JPH04211186A - 垂直型半導体レーザ - Google Patents
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Abstract
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Description
導体レーザに関し、特に、半導体の主表面(″水平面″
)をから光を放出し′”垂直(キャビティ)”′もしく
は”′表面(放出)″レーザとして知られている種の半
導体レーザに関する。 [0002]
る半導体レーザの構造は、2つの主要なカテゴリー、す
なわち、 (1)”端面放出型″(あるいは単に″端面
型″)レーザ及び(2) ”表面放出型″(あるいは単
(ご′表面型″)すなわち垂直レーザ、に区分されてい
る。双方の型においては、通常プレーナ型pn接合を構
成している活性領域が含まれている。代表的には、当該
pn接合は半導体主部の主表面に対して平行であり、前
記主表面は任意であるが水平とみなされている。 [0003]端面型のレーザにおいては、光は半導体の
−もしくは複数の側端面から放出され、半導体中におけ
る光共振器(キャビティ)は半導体主部内に側端面上に
配置された部分反射光学鏡を用いて形成されている。垂
直型のレーザにおいては、光は半導体の上部あるいは底
部(主)表面からあるいはその双方から放出され、半導
体中における光共振器は半導体主部内に上部あるいは底
部表面上もしくはその双方上に配置された部分反射光学
鏡を用いて形成されている。垂直型レーザは、水平型レ
ーザの場合に要求される側端面輪郭に関する困難な制御
を要求しないという観点からより魅力的に思われている
。 [0004]通常、垂直型レーザにおいては各々の光学
鏡は、半導体超格子によって形成されたスタック構造等
の4分の1波長スタツク構造によって形成される。垂直
レーザは、例えば、半導体基板上に以下に示すような半
導体層を空間的に順序よく連続的にエピタキシャル成長
させることによって二重へテロ構造として製造され得る
:底部鏡、底部クラッド領域、活性領域、上部クラッド
領域、及び上部鏡。そののち、電気的にアクセスするた
めの上部電極が上部鏡の上部主表面上に形成される。 この種の垂直型レーザは単一の基板上に同時に、各々の
レーザによって放出される光の量−例えば、オン対オフ
が同一基板上の他のレーザとは独立に電気的信号によっ
て制御され得るように、形成され得る。よって、垂直型
レーザは、複数個の独立に制御可能な光源が望まれるよ
うな実際のアプリケーションにおける使用に特に魅力的
である。通常、この種の垂直型レーザの各々によって放
出される光の量は上部電極を通じてレーザに注入される
電流によって決定される。 [0005]
、垂直型レーザはその動作中に望ましくないほど大量の
熱を生成してしまい、そのため当該レーザの効率及び寿
命は著しく低かった。それゆえ、熱の生成が低減される
ような垂直型レーザが望まれていた。 [0006]
ーザでは、その熱生成が、上部電極を直接上部クラッド
領域の周囲(環状)部に接触させることにより低減され
る。すなわち、上部電極が上部クラッド領域の周囲部に
浸入させられて直接接触が形成される。本発明に係る垂
直型レーザにおいては、レーザ動作中は電流が、従来技
術に係る垂直型レーザにおいては活性領域に入る前に(
比較的高い直列抵抗を有する)上部鏡及び上部クラッド
領域を介して垂直方向に注入されるようになっていたの
とは異なり、上部電極から上部クラッド領域へすなわち
活性領域へ水平方向に注入される。 [0007]
)レーザ100が示されている。当該レーザは約0゜8
7μmの波長を有する光を放出するのに適しており、n
GaAs基板101に当該レーザにおいて生成される
光(光輻射)を外部に、導くための光出力孔102が蝕
刻されている。基板101上には、約0.060μm厚
のn (Alo、+Gao9AS) /約0.070
μm厚のn (AIAs)よりなる層がおよそ20周
期分−代表的には分子ビームエピタキシー法によって一
連続的に成長させられており、底部鏡である底部超格子
103を形成している。超格子の各層は、4分の1波長
分の層厚を有している。この種の超格子は底部(スタッ
ク型)光学反射鏡として機能し、当該レーザ内の垂直入
射光の約99パーセントを反射する。底部超格子103
上には、通常1μm厚で不純物イオンが1立方センチメ
ートルあたりおよそ5X1018個というドーピングレ
ベルのnAlo3Gao7AS (底部)クラッド層
104が位置している。n (底部)クラッド層104
の上部には、p型活性領域105、p型(上部)クラッ
ド層106、及び、やはり約20周期を有する上部鏡で
あるp (上部)超格子107が連続して位置している
。 [0008]より具体的に述べれば、前記活性領域10
5は不純物ドーピング濃度が通常1立方センチメートル
あたり約IE15からIE16個の範囲にあり約0.5
μmの層厚を有するp型GaAs層である。p (上部
)クラッド層106は、代表的には1μm厚で不純物イ
オンが1立方センチメートルあたりおよそ1819個と
いうドーピング濃度のn A l o 、 3 G a
o 7A s層である。p超格子層107は、99パ
一セント反射の(スタック型)光学反射鏡として機能し
、各々約0. 060μm厚のn A 1 oIG a
o、 9 A s層と各々約0.070μm厚のn A
lAs層が交互に積層された層である。 [0009]層103.104.105.106.10
7は分子線エピタキシー法によって成長させられる。そ
の後、従来技術に係るマスク技法及びリン酸と過酸化水
素の水性混合物を用いたウェットエツチング技法を用い
て垂直方向の溝108が形成され、それに続いて酸素(
0−)イオン及び水素(H−)イオンを用いたイオン注
入により、半絶縁層109が形成される。前記溝108
のエツチングは、溝の底部が前記上部クラッド層106
の側壁に沿って前記活性領域105の直上部の位置まで
達し得るのに充分な時間の間行なわれる。その後、導電
性を有するAu−Be合金等よりなりかつAuによって
おおわれた上部電極層110が、p超格子層107とオ
ーミック接続を形成しかつ外部接点を形成するために堆
積される。前述されているように、溝108は環状であ
り、9反射鏡である超格子107は円形であるが、他の
形状も用いられ得る。
側にもAu−Ge−Ni等よりなるオーミック接続のた
めの電極(図示せず)が形成されていることに注意され
たい。 [0011]前記半絶縁層109は、垂直型レーザにお
いて望まれているように、電極によって供給された電流
を上部クラッド層106及び活性領域105にシリーズ
に注入させるように機能する。 [0012] レーザ動作中は、電極層110に電圧が
印加されて層105と104との間のpn接合に順方向
バイアスが印加される。活性領域105において生成さ
れた光は9反射鏡107とn反射鏡103とによって形
成された高反射率ファプリー・ペロー(Fabry−P
erot)共振器内に閉じ込められることになり、同時
にp超格子層107の持つ比較的高い電気抵抗による望
ましくない効果が前記溝内に浸入して形成された電極層
110によって実質的にバイパスされる。よって、pク
ラッド層106に対してその周囲で水平方向のコンタク
トを形成している電極110は、当該pクラッド層10
6及び活性領域105に対して、低外部抵抗を有するア
クセス手段として機能している;このため、全体として
の電気抵抗及びレーザ100における熱の生成が低減さ
れる。 [0013]以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。例えば、p型及びn型材料は相互
に交換され得る。さらに、他のIII−V族材料、例え
ばInP/InGaAs等も用いられ得る。また、9反
射鏡107の上部表面上に位置する部分の電極110が
省略されるあるいはそこに開口部が設けられてレーザ1
00によって生成された光輻射がn反射鏡103の底部
表面だけでなく9反射鏡107の上部表面からも放出さ
れるようにすることも可能である。最後に、二重へテロ
構造に代わりに多重量子井戸等の他の構造も用いられ得
る。 [0014]尚、特許請求の範囲に記載した参照番号は
発明の容易なる理解のためで、その技術的範囲を制限す
るよう解釈されるべきではない。 [0015]
部電極を直接上部クラッド領域の周囲(環状)部に接触
させることにより熱の生成を低減させた垂直型レーザが
形成される。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項11 (a)半導体主部中に位置する光学
活性領域(105)と、 (b)前記光学活性領域の上部に位置する光学的クラッ
ド層(106)と、 (C)前記上部クラッド層(106)上に位置する上部
鏡(107)とを有する垂直型半導体レーザにおいて、
上部電極(110)が前記上部クラッド層(106)の
周囲に接触していることを特徴とする垂直型半導体レー
ザ。 【請求項2】 前記レーザが、さらに、前記活性領域の
底部表面に接する底部クラッド層(104)を有するこ
と、を特徴とする請求項1に記載の垂直型半導体レーザ
。 【請求項3】 前記レーザが、さらに、前記底部クラッ
ド層の底部表面に接する底部鏡(103)を有すること
、を特徴とする請求項2に記載の垂直型半導体レーザ。 【請求項4】 前記上部鏡が積層半導体超格子によって
形成されていることを特徴とする請求項3に記載の垂直
型半導体レーザ。 【請求項5】 前記レーザが、さらに、前記底部鏡がそ
の上部主表面上に形成されている半導体基板(101)
を有すること、を特徴とする請求項4に記載の垂直型半
導体レーザ。 【請求項6】 前記底部鏡が積層半導体超格子によって
形成されていることを特徴とする請求項3に記載の垂直
型半導体レーザ。 【請求項7】 前記底部鏡、底部クラッド層、活性領域
、上部クラッド層、及び上部鏡が半導体基板の上部表面
上に連続してエピタキシャル成長させられていることを
特徴とする請求項6に記載の垂直型半導体レーザ。 【請求項8】 前記レーザが、さらに、前記活性領域の
側壁部に接するように位置する半絶縁層(109)を有
することを特徴とする請求項1に記載の垂直型半導体レ
ーザ。 【請求項9】 前記レーザが、さらに、前記活性領域の
側壁部に接するように位置する半絶縁層(109)を有
することを特徴とする請求項2に記載の垂直型半導体レ
ーザ。
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