JPH05190979A - 面発光半導体レーザ - Google Patents

面発光半導体レーザ

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２段メサ型面発光半導体レーザ素子の低抵抗
という利点を生かしつつ、簡単な製造工程で小さなサイ
ズにおいても充分な光閉じ込めを実現することにある。 【構成】 半導体基板１１の上に第一導伝型の第一の多
層膜反射鏡１０、第一導伝型のクラッド層８（第一の半
導体層）、活性層７、第二導伝型のクラッド層５（第二
の半導体層）、コンタクト層４、メサガイド層２、第二
導伝型の第二の多層膜反射鏡１が形成され、成長面に垂
直な方向にレーザ発振光を放出する面発光半導体レーザ
において、素子周囲が第二の多層膜反射鏡１より下にあ
るコンタクト層４までエッチングにより除去してある。 【効果】 垂直共振器型面発光半導体レーザを作製する
技術を用いて簡単な層構造の変更をするだけで、低閾
値、低抵抗を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高並列な光伝送や光情報
処理に用いられる垂直共振器型の面発光半導体レーザに
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の面発光半導体レーザでは、注入電
流がメサ部を通過するため、素子抵抗が高いという問題
点があった。そこで、図４のように上側の誘電体多層膜
反射鏡をエッチングにより除去し、活性層の横方向から
電流注入することによって抵抗低減を図った２段メサ型
面発光半導体レーザが開発された（固体素子コンファレ
ンス抄録，１９９１年，ＩＯＴ４，３７頁〜３８頁）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の２段メ
サ型面発光半導体レーザでは半導体多層膜の上に誘電体
多層膜を積層させ、この誘電体層をメサ状にエッチング
により除去していくために製造工程が複雑であり、また
エッチング面が第二の多層膜反射鏡の底面に一致してい
るために、素子サイズが小さくなると光閉じ込めが弱く
なり、発振閾値が上昇するという問題点があった。
【０００４】本発明の目的は、２段メサ型面発光半導体
レーザ素子の低抵抗という利点を生かしつつ、簡単な製
造工程で小さなサイズにおいても充分な光閉じ込めを実
現することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】第一の発明は、半導体基
板の上に第一導伝型の第一の多層膜反射鏡、第一導伝型
の第一の半導体層、活性層、第二導伝型の第二の半導体
層、第二導伝型の第二の多層膜反射鏡が形成され、成長
面に垂直な方向にレーザ発振光を放出する面発光半導体
レーザにおいて、前記第二多層膜反射鏡の中に第二導伝
型のコンタクト層を形成し、素子周囲がコンタクト層ま
でエッチングにより除去して上部メサを形成し、エッチ
ング面が第二の多層膜反射鏡の底面より下にあることに
よって光の上部メサ部分への進入を引き起こし、横方向
への屈折率分布を作り、より小さなメササイズにおいて
も充分な光閉じ込めを行うものである。
【０００６】第二の発明は、第一の発明の面発光半導体
レーザにおいて、コンタクト層を活性層から媒質内波長
の４分の１の奇数倍の位置に置くことによって、吸収係
数の大きいコンタクト層を光の定在波の節の位置とし、
発振閾値の上昇を防ごうとするものである。
【０００７】第三の発明は、第一の発明の面発光半導体
レーザにおいて、電流注入に関係のない第二の多層膜反
射鏡を非導電型とすることによって、吸収係数を低減
し、発振閾値の低減を図るものである。
【０００８】第四の発明は、第一の発明の面発光半導体
レーザにおいて、エッチング面に横方向発振波長に適合
した間隔の同心円状のエッチング溝を彫ることによっ
て、横方向に分布反射型の屈折率分布を付け、よりサイ
ズの小さい活性層でも充分な横方向光閉じ込めを得よう
とするものである。
【０００９】
【作用】第一の発明は、メサ部によって横方向の屈折率
分布を生じさせ、光の活性層への閉じ込めを向上しよう
とするものであるが、更に詳述する。図３は、半導体基
板の上にＮ型のＡｌＡｓ／ＧａＡｓ多層膜反射鏡、Ｎ型
のＡｌ0.25Ｇｓ0.75Ａｓ、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ活性層、
Ｐ型のＡｌ0.25Ｇｓ0.75Ａｓ、Ｐ型のＡｌＡｓ／ＧａＡ
ｓ多層膜反射鏡を順に形成した構造で、エッチング面か
ら活性層上部までの深さｄをパラメタとした時の、光閉
じ込め係数の上部メサの直径に対する依存性を示す。ｄ
＝１０００，２０００Åではほぼ充分な光閉じ込めが得
られているが、ｄ＝３０００，４０００Åでは不十分で
あることが分かる。また、ｄ＝６０００Å以上、つまり
第二の多層膜反射鏡の下部が下部メサに含まれている状
況では、屈折率導波による光閉じ込めは殆どないことが
分かる。これは多層膜反射鏡の反射率が高く上部メサに
多層膜が残っている状況では光の上部メサへしみ込みが
少なく、その結果横方向の屈折率分布が生じないためで
ある。したがって、第二の多層膜反射鏡とコンタクト層
との間隔（図１のメサガイド層２）が広いほど光閉じ込
めは強くなる。
【００１０】
【実施例】以下に本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。図１は、請求項１の発明の面発光半
導体レーザの実施例を示す構造断面図である。半絶縁性
ＧａＡｓ基板１１上にＮ型の多層膜反射鏡１０（λ／４
厚のＧａＡｓ／ＡｌＡｓ１５対からなる。）、クラッド
層８となるＮ型のＡｌ0.25Ｇｓ0.75Ａｓ、活性層７とな
るノンドープのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ（厚さ３００Å）、
クラッド層５となるＰ型のＡｌ0.25Ｇｓ0.75Ａｓ、コン
タクト層４となるＰ型のＧａＡｓ、メサガイド層２とな
るＰ型のＡｌ0.25Ｇｓ0.75Ａｓ、第二のＰ型の多層膜反
射鏡１（λ／４厚のＧａＡｓ／ＡｌＡｓ１５対からな
る。）を順にＭＢＥによって成長する。次に第一の多層
膜反射鏡１０の上面までエッチングにより除去し、さら
により小さなサイズでコンタクト層４までエッチングに
より除去する。そして、それぞれのエッチング面にＡｕ
Ｇｅ−Ｎｉからなる電極９およびＣｒ／Ａｕからなる電
極３を蒸着によって形成する。メサガイド層２、コンタ
クト層４、クラッド層５をあわせた層厚は２λ、クラッ
ド層８の層厚はλ、活性層からコンタクト層までの距離
は２０００Åとしてある。ここでλは媒質内発振波長で
真空中で９８００Åとしてある。また活性層７の両脇は
水素イオン注入により高抵抗領域層６としてある。この
素子の光閉じ込め係数は、第一メサの大きさが３μｍま
で小さくなっても素子径が充分大きい時の８０％程度に
しか劣化しない。
【００１１】さらに請求項２にあるように活性層とコン
タクト層の距離を２２００Å（媒質内発振波長の５／４
倍で、コンタクト層は光定在波の節に位置する。）とす
れば、発振閾値はコンタクト層が光定在波の腹の位置に
ある場合の９割程度に低減できる。
【００１２】さらに請求項３にあるように第二の多層膜
反射鏡をアンドープとすることによって、発振閾値は多
層膜反射鏡をドーピングし導伝型とする場合に比べて、
さらに９割程度に低減できる。
【００１３】図２は、請求項４の発明の面発光半導体レ
ーザの実施例を示した構造断面図である。層構造は図１
と同様である。図１と同様にエッチングしたのちにさら
にコンタクト層４上面からエッチングにより同心円状に
溝を彫る。この上に図１と同様に電極３と第一の多層膜
反射鏡１０の上に電極９を形成する。この同心円状の溝
により横方向光閉じ込めは更に強くなる。溝のピッチ
は、発振の横方向媒質内波長の半分にする。例えば、上
部メサのサイズを１μｍとすれば、横方向媒質内波長は
１μｍ程度であるので、溝のピッチを０．５μｍとす
る。
【００１４】以上にはＧａＡｓ系の実施例を挙げて説明
したが、本発明はＩｎＰ系など他の材料系の半導体に適
用できる。
【００１５】
【発明の効果】本発明を適用するならば、垂直共振器型
の面発光半導体レーザを作製する技術を用いて簡単な層
構造の変更をするだけで、低発振閾値、低抵抗を実現で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１、第２及び第３の発明の実施例を説明する
ための面発光半導体レーザの構造断面図である。
【図２】第４の発明の実施例を説明するための面発光半
導体レーザの構造断面図である。
【図３】本発明の面発光半導体レーザにおける光閉じ込
め係数のエッチング面から活性層までの距離に対する依
存性を示す図である。
【図４】従来例を説明するための２段メサ型面発光半導
体レーザの構造断面図である。
【符号の説明】
１ 第二の多層膜反射鏡 ２ メサガイド層 ３ 電極 ４ コンタクト層 ５ クラッド層 ６ 高抵抗層 ７ 活性層 ８ クラッド層 ９ 電極 １０ 第一の多層膜反射鏡 １１ 基板

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板の上に第一導伝型の第一の多
    層膜反射鏡、第一導伝型の第一の半導体層、活性層、第
    二導伝型の第二の半導体層、第二導伝型の第二の多層膜
    反射鏡が形成され、成長面に垂直な方向にレーザ発振光
    を放出する面発光半導体レーザにおいて、前記第二半導
    体層の中に第二導伝型のコンタクト層を形成し、素子周
    囲がコンタクト層までエッチングにより除去してあり、
    エッチング面が第二の多層膜反射鏡の底面より下にある
    ことを特徴とする面発光半導体レーザ。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の面発光半導体レーザにお
    いて、コンタクト層を活性層から媒質内波長の４分の１
    の奇数倍の位置に置いてあることを特徴とする面発光半
    導体レーザ。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の面発光半導体レーザにお
    いて、第二の多層膜反射鏡をアンドープとしてあること
    を特徴とする面発光半導体レーザ。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の面発光半導体レーザにお
    いて、エッチング面に同心円状の溝を彫ってあることを
    特徴とする面発光半導体レーザ。
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