JPH05283808A - 低抵抗のブラッグ反射層を備えた表面発光レーザ - Google Patents
低抵抗のブラッグ反射層を備えた表面発光レーザInfo
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- JPH05283808A JPH05283808A JP5028718A JP2871893A JPH05283808A JP H05283808 A JPH05283808 A JP H05283808A JP 5028718 A JP5028718 A JP 5028718A JP 2871893 A JP2871893 A JP 2871893A JP H05283808 A JPH05283808 A JP H05283808A
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- H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低抵抗で高反射率のミラー反射層を有する垂
直空洞表面発光レーザを提供することを目的とする。 【構成】 垂直空洞表面発光レーザ２８は、特定の伝導
型の下部クラッド層３６、及び反対の伝導型の上部クラ
ッド層４４を含む。下部クラッド層３６は、半導体基板
３０上に設けられ、異なる屈折率の複数周期半導体層を
有し、λ/ ２ブラッグ反射層を形成するように蒸着され
る。上部クラッド層４４は、異なる屈折率の複数周期半
導体層を有し、複数層の反射層を形成するように蒸着さ
れる。
直空洞表面発光レーザを提供することを目的とする。 【構成】 垂直空洞表面発光レーザ２８は、特定の伝導
型の下部クラッド層３６、及び反対の伝導型の上部クラ
ッド層４４を含む。下部クラッド層３６は、半導体基板
３０上に設けられ、異なる屈折率の複数周期半導体層を
有し、λ/ ２ブラッグ反射層を形成するように蒸着され
る。上部クラッド層４４は、異なる屈折率の複数周期半
導体層を有し、複数層の反射層を形成するように蒸着さ
れる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、垂直空洞表面発光レー
ザー（Vertical cavity surface emittinglasers）に係
り、特に垂直空洞表面発光レーザー用の改良されたブラ
ッグ反射層（Bragg reflector ）に関する。
ザー（Vertical cavity surface emittinglasers）に係
り、特に垂直空洞表面発光レーザー用の改良されたブラ
ッグ反射層（Bragg reflector ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】垂直空洞表面発光レーザー（ＶＣＳＥ
Ｌ）は、通常の端面発光レーザ（edge emitting lase
rs）に比べ必要なプロセスが少ないなど、光電子光学の
応用に対し、多くの優れた特性を有する。従来技術によ
るＶＣＳＥＬの１例が図１に示される。同図において、
ｎ＋ＧａＡｓ（ガリウムひ素）基板１０上にｎ型クラッ
ド層１２が形成されている。このクラッド層は、ＧａＡ
ｓとＡｌＡｓ（アルミひ素）を２２周期積層したもので
ある。このＧａＡｓおよびＡｌＡｓの積層の厚さは、以
下に詳細に説明するように、４分の１波長（λ/ ４）の
反射層を形成するように選択される。クラッド層１２の
表面に、活性領域１４が形成される。活性領域１４は、
ＧＲＩＮ個別閉じ込めヘトロ構造（graded index separ
ate confinement hetrostructure structure ）（ＧＲ
ＩＮＳＣＨ）１６に挟まれた、ＩｎＧａＡｓ（インジウ
ムガリウムひ素）活性層１８を含む。
Ｌ）は、通常の端面発光レーザ（edge emitting lase
rs）に比べ必要なプロセスが少ないなど、光電子光学の
応用に対し、多くの優れた特性を有する。従来技術によ
るＶＣＳＥＬの１例が図１に示される。同図において、
ｎ＋ＧａＡｓ（ガリウムひ素）基板１０上にｎ型クラッ
ド層１２が形成されている。このクラッド層は、ＧａＡ
ｓとＡｌＡｓ（アルミひ素）を２２周期積層したもので
ある。このＧａＡｓおよびＡｌＡｓの積層の厚さは、以
下に詳細に説明するように、４分の１波長（λ/ ４）の
反射層を形成するように選択される。クラッド層１２の
表面に、活性領域１４が形成される。活性領域１４は、
ＧＲＩＮ個別閉じ込めヘトロ構造（graded index separ
ate confinement hetrostructure structure ）（ＧＲ
ＩＮＳＣＨ）１６に挟まれた、ＩｎＧａＡｓ（インジウ
ムガリウムひ素）活性層１８を含む。
【０００３】活性領域１４の上部に、ｐ型クラッド層２
０が形成され、ｎ型クラッド層と同様にλ/ ４反射層を
供給する。ｐ型反射層にはＧａＡｓとＡｌＡｓの２４周
期の積層が用いられ、ｐ型側の反射層の反射率が、ｎ型
側の反射層の反射率よりわずかに大きくなっている。ｐ
型クラッド層の表面にはｐ＋ＧａＡｓキャップ層２２が
あり、その上部には、オーミック電極（ohmic metal ）
２４が形成される。また、パターン化されたオーミック
電極２６が、基板１０に設けられる。ここで、パターニ
ングを用いることによって、基板からのレーザ出力が可
能になる。
０が形成され、ｎ型クラッド層と同様にλ/ ４反射層を
供給する。ｐ型反射層にはＧａＡｓとＡｌＡｓの２４周
期の積層が用いられ、ｐ型側の反射層の反射率が、ｎ型
側の反射層の反射率よりわずかに大きくなっている。ｐ
型クラッド層の表面にはｐ＋ＧａＡｓキャップ層２２が
あり、その上部には、オーミック電極（ohmic metal ）
２４が形成される。また、パターン化されたオーミック
電極２６が、基板１０に設けられる。ここで、パターニ
ングを用いることによって、基板からのレーザ出力が可
能になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図１からわかるよう
に、ＶＣＳＥＬは小型で、極めて小さいしきい電流、及
び低出力ビーム発散量を有し、単一縦モードで安定した
操作を行う。小型であるために、ＶＣＳＥＬの利得媒体
（gain media）の総量は非常に小さい。従って、総損失
が総利得に等しいという、レーザー発光の為の必要条件
を満足させるためには、ＶＣＳＥＬに極めて高い反射
率、例えば９９．９％のミラーが必要になる。この高反
射率を得るためには、ミラーは、通常、図１に関して上
記に述べたように、高―低屈折率のλ/ ４の積層から作
られる。例えば、０．９８μｍの波長の光に対応するＩ
ｎＧａＡｓ量子井戸活性層の場合、０．０７μｍのＧａ
Ａｓと０．０８３μｍのＡｌＡｓの２２周期の積層によ
って４分の１波長の積層が作られ、９９．９５％の計算
された反射率を提供する（図２参照）。ＡｌＡｓによっ
て構成されるミラーの問題点は、結果として形成される
クラッド層が高い連続抵抗を有することである（参考：
Ｙ．Ｈ．リー、Ｊ．Ｌ．ジュウェル、Ａ．シェアラ、
Ｓ．Ｌ．マッコール、Ｊ．Ｐ．ハービソン、Ｌ．Ｔ．フ
ローレイス共著、「室温連続波垂直空洞単一量子井戸マ
イクロレーザダイオード」エレクトロン・レター、第２
５巻、１３７７―１３７８ページ、１９８９年出版）。
この高抵抗は２つの要因に起因する。すなわち、ＡｌＡ
ｓとＧａＡｓの界面におけるポテンシャル障壁（potent
ial barrier ）が大きいこと、及びＡｌＡｓ内のキャ
リアの可動性が低いことである。ポテンシャル障壁の問
題については、ギールズその他によって論じられ（参
考：Ｒ．Ｓ．ギールズ、Ｓ．Ｗ．コルジン、Ｊ．Ｗ．ス
コット、Ｄ．Ｂ．ヤング、Ｌ．Ａ．コールドレン共著、
「低しきい値の平面化された垂直空洞表面発光レー
ザ」、ＩＥＥＥ フォトニックス テクノール レター
ズ、第２巻、２３４―２３６ページ、１９９０年出
版）、その結果、ＡｌＡｓとＧａＡｓの界面は段階付け
された（graded）。
に、ＶＣＳＥＬは小型で、極めて小さいしきい電流、及
び低出力ビーム発散量を有し、単一縦モードで安定した
操作を行う。小型であるために、ＶＣＳＥＬの利得媒体
（gain media）の総量は非常に小さい。従って、総損失
が総利得に等しいという、レーザー発光の為の必要条件
を満足させるためには、ＶＣＳＥＬに極めて高い反射
率、例えば９９．９％のミラーが必要になる。この高反
射率を得るためには、ミラーは、通常、図１に関して上
記に述べたように、高―低屈折率のλ/ ４の積層から作
られる。例えば、０．９８μｍの波長の光に対応するＩ
ｎＧａＡｓ量子井戸活性層の場合、０．０７μｍのＧａ
Ａｓと０．０８３μｍのＡｌＡｓの２２周期の積層によ
って４分の１波長の積層が作られ、９９．９５％の計算
された反射率を提供する（図２参照）。ＡｌＡｓによっ
て構成されるミラーの問題点は、結果として形成される
クラッド層が高い連続抵抗を有することである（参考：
Ｙ．Ｈ．リー、Ｊ．Ｌ．ジュウェル、Ａ．シェアラ、
Ｓ．Ｌ．マッコール、Ｊ．Ｐ．ハービソン、Ｌ．Ｔ．フ
ローレイス共著、「室温連続波垂直空洞単一量子井戸マ
イクロレーザダイオード」エレクトロン・レター、第２
５巻、１３７７―１３７８ページ、１９８９年出版）。
この高抵抗は２つの要因に起因する。すなわち、ＡｌＡ
ｓとＧａＡｓの界面におけるポテンシャル障壁（potent
ial barrier ）が大きいこと、及びＡｌＡｓ内のキャ
リアの可動性が低いことである。ポテンシャル障壁の問
題については、ギールズその他によって論じられ（参
考：Ｒ．Ｓ．ギールズ、Ｓ．Ｗ．コルジン、Ｊ．Ｗ．ス
コット、Ｄ．Ｂ．ヤング、Ｌ．Ａ．コールドレン共著、
「低しきい値の平面化された垂直空洞表面発光レー
ザ」、ＩＥＥＥ フォトニックス テクノール レター
ズ、第２巻、２３４―２３６ページ、１９９０年出
版）、その結果、ＡｌＡｓとＧａＡｓの界面は段階付け
された（graded）。
【０００５】本発明の目的は、ｎ型ミラーにとっては重
大である、ＡｌＡｓ内の相対的に小さいキャリア移動度
（mobility）の問題を修正することにある。キャリアの
濃度１．０ｘ１０18ｃｍ-3における、ＧａＡｓおよびＡ
ｌＡｓ内の電子移動度は、図２に示されるように、それ
ぞれ、およそ２９００ｃｍ2 / Ｖ−ｓ、および９０ｃｍ
2 / Ｖ−ｓである。
大である、ＡｌＡｓ内の相対的に小さいキャリア移動度
（mobility）の問題を修正することにある。キャリアの
濃度１．０ｘ１０18ｃｍ-3における、ＧａＡｓおよびＡ
ｌＡｓ内の電子移動度は、図２に示されるように、それ
ぞれ、およそ２９００ｃｍ2 / Ｖ−ｓ、および９０ｃｍ
2 / Ｖ−ｓである。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用】上記の２２周期
のミラーの場合、１．８３μｍのＡｌＡｓを通過する電
子の流れは、高連続抵抗を引き起こすため、本発明では
より少ないＡｌＡｓを含み、しかも同じ反射率を維持す
るミラーを使用する。解決策として、ｎ型ミラーに、λ
/ ４反射層の代わりにブラッグ反射層を用いる（図３参
照）。従来のように高屈折率及び低屈折率の材料に対
し、それぞれ４分の１波長ごとの摂動を要求するのとは
違い、ブラッグ反射層は屈折率分布において２分の１波
長ごとの摂動のみを要求するため、より少ないＡｌＡｓ
から構成することができる。例えば、上記の２２周期の
λ/ ４反射層の反射率と等価の、９９．９５％の反射率
を得るために、本発明の反射層は、０．０３５μｍのＡ
ｌＡｓと０．１１０μｍのＧａＡｓを３６周期積層すれ
ばよく、ＡｌＡｓ全体の厚さは１．２６μｍになる。上
記の２２周期のλ/ ４反射層と比較すると、本発明によ
る装置は、ｎ型側の連続抵抗を約２６％減少することが
できる。この抵抗の減少は、λ/ ４反射層の場合（図
２）に比較して、ブラッグ反射層（図３）におけるキャ
リアの全体的な移動度がより高くなることに起因する。
のミラーの場合、１．８３μｍのＡｌＡｓを通過する電
子の流れは、高連続抵抗を引き起こすため、本発明では
より少ないＡｌＡｓを含み、しかも同じ反射率を維持す
るミラーを使用する。解決策として、ｎ型ミラーに、λ
/ ４反射層の代わりにブラッグ反射層を用いる（図３参
照）。従来のように高屈折率及び低屈折率の材料に対
し、それぞれ４分の１波長ごとの摂動を要求するのとは
違い、ブラッグ反射層は屈折率分布において２分の１波
長ごとの摂動のみを要求するため、より少ないＡｌＡｓ
から構成することができる。例えば、上記の２２周期の
λ/ ４反射層の反射率と等価の、９９．９５％の反射率
を得るために、本発明の反射層は、０．０３５μｍのＡ
ｌＡｓと０．１１０μｍのＧａＡｓを３６周期積層すれ
ばよく、ＡｌＡｓ全体の厚さは１．２６μｍになる。上
記の２２周期のλ/ ４反射層と比較すると、本発明によ
る装置は、ｎ型側の連続抵抗を約２６％減少することが
できる。この抵抗の減少は、λ/ ４反射層の場合（図
２）に比較して、ブラッグ反射層（図３）におけるキャ
リアの全体的な移動度がより高くなることに起因する。
【０００７】
【実施例】以下、好適な実施例を説明する。好適な実施
例によれば、垂直空洞表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）
は、従来のλ/ ４反射層を用いるのではなく、レーザ空
洞（laser cavity）内に、ビーム出力側のクラッド層内
に設けられたλ/ ２ブラッグ反射層を組み込むことによ
って構成され、それにより、装置の全体的な電気的抵抗
及び熱の散逸を減少することができる。
例によれば、垂直空洞表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）
は、従来のλ/ ４反射層を用いるのではなく、レーザ空
洞（laser cavity）内に、ビーム出力側のクラッド層内
に設けられたλ/ ２ブラッグ反射層を組み込むことによ
って構成され、それにより、装置の全体的な電気的抵抗
及び熱の散逸を減少することができる。
【０００８】図４は、基板３０が高濃度にドープされた
ｎ＋ＧａＡｓである、本発明の垂直空洞表面発光レーザ
２８の特定の実施例である。一般的には、基板はｎ＋Ｇ
ａＡｓから構成される必要はなく、残りの層が基板上に
エピタキシャル成長でき、レーザ照射が弱められること
なくこの層を通過すれば、任意の高伝導性半導体材料か
ら構成されてよい。レーザの残りの部分は、基板３０上
にエピタキシャル成長した、所定の厚さ及びドーピング
タイプの一連の個別半導体層から構成され、オーミック
メタル接触面（ohmic metal contact ）３２及び３４
が、垂直空洞レーザ２８の上面及び底面にそれぞれ設け
られている。好適な実施例は、基板３０を通過して発光
するように構成されているが、反対方向に発光する他の
実施例も可能である。オーミックメタル接触面３２を介
して得られる光の照射は、基板３０上のメタル蒸着（me
tal deposition）をパターンすることによって得られ
る。
ｎ＋ＧａＡｓである、本発明の垂直空洞表面発光レーザ
２８の特定の実施例である。一般的には、基板はｎ＋Ｇ
ａＡｓから構成される必要はなく、残りの層が基板上に
エピタキシャル成長でき、レーザ照射が弱められること
なくこの層を通過すれば、任意の高伝導性半導体材料か
ら構成されてよい。レーザの残りの部分は、基板３０上
にエピタキシャル成長した、所定の厚さ及びドーピング
タイプの一連の個別半導体層から構成され、オーミック
メタル接触面（ohmic metal contact ）３２及び３４
が、垂直空洞レーザ２８の上面及び底面にそれぞれ設け
られている。好適な実施例は、基板３０を通過して発光
するように構成されているが、反対方向に発光する他の
実施例も可能である。オーミックメタル接触面３２を介
して得られる光の照射は、基板３０上のメタル蒸着（me
tal deposition）をパターンすることによって得られ
る。
【０００９】基板３０上に、下部クラッド層３６が設け
られる。この層は、０．１１μｍのＧａＡｓと０．０３
５μｍのＡｌＡｓから成るｎ型の３６の積層を含み、複
数層の反射層を形成する。これらの層の厚さは、ここに
説明された装置によって生成される、０．９８μｍの光
の自由空間照射に必要とされるものである。他の装置を
使用する場合、当業者に周知の方法によって、所望の波
長に比例して、その厚さが計算される。下部クラッド層
３６は、Ｓｉ（ケイ素）、Ｓｎ（スズ）などのｎ型不純
物を、１０17から１０19ａｔｏｍｓ/ ｃｍ3 の濃度に、
好ましくは、１０18ａｔｏｍｓ/ ｃｍ3 の濃度でドーピ
ングしたものである。好適な蒸着方法は、分子線エピタ
キシー法（ＭＢＥ）または、有機金属気相成長法（ＭＯ
ＣＶＤ）である。しかし、当業者の間で実践されるよう
に、制御された厚さ及びドーピングのエピタキシャル層
を完成する多くの他の蒸着法（例えば、化学ビームエピ
タキシー（Chemical Beam Epitaxy ）、または原子層エ
ピタキシー（Atomic LayerEpitaxy））も同様に用いる
ことができる。
られる。この層は、０．１１μｍのＧａＡｓと０．０３
５μｍのＡｌＡｓから成るｎ型の３６の積層を含み、複
数層の反射層を形成する。これらの層の厚さは、ここに
説明された装置によって生成される、０．９８μｍの光
の自由空間照射に必要とされるものである。他の装置を
使用する場合、当業者に周知の方法によって、所望の波
長に比例して、その厚さが計算される。下部クラッド層
３６は、Ｓｉ（ケイ素）、Ｓｎ（スズ）などのｎ型不純
物を、１０17から１０19ａｔｏｍｓ/ ｃｍ3 の濃度に、
好ましくは、１０18ａｔｏｍｓ/ ｃｍ3 の濃度でドーピ
ングしたものである。好適な蒸着方法は、分子線エピタ
キシー法（ＭＢＥ）または、有機金属気相成長法（ＭＯ
ＣＶＤ）である。しかし、当業者の間で実践されるよう
に、制御された厚さ及びドーピングのエピタキシャル層
を完成する多くの他の蒸着法（例えば、化学ビームエピ
タキシー（Chemical Beam Epitaxy ）、または原子層エ
ピタキシー（Atomic LayerEpitaxy））も同様に用いる
ことができる。
【００１０】周知のごとく、下部クラッド層３６は、レ
ーザの光学的空洞の部分を形成し、レーザ内で生成され
た光の一部を反射して光学的活性領域に戻す。好適な実
施例におけるこれらの層の反射率は９９．９５％で、こ
れは、垂直空洞のジオメトリに通常必要な反射率であ
る。これらの層の厚さ及び光学的屈折率（optical indi
ces ）の組み合わせの選択が、本発明において決定的な
ものである。
ーザの光学的空洞の部分を形成し、レーザ内で生成され
た光の一部を反射して光学的活性領域に戻す。好適な実
施例におけるこれらの層の反射率は９９．９５％で、こ
れは、垂直空洞のジオメトリに通常必要な反射率であ
る。これらの層の厚さ及び光学的屈折率（optical indi
ces ）の組み合わせの選択が、本発明において決定的な
ものである。
【００１１】図３には、図４の実施例の下部クラッド層
３６に適切な層の厚さ、及び屈折率の空間変異がグラフ
で示される。層の厚さにおける通常の許容差（toleranc
e ）は、１０オングストロームの桁数である。本発明と
従来技術における層の厚さの差は、一般に許容される許
容差よりかなり大きい。
３６に適切な層の厚さ、及び屈折率の空間変異がグラフ
で示される。層の厚さにおける通常の許容差（toleranc
e ）は、１０オングストロームの桁数である。本発明と
従来技術における層の厚さの差は、一般に許容される許
容差よりかなり大きい。
【００１２】活性領域３８において、下部及び上部のク
ラッド層からそれぞれ注入された電子とホールの再結合
の結果、光が生成される。この領域の中心部分である活
性層４０は、通常１０オングストロームから１０００オ
ングストロームの厚さを有するＩｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓか
ら構成される。１００オングストロームが好ましく、そ
の場合は量子井戸活性層と称される。活性層４０のバン
ドギャップは、従来実施されるように、クラッド層の材
料のバンドギャップより小さくなるように選択される。
活性層は、ＩｎＧａＡｓから構成される必要はなく、そ
の照射光が、垂直空洞レーザの残りの層を透過すれば、
任意の半導体材料で形成できる。さらに、活性層は単一
の量子井戸ではなく、複数の量子井戸から構成すること
もできる。当業者によって認識されるように、活性層の
バンドギャップが反射層の周期数に適合され、下部クラ
ッド層３６内のブラッグ反射層の周期が、活性層４０か
らの照射光の周期の半分になるようになるようにするこ
とが重要である。活性層４０は、Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ
で構成される閉じ込め領域（confinement region）４２
によって、その上部及び下部を挟まれる。この領域４２
のバンドギャップは、従来の量子井戸レーザ同様、活性
層よりも大きい。閉じ込め領域４２は、Ａｌ0.5 Ｇａ
0.5 Ａｓから成る均一の領域ではなく、従来技術で実施
されるように、ＧＲＩＮＳＣＨ構成で作ることもでき
る。ＧＲＩＮＳＣＨ構成においては、閉じ込め層（cofi
ning layers ）のＡｌ（アルミニウム）構成物は、活性
層に隣接する部分でのおよそ２０％のＡｌから、ｎ型及
びｐ型クラッド層に隣接する部分での５０％のＡｌまで
段階付けがされる（graded）。活性層及び閉じ込め層の
好適な成長方法もまた、ＭＢＥまたはＭＯＣＶＤである
が、結晶学的高品質のエピタキシャル材料を完成すれ
ば、他の方法でもよい。活性層の不純物添加は、通常、
０から１０17不純物ａｔｏｍｓ/ ｃｍ3 の範囲である
が、１０16ａｔｏｍｓ/ ｃｍ3 の桁が好ましい。また、
いずれの型の不純物でもよいが、好ましいのはｎ型であ
る。
ラッド層からそれぞれ注入された電子とホールの再結合
の結果、光が生成される。この領域の中心部分である活
性層４０は、通常１０オングストロームから１０００オ
ングストロームの厚さを有するＩｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓか
ら構成される。１００オングストロームが好ましく、そ
の場合は量子井戸活性層と称される。活性層４０のバン
ドギャップは、従来実施されるように、クラッド層の材
料のバンドギャップより小さくなるように選択される。
活性層は、ＩｎＧａＡｓから構成される必要はなく、そ
の照射光が、垂直空洞レーザの残りの層を透過すれば、
任意の半導体材料で形成できる。さらに、活性層は単一
の量子井戸ではなく、複数の量子井戸から構成すること
もできる。当業者によって認識されるように、活性層の
バンドギャップが反射層の周期数に適合され、下部クラ
ッド層３６内のブラッグ反射層の周期が、活性層４０か
らの照射光の周期の半分になるようになるようにするこ
とが重要である。活性層４０は、Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ
で構成される閉じ込め領域（confinement region）４２
によって、その上部及び下部を挟まれる。この領域４２
のバンドギャップは、従来の量子井戸レーザ同様、活性
層よりも大きい。閉じ込め領域４２は、Ａｌ0.5 Ｇａ
0.5 Ａｓから成る均一の領域ではなく、従来技術で実施
されるように、ＧＲＩＮＳＣＨ構成で作ることもでき
る。ＧＲＩＮＳＣＨ構成においては、閉じ込め層（cofi
ning layers ）のＡｌ（アルミニウム）構成物は、活性
層に隣接する部分でのおよそ２０％のＡｌから、ｎ型及
びｐ型クラッド層に隣接する部分での５０％のＡｌまで
段階付けがされる（graded）。活性層及び閉じ込め層の
好適な成長方法もまた、ＭＢＥまたはＭＯＣＶＤである
が、結晶学的高品質のエピタキシャル材料を完成すれ
ば、他の方法でもよい。活性層の不純物添加は、通常、
０から１０17不純物ａｔｏｍｓ/ ｃｍ3 の範囲である
が、１０16ａｔｏｍｓ/ ｃｍ3 の桁が好ましい。また、
いずれの型の不純物でもよいが、好ましいのはｎ型であ
る。
【００１３】次に、上部クラッド層４４は活性領域３８
上にエピタキシャル成長され、ＧａＡｓとＡｌＡｓのｐ
型積層から構成される。図３は、これらの層の厚さ及び
屈折率を示したものである。これらのパラメータは、λ
/ ４複数層反射層を実現するために選択される。これ
は、分散光反射（distributed optical reflection）の
ために表面発光レーザにおいて下部及び上部クラッド層
の両方に従来から利用されるものである。ｐ型クラッド
層の好適なエピタキシャル蒸着方法、及び一般的な不純
物の密度範囲は、上記に説明したｎ型クラッド層の場合
と同様である。複数層反射層の連続抵抗を減少する手段
として、（前述の）ギールズ他によって論じられたよう
に、ＧａＡｓとＡｌＡｓの界面は、上部及び下部クラッ
ド層反射層のいずれにおいても、段階付けすることがで
きる。一般的に実施されるように、高濃度でｐ型ドープ
されたＧａＡｓのキャップ４６がλ/ ４反射層上にエピ
タキシャル蒸着により形成される。さらに、Ａｕ（金）
の層３４がこのキャップ上に蒸着形成され、垂直空洞レ
ーザ２８の横断面領域を覆うように、キャップ上にオー
ム電極接触層（ohmic electrical contact）を形成す
る。一般的に実施されるように、光照射と垂直方向の装
置の側面の長さは、十分な密度の酸素イオンの注入を４
８の部分に行い、活性層を破壊し不能とすることにより
決定される。図４に示されるように、上部クラッド層４
４を、フォトリソグラフィー法により規定し（definin
g）、エッチングすることによって、さらに光閉じ込め
効果を実現することができる。
上にエピタキシャル成長され、ＧａＡｓとＡｌＡｓのｐ
型積層から構成される。図３は、これらの層の厚さ及び
屈折率を示したものである。これらのパラメータは、λ
/ ４複数層反射層を実現するために選択される。これ
は、分散光反射（distributed optical reflection）の
ために表面発光レーザにおいて下部及び上部クラッド層
の両方に従来から利用されるものである。ｐ型クラッド
層の好適なエピタキシャル蒸着方法、及び一般的な不純
物の密度範囲は、上記に説明したｎ型クラッド層の場合
と同様である。複数層反射層の連続抵抗を減少する手段
として、（前述の）ギールズ他によって論じられたよう
に、ＧａＡｓとＡｌＡｓの界面は、上部及び下部クラッ
ド層反射層のいずれにおいても、段階付けすることがで
きる。一般的に実施されるように、高濃度でｐ型ドープ
されたＧａＡｓのキャップ４６がλ/ ４反射層上にエピ
タキシャル蒸着により形成される。さらに、Ａｕ（金）
の層３４がこのキャップ上に蒸着形成され、垂直空洞レ
ーザ２８の横断面領域を覆うように、キャップ上にオー
ム電極接触層（ohmic electrical contact）を形成す
る。一般的に実施されるように、光照射と垂直方向の装
置の側面の長さは、十分な密度の酸素イオンの注入を４
８の部分に行い、活性層を破壊し不能とすることにより
決定される。図４に示されるように、上部クラッド層４
４を、フォトリソグラフィー法により規定し（definin
g）、エッチングすることによって、さらに光閉じ込め
効果を実現することができる。
【００１４】周知のごとく、反対の誘導タイプのクラッ
ド層を通過する電流の伝導、及び活性層におけるキャリ
アの閉じ込め効果によって、活性領域における利得、及
び光照射が得られる。単一の光パスに対してレーザ光を
発するための、実際に実現可能な構成においては、この
利得は十分に高くないので、上部及び下部クラッド層に
埋め込まれたλ/ ４反射層によって従来実施されるよう
に、この空洞光は光利得領域に再度反射されなければな
らない。複数の反射層におけるキャリアの移動度は等し
くないので、その層が比較可能な厚さの場合、（従来実
施されるように、）電気的抵抗はそのより抵抗性のある
方の層によって支配される。本実施例においては、反射
層のＡｌＡｓ層内の電子の移動度は低い。好適な実施例
においてはＡｌＡｓ層は薄いので、ＡｌＡｓ層の抵抗は
減少し、その結果、装置の操作中の熱散逸が減少し、装
置の寿命は長くなり、縦モードはより安定することにな
る。
ド層を通過する電流の伝導、及び活性層におけるキャリ
アの閉じ込め効果によって、活性領域における利得、及
び光照射が得られる。単一の光パスに対してレーザ光を
発するための、実際に実現可能な構成においては、この
利得は十分に高くないので、上部及び下部クラッド層に
埋め込まれたλ/ ４反射層によって従来実施されるよう
に、この空洞光は光利得領域に再度反射されなければな
らない。複数の反射層におけるキャリアの移動度は等し
くないので、その層が比較可能な厚さの場合、（従来実
施されるように、）電気的抵抗はそのより抵抗性のある
方の層によって支配される。本実施例においては、反射
層のＡｌＡｓ層内の電子の移動度は低い。好適な実施例
においてはＡｌＡｓ層は薄いので、ＡｌＡｓ層の抵抗は
減少し、その結果、装置の操作中の熱散逸が減少し、装
置の寿命は長くなり、縦モードはより安定することにな
る。
【００１５】
【発明の効果】本発明の装置によれば、現在入手可能な
装置に比べ、より低い連続抵抗で、ミラーの反射率を減
少させずに、ＶＣＳＥＬの操作が可能である。この装置
は、現在のＶＣＳＥＬで用いられているプロセス以外を
用いない方法で得ることが可能である。連続抵抗の減少
により、装置のより長い寿命、及び縦モードの安定性が
得られることになる。
装置に比べ、より低い連続抵抗で、ミラーの反射率を減
少させずに、ＶＣＳＥＬの操作が可能である。この装置
は、現在のＶＣＳＥＬで用いられているプロセス以外を
用いない方法で得ることが可能である。連続抵抗の減少
により、装置のより長い寿命、及び縦モードの安定性が
得られることになる。
【００１６】本発明は、その好適な特定の実施例を特に
参照して詳細に説明してきたが、本発明の精神及び範囲
における、変更及び修正は効果的であることが了解され
よう。
参照して詳細に説明してきたが、本発明の精神及び範囲
における、変更及び修正は効果的であることが了解され
よう。
【図１】従来技術によるＶＣＳＥＬを示す断面図であ
る。
る。
【図２】図１において使用される従来のミラー反射層の
特性を示したグラフである。
特性を示したグラフである。
【図３】図４において使用される本実施例のミラー反射
層の特性を示したグラフである。
層の特性を示したグラフである。
【図４】本発明によるＶＣＳＥＬを示す断面斜視図であ
る。
る。
２８ 垂直空洞表面発光レーザ ３０ 基板 ３２ オーミックメタル接触層 ３４ オーミックメタル接触層 ３６ 下部クラッド層 ３８ 活性領域 ４０ 活性層 ４２ 閉じ込め領域 ４４ 上部クラッド層 ４６ キャップ層
Claims (8)
- 【請求項１】 １つの伝導型の半導体基板と、 該半導体基板上に形成された同じ伝導型の下部クラッド
層で、異なる屈折率の複数周期半導体層を有し、λ/ ２
ブラッグ反射層を形成する下部クラッド層と、 該下部クラッド層上に形成された半導体活性層と、 該半導体活性層上に形成された反対の伝導型の上部クラ
ッド層で、異なる屈折率の複数周期半導体層を有し、複
数層の反射層を形成する上部クラッド層と、 該上部クラッド層上に形成される、該上部クラッド層と
同じ伝導型のキャップ層と、 前記基板及び該キャップ層上に形成された電気伝導型層
と、 を有することを特徴とする垂直空洞表面発光レーザ。 - 【請求項２】 請求項１記載の垂直空洞表面発光レーザ
において、前記基板の伝導型がｎ型、またはｐ型である
ことを特徴とする垂直空洞表面発光レーザ。 - 【請求項３】 請求項１記載の垂直空洞表面発光レーザ
において、前記基板がＧａＡｓ（ガリウムひ素）で形成
され、前記下部クラッド層と上部クラッド層とがＡｌＧ
ａＡｓ（アルミガリウムひ素）で形成され、前記活性層
がＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムひ素）で形成され
ることを特徴とする垂直空洞表面発光レーザ。 - 【請求項４】 請求項１記載の垂直空洞表面発光レーザ
において、前記活性層が単一または複数の量子井戸を有
することを特徴とする垂直空洞表面発光レーザ。 - 【請求項５】 請求項１記載の垂直空洞表面発光レーザ
において、前記上部クラッド層に形成される複数層の反
射層は、λ/ ４反射層、または、λ/ ２ブラッグ反射層
であることを特徴とする垂直空洞表面発光レーザ。 - 【請求項６】 請求項１記載の垂直空洞表面発光レーザ
において、光閉じ込め係数（optical confinement fact
or）及び少数キャリア捕捉（minority carriercaptur
e）を最大限にするために、ＧＲＩＮＳＣＨ構造が前記
活性層を挟んでいることを特徴とする垂直空洞表面発光
レーザ。 - 【請求項７】 請求項１記載の垂直空洞表面発光レーザ
において、電流の流れに対する低抵抗性を実現するため
に、複数層反射層の半導体界面が段階付けされた構成に
なっていることを特徴とする垂直空洞表面発光レーザ。 - 【請求項８】 請求項１記載の垂直空洞表面発光レーザ
において、基板側の伝導材料がパターン化され、光出力
がレーザの底面を通過することを可能にしたことを特徴
とする垂直空洞表面発光レーザ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/836,569 US5212703A (en) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | Surface emitting lasers with low resistance bragg reflectors |
| US836569 | 1992-02-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05283808A true JPH05283808A (ja) | 1993-10-29 |
Family
ID=25272252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5028718A Pending JPH05283808A (ja) | 1992-02-18 | 1993-02-18 | 低抵抗のブラッグ反射層を備えた表面発光レーザ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5212703A (ja) |
| EP (1) | EP0556619B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05283808A (ja) |
| DE (1) | DE69324834T2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7928472B2 (en) | 2008-05-26 | 2011-04-19 | Mitsubishi Electric Corporation | Optical semiconductor device with a distributed Bragg reflector layer |
| CN112447888A (zh) * | 2019-08-27 | 2021-03-05 | 株式会社东芝 | 光半导体元件 |
| JP2021114594A (ja) * | 2019-08-27 | 2021-08-05 | 株式会社東芝 | 光半導体素子 |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5317587A (en) * | 1992-08-06 | 1994-05-31 | Motorola, Inc. | VCSEL with separate control of current distribution and optical mode |
| US5343487A (en) * | 1992-10-01 | 1994-08-30 | Optical Concepts, Inc. | Electrical pumping scheme for vertical-cavity surface-emitting lasers |
| US6864570B2 (en) * | 1993-12-17 | 2005-03-08 | The Regents Of The University Of California | Method and apparatus for fabricating self-assembling microstructures |
| US5530715A (en) * | 1994-11-29 | 1996-06-25 | Motorola, Inc. | Vertical cavity surface emitting laser having continuous grading |
| KR0160684B1 (ko) * | 1995-03-23 | 1999-02-01 | 김광호 | 표면광 레이저 |
| US5568499A (en) * | 1995-04-07 | 1996-10-22 | Sandia Corporation | Optical device with low electrical and thermal resistance bragg reflectors |
| US5513204A (en) * | 1995-04-12 | 1996-04-30 | Optical Concepts, Inc. | Long wavelength, vertical cavity surface emitting laser with vertically integrated optical pump |
| GB2304993B (en) * | 1995-08-23 | 1997-08-06 | Toshiba Cambridge Res Center | Semiconductor device |
| US5724376A (en) * | 1995-11-30 | 1998-03-03 | Hewlett-Packard Company | Transparent substrate vertical cavity surface emitting lasers fabricated by semiconductor wafer bonding |
| US20010040907A1 (en) * | 1998-06-12 | 2001-11-15 | Utpal Kumar Chakrabarti | Optical device including carbon-doped contact layers |
| US6301281B1 (en) * | 1998-08-31 | 2001-10-09 | Agilent Technologies, Inc. | Semiconductor laser having co-doped distributed bragg reflectors |
| JP4284126B2 (ja) * | 2003-07-22 | 2009-06-24 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ素子 |
| US7545560B2 (en) * | 2004-10-08 | 2009-06-09 | Finisar Corporation | AlAs/GaAs alloy to enhance n-type doping in AlGaAs distributed bragg reflector |
| JP2009224397A (ja) * | 2008-03-13 | 2009-10-01 | Sharp Corp | 発光装置およびこれを利用した照明装置、表示装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5979591A (ja) * | 1982-10-29 | 1984-05-08 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
| JPH0442589A (ja) * | 1990-06-08 | 1992-02-13 | Fuji Electric Co Ltd | 面発光半導体レーザ素子 |
| US5115441A (en) * | 1991-01-03 | 1992-05-19 | At&T Bell Laboratories | Vertical cavity surface emmitting lasers with transparent electrodes |
-
1992
- 1992-02-18 US US07/836,569 patent/US5212703A/en not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-01-29 DE DE69324834T patent/DE69324834T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-01-29 EP EP93101393A patent/EP0556619B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-02-18 JP JP5028718A patent/JPH05283808A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7928472B2 (en) | 2008-05-26 | 2011-04-19 | Mitsubishi Electric Corporation | Optical semiconductor device with a distributed Bragg reflector layer |
| CN112447888A (zh) * | 2019-08-27 | 2021-03-05 | 株式会社东芝 | 光半导体元件 |
| JP2021114594A (ja) * | 2019-08-27 | 2021-08-05 | 株式会社東芝 | 光半導体素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0556619A2 (en) | 1993-08-25 |
| EP0556619B1 (en) | 1999-05-12 |
| DE69324834D1 (de) | 1999-06-17 |
| DE69324834T2 (de) | 1999-12-16 |
| US5212703A (en) | 1993-05-18 |
| EP0556619A3 (en) | 1993-09-22 |
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