JPH0629611A - 面発光半導体レーザ - Google Patents
面発光半導体レーザInfo
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- JPH0629611A JPH0629611A JP32909991A JP32909991A JPH0629611A JP H0629611 A JPH0629611 A JP H0629611A JP 32909991 A JP32909991 A JP 32909991A JP 32909991 A JP32909991 A JP 32909991A JP H0629611 A JPH0629611 A JP H0629611A
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- interference reflection
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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
- 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]
- H01S5/18305—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] with emission through the substrate, i.e. bottom emission
-
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-
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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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明の目的は、微分量子効率の低下を伴う
ことなく電気抵抗を低減したＤＢＲ反射膜ベースの面発
光半導体レーザを提供することにある。 【構成】ｎ型ＧａＡｓとｎ型ＡｌＡｓとを交互に積層し
て形成したｎ型多層干渉反射膜と、ｐ型ＧａＡｓとｐ型
ＡｌＡｓとを交互に積層して形成したｐ型多層干渉反射
膜とにより活性領域を挟んだ構造をもち、ｎ型多層干渉
反射膜のｎ型ＡｌＡｓ ｏｎ ｎ型ＧａＡｓヘテロ接合
部およびｐ型多層干渉反射膜のｐ型ＧａＡｓ ｏｎ ｐ
型ＡｌＡｓのヘテロ接合部の少くとも一方に高濃度ドー
プ領域を形成する。
ことなく電気抵抗を低減したＤＢＲ反射膜ベースの面発
光半導体レーザを提供することにある。 【構成】ｎ型ＧａＡｓとｎ型ＡｌＡｓとを交互に積層し
て形成したｎ型多層干渉反射膜と、ｐ型ＧａＡｓとｐ型
ＡｌＡｓとを交互に積層して形成したｐ型多層干渉反射
膜とにより活性領域を挟んだ構造をもち、ｎ型多層干渉
反射膜のｎ型ＡｌＡｓ ｏｎ ｎ型ＧａＡｓヘテロ接合
部およびｐ型多層干渉反射膜のｐ型ＧａＡｓ ｏｎ ｐ
型ＡｌＡｓのヘテロ接合部の少くとも一方に高濃度ドー
プ領域を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は半導体レーザに関し、
特に、活性層に垂直な方向にレーザ出力光を生ずる面発
光半導体レーザに関する。
特に、活性層に垂直な方向にレーザ出力光を生ずる面発
光半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】一つの導電型のIII-V 族化合物半導体
（例えばｎ型ＧａＡｓ）の基板の表面に、同一導電型の
下側反射膜、量子井戸から成る活性層、反対導電型の上
側反射膜、および金属膜をエピタキシャル成長により形
成し、基板と金属膜との間に直流電圧を印加して、基板
の下面（裏面）または上側反射膜の上面からその面と垂
直な方向にレーザ出力光を取り出す構成の面発光半導体
レーザが注目を集めている。この種の半導体レーザの構
造は、ＩＣ製造技術の応用により単一の基板に多数の微
小レーザを高度に集積化することを可能にするので、信
号伝送路の光スイッチや光コンピュータなどに広く応用
できるものと期待されている。
（例えばｎ型ＧａＡｓ）の基板の表面に、同一導電型の
下側反射膜、量子井戸から成る活性層、反対導電型の上
側反射膜、および金属膜をエピタキシャル成長により形
成し、基板と金属膜との間に直流電圧を印加して、基板
の下面（裏面）または上側反射膜の上面からその面と垂
直な方向にレーザ出力光を取り出す構成の面発光半導体
レーザが注目を集めている。この種の半導体レーザの構
造は、ＩＣ製造技術の応用により単一の基板に多数の微
小レーザを高度に集積化することを可能にするので、信
号伝送路の光スイッチや光コンピュータなどに広く応用
できるものと期待されている。
【０００３】しかしながら、このような面発光半導体レ
ーザを実用的な形で実現するには消費電力を低減しなけ
ればならない。すなわち、微分量子効率（内部量子効率
とミラー損失対光共振器内損失比との積）を高めて閾値
電流を低減するとともに、上記基板と金属膜との間の電
気抵抗を下げて駆動電源電圧を低下させなければならな
い。
ーザを実用的な形で実現するには消費電力を低減しなけ
