JP2000133876A - Surface-emitting laser device - Google Patents
Surface-emitting laser deviceInfo
- Publication number
- JP2000133876A JP2000133876A JP10307167A JP30716798A JP2000133876A JP 2000133876 A JP2000133876 A JP 2000133876A JP 10307167 A JP10307167 A JP 10307167A JP 30716798 A JP30716798 A JP 30716798A JP 2000133876 A JP2000133876 A JP 2000133876A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- emitting laser
- surface emitting
- laser device
- polarization
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信及び光コン
ピュータ等に用いられる面発光レーザ装置に係り、特
に、偏光方向を制御することができる面発光レーザ及び
面発光レーザアレイに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface emitting laser device used for optical communication and optical computers, and more particularly to a surface emitting laser and a surface emitting laser array capable of controlling the polarization direction.
【０００２】[0002]
【従来の技術】現在、光通信、光コンピュータ等の光源
として、高密度化された半導体レーザアレイが必要とな
っている。半導体レーザアレイはいくつかの半導体レー
ザを適当なピッチで並べ、各々独立に駆動するようにし
ている。従来用いられている半導体レーザアレイの主な
作製方法としては、一つに別々に作製した半導体レーザ
を整列させてハンダ、ＡｕＳｎ等の低融点合金により同
一のヒートシンクに融着させて作製するフリップチップ
ボンディングによる方法がある。この場合、アライメン
トは機械的な方式になるため、ピッチを詰められない、
また、精度が悪いという欠点がある。2. Description of the Related Art At present, a high-density semiconductor laser array is required as a light source for optical communications, optical computers, and the like. In the semiconductor laser array, several semiconductor lasers are arranged at an appropriate pitch, and are driven independently of each other. The main method of manufacturing a semiconductor laser array conventionally used is a flip chip manufactured by aligning separately manufactured semiconductor lasers and fusing them to the same heat sink with a low melting point alloy such as solder or AuSn. There is a bonding method. In this case, since the alignment is a mechanical method, the pitch cannot be reduced,
In addition, there is a disadvantage that accuracy is poor.
【０００３】これに対して、一枚の基板上に作り込むモ
ノリシックな半導体レーザアレイの作製方法がある。こ
れは端面出射型ストライプレーザでは、適当な間隔でメ
サストライプを並べて作製するものである。つまり、電
極を個々に分割することで、個々のレーザを別々に駆動
することが可能となっている。また、このタイプの半導
体レーザアレイは互いの半導体レーザのピッチ、位置精
度は光学露光で決定されるためμｍオーダーの精度が得
られるという長所がある。[0003] On the other hand, there is a method of manufacturing a monolithic semiconductor laser array formed on one substrate. In the case of an edge-emitting type stripe laser, a mesa stripe is arranged at an appropriate interval. That is, it is possible to separately drive the individual lasers by dividing the electrodes individually. In addition, this type of semiconductor laser array has an advantage in that the pitch and position accuracy of the semiconductor lasers are determined by optical exposure, so that accuracy on the order of μm can be obtained.
【０００４】しかしながら、その端面出射型レーザアレ
イでは、１次元の配列しかできないため、アレイの数、
密度には限界があり、光情報処理の光源として求められ
ている多くの半導体レーザを集積化した半導体レーザア
レイには不向きであった。これに対して面発光レーザで
は、基板に対して垂直方向に光を出射するため、２次元
の配列が容易で高密度なマトリクスアレイが作製される
という利点があり、ファイバ等光学部品への結合効率に
も優れている。[0004] However, the end-emission type laser array can only be arranged one-dimensionally.
The density is limited, and is not suitable for a semiconductor laser array in which many semiconductor lasers required as a light source for optical information processing are integrated. On the other hand, a surface emitting laser emits light in a direction perpendicular to the substrate, and thus has the advantage that a two-dimensional array is easy and a high-density matrix array is manufactured. It is also very efficient.
【０００５】したがって、光スイッチ、光インターコネ
クション等には光学素子やファイバへの結合あるいはア
レイ素子の大きさを考慮すると、高精度、かつ、高密度
化が可能な面発光レーザアレイが有望視されている。さ
らに、半導体レーザアレイの光通信や、光コンピュータ
への応用上、偏光方向は安定であることが望ましい。こ
れは、光情報処理のシステム構成で偏光依存性のある光
学素子を用いるためだけではなく、素子の端面反射等で
どんな系でも偏光依存性が存在するため、偏光の不安定
性が系全体を不安定にするためである。Therefore, a surface emitting laser array which can be highly accurate and has a high density is considered to be promising for an optical switch, an optical interconnection and the like in consideration of coupling to an optical element or a fiber or the size of an array element. ing. Furthermore, it is desirable that the polarization direction be stable for application to optical communication of a semiconductor laser array and an optical computer. This is not only due to the use of polarization-dependent optical elements in the optical information processing system configuration, but also because polarization dependence exists in any system due to the end face reflection of the elements, etc. This is for stability.
【０００６】上記した光通信や光コンピュータで重要と
なる半導体レーザアレイの偏光についての見地からする
と、端面出射型の半導体レーザはピッチが波長程度に小
さくモードカップリングが起きる場合を除けば、アレイ
であることによる特別な偏光制限効果は存在せず、個々
の素子の偏光特性を保持する。そのため、アレイでは、
ＴＥモードに起因する基板に平行な偏光が優勢となる。From the viewpoint of the polarization of the semiconductor laser array, which is important in the optical communication and the optical computer described above, the edge emitting type semiconductor laser has a small pitch of about the wavelength and the mode coupling occurs except for the mode coupling. There is no special polarization limiting effect due to the fact that the polarization characteristics of the individual elements are retained. So in an array,
Polarization parallel to the substrate due to the TE mode becomes dominant.
【０００７】一方、面発光レーザでは偏光に対して制限
要因がないため、個々の素子でランダムな方向に偏光が
現れ、かつ、その偏光方向は不安定で駆動電流や温度等
によりスイッチングが起きる場合がある。面発光レーザ
の１つである垂直共振器型面発光レーザは、特開平７−
２４０５０６号に示されるように、上下２組の半導体多
層反射膜で共振器を形成し、基板に対して垂直方向に光
を出射する半導体レーザである。この垂直共振器型面発
光レーザは、端面出射型ストライプレーザに較べて、出
射角が狭い、縦モード間隔が大きい、アレイにしやすい
等の特徴を持つ。On the other hand, in the case of the surface emitting laser, since there is no limiting factor for the polarization, the polarization appears in a random direction in each element, and the polarization direction is unstable and switching occurs due to a driving current or temperature. There is. A vertical cavity surface emitting laser which is one of surface emitting lasers is disclosed in
As shown in Japanese Patent No. 240506, this is a semiconductor laser in which a resonator is formed by two sets of upper and lower semiconductor multilayer reflective films and light is emitted in a direction perpendicular to the substrate. This vertical cavity surface emitting laser has features such as a narrower emission angle, a longer vertical mode interval, and easier arraying, as compared with an edge-emitting stripe laser.
【０００８】現在、半導体レーザを光源とする光通信等
のシステムでは、偏光の方向に依存するビームスプリッ
タや偏光子などの使用が不可欠なので、面発光レーザに
おいても偏光を制御することが応用上極めて重要であ
る。また、垂直共振器型面発光レーザにおいて偏光を制
御しようとする試みに対していくつか報告があるが大き
く分けて３種類の方法がある。At present, in a system such as an optical communication system using a semiconductor laser as a light source, the use of a beam splitter or a polarizer which depends on the direction of polarization is indispensable. is important. Some reports have been made on attempts to control the polarization of a vertical cavity surface emitting laser, but there are three main methods.
【０００９】（１）１つ目の方法は、多層反射膜の反射
率に異方性を持たせようという試みであり、Ｍｉｔｓｕ
ａｋｉ Ｓｈｉｍｉｚｕらがジャパニーズ ジャーナル
オブ アプライド フィジックス ３０巻 Ｌ１０１
５−Ｌ１０１７頁（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．３
０，ＰＰ．Ｌ１０１５−１０１７，１９９１）に示した
ように、上部の半導体多層膜の側面のうち向かい合う２
面のみを高反射率の金属で覆った例があるが、実験結果
からはこの方法の有効性は確認されていない。(1) The first method is an attempt to impart anisotropy to the reflectance of the multilayer reflective film.
aki Shimizu et al. Japanese Journal of Applied Physics Volume 30 L101
5-L1017 (Japanese Journal)
of Applied Physics Vol. 3
0, PP. L1015-1017, 1991), two opposing side surfaces of the upper semiconductor multilayer film.
Although there is an example in which only the surface is covered with a metal having a high reflectance, the effectiveness of this method has not been confirmed from experimental results.
【００１０】（２）２つ目の方法は、活性層に異方的な
ストレスを与える方法で、Ｔｏｓｈｉｋａｚｕ Ｍｕｋ
ａｉｈａｒａらがジャパニーズ ジャーナル オブ ア
プライド フィジックス ３１巻 １３８９−１３９０
頁（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐ
ｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．３１，ＰＰ．１３
８９−１３９０，１９９２）に示したように、基板を楕
円に掘り込んで異方的なストレスを与えることで長軸に
平行な偏光を得ようというものであるが、基板へのスト
レスを用いると、温度変化による熱膨張や、パッケージ
ング、取扱い時に発生するストレスの影響を受けやす
く、現実的でない。(2) The second method is to apply anisotropic stress to the active layer, and the method is called Toshikazu Muk.
aihara et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 31, 1389-1390
Page (Japanese Journal of App)
led Physics Vol. 31, PP. 13
89-1390, 1992), the substrate is dug into an ellipse and anisotropic stress is applied to obtain polarized light parallel to the long axis. However, when stress is applied to the substrate, It is susceptible to thermal expansion due to temperature changes and stress generated during packaging and handling, which is not practical.
【００１１】また、特開平４−２４２９８９号公報に示
されるように、異方形状を有する電極により、異方的な
利得を与える利得閉じ込め型レーザの一種の例がある
が、利得閉じ込め型においては閉じ込めが弱く、光は発
散しており、電極下部に閉じ込められている割合（光閉
じ込め係数）は非常に小さいので、電極形状の変化で与
えられる利得の異方性は非常に弱い。従って、それを利
用した偏波制御効果も小さいと思われる。Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-24289, there is an example of a type of gain confined type laser in which anisotropic gain is provided by an electrode having an anisotropic shape. Since the confinement is weak, light is diverging, and the ratio (light confinement coefficient) confined under the electrode is very small, the gain anisotropy given by the change in the electrode shape is very weak. Therefore, it is considered that the polarization control effect using this is small.
【００１２】（３）３つ目の方法は、特開平８−１８１
３９１号公報に示されるように、上部の多層反射膜のポ
スト構造の形状を、正方形でなく長方形にすることによ
って長方形の長軸方向の偏光に対する共振器の損失を低
くして、その方向に偏光したモードで発振を生じさせる
方法である。この方法では、効果はシングルモード発振
する面発光レーザに限定され、一般に、多用されるマル
チモードファイバを用いた光通信に適するマルチモード
発振の面発光レーザには効果がないといった欠点があっ
た。(3) A third method is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-181.
As shown in Japanese Patent Publication No. 391, the shape of the post structure of the upper multilayer reflective film is made to be not a square but a rectangle, so that the loss of the resonator with respect to the polarization in the long axis direction of the rectangle is reduced. This is a method for causing oscillation in the selected mode. In this method, the effect is limited to a surface emitting laser that oscillates in a single mode, and there is a defect that a multimode oscillating surface emitting laser suitable for optical communication using a multimode fiber that is frequently used has no effect.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の別々に作製した半導体レーザを並べて半導体レーザア
レイを作製する場合、端面出射型半導体レーザアレイで
は、通常の基板面を基準とした同一ヒートシンクへの融
着による配置が難しく、作製が非常に困難となるといっ
た問題があった。As described above, when a semiconductor laser array is manufactured by arranging conventional semiconductor lasers separately manufactured, in the case of an edge-emitting type semiconductor laser array, the same heat sink based on a normal substrate surface is used. However, there is a problem that the arrangement by fusion to the substrate is difficult, and the production becomes very difficult.
【００１４】また、従来の半導体レーザアレイの偏光方
向は、同一基板上にモノリシックに作製した場合、端面
出射型半導体レーザアレイではアレイ数が制限されたり
２次元配置が困難であったり、アレイあたりのチャンネ
ル数が制限され、また、面発光レーザの偏光制御につい
てはいろいろな試みがなされているにも関わらず、十分
な偏光制御を行うことができていないために、面発光レ
ーザアレイで個々のレーザ素子ごとに全くばらばらの偏
光となっていた。When the polarization direction of a conventional semiconductor laser array is monolithically fabricated on the same substrate, the number of arrays in an edge-emitting type semiconductor laser array is limited, two-dimensional arrangement is difficult, or the per-array Although the number of channels is limited and various attempts have been made to control the polarization of the surface-emitting laser, it has not been possible to perform sufficient polarization control. The polarization was completely different for each element.
【００１５】さらに、従来例では静特性時のデータしか
示されておらず、実際には直接変調をかけた際に、異な
る偏光方向のモード間でのゲイン差が不十分であるため
に、偏光方向が光パルスの立ち上がり、立ち下がりで不
安定になり、Ｓ／Ｎを劣化させる。したがって、偏光制
御においては、静特性のみならず動特性においても安定
した偏光制御がなされていなければならない。Further, in the conventional example, only data at the time of static characteristics are shown. In practice, when direct modulation is applied, the gain difference between modes in different polarization directions is insufficient, so that the polarization The direction becomes unstable at the rise and fall of the light pulse, deteriorating the S / N. Therefore, in polarization control, stable polarization control must be performed not only in static characteristics but also in dynamic characteristics.
【００１６】本発明は、上記問題点を除去し、面発光素
子の偏波方向を変調時において、ある一方向に揃えるこ
とができ、かつ、単一横モードにおいても、また横マル
チモードにおいても偏波制御されて発振することができ
る面発光レーザ装置を提供することを目的とする。The present invention eliminates the above-mentioned problems, and makes it possible to align the polarization direction of the surface-emitting element in a certain direction when modulating the light. It is an object of the present invention to provide a surface emitting laser device that can oscillate under polarization control.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕半導体基板上に活性層とこの活性層を挟む光閉じ
込め層からなる中間層と、この中間層の上下に第１及び
第２半導体多層反射膜とを有する面発光レーザ装置にお
いて、前記活性層が直径２００ｎｍ及び厚さ２０ｎｍ以
下のサイズである量子点を有する量子点層と、この量子
点層より大きい禁制帯幅を有し、かつ、光学異方性を有
するマトリクス層とを具備するようにしたものである。In order to achieve the above object, the present invention provides: (1) an intermediate layer comprising an active layer and a light confinement layer sandwiching the active layer on a semiconductor substrate; Wherein the active layer has a quantum dot layer having a diameter of 200 nm and a thickness of 20 nm or less, and a forbidden larger than the quantum dot layer. A matrix layer having a band width and having optical anisotropy.
【００１８】〔２〕上記〔１〕記載の面発光レーザ装置
において、前記半導体基板がＧａＡｓであり、かつ、前
記マトリクス層がＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＧ
ａＡｓＰ、又はＩｎＡｌＧａＡｓである。 〔３〕上記〔１〕記載の面発光レーザ装置において、前
記半導体基板がＩｎＰであり、かつ、前記マトリクス層
がＩｎＡｌＡｓ又はＩｎＡｌＧａＡｓである。[2] In the surface emitting laser device according to the above [1], the semiconductor substrate is made of GaAs, and the matrix layer is made of InGaP, InAlGaP, InG.
aAsP or InAlGaAs. [3] In the surface emitting laser device according to the above [1], the semiconductor substrate is InP, and the matrix layer is InAlAs or InAlGaAs.
【００１９】〔４〕上記〔１〕記載の面発光レーザ装置
において、前記マトリクス層を構成する混晶が、その構
成要素である２元結晶を１０モノレーヤー以下の厚さで
繰り返し積層して形成された短周期超格子層で置き換え
られるようにしたものである。 〔５〕上記〔４〕記載の面発光レーザ装置において、前
記半導体基板がＧａＡｓであり、かつ、前記短周期超格
子層がＩｎＰのＮモノレーヤー、及びＧａＰのＮモノレ
ーヤー（Ｎは１０以下）の繰り返しにより構成されるよ
うにしたものである。[4] In the surface emitting laser device according to the above [1], the mixed crystal constituting the matrix layer is formed by repeatedly laminating a binary crystal as a constituent element thereof to a thickness of 10 monolayers or less. It is designed to be replaced by a short-period superlattice layer. [5] In the surface emitting laser device according to the above [4], the semiconductor substrate is GaAs, and the short-period superlattice layer is a repetition of an N monolayer of InP and an N monolayer of GaP (N is 10 or less). Is constituted by
【００２０】なお、本発明において、面発光レーザ装置
とは、面発光レーザ又は面発光レーザアレイを指すもの
とする。本発明では、偏光制御を活性層のゲインに偏光
依存性を強く持たせることで実現している。具体的に
は、活性層を構成する量子点を偏光異方性を有するマト
リクス層に埋め込めることで量子点に偏光異方性を発生
させる。この偏光異方性の発生作用は、発明者らが実際
に実験により発見したもので、これまでにない強い偏光
異方性が発生する。In the present invention, the surface emitting laser device refers to a surface emitting laser or a surface emitting laser array. In the present invention, the polarization control is realized by making the gain of the active layer strongly dependent on the polarization. More specifically, polarization anisotropy is generated at the quantum points by embedding the quantum points constituting the active layer in a matrix layer having polarization anisotropy. The action of generating the polarization anisotropy was actually discovered by the inventors through experiments, and an unprecedented strong polarization anisotropy is generated.
【００２１】例えば、量子点を偏光異方性がないＧａＡ
ｓなどのマトリクス層に埋め込んだ構造では、室温での
発光強度差が直交する偏光間で１０〜２０％しかないの
に対し、異方性を有するＩｎＧａＰなどのマトリクス層
に埋め込んだ場合には、６０〜７０％にも及んだ。物理
的には、３次元のキャリア閉じ込め構造を持つ量子点の
状態密度・エネルギー準位が周囲のエネルギー障壁の方
位依存性に影響されるためであると説明できる。For example, a quantum dot is made of GaAs having no polarization anisotropy.
In a structure embedded in a matrix layer such as s, the emission intensity difference at room temperature is only 10 to 20% between orthogonal polarized lights, whereas when embedded in a matrix layer such as InGaP having anisotropy, It reached 60-70%. Physically, it can be explained that the state density and the energy level of the quantum point having the three-dimensional carrier confinement structure are affected by the azimuth dependence of the surrounding energy barrier.
【００２２】このエネルギー障壁の方位依存性は、マト
リクス層の異方性に由来しており、混晶においては自然
超格子による。また、こうした異方性は自然超格子と同
様な面内の組成変調を人工的に作り出すことによっても
発生する。例えばＩｎＰ３ＭＬ（モノレーヤー）とＧａ
Ｐ３ＭＬ（モノレーヤー）を繰り返し積層した短周期超
格子でも強い偏光異方性が量子点の発光において発生す
る。The azimuth dependence of the energy barrier is derived from the anisotropy of the matrix layer, and is due to the natural superlattice in the mixed crystal. Such anisotropy is also generated by artificially creating in-plane composition modulation similar to a natural superlattice. For example, InP3ML (monolayer) and Ga
Even in a short-period superlattice in which P3ML (monolayer) is repeatedly laminated, strong polarization anisotropy is generated in light emission at a quantum point.
【００２３】[0023]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実
施例を示す面発光レーザの断面図である。この図におい
て、１は陽極、２は陽極側ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体多
層反射膜、３は活性層、４はＡｌＧａＡｓ光閉じ込め
層、５は不活性化領域、６は陰極側ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ
半導体多層反射膜、７は陰極、８はＧａＡｓ基板であ
る。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a surface emitting laser showing an embodiment of the present invention. In this figure, 1 is an anode, 2 is an anode-side GaAs / AlAs semiconductor multilayer reflective film, 3 is an active layer, 4 is an AlGaAs light confinement layer, 5 is an inactive region, 6 is cathode-side GaAs / AlAs.
A semiconductor multilayer reflection film, 7 is a cathode, and 8 is a GaAs substrate.
【００２４】このように、この実施例では、上下２組の
ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体多層反射膜２，６（陽極側半
導体多層反射膜２と陰極側半導体多層反射膜６）で共振
器を形成し、基板８に対して垂直方向に光を出射するレ
ーザである。中間層は活性層３とＡｌＧａＡｓ光閉じ込
め層４よりなる。上側の陽極側半導体多層反射膜２は反
応性イオンビームエッチングにより、ポスト形状に加工
する。このポスト下部以外の活性層３はプロトン注入に
より不活性化領域５に変性される。As described above, in this embodiment, a resonator is formed by two sets of upper and lower GaAs / AlAs semiconductor multilayer reflective films 2 and 6 (anode-side semiconductor multilayer reflective film 2 and cathode-side semiconductor multilayer reflective film 6). The laser emits light in a direction perpendicular to the substrate 8. The intermediate layer includes an active layer 3 and an AlGaAs light confinement layer 4. The upper anode side semiconductor multilayer reflective film 2 is processed into a post shape by reactive ion beam etching. The active layer 3 other than the lower portion of the post is modified into the inactive region 5 by proton implantation.
【００２５】また、下側の陰極側半導体多層反射膜６ま
で貫いてエッチングを行い、そこに陰極７をとる。陽極
１はポスト全体を電極材で覆うことにより形成される。
そこで、陰極７と陽極１間に電流を流し、レーザ発振を
行う。図２は本発明の実施例を示す面発光レーザの活性
層の模式斜視図、図３はその面発光レーザの活性層の断
面図である。Further, etching is performed to penetrate to the lower cathode-side semiconductor multilayer reflective film 6, and the cathode 7 is taken there. The anode 1 is formed by covering the entire post with an electrode material.
Then, a current is caused to flow between the cathode 7 and the anode 1 to perform laser oscillation. FIG. 2 is a schematic perspective view of an active layer of a surface emitting laser according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view of the active layer of the surface emitting laser.
【００２６】この図において、発光源である量子点は、
自己形成的に形成されたＩｎＡｓからなる量子点で約１
０10ｃｍ-2個の面密度で量子点層３Ｂに形成される。こ
れらの量子点は、直径２００ｎｍ及び厚さ２０ｎｍ以下
のサイズであり、形状としては、ピラミッド形状やドー
ム形状等であるが、量子点が形成されれば良く、特に、
形状が限定されるものではない。この量子点は、厚さ３
０ｎｍのＩｎＧａＰからなるマトリクス層３Ａで覆われ
ている。このマトリクス層３Ａにおいては自然超格子が
含まれているため面内の光学異方性を有し、その結果、
量子点の発光の偏光依存性が発生する。In this figure, the quantum dots that are the light emitting sources are:
Approximately 1 at a quantum dot composed of self-formed InAs
The quantum dot layer 3B is formed at a surface density of 0 10 cm −2 . These quantum dots have a diameter of 200 nm and a thickness of 20 nm or less, and have a pyramid shape, a dome shape, or the like as a shape.
The shape is not limited. This quantum dot has a thickness of 3
It is covered with a 0 nm InGaP matrix layer 3A. Since the matrix layer 3A contains a natural superlattice, the matrix layer 3A has in-plane optical anisotropy.
The polarization dependence of the emission of the quantum point occurs.
【００２７】また、この実施例では、量子点層３Ｂとマ
トリクス層３Ａを５回繰り返し積層し、レーザ発振に必
要なゲインが得られるようにした。３Ｃは結晶成長上、
付帯的に生じるぬれ層である。なお、量子点層３Ｂとマ
トリクス層３Ａの層数の合計が１５００Åであることが
望ましく、層数としては、概ね、５層〜１０層とする。In this embodiment, the quantum dot layer 3B and the matrix layer 3A are repeatedly laminated five times so that a gain required for laser oscillation can be obtained. 3C is crystal growth,
It is a wetting layer that occurs incidentally. It is desirable that the total number of layers of the quantum dot layer 3B and the matrix layer 3A is 1500 °, and the number of layers is generally 5 to 10 layers.
【００２８】この実施例において、結晶成長は、ガスソ
ースのＭＢＥ（分子線ビームエピタキシャル成長）装置
を用いて基板温度５８０℃にて行った。ＧａＡｓ基板８
にはＳｉドープ〈１００〉基板を用いた。また、反応性
イオンビームエッチングはＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）励起した塩
素ガスを用い、基板温度を５０〜１００℃とした。In this embodiment, the crystal was grown at a substrate temperature of 580 ° C. using a gas source MBE (Molecular Beam Epitaxial Growth) apparatus. GaAs substrate 8
A Si-doped <100> substrate was used. Reactive ion beam etching is performed by ECR (Electron).
The substrate temperature was set to 50 to 100 ° C. by using a chlorine gas excited by Cyclotron Resonance.
【００２９】この構造の面発光レーザでは、ポスト断面
のサイズが６．５μｍ×６．５μｍより小さくなると、
横モード、縦モードともにシングルモードとなり、それ
以上では横マルチモードで発振する。この実施例の面発
光レーザでは、活性層３によるゲイン自身に方位依存性
があるため、シングルモード・マルチモードに関係なく
偏光が安定に保持される。In the surface emitting laser having this structure, when the size of the post cross section is smaller than 6.5 μm × 6.5 μm,
Both the horizontal mode and the vertical mode are in the single mode, and above that, they oscillate in the horizontal multi-mode. In the surface emitting laser of this embodiment, since the gain of the active layer 3 itself has azimuth dependence, the polarization is stably maintained regardless of the single mode or the multi mode.
【００３０】逆に、従来例のような、ポスト形状に異方
性を持たせた場合では、単一モードの得られない大きい
径のポストでは、このようなポスト側面の構造による偏
光制御は本質的に起こることはない。この実施例では、
ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ系材料でマトリクス層３ＡにＩｎＧ
ａＰを用いたが、他の材料系でもかまわない。例えば、
マトリクス層３Ａとして、自然超格子が形成されるＩｎ
ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、もしくはＩｎＡｌＧａＡ
ｓであっても同様に光学異方性が量子点に発生する。こ
れらの混晶においては、自然超格子以外の光学異方性が
生じる構造として、面内組成変調であっても、同様の効
果が得られる。Conversely, in the case where the post shape is made anisotropic as in the conventional example, in the case of a post having a large diameter where a single mode cannot be obtained, the polarization control by such a structure of the side surface of the post is essential. It does not happen. In this example,
The GaAs / AlAs-based material is used to form InG
Although aP was used, other material systems may be used. For example,
In which a natural superlattice is formed as the matrix layer 3A
AlGaP, InGaAsP, or InAlGaAs
Even in the case of s, the optical anisotropy similarly occurs at the quantum point. In these mixed crystals, the same effect can be obtained even in the in-plane composition modulation as a structure in which optical anisotropy other than the natural superlattice occurs.
【００３１】また、ＩｎＰ基板をベースとする結晶系で
あれば、ＩｎＡｌＡｓ、もしくはＩｎＡｌＧａＡｓでも
同様に光学異方性が発生する。この実施例では、量子点
としてＩｎＡｓを用いたが、基板に対して圧縮歪みを有
する材料系であれば量子点として用いることができる。
例えば、ＧａＡｓ基板には、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰなど
や、ＩｎＰ基板にはＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｓ
Ｓｂなどを用いることができる。If the crystal system is based on an InP substrate, optical anisotropy similarly occurs in InAlAs or InAlGaAs. In this example, InAs was used as the quantum point, but any material system having a compressive strain with respect to the substrate can be used as the quantum point.
For example, InGaAs, InP, etc. are used for a GaAs substrate, and InAs, InGaAs, InAs are used for an InP substrate.
Sb or the like can be used.
【００３２】さらに、マトリクス層を構成する混晶を、
その構成要素である２元結晶を１０モノレーヤー以下の
厚さで繰り返し積層して形成された短周期超格子層で置
き換えても同様に効果が得られる。例えば、この実施例
ではマトリクス層にはＩｎＧａＰの混晶を用いたが、そ
の構成要素であるＩｎＰとＧａＰの２元混晶を３ＭＬず
つ交互に繰り返して１６周期積層した短周期超格子で置
き換えることができる。この短周期超格子では、面内組
成変調の形成がより強く形成される傾向にあり、その結
果、活性層ゲインの方位依存性はより強まる。Further, the mixed crystal constituting the matrix layer is
The same effect can be obtained by replacing the binary crystal, which is a constituent element, with a short-period superlattice layer formed by repeatedly laminating layers having a thickness of 10 monolayers or less. For example, in this embodiment, a mixed crystal of InGaP is used for the matrix layer, but a binary mixed crystal of InP and GaP, which is a constituent element thereof, is alternately repeated by 3 ML, and replaced by a short-period superlattice that is stacked 16 periods. Can be. In this short-period superlattice, the in-plane composition modulation tends to be formed more strongly, and as a result, the azimuth dependence of the active layer gain becomes stronger.
【００３３】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
【００３４】[0034]
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、次のような効果を奏することができる。 （Ａ）本発明の面発光レーザ装置は、偏光制御を完全に
行うことができるので素子どうしの偏光を揃えるための
偏光素子等の光学素子を用いなくても光コンピュータや
光通信等に適用でき、システムを簡素化することができ
る。As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained. (A) Since the surface emitting laser device of the present invention can completely control the polarization, it can be applied to an optical computer or optical communication without using an optical element such as a polarizing element for aligning the polarization of the elements. , Can simplify the system.
【００３５】（Ｂ）直接変調時においても偏光が安定し
ているため、０バイアス駆動などが可能となり、システ
ムの安定性を高めることができる。(B) Since the polarization is stable even at the time of direct modulation, 0 bias drive or the like can be performed, and the stability of the system can be improved.
【図１】本発明の実施例を示す面発光レーザの断面図で
ある。FIG. 1 is a sectional view of a surface emitting laser according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施例を示す面発光レーザの活性層の
模式図である。FIG. 2 is a schematic view of an active layer of a surface emitting laser according to an embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施例を示す面発光レーザの活性層の
断面図である。FIG. 3 is a sectional view of an active layer of a surface emitting laser according to an embodiment of the present invention.
１ 陽極 ２ 陽極側ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体多層反射膜 ３ 活性層 ３Ａ マトリクス層 ３Ｂ 量子点層 ３Ｃ ぬれ層 ４ 光閉じ込め層 ５ 不活性化領域 ６ 陰極側ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体多層反射膜 ７ 陰極 ８ ＧａＡｓ基板 REFERENCE SIGNS LIST 1 anode 2 anode side GaAs / AlAs semiconductor multilayer reflective film 3 active layer 3A matrix layer 3B quantum dot layer 3C wetting layer 4 light confinement layer 5 passivation region 6 cathode side GaAs / AlAs semiconductor multilayer reflective film 7 cathode 8 GaAs substrate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F073 AA74 AA75 AA89 AB17 CA06 CA07 CA13 CA14 CA15 CB02 EA22 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F073 AA74 AA75 AA89 AB17 CA06 CA07 CA13 CA14 CA15 CB02 EA22
Claims (5)
光閉じ込め層からなる中間層と、該中間層の上下に第１
及び第２半導体多層反射膜とを有する面発光レーザ装置
において、（ａ）前記活性層が直径２００ｎｍ及び厚さ
２０ｎｍ以下のサイズである量子点を有する量子点層
と、（ｂ）該量子点層より大きい禁制帯幅を有し、か
つ、光学異方性を有するマトリクス層とを具備すること
を特徴とする面発光レーザ装置。An intermediate layer comprising an active layer and a light confinement layer sandwiching the active layer on a semiconductor substrate;
And (b) the quantum dot layer in which the active layer has a quantum dot having a diameter of 200 nm and a thickness of 20 nm or less, and (b) the quantum dot layer. A surface emitting laser device comprising: a matrix layer having a larger forbidden band width and having optical anisotropy.
て、前記半導体基板がＧａＡｓであり、かつ、前記マト
リクス層が、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＡ
ｓＰ、又はＩｎＡｌＧａＡｓであることを特徴とする面
発光レーザ装置。2. The surface emitting laser device according to claim 1, wherein said semiconductor substrate is made of GaAs, and said matrix layer is made of InGaP, InAlGaP, InGaAs.
A surface emitting laser device comprising sP or InAlGaAs.
て、前記半導体基板がＩｎＰであり、かつ、前記マトリ
クス層が、ＩｎＡｌＡｓ又はＩｎＡｌＧａＡｓであるこ
とを特徴とする面発光レーザ装置。3. The surface emitting laser device according to claim 1, wherein said semiconductor substrate is made of InP, and said matrix layer is made of InAlAs or InAlGaAs.
て、前記マトリクス層を構成する混晶が、その構成要素
である２元結晶を１０モノレーヤー以下の厚さで繰り返
し積層して形成された短周期超格子層で置き換えられる
ことを特徴とする面発光レーザ装置。4. The surface emitting laser device according to claim 1, wherein the mixed crystal constituting the matrix layer is formed by repeatedly laminating a binary crystal as a constituent element thereof to a thickness of 10 monolayers or less. A surface emitting laser device characterized by being replaced by a periodic superlattice layer.
て、前記半導体基板がＧａＡｓであり、かつ、前記短周
期超格子層がＩｎＰのＮモノレーヤー、及びＧａＰのＮ
モノレーヤー（Ｎは１０以下）の繰り返しにより構成さ
れることを特徴とする面発光レーザ装置。5. The surface emitting laser device according to claim 4, wherein said semiconductor substrate is GaAs, and said short-period superlattice layer is an N monolayer of InP and an N monolayer of GaP.
A surface emitting laser device comprising a monolayer (N is 10 or less) repeated.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30716798A JP3415043B2 (en) | 1998-10-28 | 1998-10-28 | Surface emitting laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30716798A JP3415043B2 (en) | 1998-10-28 | 1998-10-28 | Surface emitting laser device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000133876A true JP2000133876A (en) | 2000-05-12 |
| JP3415043B2 JP3415043B2 (en) | 2003-06-09 |
Family
ID=17965850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30716798A Expired - Fee Related JP3415043B2 (en) | 1998-10-28 | 1998-10-28 | Surface emitting laser device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3415043B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004063707A (en) * | 2002-07-29 | 2004-02-26 | Fuji Xerox Co Ltd | Surface emitting type semiconductor laser |
| JP2005136267A (en) * | 2003-10-31 | 2005-05-26 | Fujitsu Ltd | Semiconductor quantum dot element |
| JP2006237648A (en) * | 2006-06-07 | 2006-09-07 | Fuji Xerox Co Ltd | Surface-emitting type semiconductor laser |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08242037A (en) * | 1995-03-03 | 1996-09-17 | Nec Corp | Planar semiconductor light emitting element |
| JPH09326506A (en) * | 1996-04-05 | 1997-12-16 | Fujitsu Ltd | Quantum semiconductor device and manufacture thereof |
-
1998
- 1998-10-28 JP JP30716798A patent/JP3415043B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08242037A (en) * | 1995-03-03 | 1996-09-17 | Nec Corp | Planar semiconductor light emitting element |
| JPH09326506A (en) * | 1996-04-05 | 1997-12-16 | Fujitsu Ltd | Quantum semiconductor device and manufacture thereof |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004063707A (en) * | 2002-07-29 | 2004-02-26 | Fuji Xerox Co Ltd | Surface emitting type semiconductor laser |
| JP2005136267A (en) * | 2003-10-31 | 2005-05-26 | Fujitsu Ltd | Semiconductor quantum dot element |
| JP2006237648A (en) * | 2006-06-07 | 2006-09-07 | Fuji Xerox Co Ltd | Surface-emitting type semiconductor laser |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3415043B2 (en) | 2003-06-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7769067B2 (en) | Vertical cavity surface emitting laser device | |
| US6751242B2 (en) | Surface emitting semiconductor laser and surface emitting semiconductor laser array | |
| US6792026B2 (en) | Folded cavity solid-state laser | |
| US20060245464A1 (en) | Vertical cavity surface emitting laser device | |
| JP3658194B2 (en) | Ring resonator laser | |
| JPH1154838A (en) | Surface-emitting type semiconductor laser | |
| JP2008028120A (en) | Surface-emitting semiconductor element | |
| JPH11307882A (en) | Surface light-emitting semiconductor laser, laser array thereof, and manufacture thereof | |
| JPH04144183A (en) | Surface light emitting type semiconductor laser | |
| JPH11186657A (en) | Vertical resonance laser having photonic band structure | |
| JPS60124983A (en) | Semiconductor laser | |
| JP3415043B2 (en) | Surface emitting laser device | |
| JP2001060739A (en) | Surface emission laser | |
| JP2002141611A (en) | Semiconductor light emitting element and its fabricating method | |
| JP2901921B2 (en) | Semiconductor laser device | |
| JP2546150B2 (en) | Three-dimensional cavity surface emitting laser | |
| JP2875929B2 (en) | Semiconductor laser device and method of manufacturing the same | |
| JPH07326813A (en) | Optical switch | |
| EP4293842A1 (en) | Vertical cavity surface emitting laser element | |
| JP2800746B2 (en) | Surface emitting device and method of manufacturing the same | |
| JPH01108789A (en) | Surface emission semiconductor laser element | |
| JPH0215687A (en) | Manufacture of semiconductor laser element | |
| JPH0548195A (en) | Variable wavelength surface emission laser | |
| JPH065984A (en) | Semiconductor laser and manufacture thereof | |
| JP3674139B2 (en) | Visible semiconductor laser |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20030318 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090404 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100404 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |