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JPH04111488A - Semiconductor laser - Google Patents

Semiconductor laser

Info

Publication number
JPH04111488A
JPH04111488A JP23136890A JP23136890A JPH04111488A JP H04111488 A JPH04111488 A JP H04111488A JP 23136890 A JP23136890 A JP 23136890A JP 23136890 A JP23136890 A JP 23136890A JP H04111488 A JPH04111488 A JP H04111488A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
active layer
layer
semiconductor
reflecting film
reflective film
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
Application number
JP23136890A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Tezuka
勉 手塚
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP23136890A priority Critical patent/JPH04111488A/en
Publication of JPH04111488A publication Critical patent/JPH04111488A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To materialize a minute closed resonator semiconductor laser with low threshold by so constituting it as to shut in an active layer with a metallic reflecting film, which is made through a semiconductor layer of high resistance and doubles as an electrode, a Bragg reflecting film, which is positioned below the active layer and in which semiconductors are distributed, and a Bragg reflecting film, which is positioned above the active layer and in which dielectrics are distributed. CONSTITUTION:An active layer 4 is shut in by a metallic reflecting film 10, which is made through the semiconductor layer 8 of high resistance at the side and doubles as an electrode, a Bragg reflecting film 2, which is positioned below the active layer and in which semiconductors are distributed, and a Bragg reflecting film 7, which is positioned on the active layer and in which dielectrics are distributed. Those are arranged in a closed resonator, where only a very small number of scattering modes exist in the gain band. Therefore, it can produce the naturally emitted light in scattering mode, and the naturally emitted light coefficient can be enlarged extremely larger than that of the usual semiconductor laser. Moreover, the semiconductor layer 8 of high resistance not only breaks the current path not via the active layer 4 and lets leaked current flow, but also protects the side of the active layer 4 and stops the nonemitted light recoupling at interface and by these synergetic effects, a minute closed resonator where threshold is extremely low can be gotten.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体レーザに係り、特に閾値の低い微小閉
其振器半導体レーザに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a semiconductor laser, and particularly to a micro-closed-oscillator semiconductor laser with a low threshold value.

(従来の技術) レーザは、単一周波数の光波であり、その直進性と、コ
ヒーレント性が良くスペクトル幅が狭い等の特徴により
、光情報処理や光z1測等の光源として、さまざまな分
野での利用が注目されている。
(Prior art) Lasers are light waves with a single frequency, and due to their straight propagation, good coherence, and narrow spectrum width, they are used as light sources in various fields such as optical information processing and optical z1 measurement. The use of is attracting attention.

従来の半導体レーザはその共振器長さが発振波長に比べ
て十分に大きくしかも共振器の側面は開放型であるため
、自然放出光は自由空間の連続的に分布したモードと結
合したほぼゲイン帯域にわたるブロードな発光を示す。
In conventional semiconductor lasers, the resonator length is sufficiently large compared to the oscillation wavelength, and the sides of the resonator are open, so spontaneously emitted light is coupled with continuously distributed modes in free space and almost has a gain band. Shows broad luminescence over a wide area.

この場合、はとんどの自然放出光は共振器からあらゆる
方向へ放出されてエネルギーの損失が生じ、閾値の生じ
る原因の1つとなる。
In this case, most of the spontaneously emitted light is emitted from the resonator in all directions, resulting in energy loss, which is one of the causes of the threshold value.

一方、共振器の大きさが発光波長の数分の1から数倍程
度である微小閉共振基中では、ゲイン帯域に離散的な固
有モ・−ドが非常に少数個しかない状況を実現すること
ができる。
On the other hand, in a small closed resonator where the size of the resonator is a fraction of the wavelength to several times the emission wavelength, a situation in which there are only a very small number of discrete eigenmodes in the gain band is realized. be able to.

この状況下では光は自然放出てあれ誘導放出であれ離散
的な少数のモードにのろ放出されるため自然放出光とい
えどもその閉共振器のQ値に応じた周波数幅の単色光と
なる。さらに発光再結合寿命が非発光再結合寿命に対し
て十分短かければ、注入エネルギーに対する発振モード
への発光効率は自然放出と誘導放出とで大きな差がなく
なり、閾値の非常に低い半導体レーザを得ることができ
る。こうした効果はモード数が少ないほど大きくなり、
特にモードが1つの場合には原理的には自然放出光が発
振光に結合する割合(自然放出光係数)が1になるため
無閾値動作が可能となる。当然ながら、自然放出が支配
的な状況でもレーザと同様の使用が可能である(以下微
小閑共振器レーザと指称する)。
Under this situation, light is slowly emitted into a small number of discrete modes, whether it is spontaneous emission or stimulated emission, so even spontaneous emission light becomes monochromatic light with a frequency width that corresponds to the Q value of the closed resonator. . Furthermore, if the radiative recombination lifetime is sufficiently shorter than the non-radiative recombination lifetime, there will be no significant difference in luminous efficiency to the oscillation mode with respect to the injection energy between spontaneous emission and stimulated emission, resulting in a semiconductor laser with a very low threshold. be able to. These effects become larger as the number of modes decreases,
In particular, when there is one mode, the ratio of spontaneous emission light coupled to oscillation light (spontaneous emission light coefficient) is 1 in principle, so thresholdless operation is possible. Naturally, it can be used in the same way as a laser even in situations where spontaneous emission is dominant (hereinafter referred to as a microresonator laser).

このような半導体レーザは素子特性の簡単な解析(小林
哲部他、応用物理学会講演予稿集29z−B−88(1
982)浦、Yokoyama andS、D、Bro
nson、J、Appl、Phys、BB、p4801
(1989))はなされているものの、実際に作成され
た例はなく、具体的な素子構造についても提案されてい
ないのが現状である。
Such a semiconductor laser can be easily analyzed by a simple analysis of its device characteristics (Tetsube Kobayashi et al., Proceedings of the Japan Society of Applied Physics 29z-B-88 (1)
982) Ura, Yokoyama and S, D, Bro
nson, J, Appl, Phys, BB, p4801
(1989)), however, no examples have actually been created, and no specific device structure has been proposed.

この微小閑共振器を実現する上で、現時点ては最も構造
的に適していると考えられているものに、垂直共振器型
の面発光レーザがある。
A vertical cavity surface emitting laser is currently considered to be the most structurally suitable for realizing this microresonator.

その1つに、誘電体および半導体多層膜によって基板に
垂直な方向に共振器を形成したものかある。
One such method is to form a resonator in a direction perpendicular to the substrate using a dielectric and semiconductor multilayer film.

例えば第8図(a)に示すように、n型GaAs基板6
1上に、Alo、 + Gao、 9^S層と^10.
7 cao、 3 As層とのλ/4多層膜からなる反
射膜62、n型^1゜<cao6^Sクラッド層63、
p型GaAs活性層64、p型Alo4Gao、 b^
Sクラッド層65、p型^1゜Gao 、 As通TU
B易化層66、アモルファスシリコン層と酸化シリコン
層との多層膜からなる誘電体67とを、順次積層してな
る発光部りと、この回りに形成された電極給電部にとか
ら構成されている。 なお、p型^to、 a Gao
、 6^S層上にp型GaAsコンタクト層を介して形
成される上部電極6つはチタン−金(TI−^U)で構
成され、n型GaAs基板61の裏面に形成される下部
電極70は金ゲルマニウム(Au−Ge)/ニッケル(
Ni) /金(^U)で構成されている。
For example, as shown in FIG. 8(a), an n-type GaAs substrate 6
1, Alo, + Gao, 9^S layer and ^10.
7 cao, 3 reflective film 62 consisting of a λ/4 multilayer film with As layer, n-type ^1゜<cao6^S cladding layer 63,
p-type GaAs active layer 64, p-type Alo4Gao, b^
S cladding layer 65, p type^1゜Gao, As through TU
It consists of a light emitting section formed by sequentially laminating a B facilitation layer 66, a dielectric 67 made of a multilayer film of an amorphous silicon layer and a silicon oxide layer, and an electrode feeding section formed around the light emitting section. There is. In addition, p type ^to, a Gao
The upper electrode 6 formed on the 6^S layer via the p-type GaAs contact layer is made of titanium-gold (TI-^U), and the lower electrode 70 is formed on the back surface of the n-type GaAs substrate 61. is gold germanium (Au-Ge)/nickel (
It is composed of Ni) / gold (^U).

この共振器の長さはエピタキシャル成長時に成長膜厚を
制御することにより発光波長程度にすることは容易であ
るが、側面には光反射膜が形成されていないため閉共振
器となっていない。従って自然放出光のスペクトルはブ
ロードな連続スペクトルとなり、しかも横方向にも放射
されてしまうという点で通常のレーザと同様、原理的に
も明確な閾値が生じてしまう。
Although the length of this resonator can be easily made to be about the same as the emission wavelength by controlling the growth film thickness during epitaxial growth, it is not a closed resonator because no light reflecting film is formed on the side surfaces. Therefore, the spectrum of spontaneously emitted light is a broad continuous spectrum, and it is also emitted in the lateral direction, which means that a clear threshold value arises in principle, just like a normal laser.

一方、JS型の半導体レーザを変形し基板に垂直な方向
に共振器を形成したものがある。
On the other hand, there is a JS type semiconductor laser that is modified to form a resonator in a direction perpendicular to the substrate.

例えば第8図(b)に示すように、n型GaAs基板6
1上に、Alo、 r Gao、 9 As層とAlo
、 7 Gao、 3 As層とのλ/4多層膜からな
る反射膜62、n型^1゜4Ga0.6^Sクラッド層
63、p型GaAs活性層64、p型AlO,4Gao
、6^Sクラッド層65、アモルファスシリコン層と酸
化シリコン層との多層膜からなる誘電体67とを、順次
積層してなる発光部と、この回りに形成された高濃度の
p + GaAs領域68と、このp + GaAs領
域68にコンタクトするように形成されたTi−Auか
らなる上部電極6つと、n型GaAs基板61の裏面に
形成される金ゲルマニウム(^u−Ce ) /ニッケ
ル(旧)/金(Au)下部電極70とからなる電極部と
から構成されている。
For example, as shown in FIG. 8(b), an n-type GaAs substrate 6
1, Alo, r Gao, 9 As layer and Alo
, 7 Gao, 3 Reflective film 62 made of a λ/4 multilayer film with As layer, n-type ^1゜4Ga0.6^S cladding layer 63, p-type GaAs active layer 64, p-type AlO, 4Gao
, 6^S cladding layer 65, a dielectric 67 made of a multilayer film of an amorphous silicon layer and a silicon oxide layer, and a light emitting section formed by laminating in sequence, and a high concentration p + GaAs region 68 formed around this. , six upper electrodes made of Ti-Au formed so as to be in contact with this p + GaAs region 68 , and gold-germanium (^u-Ce ) /nickel (old) formed on the back surface of the n-type GaAs substrate 61 . /gold (Au) lower electrode 70.

