JPH0740619B2 - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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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- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
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- H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
- H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
- H01S5/2072—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion obtained by vacancy induced diffusion
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、製作が容易で良好な特性を有する面発光型の
半導体レーザ装置に関するものである。
半導体レーザ装置に関するものである。
従来の技術 面発光型半導体レーザ装置はモノリシックな２次元アレ
イ化や積層による集積化が可能であり、光情報処理や光
エレクトロニクスの分野で新しい応用が期待されてい
る。
イ化や積層による集積化が可能であり、光情報処理や光
エレクトロニクスの分野で新しい応用が期待されてい
る。
従来、この種の半導体レーザ装置の一例として第４図に
示す構造が提案されている（第32回応用物理学関係連合
講演会予稿31a−ZB−２）。第４図において、１は電
極、２はＮ型InP基板、３はＮ型InGaAsP層、４はＮ型In
P層、５はＰ型InP層、６はＰ型InGaAsP層、７は電極、
８はノンドープInGaAsP活性層、９はSiO2絶縁膜、10お
よび11は薄い金属の反射膜、12はポリイミド樹脂、13お
よび13′はレーザ出射光である。電極７および８間に電
流を流すとｐ型InP層５から正孔がＮ型InP層４層から電
子がInGaAsP活性層６に注入して発光する。この光は反
射膜10および11間で反射してレーザ発振を起こす。
示す構造が提案されている（第32回応用物理学関係連合
講演会予稿31a−ZB−２）。第４図において、１は電
極、２はＮ型InP基板、３はＮ型InGaAsP層、４はＮ型In
P層、５はＰ型InP層、６はＰ型InGaAsP層、７は電極、
８はノンドープInGaAsP活性層、９はSiO2絶縁膜、10お
よび11は薄い金属の反射膜、12はポリイミド樹脂、13お
よび13′はレーザ出射光である。電極７および８間に電
流を流すとｐ型InP層５から正孔がＮ型InP層４層から電
子がInGaAsP活性層６に注入して発光する。この光は反
射膜10および11間で反射してレーザ発振を起こす。
発明が解決しようとする問題点 前述した従来のレーザ装置の構造では電流がInGaAsP活
性層８の一部に有効に注入するようにメサ状に加工した
後、絶縁性のポリイミド樹脂で埋込んで表面を平坦化し
ているので、製作上複雑な工程を要し素子の歩留まりを
上げることは困難である。またInGaAsP活性層８を、エ
ッチングにより外部に露出するため、表面に非発光再結
合中心を作ってしまう問題もある。また発光領域を小さ
くしようとするとメサ部の電極コンタクト面積が小さく
なり接触抵抗が高くなってしまう問題もある。またポリ
イミド樹脂の熱伝導率が小さいために素子の放熱効果を
妨げ、連続発振動作が難しいという問題点もあった。
性層８の一部に有効に注入するようにメサ状に加工した
後、絶縁性のポリイミド樹脂で埋込んで表面を平坦化し
ているので、製作上複雑な工程を要し素子の歩留まりを
上げることは困難である。またInGaAsP活性層８を、エ
ッチングにより外部に露出するため、表面に非発光再結
合中心を作ってしまう問題もある。また発光領域を小さ
くしようとするとメサ部の電極コンタクト面積が小さく
なり接触抵抗が高くなってしまう問題もある。またポリ
イミド樹脂の熱伝導率が小さいために素子の放熱効果を
妨げ、連続発振動作が難しいという問題点もあった。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので製作が容易で
良好な特性を有する半導体レーザ装置を提供するもので
ある。
良好な特性を有する半導体レーザ装置を提供するもので
ある。
問題点を解決するための手段 本発明は、化合物半導体基板上に、キャリアのド・ブロ
イ波長以下の極微薄膜からなる第１の導電型の多重量子
井戸構造活性領域と第２の導電型のクラッド層を設け、
前記クラッド層の表面側よりレーザ発光部を除く周辺部
に第２の導電型の不純物を高濃度拡散して下部の前記多
重量子井戸構造を無秩序化することにより、プレーナ構
