JPH01308091A - 面発光型半導体レーザ装置 - Google Patents
面発光型半導体レーザ装置Info
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- JPH01308091A JPH01308091A JP13842088A JP13842088A JPH01308091A JP H01308091 A JPH01308091 A JP H01308091A JP 13842088 A JP13842088 A JP 13842088A JP 13842088 A JP13842088 A JP 13842088A JP H01308091 A JPH01308091 A JP H01308091A
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- semiconductor laser
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- emitting semiconductor
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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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
- H01S5/0207—Substrates having a special shape
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- H—ELECTRICITY
- 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- 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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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、光コンピュータや、デジタル光情報処理９画
像処理の分野で望まねている、２次元アレイ化や集積化
に適した面発光型半導体レーザに関する。
像処理の分野で望まねている、２次元アレイ化や集積化
に適した面発光型半導体レーザに関する。
（従来の技術）
第１θ図と第１１図に、従来研究されている面発光型半
導体レーザの一例を示す。
導体レーザの一例を示す。
第１０図は、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａ
ｎｔｕｍ ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓのＱε−２３Ｎｏ、
８（＋９８７）に報告されたものであり、Ｇａ＾ＩＡｓ
／ＧａＡｓ系材料で構成されている。
ｎｔｕｍ ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓのＱε−２３Ｎｏ、
８（＋９８７）に報告されたものであり、Ｇａ＾ＩＡｓ
／ＧａＡｓ系材料で構成されている。
１０１は、ｎ型ＧａＡｓからなる基板であり、該基板に
は一生面から他主面側に連通する２０μＩφの連通孔が
設けである。ｐ−ＧａＡｓからなる活性層１０２は、第
１クラツド層ｎ−Ｇａｏ、 ７ＡＩ０．３＾５１０３と
第２クラツド層ＩＰ−Ｇａｏ、 ７＾１ｏ３Ａｓ １０
４とではさまれており、更に活性層１０２は、閉じ込め
層ｐ−Ｇａ０． ｓ＾１０．４Ａｓ １０５で埋め込
まれている。活性領域はおよそ直径６μＩφ、厚さ２．
５μｍである。第２クラット層１０４ とキャップ層ｐ
−Ｇａ、） ９Ａ１．、 、Ａｓ １０Ｂは電流狭窄層
ｎ型ＧａＡｓ八ｌ。、八ｓ １０７で囲まれ、その電流
狭窄層と絶縁層Ｓｉｎ、 １０９との間はｐ−Ｇａｏ、
ｎＡｌｏ、 ４八５１０８で隔てられている。下部Ｐ
側の電極Ａｕ／Ｚｎ１１０は、反射１１Ｑｓｉｏ、を残
しながら電流注入するためにリング状に形成されており
、反射率は９７％以上となっている。上部ｎ側の電極は
＾ｕ／Ｇｅ ＩＩＩがらなりＧａＡｓ基板とオーミック
コンタクトをとる。
は一生面から他主面側に連通する２０μＩφの連通孔が
設けである。ｐ−ＧａＡｓからなる活性層１０２は、第
１クラツド層ｎ−Ｇａｏ、 ７ＡＩ０．３＾５１０３と
第２クラツド層ＩＰ−Ｇａｏ、 ７＾１ｏ３Ａｓ １０
４とではさまれており、更に活性層１０２は、閉じ込め
層ｐ−Ｇａ０． ｓ＾１０．４Ａｓ １０５で埋め込
まれている。活性領域はおよそ直径６μＩφ、厚さ２．
５μｍである。第２クラット層１０４ とキャップ層ｐ
−Ｇａ、） ９Ａ１．、 、Ａｓ １０Ｂは電流狭窄層
ｎ型ＧａＡｓ八ｌ。、八ｓ １０７で囲まれ、その電流
狭窄層と絶縁層Ｓｉｎ、 １０９との間はｐ−Ｇａｏ、
ｎＡｌｏ、 ４八５１０８で隔てられている。下部Ｐ
