JP3262310B2 - Vertical cavity semiconductor laser device and method of manufacturing the same - Google Patents

Vertical cavity semiconductor laser device and method of manufacturing the same

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JP3262310B2
JP3262310B2 JP28061295A JP28061295A JP3262310B2 JP 3262310 B2 JP3262310 B2 JP 3262310B2 JP 28061295 A JP28061295 A JP 28061295A JP 28061295 A JP28061295 A JP 28061295A JP 3262310 B2 JP3262310 B2 JP 3262310B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、チップ間あるい
はボード間の信号を光で結ぶ光インターコネクション
や、2次元並列信号処理を行うための光源である、垂直
共振器型半導体レーザ素子およびその製造方法に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vertical cavity semiconductor laser device, which is a light source for performing optical interconnection for connecting signals between chips or between boards by light, and for performing two-dimensional parallel signal processing, and manufacturing thereof. It is about the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】垂直共振器型半導体レーザ素子は、極微
小共振器構造による極低閾値化が可能であること、2次
元アレー化が容易であること、発光パターンが円形のた
めファイバとの高効率な結合が可能であることなどか
ら、光インターコネクションや2次元並列信号処理用の
光源として重要である。
2. Description of the Related Art A vertical cavity type semiconductor laser device can have an extremely low threshold value due to a microcavity structure, can be easily formed into a two-dimensional array, and has a high light emission pattern due to a circular light emitting pattern. It is important as a light source for optical interconnection and two-dimensional parallel signal processing because efficient coupling is possible.

【0003】従来の垂直共振器型半導体レーザ素子の一
例を図9に示す。図9は、従来の垂直共振器型半導体レ
ーザ素子の基板結晶面に対して垂直な方向に沿った断面
図である。この素子は、p−AlGaAs基板111
(p電極118が設けられた面とは反対側の面)上に複
数の層を一括成長させたものである。すなわち、基板1
11上に、順にp−Aly Ga1-y As/Alz Ga
1-z As(0<y<z)の多層膜から構成される分布反
射(distributed Bragg refle
ctor,DBR)形反射鏡112、ノンドープ−Al
u Ga1-u Asスペーサ層113、GaAs/Alw
1-w As(u≧w)超格子構造活性層114、ノンド
ープ−Alu Ga1-u Asスペーサ層115、およびn
−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z As(0<y<
z)DBR形反射鏡116(最上層はn電極層を兼ね
る)を一括成長させて垂直共振器レーザ素子積層構造を
設ける。DBR形反射鏡112を構成する各層の厚さ
は、発振波長の4分の1をさらに各層の屈折率で割った
値とする。電流狭窄は、プロトンを注入して高抵抗化し
た電流狭窄層119をスペーサ層115と反射鏡116
との間に設けて行う。なお、図9中、プロトン注入によ
る電流狭窄層119上に示された領域201はプロトン
通過の際に損傷を受ける。
FIG. 9 shows an example of a conventional vertical cavity semiconductor laser device. FIG. 9 is a cross-sectional view of a conventional vertical cavity semiconductor laser device taken along a direction perpendicular to the substrate crystal plane. This element is a p-AlGaAs substrate 111
A plurality of layers are collectively grown on (the surface opposite to the surface on which the p-electrode 118 is provided). That is, the substrate 1
On 11, sequentially p-Al y Ga 1-y As / Al z Ga
Distributed Bragg refle composed of a multilayer film of 1-z As (0 <y <z)
ctor, DBR) reflector 112, non-doped Al
u Ga 1-u As spacer layer 113, GaAs / Al w G
a 1-w As (u ≧ w) superlattice active layer 114, an undoped -Al u Ga 1-u As spacer layer 115, and n
-Al y Ga 1 -y As / Al z Ga 1 -z As (0 <y <
z) The vertical cavity laser element laminated structure is provided by collectively growing the DBR reflector 116 (the uppermost layer also serves as the n-electrode layer). The thickness of each layer constituting the DBR-type reflecting mirror 112 is a value obtained by further dividing 1 of the oscillation wavelength by the refractive index of each layer. The current confinement is achieved by forming a current confinement layer 119 having a high resistance by injecting protons into a spacer layer 115 and a reflecting mirror 116.
And is provided between them. In FIG. 9, the region 201 shown on the current confinement layer 119 by the proton injection is damaged when the proton passes.

【0004】つぎに、図10は従来の集積垂直共振器型
半導体レーザ素子の他の例を示すもので、図9と同様に
基板結晶面に対して垂直な方向に沿った断面図である。
この素子はp−AlGaAs基板34上に順にp−Al
y Ga1-y As/Alz Ga1-z As(0<y<z)の
多層膜から構成される分布反射(distribute
d B ragg relfector,DBR)形反
射鏡35、ノンドープ−Alu Ga1-u Asスペーサ層
36、GaAs/Alw Ga1-w As(u≧w)超格子
構造活性層37、ノンドープ−Alu Ga1-u Asスペ
ーサ層38、n−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z
As(0<y<z)DBR形反射鏡39(最上層はn電
極層を兼ねる)までの垂直共振器レーザ素子の構造上
に、さらにn−Alu Ga1-u Asクラッド層40、ノ
ンドープ−GaAs吸収層41、p−Alu Ga1-u
sクラッド層43、p+ −GaAsコンタクト層44を
一括成長する。上記構造は、垂直共振器レーザ素子20
2上に受光器203を積層集積した構造であるけれど
も、ゲートや強度変調器・位相変調器を集積した場合も
同様である。
FIG. 10 shows another example of a conventional integrated vertical cavity semiconductor laser device, and is a cross-sectional view taken along a direction perpendicular to the crystal plane of the substrate, similarly to FIG.
This element is sequentially formed on a p-AlGaAs substrate 34 by p-Al
a distributed reflection composed of a multilayer film of y Ga 1-y As / Al z Ga 1-z As (0 <y <z) (distribute
d B ragg relfector, DBR) form the reflector 35, a non-doped -Al u Ga 1-u As spacer layer 36, GaAs / Al w Ga 1 -w As (u ≧ w) superlattice active layer 37, undoped -Al u Ga 1-u As spacer layer 38, n-Al y Ga 1 -y As / Al z Ga 1-z
As (0 <y <z) DBR type reflecting mirror 39 on the structure of the vertical cavity laser device to (top layer also serves as the n electrode layer), further n-Al u Ga 1-u As cladding layer 40, undoped -GaAs absorbing layer 41, p-Al u Ga 1 -u A
The s cladding layer 43 and the p + -GaAs contact layer 44 are grown at once. The above structure is used for the vertical cavity laser device 20.
Although the light receiving device 203 is stacked and integrated on the substrate 2, the same applies to the case where a gate, an intensity modulator, and a phase modulator are integrated.

