JPH1027941A - Normal radiation semiconductor laser device and method of fabricating the same - Google Patents

Normal radiation semiconductor laser device and method of fabricating the same

Info

Publication number
JPH1027941A
JPH1027941A JP19985996A JP19985996A JPH1027941A JP H1027941 A JPH1027941 A JP H1027941A JP 19985996 A JP19985996 A JP 19985996A JP 19985996 A JP19985996 A JP 19985996A JP H1027941 A JPH1027941 A JP H1027941A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
cap layer
electrode
region
semiconductor laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP19985996A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Seiji Uchiyama
誠治 内山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJOHO
GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJOHO SHIYORI KAIHATSU KIKO
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJOHO
GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJOHO SHIYORI KAIHATSU KIKO
Furukawa Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJOHO, GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJOHO SHIYORI KAIHATSU KIKO, Furukawa Electric Co Ltd filed Critical GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJOHO
Priority to JP19985996A priority Critical patent/JPH1027941A/en
Publication of JPH1027941A publication Critical patent/JPH1027941A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a normal radiation semiconductor laser device, which comprises an electrode having a low ohmic contact resistance and in which an oscillation threshold current is small and the transverse mode is stabilized. SOLUTION: This semiconductor laser has an embedding structure of a double hetero connection of a first cladding layer 23 made of n-InP formed on an n-InP substrate 21, an active layer 24 made of GaInAsP, and a second cladding layer 27 of p-InP. In an electrode area, a cap layer has a two-layer structure of a first cap layer 11 made of p-GaInAsP and a second cap layer 12 which is made of p-GaInAsP formed on the first cap layer and has a band gap narrower than that of the first cap layer and high impurity concentration. Further, a metal electrode 13 is formed on the second cap layer. In a resonator area, a cap layer comprises only the first cap layer. On the first cap layer, a transparent electrode 14 and a dielectric multilayer reflection mirror 15 are overlapped in a part of a metal electrode 13 and are formed so as to be electrically connected.

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、面発光型半導体レ
ーザ装置に関し、更に詳細には、オーミック接触抵抗が
小さい電極を備え、発振しきい値電流が小さく、横モー
ドが安定している面発光型半導体レーザ装置、特に1.
2〜1.6μm の範囲の発振波長のレーザ装置として最
適な面発光型半導体レーザ装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface emitting semiconductor laser device, and more particularly, to a surface emitting semiconductor device having an electrode having a small ohmic contact resistance, a small oscillation threshold current, and a stable transverse mode. Type semiconductor laser device, in particular 1.
The present invention relates to a surface-emitting type semiconductor laser device which is optimal as a laser device having an oscillation wavelength in the range of 2 to 1.6 μm.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザ装置は、光を閉じ込める共
振器を内部に備えた発光装置であって、共振器の構造に
よって、面発光型とその他の形式の半導体レーザ装置に
分類されている。面発光型半導体レーザ装置は、活性層
を挟んだ対の反射鏡を有する共振器構造を備え、基板面
に垂直にレーザ光を出射する。図2は、従来の面発光型
半導体レーザ装置の構成の一例を示す断面図である。図
2に示す従来の面発光型半導体レーザ装置20は、n−
InPからなる基板21上に、順次、形成された、n−
InGaAsからなるエッチング停止層22、n−In
Pからなる第1クラッド層23、i−GaInAsPか
らなる活性層24及びp−InPからなる第2クラッド
層27で構成された積層構造の二重ヘテロ接合を備えて
いる。
2. Description of the Related Art Semiconductor laser devices are light-emitting devices having a resonator for confining light therein, and are classified into surface-emitting type and other types of semiconductor laser devices according to the structure of the resonator. The surface-emitting type semiconductor laser device has a resonator structure having a pair of reflecting mirrors sandwiching an active layer, and emits laser light perpendicular to the substrate surface. FIG. 2 is a sectional view showing an example of the configuration of a conventional surface-emitting type semiconductor laser device. The conventional surface-emitting type semiconductor laser device 20 shown in FIG.
N- layers sequentially formed on a substrate 21 made of InP.
Etching stop layer 22 made of InGaAs, n-In
A double heterojunction having a laminated structure composed of a first cladding layer 23 made of P, an active layer 24 made of i-GaInAsP, and a second cladding layer 27 made of p-InP is provided.

【0003】活性層24上の共振器領域に隣接する電極
領域には、高い不純物濃度のp−InGaAsからなる
キャップ層28が形成されている。p−InGaAsか
らなるキャップ層28は、高い不純物濃度に加え、バン
ドギャップエネルギーがi−GaInAsPからなる活
性層24より小さいため、光吸収損失が大きい。そこ
で、共振器内の光吸収損失を減らすために、共振器領域
では、キャップ層28は除去されている。
A cap layer 28 of p-InGaAs having a high impurity concentration is formed in an electrode region on the active layer 24 adjacent to the resonator region. Since the cap layer 28 made of p-InGaAs has a higher impurity concentration and a smaller band gap energy than the active layer 24 made of i-GaInAsP, the light absorption loss is large. Therefore, in order to reduce light absorption loss in the resonator, the cap layer 28 is removed in the resonator region.

