JPH11312847A - Vertical resonator type semiconductor laser and manufacture of the same element - Google Patents

Vertical resonator type semiconductor laser and manufacture of the same element

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JPH11312847A
JPH11312847A JP2785499A JP2785499A JPH11312847A JP H11312847 A JPH11312847 A JP H11312847A JP 2785499 A JP2785499 A JP 2785499A JP 2785499 A JP2785499 A JP 2785499A JP H11312847 A JPH11312847 A JP H11312847A
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layer
semiconductor laser
vertical cavity
dbr
semiconductor
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Hiroyuki Uenohara
裕行 植之原
Kouta Tateno
功太 舘野
Toshiaki Kagawa
俊明 香川
Osamu Tadanaga
修 忠永
Chikara Amano
主税 天野
Takashi Kurokawa
隆志 黒川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify a transverse mode, and to obtain dynamically stable operation, by making the effective refractive indices of each layer constituting a resonator region higher than those of other each layer and that of a layer configuring a semiconductor buried layer. SOLUTION: First growth is stated from p-DBR on a P-GaAs substrate, and growth is conducted up to an MQW active layer and n-DBR. The Al composition of a low refractive-index layer having several periods close to the active layers of n-DBR and p-DBR is set at a value lower than those of other DBR sections, a current constriction layer is grown, and the current constriction layer is made lower than an optical resonator section in index distribution. A mask at the time of mesa formation is used as the selection mask of crystal growth as it is, and second growth (the current constriction layer) is formed. The mask on a mesa upper section is removed at a final stage, third growth is performed, and n-DBR is grown in a period section only by the obtaining of reflectivity satisfying laser oscillation conditions.

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、チップ間あるいは
ボード間を光で結ぶ光インターコネクションや、2次元
並列信号処理を行うための光源である、垂直共振器型半
導体レーザ素子の製造方法および垂直共振器型半導体レ
ーザに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a vertical cavity type semiconductor laser device, which is a light source for performing optical interconnection between chips or boards and for performing two-dimensional parallel signal processing. The present invention relates to a cavity type semiconductor laser.

【0002】[0002]

【従来の技術】垂直共振器型半導体レーザは、2次元ア
レー化が容易であること、発光パターンが円形のためフ
ァイバーとの高効率な結合がカップリング用のレンズ無
しでも可能であることから、光インターコネクションや
2次元並列信号処理用の光源として重要であり、さらに
は極微共振器構造による極低閾値化が可能であることか
ら、低消費電力の目的にも重要であると考えられる。
2. Description of the Related Art A vertical cavity type semiconductor laser can be easily formed into a two-dimensional array, and a circular light emitting pattern enables highly efficient coupling with a fiber without a coupling lens. It is important as a light source for optical interconnection and two-dimensional parallel signal processing, and it is considered that it is also important for the purpose of low power consumption because an extremely low threshold can be achieved by a microcavity structure.

【0003】従来の垂直共振器型半導体レーザの結晶面
に垂直方向の断面図を図1に示す(参考文献:(1)B.
-S. Yoo. H.Y. Chu, H.-H, Park, H.G. Lee and J. Le
e, IEEE Journal of Quantum Electronics. vol.33, N
o.10, 1997, pp.1794.(2)C.J. Chang-Hasnain, Y.A.
Wu. G.S. Li. G. Hasnain. K.D. Choquete. C. Caneau
and L.T. Florez, Applied Physics Letters. vol.63,
No.10, 1993, pp.1307)。この素子は、p−GaAs
基板101上に順にp−Aly Ga1-y As/Alz
1-z As(0<y<z)分布反射型(distributed Br
agg reflector,DBR)多層膜反射鏡102(斜線部が
Alz Ga1-z As、白い部分がAlyGa1-y
s)、non−doped−Alw Ga1-w As下部ス
ペーサ層103、GaAs/Alx Ga1-x As(x≦
w)多重量子井戸活性層104、non−doped−
Alw Ga1-w As上部スペーサ層105、n−Aly
Ga1-y As/Alz Ga1-z As(0<y<z)DB
R反射鏡106、半導体埋め込み層107、下部電極1
08、絶縁膜109、上部電極110、素子分離用構造
111より形成される。DBRの各層は、発振波長を各
層の屈折率で割った値の4分の1の膜厚に設定する。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional vertical cavity semiconductor laser in a direction perpendicular to the crystal plane (reference: (1) B.
-S. Yoo. HY Chu, H.-H, Park, HG Lee and J. Le
e, IEEE Journal of Quantum Electronics. vol.33, N
o.10, 1997, pp.1794. (2) CJ Chang-Hasnain, YA
Wu. GS Li. G. Hasnain. KD Choquete. C. Caneau
and LT Florez, Applied Physics Letters.
No. 10, 1993, pp. 1307). This element is p-GaAs
Sequentially on the substrate 101 p-Al y Ga 1- y As / Al z G
a 1-z As (0 <y <z) distributed reflection type (distributed Br
agg reflector, DBR) Multi-layered film reflector 102 (shaded area is Al z Ga 1 -z As, white area is Al y Ga 1 -y A)
s), non-doped-Al w Ga 1 -w As lower spacer layer 103, GaAs / Al x Ga 1 -x As (x ≦
w) Multiple quantum well active layer 104, non-doped-
Al w Ga 1-w As upper spacer layer 105, n-Al y
Ga 1-y As / Al z Ga 1-z As (0 <y <z) DB
R reflector 106, semiconductor buried layer 107, lower electrode 1
08, an insulating film 109, an upper electrode 110, and an element isolation structure 111. Each layer of the DBR is set to have a film thickness of a quarter of a value obtained by dividing the oscillation wavelength by the refractive index of each layer.

【0004】図1の素子においては、埋め込み層107
としてAlGaAs/AlGaAsn−i−p−i構
造、あるいはアモルファスGaAs層が報告され、いず
れも単一横モードでの発振動作が得られている。
[0004] In the device of FIG.
As a report, an AlGaAs / AlGaAsn-ipi structure or an amorphous GaAs layer has been reported, and an oscillation operation in a single transverse mode has been obtained.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
構造においては屈折率導波型による光閉じ込めではな
く、アンチ・ガイド型導波路構造となる。従って、原理
的には単一横モードではなく複数の横モードが存在する
ことになるが、導波路の外側の部分の損失が高い構造を
利用して高次の横モードをカットすることにより、単一
横モード動作を得ている。しかしながら、活性層内部で
キャリア密度の大きく変動する動特性においては、活性
層内部のキャリア密度の分布次第で高次モードがたつ不
安定な動作を引き起こす問題点がある。
However, the above-described structure is not an optical confinement by a refractive index waveguide type, but an anti-guide type waveguide structure. Therefore, in principle, there are not a single transverse mode but a plurality of transverse modes.However, by cutting a higher-order transverse mode by using a structure having a high loss outside the waveguide, Single transverse mode operation has been obtained. However, in the dynamic characteristic in which the carrier density fluctuates greatly in the active layer, there is a problem that an unstable operation occurs due to a higher mode depending on the distribution of the carrier density in the active layer.

【0006】したがって、本発明の第1の目的は、従来
の技術と比較して横モードが単一で動的に安定な動作が
得られる垂直共振器型半導体レーザを提供することであ
る。
Accordingly, a first object of the present invention is to provide a vertical cavity semiconductor laser which has a single transverse mode and can achieve dynamically stable operation as compared with the prior art.

【0007】本発明の第2の目的は、従来の技術と比較
して素子容量が小さく、高速変調特性が得られ、さらに
従来の技術と比較して横モードが単一で動的に安定な動
作が得られる垂直共振器型半導体レーザを提供すること
である。
A second object of the present invention is to provide a small element capacitance and high-speed modulation characteristics as compared with the prior art, and a single transverse mode which is dynamically stable as compared with the conventional technique. An object of the present invention is to provide a vertical cavity semiconductor laser capable of obtaining an operation.

【0008】本発明の第3の目的は、従来の技術と比較
して横モードが単一で動的に安定な動作が得られる垂直
共振器型半導体レーザ素子の製造方法を提供することで
ある。
A third object of the present invention is to provide a method of manufacturing a vertical cavity type semiconductor laser device having a single transverse mode and a dynamically stable operation as compared with the prior art. .

【0009】本発明の第4の目的は、従来の技術と比較
して素子容量が小さく、高速変調特性が得られ、さらに
従来の技術と比較して横モードが単一で動的に安定な動
作が得られる垂直共振器型半導体レーザ製造方法を提供
することである。
A fourth object of the present invention is to provide a device having a small element capacity and a high-speed modulation characteristic as compared with the prior art, and a single transverse mode which is dynamically stable as compared with the conventional technology. An object of the present invention is to provide a vertical cavity type semiconductor laser manufacturing method capable of obtaining an operation.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明に基づく垂直共振
器型半導体レーザは、基板と、該基板上に設けられた複
数の層からなる下部DBR構造部と、該下部DBR構造
部上に設けられ、かつ活性層が埋め込まれた少なくとも
一つの層からなる半導体埋め込み構造部と、該活性層上
に設けられた複数の層からなる上部DBR構造部とを有
し、さらに、前記活性層と該活性層の上下に位置する層
とによって共振器領域が形成され、さらに該共振器領域
を構成する各々の層の実効屈折率は、前記上部および下
部DBR構造を構成する他の各々の層の実効屈折率およ
び前記半導体埋め込み層を構成する層の実効屈折率より
も高いことを特徴とする。
A vertical cavity semiconductor laser according to the present invention comprises a substrate, a lower DBR structure comprising a plurality of layers provided on the substrate, and a lower DBR structure provided on the lower DBR structure. And a semiconductor buried structure portion including at least one layer in which the active layer is buried, and an upper DBR structure portion including a plurality of layers provided on the active layer. A resonator region is formed by layers located above and below the active layer, and the effective refractive index of each layer forming the resonator region is determined by the effective refractive index of each of the other layers forming the upper and lower DBR structures. It is characterized in that the refractive index is higher than the effective refractive index of the layer constituting the semiconductor buried layer.

【0011】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部
は、半絶縁性層にn−p繰り返し積層構造またはp−n
繰り返し積層構造を積層させた構造からなる。
Preferably, the semiconductor buried structure has an np repeating laminated structure or a pn structure in the semi-insulating layer.
It has a structure in which a repeated laminated structure is laminated.

