成を構成したステップを組成が連続的に変化するように組み合わせて擬似的な組成傾斜層を形成する。 Preferably, the Al-containing III-V group compound is Al x Ga 1-x As (0.75 ≦ x ≦ 0.99), the Al-free III-V group compound is GaAs, and the Al-containing A pseudo composition gradient layer is formed by combining the steps of the pseudo composition by changing the film thickness of the III-V group compound and the Al-free III-V group compound so that the composition changes continuously. To do.
好ましくは、前記Al含有III−V族化合物は、AlAsであり、Al非含有III−V族化合物はGaAsであり、前記Al含有III−V族化合物とAl非含有III−V族化合物の膜厚を変化させることによって擬似的な組成を構成したステップを組成が連続的に変化するように組み合わせて擬似的な組成傾斜層を形成する。 Preferably, the Al-containing III-V group compound is AlAs, the Al-free III-V group compound is GaAs, and the film thickness of the Al-containing III-V compound and the Al-free III-V group compound. The pseudo gradient composition layer is formed by combining the steps in which the pseudo composition is formed by changing so that the composition changes continuously.
好ましくは、前記Al含有III−V族化合物は、AlxGa1−xAs(0≦x≦0.99)であり、Al非含有III−V族化合物はGaAsであり、膜厚が一定で、Al組成の異なる前記Al含有III−V族化合物と、膜厚0.1〜0.5nmのAl非含有III−V族化合物とからなるステップを組成が連続的に変化するように組み合わせて擬似的な組成傾斜層を形成する。 Preferably, the Al-containing III-V group compound is Al x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 0.99), the Al-free III-V group compound is GaAs, and the film thickness is constant. The step comprising the Al-containing III-V group compound having a different Al composition and the Al-non-containing III-V group compound having a film thickness of 0.1 to 0.5 nm is combined to change the composition continuously. A typical composition gradient layer is formed.
好ましくは、前記ステップのAl組成間隔が、前記活性層側で小さい。 Preferably, the Al composition interval in the step is small on the active layer side.
好ましくは、前記ステップ間あるいは前記ステップと隣接する層のAl組成のギャップが0.5以下である。 Preferably, the Al composition gap between layers or adjacent layers is 0.5 or less.
好ましくは、前記組成傾斜層の積層方向での界面の凹凸は4nm以下である。 Preferably, the unevenness of the interface in the stacking direction of the composition gradient layer is 4 nm or less.
好ましくは、前記組成傾斜層の積層方向での界面の凹凸は2nm以下である。 Preferably, the unevenness of the interface in the stacking direction of the composition gradient layer is 2 nm or less.
好ましくは、前記Al含有酸化狭窄層と前記活性層の距離が40−400nmの範囲に入る。 Preferably, the distance between the Al-containing oxidized constricting layer and the active layer falls within a range of 40 to 400 nm.
好ましくは、前記Al含有酸化狭窄層と前記活性層との間にIn含有層が挿入されている。 Preferably, an In-containing layer is inserted between the Al-containing oxidized constricting layer and the active layer.
また、本発明によれば、
III−V化合物基板上に形成された、
活性層、およびAl含有酸化狭窄層を含む共振器領域と、
前記共振領域を挟むように対抗する一対のDBRミラーとを備えた面発光レーザであって、
前記DBRミラーがAlGaAs/GaAsペアからなる半導体ミラーから構成され、
前記DBRミラーの一部にAl含有酸化狭窄層が形成され、前記Al含有酸化狭窄層の両側に、Al含有III−V族化合物とAl非含有III−V族化合物とからなるステップを複数有し、前記複数のステップは、その擬似的な組成がその擬似的な組成が前記Al含有酸化狭窄層から離れるにつれて連続的に減少している、擬似組成傾斜層を形成し、かつ、前記Al含有酸化狭窄層と隣接する界面から一部が酸化されていることを特徴とする面発光レーザが提供される。
Moreover, according to the present invention,
Formed on a III-V compound substrate;
A resonator region comprising an active layer and an Al-containing oxide constriction layer;
A surface-emitting laser comprising a pair of DBR mirrors facing each other so as to sandwich the resonance region,
The DBR mirror is composed of a semiconductor mirror made of an AlGaAs / GaAs pair,
An Al-containing oxide constriction layer is formed on a part of the DBR mirror, and a plurality of steps comprising an Al-containing III-V compound and an Al-free III-V compound are provided on both sides of the Al-containing oxide constriction layer. The plurality of steps form a pseudo-composition gradient layer, the pseudo composition of which is continuously decreasing as the pseudo composition moves away from the Al-containing oxide constriction layer, and the Al-containing oxide There is provided a surface emitting laser characterized in that a part thereof is oxidized from an interface adjacent to the constriction layer.
また、本発明によれば、上記いずれかの面発光レーザを複数備える半導体レーザ素子アレイが提供される。 In addition, according to the present invention, a semiconductor laser element array including a plurality of any of the surface emitting lasers described above is provided.
また、本発明によれば、上記いずれかの面発光レーザを備える光学機器が提供される。 Moreover, according to this invention, an optical apparatus provided with one of the said surface emitting lasers is provided.
また、本発明によれば、上記いずれかの面発光レーザを備える通信システムが提供される。 Moreover, according to this invention, a communication system provided with one of the said surface emitting lasers is provided.
本発明によれば、歩留まりが改善され、かつ信頼性に優れた、Alを含む化合物とその酸化絶縁物とを有する電流狭窄層を備える半導体レーザ素子(特に、面発光レーザ素子)およびその製造方法が提供される。 According to the present invention, a semiconductor laser device (in particular, a surface emitting laser device) including a current confinement layer having a compound containing Al and an oxide insulator thereof, which has improved yield and excellent reliability, and a method for manufacturing the same Is provided.
次に、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態に係る垂直共振器型面発光型半導体レーザ素子(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)およびその製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。 Next, a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) according to a preferred embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments.
