JPS6010685A - 分布帰還型面発光半導体レ−ザ装置 - Google Patents
分布帰還型面発光半導体レ−ザ装置Info
- Publication number
- JPS6010685A JPS6010685A JP11686883A JP11686883A JPS6010685A JP S6010685 A JPS6010685 A JP S6010685A JP 11686883 A JP11686883 A JP 11686883A JP 11686883 A JP11686883 A JP 11686883A JP S6010685 A JPS6010685 A JP S6010685A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor
- layers
- type
- distributed feedback
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- 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]
- H01S5/18383—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 periodic active regions at nodes or maxima of light intensity
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- 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]
- H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- 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]
- H01S5/18386—Details of the emission surface for influencing the near- or far-field, e.g. a grating on the surface
- H01S5/18394—Apertures, e.g. defined by the shape of the upper electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
- H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、少なくとも屈折率の周期的変化による分布型
の帰還結合により発光させる分布帰還型半導体レーザ装
置、特に、半導体層を多段に積層して面発光をさせるよ
うに構成した分布帰還型面発光半導体レーザ装置に閏す
るものである。
の帰還結合により発光させる分布帰還型半導体レーザ装
置、特に、半導体層を多段に積層して面発光をさせるよ
うに構成した分布帰還型面発光半導体レーザ装置に閏す
るものである。
従来技術
一般に、長距離光通信用光源として高速変調時に単一モ
ード発振を得るに好適なレーザ装置としてこの種分布帰
還(DFB )型半導体レーザ装置の研究UH発が進め
られているが、従来のこの種分布構成し1回折格子によ
る屈折率の周期的変化に共振した縦モードの発光を用い
たものであって、再現性の良好な単一モード化に問題が
残されており、構造の非対称化および短共振器化を必要
とするなど、種々の問題があった。
ード発振を得るに好適なレーザ装置としてこの種分布帰
還(DFB )型半導体レーザ装置の研究UH発が進め
られているが、従来のこの種分布構成し1回折格子によ
る屈折率の周期的変化に共振した縦モードの発光を用い
たものであって、再現性の良好な単一モード化に問題が
残されており、構造の非対称化および短共振器化を必要
とするなど、種々の問題があった。
すなわち、従来の回折格子ご用いた分布帰還型半導体レ
ーザ装置においては、回折格子を形成した半導体層の表
面上に他の半導体結晶層を成長させるので、その結晶成
長の過程にてさきに形成した下地表面上の回折格子の形
が崩れてしまい、回折格子の保存が困難であった0また
、キャリヤ集中による発光領域の活性層の近傍に回折格
子が形成されるために、回折格子を形成した下地表面上
に形成する半導体層の結晶に不整が生ずる恐れがある。
ーザ装置においては、回折格子を形成した半導体層の表
面上に他の半導体結晶層を成長させるので、その結晶成
長の過程にてさきに形成した下地表面上の回折格子の形
が崩れてしまい、回折格子の保存が困難であった0また
、キャリヤ集中による発光領域の活性層の近傍に回折格
子が形成されるために、回折格子を形成した下地表面上
に形成する半導体層の結晶に不整が生ずる恐れがある。
さらに、回折格子による等1曲的な屈折率の変化は大き
くなし得ないので、分布帰還のための結合猟数を大きく
なし得ないために、分布帰還モードの発光を得るために
は回折格子の格子数を増大させねばならず、共振器長が
長くなるので、単一モード化が困難となる0しかも、回
折格子は、その格子間隔が狭いうえに、格子端面の切り
方が難しく、良好に位相整合のとれた反射端面を形成す
るのが困難であり、そのうえ、共振可能の縦モードが回
折格子によって決まる波長の前後に二つ存在するので、
二様の縦モード発振が同時に生ずる恐れがあるなど、回
折格子を用いた従来の分布帰還型半導体レーザ装置には
幾多の欠点があった。
くなし得ないので、分布帰還のための結合猟数を大きく
