JPH06252504A - 面発光レーザとその製造方法 - Google Patents
面発光レーザとその製造方法Info
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- JPH06252504A JPH06252504A JP5037692A JP3769293A JPH06252504A JP H06252504 A JPH06252504 A JP H06252504A JP 5037692 A JP5037692 A JP 5037692A JP 3769293 A JP3769293 A JP 3769293A JP H06252504 A JPH06252504 A JP H06252504A
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Classifications
-
- 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
- H01S2301/00—Functional characteristics
- H01S2301/16—Semiconductor lasers with special structural design to influence the modes, e.g. specific multimode
- H01S2301/163—Single longitudinal mode
-
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- 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
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- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
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- H01S5/0656—Seeding, i.e. an additional light input is provided for controlling the laser modes, for example by back-reflecting light from an external optical component
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- 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
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- 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
- H01S5/18319—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 comprising a periodical structure in lateral directions
-
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- 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
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- H01S5/18344—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] characterized by the mesa, e.g. dimensions or shape of the mesa
- H01S5/1835—Non-circular mesa
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 低電流域で、自然放出光を効率良く出力でき
る面発光レーザを提供する。 【構成】半導体壁１０を周期的に配置する事によって、
横方向ＤＢＲ反射鏡１２を形成する。この横方向ＤＢＲ
反射鏡１２によって、横方向のレーザ内部光１３を効率
良く閉じ込める事が出来る。また、横方向の光に対し
て、非共鳴状態にした場合には、横方向の自然放出光の
発光が抑制される。従って、横方向のみに、自然放出光
を効率良く取り出す事が出来る。また、従来の誘電体膜
の成膜に代えて垂直ドライエッチングを用いると、横方
向ＤＢＲ反射鏡１２を制御性良くできるため、反射鏡の
高い横方向ＤＢＲ反射鏡１２が実現できる。
る面発光レーザを提供する。 【構成】半導体壁１０を周期的に配置する事によって、
横方向ＤＢＲ反射鏡１２を形成する。この横方向ＤＢＲ
反射鏡１２によって、横方向のレーザ内部光１３を効率
良く閉じ込める事が出来る。また、横方向の光に対し
て、非共鳴状態にした場合には、横方向の自然放出光の
発光が抑制される。従って、横方向のみに、自然放出光
を効率良く取り出す事が出来る。また、従来の誘電体膜
の成膜に代えて垂直ドライエッチングを用いると、横方
向ＤＢＲ反射鏡１２を制御性良くできるため、反射鏡の
高い横方向ＤＢＲ反射鏡１２が実現できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、面発光レーザ、特に高
