JP3181303B2 - Light emitting element - Google Patents

Light emitting element

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JP3181303B2
JP3181303B2 JP5857091A JP5857091A JP3181303B2 JP 3181303 B2 JP3181303 B2 JP 3181303B2 JP 5857091 A JP5857091 A JP 5857091A JP 5857091 A JP5857091 A JP 5857091A JP 3181303 B2 JP3181303 B2 JP 3181303B2
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憲 山口
利幸 宇佐川
正光 矢沢
利明 増原
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体光素子に係り、特
にコヒーレント光通信用の発光ダイオード若しくはレー
ザとして応用して好適な光素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor optical device, and more particularly to an optical device suitable for application as a light emitting diode or laser for coherent optical communication.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体光発光体、すなわち発光ダ
イオードおよびレーザとして光の指向性および波長選択
性を高めるために、分布帰還型半導体レーザが発明され
ている。 また、従来、非常に微小な構造から成る半導
体レーザとして、いわゆるマイクロキャビティレーザが
発明されている。例えば、1982年秋季第43回応用
物理学会学術講演予稿集29a−B−6、p.127に
示される如く、波長程度の大きさの構造を持つ3次元共
振器構成のレーザでは、すべての光波は極めて少数(数
個もしくは零個)の固有(共振)モードで規定されるた
め、誘導遷移は勿論、自然放出過程も著しく制限され、
従来のレーザとは異なりしきい値の内コヒーレント発光
素子、コヒーレントLEDあるいは低しきい値レーザを
実現することができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, distributed feedback semiconductor lasers have been invented as semiconductor light emitters, that is, light emitting diodes and lasers, in order to enhance the directivity and wavelength selectivity of light. Conventionally, a so-called microcavity laser has been invented as a semiconductor laser having a very small structure. For example, in the Fall of 1982, 43rd Annual Meeting of the Japan Society of Applied Physics, Proceedings 29a-B-6, p. As shown in 127, in a laser having a three-dimensional resonator configuration having a structure of about the wavelength, all light waves are defined by a very small number (several or zero) of eigen (resonance) modes. Not only the transition, but also the spontaneous release process is severely restricted,
Unlike the conventional laser, a coherent light emitting device, a coherent LED, or a low threshold laser can be realized among the thresholds.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
分布帰還型半導体レーザは、半導体基板上にグレーティ
ングを形成する必要があるため、結晶成長時に結晶に欠
陥が入りやすく、高品質の半導体レーザが得られにくい
等の欠点がある。
However, in the above-mentioned distributed feedback semiconductor laser, it is necessary to form a grating on a semiconductor substrate, so that a crystal is likely to have defects during crystal growth, and a high-quality semiconductor laser can be obtained. There are drawbacks, such as difficult to be.

【0004】本発明の目的は、このような分布帰還型半
導体レーザの欠点を克服し、光の指向性および波長選択
性を高める方法を提供するものである。
An object of the present invention is to provide a method for overcoming the drawbacks of the distributed feedback semiconductor laser and improving the directivity and wavelength selectivity of light.

【0005】さらに本発明の他の目的は、作製が非常に
困難なマイクロキャビティレーザを実際に再現性良く作
製する方法を提供するものである。
Still another object of the present invention is to provide a method for actually fabricating a microcavity laser which is extremely difficult to fabricate with good reproducibility.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】光の指向性および波長選
択性を高める方法として、本発明では半導体平面上に形
成されたpn接合を有する針状結晶を用いる。この針状
結晶を図1に示すように、その間隔が波長の整数倍にな
るように配置すれば、それぞれのpn接合を有する針状
結晶から発光した光は、図に示すように、互いに強め合
い横方向から光の指向性および波長選択性に優れたいわ
ゆるレーザ光が放出される。この場合、本発明のレーザ
装置は、従来の分布帰還型半導体レーザに比べて、欠陥
の入りにくい針状結晶を用いているため、高品質のレー
ザが得られるという大きな長所がある。
As a method of improving the directivity and wavelength selectivity of light, the present invention uses a needle-shaped crystal having a pn junction formed on a semiconductor plane. By arranging the needle-shaped crystals so that the interval is an integer multiple of the wavelength as shown in FIG. 1, the light emitted from the needle-shaped crystals having the respective pn junctions is strengthened as shown in FIG. A so-called laser beam having excellent light directivity and wavelength selectivity is emitted from the horizontal direction. In this case, the laser device of the present invention has a great advantage that a high-quality laser can be obtained because it uses a needle-like crystal that is less likely to have a defect than a conventional distributed feedback semiconductor laser.

【0007】上述の発明は、1次元の場合であったが、
これは平面の直交する2つの方向で針状結晶の間隔が波
長の整数倍になるように配置すれば、直交する2つの方
向から独立に高品質のレーザ光が得られる事になり、こ
れは従来の分布帰還型半導体レーザでは、決して得られ
ない新しい機能が発現する。また、2つの方向が直交す
る場合以外にも、任意の方向の針状結晶の間隔を波長の
整数倍にすれば、その方向に放射するレーザ光がえら
れ、この素子の汎用性を著しく高める結果になる。 い
っぽう、任意の方向の針状結晶の間隔を波長の整数倍と
異なるようにすれば、その方向へは光は放射しないよう
にすることができる。この光を放射しないようにする場
合の最も有効な針状結晶の間隔Lは、光の波長をλと
し、Nを整数として、L=(2N+1)λ/2である。
以上示した波長λは、光が伝搬する誘電体の屈折率を考
慮して補正することは勿論である。
In the above-described invention, the one-dimensional case is used.
This is because if needle crystals are arranged so that the interval between the needle crystals in two orthogonal directions of the plane is an integral multiple of the wavelength, high-quality laser light can be obtained independently from the two orthogonal directions. A conventional distributed feedback semiconductor laser exhibits a new function that can never be obtained. In addition to the case where the two directions are orthogonal to each other, if the interval between the needle-shaped crystals in any direction is set to an integral multiple of the wavelength, laser light radiated in that direction can be obtained, and the versatility of this element is markedly improved. Results. On the other hand, if the interval between the needle crystals in an arbitrary direction is made different from an integral multiple of the wavelength, light can be prevented from being emitted in that direction. The most effective spacing L between the needle-like crystals when not emitting this light is L = (2N + 1) λ / 2, where λ is the wavelength of the light and N is an integer.
The wavelength λ shown above is, of course, corrected in consideration of the refractive index of the dielectric through which light propagates.

【0008】また、マイクロキャビティーレーザを作製
するためには、径が1μm以下の半導体ロッドからな
り、ロッドの途中で電気的性質がn型からp型に変わる
構造を用いる。図22は、その構造を示したもので、こ
のような構造にすれば、共振器としてロッド内部の屈折
率が周囲より高くなり、かつその寸法が小さいために極
めて少数の固有モードのみが立つことを許され、いわゆ
る低しきい値レーザが実現する。
Further, in order to manufacture a microcavity laser, a structure is used which is made of a semiconductor rod having a diameter of 1 μm or less and whose electrical property changes from n-type to p-type in the middle of the rod. FIG. 22 shows the structure. With such a structure, the refractive index inside the rod becomes higher than that of the surroundings as a resonator, and only a very small number of eigenmodes stand due to its small size. And a so-called low threshold laser is realized.

【0009】さらに具体的には、ロッドの長手方向が直
接遷移半導体結晶の結晶軸が(111)方向であれば、
結晶の対称性のためにより効率の良いレーザ発振ができ
る。
More specifically, if the longitudinal direction of the rod is the crystal axis of the direct transition semiconductor crystal in the (111) direction,
Due to the symmetry of the crystal, more efficient laser oscillation can be achieved.

【0010】さらに図23に示すとおり、上記ロッド2
01を光通信用光ファイバのコア202内に埋め込め
ば、光ファイバ203中に有効に光が取り込まれ、光電
送媒体として飛躍的なメリットが得られる。
[0010] Further, as shown in FIG.
When 01 is embedded in the core 202 of the optical fiber for optical communication, light is effectively taken into the optical fiber 203, and a remarkable merit can be obtained as a photoelectric transmission medium.

【0011】このような半導体ロッドを実現する一つの
方法は、半導体基板上にエピタキシャル成長させた極め
て細い半導体結晶を用いることである。すなわち、図2
4に示すように、たとえばGaAsからなる極めて細い
半導体結晶205を形成し、その途中からドープするイ
オンの種類を変え、例えばn型からp型に変化させ、こ
の結晶を基板204から取り出すと、マイクロキャビテ
ィレーザが作製できる。
One method of realizing such a semiconductor rod is to use an extremely thin semiconductor crystal epitaxially grown on a semiconductor substrate. That is, FIG.
As shown in FIG. 4, an extremely thin semiconductor crystal 205 made of, for example, GaAs is formed, and the type of ions to be doped is changed in the middle, for example, from n-type to p-type. A cavity laser can be manufactured.

【0012】また、一様な極めて細い結晶の代わりに、
図25に示すように、成長の長手方向に径が周期的に変
化する構造物を用い、その周期を波長の半分にすれば、
分布帰還増幅型の半導体レーザが作製できる。
Also, instead of uniform, very thin crystals,
As shown in FIG. 25, if a structure whose diameter changes periodically in the longitudinal direction of growth is used and the period is set to half the wavelength,
A distributed feedback amplification type semiconductor laser can be manufactured.

【0013】[0013]

【作用】図1に示すごとく、一本の発光体ロッドから隣
の発光体ロッドまでの距離Lをでて来るレ−ザ光の波長
λの整数倍となるようにした。こうすることにより、発
光体ロッドからでてきた波長λの光は、他の発光体ロッ
ド内部の励起子を誘導して位相のそろった波長λの光を
レ−ザ発振した。この時の距離Lは、発光体ロッドの周
囲の屈折率n0と発光体ロッドの屈折率n1との空間的平
均値n2、発光体ロッドの太さをWとして求め、λ′=
λ/n2の値を整数倍した値をとった。
As shown in FIG. 1, the distance L from one luminous rod to an adjacent luminous rod is set to be an integral multiple of the wavelength λ of the laser light coming out. Thus, the light having the wavelength λ emitted from the light emitting rod induced the excitons in the other light emitting rods, and the light having the wavelength λ having the same phase was laser-oscillated. The distance L at this time is obtained as a spatial average value n 2 of the refractive index n 0 around the light emitting rod and the refractive index n 1 of the light emitting rod, and the thickness of the light emitting rod as W.
The value obtained by multiplying the value of λ / n 2 by an integer was taken.

