JP2003037335A - 面発光型半導体レーザ素子 - Google Patents
面発光型半導体レーザ素子Info
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- JP2003037335A JP2003037335A JP2001221025A JP2001221025A JP2003037335A JP 2003037335 A JP2003037335 A JP 2003037335A JP 2001221025 A JP2001221025 A JP 2001221025A JP 2001221025 A JP2001221025 A JP 2001221025A JP 2003037335 A JP2003037335 A JP 2003037335A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＤＢＲミラーで発生する歪（応力）を低減し
て、信頼性の良好な面発光型半導体レーザ素子を提供す
る。 【解決手段】 本面発光型半導体レーザ素子は、一対の
下部多層膜反射鏡、及び上部多層膜反射鏡を半導体基板
上に有する垂直共振器型の半導体レーザ素子であって、
少なくとも一方の多層膜反射鏡が、半導体基板の格子定
数より格子定数が大きい化合物半導体層と、半導体基板
の格子定数より格子定数が小さい化合物半導体層とのペ
アで形成され、かつペアを構成する化合物半導体層のバ
ンドギャップ波長が、レーザ発振波長より小さい。
て、信頼性の良好な面発光型半導体レーザ素子を提供す
る。 【解決手段】 本面発光型半導体レーザ素子は、一対の
下部多層膜反射鏡、及び上部多層膜反射鏡を半導体基板
上に有する垂直共振器型の半導体レーザ素子であって、
少なくとも一方の多層膜反射鏡が、半導体基板の格子定
数より格子定数が大きい化合物半導体層と、半導体基板
の格子定数より格子定数が小さい化合物半導体層とのペ
アで形成され、かつペアを構成する化合物半導体層のバ
ンドギャップ波長が、レーザ発振波長より小さい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、面発光型半導体レ
ーザ素子に関し、更に詳細には、素子寿命の長い面発光
型半導体レーザ素子に関するものである。
ーザ素子に関し、更に詳細には、素子寿命の長い面発光
型半導体レーザ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】面発光型半導体レーザ素子は、基板に対
して直交方向に光を出射させる半導体レーザ素子であっ
て、従来のファブリペロー共振器型半導体レーザ素子と
は異なり、同じ基板上に２次元アレイ状に多数の面発光
型半導体レーザ素子を配列することが可能なこともあっ
て、近年、データ通信分野で注目されている半導体レー
ザ素子である。
して直交方向に光を出射させる半導体レーザ素子であっ
て、従来のファブリペロー共振器型半導体レーザ素子と
は異なり、同じ基板上に２次元アレイ状に多数の面発光
型半導体レーザ素子を配列することが可能なこともあっ
て、近年、データ通信分野で注目されている半導体レー
ザ素子である。
【０００３】面発光型半導体レーザ素子は、ＧａＡｓや
ＩｎＰといった半導体基板上に、例えばＧａＡｓ系では
Ａｌ（Ｇａ）Ａｓ／Ｇａ（Ａｌ）Ａｓ等を用いた１対の
半導体多層膜反射鏡を形成し、その対の反射鏡の間に発
光領域となる活性層を有するレーザ構造部を備えてい
る。特に、波長０．６μｍ〜１．６μｍ帯の垂直共振器
型の面発光型半導体レーザ素子の中には、ＧａＡｓ基板
上に形成することができ、活性層の上下に屈折率の異な
る材料のペアで形成された多層膜反射鏡（ＤＢＲミラ
ー）を有するものがある。
ＩｎＰといった半導体基板上に、例えばＧａＡｓ系では
Ａｌ（Ｇａ）Ａｓ／Ｇａ（Ａｌ）Ａｓ等を用いた１対の
半導体多層膜反射鏡を形成し、その対の反射鏡の間に発
光領域となる活性層を有するレーザ構造部を備えてい
る。特に、波長０．６μｍ〜１．６μｍ帯の垂直共振器
型の面発光型半導体レーザ素子の中には、ＧａＡｓ基板
上に形成することができ、活性層の上下に屈折率の異な
る材料のペアで形成された多層膜反射鏡（ＤＢＲミラ
ー）を有するものがある。
【０００４】ここで、図１を参照して、面発光型半導体
レーザ素子の基本的構造を説明する。図１は面発光型半
導体レーザ素子の基本的構造を示す模式的断面図であ
る。面発光型半導体レーザ素子５は、基本的には、図１
に示すように、ＧａＡｓ基板１上に、下部ＤＢＲミラー
２、上下がクラッド層で挟まれた活性層３、及び上部Ｄ
ＢＲミラー４の積層構造を備えている。
レーザ素子の基本的構造を説明する。図１は面発光型半
導体レーザ素子の基本的構造を示す模式的断面図であ
る。面発光型半導体レーザ素子５は、基本的には、図１
に示すように、ＧａＡｓ基板１上に、下部ＤＢＲミラー
２、上下がクラッド層で挟まれた活性層３、及び上部Ｄ
ＢＲミラー４の積層構造を備えている。
【０００５】下部及び上部ＤＢＲミラー２、４は、一般
的には、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓのペア、又はＡｌXＧａ1-X
Ａｓ（Ｘ＝０．２〜０．４）／ＡｌXＧａ1-XＡｓ（Ｘ＝
０．９〜０．９５）のペアで形成され、それぞれの厚さ
は、λ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）に設定され
