JP3372801B2 - サーフェスエミッション型半導体レーザ - Google Patents
サーフェスエミッション型半導体レーザInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、“サーフェスエミ
ッション型レーザ” またはＶＣＳＥＬ（英語で、“Ｖ
ｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍ
ｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ”）と呼ばれる半導体レーザ
の特有のカテゴリーに関するものである。
ッション型レーザ” またはＶＣＳＥＬ（英語で、“Ｖ
ｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍ
ｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ”）と呼ばれる半導体レーザ
の特有のカテゴリーに関するものである。
【０００２】これらのレーザは、ヒ化ガリウムＧａＡｓ
またはリン化インジウムＩｎＰのようなIII−Ｖタイプ
の半導体合金で構成された基板から製造される。
またはリン化インジウムＩｎＰのようなIII−Ｖタイプ
の半導体合金で構成された基板から製造される。
【０００３】従来の半導体レーザとは反対に、光の放出
は、能動層の表面に垂直に、またレーザ効果を保つ電流
の注入と同じ方向で行われる。この結果、ＩｎＰ基板の
場合には、構成部品は主に、相対する二つの誘電体また
は半導体ミラーによって範囲を限定された空洞共振器で
構成される。この空洞共振器は、ｐドーピングされたＩ
ｎＰ層と、 ＧａＩｎＡｓＰ４元能動層と、ｎドーピン
グされたＩｎＰ層で形成される。電流の注入は、空洞共
振器の両側に配置された二つの電極を介して行われる。
これらの電極の少なくとも一つは、同一面に位置してい
るミラーの傍らに、あるいはより一般的にはその周囲に
必ず置かれている。このような構造の効果的な機能は、
光学的観点からも電気的観点からも能動層が十分に封じ
込められているかどうかによって条件付けられる。その
ために、一般的には、能動層が、より小さい屈折率を有
する媒質のなかに埋め込まれる構造が選択される。さら
に、優れた伝導率の能動層が媒質ｎの境界でｐドーピン
グされた媒質の中に埋め込まれれば、能動層を取り囲ん
でいるｐ−ｎ接合部のスレッショルド電圧によって電気
的封じ込めも行うことができるであろう。
は、能動層の表面に垂直に、またレーザ効果を保つ電流
の注入と同じ方向で行われる。この結果、ＩｎＰ基板の
場合には、構成部品は主に、相対する二つの誘電体また
は半導体ミラーによって範囲を限定された空洞共振器で
構成される。この空洞共振器は、ｐドーピングされたＩ
ｎＰ層と、 ＧａＩｎＡｓＰ４元能動層と、ｎドーピン
グされたＩｎＰ層で形成される。電流の注入は、空洞共
振器の両側に配置された二つの電極を介して行われる。
これらの電極の少なくとも一つは、同一面に位置してい
るミラーの傍らに、あるいはより一般的にはその周囲に
必ず置かれている。このような構造の効果的な機能は、
光学的観点からも電気的観点からも能動層が十分に封じ
込められているかどうかによって条件付けられる。その
ために、一般的には、能動層が、より小さい屈折率を有
する媒質のなかに埋め込まれる構造が選択される。さら
に、優れた伝導率の能動層が媒質ｎの境界でｐドーピン
グされた媒質の中に埋め込まれれば、能動層を取り囲ん
でいるｐ−ｎ接合部のスレッショルド電圧によって電気
的封じ込めも行うことができるであろう。
【０００４】強力かつ連続放出型のレーザをつくりだす
ためには、構成部品の効率を改良し、温度上昇を抑える
ことができるように、電気的封じ込めを強化する必要が
ある。この問題に対する解決策は、ババトシヒコらによ
る“日本応用物理学ジャーナル”１９９４年４月号、第
３３巻（１９９４年）、ｐｐ．１９０５−１９０９、第
１部、Ｎｏ．４Ａの記事“熱伝導ＭｇＯ／Ｓｉミラーを
備えた連続波ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰサーフェスエミッ
ションレーザ”の中で提案されている。
ためには、構成部品の効率を改良し、温度上昇を抑える
ことができるように、電気的封じ込めを強化する必要が
ある。この問題に対する解決策は、ババトシヒコらによ
る“日本応用物理学ジャーナル”１９９４年４月号、第
３３巻（１９９４年）、ｐｐ．１９０５−１９０９、第
１部、Ｎｏ．４Ａの記事“熱伝導ＭｇＯ／Ｓｉミラーを
備えた連続波ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰサーフェスエミッ
ションレーザ”の中で提案されている。
【０００５】この記事の中では、埋め込まれた能動層の
周囲全体を支える阻止接合部を設けることが提案されて
いる。
周囲全体を支える阻止接合部を設けることが提案されて
いる。
【０００６】この解決策によって、電気的封じ込めをか
なり改善することが可能である。しかしながら効率は最
良とはいえない。実際に、このような構造による測定と
シミュレーションから、能動層を通る電流密度は均一で
ないことがわかった。より厳密に言えば、能動層の中心