側の電極Ａｕ／Ｚｎ１１０は、反射１１Ｑｓｉｏ、を残
しながら電流注入するためにリング状に形成されており
、反射率は９７％以上となっている。上部ｎ側の電極は
＾ｕ／Ｇｅ ＩＩＩがらなりＧａＡｓ基板とオーミック
コンタクトをとる。
ヒ部共振面はＳ ｉｏ２／ＴｉＯ２からなる誘電体多層
ブラッグ反射ＷＡ１１２で反射率９５％程度である。こ
のような半導体レーザでは、上下電極間に順方向バイア
スを印加すると、連通孔直下の活性層内で発振が生じ、
基板に重直に上部ヘレーザ光が出力されることとなる。
ブラッグ反射ＷＡ１１２で反射率９５％程度である。こ
のような半導体レーザでは、上下電極間に順方向バイア
スを印加すると、連通孔直下の活性層内で発振が生じ、
基板に重直に上部ヘレーザ光が出力されることとなる。
第１１図は、電子通信学会技術研究報告０（ｌＥ８５−
５０（＋９８５）で報告されているＣｏａｘｉａｌ Ｔ
ｒａｎｓｖｅｒｓｅＪｕｎｃｔｉｏｎ（ＣＴＪ）型半導
体レーザの基本的構造を示す。
５０（＋９８５）で報告されているＣｏａｘｉａｌ Ｔ
ｒａｎｓｖｅｒｓｅＪｕｎｃｔｉｏｎ（ＣＴＪ）型半導
体レーザの基本的構造を示す。
ｎ−ＧａＡｓ １１３ ／ ｎ−へｌＧａへｓ
１＋４／ ｎ−ＧａＡｓ １１５ 基板からな
るＤＨウェハを図の様に円柱状に加工し、Ｚｎ拡散によ
ってｐ−ｎ接合を円柱内部に同軸状に形成してあり、こ
のｐ−ｎ接合部分が活性領域となっている。この構成で
は、電流は横方向から注入され、活性領域の長さは円柱
部分の高さに対応することから、基板に垂直な方向に十
分大きな増幅利得を持たせることができるという利点が
ある。共振器として、上側と下側にファブリ・ベロー形
のミラーを有するもののほかに、分布ブラッグ反射形や
分布帰還形の構造も考えられており、基板面に垂直方向
にレーザ光出力を取り出すことが可能である。
１＋４／ ｎ−ＧａＡｓ １１５ 基板からな
るＤＨウェハを図の様に円柱状に加工し、Ｚｎ拡散によ
ってｐ−ｎ接合を円柱内部に同軸状に形成してあり、こ
のｐ−ｎ接合部分が活性領域となっている。この構成で
は、電流は横方向から注入され、活性領域の長さは円柱
部分の高さに対応することから、基板に垂直な方向に十
分大きな増幅利得を持たせることができるという利点が
ある。共振器として、上側と下側にファブリ・ベロー形
のミラーを有するもののほかに、分布ブラッグ反射形や
分布帰還形の構造も考えられており、基板面に垂直方向
にレーザ光出力を取り出すことが可能である。
しかしながら、上記ｉ１０図の従来例は、活性領域の膜
に垂直に光が共振するため、増幅利得領域を通過する距
離は短いので、発振状態に達するまでの光強度を得るの
が難しく、高反射率の膜を共振面に設ける必要があり、
高出力を得られないという欠点がある。さらに電流注入
は、円柱状活性領域の上下面から行なうが、活性領域の
厚さは２６５μＩと厚いために高効率なキャリアの再結
合が不可能であり、一方、利得を得るためには、共振し
ている光にとって大きい利得領域が必要であるという相
反する問題が生じる。また、活性領域は厚さ２．５μｍ
、直径６μｍの円柱であるために放熱が悪いという欠点
もある。
に垂直に光が共振するため、増幅利得領域を通過する距
離は短いので、発振状態に達するまでの光強度を得るの
が難しく、高反射率の膜を共振面に設ける必要があり、
高出力を得られないという欠点がある。さらに電流注入
は、円柱状活性領域の上下面から行なうが、活性領域の
厚さは２６５μＩと厚いために高効率なキャリアの再結
合が不可能であり、一方、利得を得るためには、共振し
ている光にとって大きい利得領域が必要であるという相
反する問題が生じる。また、活性領域は厚さ２．５μｍ
、直径６μｍの円柱であるために放熱が悪いという欠点
もある。
第１１図の面発光レーザでは、活性領域の長さは円柱部
分の高さに対応することから、基板に垂直な力向で、十
分大きな増幅利得を持たせることができ、電流も横方向
から注入するために均一にキャリアの再結合が行われる
という点では優れている。しかし、活性領域は、Ｚｎ拡
散によるｐ−ｎホモ接合であるためにキャリアの集中が
悪いという問題がある。また、活性領域が基板上部にあ
るために、放熱は空気中への放射が主体となるために、
熱特性が悪く、室温での発振には成功していない。
分の高さに対応することから、基板に垂直な力向で、十
分大きな増幅利得を持たせることができ、電流も横方向
から注入するために均一にキャリアの再結合が行われる
という点では優れている。しかし、活性領域は、Ｚｎ拡
散によるｐ−ｎホモ接合であるためにキャリアの集中が
悪いという問題がある。また、活性領域が基板上部にあ
るために、放熱は空気中への放射が主体となるために、
熱特性が悪く、室温での発振には成功していない。
本発明の面発光型半導体レーザ装置は、活性層内におい
て注入されたキャリアを再結合させ、生じた光を共振増
幅し、結晶成長方向にレーザ光を出射する面発光型半導
体レーザ装置において、 前記活性層の結晶成長方向に沿う縦断面形状は、一旦第
１の方向に曲折した後、前記第１の方向とは反対の第２
