JP2010045249A - Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same - Google Patents
Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- 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
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor
- multilayer reflector
- semiconductor substrate
- substrate
- 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
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
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+Δλ0)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+Δλ0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.
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Δλ0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Δλ0)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
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
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
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
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
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
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、λ1,λ2,λ3)(λ1<λ2<λ3)のうち一の発振波長(例えばλ1)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、λ1,λ2,λ3)のうち一の発振波長(例えばλ1)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λ4との差分Δλa(=λ1−λ4)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、λ1,λ2,λ3)のうち一の発振波長(例えばλ1)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
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、λ5,λ6,λ7)のうち一の発振波長(例えばλ6)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λ8との差分Δλb(=λ6−λ8)がΔλmとなっており、かつ60℃での複数の発振波長(例えば、λ9,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
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
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
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、Al2O3(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
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
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λ1/4n1のp型Alx5Ga1−x5As(0<x5<1)、高屈折率層は、例えば厚さがλ1/4n2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、n1は低屈折率層の屈折率である。n2高屈折率層の屈折率であり、n2よりも大きい。
The
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λ1/4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
コンタクト層16は、例えばp型Alx7Ga1−x7As(0≦x7<1)からなる。
The
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λ1/4n3のn型Alx8Ga1−x8As(0<x8<1)、高屈折率層は、例えば厚さがλ1/4n4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、n3は低屈折率層の屈折率である。n4は高屈折率層の屈折率であり、n3よりも大きい。
The
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λ1/4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、SiO2)を光学厚さλ1/4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
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SiO2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
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
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
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 (AsH3)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(H2Se)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
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
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
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
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
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
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
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
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Δλ0)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
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=λ0 2/(2nrL)
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、λ0は発振波長である。nr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
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
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
[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
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
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 |
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
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
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
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
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
[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
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
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
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
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
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
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、λ1,λ2,λ3)のうち一の発振波長(例えばλ1)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、λ1,λ2,λ3)のうち一の発振波長(例えばλ1)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λ4との差分Δλa(=λ1−λ4)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、λ1,λ2,λ3)のうち一の発振波長(例えばλ1)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
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、λ5,λ6,λ7)のうち一の発振波長(例えばλ6)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λ8との差分Δλb(=λ6−λ8)がΔλmとなっており、かつ60℃での複数の発振波長(例えば、λ9,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
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
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
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λ1/4n1の誘電体膜(例えばSiO2)からなり、高屈折率層は、例えば厚さがλ1/4n2の誘電体膜(Ta2O5)からなる。ここで、n1は低屈折率層の屈折率である。n2高屈折率層の屈折率であり、n2よりも大きい。
The
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λ1/4n3の誘電体膜(例えばSiO2)からなり、高屈折率層は、例えば厚さがλ1/4n4の誘電体膜(Ta2O5)からなる。ここで、n3は低屈折率層の屈折率である。n4は高屈折率層の屈折率であり、n3よりも大きい。
The
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λ1/4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λ1/4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
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
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
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(H2Se)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
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
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
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
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
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
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
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
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Δλ0)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
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
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
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
[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
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
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 |
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
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
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
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
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
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
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.
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
Claims (20)
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.
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.
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、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.
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.
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.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008209055A JP2010045249A (en) | 2008-08-14 | 2008-08-14 | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008209055A JP2010045249A (en) | 2008-08-14 | 2008-08-14 | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010045249A true JP2010045249A (en) | 2010-02-25 |
Family
ID=42016382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008209055A Pending JP2010045249A (en) | 2008-08-14 | 2008-08-14 | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2010045249A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014192419A (en) * | 2013-03-28 | 2014-10-06 | Toyohashi Univ Of Technology | Nitride semiconductor light-emitting element and manufacturing method of the same |
| WO2017047317A1 (en) * | 2015-09-15 | 2017-03-23 | ソニー株式会社 | Surface light-emitting laser |
| CN109269644A (en) * | 2018-11-02 | 2019-01-25 | 天津津航技术物理研究所 | Broad tuning range of spectra imaging sensor |
| CN109798979A (en) * | 2019-03-12 | 2019-05-24 | 天津津航技术物理研究所 | The semiconductor technology compatibility high light spectrum image-forming chip design method of wide spectral range |
-
2008
- 2008-08-14 JP JP2008209055A patent/JP2010045249A/en active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014192419A (en) * | 2013-03-28 | 2014-10-06 | Toyohashi Univ Of Technology | Nitride semiconductor light-emitting element and manufacturing method of the same |
| WO2017047317A1 (en) * | 2015-09-15 | 2017-03-23 | ソニー株式会社 | Surface light-emitting laser |
| JPWO2017047317A1 (en) * | 2015-09-15 | 2018-07-05 | ソニー株式会社 | Surface emitting laser |
| US10256609B2 (en) | 2015-09-15 | 2019-04-09 | Sony Corporation | Surface light-emitting laser |
| CN109269644A (en) * | 2018-11-02 | 2019-01-25 | 天津津航技术物理研究所 | Broad tuning range of spectra imaging sensor |
| CN109269644B (en) * | 2018-11-02 | 2020-10-02 | 天津津航技术物理研究所 | Wide tuning range spectral imaging sensor |
| CN109798979A (en) * | 2019-03-12 | 2019-05-24 | 天津津航技术物理研究所 | The semiconductor technology compatibility high light spectrum image-forming chip design method of wide spectral range |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4872987B2 (en) | Surface emitting semiconductor laser | |
| JP4626686B2 (en) | Surface emitting semiconductor laser | |
| CN101136538B (en) | VCSEL, manufacturing method thereof, module, light sending device, optical spatial transmission device, light sending system, and optical spatial transmission system | |
| JP4656183B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
| JP5593700B2 (en) | Surface emitting semiconductor laser, surface emitting semiconductor laser device, optical transmission device, and information processing device | |
| JP4868004B2 (en) | Surface emitting semiconductor laser and manufacturing method thereof | |
| JP5434201B2 (en) | Semiconductor laser | |
| JP2006210429A (en) | Surface emitting semiconductor laser | |
| US20110007769A1 (en) | Laser diode | |
| JP5954469B1 (en) | Surface-emitting semiconductor laser, surface-emitting semiconductor laser array, surface-emitting semiconductor laser device, optical transmission device, and information processing device | |
| JP2014086565A (en) | Surface emission semiconductor laser, surface emission semiconductor laser device, optical transmission device and information processing device | |
| JP7275102B2 (en) | surface emitting laser | |
| JP5093480B2 (en) | Surface emitting semiconductor laser and manufacturing method thereof | |
| JP2011222721A (en) | Semiconductor laser | |
| JP2008283129A (en) | Surface emitting semiconductor laser array | |
| JP2010045249A (en) | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
| CN104106185A (en) | Vertical-cavity surface-emitting laser | |
| JP6015220B2 (en) | Surface emitting semiconductor laser, surface emitting semiconductor laser device, optical transmission device, and information processing device | |
| JP5812175B1 (en) | Surface emitting semiconductor laser device and method for manufacturing surface emitting semiconductor laser device | |
| JP2008306118A (en) | Surface emitting semiconductor laser | |
| JP2011155143A (en) | Surface-emitting semiconductor laser, surface-emitting semiconductor laser device, optical transmission device, and information processing device | |
| JP5005937B2 (en) | Surface emitting laser element | |
| JP2011061083A (en) | Semiconductor laser | |
| JP2007227860A (en) | Semiconductor light emitting device | |
| JP2006302955A (en) | Surface emitting semiconductor laser |