JPH07307525A - 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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- JPH07307525A JPH07307525A JP6101065A JP10106594A JPH07307525A JP H07307525 A JPH07307525 A JP H07307525A JP 6101065 A JP6101065 A JP 6101065A JP 10106594 A JP10106594 A JP 10106594A JP H07307525 A JPH07307525 A JP H07307525A
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- semiconductor laser
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Abstract
(57)【要約】
【目的】素子抵抗が小さく、良好な結晶性の歪量子井戸
活性層を有する面発光半導体レーザを提供すること。 【構成】活性層４をｎ型のＩｎＧａＰ層とｎ型のＧａＡ
ｓ層が交互に積層されたｎ型半導体多層膜反射鏡２と、
ｐ型のＩｎＧａＰ層とｐ型のＧａＡｓ層が交互に積層さ
れたｐ型半導体多層膜反射鏡６とで挟んだ積層構造をｎ
型ＧａＡｓ基板１上に配置し、ｎ型及びｐ型半導体多層
膜反射鏡のそれぞれのＩｎＧａＰ層とＧａＡｓ層との間
の少なくとも一つに、ＩｎＧａＰの禁止帯幅とＧａＡｓ
の禁止帯幅の中間的な禁止帯幅を持つＩｎＧａＡｓＰ層
を設けた面発光半導体レーザ。半導体多層膜反射鏡の一
方は誘電体多層膜反射鏡としてもよい。
活性層を有する面発光半導体レーザを提供すること。 【構成】活性層４をｎ型のＩｎＧａＰ層とｎ型のＧａＡ
ｓ層が交互に積層されたｎ型半導体多層膜反射鏡２と、
ｐ型のＩｎＧａＰ層とｐ型のＧａＡｓ層が交互に積層さ
れたｐ型半導体多層膜反射鏡６とで挟んだ積層構造をｎ
型ＧａＡｓ基板１上に配置し、ｎ型及びｐ型半導体多層
膜反射鏡のそれぞれのＩｎＧａＰ層とＧａＡｓ層との間
の少なくとも一つに、ＩｎＧａＰの禁止帯幅とＧａＡｓ
の禁止帯幅の中間的な禁止帯幅を持つＩｎＧａＡｓＰ層
を設けた面発光半導体レーザ。半導体多層膜反射鏡の一
方は誘電体多層膜反射鏡としてもよい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、面発光半導体レーザに
関するものである。
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層を有
する０．９８μｍ帯面発光半導体レーザは、その半導体
多層膜反射鏡がＡｌＡｓとＧａＡｓの組み合わせで形成
されていた。しかし、ＡｌＡｓは酸化、潮解現象により
素子の信頼性に支障をきたす可能性があった。これに対
し、Ａｌを含まないＩｎＧａＰとＧａＡｓを組み合わせ
た半導体多層膜反射鏡を用い、ＧａＡｓ基板上へ作製し
た帯面発光半導体レーザが、エレクトロニクス レター
ズ、第２９巻 第１８５４〜１８５５頁（１９９３年）
（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．
２９，ｐｐ．１８５４〜１８５５，１９９３）に報告さ
れている。
する０．９８μｍ帯面発光半導体レーザは、その半導体
多層膜反射鏡がＡｌＡｓとＧａＡｓの組み合わせで形成
されていた。しかし、ＡｌＡｓは酸化、潮解現象により
素子の信頼性に支障をきたす可能性があった。これに対
し、Ａｌを含まないＩｎＧａＰとＧａＡｓを組み合わせ
た半導体多層膜反射鏡を用い、ＧａＡｓ基板上へ作製し
た帯面発光半導体レーザが、エレクトロニクス レター
ズ、第２９巻 第１８５４〜１８５５頁（１９９３年）
（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．
２９，ｐｐ．１８５４〜１８５５，１９９３）に報告さ
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のＩｎＧａＰ
とＧａＡｓを組み合わせた半導体多層膜反射鏡を用いた
０．９８μｍ帯面発光半導体レーザは、以下の二つの問
題があった。まず、図２（ａ）に示すように、半導体多
層膜反射鏡を形成しているＩｎＧａＰとＧａＡｓの間の
ヘテロ障壁が大きく、かつ、ＩｎＧａＰとＧａＡｓの屈
折率差が０．３であり、ＡｌＡｓとＧａＡｓのそれが
０．６であるのに比べて低く、高い反射率を得るには半
導体多層膜の周期数が４０周期となるため、素子抵抗が
大きくなり、このため、発熱により高出力動作及び高温
連続動作が妨げられる。
とＧａＡｓを組み合わせた半導体多層膜反射鏡を用いた
０．９８μｍ帯面発光半導体レーザは、以下の二つの問
題があった。まず、図２（ａ）に示すように、半導体多
層膜反射鏡を形成しているＩｎＧａＰとＧａＡｓの間の
ヘテロ障壁が大きく、かつ、ＩｎＧａＰとＧａＡｓの屈
折率差が０．３であり、ＡｌＡｓとＧａＡｓのそれが
０．６であるのに比べて低く、高い反射率を得るには半
導体多層膜の周期数が４０周期となるため、素子抵抗が
大きくなり、このため、発熱により高出力動作及び高温
連続動作が妨げられる。
【０００４】もう一つの問題は、有機金属気相成長法や
ケミカルビームエピタキシー法等により、ＩｎＧａＰ層
とＧａＡｓ層を組み合わせた半導体多層膜を成長させる
と、両層のＶ族元素が異なるため、成長表面でＡｓとＰ
が置換することにより組成の不均一な歪み層が形成され
る。これに伴い格子欠陥が生成し、ＩｎＧａＡｓ歪量子
井戸層の結晶性が悪化する。
ケミカルビームエピタキシー法等により、ＩｎＧａＰ層
とＧａＡｓ層を組み合わせた半導体多層膜を成長させる
と、両層のＶ族元素が異なるため、成長表面でＡｓとＰ
が置換することにより組成の不均一な歪み層が形成され
る。これに伴い格子欠陥が生成し、ＩｎＧａＡｓ歪量子
井戸層の結晶性が悪化する。
【０００５】本発明の目的は、素子抵抗が小さく、良好
な結晶性の歪量子井戸活性層を有する０．９８μｍ帯面
発光半導体レーザを提供することにある。
な結晶性の歪量子井戸活性層を有する０．９８μｍ帯面
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】上記目的を達成するため
に、本発明の面発光半導体レーザは、光を発生する活性
層をｎ型のＩｎＧａＰ層とｎ型のＧａＡｓ層が交互に積
層された第１の半導体多層膜反射鏡と、ｐ型のＩｎＧａ
Ｐ層とｐ型のＧａＡｓ層が交互に積層された第２の半導
体多層膜反射鏡とで挟んだ積層構造を半導体基板上に配
置し、その第１及び第２の半導体多層膜反射鏡のそれぞ
れのＩｎＧａＰ層とＧａＡｓ層との間の少なくとも一つ
に、ＩｎＧａＰの禁止帯幅とＧａＡｓの禁止帯幅の中間
的な禁止帯幅を持つＩｎＧａＡｓＰ層を設けるようにし
たものである。
に、本発明の面発光半導体レーザは、光を発生する活性
層をｎ型のＩｎＧａＰ層とｎ型のＧａＡｓ層が交互に積
層された第１の半導体多層膜反射鏡と、ｐ型のＩｎＧａ
Ｐ層とｐ型のＧａＡｓ層が交互に積層された第２の半導
体多層膜反射鏡とで挟んだ積層構造を半導体基板上に配
置し、その第１及び第２の半導体多層膜反射鏡のそれぞ
れのＩｎＧａＰ層とＧａＡｓ層との間の少なくとも一つ
に、ＩｎＧａＰの禁止帯幅とＧａＡｓの禁止帯幅の中間
的な禁止帯幅を持つＩｎＧａＡｓＰ層を設けるようにし
たものである。
【０００７】さらに上記目的を達成するために、本発明
の面発光半導体レーザは、光を発生する活性層を、Ｉｎ
ＧａＰ層とＧａＡｓ層が交互に積層された半導体多層膜
反射鏡と、誘電体多層膜反射鏡とで挟んだ積層構造を半
導体基板上に配置し、その半導体多層膜反射鏡のＩｎＧ
ａＰ層とＧａＡｓ層との間の少なくとも一つに、ＩｎＧ
ａＰの禁止帯幅とＧａＡｓの禁止帯幅の中間的な禁止帯
幅を持つＩｎＧａＡｓＰ層を設けるようにしたものであ
る。
の面発光半導体レーザは、光を発生する活性層を、Ｉｎ
ＧａＰ層とＧａＡｓ層が交互に積層された半導体多層膜
反射鏡と、誘電体多層膜反射鏡とで挟んだ積層構造を半
導体基板上に配置し、その半導体多層膜反射鏡のＩｎＧ
ａＰ層とＧａＡｓ層との間の少なくとも一つに、ＩｎＧ
ａＰの禁止帯幅とＧａＡｓの禁止帯幅の中間的な禁止帯
幅を持つＩｎＧａＡｓＰ層を設けるようにしたものであ
る。
【０００８】この半導体多層膜反射鏡は、屈折率の異な
る少なくとも２層の半導体層を、例えば、３０周期から
５０周期積層して構成する。また、ＩｎＧａＰ層やＩｎ
ＧａＡｓＰ層の組成は、その格子定数が半導体基板の格
子定数の±０．２％以内の値となるような組成とするこ
とが好ましい。例えば、半導体基板がＧａＡｓであると
き、Ｉｎ0.45Ｇａ0.552ＰからＩｎ0.52Ｇａ0.48Ｐの組
成範囲の化合物の格子定数は、ＧａＡｓ基板の格子定数
の±０．２％以内であり、このような組成とすることが
好ましい。
る少なくとも２層の半導体層を、例えば、３０周期から
５０周期積層して構成する。また、ＩｎＧａＰ層やＩｎ
ＧａＡｓＰ層の組成は、その格子定数が半導体基板の格
子定数の±０．２％以内の値となるような組成とするこ
とが好ましい。例えば、半導体基板がＧａＡｓであると
き、Ｉｎ0.45Ｇａ0.552ＰからＩｎ0.52Ｇａ0.48Ｐの組
成範囲の化合物の格子定数は、ＧａＡｓ基板の格子定数
の±０．２％以内であり、このような組成とすることが
好ましい。
【０００９】
【作用】以下、本発明の作用について、図２（ｂ）を用
いて説明する。ｎ型の半導体多層膜反射鏡を形成するＩ
ｎＧａＰ層とＧａＡｓ層との間に、両層の禁止帯幅の中
間的な禁止帯幅を持つｎ型のＩｎＧａＡｓＰ層を形成す
ると、伝導帯側バンド端不連続エネルギー値は小さくな
り、図２（ｂ）の如く、電子に対するヘテロ障壁の高さ
は低減し、その結果、ｎ型の半導体多層膜反射鏡部での
抵抗を大幅に低減できる。一方、ｐ型の半導体多層膜反
射鏡を形成するＩｎＧａＰ層とＧａＡｓ層との間に、両
層の禁止帯幅の中間的な禁止帯幅を持つｐ型のＩｎＧａ
ＡｓＰ層を形成すると、上記と同様な理由で価電子帯側
バンド端不連続エネルギー値は小さくなり、ｐ型の半導
体多層膜反射鏡部での抵抗を大幅に低減できる。
いて説明する。ｎ型の半導体多層膜反射鏡を形成するＩ
ｎＧａＰ層とＧａＡｓ層との間に、両層の禁止帯幅の中
間的な禁止帯幅を持つｎ型のＩｎＧａＡｓＰ層を形成す
ると、伝導帯側バンド端不連続エネルギー値は小さくな
り、図２（ｂ）の如く、電子に対するヘテロ障壁の高さ
は低減し、その結果、ｎ型の半導体多層膜反射鏡部での
抵抗を大幅に低減できる。一方、ｐ型の半導体多層膜反
射鏡を形成するＩｎＧａＰ層とＧａＡｓ層との間に、両
層の禁止帯幅の中間的な禁止帯幅を持つｐ型のＩｎＧａ
ＡｓＰ層を形成すると、上記と同様な理由で価電子帯側
バンド端不連続エネルギー値は小さくなり、ｐ型の半導
体多層膜反射鏡部での抵抗を大幅に低減できる。
【００１０】また、Ｖ族元素がＰであるＩｎＧａＰ層と
Ｖ族元素がＡｓであるＧａＡｓ層との間に、両方のＶ族
元素を含むＩｎＧａＡｓＰ層を挟むことで、有機金属気
相成長法による結晶成長の際に成長表面でＡｓとＰが置
換することによる歪み層の形成を低減することができ
る。
Ｖ族元素がＡｓであるＧａＡｓ層との間に、両方のＶ族
元素を含むＩｎＧａＡｓＰ層を挟むことで、有機金属気
相成長法による結晶成長の際に成長表面でＡｓとＰが置
換することによる歪み層の形成を低減することができ
る。
【００１１】ところが、ＩｎＧａＡｓＰ層を挟む場合で
も、成長温度を６５０℃とし、ＩｎＧａＡｓＰ層の組成
波長を７６０ｎｍ未満にした場合は、非混和性の影響を
受けて均質な結晶を得ることが困難である。また、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ層の組成波長が７９０ｎｍを越える場合は、
ヘテロ障壁の高さを低減する効果が弱くなる。従って、
ＩｎＧａＡｓＰ層の組成波長を７６０から７９０ｎｍと
すると、直列抵抗の低い良質な半導体多層膜反射鏡が実
現できる。これは、この層をＩｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-yと
表すとき、ｘ＝０．７９〜０．９２に相当する。
も、成長温度を６５０℃とし、ＩｎＧａＡｓＰ層の組成
波長を７６０ｎｍ未満にした場合は、非混和性の影響を
受けて均質な結晶を得ることが困難である。また、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ層の組成波長が７９０ｎｍを越える場合は、
ヘテロ障壁の高さを低減する効果が弱くなる。従って、
ＩｎＧａＡｓＰ層の組成波長を７６０から７９０ｎｍと
すると、直列抵抗の低い良質な半導体多層膜反射鏡が実
現できる。これは、この層をＩｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-yと
表すとき、ｘ＝０．７９〜０．９２に相当する。
【００１２】また、ＩｎＧａＰ層の光学的厚さｎ1ｄ1と
ＩｎＧａＡｓＰ層の光学的厚さｎ2ｄ2の和及びＧａＡｓ
層の光学的厚さｎ3ｄ3とＩｎＧａＡｓＰ層の光学的厚さ
ｎ2ｄ2の和を、それぞれＬ／４（Ｌ：発振波長、ｎ1〜
ｎ3：各層の屈折率、ｄ1〜ｄ3：各層の膜厚）とした周
期構造を構成することで、半導体多層膜反射鏡の反射率
は高く設定でき、レーザ発振に対する共振器として有効
に作用させることができる。
ＩｎＧａＡｓＰ層の光学的厚さｎ2ｄ2の和及びＧａＡｓ
層の光学的厚さｎ3ｄ3とＩｎＧａＡｓＰ層の光学的厚さ
ｎ2ｄ2の和を、それぞれＬ／４（Ｌ：発振波長、ｎ1〜
ｎ3：各層の屈折率、ｄ1〜ｄ3：各層の膜厚）とした周
期構造を構成することで、半導体多層膜反射鏡の反射率
は高く設定でき、レーザ発振に対する共振器として有効
に作用させることができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１、３、４を用い
て説明する。 〈実施例１〉図１は本発明のＩｎＧａＡｓ歪単一量子井
戸活性層を有する０．９８μｍ帯面発光半導体レーザの
模式的断面図である。ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＧａＡ
ｓに格子整合した層厚５６ｎｍのｎ−Ｉｎ0.48Ｇａ0.52
Ｐと層厚２０ｎｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長７６
０ｎｍ）の組合せと、層厚５０ｎｍのｎ−ＧａＡｓと層
厚２０ｎｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長７６０ｎ
ｍ）の組合せを交互に積層した周期構造（４０周期）か
らなるｎ型半導体多層膜反射鏡２、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
スペーサ層３、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ活性層４、ｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰスペーサ層５、ＧａＡｓに格子整合した層厚
５６ｎｍのｐ−Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐと層厚２０ｎｍのｐ
−ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長７６０ｎｍ）の組合せと、
層厚５０ｎｍのｐ−ＧａＡｓと層厚２０ｎｍのｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ（組成波長７６０ｎｍ）の組合せを交互に積
層した周期構造（３０周期）からなるｐ型半導体多層膜
反射鏡６を有機金属気相成長法により順次形成する。な
お、組成波長７６０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰの組成は、Ｉ
ｎ0.18Ｇａ0.82Ａｓ0.64Ｐ0.36であり、ＧａＡｓに±
０．２％の範囲で格子整合している。
て説明する。 〈実施例１〉図１は本発明のＩｎＧａＡｓ歪単一量子井
戸活性層を有する０．９８μｍ帯面発光半導体レーザの
模式的断面図である。ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＧａＡ
ｓに格子整合した層厚５６ｎｍのｎ−Ｉｎ0.48Ｇａ0.52
Ｐと層厚２０ｎｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長７６
０ｎｍ）の組合せと、層厚５０ｎｍのｎ−ＧａＡｓと層
厚２０ｎｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長７６０ｎ
ｍ）の組合せを交互に積層した周期構造（４０周期）か
らなるｎ型半導体多層膜反射鏡２、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
スペーサ層３、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ活性層４、ｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰスペーサ層５、ＧａＡｓに格子整合した層厚
５６ｎｍのｐ−Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐと層厚２０ｎｍのｐ
−ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長７６０ｎｍ）の組合せと、
層厚５０ｎｍのｐ−ＧａＡｓと層厚２０ｎｍのｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ（組成波長７６０ｎｍ）の組合せを交互に積
層した周期構造（３０周期）からなるｐ型半導体多層膜
反射鏡６を有機金属気相成長法により順次形成する。な
お、組成波長７６０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰの組成は、Ｉ
ｎ0.18Ｇａ0.82Ａｓ0.64Ｐ0.36であり、ＧａＡｓに±
０．２％の範囲で格子整合している。
【００１４】次に、ｐ側電極７を形成し、マスクを用い
て周囲をエッチングして直径１０μｍにその領域を制限
した後、これをマスクにして３００ｋｅＶのプロトン照
射により高抵抗の電流狭窄層８を形成する。さらに、ｐ
側電極９を形成し、上記と同様にして、直径３０μｍに
その領域を制限した後、これをマスクにして５０、１０
０、２００ｋｅＶのプロトン照射により高抵抗の電流狭
窄層１０を形成する。最後に、基板側からレーザ光２８
を取り出すための窓領域を有するｎ側電極１１を形成し
た。
て周囲をエッチングして直径１０μｍにその領域を制限
した後、これをマスクにして３００ｋｅＶのプロトン照
射により高抵抗の電流狭窄層８を形成する。さらに、ｐ
側電極９を形成し、上記と同様にして、直径３０μｍに
その領域を制限した後、これをマスクにして５０、１０
０、２００ｋｅＶのプロトン照射により高抵抗の電流狭
窄層１０を形成する。最後に、基板側からレーザ光２８
を取り出すための窓領域を有するｎ側電極１１を形成し
た。
【００１５】試作した素子は、ｎ型の半導体多層膜反射
鏡に低抵抗化した構造を導入したことにより、素子抵抗
が約２０オームであり、従来のＩｎＧａＡｓＰ層を用い
ない０．９８μｍ帯面発光半導体レーザの素子抵抗の約
１／３０に低減することができた。その結果、室温連続
動作において閾値電流０．５ｍＡで発振すると共に、１
００℃以上での連続動作を確認し、９０℃において最大
光出力２ｍＷを得た。なお、ＩｎＧａＡｓＰ層は、Ｇａ
ＡｓとＩｎＧａＰの間のすべてに設けたが、少なくとも
１つに設けてあれば、ある程度の効果は認められる。
鏡に低抵抗化した構造を導入したことにより、素子抵抗
が約２０オームであり、従来のＩｎＧａＡｓＰ層を用い
ない０．９８μｍ帯面発光半導体レーザの素子抵抗の約
１／３０に低減することができた。その結果、室温連続
動作において閾値電流０．５ｍＡで発振すると共に、１
００℃以上での連続動作を確認し、９０℃において最大
光出力２ｍＷを得た。なお、ＩｎＧａＡｓＰ層は、Ｇａ
ＡｓとＩｎＧａＰの間のすべてに設けたが、少なくとも
１つに設けてあれば、ある程度の効果は認められる。
【００１６】〈実施例２〉図３は、本発明の整合利得構
造の０．９８μｍ帯面発光半導体レーザの模式的断面図
である。ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に、ＧａＡｓに格子整
合した層厚６０ｎｍのｎ−Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐと層厚１
６ｎｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長７８０ｎｍ）の
組合せと、層厚６０ｎｍのｎ−ＧａＡｓと層厚１６ｎｍ
のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長７８０ｎｍ）の組合せ
を交互に積層した周期構造（３５周期）からなるｎ型半
導体多層膜反射鏡１３、中心から中心までがＩｎＧａＡ
ｓＰ層により、媒質内の発振波長の１／２倍の厚さだけ
分離されたＩｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓの３周期からなる活性層
１４をガスソースＭＢＥ法（分子線ビーム成長法）によ
り順次形成する。なお、組成波長７８０ｎｍのＩｎＧａ
ＡｓＰの組成は、Ｉｎ0.14Ｇａ0.86Ａｓ0.72Ｐ0.28であ
り、ＧａＡｓに±０．２％の範囲で格子整合している。
造の０．９８μｍ帯面発光半導体レーザの模式的断面図
である。ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に、ＧａＡｓに格子整
合した層厚６０ｎｍのｎ−Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐと層厚１
６ｎｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長７８０ｎｍ）の
組合せと、層厚６０ｎｍのｎ−ＧａＡｓと層厚１６ｎｍ
のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長７８０ｎｍ）の組合せ
を交互に積層した周期構造（３５周期）からなるｎ型半
導体多層膜反射鏡１３、中心から中心までがＩｎＧａＡ