の方向に曲折して構成される屈曲形態部分を有し、＃活
性層はコア層とクラッド層とで挟まれており、該クラッ
ド層は１１丁ｆ記第１の方向側に設けられ、前記コア層
は前記第２の方向側に設けられており、注入されたキャ
リアは活性層の前記第１の方向に屈曲した部分および第
２の方向に屈曲した部分において再結合し、この結果発
生した光は、活性層の前記第１の方向に屈曲した部分お
よび前記第２の方向に屈曲した部分間に存在する前記コ
ア層の位置において第１および第２の方向に沿って共振
増幅され、前記第１または第２の方向にレーザ光が出射
されることを特徴とする。
て注入されたキャリアを再結合させ、生じた光を共振増
幅し、結晶成長方向にレーザ光を出射する面発光型半導
体レーザ装置において、 前記活性層の結晶成長方向に沿う縦断面形状は、一旦第
１の方向に曲折した後、前記第１の方向とは反対の第２
の方向に曲折して構成される屈曲形態部分を有し、＃活
性層はコア層とクラッド層とで挟まれており、該クラッ
ド層は１１丁ｆ記第１の方向側に設けられ、前記コア層
は前記第２の方向側に設けられており、注入されたキャ
リアは活性層の前記第１の方向に屈曲した部分および第
２の方向に屈曲した部分において再結合し、この結果発
生した光は、活性層の前記第１の方向に屈曲した部分お
よび前記第２の方向に屈曲した部分間に存在する前記コ
ア層の位置において第１および第２の方向に沿って共振
増幅され、前記第１または第２の方向にレーザ光が出射
されることを特徴とする。
本発明によれば、活性領域を筒状に基板に垂直に埋込む
ことによって、光の共振方向と活性領域の側面は゛ト行
になり、共振する光にとっての増幅利得領域の長さか増
え、高出力を得られるようになった。
ことによって、光の共振方向と活性領域の側面は゛ト行
になり、共振する光にとっての増幅利得領域の長さか増
え、高出力を得られるようになった。
注入した電子とホールはダブルへテロ構造の筒状活性領
域へ、外側からと内側から注入されて再結合するため、
筒の厚さをサブミクロン程度にすることもｉｒ（能とな
り、高効率な再結合が行われ、また光の自由キャリア吸
収により生じた熱の放出については、活性領域の体積に
対する表面積の比が増えることによって、また、基板を
通しての熱拡散が主体となっているために、熱特性がよ
くなり改善された。
域へ、外側からと内側から注入されて再結合するため、
筒の厚さをサブミクロン程度にすることもｉｒ（能とな
り、高効率な再結合が行われ、また光の自由キャリア吸
収により生じた熱の放出については、活性領域の体積に
対する表面積の比が増えることによって、また、基板を
通しての熱拡散が主体となっているために、熱特性がよ
くなり改善された。
さらに、筒状活性領域に量子井戸構造を用いることも可
能となり、活性領域中のドーピングも不要にでき、高効
率・低損失・低発熱の面発光型半導体レーザが得られた
。
能となり、活性領域中のドーピングも不要にでき、高効
率・低損失・低発熱の面発光型半導体レーザが得られた
。
（実施例）
欠胤■ユ
第１図は、本発明の第１の実施例であるＡｌＧａＡｓ系
材料からなる面発光型半導体レーザの断面図である。
材料からなる面発光型半導体レーザの断面図である。
図中１０はｎ”−Ａｌｏ５Ｇａａ、 ！１八５基板１７
にエツチングにより形成した直径３μＩφ、深さＩＦｌ
μＩの円筒状の穴であり、ｐ−ＧａＡｓ活性領域１５は
、その外側をｎ−Ａｌ。３Ｇａ６フ八Ｓクラッド層１６
、その内側をｐ＋−＾１（１，０５Ｇａ０．９１ｉ八Ｓ
コア層１４ではさまれており、キャリアの再結合は、上
記円筒状領域でおこり、光が発生する。活性領域やコア
領域に比べてクラッド領域は実効屈折率が小さいため光
は円筒の中心に集光する。
にエツチングにより形成した直径３μＩφ、深さＩＦｌ
μＩの円筒状の穴であり、ｐ−ＧａＡｓ活性領域１５は
、その外側をｎ−Ａｌ。３Ｇａ６フ八Ｓクラッド層１６
、その内側をｐ＋−＾１（１，０５Ｇａ０．９１ｉ八Ｓ
コア層１４ではさまれており、キャリアの再結合は、上
記円筒状領域でおこり、光が発生する。活性領域やコア
領域に比べてクラッド領域は実効屈折率が小さいため光
は円筒の中心に集光する。
第１図中の基板に平行な２点破線＾−への断面における
直径方向の実効屈折率分布を第２図（ａ）に示す。実際
は屈折率の２乗の差が光の閉じ込めに直接関係があるた
め、第２図（ａ）の縦軸は屈折率の２乗を示した。この
図からも分かるように、光はコア及び活性領域に閉じ込
められる。
直径方向の実効屈折率分布を第２図（ａ）に示す。実際
は屈折率の２乗の差が光の閉じ込めに直接関係があるた
め、第２図（ａ）の縦軸は屈折率の２乗を示した。この
図からも分かるように、光はコア及び活性領域に閉じ込
められる。
さらに付記すれば、キャリアの閉じ込めを良くするため
には、活性層はダブルへテロ構造で、両側のバンドギャ
ップが活性層のそれよりもより大きい方が良い。第２図
（ｂ）は活性層とコアの間に、さらに１層のｐ＋−＾１
ｏ２Ｇａ０８八ｓを加えた場合のＡ−Ａに対応する屈折
率プロファイルである。第２図（ｂ）は第２図（ａ）よ
りも、キャリアの閉じ込めが良いために高屈折率であり
、光の閉じ込めはほとんど第２図（ａ）とかわらない。
には、活性層はダブルへテロ構造で、両側のバンドギャ
ップが活性層のそれよりもより大きい方が良い。第２図
（ｂ）は活性層とコアの間に、さらに１層のｐ＋−＾１
ｏ２Ｇａ０８八ｓを加えた場合のＡ−Ａに対応する屈折
率プロファイルである。第２図（ｂ）は第２図（ａ）よ
りも、キャリアの閉じ込めが良いために高屈折率であり
、光の閉じ込めはほとんど第２図（ａ）とかわらない。
このように、ダブルへテロ構造で、その材料を最適に設
計することによって、高効率の半導体レーザが得られる
。
計することによって、高効率の半導体レーザが得られる
。
第１図において、電流の流れについてはｐ側電極１１か
ら注入されたホールは、 ｌ）”−Ａｌｏ、 ｏｓＧａ
ｏ、 ｓｃ八へキャップ層１２を通ってｎ−＾！。３Ｇ
ａＯ，？＾Ｓ電流狭窄層１３で狭窄されて電流注入窓２
１からｐｌ−＾１０．０５Ｇａｏ、 ｔ’ｓ＾Ｓコア層
に入り、活性層へ向う。一方電子は、ｎ側電極１８から
注入され、 ｎ”−Ａｌｏ、 ５Ｇａｏ、 ５Ａｓ基板
１７を通って円筒状の穴の底面及び側面からクラッド層
に入り、活性層でホールと再結合する。
ら注入されたホールは、 ｌ）”−Ａｌｏ、 ｏｓＧａ
ｏ、 ｓｃ八へキャップ層１２を通ってｎ−＾！。３Ｇ
ａＯ，？＾Ｓ電流狭窄層１３で狭窄されて電流注入窓２
１からｐｌ−＾１０．０５Ｇａｏ、 ｔ’ｓ＾Ｓコア層
に入り、活性層へ向う。一方電子は、ｎ側電極１８から
注入され、 ｎ”−Ａｌｏ、 ５Ｇａｏ、 ５Ａｓ基板
１７を通って円筒状の穴の底面及び側面からクラッド層
に入り、活性層でホールと再結合する。
また、光は、コア部の屈折率を活性層のそれよりもわず
かに低く設定しているが、発振した光は、コア部を中心
に集光し、上部共振多層膜１９とＦ部共振多層膜２０と
の間で共振する。光共振領域３０は、図中−点破線で示
される。基板は、ｎ”−ＡＩ、８Ｇａｏ、 ｓＡｓ材料
なので、光の吸収はほとんどない。また、電流狭窄層１
３はキャップ層１２やコア層１４よりも低屈折率である
ため、出射喘面近くにおいて集光させ、出射光がリング
状になるのを低減している。
かに低く設定しているが、発振した光は、コア部を中心
に集光し、上部共振多層膜１９とＦ部共振多層膜２０と
の間で共振する。光共振領域３０は、図中−点破線で示
される。基板は、ｎ”−ＡＩ、８Ｇａｏ、 ｓＡｓ材料
なので、光の吸収はほとんどない。また、電流狭窄層１
３はキャップ層１２やコア層１４よりも低屈折率である
ため、出射喘面近くにおいて集光させ、出射光がリング
状になるのを低減している。
第１図に示した本実施例の面発光型半導体レーザの作製
プロセスを第３図に示す。
プロセスを第３図に示す。
先ず、ＧａＡｓ基板２２上にｎ４ｐ−＾１．．５Ｇａｏ
、 ！、Ａｓ １７をエピタキシャル成長させた （Ｏ
ｏ＋）面の基板を用い、その上にレジストを塗付し露光
後エツチングにより、直径３μｍφ、深さ１０μｍの円
柱の穴を形成し、レジストを除去する（第３図 （ａ）
）。次に、基板加工後、気相エピタキシャル成長により
、ｎ”−ＡＩｏ、 ３Ｇａｏ 、Ａｓ層（０，５μｍ）
１Ｂ、 ｐ−ＧａＡｓ活性層（０，２μｍ） １５を
成膜する（第３図（ｂ））、次に、液相エピタキシャル
成長により、 ｐ”−Ａ１．。、Ｇａｏ、 ’ｌ５Ａｓ
コア層１４を穴に埋め込み、その上に、ｎ−Ａ１０．３
Ｇａ０．７へＳ電流狭窄層１３を成膜する（第３図（Ｃ
））。次に、電流狭窄層上に７オトレジストを塗布し、
エツチングし、電流注入用の直径２μｍの穴をあけ、そ
の上にｐ＋−＾１Ｇ、 ｏｓｃａｏ、 ’）Ｓ＾Ｓキャ
ップ層１２をＬＰＥ （液層エピタキシャル成長法）に
より成１模する（第３図（ｄ））。次に、基板上面にｐ
制電Ｍ４（Ａｕ１０ｒ） ＋１を蒸着し、直径４μｍφ
の共振反射面用の窓部を通常のフォトリソ・エツチング
で形成する（第３図（ｅ））。この後、誘電体多層Ｍ
（Ｓｉ０２． ＡＩ□０３等）＋９を蒸着し、反射率９
０％を得るようにする（第３図（ｆ））。
、 ！、Ａｓ １７をエピタキシャル成長させた （Ｏ
ｏ＋）面の基板を用い、その上にレジストを塗付し露光
後エツチングにより、直径３μｍφ、深さ１０μｍの円
柱の穴を形成し、レジストを除去する（第３図 （ａ）
）。次に、基板加工後、気相エピタキシャル成長により
、ｎ”−ＡＩｏ、 ３Ｇａｏ 、Ａｓ層（０，５μｍ）
１Ｂ、 ｐ−ＧａＡｓ活性層（０，２μｍ） １５を
成膜する（第３図（ｂ））、次に、液相エピタキシャル
成長により、 ｐ”−Ａ１．。、Ｇａｏ、 ’ｌ５Ａｓ
コア層１４を穴に埋め込み、その上に、ｎ−Ａ１０．３
Ｇａ０．７へＳ電流狭窄層１３を成膜する（第３図（Ｃ
））。次に、電流狭窄層上に７オトレジストを塗布し、
エツチングし、電流注入用の直径２μｍの穴をあけ、そ
の上にｐ＋−＾１Ｇ、 ｏｓｃａｏ、 ’）Ｓ＾Ｓキャ
ップ層１２をＬＰＥ （液層エピタキシャル成長法）に
より成１模する（第３図（ｄ））。次に、基板上面にｐ
制電Ｍ４（Ａｕ１０ｒ） ＋１を蒸着し、直径４μｍφ