図1を参照すれば、本発明の好ましい実施の形態(第1の実施の形態)の面発光レーザ100は、基板101と、基板101上に順次に形成された、下部DBR102、バッファ層103、n+型コンタクト層104、n型スペーサ層105、活性層106、第1のp型スペーサ層108、下部擬似的組成傾斜層109、電流狭窄層110、上部擬似的組成傾斜層111、第2のp型スペーサ層112、及び、p+型コンタクト層115を含む積層構造とを有する。本実施の形態においては、前述のバッファ層103からp+型コンタクト層115で、共振器スペーサ層、電流狭窄層110、および活性層106からなる共振器を構成している。
Referring to FIG. 1, a
積層構造のうちで、少なくともn型スペーサ層105からp+型コンタクト層112までが、円柱状のメサポスト130を構成している。電流狭窄層110は、メサポスト130の外周側に位置する電流狭窄部110bと、電流狭窄部110bの内側に位置する円形の電流注入部110aとを有する。電流注入部110aの直径は例えば、6μmである。電流狭窄部110bによって、p側円環電極121とn側電極131との間に流れる電流の経路を制限して、電流注入部110aに電流の流れを集中させており、電流狭窄層110は、電流経路制限層として機能している。
Of the laminated structure, at least the n-
基板101は、アンドープのGaAsからなる。下部DBR102は、GaAs/Al0.9Ga0.1As層の34ペアからなる。バッファ層103は、n型GaAsからなる。n+型コンタクト層104は、セレン(Se)、シリコン(Si)などのn型ドーパントをドープした、n+型のGaAsからなる。n型スペーサ層105はn型ドーパントをドープしたn型GaAsからなる。活性層106は、層数が3のInGaAs井戸層と、層数が4のGaAs障壁層とをそれぞれ交互に積層した多重量子井戸構造を有する。最上層と最下層はGaAs障壁層となっている。最下層のGaAs障壁層はn型クラッド層としても機能する。
The
p型スペーサ層108、112、p+型コンタクト層115は、それぞれ炭素(C)、亜鉛(Zn)あるいはベリリウム(Be)などのp型ドーパントをドープしたp型、p+型のGaAsからなる。各p型又はn型層のアクセプタ又はドナー濃度は、例えば1×1018cm−3程度であり、各p+型又はn+型層のアクセプタまたはドナー濃度は、例えば3×1019cm−3以上である。
The p-type spacer layers 108 and 112 and the p + -
p+型コンタクト層115上には、p側円環状電極121が形成されている。p側円環状電極121は、Pt/Ti層(下側がTi層122、上側がPt層123)からなる。p側円環状電極121は、中心にレーザー光を通過させるための開口125を有し、円筒状のメサポスト130の外周とほぼ一致する外周を有する。p側円環状電極121の外径は、例えば30μmである。
A p-side
p側円環状電極121の開口125内には、p側円環状電極121のPtと反応性が低い材料、ここでは窒化珪素(SiNx)からなる円板状の誘電体層141が形成されている。
In the
本実施の形態では、p側円環状電極121の開口125内のp+型コンタクト層115上に、誘電体層141が形成されている。この誘電体層141は、共振器の光学長を調整し、かつ、p側円環状電極121と開口の段差を緩和する機能を果たしている。この誘電体層141の上面からバッファ層103の底面までの部分が共振器120を構成している。
In the present embodiment, a
p側円環状電極121及び誘電体層141の上から、メサポスト130の側面及びその周囲にわたって、高屈折率と低屈折率の層のペアの繰り返し構造を持つ誘電体多層膜からなる上部DBR150が形成されている。上部DBR150は、例えばSiNx/SiO2の10〜12ペアからなる。また、表面保護のためにSiO2143とその上のSiNx144からなるパッシベーション膜145が全面に形成されている。このパッシベーション膜145のSiO2143とSiNx144は、DBRミラー150の形成の前に積層することによって、DBRミラー150の最下層のSiO2とSiNxを兼ねることができる。この場合、SiNx/SiO2からなる上部DBRミラー150は、その最下層は、パッシベーション膜145のSiO2であり、その上に、パッシベーション膜145のSiNxがあり、その上にSiO2とSiNxが交互に積層され、最上層がSiNxである構造となっている。
An upper DBR 150 made of a dielectric multilayer film having a repeating structure of a pair of high refractive index and low refractive index layers is formed on the p-side
n+型コンタクト層104は、メサポスト130の下部から半径方向外側に延びており、そのメサポスト130の基部の周囲の表面上には、例えばAuGeNi/Au(下層がAuGeNi、上層がAu)からなる半円環状のn側電極131が形成されている。n側電極131は、例えば外径が90μm、内径が50μmである。
The n + -
n側電極131上には、パッシベーション膜145に形成された開口(図示せず)を介してn側電極131に接触する、Auからなるn側引出し電極(図示せず)が形成されている。一方、p側円環状電極121上にも、パッシベーション膜145に形成された開口(図示せず)を介してp側円環状電極121に接触する、Auからなるp側引出し電極(図示せず)が形成されている。さらに、n側引出し電極及びp側引出し電極は、n側電極131およびp側円環状電極121を、外部に設けた電流供給回路(図示せず)にそれぞれ接続している。
On the n-side electrode 131, an n-side lead electrode (not shown) made of Au is formed, which is in contact with the n-side electrode 131 through an opening (not shown) formed in the passivation film 145. On the other hand, on the p-side
上記構成の面発光レーザ100では、電流供給回路(図示せず)からそれぞれn側引出し電極(図示せず)及びp側引出し電極(図示せず)を介して、n側電極131及びp側円環状電極121間に電圧を印加し、駆動電流が注入される。注入された駆動電流は、主に低抵抗のp+型コンタクト層115を流れ、さらに電流経路が電流狭窄層110によって電流注入部110b内に狭窄されて、高い電流密度で活性層106に供給される。この電流注入により、活性層106は自然放出光を発光する。自然放出光のうち、レーザ発振波長である波長λの光は、下部DBRミラー102と上部DBRミラー150との間の共振器120内で定在波を形成し、活性層106によって増幅される。注入電流がしきい値を越えると、定在波を形成する光がレーザ発振し、p側円環状電極121の開口125から上方に向って、1100nm帯のレーザ光が出力する。
In the
次に、上記実施形態の面発光レーザ100の製造方法について説明する。
Next, the manufacturing method of the
まず、MBE法によって、基板101上に、下部DBRミラー102、バッファ層103、n+型コンタクト層104、n型スペーサ層105、活性層106、p型スペーサ層108、下部擬似的組成傾斜層109、後述するAl0.98Ga0.02As層110’、上部擬似的組成傾斜層111、p型スペーサ層112、及びp+型コンタクト層115を順次に積層する。
First, the
次に、CVD法及びフォトリソグラフィー法を用い、p+型コンタクト層115の一部領域に、SiNxからなる円板状の誘電体層141を選択的に形成する。
Next, a disc-shaped
次に、リフトオフ法を用いて、p+型コンタクト層115上に、p側円環状電極121を選択的に形成する。
Next, the p-side
次に、p側円環状電極121を金属マスクとして、酸エッチング液等を用いてn型コンタクト層104に到る深さまでの半導体積層をエッチングして、円柱状のメサポスト130を形成する。次に、別のマスクを形成し、バッファ層103に到る深さまでn型コンタクト層104をエッチングする。その結果、図1に示す形状のメサポスト130が得られる。メサポスト130をp側円環状電極121と自己整合的に形成しているので、メサポスト130が寸法精度高く形成できる。
Next, using the p-side
次に、水蒸気雰囲気中において約450℃で約1時間の熱処理を行うと、Al0.98Ga0.02As層110’がメサポスト130の側面132から選択的に酸化されてAl2O3を主成分とする酸化物膜に変化し、電流狭窄部110bが形成される。化学反応は、Al0.98Ga0.02As層110’の外周側からほぼ均一に進行し、中心部にはAl0.98Ga0.02Asからなる電流注入部110aが残される。選択酸化における処理時間などを調整し、電流注入部110aの直径を例えば、6μmにする。この選択酸化により、メサポスト130の中心と、電流注入部110bの中心と、p側円環状電極121の開口125の中心とを、精度高く一致させることが出来る。
Next, when heat treatment is performed at about 450 ° C. for about 1 hour in a steam atmosphere, the Al 0.98 Ga 0.02 As
その後、図1に示すように、メサポスト130の外周側のn型コンタクト層104の表面に、半円環状のn側電極131を形成する。次いで、CVD法により全面にパッシベーション膜145を形成した後、n側電極131及びp側円環状電極121上のパッシベーション膜145に開口(図示せず)を形成する。更に、これら開口(図示せず)を介して、n側電極131に接触するn側引出し電極(図示せず)と、p側円環状電極121に接触するp側引出し電極(図示せず)とを形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 1, a semi-circular n-side electrode 131 is formed on the surface of the n-
