JPH02156589A - 面発光半導体レーザ - Google Patents
面発光半導体レーザInfo
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- JPH02156589A JPH02156589A JP31116588A JP31116588A JPH02156589A JP H02156589 A JPH02156589 A JP H02156589A JP 31116588 A JP31116588 A JP 31116588A JP 31116588 A JP31116588 A JP 31116588A JP H02156589 A JPH02156589 A JP H02156589A
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- semiconductor
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- semiconductor layer
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 abstract 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
- H01S5/0207—Substrates having a special shape
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/18305—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] with emission through the substrate, i.e. bottom emission
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、面発光半導体レーザに関するものである。
従来、面発光半導体レーザは２つの反射鏡の間に活性層
を挟んだ積層構造となっており、反射鏡は主にＴｉＯ２
や５ｉ０２などの誘電体材料を媒質内における発振波長
の１／４倍の厚さに交互に積層した構成になっている。
を挟んだ積層構造となっており、反射鏡は主にＴｉＯ２
や５ｉ０２などの誘電体材料を媒質内における発振波長
の１／４倍の厚さに交互に積層した構成になっている。
５ｉ０２とＳｉとの多層膜による反射鏡を用いた半導体
レーザで９５％の反射率が報告されている（第３５回応
用物理学関係連合講演会、講演予稿集第３分冊ｐ８８６
ｒ面発光レーザ用Ｓｔ／ＳｉＯ□多層膜反射鏡」）。
レーザで９５％の反射率が報告されている（第３５回応
用物理学関係連合講演会、講演予稿集第３分冊ｐ８８６
ｒ面発光レーザ用Ｓｔ／ＳｉＯ□多層膜反射鏡」）。
また、半導体多層膜反射鏡は、互いに異なった屈折率を
有し、光に対する吸収の小さい２種類の格子整合の取れ
る半導体を、光が入射する側から、屈折率の低い第１の
半導体からなる第１の半導体薄膜と、第２の半導体から
なる第２の半導体薄膜を屈折率の低い第１の半導体薄膜
を第１Ｍとして、前記各半導体中における入射光の波長
の１７４倍の厚さで交互に２ｎ層（ｎは１以上の整数）
積層した半導体多ＭＷ！Ａ反射鏡を備えた面発光半導体
レーザがある。この半導体を用いた反射鏡としては短波
長系の材料であるＧａＡｓ系材料を用い、ＧａＡｌＡｓ
／ＡｌＡｓを交互に積層した多層膜反射鏡で反射率９７
％が報告されている（第３４回応用物理学関係連合講演
会、講演予稿集第３分冊ｐ７５１ｒＭＯｃＶＤ法による
面発光レーザ用ＧａＡｌＡｓ／Ａｌ＾Ｓ半導体多層膜反
射鏡」）。
有し、光に対する吸収の小さい２種類の格子整合の取れ
る半導体を、光が入射する側から、屈折率の低い第１の
半導体からなる第１の半導体薄膜と、第２の半導体から
なる第２の半導体薄膜を屈折率の低い第１の半導体薄膜
を第１Ｍとして、前記各半導体中における入射光の波長
の１７４倍の厚さで交互に２ｎ層（ｎは１以上の整数）
積層した半導体多ＭＷ！Ａ反射鏡を備えた面発光半導体
レーザがある。この半導体を用いた反射鏡としては短波
長系の材料であるＧａＡｓ系材料を用い、ＧａＡｌＡｓ
／ＡｌＡｓを交互に積層した多層膜反射鏡で反射率９７
％が報告されている（第３４回応用物理学関係連合講演
