JPH10200202A - 可視波長の垂直空洞面発光レーザー - Google Patents
可視波長の垂直空洞面発光レーザーInfo
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- JPH10200202A JPH10200202A JP10011894A JP1189498A JPH10200202A JP H10200202 A JPH10200202 A JP H10200202A JP 10011894 A JP10011894 A JP 10011894A JP 1189498 A JP1189498 A JP 1189498A JP H10200202 A JPH10200202 A JP H10200202A
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Classifications
-
- 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
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
-
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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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- 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]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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-
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- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 可視波長の垂直空洞面発光レーザーが提供さ
れる。 【解決手段】 可視波長光を放射するＶＣＳＥＬ１０
は、ＧａＩｎＰ基板素子１２，ＧａＩｎＰ活性領域２０
に対して格子整合されたＧａＩｎＰ／ＡｌＩｎＰ材料系
のミラー対１５，１６を有する第１ミラー・スタック１
４を含む。活性領域２０は、量子井戸層２３，第１障壁
層２４および第２障壁層２５を含む。また、活性領域２
０は、ミラー・スタック１４に隣接する第１クラッド領
域１８と、第２ミラー・スタック３０に隣接する第２ク
ラッド領域２６との間に挟まれる。第２ミラー・スタッ
ク３０は、活性領域２０に対して格子整合され、ＧａＩ
ｎＰ／ＡｌＩｎＰ材料系のミラー対３１，３２を有す
る。ＶＣＳＥＬ１０デバイスは、６３５から６５０ナノ
メーター・レンジの光を放射することができる。
れる。 【解決手段】 可視波長光を放射するＶＣＳＥＬ１０
は、ＧａＩｎＰ基板素子１２，ＧａＩｎＰ活性領域２０
に対して格子整合されたＧａＩｎＰ／ＡｌＩｎＰ材料系
のミラー対１５，１６を有する第１ミラー・スタック１
４を含む。活性領域２０は、量子井戸層２３，第１障壁
層２４および第２障壁層２５を含む。また、活性領域２
０は、ミラー・スタック１４に隣接する第１クラッド領
域１８と、第２ミラー・スタック３０に隣接する第２ク
ラッド領域２６との間に挟まれる。第２ミラー・スタッ
ク３０は、活性領域２０に対して格子整合され、ＧａＩ
ｎＰ／ＡｌＩｎＰ材料系のミラー対３１，３２を有す
る。ＶＣＳＥＬ１０デバイスは、６３５から６５０ナノ
メーター・レンジの光を放射することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は垂直空洞面発光レーザー
に関し、さらに詳しくは可視波長光を放射する垂直空洞
面発光レーザーに関する。
に関し、さらに詳しくは可視波長光を放射する垂直空洞
面発光レーザーに関する。
【０００２】
【従来の技術】垂直空洞面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）
は通常、半導体作製技術によって基板の上に形成される
ミラー・スタックとも言われる第１分布型ブラッグ反射
器（ＤＢＲ）と、第１ミラー・スタック上に形成される
活性領域と、活性領域上に形成される第２ミラー・スタ
ックとを含む。ＶＣＳＥＬは、活性領域を通じて加えら
れる電流で駆動され、通常、基板の裏面上に第１接点、
第２ミラー・スタック上に第２接点を設けることによっ
て達成される。
は通常、半導体作製技術によって基板の上に形成される
ミラー・スタックとも言われる第１分布型ブラッグ反射
器（ＤＢＲ）と、第１ミラー・スタック上に形成される
活性領域と、活性領域上に形成される第２ミラー・スタ
ックとを含む。ＶＣＳＥＬは、活性領域を通じて加えら
れる電流で駆動され、通常、基板の裏面上に第１接点、
第２ミラー・スタック上に第２接点を設けることによっ
て達成される。
【０００３】ＶＣＳＥＬでのミラー・スタックの使用
は、技術上、かなり確立されている。通常、ミラー・ス
タックは、しばしばミラー対とも言われる複数の層の対
によって構成される。この層の対は一般に、屈折率が異
なる２つの材料で構成されており、ＶＣＳＥＬの他の部
分に対して容易に格子整合される。例えば、ＧａＡｓベ
