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JP2003298188A - Distributed bragg reflector, surface emission laser element, surface emission laser array, optical interconnection system and optical communication system - Google Patents

Distributed bragg reflector, surface emission laser element, surface emission laser array, optical interconnection system and optical communication system

Info

Publication number
JP2003298188A
JP2003298188A JP2002033590A JP2002033590A JP2003298188A JP 2003298188 A JP2003298188 A JP 2003298188A JP 2002033590 A JP2002033590 A JP 2002033590A JP 2002033590 A JP2002033590 A JP 2002033590A JP 2003298188 A JP2003298188 A JP 2003298188A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refractive index
semiconductor layer
layer
bragg reflector
distributed bragg
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
Application number
JP2002033590A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoto Jikutani
直人 軸谷
Shunichi Sato
俊一 佐藤
Takashi Takahashi
孝志 高橋
Akihiro Ito
彰浩 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2002033590A priority Critical patent/JP2003298188A/en
Priority to US10/085,204 priority patent/US6975663B2/en
Publication of JP2003298188A publication Critical patent/JP2003298188A/en
Priority to US10/697,035 priority patent/US7245647B2/en
Priority to US11/220,826 priority patent/US20060093010A1/en
Priority to US11/759,615 priority patent/US7590159B2/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a distributed Bragg reflector having a low electric resistance and a high reflectance. <P>SOLUTION: In the distributed Bragg reflector (DBR), a first semiconductor layer 1 having a large refractive index and a second semiconductor layer 2 having a small refractive index are formed alternately, and a material layer 3 having a refractive index between those of the first semiconductor layer 1 and the second semiconductor layer 2 is provided between the first semiconductor layer 1 and the second semiconductor layer 2. The distributed Bragg reflector has a design reflection wavelength longer than 1.1 μm and the material layer 3 has a thickness in the range of 5-50 nm. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、分布ブラッグ反射
器および面発光レーザ素子および面発光レーザアレイお
よび光インターコネクションシステムおよび光通信シス
テムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distributed Bragg reflector, a surface emitting laser device, a surface emitting laser array, an optical interconnection system and an optical communication system.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、面発光レーザ素子の共振器ミラー
として0.85μm帯〜0.98μm帯に反射帯域を有
する分布ブラッグ反射器(DBR)が知られている。ま
た、これを用いた同波長帯の面発光レーザが知られてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, a distributed Bragg reflector (DBR) having a reflection band in the 0.85 μm band to 0.98 μm band is known as a resonator mirror of a surface emitting laser device. Further, a surface emitting laser of the same wavelength band using this is known.

【0003】分布ブラッグ反射器は、屈折率の異なる材
料を夫々1/4光学波長の厚さに交互に積層して構成さ
れ、界面での光波の多重反射を利用し、99.9%以上
もの高い反射率を得ることが可能である。
The distributed Bragg reflector is constructed by alternately laminating materials having different refractive indexes to have a thickness of ¼ optical wavelength, and utilizes multiple reflection of light waves at the interface. It is possible to obtain a high reflectance.

【0004】また、面発光レーザ素子は、発振閾値電流
が低く、高速動作が可能であり、また、2次集積化が容
易であることから、光インターコネクション,画像処理
システムの光源として好適であり、注目されている。面
発光レーザ素子は、光学利得を生じる領域が共振領域中
の一部分のみであり、また、共振器長が短いことから、
99.9%以上の高い反射率を有する共振器ミラーが必
要であり、この共振器ミラーとして分布ブラッグ反射器
が好適である。分布ブラッグ反射器の材料としては、例
えば、半導体材料や誘電体材料等が挙げられるが、特に
半導体材料による分布ブラッグ反射器は通電が可能であ
り、面発光レーザ等のレーザ素子への応用に適してい
る。
Further, the surface emitting laser element is suitable as a light source for optical interconnection and image processing systems because it has a low oscillation threshold current, can operate at high speed, and is easily secondary-integrated. ,Attention has been paid. In the surface emitting laser element, since the region where the optical gain is generated is only a part of the resonance region and the resonator length is short,
A resonator mirror having a high reflectance of 99.9% or more is required, and a distributed Bragg reflector is suitable as this resonator mirror. Examples of the material of the distributed Bragg reflector include semiconductor materials and dielectric materials. Particularly, the distributed Bragg reflector made of a semiconductor material can be energized and is suitable for application to a laser element such as a surface emitting laser. ing.

【0005】従来、このような面発光レーザ素子とし
て、GaAsを基板に用いたAlGaAs系材料による
0.85μm帯及び0.98μm帯の素子が公知であ
り、この材料系では、AlGaAs材料による半導体分
布ブラッグ反射器が共振器ミラーとして用いられてい
る。
Conventionally, as such a surface emitting laser device, devices of 0.85 μm band and 0.98 μm band made of AlGaAs based material using GaAs as a substrate are known. In this material system, semiconductor distribution made of AlGaAs material is known. Bragg reflectors are used as resonator mirrors.

【0006】AlGaAs系材料による分布ブラッグ反
射器は、Al組成の異なる2種のAlGaAs層から構
成され、低屈折率層としてAl組成の大きい半導体層
(例えばAlAs層)が用いられ、高屈折率層としてA
l組成の小さな半導体層(例えばGaAs層)が用いら
れている。典型的な面発光レーザ素子の例では、活性層
を挟み、それぞれp型,n型にドープされた分布ブラッ
グ反射器が設けられ、光波の閉じ込めと活性領域へのキ
ャリアの注入が行われるが、これらの2種の導電型の分
布ブラッグ反射器の中でも、p型分布ブラッグ反射器は
Al組成の異なる半導体層によるヘテロ界面の影響のた
めに、電気抵抗が高いことが問題となっている。
The distributed Bragg reflector made of an AlGaAs material is composed of two types of AlGaAs layers having different Al compositions, a semiconductor layer having a large Al composition (for example, an AlAs layer) is used as a low refractive index layer, and a high refractive index layer. As A
A semiconductor layer having a small l composition (for example, a GaAs layer) is used. In a typical surface emitting laser device, p-type and n-type distributed Bragg reflectors are provided on both sides of the active layer to confine light waves and inject carriers into the active region. Among these two types of distributed Bragg reflectors of the conductive type, the p-type distributed Bragg reflector has a problem in that it has a high electric resistance due to the influence of the hetero interface formed by the semiconductor layers having different Al compositions.

【0007】従来、このヘテロ界面の影響によるp型分
布ブラッグ反射器の電気抵抗を低減するために、例え
ば、0.98μm帯等の面発光レーザ素子において、文
献「Photonics Technology Le
tters Vol.2, No.4, 1990,
p.p.234−236、Photonics Tec
hnology Letters Vol.4, N
o.12, 1992,p.p.1325−1327」
等のように、分布ブラッグ反射器を構成するAl組成の
異なる2種の層の間に、これらの中間のAl組成を有す
る組成傾斜層等のヘテロ障壁緩衝層を設けることが知ら
れている。
Conventionally, in order to reduce the electric resistance of the p-type distributed Bragg reflector due to the influence of this hetero interface, for example, in a surface emitting laser device in the 0.98 μm band or the like, a reference “Photonics Technology Le” is used.
terts Vol. 2, No. 4, 1990,
p. p. 234-236, Photonics Tec
hnology Letters Vol. 4, N
o. 12, 1992, p. p. 1325-1327 "
As described above, it is known to provide a hetero barrier buffer layer such as a composition gradient layer having an Al composition in between these two kinds of layers constituting the distributed Bragg reflector having different Al compositions.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
AlGaAs系半導体材料では、活性層の格子歪による
問題から、GaAs基板上に1.1μmよりも長波で発
振するレーザを作製することが非常に困難であり、従
来、この材料系による1.1μmより長波の面発光レー
ザ素子は検討されていなかった。
[Problems to be Solved by the Invention]
With AlGaAs-based semiconductor materials, it is very difficult to fabricate a laser that oscillates at a wavelength longer than 1.1 μm on a GaAs substrate because of the problem of lattice distortion of the active layer. Long-wave surface emitting laser devices have not been studied.

【0009】従来、1.1μm帯よりも長波長のレーザ
素子としては、InPを基板としたInGaAsP系材
料を用いたものが主に検討されており、この材料系によ
る面発光レーザ素子の作製の例が報告されている。この
材料系においても、同様にヘテロ界面による高抵抗化の
問題があるものの、元々、分布ブラッグ反射器の材料と
なるInGaAsP系材料間の屈折率差がAlGaAs
系材料に比べて非常に小さく、また、熱伝導性が悪いな
ど材料的な問題によって、良質な分布ブラッグ反射器を
得ることが難しいという課題がある。また、半導体分布
ブラッグ反射器の代わりに誘電体材料による分布ブラッ
グ反射器を用いることも可能であるが、横方向からの電
流注入が必要になり、構造が複雑になる上に動作電圧が
高くなるという問題がある。また、InPを基板とした
場合にAl(Ga)As層を用いた選択酸化プロセスを
用いることが困難であり、酸化アパーチャーによって横
モード制御された特性の優れた面発光レーザ素子を得る
ことが難しい等の問題がある。
Conventionally, as a laser device having a wavelength longer than the 1.1 μm band, a device using an InGaAsP-based material with InP as a substrate has been mainly studied, and a surface emitting laser device using this material system is manufactured. Examples have been reported. Although this material system also has a problem of high resistance due to the hetero interface, the difference in the refractive index between the InGaAsP materials, which are the materials of the distributed Bragg reflector, is originally AlGaAs.
There is a problem that it is difficult to obtain a good quality distributed Bragg reflector due to a material problem such as being very small compared to the system material and having poor thermal conductivity. It is also possible to use a distributed Bragg reflector made of a dielectric material instead of the semiconductor distributed Bragg reflector, but it requires current injection from the lateral direction, which complicates the structure and increases the operating voltage. There is a problem. Further, when InP is used as a substrate, it is difficult to use a selective oxidation process using an Al (Ga) As layer, and it is difficult to obtain a surface-emitting laser device having excellent lateral mode control by an oxidation aperture. There is a problem such as.

【0010】以上のような課題から、GaAs基板及び
InP基板上において、従来、1.1μmよりも長波長
帯における実用レベルの面発光レーザ素子は得られてい
なかった。石英ファイバを用いた光通信では、1.3μ
m帯及び1.5μm帯で発振する面発光レーザ素子が好
適であるが、従来、実用レベルの通信用途の面発光レー
ザ素子は得られていない。
Due to the above problems, on the GaAs substrate and the InP substrate, a surface emitting laser element of a practical level in a wavelength range longer than 1.1 μm has not been obtained. In optical communication using quartz fiber, 1.3μ
A surface emitting laser element that oscillates in the m band and the 1.5 μm band is suitable, but conventionally, a surface emitting laser element for practical use for communication has not been obtained.

【0011】しかしながら、近年、GaAs基板上にお
ける長波長帯の面発光レーザ素子として、高歪結晶の成
長条件の検討、または、活性層材料自体の検討により、
GaAs基板上において1.1μmよりも長波の面発光
レーザ素子の検討がなされ始めている。ところが、上述
したように、従来では、GaAs基板上におけるこの波
長帯での面発光レーザの例は無く、1.1μmよりも長
波長帯域における分布ブラッグ反射器及び組成傾斜層の
詳細な検討は、いまだになされていない。
However, in recent years, as a surface emitting laser device of a long wavelength band on a GaAs substrate, by studying the growth conditions of a high strain crystal, or by studying the active layer material itself,
A surface emitting laser device having a wavelength longer than 1.1 μm on a GaAs substrate has been studied. However, as described above, conventionally, there is no example of a surface emitting laser in this wavelength band on a GaAs substrate, and a detailed study of a distributed Bragg reflector and a compositionally graded layer in a wavelength band longer than 1.1 μm is as follows. Not done yet.

【0012】従って、従来技術によっては、この波長帯
において、電気特性(低い電気抵抗)及び光学特性(高
い反射率)の両方に優れた半導体分布ブラッグ反射器、
及びこれを反射鏡ミラーとした、特性の優れた面発光レ
ーザ素子を得ることは難しい。
Therefore, according to the prior art, in this wavelength band, a semiconductor distributed Bragg reflector excellent in both electrical characteristics (low electrical resistance) and optical characteristics (high reflectance),
Also, it is difficult to obtain a surface-emitting laser device having excellent characteristics, which uses this as a reflecting mirror.

【0013】本発明は、電気抵抗が低く、かつ、反射率
の高い1.1μmよりも長波帯の分布ブラッグ反射器お
よび面発光レーザ素子および面発光レーザアレイおよび
光インターコネクションシステムおよび光通信システム
を提供することを目的としている。
The present invention provides a distributed Bragg reflector, a surface emitting laser element, a surface emitting laser array, an optical interconnection system, and an optical communication system, which have a low electric resistance and a high reflectance in a long wave band longer than 1.1 μm. It is intended to be provided.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、屈折率が大なる第1の半導
体層と屈折率が小なる第2の半導体層とが交互に積層さ
れ、屈折率が大なる第1の半導体層と屈折率が小なる第
2の半導体層との間に、第1の半導体層の屈折率と第2
の半導体層の屈折率との間の屈折率値をとる材料層が設
けられている分布ブラッグ反射器において、前記分布ブ
ラッグ反射器の設計反射波長は1.1μmよりも長波で
あり、前記材料層は厚さが5nm乃至50nmの範囲で
あることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is such that a first semiconductor layer having a large refractive index and a second semiconductor layer having a small refractive index are alternately arranged. Between the first semiconductor layer having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index that are stacked, the refractive index of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are
In the distributed Bragg reflector provided with a material layer having a refractive index value between that of the semiconductor layer and the refractive index of the semiconductor layer, the designed reflection wavelength of the distributed Bragg reflector is a long wave longer than 1.1 μm, Is characterized in that the thickness is in the range of 5 nm to 50 nm.

【0015】また、請求項2記載の発明は、屈折率が大
なる第1の半導体層と屈折率が小なる第2の半導体層と
が交互に積層され、屈折率が大なる第1の半導体層と屈
折率が小なる第2の半導体層との間に、第1の半導体層
の屈折率と第2の半導体層の屈折率との間の屈折率値を
とる材料層が設けられている分布ブラッグ反射器におい
て、前記分布ブラッグ反射器の設計反射波長は1.1μ
mよりも長波であり、前記材料層は厚さが20nm乃至
50nmの範囲であることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, the first semiconductor layer having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index are alternately laminated to form a first semiconductor layer having a large refractive index. A material layer having a refractive index value between the refractive index of the first semiconductor layer and the refractive index of the second semiconductor layer is provided between the layer and the second semiconductor layer having a small refractive index. In the distributed Bragg reflector, the design reflection wavelength of the distributed Bragg reflector is 1.1 μm.
The wavelength is longer than m, and the material layer has a thickness in the range of 20 nm to 50 nm.

【0016】また、請求項3記載の発明は、屈折率が大
なる第1の半導体層と屈折率が小なる第2の半導体層と
が交互に積層され、屈折率が大なる第1の半導体層と屈
折率が小なる第2の半導体層との間に、第1の半導体層
の屈折率と第2の半導体層の屈折率との間の屈折率値を
とる材料層が設けられている分布ブラッグ反射器におい
て、前記分布ブラッグ反射器の設計反射波長は1.1μ
mよりも長波であり、前記材料層は厚さが30nm乃至
50nmの範囲であることを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, the first semiconductor layer having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index are alternately laminated to form a first semiconductor having a large refractive index. A material layer having a refractive index value between the refractive index of the first semiconductor layer and the refractive index of the second semiconductor layer is provided between the layer and the second semiconductor layer having a small refractive index. In the distributed Bragg reflector, the design reflection wavelength of the distributed Bragg reflector is 1.1 μm.
The wavelength is longer than m, and the material layer has a thickness in the range of 30 nm to 50 nm.

【0017】また、請求項4記載の発明は、請求項2記
載の分布ブラッグ反射器において、分布ブラッグ反射器
を構成する屈折率が小なる第2の半導体層と屈折率が大
なる第1の半導体層は、AlAs,GaAs,またはA
lGaAs混晶で形成され、屈折率が大なる第1の半導
体層と屈折率が小なる第2の半導体層とのAl組成の差
が0.8未満であることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the invention, in the distributed Bragg reflector according to the second aspect, the first Bragg reflector having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index constituting the distributed Bragg reflector are provided. The semiconductor layer is AlAs, GaAs, or A
It is characterized in that the difference in Al composition between the first semiconductor layer having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index, which is formed of 1GaAs mixed crystal, is less than 0.8.

【0018】また、請求項5記載の発明は、請求項3記
載の分布ブラッグ反射器において、分布ブラッグ反射器
を構成する屈折率が小なる第2の半導体層と屈折率が大
なる第1の半導体層は、AlAs,GaAs,またはA
lGaAs混晶で形成され、屈折率が大なる第1の半導
体層と屈折率が小なる第2の半導体層とのAl組成の差
が0.8以上である事を特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, in the distributed Bragg reflector according to the third aspect, the first semiconductor layer has a second semiconductor layer having a small refractive index and the first semiconductor layer having a large refractive index. The semiconductor layer is AlAs, GaAs, or A
It is characterized in that the difference in Al composition between the first semiconductor layer having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index, which is formed of 1GaAs mixed crystal, is 0.8 or more.

【0019】また、請求項6記載の発明は、屈折率が大
なる第1の半導体層と屈折率が小なる第2の半導体層と
が交互に積層され、屈折率が大なる第1の半導体層と屈
折率が小なる第2の半導体層との間に、第1の半導体層
の屈折率と第2の半導体層の屈折率との間の屈折率値を
とる材料層が設けられている分布ブラッグ反射器におい
て、前記分布ブラッグ反射器の設計反射波長は1.1μ
mよりも長波であり、前記材料層は、厚さが、分布ブラ
ッグ反射器の設計反射波長λ[μm]に対して、(50
λ−15)[nm]以下であることを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, the first semiconductor layer having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index are alternately laminated to form a first semiconductor layer having a large refractive index. A material layer having a refractive index value between the refractive index of the first semiconductor layer and the refractive index of the second semiconductor layer is provided between the layer and the second semiconductor layer having a small refractive index. In the distributed Bragg reflector, the design reflection wavelength of the distributed Bragg reflector is 1.1 μm.
The wavelength is longer than m, and the material layer has a thickness of (50) with respect to the design reflection wavelength λ [μm] of the distributed Bragg reflector.
λ−15) [nm] or less.

【0020】また、請求項7記載の発明は、請求項6記
載の分布ブラッグ反射器において、材料層は、厚さが2
0nm以上であることを特徴としている。
According to a seventh aspect of the invention, in the distributed Bragg reflector according to the sixth aspect, the material layer has a thickness of 2
It is characterized by being 0 nm or more.

【0021】また、請求項8記載の発明は、請求項6記
載の分布ブラッグ反射器において、材料層は、厚さが3
0nm以上であることを特徴としている。
The invention according to claim 8 is the distributed Bragg reflector according to claim 6, wherein the material layer has a thickness of 3
It is characterized by being 0 nm or more.

【0022】また、請求項9記載の発明は、活性層と、
共振器ミラーとを有する面発光レーザ素子において、共
振器ミラーには請求項1乃至請求項8のいずれか一項に
記載の分布ブラッグ反射器が用いられることを特徴とし
ている。
The invention according to claim 9 includes an active layer,
In a surface emitting laser device having a resonator mirror, the distributed Bragg reflector according to any one of claims 1 to 8 is used as the resonator mirror.

【0023】また、請求項10記載の発明は、請求項9
記載の面発光レーザ素子において、活性層の材料がGa
NAs,GaInAs,GaInNAs,GaAsS
b,GaInAsSb,GaInNAsSbのいずれか
であることを特徴としている。
The invention according to claim 10 is the same as that of claim 9.
In the surface emitting laser device described above, the material of the active layer is Ga.
NAs, GaInAs, GaInNAs, GaAsS
b, GaInAsSb, or GaInNAsSb.

【0024】また、請求項11記載の発明は、請求項9
または請求項10記載の面発光レーザ素子が複数個配列
されて構成されていることを特徴とする面発光レーザア
レイである。
The invention described in claim 11 is the same as that of claim 9.
Alternatively, a surface emitting laser array comprising a plurality of surface emitting laser elements according to claim 10 is arranged.

【0025】また、請求項12記載の発明は、請求項9
または請求項10の面発光レーザ素子、または、請求項
11記載の面発光レーザアレイを用いたことを特徴とす
る光インターコネクションシステムである。
The invention according to claim 12 is the invention according to claim 9.
An optical interconnection system using the surface emitting laser element according to claim 10 or the surface emitting laser array according to claim 11.