つぎに、CVD法を用いて誘電体から成る上部DBR150を形成した後に、基板101の裏面を研磨し、基板101の厚さを例えば150μmに調整する。その後、素子分離を行い、図1に示す面発光レーザ100が完成する。
Next, after forming the upper DBR 150 made of a dielectric using the CVD method, the back surface of the
次に、図2〜図5を参照して、下部擬似的組成傾斜層109、電流狭窄層110、上部擬似的組成傾斜層111についてより詳細に説明する。
Next, the lower pseudo
図2に示すように、電流狭窄層110は、中央の電流注入部110aとその周囲の電流狭窄部110bとからなっている。電流注入部110aは中央の領域161内にあり、電流狭窄部110bは周囲の領域162内にある。電流注入部110aはAl0.98Ga0.02Asからなり、電流狭窄部110bは主にAl0.98Ga0.02Asが酸化されて形成されたアルミニウム酸化物からなる。
As shown in FIG. 2, the
上部擬似的組成傾斜層111は、中央の領域161内にあり、電流注入部110aと対向する位置にある半導体領域111aと、周囲の領域162内にあり、電流狭窄部110bと対向する位置にある酸化物領域111bおよび半導体領域111cとを備えている。
The upper
半導体領域111aは電流注入部110aおよびp型スペーサ層112と接している。酸化物領域111bは電流狭窄部110bと接し、半導体領域111cは酸化物領域111bとp型スペーサ層112と接している。半導体領域111cはp型スペーサ層112との界面から電流狭窄層110に向かうにつれて、半導体領域111aがp型スペーサ層112との界面から電流狭窄層110に向かうにつれて有する構造と同じ構造を有している。p型スペーサ層112はp型GaAsからなる
The
下部擬似的組成傾斜層109は、中央の領域161内にあり、電流注入部110aと対向する位置にある半導体領域109aと、周囲の領域162内にあり、電流狭窄部110bと対向する位置にある酸化物領域109bおよび半導体領域109cとを備えている。
The lower pseudo
半導体領域109aは電流注入部110aおよびp型スペーサ層108と接している。酸化物領域109bは電流狭窄部110bと接し、半導体領域109cは酸化物領域109bとp型スペーサ層108と接している。半導体領域109cはp型スペーサ層108との界面から電流狭窄層110に向かうにつれて、半導体領域109aがp型スペーサ層108との界面から電流狭窄層110に向かうにつれて有する構造と同じ構造を有している。p型スペーサ層108の最上層はGaAsからなる。
The
次に、上部擬似的組成傾斜層111について、さらに詳細に説明する。なお、下部擬似的組成傾斜層109は、下部擬似的組成傾斜層109が電流狭窄層110との界面からp型スペーサ層108に向かうにつれて、上部擬似的組成傾斜層111が電流狭窄層110と界面からp型スペーサ層112に向かうにつれて有する構造と同じ構造を有しているので、下部擬似的組成傾斜層109についての説明は省略する。
Next, the upper pseudo
図3に示すように、上部擬似的組成傾斜層111の半導体領域111aは、5層の擬似的AlGaAs層171〜175を有している。上部擬似的組成傾斜層111の膜厚は10nmであり、擬似的AlGaAs層171〜175の膜厚はそれぞれ2nmである。なお、AlGaAs層110(電流注入部110a)の膜厚は20nmである。
As shown in FIG. 3, the
擬似的AlGaAs層171はGaAs層171aとAlGaAs層171bとからなる。AlGaAs層171bはAl0.98Ga0.02Asからなり、電流注入部110aと同じ組成である。GaAs層171aの膜厚は約0.21nmであり、AlGaAs層171bの膜厚は約1.79nmであり、GaAs層171aとAlGaAs層171bとで平均的なAl組成が0.9である擬似的AlGaAs層171を構成している。
The
擬似的AlGaAs層172はGaAs層172aとAlGaAs層172bとからなる。AlGaAs層172bはAl0.98Ga0.02Asからなる。GaAs層172aの膜厚は約0.42nmであり、AlGaAs層172bの膜厚は約1.58nmであり、GaAs層172aとAlGaAs層172bとで平均的なAl組成が0.8である擬似的AlGaAs層172を構成している。
The
擬似的AlGaAs層173はGaAs層173aとAlGaAs層173bとからなる。AlGaAs層173bはAl0.98Ga0.02Asからなる。GaAs層173aの膜厚は約0.85nmであり、AlGaAs層173bの膜厚は約1.15nmであり、GaAs層173aとAlGaAs層173bとで平均的なAl組成が0.6である擬似的AlGaAs層173を構成している。
The
擬似的AlGaAs層174はGaAs層174aとAlGaAs層174bとからなる。AlGaAs層174bはAl0.98Ga0.02Asからなる。GaAs層174aの膜厚は約1.28nmであり、AlGaAs層174bの膜厚は約0.72nmであり、GaAs層174aとAlGaAs層174bとで平均的なAl組成が0.4である擬似的AlGaAs層174を構成している。
The
擬似的AlGaAs層175はGaAs層175aとAlGaAs層175bとからなる。AlGaAs層175bはAl0.98Ga0.02Asからなる。GaAs層175aの膜厚は約1.7nmであり、AlGaAs層175bの膜厚は約0.3nmであり、GaAs層175aとAlGaAs層175bとで平均的なAl組成が0.2である擬似的AlGaAs層175を構成している。ここで最終的に得られる酸化層の凹凸は、各ステップの幅(ここでは例えば、171、172、173,174,175それぞれの幅)でほぼ決定される(後続の実施の形態にても同様に設定される)。
The
このように、上部擬似的組成傾斜層111の半導体領域111aは、AlGaAs層171b、172b、173b、174b、175bの膜厚aと、GaAs層171a、172a、173a、174a、175aの膜厚bとの比(a/b)をAlGaAs層110(電流注入部110a)からp型スペーサ層112向かって小さくすることにより、擬似的にAl組成が小さくなるように変化する擬似的AlGaAs組成傾斜層であるので、電流が流れやすくなり、電流注入効率をよくすることができる。
As described above, the
また、組成が同じGaAs層171a、172a、173a、174a、175aと組成が同じAlGaAs層171b、172b、173b、174b、175bとを膜厚を変化させながら交互に積層する構造なので、MBE法で結晶成長する場合に、原料源(セル)の温度は同じに保ったままでいいので、フラックスの制御性や組成プロファイルの再現性に優れる。
In addition, the
酸化物領域111bは、GaAs層171a、AlGaAs層171b、GaAs層172a、AlGaAs層172b、GaAs層173aおよびAlGaAs層173bが酸化された酸化物でアルミニウム酸化物を主成分とする。本案件の条件では、酸化物領域111bと半導体領域111cとの境界部は173aと173bのステップに含まれ、境界部の凹凸は2nm以下であった。ただし、酸化条件によって境界部は擬似的なAl組成が0.8の層172内や、その他の層に存在する場合もある。
The
半導体領域111cは、p型スペーサ層112との界面から電流狭窄層110に向かうにつれて、半導体領域111aがp型スペーサ層112との界面から電流狭窄層110に向かうにつれて有する構造と同じ構造を有している。すなわち、p型スペーサ層112との界面から電流狭窄層110に向かうにつれて、AlGaAs層175b、GaAs層175a、AlGaAs層174b、GaAs層174aを有している。
The
次に、酸化によって電流注入部110bを形成する方法と、その際に形成される酸化物領域111b、109bについて説明する。
Next, a method for forming the
図4、5に示すように、Al0.98Ga0.02As層110’上に、GaAs層171a、AlGaAs層171b、GaAs層172a、AlGaAs層172b、GaAs層173a、AlGaAs層173b、GaAs層174a、AlGaAs層174b、GaAs層175a、AlGaAs層175bを有する上部擬似的組成傾斜層111を形成する。なお、Al0.98Ga0.02As層110’の下側にも同様の構造を有する上部擬似的組成傾斜層109が形成されている。なお、下側はホールに対して下り方向となるために、ステップの段差はそれほど重要ではない。したがって、上側のステップよりも下側のステップの数を少なく設計し、積層工程を簡略化しても良い。ステップ数は上側のステップは3〜15、下側のステップは2〜10であると積層工程の観点から都合がよい。電気抵抗の観点から、隣接するステップ(組成傾斜層に隣接する層を含む)との見かけ上の組成差は0.5以下であるように設計されると都合がよい。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
次に、水蒸気雰囲気中において約450℃で約1時間の熱処理を行うと、図2に示すように、Al0.98Ga0.02As層110’がメサポスト130の側面132から酸化方向165に沿って酸化されてアルミニウム酸化物を主成分とする酸化物膜に変化し、電流狭窄部110bが形成される。化学反応は、Al0.98Ga0.02As層110’の外周側からほぼ均一に進行し、中心部にはAl0.98Ga0.02Asからなる電流注入部110aが残される。この際、酸化方向166にも酸化が進み、GaAs層171a、AlGaAs層171b、GaAs層172a、AlGaAs層172b、GaAs層173aおよびAlGaAs層173bが酸化されて酸化物領域111bが形成され、同様に、酸化物領域109bが形成される。
