JP3627899B2 - 面発光型半導体レーザとそれを用いた光通信モジュールおよび並列情報処理装置 - Google Patents
面発光型半導体レーザとそれを用いた光通信モジュールおよび並列情報処理装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3627899B2 JP3627899B2 JP21215998A JP21215998A JP3627899B2 JP 3627899 B2 JP3627899 B2 JP 3627899B2 JP 21215998 A JP21215998 A JP 21215998A JP 21215998 A JP21215998 A JP 21215998A JP 3627899 B2 JP3627899 B2 JP 3627899B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor
- semiconductor laser
- surface emitting
- laser
- 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
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流狭窄層を有する面発光型半導体レーザに係わり、特に、その製作工程における電流狭窄層の選択酸化作業の効率化を図るのに好適な面発光型半導体レーザとそれを用いた光通信モジュールおよび並列情報処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
面発光型の半導体レーザは、半導体基板の表面から垂直な方向にレーザ光を放射するので、2次元集積化に適しており、例えば、光ファイバとの結合や、ウエハ単位の素子検査が容易であるといった優れた特徴を有している。
一般に、面発光型半導体レーザは、光を発生する活性層と、当該活性層を上下に挟んで配置された上部および下部の反射鏡とからなる光共振器をもって形成されている。面発光型半導体レーザの光共振器の長さは著しく短く、レーザ発振を起こすためには上下の反射鏡の反射率を極めて高い値(99%以上)に設定することが必要である。
【0003】
面発光型半導体レーザでは、2種類の屈折率の異なる半導体を4分の1波長の周期で交互に積み重ねることにより形成した多層膜反射鏡が主として使用されている。多層膜反射鏡に用いられる2種類の半導体材料には、少ない積層数で高反射率を得るために、両者の屈折率差ができるだけ大きいことが望まれる。また、材料が半導体結晶の場合、格子不整合転位の抑制のため、半導体基板材料と格子整合していることが好ましい。
現在、半導体基板材料としてガリウム砒素(GaAs)が、また、低屈折率半導体層にアルミニウム砒素(AlAs)、そして、高屈折率半導体層としてGaAsを用いることが、上記条件を満たす最も良好な組み合わせであり、最も広く用いられている。
【0004】
このような面発光型半導体レーザを大規模な2次元並列レーザアレイ等に応用していくには、消費電力の低減が必須である。そのためにはレーザ発振が開始する電流(しきい値電流)の低減が必要である。そして、この面発光型半導体レーザのしきい値電流は活性層の体積に比例するので、いかに微小な領域に電流を狭窄できるかが、低しきい値電流化への鍵となっている。
しかし、従来の一般的な半導体作製プロセスを利用した微細加工技術では、素子直径10μm以下の領域において素子側面での光損失の影響が大きくなり、しきい値電流の低減は限界に達していることがわかってきた。
【0005】
このような問題に対処する従来技術として、「エレクトロニクス レター 1994年 第31巻」の第1946頁に記載のものがある。そこでは、面発光型半導体レーザ構造にAlAs層を導入し、素子分離後にAlAs層を素子側面部から選択的に酸化し、AlxOy絶縁層に変化させることで、中央に残った微小なAlAs領域に電流を狭窄し、低しきい値電流でのレーザ発振に成功したことが報告されている。このAlAs層は電流狭窄層と呼ばれる。
【0006】
この選択酸化技術を応用して、活性層にガリウムインジウム砒素(GaInAs)/GaAsを用いた面発光型半導体レーザにおいて、10〜20μAという非常に低いしきい値電流でのレーザ発振が報告されている。
AlAs層、あるいは微小なGa組成(Ga組成比10%以下)を有するAlGaAs層の選択酸化による電流狭窄は、面発光型半導体レーザの低しきい値電流化に向けて最も有望な技術であり、これにより面発光型半導体レーザのしきい値電流をnA台に低減することが期待されている。
【0007】
このような選択酸化構造を有する面発光型半導体レーザ素子の作製は、通常、以下のような工程で行われている。
最初に、上部反射鏡を形成するために、その周囲の部分をAlAs電流狭窄層直上のGaAs層までエッチングする。次に、SiO2マスクにより上部反射鏡側面を保護し、AlAs電流狭窄層下まで再エッチングして素子分離する。続いて選択酸化を行い、最後にSiO2マスクを除去する。ここで、上部反射鏡をSiO2マスクにより保護するのは、上部反射鏡の低屈折率半導体層に用いられているAlAs層の酸化による特性劣化を抑制するためである。
【0008】