ｓＰ層により、媒質内の発振波長の１／２倍の厚さだけ
分離されたＩｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓの３周期からなる活性層
１４をガスソースＭＢＥ法（分子線ビーム成長法）によ
り順次形成する。なお、組成波長７８０ｎｍのＩｎＧａ
ＡｓＰの組成は、Ｉｎ0.14Ｇａ0.86Ａｓ0.72Ｐ0.28であ
り、ＧａＡｓに±０．２％の範囲で格子整合している。
【００１７】次に、マスクを用い、反応性イオンビーム
エッチングにより、ｎ型半導体多層膜反射鏡１３の途中
までエッチングし、凸状の発光領域（直径５μｍ）を形
成する。この後、ポリイミド埋め込み層１５を形成した
後、リング状のｐ側電極１６を形成した。その後、Ｓｉ
Ｏ2膜とａ−Ｓｉ膜をそれぞれの媒質内における発振波
長の１／４倍の厚さで交互に積層した周期構造（５周
期）からなる誘電体多層膜反射鏡１７を形成し、基板の
下部にｎ側電極１８を形成した。レーザ光２８は誘電体
多層膜反射鏡１７側から取り出す。
エッチングにより、ｎ型半導体多層膜反射鏡１３の途中
までエッチングし、凸状の発光領域（直径５μｍ）を形
成する。この後、ポリイミド埋め込み層１５を形成した
後、リング状のｐ側電極１６を形成した。その後、Ｓｉ
Ｏ2膜とａ−Ｓｉ膜をそれぞれの媒質内における発振波
長の１／４倍の厚さで交互に積層した周期構造（５周
期）からなる誘電体多層膜反射鏡１７を形成し、基板の
下部にｎ側電極１８を形成した。レーザ光２８は誘電体
多層膜反射鏡１７側から取り出す。
【００１８】試作した素子は、室温連続動作において、
閾値電流０．２ｍＡで発振し、最大光出力１０ｍＷを得
た。さらに、ｎ型の半導体多層膜反射鏡に低抵抗化した
構造を導入したことにより、素子抵抗は約３０オームで
あり、従来のＩｎＧａＡｓＰ層を用いない０．９８μｍ
帯面発光半導体レーザの素子抵抗の約１／３０に低減す
ることができた。
閾値電流０．２ｍＡで発振し、最大光出力１０ｍＷを得
た。さらに、ｎ型の半導体多層膜反射鏡に低抵抗化した
構造を導入したことにより、素子抵抗は約３０オームで
あり、従来のＩｎＧａＡｓＰ層を用いない０．９８μｍ
帯面発光半導体レーザの素子抵抗の約１／３０に低減す
ることができた。
【００１９】〈実施例３〉図４は、ｐ型基板上に形成さ
れた本発明の０．９８μｍ帯面発光半導体レーザの模式
的断面図である。ｐ型ＧａＡｓ基板１９上に、ＧａＡｓ
に格子整合した層厚６５ｎｍのｐ−Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ
と層厚１１ｎｍのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長７９０
ｎｍ）の組合せと、層厚６５ｎｍのｐ−ＧａＡｓと層厚
１１ｎｍのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長７９０ｎｍ）
の組合せを交互に積層した周期構造（４５周期）からな
るｐ型半導体多層膜反射鏡２０、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰス
ペーサ層２１、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ歪量子井戸型活性層
２２、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層２３をケミカルビ
ームエピタキシー法により順次形成する。なお、組成波
長７９０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰの組成は、Ｉｎ0.12Ｇａ
0.88Ａｓ0.76Ｐ0.24であり、ＧａＡｓに±０．２％の範
囲で格子整合している。
れた本発明の０．９８μｍ帯面発光半導体レーザの模式
的断面図である。ｐ型ＧａＡｓ基板１９上に、ＧａＡｓ
に格子整合した層厚６５ｎｍのｐ−Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ
と層厚１１ｎｍのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長７９０
ｎｍ）の組合せと、層厚６５ｎｍのｐ−ＧａＡｓと層厚
１１ｎｍのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長７９０ｎｍ）
の組合せを交互に積層した周期構造（４５周期）からな
るｐ型半導体多層膜反射鏡２０、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰス
ペーサ層２１、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ歪量子井戸型活性層
２２、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層２３をケミカルビ
ームエピタキシー法により順次形成する。なお、組成波
長７９０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰの組成は、Ｉｎ0.12Ｇａ
0.88Ａｓ0.76Ｐ0.24であり、ＧａＡｓに±０．２％の範
囲で格子整合している。
【００２０】次に、前記実施例と同様にして、反応性イ
オンビームエッチングにより、ｐ型半導体多層膜反射鏡
２０の途中までエッチングし、凸状の発光領域（７μｍ
角）を形成する。この後、ＳｉＯ2埋め込み層２４を形
成した後、リング状のｎ側電極２５を形成した。その
後、ＳｉＯ2膜とＳｉＮ膜をそれぞれの媒質内における
発振波長の１／４倍の厚さを交互に積層した周期構造
（１０周期）からなる誘電体多層膜反射鏡２６を形成
し、基板の下部にｐ側電極２７を形成した。レーザ光２
８は誘電体多層膜反射鏡側から取り出す。
オンビームエッチングにより、ｐ型半導体多層膜反射鏡
２０の途中までエッチングし、凸状の発光領域（７μｍ
角）を形成する。この後、ＳｉＯ2埋め込み層２４を形
成した後、リング状のｎ側電極２５を形成した。その
後、ＳｉＯ2膜とＳｉＮ膜をそれぞれの媒質内における
発振波長の１／４倍の厚さを交互に積層した周期構造
（１０周期）からなる誘電体多層膜反射鏡２６を形成
し、基板の下部にｐ側電極２７を形成した。レーザ光２
８は誘電体多層膜反射鏡側から取り出す。
【００２１】試作した素子は、室温連続動作において、
閾値電流１ｍＡで発振した。さらに、ｎ型の半導体多層
膜反射鏡に低抵抗化した構造を導入したことにより、素
子抵抗は約３０オームであり、従来のＩｎＧａＡｓＰ層
を用いない０．９８μｍ帯面発光半導体レーザの素子抵
抗の約１／５０に低減することができた。
閾値電流１ｍＡで発振した。さらに、ｎ型の半導体多層
膜反射鏡に低抵抗化した構造を導入したことにより、素
子抵抗は約３０オームであり、従来のＩｎＧａＡｓＰ層
を用いない０．９８μｍ帯面発光半導体レーザの素子抵
抗の約１／５０に低減することができた。
【００２２】以上の実施例２、３では、誘電体多層膜反
射鏡として、ＳｉＮとＳｉＯ2の組合せを用いた場合と
ａ−ＳｉとＳｉＯ2の組合せを用いた場合について説明
したが、ＴｉＯ2とＳｉＯ2の組合せやＣａＦ2とＳｉＯ2
の組合せ、そしてＭｇＯ2とＳｉＯ2の組合せを用いた場
合のレーザ素子でもほぼ同様の特性が得られた。また、
以上の実施例では、単体の面発光半導体レーザへの適用
について説明したが、本発明は、光インタコネクト等に
使用する２次元レーザアレイについても適用可能である
ことは自明である。
射鏡として、ＳｉＮとＳｉＯ2の組合せを用いた場合と
ａ−ＳｉとＳｉＯ2の組合せを用いた場合について説明
したが、ＴｉＯ2とＳｉＯ2の組合せやＣａＦ2とＳｉＯ2
の組合せ、そしてＭｇＯ2とＳｉＯ2の組合せを用いた場
合のレーザ素子でもほぼ同様の特性が得られた。また、
以上の実施例では、単体の面発光半導体レーザへの適用
について説明したが、本発明は、光インタコネクト等に
使用する２次元レーザアレイについても適用可能である
ことは自明である。
【００２３】
【発明の効果】以上述べたように、半導体多層膜反射鏡
を形成するＩｎＧａＰ層とＧａＡｓ層との間に、それぞ
れの層の禁止帯幅の中間的な禁止帯幅を持ち、それぞれ
の層を構成するＶ族元素の両方を含むＩｎＧａＡｓＰ層
を形成することにより、半導体多層膜形成時に成長表面
でＡｓとＰが置換することによる歪み層の形成を低減
し、かつ、素子抵抗の小さい、Ａｌフリーの面発光半導
体レーザが得られた。この面発光半導体レーザは、しき
い値が低く、高出力であり、高温連続動作させることが
できた。
を形成するＩｎＧａＰ層とＧａＡｓ層との間に、それぞ
れの層の禁止帯幅の中間的な禁止帯幅を持ち、それぞれ
の層を構成するＶ族元素の両方を含むＩｎＧａＡｓＰ層
を形成することにより、半導体多層膜形成時に成長表面
でＡｓとＰが置換することによる歪み層の形成を低減
し、かつ、素子抵抗の小さい、Ａｌフリーの面発光半導
体レーザが得られた。この面発光半導体レーザは、しき
い値が低く、高出力であり、高温連続動作させることが
できた。
【図１】本発明の実施例１の面発光半導体レーザの模式
的断面図。
的断面図。
【図２】従来例及び本発明の作用を説明するための原理
図。
図。
【図３】本発明の実施例２の面発光半導体レーザの模式
的断面図。
的断面図。
【図４】本発明の実施例３の面発光半導体レーザの模式
的断面図。
的断面図。
１、１２…ｎ型ＧａＡｓ基板 ２、１３…ｎ型半導体多層膜反射鏡 ３、２３…ｎ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層 ４、１４、２２…活性層 ５、２１…ｐ−ＩｎＧａＡｓＰスペーサ層 ６、２０…ｐ型半導体多層膜反射鏡 ７、９、１６、２７…ｐ側電極 ８、１０…電流狭窄層 １１、１８、２５…ｎ側電極 １５…ポリイミド埋め込み層 １７、２６…誘電体多層膜反射鏡 １９…ｐ型ＧａＡｓ基板 ２４…ＳｉＯ2埋め込み層 ２８…レーザ光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐川 みすず 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 土屋 朋信 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (8)
- 【請求項１】半導体基板上に、光を発生する活性層をｎ
型のＩｎＧａＰ層とｎ型のＧａＡｓ層が交互に積層され
た第１の半導体多層膜反射鏡と、ｐ型のＩｎＧａＰ層と
ｐ型のＧａＡｓ層が交互に積層された第２の半導体多層
膜反射鏡とで挟んだ積層構造が形成された面発光半導体
レーザにおいて、上記第１及び第２の半導体多層膜反射
鏡のそれぞれのＩｎＧａＰ層とＧａＡｓ層の間の少なく
とも一つに、ＩｎＧａＰの禁止帯幅とＧａＡｓの禁止帯
幅の中間的な禁止帯幅を持つＩｎＧａＡｓＰ層が設けら
れたことを特徴とする面発光半導体レーザ。 - 【請求項２】半導体基板上に、光を発生する活性層を、
ＩｎＧａＰ層とＧａＡｓ層が交互に積層された半導体多
層膜反射鏡と、誘電体多層膜反射鏡とで挟んだ積層構造
が形成された面発光半導体レーザにおいて、上記半導体
多層膜反射鏡のＩｎＧａＰ層とＧａＡｓ層との間の少な
くとも一つに、ＩｎＧａＰの禁止帯幅とＧａＡｓの禁止
帯幅の中間的な禁止帯幅を持つＩｎＧａＡｓＰ層が設け
られたことを特徴とする面発光半導体レーザ。 - 【請求項３】請求項１又は２記載の面発光半導体レーザ
において、上記半導体基板は、ＧａＡｓであり、上記活
性層は、少なくとも一層のＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層か
ら構成されたことを特徴とする面発光半導体レーザ。 - 【請求項４】請求項１、２又は３記載の面発光半導体レ
ーザにおいて、上記ＩｎＧａＰ層の格子定数は、上記半
導体基板の格子定数の±０．２％以内の値であることを
特徴とする面発光半導体レーザ。 - 【請求項５】請求項１から４のいずれか一に記載の面発
光半導体レーザにおいて、上記ＩｎＧａＡｓＰ層の格子
定数は、上記半導体基板の格子定数の±０．２％以内の
値であることを特徴とする面発光半導体レーザ。 - 【請求項６】請求項１から５のいずれか一に記載の面発
光半導体レーザにおいて、上記ＩｎＧａＡｓＰ層の組成
波長は、室温において７６０〜７９０ｎｍの範囲である
ことを特徴とする面発光半導体レーザ。 - 【請求項７】請求項１から５のいずれか一に記載の面発
光半導体レーザにおいて、上記ＩｎＧａＡｓＰ層の組成
は、Ｉｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-yと表すとき、ｘ＝０．７９
から０．９２の範囲の組成であることを特徴とする面発
光半導体レーザ。 - 【請求項８】請求項２記載の面発光半導体レーザにおい
て、上記誘電体多層膜反射鏡は、ＳｉＯ2膜と非晶質Ｓ
ｉ膜が交互に積層された多層膜、ＳｉＯ2膜とＳｉＮ膜
が交互に積層された多層膜、ＴｉＯ2膜とＳｉＯ2膜が交
互に積層された多層膜、ＣａＦ2膜とＳｉＯ2膜が交互に
積層された多層膜又はＭｇＯ2膜とＳｉＯ2膜が交互に積
層された多層膜からなることを特徴とする面発光半導体
レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6101065A JPH07307525A (ja) | 1994-05-16 | 1994-05-16 | 面発光半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6101065A JPH07307525A (ja) | 1994-05-16 | 1994-05-16 | 面発光半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07307525A true JPH07307525A (ja) | 1995-11-21 |
Family
ID=14290711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6101065A Pending JPH07307525A (ja) | 1994-05-16 | 1994-05-16 | 面発光半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07307525A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09237936A (ja) * | 1995-12-26 | 1997-09-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 面発光半導体レーザおよびその製造方法 |
| JP2003101140A (ja) * | 2000-09-21 | 2003-04-04 | Ricoh Co Ltd | 面発光型半導体レーザ素子およびその製造方法および面発光型半導体レーザアレイおよび光送信モジュールおよび光送受信モジュールおよび光通信システム |
| US6674785B2 (en) | 2000-09-21 | 2004-01-06 | Ricoh Company, Ltd. | Vertical-cavity, surface-emission type laser diode and fabrication process thereof |
| JP2004039717A (ja) * | 2002-07-01 | 2004-02-05 | Ricoh Co Ltd | 半導体分布ブラッグ反射鏡および面発光型半導体レーザおよび面発光型半導体レーザアレイおよび光通信システムおよび光書き込みシステムおよび光ピックアップシステム |
| JP2005051124A (ja) * | 2003-07-30 | 2005-02-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 面発光型半導体素子 |
| US7684456B2 (en) | 1999-08-04 | 2010-03-23 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode and semiconductor light-emitting device producing visible-wavelength radiation |
| JP2011244007A (ja) * | 2004-06-11 | 2011-12-01 | Ricoh Co Ltd | 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザアレイ、画像形成装置、光ピックアップ、光送信モジュール、光送受信モジュール及び光通信システム |
| JP2013243329A (ja) * | 2011-07-07 | 2013-12-05 | Ricoh Co Ltd | 面発光レーザ素子及び原子発振器 |
| WO2024014140A1 (ja) * | 2022-07-14 | 2024-01-18 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 面発光レーザ及び面発光レーザの製造方法 |
-
1994
- 1994-05-16 JP JP6101065A patent/JPH07307525A/ja active Pending
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09237936A (ja) * | 1995-12-26 | 1997-09-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 面発光半導体レーザおよびその製造方法 |
| US7684456B2 (en) | 1999-08-04 | 2010-03-23 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode and semiconductor light-emitting device producing visible-wavelength radiation |
| US8537870B2 (en) | 1999-08-04 | 2013-09-17 | Ricoh Company, Limited | Laser diode and semiconductor light-emitting device producing visible-wavelength radiation |
| US8009714B2 (en) | 1999-08-04 | 2011-08-30 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode and semiconductor light-emitting device producing visible-wavelength radiation |
| US7940827B2 (en) | 2000-09-21 | 2011-05-10 | Ricoh Company, Ltd. | Vertical-cavity, surface-emission type laser diode and fabrication process thereof |
| US7022539B2 (en) | 2000-09-21 | 2006-04-04 | Ricoh Company, Ltd. | Vertical-cavity, surface-emission type laser diode and fabrication process thereof |
| US7260137B2 (en) | 2000-09-21 | 2007-08-21 | Ricoh Company, Ltd. | Vertical-cavity surface-emission type laser diode and fabrication process thereof |
| US7519095B2 (en) | 2000-09-21 | 2009-04-14 | Ricoh Company, Ltd | Vertical-cavity, surface-emission type laser diode and fabrication process thereof |
| US6674785B2 (en) | 2000-09-21 | 2004-01-06 | Ricoh Company, Ltd. | Vertical-cavity, surface-emission type laser diode and fabrication process thereof |
| JP2003101140A (ja) * | 2000-09-21 | 2003-04-04 | Ricoh Co Ltd | 面発光型半導体レーザ素子およびその製造方法および面発光型半導体レーザアレイおよび光送信モジュールおよび光送受信モジュールおよび光通信システム |
| JP2004039717A (ja) * | 2002-07-01 | 2004-02-05 | Ricoh Co Ltd | 半導体分布ブラッグ反射鏡および面発光型半導体レーザおよび面発光型半導体レーザアレイおよび光通信システムおよび光書き込みシステムおよび光ピックアップシステム |
| JP2005051124A (ja) * | 2003-07-30 | 2005-02-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 面発光型半導体素子 |
| JP2011244007A (ja) * | 2004-06-11 | 2011-12-01 | Ricoh Co Ltd | 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザアレイ、画像形成装置、光ピックアップ、光送信モジュール、光送受信モジュール及び光通信システム |
| JP2013243329A (ja) * | 2011-07-07 | 2013-12-05 | Ricoh Co Ltd | 面発光レーザ素子及び原子発振器 |
| WO2024014140A1 (ja) * | 2022-07-14 | 2024-01-18 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 面発光レーザ及び面発光レーザの製造方法 |
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