JP2003273461A - 面発光半導体レーザ及びそれを用いたレーザ光送信モジュール - Google Patents
面発光半導体レーザ及びそれを用いたレーザ光送信モジュールInfo
- Publication number
- JP2003273461A JP2003273461A JP2002077491A JP2002077491A JP2003273461A JP 2003273461 A JP2003273461 A JP 2003273461A JP 2002077491 A JP2002077491 A JP 2002077491A JP 2002077491 A JP2002077491 A JP 2002077491A JP 2003273461 A JP2003273461 A JP 2003273461A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor laser
- surface emitting
- emitting semiconductor
- superlattice
- active layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 57
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 45
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910017115 AlSb Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 3
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 3
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 3
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 229910021478 group 5 element Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 240000002329 Inga feuillei Species 0.000 description 1
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000012788 optical film Substances 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
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
- H01S5/10—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]
- H01S5/18305—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] with emission through the substrate, i.e. bottom emission
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- 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
- H01S2301/00—Functional characteristics
- H01S2301/17—Semiconductor lasers comprising special layers
- H01S2301/176—Specific passivation layers on surfaces other than the emission facet
-
- 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
- H01S5/0014—Measuring characteristics or properties thereof
- H01S5/0021—Degradation or life time measurements
-
- 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
- H01S5/10—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
- 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
- H01S5/10—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
- H01S5/18352—Mesa with inclined sidewall
-
- 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
- H01S5/10—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]
- H01S5/18358—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] containing spacer layers to adjust the phase of the light wave in the cavity
-
- 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
- H01S5/34—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
- 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
- H01S5/34306—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 emitting light at a wavelength longer than 1000nm, e.g. InP based 1300 and 1500nm lasers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 長波長帯面発光半導体レーザでは、良質な活
性層を形成することができるＩｎＰ基板上に良質な反射
鏡を形成できなかった。一方、ＩｎＰ基板上に作製され
たＡｌＧａＡｓＳｂ系による反射鏡は、良質な反射鏡を
実現できることが計算によって示されている。ところ
が、混晶を構成する元素が均一に交じり合わず、異なっ
た組成の結晶が混在するという非混和性の影響のため、
良質な結晶を作製することがきわめて困難であった。こ
のため、高品質・高反射率を有する反射鏡を作製できな
かった。 【解決手段】 反射鏡を平均組成Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１−
ｘ）ＡｓＳｂであるＡｌＧａＡｓとＡｌＧａＳｂの超格
子、および平均組成Ａｌ（ｙ）Ｇａ（１―ｙ）ＡｓＳｂ
であるＡｌＧａＡｓとＡｌＧａＳｂの超格子（０≦ｘ＜
ｙ≦１）により構成する。
性層を形成することができるＩｎＰ基板上に良質な反射
鏡を形成できなかった。一方、ＩｎＰ基板上に作製され
たＡｌＧａＡｓＳｂ系による反射鏡は、良質な反射鏡を
実現できることが計算によって示されている。ところ
が、混晶を構成する元素が均一に交じり合わず、異なっ
た組成の結晶が混在するという非混和性の影響のため、
良質な結晶を作製することがきわめて困難であった。こ
のため、高品質・高反射率を有する反射鏡を作製できな
