JPH04229688A - 半導体垂直キャビティ面発光レーザ - Google Patents
半導体垂直キャビティ面発光レーザInfo
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- JPH04229688A JPH04229688A JP3140640A JP14064091A JPH04229688A JP H04229688 A JPH04229688 A JP H04229688A JP 3140640 A JP3140640 A JP 3140640A JP 14064091 A JP14064091 A JP 14064091A JP H04229688 A JPH04229688 A JP H04229688A
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- 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]
- H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
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- Plasma & Fusion (AREA)
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は導電性ミラーを有する垂
直キャビティ面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖ
ｉｔｙＳｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ
） に関する。
直キャビティ面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖ
ｉｔｙＳｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ
） に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信のために光学技術と電子
技術とを統合させる大いなる努力が続けられている。光
伝送システムは一般的に、光源（例えば、発光ダイオー
ドまたはレーザ）、光ファイバおよび検出器から構成さ
れている。光ファイバ通信用の実用的な光源として、小
型で効率がよく信頼性の高い半導体レーザが使用されて
いる。
技術とを統合させる大いなる努力が続けられている。光
伝送システムは一般的に、光源（例えば、発光ダイオー
ドまたはレーザ）、光ファイバおよび検出器から構成さ
れている。光ファイバ通信用の実用的な光源として、小
型で効率がよく信頼性の高い半導体レーザが使用されて
いる。
【０００３】垂直キャビティ面発光レーザダイオード（
以下「ＶＣＳＥＬ」という）は、プレーナ技術により製
造できるデバイスとして、また、光通信、光ディスク、
レーザプリンタおよび光センサシステムのような広い範
囲の重要な用途を有する一群のデバイスとして有望であ
る。ＶＣＳＥＬでは、レーザ動作キャビティはレーザチ
ップの上面に対して垂直である。従って、レーザチップ
の表面と平行なレーザ動作キャビティを有する端面発光
レーザのパッキング密度に比べて高いパッキング密度が
得られる。これにより、高密度レーザアレー、光通信シ
ステムにおける高データ伝送、光通信システムにおける
超高速並列処理および電子チップ間における高速で広大
なデータ伝送用ルートの提供などに極めて有望な前途が
開ける。更に、ＶＣＳＥＬのビームの円形特性は、ＶＣ
ＳＥＬを高出力用途におけるビーム結合に適したものと
する。
以下「ＶＣＳＥＬ」という）は、プレーナ技術により製
造できるデバイスとして、また、光通信、光ディスク、
レーザプリンタおよび光センサシステムのような広い範
囲の重要な用途を有する一群のデバイスとして有望であ
る。ＶＣＳＥＬでは、レーザ動作キャビティはレーザチ
ップの上面に対して垂直である。従って、レーザチップ
の表面と平行なレーザ動作キャビティを有する端面発光
レーザのパッキング密度に比べて高いパッキング密度が
得られる。これにより、高密度レーザアレー、光通信シ
ステムにおける高データ伝送、光通信システムにおける
超高速並列処理および電子チップ間における高速で広大
なデータ伝送用ルートの提供などに極めて有望な前途が
開ける。更に、ＶＣＳＥＬのビームの円形特性は、ＶＣ
ＳＥＬを高出力用途におけるビーム結合に適したものと
する。
【０００４】ＶＣＳＥＬでは、光出力は薄膜成長方向に
入る。この方向は通常、注入電流の方向と平行である。 この特徴により、ミラーおよび電気接点はレーザ構造体
の同じ側（すなわち、デバイスの上面（前面）または底
面（後面）の何れか）を物理的に占有する。一般的に、
ミラーは上面の中央部付近に配置され、電極はミラーの
周辺に配置される。同じデザインのデバイスでは、前面
ミラーおよび電極は同一平面（共面）にあるが、若干の
他のデバイスでは、面は互いに垂直に偏心されている。
入る。この方向は通常、注入電流の方向と平行である。 この特徴により、ミラーおよび電気接点はレーザ構造体
の同じ側（すなわち、デバイスの上面（前面）または底
面（後面）の何れか）を物理的に占有する。一般的に、
ミラーは上面の中央部付近に配置され、電極はミラーの
周辺に配置される。同じデザインのデバイスでは、前面
ミラーおよび電極は同一平面（共面）にあるが、若干の
他のデバイスでは、面は互いに垂直に偏心されている。
【０００５】共面配置の一例は、“ジャパニーズ ジ
ャーナル オブ アップライドフィジックス”，１
８巻、１２号（１９７９年）、２３２９〜２２３０頁の
「ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ面発光注入レーザ」と題する
エッチ・ソダらの論文および“ＩＥＥＥ ジャーナル
オブ クオンタム エレクトニクス”ＱＥ−１
９巻、６号（１９８３年６月）、１０３５〜１０４１頁
の「キャビティ長さが短いＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ面発
光注入レーザ」と題するエッチ・ソダらの論文に開示さ
れている。これらの何れの論文も、ミラー／電極共面配
置構成を有し、Ａｕミラーの厚さが数十分の１μｍであ
る面発光レーザについて説明している。しかし、エス・
キノシタは、このようなミラーは量子効率が低くなるこ
とを指摘している。
ャーナル オブ アップライドフィジックス”，１
８巻、１２号（１９７９年）、２３２９〜２２３０頁の
「ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ面発光注入レーザ」と題する
エッチ・ソダらの論文および“ＩＥＥＥ ジャーナル
オブ クオンタム エレクトニクス”ＱＥ−１
９巻、６号（１９８３年６月）、１０３５〜１０４１頁
の「キャビティ長さが短いＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ面発
光注入レーザ」と題するエッチ・ソダらの論文に開示さ
れている。これらの何れの論文も、ミラー／電極共面配
置構成を有し、Ａｕミラーの厚さが数十分の１μｍであ
る面発光レーザについて説明している。しかし、エス・
キノシタは、このようなミラーは量子効率が低くなるこ
とを指摘している。
【０００６】例えば、“ジャパニーズ ジャーナル
オブ アップライド フィジックス”，２６巻、
３号（１９８７年３月）、４１０〜４１５頁の「高反射
性ＴｉＯ２ ／ＳｉＯ２ 多層ブラッグ反射器を有する
ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ面発光レーザ」と題するススム
キノシタらの論文に記載されている。この論文は、
多層（半導体または誘電体）ミラーを使用するレーザ構
造体の発達をもたらした。例えば、“アップライド
フィジックス レタース（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅ
ｔｔｅｒｓ） ”５４巻、２０号（１９８９年５月１５
日）１９５９〜１９６１頁の「高出力垂直キャビティ面
発光ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓダイオードレーザ」と題す
るエル・エム・ジンキーヴィッツ（Ｌ．Ｍ．Ｚｉｎｋｉ
ｅｗｉｃｚ）らの論文および“オプトエレクトロニクス
デバイス アンド テクノロジース（Ｏｐｔｏｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ−Ｄｅｖｉｃｅｓａｎｄ Ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｉｅｓ）”３巻、２号（１９８８年１２月）
１３１〜１４２頁の「面発光半導体レーザの最近の進歩
」と題するケンイチ イガの論文などにも開示されて
いる。
オブ アップライド フィジックス”，２６巻、
３号（１９８７年３月）、４１０〜４１５頁の「高反射
性ＴｉＯ２ ／ＳｉＯ２ 多層ブラッグ反射器を有する
ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ面発光レーザ」と題するススム
キノシタらの論文に記載されている。この論文は、
多層（半導体または誘電体）ミラーを使用するレーザ構
造体の発達をもたらした。例えば、“アップライド
フィジックス レタース（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅ
ｔｔｅｒｓ） ”５４巻、２０号（１９８９年５月１５
日）１９５９〜１９６１頁の「高出力垂直キャビティ面
発光ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓダイオードレーザ」と題す
るエル・エム・ジンキーヴィッツ（Ｌ．Ｍ．Ｚｉｎｋｉ
ｅｗｉｃｚ）らの論文および“オプトエレクトロニクス
デバイス アンド テクノロジース（Ｏｐｔｏｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ−Ｄｅｖｉｃｅｓａｎｄ Ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｉｅｓ）”３巻、２号（１９８８年１２月）
１３１〜１４２頁の「面発光半導体レーザの最近の進歩
」と題するケンイチ イガの論文などにも開示されて
いる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
造は複雑で、しかも、厄介である。ミラーと電極を単一
のユニットに一体化させることによりＶＣＳＥＬの構造
を単純化しようとする試みがなされたが、比較的低い量
子効率しか得られなかった。ミラーは厚さ０．５５μｍ
の反射Ａｇミラーからなり、このミラーはレーザの電極
としての機能も果たした。発光は、２３対の半導体層か
らなるλ／４反射スタックにより起こされ、この半導体
は各対内で異なる屈折率を有する。これは、例えば、“
ジャーナルオブ アップライド フィジックス”６
６巻、１１号（１９８９年１２月）５６２９〜５６３１
頁の「Ａｇミラーを有するＡｌＧａＡｓ−ＧａＡｓおよ
びＡｌＧａＡｓ−ＧａＡｓ−ＩｎＧａＡｓ垂直キャビテ
ィ面発光レーザ」と題するデッペ・デー・ジー（Ｄｅｐ
ｐｅ Ｄ．Ｇ．）らの論文に記載されている。従って、
プレーナ技術を用いる簡単な方法により製造することが
できる、優れた量子効率を有するＶＣＳＥＬの開発が強
く求められている。
造は複雑で、しかも、厄介である。ミラーと電極を単一
のユニットに一体化させることによりＶＣＳＥＬの構造
を単純化しようとする試みがなされたが、比較的低い量
子効率しか得られなかった。ミラーは厚さ０．５５μｍ
の反射Ａｇミラーからなり、このミラーはレーザの電極
としての機能も果たした。発光は、２３対の半導体層か
らなるλ／４反射スタックにより起こされ、この半導体
は各対内で異なる屈折率を有する。これは、例えば、“
ジャーナルオブ アップライド フィジックス”６
６巻、１１号（１９８９年１２月）５６２９〜５６３１
頁の「Ａｇミラーを有するＡｌＧａＡｓ−ＧａＡｓおよ
びＡｌＧａＡｓ−ＧａＡｓ−ＩｎＧａＡｓ垂直キャビテ
ィ面発光レーザ」と題するデッペ・デー・ジー（Ｄｅｐ
ｐｅ Ｄ．Ｇ．）らの論文に記載されている。従って、
プレーナ技術を用いる簡単な方法により製造することが
できる、優れた量子効率を有するＶＣＳＥＬの開発が強
く求められている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、活性層を有す
るレーザ動作キャビティ、底面（後面）ミラーと上面（
前面）ミラーおよび光の伝搬方向と概ね平行な方向に励
起電流を流すための前面および後面電極からなる半導体
垂直キャビティ面発光レーザに関する。
るレーザ動作キャビティ、底面（後面）ミラーと上面（
前面）ミラーおよび光の伝搬方向と概ね平行な方向に励
起電流を流すための前面および後面電極からなる半導体
垂直キャビティ面発光レーザに関する。
【０００９】本発明によれば、前面ミラーは薄い、半透
明の金属層からなり、これは前面電極としても機能する
。この金属層は非合金オーミックコンタクトを形成する
高濃度にドープされた層の上に乗っている。この金属は
例えば、ＡｇまたはＡｌから選択され、５〜５５ｎｍの
範囲内の厚さで堆積されている。ＶＣＳＥＬは半導体デ
バイスであり、この半導体材料は、ＧａＡｓ，ＧａＩｎ
Ａｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＰＡｓおよびその他の関連半導
体のようなＩＩＩ−Ｖ 族またはＩＩ−ＶＩ 族化合物
半導体である。ＧａＡｓ活性層を有するＶＣＳＥＬの場
合、前面の金属ミラー／電極側からの光出力は５４％も
の高さの外部微分量子効率を発生する。これはＶＣＳＥ
Ｌ構造体で得られた最高の量子効率である。従来のＶＣ
ＳＥＬ構造体の一般的な量子効率は１０〜３０％程度で
ある。このＶＣＳＥＬはプレーナ技術を用いて製造する
のに適する。
明の金属層からなり、これは前面電極としても機能する
。この金属層は非合金オーミックコンタクトを形成する