【0014】図15に示すように、発光体ロッドを正n
角形状に並べ、さらにその各辺の方向に等間隔になるよ
うに並べると、その方向に光が放射される。また、この
構造の光素子を光アンテナとして利用すると、2次元上
のあらゆる方向から伝搬して来る電磁波を捕らえること
が可能である。
[0015] As shown in FIG.
If they are arranged in a square shape and further arranged at equal intervals in the direction of each side, light is emitted in that direction. When an optical element having this structure is used as an optical antenna, it is possible to catch electromagnetic waves propagating from all directions in two dimensions.

【0015】光素子を図18(a)のように2つ並べ、
片方に通電してレ−ザ発振器として使い、もう一方にそ
のレ−ザ光を照射するとそちらは受信機として作用する
ことが分かる。このように、2つ以上の光素子を利用す
ることにより、図18(b)に示すように、光素子同志
による送信と受信のやり取りを実現することができる。
更にこの光素子にフィ−ドバック系を設け、周囲から伝
搬してきた電磁波を一度電気に変換し、再び光素子を通
して光に変換して他の光素子に照射させれば、素子同志
が勝手に通信を行うことになり、光ニュ−ラルネットワ
−クとして応用できる。
Two optical elements are arranged as shown in FIG.
It can be seen that when one is energized and used as a laser oscillator and the other is irradiated with the laser light, it acts as a receiver. As described above, by using two or more optical elements, transmission and reception between the optical elements can be realized as shown in FIG.
Further, a feedback system is provided on this optical element, and once the electromagnetic wave propagating from the surroundings is converted into electricity, converted into light again through the optical element and irradiated on other optical elements, the other elements communicate with each other. And can be applied as an optical neural network.

【0016】また、本発明によるマイクロキャビティレ
ーザでは、寸法が波長のオーダーと極めて小さいため、
低しきい値レーザ、あるいはしきい値のないコヒーレン
ト発光素子、コヒーレントLEDが得られる。
In the microcavity laser according to the present invention, the dimensions are extremely small, on the order of wavelength, and
A low-threshold laser, a coherent light-emitting device without a threshold, or a coherent LED can be obtained.

【0017】具体的には、図22に示されるマイクロキ
ャビティレーザの場合、半径が1μm以下と小さく、長
さも光の波長と同程度であるため、すべての光波は極め
て少数の固有共振モードのため、誘導遷移は勿論、自然
放出過程を著しく制御され、しきい値のないコヒーレン
ト発光素子、コヒーレントLEDあるいは低しきい値レ
ーザが作製できる。また、ロッドの途中でn型からp型
に電気的性質が変わっているため、p−n接合効果によ
ってキャリアの注入発光が生じ、レーザ発振がおこる。
More specifically, in the case of the microcavity laser shown in FIG. 22, the radius is as small as 1 μm or less and the length is about the same as the wavelength of light. In addition, the spontaneous emission process as well as the induced transition is remarkably controlled, and a coherent light-emitting device, a coherent LED, or a low-threshold laser having no threshold can be manufactured. In addition, since the electrical properties are changed from n-type to p-type in the middle of the rod, carrier injection light emission occurs due to the pn junction effect, and laser oscillation occurs.

【0018】また、図23に示す如く、光ファイバ20
3中に埋め込まれた場合、ロッド201端面から放射さ
れた光は、図にしめすように、有効に光ファイバコア2
02内に閉じ込められて伝搬し、発光源と光ファイバの
結合効率が飛躍的に増加する。
Further, as shown in FIG.
3, the light emitted from the end face of the rod 201 is effectively used as the optical fiber core 2 as shown in FIG.
The light is propagated by being confined in the light emitting element 02, and the coupling efficiency between the light emitting source and the optical fiber is dramatically increased.

【0019】[0019]

【実施例】以下に本発明の実施例を示す。なお各図中、
同一符号は同一構造を表す。
Examples of the present invention will be described below. In each figure,
The same reference numerals represent the same structure.

【0020】 実施例1 発光体ロッドを実現するために、GaAs(111)B
基板の平面上に減圧有機金属気相成長法によって針状結
晶を選択成長させた。針状結晶を所望の場所に成長させ
るために、図2(a)のようにドナ−濃度を1018/c
3にド−ピングしたGaAs(111)B基板3上に
フォ−カスト・イオン・ビ−ム(FIB)を用いて、G
aAs針状結晶のもとになる種を植え付けた。
Example 1 In order to realize a light emitting rod, GaAs (111) B
Needle-like crystals were selectively grown on the plane of the substrate by reduced-pressure metalorganic chemical vapor deposition. As shown in FIG. 2A, the donor concentration is set to 10 18 / c in order to grow the needle-like crystal at a desired place.
de in m 3 - keeping the GaAs (111) follower on B substrate 3 - Cast ion bi - using beam (FIB), G
The seeds underlying the aAs needle crystals were planted.

【0021】その後、減圧有機金属気相成長法によっ
て、図2(b)に示すように針状結晶9を成長させた。
針状結晶のド−ピングは最初nで成長を始め、2.1μ
m成長したところでド−ピングをpに変え、そこからp
ド−プの針状結晶を2.1μm成長させた。従って、こ
の針状結晶は、長さが4.2μmで、ちょうどその中心
部にpn接合を形成している。この時のド−ピング濃度
は、ドナ−、アクセプタともに1018/cm3とした。
Thereafter, needle crystals 9 were grown by reduced pressure metalorganic chemical vapor deposition as shown in FIG. 2 (b).
The doping of the needle-like crystal starts growing at n first, and
After the growth of m, the doping is changed to p, and p
Doped needle crystals were grown to 2.1 μm. Therefore, this needle-shaped crystal has a length of 4.2 μm and forms a pn junction at the center thereof. The doping concentration at this time was 10 18 / cm 3 for both the donor and the acceptor.

【0022】この針状結晶の形成された基板に、図2
(c)に示すようにスピン・オン・グラス(SOG)を
塗布した。塗布後、480℃で30分間キュアした。そ
の時のSOG膜6の厚みは4μmであった。針状結晶の
先端部に余分に付着しているSOGを取り除くため、フ
ッ酸系エッチング液で0.2μmエッチングした。そし
てその部分にp電極を蒸着し、450℃でアニ−ルして
オ−ミックコンタクトをとった。p電極には金亜鉛を用
いた。
FIG. 2 shows the substrate on which the needle-like crystals are formed.
Spin-on-glass (SOG) was applied as shown in (c). After the application, the coating was cured at 480 ° C. for 30 minutes. At that time, the thickness of the SOG film 6 was 4 μm. Etching was performed with a hydrofluoric acid-based etchant at a thickness of 0.2 μm to remove extra SOG attached to the tip of the needle-shaped crystal. Then, a p-electrode was vapor-deposited on the portion and annealed at 450 ° C. to form an ohmic contact. Gold and zinc were used for the p-electrode.

【0023】次に、図3(a)に示すごとく微細な研磨
粉を用いて基板の裏面を研磨し、全体の厚みを100μ
mとした。この基板の裏面には、n電極5を蒸着し、4
50℃でアニ−ルした。n電極には金ゲルマニウムニッ
ケルを用いた。
Next, as shown in FIG. 3A, the back surface of the substrate is polished using fine polishing powder to reduce the total thickness to 100 μm.
m. An n-electrode 5 is deposited on the back surface of this substrate,
Annealed at 50 ° C. Gold germanium nickel was used for the n-electrode.

【0024】このようにして作られた図1のレ−ザ発振
器に電界をかけ、その特性を調べた。図1では針状結晶
を1列に並べてどのような条件のもとでレ−ザ発振が可
能であるかを調べたものである。針状結晶を1次元上に
並べたときの基板の長さと発振されたレ−ザ光の強度
(規格化出力)P/P0の関係を図8(b)に示す。
An electric field was applied to the laser oscillator of FIG. 1 thus manufactured, and its characteristics were examined. In FIG. 1, needle-like crystals are arranged in a line to examine under what conditions laser oscillation is possible. FIG. 8B shows the relationship between the length of the substrate and the intensity (normalized output) P / P 0 of the oscillated laser light when the needle-shaped crystals are arranged one-dimensionally.

【0025】なお本実施例においてpとnとを逆にして
もまったく同様の結果が得られた。
In this embodiment, exactly the same results were obtained even if p and n were reversed.

【0026】 実施例2 実施例1と同様の装置をFIBを用いず、次に示すプロ
セスで作製した。
Example 2 An apparatus similar to that of Example 1 was manufactured by the following process without using FIB.

【0027】まず、図4に示すごとく、GaAs基板に
熱CVD法でSiO2膜を0.1μm成長させ、次にフ
ォトリソグラフィ及び気相エッチング法を用いてSiO
2膜に径0.1μmの穴を距離L間隔で開けた。この基
板上にMOCVD法によりnド−プGaAs針状結晶を
成長させた。この後、この針状結晶に電極を蒸着したプ
ロセスは、実施例1とまったく同様である。このプロセ
スで作製されたマイクロキャビティレ−ザも実施例1の
レ−ザと同様の特性を示した。
First, as shown in FIG. 4, a 0.1 μm SiO 2 film is grown on a GaAs substrate by a thermal CVD method, and then the SiO 2 film is formed by photolithography and vapor phase etching.
Holes having a diameter of 0.1 μm were formed in the two films at a distance L interval. On this substrate, n-doped GaAs needle crystals were grown by MOCVD. Thereafter, the process of depositing an electrode on the needle-shaped crystal is exactly the same as that of the first embodiment. The microcavity laser produced by this process also showed the same characteristics as the laser of Example 1.