ている。例えば、波長８５０ｎｍで発振する面発光型半
導体レーザ素子では、一般的に、Ａｌ0.2Ｇａ0.8 Ａｓ
／Ａｌ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓペアが用いられ、それぞれの厚
さは約６０．７ｎｍ／７０．８ｎｍとなる。また、下部
及び上部ＤＢＲミラーのペア数は、面発光型半導体レー
ザ素子の用途に応じて最適なペア数に設定されるもの
の、一般的には、下部ミラーが３５ペア、上部ミラーが
２５ペア程度で、総ペア数は６０ペアとなる。従って、
下部及び上部ＤＢＲミラーの総膜厚は、（７０．８＋６
０．７）×６０＝７８９０ｎｍとなる。
的には、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓのペア、又はＡｌXＧａ1-X
Ａｓ（Ｘ＝０．２〜０．４）／ＡｌXＧａ1-XＡｓ（Ｘ＝
０．９〜０．９５）のペアで形成され、それぞれの厚さ
は、λ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）に設定され
ている。例えば、波長８５０ｎｍで発振する面発光型半
導体レーザ素子では、一般的に、Ａｌ0.2Ｇａ0.8 Ａｓ
／Ａｌ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓペアが用いられ、それぞれの厚
さは約６０．７ｎｍ／７０．８ｎｍとなる。また、下部
及び上部ＤＢＲミラーのペア数は、面発光型半導体レー
ザ素子の用途に応じて最適なペア数に設定されるもの
の、一般的には、下部ミラーが３５ペア、上部ミラーが
２５ペア程度で、総ペア数は６０ペアとなる。従って、
下部及び上部ＤＢＲミラーの総膜厚は、（７０．８＋６
０．７）×６０＝７８９０ｎｍとなる。
【０００６】更に、近年、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶の化合
物半導体を活性層に利用することにより、ＧａＡｓ基板
上に波長１．２μｍ〜１．６μｍ帯の面発光型半導体レ
ーザ素子を形成することが可能となった。この帯域の面
発光型半導体レーザ素子では、当然、下部及び上部ＤＢ
Ｒミラーの厚さが波長に比例して厚くなる。従って、ペ
ア数が同じと仮定しても、下部及び上部ＤＢＲミラーの
総膜厚は、波長１．３μｍの面発光型半導体レーザ素子
では、約１２０００ｎｍになり、更に、波長１．５５μ
ｍの面発光型半導体レーザ素子では、約１４５００ｎｍ
にもなる。
物半導体を活性層に利用することにより、ＧａＡｓ基板
上に波長１．２μｍ〜１．６μｍ帯の面発光型半導体レ
ーザ素子を形成することが可能となった。この帯域の面
発光型半導体レーザ素子では、当然、下部及び上部ＤＢ
Ｒミラーの厚さが波長に比例して厚くなる。従って、ペ
ア数が同じと仮定しても、下部及び上部ＤＢＲミラーの
総膜厚は、波長１．３μｍの面発光型半導体レーザ素子
では、約１２０００ｎｍになり、更に、波長１．５５μ
ｍの面発光型半導体レーザ素子では、約１４５００ｎｍ
にもなる。
【０００７】ＧａＡｓ及びＡｌＡｓの格子定数は、それ
ぞれ、５．６５３Å及び５．６６１１Åであって、格子
定数が相互に近く、通常の端面発光型レーザでは、導波
路構造を構成する化合物半導体層の積層構造の膜厚が３
〜６μｍ程度と薄く、Ａｌ組成も０．３〜０．４と低い
ので、ＧａＡｓとＡｌＡｓとの格子定数の違いにより生
じる歪も小さく、歪の発生は、大きな問題とはならなか
った。しかし、面発光型半導体レーザ素子では、先に述
べたように、積層構造が著しく厚くなるので、格子定数
の差が小さくても、それが積み重なると、発生する歪が
無視できなくなるほど大きくなり、素子の信頼性に影響
を及ぼす可能性がある。特に波長が長い領域では大きな
問題となってくる。
ぞれ、５．６５３Å及び５．６６１１Åであって、格子
定数が相互に近く、通常の端面発光型レーザでは、導波
路構造を構成する化合物半導体層の積層構造の膜厚が３
〜６μｍ程度と薄く、Ａｌ組成も０．３〜０．４と低い
ので、ＧａＡｓとＡｌＡｓとの格子定数の違いにより生
じる歪も小さく、歪の発生は、大きな問題とはならなか
った。しかし、面発光型半導体レーザ素子では、先に述
べたように、積層構造が著しく厚くなるので、格子定数
の差が小さくても、それが積み重なると、発生する歪が
無視できなくなるほど大きくなり、素子の信頼性に影響
を及ぼす可能性がある。特に波長が長い領域では大きな
問題となってくる。
【０００８】ところで、歪み発生の問題は、素子の構造
にも依存し、近年、活発に研究、開発されている、酸化
狭窄型の閉じ込め構造では、特に問題となっている。酸
化狭窄型の閉じ込め構造は、電流注入効率を高め、閾値
電流値を下げるために設けられており、なかでも、Ａｌ
酸化層で電流狭窄構造を構成した酸化狭窄型の面発光型
半導体レーザ素子が注目されている。
にも依存し、近年、活発に研究、開発されている、酸化
狭窄型の閉じ込め構造では、特に問題となっている。酸
化狭窄型の閉じ込め構造は、電流注入効率を高め、閾値
電流値を下げるために設けられており、なかでも、Ａｌ
酸化層で電流狭窄構造を構成した酸化狭窄型の面発光型
半導体レーザ素子が注目されている。
【０００９】図２を参照して、従来の８５０ｎｍ帯の酸
化狭窄型の面発光型半導体レーザ素子の構成を説明す
る。図２は従来の８５０ｎｍ帯の酸化狭窄型の面発光型
半導体レーザ素子の構成を示す断面模式図である。ま
ず、従来の面発光型半導体レーザ素子１０は、図２に示
すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１２上に、それぞれの層の
厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）のｎ−Ａ
ｌ0.9ＧａＡｓ／ｎ−Ａｌ0.2 ＧａＡｓの３５ペアから
なる下部ＤＢＲミラー１４、下部クラッド層１６、量子
井戸活性層１８、上部クラッド層２０、及び、それぞれ
の層の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）の
ｐ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ｐ−Ａｌ0.2 ＧａＡｓの２５ペ
アからなる上部ＤＢＲミラー２２の積層構造を備えてい
る。
化狭窄型の面発光型半導体レーザ素子の構成を説明す
る。図２は従来の８５０ｎｍ帯の酸化狭窄型の面発光型
半導体レーザ素子の構成を示す断面模式図である。ま
ず、従来の面発光型半導体レーザ素子１０は、図２に示
すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１２上に、それぞれの層の
厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）のｎ−Ａ
ｌ0.9ＧａＡｓ／ｎ−Ａｌ0.2 ＧａＡｓの３５ペアから
なる下部ＤＢＲミラー１４、下部クラッド層１６、量子
井戸活性層１８、上部クラッド層２０、及び、それぞれ
の層の厚さがλ／４ｎ（λは発振波長、ｎは屈折率）の
ｐ−Ａｌ0.9ＧａＡｓ／ｐ−Ａｌ0.2 ＧａＡｓの２５ペ
アからなる上部ＤＢＲミラー２２の積層構造を備えてい
る。
【００１０】上部ＤＢＲミラー２２では、活性層１８に
近い側の一層が、Ａｌ0.9ＧａＡｓ層に代えて、ＡｌＡ
ｓ層２４で形成され、かつ電流注入領域以外の領域のＡ
ｌＡｓ層２４のＡｌが、選択的に酸化され、Ａｌ酸化層
２５からなる電流狭窄層を構成している。
近い側の一層が、Ａｌ0.9ＧａＡｓ層に代えて、ＡｌＡ
ｓ層２４で形成され、かつ電流注入領域以外の領域のＡ
ｌＡｓ層２４のＡｌが、選択的に酸化され、Ａｌ酸化層
２５からなる電流狭窄層を構成している。
【００１１】積層構造のうち、上部ＤＢＲミラー２２
は、フォトリソグラフィー処理及びエッチング加工によ
り、ＡｌＡｓ層２４よりも下方の活性層１８に近い層ま
で、例えば直径３０μｍの円形のメサポストに加工され
ている。メサポストに加工した積層構造を水蒸気雰囲気
中にて、約４００℃の温度で酸化処理を行い、メサポス
トの外側からＡｌＡｓ層２４のＡｌを選択的に酸化させ
ることにより、Ａｌ酸化層２５からなる電流狭窄層が形
成されている。例えばＡｌ酸化層２５の幅が１０μｍの
帯状のリングとした場合、中央のＡｌＡｓ層２４の面
積、即ち電流注入される部分（アパーチャ）の面積は、
約８０μｍ2（直径１０μｍ）の円形になる。
は、フォトリソグラフィー処理及びエッチング加工によ
り、ＡｌＡｓ層２４よりも下方の活性層１８に近い層ま
で、例えば直径３０μｍの円形のメサポストに加工され
ている。メサポストに加工した積層構造を水蒸気雰囲気
中にて、約４００℃の温度で酸化処理を行い、メサポス
トの外側からＡｌＡｓ層２４のＡｌを選択的に酸化させ
ることにより、Ａｌ酸化層２５からなる電流狭窄層が形
成されている。例えばＡｌ酸化層２５の幅が１０μｍの
帯状のリングとした場合、中央のＡｌＡｓ層２４の面
積、即ち電流注入される部分（アパーチャ）の面積は、
約８０μｍ2（直径１０μｍ）の円形になる。
【００１２】メサポストは、周囲が例えばポリイミド層
２６により埋め込まれている。そして、上部ＤＢＲミラ
ー２２の上部の外周に５μｍ〜１０μｍ程度の幅で接触
するリング状電極が、ｐ側電極２８として設けられてい
る。また、基板裏面を適宜研磨して基板厚さを例えば２
００μｍに調整した後、ｎ−ＧａＡｓ基板１２の裏面に
ｎ側電極３０が形成されている。更に、ポリイミド層２
６上には、ワイヤーを接続するための電極パッド３２
が、リング電極２８と接触するように形成されている。
２６により埋め込まれている。そして、上部ＤＢＲミラ
ー２２の上部の外周に５μｍ〜１０μｍ程度の幅で接触
するリング状電極が、ｐ側電極２８として設けられてい
る。また、基板裏面を適宜研磨して基板厚さを例えば２
００μｍに調整した後、ｎ−ＧａＡｓ基板１２の裏面に
ｎ側電極３０が形成されている。更に、ポリイミド層２
６上には、ワイヤーを接続するための電極パッド３２
が、リング電極２８と接触するように形成されている。
【００１３】上述したように、酸化狭窄型の閉じ込め構
造では、横方向の電流及び光の閉じ込めのために、Ａｌ
Ａｓ層を選択的に酸化させて形成したＡｌ酸化層（Ａｌ
XＯX）が設けられている。この酸化層は、結晶ではな
く、アモルファス状となっており、元のＡｌＡｓ層より
体積が収縮する。このため、ＤＢＲミラーで発生する積
層歪が、Ａｌ酸化層の先端部（メサポスト中央部側）に
加わり、その歪の問題が、顕著に現れる。
造では、横方向の電流及び光の閉じ込めのために、Ａｌ
Ａｓ層を選択的に酸化させて形成したＡｌ酸化層（Ａｌ
XＯX）が設けられている。この酸化層は、結晶ではな
く、アモルファス状となっており、元のＡｌＡｓ層より
体積が収縮する。このため、ＤＢＲミラーで発生する積
層歪が、Ａｌ酸化層の先端部（メサポスト中央部側）に
加わり、その歪の問題が、顕著に現れる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術で
