JP3123030B2 - 長波長帯面発光半導体レーザ - Google Patents
長波長帯面発光半導体レーザInfo
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- 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
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- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/42—Arrays of surface emitting lasers
- H01S5/423—Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＩnＰと格子定数の異
なるIII−Ｖ族半導体で構成した長波長帯面発光半導体
レーザに関するものである。
なるIII−Ｖ族半導体で構成した長波長帯面発光半導体
レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】面発光半導体レーザは、レーザ発振させ
るために極めて高反射率である光反射層が必要であり、
従来、ＩnＰ基板上もしくはＳi基板上の長波長帯面発光
半導体レーザの前記光反射層は、ＩnＰに光学波長の１
／４の膜厚で格子整合した２種類の半導体多層膜、例え
ばＩnＰ、ＩnＧaＡsＰ（１．４μｍ組成）を交互にエピ
タキシャル成長をするか、二種類の誘電体（例えばａ−
Ｓi／ＳiＯ2）を光学波長の１／４の膜厚で交互に積層
するというＤＢＲ( distributed Bragg reflecter ）構
造を有していた。
るために極めて高反射率である光反射層が必要であり、
従来、ＩnＰ基板上もしくはＳi基板上の長波長帯面発光
半導体レーザの前記光反射層は、ＩnＰに光学波長の１
／４の膜厚で格子整合した２種類の半導体多層膜、例え
ばＩnＰ、ＩnＧaＡsＰ（１．４μｍ組成）を交互にエピ
タキシャル成長をするか、二種類の誘電体（例えばａ−
Ｓi／ＳiＯ2）を光学波長の１／４の膜厚で交互に積層
するというＤＢＲ( distributed Bragg reflecter ）構
造を有していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】面発光半導体レーザ
は、低閾値電流動作、高密度２次元集積化光源、動的単
一動作が可能なデバイスであり、光情報処理用、光通信
用、光インターコネクション用光源として期待されてい
る。また、通信の大容量化に伴い、長波長帯面発光半導
体レーザを電子デバイスと高集積可能なＳi基板形成す
ることは非常に有望である。
は、低閾値電流動作、高密度２次元集積化光源、動的単
一動作が可能なデバイスであり、光情報処理用、光通信
用、光インターコネクション用光源として期待されてい
る。また、通信の大容量化に伴い、長波長帯面発光半導
体レーザを電子デバイスと高集積可能なＳi基板形成す
ることは非常に有望である。
【０００４】しかしながら、ＩnＰ基板上の面発光半導
体レーザの光反射層を構成する半導体多層膜において、
ＩnＰに格子整合する２種類のIII−Ｖ族化合物半導体の
屈折率差が大きく取れない。このため、高反射率（例え
ば９９．９％）を得るために半導体多層膜（ＤＢＲ構
造）を約４０対以上と対数を多くしなければならないと
いう問題があった。
体レーザの光反射層を構成する半導体多層膜において、
ＩnＰに格子整合する２種類のIII−Ｖ族化合物半導体の
屈折率差が大きく取れない。このため、高反射率（例え
ば９９．９％）を得るために半導体多層膜（ＤＢＲ構
造）を約４０対以上と対数を多くしなければならないと
いう問題があった。
【０００５】即ち、図１にIII−Ｖ族半導体組成の格子
定数とバンドギャップとの関係を示すように、ＩnＰの
格子定数１−ａと格子定数が一致するように、ＩnＧaＡ
sＰ等の組成を決定しなければならないので、２種類のI
II−Ｖ族化合物半導体の屈折率差が大きく取れなかった
のである。
定数とバンドギャップとの関係を示すように、ＩnＰの
格子定数１−ａと格子定数が一致するように、ＩnＧaＡ
sＰ等の組成を決定しなければならないので、２種類のI
II−Ｖ族化合物半導体の屈折率差が大きく取れなかった
のである。
【０００６】このため、面発光半導体レーザを構成する
全膜厚が約２０μｍにまでおよび、成長時間が長くなる
ため、成長方向の膜厚の揺らぎが生じてしまい、所望の
高反射率が得られないという問題点があった。一方、従
来のＳi基板上に長波長帯面発光半導体レーザを形成す
る場合、２つの問題点があった。
全膜厚が約２０μｍにまでおよび、成長時間が長くなる
ため、成長方向の膜厚の揺らぎが生じてしまい、所望の
