JP3097939B2 - 面発光半導体レーザ - Google Patents
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- 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]
- H01S5/18341—Intra-cavity contacts
-
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/3201—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures incorporating bulkstrain effects, e.g. strain compensation, strain related to polarisation
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光を半導体結晶面に対し
て垂直方向に出射させる面発光半導体レーザに関し、特
にＳｉ基板上に高性能ＩｎＰ系面発光レーザの形成に関
するものである。
て垂直方向に出射させる面発光半導体レーザに関し、特
にＳｉ基板上に高性能ＩｎＰ系面発光レーザの形成に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、Ｓｉ基板上に設けられたＩｎ
Ｐ系レーザとしては、例えばＳｉ基板上にＧａＡｓバッ
ファ層，ＩｎＰ／Ｉｎx-Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y （格子不
整合量−０．６％）歪超格子および熱サイクルを経たＩ
ｎＰ厚膜を順に積層し、このＩｎＰ厚膜上にｐ型および
ｎ型のＩｎＰクラッド層により挟まれたＩｎＧａＡｓＰ
活性層を積層した構造のものが知られている。
Ｐ系レーザとしては、例えばＳｉ基板上にＧａＡｓバッ
ファ層，ＩｎＰ／Ｉｎx-Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y （格子不
整合量−０．６％）歪超格子および熱サイクルを経たＩ
ｎＰ厚膜を順に積層し、このＩｎＰ厚膜上にｐ型および
ｎ型のＩｎＰクラッド層により挟まれたＩｎＧａＡｓＰ
活性層を積層した構造のものが知られている。
【０００３】しかし、このような構造のＩｎＰ系レーザ
では、上記レーザ活性層中に密度１０7 ｃｍ-2の転位が
存在しているとの報告がある。
では、上記レーザ活性層中に密度１０7 ｃｍ-2の転位が
存在しているとの報告がある。
【０００４】この転位はＳｉ基板とＩｎＰ厚膜との間の
格子不整合量に起因する残留応力や格子欠陥に由来する
もので、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y ／ＩｎＰ半導体多
層膜反射鏡構造に存在する多数のヘテロ界面によって停
止され得るとも考えられる（特願平３−３２９８３７
号）が、ＩｎＰ系の材料においては、弾性が大きいため
に転位はそのまま伝搬していくという考え方もある。従
ってＳｉ基板上のＩｎＰ結晶成長においては、Ｓｉ基板
上のＩｎＰ厚膜以下の各層にも密度１０7 ｃｍ-2の転位
が伝搬していることがわかっている。
格子不整合量に起因する残留応力や格子欠陥に由来する
もので、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y ／ＩｎＰ半導体多
層膜反射鏡構造に存在する多数のヘテロ界面によって停
止され得るとも考えられる（特願平３−３２９８３７
号）が、ＩｎＰ系の材料においては、弾性が大きいため
に転位はそのまま伝搬していくという考え方もある。従
ってＳｉ基板上のＩｎＰ結晶成長においては、Ｓｉ基板
上のＩｎＰ厚膜以下の各層にも密度１０7 ｃｍ-2の転位
が伝搬していることがわかっている。
【０００５】また、上記ＩｎＰ厚膜に対する熱サイクル
は、ＩｎＰ厚膜中の残留応力を転位の形で固定し、その
応力が上部層へ伝搬しないようにするための処理と考え
られており、内部応力が余り大きくならないうちに行う
必要がある。このため、熱サイクルは、厚膜成長中に３
〜４μｍ毎に行う必要がある。現在、Ｓｉ基板上に特性
の良いＩｎＰ系レーザを形成するためには、ＩｎＰ厚膜
を１０数μｍ、通常は１３μｍ程度に成長させておく必
要があり、このような厚さのＩｎＰ膜に対しては熱サイ
クルを最低３回は繰り返す必要があった。
は、ＩｎＰ厚膜中の残留応力を転位の形で固定し、その
応力が上部層へ伝搬しないようにするための処理と考え
られており、内部応力が余り大きくならないうちに行う
必要がある。このため、熱サイクルは、厚膜成長中に３
〜４μｍ毎に行う必要がある。現在、Ｓｉ基板上に特性
の良いＩｎＰ系レーザを形成するためには、ＩｎＰ厚膜
を１０数μｍ、通常は１３μｍ程度に成長させておく必
要があり、このような厚さのＩｎＰ膜に対しては熱サイ
クルを最低３回は繰り返す必要があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、活性層（発光層）内に残留応力や格子欠陥の少ない
高品質の面発光半導体レーザを提供することにある。
は、活性層（発光層）内に残留応力や格子欠陥の少ない
高品質の面発光半導体レーザを提供することにある。