【0004】キャップ層28上にはp側電極30が形成
されている。また、p側電極30に対応して、InP基
板21の下面にn側電極29が形成されている。活性層
24よりバンドギャップの広い化合物半導体でp−n逆
バイアス層を形成して電流狭窄を行うために、p−In
Pからなる第1電流狭窄層25及びn−InPからなる
第2電流狭窄層26が、活性層24の両側に形成されて
いる。共振器を構成する反射鏡31及び反射鏡32は、
共振器領域の上部クラッド層27上、及び、それに対応
して基板21に設けられた貫通孔33内で下部クラッド
層23下にそれぞれ形成されている。反射鏡31、32
は、屈折率の異なる誘電体、例えばSi層とSiO2
とを厚さλ(発振波長)/4光学長で交互に積み重ねた
構造になっている。従って、反射鏡には電流は流れな
い。
A p-side electrode 30 is formed on the cap layer 28. Further, an n-side electrode 29 is formed on the lower surface of the InP substrate 21 corresponding to the p-side electrode 30. In order to form a pn reverse bias layer with a compound semiconductor having a wider band gap than the active layer 24 and perform current confinement, p-In
A first current confinement layer 25 made of P and a second current confinement layer 26 made of n-InP are formed on both sides of the active layer 24. The reflecting mirrors 31 and 32 constituting the resonator are:
It is formed on the upper cladding layer 27 in the resonator region and under the lower cladding layer 23 in a through hole 33 provided in the substrate 21 correspondingly. Reflecting mirrors 31, 32
Has a structure in which dielectrics having different refractive indexes, for example, a Si layer and an SiO 2 layer are alternately stacked at a thickness of λ (oscillation wavelength) / 4 optical length. Therefore, no current flows through the reflecting mirror.

【0005】電極29、30間に順方向バイアスを印加
し、電流値がしきい値以上になった時点で、活性領域が
活性層24に形成されて、レーザ光が発生し、更に反射
鏡31と反射鏡32との間で形成されたファブリ・ペロ
ー共振器により発振したレーザ光が、貫通孔33を通っ
て出射される。図2に示した面発光型半導体レーザ装置
は、2.4mAという低しきい値電流でしかも室温で連
続動作する。
When a forward bias is applied between the electrodes 29 and 30 and the current value exceeds a threshold value, an active region is formed in the active layer 24, a laser beam is generated, and a reflection mirror 31 is formed. Laser light oscillated by a Fabry-Perot resonator formed between the laser beam and the reflecting mirror 32 is emitted through the through-hole 33. The surface emitting semiconductor laser device shown in FIG. 2 operates continuously at a low threshold current of 2.4 mA and at room temperature.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の面発光型半導体レーザ装置では、p−InPからな
る上部クラッド層27内のキャリアの移動度が小さいた
めに、この上部クラッド層層であまり電流経路が横方向
に広がらず、電流量が共振器領域のエッジ付近(図2で
Xで表示)に集中し、共振器領域中心部分で電流量が少
ないという現象が生じ易い。そのために、横モードの多
モード化が生じるという問題があった。そこで、特開平
1−282882号公報は、共振器領域での電流注入の
不均一性を抑制するために、共振器領域上にキャップ層
を形成し、その上に透明電極及び金属電極(Au−Zn
−Au)を順次形成し、それらを電極兼ミラーとして機
能させる面発光型半導体レーザ装置を提案している。
In the above-described conventional surface-emitting type semiconductor laser device, the mobility of carriers in the upper cladding layer 27 made of p-InP is small. The current path does not spread in the lateral direction, the current amount concentrates near the edge of the resonator region (indicated by X in FIG. 2), and the phenomenon that the current amount is small at the center portion of the resonator region is likely to occur. For this reason, there has been a problem that the multi-mode of the transverse mode occurs. Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-282882 discloses that a cap layer is formed on a resonator region, and a transparent electrode and a metal electrode (Au- Zn
-Au) are sequentially formed, and a surface-emitting type semiconductor laser device in which they function as an electrode and a mirror is proposed.

【0007】しかし、この方法には、以下に挙げるよう
な問題がある。第1には、共振器領域にキャップ層を形
成しているので、レーザ光の吸収損失が大きいという問
題である。第2には、キャップ層のオーミック接触抵抗
が大きいという問題である。オーミック接触抵抗を低減
するには、不純物濃度を大きくすることが必要である
が、レーザ光の吸収損失を抑えてレーザ発振させ易くす
るためには、不純物濃度を抑えて、キャップ層のバンド
ギャップ波長を活性層のバンドギャップ波長より大きく
する必要がある。従って、双方を同時に満足させること
は難しい。第3には、反射鏡の反射率が低いという問題
である。Au反射膜のみでも99%以上の反射率を得る
ことが容易でないにもかかわらず、オーミック接触を良
くするためにp側金属電極にZnを加えているので、反
射率が更に減少する。特に、基板にInPを使用する発
振波長1.3〜1.6μm帯の面発光型半導体レーザ装
置では、室温連続発振に必要な99%以上の反射率を達
成することは、極めて困難であった。第4には、この方
法には、透明電極と金属電極との積層構造でオーミック
接触抵抗を低減しているために、高い反射率を得られる
誘電体多層膜ミラーの形成が困難であるという問題もあ
る。
However, this method has the following problems. First, since the cap layer is formed in the resonator region, there is a problem in that absorption loss of laser light is large. The second problem is that the ohmic contact resistance of the cap layer is large. To reduce the ohmic contact resistance, it is necessary to increase the impurity concentration. However, in order to suppress laser light absorption loss and facilitate laser oscillation, the impurity concentration is suppressed and the band gap wavelength of the cap layer is reduced. Must be larger than the band gap wavelength of the active layer. Therefore, it is difficult to satisfy both at the same time. Third, there is a problem that the reflectance of the reflecting mirror is low. Although it is not easy to obtain a reflectance of 99% or more even with the Au reflection film alone, the reflectance is further reduced because Zn is added to the p-side metal electrode to improve ohmic contact. In particular, in a surface-emitting type semiconductor laser device having an oscillation wavelength of 1.3 to 1.6 μm using InP as a substrate, it is extremely difficult to achieve a reflectance of 99% or more required for continuous oscillation at room temperature. . Fourth, this method has a problem that it is difficult to form a dielectric multilayer mirror capable of obtaining a high reflectance because the ohmic contact resistance is reduced by a laminated structure of a transparent electrode and a metal electrode. There is also.