【0012】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部
は、半絶縁性n−p繰り返し積層構造または半絶縁性p
−n繰り返し積層構造からなる。
Preferably, the semiconductor buried structure portion is a semi-insulating n-p repeating laminated structure or a semi-insulating p-type structure.
-N It has a repeating laminated structure.

【0013】好ましくは、前記半導体埋め込み部は、半
絶縁層のみで形成される。
Preferably, the semiconductor buried portion is formed only of a semi-insulating layer.

【0014】好ましくは、前記半導体埋め込み部は一つ
の層からなり、かつ該層にはイオン注入がなされてい
る。
Preferably, the semiconductor buried portion is formed of one layer, and the layer is ion-implanted.

【0015】好ましくは、前記半導体埋め込み部は、前
記共振器領域よりも実効屈折率の低いAlGaAsで形
成されている。
Preferably, the semiconductor buried portion is formed of AlGaAs having an effective refractive index lower than that of the resonator region.

【0016】好ましくは、前記半導体埋め込み部は、前
記共振器領域よりも実効屈折率の低いInGaPで形成
されている。
Preferably, the semiconductor buried portion is formed of InGaP having an effective refractive index lower than that of the resonator region.

【0017】好ましくは、前記下部DBR構造部は、前
記共振器領域よりも実効屈折率の低いInGaPで形成
された層を一層以上有する。
Preferably, the lower DBR structure has at least one layer made of InGaP having an effective refractive index lower than that of the resonator region.

【0018】本発明に基づく垂直共振器型半導体レーザ
は、基板と、該基板上に設けられた複数の層からなる下
部DBR構造部と、該下部DBR構造部上に設けられ、
かつ活性層が埋め込まれた少なくとも一つの層からなる
半導体埋め込み構造部と、該活性層が埋め込まれた半導
体埋め込み構造部上に設けられた複数の層からなる上部
DBR構造部とを有し、さらに、前記活性層と該活性層
の上下に位置する層とによって共振器領域が形成され、
さらに該共振器領域を構成する各々の層の実効屈折率
は、前記上部および下部DBR構造を構成する他の各々
の層の実効屈折率および前記半導体埋め込み層を構成す
る層の実効屈折率よりも高いことを特徴とする。
A vertical cavity type semiconductor laser according to the present invention comprises a substrate, a lower DBR structure comprising a plurality of layers provided on the substrate, and a lower DBR structure provided on the lower DBR structure.
And a semiconductor buried structure portion comprising at least one layer in which the active layer is buried, and an upper DBR structure portion comprising a plurality of layers provided on the semiconductor buried structure portion in which the active layer is buried. A resonator region is formed by the active layer and layers located above and below the active layer,
Further, the effective refractive index of each layer constituting the resonator region is larger than the effective refractive index of each of the other layers constituting the upper and lower DBR structures and the effective refractive index of the layer constituting the semiconductor buried layer. It is characterized by being expensive.

【0019】好ましくは、前記半導体埋め込み部上の前
記上部DBR構造部の抵抗が、前記活性層上の前記上部
DBR構造部の抵抗より高い。
Preferably, the resistance of the upper DBR structure on the semiconductor buried portion is higher than the resistance of the upper DBR structure on the active layer.

【0020】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部
は、n−p繰り返し積層構造またはp−n繰り返し積層
構造からなる。
[0020] Preferably, the semiconductor buried structure portion has an np repeating laminated structure or a pn repeating laminated structure.

【0021】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部
は、半絶縁性層にn−p繰り返し積層構造またはp−n
繰り返し積層構造を積層させた構造からなる。
Preferably, the semiconductor buried structure has an np repeating laminated structure or a pn structure in the semi-insulating layer.
It has a structure in which a repeated laminated structure is laminated.

【0022】好ましくは、前記半導体埋め込み部は、半
絶縁層のみで形成される。
Preferably, the semiconductor buried portion is formed only of a semi-insulating layer.

【0023】好ましくは、前記半導体埋め込み部は一つ
の層からなり、かつ該層にはイオン注入がなされてい
る。
Preferably, the semiconductor buried portion is formed of one layer, and the layer is implanted with ions.

【0024】好ましくは、前記半導体埋め込み部は、前
記光共振器領域よりも実効屈折率の低いAlGaAsで
形成されている。
Preferably, the semiconductor buried portion is formed of AlGaAs having an effective refractive index lower than that of the optical resonator region.

【0025】好ましくは、前記半導体埋め込み部は、前
記光共振器領域よりも実効屈折率の低いInGaPで形
成されている。
Preferably, the semiconductor buried portion is formed of InGaP having an effective refractive index lower than that of the optical resonator region.

【0026】好ましくは、前記下部DBR構造部は、I
nGaPで形成された層を一層以上有する。
Preferably, the lower DBR structure part is
It has one or more layers formed of nGaP.

【0027】本発明に基づく垂直共振器型半導体レーザ
素子の製造方法は、基板と、該基板上に設けられた複数
の層からなる下部DBR構造部と、該下部DBR構造部
上に設けられ、かつ活性層が埋め込まれた少なくとも一
つの層からなる半導体埋め込み構造部と、該活性層が埋
め込まれた半導体埋め込み構造部上に設けられた複数の
層からなる上部DBR構造とを有する垂直共振器型半導
体レーザ素子の製造方法であって、基板に下部DBR構
造部から活性層または上部DBR構造部の一部まで成長
させる第1の成長工程と、前記活性層の下部までエッチ
ングによりメサ構造部を形成する工程と、半導体埋め込
み構造部を形成して前記活性層の埋め込みを行う第2の
成長工程と、前記半導体埋め込み構造部の上に上部DB
R構造部を再成長する第3の成長工程とを有し、さら
に、前記活性層と該活性層の上下に位置する層とによっ
て共振器領域を設け、該共振器領域を構成する各々の層
の実効屈折率が、前記上部および下部DBR構造を構成
する他の各々の層の実効屈折率および前記半導体埋め込
み構造部を構成する層の実効屈折率よりも高くするよう
に、混晶の組成を制御することを特徴とする。
A method of manufacturing a vertical cavity type semiconductor laser device according to the present invention includes a substrate, a lower DBR structure comprising a plurality of layers provided on the substrate, and a lower DBR structure provided on the lower DBR structure. And a vertical cavity type having a semiconductor buried structure portion including at least one layer in which the active layer is buried, and an upper DBR structure including a plurality of layers provided on the semiconductor buried structure portion in which the active layer is buried. A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising: a first growth step of growing a lower DBR structure part on an active layer or a part of an upper DBR structure part on a substrate; and forming a mesa structure part by etching to a lower part of the active layer. A second growth step of forming a semiconductor buried structure to bury the active layer, and forming an upper DB on the semiconductor buried structure.
A third growth step of re-growing the R structure, further comprising providing a resonator region by the active layer and layers located above and below the active layer, wherein each layer constituting the resonator region is provided. Is higher than the effective refractive index of each of the other layers constituting the upper and lower DBR structures and the effective refractive index of the layer constituting the semiconductor buried structure. It is characterized by controlling.

【0028】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部の
厚さが前記メサ構造部の高さよりも低い。
Preferably, a thickness of the semiconductor buried structure is lower than a height of the mesa structure.

【0029】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部
は、n−p繰り返し積層構造またはp−n繰り返し積層
構造からなる。
Preferably, the semiconductor buried structure portion has an np repeating laminated structure or a pn repeating laminated structure.

【0030】好ましくは、前記半導体埋め込み構造部
は、半絶縁性層にn−p繰り返し積層構造またはp−n
繰り返し積層構造を積層させた構造からなる。
Preferably, the semiconductor buried structure has an np repeating laminated structure or a pn structure in the semi-insulating layer.
It has a structure in which a repeated laminated structure is laminated.

【0031】好ましくは、前記半導体埋め込み部は、半
絶縁層のみで形成される。
Preferably, the semiconductor buried portion is formed only of a semi-insulating layer.

【0032】好ましくは、前記半導体埋め込み部は一つ
の層からなり、かつ該層にはイオン注入がなされてい
る。
[0032] Preferably, the semiconductor buried portion is formed of one layer, and the layer is implanted with ions.

【0033】好ましくは、前記半導体埋め込み部は、前
記光共振器領域よりも実効屈折率の低いAlGaAsで
形成されている。
Preferably, the semiconductor buried portion is formed of AlGaAs having an effective refractive index lower than that of the optical resonator region.

【0034】好ましくは、前記半導体埋め込み部は、前
記光共振器領域よりも実効屈折率の低いInGaPで形
成されている。
Preferably, the semiconductor buried portion is formed of InGaP having an effective refractive index lower than that of the optical resonator region.

【0035】好ましくは、前記下部DBR構造部は、I
nGaPで形成された層を一層以上有する。
Preferably, the lower DBR structure part is
It has one or more layers formed of nGaP.

【0036】好ましくは、前記第1の成長工程におい
て、下部DBR構造部は、最終層をInGaPからなる
層とする。
Preferably, in the first growth step, the lower layer of the lower DBR structure is made of InGaP.