効率の面発光出力が得られるマイクロキャビティレーザ
及びその製造方法に関する。
効率の面発光出力が得られるマイクロキャビティレーザ
及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光交換、光コンピュータ、光情報処理等
の分野では２次元集積化が可能な面発光レーザが必要で
あり盛んに研究開発されている。その一例が、Ｒ．Ｓ．
ＧｅｅｌｓとＬ．Ａ．Ｃｏｌｄｒｅｎらによって、アプ
ライドフィジクスレターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ，Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ，Ｌｅｔｔｅｒｓ）５７巻１６０５−１６０７頁
（１９９０年）に記載されている。この論文において、
Ｒ．Ｓ．Ｇｅｅｌｓらは７μｍ角の面発光レーザにおい
て閾値電流０．７ｍＡで発振したと報告している。
の分野では２次元集積化が可能な面発光レーザが必要で
あり盛んに研究開発されている。その一例が、Ｒ．Ｓ．
ＧｅｅｌｓとＬ．Ａ．Ｃｏｌｄｒｅｎらによって、アプ
ライドフィジクスレターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ，Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ，Ｌｅｔｔｅｒｓ）５７巻１６０５−１６０７頁
（１９９０年）に記載されている。この論文において、
Ｒ．Ｓ．Ｇｅｅｌｓらは７μｍ角の面発光レーザにおい
て閾値電流０．７ｍＡで発振したと報告している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、将来の
光集積回路において、１０００個以上の多数の面発光レ
ーザを集積化するためには、より一層の低閾値化が要求
される。この要求に対して、最近、微小共振器レーザな
る概念が提案され、検討が進められている。例えば、横
山は、応用物理学会誌第６１巻第９号８９０−９０１頁
（１９９２年）の記事において、発光層となる活性層で
の光を縦、横、高さ方向の大きさを全て１波長程度に閉
じこめる構造のレーザにおいて、μＡ程度でレーザ動作
する可能性について述べている。このレーザにおいて
は、非常に小さな活性層に光を閉じこめる事によって光
のモード密度を極端に小さくして、自然放出光のキャビ
ティモードへのカップリング効率を極めて大きく（〜
１）する事によって、極めて小さな閾値電流でレーザ光
と同等な光出力を得ている。
光集積回路において、１０００個以上の多数の面発光レ
ーザを集積化するためには、より一層の低閾値化が要求
される。この要求に対して、最近、微小共振器レーザな
る概念が提案され、検討が進められている。例えば、横
山は、応用物理学会誌第６１巻第９号８９０−９０１頁
（１９９２年）の記事において、発光層となる活性層で
の光を縦、横、高さ方向の大きさを全て１波長程度に閉
じこめる構造のレーザにおいて、μＡ程度でレーザ動作
する可能性について述べている。このレーザにおいて
は、非常に小さな活性層に光を閉じこめる事によって光
のモード密度を極端に小さくして、自然放出光のキャビ
ティモードへのカップリング効率を極めて大きく（〜
１）する事によって、極めて小さな閾値電流でレーザ光
と同等な光出力を得ている。
【０００４】しかしながら、このようなレーザ（ここで
はマイクロキャビティレーザと呼ぶ）を製作する場合、
小さな活性層に光を閉じこめる事が困難であるという問
題があった。例えば、活性層の層厚方向では、屈折率の
異なる２つの半導体層を交互積層する事によって、反射
率の高いＤＢＲ反射膜を形成する事が出来る。このた
め、縦方向（層厚方向）の光の閉じこめは比較的容易に
実現できる。しかしながら、活性層の横方向の光の閉じ
こめは、実現がむずかしいという問題があった。例え
ば、反射率が９０％程度の金の反射膜を形成する場合に
も、反射率が充分高くないという問題があった。また、
横方向にＤＢＲ反射膜を成膜する場合においても、側面
での成膜した厚さを正確に制御する事が困難な問題があ
った。
はマイクロキャビティレーザと呼ぶ）を製作する場合、
小さな活性層に光を閉じこめる事が困難であるという問
題があった。例えば、活性層の層厚方向では、屈折率の
異なる２つの半導体層を交互積層する事によって、反射
率の高いＤＢＲ反射膜を形成する事が出来る。このた
め、縦方向（層厚方向）の光の閉じこめは比較的容易に
実現できる。しかしながら、活性層の横方向の光の閉じ
こめは、実現がむずかしいという問題があった。例え
ば、反射率が９０％程度の金の反射膜を形成する場合に
も、反射率が充分高くないという問題があった。また、
横方向にＤＢＲ反射膜を成膜する場合においても、側面
での成膜した厚さを正確に制御する事が困難な問題があ
った。
【０００５】そこで、本発明の目的は、縦方向（層厚方
向）のみならず、横方向の強い光の閉じこめが可能なた
め、低電流でマイクロキャビティレーザとして動作する
事が可能な面発光レーザとその製造方法を提供するもの
である。
向）のみならず、横方向の強い光の閉じこめが可能なた
め、低電流でマイクロキャビティレーザとして動作する
事が可能な面発光レーザとその製造方法を提供するもの
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の面発光レーザに
おいては、半導体基板上に形成された第１ＤＢＲ反射膜
と、この第１ＤＢＲ反射膜上に形成されたＰＮ接合と活
