JPH0537071A - 面発光レーザ - Google Patents
面発光レーザInfo
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- JPH0537071A JPH0537071A JP3188824A JP18882491A JPH0537071A JP H0537071 A JPH0537071 A JP H0537071A JP 3188824 A JP3188824 A JP 3188824A JP 18882491 A JP18882491 A JP 18882491A JP H0537071 A JPH0537071 A JP H0537071A
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- emitting laser
- surface emitting
- light
- laser
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- 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]
- H01S5/18344—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] characterized by the mesa, e.g. dimensions or shape of the mesa
- H01S5/18347—Mesa comprising active layer
-
- H—ELECTRICITY
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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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-
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Abstract
(57)【要約】
【目的】素子作製工程が簡便で、高集積化が可能な面発
光レーザを得ることを目的とする。 【構成】面発光レーザの半導体基板１が、第１の光反射
層２とほぼ格子整合し、かつ、発振波長に対して透明で
あるようにする。
光レーザを得ることを目的とする。 【構成】面発光レーザの半導体基板１が、第１の光反射
層２とほぼ格子整合し、かつ、発振波長に対して透明で
あるようにする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、素子製作工程が簡便
で、高集積化が可能な面発光レーザに関するものであ
る。
で、高集積化が可能な面発光レーザに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】通常、ＧａＡｓあるいはＩｎＧａＡｓＰ
に代表される３−５族化合物半導体レーザは、基板に対
して平行な方向にファブリーペロー共振器もしくはＤＦ
Ｂを形成し、半導体結晶のへき開端面よりレーザ光を取
り出している。この場合、その構造上の問題から２次元
的にウェハ面上にレーザを高密度に集積するのは非常に
困難である。すなわち、個々のレーザはそれぞれに出射
端面を形成しなければならず、光共振器の長さは１００
〜８００μｍと長いので、ウェハ内に単位面積あたりに
集積できるレーザの個数には限界がある上、レーザ光が
基板に対して平行に出射するので、基板に垂直な方向に
光を出さなければならず、そのためにはレーザ部分とは
別に４５°高反射ミラーを、エッチングにより形成しな
ければならないという欠点を有していた。これに対して
結晶成長その他により、光共振器を基板主面に対して垂
直に形成し、レーザ光を上記基板主面に対して垂直に取
り出す、いわゆる面発光レーザは、その構造から容易に
基板上に高密度２次元集積することが可能である。最近
ではその発振波長が０．８５μｍ、０．９８μｍ、１．
５５μｍ等さまざまな材料系で試みられており、しかも
上記面発光レーザは、通常のレーザと比較してしきい値
電流が１ｍＡを下まわる、極めて低いしきい値を有する
レーザが実現可能になっている。
に代表される３−５族化合物半導体レーザは、基板に対
して平行な方向にファブリーペロー共振器もしくはＤＦ
Ｂを形成し、半導体結晶のへき開端面よりレーザ光を取
り出している。この場合、その構造上の問題から２次元
的にウェハ面上にレーザを高密度に集積するのは非常に
困難である。すなわち、個々のレーザはそれぞれに出射
端面を形成しなければならず、光共振器の長さは１００
〜８００μｍと長いので、ウェハ内に単位面積あたりに
集積できるレーザの個数には限界がある上、レーザ光が
基板に対して平行に出射するので、基板に垂直な方向に
光を出さなければならず、そのためにはレーザ部分とは
別に４５°高反射ミラーを、エッチングにより形成しな
ければならないという欠点を有していた。これに対して
結晶成長その他により、光共振器を基板主面に対して垂
直に形成し、レーザ光を上記基板主面に対して垂直に取
り出す、いわゆる面発光レーザは、その構造から容易に
基板上に高密度２次元集積することが可能である。最近
