JPH08307002A - Surface emitting type laser element and surface emitting type laser array element and method of manufacturing surface emitting type laser element - Google Patents

Surface emitting type laser element and surface emitting type laser array element and method of manufacturing surface emitting type laser element

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JPH08307002A
JPH08307002A JP10641395A JP10641395A JPH08307002A JP H08307002 A JPH08307002 A JP H08307002A JP 10641395 A JP10641395 A JP 10641395A JP 10641395 A JP10641395 A JP 10641395A JP H08307002 A JPH08307002 A JP H08307002A
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Japan
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surface emitting
type
impurity diffusion
emitting laser
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JP10641395A
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Yoshiaki Honda
由明 本多
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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    • H01S5/423Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity

Abstract

PURPOSE: To realize a surface emitting type laser element with low serial resistance and low threshold current. CONSTITUTION: A first clad region 10, an i type GaAs active region 12 and a second clad region 14 are formed on a p type GaAs substrate 9, a recessed part 14a is formed inside the second clad region 14, a Zn diffused layer 15, that reaches the p type GaAs substrate 9, is formed around the recessed part 14a and an Si diffused layer 16, that reaches the i type GaAs active region 12, is formed outside the Zn diffused layer 15. As electrons and holes move through the Zn diffused layer 15 and the Si diffused layer 16, the serial resistance is decreased drastically and the threshold is lowered enough.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光通信や光情報処理に用
いられる面発光型レーザ素子及び高出力型の面発光型レ
ーザアレイ素子とその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface emitting laser device used for optical communication and optical information processing, a high power surface emitting laser array device and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】基板主面に対して垂直にレーザ出力光が
得られる面発光型レーザ素子は、劈開工程が不要なこ
と、素子面積が小さいこと、高密度の集積化に適してい
ることなど多くの利点を有するため、光インターコネク
ションや大出力レーザへの応用が期待されている。
2. Description of the Related Art A surface emitting laser device capable of obtaining a laser output light perpendicular to a main surface of a substrate requires no cleaving process, has a small device area, and is suitable for high-density integration. Since it has many advantages, it is expected to be applied to optical interconnections and high-power lasers.

【0003】図5の断面図に基づいて面発光型レーザ素
子の一例について説明する。図で、1はn型GaAs基板、
2はn型GaAs基板1上に形成された、膜厚が発光波長の
1/4波長相当のAlGaAs層及びAlAs層を、交互に積層し
たn型半導体多層膜クラッド層である。3はn型半導体
多層膜クラッド層2上に形成されたAlGaAsガイド層、4
はAlGaAsガイド層3上に形成されたGaAs活性層、5はGa
As活性層4上に形成されたAlGaAsガイド層、6は、膜厚
が発光波長の1/4波長相当のAlGaAs層及びAlAs層を、
交互に積層したp型半導体多層膜クラッド層である。
An example of a surface emitting laser device will be described with reference to the sectional view of FIG. In the figure, 1 is an n-type GaAs substrate,
Reference numeral 2 denotes an n-type semiconductor multi-layer clad layer formed on the n-type GaAs substrate 1 by alternately laminating AlGaAs layers and AlAs layers each having a film thickness corresponding to a quarter wavelength of the emission wavelength. 3 is an AlGaAs guide layer formed on the n-type semiconductor multilayer film clad layer 2, 4
Is an GaAs active layer formed on the AlGaAs guide layer 3, and 5 is Ga
The AlGaAs guide layer 6 formed on the As active layer 4 includes an AlGaAs layer and an AlAs layer having a film thickness corresponding to a quarter wavelength of the emission wavelength,
It is a p-type semiconductor multilayer clad layer that is alternately laminated.

【0004】以上に説明した各層は、面内での光閉じ込
めを行なうため、エッチングにより略円柱状に加工され
ている。また、7はn型GaAs基板1の裏面に形成された
n型電極、8はp型半導体多層膜クラッド層6上に形成
され、中央部分に光取り出し窓8aが形成されたp型電
極である。
Each of the layers described above is processed into a substantially cylindrical shape by etching in order to confine light within the plane. Further, 7 is an n-type electrode formed on the back surface of the n-type GaAs substrate 1, and 8 is a p-type electrode formed on the p-type semiconductor multilayer film cladding layer 6 and having a light extraction window 8a formed in the central portion. .

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図5に示
した構造の面発光型レーザ素子では、素子面積は小さく
できるものの、n型半導体多層膜クラッド層2、及び、
p型半導体多層膜クラッド層6を電子と正孔が横切って
移動するため、素子の直列抵抗が非常に大きくなり素子
の発熱が大きくなるという問題点があった。また、エッ
チングにより円柱状に加工して光の横方向の閉じ込めを
行っているが、円柱構造の周囲で漏れ電流が発生すると
いう問題、さらに、エッチングにより円柱構造の側壁に
ダメージが入り、無視できない光の非発光再結合が発生
するという問題があり、レーザの低閾値電流化を図る上
でも問題となっていた。これらの問題点は、面発光型レ
ーザ素子の構造上の利点である光インターコネクション
や大出力レーザへの応用において大きな弊害となるもの
であった。
However, in the surface emitting laser device having the structure shown in FIG. 5, although the device area can be reduced, the n-type semiconductor multilayer clad layer 2 and
Since electrons and holes move across the p-type semiconductor multilayer film clad layer 6, there is a problem that the series resistance of the device becomes very large and the heat generation of the device becomes large. In addition, although it is processed into a cylindrical shape by etching to confine light in the lateral direction, there is a problem that a leakage current is generated around the columnar structure, and the side wall of the columnar structure is damaged by the etching, which cannot be ignored. There is a problem that non-radiative recombination of light occurs, which is also a problem in reducing the threshold current of the laser. These problems have been a great problem in the application to the optical interconnection and the high power laser, which are structural advantages of the surface emitting laser device.

