JP3546628B2 - Surface-emitting type semiconductor laser device - Google Patents

Surface-emitting type semiconductor laser device Download PDF

Info

Publication number
JP3546628B2
JP3546628B2 JP02512097A JP2512097A JP3546628B2 JP 3546628 B2 JP3546628 B2 JP 3546628B2 JP 02512097 A JP02512097 A JP 02512097A JP 2512097 A JP2512097 A JP 2512097A JP 3546628 B2 JP3546628 B2 JP 3546628B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
light
region
light confinement
laser device
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
Application number
JP02512097A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH10223973A (en
Inventor
淳 櫻井
朗 坂本
秀生 中山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd, Fujifilm Business Innovation Corp filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
Priority to JP02512097A priority Critical patent/JP3546628B2/en
Publication of JPH10223973A publication Critical patent/JPH10223973A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3546628B2 publication Critical patent/JP3546628B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、横モード、偏波面を制御することのできる垂直キャビティの面発光レーザに関する。
【0002】
【従来の技術】
光通信、光コンピュータなどの光源として高密度化された半導体レーザアレイが必要となっている。半導体レーザアレイは複数の半導体レーザを適当なピッチで配列し各々独立に駆動制御して、発光させるものである。従来から広く用いられてきた端面発光型のレーザは、発光効率が高いという利点があったが、同一基板上では一次元の並列化しかできないため、多数の半導体レーザを集積化した半導体レーザアレイを形成するのは困難であった。これに対し、面発光レーザは基板に対して垂直方向に光を出射するため、同一基板上に二次元的に並列化することができ、高精度かつ高密度のマトリックスアレイを得ることができるという利点があり、有望視されている。
【0003】
面発光レーザの一つである垂直共振器型の面発光レーザは、活性層とスペーサ層とからなる中間層と、前記中間層を挟みこむ上下2組の分布帰還型反射膜(Distributed Brug Reflactor)からなり、前記DBRで共振器を形成し、基板に対して垂直方向に光を出射する半導体レーザである。端面発光型レーザにおいては電場ベクトルがxy面内にあるTE(transverse electric mode)モード、磁場ベクトルがxy面内にあるTM(transverse magnetic mode)モードの間の導波損および反射率の差のような偏波決定要因があるが、面発光レーザではその向きは不確定である。面発光レーザの発光面の形状が点対称である場合、個々の素子でランダムな方向を規定して使用する場合が殆どであるため、面発光レーザにおいても偏波を制御することが応用上非常に重要である。
【0004】
垂直共振器型面発光レーザにおいて、偏波を制御しようとする試みは幾つかの報告がある。例えば異方形状を有する電極により、異方的な利得を与える利得導波路型面発光レーザの例がある。2つ以上の分割された電極によって発振するレーザAとレーザBとを有し、レーザBへのオン、オフによって2つの偏波方向を任意に制御できるようにしたものである(特開平4ー242989)。その他では、特開平1ー265584号公報に示されているように、光出射部に矩形の高屈折率導波部を設け、その長辺に平行な偏波を通す試みがある。さらに、アプライドフィジクスレターズ、第66巻、第8号、908頁から910頁(1995年)(Appl.,Phys.,Lett.,Vol.66,No.8,p.908−910,1995)および、特開平8ー181391号公報では、ポスト形状を任意の一組のポスト側面が平行であり、かつその辺が最も長くなるようにポスト形を作成することで、偏波制御を行うものである。レーザは図4に示す通り、インジウムガリウム砒素(InGaAs)からなる三重量子井戸活性層をガリウム砒素/アルミニウム砒素からなるDBRでサンドイッチした典型的なVCSEL構造である。これに短軸が<110>方向となるように配置された矩形のフォトレジストマスクを形成した後、塩素ガスを用いた反応性イオンビームエッチングにより上部半導体多層反射膜の一部を除去していわゆるポスト形状を形成する。さらに電流狭窄のためこのポスト部の直下を除く活性層をプロトン注入により非活性化(高抵抗化)した後、所定の位置にアノードおよびカソード電極を形成して完成する。また光出射の方向はこの基板の裏面側である。
【0005】
また、偏波面の制御を目的としたものではないが、面発光型レーザの低しきい値化を図るため分布帰還型反射膜中に自然酸化膜を導入し、電流狭窄をおこなった例がアプライドフィジクスレターズ、第65巻、第1号、97頁から99頁(1994年)(Appl.,Phys.,Lett.,Vol.65,No.1,p.97−99,1994)に示されている。このレーザもまた図5に示すように、InGaAsからなる三重量子井戸活性層をGaAs/AlAsからなるDBRでサンドイッチした典型的なVCSEL構造である。ただし、p型DBRはGaAs/AlAsの1ペアで、GaAsが上層に位置している、プロセスはまずフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とをつかってp型GaAs層を30若しくは60μm形の円形に加工する。続いて露出したp型AlAs層を475℃に加熱した炉の中で約3分間熱処理する。この時、炉の中には窒素をキャリアガスとし、95℃に保たれた水蒸気が導入されている。露出したAlAs層は横方向から徐々に酸化され、最終的には、酸化されずに残った2〜8μm角の領域が形成される。酸化された領域は酸化アルミニウム化合物となり、殆ど電流を通さないから電流狭窄が可能となる。また、面発光レーザのさらなる低しきい値化をはかるため、DBR中に自然酸化膜を複数層導入し電流狭窄をおこなった例が、アイイーイーイー フォトニクス、テクノロジー レターズ、第7巻、第11号、1234頁から1235頁(1995年)(IEEE,Photon.Technol.Lett.,Vol.7,No.11,p.1234−1236,1995)に示されている。このレーザは図6に示すように、上下のDBRがGaAs/AlAsの積層膜で形成されており、前記DBRをエッチングしてポストを形成した後、露出したAlAs層すべてを400℃に加熱した炉の中で熱処理する。この時、炉の中には窒素をキャリアガスとし、80℃に保たれた水蒸気が導入されている。露出したAlAs層は横方向から徐々に酸化され、最終的には15〜20μm角の領域が酸化されずに残る。酸化された領域は、酸化アルミニウムの化合物となり、殆ど電流を通さないから電流狭窄が可能となる。表面最結合電流がより抑制され、70μAの低しきい値を実現している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平4ー242989に示した利得導波型レーザにおいては、光の閉じこめが弱く光は発散しており、電極形状の変化で与えられる利得の異方性は非常に小さい。従って、偏波制御効果も小さいものと考えられる。またレーザAとレーザBの電極をL字型やT字型に配置したものは、偏光制御によってレーザビームが偏向するという欠点があり、十字型のものは偏向はしないものの、偏光制御のために2つのレーザにほぼ同等のしきい値以上の電流を流す必要があり、駆動電力が大きくなるという問題がある上、点対称になり易く、レーザビームを単一横モードに保ちにくいという問題がある。
また、特開平2ー265584に示される構造では、高屈折率導波部で効率よく光が閉じこめられるかは疑問であり、従って、導波制御効果も小さいと思われる。また、前述したアプライドフィジクスレターズに示された構造では,DBRの回折損失を利用して偏波面の制御をおこなったとしているが、発光に寄与しなかった電子・正孔再結合をはじめとする損失分は熱となって発生するため、ポスト部の体積が比較的小さいこの素子では放熱性が十分ではなく、光出力特性が制限を受ける。実際この論文の筆者等は短軸方向の形をこれ以上小さくしても電流しきい値は下がらないばかりか、かえって増加してしまったとしている。さらにこの構造ではプロトン注入時の制約から電流狭窄部のアパーチャ径をポスト部の径より小さくするのが難しいという問題に加え、活性領域とプロトン注入領域界面での非発光再結合も無視することができない。従って活性領域へのキャリアの注入効率が高くないため、低しきい値化には限界がある。
【0007】
また、アプライドフィジクスレターズやアイイーイーイー フォトニクス、テクノロジー レターズに示された例では、AlAs層の酸化速度は組成とドーピング濃度が決まれば一意的に決まるはずであるが、酸化速度のばらつきがある。AlAs層が酸化されてAlに変化する際に体積変化があり、この影響が酸化の活性化エネルギーに影響するのは自明のことであり、それによると思われる酸化速度のばらつきがあり、電流が通過する領域の径が不揃いになるという傾向があった。
【0008】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、光出力特性に特別の影響を与えることなく、偏波面制御を行うことのできる、面発光型半導体レーザを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明の特徴は、基板面と垂直な方向に光共振器が形成された面発光レーザにおいて、少なくとも活性層の片側の半導体多層反射膜内に、出射光に対してその周囲の領域と反射率の異なる領域を有する反射膜層を、前記活性層の近傍から出射口に向かって、複数層互いに離間して配置するようにしたことにある。すなわち、本発明では、活性層が上部及び下部の半導体多層反射膜により挟まれ、基板面と垂直な方向に光共振器が形成された面発光レーザにおいて、少なくとも上部の半導体多層反射膜が、活性層からの出射光に対してその周囲の領域と反射率の異なる領域を形成してなる反射膜層を、2層以上離間するように複数層断続的に配置したことを特徴とする。
【0010】
望ましくは、前記反射率の異なる領域は半導体基板に対して垂直方向からみた断面形状が短辺と長辺とを有してなる矩形をなすように構成したことを特徴とする。
【0011】
また望ましくは、少なくとも上部の半導体多層反射膜が、出射光に対してその周囲の領域よりも反射率の小さい領域からなるアパーチャーを形成してなる光閉じこめ領域をもつ第1の光閉じこめ層、この第1の光閉じこめ層よりも大きなアパーチャー径の光閉じこめ領域をもつ第2の光閉じこめ層、さらに大きなアパーチャー径の光閉じこめ領域をもつ第3の光閉じこめ層とが、前記活性層から離れるに従って、互いに離間して形成されていることを特徴とする。
【0013】
本発明によれば、高効率の電流狭窄効果を有するとともに、光導波路を形成すべく反射率を変化させる部位を有してなる、反射膜層が、光活性領域近傍から出射口まで断続的に設けられているため、均一で制御性よく、再現性の高い実効的導波路を形成することが可能となる。
【0014】
また、前記反射率の異なる領域を、半導体基板に対して垂直方向からみた断面形状が短辺と長辺とを有してなる矩形をなすように構成すれば、横モードを安定させながら偏波面を効率よく制御することができる。
【0015】
さらにこの導波路は発光部と同等の大きさの光の伝搬空間を維持して出射口まで導くため、低しきい値で、活性層からの光の偏波面の安定性が高められる。また発生する熱を比較的体積の大きいメサ構造部に放熱できるため、発熱を抑制し、広い出力範囲にわたって光出力特性を劣化させることなく、偏波面を安定化することが可能となる。
【0016】
さらにまた、光閉じこめ層のアパーチャー径を活性領域から離れるに従って大きくなるようにしているため、光効率の電流狭窄効果を得ることができるとともに、発光部からの光の伝搬空間の平面的な大きさが急激に広がることなく、徐々に上側に開いている形の導波路がDBR内に均一性よく形成され、低しきい値で活性層からの光の偏波面の安定性を高めることが可能となる。
【0017】
また、これらの光閉じこめ層は、AlAsあるいはAlGaAs層の選択酸化によって容易に形成されるが、酸化による体積変化が大きく、膜厚の厚い層を形成する場合、歪が発生したり、アパーチャー径の寸法精度が低下したりする虞があるが、薄い層を離間して多層に配設し、これを酸化すればよいため、酸化による体積変化に起因する歪の問題もない。また、離間して多層の光閉じこめ層が形成されているため、効果についても、連続的に形成されている状態に近いものとなる。
【0018】
さらに、これらの光閉じこめ層で形成される導波路が異方的となるように配置されているため、導波路の中で導波路断面の長辺で決まる0次のTEモードが最初に支配的になり、この時、導波路断面の短辺と平行な偏波を効率よく得ることができる。すなわち、電流注入領域内でもっとも距離の短い方向に偏波を制御することができることになる。
【0019】
また、光の閉じこめ状態が強いほど出射ビームの広がり角が大きくなるので、互いにアパーチャー径の広がる複数の(酸化アルミニウム層からなる)絶縁性の光閉じこめ層によって電流分布を制御するのみならず、発光部からの光の伝搬空間の平面的な大きさが急激に広がらないような上側に開いている形の導波路がDBR内に制御性よく形成されているため、低しきい値で、活性層からの光の横モードおよび偏波面をより安定化することができる。
【0020】
このように、本発明によれば、偏波面を安定化させることができる。またその方法は簡便で再現性が高く、レーザ特性を劣化させるおそれもない。
【0022】
【実施例】
以下、本発明について、図面を参照しつつ説明する。
【0023】
図1は本発明の第1の実施例の面発光型半導体レーザ装置の上面図、その断面図である。
【0024】
この面発光型半導体レーザ装置は、p型のAl0.9Ga0.1As/Al0.3Ga .7Asからなる上部多層反射膜8のAl0.9Ga0.1As層が入るべき領域にAlAs層7が飛び飛びの周期で挿入され、このAlAs層7が中心部を残して半導体柱の周囲から選択的に酸化され、電流狭窄機能を具備した光閉じこめ層6と化し、上部多層反射膜8中に断続的な光閉じこめ層を具備したことを特徴とする。すなわち、このレーザ装置は、n型ガリウムヒ素(GaAs)基板1上に形成されたn型Al0.9Ga0.1As/Al0.3Ga0.7As下部半導体多層反射膜2と、アンドープのAl0.6Ga0.4Asからなる下部スペーサ層3と、アンドープのAl0.11Ga0.89量子井戸層とアンドープのAl0.3Ga0.7As障壁層とからなる量子井戸活性層4と、アンドープのAl0.6Ga0.4Asからなる上部スペーサ層5と、p型Al0.9Ga0.1As/Al0.3Ga0.7As上部半導体多層反射膜8と、p型GaAsコンタクト層9とが順次積層せしめられ、活性層4に到達する深さまで、エッチングがなされポスト13を構成している。そして表面にはCr/Auからなるp側電極10が円形の枠状をなすように形成されるとともに、基板裏面にはAu−Ge/Auからなるn側電極11が形成されている。
【0025】
