JP2857256B2 - 垂直型半導体レーザ - Google Patents
垂直型半導体レーザInfo
- Publication number
- JP2857256B2 JP2857256B2 JP3011565A JP1156591A JP2857256B2 JP 2857256 B2 JP2857256 B2 JP 2857256B2 JP 3011565 A JP3011565 A JP 3011565A JP 1156591 A JP1156591 A JP 1156591A JP 2857256 B2 JP2857256 B2 JP 2857256B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- semiconductor laser
- active region
- mirror
- vertical semiconductor
- 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 - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18344—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] characterized by the mesa, e.g. dimensions or shape of the mesa
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
- H01S5/04252—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
- H01S5/04254—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the shape
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
- H01S5/3086—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure doping of the active layer
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
導体レーザに関し、特に、半導体の主表面(”水平
面”)をから光を放出し”垂直(キャビティ)”もしく
は”表面(放出)”レーザとして知られている種の半導
体レーザに関する。
る半導体レーザの構造は、2つの主要なカテゴリー、す
なわち、(1)”端面放出型”(あるいは単に”端面
型”)レーザ及び(2)”表面放出型”(あるいは単
に”表面型”)すなわち垂直レーザ、に区分されてい
る。双方の型においては、通常プレーナ型pn接合を構
成している活性領域が含まれている。代表的には、当該
pn接合は半導体主部の主表面に対して平行であり、前
記主表面は任意であるが水平とみなされている。
一もしくは複数の側端面から放出され、半導体中におけ
る光共振器(キャビティ)は半導体主部内に側端面上に
配置された部分反射光学鏡を用いて形成されている。垂
直型のレーザにおいては、光は半導体の上部あるいは底
部(主)表面からあるいはその双方から放出され、半導
体中における光共振器は半導体主部内に上部あるいは底
部表面上もしくはその双方上に配置された部分反射光学
鏡を用いて形成されている。垂直型レーザは、水平型レ
ーザの場合に要求される側端面輪郭に関する困難な制御
を要求しないという観点からより魅力的に思われてい
る。
鏡は、半導体超格子によって形成されたスタック構造等
の4分の1波長スタック構造によって形成される。垂直
レーザは、例えば、半導体基板上に以下に示すような半
導体層を空間的に順序よく連続的にエピタキシャル成長
させることによって二重ヘテロ構造として製造され得
る:底部鏡、底部クラッド領域、活性領域、上部クラッ
ド領域、及び上部鏡。そののち、電気的にアクセスする
ための上部電極が上部鏡の上部主表面上に形成される。
この種の垂直型レーザは単一の基板上に同時に、各々の
レーザによって放出される光の量−例えば、オン対オフ
−が同一基板上の他のレーザとは独立に電気的信号によ
って制御され得るように、形成され得る。よって、垂直
型レーザは、複数個の独立に制御可能な光源が望まれる
ような実際のアプリケーションにおける使用に特に魅力
的である。通常、この種の垂直型レーザの各々によって
放出される光の量は上部電極を通じてレーザに注入され
る電流によって決定される。
は、垂直型レーザはその動作中に望ましくないほど大量
の熱を生成してしまい、そのため当該レーザの効率及び
寿命は著しく低かった。それゆえ、熱の生成が低減され
るような垂直型レーザが望まれていた。
ーザでは、その熱生成が、上部電極を直接上部クラッド
領域の周囲(環状)部に接触させることにより低減され
る。すなわち、上部電極が上部クラッド領域の周囲部に
浸入させられて直接接触が形成される。本発明に係る垂
直型レーザにおいては、レーザ動作中は電流が、従来技
術に係る垂直型レーザにおいては活性領域に入る前に
(比較的高い直列抵抗を有する)上部鏡及び上部クラッ
ド領域を介して垂直方向に注入されるようになっていた
のとは異なり、上部電極から上部クラッド領域へすなわ
ち活性領域へ水平方向に注入される。
造)レーザ100が示されている。当該レーザは約0.
87μmの波長を有する光を放出するのに適しており、
n+GaAs基板101に当該レーザにおいて生成され
る光(光輻射)を外部に、導くための光出力孔102が
蝕刻されている。基板101上には、約0.060μm
厚のn+(Al0.1Ga0.9As)/約0.070μm厚
のn+(AlAs)よりなる層がおよそ20周期分−代
表的には分子ビームエピタキシー法によって−連続的に
成長させられており、底部鏡である底部超格子103を
形成している。超格子の各層は、4分の1波長分の層厚
を有している。この種の超格子は底部(スタック型)光
学反射鏡として機能し、当該レーザ内の垂直入射光の約
99パーセントを反射する。底部超格子103上には、
通常1μm厚で不純物イオンが1立方センチメートルあ
たりおよそ5x1018個というドーピングレベルのn+
Al0.3Ga0.7As(底部)クラッド層104が位置し
ている。n+(底部)クラッド層104の上部には、p
型活性領域105、p+型(上部)クラッド層106、
及び、やはり約20周期を有する上部鏡であるp+(上
部)超格子107が連続して位置している。
5は不純物ドーピング濃度が通常1立方センチメートル
あたり約1E15から1E16個の範囲にあり約0.5
μmの層厚を有するp型GaAs層である。p+(上
部)クラッド層106は、代表的には1μm厚で不純物
イオンが1立方センチメートルあたりおよそ1E19個
というドーピング濃度のn+Al0.3Ga0.7As層であ
る。p+超格子層107は、99パーセント反射の(ス
タック型)光学反射鏡として機能し、各々約0.060
μm厚のn+Al0.1Ga0.9As層と各々約0.070
μm厚のn+AlAs層が交互に積層された層である。
7は分子線エピタキシー法によって成長させられる。そ
の後、従来技術に係るマスク技法及びリン酸と過酸化水
素の水性混合物を用いたウエットエッチング技法を用い
て垂直方向の溝108が形成され、それに続いて酸素
(O-)イオン及び水素(H-)イオンを用いたイオン注
入により、半絶縁層109が形成される。前記溝108
のエッチングは、溝の底部が前記上部クラッド層106
の側壁に沿って前記活性領域105の直上部の位置まで
達し得るのに充分な時間の間行なわれる。その後、導電
性を有するAu−Be合金等よりなりかつAuによって
おおわれた上部電極層110が、p+超格子層107と
オーミック接続を形成しかつ外部接点を形成するために
堆積される。前述されているように、溝108は環状で
あり、p+反射鏡である超格子107は円形であるが、
他の形状も用いられ得る。
側にもAu−Ge−Ni等よりなるオーミック接続のた
めの電極(図示せず)が形成されていることに注意され
たい。
いて望まれているように、電極によって供給された電流
を上部クラッド層106及び活性領域105にシリーズ
に注入させるように機能する。
加されて層105と104との間のpn接合に順方向バ
イアスが印加される。活性領域105において生成され
た光はp+反射鏡107とn+反射鏡103とによって形
成された高反射率ファブリー・ペロー(Fabry−P
erot)共振器内に閉じ込められることになり、同時
にp+超格子層107の持つ比較的高い電気抵抗による
望ましくない効果が前記溝内に浸入して形成された電極
層110によって実質的にバイパスされる。よって、p
+クラッド層106に対してその周囲で水平方向のコン
タクトを形成している電極110は、当該p+クラッド
層106及び活性領域105に対して、低外部抵抗を有
するアクセス手段として機能している;このため、全体
としての電気抵抗及びレーザ100における熱の生成が
低減される。
もので,この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。例えば、p型及びn型材料は相互
に交換され得る。さらに、他のIII−V族材料、例え
ばInP/InGaAs等も用いられ得る。また、p+
反射鏡107の上部表面上に位置する部分の電極110
が省略されるあるいはそこに開口部が設けられてレーザ
100によって生成された光輻射がn+反射鏡103の
底部表面だけでなくp+反射鏡107の上部表面からも
放出されるようにすることも可能である。最後に、二重
ヘテロ構造に代わりに多重量子井戸等の他の構造も用い
られ得る。
発明の容易なる理解のためで、その技術的範囲を制限す
るよう解釈されるべきではない。
部電極を直接上部クラッド領域の周囲(環状)部に接触
させることにより熱の生成を低減させた垂直型レーザが
形成される。
Claims (9)
- 【請求項1】 (a)半導体主部中に位置する光学活性
領域(105)と、 (b)前記光学活性領域の上部に位置する光学的クラッ
ド層(106)と、 (c)前記上部クラッド層(106)上に位置する上部
鏡(107)とを有する垂直型半導体レーザにおいて、 上部電極(110)が前記上部クラッド層(106)の
周囲に接触していることを特徴とする垂直型半導体レー
ザ。 - 【請求項2】 前記レーザが、さらに、前記活性領域の
底部表面に接する底部クラッド層(104)を有するこ
と、を特徴とする請求項1に記載の垂直型半導体レー
ザ。 - 【請求項3】 前記レーザが、さらに、前記底部クラッ
ド層の底部表面に接する底部鏡(103)を有するこ
と、を特徴とする請求項2に記載の垂直型半導体レー
ザ。 - 【請求項4】 前記上部鏡が積層半導体超格子によって
形成されていることを特徴とする請求項3に記載の垂直
型半導体レーザ。 - 【請求項5】 前記レーザが、さらに、前記底部鏡がそ
の上部主表面上に形成されている半導体基板(101)
を有すること、を特徴とする請求項4に記載の垂直型半
導体レーザ。 - 【請求項6】 前記底部鏡が積層半導体超格子によって
形成されていることを特徴とする請求項3に記載の垂直
型半導体レーザ。 - 【請求項7】 前記底部鏡、底部クラッド層、活性領
域、上部クラッド層、及び上部鏡が半導体基板の上部表
面上に連続してエピタキシャル成長させられていること
を特徴とする請求項6に記載の垂直型半導体レーザ。 - 【請求項8】 前記レーザが、さらに、前記活性領域の
側壁部に接するように位置する半絶縁層(109)を有
することを特徴とする請求項1に記載の垂直型半導体レ
ーザ。 - 【請求項9】 前記レーザが、さらに、前記活性領域の
側壁部に接するように位置する半絶縁層(109)を有
することを特徴とする請求項2に記載の垂直型半導体レ
ーザ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/462,244 US4999843A (en) | 1990-01-09 | 1990-01-09 | Vertical semiconductor laser with lateral electrode contact |