は、面発光型半導体レーザ素子で発生する上述の歪を低
減して、信頼性を向上させることが難しかった。そこ
で、本発明の目的は、ＤＢＲミラーで発生する歪（応
力）を低減して、信頼性の良好な面発光型半導体レーザ
素子を提供することにある。
は、面発光型半導体レーザ素子で発生する上述の歪を低
減して、信頼性を向上させることが難しかった。そこ
で、本発明の目的は、ＤＢＲミラーで発生する歪（応
力）を低減して、信頼性の良好な面発光型半導体レーザ
素子を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、ＤＢＲミラ
ーで発生する歪（応力）を低減するために、例えばＡｌ
（Ｇａ）Ａｓをペアの一方とする半導体多層膜反射鏡で
は、ＧａＡｓに対する歪がＡｌ（Ｇａ）Ａｓと逆の歪を
有する化合物半導体をペアの他方に用いて、歪を相互に
相殺させ、ＤＢＲミラーの歪を低減することを着想し
た。また、ＧａＡｓ基板に対して、それぞれ逆の歪を有
する材料の組み合わせでも、同様の効果が発揮できる。
また、半導体多層膜反射鏡として機能するためには、ペ
アを構成する化合物半導体層のバンドギャップ波長が、
レーザの発振波長より小さいことが必要である。以上の
条件で、種々の化合物半導体層の組み合わせでＤＢＲミ
ラーのペアを作製し、発生する歪を測定して、着想の正
しいことを確認して、本発明を発明するに到った。
ーで発生する歪（応力）を低減するために、例えばＡｌ
（Ｇａ）Ａｓをペアの一方とする半導体多層膜反射鏡で
は、ＧａＡｓに対する歪がＡｌ（Ｇａ）Ａｓと逆の歪を
有する化合物半導体をペアの他方に用いて、歪を相互に
相殺させ、ＤＢＲミラーの歪を低減することを着想し
た。また、ＧａＡｓ基板に対して、それぞれ逆の歪を有
する材料の組み合わせでも、同様の効果が発揮できる。
また、半導体多層膜反射鏡として機能するためには、ペ
アを構成する化合物半導体層のバンドギャップ波長が、
レーザの発振波長より小さいことが必要である。以上の
条件で、種々の化合物半導体層の組み合わせでＤＢＲミ
ラーのペアを作製し、発生する歪を測定して、着想の正
しいことを確認して、本発明を発明するに到った。
【００１６】上記目的を達成するために、一対の下部多
層膜反射鏡、及び上部多層膜反射鏡を半導体基板上に有
する垂直共振器型の面発光型半導体レーザ素子におい
て、少なくとも一方の多層膜反射鏡が、半導体基板の格
子定数より格子定数が大きい化合物半導体層と半導体基
板の格子定数より格子定数が小さい化合物半導体層との
ペアで形成され、かつペアを構成する化合物半導体層の
バンドギャップ波長が、レーザ発振波長より小さいこと
を特徴としている。
層膜反射鏡、及び上部多層膜反射鏡を半導体基板上に有
する垂直共振器型の面発光型半導体レーザ素子におい
て、少なくとも一方の多層膜反射鏡が、半導体基板の格
子定数より格子定数が大きい化合物半導体層と半導体基
板の格子定数より格子定数が小さい化合物半導体層との
ペアで形成され、かつペアを構成する化合物半導体層の
バンドギャップ波長が、レーザ発振波長より小さいこと
を特徴としている。
【００１７】本発明の好適な実施態様では、多層膜反射
鏡の各ペアの間には、ペアの一方と他方の中間のバンド
ギャップ・エネルギーを有する化合物半導体層が介在し
ている。これにより、ペア間のバンドギャップ差が大き
く、ヘテロスパイクが生成し、面発光型半導体レーザ素
子の動作電圧が上昇するおそれがあるときであっても、
ヘテロスパイクの生成を抑制することができる。
鏡の各ペアの間には、ペアの一方と他方の中間のバンド
ギャップ・エネルギーを有する化合物半導体層が介在し
ている。これにより、ペア間のバンドギャップ差が大き
く、ヘテロスパイクが生成し、面発光型半導体レーザ素
子の動作電圧が上昇するおそれがあるときであっても、
ヘテロスパイクの生成を抑制することができる。
【００１８】本発明は、電流狭窄構造の構成に制約無く
適用できるが、特に、酸化狭窄型の閉じ込め構造を有す
る、面発光型半導体レーザ素子に好適に適用できる。ま
た、半導体多層膜反射鏡の厚さが厚い、１．２〜１．６
μｍの長波長領域の面発光型半導体レーザ素子では、本
発明の効果が大きい。
適用できるが、特に、酸化狭窄型の閉じ込め構造を有す
る、面発光型半導体レーザ素子に好適に適用できる。ま
た、半導体多層膜反射鏡の厚さが厚い、１．２〜１．６
μｍの長波長領域の面発光型半導体レーザ素子では、本
発明の効果が大きい。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照し、実施形態
例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明
する。実施形態例１ 本実施形態例は、半導体基板がＧａＡｓである６５０ｎ
ｍ帯の面発光型半導体レーザ素子に、本発明に係る面発
光型半導体レーザ素子を適用した実施形態例である。本
実施形態例では、少なくとも一方の多層膜反射鏡、例え
ば上部ＤＢＲミラーのペアが、 ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＰ、 ＡｌＧａＩｎＰ／ＩｎＧａＰ、 ＡｌXＧａ1-XＡｓＰ（０≦Ｘ≦１）／ＩｎＧａＰ、 ＡｌXＧａ1-XＡｓＰ（０≦Ｘ≦１）／ＡｌXＧａ1-XＡｓ
（０≦Ｘ≦１）、 ＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌXＧａ1-XＡｓ
（０≦Ｘ≦１）、及び ＩｎＧａＰ／ＡｌXＧａ1-XＡｓ（０≦Ｘ≦１） のいずれかの組み合わせで形成されている。
例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明
する。実施形態例１ 本実施形態例は、半導体基板がＧａＡｓである６５０ｎ
ｍ帯の面発光型半導体レーザ素子に、本発明に係る面発
光型半導体レーザ素子を適用した実施形態例である。本
実施形態例では、少なくとも一方の多層膜反射鏡、例え
ば上部ＤＢＲミラーのペアが、 ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＰ、 ＡｌＧａＩｎＰ／ＩｎＧａＰ、 ＡｌXＧａ1-XＡｓＰ（０≦Ｘ≦１）／ＩｎＧａＰ、 ＡｌXＧａ1-XＡｓＰ（０≦Ｘ≦１）／ＡｌXＧａ1-XＡｓ
（０≦Ｘ≦１）、 ＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌXＧａ1-XＡｓ
（０≦Ｘ≦１）、及び ＩｎＧａＰ／ＡｌXＧａ1-XＡｓ（０≦Ｘ≦１） のいずれかの組み合わせで形成されている。
【００２０】上部ＤＢＲミラーに代えて、下部ＤＢＲミ
ラーのペアを上述の組み合わせで形成しても良い。好適
には、上部及び下部ＤＢＲミラーのペアを上述の組み合
わせで形成する。
ラーのペアを上述の組み合わせで形成しても良い。好適
には、上部及び下部ＤＢＲミラーのペアを上述の組み合
わせで形成する。
【００２１】実施形態例２
本実施形態例は、半導体基板がＧａＡｓである、８５０
ｎｍ帯及び９８０ｎｍ帯の面発光型半導体レーザ素子
に、本発明に係る面発光型半導体レーザ素子を適用した
実施形態例である。本実施形態例では、少なくとも一方
の多層膜反射鏡、例えば上部ＤＢＲミラーのペアが、実
施形態例１の組み合わせに加えて、 ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌXＧａ1-XＡｓ（０≦Ｘ≦１）、 ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＩｎＧａＰ、 ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓＰ、 ＡｌＧａＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ、 ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ、 ＡｌXＧａ1-XＡｓＰ（０≦Ｘ≦１）／ＩｎＧａＡｓＰ、 ＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＡｓＳｂ、 ＡｌXＧａ1-XＡｓＰ（０≦Ｘ≦１）／ＡｌＧａＡｓＳ
ｂ、 ＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＡｓＳｂ、及び ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓＳｂ のいずれかの組み合わせで形成されている。
ｎｍ帯及び９８０ｎｍ帯の面発光型半導体レーザ素子
に、本発明に係る面発光型半導体レーザ素子を適用した
実施形態例である。本実施形態例では、少なくとも一方
の多層膜反射鏡、例えば上部ＤＢＲミラーのペアが、実
施形態例１の組み合わせに加えて、 ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌXＧａ1-XＡｓ（０≦Ｘ≦１）、 ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＩｎＧａＰ、 ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓＰ、 ＡｌＧａＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ、 ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ、 ＡｌXＧａ1-XＡｓＰ（０≦Ｘ≦１）／ＩｎＧａＡｓＰ、 ＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＡｓＳｂ、 ＡｌXＧａ1-XＡｓＰ（０≦Ｘ≦１）／ＡｌＧａＡｓＳ
ｂ、 ＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＡｓＳｂ、及び ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓＳｂ のいずれかの組み合わせで形成されている。
【００２２】上部ＤＢＲミラーに代えて、下部ＤＢＲミ
ラーのペアを上述の組み合わせで形成しても良い。好適
には、上部及び下部ＤＢＲミラーのペアを上述の組み合
わせで形成する。
ラーのペアを上述の組み合わせで形成しても良い。好適
には、上部及び下部ＤＢＲミラーのペアを上述の組み合
わせで形成する。
【００２３】実施形態例３
本実施形態例は、半導体基板がＧａＡｓである、１．２
μｍ〜１．６５μｍ帯の面発光型半導体レーザ素子に、
本発明に係る面発光型半導体レーザ素子を適用した実施
形態例である。本実施形態例では、少なくとも一方の多
層膜反射鏡、例えば上部ＤＢＲミラーのペアが、実施形
