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JP2003324252A - Semiconductor distribution bragg reflector, surface- emitting semiconductor laser element, surface-emitting laser array, surface-emitting laser module, optical interconnection system, and optical communication system - Google Patents

Semiconductor distribution bragg reflector, surface- emitting semiconductor laser element, surface-emitting laser array, surface-emitting laser module, optical interconnection system, and optical communication system

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JP2003324252A
JP2003324252A JP2002130330A JP2002130330A JP2003324252A JP 2003324252 A JP2003324252 A JP 2003324252A JP 2002130330 A JP2002130330 A JP 2002130330A JP 2002130330 A JP2002130330 A JP 2002130330A JP 2003324252 A JP2003324252 A JP 2003324252A
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JP
Japan
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bragg reflector
semiconductor
distributed bragg
layer
surface emitting
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JP2002130330A
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Japanese (ja)
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Inventor
Naoto Jikutani
直人 軸谷
Shunichi Sato
俊一 佐藤
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor Bragg reflector capable of reducing resistance and light absorption loss without reducing a reflection factor. <P>SOLUTION: A p-type semiconductor distribution Bragg reflector I and a p-type semiconductor distribution Bragg reflector II which are successively laminated in the lamination direction are different in thicknesses at intermediate layers (linear composition inclination layer). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、半導体分布ブラッ
グ反射器および面発光半導体レーザ素子および面発光レ
ーザアレイおよび面発光レーザモジュールおよび光イン
ターコネクションシステムおよび光通信システムに関す
る。
The present invention relates to a semiconductor distributed Bragg reflector, a surface emitting semiconductor laser device, a surface emitting laser array, a surface emitting laser module, an optical interconnection system and an optical communication system.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、0.85μm帯,0.98μm帯
に反射帯域を有する分布ブラッグ反射器(DBR)、お
よび、このような分布ブラッグ反射器を共振器ミラーと
した同波長帯の面発光半導体レーザ素子が知られてい
る。分布ブラッグ反射器は、屈折率の異なる材料をそれ
ぞれ媒質中の光の波長の1/4厚さに交互に積層して構
成され、界面での光波の多重反射を利用し、99.9%
以上もの高い反射率を得ることが可能である。
2. Description of the Related Art Conventionally, a distributed Bragg reflector (DBR) having a reflection band in the 0.85 μm band and a 0.98 μm band, and a surface emission of the same wavelength band using such a distributed Bragg reflector as a resonator mirror. Semiconductor laser devices are known. The distributed Bragg reflector is formed by alternately stacking materials having different refractive indexes to a thickness of ¼ of the wavelength of light in the medium, and utilizes multiple reflection of light waves at the interface.
It is possible to obtain a reflectance as high as the above.

【0003】また、面発光半導体レーザ素子は、発振閾
値電流が低く、高速動作が可能であり、また2次元集積
化が容易であることから、光インターコネクション,画
像処理システムの光源として好適であり注目されてい
る。面発光半導体レーザ素子は、光学利得を生じる領域
が共振器領域中の一部分のみであり、また、共振器長が
短いことから、99%以上の高い反射率を有する共振器
ミラーが必要である。この共振器ミラーとしては分布ブ
ラッグ反射器が好適である。
Further, the surface emitting semiconductor laser device is suitable as a light source for optical interconnection and image processing systems because it has a low oscillation threshold current, can operate at high speed, and can be easily two-dimensionally integrated. Attention has been paid. The surface-emitting semiconductor laser device requires a resonator mirror having a high reflectance of 99% or more because the region where the optical gain is generated is only a part of the resonator region and the resonator length is short. A distributed Bragg reflector is suitable for this resonator mirror.

【0004】分布ブラッグ反射器の材料としては、例え
ば半導体材料または誘電体材料等が挙げられるが、特に
半導体材料による半導体分布ブラッグ反射器は通電が可
能であり、面発光半導体レーザ素子への応用に適してい
る。
The material of the distributed Bragg reflector includes, for example, a semiconductor material or a dielectric material. In particular, a semiconductor distributed Bragg reflector made of a semiconductor material can be energized and is suitable for application to a surface emitting semiconductor laser device. Are suitable.

【0005】従来、このような面発光半導体レーザ素子
として、GaAsを基板に用いたAlGaAs系材料に
よる0.85μm帯および0.98μm帯の素子が知ら
れており、この材料系では、AlGaAs材料による半
導体分布ブラッグ反射器が共振器ミラーとして用いられ
ている。
Conventionally, as such surface-emitting semiconductor laser devices, 0.85 μm band and 0.98 μm band devices made of AlGaAs material using GaAs as a substrate have been known. In this material system, AlGaAs material is used. A semiconductor distributed Bragg reflector is used as the cavity mirror.

【0006】AlGaAs系材料による半導体分布ブラ
ッグ反射器は、Al組成の異なる2種のAlGaAs層
から構成され、低屈折率層として、Al組成の大きい半
導体層(例えばAlAs層)が用いられ、また、高屈折
率層として、Al組成の小さな半導体層(例えばGaA
s層)が用いられている。面発光半導体レーザ素子の典
型的な例では、活性層を挟み、それぞれp型およびn型
にドープされた半導体分布ブラッグ反射器が設けられ、
光波の閉じ込めと活性領域へのキャリアの注入が行われ
ている。
A semiconductor distributed Bragg reflector made of an AlGaAs material is composed of two types of AlGaAs layers having different Al compositions, a semiconductor layer having a large Al composition (for example, an AlAs layer) is used as a low refractive index layer, and As the high refractive index layer, a semiconductor layer having a small Al composition (for example, GaA
s layer) is used. In a typical example of a surface emitting semiconductor laser device, semiconductor distributed Bragg reflectors, which are respectively p-type and n-type doped, sandwiching an active layer, are provided.
Light waves are confined and carriers are injected into the active region.

【0007】また、面発光半導体レーザ素子では、閾値
電流密度を低減する目的のために、活性層に近いp型半
導体分布ブラッグ反射器の一部に、Al(Ga)As選
択酸化層を酸化して得られる電流狭窄層(Al23)を
設ける構造が知られている。Al23による電流狭窄層
は良質な絶縁体であり、キャリアである正孔は、電流狭
窄層によって狭窄され、活性層の限られた領域に注入さ
れるので、容易に注入領域のキャリア密度を発振に要す
る閾値キャリア密度まで増加させることが可能であり、
この結果、サブミリアンペアの低閾値電流を得ることが
できる。また、選択酸化層の屈折率は、半導体層に比べ
て低屈折率であるため、横モードの閉じ込め層として作
用し、0.98μm帯の素子では狭窄径を4μm程度以
下に絞ることで、単一基本横モード発振を得ることがで
きる。
Further, in the surface emitting semiconductor laser device, for the purpose of reducing the threshold current density, an Al (Ga) As selective oxidation layer is oxidized on a part of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector near the active layer. A structure is known in which a current constriction layer (Al 2 O 3 ) obtained by the above is provided. The current confinement layer made of Al 2 O 3 is a good insulator, and holes, which are carriers, are confined by the current confinement layer and injected into the limited region of the active layer. Can be increased to the threshold carrier density required for oscillation,
As a result, a low threshold current of sub milliamperes can be obtained. Further, since the refractive index of the selective oxidation layer is lower than that of the semiconductor layer, it acts as a confinement layer for the transverse mode, and in the 0.98 μm band element, the confinement diameter is reduced to about 4 μm or less, One fundamental transverse mode oscillation can be obtained.

【0008】しかしながら、上述のように、狭窄径を4
μm程度以下に絞った素子では、狭窄領域の電流通路の
面積が減少し、電気抵抗が非常に増大してしまうという
不具合がある。上記のサイズにまで狭窄径を絞った素子
では、狭窄によって生じる狭窄抵抗が素子抵抗の半分以
上を占めてしまっているのが現状である。素子の高抵抗
化は、動作電圧の上昇、発熱による出力飽和、変調速度
の低下等の様々な不具合の原因となり、狭窄による抵抗
を低減するために、狭窄領域の抵抗、及びその周辺の抵
抗を低減させる必要がある。
However, as described above, the stenosis diameter is 4
In the element narrowed down to about μm or less, there is a problem that the area of the current passage in the narrowed region is reduced and the electric resistance is greatly increased. In the element having the narrowed diameter down to the above size, the current state is that the stenosis resistance caused by the stenosis occupies more than half of the element resistance. The increase in resistance of the element causes various problems such as increase in operating voltage, output saturation due to heat generation, and decrease in modulation speed.In order to reduce resistance due to constriction, the resistance in the constricted region and the resistance around it are reduced. It is necessary to reduce it.

【0009】狭窄による高抵抗化の原因としては、本質
的にp型半導体分布ブラッグ反射器の抵抗が高いことが
挙げられる。p型半導体材料では、禁則帯幅の異なる2
種の半導体層のヘテロ界面に生じるポテンシャル障壁の
影響が大きく、n型半導体材料によるn型半導体分布ブ
ラッグ反射器に比べて、非常に高抵抗となる。
The cause of the high resistance due to the narrowing is that the resistance of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector is essentially high. Different p-type semiconductor materials have different band gaps.
The effect of the potential barrier generated at the hetero interface of the seed semiconductor layer is large, and the resistance is extremely high as compared with the n-type semiconductor distributed Bragg reflector made of the n-type semiconductor material.

【0010】従来、p型半導体分布ブラッグ反射器の電
気抵抗を低減するために、例えば、0.98μm帯等の
面発光半導体レーザ素子においては、文献「Photonics
Technology Letters Vol.2, No.4, 1990, p.p.234-236、
Photonics Technology Letters Vol.4, No.12, 1992,
p.p.1325-1327」等に示されているように、分布ブラッ
グ反射器を構成するAl組成の異なる2種の層の間に、
これらの中間のAl組成を有した組成傾斜層等のヘテロ
障壁緩衝層を設けることが知られている。
Conventionally, in order to reduce the electric resistance of a p-type semiconductor distributed Bragg reflector, for example, in a surface emitting semiconductor laser device in the 0.98 μm band or the like, a reference "Photonics" has been used.
Technology Letters Vol.2, No.4, 1990, pp234-236,
Photonics Technology Letters Vol.4, No.12, 1992,
As shown in "pp1325-1327" and the like, between the two kinds of layers having different Al compositions, which constitute the distributed Bragg reflector,
It is known to provide a hetero barrier buffer layer such as a compositionally graded layer having an Al composition intermediate between these.

【0011】このように、面発光半導体レーザ素子で
は、素子の低抵抗化が重要な課題であり、特にp半導体
分布ブラッグ反射器の低抵抗化に関して、活発に研究・
開発が行われている。低抵抗化には、上述のようなヘテ
ロ障壁緩衝層を設けることが非常に効果的であり、更
に、半導体分布ブラッグ反射器を構成する半導体層,特
にヘテロ障壁緩衝層とこの周辺のドーピング濃度を高く
することが非常に効果的である。
As described above, in the surface emitting semiconductor laser device, the reduction of the resistance of the device is an important issue, and particularly the reduction of the resistance of the p semiconductor distributed Bragg reflector is actively studied.
Development is underway. To reduce the resistance, it is very effective to provide the above-mentioned hetero barrier buffer layer, and further, the semiconductor layers constituting the semiconductor distributed Bragg reflector, particularly the hetero barrier buffer layer and the doping concentration in the periphery thereof, can be controlled. It is very effective to raise it.

【0012】しかしながら、高濃度にドーピングされた
p型半導体では、素子抵抗等の電気的特性を改善するこ
とができる反面、正孔の自由キャリア吸収、及び価電子
帯間吸収が顕著になり、光学的特性が劣化するという問
題がある。特に、面発光半導体レーザ素子において、素
子の電力変換効率を向上させるためには、p型半導体分
布ブラッグ反射器による発振光の吸収を低減させること
が重要であり、電気的抵抗の低減と、光吸収損失の低減
という相反する課題を同時に解決する必要がある。
However, in a heavily doped p-type semiconductor, electrical characteristics such as device resistance can be improved, but free carrier absorption of holes and absorption between valence bands become remarkable, and optical characteristics are increased. There is a problem that the physical characteristics deteriorate. In particular, in a surface emitting semiconductor laser device, in order to improve the power conversion efficiency of the device, it is important to reduce the absorption of the oscillation light by the p-type semiconductor distributed Bragg reflector. It is necessary to solve the contradictory issue of reducing absorption loss at the same time.

【0013】この課題を解決するものとして、特開20
01−332812には、半導体分布ブラッグ反射器を
用いた面発光半導体レーザ素子において、活性層側にあ
たる半導体分布ブラッグ反射器のドーピング濃度を活性
層から離れた領域に対して相対的に低濃度とし、更に半
導体分布ブラッグ反射器を構成する屈折率の異なる2種
の半導体層の禁則帯幅の差を小さくする構成について示
されている。
As a means for solving this problem, Japanese Patent Laid-Open No.
01-332812, in a surface emitting semiconductor laser device using a semiconductor distributed Bragg reflector, the doping concentration of the semiconductor distributed Bragg reflector corresponding to the active layer side is relatively low with respect to the region distant from the active layer, Further, it is shown that the semiconductor distributed Bragg reflector is configured to reduce the difference in the band gap between the two types of semiconductor layers having different refractive indexes.

【0014】この従来技術では、半導体分布ブラッグ反
射器による光吸収の影響による光出力の劣化を改善する
方法として、活性層の近傍に位置する半導体分布ブラッ
グ反射器のドーピング濃度を他の領域のドーピング濃度
に比べて低くする構成としている。更に、ドーピング濃
度を低減したことによる半導体分布ブラッグ反射器の電
気的抵抗の増加を防止するために、上記の低濃度ドーピ
ング領域の半導体分布ブラッグ反射器を構成する半導体
層の禁則帯幅の差を、他の領域の禁則帯幅の差に比べて
小さくし、ヘテロ界面に生じるポテンシャル障壁高さの
低減を行っている。このような構成とした面発光レーザ
素子では、光出力の飽和点は高く、また素子抵抗も低く
できる。
In this prior art, as a method of improving the deterioration of the light output due to the influence of the light absorption by the semiconductor distributed Bragg reflector, the doping concentration of the semiconductor distributed Bragg reflector located in the vicinity of the active layer is adjusted to the doping of other regions. It is configured to be lower than the concentration. Further, in order to prevent an increase in the electrical resistance of the semiconductor distributed Bragg reflector due to the reduction of the doping concentration, the difference in the forbidden band widths of the semiconductor layers forming the semiconductor distributed Bragg reflector in the low-concentration doped region is set to , And the height of the potential barrier generated at the hetero interface is reduced by making it smaller than the difference in the forbidden band in other regions. In the surface emitting laser device having such a structure, the saturation point of light output can be high and the device resistance can be low.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】このように、特開20
01−332812では、光吸収を低減することを目的
として、活性層近傍の領域のドーピング濃度を低減し、
更に、これによる電気的抵抗の増加を防ぐために、半導
体分布ブラッグ反射器を構成する2種の半導体層の禁則
帯幅の差を小さくする構成としている。
As described above, Japanese Patent Laid-Open No.
In 01-332812, for the purpose of reducing light absorption, the doping concentration in the region near the active layer is reduced,
Further, in order to prevent an increase in electrical resistance due to this, the difference in the forbidden band width between the two types of semiconductor layers forming the semiconductor distributed Bragg reflector is reduced.

【0016】しかしながら、このようにヘテロ界面を構
成する半導体層の禁則帯幅の差を小さくすることによっ
て、ある程度の低抵抗化の効果は得られるものの、実際
にはドーピング濃度を低減したことによってヘテロ界面
の影響が大きくなることは避けられず、電気的抵抗を十
分に低減するには限界があった。
However, although the effect of lowering the resistance to some extent can be obtained by reducing the difference in the forbidden band widths of the semiconductor layers forming the hetero interface in this way, in reality, the heterogeneity is reduced by reducing the doping concentration. Increasing the influence of the interface is unavoidable, and there was a limit to sufficiently reducing the electrical resistance.

【0017】また、特開2001−332812に示さ
れている素子では、禁則帯幅の差を小さくすることによ
り、半導体分布ブラッグ反射器の反射率が著しく低下し
てしまい、半導体分布ブラッグ反射器内への光のしみ出
しが大きくなるという問題がある。また、禁則帯幅の差
を小さくした領域の反射率が低下してしまうので、この
低下分を補償するために、半導体分布ブラッグ反射器の
積層数を増加しなければならないという問題もある。
In the device disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-332812, by reducing the difference in band gap, the reflectance of the semiconductor distributed Bragg reflector is remarkably lowered, and the semiconductor distributed Bragg reflector inside There is a problem that the amount of light seeping out to the lens becomes large. Further, since the reflectance of the region where the difference between the band gaps is reduced is lowered, there is also a problem that the number of stacked semiconductor distributed Bragg reflectors must be increased in order to compensate for this reduction.

【0018】本発明は、反射率を低下させることなく、
低抵抗で且つ光吸収損失が小さい半導体分布ブラッグ反
射器および面発光半導体レーザ素子および面発光レーザ
アレイおよび面発光レーザモジュールおよび光インター
コネクションシステムおよび光通信システムを提供する
ことを目的としている。
According to the present invention, the reflectance is not lowered.
An object of the present invention is to provide a semiconductor distributed Bragg reflector having a low resistance and a small light absorption loss, a surface emitting semiconductor laser device, a surface emitting laser array, a surface emitting laser module, an optical interconnection system and an optical communication system.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、屈折率が異なる2種の半導
体層の間に、前記2種の半導体層の間の屈折率をもつ中
間層を有する半導体分布ブラッグ反射器において、該半
導体分布ブラッグ反射器内の一部の領域における中間層
の厚さが他の領域における中間層の厚さと異なっている
ことを特徴としている。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 is such that a refractive index between two kinds of semiconductor layers having different refractive indexes is set between the two kinds of semiconductor layers. In the semiconductor distributed Bragg reflector having the intermediate layer, the thickness of the intermediate layer in some regions of the semiconductor distributed Bragg reflector is different from the thickness of the intermediate layer in other regions.

【0020】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載の半導体分布ブラッグ反射器において、前記中間層の
厚さが厚い領域における2種の半導体層の禁則帯幅の差
が、前記中間層の厚さが薄い領域における2種の半導体
層の禁則帯幅の差に比べて小さいことを特徴としてい
る。
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor distributed Bragg reflector according to the first aspect, the difference in the forbidden band width of the two types of semiconductor layers in the region where the thickness of the intermediate layer is large is the intermediate band width. It is characterized in that it is smaller than the difference in band gap between the two types of semiconductor layers in the region where the layer thickness is thin.

【0021】また、請求項3記載の発明は、請求項1ま
たは請求項2記載の半導体分布ブラッグ反射器におい
て、該半導体分布ブラッグ反射器内の光の電界強度に応
じて、該半導体分布ブラッグ反射器内の中間層の厚さ及
びドーピング濃度が相違していることを特徴としてい
る。
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor distributed Bragg reflector according to the first aspect or the second aspect, the semiconductor distributed Bragg reflector is responsive to the electric field intensity of light in the semiconductor distributed Bragg reflector. It is characterized in that the thickness and the doping concentration of the intermediate layer in the chamber are different.

【0022】また、請求項4記載の発明は、請求項3記
載の半導体分布ブラッグ反射器において、該半導体分布
ブラッグ反射器内の光の電界強度が大きな領域において
は、中間層の厚さが厚く、且つ不純物のドーピング濃度
が低くなっている一方、光の電界強度が小さな領域にお
いては、中間層の厚さが薄く、且つ不純物のドーピング
濃度が高くなっていることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor distributed Bragg reflector according to the third aspect, the thickness of the intermediate layer is large in a region where the electric field intensity of light in the semiconductor distributed Bragg reflector is large. While the impurity doping concentration is low, the intermediate layer is thin and the impurity doping concentration is high in the region where the electric field intensity of light is low.

【0023】また、請求項5記載の発明は、請求項1乃
至請求項4のいずれか一項に記載の半導体分布ブラッグ
反射器において、半導体分布ブラッグ反射器の設計反射
波長が1.1μmよりも長波であることを特徴としてい
る。
According to the invention of claim 5, in the semiconductor distributed Bragg reflector according to any one of claims 1 to 4, the design reflection wavelength of the semiconductor distributed Bragg reflector is more than 1.1 μm. It is characterized by long waves.

【0024】また、請求項6記載の発明は、請求項1乃
至請求項5のいずれか一項に記載の半導体分布ブラッグ
反射器が用いられていることを特徴としている。
The invention according to claim 6 is characterized in that the semiconductor distributed Bragg reflector according to any one of claims 1 to 5 is used.

【0025】また、請求項7記載の発明は、請求項6記
載の面発光半導体レーザ素子において、活性層のIII族
材料が、Ga,Inのいずれか、または、全てであり、
活性層のV族材料が、As,N,Sbのいずれか、また
は、全てであることを特徴としている。
According to a seventh aspect of the invention, in the surface emitting semiconductor laser device according to the sixth aspect, the group III material of the active layer is Ga or In, or all of them.
It is characterized in that the group V material of the active layer is any or all of As, N and Sb.

