JPH0722699A - 立体共振器型面発光レーザ - Google Patents
立体共振器型面発光レーザInfo
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
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- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
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- H01S5/2222—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special electric properties
- H01S5/2224—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special electric properties semi-insulating semiconductors
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 波長程度の微小領域に電流および光を閉じ込
めることにより、低閾値の面発光レーザあるいは高効率
の面発光LEDを作成する。 【構成】 下部多層膜反射鏡10と活性層を含む媒質内
波長厚の中間層をMBEにより形成し、中間層のみをウ
エットエッチングによって錐状にエッチングする。この
上に再度MBEにより上部多層膜反射鏡1を成長する
が、最初のi−GaAs層6のみ斜面上には堆積しない
ような成長条件にしておく。その後のp層は斜面上にも
成長する条件とし、0.42λ厚の位相補正層12まで
成長する。発光部を含む数10μmの領域を残して下部
多層膜反射鏡までエッチングにより除去する。メサ上に
は金メッキにより反射補強とヒートシンクを兼ねたp側
電極3を作成し、メッキ外部の下部多層膜反射鏡上には
n側電極9を作成する。
めることにより、低閾値の面発光レーザあるいは高効率
の面発光LEDを作成する。 【構成】 下部多層膜反射鏡10と活性層を含む媒質内
波長厚の中間層をMBEにより形成し、中間層のみをウ
エットエッチングによって錐状にエッチングする。この
上に再度MBEにより上部多層膜反射鏡1を成長する
が、最初のi−GaAs層6のみ斜面上には堆積しない
ような成長条件にしておく。その後のp層は斜面上にも
成長する条件とし、0.42λ厚の位相補正層12まで
成長する。発光部を含む数10μmの領域を残して下部
多層膜反射鏡までエッチングにより除去する。メサ上に
は金メッキにより反射補強とヒートシンクを兼ねたp側
電極3を作成し、メッキ外部の下部多層膜反射鏡上には
n側電極9を作成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高並列な光伝送や光情
報処理に用いられる光集積素子、特に立体共振器型面発
光レーザに関する。
報処理に用いられる光集積素子、特に立体共振器型面発
光レーザに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体レーザは、半導体ウェハー
を壁開することにより端面方向にレーザ発振する立体共
振器型端面レーザと、ウェハー面に垂直方向に多層膜反
射鏡を形成し、垂直方向にレーザ発振する垂直共振器型
面発光レーザ(VCSEL)とがある。VCSELはウ
ェハーに垂直方向にレーザ出力が得られるため、高並列
な光伝送等の実現のためには、その2次元アレイ化の利
点が生かせる。
を壁開することにより端面方向にレーザ発振する立体共
振器型端面レーザと、ウェハー面に垂直方向に多層膜反
射鏡を形成し、垂直方向にレーザ発振する垂直共振器型
面発光レーザ(VCSEL)とがある。VCSELはウ
ェハーに垂直方向にレーザ出力が得られるため、高並列
な光伝送等の実現のためには、その2次元アレイ化の利
点が生かせる。
【0003】VCSELの従来例としては、例えば図3
に示した特願平4−22038号明細書の面発光半導体
レーザがある。図中、1は上部多層膜反射鏡、2はメサ
ガイド層、3は電極、4はコンタクト層、5はクラッド
層、6は高抵抗領域、7は活性層、8はクラッド層、9
は電極、10は下部多層膜反射鏡、11は基板である。
に示した特願平4−22038号明細書の面発光半導体
レーザがある。図中、1は上部多層膜反射鏡、2はメサ
ガイド層、3は電極、4はコンタクト層、5はクラッド
層、6は高抵抗領域、7は活性層、8はクラッド層、9