【0008】そこで、上述の問題に照らして、本発明の
目的は、オーミック接触抵抗が低い電極を備え、発振し
きい値電流が小さく、横モードが安定している面発光型
半導体レーザ装置を提供することである。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a surface emitting semiconductor laser device having an electrode having a low ohmic contact resistance, a small oscillation threshold current, and a stable transverse mode. It is to be.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者は、電極構造を
工夫して、電流を活性領域に均一に注入できるようにす
ることにより、しきい値電流を小さくし、横モードを単
一化し、オーミック接触抵抗を低くできることに着眼
し、本発明を完成するに到った。上記目的を達成するた
めに、上述の知見に基づいて、本発明に係る面発光型半
導体レーザ装置は、基板上に形成されたレーザ光発振構
造上に、反射鏡領域と、反射鏡領域に隣接して電極領域
とを備えた面発光型半導体レーザ装置であって、電極領
域には、基板の導電型と異なる導電型の化合物半導体層
からなる第1キャップ層と、第1キャップ層上に設けら
れ、第1キャップ層よりバンドギャップが小さく、不純
物濃度が高く、かつ同じ導電型の化合物半導体層からな
る第2キャップ層との2層構造で構成されたキャップ層
及び金属電極が、順次、積層して形成されており、反射
鏡領域には、第1キャップ層、透明電極及び誘電体多層
膜反射鏡が、順次、積層して形成され、透明電極は、電
極領域の金属電極に一部重なって電気的に接続している
ことを特徴としている。
Means for Solving the Problems The present inventor has devised the electrode structure so that the current can be uniformly injected into the active region, thereby reducing the threshold current and unifying the transverse mode. The present invention has been completed by focusing on the fact that ohmic contact resistance can be reduced. In order to achieve the above object, based on the above findings, a surface-emitting type semiconductor laser device according to the present invention has a reflection mirror region, a reflection mirror region adjacent to a reflection mirror region on a laser light oscillation structure formed on a substrate. A surface-emitting type semiconductor laser device comprising: a first cap layer made of a compound semiconductor layer having a conductivity type different from the conductivity type of the substrate; and an electrode region provided on the first cap layer. A cap layer and a metal electrode having a smaller band gap than the first cap layer, a higher impurity concentration, and a two-layer structure with a second cap layer made of a compound semiconductor layer of the same conductivity type are sequentially laminated. In the reflector region, a first cap layer, a transparent electrode, and a dielectric multilayer reflector are sequentially laminated and formed, and the transparent electrode partially overlaps the metal electrode in the electrode region. Connected electrically It is characterized in Rukoto.

【0010】1.3〜1.6μm帯の発振波長の面発光
型半導体レーザ装置の構成に本発明を適用するには、面
発光型半導体レーザ装置が、n−InP基板上に形成さ
れたn−InPからなる第1クラッド層、GaInAs
Pからなる活性層及びp−InPからなる第2クラッド
層を有し、第2クラッド層上に形成された第1キャップ
層はバンドギャップ波長λg がλg <1.2μm で不純
物濃度がほぼ1×1018cm-3のp−GaInAsPから
なり、第2キャップ層は不純物濃度がほぼ1×1019cm
-3のp−InGaAs又はバンドギャップ波長λg がλ
g >1.4μmで不純物濃度がほぼ1×1019cm-3のp
−GaInAsPからなり、透明電極層がITO(Indi
um Tin Oxide)又はZnOにAl、In及びSiの少な
くともいずれかを添加した金属からなることを特徴とし
ている。これにより、本発明は、1.2〜1.6μm の
発振波長の面発光型半導体レーザ装置として最適な構成
を特定している。
In order to apply the present invention to the configuration of a surface-emitting type semiconductor laser device having an oscillation wavelength in the 1.3 to 1.6 μm band, the surface-emitting type semiconductor laser device must be formed on an n-InP substrate. -InP first cladding layer, GaInAs
An active layer made of P and a second clad layer made of p-InP. The first cap layer formed on the second clad layer has a band gap wavelength λ g of λ g <1.2 μm and an impurity concentration of approximately The second cap layer is made of 1 × 10 18 cm −3 p-GaInAsP and has an impurity concentration of about 1 × 10 19 cm 3.
-3 of p-InGaAs or band gap wavelength λ g is λ
g > 1.4 μm and an impurity concentration of about 1 × 10 19 cm −3
-GaInAsP, and the transparent electrode layer is made of ITO (Indi
um Tin Oxide) or a metal obtained by adding at least one of Al, In and Si to ZnO. As a result, the present invention specifies an optimum configuration as a surface-emitting type semiconductor laser device having an oscillation wavelength of 1.2 to 1.6 μm.