ここでn型下部半導体多層反射膜2は、n型Al0.9Ga0.1As層とn型Al0.7Ga0.3AsGaAs層とをそれぞれ膜厚λ/(4n)(λ:発振波長,n:媒質の屈折率)で約40.5周期積層することによって形成されたもので、シリコン濃度は 2×1018cmー3である。下部スペーサ層は、アンドープのAl0.6Ga0.4As層から構成され、また、量子井戸活性層は、 アンドープのAl0.11Ga0.89量子井戸層(膜厚8nm×3)とアンドープのAl0.3Ga0.7As障壁層(膜厚5nm×4)との組み合わせ、上部スペーサ層は アンドープAl0.6Ga0.4Asから構成されており、膜厚は全体でλ/nの整数倍とする。上部半導体多層反射膜8の最下層はp型のAlAs層7となっており、Al0.9Ga0.1As層が入るべき領域にAlAs層7が飛び飛びの周期で挿入され、膜厚λ/(4n)で、カーボン濃度は 3×1018cmー3である。また、上部半導体多層反射膜8は、 p型Al0.9Ga0.1As層とp型Al0.7Ga0.3AsGaAs層とをそれぞれ膜厚 λ/(4n) (λ:発振波長,n:屈折率)で交互に30周期積層することによって形成されたもので、カーボン濃度は3×1018cmー3である。最後にp型コンタクト層9は膜厚5nmで、カーボン濃度は1×1020cmー3である。
【0026】
次にこの面発光半導体レーザの製造工程について説明する。
【0027】
まず、有機金属気相成長(MOCVD)法により、シリコンドープのn型GaAs(100)基板1上に、n型Al0.9Ga0.1As/Al0.3Ga0.7As下部半導体多層反射膜2と、アンドープのAl0.6Ga0.4Asからなる下部スペーサ層3と、アンドープのAl0.11Ga0.89量子井戸層とアンドープのAl0.3Ga0.7As障壁層とからなる量子井戸活性層4と、アンドープのAl0.6Ga0.4Asからなる上部スペーサ層5と、Al0.9Ga0.1As層が入るべき領域にAlAs層7が飛び飛びの周期で挿入されたp型Al0.9Ga0.1As/Al0.3Ga0.7As上部半導体多層反射膜8と、p型GaAsコンタクト層9とを積層する。
【0028】
そしてフォトリソグラフィーにより結晶成長層上にレジストマスクを形成し、三塩化ホウ素と塩素ガスをエッチングガスとしてもちいた、反応性イオンエッチングにより、活性層4の表面までエッチングし、直径20μm程度のポスト(半導体柱)13を形成する。
【0029】
この後、水蒸気下で420℃10分の熱処理を行い、断続的に形成されたAlAs層7は酸化されAl層6と化す。この時半導体多層反射膜の他の層の酸化速度はAlAsに比べて著しく遅く殆ど酸化しないと考えてよい。
【0030】
次に、必要に応じてポリイミド膜などを塗布し、半導体柱の周りを埋め、表面の平坦化をはかった後、電極を形成する。
【0031】
ここで、上部半導体多層反射膜8の周期数を下部半導体多層反射膜2の周期数よりも少なくしているのは、反射率に差をつけて出射光を基板上面から取り出すためである。ドーパントの種類についてはここで用いたものに限定されることなく、n型であればセレン、p型であれば亜鉛やマグネシウムなどを用いることも可能である。周期については光の取り出し方向を基板表面側、裏面側のいずれに取るかで決定され、周期が増えるにつれて反射率は高くなる。上部DBR8とp側電極9との間にSiOx,SiNx、SiON、ポリイミド等の層間絶縁膜を挿入して、p側電極9と上部半導体多層反射膜8との絶縁をはかるようにしてもよい。 電流経路12はAlAs層7を選択酸化により高抵抗化することで形成され、平面的には円形であり、立体的には円柱となるまた、n型DBRにも同様に、光閉じこめ層を形成してもよい。ここでは、発振波長λ:780nmのレーザ光を取り出すように設計した。
【0032】
この構成によれば、偏波面を制御するために反射率を変化させる領域を活性領域近傍から出射口まで断続的に設けたことにより、高効率の電流狭窄効果に供すると共に、偏波面を制御するために形成される反射率変化領域の大きさを高精度に制御することができ、実効的な導波路が効率よく形成される。また、前記導波路は、発光部と同等の大きさの光の伝搬空間を維持して光を出射口まで導くので低しきい値で活性層からの光の横モード、偏波面の安定性が高められる。また、発生する熱を比較的体積の大きい半導体柱を形成するDBR8に放熱できるため、発熱を抑制し、広い出力範囲にわたって光出力特性を劣化させることなく光の横モード、偏波面を安定化することが可能となる。
【0033】
なお、各半導体層は有機金属気相成長法、分子線エピタキシー(MBE)法などによって形成すれば良い。
【0034】
このようにして作製された面発光型半導体レーザ装置の動作は、以下に示すごとくである。
ここで、p側電極10から注入されたキャリアの通路は断続的に形成された酸化アルミニウム層(反射率変化領域)で規定されており、量子井戸層に注入されたキャリアは電子−正孔再結合により光を放出し、この光は上部と下部の半導体多層反射膜によって反射され、利得が損失を上回ったところでレーザ発振を生ずる。このとき断続的に形成された反射率変化領域で囲まれた領域に導かれ、発振レーザ光は基板表面に設けられた、p側電極10の窓部から出射される。
【0035】
なお、ポストの形状およびアパーチャの形状、各電極の形状および大きさについても、これに限定されることなく、適宜変更可能である。
【0036】
例えば本発明の第2の実施例として図2に示すように、ポストを四角柱で構成し、アパーチャを、短軸と長軸との比が5:6から1:6の矩形となるようにしてもよい。これにより、より良好に偏波制御を行うことが可能となる。図2は本発明の第2の実施例の面発光型半導体レーザ装置の上面図、そのX軸方向断面図およびY軸方向断面図である。
【0037】
次に本発明の第3の実施例の面発光型半導体レーザ装置について、図面を参照しつつ説明する。
図3は本発明の第3の実施例の面発光型半導体レーザ装置の上面図、そのX軸方向断面図およびY軸方向断面図である。
【0038】
前記第1および第2の実施例では、断続的に形成された酸化アルミニウム層(反射率変化領域)のアパーチャー径は、一定にしたが、この例では図3に示すように、光出射方向に向かって次第に広がるように形成したことを特徴とする。他の構成については、前記第1および第2の実施例とまったく同様に形成されている。
【0039】
この面発光型半導体レーザ装置は、p型のAl0.9Ga0.1As/Al0.3Ga0.7Asからなる上部多層反射膜28のAl0.9Ga0.1As層が入るべき領域にAlGa1−xAs(x=0.96〜1)層27が飛び飛びの周期で挿入され、このAlGa1−xAs層27が中心部を残して半導体柱の周囲から選択的に酸化され、電流狭窄機能を具備した光閉じこめ層26と化し、上部多層反射膜8中に断続的な光閉じこめ層を具備したことを特徴とする。ここでAlGa1−xAs(x=0.96〜1)層27は、光出射口方向に向かうに従ってxは次第に小さくなり、アパーチャ径は、光出射口方向に向かうに従って次第に大きくなっている。
【0040】
すなわち、このレーザ装置は、n型ガリウムヒ素(GaAs)基板21上に形成されたn型Al0.9Ga0.1As/Al0.3Ga0.7As下部半導体多層反射膜22と、アンドープのAl0.6Ga0.4Asからなる下部スペーサ層23と、アンドープのAl0.11Ga0.89量子井戸層とアンドープのAl0.3Ga0.7As障壁層とからなる量子井戸活性層24と、アンドープのAl0.6Ga0.4Asからなる上部スペーサ層25と、p型Al0.9Ga0.1As/Al0.3Ga0.7As上部半導体多層反射膜28と、p型GaAsコンタクト層29とが順次積層せしめられ、活性層24に到達する深さまで、エッチングがなされポスト33を構成している。そして表面にはCr/Auからなるp側電極30が矩形の枠状をなすように形成されるとともに、基板裏面にはAu−Ge/Auからなるn側電極31が形成されている。
【0041】
ここでAlGa1−xAs(x=0.96〜1)層27は、光出射口方向に向かうに従ってxは次第に小さくなるように形成されており、これに選択酸化が施されアパーチャを残して酸化アルミニウム層が形成される。この方法では、通常の水蒸気を用いた選択酸化により、アルミニウム含有量すなわちxが大きくなるほど、酸化速度は増し、酸化されずに残るアパーチャ径は、光出射口方向に向かうに従って次第に大きくなっている。実際には短軸と長軸との比が5:6から1:6の矩形である。そして、立体的には上側に開いている型となる。
【0042】
ここでn型下部半導体多層反射膜22、下部スペーサ層23、量子井戸活性層24、上部スペーサ層25、上部半導体多層反射膜28は、前記第1および第2の実施例と同様の組成を有している。
【0043】
ここでも、発振波長λ:780nmのレーザ光を取り出すように設計した。 この構成によれば、偏波面を制御するために反射率を変化させる領域を活性領域近傍から出射口まで断続的に設けたことにより、高効率の電流狭窄効果に供すると共に、偏波面を制御するために形成される反射率変化領域の大きさを高精度に制御することができ、実効的な導波路が効率よく形成される。また、前記導波路は、発光部からの光の伝搬空間の平面的な大きさが急激に広がることなく徐々にDBR8内で上に向かって開いている導波路がDBR内に均一性よく形成され、低しきい値で、活性層からの光の横モード、偏波面の安定性を高めることができる。また、発生する熱を比較的体積の大きい半導体柱を形成するDBR8に放熱できるため、発熱を抑制し、広い出力範囲にわたって光出力特性を劣化させることなく光の横モード、偏波面を安定化することが可能となる。
【0044】
なおBB軸方向に沿った偏波を得たい場合には、p側電極をAA軸方向に長くした矩形形状をなすように形成すればよい。
【0045】
なお、この例では、BB軸方向の電流分布が狭くなるように構成されているためBB軸方向に偏波した光を得ることができる。
【0046】
なお、前記実施例では、量子井戸活性層を構成する材料としてGaAs/AlGaAs系半導体を用いたが、これに限定されることなく、例えば量子井戸活性層にGaAs/InGaAs系あるいは、InP/InGaAsP系半導体を用いることも可能である。
なお、本発明の構成要件を満足する範囲内で他の方法によっても実現可能であることはいうまでもない。
【0047】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、高効率の電流狭窄効果を有するとともに、光導波路を形成すべく反射率を変化させる部位を有してなる、反射膜層が、光活性領域近傍から出射口まで断続的に設けられているため、均一で制御性よく、再現性の高い実効的導波路を形成することが可能となる。
【0048】
また、前記反射率の異なる領域を、半導体基板に対して垂直方向からみた断面形状が短辺と長辺とを有してなる矩形をなすように構成すれば、横モードを安定させながら偏波面を効率よく制御することができる。
【0049】
さらにこの導波路は発光部と同等の大きさの光の伝搬空間を維持して出射口まで導くため、低しきい値で、活性層からの光の偏波面の安定性が高められる。また発生する熱を比較的体積の大きいメサ構造部に放熱できるため、発熱を抑制し、広い出力範囲にわたって光出力特性を劣化させることなく、偏波面を安定化することが可能となる。
【0050】
さらにまた、光閉じこめ層のアパーチャー径を活性領域から離れるに従って大きくなるようにしているため、低抵抗で高効率の電流狭窄効果を得ることができるとともに、発光部からの光の伝搬空間の平面的な大きさが急激に広がることなく、徐々に上側に開いている形の導波路がDBR内に均一性よく形成され、低しきい値で活性層からの光の偏波面の安定性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の面発光型半導体レーザ装置を示す図
【図2】本発明の第2の実施例の面発光型半導体レーザ装置を示す図
【図3】本発明の第3の実施例の面発光型半導体レーザ装置を示す図
【図4】従来例の面発光型半導体レーザ装置を示す図
【図5】従来例の実施例の面発光型半導体レーザ装置を示す図
【図6】従来例の実施例の面発光型半導体レーザ装置を示す図
【符号の説明】
1 n型ガリウムひ素(GaAs)基板
2 n型下部半導体多層反射膜
3 下部スペーサ層
4 活性層
5 上部スペーサ層
6 AlAs層
8 上部半導体多層反射膜
9 p型GaAsコンタクト層
10 p側電極
11 n側電極
12 電流通路
13 ポスト
21 n型ガリウムひ素(GaAs)基板
22 n型下部半導体多層反射膜
23 下部スペーサ層
24 活性層
25 上部スペーサ層
26 AlGa1−xAs層
28 上部半導体多層反射膜
29 p型GaAsコンタクト層
30 p側電極
31 n側電極
32 電流通路
33 ポスト
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vertical cavity surface emitting laser capable of controlling a transverse mode and a polarization plane.
[0002]
[Prior art]
A high-density semiconductor laser array is required as a light source for optical communication, optical computers, and the like. The semiconductor laser array is configured to arrange a plurality of semiconductor lasers at an appropriate pitch, control the driving of each semiconductor laser independently, and emit light. Edge-emitting lasers, which have been widely used in the past, have the advantage of high luminous efficiency.However, since only one-dimensional parallelization is possible on the same substrate, a semiconductor laser array in which many semiconductor lasers are integrated is used. It was difficult to form. On the other hand, surface-emitting lasers emit light in a direction perpendicular to the substrate, so that they can be two-dimensionally parallelized on the same substrate, and a high-precision, high-density matrix array can be obtained. It has advantages and looks promising.
[0003]
A vertical cavity surface emitting laser, which is one of the surface emitting lasers, includes an intermediate layer including an active layer and a spacer layer, and two pairs of upper and lower distributed feedback reflectors sandwiching the intermediate layer. And a semiconductor laser that forms a resonator with the DBR and emits light in a direction perpendicular to the substrate. In an edge-emitting laser, the difference between the waveguide loss and the reflectance between the TE (transverse electric mode) mode in which the electric field vector is in the xy plane and the TM (transverse magnetic mode) mode in which the magnetic field vector is in the xy plane. Although there are various factors that determine the polarization, the direction of the surface emitting laser is uncertain. When the shape of the light emitting surface of a surface emitting laser is point symmetric, it is almost impossible to control the polarization of the surface emitting laser because it is almost always the case that individual elements are used by defining a random direction. Is important.
