JPH10242560A - Surface light emitting semiconductor laser - Google Patents

Surface light emitting semiconductor laser

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Publication number
JPH10242560A
JPH10242560A JP3958097A JP3958097A JPH10242560A JP H10242560 A JPH10242560 A JP H10242560A JP 3958097 A JP3958097 A JP 3958097A JP 3958097 A JP3958097 A JP 3958097A JP H10242560 A JPH10242560 A JP H10242560A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
columnar portion
semiconductor laser
semiconductor
substrate
Prior art date
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Application number
JP3958097A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeo Kaneko
丈夫 金子
Takeo Kawase
健夫 川瀬
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH10242560A publication Critical patent/JPH10242560A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface light emitting semiconductor laser having a construction capable of controlling the plane of polarization of a laser beam, without spoiling the luminous characteristic of the surface light emitting semiconductor laser. SOLUTION: Concerning to a surface light emitting semiconductor laser which emits a laser beam in the vertical direction to a board, a columnar part 115 etched up to the middle of a p-type clad layer 107 is formed. The periphery of this columnar part 115 is buried with an insulating layer 111. Moreover, side metal layers 112 are formed on this insulating layer 111, so as to be opposed with the columnar part 115 in between. Moreover, the side metal layers 112 are in continuity with a contact metal layer 113 formed so as to have a circular opening 116 on a contact layer 110, and is also used as an electrode for current injection.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光の偏光面
を制御できる面発光型半導体レーザに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface-emitting type semiconductor laser capable of controlling the plane of polarization of laser light.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、面発光型半導体レーザのレーザ光
の偏光面を制御する方法として、特開平5−05570
4号公報や米国特許第5,493,577号が開示され
ている。これらは、結晶の異方性や活性層に流れる電流
分布の異方性を利用することでレーザ光の偏光面の方向
を制御している。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of controlling a polarization plane of a laser beam of a surface emitting semiconductor laser, Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-05570 is disclosed.
No. 4 and U.S. Pat. No. 5,493,577 are disclosed. These control the direction of the plane of polarization of the laser light by utilizing the anisotropy of the crystal and the anisotropy of the current distribution flowing through the active layer.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の方法で利用している結晶の異方性や活性層に流れ
る電流分布の異方性は、一般にレーザに用いられる物質
では非常に弱いため、温度や電流量の変化により偏光面
の方向が不安定となる欠点があった。
However, since the anisotropy of the crystal and the anisotropy of the current distribution flowing through the active layer used in the above-mentioned conventional method are very weak in a material generally used for a laser. In addition, there has been a disadvantage that the direction of the polarization plane becomes unstable due to changes in temperature or current amount.

【0004】さらに、米国特許第5,493,577号
に開示されている様に、AlAs層を矩形の形状に酸化
することにより偏光面の制御を行う場合、共振器の柱状
部分の断面を矩形にしなければならない。面発光レーザ
の発光部分の形状はほぼ円形であるため、矩形断面の柱
状構造とすると、共振器のレーザ発振に寄与しない部分
の面積が、円形断面、正方形断面に比べて非常に大きく
なってしまう。このため発振の効率が低下し、高出力の
レーザ光が得られないという欠点を有していた。
Further, as disclosed in US Pat. No. 5,493,577, when the polarization plane is controlled by oxidizing the AlAs layer into a rectangular shape, the cross section of the columnar portion of the resonator is rectangular. Must be. Since the shape of the light emitting portion of the surface emitting laser is almost circular, if the columnar structure has a rectangular cross section, the area of the portion that does not contribute to laser oscillation of the resonator becomes much larger than the circular cross section and the square cross section. . For this reason, there is a disadvantage that the efficiency of oscillation is reduced and a high output laser beam cannot be obtained.

【0005】そこで、本発明の目的は、面発光型半導体
レーザのレーザ発光特性を損なうことなく、レーザ光の
偏光面を制御、安定化できる構造を備えた面発光型半導
体レーザを提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a surface emitting semiconductor laser having a structure capable of controlling and stabilizing the polarization plane of laser light without impairing the laser emission characteristics of the surface emitting semiconductor laser. is there.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明では、基板上に一
対の反射ミラーと、前記一対の反射ミラーの間に形成さ
れ、少なくとも活性層及びクラッド層を含む多層の半導
体層と、を有する光共振器が形成された前記基板と垂直
な方向にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザにお
いて、前記光共振器は、前記多層の半導体層の上層側が
柱状に形成された柱状部分とされ、前記柱状部分の端面
に望んで開口を有する上部電極がさらに設けられ、前記
柱状部分の基板に対して平行方向の横断面形状が円形ま
たは正多角形であり、前記柱状部分の側面に金属層が、
柱状部分を中心として対向する位置に形成されている。
According to the present invention, there is provided an optical device comprising a pair of reflecting mirrors on a substrate and a multi-layered semiconductor layer including at least an active layer and a cladding layer formed between the pair of reflecting mirrors. In a surface-emitting type semiconductor laser that emits laser light in a direction perpendicular to the substrate on which a resonator is formed, the optical resonator is a columnar portion in which an upper layer side of the multilayer semiconductor layer is formed in a columnar shape. An upper electrode having an opening as desired on the end surface of the columnar portion is further provided, and a cross-sectional shape in a direction parallel to a substrate of the columnar portion is circular or regular polygonal, and a metal layer is provided on a side surface of the columnar portion.
It is formed at a position facing the columnar portion as a center.

【0007】このように柱状部分側面のある方向のみを
金属層で覆った場合、この柱状部分を基板に対して垂直
方向に進行する光の電場の方向が側面金属層の方向と平
行な場合、共振器内部の電場強度は、金属層との界面で
ゼロになるように制限を受ける。しかしながら、光の電
場方向が、側面金属層と垂直な場合、上記の様な制限を
受けない。このため、柱状部分には、側面金属層と垂直
方向の電場成分を持つ光の方が、水平方向の電場成分を
持つ光よりも進行しやすい。 このため、前記柱状部分
の側面に金属層が、柱状部分を中心として対向する位置
に形成されていれば、側面金属層に垂直な電場成分を持
つレーザ光が安定して得られる。また金属層を形成する
方向を変えることで偏光方向(光の電場方向)を自由な
方向に制御することが可能である。
When only the direction of the side surface of the columnar portion is covered with the metal layer, when the direction of the electric field of light traveling in the direction perpendicular to the substrate is parallel to the direction of the side metal layer, The electric field strength inside the resonator is limited to zero at the interface with the metal layer. However, when the direction of the electric field of the light is perpendicular to the side metal layer, the above restriction is not applied. For this reason, the light having the electric field component in the vertical direction with respect to the side metal layer travels more easily in the columnar portion than the light having the electric field component in the horizontal direction. Therefore, if the metal layer is formed on the side surface of the columnar portion at a position facing the columnar portion as a center, a laser beam having an electric field component perpendicular to the side surface metal layer can be stably obtained. In addition, by changing the direction in which the metal layer is formed, the polarization direction (the electric field direction of light) can be controlled in a free direction.

【0008】さらに、共振器の柱状部分の断面形状が、
レーザ光の発光部分の形状と対称性を持つ円形、正多角
形であるため、共振器にレーザ発振に寄与しない無駄な
部分が少なくできるため、無効な電流を低減でき、共振
器の発熱が抑えられ、高効率で高出力の面発光型半導体
レーザが得られる。
Further, the sectional shape of the columnar portion of the resonator is
Since the shape of the laser light emitting part is symmetric and circular or regular polygonal, it can reduce unnecessary parts of the resonator that do not contribute to laser oscillation, thus reducing ineffective current and suppressing heat generation in the resonator. As a result, a highly efficient and high-output surface emitting semiconductor laser can be obtained.