Next, when heat treatment is performed in a water vapor atmosphere at about 450 ° C. for about 1 hour, the Al 0.98 Ga 0.02 As
なお、本発明の好ましい第1の実施の形態では、電流注入部110aはAl0.98Ga0.02Asで構成したが、AlAsで構成することもできる。この場合は、電流狭窄部110bは主にAlAsが酸化されたアルミニウム酸化物からなる。
In the preferred first embodiment of the present invention, the
図12は、AlAsの酸化速度を1としたときの、AlxGa1−xAsのAl組成x(%)と酸化速度の関係を示した図であり、この図からAl組成x(%)が93%において変曲点が存在することがわかる。従って、電流注入部110aはAlAsまたはAlxGa1−xAs(0.93≦x<1)で構成することが好ましく、電流狭窄部110bはAlAsまたはAlxGa1−xAs(0.93≦x<1)を酸化したアルミニウム酸化物を主成分とする酸化物で構成することが好ましい。
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the Al composition x (%) of Al x Ga 1-x As and the oxidation rate when the oxidation rate of AlAs is 1, from which the Al composition x (%) It can be seen that an inflection point exists at 93%. Therefore, the
上記本発明の好ましい実施の形態では、AlGaAs層171b、172b、173b、174b、175bの組成を電流狭窄層110の電流注入部110aと同じAl0.98Ga0.02Asとしたが、電流注入部110aよりもAl含有量の少ないAlGaAsとしてもよい。
In the preferred embodiment of the present invention, the composition of the AlGaAs layers 171b, 172b, 173b, 174b, and 175b is Al 0.98 Ga 0.02 As, which is the same as that of the
AlGaAs層171b、172b、173b、174b、175bの組成は好ましくは、AlxGa1−xAs(0.75≦x≦0.99)であり、より好ましくは、AlxGa1−xAs(0.85≦x≦0.98)である。これは、電流狭窄層の水平方向の酸化速度と擬似的組成傾斜層の垂直方向の酸化速度が同程度になるからである。 The composition of the AlGaAs layers 171b, 172b, 173b, 174b, and 175b is preferably Al x Ga 1-x As (0.75 ≦ x ≦ 0.99), and more preferably Al x Ga 1-x As ( 0.85 ≦ x ≦ 0.98). This is because the oxidation rate in the horizontal direction of the current confinement layer and the oxidation rate in the vertical direction of the pseudo composition gradient layer are approximately the same.
また、上記本発明の第1の実施の形態では、擬似的AlGaAs層171、172、173、174、175を AlGaAs層171b、172b、173b、174b、175bおよびGaAs層171a、172a、173a、174a、175aで構成したが、擬似的AlGaAs層171、172、173、174、175の各層を第1のAlGaAsと、それよりもAl含量が少ない第2のAlGaAsであって、第1のAlGaAsよりも電流狭窄層側の第2のAlGaAsとで構成してもよい。
In the first embodiment of the present invention, the pseudo AlGaAs layers 171, 172, 173, 174, 175 are replaced with the AlGaAs layers 171b, 172b, 173b, 174b, 175b and the
酸化物領域111bと酸化されていない半導体領域111cとの境界のばらつきt1、および酸化物領域109bと酸化されていない半導体領域109cとの境界のばらつきt1、すなわち、酸化物領域111bと酸化されていない半導体領域111cとの境界の凹凸t1、および酸化物領域109bと酸化されていない半導体領域109cとの境界の凹凸t1は4nm以下であると剥離を生じる局所歪みを生じにくいために都合がよい。さらに好ましくは、2nm以下であるとほぼ界面の剥離が生じないので都合がよい。
Variation t1 in the boundary between the
また、好ましくは、電流注入部110aの膜厚は、半導体の屈折率をnとした場合、半導体レーザ素子100の発振波長λとすると、λ/4n以下であり、より好ましくは、λ/8n以下であり、この膜厚に設定することによって電流狭窄層による光損失を抑制することができる.
Preferably, the thickness of the
次に、第2の実施の形態の半導体レーザ素子の構造について説明する。上記第1の実施の形態では、上部擬似的組成傾斜層111の半導体領域111aを、組成が同じGaAs層171a、172a、173a、174a、175aと組成が同じAlGaAs層171b、172b、173b、174b、175bとを膜厚を変化させながら交互に積層して構成したが、図6、図7に示すように、第2の実施の形態では、上部擬似的組成傾斜層111の半導体領域111aを、組成が同じGaAs層181a、182a、183a、184a、185aと組成が同じAlAs層181b、182b、183b、184b、185bとを膜厚を変化させながら交互に積層して構成し、その際には、膜厚0.25nmのGaAs層181aと膜厚2.25nmのAlAs層181bとで平均的なAl組成が0.9である擬似的AlGaAs層181を構成し、膜厚0.5nmのGaAs層182aと膜厚2nmのAlAs層182bとで平均的なAl組成が0.8である擬似的AlGaAs層182を構成し、膜厚1nmのGaAs層183aと膜厚1.5nmのAlAs層183bとで平均的なAl組成が0.6である擬似的AlGaAs層183を構成し、膜厚1.5nmのGaAs層184aと膜厚1nmのAlAs層184bとで平均的なAl組成が0.4である擬似的AlGaAs層184を構成し、膜厚2nmのGaAs層185aと膜厚0.5nmのAlAs層185bとで平均的なAl組成が0.2である擬似的AlGaAs層185を構成し、下部擬似的組成傾斜層109の半導体領域109aも、上部擬似的組成傾斜層111の半導体領域111aと同じように構成した点が、上記第1の実施の形態と異なるが、製造方法などを含め他の点は同様である。この場合も酸化条件を変更したいくつかの場合を試したが、平均的な凹凸は隣接するAlAsステップの合計幅(ここでは3.5nm程度)となっていた。
Next, the structure of the semiconductor laser device of the second embodiment will be described. In the first embodiment, the
次に、第3の実施の形態の半導体レーザ素子の構造について説明する。第1の実施の形態では、上部擬似的組成傾斜層111の半導体領域111aを、組成が同じGaAs層171a、172a、173a、174a、175aと組成が同じAlGaAs層171b、172b、173b、174b、175bとを膜厚を変化させながら交互に積層して構成したが、図8に示すように、第3の実施の形態では、上部擬似的組成傾斜層111を、膜厚2nmのAl0.9Ga0.1As層191と、膜厚2nmのAl0.8Ga0.2As層192と、膜厚2nmのAl0.6Ga0.4As層193と、膜厚2nmのAl0.4Ga0.6As層194と、膜厚2nmのAl0.2Ga0.8As層195とをそれぞれの層の間に膜厚0.5nmのGaAs層196を介在するように構成し、下部擬似的組成傾斜層109も、上部擬似的組成傾斜層111と同じように構成した点が、上記第1の実施の形態と異なるが、他の点は同様である。挿入されるGaAs層の層厚は酸化に対する障壁の効果から0.1、特に0.2nm以上で、組成に対する効果から1.0、特に0.5nm以下だと都合が良い。この場合は、凹凸はステップの幅程度になっていた。
Next, the structure of the semiconductor laser device according to the third embodiment will be described. In the first embodiment, the
次に第4の実施の形態を、図9に示した。上部擬似的組成傾斜層111の半導体領域111aは、5層の擬似的AlGaAs層171〜175を有している。上部擬似的組成傾斜層111の膜厚は10nmであり、擬似的AlGaAs層171〜175の膜厚はそれぞれ2nmである。擬似的AlGaAs層のそれぞれのAlGaAs層はAl0.98Ga0.02Asからなり、電流注入部110aと同じ組成である。擬似的AlGaAs層171のGaAs層171aの膜厚は約0.21nmであり、AlGaAs層171bの膜厚は約1.79nmであり、GaAs層171aとAlGaAs層171bとで平均的なAl組成が0.9である擬似的AlGaAs層171を構成している。