ではその発振波長が０．８５μｍ、０．９８μｍ、１．
５５μｍ等さまざまな材料系で試みられており、しかも
上記面発光レーザは、通常のレーザと比較してしきい値
電流が１ｍＡを下まわる、極めて低いしきい値を有する
レーザが実現可能になっている。
【０００３】上記面発光レーザはレーザ作製工程あるい
は上記面発光レーザを形成するエタロンの反射率を上げ
Ｑ値を上げる上で、通常表面側を金属で覆い反射率を上
げて裏面からレーザ光を出射させている。
は上記面発光レーザを形成するエタロンの反射率を上げ
Ｑ値を上げる上で、通常表面側を金属で覆い反射率を上
げて裏面からレーザ光を出射させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記面
発光レーザにおける発振波長が、上記基板に対して透明
でなく吸収が無視できない場合には、素子作製工程上、
上記半導体基板を１００μｍ程度まで薄くした上で、裏
面からレーザが出射する部分をエッチングで選択的に除
去する工程が入り、素子作製工程上煩雑でかつ歩留りが
悪く、高集積化には適していない。すなわち具体例をあ
げると、ＧａＡｓ基板上にｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ａｓからなる第１の反射層、ｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａ
ｓ層、ｐ−ＧａＡｓ活性層、ｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ
層、ｐ−ＡｌＡｓ／Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓの第２の反射層
からなる面発光レーザにおいては、結晶成長させプロセ
ス表面電極形成後、ブロムメタノールによる上記ＧａＡ
ｓ基板裏面の研磨によって１００μｍ厚にしたのち、Ｎ
Ｈ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2（２０：１）によりレーザが出射する
部分約３００μｍφを、上記ｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ａｓの第１層ＡｌＡｓストップ層まで、選択的に
上記ＧａＡｓをエッチングしている。この際、上記エッ
チングの工程で不均一性が発生し、ｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ａｓ反射層までエッチングオフされることが
多く、また穴が約３００μｍφ以上と大きく素子を集積
するには不向きであった。上記の理由により、活性層か
ら放出される光が、上記半導体基板に対して吸収され透
過できない上記面発光レーザに対して、素子の作製工程
が簡便で高密度に集積された面発光レーザを得ることは
不可能であった。
発光レーザにおける発振波長が、上記基板に対して透明
でなく吸収が無視できない場合には、素子作製工程上、
上記半導体基板を１００μｍ程度まで薄くした上で、裏
面からレーザが出射する部分をエッチングで選択的に除
去する工程が入り、素子作製工程上煩雑でかつ歩留りが
悪く、高集積化には適していない。すなわち具体例をあ
げると、ＧａＡｓ基板上にｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ａｓからなる第１の反射層、ｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａ
ｓ層、ｐ−ＧａＡｓ活性層、ｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ
層、ｐ−ＡｌＡｓ／Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓの第２の反射層
からなる面発光レーザにおいては、結晶成長させプロセ
ス表面電極形成後、ブロムメタノールによる上記ＧａＡ
ｓ基板裏面の研磨によって１００μｍ厚にしたのち、Ｎ
Ｈ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2（２０：１）によりレーザが出射する
部分約３００μｍφを、上記ｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ａｓの第１層ＡｌＡｓストップ層まで、選択的に
上記ＧａＡｓをエッチングしている。この際、上記エッ
チングの工程で不均一性が発生し、ｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ａｓ反射層までエッチングオフされることが
多く、また穴が約３００μｍφ以上と大きく素子を集積
するには不向きであった。上記の理由により、活性層か
ら放出される光が、上記半導体基板に対して吸収され透
過できない上記面発光レーザに対して、素子の作製工程
が簡便で高密度に集積された面発光レーザを得ることは
不可能であった。
【０００５】本発明は、素子作製工程が簡便で、高集積
化が可能な面発光レーザを得ることを目的とする。
化が可能な面発光レーザを得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、半導体基板
の主面上に、第１の光反射層と、活性層を含むキャビテ