【0011】本発明では、面発光型半導体レーザ装置の
電極領域のキャップ層を比較的バンドギャップが大き
く、不純物濃度の低い第1キャップ層と、第1キャップ
層上に設けられ、第1キャップ層よりバンドギャップが
小さく、不純物濃度が高く、かつ同じ導電型の第2キャ
ップ層との2層構造とし、反射鏡領域のキャップ層を第
1キャップ層のみとしている。第1キャップ層の不純物
濃度は、光吸収損失を減らすために、1×1018cm-3
度であり、一方、第2キャップ層の不純物濃度は、オー
ミック接触抵抗を下げるために、1×1019cm-3程度で
ある。これにより、電極領域では、不純物濃度が高く移
動度の大きい第2キャップ層と熱伝導性の良い金属電極
との積層構造により、オーミック接触抵抗を減少させる
ことができる。一方、反射鏡領域では、金属電極と電気
的に接続し、かつ光吸収損失の殆どない透明電極と光吸
収損失の小さい第1キャップ層との積層構造により、光
吸収損失を抑制しつつ金属電極に印加された電圧の下で
金属電極から透明電極を介して電流を注入させることが
できる。
In the present invention, the cap layer in the electrode region of the surface-emitting type semiconductor laser device has a relatively large band gap and a low impurity concentration, and a first cap layer provided on the first cap layer. It has a two-layer structure with a smaller band gap, a higher impurity concentration, and a second cap layer of the same conductivity type, and the cap layer in the reflector region is only the first cap layer. The impurity concentration of the first cap layer is about 1 × 10 18 cm −3 to reduce light absorption loss, while the impurity concentration of the second cap layer is 1 × 10 18 cm −3 to reduce ohmic contact resistance. It is about 19 cm -3 . Accordingly, in the electrode region, the ohmic contact resistance can be reduced by the laminated structure of the second cap layer having a high impurity concentration and a high mobility and the metal electrode having a good thermal conductivity. On the other hand, in the reflector region, a metal electrode is electrically connected to the metal electrode and has a laminated structure of a transparent electrode having almost no light absorption loss and a first cap layer having a small light absorption loss. Current can be injected from the metal electrode through the transparent electrode under the voltage applied to the substrate.

【0012】よって、本発明に係る面発光型半導体レー
ザ装置では、電極領域の金属電極からの電流の直接的注
入に加えて、反射鏡領域の透明電極を介しても電流が注
入されるので、一様な密度で電流を活性領域に注入する
ことができる。その結果、横モードが単一化し、熱伝導
が良好で、オーミック接触抵抗も低く、従って、p側及
びn側電極間に印加するしきい値電流も低下する。
Therefore, in the surface emitting semiconductor laser device according to the present invention, in addition to the direct injection of the current from the metal electrode in the electrode region, the current is also injected through the transparent electrode in the reflector region. Current can be injected into the active region at a uniform density. As a result, the transverse mode is unified, the heat conduction is good, the ohmic contact resistance is low, and the threshold current applied between the p-side and n-side electrodes is also reduced.

【0013】本発明に係る、1.2〜1.6μm の発振
波長の面発光型半導体レーザ装置を製作する方法は、n
−InP基板上に、n−InPからなる第1クラッド
層、GaInAsPからなる活性層、及び、p−InP
からなる第2クラッド層を備えた二重ヘテロ接合埋込み
構造を形成した後、第2クラッド層上に第1キャップ層
及び第2キャップ層を、順次、形成する工程と、反射鏡
領域の第2キャップ層上に反射鏡領域を区画するマスク
パターンをフォトリソグラフィー技術により形成し、マ
スクパターンを維持しつつ第2キャップ層上全面に金属
電極膜を蒸着し、次いでリフトオフ技術により反射鏡領
域上の金属電極膜を除去して、金属電極を電極領域に形
成する工程と、選択エッチング液を用いて、反射鏡領域
の第1キャップ層を残留させつつその領域の第2キャッ
プ層をエッチングして除去する工程と、透明電極層及び
誘電体多層膜反射鏡を順次形成し、更に、透明電極が金
属電極上に一部重なって電気的に接続するように透明電
極層及び誘電体多層膜反射鏡をパターニングする工程と
を備えることを特徴としている。
The method for fabricating a surface emitting semiconductor laser device having an oscillation wavelength of 1.2 to 1.6 μm according to the present invention comprises the steps of:
A first cladding layer made of n-InP, an active layer made of GaInAsP, and a p-InP
Forming a double-heterojunction buried structure including a second cladding layer made of a first cap layer and a second cap layer on the second cladding layer, and forming a second cap layer on the second cladding layer. A mask pattern for partitioning the reflecting mirror region is formed on the cap layer by photolithography technology, a metal electrode film is deposited on the entire surface of the second cap layer while maintaining the mask pattern, and then the metal on the reflecting mirror region is formed by lift-off technology. Removing the electrode film to form a metal electrode in the electrode region, and using a selective etching solution to etch away the second cap layer in the reflector region while leaving the first cap layer in the region Process, a transparent electrode layer and a dielectric multilayer mirror are sequentially formed, and the transparent electrode layer and the dielectric multilayer are further overlapped so that the transparent electrode partially overlaps the metal electrode and is electrically connected. It is characterized by comprising a step of patterning the reflector.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下に、実施例を挙げ、添付図面
を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説
明する。実施例 本実施例は、本発明に係る面発光型半導体レーザ装置の
実施例の一つであって、発振波長が1.2〜1.6μm
の範囲の面発光型半導体レーザ装置に本発明を適用した
例である。図1は、本実施例の面発光型半導体レーザ装
置の層構造を示す模式的断面図である。本実施例の面発
光型半導体レーザ装置10(以下、簡単に半導体レーザ
10と言う)は、p側の反射鏡領域、即ちp側の共振器
領域、及びp側の反射鏡領域に隣接するp側電極領域の
構造を除いて、図2に示した従来の半導体レーザ20と
同じ構成を備えている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. This embodiment example, only one example of the surface-emitting type semiconductor laser device according to the present invention, the oscillation wavelength is 1.2~1.6μm
This is an example in which the present invention is applied to a surface-emitting type semiconductor laser device in the range described above. FIG. 1 is a schematic sectional view showing the layer structure of the surface emitting semiconductor laser device of the present embodiment. The surface-emitting type semiconductor laser device 10 of this embodiment (hereinafter simply referred to as the semiconductor laser 10) has a p-side reflecting mirror region, that is, a p-side resonator region and a p-side reflecting mirror region adjacent to the p-side reflecting mirror region. Except for the structure of the side electrode region, it has the same configuration as the conventional semiconductor laser 20 shown in FIG.

【0015】電極領域では、キャップ層は、バンドギャ
ップ波長λg がλg <1.2μmのGaInAsPから
なる第1キャップ層11と、バンドギャップ波長が第1
キャップ層11のバンドギャップ波長より小さいInG
aAsからなるキャップ層12との2層構造になってい
る。第2キャップ層12には、InGaAsに代えて、
バンドギャップ波長λg がλg >1.40μmのGaI
nAsPを使用することもできる。第2キャップ層12
の不純物濃度は、オーミック接触抵抗を大幅に下げるた
めに、1×1019cm-3程度まで高めている。一方、第
1キャップ層11では、光吸収損失を減らすために、不
純物濃度は1×1018cm-3程度である。第2キャップ
層12上には、オーミック接触抵抗の低い金属、例えば
Au/ZnやTi/Pt/Au等の積層金属電極13が
形成されている。
In the electrode region, the cap layer includes a first cap layer 11 made of GaInAsP having a band gap wavelength λ g of λ g <1.2 μm, and a first band gap wavelength of λ g <1.2 μm.
InG smaller than the band gap wavelength of the cap layer 11
It has a two-layer structure with the cap layer 12 made of aAs. For the second cap layer 12, instead of InGaAs,
GaI of the band gap wavelength λ g is λ g> 1.40μm
nAsP can also be used. Second cap layer 12
Is increased to about 1 × 10 19 cm −3 in order to greatly reduce the ohmic contact resistance. On the other hand, the first cap layer 11 has an impurity concentration of about 1 × 10 18 cm −3 in order to reduce light absorption loss. On the second cap layer 12, a laminated metal electrode 13 made of a metal having a low ohmic contact resistance, for example, Au / Zn or Ti / Pt / Au is formed.

【0016】共振器領域では、キャップ層は、電極領域
に形成された第1キャップ層11と同じ層の第1キャッ
プ層11のみで構成されている。更に、第1キャップ層
11上には、光吸収損失が非常に小さい透明な電極14
が金属電極13に一部重なって電気的に接続するように
形成されている。透明電極14は、透明で光吸収損失が
非常に小さい金属、例えばITO(Indium Tin Oxide)
や、ZnOにAl、In及びSiの少なくともいずれか
を添加してなる金属を厚さλ/4またはその奇数倍光学
長厚で形成された電極である。透明電極14上には、厚
さλ/4光学長の異なる誘電体高反射率膜の対、例えば
Si膜とSiO2 膜、又はSi膜とAl2 3 膜等の対
を積み重ねた反射鏡15が形成されている。
In the resonator region, the cap layer includes only the first cap layer 11 of the same layer as the first cap layer 11 formed in the electrode region. Further, on the first cap layer 11, a transparent electrode 14 having a very small light absorption loss is provided.
Are formed so as to partially overlap with the metal electrode 13 to be electrically connected. The transparent electrode 14 is transparent and has a very small light absorption loss, for example, ITO (Indium Tin Oxide).
Or an electrode formed of a metal obtained by adding at least one of Al, In, and Si to ZnO to have a thickness of λ / 4 or an odd-number multiple of the optical length. On the transparent electrode 14, a reflecting mirror 15 in which a pair of dielectric high reflectivity films having different thicknesses of λ / 4 optical length, for example, a pair of a Si film and a SiO 2 film or a pair of a Si film and an Al 2 O 3 film are stacked. Are formed.

【0017】本実施例では、発振波長λが1.25μm
以上であるため、発振波長よりバンドギャップ波長が小
さい第1キャップ層11での光吸収損失は殆ど生じな
い。また、電極14は、透明電極で形成されているの
で、光吸収損は殆どなく、また、ミラーの一部として動
作する。本実施例の半導体レーザ10では、電流は、金
属電極13、第2キャップ層12及び第1キャップ層1
1を通して活性領域に注入されるのに加えて、透明電極
14及び第1キャップ層11を通して活性領域に注入さ
れるので、注入電流の密度が活性領域の面内で一様にな
る。以上の効果により、本実施例では、しきい値電流が
1mAに低減し、また横モードの単一化も達成できた。
In this embodiment, the oscillation wavelength λ is 1.25 μm
As described above, light absorption loss in the first cap layer 11 having a band gap wavelength smaller than the oscillation wavelength hardly occurs. Further, since the electrode 14 is formed of a transparent electrode, there is almost no light absorption loss, and the electrode 14 operates as a part of a mirror. In the semiconductor laser 10 of the present embodiment, the current is supplied to the metal electrode 13, the second cap layer 12, and the first cap layer 1.
1 is injected into the active region through the transparent electrode 14 and the first cap layer 11 in addition to being injected into the active region through 1, so that the density of the injected current is uniform in the plane of the active region. Due to the above effects, in this embodiment, the threshold current was reduced to 1 mA, and the single transverse mode was achieved.

【0018】以下に、本実施例の半導体レーザ10のp
側電極部の製作方法を説明する。先ず、従来と同様にし
て、n−InP基板21上に、n−InPからなる第1
クラッド層23、GaInAsPからなる活性層24、
及び、p−InPからなる第2クラッド層27を備えた
二重ヘテロ接合埋込み構造を形成する。次に、液相エピ
タキシャル成長法、有機金属気相成長法、分子線エピタ
キシャル成長法等のエピタキシャル結晶成長法により、
第2クラッド層27上に第1キャップ層11及び第2キ
ャップ層12を形成する。続いて、第2キャップ層12
上に反射鏡領域を区画するレジスト・マスクパターンを
フォトリソグラフィー技術により形成し、マスクパター
ンを保持しつつ第2キャップ層12上に金属電極膜を蒸
着する。次いで、リフトオフ技術により反射鏡領域上の
金属電極膜を除去し、電極領域に金属電極14を形成す
る。
In the following, p of the semiconductor laser 10 of the present embodiment will be described.
A method for manufacturing the side electrode unit will be described. First, as in the conventional case, a first n-InP substrate is formed on an n-InP substrate 21.
A cladding layer 23, an active layer 24 made of GaInAsP,
Then, a double hetero junction buried structure including the second cladding layer 27 made of p-InP is formed. Next, by an epitaxial crystal growth method such as a liquid phase epitaxial growth method, a metal organic chemical vapor deposition method, and a molecular beam epitaxial growth method,
The first cap layer 11 and the second cap layer 12 are formed on the second clad layer 27. Subsequently, the second cap layer 12
A resist mask pattern for defining a reflecting mirror region is formed thereon by photolithography, and a metal electrode film is deposited on the second cap layer 12 while holding the mask pattern. Next, the metal electrode film on the reflector region is removed by a lift-off technique, and the metal electrode 14 is formed in the electrode region.

【0019】次に、酒石酸:過酸化水素水混合液等の選
択エッチング液を用いて、反射鏡領域の第1キャップ層
11を残留させつつその領域の第2キャップ層12をエ
ッチングして除去する。次いで、λ/4又はその奇数倍
光学厚さの透明電極層14及び誘電体多層膜ミラー15
を順次形成し、更に、透明電極層14が金属電極13上
に一部重なって電気的に接続するように、透明電極層1
4及び誘電体多層膜ミラー15をパターニングして、図
1に示す構造を得る。
Next, using a selective etching solution such as a mixed solution of tartaric acid and hydrogen peroxide, the second cap layer 12 in the region of the reflector is removed by etching while leaving the first cap layer 11 in the mirror region. . Next, the transparent electrode layer 14 and the dielectric multilayer mirror 15 having an optical thickness of λ / 4 or an odd multiple thereof
Are sequentially formed, and the transparent electrode layer 1 is further overlapped with the metal electrode 13 so as to be electrically connected.
4 and the dielectric multilayer mirror 15 are patterned to obtain the structure shown in FIG.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明の構成によれば、面発光型半導体
レーザ装置の電極領域のキャップ層を比較的バンドギャ
ップが大きく、不純物濃度の低い第1キャップ層と、第
1キャップ層よりバンドギャップが狭く、不純物濃度が
高く、かつ同じ導電型の第2キャップ層との2層構造と
し、反射鏡領域のキャップ層を第1キャップ層のみとし
ている。これにより、電極領域では、不純物濃度の高く
移動度の大きい第2キャップ層と熱伝導性の良い金属電
極との積層構造により、オーミック接触抵抗を減少させ
ることができる。一方、反射鏡領域では、金属電極と電
気的に接続し、かつ光吸収損失の殆どない透明電極と光
吸収損失の小さい第1キャップ層との積層構造により、
光吸収損失を抑制しつつ金属電極に印加された電圧の下
で金属電極から透明電極を介して電流を注入させること
ができる。よって、本発明に係る面発光型半導体レーザ
装置では、電極領域の金属電極からの電流の直接的注入
に加えて、反射鏡領域の透明電極を介しても電流が注入
されるので、一様な密度で電流を活性領域に注入するこ
とができる。その結果、横モードが単一化し、熱伝導が
良好で、オーミック接触抵抗も低く、従って従来に比べ
て、しきい値電流が低下する。本発明は、特に、発振波
長が1.2〜1.6μmの面発光型半導体レーザ装置の
構成として最適である。
According to the structure of the present invention, the cap layer in the electrode region of the surface-emitting type semiconductor laser device has a relatively large band gap and a low impurity concentration, a first cap layer and a band gap smaller than the first cap layer. , A two-layer structure with a second cap layer of the same conductivity type having a high impurity concentration, and the cap layer in the reflector region is only the first cap layer. Thus, in the electrode region, the ohmic contact resistance can be reduced by the laminated structure of the second cap layer having a high impurity concentration and a high mobility and the metal electrode having a good thermal conductivity. On the other hand, in the reflective mirror region, a laminated structure of a transparent electrode which is electrically connected to the metal electrode and has little light absorption loss and a first cap layer having a small light absorption loss,
A current can be injected from the metal electrode through the transparent electrode under a voltage applied to the metal electrode while suppressing light absorption loss. Therefore, in the surface emitting semiconductor laser device according to the present invention, in addition to the direct injection of the current from the metal electrode in the electrode region, the current is also injected through the transparent electrode in the reflecting mirror region. Current can be injected into the active region at a density. As a result, the transverse mode is unified, the heat conduction is good, and the ohmic contact resistance is low, so that the threshold current is lower than in the conventional case. The present invention is particularly suitable as a configuration of a surface emitting semiconductor laser device having an oscillation wavelength of 1.2 to 1.6 μm.

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

【図1】本発明による面発光レーザの構成。FIG. 1 is a configuration of a surface emitting laser according to the present invention.

【図2】従来の面発光レーザの構成。FIG. 2 is a configuration of a conventional surface emitting laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 本発明に係る面発光型半導体レーザ装置の実施例 11 p−Ga InAsPからなる第1キャップ層 12 p−InGa Asからなる第2キャップ層 13 p側金属電極 14 p側透明電極 15 ミラー 20 従来の面発光型半導体レーザ装置 21 n−InPからなる基板 22 n−InGaAsからなるエッチング停止層 23 n−InPからなる第1クラッド層 24 i−GaInAsPからなる活性層 25 p−InPからなる第1電流狭窄層 26 n−InPからなる第2電流狭窄層 27 p−InPからなる第2クラッド層 28 p−InGaAsからなるキャップ層 29 n側電極 30 p側金属電極 31、32 ミラー Reference Signs List 10 Example of surface emitting semiconductor laser device according to present invention 11 First cap layer made of p-GaInAsP 12 Second cap layer made of p-InGaAs 13 p-side metal electrode 14 p-side transparent electrode 15 mirror 20 conventional 21 Surface-emitting type semiconductor laser device 21 Substrate made of n-InP 22 Etching stop layer made of n-InGaAs 23 First clad layer made of n-InP 24 Active layer made of i-GaInAsP 25 First current made of p-InP Narrowing layer 26 Second current narrowing layer made of n-InP 27 Second cladding layer made of p-InP 28 Cap layer made of p-InGaAs 29 n-side electrode 30 p-side metal electrode 31, 32 mirror

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成されたレーザ光発振構造上
に、反射鏡領域と、反射鏡領域に隣接して電極領域とを
備えた面発光型半導体レーザ装置であって、 電極領域には、基板の導電型と異なる導電型の化合物半
導体層からなる第1キャップ層と、第1キャップ層上に
設けられ、第1キャップ層よりバンドギャップが小さ
く、不純物濃度が高く、かつ同じ導電型の化合物半導体
層からなる第2キャップ層との2層構造で構成されたキ
ャップ層及び金属電極が、順次、積層して形成されてお
り、 反射鏡領域には、第1キャップ層、透明電極及び誘電体
多層膜反射鏡が、順次、積層して形成され、透明電極
は、電極領域の金属電極に一部重なって電気的に接続し
ていることを特徴とする面発光型半導体レーザ装置。
1. A surface-emitting type semiconductor laser device comprising a reflector region and an electrode region adjacent to the reflector region on a laser light oscillation structure formed on a substrate, wherein the electrode region has A first cap layer made of a compound semiconductor layer having a conductivity type different from the conductivity type of the substrate, and a band gap smaller than the first cap layer, a higher impurity concentration, and the same conductivity type provided on the first cap layer. A cap layer and a metal electrode having a two-layer structure with a second cap layer made of a compound semiconductor layer are sequentially laminated and formed, and a first cap layer, a transparent electrode and a dielectric A surface-emitting type semiconductor laser device characterized in that a body multilayer reflector is sequentially laminated and formed, and the transparent electrode partially overlaps and is electrically connected to the metal electrode in the electrode region.
【請求項2】 面発光型半導体レーザ装置が、n−In
P基板上に形成されたn−InPからなる第1クラッド
層、GaInAsPからなる活性層及びp−InPから
なる第2クラッド層を有し、第2クラッド層上に形成さ
れた第1キャップ層はバンドギャップ波長λg がλg
1.2μm で不純物濃度がほぼ1×1018cm-3のp−G
aInAsPからなり、第2キャップ層は不純物濃度が
ほぼ1×1019cm-3のp−InGaAs又はバンドギャ
ップ波長λg がλg >1.4μm で不純物濃度がほぼ1
×1019cm-3のp−GaInAsPからなり、透明電極
層がITO(Indium Tin Oxide)又はZnOにAl、I
n及びSiの少なくともいずれかを添加した金属からな
ることを特徴とする請求項1に記載の面発光型半導体レ
ーザ装置。
2. A surface emitting semiconductor laser device comprising: n-In
A first clad layer made of n-InP formed on a P substrate, an active layer made of GaInAsP, and a second clad layer made of p-InP; the first cap layer formed on the second clad layer is band gap wavelength λ g is λ g <
1.2 μm p-G with an impurity concentration of approximately 1 × 10 18 cm -3
consists aInAsP, p-InGaAs or bandgap wavelength lambda g impurity concentration at lambda g> 1.4 [mu] m of the second cap layer is an impurity concentration approximately 1 × 10 19 cm -3 is approximately 1
× 10 19 cm -3 of p-GaInAsP, and the transparent electrode layer is made of ITO (Indium Tin Oxide) or ZnO with Al, I
2. The surface-emitting type semiconductor laser device according to claim 1, comprising a metal to which at least one of n and Si is added.
【請求項3】 請求項2に記載の面発光型半導体レーザ
装置の製作方法であって、 n−InP基板上に、n−InPからなる第1クラッド
層、GaInAsPからなる活性層、及び、p−InP
からなる第2クラッド層を備えた二重ヘテロ接合埋込み
構造を形成した後、第2クラッド層上に第1キャップ層
及び第2キャップ層を、順次、形成する工程と、 反射鏡領域の第2キャップ層上に反射鏡領域を区画する
マスクパターンをフォトリソグラフィー技術により形成
し、マスクパターンを維持しつつ第2キャップ層上全面
に金属電極膜を蒸着し、次いでリフトオフ技術により反
射鏡領域上の金属電極膜を除去して、金属電極を電極領
域に形成する工程と、 選択エッチング液を用いて、反射鏡領域の第1キャップ
層を残留させつつその領域の第2キャップ層をエッチン
グして除去する工程と、 透明電極層及び誘電体多層膜反射鏡を順次形成し、更
に、透明電極が金属電極上に一部重なって電気的に接続
するように透明電極層及び誘電体多層膜反射鏡をパター
ニングする工程とを備えることを特徴とする面発光型半
導体レーザ装置の製作方法。
3. The method for manufacturing a surface emitting semiconductor laser device according to claim 2, wherein a first cladding layer made of n-InP, an active layer made of GaInAsP, and a p-type semiconductor layer are formed on an n-InP substrate. -InP
Forming a double-heterojunction buried structure including a second cladding layer made of a first cap layer and a second cap layer on the second cladding layer, and forming a second cap layer on the second cladding layer. A mask pattern for partitioning the reflecting mirror region is formed on the cap layer by photolithography technology, a metal electrode film is deposited on the entire surface of the second cap layer while maintaining the mask pattern, and then the metal on the reflecting mirror region is formed by lift-off technology. Removing the electrode film to form a metal electrode in the electrode region; and using a selective etchant to etch away the second cap layer in the reflector region while leaving the first cap layer in the region. Forming a transparent electrode layer and a dielectric multilayer mirror in order, and furthermore, the transparent electrode layer and the dielectric so that the transparent electrode partially overlaps the metal electrode and is electrically connected. Manufacturing method of the surface emitting semiconductor laser device, characterized in that it comprises a step of patterning the layer film reflecting mirror.
JP19985996A 1996-07-10 1996-07-10 Normal radiation semiconductor laser device and method of fabricating the same Pending JPH1027941A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19985996A JPH1027941A (en) 1996-07-10 1996-07-10 Normal radiation semiconductor laser device and method of fabricating the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19985996A JPH1027941A (en) 1996-07-10 1996-07-10 Normal radiation semiconductor laser device and method of fabricating the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1027941A true JPH1027941A (en) 1998-01-27

Family

ID=16414844

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP19985996A Pending JPH1027941A (en) 1996-07-10 1996-07-10 Normal radiation semiconductor laser device and method of fabricating the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH1027941A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001223384A (en) * 2000-02-08 2001-08-17 Toshiba Corp Semiconductor light-emitting element
JP2006295040A (en) * 2005-04-14 2006-10-26 Nec Electronics Corp Optical semiconductor device, its manufacturing method, and optical communication equipment
JP2006324582A (en) * 2005-05-20 2006-11-30 Seiko Epson Corp Plane emissive semiconductor laser and manufacturing method thereof
CN100373283C (en) * 2006-01-16 2008-03-05 电子科技大学 Negative temperature compensating current generating circuit and temperature compensating current reference source
JP2011029607A (en) * 2009-06-30 2011-02-10 Nichia Corp Vertical resonator type surface-emitting laser
WO2023248654A1 (en) * 2022-06-20 2023-12-28 ソニーグループ株式会社 Surface-emitting laser and ranging device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001223384A (en) * 2000-02-08 2001-08-17 Toshiba Corp Semiconductor light-emitting element
JP2006295040A (en) * 2005-04-14 2006-10-26 Nec Electronics Corp Optical semiconductor device, its manufacturing method, and optical communication equipment
JP2006324582A (en) * 2005-05-20 2006-11-30 Seiko Epson Corp Plane emissive semiconductor laser and manufacturing method thereof
CN100373283C (en) * 2006-01-16 2008-03-05 电子科技大学 Negative temperature compensating current generating circuit and temperature compensating current reference source
JP2011029607A (en) * 2009-06-30 2011-02-10 Nichia Corp Vertical resonator type surface-emitting laser
WO2023248654A1 (en) * 2022-06-20 2023-12-28 ソニーグループ株式会社 Surface-emitting laser and ranging device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH10303500A (en) High-output semiconductor laser diode
JP2587628B2 (en) Semiconductor integrated light emitting device
JP3718952B2 (en) Semiconductor laser
JPH0194689A (en) Optoelectronic semiconductor element
JPH1027941A (en) Normal radiation semiconductor laser device and method of fabricating the same
JPH01319986A (en) Semiconductor laser device
JPH0722695A (en) Self-excited oscillation type semiconductor laser element
JP4155664B2 (en) Semiconductor laser device
US4870650A (en) Semiconductor laser having a boundary-region absorption layer
JP2001210911A (en) Semiconductor laser, its manufacturing method, optical module using semiconductor laser, and optical communication system
JP3658048B2 (en) Semiconductor laser element
US5949808A (en) Semiconductor laser and method for producing the same
JPH11204773A (en) Waveguide type semiconductor optical integrated element and its manufacture
JPH09246652A (en) Semiconductor laser and manufacturing method thereof
JP2763102B2 (en) Semiconductor laser device
JP2010045066A (en) Semiconductor laser device
JP2955250B2 (en) Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same
JP2973215B2 (en) Semiconductor laser device
JPH11163459A (en) Semiconductor laser
JPS6140077A (en) Buried type surface plane laser oscillator
JP2855887B2 (en) Semiconductor laser and method of manufacturing the same
JPH0758409A (en) Surface emitting semiconductor laser element
JPS60132381A (en) Semiconductor laser device
JP2001094193A (en) Semiconductor laser with modulator and manufacturing method therefor
JP2001053385A (en) Semiconductor laser element