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JP2010045249A - Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same - Google Patents

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JP2010045249A
JP2010045249A JP2008209055A JP2008209055A JP2010045249A JP 2010045249 A JP2010045249 A JP 2010045249A JP 2008209055 A JP2008209055 A JP 2008209055A JP 2008209055 A JP2008209055 A JP 2008209055A JP 2010045249 A JP2010045249 A JP 2010045249A
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Japan
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layer
semiconductor
multilayer reflector
semiconductor substrate
substrate
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Pending
Application number
JP2008209055A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoteru Shirokishi
直輝 城岸
Tomoyuki Oki
智之 大木
Takeshi Masui
勇志 増井
Rintaro Koda
倫太郎 幸田
Takahiro Arakida
孝博 荒木田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emitting device which is reducible in temperature dependency of optical output, and to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: A substrate 10 is provided between a lower DBR layer 18 and a lower cladding layer 11, i.e., in a cavity. Consequently, the effective resonator length of a semiconductor laser 1 becomes longer by the thickness of the substrate 10 and oscillations are generated in a plurality of axis modes, so even when an oscillation wavelength is shifted due to temperature change, a wavelength offset amount at the oscillation frequency having been shifted is equal to or substantially equal to a wavelength offset amount at which the optical output becomes maximum in one of the axis modes. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、積層方向にレーザ光を射出する半導体発光素子およびその製造方法に係り、特に、安定した光出力の要求される用途に好適に適用可能な半導体発光素子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device that emits laser light in the stacking direction and a method for manufacturing the semiconductor light emitting device, and more particularly, to a semiconductor light emitting device that can be suitably applied to applications requiring stable light output and a method for manufacturing the semiconductor light emitting device.

面発光型半導体レーザは、従来のファブリペロー共振器型半導体レーザとは異なり、基板に対して直交する方向に光を射出するものであり、同じ基板上に2次元アレイ状に多数の共振器構造を配列することが可能であることから、近年、データ通信分野などで注目されている。   A surface emitting semiconductor laser, unlike a conventional Fabry-Perot resonator semiconductor laser, emits light in a direction perpendicular to the substrate, and has a number of resonator structures in a two-dimensional array on the same substrate. In recent years, it has attracted attention in the field of data communication and the like.

この面発光型半導体レーザは、一般に、基板上に、下部DBR層、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層および上部DBR層をこの順に積層してなるメサ形状の共振器構造を備えている(例えば特許文献1参照)。このような半導体レーザでは、発振波長λxは共振器構造の実効的な共振器長によって決定され、光出力の大きさは活性層のバンドギャップに相当する発光波長λyから所定の大きさだけシフトした波長(λy+Δλ)において最も大きくなる(図21(A),(B))。そのため、通常は、レーザの温度が例えば25℃のときに、発振波長λxがλy+Δλと等しくなるように、共振器構造および活性層が構成されている。なお、図21(A)は利得の温度依存性の一例を表したものであり、図21(B)は発振波長と活性層のバンドギャップに相当する発光波長との温度依存性の一例を表したものである。 This surface-emitting type semiconductor laser generally has a mesa resonator structure in which a lower DBR layer, a lower cladding layer, an active layer, an upper cladding layer, and an upper DBR layer are stacked in this order on a substrate ( For example, see Patent Document 1). In such a semiconductor laser, the oscillation wavelength λx is determined by the effective resonator length of the resonator structure, and the magnitude of the optical output is shifted by a predetermined magnitude from the emission wavelength λy corresponding to the band gap of the active layer. It becomes the largest at the wavelength (λy + Δλ 0 ) (FIGS. 21A and 21B). Therefore, usually, when the temperature of the laser, for example, 25 ° C., so that the oscillation wavelength λx is equal to [lambda] y + [Delta] [lambda] 0, the resonator structure and the active layer is formed. 21A shows an example of the temperature dependence of the gain, and FIG. 21B shows an example of the temperature dependence of the oscillation wavelength and the emission wavelength corresponding to the band gap of the active layer. It is a thing.

特開2001−332812号公報JP 2001-332812 A

しかし、レーザの温度が例えば25℃から60℃に上昇すると、屈折率が大きくなり、実効的な共振器長が大きくなる。また、温度上昇に伴い、活性層のバンドギャップが小さくなり、活性層の発光波長が長波長側にシフトする。このとき、活性層の発光波長のシフト量は、実効的な共振器長の増分よりも大きいので、温度が上昇するに従って、実効的な共振器長と活性層の発光波長とのズレがΔλよりも小さくなってしまい、光出力が変動して(小さくなって)しまうという問題があった。 However, when the temperature of the laser rises from, for example, 25 ° C. to 60 ° C., the refractive index increases and the effective resonator length increases. Further, as the temperature rises, the band gap of the active layer becomes smaller, and the emission wavelength of the active layer shifts to the longer wavelength side. At this time, since the shift amount of the emission wavelength of the active layer is larger than the effective resonator length increment, the deviation between the effective resonator length and the emission wavelength of the active layer increases by Δλ 0 as the temperature rises. In other words, the light output fluctuated (becomes smaller).

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、光出力の温度依存性を低減することの可能な半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor light-emitting element capable of reducing temperature dependency of light output and a method for manufacturing the same.

本発明の半導体発光素子は、下部多層膜反射鏡、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層および上部多層膜反射鏡を順に備えたものである。下部多層膜反射鏡の内部、または下部多層膜反射鏡と下部クラッド層との間には半導体基板が設けられている。   The semiconductor light emitting device of the present invention comprises a lower multilayer reflector, a lower clad layer, an active layer, an upper clad layer, and an upper multilayer reflector in order. A semiconductor substrate is provided inside the lower multilayer reflector or between the lower multilayer reflector and the lower cladding layer.

本発明の半導体発光素子では、下部多層膜反射鏡の内部、または下部多層膜反射鏡と下部クラッド層との間に半導体基板が設けられている。これにより、半導体発光素子の実効的な共振器長が半導体基板の厚さの分だけ長くなるので、複数の軸モードで発振が生じる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, a semiconductor substrate is provided inside the lower multilayer reflector or between the lower multilayer reflector and the lower cladding layer. As a result, the effective resonator length of the semiconductor light emitting element is increased by the thickness of the semiconductor substrate, so that oscillation occurs in a plurality of axial modes.

本発明の半導体発光素子の第1の製造方法は、半導体基板の一の面上に、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層および上部多層膜反射鏡を順に含む半導体層を形成すると共に、半導体基板の他の面上に、下部多層膜反射鏡を形成するステップを含むものである。   According to a first method of manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, a semiconductor layer including a lower clad layer, an active layer, an upper clad layer, and an upper multilayer reflector in order is formed on one surface of a semiconductor substrate. Forming a lower multilayer reflector on the other surface of the substrate;

本発明の半導体発光素子の第1の製造方法では、下部多層膜反射鏡と下部クラッド層との間に半導体基板が形成される。これにより、半導体発光素子の実効的な共振器長が半導体基板の厚さの分だけ長くなるので、複数の軸モードで発振が生じる。   In the first method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, a semiconductor substrate is formed between the lower multilayer reflector and the lower cladding layer. As a result, the effective resonator length of the semiconductor light emitting element is increased by the thickness of the semiconductor substrate, so that oscillation occurs in a plurality of axial modes.

本発明の半導体発光素子の第2の製造方法は、半導体基板の一の面上に、第1下部多層膜反射鏡、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層および上部多層膜反射鏡を順に含む半導体層を形成すると共に、半導体基板の他の面上に、第2下部多層膜反射鏡を形成するステップを含むものである。   The second method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention includes a first lower multilayer reflector, a lower cladding layer, an active layer, an upper cladding layer, and an upper multilayer reflector in order on one surface of a semiconductor substrate. The method includes forming a semiconductor layer and forming a second lower multilayer mirror on the other surface of the semiconductor substrate.

本発明の半導体発光素子の第2の製造方法では、下部多層膜反射鏡の内部に半導体基板が形成される。これにより、半導体発光素子の実効的な共振器長が半導体基板の厚さの分だけ長くなるので、複数の軸モードで発振が生じる。   In the second method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, a semiconductor substrate is formed inside the lower multilayer mirror. As a result, the effective resonator length of the semiconductor light emitting element is increased by the thickness of the semiconductor substrate, so that oscillation occurs in a plurality of axial modes.

本発明の半導体発光素子、ならびに本発明の半導体発光素子の第1および第2の製造方法によれば、半導体発光素子の実効的な共振器長を半導体基板の厚さの分だけ長くなるので、複数の軸モードで発振が生じる。これにより、温度変化により、実効的な共振器長と活性層の発光波長との差分(波長オフセット量)が変化した場合であっても、複数の軸モードのうち一の軸モードにおいて、波長オフセット量が、光出力が最大となるときの波長オフセット量(上記のΔλ)に等しいか、それに近い値になる。その結果、温度変化により、光出力が最大となる波長は若干変化するものの、光出力の大きさはほとんど変化しなくなる。従って、下部多層膜反射鏡の内部、または下部多層膜反射鏡と下部クラッド層との間に半導体基板を設けていない場合と比べて、光出力の温度依存性を低減することができる。 According to the semiconductor light emitting device of the present invention and the first and second manufacturing methods of the semiconductor light emitting device of the present invention, the effective resonator length of the semiconductor light emitting device is increased by the thickness of the semiconductor substrate. Oscillation occurs in multiple axis modes. As a result, even if the difference (wavelength offset amount) between the effective resonator length and the emission wavelength of the active layer changes due to temperature change, the wavelength offset in one of the multiple axis modes The amount is equal to or close to the wavelength offset amount (Δλ 0 described above) when the light output becomes maximum. As a result, the wavelength at which the light output is maximized changes slightly due to temperature change, but the light output magnitude hardly changes. Therefore, the temperature dependence of the light output can be reduced as compared with the case where the semiconductor substrate is not provided inside the lower multilayer reflector or between the lower multilayer reflector and the lower cladding layer.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体レーザ1の断面構成の一例を表すものである。なお、図1は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。図2(A)は、図1の半導体レーザ1の利得の温度依存性を表したものである。図2(B)は、半導体レーザ1の発振波長λxと、後述の活性層12のバンドギャップに相当する発光波長λyとの温度依存性を表したものである。
[First embodiment]
FIG. 1 shows an example of a cross-sectional configuration of a semiconductor laser 1 according to the first embodiment of the present invention. Note that FIG. 1 is a schematic representation and is different from actual dimensions and shapes. 2A shows the temperature dependence of the gain of the semiconductor laser 1 of FIG. FIG. 2B shows the temperature dependence of the oscillation wavelength λx of the semiconductor laser 1 and the emission wavelength λy corresponding to the band gap of the active layer 12 described later.

本実施の形態の半導体レーザ1は、積層方向に光を射出する面発光型の半導体レーザであり、基板10の両面に積層構造を備えている。具体的には、半導体レーザ1は、例えば、図1に示したように、基板10の一の面上に、下部クラッド層11、活性層12、上部クラッド層13、電流狭窄層14、上部DBR層15およびコンタクト層16を基板10側から順に備えており、基板10の他の面上(下部クラッド層11とは反対側の面上)に、下部DBR層18を備えている。つまり、この半導体レーザ1は、上部DBR層15および下部DBR層18によって構成される一対の共振器ミラーの間、すなわち、キャビティ内に基板10が設けられたものであり、複数の軸モード(例えば、図2(B)に示したように、λx1,λx2,λx3(λx1<λx2<λx3)の3つの波長)で発振可能となっている。   The semiconductor laser 1 of the present embodiment is a surface emitting semiconductor laser that emits light in the stacking direction, and has a stacked structure on both surfaces of the substrate 10. Specifically, for example, as shown in FIG. 1, the semiconductor laser 1 includes a lower clad layer 11, an active layer 12, an upper clad layer 13, a current confinement layer 14, an upper DBR on one surface of a substrate 10. A layer 15 and a contact layer 16 are sequentially provided from the substrate 10 side, and a lower DBR layer 18 is provided on the other surface of the substrate 10 (on the surface opposite to the lower cladding layer 11). In other words, the semiconductor laser 1 has a substrate 10 provided between a pair of resonator mirrors constituted by the upper DBR layer 15 and the lower DBR layer 18, that is, in a cavity, and has a plurality of axial modes (for example, As shown in FIG. 2B, oscillation is possible at λx1, λx2, and λx3 (three wavelengths of λx1 <λx2 <λx3).