【0006】本発明は上記の問題点に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、直列抵抗の小さい低閾値
電流の面発光型レーザ素子の構造、及び、その面発光型
レーザ素子を複数配置した面発光型レーザアレイ素子の
構造、及び、その面発光型レーザ素子の製造方法を提供
することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a structure of a surface emitting laser element having a low series resistance and a low threshold current, and a plurality of surface emitting laser elements. It is an object of the present invention to provide a structure of an arrayed surface emitting laser array element and a method for manufacturing the surface emitting laser element.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の面発光型レーザ素子は、基板上に形
成された、各膜厚が発光波長の1/4波長相当である半
導体多層膜で構成される第1クラッド領域と、その第1
クラッド領域上に形成された、1層または複数の半導体
層で構成される活性領域と、その活性領域上に形成され
た、各膜厚が発光波長の1/4波長相当である半導体多
層膜で構成される第2クラッド領域とを備えた面発光型
レーザ素子であって、前記第2クラッド領域中に、上方
に開孔する凹部が形成されており、その凹部の周囲に、
前記第2クラッド領域の表面から前記基板に達する、前
記基板と同導電型の第1不純物拡散領域が形成されてお
り、その第1不純物拡散領域の外側に、前記第2クラッ
ド領域の表面から前記活性領域に達する、前記基板の導
電型と別の導電型の第2不純物拡散領域が形成されてい
ることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the surface emitting laser element according to claim 1 is a semiconductor formed on a substrate and having a film thickness corresponding to a quarter wavelength of an emission wavelength. A first clad region composed of a multilayer film and a first clad region
An active region composed of one or more semiconductor layers formed on the cladding region, and a semiconductor multilayer film formed on the active region and having a thickness of each quarter wavelength of an emission wavelength. A surface-emitting laser device having a configured second cladding region, wherein a recessed portion having an upward opening is formed in the second cladding region, and a periphery of the recessed portion is formed.
A first impurity diffusion region of the same conductivity type as the substrate, which reaches the substrate from the surface of the second cladding region, is formed, and the first impurity diffusion region is formed outside the first impurity diffusion region from the surface of the second cladding region. A second impurity diffusion region of a conductivity type different from the conductivity type of the substrate, which reaches the active region, is formed.

【0008】請求項2記載の面発光型レーザ素子は、請
求項1記載の面発光型レーザ素子で、前記第1クラッド
領域と前記活性領域間、及び、前記第2クラッド領域と
前記活性領域間に、2種以上の組成の異なる層で構成さ
れた半導体多層膜が形成されており、前記第2不純物拡
散領域が、前記第2クラッド領域の表面から前記第1ク
ラッド領域に達するように構成されていることを特徴と
するものである。
A surface emitting laser element according to a second aspect is the surface emitting laser element according to the first aspect, wherein the first cladding region is between the active region and the second cladding region is between the active region. A semiconductor multilayer film composed of two or more layers having different compositions is formed, and the second impurity diffusion region is configured to reach from the surface of the second cladding region to the first cladding region. It is characterized by that.

【0009】請求項3記載の面発光型レーザアレイ素子
は、面内に、前記第1不純物拡散領域と前記第2不純物
拡散領域とが周期的に形成され、請求項1または請求項
2記載の面発光型レーザ素子が複数配置されていること
を特徴とするものである。
The surface emitting laser array element according to claim 3 is characterized in that the first impurity diffusion regions and the second impurity diffusion regions are periodically formed in a plane. It is characterized in that a plurality of surface emitting laser elements are arranged.

【0010】請求項4記載の面発光型レーザ素子の製造
方法は、基板上に、各膜厚が発光波長の1/4波長相当
の膜厚で構成された半導体多層膜を備えた第1クラッド
領域を形成する工程と、その第1クラッド領域上に、1
層または複数の半導体層からなる活性領域を形成する工
程と、その活性領域上に、各膜厚が発光波長の1/4波
長相当の膜厚で構成された半導体多層膜を備えた第2ク
ラッド領域を形成する工程と、その第2クラッド領域の
表面から前記第2クラッド領域の材料を局所的にエッッ
チング除去して凹部を形成する工程と、その凹部から前
記基板と同導電型の不純物を拡散させ、前記基板に達す
る第1不純物拡散領域を形成する工程と、その第1不純
物拡散領域の外側に、前記活性領域に達する、前記基板
の導電型と別の導電型の第2不純物拡散領域を形成する
工程とを備えたことを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a surface emitting laser device, wherein the first clad has a semiconductor multi-layer film having a thickness corresponding to a quarter wavelength of an emission wavelength on a substrate. A step of forming a region and 1 on the first cladding region
Layer and a step of forming an active region composed of a plurality of semiconductor layers, and a second clad provided with a semiconductor multi-layered film having a thickness corresponding to a quarter wavelength of an emission wavelength on the active region A step of forming a region, a step of locally removing the material of the second clad region from the surface of the second clad region by etching to form a recess, and diffusing impurities of the same conductivity type as the substrate from the recess. And forming a first impurity diffusion region reaching the substrate, and forming a second impurity diffusion region of a conductivity type different from the conductivity type of the substrate, which reaches the active region, outside the first impurity diffusion region. And a step of forming.

【0011】[0011]

【作用】請求項1記載の面発光型レーザ素子は、基板上
に、各膜厚が発光波長の1/4波長相当である半導体多
層膜で構成された第1クラッド領域、1層または複数の
半導体層からなる活性領域、各膜厚が発光波長の1/4
波長相当である半導体多層膜で構成された第2クラッド
領域とを順に形成した層構造を有するもので、第2クラ
ッド領域中に、上方に開孔する凹部が形成され、その凹
部の周囲に、基板に達する、基板と同導電型の第1不純
物拡散領域が形成され、その第1不純物拡散領域の外側
に、活性領域に達する、基板の導電型と別の導電型の第
2不純物拡散領域が形成されており、活性領域への電子
及び正孔の注入を、第1不純物拡散領域及び第2不純物
拡散領域を介して行うことを特徴とするものである。
A surface emitting laser device according to claim 1 is characterized in that, on a substrate, a first clad region, a layer or a plurality of layers, each of which is composed of a semiconductor multi-layer film having a film thickness corresponding to a quarter wavelength of an emission wavelength. Active region consisting of semiconductor layer, each film thickness is 1/4 of emission wavelength
It has a layered structure in which a second clad region composed of a semiconductor multilayer film corresponding to a wavelength is sequentially formed, and a concave part having an upward opening is formed in the second clad region, and the concave part is formed around the concave part. A first impurity diffusion region of the same conductivity type as the substrate reaching the substrate is formed, and a second impurity diffusion region of a conductivity type different from the conductivity type of the substrate reaching the active region is formed outside the first impurity diffusion region. It is characterized in that the electrons and holes are formed and are injected into the active region through the first impurity diffusion region and the second impurity diffusion region.