高反射率が得られないという問題点があった。一方、従
来のＳi基板上に長波長帯面発光半導体レーザを形成す
る場合、２つの問題点があった。
【０００７】第一に、基板とＩnＰの格子定数が異なる
ことから面発光半導体レーザを構成する半導体膜に高密
度転位が発生し、閾値電流が増加し安定な動作が得られ
にくいこと、第二に、前記Ｓi基板との熱膨張係数差よ
り膜厚が１５μｍ程度になるとクラックが発生すること
である。このため前記第一光反射、前記第二光反射層を
両方とも半導体多層膜で形成することは困難であった。
本発明は、上記従来技術に鑑みて成されたものであり、
ＩnＰと格子定数が異なり、バッファ層と格子整合するI
II−Ｖ族半導体により面発光半導体レーザを提供するこ
とを目的とする。
ことから面発光半導体レーザを構成する半導体膜に高密
度転位が発生し、閾値電流が増加し安定な動作が得られ
にくいこと、第二に、前記Ｓi基板との熱膨張係数差よ
り膜厚が１５μｍ程度になるとクラックが発生すること
である。このため前記第一光反射、前記第二光反射層を
両方とも半導体多層膜で形成することは困難であった。
本発明は、上記従来技術に鑑みて成されたものであり、
ＩnＰと格子定数が異なり、バッファ層と格子整合するI
II−Ｖ族半導体により面発光半導体レーザを提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の構成はＩnＰ基板、Ｓi基板、ＧaＡs基板、ＡlＧa
Ａs基板のうちのいずれか一つの基板上に、ＩnＰより格
子定数が小さく、活性層の組成と同じ格子定数を有する
バッファ層と、前記バッファ層に格子整合する光学波長
の１／４の膜厚で、ＩnＡlＡs又はＩnＡlＰのいずれか
一つからなる第一の半導体層と、Ｉn1-x1Ｇax1Ａs1-y1
Ｐy1（０≦ｘ１≦１，０≦ｙ１≦１）からなる第二の半
導体層とを交互にエピタキシャル成長させることによ
り、上記第一の半導体層と上記第二の半導体層の屈折率
差を大きくした第一光反射層と、前記バッファ層に格子
整合するＩn1-x2Ｇax2Ａs1-y2Ｐy2（０≦ｘ２≦１，０
≦ｙ２≦１）からなる第一クラッド層と、Ｉn1-X3ＧaX3
Ａs1-y3Ｐy3（０≦ｘ３≦１，０≦ｙ３≦１）からなる
活性層と、前記バッファ層に格子整合するＩn1-x4Ｇax4
Ａs1-y4Ｐy4（０≦ｘ４≦１，０≦ｙ４≦１）からなる
第二クラッド層と、前記バッファ層に格子整合する光学
波長の１／４の膜厚で、ＩnＡlＡs又はＩnＡlＰのいず
れか一つからなる第一の半導体層と、Ｉn1-x5Ｇax5Ａs
1-y5Ｐy5（０≦ｘ５≦１，０≦ｙ５≦１）からなる第二
の半導体層とを交互にエピタキシャル成長させることに
より、上記第一の半導体層と上記第二の半導体層の屈折
率差を大きくした第二光反射層とを順に積層してなるこ
とを特徴とする。
発明の構成はＩnＰ基板、Ｓi基板、ＧaＡs基板、ＡlＧa
Ａs基板のうちのいずれか一つの基板上に、ＩnＰより格
子定数が小さく、活性層の組成と同じ格子定数を有する
バッファ層と、前記バッファ層に格子整合する光学波長
の１／４の膜厚で、ＩnＡlＡs又はＩnＡlＰのいずれか
一つからなる第一の半導体層と、Ｉn1-x1Ｇax1Ａs1-y1
Ｐy1（０≦ｘ１≦１，０≦ｙ１≦１）からなる第二の半
導体層とを交互にエピタキシャル成長させることによ
り、上記第一の半導体層と上記第二の半導体層の屈折率
差を大きくした第一光反射層と、前記バッファ層に格子
整合するＩn1-x2Ｇax2Ａs1-y2Ｐy2（０≦ｘ２≦１，０
≦ｙ２≦１）からなる第一クラッド層と、Ｉn1-X3ＧaX3
Ａs1-y3Ｐy3（０≦ｘ３≦１，０≦ｙ３≦１）からなる
活性層と、前記バッファ層に格子整合するＩn1-x4Ｇax4
Ａs1-y4Ｐy4（０≦ｘ４≦１，０≦ｙ４≦１）からなる
第二クラッド層と、前記バッファ層に格子整合する光学
波長の１／４の膜厚で、ＩnＡlＡs又はＩnＡlＰのいず
れか一つからなる第一の半導体層と、Ｉn1-x5Ｇax5Ａs
1-y5Ｐy5（０≦ｘ５≦１，０≦ｙ５≦１）からなる第二
の半導体層とを交互にエピタキシャル成長させることに
より、上記第一の半導体層と上記第二の半導体層の屈折
率差を大きくした第二光反射層とを順に積層してなるこ
とを特徴とする。
【０００９】また、ＩnＰ基板、Ｓi基板、ＧaＡs基板、
ＡlＧaＡs基板のうちのいずれか一つの基板上に、ＩnＰ
より格子定数が小さく、活性層の組成と同じ格子定数を
有するバッファ層と、前記バッファ層に格子整合する光
学波長の１／４の膜厚で、ＩnＡlＡs又はＩnＡlＰのい
ずれか一つからなる第一の半導体層と、Ｉn 1-x1 Ｇa x1 Ａ
s 1-y1 Ｐ y1 （０≦ｘ１≦１，０≦ｙ１≦１）からなる第
二の半導体層とを交互にエピタキシャル成長させること
により、上記第一の半導体層と上記第二の半導体層の屈
折率差を大きくした第一光反射層と、前記バッファ層に
格子整合するＩn 1-x2 Ｇa x2 Ａs 1-y2 Ｐ y2 （０≦ｘ２≦
１，０≦ｙ２≦１）からなる第一クラッド層と、Ｉn
1-X3 Ｇa X3 Ａs 1-y3 Ｐ y3 （０≦ｘ３≦１，０≦ｙ３≦１）
からなる活性層と、前記バッファ層に格子整合するＩn
1-x4 Ｇa x4 Ａs 1-y4 Ｐ y4 （０≦ｘ４≦１，０≦ｙ４≦１）
からなる第二クラッド層と、光学波長の１／４の膜厚の
二種類の誘電体多層膜で構成された第二光反射層とを順
に積層するようにしても良い。更に、前記バッファ層、
前記第一光反射層、前記第一クラッド層、前記活性層、
前記第二クラッド層、前記第二光反射層を構成する半導
体組成の中で、他の半導体組成と格子不整合である半導
体組成を一層以上有するようにしても良い。
ＡlＧaＡs基板のうちのいずれか一つの基板上に、ＩnＰ
より格子定数が小さく、活性層の組成と同じ格子定数を
有するバッファ層と、前記バッファ層に格子整合する光
学波長の１／４の膜厚で、ＩnＡlＡs又はＩnＡlＰのい
ずれか一つからなる第一の半導体層と、Ｉn 1-x1 Ｇa x1 Ａ
s 1-y1 Ｐ y1 （０≦ｘ１≦１，０≦ｙ１≦１）からなる第
二の半導体層とを交互にエピタキシャル成長させること
により、上記第一の半導体層と上記第二の半導体層の屈
折率差を大きくした第一光反射層と、前記バッファ層に
格子整合するＩn 1-x2 Ｇa x2 Ａs 1-y2 Ｐ y2 （０≦ｘ２≦
１，０≦ｙ２≦１）からなる第一クラッド層と、Ｉn
1-X3 Ｇa X3 Ａs 1-y3 Ｐ y3 （０≦ｘ３≦１，０≦ｙ３≦１）
からなる活性層と、前記バッファ層に格子整合するＩn
1-x4 Ｇa x4 Ａs 1-y4 Ｐ y4 （０≦ｘ４≦１，０≦ｙ４≦１）
からなる第二クラッド層と、光学波長の１／４の膜厚の
二種類の誘電体多層膜で構成された第二光反射層とを順
に積層するようにしても良い。更に、前記バッファ層、
前記第一光反射層、前記第一クラッド層、前記活性層、
前記第二クラッド層、前記第二光反射層を構成する半導
体組成の中で、他の半導体組成と格子不整合である半導
体組成を一層以上有するようにしても良い。
【００１０】
【作用】図１にIII−Ｖ族半導体組成の格子定数とバン
ドギャップとの関係を示すように、本発明においては、
バッファ層、第一光反射層、ｐ型クラッド層、活性層、
ｎ型クラッド層、第二光反射層の半導体の格子定数は、
ＩnＰの格子定数１−ａより小さく、ＧaＡsに近い格子
定数である１−ｂに一致している。このように、第一、
第二光反射層の２種類の半導体膜をＩnＰよりも小さい
格子定数で格子整合するＩnＡlＡs、ＩnＧaＡsＰ、もし
くはＩnＡlＰ、ＩnＧaＡsＰとすることにより、２種類
の半導体の屈折率差が大きくなる。この結果、従来用い
られていたＩnＰ、ＩnＧaＡsＰに比べ少ない対数で高反
射率が得られる。
ドギャップとの関係を示すように、本発明においては、
バッファ層、第一光反射層、ｐ型クラッド層、活性層、
ｎ型クラッド層、第二光反射層の半導体の格子定数は、
ＩnＰの格子定数１−ａより小さく、ＧaＡsに近い格子
定数である１−ｂに一致している。このように、第一、
第二光反射層の２種類の半導体膜をＩnＰよりも小さい
格子定数で格子整合するＩnＡlＡs、ＩnＧaＡsＰ、もし
くはＩnＡlＰ、ＩnＧaＡsＰとすることにより、２種類
の半導体の屈折率差が大きくなる。この結果、従来用い
られていたＩnＰ、ＩnＧaＡsＰに比べ少ない対数で高反
射率が得られる。
【００１１】更に、請求項３の発明によればＳi基板上
に長波長帯面発光半導体レーザを作製する場合、少ない
膜厚で高反射率が得られるため、クラックが発生しない
膜厚の範囲内で前記第一光反射層と前記第二光反射層の
両方とも半導体多層膜で構成することが可能となる。特
に、面発光半導体レーザを構成する半導体の格子定数が
ＧaＡsの格子定数に近くなり、またＧaＡsとバッファ層
の熱膨張係数差が小さくなるため転位密度の低減化が達
せられ、レーザ発振の閾値電流が減少し、半導体レーザ
の寿命時間を著しく増加させることが可能である。
に長波長帯面発光半導体レーザを作製する場合、少ない
膜厚で高反射率が得られるため、クラックが発生しない
膜厚の範囲内で前記第一光反射層と前記第二光反射層の
両方とも半導体多層膜で構成することが可能となる。特
に、面発光半導体レーザを構成する半導体の格子定数が
ＧaＡsの格子定数に近くなり、またＧaＡsとバッファ層
の熱膨張係数差が小さくなるため転位密度の低減化が達
せられ、レーザ発振の閾値電流が減少し、半導体レーザ
の寿命時間を著しく増加させることが可能である。
【００１２】
【実施例】〔実施例１〕図２に本発明の一実施例を示
す。図２は本発明により作製された面発光半導体レーザ
の構造の断面図である。
