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JP3881467B2 - Surface emitting laser - Google Patents

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JP3881467B2
JP3881467B2 JP33912198A JP33912198A JP3881467B2 JP 3881467 B2 JP3881467 B2 JP 3881467B2 JP 33912198 A JP33912198 A JP 33912198A JP 33912198 A JP33912198 A JP 33912198A JP 3881467 B2 JP3881467 B2 JP 3881467B2
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JP
Japan
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layer
ohmic contact
conductivity type
gaas
distributed bragg
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JP33912198A
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Japanese (ja)
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俊明 香川
裕行 植之原
功太 館野
修 忠永
主税 天野
長明 中島
光男 福田
達也 竹下
義夫 板屋
満 須郷
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NTT Electronics Corp
Nippon Telegraph and Telephone Corp
NTT Inc
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NTT Electronics Corp
Nippon Telegraph and Telephone Corp
NTT Inc
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板面に対して垂直方向に光を出射する面発光レーザに関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、光信号を用いた並列インターコネクションなどの応用のために、面発光レーザの開発が盛んに行われている。これは、面発光レーザの素子が、1次元および2次元的にアレイ化しやすいという特長を生かしたものである。しかし、これらの特長を生かすためには、それぞれのレーザ素子の光出力や素子抵抗が均一でなければならない。
この面発光レーザは、活性層の両側をp形とn形の分布型ブラッグ反射鏡(DBR)で挟んだ構造を有し、その反射鏡を積層した方向にレーザ光を出射する。現在、GaAs系の材料を用いた波長0.85μm帯面発光レーザが実用化されている。特に、活性層には、より効率よく発振できるGaAs量子井戸が用いられている。また、DBRには、光学長がλ/4のAlxGa1-xAsとAlyGa1-yAs(x>y)を交互に積層したものが用いられている。
【0003】
このような面発光レーザの構成を説明すると、図4に示すように、n形のGaAsからなる基板401上に、n形のGaAsからなるバッファ層402を介してn形のDBR403が形成されている。また、そのDBR403上には、ノンドープのAlGaAsからなる下部スペーサ404を介し、活性層405が形成されている。また、その活性層405上には、ノンドープのAlGaAsからなる上部スペーサ406を介し、p形のDBR407が形成されている。そして、そのDBR407上に、不純物を高濃度にドープしたGaAsからなるオーミックコンタクト層408を介し、オーミック接合した上部電極409が形成されている。また、基板401裏面には、やはりオーミック接合した下部電極410が形成されている。そして、溝を形成した後に絶縁材料を充填することなどにより、分離絶縁層411が電流狭窄および素子分離のために形成されている。
【0004】
ここで、DBR403,407は、前述したように、低屈折率のAlxGa1-xAsとそれに対して高屈折率のAlyGa1-yAsとを交互に積層した構造となっている。その、低屈折率のAlxGa1-xAsとしては、X=1としたAlAsまたは、X=0.9としたAl0.9Ga0.1Asなどが用いられている。また、高屈折率側のAlyGa1-yAsとしては、一般に、y>0.15とされている。このようにすることで、AlyGa1-yAsのバンドギャップを、発振光の光子エネルギーより大きくすることができ、レーザの発振光の吸収を防げることができる。
【0005】
また、レーザ発振を得るためには、反射鏡であるDBR403,407の反射率を99%以上とする必要がある。このため、レーザを出射する側のDBR407は、AlxGa1-xAsとAlyGa1-yAsとの組を、20組程度積層した構造とする。また、その反対側のDBR403は、30組程度積層した構造とする。
また、そのDBR403,407に電流を流す際に、AlxGa1-xAsとAlyGa1-yAsとのヘテロ界面のバンド不連続によって電気抵抗が大きくなるのを防ぐために、その不純物濃度を1018cm-3以上とするようにしている。加えて、バンドギャップの異なるDBR403,407との界面に、中間的なバンドギャップを持つAlGaAsの層か、Alの組成比が徐々に変化しているグレーディド層を入れるようにしてもよい。
【0006】
ところで、前述したように、DBR407の最表面には、その上に電流を流すために、上部電極409をオーミック接合して形成する必要がある。このために、DBR407上には、不純物を高濃度にドープしたGaAsからなるオーミックコンタクト層408を備えるようにしている。これは次に示す理由による。すなわち、DBRを構成している高屈折率のAlGaAsは、Alを含んでいるために容易に酸化されやすい。そして、その酸化された状態の上には、金属電極を良好にオーミック接合することが非常に困難だからである。
