JP3116088B2 - 面発光レーザ装置 - Google Patents
面発光レーザ装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に、
２種類の薄膜を交互に積層した第１多層膜反射鏡と、活
性層と、２種類の薄膜を交互に積層した第２多層膜反射
鏡とを順次形成して成る面発光レーザ装置に関するもの
である。
２種類の薄膜を交互に積層した第１多層膜反射鏡と、活
性層と、２種類の薄膜を交互に積層した第２多層膜反射
鏡とを順次形成して成る面発光レーザ装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】現在広く使用されている半導体素子の一
種であるダイオードやトランジスタは、半導体層上にア
ルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）層を形成し、そのＡｌＡｓ
層を酸化させることにより絶縁膜を形成した後、その絶
縁膜上に金属薄膜を付着させることにより形成した「金
属−酸化物−半導体構造」を有している。このような
「金属−酸化物−半導体構造」の製造技術を面発光レー
ザ装置に適用して、アルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）層ま
たはアルミニウムガリウム砒素（ＧａＡｌＡｓ）層を側
面方向から選択的に酸化させることにより電流の経路を
制限し、局所的に電流を流すようにする技術が米国の大
学等により提案されている。このような技術を適用した
面発光レーザ装置は、動作電流や効率等の動作特性が向
上することが知られている。
種であるダイオードやトランジスタは、半導体層上にア
ルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）層を形成し、そのＡｌＡｓ
層を酸化させることにより絶縁膜を形成した後、その絶
縁膜上に金属薄膜を付着させることにより形成した「金
属−酸化物−半導体構造」を有している。このような
「金属−酸化物−半導体構造」の製造技術を面発光レー
ザ装置に適用して、アルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）層ま
たはアルミニウムガリウム砒素（ＧａＡｌＡｓ）層を側
面方向から選択的に酸化させることにより電流の経路を
制限し、局所的に電流を流すようにする技術が米国の大
学等により提案されている。このような技術を適用した
面発光レーザ装置は、動作電流や効率等の動作特性が向
上することが知られている。
【０００３】上述したような選択的酸化構造を有する面
発光レーザ装置の従来例としては、例えば図４および図
５に原理的構造を示すものがある。図４に示す面発光レ
ーザ装置は、半導体基板５１上に、ＧａＡｓ層５２およ
びＧａＡｌＡｓ層５３を交互に積層した第１多層膜反射
鏡５４と、活性層５５と、ＧａＡｓ層５２およびＧａＡ
ｌＡｓ層５３を交互に積層した第２多層膜反射鏡５６と
を順次形成するとともに、第１多層膜反射鏡５４および
第２多層膜反射鏡５６の少なくとも一方（図示例では第
２多層膜反射鏡５６）と活性層５５との間に、ＡｌＡｓ
層の活性層５５から遠い方の接合面の所定領域を酸化さ
せて成る電流狭窄層５７を設けたものである。この従来
例では、活性層５５上に設けた電流狭窄層５７により、
電流経路が制限されることになる。
発光レーザ装置の従来例としては、例えば図４および図
５に原理的構造を示すものがある。図４に示す面発光レ
ーザ装置は、半導体基板５１上に、ＧａＡｓ層５２およ
びＧａＡｌＡｓ層５３を交互に積層した第１多層膜反射
鏡５４と、活性層５５と、ＧａＡｓ層５２およびＧａＡ
ｌＡｓ層５３を交互に積層した第２多層膜反射鏡５６と
を順次形成するとともに、第１多層膜反射鏡５４および
第２多層膜反射鏡５６の少なくとも一方（図示例では第
２多層膜反射鏡５６）と活性層５５との間に、ＡｌＡｓ
層の活性層５５から遠い方の接合面の所定領域を酸化さ
せて成る電流狭窄層５７を設けたものである。この従来
例では、活性層５５上に設けた電流狭窄層５７により、
電流経路が制限されることになる。
【０００４】図５に示す面発光レーザ装置は、半導体基
板５１上に、ＧａＡｓ層５２およびＡｌＡｓ層５３を交
互に積層した第１多層膜反射鏡５４と、活性層５５と、
ＧａＡｓ層５２およびＡｌＡｓ層５３を交互に積層した
第２多層膜反射鏡５６とを順次形成するとともに、第１
多層膜反射鏡５４および第２多層膜反射鏡５６を含む積
層構造の全体を酸化させたものである。この従来例で
は、複数層の酸化されたＡｌＡｓ層の内の活性層５５に
最も近いものが電流狭窄層として機能することにより、
電流経路が制限されることになる。なお、複数層の酸化
されたＡｌＡｓ層の内の活性層５５に最も近い層に隣接
する層により、面発光レーザ装置の静電容量がある程度
低減されることになる。
板５１上に、ＧａＡｓ層５２およびＡｌＡｓ層５３を交
互に積層した第１多層膜反射鏡５４と、活性層５５と、
ＧａＡｓ層５２およびＡｌＡｓ層５３を交互に積層した
第２多層膜反射鏡５６とを順次形成するとともに、第１
多層膜反射鏡５４および第２多層膜反射鏡５６を含む積
層構造の全体を酸化させたものである。この従来例で
は、複数層の酸化されたＡｌＡｓ層の内の活性層５５に
最も近いものが電流狭窄層として機能することにより、
