JP2005251860A

JP2005251860A - Surface emitting laser device

Info

Publication number: JP2005251860A
Application number: JP2004057727A
Authority: JP
Inventors: Mitsuki Yamada; みつき山田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2004-03-02
Filing date: 2004-03-02
Publication date: 2005-09-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface emitting laser device that can simultaneously achieve a resistance reduction and a threshold reduction. <P>SOLUTION: The surface emitting laser device has a distributed Bragg reflector on which a plurality of laminated structures respectively provided with a GaAs layer 31 having a high refractive index, an Al<SB>0.9</SB>Ga<SB>0.1</SB>As layer 32 having a refractive index lower than that of the GaAs layer 31, and an intermediate layer is formed which is arranged between the GaAs layer 31 and Al<SB>0.9</SB>Ga<SB>0.1</SB>As layer 32 and has a refractive index between those of the layers 31 and 32. In the distributed Bragg reflector, the thickness of the intermediate layer is changed in accordance with the phase of the electric field intensity of laser light. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、面発光レーザ装置に関し、特に詳しくは分布ブラッグ型反射器（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇＲｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）を有する垂直共振器型面発光レーザ装置に関するものである。 The present invention relates to a surface emitting laser device, and more particularly to a vertical cavity surface emitting laser device having a distributed Bragg reflector (DBR).

垂直共振器型面発光レーザ（ＶｅｒｔｉｃａｌＣａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅＥｍｉｔｔｉｎｇＬａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）は、端面発光型レーザに比べて、製造コストが低い、製造の歩留りが高い、二次アレイ化が容易であるなど、多くの利点を有しており近年活発に、開発が進められている。 Vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) has many advantages such as lower manufacturing cost, higher manufacturing yield, and easier secondary array compared to edge emitting lasers. In recent years, development has been actively promoted.

図７は、導電型ＤＢＲを有する一般的な面発光レーザ装置の構造である。この装置では、基板１０１上にｎ型ＤＢＲ層１０２、活性層１０３を含む共振器層１０４、及びメサ構造に加工されたｐ型ＤＢＲ層１０５が積層され、基板裏面及び表面に電極１０８、１０７が形成されている。ｐ型ＤＢＲ層１０５の最下層には酸化電流狭窄層１０９が設けられており、電流は、図に示すようにｐ型ＤＢＲ層１０５を通って酸化電流狭窄層１０９で規定された開口幅１１０に狭窄され、活性層３に注入される構造となっている。ｐ型ＤＢＲ層１０２及びｎ型ＤＢＲ層１０５は、高屈折率層と低屈折率層を一対の半導体層として、この層を複数積層することにより形成されている。 FIG. 7 shows a structure of a general surface emitting laser device having a conductivity type DBR. In this device, an n-type DBR layer 102, a resonator layer 104 including an active layer 103, and a p-type DBR layer 105 processed into a mesa structure are stacked on a substrate 101, and electrodes 108 and 107 are formed on the back surface and the front surface of the substrate. Is formed. An oxidation current confinement layer 109 is provided in the lowermost layer of the p-type DBR layer 105, and the current passes through the p-type DBR layer 105 and has an opening width 110 defined by the oxidation current confinement layer 109 as shown in the figure. The structure is constricted and injected into the active layer 3. The p-type DBR layer 102 and the n-type DBR layer 105 are formed by stacking a plurality of layers using a high refractive index layer and a low refractive index layer as a pair of semiconductor layers.

面発光レーザ装置においては、発光波長におけるＤＢＲ層の反射率が非常に高いことが必要とされる。そのためにＤＢＲ層には前記半導体層を十数周期以上の多くの周期数を積層することが必要となる。しかし、通常各半導体層において、高屈折率層と低屈折率層とのバンドギャップ差が大きいために、特にｐ型ＤＢＲ層１０５において、その各界面における電気抵抗が大きくなり、抵抗による発熱が素子特性劣化を引き起こし問題となることがしばしばある。このような半導体層界面の抵抗値を下げるためには、例えば高屈折率層と低屈折率層の間に中間の屈折率を有する中間層を設けることがある（特許文献１）。しかし、このような構成はある程度有効であるが、十分ではない。 In the surface emitting laser device, it is necessary that the reflectance of the DBR layer at the emission wavelength is very high. Therefore, the DBR layer needs to be stacked with a number of periods of ten or more periods. However, since the band gap difference between the high-refractive index layer and the low-refractive index layer is usually large in each semiconductor layer, particularly in the p-type DBR layer 105, the electrical resistance at each interface increases, and the heat generated by the resistance It often causes a problem of deterioration of characteristics. In order to reduce the resistance value at the interface of such a semiconductor layer, for example, an intermediate layer having an intermediate refractive index may be provided between a high refractive index layer and a low refractive index layer (Patent Document 1). However, such a configuration is effective to some extent, but is not sufficient.

また、界面付近における不純物ドーピング濃度を増加させると抵抗低減には効果的であるが、光学損失は逆に増加してしまい発振閾値が上昇してしまう。すなわち、ＤＢＲを構成する半導体層界面の不純物ドーピング濃度を高めることによって、低抵抗化を実現することと、低閾値特性を達成する課題は、トレードオフの関係にあった Further, increasing the impurity doping concentration in the vicinity of the interface is effective for reducing the resistance, but the optical loss increases conversely and the oscillation threshold value increases. That is, there is a trade-off relationship between realizing a low resistance by increasing the impurity doping concentration at the interface of the semiconductor layer constituting the DBR and achieving a low threshold characteristic.

このようなトレードオフを解決し、低抵抗化と低閾値化を両立させる手段がブラックにより開示された（非特許文献１）。この構造例について図８を用いて説明する。１．５μｍ帯で発光する面発光レーザ装置の構造図である。この装置は、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１１上にアンドープのＡｌＡｓ／ＧａＡｓからなるｎ型ＤＢＲ層１１２、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１３、ｐ型ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓからなる第一のｐ型ＤＢＲ層１１５、第二のｐ型ＤＢＲ層１１６を順次積層した構造を有する構造となっている。第一のｐ型ＤＢＲ層１１５の最も活性層に近い層は、Ａｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓを酸化させて形成した酸化電流狭窄層１１９となっており、第二のｐ型ＤＢＲ層１１６上部の電極１１７から酸化電流狭窄層１１９を通って活性層１１３に電流が注入される。 A means for solving such a trade-off and achieving both low resistance and low threshold is disclosed by Black (Non-Patent Document 1). An example of this structure will be described with reference to FIG. It is a structural diagram of a surface emitting laser device that emits light in a 1.5 μm band. This device has an n-type DBR layer 112 made of undoped AlAs / GaAs, an InGaAsP active layer 113, a first p-type DBR layer 115 made of p-type AlGaAs / GaAs, and a second p-type on a semi-insulating GaAs substrate 111. The type DBR layer 116 is sequentially stacked. The layer closest to the active layer of the first p-type DBR layer 115 is an oxidation current confinement layer 119 formed by oxidizing Al _0.98 Ga _0.02 As, and the second p-type DBR layer 116. Current is injected from the upper electrode 117 into the active layer 113 through the oxidation current confinement layer 119.

ここで、ｐ型ドーパントであるカーボンの濃度が、第一のｐ型ＤＢＲ層１１５（活性層１１３に近い側の１０周期分）では２×１０^１７ｃｍ^−３と、第二のｐ型ＤＢＲ層１１６（活性層に近い１０周期を除いた部分）における濃度（７×１０^１７ｃｍ^−３）よりも低く設定してある。この構造においては、活性層に近い側の、電界強度が比較的高い第一のｐ型ＤＢＲ層１１５の部分の不純物ドーピング濃度を低くしてあるため、光吸収損失を低減し、閾値の上昇を避けることが可能である。また、活性層から離れた側の第二のｐ型ＤＢＲ層１１６におけるドーピング濃度を高くしてあることによって低抵抗化が図られている。 Here, the concentration of carbon which is a p-type dopant is 2 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ in the first p-type DBR layer 115 (for 10 cycles on the side close to the active layer 113), and the second p-type DBR layer. It is set lower than the concentration (7 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ ) at 116 (part excluding 10 cycles close to the active layer). In this structure, since the impurity doping concentration in the portion of the first p-type DBR layer 115 on the side close to the active layer is relatively high, the light absorption loss is reduced and the threshold value is increased. It is possible to avoid it. Further, the resistance is reduced by increasing the doping concentration in the second p-type DBR layer 116 on the side away from the active layer.

しかし、図８に示された構造には次のような問題点がある。酸化電流狭窄型の面発光レーザは、酸化された層の屈折率が低くなるため、横方向の光の閉じこめが強く、低閾値が得られる構造であるが、単一横モード特性が求められる場合には酸化狭窄開口幅１２０を小さくしなければならない。しかし、酸化狭窄開口幅を小さくすると第一のｐ型ＤＢＲ１１５内に電流が流れる有効幅が小さくなってしまうが、第一のｐ型ＤＢＲ内のドーピング濃度は低く設定されているため、この部分の電気抵抗が無視できないほど大きくなり、さらにこの抵抗による発熱が、近傍に位置する活性層１１３の温度上昇を引き起こし、素子特性を劣化させてしまうという点である。 However, the structure shown in FIG. 8 has the following problems. Oxide-current confined surface-emitting lasers have a structure that provides a low threshold because the refractive index of the oxidized layer is low, resulting in strong confinement of light in the lateral direction. For this, the oxide constriction opening width 120 must be reduced. However, if the oxide constriction opening width is reduced, the effective width of current flow in the first p-type DBR 115 is reduced. However, since the doping concentration in the first p-type DBR is set low, this portion The electrical resistance becomes so large that it cannot be ignored, and the heat generated by this resistance causes the temperature of the active layer 113 located in the vicinity to rise, degrading the element characteristics.

また、低抵抗化を図るため異なる構成を有する面発光レーザ装置が開示されている（特許文献２）。この面発光レーザ装置について図９を用いて説明する。この装置は不純物ドーピングされたｎ型ＤＢＲ層１２２及びｐ型ＤＢＲ層１２５並びにその間に積層された活性層１２３を含む構造となっている。ここで、ｐ型ＤＢＲ層１２２、ｎ型ＤＢＲ層１２５のうち活性層１２３に近い側の領域Ａにおいては、活性層から遠い側の領域Ｂよりもドーピング濃度が低く、かつＤＢＲを構成する半導体層相互間のエネルギーギャップ差が小さくなるように構成されている。 Also, a surface emitting laser device having a different configuration for reducing resistance is disclosed (Patent Document 2). This surface emitting laser device will be described with reference to FIG. This device has a structure including an n-type DBR layer 122 and a p-type DBR layer 125 doped with impurities, and an active layer 123 laminated therebetween. Here, in the p-type DBR layer 122 and the n-type DBR layer 125, the region A closer to the active layer 123 has a lower doping concentration than the region B far from the active layer, and constitutes the DBR. The energy gap difference between them is configured to be small.

この構造においては、活性層に近い側の、電界強度が比較的高い領域Ａの部分の不純物ドーピング濃度を低くしてあるため、光吸収損失を低減し、閾値の上昇を避けることが可能である。また、活性層から離れた側の領域Ｂにおけるドーピング濃度を高くしてあることによって低抵抗化が図られている。さらに、この構造では、活性層に近い側の領域Ａにおいて、高屈折率層と低屈折率層のバンドギャップ差を小さくしてあるため、更なる低抵抗化が可能な構造となっている。 In this structure, the impurity doping concentration in the region A where the electric field strength is relatively high on the side close to the active layer is lowered, so that it is possible to reduce the light absorption loss and avoid an increase in the threshold value. . Further, the resistance is reduced by increasing the doping concentration in the region B on the side away from the active layer. Further, in this structure, in the region A close to the active layer, the band gap difference between the high refractive index layer and the low refractive index layer is reduced, so that the resistance can be further reduced.

活性層１２３に近い領域Ａの部分のバンドギャップ差を小さくすることによって低抵抗化が図られているため、前記の問題点は改善され、低抵抗化を実現することは可能である。しかし、上述の面発光レーザ装置には以下のような問題点がある。この構造では、活性層に近い側の領域Ａにおいて、高屈折率層と低屈折率層のバンドギャップ差を小さくしてある。低抵抗化の効果が十分得られるようにバンドギャップ差を低減してしまうと、同時に屈折率差も小さくなってしまい、ＤＢＲ全体の反射率が低くなってしまうという点である。反射率が下がってしまうと、特に長波長域で発光する活性層では利得が低い場合が多いので、発振閾値の上昇の影響は無視できなくなってしまう。また、低下した反射率を補うために、ＤＢＲ周期数を増加させた場合には、その分のＤＢＲ抵抗が増加してしまい、低抵抗化の効果が小さくなってしまう。 Since the resistance is reduced by reducing the band gap difference in the portion of the region A close to the active layer 123, the above problem is improved and the resistance can be reduced. However, the surface emitting laser device described above has the following problems. In this structure, the band gap difference between the high-refractive index layer and the low-refractive index layer is reduced in the region A closer to the active layer. If the band gap difference is reduced so that the effect of lowering resistance can be sufficiently obtained, the refractive index difference is also reduced at the same time, and the reflectivity of the entire DBR is lowered. When the reflectivity decreases, the gain of the active layer that emits light in a long wavelength region is often low, so the influence of the increase in the oscillation threshold cannot be ignored. Further, when the DBR cycle number is increased in order to compensate for the lowered reflectivity, the corresponding DBR resistance increases, and the effect of reducing the resistance is reduced.

さらに図８に示す構成において第一のｐ型ＤＢＲ層１１５及び第二のｐ型ＤＢＲ層１１６とを高屈折率層と低屈折率層並びに高屈折率層、低屈折率層との間の屈折率を有する中間層との積層構造とするものが開示されている（特許文献３）。この構成において、第一のｐ型ＤＢＲ層１１５では第二のｐ型ＤＢＲ層１１６よりも中間層の厚さを厚く且つドーピング濃度を低濃度としている。すなわち、光の電界強度の大きい領域では中間層の厚さを厚く且つドーピング濃度を低くしており、電界強度の小さい領域では中間層の厚さを薄く且つドーピング濃度を高くしている。 Further, in the configuration shown in FIG. 8, the first p-type DBR layer 115 and the second p-type DBR layer 116 are refracted between the high refractive index layer, the low refractive index layer, the high refractive index layer, and the low refractive index layer. A layered structure with an intermediate layer having a ratio is disclosed (Patent Document 3). In this configuration, the first p-type DBR layer 115 is thicker than the second p-type DBR layer 116 and has a lower doping concentration. That is, the thickness of the intermediate layer is increased and the doping concentration is lowered in the region where the electric field strength of light is high, and the thickness of the intermediate layer is reduced and the doping concentration is increased in the region where the electric field strength is low.

特開平０３−２２４２８５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 03-224285 特開２００１−３３２８１２号公報JP 2001-332812 A 特開２００３−３２４２５２号公報JP 2003-324252 A エレクトロニクス・レターズ３４巻２０号１９４７−１９４９項Electronics Letters Vol.34 No.20 1947-1949

このように従来の面発光レーザ装置では素子特性を劣化させずに低抵抗化と低閾値化とを同時に達成することが困難であるという問題点があった。 As described above, the conventional surface emitting laser device has a problem in that it is difficult to simultaneously achieve low resistance and low threshold without deteriorating element characteristics.

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり低抵抗化と低閾値化を同時に達成すること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 has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a surface-emitting laser device that can simultaneously achieve low resistance and low threshold.

本発明の第一の態様にかかる面発光レーザ装置は、活性層と、前記活性層の上又は下に設けられたＤＢＲ層とを備えた面発光レーザ装置であって、前記ＤＢＲ層は、高屈折率層（例えば、本発明の実施の形態にかかるＧａＡｓ層３１）と、前記高屈折率層より屈折率の低い低屈折率層（例えば、本発明の実施の形態にかかるＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層３２）と、前記高屈折率層と前記低屈折率層との間に配置された中間層（例えば、本発明の実施の形態にかかる中間層）とを有する積層構造を複数有し、前記活性層からの距離に応じて異なる厚さの前記中間層が設けられているものである。これにより、低抵抗化と低閾値化を同時に達成することできる。 A surface-emitting laser device according to a first aspect of the present invention is a surface-emitting laser device including an active layer and a DBR layer provided above or below the active layer, wherein the DBR layer has a high A refractive index layer (for example, the GaAs layer 31 according to the embodiment of the present invention) and a low refractive index layer having a lower refractive index than the high refractive index layer (for example, Al _0.9 Ga according to the embodiment of the present invention). _0.1 As layer 32) and a plurality of laminated structures each including an intermediate layer (for example, an intermediate layer according to an embodiment of the present invention) disposed between the high refractive index layer and the low refractive index layer. And the intermediate layer having a different thickness depending on the distance from the active layer. Thereby, low resistance and low threshold can be achieved simultaneously.

本発明の第二の態様にかかる面発光レーザ装置は、活性層と、前記活性層に隣接して設けられた第１のＤＢＲ層（例えば、本発明の実施の形態にかかる第一のｐ型ＤＢＲ層５）と、前記第１のＤＢＲ層に隣接して設けられた第２のＤＢＲ層（例えば、本発明の実施の形態にかかる第二のｐ型ＤＢＲ層６）とを備えた面発光レーザ装置であって、前記第１のＤＢＲ層と前記第２のＤＢＲ層とは、高屈折率層と、前記高屈折率層より屈折率の低い低屈折率層と、前記高屈折率層と前記低屈折率層との間に配置された中間層とを有する積層構造を複数有し、第１のＤＢＲ層における中間層の膜厚が、第２のＤＢＲ層における中間層の膜厚よりも厚いものである。これにより、低抵抗化と低閾値化を同時に達成することできる。 The surface-emitting laser device according to the second aspect of the present invention includes an active layer and a first DBR layer provided adjacent to the active layer (for example, the first p-type according to the embodiment of the present invention). DBR layer 5) and a surface emitting device including a second DBR layer (for example, a second p-type DBR layer 6 according to an embodiment of the present invention) provided adjacent to the first DBR layer In the laser device, the first DBR layer and the second DBR layer include a high refractive index layer, a low refractive index layer having a lower refractive index than the high refractive index layer, and the high refractive index layer. A plurality of laminated structures having an intermediate layer disposed between the low refractive index layer and the thickness of the intermediate layer in the first DBR layer is larger than the thickness of the intermediate layer in the second DBR layer; It is thick. Thereby, low resistance and low threshold can be achieved simultaneously.

本発明の第三の態様にかかる面発光レーザ装置は、上述の面発光レーザであって、前記第１のＤＢＲ層の前記中間層における平均的な不純物ドーピング濃度が、前記第２のＤＢＲ層の前記中間層における平均的な不純物ドーピング濃度よりも低いものである。これにより、光吸収損失を低減することができる。 A surface-emitting laser device according to a third aspect of the present invention is the above-described surface-emitting laser, wherein an average impurity doping concentration in the intermediate layer of the first DBR layer is that of the second DBR layer. The average impurity doping concentration in the intermediate layer is lower. Thereby, light absorption loss can be reduced.

本発明の第四の態様にかかる面発光レーザ装置は、上述の面発光レーザであって、前記中間層は、前記高屈折率層と前記低屈折率層の中間の屈折率を有する材料で構成され、ほぼ連続的に組成が変化しているものである。 A surface-emitting laser device according to a fourth aspect of the present invention is the above-described surface-emitting laser, wherein the intermediate layer is made of a material having an intermediate refractive index between the high-refractive index layer and the low-refractive index layer. The composition changes almost continuously.

本発明の第五の態様にかかる面発光レーザ装置は、上述の面発光レーザであって、前記第１のＤＢＲ層と前記第２のＤＢＲ層とが、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０＜＝ｘ＜＝１）で形成されているものである。 A surface-emitting laser device according to a fifth aspect of the present invention is the above-described surface-emitting laser, in which the first DBR layer and the second DBR layer include Al _x Ga _1-x As (0 < = X <= 1).

本発明の第六の態様にかかる面発光レーザ装置は、上述の面発光レーザであって、前記第１のＤＢＲ層において、前記積層構造の周期数が５以上８以下であるものである。これにより、高反射率を得ることができる。 A surface-emitting laser device according to a sixth aspect of the present invention is the above-described surface-emitting laser, wherein in the first DBR layer, the number of periods of the stacked structure is 5 or more and 8 or less. Thereby, a high reflectance can be obtained.

本発明の第七の態様にかかる面発光レーザ装置は、上述の面発光レーザであって、前記中間層の膜厚が１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であるものである。これにより、反射率の低下を抑制することができる。 A surface emitting laser device according to a seventh aspect of the present invention is the above-described surface emitting laser, wherein the film thickness of the intermediate layer is not less than 10 nm and not more than 30 nm. Thereby, the fall of a reflectance can be suppressed.

本発明の第八の態様にかかる面発光レーザ装置は、上述の面発光レーザであって、前記第１のＤＢＲ層に、酸化電流狭窄層が形成されているものである。 A surface-emitting laser device according to an eighth aspect of the present invention is the above-described surface-emitting laser, in which an oxidation current confinement layer is formed in the first DBR layer.

