JP2005340779A - Surface emitting laser and its manufacturing method, surface emitting laser array, image forming apparatus, optical pickup system, optical transmission module, optical transmission reception module, and optical communication system - Google Patents

Surface emitting laser and its manufacturing method, surface emitting laser array, image forming apparatus, optical pickup system, optical transmission module, optical transmission reception module, and optical communication system Download PDF

Info

Publication number
JP2005340779A
JP2005340779A JP2005088188A JP2005088188A JP2005340779A JP 2005340779 A JP2005340779 A JP 2005340779A JP 2005088188 A JP2005088188 A JP 2005088188A JP 2005088188 A JP2005088188 A JP 2005088188A JP 2005340779 A JP2005340779 A JP 2005340779A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
emitting laser
surface emitting
layer
active layer
reflecting mirror
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
Application number
JP2005088188A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5057354B2 (en
Inventor
Shunichi Sato
俊一 佐藤
Akihiro Ito
彰浩 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2005088188A priority Critical patent/JP5057354B2/en
Priority to PCT/JP2005/010520 priority patent/WO2005122350A1/en
Priority to US10/567,809 priority patent/US7684458B2/en
Priority to EP05748559A priority patent/EP1780849B1/en
Publication of JP2005340779A publication Critical patent/JP2005340779A/en
Priority to US12/691,476 priority patent/US8199788B2/en
Priority to US13/459,333 priority patent/US8401049B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5057354B2 publication Critical patent/JP5057354B2/en
Priority to US13/764,167 priority patent/US8743924B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce variations of Ga composition and Ga/Al ratio of materials constituting a semiconductor distribution bragg reflection mirror and to controllably etch a surface emitting laser semiconductor film in consideration of a heat dissipation. <P>SOLUTION: In a surface emitting laser wherein activity layers consisting of at least one layer of quantum well activity layers and barrier layers generating a laser beam, a resonator region provided around the activity layers including a spacer layer consisting of at least one kind of materials, and an upper reflection mirror and a lower reflection mirror which are provided at an upper part and a lower part of the resonator region, respectively, are formed as multilayer films on a semiconductor substrate and the multilayer films are processed into a mesa profile by etching, the lower reflection mirror is constituted by a primary lower reflection mirror in which a low refractive index layer consists of AlAs and a secondary lower reflection mirror formed on the primary lower reflection mirror in which a low refractive index layer consists of AlGaAs. Any layers constituting the resonator region include In. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、面発光レーザおよびその製造方法および面発光レーザアレイおよび面発光レーザの製造方法および画像形成装置および光ピックアップシステムおよび光送信モジュールおよび光送受信モジュールおよび光通信システムに関する。   The present invention relates to a surface emitting laser, a manufacturing method thereof, a surface emitting laser array, a manufacturing method of a surface emitting laser, an image forming apparatus, an optical pickup system, an optical transmission module, an optical transmission / reception module, and an optical communication system.

面発光型半導体レーザ（面発光レーザ）は、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り、端面発光型半導体レーザに比べて低コストで高性能が得られることから、光インターコネクションなどの光通信の光源、光ピックアップ用の光源、画像形成装置の光源など、民生用途で用いられている。   A surface-emitting semiconductor laser (surface-emitting laser) is a semiconductor laser that emits light in a direction perpendicular to a substrate, and provides high performance at a lower cost than an edge-emitting semiconductor laser. Are used in consumer applications, such as light sources for optical communications, light sources for optical pickups, and light sources for image forming apparatuses.

このような用途の面発光レーザには、活性層の利得が大きく、低しきい値，高出力であって、信頼性に優れ、偏光方向が制御されていることが求められる。   Surface emitting lasers for such applications are required to have a large active layer gain, low threshold and high output, excellent reliability, and a controlled polarization direction.

特に、面発光レーザ（以下、ＶＣＳＥＬという）は、活性層体積が小さいため、端面発光型半導体レーザと比較して、光出力が小さく、出力の増大が求められる場合が多い。この光出力を増大させる方法の一つは、発光部の温度上昇を少なくする対策を行うことである。   In particular, a surface emitting laser (hereinafter referred to as a VCSEL) has a small active layer volume, and therefore has a smaller optical output and an increased output in many cases as compared with an edge emitting semiconductor laser. One method for increasing the light output is to take measures to reduce the temperature rise of the light emitting section.

まず、素子構造をさらに説明し、この熱対策について述べる。   First, the element structure will be further described and countermeasures against this heat will be described.

図１は一般的な面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の構成例を示す図である。なお、図１は、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓを活性層にもち、ＡｌＡｓ層を選択酸化して電流狭窄構造としたＶＣＳＥＬの例となっている。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a general surface emitting laser (VCSEL). FIG. 1 shows an example of a VCSEL having InGaAs / GaAs as an active layer and selectively oxidizing the AlAs layer to form a current confinement structure.

図１に示す一般的なＶＣＳＥＬは、次のように作製される。すなわち、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法により、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板上に、ｎ−ＡｌＧａＡｓ／ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部半導体多層膜反射鏡（ＤＢＲ）、下部ＧａＡｓスペーサ層、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ ＭＱＷ活性層、上部ＡｌＧａＡｓスペーサ層、ＡｌＡｓ被選択酸化層、ｐ−ＡｌＧａＡｓ／ｐ−ＡｌＧａＡｓ上部半導体多層膜反射鏡（ＤＢＲ）を順次に積層して積層膜として形成する。   The general VCSEL shown in FIG. 1 is manufactured as follows. That is, by MOCVD or MBE, an n-AlGaAs / n-AlGaAs lower semiconductor multilayer reflector (DBR), a lower GaAs spacer layer, an AlGaAs / AlGaAs MQW active layer, an upper AlGaAs spacer are formed on an n-GaAs single crystal substrate. A layer, an AlAs selective oxidation layer, and a p-AlGaAs / p-AlGaAs upper semiconductor multilayer reflector (DBR) are sequentially laminated to form a laminated film.

次に、積層膜をドライエッチング法によりメサ形状に加工する。このとき、エッチング面は下部半導体ＤＢＲ中に達するようにすることが一般的である。   Next, the laminated film is processed into a mesa shape by a dry etching method. At this time, the etching surface generally reaches the lower semiconductor DBR.

次に、ドライエッチングにより側面が露出したＡｌＡｓ被選択酸化層を、水蒸気中で熱処理し、周辺を酸化してＡｌｘＯｙの絶縁物層に変化させ、素子駆動電流の経路を中心部の酸化されていないＡｌＡｓ領域だけに制限する電流狭窄構造を形成する。 Next, the AlAs selectively oxidized layer whose side surface is exposed by dry etching is heat-treated in water vapor to oxidize the periphery to change to an Al x O y insulator layer, and the device driving current path is oxidized at the center. A current confinement structure is formed that limits only to the unfinished AlAs region.

続いて、所定の個所にｐ側電極，ｎ側電極を形成して、図１のＶＣＳＥＬを作製することができる。   Subsequently, the p-side electrode and the n-side electrode are formed at predetermined positions, whereby the VCSEL of FIG. 1 can be manufactured.

ところで、このような面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）では、活性層からの放熱を良くするためには、メサの高さを低くし基板への熱抵抗を小さくすることである。しかし、ドライエッチング法によるメサ加工の工程では、エッチング毎のエッチング深さのバラツキが±１０％以上になることは稀ではなく、試料内でのエッチング深さのバラツキも加算すると、メサの高さを必要な高さより大きくとらざるをえない。   By the way, in such a surface emitting laser (VCSEL), in order to improve the heat radiation from the active layer, the height of the mesa is lowered to reduce the thermal resistance to the substrate. However, in the mesa processing process using the dry etching method, it is not rare that the variation in the etching depth for each etching becomes ± 10% or more. When the variation in the etching depth in the sample is also added, the height of the mesa is increased. Must be larger than the required height.

また、特許文献１には、さらに熱抵抗を小さくする構成が示されている。特許文献１に示されている構成では、下部半導体ＤＢＲ中の下側の大部分のＤＢＲの低屈折率層にＡｌＧａＡｓよりも熱伝導性が格段によいＡｌＡｓを用いている。なお、下部半導体ＤＢＲの上側の低屈折率層では従来のＡｌＧａＡｓを用いている。この理由は、もしも、エッチング面が下側ＡｌＡｓ ＤＢＲ中に達すると、後工程のＡｌＡｓ被選択酸化層の酸化工程時にメサ側壁に露出している下側ＡｌＡｓ ＤＢＲのＡｌＡｓ層の端面からも同時に酸化が進み、素子が絶縁化するか高抵抗化する事態になるからである。これは、ＡｌＧａＡｓの酸化速度はＡｌ組成依存性が大きく、Ａｌ組成が大きいほど酸化速度が大きい。そして、ＡｌＡｓでは最も酸化速度が大きいからである。これを防ぐため、特許文献１では、酸化速度が小さいＡｌＧａＡｓを用いた上側ＡｌＧａＡｓ ＤＢＲを設け、エッチング底面をこの上側ＡｌＧａＡｓ ＤＢＲ中に位置するように加工し、下側ＡｌＡｓ ＤＢＲのＡｌＡｓ端面が露出しないようにする。その上側ＡｌＧａＡｓ ＤＢＲのペア数は、特許文献１に示されているように全体の４／７以下が良い。より良くは１０ペア以内とするのが好ましい。   Patent Document 1 discloses a configuration that further reduces the thermal resistance. In the configuration shown in Patent Document 1, AlAs having a thermal conductivity much higher than that of AlGaAs is used for the low refractive index layer of most of the lower DBR in the lower semiconductor DBR. Note that conventional AlGaAs is used for the low refractive index layer on the upper side of the lower semiconductor DBR. The reason for this is that if the etched surface reaches the lower AlAs DBR, it will also be oxidized simultaneously from the end face of the AlAs layer of the lower AlAs DBR exposed on the mesa side wall during the subsequent oxidation process of the AlAs selective oxidation layer. This is because the device is insulated or the resistance is increased. This is because the oxidation rate of AlGaAs is highly dependent on the Al composition, and the oxidation rate increases as the Al composition increases. This is because AlAs has the highest oxidation rate. In order to prevent this, in Patent Document 1, an upper AlGaAs DBR using AlGaAs having a low oxidation rate is provided, the etching bottom surface is processed so as to be positioned in the upper AlGaAs DBR, and the AlAs end surface of the lower AlAs DBR is not exposed. Like that. The number of pairs of the upper AlGaAs DBR is preferably 4/7 or less as shown in Patent Document 1. More preferably, it is preferably within 10 pairs.

しかし、時間管理でエッチング底面を１０ペア程度の上側ＡｌＧａＡｓ ＤＢＲ中に位置するようにした場合は、歩留まりの低下が著しく、上側ＡｌＧａＡｓ ＤＢＲ中のエッチング底面の位置のバラツキも大きいという問題がある。   However, when the etching bottom surface is positioned in about 10 pairs of the upper AlGaAs DBR by time management, there is a problem that the yield is remarkably lowered and the variation of the etching bottom surface position in the upper AlGaAs DBR is large.

よって、歩留まり良くこれらの熱対策の効果を得るには、ドライエッチング法によるメサ加工工程の制御性が重要になる。このため、エッチングモニタ法が必要となる。モニタ法としては、プラズマ発光分光法と、被エッチング試料表面に光を照射しその反射光の強度をモニタして膜の干渉強度の変化からエッチング深さを検出する方法が挙げられる。このうち、覗き窓の特別の配置が必要でなく、方式が確立していて、計測機器も市販されているプラズマ発光分光法を用いることが望ましい。   Therefore, in order to obtain these heat countermeasure effects with high yield, controllability of the mesa processing process by the dry etching method is important. For this reason, an etching monitor method is required. Examples of the monitoring method include plasma emission spectroscopy, and a method of irradiating the surface of the sample to be etched, monitoring the intensity of the reflected light, and detecting the etching depth from the change in the interference intensity of the film. Among these, it is desirable to use plasma emission spectroscopy which does not require any special arrangement of the viewing window, has established a method, and has a commercially available measuring instrument.

この方式の場合、Ｇａの４１７ｎｍの発光強度か、Ｇａの４１７ｎｍの発光強度とＡｌの３９６ｎｍの発光強度との比の時間変化をモニタすることにより、半導体膜組成に対応した強度波形が検出できる。ＶＣＳＥＬ構成膜のように２種の組成の層の繰り返しが大部分である試料の場合は、強度波形は振動波形となる。   In the case of this method, the intensity waveform corresponding to the semiconductor film composition can be detected by monitoring the 417 nm emission intensity of Ga or the time change of the ratio of Ga 417 nm emission intensity to Al 396 nm emission intensity. In the case of a sample such as a VCSEL constituting film in which the repetition of the two types of layers is mostly, the intensity waveform is a vibration waveform.

しかし、特にＧａＡｓ活性層のレーザ発振波長（８５０ｎｍ程度）以下の短い発振波長をもつＶＣＳＥＬの半導体膜の場合は、Ｇａ組成やＧａ／Ａｌ組成比の変化が小さくなるためと、波長に応じてＤＢＲや共振器の膜厚が小さくなるため、プラズマ発光分光法では前記の振動波形の振幅が小さくなりモニタが容易でなくなる。さらに、被エッチング試料が大きくなれば、試料内のエッチング分布の影響を受けるためモニタが困難となる問題が生じる。   However, in the case of a VCSEL semiconductor film having a short oscillation wavelength shorter than the laser oscillation wavelength (about 850 nm) of the GaAs active layer, the change in the Ga composition and the Ga / Al composition ratio is small. In addition, since the thickness of the resonator becomes small, the amplitude of the vibration waveform becomes small in the plasma emission spectroscopy, and monitoring becomes difficult. Furthermore, when the sample to be etched is large, there is a problem that monitoring becomes difficult because of being affected by the etching distribution in the sample.

また、面発光レーザとして、８５０ｎｍ帯，９８０ｎｍ帯のものは、活性層へのキャリア閉じ込めが良好である。具体的に、８５０ｎｍ帯の面発光レーザでは、量子井戸活性層にはＧａＡｓが用いられ、障壁層やスペーサ層（クラッド層）にはＡｌＧａＡｓが用いられている。更に、高性能なＡｌＧａＡｓ系反射鏡（ＤＢＲ）と、Ａｌ酸化膜を利用した電流狭窄構造とを採用できるので、実用レベルの性能を実現している。また、偏光方向制御については、光出射方向から見た活性層の外周形状に異方性を持たせる方法など、多数の提案がなされている。中でも、非特許文献１には、（３１１）Ｂ基板、つまり（１００）から（１１１）Ｂ面方向に２５°傾斜（ｏｆｆ）した基板を用いることで、傾斜した方向の光学的利得が大きくなり、偏光方向制御が実現できることが示されている。また、（３１１）Ａ基板も同様な効果があることが示されている。しかしながら、この非特許文献１の技術では、大きく傾斜した（３１１）Ｂ基板上への結晶成長は、（１００）基板上への結晶成長に比べて難しくなり、さらに、（３１１）Ａ基板上への結晶成長は、より一層困難であるという欠点がある。また、いずれの基板の場合も、基板が大きく傾斜しているので、基板の価格が２倍以上することや、へき開しづらく、扱いにくいなどの欠点がある。   Further, as the surface emitting laser, those in the 850 nm band and the 980 nm band have good carrier confinement in the active layer. Specifically, in the surface emitting laser of 850 nm band, GaAs is used for the quantum well active layer, and AlGaAs is used for the barrier layer and the spacer layer (cladding layer). Furthermore, since a high-performance AlGaAs-based reflector (DBR) and a current confinement structure using an Al oxide film can be employed, a practical level of performance is realized. As for the polarization direction control, many proposals have been made, such as a method of imparting anisotropy to the outer peripheral shape of the active layer viewed from the light emitting direction. In particular, in Non-Patent Document 1, by using a (311) B substrate, that is, a substrate inclined by 25 ° from the (100) to the (111) B plane direction, the optical gain in the inclined direction increases. It has been shown that polarization direction control can be realized. The (311) A substrate is also shown to have the same effect. However, in the technique of Non-Patent Document 1, crystal growth on the (311) B substrate that is largely inclined becomes more difficult than crystal growth on the (100) substrate, and (311) onto the A substrate. However, there is a drawback that the crystal growth is more difficult. Further, in any case, since the substrate is greatly inclined, there are disadvantages that the price of the substrate is doubled or more, that it is difficult to cleave and difficult to handle.

一方、８５０ｎｍよりも短波長帯の面発光レーザは、量子井戸活性層にＡｌを添加してバンドギャップを大きくして実現されている。具体的に、７８０ｎｍ帯の面発光レーザでは、Ａｌが組成比で１２％程度添加されている。しかし、この場合、８５０ｎｍよりも短波長帯の面発光レーザは、障壁層やスペーサ層とのバンド不連続が小さくなってしまうので、活性層へのキャリア閉じ込めが弱くなってしまい、８５０ｎｍ帯の面発光レーザに比べて、特に温度特性において良好な特性を得るのが困難であるという問題がある。また、活性層に活性なＡｌが添加されているので、成長中や加工中等に酸素が取り込まれてしまい、非発光再結合センターが形成されて、発光効率や信頼性の低下を招いてしまうという問題がある。   On the other hand, a surface emitting laser having a wavelength band shorter than 850 nm is realized by increasing the band gap by adding Al to the quantum well active layer. Specifically, in a 780 nm band surface emitting laser, Al is added in a composition ratio of about 12%. However, in this case, the surface emitting laser having a wavelength shorter than 850 nm has a small band discontinuity with the barrier layer and the spacer layer, so that the carrier confinement in the active layer becomes weak, and the surface in the 850 nm band. Compared with a light emitting laser, there is a problem that it is difficult to obtain good characteristics particularly in temperature characteristics. In addition, since active Al is added to the active layer, oxygen is taken in during growth or processing, and a non-radiative recombination center is formed, resulting in a decrease in luminous efficiency and reliability. There's a problem.

特許文献２には、８５０ｎｍよりも短波長帯の面発光レーザで非発光再結合センターの形成を抑える目的で、Ａｌフリー活性領域（量子井戸活性層、及びそれに隣接する層）を採用する面発光レーザ（７８０ｎｍ帯）が提案されている。この面発光レーザは、具体的には、量子井戸活性層に引っ張り歪を有するＧａＡｓＰが用いられ、また、障壁層に圧縮歪を有するＧａＩｎＰが用いられ、また、スペーサ層（クラッド層と第１及び第３量子井戸活性層との間の層）に格子整合ＧａＩｎＰが用いられ、また、クラッド層にＡｌＧａＩｎＰが用いられている。この特許文献２によれば、活性領域がＡｌフリーなので、信頼性が改善される。   Patent Document 2 discloses a surface emission that employs an Al-free active region (a quantum well active layer and a layer adjacent thereto) for the purpose of suppressing the formation of a non-radiative recombination center with a surface emitting laser having a wavelength band shorter than 850 nm. Lasers (780 nm band) have been proposed. Specifically, in this surface emitting laser, GaAsP having tensile strain is used in the quantum well active layer, GaInP having compressive strain is used in the barrier layer, and a spacer layer (cladding layer and first and second layers) is used. Lattice matched GaInP is used for the layer between the third quantum well active layer and AlGaInP is used for the cladding layer. According to Patent Document 2, since the active region is Al-free, the reliability is improved.

更に、非特許文献２には、活性領域がＡｌフリーであることによる効果に加えて、活性層の利得を大きくするために、量子井戸活性層に圧縮歪を有するＧａＩｎＰＡｓが用いられ、障壁層に格子整合または引っ張り歪を有するＧａＩｎＰが用いられ、スペーサ層（クラッド層と第１及び第３量子井戸活性層との間の層）に格子整合ＡｌＧａＩｎＰが用いられ、クラッド層にＡｌＧａＩｎＰ（スペーサ層よりＡｌ組成大）が用いられた７８０ｎｍ帯の面発光レーザが提案されている。この非特許文献２の面発光レーザは、前述した特許文献２の構造に比べて、障壁層が格子整合であり圧縮歪組成よりバンドギャップが大きいので、キャリア閉じ込めが良好になっている。   Furthermore, Non-Patent Document 2 uses GaInPAs having a compressive strain in the quantum well active layer in order to increase the gain of the active layer in addition to the effect due to the Al-free active region, and the barrier layer GaInP having lattice matching or tensile strain is used, lattice matching AlGaInP is used for the spacer layer (the layer between the cladding layer and the first and third quantum well active layers), and AlGaInP is used for the cladding layer (AlAl from the spacer layer). A surface-emitting laser in the 780 nm band using a large composition has been proposed. Compared with the structure of Patent Document 2 described above, the surface emitting laser of Non-Patent Document 2 has good carrier confinement because the barrier layer is lattice-matched and has a larger band gap than the compressive strain composition.

また、偏光方向制御について、特許文献３には、基板の面方位が（１００）から（１１１）Ａ面方向または（１１１）Ｂ面方向に１５°乃至４０°の範囲内の角度（傾斜角）に傾斜した基板を用い、光学利得異方性を利用し、更に圧縮歪を有するＩｎＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰからなる多重量子井戸活性層を採用することで、傾斜した方向の光学的利得を大きくして、偏光方向の制御をすることが示されている。   Regarding the polarization direction control, Patent Document 3 discloses an angle (inclination angle) in which the plane orientation of the substrate is in the range of 15 ° to 40 ° from the (100) to the (111) A plane direction or the (111) B plane direction. By using a multi-quantum well active layer made of InAlGaAs and InGaAsP having an optical gain anisotropy and further having compressive strain, the optical gain in the tilted direction is increased and polarized light is used. It is shown to have direction control.

また、特許文献４には、メサ形状を円形，楕円形または長円形として、長軸の方向を（１００）から（１１１）Ａ面方向または（１１１）Ｂ面方向とする方法が示されている。この場合、基板の面方位は（１００）から［１１０］方向に２°ｏｆｆ（−５°〜 ＋５°含む）のものであり、Ａ面，Ｂ面方向へ傾斜した基板ではない。   Patent Document 4 discloses a method in which the mesa shape is circular, elliptical, or oval, and the long axis direction is changed from (100) to (111) A plane direction or (111) B plane direction. . In this case, the plane orientation of the substrate is 2 ° off (including −5 ° to + 5 °) in the (100) to [110] direction, and is not a substrate inclined in the A plane and B plane directions.

しかしながら、従来では、活性層の利得が大きく低しきい値，高出力であって、信頼性に優れ、偏光方向が制御された８５０ｎｍよりも波長の短い面発光レーザは実現されていない。   However, conventionally, a surface emitting laser having a wavelength shorter than 850 nm in which the gain of the active layer is large, the threshold value is high, the output is excellent, the reliability is controlled, and the polarization direction is controlled has not been realized.

すなわち、特許文献２では、活性領域がＡｌフリーなので信頼性が改善されるが、偏光制御方法が示されていない。   That is, Patent Document 2 improves the reliability because the active region is Al-free, but does not show a polarization control method.

また、非特許文献２では、キャリア閉じ込めが良好な構造であるが、偏光制御方法が示されていない。   Non-Patent Document 2 shows a structure with good carrier confinement, but does not show a polarization control method.

また、特許文献３では、偏光方向の制御が可能となるが、信頼性や、材料の特質にあった構成について、何ら考慮されていない。   Further, in Patent Document 3, the polarization direction can be controlled, but no consideration is given to the configuration suitable for the reliability and the characteristics of the material.

また、特許文献４では、偏光方向を制御できるが、８５０ｎｍよりも波長の短い面発光レーザにおいて、高利得，長寿命化について、何ら考慮されていない。   In Patent Document 4, although the polarization direction can be controlled, no consideration is given to high gain and long life in a surface emitting laser having a wavelength shorter than 850 nm.

このように、従来では、活性層の利得が大きく、低しきい値，高出力であって、信頼性に優れ、偏光方向が制御された８５０ｎｍよりも波長の短い面発光レーザは実現されていない。
特開２００２−１６４６２１ 特開平９−１０７１５３号公報 特開２００１−６０７３９ 特開２００１−１６８４６１ ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．１０， Ｎｏ．１２， ｐｐ．１６７６−１６７８， １９９８（東工大） ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．１２， Ｎｏ．６， ｐｐ．６０３−６０５， ２０００（Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ Ｕｎｉｖ．） As described above, a surface emitting laser having a wavelength shorter than 850 nm with a high active layer gain, a low threshold value, a high output, excellent reliability, and a controlled polarization direction has not been realized. .
JP 2002-164621 A JP-A-9-107153 JP 2001-60739 A JP 2001-168461 A IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 10, no. 12, pp. 1676-1678, 1998 (Tokyo Tech) IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 12, no. 6, pp. 603-605, 2000 (Wisconsin Univ.)

