JPH1074979A - 半導体多層膜および面発光型半導体レーザおよび受光素子 - Google Patents

半導体多層膜および面発光型半導体レーザおよび受光素子

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JPH1074979A JP24893096A JP24893096A JPH1074979A JP H1074979 A JPH1074979 A JP H1074979A JP 24893096 A JP24893096 A JP 24893096A JP 24893096 A JP24893096 A JP 24893096A JP H1074979 A JPH1074979 A JP H1074979A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 面発光型半導体レーザの多層膜反射鏡や受光
素子の反射防止膜に用いる場合、より一層少ないペア数
で高反射率の半導体多層膜反射鏡や低反射率の反射防止
膜を形成できる。 【解決手段】 半導体多層膜１０４は、ＧａＡｓ基板１
０１上に、ＡｌＡｓ低屈折率層１０２とＩｎＧａＮＡｓ
高屈折率層１０３とが、１．５μｍの光学波長の１／４
の膜厚で、交互に形成されたものとなっている。このよ
うな半導体多層膜１０４の成長方法にはＭＯＣＶＤ法や
ＭＢＥ法が考えられ、また、このような半導体多層膜１
０４は、屈折率差が大きいので、従来のＩｎＰ基板上の
材料よりも半分以下のペア数で、また、ＧａＡｓ基板上
のＡｌＡｓ／ＧａＡｓ系材料よりも２割以上少ないペア
数で、高反射率(例えば９９．９％)の半導体多層膜反射
鏡として形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体多層膜およ
び面発光型半導体レーザおよび受光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】面発光型半導体レーザは、低しきい値電
流動作で高密度２次元集積化が可能なことから、光通信
用，光情報処理用，光インターコネクション用光源とし
て期待されている。このような面発光型半導体レーザで
は高反射率の反射鏡が必要であり、反射鏡には半導体多
層反射膜が良く用いられている。
【０００３】面発光型半導体レーザにおけるこのような
半導体多層反射膜としては、従来、１．３μｍ帯等の長
波長帯では、ＩｎＧａＡｓＰとＩｎＰとの２種類のIII-
Ｖ族化合物半導体ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰを交互に積層
したＤＢＲ(Distributed Bragg reflecter)構造が用い
られているが、これら２種類のIII-Ｖ族化合物半導体材
料は、屈折率差を大きく取ることができない。例えば、
ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ(１．３μｍに対応する組成)の
屈折率差(ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰとの屈折率差)は０．
２５程度の小さいものである。このため高反射率(例え
ば９９．９％)を得るためには、ＩｎＰとＩｎＧａＡｓ
Ｐとの対の数(ペア数)を多くする必要があった。すなわ
ち、ＤＢＲ構造を約４０対以上と、ペア数を多くする必
要があった。
【０００４】しかしながら、ペア数を多くすると、その
分、半導体多層反射膜の成長時間が長くなることの他
に、膜厚が厚くなり、また、段差が大きくなり、作製プ
ロセスが難かしくなるという問題点があった。具体的に
は、面発光型半導体レーザを構成する全膜厚が例えば約
２０μｍ程度にまでなり、成長時間が長くなるため、成
長方向の膜厚の揺らぎが生じてしまい、所望の高反射率
が得られないなどの問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような問題を解決
するため、特開平６−１３２６０５号には、ＩｎＰ基板
上に活性層の組成と同じ格子定数を有するバッファ層
と、前記バッファ層に格子整合する光学波長の１／４の
膜厚でＩｎＡｌＡｓとＩｎ1-x1Ｇａx1Ａｓ1-y1Ｐy1(０
≦ｘ１≦１，０≦ｙ１≦１、以下ＩｎＧａＡｓＰと省略
する)とを交互にエピタキシャル成長させてなる第一光
反射層と、前記バッファ層に格子整合するＩｎ1-x2Ｇａ
x2Ａｓ1-y2Ｐy2(０≦ｘ２≦１，０≦ｙ２≦１、以下Ｉ
ｎＧａＡｓＰと省略する)からなる第一クラッド層と、
Ｉｎ1-x3Ｇａx3Ａｓ1-y3Ｐy3(０≦ｘ３≦１，０≦ｙ３
≦１、以下ＩｎＧａＡｓＰと省略する)からなる活性層
と、前記バッファ層に格子整合するＩｎ1-x4Ｇａx4Ａｓ
1-y4Ｐy4(０≦ｘ４≦１，０≦ｙ４≦１、以下ＩｎＧａ
ＡｓＰと省略する)からなる第二クラッド層と、前記バ
ッファ層に格子整合する光学波長の１／４の膜厚でＩｎ
ＡｌＡｓとＩｎ1-x5Ｇａx5Ａｓ1-y5Ｐy5(０≦ｘ５≦
１，０≦ｙ５≦１、以下ＩｎＧａＡｓＰと省略する)と
を交互にエピタキシャル成長させてなる第二光反射層と
を順に積層してなる長波長帯面発光型半導体レーザが示
されている。
【０００６】この面発光型半導体レーザでは、バッファ