会、講演予稿集第３分冊ｐ７５１ｒＭＯｃＶＤ法による
面発光レーザ用ＧａＡｌＡｓ／Ａｌ＾Ｓ半導体多層膜反
射鏡」）。
かかる構造を有する面発光半導体レーザにおいて、高反
射率を用いて光を閉じ込めることによって利得を得るた
めの手法は誘電体などの屈折率差を大きく取ることの出
来る材料を用いることであった。しかし、製造工程数の
増加や信頼性の低下などの問題点を有していた。また、
半導体を用いた多層膜の反射鏡は１回の結晶成長で製作
できる工程数を減らすことができるが、屈折率差を大き
く取ることができないため積層数を増やすことで高反射
率を得るしかなかった。このうち半導体を用いた多層膜
反射鏡の場合、屈折率は材料に固有のものであり、バン
ド・ギャップも材料に固有のものであり、前記２つの要
件に加え半導体結晶においては格子整合を取る必要性も
生じる。しかし、格子整合が取れ、入射光に対する屈折
率差が大きく取れる材料の場合、レーザ光の吸収が大き
く、このため積層数を増やすことによって反射率をあげ
る手法を用いても光が吸収され反射率が上がらない。ま
た、この逆に吸収の小さい材料を用いると屈折率差が大
きく取れないために反射率が上らないという問題点を有
していた。特にＩｎＰ系の材料ではこの現象は著しい。
射率を用いて光を閉じ込めることによって利得を得るた
めの手法は誘電体などの屈折率差を大きく取ることの出
来る材料を用いることであった。しかし、製造工程数の
増加や信頼性の低下などの問題点を有していた。また、
半導体を用いた多層膜の反射鏡は１回の結晶成長で製作
できる工程数を減らすことができるが、屈折率差を大き
く取ることができないため積層数を増やすことで高反射
率を得るしかなかった。このうち半導体を用いた多層膜
反射鏡の場合、屈折率は材料に固有のものであり、バン
ド・ギャップも材料に固有のものであり、前記２つの要
件に加え半導体結晶においては格子整合を取る必要性も
生じる。しかし、格子整合が取れ、入射光に対する屈折
率差が大きく取れる材料の場合、レーザ光の吸収が大き
く、このため積層数を増やすことによって反射率をあげ
る手法を用いても光が吸収され反射率が上がらない。ま
た、この逆に吸収の小さい材料を用いると屈折率差が大
きく取れないために反射率が上らないという問題点を有
していた。特にＩｎＰ系の材料ではこの現象は著しい。
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、格子整合が
取れて反射率が高く光閉じ込め効果の良い反射率を有す
る半導体レーザを提供することを目的としている。
取れて反射率が高く光閉じ込め効果の良い反射率を有す
る半導体レーザを提供することを目的としている。
本発明では、面発光半導体レーザにおいて、活性層の両
面に備えた反射鏡が屈折率の異なった２種類の半導体層
を前記活性層の組成によって決定される光の波長の１／
４倍の厚さで交互に積層した半導体多層膜反射鏡から成
り、前記半導体層の一方が、バンド・ギャップが異なる
２種類の半導体を交互に積層した超格子構造から成るこ
とを特徴とする構造を採用し７ている。
面に備えた反射鏡が屈折率の異なった２種類の半導体層
を前記活性層の組成によって決定される光の波長の１／
４倍の厚さで交互に積層した半導体多層膜反射鏡から成
り、前記半導体層の一方が、バンド・ギャップが異なる
２種類の半導体を交互に積層した超格子構造から成るこ
とを特徴とする構造を採用し７ている。
このような手段を取ることによって、超格子構造から成
る半導体層のバンド・ギャップは超格子！ＩＩｉ造を構
成しているポテンシャル井戸層のみのバンド・ギャップ
に対して、次式分だけバンド・ギャップが増加し、その
結果吸収端もバンド・ギャップの増加分だけ短波長側へ
移動する。
る半導体層のバンド・ギャップは超格子！ＩＩｉ造を構
成しているポテンシャル井戸層のみのバンド・ギャップ
に対して、次式分だけバンド・ギャップが増加し、その
結果吸収端もバンド・ギャップの増加分だけ短波長側へ
移動する。
但し Ｌｚ：ポテンシャル井戸層の厚さｍ＠ ：電子（
または正孔）の有効質量前記のようにすることで入射光
に対する吸収が大きい半導体材料を半導体多層反射鏡を
構成している超格子構造のポテンシャル井戸層に用いて
も超格子構造の半導体層の光の吸収を小さくすることが
出来る。また、超格子構造を構成しているポテンシャル
井戸層、ポテンシャル障壁層の各々の厚さが光の波長よ