かった。 【解決手段】 反射鏡を平均組成Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１−
ｘ）ＡｓＳｂであるＡｌＧａＡｓとＡｌＧａＳｂの超格
子、および平均組成Ａｌ（ｙ）Ｇａ（１―ｙ）ＡｓＳｂ
であるＡｌＧａＡｓとＡｌＧａＳｂの超格子（０≦ｘ＜
ｙ≦１）により構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は基板に垂直方向に光
を発する面発光半導体レーザの構造に係り、特に、ＬＡ
Ｎ、Ｄａｔａｃｏｍなどの光通信システム、光情報シス
テムにおける低コストな発光光源に関する。
を発する面発光半導体レーザの構造に係り、特に、ＬＡ
Ｎ、Ｄａｔａｃｏｍなどの光通信システム、光情報シス
テムにおける低コストな発光光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、Ｄａｔａｃｏｍ、ＬＡＮなどの光
伝送システムの送信用光源として、１．３μｍ及び１．
５５μｍで発振する長波長帯面発光半導体レーザが要求
されている。良好な素子特性を有する面発光半導体レー
ザを実現するためには、良質な活性層と良質な反射鏡を
同時に形成することが要求される。
伝送システムの送信用光源として、１．３μｍ及び１．
５５μｍで発振する長波長帯面発光半導体レーザが要求
されている。良好な素子特性を有する面発光半導体レー
ザを実現するためには、良質な活性層と良質な反射鏡を
同時に形成することが要求される。
【０００３】半導体レーザの発振波長は主に活性層の利
得媒質のバンドギャップにより決定される。長波長帯の
レーザ光を得るためには一般にＩｎＰ基板上にＩｎＰに
格子整合するＩｎＧａＡｓ（Ｐ）や、ＩｎＡｌＧａＡｓ
が用いられる。これらの材料系は、良質な結晶性を有す
る結晶を得ることができるため、端面発光型半導体レー
ザの活性層に広く用いられ、実用化されている。
得媒質のバンドギャップにより決定される。長波長帯の
レーザ光を得るためには一般にＩｎＰ基板上にＩｎＰに
格子整合するＩｎＧａＡｓ（Ｐ）や、ＩｎＡｌＧａＡｓ
が用いられる。これらの材料系は、良質な結晶性を有す
る結晶を得ることができるため、端面発光型半導体レー
ザの活性層に広く用いられ、実用化されている。
【０００４】また、面発光半導体レーザでは、レーザ光
が半導体基板に垂直に出射する。このため、共振器を形
成するための反射鏡をレーザ光に垂直に、すなわち、半
導体基板に水平に形成する必要がある。この反射鏡とし
て、互いに屈折率が異なる２種の薄膜を交互に数対から
数十対形成する方法が用いられている。これらの各層一
層ごとの厚みはλ／４光学膜厚となるように形成され
る。このような反射鏡は、ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔ
ｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）反射鏡と呼ば
れる。
が半導体基板に垂直に出射する。このため、共振器を形
成するための反射鏡をレーザ光に垂直に、すなわち、半
導体基板に水平に形成する必要がある。この反射鏡とし
て、互いに屈折率が異なる２種の薄膜を交互に数対から
数十対形成する方法が用いられている。これらの各層一
層ごとの厚みはλ／４光学膜厚となるように形成され
る。このような反射鏡は、ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔ
ｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）反射鏡と呼ば
れる。
【０００５】一方、利得領域である活性層の体積が通常
の端面発光型半導体レーザと比較して小さいため、レー
ザ共振器を形成する反射鏡には９９％以上の高い反射率
が要求される。従来技術の反射鏡としてはたとえば、Ｇ
ａＡｓ基板に格子整合するＡｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａ
ｓとＡｌ（ｙ）Ｇａ（１−ｙ）Ａｓ（０≦ｘ＜ｙ≦１）
から構成されるＤＢＲ反射鏡がある。このＡｌＧａＡｓ
系材料系は、良質な結晶性を有する高反射率の反射鏡を
容易に形成することができるので、０．８μｍ帯の面発
光半導体レーザで広く実用化されている。そこで、良好
な反射鏡を作製できるＧａＡｓ基板上に長波長帯で発振
する活性層を形成する技術が検討されてきた。たとえ
ば、ＧａＩｎＮＡｓや、ＧａＡｓＳｂ、また、ＩｎＧａ
Ａｓによる量子ドット、Ｉｎを多く含有する高歪ＩｎＧ
ａＡｓなどである。しかしながら、これらの材料系は良
好な結晶性を有する結晶を実現することができず、未だ
実用化されていない。
の端面発光型半導体レーザと比較して小さいため、レー
ザ共振器を形成する反射鏡には９９％以上の高い反射率
が要求される。従来技術の反射鏡としてはたとえば、Ｇ
ａＡｓ基板に格子整合するＡｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａ
ｓとＡｌ（ｙ）Ｇａ（１−ｙ）Ａｓ（０≦ｘ＜ｙ≦１）
から構成されるＤＢＲ反射鏡がある。このＡｌＧａＡｓ
系材料系は、良質な結晶性を有する高反射率の反射鏡を
容易に形成することができるので、０．８μｍ帯の面発
光半導体レーザで広く実用化されている。そこで、良好
な反射鏡を作製できるＧａＡｓ基板上に長波長帯で発振
する活性層を形成する技術が検討されてきた。たとえ
ば、ＧａＩｎＮＡｓや、ＧａＡｓＳｂ、また、ＩｎＧａ
Ａｓによる量子ドット、Ｉｎを多く含有する高歪ＩｎＧ
ａＡｓなどである。しかしながら、これらの材料系は良
好な結晶性を有する結晶を実現することができず、未だ
実用化されていない。
【０００６】そこで、良好な結晶性を有する活性層を形
成できるＩｎＰ基板上のＤＢＲ反射鏡について、検討さ
れてきた。たとえば、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ誌、７巻、６０
８−６１０頁、１９９５年において報告されているＩｎ
Ｐ基板上面発光半導体レーザでは、反射鏡としてＩｎＧ
ａＡｓＰとＩｎＰの半導体膜の組み合わせを用いてい
る。ところが、これら２つの半導体の屈折率差が小さい
ため、９９％以上の反射率を得るためにはそれぞれの半
導体を交互に４５対すなわち合計で９０層積層させる必
要がある。このため、結晶成長時間が長時間にわたり、
結晶性や膜厚の均一性や制御性が低下する恐れがあっ
た。また、反射鏡へのレーザ光の進入長が長くなるた
め、反射鏡における散乱損失が素子特性に悪影響を及ぼ
す懸念があった。さらに、このような半導体の組み合わ
せでは、高反射率を得ることができる波長帯域、いわゆ
るストップバンドが狭いため、利得領域の波長と整合さ
せるのが難しかった。これは、素子歩留まりの低下のみ
ならず、温度コントロール無しで素子を駆動したとき
に、利得領域がこのストップバンドからはずれてしま
い、使い物にならなくなってしまうという問題が生じ
た。
成できるＩｎＰ基板上のＤＢＲ反射鏡について、検討さ
れてきた。たとえば、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ誌、７巻、６０
８−６１０頁、１９９５年において報告されているＩｎ
Ｐ基板上面発光半導体レーザでは、反射鏡としてＩｎＧ
ａＡｓＰとＩｎＰの半導体膜の組み合わせを用いてい
る。ところが、これら２つの半導体の屈折率差が小さい
ため、９９％以上の反射率を得るためにはそれぞれの半
導体を交互に４５対すなわち合計で９０層積層させる必
要がある。このため、結晶成長時間が長時間にわたり、
結晶性や膜厚の均一性や制御性が低下する恐れがあっ
た。また、反射鏡へのレーザ光の進入長が長くなるた
め、反射鏡における散乱損失が素子特性に悪影響を及ぼ
す懸念があった。さらに、このような半導体の組み合わ
せでは、高反射率を得ることができる波長帯域、いわゆ
るストップバンドが狭いため、利得領域の波長と整合さ
せるのが難しかった。これは、素子歩留まりの低下のみ
ならず、温度コントロール無しで素子を駆動したとき
に、利得領域がこのストップバンドからはずれてしま
い、使い物にならなくなってしまうという問題が生じ
た。
【０００７】一方、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ Ｏｎ
Ｓｅｌｅｃｔｅｄ ＴｏｐｉｃｓＩｎ Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ誌、６巻、１２４４−１２５
３頁、２０００年に記載されているように、ＩｎＰ基板
上に作製されたＡｌＧａＡｓＳｂ系による反射鏡は、Ｇ
ａＡｓ基板上のＡｌＧａＡｓ系反射鏡と同等の特性を実
現できることが計算によって示されている。また、Ｉｎ
Ｐ基板上に作製されたＡｌＧａＡｓＳｂ系による反射鏡
を用いた面発光型半導体レーザは、２０００年半導体レ
ーザ国際会議において発表番号ＴｈＣ１でカリフォルニ
ア大学より報告されている。
Ｓｅｌｅｃｔｅｄ ＴｏｐｉｃｓＩｎ Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ誌、６巻、１２４４−１２５
３頁、２０００年に記載されているように、ＩｎＰ基板
上に作製されたＡｌＧａＡｓＳｂ系による反射鏡は、Ｇ
ａＡｓ基板上のＡｌＧａＡｓ系反射鏡と同等の特性を実
現できることが計算によって示されている。また、Ｉｎ
Ｐ基板上に作製されたＡｌＧａＡｓＳｂ系による反射鏡
を用いた面発光型半導体レーザは、２０００年半導体レ
ーザ国際会議において発表番号ＴｈＣ１でカリフォルニ
ア大学より報告されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このＡｌＧ
ａＡｓＳｂ系の材料は下記に説明するように、良質な結
晶を作製することがきわめて困難であった。このため、
高品質・高反射率を有する反射鏡を作製できなかった。
また、この反射鏡に引き続いて結晶成長する活性層の結
晶性も劣化させていた。このため、素子特性や信頼性を
劣化させていた。
ａＡｓＳｂ系の材料は下記に説明するように、良質な結
晶を作製することがきわめて困難であった。このため、
高品質・高反射率を有する反射鏡を作製できなかった。
また、この反射鏡に引き続いて結晶成長する活性層の結
晶性も劣化させていた。このため、素子特性や信頼性を
劣化させていた。
【０００９】ＡｌＧａＡｓＳｂ系の材料を用いて良質な
結晶を作製することが困難である理由を説明する。Ｇａ
ＡｌＡｓＳｂ系の４元混晶及び、ＧａＡｓＳｂ、ＡｌＡ
ｓＳｂ系の３元混晶には、混晶組成の組成比がある決ま
った割合になると、混晶を構成する元素が混晶中で均一
に交じり合わず、異なった組成の結晶が混在するとい
う、いわゆる組成偏析が生じる。この組成偏析が起こる
組成比の領域は非混和領域と呼ばれている。ＡｌＧａＡ
ｓＳｂ系の４元混晶の非混和領域については、Ｊａｐａ
ｎ Ｊｏｕｎａｌ Ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ、２１巻、７９７頁、１９８２年に計算結果が報告
されている。
結晶を作製することが困難である理由を説明する。Ｇａ
ＡｌＡｓＳｂ系の４元混晶及び、ＧａＡｓＳｂ、ＡｌＡ
ｓＳｂ系の３元混晶には、混晶組成の組成比がある決ま
った割合になると、混晶を構成する元素が混晶中で均一
に交じり合わず、異なった組成の結晶が混在するとい
う、いわゆる組成偏析が生じる。この組成偏析が起こる
組成比の領域は非混和領域と呼ばれている。ＡｌＧａＡ
ｓＳｂ系の４元混晶の非混和領域については、Ｊａｐａ
ｎ Ｊｏｕｎａｌ Ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ、２１巻、７９７頁、１９８２年に計算結果が報告
されている。
【００１０】この計算結果を図３に示す。横軸はＩＩＩ
族元素の組成であるＡｌとＧａとの混晶比を示してお
り、最左端ではＡｌの混晶比が１．０、すなわち、ＩＩ
Ｉ族元素組成はすべてＡｌにより構成されていることを
示している。また、最右端は同様にＩＩＩ族元素組成は
全てＧａにより構成されていることを示している。その
間は中間の組成、たとえば、左端から４０％の点では、
Ａｌ組成が６０％、Ｇａ組成が４０％であることを示し
ている。縦軸は同様にＶ族元素の組成を示している。最
下端ではＳｂの混晶比が１．０、すなわち、Ｖ族元素組
成はすべてＳｂにより構成されていることを、また、最
上端ではＡｓの混晶比が１．０、すなわち、Ｖ族元素組
成はすべてＡｓにより構成されていることを示してい
る。
族元素の組成であるＡｌとＧａとの混晶比を示してお
り、最左端ではＡｌの混晶比が１．０、すなわち、ＩＩ
Ｉ族元素組成はすべてＡｌにより構成されていることを
示している。また、最右端は同様にＩＩＩ族元素組成は
全てＧａにより構成されていることを示している。その
間は中間の組成、たとえば、左端から４０％の点では、
Ａｌ組成が６０％、Ｇａ組成が４０％であることを示し
ている。縦軸は同様にＶ族元素の組成を示している。最
下端ではＳｂの混晶比が１．０、すなわち、Ｖ族元素組
成はすべてＳｂにより構成されていることを、また、最
上端ではＡｓの混晶比が１．０、すなわち、Ｖ族元素組
成はすべてＡｓにより構成されていることを示してい
る。
【００１１】図中に示された円または部分円は、その曲
線の内側の組成は混和の影響を受け、組成分離する、す
なわち、良好な結晶性を有する混晶を実現するために
は、上記の円または部分円により囲まれた領域以外の組
成を用いなければならない。図中の円または部分円に付
随して示されている数字は温度を示しており、その温度
における非混和領域を示している。実際、一度形成され
た混晶は、その状態で安定となるので、実質的には混晶
が形成される温度において非混和領域の外側の組成で作
製することにより、良質な結晶を得ることができる。
線の内側の組成は混和の影響を受け、組成分離する、す
なわち、良好な結晶性を有する混晶を実現するために
は、上記の円または部分円により囲まれた領域以外の組
成を用いなければならない。図中の円または部分円に付
随して示されている数字は温度を示しており、その温度
における非混和領域を示している。実際、一度形成され
た混晶は、その状態で安定となるので、実質的には混晶
が形成される温度において非混和領域の外側の組成で作
製することにより、良質な結晶を得ることができる。
【００１２】実際に素子を作製する際には、半導体基板
に格子整合させる必要がある。図中に、ＩｎＰ基板と格
子整合する組成を示す。ＩｎＰ基板上に素子を作製する
ためにはこの線上の組成を用いる必要がある。ところ
が、ＩｎＰ基板上に格子整合する組成は、非混和性の影
響すなわち組成分離による組成偏析を回避するために
は、結晶成長温度を少なくとも８００℃以上とする必要
がある。一方、８００℃以上の高温にすると結晶中のＰ
やＡｓなどのＶ族元素の脱離が生じ、良好な結晶を得る
ことができない。Ｖ族元素の脱離を回避するために５０
０〜７００℃で結晶成長させると、非混和領域の内部で
結晶を形成することになる。非混和領域で結晶を成長す
ると、混晶を構成する元素が混晶中で均一に交じり合わ
ず、組成が偏析してしまう。このため、格子定数が基板
と異なることによる歪等により結晶劣化が生じる。結晶
劣化が生じると、高反射率の反射鏡を作製することがで
きない。さらに、劣化した結晶に引き続いて成長する活
性層の結晶性も劣化させる。このように、ＡｌＧａＡｓ
Ｓｂ系の通常の混晶では、良好な結晶性を有する半導体
反射鏡を作製することができなかった。
に格子整合させる必要がある。図中に、ＩｎＰ基板と格
子整合する組成を示す。ＩｎＰ基板上に素子を作製する
ためにはこの線上の組成を用いる必要がある。ところ
が、ＩｎＰ基板上に格子整合する組成は、非混和性の影
響すなわち組成分離による組成偏析を回避するために
は、結晶成長温度を少なくとも８００℃以上とする必要
がある。一方、８００℃以上の高温にすると結晶中のＰ
やＡｓなどのＶ族元素の脱離が生じ、良好な結晶を得る
ことができない。Ｖ族元素の脱離を回避するために５０
０〜７００℃で結晶成長させると、非混和領域の内部で
結晶を形成することになる。非混和領域で結晶を成長す
ると、混晶を構成する元素が混晶中で均一に交じり合わ
ず、組成が偏析してしまう。このため、格子定数が基板
と異なることによる歪等により結晶劣化が生じる。結晶
劣化が生じると、高反射率の反射鏡を作製することがで
きない。さらに、劣化した結晶に引き続いて成長する活
性層の結晶性も劣化させる。このように、ＡｌＧａＡｓ
Ｓｂ系の通常の混晶では、良好な結晶性を有する半導体
反射鏡を作製することができなかった。
【００１３】本発明は、上記課題を解決し、ＩｎＰ基板
上に良質な活性層と高品質・高反射率の反射鏡を有する
長波長帯面発光半導体レーザを提供することにある。
上に良質な活性層と高品質・高反射率の反射鏡を有する
長波長帯面発光半導体レーザを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的は、ＩｎＰ基板
上に光を発生する活性層と前記活性層から発生した光か
らレーザ光を得るために活性層の上下を反射鏡で挟んだ
共振器構造を有し、前記基板結晶と垂直に光を発射する
面発光半導体レーザにおいて、反射鏡の少なくとも１つ
が平均組成Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）ＡｓＳｂであるＡ
ｌＧａＡｓとＡｌＧａＳｂの超格子、および平均組成Ａ
ｌ（ｙ）Ｇａ（１―ｙ）ＡｓＳｂであるＡｌＧａＡｓと
ＡｌＧａＳｂの超格子（０≦ｘ＜ｙ≦１）により構成す
ることにより達成される。また、上記目的は、光を発生
する活性領域の周辺が、半導体基板とは反対側から蝕刻
されて溝を形成し、さらに前記溝が半導体により埋め込
むことにより達成する。特に、該溝が上記半導体基板ま
で達している場合に効果が著しい。さらに、上記目的
は、これらの半導体レーザ装置を用いた半導体レーザモ
ジュールにおいて達成する。
上に光を発生する活性層と前記活性層から発生した光か
らレーザ光を得るために活性層の上下を反射鏡で挟んだ
共振器構造を有し、前記基板結晶と垂直に光を発射する
面発光半導体レーザにおいて、反射鏡の少なくとも１つ
が平均組成Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）ＡｓＳｂであるＡ
ｌＧａＡｓとＡｌＧａＳｂの超格子、および平均組成Ａ
ｌ（ｙ）Ｇａ（１―ｙ）ＡｓＳｂであるＡｌＧａＡｓと
ＡｌＧａＳｂの超格子（０≦ｘ＜ｙ≦１）により構成す
ることにより達成される。また、上記目的は、光を発生
する活性領域の周辺が、半導体基板とは反対側から蝕刻
されて溝を形成し、さらに前記溝が半導体により埋め込
むことにより達成する。特に、該溝が上記半導体基板ま
で達している場合に効果が著しい。さらに、上記目的
は、これらの半導体レーザ装置を用いた半導体レーザモ
ジュールにおいて達成する。
【００１５】以下、本発明の作用について説明する。
【００１６】上述したように、ＩｎＰ基板に格子整合す
るＡｌＧａＡｓＳｂは通常用いられる結晶成長温度にお
いては非混和領域の内部にあり、高品質な混晶を形成す
るのは難しい。一方、図３で示したように、ＡｌＧａＡ
ｓ及びＡｌＧａＳｂは通常の結晶成長温度よりはるかに
低い４００℃においても非混和領域の外側にあり、良好
な結晶を得ることができる。
るＡｌＧａＡｓＳｂは通常用いられる結晶成長温度にお
いては非混和領域の内部にあり、高品質な混晶を形成す
るのは難しい。一方、図３で示したように、ＡｌＧａＡ
ｓ及びＡｌＧａＳｂは通常の結晶成長温度よりはるかに
低い４００℃においても非混和領域の外側にあり、良好
な結晶を得ることができる。
【００１７】一方、レーザ光の波長より十分薄い層を交
互に重ね合わせることにより、レーザ光の感じる屈折率
がそれらの層の組成の平均の屈折率となることが知られ
ている。たとえば、ＡｌＧａＡｓとＡｌＧａＳｂの薄層
を交互に重ね合わせることにより、ＡｌＧａＡｓＳｂの
４元混晶と光学的にほぼ等しい性質の層を得ることがで
きる。図２に、これをＡｌＧａＡｓＳｂ材料系による反
射鏡に応用した場合について示す。（ａ）は従来構造を
示しており、ＡｌＡｓＳｂとＧａＡｓＳｂによる混晶に
より反射鏡が構成されている。この構造では上述したよ
うに非混和性の影響を受けるため、良好な結晶性を有す
る反射鏡を得ることができない。（ｂ）で示した本発明
による構造では、ＡｌＡｓＳｂ層はＡｌＡｓとＡｌＳｂ
の薄層の重ね合わせにより、また、ＧａＡｓＳｂ層はＧ
ａＡｓとＧａＳｂの薄層の重ね合わせにより形成されて
いる。特に、ＡｌＡｓとＡｌＳｂ、または、ＧａＡｓと
ＧａＳｂの膜厚の比をＩｎＰ基板に格子整合するように
して超格子を形成することにより、レーザ光にとっては
あたかもＩｎＰ基板上のＡｌＧａＡｓＳｂ混晶が形成さ
れているように感じる。このように本発明の構造による
と、通常の成長温度である５００℃から６００℃におい
て良質な結晶性を有するＡｌＧａＡｓＳｂ系超格子反射
鏡を得ることができるのである。なお、図２では、平均
の組成がＡｌＡｓＳｂとＧａＡｓＳｂの３元となるよう
な超格子の場合について示したが、ＡｌＧａＡｓとＡｌ
ＧａＳｂ薄層による平均組成がＡｌＧａＡｓＳｂとなる
超格子の場合でも同様の作用が得られることは、図３の
非混和領域を示した図からも明らかである。
互に重ね合わせることにより、レーザ光の感じる屈折率
がそれらの層の組成の平均の屈折率となることが知られ
ている。たとえば、ＡｌＧａＡｓとＡｌＧａＳｂの薄層
を交互に重ね合わせることにより、ＡｌＧａＡｓＳｂの
４元混晶と光学的にほぼ等しい性質の層を得ることがで
きる。図２に、これをＡｌＧａＡｓＳｂ材料系による反
射鏡に応用した場合について示す。（ａ）は従来構造を
示しており、ＡｌＡｓＳｂとＧａＡｓＳｂによる混晶に
より反射鏡が構成されている。この構造では上述したよ
うに非混和性の影響を受けるため、良好な結晶性を有す
る反射鏡を得ることができない。（ｂ）で示した本発明
による構造では、ＡｌＡｓＳｂ層はＡｌＡｓとＡｌＳｂ
の薄層の重ね合わせにより、また、ＧａＡｓＳｂ層はＧ
ａＡｓとＧａＳｂの薄層の重ね合わせにより形成されて
いる。特に、ＡｌＡｓとＡｌＳｂ、または、ＧａＡｓと
ＧａＳｂの膜厚の比をＩｎＰ基板に格子整合するように
して超格子を形成することにより、レーザ光にとっては
あたかもＩｎＰ基板上のＡｌＧａＡｓＳｂ混晶が形成さ
れているように感じる。このように本発明の構造による
と、通常の成長温度である５００℃から６００℃におい
て良質な結晶性を有するＡｌＧａＡｓＳｂ系超格子反射
鏡を得ることができるのである。なお、図２では、平均
の組成がＡｌＡｓＳｂとＧａＡｓＳｂの３元となるよう
な超格子の場合について示したが、ＡｌＧａＡｓとＡｌ
ＧａＳｂ薄層による平均組成がＡｌＧａＡｓＳｂとなる
超格子の場合でも同様の作用が得られることは、図３の
非混和領域を示した図からも明らかである。
【００１８】さらに、バンドギャップが小さいＡｌＧａ
Ｓｂの膜厚を適当に設計することにより、量子効果によ
りＡｌＧａＡｓＳｂ混晶の平均組成よりもバンドギャッ
プが広い層を形成することができる。レーザ光よりもバ
ンドギャップが小さい層を反射鏡に用いると、レーザ光
を吸収してしまうため、レーザ特性に悪影響を及ぼす。
ところが、超格子による反射鏡では平均組成の混晶より
もバンドギャップを大きくすることができるため、混晶
の場合はＧａＡｓＳｂで吸収してしまうような波長で
も、超格子にすることにより吸収の少ない反射鏡を作成
することができる。一般に混晶を形成する元素数が少な
いほど、結晶成長は容易になりかつ高品質な結晶性を有
する結晶膜を得ることができるため、ＧａＡｓＳｂによ
り構成することの意義は大きい。このように、混晶では
なく、超格子により半導体反射鏡を形成することによ
り、素子作製の有為度が向上することがわかる。
Ｓｂの膜厚を適当に設計することにより、量子効果によ
りＡｌＧａＡｓＳｂ混晶の平均組成よりもバンドギャッ
プが広い層を形成することができる。レーザ光よりもバ
ンドギャップが小さい層を反射鏡に用いると、レーザ光
を吸収してしまうため、レーザ特性に悪影響を及ぼす。
ところが、超格子による反射鏡では平均組成の混晶より
もバンドギャップを大きくすることができるため、混晶
の場合はＧａＡｓＳｂで吸収してしまうような波長で
も、超格子にすることにより吸収の少ない反射鏡を作成
することができる。一般に混晶を形成する元素数が少な
いほど、結晶成長は容易になりかつ高品質な結晶性を有
する結晶膜を得ることができるため、ＧａＡｓＳｂによ
り構成することの意義は大きい。このように、混晶では
なく、超格子により半導体反射鏡を形成することによ
り、素子作製の有為度が向上することがわかる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１、
３、４、５を用いて説明する。 ［実施例１］本発明の第１の実施例を、図１を用いて説
明する。本実施例は、Ｄａｔａｃｏｍ、ＬＡＮ用光源を
目的とする発振波長１．５５μｍ帯の面発光半導体レー
ザである。図１に断面構造斜視図を示す。
３、４、５を用いて説明する。 ［実施例１］本発明の第１の実施例を、図１を用いて説
明する。本実施例は、Ｄａｔａｃｏｍ、ＬＡＮ用光源を
目的とする発振波長１．５５μｍ帯の面発光半導体レー
ザである。図１に断面構造斜視図を示す。
【００２０】ここで、２及び６は、超格子により形成さ
れた半導体多層膜反射鏡を示している。これらの反射鏡
は低屈折率層および高屈折率層を交互に積層することに
より構成されている。各低屈折率層及び各高屈折率層の
厚みは、半導体中で１／４波長となるように構成されて
いる。低屈折率層は、ＡｌＡｓとＡｌＳｂ薄膜からなる
超格子により構成され、平均格子定数としてＩｎＰ基板
に格子整合するように形成されている。また、高屈折率
層は、ＧａＡｓとＧａＳｂ薄膜からなる超格子により構
成され、平均格子定数としてＩｎＰ基板に格子整合する
ように形成されている。
れた半導体多層膜反射鏡を示している。これらの反射鏡
は低屈折率層および高屈折率層を交互に積層することに
より構成されている。各低屈折率層及び各高屈折率層の
厚みは、半導体中で１／４波長となるように構成されて
いる。低屈折率層は、ＡｌＡｓとＡｌＳｂ薄膜からなる
超格子により構成され、平均格子定数としてＩｎＰ基板
に格子整合するように形成されている。また、高屈折率
層は、ＧａＡｓとＧａＳｂ薄膜からなる超格子により構
成され、平均格子定数としてＩｎＰ基板に格子整合する
ように形成されている。
【００２１】１はｎ型ＩｎＰ基板、２はｎ型の平均組成
がＧａＡｓＳｂとなる超格子層と平均組成がＡｌＡｓＳ
ｂとなる超格子層を交互に積層することにより形成した
超格子半導体多層膜反射鏡、３はｎ型ＩｎＰスペーサ
層、４はアンドープＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層とアンド
ープＩｎＧａＡｓＰ障壁層から構成される活性層、５は
ｐ型ＩｎＰスペーサ層、６はｐ型の平均組成がＧａＡｓ
Ｓｂとなる超格子層と平均組成がＡｌＡｓＳｂとなる超
格子層を交互に積層することにより形成した超格子半導
体多層膜反射鏡、７はｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層で
ある。また、８は絶縁膜、９はポリイミドを表してい
る。１０、１１はそれぞれｐ側及びｎ側電極である。ま
た、１２はレーザ出力光を示している。
がＧａＡｓＳｂとなる超格子層と平均組成がＡｌＡｓＳ
ｂとなる超格子層を交互に積層することにより形成した
超格子半導体多層膜反射鏡、３はｎ型ＩｎＰスペーサ
層、４はアンドープＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層とアンド
ープＩｎＧａＡｓＰ障壁層から構成される活性層、５は
ｐ型ＩｎＰスペーサ層、６はｐ型の平均組成がＧａＡｓ
Ｓｂとなる超格子層と平均組成がＡｌＡｓＳｂとなる超
格子層を交互に積層することにより形成した超格子半導
体多層膜反射鏡、７はｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層で
ある。また、８は絶縁膜、９はポリイミドを表してい
る。１０、１１はそれぞれｐ側及びｎ側電極である。ま
た、１２はレーザ出力光を示している。
【００２２】以下、素子の作製方法について述べる。ｎ
型ＩｎＰ基板１上にＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅ
ａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用いて、ｎ型の平均組成が
ＧａＡｓＳｂとなる超格子層と平均組成がＡｌＡｓＳｂ
となる超格子層を交互に積層することにより形成した超
格子半導体多層膜反射鏡２、ｎ型ＩｎＰスペーサ層３、
アンドープＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層とアンドープＩｎ
ＡｌＧａＡｓ障壁層から構成される活性層４、ｐ型Ｉｎ
Ｐスペーサ層５、ｐ型の平均組成がＧａＡｓＳｂとなる
超格子層と平均組成がＡｌＡｓＳｂとなる超格子層を交
互に積層することにより形成した超格子半導体多層膜反
射鏡６、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層７を形成する。
次に、ホト・エッチング方法により、円形のメサ構造を
形成する。その後、絶縁膜８を熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法またはプ
ラズマＣＶＤ法で形成した後、塗布・エッチバック法に
よりポリイミド９を形成する。最後に、ｐ側電極１０及
びｎ側電極１１を形成し、素子化した。
型ＩｎＰ基板１上にＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅ
ａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用いて、ｎ型の平均組成が
ＧａＡｓＳｂとなる超格子層と平均組成がＡｌＡｓＳｂ
となる超格子層を交互に積層することにより形成した超
格子半導体多層膜反射鏡２、ｎ型ＩｎＰスペーサ層３、
アンドープＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層とアンドープＩｎ
ＡｌＧａＡｓ障壁層から構成される活性層４、ｐ型Ｉｎ
Ｐスペーサ層５、ｐ型の平均組成がＧａＡｓＳｂとなる
超格子層と平均組成がＡｌＡｓＳｂとなる超格子層を交
互に積層することにより形成した超格子半導体多層膜反
射鏡６、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層７を形成する。
次に、ホト・エッチング方法により、円形のメサ構造を
形成する。その後、絶縁膜８を熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法またはプ
ラズマＣＶＤ法で形成した後、塗布・エッチバック法に
よりポリイミド９を形成する。最後に、ｐ側電極１０及
びｎ側電極１１を形成し、素子化した。
【００２３】本面発光半導体レーザは、しきい値電流約
１００μＡで室温連続発振した。レーザ光は基板側から
出射され、室温において発振波長は１．５５μｍであっ
た。また、本面発光半導体レーザは、１０万時間以上の
長い素子寿命を有した。 ［実施例２］本発明の第２の実施例を図４、５を用いて
説明する。本実施例は、Ｄａｔａｃｏｍ、ＬＡＮ用光源
を目的とする発振波長１．３μｍ帯の面発光半導体レー
ザである。図４に断面構造斜視図を、図５に本素子を組
み込んだモジュール構造を示す。
１００μＡで室温連続発振した。レーザ光は基板側から
出射され、室温において発振波長は１．５５μｍであっ
た。また、本面発光半導体レーザは、１０万時間以上の
長い素子寿命を有した。 ［実施例２］本発明の第２の実施例を図４、５を用いて
説明する。本実施例は、Ｄａｔａｃｏｍ、ＬＡＮ用光源
を目的とする発振波長１．３μｍ帯の面発光半導体レー
ザである。図４に断面構造斜視図を、図５に本素子を組
み込んだモジュール構造を示す。
【００２４】図４において、１４及び１８は、超格子に
より形成された半導体多層膜反射鏡を示している。これ
らの反射鏡は低屈折率層および高屈折率層を交互に積層
することにより構成されている。各低屈折率層及び各高
屈折率層の厚みは、半導体中で１／４波長となるように
構成されている。低屈折率層は、ＡｌＡｓとＡｌＳｂ薄
膜からなる超格子により構成され、平均格子定数として
ＩｎＰ基板に格子整合するように形成されている。ま
た、高屈折率層は、ＡｌＧａＡｓとＡｌＧａＳｂ薄膜か
らなる超格子により構成され、平均格子定数としてＩｎ
Ｐ基板に格子整合するように形成されている。高屈折率
層および低屈折率層のＩＩＩ族元素であるＡｌとＧａと
の組成比は、ここではＡｌが５％に対し、Ｇａは９５％
となっている。
より形成された半導体多層膜反射鏡を示している。これ
らの反射鏡は低屈折率層および高屈折率層を交互に積層
することにより構成されている。各低屈折率層及び各高
屈折率層の厚みは、半導体中で１／４波長となるように
構成されている。低屈折率層は、ＡｌＡｓとＡｌＳｂ薄
膜からなる超格子により構成され、平均格子定数として
ＩｎＰ基板に格子整合するように形成されている。ま
た、高屈折率層は、ＡｌＧａＡｓとＡｌＧａＳｂ薄膜か
らなる超格子により構成され、平均格子定数としてＩｎ
Ｐ基板に格子整合するように形成されている。高屈折率
層および低屈折率層のＩＩＩ族元素であるＡｌとＧａと
の組成比は、ここではＡｌが５％に対し、Ｇａは９５％
となっている。
【００２５】また、メサを形成するための溝をＩｎＰに
より埋め込んでいるため、活性層で発生する熱を放熱し
やすい形状になっている。また、一般に構成元素が３元
よりも、２元のほうが、熱伝導率が高いため、このＩｎ
Ｐ埋め込み層はＩｎＰ基板に達するように形成した構造
は、放熱に対して効果的な構造である。
より埋め込んでいるため、活性層で発生する熱を放熱し
やすい形状になっている。また、一般に構成元素が３元
よりも、２元のほうが、熱伝導率が高いため、このＩｎ
Ｐ埋め込み層はＩｎＰ基板に達するように形成した構造
は、放熱に対して効果的な構造である。
【００２６】１３はｎ型ＩｎＰ基板、１４はｎ型の平均
組成がＡｌＧａＡｓＳｂとなる超格子層と平均組成がＡ
ｌＡｓＳｂとなる超格子層を交互に積層することにより
形成した超格子半導体多層膜反射鏡、１５はｎ型ＩｎＰ
スペーサ層、１６はアンドープＩｎＧａＡｓ歪量子井戸
層とアンドープＩｎＡｌＧａＡｓ障壁層から構成される
活性層、１７はｐ型ＩｎＰスペーサ層、１８はｐ型の平
均組成がＡｌＧａＡｓＳｂとなる超格子層と平均組成が
ＡｌＡｓＳｂとなる超格子層を交互に積層することによ
り形成した超格子半導体多層膜反射鏡、１９はｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓコンタクト層である。また、２０は絶縁膜、２
１は絶縁型ＩｎＰ埋め込み層を表している。２２、２３
はそれぞれｐ側及びｎ側電極である。また、２４はレー
ザ出力光を示している。
組成がＡｌＧａＡｓＳｂとなる超格子層と平均組成がＡ
ｌＡｓＳｂとなる超格子層を交互に積層することにより
形成した超格子半導体多層膜反射鏡、１５はｎ型ＩｎＰ
スペーサ層、１６はアンドープＩｎＧａＡｓ歪量子井戸
層とアンドープＩｎＡｌＧａＡｓ障壁層から構成される
活性層、１７はｐ型ＩｎＰスペーサ層、１８はｐ型の平
均組成がＡｌＧａＡｓＳｂとなる超格子層と平均組成が
ＡｌＡｓＳｂとなる超格子層を交互に積層することによ
り形成した超格子半導体多層膜反射鏡、１９はｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓコンタクト層である。また、２０は絶縁膜、２
１は絶縁型ＩｎＰ埋め込み層を表している。２２、２３
はそれぞれｐ側及びｎ側電極である。また、２４はレー
ザ出力光を示している。
【００２７】以下、素子の作製方法について述べる。ｎ
型ＩｎＰ基板１３上にＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂ
ｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用いて、ｎ型の平均組成
がＧａＡｓＳｂとなる超格子層と平均組成がＡｌＡｓＳ
ｂとなる超格子層を交互に積層することにより形成した
超格子半導体多層膜反射鏡１４、ｎ型ＩｎＰスペーサ層
１５、アンドープＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層とアンドー
プＩｎＡｌＧａＡｓ歪障壁層から構成される活性層１
６、ｐ型ＩｎＰスペーサ層１７、ｐ型の平均組成がＡｌ
ＧａＡｓＳｂとなる超格子層と平均組成がＡｌＡｓＳｂ
となる超格子層を交互に積層することにより形成した超
格子半導体多層膜反射鏡１８、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタ
クト層１９を形成する。次に、メサ形成用マスクおよび
選択成長マスクを形成する。ＳｉＯ２膜またはＳｉＮｘ
膜を熱ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法で形成した後、
ホト・エッチング工程により円形のパターンを形成す
る。この絶縁膜をマスクとして、円形のメサを図４に示
すように形成する。その後、この絶縁膜マスクを選択成
長マスクとして、ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉ
ｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法によ
り絶縁性ＩｎＰ埋め込み層２１を形成する。その後、メ
サ形成および選択成長のマスクとして用いた絶縁膜をエ
ッチングにより除去する。絶縁膜２０を熱ＣＶＤ法また
はプラズマＣＶＤ法で形成した後、ｐ側電極２２及びｎ
側電極２３を形成し、素子化した。
型ＩｎＰ基板１３上にＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂ
ｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用いて、ｎ型の平均組成
がＧａＡｓＳｂとなる超格子層と平均組成がＡｌＡｓＳ
ｂとなる超格子層を交互に積層することにより形成した
超格子半導体多層膜反射鏡１４、ｎ型ＩｎＰスペーサ層
１５、アンドープＩｎＧａＡｓ歪量子井戸層とアンドー
プＩｎＡｌＧａＡｓ歪障壁層から構成される活性層１
６、ｐ型ＩｎＰスペーサ層１７、ｐ型の平均組成がＡｌ
ＧａＡｓＳｂとなる超格子層と平均組成がＡｌＡｓＳｂ
となる超格子層を交互に積層することにより形成した超
格子半導体多層膜反射鏡１８、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタ
クト層１９を形成する。次に、メサ形成用マスクおよび
選択成長マスクを形成する。ＳｉＯ２膜またはＳｉＮｘ
膜を熱ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法で形成した後、
ホト・エッチング工程により円形のパターンを形成す
る。この絶縁膜をマスクとして、円形のメサを図４に示