【0026】また、請求項8記載の発明は、請求項6ま
たは請求項7記載の面発光半導体レーザ素子によって構
成されていることを特徴としている。
The invention according to claim 8 is characterized in that it is constituted by the surface emitting semiconductor laser device according to claim 6 or 7.

【0027】また、請求項9記載の発明は、請求項6ま
たは請求項7記載の面発光半導体レーザ素子、または、
請求項8記載の面発光レーザアレイが用いられているこ
とを特徴としている。
The invention according to claim 9 is the surface-emitting semiconductor laser device according to claim 6 or 7, or
The surface emitting laser array according to claim 8 is used.

【0028】また、請求項10記載の発明は、請求項6
または請求項7記載の面発光半導体レーザ素子、また
は、請求項8記載の面発光レーザアレイ、または、請求
項9記載の面発光レーザモジュールを用いて構成された
光インターコネクションシステムである。
Further, the invention according to claim 10 is the same as claim 6
An optical interconnection system configured by using the surface emitting semiconductor laser device according to claim 7, the surface emitting laser array according to claim 8, or the surface emitting laser module according to claim 9.

【0029】また、請求項11記載の発明は、請求項6
または請求項7記載の面発光半導体レーザ素子、また
は、請求項8記載の面発光レーザアレイ、または、請求
項9記載の面発光レーザモジュールを用いて構成された
光通信システムである。
Further, the invention according to claim 11 is the same as claim 6.
An optical communication system configured by using the surface emitting semiconductor laser device according to claim 7, the surface emitting laser array according to claim 8, or the surface emitting laser module according to claim 9.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below.

【0031】第1の実施形態 本発明の第1の実施形態では、屈折率が異なる2種の半
導体層の間に、前記2種の半導体層の間の屈折率をもつ
中間層(半導体層)を有する半導体分布ブラッグ反射器
において、該半導体分布ブラッグ反射器内の一部の領域
における中間層(半導体層)の厚さが他の領域における
中間層(半導体層)の厚さと異なっていることを特徴と
している。
First Embodiment In the first embodiment of the present invention, an intermediate layer (semiconductor layer) having a refractive index between the two types of semiconductor layers is provided between the two types of semiconductor layers having different refractive indices. In the semiconductor distributed Bragg reflector having the structure, the thickness of the intermediate layer (semiconductor layer) in some regions in the semiconductor distributed Bragg reflector is different from the thickness of the intermediate layer (semiconductor layer) in other regions. It has a feature.

【0032】図1は本発明の第1の実施形態の半導体分
布ブラッグ反射器の具体例を示す図である。図1の半導
体分布ブラッグ反射器は、0.98μmを設計反射波長
とするp型半導体分布ブラッグ反射器であり、結晶成長
方法としてMOCVD法を用いてGaAs基板上に作製
されている。
FIG. 1 is a view showing a concrete example of a semiconductor distributed Bragg reflector according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor distributed Bragg reflector shown in FIG. 1 is a p-type semiconductor distributed Bragg reflector having a design reflection wavelength of 0.98 μm, and is manufactured on a GaAs substrate by using the MOCVD method as a crystal growth method.

【0033】図1のp型半導体分布ブラッグ反射器の作
製には、III族原料として、トリメチルアルミニウム
(TMA),トリメチルガリウム(TMG)が用いら
れ、V族原料として、アルシン(AsH3)ガスが用い
られている。また、p型のドーパントには、CBr4
用いられている。
To fabricate the p-type semiconductor distributed Bragg reflector shown in FIG. 1, trimethylaluminum (TMA) and trimethylgallium (TMG) are used as group III raw materials, and arsine (AsH 3 ) gas is used as group V raw material. It is used. CBr 4 is used as the p-type dopant.

【0034】図1の半導体分布ブラッグ反射器は、p型
半導体分布ブラッグ反射器Iとp型半導体分布ブラッグ
反射器IIとが順次に積層されて構成されており、半導体
分布ブラッグ反射器を構成する屈折率の異なる2種の半
導体層の間には、2種の半導体層の間の屈折率を有する
中間層(半導体層)として、図2に示すように、一方の
組成から他方の組成へAl組成を線形に変化させた線形
組成傾斜層が設けられている。ここで、図2は線形組成
傾斜層周辺のバンドエネルギーを示した図である。な
お、MOVCD法では、原料の供給量を変化させること
でAlGaAsの組成を制御することができるので、容
易に組成傾斜層を成長させることができる。
The semiconductor distributed Bragg reflector of FIG. 1 is constructed by sequentially stacking a p-type semiconductor distributed Bragg reflector I and a p-type semiconductor distributed Bragg reflector II, and constitutes a semiconductor distributed Bragg reflector. As shown in FIG. 2, between two semiconductor layers having different refractive indexes, an intermediate layer (semiconductor layer) having a refractive index between the two semiconductor layers is formed from one composition to another composition. A linear composition gradient layer having a linear composition change is provided. Here, FIG. 2 is a diagram showing band energy around the linear composition gradient layer. In the MOVCD method, the composition of AlGaAs can be controlled by changing the supply amount of the raw material, so that the compositionally graded layer can be easily grown.

【0035】ここで、第1の実施形態の半導体分布ブラ
ッグ反射器では、積層方向に順次に積層されているp型
半導体分布ブラッグ反射器Iとp型半導体分布ブラッグ
反射器IIとで、中間層(線形組成傾斜層)の厚さが異な
っている。
In the semiconductor distributed Bragg reflector of the first embodiment, the p-type semiconductor distributed Bragg reflector I and the p-type semiconductor distributed Bragg reflector II, which are sequentially stacked in the stacking direction, form an intermediate layer. The thickness of the (linear composition gradient layer) is different.

【0036】図3には図1のp型半導体分布ブラッグ反
射器Iの構成が示され、また、図4には図1のp型半導
体分布ブラッグ反射器IIの構成が示されている。
FIG. 3 shows the structure of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector I of FIG. 1, and FIG. 4 shows the structure of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector II of FIG.

【0037】図3は、図1のp型半導体分布ブラック反
射器Iにおける積層の1周期を示したものであり、図3
を参照すると、ブラッグ反射器Iでは、低屈折率層とし
てp−AlAsが用いられ、高屈折率層としてp−Ga
Asが用いられている。また、これらの半導体層のそれ
ぞれの間には、厚さ60nmの中間層(p−AlGaA
s線形組成傾斜層)が設けられており、図3に示す構成
を1周期とし、図1の半導体分布ブラッグ反射器では4
周期が積層されている。
FIG. 3 shows one cycle of stacking in the p-type semiconductor distributed black reflector I of FIG.
In the Bragg reflector I, p-AlAs is used as the low refractive index layer and p-Ga is used as the high refractive index layer.
As is used. Further, an intermediate layer (p-AlGaA) having a thickness of 60 nm is provided between each of these semiconductor layers.
s linear composition gradient layer) is provided, the configuration shown in FIG. 3 is defined as one period, and the semiconductor distributed Bragg reflector of FIG.
The cycles are stacked.

【0038】また、図4は、図1のp型半導体分布ブラ
ック反射器IIにおける積層の1周期を示したものであ
り、図4を参照すると、ブラッグ反射器IIでは、低屈折
率層としてp−AlAsが用いられ、高屈折率層として
p−GaAsが用いられている。また、これらの半導体
層のそれぞれの間には、厚さ30nmの中間層(p−A
lGaAs線形組成傾斜層)が設けられており、図4に
示す構成を1周期とし、図1の半導体分布ブラッグ反射
器では20周期が積層されている。
FIG. 4 shows one cycle of stacking in the p-type semiconductor distributed black reflector II of FIG. 1. Referring to FIG. 4, in the Bragg reflector II, p is used as the low refractive index layer. -AlAs is used, and p-GaAs is used as the high refractive index layer. An intermediate layer (p-A) having a thickness of 30 nm is provided between each of these semiconductor layers.
1GaAs linear composition gradient layer) is provided, and the structure shown in FIG. 4 is set as one cycle, and 20 cycles are stacked in the semiconductor distributed Bragg reflector of FIG.

【0039】すなわち、第1の実施形態では、屈折率が
異なる2種の半導体層の間に、前記2種の半導体層の間
の屈折率をもつ中間層(組成傾斜層)を有する半導体分
布ブラッグ反射器において、該半導体分布ブラッグ反射
器内の一部の領域I(ブラッグ反射器I)における中間
層(組成傾斜層)の厚さを他の領域II(ブラッグ反射器
II)における中間層(組成傾斜層)の厚さに比べて厚い
構成としている。
That is, in the first embodiment, a semiconductor distribution Bragg having an intermediate layer (composition gradient layer) having a refractive index between the two types of semiconductor layers is provided between the two types of semiconductor layers having different refractive indices. In the reflector, the thickness of the intermediate layer (composition gradient layer) in part of the region I (Bragg reflector I) in the semiconductor distributed Bragg reflector is set to the thickness of the other region II (Bragg reflector I).
It is thicker than the intermediate layer (composition gradient layer) in II).

【0040】ここで、ブラッグ反射器I,IIにおいて、
ブラッグ反射器を構成する各層の厚さは、中間層(組成
傾斜層)を含めて、分布ブラッグ反射器の多重反射の位
相条件を満たすように、調整されている。具体的には、
ブラッグ反射器Iにおけるp−AlAs層の厚さは1
2.3nmであり、p−GaAs層の厚さは20.3n
mである。また、ブラッグ反射器IIにおけるp−AlA
s層の厚さは51.6nmであり、p−GaAs層の厚
さは40.9nmである。
Here, in the Bragg reflectors I and II,
The thickness of each layer forming the Bragg reflector is adjusted so as to satisfy the multiple reflection phase condition of the distributed Bragg reflector including the intermediate layer (composition gradient layer). In particular,
The thickness of the p-AlAs layer in the Bragg reflector I is 1
2.3 nm and the thickness of the p-GaAs layer is 20.3 n
m. In addition, p-AlA in the Bragg reflector II
The s layer has a thickness of 51.6 nm, and the p-GaAs layer has a thickness of 40.9 nm.

【0041】また、図1のp型半導体分布ブラッグ反射
器は、ブラッグ反射器I側から光が入射されるものとし
て設計されており、領域I(ブラッグ反射器I)におけ
る不純物のドーピング濃度は、領域II(ブラッグ反射器
II)における不純物のドーピング濃度に対し低濃度とな
るように、例えば5×1017cm-3程度にドーピングが
施されている。
The p-type semiconductor distributed Bragg reflector of FIG. 1 is designed so that light is incident from the Bragg reflector I side, and the doping concentration of impurities in the region I (Bragg reflector I) is Area II (Bragg reflector
Doping is performed to, for example, about 5 × 10 17 cm −3 so that the doping concentration of the impurities in II) is lower.

【0042】このように、光の入射側にあたる、光の電
界強度が相対的に大きな領域I(ブラッグ反射器I)で
の不純物ドーピング濃度を低濃度とすることにより、従
来技術のように自由キャリア吸収、価電子帯間吸収によ
る光の吸収損失を低減することができる。
As described above, by reducing the impurity doping concentration in the region I (Bragg reflector I) where the electric field intensity of light is relatively large, which is the incident side of light, the free carrier can be obtained as in the prior art. It is possible to reduce light absorption loss due to absorption and absorption between valence bands.

【0043】更に、図1の半導体分布ブラッグ反射器で
は、ドーピング濃度が相対的に低濃度である領域I(ブ
ラッグ反射器I)における組成傾斜層の厚さを60nm
と、領域II(ブラッグ反射器II)に比べて厚い構成とし
ている。
Further, in the semiconductor distributed Bragg reflector of FIG. 1, the thickness of the composition gradient layer in the region I (Bragg reflector I) where the doping concentration is relatively low is 60 nm.
And, it is made thicker than the region II (Bragg reflector II).

【0044】不純物濃度を低濃度とすると、ヘテロ界面
におけるポテンシャル障壁の影響により、電気抵抗が高
くなるが、図1の半導体分布ブラッグ反射器では、ドー
ピング濃度が相対的に低濃度である領域I(ブラッグ反
射器I)における組成傾斜層の厚さを60nmと非常に
厚くすることによって、ポテンシャル障壁を十分に平滑
化することが可能となる。これによって、不純物ドーピ
ング濃度を低濃度としたことによるヘテロ界面の影響の
ために、素子が高抵抗化することを防止できる。また、
ドーピング濃度を低濃度としたことにより、光の吸収損
失も低く、光学的,電気的に特性の優れた半導体分布ブ
ラッグ反射器が得られる。
When the impurity concentration is low, the electric resistance increases due to the influence of the potential barrier at the hetero interface, but in the semiconductor distributed Bragg reflector of FIG. 1, the region I (where the doping concentration is relatively low) is used. By making the compositionally graded layer in the Bragg reflector I) as thick as 60 nm, the potential barrier can be sufficiently smoothed. As a result, it is possible to prevent the resistance of the device from increasing due to the influence of the hetero interface due to the low impurity doping concentration. Also,
By making the doping concentration low, a semiconductor distributed Bragg reflector having excellent optical and electrical characteristics with low light absorption loss can be obtained.

【0045】なお、第1の実施形態において、半導体分
布ブラッグ反射器は、GaAs基板上に、MOCVD法
によって結晶成長を行なって作製できるが、この他の成
長方法が用いられていても良い。また、上述の例では、
半導体分布ブラッグ反射器を構成する屈折率の異なる2
種の半導体層の間に設けられる中間層(屈折率の異なる
2種の半導体層の間の屈折率(禁則帯幅)を有する半導
体層)として、線形組成傾斜層を用いているが、中間層
としては、この他にも、非線形に組成が変化する非線形
組成傾斜層を用いても良いし、また、屈折率が異なる単
層または複数の層によって構成されたものを用いても良
い。
In the first embodiment, the semiconductor distributed Bragg reflector can be manufactured by crystal growth on the GaAs substrate by the MOCVD method, but other growth methods may be used. Also, in the example above,
Semiconductor distributed Bragg reflectors with different refractive indices 2
A linear composition gradient layer is used as an intermediate layer (a semiconductor layer having a refractive index (a band gap) between two types of semiconductor layers having different refractive indices) provided between the two types of semiconductor layers. In addition to this, a non-linear composition gradient layer whose composition changes non-linearly may be used, or a single layer or a plurality of layers having different refractive indexes may be used.

【0046】p型半導体分布ブラッグ反射器では、上述
のように、スパイク等の半導体へテロ界面におけるスパ
イク等のポテンシャル障壁の影響により高抵抗化し易い
という問題があり、へテロ界面を構成する2種の半導体
層の禁則帯幅の差が大きい程、また、ヘテロ界面付近の
ドーピング濃度が低濃度である程、高抵抗化は顕著であ
る。従来、ヘテロ界面の影響を低減し、抵抗を低減する
ために、組成傾斜層等の2種の半導体層の間に設けるヘ
テロ障壁緩衝層のドーピング濃度を高濃度にしていた
が、ドーピング濃度を高濃度としたことによって光吸収
が増加し、光学特性を劣化させていたという問題があ
る。
As described above, the p-type semiconductor distributed Bragg reflector has a problem that the resistance tends to be increased due to the influence of the potential barrier such as the spike at the semiconductor hetero interface such as the spike. The higher the difference in the forbidden band width between the semiconductor layers and the lower the doping concentration near the hetero interface, the more remarkable the increase in resistance. Conventionally, in order to reduce the effect of the hetero interface and reduce the resistance, the doping concentration of the hetero barrier buffer layer provided between two types of semiconductor layers such as the compositionally graded layer has been set to a high concentration. There is a problem that the optical absorption is increased due to the concentration, and the optical characteristics are deteriorated.

【0047】また、光吸収を低減するためには、不純物
濃度を低減することが有効であるが、逆にヘテロ界面の
ポテンシャル障壁の影響が顕著となる。ヘテロ界面のポ
テンシャル障壁の影響を低減するためには、ヘテロ界面
を構成する2種の半導体層の禁則帯幅の差を小さくする
こと等が考えられるが、反射率の低下が生じ、ブラッグ
反射器の層数を増加させてしまう他に、ブラッグ反射器
中への光の電界強度が大きな領域のしみ出しが大きくな
り、低濃度ドーピング領域の厚さを更に厚く設けなけれ
ばならず、結果的に抵抗値を増加させてしまう問題があ
る。また、禁則帯幅を小さくした場合でも、ヘテロ界面
に設ける組成傾斜層を適切に設計しなければ十分に抵抗
を低減することは難しい。
Further, in order to reduce light absorption, it is effective to reduce the impurity concentration, but conversely, the influence of the potential barrier at the hetero interface becomes remarkable. In order to reduce the influence of the potential barrier at the hetero interface, it is conceivable to reduce the difference in the forbidden band width of the two types of semiconductor layers forming the hetero interface, but the Bragg reflector causes a decrease in reflectance. In addition to increasing the number of layers, the region where the electric field intensity of light into the Bragg reflector is large exudes, and the thickness of the low-concentration doping region must be increased. There is a problem of increasing the resistance value. Further, even when the band gap is reduced, it is difficult to sufficiently reduce the resistance unless the composition gradient layer provided at the hetero interface is properly designed.

【0048】また、例えば、分布ブラッグ反射器を面発
光レーザ素子等の共振器ミラーとして用いる場合、ブラ
ッグ反射器中にAl(Ga)Asを酸化してなる酸化狭
窄層が設けられる場合が多く、更に酸化狭窄層は狭窄効
果を高めるために、活性層に近い、低濃度ドーピング領
域に設けられることが多い。酸化狭窄層の周辺において
は、電流が集中し電流通路が小さくなることによって、
ドーピング濃度を低濃度としない場合においても非常に
高抵抗化し易い。
Further, for example, when the distributed Bragg reflector is used as a cavity mirror of a surface emitting laser device or the like, an oxide confinement layer formed by oxidizing Al (Ga) As is often provided in the Bragg reflector, Further, the oxide confinement layer is often provided in a low-concentration doping region near the active layer in order to enhance the constriction effect. In the periphery of the oxide confinement layer, current concentrates and the current path becomes smaller,
Even if the doping concentration is not low, it is very easy to increase the resistance.

【0049】これに対し、本発明の第1の実施形態の半
導体分布ブラッグ反射器では、例えば上述のようなドー
ピング濃度の低い領域や、酸化狭窄層の周辺部等の高抵
抗化しやすい領域の中間層(組成傾斜層)の厚さを、他
の領域に対して相対的に厚くすることにより、以上の領
域における電気的抵抗を非常に効果的に低減することが
できる。
On the other hand, in the semiconductor distributed Bragg reflector according to the first embodiment of the present invention, for example, a region having a low doping concentration as described above or an intermediate region between regions where the resistance is likely to be increased, such as the peripheral portion of the oxide confinement layer. By making the thickness of the layer (composition gradient layer) relatively thicker than other regions, the electric resistance in the above regions can be reduced very effectively.

【0050】例えば、図5は、0.98μm帯における
4ペアのp型半導体分布ブラッグ反射器の抵抗率を、ブ
ラッグ反射器を構成する低屈折率層のAl組成をパラメ
ータとして、組成傾斜層の厚さに対して示した図であ
り、縦軸は、各ブラッグ反射器の抵抗率をヘテロ界面の
影響が全く無いと仮定した場合の値、つまり、単純にバ
ルクの抵抗で決まる抵抗率によって規格化した値(規格
化抵抗率)を示している。従って、図5では、ヘテロ界
面の影響が低減されるに従って、規格化抵抗率は1に漸
近していく。ここで、高屈折率層にはGaAs層を用い
ており、ブラッグ反射器のドーピング濃度は、光の吸収
を低減するために、全ての領域で5×10 17cm-3とし
ている。
For example, FIG. 5 shows that in the 0.98 μm band.
The resistivity of four pairs of p-type semiconductor distributed Bragg reflectors is
The Al composition of the low refractive index layer constituting the Ragg reflector is set as a parameter.
FIG. 3 is a diagram showing the composition gradient layer thickness as a data
The vertical axis represents the resistivity of each Bragg reflector at the hetero interface.
The value assuming that there is no effect, that is, simply
Value normalized by the resistivity determined by the resistance of Luk (standard
Resistance). Therefore, in FIG.
The normalized resistivity gradually increases to 1 as the influence of the surface is reduced.
Get closer. Here, a GaAs layer is used for the high refractive index layer.
And the doping concentration of the Bragg reflector is the absorption of light
5 × 10 in all areas to reduce 17cm-3age
ing.

【0051】図5から、半導体分布ブラッグ反射器の抵
抗率は、Al組成の差を小さくすることによっても低下
するが、これ以上に中間層(組成傾斜層)の厚さを厚く
することによって激減することが分かる。
From FIG. 5, the resistivity of the semiconductor distributed Bragg reflector is lowered by decreasing the difference in Al composition, but it is drastically reduced by increasing the thickness of the intermediate layer (composition gradient layer). I know what to do.

【0052】このように、十分に厚い組成傾斜層を設け
た場合には、Al組成の差を著しく小さくしなくとも、
十分に抵抗を低減出来ることが分かる。
As described above, in the case where the sufficiently thick composition gradient layer is provided, the Al composition difference is not significantly reduced,
It can be seen that the resistance can be reduced sufficiently.

