JPS61174687A - 面発光型半導体レ−ザ - Google Patents

面発光型半導体レ−ザ

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JPS61174687A
JPS61174687A JP60014693A JP1469385A JPS61174687A JP S61174687 A JPS61174687 A JP S61174687A JP 60014693 A JP60014693 A JP 60014693A JP 1469385 A JP1469385 A JP 1469385A JP S61174687 A JPS61174687 A JP S61174687A
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reflective layer
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reaction product
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Tamotsu Iwasaki
保 岩崎
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Furukawa Electric Co Ltd
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Furukawa Electric Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は面発光型半導体レーザに関し、特に共振器の反
射面を改良した面発光型半導体レーザに係わる。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
半導体レーザは、小形、高効率、軽量、機械的振動に強
い等半導体発光素子に共通な特長の他に、高速の直接変
調が可能、光ファイバとの高効率結合が可能等の特長を
持つことから、近年、オプトエレクトロニクス用光源と
して実用化が進んできているが、その利用分野を更に拡
大するためには、発光出力の向上や大幅なコストダウン
が必要である。
ところで、従来の半導体レーザとしては、■−V族化合
物半導体の結晶でダブルへテロ接合構造を作り、その結
晶を男開して得られる接合面に対して垂直な男開面を反
射面とするものが知られている。その−例として、第4
図の拡散ストライブ型レーザを示す。図中の1は、■−
v族化合物半導体からなるn型半導体基板であり、2.
3.4は該基板1に順次積層されたダブルへテロ接合を
形成するためのn型クラッド層、活性層、n型クラッド
層である。5は、前記n型クラッド層4上にに設けられ
た電流を限定するためのZn拡敢ストラ1゛ブ、6は同
p型クラッド層4上に設けられた正電極層、7は前記基
板1の裏面に設けられた負電極層である。また、図中の
8a、8bは夫々前記■−V族化合物の半導体結晶1〜
4を結晶面に沿って男開することにより形成された男開
面であり、これら男開面゛8a、8bはダブルへテロ接
合面に垂直で、かつ極めて平坦であることから、これら
が反射面となってファブリ−ベロー型共振器を構成する
。こうした構造の半導体レーザにおいて、電極6.7間
に順方向バイアスの直流電流を印加すると、活性層3に
キャリアが注入されて発光する。この時、活性層3はク
ラッド層2及び4に比べて屈折率が高いために、光は活
性層3で閉込められ、勇開面(反射面)8a、8bで反
射を繰返してレーザ発掘が起こる。発生したレーザ光は
、その一部が男開面8a又は8bを通過して外部に放射
される。
しかしながら、上述した半導体レーザは反射面を半導体
結晶の男開という極めてその性能の制御が困難、つまり
再現性の低い工程を経て形成しているため、良好な性能
を有する反射面が得られる割合が低く、製造歩留りが悪
いという問題があった。また、男開面の反射率は約30
%程度と低く、半導体レーザの出力が反射面の反射率に
依存することを考えると、出力の向上の面でも問題があ
った。
一方、最近ではダブルへテロ接合面に対して垂直方向に
レーザ光を発振させる面発光型半導体レーザの研究が一
部で進められているが、かかる構造の半導体レーザでは
反射面を男開によって形成することが不可能である。こ
のため、面発光型半導体レーザはエピタキシャル成長技
術により製造されている。しかしながら、この方法では
反射面の平坦性を充分に出せない問題と、共振器長をせ
いぜい0.1μm程度でしか制御できないという問題が
ある。面発光型半導体レーザは、反射面の間隔が例えば
10μm程度と狭いため、反射面の位置を10人のオー
ダで制御できなければ量産は不可能であり、従来の技術
では前記オーダを満足する反射面の形成手段は開発され
ていない。また、従来の面発光型半導体レーザは共振器
が極めて短いため、通常の半導体レーザに比べ、閾値電
流密度が高く、高出力動作が難しいこと、或いは出力時
の信頼性が低いこと等の問題があった。
〔発明の目的〕
本発明は、内部に形成された反射率が略1の多層反射層
と、表面に形成された平坦性に優れ、かつ反射率の高い
と共に発振3長の制御が可能な反t14WJとからなる
共振器を有し、^信頼の出力動作と高効率かつ安定な発
振が可能で量産の容易な面発光型半導体レーザを提供し
ようとするものである。
〔発明の概要) 本発明は、■−v族化合物半導体基板上に配設され、光
屈折率の異なる2つの層を交互に複数層積層してなる共
振器の一方を構成する反射層と、この反射層上に配設さ
れ、活性層、該活性層を挟持し、該活性層よりバンドギ
ャップが大なる■−V族化合物半導体の第1、第2のク
ラッド層からなる発振器と、この発振器の第2のクラッ
