JP2009059943A - 面発光半導体レーザ - Google Patents

Abstract

【課題】トンネル接合を含む接合領域のメサ形状に起因して誘電体ＤＢＲと半導体領域との界面における光散乱を低減可能な面発光半導体レーザを提供する。
【解決手段】半導体ＤＢＲ１３の半導体層１３ａ、１３ｂは交互に配列される。接合領域１７はトンネルｐｎ接合ＴＪを含む。誘電体ＤＢＲ１９は軸Ａｘの方向に周期的に設けられた屈折率変化を有する。III−Ｖ化合物半導体層２１は接合領域１７と誘電体ＤＢＲ１９との間に設けられる。誘電体ＤＢＲ１９は誘電体層１９ａ、１９ｂを含む。誘電体層１９ａはIII−Ｖ化合物半導体層２１上に位置すると共に、誘電体層１９ｂは誘電体層１９ａの直上に位置する。誘電体層１９ａは、III−Ｖ化合物半導体層２１の屈折率より小さい平均屈折率ｎ_ＡＶ１を有し、誘電体層１９ｂは平均屈折率ｎ_ＡＶ１より小さい平均屈折率ｎ_ＡＶ２を有する。誘電体層１９ａと誘電体層１９ｂとの界面には屈折率変化２５が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、面発光半導体レーザに関する。

非特許文献１には、埋め込み型トンネル接合面発光レーザが記載されている。この面発光レーザは、ＩｎＰ基板上に設けられたＡｌＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰ分布ブラッグリフレクタ（ＤＢＲ）と、活性層と、トンネル接合を埋め込むためのｎ型ＩｎＰ層とを含み、またｎ型ＩｎＰ層上には、ａ−Ｓｉ／Ａｌ_２Ｏ_３から成る誘電体分布ブラッグリフレクタ（ＤＢＲ）が設けられている。
N. Nishiyama et al., Electronics Letters, vol.39, no.5, pp.437-439, 2003.

トンネル接合領域がメサ形状を有するので、この上に成長される半導体領域の表面には、メサ形状に対応した段差が形成される。この段差およびその周辺を覆うように、交互に積層された低屈折率材料の層と高屈折率材料の層とを含む分布ブラッグリフレクタ（誘電体ＤＢＲ）が設けられる。このため、半導体領域と誘電体領域との間の大きな屈折率差のため、レーザ共振する光が散乱される。この結果、散乱損失が増大する。半導体領域上に直接に形成される誘電体ＤＢＲの第一層は、低屈折率材料の層であるので、半導体領域と誘電体ＤＢＲとの界面は、レーザ定在波の腹になり、光散乱の影響を最も強く受ける。

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、トンネル接合を含む接合領域のメサ形状に起因して誘電体ＤＢＲと半導体領域との界面に発生される光散乱を低減可能な面発光半導体レーザを提供することを目的とする。

本発明の一側面によれば、面発光半導体レーザは、（ａ）交互に配列された第１および第２の半導体層を含む半導体−分布ブラッグリフレクタと、（ｂ）前記半導体−分布ブラッグリフレクタ上に設けられた活性層と、（ｃ）電流閉じ込めを行うように前記活性層上に設けられておりトンネルｐｎ接合を含む接合領域と、（ｄ）所定の軸の方向に周期的に設けられた屈折率変化を有しており誘電体からなる誘電体−分布ブラッグリフレクタと、（ｅ）前記接合領域と前記誘電体−分布ブラッグリフレクタとの間に設けられたIII−Ｖ化合物半導体層とを備え、前記誘電体−分布ブラッグリフレクタは、前記III−Ｖ化合物半導体層上に位置する第１の誘電体層と、該第１の誘電体層の直上に位置する第２の誘電体層とを含み、前記第１の誘電体層は、前記III−Ｖ化合物半導体層の屈折率より小さい第１の平均屈折率を有しており、前記第２の誘電体層は、前記第１の平均屈折率より小さい第２の平均屈折率を有する。

この面発光半導体レーザによれば、III−Ｖ化合物半導体層上に位置する第１の誘電体層がIII−Ｖ化合物半導体層の屈折率より小さい第１の平均屈折率を有すると共に、第２の誘電体層が、第１の誘電体層の平均屈折率より小さい第２の平均屈折率を有するので、III−Ｖ化合物半導体層と第１の誘電体層との界面における光の散乱を低減できる。