【0005】上記のような構成からなる従来の集積垂直
共振器型半導体レーザ素子は、以下のような利点または
特徴を有する。すなわち、図10の素子においては、電
流狭窄の目的としてプロトン注入を用いており、メサを
形成する構造と比較して作製プロセスが容易であるとい
う利点がある。また、図10の素子においては、該素子
を作製する際、受光器の形成および垂直共振器レーザ素
子の上面電極47を形成のために上面半導体DBR39
の最上層までエッチングしてメサを形成する。その結
果、必然的に垂直共振器レーザ素子202のサイズは受
光器203よりも大きくなるけれども、閾値電流の低減
および量子効率の劣化を防ぐために発光サイズを受光サ
イズ以下に抑える必要から、垂直共振器レーザ素子に電
流狭窄構造を施すことが重要であり、図10はその一例
としてイオン注入を用いた構造を示している。
The conventional integrated vertical cavity semiconductor laser device having the above configuration has the following advantages or features. That is, in the device shown in FIG. 10, proton injection is used for the purpose of current confinement, and there is an advantage that the fabrication process is easier as compared with a structure in which a mesa is formed. In the device shown in FIG. 10, when fabricating the device, the upper semiconductor DBR 39 is used to form the light receiving device and the upper electrode 47 of the vertical cavity laser device.
Is etched to the uppermost layer to form a mesa. As a result, although the size of the vertical cavity laser element 202 is inevitably larger than that of the light receiver 203, it is necessary to suppress the light emission size to the light reception size or less in order to reduce the threshold current and prevent the quantum efficiency from deteriorating. It is important to apply a current confinement structure to a laser element, and FIG. 10 shows a structure using ion implantation as an example.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図9および図
10に示したいずれの素子構造の場合においても、注入
イオンは必ずしも必要のない受光器および垂直共振器レ
ーザ素子の上面電極層を通過してしまい、特性劣化や高
抵抗化の原因となる。すなわち、図9および図10のイ
オン注入領域に至るイオン通過領域(図中、薄いハッチ
で示した領域)はイオン濃度が低いため電流が流れない
ほどの高抵抗層にはならない。しかし、結晶内にダメー
ジによるトラップ準位が生ずるために成長直後の結晶と
比較すると抵抗が上昇してしまうという問題が生ずる。
図10の構造においては受光器サイズをイオンの非注入
領域以下にすることが考えられるが、素子作製プロセス
に許容度を持たせるためには受光器の大きさをなるべく
大きく作製することが望ましい。電流狭窄の別の方法と
して、(1)埋め込み成長や(2)選択エッチングを用
いて空孔を形成する方法、(3)Al組成の差を利用し
た選択酸化も検討されている。しかしながら、(1)は
半導体DBRの各層を形成するAlGaAs界面の埋め
込み、さらに受光器を含めた層厚が5μm程度と厚い構
造の埋め込みは技術的に困難である。(2)においては
素子作製プロセスの途中の段階で半導体結晶に空孔を形
成した後の絶縁膜・電極形成等のプロセス過程で強度的
に問題がある。(3)は活性層近傍にAl酸化物が存在
することになり、その特性の経時劣化や活性層への歪み
の影響などが懸念されるという問題点がある。
However, in any of the device structures shown in FIGS. 9 and 10, the implanted ions pass through the upper electrode layer of the optical receiver and the vertical cavity laser device, which are not necessarily required. It causes deterioration of characteristics and high resistance. That is, the ion passage area (the area indicated by a thin hatch in the figures) leading to the ion implantation area in FIGS. 9 and 10 does not become a high-resistance layer to which a current does not flow because the ion concentration is low. However, since a trap level is generated in the crystal due to damage, there arises a problem that the resistance is increased as compared with the crystal just after growth.
In the structure shown in FIG. 10, it is conceivable that the size of the light receiving device is smaller than the non-implanted region of the ions. However, it is desirable to make the size of the light receiving device as large as possible in order to give an allowance to the element manufacturing process. As other methods of current confinement, (1) a method of forming holes using buried growth and (2) selective etching, and (3) selective oxidation utilizing a difference in Al composition are also being studied. However, in (1), it is technically difficult to bury the interface of AlGaAs forming each layer of the semiconductor DBR and to bury a structure having a thick layer of about 5 μm including the photodetector. In the case of (2), there is a problem in strength in a process such as formation of an insulating film and an electrode after holes are formed in a semiconductor crystal in the middle of a device manufacturing process. (3) has a problem that the Al oxide is present in the vicinity of the active layer, and there is a concern that the characteristics of the Al oxide may deteriorate over time and the active layer may be affected by distortion.

【0007】したがって、本発明の目的は、上記問題点
を解決し、従来の技術と比較して低閾値で高効率、かつ
歩留りにおいて極めて優れた積層集積垂直共振器型半導
体レーザ素子およびその製造方法を提供することであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to provide a stacked integrated vertical cavity semiconductor laser device having a low threshold value, high efficiency, and extremely excellent yield as compared with the prior art, and a method of manufacturing the same. It is to provide.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に基づく垂直共振器型半導体レーザ素子の製
造方法は、活性層と、該活性層を挟む一対のスペーサ層
と、該一対のスペーサ層を挟む一対の半導体多層膜反射
鏡と、少なくても前記活性層が構成する平面上の閉領域
を囲む領域が高抵抗化された電流狭窄領域とを具備した
積層構造体が半導体基板上に形成された垂直共振器型半
導体レーザ素子の製造方法において、前記半導体基板は
AlGaAsからなり、前記積層構造体は第1の積層構
造部と第2の積層構造部とからなり、および前記製造方
法は、前記活性層が含まれた前記第1の積層構造部を前
記基板上に形成する第1の結晶成長工程と、該第1の積
層構造部上にInGaP層の成長を行う工程と、該第1
の積層構造部へイオン注入することによって前記電流狭
窄領域を設けるイオン注入工程と、前記InGaP層を
除去する工程と、前記電流狭窄領域を形成した後に、前
記第1の積層構造部上に前記第2の積層構造部を形成す
る第2の結晶成長工程とを有することを特徴とする。あ
るいはまた、本発明に基づく垂直共振器型半導体レーザ
素子の製造方法は、活性層と、該活性層を挟む一対のス
ペーサ層と、該一対のスペーサ層を挟む一対の半導体多
層膜反射鏡と、少なくても前記活性層が構成する平面上
の閉領域を囲む領域が高抵抗化された電流狭窄領域とを
具備した積層構造体が半導体基板上に形成された垂直共
振器型半導体レーザ素子の製造方法において、前記半導
体基板はAlGaAsからなり、前記積層構造体は第1
の積層構造部と第2の積層構造部とからなり、および、
前記製造方法は、前記活性層が含まれた前記第1の積層
構造部を前記基板上に形成する第1の結晶成長工程と、
該第1の積層構造部上に、成長装置中の加熱によって蒸
発可能なAlGaAs層またはGaAs層の成長を行う
工程と、該第1の積層構造部へイオン注入することによ
って前記電流狭窄領域を設けるイオン注入工程と、該蒸
発可能なAlGaAs層またはGaAs層を除去する工
程と、前記電流狭窄領域を形成した後に、前記第1の積
層構造部上に前記第2の積層構造部を形成する第2の結
晶成長工程とを有することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a method of manufacturing a vertical cavity semiconductor laser device according to the present invention comprises an active layer, a pair of spacer layers sandwiching the active layer, A stacked structure comprising a pair of semiconductor multilayer film reflectors sandwiching the spacer layer and a current confinement region in which at least a region surrounding a closed region on a plane formed by the active layer has a high resistance. In the method of manufacturing a vertical cavity semiconductor laser device formed above, the semiconductor substrate is made of AlGaAs, the stacked structure is made up of a first stacked structure and a second stacked structure, and The method comprises: a first crystal growth step of forming the first stacked structure including the active layer on the substrate; and a step of growing an InGaP layer on the first stacked structure. The first
Ion-implanting the current confined region by ion-implanting the laminated structure, removing the InGaP layer, forming the current confined region, and then forming the current confined region on the first laminated structure. And a second crystal growth step of forming two laminated structure portions. Alternatively, a method for manufacturing a vertical cavity semiconductor laser device according to the present invention includes an active layer, a pair of spacer layers sandwiching the active layer, and a pair of semiconductor multilayer film reflectors sandwiching the pair of spacer layers, Manufacturing of a vertical cavity semiconductor laser device in which a laminated structure having at least a current confining region in which a region surrounding a closed region on a plane formed by the active layer has a high resistance is formed on a semiconductor substrate. In the method, the semiconductor substrate is made of AlGaAs, and the stacked structure is a first substrate.
And a second laminated structure part, and
A first crystal growth step of forming the first stacked structure portion including the active layer on the substrate,
A step of growing an AlGaAs layer or a GaAs layer which can be evaporated by heating in a growth apparatus on the first laminated structure, and providing the current confinement region by ion implantation into the first laminated structure; An ion implantation step, a step of removing the evaporable AlGaAs layer or the GaAs layer, and a step of forming the second layered structure on the first layered structure after forming the current confinement region. And a crystal growth step.

