JPH0442589A - 面発光半導体レーザ素子 - Google Patents
面発光半導体レーザ素子Info
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- JPH0442589A JPH0442589A JP15084990A JP15084990A JPH0442589A JP H0442589 A JPH0442589 A JP H0442589A JP 15084990 A JP15084990 A JP 15084990A JP 15084990 A JP15084990 A JP 15084990A JP H0442589 A JPH0442589 A JP H0442589A
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- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 9
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 11
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- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
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Classifications
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- 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]
- H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
-
- 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
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- H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
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〕
本発明は高抵抗層に埋め込まれた半導体活性層の支持板
に平行な両端面にそれぞれ半導体多層膜反射鏡が接し、
支持板面に垂直方向に光が取り出される面発光半導体レ
ーザ素子に関する。
に平行な両端面にそれぞれ半導体多層膜反射鏡が接し、
支持板面に垂直方向に光が取り出される面発光半導体レ
ーザ素子に関する。
面発光レーザは、基板に垂直に光を取り出すもので、基
板に平行に光を取り出す通常の半導体レーザに較べて単
一縦モード動作、大放射面積、狭出射角、２次元アレー
化可能など、多くの利点があり、近年開発が進められて
いる０面発光レーザでは、結晶のへき開面が利用できず
、誘電体反射膜等を用いてファプリーペロー共振器が作
られている。最近、第３５回応用物理関係連合講演会（
１９８９年春）に講演番号Ｚ ｐ−２Ｃ−１３にて用島
らにより半導体多層膜ではさみこんだ分布反射（ＤＢＲ
）型構造を有する面発光レーザが報告されている。この
レーザでは、活性層、クラシト層形成と同じプロセスで
共振器が形成でき、また通常のＤＢＲレーザと同様に波
長選択性、高反射率化が図れる長所がある。第２図は半
導体多層膜反射鏡を有するＭＧａＡｓ系面発光レーザの
一例の構造を示し、−面にｎ電極１を有するｎ型半導体
基体２の上には、両端面に半導体多層膜反射鏡３１およ
び３２の接する半導体活性層４が高抵抗埋め込み層５に
囲まれており、上部半導体多層膜反射鏡３２には中央に
光の出口となる開口部を有するｐキャン１層６およびｐ
リング電極７が設けられている。半導体多層膜反射鏡３
１．３２は、屈折率３．６のＡｊ ６． ＋Ｇａｏ、ｑ
Ａｓ膜と屈折率２．９のＡｊＡｓ膜とを、それぞれレー
ザ光の波長を２としたときのλ／４の膜厚で２５対積重
ねて多層膜としたものである。
板に平行に光を取り出す通常の半導体レーザに較べて単