本発明の第九の態様にかかる面発光レーザ装置は、高屈折率層（例えば、本発明の実施の形態にかかるＧａＡｓ層３１）と、前記高屈折率層より屈折率の低い低屈折率層（例えば、本発明の実施の形態にかかるＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層３２）と、前記高屈折率層と前記低屈折率層との間に配置され、前記高屈折率層と前記低屈折率層との間の屈折率を有する中間層（例えば、本発明の実施の形態にかかる中間層）とを備える積層構造が複数形成された分布ブラッグ反射器を有する面発光レーザ装置であって、前記分布ブラッグ反射器が第１のＤＢＲ層（例えば、本発明の実施の形態にかかる第一のｐ型ＤＢＲ層１５）と、前記第１のＤＢＲ層よりも活性層の反対側に配置された第２のＤＢＲ層（例えば、本発明の実施の形態にかかる第二のｐ型ＤＢＲ層１６）とを備え、前記第１のＤＢＲ層における前記中間層が、前記第２のＤＢＲ層における前記中間層よりも薄く形成されているものである。これにより、低抵抗化と低閾値化を同時に達成することできる。 A surface emitting laser device according to a ninth aspect of the present invention includes a high refractive index layer (for example, the GaAs layer 31 according to the embodiment of the present invention), and a low refractive index layer having a lower refractive index than the high refractive index layer. (For example, the Al _0.9 Ga _0.1 As layer 32 according to an embodiment of the present invention), the high refractive index layer, and the low refractive index layer, the high refractive index layer and the A surface-emitting laser device having a distributed Bragg reflector in which a plurality of laminated structures each including an intermediate layer having a refractive index between the low-refractive index layer (for example, an intermediate layer according to an embodiment of the present invention) is formed. The distributed Bragg reflector is disposed on the opposite side of the first DBR layer (for example, the first p-type DBR layer 15 according to the embodiment of the present invention) and the active layer from the first DBR layer. Second DBR layer (for example, the first embodiment according to the present invention) Second p-type DBR layer 16), and the intermediate layer in the first DBR layer is formed thinner than the intermediate layer in the second DBR layer. Thereby, low resistance and low threshold can be achieved simultaneously.

本発明の第十の態様にかかる面発光レーザ装置は、上述の面発光レーザ装置において、前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に配置された酸化電流狭窄層（例えば、本発明の実施の形態にかかる酸化電流狭窄層１９）をさらに備え、前記酸化電流狭窄層の電流狭窄開口幅（例えば、本発明の実施の形態にかかる電流狭窄開口幅２０）が８μｍ以上であるものである。これにより、低抵抗化と低閾値化を同時に達成することできる。 A surface-emitting laser device according to a tenth aspect of the present invention is the above-described surface-emitting laser device, wherein an oxidation current confinement layer (for example, an embodiment of the present invention) disposed between the active layer and the distributed Bragg reflector is used. The oxidation current confinement layer 19) according to the embodiment is further provided, and the current confinement opening width of the oxidation current confinement layer (for example, the current confinement opening width 20 according to the embodiment of the present invention) is 8 μm or more. Thereby, low resistance and low threshold can be achieved simultaneously.

本発明の第１１の態様にかかる面発光レーザ装置は、高屈折率層と、前記高屈折率層より屈折率の低い低屈折率層と、前記高屈折率層と前記低屈折率層との間に配置され、前記高屈折率層と前記低屈折率層との間の屈折率を有する中間層とを備える積層構造が複数形成された分布ブラッグ反射器を有する面発光レーザ装置であって、前記ブラッグ反射器において、前記中間層の厚さがレーザ光の電界強度の位相に応じて異なるものである。これにより、低抵抗化と低閾値化を同時に達成することできる。 A surface emitting laser device according to an eleventh aspect of the present invention includes a high refractive index layer, a low refractive index layer having a lower refractive index than the high refractive index layer, the high refractive index layer, and the low refractive index layer. A surface-emitting laser device having a distributed Bragg reflector in which a plurality of laminated structures each including a middle layer having a refractive index between the high refractive index layer and the low refractive index layer are formed. In the Bragg reflector, the thickness of the intermediate layer differs according to the phase of the electric field intensity of the laser beam. Thereby, low resistance and low threshold can be achieved simultaneously.

本発明の第１２の態様にかかる面発光レーザ装置は、上述の面発光レーザ装置において、前記分布ブラッグ反射器において、前記中間層のドーピング濃度がレーザ光の電界強度の位相に応じて異なるものである。これにより、光吸収損失を低減することができる。 A surface emitting laser device according to a twelfth aspect of the present invention is the above-described surface emitting laser device, wherein in the distributed Bragg reflector, the doping concentration of the intermediate layer differs according to the phase of the electric field intensity of the laser light. is there. Thereby, light absorption loss can be reduced.

本発明の第１３の態様にかかる面発光レーザ装置は、上述の面発光レーザ装置において、前記分布ブラッグ反射器の前記中間層が、前記電界強度の略同じ位相に配置された複数の第１の中間層と、前記第１の中間層（例えば、本発明の実施の形態にかかる中間層Ａ）と１８０°異なる位相に配置された複数の第２の中間層（例えば、本発明の実施の形態にかかる中間層Ｂ）とを備え、前記第１の中間層が前記第２の中間層よりも薄く形成されているものである。これにより、反射率を維持したまま、抵抗の低減が可能になる。 The surface-emitting laser device according to a thirteenth aspect of the present invention is the above-described surface-emitting laser device, wherein the intermediate layer of the distributed Bragg reflector is a plurality of the first light-emitting layers arranged at substantially the same phase of the electric field strength. An intermediate layer and a plurality of second intermediate layers (for example, embodiments of the present invention) arranged in a phase different by 180 ° from the first intermediate layer (for example, the intermediate layer A according to the embodiment of the present invention). And the first intermediate layer is formed thinner than the second intermediate layer. As a result, the resistance can be reduced while maintaining the reflectance.

本発明の第１４の態様にかかる面発光レーザ装置は、上述の面発光レーザ装置において、前記電界強度が極大値となる位置に前記第１の中間層が配置され、前記電界強度が極小値となる位置に前記第２の中間層が配置されているものである。これにより、高反射率を維持したまま抵抗を低減することができる。 The surface-emitting laser device according to a fourteenth aspect of the present invention is the above-described surface-emitting laser device, wherein the first intermediate layer is disposed at a position where the electric field intensity is a maximum value, and the electric field intensity is a minimum value. The second intermediate layer is disposed at the position. As a result, the resistance can be reduced while maintaining a high reflectance.

本発明の第１５の態様にかかる面発光レーザ装置は、上述の面発光レーザ装置において、前記第１の中間層の不純物ドーピング濃度が前記第２の中間層の不純物ドーピング濃度よりも高いことを特徴とするものである。これにより、光吸収損失を低減することができる。 The surface-emitting laser device according to a fifteenth aspect of the present invention is the above-described surface-emitting laser device, wherein an impurity doping concentration of the first intermediate layer is higher than an impurity doping concentration of the second intermediate layer. It is what. Thereby, light absorption loss can be reduced.

本発明の第１６の態様にかかる面発光レーザ装置は、上述の面発光レーザ装置において、前記電界強度が極小値となる位置に前記第１の中間層が配置され、前記電界強度が極大値となる位置に前記第２の中間層が配置されているものである。これにより、高反射率を維持したまま抵抗を低減することができる。 The surface-emitting laser device according to a sixteenth aspect of the present invention is the above-described surface-emitting laser device, wherein the first intermediate layer is disposed at a position where the electric field intensity is a minimum value, and the electric field intensity is a maximum value. The second intermediate layer is disposed at the position. As a result, the resistance can be reduced while maintaining a high reflectance.

本発明の第１７の態様にかかる面発光レーザ装置は、上述の面発光レーザ装置において、前記分布ブラッグ反射器が、第１のＤＢＲ層と、前記第１のＤＢＲ層よりも活性層の反対側に配置された第２のＤＢＲ層とを備え、前記第１のＤＢＲ層における前記中間層が、前記第２のＤＢＲ層における前記中間層よりも薄く形成されているものである。これにより、低抵抗化と低閾値化を同時に達成することできる。 The surface-emitting laser device according to a seventeenth aspect of the present invention is the above-described surface-emitting laser device, wherein the distributed Bragg reflector includes a first DBR layer and an active layer opposite to the first DBR layer. And the intermediate layer in the first DBR layer is formed thinner than the intermediate layer in the second DBR layer. Thereby, low resistance and low threshold can be achieved simultaneously.

本発明によれば、低抵抗化と低閾値化を同時に達成することできる面発光レーザ装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a surface emitting laser device that can simultaneously achieve low resistance and low threshold.

以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能であろう。尚、各図において同一の符号を付されたものは同様の要素を示しており、適宜、説明が省略される。
発明の実施の形態１． Hereinafter, embodiments to which the present invention can be applied will be described. The following description explains the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment. For clarity of explanation, the following description is omitted and simplified as appropriate. Further, those skilled in the art will be able to easily change, add, and convert each element of the following embodiments within the scope of the present invention. In addition, what attached | subjected the same code | symbol in each figure has shown the same element, and abbreviate | omits description suitably.
Embodiment 1 of the Invention

本発明の実施の形態１にかかる面発光レーザ装置について図１を用いて説明する。１は基板、２はｎ型ＤＢＲ層、３は活性層、４は共振器層、５は第一のｐ型ＤＢＲ層、６は第二のｐ型ＤＢＲ層、７は上部電極、８は下部電極、９は酸化電流狭窄層、１０は電流狭窄開口幅である。 A surface-emitting laser device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 is a substrate, 2 is an n-type DBR layer, 3 is an active layer, 4 is a resonator layer, 5 is a first p-type DBR layer, 6 is a second p-type DBR layer, 7 is an upper electrode, and 8 is a lower portion An electrode, 9 is an oxidation current confinement layer, and 10 is a current confinement opening width.

本実施の形態にかかる面発光レーザ装置は、基板１上に、ｎ型ＤＢＲ層２が形成されている。ｎ型ＤＢＲ層２の上には活性層３を含む共振器層４が設けられている。共振器層４の上にはさらに、共振器層４上に隣接した第一のｐ型ＤＢＲ層５及び第一のｐ型ＤＢＲ層５に隣接した第２のｐ型ＤＢＲ層６を備えている。第一のｐ型ＤＢＲ層５及び第二のｐ型ＤＢＲ層６はメサ構造に加工されており。共振器層４よりも幅狭に形成されている。ｎ型ＤＢＲ層２、第一のｐ型ＤＢＲ層５及び第二のｐ型ＤＢＲ層６は、それぞれ高屈折率層、低屈折率層、及びその間に形成された中間層を複数繰り返した構造からなっている。したがって、高屈折率層、中間層、低屈折率層及び中間層が基本単位となり、この基本単位が繰り返し設けられている。本構造においては、第一のｐ型ＤＢＲ層５における中間層の膜厚が、第二のｐ型ＤＢＲ層６における中間層の膜厚よりも相対的に大きいことが特徴である。 In the surface emitting laser device according to the present embodiment, an n-type DBR layer 2 is formed on a substrate 1. A resonator layer 4 including an active layer 3 is provided on the n-type DBR layer 2. A first p-type DBR layer 5 adjacent to the resonator layer 4 and a second p-type DBR layer 6 adjacent to the first p-type DBR layer 5 are further provided on the resonator layer 4. . The first p-type DBR layer 5 and the second p-type DBR layer 6 are processed into a mesa structure. It is formed narrower than the resonator layer 4. Each of the n-type DBR layer 2, the first p-type DBR layer 5 and the second p-type DBR layer 6 has a structure in which a plurality of high-refractive index layers, low-refractive index layers, and intermediate layers formed therebetween are repeated. It has become. Therefore, the high refractive index layer, the intermediate layer, the low refractive index layer, and the intermediate layer are basic units, and this basic unit is repeatedly provided. This structure is characterized in that the film thickness of the intermediate layer in the first p-type DBR layer 5 is relatively larger than the film thickness of the intermediate layer in the second p-type DBR layer 6.

上部電極７から注入された電流は、酸化電流狭窄層９で規定された電流狭窄開口幅１０に狭窄され、活性層３に注入される。活性層３で発生した光は基板と垂直方向に伝播し、各ＤＢＲ層に設けられた反射鏡で反射されながら増幅され、上面側から光が外へ出射する。 The current injected from the upper electrode 7 is confined to the current confinement opening width 10 defined by the oxidation current confinement layer 9 and is injected into the active layer 3. The light generated in the active layer 3 propagates in the direction perpendicular to the substrate, is amplified while being reflected by the reflecting mirror provided in each DBR layer, and the light exits from the upper surface side.

図１に示した面発光レーザ装置の製造方法につき図２を用いて説明する。図２は本発明にかかる面発光レーザ装置の工程断面図である。なお、以下の説明は、活性層３にＧａＡｓＳｂ量子井戸を用いた、１．３μｍ帯で発振する面発光レーザ装置の例を選択している。 A method for manufacturing the surface emitting laser device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a process sectional view of the surface emitting laser apparatus according to the present invention. In the following description, an example of a surface emitting laser device using a GaAsSb quantum well for the active layer 3 and oscillating in the 1.3 μm band is selected.

ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓ層とｎ型ＧａＡｓ層及びこれらの間に形成された中間層の一対を基本単位とする半導体層を複数積層したｎ型ＤＢＲ層２を形成する。ｎ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓ層が低屈折率層となり、ｎ型ＧａＡｓ層が高屈折率層となる。ｎ型ＤＢＲ層２の上からＧａＡｓＳｂ量子井戸とＧａＡｓ障壁層からなる活性層３を含む１発振波長分の光学長からなる共振器層４を形成する。 On an n-type GaAs substrate 1, an n-type Al _0.2 Ga _0.8 As layer, an n-type GaAs layer, and an intermediate layer formed therebetween are stacked with a plurality of semiconductor layers as a basic unit. The DBR layer 2 is formed. The n-type Al _0.2 Ga _0.8 As layer is a low refractive index layer, and the n-type GaAs layer is a high refractive index layer. A resonator layer 4 having an optical length corresponding to one oscillation wavelength including an active layer 3 composed of a GaAsSb quantum well and a GaAs barrier layer is formed on the n-type DBR layer 2.

共振器層４の上には、ｐ型ＧａＡｓ層とｐ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層及びこれらの間に形成された中間層の一組を基本単位とする半導体層を複数積層した第一のｐ型ＤＢＲ層５を形成する。ｐ型ＧａＡｓ層とｐ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層及びこれらの間に形成された中間層の一対を基本単位とする半導体層を複数積層した第二のｐ型ＤＢＲ層６を形成する。ここでｎ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層が低屈折率層となり、ｎ型ＧａＡｓ層が高屈折率層となる。これらは有機金属気相エピタキシャル成長法（ＭＯＶＰＥ法）や有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ）などを用いて順次積層することができる。第一のｐ型ＤＢＲ層５の一部は、ｐ型ＡｌＡｓ層に置き換えられており、酸化電流狭窄形成層９ａとなっている。これにより、図２（ａ）に示す構成となる。 On the resonator layer 4, a plurality of semiconductor layers having a p-type GaAs layer, a p-type Al _0.9 Ga _0.1 As layer, and an intermediate layer formed therebetween as a basic unit are stacked. A first p-type DBR layer 5 is formed. A second p-type DBR layer 6 is formed by laminating a plurality of semiconductor layers having a p-type GaAs layer, a p-type Al _0.9 Ga _0.1 As layer, and an intermediate layer formed between them as a basic unit. To do. Here, the n-type Al _0.9 Ga _0.1 As layer becomes a low refractive index layer, and the n-type GaAs layer becomes a high refractive index layer. These can be sequentially stacked using a metal organic chemical vapor deposition method (MOVPE method), a metal organic chemical vapor deposition method (MOVCVD), or the like. A part of the first p-type DBR layer 5 is replaced with a p-type AlAs layer, which becomes an oxidation current confinement forming layer 9a. As a result, the configuration shown in FIG.

次に、通常のフォトリソグラフィー工程及び塩素系ドライエッチングにより、共振器層４の表面が露出するまで第二のｐ型ＤＢＲ層６、第１のＰ型ＤＢＲ層及び酸化電流狭窄形成層９ａを除去する。図２（ｂ）に示すように基板１の端部において第二のｐ型ＤＢＲ層６、第１のＰ型ＤＢＲ層及び酸化電流狭窄形成層９ａを共振器層４が露出するまでエッチングする。これにより、平板の中央部を厚く、端部を薄くしたメサ構造１１となる。ここでは、直径約３０μｍのメサ構造１１を形成する。これにより、端部において共振器層４の上面が露出する構成となる。 Next, the second p-type DBR layer 6, the first P-type DBR layer, and the oxidation current confinement forming layer 9a are removed by a normal photolithography process and chlorine-based dry etching until the surface of the resonator layer 4 is exposed. To do. As shown in FIG. 2B, the second p-type DBR layer 6, the first P-type DBR layer, and the oxidation current confinement forming layer 9a are etched at the edge of the substrate 1 until the resonator layer 4 is exposed. As a result, the mesa structure 11 having a thick central portion and a thin end portion is obtained. Here, the mesa structure 11 having a diameter of about 30 μm is formed. Thereby, the upper surface of the resonator layer 4 is exposed at the end.

次に、水蒸気雰囲気中において温度約４００℃で約１０分間加熱を行う。酸化電流狭窄形成層９ａの外側周縁部のみが円環状に選択的に酸化されて絶縁体となる。酸化電流狭窄形成層９ａの中心部には直径が約６μｍの非酸化領域が残る。これにより、図２（ｃ）に示すように、中心部に６μｍ径の電流狭窄開口幅１０が設けられた酸化電流狭窄層９が形成される。酸化した部分には電流が流れない様になり、酸化されていない中央の電流狭窄開口幅１０にのみ電流が流れるようになる。横から部分的に酸化してやることによって、電流が局所的に流れるようにすることが可能となる。これは、光閉じこめとしての効果があり、効率よく発振することができる。なお、この円環状の非酸化領域から出力光が取り出される。 Next, heating is performed at a temperature of about 400 ° C. for about 10 minutes in a steam atmosphere. Only the outer peripheral edge of the oxidation current confinement forming layer 9a is selectively oxidized in an annular shape to form an insulator. A non-oxidized region having a diameter of about 6 μm remains in the central portion of the oxidation current confinement forming layer 9a. As a result, as shown in FIG. 2C, an oxidized current confinement layer 9 having a current confinement opening width 10 having a diameter of 6 μm is formed at the center. The current does not flow in the oxidized portion, and the current flows only in the central current confinement opening width 10 that is not oxidized. By partially oxidizing from the side, it is possible to allow current to flow locally. This has an effect as light confinement and can oscillate efficiently. Note that output light is extracted from the annular non-oxidized region.

さらに図２（ｄ）に示すように、上側の基板表面にチタン及び金を蒸着して、リング形状の上部電極７を形成する。最後に、基板裏面全面にＡｕＧｅ（ゲルマニウム）合金を蒸着し、加熱してアロイ化させ、下部電極８を形成する。これにより図２（ｄ）に示す構成となる。 Further, as shown in FIG. 2D, titanium and gold are vapor-deposited on the upper substrate surface to form a ring-shaped upper electrode 7. Finally, an AuGe (germanium) alloy is deposited on the entire back surface of the substrate and heated to be alloyed to form the lower electrode 8. As a result, the configuration shown in FIG.

ここで、第一のｐ型ＤＢＲ層５及び第二のｐ型ＤＢＲ層の構成について図３を用いて説明する。図３はＤＢＲ層の構成を模式的に示した図である。図３（ａ）は、横軸が積層方向の距離、縦軸がＡｌ組成の変化を示しており、高屈折率層はＡｌ＝０、低屈折率層はＡｌ＝０．９０、これらの間にある中間層は、連続的にＡｌ組成を変化させた層となっている。中間層の構成は、高屈折率層と低屈折率層との中間の組成を有する単一又は複数の層からなっていても良いが、ほぼ連続的に組成を変化させた構造の方が望ましい。この中間層の膜厚は、第一のｐ型ＤＢＲ層５においては２２ｎｍ、第二のｐ型ＤＢＲ層６においては１２ｎｍとしてあることが特徴である。高屈折率のＧａＡｓ層と低屈折率のＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層の膜厚については、片方の中間層の中心からもう一方の中間層の中心までの媒質内の光路長の合計が、発振波長のほぼ１／４となるように設定してある。即ち、中間層、高屈折率層、中間層及び低屈折率層の４層からなる基本単位の合計膜厚が、光路長が発振波長のほぼ１／２となるように設定してある。これら４層を１周期として、複数の周期の積層構造が第一のｐ型ＤＢＲ層５及び第二のｐ型ＤＢＲ層６に形成されている。 Here, the configuration of the first p-type DBR layer 5 and the second p-type DBR layer will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the DBR layer. In FIG. 3A, the horizontal axis indicates the distance in the stacking direction, and the vertical axis indicates the change in the Al composition. The high refractive index layer has Al = 0, the low refractive index layer has Al = 0.90, and the distance between them. The intermediate layer is a layer in which the Al composition is continuously changed. The structure of the intermediate layer may consist of a single layer or a plurality of layers having an intermediate composition between the high refractive index layer and the low refractive index layer, but a structure in which the composition is changed almost continuously is desirable. . The thickness of this intermediate layer is characterized by being 22 nm for the first p-type DBR layer 5 and 12 nm for the second p-type DBR layer 6. Regarding the film thicknesses of the high refractive index GaAs layer and the low refractive index Al _0.9 Ga _0.1 As layer, the total optical path length in the medium from the center of one intermediate layer to the center of the other intermediate layer Is set to be approximately ¼ of the oscillation wavelength. That is, the total film thickness of the four basic units of the intermediate layer, the high refractive index layer, the intermediate layer, and the low refractive index layer is set so that the optical path length is approximately ½ of the oscillation wavelength. With these four layers as one period, a stacked structure having a plurality of periods is formed in the first p-type DBR layer 5 and the second p-type DBR layer 6.

不純物ドーピング濃度プロファイルについては、ドーピングされた不純物によるキャリアの再分布を考慮して、Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層側の界面付近を高濃度ドープし、バルク層部分及びＧａＡｓ層側の界面付近は、低濃度ドープとしている。平均的なドーピング濃度は、第二のｐ型ＤＢＲ層６において５×１０^１７ｃｍ^−３とし、第一のｐ型ＤＢＲ層５では、２．５×１０^１７ｃｍ^−３と低く設定した。その理由は、活性層に近い第一のｐ型ＤＢＲ層内では電界強度が大きいため、ドーピング濃度の低減により光吸収損失を低減してＤＢＲ層の反射率を上げることが可能であるためである。本実施形態においては、比較的利得の低いＧａＡｓＳｂ量子井戸を活性層として用いているため、この部分のドーピング濃度の低減は有効であるが、必ずしも必要ではなく、ドーピング濃度は一定でも構わない。また、ドーピング濃度を低減させた領域の範囲は、必ずしも第一のｐ型ＤＢＲ層５と一致していなくても良い。 Regarding the impurity doping concentration profile, in consideration of carrier redistribution due to doped impurities, the vicinity of the interface on the Al _0.9 Ga _0.1 As layer side is highly doped, and the interface on the bulk layer portion and the GaAs layer side The vicinity is lightly doped. The average doping concentration was set to 5 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ in the second p-type DBR layer 6 and was set low to 2.5 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ in the first p-type DBR layer 5. The reason is that the electric field strength is large in the first p-type DBR layer close to the active layer, so that it is possible to reduce the light absorption loss and increase the reflectivity of the DBR layer by reducing the doping concentration. . In this embodiment, since a GaAsSb quantum well having a relatively low gain is used as an active layer, it is effective to reduce the doping concentration in this portion, but it is not always necessary, and the doping concentration may be constant. Further, the range of the region where the doping concentration is reduced does not necessarily need to coincide with the first p-type DBR layer 5.

ここで、中間層の膜厚を変化させた場合の効果を示すために、図１に示す第一のｐ型ＤＢＲ層５内のＧａＡｓ層とＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層との間の中間層の部分の、平衡時の価電子帯バンド構造を模式的に図３（ｂ）に示す。実線が中間層厚１２ｎｍの場合、点線が中間層厚２４ｎｍの場合である。図１の第一のｐ型ＤＢＲ層５においては、活性層から遠い側のｐ型電極から活性層方向に向かって正孔が注入されるため、図３（ｂ）に示す、ＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層の界面のヘテロスパイクが正孔に対するバリアとなって抵抗を増加させる。このヘテロスパイクは、ＧａＡｓ層からＡｌＧａＡｓ層への界面と、ＡｌＧａＡｓ層からＧａＡｓ層への界面の両方に存在する。このヘテロスパイクの高さが、中間層の膜厚が１２ｎｍの場合は約１７０ｍｅＶであるのに対し、中間層の膜厚が２４ｎｍの場合は約５０ｍｅＶとなり、積層方向の抵抗低減の効果が得られることが分かる。第一のｐ型ＤＢＲ層内においては、電流の流れる有効面積が酸化電流狭窄層９によって小さくなっているため、第一のｐ型ＤＢＲ層内における積層方向の抵抗低減は、素子抵抗の低減に大きく寄与する。また、この場合には、不純物ドーピングを増加させる必要がないため、高反射率を維持したまま低抵抗化が可能となる Here, in order to show the effect when the film thickness of the intermediate layer is changed, between the GaAs layer and the Al _0.9 Ga _0.1 As layer in the first p-type DBR layer 5 shown in FIG. FIG. 3B schematically shows the valence band structure at the equilibrium of the intermediate layer portion. The solid line indicates the case where the intermediate layer thickness is 12 nm, and the dotted line indicates the case where the intermediate layer thickness is 24 nm. In the first p-type DBR layer 5 of FIG. 1, since holes are injected from the p-type electrode far from the active layer toward the active layer, the GaAs layer and the AlGaAs shown in FIG. A heterospike at the interface of the layer acts as a barrier to holes and increases resistance. This hetero spike exists both at the interface from the GaAs layer to the AlGaAs layer and at the interface from the AlGaAs layer to the GaAs layer. The height of the hetero spike is about 170 meV when the film thickness of the intermediate layer is 12 nm, whereas it is about 50 meV when the film thickness of the intermediate layer is 24 nm, and the effect of reducing the resistance in the stacking direction is obtained. I understand that. In the first p-type DBR layer, since the effective area through which the current flows is reduced by the oxidation current confinement layer 9, the resistance reduction in the stacking direction in the first p-type DBR layer reduces the element resistance. A big contribution. In this case, since it is not necessary to increase the impurity doping, it is possible to reduce the resistance while maintaining a high reflectivity.

第一のｐ型ＤＢＲ層内においては、中間層厚を厚くすることで若干の反射率の低下はあるものの、中間層の構成を、屈折率がほぼ連続的に変化するようにしておけば、その変化は殆ど無視できる程度に抑えられる。例えば、第一のｐ型ＤＢＲ層５における中間層を、４分割して段階的に屈折率が異なるように構成した場合、総周期数２６周期のＤＢＲの反射率は、中間層厚が１０ｎｍの場合９９．８０９％、３０ｎｍの場合９９．８００％であり、この差は長波長域の利得の低い活性層を用いた場合でも無視できる程小さい。このように、第一のｐ型ＤＢＲ層５における中間層厚を広げることで、反射率の低下なく抵抗を下げることが可能である。 In the first p-type DBR layer, although the reflectivity is slightly decreased by increasing the thickness of the intermediate layer, if the refractive index of the intermediate layer changes substantially continuously, The change is almost negligible. For example, when the intermediate layer in the first p-type DBR layer 5 is divided into four parts and the refractive index is changed stepwise, the reflectivity of the DBR having a total period of 26 cycles has an intermediate layer thickness of 10 nm. In the case of 99.809% in the case of 30 nm and 99.800% in the case of 30 nm, this difference is negligibly small even when an active layer having a low gain in the long wavelength region is used. Thus, by increasing the thickness of the intermediate layer in the first p-type DBR layer 5, it is possible to reduce the resistance without reducing the reflectance.

このような検討を重ねた結果、中間層の膜厚の値については、第一のｐ型ＤＢＲ層５に用いる厚さとしては、反射率の低下を抑え、また十分低抵抗化が可能な最大値として約３０ｎｍ、第二のｐ型ＤＢＲ層６に用いる厚さとしては、最小値として１０ｎｍ程度が望ましいことが見いだされた。 As a result of such examinations, as for the thickness value of the intermediate layer, the thickness used for the first p-type DBR layer 5 is the maximum that can suppress the decrease in reflectivity and sufficiently reduce the resistance. It was found that a value of about 30 nm and a thickness used for the second p-type DBR layer 6 are preferably about 10 nm as a minimum value.

第一のｐ型ＤＢＲ層５及び第二のｐ型ＤＢＲ層６の周期数については、ＤＢＲ構造等により異なるが、本実施形態においては、酸化狭窄開口径が６μｍと小さいため、活性層に近い数層部分の抵抗が、素子全体の抵抗に大きく寄与するので、５−８層程度に設定することが望ましい。中間層膜厚を厚くすることは、若干の熱抵抗増加をもたらすため、第一ＤＢＲ層の周期数を必要以上にすることは好ましくなく、ＤＢＲ、活性層構造、酸化狭窄開口径、必要とされる特性等の条件に依り異なるが、抵抗低減効果が顕著に得られる最小の範囲に最適化することが望ましい。第二のｐ型ＤＢＲ層６の周期数は、第一のｐ型ＤＢＲ層５の周期数と、必要なＤＢＲの反射率に応じて決定される。 Although the number of periods of the first p-type DBR layer 5 and the second p-type DBR layer 6 varies depending on the DBR structure and the like, in this embodiment, the oxidized constriction opening diameter is as small as 6 μm, so it is close to the active layer. Since the resistance of several layers greatly contributes to the resistance of the entire device, it is desirable to set the resistance to about 5-8 layers. Increasing the thickness of the intermediate layer causes a slight increase in thermal resistance, so it is not preferable to increase the number of periods of the first DBR layer more than necessary, and DBR, active layer structure, oxidized constriction aperture diameter, and so on are required. However, it is desirable to optimize to the minimum range where the resistance reduction effect can be obtained remarkably. The number of periods of the second p-type DBR layer 6 is determined according to the number of periods of the first p-type DBR layer 5 and the required DBR reflectivity.

また、一般的には活性層に近い５−８周期においては、電界強度が高く、ＤＢＲ反射率への寄与も同時に高くなっているため、この第一ＤＢＲ層の不純物ドーピング濃度を下げることも、高反射率を得るためには非常に効果的である。 In general, in the 5-8 period close to the active layer, the electric field strength is high and the contribution to the DBR reflectivity is also increased at the same time. Therefore, the impurity doping concentration of the first DBR layer can be lowered, It is very effective for obtaining a high reflectance.

また、ここでは、ｐ型ＤＢＲの場合のみについて記したが、ｎ型ＤＢＲにおけるｎ型キャリアの導電を考えた場合にも、同様の構造が適用可能であり、活性層からの距離によって中間層膜厚を変化させることは有効である Although only the case of the p-type DBR is described here, the same structure can be applied when considering the conduction of the n-type carrier in the n-type DBR, and the intermediate layer film can be changed depending on the distance from the active layer. It is effective to change the thickness

また、中間層の厚みに関しては、ここでは製造方法を簡潔にするために、第一のｐ型ＤＢＲ層５と第二のｐ型ＤＢＲ層６との二つに分けて、各々において各層一定としたが、活性層に近い側が相対的に薄く、遠くに離れるに従って相対的に厚くすることが効果的であるから、活性層からの距離に応じて、各層ごとに適宜厚みを変化させても良い。また、ＤＢＲ反射率を上げるために、導電性ＤＢＲの上に非導電性のＤＢＲが設けてあっても良く、非導電性のＤＢＲ層においては、中間層厚はなるべく小さく、或いは中間層を有さない構造が望ましい。 Also, regarding the thickness of the intermediate layer, here, in order to simplify the manufacturing method, the first p-type DBR layer 5 and the second p-type DBR layer 6 are divided into two layers, and each layer is constant. However, since the side closer to the active layer is relatively thin and it is effective to make it relatively thicker as it is farther away, the thickness may be appropriately changed for each layer according to the distance from the active layer. . Further, in order to increase the DBR reflectivity, a non-conductive DBR may be provided on the conductive DBR. In the non-conductive DBR layer, the intermediate layer thickness is as small as possible, or an intermediate layer is provided. The structure which does not do is desirable.

以上の製法により得られた図１の面発光レーザ装置では、低抵抗かつ低閾値な特性を両立することが可能となる。
発明の実施の形態２． The surface emitting laser device of FIG. 1 obtained by the above manufacturing method can achieve both low resistance and low threshold characteristics.
Embodiment 2 of the Invention

図４を用いて本発明による面発光レーザ装置の第２の実施の形態を説明する。第１の実施の形態で示した図１と異なる点は、次のとおりである。すなわち、本実施の形態では、図２で示された第１の実施の形態と同じ製法を採用するものであるが、第一のｐ型ＤＢＲ層１５と第二のｐ型ＤＢＲ層１６の中間層厚の大小関係が逆である点が異なっている。第一のｐ型ＤＢＲ層１５の中間層厚が第二のｐ型ＤＢＲ層の中間層よりも薄くなっている。例えば、第一のｐ型ＤＢＲ層１５の中間層厚は５ｎｍであり、第二のｐ型ＤＢＲ層１６の中間層厚は１５ｎｍである。 A second embodiment of the surface emitting laser device according to the present invention will be described with reference to FIG. The differences from FIG. 1 shown in the first embodiment are as follows. That is, in the present embodiment, the same manufacturing method as that of the first embodiment shown in FIG. 2 is adopted, but an intermediate between the first p-type DBR layer 15 and the second p-type DBR layer 16. The difference is that the layer thickness relationship is reversed. The intermediate layer thickness of the first p-type DBR layer 15 is thinner than the intermediate layer of the second p-type DBR layer. For example, the intermediate layer thickness of the first p-type DBR layer 15 is 5 nm, and the intermediate layer thickness of the second p-type DBR layer 16 is 15 nm.

このような構成は、特に低閾値化を重要視し、低抵抗化に関しては電流狭窄開口幅１０をそれほど狭める必要のないマルチモード面発光レーザ装置や、電流狭窄開口を持たないメサ構造やイオン注入電流狭窄構造面発光レーザ装置の場合に有効である。具体的には電流狭窄開口幅２０が８μｍ以上である場合に、特に有効である。図４に示すマルチモード面発光レーザ構造においては、電流狭窄開口幅２０は１５μｍと大きく設定してある。 Such a configuration attaches importance particularly to lowering the threshold, and for lowering the resistance, a multimode surface emitting laser device that does not require the current confinement aperture width 10 to be reduced so much, a mesa structure that does not have a current confinement aperture, and ion implantation This is effective in the case of a current confinement surface emitting laser device. Specifically, this is particularly effective when the current confinement opening width 20 is 8 μm or more. In the multimode surface emitting laser structure shown in FIG. 4, the current confinement aperture width 20 is set as large as 15 μm.

ここで、活性層１３に近い側の電界強度の高い第一のｐ型ＤＢＲ層１５においては、中間層厚を薄くして高反射率化の効果を高めている。これにより、少ないＤＢＲ周期数で高反射率を得ることが可能となる。第一のｐ型ＤＢＲ層１５における界面抵抗値は高くなるものの、電流狭窄開口幅がそれほど小さくないため、高抵抗化の影響は小さく抑えられる。また、合計のＤＢＲ周期数が少なくて済むため、その分低抵抗化が可能となる。例えば、ＤＢＲ周期数を通常構造に比べ数周期低減することができる。
発明の実施の形態３． Here, in the first p-type DBR layer 15 having a high electric field strength on the side close to the active layer 13, the intermediate layer thickness is reduced to enhance the effect of increasing the reflectivity. This makes it possible to obtain a high reflectance with a small number of DBR periods. Although the interface resistance value in the first p-type DBR layer 15 is high, the current confinement opening width is not so small, so that the influence of high resistance can be suppressed to a small value. In addition, since the total number of DBR cycles is small, the resistance can be reduced accordingly. For example, the number of DBR cycles can be reduced by several cycles compared to the normal structure.
Embodiment 3 of the Invention

本実施の形態にかかる面発光レーザ装置について図５を用いて説明する。第１の実施の形態で示した図１と異なる点は、次のとおりである。本実施の形態では、図２で示された第１の実施の形態と同じ製法を採用するものであるが、図５（ａ）では第一のｐ型ＤＢＲ層５は、二つに分かれてはいないが、その構成要素である一組の半導体層内において、２つの中間層の膜厚が異なっており、活性層に近い側の中間層厚と、活性層に遠い側の中間層厚とを変化させてある点である。 The surface emitting laser device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The differences from FIG. 1 shown in the first embodiment are as follows. In the present embodiment, the same manufacturing method as that of the first embodiment shown in FIG. 2 is adopted. In FIG. 5A, the first p-type DBR layer 5 is divided into two parts. However, the film thickness of the two intermediate layers is different in the set of semiconductor layers as the constituent elements, and the intermediate layer thickness on the side closer to the active layer and the intermediate layer thickness on the side far from the active layer are It is a point that has been changed.

図５（ｂ）は、本実施形態の面発光レーザ装置の上側に配置されたｐ型ＤＢＲ層２５の構成要素である、一組の半導体層を模式的に示している。活性層に近い方から見て、高屈折率のＧａＡｓ層３１、中間層Ａ、低屈折率のＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層３２、中間層Ｂかの順番で構成されている。そして、高屈折率のＧａＡｓ層３１、中間層Ａ、低屈折率のＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層３２、中間層Ｂが繰り返し配置された積層構成となる。ここで、中間層Ｂの膜厚が中間層Ａの膜厚よりも厚いことが特徴である。ｐ型ＤＢＲ層２５において、中間層Ａと中間層Ａより厚さの厚い中間層Ｂを光の電界強度の位相に基づいて配置している。中間層Ａが配置される電界強度の位相と中間層Ｂが配置される電界強度の位相とを１８０°ずらして配置している。したがって、電界強度が極大値となる位置に膜厚の薄い中間層Ａが配置され、電界強度が極小値となる位置に膜厚の厚い中間層Ｂが配置される。 FIG. 5B schematically shows a set of semiconductor layers that are components of the p-type DBR layer 25 disposed on the upper side of the surface emitting laser device of the present embodiment. As viewed from the side closer to the active layer, the GaAs layer 31 having a high refractive index, the intermediate layer A, the Al _0.9 Ga _0.1 As layer 32 having a low refractive index, and the intermediate layer B are formed in this order. Then, a high refractive index GaAs layer 31, an intermediate layer A, a low refractive index Al _0.9 Ga _0.1 As layer 32, and an intermediate layer B are repeatedly arranged. Here, the film thickness of the intermediate layer B is characterized by being thicker than the film thickness of the intermediate layer A. In the p-type DBR layer 25, the intermediate layer A and the intermediate layer B thicker than the intermediate layer A are arranged based on the phase of the electric field intensity of light. The phase of the electric field intensity where the intermediate layer A is arranged and the phase of the electric field intensity where the intermediate layer B is arranged are shifted by 180 °. Therefore, the thin intermediate layer A is disposed at a position where the electric field intensity becomes a maximum value, and the thick intermediate layer B is disposed at a position where the electric field intensity becomes a minimum value.

中間層Ａが配置された電界強度の位相と中間層Ｂが配置された電界強度の位相とは互いに１８０°ずれている。従って、膜厚の薄い中間層Ａは３６０°すなわち光の１周期毎に形成され、これらは同じ位相に配置される。膜厚の厚い中間層Ｂは３６０°すなわち光の１周期毎に形成され、これらは同じ位相に配置される。繰り返し設けられた中間層Ａはそれぞれ電界強度の極大値に配置される。同様に繰り返し設けられた中間層Ｂはそれぞれ電界強度の極小値に配置される。また中間層Ａは中間層Ｂよりも膜厚が薄いため、中間層Ａの屈折率変化は中間層Ｂの屈折率変化よりも急勾配となる。 The phase of the electric field strength where the intermediate layer A is arranged and the phase of the electric field strength where the intermediate layer B is arranged are shifted from each other by 180 °. Therefore, the thin intermediate layer A is formed at 360 °, that is, for each period of light, and these are arranged in the same phase. The thick intermediate layer B is formed at 360 °, that is, every period of light, and these are arranged in the same phase. The intermediate layers A that are repeatedly provided are each arranged at the maximum value of the electric field strength. Similarly, the repeatedly provided intermediate layers B are arranged at the minimum value of the electric field strength. Further, since the intermediate layer A is thinner than the intermediate layer B, the refractive index change of the intermediate layer A becomes steeper than the refractive index change of the intermediate layer B.

光の電界強度分布に着目すると、中間層Ａにおいては電界強度が高く、中間層Ｂにおいては電界強度が低くなることが分かる。よって、電界強度の低い部分の中間層Ｂの膜厚を厚くしても反射率低下の影響が小さく、反射率を維持したまま、抵抗の低減が可能となる。このように本実施の形態では、ｐ型ＤＢＲ層２５における光の電界強度の位相に基づいて、異なる厚さの中間層を配置させている。これにより、反射率を維持したまま、抵抗の低減が可能となる。例えば、中間層Ａの厚さを１０ｎｍとし、１８０°位相のずれた中間層Ｂの厚さを３０ｎｍとすることができる。このような構成で配置することにより、抵抗を低減することができる。 When attention is paid to the electric field strength distribution of light, it can be seen that the electric field strength is high in the intermediate layer A and the electric field strength is low in the intermediate layer B. Therefore, even if the thickness of the intermediate layer B in the portion where the electric field strength is low is increased, the influence of the decrease in reflectance is small, and the resistance can be reduced while maintaining the reflectance. As described above, in the present embodiment, the intermediate layers having different thicknesses are arranged based on the phase of the electric field intensity of light in the p-type DBR layer 25. As a result, the resistance can be reduced while maintaining the reflectance. For example, the thickness of the intermediate layer A can be 10 nm, and the thickness of the intermediate layer B that is 180 ° out of phase can be 30 nm. By arranging in such a configuration, the resistance can be reduced.

さらに、不純物ドーピング濃度プロファイルと中間層の膜厚変化を組み合わせた最適化も可能である。この形態を図５（ｃ）に示す。この場合は、不純物ドーピングの高い部分を電界強度の低い中間層Ｂとし、電界強度の高い中間層Ａにおいて不純物ドーピング濃度を低くして光吸収損失を低減するのが望ましい。例えば、電界強度が極大となる位置にドーピング濃度が低い中間層Ａを配置する。一方、中間層Ａから光の電界強度の位相が１８０°異なり、極小となる位置にドーピング濃度が高い中間層Ｂを配置する。これにより、光吸収損失を低減することができる。 Furthermore, optimization combining the impurity doping concentration profile and the change in the thickness of the intermediate layer is also possible. This form is shown in FIG. In this case, it is desirable to reduce the light absorption loss by reducing the impurity doping concentration in the intermediate layer A having a high electric field strength as the intermediate layer B having a low electric field strength in the high impurity doping portion. For example, the intermediate layer A having a low doping concentration is disposed at a position where the electric field intensity becomes maximum. On the other hand, the intermediate layer B having a high doping concentration is disposed at a position where the phase of the electric field intensity of light differs from the intermediate layer A by 180 ° and becomes the minimum. Thereby, light absorption loss can be reduced.

この場合に、ドーピング濃度の低い中間層Ａの膜厚を、図５（ｂ）とは逆に、中間層Ｂよりも厚くする。すなわち、電界強度が極大となる位置に膜厚の厚い中間層Ａを配置する。一方、中間層Ａから光の電界強度の位相が１８０°異なり、極小となる位置に中間層Ａより膜厚の薄い中間層Ｂを配置する。これにより、抵抗を低減することが可能となる。例えば、中間層Ａのドーピング濃度を５×１０^１７ｃｍ^−３とし、厚さを３０ｎｍとする。一方、中間層Ｂのドーピング濃度を１×１０^１８ｃｍ^−３とし、厚さを１０ｎｍとする。これにより、光吸収損失を低減することができる。 In this case, the intermediate layer A having a low doping concentration is made thicker than the intermediate layer B, contrary to FIG. That is, the thick intermediate layer A is disposed at a position where the electric field intensity becomes maximum. On the other hand, an intermediate layer B having a thickness smaller than that of the intermediate layer A is disposed at a position where the phase of the electric field intensity of light differs from the intermediate layer A by 180 ° and becomes a minimum. Thereby, it becomes possible to reduce resistance. For example, the doping concentration of the intermediate layer A is 5 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ and the thickness is 30 nm. On the other hand, the doping concentration of the intermediate layer B is 1 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ and the thickness is 10 nm. Thereby, light absorption loss can be reduced.

本実施形態は、第一の実施の形態と組み合わせて用いることもできる。これを図６に示す。図６において、第一のｐ型ＤＢＲ層４５と、第二のｐ型ＤＢＲ層４６において、相対的に中間層厚は第一のｐ型ＤＢＲ層４５の方が厚くなっており、さらに各々のＤＢＲ層内については、図５（ｃ）のように、中間層Ａの膜厚は中間層Ｂの膜厚よりも大きく、かつドーピング濃度が高くなっている。この構造においては、高反射率を維持したまま、最大限に抵抗を低減することが可能となる。 This embodiment can also be used in combination with the first embodiment. This is shown in FIG. In FIG. 6, in the first p-type DBR layer 45 and the second p-type DBR layer 46, the intermediate layer thickness is relatively larger in the first p-type DBR layer 45. In the DBR layer, as shown in FIG. 5C, the film thickness of the intermediate layer A is larger than the film thickness of the intermediate layer B, and the doping concentration is high. In this structure, it is possible to reduce the resistance to the maximum while maintaining a high reflectance.

このように本実施の形態では光の電界強度の位相に基づいて、中間層の膜厚、ドーピング濃度を変化させている。これにより、光の電界強度が高い位置と低い位置に異なる厚さの中間層または異なるドーピング濃度を有する中間層を配置することができる。これにより、高反射率を維持したまま抵抗を低減することができるため、低閾値化を図ることができる。 Thus, in this embodiment, the film thickness and doping concentration of the intermediate layer are changed based on the phase of the electric field strength of light. Accordingly, intermediate layers having different thicknesses or intermediate layers having different doping concentrations can be disposed at positions where the electric field intensity of light is high and low. As a result, the resistance can be reduced while maintaining a high reflectivity, so that the threshold value can be lowered.

以上、実施の形態１〜３について説明を行った。しかし、本発明は、これら実施形態に具体的に示した構成、方法に限定されるものではなく、発明の趣旨に沿うものであれば種々のバリエーションが考えられる。 The first to third embodiments have been described above. However, the present invention is not limited to the configurations and methods specifically shown in these embodiments, and various variations are conceivable as long as they are within the spirit of the invention.

例えば、前述の実施例においては、活性層の材料としてＧａＡｓＳｂ量子井戸を用いたが、本発明は、これらに限られず、ＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓを用いて近赤外用の面発光レーザ装置を構成することもできるし、また、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰなどの可視ＶＣＳＥＬ装置にも適用できる。更に、ＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓや、ＧａＡｓ基板上のＧａＩｎＮＡｓ、ＩｎＡｓ量子ドット等の活性層を用いて長波帯の単一モードＶＣＳＥＬ装置を構成することもできる。これらの、単一モードファイバ通信に適した長波長帯の面発光レーザ装置に対しては、一般にＧａＡｓやＩｎＧａＡｓの近赤外帯の発光層に比べ利得が低く、温度特性が劣るものが多いため、本発明による低閾値化と低抵抗化の両立を図ることは非常に有効である。さらには、ＧａＮ系やＺｎＳｅ系等を用いて青色または紫外線用の面発光レーザ装置を構成することができる。 For example, in the above-described embodiment, the GaAsSb quantum well is used as the material of the active layer. However, the present invention is not limited thereto, and a near-infrared surface emitting laser device may be configured using GaAs or InGaAs. It can also be applied to visible VCSEL devices such as InGaP and AlGaInP. Further, an active layer such as InGaAsP or InAlGaAs on an InP substrate or GaInNAs or InAs quantum dots on a GaAs substrate can be used to constitute a long wave single mode VCSEL device. Many of these long-wavelength surface emitting laser devices suitable for single-mode fiber communication generally have lower gain and inferior temperature characteristics than GaAs and InGaAs near-infrared emitting layers. It is very effective to achieve both low threshold and low resistance according to the present invention. Furthermore, a blue or ultraviolet surface emitting laser device can be configured using a GaN-based or ZnSe-based material.

また、これらの活性層の材料に応じて、ＤＢＲ層含めたその他の層の材料・組成や、ＤＢＲ層の周期数を含めたそれぞれの層の厚みを適宜選択、設定できることはいうまでもない。 In addition, it goes without saying that the material and composition of other layers including the DBR layer and the thickness of each layer including the number of periods of the DBR layer can be appropriately selected and set according to the materials of these active layers.

実施の形態１〜３における本発明の面発光レーザ装置では、電流狭窄部にＡｌＧａＡｓ酸化層を用いたが、電流狭窄方法もこれに制限されるものではなく、イオン注入、メサ構造、埋込構造等、適宜選択することが可能であるが、ＡｌＧａＡｓ酸化電流狭窄構造においては、特に有効である。 In the surface emitting laser devices of the present invention in the first to third embodiments, the AlGaAs oxide layer is used for the current confinement portion. However, the current confinement method is not limited to this, and ion implantation, mesa structure, embedded structure However, it is particularly effective in the AlGaAs oxidation current confinement structure.

実施の形態１〜３における本発明の面発光レーザ装置では、調整部の非酸化領域の形状が、円環状となっているため出力光の断面も円環状となるが、必要に応じて楕円型などの所望の断面形状をもつ出力光を出射するようにしてもよい。このためには、例えば、第１の実施の形態における製法で、小円柱状構造、円柱状構造としていた柱状構造を、楕円型などの所望の柱状構造としてエッチングにより形成すればよい。 In the surface emitting laser devices according to the first to third embodiments of the present invention, the shape of the non-oxidized region of the adjustment unit is an annular shape, so that the cross section of the output light is also an annular shape. For example, output light having a desired cross-sectional shape may be emitted. For this purpose, for example, the columnar structure that is a small columnar structure or a columnar structure may be formed by etching as a desired columnar structure such as an elliptical shape by the manufacturing method in the first embodiment.

実施の形態１〜３で、ｎ型をｐ型に、かつｐ型をｎ型に変更してもよい。 In the first to third embodiments, the n-type may be changed to the p-type and the p-type may be changed to the n-type.

また、本発明の趣旨は、面発光レーザ装置のＤＢＲ領域における電流分布、及び電界分布を考慮して、ＤＢＲ層内の中間層膜厚を変化させ最適化することにより、低抵抗化とＤＢＲの高反射率化による低閾値化を両立させる、ということである。さらに、不純物ドーピング濃度プロファイルと組み合わせることで更なる最適化が可能となる。よって、ここに示した実施形態に限定されず、より詳細な、或いは必要な特性、構造等に応じて、設計を行うことが可能である。 In addition, the gist of the present invention is to reduce the resistance and DBR by changing and optimizing the intermediate layer thickness in the DBR layer in consideration of the current distribution and electric field distribution in the DBR region of the surface emitting laser device. This means that both lowering the threshold value by increasing the reflectivity is achieved. Furthermore, further optimization is possible by combining with the impurity doping concentration profile. Therefore, the present invention is not limited to the embodiment shown here, and the design can be performed according to more detailed or necessary characteristics, structure, and the like.

以上説明したとおり、本発明によれば、低抵抗化と低閾値化のトレードオフを解決し、低閾値かつ低電圧で駆動でき、高出力の得られる面発光レーザ装置を提供できる。また、本発明による面発光レーザ装置は、通信システムを始め、光インターコネクション、プリンタ、光磁気記録等に使用することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to solve the trade-off between low resistance and low threshold, and to provide a surface-emitting laser device that can be driven with a low threshold and a low voltage and can obtain a high output. The surface emitting laser device according to the present invention can be used for communication systems, optical interconnections, printers, magneto-optical recording, and the like.

本発明の実施の形態１にかかる面発光レーザ装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the surface emitting laser apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１にかかる面発光レーザ装置の製造工程を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing process of the surface emitting laser apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１にかかる面発光レーザ装置のＤＢＲ層を構成する半導体層を模式的に示した断面図、及び効果について説明するための図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor layer constituting a DBR layer of the surface emitting laser device according to the first embodiment of the present invention, and a diagram for explaining an effect. 本発明の実施の形態２にかかる面発光レーザ装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the surface emitting laser apparatus concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態３にかかる面発光レーザ装置の断面図及び、ＤＢＲ層を構成する半導体層を模式的に示したで図である。It is the figure which showed typically the sectional view of the surface emitting laser apparatus concerning Embodiment 3 of this invention, and the semiconductor layer which comprises a DBR layer. 本発明の実施の形態３にかかる面発光レーザ装置の別の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another structure of the surface emitting laser apparatus concerning Embodiment 3 of this invention. 従来の面発光レーザ装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional surface emitting laser apparatus. 従来の面発光レーザ装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional surface emitting laser apparatus. 従来の面発光レーザ装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional surface emitting laser apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

１、１１、２１、４１、１０１、１１１、１２１基板
２、１２、２２、４２、１０２、１１２、１２２ｎ型ＤＢＲ層
３、１３、２３、４２、１０３、１１３、１２３活性層
４、１４、２４、４４、１０４、１１４、１２４共振器層
５、１５、４５、１１５第一のｐ型ＤＢＲ層
６、１６、４６、１１６第二のｐ型ＤＢＲ層
２５、１０５、１２５ｐ型ＤＢＲ層
７、１７、２７、４７、１０７、１１７、１２７上部電極
８、１８、２８、４８、１０８、１１８、１２８下部電極
９、１９、２９、４９、１０９、１１９、１２９酸化電流狭窄層
９ａ酸化電流狭窄形成層
１０、２０、３０、５０、１１０、１２０電流狭窄開口幅
１１メサ構造
３１ＧａＡｓ層
３２Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層 1, 11, 21, 41, 101, 111, 121 Substrate 2, 12, 22, 42, 102, 112, 122 n-type DBR layer 3, 13, 23, 42, 103, 113, 123 Active layer 4, 14, 24, 44, 104, 114, 124 Cavity layer 5, 15, 45, 115 First p-type DBR layer 6, 16, 46, 116 Second p-type DBR layer 25, 105, 125 p-type DBR layer 7 17, 27, 47, 107, 117, 127 Upper electrode 8, 18, 28, 48, 108, 118, 128 Lower electrode 9, 19, 29, 49, 109, 119, 129 Oxidation current confinement layer 9a Oxidation current confinement Formation layer 10, 20, 30, 50, 110, 120 Current confinement opening width 11 Mesa structure 31 GaAs layer 32 Al _0.9 Ga _0.1 As layer

Claims

活性層と、
前記活性層の上又は下に設けられたＤＢＲ層とを備えた面発光レーザ装置であって、
前記ＤＢＲ層は、
高屈折率層と、
前記高屈折率層より屈折率の低い低屈折率層と、
前記高屈折率層と前記低屈折率層との間に配置された中間層とを有する積層構造を複数有し、
前記活性層からの距離に応じて異なる厚さの前記中間層が設けられている面発光レーザ装置。 An active layer,
A surface emitting laser device comprising a DBR layer provided above or below the active layer,
The DBR layer is
A high refractive index layer;
A low refractive index layer having a lower refractive index than the high refractive index layer;
Having a plurality of laminated structures having an intermediate layer disposed between the high refractive index layer and the low refractive index layer;
A surface-emitting laser device in which the intermediate layer having a different thickness is provided according to a distance from the active layer.

活性層と、
前記活性層に隣接して設けられた第１のＤＢＲ層と、
前記第１のＤＢＲ層に隣接して設けられた第２のＤＢＲ層とを備えた面発光レーザ装置であって、
前記第１のＤＢＲ層と前記第２のＤＢＲ層とは、
高屈折率層と、
前記高屈折率層より屈折率の低い低屈折率層と、
前記高屈折率層と前記低屈折率層との間に配置された中間層とを有する積層構造を複数有し、
第１のＤＢＲ層における中間層の膜厚が、第２のＤＢＲ層における中間層の膜厚よりも厚い面発光レーザ装置。 An active layer,
A first DBR layer provided adjacent to the active layer;
A surface-emitting laser device comprising a second DBR layer provided adjacent to the first DBR layer,
The first DBR layer and the second DBR layer are:
A high refractive index layer;
A low refractive index layer having a lower refractive index than the high refractive index layer;
Having a plurality of laminated structures having an intermediate layer disposed between the high refractive index layer and the low refractive index layer;
A surface-emitting laser device in which the thickness of the intermediate layer in the first DBR layer is larger than the thickness of the intermediate layer in the second DBR layer.

前記第１のＤＢＲ層の前記中間層における平均的な不純物ドーピング濃度が、前記第２のＤＢＲ層の前記中間層における平均的な不純物ドーピング濃度よりも低い請求項２に記載の面発光レーザ装置。 3. The surface emitting laser device according to claim 2, wherein an average impurity doping concentration in the intermediate layer of the first DBR layer is lower than an average impurity doping concentration in the intermediate layer of the second DBR layer.

前記中間層は、前記高屈折率層と前記低屈折率層の中間の屈折率を有する材料で構成され、ほぼ連続的に組成が変化している請求項２又は３に記載の面発光レーザ装置。 4. The surface emitting laser device according to claim 2, wherein the intermediate layer is made of a material having a refractive index intermediate between the high refractive index layer and the low refractive index layer, and the composition changes substantially continuously. .

前記第１のＤＢＲ層と前記第２のＤＢＲ層とが、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０＜＝ｘ＜＝１）で形成されている請求項２乃至４いずれかに記載の面発光レーザ装置。 5. The surface emitting laser according to claim 2, wherein the first DBR layer and the second DBR layer are formed of Al _x Ga _1-x As (0 <= x <= 1). 6. apparatus.

前記第１のＤＢＲ層において、
前記積層構造の周期数が５以上８以下である請求項２乃至５いずれかに記載の面発光レーザ装置。 In the first DBR layer,
The surface emitting laser device according to claim 2, wherein the number of periods of the laminated structure is 5 or more and 8 or less.

前記中間層の膜厚が１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である請求項２乃至６いずれかに記載の面発光レーザ装置。 The surface emitting laser device according to claim 2, wherein the intermediate layer has a thickness of 10 nm to 30 nm.

前記第１のＤＢＲ層に酸化電流狭窄層が形成されている請求項２乃至７いずれかに記載の面発光レーザ装置。 8. The surface emitting laser device according to claim 2, wherein an oxidation current confinement layer is formed in the first DBR layer.

高屈折率層と、
前記高屈折率層より屈折率の低い低屈折率層と、
前記高屈折率層と前記低屈折率層との間に配置され、前記高屈折率層と前記低屈折率層との間の屈折率を有する中間層とを備える積層構造が複数形成された分布ブラッグ反射器を有する面発光レーザ装置であって、
前記分布ブラッグ反射器が、
第１のＤＢＲ層と、
前記第１のＤＢＲ層よりも活性層の反対側に配置された第２のＤＢＲ層とを備え、
前記第１のＤＢＲ層における前記中間層が、前記第２のＤＢＲ層における前記中間層よりも薄く形成されている面発光レーザ装置。 A high refractive index layer;
A low refractive index layer having a lower refractive index than the high refractive index layer;
Distribution in which a plurality of laminated structures each including an intermediate layer disposed between the high refractive index layer and the low refractive index layer and having an intermediate layer having a refractive index between the high refractive index layer and the low refractive index layer are formed. A surface emitting laser device having a Bragg reflector,
The distributed Bragg reflector is
A first DBR layer;
A second DBR layer disposed on the opposite side of the active layer from the first DBR layer,
The surface emitting laser device in which the intermediate layer in the first DBR layer is formed thinner than the intermediate layer in the second DBR layer.

前記活性層と分布ブラッグ反射器との間に配置された酸化電流狭窄層をさらに備え、
前記酸化電流狭窄層の電流狭窄開口幅が８μｍ以上である請求項９記載の面発光レーザ装置。 Further comprising an oxidation current confinement layer disposed between the active layer and the distributed Bragg reflector;
10. The surface emitting laser device according to claim 9, wherein the current confinement aperture width of the oxidation current confinement layer is 8 μm or more.

高屈折率層と、
前記高屈折率層より屈折率の低い低屈折率層と、
前記高屈折率層と前記低屈折率層との間に配置され、前記高屈折率層と前記低屈折率層との間の屈折率を有する中間層とを備える積層構造が複数形成された分布ブラッグ反射器を有する面発光レーザ装置であって、
前記分布ブラッグ反射器において、前記中間層の厚さがレーザ光の電界強度の位相に応じて異なる面発光レーザ装置。 A high refractive index layer;
A low refractive index layer having a lower refractive index than the high refractive index layer;
Distribution in which a plurality of laminated structures each including an intermediate layer disposed between the high refractive index layer and the low refractive index layer and having an intermediate layer having a refractive index between the high refractive index layer and the low refractive index layer are formed. A surface emitting laser device having a Bragg reflector,
In the distributed Bragg reflector, a surface emitting laser device in which a thickness of the intermediate layer is different depending on a phase of an electric field intensity of laser light.

前記分布ブラッグ反射器において、前記中間層の不純物ドーピング濃度がレーザ光の電界強度の位相に応じて異なる請求項１１記載の面発光レーザ装置。 12. The surface emitting laser device according to claim 11, wherein in the distributed Bragg reflector, the impurity doping concentration of the intermediate layer differs according to the phase of the electric field intensity of the laser beam.

前記分布ブラッグ反射器の前記中間層が、
前記電界強度の略同じ位相に配置された複数の第１の中間層と、
前記第１の中間層と１８０°異なる位相に配置された複数の第２の中間層とを備え、
前記第１の中間層が前記第２の中間層よりも薄く形成されている請求項１１又は１２記載の面発光レーザ装置。 The intermediate layer of the distributed Bragg reflector is
A plurality of first intermediate layers arranged in substantially the same phase of the electric field intensity;
A plurality of second intermediate layers disposed in a phase different from the first intermediate layer by 180 °;
The surface emitting laser device according to claim 11 or 12, wherein the first intermediate layer is formed thinner than the second intermediate layer.

前記電界強度が極大値となる位置に前記第１の中間層が配置され、
前記電界強度が極小値となる位置に前記第２の中間層が配置されている請求項１３記載の面発光レーザ装置。 The first intermediate layer is disposed at a position where the electric field intensity has a maximum value;
The surface emitting laser device according to claim 13, wherein the second intermediate layer is disposed at a position where the electric field intensity becomes a minimum value.

前記第１の中間層の不純物ドーピング濃度が前記第２の中間層の不純物ドーピング濃度よりも高いことを特徴とする請求項１３記載の面発光レーザ装置。 14. The surface emitting laser device according to claim 13, wherein the impurity doping concentration of the first intermediate layer is higher than the impurity doping concentration of the second intermediate layer.

前記電界強度が極小値となる位置に前記第１の中間層が配置され、
前記電界強度が極大値となる位置に前記第２の中間層が配置されている請求項１５記載の面発光レーザ装置。 The first intermediate layer is disposed at a position where the electric field intensity is a minimum value;
The surface emitting laser device according to claim 15, wherein the second intermediate layer is disposed at a position where the electric field intensity becomes a maximum value.

前記分布ブラッグ反射器が
第１のＤＢＲ層と、
前記第１のＤＢＲ層よりも活性層の反対側に配置された第２のＤＢＲ層とを備え、
前記第１のＤＢＲ層における前記中間層が、前記第２のＤＢＲ層における前記中間層よりも薄く形成されている請求項１１乃至１６いずれかに面発光レーザ装置。

The distributed Bragg reflector includes a first DBR layer;
A second DBR layer disposed on the opposite side of the active layer from the first DBR layer,
17. The surface emitting laser device according to claim 11, wherein the intermediate layer in the first DBR layer is formed thinner than the intermediate layer in the second DBR layer.