本発明に係る面発光半導体レーザは、前記第１導電型半導体からなる半導体基板を更に備えることができる。前記半導体−分布ブラッグリフレクタ、前記活性層、前記接合領域および前記III−Ｖ化合物半導体層は、前記半導体基板の主面上に成長されており、前記III−Ｖ化合物半導体層は前記接合領域に関連づけられた段差を有する。

この面発光半導体レーザによれば、接合領域に関連づけられた段差による光散乱が低減される。

本発明に係る面発光半導体レーザでは、前記誘電体−分布ブラッグリフレクタと前記III−Ｖ化合物半導体層との界面が当該面発光半導体レーザからのレーザ光の電界の節に位置するように、前記半導体−分布ブラッグリフレクタと前記誘電体−分布ブラッグリフレクタとの間隔が設定されている。

この面発光半導体レーザによれば、誘電体−分布ブラッグリフレクタとIII−Ｖ化合物半導体層との界面には光定在波の電界の節になるので、光の散乱が低減される。

本発明に係る面発光半導体レーザは、III−Ｖ化合物半導体からなり前記接合領域を埋め込む第１のスペーサ層を更に備えることができる。前記III−Ｖ化合物半導体層は、前記第１のスペーサ層上に設けられたコンタクト層である。

この面発光半導体レーザによれば、誘電体−分布ブラッグリフレクタのために、コンタクト層を部分的に除去する必要がない。

本発明に係る面発光半導体レーザでは、前記III−Ｖ化合物半導体層は、前記接合領域を埋め込む第１のスペーサ層であり、前記第１のスペーサ層の主面は、第１のエリアと前記第１のエリアを囲む第２のエリアとを含み、前記誘電体−分布ブラッグリフレクタは前記第１のエリア上に位置している。当該面発光半導体レーザは、前記第１のスペーサ層の前記第２のエリア上に設けられたコンタクト層を含むことができる。

この面発光半導体レーザによれば、コンタクト層による光吸収がない。

本発明に係る面発光半導体レーザは、III−Ｖ化合物半導体からなり前記接合領域を埋め込む第１のスペーサ層と、前記第１のスペーサ層上に設けられており、交互に配列された第３および第４の半導体層を含む分布ブラッグリフレクタとを更に備えることができる。前記分布ブラッグリフレクタは、前記誘電体−分布ブラッグリフレクタと一体となってハイブリッド分布ブラッグリフレクタを構成し、前記ハイブリッド分布ブラッグリフレクタと前記半導体−分布ブラッグリフレクタとは光共振器を構成する。

この面発光半導体レーザによれば、誘電体−分布ブラッグリフレクタとIII−Ｖ化合物半導体層との界面には光定在波の電界の節になるので、光の散乱が低減される。また、前記III−Ｖ化合物半導体層はコンタクト層であることができる。この面発光半導体レーザによれば、誘電体−分布ブラッグリフレクタとIII−Ｖ化合物半導体層との界面には光定在波の電界の節になるので、コンタクト層による光吸収が低減される。

本発明に係る面発光半導体レーザでは、前記第１の誘電体層は、第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とを含み、前記第１の誘電体膜は、前記III−Ｖ化合物半導体層と前記第２の誘電体膜との間に位置しており、前記第２の誘電体膜の屈折率は、前記第１の誘電体膜の屈折率と前記第２の平均屈折率との間の値であり、前記第１の誘電体層の前記第１の平均屈折率ｎ_１であり、レーザ発振波長をλとしたとき、前記第１の誘電体層の膜厚は、λ／（４×ｎ_１）である。

この面発光半導体レーザによれば、誘電体層の様々な組み合わせにより、誘電体−分布ブラッグリフレクタを提供できる。

本発明に係る面発光半導体レーザでは、前記接合領域は、第１導電型半導体層と第２導電型半導体層とを含み、前記第２導電型半導体層の主面は、第１のエリアと前記第１のエリアを囲む第２のエリアとを含み、前記第１導電型半導体層は前記第１のエリア上に設けられている。

この面発光半導体レーザによれば、接合領域のメサは、第２導電型半導体層の第１のエリア上に位置する第１導電型半導体層を含むので、このメサに起因する段差が小さい。この形状においても、誘電体−分布ブラッグリフレクタとIII−Ｖ化合物半導体層との界面には光定在波の電界の節になるので、光の散乱が低減される。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。