この構造ではノ(振器中にp型不純物が高濃度ドープさ
れた領域が存在するため、自由電子による光吸収が問題
となる。
In this structure, there is a region doped with a p-type impurity in a high concentration in the vibrator, so light absorption by free electrons becomes a problem.

特に、共振器を小さくしていくと、共振器の全体積に対
する高濃度ドープされた領域の体積の割合は増大してい
き、微小閉共振器レーザの領域、例えば、活性層として
GaAsを用いた場合、活性層とp、n両りラッド層を
足した厚さが0.3μl程度、横断面の直径あるいは辺
の長さが1〜1゜5μm程度まで、共振器を小さくして
・いくと、共振器内部のほとんどの領域が高濃度ドープ
された状態となり、著しい光吸収の増大と活性層での発
光効率の低下を招くことになる。
In particular, as the resonator is made smaller, the volume ratio of the highly doped region to the total volume of the resonator increases. In this case, the resonator can be made smaller until the total thickness of the active layer and both the P and N Rad layers is about 0.3 μl, and the cross-sectional diameter or side length is about 1 to 1°5 μm. , most of the region inside the cavity is heavily doped, resulting in a significant increase in light absorption and a decrease in light emission efficiency in the active layer.

(発明が解決しようとする課題) このように、従来の半導体レーザの構造をそのまま微小
閉共振器レーザに適用することはできないという問題が
あった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, there is a problem in that the structure of a conventional semiconductor laser cannot be directly applied to a micro-closed cavity laser.

本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、製造が容易
で信頼性の高い、微小閉共振器レーザ体レーザを提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to provide a micro-closed resonator laser body that is easy to manufacture and has high reliability.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課題を解決するための手段) そこで本発明では、活性層側面を、放出される光エネル
ギーよりも大きな禁制帯幅を有する高抵抗の半導体層を
介して形成された電極を兼ねる金属反射膜で覆うと共に
、活性層下面を半導体分布ブラック反射膜と、活性層上
面を分布ブラック反射膜とで覆い閉共振型構造をなすと
ともに、この閉共振器の大きさを発光媒質の自由空間に
おける自然放出光のスペクトル幅程度の波長領域に1つ
のあるいは非常に少数個の固有モードを有する大きさで
あるようにしている。
(Means for Solving the Problem) Therefore, in the present invention, the side surface of the active layer is formed with a metal reflective film that also serves as an electrode and is formed via a high-resistance semiconductor layer having a bandgap larger than the emitted light energy. At the same time, the lower surface of the active layer is covered with a semiconductor distributed black reflective film, and the upper surface of the active layer is covered with a distributed black reflective film to form a closed resonant structure. The size of the eigenmode is such that it has one or a very small number of eigenmodes in a wavelength range of approximately the spectral width of .

望ましくは、横方向の長さを発振波長の数分の1波長か
ら数波長倍程度とする。
Desirably, the length in the lateral direction is about a fraction of the wavelength to several wavelengths of the oscillation wavelength.

(作用) 上記構成によれば、活性層が、側面の高抵抗の半導体層
を介して形成された電極を兼ねる金属反射膜と、活性層
下面の半導体分布ブラック反射膜と、活性層上面の誘電
体分布ブラック反射膜とて、構成される、ゲイン帯域に
離散的なモードが非常に少数個しかない閉共振器内に配
設されているため、離散的モードの自然放出光を生じさ
せ、自然放出光係数を通常の半導体レーザに比べ極めて
大きくすることができる。
(Function) According to the above configuration, the active layer includes a metal reflective film that also serves as an electrode formed through a high-resistance semiconductor layer on the side surface, a semiconductor distribution black reflective film on the bottom surface of the active layer, and a dielectric layer on the top surface of the active layer. The body-distributed black reflective film is arranged inside a closed resonator that has only a very small number of discrete modes in the gain band. The emission coefficient can be made much larger than that of ordinary semiconductor lasers.

また、高抵抗の半導体層は、活性層を経由しない電流通
路を遮断して漏れ電流をなくすだけでなく、活性層の側
面を保護し、界面での非発光再結合を最小限に止めるこ
とができる。そしてこれらの相乗効果により、閾値の極
めて低い微小閉共振器を得ることができる。
In addition, the high-resistance semiconductor layer not only blocks current paths that do not go through the active layer and eliminates leakage current, but also protects the sides of the active layer and minimizes non-radiative recombination at the interface. can. Due to these synergistic effects, a micro closed resonator with an extremely low threshold value can be obtained.

(実施例) 以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に
説明する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

実施例1 第1図は、本発明の第1の実施例の垂直共振器型の面発
光レーザを示す図である。
Embodiment 1 FIG. 1 is a diagram showing a vertical cavity surface emitting laser according to a first embodiment of the present invention.