ればならない。すなわち、微分量子効率（内部量子効率
とミラー損失対光共振器内損失比との積）を高めて閾値
電流を低減するとともに、上記基板と金属膜との間の電
気抵抗を下げて駆動電源電圧を低下させなければならな
い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、閾値電流およ
び電気抵抗の低減のためのいろいろの手法が提案されて
きた。まず、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ，ｖｏｌ．２５，ｐｐ，ｐｐ．１３７７−１３７８
（１９８９年）所載のＪ．Ｌ．Ｊｅｗｅｌｌらの報告
は、上記下側反射膜および上側反射膜として多層ＧａＡ
ｓ／ＡｌＡｓ膜による分布Ｂｒａｇｇ反射膜（Ｄｉｓｔ
ｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ，
以下ＤＢＲ反射膜という）を採用することが閾値電流の
低下に非常に有効であることを示した。ＤＢＲ反射膜の
採用は確かに閾値電流の低減をもたらすが、電気抵抗の
低減は充分でない。電気抵抗を下げる手段として、ＩＥ
ＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａ
ｌ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．２，ｐｐ．２３４−２３
６（１９９０年）所載のＲ．Ｓ．Ｇｅｅｌｓらの報告、
および上記Ｊ．Ｌ．Ｊｅｗｅｌｌらによる米国特許第
４，９４９，３５０号は、上記下側反射膜および上側反
射膜を構成するＤＢＲ反射膜のＧａＡｓ／ＡｌＡｓヘテ
ロ接合部にグレーデット層を形成することを提案した。
ＤＢＲ反射膜の高い電気抵抗が、そのＤＢＲ反射膜を構
成する多層ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ膜の各々のＧａＡｓ／Ａ
ｌＡｓヘテロ接合の高抵抗に起因することに着目した提
案であるこの手法によって上述の抵抗値は従来の１０分
の１程度に低減できる見通しである旨報告されている
が、それ以上の低減は困難とみられる。
び電気抵抗の低減のためのいろいろの手法が提案されて
きた。まず、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ，ｖｏｌ．２５，ｐｐ，ｐｐ．１３７７−１３７８
（１９８９年）所載のＪ．Ｌ．Ｊｅｗｅｌｌらの報告
は、上記下側反射膜および上側反射膜として多層ＧａＡ
ｓ／ＡｌＡｓ膜による分布Ｂｒａｇｇ反射膜（Ｄｉｓｔ
ｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ，
以下ＤＢＲ反射膜という）を採用することが閾値電流の
低下に非常に有効であることを示した。ＤＢＲ反射膜の
採用は確かに閾値電流の低減をもたらすが、電気抵抗の
低減は充分でない。電気抵抗を下げる手段として、ＩＥ
ＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａ
ｌ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．２，ｐｐ．２３４−２３
６（１９９０年）所載のＲ．Ｓ．Ｇｅｅｌｓらの報告、
および上記Ｊ．Ｌ．Ｊｅｗｅｌｌらによる米国特許第
４，９４９，３５０号は、上記下側反射膜および上側反
射膜を構成するＤＢＲ反射膜のＧａＡｓ／ＡｌＡｓヘテ
ロ接合部にグレーデット層を形成することを提案した。
ＤＢＲ反射膜の高い電気抵抗が、そのＤＢＲ反射膜を構
成する多層ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ膜の各々のＧａＡｓ／Ａ
ｌＡｓヘテロ接合の高抵抗に起因することに着目した提
案であるこの手法によって上述の抵抗値は従来の１０分
の１程度に低減できる見通しである旨報告されている
が、それ以上の低減は困難とみられる。
【０００５】電気抵抗を下げるもう一つの手法は、Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．２７，
ｐｐ．９５１−９１６（１９９１年）所載のＧ．Ｈａｓ
ｎａｉｎらの報告にも記載されているとおり、ＤＢＲ反
射膜を構成する多層ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ膜の不純物濃度
を上げる手法である。このアプローチによると、電気抵
抗は確かに下がるものの、光共振器内のフリーキャリア
による光の吸収が不可避的に大きくなり、微分量子効率
が下り、閾値電流を引き上げる。
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．２７，
ｐｐ．９５１−９１６（１９９１年）所載のＧ．Ｈａｓ
ｎａｉｎらの報告にも記載されているとおり、ＤＢＲ反
射膜を構成する多層ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ膜の不純物濃度
を上げる手法である。このアプローチによると、電気抵
抗は確かに下がるものの、光共振器内のフリーキャリア
による光の吸収が不可避的に大きくなり、微分量子効率
が下り、閾値電流を引き上げる。