【0037】さらに、本発明に基づく垂直共振器型半導
体レーザは、上記の製造方法によって製造されたことを
特徴とする。
Further, a vertical cavity semiconductor laser according to the present invention is manufactured by the above manufacturing method.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の一
実施例を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0039】<第1の実施形態>図2は本実施形態の結
晶成長面に垂直な方向の断面図である。この構造は、p
−GaAs基板1上に順にp−Aly Ga1-y As/A
z Ga1-z As(0<y<z)分布反射型(distribu
ted Bragg reflector,DBR)多層膜反射鏡2(斜線部
がAlz Ga1-z As、白い部分がAly Ga1-y
s)、p−InGaPエッチングストップ層3、p−A
y Ga1-y As/Alu Ga1-u As(0<y<u<
z)分布反射型(distributed Bragg reflector,DB
R)多層膜反射鏡4(斜線部がAlu Ga1-u As、白
い部分がAly Ga1-y As)、non−doped−
Alw Ga1-w As下部スペーサ層5、GaAs/Al
x Ga1-x As多重量子井戸活性層6、non−dop
ed−Alw Ga1-w As上部スペーサ層7、n−Al
y Ga1-y As/Alu Ga1-u As(0<y<u<
z)分布反射型(distributed Bragg reflector,DB
R)多層膜反射鏡8(斜線部がAlu Ga1-u As、白
い部分がAly Ga1-y As)、n−InGaP第1回
目成長最終層9、AlGaAsまたはInGaP半導体
埋め込み層(第2回目成長層)10、n−Aly Ga
1-y As/Alz Ga1-z As(0<y<z)DBR反
射鏡(第3回目成長層)11、下部電極12、絶縁膜1
3、上部電極14、素子分離用構造15より形成され
る。DBRの各層は、発振波長を各層の屈折率で割った
値の4分の1の膜厚に設定する。
<First Embodiment> FIG. 2 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the crystal growth surface of the present embodiment. This structure is p
Sequentially on the -GaAs substrate 1 p-Al y Ga 1- y As / A
l z Ga 1-z As (0 <y <z) distributed reflection type (distribute
ted Bragg reflector, DBR) multilayer mirror 2 (the hatched portion is Al z Ga 1-z As, the white portions Al y Ga 1-y A
s), p-InGaP etching stop layer 3, pA
l y Ga 1-y As / Al u Ga 1-u As (0 <y <u <
z) Distributed Bragg reflector, DB
R) multilayer mirror 4 (the hatched portion is Al u Ga 1-u As, the white portion is Al y Ga 1-y As) , non-doped-
Al w Ga 1 -w As lower spacer layer 5, GaAs / Al
x Ga 1 -x As multiple quantum well active layer 6, non-dop
ed-Al w Ga 1 -w As upper spacer layer 7, n-Al
y Ga 1-y As / Al u Ga 1-u As (0 <y <u <
z) Distributed Bragg reflector, DB
R) multilayer mirror 8 (the hatched portion is Al u Ga 1-u As, the white portion is Al y Ga 1-y As) , n-InGaP first round growth final layer 9, AlGaAs or InGaP semiconductor buried layer (second second growth layer) 10, n-Al y Ga
1-y As / Al z Ga 1-z As (0 <y <z) DBR reflector (third growth layer) 11, lower electrode 12, insulating film 1
3, an upper electrode 14, and an element isolation structure 15. Each layer of the DBR is set to have a film thickness of a quarter of a value obtained by dividing the oscillation wavelength by the refractive index of each layer.

【0040】図3A〜図3Fは成長の工程を示したもの
である。第1回目の成長はp−GaAs基板上であるた
めp−DBRより開始し、MQW活性層、n−DBR
(の一部)まで成長を行う(図3A)。n−DBRおよ
びp−DBRの活性層に近い数周期(後の工程でメサを
形成する深さに相当する厚み)の低屈折率層のAl組成
を他のDBR部のAl組成よりも低く設定し、電流狭窄
層を成長後、屈折率分布が光の共振器部分より電流狭窄
層が低くなる、いわゆる屈折率導波路を形成される。A
l組成の低いAlGaAs以外に、光の共振器部分の実
効屈折率が電流狭窄層よりも高くなるような屈折率を持
つInGa(As)Pを用いた場合にも同様の効果があ
る。上記の活性層近傍においてAl組成が低く設定され
るDBR構造の周期は、DBRへの浸透深さ以上である
と光の閉じ込め効果として十分である。p−DBRの低
屈折率層の一部にp−InGaPを用いるが、これはエ
ッチング・ストップ層として用いることを目的とする。
また最終層はn−InGaPとする。この目的は、再成
長時の表面がAlGaAsの場合、表面酸化層の影響が
大きく、Al組成が大きくなるほど再成長層として高品
質の層が得にくくなるため、表面酸化の影響の小さいA
lを含まない層を用いるためである。次に、フォトレジ
スト、SiO2 などの絶縁膜を用いてメサ構造を形成す
る(図3B)。形成方法としてはウエット・エッチン
グ、ドライ・エッチングいずれも有効である。エッチン
グ深さは、光学的モニターあるいはエッチング速度を考
慮に入れてp−InGaPエッチング・ストップ層の手
前で止める。その後、選択エッチャントを用いてp−I
nGaPの表面を露出させる(図3C)。メサ形成時の
マスクをそのまま結晶成長の選択マスクとして利用する
ことによって第2回目成長(電流狭窄層)を形成する
(図3Dの(1))。半導体埋め込み層である電流狭窄
層としては、順にp−n−p−n−・・・・のドーピン
グ型を持つAlGaAsあるいはInGaP層を用い
る。AlGaAsを電流狭窄層に用いる場合のAl組成
は、たとえば活性層近傍の上下DBR構造がAl0.15
0.35As/Al0.5 Ga0.5 Asにて構成されている
場合は0.33以上に設定する。InGaPの波長0.
85μmでの屈折率は3.34なので、上記Al組成以
下のDBR構造において屈折率導波路構造が形成され
る。または高抵抗の半絶縁性層を再成長第1層とする。
その場合はより一層電流狭窄の効果がある。メサ最上層
のマスクには多結晶が通常積層されるので、フォトレジ
ストをマスクとしてレーザ共振器部分の多結晶をエッチ
ングにて除去する(図3E)。除去方法は、ウエット・
エッチング、ドライ・エッチング、あるいはその両者の
組み合わせいずれも有効である。あるいは、メサ部分と
メサ以外の部分の段差は成長層厚が厚くなるに従って小
さくなる傾向を利用して、段差が1000A程度になる
まで再成長を行い(図3Dの(2))。その後ウエット
・エッチングまたはドライ・エッチングによってメサ上
のマスクが露出するまでマスク無しで一様にエッチング
を行う方法も有効である。メサ最上層のマスクに多結晶
の積層されない成長条件を用いれば、図3Eのエッチン
グ工程が省略できてプロセスの簡略化が実現できる。最
終段階として、メサ上部のマスクを除去後、第三回目成
長を行い(図3(F))、レーザ発振条件を満足する反
射率を得られるだけの周期分、n−DBRを成長する。
FIGS. 3A to 3F show the growth process. Since the first growth is on the p-GaAs substrate, it starts from the p-DBR, and starts with the MQW active layer and the n-DBR.
(Part of) (FIG. 3A). The Al composition of the low-refractive index layer having several periods close to the active layers of the n-DBR and p-DBR (thickness corresponding to the depth at which a mesa is formed in a later step) is set lower than the Al composition of the other DBR portions. After growing the current confinement layer, a so-called refractive index waveguide is formed in which the current confinement layer has a refractive index distribution lower than that of the light resonator. A
Similar effects can be obtained by using InGa (As) P having a refractive index such that the effective refractive index of the optical resonator portion is higher than that of the current confinement layer, in addition to AlGaAs having a low l composition. The period of the DBR structure in which the Al composition is set low near the active layer is sufficient as a light confinement effect when the period is equal to or greater than the penetration depth into the DBR. Although p-InGaP is used for a part of the low refractive index layer of the p-DBR, it is intended to be used as an etching stop layer.
The final layer is n-InGaP. The purpose of this is that when the surface at the time of regrowth is AlGaAs, the influence of the surface oxide layer is large, and the higher the Al composition, the more difficult it is to obtain a high-quality layer as the regrown layer.
This is because a layer containing no l is used. Next, a mesa structure is formed using an insulating film such as a photoresist or SiO 2 (FIG. 3B). As a forming method, both wet etching and dry etching are effective. The etch depth is stopped short of the p-InGaP etch stop layer, taking into account optical monitoring or the etch rate. Then, using a selective etchant, p-I
The surface of the nGaP is exposed (FIG. 3C). The second growth (current constriction layer) is formed by using the mask at the time of forming the mesa as it is as a selection mask for crystal growth ((1) in FIG. 3D). As the current confinement layer which is a semiconductor buried layer, an AlGaAs or InGaP layer having a doping type of pnpn-... When AlGaAs is used for the current confinement layer, the upper and lower DBR structures near the active layer have an Al composition of, for example, Al 0.15 G
a In the case of 0.35 As / Al 0.5 Ga 0.5 As, it is set to 0.33 or more. InGaP wavelength 0.
Since the refractive index at 85 μm is 3.34, a refractive index waveguide structure is formed in the DBR structure having the Al composition or less. Alternatively, a high-resistance semi-insulating layer is used as the regrown first layer.
In that case, the effect of current constriction is further enhanced. Since polycrystal is usually laminated on the mask of the uppermost layer of the mesa, the polycrystal in the laser resonator portion is removed by etching using a photoresist as a mask (FIG. 3E). The removal method is wet
Either etching, dry etching, or a combination of both is effective. Alternatively, by utilizing the tendency that the step between the mesa portion and the portion other than the mesa becomes smaller as the thickness of the grown layer becomes larger, regrowth is performed until the step becomes about 1000 A ((2) in FIG. 3D). Thereafter, it is also effective to perform uniform etching without using a mask until the mask on the mesa is exposed by wet etching or dry etching. If a growth condition in which no polycrystal is stacked is used for the mask of the top layer of the mesa, the etching step of FIG. 3E can be omitted and the process can be simplified. As a final stage, after removing the mask on the mesa, a third growth is performed (FIG. 3F), and an n-DBR is grown for a period sufficient to obtain a reflectance satisfying the laser oscillation condition.

【0041】図4は本実施形態の他の例の結晶成長面に
垂直方向の断面図を示したものである。構造としては図
2と大差がないが、半導体埋込層16が単層で形成され
ていることを特徴とする。構成としてはAlGaAsま
たはInGaPであり、ノンドープあるいは高抵抗特性
を改善する目的でCrなどの金属をドーピングする。ま
たO+ イオンをドーピングすることにより、より効果的
となる。
FIG. 4 is a cross-sectional view of another example of the present embodiment in a direction perpendicular to the crystal growth surface. Although the structure is not much different from FIG. 2, the semiconductor buried layer 16 is characterized by being formed as a single layer. The structure is AlGaAs or InGaP, which is non-doped or doped with a metal such as Cr for the purpose of improving high resistance characteristics. Further, by doping with O + ions, it becomes more effective.