態例１及び実施形態例２の組み合わせに加えて、 ＡｌXＧａ1-XＡｓＰ（０≦Ｘ≦１）／ＧａＡｓＳｂ、 ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓＳｂ、 ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓＳｂ、及び ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓＳｂ のいずれかの組み合わせで形成されている。
μｍ〜１．６５μｍ帯の面発光型半導体レーザ素子に、
本発明に係る面発光型半導体レーザ素子を適用した実施
形態例である。本実施形態例では、少なくとも一方の多
層膜反射鏡、例えば上部ＤＢＲミラーのペアが、実施形
態例１及び実施形態例２の組み合わせに加えて、 ＡｌXＧａ1-XＡｓＰ（０≦Ｘ≦１）／ＧａＡｓＳｂ、 ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓＳｂ、 ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓＳｂ、及び ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓＳｂ のいずれかの組み合わせで形成されている。
【００２４】上部ＤＢＲミラーに代えて、下部ＤＢＲミ
ラーのペアを上述の組み合わせで形成しても良い。好適
には、上部及び下部ＤＢＲミラーのペアを上述の組み合
わせで形成する。
ラーのペアを上述の組み合わせで形成しても良い。好適
には、上部及び下部ＤＢＲミラーのペアを上述の組み合
わせで形成する。
【００２５】更に、上述した各組み合わせでは、ペア間
のバンドギャップ差が大きい場合に、ヘテロスパイクが
生成して、面発光型半導体レーザ素子の動作電圧が上昇
するおそれがある。そこで、ペア２層の界面にペアを構
成する２層の中間のバンドギャップを有する中間層を１
層以上挿入することにより、ヘテロスパイクの生成を抑
制することが望ましい。例えば、 ＩｎＧａＰ／ＩｎＧ
ａＰの間には、両者の中間のバンドギャップ・エネルギ
ーを有するＩｎＧａＰを、ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌXＧ
ａ1-XＡｓ（０≦Ｘ≦１）の間には、両者の中間のバン
ドギャップ・エネルギーを有するＡｌＧａＡｓを、Ａｌ
XＧａ1-XＡｓＰ（０≦Ｘ≦１）／ＧａＡｓＳｂの間に
は、両者の中間のバンドギャップ・エネルギーを有する
ＡｌＧａＡｓを介在させる。
のバンドギャップ差が大きい場合に、ヘテロスパイクが
生成して、面発光型半導体レーザ素子の動作電圧が上昇
するおそれがある。そこで、ペア２層の界面にペアを構
成する２層の中間のバンドギャップを有する中間層を１
層以上挿入することにより、ヘテロスパイクの生成を抑
制することが望ましい。例えば、 ＩｎＧａＰ／ＩｎＧ
ａＰの間には、両者の中間のバンドギャップ・エネルギ
ーを有するＩｎＧａＰを、ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌXＧ
ａ1-XＡｓ（０≦Ｘ≦１）の間には、両者の中間のバン
ドギャップ・エネルギーを有するＡｌＧａＡｓを、Ａｌ
XＧａ1-XＡｓＰ（０≦Ｘ≦１）／ＧａＡｓＳｂの間に
は、両者の中間のバンドギャップ・エネルギーを有する
ＡｌＧａＡｓを介在させる。
【００２６】実施形態例１から３で挙げた化合物半導体
層は、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ガスソースＭＢＥ法、
ＣＢＥ法等を適用して、結晶成長させることができる。
実施形態例１から３で挙げた組み合わせのペアのＤＢＲ
ミラーを形成した後、イオン注入による閉じ込め構造
や、酸化狭窄型の閉じ込め構造を形成し、面発光型半導
体レーザ素子或いは面発光レーザアレイを作製する。こ
のようにして作製した面発光型半導体レーザ素子では、
上下ＤＢＲミラーの格子定数の差により発生する歪（応
力）を小さくすることができるので、この歪の影響によ
る素子の寿命の短縮を防ぐことができる。特に、ＤＢＲ
ミラーの厚さが厚い、１．２〜１．６μｍの長波長領域
の面発光型半導体レーザ素子では、本発明の効果が大き
い。また、歪に弱い酸化層閉じ込め構造を用いる場合に
も有効である。
層は、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ガスソースＭＢＥ法、
ＣＢＥ法等を適用して、結晶成長させることができる。
実施形態例１から３で挙げた組み合わせのペアのＤＢＲ
ミラーを形成した後、イオン注入による閉じ込め構造
や、酸化狭窄型の閉じ込め構造を形成し、面発光型半導
体レーザ素子或いは面発光レーザアレイを作製する。こ
のようにして作製した面発光型半導体レーザ素子では、
上下ＤＢＲミラーの格子定数の差により発生する歪（応
力）を小さくすることができるので、この歪の影響によ
る素子の寿命の短縮を防ぐことができる。特に、ＤＢＲ
ミラーの厚さが厚い、１．２〜１．６μｍの長波長領域
の面発光型半導体レーザ素子では、本発明の効果が大き
い。また、歪に弱い酸化層閉じ込め構造を用いる場合に
も有効である。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、半導体基板の格子定数
より格子定数が大きい化合物半導体層と半導体基板の格
子定数より格子定数が小さい化合物半導体層とのペア
で、少なくとも一方の多層膜反射鏡を形成することによ
り、多層膜反射鏡に生じる歪を相互に相殺させ、ＤＢＲ
ミラーの歪を低減し、長寿命の信頼性の高い面発光型半
導体レーザ素子を実現することができる。
より格子定数が大きい化合物半導体層と半導体基板の格
子定数より格子定数が小さい化合物半導体層とのペア
で、少なくとも一方の多層膜反射鏡を形成することによ
り、多層膜反射鏡に生じる歪を相互に相殺させ、ＤＢＲ
ミラーの歪を低減し、長寿命の信頼性の高い面発光型半
導体レーザ素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】面発光型半導体レーザ素子の基本的構造を示す
模式的断面図である。
模式的断面図である。
【図２】従来の８５０ｎｍ帯の酸化狭窄型の面発光型半
導体レーザ素子の構成を示す模式的断面図である。
導体レーザ素子の構成を示す模式的断面図である。
５ 面発光型半導体レーザ素子の積層構造
１ ＧａＡｓ基板
２ 下部ＤＢＲミラー
３ 活性層
４ 上部ＤＢＲミラー
１０ 従来の酸化狭窄型の面発光型半導体レーザ素子
１２ ｎ−ＧａＡｓ基板
１４ 下部ＤＢＲミラー
１６ 下部クラッド層
１８ 量子井戸活性層
２０ 上部クラッド層
２２ 上部ＤＢＲミラー
２４ ＡｌＡｓ層
２５ Ａｌ酸化層
２６ ポリイミド層
２８ ｐ側電極
３０ ｎ側電極
３２ 電極パッド
フロントページの続き
(72)発明者 横内 則之
東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古
河電気工業株式会社内
Ｆターム(参考） 5F073 AA65 AB17 CA14 CA19 CB02
EA06 EA07 EA28
Claims (6)
- 【請求項１】 一対の下部多層膜反射鏡、及び上部多層
膜反射鏡を半導体基板上に有する垂直共振器型の面発光
型半導体レーザ素子において、少なくとも一方の多層膜
反射鏡が、半導体基板の格子定数より格子定数が大きい
化合物半導体層と、半導体基板の格子定数より格子定数
が小さい化合物半導体層とのペアで形成され、かつペア
を構成する化合物半導体層のバンドギャップ波長がレー
ザ発振波長より小さいことを特徴とする面発光型半導体
レーザ素子。 - 【請求項２】 半導体基板がＧａＡｓで、発振波長が６
３０ｎｍ以上７００ｎｍ未満の面発光型半導体レーザ素
子では、少なくとも一方の多層膜反射鏡のペアが、 ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＰ、 ＡｌＧａＩｎＰ／ＩｎＧａＰ、 ＡｌXＧａ1-XＡｓＰ（０≦Ｘ≦１）／ＩｎＧａＰ、 ＡｌXＧａ1-XＡｓＰ（０≦Ｘ≦１）／ＡｌXＧａ1-XＡｓ
（０≦Ｘ≦１）、 ＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌXＧａ1-XＡｓ
（０≦Ｘ≦１）、及び ＩｎＧａＰ／ＡｌXＧａ1-XＡｓ（０≦Ｘ≦１） のいずれかの組み合わせで形成されていることを特徴と
する請求項１に記載の面発光型半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 半導体基板がＧａＡｓで、発振波長が７
００ｎｍ以上１１００ｎｍ未満の面発光型半導体レーザ
素子では、多層膜反射鏡のペアが、請求項２に記載の組
み合わせに加えて、更に、 ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌXＧａ1-XＡｓ（０≦Ｘ≦１）、 ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＩｎＧａＰ、 ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓＰ、 ＡｌＧａＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ、 ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ、 ＡｌXＧａ1-XＡｓＰ（０≦Ｘ≦１）／ＩｎＧａＡｓＰ、 ＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＡｓＳｂ、 ＡｌXＧａ1-XＡｓＰ（０≦Ｘ≦１）／ＡｌＧａＡｓＳ
ｂ、 ＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＡｓＳｂ、及び ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓＳｂ のいずれかの組み合わせで形成されていることを特徴と
する請求項１に記載の面発光型半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 半導体基板がＧａＡｓで、発振波長が１
１００ｎｍ以上１６５０ｎｍ以下の面発光型半導体レー
ザ素子では、多層膜反射鏡のペアが、請求項２及び３に
記載の組み合わせに加えて更に、 ＡｌXＧａ1-XＡｓＰ（０≦Ｘ≦１）／ＧａＡｓＳｂ、 ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓＳｂ、 ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓＳｂ、及び ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓＳｂ のいずれかの組み合わせで形成されていることを特徴と
する請求項１に記載の面発光型半導体レーザ素子。 - 【請求項５】 多層膜反射鏡の各ペアの間には、ペアの