このレーザは、n型GaAs基板1上に、n −Aft
Ga+−xIAS層とn  Alx2Ga1−y2^S
層とのλ/4多層膜からなる反射膜2、n型AIylG
a+−yl^Sクラッド層3、p型GaAs活性層4、
p型A l y 2 G a + −y 2 A Sク
ラッド層5の積層体が横断面に一辺の長さが1500人
〜1.5μmの角柱をなすように形成されており、この
側面を高抵抗のA1.+ca t1^S電流ブロック層
8で被覆すると共に、上面をアモルファスシリコン層と
酸化シリコン層との多層膜からなる誘電体分布ブラック
反射膜7で覆い、さらにこの電流ブロック層8と反射膜
7との間には、側面からクラッド層5にコンタクトする
p−^Ig2Ga+−t2Asからなるコンタクト層9
が設けられ、これらによって構成される角柱の側面全体
に^g、^g−^u、Ti−PL−Au等からなる金属
電極兼反射膜10が形成されている。
This laser has n-Aft on an n-type GaAs substrate 1.
Ga+-xIAS layer and n Alx2Ga1-y2^S
Reflective film 2 consisting of a λ/4 multilayer film with n-type AIylG
a+-yl^S cladding layer 3, p-type GaAs active layer 4,
The laminate of the p-type Aly2Ga+-y2AS cladding layer 5 is formed so as to form a rectangular column with a side length of 1500 to 1.5 μm in cross section, and the side surface is Resistance A1. +ca t1^S In addition to covering the current blocking layer 8, the upper surface is covered with a dielectric distribution black reflective film 7 made of a multilayer film of an amorphous silicon layer and a silicon oxide layer, and furthermore, the current blocking layer 8 and the reflective film 7 are In between, there is a contact layer 9 made of p-^Ig2Ga+-t2As that contacts the cladding layer 5 from the side surface.
are provided, and a metal electrode/reflection film 10 made of ^g, ^g-^u, Ti-PL-Au, etc. is formed on the entire side surface of the prism formed by these.

また、n型GaAs基板1の裏面には^u−Ge / 
Nl/^U下部電極11が形成されている。
In addition, on the back surface of the n-type GaAs substrate 1, ^u-Ge /
A Nl/^U lower electrode 11 is formed.

また、この構造ではクラッド層3を省略し、活性層4と
反射膜2が直接接するようにしてもよい。
Further, in this structure, the cladding layer 3 may be omitted so that the active layer 4 and the reflective film 2 are in direct contact with each other.

活性層3は選択メルトバックによりクラッド層の直径よ
りも狭く形成され電流狭窄構造をなしている。選択メル
トバックを行わず、活性層とクラッド層の幅をほぼ同じ
にした構造も可能である。
The active layer 3 is formed to be narrower than the diameter of the cladding layer by selective meltback, and has a current confinement structure. A structure in which selective meltback is not performed and the widths of the active layer and the cladding layer are approximately the same is also possible.

さらに、活性層として、量子井戸構造、量子細線、量子
井戸箱構造を用いても良い。ただし、量子細線、量子井
戸箱構造を用いる際には、第7図に示すように、細線あ
るいは箱の側面を高抵抗半導体で埋め込み、漏れ電流を
なくす構造を用いるのが望ましい。
Furthermore, a quantum well structure, a quantum wire, or a quantum well box structure may be used as the active layer. However, when using a quantum wire or a quantum well box structure, it is desirable to use a structure in which the sides of the thin wire or box are filled with a high-resistance semiconductor to eliminate leakage current, as shown in FIG.

また、分布ブラック反射膜、クラッド層、コンタクト層
のアルミニウム組成(xI +  A2 +  YY 
2 +  Z I +  z2 )は活性層からの発光
の吸収が問題とならないようにとる。
In addition, the aluminum composition of the distributed black reflective film, cladding layer, and contact layer (xI + A2 + YY
2 + Z I + z2) is taken so that absorption of light emitted from the active layer does not become a problem.

ここでλ/4多層膜は各層の厚さが、λ。/4*l (
t −1,2)となるように形成されたものである。ま
た、活性層と両クラッド層の厚さは全体としてその光学
長さがA0になるように設定する。
Here, the thickness of each layer of the λ/4 multilayer film is λ. /4*l (
t −1,2). Further, the thicknesses of the active layer and both cladding layers are set so that the overall optical length thereof is A0.

ここでλ。は真空中での発振波長、n I +  n 
2はそれぞれn −Alt+Ga+−ttAs層とn−
^It2Ga+−m2As層の屈折率である。分布ブラ
ック反射膜の反射率は積層する媒質の屈折率差が大きい
ほど、すなわちxlとx2の差が大きいほど、また対の
数が多いほど大きくなるので、例えば!+ −0,1,
X2 =0.9〜1.対の数を20〜30対程度にする
のが望ましい。
Here λ. is the oscillation wavelength in vacuum, n I + n
2 are n-Alt+Ga+-ttAs layers and n-
It is the refractive index of the ^It2Ga+-m2As layer. The reflectance of a distributed black reflective film increases as the difference in refractive index of the laminated media increases, that is, as the difference between xl and x2 increases, and as the number of pairs increases, for example! + -0,1,
X2 =0.9~1. It is desirable that the number of pairs be about 20 to 30 pairs.