【0012】また、請求項2記載の面発光型レーザ素子
は、請求項1記載の面発光型レーザ素子で、第1クラッ
ド領域と活性領域間、及び、第2クラッド領域と活性領
域間に、2種以上の組成の異なる層を積層した半導体多
層膜が形成されていることを特徴とするもので、第1不
純物拡散領域及び第2不純物拡散領域を形成する際の不
純物の拡散により、半導体多層膜を混晶化し面内方向で
の光の閉じ込めを可能にしたことを特徴とするものであ
る。
The surface emitting laser element according to claim 2 is the surface emitting laser element according to claim 1, wherein the surface emitting laser element is provided between the first cladding region and the active region and between the second cladding region and the active region. A semiconductor multilayer film is formed by laminating two or more kinds of layers having different compositions. The semiconductor multilayer film is formed by diffusion of impurities when forming the first impurity diffusion region and the second impurity diffusion region. This is characterized in that the film is mixed to enable confinement of light in the in-plane direction.

【0013】さらに、請求項3記載の面発光型レーザア
レイ素子は、面内に、前記第1不純物拡散領域と前記第
2不純物拡散領域とを周期的に形成することによって、
複数の、請求項1または請求項2記載の面発光型レーザ
素子を高集積化して配置し、高出力レーザ光が得られる
ように構成したことを特徴とするものである。
Further, in the surface emitting laser array element according to the present invention, the first impurity diffusion region and the second impurity diffusion region are periodically formed in the plane,
It is characterized in that a plurality of surface emitting laser elements according to claim 1 or 2 are highly integrated and arranged to obtain a high output laser beam.

【0014】請求項1記載の面発光型レーザ素子では、
電子及び正孔は、各膜厚が1/4波長相当である半導体
多層膜で構成されたクラッド領域(第1クラッド領域及
び第2クラッド領域)を通過することになるが、電極よ
り、クラッド領域中に形成された、p型またはn型の不
純物拡散領域(第1不純物拡散領域または第2不純物拡
散領域)を通して活性領域に注入されることになる。ク
ラッド領域を構成する半導体多層膜内の、p型またはn
型の不純物拡散領域では、ドーパントの拡散時に、V族
原子同士もしくは III族原子同士で相互拡散が生じヘテ
ロ界面がぼやけ、ヘテロ界面での抵抗が減少する。すな
わち、素子の直列抵抗を大幅に低減することができる。
また、電子及び正孔は、p型またはn型の不純物拡散領
域中で再結合し、大気にも触れていないため、漏れ電
流、エッチング損傷による光の非発光再結合は生じな
い。すなわち、レーザの低閾値電流化も実現できる。
In the surface emitting laser device according to claim 1,
The electrons and holes pass through the clad region (first clad region and second clad region) formed of a semiconductor multilayer film having a film thickness corresponding to ¼ wavelength, but the electrode and the clad region The p-type or n-type impurity diffusion region (first impurity diffusion region or second impurity diffusion region) formed therein is implanted into the active region. P-type or n-type in the semiconductor multilayer film forming the cladding region
In the impurity diffusion region of the type, when the dopant is diffused, mutual diffusion occurs between the group V atoms or between the group III atoms, and the hetero interface blurs, and the resistance at the hetero interface decreases. That is, the series resistance of the element can be significantly reduced.
Further, the electrons and holes are recombined in the p-type or n-type impurity diffusion region and are not in contact with the atmosphere, so that non-radiative recombination of light due to leakage current and etching damage does not occur. That is, a lower threshold current of the laser can be realized.

【0015】さらに、請求項2記載の面発光型レーザ素
子では、第1クラッド領域と第2クラッド領域間に、活
性領域を2種以上の組成の異なる層で構成された半導体
多層膜ではさんだ構造を設け、その半導体多層膜の領域
に不純物を拡散させて半導体多層膜を混晶化したもので
ある。この場合、混晶化領域では、2種以上の組成の異
なる半導体多層膜の平均的な混晶比となる。すなわち活
性領域を2種以上の組成の異なる半導体多層膜ではさん
だ領域においては、横方向に、n型の不純物拡散領域
(混晶化層)、活性領域、p型の不純物拡散領域(混晶
化層)が形成されることになるので、面内方向での光の
閉じ込めを行うことが可能となる。この結果、さらなる
レーザの低閾値電流化が実現できる。
Further, in the surface emitting laser element according to the second aspect, a structure in which an active region is sandwiched by two or more kinds of layers having different compositions is sandwiched between the first cladding region and the second cladding region. Is provided, and impurities are diffused into the region of the semiconductor multi-layer film to form a mixed crystal of the semiconductor multi-layer film. In this case, the mixed crystal region has an average mixed crystal ratio of two or more kinds of semiconductor multilayer films having different compositions. That is, in a region where the active region is sandwiched by two or more kinds of semiconductor multilayer films having different compositions, the n-type impurity diffusion region (mixed crystal layer), the active region, and the p-type impurity diffusion region (mixed crystal structure) are laterally arranged. Since the layer is formed, it becomes possible to confine light in the in-plane direction. As a result, it is possible to further reduce the threshold current of the laser.