電流経路が制限されることになる。なお、複数層の酸化
されたＡｌＡｓ層の内の活性層５５に最も近い層に隣接
する層により、面発光レーザ装置の静電容量がある程度
低減されることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図４の従来例の面発光
レーザ装置は、活性層５５上に電流狭窄層５７を設けた
ことにより電流経路を制限することはできるが、上記構
造を採用したことに伴い面発光レーザ装置内の静電容量
が増加し、高速で動作させようとした場合に当該面発光
レーザ装置が外部からの信号に応答することが困難にな
るため、高速動作を実現することができない。なお、上
記構造に対しプロトンを打ち込むことにより電流阻止層
を形成し、それにより面発光レーザ装置内の静電容量を
低減する手法も考えられる。しかし、この場合、プロト
ン打ち込み用の専用の加工装置が新たに必要になってコ
ストアップする不具合に加えて、プロトンを打ち込む際
に多層膜反射鏡を構成する半導体層に欠陥を生じさせる
不具合や、プロトンを打ち込む際の膜厚方向の位置制御
が困難であるという不具合が生じるため、この手法を実
際に採用するのは困難である。
レーザ装置は、活性層５５上に電流狭窄層５７を設けた
ことにより電流経路を制限することはできるが、上記構
造を採用したことに伴い面発光レーザ装置内の静電容量
が増加し、高速で動作させようとした場合に当該面発光
レーザ装置が外部からの信号に応答することが困難にな
るため、高速動作を実現することができない。なお、上
記構造に対しプロトンを打ち込むことにより電流阻止層
を形成し、それにより面発光レーザ装置内の静電容量を
低減する手法も考えられる。しかし、この場合、プロト
ン打ち込み用の専用の加工装置が新たに必要になってコ
ストアップする不具合に加えて、プロトンを打ち込む際
に多層膜反射鏡を構成する半導体層に欠陥を生じさせる
不具合や、プロトンを打ち込む際の膜厚方向の位置制御
が困難であるという不具合が生じるため、この手法を実
際に採用するのは困難である。
【０００６】一方、図５の従来例の面発光レーザ装置
は、複数層のＡｌＡｓ層を酸化したことにより電流経路
を制限するとともに面発光レーザ装置の静電容量をある
程度低減することができるが、面発光レーザ装置内部で
発生した光が電流狭窄層として機能するＡｌＡｓ層に隣
接するＡｌＡｓ層の酸化領域および非酸化領域の境界面
に接する際に散乱する。そのため、発光レーザ装置の外
部に出射する光の出射効率が低下して装置性能の低下を
招くとともに、高速な情報伝送を行うための要件である
「単一ピーク性を有する光の出射」が極めて困難にな
る。
は、複数層のＡｌＡｓ層を酸化したことにより電流経路
を制限するとともに面発光レーザ装置の静電容量をある
程度低減することができるが、面発光レーザ装置内部で
発生した光が電流狭窄層として機能するＡｌＡｓ層に隣
接するＡｌＡｓ層の酸化領域および非酸化領域の境界面
に接する際に散乱する。そのため、発光レーザ装置の外
部に出射する光の出射効率が低下して装置性能の低下を
招くとともに、高速な情報伝送を行うための要件である
「単一ピーク性を有する光の出射」が極めて困難にな
る。
【０００７】本発明は、外部に出射する光を散乱させる
ことなく所望の静電容量低減効果を発揮するような静電
容量低減層を面発光レーザ装置内に設けることにより、
上述した問題を解決することを目的とする。
ことなく所望の静電容量低減効果を発揮するような静電
容量低減層を面発光レーザ装置内に設けることにより、
上述した問題を解決することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的のため、請求項
１に係る第１発明は、半導体基板上に、２種類の薄膜を
交互に積層した第１多層膜反射鏡と、活性層と、２種類
の薄膜を交互に積層した第２多層膜反射鏡とを順次形成
して成る面発光レーザ装置であって、前記第１および第
２多層膜反射鏡の一方を第１導電型反射鏡とするととも
に他方を第２導電型反射鏡とし、前記第１および第２多
層膜反射鏡の少なくとも一方と前記活性層との間に、半
導体層の前記活性層から遠い方の接合面の中央部以外の
領域を酸化させて成る電流狭窄層を設けるとともに、前
記電流挟窄層と該電流挟窄層が設けられている多層膜反
射鏡との間に、複数層の半導体層を前記電流狭窄層より
も酸化領域が若干狭くなるように選択的に酸化させて成
る静電容量低減層を設けたことを特徴とする。
１に係る第１発明は、半導体基板上に、２種類の薄膜を
交互に積層した第１多層膜反射鏡と、活性層と、２種類
の薄膜を交互に積層した第２多層膜反射鏡とを順次形成
して成る面発光レーザ装置であって、前記第１および第
２多層膜反射鏡の一方を第１導電型反射鏡とするととも
に他方を第２導電型反射鏡とし、前記第１および第２多
層膜反射鏡の少なくとも一方と前記活性層との間に、半
導体層の前記活性層から遠い方の接合面の中央部以外の
領域を酸化させて成る電流狭窄層を設けるとともに、前
記電流挟窄層と該電流挟窄層が設けられている多層膜反
射鏡との間に、複数層の半導体層を前記電流狭窄層より
も酸化領域が若干狭くなるように選択的に酸化させて成
る静電容量低減層を設けたことを特徴とする。
【０００９】請求項２に記載の第２発明は、前記第１お
よび第２多層膜反射鏡は、Ｇａx Ａｌ1-x Ａｓ層（ただ
し、０≦ｘ≦１）およびＧａy Ａｌ1-y Ａｓ層（ただ
し、０≦ｙ≦１かつｙ＜ｘ）を交互に積層して成ること
を特徴とする。
よび第２多層膜反射鏡は、Ｇａx Ａｌ1-x Ａｓ層（ただ
し、０≦ｘ≦１）およびＧａy Ａｌ1-y Ａｓ層（ただ
し、０≦ｙ≦１かつｙ＜ｘ）を交互に積層して成ること
を特徴とする。
【００１０】請求項３に記載の第３発明は、前記電流狭
窄層の半導体層は１０〜３０ｎｍのＡｌＡｓ層であり、
前記静電容量低減層の半導体層は８０ｎｍ程度のＧａＡ
ｌＡｓ層であることを特徴とする。
窄層の半導体層は１０〜３０ｎｍのＡｌＡｓ層であり、
前記静電容量低減層の半導体層は８０ｎｍ程度のＧａＡ
ｌＡｓ層であることを特徴とする。
【００１１】請求項４に記載の第４発明は、前記電流狭
窄層の半導体層は１０〜３０ｎｍのＡｌＡｓ層であり、
前記静電容量低減層の半導体層は前記電流狭窄層の半導
体層よりも膜厚を薄くしたＡｌＡｓ層であることを特徴
とする。
窄層の半導体層は１０〜３０ｎｍのＡｌＡｓ層であり、
前記静電容量低減層の半導体層は前記電流狭窄層の半導
体層よりも膜厚を薄くしたＡｌＡｓ層であることを特徴
とする。
【００１２】
【発明の効果】第１発明においては、第２多層膜反射鏡
および半導体基板に陽極および陰極を設けてそれらの間
に電流を注入すると、電流狭窄層を構成する半導体層の
活性層から遠い方の接合面の中央部以外の領域に形成さ
れた酸化領域は絶縁体となって電流を通さないため、注
入された電流は前記電流狭窄層の非酸化領域のみを流れ
て局所的に活性層に到達し、活性層の前記非酸化領域に
対応する部分のみが選択的に励起されて発光し、発光し
た光は第１および第２多層膜反射鏡間を往復して増幅さ
れ、レーザ発振に至る。このレーザ発振の間、活性層で
発光した光は電流狭窄層では前記半導体層の酸化領域お
よび非酸化領域の境界面で散乱することになるが、電流
狭窄層に隣接させて設けた静電容量低減層では前記電流
狭窄層よりも非酸化領域が広くなっているため、前記活
性層で発光した光が静電容量低減層を構成する半導体層
の酸化領域および非酸化領域の境界面に接することはな
く、散乱は生じない。また、この静電容量低減層は、複
数層の半導体層を酸化したものであるため、極めて厚い
絶縁膜が形成されている場合と同様の静電容量低減効果
が得られる。したがって、外部に出射する光を散乱させ
ることなく静電容量を低減することができ、高速動作し
得る面発光レーザ装置を実現することができる。
および半導体基板に陽極および陰極を設けてそれらの間
に電流を注入すると、電流狭窄層を構成する半導体層の
活性層から遠い方の接合面の中央部以外の領域に形成さ
れた酸化領域は絶縁体となって電流を通さないため、注
入された電流は前記電流狭窄層の非酸化領域のみを流れ
て局所的に活性層に到達し、活性層の前記非酸化領域に
対応する部分のみが選択的に励起されて発光し、発光し
た光は第１および第２多層膜反射鏡間を往復して増幅さ
れ、レーザ発振に至る。このレーザ発振の間、活性層で
発光した光は電流狭窄層では前記半導体層の酸化領域お
よび非酸化領域の境界面で散乱することになるが、電流
狭窄層に隣接させて設けた静電容量低減層では前記電流
狭窄層よりも非酸化領域が広くなっているため、前記活
性層で発光した光が静電容量低減層を構成する半導体層
の酸化領域および非酸化領域の境界面に接することはな
く、散乱は生じない。また、この静電容量低減層は、複
数層の半導体層を酸化したものであるため、極めて厚い
絶縁膜が形成されている場合と同様の静電容量低減効果
が得られる。したがって、外部に出射する光を散乱させ
ることなく静電容量を低減することができ、高速動作し
得る面発光レーザ装置を実現することができる。
【００１３】第２発明においては、前記第１および第２
多層膜反射鏡は、Ｇａx Ａｌ1-x Ａｓ層（ただし、０≦
ｘ≦１）およびＧａy Ａｌ1-y Ａｓ層（ただし、０≦ｙ
≦１かつｙ＜ｘ）を交互に積層して成るため、高反射率
を有する多層膜反射鏡を構成することができる。
多層膜反射鏡は、Ｇａx Ａｌ1-x Ａｓ層（ただし、０≦
ｘ≦１）およびＧａy Ａｌ1-y Ａｓ層（ただし、０≦ｙ
≦１かつｙ＜ｘ）を交互に積層して成るため、高反射率
を有する多層膜反射鏡を構成することができる。
【００１４】第３発明においては、前記電流狭窄層の半
導体層を１０〜３０ｎｍのＡｌＡｓ層としたため、半導
体層の膜厚が３０ｎｍを超える場合に酸化領域および非
酸化領域の境界面での散乱特性が悪化するという公知の
不具合を防止するとともに、前記半導体層の膜厚が１０
ｎｍ未満の場合に酸化進行速度が劣化するという不具合
を防止することができる。また、前記静電容量低減層の
半導体層を８０ｎｍ程度のＧａＡｌＡｓ層としたため、
該静電容量低減層の半導体層の膜厚が面発光レーザ装置
の波長λを９８０ｎｍ程度とした場合のλ／４に相当す
ることになり、多層膜反射鏡の反射率を最大にする条件
を満たすことができる。
導体層を１０〜３０ｎｍのＡｌＡｓ層としたため、半導
体層の膜厚が３０ｎｍを超える場合に酸化領域および非
酸化領域の境界面での散乱特性が悪化するという公知の
不具合を防止するとともに、前記半導体層の膜厚が１０
ｎｍ未満の場合に酸化進行速度が劣化するという不具合
を防止することができる。また、前記静電容量低減層の
半導体層を８０ｎｍ程度のＧａＡｌＡｓ層としたため、
該静電容量低減層の半導体層の膜厚が面発光レーザ装置
の波長λを９８０ｎｍ程度とした場合のλ／４に相当す
ることになり、多層膜反射鏡の反射率を最大にする条件
を満たすことができる。
【００１５】第４発明においては、前記電流狭窄層の半
導体層を１０〜３０ｎｍのＡｌＡｓ層としたため、該半
導体層の膜厚が３０ｎｍを超える場合の酸化領域および
非酸化領域の境界面での散乱特性の悪化を防止するとと
もに、前記半導体層の膜厚が１０ｎｍ未満の場合の酸化
進行速度の劣化を防止することができる。また、前記静
電容量低減層の半導体層を前記電流狭窄層の半導体層よ
りも膜厚を薄くしたＡｌＡｓ層としたため、積層構造全
体が１層おきにＡｌＡｓ層を挟んだものとなって構造が
単純化され、上記第３発明に比べて容易に所望の積層構
造を作成することができる。
導体層を１０〜３０ｎｍのＡｌＡｓ層としたため、該半
導体層の膜厚が３０ｎｍを超える場合の酸化領域および
非酸化領域の境界面での散乱特性の悪化を防止するとと
もに、前記半導体層の膜厚が１０ｎｍ未満の場合の酸化
進行速度の劣化を防止することができる。また、前記静
電容量低減層の半導体層を前記電流狭窄層の半導体層よ
りも膜厚を薄くしたＡｌＡｓ層としたため、積層構造全
体が１層おきにＡｌＡｓ層を挟んだものとなって構造が
単純化され、上記第３発明に比べて容易に所望の積層構
造を作成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態
に係る面発光レーザ装置の原理的構造を示す断面図であ
る。本実施形態の面発光レーザ装置１は、半導体基板２
上に、第１多層膜反射鏡３と、活性層４と、電流狭窄層
５と、静電容量低減層６と、第２多層膜反射鏡７とを順
次形成し、さらに、半導体基板２に陰極８を設けるとと
もに第２多層膜反射鏡７に陽極９を設けたものである。
なお、上記半導体基板２としては、例えばＧａＡｓ層を
用いるものとするが、異なる組成の半導体を用いてもよ
い。
に基づき詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態
に係る面発光レーザ装置の原理的構造を示す断面図であ
る。本実施形態の面発光レーザ装置１は、半導体基板２
上に、第１多層膜反射鏡３と、活性層４と、電流狭窄層
５と、静電容量低減層６と、第２多層膜反射鏡７とを順
次形成し、さらに、半導体基板２に陰極８を設けるとと
もに第２多層膜反射鏡７に陽極９を設けたものである。
なお、上記半導体基板２としては、例えばＧａＡｓ層を
用いるものとするが、異なる組成の半導体を用いてもよ
い。
【００１７】上記第１多層膜反射鏡３および第２多層膜
反射鏡７は、多層膜としてＧａx Ａｌ1-x Ａｓ層（ただ
し、０≦ｘ≦１）およびＧａy Ａｌ1-y Ａｓ層（ただ
し、０≦ｙ≦１かつｙ＜ｘ）という２種類の半導体層を
交互に積層した半導体多層膜反射鏡である（本実施形態
ではｘ＝１，ｙ＝０．７に相当するＧａＡｓ層１０およ
びＧａ0.7 Ａｌ0.3 Ａｓ層１１を用いているが、代わり
にＧａＡｓ層およびＧａ 0.9 Ａｌ0.1 Ａｓ層を用いても
よい）。なお、ＧａＡｓ層１０およびＧａ0.7 Ａｌ0.3
Ａｓ層１１の膜厚はλ／４（λは面発光レーザ装置１の
波長）とするのが多層膜反射鏡３，７の反射率を最大に
することになるので好ましい。
反射鏡７は、多層膜としてＧａx Ａｌ1-x Ａｓ層（ただ
し、０≦ｘ≦１）およびＧａy Ａｌ1-y Ａｓ層（ただ
し、０≦ｙ≦１かつｙ＜ｘ）という２種類の半導体層を
交互に積層した半導体多層膜反射鏡である（本実施形態
ではｘ＝１，ｙ＝０．７に相当するＧａＡｓ層１０およ
びＧａ0.7 Ａｌ0.3 Ａｓ層１１を用いているが、代わり
にＧａＡｓ層およびＧａ 0.9 Ａｌ0.1 Ａｓ層を用いても
よい）。なお、ＧａＡｓ層１０およびＧａ0.7 Ａｌ0.3
Ａｓ層１１の膜厚はλ／４（λは面発光レーザ装置１の
波長）とするのが多層膜反射鏡３，７の反射率を最大に
することになるので好ましい。
【００１８】上記第１多層膜反射鏡３および第２多層膜
反射鏡７は一方を第１導電型（ｐ型）反射鏡とするとと
もに他方を第２導電型（ｎ型）反射鏡とする必要があ
り、本実施形態では第１多層膜反射鏡３をｎ型反射鏡と
し、第２多層膜反射鏡７をｐ型反射鏡としている。な
お、第１多層膜反射鏡３をｐ型反射鏡とし、第２多層膜
反射鏡７をｎ型反射鏡とすることも可能であるが、その
場合には、半導体基板２に設ける電極が陽極となり、第
２多層膜反射鏡７に設ける電極が陰極となる。
反射鏡７は一方を第１導電型（ｐ型）反射鏡とするとと
もに他方を第２導電型（ｎ型）反射鏡とする必要があ
り、本実施形態では第１多層膜反射鏡３をｎ型反射鏡と
し、第２多層膜反射鏡７をｐ型反射鏡としている。な
お、第１多層膜反射鏡３をｐ型反射鏡とし、第２多層膜
反射鏡７をｎ型反射鏡とすることも可能であるが、その
場合には、半導体基板２に設ける電極が陽極となり、第
２多層膜反射鏡７に設ける電極が陰極となる。
【００１９】上記活性層（活性領域）４は、実際に光を
発生する部分であり、例えば膜厚８ｎｍのＩｎＧａＡｓ
量子井戸構造を用いるものとするが、代わりに異なる構
造を用いてもよい。この活性層４と、第１多層膜反射鏡
３および第２多層膜反射鏡７とは、光の共振器を形成す
る。
発生する部分であり、例えば膜厚８ｎｍのＩｎＧａＡｓ
量子井戸構造を用いるものとするが、代わりに異なる構
造を用いてもよい。この活性層４と、第１多層膜反射鏡
３および第２多層膜反射鏡７とは、光の共振器を形成す