は電極、10は下部多層膜反射鏡、11は基板である。
【0004】この構造で、上部多層膜反射鏡1だけをエ
ッチングにより微細化していくと、図4に示すようにエ
ッチングしない上部多層膜反射鏡1の層数を6,3,0
対と減少させても横方向の光閉じ込めは劣化し、その結
果図5に示すように残り層数0対の時でもサイズ5μm
以下では閾値利得が急激に上昇してしまうという問題が
ある。なお図5においては、電極3に金を用いた場合
に、金の吸収損失大の影響で、閾値利得が上がることを
示している。
ッチングにより微細化していくと、図4に示すようにエ
ッチングしない上部多層膜反射鏡1の層数を6,3,0
対と減少させても横方向の光閉じ込めは劣化し、その結
果図5に示すように残り層数0対の時でもサイズ5μm
以下では閾値利得が急激に上昇してしまうという問題が
ある。なお図5においては、電極3に金を用いた場合
に、金の吸収損失大の影響で、閾値利得が上がることを
示している。
【0005】上記特許出願明細書では、上部多層膜反射
鏡1のみならずメサガイド層2にまでエッチングを深め
ることによって光を閉じ込める効果を大きくすることを
提案しているが、その深さ制御は困難で、高抵抗領域6
の形成に用いているイオン注入の深さ制御や、イオン通
過後の電流注入域の高抵抗化等の問題もある。
鏡1のみならずメサガイド層2にまでエッチングを深め
ることによって光を閉じ込める効果を大きくすることを
提案しているが、その深さ制御は困難で、高抵抗領域6
の形成に用いているイオン注入の深さ制御や、イオン通
過後の電流注入域の高抵抗化等の問題もある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、現状の
面発光レーザでは、光の閉じ込めは面に垂直な方向で強
く、面に水平な方向では弱くなっている。これでは、素
子を波長程度まで微細化したとき、横方向への光の漏れ
が大きくなり、発振閾値の上昇や発光効率の上昇が生じ
る。
面発光レーザでは、光の閉じ込めは面に垂直な方向で強
く、面に水平な方向では弱くなっている。これでは、素
子を波長程度まで微細化したとき、横方向への光の漏れ
が大きくなり、発振閾値の上昇や発光効率の上昇が生じ
る。
【0007】本発明の目的は、上記の理由で不可能であ
った5μm以下の微小サイズの面発光レーザにおいても
充分な光閉じ込めを達成し、また高精度の制御を必要と
するイオン注入工程を使用しないで、微小なサイズの素
子に充分な電流狭窄を施すことにある。
った5μm以下の微小サイズの面発光レーザにおいても
充分な光閉じ込めを達成し、また高精度の制御を必要と
するイオン注入工程を使用しないで、微小なサイズの素
子に充分な電流狭窄を施すことにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明になる立体共振器
型面発光レーザは、上部多層膜反射鏡を活性層の上面の
みならず側面にも形成してあり、しかも活性層周囲に選
択的にセルフアライン形成された高抵抗領域によって電
流狭窄されている。
型面発光レーザは、上部多層膜反射鏡を活性層の上面の
みならず側面にも形成してあり、しかも活性層周囲に選
択的にセルフアライン形成された高抵抗領域によって電
流狭窄されている。
【0009】
【実施例】実施例1 図1は本発明を適用した立体共振器型面発光レーザの第
1の実施例の断面図である。この立体共振器型面発光レ
ーザは、基板11上に、n型の多層膜反射鏡10と、n
型のクラッド層8と、活性層7と、p型のクラッド層5
と、p型の多層膜反射鏡1とが順に形成され、多層膜反
射鏡1は垂直方向のみならず斜め方向にも形成されてい
る。
1の実施例の断面図である。この立体共振器型面発光レ
ーザは、基板11上に、n型の多層膜反射鏡10と、n
型のクラッド層8と、活性層7と、p型のクラッド層5
と、p型の多層膜反射鏡1とが順に形成され、多層膜反
射鏡1は垂直方向のみならず斜め方向にも形成されてい
る。
【0010】この立体共振器型面発光レーザの構造を、
その製造方法と共にさらに詳細に説明する。
その製造方法と共にさらに詳細に説明する。
【0011】まず、セミインシュレータのGaAsから
なる基板11の上に、下部多層膜反射鏡(n−AlAs
/n−GaAs,ドーピング濃度2×1018cm-3)1
0,下部クラッド層(n−Al0.4 Ga0.6 As,ドー
ピング濃度2×1018cm-3)8,活性層(ノンドープ
In0.2 Ga0.8 As)7,上部クラッド層(p−Al
0.4 Ga0.6 As,ドーピング濃度3×1018cm-3)
5を、分子線ビームエピタキシー(MBE)法により形
成する。