す。図２は本発明により作製された面発光半導体レーザ
の構造の断面図である。
【００１３】図２において、２−１はｐ型電極、２−２
はＳiＯ2／ＴiＯ2とを交互に積層してなる第二光反射層
（ＤＢＲ層）、２−３′はｐ−ＩnＧaＡsＰキャップ
層、２−３はｐ−ＩnＧaＰクラッド層、２−４はＩnＧa
Ａs（１．５５μｍ組成）活性層、２−５はｎ−ＩnＧa
Ｐクラッド層、２−６はＩnＡlＡs／ＩnＧaＡsＰとを交
互にエピタキシャル成長させてなる第一光反射層、２−
７はｎ−ＩnＧaＡsバッファ層、２−８はｎ−ＩnＧaＡs
／ｎ−ＩnＧaＡsＰ歪層、２−９はＩnＰ、２−１０は反
射防止膜であるＳiＯ2、２−１１はｎ型電極、２−１２
ポリイミドである。
はＳiＯ2／ＴiＯ2とを交互に積層してなる第二光反射層
（ＤＢＲ層）、２−３′はｐ−ＩnＧaＡsＰキャップ
層、２−３はｐ−ＩnＧaＰクラッド層、２−４はＩnＧa
Ａs（１．５５μｍ組成）活性層、２−５はｎ−ＩnＧa
Ｐクラッド層、２−６はＩnＡlＡs／ＩnＧaＡsＰとを交
互にエピタキシャル成長させてなる第一光反射層、２−
７はｎ−ＩnＧaＡsバッファ層、２−８はｎ−ＩnＧaＡs
／ｎ−ＩnＧaＡsＰ歪層、２−９はＩnＰ、２−１０は反
射防止膜であるＳiＯ2、２−１１はｎ型電極、２−１２
ポリイミドである。
【００１４】本実施例の面発光半導体レーザは、次のよ
うにして製造する。先ず、ＩnＰ基板上に有機金属気相
成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、ｎ型ＩnＧaＡs
（１．５５μｍ組成）／ＩnＧaＡsＰ（−０．６％）歪
層、ｎ型ＩnＧaＡs（１．５５μｍ組成）バッファ層を
成長する。
うにして製造する。先ず、ＩnＰ基板上に有機金属気相
成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、ｎ型ＩnＧaＡs
（１．５５μｍ組成）／ＩnＧaＡsＰ（−０．６％）歪
層、ｎ型ＩnＧaＡs（１．５５μｍ組成）バッファ層を
成長する。
【００１５】次に１．５５μｍの光学波長の１／４の膜
厚で交互に２７．５対のｎ型ＩnＡlＡsとＩnＧaＡsＰ
（１．３μｍ組成）とをエピタキシャル成長させて第一
光反射層を形成する。
厚で交互に２７．５対のｎ型ＩnＡlＡsとＩnＧaＡsＰ
（１．３μｍ組成）とをエピタキシャル成長させて第一
光反射層を形成する。
【００１６】そして引き続きｎ型ＩnＧaＰクラッド層、
ｐ型ＩnＧaＡs活性層（１．５５μｍ組成）、ｐ型ＩnＧ
aＰクラッド層、ｐ型ＩnＧaＡsＰキャップ層を成長す
る。その後、１．５５μｍの光学波長の１／４波長の膜
厚で交互に１２対のＳiＯ2、ＴiＯ2を蒸着する。
ｐ型ＩnＧaＡs活性層（１．５５μｍ組成）、ｐ型ＩnＧ
aＰクラッド層、ｐ型ＩnＧaＡsＰキャップ層を成長す
る。その後、１．５５μｍの光学波長の１／４波長の膜
厚で交互に１２対のＳiＯ2、ＴiＯ2を蒸着する。
【００１７】前述の行程を施した後、素子径を５０μｍ
にするためにドーナツ状にパターニングをし、ｐ型Ｉn
ＧaＡsＰキャップ層までエッチングを行った。その後ポ
リイミドで素子間の絶縁、及び表面の平坦化を施し、基
板側にはＳiＯ2の反射防止膜とＡuＧeＮi／Ａuを蒸着
し、上端にはＡuＺnＮi／Ａuの電極を形成する。
にするためにドーナツ状にパターニングをし、ｐ型Ｉn
ＧaＡsＰキャップ層までエッチングを行った。その後ポ
リイミドで素子間の絶縁、及び表面の平坦化を施し、基
板側にはＳiＯ2の反射防止膜とＡuＧeＮi／Ａuを蒸着
し、上端にはＡuＺnＮi／Ａuの電極を形成する。
【００１８】上記のようにして構成した面発光半導体レ
ーザにおいて電流−光出力特性を測定したところ、これ
まで報告されている第一、第二光反射層をＩnＰ／ＩnＧ
aＡsＰの半導体多層膜で構成した長波長帯面発光半導体
レーザの構造に比べて、閾値電流が１４０ｍＡ、発振波
長１．５μｍでレーザ発振が確認された。またＩnＰ基
板とＩnＧaＡs（１．５５μｍ組成）との格子不整合に
基づくミスファイト転位による閾値電流への影響は見ら
れなかった。
ーザにおいて電流−光出力特性を測定したところ、これ
まで報告されている第一、第二光反射層をＩnＰ／ＩnＧ
aＡsＰの半導体多層膜で構成した長波長帯面発光半導体
レーザの構造に比べて、閾値電流が１４０ｍＡ、発振波
長１．５μｍでレーザ発振が確認された。またＩnＰ基
板とＩnＧaＡs（１．５５μｍ組成）との格子不整合に
基づくミスファイト転位による閾値電流への影響は見ら
れなかった。
【００１９】〔実施例２〕図３は本発明により作製され
た面発光半導体レーザの構造の断面図である。
た面発光半導体レーザの構造の断面図である。
【００２０】図３において、３−１はｐ型電極、３−２