の共振反射面用の窓部を通常のフォトリソ・エツチング
で形成する（第３図（ｅ））。この後、誘電体多層Ｍ
（Ｓｉ０２． ＡＩ□０３等）＋９を蒸着し、反射率９
０％を得るようにする（第３図（ｆ））。
次に、電極上部の誘電体膜をフォトレジストをマスクと
して用いてエツチングにより除去する。
して用いてエツチングにより除去する。
（第３図（ｇ））。この後Ｇａ八へ基板をラッピング。
エツチングにより除去し、第３図（ｅ）〜（ｇ）と同様
に、ｎ側電極（Ａｕ−Ｇｅ／Ａｕ） １８を蒸着し、共
振窓を除去後、誘電体膜２０を反射率９５％以−トにな
るように形成し、電極との誘電体膜を除去する（第３図
（ｈ））。
に、ｎ側電極（Ａｕ−Ｇｅ／Ａｕ） １８を蒸着し、共
振窓を除去後、誘電体膜２０を反射率９５％以−トにな
るように形成し、電極との誘電体膜を除去する（第３図
（ｈ））。
犬施■ユ
第４図は、第１図で電流狭窄層として用いたｎ−Ａ１０
． 、、Ｇａｏ、 ？ＡＳ層１３の代わりに、異なる手
段により電流狭窄を行った場合の本発明の実施例である
。
． 、、Ｇａｏ、 ？ＡＳ層１３の代わりに、異なる手
段により電流狭窄を行った場合の本発明の実施例である
。
活性層！５がクラッド層１６とコア層１４にはさまれて
はいるが、この場合、活性層１５とコア層１４の間に、
Ｂｅ（ベリリウム）をドープしたＩ）−ＡＩＯ０５Ｇａ
ｏ、 ＱＳＡＳ層２４上２４をドープしたＡＩｏ、 ｏ
ｓＧａｏ９５Ａｓ層２３が加えられている。
はいるが、この場合、活性層１５とコア層１４の間に、
Ｂｅ（ベリリウム）をドープしたＩ）−ＡＩＯ０５Ｇａ
ｏ、 ＱＳＡＳ層２４上２４をドープしたＡＩｏ、 ｏ
ｓＧａｏ９５Ａｓ層２３が加えられている。
（００１）＾１ＧａＡｓ基板を用い、それに、第４図の
ような加工が施されていると、（００１）面と３１”以
上の角度をなす順メサ斜面上にＳｉをドープして成長を
行ったＡｌＧａＡｓはｐ型となる。ここで、順メサとは
、（ｏｏＢ面基板基板上山帽方向に平行にエツチングを
行ったときに生じるメサ形状で［１１０］方向にできる
メサ形状は、逆メサとなる。
ような加工が施されていると、（００１）面と３１”以
上の角度をなす順メサ斜面上にＳｉをドープして成長を
行ったＡｌＧａＡｓはｐ型となる。ここで、順メサとは
、（ｏｏＢ面基板基板上山帽方向に平行にエツチングを
行ったときに生じるメサ形状で［１１０］方向にできる
メサ形状は、逆メサとなる。
上記Ｓｉをドープした＾１ＧａＡｓ／ＧａＡｓ膜におけ
る傾斜角とｐ−ｎ反転の関係は、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ。
る傾斜角とｐ−ｎ反転の関係は、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ。
Ｖｏｌ、２３． Ｎｏ、１（１９８７）に報告されてお
り、（１００）基板と傾斜角θをなす斜面では５０°く
θ〈２ピではｎ形、３１°〈θではｐ形が確認されてい
る。したがって、（００１）基板に第４図のような円柱
のたて穴をエツチングにより形成して成膜した場合、Ｓ
ｉドープ＾ｌＧａ八へｌ膜の順メサにほぼ平行な領域、
つまり、円柱の側面の一部だけｐ形となり、残りはｎ形
または、高抵抗層となるので、ホールは円柱の側面のＰ
影領域を通ることになる。よって、第４図中、２５の斜
面の一部においてはＰ形、 （００１）基板に平行な（
２６）においてはｎ形となるので、２６の部分において
はｐ−ｎ−ｐとなり電流は流れないが、２５ではｐ−ｐ
−ｐとなり結果的に２３層の穴の側面の一部分のみから
ホールが注入され、活性層の穴の側面が利得領域となる
。穴の側面では、２３層が平坦であるか、基板との角度
が３１”以下であればｎ形となり、電流は流れないので
、この場合は、基板トの加工の直径を小さくして、層２
３の底面積がなるべく小さくなるように成膜した方が発
振効率は上がる。
り、（１００）基板と傾斜角θをなす斜面では５０°く
θ〈２ピではｎ形、３１°〈θではｐ形が確認されてい
る。したがって、（００１）基板に第４図のような円柱
のたて穴をエツチングにより形成して成膜した場合、Ｓ
ｉドープ＾ｌＧａ八へｌ膜の順メサにほぼ平行な領域、
つまり、円柱の側面の一部だけｐ形となり、残りはｎ形
または、高抵抗層となるので、ホールは円柱の側面のＰ
影領域を通ることになる。よって、第４図中、２５の斜
面の一部においてはＰ形、 （００１）基板に平行な（
２６）においてはｎ形となるので、２６の部分において
はｐ−ｎ−ｐとなり電流は流れないが、２５ではｐ−ｐ
−ｐとなり結果的に２３層の穴の側面の一部分のみから
ホールが注入され、活性層の穴の側面が利得領域となる
。穴の側面では、２３層が平坦であるか、基板との角度
が３１”以下であればｎ形となり、電流は流れないので
、この場合は、基板トの加工の直径を小さくして、層２
３の底面積がなるべく小さくなるように成膜した方が発
振効率は上がる。
火ｍ
第５図は、本発明を利用した分布反射型面発光半導体レ
ーザの一例である。
ーザの一例である。
ＧａＡｌＡｓ／＾ＩＡｓ半導体多層膜反射鏡の面発光レ
