JPWO2019088045A1 - 面発光半導体レーザ - Google Patents
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Abstract
Description
・実施例1:絶縁膜加工あり、電流狭窄層薄い
・実施例2:絶縁膜加工あり、電流狭窄層通常
・比較例1:絶縁膜加工なし、電流狭窄層通常
・比較例2:絶縁膜加工なし、エピ層加工あり、電流狭窄層通常
・参考例1:絶縁膜加工なし、電流狭窄層薄い
そして、図10および図11の結果から、比較例1では、電流の増加に伴い高い光出力を得ることができるものの、高次モードの光が支配的になり、放射角も28°程度もあった。また、比較例2では、エピ層加工のおかげで、基本モードの光を発振できた一方、電流を増加させても光出力の増加が鈍く、高い光出力を得ることができなかった。
(項1)
第1導電型DBR(Distributed Bragg Reflector)層を含む第1導電型層と、前記第1導電型層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成され、第2導電型DBR(Distributed Bragg Reflector)層を含む第2導電型層と、前記第1導電型層、前記活性層および前記第2導電型層に跨る壁面を有し、前記活性層よりも前記第1導電層側に掘り下げられた凹部と、前記第2導電型層の頂部、前記壁面および前記凹部の底面に沿って形成された絶縁層と、前記絶縁層を覆うように形成された金属層とを含む、面発光半導体レーザ。
(項2)
前記凹部の前記底面上に配置された前記絶縁層の部分は、その上面が前記第1導電型層と前記活性層との界面よりも低い高さ位置に位置する厚さで形成されている、項1に記載の面発光半導体レーザ。
(項3)
前記凹部の前記底面上に配置された前記金属層の部分は、その上面が前記第1導電型層と前記活性層との界面よりも低い高さ位置に位置する厚さで形成されている、項2に記載の面発光半導体レーザ。
(項4)
前記凹部の前記底面上に配置された前記金属層の部分は、前記活性層に隣接するように形成されている、項1または2に記載の面発光半導体レーザ。
(項5)
前記凹部は、前記第1導電型層、前記活性層および前記第2導電型層からなるメサ構造部を取り囲む環状に形成されており、
前記メサ構造部において、前記金属層は、前記絶縁層を通って前記第2導電型層に電気的に接続されており、前記絶縁層の一部を露出させるレーザ発振用の開口を有している、項3に記載の面発光半導体レーザ。
(項6)
前記凹部の外側において、レーザ発振に使用されない前記第1導電型層、前記活性層および前記第2導電型層からなる積層構造部からなるフィールド領域が形成されており、
前記フィールド領域において、前記金属層上に形成され、前記金属層よりも厚い厚さを有するワイヤボンディング用の第2金属層をさらに含む、項5に記載の面発光半導体レーザ。
(項7)
前記金属層は、0.1μm〜0.3μmの厚さを有し、前記第2金属層は、2μm〜4μmの厚さを有している、項6に記載の面発光半導体レーザ。
(項8)
前記フィールド領域において、前記金属層上に形成され、前記金属層よりも厚い厚さを有する放熱用の第3金属層をさらに含む、項6に記載の面発光半導体レーザ。
(項9)
前記金属層は、0.1μm〜0.3μmの厚さを有し、前記第3金属層は、2μm〜4μmの厚さを有している、項8に記載の面発光半導体レーザ。
(項10)
前記壁面は、前記凹部の前記底面に対して傾斜した傾斜面であり、その面内に凹凸構造が形成されている、項1〜9のいずれか一項に記載の面発光半導体レーザ。
(項11)
前記凹部の底面には、前記壁面の下端部から離れた領域において選択的に凹んだ第2の凹部が形成されている、項1〜10のいずれか一項に記載の面発光半導体レーザ。
2 基板
2A 長辺
2B 短辺
3 半導体積層構造
4 n側電極
5 p側電極
6 活性層
7 n型半導体層
8 p型半導体層
10 n型DBR層
17 p型DBR層
19 p型層
20 電流狭窄層
24 メサ構造部
25 トレンチ
26 フィールド構造部
27 表面絶縁膜
30 (トレンチ)第2側面
31 (トレンチ)第1側面
32 (トレンチ)底面
34 (p側電極)底面部
36 (p側電極)フィールド部
37 ワイヤボンディング用の金属層
38 放熱用の金属層
39 レーザ発振用開口
40 露出部
41 凹部
42 凸部
43 第2凸部
44 (凹部)第2側面
45 (凹部)第1側面
46 (凹部)底面
47 (表面絶縁膜)第1部分
48 (表面絶縁膜)第2部分
49 (表面絶縁膜)第3部分
51 (高抵抗領域)内周端
53 (凹部)第2側面
54 凹部
55 凸部
56 (凹部)内側側面
57 (凹部)底面
58 第1材料層
59 第2材料層
60 (トレンチ)下部
61 (トレンチ)下部
62 界面
63 (表面絶縁膜)上面
64 (p側電極)上面
65 凹凸構造
66 凹凸構造
67 凹部
Claims (19)
- 第1導電型層、前記第1導電型層上に積層された活性層、および前記活性層上に積層された第2導電型層を含み、前記活性層で発生した光が、これらの層の積層方向に沿って共振して前記第2導電型層側からレーザ光として取り出される半導体積層構造と、
前記活性層上であって前記第2導電型層の表面よりも前記活性層側に形成され、開口を有する絶縁性の電流狭窄層であって、前記開口を介して前記活性層と前記第2導電型層とが電気的に接続された電流狭窄層と、
前記第2導電型層上に形成され、前記活性層の発光波長に対して透光性を有する絶縁層と、
前記第1導電型層に電気的に接続された第1電極と、
前記絶縁層上に形成され、前記絶縁層を貫通して前記第2導電型層に電気的に接続された第2電極とを含み、
前記絶縁層の一部は前記第2電極から露出しており、その露出する前記絶縁層は、第1の厚さを有する第1部分と、前記第1の厚さに比べて前記活性層から発せられた光の出力を前記第1部分よりも低減させるような第2の厚さを有し、前記第1部分を取り囲む第2部分とを含む、面発光半導体レーザ。 - 前記第1導電型層は、第1導電型DBR(Distributed Bragg Reflector)層を含み、
前記第2導電型層は、第2導電型DBR(Distributed Bragg Reflector)層を含む、
請求項1に記載の面発光半導体レーザ。 - 前記第2電極から露出する前記絶縁層は、環状の凹部と、前記環状の凹部で囲まれた第1凸部と含み、
前記絶縁層の前記第1の厚さは、前記絶縁層の裏面から前記第1凸部の表面までの厚さであり、
前記絶縁層の前記第2の厚さは、前記絶縁層の裏面から前記環状の凹部の底面までの厚さである、請求項1または2に記載の面発光半導体レーザ。 - 前記第2電極から露出する前記絶縁層は、前記環状の凹部の外周側に、前記環状の凹部を取り囲む第2凸部をさらに含み、
前記環状の凹部は、前記第1凸部と前記第2凸部との間に区画されており、前記環状の凹部の内面は、前記第1凸部からなる第1側面と、前記第2凸部からなる第2側面とを含む、請求項3に記載の面発光半導体レーザ。 - 前記環状の凹部の前記第1側面および前記第2側面は、断面視において前記環状の凹部が前記環状の凹部の底面に向かって幅が狭まるテーパ形状となるように、前記第2導電型層の表面に対して傾斜した傾斜面を含む、請求項4に記載の面発光半導体レーザ。
- 前記第2電極は、前記絶縁層の一部を露出させるレーザ発振用の開口を有しており、
前記環状の凹部は、前記レーザ発振用の開口の端面まで広がって形成されており、前記環状の凹部の内面は、前記第1凸部からなる第1側面と、前記レーザ発振用の開口の端面からなる第2側面とを含む、請求項3に記載の面発光半導体レーザ。 - 前記第2電極から露出する前記絶縁層は、点状の凹部と、前記点状の凹部を取り囲む環状の凸部と含み、
前記絶縁層の前記第1の厚さは、前記絶縁層の裏面から前記点状の凹部の底面までの厚さを含み、
前記絶縁層の前記第2の厚さは、前記絶縁層の裏面から前記環状の凸部の表面までの厚さを含む、請求項1または2に記載の面発光半導体レーザ。 - 前記点状の凹部の側面は、断面視において前記点状の凹部が前記点状の凹部の底面に向かって幅が狭まるテーパ形状となるように、前記第2導電型層の表面に対して傾斜した傾斜面を含む、請求項7に記載の面発光半導体レーザ。
- 前記絶縁層は、単一材料からなる単層膜を含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の面発光半導体レーザ。
- 前記単層膜は、酸化シリコン(SiO2)膜または窒化シリコン(SiN)膜からなる、請求項9に記載の面発光半導体レーザ。
- 前記絶縁層は、前記第1凸部を構成する第1材料層と、前記第1凸部の下方部を構成する前記第1材料層とは異なる材料からなる第2材料層とを含む複層膜を含む、請求項3〜6のいずれか一項に記載の面発光半導体レーザ。
- 前記第1材料層と前記第2材料層との界面は、前記環状の凹部の底面の高さ位置に位置している、請求項11に記載の面発光半導体レーザ。
- 前記第1材料層と前記第2材料層との界面は、前記第1凸部の厚さ方向途中部に位置している、請求項11に記載の面発光半導体レーザ。
- 前記第1材料層および前記第2材料層の一方が酸化シリコン(SiO2)膜からなり、他方が窒化シリコン(SiN)膜からなる、請求項11〜13のいずれか一項に記載の面発光半導体レーザ。
- 前記電流狭窄層は、15nm〜50nmの厚さを有している、請求項1〜14のいずれか一項に記載の面発光半導体レーザ。
- 前記電流狭窄層は、前記半導体積層構造の一部が、前記積層方向に直交する方向に沿って選択的に酸化された選択酸化層を含む、請求項1〜15のいずれか一項に記載の面発光半導体レーザ。
- 前記電流狭窄層の前記開口の周縁は、平面視において、前記第1部分よりも外側に配置されて前記第1部分を取り囲んでいる、請求項1〜16のいずれか一項に記載の面発光半導体レーザ。
- 前記電流狭窄層の前記開口の周縁は、平面視において、前記環状の凹部または前記環状の凸部に沿って形成され、前記環状の凹部または前記環状の凸部を外側から部分的に覆っている、請求項3〜8のいずれか一項に記載の面発光半導体レーザ。
- 前記第2電極は、前記絶縁層の一部を露出させるレーザ発振用の開口を有しており、
前記電流狭窄層の前記開口の周縁は、平面視において、前記レーザ発振用の開口よりも外側に配置されて前記前記レーザ発振用の開口を取り囲んでいる、請求項1〜16のいずれか一項に記載の面発光半導体レーザ。
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