層、第一光反射層、ｐ型クラッド層、活性層、ｎ型クラ
ッド層、第二光反射層の半導体の格子定数は、ＩｎＰの
格子定数１−ａより小さく、ＧａＡｓに近い格子定数で
ある１−ｂに一致している。このように、第一、第二光
反射層の２種類の半導体膜をＩｎＰよりも小さい格子定
数で格子整合するＩｎＡｌＡｓとＩｎＧａＡｓＰとの組
合せ、もしくはＩｎＡｌＰとＩｎＧａＡｓＰとの組合せ
とすることにより、２種類の半導体の屈折率差を大きく
することができ、従来用いられていたＩｎＰとＩｎＧａ
ＡｓＰとの組合せに比べ少ないペア数で高反射率が得ら
れる。
【０００７】しかしながら、特開平６−１３２６０５号
に開示の層構造は、基本的に格子不整合系であるので、
ミスフィット転位等の発生による劣化の問題がある。さ
らに、上記材料系を用いた半導体レーザは、材料的に伝
導帯のバンド不連続(ΔＥc)が小さく電子のオーバーフ
ローが多いことが主たる原因で、しきい値電流が大き
く、温度特性が悪く、つまり光出力が環境温度によって
大きく変化し、このため高温では良好なレーザ特性が得
られなかった。
【０００８】また、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料を用
いて温度特性を改善することは困難であるため伝導帯の
バンド不連続(ΔＥc)が大きくなるように、ＧａＡｓ基
板上にＩｎＧａＡｓを形成することが試みられている。
この場合、ＧａＡｓ基板上のＩｎＧａＡｓはＩｎ組成が
大きくなるほどバンドギャップエネルギーは小さくなる
が、格子定数がＧａＡｓよりも大きくなっていく。すな
わち、圧縮歪量の増大により長波長化されるが、１．１
μｍ程度の波長が限界であり、１．１μｍ以上の波長帯
を実現できない。
【０００９】ＧａＡｓ基板を用いる場合に、長波長帯の
発光素子を実現するため、特開平６−０３７３５５号で
は、ＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＮＡｓ系材料を形成する
ことが提案されている。この技術では、ＧａＡｓよりも
格子定数が大きいＩｎＧａＡｓにＮを添加することで、
格子定数をＧａＡｓに格子整合することが可能であり、
さらにバンドギャップが小さくなり、１．３μｍまたは
１．５μｍ帯の波長が可能となる。
【００１０】本願出願人は、本発明を完成させるに際
し、ＭＯＣＶＤ法により成長したＧａＡｓ基板にほぼ格
子整合するＩｎ0.13Ｇａ0.87Ｎ0.04Ａｓ0.96(１．３μ
ｍ組成)とＧａＡｓの屈折率のエリプソメトリーによる
測定値(実測値)と、ＧａＡｓとＩｎ0.13Ｇａ0.87Ａｓの
ＭＥＳＯ法(Modified Single Effective Oscillator Mo
del)による計算値の波長依存性を実験により調べた。図
１には、原料にＴＭＧ(トリメチルガリウム)，ＴＭＩ
(トリメチルインジウム)，ＡｓＨ3(アルシン)，ＤＭＨ
ｙ(ジメチルヒドラジン)を、キャリアガスとしてＨ2を
用いたＭＯＣＶＤ法により成長したＧａＡｓ基板にほぼ
格子整合するＩｎ0.13Ｇａ0.87Ｎ0.04Ａｓ0.96(１．３
μｍ組成)とＧａＡｓの屈折率のエリプソメトリーによ
る測定値(実測値)と、ＧａＡｓとＩｎ0.13Ｇａ0.87Ａｓ
のＭＥＳＯ法(Modified Single EffectiveOscillator M
odel)による計算値の波長依存性が示されている。な
お、図１において、測定値(実測値)と計算値とには、相
違が認められるが、これはサンプルの不純物濃度の違
い，結晶性の違いが原因と考えられる。
【００１１】図１から(図１の実測値から)、Ｉｎ0.13Ｇ
ａ0.87Ｎ0.04Ａｓ0.96の屈折率は、ＧａＡｓよりも０．
１５程度大きい値となっていることがわかる。一方、図
１の計算値から、Ｉｎ0.13Ｇａ0.87Ａｓの屈折率は、Ｇ
ａＡｓよりも０．０３程度大きいだけなので、Ｉｎ0.13
Ｇａ0.87ＡｓにＮを添加することにより、図１の実測値
のように、Ｉｎ0.13Ｇａ0.87Ａｓよりも屈折率が大きく
なったものと考えられる。従来、ＧａＡｓ基板に格子整
合する材料で最も屈折率の大きい材料はＩｎＧａＡｓで
あると考えられていたが、この実験結果により、ＩｎＧ
ａＮＡｓが最も屈折率の大きい材料であることがわか
る。
【００１２】このように、ＩｎＧａＮＡｓ系材料はＧａ
Ａｓ格子整合系なので、ＡｌＧａＡｓをクラッド層に用
いることで伝導帯のバンド不連続(ΔＥc)が大きくな
る。このためＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料を用いた場
合に比べて、温度特性の良好な素子が得られる。また、
このような材料系を面発光型レーザに用いる場合には、
多層反射膜としてＡｌＡｓ／ＧａＡｓのような屈折率差
の大きいＡｌＧａＡｓ系材料を用いることができる。こ
のため、ＩｎＰ基板上に形成する場合の多層反射膜のペ
ア数は４０ペア以上必要であったが、これを２０数ペア
程度と約半分に減らすことができて、素子をかなり薄
く、容易に作製することができる。
【００１３】しかしながら、多層反射膜としてＡｌＡｓ
／ＧａＡｓのような屈折率差の大きいＡｌＧａＡｓ系材
料を用いても、１．３μｍまたは１．５μｍ帯の長波長