半導体レーザ1における積層構造の上部、具体的には、下部クラッド層11、活性層12、上部クラッド層13、電流狭窄層14、上部DBR層15およびコンタクト層16には積層方向に延在するメサ部17が形成されている。メサ部17は、例えば幅20μm程度の円柱形状となっている。一方、半導体レーザ1における積層構造の下部、具体的には、下部DBR層18は、例えば、少なくともメサ部17との対向領域に形成されており、例えば、基板10の裏面全体に渡って形成されている。   The upper part of the laminated structure in the semiconductor laser 1, specifically, the lower clad layer 11, the active layer 12, the upper clad layer 13, the current confinement layer 14, the upper DBR layer 15, and the contact layer 16 has a mesa extending in the lamination direction. A portion 17 is formed. The mesa portion 17 has a cylindrical shape with a width of about 20 μm, for example. On the other hand, the lower part of the stacked structure in the semiconductor laser 1, specifically, the lower DBR layer 18 is formed at least in a region facing the mesa unit 17, for example, over the entire back surface of the substrate 10. ing.

なお、本実施の形態では、下部DBR層18が本発明の「下部多層膜反射鏡」の一具体例に相当し、上部DBR層15が本発明の「上部多層膜反射鏡」の一具体例に相当し、基板10が本発明の「半導体基板」の一具体例に相当する。   In the present embodiment, the lower DBR layer 18 corresponds to a specific example of the “lower multilayer reflector” of the present invention, and the upper DBR layer 15 is a specific example of the “upper multilayer reflector” of the present invention. The substrate 10 corresponds to a specific example of the “semiconductor substrate” of the present invention.

基板10は、成膜(例えば、エピタキシャル結晶成長、堆積)するための一番下の層(基盤)に相当するものであり、例えばn型GaAs基板である。基板10の厚さは、例えば、100μm以上600μm以下の範囲内の値となっている。なお、n型不純物としては、例えば、ケイ素(Si)またはセレン(Se)などが挙げられる。   The substrate 10 corresponds to the lowermost layer (substrate) for film formation (for example, epitaxial crystal growth and deposition), and is, for example, an n-type GaAs substrate. The thickness of the substrate 10 is, for example, a value within the range of 100 μm or more and 600 μm or less. Examples of the n-type impurity include silicon (Si) and selenium (Se).

下部クラッド層11は、例えばn型Alx1Ga1−x1As(0≦x1<1)からなる。上部クラッド層13は、例えばp型Alx2Ga1−x2As(0≦x2<1)からなる。なお、p型不純物としては、例えば、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)などが挙げられる。 The lower cladding layer 11 is made of, for example, n-type Al x1 Ga 1-x1 As (0 ≦ x1 <1). The upper cladding layer 13 is made of, for example, p-type Al x2 Ga 1-x2 As (0 ≦ x2 <1). Examples of the p-type impurity include zinc (Zn), magnesium (Mg), and beryllium (Be).

活性層12は、基板10で吸収されにくい波長帯に相当するバンドギャップを有する材料からなり、例えば、アンドープのInx3Ga1−x3As/GaAs量子井戸構造となっている(0<x3<1)。この活性層12は、例えば、図2(A),(B)に示したように、25℃での複数の発振波長(例えば、λ,λ,λ)(λ<λ<λ)のうち一の発振波長(例えばλ)において25℃で最大利得(例えば、図2(A)のP1で示した箇所での利得)となるような材料によって構成されている。より具体的には、活性層12は、例えば、図2(A),(B)に示したように、25℃での複数の発振波長(例えば、λ,λ,λ)のうち一の発振波長(例えばλ)と、活性層12の25℃でのバンドギャップに相当する発光波長λとの差分Δλa(=λ−λ)が、Δλm(最大利得となるときの、発振波長λxと発光波長λy(<λx)との差分)と等しくなるような材料によって構成されている。例えば、活性層12がアンドープのInx3Ga1−x3As/GaAs量子井戸構造となっている場合には、In組成比x3が、25℃での複数の発振波長(例えば、λ,λ,λ)のうち一の発振波長(例えばλ)において25℃で最大利得となるような値と等しくなっている。 The active layer 12 is made of a material having a band gap corresponding to a wavelength band that is difficult to be absorbed by the substrate 10 and has, for example, an undoped In x3 Ga 1-x3 As / GaAs quantum well structure (0 <x3 <1 ). For example, as shown in FIGS. 2A and 2B, the active layer 12 has a plurality of oscillation wavelengths (for example, λ 1 , λ 2 , λ 3 ) (λ 12 < It is made of a material that has a maximum gain (for example, gain at a position indicated by P1 in FIG. 2A) at 25 ° C. at one oscillation wavelength (for example, λ 1 ) among λ 3 ). More specifically, the active layer 12 includes, for example, a plurality of oscillation wavelengths (for example, λ 1 , λ 2 , λ 3 ) at 25 ° C. as shown in FIGS. The difference Δλa (= λ 1 −λ 4 ) between one oscillation wavelength (for example, λ 1 ) and the emission wavelength λ 4 corresponding to the band gap of the active layer 12 at 25 ° C. is Δλm (when the maximum gain is reached). , And is made of a material that is equal to the oscillation wavelength λx and the emission wavelength λy (difference between <λx). For example, when the active layer 12 has an undoped In x3 Ga 1-x3 As / GaAs quantum well structure, the In composition ratio x3 has a plurality of oscillation wavelengths at 25 ° C. (for example, λ 1 , λ 2 , Λ 3 ) at one oscillation wavelength (for example, λ 1 ), it is equal to a value that gives a maximum gain at 25 ° C.

ここで、発振波長λxの温度変化に対する変動量と、発光波長λyの温度変化に対する変動量は互いに異なっており、発光波長λyの温度変化に対する変動量の方が発振波長λxの温度変化に対する変動量よりも大きい。そのため、発振波長λxと発光波長λyとの差分Δλ(=λx−λy)は、温度上昇に伴って小さくなる。従って、活性層12が、ΔλaがΔλmと等しくなるような材料によって構成されている場合には、発振波長λx2と発光波長λyとの差分Δλx2がΔλmとなる温度が25℃よりも高温側(例えば40℃)に存在し、発振波長λx3と発光波長λyとの差分Δλx3がΔλmとなる温度がさらに高温側(例えば60℃)に存在することになる。なお、図2(B)には、25℃での差分ΔλaがΔλmとなっており、40℃での複数の発振波長(例えば、λ,λ,λ)のうち一の発振波長(例えばλ)と、活性層12の40℃でのバンドギャップに相当する発光波長λとの差分Δλb(=λ−λ)がΔλmとなっており、かつ60℃での複数の発振波長(例えば、λ,λ10,λ11)のうち一の発振波長(例えばλ11)と、活性層12の60℃でのバンドギャップに相当する発光波長λ12との差分Δλc(=λ11−λ12)がΔλmとなっている場合が例示されている。 Here, the fluctuation amount with respect to the temperature change of the oscillation wavelength λx and the fluctuation amount with respect to the temperature change of the emission wavelength λy are different from each other, and the fluctuation amount with respect to the temperature change of the emission wavelength λy is different. Bigger than. Therefore, the difference Δλ (= λx−λy) between the oscillation wavelength λx and the emission wavelength λy becomes smaller as the temperature rises. Therefore, when the active layer 12 is made of a material such that Δλa is equal to Δλm, the temperature at which the difference Δλx2 between the oscillation wavelength λx2 and the emission wavelength λy becomes Δλm is higher than 25 ° C. (for example, The temperature at which the difference Δλx3 between the oscillation wavelength λx3 and the emission wavelength λy becomes Δλm exists on the higher temperature side (for example, 60 ° C). In FIG. 2B, the difference Δλa at 25 ° C. is Δλm, and one oscillation wavelength (for example, λ 5 , λ 6 , λ 7 ) at 40 ° C. For example, the difference Δλb (= λ 6 −λ 8 ) between λ 6 ) and the emission wavelength λ 8 corresponding to the band gap of the active layer 12 at 40 ° C. is Δλm, and a plurality of oscillations at 60 ° C. wavelength (e.g., λ 9, λ 10, λ 11) as one of the oscillation wavelength of the (e.g., lambda 11), the difference Δλc the emission wavelength lambda 12 corresponding to the band gap at 60 ° C. of the active layer 12 (= lambda 1112 ) is illustrated as Δλm.

なお、一般に、発振波長λxと活性層のバンドギャップに相当する発光波長λyとの差分Δλが所定の大きさとなるときに、面発光型半導体レーザの利得が最大となることが知られている。例えば、活性層12がInx3Ga1−x3As/GaAs量子井戸構造からなる場合には、Δλmが13nmとなるときに、面発光型半導体レーザの利得が最大となる。また、活性層12が650nm〜670nmの波長帯のAlGaInP系材料からなる場合には、Δλmが10nmとなるときに、面発光型半導体レーザの利得が最大となる。 In general, it is known that the gain of the surface emitting semiconductor laser is maximized when the difference Δλ between the oscillation wavelength λx and the emission wavelength λy corresponding to the band gap of the active layer has a predetermined magnitude. For example, when the active layer 12 has an In x3 Ga 1-x3 As / GaAs quantum well structure, the gain of the surface emitting semiconductor laser is maximized when Δλm is 13 nm. When the active layer 12 is made of an AlGaInP-based material having a wavelength band of 650 nm to 670 nm, the gain of the surface emitting semiconductor laser is maximized when Δλm is 10 nm.

なお、発振波長λxは、半導体レーザ1から射出されたレーザ光のスペクトル分布を計測することにより確認することが可能である。また、発光波長λyは、半導体レーザ1から、例えば基板10および下部DBR層18を除去し、下部クラッド層12を露出させた上で、下部クラッド層12に所定のレーザ光を照射して、活性層12から発せられる光のスペクトル分布を計測することにより確認することが可能である。   The oscillation wavelength λx can be confirmed by measuring the spectral distribution of the laser light emitted from the semiconductor laser 1. Further, the emission wavelength λy is activated by removing, for example, the substrate 10 and the lower DBR layer 18 from the semiconductor laser 1, exposing the lower cladding layer 12, and irradiating the lower cladding layer 12 with a predetermined laser beam. It can be confirmed by measuring the spectral distribution of the light emitted from the layer 12.

電流狭窄層14は、メサ部17の側面から所定の深さまでの領域に電流狭窄領域14Aを有しており、それ以外の領域(メサ部17の中央領域)に電流注入領域14Bを有している。電流注入領域14Bは、例えばp型Alx4Ga1−x4As(0<x4≦1)により構成されている。電流狭窄領域14Aは、例えば、Al(酸化アルミニウム)を含んで構成されており、メサ部17の側面から被酸化層(図示せず)に含まれる高濃度のAlを酸化することにより形成されたものである。従って、活性層12のうち電流注入領域14Bとの対向領域が活性層12の電流注入領域、すなわち発光領域12Aに対応している。 The current confinement layer 14 has a current confinement region 14A in a region from the side surface of the mesa portion 17 to a predetermined depth, and has a current injection region 14B in the other region (the central region of the mesa portion 17). Yes. The current injection region 14B is made of, for example, p-type Al x4 Ga 1-x4 As (0 <x4 ≦ 1). The current confinement region 14A includes, for example, Al 2 O 3 (aluminum oxide), and oxidizes high-concentration Al contained in the oxidized layer (not shown) from the side surface of the mesa portion 17. It is formed. Accordingly, a region of the active layer 12 facing the current injection region 14B corresponds to the current injection region of the active layer 12, that is, the light emitting region 12A.

なお、電流狭窄層14は、常に上部クラッド層13と上部DBR層15との間に設けられている必要はなく、例えば、図示しないが、上部DBR層15内の、活性層12側から数層離れた低屈折率層の部位に低屈折率層の代わり設けられていてもよい。   The current confinement layer 14 does not always need to be provided between the upper cladding layer 13 and the upper DBR layer 15. For example, although not shown, several layers from the active layer 12 side in the upper DBR layer 15 are provided. It may be provided in place of the low refractive index layer at a remote portion of the low refractive index layer.

上部DBR層15は、例えば、低屈折率層(図示せず)および高屈折率層(図示せず)を交互に積層してなる積層構造となっており、最上層に高屈折率を有している。低屈折率層は、例えば厚さがλ/4nのp型Alx5Ga1−x5As(0<x5<1)、高屈折率層は、例えば厚さがλ/4nのp型Alx6Ga1−x6As(0≦x6<x5)によりそれぞれ構成されている。ここで、nは低屈折率層の屈折率である。n高屈折率層の屈折率であり、nよりも大きい。 The upper DBR layer 15 has a laminated structure in which, for example, a low refractive index layer (not shown) and a high refractive index layer (not shown) are alternately laminated, and the uppermost layer has a high refractive index. ing. Low refractive index layer, for example a thickness of λ 1 / 4n 1 p-type Al x5 Ga 1-x5 As ( 0 <x5 <1), the high refractive index layer, for example a thickness of λ 1 / 4n 2 p Each of them is composed of a type Al x6 Ga 1-x6 As (0 ≦ x6 <x5). Here, n 1 is the refractive index of the low refractive index layer. n 2 is a refractive index of the high refractive index layer, and is larger than n 2 .

なお、上部DBR層15内の低屈折率層および高屈折率層は上記の構成に限られるものではなく、例えば、その光学厚さをλ/4に保った上で、複数層により構成されていてもよい。 The low refractive index layers and high refractive index layers in the upper DBR layer 15 is not limited to the above configuration, for example, in terms of maintaining its optical thickness lambda 1/4, it is constituted by a plurality of layers It may be.

コンタクト層16は、例えばp型Alx7Ga1−x7As(0≦x7<1)からなる。 The contact layer 16 is made of, for example, p-type Al x7 Ga 1-x7 As (0 ≦ x7 <1).

下部DBR層18は、例えば、低屈折率層(図示せず)および高屈折率層(図示せず)を交互に積層してなる積層構造となっている。この低屈折率層は、例えば厚さがλ/4nのn型Alx8Ga1−x8As(0<x8<1)、高屈折率層は、例えば厚さがλ/4nのn型Alx9Ga1−x9As(0≦x9<x8)によりそれぞれ構成されている。ここで、nは低屈折率層の屈折率である。nは高屈折率層の屈折率であり、nよりも大きい。 The lower DBR layer 18 has, for example, a stacked structure in which low refractive index layers (not shown) and high refractive index layers (not shown) are alternately stacked. The low refractive index layer is, for example, n-type Al x8 Ga 1-x8 As (0 <x8 <1) having a thickness of λ 1 / 4n 3 , and the high refractive index layer is, for example, having a thickness of λ 1 / 4n 4 Each is composed of n-type Al x9 Ga 1-x9 As (0 ≦ x9 <x8). Here, n 3 is the refractive index of the low refractive index layer. n 4 is the refractive index of the high refractive index layer, and is larger than n 3 .

なお、上部DBR層15および下部DBR層18内の低屈折率層および高屈折率層は上記の構成に限られるものではなく、例えば、その光学厚さをλ/4に保った上で、複数層により構成されていてもよい。また、下部DBR層18は、半導体以外の材料によって形成されていてもよく、例えば、屈折率の互いに異なる誘電体膜(例えばSiN、SiO)を光学厚さλ/4で交互に積層して構成されていてもよい。ただし、その場合には、下部電極21と基板10との間の導通を確保するために、下部DBR層18の一部を除去して、基板10の裏面を露出させ、その露出面に下部電極21を形成することが好ましい。 Incidentally, on the low refractive index layer and the high refractive index layer of the upper DBR layer 15 and the lower DBR layer 18 is not limited to the above configuration, for example, it kept its optical thickness lambda 1/4, You may be comprised by multiple layers. The lower DBR layer 18 may be formed of a material other than the semiconductor, for example, different dielectric film (e.g. SiN, SiO 2) of the refractive index are laminated alternately with an optical thickness of lambda 1/4 a It may be configured. However, in that case, in order to ensure conduction between the lower electrode 21 and the substrate 10, a part of the lower DBR layer 18 is removed to expose the back surface of the substrate 10, and the lower electrode is exposed on the exposed surface. 21 is preferably formed.

この半導体レーザ1では、メサ部17の側面から裾野にかけて、例えばSiOからなる絶縁層19が設けられている。また、この半導体レーザ1には、上部電極20がメサ部17(コンタクト層16)の上面に形成されている。上部電極20は、中央領域に開口を有する環状の形状となっている。また、下部DBR層18の表面(下面)には、下部電極21が形成されている。 In this semiconductor laser 1, an insulating layer 19 made of, for example, SiO 2 is provided from the side surface to the skirt of the mesa portion 17. In the semiconductor laser 1, an upper electrode 20 is formed on the upper surface of the mesa portion 17 (contact layer 16). The upper electrode 20 has an annular shape having an opening in the central region. A lower electrode 21 is formed on the surface (lower surface) of the lower DBR layer 18.

ここで、上部電極20は、例えば、チタン(Ti),白金(Pt)および金(Au)を基板10側からこの順に積層した構造を有しており、コンタクト層16と電気的に接続されている。下部電極21は、例えば、金(Au)とゲルマニウム(Ge)との合金,ニッケル(Ni)および金(Au)を基板10側からこの順に積層した構造を有しており、基板10と電気的に接続されている。   Here, the upper electrode 20 has a structure in which, for example, titanium (Ti), platinum (Pt), and gold (Au) are laminated in this order from the substrate 10 side, and is electrically connected to the contact layer 16. Yes. The lower electrode 21 has, for example, a structure in which an alloy of gold (Au) and germanium (Ge), nickel (Ni), and gold (Au) are stacked in this order from the substrate 10 side. It is connected to the.

本実施の形態に係る半導体レーザ1は、例えば次のようにして製造することができる。   The semiconductor laser 1 according to the present embodiment can be manufactured as follows, for example.

例えばGaAs系の面発光型半導体レーザを製造するためには、例えば、基板10上の積層構造を、例えば、MBE(Molecular Beam Epitaxy;分子線エピタキシー)法や、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition;有機金属化学気相成長)法によりエピタキシャル結晶成長させることにより形成する。この際、GaAs系の化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMIn)、アルシン (AsH)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、セレン化水素(HSe)を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えば、ジメチルジンク(DMZ)を用いる。 For example, in order to manufacture a GaAs-based surface emitting semiconductor laser, for example, a stacked structure on the substrate 10 is formed by, for example, MBE (Molecular Beam Epitaxy) method, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), or organic. It is formed by epitaxial crystal growth by a metal chemical vapor deposition method. At this time, for example, trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMIn), or arsine (AsH 3 ) is used as a raw material for a GaAs-based compound semiconductor. Hydrogen selenide (H 2 Se) is used, and dimethyl zinc (DMZ), for example, is used as the acceptor impurity raw material.

まず、基板10の一の面上に、エピタキシャル結晶成長法を用いた成膜により、下部クラッド層11、活性層12、上部クラッド層13、被酸化層14D、上部DBR層15およびコンタクト層16をこの順に積層する(図3(A))。   First, the lower clad layer 11, the active layer 12, the upper clad layer 13, the oxidized layer 14D, the upper DBR layer 15 and the contact layer 16 are formed on one surface of the substrate 10 by using an epitaxial crystal growth method. The layers are stacked in this order (FIG. 3A).

次に、コンタクト層16上に円形状のレジスト層(図示せず)を形成する。続いて、例えば反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching;RIE)法により、レジスト層をマスクとして、コンタクト層16から下部クラッド層11まで選択的にエッチングすることにより、メサ部17を形成する(図3(B))。その後、レジスト層を除去する。   Next, a circular resist layer (not shown) is formed on the contact layer 16. Subsequently, the mesa portion 17 is formed by selectively etching from the contact layer 16 to the lower cladding layer 11 by using, for example, reactive ion etching (RIE), using the resist layer as a mask (FIG. 3). (B)). Thereafter, the resist layer is removed.

次に、水蒸気雰囲気中において、高温で酸化処理を行い、メサ部17の側面から被酸化層のAlを選択的に酸化する。これにより、被酸化層の外縁領域が電流狭窄領域14Aとなり、中央領域が電流注入領域14Aとなる(図4(A))。   Next, an oxidation treatment is performed at a high temperature in a water vapor atmosphere to selectively oxidize Al of the layer to be oxidized from the side surface of the mesa portion 17. As a result, the outer edge region of the oxidized layer becomes the current confinement region 14A, and the central region becomes the current injection region 14A (FIG. 4A).

次に、基板10の他の面上に、エピタキシャル結晶成長法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、またはスパッタ法を用いた成膜により、下部DBR層18を形成する(図4(B))。その後、例えば蒸着法により、コンタクト層18上に上部電極20を形成すると共に、下部DBR層18の表面上に下部電極21を形成する。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ1が製造される。   Next, the lower DBR layer 18 is formed on the other surface of the substrate 10 by film formation using an epitaxial crystal growth method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, or a sputtering method (FIG. 4B). Thereafter, the upper electrode 20 is formed on the contact layer 18 by, for example, vapor deposition, and the lower electrode 21 is formed on the surface of the lower DBR layer 18. In this way, the semiconductor laser 1 of the present embodiment is manufactured.

次に、本実施の形態の半導体レーザ1の作用および効果について説明する。   Next, the operation and effect of the semiconductor laser 1 of the present embodiment will be described.

本実施の形態の半導体レーザ1では、上部電極20と下部電極21との間に所定の電圧が印加されると、電流狭窄層14によって電流狭窄された電流が活性層12に注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の下部DBR層18および上部DBR層15により反射され、所定の波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。   In the semiconductor laser 1 of the present embodiment, when a predetermined voltage is applied between the upper electrode 20 and the lower electrode 21, the current confined by the current confinement layer 14 is injected into the active layer 12, thereby Light emission occurs due to recombination of electrons and holes. This light is reflected by the pair of lower DBR layer 18 and upper DBR layer 15, causes laser oscillation at a predetermined wavelength, and is emitted to the outside as a laser beam.

ところで、本実施の形態では、下部DBR層18と下部クラッド層11との間、すなわち、キャビティ内に基板10が設けられている。これにより、半導体レーザ1の実効的な共振器長が基板10の厚さの分だけ長くなるので、複数の軸モード(例えば、図2(B)に示したように、λx1,λx2,λx3の3つの軸モード)で発振が生じる。   Incidentally, in the present embodiment, the substrate 10 is provided between the lower DBR layer 18 and the lower cladding layer 11, that is, in the cavity. As a result, the effective resonator length of the semiconductor laser 1 is increased by the thickness of the substrate 10, so that a plurality of axial modes (for example, λx1, λx2, and λx3 as shown in FIG. 2B). Oscillation occurs in three axis modes).

これにより、温度変化により、実効的な共振器長λxと活性層12の発光波長λyとの差分Δλ(波長オフセット量)が変化した場合であっても、複数の軸モードのうち一の軸モードにおいて、波長オフセット量が、光出力が最大となるときの波長オフセット量(上記のΔλ)に等しいか、それに近い値になる。 Thereby, even if the difference Δλ (wavelength offset amount) between the effective resonator length λx and the emission wavelength λy of the active layer 12 changes due to temperature change, one axial mode among the plurality of axial modes. , The wavelength offset amount is equal to or close to the wavelength offset amount (Δλ 0 described above) when the optical output is maximized.