一縦モード動作、大放射面積、狭出射角、２次元アレー
化可能など、多くの利点があり、近年開発が進められて
いる０面発光レーザでは、結晶のへき開面が利用できず
、誘電体反射膜等を用いてファプリーペロー共振器が作
られている。最近、第３５回応用物理関係連合講演会（
１９８９年春）に講演番号Ｚ ｐ−２Ｃ−１３にて用島
らにより半導体多層膜ではさみこんだ分布反射（ＤＢＲ
）型構造を有する面発光レーザが報告されている。この
レーザでは、活性層、クラシト層形成と同じプロセスで
共振器が形成でき、また通常のＤＢＲレーザと同様に波
長選択性、高反射率化が図れる長所がある。第２図は半
導体多層膜反射鏡を有するＭＧａＡｓ系面発光レーザの
一例の構造を示し、−面にｎ電極１を有するｎ型半導体
基体２の上には、両端面に半導体多層膜反射鏡３１およ
び３２の接する半導体活性層４が高抵抗埋め込み層５に
囲まれており、上部半導体多層膜反射鏡３２には中央に
光の出口となる開口部を有するｐキャン１層６およびｐ
リング電極７が設けられている。半導体多層膜反射鏡３
１．３２は、屈折率３．６のＡｊ ６． ＋Ｇａｏ、ｑ
Ａｓ膜と屈折率２．９のＡｊＡｓ膜とを、それぞれレー
ザ光の波長を２としたときのλ／４の膜厚で２５対積重
ねて多層膜としたものである。
ｋｌ ｏ、 ｔＧａｏ、ｑＡｓｌＩｌとＡｊＡｓ膜を交
互に積重ねた半導体多層膜反射鏡３１．３２は、膜厚方
向に第３図（ａ）に示すような階段状の屈折率分布を示
す、理想的なりＢＲ型あるいは分布帰還（ＤＦＢ）型レ
ーザでは、第３図中）に示すような正弦波状の屈折率分
布を有することが必要で、第３図（ａ＞のような階段状
分布では波長選択性等の特性が十分でない６通常構造の
半導体レーザでは、クラッド層の厚さを周期的に変えて
、正弦波状の屈折率分布を形成することができるが、半
導体多層膜反射鏡に正弦波状屈折率分布を持たせること
は容易ではない。
互に積重ねた半導体多層膜反射鏡３１．３２は、膜厚方
向に第３図（ａ）に示すような階段状の屈折率分布を示
す、理想的なりＢＲ型あるいは分布帰還（ＤＦＢ）型レ
ーザでは、第３図中）に示すような正弦波状の屈折率分
布を有することが必要で、第３図（ａ＞のような階段状
分布では波長選択性等の特性が十分でない６通常構造の
半導体レーザでは、クラッド層の厚さを周期的に変えて
、正弦波状の屈折率分布を形成することができるが、半
導体多層膜反射鏡に正弦波状屈折率分布を持たせること
は容易ではない。
本発明の目的は、上述の困難を打破して連続的な正弦波
状屈折率分布を有する半導体多層膜を備えた面発光半導
体レーザ素子を提供することにある。
状屈折率分布を有する半導体多層膜を備えた面発光半導
体レーザ素子を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明は高抵抗層に埋め
込まれた半導体活性層の基板に平行な両端面にそれぞれ
ｐ形およびｎ形の半導体多層膜反射鏡が接し、基板面に
垂直方向に光が取り出される面発光半導体レーザ素子に
おいて、半導体多層膜反射鏡がｍ、ｎをそれぞれＡｊＡ
ｓ、 ＧａＡｓの層数とし、ｍ＋ｎ＝２０であるような
ＡｊＡｓ層およびＧａＡｓ層よりなる （Ａｆ Ａｓ
） ｗｈ （ＧａＡｓ） 、超格子層を、ｍ、ｆｌを１
周期の厚さが取り出される光の波長の半分となるように
周期的に順次変化させて積重ねてなるものとする。
込まれた半導体活性層の基板に平行な両端面にそれぞれ
ｐ形およびｎ形の半導体多層膜反射鏡が接し、基板面に
垂直方向に光が取り出される面発光半導体レーザ素子に
おいて、半導体多層膜反射鏡がｍ、ｎをそれぞれＡｊＡ
ｓ、 ＧａＡｓの層数とし、ｍ＋ｎ＝２０であるような
ＡｊＡｓ層およびＧａＡｓ層よりなる （Ａｆ Ａｓ
） ｗｈ （ＧａＡｓ） 、超格子層を、ｍ、ｆｌを１
周期の厚さが取り出される光の波長の半分となるように
周期的に順次変化させて積重ねてなるものとする。
Ａｌｘ Ｇａｔ−ｘ Ａｓの屈折率はＸが大きくなるに
つれて小さくなる。 ＡＩＡａ、ＧａＡｓの層数をそれ
ぞれ一１ｎとする （ＭＡｓ ）ｓ （ＧａＡｓ）ｍ超
格子はｍを大きくするにつれてＡｊ、 Ｇａ１−ｘ Ａ
７のＸが大きくなるのと等価であり、−２ｎの周期的変
化によってＭ。Ｇａｐ−、Ａｌのりの組成変化と同等の
屈折率変化が得られ、ｍｎの組合わせで正弦波状の屈折
率分布をもつＤＢＲ面発光レーザ用多層膜反射鏡を形成
することができる。
つれて小さくなる。 ＡＩＡａ、ＧａＡｓの層数をそれ
ぞれ一１ｎとする （ＭＡｓ ）ｓ （ＧａＡｓ）ｍ超
格子はｍを大きくするにつれてＡｊ、 Ｇａ１−ｘ Ａ
７のＸが大きくなるのと等価であり、−２ｎの周期的変
化によってＭ。Ｇａｐ−、Ａｌのりの組成変化と同等の
屈折率変化が得られ、ｍｎの組合わせで正弦波状の屈折
率分布をもつＤＢＲ面発光レーザ用多層膜反射鏡を形成
することができる。
以下図を引用して本発明の実施例について説明する。第
１図は第２図の半導体多層膜反射鏡３１゜３２の層構造
単位を示す０図中に記入されているように、各層１１〜
２９は（ＡｊＡｓ ）ｎ （ＧａＡｓ）、の超格子構造
のｍ、ｎをｍ＋ｎ＝２０の条件下で順次変化させたもの
である。同−ｍ、ｎに対する超格子構造はつづけて２回
繰り返し形成する。すなわち（ｍ＝２．ｎ−１８）の層
１１よりｍを２ずつ増し、ｎを２ずつ減らして （ｍ
−２０，ｎ−０）の層２０に達し、ついでｍを２ずつ減
らし、ｎを２ずつ増して再び（ｍ−２，ｎ−１８）の層
２９に達する。（Ａ１＾５）ｓ（ＧａＡｓ）、はＭユＧ
ａｘＡｓと等価であるから屈折率はＡｌ ｏ、 ＋Ｇａ
＊、ｑＡｓの３．６からＡｌＡｓの２．９まマノ間で往
復することになる。活性層４がｐ系のＡｊ＠１１Ｇａｓ
、 ＠５Ａｓよりなるときは、その発光波長λ−７８０
ｎｍに対し、層１１から層２９までの厚さはλ／ ２
＝３９０ｎｍにされる。このような厚さを得るため、前
述のように同一超格子構造を２回連続して繰り返し形成
する。このような層構造単位を繰り返し、周期的な屈折
率変化を得る。
１図は第２図の半導体多層膜反射鏡３１゜３２の層構造
単位を示す０図中に記入されているように、各層１１〜
２９は（ＡｊＡｓ ）ｎ （ＧａＡｓ）、の超格子構造
のｍ、ｎをｍ＋ｎ＝２０の条件下で順次変化させたもの
である。同−ｍ、ｎに対する超格子構造はつづけて２回
繰り返し形成する。すなわち（ｍ＝２．ｎ−１８）の層
１１よりｍを２ずつ増し、ｎを２ずつ減らして （ｍ
−２０，ｎ−０）の層２０に達し、ついでｍを２ずつ減
らし、ｎを２ずつ増して再び（ｍ−２，ｎ−１８）の層
２９に達する。（Ａ１＾５）ｓ（ＧａＡｓ）、はＭユＧ
ａｘＡｓと等価であるから屈折率はＡｌ ｏ、 ＋Ｇａ
＊、ｑＡｓの３．６からＡｌＡｓの２．９まマノ間で往
復することになる。活性層４がｐ系のＡｊ＠１１Ｇａｓ
、 ＠５Ａｓよりなるときは、その発光波長λ−７８０
ｎｍに対し、層１１から層２９までの厚さはλ／ ２
＝３９０ｎｍにされる。このような厚さを得るため、前
述のように同一超格子構造を２回連続して繰り返し形成
する。このような層構造単位を繰り返し、周期的な屈折
率変化を得る。
第４図はこの半導体多層膜反射鏡を用いてＡＩ（、ａ１
４５系面発光半導体レーザ素子を作製する工程を示し、
第２図と共通の部分には同一の符号が付されている。ま
ず、厚さ１ＱＱｎ、キャリア密度ｌＸｌ０”ロー３のｎ
−ＧａＡｓ基板２の上にＡ Ｌ Ｅ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌ
ａｙｅｒＥｐ＋ ｔａｘｙ）技術を用いた分子線気相成
長法（ＭＢＥ法）で第１図に示した積層超格子層を４０
周期作成して半導体多層膜反射ｔＩ１．３１を形成した
。各層にはＳｓをＩ Ｘ １０”ｗ−’レベルドーピン
グしてｎ型の低抵抗とした１次に、厚さ３μ、キャリア
密度１×１０′７１−３のｐ” ＠、 Ｉｓ Ｇａｓ、
Ｉｓ Ａｓ活性層４を形成する（第４図（ａ））、こ
のあと、基板上全面にＳｔｏｗ膜を形成し、中央の直径
１０Ｍの円形部分以外をエツチングにより除去したのち
、残ったＳｉＯ□膜をマスクにして活性層４の外周部分
を除去し、残った円形の活性層４を厚さ３−１抵抗率１
０ｈＱａ１以上の高抵抗ＩＪ ｏ、 ５Ｇａｏ、ｓＡ９
層５で埋め込み、ＳｉＯ□マスクを除去した（第４図（
ｈｌ）、さらに、再び第１図に示した積層超格子層を４
０周期作成して半導体多層膜反射鏡３２を作成した。各
層には、Ｚｎをｌ ×１０１１１ｃＩｌ−３レベルドー
ピングしてｐ型とした （第４図（Ｃ））。
４５系面発光半導体レーザ素子を作製する工程を示し、
第２図と共通の部分には同一の符号が付されている。ま
ず、厚さ１ＱＱｎ、キャリア密度ｌＸｌ０”ロー３のｎ
−ＧａＡｓ基板２の上にＡ Ｌ Ｅ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌ
ａｙｅｒＥｐ＋ ｔａｘｙ）技術を用いた分子線気相成
長法（ＭＢＥ法）で第１図に示した積層超格子層を４０
周期作成して半導体多層膜反射ｔＩ１．３１を形成した
。各層にはＳｓをＩ Ｘ １０”ｗ−’レベルドーピン
グしてｎ型の低抵抗とした１次に、厚さ３μ、キャリア
密度１×１０′７１−３のｐ” ＠、 Ｉｓ Ｇａｓ、
Ｉｓ Ａｓ活性層４を形成する（第４図（ａ））、こ
のあと、基板上全面にＳｔｏｗ膜を形成し、中央の直径
１０Ｍの円形部分以外をエツチングにより除去したのち
、残ったＳｉＯ□膜をマスクにして活性層４の外周部分
を除去し、残った円形の活性層４を厚さ３−１抵抗率１
０ｈＱａ１以上の高抵抗ＩＪ ｏ、 ５Ｇａｏ、ｓＡ９
層５で埋め込み、ＳｉＯ□マスクを除去した（第４図（
ｈｌ）、さらに、再び第１図に示した積層超格子層を４
０周期作成して半導体多層膜反射鏡３２を作成した。各
層には、Ｚｎをｌ ×１０１１１ｃＩｌ−３レベルドー
ピングしてｐ型とした （第４図（Ｃ））。
次いで、基板２の下面全面にＡｕＧｅ／ Ａｕ ２層よ
りなるｎ電極１を、エピタキシャル層側上面にＳｉ０ｇ
膜をマスクにしてＡｕＺｎ／Ａｕ２層よりなるｐリング
電極７を形成し、オーミック特性にするためにＢ！／Ｎ
、混合気中にて４５０℃、 １０分間アニールを施した
（第４図（ｄ）） この実施例で形成した４０周期
の半導体多層膜３１．３２は共に９５％の高反射率とな
った。
りなるｎ電極１を、エピタキシャル層側上面にＳｉ０ｇ
膜をマスクにしてＡｕＺｎ／Ａｕ２層よりなるｐリング
電極７を形成し、オーミック特性にするためにＢ！／Ｎ
、混合気中にて４５０℃、 １０分間アニールを施した
（第４図（ｄ）） この実施例で形成した４０周期
の半導体多層膜３１．３２は共に９５％の高反射率とな
った。
なお、（ｋｉＡｓ ）ｍ （ＧａＡｓ）ｎのｍ−Ｑとす
るとＧａＡｓとなる。しかし、ＧａＡｓは光を吸収して
しまうため、多層膜３１．３２には組み入れない、また
、上述の実施例では、ｍ、ｎを２飛びにしたが、これに
限定されることはな（ｍ、ｎの組み合わせで容易に屈折
率分布を変えることができ、反射率の制御が可能である
。
るとＧａＡｓとなる。しかし、ＧａＡｓは光を吸収して
しまうため、多層膜３１．３２には組み入れない、また
、上述の実施例では、ｍ、ｎを２飛びにしたが、これに
限定されることはな（ｍ、ｎの組み合わせで容易に屈折
率分布を変えることができ、反射率の制御が可能である
。
本発明によれば、ＭＡｓ層とＧ−ａ Ａ ｓ層からなる
超格子構造の層数比を周期的に変化させることにより、
正弦波状などの屈折率分布を有し、反射率の高い半導体
多層膜反射鏡を制御性よく形成することができ、高出力
の面発光半導体レーザ素子を得ることができる。
超格子構造の層数比を周期的に変化させることにより、
正弦波状などの屈折率分布を有し、反射率の高い半導体
多層膜反射鏡を制御性よく形成することができ、高出力
の面発光半導体レーザ素子を得ることができる。
第１図は本発明の一実施例に用いられる半導体多層膜反
射鏡の層構造単位を概念的に示す断面図、第２図は面発
光レーザ素子の構造を示す断面図、第３図＋Ａ）、（ｂ
ｌは半導体多層膜反射鏡の二つの例を示す屈折率分布図
、第４図は本発明の一実施例の面発光レーザ素子の作製
工程を（ａｌ〜＋ｄｌの順に示す断面図である。 １：ｎ電極、２：ｎ基板、３１．３２：半導体多層膜反
射鏡、４：活性層、５：埋め込み高抵抗層、第２図 第１図 箪３図 第４図
射鏡の層構造単位を概念的に示す断面図、第２図は面発
光レーザ素子の構造を示す断面図、第３図＋Ａ）、（ｂ
ｌは半導体多層膜反射鏡の二つの例を示す屈折率分布図
、第４図は本発明の一実施例の面発光レーザ素子の作製
工程を（ａｌ〜＋ｄｌの順に示す断面図である。 １：ｎ電極、２：ｎ基板、３１．３２：半導体多層膜反
射鏡、４：活性層、５：埋め込み高抵抗層、第２図 第１図 箪３図 第４図
Claims (1)
- １）高抵抗層に埋め込まれた半導体活性層の基板に平行
な両端面にそれぞれｐ形およびｎ形の半導体多層膜反射
鏡が接し、基板面に垂直方向に光が取り出される面発光
半導体レーザ素子において、半導体多層膜反射鏡がｍ、
ｎをそれぞれＡｌＡｓ、ＧａＡｓの層数とし、ｍ＋ｎ＝
２０であるようなＡｌＡｓ層およびＧａＡｓ層よりなる
（ＡｌＡｓ）＿ｍ（ＧａＡｓ）＿ｎ超格子層を、ｍ、ｎ
を１周期の厚さが取り出される光の波長の半分となるよ
うに周期的に順次変化させて積重ねてなることを特徴と
する面発光半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15084990A JPH0442589A (ja) | 1990-06-08 | 1990-06-08 | 面発光半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15084990A JPH0442589A (ja) | 1990-06-08 | 1990-06-08 | 面発光半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0442589A true JPH0442589A (ja) | 1992-02-13 |
Family
ID=15505724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15084990A Pending JPH0442589A (ja) | 1990-06-08 | 1990-06-08 | 面発光半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0442589A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5244749A (en) * | 1992-08-03 | 1993-09-14 | At&T Bell Laboratories | Article comprising an epitaxial multilayer mirror |
| US5260589A (en) * | 1990-11-02 | 1993-11-09 | Norikatsu Yamauchi | Semiconductor device having reflecting layers made of varying unit semiconductors |
| US5264715A (en) * | 1992-07-06 | 1993-11-23 | Honeywell Inc. | Emitting with structures located at positions which prevent certain disadvantageous modes and enhance generation of light in advantageous modes |
| JPH0613711A (ja) * | 1992-03-25 | 1994-01-21 | American Teleph & Telegr Co <Att> | 面発光レーザ装置とその製造方法 |
| WO1997018581A1 (en) * | 1995-11-13 | 1997-05-22 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Low threshold microcavity light emitter |
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| JP2015115377A (ja) * | 2013-12-10 | 2015-06-22 | 株式会社リコー | 化合物半導体デバイス、光源装置、レーザ装置及び化合物半導体デバイスの製造方法 |
-
1990
- 1990-06-08 JP JP15084990A patent/JPH0442589A/ja active Pending
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