JPH09186401A - サーフェスエミッション型半導体レーザ - Google Patents
サーフェスエミッション型半導体レーザInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 これまでより温度上昇を抑え、その結果スレ
ッショルド電流が小さいサーフェスエミッション型レー
ザの構造を提案すること。 【解決手段】 効率を増大させ、温度上昇を抑えるため
に、レーザは、埋め込まれた能動層(CA)とミラー
(MH)との間に、能動層(CA)上に中心合せされ、
能動層よりも寸法の小さい開放部を備えている電流阻止
層(B)を備えている。
ッショルド電流が小さいサーフェスエミッション型レー
ザの構造を提案すること。 【解決手段】 効率を増大させ、温度上昇を抑えるため
に、レーザは、埋め込まれた能動層(CA)とミラー
(MH)との間に、能動層(CA)上に中心合せされ、
能動層よりも寸法の小さい開放部を備えている電流阻止
層(B)を備えている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、“サーフェスエミ
ッション型レーザ” またはVCSEL(英語で、“V
ertical Cavity Surface Em
itting Laser”)と呼ばれる半導体レーザ
の特有のカテゴリーに関するものである。
ッション型レーザ” またはVCSEL(英語で、“V
ertical Cavity Surface Em
itting Laser”)と呼ばれる半導体レーザ
の特有のカテゴリーに関するものである。
【0002】これらのレーザは、ヒ化ガリウムGaAs
またはリン化インジウムInPのようなIII−Vタイプ
の半導体合金で構成された基板から製造される。
またはリン化インジウムInPのようなIII−Vタイプ
の半導体合金で構成された基板から製造される。
【0003】従来の半導体レーザとは反対に、光の放出
は、能動層の表面に垂直に、またレーザ効果を保つ電流
の注入と同じ方向で行われる。この結果、InP基板の
場合には、構成部品は主に、相対する二つの誘電体また
は半導体ミラーによって範囲を限定された空洞共振器で
構成される。この空洞共振器は、pドーピングされたI
nP層と、 GaInAsP4元能動層と、nドーピン
グされたInP層で形成される。電流の注入は、空洞共
振器の両側に配置された二つの電極を介して行われる。
これらの電極の少なくとも一つは、同一面に位置してい
るミラーの傍らに、あるいはより一般的にはその周囲に
必ず置かれている。このような構造の効果的な機能は、
光学的観点からも電気的観点からも能動層が十分に封じ
込められているかどうかによって条件付けられる。その
ために、一般的には、能動層が、より小さい屈折率を有
する媒質のなかに埋め込まれる構造が選択される。さら
に、優れた伝導率の能動層が媒質nの境界でpドーピン
グされた媒質の中に埋め込まれれば、能動層を取り囲ん
でいるp−n接合部のスレッショルド電圧によって電気
的封じ込めも行うことができるであろう。
は、能動層の表面に垂直に、またレーザ効果を保つ電流
の注入と同じ方向で行われる。この結果、InP基板の
場合には、構成部品は主に、相対する二つの誘電体また
は半導体ミラーによって範囲を限定された空洞共振器で
構成される。この空洞共振器は、pドーピングされたI
nP層と、 GaInAsP4元能動層と、nドーピン
グされたInP層で形成される。電流の注入は、空洞共
振器の両側に配置された二つの電極を介して行われる。
これらの電極の少なくとも一つは、同一面に位置してい
るミラーの傍らに、あるいはより一般的にはその周囲に
必ず置かれている。このような構造の効果的な機能は、
光学的観点からも電気的観点からも能動層が十分に封じ
込められているかどうかによって条件付けられる。その
ために、一般的には、能動層が、より小さい屈折率を有
する媒質のなかに埋め込まれる構造が選択される。さら
に、優れた伝導率の能動層が媒質nの境界でpドーピン
グされた媒質の中に埋め込まれれば、能動層を取り囲ん
でいるp−n接合部のスレッショルド電圧によって電気
的封じ込めも行うことができるであろう。
【0004】強力かつ連続放出型のレーザをつくりだす
ためには、構成部品の効率を改良し、温度上昇を抑える
ことができるように、電気的封じ込めを強化する必要が
ある。この問題に対する解決策は、ババトシヒコらによ
る“日本応用物理学ジャーナル”1994年4月号、第
33巻(1994年)、pp.1905−1909、第
1部、No.4Aの記事“熱伝導MgO/Siミラーを
備えた連続波GaInAsP/InPサーフェスエミッ
ションレーザ”の中で提案されている。
ためには、構成部品の効率を改良し、温度上昇を抑える
ことができるように、電気的封じ込めを強化する必要が
ある。この問題に対する解決策は、ババトシヒコらによ
る“日本応用物理学ジャーナル”1994年4月号、第
33巻(1994年)、pp.1905−1909、第
1部、No.4Aの記事“熱伝導MgO/Siミラーを
備えた連続波GaInAsP/InPサーフェスエミッ
ションレーザ”の中で提案されている。
【0005】この記事の中では、埋め込まれた能動層の
周囲全体を支える阻止接合部を設けることが提案されて
いる。
周囲全体を支える阻止接合部を設けることが提案されて
いる。
【0006】この解決策によって、電気的封じ込めをか
なり改善することが可能である。しかしながら効率は最
良とはいえない。実際に、このような構造による測定と
シミュレーションから、能動層を通る電流密度は均一で
ないことがわかった。より厳密に言えば、能動層の中心
部よりも、その周囲の方が電流密度が高くなる(およそ
4の比率で)。その結果、レーザ効果は環状形態におい
てのみ得ることができる。なぜなら、中央部におけるキ
ャリアの密度は、レーザ閾値に到達するために必要な密
度より小さいからである。
なり改善することが可能である。しかしながら効率は最
良とはいえない。実際に、このような構造による測定と
シミュレーションから、能動層を通る電流密度は均一で
ないことがわかった。より厳密に言えば、能動層の中心
部よりも、その周囲の方が電流密度が高くなる(およそ
4の比率で)。その結果、レーザ効果は環状形態におい
てのみ得ることができる。なぜなら、中央部におけるキ
ャリアの密度は、レーザ閾値に到達するために必要な密
度より小さいからである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このように、本発明の
目的は、改良された効率、つまりこれまでより温度上昇
を抑え、その結果スレッショルド電流が小さいサーフェ
スエミッション型レーザの構造を提案することにある。
目的は、改良された効率、つまりこれまでより温度上昇
を抑え、その結果スレッショルド電流が小さいサーフェ
スエミッション型レーザの構造を提案することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的において、本発
明は、pドーピングされたIII−Vタイプの半導体合金
で構成された電流の注入層の中に埋め込まれた能動層
と、能動層に平行で注入層上に配置された少なくとも一
つのミラーと、この注入層に電気的に接触している前記
ミラーの傍らに置かれている電極を備えているタイプの
サーフェスエミッション型レーザであって、能動層にほ
ぼ平行な平面に沿って注入層の中に位置する電流阻止層
を備えており、前記の阻止層には、能動層に対して中心
を合わせており、能動層より寸法の小さい開放部が備え
られていることを特徴とするレーザを対象としている。
明は、pドーピングされたIII−Vタイプの半導体合金
で構成された電流の注入層の中に埋め込まれた能動層
と、能動層に平行で注入層上に配置された少なくとも一
つのミラーと、この注入層に電気的に接触している前記
ミラーの傍らに置かれている電極を備えているタイプの
サーフェスエミッション型レーザであって、能動層にほ
ぼ平行な平面に沿って注入層の中に位置する電流阻止層
を備えており、前記の阻止層には、能動層に対して中心
を合わせており、能動層より寸法の小さい開放部が備え
られていることを特徴とするレーザを対象としている。
【0009】能動層より小さい阻止層の中に開放部を設
けることによって、結果的に、ミラーを覆ってはならな
い電極の位置に起因する電流注入の中心の偏りという性
質を補うことができる。阻止層の位置及び厚みと開放部
の位置及び寸法は、能動層のレベルでできるだけ均一な
電流密度を得ることができるように、シミュレーション
によって最良化することができる。
けることによって、結果的に、ミラーを覆ってはならな
い電極の位置に起因する電流注入の中心の偏りという性
質を補うことができる。阻止層の位置及び厚みと開放部
の位置及び寸法は、能動層のレベルでできるだけ均一な
電流密度を得ることができるように、シミュレーション
によって最良化することができる。
【0010】さらに、本発明の補足的特徴によれば、開
放部の寸法と、阻止層と能動層との間の距離は、能動層
を通る電流が均一の電流密度を有するように選択され
る。実際に、これら二つのパラメータは、構造内の電位
の分布を調整する、すなわち電流密度の均一性を得るの
に決定的な役割を果たす。
放部の寸法と、阻止層と能動層との間の距離は、能動層
を通る電流が均一の電流密度を有するように選択され
る。実際に、これら二つのパラメータは、構造内の電位
の分布を調整する、すなわち電流密度の均一性を得るの
に決定的な役割を果たす。
【0011】
【発明の実施の形態】添付の図面を参照して以下に本発
明の別の特徴を説明する。
明の別の特徴を説明する。
【0012】本発明によるレーザの製造段階は、InP
基板の特有の場合について示されている。しかしなが
ら、この方法はGaAsのようなIII−Vタイプの合金
で構成された他のあらゆる基板に適用することができ
る。
基板の特有の場合について示されている。しかしなが
ら、この方法はGaAsのようなIII−Vタイプの合金
で構成された他のあらゆる基板に適用することができ
る。
【0013】図1に示されているように、この方法は、
nドーピングされたInPを同じ組成の基板上に成長
させる段階から始まる。次に、4元エッチング停止層b
が形成される。それから、構成部品の能動層と下部ミラ
ーとの間の距離を定める厚みの上に、nドーピングされ
たInPを成長させる。さらに、結晶の表面全体に4元
能動層CAを形成する。
nドーピングされたInPを同じ組成の基板上に成長
させる段階から始まる。次に、4元エッチング停止層b
が形成される。それから、構成部品の能動層と下部ミラ
ーとの間の距離を定める厚みの上に、nドーピングされ
たInPを成長させる。さらに、結晶の表面全体に4元
能動層CAを形成する。
【0014】次に、層CAをエッチングして、図2に示
されているような能動層のメサを形成する。
されているような能動層のメサを形成する。
【0015】図3に示されているように、pドーピング
されたInPの成長によって、能動層CAを埋め込むこ
とが可能になる。さらに、nドーピングされたInPの
成長によって、結晶の表面全体に阻止層Bをつくりだす
ことが可能になる。能動層と阻止層との間の距離hは厳
密に調整される。この距離hは、能動層の中で均一な電
流密度を得ることができるようにシミュレーション計算
によって得ることができる。
されたInPの成長によって、能動層CAを埋め込むこ
とが可能になる。さらに、nドーピングされたInPの
成長によって、結晶の表面全体に阻止層Bをつくりだす
ことが可能になる。能動層と阻止層との間の距離hは厳
密に調整される。この距離hは、能動層の中で均一な電
流密度を得ることができるようにシミュレーション計算
によって得ることができる。
【0016】次に、阻止層Bをエッチングして能動層に
中心を合わせた開放部Dが形成される(図4)。開放部
Dの寸法は、同じくシミュレーションによって厳密な値
が与えられる張り出し部eを有するように、能動層の寸
法より小さくなる。
中心を合わせた開放部Dが形成される(図4)。開放部
Dの寸法は、同じくシミュレーションによって厳密な値
が与えられる張り出し部eを有するように、能動層の寸
法より小さくなる。
【0017】図5によれば、次に、pドーピングされた
InPを新たに成長させ、それによって、電流注入層S
Hの形成が終了する。その後、SiとSiO2の交互層
で構成されている上部誘電ミラーMHをデポジットす
る。最後にミラーMHの周囲に上部電極EHを置く。
InPを新たに成長させ、それによって、電流注入層S
Hの形成が終了する。その後、SiとSiO2の交互層
で構成されている上部誘電ミラーMHをデポジットす
る。最後にミラーMHの周囲に上部電極EHを置く。
【0018】図6に示されているような完成した構成部
品を得るためには、エッチング停止層bまでInP基板
の下部をエッチングし、下部ミラーMBを形成し、さら
に下部電極EBを置く。
品を得るためには、エッチング停止層bまでInP基板
の下部をエッチングし、下部ミラーMBを形成し、さら
に下部電極EBを置く。
【0019】nドーピングされたInPの拡大によって
阻止層Bをつくりだす代わりに、酸化アルミニウムのよ
うな電気的絶縁体を使用することもできる。別の変形例
によれば、注入層SHの側面をエッチングすることによ
って阻止層Bをつくりだすこともできる。しかしなが
ら、nドーピングされたInPの成長方法は簡単である
という利点を有していることを留意し、酸化物層がpド
ーピングされたInP媒質と格子が調和していない場合
にはエピタクシーの繰り返しの問題を解決することが望
ましい。
阻止層Bをつくりだす代わりに、酸化アルミニウムのよ
うな電気的絶縁体を使用することもできる。別の変形例
によれば、注入層SHの側面をエッチングすることによ
って阻止層Bをつくりだすこともできる。しかしなが
ら、nドーピングされたInPの成長方法は簡単である
という利点を有していることを留意し、酸化物層がpド
ーピングされたInP媒質と格子が調和していない場合
にはエピタクシーの繰り返しの問題を解決することが望
ましい。
【0020】一方、添付図面は概略を示すものにすぎな
いことを指摘する必要がある。というのも、実際には、
ここに示されたすべての層が必ずしもこの通りとは限ら
ないからである。
いことを指摘する必要がある。というのも、実際には、
ここに示されたすべての層が必ずしもこの通りとは限ら
ないからである。
【0021】とりわけ、阻止層Bは、実際には、図2に
表されているメサ上のエピタクシーの繰り返しのために
高方に向かって変形されるであろう。
表されているメサ上のエピタクシーの繰り返しのために
高方に向かって変形されるであろう。
【0022】最後に例示的なものとしていくつかの寸法
データを示しておく。
データを示しておく。
【0023】−能動層CAの直径=8μm −能動層CAの厚み=0.7μm −能動層CAと阻止層Bとの間の距離h=1μm −張出部eの値=1μm −注入層SHの厚み=4μm −ミラーMHとMBの直径=10から16μm
【図1】本発明によるレーザの主な製造段階を示す図で
ある。
ある。
【図2】本発明によるレーザの主な製造段階を示す図で
ある。
ある。
【図3】本発明によるレーザの主な製造段階を示す図で
ある。
ある。
【図4】本発明によるレーザの主な製造段階を示す図で
ある。
ある。
【図5】本発明によるレーザの主な製造段階を示す図で
ある。
ある。
【図6】本発明によるレーザの断面図である。
B 電流阻止層 CA 能動層 EB 下部電極 EH 電極 MB 下部ミラー MH ミラー SH 電流注入層
Claims (6)
- 【請求項1】 pドーピングされたIII−Vタイプの半
導体合金で構成された電流注入層(SH)の中に埋め込
まれた能動層(CA)と、能動層(CA)に平行で、注
入層(SH)上に配置された少なくとも一つのミラー
(MH)と、前記ミラー(MH)の脇に置かれ、注入層
(SH)と電気的に接触している電極(EH)を備えた
タイプのサーフェスエミッション型レーザであって、能
動層(CA)にほぼ平行な平面に沿って注入層(SH)
の中に位置している電流の阻止層(B)を備えており、
前記の阻止層(B)が、能動層(CA)に対して中心合
せされており、能動層よりも寸法が小さい開放部(D)
を備えていることを特徴とするレーザ。 - 【請求項2】 開放部(D)の寸法と、阻止層(B)と
能動層(CA)との間の距離(h)が、能動層(CA)
を通る電流が均一な電流密度(J)を有するように選択
されることを特徴とする請求項1に記載のレーザ。 - 【請求項3】 前記の阻止層(B)がnドーピングされ
たIII−Vタイプの半導体合金で構成されていることを
特徴とする請求項1または2のいずれか一項に記載のレ
ーザ。 - 【請求項4】 前記の阻止層が電気的絶縁体で構成され
ていることを特徴とする請求項1または2のいずれか一
項に記載のレーザ。 - 【請求項5】 前記の絶縁体が酸化アルミニウムである
ことを特徴とする請求項4に記載のレーザ。 - 【請求項6】 前記の阻止層が前記の注入層(SH)に
おけるラテラルエッチングによって得られる溝であるこ
とを特徴とする請求項4に記載のレーザ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9515543A FR2743195B1 (fr) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | Laser semi-conducteur a emission par la surface |
FR9515543 | 1995-12-27 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09186401A true JPH09186401A (ja) | 1997-07-15 |
JP3372801B2 JP3372801B2 (ja) | 2003-02-04 |
Family
ID=9485995
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34959996A Expired - Fee Related JP3372801B2 (ja) | 1995-12-27 | 1996-12-27 | サーフェスエミッション型半導体レーザ |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5818862A (ja) |
EP (1) | EP0782229B1 (ja) |
JP (1) | JP3372801B2 (ja) |
AU (1) | AU707419B2 (ja) |
CA (1) | CA2194003A1 (ja) |
DE (1) | DE69601698T2 (ja) |
FR (1) | FR2743195B1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020105095A1 (ja) * | 2018-11-19 | 2020-05-28 | 三菱電機株式会社 | 光半導体装置および光半導体装置の製造方法 |
Families Citing this family (28)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6324192B1 (en) | 1995-09-29 | 2001-11-27 | Coretek, Inc. | Electrically tunable fabry-perot structure utilizing a deformable multi-layer mirror and method of making the same |
US6438149B1 (en) | 1998-06-26 | 2002-08-20 | Coretek, Inc. | Microelectromechanically tunable, confocal, vertical cavity surface emitting laser and fabry-perot filter |
EP1053574A4 (en) * | 1997-12-29 | 2002-11-06 | Coretek Inc | FABRY-PEROT FILTER AND LASER WITH SURFACE EMISSION AND VERTICAL, CONFOCAL CAVITY, TUNABLE BY MICROELECTROMECHANICS |
US6813291B2 (en) | 1998-06-26 | 2004-11-02 | Coretek Inc | Tunable fabry-perot filter and tunable vertical cavity surface emitting laser |
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