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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- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- 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 |
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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 |
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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 |
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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 |
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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
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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 |
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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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