ースのＶＣＳＥＬは通常、ＧａＩｎＰ／ＡｌＩｎＰ，Ａ
ｌＡｓ／ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ／ＡｌＡｓ材料系
を使用しており、この材料系では、層内のアルミニウム
材の含量を変えることによって、対になっている各層が
異なる屈折率を持つようにしている。例えば、ＧａＡｓ
基板とＧａＩｎＰ／ＡｌＩｎＰ材料系を使用するＶＣＳ
ＥＬでは、放射波長は６７０ｎｍ以上に限定される。活
性領域内で使用されるＧａＩｎＰの複数の量子井戸（Ｍ
ＱＷ）とＡｌＩｎＰのクラッド（cladding）層との間の
電気的および光学的閉込めが弱くなることから、最良の
結果は、６７５から６９０ｎｍレンジで達成される。従
来のこの種のデバイスでは、高い反射率を達成できるよ
うにするために、層の屈折率の差に依存して、スタック
当りのミラー対の数は３０から５５のレンジをとること
ができる。対の数を多くすると、反射光の割合が高ま
る。
は、技術上、かなり確立されている。通常、ミラー・ス
タックは、しばしばミラー対とも言われる複数の層の対
によって構成される。この層の対は一般に、屈折率が異
なる２つの材料で構成されており、ＶＣＳＥＬの他の部
分に対して容易に格子整合される。例えば、ＧａＡｓベ
ースのＶＣＳＥＬは通常、ＧａＩｎＰ／ＡｌＩｎＰ，Ａ
ｌＡｓ／ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ／ＡｌＡｓ材料系
を使用しており、この材料系では、層内のアルミニウム
材の含量を変えることによって、対になっている各層が
異なる屈折率を持つようにしている。例えば、ＧａＡｓ
基板とＧａＩｎＰ／ＡｌＩｎＰ材料系を使用するＶＣＳ
ＥＬでは、放射波長は６７０ｎｍ以上に限定される。活
性領域内で使用されるＧａＩｎＰの複数の量子井戸（Ｍ
ＱＷ）とＡｌＩｎＰのクラッド（cladding）層との間の
電気的および光学的閉込めが弱くなることから、最良の
結果は、６７５から６９０ｎｍレンジで達成される。従
来のこの種のデバイスでは、高い反射率を達成できるよ
うにするために、層の屈折率の差に依存して、スタック
当りのミラー対の数は３０から５５のレンジをとること
ができる。対の数を多くすると、反射光の割合が高ま
る。
【０００４】従来のＶＣＳＥＬでは、従来の材料系で十
分機能する。しかしながら、可視波長を持つ光を放射す
るＶＣＳＥＬが必要な新製品が開発されつつある。可視
波長の光を放射するＶＣＳＥＬは、デジタル・ビデオ・
ディスク（ＤＶＤ）業界から、特にオーディオ用途とＣ
Ｄ−ＲＯＭ用途の両方に使用するのに、高い関心が持た
れている。そのため、先行技術に固有の上記の問題点や
その他の欠陥を矯正することは大きな利点になろう。
分機能する。しかしながら、可視波長を持つ光を放射す
るＶＣＳＥＬが必要な新製品が開発されつつある。可視
波長の光を放射するＶＣＳＥＬは、デジタル・ビデオ・
ディスク（ＤＶＤ）業界から、特にオーディオ用途とＣ
Ｄ−ＲＯＭ用途の両方に使用するのに、高い関心が持た
れている。そのため、先行技術に固有の上記の問題点や
その他の欠陥を矯正することは大きな利点になろう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって、新規の改
良された可視波長ＶＣＳＥＬとその作製方法を提供する
ことが本発明の目的である。通常、ＤＶＤ規格では、６
３５から６５０ｎｍレンジの放射，読み出し専用動作モ
ードでは３ｍＷから５ｍＷの電力，書き込み専用の動作
モードの場合は３０ｍＷ，および最高６０℃の動作温度
を必要とする。これらの可視波長は、ひずみのあるＧａ
ＩｎＰ量子井戸層，活性領域を構成するＡｌＧａＩｎＰ
障壁層，ＡｌＩｎＰクラディング層，およびＧａＩｎＰ
基板素子を有するＧａＩｎＰ／ＡｌＩｎＰの分布型ブラ
ッグ反射器（ＤＢＲ）を有するＶＣＳＥＬを用いて得ら
れる。この種のデバイスでは、バンドギャップの総不連
続度はおよそ４００ｍｅＶと、良好な電気的閉込めを得
るのに十分な大きさであるので、高温での高信頼性の動
作が可能となる。これに加え、分布型ブラッグ反射器
は、ＧａＩｎＰ層とＡｌＩｎＰ層とが交互に重なる層で
あって、ＧａＩｎＰ基板に対して格子整合された層を用
いて容易に形成できる。この２つの層の屈折率の差は、
６５０ｎｍで約０．５であり、４０対のＤＢＲ構造で約
９９．９９％の電力反射率（power reflectance ）が可
能となる。
良された可視波長ＶＣＳＥＬとその作製方法を提供する
ことが本発明の目的である。通常、ＤＶＤ規格では、６
３５から６５０ｎｍレンジの放射，読み出し専用動作モ
ードでは３ｍＷから５ｍＷの電力，書き込み専用の動作
モードの場合は３０ｍＷ，および最高６０℃の動作温度
を必要とする。これらの可視波長は、ひずみのあるＧａ
ＩｎＰ量子井戸層，活性領域を構成するＡｌＧａＩｎＰ
障壁層，ＡｌＩｎＰクラディング層，およびＧａＩｎＰ
基板素子を有するＧａＩｎＰ／ＡｌＩｎＰの分布型ブラ
ッグ反射器（ＤＢＲ）を有するＶＣＳＥＬを用いて得ら
れる。この種のデバイスでは、バンドギャップの総不連
続度はおよそ４００ｍｅＶと、良好な電気的閉込めを得
るのに十分な大きさであるので、高温での高信頼性の動
作が可能となる。これに加え、分布型ブラッグ反射器
は、ＧａＩｎＰ層とＡｌＩｎＰ層とが交互に重なる層で
あって、ＧａＩｎＰ基板に対して格子整合された層を用
いて容易に形成できる。この２つの層の屈折率の差は、
６５０ｎｍで約０．５であり、４０対のＤＢＲ構造で約
９９．９９％の電力反射率（power reflectance ）が可
能となる。
【０００６】本発明のもう一つの目的は、高信頼性の可
視波長ＶＣＳＥＬを提供することである。
視波長ＶＣＳＥＬを提供することである。
【０００７】また、可視波長ＶＣＳＥＬで使用する新規
の改良された活性領域を提供することも本発明の更なる
目的である。
の改良された活性領域を提供することも本発明の更なる
目的である。
【０００８】本発明の別の目的は、可視波長ＶＣＳＥＬ
で使用する新規の改良された基板素子を提供することで
ある。
で使用する新規の改良された基板素子を提供することで
ある。
【０００９】また、本発明のさらに別の目的は、可視波
長ＶＣＳＥＬで使用する効率的な活性領域とミラー・ス
タックを提供することである。
長ＶＣＳＥＬで使用する効率的な活性領域とミラー・ス
タックを提供することである。
【００１０】本発明の更なる目的は、可視波長ＶＣＳＥ
Ｌを作製する複雑性を軽減することである。
Ｌを作製する複雑性を軽減することである。
【００１１】本発明のまた別の目的は、可視波長光を放
射する活性領域，ミラー・スタック，およびこれに合わ
せて格子整合が行える基板を提供することである。
射する活性領域，ミラー・スタック，およびこれに合わ
せて格子整合が行える基板を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】簡単に言えば、好適な実
施例に従って本発明で所望する目的を達成するために、
可視波長光を放射するＶＣＳＥＬが提供される。このＶ
ＣＳＥＬは、ＧａＩｎＰ基板素子，ＧａＩｎＰ基板素子
上に配置された第１ミラー・スタック，前記ミラー・ス
タック上に配置されたＡｌＩｎＰクラディング層，第１
クラッド領域上に配置された量子井戸層を持つＧａＩｎ
Ｐ活性領域，活性領域の上に配置された第２クラッド領
域，および第２クラッド領域に配置された第２ミラー・
スタックを含む。
施例に従って本発明で所望する目的を達成するために、
可視波長光を放射するＶＣＳＥＬが提供される。このＶ
ＣＳＥＬは、ＧａＩｎＰ基板素子，ＧａＩｎＰ基板素子
上に配置された第１ミラー・スタック，前記ミラー・ス
タック上に配置されたＡｌＩｎＰクラディング層，第１
クラッド領域上に配置された量子井戸層を持つＧａＩｎ
Ｐ活性領域，活性領域の上に配置された第２クラッド領
域，および第２クラッド領域に配置された第２ミラー・
スタックを含む。
【００１３】好適な実施例では、活性領域と第１および
第２ミラー・スタックは、およそ６３５から６５０ｎｍ
レンジの波長を持つ光を放射するように形成される。量
子井戸は、約１．９ｅＶの直接エネルギーのバンドギャ
ップで形成され、ＧａＩｎＰを含む。
第２ミラー・スタックは、およそ６３５から６５０ｎｍ
レンジの波長を持つ光を放射するように形成される。量
子井戸は、約１．９ｅＶの直接エネルギーのバンドギャ
ップで形成され、ＧａＩｎＰを含む。
【００１４】また、可視波長光を放射するＶＣＳＥＬを
作製する方法も提供される。この方法は、表面を有する
ＧａＩｎＰの基板を設ける段階，この表面上に第１ミラ
ー・スタックをエピタキシャル成長させる段階，第１ミ
ラー・スタック上に、クラディング層と、ＧａＩｎＰを
含む量子井戸を有する活性領域とをエピタキシャル成長
させる段階，および活性領域上に、第２クラディング層
と第２ミラー・スタックをエピタキシャル成長させる段
階を含む。
作製する方法も提供される。この方法は、表面を有する
ＧａＩｎＰの基板を設ける段階，この表面上に第１ミラ
ー・スタックをエピタキシャル成長させる段階，第１ミ
ラー・スタック上に、クラディング層と、ＧａＩｎＰを
含む量子井戸を有する活性領域とをエピタキシャル成長
させる段階，および活性領域上に、第２クラディング層
と第２ミラー・スタックをエピタキシャル成長させる段
階を含む。
【００１５】
【実施例】図１〜３に目を向ければ、複数の図面に渡っ
て同じ参照番号は、対応する素子を示すが、最初に、可
視波長の垂直空洞面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）１０を
示す図１を見る。ＶＣＳＥＬ１０は、基板１２の上に形
成され、基板はこの具体例ではＧａＩｎＰである。Ｇａ
ＩｎＰは、エピタキシャル成長を促進し、ＶＣＳＥＬ１
０の部材どうしの格子整合を達成するのに使用するのが
望ましく、ＶＣＳＥＬは、約６３５から６５０ｎｍレン
ジの可視波長の光を放射する。ＧａＩｎＰは例として使
用しているだけであって、他の半導体材料も基板１２と
して使用できることを理解されたい。基板１２は、標準
のＧａＰ基板にインジウム（Ｉｎ）を付加して作製され
る。より具体的に言えば、基板１２は、ＧａＰ基板の総
モル分数の約２５％にあたる濃度まで、インジウムを付
加することによって作製する。
て同じ参照番号は、対応する素子を示すが、最初に、可
視波長の垂直空洞面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）１０を
示す図１を見る。ＶＣＳＥＬ１０は、基板１２の上に形
成され、基板はこの具体例ではＧａＩｎＰである。Ｇａ
ＩｎＰは、エピタキシャル成長を促進し、ＶＣＳＥＬ１
０の部材どうしの格子整合を達成するのに使用するのが
望ましく、ＶＣＳＥＬは、約６３５から６５０ｎｍレン
ジの可視波長の光を放射する。ＧａＩｎＰは例として使
用しているだけであって、他の半導体材料も基板１２と
して使用できることを理解されたい。基板１２は、標準
のＧａＰ基板にインジウム（Ｉｎ）を付加して作製され
る。より具体的に言えば、基板１２は、ＧａＰ基板の総
モル分数の約２５％にあたる濃度まで、インジウムを付
加することによって作製する。
【００１６】基板１２は、上にＮ形ミラー・スタック１
４が配置される上部表面１３を有する。ミラー・スタッ
ク１４は、ＡｌＩｎＰ／ＧａＩｎＰ材料系から成る複数
のミラー・スタックを含む。具体的に言えば、図に示す
のは、ＡｌＩｎＰ材料１５の複数の層と、ＧａＩｎＰ材
料１６の複数の層とを含み、これが交互に重なる層によ
って構成される複数のミラー対である。図１および図２
に示すように、第１クラッド領域１８は、第１ミラー・
スタック１４に隣接して配置され、ＩｎＡｌＰ材料、具
体的には、Ｉｎ.25 Ａｌ.75 Ｐを含む。活性領域２０
は、第１クラッド領域１８の上に配置される。活性領域
２０は、第１障壁層２４と第２障壁層２５との間に挟ま
れた少なくとも１つの量子井戸層２３を含む。第２クラ
ッド領域２６は、第２障壁層２５の上に配置され、Ｉｎ
ＡｌＰ材料を含む。第２ミラー・スタック３０は、第２
クラッド領域２６の上に配置され、ＡｌＩｎＰ／ＧａＩ
ｎＰ材料系のミラー対を含むか、或いは、第２ミラー・
スタック３０は、誘電ミラー・スタックによって作られ
て、ＳｉＯ2 材料とＺｎＯ材料とが交互に重なる層な
ど、酸化物ベースの材料系から成る交互の層の対を含
む。
４が配置される上部表面１３を有する。ミラー・スタッ
ク１４は、ＡｌＩｎＰ／ＧａＩｎＰ材料系から成る複数
のミラー・スタックを含む。具体的に言えば、図に示す
のは、ＡｌＩｎＰ材料１５の複数の層と、ＧａＩｎＰ材
料１６の複数の層とを含み、これが交互に重なる層によ
って構成される複数のミラー対である。図１および図２
に示すように、第１クラッド領域１８は、第１ミラー・
スタック１４に隣接して配置され、ＩｎＡｌＰ材料、具
体的には、Ｉｎ.25 Ａｌ.75 Ｐを含む。活性領域２０
は、第１クラッド領域１８の上に配置される。活性領域
２０は、第１障壁層２４と第２障壁層２５との間に挟ま
れた少なくとも１つの量子井戸層２３を含む。第２クラ
ッド領域２６は、第２障壁層２５の上に配置され、Ｉｎ
ＡｌＰ材料を含む。第２ミラー・スタック３０は、第２
クラッド領域２６の上に配置され、ＡｌＩｎＰ／ＧａＩ
ｎＰ材料系のミラー対を含むか、或いは、第２ミラー・
スタック３０は、誘電ミラー・スタックによって作られ
て、ＳｉＯ2 材料とＺｎＯ材料とが交互に重なる層な
ど、酸化物ベースの材料系から成る交互の層の対を含
む。
【００１７】ミラー・スタック１４は、基板１２上に層
の対をエピタキシャルに堆積させることにより成長させ
る。ミラー・スタック１４を基板１２に対して格子整合
させるには、適切な半導体材料系を堆積させなければな
らない。この具体例では、基板１２は、ＧａＩｎＰで構
成されているため、ミラー・スタック１４はＧａＩｎＰ
／ＡｌＩｎＰ材料系を使用している。層の屈折率の差に
依存して、この材料系の約２０から５０のミラー対が、
基板１２の上に堆積され、層の屈折率の差は、この具体
例では６５０ｎｍで約０．５である。対の数が多くなる
と、反射光の割合が多くなり、４０対の交互の層を有す
るこの具体例では、約９９．９９％の電力反射率が達成
される。
の対をエピタキシャルに堆積させることにより成長させ
る。ミラー・スタック１４を基板１２に対して格子整合
させるには、適切な半導体材料系を堆積させなければな
らない。この具体例では、基板１２は、ＧａＩｎＰで構
成されているため、ミラー・スタック１４はＧａＩｎＰ
／ＡｌＩｎＰ材料系を使用している。層の屈折率の差に
依存して、この材料系の約２０から５０のミラー対が、
基板１２の上に堆積され、層の屈折率の差は、この具体
例では６５０ｎｍで約０．５である。対の数が多くなる
と、反射光の割合が多くなり、４０対の交互の層を有す
るこの具体例では、約９９．９９％の電力反射率が達成
される。
【００１８】図２では、クラッド領域１８とクラッド領
域２６との間に挟まれた活性領域２０を詳細に示す。図
に示すように、クラッド領域１８は、およそ２．３ｅＶ
の直接エネルギーのバンドギャップを有するように形成
され、必要であれば、１つまたは複数の層を含み、これ
らの層は、ミラー・スタック１４を活性領域２０に対し
て格子整合させるために勾配を付けることができる。こ
の具体例では、クラッド領域１８は、ＡｌＩｎＰ材料系
によって形成される。例えば、クラッド領域１８は、ミ
ラー・スタック１４を格子整合するためにＮ形Ａｌ.75
Ｉｎ.25 Ｐで形成され、第２層１９は、活性領域２０で
キャリア閉込めを向上させるために、エネルギー勾配を
有する材料によって形成される。
域２６との間に挟まれた活性領域２０を詳細に示す。図
に示すように、クラッド領域１８は、およそ２．３ｅＶ
の直接エネルギーのバンドギャップを有するように形成
され、必要であれば、１つまたは複数の層を含み、これ
らの層は、ミラー・スタック１４を活性領域２０に対し
て格子整合させるために勾配を付けることができる。こ
の具体例では、クラッド領域１８は、ＡｌＩｎＰ材料系
によって形成される。例えば、クラッド領域１８は、ミ
ラー・スタック１４を格子整合するためにＮ形Ａｌ.75
Ｉｎ.25 Ｐで形成され、第２層１９は、活性領域２０で
キャリア閉込めを向上させるために、エネルギー勾配を
有する材料によって形成される。
【００１９】この実施例では、活性領域２０は、障壁層
２４，２５によって分離された１つの量子井戸層２３を
含む。例えば、量子井戸層２３および障壁層２４，２５
はそれぞれ、約１００オングストロームの厚さを有し、
活性領域２０およびクラッド領域１８，２６の厚さの合
計は、放射された光の１波長か、またはその倍数とな
る。量子井戸層２３は、およそ１％の圧縮歪みを持つひ
ずみＧａＩｎＰによって形成されるため、高い利得と低
いしきい値電流とを達成する。当業者は、用途によっ
て、さらに多くの量子井戸層や障壁層を使用できること
を理解しよう。障壁層２４，２５は、ＡｌＧａＩｎＰ材
料系によって形成され、この材料系は具体的には、約
２．１ｅＶの直接エネルギーのバンドギャップを有する
ように形成される（Ａｌx Ｇａ1-x ）.71 Ｉｎ.25 Ｐで
ある。活性領域２０と、第１および第２ミラー・スタッ
ク１４，３０はそれぞれ、約６３５から６５０ナノメー
ター・レンジの波長を持つ光を放射するように形成され
る。このレンジを達成するため、量子井戸層２３は、約
１．９ｅＶの直接エネルギーのバンドギャップを有する
形で構成される。ＶＣＳＥＬ１０の活性領域２０におけ
る直接エネルギーのバンドギャップと材料との関係を示
したのが、図３である。この具体例では、バンドギャッ
プの総不連続度はおよそ４００ｍｅＶと、良好な電気閉
込めを得るのに十分であるため、高温における高信頼性
の動作を可能にする。
２４，２５によって分離された１つの量子井戸層２３を
含む。例えば、量子井戸層２３および障壁層２４，２５
はそれぞれ、約１００オングストロームの厚さを有し、
活性領域２０およびクラッド領域１８，２６の厚さの合
計は、放射された光の１波長か、またはその倍数とな
る。量子井戸層２３は、およそ１％の圧縮歪みを持つひ
ずみＧａＩｎＰによって形成されるため、高い利得と低
いしきい値電流とを達成する。当業者は、用途によっ
て、さらに多くの量子井戸層や障壁層を使用できること
を理解しよう。障壁層２４，２５は、ＡｌＧａＩｎＰ材
料系によって形成され、この材料系は具体的には、約
２．１ｅＶの直接エネルギーのバンドギャップを有する
ように形成される（Ａｌx Ｇａ1-x ）.71 Ｉｎ.25 Ｐで
ある。活性領域２０と、第１および第２ミラー・スタッ
ク１４，３０はそれぞれ、約６３５から６５０ナノメー
ター・レンジの波長を持つ光を放射するように形成され
る。このレンジを達成するため、量子井戸層２３は、約
１．９ｅＶの直接エネルギーのバンドギャップを有する
形で構成される。ＶＣＳＥＬ１０の活性領域２０におけ
る直接エネルギーのバンドギャップと材料との関係を示
したのが、図３である。この具体例では、バンドギャッ
プの総不連続度はおよそ４００ｍｅＶと、良好な電気閉
込めを得るのに十分であるため、高温における高信頼性
の動作を可能にする。
【００２０】クラッド領域２６は、１つまたは複数の層
を含み、これらの層は、活性領域２０において良好なキ
ャリア閉込めを得るために、必要であれば勾配を付ける
ことができる。この具体例で、クラッド領域２６は、Ａ
ｌＩｎＰ材料系によって形成される。例えば、クラッド
領域２６は、ミラー・スタック３０に対して格子整合さ
せるためにＡｌＩｎＰによって形成される第１層２８
と、活性領域２０において良好なキャリア閉込めを得る
ためにエネルギー勾配を有する材料によって形成される
第２層２７とを含む。
を含み、これらの層は、活性領域２０において良好なキ
ャリア閉込めを得るために、必要であれば勾配を付ける
ことができる。この具体例で、クラッド領域２６は、Ａ
ｌＩｎＰ材料系によって形成される。例えば、クラッド
領域２６は、ミラー・スタック３０に対して格子整合さ
せるためにＡｌＩｎＰによって形成される第１層２８
と、活性領域２０において良好なキャリア閉込めを得る
ためにエネルギー勾配を有する材料によって形成される
第２層２７とを含む。
【００２１】ミラー・スタック３０は、クラッド領域２
６の上に層の対をエピタキシャルに堆積させることによ
って成長させる。ミラー・スタック３０を活性領域２０
に対して結晶格子整合（crystal lattice match ）させ
るには、適切な半導体材料系堆積しなければならない。
この具体例では、クラッド領域２６はＡｌＩｎＰベース
であるため、ミラー・スタック３０は、ＧａＩｎＰ／Ａ
ｌＩｎＰ材料系、具体的に言えば、ＧａＩｎＰ材料３１
とＡｌＩｎＰ材料３２が交互に重なる複数の層を使用す
る。層の屈折率の差に応じて、この材料系の約２０から
４０のミラー対が、クラッド領域２６の上に堆積され
る。各対を形成する層の屈折率に違いがあることは、ア
ルミニウム対ガリウム比を変更することによって達成す
る。対の数が多いと、反射光のパーセンテージが増加す
る。
６の上に層の対をエピタキシャルに堆積させることによ
って成長させる。ミラー・スタック３０を活性領域２０
に対して結晶格子整合（crystal lattice match ）させ
るには、適切な半導体材料系堆積しなければならない。
この具体例では、クラッド領域２６はＡｌＩｎＰベース
であるため、ミラー・スタック３０は、ＧａＩｎＰ／Ａ
ｌＩｎＰ材料系、具体的に言えば、ＧａＩｎＰ材料３１
とＡｌＩｎＰ材料３２が交互に重なる複数の層を使用す
る。層の屈折率の差に応じて、この材料系の約２０から
４０のミラー対が、クラッド領域２６の上に堆積され
る。各対を形成する層の屈折率に違いがあることは、ア
ルミニウム対ガリウム比を変更することによって達成す
る。対の数が多いと、反射光のパーセンテージが増加す
る。
【００２２】一般に、分布型ブラッグ反射器のスタック
１４，３０のドーピングは、スタックの１つがＮ形、も
う１つがＰ形となるように分割される。シリコン，セレ
ニウム等の任意の適切なＮ形ドーパント（dopant）と、
炭素，亜鉛，マグネシウム等のＰ形ドーパントとを使用
して、ＶＣＳＥＬ１０の各部分をドーピングすることが
できる。ドーピング・レベル（doping level）は、当業
者には周知のものであるので、ドーピング・レベルにつ
いては、ドーピングしていない材料，Ｐ形ドーピングさ
れた材料，またはＮ形ドーピングされた材料を特定する
以外にはここでは触れない。端的に言えば、スタック１
４と、クラッド領域１８の層１７はＮ形ドーピングさ
れ、分布型ブラッグ反射器のスタック３０と、クラッド
領域２６の層２８はＰ形ドーピングされる。クラッド領
域１８，２６それぞれの層１９，２７と、活性領域２０
はドーピングされない。
１４，３０のドーピングは、スタックの１つがＮ形、も
う１つがＰ形となるように分割される。シリコン，セレ
ニウム等の任意の適切なＮ形ドーパント（dopant）と、
炭素，亜鉛，マグネシウム等のＰ形ドーパントとを使用
して、ＶＣＳＥＬ１０の各部分をドーピングすることが
できる。ドーピング・レベル（doping level）は、当業
者には周知のものであるので、ドーピング・レベルにつ
いては、ドーピングしていない材料，Ｐ形ドーピングさ
れた材料，またはＮ形ドーピングされた材料を特定する
以外にはここでは触れない。端的に言えば、スタック１
４と、クラッド領域１８の層１７はＮ形ドーピングさ
れ、分布型ブラッグ反射器のスタック３０と、クラッド
領域２６の層２８はＰ形ドーピングされる。クラッド領
域１８，２６それぞれの層１９，２７と、活性領域２０
はドーピングされない。
【００２３】本発明では、交互に重なる層１５，１６と
交互に重なる層３１，３２は、交互に重なる層１５，１
６が異なる屈折率を有し、交互に重なる層３１，３２も
屈折率が異なるように形成されることを理解されたい。
しかしながら、分布型ブラッグ反射器のスタック１４，
３０は同じ材料をベースにしている。また、本明細書の
説明に含まれる例では、特定の素子のパーセント組成が
与えられているが、１つの例と見なすにとどめるように
理解されたい。さらに、これらの例の変形は大幅に渡る
可能性もあり、かかる変形は本発明に属することを理解
されたい。
交互に重なる層３１，３２は、交互に重なる層１５，１
６が異なる屈折率を有し、交互に重なる層３１，３２も
屈折率が異なるように形成されることを理解されたい。
しかしながら、分布型ブラッグ反射器のスタック１４，
３０は同じ材料をベースにしている。また、本明細書の
説明に含まれる例では、特定の素子のパーセント組成が
与えられているが、１つの例と見なすにとどめるように
理解されたい。さらに、これらの例の変形は大幅に渡る
可能性もあり、かかる変形は本発明に属することを理解
されたい。
【００２４】ＶＣＳＥＬ１０を完成するため、１つの接
触層（図示せず）がミラー・スタック３０の上に配置さ
れ、１つの接触層（図示せず）が、基板１２、例えば、
その裏面上に配置される。ミラー・スタック３０上に配
置される接触層は、ＶＣＳＥＬ１０から光を放射できる
ように作られていることを当業者が理解しよう。
触層（図示せず）がミラー・スタック３０の上に配置さ
れ、１つの接触層（図示せず）が、基板１２、例えば、
その裏面上に配置される。ミラー・スタック３０上に配
置される接触層は、ＶＣＳＥＬ１０から光を放射できる
ように作られていることを当業者が理解しよう。
【００２５】開示した方法の各種の段階は、説明のため
一定の順序を踏んでいるが、個々の用途では、本発明の
方法の各種の段階を互いに入れ替えたり、または他の段
階と結合することができることを理解されたい。ここに
開示された方法に対する上記すべての変更は、請求の範
囲に属することを完全に意図している。
一定の順序を踏んでいるが、個々の用途では、本発明の
方法の各種の段階を互いに入れ替えたり、または他の段
階と結合することができることを理解されたい。ここに
開示された方法に対する上記すべての変更は、請求の範
囲に属することを完全に意図している。
【００２６】本発明の具体的実施例を示して説明してき
たが、当業者はさらなる変更および改良を加えよう。例
えば、ＶＣＳＥＬ構造の対称性は、Ｐ形およびＮ形ドー
パントの両方に対して存在すると共に、電気的に反転さ
れた（electrically inverted ）構造設計に対しても存
在することを理解されたい。そのため、本発明は、図示
した特定の形式に限定されず、添付請求の範囲は、本発
明の意図および範囲から逸脱しないすべての変形をカバ
ーすることを意図している。
たが、当業者はさらなる変更および改良を加えよう。例
えば、ＶＣＳＥＬ構造の対称性は、Ｐ形およびＮ形ドー
パントの両方に対して存在すると共に、電気的に反転さ
れた（electrically inverted ）構造設計に対しても存
在することを理解されたい。そのため、本発明は、図示
した特定の形式に限定されず、添付請求の範囲は、本発
明の意図および範囲から逸脱しないすべての変形をカバ
ーすることを意図している。
本発明の上記その他の目的および利点は、図面と合わせ
て検討することにより、当業者には直ちに明らかとなろ
う。
て検討することにより、当業者には直ちに明らかとなろ
う。
【図１】 本発明によるＶＣＳＥＬの断面図である。
【図２】 本発明によるＶＣＳＥＬの活性領域の断面図
である。
である。
【図３】 本発明による第１図のＶＣＳＥＬの活性領域
における直接エネルギーのバンドギャップと材料との関
係を図に示している。
における直接エネルギーのバンドギャップと材料との関
係を図に示している。
１０ ＶＣＳＥＬ １２ 基板 １３ 上部表面 １４ 第１ミラー・スタック １５ ＡｌＩｎＰ材料 １６ ＧａＩｎＰ材料 １７，１９ 層 １８ 第１クラッド領域 ２０ 活性領域 ２３ 量子井戸層 ２４ 第１障壁層 ２５ 第２障壁層 ２６ 第２クラッド領域 ２７，２８ 層 ３０ 第２ミラー・スタック ３１，３２ ミラー対
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウェンビン・ジアン アメリカ合衆国アリゾナ州フェニックス、 イースト・ゴールド・ポピー・ウェイ4407
Claims (4)
- 【請求項１】 可視波長光を放射する垂直空洞面発光レ
ーザーであって：ＧａＩｎＰ基板素子（１２）；前記Ｇ
ａＩｎＰ基板素子（１２）の上に配置される第１ミラー
・スタック（１４）；前記第１ミラー・スタック（１
４）の上に配置される第１クラッド領域（１８）；少な
くとも１つの量子井戸（２３）を有するＧａＩｎＰ活性
領域（２０）であって、前記第１クラッド領域（１８）
の上に配置される活性領域（２０）；前記活性領域（２
０）の上に配置される第２クラッド領域（２６）；およ
び、 前記第２クラッド領域（２６）の上に配置される第２ミ
ラー・スタック（３０）；によって構成されることを特
徴とする垂直空洞面発光レーザー。 - 【請求項２】 可視波長光を放射する垂直空洞面発光レ
ーザーであって：ＧａＩｎＰ基板素子（１２）；ＧａＩ
ｎＰ／ＡｌＩｎＰ材料系（１５，１６）のミラー対を含
む第１ミラー・スタック（１４）であって、前記ＧａＩ
ｎＰ基板素子（１２）の上に配置される第１ミラー・ス
タック（１４）；前記第１ミラー・スタック（１４）の
上に配置される第１クラッド領域（１８）；前記第１ク
ラッド領域（１８）に隣接する第１障壁層（２４）と、
量子井戸層（２３）に隣接する第２障壁層（２５）との
間に挟まれた前記量子井戸層（２３）を含むＧａＩｎＰ
活性領域（２０）；前記第２障壁層（２５）の上に配置
された第２クラッド領域（２６）；および、 前記第２クラッド領域（２６）の上に配置され、ＧａＩ
ｎＰ／ＡｌＩｎＰ材料系（３１，３２）のミラー対を含
む第２ミラー・スタック（３０）；によって構成される
ことを特徴とする垂直空洞面発光レーザー。 - 【請求項３】 可視波長光を放射する垂直空洞面発光レ
ーザーを作製する方法であって：表面（１３）を有する
ＧａＩｎＰ基板（１２）を設ける段階；前記表面（１
３）の上に第１ミラー・スタック（１４）をエピタキシ
ャル成長させる段階；前記第１ミラー・スタック（１
４）の上に第１クラッド領域（１８）をエピタキシャル
成長させる段階；前記第１クラッド領域（１８）の上
に、量子井戸（２３）を有するＧａＩｎＰ活性領域（２
０）をエピタキシャル成長させる段階；前記ＧａＩｎＰ
活性領域（２０）の上に第２クラッド領域（２６）をエ
ピタキシャル成長させる段階；および、 前記第２クラッド領域（２６）の上に第２ミラー・スタ
ック（３０）をエピタキシャル成長させる段階；によっ
て構成されることを特徴とする方法。 - 【請求項４】 可視波長光を放射する垂直空洞面発光レ
ーザーを作製する方法であって：表面（１３）を有する
ＧａＩｎＰ基板（１２）を設ける段階；ＧａＩｎＰ／Ａ
ｌＩｎＰ材料系から成り、第１ミラー・スタック（１
４）を形成する第１の複数のミラー対（１５，１６）
を、前記表面（１３）の上に、前記基板（１２）に対し
て格子整合させて、エピタキシャル成長させる段階；Ａ
ｌＩｎＰ材料系を含む第１クラッド領域（１８）を、前
記第１ミラー・スタック（１４）の上にエピタキシャル
成長させる段階；前記第１ミラー・スタック（１４）に
対して格子整合された第１障壁層（２４）と、第２障壁
層（２５）との間に挟まれた量子井戸層（２３）を含む
ＧａＩｎＰ活性領域（２０）をエピタキシャル成長させ
る段階；ＡｌＩｎＰ材料系を含む第２クラッド領域（２
６）を、前記活性領域（２０）の上にエピタキシャル成
長させる段階；および、 ＧａＩｎＰ／ＡｌＩｎＰ材料系から成り、第２ミラー・
スタック（３０）を形成する第２の複数のミラー対（３
１，３２）を、前記活性領域（２０）に対して格子整合
させて、エピタキシャル成長させる段階；によって構成
されることを特徴とする作製方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US77505396A | 1996-12-27 | 1996-12-27 | |
| US775053 | 1996-12-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10200202A true JPH10200202A (ja) | 1998-07-31 |
Family
ID=25103186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10011894A Pending JPH10200202A (ja) | 1996-12-27 | 1998-01-05 | 可視波長の垂直空洞面発光レーザー |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6008067A (ja) |
| JP (1) | JPH10200202A (ja) |
| KR (1) | KR100545113B1 (ja) |
| TW (1) | TW375848B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005026465A (ja) * | 2003-07-02 | 2005-01-27 | Sharp Corp | 酸化物半導体発光素子 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6614821B1 (en) * | 1999-08-04 | 2003-09-02 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode and semiconductor light-emitting device producing visible-wavelength radiation |
| JP2001068789A (ja) * | 1999-08-26 | 2001-03-16 | Fuji Photo Film Co Ltd | 半導体レーザ |
| US6480520B1 (en) * | 2000-04-17 | 2002-11-12 | Mp Technologies Llc | Aluminum-free vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) |
| JP2002083999A (ja) * | 2000-06-21 | 2002-03-22 | Sharp Corp | 半導体発光素子 |
| JP4024471B2 (ja) | 2000-11-20 | 2007-12-19 | 株式会社東芝 | 面発光型半導体レーザ |
| KR100358111B1 (ko) * | 2000-12-28 | 2002-10-25 | 한국전자통신연구원 | 두꺼운 내부공진접촉층과 이온주입 전류구경을 갖는장파장 표면방출레이저 및 그것의 제조방법 |
| JP2006237467A (ja) * | 2005-02-28 | 2006-09-07 | Sanken Electric Co Ltd | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| KR100931509B1 (ko) * | 2006-03-06 | 2009-12-11 | 엘지이노텍 주식회사 | 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0653602A (ja) * | 1992-07-31 | 1994-02-25 | Hitachi Ltd | 半導体レーザ素子 |
| US5351256A (en) * | 1993-04-28 | 1994-09-27 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Electrically injected visible vertical cavity surface emitting laser diodes |
-
1997
- 1997-12-27 KR KR1019970082676A patent/KR100545113B1/ko not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-01-05 JP JP10011894A patent/JPH10200202A/ja active Pending
- 1998-03-04 US US09/034,485 patent/US6008067A/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-04-10 TW TW086119837A patent/TW375848B/zh active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005026465A (ja) * | 2003-07-02 | 2005-01-27 | Sharp Corp | 酸化物半導体発光素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW375848B (en) | 1999-12-01 |
| KR19980064846A (ko) | 1998-10-07 |
| US6008067A (en) | 1999-12-28 |
| KR100545113B1 (ko) | 2006-04-14 |
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Legal Events
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| A02 | Decision of refusal |
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