はｐ−ＩnＡlＡs／ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組成）を交
互にエピタキシャル成長させてなる第二光反射層（ＤＢ
Ｒ層）、３−３はｐ−ＩnＧaＰクラッド層、３−４はＩ
nＧaＡs（１．５５μｍ組成）活性層、３−５はｎ−Ｉn
ＧaＰクラッド層、３−６はｎ−ＩnＡlＡs／ｎ−ＩnＧa
ＡsＰを交互にエピタキシャル成長させてなる第一光反
射層、３−７はｎ−ＩnＧaＡsバッファ層、３−８はｎ
−ＩnＧaＡs／ＩnＧaＡsＰ歪層、３−９はｎ−ＧaＡs、
３−１０はＳi基板、３−１１は反射防止膜であるＳiＯ
2、３−１２はｎ型電極、３−１３はポリイミドであ
る。
はｐ−ＩnＡlＡs／ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組成）を交
互にエピタキシャル成長させてなる第二光反射層（ＤＢ
Ｒ層）、３−３はｐ−ＩnＧaＰクラッド層、３−４はＩ
nＧaＡs（１．５５μｍ組成）活性層、３−５はｎ−Ｉn
ＧaＰクラッド層、３−６はｎ−ＩnＡlＡs／ｎ−ＩnＧa
ＡsＰを交互にエピタキシャル成長させてなる第一光反
射層、３−７はｎ−ＩnＧaＡsバッファ層、３−８はｎ
−ＩnＧaＡs／ＩnＧaＡsＰ歪層、３−９はｎ−ＧaＡs、
３−１０はＳi基板、３−１１は反射防止膜であるＳiＯ
2、３−１２はｎ型電極、３−１３はポリイミドであ
る。
【００２１】本実施例の面発光半導体レーザは、次のよ
うにして製造する。先ず、Ｓi基板上に有機金属気相法
（ＭＯＣＶＤ法）を用いてＨ2雰囲気中で１０００℃に
加熱しクリーニングした後、ｎ型ＧaＡsを二段階成長法
により２μｍ形成する。
うにして製造する。先ず、Ｓi基板上に有機金属気相法
（ＭＯＣＶＤ法）を用いてＨ2雰囲気中で１０００℃に
加熱しクリーニングした後、ｎ型ＧaＡsを二段階成長法
により２μｍ形成する。
【００２２】次に、ｎ型ＩnＧaＡs（１．５５μｍ組
成）／ＩnＧaＡsＰ（−０．６％）歪層、ｎ型ＩnＧaＡs
（１．５５μｍ組成）バッファ層を成長する。次に１．
５５μｍの光学波長の１／４の膜厚で交互に２７．５対
のｎ型ＩnＡlＡs／ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組成）第一
光反射層を形成する。
成）／ＩnＧaＡsＰ（−０．６％）歪層、ｎ型ＩnＧaＡs
（１．５５μｍ組成）バッファ層を成長する。次に１．
５５μｍの光学波長の１／４の膜厚で交互に２７．５対
のｎ型ＩnＡlＡs／ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組成）第一
光反射層を形成する。
【００２３】そして引き続きｎ型ＩnＧaＰ、ｐ型ＩnＧa
Ａs活性層（１．５５μｍ組成）、ｐ型ＩnＧaＰと光学
波長の３倍の膜厚でキャビティを構成する。その後、
１．５５μｍの光学波長の１／４波長の膜厚で交互に２
５対のｐ型ＩnＡlＡs／ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組成）
第二光反射層、ｐ型ＩnＧaＡsＰキャップ層を成長す
る。
Ａs活性層（１．５５μｍ組成）、ｐ型ＩnＧaＰと光学
波長の３倍の膜厚でキャビティを構成する。その後、
１．５５μｍの光学波長の１／４波長の膜厚で交互に２
５対のｐ型ＩnＡlＡs／ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組成）
第二光反射層、ｐ型ＩnＧaＡsＰキャップ層を成長す
る。
【００２４】前述のエピタキシャル成長した後、素子径
を５０μｍにするためにパターニングをし、その後ポリ
イミドで素子間の絶縁、及び表面の平坦化を施し、基板
側にはＳiＯ2の反射防止膜とＡuＳb／Ａuを蒸着し、上
端にはＡuＺnＮi／Ａuの電極を形成した。
を５０μｍにするためにパターニングをし、その後ポリ
イミドで素子間の絶縁、及び表面の平坦化を施し、基板
側にはＳiＯ2の反射防止膜とＡuＳb／Ａuを蒸着し、上
端にはＡuＺnＮi／Ａuの電極を形成した。
【００２５】上記のようにして構成した面発光半導体レ
ーザにおいて電流−光出力特性を測定したところ、これ
まで報告されている第一、第二光反射層を半導体多層膜
で構成した長波長帯面発光半導体レーザの構造に比べ
て、閾値電流が１６０ｍＡと低い値でレーザ発振が確認
された。また寿命実験において、出力５００μＷの条件
でＡＰＣ動作を行い３０００時間までレーザ発振が確認
された。
ーザにおいて電流−光出力特性を測定したところ、これ
まで報告されている第一、第二光反射層を半導体多層膜
で構成した長波長帯面発光半導体レーザの構造に比べ
て、閾値電流が１６０ｍＡと低い値でレーザ発振が確認
された。また寿命実験において、出力５００μＷの条件
でＡＰＣ動作を行い３０００時間までレーザ発振が確認
された。