閉共振器中の固有モードの数は活性層のゲイン帯域内に
1つであることが理想的であるが、縮退あるいはモード
間隔が活性層のゲイン帯域よりも狭いことにより数個程
度になっても通常の半導体レーザに比べれば十分低閾値
となる。ただし、モード数が増える毎に自然放出係数は
小さくなり閾値は増大するので目安として10個程度以
内であることが望ましい。
Ideally, the number of eigenmodes in a closed resonator should be one within the gain band of the active layer, but due to degeneracy or because the mode spacing is narrower than the gain band of the active layer, the number of eigenmodes is reduced to a few. The threshold value is also sufficiently low compared to that of a normal semiconductor laser. However, as the number of modes increases, the spontaneous emission coefficient decreases and the threshold value increases, so as a guide, it is desirable that the number of modes be within about 10.

次に本発明実施例のレーザの製造方法について説明する
Next, a method for manufacturing a laser according to an embodiment of the present invention will be described.

まず、第2図(a)に示すように、n型GaAs基板1
の表面に、n  Alt+Ga1−x1As層とn  
Alx2Ga+、2^S層とのλ/4多層膜からなる反
射膜2、n型AIy+Ga+−y+^Sクラッド層3、
p型GaAs活性層4、p型AIy2Ga+−y2AS
クラッド層5を順次エピタキシャル成長により堆積した
のち、アモルファスシリコン層と酸化シリコン層との多
層膜からなる誘電体分布ブラック反射膜7を形成し、こ
の上層にレジストR1を塗布し、フォトリソグラフィに
よりこれをバターニングする。
First, as shown in FIG. 2(a), an n-type GaAs substrate 1
on the surface of n Alt+Ga1-x1As layer and n
Reflective film 2 consisting of a λ/4 multilayer film with Alx2Ga+ and 2^S layers, n-type AIy+Ga+-y+^S cladding layer 3,
p-type GaAs active layer 4, p-type AIy2Ga+-y2AS
After the cladding layer 5 is sequentially deposited by epitaxial growth, a dielectric distribution black reflective film 7 consisting of a multilayer film of an amorphous silicon layer and a silicon oxide layer is formed, a resist R1 is applied on this upper layer, and this is coated with a butter by photolithography. ning.

続いて第2図(b)に示すように、このレジストR1を
マスクとして反応性イオンビームエツチングにより基板
表面までエツチングし柱状の構造体を形成する。このマ
スクの形状はここでは正方形をなすようにしたが、円形
、長方形、円形、楕円形等とする。
Subsequently, as shown in FIG. 2(b), using this resist R1 as a mask, the substrate surface is etched by reactive ion beam etching to form columnar structures. Although the shape of this mask is square here, it may be circular, rectangular, circular, oval, or the like.

さらに、第2図(C)に示すようにレジストを取り去っ
た後にウェットエツチングにより側壁をエツチングする
Further, as shown in FIG. 2(C), after removing the resist, the side walls are etched by wet etching.

この後、第2図(d)に示すように、選択メルトバック
法により、活性層の側壁を窪ませる。これによってエツ
チング時に活性層に生じるダメージが除去される。
Thereafter, as shown in FIG. 2(d), the side walls of the active layer are depressed by selective melt-back. This eliminates damage caused to the active layer during etching.

次に、第2図(e)に示すように、アモルファスシリコ
ンと酸化シリコンの多層膜7を残したまま、高抵抗の電
流ブロック層8をp型クラッド層5の途中までエピタキ
シャル成長した後、コンタクト層9を形成する。
Next, as shown in FIG. 2(e), a high-resistance current blocking layer 8 is epitaxially grown halfway down the p-type cladding layer 5 while leaving the multilayer film 7 of amorphous silicon and silicon oxide, and then a contact layer is formed. form 9.

次に、第2図(r)に示すように、このマスク12を残
したまま反応性イオンビームエツチングを行い高抵抗の
電流ブロック層8を基板面に残した状態で、エツチング
を停止する。
Next, as shown in FIG. 2(r), reactive ion beam etching is performed with this mask 12 left in place, and the etching is stopped with the high resistance current blocking layer 8 left on the substrate surface.

さらに、第2図(g)に示すように、表面全体に^g、
Ag−Au、Ti−PL−^Uを蒸着したのち、レジス
ト(図示せず)を塗布し、表面を平坦化したのちエッチ
バックを行い、筒状体の上面の金属の頭だしを行い、さ
らにレジストをマスクとしてこの筒状体の上面の金属を
エツチング除去し、金属電極10を形成する。
Furthermore, as shown in Figure 2 (g), ^g,
After depositing Ag-Au and Ti-PL-^U, a resist (not shown) is applied, the surface is flattened, and then etched back to expose the metal on the top surface of the cylindrical body. Using a resist as a mask, the metal on the upper surface of this cylindrical body is removed by etching to form a metal electrode 10.

そして最後に、第2図(h)に示すように、基板の裏面
を研磨し、n型GaAs基板1の裏面に^u−Ge/旧
/Au下旧型Au下部電極11、第1図に示したような
レーザが完成する。
Finally, as shown in FIG. 2(h), the back surface of the substrate is polished, and a u-Ge/old/Au lower old type Au lower electrode 11 is placed on the back surface of the n-type GaAs substrate 1, as shown in FIG. A laser similar to the above is completed.

実施例2 次に、本発明の第2の実施例として、第3図に示すよう
に、筒状体の上面全体に誘電体分布ブラック反射膜7を
形成するようにしてもよい。
Embodiment 2 Next, as a second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, a dielectric distribution black reflective film 7 may be formed on the entire upper surface of the cylindrical body.