すように形成する。その後、この絶縁膜マスクを選択成
長マスクとして、ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉ
ｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法によ
り絶縁性ＩｎＰ埋め込み層２１を形成する。その後、メ
サ形成および選択成長のマスクとして用いた絶縁膜をエ
ッチングにより除去する。絶縁膜２０を熱ＣＶＤ法また
はプラズマＣＶＤ法で形成した後、ｐ側電極２２及びｎ
側電極２３を形成し、素子化した。
【００２８】本面発光半導体レーザは、しきい値電流約
１００μＡで室温連続発振した。レーザ光は基板側から
出射され、室温において発振波長は１．３μｍであっ
た。本面発光半導体レーザは、１０万時間以上の長い素
子寿命を有した。
１００μＡで室温連続発振した。レーザ光は基板側から
出射され、室温において発振波長は１．３μｍであっ
た。本面発光半導体レーザは、１０万時間以上の長い素
子寿命を有した。
【００２９】次に、本面発光半導体レーザのモジュール
への適用の一例として、ＬＡＮ用のＣＷＤＭ（Ｃｏａｒ
ｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕ
ｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光源モジュールについて説明す
る。図６に、モジュールの構成を示す。入力電気信号２
５は、レーザドライバ２６においてレーザ駆動信号に変
換され、本発明による面発光半導体レーザ２７を駆動す
る。面発光半導体レーザ２７から発生した光信号は光合
波器２８により合波され、出力光ファイバ２９から送信
される。この出力光ファイバはシングルモードファイバ
である。また、面発光半導体レーザは、ペルティエ素子
等による温度コントロールは行っていない。各面発光半
導体レーザの発振波長λ１からλ４は、それぞれ、１２
７６ｎｍ、１３００ｎｍ、１３２５ｎｍ、１３５０ｎｍ
である。この面発光半導体レーザを３．１２５ＧＢｄで
動作させ、２ｋｍの伝送させたところ、各波長間の信号
のクロストークの影響もなく、符号誤り率１０Ｅ−１２
以下を満足した。
への適用の一例として、ＬＡＮ用のＣＷＤＭ（Ｃｏａｒ
ｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕ
ｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光源モジュールについて説明す
る。図６に、モジュールの構成を示す。入力電気信号２
５は、レーザドライバ２６においてレーザ駆動信号に変
換され、本発明による面発光半導体レーザ２７を駆動す
る。面発光半導体レーザ２７から発生した光信号は光合
波器２８により合波され、出力光ファイバ２９から送信
される。この出力光ファイバはシングルモードファイバ
である。また、面発光半導体レーザは、ペルティエ素子
等による温度コントロールは行っていない。各面発光半
導体レーザの発振波長λ１からλ４は、それぞれ、１２
７６ｎｍ、１３００ｎｍ、１３２５ｎｍ、１３５０ｎｍ
である。この面発光半導体レーザを３．１２５ＧＢｄで
動作させ、２ｋｍの伝送させたところ、各波長間の信号
のクロストークの影響もなく、符号誤り率１０Ｅ−１２
以下を満足した。
【００３０】
【発明の効果】本発明により、良質な活性層を実現する
ことができるＩｎＰ基板上に高品質・高反射率の反射鏡
を実現した。これにより、光伝送システムの波長帯であ
る１．３μｍおよび１．５５μｍ帯の発振波長を有する
面発光半導体レーザを実現した。
ことができるＩｎＰ基板上に高品質・高反射率の反射鏡
を実現した。これにより、光伝送システムの波長帯であ
る１．３μｍおよび１．５５μｍ帯の発振波長を有する
面発光半導体レーザを実現した。
【図１】本発明による面発光半導体レーザ構造を示した
図。
図。
【図２】本発明による反射鏡のバンドギャップ構造を示
した図。
した図。
【図３】非混和領域を示した図。
【図４】本発明による別の面発光半導体レーザ構造を示
した図。
した図。
【図５】本発明による面発光半導体レーザを用いたモジ
ュールを示した図。
ュールを示した図。
１ ｎ型ＩｎＰ基板
２ ｎ型超格子半導体多層膜反射鏡
３ ｎ型ＩｎＰスペーサ層
４ ＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸活性層
５ ｐ型ＩｎＰスペーサ層
６ ｐ型超格子半導体多層膜反射鏡
７ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
８ 絶縁膜
９ ポリイミド
１０ ｐ側電極
１１ ｎ側電極
１２ レーザ出力光
１３ ｎ型ＩｎＰ基板
１４ ｎ型超格子半導体多層膜反射鏡
１５ ｎ型ＩｎＰスペーサ層
１６ ＩｎＧａＡｌＡｓ歪量子井戸活性層
１７ ｐ型ＩｎＰスペーサ層
１８ ｐ型超格子半導体多層膜反射鏡
１９ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
２０ 絶縁膜
２１ 絶縁性ＩｎＰ埋め込み層
２２ ｐ側電極
２３ ｎ側電極
２４ レーザ出力光
２５ 入力電気信号
２６ レーザドライバ
２７ 面発光半導体レーザ
２８ 光合波器
２９ 出力光ファイバ。
Claims (6)
- 【請求項１】ＩｎＰ基板上に光を発生する活性層と前記
活性層から発生した光からレーザ光を得るために活性層
の上下を反射鏡で挟んだ共振器構造を有し、前記基板結
晶と垂直に光を発射する面発光半導体レーザにおいて、
反射鏡の少なくとも１つが平均組成Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１
−ｘ）ＡｓＳｂであるＡｌＧａＡｓとＡｌＧａＳｂの超
格子および平均組成Ａｌ（ｙ）Ｇａ（１−ｙ）ＡｓＳｂ
であるＡｌＧａＡｓとＡｌＧａＳｂの超格子（０＜ｘ＜
ｙ＜１）により構成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】ＩｎＰ基板上に光を発生する活性層と前記
活性層から発生した光からレーザ光を得るために活性層
の上下を反射鏡で挟んだ共振器構造を有し、前記基板結
晶と垂直に光を発射する面発光半導体レーザにおいて、
反射鏡の少なくとも１つが平均組成ＧａＡｓＳｂである
ＧａＡｓとＧａＳｂの超格子または平均組成ＡｌＡｓＳ
ｂであるＡｌＡｓとＡｌＳｂの超格子により構成されて
いることを特徴とする面発光半導体レーザ。 - 【請求項３】請求項１乃至２のいずれかに記載されてい
る面発光半導体レーザにおいて、レーザ光の波長が１．
２μｍ〜１．６μｍである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乃至３のいずれかに記載の面発光
半導体レーザにおいて、光を発生する活性領域の周辺
が、半導体基板とは反対側から蝕刻されて溝を形成し、
さらに前記溝が半導体により埋め込まれていることを特
徴とする面発光半導体レーザ。 - 【請求項５】請求項４に記載の面発光半導体レーザにお
いて、該溝が上記半導体基板まで達していることを特徴
とする面発光半導体レーザ。 - 【請求項６】請求項１に記載の面発光半導体レーザが光
源として使用されていることを特徴とする半導体レーザ
モジュール。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002077491A JP2003273461A (ja) | 2002-03-20 | 2002-03-20 | 面発光半導体レーザ及びそれを用いたレーザ光送信モジュール |
| US10/350,034 US20030179803A1 (en) | 2002-03-20 | 2003-01-24 | Vertical cavity surface emitting laser and laser beam transmitting module using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002077491A JP2003273461A (ja) | 2002-03-20 | 2002-03-20 | 面発光半導体レーザ及びそれを用いたレーザ光送信モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003273461A true JP2003273461A (ja) | 2003-09-26 |
Family
ID=28035520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002077491A Pending JP2003273461A (ja) | 2002-03-20 | 2002-03-20 | 面発光半導体レーザ及びそれを用いたレーザ光送信モジュール |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20030179803A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003273461A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013187309A (ja) * | 2012-03-07 | 2013-09-19 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| WO2023132139A1 (ja) * | 2022-01-07 | 2023-07-13 | ソニーグループ株式会社 | 面発光レーザ |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113644540B (zh) * | 2021-08-10 | 2023-10-31 | 深圳市中科光芯半导体科技有限公司 | 一种InP基垂直腔面发射激光器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0397691B1 (en) * | 1988-01-06 | 2000-02-09 | Telstra Corporation Limited | Current injection laser |
-
2002
- 2002-03-20 JP JP2002077491A patent/JP2003273461A/ja active Pending
-
2003
- 2003-01-24 US US10/350,034 patent/US20030179803A1/en not_active Abandoned
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013187309A (ja) * | 2012-03-07 | 2013-09-19 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| WO2023132139A1 (ja) * | 2022-01-07 | 2023-07-13 | ソニーグループ株式会社 | 面発光レーザ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20030179803A1 (en) | 2003-09-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8824517B2 (en) | Surface-emission laser devices, surface-emission laser array having the same, electrophotographic system and optical communication system | |
| US7940825B2 (en) | Surface-emission laser diode and surface-emission laser array, optical interconnection system, optical communication system, electrophotographic system, and optical disk system | |
| US6542531B2 (en) | Vertical cavity surface emitting laser and a method of fabrication thereof | |
| US7940827B2 (en) | Vertical-cavity, surface-emission type laser diode and fabrication process thereof | |
| Karim et al. | Long-wavelength vertical-cavity lasers and amplifiers | |
| JP5027010B2 (ja) | 面発光レーザ素子 | |
| JPH10173294A (ja) | 窒素を含む化合物半導体多層膜ミラー及びそれを用いた面型発光デバイス | |
| EP1378039B1 (en) | Vertical cavity surface emitting laser | |
| JP4663964B2 (ja) | ＧａＡｓＳｂ量子井戸層を含む長波長フォトニクスデバイス | |
| JP4311610B2 (ja) | 面発光レーザ | |
| JP2002299742A (ja) | 垂直空洞面発光レーザ及びその製造方法、並びに、通信システム | |
| JP2002185079A (ja) | 面発光型レーザ装置、これを用いた光モジュール、及び光システム | |
| EP0565374B1 (en) | Vertical-to-surface transmission electrophotonic device | |
| US20060193361A1 (en) | Vertical cavity surface emitting laser device having a higher optical output power | |
| US7154927B2 (en) | Surface emitting semiconductor laser and communication system using the same | |
| US20020146053A1 (en) | Surface emitting semiconductor laser device | |
| US20110293331A1 (en) | Surface-emitting laser and image forming apparatus using the same | |
| JP2003168845A (ja) | 半導体レーザ素子及びこれを用いた光モジュール、及び光システム | |
| JP4134366B2 (ja) | 面発光レーザ | |
| JP2003273461A (ja) | 面発光半導体レーザ及びそれを用いたレーザ光送信モジュール | |
| JP4046466B2 (ja) | 半導体分布ブラッグ反射鏡、面発光型半導体レーザ並びにこれを用いた光送信モジュール、光送受信モジュール及び光通信システム | |
| JP2008071829A (ja) | 面発光型半導体素子 | |
| JP2003037335A (ja) | 面発光型半導体レーザ素子 | |
| Iga | Vertical Cavity Surface Emitting Laser | |
| JP2007273817A (ja) | 面発光型半導体レーザ素子及び面発光型半導体レーザ素子の製造方法 |