高濃度にドープされた層の上に乗っている。この金属は
例えば、ＡｇまたはＡｌから選択され、５〜５５ｎｍの
範囲内の厚さで堆積されている。ＶＣＳＥＬは半導体デ
バイスであり、この半導体材料は、ＧａＡｓ，ＧａＩｎ
Ａｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＰＡｓおよびその他の関連半導
体のようなＩＩＩ−Ｖ 族またはＩＩ−ＶＩ 族化合物
半導体である。ＧａＡｓ活性層を有するＶＣＳＥＬの場
合、前面の金属ミラー／電極側からの光出力は５４％も
の高さの外部微分量子効率を発生する。これはＶＣＳＥ
Ｌ構造体で得られた最高の量子効率である。従来のＶＣ
ＳＥＬ構造体の一般的な量子効率は１０〜３０％程度で
ある。このＶＣＳＥＬはプレーナ技術を用いて製造する
のに適する。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明を更に詳細
に説明する。本発明のＶＣＳＥＬにおけるレーザ動作キ
ャビティは活性層、底面（後面）ミラーおよび上面（前
面）金属ミラーからなる。前記底面（後面）ミラーは１
／４波長多層分布反射型（ＤＢＲ）構造体を形成する複
数個の半導体層対のスタック（積重体）からなる。また
、前記上面（前面）金属ミラーはレーザのレーザ動作発
光に対して半透明であり、しかも、上面ミラーを通して
レーザ動作発光を起こす上面電極としても機能する。 金属ミラー／電極からの光出力は高い微分量子効率を発
生する。このデバイスはプレーナ技術により容易に製造
することができる。
に説明する。本発明のＶＣＳＥＬにおけるレーザ動作キ
ャビティは活性層、底面（後面）ミラーおよび上面（前
面）金属ミラーからなる。前記底面（後面）ミラーは１
／４波長多層分布反射型（ＤＢＲ）構造体を形成する複
数個の半導体層対のスタック（積重体）からなる。また
、前記上面（前面）金属ミラーはレーザのレーザ動作発
光に対して半透明であり、しかも、上面ミラーを通して
レーザ動作発光を起こす上面電極としても機能する。 金属ミラー／電極からの光出力は高い微分量子効率を発
生する。このデバイスはプレーナ技術により容易に製造
することができる。
【００１１】図１の（Ａ）は全体が符号１０で示される
、本発明によるＶＣＳＥＬの模式図である。ＶＣＳＥＬ
１０は、基板１１；各対の一方の層は該対の他方の層の
屈折率と異なる屈折率を有する、複数個の半導体層対の
１／４波長スタック１２；第１の閉込め層１３；活性層
１４；第２の閉込め層１５；高濃度にドープされたコン
タクト層１６；前面ミラーおよびデバイスの非合金オー
ミック上面（前面）電極として同時に機能する金属ドッ
ト１７；および基板１１の底面と接触してデバイスの底
面（後面）電極を形成する導電性層１８からなる。図示
されていないが、追加の閉込め層および緩衝層などもこ
のレーザ構造体中に含めることもできる。
、本発明によるＶＣＳＥＬの模式図である。ＶＣＳＥＬ
１０は、基板１１；各対の一方の層は該対の他方の層の
屈折率と異なる屈折率を有する、複数個の半導体層対の
１／４波長スタック１２；第１の閉込め層１３；活性層
１４；第２の閉込め層１５；高濃度にドープされたコン
タクト層１６；前面ミラーおよびデバイスの非合金オー
ミック上面（前面）電極として同時に機能する金属ドッ
ト１７；および基板１１の底面と接触してデバイスの底
面（後面）電極を形成する導電性層１８からなる。図示
されていないが、追加の閉込め層および緩衝層などもこ
のレーザ構造体中に含めることもできる。
【００１２】次に、本発明によるＶＣＳＥＬ１０の構成
について概説する。基板１１は、ＧａＡｓ，ＧａＩｎＡ
ｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＰＡｓおよびその他の関連半導体
のようなＩＩＩ−Ｖ 族またはＩＩ−ＶＩ 族化合物半
導体のような高濃度にドープされたｎ＋ 形ＩＩＩ−Ｖ
族またはＩＩ−ＶＩ 族半導体である。一般的に、こ
の基板の厚さは１００〜５００μｍの範囲内であり、基
板のドープ濃度は１×１０１７〜１×１０１９ｃｍ−３
の範囲内である。光電子集積回路のような幾つかの用途
では、基板１１はシリコンのマスター基板上に最初に成
長される。これは、マスター基板上に成長される多数の
デバイスにとって普通のことである。
について概説する。基板１１は、ＧａＡｓ，ＧａＩｎＡ
ｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＰＡｓおよびその他の関連半導体
のようなＩＩＩ−Ｖ 族またはＩＩ−ＶＩ 族化合物半
導体のような高濃度にドープされたｎ＋ 形ＩＩＩ−Ｖ
族またはＩＩ−ＶＩ 族半導体である。一般的に、こ
の基板の厚さは１００〜５００μｍの範囲内であり、基
板のドープ濃度は１×１０１７〜１×１０１９ｃｍ−３
の範囲内である。光電子集積回路のような幾つかの用途
では、基板１１はシリコンのマスター基板上に最初に成
長される。これは、マスター基板上に成長される多数の
デバイスにとって普通のことである。
【００１３】１／４波長スタック１２は、後面（底面）
多層分布反射型（ＤＢＲ）ミラーを形成する複数個の半
導体層対（または周期）から構成されている。この半導
体層対の数は一般的に、１０〜４０の範囲内である。各
対内の一方の半導体層は該対の他方の半導体層よりも高
い屈折率を有する。対内の各半導体層の厚さはλ／４に
等しい。ここで、λはレーザデバイスの光波長である。 ＧａＡｓレーザのような、λ＝０．８７μｍでレーザ動
作する活性領域を有するデバイスの場合、それぞれ３．
６４と２．９７の屈折率を有するＧａＡｓおよびＡｌＡ
ｓのような半導体の対からなる１／４波長スタックは、
６２ｎｍ厚のＧａＡｓ層と７３ｎｍ厚のＡｌＡｓ層から
なる。また、ＡｌＡｓおよびＡｌ０．０５Ｇａ０．９５
Ａｓのスタックはそれぞれ厚さが７３ｎｍと６０ｎｍの
層の対からなる。
多層分布反射型（ＤＢＲ）ミラーを形成する複数個の半
導体層対（または周期）から構成されている。この半導
体層対の数は一般的に、１０〜４０の範囲内である。各
対内の一方の半導体層は該対の他方の半導体層よりも高
い屈折率を有する。対内の各半導体層の厚さはλ／４に
等しい。ここで、λはレーザデバイスの光波長である。 ＧａＡｓレーザのような、λ＝０．８７μｍでレーザ動
作する活性領域を有するデバイスの場合、それぞれ３．
６４と２．９７の屈折率を有するＧａＡｓおよびＡｌＡ
ｓのような半導体の対からなる１／４波長スタックは、
６２ｎｍ厚のＧａＡｓ層と７３ｎｍ厚のＡｌＡｓ層から
なる。また、ＡｌＡｓおよびＡｌ０．０５Ｇａ０．９５
Ａｓのスタックはそれぞれ厚さが７３ｎｍと６０ｎｍの
層の対からなる。
【００１４】一般的に、第１の閉込め層１２および第２
の閉込め層は活性領域１４を閉じ込めるため、および、
光キャビティの長さ（Ｌ）（すなわち、活性領域の厚さ
）を調節するために配設されている。光キャビティ長さ
は２Ｌ＝Ｎ・λでなければならない。ここで、Ｎは整数
であり、λはレーザの動作光波長である。一般的に、各
閉込め層の厚さは０〜３μｍの範囲内である。構造的干
渉性を得るために、閉込め層の厚さはλ／２またはλ／
