JP3123026B2 - Si基板上面発光レーザ - Google Patents
Si基板上面発光レーザInfo
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Description
るバッファ層、半導体からなる第一の光反射層、活性層
を含むキャビティー層、半導体もしくは誘電体からなる
第二の光反射層の順で積層することによって構成される
Si基板上面発光レーザに関するものである。
基板主面に対して垂直に形成し、レーザ光を前記基板主
面に対して垂直に取り出す、いわゆる面発光レーザはそ
の構造から容易に基板上に高密度二次元集積することが
可能である。最近ではその発振波長が0.85μm、
0.98μm、1.55μm等様々な材料系で試みられ
ており、しかも上記面発光レーザは通常のレーザと比較
して、その体積が小さいためしきい値電流が1mAを下
まわる極めて低しきい値を有するレーザが実現可能とな
っている。
高集積化が要求されているが、既存のSiデバイスの配
線限界に伴う集積限界を打破する可能性を有する光イン
ターコネクションを考えると、Si基板上に上記面発光
レーザを形成することは非常に有望である。
V 族化合物半導体を成長する場合、大きな問題点が2つ
存在する。すなわち、結晶自体の転位密度が非常に大き
いことと、基板と結晶との熱膨張係数差による反りある
いはある膜厚を超えたところで発生するクラックの問題
である。前者の問題に対して、GaAsあるいはInP
からなるのバッファ層の導入、あるいは歪超格子、熱サ
イクルを導入することにより、ある程度解決されてい
る。
Asの場合3μm、InPの場合約13μm程度Si基
板上に積層するとクラックが発生することが知られてお
り、膜厚が厚くなればなるほど結晶性が改善されるにも
かかわらず、この膜厚以下に素子膜厚を制限しているの
が現状である。このような結果、Si基板上に形成した
InGaAsPを活性層に有する長波長導波路型レーザ
は、室温、CWで発振し、8000時間以上の寿命を有
している。
板上に長波長面発光レーザを形成する場合、前記基板と
結晶との熱膨張係数差による反り、あるいはある膜厚を
越えたところで発生するクラックの問題が非常に重大に
なる。
を形成する場合、上記面発光レーザにおける半導体から
なる光反射層の反射率は、レーザ発振させるため極めて
高い反射率を有しなければならない。このため、通常数
十対の半導体からなるDBR(distributed Bragg refl
ector)を構成するが、この膜厚が第一の光反射層だけで
5〜10μmと極めて厚くなる。
系で構成され、屈折率差は約0.65)と比較して、DB
Rを構成する半導体同士の屈折率差が0.4とあまり大き
く取れない長波長系に関してはこの問題は深刻である。
波長系DBRにおいて、InGaAsP/GaAs系面
発光レーザで達成されている99.9%という高反射率を
達成するためには、第一の光反射層だけで最低39対、
9.1μmと極めて厚い膜厚が必要になる。
を成長する場合、結晶の膜厚が厚ければ厚いほど結晶性
が良くなるが、13μm程度になるとクラックが発生す
ることが知られている。以上の理由により、Si基板上
にクラック発生無しに高品質な面発光レーザを作製する
ことは不可能であった。
めになされたものであり、その目的は、従来法と比較し
て全体の膜厚を薄くし、Si基板上にクラック発生無し
に高品質な長波長面発光レーザを提供することにある。
明に係るSi基板上面発光レーザの構成は、Si基板主
面上に半導体からなるバッファ層、半導体からなる第一
の光反射層、活性層を含むキャビティー層、半導体もし
くは誘電体からなる第二の光反射層の順で積層すること
によって上記第一と第二の光反射層で光共振器を構成し
てレーザ発振させる面発光レーザにおいて、前記バッフ
ァ層中に、各層の膜厚が発振波長をλとしたとき、λ/
4n(nは屈折率)となるようなGaAs/AlAsD
BR交互層を含むことを特徴とする。
ファ層を有する長波長面発光レーザにおいて、上記バッ
ファ層中に光反射層として作用しかつ低転位化に有効で
あるGaAs/AlAsからなる交互層を含むようにし
たので、従来技術のものと比較して、Si基板上にクラ
ック発生無しに高品質な面発光レーザの集積が可能とな
る。
説明する。
いた実施例として、活性層としてInGaAsPを用い
た発振波長1.55μm面発光レーザをSi基板上に形
成する場合について説明する。なお、実施例は一つの例
示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の
変更あるいは改良を行い得ることは言うまでもない。
に必要な本発明法及び従来法によるバッファ層及び第一
の光反射層の構造を示す。
に、Si基板1上にバッファ層2と第1の半導体光反射
層3とを形成するに際し、Si基板1にAlAs/Ga
As交互層4を形成した後InP層5を形成して上記バ
ッファ層2を構成し、次いでn−InGaAsP/In
P−DBR層からなる第1の半導体光反射層3を形成し
ている。
示すように、Si基板1上にGaAs層6,InGaA
s/InP歪層7及びInP層8からなるバッファ層9
を形成した後、InGaAsP/InP−DBR39対
からなる第1の半導体反射層10を形成している。
う高反射率を達成するためには、従来法(図1(B))
では39対、第一の光反射層10までの膜厚で15μm
が必要であるのに対して、本発明(図1(A))では1
4対、第一の光反射層3までの膜厚で9μmと大幅に膜
厚が削減できた。また、AlAs/GaAs交互層の低
転位化の効果により、従来法と比較して本発明によるサ
ンプルの結晶性、モフォロジー共に遜色は見られなかっ
た。
す。
に有機金属気相成長法(MOCVD法)を用いてH2 雰
囲気中で1000℃に加熱しクリーニングした。
成後、750℃に基板温度を昇温させ各層の膜厚が発振
波長(λ=1.55μm)としたとき、λ/4n(nは屈
折率)となるような12対のn型AlAs/GaAsか
らなるn−AlAs/GaAsDBR交互層4を形成す
る。この時の前記交互層14の膜厚は2.8μmであり、
GaAs/Siにおいて言われているクラック発生膜厚
である3μmに至らないことは言うまでもない。この
後、その上にn−InP層5を同じくMOCVD法によ
り光学膜厚で6.25λ(2.98μm)形成する。
0℃から750℃に至る4回の熱サイクルを行い、サン
プルをMOCVD成長炉から取り出す。この際に、熱サ
イクルでは反射率が低下しないことはすでに確認してい
る。この後、サンプルを再び成長炉に導入し、通常の面
発光レーザの成長を行う。
1.55μm)としたとき、λ/4n(nは屈折率)と
なるような14対のn型InP/InGaAsP(1.
4μm組成)からなる第一の半導体光反射層としてのn
−InGaAsP/InP−DBR層3を形成する。
p型InGaAs層12(1.5μm組成)、p型In
P層13からなる全体が発振波長の光学膜厚の10倍で
あるキャビティー層を形成後、最後にp型InGaAs
コンタクト層14を形成する。この後、プロセスにより
20μm角の素子径にして半導体からなる第一の光反射
層(n−InGaAsP/InP層)3までエッチング
する。
ルの平坦化を行い、上記サンプル上にp電極16として
リング形状のAuZnNi/Au電極を形成する。その
後7対のSiO2 /TiO2 からなる第二の光反射層1
7を形成する。続いて、上記Si結晶基板裏面の光出射
部分に反射防止膜としてSiO2 層18をスパッタした
後、下部にn電極19としてAuGeNi/Auを蒸着
シンターし工程を完了する。
て、電流を注入しI−L特性を調べたところ、従来の面
発光レーザにおいて報告されている値と同様、低いしき
い値である200mAにおいてI−L曲線が立ち上が
り、レーザ発振に至ることが確認された。また、素子単
体の膜厚としては9μm以上としたため、クラックの発
生は見られなかった。
活性層にInGaAsPを用いた発振波長1.55μm
面発光レーザの場合を例に取り説明したが、他の発振波
長を有する面発光レーザの場合でも同様の効果が得られ
るのは言うまでもない。
基板上面発光レーザによれば、前記Si基板主面上に上
記半導体からなるバッファ層もしくは半導体からなる第
一の光反射層を形成後、その一部を除去しその後積層工
程を行うか、もしくは上記Si基板主面上に絶縁膜を形
成、前記絶縁膜の一部を除去した後、前記除去した部分
に半導体からなる第一の光反射層、活性層を含むキャビ
ティー層、半導体もしくは誘電体からなる第二の光反射
層の順で積層することにより、Si基板上にクラック発
生無しに高品質な面発光レーザを作製することが可能と
なるため、光交換、光インターコネクション、光情報処
理用の光源としての利用が可能になる等、経済効果は大
である。
射層の構造図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 Si基板主面上に半導体からなるバッフ
ァ層、半導体からなる第一の光反射層、活性層を含むキ
ャビティー層、半導体もしくは誘電体からなる第二の光
反射層の順で積層することによって上記第一と第二の光
反射層で光共振器を構成してレーザ発振させる面発光レ
ーザにおいて、前記バッファ層中に、各層の膜厚が発振
波長をλとしたとき、λ/4n(nは屈折率)となるよ
うなGaAs/AlAsDBR交互層を含むことを特徴
とするSi基板上面発光レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04223833A JP3123026B2 (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | Si基板上面発光レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04223833A JP3123026B2 (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | Si基板上面発光レーザ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0677582A JPH0677582A (ja) | 1994-03-18 |
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Family
ID=16804436
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04223833A Expired - Lifetime JP3123026B2 (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | Si基板上面発光レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
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-
1992
- 1992-08-24 JP JP04223833A patent/JP3123026B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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