【0028】このときの各針状結晶間の距離L=172
nm、針状結晶の太さW=100nm、SOGの屈折率
0=1、針状結晶の屈折率n1=3.61、屈折率の空
間的平均値n2=n0+(n1−n0)×(W/L)=2.
52、自然数N、針状結晶の本数N0=7.7×10
5(本)、針状結晶からの発光波長λ=865.4n
m、発振したレ−ザ波長λ′=344nmとして、Lと
発振されたレ−ザ光の強度(規格化出力)P/P0との
関係を図6(a)に、針状結晶に流れた電流密度とP/
0との関係を図6(b)に、W=100nmのもとで
0とP/P0との関係を図7に、レ−ザ光が発振したと
きのLとWの関係を図8に示す。
At this time, the distance L between each needle-like crystal is L = 172.
nm, the thickness W = 100 nm needles, the refractive index n 0 = 1 the SOG, the refractive index n 1 = 3.61 needles, spatial averaging of the refractive index value n 2 = n 0 + (n 1 −n 0 ) × (W / L) = 2.
52, natural number N, number of needle-shaped crystals N 0 = 7.7 × 10
5 (number), emission wavelength λ = 865.4n from needle-like crystal
FIG. 6 (a) shows the relationship between L and the intensity (normalized output) P / P 0 of the oscillated laser light, where m is the oscillated laser wavelength λ ′ = 344 nm. Current density and P /
The relationship between P 0 in FIG. 6 (b), Figure 7 the relationship between the under N 0 and P / P 0 of W = 100 nm, Re - The light the relationship L and W at the time of the oscillation As shown in FIG.

【0029】 実施例3 実施例1と2において、図10に示すようにGaAs
(111)Bのn基板平面上に各針状結晶9の間隔がλ
/n2の値を整数倍した値となるように配列し、SOG
を塗布した。p電極は図11に示すように行、または列
方向に蒸着した。これによって、発光させたい針状結晶
の1行または1列のみを発光させることができた。ま
た、1行、または1列のみに通電することによって、レ
−ザ光の波長程度の幅を持つ極めて細いレ−ザ光を得る
ことができた。発振されたレ−ザ光は、図10の白抜き
の矢印が示す方向のみに発振し、他の方向の光は干渉し
あって打ち消しあい、観測されなかった。
Embodiment 3 In Embodiments 1 and 2, as shown in FIG.
The distance between the needle crystals 9 on the (111) B n-substrate plane is λ.
/ N 2 are arrayed so as to be a value obtained by multiplying the value by an integer, and SOG
Was applied. The p-electrode was deposited in the row or column direction as shown in FIG. Thereby, it was possible to emit light only in one row or one column of the needle-like crystal to be emitted. In addition, by energizing only one row or one column, it was possible to obtain an extremely thin laser beam having a width of about the wavelength of the laser beam. The oscillated laser light oscillated only in the direction indicated by the white arrow in FIG. 10, and light in other directions interfered each other and was not observed.

【0030】なお本実施例においてpとnとを逆にして
もまったく同様の結果が得られた。
In this embodiment, even if p and n were reversed, exactly the same results were obtained.

【0031】 実施例4 実施例1と2において、図10に示すようにGaAs
(111)Bの半絶縁性基板平面上に各針状結晶9の間
隔がλ/n2の値を整数倍した値となるように配列した
のち、図5(a)に示すように、針状結晶の形成された
基板の上にSOGを塗布する前にn電極を蒸着した。針
状結晶についてしまったn電極は、蒸着のときn電極
(金ゲルマニウムニッケル)の原子がとんで来る方向
を、針状結晶の先が向いているためにあまり厚く付着す
るわけではないので、エッチングによって簡単に取り除
くことができた。その後は実施例1、2に示したのと同
様にしてSOGを塗布してベ−キングし、実施例3と同
様にしてp電極を蒸着した。これによって、発光させた
い針状結晶の1行または1列のみを発光させることがで
きた。また、1行または1列のみに通電することによっ
て、レ−ザ光の波長程度の幅を持つ極めて細いレ−ザ光
を得ることができた。発振されたレ−ザ光は、図10の
白抜きの矢印が示す方向のみに発振し、他の方向の光は
干渉しあって打ち消しあい、観測されなかった。
Fourth Embodiment In the first and second embodiments, as shown in FIG.
After arranging the needle-shaped crystals 9 on the (111) B semi-insulating substrate plane so that the interval between the needle-shaped crystals 9 is an integral multiple of the value of λ / n 2 , as shown in FIG. An n-electrode was vapor-deposited before applying SOG on the substrate on which the crystal was formed. The n-electrode formed on the acicular crystal is not so thickly attached because the tip of the acicular crystal faces the direction in which the atoms of the n-electrode (gold-germanium-nickel) fly during vapor deposition. Could be easily removed. Thereafter, SOG was applied and baked in the same manner as in Examples 1 and 2, and a p-electrode was deposited in the same manner as in Example 3. Thereby, it was possible to emit light only in one row or one column of the needle-like crystal to be emitted. In addition, by energizing only one row or one column, it was possible to obtain an extremely thin laser beam having a width about the wavelength of the laser beam. The oscillated laser light oscillated only in the direction indicated by the white arrow in FIG. 10, and light in other directions interfered each other and was not observed.

【0032】なお本実施例においてpとnとを逆にして
もまったく同様の結果が得られた。
In this embodiment, exactly the same results were obtained even if p and n were reversed.

【0033】 実施例5 実施例1と2において、図10に示すようにGaAs
(111)Bの半絶縁性基板平面上に各針状結晶9の間
隔がλ/n2の値を整数倍した値となるように配列した
のち、図5(a)に示すように、針状結晶の形成された
基板の上にSOGを塗布する前に図12の5に示すよう
にn電極を行または列状に蒸着した。針状結晶について
しまったn電極は、実施例4と同様の理由で、エッチン
グによって簡単に取り除くことができた。そして、SO
Gを塗布してベ−キングし、実施例2と同様にしてp電
極を蒸着した。このような構造にすることによって、所
望の針状結晶に接触する電極に通電して、その1本だけ
を発光させることができた。
Fifth Embodiment In the first and second embodiments, as shown in FIG.
After arranging the needle-shaped crystals 9 on the (111) B semi-insulating substrate plane so that the interval between the needle-shaped crystals 9 is an integral multiple of the value of λ / n 2 , as shown in FIG. Before applying SOG on the substrate on which the crystals were formed, n electrodes were deposited in rows or columns as shown in FIG. The n-electrode left on the needle-like crystal could be easily removed by etching for the same reason as in Example 4. And SO
G was applied and baked, and a p-electrode was deposited as in Example 2. By adopting such a structure, it is possible to supply electricity to an electrode that comes into contact with a desired needle-like crystal, and emit light only from one of the electrodes.

【0034】もちろん、所望の針状結晶を何本でも発光
させることができることはいうまでもない。
Needless to say, any desired number of needle-shaped crystals can be emitted.

【0035】なお本実施例においてpとnとを逆にして
もまったく同様の結果が得られた。
In this embodiment, the same result was obtained even when p and n were reversed.

【0036】 実施例6 図13に示すようにGaAs(111)Bの半絶縁性基
板平面上に各針状結晶9の間隔がλ/n2の値を整数倍
した値となるように配列したのち、実施例4に示した電
極の取付け方を用いて電極を取り付けた。レ−ザ光の発
振する方向は図9(a)のしろ抜きの矢印の示す方向だ
けであった。
Example 6 As shown in FIG. 13, needle-like crystals 9 were arranged on a GaAs (111) B semi-insulating substrate plane such that the interval between the needle-like crystals 9 was an integral multiple of the value of λ / n 2 . Thereafter, the electrodes were attached using the method for attaching the electrodes shown in Example 4. The direction in which the laser light oscillated was only the direction indicated by the arrow drawn out in FIG.

【0037】なお本実施例においてpとnとを逆にして
もまったく同様の結果が得られた。
In this embodiment, even if p and n were reversed, exactly the same results were obtained.

【0038】 実施例7 実施例5と同様に、図14に示すようにGaAs(11
1)Bの半絶縁性基板平面上に各針状結晶9の間隔がλ
/n2の値を整数倍した値となるように配列したのち、
実施例4に示した電極の取付け方を用いて電極を取り付
けた。レ−ザ光の発振する方向は図14の白抜きの矢印
の示す方向だけであった。
Embodiment 7 As in Embodiment 5, as shown in FIG.
1) The distance between the needle crystals 9 on the plane of the semi-insulating substrate B is λ
After arranging the values of / n 2 to be integer multiples,
Electrodes were mounted using the method of mounting electrodes shown in Example 4. The direction in which the laser light oscillated was only the direction indicated by the white arrow in FIG.

【0039】なお本実施例においてpとnとを逆にして
もまったく同様の結果が得られた。
In this embodiment, even if p and n were reversed, exactly the same results were obtained.

【0040】 実施例8 図9に示すようにGaAs(111)Bの半絶縁性基板
平面上に各針状結晶9の一方向の間隔がλ/n2の値を
整数倍した値、他方向の間隔がその値の半分の値となる
ように配列したのち、実施例4に示した電極の取付け方
を用いて電極を取り付けた。レ−ザ光の発振する方向は
図7の白抜きの矢印の示す方向だけであった。
Example 8 As shown in FIG. 9, the distance in one direction between the needle-shaped crystals 9 on the plane of the semi-insulating substrate of GaAs (111) B is a value obtained by multiplying the value of λ / n 2 by an integer, and the other direction. Were arranged so that the distance between them was half of that value, and then the electrodes were mounted using the method of mounting electrodes shown in Example 4. The direction in which the laser light oscillated was only the direction indicated by the white arrow in FIG.

【0041】なお本実施例においてpとnとを逆にして
もまったく同様の結果が得られた。
In this embodiment, exactly the same result was obtained even if p and n were reversed.

【0042】 実施例9 実施例5と同様の工程で光素子を作製した。但し、素子
上面に蒸着するp電極は透明電極SnO2膜を用いた。
また、各針状結晶間の距離Lは、Nλ′/2とした。本
実施例では、横方向に対するレ−ザ光は観測されない代
わりに、図16(a)に示すように縦方向にレ−ザ光が
発振された。このレ−ザ光は、この素子の電極の面積
2.3×104(μm2)程度の広がりをもつ極めてコヒ
−レントの良い光であった。
Example 9 An optical device was manufactured in the same process as in Example 5. However, a transparent electrode SnO 2 film was used as a p-electrode deposited on the upper surface of the element.
The distance L between the needle-like crystals was Nλ '/ 2. In this embodiment, the laser light in the horizontal direction was not observed, but the laser light was oscillated in the vertical direction as shown in FIG. This laser light was an extremely coherent light having a spread of about 2.3 × 10 4 (μm 2 ) of the electrode area of the device.

【0043】なお本実施例においてpとnとを逆にして
もまったく同様の結果が得られた。
In this embodiment, the same result was obtained even when p and n were reversed.

【0044】 実施例10 実施例2で作製された光素子を図16(b)に示すよう
な装置に、高い電圧(1.5V)を印加し、他の半導体
レ−ザから発振された波長860nm近辺のレ−ザ光を
透過させた。この時、出てきたレ−ザ光は、入射したと
きの光よりもはるかにコヒ−レントのよい光であった。
このようにすれば、本発明による光素子はレ−ザ光の発
振器としてのみならず、共振器としても作用する。
Example 10 A high voltage (1.5 V) was applied to the optical device manufactured in Example 2 to an apparatus as shown in FIG. 16B, and the wavelength oscillated from another semiconductor laser. Laser light near 860 nm was transmitted. At this time, the emitted laser light had much better coherence than the light when it entered.
Thus, the optical device according to the present invention functions not only as a laser light oscillator but also as a resonator.

【0045】また、実施例9で作製した光素子に高電圧
(1.5V)を印加し、図16(c)のようにして他の
半導体レ−ザの光を入射すると、極めてコヒ−レントの
良好な光が図16(b)の縦方向に曲げられて発振され
た。
When a high voltage (1.5 V) is applied to the optical device manufactured in Example 9 and light from another semiconductor laser is incident as shown in FIG. Good light was bent in the vertical direction in FIG. 16B and oscillated.

【0046】なお本実施例においてpとnとを逆にして
もまったく同様の結果が得られた。
In this embodiment, exactly the same results were obtained even when p and n were reversed.

【0047】 実施例11 実施例10と同様にして図16(b)に示す様な装置を
設け、光素子に印加していた電源電圧を落とし、代わり
に電気測定器を取り付けたところ、1.5Vの電圧がか
かった。半導体レ−ザの光をパルス信号にすると、光素
子はその光信号を正確に読み取った。
Embodiment 11 In the same manner as in Embodiment 10, an apparatus as shown in FIG. 16B was provided, the power supply voltage applied to the optical element was dropped, and an electric measuring instrument was attached instead. A voltage of 5V was applied. When the light of the semiconductor laser was converted into a pulse signal, the optical element correctly read the optical signal.

【0048】また、図16(c)に示すように、針状結
晶の間隔を様々に変えたところ、入射する光のレ−ザを
様々に変化させても、入射する光のパルス信号を光素子
は正確に読み取った。
As shown in FIG. 16 (c), when the interval between the needle-like crystals is variously changed, even if the laser of the incident light is variously changed, the pulse signal of the incident light is not changed. The device was read correctly.

【0049】更に、図17に示すように、行または列ご
とに針状結晶間の間隔を変え、図のように電極を取り付
けたところ、光素子は、周囲から伝搬して来る電磁波の
信号を読み取り、その伝わってきた方向及び大きさを電
気に変換することによって示した。
Further, as shown in FIG. 17, the distance between the needle-shaped crystals was changed for each row or column, and electrodes were attached as shown in the figure. The direction and size of the reading and the transmitted direction were indicated by converting them into electricity.

【0050】なお本実施例においてpとnとを逆にする
と電気特性の符号が逆になった。
In this embodiment, when p and n were reversed, the signs of the electrical characteristics were reversed.

【0051】 実施例12 図19により本実施例を説明する。Siを1cm3あた
り1019ド−プしたn形GaAs(111)基板上10
1に、MOCVD法によりGaAs/AlGaAsヘテ
ロ微細針状結晶を作成する。まず、集束イオンビ−ム法
によりGaイオンを基板101上に注入する。その後、
結晶成長を行うと、Gaイオンを注入した部分にのみ選
択的に結晶が成長する。これを利用して針状結晶を作成
することができる。Gaイオンビーム径を200Åにし
ておき、その上に成長する結晶の基板直上での幅を20
0Åとする。まず最初にSiを1cm3あたり1019
−プしたn形AlGaAs結晶102を成長させる。つ
いで、不純物を添加しないi形GaAs結晶103を成
長させ、さらにZnを1cm3あたり1019ド−プした
p形AlGaAs結晶104を成長させる。AlGaA
s結晶におけるAl組成比は0.1である。nおよびp
形AlGaAs結晶102、104の長さはともに10
00Åとなるように結晶成長時間を設定する。i形Ga
As結晶103の長さは300Åである。
Embodiment 12 This embodiment will be described with reference to FIG. On an n-type GaAs (111) substrate doped with 10 19 Si per cm 3
First, a GaAs / AlGaAs hetero fine needle-like crystal is formed by MOCVD. First, Ga ions are implanted into the substrate 101 by the focused ion beam method. afterwards,
When the crystal is grown, the crystal is selectively grown only in the portion where Ga ions are implanted. By utilizing this, a needle crystal can be formed. The diameter of the Ga ion beam is set to 200 °, and the width of the crystal grown on the
0 °. First, an n-type AlGaAs crystal 102 doped with Si at a dose of 10 19 per cm 3 is grown. Next, an i-type GaAs crystal 103 to which no impurity is added is grown, and a p-type AlGaAs crystal 104 in which Zn is doped at 10 19 per cm 3 is further grown. AlGaAs
The Al composition ratio in the s crystal is 0.1. n and p
The length of each of the AlGaAs crystals 102 and 104 is 10
The crystal growth time is set to be 00 °. i-type Ga
The length of the As crystal 103 is 300 °.

【0052】次に、針状結晶の表面の安定化の為にキャ
ップ層105としてAl組成比0.2のAlGaAs層
を2000Åの厚みで成長させる。キャップ層105の
Al組成が針状結晶部よりも高いため、針状結晶に注入
された電流がキャップ層105に流れることはない。ま
た、キャップ層105としては、AlGaAs層でな
く、2000ÅのSiO2膜やSOG樹脂などの透明絶
縁体を用いても良い。この場合には、キャップ層105
を積層する前に針状結晶表面をNH42、Li2Sを含
む水溶液に20ないし30時間浸したのち50℃に加熱
し、その後、390℃の水素ガス中で30分加熱する。
この処理により、針状結晶表面の酸化膜が還元され、表
面における非輻射電子−正孔再結合率が減少した良好な
表面が形成される。
Next, an AlGaAs layer having an Al composition ratio of 0.2 is grown to a thickness of 2000 ° as the cap layer 105 to stabilize the surface of the needle-like crystal. Since the Al composition of the cap layer 105 is higher than that of the acicular crystal part, the current injected into the acicular crystal does not flow through the cap layer 105. Further, as the cap layer 105, a transparent insulator such as a 2000-degree SiO 2 film or SOG resin may be used instead of the AlGaAs layer. In this case, the cap layer 105
Before lamination, the surface of the needle-shaped crystal is immersed in an aqueous solution containing NH 4 S 2 and Li 2 S for 20 to 30 hours, heated to 50 ° C., and then heated to 390 ° C. in hydrogen gas for 30 minutes.
By this treatment, the oxide film on the surface of the needle-like crystal is reduced, and a good surface having a reduced non-radiative electron-hole recombination rate on the surface is formed.

【0053】電流注入電極の形成について述べる。基板
101裏面にAuを1000Åの厚みで蒸着し、接地用
電極107とする。キャップ層表面にAu/Zn合金を
1000Å蒸着し、針状結晶中のpn接合に純方向電圧
を印加し、電流を注入するための注入用電極106とす
る。
The formation of the current injection electrode will be described. Au is deposited on the back surface of the substrate 101 to a thickness of 1000 ° to form a ground electrode 107. An Au / Zn alloy is vapor-deposited on the surface of the cap layer at a thickness of 1000 °, and a pure directional voltage is applied to the pn junction in the needle-like crystal to form an injection electrode 106 for injecting a current.

【0054】本実施例では、単一の針状結晶について着
目し、ヘテロ構造を用いたpin接合の形成方法につい
て述べた。集束イオンビームの打ち込み位置を制御する
ことにより、レーザ動作に好適な針状結晶の配置を作る
ことができるが、これについては他の実施例で述べる。
本実施例で作成したヘテロpin接合を用いると針状結
晶の発光効率を増大することができ、レーザを構成した
際にはしきい電流密度を低減することができる。また、
本実施例では、n形基板を用いた場合の例について述べ
たが、p形基板を用いても同様の方法でヘテロpin接
合を形成できる。 選択的に針状結晶を成長する方法と
して、集束イオンビーム法に依らず絶縁膜によるマスク
パターンを作ることによって可能である。まず、基板状
にSiO2膜を500Å厚でスパッタ成長させる。その
上にレジストを塗布し電子ビーム露光により直径200
Åの空孔を作る。これにより、針状結晶の成長する位置
を指定できる。
In the present embodiment, attention has been paid to a single needle-shaped crystal, and a method of forming a pin junction using a heterostructure has been described. By controlling the implantation position of the focused ion beam, an arrangement of needle crystals suitable for laser operation can be made, which will be described in another embodiment.
When the hetero pin junction formed in this embodiment is used, the luminous efficiency of the needle crystal can be increased, and the threshold current density can be reduced when a laser is formed. Also,
In this embodiment, an example in which an n-type substrate is used has been described. However, a hetero-pin junction can be formed by a similar method using a p-type substrate. As a method for selectively growing a needle-like crystal, it is possible to form a mask pattern using an insulating film without using the focused ion beam method. First, an SiO 2 film is sputter-grown to a thickness of 500 ° on a substrate. A resist is applied thereon, and the diameter is 200 by electron beam exposure.
Make a hole of Å. Thereby, the position where the needle crystal grows can be designated.

【0055】本実施例では、GaAsを基礎とした材料
での構成について述べた。これ以外に、基板、針状結晶
のp−i−n部が、それぞれGaAs、GaAs−In
As−GaAsまたは、それぞれInP、InP−In
GaAsP−InPを用いても同様に作成できる。
In this embodiment, the configuration using a GaAs-based material has been described. In addition, the pin portions of the substrate and the needle-shaped crystal are GaAs and GaAs-In, respectively.
As-GaAs or InP, InP-In, respectively
It can be similarly formed using GaAsP-InP.

【0056】 実施例13 レーザを作成するにあたり、実施例1で述べた方法によ
って作成する針状結晶の配列方法について述べる。基板
面として(111)面を用いるため、図20に示したよ
うに基板は正三角形状に劈開される。各三角形の底辺に
対応する劈開面をX、Y、Zとする。どのようにレーザ
光を取り出すかに応じて針状結晶108の配置および各
劈開面の処理に差がでる。針状結晶の配置の決定は、実
施例13で述べた集束イオンビームの打ち込み位置を配
置どうりにすることにより達成される。1つの面から、
その面に直交するようにレーザ光を取り出す場合、その
面をXとすると、L1は発振波長の整数倍、L2はそう
でない値に設定するのが良い。この時、X、Y、Zの各
面に無反射コーティング109、110、111を施
す。また、Xから2ビームのレーザ光をとりだすが、そ
の方向がY、Z各々の面に直交する方向である場合、L
1:L2の比は1:3の平方根となり、L1、L2各々
の自乗の和の平方根が発振波長の整数倍となるように設
定すればよい。
Example 13 In producing a laser, a method of arranging needle crystals produced by the method described in Example 1 will be described. Since the (111) plane is used as the substrate surface, the substrate is cleaved into an equilateral triangle as shown in FIG. The cleavage planes corresponding to the base of each triangle are defined as X, Y, and Z. Depending on how the laser light is extracted, the arrangement of the needle crystals 108 and the processing of each cleavage plane differ. The determination of the arrangement of the needle-like crystals is achieved by changing the position of the focused ion beam implantation described in the thirteenth embodiment. From one side,
When the laser beam is taken out so as to be orthogonal to the plane, if the plane is assumed to be X, it is preferable that L1 is set to an integral multiple of the oscillation wavelength and L2 is set to a value other than that. At this time, anti-reflection coatings 109, 110, and 111 are applied to the X, Y, and Z surfaces. Also, two laser beams are extracted from X. If the direction is orthogonal to each of the Y and Z planes, L
The ratio of 1: L2 is set to be the square root of 1: 3, and the square root of the sum of the squares of L1 and L2 may be set to be an integral multiple of the oscillation wavelength.

【0057】 実施例14 針状結晶を用いた導波路形レーザの実施例について述べ
る。実施例12および13に述べた方法により針状結晶
を作成する。但し、基板の劈開はまだ行わない。実施例
12で述べた注入用電極106上にレジストを塗布し、
加熱後コンタクトマスク露光により線路状の光導波路パ
ターンを形成し、化学エッチングにより光導波路状レー
ザ113の形状に加工する。ついで、基板を劈開し、図
21に示した形状の基板112およびレーザ導波路11
3を得る。レーザ導波路113における針状結晶の配置
は実施例13の前者の条件に対応している。最後に導波
路端面を無反射コーティング膜114で覆う。
Embodiment 14 An embodiment of a waveguide type laser using a needle crystal will be described. Acicular crystals are prepared by the methods described in Examples 12 and 13. However, the cleavage of the substrate is not performed yet. A resist is applied on the injection electrode 106 described in Example 12,
After heating, a line-shaped optical waveguide pattern is formed by contact mask exposure, and processed into a shape of the optical waveguide laser 113 by chemical etching. Next, the substrate is cleaved, and the substrate 112 and the laser waveguide 11 having the shapes shown in FIG.
Get 3. The arrangement of the needle crystals in the laser waveguide 113 corresponds to the former condition of the thirteenth embodiment. Finally, the end face of the waveguide is covered with an anti-reflection coating film 114.

【0058】 実施例15 図22に示したマイクロキャビティレーザを作製した。
まず図26(a)に示したごとく、GaAs(111)
B半絶縁性基板204上に、非常に微細な結晶205を
選択成長法を用いて形成する過程に移る。まず、GaA
s基板上に熱CVD法により、SiO2膜206を0.
6μmで形成する。そしてフォトリソグラフィーを用い
て、SiO2膜に径20μmの穴を多数形成する。この
穴パターンをもつSiO2膜を有する基板上に金属気相
成長法(MOCVD法)により、nドープのGaAs微
細結晶205を成長する。この結晶は、成長条件によ
り、形状を制御することが可能である。また、この結晶
は(111)方向に成長する性質を持つため、本実施例
のように(111)B基板を用いた場合は、図20のよ
うに基板に対して垂直に成長する。なお、本実施例で
は、成長条件として、基板温度480℃、V族、III
族の原料ガス比(それぞれAsH3、トリメチルアルミ
ニウム)をV/III=20、成長時間を20分として
いる。このとき成長した微細な結晶の長さは約3μmで
あった。次に、n−GaAsを成長させた場合とまった
く同じ条件でn−GaAs微細結晶の上に引き続きp−
GaAsを成長させた。成長時間は、n−GaAsの場
合と同じ20分とした。その結果、全長6μmの微細な
結晶が形成された。ドーパントとしては、n−GaAs
成長時はSiを入れるためにモノシランを同時に流し
て、キャリア濃度=1×1018/cm3のn−GaAsを得
た。一方、p−GaAs成長時は、ビスシクロペンタジ
エチルマグネシウムを流し、キャリア濃度=2×1018
/cm3のp−GaAsを得た。次に、成長した微細な
結晶を図26(a)に示すごとく、レジン207で埋め
込み、レジン膜とともに微細な結晶を図26(b)に示
すごとく基板から取り出し、レジン膜の両面を非常に微
細な研磨剤で研磨し、図26(c)に示すごとく幅4μ
mの形状とする。つぎにこの両面に透明電極SnO2
208を形成し、マイクロキャビティレーザを作製し
た。得られたマイクロキャビティレーザに電流を流して
発振させたところ、発振のしきい値電流が1μAと非常
に小さな低しきい値レーザが得られた。
Example 15 A microcavity laser shown in FIG. 22 was manufactured.
First, as shown in FIG. 26A, GaAs (111)
The process proceeds to a step of forming a very fine crystal 205 on the B semi-insulating substrate 204 by using a selective growth method. First, GaA
An SiO 2 film 206 was formed on the substrate by thermal CVD to a thickness of 0.1 mm.
Formed at 6 μm. Then, many holes having a diameter of 20 μm are formed in the SiO 2 film by using photolithography. An n-doped GaAs microcrystal 205 is grown on a substrate having an SiO 2 film having this hole pattern by metal vapor deposition (MOCVD). The shape of this crystal can be controlled by the growth conditions. Further, since this crystal has a property of growing in the (111) direction, when a (111) B substrate is used as in this embodiment, the crystal grows perpendicular to the substrate as shown in FIG. In this embodiment, the growth conditions include a substrate temperature of 480.degree.
The source gas ratio of the group (AsH 3 and trimethylaluminum, respectively) is V / III = 20, and the growth time is 20 minutes. The length of the fine crystal grown at this time was about 3 μm. Next, under the same conditions as in the case of growing n-GaAs, p-
GaAs was grown. The growth time was 20 minutes, the same as in the case of n-GaAs. As a result, fine crystals having a total length of 6 μm were formed. As a dopant, n-GaAs
At the time of growth, monosilane was simultaneously flowed to introduce Si, and n-GaAs with a carrier concentration of 1 × 10 18 / cm 3 was obtained. On the other hand, during p-GaAs growth, biscyclopentadiethylmagnesium was flowed, and the carrier concentration was 2 × 10 18
/ Cm 3 of p-GaAs was obtained. Next, the grown fine crystal is embedded in a resin 207 as shown in FIG. 26 (a), and the fine crystal is taken out of the substrate together with the resin film as shown in FIG. 26 (b). Polished with a suitable abrasive, and 4 μm wide as shown in FIG.
m. Next, a transparent electrode SnO 2 film 208 was formed on both surfaces, and a microcavity laser was manufactured. When a current was applied to the obtained microcavity laser to cause oscillation, a low threshold laser having an extremely small oscillation threshold current of 1 μA was obtained.

【0059】 実施例16 図25に示す構造のマイクロキャビティレーザを作製し
た。作製方法は、実施例16に示した方法と同じである
が、長手方向に周期的な径の変動を導入するため、モジ
ュレーション成長を行った。これは、結晶成長時におい
てV/III比の大きさを5分ごとにわずかに18から
22に変化させることによって生じた。
Example 16 A microcavity laser having a structure shown in FIG. 25 was manufactured. The fabrication method was the same as that described in Example 16, except that a modulation growth was performed in order to introduce a periodic diameter variation in the longitudinal direction. This was caused by changing the magnitude of the V / III ratio from 18 to 22 every 5 minutes during crystal growth.

【0060】得られたマイクロキャビティレーザの発振
のしきい値電流は実施例15と同じく1μAと低く、ま
た発振した光の半値幅は1MHzと非常にコヒーレンス
の良いレーザが得られた。
The oscillation threshold current of the obtained microcavity laser was as low as 1 μA as in Example 15, and the half-width of the emitted light was 1 MHz.

【0061】 実施例17 図23に示した光ファイバのコアに埋め込まれたマイク
ロキャビティレーザを作製した。これは、実施例14に
示した方法でマイクロキャビティレーザを作製し、その
ひとつを取り出して。石英製光ファイバのコアへ埋め込
んだ。電流をながすために、図27に示すごとく、光フ
ァイバの横に微小な穴を開けリード線209を取り出し
た。このような構成のマイクロキャビティレーザの場
合、光ファイバとの結合効率が90%と非常に高効率で
あった。
Example 17 A microcavity laser embedded in the core of the optical fiber shown in FIG. 23 was manufactured. In this method, a microcavity laser was manufactured by the method described in Example 14, and one of them was taken out. It was embedded in the core of a quartz optical fiber. As shown in FIG. 27, a small hole was made in the side of the optical fiber to take out the current, and the lead wire 209 was taken out. In the case of the microcavity laser having such a configuration, the coupling efficiency with the optical fiber was as high as 90%.

【0062】 実施例18 結晶組成の周期的変化により、実施例16と同様な長手
方向マイクロキャビティレ−ザを作製した。図28に示
す様に、長手方向にn型GaAsとn型GaAlAsが
交互に50層積まれた後、n型Al0.5Ga0.5As、不
純物をほとんど含まないIn0.2Ga0.8As層、p型A
0.5Ga0.5As層を設定し、更にp型GaAsとp型
GaAlAsが交互に50層積まれた半導体ロッドであ
る。この時、n型GaAsとn型GaAlAs、及びp
型GaAsとp型GaAlAsの各層は、発光波長の4
分の1に設計した。
Example 18 A longitudinal microcavity laser similar to that of Example 16 was produced by periodically changing the crystal composition. As shown in FIG. 28, after the n-type GaAs and n-type GaAlAs in the longitudinal direction is stacked 50 layers alternately, n-type Al 0. 5 Ga 0. 5 As, In 0 containing substantially no impurities. 2 Ga 0 . 8 As layer, p-type A
l 0. 5 Ga 0. 5 Set As layer, a further p-type GaAs and p-type semiconductor rod GaAlAs is stacked 50 layers alternately. At this time, n-type GaAs, n-type GaAlAs, and p-type
-Type GaAs and p-type GaAlAs layers have an emission wavelength of 4 nm.
Designed in one-half.

【0063】長手方向に電流を流すため、上下に電極を
設けてある。長手方向にpn接合の順方向に電流を流し
たところ、実施例16と同様に非常にコヒ−レンスの良
いレ−ザが得られた。
In order to allow current to flow in the longitudinal direction, upper and lower electrodes are provided. When a current was applied in the longitudinal direction in the forward direction of the pn junction, a laser with very good coherence was obtained as in Example 16.

【0064】 実施例19 結晶長手方向にn型GaAlAsを1μm成長させた
後、不純物をほとんど含まないGaAs層を2nmの厚
さに積み、更にp型GaAlAsを1μm成長させた半
導体ロッドを、ロッドの直径とほぼ等しい間隔で2μm
角の領域に並べた。長手方向に電流を流すため、上下に
電極を設け、pn接合の順方向に電流を流したところ、
実施例16と同様に非常にコヒ−レンスの良いレ−ザが
得られた。
Example 19 After growing 1 μm of n-type GaAlAs in the longitudinal direction of the crystal, a GaAs layer containing almost no impurities was stacked to a thickness of 2 nm, and a semiconductor rod on which p-type GaAlAs was grown at 1 μm was used as a rod. 2 μm at intervals approximately equal to the diameter
Arranged in the corner area. In order to pass current in the longitudinal direction, electrodes were provided on the upper and lower sides, and when current was passed in the forward direction of the pn junction,
As in Example 16, a laser having very good coherence was obtained.

【0065】 実施例20 図30に硫黄(S)またはセレン(Se)により、結晶
表面を処理し、結晶表面の安定化を計ったpn接合発光
素子の断面模式図を示す。この図で、401は基板でn
型のInP、402と403は針状結晶を構成する部分
でInGaAsである。404は該針状結晶の外側表面
に上記のSまたはSe処理を施し形成した表面安定化処
理層である。406、407及び408は針状結晶のn
型の領域、ノンド−プ領域及びp型の領域である。ここ
で、n型の領域は長さ1μm、p型の領域は長さ1μm
でノンド−プ領域は10ナノメ−トルである。また、1
09と410は電極である。電極409に正のバイアス
を、電極410に負のバイアスを印加した時、411で
示す向きに電流が流れる。402で示す針状結晶の電流
路はその太さをD2で示し、針状結晶の表面空乏層40
3も含めた太さをD1で示した。本実施例では、D1は2
0ナノメ−トルでD2は15ナノメ−トルである。Sま
たはSeによる表面安定化の処理を施した場合、表面安
定化処理層404の存在により、針状結晶の表面空乏層
403の厚みは20から60パ−セント程度小さくな
る。従って、針状結晶の電流路402の太さD2は10
から20パ−セント程度大きくなり、16から18ナノ
メ−トルとなる。次に、電流411を流したところ、ノ
ンド−プ領域407を中心とした部分からの発光が認め
られた。
Example 20 FIG. 30 is a schematic cross-sectional view of a pn junction light emitting device in which a crystal surface is treated with sulfur (S) or selenium (Se) to stabilize the crystal surface. In this figure, 401 is a substrate and n
The mold InPs 402 and 403 are made of InGaAs at portions constituting needle crystals. Reference numeral 404 denotes a surface stabilization layer formed by performing the above-described S or Se treatment on the outer surface of the needle-like crystal. 406, 407 and 408 represent n of the acicular crystal.
Area, a non-doped area and a p-type area. Here, the n-type region is 1 μm in length, and the p-type region is 1 μm in length.
And the non-doped region is 10 nanometers. Also, 1
09 and 410 are electrodes. When a positive bias is applied to the electrode 409 and a negative bias is applied to the electrode 410, current flows in the direction indicated by 411. The current path of the needle-shaped crystal denoted by 402 is indicated by D 2 , and the thickness of the current path is denoted by D 2.
3 also thickness, including described in D 1. In this embodiment, D 1 is 2
0 nanometers - D 2 In torr 15 nanometers - a torr. When the surface stabilization treatment is performed by S or Se, the thickness of the surface depletion layer 403 of the acicular crystal is reduced by about 20 to 60% due to the presence of the surface stabilization treatment layer 404. Therefore, the thickness D 2 of the current path 402 of the acicular crystal is 10
From about 20% to about 16 to 18 nanometers. Next, when a current 411 was passed, light emission from a portion centered on the non-doped region 407 was observed.

【0066】該発光素子の発光利得対発光波長のグラフ
を図25に示す。図中には、針状結晶の表面を安定化処
理した場合としない場合のグラフを示してある。図31
から明らかなように、表面を安定化処理した場合には、
発光波長が0.05μmほど長波長側へシフトする事が
分かる。表面を安定化処理した場合に発光波長が長波長
側へシフトする理由は、結晶表面の空乏層の厚みが減少
しキャリヤを閉じ込める電流路の幅が拡大したためであ
る。一方、利得は約1.5から2倍に増大する。これは
結晶表面の安定化により非発光再結合の割合が減少した
ためである。
FIG. 25 shows a graph of the light emission gain versus the light emission wavelength of the light emitting device. In the figure, graphs are shown with and without the stabilization treatment of the surface of the needle crystal. FIG.
As is clear from the above, when the surface was stabilized,
It can be seen that the emission wavelength shifts to the longer wavelength side by about 0.05 μm. The reason why the emission wavelength shifts to the longer wavelength side when the surface is stabilized is that the thickness of the depletion layer on the crystal surface decreases and the width of the current path for confining the carriers increases. On the other hand, the gain increases about 1.5 to 2 times. This is because the stabilization of the crystal surface reduced the rate of non-radiative recombination.

【0067】図32は該発光素子の動作時間依存性につ
いて示すグラフである。このグラフは発光素子のピ−ク
発光強度について、その経時変化を調べたものである。
表面安定化処理なしの場合には、103から104時間に
至る範囲でピ−ク発光強度は動作時間とともに緩やかに
減少し、104時間以上では急激に減少する事が分か
る。一方、表面安定化処理を施した場合には、104
ら105時間に至る範囲までピ−ク発光強度の変化は殆
どないことが分かる。即ち、表面安定化処理により、発
光素子の寿命が10倍以上延びることが分かる。
FIG. 32 is a graph showing the operating time dependency of the light emitting device. This graph shows the change over time in the peak light emission intensity of the light emitting element.
If no surface stabilization treatment, peak in a range leading to 10 3 to 10 4 hours - click emission intensity decreases gradually with the operation time, it is seen to decrease rapidly at 10 4 hours or more. On the other hand, when the surface stabilization treatment was performed, it was found that there was almost no change in the peak emission intensity in the range from 10 4 to 10 5 hours. That is, it can be seen that the life of the light emitting element is extended by 10 times or more by the surface stabilization treatment.

【0068】[0068]

【発明の効果】以上示したように、本発明によれば、導
電性ロッドを発振波長の整数倍の間隔に配置することに
より半導体レ−ザを実現することができ、また、同じ装
置を用いることによって、光アンテナを作製することが
できる。
As described above, according to the present invention, a semiconductor laser can be realized by disposing conductive rods at intervals of an integral multiple of the oscillation wavelength, and the same device can be used. Thus, an optical antenna can be manufactured.

【0069】また、以上示した如く、本発明によれば、
しきい値電流が極端に小さいマイクロキャビティレー
ザ、しきい値のないコヒ−レント発光素子、コヒーレン
トLEDが実際に作製できるので、光通信分野で極めて
有効なキイデバイスとなる。これは、マイクロキャビテ
ィにより少数のモードのみレーザ発振に関与するためで
ある。また、本発明のマイクロキャビティレーザは、光
ファイバのコア中に埋め込むことができるので、光ファ
イバとレーザとの結合効率が飛躍的の増加するというメ
リットがあり、産業上得られるメリットははかり知れな
い。
As described above, according to the present invention,
Since a microcavity laser having an extremely small threshold current, a coherent light emitting element without a threshold value, and a coherent LED can be actually manufactured, it is a very effective key device in the optical communication field. This is because only a small number of modes are involved in laser oscillation by the microcavity. Further, since the microcavity laser of the present invention can be embedded in the core of an optical fiber, there is a merit that the coupling efficiency between the optical fiber and the laser is drastically increased, and the merit obtained in the industry cannot be overestimated. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例に係るpn接合を有する針状結
晶による発光素子、若しくは光アンテナを示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a light emitting element or an optical antenna using a needle-like crystal having a pn junction according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例に係る発光素子の作製プロセス
を示す図。
FIG. 2 is a diagram illustrating a manufacturing process of a light-emitting element according to an example of the present invention.

【図3】本発明の実施例に係る発光素子の作製プロセス
及びリソグラフィにより成長する箇所を制御された針状
結晶を示す図。
FIG. 3 is a view showing a manufacturing process of a light-emitting element according to an embodiment of the present invention and a needle-like crystal in which a portion to be grown by lithography is controlled.

【図4】リソグラフィによる穴開けを説明するための
図。
FIG. 4 is a view for explaining drilling by lithography.

【図5】n電極の取付けを説明するための図。FIG. 5 is a diagram for explaining attachment of an n-electrode.

【図6】本発明の実施例に係る光素子の発光特性を示す
グラフ。
FIG. 6 is a graph showing light emission characteristics of the optical device according to the example of the present invention.

【図7】本発明の実施例に係る光素子の発光特性を示す
グラフ。
FIG. 7 is a graph showing light emission characteristics of the optical device according to the example of the present invention.

【図8】本発明の実施例に係る光素子の発光特性を示す
グラフ。
FIG. 8 is a graph showing light emission characteristics of the optical device according to the example of the present invention.

【図9】本発明の実施例に係る1方向に発光する光素子
を説明するための図。
FIG. 9 is a diagram illustrating an optical element that emits light in one direction according to an embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施例に係る2方向に発光する光素
子とその電極の取付けを示す図。
FIG. 10 is a view showing an optical element which emits light in two directions according to the embodiment of the present invention and mounting of its electrodes.

【図11】本発明の実施例に係る2方向に発光する光素
子とその電極の取付けを示す図。
FIG. 11 is a view showing an optical element which emits light in two directions and mounting of its electrodes according to the embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施例に係る2方向に発光する光素
子とその電極の取付けを示す図。
FIG. 12 is a view showing an optical element which emits light in two directions according to the embodiment of the present invention and the mounting of its electrodes.

【図13】本発明の実施例に係る3方向に発光する光素
子を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing an optical element that emits light in three directions according to an embodiment of the present invention.

【図14】本発明の実施例に係る5方向に発光する光素
子を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing an optical element that emits light in five directions according to an embodiment of the present invention.

【図15】本発明の実施例に係るn方向に発光する光素
子を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing an optical element that emits light in the n direction according to an example of the present invention.

【図16】本発明の実施例に係る針状結晶の長手方向に
発光する光素子、光増幅器及び光方向変換器の実施例を
示す図。
FIG. 16 is a diagram showing an example of an optical element, an optical amplifier, and an optical direction changer that emit light in the longitudinal direction of a needle-like crystal according to an example of the present invention.

【図17】本発明の実施例に係る光方向探索器を説明す
るための図。
FIG. 17 is a diagram for explaining a light direction searcher according to the embodiment of the present invention.

【図18】本発明の実施例に係る光演算装置を示す図。FIG. 18 is a diagram showing an optical operation device according to an embodiment of the present invention.

【図19】本発明の実施例に係るヘテロpin形針状結
晶を有するダイオード構造の断面図。
FIG. 19 is a cross-sectional view of a diode structure having a hetero pin-shaped needle crystal according to an example of the present invention.

【図20】本発明の実施例に係る正三角形状基板に配置
された針状結晶を有するレーザ構造を説明するための
図。
FIG. 20 is a view for explaining a laser structure having a needle-like crystal arranged on an equilateral triangular substrate according to the embodiment of the present invention.

【図21】本発明の実施例に係る導波路形レーザ構造の
上面図。
FIG. 21 is a top view of a waveguide type laser structure according to an embodiment of the present invention.

【図22】本発明の実施例に係るマイクロキャビティレ
ーザを示す図。
FIG. 22 is a view showing a microcavity laser according to the embodiment of the present invention.

【図23】光ファイバのコア内に埋め込まれた本発明の
実施例に係るマイクロキャビティレーザを説明するため
の図。
FIG. 23 is a diagram illustrating a microcavity laser according to an embodiment of the present invention embedded in the core of an optical fiber.

【図24】微細な結晶の成長の様子を説明するための
図。
FIG. 24 is a view for explaining a state of growth of a fine crystal.

【図25】本発明の実施例に係る長手方向の径が周期的
に変化するマイクロキャビティレーザを示す図。
FIG. 25 is a diagram showing a microcavity laser whose diameter in the longitudinal direction periodically changes according to the embodiment of the present invention.

【図26】本発明の実施例に係るマイクロキャビティレ
ーザの作製方法を示す図。
FIG. 26 is a diagram showing a method for manufacturing a microcavity laser according to an example of the present invention.

【図27】光ファイバに埋め込む本発明の実施例に係る
マイクロキャビティレーザを実現させるための構成を示
す図。
FIG. 27 is a diagram showing a configuration for realizing a microcavity laser according to an embodiment of the present invention embedded in an optical fiber.

【図28】本発明の実施例に係る組成変調型縦方向マイ
クロキャビティ−レ−ザを説明するための図。
FIG. 28 is a view for explaining a composition modulation type vertical microcavity laser according to an example of the present invention.

【図29】本発明の実施例に係るマルチロッド型レ−ザ
を説明するための図。
FIG. 29 is a view for explaining a multi-rod laser according to an embodiment of the present invention.

【図30】本発明の実施例に係る針状微細結晶を使った
発光素子の断面模式図。
FIG. 30 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device using needle-like fine crystals according to an example of the present invention.

【図31】本発明の実施例に係る発光素子の利得対発光
波長の関係を示すグラフ。
FIG. 31 is a graph showing a relationship between gain and emission wavelength of a light emitting device according to an example of the present invention.

【図32】本発明の実施例に係る発光素子の相対ピ−ク
発光強度対動作時間のグラフ。
FIG. 32 is a graph of relative peak light emission intensity versus operation time of a light emitting device according to an example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…nド−プGaAs針状結晶、2…pド−プGaAs
針状結晶、3…nド−プGaAs基板、4…p電極、5
…n電極、6…SOG、7…穴、8…半絶縁基板、9…
pn接合を有する針状結晶、10…透明電極SnO2
01−基板、102−n形AlGaAs、103−i形
GaAs、104−p形AlGaAs、105−キャッ
プ層、106−注入用電極、107−接地用電極、10
8−針状結晶、109、110、111−無反射コーテ
ィング膜、112−基板、113−レーザ導波路、11
4−無反射コーティング膜、301…GaAs基板、3
02…n型GaAs、303…n型GaAlAs、30
4…n型Ga0.5Al0.5As、305…In0.2Ga0.8
As、306…p型Ga0.5Al0.5As、307…p型
GaAlAs、308…p型GaAs、310…GaA
s基板、311…n型GaAs312…n型GaAlA
s、313…GaAs活性層、314…p型GaAlA
s、315…p型GaAs401…基板、402…針状
結晶の電流路、403…針状結晶の表面空乏層、404
…表面安定化処理層、405…透明絶縁膜、406…n
型の領域、407…ノンド−プ領域、408…p型の領
域、409…電極、410…電極、411…電流
1 ... n-doped GaAs needle crystal, 2 ... p-doped GaAs
Needle crystal, 3 ... n-doped GaAs substrate, 4 ... p electrode, 5
... n electrode, 6 ... SOG, 7 ... hole, 8 ... semi-insulating substrate, 9 ...
Needle crystal having a pn junction, 10... transparent electrode SnO 2 1
01-substrate, 102-n-type AlGaAs, 103-i-type GaAs, 104-p-type AlGaAs, 105-cap layer, 106-injection electrode, 107-grounding electrode, 10
8-needle crystal, 109, 110, 111-anti-reflection coating film, 112-substrate, 113-laser waveguide, 11
4-Non-reflective coating film, 301 ... GaAs substrate, 3
02 ... n-type GaAs, 303 ... n-type GaAlAs, 30
4 ... n-type Ga 0. 5 Al 0. 5 As, 305 ... In 0. 2 Ga 0. 8
As, 306 ... p-type Ga 0. 5 Al 0. 5 As, 307 ... p -type GaAlAs, 308 ... p-type GaAs, 310 ... GaA
s substrate, 311 ... n-type GaAs 312 ... n-type GaAlA
s, 313 ... GaAs active layer, 314 ... p-type GaAlA
s, 315: p-type GaAs 401: substrate, 402: current path of acicular crystal, 403: surface depletion layer of acicular crystal, 404
... Surface stabilization layer, 405 ... Transparent insulating film, 406 ... n
Region, 407: non-doped region, 408: p-type region, 409: electrode, 410: electrode, 411: current

フロントページの続き (72)発明者 勝山 俊夫 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 山口 憲 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 宇佐川 利幸 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 矢沢 正光 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 増原 利明 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 ジェラ−ド・ピ−・モ−ガン 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 柿林 博司 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 平1−319985(JP,A) 特開 昭53−31987(JP,A) 特開 平2−84787(JP,A) Applied Physics L etters Vol.58,No.10, pp.1080−1082(1991/3/11) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 G02B 6/16 H01L 27/15 H01L 33/00 JICSTファイル(JOIS)Continuing from the front page (72) Inventor Toshio Katsuyama 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo In the Central Research Laboratory of Hitachi, Ltd. (72) Inventor Toshiyuki Usagawa 1-280 Higashi-Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Masamitsu Yazawa 1-1280 Higashi-Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo Hitachi, Ltd. Person Toshiaki Masuhara 1-280 Higashi-Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Hitachi, Ltd.Central Research Laboratories (72) Inventor Gerard P. Mogan 1-1280 Higashi-Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Hiroshi Kakibayashi 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A 1-39805 (JP, A) Akira 53-31987 (JP, A) JP flat 2-84787 (JP, A) Applied Physics L etters Vol. 58, No. 10, pp. 1080-1082 (March 11, 1991) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50 G02B 6/16 H01L 27/15 H01L 33/00 JICST file (JOIS )

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板上部に形成され且つpn接合
しくはpin接合を含む半導体ロッドを有し、前記pn
接合もしくはpin接合の面は前記半導体ロッドの長手
方向に交差する方向に平行な面を有し、これら半導体ロ
ッド間の間隔を実質的に等間隔とし、且つ前記半導体基
板側に第1の電極を有し、前記半導体ロッドの前記半導
体基板と反対側の端部は第2の電極に接して形成されて
いることを特徴とする発光素子
1. A formed on the semiconductor substrate upper even and pn junction
Properly has a semiconductor rod comprising a pin junction, the pn
The surface of the junction or pin junction is the length of the semiconductor rod
A plane parallel to a direction intersecting the direction, the intervals between the semiconductor rods are made substantially equal , and
A first electrode on a plate side, wherein the semiconductor rod of the semiconductor rod is
The end opposite to the body substrate is formed in contact with the second electrode.
Emitting element characterized by there.
【請求項2】半導体基板上部に形成され且つpn接合も
しくはpin接合を含む半導体ロッドを有し、前記pn
接合もしくはpin接合の面は前記半導体ロッドの長手
方向に交差する方向に平行な面を有し、且つ前記半導体
基板側に第1の電極を有し、前記半導体ロッドの前記半
導体基板と反対側の端部は第2の電極に接して形成さ
れ、且つ前記半導体ロッド間の間隔を発光する光の波長
の実質的に整数倍としたことを特徴とする発光素子
2. A pn junction formed on an upper portion of a semiconductor substrate.
Or a semiconductor rod including a pin junction,
The surface of the junction or pin junction is the length of the semiconductor rod
The semiconductor having a plane parallel to a direction intersecting the direction, and
A first electrode on the substrate side, wherein the half of the semiconductor rod is
The end opposite to the conductive substrate is formed in contact with the second electrode.
And a distance between the semiconductor rods is substantially an integral multiple of a wavelength of emitted light .
【請求項3】半導体基板上部に形成され且つpn接合も
しくはpin接合を含む半導体ロッドを有し、前記pn
接合もしくはpin接合の面は前記半導体ロッドの長手
方向に交差する方向に平行な面を有し、且つ前記半導体
基板側に第1の電極を有し、前記半導体ロッドの前記半
導体基板と反対側の端部は第2の電極に接して形成さ
れ、且つ一つの方向で前記複数の半導体ロッド間の間隔
を発光する光の波長の実質上整数倍とし、他の方向で発
光する波長の整数倍と実質的に異ならせたことを特徴と
する発光素子
3. A pn junction formed on a semiconductor substrate and having a pn junction
Or a semiconductor rod including a pin junction,
The surface of the junction or pin junction is the length of the semiconductor rod
The semiconductor having a plane parallel to a direction intersecting the direction, and
A first electrode on the substrate side, wherein the half of the semiconductor rod is
The end opposite to the conductive substrate is formed in contact with the second electrode.
And wherein the interval between the plurality of semiconductor rods in one direction is substantially an integral multiple of the wavelength of the emitted light, and is substantially different from the integral multiple of the wavelength of the emitted light in the other direction. Light emitting element .
【請求項4】半導体基板上部に形成され且つ異種導電型
接合を含む半導体量子細線結晶を有し、前記異種導電型
接合の面は前記半導体量子細線結晶の長手方向に交差す
る方向に平行な面を有し、これら半導体量子細線結晶間
の間隔を実質的に等間隔とし、且つ前記半導体基板側に
第1の電極を有し、前記半導体基板と反対側に第2の電
極を有することを特徴とする発光素子。
4. A different conductivity type formed on a semiconductor substrate.
Having a semiconductor quantum wire crystal including a junction, wherein the different conductivity type
The plane of the junction crosses the longitudinal direction of the semiconductor quantum wire crystal
Have a plane parallel to the direction of
Are substantially equally spaced, and on the semiconductor substrate side
A second electrode on a side opposite to the semiconductor substrate;
A light-emitting element having a pole.
【請求項5】導電性を有する基板上に断面の直径が10
00nm以下のビーム形状に集束された原子または分子
イオンが照射された領域、もしくは上記導電性を有する
基板上に形成された絶縁膜に設けられた直径1000n
m以下の空孔領域に、選択的に針状の半導体材料を成長
させた構造であって、針状半導体材料の構成がp−i−
n形の電気特性分布を有し、p及びn形の電気特性を示
す材料部分の光吸収端光子エネルギーが真性形であるi
形部分の光吸収端光子エネルギーよりも上回るように設
定され、上記針状半導体部分の軸方向が基板面に垂直で
あり、幅が1000nm以下である構造を含む発光素
5. A substrate having a cross-sectional diameter of 10 on a conductive substrate.
A region irradiated with atoms or molecular ions focused to a beam shape of 00 nm or less, or a diameter of 1000 n provided on an insulating film formed on the conductive substrate.
m or less, and a needle-shaped semiconductor material is selectively grown in a hole region of m or less, and the configuration of the needle-shaped semiconductor material is pi-
The light absorption edge photon energy of a material portion having an n-type electrical property distribution and exhibiting p and n-type electrical properties is an intrinsic type i
A light emitting element including a structure in which the energy is set to be higher than the light absorption edge photon energy of the shaped portion, the axial direction of the needle-shaped semiconductor portion is perpendicular to the substrate surface, and the width is 1000 nm or less.
Child .
【請求項6】半導体基板上部に形成され且つ異種導電型
接合を含む半導体ロッドを有し、前記異種導電型接合の
面は前記半導体ロッドの長手方向に交差する方向に平行
な面を有し、これら半導体ロッド間の間隔を実質的に等
間隔とし、且つ前記半導体基板側に第1の電極を有し、
前記半導体ロッドの前記半導体基板と反対側の端部は第
2の電極に接して形成され、前記半導体ロッドの周囲を
当該半導体ロッドよりも光吸収端エネルギーが大きな半
導体材料もしくは絶縁体材料で被覆した発光素子。
6. A different conductivity type formed on a semiconductor substrate.
A semiconductor rod including a junction, wherein
The plane is parallel to the direction crossing the longitudinal direction of the semiconductor rod
And the spacing between these semiconductor rods is substantially equal.
Spacing, and having a first electrode on the semiconductor substrate side,
An end of the semiconductor rod opposite to the semiconductor substrate is a second end.
2 is formed in contact with the two electrodes, and the periphery of the semiconductor rod is
A half having a larger light absorption edge energy than the semiconductor rod.
A light-emitting element covered with a conductor material or an insulator material.
【請求項7】半導体基板上部に形成され且つ異種導電型
接合を含む量子細線結晶を有し、前記異種導電型接合の
面は前記量子細線結晶の長手方向に交差する方向と平行
な面を有し、これら量子細線結晶間の間隔を実質的に等
間隔とし、且つ前記半導体基板側に第1の電極を有し、
前記半導体基板と反対側に第2の電極を有し、前記細線
結晶の周囲を前記量子細線結晶より電気陰性度が小さい
材料もしくは絶縁体材料で被覆した発光素子。
7. A different conductivity type formed on a semiconductor substrate.
Having a quantum wire crystal including a junction, the hetero-conductivity type junction
The plane is parallel to the direction crossing the longitudinal direction of the quantum wire crystal
And the distance between these quantum wire crystals is substantially equal.
Spacing, and having a first electrode on the semiconductor substrate side,
A second electrode on a side opposite to the semiconductor substrate;
The electronegativity around the crystal is smaller than that of the quantum wire crystal
Light-emitting element covered with material or insulator material.
【請求項8】径が1μm以下の半導体ロッドを有し、前
記半導体ロッドの長手方向にこの半導体ロッドの径が波
長の2n分の1(n:整数)で周期的に変化し、且つ前
記半導体ロッドの途中にn型からp型への変化を有する
発光素子
8. A semiconductor rod having a diameter of 1 μm or less, wherein the diameter of the semiconductor rod periodically changes in a longitudinal direction of the semiconductor rod at a wavelength of 1 / n (n: an integer), and Has a change from n-type to p-type in the middle of the rod
Light emitting element .
【請求項9】径が1μm以下の半導体ロッドを複数有
し、前記半導体ロッドの各々の長手方向にこの半導体ロ
ッドの径が波長の2n分の1(n:整数)で周期的に変
化し、且つ前記半導体ロッドの各々の途中にn型からp
型への変化を有し、前記複数の半導体ロッドが光ファイ
バのコア内に長手方向をそろえて埋め込まれている発光
素子
9. A semiconductor rod having a plurality of semiconductor rods each having a diameter of 1 μm or less, wherein the diameter of the semiconductor rod periodically changes in a longitudinal direction of each of the semiconductor rods at a half of a wavelength (n: an integer), And, in the middle of each of the semiconductor rods, from n-type to p-type.
A light emitting device having a change to a mold, wherein the plurality of semiconductor rods are embedded in the core of the optical fiber in a longitudinal direction.
Element .
【請求項10】請求項9に記載の光素子において、前記
半導体ロッドの長手方向に結晶の組成が一様ではないこ
とを特徴とする発光素子
10. The light emitting device according to claim 9 , wherein a crystal composition is not uniform in a longitudinal direction of said semiconductor rod.
【請求項11】請求項9に記載の光素子において、前記
半導体ロッドの長手方向の結晶組成が周期的に変化する
ことを特徴とする発光素子
11. The light emitting device according to claim 9 , wherein a crystal composition in a longitudinal direction of said semiconductor rod changes periodically.
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