JPH08340146A - 面発光型半導体レーザ - Google Patents
面発光型半導体レーザInfo
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- JPH08340146A JPH08340146A JP14585595A JP14585595A JPH08340146A JP H08340146 A JPH08340146 A JP H08340146A JP 14585595 A JP14585595 A JP 14585595A JP 14585595 A JP14585595 A JP 14585595A JP H08340146 A JPH08340146 A JP H08340146A
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- H01S2301/176—Specific passivation layers on surfaces other than the emission facet
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- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18305—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] with emission through the substrate, i.e. bottom emission
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- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/3235—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000 nm, e.g. InP-based 1300 nm and 1500 nm lasers
- H01S5/32358—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000 nm, e.g. InP-based 1300 nm and 1500 nm lasers containing very small amounts, usually less than 1%, of an additional III or V compound to decrease the bandgap strongly in a non-linear way by the bowing effect
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、高い反射率でかつＡｌ元素を含ん
でいない半導体多層反射鏡を実現することにより、低し
きい電流で連続動作発振し、かつ高い信頼性を有する長
波長帯の面発光型半導体レーザを提供することにある。 【構成】 レーザ光の波長が１．２５〜１．６５μｍの
範囲となる活性層５を有するＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系
の長波長帯の積層構造と、ＩｎＧａＰとＧａＡｓの組合
せ、あるいはＩｎＧａＡｓＰとＧａＡｓの組合せからな
る半導体多層膜反射鏡２を直接接着方式により一体化す
る。 【効果】 本発明では、高い反射率で、かつ化学的に非
常に活性なＡｌ元素を含んでいない半導体多層反射鏡を
有するレーザ光の波長が１．２５〜１．６５μｍの面発
光型半導体レーザを提供できる。その結果、低しきい電
流で連続動作発振する長波長帯の面発光型半導体レーザ
の信頼性の向上に対して効果がある。
でいない半導体多層反射鏡を実現することにより、低し
きい電流で連続動作発振し、かつ高い信頼性を有する長
波長帯の面発光型半導体レーザを提供することにある。 【構成】 レーザ光の波長が１．２５〜１．６５μｍの
範囲となる活性層５を有するＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系
の長波長帯の積層構造と、ＩｎＧａＰとＧａＡｓの組合
せ、あるいはＩｎＧａＡｓＰとＧａＡｓの組合せからな
る半導体多層膜反射鏡２を直接接着方式により一体化す
る。 【効果】 本発明では、高い反射率で、かつ化学的に非
常に活性なＡｌ元素を含んでいない半導体多層反射鏡を
有するレーザ光の波長が１．２５〜１．６５μｍの面発
光型半導体レーザを提供できる。その結果、低しきい電
流で連続動作発振する長波長帯の面発光型半導体レーザ
の信頼性の向上に対して効果がある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は面発光型半導体レーザに
関するものである。
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の長波長帯面発光型半導体レーザに
ついては、アイ・イー・イー・イー、フォトニクス・テ
クノロジー・レター、６巻、３号（１９９４年）第３１
７頁から第３１９頁 [IEEE Photonics Technology Lett
ers, vol. 6，No. 3 pp. 317-319 (1994）]のＫ．Ｕｏ
ｍｉ他の論文に、又直接接着により形成した長波長帯面
発光型半導体レーザは、アプライド・フィジクス・レタ
ー、６４巻、１２号（１９９４年）第１４６３頁から第
１４６５頁 [Applied Physics Letters, vol. 64，No.
12 pp. 1463-1465 (1994）]のＪ．Ｊ．Ｄｕｄｌｅｙ他
の論文に記載されている。
ついては、アイ・イー・イー・イー、フォトニクス・テ
クノロジー・レター、６巻、３号（１９９４年）第３１
７頁から第３１９頁 [IEEE Photonics Technology Lett
ers, vol. 6，No. 3 pp. 317-319 (1994）]のＫ．Ｕｏ
ｍｉ他の論文に、又直接接着により形成した長波長帯面
発光型半導体レーザは、アプライド・フィジクス・レタ
ー、６４巻、１２号（１９９４年）第１４６３頁から第
１４６５頁 [Applied Physics Letters, vol. 64，No.
12 pp. 1463-1465 (1994）]のＪ．Ｊ．Ｄｕｄｌｅｙ他
の論文に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術における
１．３μｍ帯、１．５５μｍ帯の長波長帯面発光型半導
体レーザには、以下の如く問題点があった。これまで
に、長波長帯の面発光型半導体レーザの室温（２５℃）
連続動作は得られておらず、この原因は主に共振器を形
成する多層膜反射鏡の反射率が低いことに起因してい
る。例えば、１．３μｍ帯において、半導体多層膜反射
鏡の候補は、これまではＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰの組合
せであり、反射鏡内の光吸収を低減するために組成波長
として１．１５μｍのＩｎＧａＡｓＰ四元層となる。し
かしこの際のＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰの屈折率はそれぞ
れ、３．２１、３．３３であり、その屈折率差は０．１
２と極めて小さく、反射率９９％以上を得るためには約
８０周期の半導体多層膜を形成する必要が有る。しか
し、半導体多層膜内の不純物導入に伴う内部光吸収、散
乱光損失による光吸収係数の増大により、反射率は９９
％まで増大できない。
１．３μｍ帯、１．５５μｍ帯の長波長帯面発光型半導
体レーザには、以下の如く問題点があった。これまで
に、長波長帯の面発光型半導体レーザの室温（２５℃）
連続動作は得られておらず、この原因は主に共振器を形
成する多層膜反射鏡の反射率が低いことに起因してい
る。例えば、１．３μｍ帯において、半導体多層膜反射
鏡の候補は、これまではＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰの組合
せであり、反射鏡内の光吸収を低減するために組成波長
として１．１５μｍのＩｎＧａＡｓＰ四元層となる。し
かしこの際のＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰの屈折率はそれぞ
れ、３．２１、３．３３であり、その屈折率差は０．１
２と極めて小さく、反射率９９％以上を得るためには約
８０周期の半導体多層膜を形成する必要が有る。しか
し、半導体多層膜内の不純物導入に伴う内部光吸収、散
乱光損失による光吸収係数の増大により、反射率は９９
％まで増大できない。
【０００４】一方、上記第１の文献に記述されているよ
うに、誘電体／Ｓｉの組合せの多層膜反射鏡を用いた場
合は、面発光型半導体レーザ部のＩｎＰ基板を除去する
必要があり、作製プロセスの複雑さもさることながら、
２次元集積化に不適である。
うに、誘電体／Ｓｉの組合せの多層膜反射鏡を用いた場
合は、面発光型半導体レーザ部のＩｎＰ基板を除去する
必要があり、作製プロセスの複雑さもさることながら、
２次元集積化に不適である。
【０００５】これに対して、上記第２の文献に記述され
ているように、ＧａＡｓ基板上に形成したＧａＡｓ／Ａ
ｌＡｓ（屈折率差：約０．４５）の半導体多層膜反射鏡
を、直接接着方式により、長波長帯で発光する面発光型
活性層を有するＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系積層構造と一
体化する長波長帯面発光型半導体レーザが報告されてい
る。しかし、ＡｌＡｓは化学的に非常に活性であり、接
着自体への悪影響もさることながら、Ａｌ元素を含んで
いる為素子の信頼性が低下する問題があった。
ているように、ＧａＡｓ基板上に形成したＧａＡｓ／Ａ
ｌＡｓ（屈折率差：約０．４５）の半導体多層膜反射鏡
を、直接接着方式により、長波長帯で発光する面発光型
活性層を有するＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系積層構造と一
体化する長波長帯面発光型半導体レーザが報告されてい
る。しかし、ＡｌＡｓは化学的に非常に活性であり、接
着自体への悪影響もさることながら、Ａｌ元素を含んで
いる為素子の信頼性が低下する問題があった。
【０００６】本発明の目的は、高い反射率でかつＡｌ元
素を含んでいない半導体多層反射鏡を実現することによ
り、低しきい電流で連続動作発振し、かつ高い信頼性を
有する長波長帯の面発光型半導体レーザを提供すること
にある。
素を含んでいない半導体多層反射鏡を実現することによ
り、低しきい電流で連続動作発振し、かつ高い信頼性を
有する長波長帯の面発光型半導体レーザを提供すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、レーザ光の
波長が１．２５〜１．６５μｍの範囲となる活性層を有
するＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の長波長帯の積層構造
と、ＩｎＧａＰとＧａＡｓの組合せ、あるいはＩｎＧａ
ＡｓＰとＧａＡｓの組合せからなる半導体多層膜反射鏡
を直接接着方式により一体化することによって達成され
る。特に、活性層を少なく共一層の量子井戸構造で形成
すること、半導体多層膜反射鏡と活性層を挾んで対向す
る多層膜反射鏡が誘電体多層膜反射鏡にすること、及び
レーザ光を半導体基板側から出射させることによって達
成される。さらに本目的は、上述した手段に加え、活性
層に電流を注入するための少なくとも一対の電極を有
し、直接接着界面を電流が通らない構造によって達成さ
れる。
波長が１．２５〜１．６５μｍの範囲となる活性層を有
するＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の長波長帯の積層構造
と、ＩｎＧａＰとＧａＡｓの組合せ、あるいはＩｎＧａ
ＡｓＰとＧａＡｓの組合せからなる半導体多層膜反射鏡
を直接接着方式により一体化することによって達成され
る。特に、活性層を少なく共一層の量子井戸構造で形成
すること、半導体多層膜反射鏡と活性層を挾んで対向す
る多層膜反射鏡が誘電体多層膜反射鏡にすること、及び
レーザ光を半導体基板側から出射させることによって達
成される。さらに本目的は、上述した手段に加え、活性
層に電流を注入するための少なくとも一対の電極を有
し、直接接着界面を電流が通らない構造によって達成さ
れる。
【０００８】
【作用】以下、本発明の作用について説明する。
【０００９】ＩｎＧａＰとＧａＡｓの屈折率は、長波長
帯において、それぞれ約３．１、３．４であり、その屈
折率差は０．３とＧａＡｓ／ＡｌＡｓ系に比べて若干小
さいが、周期数２７、３０、３５において、半導体多層
膜反射率はそれぞれ９９．０％、９９．５％、９９．７
％と高い反射率を得ることが出来るので、レーザ発振の
ための共振器として有効に働いた。さらに、化学的に非
常に活性なＡｌ元素を含んでおらず、素子の信頼性を飛
躍的に向上できる。さらに、直接接着自体の強度の増大
を図れた。特に、量子井戸活性層構造とすること、もう
一方側の多層膜反射鏡を誘電体多層膜反射鏡にするこ
と、及びレーザ光を半導体基板側から出射させることに
より、より高信頼で、かつフリップチップボンディング
による二次元集積化の可能な面発光型半導体レーザを実
現できる。さらに、活性層に注入する電流が接着界面を
通らない構造にすることにより、接着界面での電圧降下
に伴う発熱の影響を低減できるので、尚一層の高信頼化
に対して効果がある。
帯において、それぞれ約３．１、３．４であり、その屈
折率差は０．３とＧａＡｓ／ＡｌＡｓ系に比べて若干小
さいが、周期数２７、３０、３５において、半導体多層
膜反射率はそれぞれ９９．０％、９９．５％、９９．７
％と高い反射率を得ることが出来るので、レーザ発振の
ための共振器として有効に働いた。さらに、化学的に非
常に活性なＡｌ元素を含んでおらず、素子の信頼性を飛
躍的に向上できる。さらに、直接接着自体の強度の増大
を図れた。特に、量子井戸活性層構造とすること、もう
一方側の多層膜反射鏡を誘電体多層膜反射鏡にするこ
と、及びレーザ光を半導体基板側から出射させることに
より、より高信頼で、かつフリップチップボンディング
による二次元集積化の可能な面発光型半導体レーザを実
現できる。さらに、活性層に注入する電流が接着界面を
通らない構造にすることにより、接着界面での電圧降下
に伴う発熱の影響を低減できるので、尚一層の高信頼化
に対して効果がある。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜４を用いて説
明する。
明する。
【００１１】〔実施例１〕第１図は本発明を１．３μｍ
帯面発光型半導体レーザに適用したものである。ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１上に、ｎ−ＩｎＧａＰとｎ−ＧａＡｓをそ
れぞれの媒質内における発振波長の１／４倍の厚さを交
互に積層した周期構造（３５周期）からなるｎ型の半導
体多層膜反射鏡２を有機金属気相成長法により形成す
る。次に、ｎ−ＩｎＰ基板上にｐ−ＩｎＧａＡｓＰコン
タクト層３、ｐ−ＩｎＰクラッド層４、膜厚０．１μｍ
のＩｎＧａＡｓＰ活性層（組成波長１．３μｍ）５、ｎ
−ＩｎＰクラッド層６を順次有機金属気相成長法により
形成する。その後、半導体多層膜反射鏡２とｎ−ＩｎＰ
クラッド層６の表面を、向かい合わせて重ね、２０ｇ／
ｃｍ2程度の重しをのせて、熱アニール炉中に導入し
た。炉内では水素ガスを流しながら、６００℃に昇温
し、３０分放置して直接接着を行った。次にｎ−ＩｎＰ
基板を選択エッチングにより除去した。その後、エッチ
ングにより、半導体多層膜反射鏡２に達する凸状の発光
領域（直径１０μｍ）を形成し、ＳｉＯ２膜７、ポリイ
ミド膜８により平坦化した後、リング状のｐ側電極９、
ＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜をそれぞれの媒質内における発
振波長の１／４倍の厚さを交互に積層した周期構造（６
周期）からなる誘電体膜多層膜反射鏡１０を形成後、ｎ
側電極１１を形成した。
帯面発光型半導体レーザに適用したものである。ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１上に、ｎ−ＩｎＧａＰとｎ−ＧａＡｓをそ
れぞれの媒質内における発振波長の１／４倍の厚さを交
互に積層した周期構造（３５周期）からなるｎ型の半導
体多層膜反射鏡２を有機金属気相成長法により形成す
る。次に、ｎ−ＩｎＰ基板上にｐ−ＩｎＧａＡｓＰコン
タクト層３、ｐ−ＩｎＰクラッド層４、膜厚０．１μｍ
のＩｎＧａＡｓＰ活性層（組成波長１．３μｍ）５、ｎ
−ＩｎＰクラッド層６を順次有機金属気相成長法により
形成する。その後、半導体多層膜反射鏡２とｎ−ＩｎＰ
クラッド層６の表面を、向かい合わせて重ね、２０ｇ／
ｃｍ2程度の重しをのせて、熱アニール炉中に導入し
た。炉内では水素ガスを流しながら、６００℃に昇温
し、３０分放置して直接接着を行った。次にｎ−ＩｎＰ
基板を選択エッチングにより除去した。その後、エッチ
ングにより、半導体多層膜反射鏡２に達する凸状の発光
領域（直径１０μｍ）を形成し、ＳｉＯ２膜７、ポリイ
ミド膜８により平坦化した後、リング状のｐ側電極９、
ＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜をそれぞれの媒質内における発
振波長の１／４倍の厚さを交互に積層した周期構造（６
周期）からなる誘電体膜多層膜反射鏡１０を形成後、ｎ
側電極１１を形成した。
【００１２】試作した素子は、室温連続動作において、
しきい電流２ｍＡで発振し、レーザ光１２は誘電体膜多
層膜反射鏡１０側から出射する。又、接着強度も十分で
あり、さらに、レーザ光が伝搬する領域にＡｌ元素を含
まないので、素子の信頼性は極めて高く、８５℃２ｍＷ
一定光出力寿命試験において、１０００００時間以上の
推定寿命を得た。
しきい電流２ｍＡで発振し、レーザ光１２は誘電体膜多
層膜反射鏡１０側から出射する。又、接着強度も十分で
あり、さらに、レーザ光が伝搬する領域にＡｌ元素を含
まないので、素子の信頼性は極めて高く、８５℃２ｍＷ
一定光出力寿命試験において、１０００００時間以上の
推定寿命を得た。
【００１３】〔実施例２〕第２図は本発明を量子井戸構
造の活性層を有する１．５５μｍ帯面発光型半導体レー
ザに適用したものである。ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ
−ＩｎＧａＰとｎ−ＧａＡｓをそれぞれの媒質内におけ
る発振波長の約１／４倍の厚さを交互に積層した周期構
造（３０周期）からなるｎ型の半導体多層膜反射鏡１３
を有機金属気相成長法により形成する。この反射鏡にお
いては、ｎ−ＩｎＧａＰとｎ−ＧａＡｓの間に膜厚１０
ｎｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰを挿入し、電気抵抗の低減化
を図った。従って、ｎ−ＩｎＧａＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ／ｎ−ＧａＡｓの１周期で媒質内における発振波長の
１／２倍の厚さになっている。次に、ｐ−ＩｎＰ基板上
にｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層３、ｐ−ＩｎＰクラ
ッド層４、膜厚７ｎｍのＩｎＧａＡｓ量子井戸層と膜厚
１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ障壁層の５〜２０周期構造か
らなる発光波長１．５５μｍ帯の多重量子井戸活性層１
４、ｎ−ＩｎＰクラッド層６を順次有機金属気相成長法
により形成する。その後、半導体多層膜反射鏡１３とｎ
−ＩｎＰクラッド層６の表面を、向かい合わせて重ね、
１０ｇ／ｃｍ2程度の重しをのせて、熱アニール炉中に
導入した。炉内では水素ガスを流しながら、６２０℃に
昇温し、２０分放置して直接接着を行った。次にｐ−Ｉ
ｎＰ基板を選択エッチングにより除去した。その後、反
応性イオンエッチングにより、半導体多層膜反射鏡１３
に達する凸状の発光領域（直径７μｍ）を形成し、ポリ
イミド膜８により平坦化した後、アモルファスＳｉ膜と
ＳｉＯ２膜をそれぞれの媒質内における発振波長の１／
４倍の厚さを交互に積層した周期構造（５周期）からな
る誘電体膜多層膜反射鏡１５、ｐ側電極９を形成後、窓
開き状のｎ側電極１１を形成した。
造の活性層を有する１．５５μｍ帯面発光型半導体レー
ザに適用したものである。ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ
−ＩｎＧａＰとｎ−ＧａＡｓをそれぞれの媒質内におけ
る発振波長の約１／４倍の厚さを交互に積層した周期構
造（３０周期）からなるｎ型の半導体多層膜反射鏡１３
を有機金属気相成長法により形成する。この反射鏡にお
いては、ｎ−ＩｎＧａＰとｎ−ＧａＡｓの間に膜厚１０
ｎｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰを挿入し、電気抵抗の低減化
を図った。従って、ｎ−ＩｎＧａＰ／ｎ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ／ｎ−ＧａＡｓの１周期で媒質内における発振波長の
１／２倍の厚さになっている。次に、ｐ−ＩｎＰ基板上
にｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層３、ｐ−ＩｎＰクラ
ッド層４、膜厚７ｎｍのＩｎＧａＡｓ量子井戸層と膜厚
１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ障壁層の５〜２０周期構造か
らなる発光波長１．５５μｍ帯の多重量子井戸活性層１
４、ｎ−ＩｎＰクラッド層６を順次有機金属気相成長法
により形成する。その後、半導体多層膜反射鏡１３とｎ
−ＩｎＰクラッド層６の表面を、向かい合わせて重ね、
１０ｇ／ｃｍ2程度の重しをのせて、熱アニール炉中に
導入した。炉内では水素ガスを流しながら、６２０℃に
昇温し、２０分放置して直接接着を行った。次にｐ−Ｉ
ｎＰ基板を選択エッチングにより除去した。その後、反
応性イオンエッチングにより、半導体多層膜反射鏡１３
に達する凸状の発光領域（直径７μｍ）を形成し、ポリ
イミド膜８により平坦化した後、アモルファスＳｉ膜と
ＳｉＯ２膜をそれぞれの媒質内における発振波長の１／
４倍の厚さを交互に積層した周期構造（５周期）からな
る誘電体膜多層膜反射鏡１５、ｐ側電極９を形成後、窓
開き状のｎ側電極１１を形成した。
【００１４】試作した素子は、室温連続動作において、
量子井戸構造の導入により、しきい電流０．５ｍＡで発
振し、レーザ光１２はｎ−ＧａＡｓ基板１側から出射す
る。さらに、レーザ光が伝搬する領域にＡｌ元素を含ま
ないので、素子の信頼性は極めて高く、８５℃４ｍＷ一
定光出力寿命試験において、１０００００時間以上の推
定寿命を得た。
量子井戸構造の導入により、しきい電流０．５ｍＡで発
振し、レーザ光１２はｎ−ＧａＡｓ基板１側から出射す
る。さらに、レーザ光が伝搬する領域にＡｌ元素を含ま
ないので、素子の信頼性は極めて高く、８５℃４ｍＷ一
定光出力寿命試験において、１０００００時間以上の推
定寿命を得た。
【００１５】〔実施例３〕第３図は本発明を歪量子井戸
構造の活性層を有する１．５５μｍ帯面発光型半導体レ
ーザに適用したものである。ｐ−ＧａＡｓ基板１６上
に、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長０．７５μｍ）とｐ
−ＧａＡｓをそれぞれの媒質内における発振波長の１／
４倍の厚さを交互に積層した周期構造（３５周期）から
なるｐ型の半導体多層膜反射鏡１７を有機金属気相成長
法により形成する。次に、ｐ−ＩｎＰ基板上にｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓエッチストップ層、ｎ−ＩｎＰクラッド層６、
膜厚５ｎｍ、歪量Δａ／ａが＋０．９％のＩｎＧａＡｓ
Ｐ歪量子井戸層と膜厚１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ障壁層
の５〜３０周期構造からなる発光波長１．５５μｍ帯の
歪超格子型活性層１４、ｐ−ＩｎＰクラッド層４を順次
有機金属気相成長法により形成する。その後、半導体多
層膜反射鏡１７とｐ−ＩｎＰクラッド層４の表面を、向
かい合わせて重ね、１０ｇ／ｃｍ2程度の重しをのせ
て、熱アニール炉中に導入した。炉内では水素ガスを流
しながら、６３０℃に昇温し、４０分放置して直接接着
を行った。次にｐ−ＩｎＰ基板、ｎ−ＩｎＧａＡｓエッ
チストップ層を選択エッチングにより除去した。さら
に、ｎ−ＧａＡｓ基板に、ｎ−ＩｎＧａＰエッチストッ
プ層、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層１８、ｎ−ＩｎＧａＰ
とｎ−ＧａＡｓをそれぞれの媒質内における発振波長の
１／４倍の厚さを交互に積層した周期構造（３０周期）
からなるｎ型の半導体多層膜反射鏡１３を有機金属気相
成長法により形成する。その後、半導体多層膜反射鏡１
３とｎ−ＩｎＰクラッド層６の表面を、向かい合わせて
重ね、２０ｇ／ｃｍ2程度の重しをのせて、熱アニール
炉中に導入した。炉内では水素ガスを流しながら、６３
０℃に昇温し、４０分放置して直接接着を行った。次に
ｎ−ＧａＡｓ基板、ｎ−ＩｎＧａＰエッチストップ層を
選択エッチングにより除去した。次に、反応性イオンビ
ームエッチングにより、ｐ型の半導体多層膜反射鏡１７
表面まで達するまでエッチングし、凸状の発光領域（５
μｍ×５μｍ）を形成した後、ポリイミド膜８により平
坦化し、ｎ側電極１１、窓開き状のｐ側電極９を形成し
た。
構造の活性層を有する１．５５μｍ帯面発光型半導体レ
ーザに適用したものである。ｐ−ＧａＡｓ基板１６上
に、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（組成波長０．７５μｍ）とｐ
−ＧａＡｓをそれぞれの媒質内における発振波長の１／
４倍の厚さを交互に積層した周期構造（３５周期）から
なるｐ型の半導体多層膜反射鏡１７を有機金属気相成長
法により形成する。次に、ｐ−ＩｎＰ基板上にｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓエッチストップ層、ｎ−ＩｎＰクラッド層６、
膜厚５ｎｍ、歪量Δａ／ａが＋０．９％のＩｎＧａＡｓ
Ｐ歪量子井戸層と膜厚１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ障壁層
の５〜３０周期構造からなる発光波長１．５５μｍ帯の
歪超格子型活性層１４、ｐ−ＩｎＰクラッド層４を順次
有機金属気相成長法により形成する。その後、半導体多
層膜反射鏡１７とｐ−ＩｎＰクラッド層４の表面を、向
かい合わせて重ね、１０ｇ／ｃｍ2程度の重しをのせ
て、熱アニール炉中に導入した。炉内では水素ガスを流
しながら、６３０℃に昇温し、４０分放置して直接接着
を行った。次にｐ−ＩｎＰ基板、ｎ−ＩｎＧａＡｓエッ
チストップ層を選択エッチングにより除去した。さら
に、ｎ−ＧａＡｓ基板に、ｎ−ＩｎＧａＰエッチストッ
プ層、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層１８、ｎ−ＩｎＧａＰ
とｎ−ＧａＡｓをそれぞれの媒質内における発振波長の
１／４倍の厚さを交互に積層した周期構造（３０周期）
からなるｎ型の半導体多層膜反射鏡１３を有機金属気相
成長法により形成する。その後、半導体多層膜反射鏡１
３とｎ−ＩｎＰクラッド層６の表面を、向かい合わせて
重ね、２０ｇ／ｃｍ2程度の重しをのせて、熱アニール
炉中に導入した。炉内では水素ガスを流しながら、６３
０℃に昇温し、４０分放置して直接接着を行った。次に
ｎ−ＧａＡｓ基板、ｎ−ＩｎＧａＰエッチストップ層を
選択エッチングにより除去した。次に、反応性イオンビ
ームエッチングにより、ｐ型の半導体多層膜反射鏡１７
表面まで達するまでエッチングし、凸状の発光領域（５
μｍ×５μｍ）を形成した後、ポリイミド膜８により平
坦化し、ｎ側電極１１、窓開き状のｐ側電極９を形成し
た。
【００１６】試作した素子は、室温連続動作において、
歪量子井戸構造の導入により、しきい電流０．０８ｍＡ
で発振し、レーザ光１２はｐ−ＧａＡｓ基板１６側から
出射する。さらに、レーザ光が伝搬する領域にＡｌ元素
を含まないので、素子の信頼性は極めて高く、８５℃１
ｍＷ一定光出力寿命試験において、３０００００時間以
上の推定寿命を得た。
歪量子井戸構造の導入により、しきい電流０．０８ｍＡ
で発振し、レーザ光１２はｐ−ＧａＡｓ基板１６側から
出射する。さらに、レーザ光が伝搬する領域にＡｌ元素
を含まないので、素子の信頼性は極めて高く、８５℃１
ｍＷ一定光出力寿命試験において、３０００００時間以
上の推定寿命を得た。
【００１７】〔実施例４〕第４図は本発明をＳｉ基板上
１．３μｍ帯面発光型半導体レーザに適用したものであ
る。ｐ−ＧａＡｓ基板上に、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（組成
波長０．７５μｍ）とｐ−ＧａＡｓをそれぞれの媒質内
における発振波長の１／４倍の厚さを交互に積層した周
期構造（３５周期）からなるｐ型の半導体多層膜反射鏡
１７を有機金属気相成長法により形成する。その後、半
導体多層膜反射鏡１７とＳｉ基板１９表面を、向かい合
わせて重ね、５０ｇ／ｃｍ2程度の重しをのせて、熱ア
ニール炉中に導入した。炉内では水素ガスとホスフィン
ガスを流しながら、６８０℃に昇温し、４０分放置して
直接接着を行った。次にｐ−ＧａＡｓ基板を選択エッチ
ングにより除去した。その後、実施例３と同様の工程に
より、活性層５、ｎ型の半導体多層膜反射鏡１３を含む
多層構造を形成した後、反応性イオンビームエッチング
により、ｐ型の半導体多層膜反射鏡１７表面まで達する
までエッチングし、凸状の発光領域（５μｍ×８μｍ）
を形成した後、ポリイミド膜８により平坦化し、ｎ側電
極１１、ｐ−ＧａＡｓ層上にｐ側電極９を形成した。
１．３μｍ帯面発光型半導体レーザに適用したものであ
る。ｐ−ＧａＡｓ基板上に、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（組成
波長０．７５μｍ）とｐ−ＧａＡｓをそれぞれの媒質内
における発振波長の１／４倍の厚さを交互に積層した周
期構造（３５周期）からなるｐ型の半導体多層膜反射鏡
１７を有機金属気相成長法により形成する。その後、半
導体多層膜反射鏡１７とＳｉ基板１９表面を、向かい合
わせて重ね、５０ｇ／ｃｍ2程度の重しをのせて、熱ア
ニール炉中に導入した。炉内では水素ガスとホスフィン
ガスを流しながら、６８０℃に昇温し、４０分放置して
直接接着を行った。次にｐ−ＧａＡｓ基板を選択エッチ
ングにより除去した。その後、実施例３と同様の工程に
より、活性層５、ｎ型の半導体多層膜反射鏡１３を含む
多層構造を形成した後、反応性イオンビームエッチング
により、ｐ型の半導体多層膜反射鏡１７表面まで達する
までエッチングし、凸状の発光領域（５μｍ×８μｍ）
を形成した後、ポリイミド膜８により平坦化し、ｎ側電
極１１、ｐ−ＧａＡｓ層上にｐ側電極９を形成した。
【００１８】試作した素子は、室温連続動作において、
しきい電流０．１５ｍＡで発振し、レーザ光１２はＳｉ
基板１９側から出射する。レーザ光が伝搬する領域にＡ
ｌ元素を含まないので、素子の信頼性は極めて高く、８
５℃１ｍＷ一定光出力寿命試験において、２０００００
時間以上の推定寿命を得た。
しきい電流０．１５ｍＡで発振し、レーザ光１２はＳｉ
基板１９側から出射する。レーザ光が伝搬する領域にＡ
ｌ元素を含まないので、素子の信頼性は極めて高く、８
５℃１ｍＷ一定光出力寿命試験において、２０００００
時間以上の推定寿命を得た。
【００１９】以上の実施例においては単体の素子のみに
ついて示したが、一次元アレイ、二次元アレイにおいて
も適用でき、均一な特性を持つアレイ素子が得られた。
ついて示したが、一次元アレイ、二次元アレイにおいて
も適用でき、均一な特性を持つアレイ素子が得られた。
【００２０】
【発明の効果】本発明では、ＩｎＧａＰとＧａＡｓの組
合せ、あるいはＩｎＧａＡｓＰとＧａＡｓの組合せから
なる半導体多層膜反射鏡を直接接着方式により一体化す
ることにより、高い反射率で、かつ化学的に非常に活性
なＡｌ元素を含んでいない半導体多層反射鏡を有するレ
ーザ光の波長が１．２５〜１．６５μｍの面発光型半導
体レーザを提供できる。その結果、低しきい電流で連続
動作発振する長波長帯の面発光型半導体レーザの信頼性
の向上に対して効果がある。
合せ、あるいはＩｎＧａＡｓＰとＧａＡｓの組合せから
なる半導体多層膜反射鏡を直接接着方式により一体化す
ることにより、高い反射率で、かつ化学的に非常に活性
なＡｌ元素を含んでいない半導体多層反射鏡を有するレ
ーザ光の波長が１．２５〜１．６５μｍの面発光型半導
体レーザを提供できる。その結果、低しきい電流で連続
動作発振する長波長帯の面発光型半導体レーザの信頼性
の向上に対して効果がある。
【００２１】
【図１】本発明の実施例を表す構造図。
【図２】本発明の実施例を表す構造図。
【図３】本発明の実施例を表す構造図。
【図４】本発明の実施例を表す構造図。
１……ｎ−ＧａＡｓ基板 ２、１３……ｎ型の半導体多層膜反射鏡 ４……ｐ−ＩｎＰクラッド層 ５、１４……活性層 ６……ｎ−ＩｎＰクラッド層 ８……ポリイミド膜 １０、１５……誘電体膜多層膜反射鏡 １７……ｐ型の半導体多層膜反射鏡 １９……Ｓｉ基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐川 みすず 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 平本 清久 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (9)
- 【請求項１】半導体基板上に、少なくとも光を発生する
活性層と、発生した光からレーザ光を得るための半導体
多層膜反射鏡を含んだ共振器構造を有し、レーザ光の波
長が１．２５〜１．６５μｍの範囲である面発光型半導
体レーザにおいて、上記半導体多層膜反射鏡がＩｎＧａ
ＰとＧａＡｓの組合せ、あるいはＩｎＧａＡｓＰとＧａ
Ａｓの組合せで構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２】半導体基板上に、少なくとも光を発生する
活性層と、光を閉じ込めるクラッド層と、発生した光か
らレーザ光を得るための半導体多層膜反射鏡を含んだ共
振器構造を有する面発光型半導体レーザにおいて、上記
活性層がＩｎＧａＡｓＰ系材料で構成され、上記クラッ
ド層がＩｎＰであり、上記半導体多層膜反射鏡がＩｎＧ
ａＰとＧａＡｓの組合せ、あるいはＩｎＧａＡｓＰとＧ
ａＡｓの組合せで構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３】請求項１又は２記載の面発光型半導体レー
ザにおいて、上記半導体多層膜反射鏡と上記活性層を含
む層の間に、直接接着界面を有す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１ないし３のいずれかに記載の面発
光型半導体レーザにおいて、上記半導体基板がＧａＡｓ
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】請求項１ないし３のいずれかに記載の面発
光型半導体レーザにおいて、上記半導体基板がＳｉであ
ることを特徴とする面発光型半導体レーザ。 - 【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載の面発
光型半導体レーザにおいて、上記活性層が少なく共一層
の量子井戸構造から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７】請求項１ないし６のいずれかに記載の面発
光型半導体レーザにおいて、上記半導体多層膜反射鏡と
上記活性層を挾んで対向する多層膜反射鏡が誘電体多層
膜反射鏡であることを特徴とする面発光型半導体レー
ザ。 - 【請求項８】請求項１ないし７のいずれかに記載の面発
光型半導体レーザにおいて、レーザ光が半導体基板側か
ら出射することを特徴とする面発光型半導体レーザ。 - 【請求項９】請求項１ないし８のいずれかに記載の面発
光型半導体レーザにおいて、上記活性層に電流を注入す
るための少なくとも一対の電極を有し、上記直接接着界
面を電流が通らない構造になっていることを特徴とする
面発光型半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14585595A JPH08340146A (ja) | 1995-06-13 | 1995-06-13 | 面発光型半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14585595A JPH08340146A (ja) | 1995-06-13 | 1995-06-13 | 面発光型半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08340146A true JPH08340146A (ja) | 1996-12-24 |
Family
ID=15394650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14585595A Pending JPH08340146A (ja) | 1995-06-13 | 1995-06-13 | 面発光型半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08340146A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6480516B1 (en) | 1999-03-31 | 2002-11-12 | Japan As Represented By Secretary Of Agency Of Industrial Science And Technology | Surface semiconductor optical amplifier with transparent substrate |
| US6674785B2 (en) | 2000-09-21 | 2004-01-06 | Ricoh Company, Ltd. | Vertical-cavity, surface-emission type laser diode and fabrication process thereof |
| JP2008085090A (ja) * | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
| WO2021125005A1 (ja) * | 2019-12-20 | 2021-06-24 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 発光デバイスおよび発光デバイスの製造方法 |
-
1995
- 1995-06-13 JP JP14585595A patent/JPH08340146A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6480516B1 (en) | 1999-03-31 | 2002-11-12 | Japan As Represented By Secretary Of Agency Of Industrial Science And Technology | Surface semiconductor optical amplifier with transparent substrate |
| US6674785B2 (en) | 2000-09-21 | 2004-01-06 | Ricoh Company, Ltd. | Vertical-cavity, surface-emission type laser diode and fabrication process thereof |
| US7022539B2 (en) | 2000-09-21 | 2006-04-04 | Ricoh Company, Ltd. | Vertical-cavity, surface-emission type laser diode and fabrication process thereof |
| US7260137B2 (en) | 2000-09-21 | 2007-08-21 | Ricoh Company, Ltd. | Vertical-cavity surface-emission type laser diode and fabrication process thereof |
| US7519095B2 (en) | 2000-09-21 | 2009-04-14 | Ricoh Company, Ltd | Vertical-cavity, surface-emission type laser diode and fabrication process thereof |
| US7940827B2 (en) | 2000-09-21 | 2011-05-10 | Ricoh Company, Ltd. | Vertical-cavity, surface-emission type laser diode and fabrication process thereof |
| JP2008085090A (ja) * | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
| WO2021125005A1 (ja) * | 2019-12-20 | 2021-06-24 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 発光デバイスおよび発光デバイスの製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040805 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050308 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20050726 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |