JPH0730187A - 面発光半導体レーザ - Google Patents
面発光半導体レーザInfo
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- JPH0730187A JPH0730187A JP16992393A JP16992393A JPH0730187A JP H0730187 A JPH0730187 A JP H0730187A JP 16992393 A JP16992393 A JP 16992393A JP 16992393 A JP16992393 A JP 16992393A JP H0730187 A JPH0730187 A JP H0730187A
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- JP
- Japan
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- semiconductor
- gaas
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- substrate
- layer
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18305—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] with emission through the substrate, i.e. bottom emission
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/3223—IV compounds
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 光通信に適した1.3μm帯あるいは1.5μm
帯に発振波長を持つ面発光半導体レーザを提供する。 【構成】 この面発光半導体レーザは、n型GaAs基
板1上に、反射鏡2であるn型AlAs(0.130μ
m)とn型GaAs(0.108μm)とを25対積層
し、次いで発光層3である単結晶(Ge2)b(GaA
s)1-bを0.44μm成長し、反射鏡4であるp型Al
As(0.130μm)とp型GaAs(0.108μm)
とを25対積層し、次いでGaAs基板1の裏面を研磨
した後、Au、Ge、Niを使いオーミック電極6を形
成し、次に、反射鏡4の最終成長層のGaAs層上にリ
フトオフによりCr、Auのオーミック電極5を形成
し、その後、H2SO4:H2O2:H2O=4:1:1の
混合液を用い、円柱状または四角柱状にエッチングして
なる。
帯に発振波長を持つ面発光半導体レーザを提供する。 【構成】 この面発光半導体レーザは、n型GaAs基
板1上に、反射鏡2であるn型AlAs(0.130μ
m)とn型GaAs(0.108μm)とを25対積層
し、次いで発光層3である単結晶(Ge2)b(GaA
s)1-bを0.44μm成長し、反射鏡4であるp型Al
As(0.130μm)とp型GaAs(0.108μm)
とを25対積層し、次いでGaAs基板1の裏面を研磨
した後、Au、Ge、Niを使いオーミック電極6を形
成し、次に、反射鏡4の最終成長層のGaAs層上にリ
フトオフによりCr、Auのオーミック電極5を形成
し、その後、H2SO4:H2O2:H2O=4:1:1の
混合液を用い、円柱状または四角柱状にエッチングして
なる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基板と直交する垂直方
向に光を出射させる面発光半導体レーザの特性改善に関
するものであり、光通信に適した1.3μm帯あるいは1.
5μm帯に発振波長を持つ面発光半導体レーザを提供す
るものである。
向に光を出射させる面発光半導体レーザの特性改善に関
するものであり、光通信に適した1.3μm帯あるいは1.
5μm帯に発振波長を持つ面発光半導体レーザを提供す
るものである。
【0002】
【従来の技術】面発光レーザは、低しきい値動作、高速
変調および大規模二次元集積化が可能であり、光通信、
光情報処理システムを構成するデバイスとして期待され
ている。従来の、長波長域(1.3μm帯あるいは1.5μ
m帯)に発振波長を持つ面発光半導体レーザは、基板と
してInPを使用して、活性層にInP基板に格子整合
したInGaAsPを使用し、反射鏡としてはInGa
AsP半導体との多層膜か、あるいは、TiO2,S
i,SiN,SiO2等の誘電体の多層膜を使用してい
た。
変調および大規模二次元集積化が可能であり、光通信、
光情報処理システムを構成するデバイスとして期待され
ている。従来の、長波長域(1.3μm帯あるいは1.5μ
m帯)に発振波長を持つ面発光半導体レーザは、基板と
してInPを使用して、活性層にInP基板に格子整合
したInGaAsPを使用し、反射鏡としてはInGa
AsP半導体との多層膜か、あるいは、TiO2,S
i,SiN,SiO2等の誘電体の多層膜を使用してい
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、InG
aAsP半導体とInP半導体との多層膜を反射鏡とし
て使う場合、InGaAsP半導体とInP半導体との
屈折率差が小さいため(約8%)、約40対の多層膜に
しなければ99%の高反射率は得られないという問題点
があった。この約40対の多層膜は約9μmの厚さに対
応するので、この多層膜を得るためには8時間程度の結
晶成長時間が必要になる。
aAsP半導体とInP半導体との多層膜を反射鏡とし
て使う場合、InGaAsP半導体とInP半導体との
屈折率差が小さいため(約8%)、約40対の多層膜に
しなければ99%の高反射率は得られないという問題点
があった。この約40対の多層膜は約9μmの厚さに対
応するので、この多層膜を得るためには8時間程度の結
晶成長時間が必要になる。
【0004】また、活性層をはさんで両側にこの反射鏡
を形成する場合、当然2倍の時間がかかることになり、
実用的ではなかった。また反射鏡に使われるInGaA
sP半導体の禁制帯幅は、活性層に使われるInGaA
sP半導体の禁制帯幅に近く、吸収損失が大きいという
欠点もある。
を形成する場合、当然2倍の時間がかかることになり、
実用的ではなかった。また反射鏡に使われるInGaA
sP半導体の禁制帯幅は、活性層に使われるInGaA
sP半導体の禁制帯幅に近く、吸収損失が大きいという
欠点もある。
【0005】一方、誘電体多層膜は、屈折率差を大きく
とれるため、10対以下でも99%以上の高反射率が得
られるが、誘電体多層膜を通して電流注入をする事がで
きないため、電流分布が不均一になるという欠点があ
る。また基板を除去してから誘電体多層膜を形成しなけ
ればならず、半導体層と誘電体膜を合わせた厚さがたか
だか10μm程度となり、強度に問題が残る。さらに、
結晶成長終了後に、新たに誘電体多層膜を設けるという
制作上の煩雑さが生じる。
とれるため、10対以下でも99%以上の高反射率が得
られるが、誘電体多層膜を通して電流注入をする事がで
きないため、電流分布が不均一になるという欠点があ
る。また基板を除去してから誘電体多層膜を形成しなけ
ればならず、半導体層と誘電体膜を合わせた厚さがたか
だか10μm程度となり、強度に問題が残る。さらに、
結晶成長終了後に、新たに誘電体多層膜を設けるという
制作上の煩雑さが生じる。
【0006】本発明は上記問題に鑑み、一度の結晶成長
で長波長域の面発光半導体レーザを提供することを目的
とする。
で長波長域の面発光半導体レーザを提供することを目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明に係る面発光半導体レーザは、基板と直交する垂直方
向に光を出射させる面発光半導体レーザにおいて、上記
基板としてGaAsを使用し、反射鏡としてx値の異な
る数種のAlxGa1-xAs半導体の多層膜、あるいは、
y値の異なる数種の(AlyGa1-y)0.51In0.49P半
導体の多層膜、または上記半導体の組み合わせからなる
半導体多層膜を使用し、且つ活性層にはInaGa1-aA
s半導体、または、(Ge2)b(GaAs)1-b半導体
を使用することを特徴とする。
明に係る面発光半導体レーザは、基板と直交する垂直方
向に光を出射させる面発光半導体レーザにおいて、上記
基板としてGaAsを使用し、反射鏡としてx値の異な
る数種のAlxGa1-xAs半導体の多層膜、あるいは、
y値の異なる数種の(AlyGa1-y)0.51In0.49P半
導体の多層膜、または上記半導体の組み合わせからなる
半導体多層膜を使用し、且つ活性層にはInaGa1-aA
s半導体、または、(Ge2)b(GaAs)1-b半導体
を使用することを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明では、基板としてGaAsを使用し、反
射鏡としてx値の異なる数種のAlxGa1-xAs半導体