【0053】また、図6は、0.98μm帯における5
ペアのp型半導体分布ブラッグ反射器について、ブラッ
グ反射器を構成する低屈折率層のAl組成をパラメータ
として、反射率を中間層(組成傾斜層)の厚さに対して
示した図である。ここで、0.98μmに反射波長を有
する、組成傾斜層を設けない構造における高屈折率層で
あるGaAs層の厚さは、69.5nmであり、低屈折
率層であるAlAs,Al0.8Ga0.2As,Al0.6
0.4As,Al0.4Ga0.6Asの厚さは、それぞれ、
80.2nm,77.5nm,74.8nmである。図
6からは、低屈折率層のAl組成を減じることによって
ブラッグ反射器の反射率が大きく低下することと、例え
ば60nm程度もの厚い中間層(組成傾斜層)を設けた
場合であっても、反射率への影響は低屈折率層のAl組
成の変化に比べて少ないことが分かる。
Further, FIG. 6 shows 5 in the 0.98 μm band.
FIG. 6 is a diagram showing the reflectance of the pair of p-type semiconductor distributed Bragg reflectors with respect to the thickness of the intermediate layer (composition gradient layer) with the Al composition of the low refractive index layer constituting the Bragg reflector as a parameter. Here, the thickness of the GaAs layer, which is a high refractive index layer having a reflection wavelength of 0.98 μm and in which the composition gradient layer is not provided, is 69.5 nm, and AlAs and Al 0.8 Ga which are low refractive index layers. 0.2 As, Al 0.6 G
The thicknesses of a 0.4 As and Al 0.4 Ga 0.6 As are respectively
They are 80.2 nm, 77.5 nm, and 74.8 nm. It can be seen from FIG. 6 that the reflectance of the Bragg reflector is greatly reduced by reducing the Al composition of the low refractive index layer, and even if a thick intermediate layer (composition gradient layer) of about 60 nm is provided, It can be seen that the influence on the reflectance is smaller than the change in the Al composition of the low refractive index layer.

【0054】従って、この第1の実施形態の半導体分布
ブラッグ反射器では、ドーピングが低濃度である領域に
おいても、従来技術のように反射率に大きな影響を与え
る程度に低屈折率層のAl組成を低減しなくとも、厚い
中間層(組成傾斜層)を設けることによって、反射率を
高く維持したまま十分に抵抗を低減することができる。
また、反射率が高いことによって、光の半導体分布ブラ
ッグ反射器へのしみ出しも低減できるので、低濃度領域
の層数を低減することが可能であり、半導体分布ブラッ
グ反射器全体としての抵抗も低く抑えることができる。
また、反射率への影響が少ないので、ブラッグ反射器の
層数を増やす必要が無く、積層数の増加による抵抗の増
加を防ぐことができる。
Therefore, in the semiconductor distributed Bragg reflector of the first embodiment, the Al composition of the low refractive index layer is so large that the reflectance is greatly affected as in the prior art even in the region where the doping is low. By providing a thick intermediate layer (composition gradient layer), it is possible to sufficiently reduce the resistance while maintaining a high reflectance even without reducing the value.
In addition, since the reflectance is high, the seeping of light into the semiconductor distributed Bragg reflector can be reduced, so that the number of layers in the low concentration region can be reduced, and the resistance of the semiconductor distributed Bragg reflector as a whole can be reduced. It can be kept low.
Further, since the influence on the reflectance is small, it is not necessary to increase the number of layers of the Bragg reflector, and it is possible to prevent the increase in resistance due to the increase in the number of layers.

【0055】また、このように中間層(組成傾斜層)の
厚さを厚くした領域に、選択酸化層等の酸化狭窄層を設
けて電流の狭窄を行う場合には、酸化狭窄により電流が
集中する領域の抵抗が低減していることにより、抵抗の
増加が低減できる。
When an oxide confinement layer such as a selective oxidation layer is provided in the region where the thickness of the intermediate layer (composition gradient layer) is increased in this way to confine the current, the current is concentrated due to the oxidation confinement. Since the resistance of the region to be reduced is reduced, the increase in resistance can be reduced.

【0056】以上のように、この第1の実施形態では、
光の吸収損失、電気的抵抗が小さく、光学的,電気的に
特性の優れた半導体分布ブラッグ反射器を得ることがで
きる。
As described above, in the first embodiment,
It is possible to obtain a semiconductor distributed Bragg reflector having excellent optical and electrical characteristics with low light absorption loss and electrical resistance.

【0057】ここで、本発明の第1の実施形態として、
分布ブラッグ反射器I及びIIの中間層(組成傾斜層)の
厚さ及びドーピング濃度が異なる2つの領域から構成さ
れたp型分布ブラッグ反射器について示したが、この他
にも、p型分布ブラッグ反射器としては、2つの領域か
ら構成されたもの以外にも、更に複数の(3つ以上の)
中間層の厚さ及びドーピング濃度が異なる領域から構成
されたものであっても良い。
Here, as a first embodiment of the present invention,
A p-type distributed Bragg reflector including two regions having different thicknesses and doping concentrations of the intermediate layers (composition gradient layers) of the distributed Bragg reflectors I and II has been shown. As the reflector, in addition to the one composed of two regions, a plurality of reflectors (three or more) are provided.
The intermediate layer may be composed of regions having different thicknesses and doping concentrations.

【0058】第2の実施形態 本発明の第2の実施形態では、上述した第1の実施形態
の半導体分布ブラッグ反射器において、屈折率が異なる
2種の半導体層の間の屈折率を有する中間層(半導体
層)の厚さが厚い領域における2種の半導体層の禁則帯
幅の差が、屈折率が異なる2種の半導体層の間の屈折率
を有する中間層(半導体層)の厚さが薄い領域における
2種の半導体層の禁則帯幅の差に比べて小さいことを特
徴としている。
Second Embodiment In a second embodiment of the present invention, in the semiconductor distributed Bragg reflector of the first embodiment described above, an intermediate layer having a refractive index between two types of semiconductor layers having different refractive indexes. The difference in the forbidden band width of the two types of semiconductor layers in the region where the thickness of the layer (semiconductor layer) is large is the thickness of the intermediate layer (semiconductor layer) having the refractive index between the two types of semiconductor layers having different refractive indices Is smaller than the difference in the band gap between the two types of semiconductor layers in the thin region.

【0059】図7は本発明の第2の実施形態の半導体分
布ブラッグ反射器の具体例を示す図である。図7の半導
体分布ブラッグ反射器は、0.98μmを設計反射波長
とするp型半導体分布ブラッグ反射器であり、結晶成長
方法としてMOCVD法を用いてGaAs基板上に作製
されている。
FIG. 7 is a diagram showing a specific example of the semiconductor distributed Bragg reflector according to the second embodiment of the present invention. The semiconductor distributed Bragg reflector shown in FIG. 7 is a p-type semiconductor distributed Bragg reflector having a design reflection wavelength of 0.98 μm, and is manufactured on a GaAs substrate by using the MOCVD method as a crystal growth method.

【0060】また、図7の半導体分布ブラッグ反射器
は、第1の実施形態のp型半導体分布ブラッグ反射器と
同様に、中間層(組成傾斜層)の厚さが異なる2つの領
域I,II(2つのブラック反射器I,II)によって構成
されているが、この第2の実施形態では、更に、それぞ
れの領域I,IIにおける低屈折率層のAl組成が異なっ
ている。
Further, the semiconductor distributed Bragg reflector of FIG. 7 has two regions I and II in which the thickness of the intermediate layer (composition gradient layer) is different, as in the p-type semiconductor distributed Bragg reflector of the first embodiment. However, in the second embodiment, the Al compositions of the low refractive index layers in the regions I and II are different from each other.

【0061】図8には、図7のp型半導体分布ブラッグ
反射器Iにおける1周期の構成が示され、また、図9に
は、図7のp型半導体分布ブラッグ反射器IIにおける1
周期の構成が示されている。
FIG. 8 shows the structure of one period in the p-type semiconductor distributed Bragg reflector I of FIG. 7, and FIG. 9 shows the one-period structure of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector II of FIG.
The structure of the cycle is shown.

【0062】図8,図9の例では、領域I(ブラッグ反
射器I)の低屈折率層として、図8に示すようにp−A
0.8Ga0.2Asが用いられているのに対し、領域II
(ブラッグ反射器II)の低屈折率層として、図9に示す
ようにp−AlAsが用いられている。また、それぞれ
の領域I,IIの高屈折率層には、p−GaAs層が用い
られている。
In the examples of FIGS. 8 and 9, as the low refractive index layer of the region I (Bragg reflector I), as shown in FIG.
l 0.8 Ga 0.2 As is used, while region II
As the low refractive index layer of (Bragg reflector II), p-AlAs is used as shown in FIG. A p-GaAs layer is used as the high refractive index layer in each of the regions I and II.

【0063】また、ブラッグ反射器Iの各へテロ界面に
は、厚さ60nmの中間層(p−AlGaAs線形組成
傾斜層)が設けられ、ブラッグ反射器IIの各へテロ界面
には、厚さ30nmの中間層(p−AlGaAs線形組
成傾斜層)が設けられている。
An intermediate layer (p-AlGaAs linear composition gradient layer) having a thickness of 60 nm is provided on each hetero interface of the Bragg reflector I, and each hetero interface of the Bragg reflector II has a thickness. A 30 nm intermediate layer (p-AlGaAs linear composition gradient layer) is provided.

【0064】ここで、ブラッグ反射器I,IIにおいて、
ブラッグ反射器を構成する各層の厚さは、中間層(組成
傾斜層)を含めて、分布ブラッグ反射器の多重反射の位
相条件を満たすように調整されている。具体的には、ブ
ラッグ反射器Iにおけるp−Al0.8Ga0.2As層の厚
さは18.0nmであり、p−GaAs層の厚さは、1
1.8nmである。また、ブラッグ反射器IIにおけるp
−AlAs層の厚さは51.6nmであり、p−GaA
s層の厚さは40.9nmである。
Here, in the Bragg reflectors I and II,
The thickness of each layer constituting the Bragg reflector, including the intermediate layer (composition gradient layer), is adjusted so as to satisfy the phase condition of multiple reflection of the distributed Bragg reflector. Specifically, the p-Al 0.8 Ga 0.2 As layer in the Bragg reflector I has a thickness of 18.0 nm, and the p-GaAs layer has a thickness of 1
It is 1.8 nm. Also, p in the Bragg reflector II
The thickness of the -AlAs layer is 51.6 nm, and p-GaA is
The thickness of the s layer is 40.9 nm.

【0065】また、図7の半導体分布ブラッグ反射器
は、基板表面である領域I(ブラッグ反射器I)側から
光が入射されるとして設計されており、領域I(ブラッ
グ反射器I)における不純物のドーピング濃度は、例え
ば5×1017cm-3程度と領域II(ブラッグ反射器II)
における不純物ドーピング濃度に対して相対的に低濃度
となっている。
The semiconductor distributed Bragg reflector of FIG. 7 is designed so that light is incident from the region I (Bragg reflector I) side which is the surface of the substrate, and impurities in the region I (Bragg reflector I) are included. The doping concentration of, for example, about 5 × 10 17 cm -3 and region II (Bragg reflector II)
The impurity concentration is relatively low with respect to the impurity doping concentration.

【0066】図7,図8,図9の半導体分布ブラッグ反
射器では、領域I(ブラッグ反射器I)の低屈折率層が
p−Al0.8Ga0.2Asとなっており、低屈折率層のA
l組成が低減していることによって(AlAsからAl
0.8Ga0.2Asに低減していることによって)、ヘテロ
界面のポテンシャル障壁の発生を抑制することができ
る。
In the semiconductor distributed Bragg reflectors of FIGS. 7, 8 and 9, the low refractive index layer in the region I (Bragg reflector I) is p-Al 0.8 Ga 0.2 As, and the low refractive index layer A
Due to the decrease in the l composition (from AlAs to Al
Due to the reduction to 0.8 Ga 0.2 As), generation of a potential barrier at the hetero interface can be suppressed.

【0067】更に、一般にAlGaAs混晶はAl組成
が小さい程、キャリアである正孔の移動度が大きくなる
傾向がある。従って、本発明のように、厚い組成傾斜層
により、十分にヘテロ界面におけるポテンシャル障壁の
影響が低減されたブラッグ反射器では、移動度が大きく
なることによる抵抗の低減を効果的に得ることが可能で
ある。従って、反射率が著しく低減しない程度に低濃度
ドーピング領域の低屈折率層のAl組成を低減すること
により、更に、電気的抵抗が低減されたブラッグ反射器
を得ることができる。
Furthermore, in AlGaAs mixed crystals, the mobility of holes, which are carriers, generally tends to increase as the Al composition decreases. Therefore, in the Bragg reflector in which the influence of the potential barrier at the hetero interface is sufficiently reduced by the thick composition gradient layer as in the present invention, it is possible to effectively reduce the resistance due to the increased mobility. Is. Therefore, by reducing the Al composition of the low refractive index layer in the low-concentration doping region to the extent that the reflectance is not significantly reduced, it is possible to obtain a Bragg reflector with further reduced electrical resistance.

【0068】このように、第2の実施形態においても、
光の吸収損失、電気抵抗が小さく、光学的,電気的に特
性の優れた半導体分布ブラッグ反射器を得ることができ
る。
Thus, also in the second embodiment,
It is possible to obtain a semiconductor distributed Bragg reflector having a small light absorption loss and a low electric resistance, and having excellent optical and electrical characteristics.

【0069】また、第2の実施形態では、半導体分布ブ
ラッグ反射器内の一部の領域における中間層(組成傾斜
層)の厚さを他の領域に比べ厚くするとともに、更に、
この領域における半導体分布ブラッグ反射器を構成する
2種の半導体層の禁則帯幅の差が他の領域に比べて相対
的に小さい構成とすることによって、以下のように、電
気的抵抗をより一層低減することができる。
Further, in the second embodiment, the thickness of the intermediate layer (composition gradient layer) in a part of the region of the semiconductor distributed Bragg reflector is made thicker than other regions, and further,
By making the difference in the forbidden band width of the two types of semiconductor layers forming the semiconductor distributed Bragg reflector in this region relatively smaller than that in the other regions, the electrical resistance is further improved as follows. It can be reduced.

【0070】すなわち、前述したように、ヘテロ界面に
おける高抵抗化の原因は、ヘテロ界面に生じるポテンシ
ャル障壁であり、ヘテロ界面を構成する半導体層の禁則
帯幅の差が大きい程、また、ヘテロ界面のドーピング濃
度が低い程、電気的抵抗が高くなる。例えば、光の吸収
損失を低減するために、光の入射側にあたるブラッグ反
射器の半導体層のドーピング濃度を低濃度とすると、ド
ーピング濃度を低減したことによって、ヘテロ界面の影
響が顕著になり、高抵抗化し易いが、この第2の実施形
態のように、このような領域の中間層(組成傾斜層)の
厚さを他の領域に比べ厚くすることによって、電気的抵
抗を効果的に低減することが可能であり、この際、更
に、半導体分布ブラッグ反射器を構成する半導体層の禁
則帯幅の差を小さくすることによって、電気的抵抗をよ
り一層効果的に低減することができる。
That is, as described above, the cause of the high resistance at the hetero-interface is the potential barrier generated at the hetero-interface, and the greater the difference in the band gap between the semiconductor layers forming the hetero-interface, the more the hetero-interface becomes. The lower the doping concentration of, the higher the electrical resistance. For example, if the doping concentration of the semiconductor layer of the Bragg reflector, which is the incident side of light, is set to a low concentration in order to reduce the absorption loss of light, the effect of the hetero interface becomes remarkable due to the reduction of the doping concentration. Although it is easy to make resistance, as in the second embodiment, the electrical resistance is effectively reduced by making the thickness of the intermediate layer (composition gradient layer) in such a region thicker than other regions. In this case, the electrical resistance can be further effectively reduced by further reducing the difference in the forbidden band width of the semiconductor layers forming the semiconductor distributed Bragg reflector.

【0071】また、例えば、半導体分布ブラッグ反射器
を面発光半導体レーザ素子等の共振器ミラーとして用い
る場合等、半導体分布ブラッグ反射器中にAl(Ga)
Asを酸化してなる酸化狭窄層が設けられる場合が多
く、更に、酸化狭窄層は、狭窄効果を高めるために、活
性層に近い低濃度ドーピング領域に設けられることが多
い。酸化狭窄領域の周辺においては、電流通路が小さく
なることによって、ドーピング濃度を低密度としない場
合においても非常に高抵抗化し易い。
Further, for example, when the semiconductor distributed Bragg reflector is used as a resonator mirror of a surface emitting semiconductor laser device or the like, Al (Ga) is contained in the semiconductor distributed Bragg reflector.
An oxidized confinement layer formed by oxidizing As is often provided, and the oxidized constriction layer is often provided in a low-concentration doping region near the active layer in order to enhance the constriction effect. In the vicinity of the oxide confinement region, the current path becomes small, so that the resistance is likely to be very high even if the doping concentration is not low.

【0072】しかしながら、この第2の実施形態の半導
体分布ブラッグ反射器のように、ドーピング濃度の低い
領域や、酸化狭窄層の周辺部等の高抵抗化しやすい領域
の中間層(組成傾斜層)の厚さを厚くすることによっ
て、この領域における電気的抵抗を非常に効果的に低減
することが可能であり、この際、更に、半導体分布ブラ
ッグ反射器を構成する半導体層の禁則帯幅の差を小さく
することによって、電気的抵抗をより一層効果的に低減
することができる。
However, like the semiconductor distributed Bragg reflector of the second embodiment, the intermediate layer (composition gradient layer) in the region having a low doping concentration or the region where the resistance is likely to be increased, such as the peripheral portion of the oxide confinement layer, is formed. By increasing the thickness, it is possible to very effectively reduce the electrical resistance in this region, and at this time, further, the difference in the band gap of the semiconductor layers forming the semiconductor distributed Bragg reflector is reduced. By making it small, the electrical resistance can be reduced more effectively.

【0073】例えば、図5に示すように組成傾斜層の厚
さを50nmとすることにより、いずれの構造において
も非常に効果的に電気的抵抗が低減されるが、半導体分
布ブラッグ反射器を構成する半導体層の禁則帯幅の差を
更に小さくすることによって、より一層低抵抗となる。
従って、更に電気的抵抗を低減するには、半導体層の禁
則帯幅の差を小さくすることが有効であることが分か
る。また、AlGaAs混晶はAl組成が小さい程、キ
ャリアである正孔の移動度が大きくなる傾向があるの
で、上述の構成とすることでより低抵抗となる。しか
し、図6のように、禁則帯幅の差をあまり小さくしすぎ
ると、反射率への影響が大きくなり、半導体分布ブラッ
グ反射器への光のしみだしが顕著となってしまうので、
反射率を考慮しながら、特性が著しく劣化しないよう
に、低屈折率層のAl組成を選ぶことにより、より電気
的特性の優れた半導体分布ブラッグ反射器を得ることが
可能となる。
For example, by setting the thickness of the compositionally graded layer to 50 nm as shown in FIG. 5, the electric resistance can be reduced very effectively in any structure, but a semiconductor distributed Bragg reflector is formed. By further reducing the difference in the forbidden band width of the semiconductor layer, the resistance is further reduced.
Therefore, in order to further reduce the electric resistance, it is effective to reduce the difference in the band gap of the semiconductor layers. Further, the AlGaAs mixed crystal tends to have higher mobility of holes which are carriers as the Al composition is smaller, and therefore the resistance becomes lower by adopting the above configuration. However, as shown in FIG. 6, if the difference between the forbidden band widths is made too small, the influence on the reflectance becomes large, and the seeping of light into the semiconductor distributed Bragg reflector becomes remarkable,
By considering the reflectance and selecting the Al composition of the low refractive index layer so that the characteristics are not significantly deteriorated, it becomes possible to obtain a semiconductor distributed Bragg reflector having more excellent electrical characteristics.

【0074】なお、第2の実施形態において、半導体分
布ブラッグ反射器は、GaAs基板上に、MOCVD法
によって結晶成長を行なって作製できるが、この他の成
長方法が用いられていても良い。また、上述の例では、
半導体分布ブラッグ反射器を構成する屈折率の異なる2
種の半導体層の間に設けられる中間層(屈折率の異なる
2種の半導体層の間の屈折率(禁則帯幅)を有する半導
体層)として、線形組成傾斜層を用いているが、中間層
としては、この他にも、非線形に組成が変化する非線形
組成傾斜層を用いても良いし、また、屈折率が異なる単
層または複数の層によって構成されたものを用いても良
い。
In the second embodiment, the semiconductor distributed Bragg reflector can be manufactured by performing crystal growth on the GaAs substrate by the MOCVD method, but other growth methods may be used. Also, in the example above,
Semiconductor distributed Bragg reflectors with different refractive indices 2
A linear composition gradient layer is used as an intermediate layer (a semiconductor layer having a refractive index (a band gap) between two types of semiconductor layers having different refractive indices) provided between the two types of semiconductor layers. In addition to this, a non-linear composition gradient layer whose composition changes non-linearly may be used, or a single layer or a plurality of layers having different refractive indexes may be used.