Next, a fourth embodiment is shown in FIG. The
擬似的AlGaAs層172はGaAs層172aとAlGaAs層172bとからなる。GaAs層172aの膜厚は約0.42nmであり、AlGaAs層172bの膜厚は約1.58nmであり、GaAs層172aとAlGaAs層172bとで平均的なAl組成が0.8である擬似的AlGaAs層172を構成している。
The
擬似的AlGaAs層173はGaAs層173aとAlGaAs層173bとからなる。GaAs層173aの膜厚は約0.63nmであり、AlGaAs層173bの膜厚は約1.37nmであり、GaAs層173aとAlGaAs層173bとで平均的なAl組成が0.7である擬似的AlGaAs層173を構成している。
The
擬似的AlGaAs層174はGaAs層174aとAlGaAs層174bとからなる。GaAs層174aの膜厚は約0.84nmであり、AlGaAs層174bの膜厚は約1.16nmであり、GaAs層174aとAlGaAs層174bとで平均的なAl組成が0.6である擬似的AlGaAs層174を構成している。
The
擬似的AlGaAs層175はGaAs層175aとAlGaAs層175bとからなる。GaAs層175aの膜厚は約1.5nmであり、AlGaAs層175bの膜厚は約0.5nmであり、GaAs層175aとAlGaAs層175bとで平均的なAl組成が0.3である擬似的AlGaAs層175を構成している。凹凸はステップの幅程度になっていた。
The
この実施の形態においては、活性層側の組成変化を緩やかに、活性層と反対側で急峻とすることによって電気抵抗を低減している。 In this embodiment, the electrical resistance is reduced by making the composition change on the active layer side gentle and steep on the side opposite to the active layer.
第1〜第4の実施の形態を比較すると、第2の実施の形態では、薄いGaAs層181a、182a等が他の実施の形態と同様に酸化障壁として機能している。しかしながら、薄いGaAs層181aが酸化されると、AlAs層181bは酸化速度が大きいので、すぐに酸化され、次のGaAs層182aに達する。次に、次の薄いGaAs層182aが酸化されると、AlAs層182bは酸化速度が大きいので、すぐに酸化され、次のGaAs層183aに達する。その結果、他の実施の形態に比べると、薄いGaAs層181a、182a等の膜厚のバラツキによって、膜厚方向の酸化速度が影響され、図6に示すように、酸化物領域111bと酸化されていない半導体領域111cとの境界のばらつきt2が大きくなり、この境界が大きく蛇行し、局所歪が発生しやすくなっている。また、AlAsは材料的に脆弱で,酸化された場合には体積変化も大きく応力歪が発生する。これは、素子の長期通電中に結晶中に転位を導入し増殖させるため、素子の信頼性を著しく低下させるものとなる。このように、脆弱なAlAsに歪が発生しやすくなり、電流狭窄部110b等が剥がれて、メサポスト130が破壊されやすくなる。膜厚のばらつきは、第1〜第4の実施形態を比較すると、第2の実施形態>第4の実施形態>第3の実施形態>第1の実施形態の順で大きかった。
Comparing the first to fourth embodiments, in the second embodiment, the
これに対して、第1、第3、第4の実施形態で使用しているAlGaAsはAlAsに比べ結晶強度が強く、AlAsにGaが少し入るだけでも劇的に強度が上がる。また、AlGaAsはAl組成が1%変わるだけで、酸化レートが約3割下がる材料である。従って、第1、第3、第4の実施形態のように、AlGaAsとGaAsとの組み合わせにより、上部擬似的組成傾斜層111および下部擬似的組成傾斜層109を構成することにより、AlGaAs層171b、172b等は酸化速度が小さいので、すぐには酸化されず、薄いGaAs層181a、182a等の膜厚のバラツキによる膜厚方向の酸化速度の影響が緩和され、図2に示すように、酸化物領域111bと酸化されていない半導体領域111cとの境界のばらつきt1が小さく、この境界の蛇行も小さくなり、局所歪が発生しにくくなる。また、AlGaAsはAlAsに比べ結晶強度が強いので、機械的強度にも優れた構造となり、優れた信頼性の素子が得られる。
On the other hand, AlGaAs used in the first, third, and fourth embodiments has higher crystal strength than AlAs, and the strength is dramatically increased even if a little Ga enters AlAs. AlGaAs is a material whose oxidation rate is reduced by about 30% only by changing the Al composition by 1%. Therefore, as in the first, third, and fourth embodiments, the upper pseudo
次に、比較例の構造について説明する。第1の実施の形態では、上部擬似的組成傾斜層111の半導体領域111aを、組成が同じGaAs層171a、172a、173a、174a、175aと組成が同じAlGaAs層171b、172b、173b、174b、175bとを膜厚を変化させながら交互に積層して構成したが、図10に示すように、比較例では、上部擬似的組成傾斜層111を、膜厚2nmのAl0.9Ga0.1As層191と、膜厚2nmのAl0.8Ga0.2As層192と、膜厚2nmのAl0.6Ga0.4As層193と、膜厚2nmのAl0.4Ga0.6As層194と、膜厚2nmのAl0.2Ga0.8As層195とで構成し、下部擬似的組成傾斜層109も、上部擬似的組成傾斜層111と同じように構成した点が、第1の実施の形態と異なるが、他の点は同様である。
Next, the structure of the comparative example will be described. In the first embodiment, the
図11は、本発明の第1の実施の形態のレーザ素子、および比較例のレーザ素子に熱衝撃試験を行った結果の、熱衝撃試験温度とメサポスト破壊の発生率との関係を示した図である。比較例のレーザ素子では、370℃付近でメサポスト破壊が生じる試料が出始め、400℃付近で殆どの試料にメサポスト破壊が生じた。これに対して、本発明の好ましい第1の実施の形態のレーザ素子では、420℃においても、メサポスト破壊が生じる試料はなかった。420℃においても、メサポスト破壊が生じなければ、パッシベーション膜145や上部DBRミラー150形成のCVD工程や、素子の長期通電中においても、メサポスト破壊が生じないと考えられ、本発明の好ましい第1の実施の形態のレーザ素子は、非常に信頼性の高いものであることがわかる。また、第2〜第4の実施の形態のレーザ素子も第1の実施の形態のレーザ素子ほどではないが比較例のレーザ素子に比べてメサポスト破壊は少なかった。 FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the thermal shock test temperature and the rate of occurrence of mesa post breakdown as a result of performing a thermal shock test on the laser device of the first embodiment of the present invention and the laser device of the comparative example. It is. In the laser element of the comparative example, a sample in which mesa post breakdown occurred near 370 ° C. began to appear, and mesa post breakdown occurred in almost all samples near 400 ° C. On the other hand, in the laser device according to the first preferred embodiment of the present invention, there was no sample causing mesa post breakdown even at 420 ° C. Even if the mesa post breakdown does not occur even at 420 ° C., it is considered that the mesa post breakdown does not occur even during the CVD process for forming the passivation film 145 and the upper DBR mirror 150 and during the long-term energization of the element. It can be seen that the laser element of the embodiment is very reliable. Further, the laser elements of the second to fourth embodiments were less mesa-post-destructed than the laser elements of the comparative example, although not as much as the laser elements of the first embodiment.