帯面発光型半導体レーザでは、従来のＧａＡｓ基板上近
赤外レーザ(例えば０．８μｍ帯)よりも波長(λ)が長い
ため、これを実現するには、多層反射膜の各層(λ／４
の厚さ)を厚くする必要があり、全体の膜厚が厚くなる
という問題があった。
【００１４】本発明は、面発光型半導体レーザの多層膜
反射鏡や受光素子の反射防止膜に用いる場合、より一層
少ないペア数で高反射率の半導体多層膜反射鏡や低反射
率の反射防止膜を形成でき、従って、多層膜反射鏡や反
射防止膜を短かい成長時間で形成することができ、ま
た、厚さを薄くできて、段差を小さくすることができ、
また、作製プロセスを容易にすることの可能な半導体多
層膜および面発光型半導体レーザおよび受光素子を提供
することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、高屈折率層と低屈折率層と
が交互に積層されて構成される半導体多層膜において、
高屈折率層として、Ｖ族元素にＮ(窒素)を含んだIII−
(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体が用いられる
ことを特徴としている。
【００１６】請求項１記載の半導体多層膜では、高屈折
率層としてＶ族元素にＮ(窒素)を含んだIII−(Ｎx，Ｖ
1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体を用いており、III-Ｖ
族混晶半導体は、Ｎを添加すると、添加前に比べて屈折
率が大きくなるので、低屈折率層との屈折率差が大きく
なる。このため、少ないペア数で高反射率の半導体多層
膜反射鏡や低反射率の無反射構造を形成できる。すなわ
ち、Ｖ族元素にＮ(窒素)を含んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)か
らなる屈折率の大きいIII-Ｖ族混晶半導体を高屈折率層
として用いているので、少ないペア数で高反射率の半導
体多層膜反射鏡や低反射率の反射防止膜を形成できる。
従って、この半導体多層膜を面発光型半導体レーザの多
層膜反射鏡や受光素子の反射防止膜に用いる場合、多層
膜反射鏡や反射防止膜を短かい成長時間で形成すること
ができ、また、厚さを薄くできて、段差を小さくするこ
とができ、また、作製プロセスを容易にすることができ
る。
【００１７】また、請求項２記載の発明は、半導体多層
膜の反射鏡を用いる面発光型半導体レーザにおいて、前
記半導体多層膜反射鏡は、高屈折率層と低屈折率層とが
交互に積層された構成のものとなっており、該半導体多
層膜反射鏡の高屈折率層として、Ｖ族元素にＮ(窒素)を
含んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体
が用いられることを特徴としている。
【００１８】請求項２記載の面発光型半導体レーザで
は、Ｖ族元素にＮ(窒素)を含んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)か
らなる屈折率の大きいIII-Ｖ族混晶半導体を多層膜反射
鏡の高屈折率層として用いているので、少ないペア数で
高反射率(例えば９９．９％)が得られ、また、多層膜反
射鏡の厚さを薄くすることができ、また、多層膜反射鏡
を短かい成長時間で形成することが可能になるととも
に、段差を小さくすることができ、また、作製プロセス
も容易になる。
【００１９】また、請求項３記載の発明は、請求項２記
載の面発光型半導体レーザにおいて、多層膜反射鏡の高
屈折率層として用いられる前記III−(Ｎx，Ｖ1-x)から
なるIII-Ｖ族混晶半導体層は、ＧａＡｓ基板上に形成さ
れることを特徴としている。
【００２０】すなわち、請求項３記載の面発光型半導体
レーザは、ＧａＡｓ基板上に形成されるので、ＩｎＰ基
板上に形成できる材料に比べて屈折率の小さいＡｌＡｓ
等を多層膜反射鏡の低屈折率層として用いることができ
る。
【００２１】また、請求項４記載の発明は、請求項２ま
たは請求項３記載の面発光型半導体レーザにおいて、前
記III−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体層
は、ＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y(０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１)
であることを特徴としている。
【００２２】すなわち、請求項４記載の面発光型半導体
レーザでは、高屈折率層としてＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y
(０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１)を用いており、この材料は、
ＧａＡｓ基板に格子整合するIII-Ｖ族半導体材料の中で
最も屈折率の大きい材料であって、低屈折率層との屈折
率差を最も大きくできる。このため少ないペア数で高反
射率の半導体多層膜反射鏡が得られる。
【００２３】また、請求項５記載の発明は、半導体多層
膜の反射防止膜を用いる受光素子において、該反射防止
