JPH06224515A - 面発光半導体レーザ - Google Patents
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- JPH06224515A JPH06224515A JP50A JP1057793A JPH06224515A JP H06224515 A JPH06224515 A JP H06224515A JP 50 A JP50 A JP 50A JP 1057793 A JP1057793 A JP 1057793A JP H06224515 A JPH06224515 A JP H06224515A
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- emitting semiconductor
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- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/3201—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures incorporating bulkstrain effects, e.g. strain compensation, strain related to polarisation
Abstract
(57)【要約】
【目的】 面発光半導体レーザの偏波面を一方向に制御
できる面発光半導体レーザを提供する。 【構成】 メサのｘ軸方向、ｙ軸方向の側壁に、異なる
温度でＳｉＮ膜を、堆積する。この場合、ｘ軸方向の側
壁のＳｉＮ膜１９１を、ｙ方向の側壁のＳｉＮ膜１９２
よりも高い温度で堆積する。ＳｉＮの熱膨張係数は、Ｇ
ａＡｓ系半導体のそれよりも小さいので、室温では活性
層に対するｘ軸方向への引っ張り応力がｙ軸方向よりも
大きくなる。その結果、ｙ軸方向に偏波面が揃う。
できる面発光半導体レーザを提供する。 【構成】 メサのｘ軸方向、ｙ軸方向の側壁に、異なる
温度でＳｉＮ膜を、堆積する。この場合、ｘ軸方向の側
壁のＳｉＮ膜１９１を、ｙ方向の側壁のＳｉＮ膜１９２
よりも高い温度で堆積する。ＳｉＮの熱膨張係数は、Ｇ
ａＡｓ系半導体のそれよりも小さいので、室温では活性
層に対するｘ軸方向への引っ張り応力がｙ軸方向よりも
大きくなる。その結果、ｙ軸方向に偏波面が揃う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光インターコネクショ
ンや、光交換，光情報処理に使われる面発光半導体レー
ザに関する。
ンや、光交換，光情報処理に使われる面発光半導体レー
ザに関する。
【０００２】
【従来の技術】面発光半導体レーザは、小型で２次元集
積化が可能な光源として内外の研究開発機関で研究が活
発に進められている。面発光半導体レーザの課題の一つ
は、偏波方向の安定化である。等方的な面発光半導体レ
ーザでは、直交する２つの軸方向に関して特性の差異が
ないので、偏波方向はそれらの方向に対して等しい確率
で向くことになる。したがって、偏波は一方向に定まら
ない。偏波が一方向に定まり、安定化されていないと、
偏波ビームスプリッターなど偏波依存性のある光学素子
が使えなくなる。光交換や光情報処理などの応用では、
偏波が一方向に決まっていたほうが使いやすい。
積化が可能な光源として内外の研究開発機関で研究が活
発に進められている。面発光半導体レーザの課題の一つ
は、偏波方向の安定化である。等方的な面発光半導体レ
ーザでは、直交する２つの軸方向に関して特性の差異が
ないので、偏波方向はそれらの方向に対して等しい確率
で向くことになる。したがって、偏波は一方向に定まら
ない。偏波が一方向に定まり、安定化されていないと、
偏波ビームスプリッターなど偏波依存性のある光学素子
が使えなくなる。光交換や光情報処理などの応用では、
偏波が一方向に決まっていたほうが使いやすい。
【０００３】このような問題を解決するために図８に示
したような構造が提案されている。これは、ＧａＡｓ／
ＡｌＧａＡｓ系面発光レーザであり、第３９回応用物理
学関係連合講演会講演予稿集Ｎｏ．３の９２３頁（講演
番号２３ａ−ＳＦ−７）に示されている。この面発光半
導体レーザは、ＧａＡｓ基板３１上に、Ａｌ0.3 Ｇａ
0.7 Ａｓ層３２，ＧａＡｓ活性層３３，Ａｌ0.3 Ｇａ
0.7 Ａｓ層３４を積層し、ＧａＡｓ基板３１に楕円形状
の穴３５をエッチングで形成し、活性層３３にストレス
を与える。この方法では、光出射孔の長軸方向の引っ張
り応力が小さく、長軸方向に偏波する。
したような構造が提案されている。これは、ＧａＡｓ／
ＡｌＧａＡｓ系面発光レーザであり、第３９回応用物理
学関係連合講演会講演予稿集Ｎｏ．３の９２３頁（講演
番号２３ａ−ＳＦ−７）に示されている。この面発光半
導体レーザは、ＧａＡｓ基板３１上に、Ａｌ0.3 Ｇａ
0.7 Ａｓ層３２，ＧａＡｓ活性層３３，Ａｌ0.3 Ｇａ
0.7 Ａｓ層３４を積層し、ＧａＡｓ基板３１に楕円形状
の穴３５をエッチングで形成し、活性層３３にストレス
を与える。この方法では、光出射孔の長軸方向の引っ張
り応力が小さく、長軸方向に偏波する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図８に示された従来例
の問題点は、ＧａＡｓ基板にエッチング孔を掘り、活性
層の真下の層でエッチングを止めることが難しい点であ
る。ＧａＡｓ基板の厚さは通常、１００μｍあり、そこ
にエッチング孔を形成し、しかも活性層を突き抜けない
ように止めるのは容易ではない。素子の長期的な信頼性
を考えても、活性層近傍の半導体の厚さを数μｍにして
おくことは好ましくない。したがって、このようなエッ
チング孔を形成せずに、活性層にストレスを異方的に与
えられる構造が望ましい。
の問題点は、ＧａＡｓ基板にエッチング孔を掘り、活性
層の真下の層でエッチングを止めることが難しい点であ
る。ＧａＡｓ基板の厚さは通常、１００μｍあり、そこ
にエッチング孔を形成し、しかも活性層を突き抜けない
ように止めるのは容易ではない。素子の長期的な信頼性
を考えても、活性層近傍の半導体の厚さを数μｍにして
おくことは好ましくない。したがって、このようなエッ
チング孔を形成せずに、活性層にストレスを異方的に与
えられる構造が望ましい。
【０００５】本発明の目的は、簡単なプロセスで偏波面
を一方向に制御することができる面発光半導体レーザを
提供することにある。
を一方向に制御することができる面発光半導体レーザを
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、第一導伝型の
第１クラッド層、活性層、第二導伝型の第２クラッド層
を含むメサ構造を半導体基板上に有し、基板と垂直方向
に光を出す面発光半導体レーザにおいて、対向する一組
の前記メサの側面に第１の温度条件で形成された第１の
絶縁膜を有し、前記一組の側面とは別の一組の前記メサ
の側面に、前記第１の温度条件とは異なる温度条件で形
成された第２の絶縁膜を有することを特徴とする。
第１クラッド層、活性層、第二導伝型の第２クラッド層
を含むメサ構造を半導体基板上に有し、基板と垂直方向
に光を出す面発光半導体レーザにおいて、対向する一組
の前記メサの側面に第１の温度条件で形成された第１の
絶縁膜を有し、前記一組の側面とは別の一組の前記メサ
の側面に、前記第１の温度条件とは異なる温度条件で形
成された第２の絶縁膜を有することを特徴とする。
【０００７】
【作用】対向する一組の前記メサの側面に絶縁膜を形成
し、それとは異なる別の一組の前記メサの側面には別の
条件で絶縁膜を形成することによって、直交する２つの
方向で、異なるストレスを活性層に与えることができ
る。それによって発振閾値利得に異方性を与えることが
でき、閾値利得の小さい軸方向のモードだけを選択的に
立たせることができる。
し、それとは異なる別の一組の前記メサの側面には別の
条件で絶縁膜を形成することによって、直交する２つの
方向で、異なるストレスを活性層に与えることができ
る。それによって発振閾値利得に異方性を与えることが
でき、閾値利得の小さい軸方向のモードだけを選択的に
立たせることができる。
【０００８】
【実施例】図１，図２，図３は、本発明の一実施例を示
す図である。図１は平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面
図、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図である。
す図である。図１は平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面
図、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【０００９】本実施例の面発光半導体レーザは、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１１と、ｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ分布ブラッ
グ反射鏡（ＤＢＲ）１２と、ｎ−Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ
層１３と、Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ活性層１４（厚さは１
００オングストローム、発振波長は９８００オングスト
ローム）、ｐ−Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層１５と、ｐ−Ａ
ｌＡｓ／ＧａＡｓ ＤＢＲ１６と、ＡｕＧｅ−Ｎｉ／Ａ