本工程の最初のエッチングは、AlAs電流狭窄層直上のGaAs層で正確に停止させなければならない。これは、エッチング深さ数μmに対し、±0.05μm以内という非常に高いエッチング精度を必要とする。そのため、素子の歩留まりが低くなるという問題があった。
その対策として、上記GaAs層を厚めに設計すれば良いと考えられる。しかし、その場合には、光学的設計が最適値からずれ、良好な素子特性が期待できなくなる。そこで、基本的素子構造を変化させることなく、歩留まり良く電流狭窄層のみを酸化させる手法が強く求められている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、従来の技術では、電流狭窄層(AlAs)の選択酸化を効率的に行なうことができない点である。
本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、生産工程における歩留まりの向上が可能な面発光型半導体レーザとそれを用いた光通信モジュールおよび並列情報処理装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の面発光型半導体レーザは、低いしきい値電流でのレーザ発振を可能とするために電流狭窄層(AlAs)を設けた面発光型半導体レーザにおいて、反射鏡を構成する低屈折率半導体層に、アルミニウムインジウム燐(AlInP)やガリウムインジウム燐(GaInP)、および、それらの混晶半導体であるアルミニウムガリウムインジウム燐(AlGaInP)などの、燐を含むIII−V族化合物半導体を用いたことを特徴とする。
【0011】
これらの燐を含むIII−V族化合物半導体は、電流狭窄層を構成するアルミニウム砒素(AlAs)や微小なガリウム組成を有するアルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)に比べて酸化されにくいので、電流狭窄層の選択酸化時において、従来のように低屈折率半導体層をSiO2で保護する必要がなくなる。そして、このように、低屈折率半導体層のSiO2での保護が不要となるので、電流狭窄層の選択酸化のためのエッチングは、AlAs電流狭窄層直上のGaAs層までといった高精度で行なう必要がなく、AlAs電流狭窄層下を超えて、例えば下部の反射鏡まで行なっても良くなり、生産効率を向上させることができる。
【0012】
また、このような生産効率の良い面発光型半導体レーザを用いて、光通信モジュールおよび並列情報処理装置を構成することにより、光通信モジュールおよび並列情報処理装置の信頼性の向上と低コスト化を図ることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を、図面により詳細に説明する。
図1は、本発明の面発光型半導体レーザの本発明に係る構成の第1の実施例を示す断面図である。
本図1において、1はガリウム砒素(GaAs)からなる半導体基板、2aは上部半導体多層膜反射鏡、2は下部半導体多層膜反射鏡、3は障壁層、4は井戸層、5は電流狭窄層、6はAlxOy絶縁層、7はスペーサ層、8はコンタクト層、9は表面電極、10はSiO2保護層、11はポリイミド、そして、12は裏面電極である。
【0014】
二つの障壁層3とその間の井戸層4とにより、光を発生する活性層が構成される。そして、この活性層を上部半導体多層膜反射鏡2aと下部半導体多層膜反射鏡2で挟んで共振器を構成し、活性層の光からレーザ光を得る。
上部半導体多層膜反射鏡2aと下部半導体多層膜反射鏡2は、低屈折率半導体層と高屈折率半導体層を交互に積層した半導体多層膜をもって構成される。
電流狭窄層5は、アルミニウム砒素(AlAs)、あるいは、例えばGa組成比10%以下の微小なガリウム組成を有するアルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)からなる。
【0015】
このように、本例の面発光型半導体レーザは、半導体基板1上に、共振器を構成する下部半導体多層膜反射鏡2および上部半導体多層膜反射鏡2a、活性層を構成する障害層3および井戸層4、電流狭窄層5等を有し、半導体基板1側から半導体基板1面に垂直にレーザ光を放射する。
特に、本例の面発光型半導体レーザの上部半導体多層膜反射鏡2aと下部半導体多層膜反射鏡2は、ガリウム砒素(GaAs)あるいはアルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)からなる高屈折率半導体層と、燐を含むIII−V族化合物半導体からなる低屈折率半導体層から構成される半導体多層膜構造となっている。
【0016】
この低屈折率半導体層に用いられる燐を含むIII−V族化合物半導体の材料としては、アルミニウムインジウム燐(AlInP)やガリウムインジウム燐(GaInP)、あるいは、それらの混晶半導体であるアルミニウムガリウムインジウム燐(AlGaInP)等が適する。また、その燐(P)の分率は48〜51%が適している。さらに、それらの半導体の混晶組成比は、格子不整合転位の抑制のため半導体基板1の材料と格子整合するよう、そして、ガリウム砒素(GaAs)との屈折率差を大きくするため禁制帯幅が、ガリウム砒素(GaAs)よりもできるだけ大きくなるように選ぶのが好ましい。
【0017】
以下、このような面発光型半導体レーザの詳細を説明する。
具体的には、1.3μm帯トップ電極型面発光型半導体レーザとしての構造およびその作製について説明する。
活性層はガリウムインジウム窒素砒素(Ga0.7In0.3N0.01As0.99)/GaAs単一量子井戸構造とした。
本素子構造の作製には、精密な膜厚制御や材料の瞬時の切り替えが必要であること、また、ガリウムインジウム窒素砒素(Ga0.7In0.3N0.01As0.99)における窒素(N)の導入には、非平衡状態での成長法が適しているという点で、分子線エピタキシ(MBE)法や有機金属化学気相成長(MOCVD)法等が適している。ここでは成長方法をガスソースMBE(GS−MBE)法とする。
【0018】
本例では、III族元素の供給源として、金属ガリウム(Ga)、金属インジウム(In)、金属アルミニウム(Al)を用い、また、V族元素の供給源として、砒素(As)に関してはアルシン(AsH3)、燐(P)に関してはフォスフィン(PH3)を用いる。また、n型不純物としてシリコン(Si)、p型不純物として四臭化炭素(CBr4)を用いる。尚、p型不純物としてベリリウム(Be)を用いても良い。窒素(N)についてはN2ガスをRFプラズマ励起したNラジカルを使用する。また、窒素プラズマの励起は、その他にECR(Electron Cyclotron Resonance:電子サイクロトロン共鳴)プラズマを用いても行うことができる。
【0019】
作製する半導体基板1はn型のガリウム砒素(GaAs)基板(n型不純物濃度=1×1018cm〓3)を用いる。
そして、AsH3供給下のAs雰囲気において、半導体基板1を昇温した後、半導体基板1上に、下部半導体多層膜反射鏡2として、n型Al0.53In0.47P/n型GaAs(n型不純物濃度=1×1018cm〓3)を25周期積層する。その膜厚は、それぞれ半導体中で1/4波長厚になるようにする。
【0020】
その後、ノンドープGaAs障壁層3を成長し、次に、NラジカルとAsH3を供給しながらGaとInを供給し、膜厚7nmのノンドープGa0.3In0.7N0.01As0.99井戸層4を形成する。
続いて、Nラジカルの供給を止め、ノンドープGaAs障壁層3、p型AlAs電流狭窄層5(p型不純物濃度=5×1017cm〓3)の順に形成する。
ここで、井戸層4および障壁層3からなる量子井戸活性層と電流狭窄層5の厚みをそれぞれ1波長および4分の1波長とする。
【0021】
次に、1/4波長厚のp型GaAsスペーサ層7(p型不純物濃度=5×1017cm〓3)を形成した後、上部半導体多層膜反射鏡2aとして、p型Al0.53In0.47P/p型GaAs(p型不純物濃度=5×1017cm〓3)により15周期積層スル。その膜厚は、それぞれ半導体中で1/4波長厚になるようにする。
そして、最後にp型GaAsコンタクト層8(p型不純物濃度=5×1019cm〓3)を成長させる。
【0022】
このようにして作製した膜に、次の図2に示す工程を施して面発光型半導体レーザを作製する。
図2は、図1における面発光型半導体レーザの本発明に係わる作製工程例を示す説明図である。
結晶成長の後、まず最初に、二酸化珪素(SiO2)マスクにより、活性層直下まで、すなわち下部半導体多層膜反射鏡2までメサエッチングを行う。
【0023】
このときのエッチングは活性層下まで到達すればよく、その深さ方向の精度はほとんど要求されない。
また、ウエットエッチングによる素子作製の場合には、例えば、エッチング液として、臭化水素(HBr):過酸化水素水(H2O2):水(H2O)を混合した液を用いれば、GaAs層も、また、燐を含むIII−V族化合物半導体層も同時にエッチングすることが可能である。あるいは、反応性イオンビームエッチング(RIE)法のようなドライエッチングを用いることも可能である。
【0024】
次に、このようにして形成されたメサ構造に、選択酸化を行う。この選択酸化工程により、AlAs層からなる電流狭窄層5は、側面部分がAlxOy絶縁層6に変化する。このとき、上部半導体多層膜反射鏡2aおよび下部半導体多層膜反射鏡2は、低屈折率半導体層にアルミニウムインジウム燐(AlInP)やガリウムインジウム燐(GaInP)、あるいは、それらの混晶半導体であるアルミニウムガリウムインジウム燐(AlGaInP)などの、燐を含むIII−V族化合物半導体を用いており、GaAs層と同様にほとんど酸化の影響を受けない。
【0025】
その後、通常の面発光型半導体レーザの作製工程と同様に、SiO2保護層10、ポリイミド11の順に形成する。
そして、ポリイミド11を、RIE法等により、上部半導体多層膜反射鏡2aの上部のSiO2が露出するまでエッチングして平坦化する。
最後に、SiO2マスクを除去して、p側表面電極9およびn側裏面電極12を形成し、素子として完成させる。
【0026】
このように、本例の面発光型半導体レーザでは、上部半導体多層膜反射鏡2aおよび下部半導体多層膜反射鏡2の低屈折率半導体層に、アルミニウムインジウム燐(AlInP)やガリウムインジウム燐(GaInP)、あるいは、それらの混晶半導体であるアルミニウムガリウムインジウム燐(AlGaInP)などの、燐を含むIII−V族化合物半導体を用いることにより、電流狭窄層5に対する選択酸化処理による酸化の影響を回避することができるので、1回のメサエッチングのみの簡単な作製工程で、かつ、選択酸化工程での歩留まり低下の少ない素子作製が可能となる。
