JPH07231138A - 面発光半導体レーザ - Google Patents
面発光半導体レーザInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 面発光半導体レーザの偏波面を制御可能にす
る。 【構成】 活性層の上下を反射鏡で挟んだ構造の面発光
半導体レーザにおいて、反射鏡の一方あるいは双方の内
部、反射鏡と活性層の間、および反射鏡の外部のいずれ
かの位置に格子状金属体を有する。
る。 【構成】 活性層の上下を反射鏡で挟んだ構造の面発光
半導体レーザにおいて、反射鏡の一方あるいは双方の内
部、反射鏡と活性層の間、および反射鏡の外部のいずれ
かの位置に格子状金属体を有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基板に垂直方向に光を
出射させる面発光半導体レーザの偏波面制御に関するも
のであり、本発明の面発光半導体レーザにより、偏波面
の固定された安定な光源を提供することが可能となる。
出射させる面発光半導体レーザの偏波面制御に関するも
のであり、本発明の面発光半導体レーザにより、偏波面
の固定された安定な光源を提供することが可能となる。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、面発光レーザは、低しき
い値で動作し、高速変調および大規模二次元集積化が可
能であり、光通信、光情報処理システムを構成するデバ
イスとして期待されている。
い値で動作し、高速変調および大規模二次元集積化が可
能であり、光通信、光情報処理システムを構成するデバ
イスとして期待されている。
【０００３】従来の面発光レーザの概略の断面構造を図
６に示す。図６（ａ）は半導体多層膜を反射膜として使
用している場合を、（ｂ）は誘電体多層膜を反射膜とし
て使用している場合を、（ｃ）は金属膜を反射鏡として
使用している場合を、それぞれ示している。すなわち、
図６（ａ）に示す構造は、活性層２を半導体多層膜１お
よび３で挟んだ構造である。また、図６（ｂ）に示す構
造は、上から順にコンタクト層５、クラッド層６、活性
層７、クラッド層８およびＩｎＧａＡｓＰ層９からなる
積層の上下を誘電体多層膜４および１０で挟んだ構造で
ある。さらに、図６（ｃ）に示す構造は、同様に上から
順にコンタクト層１２、クラッド層１３、活性層１４、
クラッド層１５およびＩｎＧａＡｓＰ層１６からなる積
層の上下を金属膜１１および１７で挟んだ構造を有す
る。また、これらの反射鏡の組み合わせで構成される面
発光レーザも存在する。
６に示す。図６（ａ）は半導体多層膜を反射膜として使
用している場合を、（ｂ）は誘電体多層膜を反射膜とし
て使用している場合を、（ｃ）は金属膜を反射鏡として
使用している場合を、それぞれ示している。すなわち、
図６（ａ）に示す構造は、活性層２を半導体多層膜１お
よび３で挟んだ構造である。また、図６（ｂ）に示す構
造は、上から順にコンタクト層５、クラッド層６、活性
層７、クラッド層８およびＩｎＧａＡｓＰ層９からなる
積層の上下を誘電体多層膜４および１０で挟んだ構造で
ある。さらに、図６（ｃ）に示す構造は、同様に上から
順にコンタクト層１２、クラッド層１３、活性層１４、
クラッド層１５およびＩｎＧａＡｓＰ層１６からなる積
層の上下を金属膜１１および１７で挟んだ構造を有す
る。また、これらの反射鏡の組み合わせで構成される面
発光レーザも存在する。
【０００４】しかし、これらの面発光レーザは、偏波面
を制御する構造はなにもなく、チップごと、あるいは同
じチップにおいても電流注入レベルによって偏波面が変
化していた。従って、偏波面依存性のある測定系での使
用や、アレイ状での使用が困難であった。
を制御する構造はなにもなく、チップごと、あるいは同
じチップにおいても電流注入レベルによって偏波面が変
化していた。従って、偏波面依存性のある測定系での使
用や、アレイ状での使用が困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記欠点を
改善するために提案されたもので、その目的は、任意の
方向に偏波面を固定でき、注入電流レベルに影響されず
に安定な偏波面を持つ面発光半導体レーザを提供するこ
とにある。
改善するために提案されたもので、その目的は、任意の
方向に偏波面を固定でき、注入電流レベルに影響されず
に安定な偏波面を持つ面発光半導体レーザを提供するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、基板面に対し、垂直方向の共振器を有
し、活性層の上下を反射鏡で挟んだ構造の面発光半導体
レーザにおいて、前記反射鏡の一方あるいは双方の内
部、または前記反射鏡と前記活性層の間、および前記反
射鏡の外部のいずれかの位置に、所定の第１の方向には
連続であるが、それと垂直な第２の方向には離散的な格
子状金属膜を有していることを特徴とする。
めに、本発明は、基板面に対し、垂直方向の共振器を有
し、活性層の上下を反射鏡で挟んだ構造の面発光半導体
レーザにおいて、前記反射鏡の一方あるいは双方の内
部、または前記反射鏡と前記活性層の間、および前記反
射鏡の外部のいずれかの位置に、所定の第１の方向には
連続であるが、それと垂直な第２の方向には離散的な格
子状金属膜を有していることを特徴とする。
【０００７】すなわち、本発明の請求項１の面発光半導
体レーザは、基板面に対し垂直方向の共振器を有し、活
性層の上下を反射鏡で挟んだ構造の面発光半導体レーザ
であり、所定の第１の方向には連続であるが、該第１の
方向と垂直な第２の方向には離散的である格子状の金属
体が、発振光の光路に配置されていることを特徴とす
る。
体レーザは、基板面に対し垂直方向の共振器を有し、活
性層の上下を反射鏡で挟んだ構造の面発光半導体レーザ
であり、所定の第１の方向には連続であるが、該第１の
方向と垂直な第２の方向には離散的である格子状の金属
体が、発振光の光路に配置されていることを特徴とす
る。
【０００８】また、請求項２の面発光半導体レーザは、
前記金属体が前記反射鏡の外部に配置されていることを
特徴とする。
前記金属体が前記反射鏡の外部に配置されていることを
特徴とする。
【０００９】請求項３の面発光半導体レーザは、前記金
属体が前記反射鏡の内部に配置されていることを特徴と
する。
属体が前記反射鏡の内部に配置されていることを特徴と
する。
【００１０】請求項４の面発光半導体レーザは、前記金
属体が前記反射鏡と前記活性層との間に配置されている
ことを特徴とする。
属体が前記反射鏡と前記活性層との間に配置されている
ことを特徴とする。
【００１１】請求項５の面発光半導体レーザは、前記各
構成において、金属体が格子状の金属薄膜であることを
特徴とする。
構成において、金属体が格子状の金属薄膜であることを
特徴とする。
【００１２】請求項６の面発光半導体レーザは、請求項
１ないし４の構成において、金属体が所望の層上に溝を
配列してなる凹凸形状における凸部の頭頂部と凹部の低
部に堆積した金属薄膜であることを特徴とする。
１ないし４の構成において、金属体が所望の層上に溝を
配列してなる凹凸形状における凸部の頭頂部と凹部の低
部に堆積した金属薄膜であることを特徴とする。
【００１３】請求項７の面発光半導体レーザは、請求項
５の構成において、格子状の金属薄膜の幅と間隔が、発
光波長程度かそれよりも小さいことを特徴とする。
５の構成において、格子状の金属薄膜の幅と間隔が、発
光波長程度かそれよりも小さいことを特徴とする。
【００１４】そして、請求項８の面発光半導体レーザ
は、請求項６の構成において、溝の幅と深さおよび間隔
が、発光波長程度がそれよりも小さいことを特徴とす
る。
は、請求項６の構成において、溝の幅と深さおよび間隔
が、発光波長程度がそれよりも小さいことを特徴とす
る。
【００１５】
【作用】本発明の面発光半導体レーザでは、前記したよ
うに、片側あるいは両側の反射鏡の内部、または反射鏡
と活性層の間、または反射鏡の外部に、発光波長程度あ
るいはそれよりも細い幅と間隔を持つ格子状金属体を有
している。そのため、格子状金属体の格子方向に電場を
持つ偏波は、吸収または反射される。一方、格子と垂直
方向に電場を持つ偏波は、吸収も反射もされない。つま
り、格子方向とその他の方向での反射率が異なるので、
格子状金属体の方向により偏波面が決定されることにな
る。
うに、片側あるいは両側の反射鏡の内部、または反射鏡
と活性層の間、または反射鏡の外部に、発光波長程度あ
るいはそれよりも細い幅と間隔を持つ格子状金属体を有
している。そのため、格子状金属体の格子方向に電場を
持つ偏波は、吸収または反射される。一方、格子と垂直
方向に電場を持つ偏波は、吸収も反射もされない。つま
り、格子方向とその他の方向での反射率が異なるので、
格子状金属体の方向により偏波面が決定されることにな
る。
【００１６】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００１７】（実施例１）図１（ａ）は、本発明による
面発光半導体レーザの第１の実施例を示す基本構造の断
面図である。同図において、符号１８は単結晶ＩｎＰの
半導体基板、１９はこの半導体基板１８上に形成された
単結晶ＩｎＰと単結晶ＩｎＧａＡｓＰからなる半導体多
層膜反射鏡であり、その厚さは、屈折率をｎ、発振波長
をλで表せば、λ／（４・ｎ）である。また、符号２０
は発光波長のピークが１．５５μｍである単結晶ＩｎＧ
ａＡｓＰからなる発光層であり、２１は発光層２０にキ
ャリアを閉じ込めるための単結晶ＩｎＰからなるクラッ
ド層、２２は単結晶ＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト
層である。また、符号２４は、電子ビーム露光装置によ
り形成した、金属膜の格子状パターンであり、２５は屈
折率の異なる２種の誘電体からなる多層膜反射鏡であ
る。さらに、符号２３はコンタクト層２２にオーミック
電極を形成するための金属であり、２７、２８は電流を
狭窄するためｐ型およびｎ型ＩｎＰからなる電流ブロッ
ク層である。
面発光半導体レーザの第１の実施例を示す基本構造の断
面図である。同図において、符号１８は単結晶ＩｎＰの
半導体基板、１９はこの半導体基板１８上に形成された
単結晶ＩｎＰと単結晶ＩｎＧａＡｓＰからなる半導体多
層膜反射鏡であり、その厚さは、屈折率をｎ、発振波長
をλで表せば、λ／（４・ｎ）である。また、符号２０
は発光波長のピークが１．５５μｍである単結晶ＩｎＧ
ａＡｓＰからなる発光層であり、２１は発光層２０にキ
ャリアを閉じ込めるための単結晶ＩｎＰからなるクラッ
ド層、２２は単結晶ＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト
層である。また、符号２４は、電子ビーム露光装置によ
り形成した、金属膜の格子状パターンであり、２５は屈
折率の異なる２種の誘電体からなる多層膜反射鏡であ
る。さらに、符号２３はコンタクト層２２にオーミック
電極を形成するための金属であり、２７、２８は電流を
狭窄するためｐ型およびｎ型ＩｎＰからなる電流ブロッ
ク層である。
【００１８】図１（ｂ）は、この素子の上面図であり、
この図では、誘電体多層膜２５を除いて示してある。図
中、符号２９は発光領域を示す。
この図では、誘電体多層膜２５を除いて示してある。図
中、符号２９は発光領域を示す。
【００１９】次に、図に示した素子の各部について詳細
に説明する。
に説明する。
【００２０】ｎ型ＩｎＰ基板１８上に、禁制帯幅が波長
にして１．４μｍに対応するｎ型ＩｎＧａＡｓＰ（厚さ
０．１１２μｍ）とｎ型ＩｎＰ（厚さ０．１２２μｍ）
を３４対積層して、半導体多層膜反射鏡１９とする。次
いで、発光層２０であるＩｎＧａＡｓＰを、光学波長で
２波長分（約０．８７５μｍ）の厚さで積層するととも
に、ｐ型ＩｎＰクラッド層２１を、光学波長の９／４倍
分（約１．１μｍ）の厚さで積層する。コンタクト層２
２は、禁制帯幅が波長にして１．４μｍに対応するｐ型
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層とする。コンタクト層２２
上の発光領域２９を避けた部分に、Ａｕ，Ｚｎ，Ｎｉ等
の金属を使って、オーミック電極２３を形成する。その
上に、幅１００ｎｍ、間隔１００ｎｍ、厚さ３０ｎｍの
金の格子状パターン２４を、電子ビーム露光装置を用い
て形成する。そして、発光領域２９の上部に誘電体膜Ｓ
ｉＯ2 とＴｉＯ2 を交互に積層して誘電体多層膜２５を
形成するが、ここでは発振に必要な反射率以下の反射率
を与える６対分を積層する。コンタクト層に接触する最
下層が低屈折率のＳｉＯ2 であり、最上層はＴｉＯ2 に
なる。ＳｉＯ2 の厚さは約０．２６μｍ、ＴｉＯ2 の厚
さは約０．１６μｍである。電流はｐ型コンタクト層２
２に形成されたオーミック電極２３とｎ型基板に形成さ
れたオーミック電極２６を通して流れる。この場合、格
子と垂直方向に電場を持つ光は、格子状金属膜２４での
反射を受けないので、誘電体多層膜２５で与えられる反
射率のみで反射される。これに対し、格子方向に電場を
持つ光は、そのうちのほとんどは金属膜２４で反射され
る。反射されなかった光は、金属膜が薄いため、金属膜
による強い吸収を受けず透過していく。透過した光はそ
の上にある誘電体の多層膜２５で反射される。従って、
格子方向に電場を持つ光は、それに垂直方向に電場を持
つ光より高い反射率を感じることになる。よって、この
方向での発振が生じることになる。
にして１．４μｍに対応するｎ型ＩｎＧａＡｓＰ（厚さ
０．１１２μｍ）とｎ型ＩｎＰ（厚さ０．１２２μｍ）
を３４対積層して、半導体多層膜反射鏡１９とする。次
いで、発光層２０であるＩｎＧａＡｓＰを、光学波長で
２波長分（約０．８７５μｍ）の厚さで積層するととも
に、ｐ型ＩｎＰクラッド層２１を、光学波長の９／４倍
分（約１．１μｍ）の厚さで積層する。コンタクト層２
２は、禁制帯幅が波長にして１．４μｍに対応するｐ型
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層とする。コンタクト層２２
上の発光領域２９を避けた部分に、Ａｕ，Ｚｎ，Ｎｉ等
の金属を使って、オーミック電極２３を形成する。その
上に、幅１００ｎｍ、間隔１００ｎｍ、厚さ３０ｎｍの
金の格子状パターン２４を、電子ビーム露光装置を用い
て形成する。そして、発光領域２９の上部に誘電体膜Ｓ
ｉＯ2 とＴｉＯ2 を交互に積層して誘電体多層膜２５を
形成するが、ここでは発振に必要な反射率以下の反射率
を与える６対分を積層する。コンタクト層に接触する最
下層が低屈折率のＳｉＯ2 であり、最上層はＴｉＯ2 に
なる。ＳｉＯ2 の厚さは約０．２６μｍ、ＴｉＯ2 の厚
さは約０．１６μｍである。電流はｐ型コンタクト層２
２に形成されたオーミック電極２３とｎ型基板に形成さ
れたオーミック電極２６を通して流れる。この場合、格
子と垂直方向に電場を持つ光は、格子状金属膜２４での
反射を受けないので、誘電体多層膜２５で与えられる反
射率のみで反射される。これに対し、格子方向に電場を
持つ光は、そのうちのほとんどは金属膜２４で反射され
る。反射されなかった光は、金属膜が薄いため、金属膜
による強い吸収を受けず透過していく。透過した光はそ
の上にある誘電体の多層膜２５で反射される。従って、
格子方向に電場を持つ光は、それに垂直方向に電場を持
つ光より高い反射率を感じることになる。よって、この
方向での発振が生じることになる。
【００２１】（実施例２）図２は、本発明の第２の実施
例を示す断面図である。上記の実施例と異なり、基板側
の反射鏡も格子状金属膜２４と屈折率の異なる２種の誘
電体からなる多層膜反射鏡２５にしたものである。この
場合、ｎ型ＩｎＰクラッド層３０の厚さは光学波長の９
／４倍分（約１．１μｍ）であり、このクラッド層３０
の下の層３１は禁制帯幅が波長にして１．４μｍに対応
するｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層である。この素子の構成で
は、ＩｎＰ基板１８を選択性のあるエッチング液でエッ
チングしてＩｎＧａＡｓＰ層３１の表面を露出し、その
上に幅１００ｎｍ、間隔１００ｎｍ、厚さ３０ｎｍの金
の格子状パターンの金属膜２４を電子ビーム露光装置を
用いて形成する。その上にＳｉＯ2 とＴｉＯ2 からなる
誘電体多層膜２５を６対積層する。ＩｎＧａＡｓＰ層３
１に接触する方が低屈折率のＳｉＯ2 であり、最下層は
ＴｉＯ2 になる。
例を示す断面図である。上記の実施例と異なり、基板側
の反射鏡も格子状金属膜２４と屈折率の異なる２種の誘
電体からなる多層膜反射鏡２５にしたものである。この
場合、ｎ型ＩｎＰクラッド層３０の厚さは光学波長の９
／４倍分（約１．１μｍ）であり、このクラッド層３０
の下の層３１は禁制帯幅が波長にして１．４μｍに対応
するｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層である。この素子の構成で
は、ＩｎＰ基板１８を選択性のあるエッチング液でエッ
チングしてＩｎＧａＡｓＰ層３１の表面を露出し、その
上に幅１００ｎｍ、間隔１００ｎｍ、厚さ３０ｎｍの金
の格子状パターンの金属膜２４を電子ビーム露光装置を
用いて形成する。その上にＳｉＯ2 とＴｉＯ2 からなる
誘電体多層膜２５を６対積層する。ＩｎＧａＡｓＰ層３
１に接触する方が低屈折率のＳｉＯ2 であり、最下層は
ＴｉＯ2 になる。
【００２２】また、前記第１、第２の実施例において、
格子状金属膜２４を幅４００ｎｍ、間隔３００ｎｍのタ
ングステンの格子状パターンとし、その厚さを、電場の
振幅が１／ｅ（ｅは自然対数の底）になる厚さ（表皮の
深さ）よりも厚い２００ｎｍとし、格子方向に電場を持
つ光がほとんど透過しないようにすると、格子の方向に
電場を持つ光は、大きな吸収損失を受け、反射率は大き
くならない。一方、格子と垂直方向の光は、格子状金属
膜２４での吸収を受けないので、誘電体多層膜で与えら
れる大きな反射率で反射される。従って、この格子と垂
直な方向での発振が生じることになる。この場合、誘電
体多層膜は発振に必要な反射率を与えるようにしなけれ
ばならないのは言うまでもない。
格子状金属膜２４を幅４００ｎｍ、間隔３００ｎｍのタ
ングステンの格子状パターンとし、その厚さを、電場の
振幅が１／ｅ（ｅは自然対数の底）になる厚さ（表皮の
深さ）よりも厚い２００ｎｍとし、格子方向に電場を持
つ光がほとんど透過しないようにすると、格子の方向に
電場を持つ光は、大きな吸収損失を受け、反射率は大き
くならない。一方、格子と垂直方向の光は、格子状金属
膜２４での吸収を受けないので、誘電体多層膜で与えら
れる大きな反射率で反射される。従って、この格子と垂
直な方向での発振が生じることになる。この場合、誘電
体多層膜は発振に必要な反射率を与えるようにしなけれ
ばならないのは言うまでもない。
【００２３】（実施例３）図３は、本発明の第３の実施
例を示す断面図である。ｎ型ＩｎＰ基板１８上に、禁制
帯幅が波長にして１．４μｍに対応するｎ型ＩｎＧａＡ
ｓＰ（厚さ０．１１２μｍ）とｎ型ＩｎＰ（厚さ０．１
２２μｍ）とを３４対積層して、半導体多層膜１９（反
射鏡）を形成する。次いで、発光層２０であるＩｎＧａ
Ａｓを光学波長で２波長分（約０．８７５μｍ）の厚さ
に形成する。さらに、その上に、ｐ型ＩｎＰ（厚さ０．
１２２μｍ）と禁制帯幅が波長にして１．４μｍに対応
するｐ型ＩｎＧａＡｓＰ（厚さ０．１１２μｍ）とを２
５対積層して、半導体多層膜（反射鏡）３２を形成す
る。この多層膜３２の最終のｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層上の
発光領域を避けた部分に、Ａｕ、Ｚｎ、Ｎｉ等の金属を
使って、オーミック電極２３を形成する。さらに、その
上に、幅１００ｎｍ、間隔１００ｎｍ、厚さ３０ｎｍの
金の格子状パターンを電子ビーム露光装置を用いて形成
する。
例を示す断面図である。ｎ型ＩｎＰ基板１８上に、禁制
帯幅が波長にして１．４μｍに対応するｎ型ＩｎＧａＡ
ｓＰ（厚さ０．１１２μｍ）とｎ型ＩｎＰ（厚さ０．１
２２μｍ）とを３４対積層して、半導体多層膜１９（反
射鏡）を形成する。次いで、発光層２０であるＩｎＧａ
Ａｓを光学波長で２波長分（約０．８７５μｍ）の厚さ
に形成する。さらに、その上に、ｐ型ＩｎＰ（厚さ０．
１２２μｍ）と禁制帯幅が波長にして１．４μｍに対応
するｐ型ＩｎＧａＡｓＰ（厚さ０．１１２μｍ）とを２
５対積層して、半導体多層膜（反射鏡）３２を形成す
る。この多層膜３２の最終のｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層上の
発光領域を避けた部分に、Ａｕ、Ｚｎ、Ｎｉ等の金属を
使って、オーミック電極２３を形成する。さらに、その
上に、幅１００ｎｍ、間隔１００ｎｍ、厚さ３０ｎｍの
金の格子状パターンを電子ビーム露光装置を用いて形成
する。
【００２４】この場合、格子と垂直方向に電場を持つ光
は、格子状金属膜での反射を受けないので、半導体多層
膜で与えられる反射率のみで反射される。この反射率の
値は発振には不十分であるため発振はしない。これに対
し、格子方向に電場を持つ光は、半導体多層膜による反
射と、金属膜による反射の両方を受ける。この反射率
は、発振のために必要とされる反射率を越えているた
め、発振が可能となる。従って、格子方向に電場を持つ
光のみが選択的に発振することになる。
は、格子状金属膜での反射を受けないので、半導体多層
膜で与えられる反射率のみで反射される。この反射率の
値は発振には不十分であるため発振はしない。これに対
し、格子方向に電場を持つ光は、半導体多層膜による反
射と、金属膜による反射の両方を受ける。この反射率
は、発振のために必要とされる反射率を越えているた
め、発振が可能となる。従って、格子方向に電場を持つ
光のみが選択的に発振することになる。
【００２５】上記実施例では、コンタクト層と反射鏡の
間あるいは反射鏡の外部に格子状金属膜を形成したが、
反射鏡の内部に格子状金属膜を形成しても良い。
間あるいは反射鏡の外部に格子状金属膜を形成したが、
反射鏡の内部に格子状金属膜を形成しても良い。
【００２６】上記実施例１ないし３では、発光層が長波
長系ＩｎＧａＡｓＰのバルクであったが、他の材料系あ
るいは量子井戸構造、歪構造などでも適用できる。さら
に、上記実施例１ないし３では半導体による埋込み構造
で電流狭窄を行っているが、イオン注入等による電流狭
窄でも良いし、電流狭窄構造になっていなくても良い。
また、格子状金属膜としては金以外の銀やアルミニウム
等の高反射率を得ることのできる材料でも同様な効果が
期待できる。一方、タングステン以外のニッケル、白金
などの金属や合金等の吸収損失の多い材料を使っても、
偏波面の制御が可能である。また、格子状金属の格子の
幅と間隔は、波長に比べ十分細い場合が最も効果が大き
いが、波長程度にしても同様の効果が期待できる。
長系ＩｎＧａＡｓＰのバルクであったが、他の材料系あ
るいは量子井戸構造、歪構造などでも適用できる。さら
に、上記実施例１ないし３では半導体による埋込み構造
で電流狭窄を行っているが、イオン注入等による電流狭
窄でも良いし、電流狭窄構造になっていなくても良い。
また、格子状金属膜としては金以外の銀やアルミニウム
等の高反射率を得ることのできる材料でも同様な効果が
期待できる。一方、タングステン以外のニッケル、白金
などの金属や合金等の吸収損失の多い材料を使っても、
偏波面の制御が可能である。また、格子状金属の格子の
幅と間隔は、波長に比べ十分細い場合が最も効果が大き
いが、波長程度にしても同様の効果が期待できる。
【００２７】（実施例４）図４（ａ）は、本発明による
面発光半導体レーザの第４の実施例を示す基本構造の断
面図である。同図において、符号１８は単結晶ＩｎＰの
半導体基板であり、１９はこの半導体基板１８上に形成
された単結晶ＩｎＰと単結晶ＩｎＧａＡｓＰからなる半
導体多層膜反射鏡であり、その厚さは、屈折率をｎ、発
振波長をλで表すと、λ／（４・ｎ）である。また、符
号２０は発光波長のピークが１．５５μｍである単結晶
ＩｎＰと単結晶ＩｎＧａＡｓＰからなる半導体多層膜反
射鏡である。符号２２は発光領域の上部に凹凸のついた
ＩｎＧａＡｓＰ結晶であり、２３はオーミック電極を形
成するための金属であり、２４は金属膜である。また、
符号２７、２８は電流を狭窄するためのｐ型およびｎ型
ＩｎＰからなる電流ブロック層である。
面発光半導体レーザの第４の実施例を示す基本構造の断
面図である。同図において、符号１８は単結晶ＩｎＰの
半導体基板であり、１９はこの半導体基板１８上に形成
された単結晶ＩｎＰと単結晶ＩｎＧａＡｓＰからなる半
導体多層膜反射鏡であり、その厚さは、屈折率をｎ、発
振波長をλで表すと、λ／（４・ｎ）である。また、符
号２０は発光波長のピークが１．５５μｍである単結晶
ＩｎＰと単結晶ＩｎＧａＡｓＰからなる半導体多層膜反
射鏡である。符号２２は発光領域の上部に凹凸のついた
ＩｎＧａＡｓＰ結晶であり、２３はオーミック電極を形
成するための金属であり、２４は金属膜である。また、
符号２７、２８は電流を狭窄するためのｐ型およびｎ型
ＩｎＰからなる電流ブロック層である。
【００２８】次に、上記構成の素子の各部について詳細
に説明する。
に説明する。
【００２９】ｎ型ＩｎＰ基板１８上に、禁制帯幅が波長
にして１．４μｍに対応するｎ型ＩｎＧａＡｓＰ（０．
１１２μｍ）とｎ型ＩｎＰ（０．１２２μｍ）を３４対
積層する。次いで、活性層２０の発光層であるＩｎＧａ
ＡｓＰを光学波長で２波長分（約０．８７５μｍ）積層
し、さらにその上にｐ型ＩｎＰ（０．１１２μｍ）と禁
制帯幅が波長にして１．４μｍに対応するＰ型ＩｎＧａ
ＡｓＰ（０．１１２μｍ）とを２０対積層する。ＩｎＧ
ａＡｓＰ層２２上の発光領域を避けた部分に、Ａｕ、Ｚ
ｎ、Ｎｉ等の金属を使って、オーミック電極２３を形成
する。その後、電子ビーム露光装置を用いて幅１００ｎ
ｍレジストパターンを形成する。そして、硫酸系のエッ
チャントを用いてＩｎＧａＡｓＰ層をエッチングし、そ
の後、レジストを除去する。そして、全面に金を蒸着す
ることでレーザ構造が完成する。電流はオーミック電極
２３とｎ型基板１８に形成されたオーミック電極２６を
通して流される。図４（ｂ）は、前記ＩｎＧａＡｓＰコ
ンタクト層２２上の凹凸の溝部分の拡大図である。凹凸
の溝の深さ方向に垂直な方向に電場を持つ光は、半導体
多層膜で与えられる反射率のみで反射される。これに対
し、凹凸の溝の深さ方向に電場を持つ光は、半導体多層
膜による反射と溝を形成している凹部上の金属膜による
反射、さらに、溝を形成している凸部上の金属膜による
反射を受ける。従って、溝の深さ方向に電場を持つ光
は、それに垂直方向に電場を持つ光より高い反射率を感
じることになる。よって、この方向での発振が生じるこ
とになる。
にして１．４μｍに対応するｎ型ＩｎＧａＡｓＰ（０．
１１２μｍ）とｎ型ＩｎＰ（０．１２２μｍ）を３４対
積層する。次いで、活性層２０の発光層であるＩｎＧａ
ＡｓＰを光学波長で２波長分（約０．８７５μｍ）積層
し、さらにその上にｐ型ＩｎＰ（０．１１２μｍ）と禁
制帯幅が波長にして１．４μｍに対応するＰ型ＩｎＧａ
ＡｓＰ（０．１１２μｍ）とを２０対積層する。ＩｎＧ
ａＡｓＰ層２２上の発光領域を避けた部分に、Ａｕ、Ｚ
ｎ、Ｎｉ等の金属を使って、オーミック電極２３を形成
する。その後、電子ビーム露光装置を用いて幅１００ｎ
ｍレジストパターンを形成する。そして、硫酸系のエッ
チャントを用いてＩｎＧａＡｓＰ層をエッチングし、そ
の後、レジストを除去する。そして、全面に金を蒸着す
ることでレーザ構造が完成する。電流はオーミック電極
２３とｎ型基板１８に形成されたオーミック電極２６を
通して流される。図４（ｂ）は、前記ＩｎＧａＡｓＰコ
ンタクト層２２上の凹凸の溝部分の拡大図である。凹凸
の溝の深さ方向に垂直な方向に電場を持つ光は、半導体
多層膜で与えられる反射率のみで反射される。これに対
し、凹凸の溝の深さ方向に電場を持つ光は、半導体多層
膜による反射と溝を形成している凹部上の金属膜による
反射、さらに、溝を形成している凸部上の金属膜による
反射を受ける。従って、溝の深さ方向に電場を持つ光
は、それに垂直方向に電場を持つ光より高い反射率を感
じることになる。よって、この方向での発振が生じるこ
とになる。
【００３０】（実施例５）図５は、本発明の第５の実施
例を示すものであり、上記の実施例において、活性層２
０上部の反射鏡を、屈折率の異なる２種の誘電体からな
る多層膜反射鏡２５にしたものである。この場合、ｐ型
ＩｎＰクラッド層２１の厚さは、光学波長の９／４倍分
（約１．１μｍ）であり、このクラッド層２１上の層２
２は禁制帯幅が波長にして１．４μｍに対応するｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰ層（約０．３μｍ）である。発光領域を避
けた部分に、Ａｕ、Ｚｎ、Ｎｉ等の金属を使ってオーミ
ック電極２３を形成し、全面にＳｉＯ2 とＴｉＯ2 から
なる誘電体多層膜２５を６対積層する。ＩｎＧａＡｓＰ
に接触する方が低屈折率のＳｉＯ2 であり、最終層はＴ
ｉＯ2 になる。この誘電体多層膜を発光領域の上部を覆
うように残し、かつオーミック電極が露出するようにフ
ッ素系のガスを用いてエッチングする。そして、発光領
域上に残った誘電体多層膜上に幅１００ｎｍ、間隔１０
０ｎｍのレジストパターンを形成し、フッ素系のガスを
用いて表面のＴｉＯ2 膜をエッチングする。その後、レ
ジストを酸素プラズマ中で除去し、表面全体に金を３０
ｎｍ蒸着する。
例を示すものであり、上記の実施例において、活性層２
０上部の反射鏡を、屈折率の異なる２種の誘電体からな
る多層膜反射鏡２５にしたものである。この場合、ｐ型
ＩｎＰクラッド層２１の厚さは、光学波長の９／４倍分
（約１．１μｍ）であり、このクラッド層２１上の層２
２は禁制帯幅が波長にして１．４μｍに対応するｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰ層（約０．３μｍ）である。発光領域を避
けた部分に、Ａｕ、Ｚｎ、Ｎｉ等の金属を使ってオーミ
ック電極２３を形成し、全面にＳｉＯ2 とＴｉＯ2 から
なる誘電体多層膜２５を６対積層する。ＩｎＧａＡｓＰ
に接触する方が低屈折率のＳｉＯ2 であり、最終層はＴ
ｉＯ2 になる。この誘電体多層膜を発光領域の上部を覆
うように残し、かつオーミック電極が露出するようにフ
ッ素系のガスを用いてエッチングする。そして、発光領
域上に残った誘電体多層膜上に幅１００ｎｍ、間隔１０
０ｎｍのレジストパターンを形成し、フッ素系のガスを
用いて表面のＴｉＯ2 膜をエッチングする。その後、レ
ジストを酸素プラズマ中で除去し、表面全体に金を３０
ｎｍ蒸着する。
【００３１】上記実施例４、５では、反射鏡の上部の層
に凹凸を形成し、この凹部底面と凸部上面の金属を堆積
させたが、反射鏡の内部に凹凸を形成して金属を堆積さ
せても良いし、あるいは、コンタクト層と反射鏡の間に
凹凸を形成して金属を堆積させても良い。
に凹凸を形成し、この凹部底面と凸部上面の金属を堆積
させたが、反射鏡の内部に凹凸を形成して金属を堆積さ
せても良いし、あるいは、コンタクト層と反射鏡の間に
凹凸を形成して金属を堆積させても良い。
【００３２】上記実施例４、５では、発光層が長波長系
ＩｎＧａＡｓＰのバルクであったが、他の材料系あるい
は量子井戸構造、歪構造などでも適用できる。さらに、
上記実施例では半導体による埋込み構造で電流狭窄を行
っているが、イオン注入等による電流狭窄でも良いし、
電流狭窄構造になっていなくても良い。また、凹凸部に
堆積させる金属としては金以外の銀やアルミニウム等の
高反射率を得ることのできる材料でも同様な効果が期待
できる。
ＩｎＧａＡｓＰのバルクであったが、他の材料系あるい
は量子井戸構造、歪構造などでも適用できる。さらに、
上記実施例では半導体による埋込み構造で電流狭窄を行
っているが、イオン注入等による電流狭窄でも良いし、
電流狭窄構造になっていなくても良い。また、凹凸部に
堆積させる金属としては金以外の銀やアルミニウム等の
高反射率を得ることのできる材料でも同様な効果が期待
できる。
【００３３】凹凸の幅と間隔および深さは、発光波長に
比べ十分細い場合が最も効果が大きいが、発光波長程度
にしても同様の効果が期待できる。
比べ十分細い場合が最も効果が大きいが、発光波長程度
にしても同様の効果が期待できる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の面発光半
導体レーザは、片側あるいは両側の反射鏡の内部、また
は反射鏡と活性層の間、または反射鏡の外部に、格子状
金属体を有しているため、使用する金属体の性質によ
り、格子方向と平行あるいは垂直方向に偏波面が固定さ
れ、注入電流レベルを変えても同じ偏波面を維持する。
また、アレイ構造を形成しても全てが同じ偏波面で発振
する。
導体レーザは、片側あるいは両側の反射鏡の内部、また
は反射鏡と活性層の間、または反射鏡の外部に、格子状
金属体を有しているため、使用する金属体の性質によ
り、格子方向と平行あるいは垂直方向に偏波面が固定さ
れ、注入電流レベルを変えても同じ偏波面を維持する。
また、アレイ構造を形成しても全てが同じ偏波面で発振
する。
【図１】本発明による面発光半導体レーザの第１の実施
例を示すもので、（ａ）は断面構造図、（ｂ）は上面図
である。
例を示すもので、（ａ）は断面構造図、（ｂ）は上面図
である。
【図２】本発明による面発光半導体レーザの第２の実施
例の断面構造図である。
例の断面構造図である。
【図３】本発明による面発光半導体レーザの第３の実施
例の断面構造図である。
例の断面構造図である。
【図４】本発明による面発光半導体レーザの第４の実施
例を示すものであり、（ａ）は断面構造図、（ｂ）は
（ａ）の凹凸溝部分の拡大図である。
例を示すものであり、（ａ）は断面構造図、（ｂ）は
（ａ）の凹凸溝部分の拡大図である。
【図５】本発明による面発光半導体レーザの第５の実施
例の断面構造図である。
例の断面構造図である。
【図６】従来の面発光半導体レーザの断面構造を示すも
ので、（ａ）は半導体多層膜を反射鏡として使用してい
る面発光半導体レーザの断面構造図、（ｂ）は誘電体多
層膜を反射鏡として使用している面発光半導体レーザの
断面構造図、（ｃ）は金属膜を反射鏡として使用してい
る面発光半導体レーザの断面構造図である。
ので、（ａ）は半導体多層膜を反射鏡として使用してい
る面発光半導体レーザの断面構造図、（ｂ）は誘電体多
層膜を反射鏡として使用している面発光半導体レーザの
断面構造図、（ｃ）は金属膜を反射鏡として使用してい
る面発光半導体レーザの断面構造図である。
１ 半導体多層膜 ２ 活性層 ３ 半導体多層膜 ４ 誘電体多層膜 ５ コンタクト層 ６ クラッド層 ７ 活性層 ８ クラッド層 ９ ＩｎＧａＡｓＰ層 １０ 誘電体多層膜 １１ 金属膜 １２ コンタクト層 １３ クラッド層 １４ 活性層 １５ クラッド層 １６ ＩｎＧａＡｓＰ層 １７ 金属膜 １８ ＩｎＰ半導体基板 １９ 半導体多層膜 ２０ 活性層 ２１ クラッド層 ２２ コンタクト層 ２３ オーミック電極 ２４ 格子状金属 ２５ 誘電体多層膜 ２６ オーミック電極 ２７ ｐ−ＩｎＰ埋込み層 ２８ ｎ−ＩｎＰ埋込み層 ２９ 発光領域 ３０ クラッド層 ３１ ＩｎＧａＡｓＰ層 ３２ 半導体多層膜
Claims (8)
- 【請求項１】 基板面に対し垂直方向の共振器を有し、
活性層の上下を反射鏡で挟んだ構造の面発光半導体レー
ザにおいて、 所定の第１の方向には連続であるが、該第１の方向と垂
直な第２の方向には離散的である格子状の金属体が、発
振光の光路に配置されていることを特徴とする面発光半
導体レーザ。 - 【請求項２】 前記金属体が前記反射鏡の外部に配置さ
れていることを特徴とする請求項１に記載の面発光半導
体レーザ。 - 【請求項３】 前記金属体が前記反射鏡の内部に配置さ
れていることを特徴とする請求項１に記載の面発光半導
体レーザ。 - 【請求項４】 前記金属体が前記反射鏡と前記活性層と
の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載
の面発光半導体レーザ。 - 【請求項５】 前記金属体が格子状の金属薄膜であるこ
とを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の面
発光半導体レーザ。 - 【請求項６】 前記金属体が所望の層上に溝を配列して
なる凹凸形状における凸部の頭頂部と凹部の底部に堆積
した金属薄膜であることを特徴とする請求項１ないし４
のいずれかに記載の面発光半導体レーザ。 - 【請求項７】 前記格子状の金属薄膜の幅と間隔が、発
光波長程度かそれよりも小さいことを特徴とする請求項
５に記載の面発光半導体レーザ。 - 【請求項８】 前記溝の幅と深さおよび間隔が、発光波
長程度がそれよりも小さいことを特徴とする請求項６に
記載の面発光半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08477294A JP3243772B2 (ja) | 1993-12-21 | 1994-04-22 | 面発光半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-322080 | 1993-12-21 | ||
| JP32208093 | 1993-12-21 | ||
| JP08477294A JP3243772B2 (ja) | 1993-12-21 | 1994-04-22 | 面発光半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07231138A true JPH07231138A (ja) | 1995-08-29 |
| JP3243772B2 JP3243772B2 (ja) | 2002-01-07 |
Family
ID=26425760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08477294A Expired - Fee Related JP3243772B2 (ja) | 1993-12-21 | 1994-04-22 | 面発光半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3243772B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100446592B1 (ko) * | 1997-02-05 | 2004-11-16 | 삼성전자주식회사 | 반도체레이저다이오드및그제조방법 |
| JP2009117408A (ja) * | 2007-11-01 | 2009-05-28 | Sony Corp | 半導体発光素子およびその製造方法ならびに印刷装置 |
| WO2010000231A1 (de) * | 2008-06-30 | 2010-01-07 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Oberflächenemittierender halbleiterlaser mit mehreren aktiven zonen |
| CN101888058A (zh) * | 2010-06-02 | 2010-11-17 | 中国科学院半导体研究所 | 一种制备具有稳定偏振输出的垂直腔面发射激光器的方法 |
| CN103887709A (zh) * | 2014-03-20 | 2014-06-25 | 中国科学院半导体研究所 | 一种非对称金属光栅包覆半导体多量子阱波导激光器 |
| CN113872048A (zh) * | 2017-01-19 | 2021-12-31 | 欧司朗光电半导体有限公司 | 半导体激光器和用于制造这种半导体激光器的方法 |
| JP2024045625A (ja) * | 2016-12-20 | 2024-04-02 | ソニーグループ株式会社 | 発光素子 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019171869A1 (ja) * | 2018-03-07 | 2019-09-12 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 面発光レーザ |
-
1994
- 1994-04-22 JP JP08477294A patent/JP3243772B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100446592B1 (ko) * | 1997-02-05 | 2004-11-16 | 삼성전자주식회사 | 반도체레이저다이오드및그제조방법 |
| JP2009117408A (ja) * | 2007-11-01 | 2009-05-28 | Sony Corp | 半導体発光素子およびその製造方法ならびに印刷装置 |
| WO2010000231A1 (de) * | 2008-06-30 | 2010-01-07 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Oberflächenemittierender halbleiterlaser mit mehreren aktiven zonen |
| CN101888058A (zh) * | 2010-06-02 | 2010-11-17 | 中国科学院半导体研究所 | 一种制备具有稳定偏振输出的垂直腔面发射激光器的方法 |
| CN103887709A (zh) * | 2014-03-20 | 2014-06-25 | 中国科学院半导体研究所 | 一种非对称金属光栅包覆半导体多量子阱波导激光器 |
| JP2024045625A (ja) * | 2016-12-20 | 2024-04-02 | ソニーグループ株式会社 | 発光素子 |
| US12362540B2 (en) | 2016-12-20 | 2025-07-15 | Sony Corporation | Light emitting element |
| CN113872048A (zh) * | 2017-01-19 | 2021-12-31 | 欧司朗光电半导体有限公司 | 半导体激光器和用于制造这种半导体激光器的方法 |
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|---|---|
| JP3243772B2 (ja) | 2002-01-07 |
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