４の倍数でなければならない。好ましい実施例では、閉
じ込め領域はＡｌｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ（ここで、ｘは
０．１〜０．４の範囲内の数である）からなる。
の閉込め層は活性領域１４を閉じ込めるため、および、
光キャビティの長さ（Ｌ）（すなわち、活性領域の厚さ
）を調節するために配設されている。光キャビティ長さ
は２Ｌ＝Ｎ・λでなければならない。ここで、Ｎは整数
であり、λはレーザの動作光波長である。一般的に、各
閉込め層の厚さは０〜３μｍの範囲内である。構造的干
渉性を得るために、閉込め層の厚さはλ／２またはλ／
４の倍数でなければならない。好ましい実施例では、閉
じ込め領域はＡｌｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ（ここで、ｘは
０．１〜０．４の範囲内の数である）からなる。
【００１５】活性領域１４は、電子（−）と正孔（＋）
が再結合し、適当な励起下でレーザ発光を起こす領域で
ある。好ましい実施例では、活性領域は低濃度にドープ
された（１×１０１６〜５×１０１７ｃｍ−３）ＧａＡ
ｓ層であり、その厚さは０．１〜１μｍの範囲内である
。この単一層は、厚さが約１〜３０ｎｍの狭ギャップ半
導体からなり、広ギャップ半導体により閉じ込められた
量子井戸（ＱＷ）構造と置き換えることもできる。別法
として、活性領域を形成するこの単一層は極めて薄いバ
リヤを有する多重量子井戸構造である超格子構造で置き
換えることもできる。
が再結合し、適当な励起下でレーザ発光を起こす領域で
ある。好ましい実施例では、活性領域は低濃度にドープ
された（１×１０１６〜５×１０１７ｃｍ−３）ＧａＡ
ｓ層であり、その厚さは０．１〜１μｍの範囲内である
。この単一層は、厚さが約１〜３０ｎｍの狭ギャップ半
導体からなり、広ギャップ半導体により閉じ込められた
量子井戸（ＱＷ）構造と置き換えることもできる。別法
として、活性領域を形成するこの単一層は極めて薄いバ
リヤを有する多重量子井戸構造である超格子構造で置き
換えることもできる。
【００１６】高濃度にドープされたコンタクト層１６は
厚さが０．０１〜０．１μｍであり、第２の閉込め層と
ミラー／電極ドット１７との間の非合金オーミックコン
タクトの形成を容易にするために配設されている。一般
的に、コンタクト層１６のドープ濃度は１×１０１９〜
５×１０２０ｃｍ−３の範囲内である。
厚さが０．０１〜０．１μｍであり、第２の閉込め層と
ミラー／電極ドット１７との間の非合金オーミックコン
タクトの形成を容易にするために配設されている。一般
的に、コンタクト層１６のドープ濃度は１×１０１９〜
５×１０２０ｃｍ−３の範囲内である。
【００１７】ドット１７は金属からなり、これは、前面
ミラーとして、また、前面電極として同時に機能し、ミ
ラー／電極を通して発光を起こす。本発明によれば、導
電性材料はＡｇおよびＡｌのような金属から選択される
。このような金属は、５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内の厚さ
に堆積された時、半透明および半反射特性を示す。この
場合、反射率（Ｒ）は２０〜９９％の範囲内であり、透
過率（Ｔ）は８０〜１％の範囲内である。ミラー／電極
１７は非合金オーミックコンタクトである。このような
コンタクトは、１００〜５００℃、好ましくは、１００
〜２５０℃の範囲内の温度で蒸着により堆積される。蒸
着温度が高くなるほど半導体中で金属が望ましくない合
金形成を起こし、粗い界面形態を形成し、金属ミラー／
電極の反射特性を劣化させる。
ミラーとして、また、前面電極として同時に機能し、ミ
ラー／電極を通して発光を起こす。本発明によれば、導
電性材料はＡｇおよびＡｌのような金属から選択される
。このような金属は、５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内の厚さ
に堆積された時、半透明および半反射特性を示す。この
場合、反射率（Ｒ）は２０〜９９％の範囲内であり、透
過率（Ｔ）は８０〜１％の範囲内である。ミラー／電極
１７は非合金オーミックコンタクトである。このような
コンタクトは、１００〜５００℃、好ましくは、１００
〜２５０℃の範囲内の温度で蒸着により堆積される。蒸
着温度が高くなるほど半導体中で金属が望ましくない合
金形成を起こし、粗い界面形態を形成し、金属ミラー／
電極の反射特性を劣化させる。
【００１８】厚さが１〜１０μｍの金属電極１８は基板
１１の底面（後面）に形成され、活性領域を通して垂直
に流れる電流を形成し、レーザ発光を起こさせる。本発
明のレーザは、例えば、レーザの形成材料を汚染しない
銅またはその他の伝熱性材料からなるヒートシンクプレ
ートと接触する電極１８に配設することもできる。
１１の底面（後面）に形成され、活性領域を通して垂直
に流れる電流を形成し、レーザ発光を起こさせる。本発
明のレーザは、例えば、レーザの形成材料を汚染しない
銅またはその他の伝熱性材料からなるヒートシンクプレ
ートと接触する電極１８に配設することもできる。
【００１９】ミラー性能の効率を高めるために、ｐ＋
形ドープ層（１×１０１８〜５×１０１９ｃｍ−３）を
有すること以外は後面ミラー１２における対と同様な、
高屈折率／低屈折率材料の層を２〜２０対有する１／４
波長スタック２１（図８参照）を閉込め層１５と高濃度
にドープされたコンタクト層１６の間に間挿することも
できる。スタック２１は、特に、金属層の厚さが２０ｎ
ｍ未満の場合に、上面ミラーの反射率を高めるために間
挿される。
形ドープ層（１×１０１８〜５×１０１９ｃｍ−３）を
有すること以外は後面ミラー１２における対と同様な、
高屈折率／低屈折率材料の層を２〜２０対有する１／４
波長スタック２１（図８参照）を閉込め層１５と高濃度
にドープされたコンタクト層１６の間に間挿することも
できる。スタック２１は、特に、金属層の厚さが２０ｎ
ｍ未満の場合に、上面ミラーの反射率を高めるために間
挿される。
【００２０】半導体層１２〜１６は、有機金属気相エピ
タキシャル法（ＭＯＶＰＥ）、有機金属化学気相成長法
（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ
）若しくは水素化物気相エピタキシャル法（ＶＰＥ）な
どのような公知の方法により基板１１上に成長させるこ
とができる。好ましい実施例では、ＶＣＳＥＬ構造体は
、高濃度にドープされた基板１１上に、バリアン ゲ
ン ＩＩ（Ｖａｒｉａｎ Ｇｅｎ ＩＩ） 分子線エ
ピタキシャル装置により、分子線エピタキシャル法（Ｍ
ＢＥ）に従って成長される。層１２〜１６を成長させた
後、部分的に形成された構造体を別の高真空チャンバに
移し、ここで、金属層を堆積させ、所望の反射率および
透過率を得るのに十分な厚さの非合金オーミックコンタ
クトを形成させる。その後、標準的な光リソグラフ技術
を使用し、円形金属ドット１７を画成する。次いで、例
えば、Ｉｎからなる後面電極薄膜１８を基板１１の底面
に形成させる。最後に、レーザの後面側を、Ｉｎ電極を
介して、または、エポキシ樹脂のような接着剤により、