ここで、軸モードの間隔λFSRは、以下の式で表すことができる。
λFSR=λ /(2nL)
Here, the interval λ FSR of the axial mode can be expressed by the following equation.
λ FSR = λ 0 2 / (2n r L)

ここで、λは発振波長である。nは実効屈折率である。Lは共振器長である。 Here, λ 0 is the oscillation wavelength. n r is the effective refractive index. L is the resonator length.

上の式から、共振器長が基板10の厚さのオーダーとなっている場合には、軸モードの間隔λFSRは極めて狭いことがわかる。そのため、温度変化により発振波長がシフトした場合であっても、いずれかの軸モードにおいて、シフトした後の発振波長における波長オフセット量が光出力が最大となるときの波長オフセット量(Δλm)と等しいか、それに近い値になる。従って、温度変化によって光出力の大きさはあまり変化しないので、キャビティ内に基板10を設けていない場合と比べて、光出力の温度依存性を低減することができる。 From the above equation, it can be seen that when the resonator length is on the order of the thickness of the substrate 10, the axial mode interval λ FSR is extremely narrow. Therefore, even if the oscillation wavelength is shifted due to a temperature change, the wavelength offset amount at the oscillation wavelength after the shift is equal to the wavelength offset amount (Δλm) when the optical output becomes maximum in any of the axial modes. Or close to that. Accordingly, since the magnitude of the light output does not change much due to the temperature change, the temperature dependence of the light output can be reduced compared to the case where the substrate 10 is not provided in the cavity.

また、本実施の形態では、複数の軸モードで発振が生じるので、横モードを多モード化した場合と同様に、戻り光に強い。つまり、本実施の形態では、戻り光に強くするために、横モードを多モード化する必要がないので、後述の方法を用いて単一横モード発振にした場合であっても、戻り光に強い。また、本実施の形態では、戻り光に強くするために、活性層の発光領域を拡大する必要がないことから、低閾値電流で動作させることが可能である。   In this embodiment, since oscillation occurs in a plurality of axial modes, it is resistant to return light as in the case where the transverse mode is changed to multimode. In other words, in this embodiment, it is not necessary to make the transverse mode multi-mode in order to make it strong against the return light. Therefore, even if the single transverse mode oscillation is performed using the method described later, strong. Further, in this embodiment mode, it is not necessary to enlarge the light emitting region of the active layer in order to make it strong against the return light, so that it can be operated with a low threshold current.

また、本実施の形態では、下部DBR層18と下部クラッド層11との間、すなわち、キャビティ内に基板10が設けられているので、基板10が発熱源である活性層12に近い。そのため、基板上に、下部DBR層、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層、上部DBR層を積層した従来タイプの半導体レーザと比べて、放熱性が高い。従って、電流注入量を増やさなくても、従来タイプの半導体レーザよりも最大出力を大きくすることができる。   In the present embodiment, since the substrate 10 is provided between the lower DBR layer 18 and the lower cladding layer 11, that is, in the cavity, the substrate 10 is close to the active layer 12 that is a heat source. Therefore, heat dissipation is higher than that of a conventional semiconductor laser in which a lower DBR layer, a lower cladding layer, an active layer, an upper cladding layer, and an upper DBR layer are stacked on a substrate. Therefore, the maximum output can be increased as compared with the conventional type semiconductor laser without increasing the current injection amount.

また、本実施の形態では、半導体レーザ1の実効的な共振器長を長くするために、キャビティ内に基板10を設けている。これにより、例えば、キャビティ内に、基板10を設ける代わりに、半導体レーザ1の実効的な共振器長を長くするための半導体層をエピタキシャル結晶成長により形成した場合と比べて、半導体レーザの製造に要する時間やコストを大幅に削減することができる。   In the present embodiment, in order to increase the effective resonator length of the semiconductor laser 1, the substrate 10 is provided in the cavity. Thereby, for example, instead of providing the substrate 10 in the cavity, the semiconductor laser is manufactured in comparison with the case where the semiconductor layer for increasing the effective resonator length of the semiconductor laser 1 is formed by epitaxial crystal growth. The time and cost required can be greatly reduced.

[変形例]
上記実施の形態では、下部DBR層18を基板10の裏面全体に形成していたが、基板10の裏面のうちメサ部17との対向領域内にだけ形成してもよい。例えば、図5(A),(B)に示したように、下部DBR層18を、積層方向に延在する円柱形状のメサ部22とし、メサ部22の中心軸AX1がメサ部17の中心軸AX2上となるようにメサ部22を配置することが可能である。このとき、メサ部22の径W1はメサ部17の径W2と等しいか、またはそれよりも小さくなっている。そのため、活性層12からメサ部22側に進むビームは共振器長が長いことに起因して広がっている関係上、活性層12からメサ部22側に進むビームの外縁部分、すなわち高次横モードの支配的な部分がメサ部22に入れない。その結果、活性層12からメサ部22側に進むビームのうち主に基本横モードが下部DBR層18で反射されるので、高次横モード発振を抑制しつつ、基本横モード発振を生じさせることができる。従って、本変形例では、高次横モード発振の抑制と高出力化とを両立させることができる。
[Modification]
In the above embodiment, the lower DBR layer 18 is formed on the entire back surface of the substrate 10. However, the lower DBR layer 18 may be formed only in a region facing the mesa portion 17 on the back surface of the substrate 10. For example, as shown in FIGS. 5A and 5B, the lower DBR layer 18 is a cylindrical mesa portion 22 extending in the stacking direction, and the central axis AX1 of the mesa portion 22 is the center of the mesa portion 17. The mesa unit 22 can be arranged so as to be on the axis AX2. At this time, the diameter W1 of the mesa portion 22 is equal to or smaller than the diameter W2 of the mesa portion 17. For this reason, the beam traveling from the active layer 12 to the mesa portion 22 side spreads due to the long resonator length, so that the outer edge portion of the beam traveling from the active layer 12 to the mesa portion 22 side, that is, a higher-order transverse mode The dominant part cannot enter the mesa part 22. As a result, the fundamental transverse mode of the beam traveling from the active layer 12 to the mesa portion 22 side is mainly reflected by the lower DBR layer 18, so that fundamental transverse mode oscillation is generated while suppressing higher-order transverse mode oscillation. Can do. Therefore, in this modification, it is possible to achieve both suppression of higher-order transverse mode oscillation and higher output.

また、上記変形例において、メサ部17の形状を円柱形状とする代わりに、例えば、図6(A),(B)に示したように、積層方向に延在すると共に積層方向と直交する一の方向に延在する扁平な柱形状とすることも可能である。このとき、図6(A),(B)に示したように、メサ部22の長手方向の長さを、メサ部17の径W2と等しいか、またはそれよりも小さくし、さらに、メサ部22の短手方向の長さを、メサ部22の長手方向の長さよりも小さくした場合には、高次横モード発振の抑制だけでなく、偏向方向をメサ部22の長手方向に固定する偏向制御を行うことも可能となる。   In the above modification, instead of making the shape of the mesa portion 17 cylindrical, for example, as shown in FIGS. 6A and 6B, the mesa portion 17 extends in the stacking direction and is orthogonal to the stacking direction. It is also possible to use a flat columnar shape extending in the direction. At this time, as shown in FIGS. 6A and 6B, the length of the mesa portion 22 in the longitudinal direction is equal to or smaller than the diameter W2 of the mesa portion 17, and the mesa portion is further reduced. When the length in the short direction of 22 is smaller than the length in the longitudinal direction of the mesa portion 22, not only the suppression of higher-order transverse mode oscillation but also the deflection direction is fixed to the longitudinal direction of the mesa portion 22. It is also possible to perform control.

また、上記実施の形態および上記変形例では、基板10が下部DBR層18と下部クラッド層11との間に配置していたが、例えば、図7、図8(A),(B)、図9(A),(B)に示したように、下部DBR層18の内部に配置することも可能である。   Moreover, in the said embodiment and the said modification, although the board | substrate 10 has been arrange | positioned between the lower DBR layer 18 and the lower clad layer 11, for example, FIG. 7, FIG. 8 (A), (B), FIG. 9 (A) and 9 (B), it is also possible to dispose inside the lower DBR layer 18.

このような半導体レーザ1は、例えば次のようにして製造することができる。まず、基板10の一の面上に、エピタキシャル結晶成長法を用いた成膜により、下部DBR層18の一部(第1下部多層膜反射鏡)、下部クラッド層11、活性層12、上部クラッド層13、被酸化層14D、上部DBR層15およびコンタクト層16をこの順に積層する(図10(A))。   Such a semiconductor laser 1 can be manufactured, for example, as follows. First, a part of the lower DBR layer 18 (first lower multilayer reflector), the lower cladding layer 11, the active layer 12, and the upper cladding are formed on one surface of the substrate 10 by deposition using an epitaxial crystal growth method. The layer 13, the oxidized layer 14D, the upper DBR layer 15, and the contact layer 16 are stacked in this order (FIG. 10A).

次に、コンタクト層16上に円形状のレジスト層(図示せず)を形成する。続いて、例えばRIE法により、レジスト層をマスクとして、コンタクト層16から下部クラッド層11まで選択的にエッチングすることにより、メサ部17を形成する(図10(B))。その後、レジスト層を除去する。   Next, a circular resist layer (not shown) is formed on the contact layer 16. Subsequently, the mesa portion 17 is formed by selectively etching from the contact layer 16 to the lower cladding layer 11 by using, for example, the RIE method using the resist layer as a mask (FIG. 10B). Thereafter, the resist layer is removed.

次に、水蒸気雰囲気中において、高温で酸化処理を行い、メサ部17の側面から被酸化層のAlを選択的に酸化する。これにより、被酸化層の外縁領域が電流狭窄領域14Aとなり、中央領域が電流注入領域14Aとなる(図11(A))。   Next, an oxidation treatment is performed at a high temperature in a water vapor atmosphere to selectively oxidize Al of the layer to be oxidized from the side surface of the mesa portion 17. Thus, the outer edge region of the oxidized layer becomes the current confinement region 14A, and the central region becomes the current injection region 14A (FIG. 11A).

次に、基板10の他の面上に、エピタキシャル結晶成長法、CVD法、またはスパッタ法を用いた成膜により、下部DBR層18の残り(第2下部多層膜反射鏡)を形成する(図11(B))。その後、例えば蒸着法により、コンタクト層18上に上部電極20を形成すると共に、下部DBR層18の表面上に下部電極21を形成する。このようにして、本変形例に係る半導体レーザ1が製造される。   Next, the remaining portion of the lower DBR layer 18 (second lower multilayer reflector) is formed on the other surface of the substrate 10 by film formation using an epitaxial crystal growth method, a CVD method, or a sputtering method (FIG. 2). 11 (B)). Thereafter, the upper electrode 20 is formed on the contact layer 18 by, for example, vapor deposition, and the lower electrode 21 is formed on the surface of the lower DBR layer 18. In this way, the semiconductor laser 1 according to this modification is manufactured.

本変形例に係る半導体レーザ1では、基板10が下部DBR層18の内部に配置されているので、下部DBR層18の一部が活性層12の近傍に存在する。これにより、下部DBR層18の一部で光を効率良く閉じ込めることができるので、少ない注入電流量で発振させることが可能となる。   In the semiconductor laser 1 according to this modification, since the substrate 10 is disposed inside the lower DBR layer 18, a part of the lower DBR layer 18 exists in the vicinity of the active layer 12. As a result, light can be efficiently confined in a part of the lower DBR layer 18, and oscillation can be performed with a small amount of injected current.