本発明は、半導体分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）を構成する材料のＧａ組成やＧａ／Ａｌ比の変化が小さく、かつ放熱性を考慮した面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）半導体膜でも、制御性よくエッチングできる構成を提供すること、また、それにより、高出力となる面発光レーザを提供することを目的としている。これに加えて、特に８５０ｎｍよりも波長の短い面発光レーザにおいて、信頼性に優れている面発光レーザ、活性層の利得が大きく、低しきい値，高出力である面発光レーザを提供することを目的としている。   The present invention can etch with good controllability even in a surface emitting laser (VCSEL) semiconductor film in which changes in the Ga composition and Ga / Al ratio of the material constituting the semiconductor distributed Bragg reflector (DBR) are small and heat dissipation is taken into consideration. An object of the present invention is to provide a configuration, and thereby to provide a surface emitting laser with high output. In addition, the present invention provides a surface emitting laser having excellent reliability, particularly a surface emitting laser having a wavelength shorter than 850 nm, and a surface emitting laser having a large active layer gain, a low threshold, and a high output. It is an object.

また、特に８５０ｎｍよりも波長の短い面発光レーザにおいて、信頼性に優れており、活性層の利得が大きく、低しきい値，高出力であり、これらに加えて、偏光方向が制御されていることとを同時に満たした面発光レーザを提供することを目的としている。   In particular, in a surface emitting laser having a wavelength shorter than 850 nm, the reliability is excellent, the gain of the active layer is large, the threshold is low, and the output is high. In addition, the polarization direction is controlled. It is an object of the present invention to provide a surface emitting laser that satisfies the above requirements.

更には、上記面発光レーザが集積された面発光レーザアレイおよび画像形成装置および光ピックアップシステムおよび光送信モジュールおよび光送受信モジュールおよび光通信システムを提供することを目的としている。   It is another object of the present invention to provide a surface emitting laser array in which the surface emitting lasers are integrated, an image forming apparatus, an optical pickup system, an optical transmission module, an optical transmission / reception module, and an optical communication system.

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、半導体基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とが積層膜として形成され、該積層膜がエッチングによってメサ形状に加工される面発光レーザであって、
上部反射鏡および下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であって、半導体分布ブラッグ反射鏡の少なくとも一部は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなる屈折率が小なる層と、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなる屈折率が大なる層とから構成され、
下部反射鏡は、低屈折率層がＡｌＡｓからなる第１下部反射鏡と、第１下部反射鏡の上に形成され、低屈折率層がＡｌＧａＡｓからなる第２下部反射鏡とから構成され、
共振器領域を構成するいずれかの層は、Ｉｎを含んでいることを特徴としている。 In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is provided on a semiconductor substrate around an active layer composed of at least one quantum well active layer for generating laser light and a barrier layer, and the active layer. A resonator region including a spacer layer made of at least one kind of material, and an upper reflector and a lower reflector provided above and below the resonator region are formed as a laminated film, and the laminated film is etched. A surface emitting laser processed into a mesa shape,
The upper reflecting mirror and the lower reflecting mirror are semiconductor distributed Bragg reflectors that periodically change the refractive index and reflect incident light by light wave interference, and at least a part of the semiconductor distributed Bragg reflector includes Al x Ga 1− x As (0 <x ≦ 1) is composed of a layer having a small refractive index, and Al y Ga 1-y As (0 ≦ y <x ≦ 1) is a layer having a large refractive index.
The lower reflecting mirror includes a first lower reflecting mirror whose low refractive index layer is made of AlAs, and a second lower reflecting mirror formed on the first lower reflecting mirror and whose low refractive index layer is made of AlGaAs.
Any of the layers constituting the resonator region is characterized by containing In.

また、請求項２の発明は、請求項１記載の面発光レーザにおいて、少なくとも下部スペーサ層と上部スペーサ層は、Ｉｎを含んでいることを特徴としている。   According to a second aspect of the present invention, in the surface emitting laser according to the first aspect, at least the lower spacer layer and the upper spacer layer contain In.

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２記載の面発光レーザにおいて、第２下部反射鏡は、１０ペア以下であることを特徴としている。   According to a third aspect of the present invention, in the surface emitting laser according to the first or second aspect, the second lower reflecting mirror is 10 pairs or less.

また、請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、スペーサ層の一部は（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）からなり、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）からなり、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）からなることを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, in the surface emitting laser according to any one of the first to third aspects, a part of the spacer layer is (Al a Ga 1-a ) b In 1-b P ( 0 <consists a ≦ 1,0 ≦ b ≦ 1) , a quantum well active layer is made of Ga c in 1-c P d As 1-d (0 ≦ c ≦ 1,0 ≦ d ≦ 1), the barrier layer Is characterized by comprising Ga e In 1-e P f As 1-f (0 ≦ e ≦ 1, 0 ≦ f ≦ 1).

また、請求項５の発明は、請求項４記載の面発光レーザにおいて、量子井戸活性層は圧縮歪を有していることを特徴としている。   According to a fifth aspect of the present invention, in the surface emitting laser according to the fourth aspect, the quantum well active layer has a compressive strain.

また、請求項６の発明は、請求項４記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板は、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板であることを特徴としている。   According to a sixth aspect of the present invention, in the surface emitting laser according to the fourth aspect, the semiconductor substrate is inclined at an angle in the range of 5 ° to 20 ° in the (111) A plane direction (100). It is characterized by being a GaAs substrate.

また、請求項７の発明は、請求項５記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板は、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板であることを特徴としている。   The invention according to claim 7 is the surface emitting laser according to claim 5, wherein the semiconductor substrate is inclined at an angle in the range of 5 ° to 20 ° in the (111) A plane direction (100). It is characterized by being a GaAs substrate.

また、請求項８の発明は、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とが積層膜として形成され、該積層膜がエッチングによってメサ形状に加工される面発光レーザであって、
上部反射鏡および下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であって、半導体分布ブラッグ反射鏡の少なくとも一部は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなる屈折率が小なる層と、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなる屈折率が大なる層とから構成され、
スペーサ層の一部は（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）からなり、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）からなり、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）からなり、量子井戸活性層は圧縮歪を有しており、光出射方向から見た活性層の外周形状は異方性を持っており（１１１）Ａ面方向に長い形状であることを特徴としている。 Further, the invention of claim 8 is directed to at least one quantum generating laser beam on a (100) GaAs substrate whose plane orientation is inclined at an angle in the range of 5 ° to 20 ° in the (111) A plane direction. A resonator region including an active layer made of a well active layer and a barrier layer, and a spacer layer made of at least one material provided around the active layer, and an upper portion provided above and below the resonator region A surface-emitting laser in which a reflecting mirror and a lower reflecting mirror are formed as a laminated film, and the laminated film is processed into a mesa shape by etching,
The upper reflector and the lower reflector are semiconductor distributed Bragg reflectors that periodically change the refractive index and reflect incident light by light wave interference, and at least a part of the semiconductor distributed Bragg reflectors is made of Al x Ga 1− x As (0 <x ≦ 1) is composed of a layer having a small refractive index, and Al y Ga 1-y As (0 ≦ y <x ≦ 1) is a layer having a large refractive index.
A part of the spacer layer is made of (Al a Ga 1-a ) b In 1-b P (0 <a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1), and the quantum well active layer is made of Ga c In 1-c P d As 1-d (0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1), the barrier layer is made of Ga e In 1-e P f As 1-f (0 ≦ e ≦ 1, 0 ≦ f ≦ 1), The quantum well active layer has a compressive strain, and the outer peripheral shape of the active layer viewed from the light emitting direction has anisotropy and is long in the (111) A plane direction.

また、請求項９の発明は、請求項５または請求項８記載の面発光レーザにおいて、障壁層は引っ張り歪を有していることを特徴としている。   According to a ninth aspect of the present invention, in the surface emitting laser according to the fifth or eighth aspect, the barrier layer has a tensile strain.

また、請求項１０の発明は、請求項４乃至請求項９のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、該面発光レーザは、発振波長がおよそ６８０ｎｍよりも長波長であることを特徴としている。   The invention according to claim 10 is the surface emitting laser according to any one of claims 4 to 9, wherein the surface emitting laser has an oscillation wavelength longer than about 680 nm. Yes.

また、請求項１１の発明は、半導体基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを積層膜として形成し、この際、前記共振器領域を構成するいずれかの層にＩｎを含ませておき、該積層膜をドライエッチングしてメサ形状に加工するときに、Ｉｎの発光をモニタすることによりメサ高さを制御することを特徴としている。   According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided an active layer comprising at least one quantum well active layer and a barrier layer for generating laser light on a semiconductor substrate, and at least one kind of material provided around the active layer. A resonator region including a spacer layer, and an upper reflecting mirror and a lower reflecting mirror provided above and below the resonator region are formed as a laminated film, and at this time, any one of the resonator region is configured It is characterized in that the mesa height is controlled by monitoring the light emission of In when the layer is made to contain In and the laminated film is processed by dry etching into a mesa shape.

また、請求項１２の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザが同一基板上に複数個構成されていることを特徴とする面発光レーザアレイである。   According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a surface emitting laser array comprising a plurality of the surface emitting lasers according to any one of the first to tenth aspects on the same substrate.

また、請求項１３の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、書き込み光源として用いられていることを特徴とする画像形成装置である。   The invention of claim 13 is characterized in that the surface emitting laser according to any one of claims 1 to 10 or the surface emitting laser array according to claim 12 is used as a writing light source. The image forming apparatus is characterized.

また、請求項１４の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光ピックアップシステムである。   The invention according to claim 14 is characterized in that the surface emitting laser according to any one of claims 1 to 10 or the surface emitting laser array according to claim 12 is used as a light source. This is an optical pickup system.

また、請求項１５の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光送信モジュールである。   The invention according to claim 15 is characterized in that the surface emitting laser according to any one of claims 1 to 10 or the surface emitting laser array according to claim 12 is used as a light source. Is an optical transmission module.

また、請求項１６の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光送受信モジュールである。   The invention according to claim 16 is characterized in that the surface emitting laser according to any one of claims 1 to 10 or the surface emitting laser array according to claim 12 is used as a light source. Is an optical transceiver module.

また、請求項１７の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光通信システムである。   The invention according to claim 17 is characterized in that the surface emitting laser according to any one of claims 1 to 10 or the surface emitting laser array according to claim 12 is used as a light source. Is an optical communication system.

請求項１乃至請求項３記載の発明によれば、共振器領域を構成するいずれかの層はＩｎを含んでおり、下部半導体ＤＢＲは放熱性に優れるＡｌＡｓ／（Ａｌ）ＧａＡｓ ＤＢＲを含んでいるので、メサ形成の精度と再現性が高くなり、共振器の近傍までＡｌＡｓ／（Ａｌ）ＧａＡｓ ＤＢＲを設けた構成にできる。   According to the first to third aspects of the present invention, any one of the layers constituting the resonator region includes In, and the lower semiconductor DBR includes AlAs / (Al) GaAs DBR having excellent heat dissipation. Therefore, the accuracy and reproducibility of mesa formation is improved, and an AlAs / (Al) GaAs DBR can be provided up to the vicinity of the resonator.

よって、駆動時の温度上昇が抑制され、温度特性が良好で高出力な面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を提供できる。同時に、均一性のよいレーザ特性をもち、加工再現性が良く歩留が良い面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を提供できる。   Therefore, it is possible to provide a surface emitting laser (VCSEL) that suppresses a temperature rise during driving, has good temperature characteristics, and has a high output. At the same time, a surface emitting laser (VCSEL) having laser characteristics with good uniformity, good process reproducibility and good yield can be provided.

特に、請求項２記載の発明では、共振器領域を構成する層のうち、活性層よりも格段に厚さの厚いスペーサ層がＩｎを含んでいるので、より再現性よく、より精度良くメサを加工でき、これによって、より温度特性が良好で高出力なものであって、より均一性のよいレーザ特性をもち、高い加工再現性と高い歩留の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が容易に得られる。   In particular, in the invention described in claim 2, since the spacer layer that is much thicker than the active layer among the layers constituting the resonator region contains In, the mesa is more reproducible and more accurate. This makes it possible to easily obtain a surface emitting laser (VCSEL) with better temperature characteristics, higher output, more uniform laser characteristics, high process reproducibility and high yield. .

また、請求項３記載の発明では、第２下部半導体ＤＢＲの厚さが、メサ加工時の精度より大きく、且つ、最小限に設定されているので、より駆動時の温度上昇が抑制され温度特性が良好で高出力な面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が得られる。   Further, in the invention described in claim 3, since the thickness of the second lower semiconductor DBR is set to be larger than the accuracy at the time of mesa processing and set to the minimum, the temperature rise during driving is further suppressed and the temperature characteristics are reduced. And a surface-emitting laser (VCSEL) having a high output and a high output can be obtained.

また、請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、スペーサ層の一部は（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）からなり、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）からなり、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）からなり、スペーサ層の一部にＡｌＧａＩｎＰ材料，すなわち（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）が用いられることで、スペーサ層をＡｌＧａＡｓ系で形成した場合に比べて、スペーサ層と量子井戸活性層とのバンドギャップ差を極めて大きく取ることができ、キャリア閉じ込めが向上し、放熱効果との相乗効果で、更に低しきい値化するとともに高出力化することができる。 Further, according to the invention of claim 4, wherein, in the surface emitting laser according to any one of claims 1 to 3, a portion of the spacer layer (Al a Ga 1-a) b In 1- b consists P (0 <a ≦ 1,0 ≦ b ≦ 1), a quantum well active layer is made of Ga c in 1-c P d As 1-d (0 ≦ c ≦ 1,0 ≦ d ≦ 1) The barrier layer is made of Ga e In 1-e P f As 1-f (0 ≦ e ≦ 1, 0 ≦ f ≦ 1), and an AlGaInP material, that is, (Al a Ga 1-a ) is formed in a part of the spacer layer. By using b In 1-b P (0 <a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1), the band gap difference between the spacer layer and the quantum well active layer compared to the case where the spacer layer is formed of AlGaAs. Can be taken extremely large, carrier confinement is improved, and with a synergistic effect with the heat dissipation effect, It can be higher output as well as a low threshold into.

また、障壁層や量子井戸活性層にはＧａＩｎＰＡｓ材料が用いられており、すなわち、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）からなり、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）からなり、Ａｌを含んでいない材料から活性層が構成されており、Ａｌフリー活性領域（量子井戸活性層、及びそれに隣接する層）としているので、酸素の取り込まれが低減されて非発光再結合センターの形成を抑えることができ、長寿命の面発光レーザを実現できる。 In addition, a GaInPAs material is used for the barrier layer and the quantum well active layer, that is, the quantum well active layer is Ga c In 1-c P d As 1-d (0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1). The barrier layer is made of Ga e In 1-e P f As 1-f (0 ≦ e ≦ 1, 0 ≦ f ≦ 1), and the active layer is made of a material not containing Al, Since it is an Al-free active region (quantum well active layer and adjacent layer), the incorporation of oxygen can be reduced, the formation of non-radiative recombination centers can be suppressed, and a long-life surface emitting laser can be realized. .

また、請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の面発光レーザにおいて、量子井戸活性層は圧縮歪を有しており、量子井戸活性層を圧縮歪組成とすることで、キャリア閉じ込め効果に歪の効果が加わり活性層が高利得化すると共に放熱効果との相乗効果で、更に低しきい値化するとともに極めて高効率化（高出力化）することができる。更には、キャリア閉じ込め向上と歪量子井戸活性層採用による高利得化によって低しきい値化することで、光取り出し側ＤＢＲの反射率低減が可能となり、更なる高出力化も可能となる。   According to a fifth aspect of the present invention, in the surface emitting laser according to the fourth aspect, the quantum well active layer has a compressive strain, and the quantum well active layer has a compressive strain composition, whereby carrier confinement is achieved. The effect of distortion is added to the effect, the active layer is increased in gain, and a synergistic effect with the heat dissipation effect is achieved, whereby the threshold can be further lowered and the efficiency can be increased (high output). Further, by lowering the threshold by improving carrier confinement and adopting a strained quantum well active layer, the reflectivity of the light extraction side DBR can be reduced, and further higher output can be achieved.

また、請求項６記載の発明によれば、請求項４記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板は、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板であるので（すなわち、基板の面方位を考慮し、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板を用いることで）、自然超格子の形成によるバンドギャップの低下や、ヒロック（丘状欠陥）発生による表面性の悪化や非発光再結合センターの発生など、半導体レーザなどのデバイス特性への悪影響を低減させることができる。   According to a sixth aspect of the present invention, in the surface emitting laser according to the fourth aspect, the semiconductor substrate is inclined at an angle in the range of 5 ° to 20 ° in the (111) A plane direction. Since it is a (100) GaAs substrate (that is, in consideration of the plane orientation of the substrate, a (100) GaAs substrate having a plane orientation inclined at an angle in the range of 5 ° to 20 ° with respect to the (111) A plane direction is used. In order to reduce adverse effects on device characteristics such as semiconductor lasers, such as the reduction of the band gap due to the formation of natural superlattices, the deterioration of surface properties due to the generation of hillocks (hill-like defects), and the generation of non-radiative recombination centers Can do.

また、請求項７記載の発明によれば、請求項５記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板は、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板であるので（すなわち、偏光制御について、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板を用いることで）、現在、最有力視されている（３１１）Ｂ基板（２５°傾斜に相当）を用いた場合ほどの効果を得ることができず、傾斜基板利用による光学利得異方性は小さくなるが、請求項７の発明では、この低下分を量子井戸活性層に圧縮歪を与えることによる光学利得異方性の増大により補償することで、偏光方向を制御することが可能となる。   According to a seventh aspect of the present invention, in the surface emitting laser according to the fifth aspect, the semiconductor substrate is inclined at an angle in the range of 5 ° to 20 ° in the (111) A plane direction. Since it is a (100) GaAs substrate (that is, with respect to polarization control, by using a (100) GaAs substrate whose plane orientation is inclined at an angle in the range of 5 ° to 20 ° with respect to the (111) A plane direction), However, the (311) B substrate (corresponding to a 25 ° inclination), which is regarded as the most prominent, cannot obtain the effect as much as the case, and the optical gain anisotropy due to the use of the inclined substrate is reduced. In this invention, it is possible to control the polarization direction by compensating for this decrease by increasing the optical gain anisotropy by applying compressive strain to the quantum well active layer.

このように、請求項７の発明によれば、放熱効果と活性層の高利得化との相乗効果による低しきい値，高出力であることと、信頼性に優れていることと、偏光方向が制御されていることとを同時に満たした、８５０ｎｍよりも波長の短い面発光レーザを実現することができる。   Thus, according to the seventh aspect of the present invention, the low threshold value and the high output due to the synergistic effect of the heat dissipation effect and the high gain of the active layer, the excellent reliability, and the polarization direction Therefore, it is possible to realize a surface emitting laser having a wavelength shorter than 850 nm, which simultaneously satisfies the control.

また、請求項８記載の発明によれば、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とが積層膜として形成され、該積層膜がエッチングによってメサ形状に加工される面発光レーザであって、
上部反射鏡および下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であって、半導体分布ブラッグ反射鏡の少なくとも一部は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなる屈折率が小なる層と、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなる屈折率が大なる層とから構成され、
スペーサ層の一部は（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）からなり、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）からなり、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）からなり、量子井戸活性層は圧縮歪を有しており、光出射方向から見た活性層の外周形状は異方性を持っており（１１１）Ａ面方向に長い形状であるので、以下の効果を得ることができる。 According to the eighth aspect of the present invention, at least one laser beam is generated on a (100) GaAs substrate whose plane orientation is inclined at an angle in the range of 5 ° to 20 ° with respect to the (111) A plane direction. A resonator region including an active layer composed of a quantum well active layer and a barrier layer, and a spacer layer formed around the active layer and made of at least one material, and provided above and below the resonator region. A surface emitting laser in which the upper and lower reflecting mirrors are formed as a laminated film, and the laminated film is processed into a mesa shape by etching,
The upper reflecting mirror and the lower reflecting mirror are semiconductor distributed Bragg reflectors that periodically change the refractive index and reflect incident light by light wave interference, and at least a part of the semiconductor distributed Bragg reflector includes Al x Ga 1− x As (0 <x ≦ 1) is composed of a layer having a small refractive index, and Al y Ga 1-y As (0 ≦ y <x ≦ 1) is a layer having a large refractive index.
A part of the spacer layer is made of (Al a Ga 1-a ) b In 1-b P (0 <a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1), and the quantum well active layer is made of Ga c In 1-c P d As 1-d (0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1), the barrier layer is made of Ga e In 1-e P f As 1-f (0 ≦ e ≦ 1, 0 ≦ f ≦ 1), The quantum well active layer has compressive strain, and the outer peripheral shape of the active layer viewed from the light emitting direction has anisotropy and is long in the (111) A-plane direction, so that the following effects are obtained. be able to.

すなわち、請求項８記載の発明の面発光レーザでは、スペーサ層の一部にＡｌＧａＩｎＰ材料，すなわち（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）が用いられることで、スペーサ層をＡｌＧａＡｓ系で形成した場合に比べて、スペーサ層と量子井戸活性層とのバンドギャップ差を極めて大きく取ることができ、キャリア閉じ込めが向上し、低しきい値化するとともに高出力化することができる。 That is, in the surface emitting laser according to the eighth aspect of the invention, an AlGaInP material, that is, (Al a Ga 1-a ) b In 1-b P (0 <a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1) is formed on a part of the spacer layer. ) Can be used, the band gap difference between the spacer layer and the quantum well active layer can be made extremely large compared to the case where the spacer layer is made of AlGaAs, the carrier confinement is improved, and the low threshold value is obtained. And high output.

また、障壁層や量子井戸活性層にはＧａＩｎＰＡｓ材料が用いられており（すなわち、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）からなり、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）からなり、Ａｌを含んでいない材料から活性層が構成されており）、Ａｌフリー活性領域（量子井戸活性層、及びそれに隣接する層）としているので、酸素の取り込まれが低減されて非発光再結合センターの形成を抑えることができ、長寿命の面発光レーザを実現できる。 In addition, a GaInPAs material is used for the barrier layer and the quantum well active layer (that is, the quantum well active layer is Ga c In 1-c P d As 1-d (0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1). The barrier layer is made of Ga e In 1-e P f As 1-f (0 ≦ e ≦ 1, 0 ≦ f ≦ 1), and the active layer is made of a material not containing Al) , Al free active region (quantum well active layer and adjacent layer) reduces oxygen uptake and suppresses formation of non-radiative recombination centers, realizing a long-life surface emitting laser it can.

また、量子井戸活性層を圧縮歪組成とすることで、歪の効果により更に低しきい値化するとともに高効率化（高出力化）することができる。更には、キャリア閉じ込め向上と歪量子井戸活性層採用による高利得化によって低しきい値化することで、光取り出し側ＤＢＲの反射率低減が可能となり、更に高出力化することができる。   Further, by making the quantum well active layer have a compressive strain composition, the threshold value can be further lowered and the efficiency (high output) can be increased due to the strain effect. Furthermore, by lowering the threshold by improving carrier confinement and adopting a strained quantum well active layer, the reflectivity of the light extraction side DBR can be reduced and the output can be further increased.

また、基板の面方位を考慮し、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板を用いることで、自然超格子の形成によるバンドギャップの低下や、ヒロック（丘状欠陥）発生による表面性の悪化や非発光再結合センターの発生など、半導体レーザなどのデバイス特性への悪影響を低減させることができる。   Further, in consideration of the plane orientation of the substrate, a band formed by the formation of a natural superlattice is obtained by using a (100) GaAs substrate whose plane orientation is inclined at an angle in the range of 5 ° to 20 ° with respect to the (111) A plane direction. It is possible to reduce adverse effects on device characteristics such as a semiconductor laser, such as a gap decrease, deterioration of surface properties due to generation of hillocks (hill-like defects), and generation of non-radiative recombination centers.