性層を含む多層構造と、前記多層構造上に形成された第
２ＤＢＲ反射膜と、前記第１ＤＢＲ反射膜と前記多層構
造と前記第２ＤＢＲ反射膜からなる半導体柱と、この半
導体柱を横方向を囲むように形成された少なくとも１つ
の半導体壁とを備え、前記活性層から出射する光の媒質
内波長をλとするとき、前記半導体壁の厚み、前記半導
体柱と前記半導体の間の間隔がそれぞれほぼλ／４＋
（λ／２の整数倍）となっており、前記半導体壁が２つ
以上ある場合には、その間隔がほぼλ／４＋（λ／２の
整数倍）となっていることを特徴とする。
おいては、半導体基板上に形成された第１ＤＢＲ反射膜
と、この第１ＤＢＲ反射膜上に形成されたＰＮ接合と活
性層を含む多層構造と、前記多層構造上に形成された第
２ＤＢＲ反射膜と、前記第１ＤＢＲ反射膜と前記多層構
造と前記第２ＤＢＲ反射膜からなる半導体柱と、この半
導体柱を横方向を囲むように形成された少なくとも１つ
の半導体壁とを備え、前記活性層から出射する光の媒質
内波長をλとするとき、前記半導体壁の厚み、前記半導
体柱と前記半導体の間の間隔がそれぞれほぼλ／４＋
（λ／２の整数倍）となっており、前記半導体壁が２つ
以上ある場合には、その間隔がほぼλ／４＋（λ／２の
整数倍）となっていることを特徴とする。
【０００７】本発明の面発光レーザの製造方法では、半
導体基板上に、屈折率の異なる半導体層を交互に積層す
ることによって第１ＤＢＲ反射膜を形成する工程と、こ
の第１ＤＢＲ反射膜上にＰＮ接合と活性層を含む多層構
造を形成する工程と、この多層構造上に屈折率の異なる
半導体層を交互に積層する異によって第２ＤＢＲ反射膜
を形成する工程と、前記第１ＤＢＲ反射膜と前記多層構
造と前記第２ＤＢＲ反射膜からなる半導体柱をドライエ
ッチングによって形成する工程と、このドライエッチン
グによって、前記半導体柱と同時に、この半導体柱を横
方向を囲むよな少なくとも１つの半導体壁を形成する工
程とを備え、前記活性層から出射する光の媒質内波長を
λとするとき、前記半導体壁の厚み、前記半導体柱と前
記半導体壁の間の間隔をそれぞれほぼλ／４＋（λ／２
の整数倍）として、また、半導体壁が２つ上ある場合に
は、その間隔をほぼλ／４＋（λ／２の整数倍）とする
ことを特徴とする。
導体基板上に、屈折率の異なる半導体層を交互に積層す
ることによって第１ＤＢＲ反射膜を形成する工程と、こ
の第１ＤＢＲ反射膜上にＰＮ接合と活性層を含む多層構
造を形成する工程と、この多層構造上に屈折率の異なる
半導体層を交互に積層する異によって第２ＤＢＲ反射膜
を形成する工程と、前記第１ＤＢＲ反射膜と前記多層構
造と前記第２ＤＢＲ反射膜からなる半導体柱をドライエ
ッチングによって形成する工程と、このドライエッチン
グによって、前記半導体柱と同時に、この半導体柱を横
方向を囲むよな少なくとも１つの半導体壁を形成する工
程とを備え、前記活性層から出射する光の媒質内波長を
λとするとき、前記半導体壁の厚み、前記半導体柱と前
記半導体壁の間の間隔をそれぞれほぼλ／４＋（λ／２
の整数倍）として、また、半導体壁が２つ上ある場合に
は、その間隔をほぼλ／４＋（λ／２の整数倍）とする
ことを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明では、活性層の層厚方向の光の閉じ込め
には、従来の面発光レーザと同様に２つの屈折率の異な
る半導体の交互積層からなるＤＢＲ反射膜を活性層の両
側に形成して光を閉じ込めている。
には、従来の面発光レーザと同様に２つの屈折率の異な
る半導体の交互積層からなるＤＢＲ反射膜を活性層の両
側に形成して光を閉じ込めている。
【０００９】一方、活性層の横方向の光の閉じ込めに
は、半導体多層膜の壁を規則正しく配置する事によっ
て、半導体多層膜と空気の間で実効的なＤＢＲ反射膜を
形成して、光を閉じ込めている。この場合に、半導体の
屈折率は通常屈折率が３前後であり、空気は屈折率が１
であるので、屈折率差が半導体のＤＢＲ反射膜よりも大
きく、容易に高反射率のＤＢＲ反射膜を形成できる。例
えば、半導体壁の実効屈折率を３．２５として、反射率
Ｒを見積もると、半導体が１つの場合でも８９％、半導
体壁が２つでは９８．９％、半導体壁が３つでは９９．
９％となって、極めて高い反射率が少ない枚数のＤＢＲ
反射膜で得られる事が判る。
は、半導体多層膜の壁を規則正しく配置する事によっ
て、半導体多層膜と空気の間で実効的なＤＢＲ反射膜を
形成して、光を閉じ込めている。この場合に、半導体の
屈折率は通常屈折率が３前後であり、空気は屈折率が１
であるので、屈折率差が半導体のＤＢＲ反射膜よりも大
きく、容易に高反射率のＤＢＲ反射膜を形成できる。例
えば、半導体壁の実効屈折率を３．２５として、反射率
Ｒを見積もると、半導体が１つの場合でも８９％、半導
体壁が２つでは９８．９％、半導体壁が３つでは９９．
９％となって、極めて高い反射率が少ない枚数のＤＢＲ
反射膜で得られる事が判る。
【００１０】また、このＤＢＲ反射膜の製作では、従来
のＤＢＲ反射膜の様な成膜による方法ではなく、ドライ
エッチングを用いた方法によって、活性層を含む半導体
結晶をエッチングする事によって、発光層となる半導体
柱と、ＤＢＲ反射膜を形成する半導体壁を一括して形成
してしまうものである。従来の成膜による方法では、横
方向の成膜速度を精密に制御する事が困難であるため
に、充分膜厚制御されたＤＢＲ反射膜を形成する事が困
難であった。しかしながら、本発明によるＤＢＲ反射膜
の製作方法によれば、垂直エッチングに優れたドライエ
ッチングを用いる事によって、発光部分となる半導体柱
と、ＤＢＲ反射膜となる半導体壁を制御性良く形成する
事が出来る。
のＤＢＲ反射膜の様な成膜による方法ではなく、ドライ
エッチングを用いた方法によって、活性層を含む半導体
結晶をエッチングする事によって、発光層となる半導体
柱と、ＤＢＲ反射膜を形成する半導体壁を一括して形成
してしまうものである。従来の成膜による方法では、横
方向の成膜速度を精密に制御する事が困難であるため
に、充分膜厚制御されたＤＢＲ反射膜を形成する事が困
難であった。しかしながら、本発明によるＤＢＲ反射膜
の製作方法によれば、垂直エッチングに優れたドライエ
ッチングを用いる事によって、発光部分となる半導体柱
と、ＤＢＲ反射膜となる半導体壁を制御性良く形成する
事が出来る。
【００１１】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を用いて詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１２】図１は、本発明の第１の実施例の面発光レ
ーザの構造を示している。図１（Ａ）は平面図、図１
（Ｂ）は断面図を示す。図中、１はｎ型ＧａＡｓ基板、
２はｎ型ＤＢＲ反射膜（ｎ−ＧａＡｓ／ｎ−ＡｌＡｓ多
層膜、厚さはλ／４、λは発振光の媒質波長。例えば設
計真空波長９８０ｎｍの場合には、ｄG a A s ＝６９．
５３ｎｍ、ｄA l A s ＝８２．９４ｎｍとなる。周期数
は多いほど反射率が大きくなるが典型的には、１５〜３
０周期）、３はｎ型閉じ込め層（ｎ−ＡｌＧａＡｓ、Ａ
ｌ組成は０−１、好ましくは０．２−０．５）、４、４
ａは活性層（ＩｎＧａＡｓ単一量子井戸、Ｉｎ組成＝
０．１−０．３、典型的には０．２で厚さ１０ｎｍ）こ
こで４ａは面発光レーザ本体の活性層を示す、５はｐ型
閉じこめ層（ｐ−ＡｌＧａＡｓ、Ａｌ組成は０−１、好
ましくは０．２−０．５）、６はｐ型ＤＢＲ反射膜（ｐ
−ＧａＡｓ／ｐ−ＡｌＡｓ多層膜、厚さはλ／４、λは
発振光の媒質波長。例えば設計真空波長９８０ｎｍの場
合には、ｄG a A s ＝６９．５３ｎｍ、ｄA l A s ＝８
２．９４ｎｍとなる。周期数は多いほど反射率が大きく
なるが典型的には、１５〜３０周期）、７はｐ型電極、
８はｎ型電極、９は面発光レーザ本体（幅１０μｍ以
下、好ましくは０．２５〜２μｍ）、１０は半導体壁
（ここでは幅〜３λ／４、例えば真空設計波長９８０ｎ
ｍ、実効屈折率３．２１の場合には２２９ｎｍ）、１１
は溝（ここでは幅〜λ／４、例えば真空設計波長９８０
ｎｍの場合には２４５ｎｍとなる）、１２は横方向ＤＢ
Ｒ反射鏡である。ここで、ｎ型閉じ込め層３と活性層４
とｐ型閉じ込め層５を合計した厚みは、λ／２の整数倍
とする。例えば、これらの合計厚をλ、設計真空波長を
９８０ｎｍ、活性層４を１０厚のＩｎ0 . 2 Ｇａ0 . 8
Ａｓとする場合には、Ａｌ0 . 25 Ｇａ0 . 7 5 Ａｓか
らなるｎ型閉じ込め層３及びｐ型閉じ込め層５は、各々
１４０．５ｎｍとなる。ここでは面発光レーザ本体９や
半導体壁１０の形状は矩形としている。
ーザの構造を示している。図１（Ａ）は平面図、図１
（Ｂ）は断面図を示す。図中、１はｎ型ＧａＡｓ基板、
２はｎ型ＤＢＲ反射膜（ｎ−ＧａＡｓ／ｎ−ＡｌＡｓ多
層膜、厚さはλ／４、λは発振光の媒質波長。例えば設
計真空波長９８０ｎｍの場合には、ｄG a A s ＝６９．
５３ｎｍ、ｄA l A s ＝８２．９４ｎｍとなる。周期数
は多いほど反射率が大きくなるが典型的には、１５〜３
０周期）、３はｎ型閉じ込め層（ｎ−ＡｌＧａＡｓ、Ａ
ｌ組成は０−１、好ましくは０．２−０．５）、４、４
ａは活性層（ＩｎＧａＡｓ単一量子井戸、Ｉｎ組成＝
０．１−０．３、典型的には０．２で厚さ１０ｎｍ）こ
こで４ａは面発光レーザ本体の活性層を示す、５はｐ型
閉じこめ層（ｐ−ＡｌＧａＡｓ、Ａｌ組成は０−１、好
ましくは０．２−０．５）、６はｐ型ＤＢＲ反射膜（ｐ
−ＧａＡｓ／ｐ−ＡｌＡｓ多層膜、厚さはλ／４、λは
発振光の媒質波長。例えば設計真空波長９８０ｎｍの場
合には、ｄG a A s ＝６９．５３ｎｍ、ｄA l A s ＝８
２．９４ｎｍとなる。周期数は多いほど反射率が大きく
なるが典型的には、１５〜３０周期）、７はｐ型電極、
８はｎ型電極、９は面発光レーザ本体（幅１０μｍ以
下、好ましくは０．２５〜２μｍ）、１０は半導体壁
（ここでは幅〜３λ／４、例えば真空設計波長９８０ｎ
ｍ、実効屈折率３．２１の場合には２２９ｎｍ）、１１
は溝（ここでは幅〜λ／４、例えば真空設計波長９８０
ｎｍの場合には２４５ｎｍとなる）、１２は横方向ＤＢ
Ｒ反射鏡である。ここで、ｎ型閉じ込め層３と活性層４
とｐ型閉じ込め層５を合計した厚みは、λ／２の整数倍
とする。例えば、これらの合計厚をλ、設計真空波長を
９８０ｎｍ、活性層４を１０厚のＩｎ0 . 2 Ｇａ0 . 8
Ａｓとする場合には、Ａｌ0 . 25 Ｇａ0 . 7 5 Ａｓか
らなるｎ型閉じ込め層３及びｐ型閉じ込め層５は、各々
１４０．５ｎｍとなる。ここでは面発光レーザ本体９や
半導体壁１０の形状は矩形としている。
【００１３】この第１の実施例のレーザ構造において
は、面発光レーザ本体９の活性層４ａから発生した光
は、縦方向（膜厚方向）に対してはｎ型ＤＢＲ反射膜２
及びｐ型ＤＢＲ反射膜６が光を閉じ込め、横方向に対し
ては横方向ＤＢＲ反射鏡１２が光を閉じ込める構造とな
っている。縦方向のＤＢＲ反射膜では、反射率はドーピ
ング濃度や周期数で異なる。一例として、周期数２０、
電子濃度１０1 8 ｃｍ- 3のｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓＤ
ＢＲ反射膜では、反射率の計算値は９９．８６％であ
る。また、周期数２０、正孔濃度１０1 8 ｃｍ- 3 のｐ
型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓＤＢＲ反射膜では、反射率の計算
値は９９．７７％となる。
は、面発光レーザ本体９の活性層４ａから発生した光
は、縦方向（膜厚方向）に対してはｎ型ＤＢＲ反射膜２
及びｐ型ＤＢＲ反射膜６が光を閉じ込め、横方向に対し
ては横方向ＤＢＲ反射鏡１２が光を閉じ込める構造とな
っている。縦方向のＤＢＲ反射膜では、反射率はドーピ
ング濃度や周期数で異なる。一例として、周期数２０、
電子濃度１０1 8 ｃｍ- 3のｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓＤ
ＢＲ反射膜では、反射率の計算値は９９．８６％であ
る。また、周期数２０、正孔濃度１０1 8 ｃｍ- 3 のｐ
型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓＤＢＲ反射膜では、反射率の計算
値は９９．７７％となる。
【００１４】また一方、図１に示すような３周期の横方
向のＤＢＲ反射鏡１２においては、反射率の計算値は９
９．９０％となる。また、横方向のＤＢＲ反射鏡１２が
２周期の場合には、反射率９８．９％が期待される。こ
のように横方向ＤＢＲ反射鏡１２では、空気と半導体と
の屈折率差が大きいため、少ない周期数で大きな反射率
が得られる。
向のＤＢＲ反射鏡１２においては、反射率の計算値は９
９．９０％となる。また、横方向のＤＢＲ反射鏡１２が
２周期の場合には、反射率９８．９％が期待される。こ
のように横方向ＤＢＲ反射鏡１２では、空気と半導体と
の屈折率差が大きいため、少ない周期数で大きな反射率
が得られる。
【００１５】以上に述べたように、本実施例の面発光レ
ーザでは、縦方向及び横方向の両方ともに９９％以上の
反射率のＤＢＲ反射鏡で囲まれるため、レーザ内部光１
３は、図１に矢印で示すように効率良く閉じ込められ
る。このような良好な光の閉じ込めによって光のモード
密度が減少し、マイクロキャビティ効果によって、１ｍ
Ａ以下の低電流注入領域において、レーザ光に似た鋭い
波長スペクトルや放射指向性を持った出力光１４が得ら
れる。
ーザでは、縦方向及び横方向の両方ともに９９％以上の
反射率のＤＢＲ反射鏡で囲まれるため、レーザ内部光１
３は、図１に矢印で示すように効率良く閉じ込められ
る。このような良好な光の閉じ込めによって光のモード
密度が減少し、マイクロキャビティ効果によって、１ｍ
Ａ以下の低電流注入領域において、レーザ光に似た鋭い
波長スペクトルや放射指向性を持った出力光１４が得ら
れる。
【００１６】特に、面発光レーザ本体９の幅を、λ／２
の非整数倍としておく場合には、波長λの光にとって、
横方向に発光するモードが少ないため、横方向への自然
放出の発光が抑制される。縦方向のモードに対しては、
ｎ型閉じ込め層３と活性層４とｐ型閉じ込め層５の合計
の厚さをλ／２の整数倍とする事によって、縦方向の発
光は共鳴状態となり促進される。このため、自然放出光
の光出力が縦方向のみに集中するため、従来のＬＥＤ発
光と異なって、出力光１４の取り出し効率は、１０％以
上の極めて高い効率が期待される。これに対して、従来
のＬＥＤでは、活性層からの光は等方的に放射されるた
めに、光の取り出し効率は高々１％程度と低かった。
の非整数倍としておく場合には、波長λの光にとって、
横方向に発光するモードが少ないため、横方向への自然
放出の発光が抑制される。縦方向のモードに対しては、
ｎ型閉じ込め層３と活性層４とｐ型閉じ込め層５の合計
の厚さをλ／２の整数倍とする事によって、縦方向の発
光は共鳴状態となり促進される。このため、自然放出光
の光出力が縦方向のみに集中するため、従来のＬＥＤ発
光と異なって、出力光１４の取り出し効率は、１０％以
上の極めて高い効率が期待される。これに対して、従来
のＬＥＤでは、活性層からの光は等方的に放射されるた
めに、光の取り出し効率は高々１％程度と低かった。
【００１７】以上述べたような光の閉じ込めの改善の他
に、レーザ内部光１３に対する呼吸損失低減や、活性層
４ａに注入されたキャリアの非発光再結合を充分低減す
る改善を同時に行う事が出来れば、μＡオーダーの極め
て低い電流領域においても、縦方向へ、自然放出光の集
中が起こって、レーザ光に似た鋭い波長スペクトルや放
射指向性を有する出力光１４を効率よく得る事が出来
る。また、さらに電流注入を上げた高電流注入領域で
は、通常のレーザ発振が得られる。
に、レーザ内部光１３に対する呼吸損失低減や、活性層
４ａに注入されたキャリアの非発光再結合を充分低減す
る改善を同時に行う事が出来れば、μＡオーダーの極め
て低い電流領域においても、縦方向へ、自然放出光の集
中が起こって、レーザ光に似た鋭い波長スペクトルや放
射指向性を有する出力光１４を効率よく得る事が出来
る。また、さらに電流注入を上げた高電流注入領域で
は、通常のレーザ発振が得られる。
【００１８】次に、第１の実施例の面発光レーザの製造
方法について説明する。まず最初に、ｎ型ＧａＡｓ基板
１上に、ＭＢＥ成長によって、ｎ型ＤＢＲ反射膜２、ｎ
型閉じ込め層３、活性層４、ｐ型閉じ込め層５、ｐ型Ｄ
ＢＲ反射膜６を順次成長する。次にｐ型ＤＢＲ反射膜６
上にｐ型電極７を形成する。次に、ドライエッチング法
を用いて、溝１１を形成する事によって、面発光レーザ
本体９と半導体壁１０を分離し、横方向ＤＢＲ反射鏡１
２を形成する。この場合のドライエッチングとしては、
塩素ラジカル及び塩素イオンを反応種とする塩素のＥＣ
Ｒプラズマを用いた反応性イオンビームエッチング法
（ＲＩＢＥ法）や、アルゴンイオンや塩素ガスを反応種
とするケミカルアシステッドイオンビームエッチング法
（ＣＡＩＢＥ法）等を利用する事が出来る。特に、ＣＡ
ＩＢＥ法をドライエッチングで用いる場合は、Ｎｉ／Ａ
ｕ膜をリフトオフ技術でパターニングして、ｐ型電極７
を形成した後、このｐ型電極７のＮｉＡｕ膜をＣＡＩＢ
Ｅ法によるドライエッチングの際のマスク材として用い
る事が出来るため、容易に微細なパターンが形成でき
る。次に、ｎ型電極８を形成する。最後に、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板１を所望の厚さまで、機械的な研磨によって薄く
する。
方法について説明する。まず最初に、ｎ型ＧａＡｓ基板
１上に、ＭＢＥ成長によって、ｎ型ＤＢＲ反射膜２、ｎ
型閉じ込め層３、活性層４、ｐ型閉じ込め層５、ｐ型Ｄ
ＢＲ反射膜６を順次成長する。次にｐ型ＤＢＲ反射膜６
上にｐ型電極７を形成する。次に、ドライエッチング法
を用いて、溝１１を形成する事によって、面発光レーザ
本体９と半導体壁１０を分離し、横方向ＤＢＲ反射鏡１
２を形成する。この場合のドライエッチングとしては、
塩素ラジカル及び塩素イオンを反応種とする塩素のＥＣ
Ｒプラズマを用いた反応性イオンビームエッチング法
（ＲＩＢＥ法）や、アルゴンイオンや塩素ガスを反応種
とするケミカルアシステッドイオンビームエッチング法
（ＣＡＩＢＥ法）等を利用する事が出来る。特に、ＣＡ
ＩＢＥ法をドライエッチングで用いる場合は、Ｎｉ／Ａ
ｕ膜をリフトオフ技術でパターニングして、ｐ型電極７
を形成した後、このｐ型電極７のＮｉＡｕ膜をＣＡＩＢ
Ｅ法によるドライエッチングの際のマスク材として用い
る事が出来るため、容易に微細なパターンが形成でき
る。次に、ｎ型電極８を形成する。最後に、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板１を所望の厚さまで、機械的な研磨によって薄く
する。
【００１９】図２は、第２の実施例の面発光レーザの断
面図である。この実施例のレーザ構造は、ほとんど第１
の実施例と同じである。異なる点は、ポリイミド２０
が、溝１１に充填されている点である。第２の実施例で
は、ポリイミド２０によってｐ側表面が平坦化されるた
め、引き出し電極２１を容易に形成する事が出来る利点
がある。また、溝１１の幅は、λ／４とするためには、
第１の実施例における溝１１の幅の（１／ポリイミドの
屈折率）とする必要がある。また、第２の実施例の製造
方法は、やはり第１の実施例とほとんど同じである。異
なる点は、ドライエッチング後、ポリイミド２０の塗布
および引き出し電極２１の開口部やｎ型電極８の開口部
を形成するためのパターニングを行うことである。
面図である。この実施例のレーザ構造は、ほとんど第１
の実施例と同じである。異なる点は、ポリイミド２０
が、溝１１に充填されている点である。第２の実施例で
は、ポリイミド２０によってｐ側表面が平坦化されるた
め、引き出し電極２１を容易に形成する事が出来る利点
がある。また、溝１１の幅は、λ／４とするためには、
第１の実施例における溝１１の幅の（１／ポリイミドの
屈折率）とする必要がある。また、第２の実施例の製造
方法は、やはり第１の実施例とほとんど同じである。異
なる点は、ドライエッチング後、ポリイミド２０の塗布
および引き出し電極２１の開口部やｎ型電極８の開口部
を形成するためのパターニングを行うことである。
【００２０】以上の実施例では、活性層を単一量子井戸
としたが、これに限らず、多重量子井戸や、２０ｎｍ以
上の厚い活性層を用いても良い。また、ｎ型閉じ込め層
とｐ型閉じ込め層と活性層を合わせた厚さをλとした
が、これに限らずλ／２の整数倍ならば、厚さを変更す
る事が出来る。また、材料として、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ
系材料を用いたが、これに限らず他の半導体材料、例え
ばＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系材料などを用いる事が出来
る。また、第２の実施例では，ポリイミドを用いて、溝
を埋め込んだが、これに限らず他の誘電体材料、例えば
ＳｉＯ2 などを用いても良い。また、実施例の平面図で
は、横方向のＤＢＲ反射鏡を四角形で形成したが、これ
に限らず円形などにしても良い。
としたが、これに限らず、多重量子井戸や、２０ｎｍ以
上の厚い活性層を用いても良い。また、ｎ型閉じ込め層
とｐ型閉じ込め層と活性層を合わせた厚さをλとした
が、これに限らずλ／２の整数倍ならば、厚さを変更す
る事が出来る。また、材料として、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ
系材料を用いたが、これに限らず他の半導体材料、例え
ばＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系材料などを用いる事が出来
る。また、第２の実施例では，ポリイミドを用いて、溝
を埋め込んだが、これに限らず他の誘電体材料、例えば
ＳｉＯ2 などを用いても良い。また、実施例の平面図で
は、横方向のＤＢＲ反射鏡を四角形で形成したが、これ
に限らず円形などにしても良い。
【００２１】また、実施例では、半導体壁厚を３λ／４
としたが、これに限らず、λ／４、５λ／４のなど、一
般にλ／４＋（λ／２の整数倍）で書き表される厚みな
らば良い。ただし、λ／４の厚みであると、６０ｎｍ程
度の厚みとなって、半導体壁が倒壊しやすくなる。この
ような問題がある場合には、図３に示す平面図のよう
に、半導体壁どうしを連結するような補強半導体壁３０
を設けると良い。また、実施例では、溝１１の幅をλ／
４としたが、これに限らず、一般にλ／４＋（λ／２の
整数倍）で書き表される幅ならば良い。
としたが、これに限らず、λ／４、５λ／４のなど、一
般にλ／４＋（λ／２の整数倍）で書き表される厚みな
らば良い。ただし、λ／４の厚みであると、６０ｎｍ程
度の厚みとなって、半導体壁が倒壊しやすくなる。この
ような問題がある場合には、図３に示す平面図のよう
に、半導体壁どうしを連結するような補強半導体壁３０
を設けると良い。また、実施例では、溝１１の幅をλ／
４としたが、これに限らず、一般にλ／４＋（λ／２の
整数倍）で書き表される幅ならば良い。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、光を縦方向のみなら
ず、横方向にも効率よく閉じ込める事が出来るため、光
モード密度を小さくできて、マイクロキャビティ効果に
よって、低電流域でレーザ光のような鋭い波長スペクト
ルや指向性を有する出力光が得られる面発光レーザを実
現できる。
ず、横方向にも効率よく閉じ込める事が出来るため、光
モード密度を小さくできて、マイクロキャビティ効果に
よって、低電流域でレーザ光のような鋭い波長スペクト
ルや指向性を有する出力光が得られる面発光レーザを実
現できる。
【図１】本発明の第１の実施例の面発光レーザの平面図
（Ａ）と断面図（Ｂ）である。
（Ａ）と断面図（Ｂ）である。
【図２】本発明の第２の実施例の面発光レーザの断面図
である。
である。
【図３】本発明の別の実施例の平面図である。
【符号の説明】 １ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型ＤＢＲ反射膜 ３ ｎ型閉じ込め層 ４ 活性層 ５ ｐ型閉じ込め層 ６ ｐ型ＤＢＲ反射膜 ７ ｐ型電極 ８ ｎ型電極 ９ 面発光レーザ本体 １０ 半導体壁 １１ 溝 １２ 横方向ＤＢＲ反射鏡 １３ レーザ内部光 １４ 出力光 ２０ ポリイミド ２１ 引き出し電極 ３０ 補強半導体壁
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板上に形成された第１ＤＢＲ反
射膜と、この第１ＤＢＲ反射膜上に形成されたＰＮ接合
と活性層を含む多層構造と、前記多層構造上に形成され
た第２ＤＢＲ反射膜と、前記第１ＤＢＲ反射膜と前記多
層構造と前記第２ＤＢＲ反射膜からなる半導体柱と、こ
の半導体柱を横方向を囲むように形成された少なくとも
１つの半導体壁とを備え、前記活性層から出射する光の
媒質内波長をλとするとき、前記半導体壁の厚み、前記
半導体柱と前記半導体壁の間の間隔がそれぞれほぼλ／
４＋（λ／２の整数倍）となっており、前記半導体壁が
２つ以上ある場合には、その間隔がほぼλ／４＋（λ／
２の整数倍）となっていることを特徴とする面発光レー
ザ。 - 【請求項２】 半導体基板上に、屈折率の異なる半導体
層を交互に積層することによって第１ＤＢＲ反射膜を形
成する工程と、この第１ＤＢＲ反射膜上にＰＮ接合と活
性層を含む多層構造を形成する工程と、この多層構造上
に屈折率の異なる半導体層を交互に積層することによっ
て第２ＤＢＲ反射膜を形成する工程と、前記第１ＤＢＲ
反射膜と前記多層構造と前記第２ＤＢＲ反射膜からなる
半導柱をドライエッチングによって形成する、このドラ
イエッチングによって、前記半導体柱と同時に、この半
導体柱を横方向に囲むような少なくとも１つの半導体壁
を形成する工程とを備え、前記活性層から出射する光の
媒質内波長をλとするとき、前記半導体壁の厚み、前記
半導体柱と前記半導体壁の間の間隔をそれぞれほぼλ／
４＋（λ／２の整数倍）として、また、半導体壁が２つ
以上ある場合には、その間隔をほぼλ／４＋（λ／２の
整数倍）とすることを特徴とする面発光レーザの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5037692A JPH0770792B2 (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 面発光レーザとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5037692A JPH0770792B2 (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 面発光レーザとその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06252504A true JPH06252504A (ja) | 1994-09-09 |
| JPH0770792B2 JPH0770792B2 (ja) | 1995-07-31 |
Family