[第2の実施の形態]
図12は、本発明の第2の実施の形態に係る半導体レーザ2の断面構成の一例を表すものである。なお、図12は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。半導体レーザ2は、上記第1の実施の形態の半導体レーザ1と同様、積層方向に光を射出する面発光型の半導体レーザであり、基板30の両面に積層構造を備えている。しかし、半導体レーザ2は、酸化によって形成された電流狭窄層14の代わりに、ITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウムスズ)などの非酸化の透明導電膜によって構成された電流注入部35を備えており、例えばGaN系の半導体に好適に適用可能なものである。
[Second Embodiment]
FIG. 12 shows an example of a cross-sectional configuration of the semiconductor laser 2 according to the second embodiment of the present invention. Note that FIG. 12 is a schematic representation, which differs from actual dimensions and shapes. Similar to the semiconductor laser 1 of the first embodiment, the semiconductor laser 2 is a surface emitting semiconductor laser that emits light in the stacking direction, and has a stacked structure on both surfaces of the substrate 30. However, the semiconductor laser 2 includes a current injection portion 35 made of a non-oxidized transparent conductive film such as ITO (Indium Tin Oxide) instead of the current confinement layer 14 formed by oxidation. For example, it can be suitably applied to a GaN-based semiconductor.

半導体レーザ2は、例えば、図12に示したように、基板30の一の面上に、下部クラッド層31、活性層32、上部クラッド層33、電流注入部35および上部DBR層36を基板30側から順に備えており、基板30の他の面上(下部クラッド層31とは反対側の面上)に、下部DBR層39を備えている。つまり、この半導体レーザ2は、上部DBR層36および下部DBR層39によって構成される一対の共振器ミラーの間、すなわち、キャビティ内に基板30が設けられたものであり、複数の軸モード(例えば、図2(B)に示したように、λx1,λx2,λx3)の3つの波長)で発振可能となっている。   For example, as shown in FIG. 12, the semiconductor laser 2 includes a lower clad layer 31, an active layer 32, an upper clad layer 33, a current injection part 35, and an upper DBR layer 36 on one surface of the substrate 30. The lower DBR layer 39 is provided on the other surface of the substrate 30 (on the surface opposite to the lower cladding layer 31). In other words, the semiconductor laser 2 is provided with the substrate 30 between a pair of resonator mirrors constituted by the upper DBR layer 36 and the lower DBR layer 39, that is, in the cavity, and has a plurality of axial modes (for example, As shown in FIG. 2B, oscillation is possible at three wavelengths (λx1, λx2, λx3).

半導体レーザ2における積層構造の上部、具体的には、上部DBR層36には積層方向に延在するメサ部37が形成されている。メサ部37は、例えば幅20μm程度の円柱形状となっている。また、メサ部37直下の電流注入部35は、側面を上部電極34で覆われており、上部電極34の開口34A内に設けられている。この上部電極34の上面には、絶縁層38が設けられている。一方、半導体レーザ2における積層構造の下部、具体的には、下部DBR層39は、例えば、少なくともメサ部37との対向領域に形成されており、例えば、基板30の裏面全体に渡って形成されている。この下部DBR層39の底面には、下部電極40が設けられている。   A mesa portion 37 extending in the stacking direction is formed in the upper portion of the stacked structure in the semiconductor laser 2, specifically, in the upper DBR layer 36. The mesa portion 37 has a cylindrical shape with a width of about 20 μm, for example. Further, the side of the current injection part 35 immediately below the mesa part 37 is covered with the upper electrode 34, and is provided in the opening 34 </ b> A of the upper electrode 34. An insulating layer 38 is provided on the upper surface of the upper electrode 34. On the other hand, the lower portion of the stacked structure in the semiconductor laser 2, specifically, the lower DBR layer 39 is formed, for example, at least in a region facing the mesa portion 37, for example, over the entire back surface of the substrate 30. ing. A lower electrode 40 is provided on the bottom surface of the lower DBR layer 39.

なお、本実施の形態では、下部DBR層39が本発明の「下部多層膜反射鏡」の一具体例に相当し、上部DBR層36が本発明の「上部多層膜反射鏡」の一具体例に相当し、基板30が本発明の「半導体基板」の一具体例に相当する。   In the present embodiment, the lower DBR layer 39 corresponds to a specific example of the “lower multilayer reflector” of the present invention, and the upper DBR layer 36 is a specific example of the “upper multilayer reflector” of the present invention. The substrate 30 corresponds to a specific example of the “semiconductor substrate” of the present invention.

基板30は、成膜(例えば、エピタキシャル結晶成長、堆積)するための一番下の層(基盤)に相当するものであり、例えばn型GaN基板である。基板30の厚さは、例えば、100μm以上600μm以下の範囲内の値となっている。なお、n型不純物としては、例えば、ケイ素(Si)またはセレン(Se)などが挙げられる。   The substrate 30 corresponds to the lowermost layer (substrate) for film formation (for example, epitaxial crystal growth and deposition), and is, for example, an n-type GaN substrate. The thickness of the substrate 30 is, for example, a value within the range of 100 μm or more and 600 μm or less. Examples of the n-type impurity include silicon (Si) and selenium (Se).

下部クラッド層31は、例えばn型Inx10Ga1−x10N(0≦x10<1)などのGaN系材料からなる。上部クラッド層33は、例えばp型Inx11Ga1−x11N(0≦x11<1)などのGaN系材料からなる。なお、p型不純物としては、例えば、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)などが挙げられる。 The lower cladding layer 31 is made of a GaN-based material such as n-type In x10 Ga 1-x10 N (0 ≦ x10 <1). The upper cladding layer 33 is made of a GaN-based material such as p-type In x11 Ga 1-x11 N (0 ≦ x11 <1). Examples of the p-type impurity include zinc (Zn), magnesium (Mg), and beryllium (Be).

活性層32は、基板30で吸収されにくい波長帯に相当するバンドギャップを有する材料(例えばGaN系材料)からなる。活性層32は、例えば、アンドープのInx12Ga1−x12N/GaN量子井戸構造となっている(0<x12<1)。この活性層32は、例えば、図2(A),(B)に示したように、25℃での複数の発振波長(例えば、λ,λ,λ)のうち一の発振波長(例えばλ)において25℃で最大利得(例えば、図2(A)のP1で示した箇所での利得)となるような材料によって構成されている。より具体的には、活性層32は、例えば、図2(A),(B)に示したように、25℃での複数の発振波長(例えば、λ,λ,λ)のうち一の発振波長(例えばλ)と、活性層12の25℃でのバンドギャップに相当する発光波長λとの差分Δλa(=λ−λ)が、Δλm(最大利得となるときの、発振波長λxと発光波長λy(<λx)との差分)と等しくなるような材料によって構成されている。例えば、活性層32がアンドープのInx12Ga1−x12N/GaN量子井戸構造となっている場合には、In組成比x12が、25℃での複数の発振波長(例えば、λ,λ,λ)のうち一の発振波長(例えばλ)において25℃で最大利得となるような値と等しくなっている。 The active layer 32 is made of a material having a band gap corresponding to a wavelength band that is difficult to be absorbed by the substrate 30 (for example, a GaN-based material). The active layer 32 has, for example, an undoped In x12 Ga 1-x12 N / GaN quantum well structure (0 <x12 <1). For example, as shown in FIGS. 2A and 2B, the active layer 32 has one oscillation wavelength (for example, λ 1 , λ 2 , λ 3 ) at 25 ° C. For example, it is made of a material that has a maximum gain (for example, gain at a position indicated by P1 in FIG. 2A) at 25 ° C. at λ 1 . More specifically, the active layer 32 includes, for example, a plurality of oscillation wavelengths (for example, λ 1 , λ 2 , λ 3 ) at 25 ° C. as shown in FIGS. The difference Δλa (= λ 1 −λ 4 ) between one oscillation wavelength (for example, λ 1 ) and the emission wavelength λ 4 corresponding to the band gap of the active layer 12 at 25 ° C. is Δλm (when the maximum gain is reached). , And is made of a material that is equal to the oscillation wavelength λx and the emission wavelength λy (difference between <λx). For example, when the active layer 32 has an undoped In x12 Ga 1-x12 N / GaN quantum well structure, the In composition ratio x12 has a plurality of oscillation wavelengths at 25 ° C. (for example, λ 1 , λ 2 , Λ 3 ) at one oscillation wavelength (for example, λ 1 ), it is equal to a value that gives a maximum gain at 25 ° C.

ここで、発振波長λxの温度変化に対する変動量と、発光波長λyの温度変化に対する変動量は互いに異なっており、発光波長λyの温度変化に対する変動量の方が発振波長λxの温度変化に対する変動量よりも大きい。そのため、発振波長λxと発光波長λyとの差分Δλ(=λx−λy)は、温度上昇に伴って小さくなる。従って、活性層32が、ΔλaがΔλmと等しくなるような材料によって構成されている場合には、発振波長λx2と発光波長λyとの差分Δλx2がΔλmとなる温度が25℃よりも高温側(例えば40℃)に存在し、発振波長λx3と発光波長λyとの差分Δλx3がΔλmとなる温度がさらに高温側(例えば60℃)に存在することになる。なお、図2(B)には、25℃での差分ΔλaがΔλmとなっており、40℃での複数の発振波長(例えば、λ,λ,λ)のうち一の発振波長(例えばλ)と、活性層12の40℃でのバンドギャップに相当する発光波長λとの差分Δλb(=λ−λ)がΔλmとなっており、かつ60℃での複数の発振波長(例えば、λ,λ10,λ11)のうち一の発振波長(例えばλ11)と、活性層12の60℃でのバンドギャップに相当する発光波長λ12との差分Δλc(=λ11−λ12)がΔλmとなっている場合が例示されている。 Here, the fluctuation amount with respect to the temperature change of the oscillation wavelength λx and the fluctuation amount with respect to the temperature change of the emission wavelength λy are different from each other, and the fluctuation amount with respect to the temperature change of the emission wavelength λy is different. Bigger than. Therefore, the difference Δλ (= λx−λy) between the oscillation wavelength λx and the emission wavelength λy becomes smaller as the temperature rises. Therefore, when the active layer 32 is made of a material such that Δλa is equal to Δλm, the temperature at which the difference Δλx2 between the oscillation wavelength λx2 and the emission wavelength λy becomes Δλm is higher than 25 ° C. (for example, The temperature at which the difference Δλx3 between the oscillation wavelength λx3 and the emission wavelength λy becomes Δλm exists on the higher temperature side (for example, 60 ° C). In FIG. 2B, the difference Δλa at 25 ° C. is Δλm, and one oscillation wavelength (for example, λ 5 , λ 6 , λ 7 ) at 40 ° C. For example, the difference Δλb (= λ 6 −λ 8 ) between λ 6 ) and the emission wavelength λ 8 corresponding to the band gap of the active layer 12 at 40 ° C. is Δλm, and a plurality of oscillations at 60 ° C. wavelength (e.g., λ 9, λ 10, λ 11) as one of the oscillation wavelength of the (e.g., lambda 11), the difference Δλc the emission wavelength lambda 12 corresponding to the band gap at 60 ° C. of the active layer 12 (= lambda 1112 ) is illustrated as Δλm.

なお、一般に、発振波長λxと活性層のバンドギャップに相当する発光波長λyとの差分Δλが所定の大きさとなるときに、面発光型半導体レーザの利得が最大となることが知られている。例えば、活性層12がInx12Ga1−x12N/GaN量子井戸構造からなる場合には、Δλmが10nmとなるときに、面発光型半導体レーザの利得が最大となる。 In general, it is known that the gain of the surface emitting semiconductor laser is maximized when the difference Δλ between the oscillation wavelength λx and the emission wavelength λy corresponding to the band gap of the active layer has a predetermined magnitude. For example, when the active layer 12 has an In x12 Ga 1-x12 N / GaN quantum well structure, the gain of the surface emitting semiconductor laser is maximized when Δλm is 10 nm.

電流注入部34は、メサ部37の中央領域直下の部分に設けられており、例えば円板形状となっている。この電流注入部34は、上述したように、ITOなどの非酸化の透明導電膜によって構成されている。従って、活性層32のうち電流注入部34との対向領域が活性層32の電流注入領域、すなわち発光領域32Aに対応している。   The current injection portion 34 is provided in a portion immediately below the central region of the mesa portion 37 and has, for example, a disk shape. As described above, the current injection portion 34 is configured by a non-oxidized transparent conductive film such as ITO. Accordingly, a region of the active layer 32 that faces the current injection portion 34 corresponds to the current injection region of the active layer 32, that is, the light emitting region 32A.

上部DBR層36は、例えば、低屈折率層(図示せず)および高屈折率層(図示せず)を交互に積層してなる積層構造となっており、最上層に高屈折率を有している。低屈折率層は、例えば厚さがλ/4nの誘電体膜(例えばSiO)からなり、高屈折率層は、例えば厚さがλ/4nの誘電体膜(Ta)からなる。ここで、nは低屈折率層の屈折率である。n高屈折率層の屈折率であり、nよりも大きい。 The upper DBR layer 36 has a laminated structure in which, for example, a low refractive index layer (not shown) and a high refractive index layer (not shown) are alternately laminated, and the uppermost layer has a high refractive index. ing. The low refractive index layer is made of, for example, a dielectric film (eg, SiO 2 ) having a thickness of λ 1 / 4n 1 , and the high refractive index layer is made of, for example, a dielectric film (Ta 2 O having a thickness of λ 1 / 4n 2 ). 5 ). Here, n 1 is the refractive index of the low refractive index layer. n 2 is a refractive index of the high refractive index layer, and is larger than n 2 .

下部DBR層39は、例えば、低屈折率層(図示せず)および高屈折率層(図示せず)を交互に積層してなる積層構造となっている。この低屈折率層は、例えば厚さがλ/4nの誘電体膜(例えばSiO)からなり、高屈折率層は、例えば厚さがλ/4nの誘電体膜(Ta)からなる。ここで、nは低屈折率層の屈折率である。nは高屈折率層の屈折率であり、nよりも大きい。 The lower DBR layer 39 has, for example, a stacked structure in which low refractive index layers (not shown) and high refractive index layers (not shown) are alternately stacked. The low refractive index layer is made of, for example, a dielectric film (eg, SiO 2 ) having a thickness of λ 1 / 4n 3 , and the high refractive index layer is made of, for example, a dielectric film (Ta 2 having a thickness of λ 1 / 4n 4 ). O 5 ). Here, n 3 is the refractive index of the low refractive index layer. n 4 is the refractive index of the high refractive index layer, and is larger than n 3 .

なお、上部DBR層36および下部DBR層39内の低屈折率層および高屈折率層は上記の構成に限られるものではなく、例えば、その光学厚さをλ/4に保った上で、複数層により構成されていてもよい。また、上部DBR層36および下部DBR層39の少なくとも一方が、誘電体以外の材料によって形成されていてもよく、例えば、屈折率の互いに異なる半導体層を光学厚さλ/4で交互に積層して構成されていてもよい。なお、下部DBR層39が誘電体材料により構成されている場合には、下部電極40と基板30との間の導通を確保するために、下部DBR層39の一部を除去して、基板30の表面を露出させ、その露出面に下部電極40を形成することが好ましい。 Incidentally, on the low refractive index layers and high refractive index layers in the upper DBR layer 36 and the lower DBR layer 39 is not limited to the above configuration, for example, it kept its optical thickness lambda 1/4, You may be comprised by multiple layers. The stacked at least one of the upper DBR layer 36 and the lower DBR layer 39 may be formed of a material other than the dielectric, for example, alternating different semiconductor layers having a refractive index in the optical thickness lambda 1/4 It may be configured as. In the case where the lower DBR layer 39 is made of a dielectric material, in order to ensure conduction between the lower electrode 40 and the substrate 30, a part of the lower DBR layer 39 is removed and the substrate 30 is removed. It is preferable to expose the surface of the substrate and to form the lower electrode 40 on the exposed surface.

上部電極20は、例えば、チタン(Ti),白金(Pt)および金(Au)を基板30側からこの順に積層した構造を有しており、上部クラッド層33と電気的に接続されている。下部電極40は、例えば、金(Au)とゲルマニウム(Ge)との合金,ニッケル(Ni)および金(Au)を基板30側からこの順に積層した構造を有しており、基板30と電気的に接続されている。   The upper electrode 20 has a structure in which, for example, titanium (Ti), platinum (Pt), and gold (Au) are stacked in this order from the substrate 30 side, and is electrically connected to the upper cladding layer 33. The lower electrode 40 has a structure in which, for example, an alloy of gold (Au) and germanium (Ge), nickel (Ni), and gold (Au) are stacked in this order from the substrate 30 side. It is connected to the.

本実施の形態に係る半導体レーザ2は、例えば次のようにして製造することができる。   The semiconductor laser 2 according to the present embodiment can be manufactured as follows, for example.

例えばGaN系の面発光型半導体レーザを製造するためには、例えば、基板30および基板50上の積層構造を、例えば、MBE(Molecular Beam Epitaxy;分子線エピタキシー)法や、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition;有機金属化学気相成長)法によりエピタキシャル結晶成長させることにより形成する。この際、GaN系の化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMIn)、アンモニア (NH3)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、セレン化水素(HSe)を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えば、ジメチルジンク(DMZ)を用いる。 For example, in order to manufacture a GaN-based surface emitting semiconductor laser, for example, a stacked structure on the substrate 30 and the substrate 50 is formed by, for example, MBE (Molecular Beam Epitaxy) method, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor). It is formed by epitaxial crystal growth by Deposition (metal organic chemical vapor deposition) method. At this time, for example, trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMIn), or ammonia (NH3) is used as a raw material for a GaN-based compound semiconductor. Hydrogen halide (H 2 Se) is used, and dimethyl zinc (DMZ), for example, is used as the acceptor impurity raw material.

まず、基板50の一の面上に、エピタキシャル結晶成長法を用いた成膜により、上部DBR層36を積層する(図13(A))。次に、上部DBR層36上に円形状のレジスト層(図示せず)を形成する。続いて、例えば反応性イオンエッチング法により、レジスト層をマスクとして、上部DBR層36を選択的にエッチングすることにより、メサ部37を形成する(図13(B))。その後、レジスト層を除去する。   First, the upper DBR layer 36 is stacked on one surface of the substrate 50 by film formation using an epitaxial crystal growth method (FIG. 13A). Next, a circular resist layer (not shown) is formed on the upper DBR layer 36. Subsequently, the mesa portion 37 is formed by selectively etching the upper DBR layer 36 by using, for example, a reactive ion etching method using the resist layer as a mask (FIG. 13B). Thereafter, the resist layer is removed.

次に、基板30の一の面上に、エピタキシャル結晶成長法を用いた成膜により、下部クラッド層31、活性層32および上部クラッド層33をこの順に積層したのち、上部クラッド層33上の所定の位置に開口34Aを有する上部電極34を形成すると共に、その開口34Aの内部に電流注入部35を形成する(図14(A))。   Next, after the lower clad layer 31, the active layer 32, and the upper clad layer 33 are laminated in this order on one surface of the substrate 30 by film formation using an epitaxial crystal growth method, a predetermined on the upper clad layer 33 is formed. The upper electrode 34 having the opening 34A is formed at the position, and the current injection portion 35 is formed inside the opening 34A (FIG. 14A).

次に、基板10の他の面上に、エピタキシャル結晶成長法、CVD法、またはスパッタ法を用いた成膜により、下部DBR層39を形成する(図14(B))。その後、例えば蒸着法により、下部DBR層39上に下部電極40を形成する。   Next, the lower DBR layer 39 is formed on the other surface of the substrate 10 by film formation using an epitaxial crystal growth method, a CVD method, or a sputtering method (FIG. 14B). Thereafter, the lower electrode 40 is formed on the lower DBR layer 39 by, for example, vapor deposition.

次に、基板50を、メサ部37を下にして、基板30上の電流注入部35に接合したのち(図15(A))、基板50を除去する(図15(B))。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ2が製造される。   Next, after bonding the substrate 50 to the current injection portion 35 on the substrate 30 with the mesa portion 37 facing down (FIG. 15A), the substrate 50 is removed (FIG. 15B). In this way, the semiconductor laser 2 of the present embodiment is manufactured.

次に、本実施の形態の半導体レーザ2の作用および効果について説明する。   Next, the operation and effect of the semiconductor laser 2 of the present embodiment will be described.

本実施の形態の半導体レーザ2では、上部電極34と下部電極40との間に所定の電圧が印加されると、電流注入部35を介して電流が活性層32に注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の下部DBR層39および上部DBR層36により反射され、所定の波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。   In the semiconductor laser 2 of the present embodiment, when a predetermined voltage is applied between the upper electrode 34 and the lower electrode 40, a current is injected into the active layer 32 via the current injection portion 35, whereby electrons and Light emission occurs due to recombination of holes. This light is reflected by the pair of lower DBR layer 39 and upper DBR layer 36, causes laser oscillation at a predetermined wavelength, and is emitted to the outside as a laser beam.

ところで、本実施の形態では、下部DBR層39と下部クラッド層31との間、すなわち、キャビティ内に基板30が設けられている。これにより、半導体レーザ2の実効的な共振器長が基板30の厚さの分だけ長くなるので、複数の軸モード(例えば、図2(B)に示したように、λx1,λx2,λx3の3つの軸モード)で発振が生じる。   By the way, in the present embodiment, the substrate 30 is provided between the lower DBR layer 39 and the lower cladding layer 31, that is, in the cavity. As a result, the effective resonator length of the semiconductor laser 2 is increased by the thickness of the substrate 30, so that a plurality of axial modes (for example, λx1, λx2, λx3 as shown in FIG. 2B). Oscillation occurs in three axis modes).

これにより、温度変化により、実効的な共振器長λxと活性層32の発光波長λyとの差分Δλ(波長オフセット量)が変化した場合であっても、複数の軸モードのうち一の軸モードにおいて、波長オフセット量が、光出力が最大となるときの波長オフセット量(上記のΔλ)に等しいか、それに近い値になる。 Thereby, even if the difference Δλ (wavelength offset amount) between the effective resonator length λx and the emission wavelength λy of the active layer 32 changes due to temperature change, one axial mode among the plurality of axial modes. , The wavelength offset amount is equal to or close to the wavelength offset amount (Δλ 0 described above) when the optical output is maximized.

上記実施の形態で示した軸モードの間隔λFSRの式から、共振器長が基板30の厚さのオーダーとなっている場合には、軸モードの間隔λFSRは極めて狭いことがわかる。そのため、温度変化により発振波長がシフトした場合であっても、いずれかの軸モードにおいて、シフトした後の発振波長における波長オフセット量が、光出力が最大となるときの波長オフセット量(Δλm)と等しいか、それに近い値になる。従って、温度変化によって光出力の大きさはあまり変化しないので、キャビティ内に基板30を設けていない場合と比べて、光出力の温度依存性を低減することができる。 From the equation of the axial mode interval λ FSR shown in the above embodiment, it can be seen that the axial mode interval λ FSR is extremely narrow when the resonator length is on the order of the thickness of the substrate 30. Therefore, even when the oscillation wavelength is shifted due to a temperature change, the wavelength offset amount at the oscillation wavelength after the shift in any of the axial modes is the wavelength offset amount (Δλm) when the optical output is maximized. It is equal to or close to it. Accordingly, since the magnitude of the light output does not change much due to the temperature change, the temperature dependence of the light output can be reduced as compared with the case where the substrate 30 is not provided in the cavity.

また、本実施の形態では、複数の軸モードで発振が生じるので、横モードを多モード化した場合と同様に、戻り光に強い。つまり、本実施の形態では、戻り光に強くするために、横モードを多モード化する必要がないので、後述の方法を用いて単一横モード発振にした場合であっても、戻り光に強い。また、本実施の形態では、戻り光に強くするために、活性層の発光領域を拡大する必要がないことから、低閾値電流で動作させることが可能である。   In this embodiment, since oscillation occurs in a plurality of axial modes, it is resistant to return light as in the case where the transverse mode is changed to multimode. In other words, in this embodiment, it is not necessary to make the transverse mode multi-mode in order to make it strong against the return light. Therefore, even if the single transverse mode oscillation is performed using the method described later, strong. Further, in this embodiment mode, it is not necessary to enlarge the light emitting region of the active layer in order to make it strong against the return light, so that it can be operated with a low threshold current.