[0004]
There have been several reports of attempts to control the polarization of a vertical cavity surface emitting laser. For example, there is an example of a gain waveguide type surface emitting laser in which anisotropic gain is provided by an electrode having an anisotropic shape. It has a laser A and a laser B oscillated by two or more divided electrodes, and two polarization directions can be arbitrarily controlled by turning on and off the laser B (Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-104). 24289). In addition, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-265584, there is an attempt to provide a rectangular high-refractive-index waveguide section in a light emitting section and pass polarized waves parallel to the long side thereof. Further, Applied Physics Letters, Vol. 66, No. 8, pp. 908 to 910 (1995) (Appl., Phys., Lett., Vol. 66, No. 8, p. 908-910, 1995). In Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 8-181391, polarization control is performed by creating a post shape such that an arbitrary set of post side surfaces is parallel and the sides thereof are the longest. is there. As shown in FIG. 4, the laser has a typical VCSEL structure in which a triple quantum well active layer made of indium gallium arsenide (InGaAs) is sandwiched by a gallium arsenide / aluminum arsenide DBR. After forming a rectangular photoresist mask having a short axis in the <110> direction, a part of the upper semiconductor multilayer reflective film is removed by reactive ion beam etching using chlorine gas. Form a post shape. Further, after the active layer except the portion immediately below the post portion is inactivated (increased in resistance) by proton implantation due to current constriction, an anode and a cathode are formed at predetermined positions to complete the active layer. The direction of light emission is on the back side of this substrate.
[0005]
Although it is not intended to control the polarization plane, an example in which a natural oxide film is introduced into a distributed feedback type reflective film to lower the threshold of a surface emitting laser and current confinement is performed is known. Physics Letters, Vol. 65, No. 1, pp. 97-99 (1994) (Appl., Phys., Lett., Vol. 65, No. 1, p. 97-99, 1994). ing. This laser also has a typical VCSEL structure in which a triple quantum well active layer made of InGaAs is sandwiched by a DBR made of GaAs / AlAs, as shown in FIG. However, the p-type DBR is a pair of GaAs / AlAs, and GaAs is located in the upper layer. The process first processes the p-type GaAs layer into a 30 or 60 μm-shaped circle using photolithography and etching. . Subsequently, the exposed p-type AlAs layer is heat-treated for about 3 minutes in a furnace heated to 475 ° C. At this time, steam maintained at 95 ° C. was introduced into the furnace using nitrogen as a carrier gas. The exposed AlAs layer is gradually oxidized from the lateral direction, and finally, a region of 2 to 8 μm square remaining without being oxidized is formed. The oxidized region becomes an aluminum oxide compound and hardly allows current to flow, so that current constriction becomes possible. Also, in order to further lower the threshold of a surface emitting laser, an example in which a plurality of natural oxide films are introduced into a DBR and current constriction is performed is disclosed in IEE Photonics, Technology Letters, Vol. 7, No. 11 , Pages 1234 to 1235 (1995) (IEEE, Photon. Technol. Lett., Vol. 7, No. 11, p. 1234-1236, 1995). As shown in FIG. 6, this laser has upper and lower DBRs formed of a laminated film of GaAs / AlAs. After the DBRs are etched to form posts, all exposed AlAs layers are heated to 400 ° C. Heat treatment in At this time, steam maintained at 80 ° C. was introduced into the furnace using nitrogen as a carrier gas. The exposed AlAs layer is gradually oxidized from the lateral direction, and finally a region of 15 to 20 μm square remains without being oxidized. The oxidized region becomes a compound of aluminum oxide and hardly conducts current, so that current confinement is possible. The surface reconnection current is further suppressed, and a low threshold value of 70 μA is realized.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the gain-guided laser disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-242989, light is weakly confined and light diverges, and the gain anisotropy given by the change in electrode shape is very small. Therefore, it is considered that the polarization control effect is small. Also, the lasers A and B in which the electrodes are arranged in an L-shape or T-shape have the drawback that the laser beam is deflected by the polarization control. It is necessary to supply a current equal to or more than a substantially equal threshold value to the two lasers, so that there is a problem that the driving power is large, and that there is a problem that the laser is apt to be symmetrical and it is difficult to keep the laser beam in the single transverse mode. .
In the structure disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-265584, it is doubtful whether light is efficiently confined by the high refractive index waveguide, and therefore, it is considered that the waveguide control effect is small. In the structure shown in the above-mentioned Applied Physics Letters, the polarization plane is controlled by using the diffraction loss of the DBR. However, the structure includes the recombination of electrons and holes that did not contribute to the light emission. Since the loss is generated as heat, the element having a relatively small post portion does not have sufficient heat dissipation, and the light output characteristics are limited. In fact, the authors of this paper say that even if the shape in the short axis direction is further reduced, the current threshold value does not decrease but rather increases. Furthermore, in this structure, it is difficult to make the aperture diameter of the current confinement part smaller than the diameter of the post part due to the restrictions at the time of proton injection. In addition, non-radiative recombination at the interface between the active region and the proton injection region is neglected. Can not. Therefore, the efficiency of carrier injection into the active region is not high, and there is a limit to lowering the threshold voltage.
[0007]