US462244 | 1990-01-09 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04211186A JPH04211186A (ja) | 1992-08-03 |
JP2857256B2 true JP2857256B2 (ja) | 1999-02-17 |
Family
ID=23835721
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3011565A Expired - Lifetime JP2857256B2 (ja) | 1990-01-09 | 1991-01-08 | 垂直型半導体レーザ |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4999843A (ja) |
EP (1) | EP0439929B1 (ja) |
JP (1) | JP2857256B2 (ja) |
CA (1) | CA2031541C (ja) |
DE (1) | DE69007461T2 (ja) |
HK (1) | HK100394A (ja) |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5363397A (en) * | 1992-10-29 | 1994-11-08 | Internatioal Business Machines Corporation | Integrated short cavity laser with bragg mirrors |
US5559053A (en) * | 1994-04-14 | 1996-09-24 | Lucent Technologies Inc. | Vertical cavity semiconductor laser |
US5960024A (en) | 1998-03-30 | 1999-09-28 | Bandwidth Unlimited, Inc. | Vertical optical cavities produced with selective area epitaxy |
US6487230B1 (en) | 1998-04-14 | 2002-11-26 | Bandwidth 9, Inc | Vertical cavity apparatus with tunnel junction |
US6493373B1 (en) | 1998-04-14 | 2002-12-10 | Bandwidth 9, Inc. | Vertical cavity apparatus with tunnel junction |
US6487231B1 (en) | 1998-04-14 | 2002-11-26 | Bandwidth 9, Inc. | Vertical cavity apparatus with tunnel junction |
US6535541B1 (en) | 1998-04-14 | 2003-03-18 | Bandwidth 9, Inc | Vertical cavity apparatus with tunnel junction |
US6493372B1 (en) | 1998-04-14 | 2002-12-10 | Bandwidth 9, Inc. | Vertical cavity apparatus with tunnel junction |
US5991326A (en) | 1998-04-14 | 1999-11-23 | Bandwidth9, Inc. | Lattice-relaxed verticle optical cavities |
US6493371B1 (en) | 1998-04-14 | 2002-12-10 | Bandwidth9, Inc. | Vertical cavity apparatus with tunnel junction |
US6760357B1 (en) | 1998-04-14 | 2004-07-06 | Bandwidth9 | Vertical cavity apparatus with tunnel junction |
US6226425B1 (en) | 1999-02-24 | 2001-05-01 | Bandwidth9 | Flexible optical multiplexer |
US6233263B1 (en) | 1999-06-04 | 2001-05-15 | Bandwidth9 | Monitoring and control assembly for wavelength stabilized optical system |
US6275513B1 (en) | 1999-06-04 | 2001-08-14 | Bandwidth 9 | Hermetically sealed semiconductor laser device |
JP2003023211A (ja) * | 2001-07-09 | 2003-01-24 | Seiko Epson Corp | 面発光型半導体レーザおよびその製造方法 |
JP4687064B2 (ja) * | 2004-10-22 | 2011-05-25 | ソニー株式会社 | 面発光型半導体レーザ素子 |
EP2058908A1 (en) * | 2007-10-22 | 2009-05-13 | Commissariat A L'energie Atomique | Structure for an optoelectronical device including micropillar like semi-conductors and corresponding processes. |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6081887A (ja) * | 1983-10-12 | 1985-05-09 | Rohm Co Ltd | 面発光レ−ザおよびその製造方法 |
JPS6081888A (ja) * | 1983-10-12 | 1985-05-09 | Rohm Co Ltd | 面発光レ−ザおよびその製造方法 |
JPS61214493A (ja) * | 1985-03-19 | 1986-09-24 | Tokyo Inst Of Technol | 面発光型レ−ザ素子およびその製造方法 |
JPH0740619B2 (ja) * | 1985-10-14 | 1995-05-01 | 松下電器産業株式会社 | 半導体レ−ザ装置 |
JPS6444086A (en) * | 1987-08-12 | 1989-02-16 | Seiko Epson Corp | Photo amplifier |
JPH0793473B2 (ja) * | 1987-10-06 | 1995-10-09 | 古河電気工業株式会社 | 光半導体素子 |
EP0397691B1 (en) * | 1988-01-06 | 2000-02-09 | Telstra Corporation Limited | Current injection laser |
-
1990
- 1990-01-09 US US07/462,244 patent/US4999843A/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-12-05 CA CA002031541A patent/CA2031541C/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-12-07 EP EP90313331A patent/EP0439929B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-12-07 DE DE69007461T patent/DE69007461T2/de not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-01-08 JP JP3011565A patent/JP2857256B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-09-22 HK HK100394A patent/HK100394A/xx not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Appl.Phys.Lett.55[24](1989)p.2473−2475 |
Electron.Lett.25[20](1989)p.1377−1378 |
IEEE J.Quantum Electron.QE−21[6](1985)p.663−668 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0439929A1 (en) | 1991-08-07 |
HK100394A (en) | 1994-09-30 |
US4999843A (en) | 1991-03-12 |
DE69007461T2 (de) | 1994-07-07 |
JPH04211186A (ja) | 1992-08-03 |
EP0439929B1 (en) | 1994-03-16 |
DE69007461D1 (de) | 1994-04-21 |
CA2031541C (en) | 1995-04-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2857256B2 (ja) | 垂直型半導体レーザ | |
US5181219A (en) | Surface emission type semiconductor laser | |
US6256330B1 (en) | Gain and index tailored single mode semiconductor laser | |
US6399407B1 (en) | Methods of electrostatic control in semiconductor devices | |
JP4869580B2 (ja) | シングルモード垂直共振器表面発光レーザー及びその製造方法 | |
US4845725A (en) | Window laser with high power reduced divergence output | |
JPH06302911A (ja) | 向上された偏光制御及び横モード選択性を持つ半導体表面発光レーザ | |
JPH09107153A (ja) | アルミニウムのない活性領域を有する短波長vcsel | |
JP2000196189A (ja) | 面発光型半導体レーザ | |
JPH06112594A (ja) | 面発光型半導体発光装置およびその製造方法 | |
JPS5940592A (ja) | 半導体レ−ザ素子 | |
US4759025A (en) | Window structure semiconductor laser | |
US4514896A (en) | Method of forming current confinement channels in semiconductor devices | |
JPH10284800A (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
US4447905A (en) | Current confinement in semiconductor light emitting devices | |
GB2095474A (en) | Semiconductor light emitting devices | |
JP2679974B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
JP2921385B2 (ja) | 面発光レーザならびにその製造方法および端面発光レーザの製造方法 | |
JPH0156547B2 (ja) | ||
JPH0478036B2 (ja) | ||
JPH0671121B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
JP3358197B2 (ja) | 半導体レーザ | |
US4393504A (en) | High power semiconductor laser | |
JPS59125684A (ja) | 埋め込み形半導体レ−ザ | |
JPH0251269B2 (ja) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19981020 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081127 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081127 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091127 Year of fee payment: 11 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101127 Year of fee payment: 12 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101127 Year of fee payment: 12 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111127 Year of fee payment: 13 |