部よりも、その周囲の方が電流密度が高くなる（およそ
４の比率で）。その結果、レーザ効果は環状形態におい
てのみ得ることができる。なぜなら、中央部におけるキ
ャリアの密度は、レーザ閾値に到達するために必要な密
度より小さいからである。
なり改善することが可能である。しかしながら効率は最
良とはいえない。実際に、このような構造による測定と
シミュレーションから、能動層を通る電流密度は均一で
ないことがわかった。より厳密に言えば、能動層の中心
部よりも、その周囲の方が電流密度が高くなる（およそ
４の比率で）。その結果、レーザ効果は環状形態におい
てのみ得ることができる。なぜなら、中央部におけるキ
ャリアの密度は、レーザ閾値に到達するために必要な密
度より小さいからである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように、本発明の
目的は、改良された効率、つまりこれまでより温度上昇
を抑え、その結果スレッショルド電流が小さいサーフェ
スエミッション型レーザの構造を提案することにある。
目的は、改良された効率、つまりこれまでより温度上昇
を抑え、その結果スレッショルド電流が小さいサーフェ
スエミッション型レーザの構造を提案することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的において、本発
明は、ｐドーピングされたIII−Ｖタイプの半導体合金
で構成された電流の注入層の中に埋め込まれた能動層
と、能動層に平行で注入層上に配置された少なくとも一
つのミラーと、この注入層に電気的に接触している前記
ミラーの傍らに置かれている電極を備えているタイプの
サーフェスエミッション型レーザであって、能動層にほ
ぼ平行な平面に沿って注入層の中に位置する電流阻止層
を備えており、前記の阻止層には、能動層に対して中心
を合わせており、能動層より寸法の小さい開放部が備え
られていることを特徴とするレーザを対象としている。
明は、ｐドーピングされたIII−Ｖタイプの半導体合金
で構成された電流の注入層の中に埋め込まれた能動層
と、能動層に平行で注入層上に配置された少なくとも一
つのミラーと、この注入層に電気的に接触している前記
ミラーの傍らに置かれている電極を備えているタイプの
サーフェスエミッション型レーザであって、能動層にほ
ぼ平行な平面に沿って注入層の中に位置する電流阻止層
を備えており、前記の阻止層には、能動層に対して中心
を合わせており、能動層より寸法の小さい開放部が備え
られていることを特徴とするレーザを対象としている。
【０００９】能動層より小さい阻止層の中に開放部を設
けることによって、結果的に、ミラーを覆ってはならな
い電極の位置に起因する電流注入の中心の偏りという性
質を補うことができる。阻止層の位置及び厚みと開放部
の位置及び寸法は、能動層のレベルでできるだけ均一な
電流密度を得ることができるように、シミュレーション
によって最良化することができる。
けることによって、結果的に、ミラーを覆ってはならな
い電極の位置に起因する電流注入の中心の偏りという性
質を補うことができる。阻止層の位置及び厚みと開放部
の位置及び寸法は、能動層のレベルでできるだけ均一な
電流密度を得ることができるように、シミュレーション
によって最良化することができる。
【００１０】さらに、本発明の補足的特徴によれば、開
放部の寸法と、阻止層と能動層との間の距離は、能動層
を通る電流が均一の電流密度を有するように選択され
る。実際に、これら二つのパラメータは、構造内の電位
の分布を調整する、すなわち電流密度の均一性を得るの
に決定的な役割を果たす。
放部の寸法と、阻止層と能動層との間の距離は、能動層
を通る電流が均一の電流密度を有するように選択され
る。実際に、これら二つのパラメータは、構造内の電位
の分布を調整する、すなわち電流密度の均一性を得るの
に決定的な役割を果たす。
【００１１】
【発明の実施の形態】添付の図面を参照して以下に本発
明の別の特徴を説明する。
明の別の特徴を説明する。
【００１２】本発明によるレーザの製造段階は、ＩｎＰ
基板の特有の場合について示されている。しかしなが
ら、この方法はＧａＡｓのようなIII−Ｖタイプの合金
で構成された他のあらゆる基板に適用することができ
る。
基板の特有の場合について示されている。しかしなが
ら、この方法はＧａＡｓのようなIII−Ｖタイプの合金
で構成された他のあらゆる基板に適用することができ
る。
【００１３】図１に示されているように、この方法は、
ｎドーピングされたＩｎＰを同じ組成の基板上に成長
させる段階から始まる。次に、４元エッチング停止層ｂ
が形成される。それから、構成部品の能動層と下部ミラ
ーとの間の距離を定める厚みの上に、ｎドーピングされ
たＩｎＰを成長させる。さらに、結晶の表面全体に４元
能動層ＣＡを形成する。
ｎドーピングされたＩｎＰを同じ組成の基板上に成長
させる段階から始まる。次に、４元エッチング停止層ｂ
が形成される。それから、構成部品の能動層と下部ミラ
ーとの間の距離を定める厚みの上に、ｎドーピングされ
たＩｎＰを成長させる。さらに、結晶の表面全体に４元
能動層ＣＡを形成する。
【００１４】次に、層ＣＡをエッチングして、図２に示
されているような能動層のメサを形成する。