ｕからなるカソード電極１７と、ＣｒＡｕからなるアノ
ード電極１８とを有している。
ａＡｓ基板１１と、ｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ分布ブラッ
グ反射鏡（ＤＢＲ）１２と、ｎ−Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ
層１３と、Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ活性層１４（厚さは１
００オングストローム、発振波長は９８００オングスト
ローム）、ｐ−Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層１５と、ｐ−Ａ
ｌＡｓ／ＧａＡｓ ＤＢＲ１６と、ＡｕＧｅ−Ｎｉ／Ａ
ｕからなるカソード電極１７と、ＣｒＡｕからなるアノ
ード電極１８とを有している。
【００１０】ｎ−Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層１３、Ｉｎ
0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ活性層１４、ｐ−Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａ
ｓ層１５の全層厚は、媒質内レーザ波長の１／２であ
る。ｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ ＤＢＲ１２、ｐ−ＡｌＡ
ｓ／ＧａＡｓ ＤＢＲ１６の周期数はそれぞれ２４．５
対、１５対である。成長は分子線ビームエピタキシー
（ＭＢＥ）も用いて作製した。ｐ型，ｎ型のドーパント
はそれぞれ、Ｂｅ，Ｓｉである。１０μｍ角の大きさ
に、素子を正方形状にメサエッチングしてある。１９
１，１９２はＳｉＮ膜である。
0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ活性層１４、ｐ−Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａ
ｓ層１５の全層厚は、媒質内レーザ波長の１／２であ
る。ｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ ＤＢＲ１２、ｐ−ＡｌＡ
ｓ／ＧａＡｓ ＤＢＲ１６の周期数はそれぞれ２４．５
対、１５対である。成長は分子線ビームエピタキシー
（ＭＢＥ）も用いて作製した。ｐ型，ｎ型のドーパント
はそれぞれ、Ｂｅ，Ｓｉである。１０μｍ角の大きさ
に、素子を正方形状にメサエッチングしてある。１９
１，１９２はＳｉＮ膜である。
【００１１】ＳｉＮ膜は、次のようにして形成した。な
お、以下の説明において、図１の面上において直交する
２つの軸、すなわちｘ軸，ｙ軸をとり、図１に示すよう
に方向を定義する。なお、ｘ軸方向はＡ−Ａ線方向に平
行であり、ｙ軸方向はＢ−Ｂ線方向に平行である。図１
の平面図において、メサのｘ軸方向両側面にウェハーを
３００℃に加熱した状態で、ＳｉＮ膜１９１を１５００
オングストロームの厚さで堆積させた。ＳｉＮ膜形成の
方法としては、ｐ−ＣＶＤ法を用いた。ＳｉＮ膜１９１
は、ｐ−ＣＶＤで形成するとウェハー全面に堆積する
が、フォトリソグラフィー，エッチング工程により、メ
サの左右の側面と、それに続く左右のｎ−ＡｌＡｓ／Ｇ
ａＡｓ ＤＢＲ１２の上面にのみ残すようにする。その
後、ウェハーを１００℃に加熱し、ＳｉＮ層１９２を１
５００オングストロームの厚さで全面に堆積させる。そ
して、アノード電極１８とｐ側とのコンタクトをとるた
めに、メサ上部を正方形状に開口する。したがって、こ
の状態でメサのｘ軸方向の側壁にはＳｉＮ膜１９１とＳ
ｉＮ膜１９２が堆積していることになる。また、メサの
ｙ軸方向の側壁にはＳｉＮ膜１９２のみが堆積している
ことになる。ＳｉＮ膜１９１とＳｉＮ膜１９２はアノー
ド電極１８がｎ側半導体に接触しないようにするための
絶縁膜の役目を果たすが、同時に活性層のｙ軸方向，ｘ
軸方向に異なるストレスを与える役目も果たす。これに
よって、発振閾値利得に異方性を与えられ、閾値利得の
小さい方の軸方向のモードだけを立たせることができ
る。
お、以下の説明において、図１の面上において直交する
２つの軸、すなわちｘ軸，ｙ軸をとり、図１に示すよう
に方向を定義する。なお、ｘ軸方向はＡ−Ａ線方向に平
行であり、ｙ軸方向はＢ−Ｂ線方向に平行である。図１
の平面図において、メサのｘ軸方向両側面にウェハーを
３００℃に加熱した状態で、ＳｉＮ膜１９１を１５００
オングストロームの厚さで堆積させた。ＳｉＮ膜形成の
方法としては、ｐ−ＣＶＤ法を用いた。ＳｉＮ膜１９１
は、ｐ−ＣＶＤで形成するとウェハー全面に堆積する
が、フォトリソグラフィー，エッチング工程により、メ
サの左右の側面と、それに続く左右のｎ−ＡｌＡｓ／Ｇ
ａＡｓ ＤＢＲ１２の上面にのみ残すようにする。その