膜は、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された構
成のものとなっており、該反射防止膜の高屈折率層とし
てＶ族元素にＮ(窒素)を含んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)から
なるIII-Ｖ族混晶半導体を用いることを特徴としてい
る。
【００２４】請求項５記載の受光素子では、Ｖ族元素に
Ｎ(窒素)を含んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)からなる屈折率の
大きいIII-Ｖ族混晶半導体層を多層反射防止膜の高屈折
率層として用いているので、少ないペア数で低反射率の
多層反射防止膜を形成でき、多層反射防止膜を短かい成
長時間で形成することが可能となり、また、多層反射防
止膜の厚みを薄くすることができ、また、作製プロセス
も容易になる。
【００２５】また、請求項６記載の発明は、請求項５記
載の受光素子において、反射防止膜の高屈折率層として
用いられる前記III−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混
晶半導体層は、ＧａＡｓ基板上に形成されることを特徴
としている。
【００２６】請求項６記載の受光素子は、ＧａＡｓ基板
上に形成されるので、ＩｎＰ基板上に形成できる材料に
比べて屈折率の小さいＡｌＡｓ等を多層反射防止膜の低
屈折率層として用いることができる。
【００２７】また、請求項７記載の発明は、請求項５ま
たは請求項６記載の受光素子において、前記III−
(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体層は、Ｉｎx
Ｇａ1-xＮyＡｓ1-y(０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１)であるこ
とを特徴としている。
【００２８】すなわち、請求項７記載の受光素子では、
高屈折率層としてＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y(０＜ｘ＜
１，０＜ｙ＜１)を用いており、この材料は、ＧａＡｓ
基板に格子整合するIII-Ｖ族半導体材料の中で最も屈折
率の大きい材料であって、低屈折率層との屈折率差を最
も大きくできる。このため少ないペア数で低反射率の多
層反射防止膜が得られる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図２は本発明に係る半導体多層膜の
構成例を示す図である。図２の構成例では、半導体多層
膜１０４は、ＧａＡｓ基板１０１上に、ＡｌＡｓ低屈折
率層１０２とＩｎＧａＮＡｓ高屈折率層１０３とが(す
なわち、ＡｌＡｓ／ＩｎＧａＮＡｓが)、１．５μｍの
光学波長の１／４の膜厚で、交互に形成されたものとな
っている。なお、このような半導体多層膜１０４の成長
方法には、例えばＮの原料にＤＭＨｙ(ジメチルヒドラ
ジン)等、窒素化合物ガスを用いたＭＯＣＶＤ法や、高
周波プラズマにより活性化した窒素ガス若しくは窒素化
合物ガスを用いたＭＢＥ法が考えられる。
【００３０】このような半導体多層膜１０４は、屈折率
差が大きいので、従来のＩｎＰ基板上の材料よりも半分
以下のペア数で、また、ＧａＡｓ基板上のＡｌＡｓ／Ｇ
ａＡｓ系材料よりも２割以上少ないペア数で、高反射率
(例えば９９．９％)の半導体多層膜反射鏡として形成で
きる。具体的には、ＡｌＡｓ／ＩｎＧａＮＡｓを、１６
ペア形成するだけで、高反射率(例えば９９．９％)の半
導体多層膜反射鏡として形成できる。従って、この半導
体多層膜１０４を長波長帯面発光型半導体レーザの多層
膜反射鏡として用いる場合、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ系材料
を用いる場合に比べて、ペア数を２割以上低減できるの
で、全体の膜厚をより一層低減でき、素子をさらに薄型
化することが可能となる。
【００３１】また、この半導体多層膜１０４は、これを
低反射率の反射防止膜としても形成できる。すなわち、
この半導体多層膜１０４を用いることによって、少ない
ペア数で低反射率の反射防止膜を形成できる。
【００３２】上述の例では、高屈折率層１０３にＩｎＧ
ａＮＡｓを用いたが、ＩｎＧａＮＡｓにＡｌやＰ等を含
んだものを用いることもできる。但し、Ｎ組成が同じで
ある場合、ＩｎＧａＮＡｓにＡｌやＰを添加すると屈折
率が小さくなるので、高屈折率層１０３にはＩｎＧａＮ
Ａｓを用いるのが望ましい。
【００３３】このように、本発明の半導体多層膜は、高
屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されて構成される
半導体多層膜において、高屈折率層として、Ｖ族元素に
Ｎ(窒素)を含んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族
混晶半導体が用いられることを特徴としており、これに
より、少ないペア数で高反射率の半導体多層膜反射鏡や
低反射率の反射防止膜を形成できる。従って、この半導
体多層膜を面発光型半導体レーザの多層膜反射鏡や受光
素子の反射防止膜に用いる場合、多層膜反射鏡や反射防