In addition, in the examples shown in Applied Physics Letters, IEE Photonics, and Technology Letters, the oxidation rate of the AlAs layer should be uniquely determined if the composition and the doping concentration are determined, but the oxidation rate varies. The AlAs layer is oxidized to AlxOyIt is self-evident that there is a volume change at the time of change, and this influence affects the activation energy of oxidation. Tended to be.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a surface-emitting type semiconductor laser capable of controlling a polarization plane without particularly affecting optical output characteristics.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, a feature of the present invention is that, in a surface emitting laser in which an optical resonator is formed in a direction perpendicular to the substrate surface, at least in a semiconductor multilayer reflective film on one side of the active layer, a region surrounding the emitted light is reflected by an area surrounding the active layer. A plurality of reflective film layers having regions with different rates are arranged away from each other from the vicinity of the active layer toward the emission port. That is, in the present invention, in the surface emitting laser in which the active layer is sandwiched between the upper and lower semiconductor multilayer reflective films and the optical resonator is formed in a direction perpendicular to the substrate surface, at least the upper semiconductor multilayer reflective film has the active layer. It is characterized in that a plurality of reflective film layers, each of which forms a region having a different reflectance from the surrounding region with respect to the light emitted from the layer, are intermittently arranged so as to be separated by two or more layers.
[0010]
Preferably, the regions having different reflectivities are configured such that a cross-sectional shape viewed from a direction perpendicular to the semiconductor substrate forms a rectangle having a short side and a long side.
[0011]
Also preferably, at least the first semiconductor confinement layer has a light confinement region formed by forming an aperture composed of a region having a lower reflectance than the surrounding region with respect to the outgoing light. A second light confinement layer having a light confinement region having an aperture diameter larger than that of the first light confinement layer, and a third light confinement layer having a light confinement region having a larger aperture diameter moving away from the active layer, It is characterized by being formed apart from each other.
[0013]
According to the present invention, the reflective film layer having a high-efficiency current confinement effect and having a portion for changing the reflectance to form an optical waveguide is intermittently provided from the vicinity of the photoactive region to the emission port. Since it is provided, it is possible to form an effective waveguide with uniformity, good controllability, and high reproducibility.
[0014]
Further, when the regions having different reflectivities are configured so that the cross-sectional shape viewed from the direction perpendicular to the semiconductor substrate forms a rectangle having a short side and a long side, the polarization mode is stabilized while the transverse mode is stabilized. Can be controlled efficiently.
[0015]
Further, since the waveguide maintains the light propagation space of the same size as the light emitting portion and guides the light to the emission port, the stability of the polarization plane of the light from the active layer can be increased at a low threshold. Further, since the generated heat can be dissipated to the mesa structure having a relatively large volume, it is possible to suppress heat generation and stabilize the polarization plane without deteriorating the optical output characteristics over a wide output range.
[0016]
Furthermore, since the aperture diameter of the light confinement layer is increased with distance from the active region, the current confinement effect of light efficiency can be obtained, and the planar size of the light propagation space from the light emitting portion can be obtained. Is not spread rapidly, a waveguide that is gradually open upward is formed in the DBR with good uniformity, and it is possible to increase the stability of the polarization plane of light from the active layer at a low threshold. Become.
[0017]
These optical confinement layers are easily formed by selective oxidation of an AlAs or AlGaAs layer. However, when a layer having a large volume change due to oxidation and a thick film is formed, distortion occurs or an aperture diameter is reduced. Although the dimensional accuracy may be reduced, thin layers may be separated and arranged in multiple layers and oxidized, so that there is no problem of distortion due to volume change due to oxidation. Further, since the multiple optical confinement layers are formed apart from each other, the effect is close to a state where the layers are continuously formed.
[0018]
Furthermore, since the waveguides formed by these light confinement layers are arranged to be anisotropic, the 0th-order TE mode determined by the long side of the waveguide cross section in the waveguide is dominant first. At this time, a polarized wave parallel to the short side of the waveguide section can be efficiently obtained. That is, the polarization can be controlled in the direction of the shortest distance in the current injection region.
[0019]
Also, since the divergence angle of the emitted beam increases as the light confinement state increases, not only the current distribution is controlled by a plurality of insulating light confinement layers (consisting of an aluminum oxide layer) whose aperture diameters increase, but also the light emission. Since the waveguide that is open upward is formed in the DBR with good controllability so that the planar size of the propagation space of light from the part does not suddenly spread, the active layer has a low threshold value. The horizontal mode and the polarization plane of the light from the light source can be further stabilized.
[0020]
As described above, according to the present invention, the polarization plane can be stabilized. In addition, the method is simple, has high reproducibility, and has no possibility of deteriorating laser characteristics.
[0022]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
FIG. 1 is a top view and a sectional view of a surface emitting semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.
[0024]
This surface-emitting type semiconductor laser device has a p-type Al0.9Ga0.1As / Al0.3Ga0 . 7Al of the upper multilayer reflective film 8 made of As0.9Ga0.1An AlAs layer 7 is inserted into the region where the As layer is to be inserted at a discrete interval. And an intermittent light confinement layer is provided in the upper multilayer reflection film 8. That is, this laser device is an n-type Al-arsenide (GaAs) substrate formed on an n-type gallium arsenide (GaAs) substrate 1.0.9Ga0.1As / Al0.3Ga0.7As lower semiconductor multilayer reflective film 2 and undoped Al0.6Ga0.4Lower spacer layer 3 made of As and undoped Al0.11Ga0.89Quantum well layer and undoped Al0.3Ga0.7A quantum well active layer 4 comprising an As barrier layer;0.6Ga0.4An upper spacer layer 5 made of As and a p-type Al0.9Ga0.1As / Al0.3Ga0.7The As upper semiconductor multilayer reflective film 8 and the p-type GaAs contact layer 9 are sequentially laminated and etched to a depth reaching the active layer 4 to form the post 13. A p-side electrode 10 made of Cr / Au is formed on the front surface so as to form a circular frame, and an n-side electrode 11 made of Au-Ge / Au is formed on the back surface of the substrate.
[0025]