なる基板11の上に、下部多層膜反射鏡(n−AlAs
/n−GaAs,ドーピング濃度2×1018cm-3)1
0,下部クラッド層(n−Al0.4 Ga0.6 As,ドー
ピング濃度2×1018cm-3)8,活性層(ノンドープ
In0.2 Ga0.8 As)7,上部クラッド層(p−Al
0.4 Ga0.6 As,ドーピング濃度3×1018cm-3)
5を、分子線ビームエピタキシー(MBE)法により形
成する。
【0012】次に、下部多層膜反射鏡10の上面までウ
エットエッチングによって錐状にエッチングする。
エットエッチングによって錐状にエッチングする。
【0013】この上に再度MBE法により高抵抗領域
(ノンドープ,GaAs)6および上部多層膜反射鏡
(p−AlAs/p−GaAs,ドーピング濃度3×1
018cm-3)1を成長するが、最初の高抵抗領域6のみ
成長温度725〜750℃の高温で成長することにより
斜面上には堆積しないような成長条件にしておく。その
後の多層膜反射鏡1は再び700℃以下の温度で斜面上
にも成長する条件とし、0.42λ厚の位相補正層12
まで成長する。
(ノンドープ,GaAs)6および上部多層膜反射鏡
(p−AlAs/p−GaAs,ドーピング濃度3×1
018cm-3)1を成長するが、最初の高抵抗領域6のみ
成長温度725〜750℃の高温で成長することにより
斜面上には堆積しないような成長条件にしておく。その
後の多層膜反射鏡1は再び700℃以下の温度で斜面上
にも成長する条件とし、0.42λ厚の位相補正層12
まで成長する。
【0014】さらに発光部を含む数10μmの領域を残
して下部多層膜反射鏡10までエッチングにより除去
し、メサ上には金メッキにより反射補強とヒートシンク
を兼ねたp側電極3を作成し、メサ外部の下部多層膜反
射鏡10上にはn側電極9を作成する。
して下部多層膜反射鏡10までエッチングにより除去
し、メサ上には金メッキにより反射補強とヒートシンク
を兼ねたp側電極3を作成し、メサ外部の下部多層膜反
射鏡10上にはn側電極9を作成する。
【0015】実施例2 図2は本発明を適用した立体共振器型面発光レーザの第
2の実施例の断面図である。図1と同一の要素には、同
一の参照番号を付して示してある。
2の実施例の断面図である。図1と同一の要素には、同
一の参照番号を付して示してある。
【0016】本実施例の立体共振器型面発光レーザは、
次のようにして製造される。
次のようにして製造される。
【0017】まず、基板11上に、下部多層膜反射鏡1
0および100nm程度の下部クラッド層8を作成し、
その後、発光部となる部分のみをマスクして他の部分の
下部クラッド層8をエッチングにより除去する。
0および100nm程度の下部クラッド層8を作成し、
その後、発光部となる部分のみをマスクして他の部分の
下部クラッド層8をエッチングにより除去する。
【0018】マスクを除去して全体に残りの下部クラッ
ド層8,活性層7,上部クラッド層5,上部多層膜反射
鏡1を成長する。
ド層8,活性層7,上部クラッド層5,上部多層膜反射
鏡1を成長する。
【0019】発光部のみ残して活性層7の周囲にイオン
注入を行い、高抵抗領域6を作成する。
注入を行い、高抵抗領域6を作成する。
【0020】さらに発光部を含む数10μmの領域を残
して下部多層膜反射鏡10までエッチングにより除去
し、メサ上には金メッキにより反射補強とヒートシンク
を兼ねたp側電極3を作成し、メサ外部の下部多層膜反
射鏡上にはn側電極9を作成する。
して下部多層膜反射鏡10までエッチングにより除去
し、メサ上には金メッキにより反射補強とヒートシンク
を兼ねたp側電極3を作成し、メサ外部の下部多層膜反
射鏡上にはn側電極9を作成する。
【0021】以上説明した2つの実施例において、活性
層7のサイズを1μmまで微細化すると、10μA以下
に発振閾値を低減できる。
層7のサイズを1μmまで微細化すると、10μA以下
に発振閾値を低減できる。
【0022】また以上の実施例では、GaAs系の材料
を用いたが、本発明はInP系等の他の材料についても
適用できる。
を用いたが、本発明はInP系等の他の材料についても
適用できる。
【0023】
【発明の効果】従来のエッチングのみによるメサ作成で
は、上部多層膜反射鏡を深く除去しなくてはならなかっ
たため、その微小化は数μm程度が実用上の限界であ
る。ところが本発明の構造では、中間層のみをエッチン
グするため、光の波長程度にまで微小化できる。
は、上部多層膜反射鏡を深く除去しなくてはならなかっ
たため、その微小化は数μm程度が実用上の限界であ
る。ところが本発明の構造では、中間層のみをエッチン