以上説明したように、本発明によれば、トンネル接合を含む接合領域のメサ形状に起因して誘電体ＤＢＲと半導体領域との界面に発生される光散乱を低減可能な面発光半導体レーザが提供される。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の面発光半導体レーザに係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

図１は、本実施の形態に係る面発光半導体レーザの構造を概略的に示す図面である。面発光半導体レーザ１１は、半導体−分布ブラッグリフレクタ（半導体ＤＢＲ）１３と、活性層１５と、接合領域１７と、誘電体−分布ブラッグリフレクタ（誘電体ＤＢＲ）１９と、III−Ｖ化合物半導体層２１とを備える。半導体ＤＢＲ１３は、第１の半導体層１３ａおよび第２の半導体層１３ｂを含んでおり、これらの半導体層１３ａ、１３ｂは交互に配列されている。活性層１５は、半導体ＤＢＲ上に設けられている。接合領域１７はトンネルｐｎ接合ＴＪを含む。また、接合領域１７は電流閉じ込めを行うように活性層１５上に設けられている。誘電体ＤＢＲ１９は誘電体からなる。また、誘電体ＤＢＲ１９は所定の軸Ａｘの方向に周期的に設けられた屈折率変化２５を有する。III−Ｖ化合物半導体層２１は、接合領域１７と誘電体ＤＢＲ１９との間にも設けられている。

図２（ａ）は、本実施の形態に係る面発光半導体レーザの誘電体ＤＢＲ１９の半導体との接合部分を示す図面である。誘電体ＤＢＲ１９は第１の誘電体層１９ａおよび第２の誘電体層１９ｂを含む。第１の誘電体層１９ａは、III−Ｖ化合物半導体層２１上に位置すると共に、第２の誘電体層１９ｂは該第１の誘電体層１９ａの直上に位置する。第１の誘電体層１９ａは、III−Ｖ化合物半導体層２１の屈折率より小さい第１の平均屈折率ｎ_ＡＶ１を有しており、第２の誘電体層１９ｂは第１の平均屈折率ｎ_ＡＶ１より小さい第２の平均屈折率ｎ_ＡＶ２を有する。第１の誘電体層１９ａと第２の誘電体層１９ｂとの界面には屈折率変化２５が形成される。誘電体ＤＢＲ１９では、屈折率変化が所定の軸Ａｘの方向に周期的に配置されている。屈折率の大きさは、例えば以下の順序で示される：半導体＞第１の誘電体層＞第２の誘電体層。

この面発光半導体レーザによれば、III−Ｖ化合物半導体層２１上に位置する第１の誘電体層１９ａがIII−Ｖ化合物半導体層２１の屈折率ｎ_ＳＥＭＩより小さい平均屈折率ｎ_ＡＶ１を有すると共に、第２の誘電体層１９ｂが第１の誘電体層１９ａの平均屈折率ｎ_ＡＶ１より小さい平均屈折率ｎ_ＡＶ２を有するので、III−Ｖ化合物半導体層２１と第１の誘電体層１９ａとの界面２７における光の散乱を低減できる。

再び図１を参照すると、面発光半導体レーザ１１では、半導体−分布ブラッグリフレクタ１３、活性層１５、接合領域１７およびIII−Ｖ化合物半導体層２１は、半導体基板２９の主面２９ａ上に成長されている。このために、III−Ｖ化合物半導体層２１は接合領域１７に関連づけられた段差３１を有する。半導体基板２９は第１導電型半導体からなる。この面発光半導体レーザ１１によれば、接合領域１７に関連づけられた段差３１による光散乱が低減される。

本実施の形態では、活性層１５は、井戸層１５ａおよび障壁層１５ｂを含む多重量子井戸構造を有するけれども、活性層１５の構造は、必要に応じて決定されることができる。

半導体ＤＢＲ１３および誘電体ＤＢＲ１９は光共振器を形成する。活性層１５は、半導体ＤＢＲ１３と誘電体ＤＢＲ１９との間に位置する。レーザ光Ｌは誘電体ＤＢＲを介して出射される。図３（ａ）は、面発光半導体レーザ１１における定在波の電界強度の分布を示す図面である。横軸は、軸Ａｘ上における座標を示す。縦軸は定在波の電界強度の分布を示す。面発光半導体レーザ１１では、誘電体ＤＢＲ１９とIII−Ｖ化合物半導体層２１との界面２７が当該面発光半導体レーザ１１からのレーザ光の電界の節に位置している。誘電体ＤＢＲ１９とIII−Ｖ化合物半導体層２１との界面には光定在波の電界の節になるので、光の散乱が低減される。また、光共振器の長さを調整するように、半導体ＤＢＲ１３と誘電体ＤＢＲ１９との間隔が設定される。

図３（ｂ）は、面発光半導体レーザ１１と異なる面発光半導体レーザにおける定在波の電界強度の分布を示す図面である。この面発光半導体レーザ１１の誘電体ＤＢＲでは、低屈折率の誘電体層を半導体層（コンタクト層またはスペーサ層）の直上に設けると共に、この誘電体層の直上に、高屈折率の誘電体層を設けている。この誘電体ＤＢＲとIII−Ｖ化合物半導体層との界面ＩＦには光定在波の電界の腹になる。故に、光の散乱が低減されない。

図１および図２（ａ）に示されるように、接合領域１７は、第１導電型半導体層１７ａと第２導電型半導体層１７ｂとを含む。第２導電型半導体層１７ｂの主面１７ｃは、第１のエリア１７ｄと第２のエリア１７ｅとを含む。第２のエリア１７ｅは第１のエリア１７ｄを囲む。第１導電型半導体層１７ａは第１のエリア１７ｄ上に設けられている。接合領域１７のメサは、第２導電型半導体層１７ｂの第１のエリア１７ｄ上に位置する第１導電型半導体層１７ａを含むので、このメサに起因する段差が小さい。この形状においても、誘電体ＤＢＲ１９とIII−Ｖ化合物半導体層２１との界面には光定在波の電界の節になるので、光の散乱が低減される。接合領域１７は、電流閉じ込めのためのトンネル接合ＴＪを含む。

面発光半導体レーザ１１は、接合領域１７を埋め込む第１のスペーサ層３３を更に備えることができる。第１のスペーサ層３３は、第１導電型のIII−Ｖ化合物半導体からなる。第１のスペーサ層３３上には、III−Ｖ化合物半導体層２１が設けられており、III−Ｖ化合物半導体層２１はコンタクト層である。また、第１のスペーサ層３３は、接合領域１７の第２導電型半導体層１７ｂとｐｎ接合Ｊを形成する。この接合Ｊは、面発光半導体レーザ１１に電圧が印加されるとき、逆方向にバイアスされる。

面発光半導体レーザ１１は、活性層１５上に設けられた第２のスペーサ層３５を更に備えることができる。第２のスペーサ層３５は第２導電型のIII−Ｖ化合物半導体からなる。また、面発光半導体レーザ１１は、活性層１５と半導体ＤＢＲ１３との間に設けられた第３のスペーサ層３７を更に備えることができる。第３のスペーサ層３７は第１導電型のIII−Ｖ化合物半導体からなる。

面発光半導体レーザ１１は、III−Ｖ化合物半導体層２１上に設けられた第１の電極（例えば、アノード）３９ａと、基板２９の裏面２９ｂ上に設けられた第２の電極（例えば、カソード）３９ｂとを含むことができる。

面発光半導体レーザの一例の垂直共振型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）では、
導電性基板２９：ｎ型ＧａＡｓ基板
半導体ＤＢＲ１３：ＧａＡｓ／Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ、３２対
第３のスペーサ層３７：シリコンドープＧａＡｓ
活性層１５：Ｉｎ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓ／ＧａＡｓ、３周期
第２のスペーサ層３５：炭素ドープＧａＡｓ
接合領域１７（ｎ＋＋／ｐ＋＋トンネル接合）：シリコンドープＩｎ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓ／炭素ドープＩｎ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓ
第１のスペーサ層３３：シリコンドープＧａＡｓ
誘電体ＤＢＲ１９：ＳｉＯ_２／ＴｉＯ_２、７対およびＴｉＯ_２
コンタクト層２１（III−Ｖ化合物半導体層）：ｎ^＋型ＧａＡｓ
である。

一実施例の面発光半導体レーザは、以下のように作製される。ｎ型ＧａＡｓ基板上に半導体ＤＢＲを成長した。半導体ＤＢＲは、３２対のＳｉ添加ＧａＡｓ／Ｓｉ添加Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる。半導体ＤＢＲ上に、Ｓｉ添加ＧａＡｓスペーサ層を成長した。このｎ型ＧａＡｓスペーサ層上に、３つの井戸層を含む活性層を形成した。次いで、活性層上に、Ｃ添加ＧａＡｓスペーサ層を成長した。このｐ型スペーサ層上に、高濃度Ｃ添加ＩｎＧａＡｓを成長した。この後に、高濃度Ｃ添加ＩｎＧａＡｓ上に高濃度Ｓｉ添加ＩｎＧａＡｓを成長してｐ＋／ｎ＋トンネル接合を形成した。一旦リアクタからウエハを取り出し、直径５μｍの円形パターンを有するレジストマスクを形成した。続けて、ウェットエッチングによりｎ＋半導体層を除去し、直径５μｍのトンネル接合メサを形成した。ウエハを洗浄した後に再びリアクタに投入し、Ｓｉ添加ＧａＡｓスペーサ層およびＳｉ添加ＧａＡｓコンタクト層を成長した。

本実施の形態の構造Ｂおよび参考のための構造Ｃのために誘電体ＤＢＲの構造を以下のように作製した。

構造Ｂのために以下のようにプロセスを行った。コンタクト層および基板の裏面にアノードおよびカソードをそれぞれ形成した。ＤＢＲのリフトのためのレジストをウエハ上に塗布して、半導体層の直上に、誘電体層の第１層としてＴｉＯ_２を成膜した。これに加えて、上記第１層に接する層をＳｉＯ_２とする、誘電体ＤＢＲのための７対のＳｉＯ_２／ＴｉＯ_２を成膜した。成膜の後に、電極上に成膜された誘電体膜をリフトオフして、誘電体ＤＢＲを形成した。

構造Ｃのために以下のようにプロセスを行った。まず、レジストをウエハに塗布し、光出力のための開口となる部分のコンタクト層をウェットエッチングにより除去した。次に、コンタクト層および基板の裏面にアノードおよびカソードをそれぞれ形成した。ＤＢＲのリフトのためのレジストをウエハ上に塗布して、半導体層の直上に、誘電体ＤＢＲのための、第１層をＳｉＯ_２とする７対のＳｉＯ_２／ＴｉＯ_２を成膜した。成膜の後に、電極上に成膜された誘電体膜をリフトオフして、誘電体ＤＢＲを形成した。なお、位相調整のために構造Ｃの半導体層の膜厚はサンプルＢよりもλ／４ｎ厚くしている。

作製した構造Ｃの面発光レーザのしきい値および最大出力は、室温において、１．５ｍＡ、２ｍＷであった。作製した構造Ｂの面発光レーザのしきい値および最大出力は、室温において、１．０ｍＡ、２．５ｍＷであった。構造Ｂ、ＣともにＴＪメサの埋め込み再成長によって半導体表面に段差ができている。図３（ａ）は、構造Ｂの定在波に対応しており、図３（ｂ）は構造Ｃの定在波に対応している。構造Ｃでは、定在波の腹に段差が位置しているので、半導体−誘電体間の大きな屈折率差および段差による散乱損失が大きい。一方、構造Ｂでは定在波の節に段差が位置しているので、半導体−誘電体間の屈折率差および段差による散乱が生じない。

本実施の形態に係る面発光レーザによって、面発光レーザの低しきい値および高出力化を実現できた。構造Ｃではコンタクト層に定在波の腹が存在しているので、光吸収損失を低減するためにコンタクト層を除去する必要があるけれども、構造Ｂではコンタクト層が定在波の節に存在しているので、必要な場合にコンタクト層の除去を行うことができ、光吸収損失の低減を目的として、コンタクト層の除去が不要となり、工程の簡素化が可能となる。

半導体層に接する誘電体ＤＢＲの第一層の材料としては、例えばＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｎＳ、ＺｒＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４等を用いることができる。発明者の実験によれば、これらいずれの材料を用いても、上記の実施例と同様に低しきい値、高出力化が可能であった。誘電体層上に成長される高屈折率層の材料として、ａ−Ｓｉ、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｎＳ、ＺｒＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４等を用いることができる。低屈折率層の材料として、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＦ_２等を用いることができる。

図２（ｂ）は、本実施の形態の一変形例に係る面発光半導体レーザの誘電体−分布ブラッグリフレクタの半導体との接合部分を示す図面である。第一の誘電体層１９ａが、２種類以上の高屈折率材料からなる第１および第２の誘電体膜１９ｃ、１９ｄからなることができる。第１の誘電体膜１９ｃはIII−Ｖ化合物半導体層２１と第２の誘電体膜１９ｄとの間に位置している。この第２の誘電体膜１９ｄの屈折率は、第１の誘電体膜１９ｃの屈折率と第２の平均屈折率ｎ_ＡＶ２との間の値である。これらの誘電体膜１９ｃ、１９ｄの総膜厚は、レーザ発振波長をλとしたとき、λ／（４×ｎ_ＡＶ１）である（ｎ_ＡＶ１：第１の誘電体層の第１の平均屈折率）。この誘電体ＤＢＲでも、上記の実施例と同様の結果が得られた。誘電体膜の様々な組み合わせにより、誘電体−分布ブラッグリフレクタを提供できる。平均屈折率は、第１の誘電体膜１９ｃの屈折率ｎ１、膜厚ｄ１および第２の誘電体膜１９ｄのための屈折率ｎ２、膜厚ｄ２を用いて、（ｄ１×ｎ１+ｄ２×ｎ２）／（ｄ１+ｄ２）と表される。

図４は、本実施の形態に係る面発光半導体レーザの変形例の構造を概略的に示す図面である。面発光半導体レーザ１１ａは、分布ブラッグリフレクタ２３を更に備えることができる。分布ブラッグリフレクタ２３は、第１のスペーサ層３３上に設けられており、交互に配列された第３および第４の半導体層２３ａ、２３ｂを含む。分布ブラッグリフレクタ２３は、誘電体ＤＢＲ１９およびIII−Ｖ化合物半導体層２１と一体となってハイブリッド分布ブラッグリフレクタ（Ｈ−ＤＢＲ）４１を構成する。Ｈ−ＤＢＲ４１と半導体ＤＢＲ１３とは光共振器を構成する。この面発光半導体レーザ１１ａにおいても、誘電体ＤＢＲ１９とIII−Ｖ化合物半導体層２１との界面２７には光定在波の電界の節になるので、光の散乱が低減される。この例では、コンタクト層２１は、Ｈ−ＤＢＲ４１の一部を構成するように、厚みλ／４ｎ（「ｎ」はコンタクト層の屈折率）に調整される。

また、分布ブラッグリフレクタ２３の最上層は、III−Ｖ化合物半導体層２１である。III−Ｖ化合物半導体層２１はコンタクト層であることができる。コンタクト層の膜厚はＤＢＲに合わせて調整される。この面発光半導体レーザ１１ａによれば、誘電体ＤＢＲ１９とIII−Ｖ化合物半導体層２１との界面２７には光定在波の電界の節になるので、コンタクト層２１による光吸収が低減される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、トンネル接合を含む接合領域のメサ形状に起因して誘電体ＤＢＲと半導体領域との界面における光散乱を低減可能な面発光半導体レーザが提供される。

図１に示されるように、接合領域（以下、「ＴＪメサ」と呼ぶ）１７を形成してから再成長によりＴＪメサを埋め込むと、半導体層２１の表面にＴＪメサの形状を反映した段差３１が形成される。段差３１の周囲は誘電体ＤＢＲ１９で囲まれるので、共振する光が大きな屈折率差によって散乱されて散乱損失が増大する可能性がある。

しかしながら、本発明の実施の形態によれば、光散乱の影響が低減される。つまり、半導体層の表面に、この半導体層の屈折率よりも低い屈折率であり、かつ誘電体ＤＢＲの低屈折率層よりも高い屈折率ｎを有する高屈折率層（厚さ：λ／４ｎ）を形成することによって、半導体層と誘電体ＤＢＲとの界面を定在波の節にする。半導体レーザの構造において屈折率差の最も大きい箇所を定在波の節にすることによって、段差による光散乱損失を最小限にとどめることが可能となる。また、コンタクト層が定在波の節に存在するので、吸収損がなくなる。これによってコンタクト層の除去工程が不要となり、作製プロセスが簡易化される。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

図１は、本実施の形態に係る面発光半導体レーザの構造を概略的に示す図面である。 図２は、面発光半導体レーザの誘電体−分布ブラッグリフレクタの半導体との接合部分を示す図面である。 図３は、面発光半導体レーザにおける定在波の電界強度の分布を示す図面である。 図４は、本実施の形態に係る面発光半導体レーザの変形例の構造を概略的に示す図面である。