さらに、発明者らは第1の実施の形態に基づく組成傾斜層を両側に含む酸化狭窄層を、活性層から種々の距離に設けたサンプルを作成して、発振波長の設計値からのズレと、400時間の通電試験を行ってデバイス特性を検査した。膜厚の凹凸を4nm以下にしたサンプルにおいては活性層から酸化狭窄層の中心までの距離を40〜600nmに設定したサンプルにおいて活性層の転位の発生を効果的に抑制していることを確認した。さらに、2nm以下にしたサンプルにおいては40〜200nmに設定したサンプルにおいても波長シフトおよび転位はほぼ解消され、40〜100nmにおいても効果的に抑制されていることを確認した。 Furthermore, the inventors made samples in which the oxide constriction layer including the composition gradient layer based on the first embodiment on both sides was provided at various distances from the active layer, and the deviation from the design value of the oscillation wavelength was reduced. The device characteristics were examined by conducting an energization test for 400 hours. It was confirmed that in the sample with the film thickness unevenness of 4 nm or less, the generation of dislocations in the active layer was effectively suppressed in the sample in which the distance from the active layer to the center of the oxidized constriction layer was set to 40 to 600 nm. . Further, it was confirmed that the wavelength shift and dislocation were substantially eliminated even in the sample set to 40 to 200 nm in the sample having a thickness of 2 nm or less, and effectively suppressed at 40 to 100 nm.
ここで第1のp型スペーサ層として、Inを含む圧縮歪を有する層として構成しても良い。例えば、第1のp型スペーサ層として、p−GaInPと置き換える、あるいは5〜10nmの層を第1のp型スペーサ層に挿入してもよい。酸化狭窄層を形成する際に酸化狭窄層の酸化領域と非酸化の境界に大きな歪が生じるが、この歪と、酸化狭窄層と隣接層との界面にできる凹凸に起因する歪が相互に影響し、転位を発生させるが、このInを含む圧縮歪を有する層を挿入することによって、さらに不良率を低減することができた。 Here, the first p-type spacer layer may be configured as a layer having a compressive strain containing In. For example, as the first p-type spacer layer, p-GaInP may be substituted, or a 5 to 10 nm layer may be inserted into the first p-type spacer layer. When forming the oxidized constricting layer, a large strain occurs at the boundary between the oxidized region and the non-oxidized layer of the oxidized constricting layer, and this strain and the strain caused by the irregularities formed at the interface between the oxidized constricting layer and the adjacent layer affect each other. Although dislocations were generated, the defect rate could be further reduced by inserting a layer having a compressive strain containing In.
本願の実施の形態においては、酸化狭窄層を、発振光の回折を最小にするように、共振器内の光の定在波の節の位置(電流の広がりを考慮して、活性層から見て1番目、あるいは2番目が都合がよい)に設定したが、閾値を下げるために、さらに活性層に接近させて形成してもよい。さらに、電流狭窄層を活性層の上下に形成して電流狭窄効果を高めることもできる。 In the embodiment of the present application, the oxide constriction layer is viewed from the active layer in consideration of the position of the node of the standing wave of light in the resonator so as to minimize the diffraction of oscillation light. However, it may be formed closer to the active layer in order to lower the threshold value. Furthermore, the current confinement layer can be formed above and below the active layer to enhance the current confinement effect.
上述の実施の形態は共振器内に酸化狭窄層を設けた場合について説明してきたが、AlGaAs/GaAsのペアからなる半導体DBRミラーに酸化狭窄層を含む面発光レーザに適用し、ミラーの剥離を抑制することもできる。 In the above-described embodiment, the case where the oxide constriction layer is provided in the resonator has been described. However, the semiconductor DBR mirror composed of an AlGaAs / GaAs pair is applied to a surface emitting laser including the oxide confinement layer, and the mirror is peeled off. It can also be suppressed.
上述の実施の形態においては、GaAs基板上に形成したAlからなる酸化狭窄層とその周囲に設けられた組成傾斜層について説明してきたが、InGaAsからなる基板上にInGaAs歪み量子井戸構造からなる活性層、活性層上にInAlAsからなる酸化狭窄層を設け、さらにその酸化狭窄層の両側に組成傾斜層を設けるなど、基板やその他の層について他のIII−V族化合物を用いても良い。 In the above-described embodiments, the Al oxide constriction layer formed on the GaAs substrate and the composition gradient layer provided on the periphery thereof have been described. However, the activity of the InGaAs strained quantum well structure on the InGaAs substrate is described. Other III-V group compounds may be used for the substrate and other layers, such as providing an oxidized constricting layer made of InAlAs on the layer and the active layer, and further providing a composition gradient layer on both sides of the oxidized constricting layer.
なお、上述の実施の形態では、活性層がInGaAs系材料で形成された発振波長が1.1μm帯である面発光レーザ素子を例にとって説明したが、面発光レーザ素子の発振波長帯や活性層等を構成する材料は、適宜選択可能である。例えば、発振波長が850nmであればAlGaAs系材料、また発振波長が1.3〜1.6μm帯である面発光レーザ素子は、AlGaInAs系材料及びGaInNAs系材料及びGaInNAsSb系材料を選択することが可能である。 In the above-described embodiment, the surface emitting laser element in which the active layer is formed of an InGaAs-based material and the oscillation wavelength is in the 1.1 μm band has been described as an example. However, the oscillation wavelength band of the surface emitting laser element and the active layer are described. The material which comprises etc. can be selected suitably. For example, if the oscillation wavelength is 850 nm, an AlGaAs-based material and a surface emitting laser element whose oscillation wavelength is in the 1.3 to 1.6 μm band can select an AlGaInAs-based material, a GaInNAs-based material, and a GaInNAsSb-based material. It is.
上記本発明の好ましい実施の形態の半導体レーザ素子は、面発光レーザ素子であったが、上記本発明の好ましい実施の形態の半導体レーザ素子の構造や製造方法は、端面発光型半導体レーザ素子にも適用でき、その場合には、電流狭窄層110は、中央の電流注入部110aとその両側の電流狭窄部110bとから構成される。
The semiconductor laser device according to the preferred embodiment of the present invention is a surface emitting laser device. However, the structure and manufacturing method of the semiconductor laser device according to the preferred embodiment of the present invention may be applied to an edge emitting semiconductor laser device. In this case, the
本願において、凹凸はSEM(走査型電子顕微鏡)で測定された。また、メサポストに形成される酸化狭窄層の場合、メサポストの外周側、つまり、酸化部分の基部と、メサポストの中心側、つまり、酸化部分の面内での先端部の積層方向において凹凸が大きくなるため、本願では、基部や先端部での大きな凹凸を避けるために、酸化部分の酸化方向の中央部付近の凹凸の比較的均一な部分で測定を行った。 In this application, the unevenness | corrugation was measured with SEM (scanning electron microscope). Further, in the case of the oxidized constriction layer formed on the mesa post, the unevenness increases on the outer peripheral side of the mesa post, that is, the base portion of the oxidized portion, and the center side of the mesa post, that is, the tip end portion in the plane of the oxidized portion. Therefore, in this application, in order to avoid large unevenness at the base portion and the distal end portion, measurement was performed on a relatively uniform portion of the unevenness near the central portion in the oxidation direction of the oxidized portion.
