JP2699665B2 - 面発光半導体レーザ - Google Patents
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-
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- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34313—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
処理に用いられる垂直共振器型面発光半導体レーザ(V
CSEL)に関する。
光半導体レーザはコンピュータ間のデータ伝送や、光コ
ンピューティングに欠かせないキーデバイスとなる。面
発光半導体レーザは、図1に示すように、InGaAs
活性層7をAlGaAsクラッド層6,8で挟んだダブ
ルヘテロ接合構造を有する中間層15を、レーザ共振器
の反射鏡を構成する半導体多層膜13,14の間に配置
した円柱状の積層構造になっており、従来は、バルクの
屈折率を基準として、半導体多層膜の各層及び中間層の
厚さをそれぞれ媒質内有効波長の1/4及び1倍に設定
した構造になっている。
は、素子径を小さくしていくと、図2に示すように、横
モードに対応する有効屈折率が大きく変化し、この変化
が縦モードにも影響を与えるために、思うように発振し
きい値電流をさげることができなかった。
する素子径領域においても充分小さなしきい値電流を達
成し、しかも単一モード発振となるようなVCSELを
実現することにある。
ドVCSELは、半導体多層膜及び中間層の層厚をバル
クの屈折率を基準にして設定するのではなく、素子径に
伴って変化する横モードの有効屈折率を基準にして半導
体多層膜の各層の厚さ、中間層の各層の厚さをそれぞれ
媒質内有効波長の1/4、1倍となるように設定した構
造となっている。
は計算により求めた値を用いる。計算により有効屈折率
を求めるには、マクスウェルの方程式より求める。すな
わち、 (Δ+k0 2 εi 2 )Eij=0 …(1) k0 :真空中の波数=2π/λ0 λ0 :真空中の波長 εi :媒質i中の誘電率 Eij:媒質i中の電場のi座標成分 (1)式を円筒座標(r,θ,Z)で表わし、下記に示
す特性方程式を得る。
効屈折率はVCSELの径が小さくなるに従って減少し
ていく。この結果、バルクの屈折率を基準として厚さを
設計されていた半導体多層膜と中間層は共振波長が設計
値からずれ、利得の得られる波長領域から外れていく。
ところが、本発明のように、まず素子径を決定し、この
時の有効屈折率を基準として半導体多層膜及び中間層の
膜厚を設定することによって、どんなに小さな素子径に
おいても発振波長を利得の最大波長に一致させることが
可能となる。しかも、素子径の充分小さな領域、例えば
1μmとすると、基本モードと高次モードとの有効屈折
率の差は5%程度と利得の波長幅にたいして充分大きい
ため、基本モードに対して設計されたVCSELでは、
高次モードでは発振せず、単一モード発振が可能とな
る。
波VCSELの断面図である。n−GaAs基板12の
上に、AlAs10とGaAs11を交互に積層して成
るn型半導体多層膜(ドーピング濃度2×1018c
m-3)14、n−Al0.5 GA0.5 As9、Alx Ga
1-x As8、活性層となるノンドープのIn0.2 Ga
0.8 As(層厚80オングストローム)7、Alx Ga
1-x As6、p−Al0.5 Ga0.5 As5、p型半導体
多層膜(ドーピング濃度2×1018cm-3)13が、分
子線ビームエピタキシー法により積層され、ドライエッ
チングにより円柱状に加工されている。Alx Ga1-x
AsではAl組成xが層内で放物線状になるように変え
られていて、In0.2 Ga0.8 As7に接するところで
はx=0としてある。n型半導体多層膜14ではn−G
aAs10とn−AlAs9とがいずれも(設計発振波
長)/(4×有効屈折率)の厚さに設定されていて交互
に22対積層されている。p型半導体多層膜13でも同
様にp−GaAs4とp−AlAs3とがそれぞれ(設
計発振波長)/(4×有効屈折率)の厚さに設定されて
いて交互に15対積層されている。円柱の直径は単一横
モードとなる大きさ、ここでは1μm程度としてある。
この場合のGaAs、AlAsの有効屈折率はそれぞれ
3.54、2.96であるので、発振波長950nmの
場合、GaAs、AlAsの厚さはそれぞれ670オン
グストローム、802オングストロームとなる。
大きく変化する小さな径のVCSELにおいても、各層
の厚さを予め設計することによって、発振波長を利得の
最大波長に一致させることができ、発振しきい値電流を
下げることが可能となる。さらに基本モードと高次モー
ドの有効屈折率差の大きな素子径にする事によって、単
一横モードを実現できる。本事例では半導体材料の場合
について説明したが、本発明は他の材料系のVCSEL
に対しても適用できる。
の直径依存性を示す特性図。
Claims (1)
- 【請求項1】 クラッド層間に活性層を挟んだダブルヘ
テロ構造を、レーザ共振器の反射鏡を構成する半導体多
層膜間に挟んである円柱状積層構造の垂直共振器を有す
る面発光半導体レーザにおいて、素子径に合わせて変化
する各層の有効屈折率を基準にして、各層の層厚を設定
してあることを特徴とする面発光半導体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3008216A JP2699665B2 (ja) | 1991-01-28 | 1991-01-28 | 面発光半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3008216A JP2699665B2 (ja) | 1991-01-28 | 1991-01-28 | 面発光半導体レーザ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04252090A JPH04252090A (ja) | 1992-09-08 |
JP2699665B2 true JP2699665B2 (ja) | 1998-01-19 |
Family
ID=11687029
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3008216A Expired - Lifetime JP2699665B2 (ja) | 1991-01-28 | 1991-01-28 | 面発光半導体レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2699665B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11283240B2 (en) * | 2018-01-09 | 2022-03-22 | Oepic Semiconductors, Inc. | Pillar confined backside emitting VCSEL |
US11233377B2 (en) * | 2018-01-26 | 2022-01-25 | Oepic Semiconductors Inc. | Planarization of backside emitting VCSEL and method of manufacturing the same for array application |
-
1991
- 1991-01-28 JP JP3008216A patent/JP2699665B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1990年(平成2年) 秋季応物学会予稿集 第3分冊 27A−PA−13 |
ELECTRON.LETT.25 〜20! (1989) P.1377−1378 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04252090A (ja) | 1992-09-08 |
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