JP4845055B2 - Surface emitting laser device manufacturing method and surface emitting laser device - Google Patents

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Description

本発明は、垂直共振器型の面発光レーザ素子の製造方法および面発光レーザ素子に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a vertical cavity surface emitting laser element and a surface emitting laser element.

従来の面発光レーザ素子として、DBR(Distributed Bragg Reflector)ミラーである上部および下部多層膜反射鏡の間に活性層を含む複数の半導体層を積層した垂直共振器型の面発光レーザ素子が開示されている(特許文献1、2参照)。また、特許文献1、2に開示される面発光レーザ素子は、メサポスト構造を有するとともに、電流経路を制限して電流注入効率を上げるための電流狭窄層を備えている。この電流狭窄層は、外周に位置するAlからなる電流狭窄部と、電流狭窄部の中心に位置し、AlAsからなる円形の電流注入部とを有するものである。この電流注入部は、面発光レーザ素子に電流を注入した際の電流経路になるとともに、レーザ光が出射する開口部になる。 As a conventional surface emitting laser element, a vertical cavity surface emitting laser element is disclosed in which a plurality of semiconductor layers including an active layer are stacked between upper and lower multilayer reflectors which are DBR (Distributed Bragg Reflector) mirrors. (See Patent Documents 1 and 2). In addition, the surface emitting laser elements disclosed in Patent Documents 1 and 2 have a mesa post structure and a current confinement layer for limiting the current path and increasing the current injection efficiency. This current confinement layer has a current confinement portion made of Al 2 O 3 located on the outer periphery and a circular current injection portion made of AlAs located in the center of the current confinement portion. This current injection portion serves as a current path when current is injected into the surface emitting laser element, and also serves as an opening through which laser light is emitted.

さらに、特許文献1、2に開示される面発光レーザ素子は、p側円環電極からの電流注入を効率よく行なうために、複数の半導体層の最上層、およびこの最上層と電流狭窄層との間の所定位置に、p型半導体からなる低抵抗の電流経路層を備えている。p側円環電極から注入された電流は、これらの電流経路層を電流経路として、電流狭窄層を経由して効率よく活性層まで注入される。その結果、面発光レーザ素子の発振しきい値電流は低減される。なお、半導体層の最上層の電流経路層は、p側円環電極に対するコンタクト層としても機能しているので、以下ではコンタクト層と呼ぶ。 Further, in the surface emitting laser elements disclosed in Patent Documents 1 and 2, in order to efficiently inject current from the p-side annular electrode, the uppermost layer of a plurality of semiconductor layers, and the uppermost layer and the current confinement layer Is provided with a low-resistance current path layer made of a p + type semiconductor. The current injected from the p-side annular electrode is efficiently injected to the active layer via the current confinement layer using these current path layers as current paths. As a result, the oscillation threshold current of the surface emitting laser element is reduced. The uppermost current path layer of the semiconductor layer also functions as a contact layer for the p-side annular electrode, and will be referred to as a contact layer below.

ここで、面発光レーザ素子においては、レーザ発振させるべき波長の光が上部および下部多層膜反射鏡間で定在波を形成する必要があるが、この定在波が形成される場合、下部多層膜反射鏡の最上面、および上部多層膜反射鏡の最下面がその定在波の腹の位置になる。また、上述した電流狭窄層、コンタクト層、および電流経路層は、その電気的特性が優先的に設計された層であるため、レーザ発振光を吸収、散乱するおそれがある。そのため、電流狭窄層、コンタクト層、および電流経路層は、光の定在波の節の位置に配置されることが好ましい。したがって、従来の面発光レーザ素子においては、上述した光の定在波の腹と節の位置を実現するために、各層の厚さおよび屈折率が調整されている。   Here, in the surface emitting laser element, it is necessary that the light having the wavelength to be oscillated forms a standing wave between the upper and lower multilayer reflectors. When this standing wave is formed, the lower multilayer The uppermost surface of the membrane reflector and the lowermost surface of the upper multilayer reflector are the antinodes of the standing wave. Further, the current confinement layer, the contact layer, and the current path layer described above are layers whose electrical characteristics are preferentially designed, and thus there is a possibility that laser oscillation light may be absorbed and scattered. Therefore, it is preferable that the current confinement layer, the contact layer, and the current path layer are disposed at the node of the standing wave of light. Therefore, in the conventional surface emitting laser element, the thickness and refractive index of each layer are adjusted in order to realize the positions of the antinodes and nodes of the standing wave of light described above.

さらに、特許文献1、2に開示される面発光レーザ素子は、p側円環電極の開口部内のコンタクト層の表面に、リフェイズ層と呼ばれる位相調整層を備えている。この位相調整層は、窒化珪素などの誘電体からなり、コンタクト層と上部多層膜反射鏡の最下面との間に介挿され、コンタクト層が定在波の節に位置し、上部多層膜反射鏡の最下面が定在波の腹に位置するように、その光学厚さがλ/4程度に調整されている。ここで、ある層の光学厚さは、その層厚と屈折率との積で示される。   Further, the surface emitting laser elements disclosed in Patent Documents 1 and 2 include a phase adjustment layer called a rephase layer on the surface of the contact layer in the opening of the p-side annular electrode. This phase adjustment layer is made of a dielectric material such as silicon nitride, and is interposed between the contact layer and the lowermost surface of the upper multilayer reflector, and the contact layer is located at a node of the standing wave to reflect the upper multilayer film. The optical thickness is adjusted to about λ / 4 so that the lowermost surface of the mirror is located at the antinode of the standing wave. Here, the optical thickness of a certain layer is represented by the product of the layer thickness and the refractive index.

米国特許第6916672号明細書US Pat. No. 6,916,672 米国特許第6750071号明細書US Pat. No. 6750071

しかしながら、本発明者らが従来構造の面発光レーザ素子を製造したところ、発振しきい値電流が設計値よりも大きくなるという問題があることを見出した。本発明者らが製造した面発光レーザ素子を精査したところ、以下の理由により素子抵抗が増大していることが判明した。   However, when the present inventors manufactured a surface emitting laser element having a conventional structure, it has been found that there is a problem that the oscillation threshold current becomes larger than the design value. When the surface emitting laser element manufactured by the present inventors was examined closely, it was found that the element resistance was increased for the following reason.

図10は、従来構造の面発光レーザ素子の要部の模式的な断面図である。図10に示すように、この面発光レーザ素子300は、外周に位置する電流狭窄部307aと、電流狭窄部307aの中心に位置する円形の電流注入部307bとを有する電流狭窄層307と、p型スペーサ層309と、p型電流経路層310と、p型スペーサ層311と、p型コンタクト層312とが順次積層した構造を有する。また、p型コンタクト層312上にp側円環電極313が形成され、p側円環電極313の開口部内には、窒化珪素からなる円板状の位相調整層314が形成されている。また、p側円環電極313と位相調整層314上には、誘電体多層膜からなる上部DBRミラー316が形成されている。なお、活性層は電流狭窄層307の下方に位置している。また、少なくとも活性層からp型コンタクト層312までは円柱状のメサポスト構造を有している。 FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a main part of a surface emitting laser element having a conventional structure. As shown in FIG. 10, the surface emitting laser element 300 includes a current confinement layer 307 having a current confinement portion 307a located on the outer periphery and a circular current injection portion 307b located in the center of the current confinement portion 307a, and p A type spacer layer 309, a p + type current path layer 310, a p type spacer layer 311 and a p + type contact layer 312 are sequentially stacked. A p-side annular electrode 313 is formed on the p + -type contact layer 312, and a disk-like phase adjustment layer 314 made of silicon nitride is formed in the opening of the p-side annular electrode 313. An upper DBR mirror 316 made of a dielectric multilayer film is formed on the p-side annular electrode 313 and the phase adjustment layer 314. Note that the active layer is located below the current confinement layer 307. At least from the active layer to the p + -type contact layer 312 has a cylindrical mesa post structure.

本発明者らの見出したところによれば、従来構造の面発光レーザ素子300においては、位相調整層314の外周とp側円環電極313の内周との間に、位相調整層314の外周にわたって幅0.3〜0.5μm程度の間隙321が形成されており、この間隙321の直下の部分において、p型コンタクト層312に溝324が形成されていた。本発明者らがさらに精査したところ、この溝324は、面発光レーザ素子300のメサポストを形成する工程で、位相調整層314の外周とp側円環電極313の内周との間にエッチング液が進入してp型コンタクト層312が侵食されることにより形成されていた。このような溝324が形成されると、p型コンタクト層312は、その部分で厚さが薄くなるか断絶するため、電気抵抗が高くなる。その結果、p側円環電極313から注入された電流は、矢印Ar3が示すように主にp型電流経路層310を面方向に流れ、p型コンタクト層312には流れないため、素子抵抗が増大すると考えられる。 According to the findings of the present inventors, in the surface emitting laser element 300 having the conventional structure, the outer periphery of the phase adjustment layer 314 is disposed between the outer periphery of the phase adjustment layer 314 and the inner periphery of the p-side annular electrode 313. A gap 321 having a width of about 0.3 to 0.5 μm was formed over the groove, and a groove 324 was formed in the p + -type contact layer 312 at a portion immediately below the gap 321. Further examination by the present inventors revealed that this groove 324 is an etching solution between the outer periphery of the phase adjusting layer 314 and the inner periphery of the p-side annular electrode 313 in the step of forming the mesa post of the surface emitting laser element 300. And the p + -type contact layer 312 is eroded. When such a groove 324 is formed, the p + -type contact layer 312 becomes thin or breaks at that portion, so that the electrical resistance becomes high. As a result, the current injected from the p-side annular electrode 313 mainly flows in the plane direction of the p + type current path layer 310 as indicated by the arrow Ar3 and does not flow in the p + type contact layer 312. The resistance is thought to increase.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発振しきい値電流が小さい面発光レーザ素子の製造方法および面発光レーザ素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a method of manufacturing a surface emitting laser element having a small oscillation threshold current and a surface emitting laser element.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る面発光レーザ素子の製造方法は、垂直共振器型の面発光レーザ素子の製造方法であって、基板上に下部多層膜反射鏡を積層し、前記下部多層膜反射鏡上に、活性層を含むとともに最上層にコンタクト層を有する複数の半導体層を積層する積層工程と、前記コンタクト層上の一部領域に第一誘電体層を形成する第一誘電体層形成工程と、前記コンタクト層上に、中心に開口部を有する円環電極を、該開口部内に前記第一誘電体層が配置されるように形成する円環電極形成工程と、前記第一誘電体層と、該第一誘電体層と前記円環電極との間に形成された間隙とを覆うように第二誘電体層を形成する第二誘電体層形成工程と、前記円環電極をマスクとして前記積層した半導体層をメサポスト形状にエッチングするメサポスト形成工程と、を含むことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a method for manufacturing a surface-emitting laser device according to the present invention is a method for manufacturing a vertical cavity surface-emitting laser device, in which a lower multilayer film is reflected on a substrate. A step of laminating a mirror, and laminating a plurality of semiconductor layers including an active layer and having a contact layer as an uppermost layer on the lower multilayer reflector, and a first dielectric in a partial region on the contact layer Forming a first dielectric layer, and forming an annular electrode having an opening at the center on the contact layer so that the first dielectric layer is disposed in the opening. A second dielectric layer forming a second dielectric layer so as to cover an electrode forming step, the first dielectric layer, and a gap formed between the first dielectric layer and the annular electrode; Forming the stacked semiconductor layer using the ring electrode as a mask; Characterized in that it comprises a mesa post forming step of etching the strike shape, a.

また、本発明に係る面発光レーザ素子の製造方法は、上記発明において、前記メサポスト形成工程後に、前記第二誘電体層上に誘電体からなる上部多層膜反射鏡を形成する上部多層膜反射鏡形成工程をさらに含み、前記第一および第二誘電体層形成工程において、所望のレーザ発振波長をλとすると、前記第一および第二誘電体層を合計の光学厚さがλ/4程度となるように形成することを特徴とする。   The surface emitting laser device manufacturing method according to the present invention is the above-described invention, wherein in the above invention, after the mesa post forming step, an upper multilayer reflector comprising an upper multilayer reflector made of a dielectric is formed on the second dielectric layer. And forming the first and second dielectric layers, wherein the desired laser oscillation wavelength is λ, and the total optical thickness of the first and second dielectric layers is about λ / 4. It forms so that it may become.

また、本発明に係る面発光レーザ素子の製造方法は、上記発明において、前記第一誘電体層形成工程において、所望のレーザ発振波長をλとすると、前記第一誘電体層を、下部誘電体層と上部誘電体層との積層構造を有するとともに、該下部誘電体の光学厚さがλ/4程度となるように形成し、前記メサポスト形成工程後に、前記第二誘電体層上に誘電体からなる上部多層膜を積層して、該上部多層膜と該第二誘電体層とを含み前記上部誘電体層を最下層とする上部多層膜反射鏡を形成する上部多層膜反射鏡形成工程をさらに含むことを特徴とする。   The method of manufacturing a surface-emitting laser device according to the present invention is the above-described invention, wherein in the first dielectric layer forming step, the first dielectric layer is formed as a lower dielectric, assuming that a desired laser oscillation wavelength is λ. And a lower dielectric having an optical thickness of about λ / 4. After the mesa post forming step, a dielectric is formed on the second dielectric layer. An upper multilayer reflector forming step of forming an upper multilayer reflector including the upper multilayer film and the second dielectric layer and having the upper dielectric layer as a lowermost layer. It is further characterized by including.

また、本発明に係る面発光レーザ素子の製造方法は、上記発明において、前記積層工程は、前記コンタクト層と前記活性層との間にAlAsまたはAl1−xGaAs(0<x<1)からなる被酸化層を積層する被酸化層積層工程を含み、前記メサポスト形成工程後に、前記積層した被酸化層を選択酸化熱処理してAlAsまたはAl1−xGaAsからなる電流注入部とAlまたは(Al1−xGaからなる電流狭窄部とを有する電流狭窄層を形成する電流狭窄層形成工程を含むことを特徴とする。 In the method of manufacturing a surface emitting laser element according to the present invention, in the above invention, the stacking step may include AlAs or Al 1-x Ga x As (0 <x <1) between the contact layer and the active layer. And a current injection portion made of AlAs or Al 1-x Ga x As by subjecting the stacked oxidized layer to a selective oxidation heat treatment after the mesa post forming step. And a current confinement layer forming step of forming a current confinement layer having a current confinement portion made of Al 2 O 3 or (Al 1-x Ga x ) 2 O 3 .

また、本発明に係る面発光レーザ素子の製造方法は、上記発明において、前記積層工程は、前記コンタクト層と前記被酸化層との間に前記コンタクト層と同程度のアクセプタ濃度を有する電流経路層を積層する電流経路層積層工程を含むことを特徴とする。   In the method of manufacturing a surface emitting laser element according to the present invention, in the above invention, the stacking step includes a current path layer having an acceptor concentration comparable to the contact layer between the contact layer and the oxidized layer. Including a current path layer laminating step of laminating.

また、本発明に係る面発光レーザ素子の製造方法は、上記発明において、前記第一誘電体層における少なくとも前記コンタクト層に接している部分は、化学量論的組成よりも窒素の組成比が大きい窒化珪素からなることを特徴とする。   In the method of manufacturing a surface emitting laser element according to the present invention, in the above invention, at least a portion of the first dielectric layer in contact with the contact layer has a nitrogen composition ratio larger than a stoichiometric composition. It is made of silicon nitride.

また、本発明に係る面発光レーザ素子は、垂直共振器型の面発光レーザ素子であって、基板と、前記基板上に積層した下部多層膜反射鏡と、前記下部多層膜反射鏡上に積層した、メサポスト構造を有し、活性層を含むとともに最上層にコンタクト層を有する複数の半導体層と、前記コンタクト層上に形成され、中心に開口部を有するとともに前記メサポスト構造の外周と一致する外周を有する円環電極と、前記コンタクト層上の前記円環電極の開口部内に形成された第一誘電体層と、前記第一誘電体層と、該第一誘電体層と前記円環電極との間に形成された間隙とを覆うように形成された第二誘電体層と、を備えたことを特徴とする。   The surface-emitting laser element according to the present invention is a vertical cavity surface-emitting laser element, and includes a substrate, a lower multilayer reflector that is stacked on the substrate, and a stack that is stacked on the lower multilayer reflector. A plurality of semiconductor layers having a mesa post structure, including an active layer and having a contact layer as an uppermost layer, and an outer periphery formed on the contact layer and having an opening at the center and matching the outer periphery of the mesa post structure An annular electrode having a first dielectric layer formed in an opening of the annular electrode on the contact layer, the first dielectric layer, the first dielectric layer, and the annular electrode; And a second dielectric layer formed so as to cover a gap formed therebetween.

また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記第二誘電体層上に形成された誘電体からなる上部多層膜反射鏡をさらに備え、所望のレーザ発振波長をλとすると、前記第一および第二誘電体層の合計の光学厚さがλ/4程度であることを特徴とする。   Further, the surface emitting laser element according to the present invention further includes an upper multilayer reflector made of a dielectric formed on the second dielectric layer in the above invention, and a desired laser oscillation wavelength is λ, The total optical thickness of the first and second dielectric layers is about λ / 4.

また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記第二誘電体層上に形成された誘電体からなる上部多層膜をさらに備え、前記第一誘電体層は、下部誘電体層と上部誘電体層との積層構造を有するとともに、所望のレーザ発振波長をλとすると、該下部誘電体の光学厚さがλ/4程度であり、前記上部多層膜と前記第二誘電体層と前記上部誘電体層とが、該上部誘電体層を最下層とする上部多層膜反射鏡を構成していることを特徴とする。   The surface emitting laser element according to the present invention may further include an upper multilayer film made of a dielectric formed on the second dielectric layer, wherein the first dielectric layer is a lower dielectric layer. And the upper dielectric layer, and when the desired laser oscillation wavelength is λ, the optical thickness of the lower dielectric is about λ / 4, and the upper multilayer film and the second dielectric layer And the upper dielectric layer constitutes an upper multilayer reflector having the upper dielectric layer as the lowest layer.

また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記複数の半導体層は、前記活性層と前記コンタクト層との間に、選択酸化熱処理によって形成された、AlAsまたはAl1−xGaAs(0<x<1)からなる電流注入部とAlまたは(Al1−xGaからなる電流狭窄部とを有する電流狭窄層を備えたことを特徴とする。 In the surface-emitting laser device according to the present invention, in the above invention, the plurality of semiconductor layers are AlAs or Al 1-x Ga formed by selective oxidation heat treatment between the active layer and the contact layer. A current confinement layer having a current injection portion made of x As (0 <x <1) and a current confinement portion made of Al 2 O 3 or (Al 1-x Ga x ) 2 O 3 is provided. .

また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記複数の半導体層は、前記電流狭窄層と前記コンタクト層との間に形成された、前記コンタクト層と同程度のアクセプタ濃度を有する電流経路層を備えたことを特徴とする。   In the surface-emitting laser device according to the present invention as set forth in the invention described above, the plurality of semiconductor layers have an acceptor concentration similar to that of the contact layer formed between the current confinement layer and the contact layer. A current path layer is provided.

また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記第一誘電体層における少なくとも前記コンタクト層に接している部分は、化学量論的組成よりも窒素の組成比が大きい窒化珪素からなることを特徴とする。   In the surface emitting laser element according to the present invention, in the above invention, at least a portion of the first dielectric layer in contact with the contact layer is made of silicon nitride having a nitrogen composition ratio larger than the stoichiometric composition. It is characterized by becoming.

また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記コンタクト層は、厚さが50nm以下であり、アクセプタ濃度が1×1019cm−3以上であり、水素濃度が1×1018cm−3以下であることを特徴とする。 In the surface emitting laser element according to the present invention, the contact layer has a thickness of 50 nm or less, an acceptor concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more, and a hydrogen concentration of 1 × 10 18. It is characterized by being cm −3 or less.

本発明によれば、第一誘電体層と円環電極との間に形成される間隙の直下の部分においてコンタクト層に溝が形成されず、素子抵抗の増大が防止されるので、発振しきい値電流が小さい面発光レーザ素子を実現できるという効果を奏する。   According to the present invention, no groove is formed in the contact layer in the portion immediately below the gap formed between the first dielectric layer and the annular electrode, and an increase in element resistance is prevented, so that the oscillation threshold is reduced. There is an effect that a surface emitting laser element with a small value current can be realized.

以下に、図面を参照して本発明に係る面発光レーザ素子の製造方法および面発光レーザ素子の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Embodiments of a surface emitting laser element manufacturing method and a surface emitting laser element according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
はじめに、本発明の実施の形態1に係る面発光レーザ素子について説明する。本実施の形態1に係る面発光レーザ素子は、レーザ発振波長が1100nm帯であり、レーザ発振波長をλとすると、合計の光学厚さがλ/4である第一および第二誘電体層を備えている。
(Embodiment 1)
First, the surface emitting laser element according to the first embodiment of the present invention will be described. The surface-emitting laser element according to the first embodiment includes a first and second dielectric layers having a laser oscillation wavelength in the 1100 nm band and a total optical thickness of λ / 4, where the laser oscillation wavelength is λ. I have.

図1は、本実施の形態1に係る面発光レーザ素子100の模式的な断面図である。図1に示すように、この面発光レーザ素子100は、基板101と、基板101上に形成された下部多層膜反射鏡である下部DBRミラー102と、バッファ層103と、n型コンタクト層104と、多重量子井戸構造を有する活性層105と、下部傾斜組成層106と、外周に位置する電流狭窄部107aと電流狭窄部107aの中心に位置する円形の電流注入部107bとを有する電流狭窄層107と、上部傾斜組成層108と、p型スペーサ層109と、p型電流経路層110と、p型スペーサ層111と、p型コンタクト層112とが順次積層した構造を有する。そして、活性層105からp型コンタクト層112までが円柱状のメサポストM1を構成している。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a surface emitting laser element 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the surface emitting laser element 100 includes a substrate 101, a lower DBR mirror 102 that is a lower multilayer reflector formed on the substrate 101, a buffer layer 103, an n-type contact layer 104, A current confinement layer 107 having an active layer 105 having a multiple quantum well structure, a lower graded composition layer 106, a current confinement portion 107a located at the outer periphery, and a circular current injection portion 107b located at the center of the current confinement portion 107a. The upper graded composition layer 108, the p-type spacer layer 109, the p + -type current path layer 110, the p-type spacer layer 111, and the p + -type contact layer 112 are sequentially stacked. The active layer 105 to the p + -type contact layer 112 constitute a cylindrical mesa post M1.

基板101は、アンドープのGaAsからなる。また、下部DBRミラー102は、GaAs/Al0.9Ga0.1As層の34ペアからなる。また、n型コンタクト層104は、n型GaAsからなる。また、活性層105は、層数が3のGaInNAs井戸層と層数が4のGaAs障壁層が交互に積層した構造を有しており、最下層のGaAs障壁層はn型クラッド層としても機能する。また、電流狭窄層107については、電流狭窄部107aはAlからなり、電流注入部107bは、直径が6〜7μmであり、AlAsからなる。下部傾斜組成層106および上部傾斜組成層108は、AlGaAsからなり、厚さ方向において電流狭窄層107に近づくにつれてそのAs組成が段階的に増加するように構成されている。また、p型スペーサ層109、111とp型電流経路層110、p型コンタクト層112とは、それぞれ炭素をドープしたp型、p型のGaAsからなる。なお、各p型またはn型層のアクセプタまたはドナー濃度はたとえば1×1018cm−3程度であり、p型層のアクセプタ濃度はたとえば1×1019cm−3以上である。なお、GaAsからなる各半導体層の屈折率は約3.45である。 The substrate 101 is made of undoped GaAs. The lower DBR mirror 102 is composed of 34 pairs of GaAs / Al 0.9 Ga 0.1 As layers. The n-type contact layer 104 is made of n-type GaAs. The active layer 105 has a structure in which a GaInNAs well layer having 3 layers and a GaAs barrier layer having 4 layers are alternately stacked, and the lowermost GaAs barrier layer also functions as an n-type cladding layer. To do. As for the current confinement layer 107, the current confinement portion 107a is made of Al 2 O 3 and the current injection portion 107b has a diameter of 6 to 7 μm and is made of AlAs. The lower graded composition layer 106 and the upper graded composition layer 108 are made of AlGaAs, and are configured such that their As compositions increase stepwise as they approach the current confinement layer 107 in the thickness direction. The p-type spacer layers 109 and 111, the p + -type current path layer 110, and the p + -type contact layer 112 are made of p-type and p + -type GaAs doped with carbon, respectively. The acceptor or donor concentration of each p-type or n-type layer is, for example, about 1 × 10 18 cm −3 , and the acceptor concentration of the p + -type layer is, for example, 1 × 10 19 cm −3 or more. The refractive index of each semiconductor layer made of GaAs is about 3.45.

また、p型コンタクト層112上に、Pt/Tiからなり、中心に開口部113aを有するとともに、メサポストM1の外周と一致する外周を有するp側円環電極113が形成されている。p側円環電極113の外径は、たとえば30μmであり、開口部113aの内径は、たとえば11〜14μmである。 On the p + -type contact layer 112, a p-side annular electrode 113 made of Pt / Ti, having an opening 113a at the center and having an outer periphery that coincides with the outer periphery of the mesa post M1 is formed. The outer diameter of the p-side annular electrode 113 is, for example, 30 μm, and the inner diameter of the opening 113a is, for example, 11 to 14 μm.

また、p側円環電極113の開口部113a内には、窒化珪素(SiN)からなる円板状の第一誘電体層114が形成されている。第一誘電体層114の外周とp側円環電極113の内周との間には、第一誘電体層114の外周にわたって幅0.3〜0.5μm程度の間隙121が形成されている。 A disc-shaped first dielectric layer 114 made of silicon nitride (SiN x ) is formed in the opening 113 a of the p-side annular electrode 113. A gap 121 having a width of about 0.3 to 0.5 μm is formed between the outer periphery of the first dielectric layer 114 and the inner periphery of the p-side annular electrode 113 over the outer periphery of the first dielectric layer 114. .

また、第一誘電体層114と、間隙121とを覆い、その外周がp側円環電極113上に到るように、SiNからなる第二誘電体層115が形成されている。 Further, a second dielectric layer 115 made of SiN x is formed so as to cover the first dielectric layer 114 and the gap 121 and the outer periphery thereof reaches the p-side annular electrode 113.

さらに、第二誘電体層115上からメサポストM1の外周にわたって誘電体からなる上部多層膜反射鏡である上部DBRミラー116が形成されている。上部DBRミラー116は、たとえばSiN/SiOの10〜12ペアからなるが、たとえばα−Si/SiOまたはα−Si/Alのペアを、その材料の屈折率に応じて99%程度の適切な反射率がえられるようなペア数にしたものでもよい。また、n型コンタクト層104は、メサポストM1の下部から半径方向外側に延びており、その表面にたとえばAuGeNi/Auからなる半円環状のn側電極117が形成されている。n側電極117は、たとえば外径が82μm、内径が42μmである。また、上部DBRミラー116が形成されていない領域には、表面保護のためにSiNなどの誘電体からなるパッシベーション膜118が形成されている。 Further, an upper DBR mirror 116, which is an upper multilayer film reflecting mirror made of a dielectric material, is formed from the second dielectric layer 115 to the outer periphery of the mesa post M1. The upper DBR mirror 116 is composed of, for example, 10-12 pairs of SiN x / SiO 2 , and for example, an α-Si / SiO 2 or α-Si / Al 2 O 3 pair is formed depending on the refractive index of the material. The number of pairs may be such that an appropriate reflectance of about% is obtained. The n-type contact layer 104 extends radially outward from the lower portion of the mesa post M1, and a semi-annular n-side electrode 117 made of, for example, AuGeNi / Au is formed on the surface thereof. For example, the n-side electrode 117 has an outer diameter of 82 μm and an inner diameter of 42 μm. Further, a passivation film 118 made of a dielectric such as SiN x is formed for protecting the surface in a region where the upper DBR mirror 116 is not formed.

また、n側電極117に対して、パッシベーション膜118に形成された開口部を介して接触するように、Auからなるn側引き出し電極119が形成されている。一方、p側円環電極113に対しても、パッシベーション膜118に形成された開口部を介して接触するように、Auからなるp側引き出し電極120が形成されている。そして、n側電極117およびp側円環電極113は、それぞれn側引き出し電極119およびp側引き出し電極120によって、外部に設けた不図示の電流供給回路に電気的に接続している。   Further, an n-side lead electrode 119 made of Au is formed so as to contact the n-side electrode 117 through an opening formed in the passivation film 118. On the other hand, a p-side lead electrode 120 made of Au is also formed so as to contact the p-side annular electrode 113 through an opening formed in the passivation film 118. The n-side electrode 117 and the p-side annular electrode 113 are electrically connected to a current supply circuit (not shown) provided outside by an n-side extraction electrode 119 and a p-side extraction electrode 120, respectively.

そして、この面発光レーザ素子100は、電流供給回路からそれぞれn側引き出し電極119およびp側引き出し電極120を介してn側電極117およびp側円環電極113間に電圧を印加し、電流を注入すると、電流は主に低抵抗のp型コンタクト層112とp型電流経路層110とを流れ、さらに電流経路が電流狭窄層107によって電流注入部107b内に狭窄されて、高い電流密度で活性層105に供給される。その結果、活性層105はキャリア注入されて自然放出光を発光する。自然放出光のうち、レーザ発振波長である波長λの光は、下部DBRミラー102と上部DBRミラー116との間で定在波を形成し、活性層105によって増幅される。そして、注入電流がしきい値以上になると、定在波を形成する光がレーザ発振し、p側円環電極113の開口部113aから1100nm帯のレーザ光が出力する。 The surface emitting laser element 100 applies a voltage from the current supply circuit via the n-side extraction electrode 119 and the p-side extraction electrode 120 to inject the current between the n-side electrode 117 and the p-side annular electrode 113, respectively. Then, the current mainly flows through the low-resistance p + -type contact layer 112 and the p + -type current path layer 110, and the current path is narrowed in the current injection portion 107 b by the current confinement layer 107, so It is supplied to the active layer 105. As a result, the active layer 105 is carrier-injected and emits spontaneous emission light. Of the spontaneous emission light, light having a wavelength λ which is a laser oscillation wavelength forms a standing wave between the lower DBR mirror 102 and the upper DBR mirror 116 and is amplified by the active layer 105. When the injection current becomes equal to or greater than the threshold value, the light that forms the standing wave oscillates, and the 1100 nm band laser beam is output from the opening 113a of the p-side annular electrode 113.

つぎに、この面発光レーザ素子100における光の定在波と電流経路とについてより具体的に説明する。図2は、この面発光レーザ素子100における光の定在波と電流経路とについて説明する説明図である。   Next, the standing wave of light and the current path in the surface emitting laser element 100 will be described more specifically. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a standing wave of light and a current path in the surface emitting laser element 100.

はじめに、面発光レーザ素子100における光の定在波について説明する。図2において、線L1は、活性層105から第二誘電体層115までの積層構造における位置と、その位置での定在波の振幅とを示している。ここで、p型スペーサ層109、111は、光学厚さがλ/4となるように形成されている。また、第一誘電体層114および第二誘電体層115の合計の光学厚さがλ/4程度となるように形成されており、第一誘電体層114および第二誘電体層115が位相調整層として機能している。なお、この合計の光学厚さは、光学設計等の都合上、正確にλ/4の場合に限られず、λ/4程度であればよい。その結果、線L1が示すように、定在波は、活性層105と、第二誘電体層115の上面すなわち上部DBRミラー116の最下面とに腹ANがほぼ位置し、電流狭窄層107とp型電流経路層110とp型コンタクト層112とに節Nがほぼ位置するように形成される。 First, the standing wave of light in the surface emitting laser element 100 will be described. In FIG. 2, a line L1 indicates the position in the stacked structure from the active layer 105 to the second dielectric layer 115 and the amplitude of the standing wave at that position. Here, the p-type spacer layers 109 and 111 are formed to have an optical thickness of λ / 4. Further, the total optical thickness of the first dielectric layer 114 and the second dielectric layer 115 is formed to be about λ / 4, and the first dielectric layer 114 and the second dielectric layer 115 are in phase. It functions as an adjustment layer. Note that the total optical thickness is not limited to λ / 4 accurately, but may be about λ / 4 for the sake of optical design and the like. As a result, as indicated by the line L1, the standing wave is located in the active layer 105 and the upper surface of the second dielectric layer 115, that is, the lowermost surface of the upper DBR mirror 116, and the current confinement layer 107 The p + type current path layer 110 and the p + type contact layer 112 are formed so that the node N is substantially located.

なお、SiNはその組成比によって屈折率が異なるから、第一誘電体層114および第二誘電体層115の具体的層厚については、その組成比に応じて以下のように決定する。たとえば、第一誘電体層114および第二誘電体層115がいずれもx=1.5のSiNからなる場合、その屈折率nは1.8であるから、レーザ発振波長λを1100nmとすると、第一誘電体層114および第二誘電体層115の合計の層厚を、1100/(4・1.8)、すなわち約152.8nmとする。また、第一誘電体層114および第二誘電体層115がいずれもx=1.2のSiNからなる場合、その屈折率nは2.2であるから、第一誘電体層114および第二誘電体層115の合計の層厚を約125nmとする。 Since the refractive index of SiN x varies depending on the composition ratio, the specific layer thicknesses of the first dielectric layer 114 and the second dielectric layer 115 are determined as follows according to the composition ratio. For example, when both the first dielectric layer 114 and the second dielectric layer 115 are made of SiN x with x = 1.5, the refractive index n is 1.8, so that the laser oscillation wavelength λ is 1100 nm. The total thickness of the first dielectric layer 114 and the second dielectric layer 115 is 1100 / (4 · 1.8), that is, about 152.8 nm. Further, when both the first dielectric layer 114 and the second dielectric layer 115 are made of SiN x with x = 1.2, since the refractive index n is 2.2, the first dielectric layer 114 and the second dielectric layer 115 The total layer thickness of the two dielectric layers 115 is about 125 nm.

つぎに、図2を用いて、面発光レーザ素子100における電流経路について説明する。この面発光レーザ素子100においては、第二誘電体層115が間隙121を覆うように形成されている。その結果、後述するように、メサポストM1を形成する際などに半導体層のエッチングを行っても、間隙121からエッチング液が進入してp型コンタクト層112を侵食するおそれがない。したがって、p側円環電極113から注入された電流は、矢印Ar1が示すように低抵抗であるp型電流経路層110とp型コンタクト層112とを電流経路として並列に流れるため、素子抵抗は設計どおり低く維持される。そして、電流はさらに電流狭窄層107によって電流注入部107b内に狭窄されて、高い電流密度で活性層105に供給される。その結果、面発光レーザ素子100の発振しきい値電流は小さくなる。なお、p型電流経路層110とp型コンタクト層112との層厚は、十分に低抵抗にするとともに光の定在波に影響を及ぼさないように、いずれも50nm以下とすることが好ましく、15〜30nmとすることが特に好ましい。 Next, a current path in the surface emitting laser element 100 will be described with reference to FIG. In the surface emitting laser element 100, the second dielectric layer 115 is formed so as to cover the gap 121. As a result, as will be described later, even when the semiconductor layer is etched when the mesa post M1 is formed, there is no possibility that the etchant enters from the gap 121 and erodes the p + -type contact layer 112. Therefore, the current injected from the p-side annular electrode 113 flows in parallel through the p + -type current path layer 110 and the p + -type contact layer 112 having low resistance as indicated by the arrow Ar1. The resistance is kept low as designed. The current is further confined in the current injection portion 107b by the current confinement layer 107 and supplied to the active layer 105 at a high current density. As a result, the oscillation threshold current of the surface emitting laser element 100 becomes small. It should be noted that the thicknesses of the p + type current path layer 110 and the p + type contact layer 112 should be 50 nm or less so that the resistance is sufficiently low and the standing wave of light is not affected. Preferably, the thickness is 15 to 30 nm.

以上説明したように、この面発光レーザ素子100は、素子抵抗の増大が防止されるため、発振しきい値電流が小さいものとなる。   As described above, the surface emitting laser element 100 has a small oscillation threshold current because an increase in element resistance is prevented.

つぎに、面発光レーザ素子100の製造方法について説明する。図3〜7は、面発光レーザ素子100の製造方法の一例について説明する説明図である。   Next, a method for manufacturing the surface emitting laser element 100 will be described. 3-7 is explanatory drawing explaining an example of the manufacturing method of the surface emitting laser element 100. FIG.

はじめに、エピタキシャル成長法によって、図3に示すように、基板101上に下部DBRミラー102、バッファ層103、n型コンタクト層104、活性層105、下部傾斜組成層106、AlAsからなる被酸化層122、上部傾斜組成層108、p型スペーサ層109、p型電流経路層110、p型スペーサ層111、p型コンタクト層112を順次積層し、さらにCVD法によって、p型コンタクト層112の一部領域に、SiNからなる円板状の第一誘電体層114を形成する。 First, as shown in FIG. 3, a lower DBR mirror 102, a buffer layer 103, an n-type contact layer 104, an active layer 105, a lower graded composition layer 106, an oxidizable layer 122 made of AlAs, by an epitaxial growth method, The upper graded composition layer 108, the p-type spacer layer 109, the p + -type current path layer 110, the p-type spacer layer 111, and the p + -type contact layer 112 are sequentially stacked, and one of the p + -type contact layers 112 is further formed by CVD. A disc-shaped first dielectric layer 114 made of SiN x is formed in the partial region.

つぎに、リフトオフ法を用いて、p型コンタクト層112上に、p側円環電極113を、開口部113a内に第一誘電体層114が配置されるように形成する。具体的には、まず図4に示すように、第一誘電体層114上とp型コンタクト層112上とにネガ型のフォトレジスト123を塗布し、p側円環電極113の形状のパターンPを形成する。このとき、パターンPは、フォトレジスト123の表面から深くなるにしたがって幅が拡大するように形成される。 Next, a lift-off method is used to form a p-side annular electrode 113 on the p + -type contact layer 112 so that the first dielectric layer 114 is disposed in the opening 113a. Specifically, first, as shown in FIG. 4, a negative photoresist 123 is applied on the first dielectric layer 114 and the p + -type contact layer 112, and the pattern of the shape of the p-side annular electrode 113 is formed. P is formed. At this time, the pattern P is formed so that the width increases as it becomes deeper from the surface of the photoresist 123.

つぎに、図5に示すように、フォトレジスト123の上方からPt/Ti層を蒸着し、パターンP内のp型コンタクト層112上にp側円環電極113を形成する。このとき、p側円環電極113は、フォトレジスト123の最表面におけるパターンPの形状と同じ形状に形成される。その結果、第一誘電体層114の外周とp側円環電極113の内周との間には、第一誘電体層114の外周にわたって幅0.3〜0.5μm程度の間隙121が形成される。 Next, as shown in FIG. 5, a Pt / Ti layer is deposited from above the photoresist 123 to form a p-side annular electrode 113 on the p + -type contact layer 112 in the pattern P. At this time, the p-side annular electrode 113 is formed in the same shape as the pattern P on the outermost surface of the photoresist 123. As a result, a gap 121 having a width of about 0.3 to 0.5 μm is formed across the outer periphery of the first dielectric layer 114 between the outer periphery of the first dielectric layer 114 and the inner periphery of the p-side annular electrode 113. Is done.

つぎに、図6に示すように、たとえばプラズマCVD法によって、第一誘電体層114と、間隙121とを覆うようにSiNからなる第二誘電体層115を形成する。このとき、第二誘電体層115を、p側円環電極113の表面を完全に覆わず、p側円環電極113の外周の領域A1が露出するよう形成する。 Next, as shown in FIG. 6, a second dielectric layer 115 made of SiN x is formed so as to cover the first dielectric layer 114 and the gap 121 by, for example, plasma CVD. At this time, the second dielectric layer 115 is formed so as not to completely cover the surface of the p-side annular electrode 113 and to expose the outer peripheral region A1 of the p-side annular electrode 113.

また、第一誘電体層114と第二誘電体層115との合計の光学厚さがλ/4程度となるように第二誘電体層115を形成する。上述したようにSiNはその組成比によって屈折率が異なるから、第一誘電体層114および第二誘電体層115の具体的層厚については、その組成比に応じて決定する。 Further, the second dielectric layer 115 is formed so that the total optical thickness of the first dielectric layer 114 and the second dielectric layer 115 is about λ / 4. As described above, since the refractive index of SiN x varies depending on its composition ratio, the specific layer thicknesses of the first dielectric layer 114 and the second dielectric layer 115 are determined according to the composition ratio.

ところで、通常のSiNには、その生成過程においてある程度の水素が含有される。第一誘電体層114を構成するSiNの組成比xが小さいと、SiNの密度が高くなるため、後の熱処理工程において、含有される水素の移動が制限され、p型コンタクト層112に侵入し、電気抵抗を増大させる場合がある。一方、SiNの組成比xが大きいと、SiNの密度が低くなる。その結果、熱処理工程において水素が表面から逃げやすくなるので、水素のp型コンタクト層112への侵入が抑制され、電気抵抗の増大も抑制される。したがって、第一誘電体層114を構成するSiNの組成比xについては、少なくともp型コンタクト層112に接している部分では大きいほうが好ましい。すなわち、たとえば第一誘電体層114が多層構造を有する場合、この多層構造のうち、p型コンタクト層112に接している層を構成するSiNの組成比xが大きいほうが好ましい。また、組成比xについては、特に化学量論的組成であるx=1.33よりも大きいほうが好ましい。なお、水素がp型コンタクト層112に侵入した場合でも、p型コンタクト層112のアクセプタ濃度が1×1019cm−3以上であり、水素濃度が1×1018cm−3以下であれば、p型コンタクト層112は電流経路として有効に機能するので好ましい。なお、第二誘電体層115はp型コンタクト層112と接する面積が極めて小さいので、第二誘電体層115を構成するSiNの組成比xは特に問わないが、面発光レーザ素子100の光学特性上の観点からは、第一誘電体層114と同じとすることが特に好ましい。 By the way, normal SiN x contains a certain amount of hydrogen in its production process. When the composition ratio x of SiN x constituting the first dielectric layer 114 is small, the density of SiN x is increased. Therefore, in the subsequent heat treatment process, movement of contained hydrogen is limited, and the p + -type contact layer 112 is formed. May increase the electrical resistance. On the other hand, when a large composition ratio x of SiN x, the density of the SiN x decreases. As a result, hydrogen easily escapes from the surface in the heat treatment step, so that the penetration of hydrogen into the p + -type contact layer 112 is suppressed, and the increase in electrical resistance is also suppressed. Therefore, it is preferable that the composition ratio x of SiN x constituting the first dielectric layer 114 is larger at least in a portion in contact with the p + type contact layer 112. That is, for example, when the first dielectric layer 114 has a multilayer structure, it is preferable that the composition ratio x of SiN x constituting the layer in contact with the p + type contact layer 112 is larger in the multilayer structure. The composition ratio x is particularly preferably larger than the stoichiometric composition x = 1.33. Even when hydrogen enters the p + -type contact layer 112, the acceptor concentration of the p + -type contact layer 112 is 1 × 10 19 cm −3 or more and the hydrogen concentration is 1 × 10 18 cm −3 or less. For example, the p + -type contact layer 112 is preferable because it effectively functions as a current path. Since the second dielectric layer 115 has an extremely small area in contact with the p + -type contact layer 112, the composition ratio x of SiN x constituting the second dielectric layer 115 is not particularly limited. From the viewpoint of optical characteristics, it is particularly preferable that the first dielectric layer 114 be the same.

つぎに、p側円環電極113を金属マスクとして、酸エッチング液等を用いてn型コンタクト層104に到る深さまで半導体層をエッチングして円柱状のメサポストM1を形成し、さらに別のマスクを形成し、バッファ層103に到る深さまでn型コンタクト層104をエッチングする。その結果、図7に示すメサポストM1が形成された構造が得られる。このエッチング工程においては、第二誘電体層115が間隙121を覆うように形成されているため、間隙121から酸エッチング液が進入してp型コンタクト層112を侵食するおそれがない。また、第二誘電体層115を形成する際に、p側円環電極113の外周の領域A1が露出するように第二誘電体層115を形成しているので、第二誘電体層115の外周がp側円環電極113の外周からはみ出すこともない。その結果、p側円環電極113の外周とメサポストM1の外周とが高精度に一致するようにすることができる。 Next, using the p-side annular electrode 113 as a metal mask, the semiconductor layer is etched to a depth reaching the n-type contact layer 104 using an acid etching solution or the like to form a cylindrical mesa post M1. Then, the n-type contact layer 104 is etched to a depth reaching the buffer layer 103. As a result, a structure in which the mesa post M1 shown in FIG. 7 is formed is obtained. In this etching step, since the second dielectric layer 115 is formed so as to cover the gap 121, there is no possibility that the acid etching solution enters from the gap 121 and erodes the p + -type contact layer 112. Further, since the second dielectric layer 115 is formed so that the outer peripheral area A1 of the p-side annular electrode 113 is exposed when the second dielectric layer 115 is formed, the second dielectric layer 115 The outer periphery does not protrude from the outer periphery of the p-side annular electrode 113. As a result, the outer periphery of the p-side annular electrode 113 and the outer periphery of the mesa post M1 can be matched with high accuracy.

つぎに、水蒸気雰囲気中において熱処理を行って、被酸化層122をメサポストM1の外周側から選択酸化する。このとき、被酸化層122においてAlAs+HO→Al+AsHなる化学反応が起こり、被酸化層122の外周側からAlAsがAlとなり、電流狭窄部107aが形成される。上記化学反応は被酸化層122の外周側から均一に進行するので、中心にはAlAsからなる電流注入部107bが形成される。ここでは、熱処理時間等を調整して、電流注入部107bの直径が6〜7μmになるようにする。このように電流注入部107bを形成するので、メサポストM1の中心と、電流注入部107bの中心と、さらにp側円環電極113の開口部113aの中心とを高精度に一致させることができる。その結果、面発光レーザ素子100を歩留まり良く単一横モードレーザとすることができる。 Next, heat treatment is performed in a steam atmosphere to selectively oxidize the oxidized layer 122 from the outer peripheral side of the mesa post M1. At this time, a chemical reaction of AlAs + H 2 O → Al 2 O 3 + AsH 3 occurs in the oxidized layer 122, and AlAs becomes Al 2 O 3 from the outer peripheral side of the oxidized layer 122, thereby forming the current confinement portion 107 a. Since the chemical reaction proceeds uniformly from the outer peripheral side of the oxidized layer 122, a current injection portion 107b made of AlAs is formed at the center. Here, the heat treatment time or the like is adjusted so that the diameter of the current injection portion 107b is 6 to 7 μm. Since the current injection portion 107b is formed in this manner, the center of the mesa post M1, the center of the current injection portion 107b, and the center of the opening 113a of the p-side annular electrode 113 can be matched with high accuracy. As a result, the surface emitting laser element 100 can be a single transverse mode laser with a high yield.

なお、上記の化学反応によって生成したAsHは飛散する。飛散したAsHは、p側円環電極113の露出した領域A1において、p側円環電極113に含まれるPtと、Pt+AsH→PtAs+3Hなる化学反応を起こす。その結果、p側円環電極113は露出した領域A1において変質し、電気抵抗が増大するが、第二誘電体層115で覆われた領域はそのような変質から保護され、低抵抗のままである。 Note that AsH 3 generated by the above chemical reaction is scattered. The scattered AsH 3 causes a chemical reaction of Pt included in the p-side annular electrode 113 and Pt + AsH 3 → PtAs 2 + 3H 2 in the exposed region A1 of the p-side annular electrode 113. As a result, the p-side annular electrode 113 is altered in the exposed region A1 and the electric resistance is increased, but the region covered with the second dielectric layer 115 is protected from such alteration and remains at a low resistance. is there.

つぎに、メサポストM1の外周側のn型コンタクト層104の表面に、半円環状のn側電極117を形成する。つぎに、全面にパッシベーション膜118を形成した後、n側電極117およびp側円環電極113上においてパッシベーション膜118および第二誘電体層115に開口部を形成し、これらの開口部を介してn側電極117に接触するn側引き出し電極119と、p側円環電極113に接触するp側引き出し電極120を形成する。   Next, a semi-annular n-side electrode 117 is formed on the surface of the n-type contact layer 104 on the outer peripheral side of the mesa post M1. Next, after forming a passivation film 118 on the entire surface, openings are formed in the passivation film 118 and the second dielectric layer 115 on the n-side electrode 117 and the p-side annular electrode 113, and the openings are formed through these openings. An n-side extraction electrode 119 that contacts the n-side electrode 117 and a p-side extraction electrode 120 that contacts the p-side annular electrode 113 are formed.

つぎに、CVD法を用いて上部DBRミラー116を形成した後に、基板101の裏面を研磨し、基板101の厚さをたとえば150μmに調整する。その後、素子分離を行い、図1に示す面発光レーザ素子100が完成する。   Next, after forming the upper DBR mirror 116 by using the CVD method, the back surface of the substrate 101 is polished, and the thickness of the substrate 101 is adjusted to, for example, 150 μm. Thereafter, element isolation is performed to complete the surface emitting laser element 100 shown in FIG.

つぎに、本発明の実施例として、上記の製造方法によって、図1に示す構造を有する面発光レーザ素子を製造した。この際、第一誘電体層および第二誘電体層を構成するSiNとして、組成比xがx=1.33のもの(実施例1)と、1.5のもの(実施例2)を用いた。一方、比較例として、上記の製造方法とほぼ同様であるが、組成比xがx=1.33のSiNからなる第一誘電体層を、その光学厚さがλ/4となるように形成し、第二誘電体層を形成せずに、面発光レーザ素子を製造した。 Next, as an example of the present invention, a surface emitting laser element having the structure shown in FIG. 1 was manufactured by the above manufacturing method. At this time, as SiN x constituting the first dielectric layer and the second dielectric layer, those having a composition ratio x of x = 1.33 (Example 1) and 1.5 (Example 2). Using. On the other hand, as a comparative example, it is almost the same as the above manufacturing method, but the first dielectric layer made of SiN x having a composition ratio x of x = 1.33 is set so that its optical thickness becomes λ / 4. A surface emitting laser element was manufactured without forming the second dielectric layer.

これらの面発光レーザ素子の素子抵抗を測定したところ、比較例のものは100Ωであったが、実施例1のものは80Ωであり、実施例2のものは70Ωであった。すなわち、実施例1のものは、第二誘電体層がp型コンタクト層の侵食を防止する結果、第二誘電体層のない比較例のものよりも素子抵抗が低減したと考えられる。さらに、実施例2のものは、第二誘電体層の侵食防止効果に加え、第一誘電体層および第二誘電体層に含有される水素のp型コンタクト層への侵入が防止された結果、さらに素子抵抗が低減したものと考えられる。また、実施例1、2の面発光レーザ素子は、それらの素子抵抗の低減を反映して、高周波特性におけるインピーダンス整合性の向上や、CR(容量及び抵抗性分)による帯域制限の抑制の効果が期待できる。 When the element resistances of these surface emitting laser elements were measured, the comparative example was 100Ω, the example 1 was 80Ω, and the example 2 was 70Ω. In other words, the device of Example 1 is considered to have a lower element resistance than that of the comparative example without the second dielectric layer as a result of the second dielectric layer preventing the p + -type contact layer from eroding. Furthermore, in Example 2, in addition to the erosion preventing effect of the second dielectric layer, the penetration of hydrogen contained in the first dielectric layer and the second dielectric layer into the p + type contact layer was prevented. As a result, it is considered that the element resistance is further reduced. In addition, the surface emitting laser elements of Examples 1 and 2 reflect the reduction of the element resistance, thereby improving the impedance matching in the high frequency characteristics and suppressing the band limitation due to CR (capacitance and resistance). Can be expected.

(実施の形態2)
つぎに、本発明の実施の形態2に係る面発光レーザ素子について説明する。本実施の形態2に係る面発光レーザ素子は、実施の形態1に係る面発光レーザ素子と同様に、レーザ発振波長が1100nm帯であるが、第二誘電体層を上部多層膜反射鏡の一部としている点が異なる。
(Embodiment 2)
Next, a surface emitting laser element according to Embodiment 2 of the present invention will be described. Like the surface emitting laser element according to the first embodiment, the surface emitting laser element according to the second embodiment has a laser oscillation wavelength in the 1100 nm band, but the second dielectric layer is a part of the upper multilayer reflector. The difference is that it is part.

図8は、本実施の形態2に係る面発光レーザ素子200の模式的な断面図である。なお、図1に示す面発光レーザ素子100と同一要素には同一符号を付している。図8に示すように、この面発光レーザ素子200は、面発光レーザ素子100と同様の構造を有する。しかしながら、面発光レーザ素子100とは異なり、p側円環電極113の開口部113a内に形成された円板状の第一誘電体層214は、SiNからなる下部誘電体層214aと、下部誘電体層214a上に積層したSiOからなる上部誘電体層214bとの積層構造を有する。また、下部誘電体層214aは、その光学厚さがλ/4程度となるように形成されている。 FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the surface emitting laser element 200 according to the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element as the surface emitting laser element 100 shown in FIG. As shown in FIG. 8, the surface emitting laser element 200 has the same structure as the surface emitting laser element 100. However, unlike the surface emitting laser element 100, the disk-shaped first dielectric layer 214 formed in the opening 113a of the p-side annular electrode 113 includes a lower dielectric layer 214a made of SiN x and a lower dielectric layer 214a. It has a laminated structure with an upper dielectric layer 214b made of SiO 2 laminated on the dielectric layer 214a. The lower dielectric layer 214a is formed so that its optical thickness is about λ / 4.

また、第一誘電体層214の外周とp側円環電極113の内周との間には、第一誘電体層214の外周にわたって幅0.3〜0.5μm程度の間隙221が形成されている。また、第一誘電体層214と、間隙221とを覆い、その外縁がp側円環電極113上に到るように、SiNからなる第二誘電体層215が形成されている。 Further, a gap 221 having a width of about 0.3 to 0.5 μm is formed across the outer periphery of the first dielectric layer 214 between the outer periphery of the first dielectric layer 214 and the inner periphery of the p-side annular electrode 113. ing. A second dielectric layer 215 made of SiN x is formed so as to cover the first dielectric layer 214 and the gap 221 and the outer edge thereof reaches the p-side annular electrode 113.

さらに、第二誘電体層215上からメサポストM1の外周にわたって誘電体からなる上部多層膜216が形成されている。上部多層膜216は、たとえばSiN/SiOの10〜12ペアからなる。 Further, an upper multilayer film 216 made of a dielectric is formed from the second dielectric layer 215 to the outer periphery of the mesa post M1. The upper multilayer film 216 is made of, for example, 10 to 12 pairs of SiN x / SiO 2 .

この面発光レーザ素子200における光の定在波と電流経路とについて説明する。図9は、この面発光レーザ素子200における光の定在波と電流経路とについて説明する説明図である。   The standing wave of light and the current path in the surface emitting laser element 200 will be described. FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a standing wave of light and a current path in the surface-emitting laser element 200.

はじめに、面発光レーザ素子200における光の定在波について説明する。図9において、線L2は、活性層105から第二誘電体層215までの積層構造における位置と、その位置での定在波の振幅とを示している。この面発光レーザ素子200においては、上部誘電体層214bと、第二誘電体層215と、上部多層膜216とが上部DBRミラーを構成しており、上部誘電体層214bの下面が上部DBRミラーの最下面となっている。すなわち、上部誘電体層214bと、第二誘電体層215とが、DBRミラーの最下部の1ペアを形成している。また、下部誘電体層214aは光学厚さがλ/4程度となるように形成されており、位相調整層として機能している。その結果、線L2が示すように、定在波は、活性層105と上部誘電体層214bの下面すなわち上部DBRミラーの最下面とに腹ANがほぼ位置し、電流狭窄層107とp型電流経路層110とp型コンタクト層112とに節Nがほぼ位置するように形成される。 First, the standing wave of light in the surface emitting laser element 200 will be described. In FIG. 9, a line L2 indicates the position in the stacked structure from the active layer 105 to the second dielectric layer 215 and the amplitude of the standing wave at that position. In the surface emitting laser element 200, the upper dielectric layer 214b, the second dielectric layer 215, and the upper multilayer film 216 constitute an upper DBR mirror, and the lower surface of the upper dielectric layer 214b is the upper DBR mirror. It is the bottom surface. That is, the upper dielectric layer 214b and the second dielectric layer 215 form a lowermost pair of DBR mirrors. Further, the lower dielectric layer 214a is formed to have an optical thickness of about λ / 4, and functions as a phase adjustment layer. As a result, as indicated by the line L2, the standing wave has the antinode AN substantially positioned on the lower surface of the active layer 105 and the upper dielectric layer 214b, that is, the lowermost surface of the upper DBR mirror, and the current confinement layer 107 and the p + type. The node N is formed in the current path layer 110 and the p + -type contact layer 112 so as to be substantially located.

つぎに、面発光レーザ素子200における電流経路について説明する。この面発光レーザ素子200においては、第二誘電体層215が間隙221を覆うように形成されている。その結果、面発光レーザ素子100と同様に、p側円環電極113から注入された電流は、矢印Ar2が示すように低抵抗であるp型電流経路層110とp型コンタクト層112とを電流経路として並列に流れるため、素子抵抗は設計どおり低く維持される。その結果、面発光レーザ素子100の発振しきい値電流は小さくなる。 Next, a current path in the surface emitting laser element 200 will be described. In the surface emitting laser element 200, the second dielectric layer 215 is formed so as to cover the gap 221. As a result, as in the surface emitting laser element 100, the current injected from the p-side annular electrode 113 is the low resistance p + type current path layer 110 and p + type contact layer 112 as indicated by the arrow Ar2. Since the current flows in parallel as a current path, the element resistance is kept low as designed. As a result, the oscillation threshold current of the surface emitting laser element 100 becomes small.

なお、面発光レーザ素子200は、上述した面発光レーザ素子100の製造方法と同様の方法で製造できる。   The surface emitting laser element 200 can be manufactured by a method similar to the method for manufacturing the surface emitting laser element 100 described above.

以上説明したように、この面発光レーザ素子200は、素子抵抗の増大が防止されるため、発振しきい値電流が小さいものとなる。   As described above, the surface emitting laser element 200 has a small oscillation threshold current because an increase in element resistance is prevented.

なお、上記実施の形態では、被酸化層はAlAsからなるものであったが、Al1−xGaAs(0<x<1)からなるものでもよい。被酸化層がAl1−xGaAsからなる場合は、電流狭窄層は、電流狭窄部が(Al1−xGaからなり、電流注入部がAl1−xGaAsからなるものとなる。 In the above embodiment, the layer to be oxidized is made of AlAs, but it may be made of Al 1-x Ga x As (0 <x <1). When the layer to be oxidized is made of Al 1-x Ga x As, the current confinement layer is made of (Al 1-x Ga x ) 2 O 3 and the current injection portion is made of Al 1-x Ga x As. It will consist of

また、上記実施の形態では、リフトオフ法を用いてp側円環電極を形成しているが、p側円環電極の形成方法については特に限定されない。他の方法でp側円環電極を形成する場合であっても、p側円環電極と第一誘電体層との間には、その材質の相違によって間隙が形成されるため、本発明を適用してその効果を得ることができる。   Moreover, in the said embodiment, although the p side annular electrode is formed using the lift-off method, it does not specifically limit about the formation method of a p side annular electrode. Even when the p-side annular electrode is formed by another method, a gap is formed between the p-side annular electrode and the first dielectric layer due to the difference in material. The effect can be obtained by applying.

また、上記実施の形態では、コンタクト層を含め電流経路層が2層形成されているが、電流経路層がコンタクト層のみであっても、あるいは3層以上であっても、本発明の効果を奏するものとできる。   Further, in the above embodiment, two current path layers including the contact layer are formed. However, even if the current path layer is only the contact layer or three or more layers, the effect of the present invention can be obtained. It can be played.

本発明の実施の形態1に係る面発光レーザ素子の模式的な断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a surface emitting laser element according to Embodiment 1 of the present invention. 図1に示す面発光レーザ素子における光の定在波と電流経路とについて説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the standing wave of light and the electric current path | route in the surface emitting laser element shown in FIG. 図1に示す面発光レーザ素子の製造方法について説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the manufacturing method of the surface emitting laser element shown in FIG. 図1に示す面発光レーザ素子の製造方法について説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the manufacturing method of the surface emitting laser element shown in FIG. 図1に示す面発光レーザ素子の製造方法について説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the manufacturing method of the surface emitting laser element shown in FIG. 図1に示す面発光レーザ素子の製造方法について説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the manufacturing method of the surface emitting laser element shown in FIG. 図1に示す面発光レーザ素子の製造方法について説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the manufacturing method of the surface emitting laser element shown in FIG. 本発明の実施の形態2に係る面発光レーザ素子の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the surface emitting laser element which concerns on Embodiment 2 of this invention. 図8に示す面発光レーザ素子における光の定在波と電流経路とについて説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the standing wave of light and an electric current path | route in the surface emitting laser element shown in FIG. 従来構造の面発光レーザ素子の要部の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the principal part of the surface emitting laser element of a conventional structure.

符号の説明Explanation of symbols

100〜300 面発光レーザ素子
101 基板
102 下部DBRミラー
103 バッファ層
104 n型コンタクト層
105 活性層
106 下部傾斜組成層
107、307 電流狭窄層
107a、307a 電流狭窄部
107b、307b 電流注入部
108 上部傾斜組成層
109、111、309、311 p型スペーサ層
110、310 p型電流経路層
112、312 p型コンタクト層
113、313 p側円環電極
113a 開口部
114,214 第一誘電体層
115、215 第二誘電体層
116、316 上部DBRミラー
117 n側電極
118 パッシベーション膜
119 n側引き出し電極
120 p側引き出し電極
121〜321 間隙
122 被酸化層
123 フォトレジスト
214a 下部誘電体層
214b 上部誘電体層
216 上部多層膜
314 位相調整層
324 溝
A1 領域
AN 腹
Ar1〜Ar3 矢印
L1、L2 線
M1 メサポスト
N 節
P パターン
100 to 300 surface emitting laser element 101 substrate 102 lower DBR mirror 103 buffer layer 104 n-type contact layer 105 active layer 106 lower graded composition layer 107, 307 current confinement layer 107a, 307a current confinement part 107b, 307b current injection part 108 upper grade Composition layer 109, 111, 309, 311 p-type spacer layer 110, 310 p + type current path layer 112, 312 p + type contact layer 113, 313 p-side annular electrode 113a opening 114, 214 first dielectric layer 115 215 Second dielectric layer 116, 316 Upper DBR mirror 117 n-side electrode 118 passivation film 119 n-side extraction electrode 120 p-side extraction electrode 121-321 gap 122 oxidized layer 123 photoresist 214a lower dielectric layer 214b upper induction Body layer 216 upper multilayer 314 phase adjustment layer 324 trench region A1 AN belly Ar1~Ar3 arrows L1, L2 line M1 mesa post N nodes P pattern

Claims (13)

垂直共振器型の面発光レーザ素子の製造方法であって、
基板上に下部多層膜反射鏡を積層し、前記下部多層膜反射鏡上に、活性層を含むとともに最上層にコンタクト層を有する複数の半導体層を積層する積層工程と、
前記コンタクト層上の一部領域に第一誘電体層を形成する第一誘電体層形成工程と、
前記コンタクト層上に、中心に開口部を有する円環電極を、該開口部内に前記第一誘電体層が配置されるように形成する円環電極形成工程と、
前記第一誘電体層と、該第一誘電体層と前記円環電極との間に形成された間隙とを覆うように第二誘電体層を形成する第二誘電体層形成工程と、
前記円環電極をマスクとして前記積層した半導体層をメサポスト形状にエッチングするメサポスト形成工程と、
前記メサポスト形成工程後に、前記第二誘電体層上に誘電体からなる上部多層膜反射鏡を形成する上部多層膜反射鏡形成工程と、
を含み、
前記第一および第二誘電体層形成工程において、所望のレーザ発振波長をλとすると、前記第一および第二誘電体層を合計の光学厚さがλ/4程度となるように形成することを特徴とする面発光レーザ素子の製造方法。
A method of manufacturing a vertical cavity surface emitting laser element,
Laminating a lower multilayer reflector on a substrate, and laminating a plurality of semiconductor layers including an active layer and having a contact layer on the uppermost layer on the lower multilayer reflector;
A first dielectric layer forming step of forming a first dielectric layer in a partial region on the contact layer;
Forming an annular electrode having an opening in the center on the contact layer so that the first dielectric layer is disposed in the opening; and
A second dielectric layer forming step of forming a second dielectric layer so as to cover the first dielectric layer and a gap formed between the first dielectric layer and the annular electrode;
A mesa post forming step of etching the laminated semiconductor layer into a mesa post shape using the annular electrode as a mask;
An upper multilayer reflector forming step of forming an upper multilayer reflector made of a dielectric on the second dielectric layer after the mesa post forming step;
Only including,
In the first and second dielectric layer forming steps, when the desired laser oscillation wavelength is λ, the first and second dielectric layers are formed so that the total optical thickness is about λ / 4. A method for manufacturing a surface-emitting laser element, comprising:
垂直共振器型の面発光レーザ素子の製造方法であって、
基板上に下部多層膜反射鏡を積層し、前記下部多層膜反射鏡上に、活性層を含むとともに最上層にコンタクト層を有する複数の半導体層を積層する積層工程と、
前記コンタクト層上の一部領域に第一誘電体層を形成する第一誘電体層形成工程と、
前記コンタクト層上に、中心に開口部を有する円環電極を、該開口部内に前記第一誘電体層が配置されるように形成する円環電極形成工程と、
前記第一誘電体層と、該第一誘電体層と前記円環電極との間に形成された間隙とを覆うように第二誘電体層を形成する第二誘電体層形成工程と、
前記円環電極をマスクとして前記積層した半導体層をメサポスト形状にエッチングするメサポスト形成工程と、
前記メサポスト形成工程後に、前記第二誘電体層上に誘電体からなる上部多層膜反射鏡を形成する上部多層膜反射鏡形成工程と、
を含み、
前記第一誘電体層形成工程において、所望のレーザ発振波長をλとすると、前記第一誘電体層を、下部誘電体層と上部誘電体層との積層構造を有するとともに、該下部誘電体の光学厚さがλ/4程度となるように形成し、
前記上部多層膜反射鏡形成工程において、前記第二誘電体層上に誘電体からなる上部多層膜を積層して、該上部多層膜と該第二誘電体層とまれ前記上部誘電体層最下層である上部多層膜反射鏡を形成することを特徴とする面発光レーザ素子の製造方法。
A method of manufacturing a vertical cavity surface emitting laser element,
Laminating a lower multilayer reflector on a substrate, and laminating a plurality of semiconductor layers including an active layer and having a contact layer on the uppermost layer on the lower multilayer reflector;
A first dielectric layer forming step of forming a first dielectric layer in a partial region on the contact layer;
Forming an annular electrode having an opening in the center on the contact layer so that the first dielectric layer is disposed in the opening; and
A second dielectric layer forming step of forming a second dielectric layer so as to cover the first dielectric layer and a gap formed between the first dielectric layer and the annular electrode;
A mesa post forming step of etching the laminated semiconductor layer into a mesa post shape using the annular electrode as a mask;
An upper multilayer reflector forming step of forming an upper multilayer reflector made of a dielectric on the second dielectric layer after the mesa post forming step;
Including
In the first dielectric layer forming step, when a desired laser oscillation wavelength is λ, the first dielectric layer has a laminated structure of a lower dielectric layer and an upper dielectric layer, and the lower dielectric layer Formed so that the optical thickness is about λ / 4,
In the upper multilayer mirror forming step, by stacking the upper multilayer film made of dielectric on the second dielectric layer, the upper multilayer film and said second dielectric layer and it is included the upper dielectric layer There manufacturing method to that surface-emitting laser element, wherein the benzalkonium to form the upper multilayer reflector is the lowermost layer.
前記第二誘電体層形成工程において、前記第二誘電体層を、前記円環電極の少なくとも一部を覆うように形成することを特徴とする請求項1または2に記載の面発光レーザ素子の製造方法。3. The surface emitting laser element according to claim 1, wherein, in the second dielectric layer forming step, the second dielectric layer is formed so as to cover at least a part of the annular electrode. Production method. 前記積層工程は、前記コンタクト層と前記活性層との間にAlAsまたはAl1−xGaAs(0<x<1)からなる被酸化層を積層する被酸化層積層工程を含み、
前記メサポスト形成工程後に、前記積層した被酸化層を選択酸化熱処理してAlAsまたはAl1−xGaAsからなる電流注入部とAlまたは(Al1−xGaからなる電流狭窄部とを有する電流狭窄層を形成する電流狭窄層形成工程を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子の製造方法。
The stacking step includes an oxidized layer stacking step of stacking an oxidized layer made of AlAs or Al 1-x Ga x As (0 <x <1) between the contact layer and the active layer,
After the mesa post formation step, the stacked oxidation target layer is subjected to a selective oxidation heat treatment from a current injection portion made of AlAs or Al 1-x Ga x As and Al 2 O 3 or (Al 1-x Ga x ) 2 O 3. The method for manufacturing a surface emitting laser element according to claim 1, further comprising a current confinement layer forming step of forming a current confinement layer having a current confinement portion.
前記積層工程は、前記コンタクト層と前記被酸化層との間に前記コンタクト層と同程度のアクセプタ濃度を有する電流経路層を積層する電流経路層積層工程を含むことを特徴とする請求項4に記載の面発光レーザ素子の製造方法。   5. The current path layer laminating process of laminating a current path layer having an acceptor concentration comparable to that of the contact layer between the contact layer and the oxidized layer. The manufacturing method of the surface emitting laser element of description. 前記第一誘電体層における少なくとも前記コンタクト層に接している部分は、化学量論的組成よりも窒素の組成比が大きい窒化珪素からなることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子の製造方法。   The portion of the first dielectric layer in contact with at least the contact layer is made of silicon nitride having a nitrogen composition ratio larger than the stoichiometric composition. The manufacturing method of the surface emitting laser element as described in any one of. 垂直共振器型の面発光レーザ素子であって、
基板と、
前記基板上に積層した下部多層膜反射鏡と、
前記下部多層膜反射鏡上に積層した、メサポスト構造を有し、活性層を含むとともに最上層にコンタクト層を有する複数の半導体層と、
前記コンタクト層上に形成され、中心に開口部を有するとともに前記メサポスト構造の外周と一致する外周を有する円環電極と、
前記コンタクト層上の前記円環電極の開口部内に形成された第一誘電体層と、
前記第一誘電体層と、該第一誘電体層と前記円環電極との間に形成された間隙とを覆うように形成された第二誘電体層と、
前記第二誘電体層上に形成された誘電体からなる上部多層膜反射鏡と、
を備え
所望のレーザ発振波長をλとすると、前記第一および第二誘電体層の合計の光学厚さがλ/4程度であることを特徴とする面発光レーザ素子。
A vertical cavity surface emitting laser element,
A substrate,
A lower multilayer reflector mirror laminated on the substrate;
A plurality of semiconductor layers stacked on the lower multilayer reflector, having a mesa post structure, including an active layer and having a contact layer as an uppermost layer;
An annular electrode formed on the contact layer, having an opening at the center and having an outer periphery coinciding with the outer periphery of the mesa post structure;
A first dielectric layer formed in the opening of the annular electrode on the contact layer;
A second dielectric layer formed to cover the first dielectric layer and a gap formed between the first dielectric layer and the annular electrode;
An upper multilayer mirror made of a dielectric formed on the second dielectric layer;
Equipped with a,
A surface-emitting laser element , wherein a total optical thickness of the first and second dielectric layers is about λ / 4, where λ is a desired laser oscillation wavelength .
垂直共振器型の面発光レーザ素子であって、
基板と、
前記基板上に積層した下部多層膜反射鏡と、
前記下部多層膜反射鏡上に積層した、メサポスト構造を有し、活性層を含むとともに最上層にコンタクト層を有する複数の半導体層と、
前記コンタクト層上に形成され、中心に開口部を有するとともに前記メサポスト構造の外周と一致する外周を有する円環電極と、
前記コンタクト層上の前記円環電極の開口部内に形成された第一誘電体層と、
前記第一誘電体層と、該第一誘電体層と前記円環電極との間に形成された間隙とを覆うように形成された第二誘電体層と、
前記第二誘電体層上に形成された誘電体からなる上部多層膜反射鏡と、
を備え
前記第一誘電体層は、下部誘電体層と上部誘電体層との積層構造を有するとともに、所望のレーザ発振波長をλとすると、該下部誘電体の光学厚さがλ/4程度であり、
前記第二誘電体層上に形成された誘電体からなる上部多層膜と前記第二誘電体層と前記上部誘電体層とが、該上部誘電体層を最下層とする前記上部多層膜反射鏡を構成していることを特徴とする面発光レーザ素子。
A vertical cavity surface emitting laser element,
A substrate,
A lower multilayer reflector mirror laminated on the substrate;
A plurality of semiconductor layers stacked on the lower multilayer reflector, having a mesa post structure, including an active layer and having a contact layer as an uppermost layer;
An annular electrode formed on the contact layer, having an opening at the center and having an outer periphery coinciding with the outer periphery of the mesa post structure;
A first dielectric layer formed in the opening of the annular electrode on the contact layer;
A second dielectric layer formed to cover the first dielectric layer and a gap formed between the first dielectric layer and the annular electrode;
An upper multilayer mirror made of a dielectric formed on the second dielectric layer;
Equipped with a,
The first dielectric layer has a laminated structure of a lower dielectric layer and an upper dielectric layer. When a desired laser oscillation wavelength is λ, the optical thickness of the lower dielectric is about λ / 4. ,
An upper multilayer film made of a dielectric formed on the second dielectric layer and the second dielectric layer and said upper dielectric layer, the upper multilayer mirror the upper dielectric layer and the bottom layer surface-emitting laser element characterized in that it constitutes a.
前記第二誘電体層は、前記円環電極の少なくとも一部を覆うように形成されていることを特徴とする請求項7または8に記載の面発光レーザ素子。9. The surface emitting laser device according to claim 7, wherein the second dielectric layer is formed so as to cover at least a part of the annular electrode. 前記複数の半導体層は、前記活性層と前記コンタクト層との間に、選択酸化熱処理によって形成された、AlAsまたはAl1−xGaAs(0<x<1)からなる電流注入部とAlまたは(Al1−xGaからなる電流狭窄部とを有する電流狭窄層を備えたことを特徴とする請求項7〜9のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。 The plurality of semiconductor layers include a current injection portion made of AlAs or Al 1-x Ga x As (0 <x <1) and Al formed between the active layer and the contact layer by a selective oxidation heat treatment. The surface emitting laser according to claim 7, further comprising a current confinement layer having a current confinement portion made of 2 O 3 or (Al 1-x Ga x ) 2 O 3. element. 前記複数の半導体層は、前記電流狭窄層と前記コンタクト層との間に形成された、前記コンタクト層と同程度のアクセプタ濃度を有する電流経路層を備えたことを特徴とする請求項10に記載の面発光レーザ素子。   11. The plurality of semiconductor layers include a current path layer formed between the current confinement layer and the contact layer and having an acceptor concentration comparable to the contact layer. Surface emitting laser element. 前記第一誘電体層における少なくとも前記コンタクト層に接している部分は、化学量論的組成よりも窒素の組成比が大きい窒化珪素からなることを特徴とする請求項7〜11のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。   The portion of the first dielectric layer at least in contact with the contact layer is made of silicon nitride having a nitrogen composition ratio larger than that of the stoichiometric composition. The surface emitting laser element according to 1. 前記コンタクト層は、厚さが50nm以下であり、アクセプタ濃度が1×1019cm−3以上であり、水素濃度が1×1018cm−3以下であることを特徴とする請求項7〜12のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。 The contact layer has a thickness of 50 nm or less, an acceptor concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more, and a hydrogen concentration of 1 × 10 18 cm −3 or less. The surface emitting laser element according to any one of the above.
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