りも十分に薄いため、光はポテンシャル井戸層及びポテ
ンシャル障壁層の各々の屈折率を個別に感じることが出
来ず、超格子構造から成る半導体層の平均的な屈折率を
感じることになる。このために、ポテンシャル障壁層の
厚さを変えることによってポテンシャル井戸層とポテン
シャル障壁層の各々が有する光に対する屈折率をポテン
シャル井戸層の厚さとポテンシャル障壁層の厚さの比で
平均化した任意の屈折率を得ることが出来る。従って反
射率を向上することができ、面方向の光の閉じ込めが増
加し高い利得を得ることが出来る。
または正孔）の有効質量前記のようにすることで入射光
に対する吸収が大きい半導体材料を半導体多層反射鏡を
構成している超格子構造のポテンシャル井戸層に用いて
も超格子構造の半導体層の光の吸収を小さくすることが
出来る。また、超格子構造を構成しているポテンシャル
井戸層、ポテンシャル障壁層の各々の厚さが光の波長よ
りも十分に薄いため、光はポテンシャル井戸層及びポテ
ンシャル障壁層の各々の屈折率を個別に感じることが出
来ず、超格子構造から成る半導体層の平均的な屈折率を
感じることになる。このために、ポテンシャル障壁層の
厚さを変えることによってポテンシャル井戸層とポテン
シャル障壁層の各々が有する光に対する屈折率をポテン
シャル井戸層の厚さとポテンシャル障壁層の厚さの比で
平均化した任意の屈折率を得ることが出来る。従って反
射率を向上することができ、面方向の光の閉じ込めが増
加し高い利得を得ることが出来る。
第１図は本発明が適用された超格子構造を有する半導体
多層膜反射鏡２，３を集積した面発光レーザの構造断面
図である。第２図は第１図における半導体多層膜反射鏡
２．３の拡大断面図である。第１図及び第２図を参照し
ながら詳述する。
多層膜反射鏡２，３を集積した面発光レーザの構造断面
図である。第２図は第１図における半導体多層膜反射鏡
２．３の拡大断面図である。第１図及び第２図を参照し
ながら詳述する。
この半導体レーザはＩｎＰからなる半導体基板５上に、
第１の半導体層１０と第２の半導体層１１を交互に１’
ＪＲ層して半導体多層膜反射鏡２を設けている。第１の
半導体Ｊ’１Ｗ１０及び第２の半導体層１１はそれぞれ
各半導体層内における発振波長の１／４の厚さになって
おり、第１の半導体層１０はＩｎＰで構成され、第２の
半導体層１１はＩｎ、）、５３Ｇａｐ、４７＾Ｓからな
る半導体くポテンシャル井戸層）１３とＩｎＰからなる
半導体（ポテンシャル障壁層）１４を交互に積層した超
格子構造を取っている。半導体１３の厚さは６０人、半
導体１４の厚さは２０人である０次に半導体多層膜反射
鏡２上に、波長１．５５μｍの組成を有するＩｎＧａＡ
ｓＰからなる活性層１を２μｍ積層した後に、再び前記
半導体多層膜反射鏡２と同一の構成の半導体多層膜反射
鏡３を積層し、さらにその上に組成１４μｍのＩｎＧａ
ＡｓＰからなるキャップ層を有機金属成長法によって積
層する。ＡｕＺｎよりなる電極６をｒｎＰ基板上に蒸着
し、フォトレジストによるパターニングによってＩｎＰ
基板に穴を開け、光出射窓８を形成する。ｉｆ＆に、Ｔ
ｉＡｕよりなる電極７をキャップ層４上の光出射窓８に
対応する位置に蒸着により形成する事によって本発明の
半導体レーザが得られる。
第１の半導体層１０と第２の半導体層１１を交互に１’
ＪＲ層して半導体多層膜反射鏡２を設けている。第１の
半導体Ｊ’１Ｗ１０及び第２の半導体層１１はそれぞれ
各半導体層内における発振波長の１／４の厚さになって
おり、第１の半導体層１０はＩｎＰで構成され、第２の
半導体層１１はＩｎ、）、５３Ｇａｐ、４７＾Ｓからな
る半導体くポテンシャル井戸層）１３とＩｎＰからなる
半導体（ポテンシャル障壁層）１４を交互に積層した超
格子構造を取っている。半導体１３の厚さは６０人、半
導体１４の厚さは２０人である０次に半導体多層膜反射
鏡２上に、波長１．５５μｍの組成を有するＩｎＧａＡ
ｓＰからなる活性層１を２μｍ積層した後に、再び前記
半導体多層膜反射鏡２と同一の構成の半導体多層膜反射
鏡３を積層し、さらにその上に組成１４μｍのＩｎＧａ
ＡｓＰからなるキャップ層を有機金属成長法によって積
層する。ＡｕＺｎよりなる電極６をｒｎＰ基板上に蒸着
し、フォトレジストによるパターニングによってＩｎＰ
基板に穴を開け、光出射窓８を形成する。ｉｆ＆に、Ｔ
ｉＡｕよりなる電極７をキャップ層４上の光出射窓８に
対応する位置に蒸着により形成する事によって本発明の
半導体レーザが得られる。
本発明を適用するならば発振波長よりも短波長側に吸収
端を有し屈折率差を大きく取れる半導体材料を用いて、
高反射率で、かつ波長帯域の広い反射鏡を形成でき、光
の閉じ込め効果の向上による高利得を有する面発光半導
体レーザを提供できるものである。
端を有し屈折率差を大きく取れる半導体材料を用いて、
高反射率で、かつ波長帯域の広い反射鏡を形成でき、光
の閉じ込め効果の向上による高利得を有する面発光半導
体レーザを提供できるものである。
第１図は本発明の一実施例にがかる面発光レーザの断面
概略図、第２図は第１図における半導体多層ｊ摸反射鏡
の拡大断面図である。 １・・・活性層、２・・・半導体多層膜反射鏡、３・・
・半導体多層膜反射鏡、４・・・キャップ層、５・・・
半導体基板、６・・・電極、７・・・電極、８・・・光
出射窓、１０・・・第１の半導体層、１１・・・第２の
半導体層。
概略図、第２図は第１図における半導体多層ｊ摸反射鏡
の拡大断面図である。 １・・・活性層、２・・・半導体多層膜反射鏡、３・・
・半導体多層膜反射鏡、４・・・キャップ層、５・・・
半導体基板、６・・・電極、７・・・電極、８・・・光
出射窓、１０・・・第１の半導体層、１１・・・第２の
半導体層。
Claims (1)
- 少くとも発光に与る活性層をｎ型の反射鏡とＰ型の反射
鏡で挟んだ積層構造体を半導体基板上に備え、前記半導
体基板裏面に前記反射鏡に達する穴を備え、前記積層構
造体の最上層及び半導体基板の穴の周囲に電極を備えた
面発光半導体レーザにおいて、前記反射鏡が屈折率の異
なった２種類の半導体層を前記活性層の組成によって決
定される光の波長の１／４倍の厚さで交互に積層した半
導体多層膜反射鏡から成り、前記半導体層の一方が、バ
ンド・ギャップが異なる２種類の半導体を交互に積層し
た超格子構造から成ることを特徴とする面発光半導体レ
ーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31116588A JPH02156589A (ja) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | 面発光半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31116588A JPH02156589A (ja) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | 面発光半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02156589A true JPH02156589A (ja) | 1990-06-15 |
Family
ID=18013875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31116588A Pending JPH02156589A (ja) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | 面発光半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02156589A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5244749A (en) * | 1992-08-03 | 1993-09-14 | At&T Bell Laboratories | Article comprising an epitaxial multilayer mirror |
-
1988
- 1988-12-08 JP JP31116588A patent/JPH02156589A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5244749A (en) * | 1992-08-03 | 1993-09-14 | At&T Bell Laboratories | Article comprising an epitaxial multilayer mirror |
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