【0016】請求項3記載の面発光型レーザアレイ素子
は、高密度の集積化に適しており、請求項1または請求
項2記載の面発光型レーザアレイ素子を、面内に周期的
に構成したことで高集積化を実現でき、大出力レーザへ
の応用を行うことができるものである。
The surface emitting laser array element according to claim 3 is suitable for high-density integration, and the surface emitting laser array element according to claim 1 or 2 is periodically formed in a plane. As a result, high integration can be realized, and application to high-power lasers can be performed.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の面発光型レーザ素子の実施例
について説明する。実施例では、化合物半導体としてAl
GaAs系半導体を用いた実施例を説明するが、AlGaInP系
やInGaAsP系など他の化合物半導体にも適用できるもの
である。
EXAMPLES Examples of the surface emitting laser device of the present invention will be described below. In the examples, Al is used as the compound semiconductor.
Although an example using a GaAs-based semiconductor will be described, it can be applied to other compound semiconductors such as AlGaInP-based and InGaAsP-based.

【0018】図1に基づいて本発明の面発光型レーザ素
子の一実施例について説明する。図で、9はp型GaAs基
板、10はp型GaAs基板9上に形成された第1クラッド
領域で、膜厚が1/4波長相当である、AlX Ga1-X As層
及びAlAs層を、交互に積層したp型半導体多層膜(半導
体多層膜)で構成されたものである。11は第1クラッ
ド領域10上に形成された、p型Aly Ga1-y Asで構成さ
れるガイド層、12はガイド層11上に形成された活性
領域であるi型GaAs活性層、13はi型GaAs活性層12
上に形成された、n型Aly Ga1-y Asで構成されるガイド
層、14はガイド層13上に形成された第2クラッド領
域で、膜厚が1/4波長相当である、Al X Ga1-X As層及
びAlAs層を、交互に積層したn型半導体多層膜(半導体
多層膜)で構成されたものである。
Based on FIG. 1, the surface-emitting type laser device of the present invention is shown.
An example of the child will be described. In the figure, 9 is a p-type GaAs group
The plate 10 is a first clad formed on the p-type GaAs substrate 9.
In the region, the film thickness is equivalent to 1/4 wavelength, AlXGa1-XAs layer
P-type semiconductor multi-layer film (semiconductor)
(Body multilayer film). 11 is the first crack
P-type Al formed on the doped region 10yGa1-yComposed of As
The guide layer 12 and the active layer 12 formed on the guide layer 11.
I-type GaAs active layer, which is a region, 13 is i-type GaAs active layer 12
N-type Al formed on topyGa1-yGuide composed of As
Layer 14 is the second cladding region formed on the guide layer 13.
In the region, the film thickness is equivalent to 1/4 wavelength, Al XGa1-XAs layer
N-type semiconductor multilayer film (semiconductor
(Multilayer film).

【0019】略円柱状の第2クラッド領域14の中央部
分の構成材料は表面側から局所的に除去されており凹部
14aが形成されている。15はその凹部からp型GaAs
基板9と同導電型の不純物を拡散させて形成した、p型
GaAs基板9に達するZn拡散層(第1不純物拡散領域)で
ある。16は、そのZn拡散層15の外側に、p型GaAs基
板9の導電型と別の導電型の不純物を拡散させて形成し
たSi拡散層(第2不純物拡散領域)である。このSi拡散
層16は第2クラッド領域14の表面から第1クラッド
領域10に達するように形成されている。また、17は
p型GaAs基板9の裏面に形成されたp型電極、18は第
2クラッド領域14の表面のSi拡散層16上に形成され
たn型電極である。n型電極18の中央部には光取り出
し窓18aが形成されている。
The material of the central portion of the substantially cylindrical second cladding region 14 is locally removed from the surface side to form a recess 14a. 15 is p-type GaAs from the recess
P-type formed by diffusing impurities of the same conductivity type as the substrate 9
This is a Zn diffusion layer (first impurity diffusion region) reaching the GaAs substrate 9. Reference numeral 16 denotes a Si diffusion layer (second impurity diffusion region) formed outside the Zn diffusion layer 15 by diffusing an impurity of a conductivity type different from the conductivity type of the p-type GaAs substrate 9. The Si diffusion layer 16 is formed so as to reach the first cladding region 10 from the surface of the second cladding region 14. Further, 17 is a p-type electrode formed on the back surface of the p-type GaAs substrate 9, and 18 is an n-type electrode formed on the Si diffusion layer 16 on the surface of the second cladding region 14. A light extraction window 18a is formed in the center of the n-type electrode 18.

【0020】次に、図1に示した面発光型レーザ素子の
製造方法について説明する。まず、有機金属化学気相成
長(MOVPE)法で、p型GaAs基板9上に、p型半導体多層
膜で構成された第1クラッド領域10、p型Aly Ga1-y
Asで構成されるガイド層11、i型GaAs活性層12、n
型Aly Ga1-y Asで構成されるガイド層13、n型半導体
多層膜で構成された第2クラッド領域14を順次成長さ
せた後、反応性イオンエッチング(RIE)法で、n型半導
体多層膜で構成される第2クラッド領域14の中央部分
の一部を局所的にエッチング除去する。ここで、p型Al
y Ga1-y Asで構成されるガイド層11、n型Aly Ga1-y
Asで構成されるガイド層13は、特にドーピングしない
i型層で構成してもかまわない。また、Alのモル比y
も、p型のガイド層11とn型のガイド層13とで違っ
ていてもかまわない。
Next, a method of manufacturing the surface emitting laser element shown in FIG. 1 will be described. First, by metalorganic chemical vapor deposition (MOVPE), a first clad region 10 composed of a p-type semiconductor multilayer film and a p-type Al y Ga 1-y are formed on a p-type GaAs substrate 9.
A guide layer 11 composed of As, an i-type GaAs active layer 12, n
A guide layer 13 made of Al y Ga 1-y As type and a second cladding region 14 made of an n-type semiconductor multilayer film are sequentially grown, and then an n-type semiconductor is formed by reactive ion etching (RIE). A part of the central portion of the second cladding region 14 composed of the multilayer film is locally removed by etching. Where p-type Al
Guide layer 11 composed of y Ga 1-y As, n-type Al y Ga 1-y
The guide layer 13 made of As may be an i-type layer that is not particularly doped. Also, the Al molar ratio y
However, the p-type guide layer 11 and the n-type guide layer 13 may be different.