また、本実施の形態では、下部DBR層39と下部クラッド層31との間、すなわち、キャビティ内に基板30が設けられているので、基板30が発熱源である活性層32に近い。そのため、基板上に、下部DBR層、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層、上部DBR層を積層した従来タイプの半導体レーザと比べて、放熱性が高い。従って、電流注入量を増やさなくても、従来タイプの半導体レーザよりも最大出力を大きくすることができる。   In the present embodiment, since the substrate 30 is provided between the lower DBR layer 39 and the lower cladding layer 31, that is, in the cavity, the substrate 30 is close to the active layer 32 that is a heat source. Therefore, heat dissipation is higher than that of a conventional semiconductor laser in which a lower DBR layer, a lower cladding layer, an active layer, an upper cladding layer, and an upper DBR layer are stacked on a substrate. Therefore, the maximum output can be increased as compared with the conventional type semiconductor laser without increasing the current injection amount.

また、本実施の形態では、半導体レーザ2の実効的な共振器長を長くするために、キャビティ内に基板30を設けている。これにより、例えば、キャビティ内に、基板30を設ける代わりに、半導体レーザ2の実効的な共振器長を長くするための半導体層をエピタキシャル結晶成長により形成した場合と比べて、半導体レーザの製造に要する時間やコストを大幅に削減することができる。   In the present embodiment, the substrate 30 is provided in the cavity in order to increase the effective resonator length of the semiconductor laser 2. Thereby, for example, instead of providing the substrate 30 in the cavity, compared with the case where a semiconductor layer for increasing the effective resonator length of the semiconductor laser 2 is formed by epitaxial crystal growth, the semiconductor laser is manufactured. The time and cost required can be greatly reduced.

[変形例]
上記実施の形態では、下部DBR層39を基板30の裏面全体に形成していたが、基板30の裏面のうちメサ部37との対向領域内にだけ形成してもよい。例えば、図16(A),(B)に示したように、下部DBR層39を、積層方向に延在する円柱形状のメサ部41とし、メサ部41の中心軸AX1がメサ部37の中心軸AX2上となるようにメサ部41を配置することが可能である。このとき、メサ部41の径W3はメサ部37の径W4と等しいか、またはそれよりも小さくなっている。そのため、活性層32からメサ部41側に進むビームは共振器長が長いことに起因して広がっている関係上、活性層32からメサ部41側に進むビームの外縁部分、すなわち高次横モードの支配的な部分がメサ部41に入れない。その結果、活性層32からメサ部41側に進むビームのうち主に基本横モードが下部DBR層39で反射されるので、高次横モード発振を抑制しつつ、基本横モード発振を生じさせることができる。従って、本変形例では、高次横モード発振の抑制と高出力化とを両立させることができる。
[Modification]
In the above embodiment, the lower DBR layer 39 is formed on the entire back surface of the substrate 30. However, the lower DBR layer 39 may be formed only in a region facing the mesa portion 37 on the back surface of the substrate 30. For example, as shown in FIGS. 16A and 16B, the lower DBR layer 39 is a cylindrical mesa portion 41 extending in the stacking direction, and the central axis AX1 of the mesa portion 41 is the center of the mesa portion 37. The mesa unit 41 can be arranged so as to be on the axis AX2. At this time, the diameter W3 of the mesa portion 41 is equal to or smaller than the diameter W4 of the mesa portion 37. For this reason, the beam traveling from the active layer 32 to the mesa unit 41 side spreads due to the long resonator length, and therefore, the outer edge portion of the beam traveling from the active layer 32 to the mesa unit 41 side, that is, a higher-order transverse mode The dominant part cannot enter the mesa part 41. As a result, the fundamental transverse mode of the beam traveling from the active layer 32 to the mesa portion 41 side is mainly reflected by the lower DBR layer 39, so that fundamental transverse mode oscillation is generated while suppressing higher-order transverse mode oscillation. Can do. Therefore, in this modification, it is possible to achieve both suppression of higher-order transverse mode oscillation and higher output.

また、上記変形例において、メサ部41の形状を円柱形状とする代わりに、例えば、図17(A),(B)に示したように、積層方向に延在すると共に積層方向と直交する一の方向に延在する扁平な柱形状とすることも可能である。このとき、図17(A),(B)に示したように、メサ部41の長手方向の長さを、メサ部37の径W4と等しいか、またはそれよりも小さくし、さらに、メサ部41の短手方向の長さを、メサ部41の長手方向の長さよりも小さくした場合には、高次横モード発振の抑制だけでなく、偏向方向をメサ部41の長手方向に固定する偏向制御を行うことも可能となる。   In the above modification, instead of making the shape of the mesa portion 41 cylindrical, for example, as shown in FIGS. 17A and 17B, the mesa portion 41 extends in the stacking direction and is orthogonal to the stacking direction. It is also possible to use a flat columnar shape extending in the direction. At this time, as shown in FIGS. 17A and 17B, the length of the mesa portion 41 in the longitudinal direction is made equal to or smaller than the diameter W4 of the mesa portion 37, and further, the mesa portion is further reduced. When the length in the short direction of 41 is made smaller than the length in the longitudinal direction of the mesa portion 41, not only suppression of higher-order transverse mode oscillation but also deflection for fixing the deflection direction in the longitudinal direction of the mesa portion 41 It is also possible to perform control.

また、上記実施の形態および上記変形例では、基板30を下部DBR層39と下部クラッド層31との間に配置していたが、例えば、図18、図19(A),(B)、図20(A),(B)に示したように、下部DBR層18の内部に配置することも可能である。   Moreover, in the said embodiment and the said modification, although the board | substrate 30 was arrange | positioned between the lower DBR layer 39 and the lower clad layer 31, for example, FIG. 18, FIG. 19 (A), (B), FIG. As shown in FIGS. 20 (A) and 20 (B), it can be arranged inside the lower DBR layer 18.

このような半導体レーザ2は、例えば次のようにして製造することができる。まず、基板50の一の面上に、エピタキシャル結晶成長法を用いた成膜により、上部DBR層36を積層する。次に、上部DBR層36上に円形状のレジスト層を形成する。続いて、例えば反応性イオンエッチング法により、レジスト層をマスクとして、上部DBR層36を選択的にエッチングすることにより、メサ部37を形成する。その後、レジスト層を除去する。   Such a semiconductor laser 2 can be manufactured as follows, for example. First, the upper DBR layer 36 is stacked on one surface of the substrate 50 by film formation using an epitaxial crystal growth method. Next, a circular resist layer is formed on the upper DBR layer 36. Subsequently, the mesa portion 37 is formed by selectively etching the upper DBR layer 36 by, for example, reactive ion etching using the resist layer as a mask. Thereafter, the resist layer is removed.

次に、基板30の一の面上に、エピタキシャル結晶成長法を用いた成膜により、下部DBR層39(第1下部多層膜反射鏡)の一部、下部クラッド層31、活性層32および上部クラッド層33をこの順に積層したのち、上部クラッド層33上の所定の位置に開口34Aを有する上部電極34を形成すると共に、その開口34Aの内部に電流注入部35を形成する。   Next, a part of the lower DBR layer 39 (first lower multilayer reflector), the lower cladding layer 31, the active layer 32, and the upper portion are formed on one surface of the substrate 30 by film formation using an epitaxial crystal growth method. After laminating the clad layer 33 in this order, an upper electrode 34 having an opening 34A is formed at a predetermined position on the upper clad layer 33, and a current injection portion 35 is formed inside the opening 34A.

次に、基板30の他の面上に、エピタキシャル結晶成長法、CVD法、またはスパッタ法を用いた成膜により、下部DBR層39の残り(第2下部多層膜反射鏡)を形成する。その後、例えば蒸着法により、下部DBR層39の表面上に下部電極40を形成する。   Next, the remaining portion of the lower DBR layer 39 (second lower multilayer reflector) is formed on the other surface of the substrate 30 by film formation using an epitaxial crystal growth method, a CVD method, or a sputtering method. Thereafter, the lower electrode 40 is formed on the surface of the lower DBR layer 39, for example, by vapor deposition.

次に、基板50を、メサ部37を下にして、基板30上の電流注入部35に接合したのち、基板50を除去する。このようにして、本変形例の半導体レーザ2が製造される。   Next, after the substrate 50 is bonded to the current injection portion 35 on the substrate 30 with the mesa portion 37 facing down, the substrate 50 is removed. In this way, the semiconductor laser 2 of this modification is manufactured.

本変形例に係る半導体レーザ2では、基板30が下部DBR層39の内部に配置されているので、下部DBR層39の一部が活性層3の近傍に存在する。これにより、下部DBR層39の一部で光を効率良く閉じ込めることができるので、少ない注入電流量で発振させることが可能となる。   In the semiconductor laser 2 according to this modification, the substrate 30 is disposed inside the lower DBR layer 39, so that a part of the lower DBR layer 39 exists in the vicinity of the active layer 3. As a result, light can be efficiently confined in a part of the lower DBR layer 39, so that it is possible to oscillate with a small injection current amount.

以上、実施の形態およびその変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形可能である。   While the present invention has been described with reference to the embodiment and its modifications, the present invention is not limited to the above-described embodiment and the like, and various modifications can be made.

例えば、上記実施の形態等では、半導体レーザ1,2の基板としてn型半導体基板を用いていたが、p型半導体基板を用いてもよい。ただし、その場合には、上記実施の形態等における各半導体層の記述において、p型をn型に読み替えると共に、n型をp型に読み替えるものとする。   For example, in the above-described embodiment and the like, an n-type semiconductor substrate is used as the substrate of the semiconductor lasers 1 and 2, but a p-type semiconductor substrate may be used. However, in that case, in the description of each semiconductor layer in the above embodiment and the like, p-type is read as n-type and n-type is read as p-type.

また、本発明は、半導体レーザだけでなく、発光ダイオードに対してももちろん適用可能なものである。   The present invention is naturally applicable not only to a semiconductor laser but also to a light emitting diode.

本発明の第1の実施の形態に半導体レーザの断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention. 図1の半導体レーザの利得および波長の温度依存性を表した特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing temperature dependence of gain and wavelength of the semiconductor laser of FIG. 1. 図1の半導体レーザの製造過程の一例を説明するための断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining an example of a manufacturing process of the semiconductor laser of FIG. 図3に続く工程について説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the process following FIG. 図1の半導体レーザの一変形例を表す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a modification of the semiconductor laser in FIG. 1. 図1の半導体レーザの他の変形例を表す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating another modification of the semiconductor laser in FIG. 1. 図1の半導体レーザのその他の変形例を表す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating another modification of the semiconductor laser in FIG. 1. 図5の半導体レーザの一変形例を表す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a modification of the semiconductor laser in FIG. 5. 図6の半導体レーザの一変形例を表す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a modification of the semiconductor laser in FIG. 6. 図7の半導体レーザの製造過程の一例を説明するための断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining an example of a manufacturing process of the semiconductor laser of FIG. 図10に続く工程について説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the process following FIG. 本発明の第2の実施の形態に半導体レーザの断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor laser in the 2nd Embodiment of this invention. 図12の半導体レーザの製造過程の一例を説明するための断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining an example of a manufacturing process of the semiconductor laser of FIG. 図13に続く工程について説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the process following FIG. 図14に続く工程について説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the process following FIG. 図12の半導体レーザの一変形例を表す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a modification of the semiconductor laser in FIG. 12. 図12の半導体レーザの他の変形例を表す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating another modification of the semiconductor laser in FIG. 12. 図12の半導体レーザのその他の変形例を表す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating another modification of the semiconductor laser in FIG. 12. 図16の半導体レーザの一変形例を表す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a modification of the semiconductor laser in FIG. 16. 図17の半導体レーザの一変形例を表す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating a modification of the semiconductor laser in FIG. 17. 従来の半導体レーザの利得および波長の温度依存性を表した特性図である。It is the characteristic view showing the temperature dependence of the gain and wavelength of the conventional semiconductor laser.

符号の説明Explanation of symbols

1,2…半導体レーザ、10,30…基板、11,31…下部クラッド層、12,32…活性層、12A,32A…発光領域、13,33…上部クラッド層、14…電流狭窄層、14A…電流狭窄領域、14B…電流注入領域、15,36…上部DBR層、16…コンタクト層、17,22,37,41…メサ部、18,39…下部DBR層、19,38…絶縁層、20,34…上部電極、21,40…下部電極、34A…開口、35…電流注入部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,2 ... Semiconductor laser, 10, 30 ... Substrate, 11, 31 ... Lower clad layer, 12, 32 ... Active layer, 12A, 32A ... Light emitting region, 13, 33 ... Upper clad layer, 14 ... Current confinement layer, 14A ... current confinement region, 14B ... current injection region, 15, 36 ... upper DBR layer, 16 ... contact layer, 17, 22, 37, 41 ... mesa portion, 18, 39 ... lower DBR layer, 19, 38 ... insulating layer, 20, 34 ... upper electrode, 21, 40 ... lower electrode, 34A ... opening, 35 ... current injection part.

Claims (20)

半導体基板の一の面上に、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層および上部多層膜反射鏡を順に含む半導体層を形成すると共に、前記半導体基板の他の面上に、下部多層膜反射鏡を形成する半導体発光素子の製造方法。   A semiconductor layer including a lower clad layer, an active layer, an upper clad layer, and an upper multilayer reflector in order is formed on one surface of the semiconductor substrate, and the lower multilayer reflector is formed on the other surface of the semiconductor substrate. The manufacturing method of the semiconductor light-emitting device which forms. 前記半導体層を、成膜および貼り合わせの少なくとも一方により形成する請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the semiconductor layer is formed by at least one of film formation and bonding. 前記下部多層膜反射鏡を、成膜または貼り合わせにより形成する請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the lower multilayer-film reflective mirror is formed by film formation or bonding. 半導体基板の一の面上に、第1下部多層膜反射鏡、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層および上部多層膜反射鏡を順に含む半導体層を形成すると共に、前記半導体基板の他の面上に、第2下部多層膜反射鏡を形成する半導体発光素子の製造方法。   A semiconductor layer including a first lower multilayer reflector, a lower clad layer, an active layer, an upper clad layer and an upper multilayer reflector in order is formed on one surface of the semiconductor substrate, and the other surface of the semiconductor substrate is formed. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, wherein a second lower multilayer film reflecting mirror is formed thereon. 前記半導体層を、成膜および貼り合わせの少なくとも一方により形成する請求項4に記載の半導体発光素子の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to claim 4, wherein the semiconductor layer is formed by at least one of film formation and bonding. 前記下部多層膜反射鏡を、成膜または貼り合わせにより形成する請求項4に記載の半導体発光素子の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to claim 4, wherein the lower multilayer-film reflective mirror is formed by film formation or bonding. 下部多層膜反射鏡、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層および上部多層膜反射鏡を順に備える共に、前記下部多層膜反射鏡の内部、または前記下部多層膜反射鏡と下部クラッド層との間に半導体基板を備える半導体発光素子。   A lower multilayer reflector, a lower clad layer, an active layer, an upper clad layer, and an upper multilayer reflector are provided in this order, and the inside of the lower multilayer reflector or between the lower multilayer reflector and the lower clad layer. A semiconductor light emitting device comprising a semiconductor substrate. 前記半導体基板は、前記下部多層膜反射鏡と前記下部クラッド層との間に配置され、
前記下部クラッド層、前記活性層、前記上部クラッド層および前記上部多層膜反射鏡は前記半導体基板の一の面上に、成膜することにより、または貼り合わせることにより形成されたものである請求項7に記載の半導体発光素子。
The semiconductor substrate is disposed between the lower multilayer reflector and the lower cladding layer,
The lower clad layer, the active layer, the upper clad layer, and the upper multilayer reflector are formed on one surface of the semiconductor substrate by film formation or bonding. 8. The semiconductor light emitting device according to 7.
前記半導体基板は、前記下部多層膜反射鏡と前記下部クラッド層との間に配置され、
前記下部多層膜反射鏡は前記半導体基板のうち前記下部クラッド層とは反対側の面上に、成膜することにより、または貼り合わせることにより形成されたものである請求項7に記載の半導体発光素子。
The semiconductor substrate is disposed between the lower multilayer reflector and the lower cladding layer,
8. The semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein the lower multilayer reflector is formed by depositing or bonding on a surface of the semiconductor substrate opposite to the lower cladding layer. element.
前記半導体基板は、前記下部多層膜反射鏡と前記下部クラッド層との間に配置され、
少なくとも前記下部クラッド層、前記活性層、前記上部クラッド層および前記上部多層膜反射鏡を含む半導体層は、積層方向に延在する円柱形状となっており、
前記下部多層膜反射鏡は積層方向に延在する円柱形状となっており、その径は前記半導体層の径と等しいか、またはそれよりも小さい請求項7に記載の半導体発光素子。
The semiconductor substrate is disposed between the lower multilayer reflector and the lower cladding layer,
The semiconductor layer including at least the lower clad layer, the active layer, the upper clad layer, and the upper multilayer reflector has a cylindrical shape extending in the stacking direction,
The semiconductor light-emitting element according to claim 7, wherein the lower multilayer-film reflective mirror has a cylindrical shape extending in the stacking direction, and the diameter thereof is equal to or smaller than the diameter of the semiconductor layer.
前記半導体基板は、前記下部多層膜反射鏡と前記下部クラッド層との間に配置され、
少なくとも前記下部クラッド層、前記活性層、前記上部クラッド層および前記上部多層膜反射鏡を含む半導体層は、積層方向に延在する円柱形状となっており、
前記下部多層膜反射鏡は、積層方向に延在すると共に積層方向と直交する一の方向に延在する扁平な柱形状となっている請求項7に記載の半導体発光素子。
The semiconductor substrate is disposed between the lower multilayer reflector and the lower cladding layer,
The semiconductor layer including at least the lower clad layer, the active layer, the upper clad layer, and the upper multilayer reflector has a cylindrical shape extending in the stacking direction,
The semiconductor light-emitting element according to claim 7, wherein the lower multilayer-film reflective mirror has a flat columnar shape that extends in the stacking direction and extends in one direction orthogonal to the stacking direction.
前記半導体基板は、前記下部多層膜反射鏡と前記下部クラッド層との間に配置され、
前記下部多層膜反射鏡は屈折率の互いに異なる誘電体膜を交互に積層してなる請求項7に記載の半導体発光素子。
The semiconductor substrate is disposed between the lower multilayer reflector and the lower cladding layer,
The semiconductor light emitting element according to claim 7, wherein the lower multilayer film reflecting mirror is formed by alternately laminating dielectric films having different refractive indexes.
前記半導体基板は、前記下部多層膜反射鏡と前記下部クラッド層との間に配置され、
前記半導体基板、前記下部クラッド層、前記活性層、前記上部クラッド層および前記上部多層膜反射鏡はGaN系材料からなる請求項7に記載の半導体発光素子。
The semiconductor substrate is disposed between the lower multilayer reflector and the lower cladding layer,
The semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein the semiconductor substrate, the lower cladding layer, the active layer, the upper cladding layer, and the upper multilayer reflector are made of a GaN-based material.
前記半導体基板は、前記下部多層膜反射鏡の内部に配置され、
前記下部多層膜反射鏡の一部、前記下部クラッド層、前記活性層、前記上部クラッド層および前記上部多層膜反射鏡は前記半導体基板の一の面上に、成膜することにより、または貼り合わせることにより形成されたものである請求項7に記載の半導体発光素子。
The semiconductor substrate is disposed inside the lower multilayer reflector,
A part of the lower multilayer reflector, the lower clad layer, the active layer, the upper clad layer, and the upper multilayer reflector are formed on or bonded to one surface of the semiconductor substrate. 8. The semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein the semiconductor light emitting device is formed.
前記半導体基板は、前記下部多層膜反射鏡の内部に配置され、
前記下部多層膜反射鏡のうち前記半導体基板の一の面側に形成された部分以外の部分は前記半導体基板のうち前記下部クラッド層とは反対側の面上に、成膜することにより、または貼り合わせることにより形成されたものである請求項7に記載の半導体発光素子。
The semiconductor substrate is disposed inside the lower multilayer reflector,
A portion of the lower multilayer reflector other than the portion formed on one surface side of the semiconductor substrate is formed on the surface of the semiconductor substrate opposite to the lower cladding layer, or 8. The semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein the semiconductor light emitting device is formed by bonding.
前記半導体基板は、前記下部多層膜反射鏡の内部に配置され、
少なくとも前記下部クラッド層、前記活性層、前記上部クラッド層および前記上部多層膜反射鏡を含む半導体層は、積層方向に延在する円柱形状となっており、
前記下部多層膜反射鏡のうち前記半導体基板の一の面側に形成された部分以外の部分は積層方向に延在する円柱形状となっており、その径は前記半導体層の径と等しいか、またはそれよりも小さい請求項7に記載の半導体発光素子。
The semiconductor substrate is disposed inside the lower multilayer reflector,
The semiconductor layer including at least the lower clad layer, the active layer, the upper clad layer, and the upper multilayer reflector has a cylindrical shape extending in the stacking direction,
Of the lower multilayer mirror, the portion other than the portion formed on one surface side of the semiconductor substrate has a cylindrical shape extending in the stacking direction, and the diameter thereof is equal to the diameter of the semiconductor layer, The semiconductor light-emitting device according to claim 7, which is smaller than that.
前記半導体基板は、前記下部多層膜反射鏡の内部に配置され、
少なくとも前記下部クラッド層、前記活性層、前記上部クラッド層および前記上部多層膜反射鏡を含む半導体層は、積層方向に延在する円柱形状となっており、
前記下部多層膜反射鏡のうち前記半導体基板の一の面側に形成された部分以外の部分は積層方向に延在すると共に積層方向と直交する一の方向に延在する扁平な柱形状となっている請求項7に記載の半導体発光素子。
The semiconductor substrate is disposed inside the lower multilayer reflector,
The semiconductor layer including at least the lower clad layer, the active layer, the upper clad layer, and the upper multilayer reflector has a cylindrical shape extending in the stacking direction,
Of the lower multilayer mirror, the portion other than the portion formed on one surface side of the semiconductor substrate has a flat columnar shape extending in the stacking direction and extending in one direction orthogonal to the stacking direction. The semiconductor light emitting device according to claim 7.
前記半導体基板は、前記下部多層膜反射鏡の内部に配置され、
前記下部多層膜反射鏡のうち前記半導体基板の一の面側に形成された部分以外の部分は屈折率の互いに異なる誘電体膜を交互に積層してなる請求項7に記載の半導体発光素子。
The semiconductor substrate is disposed inside the lower multilayer reflector,
8. The semiconductor light emitting element according to claim 7, wherein portions other than the portion formed on one surface side of the semiconductor substrate in the lower multilayer film reflecting mirror are alternately laminated with dielectric films having different refractive indexes.
前記半導体基板は、前記下部多層膜反射鏡の内部に配置され、
前記下部多層膜反射鏡のうち前記半導体基板の一の面側に形成された部分、前記半導体基板、前記下部クラッド層、前記活性層、前記上部クラッド層および前記上部多層膜反射鏡はGaN系材料からなる請求項7に記載の半導体発光素子。
The semiconductor substrate is disposed inside the lower multilayer reflector,
Of the lower multilayer reflector, a portion formed on one surface side of the semiconductor substrate, the semiconductor substrate, the lower clad layer, the active layer, the upper clad layer, and the upper multilayer reflector are GaN-based materials. The semiconductor light-emitting device according to claim 7.
前記半導体基板は100μm以上の厚さを有する請求項7に記載の半導体発光素子。   The semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein the semiconductor substrate has a thickness of 100 μm or more.
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