の多層膜、あるいは、y値の異なる数種の(AlyGa1
-y)0.51In0.49P半導体の多層膜、または上記半導体
の組み合わせからなる半導体多層膜を使用するため、I
nP基板上に成長したInGaAsP半導体多層膜の場
合の屈折率差(約8%)に比べ倍の大きさの屈折率差
(約15%)がとれる。
射鏡としてx値の異なる数種のAlxGa1-xAs半導体
の多層膜、あるいは、y値の異なる数種の(AlyGa1
-y)0.51In0.49P半導体の多層膜、または上記半導体
の組み合わせからなる半導体多層膜を使用するため、I
nP基板上に成長したInGaAsP半導体多層膜の場
合の屈折率差(約8%)に比べ倍の大きさの屈折率差
(約15%)がとれる。
【0009】よって、同じ反射率を得るために必要とさ
れるペア数が少なくてすむ。また、本発明による面発光
半導体レーザの反射鏡に使われる半導体の禁制帯幅は、
InP基板に格子整合するInGaAsPの禁制帯幅よ
りも大きいので、発振波長である1.3μm帯の光、ある
いは1.5μm帯の光に対し、その吸収損失はInGaA
sP半導体の場合より著しく小さくなり、従って、容易
に高反射率を得ることが可能となり、低しきい値で動作
する面発光半導体レーザを提供することが可能となる。
れるペア数が少なくてすむ。また、本発明による面発光
半導体レーザの反射鏡に使われる半導体の禁制帯幅は、
InP基板に格子整合するInGaAsPの禁制帯幅よ
りも大きいので、発振波長である1.3μm帯の光、ある
いは1.5μm帯の光に対し、その吸収損失はInGaA
sP半導体の場合より著しく小さくなり、従って、容易
に高反射率を得ることが可能となり、低しきい値で動作
する面発光半導体レーザを提供することが可能となる。
【0010】また、禁制帯幅は波長にして1.3μm帯あ
るいは1.5μm帯に対応するInGaAsP半導体はG
aAs基板上には良好には成長しないが、InaGa1-a
As半導体、または、(Ge2)b(GaAs)1-b半導
体を使用することで、GaAs基板上に1.3μm帯ある
いは1.5μm帯の光を発する活性層を成長することがで
きるようになる。
るいは1.5μm帯に対応するInGaAsP半導体はG
aAs基板上には良好には成長しないが、InaGa1-a
As半導体、または、(Ge2)b(GaAs)1-b半導
体を使用することで、GaAs基板上に1.3μm帯ある
いは1.5μm帯の光を発する活性層を成長することがで
きるようになる。
【0011】
【実施例】以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。
細に説明する。
【0012】実施例1 図1は、本発明による面発光半導体レーザの第1の実施
例を示す基本構造の断面図である。同図において、1は
単結晶GaAsの半導体基板、2はこの半導体基板1上
に形成された、単結晶GaAsと単結晶AlAsからな
る半導体多層膜反射鏡を各々図示し、その厚さは屈折率
n、発振波長をλとしてλ/(4・n)である。3は発
光波長のピークが1.55μmである単結晶(Ge2)
b(GaAs)1-bからなる発光層、5は上部半導体多層
膜反射鏡4上に形成されたオーミック電極、6はGaA
s半導体基板1の裏面に形成されたオーミック電極を各
々図示する。
例を示す基本構造の断面図である。同図において、1は
単結晶GaAsの半導体基板、2はこの半導体基板1上
に形成された、単結晶GaAsと単結晶AlAsからな
る半導体多層膜反射鏡を各々図示し、その厚さは屈折率
n、発振波長をλとしてλ/(4・n)である。3は発
光波長のピークが1.55μmである単結晶(Ge2)
b(GaAs)1-bからなる発光層、5は上部半導体多層
膜反射鏡4上に形成されたオーミック電極、6はGaA
s半導体基板1の裏面に形成されたオーミック電極を各
々図示する。
【0013】次に各部構成について詳細に説明する。n
型GaAs基板1上に、反射鏡2であるn型AlAs
(0.130μm)とn型GaAs(0.108μm)とを
25対積層する。次いで発光層3である単結晶(G
e2)b(GaAs)1-bを0.44μm成長し、反射鏡4
であるp型AlAs(0.130μm)とp型GaAs
(0.108μm)とを25対積層する。そして、GaA
s基板1の裏面を研磨した後、Au、Ge、Niを使い
オーミック電極6を形成する。次に、反射鏡4の最終成
長層のGaAs層上にリフトオフによりCr、Auのオ
ーミック電極5を形成する。その後、H2SO4:H
2O2:H2O=4:1:1の混合液を用い、円柱状また
は四角柱状にエッチングする。
型GaAs基板1上に、反射鏡2であるn型AlAs
(0.130μm)とn型GaAs(0.108μm)とを
25対積層する。次いで発光層3である単結晶(G
e2)b(GaAs)1-bを0.44μm成長し、反射鏡4
であるp型AlAs(0.130μm)とp型GaAs
(0.108μm)とを25対積層する。そして、GaA
s基板1の裏面を研磨した後、Au、Ge、Niを使い
オーミック電極6を形成する。次に、反射鏡4の最終成
長層のGaAs層上にリフトオフによりCr、Auのオ
ーミック電極5を形成する。その後、H2SO4:H
2O2:H2O=4:1:1の混合液を用い、円柱状また
は四角柱状にエッチングする。
【0014】この様に構成した面発光半導体レーザにお
いて、電流−光出力特性を調べたところ注入電流15m
Aでの発振を確認した。そのときの発振波長は1.56μ
mであり、その光出力は0.1mWであった。
いて、電流−光出力特性を調べたところ注入電流15m
Aでの発振を確認した。そのときの発振波長は1.56μ
mであり、その光出力は0.1mWであった。
【0015】実施例2 図2は、本発明の第2の実施例を示すものであり、図2
(B)は(A)のA部拡大図である。上記第1の実施例
において、n型AlAs(0.110μm)とn型GaA
s(0.091μm)との半導体多層膜の反射鏡2の上に
AlAs層7を0.25μm成長し、さらにその上に発光
層8としてInAsとGaAsとを1分子層の厚さで交
互に成長させ、約10nmの厚さにする。その上に0.25
μmのAlAs層9と、GaAsとAlAs25対から
なるp型半導体多層膜を積層した構造になっている。ま
た半導体多層膜反射鏡4を構成するGaAs層とAlA
s層の間は、素子抵抗を低減するためにAlxGa1-xA
sのxを連続的に変化させ、組成が連続的に変化する構
造になっている。
(B)は(A)のA部拡大図である。上記第1の実施例
において、n型AlAs(0.110μm)とn型GaA
s(0.091μm)との半導体多層膜の反射鏡2の上に
AlAs層7を0.25μm成長し、さらにその上に発光
層8としてInAsとGaAsとを1分子層の厚さで交
互に成長させ、約10nmの厚さにする。その上に0.25
μmのAlAs層9と、GaAsとAlAs25対から
なるp型半導体多層膜を積層した構造になっている。ま
た半導体多層膜反射鏡4を構成するGaAs層とAlA
s層の間は、素子抵抗を低減するためにAlxGa1-xA
sのxを連続的に変化させ、組成が連続的に変化する構
造になっている。
【0016】この様に構成した面発光半導体レーザにお
いて、電流−光出力特性を調べたところ注入電流9mA
での発振を確認した。そのときの発振波長は1.32μm
であり、光出力は0.4mWであった。
いて、電流−光出力特性を調べたところ注入電流9mA
での発振を確認した。そのときの発振波長は1.32μm
であり、光出力は0.4mWであった。
【0017】上記第1の実施例では、発光層がバルク状
の(Ge2)b(GaAs)1-bであったが、Ge2とGa
Asを1分子層ごと、あるいは数分子層ごとに交互に積
層しても同様である。また、上記第2の実施例ではIn
AsとGaAsを1分子層の厚さで交互に成長させた構
造であるが、バルク状でも同様である。また反射鏡とし
てyの値の異なる数種の(AlyGa1-y)0.51In0.49
P半導体の多層膜を用いても同様である。
の(Ge2)b(GaAs)1-bであったが、Ge2とGa
Asを1分子層ごと、あるいは数分子層ごとに交互に積
層しても同様である。また、上記第2の実施例ではIn
AsとGaAsを1分子層の厚さで交互に成長させた構
造であるが、バルク状でも同様である。また反射鏡とし
てyの値の異なる数種の(AlyGa1-y)0.51In0.49
P半導体の多層膜を用いても同様である。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明の面発光半導
体レーザは、基板としてGaAsを使用し、反射鏡とし
てx値の異なる数種のAlxGa1-xAs半導体の多層
膜、あるいは、y値の異なる数種の(AlyGa1-y)
0.51In0.49P半導体の多層膜、または上記半導体の組
み合わせからなる半導体多層膜を使用するため、屈折率
差が大きくとれ、かつ吸収損失が小さいため、従来のよ
うにInGaAsP/InPの40対からなる反射鏡と
同等の反射率をGaAs/AlAsでは約半分で実現で
きる。また発光層にInaGa1-aAs半導体、または、
(Ge2)b(GaAs)1-b半導体を使用することで、
GaAs基板上に1.3μm帯あるいは1.5μm帯の光を
発する活性層を成長することができるようになる。
体レーザは、基板としてGaAsを使用し、反射鏡とし
てx値の異なる数種のAlxGa1-xAs半導体の多層
膜、あるいは、y値の異なる数種の(AlyGa1-y)
0.51In0.49P半導体の多層膜、または上記半導体の組
み合わせからなる半導体多層膜を使用するため、屈折率
差が大きくとれ、かつ吸収損失が小さいため、従来のよ
うにInGaAsP/InPの40対からなる反射鏡と
同等の反射率をGaAs/AlAsでは約半分で実現で
きる。また発光層にInaGa1-aAs半導体、または、
(Ge2)b(GaAs)1-b半導体を使用することで、
GaAs基板上に1.3μm帯あるいは1.5μm帯の光を
発する活性層を成長することができるようになる。
【図1】実施例1に係る面発光半導体レーザの概略図で
ある。
ある。
【図2】実施例2に係る面発光半導体レーザの概略図で
ある。
ある。
1 GaAs半導体基板 2 半導体多層膜反射鏡 3 Ge2GaAs発光層 4 半導体多層膜反射鏡 5,6 オーミック電極 7 AlAs層 8 発光層 9 AlAs層
Claims (1)
- 【請求項1】 基板と直交する垂直方向に光を出射させ
る面発光半導体レーザにおいて、上記基板としてGaA
sを使用し、反射鏡としてx値の異なる数種のAlxG
a1-xAs半導体の多層膜、あるいは、y値の異なる数
種の(AlyGa1-y)0.51In0.49P半導体の多層膜、
または上記半導体の組み合わせからなる半導体多層膜を
使用し、且つ活性層にはInaGa1-aAs半導体、また
は、(Ge2)b(GaAs)1-b半導体を使用すること
を特徴とする面発光半導体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16992393A JPH0730187A (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 面発光半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16992393A JPH0730187A (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 面発光半導体レーザ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0730187A true JPH0730187A (ja) | 1995-01-31 |
Family
ID=15895457
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16992393A Withdrawn JPH0730187A (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 面発光半導体レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0730187A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09116228A (ja) * | 1995-09-22 | 1997-05-02 | Fr Telecom | 垂直空胴レーザ放出部品とその製造方法 |
JP2018152467A (ja) * | 2017-03-13 | 2018-09-27 | 株式会社リコー | 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ素子、光源ユニット、レーザ装置、点火装置 |
-
1993
- 1993-07-09 JP JP16992393A patent/JPH0730187A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09116228A (ja) * | 1995-09-22 | 1997-05-02 | Fr Telecom | 垂直空胴レーザ放出部品とその製造方法 |
JP2018152467A (ja) * | 2017-03-13 | 2018-09-27 | 株式会社リコー | 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ素子、光源ユニット、レーザ装置、点火装置 |
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