グするため、光の波長程度にまで微小化できる。
【0024】また、電流ブロックのための高抵抗層をセ
ルフアラインで作成できるため、作成工程が単純化でき
る。
ルフアラインで作成できるため、作成工程が単純化でき
る。
【0025】さらに、錐状の中間層上部への多層膜反射
鏡成長により、凸面状の多層膜反射鏡が形成され、光の
横方向への閉じ込めが大きくできるため、発振閾値の低
減や発光効率の向上が図れる。
鏡成長により、凸面状の多層膜反射鏡が形成され、光の
横方向への閉じ込めが大きくできるため、発振閾値の低
減や発光効率の向上が図れる。
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための立体共
振器型面発光レーザの断面概略図である。
振器型面発光レーザの断面概略図である。
【図2】本発明の第2の実施例を説明するための立体共
振器型面発光レーザの断面概略図である。
振器型面発光レーザの断面概略図である。
【図3】従来例を説明するための垂直共振器型面発光レ
ーザの断面概略図である。
ーザの断面概略図である。
【図4】従来例の垂直共振器型面発光レーザの横サイズ
と横光閉じ込め係数との関係を示すグラフである。
と横光閉じ込め係数との関係を示すグラフである。
【図5】従来例の垂直共振器型面発光レーザの横サイズ
と発振閾値利得との関係を示すグラフである。
と発振閾値利得との関係を示すグラフである。
1 上部多層膜反射鏡 2 メサガイド層 3 電極 4 コンタクト層 5 クラッド層 6 高抵抗領域 7 活性層 8 クラッド層 9 電極 10 下部多層膜反射鏡 11 基板 12 位相補正層
Claims (2)
- 【請求項1】基板上に、第一導伝型の第1の多層膜反射
鏡と、第一導伝型の第1の層と、活性層となる第2の層
と、第二導伝型の第3の層と、第二導伝型の第2の多層
膜反射鏡とが順に形成され、形成面に垂直方向にレーザ
光を出力する面発光レーザにおいて、 第2の多層膜反射膜が垂直方向のみならず斜め方向にも
形成してあることを特徴とする立体共振器型面発光レー
ザ。 - 【請求項2】請求項1記載の立体共振器型面発光レーザ
において、 第1,2および3の層の周辺に選択的に高抵抗層を成長
してあることによってセルフアラインで電流狭窄が行え
ることを特徴とする立体共振器型面発光レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5165378A JP2546150B2 (ja) | 1993-07-05 | 1993-07-05 | 立体共振器型面発光レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5165378A JP2546150B2 (ja) | 1993-07-05 | 1993-07-05 | 立体共振器型面発光レーザ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0722699A true JPH0722699A (ja) | 1995-01-24 |
JP2546150B2 JP2546150B2 (ja) | 1996-10-23 |
Family
ID=15811243
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5165378A Expired - Fee Related JP2546150B2 (ja) | 1993-07-05 | 1993-07-05 | 立体共振器型面発光レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2546150B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007227861A (ja) * | 2006-02-27 | 2007-09-06 | Sony Corp | 半導体発光素子 |
CN106099641A (zh) * | 2016-07-08 | 2016-11-09 | 燕山大学 | 一种半导体激光器的制备方法 |
US9834806B2 (en) | 2008-06-27 | 2017-12-05 | Hitachi Plant Services Co., Ltd. | Microbe-collecting carrier cartridge, carrier treating apparatus, and method of measuring microbes |
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