【0021】次に、第2クラッド領域14の表面のn型
電極18を形成する位置にSiを拡散して、少なくともi
型GaAs活性層12に達するSi拡散層16を形成する。Si
の拡散は、拡散させる領域の表面(第2クラッド領域1
4の表面)にSiをスパッタ法により堆積させ、高温処理
することにより行う。次に、凹部14aにZnを拡散して
p型GaAs基板9に達するZn拡散層15を形成する。Znの
拡散は、凹部14aに、ZnOをスパッタ法により堆積さ
せ、高温処理することにより行う。
Next, Si is diffused to a position where the n-type electrode 18 is to be formed on the surface of the second cladding region 14, and at least i
A Si diffusion layer 16 reaching the type GaAs active layer 12 is formed. Si
Diffusion of the surface of the region to be diffused (second cladding region 1
Si is deposited on the surface 4) by a sputtering method and subjected to high temperature treatment. Next, Zn is diffused in the recess 14a to form a Zn diffusion layer 15 reaching the p-type GaAs substrate 9. Zn is diffused by depositing ZnO in the recess 14a by a sputtering method and subjecting it to high temperature treatment.

【0022】次に、p型GaAs基板9の裏面にp型電極1
7を形成し、Si拡散層16の表面にn型電極18を形成
する。電子及び正孔は、第2不純物拡散領域であるSi拡
散層16、及び、第1不純物拡散領域であるZn拡散層1
5を介して、それぞれ、i型GaAs活性層12に注入され
再結合する。これにより発生した光は、下部の第1クラ
ッド領域10及び上部の第2クラッド領域14でブラッ
グ反射される。即ち、これらの半導体多層膜を共振器と
して作用させレージングを行うようにする。レーザ光
は、n型電極18の中央部に形成された光取り出し窓1
8aの内側の、p型拡散を行った領域(Zn拡散層15)
以外の領域から出力される。
Next, the p-type electrode 1 is formed on the back surface of the p-type GaAs substrate 9.
7 is formed, and the n-type electrode 18 is formed on the surface of the Si diffusion layer 16. Electrons and holes are the Si diffusion layer 16 which is the second impurity diffusion region and the Zn diffusion layer 1 which is the first impurity diffusion region.
Via 5 and injected into the i-type GaAs active layer 12 and recombined. The light generated thereby is Bragg-reflected in the lower first cladding region 10 and the upper second cladding region 14. That is, these semiconductor multilayer films act as a resonator to perform lasing. The laser light is emitted from the light extraction window 1 formed at the center of the n-type electrode 18.
Region inside 8a where p-type diffusion has been performed (Zn diffusion layer 15)
Output from areas other than.

【0023】ここで、AlX Ga1-X As層及びAlAs層を交互
に積層した半導体多層膜で構成されるクラッド領域(第
1クラッド領域10及び第2クラッド領域14)では、
多数のヘテロ界面が存在し、このヘテロ界面がバリアと
なって電子及び正孔の注入時に抵抗となって働く。しか
しながら、Si拡散またはZn拡散を行うことでバリアとな
る、MOVPEで形成した急峻なヘテロ界面が崩れ、電子及
び正孔の走行が容易となり抵抗成分が抑制される。但
し、レージング動作はSi拡散層16及びZn拡散層15で
は行われず、Si拡散層16とZn拡散層15間の領域で生
じるため弊害とはならない。
Here, in the clad region (the first clad region 10 and the second clad region 14) composed of the semiconductor multilayer film in which the Al X Ga 1-X As layers and the AlAs layers are alternately laminated,
A large number of hetero-interfaces exist, and these hetero-interfaces serve as a barrier and function as resistance when electrons and holes are injected. However, by performing Si diffusion or Zn diffusion, the steep hetero interface formed by MOVPE, which serves as a barrier, is broken, electrons and holes can easily travel, and the resistance component is suppressed. However, since the lasing operation is not performed in the Si diffusion layer 16 and the Zn diffusion layer 15 and occurs in the region between the Si diffusion layer 16 and the Zn diffusion layer 15, there is no adverse effect.

【0024】図2及び図3に基づいて本発明の面発光型
レーザ素子の異なる実施例について説明する。図2は工
程途中の状態を示す断面図、図3は完成した状態を示す
断面図である。図2及び図3に示す実施例の層構造は、
図1に示した実施例のものと略同様であるが、図1に示
した構造とは、活性領域を挟むガイド層が異なる。但
し、図1に示した実施例と同等構成については同符号を
付すこととする。
Different embodiments of the surface emitting laser device of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 is a sectional view showing a state in the middle of the process, and FIG. 3 is a sectional view showing a completed state. The layer structure of the embodiment shown in FIGS. 2 and 3 is
The structure is almost the same as that of the embodiment shown in FIG. 1, but the guide layer sandwiching the active region is different from the structure shown in FIG. However, the same components as those in the embodiment shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

【0025】図2に示す層構造は、p型GaAs基板9上
に、第1クラッド領域10、AlAs層及びAlz Ga1-z As層
を交互に積層したp型半導体多層膜で構成されるガイド
層19、i型GaAs活性層12、AlAs層及びAlz Ga1-z As
層を交互に積層したn型半導体多層膜で構成されるガイ
ド層20、第2クラッド領域14を順に形成したもので
ある。第2クラッド領域14の中央部分の一部は局所的
にエッチングにより除去されて凹部14aが形成されて
いる。
The layer structure shown in FIG. 2 is composed of a p-type semiconductor multilayer film in which first clad regions 10, AlAs layers and Al z Ga 1 -z As layers are alternately laminated on a p-type GaAs substrate 9. Guide layer 19, i-type GaAs active layer 12, AlAs layer and Al z Ga 1-z As
A guide layer 20 composed of an n-type semiconductor multilayer film in which layers are alternately laminated and a second cladding region 14 are sequentially formed. A part of the central portion of the second cladding region 14 is locally removed by etching to form a recess 14a.

【0026】次に、図3に基づいて、完成した状態の面
発光型レーザ素子の構造について説明する。21は凹部
14aからp型GaAs基板9と同導電型の不純物を拡散さ
せて形成した、p型GaAs基板9に達するZn拡散層(第1
不純物拡散領域、p型混晶化領域)である。22は、そ
のZn拡散層21の外側に、p型GaAs基板9の導電型と別
の導電型の不純物を拡散させて形成したSi拡散層(第2
不純物拡散領域、n型混晶化領域)である。このn型混
晶化領域22は、第2クラッド領域14の表面から第1
クラッド領域10に達するように形成されている。ま
た、17はp型GaAs基板9の裏面に形成されたp型電
極、18は第2クラッド領域14の表面のn型混晶化領
域22上に形成されたn型電極である。n型電極18の
中央部には光取り出し窓18aが形成されている。
Next, the structure of the surface emitting laser device in a completed state will be described with reference to FIG. Reference numeral 21 denotes a Zn diffusion layer (first diffusion layer) formed by diffusing impurities of the same conductivity type as that of the p-type GaAs substrate 9 from the concave portion 14a and reaching the p-type GaAs substrate 9
Impurity diffusion region, p-type mixed crystal region). Reference numeral 22 denotes a Si diffusion layer (second diffusion layer) formed by diffusing impurities of a conductivity type different from the conductivity type of the p-type GaAs substrate 9 outside the Zn diffusion layer 21.
Impurity diffusion region, n-type mixed crystal region). The n-type mixed crystal region 22 is formed from the surface of the second cladding region 14 to the first
It is formed so as to reach the cladding region 10. Further, 17 is a p-type electrode formed on the back surface of the p-type GaAs substrate 9, and 18 is an n-type electrode formed on the n-type mixed crystallized region 22 on the surface of the second cladding region 14. A light extraction window 18a is formed in the center of the n-type electrode 18.

【0027】次に、図3に示した面発光型レーザ素子の
製造方法の一実施例について説明する。まず、図1に示
した実施例と同様に、p型GaAs基板9上に、第1クラッ
ド領域10、ガイド層19、i型GaAs活性層12、ガイ
ド層20、第2クラッド領域14を、順次成長させた
後、反応性イオンエッチング(RIE)法で、第2クラッド
領域14の中央部分のの1部をエッチングにより除去し
て凹部14aを形成する。ここで、ガイド層19,20
として、AlAs層及びAlz Ga1-z As層を交互に積層した半
導体多層膜を用いる。AlAs層、Alz Ga1-z As層の各膜厚
は、i型GaAs活性層12の膜厚より小さくする。また、
Alz Ga1-z As層のAlのモル比zは、0以上、1未満とす
る。
Next, an embodiment of a method of manufacturing the surface emitting laser device shown in FIG. 3 will be described. First, similar to the embodiment shown in FIG. 1, a first cladding region 10, a guide layer 19, an i-type GaAs active layer 12, a guide layer 20, and a second cladding region 14 are sequentially formed on a p-type GaAs substrate 9. After the growth, by reactive ion etching (RIE), a part of the central portion of the second cladding region 14 is removed by etching to form the recess 14a. Here, the guide layers 19 and 20
As the semiconductor multilayer film, an AlAs layer and an Al z Ga 1-z As layer are alternately laminated. The thickness of each of the AlAs layer and the Al z Ga 1-z As layer is smaller than that of the i-type GaAs active layer 12. Also,
The Al molar ratio z of the Al z Ga 1-z As layer is 0 or more and less than 1.

【0028】次に、第2クラッド領域14の表面のn型
電極18を形成する部分に、Siを拡散して、第1クラッ
ド領域10に達するn型混晶化領域22を形成する。Si
の拡散は、拡散する領域の表面にSiをスパッタ法により
堆積させ、高温処理することにより行う。
Next, in the portion of the surface of the second cladding region 14 where the n-type electrode 18 is to be formed, Si is diffused to form an n-type mixed crystallized region 22 reaching the first cladding region 10. Si
Is diffused by depositing Si on the surface of the diffused region by a sputtering method and subjecting it to high temperature treatment.

【0029】次に、凹部14aにZnを拡散して、p型Ga
As基板9に達するp型混晶化領域21を形成する。Znの
拡散は、凹部14aにZnOをスパッタ法により堆積さ
せ、高温処理することにより行う。次に、p型GaAs基板
9の裏面にp型電極17を形成し、第2クラッド領域1
4の表面のn型混晶化領域22上にn型電極18を形成
する。
Next, Zn is diffused into the recess 14a to form p-type Ga.
A p-type mixed crystal region 21 reaching the As substrate 9 is formed. The diffusion of Zn is performed by depositing ZnO in the recess 14a by a sputtering method and subjecting it to a high temperature treatment. Next, the p-type electrode 17 is formed on the back surface of the p-type GaAs substrate 9, and the second cladding region 1 is formed.
The n-type electrode 18 is formed on the n-type mixed crystal region 22 on the surface of No. 4.

【0030】図3に示す実施例では、AlAs層及びAlz Ga
1-z As層を交互に積層した半導体多層膜を用いて、ガイ
ド層19,20を形成した後、Si拡散、Zn拡散を行なう
ことによって、各拡散領域中のガイド層19,20中
で、AlGaAsの混晶化を行なうことを特徴とするものであ
る。AlGaAsの混晶化によって、活性領域は、面内で、n
型混晶化領域22及びp型混晶化領域21によって閉じ
込められ、いわゆる屈折率導波路型のレーザを形成する
ことができる。この結果、面発光型レーザ素子の低閾値
化を図ることができる。さらに、ガイド層19,20
に、i型GaAs活性層12より薄い半導体薄膜を積層した
半導体多層膜を用いることで、ガイド層19,20を、
i型GaAs活性層12のバッファ層として用いることが可
能となり、i型GaAs活性層12の結晶性が向上し、更な
る低閾値化が可能となる。
In the embodiment shown in FIG. 3, the AlAs layer and Al z Ga are used.
After forming the guide layers 19 and 20 by using the semiconductor multilayer film in which the 1-z As layers are alternately laminated, Si diffusion and Zn diffusion are performed, so that in the guide layers 19 and 20 in each diffusion region, It is characterized by performing mixed crystal of AlGaAs. Due to the mixed crystal of AlGaAs, the active region is
The laser is confined by the type mixed crystal region 22 and the p type mixed crystal region 21, and a so-called refractive index waveguide type laser can be formed. As a result, the threshold value of the surface emitting laser device can be reduced. Furthermore, the guide layers 19 and 20
By using a semiconductor multilayer film in which semiconductor thin films thinner than the i-type GaAs active layer 12 are stacked,
The i-type GaAs active layer 12 can be used as a buffer layer, the crystallinity of the i-type GaAs active layer 12 is improved, and the threshold value can be further lowered.

【0031】図4に基づいて本発明の面発光型レーザア
レイ素子の一実施例について説明する。図4で、(a)
は平面図、(b)は断面図である。図4に示す面発光型
レーザアレイ素子は、図1に示した面発光型レーザ素子
を、基板23上に2次元的に配列させたものであり、図
1に示した面発光型レーザ素子と同様の方法で層構造を
形成した後、凹部24を形成し、Si拡散及びZn拡散を行
ない、第2不純物拡散領域であるn型のSi拡散層16
と、第1不純物拡散領域であるp型のZn拡散層15を周
期的に形成し、基板23の裏面にp型電極25を形成
し、Si拡散層16上にn型電極26を形成したものであ
る。詳細構造については説明を省略する。
An embodiment of the surface emitting laser array element of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 4, (a)
Is a plan view and (b) is a sectional view. The surface-emitting type laser array element shown in FIG. 4 is obtained by arranging the surface-emitting type laser elements shown in FIG. 1 two-dimensionally on the substrate 23. The surface-emitting type laser element shown in FIG. After the layer structure is formed by the same method, the recess 24 is formed, Si diffusion and Zn diffusion are performed, and the n-type Si diffusion layer 16 that is the second impurity diffusion region is formed.
And a p-type Zn diffusion layer 15 that is a first impurity diffusion region is periodically formed, a p-type electrode 25 is formed on the back surface of the substrate 23, and an n-type electrode 26 is formed on the Si diffusion layer 16. Is. Description of the detailed structure is omitted.

【0032】図4に示す面発光型レーザアレイ素子は、
n型電極26に形成された窓26aの部分のみで、Zn拡
散層15とその周囲の光出射領域が露出するように構成
されており、表面のn型電極26の一部分と、裏面に形
成されたp型電極25に対するコンタクトを形成し電流
注入することで面発光型レーザアレイ素子を駆動するこ
とができる。
The surface emitting laser array element shown in FIG.
The Zn diffusion layer 15 and the light emitting area around the Zn diffusion layer 15 are exposed only in the window 26a formed in the n-type electrode 26, and are formed on a part of the n-type electrode 26 on the front surface and the back surface. By forming a contact with the p-type electrode 25 and injecting a current, the surface emitting laser array element can be driven.

【0033】なお、以上に説明した実施例において、p
型半導体とn型半導体、または、Si拡散領域とZn拡散領
域が入れ替わっても差し支えない。また、不純物につい
ても、n型領域またはp型領域形成が可能な材料であれ
ば特に制限されない。さらに、本発明の要旨構成に即す
る限り、各層の材質等は、ある程度任意に適当な組合せ
関係のものを選んでも差し支えない。結晶成長法、エッ
チング法、拡散法についても、本発明の要旨構成に即す
る限り特に制限されない。
In the embodiment described above, p
The type semiconductor and the n-type semiconductor, or the Si diffusion region and the Zn diffusion region may be exchanged. Further, the impurity is not particularly limited as long as it is a material capable of forming the n-type region or the p-type region. Furthermore, as long as it complies with the gist of the present invention, the materials and the like of the layers may be selected to some extent in an appropriate combination. The crystal growth method, etching method, and diffusion method are not particularly limited as long as they conform to the gist of the present invention.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上のように、請求項1または請求項2
記載の面発光型レーザ素子、または、請求項3記載の面
発光型レーザアレイ素子、または、請求項4記載の面発
光型レーザアレイ素子の製造方法によれば、p型、n型
の拡散領域をクラッド領域中に形成することで、直列抵
抗を大幅に低減でき、十分な低閾値化が図れる面発光型
レーザアレイ素子を実現することができる。
As described above, claim 1 or claim 2 is provided.
According to the method of manufacturing a surface emitting laser element described in claim 3, the surface emitting laser array element described in claim 3, or the surface emitting laser array element described in claim 4, p-type and n-type diffusion regions are provided. By forming in the clad region, it is possible to realize a surface emitting laser array element capable of significantly reducing the series resistance and sufficiently lowering the threshold value.

【0035】また、請求項2記載の面発光型レーザ素子
によれば、活性領域の結晶性が向上し、更なる低閾値化
が可能となる。
Further, according to the surface emitting laser element of the second aspect, the crystallinity of the active region is improved, and the threshold value can be further lowered.

【0036】さらに、請求項3記載の面発光型レーザア
レイ素子によれば、さらに大出力レーザへの応用を目指
した面発光型レーザ素子のアレイ化も容易に形成するこ
とが可能となる。
Further, according to the surface-emitting type laser array element of the third aspect, it becomes possible to easily form an array of surface-emitting type laser elements aiming at application to a larger output laser.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の面発光型レーザ素子の一実施例を示す
断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a surface emitting laser device of the present invention.

【図2】本発明の面発光型レーザ素子の異なる実施例の
工程途中の状態をを示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a condition in the middle of a process of another embodiment of the surface emitting laser device of the present invention.

【図3】本発明の面発光型レーザ素子の異なる実施例を
示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the surface emitting laser device of the present invention.

【図4】本発明の面発光型レーザアレイ素子の一実施例
を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing an embodiment of a surface emitting laser array device of the present invention.

【図5】従来の面発光型レーザアレイ素子の一例を示す
断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing an example of a conventional surface emitting laser array element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

9 p型GaAs基板(基板) 10 第1クラッド領域 12 i型GaAs活性層(活性領域) 14 第2クラッド領域 14a 凹部 15 Zn拡散層(第1不純物拡散領域) 16 Si拡散層(第2不純物拡散領域) 21 Zn拡散層(第1不純物拡散領域、p
型混晶化領域) 22 Si拡散層(第2不純物拡散領域、n
型混晶化領域)
9 p-type GaAs substrate (substrate) 10 first clad region 12 i-type GaAs active layer (active region) 14 second clad region 14a recess 15 Zn diffusion layer (first impurity diffusion region) 16 Si diffusion layer (second impurity diffusion) Region) 21 Zn diffusion layer (first impurity diffusion region, p
Type mixed crystal region) 22 Si diffusion layer (second impurity diffusion region, n
Type mixed crystal region)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成された、各膜厚が発光波長
の1/4波長相当である半導体多層膜で構成される第1
クラッド領域と、その第1クラッド領域上に形成され
た、1層または複数の半導体層で構成される活性領域
と、その活性領域上に形成された、各膜厚が発光波長の
1/4波長相当である半導体多層膜で構成される第2ク
ラッド領域とを備えた面発光型レーザ素子であって、前
記第2クラッド領域中に、上方に開孔する凹部が形成さ
れており、その凹部の周囲に、前記第2クラッド領域の
表面から前記基板に達する、前記基板と同導電型の第1
不純物拡散領域が形成されており、その第1不純物拡散
領域の外側に、前記第2クラッド領域の表面から前記活
性領域に達する、前記基板の導電型と別の導電型の第2
不純物拡散領域が形成されていることを特徴とする面発
光型レーザ素子。
1. A first semiconductor multilayer film formed on a substrate, each film thickness being a quarter wavelength of an emission wavelength.
A clad region, an active region formed on the first clad region by one or a plurality of semiconductor layers, and each film thickness formed on the active region is a quarter wavelength of an emission wavelength. A surface-emitting laser device having a second clad region composed of a corresponding semiconductor multilayer film, wherein a concave part having an upward opening is formed in the second clad region. Around the periphery, a first conductive layer of the same conductivity type as the substrate, which reaches the substrate from the surface of the second cladding region.
An impurity diffusion region is formed, and a second conductivity type that is different from the conductivity type of the substrate and extends from the surface of the second cladding region to the active region outside the first impurity diffusion region.
A surface emitting laser device having an impurity diffusion region formed therein.
【請求項2】 前記第1クラッド領域と前記活性領域
間、及び、前記第2クラッド領域と前記活性領域間に、
2種以上の組成の異なる層で構成された半導体多層膜が
形成されており、前記第2不純物拡散領域が、前記第2
クラッド領域の表面から前記第1クラッド領域に達する
ように構成されていることを特徴とする請求項1記載の
面発光型レーザ素子。
2. Between the first cladding region and the active region, and between the second cladding region and the active region,
A semiconductor multilayer film composed of two or more kinds of layers having different compositions is formed, and the second impurity diffusion region includes the second impurity diffusion region.
2. The surface emitting laser element according to claim 1, wherein the surface emitting laser element is configured to reach the first cladding region from the surface of the cladding region.
【請求項3】 面内に、前記第1不純物拡散領域と前記
第2不純物拡散領域とが周期的に形成され、請求項1ま
たは請求項2記載の面発光型レーザ素子が複数配置され
ていることを特徴とする面発光型レーザアレイ素子。
3. The surface emitting laser device according to claim 1, wherein the first impurity diffusion region and the second impurity diffusion region are periodically formed in a plane, and a plurality of surface emitting laser elements according to claim 1 or 2 are arranged. A surface-emitting laser array device characterized by the above.
【請求項4】 基板上に、各膜厚が発光波長の1/4波
長相当の膜厚で構成された半導体多層膜を備えた第1ク
ラッド領域を形成する工程と、その第1クラッド領域上
に、1層または複数の半導体層からなる活性領域を形成
する工程と、その活性領域上に、各膜厚が発光波長の1
/4波長相当の膜厚で構成された半導体多層膜を備えた
第2クラッド領域を形成する工程と、その第2クラッド
領域の表面から前記第2クラッド領域の材料を局所的に
エッッチング除去して凹部を形成する工程と、その凹部
から前記基板と同導電型の不純物を拡散させ、前記基板
に達する第1不純物拡散領域を形成する工程と、その第
1不純物拡散領域の外側に、前記活性領域に達する、前
記基板の導電型と別の導電型の第2不純物拡散領域を形
成する工程とを備えたことを特徴とする面発光型レーザ
素子の製造方法。
4. A step of forming a first clad region on a substrate, the first clad region having a semiconductor multi-layer film each having a film thickness corresponding to a quarter wavelength of an emission wavelength, and on the first clad region. And a step of forming an active region composed of one or a plurality of semiconductor layers, and each film thickness on the active region is 1
A step of forming a second clad region having a semiconductor multilayer film having a film thickness corresponding to / 4 wavelength, and locally removing the material of the second clad region from the surface of the second clad region by etching. A step of forming a recess, a step of diffusing an impurity of the same conductivity type as that of the substrate from the recess to form a first impurity diffusion region reaching the substrate, and the active region outside the first impurity diffusion region. And a step of forming a second impurity diffusion region of a conductivity type different from the conductivity type of the substrate, the method of manufacturing a surface emitting laser element.
JP10641395A 1995-04-28 1995-04-28 Surface emitting type laser element and surface emitting type laser array element and method of manufacturing surface emitting type laser element Withdrawn JPH08307002A (en)

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