されているような能動層のメサを形成する。
【００１５】図３に示されているように、ｐドーピング
されたＩｎＰの成長によって、能動層ＣＡを埋め込むこ
とが可能になる。さらに、ｎドーピングされたＩｎＰの
成長によって、結晶の表面全体に阻止層Ｂをつくりだす
ことが可能になる。能動層と阻止層との間の距離ｈは厳
密に調整される。この距離ｈは、能動層の中で均一な電
流密度を得ることができるようにシミュレーション計算
によって得ることができる。
されたＩｎＰの成長によって、能動層ＣＡを埋め込むこ
とが可能になる。さらに、ｎドーピングされたＩｎＰの
成長によって、結晶の表面全体に阻止層Ｂをつくりだす
ことが可能になる。能動層と阻止層との間の距離ｈは厳
密に調整される。この距離ｈは、能動層の中で均一な電
流密度を得ることができるようにシミュレーション計算
によって得ることができる。
【００１６】次に、阻止層Ｂをエッチングして能動層に
中心を合わせた開放部Ｄが形成される（図４）。開放部
Ｄの寸法は、同じくシミュレーションによって厳密な値
が与えられる張り出し部ｅを有するように、能動層の寸
法より小さくなる。
中心を合わせた開放部Ｄが形成される（図４）。開放部
Ｄの寸法は、同じくシミュレーションによって厳密な値
が与えられる張り出し部ｅを有するように、能動層の寸
法より小さくなる。
【００１７】図５によれば、次に、ｐドーピングされた
ＩｎＰを新たに成長させ、それによって、電流注入層Ｓ
Ｈの形成が終了する。その後、ＳｉとＳｉＯ2の交互層
で構成されている上部誘電ミラーＭＨをデポジットす
る。最後にミラーＭＨの周囲に上部電極ＥＨを置く。
ＩｎＰを新たに成長させ、それによって、電流注入層Ｓ
Ｈの形成が終了する。その後、ＳｉとＳｉＯ2の交互層
で構成されている上部誘電ミラーＭＨをデポジットす
る。最後にミラーＭＨの周囲に上部電極ＥＨを置く。
【００１８】図６に示されているような完成した構成部
品を得るためには、エッチング停止層ｂまでＩｎＰ基板
の下部をエッチングし、下部ミラーＭＢを形成し、さら
に下部電極ＥＢを置く。
品を得るためには、エッチング停止層ｂまでＩｎＰ基板
の下部をエッチングし、下部ミラーＭＢを形成し、さら
に下部電極ＥＢを置く。
【００１９】ｎドーピングされたＩｎＰの拡大によって
阻止層Ｂをつくりだす代わりに、酸化アルミニウムのよ
うな電気的絶縁体を使用することもできる。別の変形例
によれば、注入層ＳＨの側面をエッチングすることによ
って阻止層Ｂをつくりだすこともできる。しかしなが
ら、ｎドーピングされたＩｎＰの成長方法は簡単である
という利点を有していることを留意し、酸化物層がｐド
ーピングされたＩｎＰ媒質と格子が調和していない場合
にはエピタクシーの繰り返しの問題を解決することが望
ましい。
阻止層Ｂをつくりだす代わりに、酸化アルミニウムのよ
うな電気的絶縁体を使用することもできる。別の変形例
によれば、注入層ＳＨの側面をエッチングすることによ
って阻止層Ｂをつくりだすこともできる。しかしなが
ら、ｎドーピングされたＩｎＰの成長方法は簡単である
という利点を有していることを留意し、酸化物層がｐド
ーピングされたＩｎＰ媒質と格子が調和していない場合
にはエピタクシーの繰り返しの問題を解決することが望
ましい。
【００２０】一方、添付図面は概略を示すものにすぎな
いことを指摘する必要がある。というのも、実際には、
ここに示されたすべての層が必ずしもこの通りとは限ら
ないからである。
いことを指摘する必要がある。というのも、実際には、
ここに示されたすべての層が必ずしもこの通りとは限ら
ないからである。
【００２１】とりわけ、阻止層Ｂは、実際には、図２に
表されているメサ上のエピタクシーの繰り返しのために
高方に向かって変形されるであろう。
表されているメサ上のエピタクシーの繰り返しのために
高方に向かって変形されるであろう。
【００２２】最後に例示的なものとしていくつかの寸法
データを示しておく。
データを示しておく。
【００２３】−能動層ＣＡの直径＝８μｍ
−能動層ＣＡの厚み＝０．７μｍ
−能動層ＣＡと阻止層Ｂとの間の距離ｈ＝１μｍ
−張出部ｅの値＝１μｍ
−注入層ＳＨの厚み＝４μｍ
−ミラーＭＨとＭＢの直径＝１０から１６μｍ
【図１】本発明によるレーザの主な製造段階を示す図で
ある。
ある。
【図２】本発明によるレーザの主な製造段階を示す図で
ある。
ある。
【図３】本発明によるレーザの主な製造段階を示す図で
ある。
ある。
【図４】本発明によるレーザの主な製造段階を示す図で
ある。
ある。
【図５】本発明によるレーザの主な製造段階を示す図で
ある。
ある。
【図６】本発明によるレーザの断面図である。
Ｂ 電流阻止層
ＣＡ 能動層
ＥＢ 下部電極
ＥＨ 電極
ＭＢ 下部ミラー
ＭＨ ミラー
ＳＨ 電流注入層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−14276（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−64455（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−177087（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−129962（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−266779（ＪＰ，Ａ)