【００２６】本実施例では、Ｓi基板を用いたが、ＧaＡ
s基板、ＡlＧaＡs基板を用いても、同様な効果が得られ
る。本実施例では第一光反射層、第二光反射層の構成を
するのに２種類の半導体を用いたが、光反射層の抵抗を
下げるために２種類の半導体の界面において徐々に組成
を変化させたり、また２種類の半導体の間に中間層を設
けたりしても良い。また格子定数の異なる２種類の半導
体を用いても同様の効果がある。
s基板、ＡlＧaＡs基板を用いても、同様な効果が得られ
る。本実施例では第一光反射層、第二光反射層の構成を
するのに２種類の半導体を用いたが、光反射層の抵抗を
下げるために２種類の半導体の界面において徐々に組成
を変化させたり、また２種類の半導体の間に中間層を設
けたりしても良い。また格子定数の異なる２種類の半導
体を用いても同様の効果がある。
【００２７】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明における長波長帯面発光半導体レーザ
によれば、光反射層の２種類の半導体膜の組成をＩnＰ
より格子定数の小さいバッファ層と格子整合するＩnＡl
Ａs、ＩnＧaＡsＰ、もしくはＩnＡlＰ、ＩnＧaＡsＰと
することにより少ない対数で高反射率が得られ室温ｃｗ
動作が容易になる。また基板がＳi基板の場合、前記バ
ッファ層、前記第一光反射層、前記ｐ型クラッド層、前
記活性層、前記ｎ型クラッド層、前記第二光反射層、前
記キャップ層に用いた半導体組成の格子定数がＧaＡsの
格子定数に近くなることから転位密度の低減化が達せら
れ、レーザ発振の閾値電流が減少し、半導体レーザの寿
命時間を著しく増加させることが可能となる。このこと
からＳi基板上の電子デバイスと高集積化することによ
り、光交換用、光インターコネクション用、光情報処理
用の光源として利用できる。
たように、本発明における長波長帯面発光半導体レーザ
によれば、光反射層の２種類の半導体膜の組成をＩnＰ
より格子定数の小さいバッファ層と格子整合するＩnＡl
Ａs、ＩnＧaＡsＰ、もしくはＩnＡlＰ、ＩnＧaＡsＰと
することにより少ない対数で高反射率が得られ室温ｃｗ
動作が容易になる。また基板がＳi基板の場合、前記バ
ッファ層、前記第一光反射層、前記ｐ型クラッド層、前
記活性層、前記ｎ型クラッド層、前記第二光反射層、前
記キャップ層に用いた半導体組成の格子定数がＧaＡsの
格子定数に近くなることから転位密度の低減化が達せら
れ、レーザ発振の閾値電流が減少し、半導体レーザの寿
命時間を著しく増加させることが可能となる。このこと
からＳi基板上の電子デバイスと高集積化することによ
り、光交換用、光インターコネクション用、光情報処理
用の光源として利用できる。
【図１】III−Ｖ族半導体組成の格子定数とバンドギャ
ップとの関係を示すグラフである。
ップとの関係を示すグラフである。
【図２】本発明の第１の実施例を示す構成図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示す構成図である。
１−１ 第一光反射層と第二光反射層を構成するＩnＡl
Ａs １−２ ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層を構成するＩ
nＧaＰ １−３ 第一光反射層と第二光反射層を構成するＩnＧa
ＡsＰ １−４ バッファ層と活性層を構成するＩnＧaＡs １−５ ＩnＡlＰ ２−１ ｐ型電極 ２−２ ＳiＯ2／ＴiＯ2とを交互に積層してなる第二光
反射層（ＤＢＲ層） ２−３′ ｐ−ＩnＧaＡsＰキャップ層 ２−３ ｐ−ＩnＧaＰクラッド層 ２−４ ＩnＧaＡs（１．５５μｍ組成）活性層 ２−５ ｎ−ＩnＧaＰクラッド層 ２−６ ＩnＡlＡs／ＩnＧaＡsＰとを交互にエピタキシ
ャル成長させてなる第一光反射層 ２−７ ｎ−ＩnＧaＡsバッファ層 ２−８ ｎ−ＩnＧaＡs／ｎ−ＩnＧaＡsＰ歪層 ２−９ ＩnＰ ２−１０ 反射防止膜であるＳiＯ2 ２−１１ ｎ型電極 ２−１２ ポリイミドである。 ３−１ ｐ型電極 ３−２ ｐ−ＩnＡlＡs／ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組
成）を交互にエピタキシャル成長させてなる第二光反射
層（ＤＢＲ層） ３−３ ｐ−ＩnＧaＰクラッド層 ３−４ ＩnＧaＡs（１．５５μｍ組成）活性層 ３−５ ｎ−ＩnＧaＰクラッド層 ３−６ ｎ−ＩnＡlＡs／ｎ−ＩnＧaＡsＰを交互にエピ
タキシャル成長させてなる第一光反射層 ３−７ ｎ−ＩnＧaＡsバッファ層 ３−８ ｎ−ＩnＧaＡs／ＩnＧaＡsＰ歪層 ３−９ ｎ−ＧaＡs ３−１０ Ｓi基板 ３−１１ 反射防止膜であるＳiＯ2 ３−１２ ｎ型電極 ３−１３ ポリイミド
Ａs １−２ ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層を構成するＩ
nＧaＰ １−３ 第一光反射層と第二光反射層を構成するＩnＧa
ＡsＰ １−４ バッファ層と活性層を構成するＩnＧaＡs １−５ ＩnＡlＰ ２−１ ｐ型電極 ２−２ ＳiＯ2／ＴiＯ2とを交互に積層してなる第二光
反射層（ＤＢＲ層） ２−３′ ｐ−ＩnＧaＡsＰキャップ層 ２−３ ｐ−ＩnＧaＰクラッド層 ２−４ ＩnＧaＡs（１．５５μｍ組成）活性層 ２−５ ｎ−ＩnＧaＰクラッド層 ２−６ ＩnＡlＡs／ＩnＧaＡsＰとを交互にエピタキシ
ャル成長させてなる第一光反射層 ２−７ ｎ−ＩnＧaＡsバッファ層 ２−８ ｎ−ＩnＧaＡs／ｎ−ＩnＧaＡsＰ歪層 ２−９ ＩnＰ ２−１０ 反射防止膜であるＳiＯ2 ２−１１ ｎ型電極 ２−１２ ポリイミドである。 ３−１ ｐ型電極 ３−２ ｐ−ＩnＡlＡs／ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組
成）を交互にエピタキシャル成長させてなる第二光反射
層（ＤＢＲ層） ３−３ ｐ−ＩnＧaＰクラッド層 ３−４ ＩnＧaＡs（１．５５μｍ組成）活性層 ３−５ ｎ−ＩnＧaＰクラッド層 ３−６ ｎ−ＩnＡlＡs／ｎ−ＩnＧaＡsＰを交互にエピ
タキシャル成長させてなる第一光反射層 ３−７ ｎ−ＩnＧaＡsバッファ層 ３−８ ｎ−ＩnＧaＡs／ＩnＧaＡsＰ歪層 ３−９ ｎ−ＧaＡs ３−１０ Ｓi基板 ３−１１ 反射防止膜であるＳiＯ2 ３−１２ ｎ型電極 ３−１３ ポリイミド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒川 隆志 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−133188（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−231784（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−283481（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−171783（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−263482（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−130988（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 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】 ＩnＰ基板、Ｓi基板、ＧaＡs基板、Ａl
ＧaＡs基板のうちのいずれか一つの基板上に、 ＩnＰより格子定数が小さく、 活性層の組成と同じ格子
定数を有するバッファ層と、 前記バッファ層に格子整合する光学波長の１／４の膜厚
で、 ＩnＡlＡs又はＩnＡlＰのいずれか一つからなる第一の
半導体層と、Ｉn1-x1Ｇax1Ａs1-y1Ｐy1（０≦ｘ１≦
１，０≦ｙ１≦１）からなる第二の半導体層とを交互に
エピタキシャル成長させることにより、上記第一の半導
体層と上記第二の半導体層の屈折率差を大きくした第一
光反射層と、 前記バッファ層に格子整合するＩn1-x2Ｇax2Ａs1-y2Ｐ
y2（０≦ｘ２≦１，０≦ｙ２≦１）からなる第一クラッ
ド層と、 Ｉn1-X3ＧaX3Ａs1-y3Ｐy3（０≦ｘ３≦１，０≦ｙ３≦
１）からなる活性層と、 前記バッファ層に格子整合するＩn1-x4Ｇax4Ａs1-y4Ｐ
y4（０≦ｘ４≦１，０≦ｙ４≦１）からなる第二クラッ
ド層と、 前記バッファ層に格子整合する光学波長の１／４の膜厚
で、 ＩnＡlＡs又はＩnＡlＰのいずれか一つからなる第一の
半導体層と、Ｉn1-x5Ｇax5Ａs1-y5Ｐy5（０≦ｘ５≦
１，０≦ｙ５≦１）からなる第二の半導体層とを交互に
エピタキシャル成長させることにより、上記第一の半導
体層と上記第二の半導体層の屈折率差を大きくした第二
光反射層とを順に積層してなることを特徴とする長波長
帯面発光半導体レーザ。 - 【請求項２】 ＩnＰ基板、Ｓi基板、ＧaＡs基板、Ａl
ＧaＡs基板のうちのいずれか一つの基板上に、 ＩnＰより格子定数が小さく、活性層の組成と同じ格子
定数を有するバッファ層と、 前記バッファ層に格子整合する光学波長の１／４の膜厚
で、 ＩnＡlＡs又はＩnＡlＰのいずれか一つからなる第一の
半導体層と、Ｉn 1-x1 Ｇa x1 Ａs 1-y1 Ｐ y1 （０≦ｘ１≦
１，０≦ｙ１≦１）からなる第二の半導体層とを交互に
エピタキシャル成長させることにより、上記第一の半導
体層と上記第二の半導 体層の屈折率差を大きくした第一
光反射層と、 前記バッファ層に格子整合するＩn 1-x2 Ｇa x2 Ａs 1-y2 Ｐ
y2 （０≦ｘ２≦１，０≦ｙ２≦１）からなる第一クラッ
ド層と、 Ｉn 1-X3 Ｇa X3 Ａs 1-y3 Ｐ y3 （０≦ｘ３≦１，０≦ｙ３≦
１）からなる活性層と、前記バッファ層に格子整合する
Ｉn 1-x4 Ｇa x4 Ａs 1-y4 Ｐ y4 （０≦ｘ４≦１，０≦ｙ４≦
１）からなる第二クラッド層と、 光学波長の１／４の膜厚の二種類の誘電体多層膜で構成
された第二光反射層とを順に積層した ことを特徴とする
長波長帯面発光半導体レーザ。 - 【請求項３】 請求項１又は請求項２において、前記バ
ッファ層、前記第一光反射層、前記第一クラッド層、前
記活性層、前記第二クラッド層、前記第二光反射層を構
成する半導体組成の中で、他の半導体組成と格子不整合
である半導体組成を一層以上有することを特徴とする長
波長帯面発光半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04279701A JP3123030B2 (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 長波長帯面発光半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04279701A JP3123030B2 (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 長波長帯面発光半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06132605A JPH06132605A (ja) | 1994-05-13 |
| JP3123030B2 true JP3123030B2 (ja) | 2001-01-09 |
Family
ID=17614676
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04279701A Expired - Fee Related JP3123030B2 (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 長波長帯面発光半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3123030B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0558734U (ja) * | 1992-01-24 | 1993-08-03 | 積水化学工業株式会社 | 樋エルボ |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5912913A (en) * | 1995-12-27 | 1999-06-15 | Hitachi, Ltd. | Vertical cavity surface emitting laser, optical transmitter-receiver module using the laser, and parallel processing system using the laser |
| JP3449516B2 (ja) * | 1996-08-30 | 2003-09-22 | 株式会社リコー | 半導体多層膜反射鏡および半導体多層膜反射防止膜および面発光型半導体レーザおよび受光素子 |
| KR100538213B1 (ko) * | 1999-02-27 | 2005-12-21 | 삼성전자주식회사 | 표면광 레이저 어레이 및 제조방법 |
| JP2002043696A (ja) * | 2000-07-26 | 2002-02-08 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ装置 |
| CN104377545B (zh) * | 2014-12-11 | 2018-01-09 | 北京工业大学 | 一种压电调制垂直腔半导体激光器结构 |
-
1992
- 1992-10-19 JP JP04279701A patent/JP3123030B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0558734U (ja) * | 1992-01-24 | 1993-08-03 | 積水化学工業株式会社 | 樋エルボ |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06132605A (ja) | 1994-05-13 |
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