【0042】図2および図4に示した垂直共振器型半導
体レーザの素子特性を説明したのが図5Aおよび図5B
である。5Aは電流対光出力特性ならびに電流対電圧特
性である。実線で示す通り、破線の従来構造と比較して
実線で示された本願発明による新構造においては電極層
の面積が大きくなるために直列抵抗の低減が実現され
る。またアンチ・ガイド型導波路のように高次モードに
対して損失を生じる構造ではなく、本質的に単一モード
のみが励振される構造であるため、活性層から発光成分
が発振モードに対して効率良く結合し、効率の向上が実
現される。さらに、活性層界面の非発光再結合が抑制さ
れるために閾値の低減とさらなる効率の上昇が実現され
る。
FIGS. 5A and 5B explain the device characteristics of the vertical cavity semiconductor laser shown in FIGS. 2 and 4. FIG.
It is. 5A is a current-light output characteristic and a current-voltage characteristic. As shown by the solid line, in the new structure according to the present invention shown by the solid line as compared with the conventional structure shown by the broken line, the area of the electrode layer is increased, thereby reducing the series resistance. In addition, since it is not a structure that causes a loss in a higher-order mode like an anti-guide type waveguide, it is a structure in which only a single mode is essentially excited. Coupling is efficiently performed, and improvement in efficiency is realized. Further, since the non-radiative recombination at the interface of the active layer is suppressed, the threshold value is reduced and the efficiency is further increased.

【0043】図5Bの発光遠視野像(Far Field Patter
n, FFP)を異なる電流駆動値に対して示したもので
ある。発振直後は従来構造(1)も本発明(i)も単峰
性を示し、基本横モード動作であるが、電流値が増大す
るにともなって従来構造では双方性の高次横モードが支
配的になるのに対して(2),(3)、本発明において
は単峰性が維持される。
The far-field pattern (Far Field Patter) shown in FIG.
n, FFP) for different current drive values. Immediately after oscillation, both the conventional structure (1) and the present invention (i) show unimodal characteristics and operate in the basic transverse mode. However, as the current value increases, the bilateral higher-order transverse mode is dominant in the conventional structure. (2) and (3), however, in the present invention, the monomodality is maintained.

【0044】以上はp−GaAs基板上の構造について
述べたものであるが、n−GaAs基板上の構造の場合
にも同様の効果がある。InGaPエッチ・ストップ層
を用いた構造について述べたものだが、他のDBR部と
異なるAl組成のAlGaAs層を用いた構造において
も同様の効果を得ることが可能である。第1回目成長の
最終層をInGaPとした場合について述べているが、
Al組成を低く押さえたAlGaAs層の場合にも同様
の効果がある。AlGaAs/GaAs系について述べ
たものだが、InGaAs/GaAs系においても同様
の効果を得ることが可能である。
Although the above description has been given of the structure on the p-GaAs substrate, the same effect can be obtained in the case of the structure on the n-GaAs substrate. Although the structure using the InGaP etch stop layer has been described, the same effect can be obtained in a structure using an AlGaAs layer having an Al composition different from other DBR portions. The case where the final layer of the first growth is InGaP is described,
The same effect is obtained in the case of an AlGaAs layer in which the Al composition is kept low. Although the description has been given of the AlGaAs / GaAs system, the same effect can be obtained in the InGaAs / GaAs system.

【0045】以上説明した通り、本実施形態例では、垂
直共振器型半導体レーザ素子の製造方法および垂直共振
器型半導体レーザにおいて、活性層上部のDBR(の一
部)まで1回目に成長し、メサ構造を形成した後、屈折
率導波型の共振器を形成するようにInGaPあるいは
組成制御されたAlGaAs電流狭窄層すなわち半導体
埋込層を2回目の成長にて形成し、3回目の成長にて必
要とされる残りのDBR構造を形成することによって、
横モードが静的のみならず動的にも基本モードにおいて
安定に動作し、なおかつ低閾値電流と低い直列抵抗、高
い発光効率の得られる垂直共振器型半導体レーザを形成
できる効果がある。
As described above, in the present embodiment, in the vertical cavity semiconductor laser manufacturing method and the vertical cavity semiconductor laser, the first growth is performed up to (part of) the DBR above the active layer. After the mesa structure is formed, an InGaP or AlGaAs current confinement layer whose composition is controlled, that is, a semiconductor buried layer, is formed in a second growth so as to form a refractive index waveguide type resonator, and is formed in a third growth. By forming the rest of the required DBR structure,
There is an effect that a vertical cavity semiconductor laser can be formed in which the lateral mode operates stably in the basic mode not only statically but also dynamically, and which can obtain a low threshold current, a low series resistance, and a high luminous efficiency.

【0046】<第2の実施形態>図6は本実施例の結晶
成長面に垂直方向の断面図である。この構造は、p−G
aAs基板1上に順にp−Aly Ga1-y As/Alz
Ga1-z As(0<y<z)分布反射型(distributed
Bragg reflector,DBR)多層膜反射鏡2(斜線部がA
z Ga1-z As、白い部分がAly Ga1-y As)、
p−InGaPエッチングストップ層3、p−Aly
1-y As/Alu Ga1-u As(0<y<u<z)分
布反射型(distributed Bragg reflector,DBR)多層
膜反射鏡4(斜線部がAlz Ga1-z As、白い部分が
Aly Ga1-y As)、non−doped−Alw
1-w As下部スペーサ層5、GaAs/AlX Ga
1-X As多重量子井戸活性層6、non−doped−
Alw Ga1-w As上部スペーサ層7、n−Aly Ga
1-y As/Alu Ga1-u As(0<y<u<z)分布
反射型(distributed Bragg reflector,DBR)多層膜
反射鏡8(斜線部がAlz Ga1-z As、白い部分がA
y Ga1-y As)、n−Aly Ga1-y As/Alz
Ga1-z As(0<y<z)DBR反射鏡9、AlGa
AsまたはInGaP半導体埋め込み層10、下部電極
12、絶縁膜13、上部電極14、素子分離用構造15
より形成される。以上の構造のうち、光の電界成分がほ
ぼ閉じ込められる範囲として、参照符号4〜8に示す●
の共振器部分を形成する。DBRの各層は、発振波長を
各層の屈折率で割った値の4分の1の膜厚に設定する。
<Second Embodiment> FIG. 6 is a sectional view of the present embodiment in a direction perpendicular to the crystal growth surface. This structure is pG
sequentially on the aAs substrate 1 p-Al y Ga 1- y As / Al z
Ga 1-z As (0 <y <z) distributed reflection type (distributed
Bragg reflector, DBR) Multilayer reflector 2 (shaded area is A
l z Ga 1-z As, the white portion is Al y Ga 1-y As) ,
p-InGaP etch stop layer 3, p-Al y G
a 1-y As / Al u Ga 1-u As (0 <y <u <z) distributed Bragg reflector (DBR) multilayer film reflector 4 (the shaded portion is Al z Ga 1-z As, white parts Al y Ga 1-y As) , non-doped-Al w G
a 1 -w As lower spacer layer 5, GaAs / Al X Ga
1-X As multiple quantum well active layer 6, non-doped-
Al w Ga 1-w As upper spacer layer 7, n-Al y Ga
1-y As / Al u Ga 1-u As (0 <y <u <z) distributed Bragg reflector (DBR) multilayer reflector 8 (shaded area is Al z Ga 1-z As, white part Is A
l y Ga 1-y As) , n-Al y Ga 1-y As / Al z
Ga 1 -z As (0 <y <z) DBR reflector 9, AlGa
As or InGaP semiconductor buried layer 10, lower electrode 12, insulating film 13, upper electrode 14, device isolation structure 15
Formed. Among the above-mentioned structures, reference numerals 4 to 8 indicate the ranges in which electric field components of light are almost confined.
Is formed. Each layer of the DBR is set to have a film thickness of a quarter of a value obtained by dividing the oscillation wavelength by the refractive index of each layer.

【0047】以下に成長の工程を述べる。第1回目の成
長はp−GaAs基板上であるためp−DBRより開始
し、MQW活性層、n−DBRまで成長を行う(図5
(A))。n−DBR及びp−DBRの活性層に近い数
周期(後の工程でメサを形成する深さに相当する厚み)
の低屈折率層のAl組成を他のDBR部のAl組成より
も低く設定し、電流狭窄埋込層を成長後、屈折率分布が
光の共振器部分より電流狭窄層が低くなる、いわゆる屈
折率導波路を形成させる。Al組成の低いAlGaAs
以外に、光の共振器部分の実効屈折率を電流狭窄層より
も高くなるような屈折率を持つInGa(As)Pを用
いた場合にも同様の効果がある。上記の活性層近傍にお
いてAl組成が低く設定されるDBR構造の周期は、D
BRへの浸透深さ以上であると光の閉じ込め効果として
十分である。pーDBRの低屈折率層の一部にp−In
GaPを用いるが、これはエッチング・ストップ層とし
て用いることを目的とする。また、再成長時の表面がA
lGaAsの場合、表面酸化層の影響が大きく、Al組
成が大きくなるほど再成長層として高品質の層が得にく
くなるため、表面酸化の影響の小さいAlを含まない層
を用いる目的も兼ねる。もちろん、Al組成が0.1か
ら0.2程度と低く、表面の酸化が結晶の再成長に大き
な影響を及ぼさない場合は、プロセス工程において適切
にエッチャントを選ぶことによりAlGaAs層を用い
ても同様の効果が期待できる。次に、フォトレジスト、
SiO2 などの絶縁膜を用いてメサ構造を形成する。形
成方法としてはウエット・エッチング、ドライ・エッチ
ングいずれも有効である。エッチング深さは、光学的モ
ニターあるいはエッチング速度を考慮に入れてp−In
GaPエッチング・ストップ層の手前で止める。その
後、選択エッチャントを用いてp−InGaPの表面を
露出させる。メサ形成時のマスクをそのまま結晶成長の
選択マスクとして利用することによって第2回目の成長
層(電流狭窄埋込層)を形成する。電流狭窄層として
は、順にp−n−p−n・・・のドービング型を持つA
lGaAs、あるいはInGaP層を用いる。AlGa
Asを電流狭窄層に用いる場合のAl組成は、たとえば
活性層近傍の上下DBR構造がAl0.15Ga0.85As/
Al0.5 Ga0.5 Asにて構成されている場合は0.3
3以上に設定する。InGaPの波長0.85μmでの
屈折率は3.34なので、上記Al組成以下のDBR構
造において屈折率導波路構造が形成される。または高抵
抗の半絶縁性層を再成長第1層とする。その場合はより
一層電流狭窄の効果がある。最終段階として、メサ上部
のマスクを除去後、絶縁膜形成、電流を流すための窓開
け、電極形成し、素子を完成する。
The growth process will be described below. Since the first growth is on the p-GaAs substrate, it starts from the p-DBR and grows to the MQW active layer and the n-DBR (FIG. 5).
(A)). Several cycles close to the active layer of n-DBR and p-DBR (thickness corresponding to the depth at which a mesa is formed in a later step)
The Al composition of the low refractive index layer is set lower than the Al composition of the other DBR portions, and after growing the current confinement buried layer, the refractive index distribution is lower in the current confinement layer than in the optical resonator portion. An index waveguide is formed. AlGaAs with low Al composition
In addition, the same effect is obtained when using InGa (As) P having a refractive index such that the effective refractive index of the light resonator portion is higher than that of the current confinement layer. The period of the DBR structure in which the Al composition is set low near the active layer is D
When the penetration depth is equal to or more than the penetration depth into the BR, the effect of confining light is sufficient. p-In is added to a part of the low refractive index layer of p-DBR.
GaP is used, which is intended to be used as an etching stop layer. In addition, the surface during regrowth has A
In the case of lGaAs, the influence of the surface oxide layer is large, and the higher the Al composition, the more difficult it is to obtain a high-quality layer as a regrown layer. Of course, when the Al composition is as low as about 0.1 to 0.2 and the oxidation of the surface does not greatly affect the regrowth of the crystal, the same applies to the case where the AlGaAs layer is used by appropriately selecting an etchant in the process step. The effect can be expected. Next, photoresist,
A mesa structure is formed using an insulating film such as SiO 2 . As a forming method, both wet etching and dry etching are effective. The etching depth is p-In considering the optical monitor or the etching rate.
Stop just before the GaP etching stop layer. Then, the surface of p-InGaP is exposed using a selective etchant. A second growth layer (current confinement buried layer) is formed by using the mask for forming the mesa as it is as a selection mask for crystal growth. As the current confinement layer, A having a doping type of pnpn-...
An lGaAs or InGaP layer is used. AlGa
When As is used for the current confinement layer, the upper and lower DBR structures near the active layer have an Al composition of Al 0.15 Ga 0.85 As /
When configured in Al 0.5 Ga 0.5 As 0.3
Set to 3 or more. Since the refractive index of InGaP at a wavelength of 0.85 μm is 3.34, a refractive index waveguide structure is formed in a DBR structure having the above Al composition or less. Alternatively, a high-resistance semi-insulating layer is used as the regrown first layer. In that case, the effect of current constriction is further enhanced. As a final step, after removing the mask above the mesa, an insulating film is formed, a window for flowing current is formed, electrodes are formed, and the element is completed.

【0048】図6に示した垂直共振器型半導体レーザの
素子特性を説明したのが図7Aおよび図7Bである。図
7Aは電流対光出力特性ならびに電流対電圧特性であ
る。素子抵抗に関しては、従来構造、本構造ともにほと
んど差がない。閾値電流に関しては、DBRの反射率も
従来構造と同じになるよう設計できるが、本構造ではア
ンチ・ガイド型導波路のように高次モードに対して損失
を生じる構造ではなく、本質的に単一モードのみが励振
される構造であるため、閾値電流の低減が実現され、ま
た活性層からの発光成分が発振モードに対して効率良く
結合し、効率の向上が実現される。図7Bは発光遠視野
像(Far Field Pattern FFP)を異なる電流駆動値に
対して示したものである。発振直後は従来構造(1)も
本発明(i)も単峰性を示し、基本横モード動作である
が、電流値が増大するにともなって従来構造では双方性
の高次横モードが支配的になるのに対して(2),
(3)、本発明においては単峰性が維持される。
FIGS. 7A and 7B illustrate the device characteristics of the vertical cavity semiconductor laser shown in FIG. FIG. 7A shows the current vs. light output characteristics and the current vs. voltage characteristics. Regarding the element resistance, there is almost no difference between the conventional structure and the present structure. With respect to the threshold current, the reflectivity of the DBR can be designed to be the same as that of the conventional structure. However, this structure is not a structure that causes a loss in a higher-order mode like an anti-guide type waveguide, but is essentially a single structure. Since only one mode is excited, the threshold current is reduced, and the light emitting component from the active layer is efficiently coupled to the oscillation mode, thereby improving the efficiency. FIG. 7B shows the far field pattern FFP for different current drive values. Immediately after oscillation, both the conventional structure (1) and the present invention (i) show unimodal characteristics and operate in the basic transverse mode. However, as the current value increases, the bilateral higher-order transverse mode is dominant in the conventional structure. (2),
(3) In the present invention, unimodality is maintained.

【0049】以上はp−GaAs基板上の構造について
述べたものであるが、n−GaAs基板上の構造の場合
にも同様の効果がある。InGaPエッチ・ストップ層
を用いた構造について述べたものだが、他のDBR部と
異なるAl組成のAlGaAs層を用いた構造において
も同様の効果を得ることが可能である。第1回目成長の
最終層をInGaPとした場合について述べているが、
Al組成を低く押さえたAlGaAs層の場合にも同様
の効果がある。AlGaAs/GaAs系について述べ
たものだが、InGaAs/GaAs系においても同様
の効果を得ることが可能である。
Although the above description has been given of the structure on the p-GaAs substrate, the same effect can be obtained in the case of the structure on the n-GaAs substrate. Although the structure using the InGaP etch stop layer has been described, the same effect can be obtained in a structure using an AlGaAs layer having an Al composition different from other DBR portions. The case where the final layer of the first growth is InGaP is described,
The same effect is obtained in the case of an AlGaAs layer in which the Al composition is kept low. Although the description has been given of the AlGaAs / GaAs system, the same effect can be obtained in the InGaAs / GaAs system.

【0050】以上説明した通り、本実施形態では、半導
体埋込構造を有する垂直共振器型半導体レーザにおい
て、光の共振器部分よりも埋め込み層の実効屈折率が低
くなるように設定することにより、横モードが静的のみ
ならず動的にも基本モードにおいて安定に動作し、なお
かつ低閾値電流と、高い発光効率の得られる垂直共振器
型半導体レーザを形成する効果がある。
As described above, in the present embodiment, in the vertical cavity type semiconductor laser having the buried semiconductor structure, the effective refractive index of the buried layer is set to be lower than that of the cavity portion of light. The transverse mode operates stably in the basic mode not only statically but also dynamically, and has an effect of forming a vertical cavity semiconductor laser having a low threshold current and high luminous efficiency.

【0051】<第3の実施形態>図8は本実施例の結晶
成長面に垂直方向の断面図である。この構造は、p−G
aAs基板1上に順にp−Aly Ga1-y As/Alz
Ga1-z As(0<y<z)分布反射型(distributed
Bragg reflector,DBR)多層膜反射鏡2(斜線部がA
z Ga1-z As、白い部分がAly Ga1-y As)、
p−InGaPエッチングストップ層3、p−Aly
1-y As/Alz Ga1-z As(0<y<z)分布反
射型(distributed Bragg reflector,DBR)多層膜反
射鏡2(斜線部がAlz Ga1-z As、白い部分がAl
y Ga1-y As)、non−doped−Alw Ga
1-w As下部スペーサ層5、GaAs/AlX Ga1-X
As多重量子井戸活性層6、non−doped−Al
y Ga1-y As上部スペーサ層7、n−Aly Ga1-y
As/Alu Ga1-u As(0<y<z)分布反射型
(distributed Bragg reflector,DBR)多層膜反射鏡
8、n−InGaP第1回目成長最終層9、AlGaA
sまたはInGaP半導体埋め込み層(第2回目成長
層)10、n−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z
s(0<y<z)DBR反射鏡(第3回目成長層)1
1、下部電極12、絶縁膜13、上部電極14、素子分
離用構造15より形成される。DBRの各層は、発振波
長の各層の屈折率で割った値の4分の1の膜厚に設定す
る。
<Third Embodiment> FIG. 8 is a sectional view of the present embodiment in a direction perpendicular to the crystal growth surface. This structure is pG
sequentially on the aAs substrate 1 p-Al y Ga 1- y As / Al z
Ga 1-z As (0 <y <z) distributed reflection type (distributed
Bragg reflector, DBR) Multilayer reflector 2 (shaded area is A
l z Ga 1-z As, the white portion is Al y Ga 1-y As) ,
p-InGaP etch stop layer 3, p-Al y G
a 1-y As / Al z Ga 1-z As (0 <y <z) distributed Bragg reflector (DBR) multilayer film reflector 2 (the shaded portion is Al z Ga 1-z As, and the white portion is Al
y Ga 1-y As), non-doped-Al w Ga
1-w As lower spacer layer 5, GaAs / Al x Ga 1-x
As multiple quantum well active layer 6, non-doped-Al
y Ga 1-y As upper spacer layer 7, n-Al y Ga 1 -y
As / Al u Ga 1-u As (0 <y <z) distributed Bragg reflector (DBR) multilayer reflector 8, n-InGaP first growth final layer 9, AlGaAs
s or InGaP semiconductor buried layer (second round growth layer) 10, n-Al y Ga 1-y As / Al z Ga 1-z A
s (0 <y <z) DBR reflector (third growth layer) 1
1, a lower electrode 12, an insulating film 13, an upper electrode 14, and an element isolation structure 15. Each layer of the DBR is set to have a film thickness of 分 の of the value obtained by dividing the oscillation wavelength by the refractive index of each layer.

【0052】ここで構造作製プロセスについて述べる。
図8の構造を作製する際は、大きく分けて3段階の成長
に分けられる。第1回目の成長はp−GaAs基板上に
p−DBRより開始し、MQW活性層、n−DBR(の
一部)まで成長を行う(図8の構造2から9までに相
当)。n−DBRおよびp−DBRの活性層に近い数周
期(後の工程でメサを形成する深さに相当する厚み)の
低屈折率層のAl組成を他のDBR部のAl組成よりも
低く設定し、電流狭窄層を成長後、屈折率分布が光の共
振器部分より電流狭窄層が低くなる、いわゆる屈折率導
波路を形成される。p−DBRの低屈折率層の一部にp
−InGaPを用いるが、これはエッチング・ストップ
層として用いることを目的とする。また最終層はn−I
nGaPとする。この目的は、再成長時の表面がAlG
aAsの場合、表面酸化層の影響が大きく、Al組成が
大きくなるほど再成長層として高品質の層が得にくくな
るため、表面酸化の影響の小さいAlを含まない層を用
いるためである。もちろん、Al組成が0.1から0.
2程度と低く、表面の酸化が結晶の再成長に大きな影響
を及ぼさない場合は、プロセス工程において適切なエッ
チャントを選ぶことによりAlGaAs層を用いても同
様の効果が期待できる。次に、フォトレジスト、SiO
2 などの絶縁膜を用いてメサ構造を形成する。形成方法
としてはウエット・エッチング、ドライ・エッチングい
ずれも有効である。エッチング深さは、光学的モニター
あるいはエッチング速度を考慮に入れてp−InGaP
エッチング・ストップ層の手前で止める。その後、選択
エッチャントを用いてp−InGaPの表面を露出させ
る。メサ形成時のマスクをそのまま結晶成長の選択マス
クとして利用することによって第2回目成長(電流狭窄
層、構造10に相当)を形成する。
Here, the structure manufacturing process will be described.
When the structure of FIG. 8 is manufactured, it can be roughly divided into three stages of growth. The first growth starts from the p-DBR on the p-GaAs substrate and grows to (part of) the MQW active layer and the n-DBR (corresponding to structures 2 to 9 in FIG. 8). The Al composition of the low-refractive index layer having several periods close to the active layers of the n-DBR and p-DBR (thickness corresponding to the depth at which a mesa is formed in a later step) is set lower than the Al composition of the other DBR portions. After growing the current confinement layer, a so-called refractive index waveguide is formed in which the current confinement layer has a refractive index distribution lower than that of the light resonator. Part of the low refractive index layer of p-DBR has p
-InGaP is used, which is intended to be used as an etching stop layer. The last layer is nI
nGaP. The purpose is to make the surface during regrowth AlG
This is because in the case of aAs, the influence of the surface oxide layer is large, and the higher the Al composition, the more difficult it is to obtain a high-quality layer as a regrown layer. Of course, the Al composition is 0.1 to 0.1.
When it is as low as about 2 and the oxidation of the surface does not greatly affect the regrowth of the crystal, a similar effect can be expected even if an AlGaAs layer is used by selecting an appropriate etchant in the process step. Next, photoresist, SiO
A mesa structure is formed using an insulating film such as 2 . As a forming method, both wet etching and dry etching are effective. The etching depth is p-InGaP considering optical monitoring or etching rate.
Stop short of the etch stop layer. Then, the surface of p-InGaP is exposed using a selective etchant. The second growth (current confinement layer, corresponding to the structure 10) is formed by using the mask for forming the mesa as it is as a selection mask for crystal growth.

【0053】この時、平坦部での成長厚さをメサ高さよ
りも意図的に低く設定する。すると、メサは電流狭窄層
に対して凸になる。この形状の上に結晶を再成長する
と、メサの外側(あるいは面内で低い方向)に成長速度
の速い遷移領域16が現れる。成長時のドーパント流量
は一定なので、成長速度が速くなる領域では他の領域と
比較してドーピング濃度が低くなり、電流狭窄層の膜厚
設定により2分の1ないし3分の1に低減される。半導
体DBRの膜厚方向の抵抗はドーピング濃度に対して敏
感であり、前述のドーピング濃度の変化により抵抗とし
ては1桁以上の差を得ることができる。上下電極に順方
向に電圧を印加した場合、この抵抗の高い遷移領域より
内側に有効に電界が集中することになる。従って電極の
外側の部分の素子内容への寄与分が低減される。なおか
つ、電極面積はメサ径よりも大きいため、素子抵抗を大
きく増加させることがない。総合的にCR自定数を従来
構造と比較して低減することになり、高速変調特性を改
善する作用がある。
At this time, the growth thickness at the flat portion is intentionally set lower than the mesa height. Then, the mesa becomes convex with respect to the current confinement layer. When the crystal is re-grown on this shape, a transition region 16 having a high growth rate appears outside the mesa (or in the in-plane low direction). Since the dopant flow rate during growth is constant, the doping concentration is lower in the region where the growth rate is higher than in other regions, and is reduced to one half or one third by setting the thickness of the current confinement layer. . The resistance in the thickness direction of the semiconductor DBR is sensitive to the doping concentration, and a difference of one or more digits can be obtained as the resistance due to the above-mentioned change in the doping concentration. When a voltage is applied to the upper and lower electrodes in the forward direction, the electric field is effectively concentrated inside the transition region where the resistance is high. Therefore, the contribution of the portion outside the electrode to the element content is reduced. In addition, since the electrode area is larger than the mesa diameter, the element resistance does not greatly increase. Overall, the CR self-constant is reduced as compared with the conventional structure, which has the effect of improving high-speed modulation characteristics.

【0054】電流狭窄層としては、順にp−n−p−n
・・・のドービング型を持つAlGaAs、あるいはI
nGaP層を用いる。または高抵抗の半絶縁性層を再成
長第1層とする。その場合はより一層電流狭窄の効果が
ある。メサ最上層のマスクには多結晶が通常積層される
ので、フォトレジストをマスクとしてレーザ共振器部分
の多結晶をエッチングにて除去する(図3E)。除去方
法は、ウエット・エッチング、ドライ・エッチング、あ
るいはその両者の組み合わせいずれも有効である。ま
た、メサ最上層のマスクに多結晶の積層されない成長条
件を用いれば、図3Eのエッチング工程が省略できてプ
ロセスの簡略化が実現できる。最終段階として、メサ上
部のマスクを除去後、第3回目成長をおこない(構造1
1に相当)、レーザ発振条件を満足する反射率を得られ
るだけの周期分、n−DBRを成長する。
The current confinement layer is formed by pnpn
.. Having a doving type of AlGaAs or I
An nGaP layer is used. Alternatively, a high-resistance semi-insulating layer is used as the regrown first layer. In that case, the effect of current constriction is further enhanced. Since polycrystal is usually laminated on the mask of the uppermost layer of the mesa, the polycrystal in the laser resonator portion is removed by etching using a photoresist as a mask (FIG. 3E). As a removing method, wet etching, dry etching, or a combination of both is effective. Further, if a growth condition in which polycrystal is not stacked is used for the mask of the uppermost layer of the mesa, the etching step of FIG. 3E can be omitted and the process can be simplified. As a final step, a third growth is performed after removing the mask above the mesa (structure 1).
1), and the n-DBR is grown for a period sufficient to obtain a reflectance satisfying the laser oscillation condition.

【0055】図8に示した垂直共振器型半導体レーザの
素子特性を説明したのが図9Aおよび図9Bである。図
中、実線が本実施形態の場合で、破線が実施形態1また
は図10に示すような従来構造(参考文献:K.L.Lear,
et al. Electronics Letters, vol.32, No.5, pp.457-5
8, 1996)の場合である。図9Aは素子容量対電圧特性で
ある。新構造により素子容量の低減が実現された様子を
示している。
FIGS. 9A and 9B illustrate the device characteristics of the vertical cavity semiconductor laser shown in FIG. In the figure, the solid line is the case of the present embodiment, and the broken line is the conventional structure as shown in the first embodiment or FIG. 10 (reference: KLLear,
et al. Electronics Letters, vol.32, No.5, pp.457-5
8, 1996). FIG. 9A shows the element capacitance versus voltage characteristics. This shows how the element capacitance has been reduced by the new structure.

【0056】図9Bは変調特性を示したものである。図
9Aで示した素子容量の低減の効果により、変調特性が
改善された素子を示している。
FIG. 9B shows the modulation characteristics. FIG. 9A shows an element having improved modulation characteristics due to the effect of reducing the element capacitance shown in FIG. 9A.

【0057】本実施形態では、屈折率導波路構造とした
が、屈折率導波路構造をとらない場合でも、素子容量の
低減に関しては、同様の効果がある。
In this embodiment, the refractive index waveguide structure is used. However, even when the refractive index waveguide structure is not used, the same effect can be obtained with respect to the reduction of the device capacitance.

【0058】以上はp−GaAs基板上の構造について
述べたものであるが、n−GaAs基板上の構造の場合
にも同様の効果がある。AlGaAs/GaAs系につ
いて述べたものだが、InGaAs/GaAs系におい
ても同様の効果を得ることが可能である。
Although the above description has been given of the structure on the p-GaAs substrate, the same effect can be obtained in the case of the structure on the n-GaAs substrate. Although the description has been given of the AlGaAs / GaAs system, the same effect can be obtained in the InGaAs / GaAs system.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上説明した通り、本実施形態では、垂
直共振器型半導体レーザにおいて、活性層上部のDBR
(の一部)まで1回目に成長し、メサ構造を形成した
後、2回目の成長にて形成する電流狭窄層の厚みをメサ
高さよりも低く設定して抵抗の高い遷移領域をメサの外
側に形成し、3回目の成長にて必要とされる残りのDB
R構造を形成することによって、素子抵抗を大きく劣化
させることなく素子容量を低減し、高速変調の改善が得
られる垂直共振器型半導体レーザを形成する効果があ
る。
As described above, in the present embodiment, in the vertical cavity type semiconductor laser, the DBR above the active layer is used.
(A part of), the mesa structure is formed, and then the thickness of the current constriction layer formed in the second growth is set lower than the mesa height to make the transition region having a high resistance outside the mesa. And the remaining DB needed for the third growth
Forming the R structure has the effect of reducing the element capacitance without significantly deteriorating the element resistance, and forming a vertical cavity semiconductor laser capable of improving high-speed modulation.

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

【図1】従来の垂直共振器型半導体レーザの断面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional vertical cavity semiconductor laser.

【図2】本発明の第1の実施形態にもとづく垂直共振器
型半導体レーザ素子の結晶成長面に垂直な方向の断面図
である。
FIG. 2 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to a crystal growth surface of the vertical cavity semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】AないしFは、図2に示す垂直共振器型半導体
レーザ素子の製造方法の各工程を説明するための断面図
である。
3A to 3F are cross-sectional views illustrating each step of a method for manufacturing the vertical cavity semiconductor laser device shown in FIG. 2;

【図4】本発明の第1の実施形態にもとづく垂直共振器
型半導体レーザ素子の結晶成長面に垂直な方向の断面図
である。
FIG. 4 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to a crystal growth surface of the vertical cavity semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】AおよびBは、本発明の第1の実施形態にもと
づく垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方法によって
製造される垂直共振器型半導体レーザの特性を説明する
ためのグラフで、Aは本発明の垂直共振器型半導体レー
ザの電流対光出力特性および電流対電圧特性図、Bは本
発明の発光遠視野像を従来の発光遠視野像と比較する図
である。
FIGS. 5A and 5B are graphs for explaining the characteristics of a vertical cavity semiconductor laser manufactured by the method for manufacturing a vertical cavity semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention; FIGS. FIG. 2 is a diagram showing current-to-light output characteristics and current-to-voltage characteristics of a vertical cavity semiconductor laser according to the present invention, and FIG. B is a diagram comparing a light-emitting far-field image of the present invention with a conventional light-emitting far-field image.

【図6】本発明の第2の実施形態にもとづく垂直共振器
型半導体レーザ素子の結晶成長面に垂直な方向の断面図
である。
FIG. 6 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to a crystal growth surface of a vertical cavity semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】AおよびBは、本発明の第1の実施形態にもと
づく垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方法によって
製造される垂直共振器型半導体レーザの特性を説明する
ためのグラフで、Aは本発明の垂直共振器型半導体レー
ザの電流対光出力特性および電流対電圧特性図、Bは本
発明の発光遠視野像を従来の発光遠視野像と比較する図
である。
FIGS. 7A and 7B are graphs for explaining characteristics of the vertical cavity semiconductor laser manufactured by the method for manufacturing a vertical cavity semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention; FIG. FIG. 2 is a diagram showing current-to-light output characteristics and current-to-voltage characteristics of a vertical cavity semiconductor laser according to the present invention, and FIG. B is a diagram comparing a light-emitting far-field image of the present invention with a conventional light-emitting far-field image.

【図8】本発明の第3の実施形態にもとづく垂直共振器
型半導体レーザ素子の結晶成長面に垂直な方向の断面図
である。
FIG. 8 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to a crystal growth surface of a vertical cavity semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention.

【図9】AおよびBは、本発明の第1の実施形態にもと
づく垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方法によって
製造される垂直共振器型半導体レーザの特性を説明する
ためのグラフで、Aは素子容量対電圧特性図、Bは変調
応答対変調周波数特性図である。
FIGS. 9A and 9B are graphs for explaining characteristics of a vertical cavity semiconductor laser manufactured by the method for manufacturing a vertical cavity semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention; FIGS. FIG. 3 is a diagram showing the element capacitance vs. voltage characteristic, and FIG.

【図10】従来の垂直共振器型半導体レーザの断面図で
ある。
FIG. 10 is a sectional view of a conventional vertical cavity semiconductor laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p−GaAs基板 2 p−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z As(0
<y<z)分布反射型(distributed Bragg reflector,
DBR)多層膜反射鏡 3 p−InGaPエッチングストップ層 4 p−Aly Ga1-y As/Alu Ga1-u As(0
<y<u<z)分布反射型(distributed Bragg reflec
tor,DBR)多層膜反射鏡 5 non−doped−Alw Ga1-w As下部スペ
ーサ層 6 GaAs/AlX Ga1-X As多重量子井戸活性層 7 non−doped−Alw Ga1-w As上部スペ
ーサ層 8 n−Aly Ga1-y As/Alu Ga1-u As(0
<y<u<z)DBR反射鏡 9 n−InGaP第1回目成長最終層 10 AlGaAsまたはInGaP半導体埋め込み層
(第2回目成長層) 11 n−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z As
(0<y<z)DBR反射鏡(第3回目成長層) 12 下部電極 13 絶縁膜 14 上部電極 15 素子分離用構造 16 単層半導体埋込層 101 p−GaAs基板 102 p−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z As
(0<y<z)分布反射型(distributed Bragg reflec
tor,DBR)多層膜反射鏡(斜線部がAlz Ga1-z
s、白い部分がAly Ga1-y As) 103 non−doped−Alw Ga1-w As下部
スペーサ層 104 GaAs/AlX Ga1-X As(x≦w)多重
量子井戸活性層 105 non−doped−Alw Ga1-w As上部
スペーサ層 106 n−Aly Ga1-y As/Alz Ga1-z As
(0<y<z)DBR反射鏡 107 半導体埋め込み層 108 下部電極 109 絶縁膜 110 上部電極
1 p-GaAs substrate 2 p-Al y Ga 1- y As / Al z Ga 1-z As (0
<Y <z) Distributed Bragg reflector,
DBR) multilayer mirror 3 p-InGaP etch stop layer 4 p-Al y Ga 1- y As / Al u Ga 1-u As (0
<Y <u <z) Distributed Bragg reflec
tor, DBR) multilayer mirror 5 non-doped-Al w Ga 1-w As lower spacer layer 6 GaAs / Al X Ga 1- X As multi-quantum well active layer 7 non-doped-Al w Ga 1-w As The upper spacer layer 8 n-Al y Ga 1- y As / Al u Ga 1-u As (0
<Y <u <z) DBR reflector 9 n-InGaP first round growth final layer 10 AlGaAs or InGaP semiconductor buried layer (second round growth layer) 11 n-Al y Ga 1 -y As / Al z Ga 1- z As
(0 <y <z) DBR reflector (third time growth layer) 12 lower electrode 13 insulating film 14 upper electrode 15 for element isolation structure 16 monolayers semiconductor buried layer 101 p-GaAs substrate 102 p-Al y Ga 1 -y As / Al z Ga 1-z As
(0 <y <z) Distributed Bragg reflec
tor, DBR) Multi-layer reflector (shaded area is Al z Ga 1 -z A)
s, white part is Al y Ga 1-y As) 103 non-doped-Al w Ga 1-w As lower spacer layer 104 GaAs / Al X Ga 1- X As (x ≦ w) multiple quantum well active layer 105 non -doped-Al w Ga 1-w As upper spacer layer 106 n-Al y Ga 1- y As / Al z Ga 1-z As
(0 <y <z) DBR reflector 107 Semiconductor buried layer 108 Lower electrode 109 Insulating film 110 Upper electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 忠永 修 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 天野 主税 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 黒川 隆志 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Osamu Tadanaga, Inventor 3--19-2, Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Within Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Amano Main Tax 3-19, Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo No. 2 Inside Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Takashi Kurokawa, inventor Nippon Telegraph and Telephone Corporation, 3-19-2 Nishi Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo

Claims (28)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、該基板上に設けられた複数の層
からなる下部DBR構造部と、該下部DBR構造部上に
設けられ、かつ活性層が埋め込まれた少なくとも一つの
層からなる半導体埋め込み構造部と、該活性層上に設け
られた複数の層からなる上部DBR構造部とを有し、さ
らに、前記活性層と該活性層の上下に位置する層とによ
って共振器領域が形成され、さらに該共振器領域を構成
する各々の層の実効屈折率は、前記上部および下部DB
R構造を構成する他の各々の層の実効屈折率および前記
半導体埋め込み層を構成する層の実効屈折率よりも高い
ことを特徴とする垂直共振器型半導体レーザ。
1. A semiconductor comprising a substrate, a lower DBR structure comprising a plurality of layers provided on the substrate, and at least one layer provided on the lower DBR structure and having an active layer embedded therein. A buried structure portion, and an upper DBR structure portion including a plurality of layers provided on the active layer; further, a resonator region is formed by the active layer and layers located above and below the active layer. , And the effective refractive index of each layer constituting the resonator region is the upper and lower DB.
A vertical cavity semiconductor laser, wherein the effective refractive index is higher than the effective refractive index of each of the other layers constituting the R structure and the effective refractive index of the layer constituting the semiconductor buried layer.
【請求項2】 前記半導体埋め込み構造部は、n−p繰
り返し積層構造またはp−n繰り返し積層構造からなる
ことを特徴とする請求項1に記載の垂直共振器型半導体
レーザ。
2. The vertical cavity semiconductor laser according to claim 1, wherein the semiconductor buried structure portion has an np repeating laminated structure or a pn repeating laminated structure.
【請求項3】 前記半導体埋め込み構造部は、半絶縁性
層にn−p繰り返し積層構造またはp−n繰り返し積層
構造を積層させた構造からなることを特徴とする請求項
1に記載の垂直共振器型半導体レーザ。
3. The vertical resonance according to claim 1, wherein the semiconductor buried structure portion has a structure in which a semi-insulating layer is laminated with an np repeating laminated structure or a pn repeating laminated structure. Semiconductor laser.
【請求項4】 前記半導体埋め込み部は、半絶縁層のみ
で形成されることを特徴とする請求項1に記載の垂直共
振器型半導体レーザ。
4. The vertical cavity semiconductor laser according to claim 1, wherein said semiconductor buried portion is formed only of a semi-insulating layer.
【請求項5】 前記半導体埋め込み部は一つの層からな
り、かつ該層にはイオン注入がなされていることを特徴
とする請求項1に記載の垂直共振器型半導体レーザ。
5. The vertical cavity semiconductor laser according to claim 1, wherein said semiconductor buried portion is formed of one layer, and said layer is ion-implanted.
【請求項6】 前記半導体埋め込み部は、前記共振器領
域よりも実効屈折率の低いAlGaAsで形成されてい
ることを特徴とする請求項1に記載の垂直共振器型半導
体レーザ。
6. The vertical cavity semiconductor laser according to claim 1, wherein the semiconductor buried portion is formed of AlGaAs having an effective refractive index lower than that of the cavity region.
【請求項7】 前記半導体埋め込み部は、前記共振器領
域よりも実効屈折率の低いInGaPで形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の垂直共振器型半導体
レーザ。
7. The vertical cavity semiconductor laser according to claim 1, wherein the semiconductor buried portion is formed of InGaP having an effective refractive index lower than that of the resonator region.
【請求項8】 前記下部DBR構造部は、前記共振器領
域よりも実効屈折率の低いInGaPで形成された層を
一層以上有することを特徴とする請求項1に記載の垂直
共振器型半導体レーザ。
8. The vertical cavity semiconductor laser according to claim 1, wherein the lower DBR structure has at least one layer made of InGaP having an effective refractive index lower than that of the resonator region. .
【請求項9】 基板と、該基板上に設けられた複数の層
からなる下部DBR構造部と、該下部DBR構造部上に
設けられ、かつ活性層が埋め込まれた少なくとも一つの
層からなる半導体埋め込み構造部と、該活性層が埋め込
まれた半導体埋め込み構造部上に設けられた複数の層か
らなる上部DBR構造部とを有し、さらに、前記活性層
と該活性層の上下に位置する層とによって共振器領域が
形成され、さらに該共振器領域を構成する各々の層の実
効屈折率は、前記上部および下部DBR構造を構成する
他の各々の層の実効屈折率および前記半導体埋め込み層
を構成する層の実効屈折率よりも高いことを特徴とする
垂直共振器型半導体レーザ。
9. A semiconductor comprising a substrate, a lower DBR structure comprising a plurality of layers provided on the substrate, and at least one layer provided on the lower DBR structure and having an active layer embedded therein. A buried structure, and an upper DBR structure comprising a plurality of layers provided on the semiconductor buried structure in which the active layer is buried, further comprising the active layer and layers located above and below the active layer And the effective refractive index of each layer forming the resonator region is determined by the effective refractive index of each of the other layers forming the upper and lower DBR structures and the semiconductor buried layer. A vertical cavity semiconductor laser characterized by having a higher effective refractive index than a constituent layer.
【請求項10】 前記半導体埋め込み構造部上の前記上
部DBR構造部の抵抗が、前記活性層上の前記上部DB
R構造部の抵抗より高いことを特徴とする請求項9に記
載の垂直共振器型半導体レーザ。
10. The resistance of the upper DBR structure on the semiconductor buried structure is higher than the resistance of the upper DBR on the active layer.
The vertical cavity semiconductor laser according to claim 9, wherein the resistance is higher than the resistance of the R structure.
【請求項11】 前記半導体埋め込み構造部は、n−p
繰り返し積層構造またはp−n繰り返し積層構造からな
ることを特徴とする請求項9に記載の垂直共振器型半導
体レーザ。
11. The semiconductor buried structure portion includes an np
The vertical cavity semiconductor laser according to claim 9, wherein the semiconductor laser has a repeating laminated structure or a pn repeated laminated structure.
【請求項12】 前記半導体埋め込み構造部は、半絶縁
性層にn−p繰り返し積層構造またはp−n繰り返し積
層構造を積層させた構造からなることを特徴とする請求
項9に記載の垂直共振器型半導体レーザ。
12. The vertical resonance according to claim 9, wherein the semiconductor buried structure portion has a structure in which an np repeating laminated structure or a pn repeating laminated structure is laminated on a semi-insulating layer. Semiconductor laser.
【請求項13】 前記半導体埋め込み構造部は、半絶縁
層のみで形成されることを特徴とする請求項9に記載の
垂直共振器型半導体レーザ。
13. The vertical cavity semiconductor laser according to claim 9, wherein the embedded semiconductor structure is formed only of a semi-insulating layer.
【請求項14】 前記半導体埋め込み構造部は一つの層
からなり、かつ該層にはイオン注入がなされていること
を特徴とする請求項9に記載の垂直共振器型半導体レー
ザ。
14. The vertical cavity semiconductor laser according to claim 9, wherein the semiconductor buried structure is formed of one layer, and the layer is implanted with ions.
【請求項15】 前記半導体埋め込み構造部は、前記光
共振器領域よりも実効屈折率の低いAlGaAsで形成
されていることを特徴とする請求項9に記載の垂直共振
器型半導体レーザ。
15. The vertical cavity semiconductor laser according to claim 9, wherein said embedded semiconductor structure is made of AlGaAs having an effective refractive index lower than that of said optical resonator region.
【請求項16】 前記半導体埋め込み構造部は、前記光
共振器領域よりも実効屈折率の低いInGaPで形成さ
れていることを特徴とする請求項9に記載の垂直共振器
型半導体レーザ。
16. The vertical cavity semiconductor laser according to claim 9, wherein said embedded semiconductor structure is made of InGaP having an effective refractive index lower than that of said optical resonator region.
【請求項17】 前記下部DBR構造部は、InGaP
で形成された層を一層以上有することを特徴とする請求
項1に記載の垂直共振器型半導体レーザ。
17. The method according to claim 17, wherein the lower DBR structure is made of InGaP.
2. The vertical cavity semiconductor laser according to claim 1, comprising at least one layer formed by:
【請求項18】 基板と、該基板上に設けられた複数の
層からなる下部DBR構造部と、該下部DBR構造部上
に設けられ、かつ活性層が埋め込まれた少なくとも一つ
の層からなる半導体埋め込み構造部と、該活性層が埋め
込まれた半導体埋め込み構造部上に設けられた複数の層
からなる上部DBR構造とを有する垂直共振器型半導体
レーザ素子の製造方法であって、 基板に下部DBR構造部から活性層または上部DBR構
造部の一部まで成長させる第1の成長工程と、 前記活性層の下部までエッチングによりメサ構造部を形
成する工程と、 半導体埋め込み構造部を形成して前記活性層の埋め込み
を行う第2の成長工程と、 前記半導体埋め込み構造部の上に上部DBR構造部を再
成長する第3の成長工程とを有し、さらに、 前記活性層と該活性層の上下に位置する層とによって共
振器領域を設け、該共振器領域を構成する各々の層の実
効屈折率が、前記上部および下部DBR構造を構成する
他の各々の層の実効屈折率および前記半導体埋め込み構
造部を構成する層の実効屈折率よりも高くするように、
混晶の組成を制御することを特徴とする垂直共振器型半
導体レーザ素子の製造方法。
18. A semiconductor, comprising: a substrate; a lower DBR structure comprising a plurality of layers provided on the substrate; and at least one layer provided on the lower DBR structure and having an active layer embedded therein. A method for manufacturing a vertical cavity semiconductor laser device having a buried structure portion and an upper DBR structure including a plurality of layers provided on a semiconductor buried structure portion in which the active layer is buried, comprising: A first growth step of growing from the structure part to the active layer or a part of the upper DBR structure part; a step of forming a mesa structure part by etching to a lower part of the active layer; A second growth step of embedding a layer; and a third growth step of re-growing an upper DBR structure on the semiconductor buried structure. A resonator region is provided by layers above and below the active layer, and the effective refractive index of each layer constituting the resonator region is equal to the effective refractive index of each of the other layers constituting the upper and lower DBR structures. And so as to be higher than the effective refractive index of the layer constituting the semiconductor buried structure,
A method for manufacturing a vertical cavity semiconductor laser device, comprising controlling the composition of a mixed crystal.
【請求項19】 前記半導体埋め込み構造部の厚さが前
記メサ構造部の高さよりも低いことを特徴とする請求項
18に記載の垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方
法。
19. The method of manufacturing a vertical cavity semiconductor laser device according to claim 18, wherein the thickness of the embedded semiconductor structure is smaller than the height of the mesa structure.
【請求項20】 前記半導体埋め込み構造部は、n−p
繰り返し積層構造またはp−n繰り返し積層構造からな
ることを特徴とする請求項18に記載の垂直共振器型半
導体レーザ素子の製造方法。
20. The semiconductor buried structure portion, wherein np
The method for manufacturing a vertical cavity semiconductor laser device according to claim 18, wherein the vertical cavity semiconductor laser device has a repeating laminated structure or a pn repeated laminated structure.
【請求項21】 前記半導体埋め込み構造部は、半絶縁
性層にn−p繰り返し積層構造またはp−n繰り返し積
層構造を積層させた構造からなることを特徴とする請求
項18に記載の垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方
法。
21. The vertical resonance according to claim 18, wherein the semiconductor buried structure portion has a structure in which a semi-insulating layer is laminated with an np repeated laminated structure or a pn repeated laminated structure. For manufacturing a semiconductor laser device having a rectangular shape.
【請求項22】 前記半導体埋め込み部は、半絶縁層の
みで形成されることを特徴とする請求項18に記載の垂
直共振器型半導体レーザ素子の製造方法。
22. The method according to claim 18, wherein the semiconductor buried portion is formed only of a semi-insulating layer.
【請求項23】 前記半導体埋め込み部は一つの層から
なり、かつ該層にはイオン注入がなされていることを特
徴とする請求項18に記載の垂直共振器型半導体レーザ
素子の製造方法。
23. The method according to claim 18, wherein the semiconductor buried portion is formed of one layer, and the layer is implanted with ions.
【請求項24】 前記半導体埋め込み部は、前記光共振
器領域よりも実効屈折率の低いAlGaAsで形成され
ていることを特徴とする請求項18に記載の垂直共振器
型半導体レーザ素子の製造方法。
24. The method according to claim 18, wherein the semiconductor buried portion is formed of AlGaAs having an effective refractive index lower than that of the optical resonator region. .
【請求項25】 前記半導体埋め込み部は、前記光共振
器領域よりも実効屈折率の低いInGaPで形成されて
いることを特徴とする請求項18に記載の垂直共振器型
半導体レーザ素子の製造方法。
25. The method of manufacturing a vertical cavity semiconductor laser device according to claim 18, wherein said semiconductor buried portion is formed of InGaP having an effective refractive index lower than that of said optical resonator region. .
【請求項26】 前記下部DBR構造部は、InGaP
で形成された層を一層以上有することを特徴とする請求
項18に記載の垂直共振器型半導体レーザ素子の製造方
法。
26. The lower DBR structure section is made of InGaP.
19. The method for manufacturing a vertical cavity semiconductor laser device according to claim 18, comprising one or more layers formed by:
【請求項27】 前記第1の成長工程において、下部D
BR構造部は、最終層をInGaPからなる層とするこ
とを特徴とする請求項18に記載の垂直共振器型半導体
レーザ素子の製造方法。
27. In the first growth step, a lower portion D
19. The method according to claim 18, wherein the BR structure has a final layer of InGaP.
【請求項28】 請求項18ないし27のいずれか一項
に記載の製造方法によって製造されたことを特徴とする
垂直共振器型半導体レーザ。
28. A vertical cavity semiconductor laser manufactured by the manufacturing method according to claim 18. Description:
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