【0009】請求項2,5に記載の発明は、前記一対の
反射ミラーは半導体多層膜ミラーであり、前記光共振器
は、前記基板上に形成された半導体多層膜ミラーと、そ
の上に形成された第1クラッド層と、前記第1クラッド
層上に形成された、量子井戸構造の活性層と、前記活性
層上に形成された第2クラッド層と、前記第2クラッド
層上に形成された半導体多層膜ミラーと、前記半導体多
層膜ミラー上に形成されたコンタクト層を含み、すくな
くとも前記半導体多層膜ミラー及び前記コンタクト層に
より前記柱状部分が構成されていることを定義してい
る。
According to a second aspect of the present invention, the pair of reflection mirrors are semiconductor multilayer mirrors, and the optical resonator is a semiconductor multilayer mirror formed on the substrate and formed on the semiconductor multilayer mirror. A first clad layer formed, an active layer having a quantum well structure formed on the first clad layer, a second clad layer formed on the active layer, and a second clad layer formed on the second clad layer. A semiconductor multilayer mirror and a contact layer formed on the semiconductor multilayer mirror, and the columnar portion is defined by at least the semiconductor multilayer mirror and the contact layer.

【0010】両面の反射ミラーを半導体多層膜ミラーに
し、コンタクト層を半導体ミラーの上部に形成すること
で、コンタクト層での光の吸収が抑えられ、より高効率
の面発光型半導体ミラーが得られる。
[0010] By forming the reflecting mirrors on both surfaces as semiconductor multilayer mirrors and forming the contact layer on the semiconductor mirror, light absorption in the contact layer is suppressed, and a more efficient surface emitting semiconductor mirror can be obtained. .

【0011】請求項6に記載の発明では、前記柱状部分
の基板に対して平行方向の横断面形状は正方形であるこ
とを定義している。横断面形状が正方形であるとレーザ
光の偏光面の方向を制御しやすく、高い発光効率が得ら
れる特徴を持つ。
According to the invention described in claim 6, it is defined that the cross section of the columnar portion in a direction parallel to the substrate is a square. When the cross-sectional shape is a square, it is easy to control the direction of the plane of polarization of the laser light, and high luminous efficiency is obtained.

【0012】請求項8、13に記載の発明では、基板上
に一対の反射ミラーと、前記一対の反射ミラーの間に形
成され、少なくとも活性層及びクラッド層を含む多層の
半導体層と、を有する光共振器が形成された前記基板と
垂直な方向にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザ
において、前記光共振器は、前記多層の半導体層の上層
側が柱状に形成された柱状部分とされ、前記柱状部分の
端面に望んで開口を有する上部電極がさらに設けられ、
前記柱状部分の基板に対して平行方向の横断面形状が楕
円または矩形であり、前記柱状分の側面に、金属層が形
成されている。このように柱状部分側面を金属層で覆
い、柱状部分の横断面形状を楕円や、矩形など非対称な
形状とした場合、柱状部分を基板に対して垂直方向に進
行する光の電場の方向が側面金属層の存在により影響を
受ける強さは、対向する金属層の間隔が短い方向で一番
強くなる。つまり柱状部横断面の短軸の方向と電場が平
行な場合、共振器内部の電場強度は、金属層との界面で
ゼロになるように制限を受ける。しかしながら、光の電
場方向が上記短軸方向と垂直な場合、上記の様な制限は
弱くなる。このため、柱状部分には、上記短軸方向と垂
直方向の電場成分を持つ光の方が、水平方向の電場成分
を持つ光よりも進行しやすい。
According to the present invention, a pair of reflecting mirrors are formed on a substrate, and a plurality of semiconductor layers including at least an active layer and a cladding layer are formed between the pair of reflecting mirrors. In a surface-emitting type semiconductor laser that emits laser light in a direction perpendicular to the substrate on which the optical resonator is formed, the optical resonator is a columnar portion in which an upper layer side of the multilayer semiconductor layer is formed in a columnar shape, An upper electrode having an opening as desired on the end face of the columnar portion is further provided,
The columnar portion has an elliptical or rectangular cross section in a direction parallel to the substrate, and a metal layer is formed on a side surface of the columnar portion. When the side surface of the columnar portion is covered with the metal layer and the cross-sectional shape of the columnar portion is an asymmetrical shape such as an ellipse or a rectangle, the direction of the electric field of light traveling in the columnar portion in the direction perpendicular to the substrate is the side surface The strength affected by the presence of the metal layer is greatest when the distance between the opposing metal layers is short. That is, when the electric field is parallel to the direction of the short axis of the cross section of the columnar portion, the electric field strength inside the resonator is limited to zero at the interface with the metal layer. However, when the direction of the electric field of light is perpendicular to the short-axis direction, the above-described restriction becomes weak. For this reason, the light having the electric field component in the vertical direction and the short axis direction travels more easily in the columnar portion than the light having the electric field component in the horizontal direction.

【0013】柱状部分の横断面形状を非対称とし、側面
に金属層を形成しない従来例にある場合でも、偏光方向
を制御することは可能であるが、側面金属層を形成する
ことにより偏光の選択機能が強くなり、温度や電流密度
の増加による偏光の不安定化を起こらない特徴を持つ。
[0013] Even in the conventional example in which the cross-sectional shape of the columnar portion is asymmetric and no metal layer is formed on the side surface, the polarization direction can be controlled. However, by forming the side metal layer, the polarization can be selected. It has a strong function and does not cause polarization instability due to an increase in temperature or current density.

【0014】請求項9、14に記載の発明では、前記一
対の反射ミラーのうち、前記基板上に形成されたミラー
は半導体多層膜ミラーであり、前記光共振器は、前記半
導体多層膜ミラーと、その上に形成された第1クラッド
層と、前記第1クラッド層上に形成された、量子井戸構
造の活性層と、前記活性層上に形成された第2クラッド
層と、前記第2クラッド層上に形成されたコンタクト層
と、前記コンタクト層上に前記上部電極の開口を覆うよ
うに形成された誘電体多層膜ミラーを含み、前記第2ク
ラッド層及び前記コンタクト層により前記柱状部分が構
成されていることを定義している。
According to the ninth and fourteenth aspects of the present invention, of the pair of reflection mirrors, the mirror formed on the substrate is a semiconductor multilayer mirror, and the optical resonator is provided with the semiconductor multilayer mirror. A first cladding layer formed thereon, an active layer having a quantum well structure formed on the first cladding layer, a second cladding layer formed on the active layer, and the second cladding layer. A contact layer formed on the first layer; and a dielectric multilayer mirror formed on the contact layer so as to cover an opening of the upper electrode, wherein the second clad layer and the contact layer constitute the columnar portion. Is defined.

【0015】請求項10、15に記載の発明では、前記
一対の反射ミラーは半導体多層膜ミラーであり、前記光
共振器は、前記基板上に形成された半導体多層膜ミラー
と、その上に形成された第1クラッド層と、前記第1ク
ラッド層上に形成された、量子井戸構造の活性層と、前
記活性層上に形成された第2クラッド層と、前記第2ク
ラッド層上に形成された半導体多層膜ミラーと、前記半
導体多層膜ミラー上に形成されたコンタクト層を含み、
すくなくとも前記半導体多層膜ミラー及び前記コンタク
ト層により前記柱状部分が構成されていることを定義し
ている。
In the inventions according to the tenth and fifteenth aspects, the pair of reflection mirrors are semiconductor multilayer mirrors, and the optical resonator is a semiconductor multilayer mirror formed on the substrate and formed on the semiconductor multilayer mirror. A first clad layer formed, an active layer having a quantum well structure formed on the first clad layer, a second clad layer formed on the active layer, and a second clad layer formed on the second clad layer. Including a semiconductor multilayer mirror, and a contact layer formed on the semiconductor multilayer mirror,
At least the columnar portion is defined by the semiconductor multilayer mirror and the contact layer.

【0016】請求項11、16に記載の発明では、前記
柱状部分の基板に対して平行方向の横断面の長軸と短軸
の比が1.2以上であることを定義している。
According to the eleventh and sixteenth aspects of the present invention, it is defined that the ratio of the major axis to the minor axis of the cross section of the columnar portion parallel to the substrate is 1.2 or more.

【0017】請求項3、7、12および17に記載の発
明では、前記活性層はInGaAs、GaAs,AlG
aAs,GaInP,AlGaInP、InGaAs
P、ZnS、ZnSe、GaN、InNのいずれかから
なる化合物による量子井戸層からなることを定義してい
る。
In the third, seventh, twelfth and seventeenth inventions, the active layer is made of InGaAs, GaAs, AlG.
aAs, GaInP, AlGaInP, InGaAs
It is defined that the quantum well layer is made of a compound consisting of P, ZnS, ZnSe, GaN, and InN.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0019】(実施例1)図1は本発明の一実施例にお
ける偏光面を制御できる面発光型半導体レーザの断面を
模式的に示す断面図であり、図2はその概略斜視図であ
る。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a surface-emitting type semiconductor laser capable of controlling a polarization plane according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic perspective view thereof.

【0020】図1、図2に示す面発光型半導体レーザ1
00の構造について説明するとn型GaAs基板102
上に,n型GaAsバッファ層103、n型AlAs層
とn型Al0.15Ga0.85As層からなり800nm付近
の光に対し99%以上の反射率を持つ30ペアの分布反
射型半導体多層膜ミラー104、n型Al0.5Ga0.5
sクラッド層105、GaAsウエル層と型Al0.3
0.7Asバリア層から成り該ウエル層が3層で構成さ
れる多重量子井戸活性層106、 p型Al0.5Ga0.5
Asクラッド層107、電流狭窄のための p型AlA
s層108、p型Al0.9Ga0.1As層とp型Al0.15
Ga0.85As層からなり800nm付近の光に対し9
8.5%以上の反射率を持つ22ペアの分布反射型半導
体多層膜ミラー109及びp型Al0.15Ga0.85Asコ
ンタクト層110が、順次積層されている。この積層の
作成にはMOVPE法によるエピタキシャル成長を用い
た。
The surface emitting semiconductor laser 1 shown in FIGS. 1 and 2
The structure of the n-type GaAs substrate 102 will now be described.
Above, n-type GaAs buffer layer 103, n-type AlAs layer and n-type Al 0.15 Ga 0.85 distributed reflection type of 30 pairs for light of 800nm around consists As layer having a reflectivity of 99% or more semiconductor multilayer mirror 104 , N-type Al 0.5 Ga 0.5 A
s cladding layer 105, GaAs well layer and type Al 0.3 G
a multiple quantum well active layer 106 composed of a 0.7 As barrier layer and the well layer composed of three layers, p-type Al 0.5 Ga 0.5
As clad layer 107, p-type AlA for current confinement
s layer 108, p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer and p-type Al 0.15
It consists of a Ga 0.85 As layer and has a 9
22 pairs of distributed reflection type semiconductor multilayer mirrors 109 having a reflectance of 8.5% or more and a p-type Al 0.15 Ga 0.85 As contact layer 110 are sequentially laminated. Epitaxial growth by the MOVPE method was used to form this stack.

【0021】そして、 p型Al0.5Ga0.5Asクラッ
ド層107の途中まで、半導体の積層体の上面からみて
円形の形状にエッチングされて柱状部分115が形成さ
れる。 上部電極からの電流を共振器中央部分のみに
集中させるために、400℃の水蒸気雰囲気中p型Al
As層108の周囲数μm程度を酸化し、絶縁体の酸化
アルミ層114を形成する。
Then, a part of the p-type Al 0.5 Ga 0.5 As clad layer 107 is etched into a circular shape when viewed from the upper surface of the semiconductor laminate to form a columnar portion 115. In order to concentrate the current from the upper electrode only in the central part of the resonator, p-type Al
A few μm around the As layer 108 is oxidized to form an aluminum oxide layer 114 as an insulator.

【0022】柱状部分115の周囲には、熱CVD法に
より形成されたSiO2などのシリコン酸化膜(SiOX
膜)からなる絶縁層111と金−亜鉛合金などの金属か
らなる金属層112で埋め込まれている。
A silicon oxide film (SiO x) such as SiO 2 formed by a thermal CVD method is formed around the columnar portion 115.
Embedded with an insulating layer 111 made of a film) and a metal layer 112 made of a metal such as a gold-zinc alloy.

【0023】絶縁層111は、p型Al0.5Ga0.5As
クラッド層107、酸化アルミ層108、分布反射型半
導体多層膜ミラー109およびコンタクト層110の表
面に沿って連続して形成され、金属層112は、この絶
縁層110上に、柱状部分115を挟んで対向するよう
に形成されている。
The insulating layer 111 is made of p-type Al 0.5 Ga 0.5 As
The metal layer 112 is continuously formed along the surfaces of the clad layer 107, the aluminum oxide layer 108, the distributed reflection type semiconductor multilayer mirror 109, and the contact layer 110, and the metal layer 112 is disposed on the insulating layer 110 with the columnar portion 115 interposed therebetween. They are formed so as to face each other.

【0024】この絶縁層111は、クラッド層や柱状部
分側面からの電流注入が存在し、リーク電流や電流注入
の非効率が有る場合には、必要となる。
The insulating layer 111 is necessary when current is injected from the cladding layer or the side surface of the columnar portion, and there is a leak current or inefficient current injection.

【0025】さらに金属層112は、コンタクト層11
0上に円形の開口116を有する様に形成されたコンタ
クト金属層113と連続しており、電流注入のための電
極もかねている。
Further, the metal layer 112 is
It is continuous with the contact metal layer 113 formed so as to have a circular opening 116 on 0, and also serves as an electrode for current injection.

【0026】基板102の下部には、金−ゲルマニウム
合金で構成される下部電極101が形成されている。
Below the substrate 102, a lower electrode 101 made of a gold-germanium alloy is formed.

【0027】図2においては、簡単にするため柱状部分
115が一つの面発光型半導体レーザを示しているが、
基板面内で柱状部分が複数個あっても本発明の形態は損
なわれない。
In FIG. 2, for simplicity, the columnar portion 115 shows a single surface-emitting type semiconductor laser.
Even if there are a plurality of columnar portions in the substrate surface, the form of the present invention is not impaired.

【0028】次に本実施例で示した面発光型半導体レー
ザにおいて、レーザ光の偏光面が制御できる方法につい
て説明する。
Next, a method of controlling the polarization plane of the laser light in the surface emitting semiconductor laser shown in this embodiment will be described.

【0029】図3は本実施例の面発光型半導体レーザを
レーザが出射する側から見たときの該略図である。円形
の開口部116を持つコンタクト金属層113から連続
して、柱状部分115の側面に、柱状部分を挟んで12
0方向に対向するように側面金属層112が形成されて
いる。
FIG. 3 is a schematic view of the surface emitting semiconductor laser according to the present embodiment when viewed from the side where the laser is emitted. Continuing from the contact metal layer 113 having the circular opening 116, the side surface of the columnar portion 115 is
The side metal layer 112 is formed so as to face the zero direction.

【0030】面発光型半導体レーザを駆動するために
は、上部電極113から電流を注入し、電流を活性層1
06に導き、電流を光に変換し、光共振器内で光を増幅
して、最終的に開口部116からレーザ光を出射してい
る。
In order to drive the surface emitting semiconductor laser, a current is injected from the upper electrode 113 and the current is applied to the active layer 1.
06, the current is converted to light, the light is amplified in the optical resonator, and the laser light is finally emitted from the opening 116.

【0031】金属層中では、電場の大きさがゼロとなる
ため、方向120にのみ側面金属層112が形成されて
いる場合、120方向に垂直な電場成分は、柱状部分1
15と側面金属層111との界面で電場がほぼゼロとな
るように制限される。120方向に平行な電場はこのよ
うな制限を受けない。
Since the magnitude of the electric field is zero in the metal layer, when the side metal layer 112 is formed only in the direction 120, the electric field component perpendicular to the direction of 120 becomes the columnar portion 1
The electric field is limited to be substantially zero at the interface between the metal layer 15 and the side metal layer 111. Electric fields parallel to the 120 direction are not subject to such restrictions.

【0032】このため、120方向に平行な成分を持つ
光の方が、垂直な成分を持つ光よりも柱状部分を進行し
やすくなる。このため、偏光方向が120方向に安定化
される。
For this reason, light having a component parallel to the 120 direction travels more easily through the columnar portion than light having a perpendicular component. Therefore, the polarization direction is stabilized in the 120 direction.

【0033】この側面金属層による偏光面制御の効果
は、対向する金属層の間隔が狭く、柱状部分の基板に垂
直な方向の長さが、長いほど大きい。このため柱状部分
が長く、共振器径が小さいものほど偏光面の制御性は良
い。しかし、柱状部分が長すぎたり、共振器が細すぎる
と上部電極113から流れる電流に対して抵抗が大きく
なるため、柱状部分で発熱し、レーザ発振効率、最大光
出力の低下を招くため、必要とするレーザ特性に合わせ
て、柱状部分の形状は設計される。
The effect of controlling the polarization plane by the side metal layer is greater as the distance between the opposing metal layers is smaller and the length of the columnar portion in the direction perpendicular to the substrate is longer. Therefore, the longer the columnar portion and the smaller the resonator diameter, the better the controllability of the polarization plane. However, if the columnar portion is too long or the resonator is too narrow, the resistance to the current flowing from the upper electrode 113 increases, so that heat is generated in the columnar portion, leading to a decrease in laser oscillation efficiency and maximum optical output. The shape of the columnar portion is designed according to the laser characteristics to be set.

【0034】この時、柱状部分115の横断面形状が円
形であり、また上部電極113が円形に形成されてお
り、電流狭窄を行うAlAs層の横断面形状が円形であ
ることから、活性層内の円形のレーザ発光部と対応し
て、レーザ発振に寄与しない共振器部分が少なく、無効
電流が減少し、高効率の面発光型半導体レーザが得られ
る。
At this time, the cross-sectional shape of the columnar portion 115 is circular, the upper electrode 113 is formed in a circular shape, and the cross-sectional shape of the AlAs layer for performing current confinement is circular. Corresponding to the circular laser light emitting portion, there is little resonator portion that does not contribute to laser oscillation, the reactive current is reduced, and a highly efficient surface emitting semiconductor laser can be obtained.

【0035】(実施例2)図4は本発明の第2実施例に
おける偏光面を制御できる面発光型半導体レーザの断面
を模式的に示す断面図である。本実施例は、側面金属層
が埋め込み層に覆われており、その上部に平面的なコン
タクト金属層が形成されているところが、前記実施例1
の構造と異なる。
(Embodiment 2) FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a surface-emitting type semiconductor laser capable of controlling a polarization plane according to a second embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that a side metal layer is covered with a buried layer and a planar contact metal layer is formed thereon.
Different from the structure.

【0036】図4に示す面発光型半導体レーザ200の
構造について説明するとn型GaAs基板202上に,
n型GaAsバッファ層203、n型AlAs層とn型
Al0.5Ga0.5As層からなり650nm付近の光に対
し99%以上の反射率を持つ60ペアの分布反射型半導
体多層膜ミラー204、n型Al0.7Ga0.3Asクラッ
ド層205、nー型Ga0.5In0.5Pウエル層とnー型
(Al0.5Ga0.50.5In0.5Pバリア層から成り該ウ
エル層が5層で構成される多重量子井戸活性層206、
p型Al0.7Ga0.3Asクラッド層207、電流狭窄
のためのp型AlAs層 208、p型Al0.95Ga
0.05As層とp型Al0.5Ga0.5As層からなり650
nm付近の光に対し98.5%以上の反射率を持つ55
ペアの分布反射型半導体多層膜ミラー209及びp型G
aAsコンタクト層210が、順次積層されている。こ
の積層の作成にはMBE法によるエピタキシャル成長を
用いた。
The structure of the surface emitting semiconductor laser 200 shown in FIG. 4 will be described.
n-type GaAs buffer layer 203, 60 pairs of distributed reflection type semiconductor multilayer mirror 204 composed of an n-type AlAs layer and an n-type Al 0.5 Ga 0.5 As layer and having a reflectance of 99% or more with respect to light near 650 nm; A multiple quantum well comprising an Al 0.7 Ga 0.3 As cladding layer 205, an n-type Ga 0.5 In 0.5 P well layer and an n-type (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P barrier layer, and the well layer is composed of five layers. Active layer 206,
p-type Al 0.7 Ga 0.3 As clad layer 207, p-type AlAs layer 208 for current confinement, p-type Al 0.95 Ga
650 comprising a 0.05 As layer and a p-type Al 0.5 Ga 0.5 As layer.
55 having a reflectance of 98.5% or more for light near nm.
Pair distributed reflection type semiconductor multilayer mirror 209 and p-type G
The aAs contact layer 210 is sequentially laminated. Epitaxial growth by the MBE method was used to form this stack.

【0037】そして、 p型クラッド層207の途中ま
で、半導体の積層体の上面からみて正方形の形状にエッ
チングされて柱状部分215が形成される。
Then, a part of the p-type cladding layer 207 is etched into a square shape as viewed from the upper surface of the semiconductor laminated body to form a columnar portion 215.

【0038】上部電極からの電流を共振器中央部分のみ
に集中させるために、400℃の水蒸気雰囲気中p型A
lAs層208の周囲数μm程度を酸化し、絶縁体の酸
化アルミ層214を形成する。
In order to concentrate the current from the upper electrode only at the central portion of the resonator, the p-type A
A few μm around the lAs layer 208 is oxidized to form an aluminum oxide layer 214 as an insulator.

【0039】柱状部分215の周囲は、熱CVD法によ
り形成されたSiO2などのシリコン酸化膜(SiO
X膜)からなる絶縁層211で覆われている。
The periphery of the columnar portion 215 is covered with a silicon oxide film (SiO 2) such as SiO 2 formed by a thermal CVD method.
(X film).

【0040】絶縁層211は、p型Al0.7Ga0.3As
クラッド層207、酸化アルミ層214、分布反射型半
導体多層膜ミラー209およびコンタクト層210の表
面に沿って連続して形成され、金属層212は、この絶
縁層211上に、柱状部分215を挟んで対向するよう
に形成されている。
The insulating layer 211 is made of p-type Al 0.7 Ga 0.3 As
The metal layer 212 is continuously formed along the surfaces of the clad layer 207, the aluminum oxide layer 214, the distributed reflection type semiconductor multilayer mirror 209, and the contact layer 210, and the metal layer 212 is disposed on the insulating layer 211 with the columnar portion 215 interposed therebetween. They are formed so as to face each other.

【0041】さらに金属層212を覆うようにスパッタ
法により形成されたシリコン窒化膜(SiNX膜)から
なる埋め込み層217を形成し、その上に例えばCrと
金で構成されるコンタクト金属層(上部電極)213
が、コンタクト層210と接して形成され、電流注入の
ための電極となる。
Further, a buried layer 217 made of a silicon nitride film (SiN x film) formed by a sputtering method so as to cover the metal layer 212 is formed, and a contact metal layer (upper portion) made of, for example, Cr and gold is formed thereon. Electrode) 213
Are formed in contact with the contact layer 210 and serve as electrodes for current injection.

【0042】この上部電極213には円形の開口部21
6が形成されている。
The upper electrode 213 has a circular opening 21.
6 are formed.

【0043】この開口部の形成には、リフトオフ法など
のフォトリソグラフィー技術が用いられるが、柱状部分
の段差が数μmとなると、柱状部分上部に正確に中心を
合わせて円形開口を形成するのが難しくなる。このため
埋め込み層217を形成し、柱状部分の段差を解消する
ことで、上部電極の開口部の形成を容易にしている。埋
め込み層はシリコン窒化膜(SiNX膜)には限定され
ず、多の窒化物、酸化物やポリイミドなどの樹脂でもよ
い。
A photolithography technique such as a lift-off method is used to form the opening. However, when the step of the columnar portion becomes several μm, it is necessary to form a circular opening exactly at the center of the upper portion of the columnar portion. It becomes difficult. For this reason, the buried layer 217 is formed to eliminate the step in the columnar portion, thereby facilitating the formation of the opening of the upper electrode. The buried layer is not limited to a silicon nitride film (SiN x film), but may be a resin such as various nitrides, oxides or polyimides.

【0044】また、このとき側面金属層とコンタクト金
属層とが電気的に接続されていても、されていなくて
も、偏光面の制御性に違いは見られなかった。
At this time, no difference was observed in the controllability of the polarization plane whether the side metal layer and the contact metal layer were electrically connected or not.

【0045】基板202の下部には、金−ゲルマニウム
合金で構成される下部電極201が形成されている。
Below the substrate 202, a lower electrode 201 made of a gold-germanium alloy is formed.

【0046】図5は本実施例の面発光型半導体レーザを
レーザが出射する側から見たときの該略図である。側面
金属層212の配置がわかるように埋め込み層、上部電
極は省略し、開口部216のみ示した。
FIG. 5 is a schematic view of the surface-emitting type semiconductor laser of this embodiment when viewed from the side from which the laser emits. The buried layer and the upper electrode are omitted so that the arrangement of the side metal layer 212 can be understood, and only the opening 216 is shown.

【0047】本実施例で示した面発光型半導体レーザに
おいて、レーザ光の偏光面を制御する方法は、実施例1
と同一であるが、柱状部分の形状を正方形としたこと
で、対向する側面金属層の対向方向が正確に定義される
ため、偏光面の方向をより精密に金属層の対向方法に制
御することが可能である。
In the surface-emitting type semiconductor laser shown in this embodiment, the method for controlling the polarization plane of the laser beam is described in the first embodiment.
Same as above, but the shape of the columnar part is square, so that the facing direction of the facing side metal layer is accurately defined, so the direction of the polarization plane should be controlled more precisely to the facing method of the metal layer. Is possible.

【0048】柱状部分の横断面形状は正方形に限定され
ず、横断面形状を正方形から正六角形にし、対向する辺
にのみ側面金属層を形成しても同様な偏光面の制御が可
能である。
The cross-sectional shape of the columnar portion is not limited to a square, and the same control of the polarization plane can be performed by changing the cross-sectional shape from a square to a regular hexagon and forming a side metal layer only on the opposite side.

【0049】(実施例3)図6は本発明の一実施例にお
ける偏光面を制御できる面発光型半導体レーザの断面を
模式的に示す断面図である。
(Embodiment 3) FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a surface-emitting type semiconductor laser capable of controlling a polarization plane according to an embodiment of the present invention.

【0050】図6に示す面発光型半導体レーザ300の
構造について説明するとn型GaAs基板302上に,
n型GaAsバッファ層303、n型AlAs層とn型
Al0.15Ga0.85As層からなり800nm付近の光に
対し99%以上の反射率を持つ30ペアの分布反射型半
導体多層膜ミラー304、n型Al0.5Ga0.5Asクラ
ッド層305、GaAsウエル層と型Al0.3Ga0.7
sバリア層から成り該ウエル層が3層で構成される多重
量子井戸活性層306、 p型Al0.5Ga0.5Asクラ
ッド層307、電流狭窄のための p型AlAs層30
8、p型Al0.9Ga0.1As層とp型Al0.15Ga0.85
As層からなり800nm付近の光に対し98.5%以
上の反射率を持つ22ペアの分布反射型半導体多層膜ミ
ラー309及びp型Al0.15Ga0.85Asコンタクト層
310が、順次積層されている。そして、 p型Al0.5
Ga0.5Asクラッド層307の途中まで、半導体の積
層体の上面からみて矩形の形状にエッチングされて柱状
部分315が形成される。
The structure of the surface emitting semiconductor laser 300 shown in FIG. 6 will be described.
n-type GaAs buffer layer 303, n-type AlAs layer and n-type Al 0.15 Ga 0.85 distributed reflection type of 30 pairs for light of 800nm around consists As layer having a reflectivity of 99% or more semiconductor multilayer mirror 304, n-type Al 0.5 Ga 0.5 As clad layer 305, GaAs well layer and type Al 0.3 Ga 0.7 A
a multiple quantum well active layer 306 composed of three s barrier layers and three well layers; a p-type Al 0.5 Ga 0.5 As clad layer 307; a p-type AlAs layer 30 for current confinement
8, p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer and p-type Al 0.15 Ga 0.85
A 22-pair distributed-reflective semiconductor multilayer mirror 309 and a p-type Al 0.15 Ga 0.85 As contact layer 310, which are composed of an As layer and have a reflectance of 98.5% or more for light near 800 nm, are sequentially laminated. And p-type Al 0.5
Part of the Ga 0.5 As cladding layer 307 is etched into a rectangular shape as viewed from the upper surface of the semiconductor laminate to form a columnar portion 315.

【0051】上部電極からの電流を共振器中央部分のみ
に集中させるために、400℃の水蒸気雰囲気中p型A
lAs層308の周囲数μm程度を酸化し、絶縁体の酸
化アルミ層314を形成する。
In order to concentrate the current from the upper electrode only at the central portion of the resonator, the p-type A
A few μm around the lAs layer 308 is oxidized to form an aluminum oxide layer 314 as an insulator.

【0052】柱状部分315の周囲には、熱CVD法に
より形成されたSiO2などのシリコン酸化膜(SiOX
膜)からなる絶縁層311と金−亜鉛合金などの金属か
らなる金属層312で埋め込まれている。
A silicon oxide film (SiO x) such as SiO 2 formed by a thermal CVD method is formed around the columnar portion 315.
(A film) and a metal layer 312 made of a metal such as a gold-zinc alloy.

【0053】絶縁層311は、p型Al0.5Ga0.5As
クラッド層307、酸化アルミ層314、分布反射型半
導体多層膜ミラー309およびコンタクト層310の表
面に沿って連続して形成され、金属層312は、この絶
縁層311上に、柱状部分315を覆うように形成され
ている。
The insulating layer 311 is made of p-type Al 0.5 Ga 0.5 As
The metal layer 312 is formed continuously along the surfaces of the clad layer 307, the aluminum oxide layer 314, the distributed reflection type semiconductor multilayer mirror 309, and the contact layer 310. The metal layer 312 covers the columnar portion 315 on the insulating layer 311. Is formed.

【0054】さらに金属層312は、コンタクト層31
0上に円形の開口316を有する様に形成されたコンタ
クト金属層313と連続しており、電流注入のための電
極もかねている。
Further, the metal layer 312 is formed on the contact layer 31.
The contact metal layer 313 is formed so as to have a circular opening 316 on the contact hole 313, and also serves as an electrode for current injection.

【0055】基板302の下部には、金−ゲルマニウム
合金で構成される下部電極301が形成されている。
Under the substrate 302, a lower electrode 301 made of a gold-germanium alloy is formed.

【0056】次に本実施例で示した面発光型半導体レー
ザにおいて、レーザ光の偏光面が制御できる方法につい
て説明する。
Next, a method of controlling the plane of polarization of laser light in the surface emitting semiconductor laser shown in this embodiment will be described.

【0057】図7は本実施例の面発光型半導体レーザを
レーザが出射する側から見たときの該略図である。円形
の開口部316を持つコンタクト金属層313から連続
して、柱状部分315の側面に、側面金属層312が形
成されている。
FIG. 7 is a schematic view of the surface emitting semiconductor laser according to the present embodiment when viewed from the side where the laser is emitted. A side metal layer 312 is formed on the side surface of the columnar portion 315 continuously from the contact metal layer 313 having a circular opening 316.

【0058】面発光型半導体レーザを駆動するために
は、上部電極313から電流を注入し、電流を活性層3
06に導き、電流を光に変換し、光共振器内で光を増幅
して、最終的に開口部316からレーザ光を出射してい
る。
To drive the surface emitting semiconductor laser, a current is injected from the upper electrode 313 and the current is applied to the active layer 3.
06, the current is converted to light, the light is amplified in the optical resonator, and the laser light is finally emitted from the opening 316.

【0059】柱状部分の矩形断面の短辺方向320で対
向する側面金属層312Aと312Bの間隔は、長辺方
向321で対向する側面金属層312C、312Dの間
隔よりも狭い。柱状部分315を進行する光の電場は、
柱状部分315と側面金属層312との界面で電場がほ
ぼゼロとなるように制限されるが、側面金属層の間隔が
狭いほど、この界面での制限が大きく柱状部分内部の電
場分布に影響を与える。このため短辺方向320に平行
な電場は柱状部分に進行することができない。このた
め、短辺方向320に垂直な電場成分を持つ光の方が、
平行な成分を持つ光よりも柱状部分を進行しやすくな
る。このため、偏光方向が320方向に安定化される。
The distance between the side metal layers 312A and 312B facing each other in the short side direction 320 of the rectangular section of the columnar portion is smaller than the distance between the side metal layers 312C and 312D facing each other in the long side direction 321. The electric field of light traveling through the columnar part 315 is
The electric field is limited so that the electric field becomes almost zero at the interface between the columnar portion 315 and the side metal layer 312. However, the narrower the gap between the side metal layers is, the greater the restriction at this interface is, which affects the electric field distribution inside the columnar portion. give. Therefore, the electric field parallel to the short side direction 320 cannot travel to the columnar portion. Therefore, light having an electric field component perpendicular to the short side direction 320 is
The light travels more easily through the columnar portion than light having a parallel component. Therefore, the polarization direction is stabilized in the 320 direction.

【0060】この側面金属層による偏光面制御の効果
は、対向する側面金属層の間隔が短辺方向と長辺方向で
異なっているほど大きく、長辺と短辺の長さの比が1.
2以上ないと安定化されなかった。
The effect of controlling the plane of polarization by the side metal layer is greater as the distance between the opposing side metal layers is different in the short side direction and the long side direction, and the ratio of the length of the long side to the short side is 1.
It was not stabilized without two or more.

【0061】また本実施例では、矩形横断面の場合を詳
述したが、横断面が楕円形状の場合でも同様に短軸方向
に垂直な電場成分を持つ光が優先的に柱状部分を進行す
るため、同様に偏光面の制御が可能である。
In this embodiment, the case of a rectangular cross section has been described in detail. Even when the cross section is an elliptical shape, similarly, light having an electric field component perpendicular to the short axis travels preferentially through the columnar portion. Therefore, the polarization plane can be similarly controlled.

【0062】以上、詳述したように本発明の面発光型半
導体レーザを用いれば、面発光型半導体レーザのレーザ
発光特性を損なうことなく、レーザ光の偏光面を制御す
ることが可能となる。
As described above in detail, the use of the surface emitting semiconductor laser of the present invention makes it possible to control the polarization plane of the laser light without impairing the laser emission characteristics of the surface emitting semiconductor laser.

【0063】また、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が
可能である。
Further, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention.

【0064】さらに、活性層は面発光型半導体レーザの
発振波長に応じて、InGaAs、GaAs,AlGa
As,GaInP,AlGaInP、InGaAsP、
ZnS、ZnSe、GaN、InNのいずれかからなる
化合物による量子井戸層を用いることが可能で、半導体
層のp型、n型をそれぞれ入れ替えても実施が可能であ
る。
Further, the active layer is made of InGaAs, GaAs, or AlGa according to the oscillation wavelength of the surface emitting semiconductor laser.
As, GaInP, AlGaInP, InGaAsP,
It is possible to use a quantum well layer made of a compound made of any of ZnS, ZnSe, GaN, and InN, and the present invention can be implemented even if the p-type and the n-type of the semiconductor layer are replaced.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上述べたように、本発明の面発光型半
導体レーザによれば、面発光型半導体レーザの共振器を
構成する上部クラッド層、電流狭窄層、上部半導体ミラ
ー、コンタクト層等を柱状にエッチングし、この柱状部
分の側面に有る特定方向に対向するよう側面金属層を設
けたことにより、金属層での電場の吸収の効果により、
特定方向にレーザ光の偏光面を安定化し、制御すること
が可能となる。
As described above, according to the surface emitting semiconductor laser of the present invention, the upper cladding layer, the current confinement layer, the upper semiconductor mirror, the contact layer, etc., which constitute the resonator of the surface emitting semiconductor laser, are formed. By etching into a columnar shape and providing a side metal layer so as to face a specific direction on the side surface of the columnar portion, due to the effect of electric field absorption in the metal layer,
It is possible to stabilize and control the polarization plane of the laser light in a specific direction.

【0066】この場合、共振器の柱状部分の横断面は、
レーザ光の活性層での発光領域と同じ対称性の高い構造
がとれるため、共振器内でレーザ発振に寄与しない領域
を少なくすることができるため、偏光の安定した、効率
の高い、高出力の面発光レーザを作製することが可能で
ある。
In this case, the cross section of the columnar portion of the resonator is
Since the same high symmetry structure as the light emitting region in the active layer of the laser beam can be obtained, the region that does not contribute to laser oscillation in the resonator can be reduced, so that the polarization is stable, high efficiency, and high output. A surface emitting laser can be manufactured.

【0067】また、本発明の別の面発光型半導体レーザ
によれば、面発光型半導体レーザの共振器を構成する上
部クラッド層、電流狭窄層、上部半導体ミラー、コンタ
クト層等を横断面が矩形や楕円になるような柱状にエッ
チングし、この柱状部分の側面に側面金属層を設けたこ
とにより、金属層での電場の吸収の効果により、横断面
の短軸方向にレーザ光の偏光面を安定化し、制御するこ
とが可能となる。これは、結晶の異方性などの方法によ
る偏光面の制御に比べ、より安定に偏光面を制御するこ
とが可能である。
According to another surface emitting semiconductor laser of the present invention, the upper cladding layer, the current confinement layer, the upper semiconductor mirror, the contact layer and the like constituting the resonator of the surface emitting semiconductor laser have a rectangular cross section. By etching into a columnar shape that becomes an ellipse and providing a side metal layer on the side of this columnar portion, the polarization plane of the laser beam is shifted in the short axis direction of the cross section by the effect of electric field absorption by the metal layer. It can be stabilized and controlled. This makes it possible to more stably control the polarization plane as compared with the control of the polarization plane by a method such as crystal anisotropy.

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

【図1】本発明の一実施例における偏光面を制御できる
面発光型半導体レーザの断面を模式的に示す断面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a surface-emitting type semiconductor laser capable of controlling a polarization plane according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す面発光型半導体レーザの概略斜視図
である。
FIG. 2 is a schematic perspective view of the surface emitting semiconductor laser shown in FIG.

【図3】図1に示す面発光型半導体レーザをレーザが出
射する側から見たときの該略図である。
FIG. 3 is a schematic view of the surface emitting semiconductor laser shown in FIG. 1 as viewed from a side from which the laser emits.

【図4】本発明の別の実施例における偏光面を制御でき
る面発光型半導体レーザの断面を模式的に示す断面図で
ある。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a surface-emitting type semiconductor laser capable of controlling a polarization plane according to another embodiment of the present invention.

【図5】図4に示す面発光型半導体レーザをレーザが出
射する側から見たときの該略図である。
FIG. 5 is a schematic view of the surface-emitting type semiconductor laser shown in FIG. 4 when viewed from the side from which the laser emits.

【図6】本発明もう一つの実施例における偏光面を制御
できる面発光型半導体レーザの断面を模式的に示す断面
図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a surface-emitting type semiconductor laser capable of controlling a polarization plane according to another embodiment of the present invention.

【図7】図6に示す面発光型半導体レーザをレーザが出
射する側から見たときの該略図である。
FIG. 7 is a schematic view of the surface-emitting type semiconductor laser shown in FIG. 6 when viewed from a side from which the laser emits.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,201,301 下部電極 102,202,302 n型GaAs基板 103,203,303 n型GaAsバッファ層 104,204,304 n型分布反射型半導体多層膜
ミラー 105,205,305 n型クラッド層 106,206,306 多重量子井戸活性層 107,207,307 p型クラッド層 108、208,308 p型AlAs層 109,209,309 p型分布反射型半導体多層膜
ミラー 110,210,310 p型コンタクト層 111,211,311 絶縁層 112,212,312,312A,312B,312
C,312D 側面金属層 113,213,313 上部電極 114,214,314 酸化アルミ層 115,215,315 柱状部分 116,216,316 開口部 217 埋め込み層
101, 201, 301 Lower electrode 102, 202, 302 n-type GaAs substrate 103, 203, 303 n-type GaAs buffer layer 104, 204, 304 n-type distributed reflection type semiconductor multilayer mirror 105, 205, 305 n-type cladding layer 106 , 206, 306 Multiple quantum well active layer 107, 207, 307 p-type cladding layer 108, 208, 308 p-type AlAs layer 109, 209, 309 p-type distributed reflection type semiconductor multilayer mirror 110, 210, 310 p-type contact layer 111, 211, 311 Insulating layer 112, 212, 312, 312A, 312B, 312
C, 312D Side metal layer 113, 213, 313 Upper electrode 114, 214, 314 Aluminum oxide layer 115, 215, 315 Columnar portion 116, 216, 316 Opening 217 Embedded layer

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上に一対の反射ミラーと、前記一対の
反射ミラーの間に形成され、少なくとも活性層及びクラ
ッド層を含む多層の半導体層と、を有する光共振器が形
成された前記基板と垂直な方向にレーザ光を出射する面
発光型半導体レーザにおいて、 前記光共振器は、前記多層の半導体層の上層側が柱状に
形成された柱状部分とされ、前記柱状部分の端面に望ん
で開口を有する上部電極がさらに設けられ、前記柱状部
分の基板に対して平行方向の横断面形状が円形であり、
前記柱状部分の側面に金属層が、柱状部分を中心として
対向する位置に形成されたことを特徴とする面発光型半
導体レーザ。
An optical resonator comprising: a pair of reflection mirrors on a substrate; and a multilayer semiconductor layer formed between the pair of reflection mirrors and including at least an active layer and a cladding layer. A surface-emitting type semiconductor laser that emits laser light in a direction perpendicular to the vertical direction, wherein the optical resonator is a columnar portion in which an upper layer side of the multilayer semiconductor layer is formed in a columnar shape, and an opening is provided on an end face of the columnar portion as desired. Is further provided, the cross section of the columnar portion in a direction parallel to the substrate is circular,
A surface-emitting type semiconductor laser, wherein a metal layer is formed on a side surface of the columnar portion at a position facing the columnar portion as a center.
【請求項2】請求項1において、前記一対の反射ミラー
は半導体多層膜ミラーであり、前記光共振器は、前記基
板上に形成された半導体多層膜ミラーと、その上に形成
された第1クラッド層と、前記第1クラッド層上に形成
された、量子井戸構造の活性層と、前記活性層上に形成
された第2クラッド層と、前記第2クラッド層上に形成
された半導体多層膜ミラーと、前記半導体多層膜ミラー
上に形成されたコンタクト層を含み、すくなくとも前記
半導体多層膜ミラー及び前記コンタクト層により前記柱
状部分が構成されていることを特徴とする面発光型半導
体レーザ。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said pair of reflection mirrors are semiconductor multilayer mirrors, and said optical resonator is a semiconductor multilayer mirror formed on said substrate and a first multilayer mirror formed thereon. A clad layer, an active layer having a quantum well structure formed on the first clad layer, a second clad layer formed on the active layer, and a semiconductor multilayer film formed on the second clad layer A surface-emitting type semiconductor laser comprising: a mirror; and a contact layer formed on the semiconductor multilayer mirror, wherein at least the columnar portion is constituted by the semiconductor multilayer mirror and the contact layer.
【請求項3】請求項1または2において、前記活性層は
InGaAs、GaAs,AlGaAs,GaInP,
AlGaInP、InGaAsP、ZnS、ZnSe、
GaN、InNのいずれかからなる化合物による量子井
戸層からなることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
3. The method according to claim 1, wherein the active layer is made of InGaAs, GaAs, AlGaAs, GaInP,
AlGaInP, InGaAsP, ZnS, ZnSe,
A surface-emitting type semiconductor laser comprising a quantum well layer made of a compound consisting of GaN or InN.
【請求項4】基板上に一対の反射ミラーと、前記一対の
反射ミラーの間に形成され、少なくとも活性層及びクラ
ッド層を含む多層の半導体層と、を有する光共振器が形
成された前記基板と垂直な方向にレーザ光を出射する面
発光型半導体レーザにおいて、 前記光共振器は、前記多層の半導体層の上層側が柱状に
形成された柱状部分とされ、前記柱状部分の端面に望ん
で開口を有する上部電極がさらに設けられ、前記柱状部
分の基板に対して平行方向の横断面形状が正多角形であ
り、前記柱状部分の側面に金属層が、柱状部分を中心と
して対向する位置に形成されたことを特徴とする面発光
型半導体レーザ。
4. An optical resonator comprising: a pair of reflection mirrors on a substrate; and a multilayer semiconductor layer formed between the pair of reflection mirrors and including at least an active layer and a cladding layer. A surface-emitting type semiconductor laser that emits laser light in a direction perpendicular to the vertical direction, wherein the optical resonator is a columnar portion in which an upper layer side of the multilayer semiconductor layer is formed in a columnar shape, and an opening is provided on an end face of the columnar portion as desired. Is further provided, and a cross section of the columnar portion in a direction parallel to the substrate is a regular polygon, and a metal layer is formed on a side surface of the columnar portion at a position facing the columnar portion as a center. A surface-emitting type semiconductor laser characterized in that:
【請求項5】請求項4において、前記一対の反射ミラー
は半導体多層膜ミラーであり、前記光共振器は、前記基
板上に形成された半導体多層膜ミラーと、その上に形成
された第1クラッド層と、前記第1クラッド層上に形成
された、量子井戸構造の活性層と、前記活性層上に形成
された第2クラッド層と、前記第2クラッド層上に形成
された半導体多層膜ミラーと、前記半導体多層膜ミラー
上に形成されたコンタクト層を含み、すくなくとも前記
半導体多層膜ミラー及び前記コンタクト層により前記柱
状部分が構成されていることを特徴とする面発光型半導
体レーザ。
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the pair of reflection mirrors is a semiconductor multilayer mirror, and the optical resonator is a semiconductor multilayer mirror formed on the substrate and a first multilayer mirror formed thereon. A clad layer, an active layer having a quantum well structure formed on the first clad layer, a second clad layer formed on the active layer, and a semiconductor multilayer film formed on the second clad layer A surface-emitting type semiconductor laser comprising: a mirror; and a contact layer formed on the semiconductor multilayer mirror, wherein at least the columnar portion is constituted by the semiconductor multilayer mirror and the contact layer.
【請求項6】請求項4において、前記柱状部分の基板に
対して平行方向の横断面形状は正方形であることを特徴
とする面発光型半導体レーザ。
6. A surface-emitting type semiconductor laser according to claim 4, wherein said columnar portion has a square cross section in a direction parallel to the substrate.
【請求項7】請求項4から6のいずれか一項において、
前記活性層はInGaAs、GaAs,AlGaAs,
GaInP,AlGaInP、InGaAsP、Zn
S、ZnSe、GaN、InNのいずれかからなる化合
物による量子井戸層からなることを特徴とする面発光型
半導体レーザ。
7. The method according to claim 4, wherein
The active layer is made of InGaAs, GaAs, AlGaAs,
GaInP, AlGaInP, InGaAsP, Zn
A surface-emitting type semiconductor laser comprising a quantum well layer made of a compound consisting of S, ZnSe, GaN, and InN.
【請求項8】基板上に一対の反射ミラーと、前記一対の
反射ミラーの間に形成され、少なくとも活性層及びクラ
ッド層を含む多層の半導体層と、を有する光共振器が形
成された前記基板と垂直な方向にレーザ光を出射する面
発光型半導体レーザにおいて、 前記光共振器は、前記多層の半導体層の上層側が柱状に
形成された柱状部分とされ、前記柱状部分の端面に望ん
で開口を有する上部電極がさらに設けられ、前記柱状部
分の基板に対して平行方向の横断面形状が楕円であり、
前記柱状部分の側面に、金属層が形成されたことを特徴
とする面発光型半導体レーザ。
8. The substrate on which an optical resonator having a pair of reflection mirrors formed on a substrate and a multilayer semiconductor layer including at least an active layer and a cladding layer formed between the pair of reflection mirrors is formed. A surface-emitting type semiconductor laser that emits laser light in a direction perpendicular to the vertical direction, wherein the optical resonator is a columnar portion in which an upper layer side of the multilayer semiconductor layer is formed in a columnar shape, and an opening is provided on an end face of the columnar portion as desired. Is further provided, the cross-sectional shape of the columnar portion in a direction parallel to the substrate is elliptical,
A surface-emitting type semiconductor laser, wherein a metal layer is formed on a side surface of the columnar portion.
【請求項9】請求項8において、前記一対の反射ミラー
のうち、前記基板上に形成されたミラーは半導体多層膜
ミラーであり、前記光共振器は、前記半導体多層膜ミラ
ーと、その上に形成された第1クラッド層と、前記第1
クラッド層上に形成された、量子井戸構造の活性層と、
前記活性層上に形成された第2クラッド層と、前記第2
クラッド層上に形成されたコンタクト層と、前記コンタ
クト層上に前記上部電極の開口を覆うように形成された
誘電体多層膜ミラーを含み、前記第2クラッド層及び前
記コンタクト層により前記柱状部分が構成されているこ
とを特徴とする面発光型半導体レーザ。
9. The mirror according to claim 8, wherein, of the pair of reflection mirrors, a mirror formed on the substrate is a semiconductor multilayer mirror, and the optical resonator includes the semiconductor multilayer mirror and The first clad layer formed,
An active layer having a quantum well structure formed on the cladding layer,
A second cladding layer formed on the active layer;
A contact layer formed on the cladding layer, and a dielectric multilayer mirror formed on the contact layer so as to cover the opening of the upper electrode, wherein the columnar portion is formed by the second cladding layer and the contact layer. A surface emitting semiconductor laser, comprising:
【請求項10】請求項8において、前記一対の反射ミラ
ーは半導体多層膜ミラーであり、前記光共振器は、前記
基板上に形成された半導体多層膜ミラーと、その上に形
成された第1クラッド層と、前記第1クラッド層上に形
成された、量子井戸構造の活性層と、前記活性層上に形
成された第2クラッド層と、前記第2クラッド層上に形
成された半導体多層膜ミラーと、前記半導体多層膜ミラ
ー上に形成されたコンタクト層を含み、すくなくとも前
記半導体多層膜ミラー及び前記コンタクト層により前記
柱状部分が構成されていることを特徴とする面発光型半
導体レーザ。
10. The semiconductor device according to claim 8, wherein said pair of reflection mirrors are semiconductor multilayer mirrors, and said optical resonator is a semiconductor multilayer mirror formed on said substrate and a first multilayer mirror formed thereon. A clad layer, an active layer having a quantum well structure formed on the first clad layer, a second clad layer formed on the active layer, and a semiconductor multilayer film formed on the second clad layer A surface-emitting type semiconductor laser comprising: a mirror; and a contact layer formed on the semiconductor multilayer mirror, wherein at least the columnar portion is constituted by the semiconductor multilayer mirror and the contact layer.
【請求項11】請求項8において、前記柱状部分の基板
に対して平行方向の横断面の長軸と短軸の比が1.2以上
であることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
11. A surface-emitting type semiconductor laser according to claim 8, wherein a ratio of a major axis to a minor axis of a cross section parallel to the substrate of said columnar portion is 1.2 or more.
【請求項12】請求項8から11のいずれか一項におい
て、前記活性層はInGaAs、GaAs,AlGaA
s,GaInP,AlGaInP、InGaAsP、Z
nS、ZnSe、GaN、InNのいずれかからなる化
合物による量子井戸層からなることを特徴とする面発光
型半導体レーザ。
12. The active layer according to claim 8, wherein the active layer is made of InGaAs, GaAs, AlGaAs.
s, GaInP, AlGaInP, InGaAsP, Z
A surface-emitting type semiconductor laser comprising a quantum well layer made of a compound consisting of nS, ZnSe, GaN, and InN.
【請求項13】基板上に一対の反射ミラーと、前記一対
の反射ミラーの間に形成され、少なくとも活性層及びク
ラッド層を含む多層の半導体層と、を有する光共振器が
形成された前記基板と垂直な方向にレーザ光を出射する
面発光型半導体レーザにおいて、 前記光共振器は、前記多層の半導体層の上層側が柱状に
形成された柱状部分とされ、前記柱状部分の端面に望ん
で開口を有する上部電極がさらに設けられ、前記柱状部
分の基板に対して平行方向の横断面形状が矩形であり、
前記柱状部分の側面に、金属層が形成されたことを特徴
とする面発光型半導体レーザ。
13. The substrate on which an optical resonator having a pair of reflection mirrors and a multi-layered semiconductor layer including at least an active layer and a cladding layer formed between the pair of reflection mirrors is formed on the substrate. A surface-emitting type semiconductor laser that emits laser light in a direction perpendicular to the vertical direction, wherein the optical resonator is a columnar portion in which an upper layer side of the multilayer semiconductor layer is formed in a columnar shape, and an opening is provided on an end face of the columnar portion as desired. An upper electrode having a rectangular cross section in a direction parallel to the substrate of the columnar portion;
A surface-emitting type semiconductor laser, wherein a metal layer is formed on a side surface of the columnar portion.
【請求項14】請求項13において、前記一対の反射ミ
ラーのうち、前記基板上に形成されたミラーは半導体多
層膜ミラーであり、前記光共振器は、前記半導体多層膜
ミラーと、その上に形成された第1クラッド層と、前記
第1クラッド層上に形成された、量子井戸構造の活性層
と、前記活性層上に形成された第2クラッド層と、前記
第2クラッド層上に形成されたコンタクト層と、前記コ
ンタクト層上に前記上部電極の開口を覆うように形成さ
れた誘電体多層膜ミラーを含み、前記第2クラッド層及
び前記コンタクト層により前記柱状部分が構成されてい
ることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
14. The mirror according to claim 13, wherein, of the pair of reflection mirrors, a mirror formed on the substrate is a semiconductor multilayer mirror, and the optical resonator includes the semiconductor multilayer mirror and A first clad layer formed, an active layer having a quantum well structure formed on the first clad layer, a second clad layer formed on the active layer, and formed on the second clad layer The contact layer, and a dielectric multilayer mirror formed on the contact layer so as to cover the opening of the upper electrode, wherein the second clad layer and the contact layer constitute the columnar portion. A surface emitting semiconductor laser characterized by the above-mentioned.
【請求項15】請求項13において、前記一対の反射ミ
ラーは半導体多層膜ミラーであり、前記光共振器は、前
記基板上に形成された半導体多層膜ミラーと、その上に
形成された第1クラッド層と、前記第1クラッド層上に
形成された、量子井戸構造の活性層と、前記活性層上に
形成された第2クラッド層と、前記第2クラッド層上に
形成された半導体多層膜ミラーと、前記半導体多層膜ミ
ラー上に形成されたコンタクト層を含み、すくなくとも
前記半導体多層膜ミラー及び前記コンタクト層により前
記柱状部分が構成されていることを特徴とする面発光型
半導体レーザ。
15. The semiconductor device according to claim 13, wherein said pair of reflection mirrors are semiconductor multilayer mirrors, and said optical resonator is a semiconductor multilayer mirror formed on said substrate and a first multilayer mirror formed thereon. A clad layer, an active layer having a quantum well structure formed on the first clad layer, a second clad layer formed on the active layer, and a semiconductor multilayer film formed on the second clad layer A surface-emitting type semiconductor laser comprising: a mirror; and a contact layer formed on the semiconductor multilayer mirror, wherein at least the columnar portion is constituted by the semiconductor multilayer mirror and the contact layer.
【請求項16】請求項13において、前記柱状部分の基
板に対して平行方向の横断面の長軸と短軸の比が1.2以
上であることを特徴とする面発光型半導体レーザ。
16. A surface-emitting type semiconductor laser according to claim 13, wherein a ratio of a major axis to a minor axis of a cross section parallel to the substrate of said columnar portion is 1.2 or more.
【請求項17】請求項13から16のいずれか一項にお
いて、前記活性層はInGaAs、GaAs,AlGa
As,GaInP,AlGaInP、InGaAsP、
ZnS、ZnSe、GaN、InNのいずれかからなる
化合物による量子井戸層からなることを特徴とする面発
光型半導体レーザ。
17. The semiconductor device according to claim 13, wherein said active layer is made of InGaAs, GaAs, AlGa.
As, GaInP, AlGaInP, InGaAsP,
A surface-emitting type semiconductor laser comprising a quantum well layer made of a compound consisting of ZnS, ZnSe, GaN, and InN.
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