止膜を短かい成長時間で形成することができ、また、厚
さを薄くできて、段差を小さくすることができ、また、
作製プロセスを容易にすることができる。
【００３４】図３は本発明に係る面発光型半導体レーザ
の構成例を示す図である。図３の構成例では、面発光型
半導体レーザは、ｎ−ＧａＡｓ基板２０１上に、１．５
μｍの光学波長の１／４の膜厚でｎ−ＡｌＡｓとＩｎＧ
ａＮＡｓとが交互に積層された１９ペアからなるｎ−Ａ
ｌＡｓ／ＩｎＧａＮＡｓ(１．３μｍ組成)の第一の多層
膜反射鏡２０２、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２０３、
ＧａＡｓ光ガイド層２０４、ＩｎＧａＮＡｓ(１．５μ
ｍ組成)活性層２０５、ＧａＡｓ光ガイド層２０６、ｐ
−ＡｌＧａＡｓクラッド層２０７、ｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層２０８、１．５μｍの光学波長の１／４の膜厚で
ｐ−ＡｌＡｓとＩｎＧａＮＡｓとが交互に積層された１
６ペアからなるｐ−ＡｌＡｓ／ＩｎＧａＮＡｓ(１．３
μｍ組成)の第二の多層膜反射鏡２０９が形成されたも
のとなっている。
【００３５】さらに、図３の面発光型半導体レーザで
は、ドライエッチング等により、第一の多層膜反射鏡２
０２の上面までの一部と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２
０８上面までの一部とが除去されて、第一の多層膜反射
鏡２０２の上面には、ｎ側電極２１０であるＡｕＧｅ／
Ｎｉ／Ａｕが形成され、また、Ｐ−ＧａＡｓコンタクト
層２０８の上面には、ｐ側電極２１１であるＣｒ／Ａｕ
が形成されている。
【００３６】図３の面発光型半導体レーザでは、活性層
２０５にＩｎＧａＮＡｓ(１．５μｍ組成)を用いてお
り、ＩｎＧａＮＡｓは、ＧａＡｓよりも格子定数が大き
いＩｎＧａＡｓにＮを添加したものであることから、前
述のように、格子定数をＧａＡｓに格子整合させること
が可能であり、さらにバンドギャップを小さくすること
ができて、１．３μｍまたは１．５μｍ帯の波長が可能
となる材料系である。すなわち、ＩｎＧａＮＡｓは、Ｇ
ａＡｓ格子整合系であるので、ＡｌＧａＡｓをクラッド
層に用いることで伝導帯のバンド不連続(ΔＥc)を大き
くすることができる。これによって、温度特性の良好な
素子を提供できる。
【００３７】また、図３において、多層膜反射鏡２０
２，２０９には、図２に示したような本発明の半導体多
層膜(屈折率差の大きいＡｌＡｓ／ＩｎＧａＮＡｓ(１．
３μｍ組成))が用いられている。すなわち、図３の構成
例では、多層膜反射鏡２０２，２０９をＧａＡｓ基板上
に形成しているので、多層膜反射鏡２０２，２０９とし
ては、その低屈折率層として屈折率の低いＡｌＡｓを用
いることができる。また、その高屈折率層として、Ｇａ
Ａｓよりも屈折率の大きいＩｎＧａＮＡｓを用いている
ので、ＩｎＧａＮＡｓの屈折率が大きい分だけ、ＡｌＡ
ｓ／ＩｎＧａＮＡｓの屈折率差を従来のＡｌＡｓ／Ｇａ
Ａｓの屈折率差よりも大きくすることができる。この結
果、図３の面発光型半導体レーザでは、高反射率(例え
ば９９．９％)を得るためのＤＢＲ構造のペア数を従来
のＡｌＡｓ／ＧａＡｓを用いる場合よりも２割以上少な
くできる。これにより、多層膜反射鏡を短かい成長時間
で形成することが可能となり、また、多層膜反射鏡の厚
みも薄くなるので段差を小さくすることができ、また、
作製プロセスも容易になる。
【００３８】また、長波長帯面発光型半導体レーザは、
従来、高温では良好なレーザ特性が得られなかったが、
図３の面発光型半導体レーザでは、伝導帯のバンド不連
続(ΔＥc)が大きいので、注入キャリアのオーバーフロ
ーを減らすことができ、しきい値電流の温度依存性が減
少し、高温でも良好なレーザ特性が得られる。
【００３９】なお、多層膜反射鏡２０２，２０９のＩｎ
ＧａＮＡｓ高屈折率層の組成は、活性層からの光を吸収
しないかまたは吸収ができるだけ少なくなるような範囲
で選ぶことができる。また、ＩｎＧａＮＡｓの屈折率は
バンドギャップエネルギーが小さいほど大きくなるの
で、できるだけバンドギャップエネルギーが小さくなる
組成を選ぶのが良い。
【００４０】また、上述の例では、高屈折率層にＩｎＧ
ａＮＡｓを用いたが、ＩｎＧａＮＡｓにＡｌやＰ等を含
んだものを用いることもできる。但し、Ｎ組成が同じで
ある場合、ＩｎＧａＮＡｓにＡｌやＰを添加すると屈折
率が小さくなるので、高屈折率層にはＩｎＧａＮＡｓを
用いるのが望ましい。
【００４１】このように、本発明の面発光型半導体レー
ザは、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された構
成の半導体多層膜反射鏡を具備しており、この場合、該
半導体多層膜反射鏡の高屈折率層として、Ｖ族元素にＮ
(窒素)を含んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混
晶半導体が用いられることを特徴としている。
【００４２】また、本発明の面発光型半導体レーザは、
多層膜反射鏡の高屈折率層として用いられるIII−
(Ｎx，Ｖ1-x)からなる上記III-Ｖ族混晶半導体層が、Ｇ
ａＡｓ基板上に形成されていることを特徴としている。
【００４３】また、本発明の面発光型半導体レーザは、
III−(Ｎx，Ｖ1-x)からなる上記III-Ｖ族混晶半導体層
が、ＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y(０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１)
であることを特徴としている。
【００４４】図４は本発明に係る受光素子の構成例を示
す図である。図４の構成例では、受光素子は、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板３０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファー層３０
２、アンドープＩｎＧａＮＡｓ光吸収層３０３、ｐ型Ｉ
ｎＧａＮＡｓ層３０４、１．５μｍの光学波長の１／４
の膜厚でｐ−ＡｌＡｓとＩｎＧａＮＡｓとが交互に積層
された３ペアからなるｐ−ＡｌＡｓ／ＩｎＧａＮＡｓ
(１．３μｍ組成)の多層反射防止膜３０５、ｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層３０６が形成されたものとなっている。
【００４５】なお、図４の受光素子は、ｐｉｎフォトダ
イオードとして構成されており、光吸収層３０３には、
ＩｎＧａＮＡｓが用いられている。
【００４６】また、図４の受光素子では、最上部のｐ−
ＧａＡｓコンタクト層３０６上に、ｐ側電極３０７が形
成され、また、基板裏面にｎ側電極３０８が形成されて
いる。また、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０６のｐ側電
極３０７が形成される部分以外はエッチングにより除去
され、受光部３０９として形成されている。また、Ｉｎ
ＧａＮＡｓ層(アンドープＩｎＧａＮＡｓ光吸収層３０
３、ｐ型ＩｎＧａＮＡｓ層３０４、ｐ−ＡｌＡｓ／Ｉｎ
ＧａＮＡｓ(１．３μｍ組成)多層反射防止膜３０５の高
屈折率層)は、ＧａＡｓ基板３０１上に格子整合する条
件を備えている。
【００４７】このような構成の受光素子では、入射光
は、素子表面の受光部３０９，多層反射防止膜３０５か
らＩｎＧａＮＡｓ光吸収層３０３に導入される。この
際、光吸収層３０３は、ＩｎＧａＮＡｓにより構成され
ており、Ｉｎ及びＮはともにバンドギャップエネルギー
を小さくする効果があるので、この受光素子では、受光
できる光の波長を１．５μｍ等の長波長に設定できる。
これにより、ＩｎＰ基板よりも安価なＧａＡｓ基板上に
長波長受光素子が形成できる。
【００４８】さらに多層反射防止膜３０５が設けられて
いることにより、素子表面での入射光の反射を抑えるこ
とができ(低反射率にすることができ)、受光効率を高め
ることができる。
【００４９】特に、図４の受光素子では、多層反射防止
膜３０５をＧａＡｓ基板３０１上に形成しているので、
多層反射防止膜３０５の低屈折率層として屈折率の低い
ＡｌＡｓを用いることができる。さらに、図４の受光素
子では、多層反射防止膜３０５の高屈折率層にＧａＡｓ
よりも屈折率の大きいＩｎＧａＮＡｓ(１．３μｍ組成)
を用いているので、ＩｎＧａＮＡｓの屈折率が大きい分
だけ、ＩｎＧａＮＡｓ／ＧａＡｓの屈折率差を従来のＡ
ｌＡｓ／ＧａＡｓの屈折率差よりも大きくすることがで
き、高透過率を得るためのペア数を従来よりも少なくで
きる。これにより、多層反射防止膜を短かい成長時間で
形成することが可能となり、また、多層反射防止膜の厚
みも薄くすることができ、また、作製プロセスも容易に
なる。
【００５０】なお、上述の例では、高屈折率層にＩｎＧ
ａＮＡｓを用いたが、ＩｎＧａＮＡｓにＡｌやＰ等を含
んだものを用いることもできる。但し、Ｎ組成が同じで
ある場合、ＩｎＧａＮＡｓにＡｌやＰを添加すると屈折
率が小さくなるので、ＩｎＧａＮＡｓを用いるのが望ま
しい。
【００５１】このように、本発明の受光素子は、高屈折
率層と低屈折率層とが交互に積層された半導体多層膜の
反射防止膜を具備しており、この場合、該反射防止膜の
高屈折率層としてＶ族元素にＮ(窒素)を含んだIII−(Ｎ
x，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体が用いられるこ
とを特徴としている。
【００５２】また、本発明の受光素子は、反射防止膜の
高屈折率層として用いられる前記III−(Ｎx，Ｖ1-x)か
らなる上記III-Ｖ族混晶半導体層が、ＧａＡｓ基板上に
形成されていることを特徴としている。
【００５３】また、本発明の受光素子は、III−(Ｎx，
Ｖ1-x)からなる上記III-Ｖ族混晶半導体層が、ＩｎxＧ
ａ1-xＮyＡｓ1-y(０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１)であること
を特徴としている。
【００５４】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項１記載の
発明によれば、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層
されて構成される半導体多層膜において、高屈折率層と