特表 平７−507183（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 5/183
Claims (6)
- 【請求項１】 ｐドーピングされたIII−Ｖタイプの半
導体合金で構成された電流注入層（ＳＨ）の中に埋め込
まれた能動層（ＣＡ）と、能動層（ＣＡ）に平行で、注
入層（ＳＨ）上に配置された少なくとも一つのミラー
（ＭＨ）と、前記ミラー（ＭＨ）の脇に置かれ、注入層
（ＳＨ）と電気的に接触している電極（ＥＨ）を備えた
タイプのサーフェスエミッション型レーザであって、能
動層（ＣＡ）にほぼ平行な平面に沿って注入層（ＳＨ）
の中に位置している電流の阻止層（Ｂ）を備えており、
前記の阻止層（Ｂ）が、能動層（ＣＡ）に対して中心合
せされており、能動層よりも寸法が小さい開放部（Ｄ）
を備えていることを特徴とするレーザ。 - 【請求項２】 開放部（Ｄ）の寸法と、阻止層（Ｂ）と
能動層（ＣＡ）との間の距離（ｈ）が、能動層（ＣＡ）
を通る電流が均一な電流密度（Ｊ）を有するように選択
されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。 - 【請求項３】 前記の阻止層（Ｂ）がｎドーピングされ
たIII−Ｖタイプの半導体合金で構成されていることを
特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載のレ
ーザ。 - 【請求項４】 前記の阻止層が電気的絶縁体で構成され
ていることを特徴とする請求項１または２のいずれか一
項に記載のレーザ。 - 【請求項５】 前記の絶縁体が酸化アルミニウムである
ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ。 - 【請求項６】 前記の阻止層が前記の注入層（ＳＨ）に
おけるラテラルエッチングによって得られる溝であるこ
とを特徴とする請求項４に記載のレーザ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9515543A FR2743195B1 (fr) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | Laser semi-conducteur a emission par la surface |
| FR9515543 | 1995-12-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09186401A JPH09186401A (ja) | 1997-07-15 |
| JP3372801B2 true JP3372801B2 (ja) | 2003-02-04 |
Family
ID=9485995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34959996A Expired - Fee Related JP3372801B2 (ja) | 1995-12-27 | 1996-12-27 | サーフェスエミッション型半導体レーザ |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5818862A (ja) |
| EP (1) | EP0782229B1 (ja) |
| JP (1) | JP3372801B2 (ja) |
| AU (1) | AU707419B2 (ja) |
| CA (1) | CA2194003A1 (ja) |
| DE (1) | DE69601698T2 (ja) |
| FR (1) | FR2743195B1 (ja) |
Families Citing this family (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6324192B1 (en) | 1995-09-29 | 2001-11-27 | Coretek, Inc. | Electrically tunable fabry-perot structure utilizing a deformable multi-layer mirror and method of making the same |
| JP2002500446A (ja) | 1997-12-29 | 2002-01-08 | コアテック・インコーポレーテッド | マイクロエレクトロメカニカル的に同調可能な共焦型の垂直キャビティ表面放出レーザ及びファブリー・ペローフィルタ |
| US6438149B1 (en) | 1998-06-26 | 2002-08-20 | Coretek, Inc. | Microelectromechanically tunable, confocal, vertical cavity surface emitting laser and fabry-perot filter |
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