【０００７】また、本発明の第２の目的は、熱サイクル
による処理回数を少なくしても残留応力の活性層等への
拡散を抑制できる高品質の面発光半導体レーザを提供す
ることにある。
による処理回数を少なくしても残留応力の活性層等への
拡散を抑制できる高品質の面発光半導体レーザを提供す
ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、請求項１記載の発明は、単結晶Ｓｉからなる
半導体結晶基板上に、バッファ層、屈折率の異なる２種
類の半導体単結晶からなる半導体多層膜反射鏡、キャリ
アを閉じ込めて再結合発光させる活性層、上部反射鏡が
積層され、かつ前記半導体多層膜反射鏡の２種類の半導
体単結晶のうち少なくとも一方は歪薄膜を含むことを特
徴とする。
るために、請求項１記載の発明は、単結晶Ｓｉからなる
半導体結晶基板上に、バッファ層、屈折率の異なる２種
類の半導体単結晶からなる半導体多層膜反射鏡、キャリ
アを閉じ込めて再結合発光させる活性層、上部反射鏡が
積層され、かつ前記半導体多層膜反射鏡の２種類の半導
体単結晶のうち少なくとも一方は歪薄膜を含むことを特
徴とする。
【０００９】ここで、請求項１記載の面発光半導体レー
ザにおいて、前記半導体多層膜反射鏡は、単結晶ＩｎＰ
層と単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層とから構成さ
れ、かつ前記単結晶ＩｎＰ層にはＩｎ1-z Ｇａz Ｐ歪薄
膜が形成されていてもよい。
ザにおいて、前記半導体多層膜反射鏡は、単結晶ＩｎＰ
層と単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層とから構成さ
れ、かつ前記単結晶ＩｎＰ層にはＩｎ1-z Ｇａz Ｐ歪薄
膜が形成されていてもよい。
【００１０】また、請求項１記載の面発光半導体レーザ
において、前記半導体多層膜反射鏡は、単結晶ＩｎＰ層
と単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層とから構成さ
れ、かつ前記単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層に
は、該単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y および前記単
結晶ＩｎＰ層とは異なる格子定数を有するＩｎa Ｇａ
1-aAsb Ｐ1-b 歪薄膜が形成されていてもよい。
において、前記半導体多層膜反射鏡は、単結晶ＩｎＰ層
と単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層とから構成さ
れ、かつ前記単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層に
は、該単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y および前記単
結晶ＩｎＰ層とは異なる格子定数を有するＩｎa Ｇａ
1-aAsb Ｐ1-b 歪薄膜が形成されていてもよい。
【００１１】さらに、請求項１記載の面発光半導体レー
ザにおいて、前記半導体多層膜反射鏡は、単結晶ＩｎＰ
層と単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層とから構成さ
れ、かつ前記単結晶ＩｎＰ層にはＩｎ1-z Ｇａz Ｐ歪薄
膜が形成されているとともに、前記単結晶Ｉｎx Ｇａ
1-x Ａｓy Ｐ1-y 層には、該単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ
y Ｐ1-y 層および前記単結晶ＩｎＰ層とは異なる格子定
数を有するＩｎa Ｇａ1-a Ａｓb Ｐ1-b 歪薄膜が形成さ
れていてもよい。
ザにおいて、前記半導体多層膜反射鏡は、単結晶ＩｎＰ
層と単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層とから構成さ
れ、かつ前記単結晶ＩｎＰ層にはＩｎ1-z Ｇａz Ｐ歪薄
膜が形成されているとともに、前記単結晶Ｉｎx Ｇａ
1-x Ａｓy Ｐ1-y 層には、該単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ
y Ｐ1-y 層および前記単結晶ＩｎＰ層とは異なる格子定
数を有するＩｎa Ｇａ1-a Ａｓb Ｐ1-b 歪薄膜が形成さ
れていてもよい。
【００１２】また、上記第２の目的を達成するために、
請求項５記載の発明は、単結晶Ｓｉからなる半導体結晶
基板上に、バッファ層、屈折率の異なる２種類の半導体
単結晶からなる半導体多層膜反射鏡、キャリアを閉じ込
めて再結合発光させる活性層、上記反射鏡が積層され、
かつ前記半導体多層膜反射鏡は、単結晶ＩｎＰ層と該単
結晶ＩｎＰ層に格子整合した格子定数を有する単結晶Ｉ
ｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層とから構成されていること
を特徴とする。
請求項５記載の発明は、単結晶Ｓｉからなる半導体結晶
基板上に、バッファ層、屈折率の異なる２種類の半導体
単結晶からなる半導体多層膜反射鏡、キャリアを閉じ込
めて再結合発光させる活性層、上記反射鏡が積層され、
かつ前記半導体多層膜反射鏡は、単結晶ＩｎＰ層と該単
結晶ＩｎＰ層に格子整合した格子定数を有する単結晶Ｉ
ｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層とから構成されていること
を特徴とする。
【００１３】
【作用】本発明においては、半導体多層膜反射鏡を構成
する半導体単結晶中の歪薄膜により、Ｓｉ基板とＩｎＰ
厚膜との間の格子不整合量に起因する残留応力を除去
し、または軽減することができる。これにより、残留応
力による影響は半導体多層膜反射鏡上の活性層等に及ば
ない。したがって、活性層内に残留応力や格子欠陥の少
ない高品質の面発光半導体レーザを得ることができる。
する半導体単結晶中の歪薄膜により、Ｓｉ基板とＩｎＰ
厚膜との間の格子不整合量に起因する残留応力を除去
し、または軽減することができる。これにより、残留応
力による影響は半導体多層膜反射鏡上の活性層等に及ば
ない。したがって、活性層内に残留応力や格子欠陥の少
ない高品質の面発光半導体レーザを得ることができる。
【００１４】また、本発明においては、格子整合された
２種類の半導体単結晶より構成された半導体多層膜反射
鏡により、残留応力に起因する転位の活性層等への影響
を排除できる。したがって、この場合は、上記多層膜成
長中に複数回の熱サイクルを行う必要がなく、成長終了
後に熱サイクルを一度行うだけで内部応力の伝搬を防止
することが可能である。
２種類の半導体単結晶より構成された半導体多層膜反射
鏡により、残留応力に起因する転位の活性層等への影響
を排除できる。したがって、この場合は、上記多層膜成
長中に複数回の熱サイクルを行う必要がなく、成長終了
後に熱サイクルを一度行うだけで内部応力の伝搬を防止
することが可能である。
【００１５】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【００１６】図１は、本発明の面発光半導体レーザの第
１の実施例を示す縦断面図である。図２は、図１に示し
た面発光半導体レーザの製造工程の一つを示す縦断面図
である。図１において、１はＳｉ基板、２はＧａＡｓバ
ッファ層、３はＩｎＰ／Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 歪
超格子、４はＩｎＰ厚膜である。このＩｎＰ厚膜４の上
には、単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層５と単結晶
ＩｎＰ層６とを一対とし、これらを４５周期積層してな
る半導体多層膜反射鏡（半導体ＤＢＲ）７が設けられて
いる。この例の反射鏡７においては、単結晶ＩｎＰ層６
が単結晶ＩｎxＧａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層５に格子整合し
た格子定数を有している。
１の実施例を示す縦断面図である。図２は、図１に示し
た面発光半導体レーザの製造工程の一つを示す縦断面図
である。図１において、１はＳｉ基板、２はＧａＡｓバ
ッファ層、３はＩｎＰ／Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 歪
超格子、４はＩｎＰ厚膜である。このＩｎＰ厚膜４の上
には、単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層５と単結晶
ＩｎＰ層６とを一対とし、これらを４５周期積層してな
る半導体多層膜反射鏡（半導体ＤＢＲ）７が設けられて
いる。この例の反射鏡７においては、単結晶ＩｎＰ層６
が単結晶ＩｎxＧａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層５に格子整合し
た格子定数を有している。
【００１７】上記反射鏡７の最上層である単結晶ＩｎＰ
層６の上にはコンタクト層としてｎ−Ｉｎx Ｇａ1-x Ａ
ｓy Ｐ1-y 層８が設けられ、この上にはｎ−ＩｎＰクラ
ッド層９，Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 活性層１０，ｐ
−ＩｎＰクラッド層１１，ｐ−Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ
1-y コンタクト層１２が積層されている。また、１３は
誘電体多層膜反射鏡、１４は上部電極、１５は下部電極
である。
層６の上にはコンタクト層としてｎ−Ｉｎx Ｇａ1-x Ａ
ｓy Ｐ1-y 層８が設けられ、この上にはｎ−ＩｎＰクラ
ッド層９，Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 活性層１０，ｐ
−ＩｎＰクラッド層１１，ｐ−Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ
1-y コンタクト層１２が積層されている。また、１３は
誘電体多層膜反射鏡、１４は上部電極、１５は下部電極
である。
【００１８】このような構成の面発光半導体レーザにあ
っては、上記反射鏡７を構成する屈折率の異なる２種類
の半導体結晶が格子整合されているので、反射鏡７中の
残留応力を転位の形に固定するための熱サイクル処理を
反射鏡７の成膜後に一度行えばよく、製造工程数の削減
を図れる。また、この熱サイクル処理に先だって反射鏡
７およびｎ−Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層８の上に図
２に示すように単結晶ＩｎＰカバー層１６を設ければ、
このカバー層１６により反射鏡７以下の層を熱サイクル
中のＰ抜けやＡｓ抜けから保護することができる。
っては、上記反射鏡７を構成する屈折率の異なる２種類
の半導体結晶が格子整合されているので、反射鏡７中の
残留応力を転位の形に固定するための熱サイクル処理を
反射鏡７の成膜後に一度行えばよく、製造工程数の削減
を図れる。また、この熱サイクル処理に先だって反射鏡
７およびｎ−Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層８の上に図
２に示すように単結晶ＩｎＰカバー層１６を設ければ、
このカバー層１６により反射鏡７以下の層を熱サイクル
中のＰ抜けやＡｓ抜けから保護することができる。
【００１９】本実施例においては、格子整合された２種
類の半導体単結晶により構成された半導体多層膜反射鏡
７により残留応力に起因する転位の活性層１０等への影
響を排除できる。
類の半導体単結晶により構成された半導体多層膜反射鏡
７により残留応力に起因する転位の活性層１０等への影
響を排除できる。
【００２０】なお、本発明の面発光半導体レーザにおけ
る積層構造は、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰ
Ｅ）等の成膜技術を利用することにより作製することが
できる。
る積層構造は、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰ
Ｅ）等の成膜技術を利用することにより作製することが
できる。
【００２１】図３は、本発明の面発光半導体レーザの第
２の実施例を示す縦断面図である。本実施例と図１に示
した第１の実施例とが構成上、相異するところは半導体
多層膜反射鏡を構成する２種類の半導体単結晶のうちの
一方に歪薄膜が形成されている点のみである。本実施例
と第１の実施例において、双方に共通する構成要素につ
いては同一符号を付し、その説明を省略する。
２の実施例を示す縦断面図である。本実施例と図１に示
した第１の実施例とが構成上、相異するところは半導体
多層膜反射鏡を構成する２種類の半導体単結晶のうちの
一方に歪薄膜が形成されている点のみである。本実施例
と第１の実施例において、双方に共通する構成要素につ
いては同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２２】図３において、３０は単結晶ＩｎＰ層であ
る。この単結晶ＩｎＰ層３０は、
る。この単結晶ＩｎＰ層３０は、
【００２３】
【外１】
【００２４】有している。この歪薄膜３１は、単結晶Ｉ
ｎＰ層３０を有機金属気相成長法により成膜していく際
に、流すＩｎとＰのガスの他に、一時的にＧａのガスを
加えることによって例えば単原子層として形成すること
ができる。
ｎＰ層３０を有機金属気相成長法により成膜していく際
に、流すＩｎとＰのガスの他に、一時的にＧａのガスを
加えることによって例えば単原子層として形成すること
ができる。
【００２５】上記単結晶ＩｎＰ層３０と単結晶Ｉｎx Ｇ
ａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層５とは交互に積層され、この積層
物は半導体多層膜反射鏡３２を構成する。
ａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層５とは交互に積層され、この積層
物は半導体多層膜反射鏡３２を構成する。
【００２６】このような構成の半導体多層膜反射鏡３２
を有する面発光半導体レーザにあっては、その反射鏡３
２中の歪薄膜３１の存在により基板側で発生した内部応
力を打ち消すことができるので、反射鏡３０上の活性層
への応力の影響を排除でき、高性能を図ることができ
る。
を有する面発光半導体レーザにあっては、その反射鏡３
２中の歪薄膜３１の存在により基板側で発生した内部応
力を打ち消すことができるので、反射鏡３０上の活性層
への応力の影響を排除でき、高性能を図ることができ
る。
【００２７】図４は、本発明の面発光半導体レーザの第
３の実施例を示す縦断面図である。本実施例と図３に示
した第２の実施例とが構成上、相異するところは、半導
体多層膜反射鏡を構成する２種類の半導体単結晶のうち
他方に歪薄膜が形成され、他の構成要素は図１に示した
第１の実施例と共通している。
３の実施例を示す縦断面図である。本実施例と図３に示
した第２の実施例とが構成上、相異するところは、半導
体多層膜反射鏡を構成する２種類の半導体単結晶のうち
他方に歪薄膜が形成され、他の構成要素は図１に示した
第１の実施例と共通している。
【００２８】図４において、４０は単結晶Ｉｎx Ｇａ
1-x Ａｓy Ｐ1-y 層である。この単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x
Ａｓy Ｐ1-y 層は、その内部にＭＯＶＰＥにより
1-x Ａｓy Ｐ1-y 層である。この単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x
Ａｓy Ｐ1-y 層は、その内部にＭＯＶＰＥにより
【００２９】
【外２】
【００３０】有している。この単結晶ＩＮx Ｇａ1-x Ａ
ｓy Ｐ1-y 層４０と単結晶ＩｎＰ層６とは交互に積層さ
れ、この積層物は半導体多層膜反射鏡４２を構成する。
ｓy Ｐ1-y 層４０と単結晶ＩｎＰ層６とは交互に積層さ
れ、この積層物は半導体多層膜反射鏡４２を構成する。
【００３１】このような構成の半導体多層膜反射鏡４２
を有する面発光半導体レーザにあっては、その反射鏡４
２中の歪薄膜４１の存在により基板側で発生した内部応
力を打ち消せるので、第２の実施例とほぼ同様に高性能
化を図ることができる。
を有する面発光半導体レーザにあっては、その反射鏡４
２中の歪薄膜４１の存在により基板側で発生した内部応
力を打ち消せるので、第２の実施例とほぼ同様に高性能
化を図ることができる。
【００３２】図５は、本発明の面発光半導体レーザの第
４の実施例を示す縦断面図である。本実施例の特徴は半
導体多層膜反射鏡５０が、第２の実施例における歪薄膜
３１を有する単結晶ＩｎＰ層３０と、第３の実施例にお
ける歪薄膜４１を有する単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ
1-y 層４０とが交互に積層されて形成された半導体ＤＢ
Ｒである点にある。
４の実施例を示す縦断面図である。本実施例の特徴は半
導体多層膜反射鏡５０が、第２の実施例における歪薄膜
３１を有する単結晶ＩｎＰ層３０と、第３の実施例にお
ける歪薄膜４１を有する単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ
1-y 層４０とが交互に積層されて形成された半導体ＤＢ
Ｒである点にある。
【００３３】このような構成の半導体多層膜反射鏡５０
を有する面発光半導体レーザにあっては、その反射鏡５
０を構成する２種類の半導体単結晶のすべて歪薄膜が設
けられているので、第２または第３の実施例よりも一層
の高性能化を図ることができる。
を有する面発光半導体レーザにあっては、その反射鏡５
０を構成する２種類の半導体単結晶のすべて歪薄膜が設
けられているので、第２または第３の実施例よりも一層
の高性能化を図ることができる。
【００３４】なお、上記第２ないし第４の実施例では、
歪薄膜３１または４１を単原子層としたが、例えば歪超
格子に置き換えてもよいし、または両者を併用してもよ
い。
歪薄膜３１または４１を単原子層としたが、例えば歪超
格子に置き換えてもよいし、または両者を併用してもよ
い。
【００３５】また、上記第２ないし第４の実施例では、
半導体多層膜反射鏡３０，４０または５０をそれぞれ構
成する半導体単結晶のすべての層に歪薄膜３１または４
１を設けた構成としたが、その半導体単結晶うちの基板
に近い半導体単結晶に偏在させるようにしてもよい。こ
の場合、内部応力を打ち消すのに必要な数の半導体単結
晶に歪薄膜を形成すればよい。
半導体多層膜反射鏡３０，４０または５０をそれぞれ構
成する半導体単結晶のすべての層に歪薄膜３１または４
１を設けた構成としたが、その半導体単結晶うちの基板
に近い半導体単結晶に偏在させるようにしてもよい。こ
の場合、内部応力を打ち消すのに必要な数の半導体単結
晶に歪薄膜を形成すればよい。
【００３６】さらに、上記各実施例では、活性層の上に
誘電体多層膜１３を設けたが、これを半導体多層膜（半
導体ＤＢＲ）に置き換えてもよい。この場合、Ｓｉ基板
上の全半導体ＤＢＲ面発光半導体レーザを得ることがで
きる。すなわち、誘電体ＤＢＲを半導体ＤＢＲで置き換
えた構造の場合、下部ＤＢＲからの層厚が２０μｍ近く
にもなるため、従来技術ではクラックが入り良好な結晶
が得られないが、本発明の構造・手法を利用することに
よって初めて、Ｓｉ基板上の全半導体ＤＢＲ面発光半導
体レーザを得ることができる。
誘電体多層膜１３を設けたが、これを半導体多層膜（半
導体ＤＢＲ）に置き換えてもよい。この場合、Ｓｉ基板
上の全半導体ＤＢＲ面発光半導体レーザを得ることがで
きる。すなわち、誘電体ＤＢＲを半導体ＤＢＲで置き換
えた構造の場合、下部ＤＢＲからの層厚が２０μｍ近く
にもなるため、従来技術ではクラックが入り良好な結晶
が得られないが、本発明の構造・手法を利用することに
よって初めて、Ｓｉ基板上の全半導体ＤＢＲ面発光半導
体レーザを得ることができる。
【００３７】〔実施例１〕図１に示した面発光半導体レ
ーザを作製した。Ｓｉ基板１上のＧａＡｓバッファ層２
の膜厚を２μｍとし、歪超格子３としてＩｎＰ（２０ｎ
ｍ×５層）／Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y （格子不整合
量−０．６％，ｘ＝０．５３，ｙ＝０．９，４０ｎｍ×
５層）を用いた。ＩｎＰ厚膜４の膜厚を３μｍとした。
単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y （ｘ＝０．６５，ｙ
＝０．７４）層５の膜厚を０．１１２６μｍとし、バン
ドギャップ波長λｇを１．４０μｍとした。単結晶Ｉｎ
Ｐ層６の膜厚を０．１２２２μｍとした。半導体多層膜
反射鏡７を４５周期で形成した。Ｉｎx Ｇａ1-ｘＡｓy
Ｐ1-y （ｘ＝０．５８，ｙ＝０．９０）活性層１０のバ
ンドギャップ波長λｇを１．５５μｍとし、膜厚を０．
４９７５μｍとした。ｎ−Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y
コンタクト層８およびｐ−Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y
コンタクト層１２のバンドギャップ波長λｇをそれぞれ
１．４０μｍとした。誘電体多層膜反射鏡１３は、膜厚
０．１１１μｍのＳｉ層×３層と膜厚０．２６５μｍの
ＳｉＯ2 層×４層とから構成した。上部電極１４をＡｕ
ＺｎＮｉ合金により形成し、下部電極１５をＡｕＧｅＮ
ｉ合金により形成した。
ーザを作製した。Ｓｉ基板１上のＧａＡｓバッファ層２
の膜厚を２μｍとし、歪超格子３としてＩｎＰ（２０ｎ
ｍ×５層）／Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y （格子不整合
量−０．６％，ｘ＝０．５３，ｙ＝０．９，４０ｎｍ×
５層）を用いた。ＩｎＰ厚膜４の膜厚を３μｍとした。
単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y （ｘ＝０．６５，ｙ
＝０．７４）層５の膜厚を０．１１２６μｍとし、バン
ドギャップ波長λｇを１．４０μｍとした。単結晶Ｉｎ
Ｐ層６の膜厚を０．１２２２μｍとした。半導体多層膜
反射鏡７を４５周期で形成した。Ｉｎx Ｇａ1-ｘＡｓy
Ｐ1-y （ｘ＝０．５８，ｙ＝０．９０）活性層１０のバ
ンドギャップ波長λｇを１．５５μｍとし、膜厚を０．
４９７５μｍとした。ｎ−Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y
コンタクト層８およびｐ−Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y
コンタクト層１２のバンドギャップ波長λｇをそれぞれ
１．４０μｍとした。誘電体多層膜反射鏡１３は、膜厚
０．１１１μｍのＳｉ層×３層と膜厚０．２６５μｍの
ＳｉＯ2 層×４層とから構成した。上部電極１４をＡｕ
ＺｎＮｉ合金により形成し、下部電極１５をＡｕＧｅＮ
ｉ合金により形成した。
【００３８】単結晶ＩｎＰカバー層１６の作製は次のよ
うに行った。すなわち、図２に示した半導体ＤＢＲ構造
を形成した後、ＭＯＶＰＥ反応炉の中でＰＨ３を流しな
がら、基板温度７５０℃に保持し、その後温度を下げて
５５０℃で保持した。この熱サイクルによって残留応力
は緩和されて転位の形でＤＢＲの界面で固定された。次
に、ＩｎＰカバー層１６を除去した後、図１のＩｎＰ
（５）以下を成長し、図１の構造を作製した。
うに行った。すなわち、図２に示した半導体ＤＢＲ構造
を形成した後、ＭＯＶＰＥ反応炉の中でＰＨ３を流しな
がら、基板温度７５０℃に保持し、その後温度を下げて
５５０℃で保持した。この熱サイクルによって残留応力
は緩和されて転位の形でＤＢＲの界面で固定された。次
に、ＩｎＰカバー層１６を除去した後、図１のＩｎＰ
（５）以下を成長し、図１の構造を作製した。
【００３９】このようにして得た面発光半導体レーザ
は、活性層内に残留応力や格子欠陥が少なく、高品質も
のであった。
は、活性層内に残留応力や格子欠陥が少なく、高品質も
のであった。
【００４０】〔実施例２〕図３に示すように、半導体多
層膜反射鏡の全単結晶ＩｎＰ層３０内に
層膜反射鏡の全単結晶ＩｎＰ層３０内に
【００４１】
【外３】
【００４２】実施例１と同様にして面発光半導体レーザ
を得た。
を得た。
【００４３】このようにして得た面発光半導体レーザ
は、歪薄膜により実施例１よりも一層効果的に内部応力
を打ち消すことができるので、活性層内に残留応力や格
子欠陥が少ない高品質のものであった。
は、歪薄膜により実施例１よりも一層効果的に内部応力
を打ち消すことができるので、活性層内に残留応力や格
子欠陥が少ない高品質のものであった。
【００４４】〔実施例３〕図４に示すように、半導体多
層膜反射鏡の全単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層４
０内
層膜反射鏡の全単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層４
０内
【００４５】
【外４】
【００４６】設けた以外は実施例１と同様にして面発光
半導体レーザを得た。
半導体レーザを得た。
【００４７】このようにして得た面発光半導体レーザ
は、実施例２とほぼ同様に効果的に内部応力を打ち消す
ことができるので、活性層内に残留応力や格子欠陥が少
ない高品質のものであった。
は、実施例２とほぼ同様に効果的に内部応力を打ち消す
ことができるので、活性層内に残留応力や格子欠陥が少
ない高品質のものであった。
【００４８】〔実施例４〕図５に示すように、半導体多
層膜反射鏡の全単結晶ＩｎＰ層３０内に実施例２と同様
に歪薄膜３１を設け、かつ全単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x ＡＳ
y Ｐ1-y 層４０内に実施例３と同様に歪薄膜４１を設け
た以外は、実施例１と同様にして面発光半導体レーザを
得た。
層膜反射鏡の全単結晶ＩｎＰ層３０内に実施例２と同様
に歪薄膜３１を設け、かつ全単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x ＡＳ
y Ｐ1-y 層４０内に実施例３と同様に歪薄膜４１を設け
た以外は、実施例１と同様にして面発光半導体レーザを
得た。
【００４９】このようにして得た面発光半導体レーザ
は、実施例２および実施例３の効果を相乗的に得ること
ができるので、実施例２または実施例３の場合よりも残
留応力や格子欠陥の少ない活性層を有する高品質のもの
であった。
は、実施例２および実施例３の効果を相乗的に得ること
ができるので、実施例２または実施例３の場合よりも残
留応力や格子欠陥の少ない活性層を有する高品質のもの
であった。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体多層膜反射鏡中の歪薄膜により、レーザ活性層へ
の転位の伝搬を防止できるので、良質の結晶成長が可能
となり、高性能の面発光半導体レーザを得ることができ
る。
半導体多層膜反射鏡中の歪薄膜により、レーザ活性層へ
の転位の伝搬を防止できるので、良質の結晶成長が可能
となり、高性能の面発光半導体レーザを得ることができ
る。
【００５１】また、本発明によれば、半導体多層膜反射
鏡が格子整合された２種類の半導体単結晶により構成さ
れているので、多層膜の内部応力を転位に固定するため
の熱サイクルを成膜後に一度行えば十分である。
鏡が格子整合された２種類の半導体単結晶により構成さ
れているので、多層膜の内部応力を転位に固定するため
の熱サイクルを成膜後に一度行えば十分である。
【００５２】このような高性能の面発光半導体レーザ
は、例えば光通信・光情報処理システムを構成するデバ
イスとして期待されるものである。
は、例えば光通信・光情報処理システムを構成するデバ
イスとして期待されるものである。
【図１】本発明の面発光半導体レーザの第１の実施例を
示す縦断面図である。
示す縦断面図である。
【図２】図１に示した面発光半導体レーザの製造工程の
一つを示す縦断面図である。
一つを示す縦断面図である。
【図３】本発明の面発光半導体レーザの第２の実施例を
示す縦断面図である。
示す縦断面図である。
【図４】本発明の面発光半導体レーザの第３の実施例を
示す縦断面図である。
示す縦断面図である。
【図５】本発明の面発光半導体レーザの第４の実施例を
示す縦断面図である。
示す縦断面図である。
１ Ｓｉ基板 ２ ＧａＡｓバッファ層 ３ ＩｎＰ／Ｉｎx Ｇａ1-x ＡＳy Ｐ1-y （格子不整合
量−０．６％）歪超格子 ４ 熱サイクルを経ながら成長したＩｎＰ厚膜 ５ Ｉｎx Ｇａ1-X ＡＳy Ｐ1-y 層（λｇ＝１．４０μ
ｍ） ６ ＩｎＰ層 ７ 多層膜反射鏡 ８ ｎ−Ｉｎx Ｇａ1-x ＡＳy Ｐ1-y コンタクト層（λ
ｇ＝１．４０μｍ） ９ ｎ−ＩｎＰクラッド層 １０ Ｉｎx Ｇａ1-ｘＡｓy Ｐ1-y 活性層（バンドギャ
ップ波長λｇ＝１．５５μｍ） １１ ｐ−ＩｎＰクラッド層 １２ ｐ−Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y コンタクト層
（λｇ＝１．４０μｍ） １３ 誘電体多層膜反射鏡 １４ 上部電極 １５ 下部電極 １６ ＩｎＰカバー層 ３０ 単結晶ＩｎＰ ３１ 歪薄膜 ３２ 半導体ＤＢＲ ４０ 単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y ４１ 歪薄膜 ４２ 半導体ＤＢＲ ５０ 半導体ＤＢＲ
量−０．６％）歪超格子 ４ 熱サイクルを経ながら成長したＩｎＰ厚膜 ５ Ｉｎx Ｇａ1-X ＡＳy Ｐ1-y 層（λｇ＝１．４０μ
ｍ） ６ ＩｎＰ層 ７ 多層膜反射鏡 ８ ｎ−Ｉｎx Ｇａ1-x ＡＳy Ｐ1-y コンタクト層（λ
ｇ＝１．４０μｍ） ９ ｎ−ＩｎＰクラッド層 １０ Ｉｎx Ｇａ1-ｘＡｓy Ｐ1-y 活性層（バンドギャ
ップ波長λｇ＝１．５５μｍ） １１ ｐ−ＩｎＰクラッド層 １２ ｐ−Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y コンタクト層
（λｇ＝１．４０μｍ） １３ 誘電体多層膜反射鏡 １４ 上部電極 １５ 下部電極 １６ ＩｎＰカバー層 ３０ 単結晶ＩｎＰ ３１ 歪薄膜 ３２ 半導体ＤＢＲ ４０ 単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y ４１ 歪薄膜 ４２ 半導体ＤＢＲ ５０ 半導体ＤＢＲ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小濱 剛孝 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−14465（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−218994（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−86883（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−236295（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−145195（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−125612（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50
Claims (5)
- 【請求項１】 単結晶Ｓｉからなる半導体結晶基板上
に、バッファ層、屈折率の異なる２種類の半導体単結晶
からなる半導体多層膜反射鏡、キャリアを閉じ込めて再
結合発光させる活性層、上部反射鏡が積層され、かつ前
記半導体多層膜反射鏡の２種類の半導体単結晶のうち少
なくとも一方は歪薄膜を含むことを特徴とする面発光半
導体レーザ。 - 【請求項２】 請求項１記載の面発光半導体レーザにお
いて、前記半導体多層膜反射鏡は、単結晶ＩｎＰ層と単
結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層とから構成され、か
つ前記単結晶ＩｎＰ層にはＩｎ1-z Ｇａz Ｐ歪薄膜が形
成されていることを特徴とする面発光半導体レーザ。 - 【請求項３】 請求項１記載の面発光半導体レーザにお
いて、前記半導体多層膜反射鏡は、単結晶ＩｎＰ層と単
結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層とから構成され、か
つ前記単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層には、該単
結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y および前記単結晶Ｉｎ
Ｐ層とは異なる格子定数を有するＩｎa Ｇａ1-a Ａｓb
Ｐ1-b 歪薄膜が形成されていることを特徴とする面発光
半導体レーザ。 - 【請求項４】 請求項１記載の面発光半導体レーザにお
いて、前記半導体多層膜反射鏡は、単結晶ＩｎＰ層と単
結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層とから構成され、か
つ前記単結晶ＩｎＰ層にはＩｎ1-z Ｇａz Ｐ歪薄膜が形
成されているとともに、前記単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ
y Ｐ1-y 層には、該単結晶Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y
層および前記単結晶ＩｎＰ層とは異なる格子定数を有す
るＩｎa Ｇａ1-a Ａｓb Ｐ1-b 歪薄膜が形成されている
ことを特徴とする面発光半導体レーザ。 - 【請求項５】 単結晶Ｓｉからなる半導体結晶基板上
に、バッファ層、屈折率の異なる２種類の半導体単結晶
からなる半導体多層膜反射鏡、キャリアを閉じ込めて再
結合発光させる活性層、上記反射鏡が積層され、かつ前
記半導体多層膜反射鏡は、単結晶ＩｎＰ層と該単結晶Ｉ
ｎＰ層に格子整合した格子定数を有する単結晶Ｉｎx Ｇ
ａ1-x Ａｓy Ｐ1-y 層とから構成されていることを特徴
とする面発光半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04287679A JP3097939B2 (ja) | 1992-10-26 | 1992-10-26 | 面発光半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04287679A JP3097939B2 (ja) | 1992-10-26 | 1992-10-26 | 面発光半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06140710A JPH06140710A (ja) | 1994-05-20 |
| JP3097939B2 true JP3097939B2 (ja) | 2000-10-10 |
Family
ID=17720324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04287679A Expired - Lifetime JP3097939B2 (ja) | 1992-10-26 | 1992-10-26 | 面発光半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3097939B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2351841A (en) | 1999-07-06 | 2001-01-10 | Sharp Kk | A semiconductor laser device |
| US7072376B2 (en) * | 2004-09-16 | 2006-07-04 | Corning Incorporated | Method of manufacturing an InP based vertical cavity surface emitting laser and device produced therefrom |
-
1992
- 1992-10-26 JP JP04287679A patent/JP3097939B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06140710A (ja) | 1994-05-20 |
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