また、偏光制御については、現在、最有力視されている（３１１）Ｂ基板を用いた場合の効果を利用することができず、傾斜基板利用による光学利得異方性は小さくなるが、本発明では、この低下分を量子井戸活性層に圧縮歪を与えることによる光学利得異方性の増大、及び、面発光レーザの光出射方向から見た活性層の外周形状に異方性を持たせ、（１１１）Ａ面方向に長い形状とすることによる基板傾斜方向（（１１１）Ａ面方向）の光学的利得増大により補償することで、偏光方向の制御が極めて容易になる。   In addition, with respect to polarization control, the effect of using the (311) B substrate, which is currently regarded as being most prominent, cannot be used, and the optical gain anisotropy due to the use of the tilted substrate is reduced. Then, the increase in optical gain anisotropy by applying compressive strain to the quantum well active layer, and the anisotropy of the outer peripheral shape of the active layer viewed from the light emitting direction of the surface emitting laser, Compensation by increasing the optical gain in the substrate tilt direction ((111) A plane direction) by making the shape long in the (111) A plane direction makes it very easy to control the polarization direction.

このように、請求項８記載の発明によれば、活性層の利得が大きく低しきい値，高出力であることと、信頼性に優れていることと、偏光方向が制御されていることとを同時に満たした、８５０ｎｍよりも波長の短い面発光レーザを実現することができる。   Thus, according to the invention described in claim 8, the active layer has a large gain, a low threshold and a high output, excellent reliability, and the polarization direction is controlled. Thus, a surface emitting laser having a wavelength shorter than 850 nm can be realized.

また、請求項９記載の発明によれば、請求項５または請求項８記載の面発光レーザにおいて、障壁層は引っ張り歪を有しているので（すなわち、ＧａＩｎＰＡｓ系材料において、障壁層となる半導体材料は格子定数が小さい材料の方が大きなバンドギャップを取れるので）、量子井戸活性層とのバンド不連続を更に大きくでき、利得が大きくなり、低しきい値動作，高出力動作が可能となる。   According to the ninth aspect of the present invention, in the surface-emitting laser according to the fifth or eighth aspect, the barrier layer has tensile strain (that is, a semiconductor that becomes a barrier layer in a GaInPAs-based material). Because the material with a smaller lattice constant has a larger band gap, the band discontinuity with the quantum well active layer can be further increased, the gain is increased, and the low threshold operation and the high output operation are possible. .

また、請求項１０記載の発明によれば、請求項４乃至請求項９のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、該面発光レーザは、発振波長がおよそ６８０ｎｍよりも長波長であることを特徴としており、請求項１０の発明では、ＡｌＧａＩｎＰ系のスペーサ層を用いることで、組成波長が６８０ｎｍよりも長波長であれば、Ａｌフリー活性層（量子井戸活性層と障壁層）を用いても、ＡｌＧａＡｓ系の活性層による７８０ｎｍ帯の面発光レーザの場合と同等以上のキャリア閉じ込めが可能となり、更に歪量子井戸活性層の効果も加わることから、同等以上の特性を得ることが可能となる。   According to a tenth aspect of the invention, in the surface emitting laser according to any one of the fourth to ninth aspects, the surface emitting laser has an oscillation wavelength longer than about 680 nm. In the invention of claim 10, by using an AlGaInP-based spacer layer, if the composition wavelength is longer than 680 nm, an Al-free active layer (quantum well active layer and barrier layer) is used. However, it is possible to confine carriers equal to or better than in the case of a surface emitting laser of 780 nm band by an AlGaAs-based active layer, and further, since the effect of the strained quantum well active layer is added, it is possible to obtain the same or better characteristics. .

また、請求項１１記載の発明によれば、半導体基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを積層膜として形成し、この際、前記共振器領域を構成するいずれかの層にＩｎを含ませておき、該積層膜をドライエッチングしてメサ形状に加工するときに、Ｉｎの発光をモニタすることによりメサ高さを制御するので（すなわち、共振器層からのＩｎの発光をモニタしながらドライエッチングするので）、良好に共振器部を検出できて、これにより、再現性良く精度良くメサを形成（加工）できる。この結果、請求項１，請求項２，請求項３の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を再現性良く歩留まり良く製造することができる。   According to the eleventh aspect of the present invention, there is provided an active layer comprising at least one quantum well active layer for generating laser light and a barrier layer on the semiconductor substrate, and at least one kind provided around the active layer. A resonator region including a spacer layer made of the above material and an upper reflecting mirror and a lower reflecting mirror provided above and below the resonator region are formed as a laminated film, and at this time, the resonator region is configured In this case, In is contained in any of the layers, and when the laminated film is processed into a mesa shape by dry etching, the height of the mesa is controlled by monitoring the light emission of In (that is, the resonator layer) Since the dry etching is performed while monitoring the emission of In from, the resonator portion can be detected satisfactorily, and thereby a mesa can be formed (processed) with good reproducibility and accuracy. As a result, the surface emitting lasers (VCSEL) according to claims 1, 2, and 3 can be manufactured with good reproducibility and high yield.

また、請求項１２記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザが同一基板上に複数個構成されていることを特徴とする面発光レーザアレイであるので、以下の効果を得ることができる。   According to a twelfth aspect of the present invention, a surface emitting laser array comprising a plurality of the surface emitting lasers according to any one of the first to tenth aspects on the same substrate. Therefore, the following effects can be obtained.

すなわち、メサ形成の精度と再現性が高くなるので、均一性のよいレーザ特性をもち、加工再現性が良く歩留が良い面発光レーザアレイが低コストで得られる。   That is, since the mesa formation accuracy and reproducibility are improved, a surface emitting laser array having laser characteristics with good uniformity, good process reproducibility and good yield can be obtained at low cost.

特に、請求項１乃至請求項６の面発光レーザを用いた場合、放熱特性が改善されアレイ内素子間の熱干渉が抑えられ、より近接した（高密度）アレイとすることが可能となる。   In particular, when the surface emitting lasers according to claims 1 to 6 are used, the heat radiation characteristics are improved, the thermal interference between the elements in the array is suppressed, and a closer (high density) array can be obtained.

また、高出力動作可能な面発光レーザを同一基板上に多数集積することで、書き込み光学系に応用した場合、同時にマルチビームでの書きこみが容易となり、書きこみ速度が格段に向上し、書きこみドット密度が上昇しても印刷速度を落とすことなく印刷できる。また、同じ書きこみドット密度の場合は印刷速度を早くできる。また、通信に応用した場合、同時に多数ビームによるデータ伝送が可能となるので高速通信ができる。更に、面発光レーザは低消費電力動作し、特に機器の中に組み込んで利用した場合、温度上昇を低減できる。   In addition, by integrating a large number of surface-emitting lasers capable of high-power operation on the same substrate, when applied to a writing optical system, simultaneous multi-beam writing is facilitated, and the writing speed is greatly improved. Even if the dot density increases, printing can be performed without reducing the printing speed. Further, when the writing dot density is the same, the printing speed can be increased. In addition, when applied to communication, data transmission by multiple beams can be performed at the same time, so high-speed communication can be performed. Further, the surface emitting laser operates with low power consumption, and particularly when incorporated in a device, the temperature rise can be reduced.

また、請求項１３記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、書き込み光源として用いられていることを特徴とする画像形成装置であり、本発明により高出力化であることから、従来の面発光レーザアレイを用いた画像形成装置に比べて高速印刷が可能となる。もしくは、従来と同速度の場合ではアレイ数の低減が可能となり、面発光レーザアレイチップの製造歩留まりが大きく向上するとともに、画像形成装置の低コスト化が図れる。特に請求項６または請求項７の面発光レーザを用いた場合、偏光方向が十分制御できるので画像形成の信頼性が高くなる。また特に、請求項４の面発光レーザを用いた場合、Ａｌフリー活性層により、８５０ｎｍ帯面発光レーザのような通信用面発光レーザと同等の寿命が達成可能となることから、光書き込み光学ユニット自体の再利用が可能となり、環境負荷低減に貢献できる。   According to a thirteenth aspect of the present invention, the surface emitting laser according to any one of the first to tenth aspects or the surface emitting laser array according to the twelfth aspect is used as a writing light source. Since the image forming apparatus is characterized in that the output is increased by the present invention, high-speed printing is possible as compared with the conventional image forming apparatus using the surface emitting laser array. Alternatively, the number of arrays can be reduced at the same speed as in the conventional case, the production yield of the surface emitting laser array chip can be greatly improved, and the cost of the image forming apparatus can be reduced. In particular, when the surface emitting laser according to claim 6 or 7 is used, the polarization direction can be sufficiently controlled, so that the reliability of image formation is increased. In particular, when the surface emitting laser according to claim 4 is used, the Al-free active layer can achieve the same life as the surface emitting laser for communication such as the 850 nm band surface emitting laser. It can be reused and contributes to reducing environmental impact.

また、請求項１４記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光ピックアップシステムであるので、以下の効果を得ることができる。   According to the invention described in claim 14, the surface emitting laser according to any one of claims 1 to 10 or the surface emitting laser array according to claim 12 is used as a light source. Therefore, the following effects can be obtained.

すなわち、メディアへの光書込み用，再生用の光源である半導体レーザの波長は、ＣＤでは７８０ｎｍが用いられている。面発光レーザは端面発光型半導体レーザに比べて１桁程度消費電力が小さいことから、本発明の７８０ｎｍの面発光レーザを再生用光源とした、電力が長持ちするハンディータイプの光ピックアップシステムを実現できる。   That is, the wavelength of a semiconductor laser, which is a light source for optical writing and reproduction on a medium, is 780 nm for CD. Since surface-emitting lasers consume about an order of magnitude less power than edge-emitting semiconductor lasers, it is possible to realize a hand-held optical pickup system with a long-lasting power using the 780 nm surface-emitting laser of the present invention as a light source for reproduction. .

また、請求項１５記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光送信モジュールであるので、以下の効果を得ることができる。   According to the invention described in claim 15, the surface emitting laser according to any one of claims 1 to 10 or the surface emitting laser array according to claim 12 is used as a light source. Therefore, the following effects can be obtained.

すなわち、アクリル系ＰＯＦ（プラスチックファイバー）を用いた光伝送では、その吸収損失から、６５０ｎｍの発振波長の面発光レーザが検討されているが、高温特性が悪く実用にはなっていない。従って、現在、ＬＥＤが使われているが、高速変調が困難であり、１Ｇｂｐｓを越えた高速伝送実現のためには、半導体レーザが必要である。   That is, in optical transmission using acrylic POF (plastic fiber), a surface emitting laser having an oscillation wavelength of 650 nm has been studied due to its absorption loss, but its high-temperature characteristics are poor and not practical. Therefore, although LEDs are currently used, high-speed modulation is difficult, and a semiconductor laser is necessary to realize high-speed transmission exceeding 1 Gbps.

波長が６８０ｎｍより長波長である本発明の面発光レーザによれば、活性層利得が大きいので、高出力であるとともに高温特性にも優れており、ファイバーの吸収損失は大きくなるが短距離であれば伝送可能となり、安い光源である面発光レーザと、安い光ファイバーであるＰＯＦとを用いた経済的で高速な光送信モジュールを実現できる。   According to the surface emitting laser of the present invention having a wavelength longer than 680 nm, the active layer gain is large, so that the output is high and the high temperature characteristics are excellent, and the absorption loss of the fiber is increased, but the distance is short. Therefore, an economical and high-speed optical transmission module using a surface emitting laser that is a cheap light source and POF that is a cheap optical fiber can be realized.

また、請求項１６記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光送受信モジュールであるので、以下の効果を得ることができる。   According to the invention described in claim 16, the surface emitting laser according to any one of claims 1 to 10 or the surface emitting laser array according to claim 12 is used as a light source. Therefore, the following effects can be obtained.

すなわち、アクリル系ＰＯＦ（プラスチックファイバー）を用いた光伝送では、その吸収損失から、６５０ｎｍの発振波長の面発光レーザが検討されているが、高温特性が悪く実用にはなっていない。従って、現在、ＬＥＤが使われているが、高速変調が困難であり、１Ｇｂｐｓを越えた高速伝送実現のためには、半導体レーザが必要である。   That is, in optical transmission using acrylic POF (plastic fiber), a surface emitting laser having an oscillation wavelength of 650 nm has been studied due to its absorption loss, but its high-temperature characteristics are poor and not practical. Therefore, although LEDs are currently used, high-speed modulation is difficult, and a semiconductor laser is necessary to realize high-speed transmission exceeding 1 Gbps.

波長が６８０ｎｍより長波長である本発明の面発光レーザによれば、活性層利得が大きいので、高出力であるとともに高温特性にも優れており、ファイバーの吸収損失は大きくなるが短距離であれば伝送可能となり、安い光源である面発光レーザと、安い光ファイバーであるＰＯＦとを用いた経済的で高速な光送受信モジュールを実現できる。   According to the surface emitting laser of the present invention having a wavelength longer than 680 nm, the active layer gain is large, so that the output is high and the high temperature characteristics are excellent, and the absorption loss of the fiber is increased, but the distance is short. Thus, an economical and high-speed optical transmission / reception module using a surface emitting laser as a cheap light source and POF as a cheap optical fiber can be realized.

また、請求項１７記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光通信システムであるので、以下の効果を得ることができる。   According to the invention described in claim 17, the surface emitting laser according to any one of claims 1 to 10 or the surface emitting laser array according to claim 12 is used as a light source. Therefore, the following effects can be obtained.

すなわち、アクリル系ＰＯＦ（プラスチックファイバー）を用いた光伝送では、その吸収損失から、６５０ｎｍの発振波長の面発光レーザが検討されているが、高温特性が悪く実用にはなっていない。従って、現在、ＬＥＤが使われているが、高速変調が困難であり、１Ｇｂｐｓを越えた高速伝送実現のためには、半導体レーザが必要である。   That is, in optical transmission using acrylic POF (plastic fiber), a surface emitting laser having an oscillation wavelength of 650 nm has been studied due to its absorption loss, but its high-temperature characteristics are poor and not practical. Therefore, although LEDs are currently used, high-speed modulation is difficult, and a semiconductor laser is necessary to realize high-speed transmission exceeding 1 Gbps.

波長が６８０ｎｍより長波長である本発明の面発光レーザによれば、活性層利得が大きいので高出力であるとともに高温特性にも優れており、ファイバーの吸収損失は大きくなるが短距離であれば伝送可能となり、安い光源である面発光レーザと、安い光ファイバーであるＰＯＦとを用いた経済的な光通信システムを実現できる。極めて経済的であることから、特に一般家庭やオフィスの室内，機器内などの光通信システムに用いることが効果的である。
According to the surface emitting laser of the present invention having a wavelength longer than 680 nm, since the active layer gain is large, it has high output and excellent high temperature characteristics, and the absorption loss of the fiber increases, but if it is a short distance An economical optical communication system using a surface emitting laser that is a cheap light source and POF that is a cheap optical fiber can be realized. Since it is extremely economical, it is particularly effective to use it in an optical communication system such as in a general home or office, or in equipment.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１の形態）
本発明の第１の形態は、半導体基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とが積層膜として形成され、該積層膜がエッチングによってメサ形状に加工される面発光レーザであって、
上部反射鏡および下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であって、半導体分布ブラッグ反射鏡の少なくとも一部は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなる屈折率が小なる層と、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなる屈折率が大なる層とから構成され、
下部反射鏡は、低屈折率層がＡｌＡｓからなる第１下部反射鏡と、第１下部反射鏡の上に形成され、低屈折率層がＡｌＧａＡｓからなる第２下部反射鏡とから構成され、
共振器領域を構成するいずれかの層は、Ｉｎを含んでいることを特徴としている。 (First form)
According to a first aspect of the present invention, an active layer including at least one quantum well active layer that generates laser light and a barrier layer on a semiconductor substrate, and at least one kind of material provided around the active layer. A resonator region including a spacer layer, and an upper reflector and a lower reflector provided above and below the resonator region are formed as a laminated film, and the laminated film is processed into a mesa shape by etching A surface emitting laser,
The upper reflecting mirror and the lower reflecting mirror are semiconductor distributed Bragg reflectors that periodically change the refractive index and reflect incident light by light wave interference, and at least a part of the semiconductor distributed Bragg reflector includes Al x Ga 1− x As (0 <x ≦ 1) is composed of a layer having a small refractive index, and Al y Ga 1-y As (0 ≦ y <x ≦ 1) is a layer having a large refractive index.
The lower reflecting mirror includes a first lower reflecting mirror whose low refractive index layer is made of AlAs, and a second lower reflecting mirror formed on the first lower reflecting mirror and whose low refractive index layer is made of AlGaAs.
Any of the layers constituting the resonator region is characterized by containing In.

この第１の形態では、共振器領域を構成するいずれかの層はＩｎを含んでおり、下部半導体ＤＢＲは放熱性に優れるＡｌＡｓ／（Ａｌ）ＧａＡｓ ＤＢＲを含んでいるので、メサ形成の精度と再現性が高くなり、共振器の近傍までＡｌＡｓ／（Ａｌ）ＧａＡｓ ＤＢＲを設けた構成にできる。   In this first embodiment, any layer constituting the resonator region contains In, and the lower semiconductor DBR contains AlAs / (Al) GaAs DBR having excellent heat dissipation, so that the mesa formation accuracy and The reproducibility is improved, and an AlAs / (Al) GaAs DBR can be provided up to the vicinity of the resonator.

よって、駆動時の温度上昇が抑制され、温度特性が良好で高出力な面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を提供できる。同時に、均一性のよいレーザ特性をもち、加工再現性が良く歩留が良い面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が提供できる。   Therefore, it is possible to provide a surface emitting laser (VCSEL) that suppresses a temperature rise during driving, has good temperature characteristics, and has a high output. At the same time, a surface emitting laser (VCSEL) having laser characteristics with good uniformity, good process reproducibility and good yield can be provided.

なお、第１の形態の面発光レーザにおいて、前記共振器領域を構成する層のうち、少なくとも下部スペーサ層と上部スペーサ層に、Ｉｎを含ませることができる。   In the surface emitting laser according to the first embodiment, in the layers constituting the resonator region, at least the lower spacer layer and the upper spacer layer can contain In.

この場合、共振器領域を構成する層のうち、活性層よりも格段に厚さの厚いスペーサ層がＩｎを含んでいるので、より再現性よく、より精度良くメサを加工でき、これによって、より温度特性が良好で高出力なものであって、より均一性のよいレーザ特性をもち、高い加工再現性と高い歩留の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が容易に得られる。   In this case, among the layers constituting the resonator region, the spacer layer that is much thicker than the active layer contains In, so the mesa can be processed with higher reproducibility and higher accuracy. A surface emitting laser (VCSEL) having good temperature characteristics and high output, more uniform laser characteristics, high process reproducibility and high yield can be easily obtained.

また、第１の形態の面発光レーザにおいて、第２下部半導体ＤＢＲは、１０ペア以下であるのが良い。   In the surface emitting laser according to the first embodiment, the second lower semiconductor DBR may be 10 pairs or less.

すなわち、この場合には、第２下部半導体ＤＢＲの厚さが、メサ加工時の精度より大きく、且つ、最小限に設定されているので、より高い歩留の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が得られる。   That is, in this case, since the thickness of the second lower semiconductor DBR is larger than the accuracy at the time of mesa processing and set to the minimum, a surface emitting laser (VCSEL) with a higher yield can be obtained. .

また、第１の形態の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、半導体基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを積層膜として形成し、この際、前記共振器領域を構成するいずれかの層にＩｎを含ませておき、該積層膜をドライエッチングしてメサ形状に加工するときに、Ｉｎの発光をモニタすることによりメサ高さを制御することによって、作製することができる。   The surface-emitting laser (VCSEL) of the first form is provided on a semiconductor substrate around an active layer including at least one quantum well active layer and a barrier layer that generate laser light and the active layer. A resonator region including a spacer layer made of at least one kind of material, and an upper reflecting mirror and a lower reflecting mirror provided on the upper and lower portions of the resonator region are formed as a laminated film. Fabricate by controlling the mesa height by monitoring the light emission of In when any layer constituting the region contains In and the laminated film is processed by dry etching into a mesa shape. can do.

この製造方法では、半導体基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを積層膜として形成し、この際、前記共振器領域を構成するいずれかの層にＩｎを含ませておき、該積層膜をドライエッチングしてメサ形状に加工するときに、Ｉｎの発光をモニタすることによりメサ高さを制御するので（すなわち、共振器層からのＩｎの発光をモニタしながらドライエッチングするので）、良好に共振器層を検出できて、これにより、再現性良く精度良くメサを形成（加工）できる。この結果、第１の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を再現性良く歩留まり良く製造することができる。   In this manufacturing method, an active layer composed of at least one quantum well active layer for generating laser light and a barrier layer on a semiconductor substrate, a spacer layer made of at least one material provided around the active layer, and And the upper reflector and the lower reflector provided above and below the resonator region are formed as a laminated film, and at this time, any layer constituting the resonator region is formed with In. When the laminated film is processed into a mesa shape by dry etching, the height of the mesa is controlled by monitoring the light emission of In (that is, the light emission of In from the resonator layer is monitored). Therefore, it is possible to detect the resonator layer satisfactorily, thereby forming (processing) a mesa with high reproducibility and accuracy. As a result, the first surface emitting laser (VCSEL) can be manufactured with good reproducibility and high yield.

図２は第１の形態の面発光レーザの基本構成例を示す図である。図２を参照すると、第１の形態の面発光レーザは、具体的には、次のように作製できる。すなわち、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法により、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＧａＰ，ＧａＮＡｓ，Ｓｉ，Ｇｅなどの単結晶半導体基板上に、直接に又は中間層を介し、ＡｌＡｓ／Ａｌ１−ｕＧａｕＡｓ（０＜ｕ≦１）第１下部半導体ＤＢＲと、Ａｌ１−ｖＧａｖＡｓ／Ａｌ１−ｗＧａｗＡｓ（０＜ｖ＜１，０＜ｗ≦１，ｖ＜ｗ）第２下部半導体ＤＢＲと、下部スペーサ層，活性層，上部スペーサ層からなり、下部スペーサ層，活性層，上部スペーサ層のいずれかの層にＩｎを含む共振器層と、Ａｌ１−ｔＧａｔＡｓ（０≦ｔ≦０．０５）被選択酸化層と、Ａｌ１−ｖＧａｖＡｓ／Ａｌ１−ｗＧａｗＡｓ（０＜ｖ＜１，０＜ｗ≦１，ｖ＜ｗ）上部半導体ＤＢＲとを順次に積層してＶＣＳＥＬ構成積層膜を形成する。 FIG. 2 is a diagram showing a basic configuration example of the surface emitting laser according to the first embodiment. Referring to FIG. 2, the surface emitting laser according to the first embodiment can be specifically manufactured as follows. That is, by MOCVD method or MBE method, AlAs / Al 1-u Ga u As (0 <u) on a single crystal semiconductor substrate such as GaAs, InP, GaP, GaNAs, Si, Ge, directly or via an intermediate layer. ≦ 1) and the first lower semiconductor DBR, and Al 1-v Ga v as / Al 1-w Ga w as (0 <v <1,0 <w ≦ 1, v <w) the second lower semiconductor DBR, a lower A resonator layer including an spacer layer, an active layer, and an upper spacer layer, and a resonator layer including In in any one of the lower spacer layer, the active layer, and the upper spacer layer; and Al 1-t G t As (0 ≦ t ≦ 0. 05) A selective oxidation layer and an Al 1-v Ga v As / Al 1-w G w As (0 <v <1, 0 <w ≦ 1, v <w) upper semiconductor DBR are sequentially stacked. A VCSEL laminated film is formed.

ここで、Ｉｎを含む層は、Ａｌ１−ｘ−ｙＧａｘＩｎｙＡｓ１−ｚＰｚ（０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１，０＜（ｘ＋ｙ）≦１，０≦ｚ≦１）で表される化合物半導体材料からなり、代表的には、ＧａＩｎＰ，ＧａＩｎＡｓＰ，ＧａＩｎＡｓ，ＡｌＧａＩｎＡｓ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰなどからなるが、さらにＢ，Ｎ，Ｓｂ，Ｔｌなどの他のIII族、Ｖ族の元素を含む場合もある。 Here, a layer containing In, Al 1-x-y Ga x In y As 1-z P z (0 ≦ x ≦ 1,0 <y ≦ 1,0 <(x + y) ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1), which is typically made of GaInP, GaInAsP, GaInAs, AlGaInAs, AlGaInAsP, etc., but also other Group III and Group V elements such as B, N, Sb, and Tl. May be included.

このＶＣＳＥＬ構成積層膜の組み合わせの具体例を次表（表１）に示す。   The following table (Table 1) shows a specific example of the combination of the VCSEL structure laminated films.

Figure 2005340779
Figure 2005340779

次に、フォトレジスト等でメサマスクをパターニングし、Ｃｌ２，ＢＣｌ３，ＳｉＣｌ４，ＣＣｌ４，ＣＦ４などのハロゲン系ガスを導入し、反応性イオンビームエッチング法（ＲＩＢＥ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング法、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）などのプラズマを用いたドライエッチング法でメサ形成を行う。このとき、エッチング装置の覗き窓からプラズマ発光分光を行い、Ｉｎの４５１ｎｍの発光の強度の時間変化をモニタする。本発明では、共振器領域をエッチングしているときだけＩｎの発光が検出できるので、第２半導体ＤＢＲ中で確実にエッチングを停止することができる。 Next, the mesa mask is patterned with a photoresist or the like, a halogen-based gas such as Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4 , CCl 4 , or CF 4 is introduced, and reactive ion beam etching (RIBE) or inductively coupled plasma (ICP) is introduced. ) Mesa is formed by a dry etching method using plasma such as an etching method or a reactive ion etching method (RIE). At this time, plasma emission spectroscopy is performed from the viewing window of the etching apparatus, and the temporal change in the intensity of 451 nm emission of In is monitored. In the present invention, since the In emission can be detected only when the resonator region is etched, the etching can be reliably stopped in the second semiconductor DBR.

次に、Ａｌ（Ｇａ）Ａｓ被選択酸化層を、水蒸気中で熱処理し電流狭窄構造を形成する。次に、電極取り出し部と光出力部を除いた領域にポリイミドやＳｉＯ２からなる絶縁膜を形成する。この絶縁膜は素子の平坦化の役割も担う。 Next, the Al (Ga) As selective oxidation layer is heat-treated in water vapor to form a current confinement structure. Next, an insulating film made of polyimide or SiO 2 is formed in a region excluding the electrode extraction portion and the light output portion. This insulating film also plays a role of planarizing the element.

続いて、所定の個所にｐ側電極，ｎ側電極を形成し、図２の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を作製することができる。図２の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）では、ｐ側電極，ｎ側電極から、それぞれ正キャリア，負キャリアを注入し、活性層で発光させ、基板に垂直方向にレーザ発振させることができる。なお、図２では、上方に光出力する構成を示しているが、基板側に光を出力させるよう構成することもできる。   Subsequently, a p-side electrode and an n-side electrode are formed at predetermined positions, and the surface emitting laser (VCSEL) shown in FIG. 2 can be manufactured. In the surface emitting laser (VCSEL) of FIG. 2, positive carriers and negative carriers are injected from the p-side electrode and the n-side electrode, respectively, and the active layer emits light, and laser oscillation can be performed in a direction perpendicular to the substrate. Although FIG. 2 shows a configuration in which light is output upward, it can be configured to output light to the substrate side.

なお、下部スペーサ層と活性層と上部スペーサ層は、全体で共振器をなすため、合計した厚さは（Ｎ０＋１）×（λ／ｎ）となり、多くの場合はλ／ｎである。ここで、Ｎ０は０以上の整数であり、λは発振波長であり、ｎは構成半導体の屈折率である。また、活性層は通常薄い量子井戸構造をとるので、共振器の長さの大部分は上，下スペーサ層の厚さである。一方、半導体ＤＢＲの層の厚さは（１＋２×Ｎ０）×λ／（４×ｎ）であるが、多くの場合はλ／（４×ｎ）である。よって、上，下スペーサ層は他の構成要素膜より格段に厚い。このことから、前述のように、特に上，下スペーサ層がＩｎを含めば、エッチング時にＩｎの強い発光強度が得られ、高い精度でエッチングの終点を制御できるようになり、再現性が極めて向上する。 Since the lower spacer layer, the active layer, and the upper spacer layer form a resonator as a whole, the total thickness is (N 0 +1) × (λ / n), and in many cases is λ / n. Here, N 0 is an integer greater than or equal to 0, λ is the oscillation wavelength, and n is the refractive index of the constituent semiconductor. In addition, since the active layer usually has a thin quantum well structure, most of the length of the resonator is the thickness of the upper and lower spacer layers. On the other hand, the thickness of the semiconductor DBR layer is (1 + 2 × N 0 ) × λ / (4 × n), but in many cases is λ / (4 × n). Therefore, the upper and lower spacer layers are much thicker than the other component films. Therefore, as described above, particularly when the upper and lower spacer layers include In, a strong emission intensity of In can be obtained during etching, and the etching end point can be controlled with high accuracy, and reproducibility is greatly improved. To do.

また、本発明のＶＣＳＥＬ積層膜の１枚のウェハを以上のモニタ法を用いエッチングしたときは、ウェハ内のエッチング深さの平均値のバラツキは、メサの底面が第２下部半導体ＤＢＲの２，３ペアの範囲内に入れることができる程度である。従って、メサ高さのウェハ内バラツキや、多数枚を同時にエッチングする場合のウェハ間バラツキも考慮すると、前述のように、第２下部半導体ＤＢＲのペア数は最大１０ペアであれば、通常のエッチング環境に対応できる。   In addition, when one wafer of the VCSEL laminated film of the present invention is etched using the above monitoring method, the variation in the average value of the etching depth in the wafer is such that the bottom surface of the mesa is 2 of the second lower semiconductor DBR. It is the extent which can be put in the range of 3 pairs. Therefore, in consideration of variations in the mesa height within the wafer and variations between wafers when a large number of wafers are etched at the same time, as described above, if the number of pairs of the second lower semiconductor DBR is a maximum of 10 pairs, normal etching is performed. It can respond to the environment.

このように共振器の近傍まで熱抵抗の小さいＡｌＡｓ／（Ａｌ）ＧａＡｓ ＤＢＲを設けた構成にできる。よって、放熱効果が高まり駆動時の温度上昇が抑制され、温度特性が良好で高出力な面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が得られる。   In this way, the AlAs / (Al) GaAs DBR having a low thermal resistance can be provided in the vicinity of the resonator. Therefore, the heat radiation effect is enhanced, the temperature rise during driving is suppressed, and a surface-emitting laser (VCSEL) with good temperature characteristics and high output can be obtained.

なお、第１下部半導体ＤＢＲの低屈折率層の酸化速度が被選択酸化層より速い材料・厚さの場合は、第１下部半導体ＤＢＲまでメサエッチングしてはいけないが、このような例としては被選択酸化層と第１下部半導体ＤＢＲの低屈折率層がともにＡｌＡｓである場合以外にもあり得る。例えば被選択酸化層がＡｌＡｓではなくＧａがわずかに含まれていて、第１下部半導体ＤＢＲの低屈折率層もＡｌＡｓではなくＧａが含まれている場合である。この場合、第２下部半導体ＤＢＲの低屈折率層の酸化速度が被選択酸化層より遅い材料・厚さであって、第１下部半導体ＤＢＲの低屈折率層が第２下部半導体ＤＢＲの低屈折率層より熱抵抗の小さい組成（材料）であれば、放熱効果がある。   In addition, when the oxidation rate of the low refractive index layer of the first lower semiconductor DBR is faster than the selective oxidation layer, the mesa etching must not be performed up to the first lower semiconductor DBR. There may be cases other than the case where both the selective oxidation layer and the low refractive index layer of the first lower semiconductor DBR are AlAs. For example, this is the case where the selectively oxidized layer contains not GaAs but slightly Ga, and the low refractive index layer of the first lower semiconductor DBR also contains Ga instead of AlAs. In this case, the oxidation rate of the low refractive index layer of the second lower semiconductor DBR is slower than that of the selective oxidation layer, and the low refractive index layer of the first lower semiconductor DBR has a lower refractive index of the second lower semiconductor DBR. A composition (material) having a lower thermal resistance than the rate layer has a heat dissipation effect.

また、Ｉｎの発光分光の方法は、Ｉｎの発光強度だけをモニタする場合の他、プラズマ状態の変動をキャンセルするため、Ｉｎの発光強度と他の構成元素の発光強度との比、Ｉｎの発光強度といずれにも帰属しない波長の発光強度との比をモニタする場合がある。   In addition, in the In emission spectroscopy method, in addition to monitoring only the In emission intensity, in order to cancel the fluctuation of the plasma state, the ratio of In emission intensity to the emission intensity of other constituent elements, In emission In some cases, the ratio between the intensity and the emission intensity of a wavelength that does not belong to any of them is monitored.

また、エッチング底面を共振器の直下にする方法は、下部半導体ＤＢＲの最上層をＧａＩｎＰやＡｌＧａＩｎＰとし、共振器を含む上層をＧａＡｓやＡｌＧａＡｓなどにすれば、Ｈ２ＳＯ４／Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏ液による選択エッチングが可能である。しかし、メサ幅の制御が困難である、エッチング異方性により非対称な形状のメサができやすいなどの不具合があるのでドライエッチングが好ましい。 Further, a method of etching the bottom surface directly below the resonator, the uppermost layer of the lower semiconductor DBR and GaInP or AlGaInP, if the upper layer comprising a resonator such as GaAs or AlGaAs, H 2 SO 4 / H 2 O 2 / Selective etching with H 2 O solution is possible. However, dry etching is preferred because of problems such as difficulty in controlling the mesa width and easy formation of asymmetrical mesas due to etching anisotropy.

また、ＡｌＡｓ被選択酸化層は活性層の近くに設けられるが、上部半導体ＤＢＲや下部半導体ＤＢＲの低屈折率層を兼ねてＤＢＲ中に設ける場合等もあり、その位置は限定されない。また、共振器領域にのみＩｎを含む層を設けた場合で説明したが、共振器領域のエッチング状況を把握できて、かつ、第一下部反射鏡までエッチングが至らなければ良いので、例えば共振器領域に最も近い反射鏡の一部など、共振器領域以外であってもＩｎを含む層を設けてもかまわない。   The AlAs selectively oxidized layer is provided in the vicinity of the active layer. However, the AlAs selective oxidation layer may be provided in the DBR also serving as the low refractive index layer of the upper semiconductor DBR or the lower semiconductor DBR, and the position thereof is not limited. In addition, the case where an In-containing layer is provided only in the resonator region has been described. However, since the etching state of the resonator region can be grasped and etching does not reach the first lower reflecting mirror, for example, resonance A layer containing In may be provided even outside the resonator region, such as a part of the reflector closest to the resonator region.

（第２の形態）
本発明の第２の形態の面発光レーザは、第１の形態の面発光レーザにおいて、スペーサ層の一部は（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）からなり、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）からなり、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）からなることを特徴としている。 (Second form)
The surface-emitting laser according to the second aspect of the present invention is the surface-emitting laser according to the first aspect, wherein a part of the spacer layer is (Al a Ga 1-a ) b In 1-b P (0 <a ≦ 1, consists 0 ≦ b ≦ 1), a quantum well active layer is made of Ga c in 1-c P d As 1-d (0 ≦ c ≦ 1,0 ≦ d ≦ 1), the barrier layer Ga e an in 1- e P f As 1-f (0 ≦ e ≦ 1, 0 ≦ f ≦ 1).

スペーサ層の一部に（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）を用いることで、スペーサ層をＡｌＧａＡｓ系で形成した場合に比べて、スペーサ層と量子井戸活性層とのバンドギャップ差を極めて大きく取ることができる。 By using (Al a Ga 1-a ) b In 1-b P (0 <a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1) for a part of the spacer layer, compared to the case where the spacer layer is made of AlGaAs. The band gap difference between the spacer layer and the quantum well active layer can be made extremely large.

表２には、ＡｌＧａＡｓ（スペーサ層）／ＡｌＧａＡｓ（量子井戸活性層）系の７８０ｎｍ，８５０ｎｍ面発光レーザ、更に、ＡｌＧａＩｎＰ（スペーサ層）／ＧａＩｎＰＡｓ（量子井戸活性層）系の７８０ｎｍ面発光レーザの典型的な材料組成でのスペーサ層と井戸層、及び障壁層と井戸層とのバンドギャップ差が示されている。   Table 2 shows typical examples of AlGaAs (spacer layer) / AlGaAs (quantum well active layer) 780 nm and 850 nm surface emitting lasers, and AlGaInP (spacer layer) / GaInPAs (quantum well active layer) 780 nm surface emitting lasers. The band gap difference between the spacer layer and the well layer, and between the barrier layer and the well layer with a specific material composition is shown.

Figure 2005340779
Figure 2005340779

表２に示すように、ＡｌＧａＩｎＰ（スペーサ層）／ＧａＩｎＰＡｓ（量子井戸活性層）系の７８０ｎｍ面発光レーザは、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の７８０ｎｍ面発光レーザはもとより、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の８５０ｎｍ面発光レーザよりも、バンドギャップ差を大きく取れることがわかる。   As shown in Table 2, the AlGaInP (spacer layer) / GaInPAs (quantum well active layer) type 780 nm surface emitting laser is more than the AlGaAs / AlGaAs type 780 nm surface emitting laser and the AlGaAs / AlGaAs type 850 nm surface emitting laser. However, it can be seen that a large band gap difference can be obtained.

また、量子井戸活性層を圧縮歪組成とすることができる。歪が増加すると、ヘビーホールとライトホールのバンド分離が大きくなるため、利得の増加が大きくなり、低しきい値化するとともに高効率化（高出力化）する。この効果はＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の８５０ｎｍ面発光レーザでは実現できないので、本発明のＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰＡｓ材料系によれば、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の８５０ｎｍ面発光レーザよりも、低しきい値化，高効率化（高出力化）が可能であることがわかる。   In addition, the quantum well active layer can have a compressive strain composition. When the distortion increases, the band separation between the heavy hole and the light hole increases, so that the gain increases and the threshold value is lowered and the efficiency is increased (high output). Since this effect cannot be realized with an AlGaAs / AlGaAs-based 850 nm surface emitting laser, the AlGaInP / GaInPAs material system of the present invention has a lower threshold and higher efficiency than the AlGaAs / AlGaAs-based 850 nm surface emitting laser. It can be seen that (high output) is possible.

更に、本発明の第２の形態の面発光レーザでは、キャリア閉じ込め向上、歪量子井戸活性層による高利得化によって低しきい値化することで、光取り出し側ＤＢＲの反射率低減が可能となり、より一層の高出力化ができる。   Furthermore, in the surface emitting laser according to the second embodiment of the present invention, the reflectivity of the light extraction side DBR can be reduced by lowering the threshold by improving the carrier confinement and increasing the gain by the strained quantum well active layer, Higher output can be achieved.

また、本発明の第２の形態の面発光レーザでは、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）であり、Ａｌを含んでいない材料から構成されており、Ａｌフリー活性領域（量子井戸活性層、及びそれに隣接する層）としているので、酸素の取り込まれが低減されて非発光再結合センターの形成を抑えることができ、長寿命の面発光レーザを実現できる。 In the surface emitting laser according to the second aspect of the present invention, the quantum well active layer is Ga c In 1-c P d As 1-d (0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1), and the barrier layer is Ga. e In 1-e P f As 1-f (0 ≦ e ≦ 1, 0 ≦ f ≦ 1), which is made of a material not containing Al, an Al-free active region (quantum well active layer, and Therefore, the incorporation of oxygen can be reduced, the formation of non-radiative recombination centers can be suppressed, and a long-life surface emitting laser can be realized.

このように、スペーサ層の一部にＡｌＧａＩｎＰ材料を用い、障壁層や量子井戸活性層にはＧａＩｎＰＡｓを用いることで、活性層の利得が大きく低しきい値，高出力であって、信頼性に優れた８５０ｎｍよりも波長の短い面発光レーザを実現できる。   Thus, by using an AlGaInP material for a part of the spacer layer and using GaInPAs for the barrier layer and the quantum well active layer, the active layer has a large gain, a low threshold, a high output, and reliability. An excellent surface emitting laser having a wavelength shorter than 850 nm can be realized.

また、上記の効果を実現するためには以下に示すように基板の面方位を考慮することが好ましい。特にＡｌＧａＩｎＰやＧａＩｎＰにおいては、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度（傾斜角）に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板が適している。（１００）面に近い場合、自然超格子の形成によるバンドギャップの低下や、ヒロック（丘状欠陥）発生による表面性の悪化や非発光再結合センターの発生が生じ、半導体レーザなどのデバイス特性に悪影響を及ぼす。一方、（１００）面から（１１１）Ａ面方向に傾斜させると、傾斜角に応じて自然超格子の形成が抑えられる。すなわち、バンドギャップは、傾斜角が１０°から１５°くらいまでは急激に変化し、その後は徐々に正規のバンドギャップ（完全に混ざった混晶の値）に近づき、また、ヒロックも徐々に発生しなくなっていく。しかし、（１１１）Ａ面方向の傾斜角が２０°を超えると、結晶成長が困難になっていく。そこで、赤色レーザ（６３０ｎｍから６８０ｎｍ）の材料系で使われているＡｌＧａＩｎＰ材料では、５°乃至２０°の範囲内の角度に（より多くの場合、７°乃至１５°の範囲内の角度に）傾斜させた基板が一般に使われている。これは、スペーサ層（クラッド層）であるＡｌＧａＩｎＰはもとより、表２の例のように障壁層をＧａＩｎＰとした場合も当てはまる。更には、障壁層や量子井戸活性層がＧａＩｎＰＡｓの場合であっても悪影響が懸念されるので、これら材料の成長には面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に（より望ましくは７°乃至１５°の範囲内の角度に）傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板を用いることが好ましい。   In order to realize the above effect, it is preferable to consider the plane orientation of the substrate as described below. In particular, for AlGaInP and GaInP, a (100) GaAs substrate whose plane orientation is inclined at an angle (inclination angle) in the range of 5 ° to 20 ° with respect to the (111) A plane direction is suitable. When close to the (100) plane, the band gap decreases due to the formation of a natural superlattice, the surface property deteriorates due to the generation of hillocks (hill-like defects), and non-radiative recombination centers occur. Adversely affect. On the other hand, when it is inclined from the (100) plane toward the (111) A plane, the formation of the natural superlattice is suppressed according to the inclination angle. In other words, the band gap changes abruptly from 10 ° to 15 °, and then gradually approaches the normal band gap (completely mixed crystal value), and hillocks gradually occur. I will not. However, when the inclination angle in the (111) A plane direction exceeds 20 °, crystal growth becomes difficult. Therefore, in the AlGaInP material used in the material system of the red laser (630 nm to 680 nm), the angle is in the range of 5 ° to 20 ° (more often, the angle is in the range of 7 ° to 15 °). An inclined substrate is generally used. This applies not only to AlGaInP, which is a spacer layer (cladding layer), but also to the case where the barrier layer is made of GaInP as shown in Table 2. Furthermore, even if the barrier layer and the quantum well active layer are made of GaInPAs, there is a concern about adverse effects. Therefore, the growth of these materials has a plane orientation in the range of 5 ° to 20 ° in the (111) A plane direction. It is preferable to use a (100) GaAs substrate that is inclined at an angle (more preferably at an angle in the range of 7 ° to 15 °).

したがって、基板の面方位を（１１１）Ａ面方向に傾斜させることによる光学利得異方性を利用して偏光角（偏光方向）を制御する場合、現在、最有力視されている（３１１）Ｂ基板を用いた場合の効果を利用することができない。本発明（第２の形態）では、（３１１）Ｂ基板（傾斜角が２５°）よりも小さい傾斜角（５°乃至２０°の範囲内の角度）であるので、基板コストを抑えられることやへき開し易く扱い易さが改善するものの、光学利得異方性は小さくなる。本発明（第２の形態）では、この低下分を量子井戸活性層に圧縮歪を与えることによる光学利得異方性の増大により補償することができる。   Therefore, when the polarization angle (polarization direction) is controlled using the optical gain anisotropy by inclining the plane orientation of the substrate in the (111) A plane direction, it is currently regarded as the most promising (311) B. The effect of using a substrate cannot be used. In the present invention (second embodiment), since the inclination angle (angle within the range of 5 ° to 20 °) is smaller than (311) B substrate (inclination angle is 25 °), the substrate cost can be suppressed. Although it is easy to cleave and the handling is improved, the optical gain anisotropy becomes small. In the present invention (second embodiment), this reduction can be compensated by an increase in optical gain anisotropy by applying compressive strain to the quantum well active layer.

なお、上述例では、８５０ｎｍよりも短い波長に限定しているが、これは従来に比べて優位差が極めて大きいからであって、８５０ｎｍよりも長い波長であっても効果が得られる。   In the above-described example, the wavelength is limited to a wavelength shorter than 850 nm. However, this is because the difference in advantage is extremely large as compared with the conventional case, and the effect can be obtained even when the wavelength is longer than 850 nm.

このように本発明（第２の形態）によれば、第１の形態で説明したことに加えて、活性層の利得が大きく低しきい値，高出力であることと、信頼性に優れていることと、偏光方向が制御されていることとを同時に満たした８５０ｎｍよりも波長の短い面発光レーザを実現することが可能となる。   As described above, according to the present invention (second embodiment), in addition to the description in the first embodiment, the gain of the active layer is large, the threshold value is high, and the output is excellent. Therefore, it is possible to realize a surface emitting laser having a wavelength shorter than 850 nm, which simultaneously satisfies the requirements and the polarization direction being controlled.

（第３の形態）
本発明の第３の形態の面発光レーザは、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度（傾斜角）に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とからなる共振器構造を有する面発光レーザにおいて、上部反射鏡および下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡を含み、半導体分布ブラッグ反射鏡の少なくとも一部は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなる屈折率が小なる層と、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなる屈折率が大なる層とからなり、スペーサ層の一部は（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）からなり、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）からなり、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）からなり、量子井戸活性層は圧縮歪を有しており、光出射方向から見た活性層の外周形状は異方性を持っており（１１１）Ａ面方向に長い形状であることを特徴としている。 (Third form)
The surface emitting laser according to the third aspect of the present invention has a laser beam on a (100) GaAs substrate whose surface orientation is inclined at an angle (inclination angle) in the range of 5 ° to 20 ° in the (111) A plane direction. A resonator region including at least one active layer comprising a quantum well active layer and a barrier layer, and a spacer layer made of at least one material provided around the active layer; and In a surface emitting laser having a resonator structure composed of an upper reflecting mirror and a lower reflecting mirror provided at the upper and lower portions, the upper reflecting mirror and the lower reflecting mirror periodically change the refractive index and cause incident light to be transmitted by light wave interference. The semiconductor distributed Bragg reflector includes a reflective semiconductor distributed Bragg reflector, and at least a part of the semiconductor distributed Bragg reflector includes a layer having a small refractive index made of Al x Ga 1-x As (0 <x ≦ 1) and an Al y Ga 1− y As (0 y <x ≦ 1) consisting of a refractive index consists of a large consisting layer, a portion of the spacer layer (Al a Ga 1-a) b In 1-b P (0 <a ≦ 1,0 ≦ b ≦ 1 The quantum well active layer is made of Ga c In 1-c P d As 1-d (0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1), and the barrier layer is Ga e In 1-e P f As 1 -F (0 ≦ e ≦ 1, 0 ≦ f ≦ 1), the quantum well active layer has a compressive strain, and the outer peripheral shape of the active layer viewed from the light emission direction has anisotropy It is characterized by a long shape in the (111) A plane direction.

本発明の第３の形態の面発光レーザでは、基板の面方位を（１１１）Ａ面方向に傾斜させることによる光学利得異方性を利用して偏光角（偏光方向）を制御する場合、（３１１）Ｂ基板（傾斜角が２５°）よりも小さい傾斜角（５°乃至２０°の範囲内の角度）であるので、現在、最有力視されている（３１１）Ｂ基板を用いた場合の効果を利用することができない。   In the surface-emitting laser according to the third aspect of the present invention, when the polarization angle (polarization direction) is controlled using the optical gain anisotropy by inclining the plane orientation of the substrate in the (111) A plane direction, 311) Since it is an inclination angle (an angle in the range of 5 ° to 20 °) smaller than the B substrate (inclination angle is 25 °), (311) in the case of using the B substrate that is currently considered most prominent The effect cannot be used.

第３の形態では、この低下分を量子井戸活性層に圧縮歪を与えることによる光学利得異方性の増大による補償に加え、面発光レーザの光出射方向から見た活性層の外周形状に異方性を持たせ、（１１１）Ａ面方向に長い形状とすることによる基板傾斜方向（（１１１）Ａ面方向）の光学的利得増大により補償している。これにより傾斜角方向（（１１１）Ａ面方向）の光学利得が更に増大し、偏向角の制御性が向上する。   In the third mode, in addition to compensating for this decrease by increasing the optical gain anisotropy by applying compressive strain to the quantum well active layer, the outer peripheral shape of the active layer as viewed from the light emitting direction of the surface emitting laser is different. It is compensated for by increasing the optical gain in the substrate tilt direction ((111) A plane direction) by providing a direction and having a long shape in the (111) A plane direction. As a result, the optical gain in the tilt angle direction ((111) A plane direction) is further increased, and the controllability of the deflection angle is improved.

（第４の形態）
本発明の第４の形態の面発光レーザは、第２または第３の形態の面発光レーザにおいて、障壁層が引っ張り歪を有していることを特徴としている。 (4th form)
The surface-emitting laser according to the fourth aspect of the present invention is the surface-emitting laser according to the second or third aspect, wherein the barrier layer has a tensile strain.

障壁層となるＧａＩｎＰＡｓ系材料において、同一格子定数の場合はＧａＩｎＰのバンドギャップが最も大きい。また、格子定数が小さい材料の方が大きなバンドギャップを取れる。これにより量子井戸活性層とのバンド不連続を大きくでき利得が大きくなるので、低しきい値動作，高出力動作が可能となる。例えば、Ｇａ０．６Ｉｎ０．４Ｐ引っ張り歪層のバンドギャップは２．０２ｅＶであり、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ格子整合層のバンドギャップは１．８７ｅＶであり、Ｇａ０．６Ｉｎ０．４Ｐ引っ張り歪層のバンドギャップの方が１５０ｍｅＶ大きい。 In the GaInPAs-based material used as the barrier layer, the band gap of GaInP is the largest when the lattice constant is the same. In addition, a material having a smaller lattice constant can have a larger band gap. As a result, the band discontinuity with the quantum well active layer can be increased and the gain is increased, so that a low threshold operation and a high output operation are possible. For example, the band gap of the Ga 0.6 In 0.4 P tensile strained layer is 2.02 eV, the band gap of the Ga 0.5 In 0.5 P lattice matching layer is 1.87 eV, and Ga 0.6 The band gap of the In 0.4 P tensile strained layer is 150 meV larger.

（第５の形態）
本発明の第５の形態の面発光レーザは、第２乃至第４の形態の面発光レーザにおいて、発振波長がおよそ６８０ｎｍよりも長波長であることを特徴としている。 (5th form)
The surface emitting laser according to the fifth aspect of the present invention is characterized in that the oscillation wavelength is longer than about 680 nm in the surface emitting lasers according to the second to fourth aspects.

ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系活性層による７８０ｎｍ面発光レーザの場合と比較する。ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）系スペーサ層の典型的な組成範囲で最もバンドギャップが大きいＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．６、Ｅｇ＝２．０２２６ｅＶ）と組成波長７８０ｎｍ（Ｅｇ＝１．５５６７ｅＶ）の活性層とのバンドギャップ差は、（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）スペーサ層の典型的な組成範囲で最もバンドギャップが大きい（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（ａ＝０．７、ｂ＝０．５、Ｅｇ＝２．２８９ｅＶ）と組成波長６８０ｎｍ（Ｅｇ＝１．８２３３ｅＶ）の活性層とのバンドギャップ差（４６０ｍｅＶ）とほぼ等しい。 Compared to the case of a 780 nm surface emitting laser with an AlGaAs / AlGaAs active layer. Al x Ga 1-x As (0 <x ≦ 1) -based Al x Ga 1-x As (x = 0.6, Eg = 2.0226 eV) having the largest band gap in the typical composition range of the spacer layer The band gap difference from the active layer having a composition wavelength of 780 nm (Eg = 1.5567 eV) is (Al a Ga 1-a ) b In 1-b P (0 <a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1) of the spacer layer. (Al a Ga 1-a ) b In 1-b P (a = 0.7, b = 0.5, Eg = 2.289 eV) and a composition wavelength of 680 nm (Eg) in the typical composition range. = 1.8233 eV) and the band gap difference (460 meV) from the active layer.

また、障壁層と量子井戸活性層とのバンドギャップ差については、例えば障壁層をＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（ｅ＝０．６、ｆ＝１、Ｅｇ＝２．０２ｅＶ）とすれば、組成波長６８０ｎｍの活性層とのバンドギャップ差がおよそ２００ｍｅＶとなり、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系活性層による７８０ｎｍ面発光レーザの場合とほぼ同等となる。 As for the band gap difference between the barrier layer and the quantum well active layer, for example, the barrier layer may be Ga e In 1-e P f As 1-f (e = 0.6, f = 1, Eg = 2.02 eV). Then, the band gap difference from the active layer having the composition wavelength of 680 nm is about 200 meV, which is almost the same as that of the 780 nm surface emitting laser using the AlGaAs / AlGaAs active layer.

つまりＡｌＧａＩｎＰ系スペーサ層を用いることで、組成波長が６８０ｎｍよりも長波長であれば、Ａｌフリー活性層（量子井戸活性層と障壁層）を用いても、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系活性層による７８０ｎｍ面発光レーザの場合と同等以上のキャリア閉じ込めが可能となる、更に歪量子井戸活性層の効果も加わることから、同等以上の特性を得ることが可能となる。   That is, by using an AlGaInP-based spacer layer, if the composition wavelength is longer than 680 nm, even if an Al-free active layer (quantum well active layer and barrier layer) is used, the AlGaAs / AlGaAs-based active layer emits light at 780 nm. Carrier confinement equivalent to or better than in the case of a laser is possible, and further, the effect of the strained quantum well active layer is added, so that characteristics equivalent to or better can be obtained.

（第６の形態）
本発明の第６の形態の面発光レーザアレイは、第１乃至第５のいずれかの形態の面発光レーザが同一基板上に複数個構成されていることを特徴としている。 (Sixth form)
A surface emitting laser array according to a sixth aspect of the present invention is characterized in that a plurality of surface emitting lasers according to any one of the first to fifth aspects are formed on the same substrate.

面発光レーザは、面発光型であることでアレイ化が容易で、しかも通常の半導体プロセスで形成されるので、素子の位置制度が高い。更にメサ形成時の制御性が改善されるので低コスト化できる。   Since the surface emitting laser is of the surface emitting type, it is easy to form an array, and since it is formed by a normal semiconductor process, the element position system is high. Furthermore, since the controllability at the time of mesa formation is improved, the cost can be reduced.

更に、下部ＤＢＲの放熱性を改善した構造とすることでアレイ内素子間の熱干渉が低減され高出力化や高密度化ができる。   Furthermore, by adopting a structure in which the heat dissipation of the lower DBR is improved, thermal interference between elements in the array is reduced, and high output and high density can be achieved.

更に、本発明のように偏光方向が一定方向に制御された、高出力動作可能な面発光レーザを同一基板上に多数集積することで、書き込み光学系に応用した場合、同時にマルチビームでの書きこみが容易となり、書き込み速度が格段に向上し、書き込みドット密度が上昇しても印刷速度を落とすことなく印刷できる。また同じ書き込みドット密度の場合は印刷速度を早くできる。また、通信に応用した場合、同時に多数ビームによるデータ伝送が可能となるので高速通信ができる。更に面発光レーザは低消費電力動作し、特に機器の中に組み込んで利用した場合、温度上昇を低減できる。   Furthermore, by integrating a large number of surface-emitting lasers whose polarization direction is controlled in a constant direction as in the present invention on the same substrate, when applied to a writing optical system, simultaneous writing with multiple beams is possible. Indentation is facilitated, the writing speed is remarkably improved, and printing can be performed without reducing the printing speed even if the writing dot density increases. Also, when the writing dot density is the same, the printing speed can be increased. In addition, when applied to communication, data transmission by multiple beams can be performed at the same time, so high-speed communication can be performed. Further, the surface emitting laser operates with low power consumption, and particularly when incorporated in a device, the temperature rise can be reduced.

（第７の形態）
本発明の第７の形態の画像形成装置は、第１乃至第５のいずれかの形態の面発光レーザ、または、第６の形態の面発光レーザアレイが書き込み光源として用いられていることを特徴としている。 (7th form)
An image forming apparatus according to a seventh aspect of the present invention uses the surface emitting laser according to any one of the first to fifth aspects or the surface emitting laser array according to the sixth aspect as a writing light source. It is said.

本発明の面発光レーザ，面発光レーザアレイは、偏光方向が制御されてしかも高出力化できることから、本発明の面発光レーザ，面発光レーザアレイを用いた画像形成装置は、従来の面発光レーザアレイを用いた画像形成装置に比べて高速印刷が可能となる。もしくは従来と同速度の場合ではアレイ数の低減が可能となり、面発光レーザアレイチップの製造歩留まりが大きく向上するとともに、画像形成装置の低コスト化が図れる。更に、Ａｌフリー活性層により、８５０ｎｍ帯面発光レーザのような通信用面発光レーザと同等の寿命（推定で室温１００万時間が報告されている）が達成可能となることから、光書き込み光学ユニット自体の再利用が可能となり、環境負荷低減に貢献できる。   Since the surface emitting laser and the surface emitting laser array of the present invention can control the polarization direction and increase the output, the image forming apparatus using the surface emitting laser and the surface emitting laser array of the present invention is a conventional surface emitting laser. High-speed printing is possible as compared with an image forming apparatus using an array. Alternatively, the number of arrays can be reduced at the same speed as in the prior art, the manufacturing yield of the surface emitting laser array chip can be greatly improved, and the cost of the image forming apparatus can be reduced. Furthermore, the Al-free active layer makes it possible to achieve a life equivalent to a surface emitting laser for communication such as an 850 nm band surface emitting laser (room temperature estimated at 1 million hours has been reported). It can be reused and contributes to reducing environmental impact.

（第８の形態）
本発明の第８の形態の光ピックアップシステムは、第１乃至第５のいずれかの形態の面発光レーザ、または、第６の形態の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴としている。 (8th form)
An optical pickup system according to an eighth aspect of the present invention is characterized in that the surface emitting laser according to any one of the first to fifth aspects or the surface emitting laser array according to the sixth aspect is used as a light source. Yes.

メディアへの光書き込み用，再生用光源である半導体レーザの波長は、ＣＤでは７８０ｎｍが用いられている。面発光レーザは端面発光型半導体レーザに比べて１桁程度消費電力が小さいことから、本発明の７８０ｎｍの面発光レーザを再生用光源とした、電力が長持ちするハンディータイプの光ピックアップシステムを実現できる。   The wavelength of a semiconductor laser that is a light source for optical writing and reproduction on a medium is 780 nm for CD. Since surface-emitting lasers consume about an order of magnitude less power than edge-emitting semiconductor lasers, it is possible to realize a hand-held optical pickup system with a long-lasting power using the 780 nm surface-emitting laser of the present invention as a light source for reproduction. .

（第９の形態）
本発明の第９の形態の光送信モジュールは、第１乃至第５のいずれかの形態の面発光レーザ、または、第６の形態の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴としている。 (9th form)
An optical transmission module according to a ninth aspect of the present invention is characterized in that the surface emitting laser according to any one of the first to fifth aspects or the surface emitting laser array according to the sixth aspect is used as a light source. Yes.

すなわち、アクリル系ＰＯＦ（プラスチックファイバー）を用いた光伝送では、その吸収損失から、６５０ｎｍの発振波長の面発光レーザが検討されているが、高温特性が悪く実用にはなっていない。従って、現在、ＬＥＤが使われているが、高速変調が困難であり、１Ｇｂｐｓを越えた高速伝送実現のためには、半導体レーザが必要である。   That is, in optical transmission using acrylic POF (plastic fiber), a surface emitting laser having an oscillation wavelength of 650 nm has been studied due to its absorption loss, but its high-temperature characteristics are poor and not practical. Therefore, although LEDs are currently used, high-speed modulation is difficult, and a semiconductor laser is necessary to realize high-speed transmission exceeding 1 Gbps.

最短波長が６８０ｎｍである本発明の面発光レーザによれば、活性層利得が大きいので、高出力であるとともに高温特性にも優れており、ファイバーの吸収損失は大きくなるが短距離であれば伝送可能となり、安い光源である面発光レーザと、安い光ファイバーであるＰＯＦとを用いた経済的で高速な光送信モジュールを実現できる。   According to the surface emitting laser of the present invention having the shortest wavelength of 680 nm, the gain of the active layer is large, so that the output is high and the high-temperature characteristics are excellent. An economical and high-speed optical transmission module using a surface-emitting laser that is a cheap light source and POF that is a cheap optical fiber can be realized.

（第１０の形態）
本発明の第１０の形態の光送受信モジュールは、第１乃至第５のいずれかの形態の面発光レーザ、または、第６の形態の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴としている。 (10th form)
An optical transceiver module according to a tenth aspect of the present invention is characterized in that the surface emitting laser according to any one of the first to fifth aspects or the surface emitting laser array according to the sixth aspect is used as a light source. Yes.

すなわち、アクリル系ＰＯＦ（プラスチックファイバー）を用いた光伝送では、その吸収損失から、６５０ｎｍの発振波長の面発光レーザが検討されているが、高温特性が悪く実用にはなっていない。従って、現在、ＬＥＤが使われているが、高速変調が困難であり、１Ｇｂｐｓを越えた高速伝送実現のためには、半導体レーザが必要である。   That is, in optical transmission using acrylic POF (plastic fiber), a surface emitting laser having an oscillation wavelength of 650 nm has been studied due to its absorption loss, but its high-temperature characteristics are poor and not practical. Therefore, although LEDs are currently used, high-speed modulation is difficult, and a semiconductor laser is necessary to realize high-speed transmission exceeding 1 Gbps.

最短波長が６８０ｎｍである本発明の面発光レーザによれば、活性層利得が大きいので、高出力であるとともに高温特性にも優れており、ファイバーの吸収損失は大きくなるが短距離であれば伝送可能となり、安い光源である面発光レーザと、安い光ファイバーであるＰＯＦとを用いた経済的で高速な光送受信モジュールを実現できる。   According to the surface emitting laser of the present invention having the shortest wavelength of 680 nm, the gain of the active layer is large, so that the output is high and the high-temperature characteristics are excellent. An economical and high-speed optical transceiver module using a surface emitting laser that is a cheap light source and POF that is a cheap optical fiber can be realized.

（第１１の形態）
本発明の第１１の形態の光通信システムは、第１乃至第５のいずれかの形態の面発光レーザ、または、第６の形態の面発光レーザアレイが光源として用いられていることを特徴としている。 (Eleventh form)
An optical communication system according to an eleventh aspect of the present invention is characterized in that the surface emitting laser of any one of the first to fifth forms or the surface emitting laser array of the sixth form is used as a light source. Yes.

すなわち、アクリル系ＰＯＦ（プラスチックファイバー）を用いた光伝送では、その吸収損失から、６５０ｎｍの発振波長の面発光レーザが検討されているが、高温特性が悪く実用にはなっていない。従って、現在、ＬＥＤが使われているが、高速変調が困難であり、１Ｇｂｐｓを越えた高速伝送実現のためには、半導体レーザが必要である。   That is, in optical transmission using acrylic POF (plastic fiber), a surface emitting laser having an oscillation wavelength of 650 nm has been studied due to its absorption loss, but its high-temperature characteristics are poor and not practical. Therefore, although LEDs are currently used, high-speed modulation is difficult, and a semiconductor laser is necessary to realize high-speed transmission exceeding 1 Gbps.

最短波長が６８０ｎｍである本発明の面発光レーザによれば、活性層利得が大きいので、高出力であるとともに高温特性にも優れており、ファイバーの吸収損失は大きくなるが短距離であれば伝送可能となり、安い光源である面発光レーザと、安い光ファイバーであるＰＯＦとを用いた経済的な光通信システムを実現できる。極めて経済的であることから、特に一般家庭やオフィスの室内，機器内などの光通信システムに用いることが効果的である。   According to the surface emitting laser of the present invention having the shortest wavelength of 680 nm, the gain of the active layer is large, so that the output is high and the high-temperature characteristics are excellent. An economical optical communication system using a surface emitting laser that is a cheap light source and POF that is a cheap optical fiber can be realized. Since it is extremely economical, it is particularly effective to use it in an optical communication system such as in a general home or office, or in equipment.

次に、本発明の実施例を説明する。   Next, examples of the present invention will be described.

図３は実施例１の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の構成を示す図である。なお、後述の実施例２，実施例３，実施例４の面発光レーザも図３と同様の構成のものとなっている。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the surface emitting laser (VCSEL) according to the first embodiment. Note that the surface emitting lasers of Example 2, Example 3 and Example 4 described later have the same configuration as that shown in FIG.

図３を参照すると、実施例１では、ＭＯＣＶＤ法で、ｎ−ＧａＡｓ単結晶（１００）基板上に、ｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ ４２．５ペアからなる第１下部半導体ＤＢＲと、ｎ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ ６ペアからなる第２下部半導体ＤＢＲと、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ下部スペーサ層と、ＧａＩｎＡｓＰ／Ｇａ０．５ Ｉｎ０．５Ｐ（ウェル／バリア） ＴＱＷ活性層と、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ上部スペーサ層と、ｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層と、ｐ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ ３４．５ペアからなる上部半導体ＤＢＲと、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層とを順次に積層して、ＶＣＳＥＬ構成積層膜を形成する。 Referring to FIG. 3, in Example 1, the first lower semiconductor composed of n-AlAs / Al 0.3 Ga 0.7 As 42.5 pair on an n-GaAs single crystal (100) substrate by MOCVD. A DBR, a second lower semiconductor DBR made of n-Al 0.95 Ga 0.05 As / Al 0.3 Ga 0.7 As 6 pairs, a Ga 0.5 In 0.5 P lower spacer layer, and GaInAsP / Ga 0.5 In 0.5 P (well / barrier) TQW active layer, Ga 0.5 In 0.5 P upper spacer layer, p-AlAs selectively oxidized layer, p-Al 0.95 Ga An upper semiconductor DBR composed of 0.05 As / Al 0.3 Ga 0.7 As 34.5 pairs and a p-GaAs contact layer are sequentially stacked to form a VCSEL stacked film.

次に、フォトレジストで円形メサマスクをパターニングし、Ｃｌ２ガスを導入し、反応性イオンビームエッチング法（ＲＩＢＥ）でエッチングを開始する。このとき、プラズマ発光分光器でＩｎの発光（４５１ｎｍ）とＡｌの発光（３９６ｎｍ）との比をとり、その時間変化をモニタする。図４には、実施例１におけるＩｎ（４５１ｎｍ）／Ａｌ（３９６ｎｍ）発光強度比の時間変化が示されている。図４を参照すると、エッチング開始から数分経過すると、Ｉｎの発光（４５１ｎｍ）が検出され、やがてなくなる。この時点でエッチングを終了すると、第２下部半導体ＤＢＲの上から３層目でエッチングが停止した。 Next, a circular mesa mask is patterned with a photoresist, Cl 2 gas is introduced, and etching is started by reactive ion beam etching (RIBE). At this time, a ratio of In emission (451 nm) to Al emission (396 nm) is taken with a plasma emission spectrometer, and the change with time is monitored. FIG. 4 shows the change over time of the In (451 nm) / Al (396 nm) emission intensity ratio in Example 1. Referring to FIG. 4, after a few minutes have passed from the start of etching, In emission (451 nm) is detected and will eventually disappear. When the etching was completed at this point, the etching stopped at the third layer from the top of the second lower semiconductor DBR.

次に、ＡｌＡｓ被選択酸化層を水蒸気中で４００℃で熱処理し、非酸化ＡｌＡｓ領域が２５μｍ２になる電流狭窄構造を形成する。次に、電極取り出し部と光出力部を除いた領域にポリイミド保護膜を形成する。 Next, the AlAs selective oxidation layer is heat-treated in water vapor at 400 ° C. to form a current confinement structure in which the non-oxidized AlAs region is 25 μm 2 . Next, a polyimide protective film is formed in a region excluding the electrode extraction portion and the light output portion.

続いて、メサ上面にｐ側電極膜を蒸着し、リフトオフ法により光出力用の開口を形成する。さらに、基板裏面にｎ側電極を形成して、図７に示す構成の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を作製することができる。   Subsequently, a p-side electrode film is deposited on the upper surface of the mesa, and an opening for light output is formed by a lift-off method. Further, an n-side electrode can be formed on the back surface of the substrate, so that a surface emitting laser (VCSEL) having the configuration shown in FIG. 7 can be manufactured.

実施例１の面発光レーザでは、ｐ側電極，ｎ側電極から、それぞれ正キャリア，負キャリアを注入すると、波長７８０ｎｍのレーザ光が上部電極の開口から垂直に出力される。   In the surface emitting laser of Example 1, when positive carriers and negative carriers are injected from the p-side electrode and the n-side electrode, respectively, laser light with a wavelength of 780 nm is output vertically from the opening of the upper electrode.

実施例１の面発光レーザでは、共振器全体にＩｎを含むＶＣＳＥＬ構造積層膜を、Ｉｎの発光をモニタしながらエッチングするので、良好に共振器層を検出できるようになる。これにより、第２下部半導体ＤＢＲを下部半導体ＤＢＲ全体の４／７より少ない層数にできる。この結果、素子の温度上昇が抑えられ、より高出力のＶＣＳＥＬが得られる。さらには、再現性よくメサ加工ができてメサ高さが均一になるので、均一なレーザ特性をもつ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が得られ、同時に歩留りが向上する。   In the surface emitting laser of Example 1, the VCSEL structure laminated film containing In in the entire resonator is etched while monitoring the emission of In, so that the resonator layer can be detected satisfactorily. Thereby, the number of layers of the second lower semiconductor DBR can be less than 4/7 of the entire lower semiconductor DBR. As a result, the temperature rise of the element is suppressed, and a higher output VCSEL can be obtained. Furthermore, since mesa processing can be performed with good reproducibility and the mesa height becomes uniform, a surface emitting laser (VCSEL) having uniform laser characteristics can be obtained, and at the same time, the yield is improved.

前述のように、実施例２の面発光レーザも図３と同様の構成のものとなっている。   As described above, the surface emitting laser of Example 2 has the same configuration as that shown in FIG.

図３を参照すると、実施例２では、ＭＢＥ法で、ｎ−ＧａＡｓ単結晶（１００）基板上に、ｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ ４７．５ペアからなる第１下部半導体ＤＢＲと、ｎ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ １０ペアからなる第２下部半導体ＤＢＲと、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ下部スペーサ層と、Ｉｎ０．４６Ｇａ０．５４Ｐ／（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（ウェル／バリア）ＴＱＷ活性層と、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ上部スペーサ層と、ｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層と、Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ ４０．５ペアからなる上部半導体ＤＢＲと、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層とを順次に積層して、ＶＣＳＥＬ構成積層膜を形成する。 Referring to FIG. 3, in Example 2, the first lower semiconductor comprising n-AlAs / Al 0.5 Ga 0.5 As 47.5 pair on an n-GaAs single crystal (100) substrate by MBE method. DBR, second lower semiconductor DBR composed of 10 pairs of n-Al 0.95 Ga 0.05 As / Al 0.5 Ga 0.5 As, and (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0 .5 and P lower spacer layer, and the In 0.46 Ga 0.54 P / (Al 0.5 Ga 0.5) 0.5 In 0.5 P ( well / barrier) TQW active layer, (Al 0. 5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P upper spacer layer, p-AlAs selectively oxidized layer, Al 0.95 Ga 0.05 As / Al 0.5 Ga 0.5 As 40.5 Paired upper semiconductor DBR and p-GaAs contact layer The by sequentially stacking, to form the VCSEL structure laminated film.

