JP2855729B2 - 面発光レーザ及びその製造方法 - Google Patents

面発光レーザ及びその製造方法

Info

Publication number
JP2855729B2
JP2855729B2 JP1329849A JP32984989A JP2855729B2 JP 2855729 B2 JP2855729 B2 JP 2855729B2 JP 1329849 A JP1329849 A JP 1329849A JP 32984989 A JP32984989 A JP 32984989A JP 2855729 B2 JP2855729 B2 JP 2855729B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
reflective film
multilayer reflective
active layer
emitting laser
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP1329849A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH03190295A (ja
Inventor
満則 杉本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP1329849A priority Critical patent/JP2855729B2/ja
Publication of JPH03190295A publication Critical patent/JPH03190295A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2855729B2 publication Critical patent/JP2855729B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、将来の光演算やパラレル光伝送などに用い
られる面発光レーザ及びその製造方法に関する。
(従来の技術) 従来の光コンピュータ、光演算回路では、マトリスク
状に発光デバイスが集積された光集積回路が必要とされ
ている。これに適する光源として、面発光レーザが盛ん
に研究され開発されている。この一例として、J.L.Jewe
ll氏らの発表した面発光レーザ(第7回光集積および光
通信国際会議テクニカルダイジェストvol.5 p8−p9)が
ある。この1μm〜5μm径のマイクロサイズの面発光
レーザでは発振電流1mA程度の低消費電力で発振する事
に成功している。
(発明が解決しようとする課題) しかしながらこのレーザでは、反射率99.7%程度の高
反射率の半導体多層反射膜を必要としているから、±1
%以下という非常に高い精度に屈折率や膜厚を調整する
必要がある。ところが、これほどの高い精度に屈折率や
膜厚を調整することは、高精度な半導体結晶成長が可能
である分子線エピタクシー法(MBE法)をもってしても
まだ難しい。そこで、この従来の面発光レーザを製造す
るには、半導体結晶成長での歩留まり生産性が悪い。さ
らに、この面発光レーザでは、非常に高い反射率を得る
ために半導体多層反射膜が2−3μmと非常に厚いもの
となり、この半導体多層反射膜中で光の吸収損失が大き
い。その半導体多層反射膜をもっと薄くする事が出来れ
ば光吸収損失が低減しさらに効率や閾値の改善が期待さ
れる。このように、従来の面発光レーザには解決すべき
課題があった。
そこで本発明の目的は、上述した歩留まり生産性及び
光吸収損失に関する課題を解決し、生産性及び特性の優
れた面発光レーザ及びその製造方法を提供する事にあ
る。
(課題を解決するための手段) 前述の課題を解決するために本願発明が提供する面発
光レーザは、 半導体基板上に半導体柱が形成されており、 この半導体柱は前記半導体基板側に形成された第1導
電型の第1半導体多層反射膜と、この第1半導体多層反
射膜の上に形成され少なくとも一つ以上の活性層を含む
活性層構造と、この活性層構造の上に形成された第2導
電型の第2半導体多層反射膜とを備え、 前記第1及び第2半導体多層反射膜はいずれも半導体
AとBとを交互に積層した交互積層構造でなり、これら
半導体A及びBは発振波長λにおいて異なる屈折率nA
及びnBと異なる厚み をそれぞれ有し、 前記半導体A及びBの交互積層構造の周期 と一致する周期を有するグレーティングが前記半導体柱
の側面に形成してあることを特徴とする。
また、前述の課題を解決するために本願発明が提供す
る面発光レーザの製造方法は、 半導体基板上に、異なる屈折率nA及びnBをそれぞれ有
する第1導電型の半導体A及び半導体Bを交互に積層し
て第1半導体多層反射膜を形成する工程と、この第1半
導体多層反射膜の上に少なくとも一つ以上の活性層を含
む活性層構造を形成する工程と、この活性層構造の上に
第2導電型の前記半導体A及び半導体Bを交互に積層し
て第2半導体多層反射膜を形成する工程と、これらの半
導体多層構造の上方にマスクを形成する工程と、このマ
スクによる選択エッチングによって前記第1半導体多層
反射膜、前記活性層構造及び前記第2半導体多層反射膜
からなる半導体柱を形成する工程と、前記半導体A及び
前記半導体Bの半導体組成の違いを利用した選択エッチ
ングによりグレーティングを形成する工程とを含むこと
を特徴とする。
(作用) 従来の面発光レーザにおいても、半導体多層反射膜
は、異なる屈折率を有する半導体A及び半導体Bの交互
積層構造となっている。例えばJewllらの試作例ではGaA
sとAlAsを材料として用いており、屈折率は発振波長0.9
5μm近傍において、それぞれ3.6,3.0となっている。こ
のように、従来の半導体多層反射膜における屈折率はほ
ぼ20%しか無いから、面発光レーザに要求される高反射
率99.7%を実現するために23周期もの半導体多層反射膜
を必要とする。23周期の様に周期数の多い多層反射膜で
はGaAsとAlAsのそれぞれの膜厚がわずかにずれると急激
に反射率が低下する。従って、各々の膜厚許容誤差には
1%以下の高い精度が要求されており、生産性が悪化し
ている。第2の欠点は、23周期の全部の厚みは2μm以
上と厚いから、この中における光吸収損失が大きい異で
ある。光吸収損失は厚さと不純物濃度の関数である。p
型及びn型の不純物濃度を下げれば光吸収損失は低減す
るが、電流を流した時の直列抵抗が増大し、デバイスの
温度安定性や高速応答に支障をきたす。そこで、不純物
濃度はやはり1018cm-3以上の高濃度が必要とされ、あま
り下げる事が出来ない。従って光吸収損失を低減するに
は、多層反射膜の厚さを低減するのが良い方法である。
以上に述べた従来の面発光レーザにおける2つの欠点
は全てGaAsとAlAsの屈折率差が小さいという事に起因し
ている。すなわち、屈折率差が小さいので高反射率を得
るのに多周期の多層反射膜を要しており、膜厚に対する
高い要求精度および大きい光吸収損失という欠点を招い
ている。従って、何とか屈折率差を大きくする事が出来
れば、以上の2つの欠点は解決されると考えられる。そ
こで、本発明では、側面を用いてこの屈折率差を大きく
する構造を採用している。すなわち、側面に半導体多層
反射膜と周期の合ったグレーティングを形成する事によ
って屈折率差を大きくする工夫である。これによって、
側面からの回折効果も加わるために、多層反射膜におけ
る等価的な屈折率差を大きくする事が出来る。これによ
り、高反射率を得るのに必要な多層反射膜の周期数を減
らす事が出来る。そこで、高反射率特性の波長に対する
広帯域化が実現して、膜厚制御に要求される精度が緩や
かなものとなり、生産性が向上する。そのうえに、本発
明の構造の採用により、一方周期数の低減による膜厚の
減少によって、光吸収損失の低減、レーザ特性における
効率の上昇、閾値の低減等の改善が得られる。本発明に
おいては、デバイスが小口径の場合に、側面のグレーテ
ィングの影響が大となり、より一層の効果が得られる。
一方、本発明の製造方法によれば、多層反射膜に含ま
れる屈折率の異なる半導体A及び半導体Bの組成の違い
を利用した選択エッチングによって、側面に簡便にグレ
ーティングを形成できるから、本発明の面発光レーザを
歩留まり良く製造できる。
(実施例) 次に本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。第1図は本発明の一実施例の面発光レーザの断
面図である。
図中、1はn−GaAsからなる半導体基板、2は第1半
導体多層反射膜(n−AlAs802Å/n−GaAs670Å/の12周
期)、3は活性層構造(Al0.5Ga0.5As715Å/In0.2Ga0.8
As100Å/Al0.5Ga0.5As715Å)、4は第2半導体多層反
射膜(p−AlAs802Å/p−GaAs670Åの5周期)、5はキ
ャップ層(p+−GaAs30Å)である。ここで活性層構造3
はAl0.5Ga0.5Asからなる第1閉じ込め層3a、In0.2Ga0.8
Asの歪単一量子井戸3b、Al0.5Ga0.5Asからなる第2閉じ
込め層3cからなる。側面にはグレーティング10がある。
デバイス径1μm、グレーティング深さ500〜2000Åの
場合に、従来の約半分の周期数で高い反射率が得られ
る。この必要な周期数はグレーティングの深さやデバイ
ス径、及びグレーティングの上に形成する誘電体膜11の
有無や厚さによって大きく変動するから、これらの設計
が重要である。また、誘電体膜11に代えて多層高反射コ
ーティングや誘電体と高反射の金属等の組合せによって
もさらに高反射多層膜の周期数を減らせると考えられ
る。以上のグレーティングによって半導体多層反射膜の
周期数が低減されるから、GaAsとAlAsの形式時に要求さ
れる精度が大幅に緩和され、さらに光吸収損失の低減に
よってレーザの効率及び閾値が大きく改善される。
次に本実施例の製作方法について述べる。まず、半導
体基板1上に、第1半導体多層反射膜2、活性層構造
3、第2半導体多層反射膜4、キャップ層5を順次に結
晶で成長させる。この結晶成長の方法には、MBE法、有
機金属気相成長法(MO−CVD法)等があり、高い精度に
膜厚が制御できる成長法によれば、緩和された膜厚許容
誤差を満足する事は容易である。次にp型電極6を形成
する。次に通常のホトグラフィ技術によって円形のマス
ク(例えばホトレジストあるいはp型電極6を用いても
良い)を形成する。マスクの径によってデバイス径が決
まるが通常は0.5〜10μmである。その後、ドライエッ
チング技術を用いて半導体積層構造を柱状に整形する。
次にGaAsとAlAsとに対して選択性のあるエッチング液
(例えばHcl希釈液等)によってグレーティング10を形
成する。この選択エッチングは、選択性があれば何でも
良く通常の化学エッチングの他に真空チェンバー内での
GaAsの蒸発等も用いる事が出来る。この様にGaAsとAlAs
の組成の違いを利用する事によって簡便にグレーティン
グ10を形成する事が出来る。次に誘電体膜11(SiO2膜)
を保護膜として形成し、n型電極7を形成する。In0.2G
a0.8Asの発光波長950nmに対してGaAsからなる半導体基
板1は透明であるから、発振光8は半導体基板1の裏面
から取り出す事が出来る。
以上の実施例では活性層構造3としてAl0.5Ga0.5As/I
nGaAs/Al0.5Ga0.5Asの単一量子井戸構造を用いたが、こ
れに限らず多重量子井戸構造等の他の層構造を用いても
良い。また、本実施例ではキャップ層5をp型電極のた
めに用いたが、第2半導体多層反射膜4の表面近傍を十
分に高い濃度(71019cm-3)にすれば、キャップ層5は
設けなくても良い。また、半導体多層反射膜2,4としてG
aAs670Å/AlAs802Åのものを用いたが、これに限らず発
振光波長λに対して異なる屈折率nA,nBを有し厚みが
各々λO/4nAO/4nBの層の交互積層構造であれば他の
組成及び厚さでも良い。また、本実施例では、マスクと
して円形のものを用いたが、これに限らず四角形等の他
の形状でも本発明を適用出来る。さらに、本実施例では
材料としてAlGaAs/GaAs系を用いたが、これに限らずInG
aAsP/InP系等の他の材料系においても本発明は適用でき
る。
(発明の効果) 以上に詳しく説明したように本発明によれば、生産性
及び特性が優れている面発光レーザ及びその製造方法を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の面発光レーザを示す断面図
である。 図中、1は半導体基板、2は第1半導体多層反射膜、3a
は第1閉じ込め層、3bは量子井戸、3cは第2閉じ込め
層、3は活性層構造、4は第2半導体多層反射膜、5は
キャップ層、6はp型電極、7はn型電極、8は発振
光、10はグレーティング、11は誘電体膜である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に半導体柱が形成されてお
    り、 この半導体柱は前記半導体基板側に形成された第1導電
    型の第1半導体多層反射膜と、この第1半導体多層反射
    膜の上に形成され少なくとも一つ以上の活性層を含む活
    性層構造と、この活性層構造の上に形成された第2導電
    型の第2半導体多層反射膜とを備え、 前記第1及び第2半導体多層反射膜はいずれも半導体A
    とBとを交互に積層した交互積層構造でなり、これら半
    導体A及びBは発振波長λにおいて異なる屈折率nA
    びnBと異なる厚み をそれぞれ有し、 前記半導体A及びBの交互積層構造の周期 と一致する周期を有するグレーティングが前記半導体柱
    の側面に形成してあることを特徴とする面発光レーザ。
  2. 【請求項2】半導体基板上に、異なる屈折率nA及びnB
    それぞれ有する第1導電型の半導体A及び半導体Bを交
    互に積層して第1半導体多層反射膜を形成する工程と、
    この第1半導体多層反射膜の上に少なくとも一つ以上の
    活性層を含む活性層構造を形成する工程と、この活性層
    構造の上に第2導電型の前記半導体A及び半導体Bを交
    互に積層して第2半導体多層反射膜を形成する工程と、
    これらの半導体多層構造の上方にマスクを形成する工程
    と、このマスクによる選択エッチングによって前記第1
    半導体多層反射膜、前記活性層構造及び前記第2半導体
    多層反射膜からなる半導体柱を形成する工程と、前記半
    導体A及び前記半導体Bの半導体組成の違いを利用した
    選択エッチングによりグレーティングを形成する工程と
    を含むことを特徴とする面発光レーザの製造方法。
JP1329849A 1989-12-20 1989-12-20 面発光レーザ及びその製造方法 Expired - Fee Related JP2855729B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1329849A JP2855729B2 (ja) 1989-12-20 1989-12-20 面発光レーザ及びその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1329849A JP2855729B2 (ja) 1989-12-20 1989-12-20 面発光レーザ及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03190295A JPH03190295A (ja) 1991-08-20
JP2855729B2 true JP2855729B2 (ja) 1999-02-10

Family

ID=18225922

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1329849A Expired - Fee Related JP2855729B2 (ja) 1989-12-20 1989-12-20 面発光レーザ及びその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2855729B2 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05175598A (ja) * 1991-12-25 1993-07-13 Sanyo Electric Co Ltd 半導体レーザ装置
JP3799667B2 (ja) * 1996-07-10 2006-07-19 富士ゼロックス株式会社 面発光型半導体レーザ装置およびその製造方法
JP2004158664A (ja) * 2002-11-07 2004-06-03 Sony Corp 面発光半導体レーザ素子及びその製造方法
JP4895993B2 (ja) 2007-12-26 2012-03-14 ソニー株式会社 発光素子組立体及びその製造方法
JP6820146B2 (ja) * 2015-12-25 2021-01-27 スタンレー電気株式会社 垂直共振器型発光素子
JP2019033164A (ja) * 2017-08-08 2019-02-28 日本電信電話株式会社 ナノワイヤ光学デバイスおよびその製造方法
JP7081000B2 (ja) * 2021-01-04 2022-06-06 スタンレー電気株式会社 垂直共振器型発光素子
JPWO2023152874A1 (ja) * 2022-02-10 2023-08-17

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Electron.Lett.25[20](1989)p.1377−1378

Also Published As

Publication number Publication date
JPH03190295A (ja) 1991-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5677924A (en) Resonant-cavity optical device
EP0549167B1 (en) Optical devices with electron-beam evaporated multilayer mirror
US5392307A (en) Vertical optoelectronic semiconductor device
KR100449768B1 (ko) 가시적방출vcsel용의하이브리드미러구조
JP2874442B2 (ja) 面入出力光電融合素子
US7668219B2 (en) Surface emitting semiconductor device
JPH10256654A (ja) 高出力動作用垂直空洞面放出レーザおよびその製造方法
JPS6286883A (ja) 半導体レ−ザ装置
JP2855729B2 (ja) 面発光レーザ及びその製造方法
JPH11307882A (ja) 面発光型半導体レ―ザ、面発光型半導体レ―ザアレイ、及び面発光型半導体レ―ザの製造方法
JP2799372B2 (ja) 量子細線レーザ及びその製造方法
JP2595779B2 (ja) 面発光レーザ及びその製造方法
JP2002076513A (ja) 温度無依存分布ブラッグ反射型ミラー及び面型光学素子
JPH1027945A (ja) 面発光素子
JP2917971B2 (ja) 面発光レーザ
JP3800852B2 (ja) 面発光型半導体レーザ及びその製造方法
JP2008071829A (ja) 面発光型半導体素子
JPH05327121A (ja) 面出射形半導体レーザ
JPH104240A (ja) 半導体光素子、ウエハ及びその製造方法
JPH07249835A (ja) 半導体光素子
JP3470282B2 (ja) 面発光半導体レーザとその製造方法
JPH0426178A (ja) 面発光レーザおよびその製造方法
JPH05343796A (ja) 面出射形半導体レーザ
JP2973612B2 (ja) 半導体多層膜反射鏡
JPH0918083A (ja) 面発光半導体レーザ

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees