JP3449516B2 - 半導体多層膜反射鏡および半導体多層膜反射防止膜および面発光型半導体レーザおよび受光素子 - Google Patents
半導体多層膜反射鏡および半導体多層膜反射防止膜および面発光型半導体レーザおよび受光素子Info
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Description
鏡および半導体多層膜反射防止膜および面発光型半導体
レーザおよび受光素子に関する。
流動作で高密度2次元集積化が可能なことから、光通信
用,光情報処理用,光インターコネクション用光源とし
て期待されている。このような面発光型半導体レーザで
は高反射率の反射鏡が必要であり、反射鏡には半導体多
層反射膜が良く用いられている。
半導体多層反射膜としては、従来、1.3μm帯等の長
波長帯では、InGaAsPとInPとの2種類のIII-
V族化合物半導体InGaAsP/InPを交互に積層
したDBR(Distributed Bragg reflecter)構造が用い
られているが、これら2種類のIII-V族化合物半導体材
料は、屈折率差を大きく取ることができない。例えば、
InP/InGaAsP(1.3μmに対応する組成)の
屈折率差(InPとInGaAsPとの屈折率差)は0.
25程度の小さいものである。このため高反射率(例え
ば99.9%)を得るためには、InPとInGaAs
Pとの対の数(ペア数)を多くする必要があった。すなわ
ち、DBR構造を約40対以上と、ペア数を多くする必
要があった。
分、半導体多層反射膜の成長時間が長くなることの他
に、膜厚が厚くなり、また、段差が大きくなり、作製プ
ロセスが難かしくなるという問題点があった。具体的に
は、面発光型半導体レーザを構成する全膜厚が例えば約
20μm程度にまでなり、成長時間が長くなるため、成
長方向の膜厚の揺らぎが生じてしまい、所望の高反射率
が得られないなどの問題があった。
するため、特開平6−132605号には、InP基板
上に活性層の組成と同じ格子定数を有するバッファ層
と、前記バッファ層に格子整合する光学波長の1/4の
膜厚でInAlAsとIn1-x1Gax1As1-y1Py1(0
≦x1≦1,0≦y1≦1、以下InGaAsPと省略
する)とを交互にエピタキシャル成長させてなる第一光
反射層と、前記バッファ層に格子整合するIn1-x2Ga
x2As1-y2Py2(0≦x2≦1,0≦y2≦1、以下I
nGaAsPと省略する)からなる第一クラッド層と、
In1-x3Gax3As1-y3Py3(0≦x3≦1,0≦y3
≦1、以下InGaAsPと省略する)からなる活性層
と、前記バッファ層に格子整合するIn1-x4Gax4As
1-y4Py4(0≦x4≦1,0≦y4≦1、以下InGa
AsPと省略する)からなる第二クラッド層と、前記バ
ッファ層に格子整合する光学波長の1/4の膜厚でIn
AlAsとIn1-x5Gax5As1-y5Py5(0≦x5≦
1,0≦y5≦1、以下InGaAsPと省略する)と
を交互にエピタキシャル成長させてなる第二光反射層と
を順に積層してなる長波長帯面発光型半導体レーザが示
されている。
層、第一光反射層、p型クラッド層、活性層、n型クラ
ッド層、第二光反射層の半導体の格子定数は、InPの
格子定数1−aより小さく、GaAsに近い格子定数で
ある1−bに一致している。このように、第一、第二光
反射層の2種類の半導体膜をInPよりも小さい格子定
数で格子整合するInAlAsとInGaAsPとの組
合せ、もしくはInAlPとInGaAsPとの組合せ
とすることにより、2種類の半導体の屈折率差を大きく
することができ、従来用いられていたInPとInGa
AsPとの組合せに比べ少ないペア数で高反射率が得ら
れる。
に開示の層構造は、基本的に格子不整合系であるので、
ミスフィット転位等の発生による劣化の問題がある。さ
らに、上記材料系を用いた半導体レーザは、材料的に伝
導帯のバンド不連続(ΔEc)が小さく電子のオーバーフ
ローが多いことが主たる原因で、しきい値電流が大き
く、温度特性が悪く、つまり光出力が環境温度によって
大きく変化し、このため高温では良好なレーザ特性が得
られなかった。
いて温度特性を改善することは困難であるため伝導帯の
バンド不連続(ΔEc)が大きくなるように、GaAs基
板上にInGaAsを形成することが試みられている。
この場合、GaAs基板上のInGaAsはIn組成が
大きくなるほどバンドギャップエネルギーは小さくなる
が、格子定数がGaAsよりも大きくなっていく。すな
わち、圧縮歪量の増大により長波長化されるが、1.1
μm程度の波長が限界であり、1.1μm以上の波長帯
を実現できない。
発光素子を実現するため、特開平6−037355号で
は、GaAs基板上にInGaNAs系材料を形成する
ことが提案されている。この技術では、GaAsよりも
格子定数が大きいInGaAsにNを添加することで、
格子定数をGaAsに格子整合することが可能であり、
さらにバンドギャップが小さくなり、1.3μmまたは
1.5μm帯の波長が可能となる。
し、MOCVD法により成長したGaAs基板にほぼ格
子整合するIn0.13Ga0.87N0.04As0.96(1.3μ
m組成)とGaAsの屈折率のエリプソメトリーによる
測定値(実測値)と、GaAsとIn0.13Ga0.87Asの
MESO法(Modified Single Effective Oscillator Mo
del)による計算値の波長依存性を実験により調べた。図
1には、原料にTMG(トリメチルガリウム),TMI
(トリメチルインジウム),AsH3(アルシン),DMH
y(ジメチルヒドラジン)を、キャリアガスとしてH2を
用いたMOCVD法により成長したGaAs基板にほぼ
格子整合するIn0.13Ga0.87N0.04As0.96(1.3
μm組成)とGaAsの屈折率のエリプソメトリーによ
る測定値(実測値)と、GaAsとIn0.13Ga0.87As
のMESO法(Modified Single EffectiveOscillator M
odel)による計算値の波長依存性が示されている。な
お、図1において、測定値(実測値)と計算値とには、相
違が認められるが、これはサンプルの不純物濃度の違
い,結晶性の違いが原因と考えられる。
a0.87N0.04As0.96の屈折率は、GaAsよりも0.
15程度大きい値となっていることがわかる。一方、図
1の計算値から、In0.13Ga0.87Asの屈折率は、G
aAsよりも0.03程度大きいだけなので、In0.13
Ga0.87AsにNを添加することにより、図1の実測値
のように、In0.13Ga0.87Asよりも屈折率が大きく
なったものと考えられる。従来、GaAs基板に格子整
合する材料で最も屈折率の大きい材料はInGaAsで
あると考えられていたが、この実験結果により、InG
aNAsが最も屈折率の大きい材料であることがわか
る。
As格子整合系なので、AlGaAsをクラッド層に用
いることで伝導帯のバンド不連続(ΔEc)が大きくな
る。このためInGaAsP/InP系材料を用いた場
合に比べて、温度特性の良好な素子が得られる。また、
このような材料系を面発光型レーザに用いる場合には、
多層反射膜としてAlAs/GaAsのような屈折率差
の大きいAlGaAs系材料を用いることができる。こ
のため、InP基板上に形成する場合の多層反射膜のペ
ア数は40ペア以上必要であったが、これを20数ペア
程度と約半分に減らすことができて、素子をかなり薄
く、容易に作製することができる。
/GaAsのような屈折率差の大きいAlGaAs系材
料を用いても、1.3μmまたは1.5μm帯の長波長
帯面発光型半導体レーザでは、従来のGaAs基板上近
赤外レーザ(例えば0.8μm帯)よりも波長(λ)が長い
ため、これを実現するには、多層反射膜の各層(λ/4
の厚さ)を厚くする必要があり、全体の膜厚が厚くなる
という問題があった。
反射鏡や受光素子の反射防止膜に用いる場合、より一層
少ないペア数で高反射率の半導体多層膜反射鏡や低反射
率の反射防止膜を形成でき、従って、多層膜反射鏡や反
射防止膜を短かい成長時間で形成することができ、ま
た、厚さを薄くできて、段差を小さくすることができ、
また、作製プロセスを容易にすることの可能な半導体多
層膜反射鏡および半導体多層膜反射防止膜および面発光
型半導体レーザおよび受光素子を提供することを目的と
している。
に、請求項1記載の発明は、高屈折率層と低屈折率層と
が交互に積層されて構成される半導体多層膜において、
高屈折率層として、V族元素にN(窒素)を含んだIII−
(Nx,V1-x)からなるIII-V族混晶半導体材料が用いら
れ、低屈折率層として、AlbGa1-bAs(0<b≦1)
からなるAlGaAs系材料が用いられ、該半導体多層
膜がGaAs基板上に形成されていることを特徴とする
半導体多層膜反射鏡である。また、請求項2記載の発明
は、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されて構成
される半導体多層膜において、高屈折率層として、V族
元素にN(窒素)を含んだIII−(N x ,V 1-x )からなるIII
-V族混晶半導体材料が用いられ、低屈折率層として、
Al b Ga 1-b As(0<b≦1)からなるAlGaAs系
材料が用いられ、該半導体多層膜はGaAs基板上に形
成されていることを特徴とする半導体多層膜反射防止膜
である。
膜の反射鏡を用いる面発光型半導体レーザにおいて、前
記半導体多層膜反射鏡は、高屈折率層と低屈折率層とか
らなり屈折率が周期的に変化する構成のものとなってお
り、該半導体多層膜反射鏡は、高屈折率層として、V族
元素にN(窒素)を含んだIII−(Nx,V1-x)からなるIII
-V族混晶半導体材料が用いられ、低屈折率層として、
AlbGa1-bAs(0<b≦1)からなるAlGaAs系
材料が用いられ、該半導体多層膜はGaAs基板上に形
成されていることを特徴としている。
載の面発光型半導体レーザにおいて、前記III−(Nx,
V1-x)からなるIII-V族混晶半導体材料は、InxGa
1-xNyAs1-y(0<x<1,0<y<1)であることを
特徴としている。
膜反射鏡を用いる面発光型半導体レーザにおいて、前記
半導体多層膜反射鏡は、高屈折率層と低屈折率層とから
なり屈折率が周期的に変化する構成のものとなってお
り、該半導体多層膜反射鏡は、高屈折率層としてInx
Ga1-xNyAs1-y(0<x<1,0<y<1)からなるI
II-V族混晶半導体材料、低屈折率層としてAlbGa
1-bAs(0<b≦1)からなるAlGaAs系材料から
構成され、また、面発光型半導体レーザの活性層にはI
nx2Ga1-x2NyAs1-y2(0<x2<1,0<y2<
1)からなるIII-V族混晶半導体がGaAs基板上に形
成されていることを特徴としている。
膜の反射防止膜を用いる受光素子において、該反射防止
膜は、高屈折率層と低屈折率層とからなり屈折率が周期
的に変化する構成のものとなっており、該反射防止膜の
高屈折率層として、V族元素にN(窒素)を含んだIII−
(Nx,V1-x)からなるIII-V族混晶半導体材料が用いら
れ、該III-V族混晶半導体材料はGaAs基板上に形成
されていることを特徴としている。
載の受光素子において、反射防止膜の高屈折率層として
用いられる前記III−(Nx,V1-x)からなるIII-V族混
晶半導体材料は、In x Ga 1-x N y As 1-y (0<x<
1,0<y<1)であることを特徴としている。
載の半導体多層膜反射鏡において、前記III−(N x ,V
1-x )からなるIII-V族混晶半導体材料は、Nの原料とし
てDMHy(ジメチルヒドラジン)を用いたMOCVD
法(有機金属気相成長法)により結晶成長されることを
特徴としている。
載の半導体多層膜反射防止膜において、前記III−
(Nx,V1-x)からなるIII-V族混晶半導体材料は、Nの
原料としてDMHy(ジメチルヒドラジン)を用いたM
OCVD法(有機金属気相成長法)により結晶成長され
ることを特徴としている。
または請求項4記載の面発光型半導体レーザにおいて、
前記III−(Nx,V1-x)からなるIII-V族混晶半導体材
料は、Nの原料としてDMHy(ジメチルヒドラジン)
を用いたMOCVD法(有機金属気相成長法)により結
晶成長されることを特徴としている。
記載の面発光型半導体レーザにおいて、前記InxGa
1-xNyAs1-y(0<x<1,0<y<1)からなるIII-
V族混晶半導体材料、および、Inx2Ga1-x2NyAs
1-y2(0<x2<1,0<y2<1)からなるIII-V族混
晶半導体は、Nの原料としてDMHy(ジメチルヒドラ
ジン)を用いたMOCVD法(有機金属気相成長法)に
より結晶成長されることを特徴としている。
または請求項7記載の受光素子において、前記III−(N
x,V1-x)からなるIII-V族混晶半導体材料は、Nの原
料としてDMHy(ジメチルヒドラジン)を用いたMO
CVD法(有機金属気相成長法)により結晶成長される
ことを特徴としている。
基づいて説明する。図2は本発明に係る半導体多層膜の
構成例を示す図である。図2の構成例では、半導体多層
膜104は、GaAs基板101上に、AlAs低屈折
率層102とInGaNAs高屈折率層103とが(す
なわち、AlAs/InGaNAsが)、1.5μmの
光学波長の1/4の膜厚で、交互に形成されたものとな
っている。なお、このような半導体多層膜104の成長
方法には、例えばNの原料にDMHy(ジメチルヒドラ
ジン)等、窒素化合物ガスを用いたMOCVD法や、高
周波プラズマにより活性化した窒素ガス若しくは窒素化
合物ガスを用いたMBE法が考えられる。
差が大きいので、従来のInP基板上の材料よりも半分
以下のペア数で、また、GaAs基板上のAlAs/G
aAs系材料よりも2割以上少ないペア数で、高反射率
(例えば99.9%)の半導体多層膜反射鏡として形成で
きる。具体的には、AlAs/InGaNAsを、16
ペア形成するだけで、高反射率(例えば99.9%)の半
導体多層膜反射鏡として形成できる。従って、この半導
体多層膜104を長波長帯面発光型半導体レーザの多層
膜反射鏡として用いる場合、AlAs/GaAs系材料
を用いる場合に比べて、ペア数を2割以上低減できるの
で、全体の膜厚をより一層低減でき、素子をさらに薄型
化することが可能となる。
低反射率の反射防止膜としても形成できる。すなわち、
この半導体多層膜104を用いることによって、少ない
ペア数で低反射率の反射防止膜を形成できる。
aNAsを用いたが、InGaNAsにAlやP等を含
んだものを用いることもできる。但し、N組成が同じで
ある場合、InGaNAsにAlやPを添加すると屈折
率が小さくなるので、高屈折率層103にはInGaN
Asを用いるのが望ましい。
屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されて構成される
半導体多層膜において、高屈折率層として、V族元素に
N(窒素)を含んだIII−(Nx,V1-x)からなるIII-V族
混晶半導体が用いられることを特徴としており、これに
より、少ないペア数で高反射率の半導体多層膜反射鏡や
低反射率の反射防止膜を形成できる。従って、この半導
体多層膜を面発光型半導体レーザの多層膜反射鏡や受光
素子の反射防止膜に用いる場合、多層膜反射鏡や反射防
止膜を短かい成長時間で形成することができ、また、厚
さを薄くできて、段差を小さくすることができ、また、
作製プロセスを容易にすることができる。
の構成例を示す図である。図3の構成例では、面発光型
半導体レーザは、n−GaAs基板201上に、1.5
μmの光学波長の1/4の膜厚でn−AlAsとInG
aNAsとが交互に積層された19ペアからなるn−A
lAs/InGaNAs(1.3μm組成)の第一の多層
膜反射鏡202、n−AlGaAsクラッド層203、
GaAs光ガイド層204、InGaNAs(1.5μ
m組成)活性層205、GaAs光ガイド層206、p
−AlGaAsクラッド層207、p−GaAsコンタ
クト層208、1.5μmの光学波長の1/4の膜厚で
p−AlAsとInGaNAsとが交互に積層された1
6ペアからなるp−AlAs/InGaNAs(1.3
μm組成)の第二の多層膜反射鏡209が形成されたも
のとなっている。
は、ドライエッチング等により、第一の多層膜反射鏡2
02の上面までの一部と、p−GaAsコンタクト層2
08上面までの一部とが除去されて、第一の多層膜反射
鏡202の上面には、n側電極210であるAuGe/
Ni/Auが形成され、また、P−GaAsコンタクト
層208の上面には、p側電極211であるCr/Au
が形成されている。
205にInGaNAs(1.5μm組成)を用いてお
り、InGaNAsは、GaAsよりも格子定数が大き
いInGaAsにNを添加したものであることから、前
述のように、格子定数をGaAsに格子整合させること
が可能であり、さらにバンドギャップを小さくすること
ができて、1.3μmまたは1.5μm帯の波長が可能
となる材料系である。すなわち、InGaNAsは、G
aAs格子整合系であるので、AlGaAsをクラッド
層に用いることで伝導帯のバンド不連続(ΔEc)を大き
くすることができる。これによって、温度特性の良好な
素子を提供できる。
2,209には、図2に示したような本発明の半導体多
層膜(屈折率差の大きいAlAs/InGaNAs(1.
3μm組成))が用いられている。すなわち、図3の構成
例では、多層膜反射鏡202,209をGaAs基板上
に形成しているので、多層膜反射鏡202,209とし
ては、その低屈折率層として屈折率の低いAlAsを用
いることができる。また、その高屈折率層として、Ga
Asよりも屈折率の大きいInGaNAsを用いている
ので、InGaNAsの屈折率が大きい分だけ、AlA
s/InGaNAsの屈折率差を従来のAlAs/Ga
Asの屈折率差よりも大きくすることができる。この結
果、図3の面発光型半導体レーザでは、高反射率(例え
ば99.9%)を得るためのDBR構造のペア数を従来
のAlAs/GaAsを用いる場合よりも2割以上少な
くできる。これにより、多層膜反射鏡を短かい成長時間
で形成することが可能となり、また、多層膜反射鏡の厚
みも薄くなるので段差を小さくすることができ、また、
作製プロセスも容易になる。
従来、高温では良好なレーザ特性が得られなかったが、
図3の面発光型半導体レーザでは、伝導帯のバンド不連
続(ΔEc)が大きいので、注入キャリアのオーバーフロ
ーを減らすことができ、しきい値電流の温度依存性が減
少し、高温でも良好なレーザ特性が得られる。
GaNAs高屈折率層の組成は、活性層からの光を吸収
しないかまたは吸収ができるだけ少なくなるような範囲
で選ぶことができる。また、InGaNAsの屈折率は
バンドギャップエネルギーが小さいほど大きくなるの
で、できるだけバンドギャップエネルギーが小さくなる
組成を選ぶのが良い。
aNAsを用いたが、InGaNAsにAlやP等を含
んだものを用いることもできる。但し、N組成が同じで
ある場合、InGaNAsにAlやPを添加すると屈折
率が小さくなるので、高屈折率層にはInGaNAsを
用いるのが望ましい。
ザは、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された構
成の半導体多層膜反射鏡を具備しており、この場合、該
半導体多層膜反射鏡の高屈折率層として、V族元素にN
(窒素)を含んだIII−(Nx,V1-x)からなるIII-V族混
晶半導体が用いられることを特徴としている。
多層膜反射鏡の高屈折率層として用いられるIII−
(Nx,V1-x)からなる上記III-V族混晶半導体層が、G
aAs基板上に形成されていることを特徴としている。
III−(Nx,V1-x)からなる上記III-V族混晶半導体層
が、InxGa1-xNyAs1-y(0<x<1,0<y<1)
であることを特徴としている。
す図である。図4の構成例では、受光素子は、n型Ga
As基板301上に、n型GaAsバッファー層30
2、アンドープInGaNAs光吸収層303、p型I
nGaNAs層304、1.5μmの光学波長の1/4
の膜厚でp−AlAsとInGaNAsとが交互に積層
された3ペアからなるp−AlAs/InGaNAs
(1.3μm組成)の多層反射防止膜305、p−GaA
sコンタクト層306が形成されたものとなっている。
イオードとして構成されており、光吸収層303には、
InGaNAsが用いられている。
GaAsコンタクト層306上に、p側電極307が形
成され、また、基板裏面にn側電極308が形成されて
いる。また、p−GaAsコンタクト層306のp側電
極307が形成される部分以外はエッチングにより除去
され、受光部309として形成されている。また、In
GaNAs層(アンドープInGaNAs光吸収層30
3、p型InGaNAs層304、p−AlAs/In
GaNAs(1.3μm組成)多層反射防止膜305の高
屈折率層)は、GaAs基板301上に格子整合する条
件を備えている。
は、素子表面の受光部309,多層反射防止膜305か
らInGaNAs光吸収層303に導入される。この
際、光吸収層303は、InGaNAsにより構成され
ており、In及びNはともにバンドギャップエネルギー
を小さくする効果があるので、この受光素子では、受光
できる光の波長を1.5μm等の長波長に設定できる。
これにより、InP基板よりも安価なGaAs基板上に
長波長受光素子が形成できる。
いることにより、素子表面での入射光の反射を抑えるこ
とができ(低反射率にすることができ)、受光効率を高め
ることができる。
膜305をGaAs基板301上に形成しているので、
多層反射防止膜305の低屈折率層として屈折率の低い
AlAsを用いることができる。さらに、図4の受光素
子では、多層反射防止膜305の高屈折率層にGaAs
よりも屈折率の大きいInGaNAs(1.3μm組成)
を用いているので、InGaNAsの屈折率が大きい分
だけ、InGaNAs/GaAsの屈折率差を従来のA
lAs/GaAsの屈折率差よりも大きくすることがで
き、高透過率を得るためのペア数を従来よりも少なくで
きる。これにより、多層反射防止膜を短かい成長時間で
形成することが可能となり、また、多層反射防止膜の厚
みも薄くすることができ、また、作製プロセスも容易に
なる。
aNAsを用いたが、InGaNAsにAlやP等を含
んだものを用いることもできる。但し、N組成が同じで
ある場合、InGaNAsにAlやPを添加すると屈折
率が小さくなるので、InGaNAsを用いるのが望ま
しい。
率層と低屈折率層とが交互に積層された半導体多層膜の
反射防止膜を具備しており、この場合、該反射防止膜の
高屈折率層としてV族元素にN(窒素)を含んだIII−(N
x,V1-x)からなるIII-V族混晶半導体が用いられるこ
とを特徴としている。
高屈折率層として用いられる前記III−(Nx,V1-x)か
らなる上記III-V族混晶半導体層が、GaAs基板上に
形成されていることを特徴としている。
V1-x)からなる上記III-V族混晶半導体層が、InxG
a1-xNyAs1-y(0<x<1,0<y<1)であること
を特徴としている。
項2記載の発明によれば、高屈折率層と低屈折率層とが
交互に積層されて構成される半導体多層膜において、高
屈折率層として、V族元素にN(窒素)を含んだIII−(N
x,V1-x)からなるIII-V族混晶半導体を用いているの
で、少ないペア数で高反射率の半導体多層膜反射鏡や低
反射率の無反射構造を形成できる。すなわち、V族元素
にN(窒素)を含んだIII−(Nx,V1-x)からなる屈折率
の大きいIII-V族混晶半導体を高屈折率層として用いて
いるので、少ないペア数で高反射率の半導体多層膜反射
鏡や低反射率の反射防止膜を形成できる。従って、この
半導体多層膜を面発光型半導体レーザの多層膜反射鏡や
受光素子の反射防止膜に用いる場合、多層膜反射鏡や反
射防止膜を短かい成長時間で形成することができ、ま
た、厚さを薄くできて、段差を小さくすることができ、
また、作製プロセスを容易にすることができる。
元素にN(窒素)を含んだIII−(Nx,V1-x)からなる屈
折率の大きいIII-V族混晶半導体を面発光型半導体レー
ザの多層膜反射鏡の高屈折率層として用いているので、
少ないペア数で高反射率(例えば99.9%)が得られ、
また、多層膜反射鏡の厚さを薄くすることができ、ま
た、多層膜反射鏡を短かい成長時間で形成することが可
能になるとともに、段差を小さくすることができ、ま
た、作製プロセスも容易になる。
光型半導体レーザは、GaAs基板上に形成されるの
で、InP基板上に形成できる材料に比べて屈折率の小
さいAlAs等を多層膜反射鏡の低屈折率層として用い
ることができる。
項3記載の面発光型半導体レーザにおいて、多層膜反射
鏡の高屈折率層としてInxGa1-xNyAs1-y(0<x
<1,0<y<1)を用いており、この材料は、GaA
s基板に格子整合するIII-V族半導体材料の中で最も屈
折率の大きい材料であって、低屈折率層との屈折率差を
最も大きくできるので、少ないペア数で高反射率の半導
体多層膜反射鏡が得られる。
体多層膜の反射防止膜を用いる受光素子において、該反
射防止膜は、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層さ
れた構成のものとなっており、該反射防止膜の高屈折率
層としてV族元素にN(窒素)を含んだIII−(Nx,
V1-x)からなるIII-V族混晶半導体を用いるので、すな
わち、V族元素にN(窒素)を含んだIII−(Nx,V1-x)
からなる屈折率の大きいIII-V族混晶半導体層を多層反
射防止膜の高屈折率層として用いているので、少ないペ
ア数で低反射率の多層反射防止膜を形成できて、多層反
射防止膜を短かい成長時間で形成することが可能とな
り、また、多層反射防止膜の厚みを薄くすることがで
き、また、作製プロセスも容易になる。
防止膜の高屈折率層として用いられる前記III−(Nx,
V1-x)からなるIII-V族混晶半導体材料は、GaAs基
板上に形成されるので、InP基板上に形成できる材料
に比べて屈折率の小さいAlAs等を多層反射防止膜の
低屈折率層として用いることができる。
項6記載の受光素子において、多層反射防止膜の高屈折
率層としてInxGa1-xNyAs1-y(0<x<1,0<
y<1)を用いており、この材料は、GaAs基板に格
子整合するIII-V族半導体材料の中で最も屈折率の大き
い材料であって、低屈折率層との屈折率差を最も大きく
できるので、少ないペア数で低反射率の多層反射防止膜
が得られる。
組成)とGaAsの屈折率のエリプソメトリーによる測
定値(実測値)と、GaAsとIn0.13Ga0.87AsのM
ESO法(Modified Single Effective Oscillator Mode
l)による計算値の波長依存性を示す図である。
ある。
示す図である。
る。
3μm組成)の第一の多層膜反射鏡 203 n−AlGaAsクラッド層 204 GaAs光ガイド層 205 InGaNAs(1.5μm組成)活性
層 206 GaAs光ガイド層 207 p−AlGaAsクラッド層 208 p−GaAsコンタクト層 209 p−AlAs/InGaNAs(1.
3μm組成)の第二の多層膜反射鏡 210 n側電極 211 p側電極 301 n型GaAs基板 302 n型GaAsバッファー層 303 アンドープInGaNAs光吸収層 304 p型InGaNAs層 305 p−AlAs/InGaNAs(1.
3μm組成)多層反射防止膜 306 p−GaAsコンタクト層 307 p側電極 308 n側電極 309 受光部
Claims (12)
- 【請求項1】 高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層
されて構成される半導体多層膜において、高屈折率層と
して、V族元素にN(窒素)を含んだIII−(Nx,V1-x)
からなるIII-V族混晶半導体材料が用いられ、低屈折率
層として、AlbGa1-bAs(0<b≦1)からなるAl
GaAs系材料が用いられ、該半導体多層膜がGaAs
基板上に形成されていることを特徴とする半導体多層膜
反射鏡。 - 【請求項2】 高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層
されて構成される半導体多層膜において、高屈折率層と
して、V族元素にN(窒素)を含んだIII−(N x ,V 1-x )
からなるIII-V族混晶半導体材料が用いられ、低屈折率
層として、Al b Ga 1-b As(0<b≦1)からなるAl
GaAs系材料が用いられ、該半導体多層膜はGaAs
基板上に形成されていることを特徴とする半導体多層膜
反射防止膜。 - 【請求項3】 半導体多層膜の反射鏡を用いる面発光型
半導体レーザにおいて、前記半導体多層膜反射鏡は、高
屈折率層と低屈折率層とからなり屈折率が周期的に変化
する構成のものとなっており、該半導体多層膜反射鏡
は、高屈折率層として、V族元素にN(窒素)を含んだII
I−(Nx,V1-x)からなるIII-V族混晶半導体材料が用
いられ、低屈折率層として、AlbGa1-bAs(0<b
≦1)からなるAlGaAs系材料が用いられ、該半導
体多層膜はGaAs基板上に形成されていることを特徴
とする面発光型半導体レーザ。 - 【請求項4】 請求項3記載の面発光型半導体レーザに
おいて、前記III−(Nx,V1-x)からなるIII-V族混晶
半導体材料は、InxGa1-xNyAs1-y(0<x<1,
0<y<1)であることを特徴とする面発光型半導体レ
ーザ。 - 【請求項5】 半導体多層膜反射鏡を用いる面発光型半
導体レーザにおいて、前記半導体多層膜反射鏡は、高屈
折率層と低屈折率層とからなり屈折率が周期的に変化す
る構成のものとなっており、該半導体多層膜反射鏡は、
高屈折率層としてInxGa1-xNyAs1-y(0<x<
1,0<y<1)からなるIII-V族混晶半導体材料、低
屈折率層としてAlbGa1-bAs(0<b≦1)からなる
AlGaAs系材料から構成され、また、面発光型半導
体レーザの活性層にはInx2Ga1- x2NyAs1-y2(0<
x2<1,0<y2<1)からなるIII-V族混晶半導体
がGaAs基板上に形成されていることを特徴とする面
発光型半導体レーザ。 - 【請求項6】 半導体多層膜の反射防止膜を用いる受光
素子において、該反射防止膜は、高屈折率層と低屈折率
層とからなり屈折率が周期的に変化する構成のものとな
っており、該反射防止膜の高屈折率層として、V族元素
にN(窒素)を含んだIII−(Nx,V1-x)からなるIII-V
族混晶半導体材料が用いられ、該III-V族混晶半導体材
料はGaAs基板上に形成されていることを特徴とする
受光素子。 - 【請求項7】 請求項6記載の受光素子において、反射
防止膜の高屈折率層として用いられる前記III−(Nx,
V1-x)からなるIII-V族混晶半導体材料は、In x Ga
1-x N y As 1-y (0<x<1,0<y<1)であることを
特徴とする受光素子。 - 【請求項8】 請求項1記載の半導体多層膜反射鏡にお
いて、前記III−(Nx,V1-x)からなるIII-V族混晶半
導体材料は、Nの原料としてDMHy(ジメチルヒドラ
ジン)を用いたMOCVD法(有機金属気相成長法)に
より結晶成長されることを特徴とする半導体多層膜反射
鏡。 - 【請求項9】 請求項2記載の半導体多層膜反射防止膜
において、前記III−(N x ,V 1-x )からなるIII-V族混
晶半導体材料は、Nの原料としてDMHy(ジメチルヒ
ドラジン)を用いたMOCVD法(有機金属気相成長
法)により結晶成長されることを特徴とする半導体多層
膜反射防止膜。 - 【請求項10】 請求項3または請求項4記載の面発光
型半導体レーザにおいて、前記III−(Nx,V1-x)から
なるIII-V族混晶半導体材料は、Nの原料としてDMH
y(ジメチルヒドラジン)を用いたMOCVD法(有機
金属気相成長法)により結晶成長されることを特徴とす
る面発光型半導体レーザ。 - 【請求項11】 請求項5記載の面発光型半導体レーザ
において、前記InxGa1-xNyAs1-y(0<x<1,
0<y<1)からなるIII-V族混晶半導体材料、およ
び、Inx2Ga1-x2NyAs1-y2(0<x2<1,0<y
2<1)からなるIII-V族混晶半導体は、Nの原料とし
てDMHy(ジメチルヒドラジン)を用いたMOCVD
法(有機金属気相成長法)により結晶成長されることを
特徴とする面発光型半導体レーザ。 - 【請求項12】 請求項6または請求項7記載の受光素
子において、前記III−(Nx,V1-x)からなるIII-V族
混晶半導体材料は、Nの原料としてDMHy(ジメチル
ヒドラジン)を用いたMOCVD法(有機金属気相成長
法)により結晶成長されることを特徴とする受光素子。
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