【0075】第3の実施形態 本発明の第3の実施形態は、第1または第2の実施形態
の半導体分布ブラッグ反射器において、該半導体分布ブ
ラッグ反射器内の光の電界強度に応じて、該半導体分布
ブラッグ反射器内の複数の中間層(半導体層)の厚さ及
びドーピング濃度が相違していることを特徴としてい
る。
Third Embodiment In the third embodiment of the present invention, in the semiconductor distributed Bragg reflector of the first or second embodiment, according to the electric field intensity of light in the semiconductor distributed Bragg reflector, It is characterized in that a plurality of intermediate layers (semiconductor layers) in the semiconductor distributed Bragg reflector have different thicknesses and doping concentrations.

【0076】より具体的に、第3の実施形態では、半導
体分布ブラッグ反射器内の光の電界強度が大きな領域に
おいては、中間層(半導体層)の厚さを厚く、且つ不純
物のドーピング濃度を低くする一方、光の電界強度が小
さな領域においては、中間層(半導体層)の厚さを薄
く、且つ不純物のドーピング濃度を高くしている。
More specifically, in the third embodiment, in the region where the electric field intensity of light in the semiconductor distributed Bragg reflector is large, the thickness of the intermediate layer (semiconductor layer) is increased and the doping concentration of impurities is increased. On the other hand, in the region where the electric field intensity of light is low, the thickness of the intermediate layer (semiconductor layer) is thin and the doping concentration of impurities is high.

【0077】図10は本発明の第3の実施形態の半導体
分布ブラッグ反射器の具体例を示す図である。図10の
半導体分布ブラッグ反射器は、0.98μm帯を設計反
射波長とするp型半導体分布ブラッグ反射器であり、結
晶成長方法としてMOCVD法を用いてGaAs基板上
に作製されている。
FIG. 10 is a view showing a concrete example of the semiconductor distributed Bragg reflector of the third embodiment of the present invention. The semiconductor distributed Bragg reflector shown in FIG. 10 is a p-type semiconductor distributed Bragg reflector having a design reflection wavelength in the 0.98 μm band, and is manufactured on a GaAs substrate by using the MOCVD method as a crystal growth method.

【0078】また、図10の半導体分布ブラッグ反射器
は、第1の実施形態のp型半導体分布ブラッグ反射器と
同様に、中間層(組成傾斜層)の厚さが異なる2つの領
域I,II(2つのブラック反射器I,II)によって構成
されているが、第3の実施形態では、領域Iにおける中
間層(組成傾斜層)の厚さ、及び不純物のドーピング濃
度と、領域IIにおける中間層(組成傾斜層)の厚さ、及
び不純物のドーピング濃度とが、光の電界強度に応じて
相違している。この際、半導体分布ブラッグ反射器を構
成する各層の厚さは、中間層(組成傾斜層)を含めて、
半導体分布ブラッグ反射器の多重反射の位相条件を満た
すように調整されている。
The semiconductor distributed Bragg reflector shown in FIG. 10 has two regions I and II in which the thickness of the intermediate layer (composition gradient layer) is different, as in the p-type semiconductor distributed Bragg reflector of the first embodiment. In the third embodiment, the thickness of the intermediate layer (composition gradient layer) in region I and the doping concentration of impurities, and the intermediate layer in region II are configured by (two black reflectors I and II). The thickness of the (gradient composition layer) and the doping concentration of impurities differ depending on the electric field intensity of light. At this time, the thickness of each layer constituting the semiconductor distributed Bragg reflector, including the intermediate layer (composition gradient layer),
The semiconductor distributed Bragg reflector is adjusted to meet the multiple reflection phase condition.

【0079】具体的に、図10の半導体分布ブラッグ反
射器は、基板表面側である領域I(ブラッグ反射器I)
側から光が入射されるとして設計されており、領域I
(ブラッグ反射器I)では図11のように低屈折率層と
してp−Al0.8Ga0.2Asが用いられ、高屈折率層と
してp−GaAsが用いられている。なお、図11は、
領域Iにおける半導体分布ブラッグ反射器の構成を示す
図であり、半導体分布ブラッグ反射器Iは、図11のよ
うに1対のp−GaAs/p−Al0.8Ga0.2As層
と、それぞれの層の間に設けられた2つの組成傾斜層よ
りなる基本構造を1周期とし、図10ではこの基本構造
を繰り返し5周期積層して構成されている。図11は、
図10の半導体分布ブラッグ反射器における組成傾斜層
の厚さの変化の様子を詳しく示すために、上記の基本構
造を2周期積層した構造について示したものである。
Specifically, the semiconductor distributed Bragg reflector shown in FIG. 10 has a region I (Bragg reflector I) on the front surface side of the substrate.
It is designed so that light is incident from the side, and the area I
In (Bragg reflector I), p-Al 0.8 Ga 0.2 As is used as the low refractive index layer and p-GaAs is used as the high refractive index layer as shown in FIG. In addition, in FIG.
Is a diagram showing a structure of a semiconductor distributed Bragg reflector in the region I, the semiconductor distributed Bragg reflector I includes a p-GaAs / p-Al 0.8 Ga 0.2 As layer of the pair, as in Figure 11, each layer A basic structure made up of two compositionally graded layers provided between them constitutes one cycle, and in FIG. 10, this basic structure is repeatedly laminated for five cycles. FIG. 11 shows
In order to show in detail the change in thickness of the compositionally graded layer in the semiconductor distributed Bragg reflector of FIG. 10, a structure in which the above basic structure is stacked for two periods is shown.

【0080】また、図12は図10の半導体分布ブラッ
グ反射器における領域IIにおける構成を示す図であり、
領域II(ブラッグ反射器II)では、図12のように、低
屈折率層としてp−Al0.8Ga0.2Asが用いられ、高
屈折率層としてp−GaAsが用いられている。なお、
図12は同様に、領域II(ブラッグ反射器II)における
基本構造を示した図であり、領域IIではp−AlGaA
sとp−GaAs層のそれぞれの間には厚さ30nmの
中間層(組成傾斜層)が設けられており、図10では、
図12に示す基本構造を1周期とし、20周期が繰り返
し積層されている。
FIG. 12 is a diagram showing the structure in the region II of the semiconductor distributed Bragg reflector shown in FIG.
In the region II (Bragg reflector II), p-Al 0.8 Ga 0.2 As is used as the low refractive index layer and p-GaAs is used as the high refractive index layer, as shown in FIG. In addition,
Similarly, FIG. 12 is a diagram showing a basic structure in a region II (Bragg reflector II), in which p-AlGaA is used in the region II.
An intermediate layer (composition gradient layer) having a thickness of 30 nm is provided between each of the s and p-GaAs layers, and in FIG.
The basic structure shown in FIG. 12 is one cycle, and 20 cycles are repeatedly stacked.

【0081】ここで、領域II(ブラッグ反射器II)にお
いて、各へテロ界面には、厚さ30nmの中間層(組成
傾斜層)が設けられている。
Here, in the region II (Bragg reflector II), each hetero interface is provided with an intermediate layer (composition gradient layer) having a thickness of 30 nm.

【0082】また、領域II(ブラッグ反射器II)におけ
るAl0.8Ga0.2As層及びGaAs層の不純物のドー
ピング濃度は1×1018cm-3程度としている。中間層
(組成傾斜層)のドーピング濃度は、これと同程度かや
や高濃度とすることによって、より効果的に低抵抗化が
行える。
The doping concentration of impurities in the Al 0.8 Ga 0.2 As layer and the GaAs layer in the region II (Bragg reflector II) is set to about 1 × 10 18 cm -3 . By setting the doping concentration of the intermediate layer (composition gradient layer) to be about the same as or slightly higher than this, the resistance can be more effectively lowered.

【0083】一方、領域I(ブラッグ反射器I)におけ
る中間層(組成傾斜層)のドーピング濃度は、光の電界
強度が大きい表面側から基板側に向かって(図10,図
11の矢印Rの方向に向かって)次第に高濃度となるよ
うに調整されており、これに対応して、中間層(組成傾
斜層)の厚さは、表面側から基板側に向かって(図1
0,図11の矢印Rの方向に向かって)次第に薄くなる
ように設定されている。
On the other hand, the doping concentration of the intermediate layer (composition gradient layer) in the region I (Bragg reflector I) is from the surface side where the electric field intensity of light is large toward the substrate side (arrow R in FIGS. 10 and 11). The concentration of the intermediate layer (composition gradient layer) is correspondingly adjusted from the surface side to the substrate side (see FIG. 1).
0, in the direction of arrow R in FIG. 11).

【0084】具体的に、領域I(ブラッグ反射器I)で
は、表面側におけるドーピング濃度は例えば5×1017
cm-3となっており、基板側に向かって次第に増加する
ように(領域II(ブラッグ反射器II)のドーピング濃度
に向かって)調整されている。また、中間層(組成傾斜
層)の厚さも、表面側の60nmから基板側に向かって
次第に減少するように(ブラッグ反射器IIにおける厚さ
30nmに向かって)調整されている。
Specifically, in the region I (Bragg reflector I), the doping concentration on the surface side is, for example, 5 × 10 17.
cm −3 , which is adjusted so as to gradually increase toward the substrate side (toward the doping concentration of the region II (Bragg reflector II)). The thickness of the intermediate layer (composition gradient layer) is also adjusted so as to gradually decrease from 60 nm on the surface side toward the substrate side (to 30 nm in the Bragg reflector II).

【0085】より具体的には、領域I(ブラッグ反射器
I)の最表面のヘテロ界面には、厚さ60nmの中間層
(組成傾斜層)が設けられており、この中間層(組成傾
斜層)を挟むp−Al0.8Ga0.2As層の厚さは18.
0nmであり、p−GaAs層の厚さは11.8nmで
ある。そして、領域I(ブラッグ反射器I)における中
間層(組成傾斜層)の厚さは、この中間層(組成傾斜
層)の厚さ60nmから、領域II(ブラッグ反射器II)
の方向に向かって、領域II(ブラッグ反射器II)の中間
層(組成傾斜層)の厚さである30nmになるように、
ドーピング濃度に応じて徐々に厚さを減少させている。
これに伴って、p−Al0.8Ga0.2As層、p−GaA
s層の膜厚は次第に増加している。ここで、領域II(ブ
ラッグ反射器II)におけるp−Al0.8Ga0.2As層の
厚さは51.6nmであり、p−GaAs層の厚さは4
0.9nmである。
More specifically, an intermediate layer (composition gradient layer) having a thickness of 60 nm is provided on the outermost hetero interface of the region I (Bragg reflector I). ) Are sandwiched between the p-Al 0.8 Ga 0.2 As layers having a thickness of 18.
The thickness of the p-GaAs layer is 11.8 nm. The thickness of the intermediate layer (composition gradient layer) in the region I (Bragg reflector I) is calculated from the thickness 60 nm of the intermediate layer (composition gradient layer) to the region II (Bragg reflector II).
Toward the direction of, the thickness of the intermediate layer (composition gradient layer) of the region II (Bragg reflector II) becomes 30 nm,
The thickness is gradually reduced according to the doping concentration.
Along with this, p-Al 0.8 Ga 0.2 As layer, p-GaA
The film thickness of the s layer is gradually increasing. Here, the thickness of the p-Al 0.8 Ga 0.2 As layer is 51.6 nm and the thickness of the p-GaAs layer is 4 in the region II (Bragg reflector II).
It is 0.9 nm.

【0086】この第3の実施形態の半導体分布ブラッグ
反射器では、入射される光の電界強度の大きな領域で、
不純物のドーピング濃度を低濃度とし、更に、不純物の
ドーピング濃度が低濃度となることによって高抵抗とな
ることを防止するために、中間層(組成傾斜層)の厚さ
を選んでおり(中間層の厚さを厚くしており)、これに
より、不必要に抵抗を増加させること無く、また、領域
I(ブラッグ反射器I)における反射率を低下させるこ
と無く、効率良く吸収損失を低減することが可能とな
り、光学的,電気的特性の優れたブラッグ反射器を得る
ことができる。
In the semiconductor distributed Bragg reflector of the third embodiment, in a region where the electric field intensity of incident light is large,
The thickness of the intermediate layer (composition gradient layer) is selected to prevent the resistance from becoming high due to the impurity doping concentration being low and the impurity doping concentration being low. The thickness of each layer is increased), thereby efficiently reducing the absorption loss without unnecessarily increasing the resistance and reducing the reflectance in the region I (Bragg reflector I). It is possible to obtain a Bragg reflector having excellent optical and electrical characteristics.

【0087】このように、第3の実施形態の半導体分布
ブラッグ反射器では、ブラッグ反射器中に厚さが異なっ
た複数の中間層(組成傾斜層)が設けられており、組成
傾斜層の厚さ及びドーピング濃度が、半導体分布ブラッ
グ反射器に入射される光の電界強度に応じて相違してお
り(具体的に、電界強度が大きな領域においては組成傾
斜層の厚さが厚く、更にドーピング濃度が低くなる構成
とし、一方電界強度が小さな領域においては、組成傾斜
層の厚さが薄く、更にドーピング濃度が高くなる構成と
しており)、これにより、半導体分布ブラッグ反射器内
の電界強度に応じて効率良く、光の吸収損失の低減、及
び低抵抗化を図ることができる。
As described above, in the semiconductor distributed Bragg reflector of the third embodiment, a plurality of intermediate layers (composition gradient layers) having different thicknesses are provided in the Bragg reflector, and the thickness of the composition gradient layer is increased. And the doping concentration differs according to the electric field intensity of the light incident on the semiconductor distributed Bragg reflector (specifically, in the region where the electric field intensity is large, the composition gradient layer is thick, and the doping concentration is On the other hand, in the region where the electric field strength is small, on the other hand, in the region where the electric field strength is small, the composition gradient layer is thin and the doping concentration is high). Therefore, according to the electric field strength in the semiconductor distributed Bragg reflector, It is possible to efficiently reduce the light absorption loss and reduce the resistance.

【0088】半導体分布ブラッグ反射器では、各半導体
層の屈折率の違いによる光波の多重反射を利用し、反射
波が強め合うように各半導体の厚さは反射波が強め合う
位相条件となるように選ばれている。従って、光波の反
射は単一の反射鏡のように表面のみで生じるのではな
く、光波は半導体分布ブラッグ反射器の内部に浸透しな
がら、徐々に反射を受けており、入射表面ほど、光の電
界強度が強くなっている。
In the semiconductor distributed Bragg reflector, the multiple reflection of the light wave due to the difference in the refractive index of each semiconductor layer is used, and the thickness of each semiconductor is such that the reflected waves are strengthened so that the reflected waves are strengthened. Has been selected for. Therefore, the reflection of the light wave does not occur only on the surface like a single reflecting mirror, but the light wave is gradually reflected while penetrating inside the semiconductor distributed Bragg reflector. The electric field strength is getting stronger.

【0089】従って、光の電界強度に応じて、電界強度
が大きな領域における半導体分布ブラッグ反射器のドー
ピング濃度を低濃度とし、さらにドーピング濃度に応じ
て十分に低抵抗化できるように組成傾斜層の厚さを決め
ることによって、より効果的に光の吸収損失の低減と、
電気的抵抗の低減を行うことが可能になる。このよう
に、不純物のドーピング濃度を光の電界強度に応じて定
めると、吸収を低減するために設けた低ドーピング濃度
領域において、必要以上にドーピング濃度を低濃度とし
てしまうことが無くなるので、不必要に抵抗を増加させ
たり、組成傾斜層を設けて反射率を低下させたりするこ
とが防止できる。
Therefore, the doping concentration of the semiconductor distributed Bragg reflector in the region where the electric field intensity is large is set to a low concentration in accordance with the electric field intensity of light, and further the composition gradient layer is formed so that the resistance can be sufficiently lowered in accordance with the doping concentration. By determining the thickness, more effectively reduce the absorption loss of light,
It becomes possible to reduce the electric resistance. In this way, if the doping concentration of impurities is determined according to the electric field intensity of light, it is not necessary to set the doping concentration lower than necessary in the low doping concentration region provided to reduce absorption. It is possible to prevent the resistance from increasing and the composition gradient layer to reduce the reflectance.

【0090】しかしながら、第3の実施形態において
も、光の電界強度が大きな入射表面近傍の領域では、ド
ーピング濃度を十分に低濃度とする必要があるので、十
分に厚い組成傾斜層を設けて、低抵抗化することが重要
である。
However, also in the third embodiment, in the region near the incident surface where the electric field intensity of light is large, it is necessary to make the doping concentration sufficiently low, so that a sufficiently thick composition gradient layer is provided. It is important to reduce the resistance.

【0091】また、例えば、半導体分布ブラッグ反射器
を面発光半導体レーザ素子等の共振器ミラーとして用い
る場合、ブラッグ反射器中にAl(Ga)Asを酸化し
てなる酸化狭窄層が設けられる場合が多く、更に、酸化
狭窄層は、狭窄効果を高めるために、活性層に近い低濃
度ドーピング領域に設けられることが多い。酸化狭窄領
域の周辺においては、電流通路が小さくなることによっ
て、ドーピング濃度を低密度としない場合においても非
常に高抵抗化し易い。
Further, for example, when the semiconductor distributed Bragg reflector is used as a cavity mirror of a surface emitting semiconductor laser device or the like, an oxidation confinement layer formed by oxidizing Al (Ga) As may be provided in the Bragg reflector. Furthermore, the oxide confinement layer is often provided in the low-concentration doping region near the active layer in order to enhance the constriction effect. In the vicinity of the oxide confinement region, the current path becomes small, so that the resistance is likely to be very high even if the doping concentration is not low.

【0092】このように、酸化狭窄層の周辺では、狭窄
により電流通路が減少し、高抵抗化しやすい上に、ドー
ピング密度が低濃度であることが多いことから、高抵抗
になってしまう問題がある。しかしながら、この第3の
実施形態のように、このような領域の組成傾斜層を他の
領域に比べて十分に厚い構成とすると、狭窄により電流
が集中する領域の抵抗が十分に低減されていることによ
り、抵抗の増加を低減することができる。
As described above, in the vicinity of the oxide confinement layer, the current path is reduced due to the constriction, the resistance tends to be high, and the doping density is often low, so that the resistance becomes high. is there. However, if the composition gradient layer in such a region is made sufficiently thicker than the other regions as in the third embodiment, the resistance in the region where the current is concentrated due to the constriction is sufficiently reduced. As a result, the increase in resistance can be reduced.

【0093】以上のように、ドーピング濃度の低い領域
や、酸化狭窄層の周辺部等の高抵抗化しやすい領域の中
間層(組成傾斜層)の厚さを厚くすることによって、ブ
ラッグ反射器の抵抗を非常に効果的に低減することがで
きる。従って、この第3の実施形態では、光学的,電気
的に特性の優れた半導体分布ブラッグ反射器を得ること
ができる。
As described above, the resistance of the Bragg reflector is increased by increasing the thickness of the intermediate layer (composition gradient layer) in the region where the doping concentration is low or the region where the resistance is likely to be increased, such as the peripheral portion of the oxide confinement layer. Can be reduced very effectively. Therefore, in the third embodiment, a semiconductor distributed Bragg reflector having excellent optical and electrical characteristics can be obtained.

【0094】なお、第3の実施形態では、ドーピング濃
度,中間層厚さが相違する半導体分布ブラッグ反射器と
して、中間層の厚さ及びドーピング濃度が光の入射側か
ら、光の電界強度に対応して次第に薄く且つ高濃度とな
る半導体分布ブラッグ反射器を用いて説明したが、第
1,第2の実施形態では、中間層の厚さが異なる2種の
領域からなる半導体分布ブラッグ反射器において、中間
層の厚い領域におけるドーピングの濃度を低濃度とし、
中間層の薄い領域におけるドーピングの濃度を高濃度と
して、中間層の厚さ及びドーピング濃度を相違させた構
成としており、同様に、効果的に光の吸収損失の低減と
電気抵抗の低減を図ることができるものである。
In the third embodiment, as a semiconductor distributed Bragg reflector having different doping concentration and intermediate layer thickness, the thickness and doping concentration of the intermediate layer correspond to the electric field intensity of light from the light incident side. The semiconductor distributed Bragg reflector having a gradually thin and high concentration has been described above. However, in the first and second embodiments, a semiconductor distributed Bragg reflector including two regions having different intermediate layer thicknesses is used. , Make the concentration of doping in the thick region of the intermediate layer low,
The doping concentration in the thin region of the intermediate layer is set to a high concentration, and the thickness and the doping concentration of the intermediate layer are made different. Similarly, it is possible to effectively reduce the light absorption loss and the electrical resistance. Is something that can be done.

【0095】なお、第3の実施形態において、半導体分
布ブラッグ反射器は、GaAs基板上に、MOCVD法
によって結晶成長を行なって作製できるが、この他の成
長方法が用いられていても良い。また、上述の例では、
半導体分布ブラッグ反射器を構成する屈折率の異なる2
種の半導体層の間に設けられる中間層(屈折率の異なる
2種の半導体層の間の屈折率(禁則帯幅)を有する半導
体層)として、線形組成傾斜層を用いているが、中間層
としては、この他にも、非線形に組成が変化する非線形
組成傾斜層を用いても良いし、また、屈折率が異なる単
層または複数の層によって構成されたものを用いても良
い。
In the third embodiment, the semiconductor distributed Bragg reflector can be produced by crystal growth on the GaAs substrate by the MOCVD method, but other growth methods may be used. Also, in the example above,
Semiconductor distributed Bragg reflectors with different refractive indices 2
A linear composition gradient layer is used as an intermediate layer (a semiconductor layer having a refractive index (a band gap) between two types of semiconductor layers having different refractive indices) provided between the two types of semiconductor layers. In addition to this, a non-linear composition gradient layer whose composition changes non-linearly may be used, or a single layer or a plurality of layers having different refractive indexes may be used.

【0096】第4の実施形態 本発明の第4の実施形態は、第1乃至第3のいずれかの
実施形態の半導体分布ブラッグ反射器において、半導体
分布ブラッグ反射器の設計反射波長が1.1μmよりも
長波であることを特徴としている。
Fourth Embodiment A fourth embodiment of the present invention is the semiconductor distributed Bragg reflector according to any one of the first to third embodiments, wherein the design reflection wavelength of the semiconductor distributed Bragg reflector is 1.1 μm. It is characterized by longer waves than.

【0097】図13は第4の実施形態の半導体分布ブラ
ッグ反射器の具体例を示す図である。図13の半導体分
布ブラッグ反射器は、1.3μm帯を設計反射波長とす
るp型半導体分布ブラッグ反射器であり、結晶成長法と
してMOCVD法によってGaAs基板上に作製されて
いる。
FIG. 13 is a diagram showing a specific example of the semiconductor distributed Bragg reflector of the fourth embodiment. The semiconductor distributed Bragg reflector shown in FIG. 13 is a p-type semiconductor distributed Bragg reflector having a design reflection wavelength in the 1.3 μm band, and is manufactured on a GaAs substrate by MOCVD as a crystal growth method.

【0098】また、図13の半導体分布ブラッグ反射器
は、第1の実施形態のp型半導体分布ブラッグ反射器と
同様に、中間層(組成傾斜層)の厚さが異なる2つの領
域I,IIによって構成されている。
Further, the semiconductor distributed Bragg reflector of FIG. 13 has two regions I and II in which the thickness of the intermediate layer (composition gradient layer) is different, like the p-type semiconductor distributed Bragg reflector of the first embodiment. It is composed by.

【0099】ここで、図14は、図13のp型半導体分
布ブラッグ反射器Iにおける積層の1周期を示したもの
であり、図13を参照すると、ブラッグ反射器Iでは、
低屈折率層としてp−Al0.8Ga0.2Asが用いられ、
高屈折率層としてp−GaAsが用いられている。ま
た、これらの半導体層のそれぞれの間には厚さ80nm
の中間層(p−AlGaAs線形組成傾斜層)が設けら
れており、図13の半導体分布ブラッグ反射器では図1
4に示す構成を1周期とし、4周期が積層されている。
Here, FIG. 14 shows one cycle of stacking in the p-type semiconductor distributed Bragg reflector I of FIG. 13. Referring to FIG. 13, in the Bragg reflector I,
P-Al 0.8 Ga 0.2 As is used as the low refractive index layer,
P-GaAs is used as the high refractive index layer. In addition, a thickness of 80 nm is provided between each of these semiconductor layers.
The intermediate layer (p-AlGaAs linear composition gradient layer) is provided in the semiconductor distributed Bragg reflector shown in FIG.
The structure shown in 4 is defined as one cycle, and four cycles are stacked.

【0100】同様に、図15は、図13のp型半導体分
布ブラッグ反射器IIにおける積層の1周期を示したもの
であり、ブラッグ反射器IIでは、低屈折率層としてp−
AlAsが用いられ、高屈折率層としてp−GaAsが
用いられている。また、これらの半導体層のそれぞれの
間には厚さ50nmの中間層(p−AlGaAs線形組
成傾斜層)が設けられており、図13の半導体分布ブラ
ッグ反射器では図15に示す構成を1周期とし、20周
期が積層されている。
Similarly, FIG. 15 shows one cycle of stacking in the p-type semiconductor distributed Bragg reflector II of FIG. 13, and in the Bragg reflector II, as the low refractive index layer p-
AlAs is used and p-GaAs is used as the high refractive index layer. Further, an intermediate layer (p-AlGaAs linear composition gradient layer) having a thickness of 50 nm is provided between each of these semiconductor layers. In the semiconductor distributed Bragg reflector shown in FIG. 13, the structure shown in FIG. And 20 cycles are stacked.

【0101】また、図13の半導体分布ブラッグ反射器
は、基板表面である領域I(ブラッグ反射器I)側から
光が入射されるものとして設計されており、領域Iにお
ける不純物のドーピング濃度は、例えば5×1017cm
-3と、領域IIにおけるドーピング濃度に対して相対的に
低濃度となるようにしている。
The semiconductor distributed Bragg reflector shown in FIG. 13 is designed so that light is incident from the region I (Bragg reflector I) side which is the surface of the substrate, and the doping concentration of impurities in the region I is For example, 5 × 10 17 cm
-3 , which is relatively low with respect to the doping concentration in the region II.

【0102】図13の半導体分布ブラッグ反射器の設計
反射波長は1.3μmと長波長帯であり、従来の0.9
8μm帯等のブラッグ反射器と比べ長波となっている。
このような長波長帯においては、価電子帯間の光吸収が
非常に顕著となることが知られている。例えば、文献
「IEEE J. Quantum Electron. Vol.33 No.8 1997 p.p.1
369」には、1.3μm帯の光に対するGaAsの光吸
収係数は、0.98μm帯の約2倍であり、更に1.5
μm帯では、約3倍となることが記載されている。この
ように、1.1μmよりも長波の光に対しては、光吸収
が非常に顕著になり、高効率な半導体分布ブラッグ反射
器を得るためには、光吸収の低減を行うことが非常に重
要である。
The design reflection wavelength of the semiconductor distributed Bragg reflector shown in FIG. 13 is 1.3 μm, which is a long wavelength band, and is 0.9
It has a longer wave than the Bragg reflector in the 8 μm band.
It is known that light absorption between valence bands becomes very remarkable in such a long wavelength band. For example, the document “IEEE J. Quantum Electron. Vol.33 No.8 1997 pp1
369 ”, the optical absorption coefficient of GaAs for light in the 1.3 μm band is about twice that of the 0.98 μm band, and 1.5
It is described that it becomes about 3 times in the μm band. As described above, the light absorption becomes very remarkable for the light with the wavelength longer than 1.1 μm, and it is very necessary to reduce the light absorption in order to obtain a highly efficient semiconductor distributed Bragg reflector. is important.

【0103】図13の半導体分布ブラッグ反射器では、
光の入射側にあたる領域Iのドーピング濃度を相対的に
低濃度としており、光の吸収損失が少ない。更に、反射
波長が長波となったことによって、半導体分布ブラッグ
反射器を構成する層の厚さが従来の0.98μm帯の面
発光レーザ素子等と比べて厚くなっている。このため、
厚い中間層(組成傾斜層)を設ける場合においても、反
射率の低下への影響が少なくなっている。また、厚い中
間層(組成傾斜層)を設けることによって、ヘテロ界面
のポテンシャル障壁を平滑化する効果が非常に高くなっ
ている。従って、半導体分布ブラッグ反射器を構成する
2種の半導体層の禁則帯幅の差が大きな場合において
も、中間層(組成傾斜層)により電気的抵抗を低減する
効果が十分に得られる。従って、半導体分布ブラッグ反
射器への光のしみ出しは小さく抑えられ、低濃度ドーピ
ング領域の厚さを薄くすることができる。さらに、半導
体分布ブラッグ反射器の層数を低減することができ、電
気抵抗を低く抑えることができる。
In the semiconductor distributed Bragg reflector of FIG.
The doping concentration of the region I on the light incident side is relatively low, and the light absorption loss is small. Further, since the reflection wavelength is long, the thickness of the layer constituting the semiconductor distributed Bragg reflector is thicker than that of the conventional surface emitting laser element in the 0.98 μm band. For this reason,
Even when a thick intermediate layer (composition gradient layer) is provided, the influence on the decrease in reflectance is small. Further, by providing the thick intermediate layer (composition gradient layer), the effect of smoothing the potential barrier at the hetero interface becomes very high. Therefore, even when there is a large difference in band gap between the two types of semiconductor layers that form the semiconductor distributed Bragg reflector, the effect of reducing the electrical resistance can be sufficiently obtained by the intermediate layer (composition gradient layer). Therefore, the exudation of light to the semiconductor distributed Bragg reflector can be suppressed to a small level, and the thickness of the low concentration doping region can be reduced. Further, the number of layers of the semiconductor distributed Bragg reflector can be reduced, and the electric resistance can be suppressed low.

【0104】このように、第4の実施形態では、光の吸
収損失が少なく、電気抵抗が低い、特性の優れた長波長
帯域における半導体分布ブラッグ反射器が得られる。
As described above, in the fourth embodiment, a semiconductor distributed Bragg reflector in a long wavelength band having a small light absorption loss and a low electric resistance and excellent characteristics can be obtained.

【0105】より詳細に説明すると、p型半導体分布ブ
ラッグ反射器の光吸収の原因である価電子帯間吸収は、
電子が光を吸収し、価電子帯のスピン軌道スプリットオ
フバンドから、ヘビーホール及びライトホールバンドに
遷移することによって生じ、これらの準位間のエネルギ
ー差が僅かであることから、より長波の光に対して吸収
が顕著となる。従って、光通信等で重要な1.3μm及
び1.5μm帯では、これまでGaAs基板上に作製さ
れていたレーザ素子等の0.85μm,0.98μm帯
等の光に比べ、非常に大きな吸収損失が存在する。つま
り、従来技術によるp型半導体分布ブラッグ反射器で
は、吸収係数が大きいので、抵抗が低く、かつ、吸収損
失が小さいという両方の特性を兼ね備えた特性の優れた
p型半導体分布ブラッグ反射器を得ることが難しい。
More specifically, the valence band absorption, which is the cause of the light absorption of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector, is
Electrons absorb light and are caused by the transition from spin-orbit split-off band of valence band to heavy hole and light hole bands, and the energy difference between these levels is small. The absorption becomes remarkable. Therefore, in the 1.3 μm and 1.5 μm bands, which are important in optical communication, etc., the absorption is much larger than that in the 0.85 μm and 0.98 μm bands of the laser devices and the like that have been fabricated on the GaAs substrate. There is a loss. That is, since the p-type semiconductor distributed Bragg reflector according to the prior art has a large absorption coefficient, a p-type semiconductor distributed Bragg reflector having excellent characteristics having both low resistance and small absorption loss is obtained. Difficult to do.

【0106】しかしながら、本発明の第1乃至第3のい
ずれかの実施形態の構成では、前述のように、光吸収が
顕著となる領域、つまり、半導体分布ブラッグ反射器内
において光の強度が大きな領域の光吸収を、抵抗を増加
させることなく低減することが可能である。また、この
第4の実施形態の1.1μmよりも長波の反射波長を有
する半導体分布ブラッグ反射器として、例えば、1.3
μm帯での組成傾斜層を設けない構造における、高屈折
率層であるGaAs層の厚さは、95.2nmであり、
低屈折率層であるAlAsの厚さは111.6nmと、
波長の長波長化に伴って厚くなっている。このように反
射波長が長波である程、組成傾斜層が半導体分布ブラッ
グ反射器内に占める割合が少なくなり、反射率に与える
影響を低減することができる。つまり、反射率を高く維
持したまま、従来の0.85μm帯,0.98μm帯の
半導体分布ブラッグ反射器よりも厚い組成傾斜層を設け
ることが可能となる。組成傾斜層は厚さが厚くなる程、
ヘテロ界面のポテンシャル障壁を平滑にする効果が高い
ので、電気的抵抗を十分に低減することが可能となる。
However, in the structure of any one of the first to third embodiments of the present invention, as described above, the light intensity is large in the region where the light absorption is remarkable, that is, in the semiconductor distributed Bragg reflector. It is possible to reduce the light absorption of the area without increasing the resistance. Further, as a semiconductor distributed Bragg reflector having a reflection wavelength longer than 1.1 μm of the fourth embodiment, for example, 1.3.
The thickness of the GaAs layer, which is a high refractive index layer, in the structure having no composition gradient layer in the μm band is 95.2 nm,
The thickness of AlAs which is a low refractive index layer is 111.6 nm,
It becomes thicker as the wavelength becomes longer. In this way, the longer the reflection wavelength is, the smaller the ratio of the compositionally graded layer in the semiconductor distributed Bragg reflector becomes, and the influence on the reflectance can be reduced. In other words, it is possible to provide a thicker composition gradient layer than the conventional 0.85 μm band and 0.98 μm band semiconductor distributed Bragg reflectors while maintaining a high reflectance. The thicker the composition graded layer,
Since the effect of smoothing the potential barrier of the hetero interface is high, it is possible to sufficiently reduce the electric resistance.

【0107】図16は、1.3μmを反射波長とした5
ペアの半導体分布ブラッグ反射器について、低屈折率層
のAl組成をパラメータとして、組成傾斜層の厚さに対
する反射率を示す図である。図16において、半導体分
布ブラッグ反射器の高屈折率層はGaAsとしている。
組成傾斜層を設けない場合の、低屈折率層であるAlA
s,Al0.8Ga0.2As,Al0.6Ga0.4As,Al
0.4Ga0.6As層の厚さは、それぞれ、111.6n
m,108.2nm,104.8nm,101.5nm
であり、高屈折率層であるGaAs層の厚さは上記のよ
うに、95.2nmである。図16を参照すると、0.
98μm帯の半導体分布ブラッグ反射器と同様に、大半
が組成傾斜層となるような厚い組成傾斜層を設けた場合
でも、反射率への影響は比較的少ないことが分かる。
In FIG. 16, the reflection wavelength is 1.3 μm.
It is a figure which shows the reflectance with respect to the thickness of a composition gradient layer about Al composition of a low refractive index layer as a parameter about a semiconductor distributed Bragg reflector of a pair. In FIG. 16, the high refractive index layer of the semiconductor distributed Bragg reflector is GaAs.
AlA that is a low refractive index layer when a composition gradient layer is not provided
s, Al 0.8 Ga 0.2 As, Al 0.6 Ga 0.4 As, Al
The thickness of each 0.4 Ga 0.6 As layer is 111.6 n.
m, 108.2 nm, 104.8 nm, 101.5 nm
The thickness of the GaAs layer, which is the high refractive index layer, is 95.2 nm as described above. Referring to FIG.
As in the case of the 98 μm band semiconductor distributed Bragg reflector, it can be seen that the influence on the reflectance is relatively small even when a thick composition gradient layer that is mostly a composition gradient layer is provided.

【0108】従って、このような長波長帯を反射波長と
した半導体分布ブラッグ反射器では、従来の0.98μ
m帯の半導体分布ブラッグ反射器に比べて、組成傾斜層
の反射率への影響がより少なく、低濃度ドーピング領域
における反射率を高く維持し、半導体分布ブラッグ反射
器中の光のしみ出しを低減することが容易となる。
Therefore, in the semiconductor distributed Bragg reflector having such a long wavelength band as the reflection wavelength, the conventional 0.98 μm
Compared to the m-band semiconductor distributed Bragg reflector, it has less effect on the reflectivity of the compositionally graded layer, maintains the high reflectivity in the low-concentration doped region, and reduces the light leakage in the semiconductor distributed Bragg reflector. It becomes easy to do.

【0109】よって、この第4の実施形態の半導体分布
ブラッグ反射器は、低濃度ドーピング領域の層数を低減
することが可能であり、ブラッグ反射器全体として低抵
抗であり、また低濃度領域における反射率も十分に高い
ので、半導体分布ブラッグ反射器の層数を増加させる必
要が少なく、同様にブラッグ反射器全体としての抵抗を
低く抑えることができる。
Therefore, the semiconductor distributed Bragg reflector of the fourth embodiment can reduce the number of layers in the low-concentration doped region, the Bragg reflector as a whole has low resistance, and the low-concentration region has a low resistance. Since the reflectance is also sufficiently high, it is not necessary to increase the number of layers of the semiconductor distributed Bragg reflector, and similarly the resistance of the Bragg reflector as a whole can be suppressed low.

【0110】このように、波長が1.1μm帯よりも長
波の半導体分布ブラッグ反射器において、特に顕著に低
抵抗とすることができる。
As described above, in the semiconductor distributed Bragg reflector having a wavelength longer than the 1.1 μm band, the resistance can be remarkably low.

【0111】また、更に、第1乃至第3の実施形態で述
べたように、ブラッグ反射器を面発光半導体レーザ素子
等の共振器ミラーとして用いる場合、ブラッグ反射器中
にAl(Ga)Asを酸化してなる酸化狭窄層が設けら
れる場合が多く、更に酸化狭窄層は狭窄効果を高めるた
めに、活性層に近い低濃度ドーピング領域に設けられる
ことが多い。酸化狭窄層の周辺の領域の組成傾斜層を他
の領域に比べて十分に厚い構成とすると、狭窄により電
流が集中する領域の抵抗が十分に低減されていることに
より、抵抗の増加を低減することができる。
Further, as described in the first to third embodiments, when the Bragg reflector is used as a cavity mirror of a surface emitting semiconductor laser device or the like, Al (Ga) As is contained in the Bragg reflector. An oxidized constriction layer formed by oxidation is often provided, and the oxidized constriction layer is often provided in a low concentration doping region near the active layer in order to enhance the constriction effect. If the composition gradient layer in the region around the oxidation confinement layer is made sufficiently thicker than the other regions, the resistance in the region where the current is concentrated due to the constriction is sufficiently reduced, so that the increase in the resistance is reduced. be able to.

【0112】以上のように、この第4の実施形態では、
光の吸収損失、及び電気的抵抗が十分に低く、光学的,
電気的に特性の優れた長波長帯域(反射波長が1.1μ
mよりも長波の帯域)における半導体分布ブラッグ反射
器を得ることができる。
As described above, in the fourth embodiment,
Light absorption loss and electrical resistance are low enough,
Long wavelength band with excellent electrical characteristics (reflection wavelength is 1.1μ
It is possible to obtain a semiconductor distributed Bragg reflector in a band longer than m.

【0113】なお、第4の実施形態において、半導体分
布ブラッグ反射器は、GaAs基板上に、MOCVD法
によって結晶成長を行なって作製できるが、この他の成
長法,例えばMBE法等が用いられていても良い。ま
た、上述の例では、半導体分布ブラッグ反射器を構成す
る屈折率の異なる2種の半導体層の間に設けられる中間
層(屈折率の異なる2種の半導体層の間の屈折率(禁則
帯幅)を有する半導体層)として、線形組成傾斜層を用
いているが、中間層としては、この他にも、非線形に組
成が変化する非線形組成傾斜層を用いても良いし、ま
た、屈折率が異なる単層または複数の層によって構成さ
れたものを用いても良い。
In the fourth embodiment, the semiconductor distributed Bragg reflector can be produced by crystal growth on the GaAs substrate by the MOCVD method, but other growth methods such as the MBE method are used. May be. Further, in the above-mentioned example, the intermediate layer (refractive index between two semiconductor layers having different refractive indexes (forbidden band width) which is provided between the two semiconductor layers having different refractive indexes which constitute the semiconductor distributed Bragg reflector is used. Although a linear composition gradient layer is used as the semiconductor layer having a), a non-linear composition gradient layer whose composition changes nonlinearly may be used as the intermediate layer. You may use what was comprised by the different single layer or multiple layers.

【0114】第5の実施形態 上述した第1乃至第4のいずれかの実施形態の半導体分
布ブラッグ反射器を用いて面発光半導体レーザ素子を構
成することができる。
Fifth Embodiment A surface emitting semiconductor laser device can be constructed using the semiconductor distributed Bragg reflector of any of the first to fourth embodiments described above.

【0115】本発明の第5の実施形態は、第1乃至第4
のいずれかの実施形態の半導体分布ブラッグ反射器を共
振器ミラーとして用いた面発光半導体レーザ素子であ
る。
The fifth embodiment of the present invention is the first to fourth embodiments.
Is a surface emitting semiconductor laser device using the semiconductor distributed Bragg reflector according to any one of the above-mentioned embodiments as a resonator mirror.

【0116】図17は第5の実施形態の面発光半導体レ
ーザ素子の具体例を示す図である。図17の面発光半導
体レーザ素子は、GaInNAsを活性層とした1.3
μm帯面発光レーザ素子であり、トリメチルアルミニウ
ム(TMA),トリメチルガリウム(TMG),トリメ
チルインジウム(TMI),アルシン(AsH3)ガス
を原料とし、MOCVD法によって結晶成長が行われて
いる。この際、活性層の窒素原料には、ジメチルヒドラ
ジン(DMHy)を用いている。また、p型ドーパント
にはCBr4を用い、n型ドーパントにはH2Seを用い
ている。
FIG. 17 is a diagram showing a specific example of the surface emitting semiconductor laser device of the fifth embodiment. The surface-emitting semiconductor laser device of FIG. 17 has a GaInNAs active layer of 1.3.
This is a μm band surface emitting laser device, and crystal growth is performed by MOCVD method using trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMI), and arsine (AsH 3 ) gas as raw materials. At this time, dimethylhydrazine (DMHy) is used as the nitrogen source of the active layer. Further, CBr 4 is used as the p-type dopant and H 2 Se is used as the n-type dopant.

【0117】すなわち、図17の面発光半導体レーザ素
子は、n−GaAs基板上に、n−GaAsバッファー
層を形成した後、AlAs/GaAsを1対としたn型
半導体分布ブラッグ反射器36ペア、GaAs共振器ス
ペーサー層、GaInNAs/GaAs多重量子井戸構
造(活性層)、GaAs共振器スペーサー層、p型半導
体分布ブラッグ反射器が順次に形成されている。
That is, in the surface emitting semiconductor laser device of FIG. 17, after forming an n-GaAs buffer layer on an n-GaAs substrate, 36 pairs of n-type semiconductor distributed Bragg reflectors having AlAs / GaAs as a pair, A GaAs resonator spacer layer, a GaInNAs / GaAs multiple quantum well structure (active layer), a GaAs resonator spacer layer, and a p-type semiconductor distributed Bragg reflector are sequentially formed.

【0118】ここで、p型半導体分布ブラッグ反射器
は、Al0.8Ga0.2As/GaAsを1対とした4対の
p型半導体分布ブラッグ反射器I(領域I)と、Al
0.8Ga0 .2As/GaAsを1対とした18対のp型半
導体分布ブラッグ反射器II(領域II)とによって構成さ
れており、発振領域である活性層に近く、光電界強度が
大きな領域に位置するブラッグ反射器I(領域I)のド
ーピング濃度は発振光の吸収損失を低減するように5×
1017cm-3程度と、ブラッグ反射器IIにおけるドーピ
ング濃度1×1018cm-3に対して、相対的に低濃度と
なるようにドーピングが施されている。
Here, the p-type semiconductor distributed Bragg reflector
Is Al0.8Ga0.24 pairs of As / GaAs pair
p-type semiconductor distributed Bragg reflector I (region I) and Al
0.8Ga0 .218 pairs of p-type halves with one pair of As / GaAs
Consists of a conductor distributed Bragg reflector II (region II)
The optical field strength is close to the active layer, which is the oscillation region.
Bragg reflector I (region I) located in a large region
The doping concentration is 5 × to reduce the absorption loss of the oscillation light.
1017cm-3Degree and Dopi in Bragg Reflector II
Concentration 1 × 1018cm-3To a relatively low concentration
The doping is applied so that

【0119】また、p型半導体分布ブラッグ反射器I
(領域I)の各へテロ界面には、一方の半導体層から他
方の半導体層へAl組成を線形に変化させた厚さ80n
mの線形組成傾斜層(中間層)が設けられている。ま
た、p型半導体分布ブラッグ反射器II(領域II)の各へ
テロ界面にも、同様に、厚さ50nmの線形組成傾斜層
(中間層)が設けられている。
The p-type semiconductor distributed Bragg reflector I
At each hetero interface in (region I), a thickness of 80 n is obtained by linearly changing the Al composition from one semiconductor layer to the other semiconductor layer.
m linear composition gradient layers (intermediate layers) are provided. Similarly, each hetero interface of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector II (region II) is also provided with a linear composition gradient layer (intermediate layer) having a thickness of 50 nm.

【0120】1.3μm帯のように長波の面発光半導体
レーザ素子では、反射率を著しく低下させることなく、
このように厚い組成傾斜層(中間層)を設けることが可
能である。
In a surface emitting semiconductor laser device having a long wave such as 1.3 μm band, the reflectance is not significantly lowered,
It is possible to provide such a thick composition gradient layer (intermediate layer).

【0121】また、図17の面発光半導体レーザ素子で
は、活性層側から1対目のp型半導体分布ブラッグ反射
器I(領域I)の界面に、厚さ30nmのAlAs選択
酸化層が設けられている。また、p型半導体分布ブラッ
グ反射器の最表面のGaAs層は、ドーピング濃度を高
くし、コンタクト層と兼用するようにしている。
Further, in the surface emitting semiconductor laser device of FIG. 17, an AlAs selective oxidation layer having a thickness of 30 nm is provided at the interface of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector I (region I) which is the first pair from the active layer side. ing. Further, the GaAs layer on the outermost surface of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector has a high doping concentration and is also used as a contact layer.

【0122】ここで、p型半導体分布ブラッグ反射器及
びn型半導体分布ブラッグ反射器を構成する各層の厚さ
は、組成傾斜層(中間層)を含めて、第1の実施形態と
同様に分布ブラッグ反射器の多重反射の位相条件を満た
すように調整されており、AlAs選択酸化層に接した
Al0.8Ga0.2As層の厚さも同様に調整が行われてい
る。また、この面発光半導体レーザ素子の活性層と2つ
の共振器スペーサー層における発振光の位相変化は、2
πに等しく、λキャビティーを形成している。また、活
性層は、λキャビティーの中央、つまり光の定在波の腹
となる位置に配置されている。
Here, the thickness of each layer constituting the p-type semiconductor distributed Bragg reflector and the n-type semiconductor distributed Bragg reflector is distributed in the same manner as in the first embodiment, including the composition gradient layer (intermediate layer). It is adjusted so as to satisfy the phase condition of multiple reflection of the Bragg reflector, and the thickness of the Al 0.8 Ga 0.2 As layer in contact with the AlAs selective oxidation layer is also adjusted. Further, the phase change of the oscillation light in the active layer and the two cavity spacer layers of this surface emitting semiconductor laser device is 2
It is equal to π and forms a λ cavity. Further, the active layer is arranged at the center of the λ cavity, that is, at the position serving as the antinode of the standing wave of light.

【0123】図17の面発光半導体レーザ素子は、上記
のような積層構造(素子積層膜)を形成した後、次のよ
うにして作製される。
The surface emitting semiconductor laser device of FIG. 17 is manufactured as follows after forming the above-mentioned laminated structure (element laminated film).

【0124】すなわち、上記のような積層構造を形成し
た後、公知の写真製版,ドライエッチング法により、素
子部となる領域を残し、p−GaAsコンタクト層の表
面から、n半導体分布ブラッグ反射器に接したGaAs
共振器スペーサー層の途中までの各層のエッチング除去
を行なう。この際、素子部となるメサは30μm×30
μmの方形メサ形状としている。
That is, after forming the above-mentioned laminated structure, the element region is left by the known photolithography and dry etching method, and the surface of the p-GaAs contact layer is changed to the n semiconductor distributed Bragg reflector. GaAs in contact
Each layer up to the middle of the resonator spacer layer is removed by etching. At this time, the mesa that becomes the element portion is 30 μm × 30
It has a square mesa shape of μm.

【0125】次に、加熱した純水を窒素ガスによりバブ
リングして得られた雰囲気中で加熱を行い、AlAs選
択酸化層のエッチング側面から素子中央部に向かい、横
方向から選択酸化を行い、電流狭窄構造を設ける。ここ
で、電流通路となる領域の大きさは5μm×5μmとす
る。
Next, heated pure water is heated in an atmosphere obtained by bubbling with nitrogen gas, and the selective oxidation is performed from the lateral direction from the etching side surface of the AlAs selective oxidation layer toward the central portion of the element to obtain the current. Provide a narrowing structure. Here, the size of the region serving as the current passage is 5 μm × 5 μm.

【0126】次に、メサ部をポリイミド等の絶縁性樹脂
によって埋め込んだ後、電極材料の蒸着、及びリフトオ
フ法を用いて、素子の上面に光出射部に開口を有したp
型電極を形成する。次に、GaAs基板の裏面にn型電
極を形成し、図17の面発光半導体レーザ素子を作製す
ることができる。
Next, the mesa portion is filled with an insulating resin such as polyimide, and then the electrode material is vapor-deposited and the lift-off method is used to form a p-shaped opening having a light emitting portion on the upper surface of the device.
A mold electrode is formed. Next, an n-type electrode is formed on the back surface of the GaAs substrate to manufacture the surface emitting semiconductor laser device shown in FIG.

【0127】図17の面発光半導体レーザ素子では、特
に発振光の強度が強い活性層近傍におけるp型半導体分
布ブラッグ反射器のドーピング濃度が低減されており、
これにより、光吸収による損失が低減されており、これ
によって、素子のスロープ効率を向上させ、発振閾値電
流を低減させることができる。更に、p型ブラッグ反射
器I(領域I)における中間層(組成傾斜層)の厚さ
を、p型ブラッグ反射器II(領域II)における中間層
(組成傾斜層)の厚さに比べて厚く設けたことで、ドー
ピング濃度を低濃度としているにもかかわらず、ヘテロ
界面のポテンシャル障壁が十分平滑化されており、抵抗
値の増加,動作電圧の増加が生じるのを防止できる。従
って、素子の発熱も増加することが無く、新たな発熱に
よる出力の低下は見られず、逆に、光の吸収損失が低減
したことにより、従来よりも高出力を得ることが可能と
なる。
In the surface emitting semiconductor laser device shown in FIG. 17, the doping concentration of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector is reduced particularly in the vicinity of the active layer where the intensity of oscillation light is high.
As a result, the loss due to light absorption is reduced, whereby the slope efficiency of the element can be improved and the oscillation threshold current can be reduced. Further, the thickness of the intermediate layer (composition gradient layer) in the p-type Bragg reflector I (region I) is made thicker than the thickness of the intermediate layer (composition gradient layer) in the p-type Bragg reflector II (region II). With the provision, the potential barrier at the hetero interface is sufficiently smoothed even though the doping concentration is low, and it is possible to prevent an increase in resistance value and an increase in operating voltage. Therefore, the heat generation of the element does not increase, the output is not reduced by new heat generation, and conversely, the light absorption loss is reduced, so that it is possible to obtain a higher output than the conventional one.

【0128】また、図17の面発光半導体レーザ素子
は、活性層材料をGaInNAsとしており、GaAs
基板上にAl(Ga)As/GaAsによる特性の優れ
た半導体分布ブラッグ反射器を用いて1.3μmで発振
する面発光半導体レーザ素子を構成することができる。
GaInNAs混晶は、GaAs共振器スペーサー層と
の伝導帯バンド不連続量が大きく、活性層への電子の閉
じ込め効果が高いので、高温まで安定な発振が得られ
る。また、1.3μm帯は石英ファイバの零分散帯にあ
たり、同シングルモードファイバを用いることにより、
高速通信が可能である。このことから、図17の面発光
半導体レーザ素子は、石英シングルモードファイバと組
み合わせることによって、高速通信システムを容易に実
現することが可能となる。
In the surface emitting semiconductor laser device of FIG. 17, the active layer material is GaInNAs, and GaAs is used.
A surface emitting semiconductor laser device that oscillates at 1.3 μm can be formed by using a semiconductor distributed Bragg reflector having excellent characteristics of Al (Ga) As / GaAs on the substrate.
The GaInNAs mixed crystal has a large amount of conduction band discontinuity with the GaAs resonator spacer layer and has a high effect of confining electrons in the active layer, so that stable oscillation can be obtained even at high temperatures. Further, the 1.3 μm band corresponds to the zero dispersion band of the silica fiber, and by using the same single mode fiber,
High-speed communication is possible. From this, the surface emitting semiconductor laser device of FIG. 17 can easily realize a high-speed communication system by combining with the quartz single mode fiber.

【0129】なお、上述の例では、n型半導体基板上に
結晶成長を行って作製された面発光半導体レーザ素子に
ついて説明したが、面発光半導体レーザ素子としては、
この他にも、p型半導体基板上に結晶成長を行なって作
製されたものであっても良い。
In the above example, the surface emitting semiconductor laser device manufactured by crystal growth on the n-type semiconductor substrate has been described. However, as the surface emitting semiconductor laser device,
In addition to this, it may be manufactured by performing crystal growth on a p-type semiconductor substrate.

【0130】図18には、p型半導体基板上に結晶成長
を行なって作製された面発光半導体レーザ素子の例が示
されている。図18の面発光半導体レーザ素子は、p−
GaAs基板上に、MOCVD法により図17の面発光
半導体レーザ素子と同様に結晶成長を行って作製され
る。
FIG. 18 shows an example of a surface emitting semiconductor laser device manufactured by crystal growth on a p-type semiconductor substrate. The surface emitting semiconductor laser device of FIG.
It is manufactured by performing crystal growth on a GaAs substrate by the MOCVD method similarly to the surface emitting semiconductor laser device of FIG.

【0131】すなわち、図18の面発光半導体レーザ素
子は、先ず、p−GaAs基板上に、p−GaAsバッ
ファー層の結晶成長を行った後、Al0.8Ga0.2As/
GaAsを1対とする32対のp型半導体分布ブラッグ
反射器II(領域II)の結晶成長を行い、続いて、Al
0.5Ga0.5As/GaAsを1対とする5対のp型半導
体分布ブラッグ反射器I(領域I)、GaAs共振器ス
ペーサー層、GaInNAs/GaAs多重量子井戸活
性層、GaAsスペーサー層、Al0.8Ga0.2As/G
aAsを1対とする24対のn型半導体分布ブラッグ反
射器の結晶成長を行って作製される。
That is, in the surface emitting semiconductor laser device of FIG. 18, first, after crystal growth of a p-GaAs buffer layer on a p-GaAs substrate, Al 0.8 Ga 0.2 As /
Crystal growth of 32 pairs of p-type semiconductor distributed Bragg reflectors II (region II) with GaAs as one pair was performed, and then Al was grown.
Five pairs of p-type semiconductor distributed Bragg reflectors I (region I) having 0.5 Ga 0.5 As / GaAs as a pair, a GaAs resonator spacer layer, a GaInNAs / GaAs multiple quantum well active layer, a GaAs spacer layer, and Al 0.8 Ga 0.2. As / G
24 pairs of n-type semiconductor distributed Bragg reflectors, each pair consisting of aAs, are produced by crystal growth.

【0132】図18の面発光半導体レーザ素子では、図
17の面発光半導体レーザ素子と同様に、p型半導体分
布ブラッグ反射器II(領域II)の各へテロ界面には、電
気的抵抗を低減するための厚さ50nmの線形組成傾斜
層(中間層)が、また、p型半導体分布ブラッグ反射器
I(領域I)の各へテロ界面には、厚さ80nmの線形
組成傾斜層(中間層)が、半導体分布ブラッグ反射器の
多重反射の位相条件を満たすように設けられている。ま
た、活性層に一番近いAl0.8Ga0.2As/GaAsの
ヘテロ界面には、AlAs選択酸化層が同様に位相条件
を考慮して設けられている。
In the surface emitting semiconductor laser device of FIG. 18, similar to the surface emitting semiconductor laser device of FIG. 17, the electrical resistance is reduced at each hetero interface of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector II (region II). And a linear composition gradient layer (intermediate layer) having a thickness of 80 nm, and a linear composition gradient layer (intermediate layer) having a thickness of 80 nm at each hetero interface of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector I (region I). ) Is provided so as to satisfy the phase condition of multiple reflection of the semiconductor distributed Bragg reflector. At the hetero interface of Al 0.8 Ga 0.2 As / GaAs closest to the active layer, an AlAs selective oxidation layer is similarly provided in consideration of the phase condition.

【0133】図18の面発光半導体レーザ素子は、結晶
成長の後、図17の面発光半導体レーザ素子と同様に、
ドライエッチング、選択酸化、絶縁性樹脂による埋め込
み、電極形成が行われている。但し、ドライエッチング
工程では、p型半導体分布ブラッグ反射器中のAlAs
選択酸化層を酸化させるために、p型半導体分布ブラッ
グ反射器の途中までエッチングが行われている。
After the crystal growth, the surface emitting semiconductor laser device of FIG. 18 has the same structure as the surface emitting semiconductor laser device of FIG.
Dry etching, selective oxidation, filling with an insulating resin, and electrode formation are performed. However, in the dry etching process, the AlAs in the p-type semiconductor distributed Bragg reflector is
In order to oxidize the selective oxidation layer, the p-type semiconductor distributed Bragg reflector is partially etched.

【0134】図18の面発光半導体レーザ素子も図17
の面発光半導体レーザ素子と同様に、p型半導体分布ブ
ラッグ反射器による光の吸収損失が低減したことによっ
て、発振閾値電流が低減し、スロープ効率を向上させる
ことができる。また、素子抵抗の増加が防止されたこと
によって、動作電圧は低く、高出力を得ることができ
る。
The surface emitting semiconductor laser device of FIG. 18 is also shown in FIG.
Similar to the surface emitting semiconductor laser device, the absorption threshold of light by the p-type semiconductor distributed Bragg reflector is reduced, so that the oscillation threshold current is reduced and the slope efficiency can be improved. Further, since the increase of the element resistance is prevented, the operating voltage is low and a high output can be obtained.

【0135】また、図18の面発光半導体レーザ素子
は、石英シングルモードファイバと組み合わせることに
よって、高速通信システムを容易に実現することが可能
となる。
By combining the surface emitting semiconductor laser device of FIG. 18 with a quartz single mode fiber, a high speed communication system can be easily realized.

【0136】このように、第5の実施形態の面発光半導
体レーザ素子では、活性層に近い発振光の電界強度が大
きな領域におけるp型半導体分布ブラッグ反射器のドー
ピング濃度を、活性層から離れた発振光の電界強度が比
較的小さい領域におけるドーピング濃度に対して低濃度
とすることによって、光の吸収損失を低減し、スロープ
効率の向上、発振閾値電流の低減が可能となる。
As described above, in the surface emitting semiconductor laser device of the fifth embodiment, the doping concentration of the p-type semiconductor distributed Bragg reflector in the region near the active layer where the electric field intensity of the oscillation light is large is separated from the active layer. By making the doping concentration lower than the doping concentration in the region where the electric field intensity of the oscillation light is relatively small, it is possible to reduce the absorption loss of light, improve the slope efficiency, and reduce the oscillation threshold current.

【0137】また、本発明では、p型ブラッグ反射器の
低濃度ドーピング領域における組成傾斜層の厚さを、そ
の他の高濃度ドーピング領域に比べて厚くすることによ
り、低濃度ドーピング領域のヘテロ界面のポテンシャル
障壁が十分に平滑化され、抵抗値を増加させることなく
光の吸収損失を低減することが可能となる。この際、組
成傾斜層の厚さは図6のように十分に厚くした場合であ
っても、反射率に与える影響は少なく、従って、十分に
厚い組成傾斜層を設けることができる。従って、従来の
ように低濃度領域における電気抵抗を低減するために、
Al組成を著しく低下させる必要がなく、低濃度ドーピ
ング領域の反射率を高く維持することが可能である。よ
って、ブラッグ反射器中への光のしみ出しが低減され、
低濃度ドーピング領域の厚さを薄くするできるので、抵
抗の増加が防止できる。また、ブラッグ反射器の積層数
も少なくすることができるので、抵抗の増加を防止する
ことができる。
Further, in the present invention, the thickness of the compositionally graded layer in the low-concentration doped region of the p-type Bragg reflector is made thicker than that in the other high-concentration doped regions, so that the hetero interface of the low-concentration doped region is formed. The potential barrier is sufficiently smoothed, and light absorption loss can be reduced without increasing the resistance value. At this time, even if the thickness of the composition gradient layer is made sufficiently thick as shown in FIG. 6, there is little influence on the reflectance, and therefore a sufficiently thick composition gradient layer can be provided. Therefore, in order to reduce the electric resistance in the low concentration region as in the conventional case,
It is not necessary to significantly reduce the Al composition, and it is possible to maintain a high reflectance in the low concentration doping region. Therefore, the exudation of light into the Bragg reflector is reduced,
Since the thickness of the lightly doped region can be reduced, it is possible to prevent an increase in resistance. In addition, since the number of Bragg reflectors stacked can be reduced, an increase in resistance can be prevented.

【0138】更に、面発光半導体レーザ素子では、半導
体分布ブラッグ反射器中にAl(Ga)Asを酸化して
なる酸化狭窄層が設けられる場合が多く、更に酸化狭窄
層は狭窄効果を高めるために、活性層に近い低濃度ドー
ピング領域に設けられることが多い。酸化狭窄層の周辺
においては、電流が集中し電流通路が小さくなることに
よって、ドーピング濃度を低濃度としない場合において
も、非常に高抵抗化し易いという問題がある。
Further, in the surface emitting semiconductor laser device, an oxide confinement layer formed by oxidizing Al (Ga) As is often provided in the semiconductor distributed Bragg reflector, and the oxide confinement layer is used to enhance the constriction effect. Often, it is provided in a low-concentration doping region close to the active layer. In the vicinity of the oxide confinement layer, the current is concentrated and the current path becomes small, so that there is a problem that the resistance tends to be very high even if the doping concentration is not low.

【0139】しかしながら、本発明の半導体分布ブラッ
グ反射器のように、例えば上述の様なドーピング濃度の
低い領域や、酸化狭窄層の周辺部等の高抵抗化しやすい
領域の組成傾斜層の厚さを、他の領域に対して相対的に
厚くすることにより、以上の領域における抵抗を非常に
効果的に低減することが可能である。
However, like the semiconductor distributed Bragg reflector of the present invention, the thickness of the composition gradient layer in the region where the doping concentration is low as described above or the region where the resistance is likely to be increased, such as the peripheral portion of the oxide confinement layer, is set. By making the thickness relatively thicker than other regions, it is possible to very effectively reduce the resistance in the above regions.

【0140】よって、従来の素子に比べ、動作電圧、素
子の発熱を低減することが可能であり、熱による飽和出
力が高く、吸収損失が低減したことにより、スロープ効
率が向上し、発振閾値電流が低減した面発光半導体レー
ザ素子を得ることができる。
Therefore, as compared with the conventional device, the operating voltage and the heat generation of the device can be reduced, the saturation output due to heat is high, and the absorption loss is reduced, so that the slope efficiency is improved and the oscillation threshold current is increased. It is possible to obtain a surface emitting semiconductor laser device with reduced

【0141】このように、第5の実施形態の面発光半導
体レーザ素子は、素子抵抗を増加させることなく、面発
光半導体レーザ素子における発振光の吸収損失を低減
し、スロープ効率を向上させ、更に発振閾値電流を低減
させ、更に高出力動作を可能とし、更に電力変換効率を
向上させる特性を有している。
As described above, the surface-emitting semiconductor laser device of the fifth embodiment reduces the absorption loss of the oscillation light in the surface-emitting semiconductor laser device and increases the slope efficiency without increasing the device resistance. The oscillation threshold current is reduced, higher output operation is possible, and power conversion efficiency is further improved.

【0142】なお、この第5の実施形態の面発光半導体
レーザ素子において、活性層のIII族材料を、Ga,I
nのいずれか、または、全てのものとし、活性層のV族
材料を、As,N,Sbのいずれか、または、全てのも
のとすることができる。
In the surface emitting semiconductor laser device of the fifth embodiment, the group III material of the active layer is Ga, I.
Any or all of n, and the group V material of the active layer can be any or all of As, N, and Sb.

【0143】これらの材料から成る活性層は、GaAs
基板上に結晶成長が可能であり、反射率、熱伝導性、プ
ロセス制御(結晶成長や、Al(Ga)As混晶等の選
択酸化)の点において優れた特性を持つAlGaAs系
材料によるDBRを用いた面発光半導体レーザ素子を得
ることができる。また、これらの材料を活性層に用いる
ことで、0.85μm帯及び0.98μm帯、更に光フ
ァイバ通信で重要な1.3μm帯,1.5μm帯を含
む、1.1μmよりも長波の発振光を得ることができ
る。
The active layer made of these materials is GaAs.
A DBR made of an AlGaAs-based material that can be grown on a substrate and has excellent characteristics in terms of reflectance, thermal conductivity, and process control (crystal growth and selective oxidation of Al (Ga) As mixed crystal) The surface emitting semiconductor laser device used can be obtained. In addition, by using these materials for the active layer, oscillations of wavelengths longer than 1.1 μm including 0.85 μm band and 0.98 μm band, and 1.3 μm band and 1.5 μm band which are important for optical fiber communication. You can get the light.

【0144】具体的に、波長1.3μm帯の面発光半導
体レーザ素子と石英シングルモードレーザとを組み合わ
せることによって、高速光通信を実現することが可能に
なる。また、1.5μm帯の素子によるDWDMを用い
れば、大容量通信を実現することが可能になる。
Specifically, high-speed optical communication can be realized by combining a surface-emitting semiconductor laser device having a wavelength of 1.3 μm band and a quartz single mode laser. Further, if DWDM using a 1.5 μm band element is used, it becomes possible to realize large capacity communication.

【0145】この際、特に、上述した活性層材料の中で
も、GaInN(Sb)As混晶材料は、1.1μm以
上の発振を得ることができる上に、キャリア閉じ込め層
となるGaAs層に対して、GaInN(Sb)As層
の伝導帯のバンド不連続量が大きく、電子のオーバーフ
ローが低減できるので、高温まで安定な発振を得ること
ができる。
At this time, in particular, among the above-mentioned active layer materials, the GaInN (Sb) As mixed crystal material can obtain an oscillation of 1.1 μm or more and, in addition, can be used for the GaAs layer which becomes the carrier confinement layer. , The amount of band discontinuity in the conduction band of the GaInN (Sb) As layer is large and the overflow of electrons can be reduced, so that stable oscillation can be obtained up to a high temperature.

【0146】これらに加えて、本発明の面発光半導体レ
ーザ素子では、上述のように、従来の素子に比べて、光
の吸収損失が小さく、低抵抗であるので、スロープ効率
が向上し、発振閾値電流を低減することができる。ま
た、抵抗が低いので、飽和出力が高く、高出力を得るこ
とができる。また、電力変換効率が高く、低消費電力も
小さい。以上のように、光通信,光伝送用として好適な
面発光半導体レーザ素子を提供することができる。
In addition to these, in the surface-emitting semiconductor laser device of the present invention, as described above, the absorption efficiency of light is small and the resistance is low as compared with the conventional device, so that the slope efficiency is improved and the oscillation is improved. The threshold current can be reduced. Moreover, since the resistance is low, the saturation output is high and a high output can be obtained. Further, the power conversion efficiency is high and the low power consumption is small. As described above, it is possible to provide a surface emitting semiconductor laser device suitable for optical communication and optical transmission.

【0147】以上の各実施形態において、半導体分布ブ
ラッグ反射器の材料としてAlGaAs混晶について説
明を行なったが、この他にもGaInP混晶を用いるこ
とも可能である。GaInP混晶はGaAs基板に対し
格子整合が可能であり、禁則帯幅もGaAs化合物半導
体に比べ大きい(屈折率はGaAs化合物半導体に比べ
小さい)ので、AlGaAs混晶の代わりに低屈折率層
として用いることができる。また、GaInP混晶半導
体は、AlGaAs混晶半導体層に対して湿式エッチン
グにおける選択性を有しており、湿式エッチングにより
メサを形成する場合のエッチングストップ層としても用
いることができるので、同工程による面発光レーザ素子
ではエッチング制御性を向上させることができる。
In each of the above embodiments, the AlGaAs mixed crystal has been described as the material of the semiconductor distributed Bragg reflector, but it is also possible to use the GaInP mixed crystal in addition to this. Since the GaInP mixed crystal can be lattice-matched with the GaAs substrate and has a band gap that is larger than that of the GaAs compound semiconductor (the refractive index is smaller than that of the GaAs compound semiconductor), it is used as a low refractive index layer instead of the AlGaAs mixed crystal. be able to. Further, the GaInP mixed crystal semiconductor has selectivity in the wet etching with respect to the AlGaAs mixed crystal semiconductor layer and can be used also as an etching stop layer when forming a mesa by the wet etching. In the surface emitting laser device, etching controllability can be improved.

【0148】第6の実施形態 本発明の第6の実施形態は、第5の実施形態の面発光半
導体レーザ素子によって構成された面発光レーザアレイ
である。
Sixth Embodiment A sixth embodiment of the present invention is a surface emitting laser array constituted by the surface emitting semiconductor laser device according to the fifth embodiment.

【0149】図19は第6の実施形態の面発光レーザア
レイの具体例を示す図である。図19の面発光レーザア
レイは、第5の実施形態の面発光半導体レーザ素子を2
次元的に3×3個集積したモノリシックレーザアレイと
なっている。図19の面発光レーザアレイでは、個々の
面発光半導体レーザ素子を独立に駆動するために、個別
にp電極配線が設けられている。なお、図19の面発光
レーザアレイは、第5の実施形態と同様の手順,方法で
作製されている。
FIG. 19 is a diagram showing a specific example of the surface emitting laser array according to the sixth embodiment. The surface-emitting laser array shown in FIG. 19 includes the surface-emitting semiconductor laser device of the fifth embodiment.
It is a monolithic laser array in which 3 × 3 pieces are dimensionally integrated. In the surface-emission laser array of FIG. 19, p-electrode wirings are individually provided in order to drive each surface-emission semiconductor laser device independently. The surface emitting laser array of FIG. 19 is manufactured by the same procedure and method as those in the fifth embodiment.

【0150】図19の面発光レーザアレイでは、この面
発光レーザアレイを構成する個々の面発光半導体レーザ
素子は、光の吸収損失が小さく、更に低抵抗であり、特
にアレイとした場合の電力変換効率が高いので、効率の
高い面発光レーザアレイを得ることができる。
In the surface-emission laser array of FIG. 19, the individual surface-emission semiconductor laser elements forming this surface-emission laser array have a small light absorption loss and a low resistance. Since the efficiency is high, a highly efficient surface emitting laser array can be obtained.

【0151】すなわち、本発明の面発光半導体レーザ素
子は、前述したように、スロープ効率が大きく、発振閾
値電流が低く、電力変換効率が高く、低消費電力のもの
にすることができる。従って、このような本発明の面発
光半導体レーザ素子により構成された面発光レーザアレ
イは、アレイ全体としての電力変換効率が高く、非常に
高効率なものとなる。
That is, as described above, the surface emitting semiconductor laser device of the present invention can have a large slope efficiency, a low oscillation threshold current, a high power conversion efficiency, and low power consumption. Therefore, the surface emitting laser array constituted by such a surface emitting semiconductor laser device of the present invention has a high power conversion efficiency as a whole array, which is extremely efficient.

【0152】また、面発光レーザアレイを形成すること
によって、並列光伝送が容易となり、更に大容量の光伝
送、光通信を行うことが可能である。また、本発明の面
発光半導体レーザ素子の前述した活性層材料によって
1.3μm帯で発振する面発光レーザアレイを構成した
場合には、高速並列伝送,通信が可能になる。また、同
様に、1.5μm帯付近で発振するレーザアレイを構成
した場合には、WDM,DWDM等の波長多重通信が可
能であり、更に高速,大容量光伝送,光通信が可能な面
発光レーザアレイを提供することができる。
Further, by forming the surface emitting laser array, parallel optical transmission is facilitated, and it is possible to perform optical transmission and optical communication with a larger capacity. Further, when the surface emitting laser array oscillating in the 1.3 μm band is constituted by the above-mentioned active layer material of the surface emitting semiconductor laser device of the present invention, high speed parallel transmission and communication become possible. Similarly, when a laser array that oscillates in the vicinity of the 1.5 μm band is configured, WDM, DWDM, or other wavelength multiplexing communication is possible, and surface emission that enables higher speed, large capacity optical transmission, and optical communication. A laser array can be provided.

【0153】第7の実施形態 本発明の第7の実施形態は、第5の実施形態の面発光半
導体レーザ素子、または、第6の実施形態の面発光レー
ザアレイを用いた面発光レーザモジュールである。
Seventh Embodiment A seventh embodiment of the present invention is a surface emitting laser module using the surface emitting semiconductor laser device of the fifth embodiment or the surface emitting laser array of the sixth embodiment. is there.

【0154】図20は第7の実施形態の面発光レーザモ
ジュールの具体例を示す図である。図20の面発光レー
ザモジュールは、シリコン基板上に、1次元モノリシッ
ク面発光レーザアレイと、マイクロレンズアレイと、フ
ァイバアレイ(石英シングルモードファイバ)とが実装
されて構成されている。
FIG. 20 is a diagram showing a specific example of the surface emitting laser module according to the seventh embodiment. The surface emitting laser module of FIG. 20 is configured by mounting a one-dimensional monolithic surface emitting laser array, a microlens array, and a fiber array (quartz single mode fiber) on a silicon substrate.

【0155】ここで、面発光レーザアレイには、第6の
実施形態の面発光レーザアレイがファイバに対向して設
けられており、この面発光レーザアレイは、マイクロレ
ンズアレイを介して、シリコン基板に形成されたV溝に
実装されている石英シングルモードファイバと結合して
いる。この面発光レーザアレイの発振波長は1.3μm
帯であり、石英シングルモードファイバを用いること
で、高速光並列伝送を行なうことができる。
Here, the surface-emission laser array is provided with the surface-emission laser array of the sixth embodiment so as to face the fiber. This surface-emission laser array is provided with a silicon substrate through a microlens array. It is coupled with the quartz single mode fiber mounted in the V groove formed in the above. The oscillation wavelength of this surface emitting laser array is 1.3 μm.
This is a band, and high-speed optical parallel transmission can be performed by using a quartz single-mode fiber.

【0156】また、この第7の実施形態の面発光レーザ
モジュールの光源として、第6の実施形態の面発光レー
ザアレイを用いることにより、光の吸収損失が小さく、
更に低抵抗であり、電力変換効率が高い面発光レーザモ
ジュールを得ることができる。
Further, by using the surface emitting laser array of the sixth embodiment as the light source of the surface emitting laser module of the seventh embodiment, the light absorption loss is small,
Further, it is possible to obtain a surface emitting laser module having low resistance and high power conversion efficiency.

【0157】このように、第7の実施形態の面発光レー
ザモジュールには、光の吸収損失が低減された低抵抗な
第5の実施形態の面発光半導体レーザ素子、又は、第6
の実施形態の面発光レーザアレイが用いられており、こ
れによって、スロープ効率が大きく、発振閾値電流が低
く、電力変換効率が高く、低消費電力な面発光レーザモ
ジュールを提供することができる。
As described above, in the surface-emission laser module of the seventh embodiment, the surface-emission semiconductor laser device of the fifth embodiment or the sixth embodiment having a low resistance with reduced light absorption loss is provided.
The surface emitting laser array according to the embodiment is used, and thus, it is possible to provide a surface emitting laser module having high slope efficiency, low oscillation threshold current, high power conversion efficiency, and low power consumption.

【0158】特に、GaInNAs混晶半導体を活性層
材料とした1.3μm帯面発光レーザと石英シングルモ
ードファイバとを組み合わせた面発光レーザモジュール
は、1.3μm帯が石英の零分散帯に当たるため、高速
変調に非常に適した構成となり、この面発光レーザモジ
ュールを用いることによって、高速,大容量な光通信,
光伝送を行うことが可能となる。
Particularly, in the surface emitting laser module in which the 1.3 μm band surface emitting laser using the GaInNAs mixed crystal semiconductor as the active layer material and the quartz single mode fiber are combined, the 1.3 μm band corresponds to the zero dispersion band of quartz. The structure is very suitable for high-speed modulation. By using this surface emitting laser module, high-speed, large-capacity optical communication,
It becomes possible to perform optical transmission.

【0159】また、1.5μm帯で発振する面発光半導
体レーザ素子を用いた面発光レーザモジュールでは、W
DM,DWDM等の波長多重通信が可能であり、更に、
高速,大容量の光伝送,光通信が可能となる。以上のよ
うに、特性の優れた高速,大容量の光伝送,光通信が可
能な面発光レーザモジュールを提供することができる。
In addition, in the surface emitting laser module using the surface emitting semiconductor laser element oscillating in the 1.5 μm band,
WDM communication such as DM and DWDM is possible.
It enables high-speed, large-capacity optical transmission and optical communication. As described above, it is possible to provide a surface emitting laser module having excellent characteristics and capable of high-speed, large-capacity optical transmission and optical communication.

【0160】第8の実施形態 本発明の第8の実施形態は、第5の実施形態の面発光半
導体レーザ素子、または、第6の実施形態の面発光レー
ザアレイ、または、第7の実施形態の面発光レーザモジ
ュールを用いて構成された光インターコネクションシス
テムである。
Eighth Embodiment The eighth embodiment of the present invention is a surface emitting semiconductor laser device according to the fifth embodiment, a surface emitting laser array according to the sixth embodiment, or a seventh embodiment. It is an optical interconnection system configured by using the surface emitting laser module.

【0161】図21は第8の実施形態の一例としての並
列光インターコネクションシステムを示す図である。図
21の光インターコネクションシステムでは、機器1と
機器2との間が光ファイバアレイ(石英シングルモード
ファイバアレイ)を用いて接続されている。ここで、送
信側である機器1には、第7の実施形態の面発光レーザ
アレイによる面発光レーザモジュールと、これの駆動回
路とが備わっている。また、受信側である機器2には、
フォトダイオードアレイモジュールと信号検出回路とが
備わっている。
FIG. 21 is a diagram showing a parallel optical interconnection system as an example of the eighth embodiment. In the optical interconnection system of FIG. 21, the device 1 and the device 2 are connected using an optical fiber array (quartz single mode fiber array). Here, the device 1 on the transmitting side is provided with a surface-emission laser module including the surface-emission laser array according to the seventh embodiment and a drive circuit for the same. In addition, the device 2 on the receiving side is
A photodiode array module and a signal detection circuit are provided.

【0162】図21の光インターコネクションシステム
では、第7の実施形態の面発光レーザモジュールを用い
ることで、発振光の吸収損失が小さく、更に低抵抗であ
り、電力変換効率を高くすることができ、消費電力が小
さく特性の優れた光伝送システムを得ることができる。
また、GaInNAsを活性層とした本発明の面発光レ
ーザアレイを用いた面発光レーザモジュールを用いるこ
とによって、環境温度の変化に対しても、安定な、非常
に信頼性の高いインターコネクションシステムを構成す
ることができる。
In the optical interconnection system of FIG. 21, by using the surface emitting laser module of the seventh embodiment, absorption loss of oscillation light is small, resistance is low, and power conversion efficiency can be increased. An optical transmission system with low power consumption and excellent characteristics can be obtained.
Further, by using the surface emitting laser module using the surface emitting laser array of the present invention in which GaInNAs is the active layer, a highly reliable interconnection system that is stable against environmental temperature changes is constructed. can do.

【0163】なお、上述の例では、並列光インターコネ
クションシステムを例に説明したが、この他にも、第5
の実施形態におけるような単一素子を用いたシリアル伝
送システムを構成することもできる。また、光インター
コネクションシステムとしては、第7の実施形態の面発
光レーザモジュールの他にも、第5の実施形態,第6の
実施形態の面発光半導体レーザ素子,面発光レーザアレ
イを用いることができる。また、機器間の光インターコ
ネクションシステムの他にも、ボード間,チップ間,チ
ップ内の光インターコネクションに適用することもでき
る。
In the above example, the parallel optical interconnection system is described as an example.
It is also possible to configure a serial transmission system using a single element as in the above embodiment. Further, as the optical interconnection system, in addition to the surface emitting laser module of the seventh embodiment, the surface emitting semiconductor laser device and the surface emitting laser array of the fifth and sixth embodiments may be used. it can. Further, in addition to the optical interconnection system between devices, it can be applied to optical interconnection between boards, between chips, and within a chip.

【0164】このように、第8の実施形態は、第5の実
施形態の面発光半導体レーザ素子、または、第6の実施
形態の面発光レーザアレイ、または、第7の実施形態の
面発光レーザモジュールを用いて構成されている光イン
ターコネクションシステムであり、この光インターコネ
クションシステムには、吸収損失が低減された低抵抗な
面発光半導体レーザ素子、または、面発光レーザアレ
イ、または、面発光レーザモジュールが用いられるの
で、電力変換効率が高く、低消費電力な光インターコネ
クションシステムを構築できる。
As described above, the eighth embodiment is the surface emitting semiconductor laser device of the fifth embodiment, the surface emitting laser array of the sixth embodiment, or the surface emitting laser of the seventh embodiment. An optical interconnection system configured by using a module, wherein the optical interconnection system includes a surface emitting semiconductor laser device with a low absorption loss, a surface emitting laser array, or a surface emitting laser. Since the module is used, an optical interconnection system with high power conversion efficiency and low power consumption can be constructed.

【0165】特に、GaInNAs混晶半導体を活性層
材料とした1.3μm帯面発光レーザと石英シングルモ
ードファイバとを組み合わせた面発光レーザモジュール
によって構成された光インターコネクションシステム
は、1.3μm帯が石英の零分散帯に当たるため、高速
変調に非常に適した構成であり、高速,大容量な光伝送
を行うことが可能である。また、GaInNAs混晶半
導体を活性層とした面発光半導体レーザ素子は、環境温
度等の変化に対しても高温まで安定に発振を得ることが
可能であるので、非常に信頼性の高い光インターコネク
ションシステムを提供することができる。
In particular, an optical interconnection system composed of a surface emitting laser module in which a 1.3 μm band surface emitting laser using a GaInNAs mixed crystal semiconductor as an active layer material and a quartz single mode fiber are combined has a 1.3 μm band Since it corresponds to the zero-dispersion band of quartz, it has a configuration that is very suitable for high-speed modulation, and high-speed, large-capacity optical transmission is possible. Further, the surface-emitting semiconductor laser device using the GaInNAs mixed crystal semiconductor as the active layer can stably oscillate up to high temperature even with changes in environmental temperature, etc., and therefore has very high reliability in optical interconnection. A system can be provided.