ID=12504615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5037692A Expired - Fee Related JPH0770792B2 (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 面発光レーザとその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0770792B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5701324A (en) * | 1994-08-23 | 1997-12-23 | France Telecom | Optical, opto-electronic or photonic component including at least one laterally confined optical cavity |
| WO2000010040A1 (en) * | 1998-08-11 | 2000-02-24 | Massachusetts Institute Of Technology | Composite photonic crystals |
| JP2003086896A (ja) * | 2001-06-26 | 2003-03-20 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体素子及び面発光型半導体レーザ素子 |
| US6684008B2 (en) | 2000-09-01 | 2004-01-27 | The University Of British Columbia | Planar photonic bandgap structures for controlling radiation loss |
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| WO2005062434A1 (ja) | 2003-12-22 | 2005-07-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 面発光レーザおよびレーザ投射装置 |
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| WO2010113774A1 (en) * | 2009-04-02 | 2010-10-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Surface emitting laser with photonic crystal waveguiding and outcoupling by a discontinuous cladding layer |
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| EP4143933A4 (en) * | 2020-04-27 | 2024-05-29 | Technion Research & Development Foundation Ltd. | TOPOLOGICAL ISOLATOR SURFACE EMITTING LASER SYSTEM |
-
1993
- 1993-02-26 JP JP5037692A patent/JPH0770792B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2010245178A (ja) * | 2009-04-02 | 2010-10-28 | Canon Inc | 面発光レーザ |
| US8265114B2 (en) | 2009-04-02 | 2012-09-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Surface emitting laser |
| WO2015116435A3 (en) * | 2014-01-29 | 2015-12-10 | Opel Solar, Inc. | Optoelectronic integrated circuit |
| US9625647B2 (en) | 2014-01-29 | 2017-04-18 | The University Of Connecticut | Optoelectronic integrated circuit |
| US10038302B2 (en) | 2014-01-29 | 2018-07-31 | The University Of Connecticut | Optoelectronic integrated circuit |
| US10601198B2 (en) | 2014-01-29 | 2020-03-24 | Poet Technologies, Inc. | Dual wavelength hybrid device |
| US10811841B2 (en) | 2014-01-29 | 2020-10-20 | Poet Technologies, Inc. | Split-electrode vertical cavity optical device |
| EP4143933A4 (en) * | 2020-04-27 | 2024-05-29 | Technion Research & Development Foundation Ltd. | TOPOLOGICAL ISOLATOR SURFACE EMITTING LASER SYSTEM |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0770792B2 (ja) | 1995-07-31 |
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