次に、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子100を複数用いた面発光レーザアレイの例を図13、14を参照して説明する。一例として、図13に示したように、面発光レーザアレイチップ700がCLCC(Ceramic Leaded chip carrier)と呼ばれる周知のフラットパッケージ710に実装されたものを用いている。図では煩雑さを避けるために、金属キャスター(電極)714と面発光レーザアレイチップ700との接続は省略してある。面発光レーザアレイチップ700は図14に示したように、中央部に設けられた複数の面発光型半導体レーザ素子100からなる素子部702、及び周囲に設けられ、素子部702の複数の発光部と接続(図示せず)された複数の電極パッド706を有している。さらに、各電極パッド706はフラットパッケージ712の金属キャスター714と接続(図示せず)されている。各発光部は、フラットパッケージ712と接続された(図示しない)外部制御回路によって発光制御され、所定の波長のレーザ光を射出する。
Next, an example of a surface emitting laser array using a plurality of surface emitting
次に、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子100を光学機器に適用した例について図面を参照して説明する。図15は、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子100を発光素子のパッケージに適応したときの構成を示す概略縦断面図である。面発光レーザパッケージ300は、面発光型半導体レーザ素子100、基板304および電極306からなる面発光レーザモジュール、レンズ316、ハウジング310、光ファイバマウント312、光ファイバ314とからなる。電極306は、外部の制御回路(図示せず)に電気的に接続され、面発光レーザパッケージの発光が制御されている。面発光型半導体レーザ素子100から出射したレーザ光はレンズ316で集光され光ファイバ314に結合される。
Next, an example in which the surface emitting
図16は、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子100を光記憶媒体への書き込み/読み出し装置のピックアップに適応したときの構成を示す概略縦断面図である。ピックアップ350は、面発光型半導体レーザ素子100、基板354、電極356、駆動IC358、およびこれらの要素を封止する樹脂360からなる面発光レーザモジュールと、レンズ376、ハーフミラー370、回折格子374、光センサー380、光記憶媒体372とからなる。樹脂360の出射面は凸状に加工されレンズ362を構成している。電極3546は、外部の制御回路(図示せず)に電気的に接続され、レーザピックアップの発光が制御されている。面発光型半導体レーザ素子100から出射したレーザ光は、レンズ362で平行光とされ、ハーフミラー370で反射された後、レンズ376によって集光され光記憶媒体372の所定の箇所に集光される。また、光媒体で反射された光は光センサー380に入射される。ここでは、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光型半導体レーザ素子100を複数有する面発光レーザ素子アレイを通信用の発光素子パッケージ、あるいは光ディスク用ピックアップに適用した例を示したがこれに限られず、測量機器、レーザーポインター、光学マウス、あるいは、プリンタ、フォトレジストの走査露光用光源、レーザポンピング用光源や、加工用ファイバレーザの光源等の光学機器として用いることもできる。
FIG. 16 is a schematic longitudinal sectional view showing a configuration when the surface-emitting type
図17は、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子100を適用した光送受信モジュールの概略構成図である。図17に示すように、光送受信モジュール400は、保持部材402、光導波路(光ファイバ)412と、保持部材402上で光導波路(光ファイバ)412の位置決め用のスペーサ410、光導波路(光ファイバ)412を介して光信号を送信する面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光型半導体レーザ素子100を複数有する面発光レーザ素子アレイ及び光信号を受信する受光素子404、面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイの発光状態を制御する駆動回路406、受光素子404で受信された信号を増幅する増幅回路408とで構成されている。面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイは外部の制御部(図示せず)からの制御信号によって駆動回路406を介して発光制御され、受光素子404で受信された信号が増幅回路408を介して制御部へ送信される。煩雑さを避けるために、駆動回路406と面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイおよび増幅回路408と受光素子404のワイヤボンディングは省略している。
FIG. 17 is a schematic configuration diagram of an optical transceiver module to which the surface emitting
図18〜図20は図17における面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイと、光導波路412との光結合部分の概略構成図であり、基板500、面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイ、光導波路412は図18〜図20で共通している。図18では、導波路412の端面が光軸に対してほぼ45度に傾斜するように加工されており、さらにこの傾斜面が反射面504として、反射膜のコーティング等による鏡面加工が施され、面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイから出射した光は、導波路412の下面から導波路に入射され、傾斜面504で反射されて光導波路412内を伝播する。図19では、面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイ上、光導波路412の端面側方に内部に反射面504の設けられたミラーアセンブリ506が設置されて、面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイから出射した光は、ミラーアセンブリ506の下面から入射され、反射面504で反射され、ミラーアセンブリ506から出射された光が光導波路412に結合されて光導波路412内を伝播する。ミラーアセンブリ506の入射面あるいは/および出射面にはマイクロレンズ(アレイ)が設けられてもよい。図20は、コネクタハウジング512内に光ファイバ412が配置され、さらに光ファイバ心線の曲部514の端部が面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイに対向するように配置され、面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイから出射した光が光ファイバ412に結合される。
18 to 20 are schematic configuration diagrams of an optical coupling portion between the surface-emitting
次に、上記本発明の好ましい実施の形態の面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光型半導体レーザ素子100を複数有する面発光レーザ素子アレイを通信システムに適用した例を示す。図21には、面発光型半導体レーザ素子100あるいは面発光レーザ素子アレイを用いた波長多重伝送システムの構成例が示されている。図21の波長多重伝送システムはコンピュータ、ボードあるいはチップ602、通信制御回路(CPU,MPU、光―電気変換回路、電気―光変換回路、波長制御回路)604、面発光型半導体レーザ素子100を複数有する面発光レーザ素子アレイ606、受光素子集積部608、合波器610、分波器612、電気配線616、光ファイバ617、618、通信対象のネットワーク、PC、ボード、チップなど614からなる。図21の波長多重伝送システムでは、発振波長の異なる複数の面発光レーザ素子を配列して面発光レーザアレイ606を構成し、面発光レーザアレイ606の各面発光レーザ素子からの各発振光を合波器を通して1本の光ファイバに結合させるように構成されている。このような構成では、1本のファイバで、高スループットに大容量の信号伝送ができる。このように、本発明の好ましい実施の形態の面発光レーザアレイは、モードが安定しており、且つ、各発振波長が安定しているので、高い信頼性で高密度大容量の波長多重伝送が可能になる。なお、本実施形態では各面発光レーザアレイ606あるいは受光素子集積部608からの出力用光ファイバあるいは入力用光ファイバは合波器610あるいは分波器612を用いて1本の光ファイバに結合されているが、用途に応じては出力用光ファイバあるいは入力用光ファイバをそのまま通信対象のネットワーク、PC、ボード、チップなど614に接続して並列伝送システムとすることもできる。この場合、本発明の好ましい実施の形態の面発光レーザアレイは、モードが安定しており、且つ、各波長が安定しているので、複数の光源をもつ信頼性の高い並列伝送システムの構築が容易になる。
Next, an example in which a surface emitting
以上、本発明の種々の典型的な実施の形態を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。 While various typical embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments. Accordingly, the scope of the invention is limited only by the following claims.
100 面発光型半導体レーザ素子
101 基板
102 下部DBRミラー
103 バッファ層
104 n+型コンタクト層
105 n型スペーサ層
106 活性層
108 第1のp型スペーサ層
109 下部擬似的組成傾斜層
109a 半導体領域
109b 酸化物領域
109c 半導体領域
110 電流狭窄層
110a 電流注入部
110b 電流狭窄部
110’ Al0.98Ga0.02As層
111 上部擬似的組成傾斜層
111a 半導体領域
111b 酸化物領域
111c 半導体領域
112 第2のp型スペーサ層
113 p+型電流経路層
115 p+型コンタクト層
120 共振器
121 p側円環状電極
125 開口
130 メサポスト
131 n側電極
132 側面
141 誘電体層
143 SiO2膜
144 SiNx膜
145 パッシベーション膜
150 上部DBRミラー
161、162 領域
165、166 酸化方向
171〜175 擬似的AlGaAs層
171a〜175a GaAs層
171b〜175b AlGaAs層
181〜185 擬似的AlGaAs層
181a〜185a GaAs層
181b〜185b AlAs層
191〜195 AlGaAs層
DESCRIPTION OF
Claims (15)
活性層、およびAl含有酸化狭窄層を含む共振器領域と、
前記共振器領域を挟むように対抗する一対のDBRミラーとを備えた面発光レーザであって、
前記Al含有酸化狭窄層の両側に、Al含有III−V族化合物とAl非含有III−V族化合物とからなるステップを複数有し、前記複数のステップは、その擬似的な組成が前記Al含有酸化狭窄層から離れるにつれて連続的に減少している、擬似組成傾斜層を形成し、かつ、前記Al含有酸化狭窄層と隣接する界面から一部が酸化されていること特徴とする面発光レーザ。 Formed on a III-V compound substrate;
A resonator region comprising an active layer and an Al-containing oxide constriction layer;
A surface emitting laser comprising a pair of DBR mirrors facing each other so as to sandwich the resonator region,
On both sides of the Al-containing oxide constriction layer, the Al-containing oxide constriction layer includes a plurality of steps including an Al-containing III-V group compound and an Al-free III-V group compound. A surface-emitting laser, wherein a pseudo composition gradient layer that continuously decreases as the distance from the oxidized constricting layer is formed, and a part thereof is oxidized from an interface adjacent to the Al-containing oxidized constricting layer.
活性層、およびAl含有酸化狭窄層を含む共振器領域と、
前記共振領域を挟むように対抗する一対のDBRミラーとを備えた面発光レーザであって、
前記DBRミラーがAlGaAs/GaAsペアからなる半導体ミラーから構成され、
前記DBRミラーの一部にAl含有酸化狭窄層が形成され、前記Al含有酸化狭窄層の両側に、Al含有III−V族化合物とAl非含有III−V族化合物とからなるステップを複数有し、前記複数のステップは、その擬似的な組成がその擬似的な組成が前記Al含有酸化狭窄層から離れるにつれて連続的に減少している、擬似組成傾斜層を形成し、かつ、前記Al含有酸化狭窄層と隣接する界面から一部が酸化されていることを特徴とする面発光レーザ。 Formed on a III-V compound substrate;
A resonator region comprising an active layer and an Al-containing oxide constriction layer;
A surface-emitting laser comprising a pair of DBR mirrors facing each other so as to sandwich the resonance region,
The DBR mirror is composed of a semiconductor mirror made of an AlGaAs / GaAs pair,
An Al-containing oxide constriction layer is formed on a part of the DBR mirror, and a plurality of steps comprising an Al-containing III-V compound and an Al-free III-V compound are provided on both sides of the Al-containing oxide constriction layer. The plurality of steps form a pseudo-composition gradient layer, the pseudo composition of which is continuously decreasing as the pseudo composition moves away from the Al-containing oxide constriction layer, and the Al-containing oxide A surface emitting laser characterized in that a part thereof is oxidized from an interface adjacent to a constriction layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010155038A JP2012019040A (en) | 2010-07-07 | 2010-07-07 | Surface emitting laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010155038A JP2012019040A (en) | 2010-07-07 | 2010-07-07 | Surface emitting laser |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012019040A true JP2012019040A (en) | 2012-01-26 |
Family
ID=45604087
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010155038A Pending JP2012019040A (en) | 2010-07-07 | 2010-07-07 | Surface emitting laser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012019040A (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04233775A (en) * | 1990-07-27 | 1992-08-21 | American Teleph & Telegr Co <Att> | Semiconductor device |
JPH0555705A (en) * | 1991-08-26 | 1993-03-05 | Nec Corp | Semiconductor multi-layer reflecting film |
JPH07193333A (en) * | 1993-12-27 | 1995-07-28 | Mitsubishi Chem Corp | Semiconductor light-emitting element |
JP2002359434A (en) * | 2001-03-29 | 2002-12-13 | Ricoh Co Ltd | Surface emission laser element and surface emission laser array using the same |
JP2004281969A (en) * | 2003-03-19 | 2004-10-07 | Fuji Photo Film Co Ltd | Surface-emitting semiconductor laser element |
JP2004335964A (en) * | 2003-05-12 | 2004-11-25 | Sony Corp | Surface-emission semiconductor laser element and its manufacturing method |
JP2008135596A (en) * | 2006-11-29 | 2008-06-12 | Ricoh Co Ltd | Semiconductor laser array manufacturing method, surface-emitting semiconductor laser array, light-source unit, optical scanning device, image forming device, optical transmission module, and optical transmission system |
-
2010
- 2010-07-07 JP JP2010155038A patent/JP2012019040A/en active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04233775A (en) * | 1990-07-27 | 1992-08-21 | American Teleph & Telegr Co <Att> | Semiconductor device |
JPH0555705A (en) * | 1991-08-26 | 1993-03-05 | Nec Corp | Semiconductor multi-layer reflecting film |
JPH07193333A (en) * | 1993-12-27 | 1995-07-28 | Mitsubishi Chem Corp | Semiconductor light-emitting element |
JP2002359434A (en) * | 2001-03-29 | 2002-12-13 | Ricoh Co Ltd | Surface emission laser element and surface emission laser array using the same |
JP2004281969A (en) * | 2003-03-19 | 2004-10-07 | Fuji Photo Film Co Ltd | Surface-emitting semiconductor laser element |
JP2004335964A (en) * | 2003-05-12 | 2004-11-25 | Sony Corp | Surface-emission semiconductor laser element and its manufacturing method |
JP2008135596A (en) * | 2006-11-29 | 2008-06-12 | Ricoh Co Ltd | Semiconductor laser array manufacturing method, surface-emitting semiconductor laser array, light-source unit, optical scanning device, image forming device, optical transmission module, and optical transmission system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5653625B2 (en) | Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof | |
JP5017804B2 (en) | Tunnel junction type surface emitting semiconductor laser device and manufacturing method thereof | |
JP2012019041A (en) | Surface emitting laser | |
US7346089B2 (en) | Surface-emitting laser diode with tunnel junction and fabrication method thereof | |
US9300114B2 (en) | Laser device, method of manufacturing the same, laser device array, light source and light module | |
US8619831B2 (en) | Vertical cavity surface emitting laser element, vertical cavity surface emitting laser array element, vertical cavity surface emitting laser device, light source device, and optical module | |
JP4967463B2 (en) | Surface emitting semiconductor laser device | |
US9252562B2 (en) | Surface emitting semiconductor laser, surface emitting semiconductor laser array, surface emitting semiconductor laser device, optical transmission device, information processing apparatus, and method of producing surface emitting semiconductor laser | |
JP4983346B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
JP5075292B2 (en) | Electronic device, surface emitting laser, surface emitting laser array, light source, and optical module | |
US7791085B2 (en) | Semiconductor light emitting apparatus | |
JP2011216557A (en) | Surface-emitting laser, surface-emitting laser array, light source, and optical module | |
JP5460412B2 (en) | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof | |
US7339971B2 (en) | Optical element and optical module | |
JP2005259951A (en) | Surface emitting laser and its manufacturing method, and optical fiber communications system | |
US8311073B2 (en) | Semiconductor laser, semiconductor laser device, and fabrication method of semiconductor laser | |
JP2012019040A (en) | Surface emitting laser | |
JP2011142209A (en) | Semiconductor laser element | |
JP2011228576A (en) | Semiconductor laser device | |
JP2010165723A (en) | Method of manufacturing surface emitting laser | |
WO2017221520A1 (en) | Semiconductor light-emitting element, optical communication device, and method for manufacturing semiconductor light-emitting element | |
JP2011243650A (en) | Semiconductor laser element | |
JP2007173358A (en) | Optical semiconductor element and its manufacturing method | |
JP2006066482A (en) | Surface emission semiconductor laser element and its fabrication process, optical unit, and optical module |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130524 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131225 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140610 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20141021 |