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公開番号2021009896
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210128
出願番号2019122049
出願日20190628
発明の名称面発光レーザ
出願人住友電気工業株式会社
代理人個人,個人
主分類H01S 5/183 20060101AFI20201225BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高速動作が可能な面発光レーザを提供する。
【解決手段】面発光レーザ100は、基板20と、基板の上に設けられた下部コンタクト層122と、下部コンタクト層の上に、下部反射鏡層123、活性層124、上部反射鏡層125、上部コンタクト層127が順に積層された半導体層のメサ30と、上部コンタクト層の上に設けられた円環状の電極41と、電極の円環の内側のレーザ光を出射する光出射窓31と、を有し、上部反射鏡層は、電極及び光出射窓の直下を含む第1の領域141と、第1の領域が設けられたメサ内の第1の領域の周囲及びメサよりも外側を含む第2の領域142と、を有し、第1の領域のプロトンの濃度は、第2の領域のプロトンの濃度よりも低い。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
基板と、
前記基板の上に設けられた下部コンタクト層と、
前記下部コンタクト層の上に、下部反射鏡層、活性層、上部反射鏡層、上部コンタクト層が順に積層された半導体層のメサと、
前記上部コンタクト層の上に設けられた円環状の電極と、
前記電極の円環の内側のレーザ光を出射する光出射窓と、
を有し、
前記上部反射鏡層は、前記電極及び前記光出射窓の直下を含む第1の領域と、前記第1の領域が設けられた前記メサ内の前記第1の領域の周囲及び前記メサよりも外側を含む第2の領域と、を有し、
前記第1の領域のプロトンの濃度は、前記第2の領域のプロトンの濃度よりも低い面発光レーザ。
続きを表示(約 430 文字)【請求項2】
前記上部反射鏡層には、不純物元素として炭素がドープされており、
前記第2の領域では、炭素の濃度よりもプロトンの濃度が高い請求項1に記載の面発光レーザ。
【請求項3】
前記第1の領域では、炭素の濃度よりもプロトンの濃度が低い請求項2に記載の面発光レーザ。
【請求項4】
前記第2の領域におけるプロトンの濃度は、1×10
18
/cm
−3
以上、1×10
20
/cm
−3
以下である請求項1から3のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項5】
前記上部コンタクト層に接続された第1の電極パッドと、
前記下部コンタクト層に接続された第2の電極パッドと、
を有し、
前記第1の電極パッド及び前記第2の電極パッドは、前記第2の領域の上に設けられている請求項1から4のいずれかに記載の面発光レーザ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、面発光レーザに関するものである。
続きを表示(約 5,300 文字)【背景技術】
【0002】
面発光レーザと呼ばれる垂直共振型面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)は、半導体基板の上に、2つの反射鏡層と、反射鏡層に挟まれた活性層とを有し、半導体基板の基板面に対し垂直方向に光を出射するレーザである。面発光レーザでは、活性層及び反射鏡層等にメサを形成し、メサの反射鏡層の一部を選択的に酸化して酸化層を形成することにより、電流狭窄構造が形成されている。このような面発光レーザにおいては、メサ領域にプロトンを注入することにより、寄生容量を減らし、高速動作を可能にすることが開示されている(非特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2019−33210号公報
【非特許文献】
【0004】
Chang, C., et al., "Parasitics and Design Consideration on Oxide Implant VCSELs." article, IEEE Photonics Technology Letters, vol. 13, No. 12, Dec. 2001, pp. 1274-1276, XP-001076755
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
面発光レーザにおいては、より一層の高速動作が求められている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本実施形態の一観点によれば、面発光レーザは、基板と、基板の上に設けられた下部コンタクト層と、下部コンタクト層の上に、下部反射鏡層、活性層、上部反射鏡層、上部コンタクト層が順に積層された半導体層のメサと、上部コンタクト層の上に設けられた円環状の電極と、電極の円環の内側のレーザ光を出射する光出射窓と、を有する。更に、上部反射鏡層は、電極及び光出射窓の直下を含む第1の領域と、第1の領域が設けられたメサ内の第1の領域の周囲及びメサよりも外側を含む第2の領域と、を有し、第1の領域のプロトンの濃度は、第2の領域のプロトンの濃度よりも低い。
【発明の効果】
【0007】
本開示の面発光レーザによれば、高速動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1は、本開示の実施形態の面発光レーザの上面図である。
図2は、本開示の実施形態の面発光レーザの断面図である。
図3は、比較に用いた面発光レーザ201の上面図である。
図4は、比較に用いた面発光レーザ201の断面図である。
図5は、比較に用いた面発光レーザ202の上面図である。
図6は、比較に用いた面発光レーザ202の断面図である。
図7は、比較に用いた面発光レーザ203の上面図である。
図8は、比較に用いた面発光レーザ203の断面図である。
図9は、面発光レーザの寄生容量及びカットオフ周波数を示す図である。
図10は、本開示の実施形態の面発光レーザの製造方法の工程図(1)である。
図11は、本開示の実施形態の面発光レーザの製造方法の工程図(2)である。
図12は、本開示の実施形態の面発光レーザの製造方法の工程図(3)である。
図13は、本開示の実施形態の面発光レーザの製造方法の工程図(4)である。
図14は、本開示の実施形態の面発光レーザの製造方法の工程図(5)である。
図15は、本開示の実施形態の面発光レーザの製造方法の工程図(6)である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
実施するための形態について、以下に説明する。
【0010】
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。
【0011】
〔1〕 本開示の一態様に係る面発光レーザは、基板と、前記基板の上に設けられた下部コンタクト層と、前記下部コンタクト層の上に、下部反射鏡層、活性層、上部反射鏡層、上部コンタクト層が順に積層された半導体層のメサと、前記上部コンタクト層の上に設けられた円環状の電極と、前記電極の円環の内側のレーザ光を出射する光出射窓と、を有し、前記上部反射鏡層は、前記電極及び前記光出射窓の直下を含む第1の領域と、前記第1の領域が設けられた前記メサ内の前記第1の領域の周囲及び前記メサよりも外側を含む第2の領域と、を有し、前記第1の領域のプロトンの濃度は、前記第2の領域のプロトンの濃度よりも低い。
【0012】
これにより、面発光レーザの高速動作が可能となる。
【0013】
〔2〕 前記上部反射鏡層には、不純物元素として炭素がドープされており、前記第2の領域では、炭素の濃度よりもプロトンの濃度が高い。
【0014】
これにより、第2の領域を高抵抗化し、面発光レーザの高速動作を可能にすることができる。
【0015】
〔3〕 前記第1の領域では、炭素の濃度よりもプロトンの濃度が低い。
【0016】
第1の領域は電流を流す必要があるため、高抵抗化することを避けるためである。
【0017】
〔4〕 前記第2の領域におけるプロトンの濃度は、1×10
18
/cm
−3
以上、1×10
20
/cm
−3
以下である。
【0018】
これにより、第2の領域を高抵抗化し、面発光レーザの高速動作を可能にすることができる。
【0019】
〔5〕 前記上部コンタクト層に接続された第1の電極パッドと、前記下部コンタクト層に接続された第2の電極パッドと、を有し、前記第1の電極パッド及び前記第2の電極パッドは、前記第2の領域の上に設けられている。
【0020】
第1の電極パッド及び第2の電極パッドの下の部分を高抵抗化することにより、面発光レーザの高速動作を可能にすることができる。
【0021】
[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の一実施形態について詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
【0022】
(面発光レーザ)
本実施形態における面発光レーザ100について図1及び図2に基づき説明する。図1は本実施形態における面発光レーザ100の上面図であり、図2は、図1の一点鎖線1A−1Bに沿って切断した断面図である。本実施形態の面発光レーザ100は、基板20の上に、第1の下部DBR(Distributed Bragg Reflector)層121、下部コンタクト層122、第2の下部DBR層123、活性層124、上部DBR層125、上部コンタクト層127が順に形成されている。本願においては、第2の下部DBR層123、または、第1の下部DBR層121及び第2の下部DBR層123を下部反射鏡層と記載し、上部DBR層125を上部反射鏡層と記載する場合がある。
【0023】
上部DBR層125には、上部DBR層125を形成している複数の層のうちの一部を酸化することにより酸化領域126aが形成されており、酸化領域126aを形成することにより、酸化されなかった領域がアパーチャ領域126bとなる。よって、面発光レーザでは、電流狭窄構造126は、酸化領域126aとアパーチャ領域126bとにより形成されている。酸化領域126aはメサ30の周縁部から酸化することにより形成されている。酸化領域126aは、例えば、酸化アルミニウム(Al



)を含み、絶縁性を有しているため、アパーチャ領域126bよりも電流が流れにくい。よって、アパーチャ領域126bは、酸化領域126aよりも電流が流れやすく、電流経路となる。従って、このような電流狭窄構造126にすることより、効率的な電流注入が可能となる。本実施形態においては、アパーチャ領域126bの直径は、例えば7.5μmである。
【0024】
基板20は、例えば、半絶縁性のガリウム砒素(GaAs)で形成された半導体基板である。基板20と第1の下部DBR層121との間には、GaAsおよびAlGaAsにより形成されたバッファ層が設けられてもよい。
【0025】
第1の下部DBR層121、第2の下部DBR層123、上部DBR層125は、例えば、Al

Ga
1−x
As(x=0.16)とAl

Ga
1−y
As(y=0.9)とを光学膜厚がλ/4で交互に積層した半導体多層膜である。第1の下部DBR層121はi型の半導体層であり、不純物元素はドープされてはいない。第2の下部DBR層123は、n型の半導体層であり、例えば、不純物元素としてシリコン(Si)が、7×10
17
cm
−3
以上、2×10
18
cm
−3
以下の濃度でドープされている。上部DBR層125はp型の半導体層であり、例えば、不純物元素として亜鉛(Zn)が、1×10
18
cm
−3
以上、1×10
19
cm
−3
以下の濃度でドープされている。
【0026】
下部コンタクト層122は、例えば、厚さ400nmのn型Al

Ga
1−x
As(x=0.1)により形成されており、不純物元素としてSiが、3×10
18
cm
−3
の濃度でドープされている。上部コンタクト層127は、例えば、厚さ100nmのp型Al

Ga
1−x
As(x=0.16)により形成されており、不純物元素としてZnが、1×10
19
cm
−3
の濃度でドープされている。
【0027】
活性層124は、例えば、In

Ga
1−y
As層(y=0.107)とAl

Ga
1−x
As層(x=0.3)とが交互に積層された多重量子井戸(MQW:Multiple Quantum Well)構造を有し、光学利得を有する。尚、基板20、第1の下部DBR層121、下部コンタクト層122、第2の下部DBR層123、活性層124、上部DBR層125、上部コンタクト層127は、上記以外の化合物半導体で形成されてもよい。
【0028】
メサ30は、第2の下部DBR層123、活性層124、上部DBR層125、上部コンタクト層127により形成されている。具体的には、メサ30が形成される領域の周囲の第2の下部DBR層123、活性層124、上部DBR層125、上部コンタクト層127を除去し、溝32を形成することにより半導体層のメサ30が形成されている。メサ30の高さは、例えば4.5μm以上、5.0μm以下であり、上面の幅は、例えば、30μmである。メサ30の中心部分には、活性層124、上部DBR層125、上部コンタクト層127が形成されるが、メサ30の周辺部分には、高抵抗領域128が形成されている。
【0029】
メサ30の上面及び側面を含め、半導体層の上には、絶縁膜130が形成されている。絶縁膜130は、窒化シリコン(SiN)や酸窒化シリコン(SiON)等により形成されている。本実施形態においては、絶縁膜130は、第1の絶縁膜131、第2の絶縁膜132及び第3の絶縁膜133により形成されている。
【0030】
p電極41はメサ30の上面の上部コンタクト層127の上に形成されており、n電極51は溝32の底面において露出している下部コンタクト層122の上に形成されている。メサ30の上面のp電極41の上には、p電極パッド43と接続された配線42が設けられており、溝32の底面のn電極51の上には、n電極パッド53と接続された配線52が設けられている。
(【0031】以降は省略されています)

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