【0166】このように、第8の実施形態では、第5の
実施形態の面発光半導体レーザ素子、または、第6の実
施形態の面発光レーザアレイ、または、第7の実施形態
の面発光レーザモジュールを用いることによって、高
速,大容量な光伝送が可能であり、また電力変換効率が
高く、更に信頼性の高い光インターコネクションシステ
ムを提供することができる。
As described above, in the eighth embodiment, the surface-emission semiconductor laser device according to the fifth embodiment, the surface-emission laser array according to the sixth embodiment, or the surface-emission laser according to the seventh embodiment. By using the module, it is possible to provide an optical interconnection system capable of high-speed and large-capacity optical transmission, high power conversion efficiency, and high reliability.

【0167】第9の実施形態 本発明の第9の実施形態は、第5の実施形態の面発光半
導体レーザ素子、または、第6の実施形態の面発光レー
ザアレイ、または、第7の実施形態の面発光レーザモジ
ュールを用いて構成された光通信システムである。
Ninth Embodiment The ninth embodiment of the present invention is a surface emitting semiconductor laser device according to the fifth embodiment, a surface emitting laser array according to the sixth embodiment, or a seventh embodiment. Is an optical communication system configured by using the surface emitting laser module.

【0168】図22は第9の実施形態の光通信システム
の一例としての光LANシステムを示す図である。図2
2の光LANシステムは、第5の実施形態の面発光半導
体レーザ素子、または、第6の実施形態の面発光レーザ
アレイ、または、第7の実施形態の面発光レーザモジュ
ールを用いて構成されている。
FIG. 22 is a diagram showing an optical LAN system as an example of the optical communication system of the ninth embodiment. Figure 2
The optical LAN system 2 includes the surface emitting semiconductor laser device according to the fifth embodiment, the surface emitting laser array according to the sixth embodiment, or the surface emitting laser module according to the seventh embodiment. There is.

【0169】すなわち、図22の光LANシステムで
は、サーバーとコアスイッチとの間の光伝送の光源、お
よび/または、コアスイッチと各スイッチとの間の光伝
送の光源、および/または、スイッチと各端末との間の
光伝送の光源に、第5の実施形態の面発光半導体レーザ
素子、または、第6の実施形態の面発光レーザアレイ、
または、第7の実施形態の面発光レーザモジュールが用
いられている。また、各機器間は石英シングルモードフ
ァイバまたはマルチモードファイバによって結合を行っ
ている。このような光LANの物理層としては、例えば
1000BASE−LX等のギガビットイーサネット
(登録商標)が挙げられる。
That is, in the optical LAN system of FIG. 22, the light source for optical transmission between the server and the core switch and / or the light source for optical transmission between the core switch and each switch and / or the switch The surface emitting semiconductor laser device of the fifth embodiment or the surface emitting laser array of the sixth embodiment is used as a light source for optical transmission with each terminal.
Alternatively, the surface emitting laser module of the seventh embodiment is used. In addition, quartz single mode fibers or multimode fibers are used to couple the devices. Examples of the physical layer of such an optical LAN include Gigabit Ethernet (registered trademark) such as 1000BASE-LX.

【0170】図22の光LANシステムでは、光伝送の
光源に、第5の実施形態の面発光半導体レーザ素子、ま
たは、第6の実施形態の面発光レーザアレイ、または、
第7の実施形態の面発光レーザモジュールが用いられる
ことで、発振光の吸収損失が小さく、低抵抗であり、更
に電力変換効率を高くすることができ、消費電力の小さ
な光伝送システムを提供することができる。更に、Ga
InNAsを活性層とした本発明の面発光レーザでは、
環境温度等,駆動条件の変化に対しても安定に発振が得
られ、信頼性の高い光通信システムを構成することがで
きる。
In the optical LAN system of FIG. 22, the surface emitting semiconductor laser device of the fifth embodiment or the surface emitting laser array of the sixth embodiment is used as the light source for optical transmission, or
By using the surface emitting laser module according to the seventh embodiment, an absorption loss of oscillation light is small, resistance is low, power conversion efficiency can be further increased, and an optical transmission system with low power consumption is provided. be able to. Furthermore, Ga
In the surface emitting laser of the present invention using InNAs as an active layer,
It is possible to stably oscillate even with changes in driving conditions such as environmental temperature, and to configure a highly reliable optical communication system.

【0171】このように、第9の実施形態は、第5の実
施形態の面発光半導体レーザ素子、または、第6の実施
形態の面発光レーザアレイ、または、第7の実施形態の
面発光レーザモジュールを用いて構成された光通信シス
テムであり、この光通信システムには、光の吸収損失が
低減された低抵抗な面発光半導体レーザ素子、または、
面発光レーザアレイ、または、面発光レーザモジュール
が用いられるので、電力変換効率が高く、低消費電力な
光通信システムを構築できる。
As described above, the ninth embodiment is the surface emitting semiconductor laser device of the fifth embodiment, the surface emitting laser array of the sixth embodiment, or the surface emitting laser of the seventh embodiment. An optical communication system configured by using a module, wherein the optical communication system includes a low-resistance surface-emitting semiconductor laser device with reduced light absorption loss, or
Since the surface emitting laser array or the surface emitting laser module is used, an optical communication system with high power conversion efficiency and low power consumption can be constructed.

【0172】特に、GaInNAs混晶半導体を活性層
材料とした1.3μm帯面発光レーザと石英シングルモ
ードファイバとを組み合わせた面発光レーザモジュール
によって構成された光通信システムは、1.3μm帯が
石英の零分散帯に当たるため、高速変調に非常に適した
構成であり、高速,大容量な光通信,光伝送を行うこと
が可能である。また、GaInNAs混晶半導体を活性
層とした面発光半導体レーザ素子は、環境温度等の変化
に対しても高温まで安定に発振を得ることが可能である
ので、非常に信頼性の高い光通信システムを得ることが
できる。
In particular, in an optical communication system composed of a surface emitting laser module in which a 1.3 μm band surface emitting laser using a GaInNAs mixed crystal semiconductor as an active layer material and a quartz single mode fiber are combined, the 1.3 μm band is made of quartz. Since it corresponds to the zero-dispersion band, the configuration is very suitable for high-speed modulation, and high-speed, large-capacity optical communication and optical transmission can be performed. Further, the surface emitting semiconductor laser device using the GaInNAs mixed crystal semiconductor as an active layer can stably oscillate up to a high temperature even with a change in environmental temperature and the like, and thus has an extremely reliable optical communication system. Can be obtained.

【0173】このように、第9の実施形態では、第5の
実施形態の面発光半導体レーザ素子、または、第6の実
施形態の面発光レーザアレイ、または、第7の実施形態
の面発光レーザモジュールを用いることによって、高
速,大容量な光通信が可能であり、また電力変換効率が
高く、更に信頼性の高い光通信システムを提供すること
ができる。
As described above, in the ninth embodiment, the surface-emission semiconductor laser device according to the fifth embodiment, the surface-emission laser array according to the sixth embodiment, or the surface-emission laser according to the seventh embodiment. By using the module, it is possible to provide an optical communication system that enables high-speed and large-capacity optical communication, has high power conversion efficiency, and has high reliability.

【0174】ここで、光通信システムとして、LANに
ついて説明を行ったが、この他にも幹線系やWAN,M
AN等にも用いることができる。また、端末は、光によ
り情報の授受を行う全ての情報機器端末に用いることが
できる。
Here, the LAN has been described as the optical communication system, but in addition to this, the trunk line system, WAN, M
It can also be used for AN and the like. In addition, the terminal can be used for all information device terminals that exchange information by light.

【0175】[0175]

【発明の効果】以上に説明したように、請求項1乃至請
求項5記載の発明によれば、屈折率が異なる2種の半導
体層の間に、前記2種の半導体層の間の屈折率をもつ中
間層を有する半導体分布ブラッグ反射器において、該半
導体分布ブラッグ反射器内の一部の領域における中間層
の厚さが他の領域における中間層の厚さと異なっている
ので、反射率を低下させることなく、低抵抗で且つ光吸
収損失が小さい半導体分布ブラッグ反射器を提供するこ
とができる。
As described above, according to the first to fifth aspects of the invention, the refractive index between the two kinds of semiconductor layers having different refractive indexes is between the two kinds of semiconductor layers. In the semiconductor distributed Bragg reflector having an intermediate layer with a thickness of the intermediate layer in some regions of the semiconductor distributed Bragg reflector is different from the thickness of the intermediate layer in other regions, the reflectance is reduced. It is possible to provide a semiconductor distributed Bragg reflector having a low resistance and a small light absorption loss without causing the above.

【0176】また、請求項6,請求項7記載の発明によ
れば、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の半
導体分布ブラッグ反射器が用いられているので、発振光
の吸収損失が低く、更に抵抗が低く、高出力動作が可能
で、効率の高い面発光半導体レーザ素子を提供すること
ができる。
According to the sixth and seventh aspects of the invention, since the semiconductor distributed Bragg reflector according to any one of the first to fifth aspects is used, the oscillation light is absorbed. It is possible to provide a highly efficient surface emitting semiconductor laser device that has low loss, low resistance, high output operation, and high efficiency.

【0177】また、請求項8記載の発明によれば、請求
項6または請求項7記載の面発光半導体レーザ素子によ
って構成されているので、発振光の吸収損失が低く、更
に抵抗が低く、高出力動作が可能で、効率の高い面発光
レーザアレイを提供することができる。
Further, according to the invention of claim 8, since it is constituted by the surface emitting semiconductor laser element of claim 6 or 7, the absorption loss of the oscillation light is low, and the resistance is low and high. It is possible to provide a highly efficient surface emitting laser array capable of output operation.

【0178】また、請求項9記載の発明によれば、請求
項6または請求項7記載の面発光半導体レーザ素子、ま
たは、請求項8記載の面発光レーザアレイが用いられて
いるので、高出力動作が可能で、電力変換効率が高く、
消費電力が低い面発光レーザモジュールを提供すること
ができる。
According to the invention described in claim 9, since the surface emitting semiconductor laser device according to claim 6 or 7 or the surface emitting laser array according to claim 8 is used, a high output is obtained. Operable, high power conversion efficiency,
It is possible to provide a surface emitting laser module with low power consumption.

【0179】また、請求項10記載の発明によれば、請
求項6または請求項7記載の面発光半導体レーザ素子、
または、請求項8記載の面発光レーザアレイ、または、
請求項9記載の面発光レーザモジュールを用いて構成さ
れた光インターコネクションシステムであるので、低消
費電力で、電力変換効率の高い光インターコネクション
システムを提供することができる。
According to the invention of claim 10, the surface emitting semiconductor laser device according to claim 6 or 7,
Alternatively, the surface emitting laser array according to claim 8, or
Since it is an optical interconnection system configured by using the surface emitting laser module according to claim 9, it is possible to provide an optical interconnection system with low power consumption and high power conversion efficiency.

【0180】また、請求項11記載の発明によれば、請
求項6または請求項7記載の面発光半導体レーザ素子、
または、請求項8記載の面発光レーザアレイ、または、
請求項9記載の面発光レーザモジュールを用いて構成さ
れた光通信システムであるので、低消費電力で、電力変
換効率の高い光通信システムを提供することができる。
According to the invention described in claim 11, the surface emitting semiconductor laser device according to claim 6 or 7,
Alternatively, the surface emitting laser array according to claim 8, or
Since it is an optical communication system configured by using the surface emitting laser module according to claim 9, it is possible to provide an optical communication system with low power consumption and high power conversion efficiency.

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

【図1】本発明の第1の実施形態の半導体分布ブラッグ
反射器の具体例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a specific example of a semiconductor distributed Bragg reflector according to a first embodiment of the present invention.

【図2】線形組成傾斜層の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a linear composition gradient layer.

【図3】図1のp型半導体分布ブラッグ反射器Iの構成
例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a p-type semiconductor distributed Bragg reflector I of FIG.

【図4】図1のp型半導体分布ブラッグ反射器IIの構成
例を示す図である。
4 is a diagram showing a configuration example of a p-type semiconductor distributed Bragg reflector II of FIG.

【図5】0.98μm帯における4ペアのp型半導体分
布ブラッグ反射器の抵抗率を、ブラッグ反射器を構成す
る低屈折率層のAl組成をパラメータとして、組成傾斜
層の厚さに対して示した図である。
FIG. 5 shows the resistivity of four pairs of p-type semiconductor distributed Bragg reflectors in the 0.98 μm band with respect to the thickness of the composition gradient layer with the Al composition of the low refractive index layer constituting the Bragg reflector as a parameter. It is the figure shown.

【図6】0.98μm帯における5ペアのp型半導体分
布ブラッグ反射器について、ブラッグ反射器を構成する
低屈折率層のAl組成をパラメータとして、反射率を中
間層(組成傾斜層)の厚さに対して示した図である。
FIG. 6 is a graph showing five pairs of p-type semiconductor distributed Bragg reflectors in the 0.98 μm band, the reflectance being the thickness of the intermediate layer (composition gradient layer) with the Al composition of the low refractive index layer constituting the Bragg reflector as a parameter. FIG.

【図7】本発明の第2の実施形態の半導体分布ブラッグ
反射器の具体例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a specific example of a semiconductor distributed Bragg reflector according to a second embodiment of the present invention.

【図8】図7のp型半導体分布ブラッグ反射器Iの構成
を示す図である。
8 is a diagram showing a configuration of a p-type semiconductor distributed Bragg reflector I of FIG.

【図9】図7のp型半導体分布ブラッグ反射器IIの構成
を示す図である。
9 is a diagram showing a configuration of a p-type semiconductor distributed Bragg reflector II of FIG.

【図10】本発明の第3の実施形態の半導体分布ブラッ
グ反射器の具体例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a specific example of a semiconductor distributed Bragg reflector according to a third embodiment of the present invention.

【図11】図10の半導体分布ブラッグ反射器の領域I
を示す図である。
11 is a region I of the semiconductor distributed Bragg reflector of FIG.
FIG.

【図12】図10の半導体分布ブラッグ反射器の領域II
を示す図である。
FIG. 12 is a region II of the semiconductor distributed Bragg reflector of FIG.
FIG.

【図13】第4の実施形態の半導体分布ブラッグ反射器
の具体例を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a specific example of the semiconductor distributed Bragg reflector of the fourth embodiment.

【図14】図13の半導体分布ブラッグ反射器の領域I
を示す図である。
14 is a region I of the semiconductor distributed Bragg reflector of FIG.
FIG.

【図15】図13の半導体分布ブラッグ反射器の領域II
を示す図である。
FIG. 15 is a region II of the semiconductor distributed Bragg reflector of FIG.
FIG.

【図16】1.3μmを反射波長とした5ペアの半導体
分布ブラッグ反射器について、低屈折率層のAl組成を
パラメータとして、組成傾斜層の厚さに対する反射率を
示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing the reflectance with respect to the thickness of a compositionally graded layer, using the Al composition of the low refractive index layer as a parameter, for five pairs of semiconductor distributed Bragg reflectors having a reflection wavelength of 1.3 μm.

【図17】第5の実施形態の面発光半導体レーザ素子の
具体例を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a specific example of the surface-emitting semiconductor laser device of the fifth embodiment.

【図18】p型半導体基板上に結晶成長を行なって作製
された面発光半導体レーザ素子の例を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing an example of a surface emitting semiconductor laser element manufactured by performing crystal growth on a p-type semiconductor substrate.

【図19】第6の実施形態の面発光レーザアレイの具体
例を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing a specific example of a surface emitting laser array according to a sixth embodiment.

【図20】第7の実施形態の面発光レーザモジュールの
具体例を示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing a specific example of the surface emitting laser module according to the seventh embodiment.

【図21】第8の実施形態の一例としての並列光インタ
ーコネクションシステムを示す図である。
FIG. 21 is a diagram showing a parallel optical interconnection system as an example of an eighth embodiment.

【図22】第9の実施形態の光通信システムの一例とし
ての光LANシステムを示す図である。
FIG. 22 is a diagram showing an optical LAN system as an example of an optical communication system according to a ninth embodiment.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 屈折率が異なる2種の半導体層の間に、
前記2種の半導体層の間の屈折率をもつ中間層を有する
半導体分布ブラッグ反射器において、該半導体分布ブラ
ッグ反射器内の一部の領域における中間層の厚さが他の
領域における中間層の厚さと異なっていることを特徴と
する半導体分布ブラッグ反射器。
1. Between two types of semiconductor layers having different refractive indices,
In a semiconductor distributed Bragg reflector having an intermediate layer having a refractive index between the two types of semiconductor layers, the thickness of the intermediate layer in a part of the semiconductor distributed Bragg reflector is different from that of the intermediate layer in another region. A semiconductor distributed Bragg reflector characterized by being different in thickness.
【請求項2】 請求項1記載の半導体分布ブラッグ反射
器において、前記中間層の厚さが厚い領域における2種
の半導体層の禁則帯幅の差が、前記中間層の厚さが薄い
領域における2種の半導体層の禁則帯幅の差に比べて小
さいことを特徴とする半導体分布ブラッグ反射器。
2. The semiconductor distributed Bragg reflector according to claim 1, wherein the difference in the band gap between the two types of semiconductor layers in the region where the thickness of the intermediate layer is large is the difference in the region where the thickness of the intermediate layer is thin. A semiconductor distributed Bragg reflector characterized by being smaller than the difference in the band gap between two semiconductor layers.
【請求項3】 請求項1または請求項2記載の半導体分
布ブラッグ反射器において、該半導体分布ブラッグ反射
器内の光の電界強度に応じて、該半導体分布ブラッグ反
射器内の中間層の厚さ及びドーピング濃度が相違してい
ることを特徴とする半導体分布ブラッグ反射器。
3. The semiconductor distributed Bragg reflector according to claim 1, wherein the thickness of the intermediate layer in the semiconductor distributed Bragg reflector is dependent on the electric field intensity of light in the semiconductor distributed Bragg reflector. And a semiconductor distributed Bragg reflector characterized by different doping concentrations.
【請求項4】 請求項3記載の半導体分布ブラッグ反射
器において、該半導体分布ブラッグ反射器内の光の電界
強度が大きな領域においては、中間層の厚さが厚く、且
つ不純物のドーピング濃度が低くなっている一方、光の
電界強度が小さな領域においては、中間層の厚さが薄
く、且つ不純物のドーピング濃度が高くなっていること
を特徴とする半導体分布ブラッグ反射器。
4. The semiconductor distributed Bragg reflector according to claim 3, wherein the thickness of the intermediate layer is large and the doping concentration of impurities is low in a region where the electric field intensity of light in the semiconductor distributed Bragg reflector is large. On the other hand, in the region where the electric field intensity of light is low, the thickness of the intermediate layer is thin and the doping concentration of impurities is high, and the semiconductor distributed Bragg reflector is characterized.
【請求項5】 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に
記載の半導体分布ブラッグ反射器において、半導体分布
ブラッグ反射器の設計反射波長が1.1μmよりも長波
であることを特徴とする半導体分布ブラッグ反射器。
5. The semiconductor distributed Bragg reflector according to claim 1, wherein the designed distributed wavelength of the semiconductor distributed Bragg reflector is a long wave longer than 1.1 μm. Semiconductor distributed Bragg reflector.
【請求項6】 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に
記載の半導体分布ブラッグ反射器が用いられていること
を特徴とする面発光半導体レーザ素子。
6. A surface emitting semiconductor laser device comprising the semiconductor distributed Bragg reflector according to any one of claims 1 to 5.
【請求項7】 請求項6記載の面発光半導体レーザ素子
において、活性層のIII族材料が、Ga,Inのいずれ
か、または、全てであり、活性層のV族材料が、As,
N,Sbのいずれか、または、全てであることを特徴と
する面発光半導体レーザ素子。
7. The surface emitting semiconductor laser device according to claim 6, wherein the group III material of the active layer is any or all of Ga and In, and the group V material of the active layer is As,
A surface emitting semiconductor laser device characterized in that it is any or all of N and Sb.
【請求項8】 請求項6または請求項7記載の面発光半
導体レーザ素子によって構成されていることを特徴とす
る面発光レーザアレイ。
8. A surface emitting laser array comprising the surface emitting semiconductor laser device according to claim 6.
【請求項9】 請求項6または請求項7記載の面発光半
導体レーザ素子、または、請求項8記載の面発光レーザ
アレイが用いられていることを特徴とする面発光レーザ
モジュール。
9. A surface emitting laser module comprising the surface emitting semiconductor laser device according to claim 6 or claim 7 or the surface emitting laser array according to claim 8.
【請求項10】 請求項6または請求項7記載の面発光
半導体レーザ素子、または、請求項8記載の面発光レー
ザアレイ、または、請求項9記載の面発光レーザモジュ
ールを用いて構成された光インターコネクションシステ
ム。
10. A light configured by using the surface emitting semiconductor laser device according to claim 6 or 7, the surface emitting laser array according to claim 8, or the surface emitting laser module according to claim 9. Interconnection system.
【請求項11】 請求項6または請求項7記載の面発光
半導体レーザ素子、または、請求項8記載の面発光レー
ザアレイ、または、請求項9記載の面発光レーザモジュ
ールを用いて構成された光通信システム。
11. A surface-emitting semiconductor laser device according to claim 6 or 7, a surface-emitting laser array according to claim 8, or a light configured using the surface-emitting laser module according to claim 9. Communications system.
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