【0009】好ましくは、上記第1の積層構造部は、上
記一対の半導体多層膜反射鏡のうちの一つを有し、一
方、上記第2の積層構造部は上記一対の半導体多層膜反
射鏡のうちの他方を有する。
Preferably, the first laminated structure has one of the pair of semiconductor multilayer mirrors, while the second laminated structure has a pair of semiconductor multilayer mirrors. Having the other of

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【0012】好ましくは、上記イオン注入のイオン種と
して、酸素イオンを用いる。
Preferably, oxygen ions are used as the ion species for the ion implantation.

【0013】好ましくは、上記イオン注入の手段として
収束イオンビームを用いるとともに、上記第1の結晶成
長工程、上記イオン注入工程、および上記第2の結晶成
長工程を真空装置内で一貫して行う。
Preferably, a focused ion beam is used as the ion implantation means, and the first crystal growth step, the ion implantation step, and the second crystal growth step are performed consistently in a vacuum apparatus.

【0014】好ましくは、上記積層構造体に光信号処理
用の機能素子を積層する工程をさらに有する。
Preferably, the method further includes a step of laminating a functional element for optical signal processing on the laminated structure.

【0015】好ましくは、上記一対の半導体多層膜反射
鏡によって構成される光共振器内に光機能領域を内蔵す
る。
Preferably, an optical function area is built in an optical resonator constituted by the pair of semiconductor multilayer film reflecting mirrors.

【0016】本発明にもとづく垂直共振器型半導体レー
ザ素子は、活性層と、該活性層を挟む一対のスペーサ層
と、該一対のスペーサ層を挟む一対の半導体多層膜反射
鏡と、少なくても前記活性層が構成する平面上の閉領域
を囲む領域が高抵抗化された電流狭窄領域とを具備した
積層構造体が半導体基板上に形成された垂直共振器型半
導体レーザ素子において、上記積層構造体は、第1回目
の結晶成長によって形成され、かつ前記活性層が含まれ
た第1の積層構造部と、該第1の積層構造部へイオン注
入することによって前記電流狭窄領域を設けた後に前記
第1の積層構造部上に再結晶成長することによって形成
された第2の積層構造部とを有し、および前記一対の半
導体多層膜反射鏡によって構成される光共振器内に光機
能領域が内蔵されていることを特徴とする。
A vertical cavity type semiconductor laser device according to the present invention comprises at least an active layer, a pair of spacer layers sandwiching the active layer, and a pair of semiconductor multilayer mirrors sandwiching the pair of spacer layers. A vertical cavity semiconductor laser device in which a laminated structure including a current confinement region in which a region surrounding a closed region on a plane formed by the active layer has a high resistance is formed on a semiconductor substrate. The body is formed by a first crystal growth and includes a first laminated structure including the active layer, and after providing the current confinement region by ion-implanting the first laminated structure. A second laminated structure portion formed by recrystallization growth on the first laminated structure portion, and an optical functional region in an optical resonator constituted by the pair of semiconductor multilayer film reflecting mirrors Is built-in And said that you are.

【0017】好ましくは、上記第1の積層構造部は、上
記一対の半導体多層膜反射鏡のうちの一つを有し、一
方、上記第2の積層構造部は上記一対の半導体多層膜反
射鏡のうちの他方を有する。
Preferably, the first laminated structure has one of the pair of semiconductor multilayer mirrors, while the second laminated structure has a pair of semiconductor multilayer mirrors. Having the other of

【0018】好ましくは、上記積層構造体に光信号処理
用の機能素子が積層されている。
Preferably, a functional element for optical signal processing is laminated on the laminated structure.

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の一
実施例を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0021】図1は本発明にもとづく積層集積垂直共振
器型半導体レーザ素子の一例を示すもので、該素子の結
晶成長面に対して垂直な方向の断面図である。このレー
ザ素子構造は、結晶成長を2回行うことによって形成さ
れる。図中、Aの領域は第1回目の結晶成長で形成、B
の領域は第2回目の結晶成長で形成される領域を示す。
FIG. 1 shows an example of a stacked integrated vertical cavity semiconductor laser device according to the present invention, and is a cross-sectional view in a direction perpendicular to a crystal growth surface of the device. This laser element structure is formed by performing crystal growth twice. In the figure, region A is formed by the first crystal growth, and region B is formed.
Indicates a region formed by the second crystal growth.

【0022】第1回目の結晶成長では、参照符号101
〜106で示される積層構造が基板101上に形成され
る。すなわち、p−AlGaAs基板101上に順にp
−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z As(0<y<
z)DBR形反射鏡102、ノンドープ−Alu Ga
1-u Asスペーサ層103、GaAs/Alw Ga1-w
As(u≧w)超格子構造活性層104、ノンドープ−
Alu Ga1-u Asスペーサ層105、およびn−Al
y Ga1-y As/Alz Ga1-z As(0<u<z)D
BR形反射鏡106が形成される。ここで、最上層はI
nGaPあるいはAl組成の低い層で成長を止めてお
く。また半導体レーザ素子の上面に位置するDBR形反
射鏡106の層数は、最終的にレーザ素子構造を完成さ
せたときの電界の浸み出し(浸透深さ)以上の厚さであ
って、かつイオン注入層の標準広がりが活性層に至らず
DBR内で閉じ込めることのできる厚さに相当する層数
に設定する必要がある。なお、参照符号110はプロト
ンを注入して高抵抗化したプロトン注入層である。
In the first crystal growth, reference numeral 101
A laminated structure denoted by reference numerals 106 is formed on the substrate 101. That is, p-AlGaAs substrate 101 has p
-Al y Ga 1 -y As / Al z Ga 1 -z As (0 <y <
z) DBR type reflecting mirror 102, an undoped -Al u Ga
1-u As spacer layer 103, GaAs / Al w Ga 1-w
As (u ≧ w) superlattice structure active layer 104, non-doped
Al u Ga 1-u As spacer layer 105 and n-Al
y Ga 1-y As / Al z Ga 1-z As (0 <u <z) D
A BR-type reflecting mirror 106 is formed. Here, the uppermost layer is I
Growth is stopped in a layer having a low nGaP or Al composition. Further, the number of layers of the DBR-type reflecting mirror 106 located on the upper surface of the semiconductor laser element is equal to or greater than the electric field leakage (penetration depth) when the laser element structure is finally completed, and It is necessary to set the number of layers corresponding to a thickness that allows the standard spread of the ion-implanted layer not to reach the active layer and to be confined in the DBR. Reference numeral 110 denotes a proton injection layer whose resistance is increased by injecting protons.