Here, the n-type lower semiconductor multilayer reflective film 2 is made of n-type Al0.9Ga0.1As layer and n-type Al0.7Ga0.3The thickness of the AsGaAs layer is λ / (4nr) (Λ: oscillation wavelength, nr: Refraction index of the medium) and a silicon concentration of 2 × 1018cm-3It is. The lower spacer layer is made of undoped Al.0.6Ga0.4The quantum well active layer is composed of an undoped Al layer.0.11Ga0.89Quantum well layer (8 nm thick x 3) and undoped Al0.3Ga0.7Combination with As barrier layer (5 nm thick x 4), upper spacer layer is undoped Al0.6Ga0.4As, and the total thickness is λ / nrBe an integral multiple of. The lowermost layer of the upper semiconductor multilayer reflective film 8 is a p-type AlAs layer 7,0.9Ga0.1The AlAs layer 7 is inserted at an intermittent period into the region where the As layer is to be inserted, and the thickness λ / (4nr) And the carbon concentration is 3 × 1018cm-3It is. The upper semiconductor multilayer reflective film 8 is made of p-type Al0.9Ga0.1As layer and p-type Al0.7Ga0.3The thickness of the AsGaAs layer is λ / (4nr) (Λ: oscillation wavelength, nr: Refractive index) and alternately laminated for 30 periods, and the carbon concentration is 3 × 1018cm-3It is. Finally, the p-type contact layer 9 has a thickness of 5 nm and a carbon concentration of 1 × 1020cm-3It is.
[0026]
Next, a manufacturing process of the surface emitting semiconductor laser will be described.
[0027]
First, on a silicon-doped n-type GaAs (100) substrate 1, n-type Al is deposited by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).0.9Ga0.1As / Al0.3Ga0.7As lower semiconductor multilayer reflective film 2 and undoped Al0.6Ga0.4Lower spacer layer 3 made of As and undoped Al0.11Ga0.89Quantum well layer and undoped Al0.3Ga0.7A quantum well active layer 4 comprising an As barrier layer;0.6Ga0.4An upper spacer layer 5 made of As;0.9Ga0.1P-type Al in which AlAs layers 7 are inserted at intervals in the area where the As layers should enter0.9Ga0.1As / Al0.3Ga0.7An As upper semiconductor multilayer reflective film 8 and a p-type GaAs contact layer 9 are laminated.
[0028]
Then, a resist mask is formed on the crystal growth layer by photolithography, and the surface of the active layer 4 is etched by reactive ion etching using boron trichloride and chlorine gas as an etching gas. Column 13 is formed.
[0029]
Thereafter, heat treatment is performed at 420 ° C. for 10 minutes under steam, and the intermittently formed AlAs layer 7 is oxidized to Al2O3Turns into layer 6. At this time, it can be considered that the oxidation rate of the other layers of the semiconductor multilayer reflective film is significantly slower than that of AlAs and hardly oxidizes.
[0030]
Next, if necessary, a polyimide film or the like is applied, the periphery of the semiconductor pillar is filled, the surface is flattened, and then an electrode is formed.
[0031]
Here, the reason why the number of periods of the upper semiconductor multilayer reflective film 8 is made smaller than the number of periods of the lower semiconductor multilayer reflective film 2 is to make outgoing light from the upper surface of the substrate with a difference in reflectance. The kind of the dopant is not limited to those used here, and selenium may be used for n-type, and zinc or magnesium may be used for p-type. The period is determined depending on whether the light extraction direction is taken on the front surface side or the back surface side, and the reflectance increases as the period increases. An interlayer insulating film made of SiOx, SiNx, SiON, polyimide, or the like may be inserted between the upper DBR 8 and the p-side electrode 9 so that the p-side electrode 9 and the upper semiconductor multilayer reflective film 8 are insulated. The current path 12 is formed by increasing the resistance of the AlAs layer 7 by selective oxidation. The current path 12 has a circular shape in plan view and is a three-dimensional column. Similarly, a light confinement layer is formed in the n-type DBR. May be. Here, it was designed to take out a laser beam having an oscillation wavelength λ: 780 nm.
[0032]
According to this configuration, a region for changing the reflectance for controlling the polarization plane is provided intermittently from the vicinity of the active region to the emission port, thereby providing a highly efficient current confinement effect and controlling the polarization plane. Therefore, the size of the reflectivity change region formed can be controlled with high precision, and an effective waveguide is formed efficiently. Further, since the waveguide guides the light to the emission port while maintaining the light propagation space of the same size as the light emitting portion, the transverse mode of the light from the active layer and the stability of the polarization plane at a low threshold value are reduced. Enhanced. Further, since the generated heat can be radiated to the DBR 8 forming the semiconductor pillar having a relatively large volume, the heat generation is suppressed, and the transverse mode and the polarization plane of light are stabilized without deteriorating the optical output characteristics over a wide output range. It becomes possible.
[0033]
Note that each semiconductor layer may be formed by a metal organic chemical vapor deposition method, a molecular beam epitaxy (MBE) method, or the like.
[0034]
The operation of the surface emitting semiconductor laser device manufactured as described above is as follows.
Here, the path of the carrier injected from the p-side electrode 10 is defined by an intermittently formed aluminum oxide layer (reflectance change region), and the carrier injected into the quantum well layer is formed by electron-hole recombination. Light is emitted by the coupling, and the light is reflected by the upper and lower semiconductor multilayer reflective films, and laser oscillation occurs when the gain exceeds the loss. At this time, the laser light is guided to a region surrounded by the intermittently formed reflectance change region, and the oscillation laser light is emitted from the window of the p-side electrode 10 provided on the substrate surface.
[0035]
The shape of the post, the shape of the aperture, and the shape and size of each electrode are not limited thereto, and can be appropriately changed.
[0036]
For example, as shown in FIG. 2 as a second embodiment of the present invention, the post is formed of a square pole, and the aperture is formed as a rectangle having a ratio of the short axis to the long axis of 5: 6 to 1: 6. May be. Thereby, it is possible to perform better polarization control. FIG. 2 is a top view, a cross-sectional view in the X-axis direction, and a cross-sectional view in the Y-axis direction of a surface emitting semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention.
[0037]
Next, a surface emitting semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a top view, a sectional view in the X-axis direction and a sectional view in the Y-axis direction of a surface emitting semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention.
[0038]
In the first and second embodiments, the aperture diameter of the intermittently formed aluminum oxide layer (reflectance change region) is fixed, but in this example, as shown in FIG. It is characterized by being formed so as to gradually spread toward it. Other configurations are formed in exactly the same manner as in the first and second embodiments.
[0039]
This surface-emitting type semiconductor laser device has a p-type Al0.9Ga0.1As / Al0.3Ga0.7Al of the upper multilayer reflective film 28 made of As0.9Ga0.1In the area where the As layer should enter, AlxGa1-xAs (x = 0.96 to 1) layers 27 are inserted at discrete intervals, and this AlxGa1-xThe As layer 27 is selectively oxidized from the periphery of the semiconductor pillar except for the central portion to form a light confinement layer 26 having a current confinement function, and an intermittent light confinement layer is provided in the upper multilayer reflective film 8. It is characterized. Where AlxGa1-xIn the As (x = 0.96 to 1) layer 27, x gradually decreases toward the light exit port, and the aperture diameter gradually increases toward the light exit port.
[0040]
That is, this laser device is an n-type Al-arsenide (GaAs) substrate formed on an n-type gallium arsenide (GaAs) substrate 21.0.9Ga0.1As / Al0.3Ga0.7As lower semiconductor multilayer reflective film 22 and undoped Al0.6Ga0.4Lower spacer layer 23 made of As, undoped Al0.11Ga0.89Quantum well layer and undoped Al0.3Ga0.7A quantum well active layer 24 comprising an As barrier layer;0.6Ga0.4An upper spacer layer 25 made of As and a p-type Al0.9Ga0.1As / Al0.3Ga0.7The As upper semiconductor multilayer reflective film 28 and the p-type GaAs contact layer 29 are sequentially laminated and etched to a depth reaching the active layer 24 to form the post 33. A p-side electrode 30 made of Cr / Au is formed on the front surface so as to form a rectangular frame, and an n-side electrode 31 made of Au-Ge / Au is formed on the back surface of the substrate.
[0041]
Where AlxGa1-xThe As (x = 0.96 to 1) layer 27 is formed so that x gradually decreases as it goes toward the light exit port, and is selectively oxidized to form an aluminum oxide layer leaving an aperture. You. In this method, the oxidation rate increases as the aluminum content, that is, x, increases by ordinary selective oxidation using water vapor, and the aperture diameter remaining without being oxidized gradually increases toward the light emission port. Actually, it is a rectangle having a ratio of the short axis to the long axis of 5: 6 to 1: 6. Then, it becomes a mold that is opened upward in three dimensions.
[0042]
Here, the n-type lower semiconductor multilayer reflection film 22, the lower spacer layer 23, the quantum well active layer 24, the upper spacer layer 25, and the upper semiconductor multilayer reflection film 28 have the same composition as in the first and second embodiments. are doing.
[0043]
Also in this case, it was designed so as to extract a laser beam having an oscillation wavelength λ: 780 nm. According to this configuration, a region for changing the reflectance for controlling the polarization plane is provided intermittently from the vicinity of the active region to the emission port, thereby providing a highly efficient current confinement effect and controlling the polarization plane. Therefore, the size of the reflectivity change region formed can be controlled with high precision, and an effective waveguide is formed efficiently. Further, in the waveguide, a waveguide that is gradually upwardly opened in the DBR 8 without abruptly increasing the planar size of the propagation space of the light from the light emitting unit is formed with high uniformity in the DBR. With a low threshold value, the stability of the transverse mode of light from the active layer and the polarization plane can be improved. Further, since the generated heat can be radiated to the DBR 8 forming the semiconductor pillar having a relatively large volume, the heat generation is suppressed, and the transverse mode and the polarization plane of light are stabilized without deteriorating the optical output characteristics over a wide output range. It becomes possible.
[0044]
When it is desired to obtain polarized waves along the BB axis direction, the p-side electrode may be formed to have a rectangular shape elongated in the AA axis direction.
[0045]
In this example, since the current distribution in the BB axis direction is configured to be narrow, light polarized in the BB axis direction can be obtained.
[0046]
In the above embodiment, a GaAs / AlGaAs-based semiconductor was used as a material for forming the quantum well active layer. However, the present invention is not limited to this. Semiconductors can also be used.
Needless to say, the present invention can be realized by another method as long as the constituent features of the present invention are satisfied.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a reflective film layer having a high-efficiency current confinement effect and having a portion for changing the reflectivity to form an optical waveguide is provided near the photoactive region. Since it is provided intermittently from to the emission port, it is possible to form an effective waveguide with uniformity, good controllability, and high reproducibility.
[0048]
Further, when the regions having different reflectivities are configured so that the cross-sectional shape viewed from the direction perpendicular to the semiconductor substrate forms a rectangle having a short side and a long side, the polarization mode is stabilized while the transverse mode is stabilized. Can be controlled efficiently.
[0049]
Further, since the waveguide maintains the light propagation space of the same size as the light emitting portion and guides the light to the emission port, the stability of the polarization plane of the light from the active layer can be increased at a low threshold. Further, since the generated heat can be dissipated to the mesa structure having a relatively large volume, it is possible to suppress heat generation and stabilize the polarization plane without deteriorating the optical output characteristics over a wide output range.
[0050]
Furthermore, since the aperture diameter of the light confinement layer is increased as the distance from the active region is increased, a high-efficiency current confinement effect with low resistance can be obtained, and the planar shape of the light propagation space from the light emitting portion can be obtained. A waveguide whose shape gradually expands upward without increasing its size rapidly is formed in the DBR with good uniformity, and the stability of the polarization plane of light from the active layer at low threshold is improved. Becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a surface emitting semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a diagram showing a surface emitting semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a diagram showing a surface-emitting type semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a diagram showing a conventional surface emitting semiconductor laser device;
FIG. 5 is a diagram showing a surface-emitting type semiconductor laser device according to a conventional example.
FIG. 6 is a diagram showing a surface-emitting type semiconductor laser device according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 n-type gallium arsenide (GaAs) substrate
2 n-type lower semiconductor multilayer reflective film
3 Lower spacer layer
4 Active layer
5 Upper spacer layer
6 AlAs layer
8 Upper semiconductor multilayer reflective film
9 p-type GaAs contact layer
10 p-side electrode
11 n-side electrode
12 Current path
13 posts
21 n-type gallium arsenide (GaAs) substrate
22 n-type lower semiconductor multilayer reflective film
23 Lower spacer layer
24 Active layer
25 Upper spacer layer
26 AlxGa1-xAs layer
28 Upper semiconductor multilayer reflective film
29 p-type GaAs contact layer
30 p-side electrode
31 n-side electrode
32 Current path
33 post

Claims (3)

活性層が上部及び下部の半導体多層反射膜により挟まれ、基板面と垂直な方向に光共振器が形成された面発光レーザにおいて、
少なくとも上部の半導体多層反射膜が、活性層からの出射光に対してその周囲の領域と反射率の異なる領域を形成してなる反射膜層を、互いに2層以上離間するように、複数層断続的に配置したことを特徴とする面発光型半導体レーザ装置。
In a surface emitting laser in which an active layer is sandwiched between upper and lower semiconductor multilayer reflective films and an optical resonator is formed in a direction perpendicular to the substrate surface,
A plurality of intermittent reflecting film layers are formed so that at least the upper semiconductor multilayer reflecting film forms a region having a different reflectance from the surrounding region with respect to the light emitted from the active layer. A surface-emitting type semiconductor laser device, characterized in that it is arranged in a uniform manner.
前記反射率の異なる領域は半導体基板に対して垂直方向からみた断面形状が短辺と長辺とを有してなる矩形をなすように構成したことを特徴とする請求項1記載の面発光型半導体レーザ装置。2. The surface-emitting type according to claim 1, wherein the regions having different reflectivities have a cross section viewed from a direction perpendicular to the semiconductor substrate and having a rectangular shape having a short side and a long side. Semiconductor laser device. 前記半導体多層反射膜が、出射光に対してその周囲の領域よりも反射率の小さい領域からなるアパーチャーを形成してなる光閉じこめ領域をもつ第1の光閉じこめ層、この第1の光閉じこめ層よりも大きなアパーチャー径の光閉じこめ領域をもつ第2の光閉じこめ層、さらに大きなアパーチャー径の光閉じこめ領域をもつ第3の光閉じこめ層とが、前記活性層から離れるに従って、互いに離間して形成されていることを特徴とする請求項1記載の面発光型半導体レーザ装置。A first light confinement layer having a light confinement region in which the semiconductor multilayer reflective film forms an aperture formed of a region having a lower reflectance than the surrounding region with respect to the outgoing light, and the first light confinement layer A second light confinement layer having a light confinement region having a larger aperture diameter and a third light confinement layer having a light confinement region having a larger aperture diameter are formed apart from each other as the distance from the active layer increases. 2. The surface-emitting type semiconductor laser device according to claim 1, wherein:
JP02512097A 1997-02-07 1997-02-07 Surface-emitting type semiconductor laser device Expired - Lifetime JP3546628B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP02512097A JP3546628B2 (en) 1997-02-07 1997-02-07 Surface-emitting type semiconductor laser device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP02512097A JP3546628B2 (en) 1997-02-07 1997-02-07 Surface-emitting type semiconductor laser device

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004021526A Division JP3876886B2 (en) 2004-01-29 2004-01-29 Manufacturing method of surface emitting semiconductor laser device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10223973A JPH10223973A (en) 1998-08-21
JP3546628B2 true JP3546628B2 (en) 2004-07-28

Family

ID=12157082

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP02512097A Expired - Lifetime JP3546628B2 (en) 1997-02-07 1997-02-07 Surface-emitting type semiconductor laser device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3546628B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9901961D0 (en) * 1999-01-29 1999-03-17 Univ Sheffield Optical device and method of manufacture
JP4160226B2 (en) * 1999-12-28 2008-10-01 株式会社東芝 Semiconductor laser device
JP3770305B2 (en) * 2000-03-29 2006-04-26 セイコーエプソン株式会社 Surface emitting semiconductor laser and manufacturing method thereof
JP5929259B2 (en) * 2011-05-17 2016-06-01 株式会社リコー Surface emitting laser element, optical scanning device, and image forming apparatus
JP6323650B2 (en) * 2013-12-20 2018-05-16 セイコーエプソン株式会社 Surface emitting laser and atomic oscillator

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5359618A (en) * 1993-06-01 1994-10-25 Motorola, Inc. High efficiency VCSEL and method of fabrication
JP2891133B2 (en) * 1994-10-24 1999-05-17 日本電気株式会社 Surface emitting laser, surface emitting laser array, and optical information processing device
JP3799667B2 (en) * 1996-07-10 2006-07-19 富士ゼロックス株式会社 Surface emitting semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP3220028B2 (en) * 1996-11-07 2001-10-22 沖電気工業株式会社 Method for manufacturing semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH10223973A (en) 1998-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3783411B2 (en) Surface emitting semiconductor laser
US6795478B2 (en) VCSEL with antiguide current confinement layer
JP3339706B2 (en) Semiconductor laser and method of manufacturing the same
EP0497052B1 (en) Vertical cavity surface emitting lasers with transparent electrodes
US7983319B2 (en) Surface-emitting type semiconductor laser that controls polarization directions of laser light and method for manufacturing the same
JP2001237497A (en) Passive semiconductor structure and manufacturing method therefor
US20020172247A1 (en) Vertical-cavity surface-emitting laser with enhanced transverse mode stability and polarization stable single mode output
Yoshikawa et al. Polarization-controlled single-mode VCSEL
US20030007531A1 (en) Polarization controlled VCSELs using an asymmetric current confining aperture
JP3799667B2 (en) Surface emitting semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP4141172B2 (en) Surface emitting semiconductor laser device manufacturing method, surface emitting semiconductor laser device, and optical transmission system
US20070217463A1 (en) Vcsel Pumped In A Monolithically Optical Manner And Comprising A Laterally Applied Edge Emitter
JPH11307882A (en) Surface light-emitting semiconductor laser, laser array thereof, and manufacture thereof
JP2006074051A (en) Semiconductor substrate that emits emissive light for surface-emitting laser, and its manufacturing method
Oh et al. Single-mode operation in an antiguided vertical-cavity surface-emitting laser using a low-temperature grown AlGaAs dielectric aperture
JP3546628B2 (en) Surface-emitting type semiconductor laser device
JP4602692B2 (en) Surface emitting laser and optical transmission system
JP3876886B2 (en) Manufacturing method of surface emitting semiconductor laser device
Cheng et al. Lasing characteristics of high-performance narrow-stripe InGaAs-GaAs quantum-well lasers confined by AlAs native oxide
WO2004064211A1 (en) Laser array
JPWO2005074080A1 (en) Surface emitting laser and manufacturing method thereof
JP2003324234A (en) Surface emitting semiconductor laser element and its manufacturing method
JP2000277852A (en) Surface emitting semiconductor laser and manufacturing method
JP2007103544A (en) Surface light emitting laser, surface emitting laser array, optical transmission system, and laser printer write-in system
JP4026085B2 (en) Surface emitting semiconductor laser device and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040129

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040323

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040405

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080423

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090423

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100423

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110423

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120423

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130423

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130423

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140423

Year of fee payment: 10

EXPY Cancellation because of completion of term