造で電流が活性領域に有効に注入するようにして前述し
た問題点を解決している。
イ波長以下の極微薄膜からなる第１の導電型の多重量子
井戸構造活性領域と第２の導電型のクラッド層を設け、
前記クラッド層の表面側よりレーザ発光部を除く周辺部
に第２の導電型の不純物を高濃度拡散して下部の前記多
重量子井戸構造を無秩序化することにより、プレーナ構
造で電流が活性領域に有効に注入するようにして前述し
た問題点を解決している。
また化合物半導体基板中に２種類の組成の異なる結晶層
をそれぞれ層内レーザ光波長の1/2倍もしくは１倍の厚
み程度ずつ交互に積層することにより、基板裏面の反射
部を不要にしかつ波長選択性を持たせている。
をそれぞれ層内レーザ光波長の1/2倍もしくは１倍の厚
み程度ずつ交互に積層することにより、基板裏面の反射
部を不要にしかつ波長選択性を持たせている。
作用 本発明は上述した構成により、多重量子井戸構造が高濃
度不純物拡散で無秩序化し等価的な吸収端が短波長側に
移る効果を用い、プレーナ構造において所定の活性領域
のみへのキャリア注入を可能にしている。また２種類の
組成の異なる結晶層を交互に積層して屈折率変調型の回
折格子を形成し分布反射器とすることで、完全プレーナ
構造にすることが可能になる。
度不純物拡散で無秩序化し等価的な吸収端が短波長側に
移る効果を用い、プレーナ構造において所定の活性領域
のみへのキャリア注入を可能にしている。また２種類の
組成の異なる結晶層を交互に積層して屈折率変調型の回
折格子を形成し分布反射器とすることで、完全プレーナ
構造にすることが可能になる。
実施例 第１図は本発明の一実施例の断面構造図である。以下の
図面において前述の第４図における同一の箇所には同一
の番号を付し説明を省略する。第１図において、101は
多重量子井戸（MQW:Multi−Quantum Well）構造活性
層、102は高濃度Ｐ型不純物拡散領域、103は無秩序化し
たMQW層である。多重量子井戸構造活性層101の拡大図を
第２図に示す。第２図において、104はＮ型InPバリヤ
層、105はＮ型InGaAsPウエル層であり、２種類の層が交
互に周期的に積層して多重量子井戸構造を形成してい
る。
図面において前述の第４図における同一の箇所には同一
の番号を付し説明を省略する。第１図において、101は
多重量子井戸（MQW:Multi−Quantum Well）構造活性
層、102は高濃度Ｐ型不純物拡散領域、103は無秩序化し
たMQW層である。多重量子井戸構造活性層101の拡大図を
第２図に示す。第２図において、104はＮ型InPバリヤ
層、105はＮ型InGaAsPウエル層であり、２種類の層が交
互に周期的に積層して多重量子井戸構造を形成してい
る。
素子作製手順は、まず従来法の結晶成長技術である液相
エピタキシャル法（LPE法）により、Ｎ型InP基板２上に
Ｎ型InGaAsP層３（〜0.5μｍ厚）、Ｎ型InP層４（〜５
μｍ厚）、ノンドープＮ型InPバリヤ層（〜300Å厚）と
ノンドープＮ型InGaAsPウエル層（〜150Å厚）の各10層
の周期構造からなる多重量子井戸構造活性層101、Ｐ型I
nP層５（〜２μｍ厚）、Ｐ型InGaAsP層６（〜0.5μｍ
厚）を続けて結晶成長する。次にＰ型InGaAsP層６上
に、従来法のプラズマCVD法によるシリコン窒化膜（〜
0.1μｍ厚）とCVD法によるシリコン酸化膜（〜0.2μｍ
厚）を堆積する。
エピタキシャル法（LPE法）により、Ｎ型InP基板２上に
Ｎ型InGaAsP層３（〜0.5μｍ厚）、Ｎ型InP層４（〜５
μｍ厚）、ノンドープＮ型InPバリヤ層（〜300Å厚）と
ノンドープＮ型InGaAsPウエル層（〜150Å厚）の各10層
の周期構造からなる多重量子井戸構造活性層101、Ｐ型I
nP層５（〜２μｍ厚）、Ｐ型InGaAsP層６（〜0.5μｍ
厚）を続けて結晶成長する。次にＰ型InGaAsP層６上
に、従来法のプラズマCVD法によるシリコン窒化膜（〜
0.1μｍ厚）とCVD法によるシリコン酸化膜（〜0.2μｍ
厚）を堆積する。
次に通常のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術に
より例えば半径10μｍの円形形状のレーザ発光部を除く
周辺部のシリコン窒化膜とシリコン酸化膜を除去し、然
る後ZnP2とZnAs2を拡散源として気相によるZnの熱拡散
（600℃、30min）を行ない高濃度Ｐ型不純物拡散領域10
2を形成する。この時に不純物を拡散した。MQW層101は
無秩序化したMQW層103となり、組成が均一化される効果
で禁止帯幅がMQW層101の最低量子間準位エネルギーより
も充分に大きくなるためレーザ発振する光の波長に対し
て透明となる。次にZnを熱拡散した領域にＰ型のオーミ
ック電極（An/Zn）を蒸着する。次にＮ型InP基板の裏面
側にＮ型のオーミック電極（Au/Sn）を蒸着し続いてシ
ンター処理（400℃,10min）を行なう。レーザ発光部の
裏面にパターニングを行ない塩酸系のエッチング液で孔
を開ける。塩酸系のエッチング液はInPに対してはエッ
チング速度は早いが、InGaAsP層３に対しては遅いのでI
nPのみのエッチングが容易に可能である。次に表面と裏
面にAnの薄膜（〜400Å）を蒸着し反射膜10,11とする。
より例えば半径10μｍの円形形状のレーザ発光部を除く
周辺部のシリコン窒化膜とシリコン酸化膜を除去し、然
る後ZnP2とZnAs2を拡散源として気相によるZnの熱拡散
（600℃、30min）を行ない高濃度Ｐ型不純物拡散領域10
2を形成する。この時に不純物を拡散した。MQW層101は
無秩序化したMQW層103となり、組成が均一化される効果
で禁止帯幅がMQW層101の最低量子間準位エネルギーより
も充分に大きくなるためレーザ発振する光の波長に対し
て透明となる。次にZnを熱拡散した領域にＰ型のオーミ
ック電極（An/Zn）を蒸着する。次にＮ型InP基板の裏面
側にＮ型のオーミック電極（Au/Sn）を蒸着し続いてシ
ンター処理（400℃,10min）を行なう。レーザ発光部の
裏面にパターニングを行ない塩酸系のエッチング液で孔
を開ける。塩酸系のエッチング液はInPに対してはエッ
チング速度は早いが、InGaAsP層３に対しては遅いのでI
nPのみのエッチングが容易に可能である。次に表面と裏
面にAnの薄膜（〜400Å）を蒸着し反射膜10,11とする。
素子の動作原理は、電極７から電極１に電流を流すこと
により、ｐ−InP層５および高濃度Ｐ型不純物拡散領域1
02からは正孔が、Ｎ−InP層４からは電子がそれぞれMQW
層101に注入されて再結合し発光する。この光は反射膜1
0,11間で共振してレーザ発振しレーザ出振光13,13′と
して外部に出力する。
により、ｐ−InP層５および高濃度Ｐ型不純物拡散領域1
02からは正孔が、Ｎ−InP層４からは電子がそれぞれMQW
層101に注入されて再結合し発光する。この光は反射膜1
0,11間で共振してレーザ発振しレーザ出振光13,13′と
して外部に出力する。
この構造では基板の表面側に複雑なエッチングを行なう
必要が無いため、歩留まりが向上するし、活性層が露出
しないため表面再結合も減らすことができる。またＰ型
電極のコンタクト面積を高濃度Ｐ型不純物拡散領域102
上に広く取れるためにコンタクト抵抗を低下することが
できる。また放熱特性が実施例に比較して良好であるの
で、室温における連続動作のレーザ発振を得ることがで
きる。
必要が無いため、歩留まりが向上するし、活性層が露出
しないため表面再結合も減らすことができる。またＰ型
電極のコンタクト面積を高濃度Ｐ型不純物拡散領域102
上に広く取れるためにコンタクト抵抗を低下することが
できる。また放熱特性が実施例に比較して良好であるの
で、室温における連続動作のレーザ発振を得ることがで
きる。
次に本発明の第２の実施例を第２図に示す断面構造を用
いて示す。第２図において106は、InP低屈折率層107お
よびInGaAsP高屈折率層108の周期構造からなる分布反射
領域である。InP低屈折率層107とInGaAsP高屈折率層108
では屈折率が異なるので屈折率変調型の回折格子として
作用する。それぞれの層の厚みｄは、レーザ光の波長λ
とこの波長に対する屈折率ｎとにより次のように表わす
ことができる。
いて示す。第２図において106は、InP低屈折率層107お
よびInGaAsP高屈折率層108の周期構造からなる分布反射
領域である。InP低屈折率層107とInGaAsP高屈折率層108
では屈折率が異なるので屈折率変調型の回折格子として
作用する。それぞれの層の厚みｄは、レーザ光の波長λ
とこの波長に対する屈折率ｎとにより次のように表わす
ことができる。
周期構造の数は多い程良いが適当に選べば良く20周期程
度でも効果が得られる。
度でも効果が得られる。
この構造において、MQW層の発光は前実施例と同様であ
り、レーザ発振は反射膜10と分布反射領域106の間で光
が反射して起こる。この時、光の波長は分布反射領域の
反射率の波長依存性の影響により、単一波長のみで発振
する。この構造では完全にプレーナ化されているので高
い歩留まりをあげることができ、低しきい値電流を動作
する均一な特性の半導体レーザを得ることができる。
り、レーザ発振は反射膜10と分布反射領域106の間で光
が反射して起こる。この時、光の波長は分布反射領域の
反射率の波長依存性の影響により、単一波長のみで発振
する。この構造では完全にプレーナ化されているので高
い歩留まりをあげることができ、低しきい値電流を動作
する均一な特性の半導体レーザを得ることができる。
なお本発明における１構成要素としての化合物半導体基
板とは、多重量子井戸構造活性層より下の部分を称して
おり結晶成長する前の基板とは異なる。
板とは、多重量子井戸構造活性層より下の部分を称して
おり結晶成長する前の基板とは異なる。
以上の２つの実施例においては、InPおよびInGaAsPの結
晶を用いた赤外に発振波長を有する素子について述べた
が、GaAsおよびGaAlAs系結晶のみならず他の化合物半導
体結晶材料を用いても本発明に対して同等の効果を得る
ことができる。また素子構造において反射膜10,11をAn
の薄膜により形成したが、反射膜は無くても良くその厚
みは選択することができる。また本発明の実施例ではＮ
型の基板を用いた例を示したがＰ型あるいは半絶縁性の
基板を用いても同様の効果が得られることは言うまでも
ない。
晶を用いた赤外に発振波長を有する素子について述べた
が、GaAsおよびGaAlAs系結晶のみならず他の化合物半導
体結晶材料を用いても本発明に対して同等の効果を得る
ことができる。また素子構造において反射膜10,11をAn
の薄膜により形成したが、反射膜は無くても良くその厚
みは選択することができる。また本発明の実施例ではＮ
型の基板を用いた例を示したがＰ型あるいは半絶縁性の
基板を用いても同様の効果が得られることは言うまでも
ない。
発明の効果 本発明によれば半導体レーザ装置を高い歩留まりで、低
しきい値電流かつ高効率等の良好な特性を得ることがで
き産業上大きな意義がある。また、この半導体レーザ装
置はモノリシックな２次元アレイ化が簡単であり、光情
報処理や光エレクトロニクスの分野での新しい応用に向
けて大きく貢献するものである。
しきい値電流かつ高効率等の良好な特性を得ることがで
き産業上大きな意義がある。また、この半導体レーザ装
置はモノリシックな２次元アレイ化が簡単であり、光情
報処理や光エレクトロニクスの分野での新しい応用に向
けて大きく貢献するものである。
第１図は本発明の一実施例における面発光型の半導体レ
ーザ装置の断面図、第２図は同装置の主要部の拡大断面
図、第３図は本発明の他の実施例の面発光型の半導体レ
ーザ装置の断面図、第４図は従来の面発光型の半導体レ
ーザ装置の断面図である。 101……多重量子井戸構造活性層（MQW層）、102……高
濃度Ｐ型不純物拡散領域、103……無秩序化した多重量
子井戸構造活性層、104……バリヤ層、105……ウエル
層、106……分布反射領域、107……低屈折率層、108…
…高屈折率層。
ーザ装置の断面図、第２図は同装置の主要部の拡大断面
図、第３図は本発明の他の実施例の面発光型の半導体レ
ーザ装置の断面図、第４図は従来の面発光型の半導体レ
ーザ装置の断面図である。 101……多重量子井戸構造活性層（MQW層）、102……高
濃度Ｐ型不純物拡散領域、103……無秩序化した多重量
子井戸構造活性層、104……バリヤ層、105……ウエル
層、106……分布反射領域、107……低屈折率層、108…
…高屈折率層。
Claims (1)
- 【請求項１】化合物半導体の概略平坦基板上に、 膜厚がキャリアのド・ブロイ波長以下の２種類の組成の
異なる結晶層をそれぞれ層内レーザ波長の1/2倍もしく
は１倍の厚み程度ずつ交互に積層した第１の導電型から
なる多重量子井戸構造と、 第２の導電型のクラッド層を設け、 前記クラッド層の平坦な表面側よりレーザ発光部を除く
周辺部に第２の導電型の不純物を高濃度拡散して下部の
前記多重量子井戸構造を無秩序化してなる面発光型の半
導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60228002A JPH0740619B2 (ja) | 1985-10-14 | 1985-10-14 | 半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60228002A JPH0740619B2 (ja) | 1985-10-14 | 1985-10-14 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (2)
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| JPH0740619B2 true JPH0740619B2 (ja) | 1995-05-01 |
Family
ID=16869636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60228002A Expired - Fee Related JPH0740619B2 (ja) | 1985-10-14 | 1985-10-14 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
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| JP (1) | JPH0740619B2 (ja) |
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-
1985
- 1985-10-14 JP JP60228002A patent/JPH0740619B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPS6286883A (ja) | 1987-04-21 |
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