ド層の少なくとも共振領域となる表面に配設され、■−
V族化合物半導体の■族又はV族の元素或いはその双方
と反応して化学当量組成を持つ化合物を生成する金属と
の固相反応生成物により形成された共振器の他方を構成
する反射層とを具備したことを特徴とするものである。
上記■族又はV族の元素或いはその双方と反応して化学
当量組成を持つ化合物を生成する金属としては、例えば
T i %F e N CO−N + 1Rh 。
Pd、W、Os、Ir、Pt及びランタン系S土類元素
等が挙げられ、これらはいずれも遷移金属である。特に
、N1%Pd、Ptが好適である。
これらの金属の1種又は2種以上を■−v族化合物半導
体表面に付着させ、固相反応を起こさせると、固相反応
生成物が得られる。この固相反応生成物の■−v族化合
物半導体の面は、鏡面に近い極めて平坦性の優れた面と
なる。これは、前述した固相反応が■−v族化合物半導
体の低指数面、例えば(100)面に現われるように進
行し、化合物半導体と固相反応生成物の界面は、格子定
数のオーダで平坦になるからである。こうした様子を第
1図(a)〜(C)を参照して詳細に説明する。
まず、第1図(a)に示すように■−v族半導体11上
にN i SP d%Pt等の金属層12を真空蒸着法
やスパッタリング法等により付着させる。
なお、13は■−v族化合物半導体11の表面に通常形
成されている自然酸化物及び機械的破損層である。つづ
いて、加熱処理を施して化合物半導体11と金属層12
との固相反応を起こさせる。
この反応は、第1図(b)に示すような中間過程を経て
進行する。即ち、両者の間には化合物半導体11側に金
属層12と化合物半一体のV族元素との化合物14が、
金属層12側にその金属と化合物半導体の■族元素との
化合物15が夫々生成される。この反応は同第1図(b
)図示の如く自然酸化物及び機械的破損層13を浸蝕し
ながら進行し、平坦な界面が形成される。そして、前記
反応は最終的には第1図(C)に示すように付着された
金属層12が消滅するまで進行する。したがって、最終
的には■−v族化合物半導体11に接してその半導体の
V族元素と前記金属との化合物14が形成され、その外
側に半導体の■族元素と前記金属との化合物15が形成
されたものとなる。
上述した固相反応は、■−v族化合物半導体の低指数面
が現われるように進行するから、同半導体11と接する
化合物(反応生成物)14界面は、格子定数のオーダで
平坦になる。
上述した固相反応は、付着される金属と■−v族化合物
半導体の種類によって反応速度が多少異なるものの、通
常、化合物半導体に熱変性を与えないような温度、例え
ば250〜450℃で進行させることができる。
以上が■−v族化合物半導体と金属との固相反応によっ
て極めて平坦な面が得られる理由である。
このようにして得られた固相反応生成物は、光学的には
金属に近い性質を有するため、従来の男開面(反射率約
30%)や化学エツチング面(同15%)に比べると、
反射率は格段に向上する(少な(とも60%以上)。こ
れは面発光型半導体レーザのam電流を下げるために極
めて有効である。
更に、前記固相反応生成物と化合物半導体の界面(第1
図(b)、(C)のA面)の位置は、楊めて精度よく制
御することが可能である。第2図゛は、GaAsにPt
を一定量付着させた後、固相反応によってGaASの表
面から一定の深さ位置に界面を形成するに製する加熱処
理時間と加熱処理温度との関係を示したものである。こ
の特性図から明らかなように、化合物半導体内部に形成
される固相反応生成物の面位置は、付着させる金属の膜
厚、加熱処理時間、加熱処理温度を制御することによっ
て、数10人のオーダで極めて精度よく制御できること
がわかるわ このように■−v族化合物半導体と、■族又はV族の元
素もしくはそれら双方と反応して化学当量組成を持つ化
合物を生成する金属との固相反応生成物は、■−v族化
合物半導体との界面に極めて平坦な面を有し、しかもそ
の面は反射率が高く、面位置の制御も容易であり、面発
光型半導体レーザの反射面として極めて適している。
〔発明の実施例〕
以下、本発明をGaAS系の面発光型半導体レーザに適
用した例について第3図を参照して詳細に説明する。
図中の21は、n型のGaAS基板である。この基板2
1上には、共振器の一方を構成する第1反射層12Lが
配設されている。この反射層1iLは、例えば厚さ62
0人のn型Ga  Aλ Asからなる第1@23と厚
さ700人のn型Ga  Aj2Asからなる第2層2
4を1組として、30回積層(全体で60層)した反射
率が略1のものより構成されている。また、前記第1反
射層11における最上層の第2層24上には発振器IL
が配設されている。この発振器25は、前記第2層24
上に積層された厚さ3μmのn型Ga  AffiAS
からなる第1クラッド層26と、厚さ3μmのGaAS
からなる活性層27と、厚さ3μmのn型Ga  An
  Asからなる第2クラッド層28とから構成されて
いる。この第2クラッド層28の表面には、窓29を開
口したSiO2膜30が被覆されている。そして、前記
窓29から露出した第2クラッド層28上には、ptか
らなる正電極31が配設されていると共に、該正電極3
1と第2クラッド層28との界面にはptと■−v族元
素との固相反応生成物32が形成されている。
かかる固相反応生成物32は、共振器の他方を構成する
第2反射層となる。レーザ光は前記固相反応生成物32
及びPtからなる正電極31を通して垂直な方向に取出
されるので、同固相反応生成物32を形成するptの正
電極31の厚さは充分に薄くすることが必要である。な
お、図中の33は前記基板21の裏面に配設されたAu
−Ge−Niからなる負電極である。
このような構成によれば、正電極31と負電極33の間
に直流電圧を印加すると、第1、第2クラッド層26.
28及び活性層27からなる発振器25で光を発生する
。こうした光は、内部に配設された互いに屈折率の異な
る第1、第2層23.24の多層膜からなる第1反射層
11と、第2クラツドW28表面に形成された第2反射
層としての固相反応生成物32とからなる共振器で反射
が繰返され、正電極31側より垂直方向にレーザ光が放
射される。この際、多層反射層(第1反射層)11の屈
折率は略1と高く、かつ第2反射層としての固相反応生
成物32は平坦性の優れた反射率の高い反射面を形成で
きるため、高効率な発振が可能となる。しかも、第2反
射層としての固相反応生成物32は、その生成条件であ
る処理時間、温度等によって共振器ikの長さを精度よ
く制御できるため、高信頼性の出力動作と安定な発振が
可能となる。更に、内部に多層反射層Uを配設する構造
にすることによって、発振領域に対応する基板21の箇
所に開口部を設けて、露出するクラット層に一方の反射
層(第1反射層)を設ける必要がないため、製造が極め
て簡単になる。
なお、上記実施例ではGaASを活性層とする半導体レ
ーザについて説明したが、本発明は必ずしもこれに限定
されず、GaAlAsやI nGaASP等を活性層と
する半導体レーザににも同様に適用できる。
(発明の効果〕 以上詳述した如く、本発明によれば内部に形成された反
射率が略1の多層反射層と、表面に形成された平坦性に
優れ、かつ反射率の^いと共に発′振器長の制御が可能
な反射層とからなる共振器を有し、高信頼の出力動作と
高効率かつ安定な発振を可能で量産が容易な面発光型半
導体レーザを提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(C)は固相反応生成物の生成過程を示
す断面図、第2図は固相反応における処理温度、処理時
間、界面の侵入深さの関係を示す線図、第3図仲F井;
ヰ1ヰは本発明の実施例におけるGaAs系化合物半導
体を用いた面発光型半導体レーザを示す断面図、第4図
は従来の半導体レーザを示す斜視図である。 21・・・基板、22・・・第1反射層、23・・・第
1層、24・・・第2層、25・・・発振器、26・・
・第1クラッド層、27・・・活性層、28・・・第2
クラッド層、29・・・窓、31・・・ptからなる正
電極、32・・・固相反応生成物(第2反射層)、33
・・・負電極。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 14  A 第2図 忍王里温度(0c)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)III−V族化合物半導体基板上に配設され、光屈
    折率の異なる2つの層を交互に複数層積層してなる共振
    器の一方を構成する反射層と、この反射層上に配設され
    、活性層、該活性層を挟持し、該活性層よりバンドギャ
    ップが大なるIII−V族化合物半導体の第1、第2のク
    ラッド層からなる発振器と、この発振器の第2のクラッ
    ド層の少なくとも共振領域となる表面に配設され、III
    −V族化合物半導体のIII族又はV族の元素或いはその
    双方と反応して化学当量組成を持つ化合物を生成する金
    属との固相反応生成物により形成された共振器の他方を
    構成する反射層とを具備したことを特徴とする面発光型
    半導体レーザ。
  2. (2)金属が遷移金属であることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の面発光型半導体レーザ。
  3. (3)金属が、Ni、Pd、Ptのいずれかであること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の面発光型半導
    体レーザ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5034344A (en) * 1989-07-17 1991-07-23 Bell Communications Research, Inc. Method of making a surface emitting semiconductor laser
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