なし得ないために、分布帰還モードの発光を得るために
は回折格子の格子数を増大させねばならず、共振器長が
長くなるので、単一モード化が困難となる0しかも、回
折格子は、その格子間隔が狭いうえに、格子端面の切り
方が難しく、良好に位相整合のとれた反射端面を形成す
るのが困難であり、そのうえ、共振可能の縦モードが回
折格子によって決まる波長の前後に二つ存在するので、
二様の縦モード発振が同時に生ずる恐れがあるなど、回
折格子を用いた従来の分布帰還型半導体レーザ装置には
幾多の欠点があった。
一方、分布帰還により発振する半導体レーザ装置を短共
振器化して単一モードを得るには、半導体レーザ装置を
面発光を行なうように構成するのが好適であることが知
られており、多層構造の半導体層の両端面に同様に多層
構造にしてプラグ反射を行な、わさせるプラグレフレク
タ分設けた分布プラグ反射(DBR)型半導体レーザ装
置の開発が試みられているが、プラグ反射型半導体レー
ザ装置には、前述した再現性の良好な単一モード化とい
う分布型半導体レーザ装置に共通の問題のほかに、多層
構造とするプラグレフレクタは通常の金属薄層による反
射鏡に比して格段に厚くなるために半導体レーザ装置の
短共振器化が困難であるうえに、多Jiiy構造の共振
発光層とプラグ反射層との整合が困難であるという本質
的な間、題があり、未だ十分な性能をもって実用化し得
るには到ってお jらず、良好な性能をもって高速変調
可能の単−縦モード発振2行なう半導体レーザ装置は未
だ実現されていない。
振器化して単一モードを得るには、半導体レーザ装置を
面発光を行なうように構成するのが好適であることが知
られており、多層構造の半導体層の両端面に同様に多層
構造にしてプラグ反射を行な、わさせるプラグレフレク
タ分設けた分布プラグ反射(DBR)型半導体レーザ装
置の開発が試みられているが、プラグ反射型半導体レー
ザ装置には、前述した再現性の良好な単一モード化とい
う分布型半導体レーザ装置に共通の問題のほかに、多層
構造とするプラグレフレクタは通常の金属薄層による反
射鏡に比して格段に厚くなるために半導体レーザ装置の
短共振器化が困難であるうえに、多Jiiy構造の共振
発光層とプラグ反射層との整合が困難であるという本質
的な間、題があり、未だ十分な性能をもって実用化し得
るには到ってお jらず、良好な性能をもって高速変調
可能の単−縦モード発振2行なう半導体レーザ装置は未
だ実現されていない。
本発明の目的は、上述した従来の欠点ご除去し、多層構
造の半導体層に容易に電流を注入して短共振器化し、単
−縦モードの分布帰還共振により強力な面発光を行ない
得るようにした分布帰還型面発光半導体レーザ装置を提
供することにある。
造の半導体層に容易に電流を注入して短共振器化し、単
−縦モードの分布帰還共振により強力な面発光を行ない
得るようにした分布帰還型面発光半導体レーザ装置を提
供することにある。
すなわち、本発明分布帰還型面発光半導体レーザ装置は
、それぞれ結晶ご形成する■族元素およびV族元素の互
いに異なる組合わせよりなる活性半導体層とpn接合半
導体層との複数層を半導体基板上に交互に積層して構成
し、少なくとも一方の端面に電流路を局限するように構
成配置した電極層を設けて電流を注入することにより、
前記複数層における光屈折率および光増幅利得の周期的
変化に共振して発光するようにしたことを特徴とするも
のである。
、それぞれ結晶ご形成する■族元素およびV族元素の互
いに異なる組合わせよりなる活性半導体層とpn接合半
導体層との複数層を半導体基板上に交互に積層して構成
し、少なくとも一方の端面に電流路を局限するように構
成配置した電極層を設けて電流を注入することにより、
前記複数層における光屈折率および光増幅利得の周期的
変化に共振して発光するようにしたことを特徴とするも
のである。
実施例
以下に図面を参照して実施例につき本発明の詳細な説明
する。
する。
まず、本発明分布帰還型面発光半導体レー・ザ装置の基
本的構成例を第1図に示す。図示の構成による半導体レ
ーザ装置は、結晶成長可能な■族元素とV族元素との組
合わせよりなり、キャリヤの集中により活性領域をなし
て発光する活性半導体層、例えばh GalnAsP層
と、同様に結晶成長可能な■族元素と■族元素との他の
組合わせよりなり、電流の注入に寄与するpn接合半導
体層、例えばpn接合InP層とを多段に積層した多層
構造の半導体装置の両端面に、電流?流すためのp型お
よびn型の半導体層、例えばInP層号それぞれ被着し
たものを、半導体基板上、例えばn型工nP基板上に設
け、かかる構成の透明な半導体装置の両端面に反射鏡と
しても作用する金属電極薄層をそれぞれ設けて電圧を印
加し、活性半導体層とpn接合半導体層との交互積層に
よる屈折率と光増幅利得との周期的変化に共振した単−
縦モード発振を一方の端面から取出すようにしたもので
ある。
本的構成例を第1図に示す。図示の構成による半導体レ
ーザ装置は、結晶成長可能な■族元素とV族元素との組
合わせよりなり、キャリヤの集中により活性領域をなし
て発光する活性半導体層、例えばh GalnAsP層
と、同様に結晶成長可能な■族元素と■族元素との他の
組合わせよりなり、電流の注入に寄与するpn接合半導
体層、例えばpn接合InP層とを多段に積層した多層
構造の半導体装置の両端面に、電流?流すためのp型お
よびn型の半導体層、例えばInP層号それぞれ被着し
たものを、半導体基板上、例えばn型工nP基板上に設
け、かかる構成の透明な半導体装置の両端面に反射鏡と
しても作用する金属電極薄層をそれぞれ設けて電圧を印
加し、活性半導体層とpn接合半導体層との交互積層に
よる屈折率と光増幅利得との周期的変化に共振した単−
縦モード発振を一方の端面から取出すようにしたもので
ある。
すなわち、第1図示の構成による分布帰還は、活性領域
たるGaInASP層40とp型InP層50およびn
型JnPh 6 oよりなるpnn接合牛体体層の多段
積層によって生じ、図の中央部に矢印全もって示す経路
工0により共振して発光する。また、図に示すように、
n型InP基板30上に結晶成長させたn型InP層8
5を被着し、その上に上述したGaInAsP IM
40、T”!p 工nP I’;450およびn型In
P層602順次交互に結晶成長させて積層被着し、かか
る積層構造の最終GaInAsp層40上にp型InP
層70分結晶成長させて被着Tる。かがる積層構造によ
る共振発光の波長をλとし% GalnAsP層の屈折
率なn工と11nP層の屈折率をn2としびn型のIn
P層50および6oよりなるpn接合造に電流を流子た
めに両端面に被着するn型およびp型のInP基板3お
よび70は、図に示すように、積N構造における各層厚
より厚くする0かかる構成の半導体装置?適切な厚さ、
例えば100ミクロン程度の厚さにしたn型工np基板
上に設け、限定する開口をイfする絶縁層、例えばs、
1−o2層80を介して、例えばAu / Z nもし
くはAu10rの合金よりなる透明なp側(+)m極薄
E41onを下端面に被着Tるとともに5同様に中央部
に設けて共振経路10の領域を限定する開口を有する絶
縁層、例えば5io2層90を介して、例えばAu/S
nもしくはAu / Geの合金よりなるn側(−)電
極薄層110を下端面に被着しである。
たるGaInASP層40とp型InP層50およびn
型JnPh 6 oよりなるpnn接合牛体体層の多段
積層によって生じ、図の中央部に矢印全もって示す経路
工0により共振して発光する。また、図に示すように、
n型InP基板30上に結晶成長させたn型InP層8
5を被着し、その上に上述したGaInAsP IM
40、T”!p 工nP I’;450およびn型In
P層602順次交互に結晶成長させて積層被着し、かか
る積層構造の最終GaInAsp層40上にp型InP
層70分結晶成長させて被着Tる。かがる積層構造によ
る共振発光の波長をλとし% GalnAsP層の屈折
率なn工と11nP層の屈折率をn2としびn型のIn
P層50および6oよりなるpn接合造に電流を流子た
めに両端面に被着するn型およびp型のInP基板3お
よび70は、図に示すように、積N構造における各層厚
より厚くする0かかる構成の半導体装置?適切な厚さ、
例えば100ミクロン程度の厚さにしたn型工np基板
上に設け、限定する開口をイfする絶縁層、例えばs、
1−o2層80を介して、例えばAu / Z nもし
くはAu10rの合金よりなる透明なp側(+)m極薄
E41onを下端面に被着Tるとともに5同様に中央部
に設けて共振経路10の領域を限定する開口を有する絶
縁層、例えば5io2層90を介して、例えばAu/S
nもしくはAu / Geの合金よりなるn側(−)電
極薄層110を下端面に被着しである。
つぎに、第1図示の基、本釣1,1η成による本発明分
布帰還型面発光#!−導体レーザ装置の動作を説明する
と、まず、両端電極薄層100,110間に電圧な印加
して多層構造の牛導体装盾に電流を流すと、キャリヤは
最初に最上段に位置するGaInASP層40中に閉じ
込められ、その結果、キャリヤの反転分布が形成されて
、レーザ媒質となるGaInASP活性領域が構成され
る。ついでs pn接合半導体層50.60のリーク電
流もしくは逆バイアスによるトンネル電流により、第2
段以下に位置する各 IGaInAsP 層410に順
次にキャリヤが閉じ込められて順次に活性領域を構成し
て行く。各段のGaInASP層40の活性化により発
生した光は、GaInASP層傷0とInP層50.6
0とにおける屈折率n□とn2との周期的変化および光
増幅利得の周期的変化に共振して、その周期的変化によ
り選択的に定まる波長にてレーザ発振をおこす。しかし
て、かかる半導体層の積層構造によれば、層間に大きい
結合係数が得られるので、レーザ発振をおこさせるに要
する共振器長を短かくTることができ、したがって、異
なる波長による発振モードの間隔を広くとることができ
るので、単一モードのレーザ発振を容易に得ることがで
きる。また、上端面の反射電極薄層100との間に設け
たp型InP層70の層厚を適切に調整することによっ
て両端の反射鏡面に良好に位相整合した反射光が得られ
るので、レーザ発振をおこさせる注入電流の閾値を低減
させて、容易にレーザ発振をおこさせることができるO つぎに、第1図示の基本的構成による本発明半導体レー
ザ装置の製造過程を第2図(a)乃至(0に順次に示し
て説明すると、まず、第2図(a)に示すように、n型
InP基板80上に適切な層厚にして電流な流子ように
したn型InP層85を結晶成長させて破着し、その上
に、CaInASP層40、p型InP層50およびn
型InP層6oを反復して順次に積層した後、最上段の
GaInAsp層4o上に、前述したように適切な層厚
にして反射電極層との位相整合を調整するとともに電流
を流すためのp型InP層70を結晶成長させて被着す
る。ついで、第2図(匂に示すように、上述のようにし
て構成した多FF!I構造の牛導体装盾の上端面に絶縁
層とする3103層80を被着した後に、後で載断して
複数個のレーザ発光素子とするに適した間隔にて共振経
路10に対応した円形IJftJ口を蝕刻により形成す
る。
布帰還型面発光#!−導体レーザ装置の動作を説明する
と、まず、両端電極薄層100,110間に電圧な印加
して多層構造の牛導体装盾に電流を流すと、キャリヤは
最初に最上段に位置するGaInASP層40中に閉じ
込められ、その結果、キャリヤの反転分布が形成されて
、レーザ媒質となるGaInASP活性領域が構成され
る。ついでs pn接合半導体層50.60のリーク電
流もしくは逆バイアスによるトンネル電流により、第2
段以下に位置する各 IGaInAsP 層410に順
次にキャリヤが閉じ込められて順次に活性領域を構成し
て行く。各段のGaInASP層40の活性化により発
生した光は、GaInASP層傷0とInP層50.6
0とにおける屈折率n□とn2との周期的変化および光
増幅利得の周期的変化に共振して、その周期的変化によ
り選択的に定まる波長にてレーザ発振をおこす。しかし
て、かかる半導体層の積層構造によれば、層間に大きい
結合係数が得られるので、レーザ発振をおこさせるに要
する共振器長を短かくTることができ、したがって、異
なる波長による発振モードの間隔を広くとることができ
るので、単一モードのレーザ発振を容易に得ることがで
きる。また、上端面の反射電極薄層100との間に設け
たp型InP層70の層厚を適切に調整することによっ
て両端の反射鏡面に良好に位相整合した反射光が得られ
るので、レーザ発振をおこさせる注入電流の閾値を低減
させて、容易にレーザ発振をおこさせることができるO つぎに、第1図示の基本的構成による本発明半導体レー
ザ装置の製造過程を第2図(a)乃至(0に順次に示し
て説明すると、まず、第2図(a)に示すように、n型
InP基板80上に適切な層厚にして電流な流子ように
したn型InP層85を結晶成長させて破着し、その上
に、CaInASP層40、p型InP層50およびn
型InP層6oを反復して順次に積層した後、最上段の
GaInAsp層4o上に、前述したように適切な層厚
にして反射電極層との位相整合を調整するとともに電流
を流すためのp型InP層70を結晶成長させて被着す
る。ついで、第2図(匂に示すように、上述のようにし
て構成した多FF!I構造の牛導体装盾の上端面に絶縁
層とする3103層80を被着した後に、後で載断して
複数個のレーザ発光素子とするに適した間隔にて共振経
路10に対応した円形IJftJ口を蝕刻により形成す
る。
ツイテ、m 2 図(cu、:示−r 、1: e)
ニ、n fJI InP基板3゜の下面を慣用の方法に
より研磨して、その厚さを適切な値、例えば前述した1
00ミクロン程度にした後に、@2図(d)に示すよう
に、n型工nP基板30の研磨した下端面に、上端面に
おけると同様に絶縁層とするSi02層90を被着して
、上端面の5io2層80に形成した各開口にそれぞれ
対向させて同様の開口を蝕刻により形成する0しかる後
に、第2図(句に示すように、上端面の5io2層80
を覆って例えばAu / Zn 、 Au / Qr等
の合金薄層を全面に被着するとともに、下端面の5i0
2層90を覆つ・て例えばAu/ Sn 、 Au /
Ge等の合金薄層を全面に被着し、それぞれp側(+
)電極層100およびn側(−)電極層110とする。
ニ、n fJI InP基板3゜の下面を慣用の方法に
より研磨して、その厚さを適切な値、例えば前述した1
00ミクロン程度にした後に、@2図(d)に示すよう
に、n型工nP基板30の研磨した下端面に、上端面に
おけると同様に絶縁層とするSi02層90を被着して
、上端面の5io2層80に形成した各開口にそれぞれ
対向させて同様の開口を蝕刻により形成する0しかる後
に、第2図(句に示すように、上端面の5io2層80
を覆って例えばAu / Zn 、 Au / Qr等
の合金薄層を全面に被着するとともに、下端面の5i0
2層90を覆つ・て例えばAu/ Sn 、 Au /
Ge等の合金薄層を全面に被着し、それぞれp側(+
)電極層100およびn側(−)電極層110とする。
ついで、上下端面の5102層80.90にそれぞれ設
けた各開口がそれぞれ中央部に位置するようにして複数
ブロックに載断つぎに、第1図示の基本的構成において
逆ノくイアスしたpn接合による電流注入の作用効果を
増大させるようにした本発明半導体レーザ装置の他の構
成例を@3図に示す。第3図示の構成は、第1図示の基
本的構成における各段のpn接合半導体層、p型InP
層50とn型工np層60との間にp 型InP層55
およびn+型InP層65人な介挿することにより、逆
バイアスした超階段pn接合を形成しく 11 ) てトンネル効果による電流注入を促進し、レーザ発光を
おこさせるに要する注入電流の閾値を低減させ、強力な
レーザ発光が確実容易に得られるようにしたものである
。
けた各開口がそれぞれ中央部に位置するようにして複数
ブロックに載断つぎに、第1図示の基本的構成において
逆ノくイアスしたpn接合による電流注入の作用効果を
増大させるようにした本発明半導体レーザ装置の他の構
成例を@3図に示す。第3図示の構成は、第1図示の基
本的構成における各段のpn接合半導体層、p型InP
層50とn型工np層60との間にp 型InP層55
およびn+型InP層65人な介挿することにより、逆
バイアスした超階段pn接合を形成しく 11 ) てトンネル効果による電流注入を促進し、レーザ発光を
おこさせるに要する注入電流の閾値を低減させ、強力な
レーザ発光が確実容易に得られるようにしたものである
。
なお、第1図および第8図に示した本発明半導体レーザ
装置の構成例においては、いずれも、半導体基板80を
n型InP半導体を用いて形成したが、半導体基板80
はp型Ir1P牛導体とすることもできる。なお、その
場合には、第1図示および第8図示の構成における各半
導体層および各電極層のp型とn型とをすべて逆の組合
わせにする。
装置の構成例においては、いずれも、半導体基板80を
n型InP半導体を用いて形成したが、半導体基板80
はp型Ir1P牛導体とすることもできる。なお、その
場合には、第1図示および第8図示の構成における各半
導体層および各電極層のp型とn型とをすべて逆の組合
わせにする。
また、第1図および第8図に示した構成例における多層
構造の半導体装置における各層への電流注入は、各層間
のリーク電流もしくはトンネル効果により縦方向に行な
っているが、多層構造の半導体装置における光共振経路
10を含む中心部領域に対し、周辺部領域を不純物の拡
散によりp型頭域もしくはn型領域とすることにより各
層への電流注入を横方向に行なわせるようにした構成例
有を第4図(a)および(b)にそれぞれ示す。
構造の半導体装置における各層への電流注入は、各層間
のリーク電流もしくはトンネル効果により縦方向に行な
っているが、多層構造の半導体装置における光共振経路
10を含む中心部領域に対し、周辺部領域を不純物の拡
散によりp型頭域もしくはn型領域とすることにより各
層への電流注入を横方向に行なわせるようにした構成例
有を第4図(a)および(b)にそれぞれ示す。
(12)
第4図(a) 、 (b)に示T構成例において多層構
造半導体装置の周辺部の全体に亘って斜線を施した部分
が各半導体層の結晶成長後にp型不純物を拡散させて形
成したp型頭域lであり、各半導体層の周辺部における
p型頭域1から中心部のn型領域に対して横方向に電流
を注入してあり、もって、各段の活性半導体層、丁なわ
ち、GaInAsP M540に対するキャリヤの注入
、閉じ込めが第1図示、第3閾示の構成におけるよりも
一層容易となるようにしである。また、第4図(a)に
示した構成例においては、上端面に被着する絶縁層とし
ての5i02層80を中心部の光共振経路10を含むn
型領域に対向する部分のみに局限するとともに、下側端
面に被着する絶縁層としての5io2層90の中心部に
形成する開口を著しく拡大して、第1図および第3図に
示した構成例においては、いずれも、太い矢印にて示す
光出力20を上端面開口から取出子のに対し、第4図(
a)に示す構成例においては光出力20を下端開口から
取出すようにしである。
造半導体装置の周辺部の全体に亘って斜線を施した部分
が各半導体層の結晶成長後にp型不純物を拡散させて形
成したp型頭域lであり、各半導体層の周辺部における
p型頭域1から中心部のn型領域に対して横方向に電流
を注入してあり、もって、各段の活性半導体層、丁なわ
ち、GaInAsP M540に対するキャリヤの注入
、閉じ込めが第1図示、第3閾示の構成におけるよりも
一層容易となるようにしである。また、第4図(a)に
示した構成例においては、上端面に被着する絶縁層とし
ての5i02層80を中心部の光共振経路10を含むn
型領域に対向する部分のみに局限するとともに、下側端
面に被着する絶縁層としての5io2層90の中心部に
形成する開口を著しく拡大して、第1図および第3図に
示した構成例においては、いずれも、太い矢印にて示す
光出力20を上端面開口から取出子のに対し、第4図(
a)に示す構成例においては光出力20を下端開口から
取出すようにしである。
また、第4図(b)に示す構成例においては、n型In
P基板80の研磨した下端面には反射鏡としてのみ作用
Tる金属薄層120のみを適切に被着し、p型頭域1に
対向して環状に形成したp側(+)電極薄層100と中
心部のn型領域に対向して小型に形成したn側(−)電
極薄層110とのみを、絶縁層は設けることなく、上端
面のみに設けて、光出力20号下端而面ら取出し、片面
からのみ電圧を印加し得るようにして、後述するような
光集積回路の構成を特に容易にするとともに、半導体基
板30を半絶縁性にもなし得るようにしである。
P基板80の研磨した下端面には反射鏡としてのみ作用
Tる金属薄層120のみを適切に被着し、p型頭域1に
対向して環状に形成したp側(+)電極薄層100と中
心部のn型領域に対向して小型に形成したn側(−)電
極薄層110とのみを、絶縁層は設けることなく、上端
面のみに設けて、光出力20号下端而面ら取出し、片面
からのみ電圧を印加し得るようにして、後述するような
光集積回路の構成を特に容易にするとともに、半導体基
板30を半絶縁性にもなし得るようにしである。
また、以上に説明した構成例においては、いずれも、活
性半導体層40をGaAs半導体により形成するととも
に、pn接合半導体層50,60、両端面半導体層85
.70および半導体基板80を工nP半導体により形成
しであるが、これらの半導体材料は、上述した例の組成
に限ることなく、結晶成長可能の■族元素とV族元素と
の異なる組合わせご任意に用いることができ、例えば、
半導体基板80をGaAS半導体により形成するととも
に、活性半導体N4oをGaAS半導体により形成し、
pn接合手導体層50.60をGa1AS半導体により
形成するなど、結晶成長が可能な限り、任意所望の組成
の半導体を適切に組合わせても、前述したと同様の本発
明による作用効果を得ることができる。
性半導体層40をGaAs半導体により形成するととも
に、pn接合半導体層50,60、両端面半導体層85
.70および半導体基板80を工nP半導体により形成
しであるが、これらの半導体材料は、上述した例の組成
に限ることなく、結晶成長可能の■族元素とV族元素と
の異なる組合わせご任意に用いることができ、例えば、
半導体基板80をGaAS半導体により形成するととも
に、活性半導体N4oをGaAS半導体により形成し、
pn接合手導体層50.60をGa1AS半導体により
形成するなど、結晶成長が可能な限り、任意所望の組成
の半導体を適切に組合わせても、前述したと同様の本発
明による作用効果を得ることができる。
つぎに、上述のように構成する本発明分布帰還型面発光
半導体レーザ装置におけるレーザ発振の条件を検討した
結果について説明すると、上述した多層構造の半導体装
置における屈折率nおよび光増幅利得αの周期的変化が
正弦波状に生ずるものと仮定して、それぞれの変化の大
きさをndおよびαdとすると、実数部をKrとし、虚
数部をKiとする層間の結合糸数にはつぎの(1)式に
よって表わされる。
半導体レーザ装置におけるレーザ発振の条件を検討した
結果について説明すると、上述した多層構造の半導体装
置における屈折率nおよび光増幅利得αの周期的変化が
正弦波状に生ずるものと仮定して、それぞれの変化の大
きさをndおよびαdとすると、実数部をKrとし、虚
数部をKiとする層間の結合糸数にはつぎの(1)式に
よって表わされる。
πnd αd
K−Kr+jKi −−+3−(1)
λ 2
ここに、λは共振発光の波長である。
一方、多層構造の半導体素子の累子長し1光増幅利得α
、離調率δ、光伝搬定数γおよび結合・糸数にの間には
つぎの(2)式の関係が成立つ。
、離調率δ、光伝搬定数γおよび結合・糸数にの間には
つぎの(2)式の関係が成立つ。
(α−jδ)L−±KL coshγII4. (2)
(15) に必要な光増j喘利得αの閾値を計算した結果は第5図
に示Tようになり、素子長りに対Tる閾値利得αの関恍
を計算した結果は第6図に示すようになる。
(15) に必要な光増j喘利得αの閾値を計算した結果は第5図
に示Tようになり、素子長りに対Tる閾値利得αの関恍
を計算した結果は第6図に示すようになる。
しかして、第1図示の構成により実際に得られる屈折率
の変化の大きさndは、GaInAsP半導体層と工n
P半導体層との組合わせにより波長λ=1.6μmの共
振発光が得られたときにはnd−0,185となり、前
述した他の組成例におけるGa1.A/、As’半導体
とGaAS半導体との組合わせにおいてχ−0,7とし
たときにはnd=0.226となった。したがって、結
合係数にの実数部Krは、上述の組合わせの例について
、それぞれ、8624oTn および’197Born
となることが期待される。また、前者の組合わせの例
において素子長りをL −6μmとしたときには第8図
示の計算結果におけるパラメータKrL −2,17と
なり、利得α−1180−1と1n なる。なお、共振発光素子としては利得α(400q。
の変化の大きさndは、GaInAsP半導体層と工n
P半導体層との組合わせにより波長λ=1.6μmの共
振発光が得られたときにはnd−0,185となり、前
述した他の組成例におけるGa1.A/、As’半導体
とGaAS半導体との組合わせにおいてχ−0,7とし
たときにはnd=0.226となった。したがって、結
合係数にの実数部Krは、上述の組合わせの例について
、それぞれ、8624oTn および’197Born
となることが期待される。また、前者の組合わせの例
において素子長りをL −6μmとしたときには第8図
示の計算結果におけるパラメータKrL −2,17と
なり、利得α−1180−1と1n なる。なお、共振発光素子としては利得α(400q。
、n−1とTるのが望ましいが、利得αをこの範囲に(
16) 設定したときに要する素子長りは10 am程度となl
る。しかして、第1図示の構成による多層構成の各半導
体層の層厚は0.8μm程度であり、通例1O〜30層
を積層するので、素子長りは8〜9μm程度となる。
16) 設定したときに要する素子長りは10 am程度となl
る。しかして、第1図示の構成による多層構成の各半導
体層の層厚は0.8μm程度であり、通例1O〜30層
を積層するので、素子長りは8〜9μm程度となる。
効果
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、分布
型半導体レーザ装置を多層構造に構成して面発光な行な
わさせるので、雑兵振器化による単−縦モードの共振発
光を確実容易に得ることができ、また、光出力を多層構
造半導体発光素子の端面に対して垂直に取出丁ので、か
かる半導体発光素子を単一ウエノ・上に多数構成配置し
て2次元レーザアレイを構成するに極めて好適であり、
さらに、多層構造の半導体素子における層厚制御は容易
であるから、かかる膜厚制御による反射端面の位相整合
も確実容易に得られる。
型半導体レーザ装置を多層構造に構成して面発光な行な
わさせるので、雑兵振器化による単−縦モードの共振発
光を確実容易に得ることができ、また、光出力を多層構
造半導体発光素子の端面に対して垂直に取出丁ので、か
かる半導体発光素子を単一ウエノ・上に多数構成配置し
て2次元レーザアレイを構成するに極めて好適であり、
さらに、多層構造の半導体素子における層厚制御は容易
であるから、かかる膜厚制御による反射端面の位相整合
も確実容易に得られる。
したがって、本発明分布帰還型面発光牛導体レーザ装置
は、将来実用化が期待される光集積回路を構成するうえ
で幅広く利用し得るという格別の効果を有するとともに
、極めて重要な意義を有する0
は、将来実用化が期待される光集積回路を構成するうえ
で幅広く利用し得るという格別の効果を有するとともに
、極めて重要な意義を有する0
第1図は本発明分布帰還型面発光半導体レーザ装置の基
本的構成例?示T側断面図。 第2図(a)乃至(f)は第1図示の構成による本発明
半導体レーザ装置の製造過程を順次に示す側断面囚、 第8図および第4図(a) 、 (b)は本発明半導体
レーザ装置の他の構成例をそれぞれ示T側断面図、第5
図および第6図は不発rrJ1牛導体レーザ装置の緒特
性の計算結果の例をそれぞれ示す特性曲線図である。 1・・・p型領域 10・・・光共振経路20・・・光
出力 80・・・n型InP基板35.60 ・n型I
nP層 4O−CaInASP層50.70−P 型I
nP層 55−p” g InP層65 ・n 型1r
lP 層80,9O−8in、層100.110・・・
電極薄層 120・・・金属薄層。
本的構成例?示T側断面図。 第2図(a)乃至(f)は第1図示の構成による本発明
半導体レーザ装置の製造過程を順次に示す側断面囚、 第8図および第4図(a) 、 (b)は本発明半導体
レーザ装置の他の構成例をそれぞれ示T側断面図、第5
図および第6図は不発rrJ1牛導体レーザ装置の緒特
性の計算結果の例をそれぞれ示す特性曲線図である。 1・・・p型領域 10・・・光共振経路20・・・光
出力 80・・・n型InP基板35.60 ・n型I
nP層 4O−CaInASP層50.70−P 型I
nP層 55−p” g InP層65 ・n 型1r
lP 層80,9O−8in、層100.110・・・
電極薄層 120・・・金属薄層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 L それぞれ結晶を形成する■族元累および■族元累の
互いに異なる組合わせよりなる活性半導体層とpnn接
合牛体体層の複数層を半導体基板上に交互に積層して構
成し、少なくとも一方の端面に電流路ご局限するように
構成配置した電極層な設けて電流を注入することにより
、前記複数層における光屈折率および光増幅利得の周期
的変化に共振して発光するようにしたことご特徴とする
分布帰還型面発光牛導体レーザ装置。 λ 前記pn接合半導体層中にp+n+接合半導体層ご
介挿したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
分布帰還型面発光半導体レーザ装置。 & 前記複数層における前記電流路を囲繞Tる領域にp
型もしくはn型の不純物ご拡散させたことを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の分布帰還型面発光レーザ装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11686883A JPS6010685A (ja) | 1983-06-30 | 1983-06-30 | 分布帰還型面発光半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11686883A JPS6010685A (ja) | 1983-06-30 | 1983-06-30 | 分布帰還型面発光半導体レ−ザ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6010685A true JPS6010685A (ja) | 1985-01-19 |
Family
ID=14697615
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11686883A Pending JPS6010685A (ja) | 1983-06-30 | 1983-06-30 | 分布帰還型面発光半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6010685A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60145693A (ja) * | 1984-01-09 | 1985-08-01 | Mitsubishi Electric Corp | 面発光形半導体レ−ザ装置 |
US4949350A (en) * | 1989-07-17 | 1990-08-14 | Bell Communications Research, Inc. | Surface emitting semiconductor laser |
US5034344A (en) * | 1989-07-17 | 1991-07-23 | Bell Communications Research, Inc. | Method of making a surface emitting semiconductor laser |
US5263041A (en) * | 1992-03-27 | 1993-11-16 | The University Of Colorado Foundation, Inc. | Surface emitting semiconductor laser |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1046702A (en) * | 1963-03-19 | 1966-10-26 | Licentia Gmbh | Improvements in or relating to lasers |
JPS51128283A (en) * | 1975-04-25 | 1976-11-09 | Xerox Corp | Multiilayer diode laser electrically pumped |
JPS5367391A (en) * | 1976-11-29 | 1978-06-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor laser device |
-
1983
- 1983-06-30 JP JP11686883A patent/JPS6010685A/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1046702A (en) * | 1963-03-19 | 1966-10-26 | Licentia Gmbh | Improvements in or relating to lasers |
JPS51128283A (en) * | 1975-04-25 | 1976-11-09 | Xerox Corp | Multiilayer diode laser electrically pumped |
JPS5367391A (en) * | 1976-11-29 | 1978-06-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor laser device |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60145693A (ja) * | 1984-01-09 | 1985-08-01 | Mitsubishi Electric Corp | 面発光形半導体レ−ザ装置 |
US4949350A (en) * | 1989-07-17 | 1990-08-14 | Bell Communications Research, Inc. | Surface emitting semiconductor laser |
US5034344A (en) * | 1989-07-17 | 1991-07-23 | Bell Communications Research, Inc. | Method of making a surface emitting semiconductor laser |
US5263041A (en) * | 1992-03-27 | 1993-11-16 | The University Of Colorado Foundation, Inc. | Surface emitting semiconductor laser |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5724376A (en) | Transparent substrate vertical cavity surface emitting lasers fabricated by semiconductor wafer bonding | |
KR101168460B1 (ko) | InP-계 수직공진 표면발광레이저를 제조하는 방법 및 이로부터 제조된 디바이스 | |
JP2003517715A (ja) | 注入型レーザー | |
JPH09512138A (ja) | 歪補償型複合量子井戸式レーザー構造体 | |
JPH0669585A (ja) | 面発光半導体レーザ及びその製造方法 | |
US6560262B1 (en) | Vertical cavity surface emitting laser array and a process for making same | |
JP2008124287A (ja) | 波長変換素子 | |
JP2000252584A (ja) | 半導体レーザ及びその製造方法 | |
JPH04225588A (ja) | 半導体レーザ構造体 | |
JPH11307882A (ja) | 面発光型半導体レ―ザ、面発光型半導体レ―ザアレイ、及び面発光型半導体レ―ザの製造方法 | |
JPS6010685A (ja) | 分布帰還型面発光半導体レ−ザ装置 | |
JPWO2005074080A1 (ja) | 面発光レーザ及びその製造方法 | |
GB2347559A (en) | Wafer bonded vertical cavity surface emitting lasers | |
JPH0563301A (ja) | 半導体光素子および光通信システム | |
JP2546150B2 (ja) | 立体共振器型面発光レーザ | |
JP2004063972A (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 | |
JP2006303052A (ja) | 半導体レーザ装置及び半導体レーザ装置の製造方法 | |
JPH046217Y2 (ja) | ||
JP2000261095A (ja) | 面発光型半導体レーザ及びその製造方法 | |
JP2713244B2 (ja) | 面発光素子の製造方法 | |
JP3469051B2 (ja) | 面発光半導体レーザ | |
JPH02305487A (ja) | 半導体レーザ | |
JP2943719B2 (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 | |
CN107332104A (zh) | 非对称结构相移光栅及dfb半导体激光器 | |
JPH09260779A (ja) | 半導体面発光レーザ及びその製造方法 |