ーザへの応用に関する研究は、１９８７年春季応用物理
学会予稿集３０ａ−Ｚｌ＋−３に報告されており、１５
対のＧａｏ、 、Ａ１．、 ＋Ａｓ／ＡｌＡｓ多層Ｉ＋
！；！を用い、波長λが０．８８μｌかつ反射率９７％
が得られ、また、多層膜を通しての電流注入が可能であ
ることも公知である。このＧａＡ ＩＡｓハＩ八ｓへ導
体多層膜を用いれば、第５図に示すように、基板の上面
だけに反射鏡を形成すればよく、結果的に、ＧａＡｓ基
板を用いて本発明を実施できる。まず、ｎ”−ＧａＡｓ
基板に直径５μｍφ、深さ１０μｍの穴を加工する。そ
の上に、ｎ”−Ｇａ□、 ５Ａｌｏ、 ＋Ａｓ／ｎ”−
＾ＩＡｓの多層膜を０．２２μｍの周期で１５対、有機
金属化学堆積法により成膜し、穴の底面に均一で平坦な
反射多層膜を形成する。その後は第１図の構造と同様に
作製できる。
ーザへの応用に関する研究は、１９８７年春季応用物理
学会予稿集３０ａ−Ｚｌ＋−３に報告されており、１５
対のＧａｏ、 、Ａ１．、 ＋Ａｓ／ＡｌＡｓ多層Ｉ＋
！；！を用い、波長λが０．８８μｌかつ反射率９７％
が得られ、また、多層膜を通しての電流注入が可能であ
ることも公知である。このＧａＡ ＩＡｓハＩ八ｓへ導
体多層膜を用いれば、第５図に示すように、基板の上面
だけに反射鏡を形成すればよく、結果的に、ＧａＡｓ基
板を用いて本発明を実施できる。まず、ｎ”−ＧａＡｓ
基板に直径５μｍφ、深さ１０μｍの穴を加工する。そ
の上に、ｎ”−Ｇａ□、 ５Ａｌｏ、 ＋Ａｓ／ｎ”−
＾ＩＡｓの多層膜を０．２２μｍの周期で１５対、有機
金属化学堆積法により成膜し、穴の底面に均一で平坦な
反射多層膜を形成する。その後は第１図の構造と同様に
作製できる。
電子は半導体多層膜を通って流れ、活性領域でホールと
再結合を行ない、発光する。光は半導体多層膜２７の回
折格子で反射され、基板上面の誘電体膜との間で共振し
、基板上面からのみ出射する。
再結合を行ない、発光する。光は半導体多層膜２７の回
折格子で反射され、基板上面の誘電体膜との間で共振し
、基板上面からのみ出射する。
実」ｄ汁４
第６図は、本発明の一部ではあるが、加工基板の柱状の
穴の内へクラッド層と活性層を埋込んでコア部を形成し
ないで作製した面発光型半導体レーザの一例である。
穴の内へクラッド層と活性層を埋込んでコア部を形成し
ないで作製した面発光型半導体レーザの一例である。
第６図は第１図とほとんど同じであるが、穴の内にコア
部のかわりにｐ”−ＧａＡｓ活性領域が埋まっており、
ホールは、参照番号２１の部分で狭窄され、■二部ｐ”
−Ａ１００５Ｇａｏ、 ０５ＡＳクラッド層１４を通っ
て活性領域に達するが、第１図と異なる点は、活性領域
のドープ量を高くしておく点にあり、これによって、活
性領域全域を利得領域にする。この第６図の実施例にお
いて、基板加工の穴の形状は、直径２μｌφ、潔さ１０
μｍ程度であり、 ＬＰＥ法で活性領域を埋込むために
、針状に細長く作製できる。この例の面発光型半導体レ
ーザでは出射光はリング状にならずに、点光源となる。
部のかわりにｐ”−ＧａＡｓ活性領域が埋まっており、
ホールは、参照番号２１の部分で狭窄され、■二部ｐ”
−Ａ１００５Ｇａｏ、 ０５ＡＳクラッド層１４を通っ
て活性領域に達するが、第１図と異なる点は、活性領域
のドープ量を高くしておく点にあり、これによって、活
性領域全域を利得領域にする。この第６図の実施例にお
いて、基板加工の穴の形状は、直径２μｌφ、潔さ１０
μｍ程度であり、 ＬＰＥ法で活性領域を埋込むために
、針状に細長く作製できる。この例の面発光型半導体レ
ーザでは出射光はリング状にならずに、点光源となる。
ここで、第１図や第４図のような構造であれば、レーザ
光は基板の上面からも下面からも出射するので、それぞ
れの反射率を調整することによって、どちらから出射す
るレーザ光でも使用することができる。また、第１図や
第４図のように＾ｌＧａＡｓ基板を用いるときは、通常
ＧａＡｓ基板が下に付いているので最後にこれをとり除
く必要がある。
光は基板の上面からも下面からも出射するので、それぞ
れの反射率を調整することによって、どちらから出射す
るレーザ光でも使用することができる。また、第１図や
第４図のように＾ｌＧａＡｓ基板を用いるときは、通常
ＧａＡｓ基板が下に付いているので最後にこれをとり除
く必要がある。
実施１
第７図は第５の実施例の断面図である。
本実施例では、ＧａＡｓ基板側に穴をあけて誘電体膜を
成膜しである。
成膜しである。
以上、いくつかの実施例を用いて本発明を説明したが、
これら実施例に限定されるものでなく種々変形可能であ
る。すなわち、基板に穴の加工を行ってその上にエピタ
キシャル成長し、穴の内部に活性層を形成する際の穴は
、第８図に示すように、円柱（第８図（ａ））、円すい
台（同図（ｂ） ） 、円すい（同図（Ｃ））のように
、深さ方向にその断面の大きさおよび形状が変化してい
ても良い。あるいは、四角柱（同図（ｄ））、六角柱（
同図（ｅ））、八角柱（同図（ｆ））のような多角形で
あってもよい。また、近視野像および遠視野像の制御の
ために、断面形状が非対称のものでも、レーザ発振すれ
ば利用可能である。
これら実施例に限定されるものでなく種々変形可能であ
る。すなわち、基板に穴の加工を行ってその上にエピタ
キシャル成長し、穴の内部に活性層を形成する際の穴は
、第８図に示すように、円柱（第８図（ａ））、円すい
台（同図（ｂ） ） 、円すい（同図（Ｃ））のように
、深さ方向にその断面の大きさおよび形状が変化してい
ても良い。あるいは、四角柱（同図（ｄ））、六角柱（
同図（ｅ））、八角柱（同図（ｆ））のような多角形で
あってもよい。また、近視野像および遠視野像の制御の
ために、断面形状が非対称のものでも、レーザ発振すれ
ば利用可能である。
火胤画玉
第９図は、本発明において、基板への加工を柱を残して
まわりを取り除くような形で行った場合の実施例であり
、第１１図のＣＴＪ形面光面発光レーザているが、活性
層はダブルへテロ構造を成すように気相成長で成膜した
点が異なっている。膜構成は、はとんど第１図の本発明
の実施例と同じである。このように、基板上に柱状のコ
アを形成した後に活性層を成■ｑシても本発明を実施で
きる。
まわりを取り除くような形で行った場合の実施例であり
、第１１図のＣＴＪ形面光面発光レーザているが、活性
層はダブルへテロ構造を成すように気相成長で成膜した
点が異なっている。膜構成は、はとんど第１図の本発明
の実施例と同じである。このように、基板上に柱状のコ
アを形成した後に活性層を成■ｑシても本発明を実施で
きる。
なお、本発明の面発光型半導体レーザの材料は、ＧａＡ
Ｉへｓ／ＧａＡｓ系化合物ばかりでなく、Ｇａ１ｎＡ
ｓＰ／ｌｎＰ″ｉｆ−化合物その他に有効である。
Ｉへｓ／ＧａＡｓ系化合物ばかりでなく、Ｇａ１ｎＡ
ｓＰ／ｌｎＰ″ｉｆ−化合物その他に有効である。
以上説明したように、活性領域を筒状にして基板に押込
んでその回りを屈折率の低いクラッド層、内部をコア領
域とすることにより、キャリアの１１１結合の効率か良
くなり、また、光をコア部に集光できるようになった。
んでその回りを屈折率の低いクラッド層、内部をコア領
域とすることにより、キャリアの１１１結合の効率か良
くなり、また、光をコア部に集光できるようになった。
その結果、内部量子効率が増加し、熱的特性が改善され
、臨界光出力を増加することが可能となった。
、臨界光出力を増加することが可能となった。
第１図は、本発明を実施した面発光型半導体レーザ装置
の一例の断面図、 第２図（ａ） 、 （ｂ）は、第１図の八−＾の直径方
向の屈折率２乗分布図、 第３図（ａ）〜（ｈ）は、第１図のレーザの作製プロセ
ス、 第４図は、本発明を実施した面発光型半導体レーザ装置
の他の例の断面図、 第５図は、本発明を実施した分布反射型面発光半導体レ
ーザの断面図、 第６図は、本発明を実施した円柱状活性領域をもつ面発
光型半導体レーザ装置の断面図、第７図は、第１図の構
造で、ＧａＡｓ基板に穴を開けて残した場合の半導体レ
ーザ装置の断面図、第８図（ａ）〜（ｆ）は、基板に加
工を施すときの穴の形状の例を示す斜視図、 第９図は、本発明を実施した柱状共振領域を基板状にも
つ面発光型半導体レーザ装置の断面図、第１Ｏ図は、従
来の面発光型番導体レーザ装置の断面図、 第１１図はＣＴＪ形面光面発光型半導体レーザ装置面図
である。 １０・・・・・・基板に加工した穴、 １１・・・・・・ｐ側電極、 １２・・・・・・キャップ層、 １３・・・・・・電流狭窄層、 １４・・・・・・コア層、 １５・・・・・・活性層、 １６・・・・・・クラッド層、 １７・・・・・・基板、 １８・・・・・・ｎ側電極、 １９．２０・・誘電体反射膜、 ２１・・・・・・電流注入窓、 ２２・・・・・・ＧａＡｓ基板 ２３・・−−−−５ｔド一プ層八１０． ｏｓｃａｏ、
ｅｓＡｓ、２４＊＋＋＋＋＋ｐ−−ＡＩｏ、０１ｉｃ
ａＯ，（ｌｓ＾５１２５＝ｐ−−Ａ１０ｏｓａａｏ、
ｅｓＡｓ、２６＝ｎ−−＾１ｏ、ｏｓｃａｏ、！Ｉｓ八
Ｓ ｓ２７・−・−ｎ”−八ｌ。、 ＩＧａｏ９Ａｓ／
ＡｌＡｓ多層膜。 特許出願人 キャノン株式会゛社 代 理 人 弁理士 若 林 忠 第１図 ｒ刈ｍｌ 中Ｉし力゛５０臣離 第２図（ａ） 菌２図（ｂ） 第６（２） 第７図 （ａ） （ｂ） （ｃ）（ｄ
’） （ｅ ）（ｆ ）第１１図
の一例の断面図、 第２図（ａ） 、 （ｂ）は、第１図の八−＾の直径方
向の屈折率２乗分布図、 第３図（ａ）〜（ｈ）は、第１図のレーザの作製プロセ
ス、 第４図は、本発明を実施した面発光型半導体レーザ装置
の他の例の断面図、 第５図は、本発明を実施した分布反射型面発光半導体レ
ーザの断面図、 第６図は、本発明を実施した円柱状活性領域をもつ面発
光型半導体レーザ装置の断面図、第７図は、第１図の構
造で、ＧａＡｓ基板に穴を開けて残した場合の半導体レ
ーザ装置の断面図、第８図（ａ）〜（ｆ）は、基板に加
工を施すときの穴の形状の例を示す斜視図、 第９図は、本発明を実施した柱状共振領域を基板状にも
つ面発光型半導体レーザ装置の断面図、第１Ｏ図は、従
来の面発光型番導体レーザ装置の断面図、 第１１図はＣＴＪ形面光面発光型半導体レーザ装置面図
である。 １０・・・・・・基板に加工した穴、 １１・・・・・・ｐ側電極、 １２・・・・・・キャップ層、 １３・・・・・・電流狭窄層、 １４・・・・・・コア層、 １５・・・・・・活性層、 １６・・・・・・クラッド層、 １７・・・・・・基板、 １８・・・・・・ｎ側電極、 １９．２０・・誘電体反射膜、 ２１・・・・・・電流注入窓、 ２２・・・・・・ＧａＡｓ基板 ２３・・−−−−５ｔド一プ層八１０． ｏｓｃａｏ、
ｅｓＡｓ、２４＊＋＋＋＋＋ｐ−−ＡＩｏ、０１ｉｃ
ａＯ，（ｌｓ＾５１２５＝ｐ−−Ａ１０ｏｓａａｏ、
ｅｓＡｓ、２６＝ｎ−−＾１ｏ、ｏｓｃａｏ、！Ｉｓ八
Ｓ ｓ２７・−・−ｎ”−八ｌ。、 ＩＧａｏ９Ａｓ／
ＡｌＡｓ多層膜。 特許出願人 キャノン株式会゛社 代 理 人 弁理士 若 林 忠 第１図 ｒ刈ｍｌ 中Ｉし力゛５０臣離 第２図（ａ） 菌２図（ｂ） 第６（２） 第７図 （ａ） （ｂ） （ｃ）（ｄ
’） （ｅ ）（ｆ ）第１１図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、活性層内において注入されたキャリアを再結合させ
、生じた光を共振増幅し、結晶成長方向にレーザ光を出
射する面発光型半導体レーザ装置において、 前記活性層の結晶成長方向に沿う縦断面形状は、一旦第
１の方向に曲折した後、前記第１の方向とは反対の第２
の方向に曲折して構成される屈曲形態部分を有し、該活
性層はコア層とクラッド層とで挟まれており、該クラッ
ド層は前記第１の方向側に設けられ、前記コア層は前記
第２の方向側に設けられており、注入されたキャリアは
活性層の前記第１の方向に屈曲した部分および第２の方
向に屈曲した部分において再結合し、この結果発生した
光は、活性層の前記第１の方向に屈曲した部分および前
記第２の方向に屈曲した部分間に存在する前記コア層の
位置において第１および第２の方向に沿って共振増幅さ
れ、前記第１または第２の方向にレーザ光が出射される
ことを特徴とする面発光型半導体レーザ装置。 ２、前記コア層の屈折率は活性層の屈折率よりも小さい
請求項１記載の面発光型半導体レーザ装置。 ３、前記コア層側から注入されたキャリアを、前記活性
層の前記第１の方向に屈曲した部分および前記第２の方
向に屈曲した部分間に存在するコア層部分に狭窄するた
めの電流狭窄層を有する請求項１または２記載の面発光
型半導体レーザ装置。 ４、前記屈曲形態の活性層を含み前記光共振領域の少な
くとも一部を構成する活性領域が、柱状形状を有してい
る請求項１から３までのいずれかに記載の面発光型半導
体レーザ装置。 ５、前記屈曲形態の活性層を含み前記光共振領域の少な
くとも一部を構成する活性領域が、筒状形状を有してい
る請求項１から３までのいずれかに記載の面発光型半導
体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13842088A JPH01308091A (ja) | 1988-06-07 | 1988-06-07 | 面発光型半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13842088A JPH01308091A (ja) | 1988-06-07 | 1988-06-07 | 面発光型半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01308091A true JPH01308091A (ja) | 1989-12-12 |
Family
ID=15221547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13842088A Pending JPH01308091A (ja) | 1988-06-07 | 1988-06-07 | 面発光型半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01308091A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06350191A (ja) * | 1993-06-08 | 1994-12-22 | Nec Corp | 面発光素子 |
| JPH0722699A (ja) * | 1993-07-05 | 1995-01-24 | Nec Corp | 立体共振器型面発光レーザ |
-
1988
- 1988-06-07 JP JP13842088A patent/JPH01308091A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06350191A (ja) * | 1993-06-08 | 1994-12-22 | Nec Corp | 面発光素子 |
| JPH0722699A (ja) * | 1993-07-05 | 1995-01-24 | Nec Corp | 立体共振器型面発光レーザ |
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