ィ層と、第２の光反射層とを、これらの順で積層するこ
とによって、上記第１と第２の光反射層で光共振器を構
成し、上記活性層から放出される光をレーザ発振させる
面発光レーザであって、上記基板は、上記第１の光反射
層とほぼ格子整合し、かつ、発振波長に対して透明であ
ることにより達成される。
の主面上に、第１の光反射層と、活性層を含むキャビテ
ィ層と、第２の光反射層とを、これらの順で積層するこ
とによって、上記第１と第２の光反射層で光共振器を構
成し、上記活性層から放出される光をレーザ発振させる
面発光レーザであって、上記基板は、上記第１の光反射
層とほぼ格子整合し、かつ、発振波長に対して透明であ
ることにより達成される。
【０００７】
【作用】上記目的を達成するために、発明者等は種々の
実験を行ってきた結果、上記のように構成された面発光
レーザに対して上記第１と第２の光反射層が結晶成長で
きるように、基板の間に格子定数を適合させるととも
に、上記活性層から放出される光を基板と垂直方向に出
射するために、光の吸収が無視できる半導体基板を使用
することにより、従来技術のものと比較して、同様の性
能を維持しながら、素子作製工程が簡便で高集積可能な
面発光レーザを得ることに成功した。したがって本発明
は、半導体基板の主面上に、第１の光反射層と、活性層
を含むキャビティ層と、第２の光反射層とを、これらの
順で積層することによって、上記第１と第２の光反射層
で光共振器を構成し、上記活性層から放出される光をレ
ーザ発振させる面発光レーザであって、上記基板は、上
記第１の光反射層とほぼ格子整合し、かつ、発振波長に
対して透明とすることを特徴とする。
実験を行ってきた結果、上記のように構成された面発光
レーザに対して上記第１と第２の光反射層が結晶成長で
きるように、基板の間に格子定数を適合させるととも
に、上記活性層から放出される光を基板と垂直方向に出
射するために、光の吸収が無視できる半導体基板を使用
することにより、従来技術のものと比較して、同様の性
能を維持しながら、素子作製工程が簡便で高集積可能な
面発光レーザを得ることに成功した。したがって本発明
は、半導体基板の主面上に、第１の光反射層と、活性層
を含むキャビティ層と、第２の光反射層とを、これらの
順で積層することによって、上記第１と第２の光反射層
で光共振器を構成し、上記活性層から放出される光をレ
ーザ発振させる面発光レーザであって、上記基板は、上
記第１の光反射層とほぼ格子整合し、かつ、発振波長に
対して透明とすることを特徴とする。
【０００８】
【実施例】つぎに本発明の実施例を図面とともに説明す
る。図１は本発明による面発光レーザの一実施例を示す
断面図である。本実施例は活性層としてＡｌＧａＡｓ／
ＧａＡｓ超格子を用いた発振波長０．８６μｍの面発光
レーザである。なお、上記実施例は一例示であって、本
発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更あるいは改
良を行い得ることはいうまでもない。図１においてまず
最初に、液相成長法で成長した厚さ３００μｍのＴｅド
ープ（１×１０18ｃｍ~3）ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ 0.85Ａｓ結
晶基板１に分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）を用い
て、準備室におけるマイクロ波電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）により、上記基板表面を低温でクリーニング
する。その後、超高真空中を成長室まで上記サンプルを
移動し、成長温度まで昇温させたのち、各層の光学膜厚
が発振波長のλ／４（２１５ｎｍ）である３０対のｎ−
ＡｌＡｓ／Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ反射膜２を形成し、続い
てｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層３と３対のＡｌ0.3Ｇａ0.7
Ａｓ／ＧａＡｓ格子層からなる活性層４と、ｐ−Ａｌ
0.3Ｇａ0.7Ａｓ層５から構成され、全体が発振波長の光
学膜厚の２倍であるキャビティ層を形成する。その後、
各層の光学膜厚が発振波長のλ／４（２１５ｎｍ）であ
る２０．５対のｐ−ＡｌＡｓ／Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ反射
層６とｐ（＋＋）−ＧａＡｓ層８を結晶成長させる。続
いてリフトオフによりＡｕＺｎＮｉ／Ａｕのｐ電極９を
形成し、水素雰囲気中におけるシンターが終了した上
に、レジストパターニングによってマスクを形成する。
その後、上記マスク外部を塩素ガスによるＥＣＲエッチ
ングを用いて、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ結晶基板１までド
ライエッチングおよび硫酸系によるスライトエッチング
を行う。つぎに、ポリイミドを用いて素子平坦化を行
い、上記Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ結晶基板１の裏面に反射
防止膜１１としてＳｉＯ2を膜厚１４８ｎｍにスパッタ
