JP2008235574A - 面発光半導体レーザ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1及び第2のIII−V化合物半導体層15a、15bはブラッグリフレクタ13を構成する。活性層17は、分布ブラッグリフレクタ13と第2のブラッグリフレクタ15との間に設けられる。接合領域19はトンネル接合23を有し、分布ブラッグリフレクタ15と活性層17との間に設けられる。接合領域19は、n型III−V化合物半導体層25およびp型III−V化合物半導体層27からなる。分布ブラッグリフレクタ15は、第1の部分29と第2の部分31とを含む。第3及び第4のIII−V化合物半導体層29a、29bは、ブラッグリフレクタ15の第1の部分29を構成する。第1及び第2の誘電体層31a、31bは、ブラッグリフレクタ15の第2の部分31を構成する。第1の部分29は、第2の部分31と活性層17との間に位置する。
【選択図】図1
Description
N. Nishiyama et al., Electronics Letters, vol.39, no.5, pp.437-439, 2003.
引き続き実施例について説明する。まず、トンネル接合の特性の熱耐性を調べるために、以下の実験を行った。結晶成長は、例えば有機金属気相成長法で行うことができる。p型GaAs基板の主面上に炭素(C)添加GaAs、トンネル接合を含む接合領域、シリコン(Si)添加GaAsを順に成長した。トンネル接合は、高濃度p型層として炭素添加In0.1Ga0.9Asと高濃度n型層としてシリコン添加In0.1Ga0.9Asとから構成される。トンネル接合の正孔および電子濃度は、それぞれ、5×1019cm−3、5×1018cm−3である。接合領域上にSiO2膜をスパッタリング法で形成する。直径5μmの円形の開口をウエットエッチングにより形成した後に、n電極を形成した。GaAs基板の裏面にはp電極を全面に形成した。
続いて、図4に示された面発光半導体レーザを製作した。n型GaAs基板51上に分布ブラッグリフレクタ(第1のDBR)53を作製する。第1のDBR53は、32対のGaAs/Al0.9Ga0.1Asを含む。これらの半導体層にはn型ドーパントのシリコンが添加されている。必要な場合には、スペーサ層55としてシリコン添加のGaAsを成長する。次いで、量子井戸構造の活性層57を作製する。活性層57は、3つのIn0.2Ga0.8As井戸層とGaAs障壁層とを含む。活性層57上には、炭素添加のp型GaAsスペーサ層59を成長する。p型GaAsスペーサ層上には、トンネル接合用の半導体膜を成長する。トンネル接合領域は、炭素添加のInGaAs(61a)/シリコン添加のInGaAs(61b)からなる高濃度pn接合TJを含む。トンネル接合領域の成長温度は、例えば摂氏600度である。これらの工程により成長されたエピタキシャルウエハをリアクタから取り出す。フォトリソグラフィを用いて、直径5μmのレジストマスクを作製する。ウェットエッチングによりトンネル接合領域を除去して、直径5μmのトンネル接合メサ61を形成する。加工されたエピタキシャルウエハを洗浄した後にリアクタにセットする。シリコン添加GaAsのスペーサ層63を摂氏500度で成長する。次いで、分布ブラッグリフレクタ(半導体DBR)65aを作製する。半導体DBR65aは、8対のGaAs/Al0.9Ga0.1Asを含む。これらの半導体層にはn型ドーパントのシリコンが添加されている。n型GaAs基板51の裏面上の全面に、電極67を形成する。また、半導体DBR65a上に、直径10μmの円形開口を有する電極69を形成する。円形開口は、光の通過のために設けられている。この後に、誘電体DBR65bを作製する。誘電体DBR65bは互いに屈折率の異なる2種類の誘電体層が交互に配列されている。誘電体DBR65bは、例えば2対のアモルファス・シリコン/Al2O3からなる。電極上の誘電体層はリフトオフにより除去される。半導体DBR65aと誘電体DBR65bは第2のDBR65を構成する。図4は、このデバイス構造(A)を示しており、デバイス構造(A)は、図1に示された面発光半導体レーザのために作製された。