して、Ｖ族元素にＮ(窒素)を含んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)
からなるIII-Ｖ族混晶半導体を用いているので、少ない
ペア数で高反射率の半導体多層膜反射鏡や低反射率の無
反射構造を形成できる。すなわち、Ｖ族元素にＮ(窒素)
を含んだIII−(Ｎx，Ｖ1 -x)からなる屈折率の大きいIII
-Ｖ族混晶半導体を高屈折率層として用いているので、
少ないペア数で高反射率の半導体多層膜反射鏡や低反射
率の反射防止膜を形成できる。従って、この半導体多層
膜を面発光型半導体レーザの多層膜反射鏡や受光素子の
反射防止膜に用いる場合、多層膜反射鏡や反射防止膜を
短かい成長時間で形成することができ、また、厚さを薄
くできて、段差を小さくすることができ、また、作製プ
ロセスを容易にすることができる。
【００５５】また、請求項２記載の発明によれば、Ｖ族
元素にＮ(窒素)を含んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)からなる屈
折率の大きいIII-Ｖ族混晶半導体を面発光型半導体レー
ザの多層膜反射鏡の高屈折率層として用いているので、
少ないペア数で高反射率(例えば９９．９％)が得られ、
また、多層膜反射鏡の厚さを薄くすることができ、ま
た、多層膜反射鏡を短かい成長時間で形成することが可
能になるとともに、段差を小さくすることができ、ま
た、作製プロセスも容易になる。
【００５６】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項２記載の面発光型半導体レーザにおいて、多層膜反射
鏡の高屈折率層として用いられる前記III−(Ｎx，
Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体層は、ＧａＡｓ基板
上に形成されるので、ＩｎＰ基板上に形成できる材料に
比べて屈折率の小さいＡｌＡｓ等を多層膜反射鏡の低屈
折率層として用いることができる。
【００５７】また、請求項４記載の発明によれば、請求
項２または請求項３記載の面発光型半導体レーザにおい
て、多層膜反射鏡の高屈折率層としてＩｎxＧａ1-xＮy
Ａｓ1-y(０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１)を用いており、この
材料は、ＧａＡｓ基板に格子整合するIII-Ｖ族半導体材
料の中で最も屈折率の大きい材料であって、低屈折率層
との屈折率差を最も大きくできるので、少ないペア数で
高反射率の半導体多層膜反射鏡が得られる。
【００５８】また、請求項５記載の発明によれば、半導
体多層膜の反射防止膜を用いる受光素子において、該反
射防止膜は、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層さ
れた構成のものとなっており、該反射防止膜の高屈折率
層としてＶ族元素にＮ(窒素)を含んだIII−(Ｎx，
Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体を用いるので、すな
わち、Ｖ族元素にＮ(窒素)を含んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)
からなる屈折率の大きいIII-Ｖ族混晶半導体層を多層反
射防止膜の高屈折率層として用いているので、少ないペ
ア数で低反射率の多層反射防止膜を形成できて、多層反
射防止膜を短かい成長時間で形成することが可能とな
り、また、多層反射防止膜の厚みを薄くすることがで
き、また、作製プロセスも容易になる。
【００５９】また、請求項６記載の発明によれば、請求
項５記載の受光素子において、反射防止膜の高屈折率層
として用いられる前記III−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-
Ｖ族混晶半導体層は、ＧａＡｓ基板上に形成されるの
で、ＩｎＰ基板上に形成できる材料に比べて屈折率の小
さいＡｌＡｓ等を多層反射防止膜の低屈折率層として用
いることができる。
【００６０】また、請求項７記載の発明によれば、請求
項５または請求項６記載の受光素子において、多層反射
防止膜の高屈折率層としてＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y(０
＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１)を用いており、この材料は、Ｇ
ａＡｓ基板に格子整合するIII-Ｖ族半導体材料の中で最
も屈折率の大きい材料であって、低屈折率層との屈折率
差を最も大きくできるので、少ないペア数で低反射率の
多層反射防止膜が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｉｎ0.13Ｇａ0.87Ｎ0.04Ａｓ0.96(１．３μｍ
組成)とＧａＡｓの屈折率のエリプソメトリーによる測
定値(実測値)と、ＧａＡｓとＩｎ0.13Ｇａ0.87ＡｓのＭ
ＥＳＯ法(Modified Single Effective Oscillator Mode
l)による計算値の波長依存性を示す図である。
【図２】本発明に係る半導体多層膜の構成例を示す図で
ある。
【図３】本発明に係る面発光型半導体レーザの構成例を
示す図である。
【図４】本発明に係る受光素子の構成例を示す図であ
る。
【符号の説明】
１０１ ＧａＡｓ基板 １０２ 低屈折率層 １０３ 高屈折率層 １０４ 半導体多層膜 ２０１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２０２ ｎ−ＡｌＡｓ／ＩｎＧａＮＡｓ(１．
３μｍ組成)の第一の多層膜反射鏡 ２０３ ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ２０４ ＧａＡｓ光ガイド層 ２０５ ＩｎＧａＮＡｓ(１．５μｍ組成)活性
層 ２０６ ＧａＡｓ光ガイド層 ２０７ ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ２０８ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ２０９ ｐ−ＡｌＡｓ／ＩｎＧａＮＡｓ(１．
３μｍ組成)の第二の多層膜反射鏡 ２１０ ｎ側電極 ２１１ ｐ側電極 ３０１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ３０２ ｎ型ＧａＡｓバッファー層 ３０３ アンドープＩｎＧａＮＡｓ光吸収層 ３０４ ｐ型ＩｎＧａＮＡｓ層 ３０５ ｐ−ＡｌＡｓ／ＩｎＧａＮＡｓ(１．
３μｍ組成)多層反射防止膜 ３０６ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ３０７ ｐ側電極 ３０８ ｎ側電極 ３０９ 受光部

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層
    されて構成される半導体多層膜において、高屈折率層と
    して、Ｖ族元素にＮ(窒素)を含んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)
    からなるIII-Ｖ族混晶半導体が用いられることを特徴と
    する半導体多層膜。
  2. 【請求項２】 半導体多層膜の反射鏡を用いる面発光型
    半導体レーザにおいて、前記半導体多層膜反射鏡は、高
    屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された構成のもの
    となっており、該半導体多層膜反射鏡の高屈折率層とし
    て、Ｖ族元素にＮ(窒素)を含んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)か
    らなるIII-Ｖ族混晶半導体が用いられることを特徴とす
    る面発光型半導体レーザ。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の面発光型半導体レーザに
    おいて、多層膜反射鏡の高屈折率層として用いられる前
    記III−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体層
    は、ＧａＡｓ基板上に形成されることを特徴とする面発
    光型半導体レーザ。
  4. 【請求項４】 請求項２または請求項３記載の面発光型
    半導体レーザにおいて、前記III−(Ｎx，Ｖ1-x)からな
    るIII-Ｖ族混晶半導体層は、ＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ
    1-y(０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１)であることを特徴とする
    面発光型半導体レーザ。
  5. 【請求項５】 半導体多層膜の反射防止膜を用いる受光
    素子において、該反射防止膜は、高屈折率層と低屈折率
    層とが交互に積層された構成のものとなっており、該反
    射防止膜の高屈折率層として、Ｖ族元素にＮ(窒素)を含
    んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体が
    用いられることを特徴とする受光素子。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の受光素子において、反射
    防止膜の高屈折率層として用いられる前記III−(Ｎx，
    Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体層は、ＧａＡｓ基板
    上に形成されることを特徴とする受光素子。
  7. 【請求項７】 請求項５または請求項６記載の受光素子
    において、前記III−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混
    晶半導体層は、ＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y(０＜ｘ＜１，
    ０＜ｙ＜１)であることを特徴とする受光素子。
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