【０００６】この発明の目的は、微分量子効率の低下を
伴うことなく電気抵抗を低減したＤＢＲ反射膜ベースの
面発光半導体レーザを提供することにある。
伴うことなく電気抵抗を低減したＤＢＲ反射膜ベースの
面発光半導体レーザを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明によるＤＢＲ反
射膜ベースの面発光半導体レーザにおいて、ＤＢＲ反射
膜を構成する多層ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ膜の不純物濃度を
上記Ｈａｓｎａｉｎらの提案のように均一に上げる代り
に、光共振器内に発生する活性層からの出力光の定在波
の電界強度が最小になる点のみにおいて選択的に上げ
る。出力光定在波の電界強度の最小値は光共振器の軸方
向、すなわち活性層面に垂直な方向に空間的に周期的に
現われるので、この空間的周期とＤＢＲ反射膜の多層Ｇ
ａＡｓ／ＡｌＡｓ膜の厚さとを一対一に対応させ、それ
ら多層ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ膜のＧａＡｓ／ＡｌＡｓヘテ
ロ接合のうち、レーザ全体の順バイアス動作時に逆バイ
アス状態になるＧａＡｓ／ＡｌＡｓヘテロ接合のみで不
純物濃度を高める。
射膜ベースの面発光半導体レーザにおいて、ＤＢＲ反射
膜を構成する多層ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ膜の不純物濃度を
上記Ｈａｓｎａｉｎらの提案のように均一に上げる代り
に、光共振器内に発生する活性層からの出力光の定在波
の電界強度が最小になる点のみにおいて選択的に上げ
る。出力光定在波の電界強度の最小値は光共振器の軸方
向、すなわち活性層面に垂直な方向に空間的に周期的に
現われるので、この空間的周期とＤＢＲ反射膜の多層Ｇ
ａＡｓ／ＡｌＡｓ膜の厚さとを一対一に対応させ、それ
ら多層ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ膜のＧａＡｓ／ＡｌＡｓヘテ
ロ接合のうち、レーザ全体の順バイアス動作時に逆バイ
アス状態になるＧａＡｓ／ＡｌＡｓヘテロ接合のみで不
純物濃度を高める。
【０００８】
【作用】この発明の面発光半導体レーザのＤＢＲ反射膜
を形成する多層ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ膜は上述のとおり逆
バイアス状態なるヘテロ接合近傍で高濃度に不純物を含
むので、それらヘテロ接合に起因する高抵抗値を低減で
きる。また、上記光定在波の電界強度の高い点では不純
物濃度は低く抑えてあるので光共振器内フリーキャリア
による光の吸収損失を低減でき、微分量子効率の低下を
回避できる。すなわち、この発明によれば、微分量子効
率を害なうことなく電気抵抗を低減した面発光半導体レ
ーザが得られる。
を形成する多層ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ膜は上述のとおり逆
バイアス状態なるヘテロ接合近傍で高濃度に不純物を含
むので、それらヘテロ接合に起因する高抵抗値を低減で
きる。また、上記光定在波の電界強度の高い点では不純
物濃度は低く抑えてあるので光共振器内フリーキャリア
による光の吸収損失を低減でき、微分量子効率の低下を
回避できる。すなわち、この発明によれば、微分量子効
率を害なうことなく電気抵抗を低減した面発光半導体レ
ーザが得られる。
【０００９】
【実施例】図１Ａを参照すると、この図に縦断面図を示
した本発明の面発光半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板
１の表面に、ｎ型多層干渉反射膜４、活性領域３、ｐ型
多層干渉反射膜４および位相制御層５を分子線エピタキ
シー（ＭＢＥ）により順次エピタキシャル成長させて形
成した積層構造にＡｕＺｎ膜を堆積したのち、この積層
構造物をドライエッチングにかけて、各々が直径１〜１
０μｍを有し、基板１の１つの面に配置された多数の円
柱状の微小レーザに切り分けることによって製造する。
この積層構造物の形成のための製造工程は上述の従来技
術と実質的に共通であるので詳細な説明は省略する。な
お、電極用ＡｕＺｎ膜６の形成は、ドライエッチングに
よる微小レーザへの切分けの後に行っても差し支えな
い。ＧａＡｓ基板１の下側の面（裏面）にはＡｕＧｅＮ
ｉから成る環状の電極７を形成する。この半導体レーザ
の駆動直流電圧は電極６を＋、電極７を−として印加さ
れ、レーザ光８はＧａＡｓ基板１の上記裏面から取り出
される。
した本発明の面発光半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板
１の表面に、ｎ型多層干渉反射膜４、活性領域３、ｐ型
多層干渉反射膜４および位相制御層５を分子線エピタキ
シー（ＭＢＥ）により順次エピタキシャル成長させて形
成した積層構造にＡｕＺｎ膜を堆積したのち、この積層
構造物をドライエッチングにかけて、各々が直径１〜１
０μｍを有し、基板１の１つの面に配置された多数の円
柱状の微小レーザに切り分けることによって製造する。
この積層構造物の形成のための製造工程は上述の従来技
術と実質的に共通であるので詳細な説明は省略する。な
お、電極用ＡｕＺｎ膜６の形成は、ドライエッチングに
よる微小レーザへの切分けの後に行っても差し支えな
い。ＧａＡｓ基板１の下側の面（裏面）にはＡｕＧｅＮ
ｉから成る環状の電極７を形成する。この半導体レーザ
の駆動直流電圧は電極６を＋、電極７を−として印加さ
れ、レーザ光８はＧａＡｓ基板１の上記裏面から取り出
される。
【００１０】活性領域３は、厚さ１０ｎｍで不純物を含
まないＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓから成る活性層１０を、Ｓ
ｉで５×１０16ｃｍ-3の濃度にドープされた厚さ１４３
ｎｍのｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 層１１と、Ｂｅで５×１０
16ｃｍ-3の濃度にドープされた厚さ１４３ｎｍのｐ型Ａ
ｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ層１２とで挟んだサンドウィッチ構
造を備えている。
まないＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓから成る活性層１０を、Ｓ
ｉで５×１０16ｃｍ-3の濃度にドープされた厚さ１４３
ｎｍのｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 層１１と、Ｂｅで５×１０
16ｃｍ-3の濃度にドープされた厚さ１４３ｎｍのｐ型Ａ
ｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ層１２とで挟んだサンドウィッチ構
造を備えている。
【００１１】位相制御層５は、活性領域３からの光の電
極６における反射に伴う位相変化を補償してｐ型多層干
渉反射膜４の反射率を最大にするための層であり、その
厚さは活性領域３からのレーザ光の波長λ0 の０．１６
倍を位相制御層５の屈折率で除した値に選ぶ。本実施例
においては、位相制御層５を構成するｐ型ＧａＡｓ層の
屈折率は３．５４４１６であり、波長λ0 は９５０ｎｍ
であるので層５の厚さは４２．８８ｎｍに選んである。
極６における反射に伴う位相変化を補償してｐ型多層干
渉反射膜４の反射率を最大にするための層であり、その
厚さは活性領域３からのレーザ光の波長λ0 の０．１６
倍を位相制御層５の屈折率で除した値に選ぶ。本実施例
においては、位相制御層５を構成するｐ型ＧａＡｓ層の
屈折率は３．５４４１６であり、波長λ0 は９５０ｎｍ
であるので層５の厚さは４２．８８ｎｍに選んである。
【００１２】ｎ型多層干渉反射膜２は、それぞれＳｉで
従来技術による場合と同程度の濃度にドープしたｎ型Ｇ
ａＡｓ層１３とｎ型ＡｌＡｓ層１４とを交互に２３周期
にわたり積層して形成したＤＢＲである。同様に、ｐ型
多層干渉反射膜４は、それぞれＢｅで従来技術による場
合と同程度の濃度にドープしたｐ型ＧａＡｓ層１５とｐ
型ＡｌＡｓ層１６とを交互に１５周期にわたり積層して
形成したＤＢＲである。これらＧａＡｓ層およびＡｌＡ
ｓ層の厚さは、それぞれλ0 ／ｎGaAs，λ0 ／ｎAlAsに
選ぶ。ここで、ｎGaAsおよびｎAlAsは、それぞれＧａＡ
ｓおよびＡｌＡｓの屈折率を表わす。ｎGaAsおよびｎ
AlAsは導電型にほぼ関係なく、それぞれ３．５４４１６
および２．９６０９１であるので、この実施例ではＧａ
Ａｓ層の厚さは６７ｎｍに、ＡｌＡｓ層の厚さは８０．
２ｎｍにそれぞれ選んである。
従来技術による場合と同程度の濃度にドープしたｎ型Ｇ
ａＡｓ層１３とｎ型ＡｌＡｓ層１４とを交互に２３周期
にわたり積層して形成したＤＢＲである。同様に、ｐ型
多層干渉反射膜４は、それぞれＢｅで従来技術による場
合と同程度の濃度にドープしたｐ型ＧａＡｓ層１５とｐ
型ＡｌＡｓ層１６とを交互に１５周期にわたり積層して
形成したＤＢＲである。これらＧａＡｓ層およびＡｌＡ
ｓ層の厚さは、それぞれλ0 ／ｎGaAs，λ0 ／ｎAlAsに
選ぶ。ここで、ｎGaAsおよびｎAlAsは、それぞれＧａＡ
ｓおよびＡｌＡｓの屈折率を表わす。ｎGaAsおよびｎ
AlAsは導電型にほぼ関係なく、それぞれ３．５４４１６
および２．９６０９１であるので、この実施例ではＧａ
Ａｓ層の厚さは６７ｎｍに、ＡｌＡｓ層の厚さは８０．
２ｎｍにそれぞれ選んである。
【００１３】次に、図１Ｂおよび図１Ｃを図１Ａに併せ
て参照すると、多層干渉反射膜２および４の各々を構成
するＧａＡｓ層およびＡｌＡｓ層は、上述の均一なドー
ピングに加えて、これら層の間のＧａＡｓ／ＡｌＡｓヘ
テロ接合のうち、特定のヘテロ接合およびその近傍を高
濃度にドーピングする。すなわち、これらＧａＡｓ／Ａ
ｌＡｓヘテロ接合のうち、多層干渉反射膜２および４か
らそれぞれ活性領域３に向って、小さい値から大きい値
に変化する禁制帯幅Ｅｇをもつヘテロ接合１７およびそ
れら接合近傍において、Ｓｉ（ｎ型多層干渉反射膜２）
およびＢｅ（ｐ型多層干渉反射膜４）で高濃度にドープ
する。高濃度にドープされたこれらヘテロ接合１７は、
この面発光半導体レーザの電極６および電極７の間に順
方向に直流電圧をかけた状態で逆バイアスになる接合で
あり、活性領域３、多層干渉反射膜２および４にわたっ
て発生するレーザ光の定在波の電界強度２０の最小点に
位置する。この実施例におけるｎ型多層干渉反射膜で
は、ｎ型ＡｌＡｓ ｏｎｎ型ＧａＡｓのヘテロ接合が、
また、ｐ型多層板反射膜４ではｐ型ＧａＡｓ ｏｎｐ型
ＡｌＡｓのヘテロ接合が上記特定のヘテロ接合１７を構
成する。これら特定のヘテロ接合１７に形成される高濃
度ドープ領域１８（図１Ｃ）は、ｎ型およびｐ型多層干
渉反射膜２および４の両方共、６０ｎｍの厚さをもち、
前者で５×１０18ｃｍ-3後者で１×１０19ｃｍ-3の不純
物濃度をもつ（図１Ｄ）。これら高濃度ドープ領域１８
以外の部分は多層干渉反射膜２および４ともに１×１０
18ｃｍ-3に均一にドープしている。
て参照すると、多層干渉反射膜２および４の各々を構成
するＧａＡｓ層およびＡｌＡｓ層は、上述の均一なドー
ピングに加えて、これら層の間のＧａＡｓ／ＡｌＡｓヘ
テロ接合のうち、特定のヘテロ接合およびその近傍を高
濃度にドーピングする。すなわち、これらＧａＡｓ／Ａ
ｌＡｓヘテロ接合のうち、多層干渉反射膜２および４か
らそれぞれ活性領域３に向って、小さい値から大きい値
に変化する禁制帯幅Ｅｇをもつヘテロ接合１７およびそ
れら接合近傍において、Ｓｉ（ｎ型多層干渉反射膜２）
およびＢｅ（ｐ型多層干渉反射膜４）で高濃度にドープ
する。高濃度にドープされたこれらヘテロ接合１７は、
この面発光半導体レーザの電極６および電極７の間に順
方向に直流電圧をかけた状態で逆バイアスになる接合で
あり、活性領域３、多層干渉反射膜２および４にわたっ
て発生するレーザ光の定在波の電界強度２０の最小点に
位置する。この実施例におけるｎ型多層干渉反射膜で
は、ｎ型ＡｌＡｓ ｏｎｎ型ＧａＡｓのヘテロ接合が、
また、ｐ型多層板反射膜４ではｐ型ＧａＡｓ ｏｎｐ型
ＡｌＡｓのヘテロ接合が上記特定のヘテロ接合１７を構
成する。これら特定のヘテロ接合１７に形成される高濃
度ドープ領域１８（図１Ｃ）は、ｎ型およびｐ型多層干
渉反射膜２および４の両方共、６０ｎｍの厚さをもち、
前者で５×１０18ｃｍ-3後者で１×１０19ｃｍ-3の不純
物濃度をもつ（図１Ｄ）。これら高濃度ドープ領域１８
以外の部分は多層干渉反射膜２および４ともに１×１０
18ｃｍ-3に均一にドープしている。
【００１４】電極６および７を上述のとおり駆動電源
（図示していない）の陽極および陰極にそれぞれ接続す
ると、この半導体レーザはレーザ発振を起し、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１の裏面から出力光８を発生する。多層干渉反
射膜２および４を構成する上記ＤＢＲｓのＧａＡｓ／Ａ
ｌＡｓヘテロ接合は、この状態で１層ごとに交互に順バ
イアス状態および逆バイアス状態となる。一般に、逆バ
イアス状態にあるヘテロ接合は電流が流れにくく、高抵
抗になるが、本実施例では、これら逆バイアスになるヘ
テロ接合の近傍は高濃度に不純物でドープしてあるの
で、電流は流れ易く、上記高抵抗は回避できる。しか
も、高濃度ドープ領域１８は上記光定在波の電界強度の
最小点の近傍に限って形成してあるので、それら高濃度
ドープ領域１８のフリーキャリアによる光の吸収の影響
は最小限に抑えられ、微分量子効率の低下を招くことは
ない。
（図示していない）の陽極および陰極にそれぞれ接続す
ると、この半導体レーザはレーザ発振を起し、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１の裏面から出力光８を発生する。多層干渉反
射膜２および４を構成する上記ＤＢＲｓのＧａＡｓ／Ａ
ｌＡｓヘテロ接合は、この状態で１層ごとに交互に順バ
イアス状態および逆バイアス状態となる。一般に、逆バ
イアス状態にあるヘテロ接合は電流が流れにくく、高抵
抗になるが、本実施例では、これら逆バイアスになるヘ
テロ接合の近傍は高濃度に不純物でドープしてあるの
で、電流は流れ易く、上記高抵抗は回避できる。しか
も、高濃度ドープ領域１８は上記光定在波の電界強度の
最小点の近傍に限って形成してあるので、それら高濃度
ドープ領域１８のフリーキャリアによる光の吸収の影響
は最小限に抑えられ、微分量子効率の低下を招くことは
ない。
【００１５】本実施例において、閾値電流密度は９００
Ａ／ｃｍ2 になり、従来技術による値（１．５ＫＡ／ｃ
ｍ2 ）に比べて大幅に改善されている。また、多層干渉
反射膜のシート電気抵抗ρs は、従来技術による多層干
渉反射膜１０周期の構成で２．３×１０-4Ω・ｃｍ2 で
あったものが、１／２程度になる。
Ａ／ｃｍ2 になり、従来技術による値（１．５ＫＡ／ｃ
ｍ2 ）に比べて大幅に改善されている。また、多層干渉
反射膜のシート電気抵抗ρs は、従来技術による多層干
渉反射膜１０周期の構成で２．３×１０-4Ω・ｃｍ2 で
あったものが、１／２程度になる。
【００１６】下側反射膜２のｎ型ＤＢＲを２８．５周
期、上側反射膜４のｐ型ＤＢＲを２３周期とし、上記高
濃度ドープ領域１８の不純物濃度を上側反射膜４で５×
１０18ｃｍ-3、下側反射膜２で２×１０18ｃｍ-3とし、
上記高濃度ドープ領域１８以外の均一ドープ領域の不純
物濃度を５×１０17ｃｍ-3とし、エッチングにより２０
μｍ×２０μｍの角柱に加工して構成した本実施例によ
るサンプルでは、室温ＣＷ発振で閾値電流１．８ｍＡ、
閾値電流密度４５０Ａ／ｃｍ2 、微分量子効率０．１ｍ
Ｗ／ｍＡをそれぞれ記録した。閾値電流および電気抵抗
について上述の改善がみられたほか、微分量子効率も従
来技術によった場合に比べて１０倍程度改善されている
ことがわかる。
期、上側反射膜４のｐ型ＤＢＲを２３周期とし、上記高
濃度ドープ領域１８の不純物濃度を上側反射膜４で５×
１０18ｃｍ-3、下側反射膜２で２×１０18ｃｍ-3とし、
上記高濃度ドープ領域１８以外の均一ドープ領域の不純
物濃度を５×１０17ｃｍ-3とし、エッチングにより２０
μｍ×２０μｍの角柱に加工して構成した本実施例によ
るサンプルでは、室温ＣＷ発振で閾値電流１．８ｍＡ、
閾値電流密度４５０Ａ／ｃｍ2 、微分量子効率０．１ｍ
Ｗ／ｍＡをそれぞれ記録した。閾値電流および電気抵抗
について上述の改善がみられたほか、微分量子効率も従
来技術によった場合に比べて１０倍程度改善されている
ことがわかる。
【００１７】本実施例においては、ｐ型多層干渉反射膜
４およびｎ型多層干渉反射膜２の両方において、上記高
濃度ドープ領域１８を形成したが、これら反射膜２およ
び４のいずれか一方だけに形成しても差し支えない。そ
の場合は、ｐ型多層干渉反射膜４に高濃度ドープ領域１
８を形成するのが、好ましい。なぜなら、ｐ型多層干渉
反射膜４の方が直列抵抗が１桁程度高く、かつ、フリー
キャリア損失も大きいからである。また、この発明によ
る周期的高濃度ドープ領域１８の形成を上記の従来技術
によるＧａＡｓ／ＡｌＡｓ接合部でのグレーデット層の
形成に併せて行うこともできる。その場合は、直列抵抗
の低減効果がさらに高まる。また、活性領域３に２つ以
上の量子井戸活性層を含めることもでき、また、ｐｎｐ
ｎ構造にすることもできる。後者の場合には、ｐｎｐｎ
構造特有のスイッチング特性が生じ、レーザ発振とスイ
ッチングの２つの機能を有する面発光半導体レーザが得
られる。また、本実施例では、ドーパントとしてＳｉお
よびＢｅを用いたが、Ｓｎ，Ｔｅ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｚｎ等
も同様に用いる事ができる。また、本発明に用いられる
III-V 族半導体材料は、実施例では、ＧａＡｓ，ＡｌＡ
ｓに限ったが、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系等のIII-V 族
半導体材料も同様に用いることができる。また、基板裏
面からレーザ光を取り出す構造としたが、上側ＤＢＲ反
射膜上面からレーザ光を取り出す構造にしても差し支え
ない。
４およびｎ型多層干渉反射膜２の両方において、上記高
濃度ドープ領域１８を形成したが、これら反射膜２およ
び４のいずれか一方だけに形成しても差し支えない。そ
の場合は、ｐ型多層干渉反射膜４に高濃度ドープ領域１
８を形成するのが、好ましい。なぜなら、ｐ型多層干渉
反射膜４の方が直列抵抗が１桁程度高く、かつ、フリー
キャリア損失も大きいからである。また、この発明によ
る周期的高濃度ドープ領域１８の形成を上記の従来技術
によるＧａＡｓ／ＡｌＡｓ接合部でのグレーデット層の
形成に併せて行うこともできる。その場合は、直列抵抗
の低減効果がさらに高まる。また、活性領域３に２つ以
上の量子井戸活性層を含めることもでき、また、ｐｎｐ
ｎ構造にすることもできる。後者の場合には、ｐｎｐｎ
構造特有のスイッチング特性が生じ、レーザ発振とスイ
ッチングの２つの機能を有する面発光半導体レーザが得
られる。また、本実施例では、ドーパントとしてＳｉお
よびＢｅを用いたが、Ｓｎ，Ｔｅ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｚｎ等
も同様に用いる事ができる。また、本発明に用いられる
III-V 族半導体材料は、実施例では、ＧａＡｓ，ＡｌＡ
ｓに限ったが、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系等のIII-V 族
半導体材料も同様に用いることができる。また、基板裏
面からレーザ光を取り出す構造としたが、上側ＤＢＲ反
射膜上面からレーザ光を取り出す構造にしても差し支え
ない。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、光定在波の節となる位置と前述した逆バイアスとな
るヘテロ接合位置が一致している事を利用して、このヘ
テロ接合部にのみ不純物を多量にドープする事によって
微分量子効率を悪化させる事なく電気抵抗を低減する事
が出来る。
は、光定在波の節となる位置と前述した逆バイアスとな
るヘテロ接合位置が一致している事を利用して、このヘ
テロ接合部にのみ不純物を多量にドープする事によって
微分量子効率を悪化させる事なく電気抵抗を低減する事
が出来る。
【図１】Ａは発明の一実施例の面発光半導体レーザの構
造を模式的に示す縦断面図、ＢはＡの半導体レーザの動
作状態でその内部に発生する光定在波の電界強度のＡの
半導体レーザ軸方向位置に対する分布を示す図、ＣはＡ
の半導体レーザを構成する多層干渉反射膜及び活性領域
の各々に対応する禁制帯幅と上記多層干渉反射膜の高不
純物濃度領域との関係を模式的に示す図、Ｄは上記多層
干渉反射膜の不純物濃度のＢと同様の軸方向位置に対す
る分布の一例を示す図である。
造を模式的に示す縦断面図、ＢはＡの半導体レーザの動
作状態でその内部に発生する光定在波の電界強度のＡの
半導体レーザ軸方向位置に対する分布を示す図、ＣはＡ
の半導体レーザを構成する多層干渉反射膜及び活性領域
の各々に対応する禁制帯幅と上記多層干渉反射膜の高不
純物濃度領域との関係を模式的に示す図、Ｄは上記多層
干渉反射膜の不純物濃度のＢと同様の軸方向位置に対す
る分布の一例を示す図である。
１ 半導体基板 ２ ｎ型ＤＢＲ反射膜 ３ 活性領域 ４ ｐ型ＤＢＲ反射膜 ５ 位相制御層 ６ 電極 ７ 電極 １７ 高濃度ドープのヘテロ接合 １８ 高濃度領域 ２０ 光定在波
Claims (4)
- 【請求項１】 一つの導電型を与える第１の不純物を含
むIII-V 族半導体結晶の基板と、この基板の表面にエピ
タキシャル成長によりヘテロ接合の積み重ねを構成する
ように形成され前記第１の不純物を有する多層のIII-V
族半導体膜から成る下側多層干渉反射膜と、この下側多
層干渉反射膜の表面にエピタキシャル成長により形成さ
れ予め定めた波長のレーザ光を生ずる活性領域と、この
活性領域の表面にエピタキシャル成長により前記ヘテロ
接合の積み重ねを構成するように形成され前記導電型と
反対の導電型を与える第２の不純物を有する多層のIII-
V 族半導体膜から成る上側多層干渉反射膜と、この上側
多層干渉反射膜と電気的に接続された電極膜とを含み、
前記電極膜と前記基板との間に印加された直流電圧に応
答して前記基板の前記下側多層干渉反射膜と反対側の面
または前記上記多層干渉反射膜の上面から前記レーザ光
を出力として生ずる面発光半導体レーザにおいて、前記
下側および上側多層干渉反射膜のいずれか一方の前記ヘ
テロ接合のうちこれら多層干渉反射膜から成る光共振器
の内部に生ずる前記レーザ光の定在波の電界強度が最小
になる点に位置するヘテロ接合の近傍において前記第１
および第２の不純物いずれか一方の濃度を前記一方の多
層干渉反射膜において選択的に高めたことを特徴とする
面発光半導体レーザ。 - 【請求項２】 一つの導電型を与える第１の不純物を含
むIII-V 族半導体結晶の基板と、この基板の表面にエピ
タキシャル成長によりヘテロ接合の積み重ねを構成する
ように形成され、前記第１の不純物を有する多層のIII-
V 族半導体膜から成る下側多層干渉反射膜と、この下側
多層干渉反射膜の表面にエピタキシャル成長により形成
され少くとも一つの量子井戸により予め定めた波長のレ
ーザ光を生ずる活性領域と、この活性領域の表面にエピ
タキシャル成長により前記ヘテロ接合の積み重ねを構成
するように形成され前記導電型と反対の導電型を与える
第２の不純物を有する多層のIII-V 族半導体膜から成る
上側多層干渉反射膜と、この上側多層干渉反射膜と電気
的に接続された電極膜とを含み、前記電極膜と前記基板
との間に印加された直流電圧に応答して前記基板の前記
下側多層干渉反射膜と反対側の面または前記上記多層干
渉反射膜の上面から前記レーザ光を出力として生ずる面
発光半導体レーザにおいて、前記下側および上側多層干
渉反射膜の前記ヘテロ接合のうちこれら多層干渉反射膜
から成る光共振器の内部に生ずる前記レーザ光の定在波
の電界強度が最小になる点に位置するヘテロ接合の近傍
において前記第１および第２の不純物の濃度を前記下側
および上側多層干渉反射膜においてそれぞれ選択的に高
めたことを特徴とする面発光半導体レーザ。 - 【請求項３】 前記III-V 族半導体がｎ型ＧａＡｓであ
り、前記下側および上側多層干渉反射膜がｎ型ＧａＡｓ
／ＡｌＡｓ多層膜およびｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多層膜
からそれぞれ成るＤＢＲ反射膜であり、前記ＧａＡｓ／
ＡｌＡｓ多層膜が形成するヘテロ接合のうち前記直流電
圧の印加により前記半導体レーザが順方向にバイアスさ
れている状態で逆バイアス状態になるヘテロ接合の近傍
で前記第１および第２の不純物の濃度が高くなっている
請求項１また２の面発光半導体レーザ。 - 【請求項４】 前記下側および上側多層干渉反射膜の前
記ヘテロ接合部における材料の組成を段階的に変化させ
た請求項１，２または３の面発光半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3329099A JP2757633B2 (ja) | 1990-12-28 | 1991-12-12 | 面発光半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-416930 | 1990-12-28 | ||
| JP41693090 | 1990-12-28 | ||
| JP3329099A JP2757633B2 (ja) | 1990-12-28 | 1991-12-12 | 面発光半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0629611A true JPH0629611A (ja) | 1994-02-04 |
| JP2757633B2 JP2757633B2 (ja) | 1998-05-25 |
Family
ID=26573086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3329099A Expired - Lifetime JP2757633B2 (ja) | 1990-12-28 | 1991-12-12 | 面発光半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2757633B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0832181A (ja) * | 1994-07-05 | 1996-02-02 | Motorola Inc | 発光デバイスをｐ型ドーピングする方法 |
| WO2003063310A1 (de) * | 2002-01-25 | 2003-07-31 | Infineon Technologies Ag | Laserdiode mit vertikalresonator und verfahren zu siener herstellung |
| JP2006054330A (ja) * | 2004-08-12 | 2006-02-23 | Rohm Co Ltd | 半導体発光素子 |
| KR100810230B1 (ko) * | 2005-12-29 | 2008-03-07 | 삼성전자주식회사 | 수직 표면 방출 레이저 광원의 제작 방법과 그를 이용한수직 표면 방출 레이저 |
| JP2012044161A (ja) * | 2010-07-22 | 2012-03-01 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 面発光レーザ、光源、および光モジュール |
| WO2023171150A1 (ja) * | 2022-03-11 | 2023-09-14 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 垂直共振器型面発光レーザ |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8208511B2 (en) | 2007-11-14 | 2012-06-26 | Ricoh Company, Ltd. | Surface emitting laser, surface emitting laser array, optical scanning device, image forming apparatus, optical transmission module and optical transmission system |
-
1991
- 1991-12-12 JP JP3329099A patent/JP2757633B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0832181A (ja) * | 1994-07-05 | 1996-02-02 | Motorola Inc | 発光デバイスをｐ型ドーピングする方法 |
| WO2003063310A1 (de) * | 2002-01-25 | 2003-07-31 | Infineon Technologies Ag | Laserdiode mit vertikalresonator und verfahren zu siener herstellung |
| US7075961B2 (en) | 2002-01-25 | 2006-07-11 | Infineon Technologies Ag | Laser diode with vertical resonator and method for fabricating the diode |
| JP2006054330A (ja) * | 2004-08-12 | 2006-02-23 | Rohm Co Ltd | 半導体発光素子 |
| JP4651002B2 (ja) * | 2004-08-12 | 2011-03-16 | ローム株式会社 | 半導体発光素子 |
| KR100810230B1 (ko) * | 2005-12-29 | 2008-03-07 | 삼성전자주식회사 | 수직 표면 방출 레이저 광원의 제작 방법과 그를 이용한수직 표면 방출 레이저 |
| JP2012044161A (ja) * | 2010-07-22 | 2012-03-01 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 面発光レーザ、光源、および光モジュール |
| US8755422B2 (en) | 2010-07-22 | 2014-06-17 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Surface emitting laser, light source, and optical module |
| WO2023171150A1 (ja) * | 2022-03-11 | 2023-09-14 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 垂直共振器型面発光レーザ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2757633B2 (ja) | 1998-05-25 |
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