【0023】つぎに、第2回目の結晶成長として、上記
第1回目の結晶成長で形成された積層構造上に新たなD
BR形反射鏡107を形成する。さらに該DBR形反射
鏡107上にp電極を設ける。
Next, as a second crystal growth, a new D is formed on the laminated structure formed by the first crystal growth.
A BR-type reflecting mirror 107 is formed. Further, a p-electrode is provided on the DBR-type reflecting mirror 107.

【0024】図2は、本発明にもとづく積層集積垂直共
振器型半導体レーザ素子の他の例を示す断面図で、面発
光レーザ素子上に受光器が積層集積されている。図中、
参照符号1〜6で示される積層構造は第1回目の結晶成
長で形成される領域である。また、図中、Aの領域は第
1回目の結晶成長で形成、Bの領域は第2回目の結晶成
長で形成される領域を示す。すなわち、参照符号1はp
−AlGaAs基板、2はp−Aly Ga1-y As/A
z Ga1-z AsDBR形反射鏡、3はAluGa1-u
Asスペーサ層、4はGaAs/Alw Ga1-w As超
格子構造活性層、5はAlu Ga1-u Asスペーサ層、
および6はn−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z
s(0<y<z)DBR形反射鏡である。ここで、最上
層はInGaPあるいはAl組成の低い層で成長を止め
ておく。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of a stacked integrated vertical cavity semiconductor laser device according to the present invention, in which a photodetector is stacked on a surface emitting laser device. In the figure,
The stacked structures indicated by reference numerals 1 to 6 are regions formed by the first crystal growth. In the figure, the region A indicates a region formed by the first crystal growth, and the region B indicates a region formed by the second crystal growth. That is, reference numeral 1 is p
-AlGaAs substrate, 2 is p-Al y Ga 1-y As / A
l z Ga 1-z AsDBR type reflector, 3 is Al u Ga 1-u
An As spacer layer, 4 is a GaAs / Al w Ga 1-w As superlattice structure active layer, 5 is an Al u Ga 1-u As spacer layer,
And 6 n-Al y Ga 1-y As / Al z Ga 1-z A
s (0 <y <z) DBR type reflecting mirror. Here, the uppermost layer is a layer having a low InGaP or Al composition and the growth is stopped.

【0025】第2回目の結晶成長では n−Aly Ga
1-y As/Alz Ga1-z AsDBR形反射鏡7および
受光器が形成される。この受光器は参照符号8〜11で
示される積層構造からなるもので、参照符号8はn−A
u Ga1-u Asクラッド層、9はノンドープ−GaA
s吸収層、10はp−Alu Ga1-u Asクラッド層、
そして11はp+ −GaAsコンタクト層である。
In the second crystal growth, n-Al y Ga
The 1-y As / Al z Ga 1-z AsDBR type reflector 7 and the light receiver are formed. This light receiver has a laminated structure indicated by reference numerals 8 to 11, and reference numeral 8 is nA
l u Ga 1-u As cladding layer 9 is undoped -GaA
s absorbent layer, 10 p-Al u Ga 1-u As cladding layer,
Reference numeral 11 denotes a p + -GaAs contact layer.

【0026】つぎに、図3にもとづいて図2に示した本
発明にもとづく積層集積垂直共振器型半導体レーザ素子
の製作工程を説明する。図3中、(a)〜(d)は各工
程での積層構造の断面形状を示したものである。
Next, a manufacturing process of the stacked integrated vertical cavity semiconductor laser device according to the present invention shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG. In FIG. 3, (a) to (d) show the cross-sectional shapes of the laminated structure in each step.

【0027】まず、第1回目の結晶成長でp−AlGa
As基板1上に、p−Aly Ga1-yAs/Alz Ga
1-z AsDBR形反射鏡2、Alu Ga1-u Asスペー
サ層3、GaAs/Alw Ga1-w As超格子構造活性
層4、Alu Ga1-u Asスペーサ層5、およびn−A
y Ga1-y As/Alz Ga1-z As(0<y<z)
DBR形反射鏡6を形成するとともに、最上層上にIn
GaPあるいはAl組成の低い層を形成することによっ
て結晶成長を止める(図3(a))。つぎに、第1回目
の結晶成長で形成された積層構造の成長表面にSiO2
あるいはSiNx絶縁層204を形成し、さらに厚さ5
μm程度の厚いレジスト205でイオン注入用のマスク
を形成し、かつ酸素イオン(O+ )を注入する(図3
(b))。その後、レジスト205と絶縁層204をエ
ッチングにて除去する。なお、第1回目の結晶成長で形
成された積層構造の最上層がInGaPの場合はHCl
と純水の混合溶液、あるいはHClとH3 PO4 の混合
溶液にて下のAl組成の低い層との界面まで選択エッチ
ングにて除去する。最上層がInGaPでなくGaAs
あるいはAl組成の低いAlGaAs層の場合は、As
3 雰囲気(MOCVDやガスソースMBE、CBE装
置)あるいはAsビーム(固体ソースMBE装置)中で
熱的クリーニングを行うことによってAl組成の高い層
の表面を出す(図3(c))。引き続いて垂直共振器レ
ーザ素子の残りの上面DBR層、受光器の層を形成する
(図3(d))。
First, in the first crystal growth, p-AlGa
On the As substrate 1, p-Al y Ga 1 -y As / Al z Ga
1-z AsDBR shaped reflector 2, Al u Ga 1-u As spacer layer 3, GaAs / Al w Ga 1 -w As superlattice structure active layer 4, Al u Ga 1-u As spacer layer 5, and n- A
l y Ga 1-y As / Al z Ga 1-z As (0 <y <z)
A DBR-type reflecting mirror 6 is formed, and an In layer is formed on the uppermost layer.
Crystal growth is stopped by forming a layer having a low GaP or Al composition (FIG. 3A). Next, SiO 2 was deposited on the growth surface of the layered structure formed by the first crystal growth.
Alternatively, a SiN x insulating layer 204 is formed, and
A mask for ion implantation is formed with a resist 205 having a thickness of about μm, and oxygen ions (O + ) are implanted (FIG. 3).
(B)). After that, the resist 205 and the insulating layer 204 are removed by etching. Note that HCl is used when the uppermost layer of the stacked structure formed by the first crystal growth is InGaP.
And a mixture of pure water or a mixture of HCl and H 3 PO 4 are removed by selective etching up to the interface with the lower layer having a low Al composition. The top layer is GaAs instead of InGaP
Alternatively, in the case of an AlGaAs layer having a low Al composition, As
The surface of the layer having a high Al composition is exposed by performing thermal cleaning in an H 3 atmosphere (MOCVD, gas source MBE, CBE apparatus) or As beam (solid source MBE apparatus) (FIG. 3C). Subsequently, the remaining upper DBR layer of the vertical cavity laser element and the layer of the light receiver are formed (FIG. 3D).

【0028】図4の(a)〜(d)は図2に示した本発
明にもとづく積層集積垂直共振器型半導体レーザ素子の
製作工程を説明するためのものである。この図に示す方
法は図2と概略同様であるけれども、イオンの打ち込み
に収束イオンビームを用いる点が異なる。したがって、
収束イオンビームを用いたプロセスではフォトリソグラ
フィによるパターニングが必要でないため真空一貫プロ
セスが可能となっている。
FIGS. 4 (a) to 4 (d) are for explaining the manufacturing process of the stacked integrated vertical cavity semiconductor laser device according to the present invention shown in FIG. The method shown in this figure is substantially the same as that shown in FIG. 2, except that a focused ion beam is used for ion implantation. Therefore,
In a process using a focused ion beam, patterning by photolithography is not necessary, so that a vacuum integrated process is possible.

【0029】ところで、イオン注入領域は電気的に高抵
抗な領域となることは一般的に良く知られており、一方
で半導体結晶成長温度はMOCVD法で700℃前後、
MBE法でも600℃程度の高温となることが知られて
いる。しかし、本発明においては、イオン注入後2回目
の結晶成長を行うので、このような高温下に1時間前後
の成長温度にイオン注入領域がさらされた後でも高抵抗
を維持しておくことが重要である。
It is generally well known that the ion-implanted region is an electrically high-resistance region. On the other hand, the semiconductor crystal growth temperature is around 700 ° C. by MOCVD.
It is known that the MBE method can be as high as about 600 ° C. However, in the present invention, since the second crystal growth is performed after the ion implantation, it is necessary to maintain high resistance even after the ion implantation region is exposed to a growth temperature of about 1 hour under such a high temperature. is important.

【0030】図5は、プロトン注入ウエハのSIMS分
析結果((a)アニール前、(b)アニール後)、図6
は酸素イオン注入ウエハのSIMS分析結果((a)ア
ニール前、(b)アニール後)を示すグラフである。
FIG. 5 shows SIMS analysis results of the proton-injected wafer ((a) before annealing and (b) after annealing), and FIG.
3 is a graph showing SIMS analysis results ((a) before annealing and (b) after annealing) of an oxygen ion implanted wafer.

【0031】プロトン(水素イオン)の場合、図5のS
IMSの測定結果が示すように、750℃で1時間加熱
するとイオンの抜けに起因して抵抗値が激減してしま
い、電流狭窄の用途には適さない。しかし、本発明の酸
素イオンの場合は、図6に示すように同条件で熱処理を
行っても、その前後でイオンのピーク位置とイオン濃度
にほとんど変化がなく、従ってイオン注入後の再成長に
も十分耐えうることが実験的に実証されている。
In the case of a proton (hydrogen ion), S in FIG.
As shown by the measurement result of IMS, heating at 750 ° C. for 1 hour causes a drastic decrease in resistance value due to the escape of ions, which is not suitable for use in current constriction. However, in the case of the oxygen ions of the present invention, even if the heat treatment is performed under the same conditions as shown in FIG. 6, there is almost no change in the ion peak position and the ion concentration before and after the heat treatment. Has been experimentally proven to be able to withstand the above.

【0032】図7は、図2に示した本発明にもとづく積
層集積垂直共振器型半導体レーザ素子の特性を説明する
ためのグラフである。図中、(a)は面発光レーザ素子
部の電流対光出力特性ならびに電流対比電圧特性のもの
で、実線は本発明のものを、また破線は従来の素子(図
10参照)のものを示す。本発明の素子は従来の素子の
特性と比較して直列抵抗の低減が実現され、その結果電
力変換効率が上昇している。一方、図中、(b)は受光
器部分の電流対電圧特性を示すもので、実線は本発明の
もの、波線は従来のものを示す。本発明においては素子
系を発光径に比べて十分大きくとり、なおかつ必要最低
限のイオン注入部しか存在しないため、暗電流を従来技
術のものよりも低減することができる。
FIG. 7 is a graph for explaining the characteristics of the stacked integrated vertical cavity semiconductor laser device according to the present invention shown in FIG. In the figure, (a) shows the current-to-light output characteristic and current-to-voltage characteristic of the surface emitting laser element portion, and the solid line shows the one of the present invention, and the broken line shows that of the conventional element (see FIG. 10). . The device of the present invention realizes a reduction in series resistance as compared with the characteristics of the conventional device, and as a result, the power conversion efficiency is increased. On the other hand, in the figure, (b) shows the current-voltage characteristics of the photodetector portion, where the solid line indicates the present invention and the dashed line indicates the conventional one. In the present invention, since the element system is made sufficiently large compared to the light emission diameter and only the minimum necessary ion implantation portion is present, the dark current can be reduced as compared with the prior art.

【0033】図8は本発明にもとづく積層集積垂直共振
器型半導体レーザ素子の他の実施例を示す断面図で、面
発光レーザ素子上に受光器が積層集積されている。図
中、Aの領域は第1回目の結晶成長で形成、Bの領域は
第2回目の結晶成長で形成される領域を示す。積層構造
である。すなわち、該積層構造は、p−AlGaAs基
板18上に、順にp−Aly Ga1-y As/Alz Ga
1-z AsDBR形反射鏡19、Alu Ga1-u Asスペ
ーサ層20、GaAs/Alw Ga1-w As超格子構造
活性層21、Alu Ga1-u Asスペーサ層22、そし
てn電極層23が一括成長されてなるものである。ま
た、p−AlGaAs基板18の裏側にはp電極が形成
されている。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing another embodiment of a stacked integrated vertical cavity semiconductor laser device according to the present invention. A light receiving device is stacked on a surface emitting laser device. In the figure, a region A indicates a region formed by the first crystal growth, and a region B indicates a region formed by the second crystal growth. It has a laminated structure. That is, the laminated structure on the p-AlGaAs substrate 18, sequentially p-Al y Ga 1-y As / Al z Ga
1-z AsDBR shaped reflecting mirror 19, Al u Ga 1-u As spacer layer 20, GaAs / Al w Ga 1 -w As superlattice active layer 21, Al u Ga 1-u As spacer layer 22, and n electrodes The layer 23 is formed by batch growth. A p-electrode is formed on the back side of the p-AlGaAs substrate 18.

【0034】さらに、この積層構造の上に、第2の結晶
成長によって受光器が形成される。第2の結晶成長によ
って形成される層は、Alu Ga1-u Asスペーサ層2
4、Alx'Ga1-x'As/Alw'Ga1-w'As超格子構
造可飽和吸収領域25、Alu Ga1-u Asスペーサ層
26、およびp−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z
AsDBR形反射鏡27である。なお、参照符号29は
n電極、30はp電極、31はSiNx またはSiO
2 、32は活性層電流狭窄用イオン注入領域、および3
3は可飽和吸収層用イオン注入領域である。
Further, a light receiver is formed on the laminated structure by the second crystal growth. The layer formed by the second crystal growth is the Al u Ga 1-u As spacer layer 2
4, Al x 'Ga 1- x' As / Al w 'Ga 1-w' As superlattice structure saturable absorption region 25, Al u Ga 1-u As spacer layer 26, and p-Al y Ga 1-y As / Al z Ga 1-z
This is an AsDBR type reflection mirror 27. Reference numeral 29 denotes an n-electrode, 30 denotes a p-electrode, 31 denotes SiN x or SiO
Reference numerals 2 and 32 denote ion implantation regions for confining active layer current;
Reference numeral 3 denotes a saturable absorption layer ion implantation region.

【0035】図8に示した素子の特徴は、上下に位置し
たDBR形反射鏡27および19の間にGaAs/Al
w Ga1-w As超格子構造活性層21とAlx'Ga1-x'
As/Alw'Ga1-w'As超格子構造可飽和吸収領域2
5あるいは位相調整層などが形成されていることであ
る。この場合、一回目の成長は活性層21上部のn電極
層23まで行い、電流狭窄のための酸素イオン注入32
を行った後に、上部の可飽和吸収層あるいは位相調整層
25と上面のDBR層27を形成する。このような形成
法を採ることによって、光共振器に対する各領域の有効
径を等しくすることが可能であり、閾値電流や動作駆動
パワーの無駄な増加の抑制に対して効果がある。
The feature of the device shown in FIG. 8 is that the GaAs / Al
w Ga 1-w As superlattice structure active layer 21 and Al x ′ Ga 1-x ′
As / Al w ′ Ga 1-w ′ As superlattice structure saturable absorption region 2
5 or a phase adjusting layer is formed. In this case, the first growth is performed up to the n-electrode layer 23 on the active layer 21 and oxygen ion implantation 32 for current confinement is performed.
Is performed, an upper saturable absorption layer or phase adjusting layer 25 and an upper DBR layer 27 are formed. By employing such a forming method, the effective diameter of each region with respect to the optical resonator can be made equal, which is effective in suppressing a wasteful increase in the threshold current and the operation driving power.

【0036】以上説明した積層集積垂直共振器型半導体
レーザ素子は、nドープ層へのイオン注入について述べ
たものであるが、pドープ層へのイオン注入の場合にも
同様の効果が得られる。また、AlGaAs/GaAs
系に関するものであるけれども、InGaAsP/In
P系、InGaAs/GaAs歪超格子系においても同
様の作用・効果を得ることが可能である。また面発光レ
ーザ素子に積層集積する素子として上記では受光器また
は可飽和吸収層を例として挙げたが、ゲート素子や変調
器、位相調整領域などでも同様にして作製できる。
Although the stacked integrated vertical cavity semiconductor laser device described above describes ion implantation into an n-doped layer, the same effect can be obtained in the case of ion implantation into a p-doped layer. Also, AlGaAs / GaAs
Although it is related to the system, InGaAsP / In
The same operation and effect can be obtained in P-based and InGaAs / GaAs strained superlattice systems. In the above description, a light-receiving device or a saturable absorption layer has been described as an example of an element to be stacked and integrated on a surface-emitting laser element.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明は、垂直共振
器型半導体レーザ素子において、一回目の成長において
垂直共振器型半導体レーザ素子の上部半導体多層膜反射
鏡の一部まで、あるいは活性層上部に位置する電極層ま
でを成長し、電流狭窄を目的として酸素イオンの注入を
行った後に一回目の成長の最上層InGaPの除去ある
いは最上層のGaAsあるいはAlGaAsをAsH3
雰囲気中あるいはAsビームを照射して熱的クリーニン
グを行った後に除去して再成長を行うことによって、低
閾値で高効率、かつ信頼性の得られる垂直共振器型半導
体レーザ素子を形成する効果がある。
As described above, the present invention relates to a vertical cavity type semiconductor laser device, in which a part of an upper semiconductor multilayer film reflecting mirror of a vertical cavity type semiconductor laser device or an active layer is grown in a first growth. After growing up to the upper electrode layer and implanting oxygen ions for the purpose of current confinement, removal of the uppermost InGaP in the first growth or removal of the uppermost GaAs or AlGaAs from AsH 3 is performed.
By performing removal and regrowth after performing thermal cleaning in an atmosphere or by irradiating an As beam, the effect of forming a vertical cavity type semiconductor laser device having high efficiency and reliability with a low threshold value can be obtained. is there.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明にもとづく垂直共振器型半導体レーザ素
子の一構成例を説明するための模式的断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a configuration example of a vertical cavity semiconductor laser device according to the present invention.

【図2】本発明にもとづく垂直共振器型半導体レーザ素
子の一構成例を説明するための模式的断面図である(垂
直共振器上部に受光器を積層集積した構造)。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining a configuration example of a vertical cavity semiconductor laser device according to the present invention (a structure in which a photodetector is stacked and integrated on a vertical cavity).

【図3】本発明にもとづく垂直共振器型半導体レーザ素
子におけるイオン注入と再成長の工程を説明するための
もので、(a)、(b)、(c)、および(d)はそれ
ぞれ各工程を説明するための模式的断面図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the steps of ion implantation and regrowth in a vertical cavity semiconductor laser device according to the present invention, wherein (a), (b), (c) and (d) are each It is a typical sectional view for explaining a process.

【図4】本発明にもとづく垂直共振器型半導体レーザ素
子における収束イオンビームによるイオン注入と再成長
の工程を説明するためのもので、(a)、(b)、
(c)、および(d)はそれぞれ各工程を説明するため
の模式的断面図である。
FIG. 4 is a view for explaining steps of ion implantation and regrowth by a focused ion beam in a vertical cavity semiconductor laser device according to the present invention, wherein (a), (b),
(C) and (d) are typical sectional views for explaining each step.

【図5】本発明にもとづく垂直共振器型半導体レーザ素
子におけるプロトン注入ウエハのSIMS分析結果を示
すグラフであって、(a)アニール前,(b)アニール
後のものである。
FIG. 5 is a graph showing SIMS analysis results of a proton-injected wafer in a vertical cavity semiconductor laser device according to the present invention, wherein (a) is before annealing and (b) is after annealing.

【図6】本発明にもとづく垂直共振器型半導体レーザ素
子における酸素イオン注入ウエハのSIMS分析結果を
示すグラフであって、(a)アニール前,(b)アニー
ル後のものである。
FIG. 6 is a graph showing SIMS analysis results of an oxygen ion-implanted wafer in the vertical cavity semiconductor laser device according to the present invention, wherein (a) is before annealing and (b) is after annealing.

【図7】本発明にもとづく垂直共振器型半導体レーザ素
子の電流対電圧特性を示すグラフであって、(a)は垂
直共振器上部に受光器を積層集積した素子構造の面発光
レーザ素子の電流対光出力特性および電流対電圧特性、
(b)は垂直共振器上部に受光器を積層集積した素子構
造の受光器の電流対電圧特性を示す。
FIG. 7 is a graph showing current-voltage characteristics of a vertical cavity semiconductor laser device according to the present invention, wherein FIG. 7 (a) shows a surface emitting laser device having a device structure in which a photodetector is stacked and integrated on a vertical cavity; Current vs. optical output characteristics and current vs. voltage characteristics,
(B) shows a current-voltage characteristic of a photodetector having an element structure in which a photodetector is stacked and integrated on a vertical resonator.

【図8】本発明にもとづく垂直共振器型半導体レーザ素
子の一構成例を説明するための模式的断面図である(垂
直共振器の上下DBR内に可飽和吸収層を積層集積した
構造)。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining a configuration example of a vertical cavity semiconductor laser device according to the present invention (a structure in which saturable absorption layers are stacked and integrated in upper and lower DBRs of a vertical cavity).

【図9】従来の垂直共振器型半導体レーザ素子の断面図
である。
FIG. 9 is a sectional view of a conventional vertical cavity semiconductor laser device.

【図10】従来の積層集積垂直共振器型半導体レーザ素
子の断面図である。
FIG. 10 is a sectional view of a conventional stacked integrated vertical cavity semiconductor laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p−AlGaAs基板 2 p−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z AsDB
R形反射鏡 3 Alu Ga1-u Asスペーサ層 4 GaAs/Alw Ga1-w As超格子構造活性層 5 Alu Ga1-u Asスペーサ層 6 n−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z AsDB
R形反射鏡(一回目の成長) 7 n−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z AsDB
R形反射鏡(二回目の成長) 8 n−Alu Ga1-u Asクラッド層 9 ノンドープ−GaAs吸収層 10 p−Alu Ga1-u Asクラッド層 11 p+ −GaAsコンタクト層 12 p電極 13 n電極 14 SiNx またはSiO2 15 p電極 16 活性層電流狭窄用イオン注入領域 17 受光器用イオン注入領域 18 p−AlGaAs基板 19 p−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z AsD
BR形反射鏡 20 Alu Ga1-u Asスペーサ層 21 GaAs/Alw Ga1-w As超格子構造活性層 22 Alu Ga1-u Asスペーサ層 23 n電極層 24 Alu Ga1-u Asスペーサ層 25 Alx'Ga1-x'As/Alw'Ga1-w'As超格子
構造可飽和吸収領域 26 Alu Ga1-u Asスペーサ層 27 p−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z AsD
BR形反射鏡 28 p電極 29 n電極 30 p電極 31 SiNx またはSiO2 32 活性層電流狭窄用イオン注入領域 33 可飽和吸収層用イオン注入領域 34 p−AlGaAs基板 35 p−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z AsD
BR形反射鏡 36 Alu Ga1-u Asスペーサ層 37 GaAs/Alw Ga1-w As超格子構造活性層 38 Alu Ga1-u Asスペーサ層 39 n−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z AsD
BR形反射鏡 40 n−Alu Ga1-u Asクラッド層 41 ノンドープ−GaAs吸収層 42 SiNx またはSiO2 43 p−Alu Ga1-u Asクラッド層 44 p+ −GaAsコンタクト層 45 p電極 46 p電極 47 n電極 48 活性層電流狭窄用イオン注入領域 49 受光器用イオン注入領域 101 p−AlGaAs基板 102 p−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z As
DBR形反射鏡 103 Alu Ga1-u Asスペーサ層 104 GaAs/Alw Ga1-w As超格子構造活性
層 105 Alu Ga1-u Asスペーサ層 106 n−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z As
DBR形反射鏡(一回目の成長) 107 n−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z As
DBR形反射鏡(二回目の成長) 108 p電極 109 n電極 110 イオン注入領域 111 p−AlGaAs基板 112 p−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z As
DBR形反射鏡 113 Alu Ga1-u Asスペーサ層 114 GaAs/Alw Ga1-w As超格子構造活性
層 115 Alu Ga1-u Asスペーサ層 116 n−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z As
DBR形反射鏡(一回目の成長) 117 n−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z As
DBR形反射鏡(二回目の成長) 118 p電極 119 n電極 120 イオン注入領域 201 イオンが通過した領域 202 垂直共振器レーザ素子 203 受光器
1 p-AlGaAs substrate 2 p-Al y Ga 1- y As / Al z Ga 1-z AsDB
R-shaped reflector 3 Al u Ga 1-u As spacer layer 4 GaAs / Al w Ga 1- w As superlattice active layer 5 Al u Ga 1-u As spacer layer 6 n-Al y Ga 1- y As / Al z Ga 1-z AsDB
R-type reflector (first-time growth) 7 n-Al y Ga 1 -y As / Al z Ga 1-z AsDB
R-type reflector (second time of growth) 8 n-Al u Ga 1 -u As cladding layer 9 undoped -GaAs absorbent layer 10 p-Al u Ga 1- u As cladding layer 11 p + -GaAs contact layer 12 p electrode 13 n electrode 14 SiN x or SiO 2 15 p electrode 16 active layer current confinement ion implantation region 17 for receiver ion-implanted region 18 p-AlGaAs substrate 19 p-Al y Ga 1- y As / Al z Ga 1-z AsD
BR type reflecting mirror 20 Al u Ga 1-u As spacer layer 21 GaAs / Al w Ga 1- w As superlattice active layer 22 Al u Ga 1-u As spacer layer 23 n electrode layer 24 Al u Ga 1-u As spacer layer 25 Al x 'Ga 1-x ' As / Al w 'Ga 1-w' As superlattice structure saturable absorption region 26 Al u Ga 1-u As spacer layer 27 p-Al y Ga 1- y As / Al z Ga 1-z AsD
BR type reflector 28 p electrode 29 n electrode 30 p electrode 31 SiN x or SiO 2 32 active layer for current confinement ion implantation region 33 saturable absorbing layer ion-implanted region 34 p-AlGaAs substrate 35 p-Al y Ga 1- y As / Al z Ga 1-z AsD
BR type reflector 36 Al u Ga 1-u As spacer layer 37 GaAs / Al w Ga 1- w As superlattice active layer 38 Al u Ga 1-u As spacer layer 39 n-Al y Ga 1- y As / Al z Ga 1-z AsD
BR shaped reflector 40 n-Al u Ga 1- u As cladding layer 41 doped -GaAs absorbing layer 42 SiN x or SiO 2 43 p-Al u Ga 1-u As cladding layer 44 p + -GaAs contact layer 45 p electrode 46 p electrode 47 n electrode 48 active layer current confinement ion implantation region 49 for receiver ion implantation region 101 p-AlGaAs substrate 102 p-Al y Ga 1- y As / Al z Ga 1-z As
DBR type reflector 103 Al u Ga 1-u As spacer layer 104 GaAs / Al w Ga 1- w As superlattice active layer 105 Al u Ga 1-u As spacer layer 106 n-Al y Ga 1- y As / Al z Ga 1-z As
DBR type reflector (first-time growth) 107 n-Al y Ga 1 -y As / Al z Ga 1-z As
DBR type reflector (second time of growth) 108 p electrode 109 n electrode 110 ion implantation region 111 p-AlGaAs substrate 112 p-Al y Ga 1- y As / Al z Ga 1-z As
DBR type reflector 113 Al u Ga 1-u As spacer layer 114 GaAs / Al w Ga 1- w As superlattice active layer 115 Al u Ga 1-u As spacer layer 116 n-Al y Ga 1- y As / Al z Ga 1-z As
DBR type reflector (first-time growth) 117 n-Al y Ga 1 -y As / Al z Ga 1-z As
DBR reflector (second growth) 118 p-electrode 119 n-electrode 120 ion-implanted area 201 area through which ions have passed 202 vertical cavity laser element 203 photoreceiver

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩村 英俊 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 黒川 隆志 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−14276(JP,A) 特開 平5−218575(JP,A) 特開 平6−97597(JP,A) 特開 平5−235473(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hidetoshi Iwamura 3-19-2 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Within Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Takashi Kurokawa 3-19, Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo No. 2 Within Nippon Telegraph and Telephone Corporation (56) References JP-A-4-14276 (JP, A) JP-A-5-218575 (JP, A) JP-A-6-97597 (JP, A) 5-235473 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 活性層と、該活性層を挟む一対のスペー
サ層と、該一対のスペーサ層を挟む一対の半導体多層膜
反射鏡と、少なくても前記活性層が構成する平面上の閉
領域を囲む領域が高抵抗化された電流狭窄領域とを具備
した積層構造体が半導体基板上に形成された垂直共振器
型半導体レーザ素子の製造方法において、 前記半導体基板はAlGaAsからなり、 前記積層構造体は第1の積層構造部と第2の積層構造部
とからなり、および前記製造方法は、 前記活性層が含まれた前記第1の積層構造部を前記基板
上に形成する第1の結晶成長工程と、 該第1の積層構造部上にInGaP層の成長を行う工程
と、 該第1の積層構造部へイオン注入することによって前記
電流狭窄領域を設けるイオン注入工程と、 前記InGaP層を除去する工程と、 前記電流狭窄領域を形成した後に、前記第1の積層構造
部上に前記第2の積層構造部を形成する第2の結晶成長
工程とを有することを特徴とする垂直共振器型半導体レ
ーザ素子の製造方法。
1. An active layer, a pair of spacer layers sandwiching the active layer, a pair of semiconductor multilayer mirrors sandwiching the pair of spacer layers, and at least a closed area on a plane formed by the active layer. A method of manufacturing a vertical cavity type semiconductor laser device in which a laminated structure having a current constriction region having a region having a high resistance is formed on a semiconductor substrate, wherein the semiconductor substrate is made of AlGaAs; The body includes a first laminated structure and a second laminated structure, and the manufacturing method includes: a first crystal for forming the first laminated structure including the active layer on the substrate. A growing step; a step of growing an InGaP layer on the first laminated structure; an ion implantation step of providing the current confinement region by implanting ions into the first laminated structure; Work to remove And a second crystal growth step of forming the second laminated structure on the first laminated structure after forming the current confinement region. Laser element manufacturing method.
【請求項2】 活性層と、該活性層を挟む一対のスペー
サ層と、該一対のスペーサ層を挟む一対の半導体多層膜
反射鏡と、少なくても前記活性層が構成する平面上の閉
領域を囲む領域が高抵抗化された電流狭窄領域とを具備
した積層構造体が半導体基板上に形成された垂直共振器
型半導体レーザ素子の製造方法において、 前記半導体基板はAlGaAsからなり、 前記積層構造体は第1の積層構造部と第2の積層構造部
とからなり、および前記製造方法は、 前記活性層が含まれた前記第1の積層構造部を前記基板
上に形成する第1の結晶成長工程と、 該第1の積層構造部上に、成長装置中の加熱によって蒸
発可能なAlGaAs層またはGaAs層の成長を行う
工程と、 該第1の積層構造部へイオン注入することによって前記
電流狭窄領域を設けるイオン注入工程と、 該蒸発可能なAlGaAs層またはGaAs層を除去す
る工程と、 前記電流狭窄領域を形成した後に、前記第1の積層構造
部上に前記第2の積層構造部を形成する第2の結晶成長
工程とを有することを特徴とする垂直共振器型半導体レ
ーザ素子の製造方法。
2. An active layer, a pair of spacer layers sandwiching the active layer, a pair of semiconductor multilayer mirrors sandwiching the pair of spacer layers, and at least a closed area on a plane formed by the active layer. A method of manufacturing a vertical cavity type semiconductor laser device in which a laminated structure having a current constriction region having a region having a high resistance is formed on a semiconductor substrate, wherein the semiconductor substrate is made of AlGaAs; The body includes a first laminated structure and a second laminated structure, and the manufacturing method includes: a first crystal for forming the first laminated structure including the active layer on the substrate. A growing step; and a step of growing an AlGaAs layer or a GaAs layer that can be evaporated by heating in a growth apparatus on the first laminated structure; and ion-implanting the first laminated structure with the current. Stenosis area Providing an ion implantation step; removing the evaporable AlGaAs layer or the GaAs layer; forming the current confinement region, and then forming the second laminated structure on the first laminated structure. 2. A method for manufacturing a vertical cavity semiconductor laser device, comprising:
【請求項3】 前記第1の積層構造部は、前記一対の半
導体多層膜反射鏡のうちの1つを有し、一方前記第2の
積層構造部は前記一対の半導体多層膜反射鏡のうちの他
方を有することを特徴とする請求項1または2に記載の
垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方法。
3. The first multilayer structure includes one of the pair of semiconductor multilayer mirrors, while the second multilayer structure includes one of the pair of semiconductor multilayer mirrors. 3. The method of manufacturing a vertical cavity semiconductor laser device according to claim 1, further comprising:
【請求項4】 前記イオン注入のイオン種として、酸素
イオンを用いることを特徴とする請求項1ないし3のい
ずれか一項に記載の垂直共振器型半導体レーザ素子の製
造方法。
4. The method of manufacturing a vertical cavity semiconductor laser device according to claim 1, wherein oxygen ions are used as ion species for the ion implantation.
【請求項5】 前記イオン注入の手段として収束イオン
ビームを用いるとともに、前記第1の結晶成長工程、前
記イオン注入工程、および前記第2の結晶成長工程を真
空装置内で一貫して行うことを特徴とする請求項1ない
し4のいずれか一項に記載の垂直共振器型半導体レーザ
素子の製造方法。
5. A method according to claim 1, wherein a focused ion beam is used as said ion implantation means, and said first crystal growth step, said ion implantation step, and said second crystal growth step are performed consistently in a vacuum apparatus. 5. The method for manufacturing a vertical cavity semiconductor laser device according to claim 1, wherein
【請求項6】 前記積層構造体に光信号処理用の機能素
子を積層する工程をさらに有することを特徴とする請求
項1ないし5のいずれか1項に記載の垂直共振器型半導
体レーザ素子の製造方法。
6. The vertical cavity semiconductor laser device according to claim 1, further comprising a step of laminating a functional element for optical signal processing on the laminated structure. Production method.
【請求項7】 前記一対の半導体多層膜反射鏡によって
構成される光共振器内に光機能領域を内蔵することを特
徴とする請求項1ないし6のいずれか一項に記載の垂直
共振器型半導体レーザ素子の製造方法。
7. The vertical resonator type according to claim 1, wherein an optical function region is built in the optical resonator formed by the pair of semiconductor multilayer film reflecting mirrors. A method for manufacturing a semiconductor laser device.
【請求項8】 活性層と、該活性層を挟む一対のスペー
サ層と、該一対のスペーサ層を挟む一対の半導体多層膜
反射鏡と、少なくても前記活性層が構成する平面上の閉
領域を囲む領域が高抵抗化された電流狭窄領域とを具備
した積層構造体が半導体基板上に形成された垂直共振器
型半導体レーザ素子において、 前記積層構造体は、 第1回目の結晶成長によって形成され、かつ前記活性層
が含まれた第1の積層構造部と、 該第1の積層構造部へイオン注入することによって前記
電流狭窄領域を設けた後に前記第1の積層構造部上に再
結晶成長することによって形成された第2の積層構造部
とを有し、および前記一対の半導体多層膜反射鏡によっ
て構成される光共振器内に光機能領域が内蔵されている
ことを特徴とする垂直共振器型半導体レーザ素子。
8. An active layer, a pair of spacer layers sandwiching the active layer, a pair of semiconductor multilayer mirrors sandwiching the pair of spacer layers, and at least a closed region on a plane formed by the active layer. In a vertical cavity semiconductor laser device in which a stacked structure including a current constriction region in which a region surrounding the semiconductor device has a high resistance is formed on a semiconductor substrate, the stacked structure is formed by a first crystal growth. A first stacked structure portion including the active layer and the current constriction region provided by ion-implanting the first stacked structure portion, and then recrystallizing on the first stacked structure portion. A second laminated structure portion formed by growing, and an optical function region is built in an optical resonator constituted by the pair of semiconductor multilayer film reflecting mirrors. Resonator type semiconductor laser element.
【請求項9】 前記第1の積層構造部は、前記一対の半
導体多層膜反射鏡のうちの一つを有し、一方前記第2の
積層構造部は前記一対の半導体多層膜反射鏡のうちの他
方を有することを特徴とする請求項8に記載の垂直共振
器型半導体レーザ素子。
9. The first multilayer structure includes one of the pair of semiconductor multilayer mirrors, while the second multilayer structure includes one of the pair of semiconductor multilayer mirrors. 9. The vertical cavity semiconductor laser device according to claim 8, comprising the other of the following.
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