次に、フォトレジストで円形メサマスクをパターニングし、Ｃｌ２ガスを導入し、ＩＣＰエッチング法でエッチングを行う。このとき、プラズマ発光分光器でＩｎの発光（４５１ｎｍ）の時間変化をモニタする。エッチングが進行すると、Ｉｎの発光（４５１ｎｍ）が検出され、やがてなくなる。この時点でエッチングを終了すると、第２下部半導体ＤＢＲ中でエッチングが停止する。 Next, a circular mesa mask is patterned with a photoresist, Cl 2 gas is introduced, and etching is performed by an ICP etching method. At this time, the time change of In emission (451 nm) is monitored by a plasma emission spectrometer. As the etching proceeds, In emission (451 nm) is detected and will eventually disappear. When the etching is finished at this point, the etching is stopped in the second lower semiconductor DBR.

次に、ＡｌＡｓ被選択酸化層を水蒸気中で４００℃で熱処理し、非酸化ＡｌＡｓ領域が２５μｍ２になる電流狭窄構造を形成する。次に、電極取り出し部と光出力部を除いた領域にポリイミド保護膜を形成する。 Next, the AlAs selective oxidation layer is heat-treated in water vapor at 400 ° C. to form a current confinement structure in which the non-oxidized AlAs region is 25 μm 2 . Next, a polyimide protective film is formed in a region excluding the electrode extraction portion and the light output portion.

続いて、メサ上面にｐ側電極膜を蒸着し、リフトオフ法により光出力用の開口を形成する。さらに、基板裏面にｎ側電極を形成し、図３に示す構成の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を作製することができる。   Subsequently, a p-side electrode film is deposited on the upper surface of the mesa, and an opening for light output is formed by a lift-off method. Further, an n-side electrode can be formed on the back surface of the substrate to produce a surface emitting laser (VCSEL) having the configuration shown in FIG.

実施例２の面発光レーザでは、ｐ側電極，ｎ側電極から、それぞれ正キャリア，負キャリアを注入すると、波長６５０ｎｍのレーザ光が上部電極の開口から垂直に出力される。   In the surface emitting laser of Example 2, when positive carriers and negative carriers are injected from the p-side electrode and the n-side electrode, respectively, laser light having a wavelength of 650 nm is output vertically from the opening of the upper electrode.

実施例２の面発光レーザも、実施例１の面発光レーザと同様の作用効果を有する。   The surface emitting laser of Example 2 also has the same function and effect as the surface emitting laser of Example 1.

前述のように、実施例３の面発光レーザも図３と同様の構成のものとなっている。   As described above, the surface emitting laser of Example 3 has the same configuration as that shown in FIG.

図３を参照すると、実施例３では、ＭＯＣＶＤ法で、ｎ−ＧａＡｓ単結晶（１００）基板上に、ｎ−ＡｌＡｓ／ｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ ４０．５ペアからなる第１下部半導体ＤＢＲと、ｎ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／ｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ ５ペアからなる第２下部半導体ＤＢＲと、Ｉｎ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ０．４４Ｐ０．５６ 下部スペーサ層と、ＧａＡｓ／Ｉｎ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ０．４４Ｐ０．５６（ウェル／バリア）ＴＱＷ活性層と、Ｉｎ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ０．４４Ｐ０．５６上部スペーサ層と、ｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層と、ｐ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ ３０．５ペアからなる上部半導体ＤＢＲと、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層とを順次に積層して、ＶＣＳＥＬ構成積層膜を形成する。 Referring to FIG. 3, in Example 3, a first of n-AlAs / n-Al 0.15 Ga 0.85 As 40.5 pairs is formed on an n-GaAs single crystal (100) substrate by MOCVD. A lower semiconductor DBR, a second lower semiconductor DBR composed of n-Al 0.95 Ga 0.05 As / n-Al 0.15 Ga 0.85 As 5 pairs, and In 0.27 Ga 0.73 As 0. 44 P 0.56 lower spacer layer, GaAs / In 0.27 Ga 0.73 As 0.44 P 0.56 (well / barrier) TQW active layer, In 0.27 Ga 0.73 As 0.44 An upper semiconductor DBR comprising a P 0.56 upper spacer layer, a p-AlAs selectively oxidized layer, and a p-Al 0.95 Ga 0.05 As / p-Al 0.15 Ga 0.85 As 30.5 pair And p- And aAs contact layer are sequentially laminated to form a VCSEL structure laminated film.

以下の工程は実施例２と同様に行う。   The following steps are performed in the same manner as in Example 2.

実施例３の面発光レーザでは、ｐ側電極，ｎ側電極から、それぞれ正キャリア，負キャリアを注入すると、波長８５０ｎｍのレーザ光が上部電極の開口から垂直に出力される。   In the surface emitting laser of Example 3, when positive carriers and negative carriers are injected from the p-side electrode and the n-side electrode, respectively, laser light with a wavelength of 850 nm is output vertically from the opening of the upper electrode.

実施例３の面発光レーザも、実施例１の面発光レーザと同様の作用効果を有する。   The surface emitting laser of Example 3 also has the same effect as the surface emitting laser of Example 1.

前述のように、実施例４の面発光レーザも図３と同様の構成のものとなっている。   As described above, the surface emitting laser of Example 4 has the same configuration as that shown in FIG.

図３を参照すると、実施例４では、ＭＯＣＶＤ法で、ｎ−ＧａＡｓ単結晶（１００）基板上に、ｎ−ＡｌＡｓ／ｎ−ＧａＡｓ ３２．５ペアからなる第１下部半導体ＤＢＲと、ｎ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／ｎ−ＧａＡｓ ３ペアからなる第２下部半導体ＤＢＲと、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ下部スペーサ層と、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ（ウェル／バリア） ＴＱＷ活性層と、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ上部スペーサ層と、ｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層と、ｐ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／ｐ−ＧａＡｓ ２６ペアからなる上部半導体ＤＢＲと、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層とを順次に積層して、ＶＣＳＥＬ構成積層膜を形成する。 Referring to FIG. 3, in Example 4, a first lower semiconductor DBR composed of an n-AlAs / n-GaAs 32.5 pair and an n-AlAl on an n-GaAs single crystal (100) substrate by MOCVD. A second lower semiconductor DBR comprising three pairs of 0.95 Ga 0.05 As / n-GaAs, a Ga 0.5 In 0.5 P lower spacer layer, a GaInNAs / GaAs (well / barrier) TQW active layer, Ga 0.5 In 0.5 P upper spacer layer, p-AlAs selective oxidation layer, p-Al 0.95 Ga 0.05 As / p-GaAs 26 pair upper semiconductor DBR, p-GaAs The contact layers are sequentially stacked to form a VCSEL structure stacked film.

以下の工程は実施例２と同様に行う。   The following steps are performed in the same manner as in Example 2.

実施例４の面発光レーザでは、ｐ側電極，ｎ側電極から、それぞれ正キャリア，負キャリアを注入すると、波長１３００ｎｍのレーザ光が上部電極の開口から垂直に出力される。   In the surface emitting laser of Example 4, when positive carriers and negative carriers are injected from the p-side electrode and the n-side electrode, respectively, laser light having a wavelength of 1300 nm is output vertically from the opening of the upper electrode.

実施例４では、実施例１の作用効果に加えて、ＧａＩｎＮＡｓを活性層に含んでいるため１．３μｍ帯であってもＧａＡｓ基板上に形成でき、高性能なＡｌＧａＡｓ系ＤＢＲを利用できると共に、選択酸化狭窄構造を採用でき、さらに障壁層やスペーサ層とのバンド不連続が大きく、キャリア閉じ込めが良好になるので特性温度が高く、光伝送用の光源として適用性の高い面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を提供できる。   In Example 4, in addition to the operational effects of Example 1, since GaInNAs is included in the active layer, it can be formed on a GaAs substrate even in a 1.3 μm band, and a high-performance AlGaAs DBR can be used. A surface-emitting laser (VCSEL) that can adopt a selective oxidation confinement structure, has a large band discontinuity with the barrier layer and the spacer layer, and has a high characteristic temperature because of good carrier confinement, and is highly applicable as a light source for optical transmission Can provide.

また、１．３μｍ帯のＤＢＲなので構成層が厚いため、第２下部ＤＢＲを３ぺアに設定しても、エッチングの底面をこの第２下部ＤＢＲ中に入れることが可能である。よって、より温度特性がよくなり、高出力が得られる。   Further, since the DBR in the 1.3 μm band is thick, the constituent layers are thick, so that even if the second lower DBR is set to 3 pairs, the bottom surface of the etching can be put in the second lower DBR. Therefore, temperature characteristics are improved and high output can be obtained.

図５は実施例５の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の構成を示す図である。   FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a surface emitting laser (VCSEL) according to the fifth embodiment.

図５を参照すると、実施例５では、ＭＯＣＶＤ法で、ｐ−ＧａＡｓ単結晶（１００）基板上に、ｐ−ＡｌＡｓ／ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ ３９．５ペアからなる第１下部半導体ＤＢＲと、ｐ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ ６ペアからなる第２下部半導体ＤＢＲと、ｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層と、Ｉｎ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ０．４４Ｐ０．５６下部スペーサ層と、ＧａＡｓ／Ｉｎ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ０．４４Ｐ０．５６（ウェル／バリア） ＴＱＷ活性層と、Ｉｎ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ０．４４Ｐ０．５６上部スペーサ層と、ｎ−Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ａｓ／ｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ ３０．５ペアからなる上部半導体ＤＢＲと、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層とを順次に積層して、ＶＣＳＥＬ構成積層膜を形成する。 Referring to FIG. 5, in Example 5, the MOCVD method is used to form a first p-AlAs / p-Al 0.15 Ga 0.85 As 39.5 pair on a p-GaAs single crystal (100) substrate. Lower semiconductor DBR, second lower semiconductor DBR composed of p-Al 0.95 Ga 0.05 As / p-Al 0.15 Ga 0.85 As 6 pairs, p-AlAs selectively oxidized layer, In 0 .27 Ga 0.73 As 0.44 P 0.56 lower spacer layer, GaAs / In 0.27 Ga 0.73 As 0.44 P 0.56 (well / barrier) TQW active layer, and In 0. 27 Ga 0.73 As 0.44 P 0.56 upper spacer layer and upper semiconductor DBR consisting of n-Al 0.95 Ga 0.05 As / n-Al 0.15 Ga 0.85 As 30.5 pair And n− A GaAs contact layer is sequentially laminated to form a VCSEL configuration laminated film.

以下の工程は、ｐ側電極とｎ側電極を逆に設ける他は、実施例２と同様に行う。   The following steps are performed in the same manner as in Example 2 except that the p-side electrode and the n-side electrode are provided in reverse.

実施例５の面発光レーザでは、ｐ側電極，ｎ側電極から、それぞれ正キャリア，負キャリアを注入すると、波長８５０ｎｍのレーザ光が上部電極の開口から垂直に出力される。   In the surface emitting laser of Example 5, when positive carriers and negative carriers are respectively injected from the p-side electrode and the n-side electrode, laser light having a wavelength of 850 nm is output vertically from the opening of the upper electrode.

基板側をｐ型伝導にする場合は、ＡｌＡｓ被選択酸化層を活性層の下に設ける必要がある。これは化合物半導体はｐ型伝導のほうがｎ型伝導より移動度が小さいので電流狭窄をｐ型伝導の領域に設けたほうが狭窄の効果が大きいからである。   When p-type conduction is used on the substrate side, an AlAs selectively oxidized layer needs to be provided under the active layer. This is because the compound semiconductor has a smaller mobility in the p-type conduction than the n-type conduction, so that the effect of the narrowing is greater when the current confinement is provided in the p-type conduction region.

以上のように、基板側をｐ型伝導にする場合は、より正確なエッチングが必要となる。この実施例５の積層膜構成をとり、プラズマ発光分光モニタ法を用いエッチングすることにより、基板側がｐ型伝導のＶＣＳＥＬでも安定して作製することが可能になる。ほかは実施例１の作用効果と同じである。   As described above, when p-type conduction is used on the substrate side, more accurate etching is required. By adopting the laminated film configuration of this Example 5 and etching using the plasma emission spectroscopic monitoring method, it becomes possible to stably produce even a VCSEL having p-type conduction on the substrate side. Others are the same as the effect of Example 1. FIG.

図６乃至図７は実施例６の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を示す図である。なお、図７は図６の面発光レーザの活性層周辺の領域Ａの拡大図である。なお、この実施例６の面発光レーザの発振波長は７８０ｎｍである。   6 to 7 are diagrams showing a surface emitting laser (VCSEL) according to a sixth embodiment. FIG. 7 is an enlarged view of a region A around the active layer of the surface emitting laser of FIG. The oscillation wavelength of the surface emitting laser of Example 6 is 780 nm.

実施例６の面発光レーザは、面方位が（１１１）Ａ面方向に傾斜角１５°で傾斜したｎ−（１００）ＧａＡｓ基板上に、ｎ−ＡｌＡｓとｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓとを媒質内における発振波長の１／４倍の厚さで交互に例えば３０．５周期積層した周期構造からなる第１下部半導体ＤＢＲ（下部第１反射鏡）と、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓとｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓとを媒質内における発振波長の１／４倍の厚さで交互に例えば１０周期積層した周期構造からなる第２下部半導体ＤＢＲ（下部第２反射鏡）とが形成されている（図６では詳細は省略）。なお、第１下部半導体ＤＢＲ，第２下部半導体ＤＢＲの各層の間にはＡｌ組成を一方の値から他方の値に徐々に変化させた厚さ２０ｎｍの組成傾斜層を挿入しており、傾斜層を含めて媒質内における発振波長の１／４倍の厚さとしている。これによれば、ＤＢＲに電気を流す場合、両者のバンド不連続を滑らかにすることができ、高抵抗化を抑制できる。 In the surface emitting laser of Example 6, n-AlAs and n-Al 0.3 Ga 0.7 are formed on an n- (100) GaAs substrate whose plane orientation is inclined at an inclination angle of 15 ° in the (111) A plane direction. A first lower semiconductor DBR (lower first reflecting mirror) having a periodic structure in which As is alternately stacked with a thickness of 1/4 times the oscillation wavelength in the medium, for example, 30.5 periods, and n-Al 0.9 For example, a second lower semiconductor DBR having a periodic structure in which Ga 0.1 As and n-Al 0.3 Ga 0.7 As are alternately stacked at a thickness that is 1/4 times the oscillation wavelength in the medium, for example, 10 periods. A lower second reflecting mirror) (details are omitted in FIG. 6). A graded composition layer having a thickness of 20 nm, in which the Al composition is gradually changed from one value to the other, is inserted between the first lower semiconductor DBR and the second lower semiconductor DBR. The thickness is ¼ times the oscillation wavelength in the medium. According to this, when electricity is supplied to the DBR, the band discontinuity between the two can be smoothed, and the increase in resistance can be suppressed.

さらに、第２下部半導体ＤＢＲの上には、第２下部半導体ＤＢＲと格子整合する（Ａｌ０．７Ｇａ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ下部第１スペーサ（クラッド）層と、（Ａｌ０．７Ｇａ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ下部第１スペーサ（クラッド）層と格子整合するＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ下部第２スペーサ層と、圧縮歪組成であってバンドギャップ波長が７８０ｎｍとなる３層のＧａＩｎＰＡｓ井戸層と格子整合する２層のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ障壁層とからなる量子井戸活性層と、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ上部第２スペーサ層と、（Ａｌ０．７Ｇａ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ上部第１スペーサ（クラッド）層とが形成されている。更にその上には、ｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．３）とを交互に例えば２５周期積層した周期構造からなる上部半導体ＤＢＲ（上部反射鏡）が形成されている（図６では詳細は省略）。この上部反射鏡にも、下部反射鏡と同様に組成傾斜層を挿入している。そして最上部には、電極とコンタクトを取るｐ−ＧａＡｓコンタクト層が形成されている。下部反射鏡と上部反射鏡との間は発振波長の１波長分の厚さ（いわゆるラムダキャビティー）とした。 Furthermore, on the second lower semiconductor DBR, a (Al 0.7 Ga) 0.5 In 0.5 P lower first spacer (cladding) layer lattice-matched with the second lower semiconductor DBR, and (Al 0. 7 Ga) 0.5 In 0.5 P lower first spacer (cladding) layer Ga 0.5 In 0.5 P lower second spacer layer lattice-matched, compressive strain composition, band gap wavelength 780 nm A quantum well active layer composed of two Ga 0.5 In 0.5 P barrier layers lattice-matched with the three GaInPAs well layers to be, a Ga 0.5 In 0.5 P upper second spacer layer, , (Al 0.7 Ga) 0.5 In 0.5 P upper first spacer (cladding) layer is formed. Further thereon, a periodic structure in which, for example, 25 cycles of p-Al x Ga 1-x As (x = 0.9) and p-Al x Ga 1-x As (x = 0.3) are alternately stacked. An upper semiconductor DBR (upper reflecting mirror) is formed (details are omitted in FIG. 6). Similar to the lower reflecting mirror, a composition gradient layer is also inserted into the upper reflecting mirror. A p-GaAs contact layer that contacts the electrode is formed on the top. A thickness corresponding to one wavelength of the oscillation wavelength (so-called lambda cavity) was set between the lower reflecting mirror and the upper reflecting mirror.

この実施例６の面発光レーザは、以下のように作製される。すなわち、結晶成長はＭＯＣＶＤ法により行ない、原料には、ＴＭＧ（トリメチルガリウム），ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム），ＴＭＩ（トリメチルインジウム），ＰＨ３（フォスフィン）、ＡｓＨ３（アルシン）を用い、ｎ型のドーパントとしてＨ２Ｓｅを（セレン化水素）を用い、ｐ型のドーパントとしてＣＢｒ４を用いた。また、キャリアガスにはＨ２を用いた。ＭＯＣＶＤ法は、原料ガス供給量を制御することで、組成傾斜層のような構成を容易に形成できるので、ＤＢＲを含んだ面発光レーザの結晶成長方法として適している。また、ＭＢＥ法のような高真空を必要とせず、原料ガスの供給流量や供給時間を制御すれば良いので、量産性にも優れている。 The surface emitting laser of Example 6 is manufactured as follows. That is, crystal growth is performed by MOCVD, and TMG (trimethylgallium), TMA (trimethylaluminum), TMI (trimethylindium), PH 3 (phosphine), AsH 3 (arsine) are used as raw materials, and an n-type dopant is used. H 2 Se (hydrogen selenide) was used as C p4 and CBr 4 was used as a p-type dopant. Further, the carrier gas was used H 2. The MOCVD method is suitable as a crystal growth method for a surface emitting laser including DBR, because a configuration like a composition gradient layer can be easily formed by controlling the supply amount of the source gas. Further, high vacuum is not required as in the MBE method, and the supply flow rate and supply time of the source gas may be controlled, so that the mass productivity is excellent.

この実施例６では、ｐ側ＤＢＲ（上部反射鏡）中で活性層に近い低屈折率層の一部をＡｌＡｓ層とした。そして、所定の大きさのメサを少なくともｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層の側面を露出させて形成し、側面の現れたＡｌＡｓを水蒸気で側面から酸化してＡｌｘＯｙ電流狭さく部を形成した。そして次に、ポリイミドでエッチング部を埋め込んで平坦化し、ｐコンタクト層と光出射部のある上部反射鏡上のポリイミドを除去し、ｐコンタクト層上の光出射部以外にｐ側電極を形成し、基板の裏面にｎ側電極を形成した。 In Example 6, a part of the low refractive index layer close to the active layer in the p-side DBR (upper reflector) was an AlAs layer. Then, a mesa having a predetermined size was formed by exposing at least the side surface of the p-AlAs selective oxidation layer, and the AlAs that appeared on the side surface was oxidized from the side surface with water vapor to form an Al x O y current narrowing portion. Next, the etched portion is filled with polyimide and planarized, the polyimide on the upper reflector having the p contact layer and the light emitting portion is removed, and a p-side electrode is formed in addition to the light emitting portion on the p contact layer, An n-side electrode was formed on the back surface of the substrate.

この実施例６では、ＡｌとＡｓを主成分とした被選択酸化層の選択酸化により電流狭さくを行ったので、しきい値電流は低かった。被選択酸化層を選択酸化したＡｌ酸化膜からなる電流狭さく層を用いた電流狭さく構造では、電流狭さく層を活性層に近づけて形成することで電流の広がりを抑えられ、大気に触れない微小領域に効率良くキャリアを閉じ込めることができる。さらに酸化してＡｌ酸化膜となることで屈折率が小さくなり、凸レンズの効果でキャリアの閉じ込められた微小領域に効率良く光を閉じ込めることができ、極めて効率が良くなり、しきい値電流は低減される。また、容易に電流狭さく構造を形成できることから、製造コストを低減できる。   In Example 6, since the current was narrowed by selective oxidation of the selective oxidation layer containing Al and As as main components, the threshold current was low. In a current narrowing structure using a current narrowing layer made of an Al oxide film that selectively oxidizes the selective oxidation layer, the current spreading can be suppressed by forming the current narrowing layer close to the active layer, and a minute region that does not touch the atmosphere It is possible to confine carriers efficiently. Furthermore, the refractive index is reduced by oxidizing it into an Al oxide film, and light can be efficiently confined in a minute region where carriers are confined by the effect of the convex lens, resulting in extremely high efficiency and a reduced threshold current. Is done. In addition, since the current narrowing structure can be easily formed, the manufacturing cost can be reduced.

実施例６の面発光レーザでは、スペーサ層の一部にＡｌＧａＩｎＰ材料を用い、障壁層や量子井戸活性層にはＧａＩｎＰＡｓを用いており、そして、面方位が（１１１）Ａ面方向に１５°傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板上に形成したので、自然超格子の形成によるバンドギャップの低下やヒロック（丘状欠陥）発生による表面性の悪化や非発光再結合センターの影響を低減できた。   In the surface emitting laser of Example 6, AlGaInP material is used for a part of the spacer layer, GaInPAs is used for the barrier layer and the quantum well active layer, and the plane orientation is inclined by 15 ° in the (111) A plane direction. Since it was formed on a (100) GaAs substrate, it was possible to reduce the band gap due to the formation of a natural superlattice, the deterioration of surface properties due to the generation of hillocks (hill-like defects), and the influence of non-radiative recombination centers.

また、スペーサ層（クラッド層）としてワイドバンドギャップである（Ａｌ０．７Ｇａ）０．５Ｉｎ０．５Ｐを用いている。スペーサ層と量子井戸活性層とのバンドギャップ差は、スペーサ層をＡｌＧａＡｓで形成した場合の４６６ｍｅＶ（Ａｌ組成０．６の場合）に比べて、７４３ｍｅＶであり、極めて大きい。障壁層と量子井戸活性層とのバンドギャップ差も同様に優位差があり、良好なキャリア閉じ込めとなる。また、量子井戸活性層が圧縮歪を有しているので、ヘビーホールとライトホールのバンド分離により、利得の増加が大きくなった。これらにより、高利得となるので、実施例６の面発光レーザは、低しきい値で高出力であった。 Also, using a wide band gap (Al 0.7 Ga) 0.5 In 0.5 P as a spacer layer (cladding layer). The band gap difference between the spacer layer and the quantum well active layer is 743 meV, which is very large, compared to 466 meV (when the Al composition is 0.6) when the spacer layer is formed of AlGaAs. Similarly, the band gap difference between the barrier layer and the quantum well active layer also has a dominant difference, resulting in good carrier confinement. In addition, since the quantum well active layer has a compressive strain, the gain increase greatly due to the band separation of the heavy hole and the light hole. As a result, the gain becomes high, so that the surface emitting laser of Example 6 has a low threshold and a high output.

また、量子井戸活性層と障壁層は、Ａｌを含んでいない材料から構成されている。すなわち、Ａｌフリー活性領域（量子井戸活性層、及びそれに隣接する層）としているので、酸素の取り込まれが低減されて非発光再結合センターの形成を抑えることができ、長寿命であった。   The quantum well active layer and the barrier layer are made of a material that does not contain Al. That is, since the Al-free active region (quantum well active layer and adjacent layer) is used, the oxygen uptake is reduced and the formation of a non-radiative recombination center can be suppressed, and the lifetime is long.

また、偏光方向の制御については、基板の傾斜による光学利得異方性を利用している。現在、最有力視されている（３１１）Ｂ基板（傾斜角が２５°）を用いた場合に比べて、小さい傾斜角（１５°）であるので、光学利得異方性は小さくなる。実施例６では、この低下分を、量子井戸活性層に圧縮歪を与えることによる光学利得異方性の増大により補償しており、十分偏光方向制御ができた。   For the control of the polarization direction, the optical gain anisotropy due to the tilt of the substrate is used. The optical gain anisotropy is small because the inclination angle is small (15 °) as compared with the case where the (311) B substrate (inclination angle is 25 °), which is currently regarded as the most prominent, is used. In Example 6, this decrease was compensated for by increasing the optical gain anisotropy by applying compressive strain to the quantum well active layer, and the polarization direction could be controlled sufficiently.

このように、実施例６によれば、活性層の利得が大きいとともに放熱が改善されたことにより低しきい値，高出力であることと、信頼性に優れていることと、偏光方向が制御されていることとを同時に満たした波長７８０ｎｍの面発光レーザを実現することができた。   As described above, according to Example 6, the active layer gain is large and the heat dissipation is improved, so that the low threshold value and the high output are achieved, the reliability is excellent, and the polarization direction is controlled. It was possible to realize a surface emitting laser with a wavelength of 780 nm that satisfies the above requirements.

なお本発明の効果は、短波長化とともに小さくなっていくが、６８０ｎｍよりも長波長であれば得ることができる。例えばＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系活性層による７８０ｎｍ面発光レーザの場合と比較する。ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）系スペーサ層の定型的な組成範囲で最もバンドギャップが大きいＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．６、Ｅｇ＝２．０２２６ｅＶ）と組成波長７８０ｎｍ（Ｅｇ＝１．５５６７ｅＶ）の活性層とのバンドギャップ差は、（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）スペーサ層の定型的な組成範囲で最もバンドギャップが大きい（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（ａ＝０．７、ｂ＝０．５、Ｅｇ＝２．２８９ｅＶ）と組成波長６８０ｎｍ（Ｅｇ＝１．８２３３ｅＶ）の活性層とのバンドギャップ差（４６０ｍｅＶ）とほぼ等しい。 The effect of the present invention is reduced as the wavelength is shortened, but can be obtained if the wavelength is longer than 680 nm. For example, a comparison is made with the case of a 780 nm surface emitting laser using an AlGaAs / AlGaAs active layer. Al x Ga 1-x As ( 0 <x ≦ 1) based most bandgap routine composition range of the spacer layer is larger Al x Ga 1-x As ( x = 0.6, Eg = 2.0226eV) and The band gap difference from the active layer having a composition wavelength of 780 nm (Eg = 1.5567 eV) is (Al a Ga 1-a ) b In 1-b P (0 <a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1) of the spacer layer. (Al a Ga 1-a ) b In 1-b P (a = 0.7, b = 0.5, Eg = 2.289 eV) and composition wavelength 680 nm (Eg) = 1.8233 eV) and the band gap difference (460 meV) from the active layer.

また障壁層と量子井戸活性層とのバンドギャップ差については、例えば障壁層をＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（ｅ＝０．６、ｆ＝１、Ｅｇ＝２．０２ｅＶ）とすれば、組成波長６８０ｎｍの活性層とのバンドギャップ差がおよそ２００ｍｅＶとなり、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系活性層による７８０ｎｍ面発光レーザの場合とほぼ同等となる。 As for the band gap difference between the barrier layer and the quantum well active layer, for example, the barrier layer is Ga e In 1-e P f As 1-f (e = 0.6, f = 1, Eg = 2.02 eV). In this case, the band gap difference from the active layer having the composition wavelength of 680 nm is about 200 meV, which is almost the same as the case of the 780 nm surface emitting laser using the AlGaAs / AlGaAs active layer.

つまりＡｌＧａＩｎＰ系スペーサ層を用いることで、組成波長が６８０ｎｍよりも長波長であれば、Ａｌフリー活性層（量子井戸活性層と障壁層）を用いても、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系活性層による７８０ｎｍ面発光レーザの場合と同等以上のキャリア閉じ込めが可能となる、更に歪量子井戸活性層の効果も加わることから、同等以上の特性を得ることが可能となる。   That is, by using an AlGaInP-based spacer layer, if the composition wavelength is longer than 680 nm, even if an Al-free active layer (quantum well active layer and barrier layer) is used, the AlGaAs / AlGaAs-based active layer emits light at 780 nm. Carrier confinement equivalent to or better than in the case of a laser is possible, and further, the effect of the strained quantum well active layer is added, so that characteristics equivalent to or better can be obtained.

図８は実施例７の面発光レーザの上面図である。実施例７の面発光レーザが実施例６の面発光レーザと違うところは、面発光レーザの光出射方向から見たメサ形状を、（１１１）Ａ面方向に長い長楕円形状となるように異方性を設けて形成したことである。これにより、Ａｌ酸化膜により形成された電流注入領域の形状も（１１１）Ａ面方向に長い形状となった。なお、この形状は、長楕円形状に限らず、長方形などの他の形状でも良い。   FIG. 8 is a top view of the surface emitting laser according to the seventh embodiment. The surface emitting laser of Example 7 is different from the surface emitting laser of Example 6 in that the mesa shape seen from the light emitting direction of the surface emitting laser is different from the surface emitting laser so as to be a long oval shape in the (111) A plane direction. It is formed by providing directionality. As a result, the shape of the current injection region formed by the Al oxide film also became long in the (111) A plane direction. Note that this shape is not limited to an elliptical shape, and may be other shapes such as a rectangle.

偏光方向の制御は、基板の傾斜による光学利得異方性を利用している。現在、最有力視されている（３１１）Ｂ基板（傾斜角が２５°）を用いた場合に比べて、小さい傾斜角（１５°）であるので、光学利得異方性は小さくなる。実施例７では、この低下分を、量子井戸活性層に圧縮歪を与えることによる光学利得異方性の増大、及び、面発光レーザの光出射方向から見た活性層の外周形状に異方性を持たせ、（１１１）Ａ面方向に長い形状とすることによる基板傾斜方向（（１１１）Ａ面方向）の光学的利得増大により補償しており、（３１１）Ｂ基板利用と比べて劣らない偏光方向制御ができた。   The control of the polarization direction uses optical gain anisotropy due to the tilt of the substrate. The optical gain anisotropy is small because the inclination angle is small (15 °) as compared with the case where the (311) B substrate (inclination angle is 25 °), which is currently regarded as the most promising. In Example 7, this decrease is increased in the optical gain anisotropy by applying compressive strain to the quantum well active layer, and is anisotropic in the outer peripheral shape of the active layer viewed from the light emitting direction of the surface emitting laser. Is compensated for by increasing the optical gain in the substrate tilt direction ((111) A plane direction) by making the shape long in the (111) A plane direction, which is not inferior to (311) B substrate utilization. The polarization direction could be controlled.

図９は実施例８の面発光レーザを示す図であり、実施例６の図７に対応したものとなっている。すなわち、図９は実施例８の面発光レーザの活性層周辺の領域の拡大図である。実施例８の面発光レーザが実施例６と違うところは、障壁層の材料として、引っ張り歪を有するＧａ０．６Ｉｎ０．４Ｐを用いたことである。また、実施例８では、引っ張り歪を有するＧａ０．６Ｉｎ０．４Ｐの障壁層を第１量子井戸活性層の下、及び第３量子井戸活性層の上にも設けている。他の構造は実施例６と同様である（すなわち、図６と同様である）。 FIG. 9 is a diagram showing a surface emitting laser according to Example 8, which corresponds to FIG. That is, FIG. 9 is an enlarged view of a region around the active layer of the surface emitting laser of Example 8. The surface emitting laser of Example 8 is different from Example 6 in that Ga 0.6 In 0.4 P having tensile strain is used as the material of the barrier layer. In Example 8, a Ga 0.6 In 0.4 P barrier layer having tensile strain is also provided below the first quantum well active layer and above the third quantum well active layer. Other structures are the same as in Example 6 (that is, the same as in FIG. 6).

ＧａＩｎＰＡｓ系材料において、同一格子定数ではＧａＩｎＰのバンドギャップが最も大きい。また格子定数が小さい組成の方が大きなバンドギャップを取れるので、量子井戸活性層とのバンド不連続を更に大きくでき、利得が大きくなって、更に、低しきい値動作，高出力動作が可能となる。例えば、この実施例８のＧａ０．６Ｉｎ０．４Ｐ引っ張り歪層のバンドギャップは、２．０２ｅＶであり、実施例６のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ格子整合層のバンドギャップは１．８７ｅＶであり、実施例６のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ格子整合層のバンドギャップよりも１５０ｍｅＶ大きい。 In GaInPAs-based materials, the band gap of GaInP is the largest at the same lattice constant. In addition, since the composition with a smaller lattice constant allows a larger band gap, the band discontinuity with the quantum well active layer can be further increased, the gain can be increased, and the low threshold operation and the high output operation can be performed. Become. For example, the band gap of the Ga 0.6 In 0.4 P tensile strained layer of Example 8 is 2.02 eV, and the band gap of the Ga 0.5 In 0.5 P lattice matching layer of Example 6 is 1.87 eV, which is 150 meV larger than the band gap of the Ga 0.5 In 0.5 P lattice matching layer of Example 6.

図１０は実施例９の面発光レーザアレイを示す図である。すなわち、図１０は実施例９の面発光レーザアレイチップの上面図である。   FIG. 10 is a view showing a surface emitting laser array of Example 9. FIG. 10 is a top view of the surface emitting laser array chip of Example 9.

図１０の例では、実施例８の面発光レーザが１０素子、１次元に並んでいる。ただし、実施例９では、面発光レーザのｐとｎを実施例８の面発光レーザとは逆にした。すなわち、実施例９では、面発光レーザは、ｐ型ＧａＡｓ半導体基板上に形成されており、上面にｎ側個別電極、裏面にｐ側共通電極が形成されている。また、図１０の例では、複数の面発光レーザを１次元に並べたが、複数の面発光レーザを２次元に集積させても良い。   In the example of FIG. 10, the surface emitting lasers of Example 8 are arranged in one element in a one-dimensional manner. However, in Example 9, p and n of the surface emitting laser were reversed from those of the surface emitting laser of Example 8. That is, in Example 9, the surface emitting laser is formed on the p-type GaAs semiconductor substrate, and the n-side individual electrode is formed on the upper surface and the p-side common electrode is formed on the back surface. In the example of FIG. 10, a plurality of surface emitting lasers are arranged one-dimensionally, but a plurality of surface emitting lasers may be integrated two-dimensionally.

図１１は実施例１０の光送信モジュールを示す図であり、図１１の光送信モジュールは、本発明の面発光レーザアレイチップと安価なアクリル系ＰＯＦ（プラスチック光ファイバー）とを組み合わせたものとなっている。実施例１０の光送信モジュールでは、面発光レーザからのレーザ光がＰＯＦに入力され、伝送される。アクリル系ＰＯＦは６５０ｎｍに吸収損失のボトムがあり、６５０ｎｍの面発光レーザが検討されているが、高温特性が悪く、実用にはなっていない。従来、この種の光送信モジュールにはＬＥＤが使われているが、この場合には高速変調が困難であり、１Ｇｂｐｓを越えた高速伝送実現のためには半導体レーザが必要である。   FIG. 11 is a diagram showing an optical transmission module of Example 10. The optical transmission module of FIG. 11 is a combination of the surface emitting laser array chip of the present invention and an inexpensive acrylic POF (plastic optical fiber). Yes. In the optical transmission module of the tenth embodiment, laser light from the surface emitting laser is input to the POF and transmitted. Acrylic POF has a bottom of absorption loss at 650 nm, and a surface-emitting laser of 650 nm has been studied. Conventionally, LEDs are used in this type of optical transmission module, but in this case, high-speed modulation is difficult, and a semiconductor laser is required to realize high-speed transmission exceeding 1 Gbps.

この実施例１０の光送信モジュールに用いられる面発光レーザの波長は７８０ｎｍであるが、放熱特性が良いと共に、活性層利得が大きいので、高出力であるとともに高温特性にも優れており、ファイバーの吸収損失は大きくなるが短距離であれば伝送可能である。   The surface emitting laser used in the optical transmission module of Example 10 has a wavelength of 780 nm. However, it has good heat dissipation characteristics and a large active layer gain, so it has high output and high temperature characteristics. Absorption loss increases, but transmission is possible over short distances.

光通信の分野では、同時により多くのデータを伝送するために、複数の半導体レーザが集積したレーザアレイを用いた並列伝送が試みられている。これにより、高速な並列伝送が可能となり、従来よりも多くのデータを同時に伝送できるようになった。   In the field of optical communications, parallel transmission using a laser array in which a plurality of semiconductor lasers are integrated has been attempted in order to transmit more data at the same time. As a result, high-speed parallel transmission is possible, and more data than before can be transmitted simultaneously.

この実施例１０では（すなわち、図１１の例では）、面発光レーザアレイの各面発光レーザ素子と光ファイバーとを１対１に対応させたが、発振波長の異なる複数の面発光レーザ素子を１次元または２次元にアレイ状に配置して、波長多重送信することにより伝送速度を更に増大させることも可能である。   In the tenth embodiment (that is, in the example of FIG. 11), each surface emitting laser element of the surface emitting laser array and the optical fiber are made to correspond one-to-one. It is also possible to further increase the transmission rate by arranging in a two-dimensional or two-dimensional array and performing wavelength multiplexing transmission.

さらに、本発明による安価な面発光レーザ素子と安価なＰＯＦとを組み合わせたので、低コストの光送信モジュールを実現できる他、これを用いた低コストの光通信システムを実現できる。すなわち、極めて低コストであることから、家庭用，オフィスの室内用，機器内用等の短距離のデータ通信に有効である。   Further, since the inexpensive surface emitting laser element according to the present invention and the inexpensive POF are combined, a low-cost optical transmission module can be realized, and a low-cost optical communication system using this can be realized. In other words, since it is extremely low cost, it is effective for short-distance data communication for home use, office room use, and device use.

図１２は、実施例１１の光送受信モジュールを示す図であり、図１２の光送受信モジュールは、実施例８の面発光レーザ素子と、受信用フォトダイオードと、アクリル系ＰＯＦとを組み合わせたものとなっている。   FIG. 12 is a diagram illustrating an optical transceiver module according to the eleventh embodiment. The optical transceiver module according to FIG. 12 is a combination of the surface emitting laser element according to the eighth embodiment, a receiving photodiode, and an acrylic POF. It has become.

本発明による面発光レーザ素子を光通信システムに用いる場合、本発明の面発光レーザ素子とＰＯＦは低コストであるので、図１２に示すように、送信用の面発光型半導体レーザ素子と受信用フォトダイオードとＰＯＦとを組み合わせた光送受信モジュールを用いた低コストの光通信システムを実現できる。また、ＰＯＦはファイバの径が大きくてファイバとのカップリングが容易で実装コストを低減できることから、極めて低コストのモジュールを実現できる。また、本発明の面発光レーザ素子の場合，温度特性が良いこと、及び、低しきい値であることにより、発熱が少なく、高温まで冷却なしで使えるより低コストのシステムを実現できる。   When the surface emitting laser element according to the present invention is used in an optical communication system, the surface emitting laser element and POF according to the present invention are low in cost, and therefore, as shown in FIG. A low-cost optical communication system using an optical transceiver module in which a photodiode and a POF are combined can be realized. In addition, since the POF has a large fiber diameter and can be easily coupled with the fiber to reduce the mounting cost, an extremely low-cost module can be realized. In the case of the surface emitting laser element according to the present invention, since the temperature characteristics are good and the threshold value is low, it is possible to realize a lower cost system that generates less heat and can be used without cooling to a high temperature.

本発明に係る面発光レーザ素子を用いた光通信システムとしては、光ファイバーを用いたＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのコンピュータ等の機器間伝送、さらには機器内のボード間、ボード内のＬＳＩ間、ＬＳＩ内の素子間等の光インターコネクションとして特に短距離通信に用いることができる。   As an optical communication system using the surface emitting laser element according to the present invention, transmission between devices such as a LAN (Local Area Network) using an optical fiber, further, between boards in the device, between LSIs in the board, It can be used especially for short-distance communication as an optical interconnection between elements in an LSI.

近年、ＬＳＩ等の処理性能は向上しているが、これらを接続する部分の伝送速度が今後ボトルネックとなる。システム内の信号接続を従来の電気接続から光インターコネクトに変えるとき、例えばコンピュータシステムのボード間，ボード内のＬＳＩ間，ＬＳＩ内の素子間等を本発明に係る光送信モジュールや光送受信モジュールを用いて接続すると、超高速コンピュータシステムが可能となる。   In recent years, the processing performance of LSIs and the like has improved, but the transmission speed of the part connecting them will become a bottleneck in the future. When the signal connection in the system is changed from the conventional electrical connection to the optical interconnect, for example, the optical transmission module or the optical transmission / reception module according to the present invention is used between the boards of the computer system, between the LSIs in the board, between the elements in the LSI, etc. Connection, an ultra-high-speed computer system becomes possible.

また、複数のコンピュータシステム等を本発明に係る光送信モジュールや光送受信モジュールを用いて接続した場合、超高速ネットワークシステムが構築できる。特に面発光レーザ素子は、端面発光型半導体レーザに比べて桁違いに低消費電力化でき２次元アレイ化が容易なので、並列伝送型の光通信システムに適している。   In addition, when a plurality of computer systems are connected using the optical transmission module or the optical transmission / reception module according to the present invention, an ultra-high speed network system can be constructed. In particular, a surface emitting laser element is suitable for a parallel transmission type optical communication system because it can reduce power consumption by orders of magnitude compared to an edge emitting semiconductor laser and can easily form a two-dimensional array.

図１３は実施例１２のレーザプリンターを示す図である。すなわち、図１３は、波長７８０ｎｍである実施例８の面発光レーザが４×４の二次元に配置された面発光レーザアレイチップ（１６ビームＶＣＳＥＬアレイ）と感光体ドラムとを組み合わせたレーザプリンターの光走査部分の概要図である。また、図１４は、図１３のレーザプリンターに用いられる面発光レーザアレイチップ（１６ビームＶＣＳＥＬアレイ）の概略構成を示す図（上面図）である。この面発光レーザアレイチップ（１６ビームＶＣＳＥＬアレイ）は、点灯のタイミングを調整することで、感光体上では図１４に示すように副走査方向に１０μｍ間隔で光源が並んでいる場合と同様な構成と捉えることができる。   FIG. 13 is a diagram illustrating a laser printer according to the twelfth embodiment. That is, FIG. 13 shows a laser printer that combines a surface-emitting laser array chip (16-beam VCSEL array) in which the surface-emitting laser of Example 8 having a wavelength of 780 nm is arranged in a 2 × 4 × 4 dimension and a photosensitive drum. It is a schematic diagram of the optical scanning part. FIG. 14 is a diagram (top view) showing a schematic configuration of a surface emitting laser array chip (16-beam VCSEL array) used in the laser printer of FIG. This surface-emitting laser array chip (16-beam VCSEL array) has the same configuration as the case where light sources are arranged at intervals of 10 μm in the sub-scanning direction on the photoreceptor as shown in FIG. 14 by adjusting the lighting timing. Can be considered.

この実施例１２では、面発光レーザアレイからの複数のビームを、同じ光学系を用い走査用ポリゴンミラーを高速回転させてドット位置を点灯のタイミングを調整して副走査方向に分離した複数の光スポットとして、被走査面である感光体上に集光して一度に複数のビームを走査している（すなわち、一度に複数のビームを走査している）。   In this twelfth embodiment, a plurality of light beams separated from a plurality of beams from the surface emitting laser array in the sub-scanning direction by adjusting the timing of lighting the dot positions by rotating the scanning polygon mirror at high speed using the same optical system. As a spot, light is condensed on a photoconductor as a surface to be scanned, and a plurality of beams are scanned at a time (that is, a plurality of beams are scanned at a time).

この実施例１２によると、副走査方向に約１０μｍ間隔で感光体上に書き込み可能であり、これは２４００ＤＰＩ（ドット／インチ）に相当する。また、主走査方向の書き込み間隔は、光源の点灯のタイミングで容易に制御できる。１６ドットを同時に書き込み可能であり、高速印刷できた。アレイ数を増加させることで更に高速印刷可能である。また、面発光レーザ素子の間隔を調整することで、副走査方向の間隔を調整でき、２４００ＤＰＩよりも高密度にすることができ、より高品質の印刷が可能となる。この実施例１２による面発光レーザは、従来の面発光レーザよりも高効率化されているとともに、放熱特性がよく、複数素子が同時に動作しても高出力を保つことができ、印刷速度を従来よりも早くすることができた。   According to the twelfth embodiment, writing can be performed on the photosensitive member at intervals of about 10 μm in the sub-scanning direction, which corresponds to 2400 DPI (dot / inch). Further, the writing interval in the main scanning direction can be easily controlled by the lighting timing of the light source. 16 dots could be written simultaneously, and high-speed printing was possible. Higher-speed printing is possible by increasing the number of arrays. Further, by adjusting the interval between the surface emitting laser elements, the interval in the sub-scanning direction can be adjusted, and the density can be made higher than 2400 DPI, thereby enabling higher quality printing. The surface emitting laser according to Example 12 is more efficient than the conventional surface emitting laser, has good heat dissipation characteristics, can maintain a high output even when a plurality of elements are operated simultaneously, and has a conventional printing speed. Was able to be faster.

なお、実施例１２ではレーザプリンターへの応用例を示したが、その他の画像形成装置にも本発明を適用できる。また、ＣＤ等の記録用，再生用光源としても用いることができる（すなわち、光ピックアップシステムにも本発明を適用できる）。さらに、光電融合集積回路などにも利用できる。
Although the application example to the laser printer is shown in the twelfth embodiment, the present invention can be applied to other image forming apparatuses. Further, it can also be used as a light source for recording and reproducing such as a CD (that is, the present invention can be applied to an optical pickup system). Furthermore, it can also be used for photoelectric integrated circuits.

一般的な面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a general surface emitting laser (VCSEL). 第１の形態の面発光レーザの基本構成例を示す図である。It is a figure which shows the basic structural example of the surface emitting laser of a 1st form. 実施例１の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of a surface emitting laser (VCSEL) of Example 1. FIG. 実施例１におけるＩｎ（４５１ｎｍ）／Ａｌ（３９６ｎｍ）発光強度比の時間変化を示す図である。FIG. 3 is a graph showing a change with time of the In (451 nm) / Al (396 nm) emission intensity ratio in Example 1. 実施例５の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the surface emitting laser (VCSEL) of Example 5. FIG. 実施例６の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を示す図である。It is a figure which shows the surface emitting laser (VCSEL) of Example 6. FIG. 実施例６の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を示す図である。It is a figure which shows the surface emitting laser (VCSEL) of Example 6. FIG. 実施例７の面発光レーザの上面図である。10 is a top view of a surface emitting laser according to Example 7. FIG. 実施例８の面発光レーザを示す図である。10 is a diagram showing a surface emitting laser according to Example 8. FIG. 実施例９の面発光レーザアレイを示す図である。10 is a diagram showing a surface emitting laser array of Example 9. FIG. 実施例１０の光送信モジュールを示す図である。FIG. 10 illustrates an optical transmission module according to a tenth embodiment. 実施例１１の光送受信モジュールを示す図である。It is a figure which shows the optical transmission / reception module of Example 11. FIG. 実施例１２のレーザプリンターを示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a laser printer of Example 12. 図１３のレーザプリンターに用いられる面発光レーザアレイチップ（１６ビームＶＣＳＥＬアレイ）の概略構成を示す図（上面図）である。It is a figure (top view) which shows schematic structure of the surface emitting laser array chip | tip (16 beam VCSEL array) used for the laser printer of FIG.

Claims (17)

半導体基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とが積層膜として形成され、該積層膜がエッチングによってメサ形状に加工される面発光レーザであって、
上部反射鏡および下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であって、半導体分布ブラッグ反射鏡の少なくとも一部は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなる屈折率が小なる層と、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなる屈折率が大なる層とから構成され、
下部反射鏡は、低屈折率層がＡｌＡｓからなる第１下部反射鏡と、第１下部反射鏡の上に形成され、低屈折率層がＡｌＧａＡｓからなる第２下部反射鏡とから構成され、
共振器領域を構成するいずれかの層は、Ｉｎを含んでいることを特徴とする面発光レーザ。 A resonator region including an active layer composed of at least one quantum well active layer for generating laser light and a barrier layer on a semiconductor substrate, and a spacer layer provided around the active layer and made of at least one material. And a surface emitting laser in which an upper reflecting mirror and a lower reflecting mirror provided at the upper and lower portions of the resonator region are formed as a laminated film, and the laminated film is processed into a mesa shape by etching,
The upper reflecting mirror and the lower reflecting mirror are semiconductor distributed Bragg reflectors that periodically change the refractive index and reflect incident light by light wave interference, and at least a part of the semiconductor distributed Bragg reflector includes Al x Ga 1− x As (0 <x ≦ 1) is composed of a layer having a small refractive index, and Al y Ga 1-y As (0 ≦ y <x ≦ 1) is a layer having a large refractive index.
The lower reflecting mirror includes a first lower reflecting mirror whose low refractive index layer is made of AlAs, and a second lower reflecting mirror formed on the first lower reflecting mirror and whose low refractive index layer is made of AlGaAs.
Any of the layers constituting the resonator region contains In, and the surface emitting laser is characterized in that it contains In. 請求項１記載の面発光レーザにおいて、少なくとも下部スペーサ層と上部スペーサ層は、Ｉｎを含んでいることを特徴とする面発光レーザ。 2. The surface emitting laser according to claim 1, wherein at least the lower spacer layer and the upper spacer layer contain In. 請求項１または請求項２記載の面発光レーザにおいて、第２下部反射鏡は、１０ペア以下であることを特徴とする面発光レーザ。 3. The surface emitting laser according to claim 1, wherein the number of the second lower reflecting mirror is 10 pairs or less. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、スペーサ層の一部は（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）からなり、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）からなり、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）からなることを特徴とする面発光レーザ。 4. The surface emitting laser according to claim 1, wherein a part of the spacer layer is (Al a Ga 1-a ) b In 1-b P (0 <a ≦ 1, 0 ≦ b). ≦ 1), the quantum well active layer is made of Ga c In 1-c P d As 1-d (0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1), and the barrier layer is made of Ga e In 1-e P f A surface-emitting laser comprising As 1-f (0 ≦ e ≦ 1, 0 ≦ f ≦ 1). 請求項４記載の面発光レーザにおいて、量子井戸活性層は圧縮歪を有していることを特徴とする面発光レーザ。 5. The surface emitting laser according to claim 4, wherein the quantum well active layer has a compressive strain. 請求項４記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板は、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板であることを特徴とする面発光レーザ。 5. The surface emitting laser according to claim 4, wherein the semiconductor substrate is a (100) GaAs substrate whose plane orientation is inclined at an angle in the range of 5 ° to 20 ° with respect to the (111) A plane direction. Surface emitting laser. 請求項５記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板は、面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板であることを特徴とする面発光レーザ。 6. The surface emitting laser according to claim 5, wherein the semiconductor substrate is a (100) GaAs substrate whose plane orientation is inclined at an angle in the range of 5 ° to 20 ° with respect to the (111) A plane direction. Surface emitting laser. 面方位が（１１１）Ａ面方向に５°乃至２０°の範囲内の角度に傾斜した（１００）ＧａＡｓ基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とが積層膜として形成され、該積層膜がエッチングによってメサ形状に加工される面発光レーザであって、
上部反射鏡および下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡であって、半導体分布ブラッグ反射鏡の少なくとも一部は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなる屈折率が小なる層と、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなる屈折率が大なる層とから構成され、
スペーサ層の一部は（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０＜ａ≦１、０≦ｂ≦１）からなり、量子井戸活性層はＧａｃＩｎ１−ｃＰｄＡｓ１−ｄ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）からなり、障壁層はＧａｅＩｎ１−ｅＰｆＡｓ１−ｆ（０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）からなり、量子井戸活性層は圧縮歪を有しており、光出射方向から見た活性層の外周形状は異方性を持っており（１１１）Ａ面方向に長い形状であることを特徴とする面発光レーザ。 It comprises at least one quantum well active layer for generating laser light and a barrier layer on a (100) GaAs substrate whose plane orientation is inclined at an angle in the range of 5 ° to 20 ° in the (111) A plane direction. A resonator region including an active layer and a spacer layer made of at least one material provided around the active layer, and an upper reflecting mirror and a lower reflecting mirror provided above and below the resonator region are stacked. A surface emitting laser formed as a film, and the laminated film is processed into a mesa shape by etching,
The upper reflecting mirror and the lower reflecting mirror are semiconductor distributed Bragg reflectors that periodically change the refractive index and reflect incident light by light wave interference, and at least a part of the semiconductor distributed Bragg reflector includes Al x Ga 1− x As (0 <x ≦ 1) is composed of a layer having a small refractive index, and Al y Ga 1-y As (0 ≦ y <x ≦ 1) is a layer having a large refractive index.
A part of the spacer layer is made of (Al a Ga 1-a ) b In 1-b P (0 <a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1), and the quantum well active layer is made of Ga c In 1-c P d As 1-d (0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1), the barrier layer is made of Ga e In 1-e P f As 1-f (0 ≦ e ≦ 1, 0 ≦ f ≦ 1), The quantum well active layer has a compressive strain, and the outer peripheral shape of the active layer viewed from the light emitting direction has anisotropy and is a long shape in the (111) A plane direction. laser. 請求項５または請求項８記載の面発光レーザにおいて、障壁層は引っ張り歪を有していることを特徴とする面発光レーザ。 9. The surface emitting laser according to claim 5, wherein the barrier layer has a tensile strain. 請求項４乃至請求項９のいずれか一項に記載の面発光レーザにおいて、該面発光レーザは、発振波長がおよそ６８０ｎｍよりも長波長であることを特徴とする面発光レーザ。 The surface emitting laser according to any one of claims 4 to 9, wherein the surface emitting laser has an oscillation wavelength longer than about 680 nm. 半導体基板上に、レーザ光を発生する少なくとも１層の量子井戸活性層と障壁層とからなる活性層と該活性層の周囲に設けられ少なくとも１種類の材料からなるスペーサ層とを含む共振器領域と、該共振器領域の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを積層膜として形成し、この際、前記共振器領域を構成するいずれかの層にＩｎを含ませておき、該積層膜をドライエッチングしてメサ形状に加工するときに、Ｉｎの発光をモニタすることによりメサ高さを制御することを特徴とする面発光レーザの製造方法。 A resonator region including an active layer composed of at least one quantum well active layer for generating laser light and a barrier layer on a semiconductor substrate, and a spacer layer provided around the active layer and made of at least one material. And an upper reflecting mirror and a lower reflecting mirror provided above and below the resonator region are formed as a laminated film, and at this time, any layer constituting the resonator region includes In. A method of manufacturing a surface emitting laser, wherein the mesa height is controlled by monitoring the light emission of In when the laminated film is processed by dry etching into a mesa shape. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザが同一基板上に複数個構成されていることを特徴とする面発光レーザアレイ。 A surface-emitting laser array, wherein a plurality of surface-emitting lasers according to claim 1 are formed on the same substrate. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、書き込み光源として用いられていることを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus, wherein the surface emitting laser according to any one of claims 1 to 10 or the surface emitting laser array according to claim 12 is used as a writing light source. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光ピックアップシステム。 An optical pickup system, wherein the surface emitting laser according to any one of claims 1 to 10 or the surface emitting laser array according to claim 12 is used as a light source. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光送信モジュール。 An optical transmission module, wherein the surface-emitting laser according to any one of claims 1 to 10 or the surface-emitting laser array according to claim 12 is used as a light source. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光送受信モジュール。 An optical transceiver module, wherein the surface-emitting laser according to any one of claims 1 to 10 or the surface-emitting laser array according to claim 12 is used as a light source. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ、または、請求項１２記載の面発光レーザアレイが、光源として用いられていることを特徴とする光通信システム。 An optical communication system, wherein the surface emitting laser according to any one of claims 1 to 10 or the surface emitting laser array according to claim 12 is used as a light source.
JP2005088188A 2004-04-30 2005-03-25 Manufacturing method of surface emitting laser Expired - Fee Related JP5057354B2 (en)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005088188A JP5057354B2 (en) 2004-04-30 2005-03-25 Manufacturing method of surface emitting laser
US10/567,809 US7684458B2 (en) 2004-06-11 2005-06-08 Surface-emission laser diode and fabrication process thereof
EP05748559A EP1780849B1 (en) 2004-06-11 2005-06-08 Surface emitting laser diode and its manufacturing method
PCT/JP2005/010520 WO2005122350A1 (en) 2004-06-11 2005-06-08 Surface emitting laser diode and its manufacturing method
US12/691,476 US8199788B2 (en) 2004-06-11 2010-01-21 Surface-emission laser diode and fabrication process thereof
US13/459,333 US8401049B2 (en) 2004-06-11 2012-04-30 Surface-emission laser diode and fabrication process thereof
US13/764,167 US8743924B2 (en) 2004-06-11 2013-02-11 Surface-emission laser diode and fabrication process thereof

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004135080 2004-04-30
JP2004135080 2004-04-30
JP2005088188A JP5057354B2 (en) 2004-04-30 2005-03-25 Manufacturing method of surface emitting laser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005340779A true JP2005340779A (en) 2005-12-08
JP5057354B2 JP5057354B2 (en) 2012-10-24

Family

ID=35493937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005088188A Expired - Fee Related JP5057354B2 (en) 2004-04-30 2005-03-25 Manufacturing method of surface emitting laser

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5057354B2 (en)

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007221020A (en) * 2006-02-20 2007-08-30 Ricoh Co Ltd Surface-emitting laser element, surface-emitting laser array having it, image forming device having either the element or the array, light pickup apparatus having either the element or the array, light transmitting module having either the element or the array, light transmitting/receiving module having either the element or the array and light communication system having both the element and the array
JP2007299895A (en) * 2006-04-28 2007-11-15 Ricoh Co Ltd Surface emitted laser element, surface emitted laser array having the same, electronic photographing system having surface emitted laser element or surface emitted laser array, optical interconnection system having surface emitted laser element or surface emitted laser array, and optical communication system having surface emitted laser element or surface emitted laser array
JP2008053353A (en) * 2006-08-23 2008-03-06 Ricoh Co Ltd Surface emitting laser array, surface emitting laser element used therefor, and method for manufacturing the array
JP2008085301A (en) * 2006-08-30 2008-04-10 Ricoh Co Ltd Surface-emission laser, surface-emission laser array, optical scanning apparatus, and image forming apparatus
JP2010016352A (en) * 2008-06-03 2010-01-21 Ricoh Co Ltd Surface-emitting semiconductor laser, surface-emitting laser array element, optical scanning apparatus, and image forming apparatus
JP2010034506A (en) * 2008-06-24 2010-02-12 Ricoh Co Ltd Surface emission type semiconductor laser, surface emission type laser array element, optical scanning device, and image forming device
US7693204B2 (en) 2006-02-03 2010-04-06 Ricoh Company, Ltd. Surface-emitting laser device and surface-emitting laser array including same
EP2120303A3 (en) * 2008-05-13 2010-09-29 Ricoh Company, Ltd. Surface-emitting laser, surface-emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus
JP2010232502A (en) * 2009-03-27 2010-10-14 Furukawa Electric Co Ltd:The Method of manufacturing one-dimensional array element, and one-dimensional array element
US8035676B2 (en) 2008-05-15 2011-10-11 Ricoh Company, Ltd. Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus
JP2011216881A (en) * 2010-03-18 2011-10-27 Ricoh Co Ltd Surface-emitting laser, surface-emitting laser array, optical scanner, and image forming apparatus
JP2011249557A (en) * 2010-05-27 2011-12-08 Canon Inc Vertical cavity surface emitting laser, image forming apparatus using the same
US8089498B2 (en) 2006-04-28 2012-01-03 Ricoh Company, Ltd. Surface-emission laser array, optical scanning apparatus apparatus and image forming apparatus
JP2012190869A (en) * 2011-03-09 2012-10-04 Ricoh Co Ltd Plane emission laser element, plane emission laser array, optical scanner, and image forming apparatus
JP2013030790A (en) * 2006-02-03 2013-02-07 Ricoh Co Ltd Surface light emitting laser element, surface light emitting laser array having the element, image forming apparatus having the array, optical pick-up device having the element or array, optical transmission module having the element or array, optical transmission/reception module having the element or array, and optical communication system having the element or array
US8594146B2 (en) 2008-02-12 2013-11-26 Ricoh Company, Ltd. Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus
US8624950B2 (en) 2009-09-18 2014-01-07 Ricoh Company, Ltd. Surface-emitting laser comprising emission region having peripheral portion with anisotropy in two perpendicular directions, and surface-emitting laser array, optical scanning apparatus and image forming apparatus including the same
US8675271B2 (en) 2010-01-08 2014-03-18 Ricoh Company, Ltd. Surface-emitting laser element, surface-emitting laser array, optical scanner device, and image forming apparatus
US8891571B2 (en) 2008-05-02 2014-11-18 Ricoh Company, Ltd. Vertical cavity surface emitting laser device, vertical cavity surface emitting laser array, optical scanning apparatus, image forming apparatus, optical transmission module and optical transmission system
JP2015144299A (en) * 2006-08-23 2015-08-06 株式会社リコー Surface light emitting laser array, and optical scanner and image forming apparatus including the same
JP2016174137A (en) * 2015-03-16 2016-09-29 株式会社リコー Surface-emitting laser, surface-emitting laser array, laser apparatus, ignition device and internal combustion engine
CN111682403A (en) * 2020-06-22 2020-09-18 苏州长光华芯光电技术有限公司 Limiting layer structure and manufacturing method thereof, semiconductor laser and manufacturing method thereof

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11312847A (en) * 1998-02-25 1999-11-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Vertical resonator type semiconductor laser and manufacture of the same element
JP2000294877A (en) * 1999-04-08 2000-10-20 Nec Corp High output semiconductor laser and manufacture of the same
JP2000312054A (en) * 1998-04-28 2000-11-07 Sharp Corp Semiconductor element and manufacture thereof
JP2001060739A (en) * 1999-08-19 2001-03-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Surface emission laser
JP2002164621A (en) * 2000-11-28 2002-06-07 Furukawa Electric Co Ltd:The Plane emission semiconductor laser element
JP2003078208A (en) * 2001-08-31 2003-03-14 Toshiba Corp Semiconductor laser device and its manufacturing method
JP2004260113A (en) * 2003-02-27 2004-09-16 Sumitomo Electric Ind Ltd Etching method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11312847A (en) * 1998-02-25 1999-11-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Vertical resonator type semiconductor laser and manufacture of the same element
JP2000312054A (en) * 1998-04-28 2000-11-07 Sharp Corp Semiconductor element and manufacture thereof
JP2000294877A (en) * 1999-04-08 2000-10-20 Nec Corp High output semiconductor laser and manufacture of the same
JP2001060739A (en) * 1999-08-19 2001-03-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Surface emission laser
JP2002164621A (en) * 2000-11-28 2002-06-07 Furukawa Electric Co Ltd:The Plane emission semiconductor laser element
JP2003078208A (en) * 2001-08-31 2003-03-14 Toshiba Corp Semiconductor laser device and its manufacturing method
JP2004260113A (en) * 2003-02-27 2004-09-16 Sumitomo Electric Ind Ltd Etching method

Cited By (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7693204B2 (en) 2006-02-03 2010-04-06 Ricoh Company, Ltd. Surface-emitting laser device and surface-emitting laser array including same
JP2013030790A (en) * 2006-02-03 2013-02-07 Ricoh Co Ltd Surface light emitting laser element, surface light emitting laser array having the element, image forming apparatus having the array, optical pick-up device having the element or array, optical transmission module having the element or array, optical transmission/reception module having the element or array, and optical communication system having the element or array
US8699540B2 (en) 2006-02-03 2014-04-15 Ricoh Company, Ltd. Surface-emitting laser device and surface-emitting laser array including same
US8325777B2 (en) 2006-02-03 2012-12-04 Ricoh Company, Ltd. Surface-emitting laser device and surface-emitting laser array including same
JP2007221020A (en) * 2006-02-20 2007-08-30 Ricoh Co Ltd Surface-emitting laser element, surface-emitting laser array having it, image forming device having either the element or the array, light pickup apparatus having either the element or the array, light transmitting module having either the element or the array, light transmitting/receiving module having either the element or the array and light communication system having both the element and the array
US8830287B2 (en) 2006-04-28 2014-09-09 Ricoh Company, Ltd. Surface-emission laser array, optical scanning apparatus and image forming apparatus
US8089498B2 (en) 2006-04-28 2012-01-03 Ricoh Company, Ltd. Surface-emission laser array, optical scanning apparatus apparatus and image forming apparatus
US8508567B2 (en) 2006-04-28 2013-08-13 Ricoh Company, Ltd. Surface-emission laser array, optical scanning apparatus and image forming apparatus
JP2007299895A (en) * 2006-04-28 2007-11-15 Ricoh Co Ltd Surface emitted laser element, surface emitted laser array having the same, electronic photographing system having surface emitted laser element or surface emitted laser array, optical interconnection system having surface emitted laser element or surface emitted laser array, and optical communication system having surface emitted laser element or surface emitted laser array
JP2015144299A (en) * 2006-08-23 2015-08-06 株式会社リコー Surface light emitting laser array, and optical scanner and image forming apparatus including the same
JP2008053353A (en) * 2006-08-23 2008-03-06 Ricoh Co Ltd Surface emitting laser array, surface emitting laser element used therefor, and method for manufacturing the array
JP2008085301A (en) * 2006-08-30 2008-04-10 Ricoh Co Ltd Surface-emission laser, surface-emission laser array, optical scanning apparatus, and image forming apparatus
US8594146B2 (en) 2008-02-12 2013-11-26 Ricoh Company, Ltd. Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus
US9570887B2 (en) 2008-05-02 2017-02-14 Ricoh Company, Ltd. Vertical cavity surface emitting laser device, vertical cavity surface emitting laser array, optical scanning apparatus, image forming apparatus, optical transmission module and optical transmission system
US8891571B2 (en) 2008-05-02 2014-11-18 Ricoh Company, Ltd. Vertical cavity surface emitting laser device, vertical cavity surface emitting laser array, optical scanning apparatus, image forming apparatus, optical transmission module and optical transmission system
EP2120303A3 (en) * 2008-05-13 2010-09-29 Ricoh Company, Ltd. Surface-emitting laser, surface-emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus
US8111725B2 (en) 2008-05-13 2012-02-07 Ricoh Company, Ltd. Surface-emitting laser, surface-emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus
US8035676B2 (en) 2008-05-15 2011-10-11 Ricoh Company, Ltd. Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus
JP2010016352A (en) * 2008-06-03 2010-01-21 Ricoh Co Ltd Surface-emitting semiconductor laser, surface-emitting laser array element, optical scanning apparatus, and image forming apparatus
JP2010034506A (en) * 2008-06-24 2010-02-12 Ricoh Co Ltd Surface emission type semiconductor laser, surface emission type laser array element, optical scanning device, and image forming device
JP2010232502A (en) * 2009-03-27 2010-10-14 Furukawa Electric Co Ltd:The Method of manufacturing one-dimensional array element, and one-dimensional array element
US8624950B2 (en) 2009-09-18 2014-01-07 Ricoh Company, Ltd. Surface-emitting laser comprising emission region having peripheral portion with anisotropy in two perpendicular directions, and surface-emitting laser array, optical scanning apparatus and image forming apparatus including the same
US8675271B2 (en) 2010-01-08 2014-03-18 Ricoh Company, Ltd. Surface-emitting laser element, surface-emitting laser array, optical scanner device, and image forming apparatus
JP2011216881A (en) * 2010-03-18 2011-10-27 Ricoh Co Ltd Surface-emitting laser, surface-emitting laser array, optical scanner, and image forming apparatus
JP2011249557A (en) * 2010-05-27 2011-12-08 Canon Inc Vertical cavity surface emitting laser, image forming apparatus using the same
JP2012190869A (en) * 2011-03-09 2012-10-04 Ricoh Co Ltd Plane emission laser element, plane emission laser array, optical scanner, and image forming apparatus
JP2016174137A (en) * 2015-03-16 2016-09-29 株式会社リコー Surface-emitting laser, surface-emitting laser array, laser apparatus, ignition device and internal combustion engine
CN111682403A (en) * 2020-06-22 2020-09-18 苏州长光华芯光电技术有限公司 Limiting layer structure and manufacturing method thereof, semiconductor laser and manufacturing method thereof
CN111682403B (en) * 2020-06-22 2021-04-20 苏州长光华芯光电技术股份有限公司 Limiting layer structure and manufacturing method thereof, semiconductor laser and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP5057354B2 (en) 2012-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5057354B2 (en) Manufacturing method of surface emitting laser
US8401049B2 (en) Surface-emission laser diode and fabrication process thereof
JP4950432B2 (en) Surface emitting semiconductor laser, surface emitting semiconductor laser array, image forming apparatus, optical pickup, optical transmission module, optical transmission / reception module, and optical communication system
JP4919639B2 (en) Surface emitting laser element, surface emitting laser array, surface emitting laser element manufacturing method, surface emitting laser module, electrophotographic system, optical communication system, and optical interconnection system
US8699540B2 (en) Surface-emitting laser device and surface-emitting laser array including same
JP5442940B2 (en) Surface emitting laser array, optical scanning device and image forming apparatus provided with the same
EP1980001B1 (en) Surface-emitting laser device
WO2007063806A1 (en) Surface light emitting laser element, surface light emitting laser array provided with it, electro-photographic system and optical communication system
JP5708956B2 (en) Surface emitting laser array, optical scanning device and image forming apparatus provided with the same
JP4497796B2 (en) Surface emitting semiconductor laser, surface emitting semiconductor laser array, optical communication system, optical writing system, and optical pickup system
JP5224155B2 (en) Surface emitting laser element, surface emitting laser array including the same, image forming apparatus including surface emitting laser array, surface pickup laser element or optical pickup apparatus including surface emitting laser array, surface emitting laser element or surface emitting laser array An optical transmission module comprising: an optical transmission / reception module comprising a surface emitting laser element or a surface emitting laser array; and an optical communication system comprising a surface emitting laser element or a surface emitting laser array.
JP2006120884A (en) Semiconductor light emitting device, surface-emission laser, surface-emission laser array, image forming apparatus, optical pickup system, optical transmission module, optical transceiving module, and optical communication system
JP2007299896A (en) Surface-emitting laser element, surface-emitting laser array having same, and image forming apparatus having same laser array
JP2007227861A (en) Semiconductor light-emitting device
JP2002252418A (en) Optical communications system
JP5429242B2 (en) Surface emitting semiconductor laser, surface emitting semiconductor laser array, image forming apparatus, optical pickup, optical transmission module, optical transmission / reception module, and optical communication system
JP2002252416A (en) Optical communications system
JP2007221020A (en) Surface-emitting laser element, surface-emitting laser array having it, image forming device having either the element or the array, light pickup apparatus having either the element or the array, light transmitting module having either the element or the array, light transmitting/receiving module having either the element or the array and light communication system having both the element and the array
JP2006005324A (en) Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical interconnection system, optical communication system, electrophotographic system and optical disc system
JP2013030790A (en) Surface light emitting laser element, surface light emitting laser array having the element, image forming apparatus having the array, optical pick-up device having the element or array, optical transmission module having the element or array, optical transmission/reception module having the element or array, and optical communication system having the element or array
JP2002261384A (en) Optical communication system
JP2002252405A (en) Optical communication system
JP2011135104A (en) Surface emitting laser element, surface emitting laser array equipped with the same, image forming apparatus equipped with surface emitting laser element or surface emitting laser array, optical pickup device equipped with surface emitting laser element or surface emitting laser array, optical transmission module equipped with surface emitting laser element or surface emitting laser array, optical transmission reception module equipped with surface emitting laser element or surface emitting laser array, and optical communication system equipped with surface emitting lase element or surface emitting laser array
JP2002261320A (en) Optical transmission and receiving system
JP2002261388A (en) Surface emission semiconductor laser element chip and optical communication system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080214

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110726

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110915

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120501

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120629

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20120706

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120725

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120725

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150810

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5057354

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees