JP4815772B2 - 面発光型半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents
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また、請求項2に記載の発明では、共振器を構成する2つの多層膜反射鏡が発光部となる活性層を挟む態様で形成された面発光型半導体レーザ素子として、前記多層膜反射鏡は、一方が「AlxGa1−xAs(0≦x≦1)」の組成を、他方が「GaAs」の組成を有する2種の半導体膜のペアが交互に積層形成されてなるとともに、前記多層膜反射鏡の少なくとも一部として、前記「AlxGa1−xAs(0≦x≦1)」の組成を有する半導体膜の組成比が前記活性層から遠ざかるにしたがってxが順次大きくなる態様で設定されてなり、当該レーザ素子の外形構造として、光の出射口とは反対側に、平坦な頂上の周囲に急な崖をもつメサ構造を有し、当該レーザ素子の内部構造として、前記メサ構造の側面から酸化アルミニウム膜によって前記活性層から遠ざかるにしたがって開口径が順次狭められたアパーチャ構造を有するものとする。
・前記積層されて多層膜を構成する2種の半導体膜のペアについて、一方を「AlxGa1−xAs(0≦x≦1)」の組成をもつものに、他方を「AlyGa1−yAs(0≦y≦1)」の組成をもつものにして、各々の組成比を、「x>y」なる関係を保ちつつ、前記活性層から遠ざかるにしたがってxが順次大きくなる態様で設定した構造。
また、請求項2に記載の発明では、
・前記積層されて多層膜を構成する2種の半導体膜のペアについて、一方を「AlxGa1−xAs(0≦x≦1)」の組成をもつものに、他方を「GaAs」の組成をもつものにして、その組成比を、前記活性層から遠ざかるにしたがってxが順次大きくなる態様で設定した構造。
をそれぞれ採用している。これらいずれの場合であれ、上述の構造が好適に実現されることとなる。
そして、当該レーザ素子の内部構造として、上記メサ構造の側面からの酸化アルミニウム膜によって前記活性層から遠ざかるにしたがって開口径が順次狭められたアパーチャ構
造をさらに採用している。
・前記構成元素の1つとしてアルミニウムを含む化合物半導体からなる半導体膜が、ペアとなる別の半導体膜と交互に積層される態様で形成されるとするとき、それら半導体膜のペアについて、一方を「AlxGa1−xAs(0≦x≦1)」の組成をもつものに、他方を「AlyGa1−yAs(0≦y≦1)」の組成をもつものにして、各々の組成比を、「x>y」なる関係で且つ、前記活性層から遠ざかるにしたがってxが順次大きくなる態様で設定する方法。
あるいは請求項7に記載のように、
・前記構成元素の1つとしてアルミニウムを含む化合物半導体からなる半導体膜が、ペアとなる別の半導体膜と交互に積層される態様で形成されるとするとき、それら半導体膜のペアについて、一方を「AlxGa1−xAs(0≦x≦1)」の組成をもつものに、他方が「GaAs」の組成をもつものにして、その組成比を、前記活性層から遠ざかるにしたがってxが順次大きくなる態様で設定する方法。
等々の方法を採用することができる。
このような製造方法を採用することで、上記請求項1または2に記載の構造を、より容易に且つ好適に実現することができるようになる。
以下、この発明に係る面発光型半導体レーザ素子およびその製造方法の実施の形態の説明に先立ち、比較例(第1の比較例)を示す。
同図1に示すように、このレーザ素子は、その外形構造として素子上部に、平坦な頂上の周囲に急な崖をもつメサ構造を有し、大きくは、例えばn型のGaAsからなる基板11の上に、共振器を構成する2つの多層膜反射鏡が、すなわち下部反射鏡12と上部反射鏡14および15とが、活性領域13を挟む態様で形成されて構成されている。なお、上記上部反射鏡は、第1の上部反射鏡14と第2の上部反射鏡15とによって構成されている。また、上記メサ構造は、例えばエッチングにより上部反射鏡の一部を除去することによって形成され、その頂上部分の径は例えば「10μm」程度に設定される。
(1)下部反射鏡12と共に共振器を構成する上部反射鏡の一部(第2の上部反射鏡15)として、活性領域13(活性層)から遠ざかるにしたがってペア膜間の屈折率差が順次大きくなる態様で、「AlxGa1−xAs(0≦x≦1)」の組成をもつ半導体膜とGaAsからなる半導体膜とからなるペアを交互に積層形成した多層膜を備える構造とした。このとき、その半導体膜の組成比は、活性領域13(活性層)から遠ざかるにしたがって比率xが順次大きくなる態様で設定することとした。これにより、横方向の幅を維持しつつ、単一横モード(基本横モード)での発振をより容易く生じさせることができるようになる。またこのとき、縦モードに関する光学特性、すなわち安定した単一モードが得られるといった優れた発振特性等は好適に維持されることとなる。またさらに、当該レーザ素子の製造をより容易に行うこともできるようになる。
次に、第2の比較例を示す。
同図6に示すように、このレーザ素子も、その外形構造として素子上部に、平坦な頂上の周囲に急な崖をもつメサ構造を有し、大きくは、例えばn型のGaAsからなる基板21の上に、共振器を構成する2つの多層膜反射鏡が、すなわち下部反射鏡22および23と上部反射鏡25とが、活性領域24を挟む態様で形成されて構成されている。なお、上記下部反射鏡は、第1の下部反射鏡22と第2の下部反射鏡23とによって構成されている。また、上記メサ構造は、例えばエッチングにより上部反射鏡の一部を除去することによって形成され、その頂上部分の径は例えば「10μm」程度に設定される。
以上説明したこの第2の比較例に係る面発光型半導体レーザ素子によっても、先の第1の比較例による上記(1)〜(3)の効果と同様もしくはそれに準じた効果を得ることができる。
次に、第3の比較例を示す。
同図8に示すように、このレーザ素子も、その外形構造として素子上部に、平坦な頂上の周囲に急な崖をもつメサ構造を有し、大きくは、例えばn型のGaAsからなる基板31の上に、共振器を構成する2つの多層膜反射鏡が、すなわち下部反射鏡32および33と上部反射鏡35および36とが、活性領域34を挟む態様で形成されて構成されている。なお、上記下部反射鏡は第1の下部反射鏡32と第2の下部反射鏡33とによって、また上記上部反射鏡は第1の上部反射鏡35と第2の上部反射鏡36とによってそれぞれ構成されている。また、上記メサ構造は、例えばエッチングにより上部反射鏡の一部を除去することによって形成され、その頂上部分の径は例えば「10μm」程度に設定される。
以上説明したこの第3の比較例に係る面発光型半導体レーザ素子によっても、先の第1の比較例による上記(1)〜(3)の効果と同様もしくはそれに準じた効果を得ることはできる。しかも、この第3の比較例においては、共振器を構成する2つの多層膜反射鏡の双方についてこれらを、上記のような組成比をもつ第1の下部反射鏡32や第2の上部反射鏡36を含むものとしているため、上記効果をさらに高めることもできるようになる。
次に、第4の比較例を示す。
すなわち、このレーザ素子の製造に際しては、まず、基板11の上に、下部反射鏡12、活性領域13、そして上部反射鏡14および15を順次形成する。なおこのとき、これら共振器を構成する多層膜反射鏡の各層の膜厚は、上記関係式「a = λ/(4n)」を満足するようにそれぞれ設定する。
次に、この発明に係る面発光型半導体レーザ素子およびその製造方法についてその一実施の形態を示す。
以上説明したこの実施の形態に係る面発光型半導体レーザ素子およびその製造方法によっても、先の第1もしくは第4の比較例による上記(1)〜(7)の効果と同様もしくはそれに準じた効果を得ることはできる。しかも、この実施の形態においては、共振器を構成する2つの多層膜反射鏡の双方についてこれらを、上記第1の下部反射鏡32や第2の上部反射鏡36を含むものとしているため、上記効果をさらに高めることもできるようになることは、先の第3の比較例において説明したとおりである。
なお、上記各比較例および実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記第1〜第3の比較例におけるメサ構造の頂上部分の高さ(崖の深さ)は任意に設定することができる。また、上記第4の比較例および実施の形態においても、酸化させる所要の頂上側面が露出される範囲で、メサ構造の頂上部分の高さ(崖の深さ)は任意に設定することができる。
ことができる。また、これ以外の構造についても、上記多層膜を構成する2種の半導体膜のペアの少なくとも一方が、構成元素の1つとしてアルミニウムを含む化合物半導体からなって、上記活性層から遠ざかるにしたがって該構成元素となるアルミニウムの比率が順次大きくなるような組成比をもつものであれば、上記効果に準ずる効果を得ることはできる。要は、発光部となる活性層を挟む態様で形成されて共振器を構成する2つの多層膜反射鏡の少なくとも1つが、少なくともその一部として、上記活性層から遠ざかるにしたがってペア膜間の屈折率差が順次大きくなる態様で2種の半導体膜のペアが交互に積層形成された多層膜を含む構造であれば足りる。そして、上記半導体膜のペアの双方がその構成元素としてアルミニウムを含まないものである場合には、同ペアのいずれかを化合物半導体として、その化合物半導体からなる半導体膜を、上記活性層からの距離に対応するかたちで組成比が設定されるものとすることが望ましい。具体的には、化合物半導体は通常、その組成比を変えることで屈折率も変化する。このため、例えば活性層から遠ざかるにしたがって一乃至複数の構成元素の比率を順次大きくする、あるいは小さくすることで、同活性層からの距離に応じた屈折率に設定することが可能である。すなわち、こうした構造を採用することで、上記構造の実現も容易となる。
Claims (8)
- 共振器を構成する2つの多層膜反射鏡が発光部となる活性層を挟む態様で形成された面発光型半導体レーザ素子において、
前記多層膜反射鏡は、一方が「AlxGa1−xAs(0≦x≦1)」の組成を、他方が「AlyGa1−yAs(0≦y≦1)」の組成を有する2種の半導体膜のペアが交互に積層形成されてなるとともに、前記多層膜反射鏡の少なくとも一部として、前記2種の半導体膜の組成比が「x>y」なる関係を保ちつつ前記活性層から遠ざかるにしたがってxが順次大きくなる態様で設定されてなり、当該レーザ素子の外形構造として、光の出射口とは反対側に、平坦な頂上の周囲に急な崖をもつメサ構造を有し、当該レーザ素子の内部構造として、前記メサ構造の側面から酸化アルミニウム膜によって前記活性層から遠ざかるにしたがって開口径が順次狭められたアパーチャ構造を有する
ことを特徴とする面発光型半導体レーザ素子。 - 共振器を構成する2つの多層膜反射鏡が発光部となる活性層を挟む態様で形成された面発光型半導体レーザ素子において、
前記多層膜反射鏡は、一方が「AlxGa1−xAs(0≦x≦1)」の組成を、他方が「GaAs」の組成を有する2種の半導体膜のペアが交互に積層形成されてなるとともに、前記多層膜反射鏡の少なくとも一部として、前記「AlxGa1−xAs(0≦x≦1)」の組成を有する半導体膜の組成比が前記活性層から遠ざかるにしたがってxが順次大きくなる態様で設定されてなり、当該レーザ素子の外形構造として、光の出射口とは反対側に、平坦な頂上の周囲に急な崖をもつメサ構造を有し、当該レーザ素子の内部構造として、前記メサ構造の側面から酸化アルミニウム膜によって前記活性層から遠ざかるにしたがって開口径が順次狭められたアパーチャ構造を有する
ことを特徴とする面発光型半導体レーザ素子。 - 前記ペアを形成する2種の半導体膜の膜厚は各々、この膜厚をa、同半導体膜の屈折率をn、当該レーザ素子から発せられる光の波長をλとするとき、「a = λ/(4n)」なる関係を満足するように設定されてなる
請求項1または2のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ素子。 - 発光部となる活性層を挟む態様で形成されて共振器を構成する2つの多層膜反射鏡の一方として構成元素の1つとしてアルミニウムを含む化合物半導体からなる半導体膜を、前記活性層から遠ざかるにしたがって前記構成元素となるアルミニウムの比率が順次大きくなるような組成比をもつ態様で積層形成するとともに、該積層形成した多層膜の側面に対して選択的な酸化処理を施すことによって、当該レーザ素子の内部に、同素子側面からの酸化アルミニウム膜により前記活性層から遠ざかるにしたがって開口径が順次狭められたアパーチャ構造を光の出射口とは反対側に形成する
ことを特徴とする面発光型半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記多層膜の側面に対する選択的な酸化処理に先立ち、当該レーザ素子の外形構造として平坦な頂上の周囲に急な崖をもつメサ構造を形成する工程を備え、前記選択的な酸化処理を同工程により形成されたメサ構造の側壁に対して行い、前記アパーチャ構造を、同工程により形成されたメサ構造の側壁からの酸化アルミニウム膜により開口径が順次狭められる態様で形成する
請求項4に記載の面発光型半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記構成元素の1つとしてアルミニウムを含む化合物半導体からなる半導体膜は、ペアとなる別の半導体膜と交互に積層される態様で形成され、それら半導体膜のペアは、一方が「AlxGa1−xAs(0≦x≦1)」の組成を、他方が「AlyGa1−yAs(0≦y≦1)」の組成を有し、各々の組成比は、「x>y」なる関係で且つ、前記活性層から遠ざかるにしたがってxが順次大きくなる態様で設定されてなる
請求項4または5に記載の面発光型半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記構成元素の1つとしてアルミニウムを含む化合物半導体からなる半導体膜は、ペアとなる別の半導体膜と交互に積層される態様で形成され、それら半導体膜のペアは、一方が「AlxGa1−xAs(0≦x≦1)」の組成を、他方が「GaAs」の組成を有し、その組成比は、前記活性層から遠ざかるにしたがってxが順次大きくなる態様で設定されてなる
請求項4または5に記載の面発光型半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記構成元素の1つとしてアルミニウムを含む化合物半導体からなる半導体膜の膜厚は、この膜厚をa、同半導体膜の屈折率をn、当該レーザ素子から発せられる光の波長をλとするとき、「a = λ/(4n)」なる関係を満足するように設定されてなる
請求項4〜7のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ素子の製造方法。
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