る。
【００２０】上記電流狭窄層５は、上記第１多層膜反射
鏡３および第２多層膜反射鏡７の少なくとも一方と上記
活性層４との間に設けるものとし、本実施形態では第２
多層膜反射鏡７側に設けている。なお、第１多層膜反射
鏡３側に設ける場合には第２多層膜反射鏡７側に設ける
場合と同様の電流狭窄効果が得られる。
鏡３および第２多層膜反射鏡７の少なくとも一方と上記
活性層４との間に設けるものとし、本実施形態では第２
多層膜反射鏡７側に設けている。なお、第１多層膜反射
鏡３側に設ける場合には第２多層膜反射鏡７側に設ける
場合と同様の電流狭窄効果が得られる。
【００２１】上記電流狭窄層５は、上記活性層４上にＧ
ａ０．７５Ａｌ０．２５Ａｓ層１２を介して設けられて
おり、膜厚１０〜３０ｎｍのＡｌＡｓ層を用いている。
この電流狭窄層５は、ＡｌＡｓ層の活性層４から遠い方
の接合面５ａの中央部以外の領域を選択的に酸化させた
ものであり、この酸化により酸化された領域（以下、酸
化領域という）はＡｌ酸化膜５ｂとなる。本実施形態で
は、酸化領域５ｂは接合面５ａの面積の約９９％を占有
している。
ａ０．７５Ａｌ０．２５Ａｓ層１２を介して設けられて
おり、膜厚１０〜３０ｎｍのＡｌＡｓ層を用いている。
この電流狭窄層５は、ＡｌＡｓ層の活性層４から遠い方
の接合面５ａの中央部以外の領域を選択的に酸化させた
ものであり、この酸化により酸化された領域（以下、酸
化領域という）はＡｌ酸化膜５ｂとなる。本実施形態で
は、酸化領域５ｂは接合面５ａの面積の約９９％を占有
している。
【００２２】上記静電容量低減層６は、電流挟窄層５と
該電流挟窄層５が設けられている第２多層膜反射鏡７と
の間に複数層設けられており、８０ｎｍ程度のＧａＡｌ
Ａｓ層を用いている（代わりに、電流狭窄層５のＡｌＡ
ｓ層よりも薄い膜厚を有するＡｌＡｓ層を用いてもよ
い）。この静電容量低減層６を第１多層膜反射鏡３側に
設ける場合には第２多層膜反射鏡７側に設ける場合と同
様の静電容量低減効果が得られ、両側に設ける場合には
静電容量低減効果が増大する。上記静電容量低減層６
は、ＧａＡｓ層１３とともに上記第１多層膜反射鏡３と
同様の多層膜構造を構成している。上記静電容量低減層
６は、厚さ方向では膜厚全体を酸化させているが、接合
面６ａの方向では上記電流狭窄層５の接合面５ａよりも
狭い領域を選択的に酸化させており、この酸化により酸
化された酸化領域はＧａＡｌ酸化膜６ｂとなる。本実施
形態では、酸化領域６ｂは接合面６ａの面積の約９４％
を占有しており、上記電流狭窄層５の接合面５ａよりも
非酸化領域が大幅に拡大されている。なお、上記静電容
量低減層６の酸化領域６ｂの面積は、上記活性層４から
発した光が上記電流狭窄層５の酸化領域および非酸化領
域間で散乱しても到達しない程度に狭くすればよい。
該電流挟窄層５が設けられている第２多層膜反射鏡７と
の間に複数層設けられており、８０ｎｍ程度のＧａＡｌ
Ａｓ層を用いている（代わりに、電流狭窄層５のＡｌＡ
ｓ層よりも薄い膜厚を有するＡｌＡｓ層を用いてもよ
い）。この静電容量低減層６を第１多層膜反射鏡３側に
設ける場合には第２多層膜反射鏡７側に設ける場合と同
様の静電容量低減効果が得られ、両側に設ける場合には
静電容量低減効果が増大する。上記静電容量低減層６
は、ＧａＡｓ層１３とともに上記第１多層膜反射鏡３と
同様の多層膜構造を構成している。上記静電容量低減層
６は、厚さ方向では膜厚全体を酸化させているが、接合
面６ａの方向では上記電流狭窄層５の接合面５ａよりも
狭い領域を選択的に酸化させており、この酸化により酸
化された酸化領域はＧａＡｌ酸化膜６ｂとなる。本実施
形態では、酸化領域６ｂは接合面６ａの面積の約９４％
を占有しており、上記電流狭窄層５の接合面５ａよりも
非酸化領域が大幅に拡大されている。なお、上記静電容
量低減層６の酸化領域６ｂの面積は、上記活性層４から
発した光が上記電流狭窄層５の酸化領域および非酸化領
域間で散乱しても到達しない程度に狭くすればよい。
【００２３】次に、上述した電流狭窄層５および静電容
量低減層６を含む構造（以下、選択的酸化多層膜構造と
いう）の製造方法を説明する。まず、半導体基板２上に
複数層のＧａＡｓ層１０およびＧａ0.7 Ａｌ0.3 Ａｓ層
１１、活性層４、Ｇａ0.75Ａｌ0.25Ａｓ層１２，ＡｌＡ
ｓ層５、複数層のＧａＡｓ層１３およびＧａＡｌＡｓ層
６、複数層のＧａＡｓ層１０およびＧａ0.7 Ａｌ0.3 Ａ
ｓ層１１を順次積層して多層膜構造を形成する。
量低減層６を含む構造（以下、選択的酸化多層膜構造と
いう）の製造方法を説明する。まず、半導体基板２上に
複数層のＧａＡｓ層１０およびＧａ0.7 Ａｌ0.3 Ａｓ層
１１、活性層４、Ｇａ0.75Ａｌ0.25Ａｓ層１２，ＡｌＡ
ｓ層５、複数層のＧａＡｓ層１３およびＧａＡｌＡｓ層
６、複数層のＧａＡｓ層１０およびＧａ0.7 Ａｌ0.3 Ａ
ｓ層１１を順次積層して多層膜構造を形成する。
【００２４】次に、この半導体基板２上の多層膜構造を
物理的方法または化学的方法で切削して、例えば図１に
示すように上記多層膜構造の側面を露出させる。その
際、側面を露出させる範囲は、少なくとも電流狭窄層５
および静電容量低減層６を形成すべき半導体層を含むよ
うにする。次に、この側面を露出させた多層膜構造を有
する半導体基板２を加熱および水蒸気雰囲気中に置く。
それにより、電流狭窄層５を形成すべきＡｌＡｓ層５お
よび静電容量低減層６を形成すべきＧａＡｌＡｓ層６は
外周方向から内周方向に向かって徐々に酸化され、それ
ぞれＡｌ酸化膜５ｂ、ＧａＡｌ酸化膜６ｂに選択的に変
化する。その際、電流狭窄層５となるＡｌＡｓ層の酸化
速度が静電容量低減層６となるＧａＡｌＡｓ層の酸化速
度よりも高速になるように、膜厚や組成等の条件が設定
されているため、上述したように電流狭窄層５の方が静
電容量低減層６よりも酸化領域が広くなる。なお、静電
容量低減層６を電流狭窄層５のＡｌＡｓ層よりも薄い膜
厚を有するＡｌＡｓ層を用いて構成する場合には、「同
一組成である場合には膜厚が薄い方が酸化速度が遅くな
る」ことから、上記と同様に電流狭窄層５の方が静電容
量低減層６よりも酸化領域が広くなる。
物理的方法または化学的方法で切削して、例えば図１に
示すように上記多層膜構造の側面を露出させる。その
際、側面を露出させる範囲は、少なくとも電流狭窄層５
および静電容量低減層６を形成すべき半導体層を含むよ
うにする。次に、この側面を露出させた多層膜構造を有
する半導体基板２を加熱および水蒸気雰囲気中に置く。
それにより、電流狭窄層５を形成すべきＡｌＡｓ層５お
よび静電容量低減層６を形成すべきＧａＡｌＡｓ層６は
外周方向から内周方向に向かって徐々に酸化され、それ
ぞれＡｌ酸化膜５ｂ、ＧａＡｌ酸化膜６ｂに選択的に変
化する。その際、電流狭窄層５となるＡｌＡｓ層の酸化
速度が静電容量低減層６となるＧａＡｌＡｓ層の酸化速
度よりも高速になるように、膜厚や組成等の条件が設定
されているため、上述したように電流狭窄層５の方が静
電容量低減層６よりも酸化領域が広くなる。なお、静電
容量低減層６を電流狭窄層５のＡｌＡｓ層よりも薄い膜
厚を有するＡｌＡｓ層を用いて構成する場合には、「同
一組成である場合には膜厚が薄い方が酸化速度が遅くな
る」ことから、上記と同様に電流狭窄層５の方が静電容
量低減層６よりも酸化領域が広くなる。
【００２５】次に、本実施形態の面発光レーザ装置１の
作用を説明する。図１の選択的酸化多層膜構造の陽極９
および陰極８間に電流を注入すると、静電容量低減層６
の酸化領域６ｂにより電流経路を制限された電流が電流
狭窄層５に至る。このとき、電流狭窄層５の酸化領域５
ｂは絶縁体となって電流を通さないため、注入された電
流は電流狭窄層５の非酸化領域のみを流れて局所的に活
性層４に到達し、活性層４の前記非酸化領域に対応する
部分のみが選択的に励起され、その部分から発光する。
発光した光は第１多層膜反射鏡３および第２多層膜反射
鏡７間を往復することにより増幅され、レーザ発振に至
る。
作用を説明する。図１の選択的酸化多層膜構造の陽極９
および陰極８間に電流を注入すると、静電容量低減層６
の酸化領域６ｂにより電流経路を制限された電流が電流
狭窄層５に至る。このとき、電流狭窄層５の酸化領域５
ｂは絶縁体となって電流を通さないため、注入された電
流は電流狭窄層５の非酸化領域のみを流れて局所的に活
性層４に到達し、活性層４の前記非酸化領域に対応する
部分のみが選択的に励起され、その部分から発光する。
発光した光は第１多層膜反射鏡３および第２多層膜反射
鏡７間を往復することにより増幅され、レーザ発振に至
る。
【００２６】このレーザ発振の間、活性層４で発光した
光は電流狭窄層５ではＡｌＡｓ層の酸化領域および非酸
化領域の境界面で散乱することになるが、電流狭窄層５
に隣接させて設けた静電容量低減層６では、上述したよ
うに電流狭窄層５よりも非酸化領域が広くなっているた
め、活性層４で発光した光が静電容量低減層６を構成す
るＧａＡｌＡｓ層の酸化領域および非酸化領域の境界面
に接することはなく、散乱は生じない。また、この静電
容量低減層６は、膜厚８０ｎｍ程度の複数層のＧａＡｌ
Ａｓ層を酸化したものであるため、極めて厚い絶縁膜が
形成されている場合と同様の静電容量低減効果が得られ
ることになる。したがって、外部に出射する光を散乱さ
せることなく静電容量を低減することができ、面発光レ
ーザ装置１は高速動作し得るものとなる。
光は電流狭窄層５ではＡｌＡｓ層の酸化領域および非酸
化領域の境界面で散乱することになるが、電流狭窄層５
に隣接させて設けた静電容量低減層６では、上述したよ
うに電流狭窄層５よりも非酸化領域が広くなっているた
め、活性層４で発光した光が静電容量低減層６を構成す
るＧａＡｌＡｓ層の酸化領域および非酸化領域の境界面
に接することはなく、散乱は生じない。また、この静電
容量低減層６は、膜厚８０ｎｍ程度の複数層のＧａＡｌ
Ａｓ層を酸化したものであるため、極めて厚い絶縁膜が
形成されている場合と同様の静電容量低減効果が得られ
ることになる。したがって、外部に出射する光を散乱さ
せることなく静電容量を低減することができ、面発光レ
ーザ装置１は高速動作し得るものとなる。
【００２７】また、本実施形態の面発光レーザ装置の製
造方法によれば、様々な工程を組み合わせることなく上
記酸化工程を実施するだけで高速動作可能な面発光レー
ザ装置を製造することができる。この場合、従来の面発
光レーザ装置の製造方法よりも製造工程を簡略化し得る
にも拘わらず、高性能な面発光レーザ装置を製造し得る
ので、極めて効果的である。
造方法によれば、様々な工程を組み合わせることなく上
記酸化工程を実施するだけで高速動作可能な面発光レー
ザ装置を製造することができる。この場合、従来の面発
光レーザ装置の製造方法よりも製造工程を簡略化し得る
にも拘わらず、高性能な面発光レーザ装置を製造し得る
ので、極めて効果的である。
【００２８】なお、本実施形態においては、電流狭窄層
５のＡｌＡｓ層の膜厚を１０〜３０ｎｍとしたため、膜
厚が３０ｎｍを超える場合の酸化領域および非酸化領域
の境界面での散乱特性の悪化が防止されるとともに、膜
厚が１０ｎｍ未満の場合の酸化進行速度の劣化も防止さ
れることになる。また、静電容量低減層６のＧａＡｌＡ
ｓ層の膜厚を８０ｎｍ程度としたため、該静電容量低減
層の半導体層の膜厚が面発光レーザ装置の波長λを９８
０ｎｍ程度とした場合のλ／４に相当することになり、
第２多層膜反射鏡７の反射率を最大にする場合と膜厚条
件が一致することになる。なお、静電容量低減層６を電
流狭窄層５のＡｌＡｓ層よりも薄い膜厚を有するＡｌＡ
ｓ層を用いて構成する場合には、２層のＡｌＡｓ層およ
びそれらの間に挟まれる層の合計膜厚がλ／４に相当す
るようにすればよい。
５のＡｌＡｓ層の膜厚を１０〜３０ｎｍとしたため、膜
厚が３０ｎｍを超える場合の酸化領域および非酸化領域
の境界面での散乱特性の悪化が防止されるとともに、膜
厚が１０ｎｍ未満の場合の酸化進行速度の劣化も防止さ
れることになる。また、静電容量低減層６のＧａＡｌＡ
ｓ層の膜厚を８０ｎｍ程度としたため、該静電容量低減
層の半導体層の膜厚が面発光レーザ装置の波長λを９８
０ｎｍ程度とした場合のλ／４に相当することになり、
第２多層膜反射鏡７の反射率を最大にする場合と膜厚条
件が一致することになる。なお、静電容量低減層６を電
流狭窄層５のＡｌＡｓ層よりも薄い膜厚を有するＡｌＡ
ｓ層を用いて構成する場合には、２層のＡｌＡｓ層およ
びそれらの間に挟まれる層の合計膜厚がλ／４に相当す
るようにすればよい。
【００２９】図２は本発明の第２実施形態に係る面発光
レーザ装置の原理的構造を示す断面図である。本実施形
態の面発光レーザ装置１は、上記第１実施形態に対し第
２多層膜反射鏡の構造を変更したものであり、それ以外
の部分は上記第１実施形態と同様に構成する。
レーザ装置の原理的構造を示す断面図である。本実施形
態の面発光レーザ装置１は、上記第１実施形態に対し第
２多層膜反射鏡の構造を変更したものであり、それ以外
の部分は上記第１実施形態と同様に構成する。
【００３０】すなわち、本実施形態の第２多層膜反射鏡
１６は、２種類の誘電体薄膜薄膜１４，１５を交互に積
層した誘電体多層膜反射鏡として構成されており、上記
誘電体薄膜としては例えばＳｉＯ2 またはＴｉＯ2 を用
いるものとする。本実施形態の面発光レーザ装置によれ
ば、上記第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
１６は、２種類の誘電体薄膜薄膜１４，１５を交互に積
層した誘電体多層膜反射鏡として構成されており、上記
誘電体薄膜としては例えばＳｉＯ2 またはＴｉＯ2 を用
いるものとする。本実施形態の面発光レーザ装置によれ
ば、上記第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００３１】図３は本発明の第３実施形態に係る面発光
レーザ装置の原理的構造を示す断面図である。本実施形
態の面発光レーザ装置１は、上記第１実施形態に対し第
１多層膜反射鏡の構造を変更するとともに第１多層膜反
射鏡を収容する半導体基板の形状を変更したものであ
り、それ以外の部分は上記第１実施形態と同様に構成す
る。
レーザ装置の原理的構造を示す断面図である。本実施形
態の面発光レーザ装置１は、上記第１実施形態に対し第
１多層膜反射鏡の構造を変更するとともに第１多層膜反
射鏡を収容する半導体基板の形状を変更したものであ
り、それ以外の部分は上記第１実施形態と同様に構成す
る。
【００３２】すなわち、本実施形態の第１多層膜反射鏡
１７は、２種類の誘電体薄膜薄膜１４，１５を交互に積
層した誘電体多層膜反射鏡として構成されており、上記
誘電体薄膜としては例えばＳｉＯ2 またはＴｉＯ2 を用
いるものとする。なお、上記第１多層膜反射鏡１７を収
容するために半導体基板２の中央部を切り欠いている。
本実施形態の面発光レーザ装置によれば、上記第１実施
形態と同様の作用効果が得られる。
１７は、２種類の誘電体薄膜薄膜１４，１５を交互に積
層した誘電体多層膜反射鏡として構成されており、上記
誘電体薄膜としては例えばＳｉＯ2 またはＴｉＯ2 を用
いるものとする。なお、上記第１多層膜反射鏡１７を収
容するために半導体基板２の中央部を切り欠いている。
本実施形態の面発光レーザ装置によれば、上記第１実施
形態と同様の作用効果が得られる。
【００３３】なお、上記第１実施形態では、２種類の異
なる組成および膜厚を有する半導体層を酸化させること
により製造した、電流狭窄層および静電容量低減層を含
む選択的酸化多層膜構造を面発光レーザ装置に適用した
場合について説明したが、これに限定されるものではな
く、例えば上記選択的酸化多層膜構造をストライプ型半
導体レーザ装置に適用することも可能である。
なる組成および膜厚を有する半導体層を酸化させること
により製造した、電流狭窄層および静電容量低減層を含
む選択的酸化多層膜構造を面発光レーザ装置に適用した
場合について説明したが、これに限定されるものではな
く、例えば上記選択的酸化多層膜構造をストライプ型半
導体レーザ装置に適用することも可能である。
【図１】 本発明の第１実施形態に係る面発光レーザ装
置の原理的構造を示す断面図である。
置の原理的構造を示す断面図である。
【図２】 本発明の第２実施形態に係る面発光レーザ装
置の原理的構造を示す断面図である。
置の原理的構造を示す断面図である。
【図３】 本発明の第３実施形態に係る面発光レーザ装
置の原理的構造を示す断面図である。
置の原理的構造を示す断面図である。
【図４】 従来例の面発光レーザ装置の原理的構造を示
す断面図である。
す断面図である。
【図５】 従来例の面発光レーザ装置の原理的構造を示
す断面図である。
す断面図である。
１ 面発光レーザ装置 ２ 半導体基板 ３ 第１多層膜反射鏡 ４ 活性層 ５ 電流狭窄層 ５ａ 接合面 ５ｂ 酸化領域（Ａｌ酸化膜） ６ 静電容量低減層 ６ａ 接合面 ６ｂ 酸化領域（ＧａＡｌ酸化膜） ７ 第２多層膜反射鏡 ８ 陽極 ９ 陰極
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体基板上に、２種類の薄膜を交互に
積層した第１多層膜反射鏡と、活性層と、２種類の薄膜
を交互に積層した第２多層膜反射鏡とを順次形成して成
る面発光レーザ装置であって、 前記第１および第２多層膜反射鏡の一方を第１導電型反
射鏡とするとともに他方を第２導電型反射鏡とし、 前記第１および第２多層膜反射鏡の少なくとも一方と前
記活性層との間に、半導体層の前記活性層から遠い方の
接合面の中央部以外の領域を酸化させて成る電流狭窄層
を設けるとともに、 前記電流挟窄層と該電流挟窄層が設けられている多層膜
反射鏡との間に、複数層の半導体層を前記電流狭窄層よ
りも酸化領域が若干狭くなるように選択的に酸化させて
成る静電容量低減層を設けたことを特徴とする面発光レ
ーザ装置。 - 【請求項２】 前記第１および第２多層膜反射鏡は、Ｇ
ａｘ Ａｌ１−ｘ Ａｓ層（ただし、０≦ｘ≦１）および
Ｇａｙ Ａｌ１−ｙ Ａｓ層（ただし、０≦ｙ≦１かつｙ
＜ｘ）を交互に積層して成ることを特徴とする請求項１
記載の面発光レーザ装置。 - 【請求項３】 前記電流狭窄層の半導体層は１０〜３０
ｎｍのＡｌＡｓ層であり、前記静電容量低減層の半導体
層は８０ｎｍ程度のＧａＡｌＡｓ層であることを特徴と
する請求項１または２記載の面発光レーザ装置。 - 【請求項４】 前記電流狭窄層の半導体層は１０〜３０
ｎｍのＡｌＡｓ層であり、前記静電容量低減層の半導体
層は前記電流狭窄層の半導体層よりも膜厚を薄くしたＡ
ｌＡｓ層であることを特徴とする請求項１または２記載
の面発光レーザ装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11058850A JP3116088B2 (ja) | 1999-03-05 | 1999-03-05 | 面発光レーザ装置 |
| US09/517,182 US6449300B1 (en) | 1999-03-05 | 2000-03-02 | Surface-emitting laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11058850A JP3116088B2 (ja) | 1999-03-05 | 1999-03-05 | 面発光レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000261094A JP2000261094A (ja) | 2000-09-22 |
| JP3116088B2 true JP3116088B2 (ja) | 2000-12-11 |
Family
ID=13096165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11058850A Expired - Lifetime JP3116088B2 (ja) | 1999-03-05 | 1999-03-05 | 面発光レーザ装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6449300B1 (ja) |
| JP (1) | JP3116088B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07245849A (ja) * | 1994-02-28 | 1995-09-19 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 電気接続箱 |
| US6760075B2 (en) | 2000-06-13 | 2004-07-06 | Panoram Technologies, Inc. | Method and apparatus for seamless integration of multiple video projectors |
| US7443899B2 (en) | 2004-05-28 | 2008-10-28 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Surface emitting semiconductor laser diode and manufacturing method thereof |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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