他のデバイスにとって普通のヒートシンクとして機能す
る銅スラブ上に配設させる。
タキシャル法（ＭＯＶＰＥ）、有機金属化学気相成長法
（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ
）若しくは水素化物気相エピタキシャル法（ＶＰＥ）な
どのような公知の方法により基板１１上に成長させるこ
とができる。好ましい実施例では、ＶＣＳＥＬ構造体は
、高濃度にドープされた基板１１上に、バリアン ゲ
ン ＩＩ（Ｖａｒｉａｎ Ｇｅｎ ＩＩ） 分子線エ
ピタキシャル装置により、分子線エピタキシャル法（Ｍ
ＢＥ）に従って成長される。層１２〜１６を成長させた
後、部分的に形成された構造体を別の高真空チャンバに
移し、ここで、金属層を堆積させ、所望の反射率および
透過率を得るのに十分な厚さの非合金オーミックコンタ
クトを形成させる。その後、標準的な光リソグラフ技術
を使用し、円形金属ドット１７を画成する。次いで、例
えば、Ｉｎからなる後面電極薄膜１８を基板１１の底面
に形成させる。最後に、レーザの後面側を、Ｉｎ電極を
介して、または、エポキシ樹脂のような接着剤により、
他のデバイスにとって普通のヒートシンクとして機能す
る銅スラブ上に配設させる。
【００２１】好ましい実施例では、本発明のＶＣＳＥＬ
はＡｌｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ／ＧａＡｓレーザ構造体で
あり、これは昇順に、厚さが１〜２μｍのＩｎ電極１８
；厚さが約５００μｍの（００１）面に配向された高ド
ープ（２×１０１８ｃｍ−３）ｎ＋ −ＧａＡｓ基板１
１；後面ミラー１２からなる。この後面ミラー１２は多
層分布反射型（ＤＢＲ）ミラーを形成する３０対のＮ＋
形（５×１０１７〜５×１０１８ ｃｍ−３ ）半導
体層の１／４波長スタックからなる。
はＡｌｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ／ＧａＡｓレーザ構造体で
あり、これは昇順に、厚さが１〜２μｍのＩｎ電極１８
；厚さが約５００μｍの（００１）面に配向された高ド
ープ（２×１０１８ｃｍ−３）ｎ＋ −ＧａＡｓ基板１
１；後面ミラー１２からなる。この後面ミラー１２は多
層分布反射型（ＤＢＲ）ミラーを形成する３０対のＮ＋
形（５×１０１７〜５×１０１８ ｃｍ−３ ）半導
体層の１／４波長スタックからなる。
【００２２】前記スタックの各対は膜厚７３ｎｍのｎ＋
−ＡｌＡｓと膜厚６０ｎｍのＡｌ０．０５Ｇａ０．９
５Ａｓからなる。このＤＢＲ構造体（後面ミラー１２）
の反射スペクトルをパーキン・エルマー（Ｐｅｒｋｉｎ
−Ｅｌｍｅｒ）ラムダ９型ＵＶ／ＶＩＳ／ＮＩＲ分光光
度計を測定したところ、〜０．８７μｍに中心がある広
い高屈折率バンドを示し、反射率は＞９９％であった。 これらの結果は計算された反射率曲線と非常によく一致
する。
−ＡｌＡｓと膜厚６０ｎｍのＡｌ０．０５Ｇａ０．９
５Ａｓからなる。このＤＢＲ構造体（後面ミラー１２）
の反射スペクトルをパーキン・エルマー（Ｐｅｒｋｉｎ
−Ｅｌｍｅｒ）ラムダ９型ＵＶ／ＶＩＳ／ＮＩＲ分光光
度計を測定したところ、〜０．８７μｍに中心がある広
い高屈折率バンドを示し、反射率は＞９９％であった。 これらの結果は計算された反射率曲線と非常によく一致
する。
【００２３】後面ミラーの次には、膜厚が約３μｍのｎ
＋ −Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ（５×１０１７ｃ
ｍ−３）からなる第１閉込め層；膜厚が約０．６μｍの
ｐ− −ＧａＡｓからなる低濃度にドープされた（５×
１０１６ｃｍ−３）活性層１４；および膜厚が約０．５
μｍのｐ＋ −Ａｌ０．３０Ｇａ０．７０Ａｓ（５×１
０１６ｃｍ−３）からなる第２閉込め層がそれぞれ続く
。これらの層の最上面に、膜厚が約０．０６２５μｍの
、薄い、高濃度にドープされた（５×１０１９ｃｍ−３
）、ｐ＋ −Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ａｓからなるコ
ンタクト層を堆積させ、オーミックコンタクトを形成さ
せる。
＋ −Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ（５×１０１７ｃ
ｍ−３）からなる第１閉込め層；膜厚が約０．６μｍの
ｐ− −ＧａＡｓからなる低濃度にドープされた（５×
１０１６ｃｍ−３）活性層１４；および膜厚が約０．５
μｍのｐ＋ −Ａｌ０．３０Ｇａ０．７０Ａｓ（５×１
０１６ｃｍ−３）からなる第２閉込め層がそれぞれ続く
。これらの層の最上面に、膜厚が約０．０６２５μｍの
、薄い、高濃度にドープされた（５×１０１９ｃｍ−３
）、ｐ＋ −Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ａｓからなるコ
ンタクト層を堆積させ、オーミックコンタクトを形成さ
せる。
【００２４】直径が約２０μｍの銀（Ａｇ）のドット１
７を、約５〜５０ｎｍ、好ましくは３５ｎｍの厚さで、
非合金オーミックコンタクトを形成する条件下で、コン
タクト層１６の上面に形成させる。この範囲内の厚さで
は、ドット１７はレーザ発光に対して半透明であり、ド
ットをＶＣＳＥＬのミラーおよび前面電極として使用す
ることができる。銀は優れた導電性を有し、レーザ活性
材料ＧａＡｓのエネルギーバンドギャップに対応する０
．８７μｍ付近の波長で高い反射率を有するので、金属
ミラー／電極形成材料として選択される。
７を、約５〜５０ｎｍ、好ましくは３５ｎｍの厚さで、
非合金オーミックコンタクトを形成する条件下で、コン
タクト層１６の上面に形成させる。この範囲内の厚さで
は、ドット１７はレーザ発光に対して半透明であり、ド
ットをＶＣＳＥＬのミラーおよび前面電極として使用す
ることができる。銀は優れた導電性を有し、レーザ活性
材料ＧａＡｓのエネルギーバンドギャップに対応する０
．８７μｍ付近の波長で高い反射率を有するので、金属
ミラー／電極形成材料として選択される。
【００２５】バリアン ゲン ＩＩ（Ｖａｒｉａｎ
Ｇｅｎ ＩＩ） 分子線エピタキシャル装置により成
長されたレーザ構造体を透過型電子顕微鏡で分析したと
ころ、均質なＧａＡｓ活性領域と、底面ミラー構造の界
面鮮鋭度が示された。別の高真空チャンバで、１２０℃
で２０〜２００ｎｍの範囲内の様々な厚さで堆積された
Ａｇ層をＸ線θ／２θ走査を行ったところ、Ａｇ膜は多
結晶であることが示された。標準的な光リソグラフ技術
を使用し、５〜１００μｍの範囲内の直径を有する円形
Ａｇドットを画成した。 ３ＨＮＯ３ ：４Ｈ２ Ｏからなエッチング剤を使用し
、不要なＡｇ領域を蝕刻除去した。この際、コンタクト
層１６の清浄で平滑なＡｌｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ面が得
られる。
Ｇｅｎ ＩＩ） 分子線エピタキシャル装置により成
長されたレーザ構造体を透過型電子顕微鏡で分析したと
ころ、均質なＧａＡｓ活性領域と、底面ミラー構造の界
面鮮鋭度が示された。別の高真空チャンバで、１２０℃
で２０〜２００ｎｍの範囲内の様々な厚さで堆積された
Ａｇ層をＸ線θ／２θ走査を行ったところ、Ａｇ膜は多
結晶であることが示された。標準的な光リソグラフ技術
を使用し、５〜１００μｍの範囲内の直径を有する円形
Ａｇドットを画成した。 ３ＨＮＯ３ ：４Ｈ２ Ｏからなエッチング剤を使用し
、不要なＡｇ領域を蝕刻除去した。この際、コンタクト
層１６の清浄で平滑なＡｌｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ面が得
られる。
【００２６】微小なプローブを用いて、本発明のＶＣＳ
ＥＬレーザを電気的にポンピングさせ、そして、エレク
トロルミネセンス（ＥＬ）スペクトルをＳＰＥＸ１７０
２／０４分光計および光電子増倍管により分析した。電
流−電圧特性をソニー／テクトロニクス３７０プログラ
マブルカーブトレーサによりプログラムに従ってチェッ
クした。レーザダイオードの閾値電圧をＧａＡｓ利得媒
体のエネルギーバンドギャップに対して選択する。この
電圧は室温で１．４ｅＶである。閾値電圧以上では、電
流は順方向バイアスと直線的関係を維持する。このこと
は非合金Ａｇコンタクトがオーミックであることを示す
。測定は全て室温で行った。従って、特別な冷却技術は
全く使用しなかった。
ＥＬレーザを電気的にポンピングさせ、そして、エレク
トロルミネセンス（ＥＬ）スペクトルをＳＰＥＸ１７０
２／０４分光計および光電子増倍管により分析した。電
流−電圧特性をソニー／テクトロニクス３７０プログラ
マブルカーブトレーサによりプログラムに従ってチェッ
クした。レーザダイオードの閾値電圧をＧａＡｓ利得媒
体のエネルギーバンドギャップに対して選択する。この
電圧は室温で１．４ｅＶである。閾値電圧以上では、電
流は順方向バイアスと直線的関係を維持する。このこと
は非合金Ａｇコンタクトがオーミックであることを示す
。測定は全て室温で行った。従って、特別な冷却技術は
全く使用しなかった。
【００２７】直径が２０μｍで厚さが３５ｎｍのＡｇス
ポットを有するＶＣＳＥＬのＥＬスペクトルを図２に示
す。図２の曲線（ａ） は３５ｍＡのレーザ動作閾値以
下である。このスペクトルは明確なファブリ・ペロー（
ＦＰ）モードを特徴とする。ＦＰモードの半値全幅（Ｆ
ＷＨＭ）は０．７４ｎｍである。図２の曲線（ｂ） は
閾値以上のレーザ動作スペクトルを示す。レーザ動作ピ
ークの幅は０．０１ｎｍ未満であり、分光計の分解能に
より限定される。より一層鮮鋭なＦＰモードのピーク間
距離と同じピーク間距離（〜２０．６ｎｍ）を有する広
いピークは、Ａｇスポットの側面からの自然発生的な発
光によるものと思われる。
ポットを有するＶＣＳＥＬのＥＬスペクトルを図２に示
す。図２の曲線（ａ） は３５ｍＡのレーザ動作閾値以
下である。このスペクトルは明確なファブリ・ペロー（
ＦＰ）モードを特徴とする。ＦＰモードの半値全幅（Ｆ
ＷＨＭ）は０．７４ｎｍである。図２の曲線（ｂ） は
閾値以上のレーザ動作スペクトルを示す。レーザ動作ピ
ークの幅は０．０１ｎｍ未満であり、分光計の分解能に
より限定される。より一層鮮鋭なＦＰモードのピーク間
距離と同じピーク間距離（〜２０．６ｎｍ）を有する広
いピークは、Ａｇスポットの側面からの自然発生的な発
光によるものと思われる。
【００２８】ＦＭモードのＦＷＨＭはＡｇミラーが薄く
なるほど、大きくなる。ＦＰモードの細かさから、Ａｇ
、空気およびＡｌ０．１０Ｇａ０．９０Ａｓの既知の光
学定数を用いて、異なる厚さのＡｇミラーの反射率が算
出される（図３参照）。底面ミラーの反射率は計算上一
定として選択する（エム・ボーン（Ｍ．Ｂｏｒｎ）およ
びイー・ボルフ（Ｅ．Ｗｏｌｆ）の“プリンシプルス
オブ オプチックス（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ
Ｏｐｔｉｃｓ） ，第６版（ニューヨーク州のペル
ガモン出版から１９８０年に発行）６２８〜６３１頁参
照）。Ａｇ膜厚が〜４０ｎｍ未満になると、反射率は急
激に減少する。広いピークのＦＷＨＭから、〜４０％の
反射率が得られる。この値はＧａＡｓと空気との間の反
射率に匹敵する。
なるほど、大きくなる。ＦＰモードの細かさから、Ａｇ
、空気およびＡｌ０．１０Ｇａ０．９０Ａｓの既知の光
学定数を用いて、異なる厚さのＡｇミラーの反射率が算
出される（図３参照）。底面ミラーの反射率は計算上一
定として選択する（エム・ボーン（Ｍ．Ｂｏｒｎ）およ
びイー・ボルフ（Ｅ．Ｗｏｌｆ）の“プリンシプルス
オブ オプチックス（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ
Ｏｐｔｉｃｓ） ，第６版（ニューヨーク州のペル
ガモン出版から１９８０年に発行）６２８〜６３１頁参
照）。Ａｇ膜厚が〜４０ｎｍ未満になると、反射率は急
激に減少する。広いピークのＦＷＨＭから、〜４０％の
反射率が得られる。この値はＧａＡｓと空気との間の反
射率に匹敵する。
【００２９】Ａｇミラーの厚さが２００ｎｍの場合、広
いピークだけが見られ、鮮鋭なＦＰモードは認められな
い。図３に示された２００ｎｍＡｇ厚における反射率は
Ａｇの光学データを用いて計算することにより得られる
。 パルス動作以下のレーザ動作閾値とＡｇミラーの厚さと
の関係を図４に示す。Ａｇミラーの直径は２０μｍであ
る。レーザ動作閾値電流はＡｇミラーの厚さが低下する
につれて上昇する。この現象は、Ａｇ膜厚の減少による
反射率の減少（図３参照）により定性的に説明すること
ができる。
いピークだけが見られ、鮮鋭なＦＰモードは認められな
い。図３に示された２００ｎｍＡｇ厚における反射率は
Ａｇの光学データを用いて計算することにより得られる
。 パルス動作以下のレーザ動作閾値とＡｇミラーの厚さと
の関係を図４に示す。Ａｇミラーの直径は２０μｍであ
る。レーザ動作閾値電流はＡｇミラーの厚さが低下する
につれて上昇する。この現象は、Ａｇ膜厚の減少による
反射率の減少（図３参照）により定性的に説明すること
ができる。
【００３０】図５は上面のＡｇミラーからの光出力と励
起電流との関係を示す。光出力は、０．８５μｍ付近で
較正されたＡＮＤＯ ＡＱ−１１２５光出力計により
測定した。Ａｇミラーの直径は２０μｍで、厚さは３０
ｎｍであった。１％デューティサイクル（１００ｎｓ，
０．１ＭＨｚ）の注入電流パルスをレーザダイオードに
加えた。１１．５ｍＷの最大出力以下では出力飽和は認
められなかった。０．８６μｍのレーザ動作波長で５４
％の外部微分量子効率が得られる０．７６ｍＷ／ｍＡの
大きな勾配値が達成された。２３〜１００ｎｍの範囲内
の様々なＡｇ膜厚における量子効率を図７に示す。
起電流との関係を示す。光出力は、０．８５μｍ付近で
較正されたＡＮＤＯ ＡＱ−１１２５光出力計により
測定した。Ａｇミラーの直径は２０μｍで、厚さは３０
ｎｍであった。１％デューティサイクル（１００ｎｓ，
０．１ＭＨｚ）の注入電流パルスをレーザダイオードに
加えた。１１．５ｍＷの最大出力以下では出力飽和は認
められなかった。０．８６μｍのレーザ動作波長で５４
％の外部微分量子効率が得られる０．７６ｍＷ／ｍＡの
大きな勾配値が達成された。２３〜１００ｎｍの範囲内
の様々なＡｇ膜厚における量子効率を図７に示す。
【００３１】図６は７０ｎｍ以下のＡｇ膜厚を有するＡ
ｇミラーの反射率、透過率および吸収率の間の関係を示
す。これらのパラメータの合計は常に１００％になる。 図６に示された３本の曲線はＡｇ、空気およびＡｌ０．
１０Ｇａ０．９０Ａｓの既知の光学定数を用い、かつ、
底面（後面）ミラーの反射率を一定として算出された（
エム・ボーンらの前掲書参照）。吸収率曲線と透過率曲
線を比較すると、膜厚が＜５０ｎｍでは吸収率よりも透
過率のほうが大きいことがわかる。このような厚さだけ
が上面（前面）Ａｇミラーからのレーザ発光の場合に有
用である。
ｇミラーの反射率、透過率および吸収率の間の関係を示
す。これらのパラメータの合計は常に１００％になる。 図６に示された３本の曲線はＡｇ、空気およびＡｌ０．
１０Ｇａ０．９０Ａｓの既知の光学定数を用い、かつ、
底面（後面）ミラーの反射率を一定として算出された（
エム・ボーンらの前掲書参照）。吸収率曲線と透過率曲
線を比較すると、膜厚が＜５０ｎｍでは吸収率よりも透
過率のほうが大きいことがわかる。このような厚さだけ
が上面（前面）Ａｇミラーからのレーザ発光の場合に有
用である。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のＶＣＳＥ
Ｌにおけるレーザ動作キャビティは活性層、底面（後面
）ミラーおよび上面（前面）金属ミラーからなる。前記
底面（後面）ミラーは１／４波長多層分布反射型（ＤＢ
Ｒ）構造体を形成する複数個の半導体層対のスタック（
積重体）からなる。また、前記上面（前面）金属ミラー
はレーザのレーザ動作発光に対して半透明であり、しか
も、上面ミラーを通してレーザ動作発光を起こす上面電
極としても機能する。金属ミラー／電極からの光出力は
高い微分量子効率を発生する。例えば、ＧａＡｓ活性層
を有するＶＣＳＥＬの場合、前面の金属ミラー／電極側
からの光出力は５４％もの高さの外部微分量子効率を発
生する。これはＶＣＳＥＬ構造体で得られた最高の量子
効率である。従来のＶＣＳＥＬ構造体の一般的な量子効
率は１０〜３０％程度である。本発明のＶＣＳＥＬデバ
イスはプレーナ技術により容易に製造することができる
。
Ｌにおけるレーザ動作キャビティは活性層、底面（後面
）ミラーおよび上面（前面）金属ミラーからなる。前記
底面（後面）ミラーは１／４波長多層分布反射型（ＤＢ
Ｒ）構造体を形成する複数個の半導体層対のスタック（
積重体）からなる。また、前記上面（前面）金属ミラー
はレーザのレーザ動作発光に対して半透明であり、しか
も、上面ミラーを通してレーザ動作発光を起こす上面電
極としても機能する。金属ミラー／電極からの光出力は
高い微分量子効率を発生する。例えば、ＧａＡｓ活性層
を有するＶＣＳＥＬの場合、前面の金属ミラー／電極側
からの光出力は５４％もの高さの外部微分量子効率を発
生する。これはＶＣＳＥＬ構造体で得られた最高の量子
効率である。従来のＶＣＳＥＬ構造体の一般的な量子効
率は１０〜３０％程度である。本発明のＶＣＳＥＬデバ
イスはプレーナ技術により容易に製造することができる
。
【図１】（Ａ）は半透明前面ミラー／電極を有するＶＣ
ＳＥＬの模式図、（Ｂ）は（Ａ）のレーザのエネルギー
バンド模式図、（Ｃ）は（Ａ）のレーザの材料の屈折率
プロファイルの模式図である。
ＳＥＬの模式図、（Ｂ）は（Ａ）のレーザのエネルギー
バンド模式図、（Ｃ）は（Ａ）のレーザの材料の屈折率
プロファイルの模式図である。
【図２】直径２０μｍ、厚さ４５ｎｍのＡｇドットの閾
値電流以下（ａ）および以上（ｂ）におけるエレクトロ
ルミネッセンス（ＥＬ）の、光強度（Ｉ）に対する波長
λの関係を示す特性図である。
値電流以下（ａ）および以上（ｂ）におけるエレクトロ
ルミネッセンス（ＥＬ）の、光強度（Ｉ）に対する波長
λの関係を示す特性図である。
【図３】Ａｇミラーに対するファブリ・ペロー（ＦＰ）
モードの反射率（Ｒ）と半値全幅（ＦＷＨＭ）の関係を
示す特性図である。
モードの反射率（Ｒ）と半値全幅（ＦＷＨＭ）の関係を
示す特性図である。
【図４】直径２０μｍのＡｇミラーの膜厚に対するレー
ザ動作閾値電流の関係を示す特性図である。
ザ動作閾値電流の関係を示す特性図である。
【図５】１％のデューティサイクル（０．１ＭＨｚ ，
１００ｎｓ）における、直径２０μｍ、厚さ３０ｎｍの
Ａｇドットを有するＶＣＳＥＬのポンピング電流に対す
る光出力の関係を示す特性図である。
１００ｎｓ）における、直径２０μｍ、厚さ３０ｎｍの
Ａｇドットを有するＶＣＳＥＬのポンピング電流に対す
る光出力の関係を示す特性図である。
【図６】Ａｇ膜厚に対する反射率、透過率および吸収率
の関係を示す特性図である。
の関係を示す特性図である。
【図７】Ａｇ前面ミラーの膜厚に対する外部微分量子効
率の関係を示す特性図である。
率の関係を示す特性図である。
【図８】活性領域とミラー／電極との間に間挿された追
加のミラースタックを有する図１の（Ａ）のＶＣＳＥＬ
の模式図である。
加のミラースタックを有する図１の（Ａ）のＶＣＳＥＬ
の模式図である。
１０ ＶＣＳＥＬ
１１ 基板
１２ １／４波長スタック
１３ 第１の閉込め層
１４ 活性層
１５ 第２の閉込め層
１６ コンタクト層
１７ 金属ドット
１８ 導電性層
２１ 追加の１／４波長スタック
Claims (20)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓ，ＧａＩｎＡ
ｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＰＡｓおよびその他の関連するＩ
ＩＩ−Ｖ 族およびＩＩ−ＶＩ 族化合物半導体からな
る群から選択される少なくとも１種類の半導体、光輻射
線を発生する活性領域と前記輻射線を反射する後面ミラ
ーを含む複数個の層からなる半導体垂直キャビティ面発
光レーザにおいて、前記レーザは、前記半導体本体に非
合金オーミックコンタクトを形成し、同時に、レーザの
前面電極としても機能する金属の前面ミラー；および、
前面ミラーと協力して、活性領域に対して概ね垂直な方
向で、しかも、光輻射線の伝搬方向に対して概ね平行な
方向に励起電流を流すための後面電極；を更に含み；前
記前面ミラーは、活性領域に対して垂直な方向に前面ミ
ラーを通して光輻射線を透過させることのできる厚さに
堆積された高反射性の金属層からなり、前記金属層は銀
およびアルミニウムからなる群から選択される金属から
なり、膜厚は５〜５０ｎｍの範囲内である；ことを特徴
とする半導体垂直キャビティ面発光レーザ。 - 【請求項２】 前記半透明金属層は銀からなる請求項
１の半導体垂直キャビティ面発光レーザ。 - 【請求項３】 前記銀層の膜厚は約４０ｎｍである請
求項２の半導体垂直キャビティ面発光レーザ。 - 【請求項４】 前記後面ミラーは、異なる屈折率を有
する４分の１波長層を１０〜４０対有する多層分布反射
型ミラーである請求項１の半導体垂直キャビティ面発光
レーザ。 - 【請求項５】 前記活性領域はＧａＡｓからなり、前
記後面ミラーはＡｌＡｓとＧａＡｓおよびＡｌＡｓとＡ
ｌ０．０５Ｇａ０．９５Ａｓから選択される４分の１波
長層の対からなる請求項４の半導体垂直キャビティ面発
光レーザ。 - 【請求項６】 各対内で異なる屈折率を有する４分の
１波長層を２〜２０対有する多層分布反射型（ＤＢＲ）
構造体が活性領域と前面ミラーとの間に間挿されている
請求項１の半導体垂直キャビティ面発光レーザ。 - 【請求項７】 前記ＤＢＲ構造体はＡｌＡｓとＧａＡ
ｓおよびＡｌＡｓとＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ａｓから
選択される層対からなる請求項６の半導体垂直キャビテ
ィ面発光レーザ。 - 【請求項８】 前記半導体層は分子線エピタキシャル
法により半導体基板上に成長される請求項１の半導体垂
直キャビティ面発光レーザ。 - 【請求項９】 半導体垂直キャビティ面発光レーザに
おいて、前記半導体はＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓ，ＧａＩ
ｎＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＰＡｓおよびその他の関連す
るＩＩＩ−Ｖ 族およびＩＩ−ＶＩ 族化合物半導体か
らなる群から選択される少なくとも１種類の半導体と、
半導体基板から昇順に、前記基板上の多層分布型（ＤＢ
Ｒ）後面ミラー；光輻射線を発生する活性領域、前記活
性領域は第１および第２の閉込め層の間に閉じ込められ
ている；高濃度にドープされたコンタクト層；および、
前記コンタクト層に対して非合金オーミックコンタクト
を形成し、同時に、レーザの前面電極として機能する金
属層からなる前面ミラー、前記金属層は活性領域に対し
て垂直な方向に前面ミラーを通して光輻射線を透過させ
ることのできる厚さに堆積された高反射性の金属層から
なり、前記金属層は銀およびアルミニウムからなる群か
ら選択される金属からなり、膜厚は５〜５０ｎｍの範囲
内である；からなる複数の層とを有することを特徴とす
る半導体垂直キャビティ面発光レーザ。 - 【請求項１０】 前記金属は銀である請求項９の半導
体垂直キャビティ面発光レーザ。 - 【請求項１１】 前記銀層の膜厚は約４０ｎｍである
請求項９の半導体垂直キャビティ面発光レーザ。 - 【請求項１２】 前記後面ミラーは、各対内で異なる
屈折率を有する４分の１波長層を１０〜４０対有する多
層分布反射型ミラーである請求項９の半導体垂直キャビ
ティ面発光レーザ。 - 【請求項１３】 前記活性領域はＧａＡｓからなり、
前記後面ミラーはＡｌＡｓとＧａＡｓおよびＡｌＡｓと
Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ａｓから選択される４分の１
波長層の対からなる請求項１２の半導体垂直キャビティ
面発光レーザ。 - 【請求項１４】 各対内で異なる屈折率を有する４分
の１波長層を２〜２０対有する多層分布反射型（ＤＢＲ
）構造体が活性領域と前面ミラーとの間に間挿されてい
る請求項１４の半導体垂直キャビティ面発光レーザ。 - 【請求項１５】 前記ＤＢＲ構造体はＡｌＡｓとＧａ
ＡｓおよびＡｌＡｓとＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ａｓか
ら選択される層対からなる請求項１４の半導体垂直キャ
ビティ面発光レーザ。 - 【請求項１６】 前記半導体層は分子線エピタキシャ
ル法により半導体基板上に成長される請求項９の半導体
垂直キャビティ面発光レーザ。 - 【請求項１７】 半導体垂直キャビティ面発光レーザ
において、前記半導体はＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓ，Ｇａ
ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＰＡｓおよびその他の関連
するＩＩＩ−Ｖ 族およびＩＩ−ＶＩ 族化合物半導体
からなる群から選択される少なくとも１種類の半導体、
光輻射線を発生する活性領域、前記輻射線を反射する後
面ミラー、活性領域に対して垂直な方向に前記輻射線を
部分的に反射し、かつ、部分的に透過する前面ミラー（
この前面ミラーは半導体本体に非合金オーミックコンタ
クトを形成し、同時に、レーザの前面電極として機能す
る金属からなる）、および、前面ミラーと協力して、活
性領域に対して概ね垂直な方向で、しかも、光輻射線の
伝搬方向に対して概ね平行な方向に励起電流を流すため
の後面電極を含む複数個の層からなり、前記前面ミラー
は、銀およびアルミニウムからなる群から選択される高
反射性の金属層からなり、膜厚は５〜５０ｎｍの範囲内
である；ことを特徴とする半導体垂直キャビティ面発光
レーザ。 - 【請求項１８】 前記前面ミラー金属は銀からなる請
求項１７の半導体垂直キャビティ面発光レーザ。 - 【請求項１９】 前記銀層の膜厚は約４０ｎｍである
請求項１８の半導体垂直キャビティ面発光レーザ。 - 【請求項２０】 前記半導体層は分子線エピタキシャ
ル法により半導体基板上に成長される請求項１７の半導
体垂直キャビティ面発光レーザ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/526,204 US5068868A (en) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | Vertical cavity surface emitting lasers with electrically conducting mirrors |
| US526204 | 1990-05-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04229688A true JPH04229688A (ja) | 1992-08-19 |
| JP2598179B2 JP2598179B2 (ja) | 1997-04-09 |
Family
ID=24096368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3140640A Expired - Fee Related JP2598179B2 (ja) | 1990-05-21 | 1991-05-17 | 半導体垂直キャビティ面発光レーザ |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5068868A (ja) |
| EP (1) | EP0458493B1 (ja) |
| JP (1) | JP2598179B2 (ja) |
| KR (1) | KR0142585B1 (ja) |
| CA (1) | CA2039068C (ja) |
| DE (1) | DE69105037T2 (ja) |
| HK (1) | HK137195A (ja) |
| SG (1) | SG31195G (ja) |
| TW (1) | TW198147B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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