JPH0773139B2 - 面発光半導体レーザ - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
-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。
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。
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。
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。
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。
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。
ある。
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。
Priority Applications (2)
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ID=11754101
Family Applications (1)
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