JPH04234183A - 面型光半導体素子 - Google Patents

面型光半導体素子

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JPH04234183A
JPH04234183A JP41692890A JP41692890A JPH04234183A JP H04234183 A JPH04234183 A JP H04234183A JP 41692890 A JP41692890 A JP 41692890A JP 41692890 A JP41692890 A JP 41692890A JP H04234183 A JPH04234183 A JP H04234183A
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semiconductor
semiconductor multilayer
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光伝送や光情報処理に用
いられる円筒状垂直キャビティ面発光半導体レーザなど
の面型光半導体素子に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体基板に垂直な方向に発振する面発
光半導体レーザなどの面型光半導体素子はコンピュータ
間のデータ伝送や、光コンピューティングに欠かせない
キーデバイスとなる。面発光半導体レーザとしては従来
の基板に水平に発振する半導体レーザで、端面に45°
ミラーを形成し、それによって発振光を垂直方向に折り
曲げて出すものがあるが、ここでいう面発光半導体レー
ザは本当に基板に垂直な方向に光を行き来させて発振さ
せるレーザをいう。
【0003】この様な従来の面発光半導体レーザとして
は、例えば、エレクトロニクス・レターズ(Elect
ron.Lett.)の25巻、20号、1989年の
1377〜1378頁に内容が詳述されている。この面
発光半導体レーザは、円筒状の垂直キャビティを有し、
その垂直キャビティ内において活性層は上下の半導体多
層膜によって挟まれている。このように円筒状の垂直キ
ャビティを有する従来の面発光半導体レーザの断面構造
を図3に示す。同図に於いて、100Å厚のInGaA
s(λ≒980nm)歪量子井戸から成る活性層326
の上下にはp型半導体多層膜325とn型半導体多層膜
327が形成され、それらがレーザ発振用の反射鏡とな
って、レーザ発振が起こる。図3では光がGaAsから
成るn型半導体基板328を通して、下側に出てくる。 p型半導体多層膜325はλ/4厚(λは媒質内波長)
から成るp−AlAs317,315,313,…と、
これもλ/4厚から成るp−GaAs316,314が
、15.5ペア交互に積層されて形成されている。n型
半導体多層膜327は、λ/4厚から成るn−AlAs
318,320,322と、これもλ/4厚から成るn
−GaAs319,321が24.5ペア交互に積層さ
れて形成されている。324はCrlAuから成るp型
電極であり、通常コンタクトを取るために行うアロイは
していない。 その理由は、98%近い反射率を有するAuをp型半導
体多層膜325の上につけることで、p型半導体多層膜
の層数を減らせられるからである。共振器長が短い垂直
キャビティ面発光半導体レーザでは、上下の反射鏡の反
射率を99.9%近くに上げる必要があり、そうしない
としきい値電流が上昇してしまう。半導体多層膜だけで
、高反射率のミラーを形成しようとすると、全体の層厚
が厚くなり、上下に段差が生じてプロセスが難しくなる
。図3の様に上部にノンアロイのAuをつけておけば、
それによってp型半導体多層膜325の層数が減らせら
れ、全体の高さを低く抑えることができる。330はp
−GaAsから成る位相補償用の半導体層である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図3の従来例に於ける
問題点は反射鏡として作用する半導体多層膜での光吸収
が発振しきい値に影響を及ぼし、しきい値を上昇させる
点にあった。図3ではレーザ光の波長は980nmで、
活性層326、周囲のクラッド層や半導体多層膜はそれ
よりもバンドギャップ波長の大きい材料で形成されてい
るので、一見してそこでの光吸収は、問題にならないよ
うに思えるが、実際は効く。そこでの光吸収の原因は主
としてフリー・キャリア吸収による。フリー・キャリア
吸収αfc(cm−1)は  αfc≒3×10−18 n+7×10−18 p…(
1)で表わせられる。(1)式で、n,pはそれぞれc
m−3単位で表わした電子と正孔の密度である。図3で
はn型半導体多層膜327は24.5ペア、p型半導体
多層膜325は15.5ペア形成されており、厚さにす
るとそれぞれ約3.69μm,2.26μmとなる。そ
して、キャリア濃度はp型半導体多層膜325ではAl
As,GaAsも共に2×1018cm−3である。ま
た、n型半導体多層膜327も共に2×1018cm−
3であるが、AlAsの層で実際に活性化して有効に効
くキャリア密度はそれ以下になっている。レーザの発振
しきい値Ithは光吸収損失とミラー損失の和で決まり
、また微分量子効率ηD はそれらの比で決まる。図3
では光吸収損失とミラー損失は、同じオーダの値となる
ように設計されているがηD を数10%と実用上で必
要な値を得るにはそのことが必要となる。
【0005】したがって、半導体多層膜での光吸収損失
が減らせられれば、反射率を上げる(すなわち層数を増
やす)、ことによってηD を維持したままIthを下
げられることになる。ところが、半導体多層膜では層数
を増やして反射率を上げようとすると、そこでの光吸収
損失もこれに比例して増えてしまうという問題があった
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の面型光半導体素
子は、半導体基板の上に形成され半導体多層膜反射鏡を
下部に有し、第2導電型の多層膜反射鏡を上部に有し、
それらの反射鏡の間にレーザ発振用半導体活性層を有す
る面型光半導体素子に於いて、前記半導体多層膜反射鏡
で前記レーザ発振用半導体活性層に近い側は、前記第2
導電型とは反対の第1導電型とし、また残りはノンドー
プとし、前記半導体多層膜で第1導電型とした部分に通
電用の電極が形成されていることを特徴とする。
【0007】
【作用】電流は半導体多層膜の全てを貫通せずに流すよ
うにする。本発明によれば電流経路となる所はドーピン
グして第1導電型とするが、残りはノンドープとするこ
とができる。それによって上下方向に行き来する光に対
して半導体多層膜中での光吸収を小さくでき、低しきい
値化が達成できる。
【0008】
【実施例】図1は本発明の第1の実施例を示す断面図で
ある。126はInGaAs(λ=0.98μm)から
成る活性層で、それがλ/4厚のp−AlAs113と
p−GaAs114から成る15.5ペアのp型半導体
多層膜125と、λ/4厚でn−AlAs117とn−
GaAs118の2ペアの繰り返しから成り、更にその
下にノンドープAlAs119とノンドープGaAs1
20の22.5ペアの繰り返しから成るn型半導体多層
膜127とで挟まれている。p−AlAs113とp−
GaAs114はBeドープでドープ濃度は2×101
8cm−3である。n−AlAs117とn−GaAs
118はSiドープで、ドープ濃度は2×1018cm
−3である。 ノンドープ領域116はp− でキャリア濃度は1×1
015cm−3である。MBE法で半導体層をエピタキ
シャル成長しているが、ノンドープ層はp− となる。 124はCr/Auから成るp型電極で、p−GaAs
130は位相補償用に挿入した半導体層である。n型電
極123と129はAuGeNi/Auから成り、図1
ではメサの両側に2個ある様に描いてあるがリング状(
内径40μmφ)の形をしている。また、p型半導体多
層膜125とn型半導体多層膜127の間隔は媒質内波
長λの整数倍にする必要があるが、この実施例ではλと
した。メサ径は30μmφでHClとH2 O2 をベ
ースにしたエッチング液を使って、図1の様にn−Ga
As118の表面でエッチングを止めた。AlAsとG
aAsではエッチングの選択がとれ、ALAsはGaA
sに比べて非常に速くエッチングされる。ウエハーの色
の変化を見ていれば図1の様な所でエッチングを止める
ことは極めて容易にできる。図1の実施例では電流はp
型電極124よりn−AlAs117,n−GaAs1
18を通ってn型電極123,129に流れる。一方、
光はn型半導体多層膜127の全体を見ることになるが
、24.5ペア中、22.5ペアはノンドープ領域11
6となっているので、光吸収損失はぐっと減らされるこ
とになり、しきい値電流の低減が可能となった。
【0009】図2は本発明の第2の実施例を示す断面図
である。垂直共振器型VSTEPとよばれる素子で、p
n pn 構造が上下方向に形成されており、高インピ
ーダンスのOFF状態、低インピーダンスのON状態と
2つの安定状態が電流−電圧特性に表われる。この素子
は下方向からの光入射によってスイッチングし、OFF
からONになると、レーザ発振し、下方向に光が出る。 レーザ発振を起こすために、In0.2 Ga0.8 
Asから成る活性層205が内部に形成されている。p
型半導体多層膜208とn型半導体多層膜202は、上
下方向に共振器を形成するための反射鏡として作用する
。p型半導体多層膜208は15.5ペア、n型半導体
多層膜202は24.5ペア形成されている。n型半導
体多層膜202の内、2ペアはnドープ領域220(S
T,2×1018cm−3)となっており、残りの下部
にある22.5ペアはノンドープ領域221となってい
る。InGaAs活性層205を含むメサの径は30μ
mφでp型電極215はCr/Auから成り、n型電極
216,217はAuGeNi/Auから成る。n型電
極216,217は実際には図1の場合と同様にリング
状をしておりその内径は40μmφであり、ON状態に
於ける発振しきい値電流の大幅な低減が可能になった。
【0010】
【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、半導
体多層膜中での光吸収損失を減らし、面方向へのレーザ
発振のしきい値電流を減らすことが可能な面型光半導体
素子が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す断面図。
【図2】本発明の別の実施例を示す断面図。
【図3】従来の面型光半導体素子を示す断面図。
【符号の説明】
128,328    n型半導体基板127,202
,327    n型半導体多層膜123,129,2
16,217,323,329    n型電極 126,326    活性層 125,208,325    p型半導体多層膜13
0,214,330    p−GaAs124,21
5,324    p型電極113,218,313,
315,317    p−AlAs 114,219,314,316    p−GaAs
117,220,322,320,318    n−
AlAs 118,221,321,319    n−GaAs
115,220    nドープ領域 116,221    ノンドープ領域119,222
    ノンドープAlAs120,223    ノ
ンドープGaAs224    n−GaAs基板 203    p−GaAs 204,206    i−GaAs 205    InGaAs活性層 207    n−GaAs

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  半導体基板の上に形成され半導体多層
    膜反射鏡を下部に有し、第2導電型の多層膜反射鏡を上
    部に有し、それらの反射鏡の間にレーザ発振用半導体活
    性層を有する面型光半導体素子に於いて、前記半導体多
    層膜反射鏡で、前記レーザ発振用半導体活性層に近い側
    は前記第2導電型とは反対の第1導電型とし、また残り
    はノン・ドープとし、前記半導体多層膜で第1導電型と
    した部分に通電用の電極が形成されていることを特徴と
    する面型光半導体素子。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08181391A (ja) * 1994-10-24 1996-07-12 Nec Corp 面発光レーザ及び面発光レーザアレイ及び光情報処理装置
JP2005354061A (ja) * 2004-06-07 2005-12-22 Agilent Technol Inc 熱伝導率の高い垂直共振器型面発光レーザ
JP2008098335A (ja) * 2006-10-11 2008-04-24 Fuji Xerox Co Ltd 面発光型半導体レーザおよびその製造方法
JP2010027697A (ja) * 2008-07-15 2010-02-04 Sumitomo Electric Ind Ltd 面発光半導体レーザ

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