【0026】また、請求項13記載の発明は、請求項9
または請求項10の面発光レーザ素子、または、請求項
11記載の面発光レーザアレイを用いたことを特徴とす
る光通信システムである。
The invention according to claim 13 is the same as the invention according to claim 9.
An optical communication system using the surface emitting laser element according to claim 10 or the surface emitting laser array according to claim 11.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0028】第1の実施形態 本発明の第1の実施形態の分布ブラッグ反射器(DB
R)は、屈折率が大なる第1の半導体層と屈折率が小な
る第2の半導体層とが交互に積層され、屈折率が大なる
第1の半導体層と屈折率が小なる第2の半導体層との間
に、第1の半導体層の屈折率と第2の半導体層の屈折率
との間の屈折率値をとる材料層が設けられているもので
あって、この分布ブラッグ反射器の設計反射波長は1.
1μmよりも長波であり、前記材料層は厚さが5nm乃
至50nmの範囲であることを特徴としている。
First Embodiment A distributed Bragg reflector (DB) according to the first embodiment of the present invention.
In R), the first semiconductor layer having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index are alternately laminated, and the first semiconductor layer having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index are formed. And a material layer having a refractive index value between the refractive index of the first semiconductor layer and the refractive index of the second semiconductor layer, the distributed Bragg reflection. The design reflection wavelength of the vessel is 1.
The wavelength is longer than 1 μm, and the material layer has a thickness in the range of 5 nm to 50 nm.

【0029】ここで、設計反射波長は、次のように定義
される。すなわち、図1には、一例として、AlAs/
GaAsの24ペアの積層によるDBRの反射スペクト
ルが示されている。ここで、AlAs層,GaAs層の
厚さは、それぞれ、93.8nm,79.3nmであ
り、1.1μmの1/4nの厚さに相当している。な
お、nは波長1.1μmにおけるGaAs層,AlAs
層のそれぞれの屈折率である。このように、DBRの各
層の厚さをある波長λの1/4nとすると、波長λ付近
で最も広帯域に高い反射率を得ることができる。本発明
では、このλを設計反射波長と呼ぶ。
Here, the design reflection wavelength is defined as follows. That is, in FIG. 1, as an example, AlAs /
The DBR reflection spectrum is shown for a stack of 24 pairs of GaAs. Here, the thickness of the AlAs layer and the thickness of the GaAs layer are 93.8 nm and 79.3 nm, respectively, which corresponds to a thickness of 1 / 4n of 1.1 μm. Note that n is a GaAs layer or AlAs at a wavelength of 1.1 μm.
The refractive index of each of the layers. As described above, when the thickness of each layer of the DBR is set to 1 / 4n of a certain wavelength λ, the highest reflectance can be obtained in the widest band in the vicinity of the wavelength λ. In the present invention, this λ is called the design reflection wavelength.

【0030】この第1の実施形態において、上記材料層
は、反射率を高く保ったまま、設計反射波長が1.1μ
mよりも長波の分布ブラッグ反射器の抵抗を効果的に低
減する機能を有している。
In the first embodiment, the material layer has a design reflection wavelength of 1.1 μm while maintaining a high reflectance.
It has a function of effectively reducing the resistance of the distributed Bragg reflector having a wavelength longer than m.

【0031】図2,図3は本発明の第1の実施形態の分
布ブラッグ反射器(DBR)の一例を示す図である。図
2,図3の例では、分布ブラッグ反射器(DBR)は、
屈折率が大なる第1の半導体層1としてGaAs層が用
いられ、また、屈折率が小なる第2の半導体層2として
AlAsが用いられ、材料層3として組成傾斜層(例え
ば、厚さが30nm)が用いられ、AlAs層,組成傾
斜層,GaAs層が周期的に繰り返し積層されて構成さ
れている。具体的に、図2,図3の例では、組成傾斜層
としてAlGaAsが用いられ、組成傾斜層は線形組成
傾斜層として形成されている。
2 and 3 are views showing an example of the distributed Bragg reflector (DBR) according to the first embodiment of the present invention. In the example of FIGS. 2 and 3, the distributed Bragg reflector (DBR) is
A GaAs layer is used as the first semiconductor layer 1 having a large refractive index, AlAs is used as the second semiconductor layer 2 having a small refractive index, and a composition gradient layer (for example, having a thickness of 30 nm) is used, and an AlAs layer, a composition gradient layer, and a GaAs layer are cyclically and repeatedly laminated. Specifically, in the examples of FIGS. 2 and 3, AlGaAs is used as the composition gradient layer, and the composition gradient layer is formed as a linear composition gradient layer.

【0032】図2,図3の構成において、DBRの設計
反射波長(λ)は1.3μmであり、波長1.3μmに
対するAlAs層2、GaAs層1のλ/4n、厚さは
それぞれ、111.6nm、95.2nmである。ここ
で、nは、波長1.3μmに対する、夫々の半導体層の
屈折率である。図2,図3のDBRは、上記の厚さか
ら、上述の線形組成傾斜層3(厚さが30nm)の光学
長に相当する分の各半導体層の光学長を減じるように厚
さを調整している。また、夫々の半導体層は、AlAs
層2が2E18cm-3、GaAs層1が1E18c
-3、線形組成傾斜層3が2E18cm-3となるよう
に、p型ドーピングが行われている。
In the structure shown in FIGS. 2 and 3, the designed reflection wavelength (λ) of the DBR is 1.3 μm, and the AlAs layer 2 and the GaAs layer 1 each have a wavelength of λ / 4n and a thickness of 111 μm. They are 0.6 nm and 95.2 nm. Here, n is the refractive index of each semiconductor layer with respect to the wavelength of 1.3 μm. The DBRs of FIGS. 2 and 3 are adjusted in thickness such that the optical length of each semiconductor layer corresponding to the optical length of the linear composition gradient layer 3 (thickness is 30 nm) is subtracted from the above thickness. is doing. In addition, each semiconductor layer is made of AlAs.
Layer 2 is 2E18 cm -3 , GaAs layer 1 is 1E18c
The p-type doping is performed so that m −3 and the linear composition gradient layer 3 become 2E18 cm −3 .

【0033】図2,図3の分布ブラッグ反射器の抵抗値
は、略バルク抵抗値程度まで低くされており、非常に低
い値であり、設計反射波長が1.3μmと従来の0.8
5μm帯の分布ブラッグ反射器に比べ長波であるので、
DBRを構成する層の厚さが厚く、線形組成傾斜層によ
る反射率の低減の影響は少なく、光学特性は良好であっ
た。以上のように、従来に比べて低抵抗で高反射率な分
布ブラッグ反射器を得ることができた。ここで、材料層
3として、線形組成傾斜層を用いたが、材料層3として
は、この他にも非線形に変化させたものであっても良い
し、また、組成が少しづつ異なる複数の層によって構成
されたものであっても良い。
The resistance values of the distributed Bragg reflectors of FIGS. 2 and 3 are as low as about the bulk resistance value, which is a very low value, and the design reflection wavelength is 1.3 μm, which is 0.8 compared with the conventional value.
Since it has a longer wave than the distributed Bragg reflector in the 5 μm band,
The thickness of the layer forming the DBR was large, the influence of the reduction in reflectance due to the linear composition gradient layer was small, and the optical characteristics were good. As described above, it was possible to obtain a distributed Bragg reflector having a lower resistance and a higher reflectance than the conventional one. Here, a linear composition gradient layer is used as the material layer 3, but the material layer 3 may be a non-linearly changed material, or a plurality of layers having slightly different compositions. It may be configured by.

【0034】本発明の第1の実施形態では、DBRの設
定反射波長を1.1μm帯以上と、従来の0.85μm
帯、0.98μm帯に比べて長波に設定し、材料層の厚
さを5nm乃至50nmの範囲としている。
In the first embodiment of the present invention, the set reflection wavelength of the DBR is 1.1 μm band or more, which is 0.85 μm compared with the conventional one.
The band is set to have a longer wave than the band of 0.98 μm, and the thickness of the material layer is set to a range of 5 nm to 50 nm.

【0035】例えば、反射波長を1.3μmと長波にす
ると、DBRを構成する各層(第1の半導体層1,第2
の半導体層2)の厚さは従来の0.85μm帯に比べて
約1.5倍程度厚くなり、材料層3の厚さの占める相対
的な割合を小さくできる。また、反射波長を1.5μm
帯等のように長波にするに従い、材料層3の厚さの占め
る相対的な割合をさらに小さくすることができる。この
ように、DBRを構成する各層(第1の半導体層1,第
2の半導体層2)の厚さは、波長に比例し、長波長化と
ともに厚くなるので、長波長帯では材料層3の影響は小
さくなり、反射率の低下等の影響を低減できる。
For example, if the reflection wavelength is set to 1.3 μm and a long wave is generated, each layer (first semiconductor layer 1, second semiconductor layer) constituting the DBR is formed.
The thickness of the semiconductor layer 2) is about 1.5 times thicker than that of the conventional 0.85 μm band, and the relative proportion of the thickness of the material layer 3 can be reduced. In addition, the reflection wavelength is 1.5 μm
As the wavelength becomes longer, such as a band, the relative proportion of the thickness of the material layer 3 can be further reduced. As described above, the thickness of each layer (first semiconductor layer 1 and second semiconductor layer 2) constituting the DBR is proportional to the wavelength and increases as the wavelength becomes longer. The influence is reduced, and the influence such as a decrease in reflectance can be reduced.

【0036】また、高抵抗化の原因はヘテロ界面の影響
によるものであるので、低抵抗化に必要な材料層3の厚
さは、波長帯に依らず、用いる材料系によって決まって
いるので、0.85μm帯であっても、また、1.1μ
mよりも長波長帯域であっても、電気抵抗値をバルク抵
抗値程度までに低減するのに必要な材料層の厚さは同じ
であり、反射波長が長くなった分、材料層3に許容され
る厚さは厚くなる。このように、従来と同じ厚さの材料
層3を設ける場合には、反射率の低下は小さくなり、ま
た、従来と同量の反射率値の低下を許容する場合には、
電気抵抗を十分低くすることができる。
Further, since the cause of the high resistance is due to the influence of the hetero interface, the thickness of the material layer 3 required for the low resistance is determined by the material system used, not by the wavelength band. Even in the 0.85 μm band, 1.1 μ
Even in a wavelength range longer than m, the material layer thickness required to reduce the electric resistance value to about the bulk resistance value is the same, and the length of the reflection wavelength allows the material layer 3 to have an allowable amount. The thickness is increased. As described above, when the material layer 3 having the same thickness as that of the conventional case is provided, the decrease in the reflectance is small, and when the same amount of decrease in the reflectance value as the conventional case is allowed,
The electric resistance can be made sufficiently low.

【0037】また、材料層3の厚さが特に5nmから5
0nmの範囲では次のような効果を得ることができる。
図4には、例として、図3に示す線形組成傾斜層3に関
して、0.88μm帯と1.3μm帯のDBRの反射率
と材料層(線形組成傾斜層)3の厚さとの関係が示され
ている。
Further, the thickness of the material layer 3 is particularly 5 nm to 5 nm.
In the range of 0 nm, the following effects can be obtained.
As an example, FIG. 4 shows the relationship between the reflectance of the DBR in the 0.88 μm band and the 1.3 μm band and the thickness of the material layer (linear composition gradient layer) 3 with respect to the linear composition gradient layer 3 shown in FIG. Has been done.

【0038】なお、従来のDBRの設計反射波長を0.
88μmとしたのは、それぞれの帯域で同じDBRを構
成する材料層によって特性比較を行うためであり、Ga
Asは0.87μmよりも短波の光を吸収してしまうか
らである。図4では、屈折率が大の層にGaAs層を用
い、屈折率が小の層にAlAs層を用いている。
The designed reflection wavelength of the conventional DBR is set to 0.
The reason why the thickness is set to 88 μm is that characteristics are compared by the material layers forming the same DBR in each band.
This is because As absorbs light having a shorter wavelength than 0.87 μm. In FIG. 4, a GaAs layer is used for the layer having a large refractive index, and an AlAs layer is used for the layer having a small refractive index.

【0039】ここで、分布ブラッグ反射器の半導体材料
の例として、AlGaAs系半導体材料について示した
のは、特にこの材料系が分布ブラッグ反射器の材料とし
て次のような優れた性質を有しているからである。すな
わち、AlGaAs系半導体材料は、安価に且つ容易に
入手なGaAs基板上に略格子整合して結晶成長が可能
であり、他の半導体材料系に比べて優れた放熱性を有し
ている。また、混晶を形成する元になる2元材料のGa
AsとAlAsとの間の屈折率差が、例えば1.3μm
帯において0.5程度と大きく、他の半導体材料系に比
べて少ない積層ペア数で高い反射率を得ることができ
る。
Here, as an example of the semiconductor material of the distributed Bragg reflector, the AlGaAs type semiconductor material is shown. In particular, this material system has the following excellent properties as the material of the distributed Bragg reflector. Because there is. That is, the AlGaAs-based semiconductor material can be crystal-grown on a GaAs substrate that is inexpensive and easily available and is substantially lattice-matched, and has excellent heat dissipation properties as compared with other semiconductor material systems. In addition, Ga that is a binary material that forms a mixed crystal
The refractive index difference between As and AlAs is, for example, 1.3 μm
In the band, it is as large as about 0.5, and a high reflectance can be obtained with a smaller number of laminated pairs than other semiconductor material systems.

【0040】ここで、それぞれの波長帯で、反射率値が
99.9%を初めて超える積層ペア数は、0.88μm
帯が18ペア、1.3μm帯が23ペアであり、図4に
はこの前述のペア数を有した各波長帯に対するDBRの
組成傾斜層の厚さと反射率との関係が示されている。
Here, in each wavelength band, the number of laminated pairs in which the reflectance value exceeds 99.9% for the first time is 0.88 μm.
There are 18 pairs of bands and 23 pairs of 1.3 μm bands. FIG. 4 shows the relationship between the thickness of the composition gradient layer of the DBR and the reflectance for each wavelength band having the above-mentioned number of pairs.

【0041】なお、上述の例では、材料層3として、組
成がGaAsからAlAsへ線形に変化している線形組
成傾斜層を用いる場合を示したが、材料層3としては、
この他にも、組成の変化率が非線形であってもよく、ま
た連続的に変化させずに、組成を離散的に変化させた1
つ以上の層から構成されるものであっても良く、また、
これらの組み合わせであっても良い。
In the above example, the material layer 3 is a linear composition gradient layer whose composition changes linearly from GaAs to AlAs.
In addition to this, the rate of change of composition may be non-linear, and the composition is not changed continuously but discretely changed.
It may be composed of three or more layers, and
It may be a combination of these.

【0042】例えば、面発光レーザ素子の反射鏡として
DBRを用いる場合には、素子の低閾値電流化に高反射
率のDBRを用いることが重要であり、組成傾斜層よる
反射率の影響が少ないことが重要になる。
For example, when a DBR is used as a reflecting mirror of a surface emitting laser device, it is important to use a DBR having a high reflectance to reduce the threshold current of the device, and the influence of the reflectance due to the composition gradient layer is small. Is important.

【0043】また、次表(表1)は図4の反射率値を示
したものである。
The following table (Table 1) shows the reflectance values shown in FIG.

【0044】[0044]

【表1】 [Table 1]

【0045】このように、表1は図4の反射率値を示し
たものであるが、1.3μm帯では組成傾斜層3の厚さ
5nmまでは殆ど反射率の低下は見られない。しかし、
0.88μm帯では、組成傾斜層3の厚さ5nmから反
射率値の低下が見られ始めている。面発光レーザ素子は
共振器長が短く、ミラーによる反射損失の影響が非常に
大きいので、僅かな反射率値の低下であっても閾値電流
値に大きな影響を与える。
As described above, Table 1 shows the reflectance values shown in FIG. 4, but in the 1.3 μm band, there is almost no reduction in reflectance up to a thickness of 5 nm of the composition gradient layer 3. But,
In the 0.88 μm band, a decrease in the reflectance value is beginning to be seen from the thickness of the compositionally graded layer 3 of 5 nm. Since the surface emitting laser element has a short resonator length and the influence of reflection loss due to the mirror is very large, even a slight decrease in the reflectance value has a great influence on the threshold current value.

【0046】図5,図6は、図4の結果と同様の構造の
線形組成傾斜層を有する1.3μmの反射波長を持つA
lAs/GaAs DBRのゼロバイアス付近における
抵抗率(dV/dJ:電圧V[V]の電流密度J[A/
cm2]による微分)[Ωcm2]を示す図である。但
し、積層ペア数は4ペアである。なお、図5は対数表
示、図6は線形表示である。また、図5,図6におい
て、破線は、バンド不連続の影響を考慮しないでバルク
の抵抗値から見積もった結果を示している。DBRのp
型ドーピング密度はそれぞれの層に対し1E18[cm
-3]と一様とした。
FIGS. 5 and 6 show an A having a reflection wavelength of 1.3 μm with a linear composition gradient layer having a structure similar to the result of FIG.
Resistivity (dV / dJ: current density J [A / of voltage V [V] near the zero bias of 1As / GaAs DBR
Differential according cm 2]) is a diagram showing a [Ωcm 2]. However, the number of stacked pairs is four. 5 is a logarithmic display, and FIG. 6 is a linear display. Further, in FIGS. 5 and 6, the broken line shows the result estimated from the bulk resistance value without considering the influence of band discontinuity. DBR p
Type doping density is 1E18 [cm for each layer
-3 ].

【0047】図5では組成傾斜層3の厚さにより電気抵
抗率が低減していく様子が示されているが、1.3μm
帯では組成傾斜層3の相対的な割合が小さいので、表1
及び図5のように、組成傾斜層の厚さが5nmであれば
反射率へ殆ど影響を及ぼすことなく、電気抵抗を2桁程
度低減することが可能である。反射波長が更に長波の場
合は、より厚い組成傾斜層を設けることができるので、
反射率に影響を与えることなく低抵抗化を行うことがで
きる。しかし、これより薄い場合は図5のように低抵抗
化の効果が殆ど得られないので、組成傾斜層の厚さとし
ては不十分である。
FIG. 5 shows that the electrical resistivity decreases as the thickness of the compositionally graded layer 3 decreases.
Since the relative proportion of the compositionally graded layer 3 is small in the strip, Table 1
Further, as shown in FIG. 5, if the thickness of the compositionally graded layer is 5 nm, it is possible to reduce the electric resistance by about two digits with almost no influence on the reflectance. If the reflection wavelength is longer, a thicker composition gradient layer can be provided,
The resistance can be reduced without affecting the reflectance. However, if it is thinner than this, the effect of lowering the resistance as shown in FIG. 5 is hardly obtained, so that the thickness of the composition gradient layer is insufficient.

【0048】図5に示すように組成傾斜層を設けない分
布ブラッグ反射器(組成傾斜層の厚さが0nmの分布ブ
ラッグ反射器)では、抵抗率が1Ωcm2と非常に高抵
抗であり、現実的な問題として例えば面発光レーザ素子
の反射鏡ミラーとして用いた場合に、20ペア以上積層
した分布ブラッグ反射器を通し素子に通電させることは
困難である。また、通電させるためには非常に高い電圧
を必要とする。従って、このような分布ブラッグ反射器
を、面発光レーザ素子等の電流駆動光素子に応用するこ
とは困難である。しかしながら、上述のように5nmの
厚さの組成傾斜層を設けた場合には、組成傾斜層を設け
ない場合に比べて電気抵抗率を約2桁程度低減すること
が可能になる。これによって、素子の通電が容易にな
り、発振が可能となる。更に、通電に必要な電圧も低減
するので、素子の破壊,故障等の、信頼性に関する諸問
題も大きく改善する。更に表1の様に、反射率の低下は
殆ど無いので、低い閾値電流密度で発振を得ることが可
能となる。
As shown in FIG. 5, the distributed Bragg reflector having no compositionally graded layer (distributed Bragg reflector having a compositionally graded layer having a thickness of 0 nm) has a very high resistivity of 1 Ωcm 2 , which is a real problem. When used as a reflecting mirror of a surface emitting laser device, for example, it is difficult to energize the device through a distributed Bragg reflector having 20 pairs or more. In addition, a very high voltage is required to energize. Therefore, it is difficult to apply such a distributed Bragg reflector to a current drive optical device such as a surface emitting laser device. However, when the composition gradient layer having a thickness of 5 nm is provided as described above, it is possible to reduce the electrical resistivity by about two digits as compared with the case where the composition gradient layer is not provided. This facilitates energization of the element and enables oscillation. Furthermore, since the voltage required for energization is also reduced, various problems relating to reliability such as element breakdown and failure are greatly improved. Further, as shown in Table 1, since there is almost no decrease in reflectance, it is possible to obtain oscillation with a low threshold current density.

【0049】つまり、この5nmという厚さは、長波長
帯域で反射特性に影響を与えないで低抵抗化が行える組
成傾斜層厚さの下限と考えることができる。従って、材
料層3(本例では組成傾斜層)の厚さは5nm以上とす
ることが適切である。
That is, the thickness of 5 nm can be considered as the lower limit of the thickness of the compositionally graded layer which can reduce the resistance without affecting the reflection characteristics in the long wavelength band. Therefore, it is appropriate that the material layer 3 (composition gradient layer in this example) has a thickness of 5 nm or more.

【0050】更に、組成傾斜層の厚さを厚くするに従い
抵抗率は急激に低減し、これに伴って素子の動作電圧,
素子発熱が減少する。従って、発振を維持できる温度、
及び得られる出力は増加する。
Furthermore, as the thickness of the compositionally graded layer is increased, the resistivity sharply decreases, and along with this, the operating voltage of the device,
Element heat generation is reduced. Therefore, the temperature at which oscillation can be maintained,
And the resulting output increases.

【0051】例えば、99.8%を反射率の許容値とす
る場合、図4のように0.88μm帯で設けることので
きる組成傾斜層の厚さは20nmに限られるのに対し、
1.3μm帯では組成傾斜層の厚さを50nmの厚さに
することができる。また、図5のように電気抵抗値は厚
さ50nmまでは効果的に低抵抗化するものの、50n
mでバルク抵抗値の1.05倍程度となり、これ以上の
厚さでは飽和傾向を示しはじめる。しかし、反射率は組
成傾斜層の厚さが増すに従い急激に低下を始め、50n
m以上で99.8%以下にまで低下してしまうので、こ
れら両方の特性を同時に良好に満たす組成傾斜層の厚さ
の範囲として、50nm以内が実用上の意味を持つ厚さ
と考えられる。
For example, when the permittivity of the reflectance is set to 99.8%, the thickness of the compositionally graded layer which can be provided in the 0.88 μm band is limited to 20 nm as shown in FIG.
In the 1.3 μm band, the compositionally graded layer can have a thickness of 50 nm. Further, as shown in FIG. 5, the electric resistance value is effectively reduced to 50 nm up to a thickness of 50 nm.
At m, it becomes about 1.05 times the bulk resistance value, and when the thickness exceeds this value, a saturation tendency begins to be exhibited. However, the reflectance starts to decrease rapidly as the thickness of the compositionally graded layer increases,
Since it decreases to 99.8% or less when m or more, it is considered that the range of thickness of the compositionally graded layer that satisfies both of these characteristics at the same time is 50 nm or less as a thickness having a practical meaning.

【0052】この反射率の減少の様子を詳しく示したの
が図7である。図7は組成傾斜層の厚さtに対する反射
率Rの変化(|dR/dt|)を示した図である。図7
に示した接線と比較すると、組成傾斜層の厚さが50n
m以上から急激に反射率の変化が大きくなる様子が分か
る。素子の発振閾値電流はこれに対応して急激に増加し
始める。
FIG. 7 shows in detail how the reflectance is reduced. FIG. 7 is a diagram showing a change (| dR / dt |) in the reflectance R with respect to the thickness t of the composition gradient layer. Figure 7
Compared with the tangent line shown in FIG.
It can be seen that the change in reflectance rapidly increases from m or more. The oscillation threshold current of the device starts to increase correspondingly.

【0053】以上のように、例えば、5nm以上、50
nm以下の厚さの組成傾斜層を設けた設計反射波長1.
3μmの分布ブラッグ反射器では、ヘテロ界面の影響に
よる抵抗を有効に低減することが可能であり、また、高
い反射率を同時に得ることができる。これを用いた面発
光レーザ素子では、現実的な駆動条件において、容易に
低閾値電流での発振を得ることが可能である。
As described above, for example, 5 nm or more, 50
Design reflection wavelength provided with a composition gradient layer having a thickness of nm or less
In the distributed Bragg reflector of 3 μm, it is possible to effectively reduce the resistance due to the effect of the hetero interface, and it is possible to obtain a high reflectance at the same time. In a surface emitting laser device using this, it is possible to easily obtain oscillation with a low threshold current under realistic driving conditions.

【0054】また、例えば、面発光レーザの高出力化に
は、光出力側のミラー反射率を小さく設定し、光出力を
得やすく設計する必要がある。また、高出力(高注入領
域)まで、安定に発振させるためには、素子発熱を抑え
て、熱による出力飽和点を高く設定する必要がある。5
0nmのように比較的厚い材料層3(本例では、組成傾
斜層)を設けたDBRは、これらの条件を満たしている
ので、高出力用途などに適している。
Further, for example, in order to increase the output of the surface emitting laser, it is necessary to set the mirror reflectance on the light output side to a small value and design it so that the light output can be easily obtained. Further, in order to stably oscillate up to a high output (high injection region), it is necessary to suppress element heat generation and set a high output saturation point due to heat. 5
The DBR provided with the material layer 3 (composition gradient layer in this example) having a relatively large thickness of 0 nm satisfies these conditions and is therefore suitable for high output applications.

【0055】この第1の実施形態では、材料層3の厚さ
を5nm〜50nmの範囲で、目的に応じ、適切に選ぶ
ことで、反射特性,電気特性がそれぞれ優れたDBRを
得ることができる。
In the first embodiment, the thickness of the material layer 3 is appropriately selected in the range of 5 nm to 50 nm according to the purpose, and a DBR having excellent reflection characteristics and electric characteristics can be obtained. .

【0056】なお、上述の例(図2,図3の例)では、
屈折率が小である第2の半導体層2をAlAs層、屈折
率が大である第1の半導体層1をGaAs層としたが、
AlGaAs系材料ではAl組成増加に伴って、屈折率
が小さくなる。従って、Al組成の異なる2種のAlG
aAs層によってDBRを構成することができるので、
上述の例の他にも、一方、又は両方の層にAlGaAs
混晶を用いたDBRに本発明を適用しても良い。しか
し、DBRを構成する2種の層の屈折率差が大きい程、
少ない積層ペア数で高いの反射率を得ることができるの
で、反射特性的には2種の層のAl組成の違いが大きい
ことが望ましい。図2,図3の例の構造は、AlAsと
GaAsによる最も屈折率差が大きくなる組み合わせを
示したものである。このようなAl組成の違いが大きな
組み合わせでは、ヘテロスパイクの原因となる価電子帯
バンド不連続量も大きくなるので、良好な反射特性が得
られる反面、より高抵抗化し易しいという問題がある。
つまり、前述した課題が最も深刻になる組み合わせであ
る。このような場合に、屈折率値が小と大の中間の値を
とる材料層を設けることが特に重要となるが、特にこの
場合は価電子帯バンド不連続量が大きいので、低抵抗化
には十分な厚さの前記小と大の中間の値をとる材料層を
設けることが必要となる。しかし、従来の0.85μm
帯等のDBRではこれが困難であった。これに対し、本
発明の分布ブラッグ反射器では、図2,図3のような材
料を用いた場合でも、高い反射率と低い抵抗値とを同時
に得ることができる。
In the above example (examples of FIGS. 2 and 3),
The second semiconductor layer 2 having a small refractive index was an AlAs layer, and the first semiconductor layer 1 having a large refractive index was a GaAs layer.
In the AlGaAs material, the refractive index becomes smaller as the Al composition increases. Therefore, two kinds of AlG having different Al compositions
Since the DBR can be configured by the aAs layer,
In addition to the above examples, AlGaAs may be used on one or both layers.
The present invention may be applied to DBR using a mixed crystal. However, the greater the difference in refractive index between the two layers that make up the DBR,
Since a high reflectance can be obtained with a small number of laminated pairs, it is desirable that the difference in Al composition between the two types of layers is large in terms of reflection characteristics. The structures of the examples of FIGS. 2 and 3 show combinations in which the difference in refractive index between AlAs and GaAs is the largest. In such a combination having a large difference in Al composition, the amount of discontinuity in the valence band that causes a hetero spike also becomes large, so that good reflection characteristics can be obtained, but there is a problem that the resistance is easily increased.
In other words, it is a combination in which the above-mentioned problems are most serious. In such a case, it is particularly important to provide a material layer having a refractive index value intermediate between a small value and a large value. In this case, in particular, since the valence band discontinuity is large, it is possible to reduce the resistance. It is necessary to provide a material layer having a sufficient thickness between the small and large values. However, the conventional 0.85 μm
This was difficult for a DBR such as an obi. On the other hand, in the distributed Bragg reflector of the present invention, it is possible to obtain a high reflectance and a low resistance value at the same time even when the materials shown in FIGS. 2 and 3 are used.

【0057】第2の実施形態 本発明の第2の実施形態の分布ブラッグ反射器(DB
R)は、屈折率が大なる第1の半導体層と屈折率が小な
る第2の半導体層とが交互に積層され、屈折率が大なる
第1の半導体層と屈折率が小なる第2の半導体層との間
に、第1の半導体層の屈折率と第2の半導体層の屈折率
との間の屈折率値をとる材料層が設けられている分布ブ
ラッグ反射器において、前記分布ブラッグ反射器の設計
反射波長は1.1μmよりも長波であり、前記材料層は
厚さが20nm乃至50nmの範囲であることを特徴と
している。
Second Embodiment A distributed Bragg reflector (DB) according to a second embodiment of the present invention.
In R), the first semiconductor layer having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index are alternately laminated, and the first semiconductor layer having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index are formed. In the distributed Bragg reflector, a material layer having a refractive index value between the refractive index of the first semiconductor layer and the refractive index of the second semiconductor layer is provided between the distributed Bragg reflector. The design reflection wavelength of the reflector is longer than 1.1 μm, and the material layer is characterized by having a thickness in the range of 20 nm to 50 nm.

【0058】この第2の実施形態においても、材料層
は、反射率を高く保ったまま、設計反射波長が1.1μ
mよりも長波の分布ブラッグ反射器の電気抵抗を効果的
に低減する機能を有している。
Also in this second embodiment, the material layer has a design reflection wavelength of 1.1 μm while keeping the reflectance high.
It has a function of effectively reducing the electric resistance of the distributed Bragg reflector having a wavelength longer than m.

【0059】この第2の実施形態では、設計反射波長が
1.1μm以上の長波長帯DBRの組成傾斜層の厚さ
を、20nmから50nmとしている。ここで、再び、
図5を詳細に見ると、抵抗率は初め組成傾斜層の厚さの
増加と伴に急激に低減し、やがてバルクの抵抗率に次第
に漸近していく様子が分かる。図5のDBRでは抵抗率
の減少が飽和し始める組成傾斜層の厚さは約20nmで
ある。組成傾斜層の厚さが20nmの場合の抵抗率はバ
ルク抵抗値の凡そ倍程度と非常に低減されている。従っ
て、このように組成傾斜層の厚さを20nm以上、50
nm以下の範囲とすることによって、ほぼバルク程度に
抵抗率が低減されたDBRを得ることができる。
In the second embodiment, the composition gradient layer of the long wavelength band DBR having a design reflection wavelength of 1.1 μm or more has a thickness of 20 nm to 50 nm. Where again
It can be seen from a detailed view of FIG. 5 that the resistivity first sharply decreases with an increase in the thickness of the compositionally graded layer and then gradually approaches the bulk resistivity. In the DBR of FIG. 5, the thickness of the compositionally graded layer where the decrease in resistivity begins to saturate is about 20 nm. When the thickness of the compositionally graded layer is 20 nm, the resistivity is extremely low, which is about double the bulk resistance value. Therefore, as described above, the composition gradient layer having a thickness of 20 nm or more and 50
By setting the thickness in the range of nm or less, it is possible to obtain a DBR whose resistivity is reduced to approximately the bulk.

【0060】第3の実施形態 本発明の第3の実施形態の分布ブラッグ反射器(DB
R)は、屈折率が大なる第1の半導体層と屈折率が小な
る第2の半導体層とが交互に積層され、屈折率が大なる
第1の半導体層と屈折率が小なる第2の半導体層との間
に、第1の半導体層の屈折率と第2の半導体層の屈折率
との間の屈折率値をとる材料層が設けられている分布ブ
ラッグ反射器において、前記分布ブラッグ反射器の設計
反射波長は1.1μmよりも長波であり、前記材料層は
厚さが30nm乃至50nmの範囲であることを特徴と
している。
Third Embodiment A distributed Bragg reflector (DB) according to a third embodiment of the present invention.
In R), the first semiconductor layer having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index are alternately laminated, and the first semiconductor layer having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index are formed. In the distributed Bragg reflector, a material layer having a refractive index value between the refractive index of the first semiconductor layer and the refractive index of the second semiconductor layer is provided between the distributed Bragg reflector. The design reflection wavelength of the reflector is longer than 1.1 μm, and the material layer has a thickness in the range of 30 nm to 50 nm.

【0061】この第3の実施形態においても、材料層
は、反射率を高く保ったまま、設計反射波長が1.1μ
mよりも長波の分布ブラッグ反射器の電気抵抗を効果的
に低減する機能を有している。
Also in the third embodiment, the material layer has a design reflection wavelength of 1.1 μm while keeping the reflectance high.
It has a function of effectively reducing the electric resistance of the distributed Bragg reflector having a wavelength longer than m.

【0062】図8,図9は本発明の第3の実施形態の分
布ブラッグ反射器(DBR)の一例を示す図である。図
8,図9の例では、分布ブラッグ反射器(DBR)は、
屈折率が大なる第1の半導体層1としてGaAs層が用
いられ、また、屈折率が小なる第2の半導体層2として
Al0.8Ga0.2As層が用いられ、また、材料層3とし
て組成傾斜層(例えば、厚さが30nm)が用いられ、
AlAs層,組成傾斜層,GaAs層が周期的に繰り返
し積層されて構成されている。具体的に、図8,図9の
例では、組成傾斜層は放物線形状組成傾斜層(例えばA
lGaAs放物線形状組成傾斜層)として形成されてい
る。
8 and 9 are views showing an example of a distributed Bragg reflector (DBR) according to the third embodiment of the present invention. In the example of FIGS. 8 and 9, the distributed Bragg reflector (DBR) is
A GaAs layer is used as the first semiconductor layer 1 having a large refractive index, an Al 0.8 Ga 0.2 As layer is used as a second semiconductor layer 2 having a small refractive index, and a composition gradient is used as the material layer 3. A layer (eg, 30 nm thick) is used,
An AlAs layer, a composition gradient layer, and a GaAs layer are periodically and repeatedly laminated. Specifically, in the examples of FIGS. 8 and 9, the composition gradient layer is a parabolic composition gradient layer (for example, A
1 GaAs parabolic composition gradient layer).

【0063】ここで、放物線形状組成傾斜層は、価電子
帯側エネルギーが禁則帯幅の広いAl0.8Ga0.2As層
に向けて、下に凸となるように設けられている。
Here, the parabolic composition gradient layer is provided so that the valence band side energy is convex downward toward the Al 0.8 Ga 0.2 As layer having a wide band gap.

【0064】図8,図9の構成において、DBRの設計
反射波長(λ)は1.5μmであり、波長1.5μmに
対するAl0.8Ga0.2As層、GaAs層のλ/4n、
厚さはそれぞれ、110.8nm、125.5nmであ
る。ここで、nは、波長1.5μmに対する、夫々の半
導体層の屈折率である。図8,図9のDBRは、上記の
厚さから、上述の放物線形状組成傾斜層3(厚さが50
nm)の光学長に相当する分の各半導体層の光学長を減
じるように厚さを調整している。また、ここで、低屈折
率層を例えばAl0.6Ga0.4As層とすると、後述の第
8の実施形態の例に相当するものとなる。この場合、
1.5μmに対するAl0.6Ga0.4As層のλ/4n厚
さは121.7nmである。
In the structures shown in FIGS. 8 and 9, the designed reflection wavelength (λ) of the DBR is 1.5 μm, and the Al 0.8 Ga 0.2 As layer and the GaAs layer have λ / 4n for a wavelength of 1.5 μm.
The thickness is 110.8 nm and 125.5 nm, respectively. Here, n is the refractive index of each semiconductor layer for a wavelength of 1.5 μm. The DBRs of FIGS. 8 and 9 have the above-mentioned thicknesses, and thus the above-mentioned parabolic composition gradient layer 3 (having a thickness of 50
The thickness is adjusted so as to reduce the optical length of each semiconductor layer corresponding to the optical length of (nm). Further, here, when the low refractive index layer is, for example, an Al 0.6 Ga 0.4 As layer, it corresponds to an example of an eighth embodiment described later. in this case,
The λ / 4n thickness of the Al 0.6 Ga 0.4 As layer for 1.5 μm is 121.7 nm.

【0065】また、半導体層はAl0.8Ga0.2As層、
GaAs層、放物線形状組成傾斜層のそれぞれが5E1
7cm-3となるように一様にp型ドーピングがなされて
いる。
The semiconductor layer is an Al 0.8 Ga 0.2 As layer,
5E1 for each of the GaAs layer and the parabolic composition gradient layer
The p-type doping is uniformly performed so as to be 7 cm −3 .

【0066】図8の分布ブラッグ反射器のドーピング密
度は5E17cm-3と従来の分布ブラッグ反射器と比べ
低い値としたが、50nmと従来に比べ厚い組成傾斜層
を設けたことにより、抵抗値は略バルクの値程度まで低
されており、低い値が得られた。また、ドーピング密度
を低く設定したことによって、価電子帯間による光吸収
も少なく、吸収損失の少ない分布ブラッグ反射器を得る
ことができる。また設計反射波長が1.5μmと従来の
0.85μm帯の分布ブラッグ反射器に比べ非常に長波
であるので、反射率を高く保ったまま容易に50nmと
非常に厚い放物線形状組成傾斜層を設けることができ
る。この結果、光学特性も良好なものとなる。以上のよ
うに、従来に比べて低抵抗で高反射率な分布ブラッグ反
射器を得ることができる。
The doping density of the distributed Bragg reflector shown in FIG. 8 is 5E17 cm -3, which is a lower value than that of the conventional distributed Bragg reflector, but the resistance value is 50 nm, which is thicker than that of the conventional distributed Bragg reflector. It was lowered to about the value of the bulk, and a low value was obtained. In addition, by setting the doping density low, it is possible to obtain a distributed Bragg reflector with less light absorption between valence bands and less absorption loss. Further, since the designed reflection wavelength is 1.5 μm, which is a much longer wave than the conventional distributed Bragg reflector in the 0.85 μm band, it is easy to provide a very thick parabolic composition gradient layer of 50 nm while keeping the reflectance high. be able to. As a result, the optical characteristics are also good. As described above, it is possible to obtain a distributed Bragg reflector having a lower resistance and a higher reflectance than the conventional one.

【0067】ここで、材料層3として、放物線形状組成
傾斜層を用いたが、材料層3としては、この他のもので
あっても良い。また、DBRの設計反射波長も、1.5
μm以外であっても良いし、低屈折率層のAl組成も他
の値であっても良い。また、各半導体層毎に異なったド
ーピング密度としても良い。
Here, the parabolic composition gradient layer is used as the material layer 3, but the material layer 3 may be another one. Also, the design reflection wavelength of the DBR is 1.5
It may be other than μm, and the Al composition of the low refractive index layer may be another value. Further, the doping density may be different for each semiconductor layer.

【0068】この第3の実施形態では、設計反射波長が
1.1μm以上の長波長帯DBRの組成傾斜層の厚さ
を、30nm乃至50nmとしている。図5のように組
成傾斜層の厚さを増していくと、DBRの抵抗率はある
厚さまで急激に低減する。この急激な抵抗率の減少が見
られる組成傾斜層の厚さは、DBRのドーピング密度に
も関係している。例えば、図10は図4のAlAs/G
aAs DBRにおいて、各層のドーピング濃度を7E
17cm-3とした場合の結果を示した図である。図10
のようにドーピング密度が低い場合には、急激に抵抗率
がバルク抵抗率程度までに低減する組成傾斜層の厚さが
30nm程度と厚くなっており、これ以上の厚さではバ
ルク抵抗率へと直線的に変化している。特に、p型DB
Rでは、自由キャリア吸収に加えて、価電子帯間の光吸
収により正孔密度(ドーピング密度)が高くなると光吸
収が増加し、レーザ素子等では発振閾値電流の増加等の
原因となるので、光学特性的にはキャリア密度が低い方
が好ましい。また、価電子帯間吸収は長波長の光に対し
て顕著となるので、特に1.1μm以上の波長帯では、
吸収損失を低く抑えることが重要である。更に、従来の
1E18cm-3を超えるドーピング密度を有した層を含
んだDBRでは、吸収損失を低減させることが難しい。
In the third embodiment, the thickness of the composition gradient layer in the long wavelength band DBR having a design reflection wavelength of 1.1 μm or more is set to 30 nm to 50 nm. When the thickness of the compositionally graded layer is increased as shown in FIG. 5, the resistivity of the DBR rapidly decreases to a certain thickness. The thickness of the compositionally graded layer in which this rapid decrease in resistivity is observed is also related to the DBR doping density. For example, FIG. 10 shows AlAs / G of FIG.
In aAs DBR, the doping concentration of each layer is 7E
It is a figure showing the result when it was set to 17 cm -3 . Figure 10
When the doping density is low, the composition gradient layer whose resistivity is rapidly reduced to about bulk resistivity is as thick as about 30 nm. It is changing linearly. Especially p-type DB
In R, in addition to free carrier absorption, light absorption increases when the hole density (doping density) increases due to light absorption between valence bands, which causes an increase in oscillation threshold current in a laser device or the like. In terms of optical characteristics, it is preferable that the carrier density is low. Further, since absorption between valence bands becomes remarkable for long wavelength light, especially in the wavelength band of 1.1 μm or more,
It is important to keep absorption losses low. Furthermore, it is difficult to reduce the absorption loss in the conventional DBR including the layer having the doping density exceeding 1E18 cm -3 .

【0069】このような理由から、DBRを構成する第
1の半導体層(屈折率が大)、及び第2の半導体層(屈
折率が小)、又は材料層(組成傾斜層)のいずれか、又
は全ての層のドーピング密度を、意図して低く(1E1
8cm-3以下)とする場合がある。しかし、このように
ドーピング密度を低減したDBRでは、空欠層の広がり
が大きくなることによりヘテロ界面の影響がより顕著と
なって、電気抵抗が増加する傾向にある。例えばこのよ
うな理由からドーピング密度をやや低めとした場合に、
ヘテロ界面の影響を緩和し抵抗値を低減するには、より
厚い組成傾斜層が必要であり、図10の結果を参照する
と、特に30nm以上の厚さからその効果が顕著に現れ
るものである。更にドーピング密度を低減した場合に
は、厚さのより厚い組成傾斜層が必要となるが、40n
m,50nm等の上記の範囲内の厚さを有した組成傾斜
層を設けることにより、ヘテロ界面の影響を効果的に低
減することが可能となる。また、DBRを構成する層を
AlAsの他にAlGaAs等とした場合にも同様のこ
とがいえる。
For this reason, either the first semiconductor layer (having a large refractive index) and the second semiconductor layer (having a small refractive index) or the material layer (composition gradient layer) constituting the DBR, Or, the doping density of all layers is intentionally lowered (1E1
8 cm -3 or less). However, in the DBR with the doping density reduced in this way, the spread of the depletion layer becomes large, so that the effect of the hetero interface becomes more remarkable and the electric resistance tends to increase. For example, if you set the doping density a little lower for this reason,
To alleviate the influence of the hetero interface and reduce the resistance value, a thicker composition gradient layer is necessary, and referring to the results of FIG. 10, the effect is particularly remarkable from the thickness of 30 nm or more. If the doping density is further reduced, a thicker composition gradient layer is required.
By providing the composition gradient layer having a thickness within the above range of m, 50 nm, etc., it becomes possible to effectively reduce the influence of the hetero interface. The same can be said when the layer forming the DBR is made of AlGaAs in addition to AlAs.

【0070】図11は、Al0.8Ga0.2As/GaAs
の4ペアDBRの抵抗値を図10と同様に計算した図で
ある。図11では、各層のドーピング密度を更に低く設
定し、5E17cm-3としているが、この場合も組成傾
斜層の厚さが30nm以上から抵抗率はバルク抵抗率と
同程度となることが分かる。例えば前述のような理由か
ら、DBRを構成する第1の半導体層(屈折率が大)、
及び第2の半導体層(屈折率が小)、又は材料層(組成
傾斜層)のいずれか、又は全ての層のドーピング密度を
従来に比べて小さく(1E18cm-3以下に)設定した
DBRでは、30nmの組成傾斜層の厚さが電気抵抗率
が飽和し始めるおよその境の厚さとなっている。従っ
て、DBRを構成する少なくとも一層のドーピング密度
が1E18cm-3以下であるような場合は、上述のよう
に、厚さが30nm乃至50nmの範囲の組成傾斜層を
用いることにより、抵抗値を効果的に低減することがで
きる。
FIG. 11 shows Al 0.8 Ga 0.2 As / GaAs.
11 is a diagram in which the resistance value of the 4-pair DBR is calculated in the same manner as in FIG. 10. In FIG. 11, the doping density of each layer is further set to 5E17 cm −3 , but in this case as well, it can be seen that the resistivity becomes approximately the same as the bulk resistivity when the compositionally graded layer has a thickness of 30 nm or more. For example, for the reasons described above, the first semiconductor layer (having a high refractive index) forming the DBR,
In the DBR in which the doping density of any one of the second semiconductor layer (having a small refractive index) or the material layer (gradient composition layer) or all layers is set smaller than that of the conventional one (1E18 cm −3 or less), The thickness of the compositionally graded layer of 30 nm is the thickness at the boundary where the electrical resistivity begins to saturate. Therefore, in the case where the doping density of at least one layer constituting the DBR is 1E18 cm −3 or less, the composition gradient layer having a thickness in the range of 30 nm to 50 nm is used to effectively increase the resistance value as described above. Can be reduced to

【0071】もちろん、組成傾斜層の厚さの上記範囲
は、ドーピング密度をこれよりも高くしたDBRにおい
ても効果的に低抵抗化できる厚さであり、DBRを含む
全ての層が1E18cm-3以上にドーピングされている
場合に用いられていても良い。しかし、特に、1E18
cm-3以下のドーピング密度、及び30nm乃至50n
mの組成傾斜層の厚さの範囲で、これらを適切に選択す
ることによって、吸収損失と電気抵抗との両方を同時に
低減させることが可能となる。
Of course, the above range of the thickness of the compositionally graded layer is a thickness that can effectively reduce the resistance even in a DBR having a higher doping density, and all layers including the DBR have a thickness of 1E18 cm -3 or more. It may be used when it is doped with. But especially 1E18
cm −3 or less doping density, and 30 nm to 50 n
By appropriately selecting these in the range of the thickness of the composition gradient layer of m, both the absorption loss and the electric resistance can be simultaneously reduced.

【0072】また、この第3の実施形態の分布ブラッグ
反射器を面発光レーザ素子の反射鏡ミラーとして用いる
ことによって、素子特性の優れた面発光レーザ素子を得
ることができる。また、前述のように、30nm乃至5
0nmという組成傾斜層の厚さは、従来の0.85μm
帯等において用いられるDBRでは設けることが困難で
あり、本発明の目的とする波長が1.1μm以上の長波
長帯におけるDBRにおいて、初めて光学的特性を低下
させることなく設けることが可能となるものである。
Further, by using the distributed Bragg reflector of the third embodiment as a reflector mirror of a surface emitting laser device, a surface emitting laser device having excellent device characteristics can be obtained. In addition, as described above, 30 nm to 5 nm
The thickness of the compositionally graded layer of 0 nm is 0.85 μm compared with the conventional one.
It is difficult to provide a DBR used in a band or the like, and it becomes possible to provide a DBR in the long wavelength band having a wavelength of 1.1 μm or more, which is the object of the present invention, for the first time without deteriorating optical characteristics. Is.

【0073】第4の実施形態 本発明の第4の実施形態の分布ブラッグ反射器は、請求
項2記載の分布ブラッグ反射器において、分布ブラッグ
反射器を構成する屈折率が小なる第2の半導体層と屈折
率が大なる第1の半導体層は、AlAs,GaAs,ま
たはAlGaAs混晶で形成され、屈折率が大なる第1
の半導体層と屈折率が小なる第2の半導体層とのAl組
成の差が0.8未満であることを特徴としている。
Fourth Embodiment A distributed Bragg reflector according to a fourth embodiment of the present invention is the distributed Bragg reflector according to claim 2, wherein the second semiconductor constituting the distributed Bragg reflector has a small refractive index. The first semiconductor layer having a large refractive index with the layer is formed of AlAs, GaAs, or AlGaAs mixed crystal, and the first semiconductor layer having a large refractive index is formed.
The difference in Al composition between the second semiconductor layer having a small refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index is less than 0.8.

【0074】この第4の実施形態では、AlGaAs系
半導体材料によって構成された分布ブラッグ反射器にお
いて、分布ブラッグ反射器を構成する半導体層のAl組
成の差が0.8未満であるような場合に、1.1μmよ
りも長波長帯に設計反射波長を有する半導体分布ブラッ
グ反射器の反射率を高く保ったまま、電気抵抗を効果的
に低減することができる。
In the fourth embodiment, in the distributed Bragg reflector made of the AlGaAs semiconductor material, when the difference in Al composition between the semiconductor layers constituting the distributed Bragg reflector is less than 0.8. , It is possible to effectively reduce the electric resistance while keeping the reflectance of the semiconductor distributed Bragg reflector having the designed reflection wavelength in the wavelength band longer than 1.1 μm high.

【0075】すなわち、AlGaAs混晶半導体は、A
l組成の増加に対し、価電子帯エネルギーが単調に減少
し、Al組成の大きなAlGaAs混晶ほどGaAs単
結晶とのバンド不連続が大きく、ヘテロ界面に大きなポ
テンシャル障壁を形成し高抵抗化の原因となる。また、
価電子帯エネルギーの減少は、Al組成に対し略比例し
ており、Al組成の異なる半導体層間のバンド不連続量
は、Al組成の差に対応している。
That is, the AlGaAs mixed crystal semiconductor is A
The valence band energy monotonously decreases with increasing l composition, and the band discontinuity with the GaAs single crystal increases as the AlGaAs mixed crystal with a larger Al composition forms a large potential barrier at the hetero interface, which causes the increase in resistance. Becomes Also,
The decrease in valence band energy is approximately proportional to the Al composition, and the amount of band discontinuity between semiconductor layers having different Al compositions corresponds to the difference in Al composition.

【0076】図12,図13は、1.3μmを設計反射
波長とした4ペアのp型分布ブラッグ反射器の電気抵抗
率を組成傾斜層の厚さを変えて示した図である。図1
2,図13において、分布ブラッグ反射器は、高屈折率
層をGaAsとし、低屈折率層をAlAs,Al0.8
0.2As,Al0.6Ga0.4Asとした3種のものにつ
いて示した。また、各半導体層の厚さは材料の屈折率に
応じて設計波長の1/4光学厚さになるようにしてい
る。また、半導体層のドーピング密度は、全ての層に対
し、図12で5E17cm-3、図13で1E18cm-3
と一様にしている。なお、1E18cm-3というドーピ
ング濃度は、p型DBRのドーピングに用いられている
典型的な値である。AlGaAs層のAl組成の大きな
分布ブラッグ反射器ほど、組成傾斜層の厚さの薄い領域
で抵抗率が高く、また、バルク程度に低抵抗化するのに
も厚い組成傾斜層が必要である。例えば、Al0.6Ga
0.4AsとGaAsとでは、価電子帯でのバンド不連続
が300meV程度であり、また、Al0.8Ga0.2As
とGaAsとでは、価電子帯のバンド不連続量が400
meV程度である。
12 and 13 are diagrams showing the electrical resistivity of four pairs of p-type distributed Bragg reflectors having a design reflection wavelength of 1.3 μm, with the thickness of the composition gradient layer being changed. Figure 1
2, in the distributed Bragg reflector, the high refractive index layer is GaAs, and the low refractive index layer is AlAs, Al 0.8 G.
The three types are shown as a 0.2 As and Al 0.6 Ga 0.4 As. Further, the thickness of each semiconductor layer is set to ¼ optical thickness of the design wavelength according to the refractive index of the material. Further, the doping density of the semiconductor layer, for all layers, 5E17 cm -3 in Figure 12, 1E18 cm -3 in Figure 13
And make it uniform. The doping concentration of 1E18 cm −3 is a typical value used for p-type DBR doping. A distributed Bragg reflector having a larger Al composition in the AlGaAs layer has a higher resistivity in a region where the composition gradient layer is thin, and a thick composition gradient layer is required to reduce the resistance to a bulk level. For example, Al 0.6 Ga
With 0.4 As and GaAs, the band discontinuity in the valence band is about 300 meV, and Al 0.8 Ga 0.2 As
And GaAs, the band discontinuity in the valence band is 400
It is about meV.

【0077】AlAsとGaAsからなる分布ブラッグ
反射器の場合に抵抗率を効果的に低減するのに必要な組
成傾斜層の厚さは、ドーピング密度による依存もある
が、図12,図13の結果を併せて考えると、20nm
以上の厚さの組成傾斜層を設ければ良いことが分かる。
このように分布ブラッグ反射器を構成する半導体材料の
バンド不連続に注目して見た場合に、バンド不連続量が
400meV未満、つまりAl組成差が0.8未満の場
合においては、組成傾斜層の厚さ20nm以上が効果的
に抵抗を低減できる厚さである。
In the case of the distributed Bragg reflector made of AlAs and GaAs, the thickness of the compositionally graded layer required to effectively reduce the resistivity depends on the doping density, but the results shown in FIGS. Considering together, 20 nm
It is understood that the composition gradient layer having the above thickness may be provided.
When attention is paid to the band discontinuity of the semiconductor material forming the distributed Bragg reflector as described above, when the band discontinuity amount is less than 400 meV, that is, the Al composition difference is less than 0.8, the composition gradient layer is formed. The thickness of 20 nm or more is the thickness that can effectively reduce the resistance.

【0078】また、実際には、バンド不連続による抵抗
の増加は、障壁の高さ,幅以外にも、キャリアである正
孔の有効質量にも依存するが、重い正孔の有効質量は、
通常分布ブラッグ反射器として用いられるAlGaA
s,AlGaInP,GaInAsP系材料間では、電
子等の有効質量ほどの大きな差は無く、バンド不連続量
がヘテロ界面の抵抗の目安と考えることができる。従っ
て、価電子帯のバンド不連続量が400meV未満、つ
まりAl組成差が0.8未満であるような場合には、厚
さ20nm以上の組成傾斜層を用いることによって、よ
り効果的に電気抵抗率を低減することが可能となる。
In addition, the increase in resistance due to band discontinuity actually depends not only on the height and width of the barrier but also on the effective mass of holes as carriers, but the effective mass of heavy holes is
AlGaA normally used as a distributed Bragg reflector
The s, AlGaInP, and GaInAsP-based materials do not differ as much as the effective mass of electrons and the like, and the amount of band discontinuity can be considered as a measure of the resistance of the hetero interface. Therefore, when the band discontinuity in the valence band is less than 400 meV, that is, the Al composition difference is less than 0.8, the compositional gradient layer having a thickness of 20 nm or more is used to more effectively achieve the electrical resistance. It is possible to reduce the rate.

【0079】また、組成傾斜層の上限の厚さについて
は、前述したように、分布ブラッグ反射器の設計反射波
長を考慮して、反射率の減少が顕著とならない範囲の厚
さに選ぶことによって、電気的,光学的に特性の優れた
分布ブラッグ反射器を得ることができる。
As described above, the upper limit thickness of the compositionally graded layer is selected by taking into consideration the design reflection wavelength of the distributed Bragg reflector and selecting a thickness in a range in which the decrease in reflectance is not remarkable. It is possible to obtain a distributed Bragg reflector having excellent electrical and optical characteristics.

【0080】第5の実施形態 本発明の第5の実施形態の分布ブラッグ反射器は、請求
項3記載の分布ブラッグ反射器において、分布ブラッグ
反射器を構成する屈折率が小なる第2の半導体層と屈折
率が大なる第1の半導体層は、AlAs,GaAs,ま
たはAlGaAs混晶で形成され、屈折率が大なる第1
の半導体層と屈折率が小なる第2の半導体層とのAl組
成の差が0.8以上であることを特徴としている。
Fifth Embodiment A distributed Bragg reflector according to a fifth embodiment of the present invention is the distributed Bragg reflector according to claim 3, wherein the second semiconductor constituting the distributed Bragg reflector has a small refractive index. The first semiconductor layer having a large refractive index with the layer is formed of AlAs, GaAs, or AlGaAs mixed crystal, and the first semiconductor layer having a large refractive index is formed.
The difference in Al composition between the semiconductor layer of No. 2 and the second semiconductor layer of which the refractive index is small is 0.8 or more.

【0081】この第5の実施形態では、AlGaAs系
半導体材料によって構成された分布ブラッグ反射器にお
いて、分布ブラッグ反射器を構成する半導体層のAl組
成の差が0.8以上であるような場合に、1.1μmよ
りも長波長帯に設計反射波長を有する半導体分布ブラッ
グ反射器の反射率を高く保ったまま、電気抵抗を効果的
に低減することができる。
In the fifth embodiment, in the distributed Bragg reflector made of an AlGaAs semiconductor material, when the difference in Al composition between the semiconductor layers constituting the distributed Bragg reflector is 0.8 or more. , It is possible to effectively reduce the electric resistance while keeping the reflectance of the semiconductor distributed Bragg reflector having the designed reflection wavelength in the wavelength band longer than 1.1 μm high.

【0082】すなわち、AlAsとGaAsでは価電子
帯のバンド不連続は500meV程度であり、AlAs
とGaAsからなる分布ブラッグ反射器の場合に抵抗率
を効果的に低減するのには、(ドーピング密度による依
存もあるが)更に厚い組成傾斜層が必要となる。図1
2,図13の結果を併せて考えた場合、30nm以上の
厚さの組成傾斜層を設ければ良いことが分かる。このよ
うに分布ブラッグ反射器を構成する半導体材料のバンド
不連続に注目して見た場合に、バンド不連続量が400
meV以上の場合には、組成傾斜層の厚さ30nm以上
が効果的に抵抗を低減できる厚さである。
That is, the band discontinuity in the valence band is about 500 meV between AlAs and GaAs.
In the case of a distributed Bragg reflector composed of GaAs and GaAs, a thicker composition gradient layer is required (depending on the doping density) to effectively reduce the resistivity. Figure 1
2, when considering the results of FIG. 13 together, it is understood that the composition gradient layer having a thickness of 30 nm or more should be provided. When attention is paid to the band discontinuity of the semiconductor material forming the distributed Bragg reflector, the amount of band discontinuity is 400
In the case of meV or more, the compositionally graded layer having a thickness of 30 nm or more is a thickness that can effectively reduce the resistance.

【0083】Al組成差と価電子帯バンド不連続量は、
前述の第4の実施形態において述べた関係があり、価電
子帯不連続量400meVは、Al組成差0.8以上に
対応する。従って、Al組成差が0.8以上であるよう
な場合には、組成傾斜層の厚さ30nm以上が効果的に
抵抗を低減できる厚さであり、この厚さの組成傾斜層を
設けることによって、効果的に電気抵抗率を低減するこ
とが可能となる。
The Al composition difference and the valence band band discontinuity are
There is the relationship described in the above fourth embodiment, and the valence band discontinuity amount of 400 meV corresponds to the Al composition difference of 0.8 or more. Therefore, when the Al composition difference is 0.8 or more, the thickness of the composition gradient layer of 30 nm or more is the thickness that can effectively reduce the resistance, and by providing the composition gradient layer of this thickness, It is possible to effectively reduce the electric resistivity.

【0084】また、組成傾斜層の上限の厚さについて
は、前述したように、分布ブラッグ反射器の設計反射波
長を考慮して、反射率の減少が顕著とならない範囲の厚
さに選ぶことにより、電気的,光学的に特性の優れた分
布ブラッグ反射器を得ることができる。
As to the upper limit thickness of the compositionally graded layer, as described above, considering the design reflection wavelength of the distributed Bragg reflector, the thickness is selected within the range in which the decrease in reflectance is not remarkable. It is possible to obtain a distributed Bragg reflector having excellent electrical and optical characteristics.

【0085】第6の実施形態 本発明の第6の実施形態の分布ブラッグ反射器は、屈折
率が大なる第1の半導体層と屈折率が小なる第2の半導
体層とが交互に積層され、屈折率が大なる第1の半導体
層と屈折率が小なる第2の半導体層との間に、第1の半
導体層の屈折率と第2の半導体層の屈折率との間の屈折
率値をとる材料層が設けられている分布ブラッグ反射器
において、前記分布ブラッグ反射器の設計反射波長は
1.1μmよりも長波であり、前記材料層は、厚さが、
分布ブラッグ反射器の設計反射波長λ[μm]に対し
て、(50λ−15)[nm]以下であることを特徴と
している。
Sixth Embodiment In a distributed Bragg reflector according to a sixth embodiment of the present invention, first semiconductor layers having a large refractive index and second semiconductor layers having a small refractive index are alternately laminated. A refractive index between the refractive index of the first semiconductor layer and the refractive index of the second semiconductor layer between the first semiconductor layer having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index. In the distributed Bragg reflector provided with a material layer that takes a value, the designed reflection wavelength of the distributed Bragg reflector is longer than 1.1 μm, and the material layer has a thickness of
The design reflection wavelength λ [μm] of the distributed Bragg reflector is (50λ−15) [nm] or less.

【0086】この第6の実施形態においても、材料層
は、反射率を高く保ったまま、設計反射波長が1.1μ
mよりも長波の分布ブラッグ反射器の抵抗を効果的に低
減する機能を有している。
Also in the sixth embodiment, the material layer has a design reflection wavelength of 1.1 μm while keeping the reflectance high.
It has a function of effectively reducing the resistance of the distributed Bragg reflector having a wavelength longer than m.

【0087】図14には、設計反射波長が1.1μm乃
至1.7μmの分布ブラッグ反射器について組成傾斜層
厚さと反射率の関係が示されている。分布ブラッグ反射
器は、高屈折率としてGaAsが用いられ、低屈折率層
としてAlAs層が用いられている。また、分布ブラッ
グ反射器のペア数は、夫々の波長において反射率が始め
て99.9%を超えるペア数としている。すなわち、
0.88μmでは18ペア、1.1μmでは22ペア、
1.3μmでは23ペア、1.5μmでは23ペア、
1.7μmでは24ペアである。また、図15には、図
14の反射率の組成傾斜層厚さに対する変化率(|dR
/dt|)が示されている。図14から、組成傾斜層の
厚さが厚くなるに従い、反射率が減少していく様子が分
かる。また、図15からは、反射率の減少率が、ある組
成傾斜層厚さから急激に増加する様子が分かる。図15
には、この様子を分かり易くするために、変化率の傾き
が更に直線で示されている。すなわち、図15中の直線
は、反射率が減少し始める厚さに対して変化率の接線を
引いたものである。例えば、設計反射波長1.3μmの
分布ブラッグ反射器に注目し図15を見れば、反射率の
変化率は組成傾斜層厚さ50nmから急激に大きくなる
ことが分かる。図14では、これに対応して、分布ブラ
ッグ反射器の反射率が急激に減少を始める。従って、例
えばこれを反射鏡とした面発光レーザ素子では、発振閾
値電流が急激に増加する。また、図15中に示すよう
に、この反射率の変化率が急激に増加する組成傾斜層の
厚さは、半導体分布ブラッグ反射器の設計波長帯によっ
て異なっている。つまり、より長波の設計反射波長の分
布ブラッグ反射器ほど、反射器を構成する各半導体層の
厚さが厚くなるので、同じ厚さの組成傾斜層に対しての
影響が少なくなる。
FIG. 14 shows the relationship between the composition gradient layer thickness and the reflectance for a distributed Bragg reflector having a design reflection wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm. The distributed Bragg reflector uses GaAs as a high refractive index and an AlAs layer as a low refractive index layer. Further, the number of pairs of the distributed Bragg reflector is set to the number of pairs in which the reflectance starts to exceed 99.9% at each wavelength. That is,
18 pairs at 0.88 μm, 22 pairs at 1.1 μm,
23 pairs at 1.3 μm, 23 pairs at 1.5 μm,
At 1.7 μm, there are 24 pairs. Further, FIG. 15 shows the change rate of the reflectance of FIG. 14 with respect to the composition gradient layer thickness (| dR
/ Dt |) is shown. It can be seen from FIG. 14 that the reflectance decreases as the thickness of the composition gradient layer increases. Further, it can be seen from FIG. 15 that the rate of decrease in reflectance rapidly increases from a certain composition gradient layer thickness. Figure 15
In order to make this situation easy to understand, the slope of the change rate is shown by a straight line. That is, the straight line in FIG. 15 is obtained by drawing a tangent line of the rate of change with respect to the thickness at which the reflectance starts to decrease. For example, focusing on a distributed Bragg reflector having a design reflection wavelength of 1.3 μm and looking at FIG. 15, it can be seen that the rate of change in reflectance rapidly increases from the composition gradient layer thickness of 50 nm. In FIG. 14, correspondingly, the reflectance of the distributed Bragg reflector begins to decrease sharply. Therefore, for example, in a surface emitting laser device using this as a reflecting mirror, the oscillation threshold current increases rapidly. Further, as shown in FIG. 15, the thickness of the compositionally graded layer in which the rate of change in reflectance rapidly increases differs depending on the design wavelength band of the semiconductor distributed Bragg reflector. That is, as the distributed Bragg reflector having the longer design reflection wavelength has a larger thickness of each semiconductor layer forming the reflector, the influence on the composition gradient layer having the same thickness is reduced.

【0088】このように、この変化率が急激に増加し始
める組成傾斜層の厚さ(閾厚さ)は分布ブラッグ反射器
の設計反射波長によって異なるが、急激に増加し始める
変化率の閾値は波長にあまり依存せず、図15中に示す
ように、およそ0.09程度であることが分かる。
As described above, the thickness (threshold thickness) of the compositionally graded layer at which the rate of change starts to increase rapidly depends on the design reflection wavelength of the distributed Bragg reflector. It can be seen that it does not depend on the wavelength so much, and is about 0.09 as shown in FIG.

【0089】また、図14に示した各波長に対して閾厚
さを示すと次表(表2)のようになる。
Further, the threshold thickness for each wavelength shown in FIG. 14 is shown in the following table (Table 2).

【0090】[0090]

【表2】 [Table 2]

【0091】表2から、設計反射波長と閾厚さとは、略
線形の関係にあり、表2から、閾厚さt[nm]と分布
ブラッグ反射器の設計反射波長λ[μm]との関係を求
めると、次式(数1)の関係があることが分かる。
From Table 2, there is a substantially linear relationship between the design reflection wavelength and the threshold thickness, and from Table 2, the relationship between the threshold thickness t [nm] and the design reflection wavelength λ [μm] of the distributed Bragg reflector. It can be seen that there is a relation of the following equation (Equation 1) when is obtained.

【0092】[0092]

【数1】t=50λ−15## EQU1 ## t = 50λ-15

【0093】従って、波長1.1μm以上の設計反射波
長λを有する分布ブラッグ反射器に対して、数1で決ま
る厚さt以下の厚さの材料層(組成傾斜層)を設けるこ
とにより、高い反射率を保った低抵抗な分布ブラッグ反
射器を得ることができる。なお、上述の例では、組成傾
斜層が線形組成傾斜層であるとしているが、組成傾斜層
としては、この他にも非線形なものを用いても良い。こ
の場合においても、同様な結果,効果を得ることができ
る。
Therefore, the distributed Bragg reflector having a design reflection wavelength λ of 1.1 μm or more is provided with a material layer (composition gradient layer) having a thickness of t or less determined by the formula 1 to increase the height. It is possible to obtain a distributed Bragg reflector having a low resistance and maintaining the reflectance. In the above example, the composition gradient layer is a linear composition gradient layer, but a non-linear composition gradient layer may be used as well. Even in this case, similar results and effects can be obtained.

【0094】第7の実施形態 本発明の第7の実施形態の分布ブラッグ反射器は、第6
の実施形態の分布ブラッグ反射器において、材料層の厚
さが20nm以上であることを特徴としている。
Seventh Embodiment A distributed Bragg reflector according to a seventh embodiment of the present invention is a sixth embodiment.
In the distributed Bragg reflector of the above embodiment, the material layer has a thickness of 20 nm or more.

【0095】この第7の実施形態の実施形態において
も、材料層は、反射率を高く保ったまま、設計反射波長
が1.1μmよりも長波の分布ブラッグ反射器の抵抗を
効果的に低減する機能を有している。
Also in the embodiment of the seventh embodiment, the material layer effectively reduces the resistance of the distributed Bragg reflector having a designed reflection wavelength longer than 1.1 μm while keeping the reflectance high. It has a function.

【0096】第6の実施形態において説明したように、
分布ブラッグ反射器の反射率を高く保つことができる組
成傾斜層と設計反射波長には数1の関係がある。
As described in the sixth embodiment,
The compositional gradient layer capable of keeping the reflectance of the distributed Bragg reflector high and the design reflection wavelength have a relationship of Mathematical formula 1.

【0097】電気的特性については、前述したように組
成傾斜層の厚さを厚くするほど、半導体へテロ界面の影
響を低減することが可能であり、より低抵抗な分布ブラ
ッグ反射器を得ることができる。また、組成傾斜層によ
る低抵抗化の効果は、分布ブラッグ反射器の材料と、ド
ーピング密度と、プロファイルとによって決まり、本質
的に反射波長帯域には依存しない。従って、低抵抗化の
効果が十分に得られる組成傾斜層には下限があり、十分
に低抵抗な分布ブラッグ反射器を得るためには、ある厚
さ以上の組成傾斜層を設ける必要がある。
Regarding the electrical characteristics, as described above, the thicker the composition gradient layer, the more the influence of the semiconductor hetero interface can be reduced, and a distributed Bragg reflector having a lower resistance can be obtained. You can Further, the effect of lowering the resistance by the compositionally graded layer is determined by the material of the distributed Bragg reflector, the doping density, and the profile, and is essentially independent of the reflection wavelength band. Therefore, there is a lower limit to the composition gradient layer that can sufficiently obtain the effect of lowering the resistance, and in order to obtain a distributed Bragg reflector having a sufficiently low resistance, it is necessary to provide the composition gradient layer having a certain thickness or more.

【0098】例えば、図13の1E18cm-3の密度に
一様にドープされた分布ブラッグ反射器では、組成傾斜
層の厚さが20nm未満では、分布ブラッグ反射器の抵
抗率はバルク抵抗率に対し桁違いに大きいが、20nm
以上からバルク抵抗率と同じオーダーにまで低減するこ
とが分かる。従って、上述のようなドーピング密度の場
合には、組成傾斜層の厚さを20nm以上とするのが電
気特性的に好ましい。従って、以上の結果から、分布ブ
ラッグ反射器の設計反射波長λ[μm]に対して、組成
傾斜層の厚さt[nm]を20≦t≦50λ−15の範
囲に選ぶことにより、電気的に十分に低抵抗で、光学的
にも高い反射率を保った特性の優れた分布ブラッグ反射
器を得ることができる。
For example, in the distributed Bragg reflector uniformly doped to the density of 1E18 cm -3 in FIG. 13, when the thickness of the composition gradient layer is less than 20 nm, the resistivity of the distributed Bragg reflector is different from the bulk resistivity. 20 nm, which is an order of magnitude larger
From the above, it can be seen that the resistivity is reduced to the same order as the bulk resistivity. Therefore, in the case of the above-mentioned doping density, it is preferable in terms of electrical characteristics that the compositionally graded layer has a thickness of 20 nm or more. Therefore, from the above results, by selecting the thickness t [nm] of the composition gradient layer in the range of 20 ≦ t ≦ 50λ−15 with respect to the design reflection wavelength λ [μm] of the distributed Bragg reflector, Thus, it is possible to obtain a distributed Bragg reflector having a sufficiently low resistance and excellent characteristics in which a high optical reflectance is maintained.

【0099】第8の実施形態 本発明の第8の実施形態の分布ブラッグ反射器は、第6
の実施形態の分布ブラッグ反射器において、材料層は、
厚さが30nm以上であることを特徴としている。
Eighth Embodiment The distributed Bragg reflector according to the eighth embodiment of the present invention is the sixth embodiment.
In the distributed Bragg reflector of the embodiment of the
It is characterized in that the thickness is 30 nm or more.

【0100】この第8の実施形態においても、材料層
は、反射率を高く保ったまま、設計反射波長が1.1μ
mよりも長波の分布ブラッグ反射器の抵抗を効果的に低
減する機能を有している。
Also in the eighth embodiment, the material layer has a design reflection wavelength of 1.1 μm while keeping the reflectance high.
It has a function of effectively reducing the resistance of the distributed Bragg reflector having a wavelength longer than m.

【0101】半導体材料では、禁則帯幅よりもエネルギ
ーの小さな光子に対しても、自由キャリアの増加ととも
に光吸収が増加する傾向があるが、加えて、p型半導体
ではキャリアである正孔の増加に従い価電子帯間吸収に
よる光吸収が顕著に生じる。また、この価電子帯間吸収
は、長波になるほど増加するので、設計反射波長が1.
1μmより長波であるような分布ブラッグ反射器では特
に問題であり、これらの光吸収は分布ブラッグ反射器の
反射率を低減させる原因となる。更に、これを反射鏡と
したレーザ素子では、光吸収によって閾値電流の増加、
効率の低下等を引き起こす。従って、光吸収の低減とい
う点においては、半導体層のドーピング密度は可能な限
り低いことが好ましい。しかしながら、ドーピング密度
を低減するに従ってヘテロ界面の空乏層は増加するの
で、界面のポテンシャル障壁の影響が大きくなり、抵抗
率を増加させる原因となる。
In the semiconductor material, the photoabsorption tends to increase with the increase of the free carriers even for the photons whose energy is smaller than the band gap. In addition, in the p-type semiconductor, the increase of the holes serving as the carriers increases. Accordingly, light absorption due to absorption between valence bands remarkably occurs. Further, the absorption between valence bands increases as the wavelength becomes longer, so that the designed reflection wavelength is 1.
This is a particular problem in distributed Bragg reflectors having a wavelength longer than 1 μm, and their light absorption causes a reduction in the reflectance of the distributed Bragg reflector. Further, in a laser device using this as a reflecting mirror, the threshold current increases due to light absorption,
It causes a decrease in efficiency. Therefore, in terms of reduction of light absorption, it is preferable that the doping density of the semiconductor layer is as low as possible. However, since the depletion layer at the hetero interface increases as the doping density is reduced, the effect of the potential barrier at the interface becomes large, which causes the resistivity to increase.

【0102】従って、例えば上述のような目的によって
ドーピング密度を低減した半導体分布ブラッグ反射器に
おいて、抵抗率を低減させるためには、より厚い組成傾
斜層が必要となる。このような分布ブラッグ反射器とし
て、例えば5E17cm-3程度にドーピングを行った場
合には、図12の結果を見ると、組成傾斜層の厚さが3
0nm以上から、抵抗率がバルクと同程度まで低減する
ことが分かる。
Therefore, for example, in the semiconductor distributed Bragg reflector whose doping density is reduced for the above-mentioned purpose, a thicker composition gradient layer is required to reduce the resistivity. When such a distributed Bragg reflector is doped to, for example, about 5E17 cm −3 , the result of FIG. 12 shows that the composition gradient layer has a thickness of 3
From 0 nm or more, it can be seen that the resistivity is reduced to the same level as the bulk.

【0103】また、半導体層のドーピング密度,プロフ
ァイルとしては、様々な組み合わせが考えられ、その種
類は膨大である。しかしながら、少なくとも1つの半導
体層のドーピング密度が1E18cm-3未満である場合
には、同様な傾向を示す。何故ならば、ヘテロ界面にで
きるポテンシャル障壁は、ヘテロ界面に接する半導体層
のドーピング密度により、その高さ,障壁厚さが決ま
り、ドーピング密度が1E18cm-3以下と低い場合ほ
どヘテロ界面の影響が大きく、また、主にドーピング密
度が低いヘテロ界面により電気的特性が決まるからであ
る。本発明は、このように分布ブラッグ反射器を構成す
る半導体層のうち、少なくとも1つの半導体層のドーピ
ング密度が1E18cm-3未満であるようなものに対
し、大きな作用,効果を生じる。
Various combinations are conceivable as the doping density and profile of the semiconductor layer, and the types thereof are enormous. However, a similar tendency is exhibited when the doping density of at least one semiconductor layer is less than 1E18 cm -3 . Because the height and barrier thickness of the potential barrier formed at the hetero interface are determined by the doping density of the semiconductor layer in contact with the hetero interface, and the effect of the hetero interface is greater as the doping density is lower than 1E18 cm -3. This is also because the electrical characteristics are determined mainly by the hetero interface having a low doping density. The present invention exerts a large action and effect on the semiconductor layer constituting the distributed Bragg reflector, in which at least one semiconductor layer has a doping density of less than 1E18 cm -3 .

【0104】更に、ここでは例として上述のドーピング
密度の結果を示したが、1E17cm-3のオーダーにド
ーピングされた分布ブラッグ反射器では、これと略同様
の結果を示す。勿論、ドーピング密度はこれよりも更に
低い範囲であっても良く、その場合には組成傾斜層の厚
さを第6の実施形態の範囲で30nm以上とすること
で、同様に低抵抗化を行なうことができる。
Further, here, the above-mentioned results of the doping density are shown as an example, but the distributed Bragg reflector doped to the order of 1E17 cm -3 shows substantially the same result. Of course, the doping density may be in a range lower than this, and in that case, the resistance is similarly reduced by setting the thickness of the composition gradient layer to 30 nm or more in the range of the sixth embodiment. be able to.

【0105】以上のように、分布ブラッグ反射器の設計
反射波長λ[μm]に対して、材料(組成傾斜層)の厚
さt[nm]を30≦t≦50λ−15の範囲に選ぶこ
とにより、電気的に十分に低抵抗で、光学的にも高い反
射率を保った特性の優れた分布ブラッグ反射器を得るこ
とができる。
As described above, for the design reflection wavelength λ [μm] of the distributed Bragg reflector, the thickness t [nm] of the material (composition gradient layer) is selected within the range of 30 ≦ t ≦ 50λ−15. Thus, it is possible to obtain a distributed Bragg reflector having an electrically low resistance and an excellent optical characteristic that maintains a high reflectance.

【0106】第9の実施形態 本発明の第9の実施形態の面発光レーザ素子は、活性層
と、共振器ミラーとを有し、共振器ミラーには第1乃至
第8のいずれかの実施形態の分布ブラッグ反射器が用い
られることを特徴としている。
Ninth Embodiment A surface-emission laser device according to the ninth embodiment of the present invention has an active layer and a resonator mirror, and the resonator mirror is formed according to any one of the first to eighth embodiments. It is characterized in that a form of distributed Bragg reflector is used.

【0107】この第9の実施形態の面発光レーザ素子
は、低電圧,高効率,高出力動作する。
The surface-emission laser device of the ninth embodiment operates at low voltage, high efficiency and high output.

【0108】すなわち、この第9の実施形態では、面発
光レーザ素子の共振器ミラー(反射ミラー)に第1乃至
第8のいずれかの実施形態の分布ブラッグ反射器を用い
ている。半導体材料による分布ブラッグ反射器として
は、AlGaAs材料(例えば、AlAs/GaAs材
料)を用いるものが、反射特性及び(電流狭窄のため
の)酸化プロセスとの整合性から、面発光レーザ素子の
共振器ミラー(反射ミラー)として非常に優れた特性を
備えている。
That is, in the ninth embodiment, the distributed Bragg reflector according to any one of the first to eighth embodiments is used as the resonator mirror (reflection mirror) of the surface emitting laser device. As the distributed Bragg reflector made of a semiconductor material, one using an AlGaAs material (for example, AlAs / GaAs material) is used as a resonator of a surface emitting laser device because of its reflection characteristics and compatibility with an oxidation process (for current constriction). It has excellent characteristics as a mirror (reflection mirror).

【0109】更に、第1の実施形態の分布ブラッグ反射
器を用いることで、従来の光通信,光伝送用途の0.8
5μm帯,0.98μm帯面発光レーザに比べ、低発振
閾値電流,低消費電力,高出力動作可能な光通信,光伝
送用途の面発光レーザ素子を得ることができる。特に、
1.3μm帯は、石英シングルモードファイバの零分散
帯であり、この帯域を発振波長とした面発光レーザ素子
と組み合わせることにより、高速なデータ通信が行え
る。また、波長1.5μm帯は波長多重通信(DWD
M)において重要な波長帯であり、この波長帯において
特性の優れた面発光レーザ素子が必要である。本発明の
第1乃至第8のいずれかの実施形態の分布ブラッグ反射
器を用いた面発光レーザ素子は、動作電圧が低く、効率
が高いため、これらの用途に対し好適な面発光レーザ素
子である。
Furthermore, by using the distributed Bragg reflector of the first embodiment, it is possible to achieve 0.8 for conventional optical communication and optical transmission applications.
As compared with the 5 μm band and 0.98 μm band surface emitting lasers, it is possible to obtain a surface emitting laser element for low oscillation threshold current, low power consumption, high power operable optical communication and optical transmission. In particular,
The 1.3 μm band is a zero-dispersion band of a quartz single-mode fiber, and high-speed data communication can be performed by combining it with a surface emitting laser device having this band as an oscillation wavelength. In addition, wavelength 1.5 μm band is wavelength division multiplexing (DWD).
It is an important wavelength band in M), and a surface emitting laser element having excellent characteristics is required in this wavelength band. The surface emitting laser element using the distributed Bragg reflector according to any one of the first to eighth embodiments of the present invention has a low operating voltage and high efficiency, and thus is a surface emitting laser element suitable for these applications. is there.

【0110】第10の実施形態 本発明の第10の実施形態の面発光レーザ素子は、第9
の実施形態の面発光レーザ素子において、活性層の材料
がGaNAs,GaInAs,GaInNAs,GaA
sSb,GaInAsSb,GaInNAsSbのいず
れかであることを特徴としている。
Tenth Embodiment A surface emitting laser device according to a tenth embodiment of the present invention is the ninth embodiment.
In the surface-emission laser device of the above embodiment, the material of the active layer is GaNAs, GaInAs, GaInNAs, GaA.
It is characterized by being any one of sSb, GaInAsSb, and GaInNAsSb.

【0111】この第10の実施形態の面発光レーザ素子
は、低電圧,高効率,高出力,高温動作する。
The surface emitting laser device of the tenth embodiment operates at low voltage, high efficiency, high output and high temperature.

【0112】すなわち、この第10の実施形態では、活
性層の材料を、GaNAs,GaInAs,GaInN
As,GaAsSb,GaInAsSb,GaInNA
sSbのいずれかとしており、これらの材料は、GaA
s基板上に結晶成長が可能であり、反射率,熱伝導性,
プロセス制御(結晶成長や、Al(Ga)As混晶等の
選択酸化)の点において優れた特性を持つAlGaAs
系材料によるDBRを用いて、1.1μmよりも長波で
発振する面発光レーザ素子を得ることができる。特に、
波長1.3μm帯のレーザ素子と石英シングルモードレ
ーザとを組み合わせることによって、高速通信,高速伝
送が可能になる。また、波長多重通信で重要な1.5μ
m帯において特性の優れた素子を得ることができる。
That is, in the tenth embodiment, the material of the active layer is GaNAs, GaInAs, GaInN.
As, GaAsSb, GaInAsSb, GaInNA
Either of sSb and these materials are GaA
s It is possible to grow crystals on the substrate, reflectivity, thermal conductivity,
AlGaAs with excellent characteristics in terms of process control (crystal growth and selective oxidation of Al (Ga) As mixed crystals)
A DBR made of a system material can be used to obtain a surface emitting laser element that oscillates at a wavelength longer than 1.1 μm. In particular,
High-speed communication and high-speed transmission can be achieved by combining a laser element having a wavelength of 1.3 μm and a quartz single mode laser. Also, 1.5μ, which is important for wavelength division multiplexing
An element having excellent characteristics can be obtained in the m band.

【0113】さらに、上述した材料(GaNAs,Ga
InAs,GaInNAs,GaAsSb,GaInA
sSb,GaInNAsSb)の中でも、特にGaIn
NAs混晶材料は、キャリア閉じ込め層となるGaAs
層に対し、伝導帯のバンド不連続量が大きく、電子のオ
ーバーフローが低減できることから、高温まで安定な発
振を得ることができる。以上のように、本発明によれ
ば、光通信,光伝送用として好適な面発光レーザ素子を
得ることができる。このように活性層をGaInNAs
とすると、GaAs基板上に石英シングルモードファイ
バ通信で重要な1.3μm帯、波長多重通信で重要な
1,5μm帯を含む1.1μmよりも長波の面発光レー
ザ素子を得ることができる。
Further, the above-mentioned materials (GaNAs, Ga
InAs, GaInNAs, GaAsSb, GaInA
sSb, GaInNAsSb), especially GaIn
The NAs mixed crystal material is GaAs that serves as a carrier confinement layer.
Since the amount of band discontinuity in the conduction band is large with respect to the layer and the overflow of electrons can be reduced, stable oscillation can be obtained up to a high temperature. As described above, according to the present invention, a surface emitting laser element suitable for optical communication and optical transmission can be obtained. In this way, the active layer is formed of GaInNAs
Then, it is possible to obtain a surface emitting laser device having a wavelength longer than 1.1 μm on the GaAs substrate, including the 1.3 μm band important for quartz single mode fiber communication and the 1.5 μm band important for wavelength multiplexing communication.

【0114】図16は本発明の面発光レーザ素子の構成
例を示す図である。図16の面発光レーザ素子は、Ga
InNAs混晶を活性層とした1.3μm帯に発振波長
を持つ素子である。すなわち、図16の素子は、n−G
aAs基板11上に、Al0. 8Ga0.2As/GaAs
36ペアn−DBR12、GaAsスペーサー層13、
GaInNAs多重量子井戸活性層14、GaAsスペ
ーサー層15、Al0. 8Ga0.2As/GaAs 26ペ
アp−DBR17、p−GaAsコンタクト層18が結
晶成長されている。また、p−DBR17中の発振光の
定在波の節にあたる位置にAlAs選択酸化層16が設
けられている。
FIG. 16 shows the structure of a surface emitting laser device according to the present invention.
It is a figure which shows an example. The surface emitting laser element of FIG.
Oscillation wavelength in 1.3 μm band with InNAs mixed crystal as active layer
Is an element with. That is, the device of FIG.
On the As substrate 11, Al0. 8Ga0.2As / GaAs
36 pairs n-DBR12, GaAs spacer layer 13,
GaInNAs multiple quantum well active layer 14, GaAs spacer
Source layer 15, Al0. 8Ga0.2As / GaAs 26P
A p-DBR 17 and p-GaAs contact layer 18 are connected.
The crystal is grown. In addition, of the oscillation light in p-DBR17
The AlAs selective oxidation layer 16 is provided at the position corresponding to the node of the standing wave.
It has been burned.

【0115】そして、図16の素子は、円柱メサを残
し、n−DBR12までの各層が、エッチング除去さ
れ、エッチング側面から、AlAs層16を選択酸化し
酸化狭窄構造(電流狭窄構造)が設けられている。ここ
で、単一横モード発振が得られるように酸化狭窄径は5
μmとしている。そして、エッチングされた領域はポリ
イミド膜19で埋め込まれ、メサ中心部の光出射部20
以外の領域にp型オーミック電極21が形成され、ま
た、基板11の裏面にn型オーミック電極22が形成さ
れている。
In the device of FIG. 16, the cylindrical mesa is left, the layers up to the n-DBR 12 are removed by etching, and the AlAs layer 16 is selectively oxidized from the side surface of the etching to provide an oxide confinement structure (current constriction structure). ing. Here, the oxide confinement diameter is 5 so that a single transverse mode oscillation can be obtained.
μm. Then, the etched region is filled with the polyimide film 19, and the light emitting portion 20 at the center of the mesa is formed.
A p-type ohmic electrode 21 is formed in a region other than the above, and an n-type ohmic electrode 22 is formed on the back surface of the substrate 11.

【0116】ここで、n−DBR12は、Al0.9Ga
0.1As/GaAsによって構成されている。
Here, n-DBR12 is Al 0.9 Ga.
It is composed of 0.1 As / GaAs.

【0117】また、p−DBR17は、図17に示すよ
うに、Al0.9Ga0.1As層31,AlGaAs組成傾
斜層32,GaAs層33が所定のペア数で積層されて
構成されている。ここで、p−DBR17のAl0.8
0.2As層31が屈折率小の層(第2の半導体層)、
GaAs層33が屈折率大の層(第1の半導体層)にあ
たる。また、材料層として、Al組成を上記2層31,
33の一方の組成から他方の組成へと線形に変化させた
組成傾斜層32を用いた。組成傾斜層32の厚さは40
nmとした。また、p−DBR17は、キャリア密度が
8E17cm-3となるように一様にドーピングされてい
る。
As shown in FIG. 17, the p-DBR 17 is constructed by laminating an Al 0.9 Ga 0.1 As layer 31, an AlGaAs composition gradient layer 32, and a GaAs layer 33 in a predetermined number of pairs. Here, Al 0.8 G of p-DBR17
a 0.2 As layer 31 is a layer having a small refractive index (second semiconductor layer),
The GaAs layer 33 corresponds to a layer having a large refractive index (first semiconductor layer). Further, as the material layer, the Al composition is the above two layers 31,
33 was used as the composition gradient layer 32 in which the composition was linearly changed from one composition to the other composition. The composition gradient layer 32 has a thickness of 40.
nm. The p-DBR17 is uniformly doped so that the carrier density is 8E17 cm -3 .

【0118】この面発光レーザ素子の動作電圧及び発振
閾値電流は、本発明のDBR(分布ブラッグ反射器)を
用いたことにより、非常に低い値を得ることができた。
また、特にドーピング密度を1E18cm-3とした素子
に比べても、素子の閾値電流密度は低く、また高い効率
を得ることができた。また、素子抵抗(p−DBR17
の抵抗)が低いことによって、素子発熱が少なく、熱に
よる出力の飽和点が高く、高出力を得ることができた。
また、活性層材料をGaInNAsとしたことで、Ga
As基板上に発振波長1.3μmを得ることができた。
素子は1.3μm帯で、基本横モード発振を実現し、特
性の優れた光通信用途の面発光レーザ素子を得ることが
できた。
The operating voltage and the oscillation threshold current of this surface emitting laser element can be obtained at very low values by using the DBR (distributed Bragg reflector) of the present invention.
In addition, the threshold current density of the device was low and a high efficiency could be obtained, even compared with the device having a doping density of 1E18 cm -3 . In addition, element resistance (p-DBR17
The resistance of the element is low, so that the element does not generate much heat, the saturation point of output due to heat is high, and high output can be obtained.
In addition, since the active layer material is GaInNAs, Ga
An oscillation wavelength of 1.3 μm could be obtained on the As substrate.
The device realized a fundamental transverse mode oscillation in the 1.3 μm band and was able to obtain a surface emitting laser device having excellent characteristics for use in optical communication.

【0119】すなわち、図16の面発光レーザ素子の発
振波長は1.1μmよりも長波であり、特に、活性層1
4をGaInNAsとすることにより、GaAs基板1
1上にファイバ通信で重要な1.3μm帯,1,5μm
帯を含む1.1μmよりも長波の面発光レーザ素子を得
ることができる。
That is, the oscillation wavelength of the surface-emission laser device shown in FIG. 16 is longer than 1.1 μm.
By using GaInNAs for 4, the GaAs substrate 1
1.3 μm band, 1,5 μm, which is important for fiber communication
It is possible to obtain a surface emitting laser device having a wavelength longer than 1.1 μm including the band.

【0120】第11の実施形態 本発明の第11の実施形態の面発光レーザアレイは、第
9または第10の実施形態の面発光レーザ素子が複数個
配列されて構成されていることを特徴としている。
Eleventh Embodiment The surface emitting laser array of the eleventh embodiment of the present invention is characterized in that a plurality of surface emitting laser elements of the ninth or tenth embodiment are arranged. There is.

【0121】この第11の実施形態の面発光レーザアレ
イは、低電圧,高効率,高出力,高温動作する。
The surface emitting laser array of the eleventh embodiment operates at low voltage, high efficiency, high output and high temperature.

【0122】すなわち、この第11の実施形態では、上
述した本発明の面発光レーザ素子を複数個配列して面発
光レーザアレイを構成することができる。上述した本発
明の面発光レーザ素子の分布ブラッグ反射器(DBR)
は、従来の0.85μm帯,0.98μm帯面発光レー
ザ素子に比べて、分布ブラッグ反射器(DBR)の抵抗
が低く、面発光レーザ素子の動作電圧が低減している。
つまり、素子の消費電力,発熱が少なく、アレイのよう
に高密度に集積した場合に消費電力低減の効果は大き
い。また、発熱による素子間の干渉も少なく、特性,信
頼性の優れた面発光レーザアレイが得られる。
That is, in this eleventh embodiment, a surface emitting laser array can be constructed by arranging a plurality of the surface emitting laser elements of the present invention described above. The distributed Bragg reflector (DBR) of the surface emitting laser device of the present invention described above.
In comparison with conventional 0.85 μm band and 0.98 μm band surface emitting laser elements, the distributed Bragg reflector (DBR) has a lower resistance and the operating voltage of the surface emitting laser element is reduced.
That is, the power consumption and heat generation of the elements are small, and the effect of reducing the power consumption is great when the elements are integrated at high density like an array. Further, there is little interference between elements due to heat generation, and a surface emitting laser array having excellent characteristics and reliability can be obtained.

【0123】第12の実施形態 また、上述した本発明の面発光レーザ素子、または、上
述した本発明の面発光レーザアレイによって、光インタ
ーコネクションシステムを構成することができる。
Twelfth Embodiment Further , an optical interconnection system can be constituted by the surface emitting laser device of the present invention described above or the surface emitting laser array of the present invention described above.

【0124】このような構成の光インターコネクション
システムでは、設計反射波長を1.1μmより長波と
し、従来に比べて厚さが厚くかつ屈折率が小と大の間の
値をとる材料層を設けた抵抗値の小さい分布ブラッグ反
射器(DBR)を共振器ミラーとした本発明の面発光レ
ーザ素子または面発光レーザアレイを光源に用いること
によって、高速伝送が可能な信頼性の高いインターコネ
クションシステムを提供することができる。
In the optical interconnection system having such a structure, the design reflection wavelength is set to a wavelength longer than 1.1 μm, and the material layer having the thickness larger than the conventional one and the refractive index between the small value and the large value is provided. By using the surface emitting laser device or the surface emitting laser array of the present invention in which a distributed Bragg reflector (DBR) having a small resistance value is used as a resonator, a highly reliable interconnection system capable of high-speed transmission is provided. Can be provided.

【0125】すなわち、上述した本発明の光インターコ
ネクションシステムに用いられている面発光レーザ素子
または面発光レーザアレイは、前述のように、発振波長
を1.1μmより長波としたことによって、p型DBR
を構成する各層の厚さが、従来の0.85μm、0.9
8μm帯の面発光レーザ素子に比べ厚い。よって、反射
率を著しく低減すること無く、従来の0.85μm、
0.98μm帯の面発光レーザ素子に比べて厚さが厚く
かつ屈折率が小と大の間の値をとる材料層をDBRの各
層の間に設けることが可能となり、DBRの抵抗値を従
来に比べて小さくできる。これによって、動作電圧を低
減でき、また、素子発熱を低減でき、また、消費電力を
小さくでき、また、素子寿命等の信頼性が向上するとい
った効果が得られる。また、素子抵抗が小さいので、素
子の応答時間も短くなり、高速変調に適している。
That is, as described above, the surface emitting laser element or the surface emitting laser array used in the optical interconnection system of the present invention has the p-type by setting the oscillation wavelength to be longer than 1.1 μm. DBR
The thickness of each layer constituting the
It is thicker than the surface emitting laser device in the 8 μm band. Therefore, without significantly reducing the reflectance, the conventional 0.85 μm,
It is possible to provide a material layer having a thickness larger than that of a surface emitting laser element in the 0.98 μm band and having a refractive index between a small value and a large value between the layers of the DBR, and the resistance value of the DBR is conventionally reduced. Can be smaller than As a result, the operating voltage can be reduced, the heat generation of the element can be reduced, the power consumption can be reduced, and the reliability such as the element life can be improved. Further, since the element resistance is small, the response time of the element is shortened, which is suitable for high speed modulation.

【0126】従って、このような面発光レーザ素子また
は面発光レーザアレイを用いた光インターコネクション
システムでは、低消費電力で、高速変調が可能で、シス
テムの信頼性も高い。更に、発振波長を1.1μmより
長波にしたことによって、石英シングルモードファイバ
を用いた光インターコネクションシステムを構築するこ
とができる。石英シングルモードファイバは、1.3μ
m帯に零分散を有しており、また、面発光レーザ素子は
発振スペクトル幅が非常に狭いという特徴がある。石英
シングルモードファイバと本発明の素子抵抗が低く高速
変調が可能な1.3μm帯の面発光レーザ素子とを組み
合わせたインターコネクションシステムでは、従来の
0.85μm帯、0.98μm帯の面発光レーザ素子を
用いた光インターコネクションシステムでは難しかった
高速伝送が可能であるという大きな効果が得られる。ま
た、前述した活性層材料(GaNAs,GaInAs,
GaInNAs,GaAsSb,GaInAsSb,G
aInNAsSb)の中でも、特にGaInNAs量子
井戸を活性層とした面発光レーザ素子は、例えばGaA
sバリア層との伝導帯バンド不連続量が大きく、材料特
性的に電子のオーバーフローが小さいので、環境温度の
変化に対して安定に動作する。また、GaAs基板上に
結晶成長が可能なことによって、反射特性,放熱性に優
れ、酸化狭窄プロセスの確立されたAlGaAs混晶に
よる分布ブラッグ反射器を用いることができるので、イ
ンターコネクションシステムに非常に優れたレーザ光源
を用いることができる。
Therefore, in an optical interconnection system using such a surface emitting laser element or a surface emitting laser array, high power modulation is possible with low power consumption and system reliability is high. Furthermore, by setting the oscillation wavelength to be longer than 1.1 μm, it is possible to construct an optical interconnection system using a quartz single mode fiber. Quartz single mode fiber is 1.3μ
The surface-emitting laser device has a characteristic that it has zero dispersion in the m band and the oscillation spectrum width is very narrow. In the interconnection system combining the quartz single mode fiber and the surface emitting laser element of the present invention having a low element resistance and capable of high-speed modulation in the 1.3 µm band, the conventional 0.85 µm band and 0.98 µm band surface emitting lasers are used. The great effect that high-speed transmission is possible, which is difficult with the optical interconnection system using elements, is obtained. In addition, the active layer material (GaNAs, GaInAs,
GaInNAs, GaAsSb, GaInAsSb, G
Among the aInNAsSb), a surface emitting laser device using a GaInNAs quantum well as an active layer is, for example, GaA.
Since the conduction band discontinuity with the s barrier layer is large and the overflow of electrons is small due to the material characteristics, the device operates stably with respect to changes in environmental temperature. In addition, since it is possible to grow crystals on a GaAs substrate, it is possible to use a distributed Bragg reflector made of an AlGaAs mixed crystal, which has excellent reflection characteristics and heat dissipation and has an established oxide confinement process. An excellent laser light source can be used.

【0127】以上から、高速伝送が可能な信頼性の高い
光インターコネクションシステムを得ることができる。
From the above, a highly reliable optical interconnection system capable of high-speed transmission can be obtained.

【0128】図18は本発明の光インターコネクション
システムの具体例を示す図である。図18の光インター
コネクションシステムは、機器間並列光インターコネク
ションシステムとして構成されている。
FIG. 18 is a diagram showing a specific example of the optical interconnection system of the present invention. The optical interconnection system in FIG. 18 is configured as a parallel optical interconnection system between devices.

【0129】図18のインターコネクションシステム
は、機器1と機器2の間を光ファイバアレイを用いて接
続したものとなっている。送信側である機器1では、前
述した本発明の面発光レーザアレイを用いた1次元面発
光レーザアレイモジュールとこれの駆動回路とを備えて
いる。また、受信側である機器2では、フォトダイオー
ドアレイモジュールと信号検出回路とを備えている。
In the interconnection system of FIG. 18, the equipment 1 and the equipment 2 are connected using an optical fiber array. The device 1 on the transmission side includes a one-dimensional surface-emission laser array module using the surface-emission laser array of the present invention described above and a drive circuit for the same. The device 2 on the receiving side includes a photodiode array module and a signal detection circuit.

【0130】図19には、面発光レーザアレイモジュー
ルの概要が示されている。図19の面発光レーザアレイ
モジュールは、シリコン基板上に、1次元モノリシック
面発光レーザアレイと、マイクロレンズアレイと、ファ
イバアレイとが実装されて構成されている。面発光レー
ザアレイは、ファイバに対向して設けられており、マイ
クロレンズアレイを介してシリコン基板に形成したV溝
に実装された石英シングルモードファイバと結合してい
る。面発光レーザアレイの発振波長は1.3μm帯であ
り、石英シングルモードファイバが用いられている。
FIG. 19 shows an outline of the surface emitting laser array module. The surface emitting laser array module in FIG. 19 is configured by mounting a one-dimensional monolithic surface emitting laser array, a microlens array, and a fiber array on a silicon substrate. The surface emitting laser array is provided so as to face the fiber, and is coupled to the quartz single mode fiber mounted in the V groove formed on the silicon substrate through the microlens array. The oscillation wavelength of the surface emitting laser array is in the 1.3 μm band, and a quartz single mode fiber is used.

【0131】上記の光インターコネクションシステムの
ように、石英シングルモードファイバと発振波長が1.
1μmより長波(1.3μm)の面発光レーザアレイを
用いることにより、高速伝送が可能となる。これは、石
英ファイバが1.3μm帯に波長ゼロ分散を有してお
り、面発光レーザ素子の発振スペクトルが狭いことに加
え、特に、本発明の面発光レーザ素子の分布ブラッグ反
射器の抵抗値が小さく、素子の応答が向上した効果によ
るところが大きい。
As in the above optical interconnection system, the quartz single mode fiber and the oscillation wavelength are 1.
High-speed transmission becomes possible by using a surface emitting laser array having a wavelength (1.3 μm) longer than 1 μm. This is because the quartz fiber has zero wavelength dispersion in the 1.3 μm band, and the oscillation spectrum of the surface emitting laser element is narrow, and in particular, the resistance value of the distributed Bragg reflector of the surface emitting laser element of the present invention is high. Is small, and it is largely due to the effect that the response of the element is improved.

【0132】また、素子の低抵抗化によって動作電圧が
低減し、素子寿命等の信頼性は高く、システムの信頼性
も向上した。また、素子の低抵抗化によって素子の消費
電力が低減し、システムの消費電力も低減した。また、
素子の低抵抗化によって発熱が減少し、高出力動作が可
能であった。従って、符号誤り率の低いインターコネク
ションシステムが得られた。
Further, the operating voltage was reduced by lowering the resistance of the element, the reliability of the element life etc. was high, and the reliability of the system was also improved. In addition, the power consumption of the device was reduced due to the low resistance of the device, and the power consumption of the system was also reduced. Also,
Due to the low resistance of the element, heat generation was reduced and high output operation was possible. Therefore, an interconnection system with a low code error rate was obtained.

【0133】この際、前述した活性層材料(GaNA
s,GaInAs,GaInNAs,GaAsSb,G
aInAsSb,GaInNAsSb)の中でも、特に
GaInNAs混晶による量子井戸を活性層とした面発
光レーザ素子では、例えばGaAsバリア層との伝導帯
バンド不連続量が大きく、材料特性的に電子のオーバー
フローが小さいので、環境温度の変化に対しても安定に
動作する。
At this time, the above-mentioned active layer material (GaNA
s, GaInAs, GaInNAs, GaAsSb, G
aInAsSb, GaInNAsSb), especially in a surface emitting laser element using a quantum well of GaInNAs mixed crystal as an active layer, the conduction band band discontinuity with the GaAs barrier layer is large and the electron overflow is small in terms of material characteristics. , Stable operation against changes in environmental temperature.

【0134】以上のように、消費電力が低く、高速動作
が可能な信頼性の高い並列光インターコネクションシス
テムを得ることができる。
As described above, it is possible to obtain a highly reliable parallel optical interconnection system which consumes less power and can operate at high speed.

【0135】上述の例では、並列光インターコネクショ
ンシステムを例に説明したが、この他にも、単一素子を
用いたシリアル伝送システムを構成することもできる。
また、機器間の他にも、ボード間、チップ間、チップ内
インターコネクションに応用することもできる。
In the above-mentioned example, the parallel optical interconnection system has been described as an example. However, in addition to this, a serial transmission system using a single element can be constructed.
Further, it can be applied not only between devices but also between boards, between chips, and interconnection within a chip.

【0136】第13の実施形態 また、上述した本発明の面発光レーザ素子、または、上
述した本発明の面発光レーザアレイによって、光通信シ
ステムを構成することができる。
Thirteenth Embodiment Further , an optical communication system can be constituted by the surface emitting laser device of the present invention described above or the surface emitting laser array of the present invention described above.

【0137】このような構成の光通信システムでは、設
計反射波長を1.1μmより長波として、従来に比べて
厚さが厚くかつ屈折率が小と大の間の値をとる材料層を
設けた抵抗値の小さな分布ブラック反射器(DBR)を
共振器ミラーとした本発明の面発光レーザ素子または面
発光レーザアレイを光源に用いることによって、素子抵
抗,発熱が小さく、高速伝送が可能な信頼性の高い光通
信システムを提供することができる。
In the optical communication system having such a configuration, the design reflection wavelength is set to a wavelength longer than 1.1 μm, and the material layer having a thickness larger than the conventional one and a refractive index between a small value and a large value is provided. By using the surface emitting laser device or the surface emitting laser array of the present invention in which a distributed black reflector (DBR) having a small resistance value is a resonator mirror as a light source, device resistance and heat generation are small, and high speed transmission is possible. It is possible to provide a high optical communication system.

【0138】すなわち、上述した本発明の光通信システ
ムに用いられる面発光レーザ素子または面発光レーザア
レイとしては、前述のように、発振波長を1.1μmよ
り長波としたことにより、p型DBRを構成する各層の
厚さが、従来の0.85μm、0.98μm帯の面発光
レーザ素子に比べ厚くなり、これによって、反射率を著
しく低減すること無く、従来の0.85μm、0.98
μm帯の面発光レーザ素子に比べて厚さが厚くかつ屈折
率が小と大の間の値をとる材料層をDBRの各層の間に
設けることが可能となり、DBRの抵抗値を従来に比べ
て小さくできる。よって、動作電圧を低減でき、また、
素子発熱を低減でき、また、消費電力を小さくでき、ま
た、素子寿命等の信頼性が向上するといった効果が得ら
れる。また、素子抵抗が小さいので、素子の応答時間も
短くなり、高速変調に適している。
That is, as the surface emitting laser element or the surface emitting laser array used in the above-described optical communication system of the present invention, the p-type DBR is obtained by setting the oscillation wavelength to longer than 1.1 μm as described above. The thickness of each layer to be formed is thicker than that of the conventional 0.85 μm and 0.98 μm band surface emitting laser element, and thus, the conventional 0.85 μm and 0.98 μm without significantly reducing the reflectance.
It is possible to provide a material layer having a thickness larger than that of the surface emitting laser element of the μm band and having a refractive index between a small value and a large value between the layers of the DBR, so that the resistance value of the DBR is smaller than that of the conventional one. Can be made smaller. Therefore, the operating voltage can be reduced, and
It is possible to obtain effects such that heat generation of the element can be reduced, power consumption can be reduced, and reliability such as life of the element is improved. Further, since the element resistance is small, the response time of the element is shortened, which is suitable for high speed modulation.

【0139】従って、このような面発光レーザ素子また
は面発光レーザアレイを用いた光通信システムでは、低
消費電力で、高速変調が可能で、システムの信頼性も高
い。更に、発振波長を1.1μmより長波にしたことに
よって、石英シングルモードファイバを用いた光通信シ
ステムを構築することができる。石英シングルモードフ
ァイバは、1.3μm帯に零分散を有しており、また、
面発光レーザ素子は発振スペクトル幅が非常に狭いとい
う特徴がある。石英シングルモードファイバと本発明の
素子抵抗が低く高速変調が可能な1.3μm帯の面発光
レーザ素子とを組み合わせた光通信システムでは、従来
の0.85μm帯,0.98μm帯の面発光レーザ素子
を用いた光通信システムでは難しかった高速通信が可能
であるという大きな効果が得られる。また、前述した活
性層材料(GaNAs,GaInAs,GaInNA
s,GaAsSb,GaInAsSb,GaInNAs
Sb)の中でも、特にGaInNAsを量子井戸とした
面発光レーザ素子では、例えば、GaAsバリア層等に
対し、伝導帯のバンド不連続量が大きく、電子のオーバ
ーフローが小さいので、環境温度の変化に対して安定に
動作することに加え、GaAs基板上に結晶成長が可能
なことによって、反射特性,放熱性に優れ、酸化狭窄プ
ロセスの確立されたAlGaAs混晶による分布ブラッ
グ反射器を用いることができる。従って、従来のInP
基板上に作製されるInGaAsP混晶を用いた端面型
レーザによる光通信システムに比べ、光源の温度特性に
優れている。また、前述の材料系では作製が難しい面発
光レーザ素子を容易に得ることができる。この面発光レ
ーザ素子は、アレイ化が容易で光ファイバとの結合率が
高く、光ファイバを用いた光通信システムの光源として
好適である。以上から、本発明の面発光レーザ素子また
は面発光レーザアレイを用いることによって、高速通信
が可能な信頼性の高い光通信システムを得ることができ
る。
Therefore, in an optical communication system using such a surface emitting laser element or a surface emitting laser array, high power modulation is possible with low power consumption and system reliability is high. Furthermore, by setting the oscillation wavelength to be longer than 1.1 μm, it is possible to construct an optical communication system using a quartz single mode fiber. The quartz single mode fiber has zero dispersion in the 1.3 μm band, and
The surface emitting laser device has a feature that the oscillation spectrum width is very narrow. In the optical communication system combining the quartz single mode fiber and the surface emitting laser element of the present invention having a low element resistance and capable of high-speed modulation in the 1.3 µm band, the conventional 0.85 µm band and 0.98 µm band surface emitting lasers are used. It is possible to obtain a great effect that high-speed communication is possible, which is difficult in the optical communication system using the elements. In addition, the active layer materials (GaNAs, GaInAs, GaInNA) described above are used.
s, GaAsSb, GaInAsSb, GaInNAs
Among the Sb), particularly in a surface emitting laser device using GaInNAs as a quantum well, for example, the band discontinuity of the conduction band is large and the overflow of electrons is small with respect to the GaAs barrier layer, etc. In addition to stable and stable operation, it is possible to use a distributed Bragg reflector made of an AlGaAs mixed crystal, which has excellent reflection characteristics and heat dissipation due to the fact that crystal growth is possible on a GaAs substrate and an oxidation confinement process is established. Therefore, conventional InP
The temperature characteristics of the light source are superior to those of an optical communication system using an end-face type laser using an InGaAsP mixed crystal formed on a substrate. Further, it is possible to easily obtain a surface emitting laser element which is difficult to manufacture with the above-mentioned material system. This surface emitting laser device is easy to form an array and has a high coupling rate with an optical fiber, and is suitable as a light source for an optical communication system using an optical fiber. From the above, by using the surface emitting laser device or the surface emitting laser array of the present invention, a highly reliable optical communication system capable of high speed communication can be obtained.

【0140】図20は本発明の光通信システムの具体例
を示す図である。図20の光通信システムは、光LAN
システムとして構成されている。図20の光LANシス
テムは、前述した本発明の面発光レーザ素子または面発
光レーザアレイ素子を用いて光LANシステムを構成し
たものである。すなわち、サーバーとコアスイッチとの
間、及び、コアスイッチと各スイッチとの間、及び、ス
イッチと各端末との間の光伝送の光源に、本発明の面発
光レーザ素子または面発光レーザアレイ素子が用いられ
ている。また、各機器間は、石英シングルモードファイ
バまたはマルチモードファイバによって結合を行ってい
る。このような光LANの物理層としては、例えば10
00BASE−LX等のギガビットイーサネット(登録
商標)が挙げられる。
FIG. 20 is a diagram showing a specific example of the optical communication system of the present invention. The optical communication system of FIG. 20 is an optical LAN.
Configured as a system. The optical LAN system of FIG. 20 is an optical LAN system configured by using the above-described surface emitting laser element or surface emitting laser array element of the present invention. That is, the surface emitting laser device or the surface emitting laser array device of the present invention is used as a light source for optical transmission between the server and the core switch, between the core switch and each switch, and between the switch and each terminal. Is used. In addition, quartz single mode fibers or multimode fibers are used to couple the devices. The physical layer of such an optical LAN is, for example, 10
Gigabit Ethernet (registered trademark) such as 00BASE-LX can be used.

【0141】図20の光LANシステムでは、光源に発
振波長が1.1μmより長波(1.3μm)の面発光レ
ーザ素子または面発光レーザアレイを用いている。この
面発光レーザ素子では、発振波長を1.1μmより長波
(1.3μm)としたことによって、分布ブラッグ反射
器の反射率を著しく低下させることなく、従来に比べ厚
さが厚くかつ屈折率が小と大の間の値を有する半導体層
を設けることができるので、従来の0.85μm,0.
98μm帯の分布ブラッグ反射器を有する面発光レーザ
素子に比べ、素子抵抗を低減することができて、従来に
比べ素子の高速応答が可能であり、高速通信が可能な光
通信システムが得られる。
In the optical LAN system of FIG. 20, a surface emitting laser element or a surface emitting laser array having an oscillation wavelength longer than 1.1 μm (1.3 μm) is used as a light source. In this surface emitting laser element, the oscillation wavelength is set to a wavelength longer than 1.1 μm (1.3 μm), so that the thickness of the distributed Bragg reflector is not significantly lowered and the thickness is larger and the refractive index is higher than that of the conventional one. Since a semiconductor layer having a value between small and large can be provided, the conventional 0.85 μm, 0.
As compared with a surface emitting laser device having a distributed Bragg reflector in the 98 μm band, the device resistance can be reduced, the device can respond faster, and an optical communication system capable of high-speed communication can be obtained.

【0142】また、機器間の接続に石英シングルモード
ファイバを用いる場合、1.3μm帯面発光レーザ素子
を光源とすることで高速通信が可能となる。これは、石
英ファイバが1.3μm帯に波長ゼロ分散を有してお
り、面発光レーザ素子の発振スペクトルが狭いことに加
え、特に、本発明の面発光レーザ素子の分布ブラッグ反
射器の抵抗値が小さく、素子の応答が向上した効果によ
るところが大きい。
When a quartz single mode fiber is used to connect the devices, high speed communication becomes possible by using a 1.3 μm band surface emitting laser device as a light source. This is because the quartz fiber has zero wavelength dispersion in the 1.3 μm band, and the oscillation spectrum of the surface emitting laser element is narrow, and in particular, the resistance value of the distributed Bragg reflector of the surface emitting laser element of the present invention is high. Is small, and it is largely due to the effect that the response of the element is improved.

【0143】また、素子の低抵抗化によって動作電圧が
低減し、素子寿命等の信頼性が向上し、システムの信頼
性が向上した。また、素子の低抵抗化によって素子の消
費電力が低減し、システムの消費電力も低減した。ま
た、素子の低抵抗化によって発熱が減少し、高出力動作
が可能であった。よって、符号誤り率の低い光通信シス
テムが得られた。また、前述した活性層材料(GaNA
s,GaInAs,GaInNAs,GaAsSb,G
aInAsSb,GaInNAsSb)の中でも、特に
GaInNAs混晶を用いることによって、従来のIn
P基板上に作製されるInGaAsP混晶による端面型
レーザを用いた同波長帯の通信システムに比べ、光源の
温度特性に優れ、温度制御,補償装置が不要となる。ま
た、前述の材料系では作製が難しい面発光レーザ素子を
容易に用いることができる。この面発光レーザ素子は、
アレイ化が容易で光ファイバとの結合率が高く、光ファ
イバを用いた光通信システムの光源として好適である。
以上のように、高速通信が可能な信頼性の高い光通信シ
ステムを得ることができる。
Further, since the resistance of the element is lowered, the operating voltage is reduced, the reliability such as the life of the element is improved, and the reliability of the system is improved. In addition, the power consumption of the device was reduced due to the low resistance of the device, and the power consumption of the system was also reduced. In addition, heat generation is reduced due to the low resistance of the element, and high output operation is possible. Therefore, an optical communication system with a low code error rate was obtained. In addition, the above-mentioned active layer material (GaNA
s, GaInAs, GaInNAs, GaAsSb, G
aInAsSb, GaInNAsSb), by using a GaInNAs mixed crystal, the conventional In
Compared to a communication system in the same wavelength band using an end-face type laser using an InGaAsP mixed crystal formed on a P substrate, the temperature characteristics of the light source are excellent, and a temperature control and compensation device is unnecessary. Further, it is possible to easily use the surface emitting laser element which is difficult to manufacture with the above-mentioned material system. This surface emitting laser device
It is easy to form an array, has a high coupling rate with an optical fiber, and is suitable as a light source for an optical communication system using an optical fiber.
As described above, it is possible to obtain a highly reliable optical communication system capable of high-speed communication.

【0144】上述の例では、光通信システムの一例とし
て、光ファイバを用いたLANを示したが、光通信シス
テムとしては、この他にも、WANのようなものであっ
ても良いし、LAN及びWAN間を相互に結ぶ幹線系の
ようなものであっても良い。また、端末もサーバー,P
C(コンピュータ)に限るものでは無く、光ファイバに
よって通信又はデータの授受を行う情報機器端末、更に
データの交換及び中継を行う交換機及び中継機を含む全
ての光通信システムに適用可能である。
In the above example, a LAN using an optical fiber is shown as an example of the optical communication system, but the optical communication system may be a WAN or the like in addition to this. And WAN may be connected to each other. Also, the terminal is a server, P
The present invention is not limited to C (computer), and is applicable to all optical communication systems including information equipment terminals that perform communication or data transmission / reception via optical fibers, and exchanges and relays that exchange and relay data.

【0145】[0145]

【発明の効果】以上に説明したように、請求項1記載の
発明によれば、屈折率が大なる第1の半導体層と屈折率
が小なる第2の半導体層とが交互に積層され、屈折率が
大なる第1の半導体層と屈折率が小なる第2の半導体層
との間に、第1の半導体層の屈折率と第2の半導体層の
屈折率との間の屈折率値をとる材料層が設けられている
分布ブラッグ反射器において、前記分布ブラッグ反射器
の設計反射波長は1.1μmよりも長波であり、前記材
料層は厚さが5nm乃至50nmの範囲であるので、電
気抵抗が低く、かつ、反射率の高い1.1μmよりも長
波帯の分布ブラッグ反射器(DBR)を提供することが
できる。すなわち、設計反射波長が1.1μm以上の長
波長帯DBRにおいて、高い反射率を維持したままDB
Rの電気抵抗を低減することができる。
As described above, according to the first aspect of the invention, the first semiconductor layer having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index are alternately laminated, A refractive index value between the refractive index of the first semiconductor layer and the refractive index of the second semiconductor layer between the first semiconductor layer having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index. In a distributed Bragg reflector provided with a material layer having a thickness of 5 nm, the designed reflection wavelength of the distributed Bragg reflector is longer than 1.1 μm, and the material layer has a thickness in the range of 5 nm to 50 nm. It is possible to provide a distributed Bragg reflector (DBR) having a low electric resistance and a high reflectivity in a long-wave band longer than 1.1 μm. That is, in the long wavelength band DBR having a design reflection wavelength of 1.1 μm or more, the DB is maintained while maintaining a high reflectance.
The electric resistance of R can be reduced.

【0146】また、請求項2,請求項4記載の発明によ
れば、屈折率が大なる第1の半導体層と屈折率が小なる
第2の半導体層とが交互に積層され、屈折率が大なる第
1の半導体層と屈折率が小なる第2の半導体層との間
に、第1の半導体層の屈折率と第2の半導体層の屈折率
との間の屈折率値をとる材料層が設けられている分布ブ
ラッグ反射器において、前記分布ブラッグ反射器の設計
反射波長は1.1μmよりも長波であり、前記材料層は
厚さが20nm乃至50nmの範囲であるので、設計反
射波長が1.1μm以上の長波長帯DBRにおいて、高
い反射率を維持したままDBRの電気抵抗を低減するこ
とができる。
According to the second and fourth aspects of the present invention, the first semiconductor layer having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index are alternately laminated, and the refractive index is A material having a refractive index value between the refractive index of the first semiconductor layer and the refractive index of the second semiconductor layer between the large first semiconductor layer and the second semiconductor layer having a small refractive index. In the distributed Bragg reflector provided with a layer, the designed reflection wavelength of the distributed Bragg reflector is longer than 1.1 μm, and the material layer has a thickness in the range of 20 nm to 50 nm. In the long wavelength band DBR of 1.1 μm or more, the electrical resistance of the DBR can be reduced while maintaining a high reflectance.

【0147】また、請求項3,請求項5記載の発明によ
れば、屈折率が大なる第1の半導体層と屈折率が小なる
第2の半導体層とが交互に積層され、屈折率が大なる第
1の半導体層と屈折率が小なる第2の半導体層との間
に、第1の半導体層の屈折率と第2の半導体層の屈折率
との間の屈折率値をとる材料層が設けられている分布ブ
ラッグ反射器において、前記分布ブラッグ反射器の設計
反射波長は1.1μmよりも長波であり、前記材料層は
厚さが30nm乃至50nmの範囲であるので、設計反
射波長が1.1μm以上の長波長帯DBRにおいて、高
い反射率を維持したままDBRの電気抵抗を低減するこ
とができる。
According to the third and fifth aspects of the present invention, the first semiconductor layer having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index are alternately laminated, and the refractive index is A material having a refractive index value between the refractive index of the first semiconductor layer and the refractive index of the second semiconductor layer between the large first semiconductor layer and the second semiconductor layer having a small refractive index. In the distributed Bragg reflector provided with a layer, the designed reflection wavelength of the distributed Bragg reflector is longer than 1.1 μm, and the material layer has a thickness in the range of 30 nm to 50 nm. In the long wavelength band DBR of 1.1 μm or more, the electrical resistance of the DBR can be reduced while maintaining a high reflectance.

【0148】また、請求項6,請求項7,請求項8記載
の発明によれば、屈折率が大なる第1の半導体層と屈折
率が小なる第2の半導体層とが交互に積層され、屈折率
が大なる第1の半導体層と屈折率が小なる第2の半導体
層との間に、第1の半導体層の屈折率と第2の半導体層
の屈折率との間の屈折率値をとる材料層が設けられてい
る分布ブラッグ反射器において、前記分布ブラッグ反射
器の設計反射波長は1.1μmよりも長波であり、前記
材料層は、厚さが、分布ブラッグ反射器の設計反射波長
λ[μm]に対して、(50λ−15)[nm]以下で
あるので、設計反射波長が1.1μm以上の長波長帯D
BRにおいて、高い反射率を維持したままDBRの電気
抵抗を低減することができる。
According to the sixth, seventh and eighth inventions, the first semiconductor layer having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index are alternately laminated. A refractive index between the refractive index of the first semiconductor layer and the refractive index of the second semiconductor layer between the first semiconductor layer having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index. In the distributed Bragg reflector provided with a material layer having a value, the designed reflection wavelength of the distributed Bragg reflector is longer than 1.1 μm, and the material layer has a thickness of the distributed Bragg reflector design. Since the reflection wavelength λ [μm] is (50λ−15) [nm] or less, the design reflection wavelength is 1.1 μm or more in the long wavelength band D.
In the BR, the electrical resistance of the DBR can be reduced while maintaining a high reflectance.

【0149】また、請求項9記載の発明によれば、活性
層と、共振器ミラーとを有する面発光レーザ素子におい
て、共振器ミラーには請求項1乃至請求項8のいずれか
一項に記載の分布ブラッグ反射器が用いられるので、従
来の光通信,光伝送用途の0.85μm帯,0.98μ
m帯面発光レーザに比べて、低発振閾値電流,低消費電
力,高出力動作可能な光通信,光伝送用途の面発光レー
ザ素子を得ることができる。すなわち、動作電圧が低
く、高効率、高出力動作可能な面発光レーザ素子を得る
ことができる。
Further, according to the invention of claim 9, in a surface emitting laser device having an active layer and a cavity mirror, the cavity mirror is described in any one of claims 1 to 8. Since the distributed Bragg reflector of is used in the conventional optical communication and optical transmission applications, 0.85 μm band, 0.98 μm
As compared with the m-band surface emitting laser, it is possible to obtain a surface emitting laser device for low oscillation threshold current, low power consumption, high output operation, optical communication, and optical transmission. That is, it is possible to obtain a surface emitting laser device having a low operating voltage and capable of operating with high efficiency and high output.

【0150】また、請求項10記載の発明によれば、請
求項9記載の面発光レーザ素子において、活性層の材料
がGaNAs,GaInAs,GaInNAs,GaA
sSb,GaInAsSb,GaInNAsSbのいず
れかであるので、1.1μmよりも長波で発振する面発
光レーザ素子を得ることができる。特に、波長1.3μ
m帯のレーザ素子と石英シングルモードレーザとを組み
合わせることによって、高速通信,高速伝送が可能とな
る。すなわち、動作電圧が低く、高効率、高温、高出力
動作可能な通信用途の面発光レーザ素子を得ることがで
きる。
According to the invention of claim 10, in the surface emitting laser element of claim 9, the material of the active layer is GaNAs, GaInAs, GaInNAs, GaA.
Since it is any one of sSb, GaInAsSb, and GaInNAsSb, it is possible to obtain a surface emitting laser element that oscillates at a wavelength longer than 1.1 μm. Especially wavelength 1.3μ
By combining an m-band laser element and a quartz single mode laser, high speed communication and high speed transmission become possible. That is, it is possible to obtain a surface emitting laser device for communication which has a low operating voltage and can operate with high efficiency, high temperature and high output.

【0151】また、請求項11記載の発明によれば、請
求項9または請求項10記載の面発光レーザ素子が複数
個配列されて構成されている面発光レーザアレイである
ので、発熱による素子間の干渉も少なく、特性,信頼性
の優れた面発光レーザアレイが得られる。すなわち、動
作電圧が低く、高効率、高温、高出力動作可能な通信用
途の面発光レーザアレイを得ることができる。
According to the eleventh aspect of the present invention, since the surface emitting laser array is formed by arranging a plurality of the surface emitting laser elements according to the ninth or tenth aspect, the elements are heated by heat generation. It is possible to obtain a surface emitting laser array having excellent characteristics and reliability with little interference. That is, it is possible to obtain a surface emitting laser array for communication which has a low operating voltage and can operate with high efficiency, high temperature and high output.

【0152】また、請求項12記載の発明によれば、請
求項9または請求項10の面発光レーザ素子、または、
請求項11記載の面発光レーザアレイを用いた光インタ
ーコネクションシステムであるので、高速伝送が可能で
信頼性の高い光インターコネクションシステムを得るこ
とができる。
According to the twelfth aspect of the invention, the surface emitting laser element of the ninth or tenth aspect, or
Since it is an optical interconnection system using the surface emitting laser array according to claim 11, it is possible to obtain an optical interconnection system capable of high-speed transmission and having high reliability.

【0153】また、請求項13記載の発明によれば、請
求項9または請求項10の面発光レーザ素子、または、
請求項11記載の面発光レーザアレイを用いた光通信シ
ステムであるので、高速通信が可能で信頼性の高い光通
信システムを得ることができる。
According to the invention described in claim 13, the surface emitting laser device according to claim 9 or 10, or
Since it is an optical communication system using the surface emitting laser array according to claim 11, it is possible to obtain an optical communication system capable of high-speed communication and having high reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】AlAs/GaAsの24ペアの積層によるD
BRの反射スペクトルを示す図である。
FIG. 1 D by stacking 24 pairs of AlAs / GaAs
It is a figure which shows the reflection spectrum of BR.

【図2】本発明の第1の実施形態の分布ブラッグ反射器
(DBR)の一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a distributed Bragg reflector (DBR) according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施形態の分布ブラッグ反射器
(DBR)の一例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a distributed Bragg reflector (DBR) according to the first embodiment of the present invention.

【図4】0.88μm帯と1.3μm帯のDBRの反射
率と、材料層(線形組成傾斜層)の厚さとの関係を示す
図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the reflectance of DBRs in the 0.88 μm band and the 1.3 μm band and the thickness of the material layer (linear composition gradient layer).

【図5】図4の結果と同様の構造の線形組成傾斜層を有
する1.3μmの反射波長を持つAlAs/GaAs
DBRのゼロバイアス付近における抵抗率(dV/d
J:電圧V[V]の電流密度J[A/cm2]による微
分)[Ωcm2]を示す図である。
5 is an AlAs / GaAs having a reflection wavelength of 1.3 μm with a linear composition gradient layer having a structure similar to that of FIG.
Resistivity (dV / d) near zero bias of DBR
J is a diagram showing a derivative of voltage V [V] by current density J [A / cm 2 ]) [Ωcm 2 ].

【図6】図4の結果と同様の構造の線形組成傾斜層を有
する1.3μmの反射波長を持つAlAs/GaAs
DBRのゼロバイアス付近における抵抗率(dV/d
J:電圧V[V]の電流密度J[A/cm2]による微
分)[Ωcm2]を示す図である。
6 is an AlAs / GaAs having a reflection wavelength of 1.3 μm with a linear composition gradient layer having a structure similar to the result of FIG.
Resistivity (dV / d) near zero bias of DBR
J is a diagram showing a derivative of voltage V [V] by current density J [A / cm 2 ]) [Ωcm 2 ].

【図7】組成傾斜層の膜厚tに対する反射率Rの変化を
示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing a change in reflectance R with respect to a film thickness t of a composition gradient layer.

【図8】本発明の第3の実施形態の分布ブラッグ反射器
(DBR)の一例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a distributed Bragg reflector (DBR) according to a third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第3の実施形態の分布ブラッグ反射器
(DBR)の一例を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an example of a distributed Bragg reflector (DBR) according to a third embodiment of the present invention.

【図10】図4のAlAs/GaAs DBRにおい
て、各層のドーピング濃度を7E17cm-3とした場合
の結果を示した図である。
10 is a diagram showing the results when the doping concentration of each layer in the AlAs / GaAs DBR of FIG. 4 is 7E17 cm −3 .

【図11】Al0.8Ga0.2As/GaAsの4ペアDB
Rの電気抵抗率を図10と同様に計算した図である。
FIG. 11: 4-pair DB of Al 0.8 Ga 0.2 As / GaAs
It is the figure which calculated the electrical resistivity of R similarly to FIG.

【図12】1.3μmを設計反射波長とした4ペアのp
型分布ブラッグ反射器の電気抵抗率を組成傾斜層の厚さ
を変えて示した図である。
FIG. 12: 4 pairs of p with a design reflection wavelength of 1.3 μm
It is the figure which showed the electrical resistivity of the type distributed Bragg reflector by changing the thickness of the composition gradient layer.

【図13】1.3μmを設計反射波長とした4ペアのp
型分布ブラッグ反射器の電気抵抗率を組成傾斜層の厚さ
を変えて示した図である。
FIG. 13: 4 pairs of p with a design reflection wavelength of 1.3 μm
It is the figure which showed the electrical resistivity of the type distributed Bragg reflector by changing the thickness of the composition gradient layer.

【図14】設計反射波長が1.1μm乃至1.7μmの
分布ブラッグ反射器について組成傾斜層厚さと反射率の
関係を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a relationship between a composition gradient layer thickness and reflectance for a distributed Bragg reflector having a design reflection wavelength of 1.1 μm to 1.7 μm.

【図15】図14の反射率の組成傾斜層厚さに対する変
化率(|dR/dt|)を示す図である。
15 is a diagram showing a change rate (| dR / dt |) of the reflectance of FIG. 14 with respect to the composition gradient layer thickness.

【図16】本発明の面発光レーザ素子の構成例を示す図
である。
FIG. 16 is a diagram showing a configuration example of a surface emitting laser element of the present invention.

【図17】本発明の面発光レーザ素子の構成例を示す図
である。
FIG. 17 is a diagram showing a configuration example of a surface emitting laser element of the present invention.

【図18】本発明の光インターコネクションシステムの
具体例を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a specific example of the optical interconnection system of the present invention.

【図19】面発光レーザアレイモジュールの概要を示す
図である。
FIG. 19 is a diagram showing an outline of a surface emitting laser array module.

【図20】本発明の光通信システムの具体例を示す図で
ある。
FIG. 20 is a diagram showing a specific example of an optical communication system of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1の半導体層 2 第2の半導体層 3 材料層 11 n−GaAs基板 12 n−DBR 13 GaAsスペーサ層 14 GaInNAs活性層 15 GaAsスペーサ層 16 電流狭さく層 17 P−DBR 18 P−GaAsコンタクト層 19 ポリイミド膜 20 光出射部 21 P側電極 22 n側電極 31 Al0.9Ga0.1As層 32 AlGaAs組成傾斜層 33 GaAs層1 1st semiconductor layer 2 2nd semiconductor layer 3 Material layer 11 n-GaAs substrate 12 n-DBR 13 GaAs spacer layer 14 GaInNAs active layer 15 GaAs spacer layer 16 Current narrowing layer 17 P-DBR 18 P-GaAs contact layer 19 polyimide film 20 light emitting part 21 P-side electrode 22 n-side electrode 31 Al 0.9 Ga 0.1 As layer 32 AlGaAs composition gradient layer 33 GaAs layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 孝志 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 伊藤 彰浩 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 Fターム(参考) 5F073 AA51 AA65 AB04 AB17 AB27 AB28 BA02 CA07 CA17 CA20 CB02 EA23    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Takashi Takahashi             1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stocks             Company Ricoh (72) Inventor Akihiro Ito             1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stocks             Company Ricoh F-term (reference) 5F073 AA51 AA65 AB04 AB17 AB27                       AB28 BA02 CA07 CA17 CA20                       CB02 EA23

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 屈折率が大なる第1の半導体層と屈折率
が小なる第2の半導体層とが交互に積層され、屈折率が
大なる第1の半導体層と屈折率が小なる第2の半導体層
との間に、第1の半導体層の屈折率と第2の半導体層の
屈折率との間の屈折率値をとる材料層が設けられている
分布ブラッグ反射器において、前記分布ブラッグ反射器
の設計反射波長は1.1μmよりも長波であり、前記材
料層は厚さが5nm乃至50nmの範囲であることを特
徴とする分布ブラッグ反射器。
1. A first semiconductor layer having a large refractive index and a second semiconductor layer having a small refractive index are alternately laminated, and a first semiconductor layer having a large refractive index and a first semiconductor layer having a small refractive index are laminated. In the distributed Bragg reflector, a material layer having a refractive index value between the refractive index of the first semiconductor layer and the refractive index of the second semiconductor layer is provided between the two Bragg reflectors. A distributed Bragg reflector characterized in that the design reflection wavelength of the Bragg reflector is longer than 1.1 μm, and the material layer has a thickness in the range of 5 nm to 50 nm.
【請求項2】 屈折率が大なる第1の半導体層と屈折率
が小なる第2の半導体層とが交互に積層され、屈折率が
大なる第1の半導体層と屈折率が小なる第2の半導体層
との間に、第1の半導体層の屈折率と第2の半導体層の
屈折率との間の屈折率値をとる材料層が設けられている
分布ブラッグ反射器において、前記分布ブラッグ反射器
の設計反射波長は1.1μmよりも長波であり、前記材
料層は厚さが20nm乃至50nmの範囲であることを
特徴とする分布ブラッグ反射器。
2. A first semiconductor layer having a large refractive index and a second semiconductor layer having a small refractive index are alternately laminated, and a first semiconductor layer having a large refractive index and a first semiconductor layer having a small refractive index are laminated. In the distributed Bragg reflector, a material layer having a refractive index value between the refractive index of the first semiconductor layer and the refractive index of the second semiconductor layer is provided between the two Bragg reflectors. A distributed Bragg reflector characterized in that the design reflection wavelength of the Bragg reflector is longer than 1.1 μm, and the material layer has a thickness in the range of 20 nm to 50 nm.
【請求項3】 屈折率が大なる第1の半導体層と屈折率
が小なる第2の半導体層とが交互に積層され、屈折率が
大なる第1の半導体層と屈折率が小なる第2の半導体層
との間に、第1の半導体層の屈折率と第2の半導体層の
屈折率との間の屈折率値をとる材料層が設けられている
分布ブラッグ反射器において、前記分布ブラッグ反射器
の設計反射波長は1.1μmよりも長波であり、前記材
料層は厚さが30nm乃至50nmの範囲であることを
特徴とする分布ブラッグ反射器。
3. A first semiconductor layer having a large refractive index and a second semiconductor layer having a small refractive index are alternately stacked, and a first semiconductor layer having a large refractive index and a first semiconductor layer having a small refractive index are laminated. In the distributed Bragg reflector, a material layer having a refractive index value between the refractive index of the first semiconductor layer and the refractive index of the second semiconductor layer is provided between the two Bragg reflectors. A distributed Bragg reflector characterized in that the design reflection wavelength of the Bragg reflector is longer than 1.1 μm, and the material layer has a thickness in the range of 30 nm to 50 nm.
【請求項4】 請求項2記載の分布ブラッグ反射器にお
いて、分布ブラッグ反射器を構成する屈折率が小なる第
2の半導体層と屈折率が大なる第1の半導体層は、Al
As,GaAs,またはAlGaAs混晶で形成され、
屈折率が大なる第1の半導体層と屈折率が小なる第2の
半導体層とのAl組成の差が0.8未満であることを特
徴とする分布ブラッグ反射器。
4. The distributed Bragg reflector according to claim 2, wherein the second semiconductor layer having a small refractive index and the first semiconductor layer having a large refractive index which form the distributed Bragg reflector are made of Al.
Made of As, GaAs, or AlGaAs mixed crystal,
A distributed Bragg reflector characterized in that the difference in Al composition between the first semiconductor layer having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index is less than 0.8.
【請求項5】 請求項3記載の分布ブラッグ反射器にお
いて、分布ブラッグ反射器を構成する屈折率が小なる第
2の半導体層と屈折率が大なる第1の半導体層は、Al
As,GaAs,またはAlGaAs混晶で形成され、
屈折率が大なる第1の半導体層と屈折率が小なる第2の
半導体層とのAl組成の差が0.8以上であることを特
徴とする分布ブラッグ反射器。
5. The distributed Bragg reflector according to claim 3, wherein the second semiconductor layer having a small refractive index and the first semiconductor layer having a large refractive index which form the distributed Bragg reflector are made of Al.
Made of As, GaAs, or AlGaAs mixed crystal,
A distributed Bragg reflector characterized in that the difference in Al composition between the first semiconductor layer having a large refractive index and the second semiconductor layer having a small refractive index is 0.8 or more.
【請求項6】 屈折率が大なる第1の半導体層と屈折率
が小なる第2の半導体層とが交互に積層され、屈折率が
大なる第1の半導体層と屈折率が小なる第2の半導体層
との間に、第1の半導体層の屈折率と第2の半導体層の
屈折率との間の屈折率値をとる材料層が設けられている
分布ブラッグ反射器において、前記分布ブラッグ反射器
の設計反射波長は1.1μmよりも長波であり、前記材
料層は、厚さが、分布ブラッグ反射器の設計反射波長λ
[μm]に対して、(50λ−15)[nm]以下であ
ることを特徴とする分布ブラッグ反射器。
6. A first semiconductor layer having a large refractive index and a second semiconductor layer having a small refractive index are alternately stacked, and a first semiconductor layer having a large refractive index and a first semiconductor layer having a small refractive index are laminated. In the distributed Bragg reflector, a material layer having a refractive index value between the refractive index of the first semiconductor layer and the refractive index of the second semiconductor layer is provided between the two Bragg reflectors. The design reflection wavelength of the Bragg reflector is longer than 1.1 μm, and the thickness of the material layer is the design reflection wavelength λ of the distributed Bragg reflector.
A distributed Bragg reflector characterized in that it is (50λ-15) [nm] or less with respect to [μm].
【請求項7】 請求項6記載の分布ブラッグ反射器にお
いて、材料層は、厚さが20nm以上であることを特徴
とする分布ブラッグ反射器。
7. The distributed Bragg reflector according to claim 6, wherein the material layer has a thickness of 20 nm or more.
【請求項8】 請求項6記載の分布ブラッグ反射器にお
いて、材料層は、厚さが30nm以上であることを特徴
とする分布ブラッグ反射器。
8. The distributed Bragg reflector according to claim 6, wherein the material layer has a thickness of 30 nm or more.
【請求項9】 活性層と、共振器ミラーとを有する面発
光レーザ素子において、共振器ミラーには請求項1乃至
請求項8のいずれか一項に記載の分布ブラッグ反射器が
用いられることを特徴とする面発光レーザ素子。
9. A surface emitting laser device having an active layer and a cavity mirror, wherein the distributed Bragg reflector according to any one of claims 1 to 8 is used for the cavity mirror. Characteristic surface emitting laser device.
【請求項10】 請求項9記載の面発光レーザ素子にお
いて、活性層の材料がGaNAs,GaInAs,Ga
InNAs,GaAsSb,GaInAsSb,GaI
nNAsSbのいずれかであることを特徴とする面発光
レーザ素子。
10. The surface emitting laser device according to claim 9, wherein the material of the active layer is GaNAs, GaInAs, Ga.
InNAs, GaAsSb, GaInAsSb, GaI
A surface-emitting laser device characterized by being one of nNAsSb.
【請求項11】 請求項9または請求項10記載の面発
光レーザ素子が複数個配列されて構成されていることを
特徴とする面発光レーザアレイ。
11. A surface emitting laser array comprising a plurality of surface emitting laser elements according to claim 9 or 10.
【請求項12】 請求項9または請求項10の面発光レ
ーザ素子、または、請求項11記載の面発光レーザアレ
イを用いたことを特徴とする光インターコネクションシ
ステム。
12. An optical interconnection system comprising the surface emitting laser element according to claim 9 or 10, or the surface emitting laser array according to claim 11.
【請求項13】 請求項9または請求項10の面発光レ
ーザ素子、または、請求項11記載の面発光レーザアレ
イを用いたことを特徴とする光通信システム。
13. An optical communication system using the surface emitting laser device according to claim 9 or 10, or the surface emitting laser array according to claim 11.
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