後、ウェハーを１００℃に加熱し、ＳｉＮ層１９２を１
５００オングストロームの厚さで全面に堆積させる。そ
して、アノード電極１８とｐ側とのコンタクトをとるた
めに、メサ上部を正方形状に開口する。したがって、こ
の状態でメサのｘ軸方向の側壁にはＳｉＮ膜１９１とＳ
ｉＮ膜１９２が堆積していることになる。また、メサの
ｙ軸方向の側壁にはＳｉＮ膜１９２のみが堆積している
ことになる。ＳｉＮ膜１９１とＳｉＮ膜１９２はアノー
ド電極１８がｎ側半導体に接触しないようにするための
絶縁膜の役目を果たすが、同時に活性層のｙ軸方向，ｘ
軸方向に異なるストレスを与える役目も果たす。これに
よって、発振閾値利得に異方性を与えられ、閾値利得の
小さい方の軸方向のモードだけを立たせることができ
る。
【００１２】ＳｉＮの熱膨張係数は〜２．５×１０-6Ｋ
-1、ＧａＡｓ系半導体の熱膨張係数は〜５×１０-6Ｋ-1
である。図１〜図３の実施例では、メサのｘ軸方向に対
しては３００℃と、ｙ軸方向に対して相対的に高い温度
でＳｉＮ膜が形成されるので、室温に戻った時に、活性
層にはｘ軸方向に強い引っ張り応力が働く。したがっ
て、図４に示した電流−光出力特性の偏波方向依存性か
ら分かるように、偏波は引っ張り応力が弱い、ｙ軸方向
に向く。発振閾値電流は、１ｍＡで良く偏波制御されて
いるのが分かる。
-1、ＧａＡｓ系半導体の熱膨張係数は〜５×１０-6Ｋ-1
である。図１〜図３の実施例では、メサのｘ軸方向に対
しては３００℃と、ｙ軸方向に対して相対的に高い温度
でＳｉＮ膜が形成されるので、室温に戻った時に、活性
層にはｘ軸方向に強い引っ張り応力が働く。したがっ
て、図４に示した電流−光出力特性の偏波方向依存性か
ら分かるように、偏波は引っ張り応力が弱い、ｙ軸方向
に向く。発振閾値電流は、１ｍＡで良く偏波制御されて
いるのが分かる。
【００１３】図５，図６，図７は、本発明の他の実施例
を示す図である。図５は平面図、図６は図５のＡ−Ａ線
断面図、図７は図５のＢ−Ｂ線断面図である。
を示す図である。図５は平面図、図６は図５のＡ−Ａ線
断面図、図７は図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【００１４】図１〜図３の実施例では、ｘ軸方向におい
てＳｉＮ膜１９１の上にＳｉＮ膜１９２が堆積している
のでストレスの与え方の設計が少し難しくなる。そこで
本実施例では、ｘ軸方向には３００℃でＳｉＮ膜２９１
（組成比は３：４にする）だけを、また、ｙ軸方向には
１００℃でＳｉＯ2 膜２９２だけ堆積した。
てＳｉＮ膜１９１の上にＳｉＮ膜１９２が堆積している
のでストレスの与え方の設計が少し難しくなる。そこで
本実施例では、ｘ軸方向には３００℃でＳｉＮ膜２９１
（組成比は３：４にする）だけを、また、ｙ軸方向には
１００℃でＳｉＯ2 膜２９２だけ堆積した。
【００１５】ＳｉＮ膜およびＳｉＯ2 膜は、次のように
して形成した。最初にｐ−ＣＶＤでＳｉＮ膜２９１をウ
ェハー全面に堆積し、ドライエッチングでｘ軸方向にの
み残すようにする。その後、ＳｉＯ2 膜２９２を全面に
堆積し、バッファードＨＦでウエットエッチングしてｙ
軸方向にのみ残すようにする。ＳｉＮ膜２９１の組成比
を３：４にするとバッファードＨＦでウエットエッチン
グされないので、このようにｘ軸方向のＳｉＮ膜２９１
はとれずに、ｙ軸方向にだけＳｉＯ2 膜２９２を残すこ
とができる。偏波は図１〜図３の実施例と同じように、
引っ張り応力が弱い、ｙ軸方向に向く。なお、その他の
構造は、図１〜図３の実施例と同じであるので、同一の
構成要素には同一の参照番号を付して示してある。
して形成した。最初にｐ−ＣＶＤでＳｉＮ膜２９１をウ
ェハー全面に堆積し、ドライエッチングでｘ軸方向にの
み残すようにする。その後、ＳｉＯ2 膜２９２を全面に
堆積し、バッファードＨＦでウエットエッチングしてｙ
軸方向にのみ残すようにする。ＳｉＮ膜２９１の組成比
を３：４にするとバッファードＨＦでウエットエッチン
グされないので、このようにｘ軸方向のＳｉＮ膜２９１
はとれずに、ｙ軸方向にだけＳｉＯ2 膜２９２を残すこ
とができる。偏波は図１〜図３の実施例と同じように、
引っ張り応力が弱い、ｙ軸方向に向く。なお、その他の
構造は、図１〜図３の実施例と同じであるので、同一の
構成要素には同一の参照番号を付して示してある。
【００１６】以上の実施例では、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡ
ｓ系半導体の面発光レーザの場合を示したが、他のＩｎ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓＰ系のような面発光レーザの場合にも
適用できることは言うまでもない。
ｓ系半導体の面発光レーザの場合を示したが、他のＩｎ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓＰ系のような面発光レーザの場合にも
適用できることは言うまでもない。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、従来技術におけるよう
にエッチング孔を形成することなく、簡単なプロセスで
偏波面を一方向に制御することができる。
にエッチング孔を形成することなく、簡単なプロセスで
偏波面を一方向に制御することができる。
【図１】本発明の一実施例の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】電流−光出力特性の偏波方向依存性を示す図で
ある。
ある。
【図５】本発明の他の実施例の平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】従来の構造を示す断面図である。
１１ ｎ−ＧａＡｓ基板 １２ ｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ分析ブラッグ反射鏡（Ｄ
ＢＲ） １３ ｎ−Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ １４ Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ活性層 １５ ｐ−Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ １６ ｐ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ ＤＢＲ １７ カソード電極 １８ アノード電極 １９１，１９２，２９１ ＳｉＮ層 ２９２ ＳｉＯ2 層
ＢＲ） １３ ｎ−Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ １４ Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ活性層 １５ ｐ−Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ １６ ｐ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ ＤＢＲ １７ カソード電極 １８ アノード電極 １９１，１９２，２９１ ＳｉＮ層 ２９２ ＳｉＯ2 層
Claims (6)
- 【請求項１】第一導伝型の第１クラッド層、活性層、第
二導伝型の第２クラッド層を含むメサ構造を半導体基板
上に有し、基板と垂直方向に光を出す面発光半導体レー
ザにおいて、 対向する一組の前記メサの側面に第１の温度条件で形成
された第１の絶縁膜を有し、前記一組の側面とは別の一
組の前記メサの側面に、前記第１の温度条件とは異なる
温度条件で形成された第２の絶縁膜を有することを特徴
とする面発光半導体レーザ。 - 【請求項２】前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜と
は、同一または異なることを特徴とする請求項１記載の
面発光半導体レーザ。 - 【請求項３】前記第１および第２の絶縁膜は、ＳｉＮ膜
であることを特徴とする請求項２記載の面発光半導体レ
ーザ。 - 【請求項４】前記第１の絶縁膜はＳｉＮ膜であり、前記
第２の絶縁膜はＳｉＯ2 膜であることを特徴とする請求
項２記載の面発光半導体レーザ。 - 【請求項５】前記第１の温度条件は、前記第２の温度条
件よりも高温であることを特徴とする請求項３または４
記載の面発光半導体レーザ。 - 【請求項６】前記一組のメサの側面と、前記別の一組の
メサの側面とは、前記基板と平行な直交する２つの軸方
向にそれぞれ位置することを特徴とする請求項１〜５の
いずれかに記載の面発光半導体レーザ。
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|---|---|---|---|
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| JP5010577A JPH0773139B2 (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | 面発光半導体レーザ |
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- 1993-01-26 JP JP5010577A patent/JPH0773139B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-01-26 US US08/186,649 patent/US5394423A/en not_active Expired - Lifetime
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