符号の説明

１１、１１ａ…面発光半導体レーザ、１３…半導体ＤＢＲ、１５…活性層、１７…接合領域、１９…誘電体ＤＢＲ、２１…コンタクト層、２９…導電性基板、３７…第３のスペーサ層、３５…第２のスペーサ層、３３…第１のスペーサ層

Claims (8)

1. 交互に配列された第１および第２の半導体層を含む半導体−分布ブラッグリフレクタと、
   前記半導体−分布ブラッグリフレクタ上に設けられた活性層と、
   電流閉じ込めを行うように前記活性層上に設けられておりトンネルｐｎ接合を含む接合領域と、
   所定の軸の方向に周期的に設けられた屈折率変化を有しており誘電体からなる誘電体−分布ブラッグリフレクタと、
   前記接合領域と前記誘電体−分布ブラッグリフレクタとの間に設けられたIII−Ｖ化合物半導体層と
   を備え、
   前記誘電体−分布ブラッグリフレクタは、前記III−Ｖ化合物半導体層上に位置する第１の誘電体層と、該第１の誘電体層の直上に位置する第２の誘電体層とを含み、
   前記第１の誘電体層は、前記III−Ｖ化合物半導体層の屈折率より小さい第１の平均屈折率を有しており、
   前記第２の誘電体層は、前記第１の平均屈折率より小さい第２の平均屈折率を有する、ことを特徴とする面発光半導体レーザ。
2. 前記第１導電型半導体からなる半導体基板を更に備え、
   前記半導体−分布ブラッグリフレクタ、前記活性層、前記接合領域および前記III−Ｖ化合物半導体層は、前記半導体基板の主面上に成長されており、
   前記III−Ｖ化合物半導体層は前記接合領域に関連づけられた段差を有する、ことを特徴とする請求項１に記載された面発光半導体レーザ。
3. 前記誘電体−分布ブラッグリフレクタと前記III−Ｖ化合物半導体層との界面が当該面発光半導体レーザのレーザ光の電界の節に位置するように、前記半導体−分布ブラッグリフレクタと前記誘電体−分布ブラッグリフレクタとの間隔が設定されている、ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザ。
4. III−Ｖ化合物半導体からなり前記接合領域を埋め込む第１のスペーサ層を更に備え、
   前記III−Ｖ化合物半導体層は、前記第１のスペーサ層上に設けられたコンタクト層である、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザ。
5. 前記III−Ｖ化合物半導体層は、前記接合領域を埋め込む第１のスペーサ層であり、
   前記第１のスペーサ層の主面は、第１のエリアと前記第１のエリアを囲む第２のエリアとを含み、
   前記誘電体−分布ブラッグリフレクタは前記第１のエリア上に位置しており、
   当該面発光半導体レーザは、前記第１のスペーサ層の前記第２のエリア上に設けられたコンタクト層を含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザ。
6. III−Ｖ化合物半導体からなり前記接合領域を埋め込む第１のスペーサ層と、
   前記第１のスペーサ層上に設けられており、交互に配列された第３および第４の半導体層を含む分布ブラッグリフレクタと
   を更に備え、
   前記分布ブラッグリフレクタは、前記誘電体−分布ブラッグリフレクタと一体となってハイブリッド分布ブラッグリフレクタを構成し、
   前記ハイブリッド分布ブラッグリフレクタと前記半導体−分布ブラッグリフレクタとは光共振器を構成する、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザ。
7. 前記第１の誘電体層は、第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とを含み、
   前記第１の誘電体膜は、前記III−Ｖ化合物半導体層と前記第２の誘電体膜との間に位置しており、
   前記第２の誘電体膜の屈折率は、前記第１の誘電体膜の屈折率と前記第２の平均屈折率との間の値であり、
   前記第１の誘電体層の前記第１の平均屈折率ｎ_１であり、レーザ発振波長をλとしたとき、前記第１の誘電体層の膜厚は、λ／（４×ｎ_１）である、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザ。
8. 前記接合領域は、第１導電型半導体層と第２導電型半導体層とを含み、
   前記第２導電型半導体層の主面は、第１のエリアと前記第１のエリアを囲む第２のエリアとを含み、
   前記第１導電型半導体層は前記第１のエリア上に設けられている、ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザ。

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