他は、第1図に示した実施例1の半導体レーザと全く同
様である。
The rest is completely the same as the semiconductor laser of Example 1 shown in FIG.

次に、この半導体レーザの製造方法について説明する。Next, a method for manufacturing this semiconductor laser will be explained.

まず、第4図(a)に示すように、n型GaAs基板1
の表面に、^IQ、 l Gao、 9^S層とAI。
First, as shown in FIG. 4(a), an n-type GaAs substrate 1
On the surface, ^IQ, l Gao, 9^S layers and AI.

、 7 Gao、 3^S層とのλ/4多層膜からなる
反射膜2、n型^1゜4 Gao、6Asクラッド層3
、p型GaAs活性層4、p型Alo’、 4 Gao
、 6 Asクラッド層5を順次エピタキシャル成長に
より堆積したのち、酸化シリコン膜12を形成しフォト
リソグラフィによりこれをパタニングする。
, 7 Gao, 3^S reflective film 2 consisting of a λ/4 multilayer film, n-type^1゜4 Gao, 6As cladding layer 3
, p-type GaAs active layer 4, p-type Alo', 4 Gao
, 6 As cladding layers 5 are sequentially deposited by epitaxial growth, and then a silicon oxide film 12 is formed and patterned by photolithography.

続いて第4図(b)に示すように、この酸化シリコン膜
12をマスクとして反応性イオンビームエツチングによ
り基板表面までエツチングし柱状の構造体を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 4(b), using this silicon oxide film 12 as a mask, the substrate surface is etched by reactive ion beam etching to form a columnar structure.

このマスクの形状は正方形、長方形、円形、楕円形等と
する。
The shape of this mask is square, rectangular, circular, oval, etc.

さらに、第4図(e)に示すようにウェットエツチング
により側壁をエツチングする。
Furthermore, as shown in FIG. 4(e), the side walls are etched by wet etching.

この後、第4図(d)に示すように、選択メルトバック
法により、活性層の側壁を窪ませる。これによってエツ
チング時に活性層に生じるダメージが除去される。
Thereafter, as shown in FIG. 4(d), the side wall of the active layer is depressed by selective melt-back. This eliminates damage caused to the active layer during etching.

次に、第4図(e)に示すように、酸化シリコンマスク
12を残したまま、高抵抗の電流ブロック層8をp型り
ラッド層5の途中までエピタキシャル成長した後、コン
タクト層9を形成する。
Next, as shown in FIG. 4(e), a high-resistance current blocking layer 8 is epitaxially grown to the middle of the p-type rad layer 5 while leaving the silicon oxide mask 12, and then a contact layer 9 is formed. .

次に、第4図(「)に示すように、このマスク12を残
したまま反応性イオンビームエツチングを行い反射膜2
の少なくとも半分以上、底面が基板面に達する手前でエ
ツチングを停止する。
Next, as shown in FIG.
Stop etching at least half way before the bottom surface reaches the substrate surface.

さらに、第4図(g)に示すように、表面全体にAg 
、 Ag−^u、TI−r’L−Auを蒸着したのち、
レジスト(図示せず)を塗布し、表面を平坦化したのち
エッチバックを行い、筒状体の上面の金属の頭だしを行
い、さらにレジストをマスクとしてこの筒状体の上面の
金属をエツチング除去するとともにこの酸化シリコンマ
スク12を除去し金属電極10を形成する。
Furthermore, as shown in Figure 4(g), Ag
, Ag-^u, TI-r'L-Au were deposited,
After applying a resist (not shown) and flattening the surface, etch back is performed to expose the metal on the top surface of the cylindrical body, and then, using the resist as a mask, remove the metal on the top surface of the cylindrical body by etching. At the same time, this silicon oxide mask 12 is removed and a metal electrode 10 is formed.

そしてこの上層に、第4図(h)に示すように、アモル
ファスシリコン層と酸化シリコン層との多層膜からなる
誘電体分布ブラック反射膜7を形成する。
Then, on this upper layer, as shown in FIG. 4(h), a dielectric distribution black reflective film 7 made of a multilayer film of an amorphous silicon layer and a silicon oxide layer is formed.

そして最後に基板の裏面を研磨し、nl4J、GaAs
基板1の裏面に^u−Ge /旧/^U下部電極11を
蒸着して、第3図に示したようなレーザが完成する。
Finally, the back side of the substrate is polished and the nl4J, GaAs
A ^-Ge/old/^U lower electrode 11 is deposited on the back surface of the substrate 1, and a laser as shown in FIG. 3 is completed.

この半導体レーザについても実施例〕で示したものと同
様、閾値が極めて低く発振効率の高いものとなっている
This semiconductor laser also has an extremely low threshold and high oscillation efficiency, similar to the one shown in Example.

実施例3 次に本発明の第3の実施例について説明する。Example 3 Next, a third embodiment of the present invention will be described.

この例では、第5図に示すように、誘電体分布ブラック
反射膜7に代えてp型A1m1Ga+−+ As/ p
型^1t2Ga+−t□^Sまたはノンドープ^1m+
Ga+−1As/^1t2Ga+−x2^S半導体分布
ブラック反射膜17を用いると共に基板表面のn型半導
体分布ブラック反射膜2のエツチングを途中で止め基板
表面に残すと共に平坦部に酸化シリコン膜22を形成し
、基板表面の不要な電極を取り除いた点である。
In this example, as shown in FIG. 5, p-type A1m1Ga+-+ As/ p
Type^1t2Ga+-t□^S or non-doped^1m+
A Ga+-1As/^1t2Ga+-x2^S semiconductor distribution black reflective film 17 is used, and the etching of the n-type semiconductor distribution black reflective film 2 on the substrate surface is stopped midway, leaving it on the substrate surface, and a silicon oxide film 22 is formed on the flat part. However, unnecessary electrodes on the surface of the substrate were removed.

この構造では、p型A1.、Ga 、、^s/p型A 
I 、 2Ga1−82^SまたはノンドープA1.、
Ga 、、 As/^1x2Ga、−12^S分布ブラ
ック反射膜17を用いることにより、p側電極との実質
的な接触面積が増大し素子のシリーズ抵抗が減少する。
In this structure, p-type A1. , Ga , ^s/p type A
I, 2Ga1-82^S or non-doped A1. ,
By using the Ga,, As/^1x2Ga, -12^S distribution black reflective film 17, the substantial contact area with the p-side electrode increases and the series resistance of the element decreases.

また、基板表面のn型ブラック反射膜2のエツチングを
途中で止め基板表面に残すようにしているため活性層を
選択的にメルトバックする際、基板を過剰に溶かすこと
なく活性層を十分にメルトバックすることができる。
In addition, since the etching of the n-type black reflective film 2 on the substrate surface is stopped midway through and is left on the substrate surface, when selectively melting back the active layer, the active layer can be sufficiently melted without excessively melting the substrate. Can be backed.

さらに基板上の不要な電極を取り除くことと半導体より
も誘電率の小さい絶縁膜7を用いることにより素子の電
気容量を小さくすることができ、さらに高速化をはかる
ことが可能となる。
Furthermore, by removing unnecessary electrodes on the substrate and using an insulating film 7 having a lower dielectric constant than that of a semiconductor, the capacitance of the element can be reduced, making it possible to further increase the speed.

実施例4 次に、本発明の第4の実施例について説明する。Example 4 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.

この例では、第6図に示すように基板に平行な方向に光
を放出する半導体レーザへの適用例を示したものである
In this example, as shown in FIG. 6, an example of application to a semiconductor laser that emits light in a direction parallel to a substrate is shown.

実施例3の構造にさらに、上面のp型^1.、Ga 。In addition to the structure of Example 3, p-type ^1. , Ga.

^s/p型^1,2Ga+−m□^Sまたはノンドープ
A1.lGa8 ^S/^It2Ga+−w□^S半導
体分布ブラック反射膜17の上層にさらに金属膜18を
形成し、2垂に覆うように構成されている。
^s/p type^1,2Ga+-m□^S or non-doped A1. A metal film 18 is further formed on the upper layer of the lGa8^S/^It2Ga+-w□^S semiconductor distribution black reflective film 17, so as to cover it in two directions.

この場合、半導体分布ブラック反射膜]7と金属膜18
の両方で反射されるため、5対程度の多層膜で構成され
たものでも十分な反射率を得ることができる。
In this case, the semiconductor distributed black reflective film] 7 and the metal film 18
Since the light is reflected by both, sufficient reflectance can be obtained even with a multilayer film made up of about 5 pairs.

なお、前記実施例では、基板としてn型GaAs基板を
用いたが、p型基板を用いても良いことはいうまでもな
い。その場合には各層の導電型を反転させるようにすれ
ばよい。
In the above embodiment, an n-type GaAs substrate was used as the substrate, but it goes without saying that a p-type substrate may also be used. In that case, the conductivity type of each layer may be reversed.

さらに、各半導体層の組成比、不純物濃度や厚さについ
ては、実施例に限定されることなく必要に応じて適宜変
更可能であり、AIGaAsP系の材料以外の材料を用
いた半導体レーザにも適用可能であることはいうまでも
ない。例えば1nGaAIP 系ノ材料に対応すること
もできる。ただし、クラッド層のlno、(Ga+−y
 Al−) o、q Pおよび活性層のlno、(ca
t−y Aly ) 0.Pはx>yである全てにおい
て実施可能である。また活性層を第7図に示すように量
子細線、量子月戸構造で構成しても良い。
Furthermore, the composition ratio, impurity concentration, and thickness of each semiconductor layer are not limited to the examples and can be changed as necessary, and can also be applied to semiconductor lasers using materials other than AIGaAsP-based materials. It goes without saying that it is possible. For example, it is also possible to use 1nGaAIP type materials. However, lno of the cladding layer, (Ga+-y
Al-) o, q P and active layer lno, (ca
ty Aly ) 0. P is feasible for all x>y. Further, the active layer may be composed of a quantum wire or a quantum wire structure as shown in FIG.

加えて、その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で
種々変形して実施することが可能である。
In addition, the present invention can be implemented with various modifications without departing from the spirit thereof.

〔効果〕〔effect〕

以上説明してきたように、本発明によれば、活性層側面
に放出される光エネルギーよりも大きな禁制帯幅を有す
る高抵抗の半導体層を介して形成された電極を兼ねる金
属反射膜と、活性層下面の半導体分布ブラック反射膜と
、活性層上面の分布ブラック反射膜とで、活性層を封じ
込めるように構成されているため、閾値の低い微小閉共
振型半導体レーザを得ることが可能となる。
As described above, according to the present invention, a metal reflective film that also serves as an electrode is formed via a high-resistance semiconductor layer that has a forbidden band width larger than the optical energy emitted to the side surface of the active layer, and Since the semiconductor distributed black reflective film on the lower surface of the layer and the distributed black reflective film on the upper surface of the active layer are configured to confine the active layer, it is possible to obtain a micro closed resonant semiconductor laser with a low threshold value.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1の実施例の半導体レーザを示す図
、第2図(a)乃至第2図(h)は同上導体レーザの製
造]−程を示す図、第3図は本発明の第2の実施例の半
導体レーザを示す図、第4図(a)乃至第4図(1)は
同上導体レーザの製造工程を示す図、第5図および第6
図は本発明の第3および第4の実施例の半導体レーザを
示す図、第7図は量子井戸箱および細線構造の活性層を
示す図、第8図(a)および第8図(l))は従来例の
面発光半導体レーザを示す図である。 ]・・・n型GaAs基板、2・・・半導体分布ブラッ
ク反射膜、3−n−^mGa1−v)ASクラッド層、
4−・−p型GaAs活性層、5−= p型^1 y 
2Ga + −y 2ASクラッド層、7・・・誘電体
分布ブラック反射膜、8・・・高抵抗の^(t+Ga 
+I As電流ブロック層、9−p  A1.2Ga+
−2Asコンタクト層、10・・・金属電極兼反射膜、
11・・・下部電極、12・・・酸化シリコン膜、17
・・・半導体分布ブラック反射膜、22・・・酸化シリ
コン膜、R1・・・レジスト、61・・・n型GaAs
基板、62・・・反射膜、63−n型AI0.4 Ga
o6Asクラッド層、64−D型GaAs活性層、65
−9型AI0.4 Gao6^Sクラッド層、66・・
・誘電体、68・・・高濃度のp+GaAs領域、69
・・・上部電極、70・・・下部電極。 第1図 第 図 出力光 第 図 第5図 第 図
FIG. 1 is a diagram showing a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention, FIGS. 2(a) to 2(h) are diagrams showing the manufacturing process of the same conductor laser, and FIG. FIGS. 4(a) to 4(1) are diagrams showing the semiconductor laser of the second embodiment of the invention, and FIGS. 5 and 6 are diagrams showing the manufacturing process of the same conductor laser.
The figures show semiconductor lasers according to third and fourth embodiments of the present invention, FIG. 7 shows a quantum well box and an active layer with a thin wire structure, and FIGS. 8(a) and 8(l). ) is a diagram showing a conventional surface emitting semiconductor laser. ]... n-type GaAs substrate, 2... semiconductor distributed black reflective film, 3-n-^mGa1-v) AS cladding layer,
4--p-type GaAs active layer, 5-=p-type^1 y
2Ga + -y 2AS cladding layer, 7... Dielectric distribution black reflective film, 8... High resistance^(t+Ga
+I As current blocking layer, 9-p A1.2Ga+
-2As contact layer, 10...metal electrode/reflection film,
11... Lower electrode, 12... Silicon oxide film, 17
...Semiconductor distributed black reflective film, 22...Silicon oxide film, R1...Resist, 61...N-type GaAs
Substrate, 62... Reflective film, 63-n type AI0.4 Ga
o6As cladding layer, 64-D type GaAs active layer, 65
-9 type AI0.4 Gao6^S cladding layer, 66...
・Dielectric material, 68... High concentration p + GaAs region, 69
. . . upper electrode, 70 . . . lower electrode. Figure 1 Figure Output light Figure 5 Figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】 活性層と、 前記活性層を挟む第1および第2のクラッド層と、 前記活性層側面を覆う、活性層から放出される光エネル
ギーよりも大きな禁制帯幅を有する高抵抗の半導体層を
介して形成された電極を兼ねる金属反射膜と、活性層下
面を覆う半導体分布ブラック反射膜と、活性層上面を覆
う分布ブラック反射膜とで構成された閉共振器構造をな
し、 かつ、前記閉共振器の大きさが発光媒質の自由空間にお
ける自然放出光のスペクトル幅程度の波長領域に1つま
たは少数個の固有モードを有する大きさであることを特
徴とする半導体レーザ。
[Scope of Claims] An active layer, first and second cladding layers sandwiching the active layer, and a high resistance layer covering side surfaces of the active layer and having a forbidden band width larger than optical energy emitted from the active layer. It has a closed resonator structure composed of a metal reflective film that also serves as an electrode formed through a semiconductor layer, a semiconductor distributed black reflective film that covers the bottom surface of the active layer, and a distributed black reflective film that covers the top surface of the active layer. A semiconductor laser characterized in that the size of the closed resonator is such that it has one or a few eigenmodes in a wavelength region that is approximately the spectral width of spontaneous emission light in the free space of the light emitting medium.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06318760A (en) * 1993-03-12 1994-11-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Surface emitting laser and manufacturing method thereof
JP2006041013A (en) * 2004-07-23 2006-02-09 Yokohama National Univ Light control element, light emitting element, optical circuit device
JP2007110034A (en) * 2005-10-17 2007-04-26 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor optical device manufacturing method and semiconductor optical device
US10116121B2 (en) 2015-05-08 2018-10-30 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device

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