一方と他方の中間のバンドギャップ・エネルギーを有す
る化合物半導体層が介在していることを特徴とする請求
項２から４のいずれか１項に記載の面発光型半導体レー
ザ素子。 - 【請求項６】 酸化狭窄型の閉じ込め構造を有すること
を特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の面
発光型半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001221025A JP2003037335A (ja) | 2001-07-23 | 2001-07-23 | 面発光型半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001221025A JP2003037335A (ja) | 2001-07-23 | 2001-07-23 | 面発光型半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003037335A true JP2003037335A (ja) | 2003-02-07 |
Family
ID=19054758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001221025A Pending JP2003037335A (ja) | 2001-07-23 | 2001-07-23 | 面発光型半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003037335A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005072128A (ja) * | 2003-08-21 | 2005-03-17 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 面発光レーザ、その面発光レーザを用いた面発光レーザアレイと面発光レーザモジュール、および面発光半導体レーザの製造方法 |
| JP2006310534A (ja) * | 2005-04-28 | 2006-11-09 | Nec Corp | 半導体積層構造および半導体光素子 |
| JP2007258581A (ja) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 面発光レーザ素子 |
| JP2010027697A (ja) * | 2008-07-15 | 2010-02-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 面発光半導体レーザ |
| CN109842018A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-06-04 | 上海砷芯科技有限公司 | 激光元件 |
| CN110212409A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-09-06 | 度亘激光技术（苏州）有限公司 | 基于GaAs衬底的分布布拉格反射镜的制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000349393A (ja) * | 1999-03-26 | 2000-12-15 | Fuji Xerox Co Ltd | 半導体デバイス、面発光型半導体レーザ、及び端面発光型半導体レーザ |
-
2001
- 2001-07-23 JP JP2001221025A patent/JP2003037335A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000349393A (ja) * | 1999-03-26 | 2000-12-15 | Fuji Xerox Co Ltd | 半導体デバイス、面発光型半導体レーザ、及び端面発光型半導体レーザ |
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| JP2005072128A (ja) * | 2003-08-21 | 2005-03-17 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 面発光レーザ、その面発光レーザを用いた面発光レーザアレイと面発光レーザモジュール、および面発光半導体レーザの製造方法 |
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| CN109842018A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-06-04 | 上海砷芯科技有限公司 | 激光元件 |
| CN109842018B (zh) * | 2019-01-17 | 2021-07-02 | 上海伍兆电子科技有限公司 | 激光元件 |
| CN110212409A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-09-06 | 度亘激光技术（苏州）有限公司 | 基于GaAs衬底的分布布拉格反射镜的制备方法 |
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