【0027】
実際に作製した素子では、電流が流れるAlAs電流狭窄層5の未酸化の領域が直径約5μmの場合に、閾値電流が0.1mAで、室温において連続発振した。その発振波長は1.3μmであった。
この波長は、光ファイバ通信で用いられる波長帯と一致する。よって、本単体の素子を光ファイバ通信システムの光源として用いることができる。
例えば、本例の面発光型半導体レーザを2次元に集積してアレイ素子とし、このアレイ素子を用いて光通信を行なうモジュールを形成することが可能である。また、その光通信モジュールを用いてコンピュータ間を結び、並列情報処理装置を構成することが可能である。
【0028】
また、本例の面発光型半導体レーザにおいては、活性領域における量子井戸層として、ガリウムインジウム砒素(GaInAs)、あるいはガリウムインジウム窒素砒素(GaInNAs)等の、ガリウム砒素(GaAs)基板上にスードモルフィックに形成可能な材料を用いることができる。ここでいうスードモルフィックとは、ガリウム砒素(GaAs)基板との格子不整合転位の発生を抑制可能な程度の薄い膜厚の場合を意味する。
また、本例の面発光型半導体レーザの半導体多層膜反射鏡(上部半導体多層膜反射鏡2aおよび下部半導体多層膜反射鏡2)は、半導体基板1上に安定して結晶成長させることが可能であるため、化学線エピタキシ法、分子線エピタキシ法または有機金属気相エピタキシ法のいずれの手法を用いても作製することができる。
【0029】
尚、面発光型半導体レーザにおいて、低屈折率半導体層にアルミニウムインジウム燐(AlInP)を用いることに関しては、例えば、特開平6−132605号公報や特開平9−237942号公報などに記載されている。しかし、これらの技術においては、少ない積層数で高反射率を得ることを目的として、単に、低屈折率半導体層にアルミニウムインジウム燐(AlInP)を、高屈折率半導体層にインジウムガリウム砒素燐(InGaAsP)またはガリウムインジウム窒素砒素(GaInNAs)を用いたものである。
【0030】
そのため、特開平6−132605号公報および特開平9−237942号公報においては、アルミニウムインジウム燐(AlInP)などの燐を含むIII−V族化合物半導体が、電流狭窄層を構成するアルミニウム砒素(AlAs)や微小なガリウム組成を有するアルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)に比べて酸化されにくいとの言及はなされていない。すなわち、本例のように、電流狭窄層の選択酸化時に、従来、要求された非常に高いエッチング精度を不要とするために利用することに関しての考慮は全くなされていない。
【0031】
図3は、本発明の面発光型半導体レーザの本発明に係る構成の第2の実施例を示す断面図である。
本例は、0.98μm帯リング状電極型面発光型半導体レーザを示している。
本リング状電極型面発光型半導体レーザにおいては、電流狭窄層5は、障壁層3と井戸層4からなる活性層の下部に配置される。活性層はGa0.9In0.1As/GaAs歪量子井戸構造である。
【0032】
本素子構造の面発光型半導体レーザの作製にはMOCVD法を用いる。
また、本例では、III族元素であるガリウム(Ga)、インジウム(In)、アルミニウム(Al)の供給源として、それぞれ有機金属のトリエチルガリウム(TEG)、トリメチルインジウム(TMI)、そしてトリメチルアルミニウム(TMA)を用い、また、V族元素の供給源として、アルシン(AsH3)、フォスフィン(PH3)を用いる。
また、n型不純物としてシラン(SiH4)、p型不純物としてジエチルジンク(DEZn)を用いる。
【0033】
作製する半導体基板1はn型のガリウム砒素(GaAs)基板(n型不純物濃度=1×1018cm〓3)を用いる。
そして、AsH3供給下のAs雰囲気において、半導体基板1を昇温した後、基板上に、n型AlGaInP/n型GaAs(n型不純物濃度=1×1018cm〓3)による下部の多層膜反射鏡(下部半導体多層膜反射鏡2)を25周期積層する。その膜厚は、それぞれ半導体中で1/4波長厚になるようにする。
【0034】
次に、ノンドープGaAsスペーサ層7を形成し、続いて、p型AlAs電流狭窄層5(p型不純物濃度=5×1017cm〓3)、ノンドープGaAs障壁層3の順に形成する。そして、膜厚7nmのノンドープGa0.8In0.2As井戸層4、上部ノンドープGaAs障壁層3の順に形成する。ここで、電流狭窄層5と量子井戸活性層との厚みをそれぞれ4分の1波長および1波長とする。
その後、1/4波長厚のp型GaAsコンタクト層8(p型不純物濃度=2×1018cm〓3)を形成する。
【0035】
このようにして作製した膜に、SiO2およびレジストをマスクに用いたRIE法によるドライエッチングと、H2SO4:H2O2:H2Oを混合した液を用いたウエットエッチングとを組み合わせて、下部の多層膜反射鏡(下部半導体多層膜反射鏡2)の上部までメサエッチングを施す。
続いて選択酸化を行う。AlAs電流狭窄層5は、この工程により側面部がAlxOy絶縁層6に変化する。このとき、下部の多層膜反射鏡(下部半導体多層膜反射鏡2)は全く酸化の影響を受けない。
【0036】
その後は、SiO2保護層10、ポリイミド11の順に形成する。