ここで、そのオーミックコンタクト層408も反射鏡の1層として用いるため、その層の厚さは、光学長をλ/4とするために60nm程度としている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、その従来の面発光レーザには、次に示すような問題点があった。
まず、上述した、オーミック電極形成のための最上層のGaAs層(オーミックコンタクト層)は、レーザ光を吸収するため、出力できるレーザ光の光強度を低減させてしまうという問題があった。また、このように出射されるレーザ光を吸収するので、このGaAsの層が形成されている表面の温度が上昇してしまう。このため、素子表面が酸化されやすくなり、素子の信頼性が損なわれることになる。
【0008】
また、前述した素子においては、上部電極409形成のためのエッチング加工になどにおいて、本来はエッチング対象ではないGaAsの層も、多少はエッチングされるために薄くなる場合がある。このように、そのGaAsの層がエッチングされてしまうと、これがDBRの一部を構成しているため、DBRの反射率が低下することになる。特に、GaAsの層は最上層に配置されるため、そのGaAsの層と空気との屈折率差が大きく、この面での反射率が大きい。Lこのため、GaAsの層の厚さの変動は、反射光の位相の変動になり、DBRの反射率に大きな影響を与えてしまう。このように、DBRの反射率が低下すると、レーザ発振の閾値電流の増加を招き、最悪の場合はレーザが発振しなくなる。
【0009】
この発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、面発光レーザが、より安定してレーザ発振できるようにすることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明の面発光レーザは、GaAsからなる基板上に形成された第1導電形を有する第1の分布型ブラッグ反射鏡と、この第1の分布型ブラッグ反射鏡上に形成された活性層と、この活性層上に形成された第2導電形を有する第2の分布型ブラッグ反射鏡と、この第2の分布型ブラッグ反射鏡上に形成された第2導電形のInGaPからなる保護層と、この保護層上に部分的に形成されたGaAsからなるオーミックコンタクト層と、このオーミックコンタクト層にオーミック接合して形成された金属からなる上部電極と、基板裏面にオーミック接合して形成された金属からなる下部電極とを備え、第1の分布ブラッグ反射鏡は、第1導電形のAlGaAsからなる第1の半導体層とこの第1の半導体層とは異なるアルミニウム組成を有して第1の半導体層より高い屈折率の第1導電形のAlGaAsからなる第2の半導体層とが交互に積層され、第2の分布ブラッグ反射鏡は、第2導電形のAlGaAsからなる第3の半導体層とこの第3の半導体層とは異なるアルミニウム組成を有して第3の半導体層より高い屈折率の第2導電形のAlGaAsからなる第4の半導体層とが交互に積層され、その最上層には、第3の半導体層が配置され、第1〜第4の半導体層および保護層の光学長は、活性層より得られる発振光の波長の1/4に形成され、オーミックコンタクト層は、その光学長が上記波長の1/2の整数倍に形成されているようにした。
このように構成したので、レーザが出射される端面には、InGaPからなる保護層が配置されることになる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図1は、この発明の実施の形態における面発光レーザの構成を示す断面図である。この面発光レーザの構成に関して説明すると、n形のGaAsからなる基板101上に、n形のGaAsからなるバッファ層102を介してn形のDBR(分布型ブラッグ反射鏡)103が形成されている。基板101は一度大気に晒されるなどにより、表面の清浄度が劣化しているので、バッファ層102を形成し、引き続き同一装置内でDBR103を形成するようにしている。
【0012】
そのDBR103は、Siをドープすることでn形としたAl0.9Ga0.1Asからなる膜厚69nmの低屈折率層と、やはりSiをドープすることでn形としたAl0.15Ga0.85Asからなる膜厚62nmの高屈折率層とが交互に積層されている。また、その低屈折率層と高屈折率層とが37組積層されている。また、低屈折率層と高屈折率層のそれぞれの層の光学長は、レーザの発振波長λの1/4となっている。
【0013】
また、そのDBR103上には、ノンドープのAl0.5Ga0.5Asからなる下部スペーサ104を介し、活性層105が形成されている。この活性層105は、ノンドープのGaAsからなる厚さ8nmの量子井戸層と、ノンドープのAl0.3Ga0.7Asからなる厚さ10nmの障壁層とからなる多重量子井戸構造となっている。
また、その活性層105上には、ノンドープのAl0.5Ga0.5Asからなる上部スペーサ106を介し、p形のDBR107が形成されている。
ここで、下部スペーサ104と上部スペーサ106との合計の膜厚が88nmとされている。そして、下部スペーサ104,活性層105,および,上部スペーサ106全体の光学長が、所望とする発振波長に等しく設計されている。
【0014】
また、DBR107は、Cをドープすることでp形としたAl0.9Ga0.1Asからなる膜厚69nmの低屈折率層と、やはりCをドープすることでp形としたAl0.15Ga0.85Asからなる膜厚62nmの高屈折率層とが交互に積層されている。また、その低屈折率層と高屈折率層とが23組積層されている。また、低屈折率層と高屈折率層のそれぞれの層の光学長は、レーザの発振波長λの1/4となっている。
【0015】
そして、この実施の形態においては、そのDBR107上に、不純物としてZnをドープしたp形のInGaPからなる厚さ64nmの保護層108を備えるようにした。ここで、その保護層108は、光学長がレーザの発振波長λの1/4となっているようにした。
加えて、その保護層108上にオーミックコンタクト層109を介し、これにオーミック接合した上部電極110を備えるようにした。そのオーミックコンタクト層109は、オーミックコンタクトをとるために、Cをドープすることでp形としたGaAsからなり、膜厚236nmに形成されているようにした。また、上部電極110は、AuZnNiから構成されている。なお、そのオーミックコンタクト層109は上部電極110が形成されている領域の下にのみ配置されているようにした。
【0016】
また、その上部電極110が形成された領域への電流狭窄のためと素子分離のためとに、ポリイミドからなる分離絶縁層121が形成されている。この分離絶縁層121で分離された領域が、1つの素子領域となる。この分離絶縁層121が、たとえば、基板101上で格子状に形成されれば、その格子の中に1つの面発光レーザ素子が形成され、結果として、複数の面発光レーザがアレイ状に基板101上に形成された状態が得られる。
なお、図1に示すように、基板101裏面には、AuGeNiからなるオーミック接合した下部電極111が形成されている。
【0017】
次に、上述した面発光レーザのレーザ出射部の最表面に関して説明する。レーザ出射部の最表面は、図2(a)に示すように、・・・高屈折率層107b,低屈折率層107a,高屈折率層107b,低屈折率層107a,保護層108と積層され、その上に、オーミックコンタクト層109を介して上部電極110が形成されている。ここで、それら各層における屈折率は、図2(b)に示すようになり、最上層のInGaPからなる保護層108下には、これよりの屈折率の小さいAl0.9Ga0.1Asからなる低屈折率層107aがある。したがって、保護層108上の空気の層を含め、保護層108からDBR107は、屈折率が大小交互に変化した状態となっている。
【0018】
ところで、たとえば、上部電極110およびオーミックコンタクト層109のパターン形成は、オーミックコンタクト層109を構成しているGaAsの膜とAuZnNiの膜とを、保護層108上に形成した後、これらをパターニングすることで行っている。
ここで、それら溝やパターンの加工は、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて行っている。
図4に示した従来の場合、上部電極409の下には、反射鏡の1層として用いているオーミックコンタクト層408が存在し、この上面が上部電極409の加工時に露出することになる。したがって、その上部電極409の加工時に、オーミックコンタクト層408が若干エッチングされ、膜厚が減少する場合がある。このため、反射鏡の反射率が低下するという問題が発生する場合がある。
【0019】
しかしながら、この実施の形態では、上部電極110の形成時には、下部にオーミックコンタクト層109となるGaAsの層が存在している。そして、この層は、反射鏡の一部としては用いない。反射鏡の一部として用いる保護層108は、そのGaAsの層の下にある。したがって、反射鏡の一部として用いる保護層108は、上部電極110の形成時に、何ら影響を受けない。すなわち、この実施の形態によれば、上部電極110の形成時に、反射鏡の反射率が低下してしまうことがない。
【0020】
また、オーミックコンタクト層109のパターン形成では、GaAs膜を所定のマスクパターンを用い、H2SO4+H22+H20のエッチング液によるウエットエッチングを用いるようにしている。このエッチング液では、InGaPは全くエッチングされないので、保護層108は、オーミックコンタクト層109の加工時にも影響を受けない。
そして、オーミックコンタクト層109や上部電極110の形成は、面発光レーザの最後のプロセスとなる。したがって、保護層108は、最後までオーミックコンタクト層109となるGaAs膜に保護された状態となっている。すなわち、この実施の形態によれば、保護層108は、成膜時の膜厚を最後まで変化せずに保持することができる。
【0021】
ところで、面発光レーザの製造においては、上部電極となる金属膜を形成する前の段階で、各層のエピタキシャル成長後ウエハの検査を行うようにしている。この検査では、一般には、そのウエハ上面から光を照射し、そのときの反射スペクトルを測定するようにしている。反射スペクトルの測定の結果が、所定の値となっているかどうかで、検査の良否を判定するようにしている。
【0022】
図3は、前述したこの実施の形態1における保護層108のInGaPの膜までエピタキシャル成長したウエハの反射スペクトルを示す特性図である。図3において、0.82〜0.88μmの範囲がDBRのストップバンドであり、この領域において100%に近い反射率が得られていることがわかる。また、そのストップバンドの中心部のきわめて狭い波長域で、反射率が小さくなっている。これは、この実施の形態における共振器構造の共振波長である。この共振波長が発振するレーザの波長となる。したがって、それらの検査により、共振波長と反射スペクトルの減小の半値幅が、設計値通りになっていれば、検査対象のウエハは、引き続いて素子形成のプロセスを継続することになる。
【0023】
上述したウエハ検査の段階では、オーミックコンタクト層109となるGaAsの層が、ウエハ(基板101)全域にわたって存在しているため、測定する反射スペクトルに影響を与える。ここで、前述したように、この実施の形態では、オーミックコンタクト層109の膜厚は236nmとした。すなわち、そのGaAsの膜は、その膜の光学長を、発振波長のλに等しくした。これは、光学長が発振波長のλ/2の整数倍となっている。
【0024】
一般に、そのGaAsの層の光学長を、λ/2の整数倍にすれば、その層の上の空気とGaAsの層との境界で反射される光と、保護層108の下のDBRから反射される光とが同位相となる。一方、そのGaAsの層とその下の保護層108との間の界面で反射される光は、それらと逆位相になる。しかし、GaAsの層とその下の保護層108との屈折率の差は小さいため、その反射光の影響はほとんど無視できる。
したがって、オーミックコンタクト層となるGaAsの膜が全域についた状態でも、反射スペクトルはそれば内場合とほとんど変わらない。すなわち、オーミックコンタクト層となるGaAsの膜が全域についた状態でも、上述した検査には何ら支障を来さない。
【0025】
また、オーミックコンタクト層109は、236nmと厚く形成できるので、上部電極110とのアロイ型のオーミック接合を十分厚くしても、それが保護層108にまで到達することがない。したがって、上部電極110の接合を十分に抵抗を下げた状態で行える。また、オーミック接合した上部電極110の接触抵抗を均一にできるので、光出力などの素子特性のバラツキを押さえることもできる。
なお、上述した実施の形態では、分離絶縁層121による分離構造(電流狭窄構造)としたが、これに限るものではない。イオン注入による不純物の導入による電流狭窄構造や、AlAs層の選択酸化による電流狭窄構造としてもよいことはいうまでもない。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明では、GaAsからなる基板上に形成された第1導電形を有する第1の分布型ブラッグ反射鏡と、この第1の分布型ブラッグ反射鏡上に形成された活性層と、この活性層上に形成された第2導電形を有する第2の分布型ブラッグ反射鏡と、この第2の分布型ブラッグ反射鏡上に形成された第2導電形のInGaPからなる保護層と、この保護層上に部分的に形成されたGaAsからなるオーミックコンタクト層と、このオーミックコンタクト層にオーミック接合して形成された金属からなる上部電極と、基板裏面にオーミック接合して形成された金属からなる下部電極とを備え、第1の分布ブラッグ反射鏡は、第1導電形のAlGaAsからなる第1の半導体層とこの第1の半導体層とは異なるアルミニウム組成を有して第1の半導体層より高い屈折率の第1導電形のAlGaAsからなる第2の半導体層とが交互に積層され、第2の分布ブラッグ反射鏡は、第2導電形のAlGaAsからなる第3の半導体層とこの第3の半導体層とは異なるアルミニウム組成を有して第3の半導体層より高い屈折率の第2導電形のAlGaAsからなる第4の半導体層とが交互に積層され、その最上層には、第3の半導体層が配置され、第1〜第4の半導体層および保護層の光学長は、活性層より得られる発振光の波長の1/4に形成され、オーミックコンタクト層は、その光学長が上記波長の1/2の整数倍に形成されているようにした。
【0027】
このように構成したので、レーザが出射される端面には、InGaPからなる保護層が配置されることになる。すなわち、レーザが出射される端面には、レーザ光を吸収するGaAsがない。したがって、この発明によれば、まず、レーザ出射時の素子表面の温度上昇を抑制できるようになり、より安定してレーザが発振できるようになる。
また、上記の構成では、保護層上に部分的に形成されたGaAsからなるオーミックコンタクト層を介し、これにオーミック接合する上部電極が形成されているようにした。この部分的に形成されたオーミックコンタクト層は、保護層の上全域にGaAsの層を形成した後、パターン加工して形成することになる。ここで、このパターン加工時には、すでに、上部電極は形成されている。また、GaAsのパターン加工では、InGaPと高い選択比を持たせることができる。すなわち、上述した構成の面発光レーザ作製のプロセス途中では、保護層はほとんど膜厚が変化するような影響を受けない。したがって、この発明によれば、DBRの反射率を低下させることなく素子が形成できるので、より安定してレーザが発振できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態における面発光レーザの構成を示す断面図である。
【図2】 図1の面発光レーザのレーザ出射部の最表面における屈折率に関して示す説明図である。
【図3】 検査のための反射スペクトルの測定結果を示す特性図である。
【図4】 従来よりある面発光レーザの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
101…基板、102…バッファ層、103…DBR(分布型ブラッグ反射鏡)、104…下部スペーサ、105…活性層、106…上部スペーサ、107…DBR、108…保護層、109…オーミックコンタクト層、110…上部電極、111…下部電極、121…分離絶縁層。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface emitting laser that emits light in a direction perpendicular to a substrate surface.
[0002]
[Prior art]
Currently, surface emitting lasers are actively developed for applications such as parallel interconnection using optical signals. This takes advantage of the feature that the surface emitting laser elements are easily arrayed one-dimensionally and two-dimensionally. However, in order to take advantage of these features, the light output and element resistance of each laser element must be uniform.
This surface-emitting laser has a structure in which both sides of an active layer are sandwiched between p-type and n-type distributed Bragg reflectors (DBR), and emits laser light in the direction in which the reflectors are stacked. Currently, a 0.85 μm band surface emitting laser using a GaAs-based material has been put into practical use. In particular, a GaAs quantum well that can oscillate more efficiently is used for the active layer. In addition, the DBR, which optical length is laminated lambda / 4 of the Al x Ga 1-x As and Al y Ga 1 -y As the (x> y) are alternately used.
[0003]
The structure of such a surface emitting laser will be described. As shown in FIG. 4, an n-type DBR 403 is formed on a substrate 401 made of n-type GaAs via a buffer layer 402 made of n-type GaAs. Yes. An active layer 405 is formed on the DBR 403 through a lower spacer 404 made of non-doped AlGaAs. A p-type DBR 407 is formed on the active layer 405 via an upper spacer 406 made of non-doped AlGaAs. On the DBR 407, an upper electrode 409 having an ohmic contact is formed via an ohmic contact layer 408 made of GaAs doped with impurities at a high concentration. A lower electrode 410 that is also ohmic-bonded is formed on the back surface of the substrate 401. Then, the isolation insulating layer 411 is formed for current confinement and element isolation by filling the insulating material after forming the trench.
[0004]
Here, as described above, the DBRs 403 and 407 have a structure in which Al x Ga 1-x As having a low refractive index and Al y Ga 1-y As having a high refractive index are alternately stacked. . As the low refractive index Al x Ga 1-x As, AlAs with X = 1, Al 0.9 Ga 0.1 As with X = 0.9, or the like is used. Further, as Al y Ga 1-y As on the high refractive index side, generally y> 0.15 is set. In this way, the bandgap of Al y Ga 1-y As, can be larger than the photon energy of the oscillation light, it is possible to prevent the absorption of the laser oscillation light.
[0005]
Further, in order to obtain laser oscillation, it is necessary to set the reflectivity of the DBRs 403 and 407, which are reflecting mirrors, to 99% or more. Therefore, the DBR 407 on the laser emission side has a structure in which about 20 sets of Al x Ga 1-x As and Al y Ga 1-y As are stacked. The DBR 403 on the opposite side has a structure in which about 30 sets are stacked.
Further, when a current is passed through the DBRs 403 and 407, in order to prevent an increase in electrical resistance due to band discontinuity at the heterointerface between Al x Ga 1-x As and Al y Ga 1-y As, the impurity concentration Of 10 18 cm −3 or more. In addition, an AlGaAs layer having an intermediate band gap or a graded layer in which the Al composition ratio is gradually changed may be inserted at the interface with the DBRs 403 and 407 having different band gaps.
[0006]
By the way, as described above, the upper electrode 409 needs to be formed on the outermost surface of the DBR 407 by ohmic junction in order to allow current to flow thereover. For this purpose, an ohmic contact layer 408 made of GaAs doped with impurities at a high concentration is provided on the DBR 407. This is for the following reason. That is, the high refractive index AlGaAs constituting the DBR is easily oxidized because it contains Al. This is because it is very difficult to satisfactorily ohmic-join the metal electrode on the oxidized state.
Here, since the ohmic contact layer 408 is also used as one layer of the reflecting mirror, the thickness of the layer is set to about 60 nm in order to set the optical length to λ / 4.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional surface emitting laser has the following problems.
First, the GaAs layer (ohmic contact layer), which is the uppermost layer for forming an ohmic electrode, absorbs laser light, so that there is a problem of reducing the light intensity of laser light that can be output. Further, since the laser beam emitted in this way is absorbed, the temperature of the surface on which the GaAs layer is formed rises. For this reason, the surface of the element is easily oxidized, and the reliability of the element is impaired.
[0008]
Further, in the above-described element, a GaAs layer that is not originally an etching target may be thinned to some extent in etching processing for forming the upper electrode 409 or the like. Thus, if the GaAs layer is etched, this constitutes a part of the DBR, so that the reflectivity of the DBR decreases. In particular, since the GaAs layer is disposed as the uppermost layer, the difference in refractive index between the GaAs layer and air is large, and the reflectance at this surface is large. L For this reason, the variation in the thickness of the GaAs layer becomes a variation in the phase of the reflected light, which greatly affects the reflectivity of the DBR. Thus, when the reflectivity of the DBR decreases, the threshold current for laser oscillation increases, and in the worst case, the laser does not oscillate.
[0009]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to enable a surface emitting laser to oscillate more stably.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A surface emitting laser according to the present invention includes a first distributed Bragg reflector having a first conductivity type formed on a substrate made of GaAs, and an active layer formed on the first distributed Bragg reflector. A second distributed Bragg reflector having the second conductivity type formed on the active layer, and a protective layer made of InGaP having the second conductivity type formed on the second distributed Bragg reflector; An ohmic contact layer made of GaAs partially formed on the protective layer, an upper electrode made of metal formed by ohmic contact with the ohmic contact layer, and a metal formed by ohmic contact on the back surface of the substrate and a lower electrode made of a first distributed Bragg reflector has a different aluminum composition than the first semiconductor layer made of AlGaAs of a first conductivity type as the first semiconductor layer The second semiconductor layer made of AlGaAs of the first conductivity type having a higher refractive index than that of the first semiconductor layer is alternately stacked, and the second distributed Bragg reflector is made of the third semiconductor made of AlGaAs of the second conductivity type. a fourth semiconductor layer are stacked alternately made of AlGaAs of a second conductivity type third higher refractive index than the semiconductor layer of a different aluminum composition than the semiconductor layer and the third semiconductor layer, the outermost A third semiconductor layer is disposed in the upper layer, and the optical lengths of the first to fourth semiconductor layers and the protective layer are formed to ¼ of the wavelength of oscillation light obtained from the active layer , and the ohmic contact layer is The optical length is formed to be an integral multiple of 1/2 of the above wavelength .
Since it comprised in this way, the protective layer which consists of InGaP will be arrange | positioned at the end surface from which a laser is radiate | emitted.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a surface emitting laser according to an embodiment of the present invention. The configuration of this surface emitting laser will be described. An n-type DBR (distributed Bragg reflector) 103 is formed on a substrate 101 made of n-type GaAs via a buffer layer 102 made of n-type GaAs. . Since the surface cleanliness of the substrate 101 has deteriorated due to exposure to the atmosphere once, the buffer layer 102 is formed, and the DBR 103 is subsequently formed in the same apparatus.
[0012]
The DBR 103 includes a 69 nm-thick low refractive index layer made of Al 0.9 Ga 0.1 As made n-type by doping Si, and a film made of Al 0.15 Ga 0.85 As made n-type by doping Si. High refractive index layers having a thickness of 62 nm are alternately stacked. In addition, 37 sets of the low refractive index layer and the high refractive index layer are laminated. The optical length of each of the low refractive index layer and the high refractive index layer is 1/4 of the laser oscillation wavelength λ.
[0013]
An active layer 105 is formed on the DBR 103 via a lower spacer 104 made of non-doped Al 0.5 Ga 0.5 As. The active layer 105 has a multiple quantum well structure composed of an 8 nm thick quantum well layer made of non-doped GaAs and a 10 nm thick barrier layer made of non-doped Al 0.3 Ga 0.7 As.
A p-type DBR 107 is formed on the active layer 105 via an upper spacer 106 made of non-doped Al 0.5 Ga 0.5 As.
Here, the total film thickness of the lower spacer 104 and the upper spacer 106 is 88 nm. The optical lengths of the lower spacer 104, the active layer 105, and the upper spacer 106 as a whole are designed to be equal to the desired oscillation wavelength.
[0014]
The DBR 107 is made of a low-refractive index layer having a thickness of 69 nm made of Al 0.9 Ga 0.1 As made p-type by doping C and Al 0.15 Ga 0.85 As made p-type by doping C. High refractive index layers having a thickness of 62 nm are alternately stacked. Moreover, 23 sets of the low refractive index layer and the high refractive index layer are laminated | stacked. The optical length of each of the low refractive index layer and the high refractive index layer is 1/4 of the laser oscillation wavelength λ.
[0015]
In this embodiment, a protective layer 108 having a thickness of 64 nm made of p-type InGaP doped with Zn as an impurity is provided on the DBR 107. Here, the optical length of the protective layer 108 was set to ¼ of the laser oscillation wavelength λ.
In addition, an upper electrode 110 is formed on the protective layer 108 via an ohmic contact layer 109 and ohmic-bonded thereto. The ohmic contact layer 109 is made of p-type GaAs doped with C in order to make an ohmic contact, and has a thickness of 236 nm. The upper electrode 110 is made of AuZnNi. The ohmic contact layer 109 is disposed only under the region where the upper electrode 110 is formed.
[0016]
Further, an isolation insulating layer 121 made of polyimide is formed for current confinement to the region where the upper electrode 110 is formed and for element isolation. A region separated by the isolation insulating layer 121 becomes one element region. For example, if the isolation insulating layer 121 is formed in a lattice shape on the substrate 101, one surface emitting laser element is formed in the lattice, and as a result, a plurality of surface emitting lasers are arrayed in the substrate 101. The state formed above is obtained.
As shown in FIG. 1, an ohmic-junction lower electrode 111 made of AuGeNi is formed on the back surface of the substrate 101.
[0017]
Next, the outermost surface of the laser emitting portion of the surface emitting laser described above will be described. As shown in FIG. 2 (a), the outermost surface of the laser emitting portion is laminated with a high refractive index layer 107b, a low refractive index layer 107a, a high refractive index layer 107b, a low refractive index layer 107a, and a protective layer 108. On top of this, an upper electrode 110 is formed via an ohmic contact layer 109. Here, the refractive index in each of these layers is as shown in FIG. 2 (b). Below the protective layer 108 made of InGaP, which is the uppermost layer, a low refractive index made of Al 0.9 Ga 0.1 As having a smaller refractive index than this. There is a rate layer 107a. Therefore, the refractive index of the protective layer 108 to the DBR 107 including the air layer on the protective layer 108 is changed alternately in magnitude.
[0018]
By the way, for example, the upper electrode 110 and the ohmic contact layer 109 are patterned by forming a GaAs film and an AuZnNi film constituting the ohmic contact layer 109 on the protective layer 108 and then patterning them. Is going on.
Here, the processing of these grooves and patterns is performed using a known photolithography technique and etching technique.
In the conventional case shown in FIG. 4, there is an ohmic contact layer 408 used as one layer of a reflecting mirror under the upper electrode 409, and this upper surface is exposed when the upper electrode 409 is processed. Therefore, when the upper electrode 409 is processed, the ohmic contact layer 408 is slightly etched, and the film thickness may decrease. For this reason, the problem that the reflectance of a reflective mirror falls may generate | occur | produce.
[0019]
However, in this embodiment, when the upper electrode 110 is formed, a GaAs layer serving as the ohmic contact layer 109 exists below. This layer is not used as a part of the reflecting mirror. A protective layer 108 used as part of the reflector is underneath the GaAs layer. Therefore, the protective layer 108 used as a part of the reflecting mirror is not affected at all when the upper electrode 110 is formed. That is, according to this embodiment, the reflectance of the reflecting mirror does not decrease when the upper electrode 110 is formed.
[0020]
In the pattern formation of the ohmic contact layer 109, a predetermined mask pattern is used for the GaAs film, and wet etching with an etchant of H 2 SO 4 + H 2 0 2 + H 2 0 is used. Since this etching solution does not etch InGaP at all, the protective layer 108 is not affected when the ohmic contact layer 109 is processed.
The formation of the ohmic contact layer 109 and the upper electrode 110 is the last process of the surface emitting laser. Therefore, the protective layer 108 is protected by the GaAs film that becomes the ohmic contact layer 109 until the end. That is, according to this embodiment, the protective layer 108 can hold the film thickness at the time of film formation without changing to the end.
[0021]
By the way, in the manufacture of the surface emitting laser, the wafer is inspected after epitaxial growth of each layer at a stage before the metal film to be the upper electrode is formed. In this inspection, light is generally irradiated from the upper surface of the wafer, and the reflection spectrum at that time is measured. The quality of the inspection is determined based on whether or not the result of the reflection spectrum measurement is a predetermined value.
[0022]
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the reflection spectrum of the wafer epitaxially grown up to the InGaP film of the protective layer 108 in the first embodiment described above. In FIG. 3, the range of 0.82 to 0.88 μm is the DBR stopband, and it can be seen that a reflectance close to 100% is obtained in this region. In addition, the reflectance is small in a very narrow wavelength region at the center of the stop band. This is the resonance wavelength of the resonator structure in this embodiment. This resonance wavelength is the wavelength of the oscillating laser. Therefore, if the half-value width of the decrease in the resonance wavelength and the reflection spectrum is as designed by these inspections, the wafer to be inspected continues the element formation process.
[0023]
In the above-described wafer inspection stage, the GaAs layer serving as the ohmic contact layer 109 is present over the entire wafer (substrate 101), and therefore affects the reflection spectrum to be measured. Here, as described above, in this embodiment, the film thickness of the ohmic contact layer 109 is 236 nm. In other words, the optical length of the GaAs film was made equal to the oscillation wavelength λ. This is because the optical length is an integral multiple of λ / 2 of the oscillation wavelength.
[0024]
In general, if the optical length of the GaAs layer is an integral multiple of λ / 2, the light reflected at the boundary between the air above the layer and the GaAs layer and the DBR below the protective layer 108 are reflected. The phase of the emitted light is the same. On the other hand, the light reflected at the interface between the GaAs layer and the protective layer 108 therebelow has the opposite phase. However, since the difference in refractive index between the GaAs layer and the protective layer 108 thereunder is small, the influence of the reflected light is almost negligible.
Accordingly, even when the GaAs film serving as the ohmic contact layer is attached to the entire region, the reflection spectrum is almost the same as that in the inner case. That is, even when the GaAs film serving as the ohmic contact layer is attached to the entire area, the above-described inspection is not hindered.
[0025]
In addition, since the ohmic contact layer 109 can be formed as thick as 236 nm, even if the alloy ohmic contact with the upper electrode 110 is sufficiently thick, it does not reach the protective layer 108. Therefore, the upper electrode 110 can be joined with the resistance sufficiently lowered. In addition, since the contact resistance of the upper electrode 110 with ohmic contact can be made uniform, variations in element characteristics such as light output can be suppressed.
In the above-described embodiment, the isolation structure (current confinement structure) using the isolation insulating layer 121 is described, but the present invention is not limited to this. Needless to say, a current confinement structure by introducing impurities by ion implantation or a current confinement structure by selective oxidation of the AlAs layer may be used.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the first distributed Bragg reflector having the first conductivity type formed on the substrate made of GaAs, and the active formed on the first distributed Bragg reflector. A protective layer comprising: a second distributed Bragg reflector having a second conductivity type formed on the active layer; and a second conductivity type InGaP formed on the second distributed Bragg reflector. An ohmic contact layer made of GaAs partially formed on the protective layer, an upper electrode made of metal formed by ohmic contact with the ohmic contact layer, and an ohmic contact formed on the back surface of the substrate. and a lower electrode made of a metal, the first distributed Bragg reflector, different aluminum sets the first semiconductor layer made of AlGaAs of a first conductivity type as the first semiconductor layer And second semiconductor layers made of AlGaAs of the first conductivity type having a higher refractive index than that of the first semiconductor layer, and the second distributed Bragg reflector is made of AlGaAs of the second conductivity type. becomes the third semiconductor layer and stacked in the third fourth semiconductor layer is alternating composed of different have an aluminum composition of the third of the second conductivity type of a higher refractive index than the semiconductor layer AlGaAs and a semiconductor layer In the uppermost layer, the third semiconductor layer is disposed, and the optical lengths of the first to fourth semiconductor layers and the protective layer are formed to ¼ of the wavelength of the oscillation light obtained from the active layer , The ohmic contact layer was formed so that its optical length was an integral multiple of 1/2 of the above wavelength .
[0027]
Since it comprised in this way, the protective layer which consists of InGaP will be arrange | positioned at the end surface from which a laser is radiate | emitted. That is, there is no GaAs that absorbs laser light at the end face from which the laser is emitted. Therefore, according to the present invention, first, it becomes possible to suppress the temperature rise of the element surface during laser emission, and the laser can oscillate more stably.
Further, in the above configuration, the upper electrode that is in ohmic contact with the GaAs ohmic contact layer partially formed on the protective layer is formed. This partially formed ohmic contact layer is formed by patterning after forming a GaAs layer over the entire protective layer. Here, at the time of this pattern processing, the upper electrode has already been formed. In addition, GaAs pattern processing can have a high selection ratio with InGaP. That is, the protective layer is hardly affected by the change in film thickness during the process of manufacturing the surface emitting laser having the above-described configuration. Therefore, according to the present invention, an element can be formed without reducing the reflectivity of the DBR, so that the laser can oscillate more stably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a surface emitting laser according to an embodiment of the present invention.
2 is an explanatory diagram showing a refractive index on the outermost surface of a laser emitting portion of the surface emitting laser of FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a measurement result of a reflection spectrum for inspection.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional surface emitting laser.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Substrate, 102 ... Buffer layer, 103 ... DBR (distributed Bragg reflector), 104 ... Lower spacer, 105 ... Active layer, 106 ... Upper spacer, 107 ... DBR, 108 ... Protective layer, 109 ... Ohmic contact layer, 110: upper electrode, 111: lower electrode, 121: isolation insulating layer.

Claims (2)

GaAsからなる基板上に形成された第1導電形を有する第1の分布型ブラッグ反射鏡と、
この第1の分布型ブラッグ反射鏡上に形成された活性層と、
この活性層上に形成された第2導電形を有する第2の分布型ブラッグ反射鏡と、
この第2の分布型ブラッグ反射鏡上に形成された第2導電形のInGaPからなる保護層と、
この保護層上に部分的に形成されたGaAsからなるオーミックコンタクト層と、
このオーミックコンタクト層にオーミック接合して形成された金属からなる上部電極と、
前記基板裏面にオーミック接合して形成された金属からなる下部電極と
を備え、
前記第1の分布ブラッグ反射鏡は、
第1導電形のAlGaAsからなる第1の半導体層とこの第1の半導体層とは異なるアルミニウム組成を有して前記第1の半導体層より高い屈折率の第1導電形のAlGaAsからなる第2の半導体層とが交互に積層され、
前記第2の分布ブラッグ反射鏡は、
第2導電形のAlGaAsからなる第3の半導体層とこの第3の半導体層とは異なるアルミニウム組成を有して前記第3の半導体層より高い屈折率の第2導電形のAlGaAsからなる第4の半導体層とが交互に積層され、その最上層には、前記第3の半導体層が配置され、
前記第1〜第4の半導体層および前記保護層の光学長は、前記活性層より得られる発振光の波長の1/4に形成され
前記オーミックコンタクト層は、その光学長が前記波長の1/2の整数倍に形成され
たことを特徴とする面発光レーザ。
A first distributed Bragg reflector having a first conductivity type formed on a substrate made of GaAs;
An active layer formed on the first distributed Bragg reflector;
A second distributed Bragg reflector having a second conductivity type formed on the active layer;
A protective layer made of InGaP of the second conductivity type formed on the second distributed Bragg reflector;
An ohmic contact layer made of GaAs partially formed on the protective layer;
An upper electrode made of metal formed by ohmic contact with the ohmic contact layer;
A lower electrode made of metal formed by ohmic bonding to the back surface of the substrate,
The first distributed Bragg reflector is
Second composed of different have an aluminum composition of the first conductivity type higher refractive index than the first semiconductor layer AlGaAs and the first semiconductor layer made of AlGaAs of a first conductivity type as the first semiconductor layer The semiconductor layers are alternately stacked,
The second distributed Bragg reflector is
A third semiconductor layer made of AlGaAs of the second conductivity type and a fourth semiconductor made of AlGaAs of the second conductivity type having an aluminum composition different from that of the third semiconductor layer and having a higher refractive index than the third semiconductor layer. And the third semiconductor layer is arranged on the uppermost layer,
The optical lengths of the first to fourth semiconductor layers and the protective layer are formed to ¼ of the wavelength of oscillation light obtained from the active layer ,
The surface-emitting laser , wherein the ohmic contact layer has an optical length that is an integral multiple of 1/2 of the wavelength .
請求項記載の面発光レーザにおいて、
前記活性層を挾むように配置されたAlGaAsからなるスペーサ層を備え、
前記活性層および前記スペーサ層全体の光学長は前記光の波長に等しいことを特徴とする面発光レーザ。
The surface emitting laser according to claim 1 , wherein
A spacer layer made of AlGaAs disposed so as to sandwich the active layer;
The surface emitting laser according to claim 1, wherein an optical length of the entire active layer and the spacer layer is equal to a wavelength of the light.
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