リングしたのち、上部にｐ電極パッド１２としてＴｉ／
Ａｕを、下部にはｎ電極１０としてＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ
を蒸着シンタしたのち工程を完了する。
る。図１は本発明による面発光レーザの一実施例を示す
断面図である。本実施例は活性層としてＡｌＧａＡｓ／
ＧａＡｓ超格子を用いた発振波長０．８６μｍの面発光
レーザである。なお、上記実施例は一例示であって、本
発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更あるいは改
良を行い得ることはいうまでもない。図１においてまず
最初に、液相成長法で成長した厚さ３００μｍのＴｅド
ープ（１×１０18ｃｍ~3）ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ 0.85Ａｓ結
晶基板１に分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）を用い
て、準備室におけるマイクロ波電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）により、上記基板表面を低温でクリーニング
する。その後、超高真空中を成長室まで上記サンプルを
移動し、成長温度まで昇温させたのち、各層の光学膜厚
が発振波長のλ／４（２１５ｎｍ）である３０対のｎ−
ＡｌＡｓ／Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ反射膜２を形成し、続い
てｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層３と３対のＡｌ0.3Ｇａ0.7
Ａｓ／ＧａＡｓ格子層からなる活性層４と、ｐ−Ａｌ
0.3Ｇａ0.7Ａｓ層５から構成され、全体が発振波長の光
学膜厚の２倍であるキャビティ層を形成する。その後、
各層の光学膜厚が発振波長のλ／４（２１５ｎｍ）であ
る２０．５対のｐ−ＡｌＡｓ／Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ反射
層６とｐ（＋＋）−ＧａＡｓ層８を結晶成長させる。続
いてリフトオフによりＡｕＺｎＮｉ／Ａｕのｐ電極９を
形成し、水素雰囲気中におけるシンターが終了した上
に、レジストパターニングによってマスクを形成する。
その後、上記マスク外部を塩素ガスによるＥＣＲエッチ
ングを用いて、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ結晶基板１までド
ライエッチングおよび硫酸系によるスライトエッチング
を行う。つぎに、ポリイミドを用いて素子平坦化を行
い、上記Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ結晶基板１の裏面に反射
防止膜１１としてＳｉＯ2を膜厚１４８ｎｍにスパッタ
リングしたのち、上部にｐ電極パッド１２としてＴｉ／
Ａｕを、下部にはｎ電極１０としてＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ
を蒸着シンタしたのち工程を完了する。
【０００９】上記のように構成した面発光レーザに対
し、電流を注入してＩ−Ｌ特性を調べたところ、従来報
告されている値と同様に、低しきい値である０．８ｍＡ
においてＩ−Ｌ曲線が立ち上がり、レーザ発振に至るこ
とが確認された。また、上記基板１をＧａＡｓからＡｌ
0.15Ｇａ0.85Ａｓに変えたことによるオーミック不良に
よる素子抵抗の増加は見られなかった。つぎに基板上に
作製した面発光レーザのすべてについて検査を行うと、
従来には３０％の割合でエッチング不良のため発振に至
らなかったのに対して、本発明の面発光レーザでは１％
以下と著しく改善された。また従来は、エッチングオフ
される穴が約３００μｍφ以上と大きくて、歩留りを考
えると素子間隔を１ｍｍにしなければならず、この面発
光レーザ素子は集積するのに不向きであったが、本発明
による面発光レーザは上記穴を作成する必要がないた
め、面発光素子を１００μｍの間隔に配置することが可
能になった。
し、電流を注入してＩ−Ｌ特性を調べたところ、従来報
告されている値と同様に、低しきい値である０．８ｍＡ
においてＩ−Ｌ曲線が立ち上がり、レーザ発振に至るこ
とが確認された。また、上記基板１をＧａＡｓからＡｌ
0.15Ｇａ0.85Ａｓに変えたことによるオーミック不良に
よる素子抵抗の増加は見られなかった。つぎに基板上に
作製した面発光レーザのすべてについて検査を行うと、
従来には３０％の割合でエッチング不良のため発振に至
らなかったのに対して、本発明の面発光レーザでは１％
以下と著しく改善された。また従来は、エッチングオフ
される穴が約３００μｍφ以上と大きくて、歩留りを考
えると素子間隔を１ｍｍにしなければならず、この面発
光レーザ素子は集積するのに不向きであったが、本発明
による面発光レーザは上記穴を作成する必要がないた
め、面発光素子を１００μｍの間隔に配置することが可
能になった。
【００１０】上記実施例では、活性層にＡｌＧａＡｓ／
ＧａＡｓ超格子を用いた発振波長が０．８６μｍの面発
光レーザの場合を例として説明したが、他の発振波長を
有する面発光レーザの場合でも、同様な効果が得られる
ことはいうまでもない。
ＧａＡｓ超格子を用いた発振波長が０．８６μｍの面発
光レーザの場合を例として説明したが、他の発振波長を
有する面発光レーザの場合でも、同様な効果が得られる
ことはいうまでもない。
【００１１】
【発明の効果】上記のように本発明による面発光レーザ
は、半導体基板の主面上に、第１の光反射層と、活性層
を含むキャビティ層と、第２の光反射層とを、これらの
順で積層することによって、上記第１と第２の光反射層
で光共振器を構成し、上記活性層から放出される光をレ
ーザ発振させる面発光レーザであって、上記基板は、上
記第１の光反射層とほぼ格子整合し、かつ、発振波長に
対して透明であることにより、従来技術のものに比較し
て同様の性能を維持し、かつ、素子作製工程が簡便にな
り高集積化も可能になるため、光交換や光ニューラルネ
ットワーク、および光情報処理用の光源としての利用が
可能になるなど、経済的効果が大きい。
は、半導体基板の主面上に、第１の光反射層と、活性層
を含むキャビティ層と、第２の光反射層とを、これらの
順で積層することによって、上記第１と第２の光反射層
で光共振器を構成し、上記活性層から放出される光をレ
ーザ発振させる面発光レーザであって、上記基板は、上
記第１の光反射層とほぼ格子整合し、かつ、発振波長に
対して透明であることにより、従来技術のものに比較し
て同様の性能を維持し、かつ、素子作製工程が簡便にな
り高集積化も可能になるため、光交換や光ニューラルネ
ットワーク、および光情報処理用の光源としての利用が
可能になるなど、経済的効果が大きい。
【図１】本発明による面発光レーザの一実施例を示す断
面図である。
面図である。
１ 半導体基板 ２ 第１の光反射層 ４ 活性層 ６ 第２の光反射層
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】半導体基板の主面上に、第１の光反射層
と、活性層を含むキャビティ層と、第２の光反射層と
を、これらの順で積層することによって、上記第１と第
２の光反射層で光共振器を構成し、上記活性層から放出
される光をレーザ発振させる面発光レーザであって、上
記基板は、上記第１の光反射層とほぼ格子整合し、か
つ、発振波長に対して透明であることを特徴とする面発
光レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3188824A JPH0537071A (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | 面発光レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3188824A JPH0537071A (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | 面発光レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0537071A true JPH0537071A (ja) | 1993-02-12 |
Family
ID=16230468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3188824A Pending JPH0537071A (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | 面発光レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0537071A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018020791A1 (ja) * | 2016-07-27 | 2018-02-01 | ソニー株式会社 | 窒化物半導体レーザおよび電子機器 |
| US11469149B2 (en) | 2019-11-15 | 2022-10-11 | Semtech Corporation | Semiconductor device and method of forming mold degating structure for pre-molded substrate |
-
1991
- 1991-07-29 JP JP3188824A patent/JPH0537071A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018020791A1 (ja) * | 2016-07-27 | 2018-02-01 | ソニー株式会社 | 窒化物半導体レーザおよび電子機器 |
| JPWO2018020791A1 (ja) * | 2016-07-27 | 2019-05-09 | ソニー株式会社 | 窒化物半導体レーザおよび電子機器 |
| US20190229496A1 (en) * | 2016-07-27 | 2019-07-25 | Sony Corporation | Nitride semiconductor laser and electronic apparatus |
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