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JP2000353858A - Surface emitting laser and manufacturing method thereof - Google Patents

Surface emitting laser and manufacturing method thereof

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Publication number
JP2000353858A
JP2000353858A JP11166556A JP16655699A JP2000353858A JP 2000353858 A JP2000353858 A JP 2000353858A JP 11166556 A JP11166556 A JP 11166556A JP 16655699 A JP16655699 A JP 16655699A JP 2000353858 A JP2000353858 A JP 2000353858A
Authority
JP
Japan
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layer
semiconductor layer
semiconductor
emitting laser
type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11166556A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kouta Tateno
功太 舘野
Yoshitaka Ooiso
義孝 大礒
Hiroyuki Uenohara
裕行 植之原
Toshiaki Kagawa
俊明 香川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP11166556A priority Critical patent/JP2000353858A/en
Publication of JP2000353858A publication Critical patent/JP2000353858A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
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    • H01S5/183Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18361Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
    • H01S5/18363Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors comprising air layers

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長波長帯での発振が可能で、単一横モード動
作が可能で、膜厚が薄く、信頼性が高く、作製が容易な
面発光レーザを提供すること。 【解決手段】 活性層11とそれを半導体埋込成長した
構造の上下に、半導体層24/半導体層25の上部多層
半導体層26と、半導体層3/半導体層4の下部多層半
導体層5を有する。上部多層半導体層26を一部の半導
体層/半導体層を残して半導体層24を光導波部まで取
り除き、下部多層半導体層5も一部の半導体層/半導体
層を残して半導体層3を光導波部まで取り除き、各々空
気層24a/半導体層25DBR構造、空気層3a/半
導体層4のDBR構造とする。
(57) [Problem] To provide a surface emitting laser which can oscillate in a long wavelength band, can operate in a single transverse mode, is thin, has high reliability, and is easy to manufacture. SOLUTION: An active layer 11 and an upper multilayer semiconductor layer 26 of a semiconductor layer 24 / semiconductor layer 25 and a lower multilayer semiconductor layer 5 of a semiconductor layer 3 / semiconductor layer 4 are provided above and below a structure formed by burying the active layer in a semiconductor. . The upper multilayer semiconductor layer 26 is removed from the semiconductor layer 24 to the optical waveguide portion while leaving a part of the semiconductor layer / semiconductor layer, and the lower multilayer semiconductor layer 5 is also guided to the semiconductor layer 3 while leaving a part of the semiconductor layer / semiconductor layer. The air layer 24a / semiconductor layer 25DBR structure and the air layer 3a / semiconductor layer 4 have a DBR structure.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は面発光レーザとその
作製方法に関するものである。
The present invention relates to a surface emitting laser and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】面発光レーザは2次元アレイ化が容易で
あること、及び、出射角が小さく円形ビームであるため
ファイバとの結合に有利であることなどから、光インタ
ーコネクションや2次元並列信号処理用光源として有望
である。更に、面発光レーザは微小化により低閾値化が
可能であることから、低消費電力の点でも期待される。
現在のところ、実用化まで至っているのは、GaAs基板上
で作製された出力波長0.85μmや0.98μm等の面発光レ
ーザに限られている。
2. Description of the Related Art Since a surface emitting laser is easy to form a two-dimensional array, and has a small emission angle and is a circular beam, it is advantageous for coupling with a fiber. Promising as a light source for processing. Further, since the surface emitting laser can reduce the threshold value by miniaturization, it is also expected to have low power consumption.
At present, only the surface-emitting laser with an output wavelength of 0.85 μm or 0.98 μm manufactured on a GaAs substrate has been practically used.

【0003】1.3μmや1.55μmを出力波長とする長波
長帯面発光レーザは、長距離伝送や、更なる低閾値化に
おいて有望である。従来、GaAs基板上に成長したAlGaAs
の分布型ブラッグ反射鏡と InP基板上に成長した GaInA
sPの活性層とを貼り合わせた構成のものにより、室温連
続発振が可能となった。しかし、未だ出力や信頼性の面
で実用的なものには至っていない。また、従来の方法に
よる面発光レーザにおいては、貼り合わせ界面が導電性
や光吸収において十分でないこと、反射鏡が厚いためそ
こでの光吸収が大きいこと、 GaInAsPの活性層がキャリ
アの閉じ込めや光吸収等の点で不十分であり温度特性が
良くないこと、などの構造上の欠点や、貼り合わせによ
る複雑な作製工程が歩留りを悪くしやすいという作製上
の欠点、等があげられる。
A long-wavelength surface emitting laser having an output wavelength of 1.3 μm or 1.55 μm is promising for long-distance transmission and further lowering the threshold. Conventionally, AlGaAs grown on a GaAs substrate
Bragg reflector and GaInA grown on InP substrate
With the configuration in which the active layer of sP was bonded, continuous oscillation at room temperature was possible. However, it is not yet practical in terms of output and reliability. In addition, in the surface emitting laser by the conventional method, the bonding interface is not sufficient in conductivity or light absorption, the light absorption there is large because the reflecting mirror is thick, and the GaInAsP active layer is used to confine carriers and absorb light. And the like, which is insufficient in that the temperature characteristics are not good, and the like, and a manufacturing defect that a complicated manufacturing process by bonding easily deteriorates the yield.

【0004】以下、分布型ブラッグ反射鏡をDBR(Dis
tributed Bragg Reflectorの略)と呼ぶ。
Hereinafter, a distributed Bragg reflector is referred to as a DBR (Disable).
tributed Bragg Reflector).

【0005】長波長帯面発光レーザの構成においては、
高反射率であり、成長膜の高精度な波長制御が可能であ
り、作製の容易な空気/半導体のDBR(分布型ブラッ
グ反射鏡)を有した構造が報告されている(文献「ELEC
TRONICS LETTERS, 18th July1996, Vol.32, No.15, 136
9-1370 」)。しかし、この報告の構成では、活性層へ
の均一な電流注入が不可能であるため、光励起までしか
至っていない。
In the configuration of the long-wavelength band surface emitting laser,
A structure having an air / semiconductor DBR (distributed Bragg reflector), which has high reflectivity, enables high-precision wavelength control of a grown film, and is easy to fabricate, has been reported ("ELEC").
TRONICS LETTERS, 18th July1996, Vol.32, No.15, 136
9-1370 "). However, in the configuration of this report, it is impossible to uniformly inject current into the active layer, so that only the photoexcitation is achieved.

【0006】ここで、X層/Y層という表記は、X層と
Y層とが交互に積層された構造を意味する。
Here, the notation "X layer / Y layer" means a structure in which X layers and Y layers are alternately stacked.

【0007】また、GaAs系の短波長帯面発光レーザで
は、AlAs酸化物層/GaAsのDBR(分布型ブラッグ反射
鏡)を用いた構造が報告されている(文献「IEEE PHOTO
NICS TECHNOLOGY LETTERS, Vol.7, No.9, SEPTEMBER 19
95, 968-970 」)。しかし、この報告の構成では、活性
層が光導波路構造を持たないため高出力時に横モードが
多モードになりやすく、また、上下のDBRに電流を流
すことができないので活性層の直上及び直下の層で電極
が形成されため作製が難しい構造であり、また、下側の
DBRも全て半導体/酸化物であるため熱の放出が悪
い、という欠点があった。また、DBRは全て半導体/
半導体から水蒸気酸化によって半導体/酸化物に変化さ
せるため、膜厚が変化するという欠点があった。更に、
この報告の構成で長波長帯の面発光レーザを得るのは困
難である。
[0007] As for a GaAs-based short-wavelength surface emitting laser, a structure using an AlAs oxide layer / GaAs DBR (distributed Bragg reflector) has been reported (IEEE PHOTO).
NICS TECHNOLOGY LETTERS, Vol.7, No.9, SEPTEMBER 19
95, 968-970 "). However, in the configuration reported in this report, the active layer does not have an optical waveguide structure, so that the transverse mode tends to be multi-mode at high output, and current cannot flow through the upper and lower DBRs. There is a drawback that the structure is difficult to produce because the electrodes are formed in layers, and that the lower DBR is also a semiconductor / oxide, so that the heat release is poor. All DBRs are semiconductor /
Since the semiconductor is changed to a semiconductor / oxide by steam oxidation, there is a disadvantage that the film thickness changes. Furthermore,
It is difficult to obtain a surface emitting laser in a long wavelength band with the configuration of this report.

【0008】長波長帯の電流注入型面発光レーザでは、
格子整合の結晶膜を用いて半導体/空気もしくは半導体
/酸化物のDBRを形成したという報告はない。
In a current injection type surface emitting laser in a long wavelength band,
There is no report that a semiconductor / air or semiconductor / oxide DBR was formed using a lattice-matched crystal film.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術に鑑
み、本発明の課題は下記いずれかの特長を持つ面発光レ
ーザとその作製方法を提供することにある。 (1) 少ないペア数で高反射率が得られるように、DBR
を構成する膜の屈折率差が大きいこと。 (2) 高精度な波長制御が可能であるように、制御性に優
れる気相エピタキシ法等で作製できること。 (3) 半導体/半導体のDBRを有するものに比べて、膜
厚が薄いこと。 (4) 作製が容易であるように、DBRを通して電流注入
が可能な構造であること。 (5) 単一横モード動作が可能であるように、活性層が光
導波型構造であること。 (6) 良好な熱の放出のために、下側DBRの一部が半導
体/半導体であること。 (7) 半導体/酸化物の膜厚が水蒸気酸化により変動する
ことがないように、DBRの一部に半導体/半導体が残
ること。 (8) 長波長帯での発振が可能であること。 (9) 作製が容易で信頼性も良く、高い特性が得られるよ
うに、格子整合の条件で連続成長することが可能である
こと。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned prior art, an object of the present invention is to provide a surface emitting laser having any of the following features and a method of manufacturing the same. (1) In order to obtain high reflectance with a small number of pairs,
The difference in the refractive index between the films constituting the film must be large. (2) To be able to be manufactured by a vapor phase epitaxy method with excellent controllability so that highly accurate wavelength control is possible. (3) The film thickness is smaller than that having a semiconductor / semiconductor DBR. (4) A structure capable of injecting current through a DBR so that fabrication is easy. (5) The active layer has an optical waveguide structure so that single transverse mode operation is possible. (6) Part of the lower DBR is semiconductor / semiconductor for good heat release. (7) The semiconductor / semiconductor remains in a part of the DBR so that the film thickness of the semiconductor / oxide does not change due to steam oxidation. (8) Able to oscillate in the long wavelength band. (9) It must be easy to manufacture, have good reliability, and be capable of continuous growth under lattice-matching conditions so as to obtain high characteristics.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1に係る発明の面発光レーザは、活性層と前
記活性層を半導体埋込成長した構造の上下に、第一の半
導体層と第二の半導体層とが交互に積層された導電性の
上部多層半導体層と、第一の半導体層と第二の半導体層
とが交互に積層された導電性の下部多層半導体層とを有
し、前記上部多層半導体層の上に電極層を有すること、
前記上部多層半導体層は前記活性層の直上を含む領域の
第一の半導体層が取り除かれ、空気層と第二の半導体層
とが交互に積層された分布型ブラッグ反射鏡構造となっ
ていること、及び、前記下部多層半導体層は前記活性層
の直下を含む領域の第一の半導体層が取り除かれて、空
気層と第二の半導体層とが交互に積層された分布型ブラ
ッグ反射鏡構造となっていることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a surface emitting laser according to the first aspect of the present invention, wherein a first semiconductor layer is formed above and below an active layer and a structure in which the active layer is embedded in a semiconductor. And a conductive lower multilayer semiconductor layer in which a first semiconductor layer and a second semiconductor layer are alternately laminated. And having an electrode layer on the upper multilayer semiconductor layer,
The upper multilayer semiconductor layer has a distributed Bragg reflector structure in which a first semiconductor layer in a region including immediately above the active layer is removed, and an air layer and a second semiconductor layer are alternately stacked. And the lower multilayer semiconductor layer is a distributed Bragg reflector structure in which the first semiconductor layer in a region including immediately below the active layer is removed, and an air layer and a second semiconductor layer are alternately stacked. It is characterized by becoming.

【0011】請求項2に係る発明の面発光レーザは、活
性層と前記活性層を半導体埋込成長した構造の上下に、
第一の半導体層と第二の半導体層とが交互に積層された
導電性の上部多層半導体層と、第一の半導体層と第二の
半導体層とが交互に積層された導電性の下部多層半導体
層を有し、前記上部多層半導体層の上に電極層を有する
こと、前記上部多層半導体層は前記活性層の直上を含む
領域の第一の半導体層が酸化されて、酸化物層と第二の
半導体層とが交互に積層された分布型ブラッグ反射鏡構
造となっていること、及び、前記下部多層半導体層は前
記活性層の直下を含む領域の第一の半導体層が酸化され
て、酸化物層と第二の半導体層とが交互に積層された分
布型ブラッグ反射鏡構造となっていることを特徴とする
ものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a surface emitting laser, comprising: an active layer and a structure in which the active layer is buried in a semiconductor;
A conductive upper multilayer semiconductor layer in which first semiconductor layers and second semiconductor layers are alternately stacked, and a conductive lower multilayer in which first semiconductor layers and second semiconductor layers are alternately stacked. A semiconductor layer, having an electrode layer on the upper multilayer semiconductor layer, wherein the upper multilayer semiconductor layer is formed by oxidizing a first semiconductor layer in a region including immediately above the active layer; A distributed Bragg reflector structure in which two semiconductor layers are alternately stacked, and the first semiconductor layer in a region including the lower multilayer semiconductor layer immediately below the active layer is oxidized, A distributed Bragg reflector structure in which an oxide layer and a second semiconductor layer are alternately stacked is characterized.

【0012】また、請求項3に係る発明の面発光レーザ
は、前記上部多層半導体層の第一の半導体層はAlGaInAs
であって第二の半導体層はAlGaInP であること、及び、
前記下部多層半導体層の第一の半導体層はAlGaInAsであ
って第二の半導体層はAlGaInP であることを特徴とし、
請求項4に係る発明の面発光レーザは、前記活性層の周
囲を半導体埋込成長した構造は、埋め込まれる部分の平
均の屈折率が埋込層の平均の屈折率より高い屈折率導波
構造であることを特徴とし、請求項5に係る発明の面発
光レーザは、埋込層は p型AlGaInAsP と n型AlGaInAsP
の繰り返し層、FeあるいはCrをドーピングした半絶縁 A
lGaInAsP層、あるいはこれらの層の間に他の埋込層より
もAl組成の高いAlGaInAsの酸化層を有するものであるこ
とを特徴とし、請求項6に係る発明の面発光レーザは、
前記活性層の周囲を半導体埋込成長した構造の活性層を
含む埋め込まれる部分はAlGaInAsで構成され、その上下
に低反射率の分布型ブラッグ反射鏡構造を有することを
特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the surface emitting laser, the first semiconductor layer of the upper multilayer semiconductor layer is formed of AlGaInAs.
Wherein the second semiconductor layer is AlGaInP; and
The first semiconductor layer of the lower multilayer semiconductor layer is AlGaInAs and the second semiconductor layer is AlGaInP,
The surface emitting laser according to the invention according to claim 4, wherein the structure in which the semiconductor is buried around the active layer has a refractive index waveguide structure in which the average refractive index of the buried portion is higher than the average refractive index of the buried layer. The surface emitting laser according to the invention according to claim 5, wherein the buried layers are p-type AlGaInAsP and n-type AlGaInAsP.
Repeated layer, semi-insulating A doped with Fe or Cr
The surface emitting laser according to the invention according to claim 6, characterized in that it has an lGaInAsP layer or an oxide layer of AlGaInAs having a higher Al composition than other buried layers between these layers.
A buried portion including the active layer having a structure in which the semiconductor is buried around the active layer is made of AlGaInAs, and has a distributed Bragg reflector structure with low reflectance above and below it.

【0013】更に、請求項7に係る発明は空気層と第二
の半導体層とが交互に積層された分布型ブラッグ反射鏡
構造を上下に有する面発光レーザの作製方法であり、前
記上下の分布型ブラッグ反射鏡構造を、AlGaInAs層とAl
GaInP 層とが交互に積層された上下の多層半導体層のAl
GaInAs層のみ光導波部分まで選択エッチングすることに
より形成すること特徴とする。
Further, the invention according to claim 7 is a method for manufacturing a surface emitting laser having a distributed Bragg reflector structure in which air layers and second semiconductor layers are alternately stacked, and wherein the vertical distribution Type Bragg reflector structure, AlGaInAs layer and Al
Al of the upper and lower multilayer semiconductor layers alternately laminated with GaInP layers
It is characterized in that only the GaInAs layer is selectively etched up to the optical waveguide portion.

【0014】請求項8に係る発明は酸化物層と第二の半
導体層とが交互に積層された分布型ブラッグ反射鏡構造
を上下に有する面発光レーザの作製方法であり、前記上
下の分布型ブラッグ反射鏡構造を、AlGaInAs層とAlGaIn
P 層とが交互に積層された上下の多層半導体層のAlGaIn
As層のみAl組成を高くし、光導波部分まで選択酸化する
ことにより形成すること特徴とする。
An eighth aspect of the present invention is a method of manufacturing a surface emitting laser having a distributed Bragg reflector structure in which oxide layers and second semiconductor layers are alternately stacked, and the upper and lower distributed Bragg reflector structures. Bragg reflector structure, AlGaInAs layer and AlGaIn
AlGaIn of upper and lower multilayer semiconductor layers alternately stacked with P layers
It is characterized in that only the As layer is formed by increasing the Al composition and selectively oxidizing the optical waveguide portion.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】[第1実施形態例]図1〜図5を
参照して、本発明の第1実施形態例を説明する。図1と
図2は第1実施形態例に係る面発光レーザの構造を示す
断面図と平面図であり、図3〜図5はその製作工程を示
す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [First Embodiment] A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 are a sectional view and a plan view showing the structure of the surface emitting laser according to the first embodiment, and FIGS. 3 to 5 show the manufacturing steps.

【0016】図1、図2に示す面発光レーザは、活性層
11と活性層11を半導体埋込成長した構造の上下に、
下部多層半導体層5と上部多層半導体層26を有してい
る。上部多層半導体層26の上にはn型電極層30を有
し、基板裏面にp型電極31を有している。符号28は
SiO2膜やSiN X 膜等の保護膜を示し、符号28aは光の
出射窓を示す。
The surface emitting laser shown in FIGS. 1 and 2 has an active layer 11 and a structure in which the active layer 11 is buried in a semiconductor.
It has a lower multilayer semiconductor layer 5 and an upper multilayer semiconductor layer 26. An n-type electrode layer 30 is provided on the upper multilayer semiconductor layer 26, and a p-type electrode 31 is provided on the back surface of the substrate. Symbol 28 is
A protection film such as a SiO 2 film or a SiN X film is shown, and reference numeral 28a indicates a light emission window.

【0017】下部多層半導体層5は第一の半導体層3と
第二の半導体層4とが交互に積層された導電性の多層膜
構造であり、一部に第一の半導体層3/第二の半導体層
4を残すように、活性層11の直下を含む領域の第一の
半導体層3のが取り除かれて、空気層3aと第二の半導
体層4とが交互に積層された分布型ブラッグ反射鏡(D
BR)構造となっている。通常、第一の半導体層3はAl
GaInAs層、第二の半導体層4は AlGaInP層であり、AlGa
InAs層3のみ光導波部分まで、一部を残して選択エッチ
ングすることにより上記のDBR構造に形成してある。
The lower multi-layer semiconductor layer 5 has a conductive multi-layer structure in which first semiconductor layers 3 and second semiconductor layers 4 are alternately stacked. Of the first semiconductor layer 3 in a region including immediately below the active layer 11 so as to leave the semiconductor layer 4 of a distributed Bragg layer in which the air layer 3a and the second semiconductor layer 4 are alternately stacked. Reflector (D
(BR) structure. Usually, the first semiconductor layer 3 is made of Al
The GaInAs layer and the second semiconductor layer 4 are AlGaInP layers.
The DBR structure is formed by selectively etching only the InAs layer 3 up to the optical waveguide portion except for a part.

【0018】上部多層半導体層26は第一の半導体層2
4と第二の半導体層25とが交互に積層された導電性の
多層膜構造であり、一部に第一の半導体層24/第二の
半導体層25を残すように、活性層11の直上を含む領
域の第一の半導体層24が取り除かれて、空気層24a
と第二の半導体層25とが交互に積層されたDBR構造
となっている。通常、第一の半導体層24はAlGaInAs
層、第二の半導体層25は AlGaInP層であり、AlGaInAs
層24のみ光導波部分まで選択エッチングすることによ
り上記のDBR構造に形成してある。
The upper multi-layer semiconductor layer 26 is the first semiconductor layer 2
4 and a second semiconductor layer 25 are alternately stacked, and have a conductive multilayer film structure. The first semiconductor layer 24 and the second semiconductor layer 25 are directly over the active layer 11 so that the first semiconductor layer 24 and the second semiconductor layer 25 are partially left. The first semiconductor layer 24 in the region including the air layer 24a is removed.
And a second semiconductor layer 25 are alternately stacked to form a DBR structure. Usually, the first semiconductor layer 24 is made of AlGaInAs
The second semiconductor layer 25 is an AlGaInP layer,
The DBR structure is formed by selectively etching only the layer 24 up to the optical waveguide portion.

【0019】活性層11の周囲を半導体埋込成長した構
造は、埋め込まれる部分の平均の屈折率が埋込層の平均
の屈折率より高い屈折率光導波構造にしてある。具体的
には、活性層11とその上下の多層膜9、15の平均の
屈折率を、その埋込層17aの平均の屈折率より高くし
て、活性層11を光導波構造にしてある。
The structure in which the semiconductor is buried around the active layer 11 has a refractive index optical waveguide structure in which the average refractive index of the buried portion is higher than the average refractive index of the buried layer. Specifically, the average refractive index of the active layer 11 and the upper and lower multilayer films 9 and 15 is made higher than the average refractive index of the buried layer 17a, so that the active layer 11 has an optical waveguide structure.

【0020】埋込層17aは基本的には p型AlGaInAsP
と n型AlGaInAsP の繰り返し層とし、更に、これらの層
の間に他の層よりもAl組成の高いAlGaInAsの酸化層29
を有している。
The buried layer 17a is basically a p-type AlGaInAsP
And an n-type AlGaInAsP repetition layer, and further, an AlGaInAs oxide layer 29 having an Al composition higher than the other layers between these layers.
have.

【0021】更に、活性層11の周囲を半導体埋込成長
した構造の活性層11を含む埋め込まれる部分はAlGaIn
Asで構成してあり、その上下に低反射率の分布型ブラッ
グ反射鏡構造の多層膜9、15を有している。
Further, the buried portion including the active layer 11 having the structure in which the semiconductor is buried around the active layer 11 is made of AlGaIn.
It is composed of As, and has multilayer films 9 and 15 having a distributed Bragg reflector structure with low reflectivity above and below it.

【0022】図1、図2に示した面発光レーザは、下記
の作用効果を持つ。 (1) 分布型ブラッグ反射鏡(DBR)が空気層3a/第
二の半導体層4(あるいは空気層24a/第二の半導体
層25)であるため、DBRを構成する膜の屈折率差を
大きくして、少ないペア数で高い反射率を得ることがで
きる。 (2) 制御性に優れる気相エピタキシ法等をDBRの形成
に適用することができるため、高精度な波長制御が可能
である。 (3) DBRを構成する膜のペア数が少なくて良いため、
半導体/半導体のDBRを有するものに比べ、面発光レ
ーザの膜厚が薄くなる。 (4) DBRの一部に半導体/半導体が残るため、そこに
電極を設けることができ、DBRを通して電流注入が可
能な構造である。従って、面発光レーザの作製が容易で
ある。 (5) 埋込構造を同時に有して活性層11が光導波型構造
であるため、単一横モード動作が可能である。 (6) 下側のDBRの一部に半導体/半導体が残るため、
熱の放出性が良い。 (7) 格子整合の結晶成長膜で InP基板1上に成長可能で
あることから、長波長帯での発振可能な特性と信頼性の
高い面発光レーザが得られる。 (8) 活性層11の上下に低反射率の分布型ブラッグ反射
鏡構造の多層膜9、15を有しているため、電流の均一
な注入が可能であり、かつ、光導波特性が更に良くなる
ため効率が良い。 (9) 以上のことから、低閾値電流で高光出力、かつ、単
一横モードの高性能な面発光レーザが実現される。 (10)埋込層17aが基本的には p型AlGaInAsP と n型Al
GaInAsP の繰り返し層であるため、活性層11回りの埋
込層部分の抵抗が高く、活性層11に電流が効率良く注
入される。更に、Al組成の高いAlGaInAsの酸化層29を
有しているのて、活性層11回りの埋込層部分が更に高
抵抗となり、活性層11に一層効率良く電流が注入され
る。
The surface emitting lasers shown in FIGS. 1 and 2 have the following functions and effects. (1) Since the distributed Bragg reflector (DBR) is the air layer 3a / the second semiconductor layer 4 (or the air layer 24a / the second semiconductor layer 25), the refractive index difference between the films constituting the DBR is increased. As a result, a high reflectance can be obtained with a small number of pairs. (2) Since a vapor phase epitaxy method or the like having excellent controllability can be applied to the formation of the DBR, highly accurate wavelength control is possible. (3) Since the number of pairs of films constituting the DBR may be small,
The thickness of the surface emitting laser is smaller than that of a semiconductor / semiconductor having a DBR. (4) Since the semiconductor / semiconductor remains in a part of the DBR, an electrode can be provided there and the current can be injected through the DBR. Therefore, it is easy to manufacture a surface emitting laser. (5) Since the active layer 11 has an optical waveguide structure while simultaneously having a buried structure, a single transverse mode operation is possible. (6) Since the semiconductor / semiconductor remains in part of the lower DBR,
Good heat release. (7) Since it can be grown on the InP substrate 1 with a lattice-matched crystal growth film, it is possible to obtain a surface-emitting laser that can oscillate in a long wavelength band and has high reliability. (8) Since the multilayer films 9 and 15 having a distributed Bragg reflector structure with low reflectivity are provided above and below the active layer 11, uniform injection of current is possible and optical waveguide characteristics are further improved. Efficiency is good because it gets better. (9) From the above, a high-performance surface-emitting laser in a single transverse mode with a low threshold current and high light output is realized. (10) The buried layer 17a is basically made of p-type AlGaInAsP and n-type Al
Since the layer is a GaInAsP repeating layer, the resistance of the buried layer around the active layer 11 is high, and current is efficiently injected into the active layer 11. Furthermore, since the AlGaInAs oxide layer 29 having a high Al composition is provided, the buried layer portion around the active layer 11 has a higher resistance, and current is more efficiently injected into the active layer 11.

【0023】次に、面発光レーザの作製方法の一例を、
発振波長をλ=1.55μmとして、図3〜図5を参照して
説明する。
Next, an example of a method for manufacturing a surface emitting laser will be described.
An explanation will be given with reference to FIGS. 3 to 5 assuming that the oscillation wavelength is λ = 1.55 μm.

【0024】図3(a)に示すように、p型InP基板1
上に、 p型InPバッファ層2、 λ=1.55μmの発振波長に対して、光学長λ/4のp
型Ga0.468In0.532As層3(第一の半導体層)と光学長
(3/4)λのp型InP 層(第二の半導体層)4をペア
として3.5ペア繰り返して、導電性の下部多層半導体
層5(ここで、GaInAs層3のみ光学長λ/4は空気の屈
折率を元に算出し、p型Ga0.468In0.532As層3はAl組成
をゼロとしたAlGaInAsであり、p型InP 層4はAl組成と
Ga組成をゼロとした AlGaInPである。)、 光学長2λのp型InP 層6、 p型Alx Gay In1-x-y As層7とp型Alm Gan In1-m-n
As層8をペアとする2.5ペアの繰り返し多層膜9(こ
の場合、x>m、x+y=m+nであり、層7と層8は
どちらも InPに格子整合する。x>mであるから、層7
の方が層8よりAl組成が大きい。ここでは、x=0.468
、y=0、m=0.2 、n=0.268 としている。p型Al
x Gay In1-x-y As層7とp型Alm Gan In1-m-n As層8は
P組成をゼロとした AlGaInAsPである。)、 引き続き、ノンドープのAlx Gay In1-x-y As傾斜層1
0(ここでは、x=0.2〜0.4 、y=0.268 〜0.068 と
している。)と、Al0.06Ga0.408In0.532As井戸層及びAl
0.2Ga0.268In0.532As 障壁層から構成される光学長λの
活性層(3QWs)11とを含むスペーサ層12、及び n型Alx Gay In1-x-y As層13とn型Alm Gan In
1-m-n As層14をペアとして、2.5ペア繰り返した多
層膜15(この場合、x>m、x+y=m+nであり、
層13と層14はどちらも InPに格子整合する。x>m
であるから、層13の方が層14よりAl組成が大きい。
ここでは、x=0 .468、y=0、m=0.2、n=0.268と
している。n型Alx Gay In1-x-y As層13とn型Alm Ga
n In1-m-n As層14は P組成をゼロとした AlGaInAsPの
である。)を初めに順次成長した。 その上に、膜厚600nmのSiO2層16を、例えば5
〜20μm径で、円形あるいは正方形にパターニングし
た。
As shown in FIG. 3A, the p-type InP substrate 1
Above, a p-type InP buffer layer 2, for an oscillation wavelength of λ = 1.55 μm, p of optical length λ / 4
3.5 pairs of a Ga 0.468 In 0.532 As layer 3 (first semiconductor layer) and a p-type InP layer (second semiconductor layer) 4 having an optical length (3/4) λ are repeated as pairs. The lower multilayer semiconductor layer 5 (here, the optical length λ / 4 of only the GaInAs layer 3 is calculated based on the refractive index of air, and the p-type Ga 0.468 In 0.532 As layer 3 is AlGaInAs having an Al composition of zero. Type InP layer 4 has an Al composition and
AlGaInP with zero Ga composition. ), P-type InP layer 6 having an optical length of 2λ, p-type Al x Ga y In 1-xy As layer 7 and p-type Al m Ga n In 1-mn
2.5 pairs of repetitive multilayer films 9 with As layers 8 as pairs (in this case, x> m, x + y = m + n, and both layers 7 and 8 are lattice-matched to InP. Since x> m) , Layer 7
Has a larger Al composition than the layer 8. Here, x = 0.468
, Y = 0, m = 0.2, n = 0.268. p-type Al
x Ga y In 1-xy As layer 7 and the p-type Al m Ga n In 1-mn As layer 8
AlGaInAsP with zero P composition. ), Followed by the non-doped Al x Ga y In 1-xy As gradient layer 1
0 (here, x = 0.2 to 0.4, y = 0.268 to 0.068), Al 0.06 Ga 0.408 In 0.532 As well layer and Al
0.2 Ga 0.268 In 0.532 As A spacer layer 12 including an active layer (3QWs) 11 having an optical length λ composed of a barrier layer, an n-type Al x Ga y In 1-xy As layer 13 and an n-type Al m Ga n In
A multilayer film 15 in which 1-mn As layers 14 are paired and 2.5 pairs are repeated (in this case, x> m, x + y = m + n,
Both layers 13 and 14 are lattice matched to InP. x> m
Therefore, the Al composition of the layer 13 is larger than that of the layer 14.
Here, x = 0.468, y = 0, m = 0.2, and n = 0.268. n-type Al x Ga y In 1-xy As layer 13 and n-type Al m Ga
The n In 1-mn As layer 14 is made of AlGaInAsP having a P composition of zero. ). On top of that, a 600 nm thick SiO 2 layer 16 is
It was patterned into a circle or a square with a diameter of 2020 μm.

【0025】次に、図3(b)に示すように、SiO2層1
6をマスクに利用してp型InP 層6までエッチングを行
い、図3(c)に示すように、 220nm厚のp型InP 層1
7、220nm厚のn型InP 層18、 220nm厚のノンドープA
lInAs層19、 220nm厚のn型InP 層20、 220nm厚の
p型InP 層21の構造を2回繰り返して、活性層11の
周囲を埋込成長した。ここで、符号22は層17〜21
の2回目の構造を表す。
Next, as shown in FIG. 3 (b), SiO 2 layer 1
Etching is performed up to the p-type InP layer 6 using the mask 6 as a mask, and as shown in FIG.
7, 220 nm thick n-type InP layer 18, 220 nm thick non-doped A
The structure of the lInAs layer 19, the n-type InP layer 20 having a thickness of 220 nm, and the p-type InP layer 21 having a thickness of 220 nm was repeated twice to bury and grow around the active layer 11. Here, reference numeral 22 denotes layers 17 to 21
Represents the second structure.

【0026】層17〜21は基本的には AlGaInAsPであ
るが、p型InP 層17、n型InP 層18、n型InP 層2
0及びp型InP 層21は、n型またはp型のAlGaInAsP
のAl組成、Ga組成及びAs組成をゼロとしたものであり、
ノンドープAlInAs層19は AlGaInAsPのGa組成と P組成
をゼロとしたものである。ノンドープAlInAs層19は他
の層17〜18、20〜21よりもAl組成が高い。
The layers 17 to 21 are basically made of AlGaInAsP, but the p-type InP layer 17, the n-type InP layer 18, and the n-type InP layer 2
The 0 and p-type InP layers 21 are made of n-type or p-type AlGaInAsP.
Al composition, Ga composition and As composition of zero
The non-doped AlInAs layer 19 has the Ga composition and the P composition of AlGaInAsP set to zero. The non-doped AlInAs layer 19 has a higher Al composition than the other layers 17 to 18 and 20 to 21.

【0027】次に、図4(a)に示すように、SiO2層1
6によるマスクを除去後、光学波長2λのn型InP 層2
3を成長し、これに引き続き、光学長λ/4のn型Ga
0.468In0.532As層24(第一の半導体層)と光学長(3
/4)λのn型InP 層(第二の半導体層)25をペアと
して2.5ペア繰り返して、導電性の上部多層半導体層
26を成長した。ここで、GaInAs層24の光学長λ/4
のみ空気の屈折率を元に算出し、n型Ga0.468In0.532As
層24はAl組成をゼロとしたAlGaInAsであり、n型InP
層25はAl組成とGa組成をゼロとした AlGaInPである。
Next, as shown in FIG. 4 (a), SiO 2 layer 1
6, the n-type InP layer 2 having an optical wavelength of 2λ is removed.
3 followed by n-type Ga having an optical length of λ / 4.
0.468 In 0.532 As layer 24 (first semiconductor layer) and optical length (3
/ 4) 2.5 pairs of n-type InP layers (second semiconductor layers) 25 of λ were repeated as pairs to grow a conductive upper multilayer semiconductor layer 26. Here, the optical length λ / 4 of the GaInAs layer 24
Only calculated based on the refractive index of air, n-type Ga 0.468 In 0.532 As
The layer 24 is made of AlGaInAs having an Al composition of zero, and n-type InP
The layer 25 is AlGaInP in which the Al composition and the Ga composition are zero.

【0028】次に、図4(b)に示すように、SiO2層2
7をマスクとして面発光レーザの層厚分エッチングする
ことにより、50μmφのメサを形成した。このエッチ
ングに際し、メサ内部に活性層部を含み、かつ、この活
性層部がメサの中央よりも外れるように(図では左側に
ずらして)メサを形成した。その後、図4(c)に示す
ように、プラズマCVD法により SiNX 又はSiO2を保護
膜28として全面蒸着した。
Next, as shown in FIG. 4 (b), SiO 2 layer 2
7 was used as a mask, and a mesa of 50 μmφ was formed by etching the layer thickness of the surface emitting laser. At the time of this etching, a mesa was formed so as to include an active layer portion inside the mesa and to shift the active layer portion away from the center of the mesa (shifted to the left in the figure). Thereafter, as shown in FIG. 4C, SiN X or SiO 2 was entirely deposited as a protective film 28 by a plasma CVD method.

【0029】保護膜28の全面蒸着後、図5(a)に示
すように、活性層部に近い方(図では左側)のメサ端の
保護膜28を選択的にエッチングして開口部を形成し
た。
After the entire surface of the protective film 28 is deposited, as shown in FIG. 5A, an opening is formed by selectively etching the protective film 28 on the mesa end near the active layer (left side in the figure). did.

【0030】開口部の形成後、図5(b)に示すよう
に、上部多層半導体層26のn型GaInAs層24及び下部
多層半導体層5のp型GaInAs層3のみを、開口部から活
性層11の上下まで至るように、過酸化水素と水のエッ
チング液を用いて選択エッチングした。この選択エッチ
ングにより、高反射率の InP層4/空気層3a( InP層
25/空気層24a)からなるDBR(分布型ブラッグ
反射鏡)が活性層11の上下に形成された。下部多層半
導体層5では一部に InP層4/GaInAs層3が残り、上部
多層半導体層26では一部に InP層25/GaInAs層24
が残っている。
After the opening is formed, as shown in FIG. 5B, only the n-type GaInAs layer 24 of the upper multilayer semiconductor layer 26 and the p-type GaInAs layer 3 of the lower multilayer semiconductor layer 5 are removed from the opening through the active layer. Selective etching was performed by using an etching solution of hydrogen peroxide and water so as to reach the upper and lower positions of No. 11. By this selective etching, a DBR (distributed Bragg reflector) composed of a high reflectivity InP layer 4 / air layer 3a (InP layer 25 / air layer 24a) was formed above and below the active layer 11. In the lower multilayer semiconductor layer 5, the InP layer 4 / GaInAs layer 3 remains partially, and in the upper multilayer semiconductor layer 26, the InP layer 25 / GaInAs layer 24
Remains.

【0031】更に、図5(b)に符号29で示すよう
に、埋込層のAlGaInAs層、具体的にはノンドープAlInAs
層19を選択酸化した。このAlGaInAs酸化層29によ
り、活性層11回りの埋込層部分が更に高抵抗になり、
活性層11に更に電流を効率良く注入することが可能と
なった。
Further, as shown by reference numeral 29 in FIG. 5B, an AlGaInAs layer as a buried layer, specifically, a non-doped AlInAs
Layer 19 was selectively oxidized. The AlGaInAs oxide layer 29 further increases the resistance of the buried layer around the active layer 11,
The current can be more efficiently injected into the active layer 11.

【0032】最後に、図5(c)に示すように、活性層
11上部の保護膜28を除去して光出射窓28aを形成
し、上部多層半導体層26の選択エッチングが及んでい
ない領域の上部の保護膜28を除去してAuGeNiのn型電
極30を形成した。また、p型InP基板1の裏面を研磨
してAuZnNiのp型電極31を形成した。
Finally, as shown in FIG. 5 (c), the protective film 28 on the active layer 11 is removed to form a light exit window 28a, and a region of the upper multilayer semiconductor layer 26 which is not subjected to the selective etching is removed. The upper protective film 28 was removed to form an AuGeNi n-type electrode 30. Also, the back surface of the p-type InP substrate 1 was polished to form a p-type electrode 31 of AuZnNi.

【0033】このようにして作製した面発光レーザのチ
ップの特性を調べた。図6はその面発光レーザの電流対
光出力特性並びに電流対電圧特性を示す。この面発光レ
ーザは1.55μmの波長で発光し、破線で示される従来の
GaInAsPを活性層に持つ面発光レーザに比べ、閾値電流
が低く、また、同じ電流値に対し光出力が増大している
ことを確認した。更に、最高光出力まで単一横モード発
振を確認した。また、用いたAlGaInAs及びAlGaInP の組
成を変えて InPに対して+10%〜10%の範囲で格子
定数を変えても、同様な特性が得られることを確認し
た。
The characteristics of the surface emitting laser chip thus manufactured were examined. FIG. 6 shows the current vs. light output characteristics and the current vs. voltage characteristics of the surface emitting laser. This surface emitting laser emits light at a wavelength of 1.55 μm,
It was confirmed that the threshold current was lower than that of the surface emitting laser having GaInAsP in the active layer, and that the optical output increased for the same current value. Furthermore, single transverse mode oscillation was confirmed up to the maximum light output. It was also confirmed that similar characteristics could be obtained even when the composition of AlGaInAs and AlGaInP used was changed and the lattice constant was changed in the range of + 10% to 10% with respect to InP.

【0034】[第2実施形態例]図7〜図10を参照し
て、本発明の第2実施形態例を説明する。図7は第2実
施形態例に係る面発光レーザの構造を示す断面図であ
り、図8〜図10にその製作工程を示す。
Second Embodiment A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of the surface emitting laser according to the second embodiment, and FIGS.

【0035】図7に示す面発光レーザは、活性層42と
活性層42を半導体埋込成長した構造の上下に、下部多
層半導体層36と上部多層半導体層57を有している。
上部多層半導体層57の上にはp型電極層61を有し、
基板裏面にn型電極62を有している。符号59はSiO2
膜やSiN X 膜等の保護膜を示し、符号59aは光の出射
窓を示す。
The surface emitting laser shown in FIG. 7 has an active layer 42 and a lower multilayer semiconductor layer 36 and an upper multilayer semiconductor layer 57 above and below a structure in which the active layer 42 is buried in a semiconductor.
A p-type electrode layer 61 is provided on the upper multilayer semiconductor layer 57,
An n-type electrode 62 is provided on the back surface of the substrate. Symbol 59 is SiO 2
A protective film such as film or SiN X film, reference numeral 59a denotes an exit window of the light.

【0036】下部多層半導体層36は第一の半導体層3
4と第二の半導体層35とが交互に積層された導電性の
多層膜構造であり、一部に第一の半導体層34/第二の
半導体層35がのこるように、活性層42の直下を含む
領域の第一の半導体層34が酸化されて、酸化物層34
aと第二の半導体層35とが交互に積層された分布型ブ
ラッグ反射鏡(DBR)構造となっている。通常、第一
の半導体層34はAlGaInAs層、第二の半導体層35は A
lGaInP層であり、AlGaInAs層34のみ光導波部分まで選
択酸化することにより上記のDBR構造に形成してあ
る。
The lower multilayer semiconductor layer 36 is the first semiconductor layer 3
4 and the second semiconductor layer 35 are alternately stacked, and have a conductive multilayer structure. The first semiconductor layer 34 and the second semiconductor layer 35 partially extend directly under the active layer 42. The first semiconductor layer 34 in the region including
The distributed Bragg reflector (DBR) structure in which a and the second semiconductor layer 35 are alternately stacked. Usually, the first semiconductor layer 34 is an AlGaInAs layer, and the second semiconductor layer 35 is an AGaInAs layer.
This is an lGaInP layer, and the above DBR structure is formed by selectively oxidizing only the AlGaInAs layer 34 up to the optical waveguide portion.

【0037】上部多層半導体層57は第一の半導体層5
5と第二の半導体層56とが交互に積層された導電性の
多層膜構造であり、一部に第一の半導体層55/第二の
半導体層56を残すように、活性層42の直上を含む領
域の第一の半導体層55が酸化されて、酸化物層と第二
の半導体層56とが交互に積層されたDBR構造となっ
ている。通常、第一の半導体層55はAlGaInAs層、第二
の半導体層56は AlGaInP層であり、AlGaInAs層55の
み光導波部分まで選択酸化することにより上記のDBR
構造に形成してある。
The upper multilayer semiconductor layer 57 is the first semiconductor layer 5
5 and the second semiconductor layer 56 are alternately stacked, and have a conductive multilayer structure. The first semiconductor layer 55 and the second semiconductor layer 56 are left directly above the active layer 42 so that the first semiconductor layer 55 and the second semiconductor layer 56 are partially left. The first semiconductor layer 55 in the region including is oxidized to form a DBR structure in which oxide layers and second semiconductor layers 56 are alternately stacked. Normally, the first semiconductor layer 55 is an AlGaInAs layer, and the second semiconductor layer 56 is an AlGaInP layer. The above DBR is obtained by selectively oxidizing only the AlGaInAs layer 55 up to the optical waveguide portion.
It is formed into a structure.

【0038】活性層42の周囲を半導体埋込成長した構
造は、埋め込まれる部分の平均の屈折率が埋込層の平均
の屈折率より高い屈折率導波構造にしてある。具体的に
は、活性層42とその上下の多層膜40、46の平均屈
折率を、その埋込層48aの平均屈折率より高くして、
活性層42を光導波構造にしてある。
The structure in which the semiconductor is buried around the active layer 42 has a refractive index waveguide structure in which the average refractive index of the buried portion is higher than the average refractive index of the buried layer. Specifically, the average refractive index of the active layer 42 and the upper and lower multilayer films 40 and 46 is set higher than the average refractive index of the buried layer 48a.
The active layer 42 has an optical waveguide structure.

【0039】埋込層48aは基本的には p型AlGaInAsP
と n型AlGaInAsP の繰り返し層と、FeあるいはCrドープ
をドーピングした半絶縁AlGaInAsP 層とし、更に、これ
らの層の間に他の層よりもAl組成の高いAlGaInAsP の酸
化層60を有している。
The buried layer 48a is basically made of p-type AlGaInAsP
And a repetition layer of n-type AlGaInAsP, a semi-insulating AlGaInAsP layer doped with Fe or Cr doping, and an AlGaInAsP oxide layer 60 having an Al composition higher than other layers between these layers.

【0040】更に、活性層42の周囲を半導体埋込成長
した構造の活性層42を含む埋め込まれる部分はAlGaIn
Asで構成してあり、その上下に低反射率の分布型ブラッ
グ反射鏡構造の多層膜40、46を有している。
Further, the buried portion including the active layer 42 having a structure in which the semiconductor is buried around the active layer 42 is made of AlGaIn.
It is composed of As, and has multilayered films 40 and 46 above and below a distributed Bragg reflector structure having a low reflectance.

【0041】図7に示した面発光レーザは、下記の作用
効果を持つ。 (1) 分布型ブラッグ反射鏡(DBR)が酸化物層34a
/第二の半導体層35(あるいは酸化物層55a/第二
の半導体層56)であるため、DBRを構成する膜の屈
折率差を大きくして、少ないペア数で高い反射率を得る
ことができる。 (2) 制御性に優れる気相エピタキシ法等をDBRの形成
に適用することができるため、高精度な波長制御が可能
である。 (3) DBRを構成する膜のペア数が少なくて良いため、
半導体/半導体のDBRを有するものに比べ、面発光レ
ーザの膜厚が薄くなる。 (4) DBRの一部に半導体/半導体が残るため、そこに
電極を設けることができ、DBRを通して電流注入が可
能な構造である。従って、面発光レーザの作製が容易で
ある。 (5) 埋込構造を同時に有して活性層42が光導波型構造
であるため、単一横モード動作が可能である。 (6) 下側のDBRの一部に半導体/半導体が残るため、
熱の放出性が良い。 (7) 格子整合の結晶成長膜で InP基板32上に成長可能
であることから、長波長帯での発振可能な特性と信頼性
の高い面発光レーザが得られる。 (8) 活性層42の上下に低反射率の分布型ブラッグ反射
鏡構造の多層膜40、46を有しているため、電流の均
一な注入が可能であり、かつ、光導波特性が更に良くな
るため効率が良い。 (9) 以上のことから、低閾値電流で高光出力、かつ、単
一横モードの高性能な面発光レーザが実現される。 (10)埋込層48aが基本的には p型AlGaInAsP と n型Al
GaInAsP の繰り返し層と、FeあるいはCrドープをドーピ
ングした半絶縁AlGaInAsP 層であるため、活性層42回
りの埋込層部分の抵抗が高く、活性層42に電流が効率
良く注入される。更に、Al組成の高いAlGaInAs酸化層6
0を有しているのて、活性層42回りの埋込層部分が更
に高抵抗となり、活性層42に一層効率良く電流が注入
される。
The surface emitting laser shown in FIG. 7 has the following functions and effects. (1) The distributed Bragg reflector (DBR) is an oxide layer 34a
/ The second semiconductor layer 35 (or the oxide layer 55a / the second semiconductor layer 56), it is possible to increase the difference in the refractive index of the films constituting the DBR and obtain a high reflectance with a small number of pairs. it can. (2) Since a vapor phase epitaxy method or the like having excellent controllability can be applied to the formation of the DBR, highly accurate wavelength control is possible. (3) Since the number of pairs of films constituting the DBR may be small,
The thickness of the surface emitting laser is smaller than that of a semiconductor / semiconductor having a DBR. (4) Since the semiconductor / semiconductor remains in a part of the DBR, an electrode can be provided there and the current can be injected through the DBR. Therefore, it is easy to manufacture a surface emitting laser. (5) Since the active layer 42 has an optical waveguide structure while having a buried structure, a single transverse mode operation is possible. (6) Since the semiconductor / semiconductor remains in part of the lower DBR,
Good heat release. (7) Since the crystal can be grown on the InP substrate 32 with a lattice-matched crystal growth film, a surface-emitting laser with high oscillation characteristics in a long wavelength band and high reliability can be obtained. (8) Since the multilayer films 40 and 46 having a distributed Bragg reflector structure with low reflectivity are provided above and below the active layer 42, current can be uniformly injected and optical waveguide characteristics can be further improved. Efficiency is good because it improves (9) From the above, a high-performance surface-emitting laser in a single transverse mode with a low threshold current and high light output is realized. (10) The buried layer 48a is basically made of p-type AlGaInAsP and n-type Al
Since it is a GaInAsP repeating layer and a semi-insulating AlGaInAsP layer doped with Fe or Cr, the resistance of the buried layer around the active layer 42 is high, and current is efficiently injected into the active layer 42. Furthermore, an AlGaInAs oxide layer 6 having a high Al composition
Since it has 0, the buried layer portion around the active layer 42 has a higher resistance, and current is more efficiently injected into the active layer 42.

【0042】次に、面発光レーザの作製方法の一例を、
発振波長をλ= 1.3μmとして、図8〜図10を参照し
て説明する。
Next, an example of a method for manufacturing a surface emitting laser will be described.
The description will be given with reference to FIGS. 8 to 10 on the assumption that the oscillation wavelength is λ = 1.3 μm.

【0043】図8(a)に示すように、n型InP基板3
2上に、 n型InPバッファ層33、 λ= 1.3μmの発振波長に対して、光学長λ/4のn
型Al0.460Ga0.008In0.53 2As 層34(第一の半導体層)
と光学長(3/4)λのn型InP 層(第二の半導体層)
35をペアとして3.5ペア繰り返して、導電性の下部
多層半導体層36(ここで、AlGaInAs層34のみ光学長
λ/4をAlGaInAs酸化物の屈折率を元に算出し、n型In
P 層35はAl組成とGa組成をゼロとした AlGaInPであ
る。)、 光学長2λのn型InP 層37、 n型Alx Gay In1-x-y As層38とn型Alm Gan In
1-m-n As層39をペアとする2.5ペアの繰り返し多層
膜40(この場合、x>m、x+y=m+nであり、層
38と層39はどちらも InPに格子整合する。x>mで
あるから、層38の方が層39よりAl組成が大きい。こ
こでは、x=0.468 、y=0、m=0.25、n=0.218 と
している。n型Alx Gay In1-x-y As層38とn型Alm Ga
n In1-m-n As層39は P組成をゼロとした AlGaInAsPで
ある。)、 引き続き、ノンドープのAlx Gay In1-x-y As傾斜層4
1(ここでは、x=0.2〜0.4 、y=0.218 〜0.068 と
している)と、Al0.154Ga0.314In0.532As 井戸層及びAl
0.25Ga0.218In0.532As障壁層から構成される光学長λの
活性層(3QWs)42とを含むスペーサ層43、及び p型Alx Gay In1-x-y As層44とp型Alm Gan In
1-m-n As層45をペアとして、2.5ペア繰り返した多
層膜46(この場合、x>m、x+y=m+nであり、
層44と層45はどちらも InPに格子整合する。x>m
であるから、層44の方が層45よりAl組成が大きい。
ここでは、x=0 .468、y=0、m=0.25、n=0.218
としている。p型Alx Gay In1-x-y As層44とp型Alm
Gan In1-m-n As層45は P組成をゼロとした AlGaInAsP
である。)を初めに順次成長した。 その上に、膜厚600nmのSiO2層47を、例えば5
〜20μm径で、円形あるいは正方形にパターニングし
た。
As shown in FIG. 8A, the n-type InP substrate 3
On the n-type InP buffer layer 33, for an oscillation wavelength of λ = 1.3 μm, n of an optical length λ / 4
Al 0.460 Ga 0.008 In 0.53 2 As layer 34 (first semiconductor layer)
And n-type InP layer with optical length (3/4) λ (second semiconductor layer)
By repeating 3.5 pairs with 35 as a pair, the optical length λ / 4 of only the conductive lower multilayer semiconductor layer 36 (here, the AlGaInAs layer 34 is calculated based on the refractive index of the AlGaInAs oxide, and the n-type In
The P layer 35 is AlGaInP in which the Al composition and the Ga composition are zero. ), N-type InP layer 37 having an optical length of 2λ, n-type Al x Ga y In 1-xy As layer 38 and n-type Al m G a n In
A 2.5-pair repetitive multilayer film 40 having a pair of 1-mn As layers 39 (in this case, x> m, x + y = m + n, and both layers 38 and 39 are lattice-matched to InP. X> m since it is, towards the layer 38 is an Al composition greater than the layer 39. here, x = 0.468, y = 0 , m = 0.25, .n type is set to n = 0.218 Al x Ga y in 1-xy as layer 38 and n-type Al m Ga
The n In 1-mn As layer 39 is AlGaInAsP having a P composition of zero. ), Followed by a non-doped Al x Ga y In 1-xy As graded layer 4
1 (here, x = 0.2 to 0.4, y = 0.218 to 0.068), Al 0.154 Ga 0.314 In 0.532 As well layer and Al
0.25 Ga 0.218 In 0.532 active layer of the optical length λ comprised As barrier layer (3QWs) 42 and the spacer layer 43 including, and p-type Al x Ga y In 1-xy As layer 44 and the p-type Al m Ga n In
The 1-mn As layer 45 is paired to form a multilayer film 46 in which 2.5 pairs are repeated (in this case, x> m, x + y = m + n,
Both layers 44 and 45 are lattice matched to InP. x> m
Therefore, the layer 44 has a higher Al composition than the layer 45.
Here, x = 0.468, y = 0, m = 0.25, n = 0.218
And p-type Al x Ga y In 1-xy As layer 44 and the p-type Al m
The Ga n In 1-mn As layer 45 is made of AlGaInAsP with zero P composition.
It is. ). On top of this, a 600 nm thick SiO 2 layer 47 is
It was patterned into a circle or a square with a diameter of 2020 μm.

【0044】次に、図8(b)に示すように、SiO2層4
7をマスクに利用してn型InP 層37までエッチングを
行い、図8(c)に示すように、50nm厚のノンドープIn
P 層48、 390nm厚のFeあるいはCrドープの InP層4
9、 220nm厚のノンドープAlInAs層50、 390nm厚のFe
あるいはCrドープの InP層51、50nm厚のノンドープIn
P 層52の構造を2回繰り返して、活性層42の周囲を
埋込成長した。ここで、符号53は層48〜52の2回
目の構造を表す。
Next, as shown in FIG. 8 (b), SiO 2 layer 4
Using the mask 7 as a mask, etching is performed up to the n-type InP layer 37, and as shown in FIG.
P layer 48, 390 nm thick Fe or Cr doped InP layer 4
9. Non-doped AlInAs layer 50 with a thickness of 220 nm, Fe with a thickness of 390 nm
Alternatively, a Cr-doped InP layer 51, a 50-nm thick non-doped InP
By repeating the structure of the P layer 52 twice, buried growth was made around the active layer 42. Here, reference numeral 53 represents the second structure of the layers 48 to 52.

【0045】層48〜52は基本的には AlGaInAsP、及
びFeあるいはCrドープの半絶縁 AlGaInAsPであるが、層
48及び52はAl組成、Ga組成及びAs組成をゼロとした
AlGaInAsP であり、層49及び52はAl組成、Ga組成及
びAs組成をゼロとしたFeあるいはCrドープの半絶縁 AlG
aInAsPであり、ノンドープAlInAs層50はGa組成と P組
成をゼロとした AlGaInAsPである。ノンドープAlInAs層
50は他の層48〜49、51〜52よりAl組成が高
い。
The layers 48 to 52 are basically made of AlGaInAsP and Fe or Cr-doped semi-insulating AlGaInAsP, while the layers 48 and 52 have zero Al, Ga and As compositions.
AlGaInAsP, and layers 49 and 52 are Fe or Cr doped semi-insulating AlG with zero Al, Ga and As compositions.
The non-doped AlInAs layer 50 is AlGaInAsP having a Ga composition and a P composition of zero. The non-doped AlInAs layer 50 has a higher Al composition than the other layers 48 to 49 and 51 to 52.

【0046】次に、図9(a)に示すように、SiO2層4
7によるマスクを除去後、光学波長2λのp型InP 層5
4、これに引き続き、光学長λ/4のp型Al0.460Ga
0.008In 0.532As 層55(第一の半導体層)と光学長
(3/4)λのp型InP 層(第二の半導体層)56をペ
アとして2.5ペア繰り返して、導電性の上部多層半導
体層57を成長した。ここで、AlGaInAs層55のみ光学
長λ/4はAlGaInAs酸化物の屈折率を元に算出し、p型
InP 層56はAl組成とGa組成をゼロとした AlGaInPであ
る。
Next, as shown in FIG.TwoLayer 4
7, the p-type InP layer 5 having an optical wavelength of 2λ is removed.
4. Subsequent to this, p-type Al having an optical length of λ / 40.460Ga
0.008In 0.532As layer 55 (first semiconductor layer) and optical length
(3/4) λ p-type InP layer (second semiconductor layer) 56
2.5 pairs repeated as a
The body layer 57 was grown. Here, only the AlGaInAs layer 55 is optical.
The length λ / 4 is calculated based on the refractive index of AlGaInAs oxide,
The InP layer 56 is made of AlGaInP in which the Al composition and the Ga composition are zero.
You.

【0047】次に、図9(b)に示すように、SiO2層5
8をマスクとして面発光レーザの層厚分エッチングする
ことにより、50μmφのメサを形成した。このエッチ
ングに際し、メサ内部に活性層部を含み、この活性層部
がメサの中央よりも外れるようにメサを形成した。その
後、図9(c)に示すように、プラズマCVD法により
SiNX 又はSiO2を保護膜59として全面蒸着した。
Next, as shown in FIG. 9 (b), SiO 2 layer 5
By using 8 as a mask, a mesa of 50 μmφ was formed by etching by the thickness of the surface emitting laser. At the time of this etching, a mesa was formed such that an active layer portion was included inside the mesa and the active layer portion was deviated from the center of the mesa. After that, as shown in FIG.
SiN X or SiO 2 was deposited on the entire surface as a protective film 59.

【0048】保護膜59の全面蒸着後、図10(a)に
示すように、活性層部に近い方(図では左側)のメサ端
の保護膜59を選択的にエッチングして開口部を形成し
た。
After the entire surface of the protective film 59 is deposited, as shown in FIG. 10A, an opening is formed by selectively etching the protective film 59 on the mesa end closer to the active layer (left side in the figure). did.

【0049】開口部の形成後、図10(b)に示すよう
に、上部多層半導体層57のp型AlGaInAs層55及び下
部多層半導体層36のn型AlGaInAs層34のみを選択酸
化して、開口部から活性層42の上下まで至るAlGaInAs
酸化物層34a、55aを形成した。また、符号60で
示すように、埋込層のAlGaInAs層、具体的にはノンドー
プAlInAs層50を選択酸化した。
After the opening is formed, only the p-type AlGaInAs layer 55 of the upper multilayer semiconductor layer 57 and the n-type AlGaInAs layer 34 of the lower multilayer semiconductor layer 36 are selectively oxidized as shown in FIG. AlGaInAs from the part to the top and bottom of the active layer 42
The oxide layers 34a and 55a were formed. Further, as shown by reference numeral 60, the AlGaInAs layer of the buried layer, specifically, the non-doped AlInAs layer 50 was selectively oxidized.

【0050】この選択酸化により、高反射率の InP層3
5/AlGaInAs酸化物層34a( InP層56/AlGaInAs酸
化物層55a)からなるDBR(分布型ブラッグ反射
鏡)が活性層42の上下に部分的に形成された。下部多
層半導体層36では一部に InP層35/AlGaInAs層34
が残り、上部多層半導体層57では一部に InP層56/
AlGaInAs層55が残っている。
By this selective oxidation, the high reflectance InP layer 3
A DBR (distributed Bragg reflector) composed of 5 / AlGaInAs oxide layer 34a (InP layer 56 / AlGaInAs oxide layer 55a) was partially formed above and below active layer 42. In the lower multilayer semiconductor layer 36, an InP layer 35 / AlGaInAs layer 34 is partially formed.
And the upper multi-layer semiconductor layer 57 partially includes the InP layer 56 /
The AlGaInAs layer 55 remains.

【0051】更に、埋込層ではAlInAs層50のAl組成が
高いことから活性層42回りの全面に高抵抗の酸化物層
60が形成され、埋込層部分が更に高抵抗になって、活
性層42に電流を更に効率良く注入することが可能とな
った。
Further, in the buried layer, since the Al composition of the AlInAs layer 50 is high, a high-resistance oxide layer 60 is formed on the entire surface around the active layer 42, and the buried layer portion has a higher resistance, and The current can be more efficiently injected into the layer 42.

【0052】最後に、図10(c)に示すように、活性
層42上部の保護膜59を除去して光出射窓59aを形
成し、上部多層半導体層57の選択酸化が及んでいない
領域の上部の保護膜59を除去してAuZnNiのp型電極6
1を形成した。また、n型InP基板32の裏面を研磨し
てをAuGeNiのn型電極62形成した。
Finally, as shown in FIG. 10 (c), the protective film 59 on the active layer 42 is removed to form a light exit window 59a. The upper protective film 59 is removed, and the AuZnNi p-type electrode 6 is removed.
1 was formed. The back surface of the n-type InP substrate 32 was polished to form an AuGeNi n-type electrode 62.

【0053】このようにして作製した面発光レーザのチ
ップの特性を調べた。この面発光レーザは 1.3μmの波
長で発光し、第1実施形態例と同様に、従来の GaInAsP
を活性層に持つ面発光レーザに比べ、閾値電流が低く、
また、同じ電流値に対し光出力が増大していることを確
認した。更に、最高光出力まで単一横モード発振を確認
した。また、用いたAlGaInAs及びAlGaInP の組成を変え
て InPに対して+10%〜10%の範囲で格子定数を変
えても、同様な特性が得られることを確認した。
The characteristics of the surface emitting laser chip thus manufactured were examined. This surface-emitting laser emits light at a wavelength of 1.3 μm, and, similarly to the first embodiment, a conventional GaInAsP
Threshold current is lower than that of a surface emitting laser having
It was also confirmed that the light output increased for the same current value. Furthermore, single transverse mode oscillation was confirmed up to the maximum light output. It was also confirmed that similar characteristics could be obtained even when the composition of AlGaInAs and AlGaInP used was changed and the lattice constant was changed in the range of + 10% to 10% with respect to InP.

【0054】[第3実施形態例]図11〜図14を参照
して、本発明の第3実施形態例を説明する。図11は第
3実施形態例に係る面発光レーザの構造を示す断面図で
あり、図12〜図14にその製作工程を示す。
[Third Embodiment] A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of the surface emitting laser according to the third embodiment, and FIGS.

【0055】図11に示す面発光レーザは、活性層73
と活性層73を半導体埋込成長した構造の上下に、下部
多層半導体層67と上部多層半導体層88を有してい
る。上部多層半導体層57の上にp型電極層92を有
し、基板裏面にn型電極93を有している。符号90は
SiO2膜やSiN X 膜等の保護膜を示し、符号90aは光の
出射窓を示す。
The surface emitting laser shown in FIG.
A lower multilayer semiconductor layer 67 and an upper multilayer semiconductor layer 88 are provided above and below a structure in which a semiconductor layer and an active layer 73 are embedded. A p-type electrode layer 92 is provided on the upper multilayer semiconductor layer 57, and an n-type electrode 93 is provided on the back surface of the substrate. Symbol 90 is
A protection film such as a SiO 2 film or a SiN X film is shown, and reference numeral 90a indicates a light emission window.

【0056】下部多層半導体層67は第一の半導体層6
5と第二の半導体層66とが交互に積層された導電性の
多層膜構造であり、一部に第一の半導体層65/第二の
半導体層66を残すように、活性層73の直下を含む領
域の第一の半導体層65が酸化されて、酸化物層65a
と第二の半導体層66とが交互に積層された分布型ブラ
ッグ反射鏡(DBR)構造となっている。通常、第一の
半導体層65はAlGaInAs層、第二の半導体層66は AlG
aInP層であり、AlGaInAs層65のみ光導波部分まで選択
酸化することにより上記のDBR構造に形成してある。
The lower multilayer semiconductor layer 67 is the first semiconductor layer 6
5 and the second semiconductor layer 66 are alternately stacked, and have a conductive multilayer structure, and the first semiconductor layer 65 / the second semiconductor layer 66 are left directly below the active layer 73 so as to leave the first semiconductor layer 65 / the second semiconductor layer 66 partially. Is oxidized in the first semiconductor layer 65 in the region including
And a second semiconductor layer 66 are alternately stacked to form a distributed Bragg reflector (DBR) structure. Usually, the first semiconductor layer 65 is an AlGaInAs layer and the second semiconductor layer 66 is an AlGaInAs layer.
This is an aInP layer, and the above DBR structure is formed by selectively oxidizing only the AlGaInAs layer 65 up to the optical waveguide portion.

【0057】上部多層半導体層88は第一の半導体層8
6と第二の半導体層87とが交互に積層された導電性の
多層膜構造であり、一部に第一の半導体層86/第二の
半導体層87を残すように、活性層73の直上を含む領
域の第一の半導体層86が酸化されて、酸化物層86a
と第二の半導体層87とが交互に積層されたDBR構造
となっている。通常、第一の半導体層86はAlGaInAs
層、第二の半導体層87は AlGaInP層であり、AlGaInAs
層86のみ光導波部分まで選択酸化することにより上記
のDBR構造に形成してある。
The upper multilayer semiconductor layer 88 is the first semiconductor layer 8
6 and a second semiconductor layer 87 are alternately stacked, and have a conductive multi-layer structure. The first semiconductor layer 86 and the second semiconductor layer 87 are left directly above the active layer 73 so as to leave a part thereof. Is oxidized in the region including the first semiconductor layer 86 to form the oxide layer 86a
And a second semiconductor layer 87 are alternately stacked to form a DBR structure. Usually, the first semiconductor layer 86 is made of AlGaInAs
The second semiconductor layer 87 is an AlGaInP layer,
Only the layer 86 is selectively oxidized to the optical waveguide portion to form the above-mentioned DBR structure.

【0058】活性層73の周囲を半導体埋込成長した構
造は、埋め込まれる部分の平均の屈折率が埋込層の平均
の屈折率より高い屈折率導波構造にしてある。具体的に
は、活性層73とその上下の多層膜71、77の平均屈
折率を、その埋込層79aの平均屈折率より高くして、
光導波構造にしてある。
The structure in which the semiconductor is buried around the active layer 73 has a refractive index waveguide structure in which the average refractive index of the buried portion is higher than the average refractive index of the buried layer. Specifically, the average refractive index of the active layer 73 and the upper and lower multilayer films 71 and 77 is made higher than the average refractive index of the buried layer 79a.
It has an optical waveguide structure.

【0059】埋込層79aは基本的には p型AlGaInAsP
と n型AlGaInAsP の繰り返し層と、FeあるいはCrドープ
をドーピングした半絶縁AlGaInAsP 層とし、更に、これ
らの層の間に他の層よりもAl組成の高いAlGaInAsP の酸
化層91を有している。
The buried layer 79a is basically made of p-type AlGaInAsP
And a repetitive layer of n-type AlGaInAsP, a semi-insulating AlGaInAsP layer doped with Fe or Cr doping, and an AlGaInAsP oxide layer 91 having an Al composition higher than other layers between these layers.

【0060】更に、活性層73の周囲を半導体埋込成長
した構造の活性層73を含む埋め込まれる部分はAlGaIn
Asで構成してあり、その上下に低反射率の分布型ブラッ
グ反射鏡構造の多層膜71、77を有している。
Further, the buried portion including the active layer 73 having the structure in which the semiconductor is buried around the active layer 73 is made of AlGaIn.
It is composed of As, and has multilayered films 71 and 77 of a distributed Bragg reflector structure with low reflectivity above and below it.

【0061】図11に示した面発光レーザは、下記の作
用効果を持つ。 (1) 分布型ブラッグ反射鏡(DBR)が酸化物層65a
/第二の半導体層66(あるいは酸化物層86a/第二
の半導体層87)であるため、DBRを構成する膜の屈
折率差を大きくして、少ないペア数で高い反射率を得る
ことができる。 (2) 制御性に優れる気相エピタキシ法等をDBRの形成
に適用することができるため、高精度な波長制御が可能
である。 (3) DBRを構成する膜のペア数が少なくて良いため、
半導体/半導体のDBRを有するものに比べ、面発光レ
ーザの膜厚が薄くなる。 (4) DBRの一部に半導体/半導体が残るため、そこに
電極を設けることができ、DBRを通して電流注入が可
能な構造である。従って、面発光レーザの作製が容易で
ある。 (5) 埋込構造を同時に有して活性層73が光導波型構造
であるため、単一横モード動作が可能である。 (6) 下側のDBRの一部に半導体/半導体が残るため、
熱の放出性が良い。 (7) 格子整合の結晶成長膜でGaAs基板63上に成長可能
であることから、短波長対での発振可能な特性と信頼性
の高い面発光レーザが得られる。 (8) 活性層73の上下に低反射率の分布型ブラッグ反射
鏡構造の多層膜71、77を有しているため、電流の均
一な注入が可能であり、かつ、光導波特性が更に良くな
るため効率が良い。 (9) 以上のことから、低閾値電流で高光出力、かつ、単
一横モードの高性能な面発光レーザが実現される。 (10)埋込層79aが基本的には p型AlGaInAsP と n型Al
GaInAsP の繰り返し層と、FeあるいはCrドープをドーピ
ングした半絶縁AlGaInAsP 層であるため、活性層73回
りの埋込層部分の抵抗が高く、活性層73に電流が効率
良く注入される。更に、Al組成の高いAlGaInAs酸化層9
1を有しているのて、活性層73回りの埋込層部分が更
に高抵抗となり、活性層73に一層効率良く電流が注入
される。
The surface emitting laser shown in FIG. 11 has the following functions and effects. (1) The distributed Bragg reflector (DBR) is an oxide layer 65a
/ The second semiconductor layer 66 (or the oxide layer 86a / the second semiconductor layer 87), it is possible to increase the refractive index difference between the films constituting the DBR and obtain a high reflectance with a small number of pairs. it can. (2) Since a vapor phase epitaxy method or the like having excellent controllability can be applied to the formation of the DBR, highly accurate wavelength control is possible. (3) Since the number of pairs of films constituting the DBR may be small,
The thickness of the surface emitting laser is smaller than that of a semiconductor / semiconductor having a DBR. (4) Since the semiconductor / semiconductor remains in a part of the DBR, an electrode can be provided there and the current can be injected through the DBR. Therefore, it is easy to manufacture a surface emitting laser. (5) Since the active layer 73 has the buried structure and is the optical waveguide type structure, a single transverse mode operation is possible. (6) Since the semiconductor / semiconductor remains in part of the lower DBR,
Good heat release. (7) Since the crystal can be grown on the GaAs substrate 63 with a lattice-matched crystal growth film, a surface emitting laser having a characteristic capable of oscillating in a short wavelength pair and a high reliability can be obtained. (8) Since the multilayer films 71 and 77 having a low reflectivity distributed Bragg reflector structure are provided above and below the active layer 73, uniform current injection is possible, and the optical waveguide characteristics are further improved. Efficiency is good because it gets better. (9) From the above, a high-performance surface-emitting laser in a single transverse mode with a low threshold current and high light output is realized. (10) The buried layer 79a is basically made of p-type AlGaInAsP and n-type Al
Because of the GaInAsP repeating layer and the semi-insulating AlGaInAsP layer doped with Fe or Cr doping, the resistance of the buried layer around the active layer 73 is high, and current is efficiently injected into the active layer 73. Furthermore, an AlGaInAs oxide layer 9 having a high Al composition
As a result, the buried layer around the active layer 73 has a higher resistance, and current is more efficiently injected into the active layer 73.

【0062】次に、面発光レーザの作製方法の一例を、
発振波長をλ=0.85μmとして、図12〜図14を参照
して説明する。
Next, an example of a method for manufacturing a surface emitting laser will be described.
An explanation will be given with reference to FIGS. 12 to 14 assuming that the oscillation wavelength is λ = 0.85 μm.

【0063】図12(a)に示すように、n型GaAs基板
63上に、 n型GaAsバッファ層64、 λ=0.85μmの発振波長に対して、光学長λ/4のn
型Al0.9Ga0.1As層65(第一の半導体層)と光学長(3
/4)λのn型Ga0.5In0.5P 層(第二の半導体層)66
をペアとして3.5ペア繰り返して、導電性の下部多層
半導体層67(ここで、AlGaAs層65の光学長λ/4の
みAlGaAs酸化物の屈折率を元に算出し、n型AlGaAs層6
5はIn組成をゼロとしたAlGaInAsであり、n型GaInP 層
66はAl組成をゼロとした AlGaInPである。)、 光学長2λのn型Ga0.5In0.5P 層68、 n型Al0.5Ga0.5As層69とn型Al0.15Ga0.85As層70
をペアとする2.5ペアの繰り返し多層膜71(この場
合、層69の方が層70よりAl組成が大きい。n型Al
0.5Ga0.5As層69とn型Al0.5Ga0.5As層70はIn組成と
P組成をゼロとしたAlGaInAsPである。)、 引き続き、ノンドープのAlx Ga1-x As傾斜層72(こ
こでは、x=0.3〜0.4としている)と、GaAs井戸層及び
Al0.3Ga0.7As障壁層から構成される光学長λの活性層
(3QWs)73とを含むスペーサ層74、及び p型Al0.5Ga0.5As層75とp型Al0.15Ga0.85As層76
をペアとして、2.5ペア繰り返した多層膜77(この
場合、層75の方が層76よりAl組成が大きい。p型Al
0.5Ga0.5As層75とp型Al0.15Ga0.85As層76はIn組成
と P組成をゼロとした AlGaInAsPである。)を初めに順
次成長した。 その上に、膜厚600nmのSiO2層78を、例えば5
〜20μm径で、円形あるいは正方形にパターニングし
た。
As shown in FIG. 12A, an n-type GaAs buffer layer 64 is provided on an n-type GaAs substrate 63. For an oscillation wavelength of λ = 0.85 μm, n of an optical length λ / 4
Type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 65 (first semiconductor layer) and optical length (3
/ 4) λ n-type Ga 0.5 In 0.5 P layer (second semiconductor layer) 66
Is repeated as a pair, and the conductive lower multilayer semiconductor layer 67 (here, only the optical length λ / 4 of the AlGaAs layer 65 is calculated based on the refractive index of the AlGaAs oxide, and the n-type AlGaAs layer 6
Numeral 5 is AlGaInAs having an In composition of zero, and the n-type GaInP layer 66 is AlGaInP having an Al composition of zero. ), N-type Ga 0.5 In 0.5 P layer 68 having an optical length of 2λ, n-type Al 0.5 Ga 0.5 As layer 69 and n-type Al 0.15 Ga 0.85 As layer 70
(A layer 69 has a larger Al composition than the layer 70. In this case, n-type Al
The 0.5 Ga 0.5 As layer 69 and the n-type Al 0.5 Ga 0.5 As layer 70 have the In composition.
AlGaInAsP with zero P composition. Subsequently, a non-doped Al x Ga 1 -x As inclined layer 72 (here, x = 0.3 to 0.4), a GaAs well layer and
A spacer layer 74 including an active layer (3QWs) 73 having an optical length of λ composed of an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer, and a p-type Al 0.5 Ga 0.5 As layer 75 and a p-type Al 0.15 Ga 0.85 As layer 76
Are formed as a pair, and a multilayer film 77 in which 2.5 pairs are repeated (in this case, the layer 75 has a higher Al composition than the layer 76. p-type Al
The 0.5 Ga 0.5 As layer 75 and the p-type Al 0.15 Ga 0.85 As layer 76 are AlGaInAsP with zero In composition and no P composition. ). On top of this, a 600 nm thick SiO 2 layer 78 is
It was patterned into a circle or a square with a diameter of 2020 μm.

【0064】次に、図12(b)に示すように、SiO2
78をマスクに利用してn型Ga0.5In0.5P 層68までエ
ッチングを行い、図12(c)に示すように、50nm厚の
ノンドープGa0.5In0.5P 層79、 220nm厚のFeあるいは
Crドープの Ga0.5In0.5P層80、 120nm厚のノンドープ
Al0.98Ga0.02As層81、 220nm厚のFeあるいはCrドープ
の Ga0.5In0.5P層82、50nm厚のノンドープ Ga0.5In
0.5P層83の構造を2回繰り返して、活性層73の周囲
を埋込成長した。ここで、符号84は層79〜83の2
回目の構造を表す。
Next, as shown in FIG. 12B, etching is performed up to the n-type Ga 0.5 In 0.5 P layer 68 using the SiO 2 layer 78 as a mask, and as shown in FIG. 50 nm thick non-doped Ga 0.5 In 0.5 P layer 79, 220 nm thick Fe or
Cr-doped Ga 0.5 In 0.5 P layer 80, non-doped 120 nm thick
Al 0.98 Ga 0.02 As layer 81, 220 nm thick Fe or Cr doped Ga 0.5 In 0.5 P layer 82, 50 nm thick non-doped Ga 0.5 In
The structure of the 0.5 P layer 83 was repeated twice to bury and grow around the active layer 73. Here, reference numeral 84 denotes 2 of layers 79 to 83
Represents the structure of the round.

【0065】層79〜83は基本的には AlGaInAsPであ
るが、層79、層80、層82及び83はAlGaInAsP の
Al組成とAs組成をゼロとしたものであり、層81は AlG
aInAsPのIn組成と P組成をゼロとしたものである。
The layers 79 to 83 are basically made of AlGaInAsP, but the layers 79, 80, 82 and 83 are made of AlGaInAsP.
The Al composition and the As composition were made zero, and the layer 81 was made of AlG
The In composition and the P composition of aInAsP were made zero.

【0066】層79〜83は基本的には AlGaInAsP、及
びFeあるいはCrドープの半絶縁 AlGaInAsPであるが、層
79及び83はAl組成及びAs組成をゼロとしたAlGaInAs
P であり、層80及び83はGa組成及びAs組成をゼロと
したFeあるいはCrドープの半絶縁 AlGaInAsPであり、ノ
ンドープAlGaAs層81はIn組成と P組成をゼロとしたAl
GaInAsPである。ノンドープAlGaAs層81は他の層79
〜80、82〜63よりAl組成が高い。
The layers 79 to 83 are basically made of AlGaInAsP and semi-insulating AlGaInAsP doped with Fe or Cr, while the layers 79 and 83 are made of AlGaInAsP having an Al composition and an As composition of zero.
P, the layers 80 and 83 are Fe or Cr doped semi-insulating AlGaInAsP with zero Ga composition and As composition, and the non-doped AlGaAs layer 81 is Al with zero In composition and P composition.
GaInAsP. The non-doped AlGaAs layer 81 is the other layer 79
Al composition is higher than -80 and 82-63.

【0067】次に、図13(a)に示すように、SiO2
78によるマスクを除去後、光学波長2λのp型Ga0.5I
n0.5P 層85を成長し、これに引き続き、光学長λ/4
のp型Al0.9Ga0.1As層86(第一の半導体層)と光学長
(3/4)λのp型Ga0.5In0 .5P 層(第二の半導体層)
87をペアとして2.5ペア繰り返して、導電性の上部
多層半導体層88を成長した。ここで、AlGaAs層86の
光学長λ/4はAlGaAs酸化物の屈折率を元に算出し、p
型Al0.9Ga0.1As層86はIn組成をゼロとしたAlGaInAsで
あり、p型Ga0.5In0.5P 層87はAl組成をゼロとした A
lGaInPである。
Next, as shown in FIG. 13A, after removing the mask of the SiO 2 layer 78, the p-type Ga 0.5 I having an optical wavelength of 2λ is used.
An n 0.5 P layer 85 is grown, followed by an optical length λ / 4.
P-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 86 (first semiconductor layer) and the optical length (3/4) p-type Ga 0.5 In 0 .5 P layer of lambda (second semiconductor layer)
The conductive upper multilayer semiconductor layer 88 was grown by repeating 2.5 pairs with 87 as a pair. Here, the optical length λ / 4 of the AlGaAs layer 86 is calculated based on the refractive index of the AlGaAs oxide,
The type Al 0.9 Ga 0.1 As layer 86 is AlGaInAs with the In composition being zero, and the p-type Ga 0.5 In 0.5 P layer 87 is A with the Al composition being zero.
lGaInP.

【0068】次に、図13(b)に示すように、SiO2
89をマスクとして面発光レーザの層厚分エッチングす
ることにより、50μmφのメサを形成した。このエッ
チングに際し、メサ内部に活性層部を含み、この活性層
部がメサの中央よりも外れるようにメサを形成した。そ
の後、図13(c)に示すように、プラズマCVD法に
より SiNX 又はSiO2を保護膜90として全面蒸着した。
Next, as shown in FIG. 13B, a mesa of 50 μmφ was formed by etching using the SiO 2 layer 89 as a mask by the thickness of the surface emitting laser. At the time of this etching, a mesa was formed such that an active layer portion was included inside the mesa and the active layer portion was deviated from the center of the mesa. Thereafter, as shown in FIG. 13C, SiN X or SiO 2 was entirely deposited as a protective film 90 by a plasma CVD method.

【0069】保護膜90の全面蒸着後、図14(a)に
示すように、活性層部に近い方(図では左側)のメサ端
の保護膜90を選択的にエッチングして開口部を形成し
た。
After the entire surface of the protective film 90 is deposited, as shown in FIG. 14A, an opening is formed by selectively etching the protective film 90 on the mesa end closer to the active layer portion (left side in the figure). did.

【0070】開口部の形成後、図14(b)に示すよう
に、上部多層半導体層88のp型AlGaAs層86及び下部
多層半導体層67のn型AlGaAs層65を選択酸化して、
開口部から活性層73の上下まで至るAlGaAs酸化物層6
5a、86aを形成した。また、符号91で示すよう
に、埋込層のAlGaInAs層、具体的にはノンドープAlGaAs
層81を選択酸化した。
After the opening is formed, the p-type AlGaAs layer 86 of the upper multilayer semiconductor layer 88 and the n-type AlGaAs layer 65 of the lower multilayer semiconductor layer 67 are selectively oxidized as shown in FIG.
AlGaAs oxide layer 6 extending from the opening to above and below active layer 73
5a and 86a were formed. As shown by reference numeral 91, an AlGaInAs layer of a buried layer, specifically, a non-doped AlGaAs
Layer 81 was selectively oxidized.

【0071】この選択酸化により、高反射率の Ga0.5In
0.5P層66/AlGaAs酸化物層65a( Ga0.5In0.5P層8
7/AlGaAs酸化物層86a)からなるDBR(分布型ブ
ラッグ反射鏡)が活性層73の上下に部分的に形成され
た。下部多層半導体層67では一部に Ga0.5In0.5P層6
6/AlGaAs層65が残り、上部多層半導体層88では一
部に Ga0.5In0.5P層87/AlGaAs層86が残っている。
By this selective oxidation, Ga 0.5 In of high reflectivity is obtained.
0.5 P layer 66 / AlGaAs oxide layer 65a (Ga 0.5 In 0.5 P layer 8
7 / AlGaAs oxide layer 86a) and DBRs (distributed Bragg reflectors) were partially formed above and below active layer 73. In the lower multi-layer semiconductor layer 67, Ga 0.5 In 0.5 P layer 6 is partially formed.
6 / AlGaAs layer 65 remains, and Ga 0.5 In 0.5 P layer 87 / AlGaAs layer 86 partially remains in upper multilayer semiconductor layer 88.

【0072】更に、埋込層ではノンドープAl0.98Ga0.02
As層81のAl組成が高いことから活性層73回りの全面
に高抵抗の酸化物層91が形成され、埋込層部分が更に
高抵抗になって、活性層73に電流を更に効率良く注入
することが可能となった。
In the buried layer, non-doped Al 0.98 Ga 0.02
Since the Al composition of the As layer 81 is high, a high-resistance oxide layer 91 is formed on the entire surface around the active layer 73, and the buried layer portion has a higher resistance, so that the current is more efficiently injected into the active layer 73. It became possible to do.

【0073】最後に、図14(c)に示すように、活性
層73上部の保護膜90を除去して光出射窓90aを形
成し、上部多層半導体層88の選択酸化が及んでいない
領域の上部の保護膜90を除去してAuZnNiのp型電極9
2を形成した。また、n型GaAs基板63の裏面を研磨し
てをAuGeNiのn型電極93形成した。
Finally, as shown in FIG. 14C, the protective film 90 on the active layer 73 is removed to form a light exit window 90a, and a region of the upper multilayer semiconductor layer 88 which has not been selectively oxidized is exposed. The upper protective film 90 is removed, and the AuZnNi p-type electrode 9 is removed.
2 was formed. Also, the back surface of the n-type GaAs substrate 63 was polished to form an AuGeNi n-type electrode 93.

【0074】このようにして作製した面発光レーザのチ
ップの特性を調べた。この面発光レーザは0.85μmの波
長で発光し、従来の特性の良い酸化型のAlGaAs系面発光
レーザよりも、10%程度閾値電流が低く、また、光出
力も20%程度高く、また、30%程度抵抗が低いこと
を確認した。更に、最高光出力まで単一横モード発振を
確認した。
The characteristics of the surface emitting laser chip thus manufactured were examined. This surface-emitting laser emits light at a wavelength of 0.85 μm, has a threshold current lower by about 10% and an optical output about 20% higher than that of a conventional oxidation type AlGaAs-based surface-emitting laser having good characteristics. % Was confirmed to be low. Furthermore, single transverse mode oscillation was confirmed up to the maximum light output.

【0075】[0075]

【発明の効果】以上説明したように本発明の面発光レー
ザとその作製方法によれば、下記の効果がある。 (1) 分布型ブラッグ反射鏡(DBR)の構造が半導体/
空気層あるいは半導体/酸化物層であるため、DBRを
構成する膜の屈折率差を大きくして少ないペア数で高い
反射率を得ることができる。 (2) 制御性に優れる気相エピタキシ法等をDBRの形成
に適用することができるため、高精度な波長制御が可能
である。 (3) DBRを構成する膜のペア数が少なくて良いため、
半導体/半導体のDBRを有するものに比べ、面発光レ
ーザの膜厚が薄くなる。 (4) DBRの一部に半導体/半導体が残るため、そこに
電極を設けることができ、DBRを通して電流注入が可
能な構造である。従って、面発光レーザの作製が容易で
ある。 (5) 埋込構造を同時に有して活性層が光導波型構造であ
るため、単一横モード動作が可能である。 (6) 下側のDBRの一部に半導体/半導体が残るため、
熱の放出性が良い。 (7) DBRの一部に半導体/半導体が残るため、半導体
/酸化物層の膜厚が水蒸気酸化により変動することがな
い。 (8) 格子整合の結晶成長膜で InP基板上に成長可能であ
ることから、長波長帯での発振可能な特性と信頼性の高
い面発光レーザが得られる。 (9) 更に、活性層の上下に低反射率の分布型ブラッグ反
射鏡構造の多層膜を有するため、電流の均一な注入が可
能であり、かつ、光導波特性が更によくなるため効率が
良い。 (10)以上のことから、低閾値電流で高光出力、かつ、単
一横モードの高性能な面発光レーザが実現される。 (11)埋込層がp 型AlGaInAsP と n型AlGaInAsP の繰り返
し層、または、FeあるいはCrドープをドーピングした半
絶縁AlGaInAsP 層である場合は、活性層回りの埋込層部
分の抵抗が高く、活性層に電流が効率良く注入される。
更に、それらの層の間にAl組成の高いAlGaInAs酸化層を
有している場合は、活性層回りの埋込層部分が更に高抵
抗となり、活性層に一層効率良く電流が注入される。
As described above, according to the surface emitting laser of the present invention and the method of manufacturing the same, the following effects can be obtained. (1) The structure of the distributed Bragg reflector (DBR) is semiconductor /
Since it is an air layer or a semiconductor / oxide layer, a high reflectance can be obtained with a small number of pairs by increasing the difference in refractive index between the films constituting the DBR. (2) Since a vapor phase epitaxy method or the like having excellent controllability can be applied to the formation of the DBR, highly accurate wavelength control is possible. (3) Since the number of pairs of films constituting the DBR may be small,
The thickness of the surface emitting laser is smaller than that of a semiconductor / semiconductor having a DBR. (4) Since the semiconductor / semiconductor remains in a part of the DBR, an electrode can be provided there and the current can be injected through the DBR. Therefore, it is easy to manufacture a surface emitting laser. (5) Single lateral mode operation is possible because the active layer is an optical waveguide type structure with a buried structure. (6) Since the semiconductor / semiconductor remains in part of the lower DBR,
Good heat release. (7) Since the semiconductor / semiconductor remains in part of the DBR, the thickness of the semiconductor / oxide layer does not change due to steam oxidation. (8) Since it can be grown on an InP substrate with a lattice-matched crystal growth film, a surface emitting laser with high oscillation characteristics in a long wavelength band and high reliability can be obtained. (9) In addition, since a multilayer film having a distributed Bragg reflector structure with a low reflectance is provided above and below the active layer, uniform current injection is possible, and the optical waveguide characteristics are further improved, so that the efficiency is high. . (10) From the above, a high-performance surface-emitting laser in a single transverse mode with a high light output at a low threshold current is realized. (11) When the buried layer is a repetitive layer of p-type AlGaInAsP and n-type AlGaInAsP, or a semi-insulating AlGaInAsP layer doped with Fe or Cr, the resistance of the buried layer around the active layer is high, Current is efficiently injected into the layer.
Further, when an AlGaInAs oxide layer having a high Al composition is provided between these layers, the buried layer around the active layer has a higher resistance, and current is more efficiently injected into the active layer.

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

【図1】本発明の第1実施形態例に係る面発光レーザの
断面図。
FIG. 1 is a sectional view of a surface emitting laser according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の平面図。FIG. 2 is a plan view of FIG. 1;

【図3】本発明の第1実施形態例に係る面発光レーザの
作製方法の工程図。
FIG. 3 is a process chart of a method for manufacturing a surface emitting laser according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1実施形態例に係る面発光レーザの
作製方法の工程図。
FIG. 4 is a process chart of a method for manufacturing a surface emitting laser according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1実施形態例に係る面発光レーザの
作製方法の工程図。
FIG. 5 is a process chart of a method for manufacturing a surface emitting laser according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1実施形態例に係る面発光レーザの
電流対電圧特性並びに電流対光出力特性を示す図。
FIG. 6 is a view showing current-voltage characteristics and current-optical output characteristics of the surface emitting laser according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第2実施形態例に係る面発光レーザの
断面図。
FIG. 7 is a sectional view of a surface emitting laser according to a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2実施形態例に係る面発光レーザの
作製方法の工程図。
FIG. 8 is a process chart of a method for manufacturing a surface emitting laser according to a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第2実施形態例に係る面発光レーザの
作製方法の工程図。
FIG. 9 is a process chart of a method for manufacturing a surface emitting laser according to a second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第2実施形態例に係る面発光レーザ
の作製方法の工程図。
FIG. 10 is a process chart of a method for manufacturing a surface emitting laser according to a second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第3実施形態例に係る面発光レーザ
の断面図。
FIG. 11 is a sectional view of a surface emitting laser according to a third embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第3実施形態例に係る面発光レーザ
の作製方法の工程図。
FIG. 12 is a process chart of a method for manufacturing a surface emitting laser according to a third embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第3実施形態例に係る面発光レーザ
の作製方法の工程図。
FIG. 13 is a process chart of a method for manufacturing a surface emitting laser according to a third embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第3実施形態例に係る面発光レーザ
の作製方法の工程図。
FIG. 14 is a process chart of a method for manufacturing a surface emitting laser according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p型InP 基板 2 p型InP バッファ層 3 第一の半導体層(光学長λ/4のp型Ga0.468In0.532
As層) 3a 空気層 4 第二の半導体層(光学長 (3/4)λのp型InP 層) 5 下部多層半導体層 6 光学長2λのp型InP 層 7 p型のAlx Gay In1-x-y As層 8 p型のAlm Gan In1-m-n As層 9 多層膜 10 ノンドープAlx Gay In1-x-y As傾斜層 11 光学長λの活性層(3QWs) 12 スペーサ層 13 n型Alx Gay In1-x-y As層 14 n型Alm Gan In1-m-n As層 15 多層膜 16 SiO2層 17 p型InP 層 17a 埋込層 18 n型InP 層 19 ノンドープAlInAs層 20 n型InP 層 21 p型InP 層 22 2回目の埋込成長構造 23 光学長2λのn型InP 層 24 第一の半導体層(光学長λ/4のn型Ga0.468In
0.532As層) 24a 空気層 25 第二の半導体層(光学長 (3/4)λのn型InP 層) 26 上部多層半導体層 27 SiO2層 28 保護層(SiO2又は SiNx ) 28a 光出射窓 29 埋込層の酸化物層 30 n型電極 31 p型電極 32 n型InP 基板 33 n型InP バッファ層 34 第一の半導体層(光学長λ/4のn型Al0.460Ga
0.008In0.532As 層) 34a 酸化物 35 第二の半導体層(光学長 (3/4)λのn型InP 層) 36 下部多層半導体層 37 光学長2λのn型InP 層 38 n型Alx Gay In1-x-y As層 39 n型Alm Gan In1-m-n As層 40 多層膜 41 ノンドープAlx Gay In1-x-y As傾斜層 42 光学長λの活性層(3QWs) 43 スペーサ層 44 p型Alx Gay In1-x-y As層 45 p型Alm Gan In1-m-n As層 46 多層膜 47 SiO2層 48 ノンドープInP 層 48a 埋込層 49 FeあるいはCrノンドープInP 層 50 ノンドープAlInAs層 51 FeあるいはCrノンドープInP 層 52 ノンドープInP 層 53 2回目の埋込成長構造 54 光学長2λのn型InP 層 55 第一の半導体層(光学長λ/4のp型Al0.460Ga
0.008In0.532As 層) 55a 酸化物層 56 第二の半導体層(光学長 (3/4)λのp型InP 層) 57 上部多層半導体層 58 SiO2層 59 保護層(SiO2又は SiNx ) 59a 光出射窓 60 埋込層の酸化物層 61 p型電極 62 n型電極 63 n型GaAs基板 64 n型GaAsバッファ層 65 第一の半導体層(光学長λ/4のn型Al0.9Ga0.1As
層) 65a 酸化物 66 第二の半導体層(光学長 (3/4)λのn型Ga0.5In
0.5P 層) 67 下部多層半導体層 68 光学長2λのn型Ga0.5In0.5P 層 69 n型Al0.5Ga0.5As層 70 n型Al0.15Ga0.85As層 71 多層膜 72 ノンドープAlx Ga1-x As傾斜層 73 光学長λの活性層(3QWs) 74 スペーサ層 75 p型Al0.5Ga0.5As層 76 p型Al0.15Ga0.85As層 77 多層膜 78 SiO2層 79 ノンドープGa0.5In0.5P 層 79a 埋込層 80 FeあるいはCrノンドープGa0.5In0.5P 層 81 ノンドープAl0.98Ga0.02As層 82 FeあるいはCrノンドープGa0.5In0.5P 層 83 ノンドープGa0.5In0.5P 層 84 2回目の埋込成長構造 85 光学長2λのn型Ga0.5In0.5P 層 86 第一の半導体層(光学長λ/4のp型Al0.9Ga0.1As
層) 86a 酸化物層 87 第二の半導体層(光学長 (3/4)λのp型Ga0.5In
0.5P 層) 88 上部多層半導体層 89 SiO2層 90 保護層(SiO2又は SiNx ) 90a 光出射窓 91 埋込層の酸化物層 92 p型電極 93 n型電極
Reference Signs List 1 p-type InP substrate 2 p-type InP buffer layer 3 first semiconductor layer (p-type Ga 0.468 In 0.532 with optical length λ / 4 )
As layer) 3a air layer 4 a second semiconductor layer (optical length (3/4) of the p-type InP layer) 5 p-type InP layer 7 p-type lower multilayer semiconductor layer 6 optical length 2λ of λ Al x Ga y In 1-xy As layer 8 p-type Al m Ga n In 1-mn As layer 9 multilayer film 10 non-doped Al x Ga y In 1-xy As inclined layer 11 active layer (3QWs) having optical length λ 12 spacer layer 13 n type Al x Ga y In 1-xy As layer 14 n-type Al m Ga n In 1-mn As layer 15 multilayer film 16 SiO 2 layer 17 p-type InP layer 17a buried layer 18 n-type InP layer 19 doped AlInAs layer 20 n-type InP layer 21 p-type InP layer 22 second buried growth structure 23 n-type InP layer with optical length 2λ 24 first semiconductor layer (n-type Ga 0.468 In with optical length λ / 4)
0.532 As layer) 24a Air layer 25 Second semiconductor layer (n-type InP layer with optical length (3/4) λ) 26 Upper multilayer semiconductor layer 27 SiO 2 layer 28 Protective layer (SiO 2 or SiN x ) 28a Light emission Window 29 oxide layer of buried layer 30 n-type electrode 31 p-type electrode 32 n-type InP substrate 33 n-type InP buffer layer 34 first semiconductor layer (n-type Al 0.460 Ga having an optical length of λ / 4)
0.008 In 0.532 As layer) 34a Oxide 35 Second semiconductor layer (n-type InP layer with optical length (3/4) λ) 36 Lower multilayer semiconductor layer 37 n-type InP layer with optical length 2λ 38 n-type Al x Ga y In 1-xy As layer 39 n-type Al m Ga n In 1-mn As layer 40 multilayer film 41 non-doped Al x Ga y In 1-xy As inclined layer 42 active layer (3QWs) with optical length λ 43 spacer layer 44 p-type Al x Ga y In 1-xy As layer 45 p-type Al m Ga n In 1-mn As layer 46 multilayer film 47 SiO 2 layer 48 non-doped InP layer 48a buried layer 49 Fe or Cr non-doped InP layer 50 non-doped AlInAs Layer 51 Fe or Cr non-doped InP layer 52 Non-doped InP layer 53 Second buried growth structure 54 n-type InP layer having an optical length of 2λ 55 First semiconductor layer (p-type Al 0.460 Ga having an optical length of λ / 4)
0.008 In 0.532 As layer) 55a Oxide layer 56 Second semiconductor layer (p-type InP layer having an optical length of (3/4) λ) 57 Upper multilayer semiconductor layer 58 SiO 2 layer 59 Protective layer (SiO 2 or SiN x ) 59a Light emission window 60 Oxide layer of buried layer 61 P-type electrode 62 N-type electrode 63 n-type GaAs substrate 64 n-type GaAs buffer layer 65 First semiconductor layer (n-type Al 0.9 Ga 0.1 having optical length λ / 4) As
Layer 65a oxide 66 second semiconductor layer (n-type Ga 0.5 In having an optical length of (3/4) λ)
0.5 P layer) 67 Lower multilayer semiconductor layer 68 n-type Ga 0.5 In 0.5 P layer having an optical length of 2λ 69 n-type Al 0.5 Ga 0.5 As layer 70 n-type Al 0.15 Ga 0.85 As layer 71 multilayer film 72 non-doped Al x Ga 1− x As gradient layer 73 Active layer with optical length λ (3QWs) 74 Spacer layer 75 p-type Al 0.5 Ga 0.5 As layer 76 p-type Al 0.15 Ga 0.85 As layer 77 multilayer film 78 SiO 2 layer 79 undoped Ga 0.5 In 0.5 P layer 79a buried layer 80 Fe or Cr non-doped Ga 0.5 In 0.5 P layer 81 non-doped Al 0.98 Ga 0.02 As layer 82 Fe or Cr non-doped Ga 0.5 In 0.5 P layer 83 non-doped Ga 0.5 In 0.5 P layer 84 Second buried growth structure 85 n-type Ga 0.5 In 0.5 P layer having an optical length of 2λ 86 first semiconductor layer (p-type Al 0.9 Ga 0.1 As having an optical length of λ / 4
Layer) 86a oxide layer 87 second semiconductor layer (p-type Ga 0.5 In of optical length (3/4) λ)
0.5 P layer) 88 Upper multilayer semiconductor layer 89 SiO 2 layer 90 Protective layer (SiO 2 or SiN x ) 90 a Light emission window 91 Oxide layer of buried layer 92 p-type electrode 93 n-type electrode

フロントページの続き (72)発明者 植之原 裕行 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 香川 俊明 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 Fターム(参考) 5F073 AA12 AA65 AA74 AB02 AB17 CA14 CA15 CB02 EA29 Continued on the front page (72) Inventor Hiroyuki Uenohara 3-19-2 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Japan Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Toshiaki Kagawa 3-192-1, Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation F-term (reference) 5F073 AA12 AA65 AA74 AB02 AB17 CA14 CA15 CB02 EA29

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 活性層と前記活性層を半導体埋込成長し
た構造の上下に、第一の半導体層と第二の半導体層とが
交互に積層された導電性の上部多層半導体層と、第一の
半導体層と第二の半導体層とが交互に積層された導電性
の下部多層半導体層とを有し、前記上部多層半導体層の
上に電極層を有すること、前記上部多層半導体層は前記
活性層の直上を含む領域の第一の半導体層が取り除か
れ、空気層と第二の半導体層とが交互に積層された分布
型ブラッグ反射鏡構造となっていること、及び、前記下
部多層半導体層は前記活性層の直下を含む領域の第一の
半導体層が取り除かれて、空気層と第二の半導体層とが
交互に積層された分布型ブラッグ反射鏡構造となってい
ることを特徴とする面発光レーザ。
A conductive upper multilayer semiconductor layer in which a first semiconductor layer and a second semiconductor layer are alternately stacked above and below an active layer and a structure in which the active layer is embedded in a semiconductor; One semiconductor layer and a second semiconductor layer having a conductive lower multilayer semiconductor layer alternately laminated, having an electrode layer on the upper multilayer semiconductor layer, the upper multilayer semiconductor layer is The first semiconductor layer in a region including immediately above the active layer is removed, and a distributed Bragg reflector structure in which an air layer and a second semiconductor layer are alternately stacked, and the lower multilayer semiconductor The layer is characterized in that the first semiconductor layer in a region including immediately below the active layer is removed, and a distributed Bragg reflector structure in which an air layer and a second semiconductor layer are alternately stacked. Surface emitting laser.
【請求項2】 活性層と前記活性層を半導体埋込成長し
た構造の上下に、第一の半導体層と第二の半導体層とが
交互に積層された導電性の上部多層半導体層と、第一の
半導体層と第二の半導体層とが交互に積層された導電性
の下部多層半導体層を有し、前記上部多層半導体層の上
に電極層を有すること、前記上部多層半導体層は前記活
性層の直上を含む領域の第一の半導体層が酸化されて、
酸化物層と第二の半導体層とが交互に積層された分布型
ブラッグ反射鏡構造となっていること、及び、前記下部
多層半導体層は前記活性層の直下を含む領域の第一の半
導体層が酸化されて、酸化物層と第二の半導体層とが交
互に積層された分布型ブラッグ反射鏡構造となっている
ことを特徴とする面発光レーザ。
2. A conductive upper multilayer semiconductor layer in which a first semiconductor layer and a second semiconductor layer are alternately stacked above and below an active layer and a structure in which the active layer is embedded in a semiconductor. A conductive lower multilayer semiconductor layer in which one semiconductor layer and a second semiconductor layer are alternately stacked; and an electrode layer on the upper multilayer semiconductor layer; The first semiconductor layer in the region including immediately above the layer is oxidized,
An oxide layer and a second semiconductor layer are alternately stacked to form a distributed Bragg reflector structure, and the lower semiconductor layer is a first semiconductor layer in a region including immediately below the active layer. Is oxidized to form a distributed Bragg reflector structure in which oxide layers and second semiconductor layers are alternately stacked.
【請求項3】 前記上部多層半導体層の第一の半導体層
はAlGaInAsであって第二の半導体層はAlGaInP であるこ
と、及び、前記下部多層半導体層の第一の半導体層はAl
GaInAsであって第二の半導体層はAlGaInP であることを
特徴とする請求項1又は2に記載の面発光レーザ。
3. The first semiconductor layer of the upper multilayer semiconductor layer is AlGaInAs, the second semiconductor layer is AlGaInP, and the first semiconductor layer of the lower multilayer semiconductor layer is AlGaInP.
3. The surface emitting laser according to claim 1, wherein the second semiconductor layer is GaInAs, and the second semiconductor layer is AlGaInP.
【請求項4】 前記活性層の周囲を半導体埋込成長した
構造は、埋め込まれる部分の平均の屈折率が埋込層の平
均の屈折率より高い屈折率導波構造であることを特徴と
する請求項1又は2又は3に記載の面発光レーザ。
4. The structure in which a semiconductor is buried around the active layer is a refractive index waveguide structure in which the average refractive index of the buried portion is higher than the average refractive index of the buried layer. The surface emitting laser according to claim 1.
【請求項5】 埋込層は p型AlGaInAsP と n型AlGaInAs
P の繰り返し層、FeあるいはCrをドーピングした半絶縁
AlGaInAsP層、あるいはこれらの層の間に他の埋込層よ
りもAl組成の高いAlGaInAsの酸化層を有するものである
ことを特徴とする請求項1又は2又は3又は4に記載の
面発光レーザ。
5. A buried layer comprising p-type AlGaInAsP and n-type AlGaInAs
Repeated layer of P, Fe or Cr doped semi-insulating
5. The surface emitting laser according to claim 1, further comprising an AlGaInAsP layer, or an AlGaInAs oxide layer having a higher Al composition than other buried layers between these layers. .
【請求項6】 前記活性層の周囲を半導体埋込成長した
構造の活性層を含む埋め込まれる部分はAlGaInAsで構成
され、その上下に低反射率の分布型ブラッグ反射鏡構造
を有することを特徴とする請求項1又は2又は3に記載
の面発光レーザ。
6. A buried portion including an active layer having a structure in which a semiconductor is buried around the active layer is made of AlGaInAs, and has a distributed Bragg reflecting mirror structure with low reflectance above and below it. The surface emitting laser according to claim 1, 2, or 3.
【請求項7】 請求項1又は3又は4又は5又は6に記
載の面発光レーザを作製する方法において、前記上下の
分布型ブラッグ反射鏡構造を、AlGaInAs層とAlGaInP 層
とが交互に積層された上下の多層半導体層のAlGaInAs層
のみ光導波部分まで選択エッチングすることにより形成
すること特徴とする面発光レーザの作製方法。
7. The method of manufacturing a surface emitting laser according to claim 1, wherein the upper and lower distributed Bragg reflector structures are formed by alternately stacking AlGaInAs layers and AlGaInP layers. A method of manufacturing a surface emitting laser, wherein only the AlGaInAs layers of the upper and lower multilayer semiconductor layers are selectively etched to the optical waveguide portion.
【請求項8】 請求項2から6いずれかに記載の面発光
レーザを作製する方法において、前記上下の分布型ブラ
ッグ反射鏡構造を、AlGaInAs層とAlGaInP 層とが交互に
積層された上下の多層半導体層のAlGaInAs層のみAl組成
を高くし、光導波部分まで選択酸化することにより形成
すること特徴とする面発光レーザの作製方法。
8. The method for manufacturing a surface emitting laser according to claim 2, wherein the upper and lower distributed Bragg reflector structures are formed by alternately stacking AlGaInAs layers and AlGaInP layers. A method for manufacturing a surface-emitting laser, wherein an Al composition is increased only in an AlGaInAs layer of a semiconductor layer and selective oxidation is performed up to an optical waveguide portion.
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