GaAs基板だけでなく、InP基板上に面発光半導体レーザを作製した。n型InP基板上に、40対のAlGaInAs/InPからなる第1のDBR、5つのAlGaInAs井戸層を含む量子井戸構造の活性層、炭素添加のAlInAsスペーサ層、炭素添加のp型AlGaInAs/シリコン添加のn型AlGaInAsからなる高濃度pn接合TJを形成する。トンネル接合の成長温度は、摂氏500度である。これらの工程により成長されたエピタキシャルウエハをリアクタから取り出す。フォトリソグラフィを用いて、直径5μmのレジストマスクを作製する。ウェットエッチングによりトンネル接合領域を除去して、直径5μmのトンネル接合メサを形成する。加工されたエピタキシャルウエハを洗浄した後にリアクタにセットする。次いで、シリコン添加InPスペーサ層を摂氏500度で成長する。この後に、摂氏650度で、8対のシリコン添加AlGaInAs/InPからなる半導体DBRを作製する。これらの半導体層にはn型ドーパントのシリコンが添加されている。n型InP基板の裏面上の全面に、電極を形成する。また、半導体DBR上に、直径10μmの円形開口を有する電極を形成する。円形開口は、光の通過のために設けられている。この後に、誘電体DBRを作製する。誘電体DBRは互いに屈折率の異なる2種類の誘電体層が交互に配列されている。誘電体DBRは、例えば2対のアモルファス・シリコン/Al2O3からなる。電極上の誘電体層はリフトオフにより除去される。半導体DBRと誘電体DBRは第2のDBRを構成する。図4は、このデバイス構造(A)を示しており、デバイス構造(A)は、図1に示された面発光半導体レーザのために作製された。実施例2と同様にして、半導体DBRのみを第2のDBRの成長時間として含みInP系半導体からなるデバイス構造(B)を作製すると共に、誘電体DBRのみを含みInP系半導体からなるデバイス構造(C)を作製した。これらのデバイスにおいても、トンネル接合は電界の節に設置し、吸収を最小限にとどめている。活性層は電界の腹に設置し、利得を最大にしている。また共振器長は、レーザ発振波長λを共振器の等価屈折率で割った大きさに等しい。
71…半導体DBR、73…誘電体DBR
Claims (8)
- 交互に配置された第1のIII−V化合物半導体層および第2のIII−V化合物半導体層を含む第1の分布ブラッグリフレクタと、
第2の分布ブラッグリフレクタと、
前記第1の分布ブラッグリフレクタと前記第2のブラッグリフレクタとの間に設けられ、III−V化合物半導体からなる活性層と、
トンネル接合を有しており、前記第2の分布ブラッグリフレクタと前記活性層との間に設けられた接合領域と
を備え、
前記第2の分布ブラッグリフレクタは、交互に配置された第3のIII−V化合物半導体層および第4のIII−V化合物半導体層を含む第1の部分と、交互に配置された第1の誘電体層および第2の誘電体層を含む第2の部分とを含み、
前記第2の分布ブラッグリフレクタの前記第1の部分は、前記第2の部分と前記活性層との間に位置する、ことを特徴とする面発光半導体レーザ。 - 前記活性層と前記第2の分布ブラッグリフレクタとの間に設けられ第2導電型III−V化合物半導体からなる第1のスペーサ層を更に備え、
前記第1のスペーサ層は、第1のエリアと該第1のエリアを囲む第2のエリアとを含む主面を有し、
前記接合領域は、第1導電型III−V化合物半導体層および第2導電型III−V化合物半導体層からなり前記第1のスペーサ層の前記第1のエリアに位置するトンネルメサを成す、ことを特徴とする請求項1に記載された面発光半導体レーザ。 - 前記第1のスペーサ層と前記第2の分布ブラッグリフレクタとの間に設けられ第1導電型III−V化合物半導体からなる第2のスペーサ層を更に備え、
前記第2のスペーサ層は前記トンネルメサの上面および側面を覆っており、
前記第1のスペーサ層の前記第2のエリアは前記第2のスペーサ層と接合する、ことを特徴とする請求項2に記載された面発光半導体レーザ。 - 前記第2の分布ブラッグリフレクタの前記第1の部分は、第1のエリアと該第1のエリアを囲む第2のエリアとを含む主面を有し、
前記第2の分布ブラッグリフレクタの前記第2の部分は、前記第1のエリア上に位置する、ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザ。 - 前記第2の分布ブラッグリフレクタの前記第1の部分の前記第2のエリア上に設けられた第1の電極を更に備える、ことを特徴とする請求項4に記載された面発光半導体レーザ。
- 前記第2のスペーサ層は、第1のエリアと該第1のエリアを囲む第2のエリアとを含む主面を有し、
前記第2の分布ブラッグリフレクタは、前記第2のスペーサ層の前記第1のエリア上に設けられており、
当該面発光半導体レーザは、前記第2のスペーサ層の前記第2のエリア上に設けられた第1の電極を更に備える、ことを特徴とする請求項3に記載された面発光半導体レーザ。 - 前記第3のIII−V化合物半導体層および第4のIII−V化合物半導体層はアンドープである、ことを特徴とする請求項6に記載された面発光半導体レーザ。
- 前記第3のIII−V化合物半導体層および第4のIII−V化合物半導体層には、第1導電型ドーパントが添加されている、ことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザ。
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