そして、ポリイミドをRIE法により、コンタクト層8までエッチングして平坦化し、メサ上部のSiO2マスクを除去した後、リング状のp側表面電極9を形成する。さらに、スパッタ蒸着法により誘電体多層膜反射鏡13を形成し、最後に裏面電極12aを形成して、素子として完成する。
【0037】
このようにして実際に試作した素子は、波長0.98μmで、室温にて連続発振した。
尚、本例では多層膜反射鏡の高屈折率半導体層としてガリウム砒素(GaAs)を用いているが、Al組成比が低いアルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)を用いても同様の効果が得られる。また、電流狭窄層5がアルミニウム砒素(AlAs)であるが、例えばGa組成比10%以下等の微小なGa組成を有するアルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)を用いても同様の効果が得られる。
【0038】
図4は、図1における面発光型半導体レーザを用いた本発明の光通信モジュールの本発明に係わる構成例を示す斜視実体図である。
本例の光通信モジュールは、図1および図3で示した構成の面発光型半導体レーザ21を4×4の2次元に並列集積化し、アレイ素子22としたものである。そして、このアレイ素子22と、入力信号(電気信号)に対応して各面発光型半導体レーザ21の発光オンオフを制御する駆動回路23と、16本の光ファイバからなる光ファイバ束24とを組み合わせ、入力された電気信号を光信号に変換して、光コネクタ25から送出する光通信モジュールを形成したものである。
【0039】
このような構成において、各面発光型半導体レーザ21は200Mb/秒の信号を生成する。従って、モジュール全体では200Mb/秒×16=3.2Gb/秒の信号を伝送することができる。
また、面発光型半導体レーザ21の作製は容易化されており、その信頼性の向上と低価格化が図られており、それを用いることにより、本例の光通信モジュールに関しても、その信頼性の向上と低価格化が可能である。
【0040】
図5は、図4における光通信モジュールを用いた本発明の並列処理装置の本発明に係わる構成例を示す斜視実体図である。
本例の並列情報処理装置は、図4に示す光通信モジュールを6個用いてコンピュータ間を結び構成したものであり、それぞれ3個の光通信モジュール31,31aと、二次元フォトダイオードアレイ等からなる3個の光受信モジュール32,32a、それぞれ光通信モジュール31,31aを搭載した送信ボード33,33a、それぞれ光受信モジュール32,32aを搭載した受信ボード34,34a、コンピュータ35,35a、および、コンピュータ35,35a間を接続する光ファイバ束36からなる。
【0041】
1つの光通信モジュール31,31aでは、図4で説明したように3.2Gb/秒の信号を伝送することができるので、両コンピュータ35,35a間では、3.2Gb/秒×6=19.2Gb/秒の信号を伝送することができる。
【0042】
以上、図を用いて説明したように、本実施例では、低しきい値電流でレーザ発振させるために、AlAs層、あるいは微小なGa組成(Ga組成比10%以下)を有するAlGaAs層からなる電流狭窄層の選択酸化を行なう面発光型半導体レーザにおいて、多層膜反射鏡に、ガリウム砒素あるいはアルミニウムガリウム砒素からなる高屈折率半導体層と、燐を含むIII−V族化合物半導体からなる低屈折率半導体層により構成される半導体多層膜構造を用いることにより、1回のエッチングのみで電流狭窄層の選択酸化が可能となり、素子作製工程を大幅に簡素化でき、素子作製工程における歩留まりを向上させることが可能である。
【0043】
すなわち、本例では、低いしきい値電流でのレーザ発振を可能とすることを目的として電流狭窄層(AlAs)を設ける面発光型半導体レーザに係わる技術に、例えば、特開平6−132605号公報や特開平9−237942号公報などに記載のように、少ない積層数で高反射率を得ることを目的として低屈折率半導体層にアルミニウムインジウム燐(AlInP)を、高屈折率半導体層にインジウムガリウム砒素燐(InGaAsP)またはガリウムインジウム窒素砒素(GaInNAs)を用いる面発光型半導体レーザに係わる技術を組み合わせることにより、従来、電流狭窄層の選択酸化時に要求された非常に高いエッチング精度を不要とすることができる。
【0044】
例えば、上記特開平6−132605号公報や特開平9−237942号公報等においては特に記載されていないが、アルミニウムインジウム燐(AlInP)などの燐を含むIII−V族化合物半導体は、電流狭窄層を構成するアルミニウム砒素(AlAs)や微小なガリウム組成を有するアルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)に比べて酸化されにくい。このことに着目して、本例では、アルミニウムインジウム燐(AlInP)やガリウムインジウム燐(GaInP)、および、それらの混晶半導体であるアルミニウムガリウムインジウム燐(AlGaInP)などの燐を含むIII−V族化合物半導体を低屈折率半導体層に用いる。
【0045】
このことにより、電流狭窄層の選択酸化時において、従来のように、低屈折率半導体層をSiO2で保護することを不要にすることができる。そして、このように、低屈折率半導体層のSiO2での保護が不要となるので、電流狭窄層の選択酸化のためのエッチングを、AlAs電流狭窄層直上のGaAs層までといった高精度なものではなく、AlAs電流狭窄層下を超えて、例えば下部の反射鏡まで行なっても良くなり、作製が容易となり、信頼性の向上と生産コストの低減化を図ることができ、生産効率を大幅に向上させることができる。
【0046】
また、このような本例の面発光型半導体レーザは、光ファイバを伝送媒体とする光通信に適合した発振波長の活性層材料を用いることで、その光源として利用することが可能であり、複数の面発光型半導体レーザを2次元に集積してアレイ素子とし、このアレイ素子を用いて信頼性が高くかつ低コストな光通信モジュールを形成することができる。また、その光通信モジュールを用いてコンピュータ間を結び、高性能な並列情報処理装置を構成することが可能である。
【0047】
尚、本発明は、図1〜図5を用いて説明した実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、図3で示した0.98μm帯リング状電極型面発光型半導体レーザの例では、誘電体多層膜反射鏡13に関しては特に記載しなかったが、この誘電体多層膜反射鏡13は、電流狭窄層5の選択酸化工程の後に設けられるものであり、選択酸化の影響を受けないので、その材質は、下部の多層膜反射鏡(下部半導体多層膜反射鏡2)のように、低屈折率半導体層を、燐を含むIII−V族化合物半導体により構成することに限定されない。
【0048】
【発明の効果】
本発明によれば、1回のエッチングのみで容易に電流狭窄層の選択酸化ができるので、面発光型半導体レーザの作製工程を効率化して歩留まりを向上させることができ、面発光型半導体レーザとそれを用いた光通信モジュールおよび並列情報処理装置の信頼性の向上およびコストの低減を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の面発光型半導体レーザの本発明に係る構成の第1の実施例を示す断面図である。
【図2】図1における面発光型半導体レーザの本発明に係わる作製工程例を示す説明図である。
【図3】本発明の面発光型半導体レーザの本発明に係る構成の第2の実施例を示す断面図である。
【図4】図1における面発光型半導体レーザを用いた本発明の光通信モジュールの本発明に係わる構成例を示す斜視実体図である。
【図5】図4における光通信モジュールを用いた本発明の並列処理装置の本発明に係わる構成例を示す斜視実体図である。
【符号の説明】
1:半導体基板、2:上部半導体多層膜反射鏡、2a:下部半導体多層膜反射鏡、3:障壁層、4:井戸層、5:電流狭窄層、6:AlxOy絶縁層、7:スペーサ層、8:コンタクト層、9:表面電極、10:SiO2保護層、11:ポリイミド、12,12a:裏面電極、13:上部誘電体多層膜反射鏡、21:面発光型半導体レーザ、22:レーザアレイ素子、23:駆動回路、24:光ファイバ束、25:光コネクタ、31,31a:光通信モジュール、32,32a:光受信モジュール、33,33a:送信ボード、34,34a:受信ボード、35,35a:コンピュータ、36:光ファイバ束。
Claims (6)
- ガリウム砒素(GaAs)からなる半導体基板上に、光を発生する活性層と、該活性層を高屈折率半導体層と低屈折率半導体層とを交互に積層した半導体多層膜構造の二つの反射鏡で挟んで上記活性層の光からレーザ光を得る共振器とを具備し、上記半導体基板に垂直にレーザ光を放射する面発光型半導体レーザであって、
アルミニウム砒素(AlAs)もしくは組成比10%以下のGa組成を有するアルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)からなり、低しきい値電流で上記レーザ光を発振させるために選択酸化される電流狭窄層を、上記活性層と上記二つの反射鏡のいずれか一方との間に設け、上記電流狭窄層の選択酸化時に上記半導体基板に積層済みの上記反射鏡の上記高屈折率半導体層を、ガリウム砒素(GaAs)もしくはアルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)により構成し、上記低屈折率半導体層を、燐を含むIII−V族化合物半導体により構成することを特徴とする面発光型半導体レーザ。 - 請求項1に記載の面発光型半導体レーザにおいて、上記低屈折率半導体層を構成する上記燐を含むIII−V族化合物半導体は、アルミニウムインジウム燐(AlInP)、ガリウムインジウム燐(GaInP)、あるいはそれらの混晶半導体であるアルミニウムガリウムインジウム燐(AlGaInP)のいずれかであることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
- 請求項1、もしくは、請求項2のいずれかに記載の面発光型半導体レーザにおいて、上記活性層は、ガリウム(Ga)とインジウム(In)および砒素(As)、もしくは、ガリウム(Ga)とインジウム(In)と窒素(N)および砒素(As)からなることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
- 請求項1から請求項3のいずれかに記載の面発光型半導体レーザにおいて、上記半導体基板上の上記反射鏡と上記活性層および上記電流狭窄層は、化学線エピタキシ法、分子線エピタキシ法もしくは有機金属気相エピタキシ法のいずれかにより作製されることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
- 請求項1から請求項4のいづれかに記載の面発光型半導体レーザを光源として備え、入力された電気信号に対応して上記面発光型半導体レーザの発光オンオフを制御し、上記電気信号を光信号に変換して通信を行なうことを特徴とする光通信モジュール。
- 請求項5に記載の光通信モジュールを具備し、該光通信モジュールにより、光伝送媒体で相互に接続された複数のコンピュータ間での通信を行ない、並列処理を行なうことを特徴とする並列情報処理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21215998A JP3627899B2 (ja) | 1998-07-28 | 1998-07-28 | 面発光型半導体レーザとそれを用いた光通信モジュールおよび並列情報処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21215998A JP3627899B2 (ja) | 1998-07-28 | 1998-07-28 | 面発光型半導体レーザとそれを用いた光通信モジュールおよび並列情報処理装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000049416A JP2000049416A (ja) | 2000-02-18 |
JP3627899B2 true JP3627899B2 (ja) | 2005-03-09 |
Family
ID=16617886
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21215998A Expired - Lifetime JP3627899B2 (ja) | 1998-07-28 | 1998-07-28 | 面発光型半導体レーザとそれを用いた光通信モジュールおよび並列情報処理装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3627899B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7590159B2 (en) | 2001-02-26 | 2009-09-15 | Ricoh Company, Ltd. | Surface-emission laser diode operable in the wavelength band of 1.1-1.7 micrometers and optical telecommunication system using such a laser diode |
JP4069383B2 (ja) | 2003-03-18 | 2008-04-02 | 富士ゼロックス株式会社 | 表面発光型半導体レーザおよびその製造方法 |
-
1998
- 1998-07-28 JP JP21215998A patent/JP3627899B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000049416A (ja) | 2000-02-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4034513B2 (ja) | 面発光型レーザ装置、これを用いた光モジュール、及び光システム | |
US5416044A (en) | Method for producing a surface-emitting laser | |
JP4265875B2 (ja) | 面発光半導体レーザの製造方法 | |
US20050100068A1 (en) | Surface-emitting laser diode having reduced device resistance and capable of performing high output operation, surface-emitting laser diode array, electrophotographic system, surface-emitting laser diode module, optical telecommunication system, optical interconnection system using the surface-emitting laser diode, and method of fabricating the surface-emitting laser diode | |
JP4602701B2 (ja) | 面発光レーザ及び光伝送システム | |
JP3780665B2 (ja) | 面発光型半導体レーザの製造方法 | |
JP2003168845A (ja) | 半導体レーザ素子及びこれを用いた光モジュール、及び光システム | |
JP4049585B2 (ja) | 面発光型レーザ素子および面発光型レーザアレイおよび光インターコネクションシステムおよび光通信システム | |
JP3627899B2 (ja) | 面発光型半導体レーザとそれを用いた光通信モジュールおよび並列情報処理装置 | |
JP4134366B2 (ja) | 面発光レーザ | |
JP2004063634A (ja) | 半導体分布ブラッグ反射器および面発光レーザ素子および面発光レーザアレイおよび光通信システムおよび光インターコネクションシステム | |
JP4046466B2 (ja) | 半導体分布ブラッグ反射鏡、面発光型半導体レーザ並びにこれを用いた光送信モジュール、光送受信モジュール及び光通信システム | |
JP2002261400A (ja) | レーザ、レーザ装置および光通信システム | |
JP2000012962A (ja) | 面発光型半導体レーザ及びその作製方法 | |
JP2005191260A (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法および光送信用モジュールおよび光通信システム | |
JP2004179640A (ja) | 半導体レーザおよび光送信用モジュールおよび光通信システム | |
JP2002252418A (ja) | 光通信システム | |
JP2006253340A (ja) | 面発光レーザ素子およびその製造方法および面発光レーザアレイおよび電子写真システムおよび光通信システムおよび光インターコネクションシステム | |
JPH09298337A (ja) | 半導体分布ブラッグ反射鏡及びそれを用いた面発光型半導体レーザ | |
JP2003115635A (ja) | 面発光型半導体レーザ素子 | |
JPH0745902A (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 | |
Honda et al. | Low threshold current AlGaAs/GaAs rib-waveguide separate-confinement-heterostructure distributed-feedback lasers grown by metalorganic chemical vapor deposition | |
JP2002359433A (ja) | 半導体分布ブラッグ反射器、面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光インターコネクションシステム、および光通信システム | |
JP2002261398A (ja) | 光通信システム | |
JP2002252416A (ja) | 光通信システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041115 |
|
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: 20041119 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041202 |
|
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: 20071217 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081217 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081217 Year of fee payment: 4 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313114 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081217 Year of fee payment: 4 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081217 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091217 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091217 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101217 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101217 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111217 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111217 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121217 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121217 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131217 Year of fee payment: 9 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |